JPH0756202B2 - ガスタービンエンジンの冷却可能な壁構造体 - Google Patents

ガスタービンエンジンの冷却可能な壁構造体

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JPH0756202B2
JPH0756202B2 JP60247850A JP24785085A JPH0756202B2 JP H0756202 B2 JPH0756202 B2 JP H0756202B2 JP 60247850 A JP60247850 A JP 60247850A JP 24785085 A JP24785085 A JP 24785085A JP H0756202 B2 JPH0756202 B2 JP H0756202B2
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seal
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • 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
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/14—Casings modified therefor
    • 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
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、作動媒体ガスのための流路を有する型式の軸
流回転機械に係り、更に詳細には作動媒体ガスをその流
路内に閉込めるべく回転機械の軸線の周りに周縁方向に
延在する一列のシールセグメントを含む冷却可能な壁構
造体に係る。本発明は軸流型ガスタービンエンジンの技
術分野に於ける研究の過程に於て考え出されたものであ
るが、本発明は回転機械を採用する他の技術分野にも適
用可能なものである。
背景技術 軸流型ガスタービンエンジンは一般に圧縮セクションと
燃焼セクションとタービンセクションとを有している。
エンジンのこれらのセクションを貫通して作動媒体ガス
のための環状の流路が軸線方向に延在している。環状の
流路の周りには作動媒体ガスをその流路へ導き且該流路
内に閉込めるためのステータ組立体が延在している。
作動媒体ガスがその流路に沿って流されると、ガスは圧
縮セクション内に於いて加圧され、燃焼セクションへ流
される。加圧されたガスは燃焼セクション内に於て燃料
と共に燃焼され、これによりガスにエネルギが付与され
る。かくして生じた高温の加圧されたガスはタービンセ
クションに於て膨張され、これにより有用な仕事が発生
される。この仕事の大部分はフリータービンを駆動した
り航空機のための推進力を発生する出力パワーとして使
用される。
タービンセクションにより発生される仕事の残りの部分
は出力パワーとして使用されず、圧縮セクション内に於
て作動媒体ガスを加圧すべくエンジンの内部に於て使用
される。上述の仕事の残りの部分をタービンセクション
より圧縮セクションへ伝達すべく、タービンセクション
と圧縮セクションとの間にはロータ組立体が延在してい
る。ロータ組立体はタービンセクション内に複数個のロ
ータブレードを有しており、これらのロータブレードは
作動媒体ガスより仕事を受けるべく作動媒体流路を横切
って半径方向外方へ延在している。ロータブレードはガ
スより仕事を受け且回転軸線の周りにロータ組立体を回
転駆動すべく、それらに近づいてくるガスの流れに対し
或る角度にて設けられている。
作動媒体ガスをその流路に閉込めるべくアウタエアシー
ルがロータブレードを囲繞している。アウタエアシール
はエンジンのステータ組立体の一部であり、典型的には
複数個の円弧状シールセグメントにて形成されている。
更にステータ組立体はアウタケースの如きエンジンケー
スと、アウタエアシールのシールセグメントをアウタケ
ースより支持する支持構造体とを含んでいる。アウタケ
ース及び支持構造体はブレードの先端を越えてガスが漏
洩することを阻止すべく、シールセグメントをブレード
に間近に近接した位置に位置決めする。従ってシールセ
グメントは高温の作動媒体ガスと密に接触し、ガスより
熱を受ける。シールセグメントの温度を許容限度内に維
持すべく、シールセグメントは冷却されるようになって
いる。
上述の如き構造体の一例が米国特許第3,583,824号に開
示されている。この米国特許に於ては、上流側フラン
ジ、即ちフック44及び下流側フック46により支持体に係
合するよう構成されたアウタエアシールが使用されるよ
うになっている。冷却空気がアウタエアシールとエンジ
ンケースとの間にてアウタエアシールの周りに周縁方向
に延在するキャビタィ内に流されるようになっている。
衝突プレート即ちバッフルの如きシール手段がアウタエ
アシールとの間に衝突空気キャビティ58を郭定すべくア
ウタエアシールの周りに周縁方向に延在している。コン
パートメント58を横切って衝突プレートを貫通して流れ
る冷却空気を正確に計量し且冷却空気をシールセグメン
トの外面59に対し正確に導くべく、複数個の孔が衝突プ
レートを貫通して延在している。冷却空気は衝突空気キ
ャビティ内に於て収集され、衝突空気キャビティより下
流側フック46に設けられた複数個の軸線方向通路66を貫
通して排出されるようになっており、これにより衝突プ
レートを貫流し衝突空気キャビティを横切って流れる冷
却空気の連続的な流れが与えられるようになっている。
かかる冷却空気はそれがコンパートメント64を通過する
際にアウタエアシールのエッジ領域を対流冷却する。
構造によっては孔66の如く半径方向内方へ延在するフッ
クに設けられた冷却空気口は必要ではない。かかる構造
の一例は、金属基体とセラミックフェーシング材料とを
有するシールセグメントにて形成されたアウタエアシー
ルである。セラミックフェーシング材料は金属基体に取
付けられ、作動媒体流路を郭定する。フックのフープ強
さを低減し且金属基体内に於ける応力の局部的変化（フ
ックが存在することにより生じる）を低減すべく、フッ
クの周縁方向の連続性は複数個の溝により遮断されてい
る。上述の機能を果たすに十分な数以上の数にて設けら
れたこれらの溝は衝突空気キャビティの排出作用を行
う。
しかし衝突空気キャビティより冷却空気を排出すること
は重要ではない。現今のガスタービンエンジンに於て
は、冷却空気がアウタエアシールに衝突された後に衝突
空気キャビティより流出する冷却空気の流量を計量する
ことが望ましい。かかる第二の計量は冷却空気の使用量
を正確に制御する。かかる正確な制御は冷却空気の使用
によってエンジンの運転効率が低下されるので重要であ
る。かかるエンジンの運転効率の低下は冷却空気を加圧
するために使用される仕事が出力パワーとして利用し得
る仕事より導き出されることによって生じる。
フックを貫通して延在する複数個の溝が設けられている
ので、フックを貫通して延在する孔がその金属基体内へ
延在しておらず、またフックに設けられた溝を経て冷却
空気が流れることを阻止すべくフックに近接してシール
部材が配置されていない場合には、衝突空気キャビティ
より流出する冷却空気の流量を計量することに関しフッ
クを貫通して設けられた孔に依存することはできない。
一つの代替方法は計量機能を果たすべくシール要素に設
けられた孔を使用することである。しかし計量孔を有す
るシール要素を使用するか又は孔を有しないシール要素
を使用し金属基体に計量孔を設けることにより、衝突空
気キャビティより流出する冷却空気の流量を正確に計量
せんとすることは必ずしも望ましいことではない。
更に同量の冷却空気にて冷却がより効果的に行われるよ
う、或いは少量の冷却空気にて同等の冷却効果が得られ
るよう、冷気空気をより効果的に使用することが望まし
い。より効果的に冷却空気を使用することにより出力パ
ワーが増大され、またエンジンの全体としての効率が向
上され、しかもアウタエアシールが十分な使用寿命を有
するよう十分な冷却空気を供給することができる。
従って本発明の目的は、冷却空気の流量を計量し、また
冷却空気をより効果的に使用することにより、アウタエ
アシールのセグメントの如き構成要素により効率的に冷
却空気を供給することである。
発明の開示 本発明によれば、排気通路を有するアウタエアシールが
アウタエアシールのための支持体に係合しており、該支
持体はキャビティより冷却空気を排出させ、またキャビ
ティより流出する冷却空気の流量を計量し且冷却空気を
エンジンの他の領域へ導くべく、排気通路を経て冷却空
気のためのキャビティと流体的に連通接続された複数個
の通路を有している。
また本発明によれば、支持体に設けられた冷却空気のた
めの通路は半径方向に配向されており、アウタエアシー
ルを衝突冷却すべく第二のキャビティを横切ってアウタ
エアシールに対して冷却空気を導くようになっている。
本発明の一つの実施例によれば、アウタエアシールは一
列の円弧状シールセグメントにて形成されており、各セ
グメントは支持体に係合するフックと、該フックを貫通
して設けられた冷却空気のための通路と、フックとセグ
メントのエッジとの間のエッジ領域とを有しており、該
エッジ領域はフック及び支持体を貫通して流される冷却
空気により衝突冷却される。
また本発明によれば、冷却空気は第一の位置に於てアウ
タエアシールに対し衝突せしめられ、収集され、アウタ
エアシール及びアウタエアシールのための支持体に設け
られた通路を経て第二の位置へ流され、該第二の位置に
於てアウタエアシールのエッジ領域に対し衝突せしめら
れる。
本発明の主要な特徴は、一列の円弧状シールセグメント
にて形成されたアウタエアシールである。シールセグメ
ントの少なくとも一つは冷却空気源と流体的に連通する
冷却空気のための通路を有している。アウタエアシール
に係合すべく支持体がエンジンケースより延在してい
る。この支持体は冷却空気をエンジンの前記支持体に近
接した領域へ分配すべく、アウタエアシールに設けられ
て通路と流体的に連通する通路を有している。一つの実
施例に於ては、冷却空気源はアウタエアシールの外方に
設けられたアウタエアシールに衝突せしめられた後の冷
却空気を収集する衝突空気キャビティである。アウタエ
アシールに設けられた通路及び支持体に設けられた通路
は衝突空気キャビティより冷却空気がアウタエアシール
のシールセグメントに再度衝突せしめられる位置まで冷
却空気を導く。一つの実施例に於ては、アウタエアシー
ルのセグメントに設けられた通路は、フックがアウタエ
アシール内に於ける局部応力に与える影響を低減すべく
アウタエアシールのセグメントに設けられたフックを貫
通して延在する溝である。
本発明の一つの主要な利点は、冷却空気が効率的に使用
されることであり、このことは冷却空気を支持体に設け
られた通路を経て新たな位置へ導き且冷却空気を計量す
ることによって冷却空気を正確に新たな位置へ供給する
ことにより得られる。一つの実施例に於ては、本発明の
利点はエンジンの運転効率が改善されることであり、こ
のことはアウタエアシールに対し冷却空気を第一の位置
にて衝突させ、次いで冷却空気をアウタエアシールのた
めの支持体を貫通して導き、冷却空気を第二の位置にて
アウタエアシールに対し再度衝突させることによって冷
却空気を効果的に使用することにより得られる。一つの
実施例に於ては、本発明の利点は、セラミックにてフェ
ーシングされたアウタエアシールの使用寿命が長いこと
であり、このことはアウタエアシールのための支持体に
係合すべくアウタエアシールにより使用されるフックに
溝を設けることによってフックの局部的応力の変化が低
減されることにより得られる。アウタエアシールと支持
体との間にシール部材を設け、これにより冷却空気が溝
を経て漏洩することを阻止することにより、冷却空気が
溝を経て過剰に漏洩することが回避される。冷却空気の
計量及び冷却空気の導入は支持体に設けられた通路によ
り行われる。本発明の他の一つの利点は、アウタエアシ
ール及びアウタエアシールのための支持体の使用寿命が
長いことであり、このことはアウタエアシール及びその
支持体に設けられた通路を経て冷却空気を流すことによ
ってアウタエアシール及びその支持体を発散式に冷却す
ることにより得られる。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。
発明を実施するための最良の形態 第１図は回転軸線Arを有する軸流型ガスタービンエンジ
ン10の一部を示す断面図であり、タービンセクション12
の一部を示している。タービンセクション12は軸線Arの
周りに配置された作動媒体ガスのための環状の作動媒体
流路14を含んでいる。作動媒体流路14はステータ構造体
16により境界が郭定されている。ステータ構造体16はア
ウタケース18の如きエンジンケースを含んでおり、エン
ジンケースは作動媒体流路の周りに周縁方向に延在して
いる。単一のロータブレード22にて示されている如き複
数個のロータブレードが作動媒体流路を横切ってアウタ
ケース18に間近に近接した位置まで半径方向外方へ延在
している。
ロータブレード22の半径方向外方に設けられた冷却可能
なステータ組立体24が軸線Arの周りに延在して作動媒体
流路14の境界を郭定している。この冷却可能なステータ
組立体24はアウタエアシール26と該アウタエアシールを
支持する支持装置28とを含んでいる。支持装置28は上流
側支持体32及び下流側支持体34を含んでおり、これらの
支持体はアウタケース18より内方へ延在している。各支
持体はそのフープ強さを低減すべく複数個のセグメント
に分割されていてよい。支持体32及び34の各セグメント
は溝36により図には示されていない薄い可撓性を有する
シート金属シールを受入れるよう構成されている。また
これらの支持体はアウタエアシール26をロータブレード
22の周りに半径方向に支持し且つ位置決めべくアウタケ
ース18に取付けられている。
アウタエアシール26はアウタケース18より半径方向内方
に隔置されてアウタケースとの間に周縁方向に延在する
キャビティ38を郭定している。周縁方向に延在する衝突
プレート40が設けられており、該プレートはアウタエア
シール26と上流側支持体32及び下流側支持体34との間に
捕捉された端部41を有している。衝突プレート40はアウ
タケースより半径方向内方に隔置されており、またアウ
タエアシール26より半径方向外方に隔置されている。衝
突プレート40はキャビティ38をアウタキャビティ42とイ
ンナキャビティ即ち衝突空気キャビティ44とに分割して
いる。
冷却空気のための第一の流路46が作動媒体流路14の外方
にてアウタキャビティ42内へ延在している。漏洩通路4
6′が第一の流路46より半径方向内方へ作動媒体流路へ
向けて延在している。冷却空気のための第二の流路48の
如き第二の流路がアウタエアシール26の外方に於てキャ
ビティ44内にて軸線方向及び周縁方向に延在している。
第一の流路46は衝突プレート40に設けられた衝突孔52に
より第二の流路48と流体的に連通接続されている。衝突
孔52はアウタキャビティ42よりの冷却空気の流路を計量
し、また冷却空気の流れをアウタエアシール26に対し導
き得るような大きさにて形成されている。
アウタエアシール26は一つのシールセグメント54により
示されている如き複数個の円弧状シールセグメントにて
形成されており、各シールセグメントは作動媒体流路14
の周りに周縁方向に延在している。各シールセグメント
54はその上流側端部にリーディングエッジ56を有し、そ
の下流側端部にトレーリングエッジ58を有している。こ
れらのシールセグメントはロータブレード22とアウタエ
アシール26との間の半径方向の相対運動を受入れ得るよ
う、可変の間隙Crだけロータブレードより半径方向に隔
置されている。
各シールセグメント54はプレート62と上流側フック64及
び下流側フック66の如きフックとを含んでおり、フック
64及び66はプレート62に取付けられており、プレートを
支持体に係合し得るようにしている。上流側フック64は
リーディングエッジ56より軸線方向に隔置されてリーデ
ィングエッジとの間にリーディングエッジ領域56aを郭
定する位置に於てプレート62より延在している。一方下
流側フック66はトレーリングエッジ58より軸線方向に隔
置されてトレーリングエッジとの間にトレーリングエッ
ジ領域58aを郭定する位置に於てプレート62より延在し
ている。
上流側支持体32は周縁方向に延在する上流側フランジ68
により上流側フック64に係合し得るよう構成されてい
る。他方下流側支持体34は周縁方向に延在する下流側フ
ランジ72により下流側フック66に係合し得るよう構成さ
れている。上流側支持体32にはアウタフランジ74が設け
られており、該フランジは上流側フランジ68より外方に
隔置されている。また下流側支持体34にはアウタフラン
ジ76が設けられており、該フランジは下流側フランジ72
より外方に隔置されている。これらのアウタフランジに
より上流側及び下流側支持体はフランジとシールセグメ
ントに設けられたフックとの間に衝突プレート40の端部
を捕捉し得るようになっている。衝突プレート40は図に
於て仮想線にて示されている如き自由高さ（装着時の高
さよりも大きい）を有するよう端部41に於て湾曲されて
いる。衝突プレート40はフックとアウタフランジとの間
に捕捉されているので、衝突プレートは支持体のアウタ
フランジ74及び76を押圧し、またシールセグメントに設
けられた上流側及び下流側フックを押圧し、これにより
上流側支持体32に設けられた上流側フランジ68及び下流
側支持体34に設けられた下流側フランジ72に対しシール
セグメントを半径方向内方向へシール式に押圧してい
る。上流側支持体32はそれに設けられた第三のフランジ
78によりアウタケース18に係合し得るようになってお
り、また下流側支持体はそれに設けられた第三のフラン
ジ80によりアウタケース18に係合し得るようになってい
る。
第２図は上流側支持体32、下流側支持体34、アウタエア
シール26の一つのシールセグメント54の間の相互関係を
示すべく、第１図に示された断面図より周縁方向に変位
された平面に沿って第１図に示された構成要素を切断し
て示す断面図である。シールセグメント54のプレート62
は基体84を含んでいる。基体84は軸線Arの周りに周縁方
向に延在する表面86を有している。上流側フック64及び
下流側フック66は基体84より半径方向外向へ延在してい
る。基体84にはセラミックフェーシング材料88が取付け
られている。セラミックフェーシング材料88はセラミッ
ク表面層88aとセラミック−金属中間層88bとを有してお
り、中間層88bは関連する接合層88cと共働してセラミッ
ク表面層88aを基体84に接合している。セラミック表面
層88aは作動媒体流路14の境界を郭定すべく、軸線Arの
周りに周縁方向に延在しており、またリーディングエッ
ジ56よりトレーリングエッジ58まで後方へ延在してい
る。
上流側フック64はプレート62の基体84に取付けられてい
る。上流側フックはプレート62より半径方向外方へ延在
する第一のセクション92と、該第一のセクションよりリ
ーディングエッジへ向けて軸線方向に延在する第二のセ
クション94とを有している。第二のセクションはプレー
ト62の基体84より半径方向に隔置されて基体との間に周
縁方向に延在する溝96を郭定している。
上流側支持体32、下流側支持体34、シールセグメント5
4、衝突プレート40はリーディングエッジ領域56aの近傍
に四つのキャビティを郭定しており、またトレーリング
エッジ領域58aの近傍に四つのキャビティを郭定してい
る。リーディングエッジ領域近傍の構造及びキャビティ
に関する以下の説明は、トレーリングエッジ領域近傍の
構造及びキャビティにも同様に適用され得るものであ
る。リーディングエッジ領域近傍の第一のキャビティは
衝突空気キャビティ44である。上流側支持体のフランジ
68はシールセグメントの基体より半径方向外方に隔置さ
れて基体との間に第二のキャビティ98を郭定している。
またフランジ68はフックの第一のセクション92より軸線
方向に隔置されて第一のセクションとの間に第三のキャ
ビティ102を郭定している。更にフックの第二のセクシ
ョン94は上流側支持体32より軸線方向に隔置されて上流
側支持体との間に第四のキャビティ104を郭定してい
る。
衝突プレート40は、上流側フック64の半径方向外方の流
路に沿って衝突プレート40とアウタフランジ74との間を
経て第四のキャビティ104へ冷却空気が流入することを
阻止すべく、上流側支持体32と上流側フック64の第二の
セクション94との間に延在する第一のシール部材であ
る。第三のキャビティ102内にはＷ形シール部材106の如
き第二のシール部材が配置されており、該第二のシール
部材はシールセグメントと支持体との間の流路に沿って
第三のキャビティを経て第二のキャビティ98内へ冷却空
気が漏洩することを阻止すべく、シールセグメントと上
流側支持体との間に延在している。この第二のシール部
材は上流側支持体とシールセグメントのシールプレート
との間又は上流側支持体とフックの遮断されていない部
分との間に延在していてもよい。
第３図は第２図の線３−３に沿うシールセグメント及び
上流側支持体の一部を示す断面図である。第２図及び第
３図に示されている如く、各フックは溝108により示さ
れている複数個の溝の如き冷却空気のための一つ以上の
通路を有している。これらの溝は互いに周縁方向に隔置
されており、フックの周縁方向の連続性を遮断し、また
第一のキャビティ44を第四のキャビティ104と流体的に
連通接続すべく、上流側フックを貫通して軸線方向に延
在している。上流側支持体は計量孔112により示された
複数個の計量孔の如き少なくとも一つの通路を有してお
り、計量孔112は孔114を経て第二のキャビティ98と流体
的に連通しており、また溝108を経て冷却空気のための
第一のキャビティ44と流体的に連通している。
計量孔112はシールセグメントのエッジ領域と軸線方向
に整合されており、冷却空気がシールプレートのエッジ
領域に衝突するよう第二のキャビティ98を横切って半径
方向に冷却空気を導くべく半径方向に配向されている。
第２図に於て仮想線にて示されいてる如く、計量孔11
2′はアウタエアシールのエッジ領域に対し或る角度に
て冷却空気を導くべく、第四のキャビティ及び溝108を
経て第一のキャビティと流体的に連通していてよい。孔
は上述の如く配向されているので、冷却空気に半径方向
の速度成分を与え、これにより冷却空気はシールセグメ
ントのエッジ領域56aの前方部へ向けて導かれる。また
冷却空気孔112″は半径方向内方へ延在していてよい。
これらの孔はエンジンの支持体に近接した領域に隣接す
る構造体に対し冷却空気を衝突させ、これにより流路4
6′に沿う冷却空気の漏洩に局部的に対抗すべく、半径
方向内方の速度成分を伴って冷却空気を導く。
第３図に示されている如く、上流側フック64に設けられ
た各溝108は上流側支持体32のフランジ68に設けられた
対応する通路112と整合されている。シールセグメント
はかかる整合を維持すべく図には示されていない割出し
ピンにより支持体に対し割り出されるようになってい
る。
ガスタービンエンジン10の運転中には、冷却空気及び高
温の作動媒体ガスがエンジンのタービンセクション12内
へ流される。高温の作動媒体ガスは環状の作動媒体流路
14に沿って流される。冷却空気は第一の流路46に沿って
流され、高温の作動媒体流路14の半径方向外方にてター
ビンセクションへ流入する。アウタケース18、アウタエ
アシール26、アウタエアシールのための上流側支持体32
及び下流側支持体34を含むタービンセクションの構成要
素は作動媒体ガスによつて加熱され、冷却空気により冷
却される。冷却空気は第一の流路46に沿って流され、ア
ウタエアシール26の半径方向外方にてアウタキャビティ
42内へ流入する。交差の変動のために、漏洩流路46′の
如き漏洩流路が上流側支持体とこれに近接する静止構造
体との間にて上流側支持体32に近接した領域まで延在す
る。従って上流側支持体32とこれに近接するステータ組
立体との間には図には示されていないシール部材が配置
されている。漏洩流路46′に沿う冷却空気の漏洩はシー
ル部材によって阻止されるが、或る程度の漏洩が発生す
る。
冷却空気はアウタキャビティ42内へ流入した後衝突プレ
ート40に設けられた衝突孔52を経て流れる際に計量さ
れ、位置L1により示されている如き複数個の第一の位置
に於てプレートの基体84に衝突する。冷却空気は衝突空
気キャビティ内にて収集され、上流側支持体のフックに
設けられた通路（溝）108を経て流される。冷却空気は
第四のキャビティ内へ流され、次いで支持体に設けられ
た孔112へ流されるか、孔112へ直接流され、これらの孔
を流される際に計量され、第二のキャビティ98を横切っ
て導かれ、第二の位置L2に於て円弧状シールセグメント
の基体に再度衝突せしめられる。冷却空気を基体に衝突
させることにより得られる冷却空気とシールセグメント
との間の熱伝達係数は、対流による熱伝達によって熱を
除去すべく基体の表面に沿って冷却空気を流すことによ
り得られる熱伝達係数よりも少なくとも500％大きい。
冷却空気はシールセグメントに対し二度目の衝突が行わ
れた後、エンジンの隣接する領域内へ流され、これによ
りシールセグメントのリーディングエッジ領域を対流冷
却する。
種々の理由から多量の冷却空気が一つ以上の溝を経て流
されてよい。第四のキャビティは支持体に設けられた通
路へ冷却空気をより均一に分配するためのマニホルドと
して作用する。追加の空気がかかる追加の空気流を導く
溝を経て第四のキャビティへ流される。かかる追加の冷
却空気の一部は流量の小さい領域へ第四のキャビティを
経て流される。
上述の実施例の場合と同様に好ましく冷却空気を分配す
べく、代替の通路112′、112″が互いに他の組合せ及び
通路112との組合せにて使用されてよい。冷却空気を半
径方向内方の速度成分を伴って隣接するステータ組立体
に衝突させ、これにより漏洩流路46′を経て流出する冷
却空気に対抗すべく、冷却空気通路112″は内方へ傾斜
して設けられている。冷却空気は衝突するとその動圧の
一部を静圧に変化し、これによりより高い静圧の小さい
領域を発生し、これにより漏洩流路46′に沿って冷却空
気が漏洩することを局部的に阻止する。
冷却空気を効果的に使用し、またエンジンの運転効率を
向上させるへく、冷却空気とシールセグメントとの間の
熱伝達係数を増大させることに加えて、冷却空気は上流
側支持体を経て流れる際に正確に計量され、これにより
冷却空気の浪費が低減される。上流側及び下流側フック
に設けられた溝はフックにより発生される応力の局部的
変動を低減する。応力の変動の低減はセラミックフェー
シングされたアウタエアシールの使用寿命に有益な影響
を有する。かかる応力の局部的変動はセラミックフェー
シング材料と基体との間の接合層88cの構造的一体性に
悪影響を有するものと考えられる。最後にフックに設け
られた溝及び支持体に設けられた通路を経て流される冷
却空気はかかる構成要素を漏洩式に冷却し、またこれら
の構成要素を冷却空気の層中にひたし、これによりこれ
らの構成要素内の熱応力を低減し、またこれらの構成要
素の過熱を回避する。
以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能である
ことは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は軸流型ガスタービンエンジンの部分断面図であ
り、タービンセクションの一部及びエンジンの回転軸線
を示している。 第２図は第１図に示された構成要素を断面にて示すべく
第１図に示された断面より周縁方向に変位された平面に
沿って第１図に示された構成要素を示す断面図である。 第３図は第２図の線３−３に沿う断面図である。 10……ガスタービンエンジン,12……タービンセクショ
ン,14……作動媒体流路,16……ステータ構造体,18……
アウタケース,22……ロータブレード,24……ステータ組
立体,26……アウタエアシール,28……支持装置,32……
上流側支持体,34……下流側支持体,36……溝,38……キ
ャビティ,40……衝突プレート,41……端部,42……アウ
タキャビティ,44……衝突空気キャビティ,46……第一の
流路,46′……漏洩流路,48……第二の流路,52……衝突
孔,54……シールセグメント,56……リーディングエッ
ジ,56a……リーディングエッジ領域,58……トレーリン
グエッジ,58a……トレーリングエッジ領域,62……プレ
ート,64……上流側フック,66……下流側フック,68……
上流側フランジ,72……下流側フランジ,74、76……アウ
タフランジ,78、80……第三のフランジ,84……基体,86
……表面,88……セラミックフェーシング材料,88a……
セラミック表面層,88b……中間層,88c……接合層,92…
…第一のセクション,94……第二のセクション,96……
溝,102……第三のキャビティ,104……第四のキャビテ
ィ,108……溝,112……計量孔,114……孔

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】アウタケース（18）と前記アウタケースの
    内側に周方向に順次隣合って配列された複数の円弧状の
    シールセグメント（54）とを有し、前記一連のシールセ
    グメントの半径方向内側にタービンブレード（22）によ
    って横切られる作動流体の流れのための第一の環状流路
    （14）が形成され、前記一連のシールセグメントの半径
    方向外側に冷却用流体の流れのための第二の環状流路
    （42）が形成され、前記シールセグメント（54）は各々
    前記第一の環状流路を通る作動流体の流れの方向に沿っ
    て見て上流側及び下流側に位置する少くとも一つの対を
    なすフック部（64、66）を備えており、これらのフック
    部は該シールセグメントの本体部より半径方向外側へ突
    き出更に互いに離れる方向へ折曲って当該シールセグメ
    ントの上流端及び下流端に対応して設けられた上流側支
    持体（32）及び下流側支持体（34）の対向するフランジ
    部（68、72）と係合し、かくして当該シールセグメント
    は該上流側支持体及び下流側支持体を経て前記アウタケ
    ースより支持されており、前記フック部（64、66）の少
    くとも一つは少くとも一つの溝（108）を有し、前記フ
    ランジ部（68、72）の少くとも一つは少くとも一つの計
    量孔（112）を有し、前記溝と前記計量孔の接続により
    前記第二の環状流路（42）より供給された冷却流体を前
    記シールセグメント（54）の本体の上流側端部又は下流
    側端部の少くとも一方へ実質的に直角に吹付ける冷却流
    体通路が形成されていることを特徴とするガスタービン
    エンジンの冷却可能な壁構造体。
  2. 【請求項２】アウタケース（18）と前記アウタケースの
    内側に周方向に順次隣合って配列された複数の円弧状の
    シールセグメント（54）とを有し、前記一連のシールセ
    グメントの半径方向内側にタービンブレード（22）によ
    って横切られる作動流体の流れのための第一の環状流路
    （14）が形成され、前記一連のシールセグメントの半径
    方向外側に冷却用流体の流れのための第二の環状流路
    （42）が形成され、前記シールセグメント（54）は各々
    前記第一の環状流路を通る作動流体の流れの方向に沿っ
    て見て上流側及び下流側に位置する少くとも一つの対を
    なすフック部（64、66）を備えており、これらのフック
    部は該シールセグメントの本体部より半径方向外側へ突
    き出更に互いに離れる方向へ折曲って当該シールセグメ
    ントの上流端及び下流端に対応して設けられた上流側支
    持体（32）及び下流側支持体（34）の対向するフランジ
    部（68、72）と係合し、かくして当該シールセグメント
    は該上流側支持体及び下流側支持体を経て前記アウタケ
    ースより支持されており、前記フック部（64、66）の少
    くとも一つは少くとも一つの溝（108）を有し、前記フ
    ランジ部（68、72）の少くとも一つは少くとも一つの計
    量孔（112）を有し、前記溝と前記計量孔の接続により
    前記第二の環状通路（42）より供給された冷却流体を前
    記シールセグメント（54）の本体の上流側端部又は下流
    側端部の少くとも一方へ実質的に直角に吹付ける冷却流
    体通路が形成されており、前記シールセグメント（54）
    の前記上流側及び下流側支持体（32、34）の間に延在す
    る部分をこれより半径方向外側に隔置された位置にて覆
    い且複数の孔（52）を形成された衝突プレート（40）が
    設けられており、前記第二の環状通路（42）内の冷却流
    体はまず前記衝突プレート（40）前記孔（52）を経て前
    記シールセグメント（54）上に衝突するよう吹付けら
    れ、次いで前記シールセグメントと前記衝突プレートと
    の間に残された空隙（44）を通って前記フック部（64、
    66）の前記溝（108）へ向けて流れるようになっている
    ことを特徴とするガスタービンエンジンの冷却可能な壁
    構造体。
JP60247850A 1984-12-05 1985-11-05 ガスタービンエンジンの冷却可能な壁構造体 Expired - Lifetime JPH0756202B2 (ja)

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