JPS5925848B2 - ガス・タ−ビン機関用のシュラウド構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガス・タービン機関用のシュラウド構造に関す
る。

最近、ロータ・ブレードの先端と対応する固定シュラウ
ドとの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、固定シュラウドの内径をブレードの
先端の外径と整合するように、問題となる機関の条件に
対し予め計算されたように、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たように、変化させるこ
とを可能にすることが多く含まれる。

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、
固定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、構造的に簡単なシュラウド構造を提供するも
のである。

本発明のガスタービン機関用シュラウド構造は、内面を
有するケーシング、該ケーシングの内面から間隔を置く
半径方向内面を有し、軸方向両端が上記ケーシングの内
面に封止されて室を画成し、該室と上記半径方向内面と
の間の圧力差に応答して上記ケーシングに対し接近又は
離隔する可撓性の環状の壁部材、上記室の圧力を変える
ための装置、上記環状の壁部材から支持され、円周方向
に並べられて環を形成して機関の流路の境界を画成する
シュラウド部材および該シュラウド部材を支持するため
上記壁部材に設けられた支持装置から成り、該支持装置
は、上記壁部材に比較して軸方向長さが小さく、上記壁
部材の軸方向中央部から突出し、機関の固定構造体に対
し上流側および下流側で封止装置により封止されている
。

以下、図面を参照しつつ本発明の詳細な説明する。

第１図においては、ファン１０と、中圧および高圧のコ
ンプレッサ１１．１２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。

機関の全体的な作動は従来周知のものであり、本明細書
においてはこれ以上詳細には説明しない。

機関の回転構成要素と固定構成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、特に、高圧タービン１４のロータ・ブレー
ド１７の先端部と対応する固定シュラウド構造１８との
間の空隙について受画する。

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、第２図は本発明によるシュラウド構造１
８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、本実施例に
おいては、本発明の一部を構成するものではないが、フ
ランジ付きのジヨイント２０において結合された２つの
互いに轟接する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
内いたスロット２２を備える前部の支持部材２１と後部
の支持溝２３を有する。

この支持溝２３は略截頭円錐形状の支持部材２５の外端
部に設けられた環状の支持フランジ２４を保持し、この
フラン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とスロット２６との間には、比較的薄い環
状壁部材２７が嵌め込まれている。

この環状壁部材２７は、前後の端部に厚い縁部２８゜２
９を有し、これは環状壁部材２７とケーシング１９とが
その間に封止された室３０を画成するようにスロット２
２，２６内に封止的に係合している。

室３０内の内圧に応答して環状壁部材２７を撓ませるた
め、この壁部材は弾性率の小さな材料、本実施例におい
てはチタンから作られている。

室３０はダクト３１と切換え弁３２とを介して圧力流体
の供給源に接続され、前記弁はダクト３１を第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。

本実施例においては、高圧の流体は高圧コンプレッサ１
２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３７．３８を種々の開度
に開閉するためラム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３９により制御される。

従ってダクト３１を介する流体の供給は、高圧に、また
は低圧に、あるいは中間の圧力になるように制御するこ
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、環状壁部材２７の半径
方向内面に作用する圧力が一定に維持されるものとすれ
ば、壁部材２７をケーシング１９に対して接近離隔する
ように運動させることになる。

環状壁部材２γには、後方を向いた溝を画成するＬ字形
断面の環状フランジ４０．４１の形態の支持手段が設け
られている。

溝内には、略Ｕ字形断面の支持部材４４からの半径方向
外方に突出するアームの前方に突出する突起部４２．４
３が保持されている。

多数の支持部材４４が円周方向に並んで環状体を形成し
ている。

円周方向に隣り合う支持部材４４の当接端部間のガスの
漏洩を減少するため、例えば、英国特許第１０８１４５
８号に開示されるように溝と該溝に対向して挿入される
封止部材４５が設けられている。

ケーシング１９を貫流する空気としてダクト４８からこ
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
するため支持部材４４のＵ字形断面のアームには開口４
６．４７が設けられている。

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字形断面のフランジ４９゜５０が設けら
れている。

フランジ４９．５０と支持部材４４の主要内面との間に
形成された溝は互に対向し、その内部においてシュラウ
ド部材５３の対応する突起部５１．５２と係合する。

多数のンユラウド部材５３か円周方向に並んで環状体を
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半径方向外側の境
界を画成する。

シュラウド部材５３の内面はロータ・ブレード１１の先
端部との間に小さな空隙を画成し、この空隙の寸法はタ
ービンの効率に大きな影響を及ぼす。

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の位置を変更することができ、
これにより支持部材４４およびシュラウド部材５３の半
径方向位置およびこの空隙の寸法が変更できるのである
。

機関の熱ガス流の洩れを防ぐため、支持部材４４に対し
て封止作用を有するとともに支持部材４４の半径方向の
移動を可能とする封止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の半径方向内側に延在
し、その自由端部に環状の溝５５が形成されている。

溝５５内にはグラファイト材料からなることが望ましい
環状面を有する封止リング５６が配置され、この封止リ
ング５６は支持部材４４の上流側端に形成された平坦な
端面５８に対し環状ばね５γにより弾力的に押しつけら
れ、支持部材４４の上流側を有効に封止する。

支持部材４４の下流側端面５９は、支持部材２５の環状
溝６１内に固定保持される別のグラファイト製の封止リ
ング６０に対して当接している。

前述の如く、支持部材２５も截頭円錐形状で、その外端
部のフランジ２４は、支持溝２３に支持されている。

支持部材２５は封止リング６０に隣接する部分６２．６
３′がロータ・ブレード１７のすぐ下流側のノズル・ガ
イド・ベーン６４の段のプラットフォーム構造と封止作
用的に係合する。

環状溝６１から支持フランジ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
め開口６５が設けられている。

封止リング６０は支持部材４４とシュラウド部材５３と
から成るンユラウド組立体の封止部を提供するのみでな
く、ンユラウド組立体を軸方向の荷重から保護する。

ロータ・ブレード１７の段における圧力降下の故に、シ
ュラウド組立体の封止リング５６，６０より半径方向内
側の部分に該部分を下流側へ押す圧力差が作用する。

フランジ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。

シュラウド組立体の全軸方向荷重は、支持部材２５、従
って支持溝２３およびケーシング１９に支持された封止
リング６０により端面５９を介して受止められる。

機関の諸パ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
値に従って、制御装置３９が切換え弁３２を作用させて
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。

本実施例においては、パイプ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、切換
え弁３２が所定位置にある時、圧力は環状壁部材２７の
両側において等しくなる。

この条件では壁部材２γ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が別の所定位置に完全に切換えられると、
室３０内の比較的高い圧力の空気はパイプ３４を介して
流出し、室３０内の圧力は比較的低い値に降下する。

環状壁部材２７の内面に作用する比較的高い圧力の空気
は、この壁部材２７をケーシング１９の内面に向けて変
位させ、これにより支持部材４４およびシュラウド部材
５３を半径方向外側に移動させてシュラウド部材５３と
ロータ・ブレード１７の先端部との間の空隙を増大する
。

切換え弁３２はこれらの両極端の位置の間には中間位置
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３２はこの空隙の小さな値を維持するためンユ
ラウド部材５３を移動させるように作動することができ
る。

支持部材４４の支持部は環状壁部材２７の軸方向長さに
比較して軸方向の寸法が比較的小さいので、シュラウド
部材５３の移動は直線的に行われ、壁部材２７の拘束さ
れない中間部に対して平行に保持される。

環状壁部材２１の比較的大きな軸方向の長さは、シュラ
ウド部材の必要な移動が壁部材２７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、シュラウド組立体と環状壁部材２７間の結合は壁
部材２Ｔを他の如何なる曲げ荷重からも切離される如き
ものであり、このため壁部材２Ｔは薄くてもよく、圧力
の作用下で撓むことを可能にするものである。

封止リング６０はンユラウド組立体にかかる軸方向荷重
を受け、封止リング５６および封止部材４５とともに、
支持部材４４および環状壁部材２７にその温度を維持す
るように比較的低温の空気を流すことを可能にする。

必要ならば、シュラウド部材５３を例えば衝突冷却によ
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と同じであり、ケ
ーシング７１と壁部材７２との間の室７０は壁部材７２
に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、シュラウド部材７４が壁部材７２から支持され
る方法は異なる。

本実施例においては、壁部材７２はボルト１６と管状の
部材１７を介して支持部材１５を支持している。

ボルト７６は円筒状の補助壁部材７８を介して管状部材
７Ｔと係合関係になるように支持部材７５を引張る。

補助壁部材７８は機関の固定された構造部における環状
溝７９．８０と係合し、これに対し封止リング８１，８
２によって封止されている。

補助壁部材７８は、熱ガスの洩れを阻止することと、シ
ュラウド部材の軸方向における付加的な支持を提供する
こととの二重の目的を果すものである。

支持部材１５およびシュラウド部材７４は、これらの部
材を定置させるため円周方向に隣接する同じ部材の対応
する相補形の歯付端部と互に係合する歯付き端部８３が
設けられている。

シュラウド部材７４を冷却するため、冷却空気を支持部
材Ｔ５の開口８６内に流通させるため、管７１には開口
８５が設けられている。

この空気は衝突板８７の開口から流出してシュラウド部
材１４の外表面に衝突して該部材を冷却する。

用済みの冷却空気は開口８Ｂから機関の熱ガス流に合流
するのである。

支持部材７５の中心部のリブ８９は該支持部材７５を前
後の部分に分割し、このため補助壁部材１８の半径方向
内側の空間を前後の室に分割するこのようにして形成さ
れた各室は通気され、前部室は開口９０を介して高圧部
に、また後部室は開口９１を介して低圧部に連通ずる。

以上述べた各実施例は種々の態様で本発明により変更可
能である。

ケーシング１９．７１および環状壁部材２７．７２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
状の形状とは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。

支持部材の取付は部は、機関の条件がそれを必要とする
ならば、二重の軸方向に離れた二重の停台状態にするこ
ともできるのである。

また、以上例示された実施態様においては環状壁部材２
７または７２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
変形させるように構成されているが、これは変更可能で
ある。

即ち、環状壁部材２１または７２は通常はケーシング１
９または７１に当接させ、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断図、第２図は第１図の機関の
シュラウド構造の拡大軸方向断面図、第３図は第２の実
施例を示すシュラウド構造の軸方向断面図、第４図は第
３図の４−４視断面図。 １８・・・・・・ンユラウド構造、１９，７１・・・・
・・ケーシング、２７・・・・・・環状壁部材、３０，
７０・・・・・・室、３１．４８・・・・・・ダクト、
３２・・・・・・切換え弁、４４゜７５・・・・・・支
持部材、５３ 、７４・・・・・・シュラウド部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内面を有するケーシング１９ 、７１、該ケーシン
   グの内面から間隔を置く半径方向内面を有し、軸方向両
   端が上記ケーシングの内面に封止されて室３０．γ０を
   画成し、該室と上記半径方向内面との間の圧力差に応答
   して上記ケーシングに対し接近又は離隔する可撓性の環
   状の壁部材２７，７２、上記室の圧力を変えるための装
   置、上記環状の壁部材から支持され、円周方向に並べら
   れて環を形成して機関の流路の境界を画成するシュラウ
   ド部材５３，７４、および該シュラウド部材を支持する
   ため上記壁部材に設けられた支持装置４４，７５゜７６
   ．７７から成り、該支持装置は、上記壁部材に比較して
   軸方向長さが小さく、上記壁部材の軸方向中央部から突
   出し、機関の固定構造体に対し上流側および下流側で封
   止装置により封止されている、ガス・タービン機関用シ
   ュラウド構造。 ２、特許請求の範囲第１項のンユラウド構造において、
   上記室の容積を小さくするよう、上記壁部材の形状は上
   記ケーシングの内面の形状に近似しているシュラウド構
   造。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項のシュラウド構造
   において、上記室の圧力を変えるための装置が、上記室
   の圧力を上記壁部材の半径方向内側の圧力と上記壁部材
   の上記ケーシングに対する接近又は離隔を生じる他の圧
   力との間で変化させる弁３２を含むンユラウド構造。 ４ 特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項のシュラ
   ウド構造において、上記支持装置は、上記シュラウド部
   材の上記壁部材に対する相対的な軸方向移動を許容する
   ようになされているシュラウド構造。 ５ 特許請求の範囲第４項のシュラウド構造において、
   上記支持装置は軸方向両端にそれぞれ端面を有し、上記
   封止装置が、上記支持装置の軸方向の片方の端面５９を
   封止し、かつ該端面を支持する固定の封止リング６０を
   含むシュラウド構造。 ６ 特許請求の範囲第５項のシュラウド構造において、
   上記封止装置が上記支持装置の軸方向の他方の端面５８
   を弾性的に封止する封止リング５６を含むシュラウド構
   造。 Ｔ 特許請求の範囲第４項のシュラウド構造において、
   上記支持装置が、軸方向に開口する溝を画成するフラン
   ジ４９．５０を有し、該溝に上記シュラウド部材の軸方
   向に突出した突起部５１．５２が係合しているシュラウ
   ド構造。 ８ 特許請求の範囲第７項のシュラウド構造において、
   上記フランジが、軸方向に間隔を置いた２個のフランジ
   であるシュラウド構造。 ９ 特許請求の範囲第１項から第８項までのいづれか１
   項のシュラウド構造において、円周方向に隣り合う上記
   シュラウド部材の間に封止装置４５が設けられているシ
   ュラウド構造。 １０ 特許請求の範囲第９項のシュラウド構造において
   、円周方向に隣り合う上記シュラウド部材が相補形の歯
   付端部により互に組合わされているシニラウド構造。 １１ 特許請求の範囲第１項のシュラウド構造において
   、上記支持装置が可撓性の補助壁部材７８を含み、該補
   助壁部材は隣接する固定構造体に封止されて、機関の熱
   ガスが洩れるのを防止しているシュラウド構造。 １２特許請求の範囲第１１項のシュラウド構造において
   、上記補助壁部材は半径方向外側から上記シュラウド部
   材へ冷却空気流を導くための開口を有するシュラウド構
   造。 １３特許請求の範囲第１２項のシュラウド構造において
   、上記シュラウド部材が衝突冷却されるようになされた
   シュラウド構造。