JPH05125906A - 回転機械の固定子機構 - Google Patents
回転機械の固定子機構Info
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- JPH05125906A JPH05125906A JP4107244A JP10724492A JPH05125906A JP H05125906 A JPH05125906 A JP H05125906A JP 4107244 A JP4107244 A JP 4107244A JP 10724492 A JP10724492 A JP 10724492A JP H05125906 A JPH05125906 A JP H05125906A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cooling air
- casing
- outer casing
- inner casing
- chamber
- Prior art date
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- Granted
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
- F01D25/26—Double casings; Measures against temperature strain in casings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/12—Cooling of plants
- F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
- F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 機械効率を向上させるとともに疲労寿命を延
長できる軸流回転機械の固定子構造を提供する。 【構成】 軸流回転機械１０は周囲連続型構造的外側ケ
ーシング４８と、動作媒体流路のための圧力容器である
周囲連続型内側ケーシング５２を含む。内側ケーシング
の一端９６は外側ケーシング４８に固定され、内側ケー
シングの他端９８は外側ケーシングに対して軸方向及び
径方向に移動自在な自由端として構成される。
長できる軸流回転機械の固定子構造を提供する。 【構成】 軸流回転機械１０は周囲連続型構造的外側ケ
ーシング４８と、動作媒体流路のための圧力容器である
周囲連続型内側ケーシング５２を含む。内側ケーシング
の一端９６は外側ケーシング４８に固定され、内側ケー
シングの他端９８は外側ケーシングに対して軸方向及び
径方向に移動自在な自由端として構成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンエンジン
に関し、特に、ガスタービンエンジンにおける固定子機
構及び固定子機構の冷却方法に関する。なお、本発明は
ガスタービンエンジンの分野において開発されたもので
あるが、軸流回転機械全般に適用することができる。
に関し、特に、ガスタービンエンジンにおける固定子機
構及び固定子機構の冷却方法に関する。なお、本発明は
ガスタービンエンジンの分野において開発されたもので
あるが、軸流回転機械全般に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービン型の軸流回転機械は、圧縮
部と、燃焼部と、タービン部とを備えている。動作媒体
ガスの流路がエンジンの各部を通って延在している。動
作媒体ガスは圧縮部において圧縮される。圧縮ガスは燃
焼部において燃料と混合され、燃焼によってエネルギー
が付加される。この高温高圧ガスは膨脹しながらタービ
ン部を通過する。
部と、燃焼部と、タービン部とを備えている。動作媒体
ガスの流路がエンジンの各部を通って延在している。動
作媒体ガスは圧縮部において圧縮される。圧縮ガスは燃
焼部において燃料と混合され、燃焼によってエネルギー
が付加される。この高温高圧ガスは膨脹しながらタービ
ン部を通過する。
【０００３】エンジンのタービン部には回転子機構が設
けられている。回転子機構は、回転ディスクと、動作媒
体流路を横切り外側に向かって延在する回転翼とを備え
ている。ガスがタービン部を通過する際、回転子機構に
よりガスからエネルギーが取り出される。
けられている。回転子機構は、回転ディスクと、動作媒
体流路を横切り外側に向かって延在する回転翼とを備え
ている。ガスがタービン部を通過する際、回転子機構に
よりガスからエネルギーが取り出される。
【０００４】固定子機構が回転子機構を囲周して延在し
ている。固定子機構は回転子機構を支持するとともに、
動作媒体ガスを動作媒体流路に封入するための圧力容器
を形成する。一般に、固定子機構は、外側ケーシング
と、高温の動作媒体ガスを封入する内側ケーシングとを
備えている。内側ケーシングは、静止羽根の列と、回転
子機構に近接して設けられた内側空気シールや外側空気
シールなどのシール部材の列とを支持している。
ている。固定子機構は回転子機構を支持するとともに、
動作媒体ガスを動作媒体流路に封入するための圧力容器
を形成する。一般に、固定子機構は、外側ケーシング
と、高温の動作媒体ガスを封入する内側ケーシングとを
備えている。内側ケーシングは、静止羽根の列と、回転
子機構に近接して設けられた内側空気シールや外側空気
シールなどのシール部材の列とを支持している。
【０００５】ガス流が固定子機構を通過する際、静止羽
根はガスによる空力負荷を受ける。この負荷は静止羽根
から内側ケーシングに伝達され、内側ケーシングに応力
を発生させる。さらに、外側空気シール及び静止羽根
は、これらの部材を通過もしくはこれらの部材上を流動
する動作媒体ガスにより加熱される。この熱は伝導作用
により内側ケーシングに伝えられ、内側ケーシングを不
均一に加熱して内側ケーシングにさらなる応力を発生さ
せ、内側ケーシングの疲労寿命に悪影響を及ぼす。
根はガスによる空力負荷を受ける。この負荷は静止羽根
から内側ケーシングに伝達され、内側ケーシングに応力
を発生させる。さらに、外側空気シール及び静止羽根
は、これらの部材を通過もしくはこれらの部材上を流動
する動作媒体ガスにより加熱される。この熱は伝導作用
により内側ケーシングに伝えられ、内側ケーシングを不
均一に加熱して内側ケーシングにさらなる応力を発生さ
せ、内側ケーシングの疲労寿命に悪影響を及ぼす。
【０００６】そこで、冷却用空気をタービン部に供給
し、内側ケーシングを冷却する。内側ケーシングを冷却
することにより、内側ケーシングにおける温度勾配及び
この温度勾配に関連して生じる内側ケーシングにおける
熱応力が減少する。
し、内側ケーシングを冷却する。内側ケーシングを冷却
することにより、内側ケーシングにおける温度勾配及び
この温度勾配に関連して生じる内側ケーシングにおける
熱応力が減少する。
【０００７】冷却可能な内側ケーシングを提供するため
のひとつの構成は、周囲連続型外側ケーシングと周囲分
割型内側ケーシングを含んでいる。各分割部には、静止
羽根列及び外側空気シール列の一部が搭載されている。
この構成によれば、内側ケーシングの周囲連続性を中断
することにより、内側ケーシングにおける熱応力を減少
させるという利点がある。しかしながら、分割化構造に
は、高温の動作媒体ガスが内側ケーシングを越えて径方
向外側に漏出するのを防ぐために、ガス流路の圧力より
も高圧で冷却用空気を供給しなければならないという欠
点もある。高温動作媒体ガスが内側ケーシングを越える
と、隣接する構造に異常に高い温度勾配を生ぜしめ熱応
力を増大させて熱疲労寿命を減少させる可能性がある。
また、ガス流路の低圧域において、冷却用空気のガス流
路への漏出が発生する。これは、冷却用空気を、内側ケ
ーシングに隣接するガス流路内の最高圧力よりも高圧に
しなければならないからである。さらに、高圧を得るた
めに、冷却用気体を圧縮するための仕事量が増加する。
この、冷却用気体を圧縮するために要する仕事によっ
て、回転機械の効率は低下せざるを得ない。
のひとつの構成は、周囲連続型外側ケーシングと周囲分
割型内側ケーシングを含んでいる。各分割部には、静止
羽根列及び外側空気シール列の一部が搭載されている。
この構成によれば、内側ケーシングの周囲連続性を中断
することにより、内側ケーシングにおける熱応力を減少
させるという利点がある。しかしながら、分割化構造に
は、高温の動作媒体ガスが内側ケーシングを越えて径方
向外側に漏出するのを防ぐために、ガス流路の圧力より
も高圧で冷却用空気を供給しなければならないという欠
点もある。高温動作媒体ガスが内側ケーシングを越える
と、隣接する構造に異常に高い温度勾配を生ぜしめ熱応
力を増大させて熱疲労寿命を減少させる可能性がある。
また、ガス流路の低圧域において、冷却用空気のガス流
路への漏出が発生する。これは、冷却用空気を、内側ケ
ーシングに隣接するガス流路内の最高圧力よりも高圧に
しなければならないからである。さらに、高圧を得るた
めに、冷却用気体を圧縮するための仕事量が増加する。
この、冷却用気体を圧縮するために要する仕事によっ
て、回転機械の効率は低下せざるを得ない。
【０００８】また、別の構成として、エンジンに複数個
の周囲連続型ケーシングを設け、これらのケーシングを
互いに連結し、冷却用空気を動作媒体流路に供給するも
のがある。このような構造は、例えば、「多軸双流構造
のガスタービンジェットエンジン」と題する米国特許第
４，８４１，７２６号に開示されている。これらのケー
シングは周囲連続型であるため、気体を低圧で供給でき
る。ここで、気体の圧力は、高温動作媒体の流路に隣接
する流出位置の圧力よりも高ければよい。この構成によ
れば、加圧に要する仕事を減少させることによりエンジ
ン効率は向上する。しかし、内側ケーシングの固着部に
抗して内側ケーシングが膨脹しようとするため、内側ケ
ーシングにかなりの熱応力が発生する。
の周囲連続型ケーシングを設け、これらのケーシングを
互いに連結し、冷却用空気を動作媒体流路に供給するも
のがある。このような構造は、例えば、「多軸双流構造
のガスタービンジェットエンジン」と題する米国特許第
４，８４１，７２６号に開示されている。これらのケー
シングは周囲連続型であるため、気体を低圧で供給でき
る。ここで、気体の圧力は、高温動作媒体の流路に隣接
する流出位置の圧力よりも高ければよい。この構成によ
れば、加圧に要する仕事を減少させることによりエンジ
ン効率は向上する。しかし、内側ケーシングの固着部に
抗して内側ケーシングが膨脹しようとするため、内側ケ
ーシングにかなりの熱応力が発生する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、動作媒体流路内の最高圧力よりも低圧で冷却用
空気を供給できるとともに、内側ケーシングと外側ケー
シングとの熱膨脹差にもとづく応力発生を回避できる固
定子構造を提供することである。
目的は、動作媒体流路内の最高圧力よりも低圧で冷却用
空気を供給できるとともに、内側ケーシングと外側ケー
シングとの熱膨脹差にもとづく応力発生を回避できる固
定子構造を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明による固定子構造
は、隣接するケーシングに連結され構造的負荷を支える
周囲連続型外側ケーシングと、上記外側ケーシングから
径方向に離間して設けられ上記外側ケーシングとの間に
冷却用空気室を形成する周囲連続型内側ケーシングとを
備え、上記内側ケーシングは周方向に延在して動作媒体
ガスの流路を画定するとともに上記流路内に延在する静
止羽根と外側空気シールとを支持し、上記内側ケーシン
グの一端を上記外側ケーシングに気密固定して上記内側
ケーシングを支持するとともに上記外側ケーシングと上
記内側ケーシングの間へのガスの流入を防ぎ、上記内側
ケーシングの他端を自由端として上記外側ケーシングと
上記内側ケーシングの軸方向及び径方向における相対的
な熱成長を吸収できるように構成したことを特徴とす
る。
は、隣接するケーシングに連結され構造的負荷を支える
周囲連続型外側ケーシングと、上記外側ケーシングから
径方向に離間して設けられ上記外側ケーシングとの間に
冷却用空気室を形成する周囲連続型内側ケーシングとを
備え、上記内側ケーシングは周方向に延在して動作媒体
ガスの流路を画定するとともに上記流路内に延在する静
止羽根と外側空気シールとを支持し、上記内側ケーシン
グの一端を上記外側ケーシングに気密固定して上記内側
ケーシングを支持するとともに上記外側ケーシングと上
記内側ケーシングの間へのガスの流入を防ぎ、上記内側
ケーシングの他端を自由端として上記外側ケーシングと
上記内側ケーシングの軸方向及び径方向における相対的
な熱成長を吸収できるように構成したことを特徴とす
る。
【００１１】本発明の一態様によれば、上記内側ケーシ
ングは上記外側ケーシングに第１の位置において固定さ
れ、この第１の位置において、上記内側ケーシング及び
上記外側ケーシングに冷却用空気をあてて、上記内側ケ
ーシングと上記外側ケーシング間の温度勾配を減少させ
る。
ングは上記外側ケーシングに第１の位置において固定さ
れ、この第１の位置において、上記内側ケーシング及び
上記外側ケーシングに冷却用空気をあてて、上記内側ケ
ーシングと上記外側ケーシング間の温度勾配を減少させ
る。
【００１２】本発明の別の態様によれば、ガスタービン
エンジンの運転方法は、上記内側ケーシングに対して冷
却用空気を衝突させて上記内側ケーシングを冷却すると
ともに上記冷却用空気を加熱する過程と、上記冷却用空
気を上記外側ケーシング内の通路及び径方向延在部を介
してエンジン内部に流入させる過程と、加熱された冷却
用空気を回転ディスクに衝突させて回転ディスクを加熱
し回転ディスクの内側部分における温度勾配を減少させ
る過程とを含む。
エンジンの運転方法は、上記内側ケーシングに対して冷
却用空気を衝突させて上記内側ケーシングを冷却すると
ともに上記冷却用空気を加熱する過程と、上記冷却用空
気を上記外側ケーシング内の通路及び径方向延在部を介
してエンジン内部に流入させる過程と、加熱された冷却
用空気を回転ディスクに衝突させて回転ディスクを加熱
し回転ディスクの内側部分における温度勾配を減少させ
る過程とを含む。
【００１３】本発明の主な特徴は、周囲連続型外側ケー
シングと周囲連続型内側ケーシングとを備えた固定子構
造である。本発明の別の特徴は、内側ケーシングの上流
側端部である。内側ケーシングの上流側端部は外側ケー
シングに固定されている。この位置におけるさらに別の
特徴は、内側ケーシング及び外側ケーシングに隣接する
冷却用空気室と、内側ケーシング外側の冷却用空気の充
填室である。さらに別の特徴は、内側ケーシングの下流
側端部である。非動作状態の設置時において、内側ケー
シングの下流側端部は、径方向及び軸方向において外側
ケーシングから離間している。動作状態における熱成長
により、内側ケーシングは軸方向に移動するとともに径
方向外側に移動して外側ケーシングと密接する。さらに
別の特徴は、内側ケーシングの肉厚部である。これらの
肉厚部により、静止羽根の取付け部を外側ケーシングに
係合させることができる。さらに別の特徴は、冷却用空
気室を供給マニホルドと衝突マニホルドに分割する緩衝
板である。緩衝板には選択的に配置された穴が設けら
れ、衝突空気を、静止羽根列と外側空気シール列とを支
持する内側ケーシングの肉厚部に導いている。
シングと周囲連続型内側ケーシングとを備えた固定子構
造である。本発明の別の特徴は、内側ケーシングの上流
側端部である。内側ケーシングの上流側端部は外側ケー
シングに固定されている。この位置におけるさらに別の
特徴は、内側ケーシング及び外側ケーシングに隣接する
冷却用空気室と、内側ケーシング外側の冷却用空気の充
填室である。さらに別の特徴は、内側ケーシングの下流
側端部である。非動作状態の設置時において、内側ケー
シングの下流側端部は、径方向及び軸方向において外側
ケーシングから離間している。動作状態における熱成長
により、内側ケーシングは軸方向に移動するとともに径
方向外側に移動して外側ケーシングと密接する。さらに
別の特徴は、内側ケーシングの肉厚部である。これらの
肉厚部により、静止羽根の取付け部を外側ケーシングに
係合させることができる。さらに別の特徴は、冷却用空
気室を供給マニホルドと衝突マニホルドに分割する緩衝
板である。緩衝板には選択的に配置された穴が設けら
れ、衝突空気を、静止羽根列と外側空気シール列とを支
持する内側ケーシングの肉厚部に導いている。
【００１４】本発明の主な利点は、内側ケーシングとし
て圧力容器を用い、隣接する動作媒体流路の最高圧力よ
りも低圧の冷却用空気を内側ケーシングに対して使用で
きるようにして、エンジン効率を改善したことである。
別の利点は、曲げ負荷に耐える構造的な外側ケーシング
と、外側空気シールを搭載するための非構造的かつ刻彫
された内側ケーシングとを採用し、内側ケーシングと、
回転子機構のまわりに内側ケーシングにより定置された
外側空気シールの集密性によりエンジン効率を改善した
ことである。さらに別の利点は、内側ケーシングと外側
ケーシングの接合点に冷却用空気をあてることにより内
側ケーシングの接合点側の端部における熱応力を減少さ
せるとともに、内側ケーシングの他端が外側ケーシング
に対して径方向及び軸方向に成長するのを許すことによ
り内側ケーシングと外側ケーシング間の熱成長差を吸収
し熱応力の発生を減少させて、内側ケーシング及び外側
ケーシングの熱疲労寿命を改善したことである。本発明
の一態様における利点は、内側ケーシングにより加熱さ
れた冷却用空気を集め、この加熱された冷却用空気をエ
ンジン内部に導入し回転ディスクの内側部位を加熱する
ために用いて回転ディスクにおける温度勾配及びその結
果としての熱応力を減少させることにより、エンジン効
率と回転子機構の疲労寿命を改善したことである。
て圧力容器を用い、隣接する動作媒体流路の最高圧力よ
りも低圧の冷却用空気を内側ケーシングに対して使用で
きるようにして、エンジン効率を改善したことである。
別の利点は、曲げ負荷に耐える構造的な外側ケーシング
と、外側空気シールを搭載するための非構造的かつ刻彫
された内側ケーシングとを採用し、内側ケーシングと、
回転子機構のまわりに内側ケーシングにより定置された
外側空気シールの集密性によりエンジン効率を改善した
ことである。さらに別の利点は、内側ケーシングと外側
ケーシングの接合点に冷却用空気をあてることにより内
側ケーシングの接合点側の端部における熱応力を減少さ
せるとともに、内側ケーシングの他端が外側ケーシング
に対して径方向及び軸方向に成長するのを許すことによ
り内側ケーシングと外側ケーシング間の熱成長差を吸収
し熱応力の発生を減少させて、内側ケーシング及び外側
ケーシングの熱疲労寿命を改善したことである。本発明
の一態様における利点は、内側ケーシングにより加熱さ
れた冷却用空気を集め、この加熱された冷却用空気をエ
ンジン内部に導入し回転ディスクの内側部位を加熱する
ために用いて回転ディスクにおける温度勾配及びその結
果としての熱応力を減少させることにより、エンジン効
率と回転子機構の疲労寿命を改善したことである。
【００１５】
【実施例】上述した本発明の特徴と利点をより明確にす
るため、以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳
細に説明する。
るため、以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳
細に説明する。
【００１６】図１は、本発明の一実施例による軸流回転
機械１０の側面立面図である。図示のエンジンは、動作
媒体ガスのための環状流路１１を有する軸流ガスタービ
ンエンジンである。
機械１０の側面立面図である。図示のエンジンは、動作
媒体ガスのための環状流路１１を有する軸流ガスタービ
ンエンジンである。
【００１７】エンジンは、圧縮部１２と、燃焼部１４
と、タービン部１６とを備えている。タービン部１６
は、動作媒体ガスからエネルギーを抽出するためのパワ
ータービン１８と自由タービン２２を含んでいる。圧縮
部１２からの圧縮ガスの導管２４を介して、圧縮部１２
はタービン部１６と連通している。弁２６は、これらの
ガスの流れを制御するものであり、電子的エンジン制御
部などの制御手段２８を介してエンジンパラメータに応
答する。冷却用空気のための第２の流路３２は、燃焼室
３４のまわりに燃焼部１４内を通過して延在している。
と、タービン部１６とを備えている。タービン部１６
は、動作媒体ガスからエネルギーを抽出するためのパワ
ータービン１８と自由タービン２２を含んでいる。圧縮
部１２からの圧縮ガスの導管２４を介して、圧縮部１２
はタービン部１６と連通している。弁２６は、これらの
ガスの流れを制御するものであり、電子的エンジン制御
部などの制御手段２８を介してエンジンパラメータに応
答する。冷却用空気のための第２の流路３２は、燃焼室
３４のまわりに燃焼部１４内を通過して延在している。
【００１８】図２は、タービン部１８の一部の拡大断面
図である。タービン部１８は、エンジンの軸Ａのまわり
に配置された回転子機構３６を含んでいる。回転子機構
３６は、回転ディスク３８と、回転翼４２及び４４など
の、動作媒体流路を横切って径方向外側に向かって延在
する回転翼列とを備えている。
図である。タービン部１８は、エンジンの軸Ａのまわり
に配置された回転子機構３６を含んでいる。回転子機構
３６は、回転ディスク３８と、回転翼４２及び４４など
の、動作媒体流路を横切って径方向外側に向かって延在
する回転翼列とを備えている。
【００１９】固定子機構４６は、回転子機構３６のまわ
りを囲周して延在し、動作媒体流路を画定している。固
定子機構４６は、構造的な外側ケーシング４８と非構造
的な内側ケーシング５２とを備えている。内側ケーシン
グ５２は、静止羽根５４及び５６などの静止羽根列を支
持し定置している。これらの静止羽根は、動作媒体流路
を横切って内側に向かって，回転子機構３６の近傍まで
延在している。内側ケーシング５２は、さらに、外側空
気シール５８及び６２などの外側空気シール列を支持し
定置している。外側空気シール５８は、回転翼列を囲周
して配置されている。各外側空気シールは回転翼に密接
し、動作媒体ガスが外側空気シールを越えて漏出するの
を防いでいる。
りを囲周して延在し、動作媒体流路を画定している。固
定子機構４６は、構造的な外側ケーシング４８と非構造
的な内側ケーシング５２とを備えている。内側ケーシン
グ５２は、静止羽根５４及び５６などの静止羽根列を支
持し定置している。これらの静止羽根は、動作媒体流路
を横切って内側に向かって，回転子機構３６の近傍まで
延在している。内側ケーシング５２は、さらに、外側空
気シール５８及び６２などの外側空気シール列を支持し
定置している。外側空気シール５８は、回転翼列を囲周
して配置されている。各外側空気シールは回転翼に密接
し、動作媒体ガスが外側空気シールを越えて漏出するの
を防いでいる。
【００２０】構造的な外側ケーシング４８は、エンジン
の軸のまわりに軸方向及び周方向に延在している。外側
ケーシング４８は周囲連続型である。外側ケーシング４
８は、上流側端部６４及び下流側端部６６とを有してい
る。これらの端部のおのおのは、フランジ６８及び７２
により、隣接する固定子構造と係合できるようになって
いる。ボルトナット構造７４及び７６などの複数個のボ
ルトナット構造が外側ケーシング４８を貫通して延在
し、外側ケーシング４８を隣接する固定子構造に固定し
ている。外側ケーシング４８はエンジンの主な構造的要
素であり、動作状態においてエンジンに印加される曲げ
荷重に耐える。
の軸のまわりに軸方向及び周方向に延在している。外側
ケーシング４８は周囲連続型である。外側ケーシング４
８は、上流側端部６４及び下流側端部６６とを有してい
る。これらの端部のおのおのは、フランジ６８及び７２
により、隣接する固定子構造と係合できるようになって
いる。ボルトナット構造７４及び７６などの複数個のボ
ルトナット構造が外側ケーシング４８を貫通して延在
し、外側ケーシング４８を隣接する固定子構造に固定し
ている。外側ケーシング４８はエンジンの主な構造的要
素であり、動作状態においてエンジンに印加される曲げ
荷重に耐える。
【００２１】外側ケーシング４８は、エンジンの周囲空
気などの比較的低温の空気内に置かれ、周囲空気にさら
されることにより外側を冷却される。さらに、外側ケー
シング４８は、開口８２などの局部開口を有し、これら
の局部開口は外側ケーシングを貫通して延在している。
これらの局部開口により、外側ケーシング４８を導管２
４を介して加圧冷却用空気源と連通させることができ
る。
気などの比較的低温の空気内に置かれ、周囲空気にさら
されることにより外側を冷却される。さらに、外側ケー
シング４８は、開口８２などの局部開口を有し、これら
の局部開口は外側ケーシングを貫通して延在している。
これらの局部開口により、外側ケーシング４８を導管２
４を介して加圧冷却用空気源と連通させることができ
る。
【００２２】外側ケーシング４８は、外側ケーシング４
８の上流側端部６４に隣接する内延フランジ８４を含ん
でいる。この内延フランジ８４により、外側ケーシング
４８を内側ケーシング５２に係合させることができる。
内延フランジ８４は、外側ケーシング４８の上流側端部
６４から軸方向に離間し、その間に第１の冷却用空気室
８６を形成している。第１の冷却用空気室８６は、図１
に示される燃焼部１４を通過して延在する冷却用空気流
路３２などの冷却用空気源と連通している。
８の上流側端部６４に隣接する内延フランジ８４を含ん
でいる。この内延フランジ８４により、外側ケーシング
４８を内側ケーシング５２に係合させることができる。
内延フランジ８４は、外側ケーシング４８の上流側端部
６４から軸方向に離間し、その間に第１の冷却用空気室
８６を形成している。第１の冷却用空気室８６は、図１
に示される燃焼部１４を通過して延在する冷却用空気流
路３２などの冷却用空気源と連通している。
【００２３】内延フランジ８４には、フランジ８４を貫
通して延在する複数個の穴８８が設けられている。穴８
８を設けたことにより、フランジ８４から、隣接する静
止羽根列５４の外側の下流方向に冷却用空気を通過させ
ることができる。羽根冷却用空気供給部９２が、静止羽
根５４と内側ケーシング５２の間に配置されている。
通して延在する複数個の穴８８が設けられている。穴８
８を設けたことにより、フランジ８４から、隣接する静
止羽根列５４の外側の下流方向に冷却用空気を通過させ
ることができる。羽根冷却用空気供給部９２が、静止羽
根５４と内側ケーシング５２の間に配置されている。
【００２４】非構造的内側ケーシング５２も、固定子構
造の一部である。内側ケーシング５２は周囲連続型で、
動作媒体流路１１のための圧力容器として機能する。内
側ケーシング５２は、外側ケーシング４８に対して軸方
向に延在し、外側ケーシング４８から径方向内側に離間
してその間に第２の冷却用空気室９４を形成している。
造の一部である。内側ケーシング５２は周囲連続型で、
動作媒体流路１１のための圧力容器として機能する。内
側ケーシング５２は、外側ケーシング４８に対して軸方
向に延在し、外側ケーシング４８から径方向内側に離間
してその間に第２の冷却用空気室９４を形成している。
【００２５】内側ケーシング５２は上流側端部９６及び
下流側端部９８を有している。設置状態において、下流
側端部９８は外側ケーシング４８から径方向及び軸方向
にそれぞれ間隙Ｇｒ及びＧａをおいて離間している。下
流側端部９８は、内側ケーシング５２が外側ケーシング
４８に接触するまで、径方向及び軸方向に自由に成長で
きる。
下流側端部９８を有している。設置状態において、下流
側端部９８は外側ケーシング４８から径方向及び軸方向
にそれぞれ間隙Ｇｒ及びＧａをおいて離間している。下
流側端部９８は、内側ケーシング５２が外側ケーシング
４８に接触するまで、径方向及び軸方向に自由に成長で
きる。
【００２６】上流側端部９６は、外側ケーシング４８の
上流側フランジ８４に固着されている。図示の例では、
複数個のボルトナット構造１０４が、外側ケーシング４
８の上流側フランジ８４及び内側ケーシング５２の上流
側端部９６を貫通して延在している。このように、繋合
具により、外側ケーシング４８に対する内側ケーシング
５２の軸方向及び径方向の動きに抗して、内側ケーシン
グ５２を外側ケーシング４８に固定する。設置状態にお
いて、内側ケーシング５２の下流側端部９８は外側ケー
シング４８に対して軸方向及び径方向に自由に移動で
き、内側ケーシング５２は外側ケーシング４８から片持
ち部として延在している。
上流側フランジ８４に固着されている。図示の例では、
複数個のボルトナット構造１０４が、外側ケーシング４
８の上流側フランジ８４及び内側ケーシング５２の上流
側端部９６を貫通して延在している。このように、繋合
具により、外側ケーシング４８に対する内側ケーシング
５２の軸方向及び径方向の動きに抗して、内側ケーシン
グ５２を外側ケーシング４８に固定する。設置状態にお
いて、内側ケーシング５２の下流側端部９８は外側ケー
シング４８に対して軸方向及び径方向に自由に移動で
き、内側ケーシング５２は外側ケーシング４８から片持
ち部として延在している。
【００２７】内側ケーシング５２は、内側ケーシング５
２の上流側端部９６及び下流側端部９８の間に配置され
た第１の表面１０６及び第２の表面１０８を有してい
る。第１及び第２の表面１０６及び１０８は、動作状態
において熱成長に応答して外側に拡張することにより外
側ケーシング４８と気密係合し、第２の冷却用空気室９
４を第１の空気充填室１１２と、第２の空気充填室１１
４と、第３の空気充填室１１６とに分割する。第１の空
気充填室１１２は、フランジ８４あるいはボルト１０４
の穴８８を介して、外側ケーシング４８の上流側フラン
ジ８４の上流にある第１の空気室８６と連通している。
第２の空気充填室１１４は、導管２４を介して冷却用空
気源と連通している。第３の空気充填室１１６は、冷却
用空気が内側ケーシング５２に衝突したあとで、使用し
た冷却用空気を回収する。
２の上流側端部９６及び下流側端部９８の間に配置され
た第１の表面１０６及び第２の表面１０８を有してい
る。第１及び第２の表面１０６及び１０８は、動作状態
において熱成長に応答して外側に拡張することにより外
側ケーシング４８と気密係合し、第２の冷却用空気室９
４を第１の空気充填室１１２と、第２の空気充填室１１
４と、第３の空気充填室１１６とに分割する。第１の空
気充填室１１２は、フランジ８４あるいはボルト１０４
の穴８８を介して、外側ケーシング４８の上流側フラン
ジ８４の上流にある第１の空気室８６と連通している。
第２の空気充填室１１４は、導管２４を介して冷却用空
気源と連通している。第３の空気充填室１１６は、冷却
用空気が内側ケーシング５２に衝突したあとで、使用し
た冷却用空気を回収する。
【００２８】内側ケーシング５２は、隣接する部分と比
較して径方向厚さの大きい複数個の肉厚部１１８，１２
０，１２２を有している。これらの肉厚部は、溝１２４
などの周方向に延在する溝に嵌合して、静止羽根５４及
び５６と外側空気シール５８及び６２とを係合させる。
これら肉厚部は、静止羽根と外側空気シールから熱を受
けとる。これら肉厚部は、内側ケーシング５２のこれら
の位置に対する衝突空気により選択的に冷却される。
較して径方向厚さの大きい複数個の肉厚部１１８，１２
０，１２２を有している。これらの肉厚部は、溝１２４
などの周方向に延在する溝に嵌合して、静止羽根５４及
び５６と外側空気シール５８及び６２とを係合させる。
これら肉厚部は、静止羽根と外側空気シールから熱を受
けとる。これら肉厚部は、内側ケーシング５２のこれら
の位置に対する衝突空気により選択的に冷却される。
【００２９】緩衝板１２６が、内側ケーシング５２と外
側ケーシング４８の間の第２の空気充填室１１４内に配
置されている。この緩衝板１２６により、第２の空気充
填室は供給マニホルド１２８及び衝突マニホルド１３２
に分割される。複数個の衝突穴１３４が、静止羽根と外
側空気シールを係合する径方向肉厚部に位置合わせされ
ている。衝突穴１３４により、冷却用空気を、静止羽根
と外側空気シールの内側ケーシング５２に対する接合部
位の要部に衝突させる。
側ケーシング４８の間の第２の空気充填室１１４内に配
置されている。この緩衝板１２６により、第２の空気充
填室は供給マニホルド１２８及び衝突マニホルド１３２
に分割される。複数個の衝突穴１３４が、静止羽根と外
側空気シールを係合する径方向肉厚部に位置合わせされ
ている。衝突穴１３４により、冷却用空気を、静止羽根
と外側空気シールの内側ケーシング５２に対する接合部
位の要部に衝突させる。
【００３０】第３の空気充填室１１６は、穴１３６に示
されるような複数個の穴を介して衝突マニホルド１３２
と連通状態にある。すなわち、第３の空気充填室１１６
は、冷却用空気が内側ケーシング５２から熱を得るため
に径方向内側に流れた後で衝突マニホルド１３２から排
気される冷却用空気を回収する。
されるような複数個の穴を介して衝突マニホルド１３２
と連通状態にある。すなわち、第３の空気充填室１１６
は、冷却用空気が内側ケーシング５２から熱を得るため
に径方向内側に流れた後で衝突マニホルド１３２から排
気される冷却用空気を回収する。
【００３１】第３の空気充填室１１６は、外側ケーシン
グ４８に設けた一連の通路１３８を介して、周方向に延
在するマニホルド１４２と連通状態にある。複数個の中
空部１４４が、動作媒体流路１１を横切って径方向内側
に向かい構造部１４６の近傍まで延在している。構造部
１４６の開口１４８は、冷却用空気（内側ケーシング５
２との衝突により加熱された）を隣接する回転ディスク
３６の内側部分に対して放出するための流路１５２を構
成する。冷却用空気は、回転ディスク３６を加熱し、回
転ディスク３６の内側部分と動作媒体流路１１に隣接す
る外縁部分との間に生じる温度勾配を減少させる。
グ４８に設けた一連の通路１３８を介して、周方向に延
在するマニホルド１４２と連通状態にある。複数個の中
空部１４４が、動作媒体流路１１を横切って径方向内側
に向かい構造部１４６の近傍まで延在している。構造部
１４６の開口１４８は、冷却用空気（内側ケーシング５
２との衝突により加熱された）を隣接する回転ディスク
３６の内側部分に対して放出するための流路１５２を構
成する。冷却用空気は、回転ディスク３６を加熱し、回
転ディスク３６の内側部分と動作媒体流路１１に隣接す
る外縁部分との間に生じる温度勾配を減少させる。
【００３２】図３は、図２に示したタービン部１８の一
部拡大図であり、内側ケーシング５２の下流側端部９８
をより詳細に示している。図３に示すように、外側ケー
シング４８には、径方向内側に延在するフランジ１５６
が設けられ、フランジ１５６は溝１５８を有している。
動作状態において、溝１５８により、フランジ１５６を
内側ケーシング５２に係合させることができる。非動作
状態において、内側ケーシング５２の下流側端部９８
は、軸方向に隙間Ｇａ、径方向に隙間Ｇｒをおいて、溝
１５８の表面から離間している。動作状態において、内
側ケーシング５２は径方向外側に拡張して溝１５８の表
面と係合し、冷却用空気が外側空気シールに向かって、
さらに動作媒体流路に向かって、径方向内側に漏出する
のを防いでいる。
部拡大図であり、内側ケーシング５２の下流側端部９８
をより詳細に示している。図３に示すように、外側ケー
シング４８には、径方向内側に延在するフランジ１５６
が設けられ、フランジ１５６は溝１５８を有している。
動作状態において、溝１５８により、フランジ１５６を
内側ケーシング５２に係合させることができる。非動作
状態において、内側ケーシング５２の下流側端部９８
は、軸方向に隙間Ｇａ、径方向に隙間Ｇｒをおいて、溝
１５８の表面から離間している。動作状態において、内
側ケーシング５２は径方向外側に拡張して溝１５８の表
面と係合し、冷却用空気が外側空気シールに向かって、
さらに動作媒体流路に向かって、径方向内側に漏出する
のを防いでいる。
【００３３】内側ケーシング５２の下流側端部９８は、
第１の径方向厚さＲ１を有する第１の部分を有してい
る。第２の部分は第１の部分から軸方向に離間した上流
側の位置にある。第２の部分は第１の径方向厚さＲ１よ
りも大きい第２の径方向厚さＲ２を有している。第３の
部分は、第１の部分と第２の部分の間に延在している。
第３の部分は、第１の径方向厚さＲ１もしくは第２の径
方向厚さＲ２の半分（１／２）以下の第３の径方向厚さ
Ｒ３を有している。第３の部分は、隣接する部分と比較
して相対的に径方向に柔軟である。そこで、動作状態に
おいて内側ケーシング５２が外側ケーシング４８に向か
って外側に拡張する際、径方向におけるある程度の許容
性をもって第１の部分と外側ケーシング４８の溝１５８
の表面とを接触させることができる。
第１の径方向厚さＲ１を有する第１の部分を有してい
る。第２の部分は第１の部分から軸方向に離間した上流
側の位置にある。第２の部分は第１の径方向厚さＲ１よ
りも大きい第２の径方向厚さＲ２を有している。第３の
部分は、第１の部分と第２の部分の間に延在している。
第３の部分は、第１の径方向厚さＲ１もしくは第２の径
方向厚さＲ２の半分（１／２）以下の第３の径方向厚さ
Ｒ３を有している。第３の部分は、隣接する部分と比較
して相対的に径方向に柔軟である。そこで、動作状態に
おいて内側ケーシング５２が外側ケーシング４８に向か
って外側に拡張する際、径方向におけるある程度の許容
性をもって第１の部分と外側ケーシング４８の溝１５８
の表面とを接触させることができる。
【００３４】図１に示すガスタービンエンジン１０の運
転中、動作媒体ガスは、動作媒体流路１１に沿って流下
する。動作媒体ガスは圧縮部１２において圧縮され、ガ
ス圧が上昇する。動作媒体ガスは、燃焼部１４に流入
し、ここで燃料と混合され燃焼により動作媒体ガスにエ
ネルギーが付加される。高温の動作媒体ガスは、タービ
ン部１６及び１８を通過しつつ膨脹し、回転翼と静止羽
根に対して周方向の力を及ぼす。さらに、高温の動作媒
体ガスは、熱移動により、静止羽根５４及び５６と外側
空気シール５８及び６２に熱を奪われる。
転中、動作媒体ガスは、動作媒体流路１１に沿って流下
する。動作媒体ガスは圧縮部１２において圧縮され、ガ
ス圧が上昇する。動作媒体ガスは、燃焼部１４に流入
し、ここで燃料と混合され燃焼により動作媒体ガスにエ
ネルギーが付加される。高温の動作媒体ガスは、タービ
ン部１６及び１８を通過しつつ膨脹し、回転翼と静止羽
根に対して周方向の力を及ぼす。さらに、高温の動作媒
体ガスは、熱移動により、静止羽根５４及び５６と外側
空気シール５８及び６２に熱を奪われる。
【００３５】熱伝導により、静止羽根５４及び５６と外
側空気シール５８及び６２を介して内側ケーシング５２
に熱が移動する。冷却用空気は、第１の室８６を経て内
側ケーシング内側の静止羽根の近傍の位置と、第１の空
気充填室内の内側ケーシングの外側の位置に流れる。
側空気シール５８及び６２を介して内側ケーシング５２
に熱が移動する。冷却用空気は、第１の室８６を経て内
側ケーシング内側の静止羽根の近傍の位置と、第１の空
気充填室内の内側ケーシングの外側の位置に流れる。
【００３６】また、冷却用空気は、圧縮部１２から導管
２４を介しても流れる。冷却用空気の流動は、制御弁２
６と制御手段２８により、エンジンの動作パラメータに
応答して調節される。この冷却用空気は、緩衝板１２６
の外側にエンジンを囲周して延在する供給マニホルド１
２８に流入する。冷却用空気は、タービン部の上流側端
部においては動作媒体流路１１の圧力よりも低圧であ
り、タービン部の下流側端部においては動作媒体流路１
１の圧力よりも高圧である。冷却用空気は、供給マニホ
ルド１２８から、緩衝板１２６を介して衝突マニホルド
１３２を横切り、内側ケーシング５２の要部に流れる。
２４を介しても流れる。冷却用空気の流動は、制御弁２
６と制御手段２８により、エンジンの動作パラメータに
応答して調節される。この冷却用空気は、緩衝板１２６
の外側にエンジンを囲周して延在する供給マニホルド１
２８に流入する。冷却用空気は、タービン部の上流側端
部においては動作媒体流路１１の圧力よりも低圧であ
り、タービン部の下流側端部においては動作媒体流路１
１の圧力よりも高圧である。冷却用空気は、供給マニホ
ルド１２８から、緩衝板１２６を介して衝突マニホルド
１３２を横切り、内側ケーシング５２の要部に流れる。
【００３７】内側ケーシング５２は、第２の空気充填室
１１４を動作媒体流路１１から隔離する圧力容器として
機能する。したがって、第２の空気充填室１１４から流
出する冷却用空気の圧力は、内側ケーシング５２が外側
ケーシング４８に対して自由に動く区域の第３の空気充
填室１１６に隣接する動作媒体流路内の圧力よりも高け
れば充分である。これにより、冷却用空気の圧力をター
ビン部入口における動作媒体流路内の圧力よりも低くで
き、冷却用空気を圧縮するために大量の仕事を必要とし
なくて済み、エンジン効率が向上する。
１１４を動作媒体流路１１から隔離する圧力容器として
機能する。したがって、第２の空気充填室１１４から流
出する冷却用空気の圧力は、内側ケーシング５２が外側
ケーシング４８に対して自由に動く区域の第３の空気充
填室１１６に隣接する動作媒体流路内の圧力よりも高け
れば充分である。これにより、冷却用空気の圧力をター
ビン部入口における動作媒体流路内の圧力よりも低くで
き、冷却用空気を圧縮するために大量の仕事を必要とし
なくて済み、エンジン効率が向上する。
【００３８】第１の室８６を通過してつぎに第１の空気
充填室１１２に至る冷却用空気により、内側ケーシング
５２と外側ケーシング４８の双方は冷却用空気にさらさ
れる。最後に、羽根冷却用空気供給域９２は冷却用空気
を内側ケーシング５２の内部に供給する。さらに、外側
ケーシング４８は、外側ケーシング４８に接する周囲空
気により冷却される。その結果、内側ケーシング５２と
外側ケーシング４８の接合点における内側ケーシング５
２と外側ケーシング４８の温度は非常に低くなり、熱応
力を大幅に減少させ、内側ケーシング５２の疲労寿命を
延長する。
充填室１１２に至る冷却用空気により、内側ケーシング
５２と外側ケーシング４８の双方は冷却用空気にさらさ
れる。最後に、羽根冷却用空気供給域９２は冷却用空気
を内側ケーシング５２の内部に供給する。さらに、外側
ケーシング４８は、外側ケーシング４８に接する周囲空
気により冷却される。その結果、内側ケーシング５２と
外側ケーシング４８の接合点における内側ケーシング５
２と外側ケーシング４８の温度は非常に低くなり、熱応
力を大幅に減少させ、内側ケーシング５２の疲労寿命を
延長する。
【００３９】上述したとおり、エンジンが非動作状態か
ら動作状態に移るとき、内側ケーシング５２の下流側端
部９８は、外側ケーシング４８に対して径方向及び軸方
向に自由に動き、外側ケーシング４８における熱応力を
減少させる。また、内側ケーシング５２の第１の部分
（厚さＲ１）と第２の部分（厚さＲ２）の間の第３の部
分（厚さＲ３）の厚さを減少させて内側ケーシング５２
の端部に柔軟性を持たせたことによっても熱応力が減少
する。
ら動作状態に移るとき、内側ケーシング５２の下流側端
部９８は、外側ケーシング４８に対して径方向及び軸方
向に自由に動き、外側ケーシング４８における熱応力を
減少させる。また、内側ケーシング５２の第１の部分
（厚さＲ１）と第２の部分（厚さＲ２）の間の第３の部
分（厚さＲ３）の厚さを減少させて内側ケーシング５２
の端部に柔軟性を持たせたことによっても熱応力が減少
する。
【００４０】最後に、第２の空気充填室１１４は、内側
ケーシング５２から冷却用空気に熱を移動させる熱交換
器として機能する。冷却用空気は、冷却用空気を下流方
向から径方向内側にタービン部１６内へ導くことのでき
るよう、充分な圧力を有している。冷却用空気は回転デ
ィスク３６の内側部分に衝突して、回転ディスクにおけ
る温度勾配を減少させる。
ケーシング５２から冷却用空気に熱を移動させる熱交換
器として機能する。冷却用空気は、冷却用空気を下流方
向から径方向内側にタービン部１６内へ導くことのでき
るよう、充分な圧力を有している。冷却用空気は回転デ
ィスク３６の内側部分に衝突して、回転ディスクにおけ
る温度勾配を減少させる。
【００４１】以上、本発明を実施例を参照して詳細に説
明したが、本発明の趣旨ならびに範囲を逸脱することな
く種々の変更が可能であることは言うまでもない。
明したが、本発明の趣旨ならびに範囲を逸脱することな
く種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の固定子構
造によれば、周囲連続型の外側ケーシングと周囲連続型
の内側ケーシングを設け、内側ケーシングの一端を外側
ケーシングに固定し、内側ケーシングの他端は自由端と
して外側ケーシングに対して軸方向及び径方向に自由に
移動できるため、動作時の熱膨脹を吸収して熱応力発生
を回避し、固定子構造の疲労寿命を改善できる。さら
に、周囲連続型の内側ケーシングは圧力容器として機能
するため、動作媒体流路内の最高圧力よりも低圧で冷却
用空気を供給でき、圧縮に要する仕事を節約して機械効
率の向上に貢献する。
造によれば、周囲連続型の外側ケーシングと周囲連続型
の内側ケーシングを設け、内側ケーシングの一端を外側
ケーシングに固定し、内側ケーシングの他端は自由端と
して外側ケーシングに対して軸方向及び径方向に自由に
移動できるため、動作時の熱膨脹を吸収して熱応力発生
を回避し、固定子構造の疲労寿命を改善できる。さら
に、周囲連続型の内側ケーシングは圧力容器として機能
するため、動作媒体流路内の最高圧力よりも低圧で冷却
用空気を供給でき、圧縮に要する仕事を節約して機械効
率の向上に貢献する。
【図１】本発明による軸流回転機械の側面立面図であ
り、便宜上、エンジンの一部を除去して示した図であ
る。
り、便宜上、エンジンの一部を除去して示した図であ
る。
【図２】図１に示す回転機械のタービン部の一部の側面
立面図であり、内側ケーシングと外側ケーシングとの関
係を明示するために、部分的に断面で示した図である。
立面図であり、内側ケーシングと外側ケーシングとの関
係を明示するために、部分的に断面で示した図である。
【図３】図２に示す内側ケーシングの下流側端部の拡大
図である。
図である。
１０…軸流回転機械 １１…動作媒体流路 １２…圧縮部 １４…燃焼部 １６…タービン部 １８…パワータービン ２２…自由タービン ２４…導管 ２６…弁 ２８…制御手段 ３２…第２の流路 ３４…燃焼室 ３６…回転子機構 ３８…回転ディスク ４２…回転翼 ４４…回転翼 ４６…固定子機構 ４８…外側ケーシング ５２…内側ケーシング ５４…静止羽根 ５６…静止羽根 ５８…外側空気シール ６２…外側空気シール ６４…外側ケーシングの上流側端部 ６６…外側ケーシングの下流側端部 ６８…フランジ ７２…フランジ ７４…ボルトナット構造 ７６…ボルトナット構造 ８２…開口 ８４…内延フランジ ８６…第１の冷却空気室 ８８…穴 ９２…羽根冷却用空気供給部 ９４…第２の冷却空気室 ９６…内側ケーシングの上流側端部 ９８…内側ケーシングの下流側端部 １０４…ボルトナット構造 １０６…内側ケーシングの第１の表面 １０８…内側ケーシングの第２の表面 １１２…第１の空気充填室 １１４…第２の空気充填室 １１６…第３の空気充填室 １１８…肉厚部 １２０…肉厚部 １２２…肉厚部 １２４…溝 １２６…緩衝板 １２８…供給マニホルド １３２…衝突マニホルド １３４…衝突穴 １３６…穴 １３８…通路 １４２…マニホルド １４４…中空部 １４６…構造部 １４８…開口 １５２…流路 １５６…フランジ １５８…溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス シー・ウオルシユ アメリカ合衆国，コネチカツト，ニユー ブリテイン，リンカーン ストリート 277
Claims (8)
- 【請求項１】 軸流回転機械を貫通して延在する動作媒
体ガスの流路と、上記流路を囲周して延在し上記動作媒
体流路を画定する固定子機構とを有し、上記固定子機構
は内側に向かって延在する静止羽根列と外側空気シール
列とを備えた、軸流回転機械において、 軸方向及び上記機械の軸を囲周する方向に延在する構造
的な周方向連続型外側ケーシングを設け、 上記外側ケーシングは、 上記固定子機構の隣接構造に接合される上流側端部なら
びに下流側端部と、 上記外側ケーシングを内側ケーシングに係合させるため
の、上記外側ケーシングの一方の端部に隣接して設けら
れた内延部と、 上記内延部に隣接し、冷却空気源と連通状態にある第１
の冷却空気室とを有し、 上記外側ケーシングに対して軸方向に延在し、上記外側
ケーシングから径方向内側に離間して上記外側ケーシン
グとの間に第２の冷却空気室を形成する、非構造的な周
方向連続型内側ケーシングを設け、 上記内側ケーシングは、 上記外側ケーシングの上記内延部に固定される上流側の
第１の端部と、設置状態において上記外側ケーシングか
ら軸方向及び径方向内側に離間して配置され、上記外側
ケーシングに対して少なくとも最小量だけ径方向及び軸
方向に自由に移動できる下流側の第２の端部とを有し、 上記第１の冷却空気室及び上記第２の冷却空気室からの
冷却空気が上記内側ケーシング及び上記外側ケーシング
の接合位置において上記内側ケーシング及び上記外側ケ
ーシングを冷却することにより上記外側ケーシングと上
記内側ケーシング間の温度不均衡を減少させて両者間の
相対的熱成長及びその結果として生じる熱応力を減少さ
せ、上記内側ケーシングの上記下流側端部が上記外側ケ
ーシングに対して軸方向及び径方向に自由に移動できる
ように構成したことにより熱成長差及びケーシングの周
囲連続性に起因する応力を解消し、上記周囲連続型内側
ケーシングが動作媒体ガスの圧力容器となることにより
上記内側ケーシングに隣接する動作媒体ガスの最大圧力
よりも低圧で冷却空気を冷却空気源から供給でき、使用
される冷却空気とガス流路の間の圧力差を減少させ、ガ
ス流路のすべての位置における圧力より高圧で冷却空気
を供給する必要をなくしたことを特徴とする軸流回転機
械。 - 【請求項２】 上記静止羽根列の外側かつ上記内側ケー
シングの内側に、上記外側ケーシング内の上記内延部に
隣接する羽根室を設け、上記羽根室は冷却空気室と連通
して、上記外側ケーシングとの接合位置近傍で上記内側
ケーシングをさらに冷却することを特徴とする、請求項
１の軸流回転機械。 - 【請求項３】 上記内側ケーシングと上記外側ケーシン
グの間の上記第２の冷却空気室内に緩衝板を配置して上
記第２の冷却空気室を供給マニホルドと衝突マニホルド
に分割し、上記緩衝板は上記内側ケーシングに位置合わ
せされた複数個の衝突穴を有し、上記衝突マニホルドの
下流に空気充填室を設けて、冷却空気が径方向内側に流
動して上記内側ケーシングから熱を受けとったあとで上
記衝突マニホルドから流出する冷却空気を回収し、上記
空気充填室は回転子機構と連通し上記内側ケーシングに
対する衝突により加熱された冷却空気を回転ディスクの
内側部分に対して流出させ、上記回転ディスクを加熱し
て上記回転ディスクの外縁部分と内側部分の間の温度勾
配を減少させることを特徴とする、請求項１の軸流回転
機械。 - 【請求項４】 軸流回転機械を貫通して延在する動作媒
体ガスの流路を有する軸流回転機械において、上記回転
機械は、エンジン軸のまわりに配置された回転子機構
と、上記回転子機構を囲周して延在し上記動作媒体流路
を画定する固定子機構とを備え、上記回転子機構は、回
転ディスクと、動作媒体流路を横切って径方向外側に向
かって延在する回転翼とを有し、上記固定子機構は、内
側に向かって上記回転子機構の近傍まで延在する静止羽
根列と、上記回転子機構の外側の外側空気シール列とを
備え、 軸方向及び上記機械の軸を囲周する方向に延在する構造
的な周囲連続型外側ケーシングを設け、 上記外側ケーシングは、 上記固定子機構の隣接構造に接合される上流側端部なら
びに下流側端部と、 上記外側ケーシングを貫通して延在し、上記外側ケーシ
ングを加圧冷却空気源と連通させる、少なくとも１つの
開口と、 上記上流側端部に隣接する、上記外側ケーシングを上記
内側ケーシングに係合させるための内延フランジとを有
し、 上記フランジは、上記外側ケーシングの上記上流側端部
から軸方向に離間し、上記外側ケーシングとの間に冷却
空気源と連通する第１の冷却空気室を形成し、 上記フランジに、上記フランジを貫通して延在する複数
個の穴を設けて、上記フランジが冷却空気を下流方向に
通過させるように構成し、 上記外側ケーシングに対して軸方向に延在し、上記外側
ケーシングから径方向内側に離間して上記外側ケーシン
グとの間に第２の冷却空気室を形成する、非構造的な周
囲連続型内側ケーシングを設け、 上記内側ケーシングは、上流側端部と下流側端部とを有
し、上記上流側端部は上記外側ケーシングの上記上流側
フランジに固定され、上記下流側端部は、上記外側ケー
シングに対して少なくとも最小量だけ軸方向及び径方向
に自由に移動することができ、設置時の非動作状態にお
いては上記外側ケーシングから軸方向に及び径方向に離
間して設けられ、 上記内側ケーシングは、上記上流側端部と上記下流側端
部の間に配置され上記外側ケーシングと気密係合して上
記冷却空気室を第１の空気充填室と第２の空気充填室に
分割する第１の表面を有し、上記第１の空気充填室は上
記フランジの上記穴を介して上記第１の冷却空気室と連
通し、上記第２の空気充填室は冷却空気源と連通し、 上記内側ケーシングは、上記内側ケーシングを上記静止
羽根と上記外側空気シールに係合させるための、径方向
厚さの大きい複数個の肉厚部を有し、 上記内側ケーシングと上記外側ケーシングの間の上記第
２の空気充填室内に配置されて上記第２の空気充填室を
供給マニホルドと衝突マニホルドに分割する緩衝板を設
け、上記緩衝板は、上記静止羽根と上記外側空気シール
の上記内側ケーシングに対する接合点と係合する上記フ
ランジと位置合わせされた複数個の衝突穴を有し、 上記第１の冷却空気室及び上記第１の空気充填室からの
冷却空気及び上記外側ケーシング外部の冷却空気が上記
内側ケーシングと上記外側ケーシングの接合位置におい
て上記内側ケーシングの上記上流側端部ならびに上記外
側ケーシングの内外を冷却することにより上記外側ケー
シングと上記内側ケーシング間の温度不均衡を減少させ
て両者間の相対的熱成長及びその結果として生じる熱応
力を減少させ、上記内側ケーシングの上記下流側端部が
上記外側ケーシングに対して軸方向及び径方向に自由に
移動できるように構成したことにより熱成長差及びケー
シングの周囲連続性に起因する応力を解消し、上記周囲
連続型内側ケーシングが動作媒体ガスのための圧力容器
となることにより上記内側ケーシングに隣接する動作媒
体ガスの最大圧力よりも低圧で冷却空気を冷却空気源か
ら供給でき、流出する冷却ガスとガス通路の間の圧力差
を減少させ、ガス流路のすべての位置における圧力より
高圧で冷却空気を供給する必要をなくしたことを特徴と
する軸流回転機械。 - 【請求項５】 動作状態において、上記内側ケーシング
は動作温度に応答して径方向外側に移動し、上記外側ケ
ーシングと係合することを特徴とする、請求項４の軸流
回転機械。 - 【請求項６】 上記下流側端部は、第１の径方向厚みＲ
１を有する第１の部分と、上記第１の部分から軸方向に
離間して上流に位置し第２の径方向厚さＲ２を有する第
２の部分と、上記第１及び第２の部分の間に延在し第１
の径方向厚さＲ１と第２の径方向厚さＲ２の半分（１／
２）より少ない径方向厚さを持ち上記第１及び第２の部
分の間に柔軟部を構成する第３の部分とを有する、請求
項４の軸流回転機械。 - 【請求項７】 上記内側ケーシングは、径方向外側に向
かって上記外側ケーシングに密接するまで延在し上記外
側ケーシングとの間に第３の空気充填室を構成する第２
の表面を有し、上記第３の空気充填室により、冷却空気
が径方向内側に流動して内側ケーシングから熱を受けと
ったあとで上記衝突マニホルドから流出する冷却空気を
回収し、上記空気充填室は、上記外側ケーシングの一連
の通路を介して径方向延在部と連通し、上記径方向延在
部は、動作媒体流路を横切って径方向内側に向かって上
記回転子機構の近傍まで延在し、上記内側ケーシングと
の衝突により加熱された冷却空気を上記回転ディスクに
対して流出させて上記回転ディスクを加熱し上記回転デ
ィスクの外縁部分と内側部分の間の温度勾配を減少させ
ることを特徴とする、請求項５の軸流回転機械。 - 【請求項８】 ガスタービンエンジンの運転方法におい
て、 冷却空気をエンジンの加圧区域から流出させる過程と、 冷却空気を周囲連続型外側ケーシングを通過して流動さ
せる過程と、 冷却空気を周囲連続型内側ケーシングに対して衝突させ
て上記内側ケーシングを冷却するとともに冷却空気を加
熱する過程と、 冷却空気を上記外側ケーシング内の通路及び径方向延在
部を介してエンジンの内部に流入させる過程と、 加熱された冷却空気を回転ディスクに対して衝突させ、
上記回転ディスクを加熱して上記回転ディスクにおける
温度勾配を減少させる過程とを含むことを特徴とするガ
スタービンエンジンの運転方法。
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