JPH07503298A - Coolable outer air seal device for turbines - Google Patents
Coolable outer air seal device for turbinesInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 タービン用の冷却可能なアウタエアシール装置これは、たった今放棄された19 92年11月24日提出の出願番号07/980,815の一部継続出願の出願 記録である。[Detailed description of the invention] Coolable outer air seal device for turbines, which has just been abandoned 19 Application for partial continuation application with application number 07/980,815 filed on November 24, 1992 It is a record.
技術分野 本発明はターボ機械に関し、そして特にタービンの中で使用されるアウタエアソ ール装置に関する。Technical field TECHNICAL FIELD This invention relates to turbomachinery, and more particularly to outer air systems used in turbines. Regarding the tool equipment.
発明の背景 軸流ガスタービンエンジンのような典型的なターボ機械は、結果的にコンプレッ サ部分、燃焼部分及びタービン部分を通って作動流体を導くための環状の流路を 有している。コンプレッサ部分は、作動流体にエネルギを与える多数の回転ブレ ードを含んでいる。作動流体はコンプレッサ部分を出て燃焼部分に入る。燃料が 圧縮された作動流体と混合され、その混合気は作動流体にさらにエネルギを加え るために着火される。燃焼生成物はその後タービン部分を通って膨張する。ター ビン部分は、膨張する流体からエネルギを得る他の多数の回転ブレードを含んで いる。ここで得られたエネルギの一部分は、コンプレッサ部分とタービン部分と を連結しているロータ軸を介してコンプレッサ部分に戻される。得られたエネル ギの残りは他の機能に使用されるだろう。Background of the invention Typical turbomachines, such as axial flow gas turbine engines, result in An annular flow path for directing the working fluid through the engine, combustion and turbine sections. have. The compressor section consists of a number of rotating brakes that provide energy to the working fluid. contains the code. Working fluid exits the compressor section and enters the combustion section. fuel is Mixed with compressed working fluid, the mixture adds more energy to the working fluid. It is ignited in order to The combustion products then expand through the turbine section. Tar The bin section contains a number of other rotating blades that derive energy from the expanding fluid. There is. A part of the energy obtained here is distributed to the compressor and turbine parts. is returned to the compressor section via the rotor shaft connecting the energy obtained The rest of the money will be used for other functions.
ガスタービンエンジンの作動出力は多くの要素に左右される。これらの要素の中 には燃焼行程の間に生じた熱がある。発熱量は、使用される燃料及び燃料/空気 の比によって制御されるが、しかしながらタービン部分で許容される温度によっ て制限される。現代のガスタービンエンジンにおいては、タービン材質の融解温 度を越えた作動流体温度が、タービン部分へ冷却流体を差し向けることによって 達成されている。典型的にはこの冷却流体は、コンプレッサ部分から出て燃焼部 分をバイパスした作動流体の一部を包含している。The operating power of a gas turbine engine depends on many factors. Among these elements contains the heat generated during the combustion process. Calorific value depends on the fuel used and fuel/air however, it is controlled by the temperature allowed in the turbine section. limited. In modern gas turbine engines, the melting temperature of the turbine material Excessive working fluid temperature may cause cooling fluid to be directed into the turbine section. has been achieved. Typically, this cooling fluid exits the compressor section and enters the combustion section. contains a portion of the working fluid that is bypassed.
作動出力に関するもうひとつの要素は、燃焼生成物とタービンロータブレードと の間のエネルギ変換効率である。タービン部分は、ロータブレードの各配列の上 流がロータブレードと係合する前に作動流体のオリエンテーションをできるだけ 能率的に利用するために空気力学的な形状をしたベーンの配列を含む。タービン ロータブレードは、作動流体と効率的に係合するように空気力学的な形状をした エアフォイル部分を有する。ロータブレードは半径方向内側の流れ面を供給する ためのプラットホームを含み、タービン部分は半径方向外側の流れ面を供給する ためのアウタエアシール装置を含む。これら2つの流れ面の組合せは、ロータブ レードのエアフォイル部分へ向かう作動流体の流れを制限する。Another factor related to operating power is the combustion products and turbine rotor blades. is the energy conversion efficiency between The turbine section is located above each array of rotor blades. Orient the working fluid as much as possible before it engages the rotor blades. Contains an array of aerodynamically shaped vanes for efficient utilization. turbine Rotor blades are aerodynamically shaped to efficiently engage the working fluid It has an airfoil section. Rotor blades provide a radially inner flow surface The turbine section provides a radially outer flow surface. Contains an outer air seal device for The combination of these two flow surfaces is called rotab Restricts the flow of working fluid toward the airfoil portion of the blade.
アウタエアシール装置は、ガスタービンエンジンの長手方向軸のまわりに伸びる 環状の構造物を形成するために配置された複数の弧状部分を典型的に含んで゛い る。ロータブレードの配列はアウタエアシール装置のひとつの領域内で回転する 。各ロータブレードは半径方向のアウタチップを含み、このアウタチップは、ロ ータ組立体の回転中、接近した放射部の中でアウタエアシール装置と近接して、 又は接触して通過する。The outer air seal device extends around the longitudinal axis of the gas turbine engine. Typically includes a plurality of arcuate sections arranged to form an annular structure Ru. An array of rotor blades rotates within one area of the outer air seal device. . Each rotor blade includes a radial outer tip that During rotation of the motor assembly, in close proximity to the outer air seal device in the close radiating section, Or touch and pass.
ブレードのチップとアウタエアシール装置の流れ面との間の接触は、エアフォイ ル部分への作動流体の流れを制限するために必要とする近接のために発生するか もしれない。接触中のロータブレードへのダメージを避けるため、ロータブレー ドのチップは研磨材料でコーティングされ、さらにアウタエアシール装置はその 流れ面を覆うアブレイダブル材料の層を有している。Contact between the tip of the blade and the flow surface of the outer air seal device Occurs due to the proximity required to restrict the flow of working fluid to the Maybe. To avoid damage to the rotor blades during contact, The tip of the board is coated with an abrasive material, and the outer air seal device is coated with an abrasive material. It has a layer of abradable material covering the flow surface.
従って、チップが流れ面上を通過する時、どのような接触でも、ブレードが摩損 するかあるいはダメージを受けるよりもむしろアブレイダブル材料の粒子が除去 される結果になるだろう。Therefore, as the chips pass over the flow surface, any contact can cause the blades to wear out. Particles of abradable material are removed rather than damaged or damaged. The result will be
アウタエアシール装置のセグメントは熱い作動流体にさらされる。典型的には、 セグメントはサブストレートの材質のオーバーヒートを避けるために冷却される 。冷却流体は、ステータ組立体を通過して半径方向の内側へ、そしてサブストレ ートの半径方向外側の面上を流れる。この冷却流体は、それから近傍のセグメン ト間を半径方向内向きに流れて流路へ流出する。The outer air seal device segment is exposed to hot working fluid. Typically, Segments are cooled to avoid overheating of the substrate material . Cooling fluid passes radially inward through the stator assembly and into the substretch. flow on the radially outer surface of the seat. This cooling fluid is then applied to the neighboring segments. It flows radially inward between the holes and flows out into the flow path.
アウタエアシール装置に使用されるアブレイダブルコーティングのひとつのタイ プは、セラミック材料力ぐら形成されている。セラミック材料は、タービンに見 られるような高温に耐える能力があるため便利である。One type of abradable coating used in outer air seal equipment The tap is made of ceramic material. Ceramic materials are found in turbines. It is useful because of its ability to withstand high temperatures such as
あいにく、非常に熱い環境にさらされた熱膨張の比率が異なる2つの材質を有す ることを原因とした熱応力のために、セラミックコーティングを金属のサブスト レートに結合して組合わせるには困難性がある。これはタービンの第1ステージ にとって特別な真実であり、タービンの第1ステージは最も高い温度の作動流体 にさら′され、そしてクラッキング及びサブストレートからのセラミックコーテ ィングの剥離に導かれる。Unfortunately, having two materials with different rates of thermal expansion when exposed to very hot environments Due to thermal stresses caused by There are difficulties in combining and combining rates. This is the first stage of the turbine A special truth is that the first stage of the turbine has the highest temperature working fluid. Ceramic coating from cracking and substrate exposed to leading to peeling of the ring.
上述の技術にもかかわらず、出願譲り受け人の指揮下にある科学者や技術者は、 クラッキングそして/又はンールセグメントからのアブレイダブル層の剥離が最 小のアウタエアシール装置を開発するために仕事をしている。Notwithstanding the above-mentioned technology, the scientists and engineers under the direction of the application assignee Cracking and/or delamination of the abradable layer from the knot segment is the most I am working to develop a small outer air seal device.
発明の開示 本発明によれば、アウタエアシール装置は、サブストレートを有する複数のセグ メントと、アブレイダブル層と、サブストレートを冷却するためのインピンジメ ント冷却手段と、そして冷却流体の緩衝域をアブレイダブル層の上に流すための フィルム冷却手段とを包含している。Disclosure of invention According to the present invention, an outer air seal device includes a plurality of segments having a substrate. impingement material for cooling the abradable layer and substrate. and a cooling fluid buffer for flowing a cooling fluid buffer over the abradable layer. film cooling means.
さらに、本発明によれば、インピンジメント冷却手段は、半径方向外側に位置し てその間にキャビティを画成しかつ複数の開口を有するカバープレートを゛含ん でいる。冷却流体は開口を通って流れ、キャビティに面しているサブストレート の表面に衝突する。Furthermore, according to the invention, the impingement cooling means are located radially outwardly. a cover plate defining a cavity therebetween and having a plurality of openings; I'm here. The cooling fluid flows through the opening and the substrate facing the cavity. impact on the surface.
さらにまた、フィルム冷却手段は、サブストレート及びアブレイダブル層を通り 抜けて伸びかつ流体のフィルムをアブレイダブル層の表面上に噴出するための角 度がつけられた複数の冷却穴を包含する。この冷却穴は、通過するブレードチッ プと同方向に冷却流体を噴出するためにブレード通過方向と一直線をなしている 。Furthermore, the film cooling means passes through the substrate and the abradable layer. Corner to stretch out and squirt a film of fluid onto the surface of the abradable layer Contains multiple graded cooling holes. This cooling hole allows the blade chip to pass through. It is aligned with the direction of blade passage to eject cooling fluid in the same direction as the blade. .
特別な実施例によれば、アウタエアシールセグメントは、サブストレート及びカ バーの間に伸びる軸上に一定の間隔を保った一対のキャビティとキャビティ間で 差異のある圧力を発生させる手段とを包含し、第1キヤビテイには第2キヤビテ イより高い圧力を持ち、カバーは第1及び第2の複数の開口を有する。第1キヤ ビテイは、第1の複数の開口を通して冷却流体源と流通状態にある。第2キヤビ テイは、第1キヤビテイの下流にあり、そして第2の複数の開口を通して同じ冷 却流体源と流通状態にある。この特別な実施例において、圧力に差を与える手段 は、第2の複数の開口の直径D2よりも大きい直径D1を有する第1の複数の開 口によって定義される。冷却流体は、サブストレート及びアブレイダブルセラミ ック層を通って伸びる冷却穴を通り抜けかつインクセグメント穴を通り抜けてキ ャビティに流出する。冷却穴は、半径方向軸に関して角度がつけられ、そしてア ブレイダブル層上に冷却流体のフィルムを広げるフレア部分を有している。この 冷却穴は、流体をブレードチップ通過方向へ噴出するためにブレード通過方向と 横に一直線上にある。インクセグメント穴は、セグメントの対流冷却、隣接する セグメントのインピンジメント冷却を与え、そしてインクセグメントスペースの 作動流体を一掃するために、隣接するセグメント間の周囲の空間に冷却流体を噴 出する。According to a special embodiment, the outer air seal segment A pair of cavities spaced apart on an axis extending between the bars. means for generating a differential pressure; the first cavity has a second cavity; the cover has a first and second plurality of openings; 1st gear The bitty is in communication with a source of cooling fluid through the first plurality of openings. 2nd cabinet The tee is downstream of the first cavity and passes the same cooling through a second plurality of openings. in communication with a source of cooling fluid. In this particular embodiment, the means for providing a pressure difference the first plurality of openings having a diameter D1 greater than the diameter D2 of the second plurality of openings; Defined by mouth. Cooling fluid is substrate and abradable ceramic The key passes through the cooling holes extending through the ink layer and through the ink segment holes. leaks into the cavity. The cooling holes are angled about the radial axis and It has a flared portion that spreads a film of cooling fluid over the braidable layer. this The cooling holes are aligned with the blade passing direction to eject fluid in the blade tip passing direction. It's in a straight line horizontally. Ink segment holes allow convection cooling of segments, adjacent Provide impingement cooling of the segment, and ink segment space Inject cooling fluid into the surrounding space between adjacent segments to purge the working fluid. put out
構造上の理由により、エアシールセグメントが上流端末部分のように拡張された 端部部分を含む場所では、そこに隣接するキャビティは、拡張された端末部分に 配置された長手方向に伸びるチャンバを含んでもよい。Due to structural reasons, the air seal segment was extended as the upstream terminal part Where the end section is included, the cavity adjacent thereto is connected to the expanded terminal section. It may include longitudinally extending chambers arranged therein.
このチャンバは、改良された冷却のために冷却流体を端末部分に通し、端末部分 における応力軽減をもたらすという付加的な利益を有する。This chamber allows cooling fluid to pass through the terminal section for improved cooling. has the added benefit of providing stress relief in
本発明の主な特徴は、インピンジメント冷却手段とアウタエアシールセグメント におけるフィルム冷却手段の組合せにある。もうひとつの特徴は、ブレード通路 方向と共に冷却穴の整列にある。特別な実施例の特徴は、インピンジメント力バ ー及びサブストレートによって定義される対をなすキャビティである。特別な実 施例のもうひとつの特徴は、キャビティ間で異なる圧力を発生させる手段である 。さらなる特徴は、冷却穴の角度及び形状である。なお一層の特徴は、セグメン トのラテラルエツジに沿って配置されたインクセグメン]・穴である。The main features of the invention are the impingement cooling means and the outer air seal segment. It is a combination of film cooling means. Another feature is the blade passage. Along with the direction is the alignment of the cooling holes. Special embodiment features include impingement force A pair of cavities defined by a cavity and a substrate. special fruit Another feature of the embodiment is the means to generate different pressures between the cavities. . Further features are the angle and shape of the cooling holes. A further feature is the segment The ink segments and holes are located along the lateral edges of the sheet.
本発明の利点は、インビンンメント冷却及びフィルム冷却の結果としてのセグメ ント内部の熱応力のレベルにある。インピンシメント冷却は、サブストレートを サブストレートの材質の許容温度範囲内に維持する。An advantage of the present invention is that the segmentation as a result of impingement cooling and film cooling is level of thermal stress inside the component. Impingement cooling cools the substrate Maintain the temperature within the allowable temperature range of the substrate material.
フィルム冷却は、アブレイダブル層とこのアブレイダブル層を冷却するための作 動流体との間に、冷却流体の緩衝域を発生させる。ふたつの冷却手段が合同して 、アブレイダブル材質層とふたつの材質層の熱応力を最小にするためのサブスト レートとの間の温度勾配を最小にする。もうひとつの利点としては、半径方向軸 に関して穴に角度をつけたこと及びブレード通過方向と冷却穴を一直線にした結 果として見込まれるセグメントの有効な寿命がある。冷却穴に角度をつけること は、ブレードチップとセグメントとの間の研磨材的接触の結果露出させられた粒 子で冷却穴をふさぐ可能性を減じるために、アブレイダブル層の開口を広げる。Film cooling consists of an abradable layer and an action to cool this abradable layer. A cooling fluid buffer zone is created between the cooling fluid and the dynamic fluid. The two cooling means are combined , an abradable material layer and a substratum to minimize thermal stress between the two material layers. Minimize the temperature gradient between the Another advantage is that the radial axis The result is that the holes are angled with respect to the blade passage direction and the cooling holes are aligned in a straight line. As a result, there is an expected useful life of the segment. Angling the cooling holes is the grain exposed as a result of abrasive contact between the blade tip and the segment. Widen the aperture of the abradable layer to reduce the possibility of children blocking the cooling holes.
冷却穴をブレード通過方向と一直線にすることは、除去された粒子で冷却穴をふ さぐ可能性をさらに減じる。特別な実施例の利点は、多数のキャビティ及び圧力 に差異を与える手段の結果として、上流側、セグメントの高圧端における高圧フ ィルム冷却の有効性である。特別な実施例のもうひとつの利点は、インクセグメ ント冷却の結果として、セグメントのラテラルエツジ付近の熱応力レベルにある 。インクセグメント冷却穴は、対流冷却及びインビンジメント冷却をセグメント のラテラルエツジにもたらす。さらに、インクセグメント領域へ流入している冷 却流体は、隣接するセグメント間の熱い作動流体の摂取を妨げるためにこの領域 を一掃する。Placing the cooling hole in line with the direction of blade passage means that removed particles can block the cooling hole. Further reduces the possibility of detection. Advantages of special embodiments include multiple cavities and pressure As a result of the means to differentiate the This is the effectiveness of film cooling. Another advantage of the special embodiment is that the ink segment thermal stress levels near the lateral edges of the segment as a result of component cooling. . Ink segment cooling holes segment convection cooling and inbingement cooling bring to the lateral edge. Furthermore, the cooling that is flowing into the ink segment area The cooling fluid is placed in this area to prevent the uptake of hot working fluid between adjacent segments. wipe out.
前述及び他の本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に描かれた典型的な実施 例の下記の詳細説明を参照してより明白になる。The foregoing and other objects, features and advantages of the invention will be apparent from the exemplary embodiments illustrated in the accompanying drawings. It will become clearer with reference to the detailed description below of the example.
図面の簡単な説明 図1は、ガスタービンエンジンの側面断面図である。Brief description of the drawing FIG. 1 is a side cross-sectional view of a gas turbine engine.
図2は、アウタエアシール装置、タービンロータ装置、そして上流及び下流ベー ン装置の部分側面図である。Figure 2 shows the outer air seal device, turbine rotor device, and upstream and downstream bases. FIG.
図3は、シングルアウタエアシールセグメントの半径方向外表面の図である。FIG. 3 is a view of the radially outer surface of a single outer air seal segment.
図4は、ノングルアウタエアシールセグメントの半径方向内表面の図である。FIG. 4 is a view of the radially inner surface of the non-glue outer air seal segment.
図5は、図3の5−5線に沿う部分断面図である。FIG. 5 is a partial cross-sectional view taken along line 5-5 in FIG.
図6は、フィルム冷却の流れ方向を示している矢印を伴うアウタエアノールセグ メントの軸上の上流を示す図である。Figure 6 shows the outer air nord segments with arrows indicating the flow direction of the film cooling. FIG.
図7aは、図5の7−7線に沿うフィルム冷却穴の断面図である。7a is a cross-sectional view of the film cooling hole along line 7-7 of FIG. 5. FIG.
図7bは、除去されたアブレイダブル粒子が結集した後のフィルム冷却穴を示す 図である。Figure 7b shows the film cooling holes after the removed abradable particles have aggregated. It is a diagram.
図8は、図5と同様の、しかし本発明の他の実施例を示す部分断面側面図である 。FIG. 8 is a side view, partially in section, similar to FIG. 5, but showing another embodiment of the invention; .
本発明を成し遂げるための最善の形態 図1に描かれたものは、典型的なターボ機械の例として示された軸流ガスタービ ンエンジン12である。Best Mode for Accomplishing the Invention Depicted in Figure 1 is an axial gas turbine shown as an example of a typical turbomachinery. This is the engine 12.
このガスタービンエンジンは、軸方向の流路14、コンプレッサ16、燃焼器1 8、そしてタービン22を含んでいる。コンプレッサは、流路を通って伸び、モ して流路内で作動流体と係合する複数のコンプレッサブレード24を含んでいる 。作動流体とコンプレッサロータブレードとの間の係合は作動流体にエネルギを 移す。作動流体はコンプレッサに流出し、そしてそれが燃料の供給と混合される 燃焼器に入る。混合気は、作動流体にさらにエネルギを加えるために、燃焼器の 中で着火される。燃焼の生成物は、それからタービンを通過して膨張する。この タービンは、タービンベーン26及びタービンロータブレード28の複数の軸上 に交互なステージを含む。タービンロータブレードは流路を通過して伸び、そし て作動流体からタービンロータブレードへエネルギを移すために作動流体と係合 する。タービンロータブレードへ移されたこのエネルギの一部は、タービンとコ ンプレッサとを連結する一対のロータシャフト32を介してコンプレッサ部分へ 移される。This gas turbine engine includes an axial flow path 14, a compressor 16, and a combustor 1. 8 and includes a turbine 22. The compressor extends through the flow path and and includes a plurality of compressor blades 24 that engage the working fluid within the flow path. . The engagement between the working fluid and the compressor rotor blades imparts energy to the working fluid. Move. The working fluid flows out into the compressor and it is mixed with the fuel supply Enter the combustor. The mixture is fed into the combustor to add more energy to the working fluid. It is ignited inside. The products of combustion then pass through a turbine and expand. this The turbine includes a plurality of on-axis turbine vanes 26 and turbine rotor blades 28. contains alternating stages. The turbine rotor blades extend through the flow path and engages the working fluid to transfer energy from the working fluid to the turbine rotor blades. do. Some of this energy transferred to the turbine rotor blades is to the compressor section via a pair of rotor shafts 32 that connect it to the compressor. be transferred.
図2に示したように、タービンロータブレード28の各ステージは、タービンベ ーン26のステージの軸方向下流側である。各タービンロータブレードはエアフ ォイル部分34を含んでおり、その中には半径方向に配置されたラジアルチップ 36及びプラットホーム38を有している。プラットホームは流れ面42を含み 、その面は流路に向かって半径方向外向きである。As shown in FIG. 2, each stage of the turbine rotor blade 28 This is the downstream side of the stage of the turn 26 in the axial direction. Each turbine rotor blade is including a foil portion 34 having a radially disposed radial tip therein. 36 and a platform 38. The platform includes a flow surface 42 , its face facing radially outward toward the flow path.
このプラットホーム流れ面は、流路内の作動流体が半径方向内向きに流れるじゃ まをする。This platform flow surface allows the working fluid in the flow path to flow radially inward. I'm going to do something.
半径方向に外向きのエアフォイルチップがアウタエアシール装置44である。こ の7ウタエアシール装置は、タービンロータブレードの回りに周方向に一定の間 隔を保つ複数のセグメント46を含む。複数のセグメントは、その表面が流路に 向けて半径方向内向きの流れ面52を有する環を画成する。このエアシール流れ 面は、エアフォイルチップに半径方向に近接し、そして作動流体が半径方向外向 きに流れるじゃまをする。The radially outwardly facing airfoil tip is the outer air seal device 44 . child 7. The outer air seal device seals the air around the turbine rotor blades for a certain distance in the circumferential direction. It includes a plurality of spaced apart segments 46. Multiple segments have their surfaces in the flow path. It defines an annulus having a radially inwardly directed flow surface 52 . This air seal flow The face is radially proximate to the airfoil tip and the working fluid is directed radially outward. to get in the way of the flow.
セグメントが図3−6により詳細に描かれている。The segments are depicted in more detail in Figures 3-6.
各セグメントは、サブストレート54、インピンジメントカバ−56、そしてア ブレイダブル材料層58を含む。サブストレートは、各セグメントを保持するた めにステータ機構64と係合させる複数のフック62を含む。セラミック材はそ の絶縁特性によってアブレイダブル層として提案されたが、非セラミック材もま た適用可能であろう。Each segment includes a substrate 54, an impingement cover 56, and an A braidable material layer 58 is included. The substrate is used to hold each segment. It includes a plurality of hooks 62 for engaging the stator mechanism 64 for purposes of engagement. Ceramic material is was proposed as an abradable layer due to its insulating properties, but non-ceramic materials are also It may be applicable.
インピンジメントカバーはサブストレートの外向きの側面上に配置されている。An impingement cover is disposed on the outwardly facing side of the substrate.
このインビンジメントカバー及びサブストレートは、第1キヤビテイ66とこの 第1キヤビテイの軸上下流に配置された第2キヤビテイ68を画成する。このイ ンピンジメントカバーは、図4及び図5によりはっきりと示されたように、第1 の複数のインピンジメントホール72と第2の複数のインビンジメントホール7 4とを含んでいる。第1の複数のインピンジメントホールは、第1キヤビテイと 冷却流体源との間の流通をもたらす。第2の複数のインビンジメントホールは、 第2キヤビテイと冷却流体源との間の流通をもたらす。This impingement cover and substrate are connected to the first cavity 66 and this A second cavity 68 is defined axially upstream and downstream of the first cavity. This i The impingement cover is in the first position, as shown more clearly in FIGS. a plurality of impingement holes 72 and a second plurality of impingement holes 7 Contains 4. The first plurality of impingement holes are connected to the first cavity. Provides communication with a source of cooling fluid. The second plurality of impingement holes are Provides communication between the second cavity and a source of cooling fluid.
セグメントは、第1キヤビテイ内が第2キヤビテイ内より高い圧力となる、ふた つのキャビティ間に差圧を発生させる手段を含んでいる。図4に示したように、 この手段は直径の異なるインピンジメントホールを有することによって定義され る。第1の複数の冷却穴は各々が直径り、である。第2の複数の冷却穴は各々が 直径D2であり、ここでD2はり、より小さい。より大きな直径の冷却穴は第1 キヤビテイへのより大きな冷却流体の流れを許す。キャビティが略同数のフィル ム冷却穴を有し、そしてそれらが略同じサイズであることから、インピンジメン トホールの直径の違いが第1キヤビテイにより高い圧力を発生させる。このよう に記載されかつ示されたとはいえ、第1キヤビテイ内のインピンジメントホール のより顕著な特性のように、異なる圧力を発生させるための他の手段が使用され るかもしれない。The segment has a lid that has a higher pressure in the first cavity than in the second cavity. and means for creating a pressure differential between the two cavities. As shown in Figure 4, This means is defined by having impingement holes of different diameters. Ru. The first plurality of cooling holes each have a diameter. The second plurality of cooling holes each have a diameter D2, where D2 is smaller. Larger diameter cooling holes are the first Allows greater cooling fluid flow into the cavity. Fills with approximately the same number of cavities impingement cooling holes and because they are approximately the same size. The difference in hole diameter creates a higher pressure in the first cavity. like this Although described and shown in Other means for generating different pressures are used, such as the more pronounced properties of It might happen.
複数のフィルム冷却穴76は、図3及び図5に示す如く、サブストレート及びア ブレイダブル層を通り抜けて伸びる。第1の複数のフィルム冷却穴78は、第1 キヤビテイと流路との間に広がっている。第2の複数のフィルム冷却穴82は、 第2キヤビテイと流路との間に広がっている。フィルム冷却穴は、冷却流体のエ ンジン効率損失を考慮に入れた最善の適用範囲を提供するために、アブレイダブ ル層の全体の表面にわたって接近して一定の間隔を保っている。フィルム冷却穴 がカバーする広い範囲は、結果的にアブレイダブル層流れ面の大部分にだわって 均一な冷却流体のフィルムとなる。A plurality of film cooling holes 76 are provided between the substrate and the substrate, as shown in FIGS. 3 and 5. It extends through the braidable layer. The first plurality of film cooling holes 78 are It extends between the cavity and the flow path. The second plurality of film cooling holes 82 are It extends between the second cavity and the flow path. The film cooling holes allow the cooling fluid to Abradab to provide the best coverage taking into account engine efficiency losses. are closely spaced over the entire surface of the layer. film cooling hole The large area covered by the abradable layer results in a large area covering most of the This results in a uniform film of cooling fluid.
各フィルム冷却穴は図7に示されたような形状及び方向づけがなされている。各 フィルム冷却穴は、同一直径部分84とフレア部分86とを含んでいる。フレア 部分は流れ面に通じており、フィルム冷却穴を通り抜けて流れる冷却流体の拡散 をもたらす。流れ面上にそれを放出する前に冷却流体を拡散させることによって 、冷却流体の面積が増加すると共にフィルム冷却穴から退出する速度が減じられ る。放出された流体の面積が増加することは、同様に各フィルム冷却穴が流れ゛ 面上にもたらす適用範囲を増加させる。フィルム冷却穴から放出される冷却流体 の速度を減じることは、放出された流体が流れ面にはり付いて残るのを助長する 。Each film cooling hole is shaped and oriented as shown in FIG. each The film cooling hole includes a uniform diameter section 84 and a flared section 86. flare The part opens to the flow surface and diffuses the cooling fluid flowing through the film cooling holes. bring about. By diffusing the cooling fluid before releasing it onto the flow surface , the area of the cooling fluid increases and the speed of exit from the film cooling holes is reduced. Ru. The increase in the area of ejected fluid also means that each film cooling hole Increase coverage provided on the surface. Cooling fluid released from film cooling holes Reducing the velocity of the fluid helps the ejected fluid stick to the flow surface. .
フィルム冷却ホールの各々は、ガスタービンエンジンの半径方向軸88に関して 角度αで傾斜している。Each of the film cooling holes is arranged with respect to a radial axis 88 of the gas turbine engine. It is inclined at an angle α.
穴を傾斜させている結果として、アブレイダブル層の流れ面には楕円形の開口が 形成される。楕円形の開口は、流れ面上の流れによって開口に付着する粒子を原 因とした閉塞をしにくい。さらに、半径方向軸に関して傾斜している冷却穴は、 冷却流体のフィルムの成長をさらに助長するために、矢印90で示す如(流れ面 上に接線的に冷却流体を放出する。As a result of the slanted holes, there is an elliptical opening in the flow plane of the abradable layer. It is formed. The oval aperture is a source of particles that adhere to the aperture due to the flow on the flow surface. Less likely to cause blockage. Additionally, cooling holes that are inclined with respect to the radial axis are To further encourage the growth of the cooling fluid film, the flow surface is Discharge cooling fluid tangentially upward.
フィルム冷却穴の大多数は、矢印92によって示されるブレード通過方向と冷却 流体の放出方向が横方向に一直線をなすように方向づけられている。−直線をな す冷却穴は、結果的にはフィルム冷却穴と同様にアブレイダブル層の除去された 粒子によってブロックされに(いものとなる。The majority of the film cooling holes are aligned with the direction of blade passage indicated by arrow 92 and cooling. The direction of fluid discharge is oriented in a straight line in the lateral direction. -Draw a straight line The resulting cooling holes are similar to film cooling holes when the abradable layer is removed. It becomes blocked by particles.
各セグメントは、複数のインクセグメント冷却穴94を含んでいる。このインク セグメント冷却穴は、キャビティと隣接するセグメント間の横方向スペース96 との間に流通をもたらす。冷却流体は、インクセグメント冷却穴の領域にあるサ ブストレートの対流冷却をもたらすために、インクセグメント穴を通って流れる 。Each segment includes a plurality of ink segment cooling holes 94. this ink Segment cooling holes define lateral spaces 96 between the cavities and adjacent segments. It brings about circulation between. Cooling fluid is supplied to the sample in the area of the ink segment cooling holes. Flows through the ink segment holes to provide convective cooling of the blast rate .
インクセグメント冷却穴に流出する冷却流体(矢印98で表示)は、隣接するセ グメントのラテラルエツジのッジ102に衝突する。衝突が発生した後、冷却流 体はさらに隣接するセグメント間を半径方向内向きに流れて流路へ流出する。イ ンクセグメントスペースへの冷却流体の流れは、スペースを一掃すると共に作動 流体のインクセグメントスペースへの摂取を防ぐための手段を提供する。Cooling fluid exiting the ink segment cooling holes (indicated by arrows 98) flows into the adjacent segment cooling fluid. collision with the ridge 102 of the lateral edge of the component. After a collision occurs, the cooling flow The body further flows radially inwardly between adjacent segments and out into the channel. stomach The flow of cooling fluid into the link segment space works as it clears the space. Provides a means to prevent ingestion of fluid into the ink segment space.
運転中、熱い作動流体は、アウタエアシールの流れ面上を通過してアウタエアシ ール装置を加熱する。冷却流体は、インピンジメント力バーの半径方向外側のス ペースに向けて半径方向内向きに流れる。この冷却流体は、インビンジメント冷 却穴を通り抜けてキャビティに流入する。より大きなインピンジメント冷却穴の 結果として、第1キヤビテイの内圧は第2キヤビテイの内圧よりも大きい。キャ ビティ内の冷却流体は、この後フィルム冷却穴を通り抜け、そしてセグメントの 流れ面上に冷却流体のフィルム又は緩衝域を形成するためにフィルム冷却穴へ流 出する。作動流体によるアブレイダブル層上の圧力は、アブレイダブル層の上流 端で最も大きく、そしてアブレイダブル層の下流端へ向けて小さくなる。セグメ ントの中で軸上に一定の間隔を保っている分割されたキャビティを有することは 、それが必要な上流側のフィルム冷却穴を通り抜ける高圧冷却流体流と下流側の 穴を通り抜ける低圧冷却流体流とをもつための手段を提供する。このことは、適 切なフィルム冷却流体の供給が流れ面の軸上の広がりの上にもたらされることを 確実にする。キャビティ内の冷却流体の一部は、セグメントに対流冷却をもたら し、隣接するセグメントにインピンシメント冷却をもたらし、そしてインクセグ メントスペースの熱い作動流体を一掃するために、インクセグメント冷却穴へ流 れる。During operation, hot working fluid passes over the flow face of the outer air seal and into the outer air seal. Heat the roll equipment. The cooling fluid flows through the radially outer spindle of the impingement force bar. Flows radially inward toward the pace. This cooling fluid is It passes through the cooling hole and flows into the cavity. Larger impingement cooling holes As a result, the internal pressure in the first cavity is greater than the internal pressure in the second cavity. Kya The cooling fluid in the segment then passes through the film cooling holes and Flow into the film cooling holes to form a film or buffer zone of cooling fluid on the flow surface. put out The pressure on the abradable layer due to the working fluid is It is largest at the edge and becomes smaller towards the downstream edge of the abradable layer. Segme Having segmented cavities at regular intervals on the axis within the , it requires high pressure cooling fluid flow through the upstream film cooling hole and the downstream and providing a means for having a low pressure cooling fluid flow through the hole. This means that that an adequate film cooling fluid supply is provided over the axial extent of the flow plane. Assure. Some of the cooling fluid within the cavity provides convective cooling to the segment. provides impingement cooling to adjacent segments, and ink segments flow into the ink segment cooling holes to purge hot working fluid from the ink segment space. It will be done.
エアフォイルチップとアブレイダブル層との間の研磨材的接触は、アブレイダブ ル層の粒子が除去される結果になるだろう。これらの粒子104はフィルム冷却 穴の中に付着して結果的にフィルム冷却穴の流路面積を削減するかもしれない。The abrasive contact between the airfoil tip and the abradable layer This will result in the removal of particles in the Le layer. These particles 104 are film cooled It may stick inside the holes and consequently reduce the flow area of the film cooling holes.
しかしながら、図7a及び7bに示す如く、フィルム冷却穴の角度、方向、そし て形状は、半径方向を向(同一直径の冷却穴よりもこの事態をおきにくくする。However, as shown in Figures 7a and 7b, the angle, direction, and The radially oriented shape makes this situation less likely to occur than cooling holes of the same diameter.
冷却穴がブレード通過方向と同一直線上にあるために、そして冷却穴が半径方向 軸に関して角度がつけられているために、冷却の有効直径は最大になる。この効 果は、除去された粒子がフィルム冷却穴を閉塞する可能性を最小にする。さらに 、フレア部分及び半径方向軸に関するフィルム冷却穴の角度の結果から生じるよ り大きな開口はまた、フィルム冷却穴が完全にふさがれ、あるいは詰められる可 能性を減じる。フィルム冷却穴がふさがれる可能性を減じることは、アブレイダ ブル層の多少の退廃の後でさえ、冷却流体がセグメントの冷却をもたらすhめに フィルム冷却穴を通り抜けて流れ続けるだろうことを保証することによって、セ グメントの見込み寿命を増加させる。Because the cooling holes are co-linear with the direction of blade passage, and because the cooling holes are radial Due to the angle with respect to the axis, the effective cooling diameter is maximized. This effect The effect is to minimize the possibility of dislodged particles clogging the film cooling holes. moreover , resulting from the angle of the film cooling holes with respect to the flared section and the radial axis. Larger openings also allow the film cooling holes to become completely obstructed or stuffed. reduce one's ability. Reducing the possibility of film cooling holes becoming blocked is the abrader Even after some degradation of the bull layer, the cooling fluid provides cooling of the segment. by ensuring that the film will continue to flow through the cooling holes. increases the expected lifespan of the component.
図8を参照すれば、シールセグメント46の他の実施例が示されている。これに ついて目的を明らかにする必要のない個々の構造上の理由により、このシールセ グメントは、セグメントの下流端に配属されかつ上述したフック62と同様のフ ック110を備えている、広げられた上流端部108を含んでいる。フック62 と同様、フック110はシールセグメントの機械的保持のために、ステータ機構 64の溝の中に捕えられている。広げられた端部108を冷却する目的のため、 第1キヤビテイ66は端部108の中へ長手方向に伸びるチャンバ112を備え ている。チャンバ112は、キャビティ66から端部108へ冷却空気を運ぶた めの通路として機能する。端部108の内部の冷却空気のこのような設備が、熱 によって誘発されたその中の応力を減じ、そしてフック110(及び隣接するス テータ機構)のアブレイダブルセラミック材料58を通り越して流れる極端に熱 い作動流体からの熱的遮断を高めるだろうことは、正しく評価されるだろう。こ のような端部108における熱応力の低減は、シールの信頼性や性能を高め、そ してチャンバ112によってその中に画成された空所のために増加した端部10 8のフレキシビリティによって達成される。この増”加したフレキシビリティ及 び熱応力の低減は、結果的には改良されたガスタービンエンジンの性能のために ソールの歪を最小(シールの同心度を最大)にする。図2−7に描かれたシール セグメントに関して図示され記載された冷却構成は、図8に描かれたシールセグ メントにとって等しくよ(適合されている。Referring to FIG. 8, another embodiment of the seal segment 46 is shown. to this Due to individual construction reasons that do not require a clear purpose for the The segment is located at the downstream end of the segment and has a hook similar to the hook 62 described above. The upstream end 108 includes a flared upstream end 108 having a hook 110 therein. hook 62 Similarly, the hook 110 is attached to the stator mechanism for mechanical retention of the seal segment. It is caught in the groove of 64. For the purpose of cooling the flared end 108, First cavity 66 includes a chamber 112 extending longitudinally into end 108. ing. Chamber 112 is configured to convey cooling air from cavity 66 to end 108. It functions as a passageway. Such provision of cooling air within the end portion 108 hook 110 (and the adjacent strip). The extreme heat flowing past the abradable ceramic material 58 of the It will be appreciated that this will increase thermal isolation from dirty working fluids. child Reducing thermal stress at the end 108 increases the reliability and performance of the seal and its The end 10 is increased due to the cavity defined therein by the chamber 112. This is achieved through 8 degrees of flexibility. This increased flexibility and The reduction in thermal and thermal stresses ultimately results in improved gas turbine engine performance. Minimize sole distortion (maximize seal concentricity). Seal depicted in Figure 2-7 The cooling configuration illustrated and described for the segment is similar to the seal segment depicted in FIG. Equally suitable for men.
FIG、2 フロントページの続き (81)指定国 EP(AT、BE、CH,DE。FIG.2 Continuation of front page (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE.
DK、ES、FR,GB、GR,IE、IT、LU、MC,NL、PT、SE) 、JP (72)発明者 ケーン ダニエル イーアメリカ合衆国コネチカット 060 84 トーランド マイル ヒル ロード 92(72)発明者 マードック ゼームス アールアメリカ合衆国コネチカット 06084トーランド メープ ルウッド ドライブ25(72)発明者 ディアバーガー ゼームス ニーアメ リカ合衆国コネチカット 06248 ヘブロン オールド ブラックマン ロ ードDK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE) , J.P. (72) Inventor: Daniel Kane, United States of America, Connecticut 060 84 Toland Mile Hill Road 92 (72) Inventor Murdoch James Earl Mape, Tolland, Connecticut 06084, United States Lewood Drive 25 (72) Inventor Deer Burger James Neame Old Blackman, Hebron, Connecticut, United States 06248 code
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