JPH1077804A - タービンブレードの間隙制御装置 - Google Patents
タービンブレードの間隙制御装置Info
- Publication number
- JPH1077804A JPH1077804A JP9212973A JP21297397A JPH1077804A JP H1077804 A JPH1077804 A JP H1077804A JP 9212973 A JP9212973 A JP 9212973A JP 21297397 A JP21297397 A JP 21297397A JP H1077804 A JPH1077804 A JP H1077804A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- support case
- flow
- control device
- gas turbine
- fluid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
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
- 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
- F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
- F01D11/20—Actively adjusting tip-clearance
- F01D11/24—Actively adjusting tip-clearance by selectively cooling-heating stator or rotor components
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガスタービンエンジンの、タービンブレード
先端とこれを取り囲むシュラウドの間の間隙の半径方向
変化を補償する。 【解決手段】 ブレード(14)の先端(12)と静止シュラウ
ド(16)間の半径方向間隙(10)を制御する。冷却流体(14
4) 、加熱流体(150) 又は冷却流体と加熱流体を組合せ
て、主空洞(130) から支持ケース空洞(132) に導入す
る。流れ制御装置(8)を調節し、タービンブレード先端
の位置に対するノズル支持ケース(100) と静止シュラウ
ドの熱膨張による伸びを制御する。本装置により、ガス
タービンエンジン(6) の効率、寿命、作動を改善する効
果が得られる。
先端とこれを取り囲むシュラウドの間の間隙の半径方向
変化を補償する。 【解決手段】 ブレード(14)の先端(12)と静止シュラウ
ド(16)間の半径方向間隙(10)を制御する。冷却流体(14
4) 、加熱流体(150) 又は冷却流体と加熱流体を組合せ
て、主空洞(130) から支持ケース空洞(132) に導入す
る。流れ制御装置(8)を調節し、タービンブレード先端
の位置に対するノズル支持ケース(100) と静止シュラウ
ドの熱膨張による伸びを制御する。本装置により、ガス
タービンエンジン(6) の効率、寿命、作動を改善する効
果が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般にガスタービ
ンエンジンの冷却に関し、より詳しくは回転するタービ
ンブレードと静止したシュラウドの間の間隙の制御の関
する。
ンエンジンの冷却に関し、より詳しくは回転するタービ
ンブレードと静止したシュラウドの間の間隙の制御の関
する。
【０００２】
【従来の技術】高性能ガスタービンエンジンは、エンジ
ン内の個々の部品の信頼性とサイクル寿命を増すため、
冷却通路と冷却流を必要とする。例えば、燃費特性を改
善するため、エンジンはエンジン部品が構成される材料
の物理的特性の限度より高い温度で運転される。これら
の高温が補償されないと、エンジン部品の寿命が短くな
る。空気流をこのようなエンジン部品に向けるのに冷却
通路が使用され、部品の高い温度を下げ、このような部
品の材料特性に合うレベルの温度に制限されるので、部
品の寿命が延びる。従来、これらの部品を冷却するた
め、圧縮空気の一部がエンジンのコンプレッサー部分か
ら供給された。従って、エンジンの燃焼が有用に作用す
るように空気の大部分を残す必要があるので、コンプレ
ッサー部分から供給される空気の量には制限があった。
ン内の個々の部品の信頼性とサイクル寿命を増すため、
冷却通路と冷却流を必要とする。例えば、燃費特性を改
善するため、エンジンはエンジン部品が構成される材料
の物理的特性の限度より高い温度で運転される。これら
の高温が補償されないと、エンジン部品の寿命が短くな
る。空気流をこのようなエンジン部品に向けるのに冷却
通路が使用され、部品の高い温度を下げ、このような部
品の材料特性に合うレベルの温度に制限されるので、部
品の寿命が延びる。従来、これらの部品を冷却するた
め、圧縮空気の一部がエンジンのコンプレッサー部分か
ら供給された。従って、エンジンの燃焼が有用に作用す
るように空気の大部分を残す必要があるので、コンプレ
ッサー部分から供給される空気の量には制限があった。
【０００３】タービンの回転ブレード先端と、対応する
静止シュラウドの間の間隙が大きすぎると、タービン段
の効率が減少し、その結果タービン固有の燃料消費と出
力を悪化させる。最大荷重運転時の先端の間隙を最小に
するため、通常タービンのシュラウドは冷却される。先
端の間隙が比較的小さいと、静止−回転要素の熱膨張に
よる相対的移動により、ブレード先端の摩擦が起こる場
合がある。
静止シュラウドの間の間隙が大きすぎると、タービン段
の効率が減少し、その結果タービン固有の燃料消費と出
力を悪化させる。最大荷重運転時の先端の間隙を最小に
するため、通常タービンのシュラウドは冷却される。先
端の間隙が比較的小さいと、静止−回転要素の熱膨張に
よる相対的移動により、ブレード先端の摩擦が起こる場
合がある。
【０００４】クラウド クリスチャン ホーリンガーと
ロバートカービスチンに1976年８月24日に発行された米
国特許第3,975,901 号では、熱で半径方向に移動する穴
あきプレート弁を利用し、それが低温又は高温流体をタ
ービンノズルケース空洞に交互に供給する。この装置で
は、また冷却流の第２部品を備え、冷却流が制御プレー
ト弁を常時迂回し、シュラウド先端の空洞に供給され
る。プレート弁の位置決めが難しいので装置の制御が困
難であり、また常時迂回する流れがあるので、この装置
の性能は制限があった。さらに、この装置は多段タービ
ンの各段に適用しなければならない。ロールス−ロイス
社に1971年９月29日に発行された英国特許第1,248,198
号は、外部の流体温度自動制御装置を有し、タービン先
端のシュラウドに低温流体と高温流体の混合物を提供す
る。低温流体と高温流体の混合率とその結果の混合物の
温度は、ブレードシュラウドとステーターシュラウドの
間の非常に狭い制御された間隙で検知された圧力を基に
制御される。この装置は、シュラウドのあるタービンブ
レードにしか使用出来ず、制御された間隙を通ってさら
に冷却材を失う。さらに、運転中に両組立体の間の狭い
間隙を制御するのは、非常に難しい。
ロバートカービスチンに1976年８月24日に発行された米
国特許第3,975,901 号では、熱で半径方向に移動する穴
あきプレート弁を利用し、それが低温又は高温流体をタ
ービンノズルケース空洞に交互に供給する。この装置で
は、また冷却流の第２部品を備え、冷却流が制御プレー
ト弁を常時迂回し、シュラウド先端の空洞に供給され
る。プレート弁の位置決めが難しいので装置の制御が困
難であり、また常時迂回する流れがあるので、この装置
の性能は制限があった。さらに、この装置は多段タービ
ンの各段に適用しなければならない。ロールス−ロイス
社に1971年９月29日に発行された英国特許第1,248,198
号は、外部の流体温度自動制御装置を有し、タービン先
端のシュラウドに低温流体と高温流体の混合物を提供す
る。低温流体と高温流体の混合率とその結果の混合物の
温度は、ブレードシュラウドとステーターシュラウドの
間の非常に狭い制御された間隙で検知された圧力を基に
制御される。この装置は、シュラウドのあるタービンブ
レードにしか使用出来ず、制御された間隙を通ってさら
に冷却材を失う。さらに、運転中に両組立体の間の狭い
間隙を制御するのは、非常に難しい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】エンジンの運転温度が
高くなっているので、重要な部品をより冷却すること、
又は冷却空気をよりよく利用することにより、効率と出
力を増加することが求められる。本発明は、上述の問題
の１つまたはそれ以上を解決することを目的とする。
高くなっているので、重要な部品をより冷却すること、
又は冷却空気をよりよく利用することにより、効率と出
力を増加することが求められる。本発明は、上述の問題
の１つまたはそれ以上を解決することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の１態様では、タ
ービンブレード先端と静止シュラウドの間の半径方向間
隙を制御する装置が、ハウジング内に配置されハウジン
グとの間に主空洞を形作る支持ケースを備える。該支持
ケースは、静止シュラウドを支持し、静止シュラウドと
の間に支持ケース空洞を形成し、熱移動末端を形成す
る。該支持ケースの内部には、主空洞から支持ケース空
洞へ連通する通路が形成されている。該通路は、所定の
断面積を有する。該静止シュラウドは、熱移動末端の一
部を形成する内側表面を形成する。該支持ケース空洞は
主空洞と連通し、外側表面がインターフェースの末端を
形作る。流体の流れが主空洞に連通し、通路を通って、
支持ケース空洞の熱移動末端の向けられそれに熱移動す
る。該装置はまた、主空洞と支持ケース空洞の１つへの
熱移動速度制御手段を備え、該制御手段は、低温流体流
と高温流体流の１つからの流体の流れを制御する流れ制
御装置を備える。
ービンブレード先端と静止シュラウドの間の半径方向間
隙を制御する装置が、ハウジング内に配置されハウジン
グとの間に主空洞を形作る支持ケースを備える。該支持
ケースは、静止シュラウドを支持し、静止シュラウドと
の間に支持ケース空洞を形成し、熱移動末端を形成す
る。該支持ケースの内部には、主空洞から支持ケース空
洞へ連通する通路が形成されている。該通路は、所定の
断面積を有する。該静止シュラウドは、熱移動末端の一
部を形成する内側表面を形成する。該支持ケース空洞は
主空洞と連通し、外側表面がインターフェースの末端を
形作る。流体の流れが主空洞に連通し、通路を通って、
支持ケース空洞の熱移動末端の向けられそれに熱移動す
る。該装置はまた、主空洞と支持ケース空洞の１つへの
熱移動速度制御手段を備え、該制御手段は、低温流体流
と高温流体流の１つからの流体の流れを制御する流れ制
御装置を備える。
【０００７】本発明の他の態様では、ガスタービンエン
ジンが、外側ケースと、コンプレッサー部分と、内部に
作動的に結合したタービン部分とを有する。該コンプレ
ッサー部分は、そこからの冷却流体の流れを形成し、タ
ービン部分は内部に先端を形成するタービンブレードを
有し、高温流体がタービン部分を通り抜け、通り抜けた
後排気プリナムに集められる。ノズル・シュラウド組立
体が、外側ハウジングに支持される。該ノズル・シュラ
ウド組立体の内部には、内側表面と外側表面を形成する
静止シュラウドが可動に配置される。該外側表面は、タ
ービンブレードと先端から半径方向外側に配置される。
ノズル・シュラウド組立体と外側ハウジングの間に、主
空洞が形作られる。静止シュラウドとノズル・シュラウ
ド組立体の間に、支持ケース空洞が形作られる。主空洞
と支持ケース空洞の間を通路が連通する。また内部に、
支持ケース空洞への熱移動速度制御手段を備える。
ジンが、外側ケースと、コンプレッサー部分と、内部に
作動的に結合したタービン部分とを有する。該コンプレ
ッサー部分は、そこからの冷却流体の流れを形成し、タ
ービン部分は内部に先端を形成するタービンブレードを
有し、高温流体がタービン部分を通り抜け、通り抜けた
後排気プリナムに集められる。ノズル・シュラウド組立
体が、外側ハウジングに支持される。該ノズル・シュラ
ウド組立体の内部には、内側表面と外側表面を形成する
静止シュラウドが可動に配置される。該外側表面は、タ
ービンブレードと先端から半径方向外側に配置される。
ノズル・シュラウド組立体と外側ハウジングの間に、主
空洞が形作られる。静止シュラウドとノズル・シュラウ
ド組立体の間に、支持ケース空洞が形作られる。主空洞
と支持ケース空洞の間を通路が連通する。また内部に、
支持ケース空洞への熱移動速度制御手段を備える。
【０００８】
【発明の実施の形態及び実施例】図１と２を参照する
と、ガスタービンエンジン6 が示され、タービンブレー
ド14の先端12と静止シュラウド16の間のインターフェー
ス即ち半径方向間隙10の制御装置8 が示される。ガスタ
ービンエンジン6 を部分的に断面図にし装置8 をさらに
示す。エンジン6 のタービン部分20の部品を冷却する冷
却空気流配達装置18が示される。エンジン6 は、外側ハ
ウジング22と、燃焼器部分24と、コンプレッサー部分26
と、空気流配達装置18をコンプレッサー部分26に流体接
続するコンプレッサーの排気プリナム28とを備える。本
出願では、コンプレッサー部分26は、多段軸コンプレッ
サーである。燃焼器部分24は、支持具34により排気プリ
ナム28内に支持される環状燃焼室32を備える。燃焼室32
内に複数の燃料ノズル36が配置される。タービン部分20
は、タービンノズル支持ケース100 内に第１段タービン
等の複数のタービン段38を備える。ノズル・シュラウド
組立体40が、通常の方法で外側ハウジング22から支持さ
れている。
と、ガスタービンエンジン6 が示され、タービンブレー
ド14の先端12と静止シュラウド16の間のインターフェー
ス即ち半径方向間隙10の制御装置8 が示される。ガスタ
ービンエンジン6 を部分的に断面図にし装置8 をさらに
示す。エンジン6 のタービン部分20の部品を冷却する冷
却空気流配達装置18が示される。エンジン6 は、外側ハ
ウジング22と、燃焼器部分24と、コンプレッサー部分26
と、空気流配達装置18をコンプレッサー部分26に流体接
続するコンプレッサーの排気プリナム28とを備える。本
出願では、コンプレッサー部分26は、多段軸コンプレッ
サーである。燃焼器部分24は、支持具34により排気プリ
ナム28内に支持される環状燃焼室32を備える。燃焼室32
内に複数の燃料ノズル36が配置される。タービン部分20
は、タービンノズル支持ケース100 内に第１段タービン
等の複数のタービン段38を備える。ノズル・シュラウド
組立体40が、通常の方法で外側ハウジング22から支持さ
れている。
【０００９】冷却空気流配達装置18は、例えばコンプレ
ッサーの排気プリナム28をタービン部分20と連結する流
体流路64を有する。運転中、流体流路64内に矢印で示す
冷却流体の流れ66が得られる。流れ66は、コンプレッサ
ー部分26からタービン部分20へ通常の方法で向けられ
る。ハウジング22に半径方向に間隔をおいて燃焼室32が
配置され、流れ66が通過できるように両者の間に間隙が
設けられている。
ッサーの排気プリナム28をタービン部分20と連結する流
体流路64を有する。運転中、流体流路64内に矢印で示す
冷却流体の流れ66が得られる。流れ66は、コンプレッサ
ー部分26からタービン部分20へ通常の方法で向けられ
る。ハウジング22に半径方向に間隔をおいて燃焼室32が
配置され、流れ66が通過できるように両者の間に間隙が
設けられている。
【００１０】図２と３に最もよく示すように、タービン
部分20は、一般に通常の設計である。例えば、個々のタ
ービン段38は、ノズル・シュラウド組立体40に軸方向に
隣接してローター組立体70を備える。ローター組立体70
は、一般に通常の設計で、複数のタービン先端12を形成
するタービンブレード14を有する。個々のタービンブレ
ード14は、通常の材料で作られている。しかし、本発明
の本質を変えずに複数のブレードのそれぞれはセラミッ
ク材料で作ることもできる。本出願では、個々のノズル
・シュラウド組立体40は、複数のノズルと一体又は別体
の静止シュラウド16を備え、シュラウド組立体80を形作
る。個々の静止シュラウド16は、第１端部82と、第２端
部84と、内側表面86と、半径方向間隙の末端を形作る外
側表面88とを形成する。ノズル羽根90が、シュラウド組
立体80の第１端部82に近い静止シュラウド16から半径方
向内側に延びる。個々のシュラウド組立体80の第１端部
82と第２端部84の間に、外側表面88に対応するシーリン
グ表面92がある。タービンブレード14の先端12は、シー
リング表面92より半径方向内側に位置し、それぞれその
間のインターフェース即ち半径方向間隙10の内側と外側
末端を形作る。さらに、本出願では、個々のノズル・シ
ュラウド組立体40は、ノズル支持ケース100に取り付け
られる。例えば、ノズル支持ケース100 は、外側ハウジ
ング22に取り付けられた第１端部102 と、本体104 と、
片持ちの第２端部106 とを有する。第１端部102 と第２
端部106 の間に複数のハンガー部材108 がある。複数の
ハンガー部材108 はそれぞれ、ノズル支持ケース100 の
本体104 から半径方向内側に延びる端部110 を有する。
部分20は、一般に通常の設計である。例えば、個々のタ
ービン段38は、ノズル・シュラウド組立体40に軸方向に
隣接してローター組立体70を備える。ローター組立体70
は、一般に通常の設計で、複数のタービン先端12を形成
するタービンブレード14を有する。個々のタービンブレ
ード14は、通常の材料で作られている。しかし、本発明
の本質を変えずに複数のブレードのそれぞれはセラミッ
ク材料で作ることもできる。本出願では、個々のノズル
・シュラウド組立体40は、複数のノズルと一体又は別体
の静止シュラウド16を備え、シュラウド組立体80を形作
る。個々の静止シュラウド16は、第１端部82と、第２端
部84と、内側表面86と、半径方向間隙の末端を形作る外
側表面88とを形成する。ノズル羽根90が、シュラウド組
立体80の第１端部82に近い静止シュラウド16から半径方
向内側に延びる。個々のシュラウド組立体80の第１端部
82と第２端部84の間に、外側表面88に対応するシーリン
グ表面92がある。タービンブレード14の先端12は、シー
リング表面92より半径方向内側に位置し、それぞれその
間のインターフェース即ち半径方向間隙10の内側と外側
末端を形作る。さらに、本出願では、個々のノズル・シ
ュラウド組立体40は、ノズル支持ケース100に取り付け
られる。例えば、ノズル支持ケース100 は、外側ハウジ
ング22に取り付けられた第１端部102 と、本体104 と、
片持ちの第２端部106 とを有する。第１端部102 と第２
端部106 の間に複数のハンガー部材108 がある。複数の
ハンガー部材108 はそれぞれ、ノズル支持ケース100 の
本体104 から半径方向内側に延びる端部110 を有する。
【００１１】ノズル・シュラウド組立体40は、第１段ノ
ズル・シュラウド組立体120 と、第２段ノズル・シュラ
ウド組立体122 と、第３段ノズル・シュラウド組立体12
4 とを備える。第１段ノズル・シュラウド組立体120
は、シュラウド組立体80の一部で形作られ、シュラウド
組立体80の第１端部82が、ノズル支持ケース100 の片持
ちの第２端部106 に取り付けられる。また、シュラウド
組立体80の第１端部82は、複数のハンガー部材108 のそ
れぞれの端部110 に取り付けられ、第１段ノズル・シュ
ラウド組立体120 を作り上げる。第２段ノズル・シュラ
ウド組立体122 は、シュラウド組立体80の一部で形作ら
れ、シュラウド組立体80の第１端部82が、複数のハンガ
ー部材108 のそれぞれの端部110 に取り付けられ、第２
段ノズル・シュラウド組立体122 を作り上げる。また、
シュラウド組立体80の第１端部82は、複数のハンガー部
材108 のそれぞれの端部110 に取り付けられ、第３段ノ
ズル・シュラウド組立体124 を作り上げる。
ズル・シュラウド組立体120 と、第２段ノズル・シュラ
ウド組立体122 と、第３段ノズル・シュラウド組立体12
4 とを備える。第１段ノズル・シュラウド組立体120
は、シュラウド組立体80の一部で形作られ、シュラウド
組立体80の第１端部82が、ノズル支持ケース100 の片持
ちの第２端部106 に取り付けられる。また、シュラウド
組立体80の第１端部82は、複数のハンガー部材108 のそ
れぞれの端部110 に取り付けられ、第１段ノズル・シュ
ラウド組立体120 を作り上げる。第２段ノズル・シュラ
ウド組立体122 は、シュラウド組立体80の一部で形作ら
れ、シュラウド組立体80の第１端部82が、複数のハンガ
ー部材108 のそれぞれの端部110 に取り付けられ、第２
段ノズル・シュラウド組立体122 を作り上げる。また、
シュラウド組立体80の第１端部82は、複数のハンガー部
材108 のそれぞれの端部110 に取り付けられ、第３段ノ
ズル・シュラウド組立体124 を作り上げる。
【００１２】外側ハウジング22とノズル支持ケース100
の間に、主空洞130 が形作られる。主空洞130 に孔あき
シールド131 が配置され、外側ハウジング22とノズル支
持ケース100 の間に入る。複数の支持ケース空洞132
が、第１段ノズル・シュラウド組立体120 、第２段ノズ
ル・シュラウド組立体122 、第３段ノズル・シュラウド
組立体124 のそれぞれとノズル支持ケース100 の間に入
る。複数の支持ケース空洞132 のそれぞれは、一部が内
側表面86により形作られる熱移動末端133 を形成する。
所定の面積を有する複数の通路134 が、主空洞130 と複
数の支持ケース空洞132 のそれぞれの間を連通する。複
数の支持ケース空洞132 のそれぞれは、異なる所定の領
域とすることができ、またさらに複数の支持ケース空洞
132 のそれぞれに入る流れ66の速度を制御するように形
状を変えられるようにしてもよい。
の間に、主空洞130 が形作られる。主空洞130 に孔あき
シールド131 が配置され、外側ハウジング22とノズル支
持ケース100 の間に入る。複数の支持ケース空洞132
が、第１段ノズル・シュラウド組立体120 、第２段ノズ
ル・シュラウド組立体122 、第３段ノズル・シュラウド
組立体124 のそれぞれとノズル支持ケース100 の間に入
る。複数の支持ケース空洞132 のそれぞれは、一部が内
側表面86により形作られる熱移動末端133 を形成する。
所定の面積を有する複数の通路134 が、主空洞130 と複
数の支持ケース空洞132 のそれぞれの間を連通する。複
数の支持ケース空洞132 のそれぞれは、異なる所定の領
域とすることができ、またさらに複数の支持ケース空洞
132 のそれぞれに入る流れ66の速度を制御するように形
状を変えられるようにしてもよい。
【００１３】図３に最もよく示すように、インターフェ
ース即ち半径方向間隙10の制御装置8 が、流れ66の熱移
動速度即ち伝導率制御手段138 を備える。装置8 は、コ
ンプレッサー部分26と主空洞130 の間を連通する導管14
0 を備える。また、第２導管141 が、主空洞130 と排気
プリナム148 の間を連通する。２位置弁、フラッパー
弁、ブリード弁142 等の可変流れ制御装置が、導管140
内に配置され、冷却モード146 で、開位置（オン）と閉
位置（オフ）の間で冷却流体144 の流れ66を変化させ
る。本出願では、冷却流体144 は、コンプレッサーから
の排気空気である。又は、点線で示す加熱モード152
で、装置8 支持ケース空洞132 と通路134 内の流体の流
れ66の方向を逆にし、冷却空気流をタービンガス通路又
は排気プリナムからの加熱空気流150 で置きかえること
ができる。
ース即ち半径方向間隙10の制御装置8 が、流れ66の熱移
動速度即ち伝導率制御手段138 を備える。装置8 は、コ
ンプレッサー部分26と主空洞130 の間を連通する導管14
0 を備える。また、第２導管141 が、主空洞130 と排気
プリナム148 の間を連通する。２位置弁、フラッパー
弁、ブリード弁142 等の可変流れ制御装置が、導管140
内に配置され、冷却モード146 で、開位置（オン）と閉
位置（オフ）の間で冷却流体144 の流れ66を変化させ
る。本出願では、冷却流体144 は、コンプレッサーから
の排気空気である。又は、点線で示す加熱モード152
で、装置8 支持ケース空洞132 と通路134 内の流体の流
れ66の方向を逆にし、冷却空気流をタービンガス通路又
は排気プリナムからの加熱空気流150 で置きかえること
ができる。
【００１４】さらに又は、図４に最もよく示すように、
排気プリナム148 と連通する第２導管141 内に追加の流
れ制御装置即ち制御弁156 を設けることができる。制御
弁156 が閉位置と開位置の間を動くと、主空洞130 への
高温流体150 の流れ66を制御する。従って、導管140 と
第２導管141 は、ブリード弁142 、制御弁156 と同様
に、別々に又は組み合わせて、使用することができる。
排気プリナム148 と連通する第２導管141 内に追加の流
れ制御装置即ち制御弁156 を設けることができる。制御
弁156 が閉位置と開位置の間を動くと、主空洞130 への
高温流体150 の流れ66を制御する。従って、導管140 と
第２導管141 は、ブリード弁142 、制御弁156 と同様
に、別々に又は組み合わせて、使用することができる。
【００１５】本発明により、ガスタービンエンジン6 内
で使用される部品の寿命が長くなるが、動作において、
エンジンに負荷がかかっているとき、制御された低温の
冷却流体144 と高温の加熱流体150 は供給されず、ガス
タービンエンジン6 の効率と出力に影響を与えない。過
渡的に先端の間隙10が最小になる始動時又は停止時、ブ
レード先端12の摩擦を避けるたため、シュラウド組立体
80の熱状態の制御が必要になる。ノズル支持ケース100
と静止シュラウド16の半径方向位置を制御するため、装
置8 に低温の冷却流体144 と高温の加熱流体150 を適用
しても、残りのタービン部品（ブレード、ノズル、ディ
スク）に影響を与えない。通常の運転中、コンプレッサ
ー部分26からの圧縮空気の一部は、そこからガスタービ
ンエンジン6 の部品を冷却するのに使用する冷却流体14
4 の流れ66を形成して供給され、装置8 は機能的には冷
却モード146 で運転される。空気は、コンプレッサー部
分26から出て導管140 に入り、ブリード弁142 が開位置
にあると、冷却流体144 はブリード弁142 を通過して主
空洞130 に入る。冷却流体144 の流れ66の一部は、内部
部品を冷却しガスタービンエンジン6 の内部部品への高
温ガスの吸い込みを防止し、インターフェース即ち半径
方向間隙10の物理的大きさを制御するのに使用される。
例えば、冷却流体144 はコンプレッサー部分26から供給
され、それが主空洞130 へ向けられ、通路134 を通って
支持ケース空洞132 へ入る。ガスタービンエンジン6 の
運転条件により、ブリード弁142 を閉位置と開位置の間
で調整することにより、コンプレッサー部分26から供給
される冷却流体144 の量を調節することができる。従っ
て、個々の支持ケース空洞132 へ向けられる冷却流体14
4 の量は変化させることができ、シュラウド組立体80の
個々の静止シュラウド16の半径方向位置を制御すること
ができる。その結果、ノズル・シュラウド組立体40のシ
ュラウド組立体80を作る静止シュラウド16のシーリング
表面92と、タービンブレード14の先端12との先端間隙即
ちインターフェース即ち半径方向間隙10を制御すること
ができる。従って、半径方向間隙10が制御されるため、
外側表面88即ちシーリング表面92とタービン先端12との
汚れ、摩擦、干渉を防止し、またそれらの間の間隔を制
御し、間隔即ち間隙が過度にならないようにする。間隔
即ち間隙が過度になると効率が落ち、一方間隙10を制御
すると、ガスタービンエンジン6 の効率と性能が維持さ
れる。通路134 を通る流れ66は、流体（冷却、加熱）14
4,150 をノズル支持ケース100 及び静止シュラウド16と
有効に熱伝導する関係にするのに要する所定の断面積を
予め定めることにより制御される。例えば、第１段ター
ビンは下流のタービン段より高い温度で運転されるの
で、第１段ノズル・シュラウド組立体120 に入る流れ
は、より大きく変化させる必要がある。従って、最後の
タービン段に対応する通路134 の断面積より大きい断面
積が必要である。
で使用される部品の寿命が長くなるが、動作において、
エンジンに負荷がかかっているとき、制御された低温の
冷却流体144 と高温の加熱流体150 は供給されず、ガス
タービンエンジン6 の効率と出力に影響を与えない。過
渡的に先端の間隙10が最小になる始動時又は停止時、ブ
レード先端12の摩擦を避けるたため、シュラウド組立体
80の熱状態の制御が必要になる。ノズル支持ケース100
と静止シュラウド16の半径方向位置を制御するため、装
置8 に低温の冷却流体144 と高温の加熱流体150 を適用
しても、残りのタービン部品（ブレード、ノズル、ディ
スク）に影響を与えない。通常の運転中、コンプレッサ
ー部分26からの圧縮空気の一部は、そこからガスタービ
ンエンジン6 の部品を冷却するのに使用する冷却流体14
4 の流れ66を形成して供給され、装置8 は機能的には冷
却モード146 で運転される。空気は、コンプレッサー部
分26から出て導管140 に入り、ブリード弁142 が開位置
にあると、冷却流体144 はブリード弁142 を通過して主
空洞130 に入る。冷却流体144 の流れ66の一部は、内部
部品を冷却しガスタービンエンジン6 の内部部品への高
温ガスの吸い込みを防止し、インターフェース即ち半径
方向間隙10の物理的大きさを制御するのに使用される。
例えば、冷却流体144 はコンプレッサー部分26から供給
され、それが主空洞130 へ向けられ、通路134 を通って
支持ケース空洞132 へ入る。ガスタービンエンジン6 の
運転条件により、ブリード弁142 を閉位置と開位置の間
で調整することにより、コンプレッサー部分26から供給
される冷却流体144 の量を調節することができる。従っ
て、個々の支持ケース空洞132 へ向けられる冷却流体14
4 の量は変化させることができ、シュラウド組立体80の
個々の静止シュラウド16の半径方向位置を制御すること
ができる。その結果、ノズル・シュラウド組立体40のシ
ュラウド組立体80を作る静止シュラウド16のシーリング
表面92と、タービンブレード14の先端12との先端間隙即
ちインターフェース即ち半径方向間隙10を制御すること
ができる。従って、半径方向間隙10が制御されるため、
外側表面88即ちシーリング表面92とタービン先端12との
汚れ、摩擦、干渉を防止し、またそれらの間の間隔を制
御し、間隔即ち間隙が過度にならないようにする。間隔
即ち間隙が過度になると効率が落ち、一方間隙10を制御
すると、ガスタービンエンジン6 の効率と性能が維持さ
れる。通路134 を通る流れ66は、流体（冷却、加熱）14
4,150 をノズル支持ケース100 及び静止シュラウド16と
有効に熱伝導する関係にするのに要する所定の断面積を
予め定めることにより制御される。例えば、第１段ター
ビンは下流のタービン段より高い温度で運転されるの
で、第１段ノズル・シュラウド組立体120 に入る流れ
は、より大きく変化させる必要がある。従って、最後の
タービン段に対応する通路134 の断面積より大きい断面
積が必要である。
【００１６】さらに、加熱モード152 では、冷却するブ
リード弁156 を閉じ、主空洞130 とタービンガス通路14
8 の間を連通させる第２導管141 に配置された制御弁15
6 を作動させることにより、先端の間隙10を装置8 によ
り制御することができる。制御弁156 が閉位置から開位
置へ調節されると、タービンガス通路148 からの加熱さ
れた空気の流れ150 が、支持ケース空洞132 に導入さ
れ、通路134 を通って主空洞130 に入る。ガスタービン
エンジン6 の運転条件により、制御弁156 が、タービン
ガス通路148 に供給される加熱流体150 の量を調節す
る。従って、個々の支持ケース空洞132 へ向けられる加
熱流体150 の量を変化させることができ、シュラウド組
立体80を作る個々の静止シュラウド16の半径方向位置を
制御することができる。その結果、ノズル・シュラウド
組立体40のシュラウド組立体80の外側表面88即ちシーリ
ング表面92と、タービンブレード14のタービン先端12と
の半径方向間隙10を制御することができる。従って、半
径方向間隙10が制御されるため、外側表面88即ちシーリ
ング表面92と先端12との汚れ、摩擦、干渉を防止し、ま
たそれらの間の間隔を制御し、間隔即ち間隙が過度にな
らないようにする。間隔即ち間隙が過度になると効率が
落ち、一方間隙10を制御すると、ガスタービンエンジン
6 の効率と性能が維持される。
リード弁156 を閉じ、主空洞130 とタービンガス通路14
8 の間を連通させる第２導管141 に配置された制御弁15
6 を作動させることにより、先端の間隙10を装置8 によ
り制御することができる。制御弁156 が閉位置から開位
置へ調節されると、タービンガス通路148 からの加熱さ
れた空気の流れ150 が、支持ケース空洞132 に導入さ
れ、通路134 を通って主空洞130 に入る。ガスタービン
エンジン6 の運転条件により、制御弁156 が、タービン
ガス通路148 に供給される加熱流体150 の量を調節す
る。従って、個々の支持ケース空洞132 へ向けられる加
熱流体150 の量を変化させることができ、シュラウド組
立体80を作る個々の静止シュラウド16の半径方向位置を
制御することができる。その結果、ノズル・シュラウド
組立体40のシュラウド組立体80の外側表面88即ちシーリ
ング表面92と、タービンブレード14のタービン先端12と
の半径方向間隙10を制御することができる。従って、半
径方向間隙10が制御されるため、外側表面88即ちシーリ
ング表面92と先端12との汚れ、摩擦、干渉を防止し、ま
たそれらの間の間隔を制御し、間隔即ち間隙が過度にな
らないようにする。間隔即ち間隙が過度になると効率が
落ち、一方間隙10を制御すると、ガスタービンエンジン
6 の効率と性能が維持される。
【００１７】冷却モード146 において、低温の冷却流体
144 の流れ66が静止シュラウド16に流れると、静止シュ
ラウド16はタービンブレード14の先端12に向かって半径
方向内側に移動し、加熱モード152 において、高温の加
熱流体150 の流れ66が静止シュラウド16に流れると、静
止シュラウド16はタービンブレード14の先端12から離れ
る半径方向外側に移動する。従って、低温の冷却流体14
4 と高温の加熱流体150 の流れ66を調節することによ
り、インターフェース即ち半径方向間隙10を有効に制御
することができる。
144 の流れ66が静止シュラウド16に流れると、静止シュ
ラウド16はタービンブレード14の先端12に向かって半径
方向内側に移動し、加熱モード152 において、高温の加
熱流体150 の流れ66が静止シュラウド16に流れると、静
止シュラウド16はタービンブレード14の先端12から離れ
る半径方向外側に移動する。従って、低温の冷却流体14
4 と高温の加熱流体150 の流れ66を調節することによ
り、インターフェース即ち半径方向間隙10を有効に制御
することができる。
【００１８】本発明の他の態様、目的、及び利点は、図
面、発明の詳細な説明、及び特許請求の範囲から分かる
であろう。
面、発明の詳細な説明、及び特許請求の範囲から分かる
であろう。
【図１】本発明のガスタービンエンジンの概略図であ
る。
る。
【図２】本発明のガスタービンエンジンの一部の側面断
面図である。
面図である。
【図３】図２の一部の拡大断面図である。
【図４】他の装置の図２の一部の拡大断面図である。
６ ガスタービンエンジン １０ 半径方向間隙 １２ 先端 １４ タービンブレード １６ 静止シュラウド １８ 空気流配達装置 ２２ 外側ハウジング ２４ 燃焼器部分 ２６ コンプレッサー部分 ３２ 燃焼室 ８６ 内側表面 ８８ 外側表面 ９２ シーリング表面 １００ ノズル支持ケース １３０ 主空洞 １３２ 支持ケース空洞 １３４ 通路 １４０ 導管 １４１ 第２導管 １４４ 冷却流体 １５０ 加熱流体 １４２ ブリード弁 １５６ 制御弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ボリス グレザー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92014 デル マー マンゴー ドライヴ 13495 (72)発明者 ハミド バゲリー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92129 サン ディエゴ バヤモン ロー ド 9528
Claims (15)
- 【請求項１】 タービンブレード先端と静止シュラウド
の間の半径方向間隙を制御する装置において、 ハウジング内に配置されて前記ハウジングとの間に主空
洞を形作り、前記静止シュラウドを支持し、前記静止シ
ュラウドとの間に支持ケース空洞を形成して熱移動末端
を形成し、前記主空洞から前記支持ケース空洞へ連通す
る所定の断面積の通路を有する支持ケースを備え、 前記静止シュラウドは、前記支持ケース空洞の熱移動末
端の一部を形成し、支持ケース空洞と連通する内側表面
と、前記半径方向間隙の末端を形成する外側表面を形成
し、 流体の流れが前記主空洞に連通し、前記通路を通って、
前記支持ケース空洞の前記熱移動末端に熱移動し、 前記主空洞と前記支持ケース空洞の１つへの前記流体の
熱移動速度制御手段が設けられ、該制御手段は、冷却流
体の流れと加熱流体の流れのうち１つの流体の流れを制
御する流れ制御装置を備えることを特徴とする装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載した半径方向間隙制御装
置であって、前記流れ制御装置は前記冷却流体を制御す
ることを特徴とする装置。 - 【請求項３】 請求項２に記載した半径方向間隙制御装
置であって、前記冷却流体により前記静止シュラウドの
前記外側表面が、前記タービンブレード先端に向かって
移動することを特徴とする装置。 - 【請求項４】 請求項１に記載した半径方向間隙制御装
置であって、前記流れ制御装置は前記加熱流体を制御す
ることを特徴とする装置。 - 【請求項５】 請求項４に記載した半径方向間隙制御装
置であって、前記加熱流体により前記静止シュラウドの
前記外側表面が、前記タービンブレード先端から離れる
ように移動することを特徴とする装置。 - 【請求項６】 請求項１に記載した半径方向間隙制御装
置であって、前記通路の前記所定の断面積により、通過
する流体の流れが決まることを特徴とする装置。 - 【請求項７】 請求項６に記載した半径方向間隙制御装
置であって、前記通路の前記所定の断面積が小さいと流
体の流れが少ないことを特徴とする装置。 - 【請求項８】 請求項６に記載した半径方向間隙制御装
置であって、前記通路の前記所定の断面積が大きいと流
体の流れが多いことを特徴とする装置。 - 【請求項９】 請求項１に記載した半径方向間隙制御装
置であって、前記静止シュラウドは前記支持ケース内に
可動に支持されることを特徴とする装置。 - 【請求項１０】 外側ケースと、コンプレッサー部分
と、内部に作動的に結合したタービン部分とを有し、前
記コンプレッサー部分は冷却流体の流れを形成し、前記
タービン部分は、先端を形成し高温流体が通り抜けるタ
ービンブレードを有し、高温流体は通り抜けた後タービ
ンガス通路に集められるガスタービンエンジンにおい
て、 前記外側ハウジングに支持され、内側表面と、前記ター
ビンブレードの前記先端から半径方向外側に位置する外
側表面とを形成する静止シュラウドが内部に可動に配置
されたノズル・シュラウド組立体、 前記ノズル・シュラウド組立体と前記外側ハウジングの
間に形作られた主空洞、 前記静止シュラウドと前記ノズル・シュラウド組立体の
間に形作られた支持ケース空洞、 前記主空洞と前記支持ケース空洞の間を連通する通路、
及び、 前記支持ケース空洞への前記流れの熱移動速度制御手段
を備えることを特徴とするガスタービンエンジン。 - 【請求項１１】 請求項１０に記載したガスタービンエ
ンジンであって、前記支持ケース空洞への前記流れの前
記熱移動速度制御手段は、前記コンプレッサー部分と前
記主空洞の間を連通させる導管と、前記導管内に配置さ
れた流れ制御装置とを備えることを特徴とするガスター
ビンエンジン。 - 【請求項１２】 請求項１０に記載したガスタービンエ
ンジンであって、前記支持ケース空洞への前記流れの前
記熱移動速度制御手段は、前記主空洞と前記タービンガ
ス通路の間を連通させる導管を備えることを特徴とする
ガスタービンエンジン。 - 【請求項１３】 請求項１０に記載したガスタービンエ
ンジンであって、前記支持ケース空洞への前記流れの前
記熱移動速度制御手段は、前記コンプレッサー部分と前
記主空洞の間を連通させる導管と、前記導管内に配置さ
れた流れ制御装置と、前記主空洞と前記タービンガス通
路の間を連通させる第２導管と、前記第２導管内に配置
された別の流れ制御装置とを備えることを特徴とするガ
スタービンエンジン。 - 【請求項１４】 請求項１０に記載したガスタービンエ
ンジンであって、前記冷却流体の流れは、前記内側表面
との間で熱移動し、前記静止シュラウドは前記タービン
ブレードの前記先端に向かって半径方向内側に移動する
ことを特徴とするガスタービンエンジン。 - 【請求項１５】 請求項１０に記載したガスタービンエ
ンジンであって、前記加熱流体の流れは、前記内側表面
との間で熱移動し、前記静止シュラウドは前記タービン
ブレードの前記先端から離れる半径方向外側に移動する
ことを特徴とするガスタービンエンジン。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/693,774 US5779436A (en) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | Turbine blade clearance control system |
| US08/693774 | 1996-08-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1077804A true JPH1077804A (ja) | 1998-03-24 |
Family
ID=24786056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9212973A Pending JPH1077804A (ja) | 1996-08-07 | 1997-08-07 | タービンブレードの間隙制御装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5779436A (ja) |
| JP (1) | JPH1077804A (ja) |
| CA (1) | CA2210428A1 (ja) |
| DE (1) | DE19734216A1 (ja) |
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