JPS5818502A - ガス・タ−ビン機関用のシュラウド構造 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガス・タービン機関用のシーラウド構造に関゛
する。

最近、口１り・ブレードの先端とその関連する固定シュ
ラウド間の空隙は問題のブレード段の作用効率に重要な
影響を有することが確認されてきた。従って、このよう
な状況において空隙をできるだけ・小さく保持するため
の種々の試みがなされてきた。これらの試みには、シュ
ラウドの内径をブレードΩ先端の゛外径と整合するよう
に、問題となる機関の条件に対し前に計算されたように
、あるいはある種のトランスジューサを用いて直接計測
されるように、変化させることを可能にする固定シュラ
ウドの仕様変更が多く含まれる。

この問題に応じるため開発された構成は２つの大きなカ
テゴリーに該当する傾向があり、その１つにおいては、
シュラウド径の変更は機械的な手段により達成され、他
においてはこれは熱的な手段によって達成されている。

機械的な装置は、動作は迅速であるが重量が重くあるい
は構造が複雑であり、熱的装置は構造的には簡単である
が反応が比較的遅い傾向を有する。

本発明は、直径を変更する必要に迅速に応答することが
できるが、−造的に簡単なシーラウド構造を提供するも
のである。

本発明によれば、ガス・タービン機関のためのシュラウ
ド構造は、内″表面・を有するケーシングと該表面から
離間されてこれと室を画成するためその軸心方向端部に
おいてこれに封止された環状の゛壁部材とからなり、前
記壁部材は前記室と前記壁部材の半径方向内面との間の
圧力差に応答して前記ケーシングに関して接近離反する
ように変形可能であり、前記室内の圧力を変化させる装
置と、前記壁面から支持されて機関の流通経路の境界面
を画成する環状のシュラウド部材と１、この環状の部材
を支持する壁部材上の支持装置とを含み、該支持装置は
壁面と比較して軸心方向長さに？いて短くかつ壁面の中
間部から延在する構成を有するものである。

望ましい実施態様においては、前記の壁面はその形状に
おいて前記室の容積が小さくなるように前記ケーシング
の内面と合鼓している。

前記室内の圧力は、この室に対して、前記壁部材の半径
方向内面における圧力と近似する圧力にある空気、ある
いは前記壁部材をケーシングに向って変形させることに
なる比較的低い圧力の空気を交互に供給することにより
変化させることができる。

前記の支持装置は、シェラウド部材を軸心方向に若干の
運動の自由度を許容するように構成することができ、こ
の部材は内側の封止部材上で軸心方向に支持されている
。

次に、本発明については単に例示として、特に図面に関
して接触す・ることにする。

第１図においては、７７ン１０と、中程度の圧力および
高い圧力のコンプレッサ１１および１２と、燃焼室１３
と、高圧、中圧および低圧のタービン１４．１５，１６
とを含むガス・タービン機関が示されている。機関の全
体的な操作は従来周知のものであり、当技術においては
公知であり、本文においてはこれ以上詳細には説明しな
い。

機関の回転要素と固定要素間の空隙の程度は関与する構
成要素の空気力学的な効率に重要な影響を有するもので
あることが知られている。このことは、特ｋ、高圧ター
ビン１４のロータ・ブレード１７の先端部と関連する固
定シュラウド構造１８との間の空隙について妥当する。

本発明はこの空隙をある小さな値に保持することができ
る構造に関し、また第２図は本発明によるシーラウド構
造１８を拡大断面図により示している。

このシュラウド構造は、全て機関のケーシング１９から
直接または間接的に支持されている。ケーシング１９は
基本的には円筒状であり、本例においては、本発明の構
成によるものではないがζ−７２ンジ付きのジヨイント
２０において結合された２つの当接部材で形成′されて
いる。このケーシング１９の内面は実質的に円筒状で、
後方を向いたスロット２２を収受する前部の支持部材２
１と後部の支持溝２３を有する。この支持溝２３は略々
截頭円錐形状の支持部材２５の外端部で環状の支持７ラ
ンジ２４を保持し、この７う／ジ内には前方を向いた環
状スロット２６が画成されている。

スロット２２と２６間には、比較的薄い環状壁部材２７
が配置され取り付けられている。この環状壁部材２７は
、それぞれその前後の終部に厚い縁部２８．２９を有し
、これは環状壁部材２７とケーシング１９がその間に封
止された室３０を画成するようにスロット２２と２６内
に封止作用的に係合している。室３０内の内圧に応答し
て環状壁部材２７を撓ませるため、この部材は弾性′率
の小さな材料、本例においてはチタンから作られている
。

室３０内本ダクト３１と切換え弁３２とを介して圧力流
体の供給源が設けられ、前記弁はダクト３１が第１の供
給パイプ３３を介して比較的高圧の流体供給源と、ある
いは第２の供給パイプ３４を介して比較的低い圧力の流
体供給源と結合させる。本例においては、高圧の流体は
高圧コノプレ７す１２から送込まれ、低圧流体は機関の
ファン・ダクトから送込まれる。切換え弁３２は弁のオ
リフィス３７と３８を大きくも小さくも開閉するためラ
ム３６により駆動される弁部材３５を有する。このラム
３６は制御装置３６により制御される。従ってダクト３
１を介する空気の供給は、高圧に、または低圧に、ある
いは中間の圧力になるように構成することができる。従
って、切換え弁３２を使用することにより、室３０内の
圧力を変化させることができ、また環状壁部材２７０半
径方向内面における圧力が一定の状態を維持するものと
すれば、このため壁部材２７のケーシング１９に関して
接近離反するように運動させることになる。

環状壁部材２７はそれ自体に、後方を向いた溝を画成す
るＬ字状の７う／ジ４０−と４１の環状列の形態の支持
手段が設けられている。溝内には、略々Ｕ字状の断面の
支持部材４４０半径方向に突出するアームからの前方の
突起部４２と４３が保持されている。これらは共働して
完全に環状の列を構成する部分的に環状の複数の支持部
材４４である。

支持部材４４の当接端部間のガスの漏洩を減少するため
、端部４５には、例えば、弊英国特許第１．０８１，４
５８号に開示される如き対向溝と封笛作用子が設けられ
ている。また、前記支持部材のＵ字状のアームは、ケー
シング１９を介して空気を通過させるダクト４８を経て
この区域に流入する冷却兼封止用空気の自由な流れを許
容するため前記支持部材のＵ字状断面のアームには４６
および４７に開口されていることが判るであろう。この
冷却兼封止作用構成のこれ以上の詳細については以下に
述べる。

支持部材４４は、その半径方向内面に、フランジ４０．
４１と類似のＬ字状のフランジ４９．５０が設けられて
いる。しかし、この場合、前記７ランジと前記部材の主
要内面との間に形成された溝は相互に対面し、その内部
において部分的に環状の中間部材５３からの対応する突
起部５１．５２と係合する。中間部材５３もまた当接し
て完全な環状体を形成し、それらの半径方向内面はター
ビンのロータ・ブレード１７のすぐ外側にガスの流れの
外側の境界を画成するように作用する。これら部材の内
面はロータ・ブレード１７の先端部との間に小さな空隙
を画成することが判るであろうが、またこの空隙の寸法
はタービンの効率に・大きな影響を及ぼし得ることが判
った。切換え弁３２を用いて室３０内の圧力を変化させ
ることによって環状壁部材２７の位置が変更することが
でき、これにより各部材の半径方向位置およびこの空隙
の寸法が以下に述べるように変更できるのである。

機関の熱ガス流は各構成部材の周囲を流れないように明
確に構成することが必要で、従って、前記部材に対して
封止作用を有するもこれら部材を前述の如く迅速に運動
させる封止作用手段を設けねばならない。このためには
、実質的に截頭円錐、形状のケーシング５４がケーシン
グ１９からダクト４８の丁度真上に延在し、かつその自
由端部において環状の溝５５が形成される。溝５５内に
はグラフフィト材料からなることが望ましい環状面のシ
ール５６が定置し、このシール５６は支持部材４４の上
流側面上に形成された平坦面５８に対し環状ばね５７に
より弾力的に装填されている。

このため、各部材の列の上流側を有効に封止する。

支持部材４４の下流側面５９は、支持部材２５における
環状溝６１内に堅固に保持される更に別のゲラフィト製
の封止リング６０に対して当接している。前述の如く、
支持部材２５もまた略々截頭円錐形状で、そめ外端部に
おいて支持溝２３に支持された支持フランジ２４を形成
する。封止リング６０に隣接して、支持部材２５は６２
．６３において、ロータ・ブレード１Ｔのすぐ下流側で
ノズル・ガイド・ベーン６４段のプラントフオーム構造
と封止作用的に係合する。この封止作用構造は、環状溝
６１から支持７う／ジ２４まで延在する截頭円錐形状の
支持構造部がその内部の空気の流通を許容するため６５
において開口が設けられているため、これら部材の周囲
に前記室の封止を完成する。

封止り／グ６０はシュラウド組立体の封止部を提供する
のみでなく、本組立体を軸心方向の荷重から保護するよ
うに構成されていることが判るであろう。ロータ・ブレ
ード１１段メ画側における圧力降下の故に、本構造を下
流側に押しやるように作用するシール５６と６０の内側
の部材の各部の両側に圧力差が存在する。結合部４０．
４１は捻り荷重が環状壁部材２７上にかからないように
支持部材４４をこの方向に保持しないように特に構“成
されている。このため、シーラウド部材組立体における
全軸心方向荷重は、支持部材２５上で従って支持溝２３
およびケーシング１９上で自らを支持する封止リング６
０に支持された面５９により受止められる。

従って、本構造部の全体的作用は、機関の諸ノくラメー
タから得られるかあるいはトランスジューサ（図示せず
）を用いて直接測定される前記空隙のお蔭で、測定装置
３９は切換え弁３２をして比較的高いか比較的低い圧力
の空気を室３０内に流入させるように作用させる。本例
においては、ノくイブ３３からの比較的高い圧力の空気
はダクト４８を流動するものと同じであり、その結果切
換え弁３２がある位置にある時、圧力は環状壁部材２７
の両側において等しくなる。この条件における壁面はそ
の通常の応力のかからない形状を維持するのである。

切換え弁３２がその別の位置に完全に切換えられる時、
室３０内の比較的高い圧力の空気はノくイブ３４を介し
て流出し、室３０内の圧力は比較的低い値に下落する。

環状壁部材２Ｔの内面に作用する比較的高い圧力の空気
は、この壁面をケーシング１９の内面に向けて運動させ
、測定装置３９を半径方向外側に向けて移動させ、これ
により支持部材４４と中間部材５３を外側に向けて移動
させてシュラウドの各部材とロータ・ブレード１７の先
端部との間の空隙を増大する。これらの両極端の間には
中間位置が存在する。

従って、この空隙を測定あるいは推論することにより、
切換え弁３，２はこの空隙の小さな値を維持するため各
部材を移動させるように作動することができる。支持部
材４４に対する支持部は環状壁部材２７の軸心方向長さ
を比較して軸心方向の寸法は比較的小さく、構成部材の
運動は直線状にかつ壁面の拘束されない中間部に対して
平行に保持される得ることが判るであろう。更に、環状
壁部材２７の比較的大きな軸心方向の長さは、構成部材
の必要な運動が壁面に過度の応力を与えることなく達成
されることを可能にするものである。

また、構成部材組立体と環状壁部材２７間の結合は壁面
を他の如何なる曲げ荷重から切離す如きものであり、こ
のため再び壁面は薄くてもよく、圧力の影響下で撓むこ
とを可能にするものであることも判るであろう。封止リ
ング６０は構成部材組立体にかかる軸心方向荷重を受け
、シール５６と他の封止装置４５と関連して、支持部材
４４および環状壁部材２７とがその温度を維持するよう
に比較的低温の空気に触れることを可能にする。

必要ならば、中間部材５３自体を例えば衝撃冷却により
冷却することも可能である。

この点は実際に、第３図および第４図の第２の実施例に
おいて示されている。この場合、基本的な構造は前の実
施例におけると同じであり、ケーシング７１と壁面部材
７２間の空間は壁面部材７２の予め定めた撓みを生ずる
ように入口管７３を介して加圧することができる。しか
し、シーラウド部材７４が部材７２から支持される方法
は異なる。

本例においては、壁面部材７２はポルト７６と管状の部
材７７を介して支持部材７４を支持している。ポルト７
６は円筒状の補助壁面部材７８を介して管状部材７７と
保合関係になるように部材７５を引張する。壁面部材７
８は機関の固定された構造部における環状溝７９と８０
と係合し、これに対し封止リング８１と８２によって封
止されている。補助壁面部材７Ｂは、機関のケーシング
−間に不用意に流れる熱ガスを阻止する封止室の抵抗の
目的と、軸心方向における構成部材の付加的な支持を提
供する目的の二重の目的を果すものである。

支持部材７５の各々ならびにシーラウド部材７４は、こ
れら部材を定置させるため次の隣接する部材の対応する
歯を設けた端部と相互に係合するスプライン付き端部８
３が設けられている。部材７４を冷却するため、冷却空
気を支持部材７５における開口８６内に流通させるため
、管７７内には開口８５が設けられている。次にこの空
気は衝突板８７の開口を流過してシュラウドの構成部材
７４の外表面に衝突してこれら部′材を冷却する。用済
みの冷却空気は次に開口８Ｂを介して機関のガス流に合
流するのである。

中心部のリプ８９＆ｉ各支持部材７５を前後の部分に分
割し、このため補助表面７７の内側の空間を同じよ′う
に分割する。このように形成された各室は通気され、前
部室は一口９０を介して高圧部に、また後部の室は開口
９１を介して低圧部に連通ずる。

以上述べた各実施例は依然として本発明により変更可能
である多くの方法があることは理解されよう。ケーシン
グ１９．７１および環状壁部材２Ｔ１７２のいずれか一
方あるいはその双方は図示された実質的に円筒状の形状
であって異なる形状にすること、例えば、截頭円錐形状
にすることも可能である。支持部材に対する取付は部は
、機関の条件がそれを必要とするならば、二重の軸心方
向に離間“された保合状態にすることもできるのである
。

また、本文−に例示された実施態様においては環状壁部
材２７またはＴ２の両側の圧力の平衡状態はこの部材を
変形させない状態に維持するようにあるいはこれを外側
に変形させるようにも構成されること、またこれは変更
可能であること（理解されよう。このように、環状壁部
材２７または７２は通常はケーシング１９または７１に
当接させ、かつ室３０または７０内の高圧の空気により
内側に撓ませることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に、よるシュラウド構造を有するガス・
タービン機関を示す部分破ｍ１図、第２図は第１図の機
関のシーラウド構造に関する拡大断面図、第３図は第２
の実施例を示す第２図と類似の図、および第４図第３図
の線４−４に関する断面図である。 １０・・ファン１．１１．１２・・・コンプレッサ、１
３・・・燃焼室、　１４．１５．１６・・タービン、　
１７・・・ロータ・ブレード、１８・・・シュラウド構
造、′１９・・・ケーシング、　２０・・・ジョイ／ト
、　２１，２５・・・支持部材、２２．２６・・・スロ
ット、　　２３・・・支持溝、　　２４・・支持７ラン
ジ、　２７・・環状壁部材、　　２８．２９・・・縁部
、３０・・室、　　３１．４８・・・ダクト、　　３２
・・切換え弁、３５・・・弁部材、　３６・・・ラム、
　　３７．３Ｂ・・・弁オリフィス、　　４０４１・７
ランジ、　　４２．４３．５１．５２・・・突起部、　
４４・・・支持部材、　　４６．４Ｔ・開口、４９・・
・７う／ジ、５４・・・ケーーシング、５′５・・溝、
５６・・・シール、　　　５７・・・環状ばね、　５８
・・・平坦面、６０・・・封止リング、　６１・・・環
状溝、６４・・・ノズル・ガイド・ベー／。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）内表面を有するケーシングと、該表面から離間さ
   れこれにその両端部で封止されてその間に室を画成する
   環状の壁部材とを設け、前記壁部材は前記室と前記壁部
   材の半径方向内表面との間の圧力差に応答して前記レー
   シングに関して接近離反するように変形可能であり、前
   記室における圧力を変更する装置と、前記表面から支持
   されて機関の流路の境界を画成するリング状のシーラウ
   ド部材と、該リング状の部材を支持する壁部材状の支持
   装置とを設け、該支持装置は前記表面と比較して軸心方
   向の長さにおいて短゛くかつ前記表面の中間部から突出
   することを特徴とするシーラウド構造。　　　□ （２）前記壁面は、前記室の容積が小さくなるように形
   状において前記ケーシングの内表面と合致することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のシュラウド構造。 （３）前記室内の圧力が前記壁面の半径方向内光面にお
   ける圧力と近似すること、あるいは異なる圧力であ′る
   ことを許容するための弁装置を含み、前記壁面が前記ケ
   ーシングに関して接近離反するように変形されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載のシ
   ュラウド構（４）前記支持装置が前記壁面に対して前記
   ゛各部材の軸心方向の運動を許容するように構成される
   ことを特徴とする特許請求の範囲の前記各項のいずれか
   に記載のシュラウド構造。 （５）前記７ユラウド部材が、堅固に定置された封□止
   リングに対する１つの軸心方向面の当接により軸心方向
   の運動に抗するように支持されることを特徴とする特許
   請求の範囲第４項記載のシュラウド構造。 （６）。前記各部讐の他の軸心方向面に対して弾力的に
   封止する第２の封止リングを含むことを特徴とする特許
   請求の範囲第５項記載のシーラウド構造。 （力　前記支持装置が、前記部材からの軸心方向に延在
   する特記部が延在する軸心方向に面する溝を提供するフ
   ランジであることを特徴とする特許請求の範囲第４項記
   載のシュラウド構造。 （８）軸心方向に離間された前記７２７２列が２つ存在
   することを特徴とする特許請求の範囲第７項゛記載のシ
   ーラウド構造。 （９）隣接する部材間に封止装置を設けることを特徴と
   する特許請求の範囲の各項のいずれかに記載のシュラウ
   ド構造。 Ｏｎ　　前記部材が複数の入り子状のリングが有角する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第９項記載のシュラウ
   ド構造。 ■　前記支持装置が、隣接する固定構造部に対して封止
   されかつ高温の機関の排気が機関のケーシング区域内に
   漏洩することを防止するための変形自在な補助壁面部材
   を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシ
   ュラウド構造。 ０２　　冷却空気が前記補助壁面の外側から前記部材に
   対して流れることを許容するための前記の変形自在の補
   助車面における開口を設けることを特徴とする特許請求
   の範囲第１１項記載のシュラウド構造。 ０　前記部材が衝突冷却により冷却されることを特徴と
   する特許請求の範囲第１２項記載のシーラウド構造。