JPH06105053B2 - 熱シールド機構を有するガスタービンエンジンおよびその組立方法 - Google Patents
熱シールド機構を有するガスタービンエンジンおよびその組立方法Info
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- JPH06105053B2 JPH06105053B2 JP4180675A JP18067592A JPH06105053B2 JP H06105053 B2 JPH06105053 B2 JP H06105053B2 JP 4180675 A JP4180675 A JP 4180675A JP 18067592 A JP18067592 A JP 18067592A JP H06105053 B2 JPH06105053 B2 JP H06105053B2
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- 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
- F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
- F01D25/14—Casings modified therefor
- F01D25/145—Thermally insulated casings
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
- Y10T29/49231—I.C. [internal combustion] engine making
-
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ガスタービンエンジ
ンに用いる熱シールドに関し、特に、タービンケーシン
グを高温流体流れから断熱する熱シールドに関する。
ンに用いる熱シールドに関し、特に、タービンケーシン
グを高温流体流れから断熱する熱シールドに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンには、熱シールド
を用いて特定の構造体を熱伝達作用環境から熱的に隔離
する。これらの熱シールドは、金属ホイル裏当てで構造
体の近くに断熱型ブランケットを包囲する構成で、熱シ
ールドの効果は、ブランケットと構造体の間に隙間やチ
ャンネルを生じないこと、またブランケットがその当初
の形状を維持することに、そのまま依存する。ブランケ
ットと構造体の間の隙間やチャンネルは固有の「流れ漏
れ」を伴う。漏れはそれに関連したある流れ速度を有
し、それは有意な熱伝達係数を与える。従来技術では、
これらの熱シールドの端部シーリングに問題があった。
熱シールドとタービン構造との間に隙間があると、加熱
された流体がその熱シールドが保護しようとしている構
造に沿って流れるのを許してしまう。熱変形と部品間公
差とで、熱シールドが有効なシールとして作用する能力
が低下する。標準のタービン／圧縮機設計例で用いられ
ているほとんどの熱シールドは「内側」半径方向つり上
げを有する。この半径方向つり上げは、エンジンの過渡
運転中に効果的に制御することができない。その上、エ
ンジン構造の振動が原因で、繊維状断熱ブランケットが
劣化し、その形状をくずし、その結果、ブランケットと
そのブランケットで断熱する構造との間に流路を生じる
おそれがある。
を用いて特定の構造体を熱伝達作用環境から熱的に隔離
する。これらの熱シールドは、金属ホイル裏当てで構造
体の近くに断熱型ブランケットを包囲する構成で、熱シ
ールドの効果は、ブランケットと構造体の間に隙間やチ
ャンネルを生じないこと、またブランケットがその当初
の形状を維持することに、そのまま依存する。ブランケ
ットと構造体の間の隙間やチャンネルは固有の「流れ漏
れ」を伴う。漏れはそれに関連したある流れ速度を有
し、それは有意な熱伝達係数を与える。従来技術では、
これらの熱シールドの端部シーリングに問題があった。
熱シールドとタービン構造との間に隙間があると、加熱
された流体がその熱シールドが保護しようとしている構
造に沿って流れるのを許してしまう。熱変形と部品間公
差とで、熱シールドが有効なシールとして作用する能力
が低下する。標準のタービン／圧縮機設計例で用いられ
ているほとんどの熱シールドは「内側」半径方向つり上
げを有する。この半径方向つり上げは、エンジンの過渡
運転中に効果的に制御することができない。その上、エ
ンジン構造の振動が原因で、繊維状断熱ブランケットが
劣化し、その形状をくずし、その結果、ブランケットと
そのブランケットで断熱する構造との間に流路を生じる
おそれがある。
【０００３】したがって、隙間漏れの影響を緩和し、タ
ービン構造を高温流体流れから良好に断熱し、しかもエ
ンジン運転状態で良好な寸法安定性を有する、効果的な
熱シールド機構が必要とされている。
ービン構造を高温流体流れから良好に断熱し、しかもエ
ンジン運転状態で良好な寸法安定性を有する、効果的な
熱シールド機構が必要とされている。
【０００４】
【発明の目的】したがって、この発明の目的は、従来の
熱シールドの上述した欠点およびその他の欠点を最小に
する、ガスタービンエンジン用熱シールド機構を提供す
ることにある。この発明の特定の目的は、ガスタービン
構造を熱伝達作用環境から断熱する効果的な熱シールド
を提供し、同時にガスタービン構造と熱シールドとの間
に生じるおそれのある隙間に流体が流れるのを阻止する
ことにある。
熱シールドの上述した欠点およびその他の欠点を最小に
する、ガスタービンエンジン用熱シールド機構を提供す
ることにある。この発明の特定の目的は、ガスタービン
構造を熱伝達作用環境から断熱する効果的な熱シールド
を提供し、同時にガスタービン構造と熱シールドとの間
に生じるおそれのある隙間に流体が流れるのを阻止する
ことにある。
【０００５】
【発明の概要】この発明の熱シールドでは、ハニーカム
型構造を複数の所定の寸法のセルを有する絶縁シートと
して形成する。裏当てプレートをハニーカムシートの片
面に取付け、セルの一端を閉じる。絶縁シートをエンジ
ンケーシングの選択区域に隣接配置し、セルの開放端を
ケーシングに向け、裏当てプレートで高温ガス用の内方
流れガイドを画定する。１形態の熱シールドは、複数の
絶縁シートをエンジンのまわりに円周方向に、だいたい
当接関係にて配列し、ハニーカムセルの開放端を保護す
べきケーシング面に対してほぼ拘束する。セル開放端と
隣接するケーシング面との間に隙間ができた場合、その
ような隙間を通り抜けようとする気体が、セル開放端が
与えるでこぼこな表面から流れ妨害を受ける。セルは所
定の寸法として、局部的な流れうずを生じさせ、隙間を
通る気体流れをさらに妨害する。熱伝達の速度は流量に
関係しているので、このようなうず効果により隙間を通
る流れを遅くすることにより、このような隙間に入る気
体の加熱効果を小さくする。
型構造を複数の所定の寸法のセルを有する絶縁シートと
して形成する。裏当てプレートをハニーカムシートの片
面に取付け、セルの一端を閉じる。絶縁シートをエンジ
ンケーシングの選択区域に隣接配置し、セルの開放端を
ケーシングに向け、裏当てプレートで高温ガス用の内方
流れガイドを画定する。１形態の熱シールドは、複数の
絶縁シートをエンジンのまわりに円周方向に、だいたい
当接関係にて配列し、ハニーカムセルの開放端を保護す
べきケーシング面に対してほぼ拘束する。セル開放端と
隣接するケーシング面との間に隙間ができた場合、その
ような隙間を通り抜けようとする気体が、セル開放端が
与えるでこぼこな表面から流れ妨害を受ける。セルは所
定の寸法として、局部的な流れうずを生じさせ、隙間を
通る気体流れをさらに妨害する。熱伝達の速度は流量に
関係しているので、このようなうず効果により隙間を通
る流れを遅くすることにより、このような隙間に入る気
体の加熱効果を小さくする。
【０００６】この発明の構成およびその効果をさらによ
く理解できるように、以下に図面を参照しながらこの発
明の好適な実施例を詳しく説明する。なお、図面中の同
じ参照符号は同じまたは対応する部品を示す。
く理解できるように、以下に図面を参照しながらこの発
明の好適な実施例を詳しく説明する。なお、図面中の同
じ参照符号は同じまたは対応する部品を示す。
【０００７】
【具体的な構成】図１は、ガスタービンエンジンの１例
を示す上半分の概略断面図である。この例示の高バイパ
ス比ガスタービンエンジン１０は、１２で示すロータエ
ンジン部分と、１４で示すステータまたはファン部分を
有する。エンジン部分１２はロータモジュールと呼ぶこ
ともある。ロータエンジン部分１２は、中間圧力圧縮機
またはブースタ段１６、高圧圧縮機段１８、燃焼器段２
０、高圧タービン段２１および低圧タービン段２２をす
べてエンジン中心線２３上に同心にて含む。エンジンは
さらに、ファンブレード２４およびスピナーアセンブリ
２８を含む。ファン部分１４はファンカウリング２７お
よびファンケーシング２６からなる。ファンカウリング
２７はファンケーシング２６を囲み、エンジン１０のフ
ァン部分を半径方向に包囲する。
を示す上半分の概略断面図である。この例示の高バイパ
ス比ガスタービンエンジン１０は、１２で示すロータエ
ンジン部分と、１４で示すステータまたはファン部分を
有する。エンジン部分１２はロータモジュールと呼ぶこ
ともある。ロータエンジン部分１２は、中間圧力圧縮機
またはブースタ段１６、高圧圧縮機段１８、燃焼器段２
０、高圧タービン段２１および低圧タービン段２２をす
べてエンジン中心線２３上に同心にて含む。エンジンは
さらに、ファンブレード２４およびスピナーアセンブリ
２８を含む。ファン部分１４はファンカウリング２７お
よびファンケーシング２６からなる。ファンカウリング
２７はファンケーシング２６を囲み、エンジン１０のフ
ァン部分を半径方向に包囲する。
【０００８】ファンブレード２４の前方に位置するファ
ンスピナーアセンブリ２８は、ブレード２４に駆動関係
で連結され、タービン段２２により駆動されるロータア
センブリ（図示せず）に連結している。ファンブレード
２４の後方には、ファン部分１４の一部をなす複数の円
周方向に間隔をあけた出口案内ベーンまたはファンフレ
ーム支柱３０が配置されている。出口案内ベーン３０は
エンジン部分１２をエンジンのファン部分１４に連結
し、構造的支持を行う。エンジン１０の後部には、外側
部材３４および内側部材３５を含む一次ノズル３３が配
置されている。タービン段２２により駆動されるファン
シャフト３７がエンジン内を貫通し、ファンロータアセ
ンブリを介してブースタ段１６およびファンブレード２
４と駆動関係で連結されている。エンジン部分１２は外
側ケーシング３８内に位置し、それにより支持されてい
る。
ンスピナーアセンブリ２８は、ブレード２４に駆動関係
で連結され、タービン段２２により駆動されるロータア
センブリ（図示せず）に連結している。ファンブレード
２４の後方には、ファン部分１４の一部をなす複数の円
周方向に間隔をあけた出口案内ベーンまたはファンフレ
ーム支柱３０が配置されている。出口案内ベーン３０は
エンジン部分１２をエンジンのファン部分１４に連結
し、構造的支持を行う。エンジン１０の後部には、外側
部材３４および内側部材３５を含む一次ノズル３３が配
置されている。タービン段２２により駆動されるファン
シャフト３７がエンジン内を貫通し、ファンロータアセ
ンブリを介してブースタ段１６およびファンブレード２
４と駆動関係で連結されている。エンジン部分１２は外
側ケーシング３８内に位置し、それにより支持されてい
る。
【０００９】エンジン１０の運転時には、空気をファン
ブレード２４によりエンジン内に取りこみ、圧縮機段１
６および１８により２段階で圧縮する。圧縮した空気の
少なくとも一部を燃焼器段２０に送り、そこで燃料と混
合し、着火して、高温高速のガス流を生成する。このガ
ス流をタービン段２１、２２に送り、そこでガス流が段
内の回転可能なタービンブレードに作用してブレードを
回転させる。回転しない、つまり静止案内ベーンが回転
可能なブレードと交互に位置し、ブレードに衝突するガ
ス流の方向を制御する。こうしてタービン段は、圧縮機
段およびファンブレード２４に連結されたシャフトをそ
れぞれ駆動する。
ブレード２４によりエンジン内に取りこみ、圧縮機段１
６および１８により２段階で圧縮する。圧縮した空気の
少なくとも一部を燃焼器段２０に送り、そこで燃料と混
合し、着火して、高温高速のガス流を生成する。このガ
ス流をタービン段２１、２２に送り、そこでガス流が段
内の回転可能なタービンブレードに作用してブレードを
回転させる。回転しない、つまり静止案内ベーンが回転
可能なブレードと交互に位置し、ブレードに衝突するガ
ス流の方向を制御する。こうしてタービン段は、圧縮機
段およびファンブレード２４に連結されたシャフトをそ
れぞれ駆動する。
【００１０】燃焼器段２０から出てくるガス流は比較的
高温、たとえば２０００°Ｆ以上であるので、タービン
ベーンの少なくともいくつかおよび隣接構造を冷却する
なんらかの手段を講じる必要がある。１つのタービンベ
ーン冷却方法では、ベーンに中空なコアを設け、ベーン
を貫通する小さな穴を複数個設け、こうして冷却空気を
圧力下でベーン中に注入する。すると、冷却空気は小さ
な穴から流れ出て、ベーン表面に気膜（フィルム）を形
成し、ベーンを高熱ガス流から絶縁する。回転可能なブ
レードはロータシャフトに連結され、半径方向外方へ突
出する。静止ベーンはその半径方向内端で半径方向に支
持され、エンジンケーシングに隣接する半径方向外端で
サポート構造４４により軸線方向に支持されている。し
たがって、冷却空気を静止ベーン中に注入するには、冷
却空気をケーシングに隣接して案内し、静止ベーンの付
け根部に到達させなければならない。冷却空気はベーン
表面上に流れる高エネルギーガス流に抗してベーンの外
に押しだすのに十分な圧力を有する必要があるので、冷
却空気を高圧圧縮機段１８から抜き出す。ここで「冷却
空気」というが、このような空気の温度は９００−１０
００°Ｆの範囲にありうることが理解できるはずであ
る。
高温、たとえば２０００°Ｆ以上であるので、タービン
ベーンの少なくともいくつかおよび隣接構造を冷却する
なんらかの手段を講じる必要がある。１つのタービンベ
ーン冷却方法では、ベーンに中空なコアを設け、ベーン
を貫通する小さな穴を複数個設け、こうして冷却空気を
圧力下でベーン中に注入する。すると、冷却空気は小さ
な穴から流れ出て、ベーン表面に気膜（フィルム）を形
成し、ベーンを高熱ガス流から絶縁する。回転可能なブ
レードはロータシャフトに連結され、半径方向外方へ突
出する。静止ベーンはその半径方向内端で半径方向に支
持され、エンジンケーシングに隣接する半径方向外端で
サポート構造４４により軸線方向に支持されている。し
たがって、冷却空気を静止ベーン中に注入するには、冷
却空気をケーシングに隣接して案内し、静止ベーンの付
け根部に到達させなければならない。冷却空気はベーン
表面上に流れる高エネルギーガス流に抗してベーンの外
に押しだすのに十分な圧力を有する必要があるので、冷
却空気を高圧圧縮機段１８から抜き出す。ここで「冷却
空気」というが、このような空気の温度は９００−１０
００°Ｆの範囲にありうることが理解できるはずであ
る。
【００１１】このような冷却空気を用いる場合、冷却空
気がエンジンケーシングに隣接して流れると、ケーシン
グおよびそれに取り付けた構造に応力および熱変形をも
たらすような加熱効果を生じる欠点がある。このような
変形は、タービンブレードとケーシングとの間のクリア
ランスに影響するので、望ましくない。このクリアラン
スが変化すると、ガス流の一部がブレードをバイパス
し、したがってブレードを回転させる仕事に寄与しない
のを許すことになり、タービン効率が悪くなる。したが
って、ガスタービンエンジンには通常、タービンベーン
に供給する冷却空気の高温の影響からエンジンケーシン
グを守るために、なんらかの形態の断熱が施されてい
る。
気がエンジンケーシングに隣接して流れると、ケーシン
グおよびそれに取り付けた構造に応力および熱変形をも
たらすような加熱効果を生じる欠点がある。このような
変形は、タービンブレードとケーシングとの間のクリア
ランスに影響するので、望ましくない。このクリアラン
スが変化すると、ガス流の一部がブレードをバイパス
し、したがってブレードを回転させる仕事に寄与しない
のを許すことになり、タービン効率が悪くなる。したが
って、ガスタービンエンジンには通常、タービンベーン
に供給する冷却空気の高温の影響からエンジンケーシン
グを守るために、なんらかの形態の断熱が施されてい
る。
【００１２】上述したのと同じ作用が、温度はタービン
段における温度より低いけれども、段１８のような圧縮
機段でも認められる。慣行として、少なくともいくつか
の圧縮機段に隣接するケーシング構造も断熱して熱変形
を防止する。図２は、ブレード４０で示される静止ブレ
ード列に隣接するエンジンケーシング３８のタービン部
分を示す簡単な拡大図である。なお、ブレード４０の半
径方向内端は、図２では、切りとってある。ブレード４
０の半径方向外端は、タービンに流れる空気流の外側流
路境界を形成する環状ノズル構造４２に取り付けられ、
それにより支持されている。熱的な差と振動のため、ノ
ズル構造４２をケーシング３８またはケーシングに連結
された構造要素４４に固定するのは望ましくない。その
かわりに、複数の板ばね状部材４１をノズル構造のまわ
りに配置して空気シールを形成する。ノズル構造４２の
軸線方向後端のシール４１はバリヤを形成し、ノズル構
造４２の上に環状キャビティ４６が形成され、軸線方向
前方の開口４８が矢印５０で示した冷却空気の流れを受
け取る。冷却空気５０はキャビティ４６に流れこみ、だ
いたい中空なブレード４０のそれぞれに分配される。冷
却空気は各ブレード４０からブレード表面に沿って所定
の間隔で配置された冷却穴５２を通って外に出て、ブレ
ード表面に周知の態様で冷却気膜を形成する。
段における温度より低いけれども、段１８のような圧縮
機段でも認められる。慣行として、少なくともいくつか
の圧縮機段に隣接するケーシング構造も断熱して熱変形
を防止する。図２は、ブレード４０で示される静止ブレ
ード列に隣接するエンジンケーシング３８のタービン部
分を示す簡単な拡大図である。なお、ブレード４０の半
径方向内端は、図２では、切りとってある。ブレード４
０の半径方向外端は、タービンに流れる空気流の外側流
路境界を形成する環状ノズル構造４２に取り付けられ、
それにより支持されている。熱的な差と振動のため、ノ
ズル構造４２をケーシング３８またはケーシングに連結
された構造要素４４に固定するのは望ましくない。その
かわりに、複数の板ばね状部材４１をノズル構造のまわ
りに配置して空気シールを形成する。ノズル構造４２の
軸線方向後端のシール４１はバリヤを形成し、ノズル構
造４２の上に環状キャビティ４６が形成され、軸線方向
前方の開口４８が矢印５０で示した冷却空気の流れを受
け取る。冷却空気５０はキャビティ４６に流れこみ、だ
いたい中空なブレード４０のそれぞれに分配される。冷
却空気は各ブレード４０からブレード表面に沿って所定
の間隔で配置された冷却穴５２を通って外に出て、ブレ
ード表面に周知の態様で冷却気膜を形成する。
【００１３】冷却空気５０がキャビティ４６に入る際
に、その速度が減少し、冷却空気は膨張してキャビティ
空間を満たす。その結果、開口４８とキャビティの軸線
方向後端との間に差圧が生じる。軸線方向後端での静圧
が開口４８での静圧より高くなる。その結果、矢印５０
で示すように、キャビティ４６内に循環空気流が生じ
る。前述したように、冷却空気は通常ケーシング３８よ
り高温であるので、この冷却空気がケーシング３８の内
面に衝突するのを防止するのが望ましい。ケーシング３
８をその半径方向外面から冷却して、熱変形を最小に
し、タービン部分の回転ブレードに対するクリアランス
制御を維持するのが好ましい。図２の従来の構造では、
冷却空気５０を熱ブランケット５４によりケーシング３
８から隔離する。熱ブランケット５４は、繊維状断熱材
料を可撓性金属フィルム材料内に支持した構成とすれば
よい。熱ブランケット５４を環状板金円筒形スリーブ５
６により、ケーシング３８に隣接させて支持する。スリ
ーブ５６は、キャビティ４６の軸線方向前端とキャビテ
ィの軸線方向後端との間の空間内にはまる。複数のタブ
５８がスリーブ５６から軸線方向前方に延在し、ケーシ
ング３８から半径方向内方に垂下する環状フランジ６２
のはめ合いスロット６０にはまる。タブ５８はスリーブ
５６の円周方向回転を阻止する。それ以外にはスリーブ
５６をケーシング３８に固着しない。スリーブとケーシ
ングとの間の温度差が、熱膨張差のため、その場所への
スリーブ維持の問題を起こすからである。このように取
付けをしないことから、スリーブ５６のまわりに隙間が
できるので、空気５０がスリーブ５６の上や断熱ブラン
ケット５４のまわりに循環する。ブランケット５４の振
動と熱サイクルが原因で、ブランケット５４がケーシン
グ３８から離れ、そのためケーシング３８に隣接して隙
間が生じ、そこに冷却空気５０が循環する。
に、その速度が減少し、冷却空気は膨張してキャビティ
空間を満たす。その結果、開口４８とキャビティの軸線
方向後端との間に差圧が生じる。軸線方向後端での静圧
が開口４８での静圧より高くなる。その結果、矢印５０
で示すように、キャビティ４６内に循環空気流が生じ
る。前述したように、冷却空気は通常ケーシング３８よ
り高温であるので、この冷却空気がケーシング３８の内
面に衝突するのを防止するのが望ましい。ケーシング３
８をその半径方向外面から冷却して、熱変形を最小に
し、タービン部分の回転ブレードに対するクリアランス
制御を維持するのが好ましい。図２の従来の構造では、
冷却空気５０を熱ブランケット５４によりケーシング３
８から隔離する。熱ブランケット５４は、繊維状断熱材
料を可撓性金属フィルム材料内に支持した構成とすれば
よい。熱ブランケット５４を環状板金円筒形スリーブ５
６により、ケーシング３８に隣接させて支持する。スリ
ーブ５６は、キャビティ４６の軸線方向前端とキャビテ
ィの軸線方向後端との間の空間内にはまる。複数のタブ
５８がスリーブ５６から軸線方向前方に延在し、ケーシ
ング３８から半径方向内方に垂下する環状フランジ６２
のはめ合いスロット６０にはまる。タブ５８はスリーブ
５６の円周方向回転を阻止する。それ以外にはスリーブ
５６をケーシング３８に固着しない。スリーブとケーシ
ングとの間の温度差が、熱膨張差のため、その場所への
スリーブ維持の問題を起こすからである。このように取
付けをしないことから、スリーブ５６のまわりに隙間が
できるので、空気５０がスリーブ５６の上や断熱ブラン
ケット５４のまわりに循環する。ブランケット５４の振
動と熱サイクルが原因で、ブランケット５４がケーシン
グ３８から離れ、そのためケーシング３８に隣接して隙
間が生じ、そこに冷却空気５０が循環する。
【００１４】簡単に図３に触れておく。図３は、ケーシ
ング３８、ブランケット５４およびスリーブ５６の簡略
にした表示で、熱の作用で生じ、空気５０がケーシング
３８に接触するのを許す種々の隙間を図示している。隙
間６４は、スリーブ５６の後端とケーシング３８の隣接
構造との間に円周方向に生じる。ブランケット５４がケ
ーシング３８から離れ、隙間６６をつくる。スリーブ５
６の軸線方向前端には、スリーブ５６とフランジ６２と
の間の隙間６８と、スロット６０を通しての追加の隙間
７０ができる。これらの隙間に循環する冷却空気５０
は、通常冷却空気の温度が通常所望のケーシング温度よ
り高いので、ケーシング３８の熱変形を引き起こす。
ング３８、ブランケット５４およびスリーブ５６の簡略
にした表示で、熱の作用で生じ、空気５０がケーシング
３８に接触するのを許す種々の隙間を図示している。隙
間６４は、スリーブ５６の後端とケーシング３８の隣接
構造との間に円周方向に生じる。ブランケット５４がケ
ーシング３８から離れ、隙間６６をつくる。スリーブ５
６の軸線方向前端には、スリーブ５６とフランジ６２と
の間の隙間６８と、スロット６０を通しての追加の隙間
７０ができる。これらの隙間に循環する冷却空気５０
は、通常冷却空気の温度が通常所望のケーシング温度よ
り高いので、ケーシング３８の熱変形を引き起こす。
【００１５】図４は、この発明の熱シールド構成を組み
込んだ、図２と同様の部分の図である。この発明の改良
熱シールド７２は、ケーシング３８の半径方向内面に隣
接して支持された複数の開放端セル７４を有するハニー
カム型構造を備える。裏当てシート７６がセル７４の半
径方向内端をカバーする。図５は、ハニーカム熱シール
ド７２の拡大図で、セル７４および裏当てシート７６を
示す。１実施例では、セル７４は六面金属管状部材から
なり、金属裏当てシート７６をセルの一端にろう付けし
て図示の構造を形成することができる。この形態のハニ
ーカム構造は、種々の厚さｄおよび種々のセル寸法のも
のが市販されている。再び図４に戻ると、ハニーカム熱
シールド７２は複数のあらかじめ成形した円弧状セグメ
ントを含み、これらのセグメントをそれぞれ個別にケー
シング３８にボルト７８およびナット８０により固着す
ることができる。シールドセグメントを別の方法で、た
とえば、シールドセグメント内のねじ切りインサートと
ケーシングの外側から挿入したボルトとを用いることに
より、取り付けることもできる。さらに、ベーン４０へ
の空気流に干渉せずに、確実にシールド７２をケーシン
グ３８に対して継続して押しつける取付け具であれば、
どのようなものでも使用できる。さらに、シールド７２
を大きな円周円弧セクションとして形成してもよく、極
端な場合には単一の円周方向リングとして形成してもよ
い。単一リングは、シールドをケーシング３８と接触関
係に押しつけることと関連した問題を緩和する。組立を
簡単にするため、単一リングを１点で切り、閉じたＣ形
状とし、挿入時にリングを変形できるようにする。
込んだ、図２と同様の部分の図である。この発明の改良
熱シールド７２は、ケーシング３８の半径方向内面に隣
接して支持された複数の開放端セル７４を有するハニー
カム型構造を備える。裏当てシート７６がセル７４の半
径方向内端をカバーする。図５は、ハニーカム熱シール
ド７２の拡大図で、セル７４および裏当てシート７６を
示す。１実施例では、セル７４は六面金属管状部材から
なり、金属裏当てシート７６をセルの一端にろう付けし
て図示の構造を形成することができる。この形態のハニ
ーカム構造は、種々の厚さｄおよび種々のセル寸法のも
のが市販されている。再び図４に戻ると、ハニーカム熱
シールド７２は複数のあらかじめ成形した円弧状セグメ
ントを含み、これらのセグメントをそれぞれ個別にケー
シング３８にボルト７８およびナット８０により固着す
ることができる。シールドセグメントを別の方法で、た
とえば、シールドセグメント内のねじ切りインサートと
ケーシングの外側から挿入したボルトとを用いることに
より、取り付けることもできる。さらに、ベーン４０へ
の空気流に干渉せずに、確実にシールド７２をケーシン
グ３８に対して継続して押しつける取付け具であれば、
どのようなものでも使用できる。さらに、シールド７２
を大きな円周円弧セクションとして形成してもよく、極
端な場合には単一の円周方向リングとして形成してもよ
い。単一リングは、シールドをケーシング３８と接触関
係に押しつけることと関連した問題を緩和する。組立を
簡単にするため、単一リングを１点で切り、閉じたＣ形
状とし、挿入時にリングを変形できるようにする。
【００１６】ハニーカムセル７４それぞれの寸法および
厚さｄが、ケーシング３８の加熱を制御する上で重要な
ことを確かめた。シールド７２の金属構造が、シールド
をケーシング３８に向かって継続的に押しつけることを
可能にする一方、熱成長の差と局部的な熱の差とが、シ
ールド７２とケーシング３８との間にある隙間を形成さ
せる原因となり続ける。空気静圧差は空気流をシールド
とケーシング間の隙間に押し込もうと作用する。開放ハ
ニーカムセル７４がシールドとケーシングの間のあらゆ
る隙間に隣接していることの重要な利点は、開放セル端
があらゆる空気漏れ流れに対して高い粘稠な抗力を生成
し、流れ速度をゼロ近くに下げることである。対流熱伝
達係数は流量に比例するので、シールド７２は、開放セ
ル端とケーシング３８との間に隙間が生じても、対流熱
伝達を減少させるのに有効である。しかし、シールド７
２は伝導および放射熱シールドとしても作用する。
厚さｄが、ケーシング３８の加熱を制御する上で重要な
ことを確かめた。シールド７２の金属構造が、シールド
をケーシング３８に向かって継続的に押しつけることを
可能にする一方、熱成長の差と局部的な熱の差とが、シ
ールド７２とケーシング３８との間にある隙間を形成さ
せる原因となり続ける。空気静圧差は空気流をシールド
とケーシング間の隙間に押し込もうと作用する。開放ハ
ニーカムセル７４がシールドとケーシングの間のあらゆ
る隙間に隣接していることの重要な利点は、開放セル端
があらゆる空気漏れ流れに対して高い粘稠な抗力を生成
し、流れ速度をゼロ近くに下げることである。対流熱伝
達係数は流量に比例するので、シールド７２は、開放セ
ル端とケーシング３８との間に隙間が生じても、対流熱
伝達を減少させるのに有効である。しかし、シールド７
２は伝導および放射熱シールドとしても作用する。
【００１７】セル端付近に高い粘稠な抗力を生成するた
めに、シールド７２はある最小の厚さを持たなければな
らない。ある実施例では、０．１インチ以上のセル深さ
が、流れを減少させる粘稠な抗力を作り出すのに十分な
ことを確かめた。セル寸法が重要なので、セル表面は不
連続に見える。壁−壁間のセル寸法Ｗ（図５参照）が約
０．０６２５インチ以上であるのが、上述した抗力効果
を生成するのに十分であることを確かめた。セル寸法に
ついてさらに考慮すべき要素は、各セル壁の厚さであ
る。伝導による熱伝達がシート７６からケーシング３８
までセル壁を通して生起するからである。約０．００２
−０．００４インチの壁厚が十分な断熱を達成すること
を確かめた。
めに、シールド７２はある最小の厚さを持たなければな
らない。ある実施例では、０．１インチ以上のセル深さ
が、流れを減少させる粘稠な抗力を作り出すのに十分な
ことを確かめた。セル寸法が重要なので、セル表面は不
連続に見える。壁−壁間のセル寸法Ｗ（図５参照）が約
０．０６２５インチ以上であるのが、上述した抗力効果
を生成するのに十分であることを確かめた。セル寸法に
ついてさらに考慮すべき要素は、各セル壁の厚さであ
る。伝導による熱伝達がシート７６からケーシング３８
までセル壁を通して生起するからである。約０．００２
−０．００４インチの壁厚が十分な断熱を達成すること
を確かめた。
【００１８】図４において、高温の流体（冷却空気）流
れ５０がハニーカムシールド７２の下、ノズル構造４２
の上に位置するキャビティ４６に入る状態を示す。室の
前部での静圧Ｐ１はキャビティ４６の軸線方向後端での
静圧Ｐ２より低い。この事実と室の形状により、流体流
れ５０は反時計方向に流れる。従来技術では、この高い
圧力Ｐ２の結果として、高温の流体が、熱シールドとそ
の熱シールドが保護しようとする構造との間に位置する
隙間に押し込まれてしまった。
れ５０がハニーカムシールド７２の下、ノズル構造４２
の上に位置するキャビティ４６に入る状態を示す。室の
前部での静圧Ｐ１はキャビティ４６の軸線方向後端での
静圧Ｐ２より低い。この事実と室の形状により、流体流
れ５０は反時計方向に流れる。従来技術では、この高い
圧力Ｐ２の結果として、高温の流体が、熱シールドとそ
の熱シールドが保護しようとする構造との間に位置する
隙間に押し込まれてしまった。
【００１９】加熱された流体が熱シールド機構とその周
囲の構造との間に位置する隙間に流れるのをさらに防止
する手段として、この発明の裏当てシート７６にテーパ
端を設ける。図６を参照すると、裏当てシート７６は、
チャンネル漏れを防止する作用をなすテーパ端８２およ
び８４を有する。しかし、漏れ流れがもしあれば、それ
はハニーカムセルにより、漏れ流れに高い粘稠な抗力を
作用させることで、対処する。この発明は流れ速度をゼ
ロにするので、完全な端部シールと半径方向つり上げは
熱的問題を回避するのに重要ではない。
囲の構造との間に位置する隙間に流れるのをさらに防止
する手段として、この発明の裏当てシート７６にテーパ
端を設ける。図６を参照すると、裏当てシート７６は、
チャンネル漏れを防止する作用をなすテーパ端８２およ
び８４を有する。しかし、漏れ流れがもしあれば、それ
はハニーカムセルにより、漏れ流れに高い粘稠な抗力を
作用させることで、対処する。この発明は流れ速度をゼ
ロにするので、完全な端部シールと半径方向つり上げは
熱的問題を回避するのに重要ではない。
【００２０】この発明の熱シールドは、板金ハニーカム
セルをタービン構造３８に対して保持された裏当てスト
リップに接合することにより、タービン構造を熱的損傷
から保護する作用を従来より改良する。ハニーカムセル
７４は、シールドと構造３８との間に生じる可能性のあ
るあらゆる流れに対して、うず破壊手段として作用す
る。この結果、タービン構造のまわりの流れ速度が効果
的にゼロになり、熱伝達係数が低くなる。
セルをタービン構造３８に対して保持された裏当てスト
リップに接合することにより、タービン構造を熱的損傷
から保護する作用を従来より改良する。ハニーカムセル
７４は、シールドと構造３８との間に生じる可能性のあ
るあらゆる流れに対して、うず破壊手段として作用す
る。この結果、タービン構造のまわりの流れ速度が効果
的にゼロになり、熱伝達係数が低くなる。
【００２１】従来技術では、熱シールドが小さなチャン
ネル漏れを受けやすく、これが熱伝達の高い区域を生
じ、その結果、構造に円周方向温度勾配が生じてしまっ
た。しかし、この発明は、小さなチャンネル漏れを受け
やすくなく、熱シールドが熱的損傷から保護しようとす
る構造を効果的に熱的に隔離する。上述した詳細な説明
は具体的な説明であって、限定ではない。上述した教示
から、種々の変更や改変が可能である。したがって、こ
の発明は、前述した実施例以外にも実施でき、それらも
この発明の要旨の範囲内に入る。
ネル漏れを受けやすく、これが熱伝達の高い区域を生
じ、その結果、構造に円周方向温度勾配が生じてしまっ
た。しかし、この発明は、小さなチャンネル漏れを受け
やすくなく、熱シールドが熱的損傷から保護しようとす
る構造を効果的に熱的に隔離する。上述した詳細な説明
は具体的な説明であって、限定ではない。上述した教示
から、種々の変更や改変が可能である。したがって、こ
の発明は、前述した実施例以外にも実施でき、それらも
この発明の要旨の範囲内に入る。
【図１】ガスタービンエンジンの１例を簡略化して示す
上半分の断面図である。
上半分の断面図である。
【図２】従来の熱シールドおよびタービン構造の線図的
断面図である。
断面図である。
【図３】従来のタービン構造および熱シールドの半径方
向つり上げ界面を簡略に示す断面図である。
向つり上げ界面を簡略に示す断面図である。
【図４】この発明の１実施例によるガスタービンエンジ
ンに組み込んだ熱シールドの線図的断面図である。
ンに組み込んだ熱シールドの線図的断面図である。
【図５】この発明の熱シールドの板金裏当てシートおよ
びハニーカムセル構造の断面斜視図である。
びハニーカムセル構造の断面斜視図である。
【図６】この発明の熱シールドアセンブリの裏当てスト
リップのテーパ端を示す線図である。
リップのテーパ端を示す線図である。
１０ ガスタービンエンジン ４０ ブレード ３８ ケーシング ４２ 中空ノズル構造 ４６ キャビティ ５０ 空気流 ７２ 熱シールド ７４ ハニーカムセル ７６ 裏当てシート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−149506（ＪＰ，Ａ) 特公 平２−61603（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (6)
- 【請求項１】内部に冷却空気の流れる少なくとも１つの
通路を部分的に画定するケーシングと、それぞれ開放端
および閉止端を有する複数の隣接ハニーカムセルを含む
熱シールドとを含むガスタービンエンジンを組み立てる
にあたり、 上記熱シールドを上記少なくとも１つの通路内で上記ケ
ーシングと断熱関係で関連させ、 上記熱シールドを、上記ハニーカムセルの開放端の少な
くともいくつかのまわりで上記ケーシングと係合関係に
配置し、ハニーカムセルの閉止端に隣接する熱シールド
を関連工程の間上記少なくとも１つの通路に露出させる
を含むガスタービンエンジンの組立方法。 - 【請求項２】内部に冷却空気の流れる少なくとも１つの
通路手段を部分的に画定するケーシングと、 上記少なくとも１つの通路手段内で上記ケーシングを断
熱する手段とを備え、 上記断熱手段は、それぞれ開放端および閉止端を有する
複数のほぼ隣接したハニーカムセルを含み、上記断熱手
段は、上記ハニーカムセルの少なくともいくつかの開放
端のまわりで上記ケーシングと係合され、ハニーカムセ
ルの閉止端に隣接する上記少なくとも１つの通路手段に
露出されたガスタービンエンジン。 - 【請求項３】さらに、上記断熱手段と関連し、上記断熱
手段を上記少なくとも１つの通路手段内で上記ケーシン
グに関して所定の位置に維持する少なくとも１つの手段
を備える請求項２に記載のガスタービン。 - 【請求項４】上記ハニーカムセルの閉止端が上記少なく
とも１つの通路手段に露出されただいたい均一な表面を
画定する請求項２に記載のガスタービン。 - 【請求項５】上記断熱手段のハニーカムセルの残りのも
のの開口端が、上記ケーシングおよび上記ハニーカムセ
ルの残りのものの少なくとも一方の熱変形に応じて、ケ
ーシングから離れる請求項２に記載のガスタービン。 - 【請求項６】上記断熱手段がさらに、それと関連し、上
記ハニーカムセルの閉止端を閉じ、上記少なくとも１つ
の通路手段にだいたい均一な表面を呈する手段を含む請
求項２に記載のガスタービン。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/727,178 US5174714A (en) | 1991-07-09 | 1991-07-09 | Heat shield mechanism for turbine engines |
| US727178 | 1991-07-09 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05187262A JPH05187262A (ja) | 1993-07-27 |
| JPH06105053B2 true JPH06105053B2 (ja) | 1994-12-21 |
Family
ID=24921641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4180675A Expired - Fee Related JPH06105053B2 (ja) | 1991-07-09 | 1992-07-08 | 熱シールド機構を有するガスタービンエンジンおよびその組立方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5174714A (ja) |
| EP (1) | EP0522834B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06105053B2 (ja) |
| CA (1) | CA2070440C (ja) |
| DE (1) | DE69208168T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5641267A (en) * | 1995-06-06 | 1997-06-24 | General Electric Company | Controlled leakage shroud panel |
| US5562408A (en) * | 1995-06-06 | 1996-10-08 | General Electric Company | Isolated turbine shroud |
| US5593276A (en) * | 1995-06-06 | 1997-01-14 | General Electric Company | Turbine shroud hanger |
| US5593277A (en) * | 1995-06-06 | 1997-01-14 | General Electric Company | Smart turbine shroud |
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-
1992
- 1992-06-04 CA CA002070440A patent/CA2070440C/en not_active Expired - Fee Related
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- 1992-07-07 DE DE69208168T patent/DE69208168T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-07-08 JP JP4180675A patent/JPH06105053B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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| JPH05187262A (ja) | 1993-07-27 |
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| DE69208168T2 (de) | 1996-10-02 |
| US5174714A (en) | 1992-12-29 |
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