JPS59507A - ラジアルガスタ−ビン用の熱シ−ルド装置 - 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】 本発明はガス流路を部分的に形成し、ガスタービン内の
ベヤリングや他の温度に敏感な構成部材を燃焼ガスの高
温から遮断（シールド）するための装置に関するもので
ある。

最近ガスタービンエンンジンはある設計ではタービンセ
クションに非常に接近して置かれたタービンローターベ
アリングのような温度に敏感な構成部材で非常にコンパ
クトにすることができる。

このことは保護のためにシールドを使用することを必要
とし、そのシールドは熱い燃焼ガスと臨界構成部材（ｃ
ｒｉｔｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）との間に置かれ
ている。高性能ガスタービンでは熱シールドがそれ自身
とタービンインペラーとの間に良好な間隙を維持するこ
とが最も重要である。

高性能ガスタービンの熱シールドは厳しい熱条件にさら
されており、効果の有る冷却無しではうまくやっていけ
ない事は明らかである。熱シールドを分割することそし
て温度勾配による応力を減らすことが実際に行われてい
た。然し分割された熱シールドはセグメント間の漏れ通
路が多く成ることにより冷却が困難である。

従って本発明の目的は、漏れ通路の数を減らし必要とす
る冷却空気流を減らし一方温度勾配を低く維持し良好な
間隙制御をする環状構造の分割された熱シールドを提供
することである。

上記の目的を達成するためそして本発明の目的に関連し
てここに実施例をあげ広く説明するように、本発明の熱
シールド装置はガスタービンに使用され、該タービンは
１つの軸線の周りに回転するハブに取り付けられた複数
のブレードを持ち、燃焼ガスがタービンに入口でほぼ半
径方向に入り出口でほぼ軸方向にはなれる。本装置はハ
ブ軸と同心状にそしてタービン入口の直ぐ近くに配置さ
れた環状板の形の第１シールド部材を有し、ハブ軸と同
心状に配置され環状板の形であり前記第１シールド部材
とほぼ共通面に有り第１シールド部材とハブとの両者に
近接して配置される第２シールド部材を有し、第１と第
２シールド部材がそれぞれ燃焼ガスとタービン出口に面
するシールド面を持ちタービンを通る燃焼ガス流路を一
部に形成し、第１と第２シールド部材を支持する支持手
段を有し、そして第１と第２シールド部材を冷却する手
段を支持するために協働する手段を有する。

好ましくは、支持手段はハブ軸線と同心状にそして第１
及び第２シールド部材に隣接して配置される環状板部材
を有し支持板の少なくともある部分は第１シールド部材
から離れ、冷却手段は燃焼ガス温度に比べ低温の加圧ガ
スの第１加圧ガス源と低温第１加圧ガスを第１シールド
部材と支持板との間の空間に第１シールド部材シールド
面に背中合わせの第１シールド部材の面を冷却するため
に通路形成するための手段とを有し、前記第１シールド
部材の半径方向内縁と前記第２シールド部月の半径方向
外縁はシールド間隙を形成するように形作られ、ガス通
路手段が又第１冷媒ガスを第１シールド部材の後ろの空
間からシール下間隙を１ｔｌＬで第２シールド部材のシ
ールド面をフィルム冷却するための供給手段を含む。

第１シールド部材の半径方向外縁が第１シールド部材の
外周で支持板に密封接触し、冷却手段が密封接触面を増
大するため支持手段にむかって半径方向外縁を熱的に曲
げるため半径方向内方に低減する第１シールド部材温度
分配をすることが又好ましい。

本発明の原理を１実施例を示す図面に基づいて詳細に説
明する。

図に於いてガスタービンの一部が全般的に１０で示され
覆部１４、タービンローターハブ１６、タービン軸線２
０の周りを回転するハブ１６に取り付けられたタービン
ブレード１８とを有するタービンハウジング１２を含む
。

図示するようにガスタービン１０はラジアル流入アキシ
ャル流出型である。即ち高温燃焼ガスは図示・しない燃
焼部からタービン入口２２を通ってほぼ半径方向に導入
されるが、しかし本発明は又混合されたアキシャル及び
ラジアル流入（ｌｎｆｌｏｉｌ）形態を含む。高温ガス
は入口ガイドベーンを通って回転ブレード１８に依って
掃気される領域２６に流入しそこでガスはブレード１８
に向かって膨張し動力を発生する。膨張したガスは出口
２８でほぼ軸方向にタービンをはなれる。斯くしてター
ビンを通る燃焼ガス流路は一部を覆部１４とハブ１６の
面とを含むノ＼ウジング１２によって形成され、そして
一部を以下に述べる熱シールド装置３０によって形成さ
れる。タービン１０への入口２２でガスの全温度は１２
００’Ｃの高さになり静圧は約４バールとなる。燃焼ガ
スがタービン領域を通って膨張するとき温度と圧力はタ
ービン出口２８で約６００℃と１バールに降下すること
ができる。

図に示していないがベアリングとタービン軸線ブ１６の
ための支持軸は図に示されている構成部材の右側に軸線
２０に沿って置かれる。斯くしてその方向への熱の流を
阻止するのが重要である。更に熱シールド装Ｗ３０によ
って占められる燃焼流路境界の部分は最高燃焼ガス温度
が出くわす入口に近いので、そして外部冷却が周囲から
有効に行われるハウジング部から離れているから特に厳
しい条件にさらされる。

本発明に関しハブ軸線と同心状にそしてタービン入口の
直ぐ傍に配置された環状板の形で第１シールド部材が設
けられている。ここに例示するように第１シールド部材
３２は軸線２０にほぼ垂直な面でハブ軸線２０と同心状
に配置されている。

第１シールド部材３２は入口２２に隣接して配置された
半径方向外縁３４と半径方向内縁３６とを有する。図に
示す第１シールド部材３２の方向はシールド面３日が一
般的に軸方向に即ちタービン出口２８の方向に面するよ
うになっている。

更に本発明によると環状板状の第２シールド部材が第１
シールド部材と共通面に位置するように形成される。こ
こに例示するように第２シールド部材４０は半径方向外
縁４２とハブ１６の近くに位置する半径方向内縁４４と
領域２６の燃焼ガスに面するためのシールド面４６とを
有する。第２シールド部材４０は又ハブ軸線２０と同心
でありシールド部材３２とほぼ共通面にある。シールド
面３８と４６は共に領域２６を通る燃焼ガス流路の残り
部分を形成する。

更に本発明によると第１と第２シールド部材を支持する
手段が形成される。ここに例示するように支持手段はエ
ンジン主構造部に作動上接続されシールド部材３２と４
０に平行に置かれる環状支持板５０を含む。シールド部
材３２と４０はボルトとナンドの組合せ５２によって支
持板５０に取り付けられる・板ばね座金５４はシールド
間隙３２のためのボルトナツト組合せに含まれ以下に説
明するような理由のため高温操作中そのシールドの熱た
わみを許容する。板ばね座金は又シールド部材４０のた
めのボルトナツト組合せで示されている。

シールド部材３２は半径方向外縁３４が支持板５０の工
・７ジ５６にたいして接触し密封するように形作られる
ことによって部分的に一支持板５０から離される。深さ
寸法がコントロールされる通路５８はかくして支持板５
０とシールド部材３２の間に作られる。シールド部材４
０は支持板５０によって支持され半径方向内側シールド
エツジ４４はコントロールされる寸法の間隙６０を形成
するためハブ１６の表面から離される。

更に本発明によると支持手段と協働する手段が第１と第
２シールド部材を冷却するために形成される。ここに例
示するように燃焼ガスに比べ比較的冷たい高圧ガスの第
１ガス源（全般的に６２で示す）は冷媒ガスを支持板５
０の外側エツジ５６に形成される一連のオリフィス６４
に供給するために形成される。オリフィス６４の軸線は
冷媒ガスがオリフィス６４を通ってシールド部材３２の
シールド面３６の最高温度部分に背中合わせの表面６６
０部分にあたるようになっている。別々のダクトがガス
源６２をオリフィス６４と接続するために形成されるこ
とができ又はハウジング１２は冷媒ガスを運ぶように形
つくられることができる。図において供給穴６８を含む
ダクトは冷媒ガスをガス源６２から約３７０℃、９バー
ルでハウジング空洞７０に供給し約４バールに維持され
そこからオリフィス６４が導かれる。オリフィス６４に
対して供給穴６８を注意深く寸法法めすることにより熱
シールド支持部５６と入口ノズルガイドベーン支持部８
１との間の間隙を限定された量の冷却液が通ることそし
てフィルムがシールド部材３２の外半径範囲を冷却する
ことを確実にすることができる。

衝突後冷媒ガスは半径方向内方に通路５８に沿って流れ
て面６６を冷却しそしてシールド部材３２を通して伝導
により面３８を冷却する。図では突出部７２の形の台部
又は乱流部（ｔｕｒｂｕｌａｔｏｒｓ）が面６６に形成
され冷媒ガスの渦流を増大し斯くして熱伝動を増大する
。通路５８とオリフィス６４０寸法を適切に定めること
により通路５８の冷媒流量は冷媒ガス及び燃焼ガス温度
に従ってコントロールされ、シールド部材３２の温度分
布を半径方向内方に低減させる。環状板部材のこのよう
な温度プロフィルでのたわみ又は曲げ（ｗａｒｐ）の傾
向は本発明では有利に使用されており、そこで曲げはシ
ールド部材３２のばね座金２０に抗する屈曲を制御する
ことによって得られるエツジ３４と５６の間の密封接触
力を増大する。この方法で冷媒通路５８の完全な状態が
高温操作の間維持されシールドエツジ３４と支持板エツ
ジ５６との間のような冷媒ガスのための望まれない漏れ
通路が排除される。

更にここに例示するようにシールド部材３２の内側エツ
ジ３６とシールド部材４０の外側エツジ４２はオーバラ
ップしてシールド間隙（ｉｎｔｅｒｓｈｉｅｌｄ　ｇａ
ｐ　）　７４を形成する。又一連の流路７６はエツジ３
６のオーバラップした部分に形成されて冷媒ガスが通路
５８から間隙７４に流れ、そこでシールド部材４０のシ
ールド面４６に沿って外を流れて面４６を冷却するフィ
ルムを形成する。

更にここで例示するように冷却手段は加圧冷媒ガスの第
２ガス源７８を含みダクト８０を有し冷媒ガスを間隙６
０に供給する。本実施例では第２ガス源７８はコンプレ
ッサーであり、該コンプレッサーから空気が約１２０℃
、２バールで得られる。ダクト８０はハウジング１２と
は別体にも一体状にもすることができ又は任意の冷媒ガ
ス流路手段の組合せが使用できる。第２ガス源７８は第
１ガス源６２と単一のガス源に合体されることが出来る
。図に示すように別々の冷媒ガス源を持つのが有利であ
る。

此の事実に関連する技術者にとっては本発明の熱シール
ドを本発明の範囲または精神から離れることなく色々の
変形修正が可能である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に係る熱シールドを有するガスタービンの略
断面図である。 図において、 １０・・・ガスタービン　　１２・・・ハウジング１６
・・・ハブ　　　　　　１８・・・ブレード２０・・・
軸線　　　　　　２２・・・入口２８・・・出口　　　
　　　３０・・・熱シールド３２・・・シールド部材　
　３４・・・半径方向外縁３６・・・半径方向内縁　　
３８・・・シールド面４０・・・第２シールド部材４２
・・・半径方向外縁４４・・・半径方向内縁　　４６・
・・シールド面５０・・・支持板　　　　　５６・・・
外側エツジ５８・・・通路　　　　　　６０・・・間隙
６２・・・第１ガス源　　　６４・・・オリフィス６６
・・・熱シールド支持部７２・・・突出部７８・・・第
２ガス源 代理人　弁理士　桑　原　英　明

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　タービンが軸線の周りに回転するハブに取り
   つけられた複数のブレードを有し、燃焼ガスがタービン
   に入口でほぼ半径方向に入り出口でほぼ軸方向に離れる
   ガスタービン用の熱シールド装置に於いて、 （ａｌ　　ハブの軸線と同心状に配置されタービン入口
   の直ぐ近くに配置された環状板の形の第１シールド部材
   を有し、 （ｂ）　　前記ハブの軸線と同心状に配置され前記第１
   シールド部材とほぼ同じ面にありそして前記第１シール
   ド部材とハブとの両者に近接して配置されている第２シ
   ールド部材を有し、前記第１及び第２シールド部材がそ
   れぞれ燃焼ガスとタービン出口に面するシールド面を有
   し部分的にはタービンを通る燃焼ガス流路を形成し、（
   ｅ）　　前記第１と第２シールド部材を支持する手段を
   有し、 （ｄｌ　　前記第１と第２シールド部材を冷却するため
   に前記支持手段と協働する手段を有する熱シールド装置
   。 （２）　　前記支持手段が前記ハブの軸線と同心状に配
   置され前記第１と第２シールド部材に隣接して配置され
   た環状板を有し、前記支持板の少なくとも有る部分が前
   記第１シールド部材から離れている特許請求の範囲第１
   項に記載の熱シールド装置において、前記冷却手段が、 ｉ　燃焼ガス温度に比べ低温の加圧ガスの第１ガス源と
   、 １１　　該低温加圧第１ガスを前記第１シールド部材と
   前記支持板との間の空間に第１シールド部材シールド面
   に背中合わせの第１シールド部材の面を冷却するために
   通す手段とを有する熱シールド装置。 （３）前記第１シールド部材と前記支持板との間の空間
   に前記背中合わせ面からの熱伝動を増大するための手段
   が形成されている特許請求の範囲第２項に記載の熱シー
   ルド装置。 （４）前記熱伝導手段が前記背中合わせ面に形成される
   複数の突出部を有し該突出部の寸法、位置、数が前記冷
   媒空間の第１冷媒ガスの流量に関して所定のガス熱伝動
   率を形成するように選定されている特許請求の範囲第３
   項に記載の熱シールド装置。 （５）前記第２熱シールド部材の半径方向内縁が回転ハ
   ブの面から離れ該面に対して間隙を形成し、 ｉ　燃焼ガス温度に比べて低温の加圧ガスの第２ガス源
   と、 ｉｉ　　該第２冷媒ガスを前記第２シールド部材エツジ
   を冷却するフィルムを形成するため前記ハブ間隙を通る
   第２冷媒ガスを通す手段とを有する特許請求の範囲第１
   項又は第２項に記載の熱シールド装置。 ＋６）　　前記第１熱シールド部材の半径方向外縁が前
   記第１熱シールド部材の外周で前記支持手段に密封接触
   しており、前記冷却手段が密封接触力を増大するため前
   記支持手段に向かって半径方向外縁を熱的に曲げるため
   に半径方向内方に低減する第１シールド部材温度分布を
   形成する特許請求の範囲第１項または第２項に記載の熱
   シールド装置。 （７）前記第１シールド部材の半径方向内縁と前記第２
   シールド部材の半径方向外縁がシールド間隙を形成する
   ように形作られ、加圧された低温第１ガス流路手段が前
   記第２シールド部材のシールド面を冷却するフィルムの
   ためのシールド間隙を通る第１冷媒ガスを供給する手段
   を含む特許請求の範囲第２項に記載の熱シールド装置。 （８）前記第１坂部材の半径方向内縁が第２板部材の半
   径方向外縁とオーバラップし前記第２シールド部材のた
   めのフィルム冷却に使用される第１冷媒が前記第１シー
   ルド部材と支持板との間の空間からシールド間隙に通さ
   れ、供給手段が前記第１と第２シールド部・材のオーバ
   ラップ部分の間に形成される通路を有する特許請求の範
   囲第７項に記載の熱シールド装置。 （９）前記第１冷媒ガス通路手段がタービン入口に隣接
   する第１シールド部材の部分に向かって第１冷媒ガスの
   ジェットを受けるため前記支持板の半径方向外縁に設け
   られた複数の穴を有する特許請求の範囲第２項に記載の
   熱シールド装置。 （１０）前記第１シールド部材を支持手段にフレキシブ
   ルに取り付けるための手段が設けられている特許請求の
   範囲第６項に記載の熱シールド装置。