JPS61118506A - ガスタ−ビンエンジンのための冷却可能なシ−ル組立体 - 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】 技術分野 本発明は、作動媒体ガスのための流路を有する形式のガ
スタービンエンジンに係る。更に詳細には本発明は、前
記作動媒体ガスを前記流路内に閉じ込めておくためにエ
ンジンの軸の周囲に内周方向に延在するシールセグメン
トの列によって形成されたシールに係る。本発明は軸流
ガスタービンエンジンの分野に於て開発されたものであ
るが、本発明は回転機械を使用している他の分野に対し
ても適用され得る。

背景伎術 軸流タービンエンジンは、圧縮部分と燃焼部分とタービ
ン部分とを有している。作動媒体ガスのための環状流路
が、これらの部分に亙って軸方向に延在している。作動
媒体ガスを前記流路内に閉じ込めておくためと、前記ガ
スを流路に沿う方向に流すためとの目的で、環状流路の
周囲にはステータ組立体が延在している。

前記ガスが前記流路に沿って流されると、前記ガスは圧
縮部分に於て加圧され、燃焼部分に於て燃料と共に燃焼
させられてエネルギを与えられる。

この高温の加圧されたガスは、タービン部分に於て膨張
させられ仕事を生ずる。この仕事の主な部分は、有益な
目的、例えば自由タービンを駆動することや、航空機の
ための推力を発生させること等、のために用いられる。

タービン部分に於て生み出された前記仕事の残りの部分
は、上述の目的に用いられるのではなく、作動媒体ガス
を圧縮するために用いられる。この仕事をタービン部分
から圧縮部分へ伝達するために、タービン部分と圧縮部
分との間にロータ組立体が延在している。タービン部分
に於けるロータ組立体は、作動媒体流路を横切って外向
ぎに延在するロータブレードを有している。ロータブレ
ードは、ガスの流れに対して成る角度をもって配昭され
た翼を有しており、ガスから仕事を受けて、ロータ組立
体を回転軸周りに駆動する。

作ｖＪ！ｌｌ１ｔ体ガスを流路に閉じ込めて４５　＜た
めに、ロータブレードは、外側エフシールによって取り
囲まれている。外側エアシールはステータ構造物の一部
分であり、複数の弓形セグメントによって形成されてい
る。ステータ組立体は更に、外側ケースと、外側エアシ
ールのセグメントを外側ケースから指示するための構造
物とを含んでいる。ガスがブレードの先端部を越えて漏
れることを防ぐために、外側ケースと指示構造物はシー
ルセグメントをブレードのごく近くに配置する。その結
果として、セグメントは高温の作動媒体ガスと密に接触
し、ガスから熱を受け、セグメントの温度を許容範囲内
に抑えるために冷却される。

エンジンの作動時に於て、シールセグメントとロータブ
レードとの間に於て破壊的な干渉が起こることを防ぐた
めに、シールセグメントとロータブレードの先端部との
間には初期半径方向クリアランスが提供されている。こ
のクリアランスが必要な理由は、高温の作動媒体ガスの
温度の変化に応じて、外側エアシールと外側ケースとロ
ータブレードとの半径方向の変位置が異なるためである
。

半径方向クリアランスの大きさは、エンジンの作動条件
に依存し、エンジン作動中変化する。エンジンの巡航時
若しくは何らかの定常的な作動条件下に於てこのクリア
ランスを最小にするために、冷却空気が外側ケースに吹
きつけられて、ケースは収縮させられる。収縮するケー
スは、シールセグメントをより小さな直径まで内向きに
変位さヒ、ロータブレードの先端部と外側エアシールと
の間のクリアランスを減少させて、エンジンの効率に対
して有益な効果をもたらす。

この様な構造物の例は、米国特許第４．０６９゜３２０
号［ガスタービンエンジンのためのクリアランスコント
ロール」と、米国特許第４．３３７゜０１６号「二枚壁
シール手段」とに記載されている。

上述の特許に於て見られる通り、それぞれのシールセグ
メントは隣接するセグメントから円周方向に隔置されて
おり、各セグメント間にはクリアランスの間隙Ｇが形成
されている。セグメントの各々の対の間のクリアランス
の間隙Ｇは、初期値Ｑ　ｍａｘを有している。初期値Ｑ
　ｗａｘは、製作時に於ける寸法公差によって生じたセ
グメントの長さのばらつぎといった公差によるばらつき
を補償しているので、外側ケースが収縮し外側エアシー
ルをより小さな直径まで変形ざきる時でも、セグメント
の間の破壊的な接触は起こらない。各セグメント間の間
隔を縮めるようなりリアランスの最小値Ｇ１ｎはエンジ
ンの作動時に於て起こり、また、最大の円周方向長さを
有していたり、最小の初期値Ｑ　ｍａｘを有しているよ
うなセグメントの対の間に於ても起こり易い。

前述の通り、エンジンの作動時に於てシールセグメント
の温度を許容範囲内に維持するためにシールセグメント
は冷却される。前述の米国特許第４．３３７，０１１に
於ては、この冷却空気のための主流路とシールセグメン
トとの間は流体が流れることができるように繋がってい
る。外側ケースは主流路のための通路を有しており、前
記流路のための外側の境界を提供している。前記主流路
の内側の境界を提供するために、例えばインビンジメン
ト板等のシール手段が作動媒体流路と前記主流路との間
に延在している。インビンジメント板はそれぞれのセグ
メントから隔置されており、インビンジメント板とセグ
メントとの間には空洞部が形成されている。空洞部を貫
通して延在する第二の流路といった二次的な流路が冷却
空気をそれぞれの外側エアシールへ送る。前記主流路と
二次的な流路との間を流体が流れることをＩ′ｉＪ能に
するために、複数の第一の孔がインビンジメント板を貫
通して延在している。第一の孔は、二次的な流路へ流入
する冷却空気の流量を正確に計量する。

前記空洞部からクリアランスの間隙Ｇの境界を形成して
いる一つのセグメントの半径方向に延在する側面までに
亙ってそれぞれの外側エアシールセグメントを貫通して
複数の第二の孔が延在している。前記孔はクリアランス
の間隙Ｇと前記第二の流路との間を流体が流れることを
可能にする。

冷却空気は、第一の流路と第一の孔と空洞部の中の第二
の流路とシールセグメント内の第二の孔とを通って環状
の間隙Ｇへ流される。冷却空気が作動媒体流路へ流入し
、且作動媒体ガスがシールセグメント内に延在する孔へ
流入しないようにするために、冷却空気の圧力は隣接す
る作動媒体流路内の圧力よりも高い。各々の第二の孔の
大きさは、エンジンの与えられた作動条件下に於て該孔
を通過する冷Ｗ空気の澁量率を決定する。典型的には、
この孔の大きさを決定するために経験的な方法が採られ
る。この方法は、実験用エンジンを作動させて全てのシ
ールセグメントが十分に冷却されるまでそれぞれのセグ
メント内の孔の大きさを増加させる段階を含んでいる。

実際のエンジンに於ては寸法交差にばらつきがあること
によって、エンジン内の全てのセグメントが確実に十分
に冷却されることにより幾つかのセグメントは過度に冷
却されることになる。

冷却空気を用いることは、冷却されない外側エアシール
と較べて外側エアシールの使用寿命を増加させる。しか
しながら冷却空気を用いることは、エンジンの有効な仕
事の一部が圧縮機内の冷却空気を加圧するために用いら
れるために、エンジンの作動効率を低下させる。外側１
アシール等の部品に満足のゆく使用寿命を提供するため
に要求される冷部空気量が低下すれば、自由タービンを
推進若しくは駆動するといった他の目的に使用されるこ
とが可能な仕事が増加し、更にはエンジンの全体効率が
高まる。

従って科学者及び技術者は、外側エアシールセグメント
等の部品へより効率良く冷却空気を供給し且かかる部品
を過度に冷却することを最小限に抑える方法を捜し求め
ているのである。

発明の開示 本発明によれば、作動媒体流路の境界を形成するために
エンジンの軸周りに円周方向に延在し、且クリアランス
の間隙が形成されるべく隔置されている複数の弓形シー
ルセグメントを有する形式のガスタービンエンジンは、
セグメント間の間隙に配置されたオリフィス板と、間隙
の大きさに依存するオリフィス板を通過する流れを可変
的に制限するための手段とを含んでいる。

本発明の一つの実施例によれば、オリフィス板は一対の
セグメントの一つのセグメントと一体に形成されており
、流れを可変的に“制限するための手段は他の一つのセ
グメントと一体に形成されている。

本発明は部分的に、クリアランスの間隙Ｇを冷却するた
めに必要な冷却流体の量が、間隙の大きさが増加すると
増加し、間隙Ｇの大きさが減少すると減少することを実
現することに基づいている。

また本発明は部分的に、セグメントの円周方向の長さが
最小値でありセグメントの対の間の間隙の大きさが最大
値Ｑ　ｍａｘである時や、外側エアシールの直径及びセ
グメント間の相対的な熱膨張がセグメントを最も遠くに
引き離すようなエンジンの作動条件下といった、セグメ
ントの側面同士が最も遠くに離れているような時に最大
量の冷却空気が要求されることを実現することに基づい
ている。

本発明の主な特徴は、ガスタービンエンジンの作動媒体
流路のためのシールにして、エンジンの軸周りに円周方
向に延在する弓形シールセグメントの列によって形成さ
れているシールである。それぞれの弓形シールセグメン
トは隣接する弓形シールセグメントから円周方向に隔置
されており、このことによってセグメント間にクリアラ
ンスの間隙Ｇが形成されている。本発明の他の一つの特
徴はシールセグメント間に延在する間隙Ｇ内に配置され
たオリフィス板である。オリフィス板は冷却空気のため
の孔を有している。本発明の他の一つの特徴は、オリフ
ィス板の孔を通過する冷却空気の流れを可変的に制限す
るための手段である。

一つの実施例に於て、オリフィス板は一対のセグメント
の内の一つのセグメントと一体に形成されている。セグ
メントの対の他の一つのセグメントは、前記孔を通過す
る流れを可変的に制限する。

本発明の他の一つの実施例に於ては、オリフィス板の外
側に配置された第二の板がオリフィス板の孔との間を流
体が流れることが可能なマニホルドを形成している。

本発明の主な利点は、クリアランスの間隙Ｇへ流入する
冷却空気の流量が間隙Ｇの大きさに良く応答すべく、冷
却空気の流量を計量することによってＩＪられるエンジ
ンの効率である。本発明の他の一つの利点は、冷却空気
に半径方向の速度成分を提供して冷却空気を間隙Ｇ内に
於て半径方向外向に移動せしめることによって、冷却空
気を効率的に使用することである。一つの実施例に於て
は、冷却空気を隣接する外側エアシールセグメントの中
間層へ向けて外向きに移動させる円周方向及び半径方向
の速度成分によって得られる冷却効率が一つの利点であ
る。

本発明の上述の特徴及び利点は、以下の発明を実施する
ための最良の形態に関する説明及び添付の図面によって
、より明らかとなろう。

発明を実施するための最良の形態 第１図は、軸流ガスタービンエンジン１０の側面図であ
り、タービン部１２の一部分とエンジンの回転軸Ａｒを
示している。タービン部は、軸Ａｒの周囲に配置された
作動媒体ガスのための環状流路１４を含んでいる。ステ
ータ組立体１６が前記作動媒体流路の境界をなしている
。ステータ組立体は外側ケース１８を含んでいる。外側
ケースは、作動媒体流路の周囲をとり囲む様に延在して
いる。複数のロータブレード（図中に於ては一つのロー
タブレード２２のみが示されている）が作動媒体流路を
横切って外側ケース付近に到るまで半径方向外向きに延
在している。

複数の弓形シールセグメント（図中に於ては一つのシー
ルセグメント２４のみが示されている）によって形成さ
れたステータ構造物が、軸Ａｅの周囲に延在し環状流路
１４の境界をなしている。

図示されている実施例に於ては、弓形シールセグメント
はロータブレード２２の先端をとり囲む外側エアシール
２６を形成している。ロータブレードと外側エアシール
との間の相対移動最を調整するために、外側エアシール
はロータブレード２２から可変クリアランスＣｒだけ半
径方向に離れた位置にＲ１されている。外側エアシール
は外側ケースから半径方向内側に隔置されており、外側
エアシールと外側ケースとの間に円周方向に延在する空
洞部２８が郭定されている。

弓形シールセグメント２４のそれぞれは、上流側フック
３０と下流側フック３２とによって、外側ケースから内
向ぎに延びる上流側サポート３４と下流側サポート３６
といったサポートと係合している。前記サポートは外側
ケースに取り付けられており、外側エアシール２６を〇
−タブレード付近に於て半径方向に支持し、外側エアシ
ールの半径方向位置を郭定している。各々のサポートは
、サポートのフープ強度を減じるために分割されること
が可能である。

上流側ナポート３４に近接して外側ケースの周囲に上流
側レール３８が円周方向に延在している。

また、下流側サポート３６に近接して外側ケースの周囲
に下流側レール４２が円周方向に延在している。前記レ
ールの近くには、冷却空気管４６及び４８のような冷却
空気を吹きつけるための手段が円周方向に延在している
。前記管は冷却空気源（図示されていない）と繋がって
おり、レール上に冷却空気を吹きつけるために孔５２が
あけられている。

外側ケース１８から内向きに、冷却空気のための第一の
流路５４が延在している。外側ケース１８は第一の流路
５４の境界を形成しており、第一の流路はエンジンの作
動媒体流路１４の外側に延在している。流路５４は外側
エアシール２６と外側ケースとの間の空洞部２８の中ま
で延びている。

外側エアシールと上流及び下流サポート３４及び３６と
の間には、円周方向に延在するインビンジメント板５６
が挿入されている。インピンジメント板は空洞部２８の
境界を形成しており、外側エアシールから半径方向に隔
置されて第二の空洞部５８を形成している。第二の流路
６０といった冷　　　゛却空気のための二次的な流路が
、空洞部５８内に於て外側エアシールの下方に軸方向に
且円周方向に延在している。インピンジメント板上の複
数のインビンジメント孔６２が、第一の流路５４と第二
の流路６０との間を流体が流れるべく連結している。

第２図に示されている通り、外側エアシール２６のシー
ルセグメント２４はそれぞれ前縁６４と後縁６６とを有
している。前縁６４は隣接するステータ組立体の部分か
ら半径方向に隔置されており、このことによって円周方
向に延在する空洞部６８が形成されている。この空洞部
は、前縁領域の直下に於て軸方向に且円周方向に延在す
る冷却空気のための第三の流路を形成している。漏れ流
路７２が公差による間隙を通り隣接するシールセグメン
ト間に延在している。漏れ流路７２は空洞部６８及び第
三の流路７０と第一の流路５４との間を流体が流れるべ
く連結している。第三の流路７０と第二の流路６０との
間を流体が流れるべく連結するために、空洞部６８と空
洞部５８との間には少なくとも一つの通気流路７４が延
在している。

接縁領域６６は隣接するステータ構造物から半径方向に
隔置されており、このことによって環状の空洞部７６が
形成されている。環状の空洞部７６は外側エアシールセ
グメントの列の直下に於て円周方向に延在しており、円
周方面目半径方向に延在する冷却空気のための第四の流
路７８を形成している。流路６０と第四の流路７８との
間を流体が流れるべく連結するために、第二の空洞部５
８と空洞部７６との間には少なくとも一つの通気流路８
２が延在している。

第３図は、第１図の線３−３に沿ってとられた外側エア
シールの前面部であり、隣接する一対の弓形のシールセ
グメント２４（即ち、シールセグメント２４ａ及び２４
ｂ）を示している。シールセグメントはそれぞれ金属製
のフオーム８４を有している。金属製のフオームは軸Ａ
ＳＩの周りに円周方向に延在する表面８６を有している
。上流側フック３０と下流側フック３２（図示されてい
ない）とは、金属製のフオームから外向きに延在してい
る。金属製のフオームには、セラミックスの被覆材料８
８が張り付けられている。セラミックスの被覆材料は、
セラミックス表面層８８ａとセラミックス金属中間層８
８ｂとを有しており、この中間ＪＩ８８ｂは接着層８８
ｃと共働してヒラミックス層を金属製のフオームに接着
している。セラミックスの被覆材料は、軸ＡＳｅの周り
に円周方向に延在する弓形のシール面９２を有している
。

図示されている実施例に於てセグメントの２本の軸Ａｓ
ｍ及びＡＳｅは、エンジンの軸Ａｅと一致している。

第二のシールセグメント２４ｂは第一のシールセグメン
ト２４ａから円周方向に隔置されており、これらの間に
円周方向の間隙Ｇが形成されている。

間隙Ｇの大きさは、エンジンの作動条件によって変形で
る。オリフィス板９４が間隙Ｇの中に配置され、間隙Ｇ
の円周方向の幅を横切る形でセグメントの間に軸方向に
延在している。間隙の曲率半径は間隙の最大幅のおよそ
１５０倍大きいので、間隙の横方向の幅と円周方向の幅
とは同じである。

・　従って、「円周方向に延在する」ことと「横方向に
延在する」こととは同じ事を意味する。

第４図は、第一のシールセグメント２４ａと第二のシー
ルセグメント２４ｂとの簡略化された透視図である。間
隙Ｇが最大値ＧＩＩｌａｘをとる様な作動条件下でのシ
ールセグメントとオリフィス板９４との関係を示す目的
で、第４図に於てはセグメントの一部が切り取られてい
る。第一のシールセグメント２４ａは、間隙Ｇの境界を
形成する第一の側面９６を有している。第二のシールセ
グメントは、第一の側面９６に面す、る第一の側面１０
２を有している。第一の側面１０２は間隙Ｇの境界を形
成しており、第一のシールセグメント内に延在する溝９
８に面する軸方向を向いた溝１０４を有している。オリ
フィス板は相対する溝９８及び１０４の中に配置されて
いる。

図示されている通りオリフィス板９４は、第一のオリフ
ィス１０６と第二のオリフィス１０８と第三のオリフィ
ス１１２と第四のオリフィス１１４といった孔を有して
いる。これらのオリフィスは実質的に半径方向に延在し
てりる。第一のオリフィスは空洞部６８及びその冷却空
気のための流路７０と通じており、従って冷却空気のた
めの第一の流路５４と冷却空気のための第二の流路６０
とも通じている。第二のオリフィス１０８と第三のオリ
フィス１１２とは、第二の流路６０と通じている。第四
のオリフィス１１４は空洞部７６及びその冷却空気のた
めの流路７８と通じており、従って第二の流路６０とも
通じている。

第一のセグメント内の溝は、第一の壁１１６と、第一の
壁と第一の側面９６との間に延在する第一の而１１８と
を含んでいる。第二のセグメント内の溝は、第一の１１
２２と、第一の壁と第一の側面１０２との間に延在する
第一の面１２４とを含んでいる。これらの面によって、
セグメントはエンジンの少なくとも一つの作動条件下で
オリフィスと重なり合う。図示されている例に於て、セ
グメントは常にオリフィス１０６と重なり合っている。

このことは以下の二つの拘束条件のために生じる。第一
に、オリフィス板の右側面（第一の側面）からオリフィ
ス１０６の左端面（第二の側面）までの距１１！ｔ　Ｗ
　＋は、第一のセグメントの第一の壁１１６から第一の
セグメントの第一の側面９６までの距＊ｔｗａａとＱ　
ｗａｘとの和よりも大きい（ＷＩ〉Ｗｇａ＋ＧＩｌａＸ
　）。第二に、オリフィス板の左側面（第二の側面）か
らオリフィス１０６の右端面（第一の側面）までの距離
Ｗ２は、ＷａｂとＧ　ｏ＋ａｘとの和よりも大きい（Ｗ
　２　＞　Ｗｆ７ｂ＋　Ｇ僧ａＸ　）。その結果として
、第一のシールセグメントの面１１８と第二のシールセ
グメントの面１２４とによって、セグメントはエンジン
のすべての作動条件下に於てオリフィスと重なり合うこ
とになる。

第５図は、第１図及び第３図に示されている構造物の他
の実施例にして、第一のシールセグメントと一体に形成
されたオリフィス板１２６を有する構造物の部分透視図
である。オリフィス板は、第一のシールセグメント上に
ショルダ１２８を形成している。ショルダ１２８は第一
のシールセグメントの第一の側面９６から延びており、
第一の側面と実質的に平行な第一の壁１３２を有してい
る。第一のオリフィス１３４が、第一の壁と第一のシー
ルセグメントの第二の側面との間に延在している。第一
のオリフィス１３４は、シールセグメントの前縁６４か
ら後向きに延在しており、その長さＬｏはシールセグメ
ントの軸方向の長さＬのおよそ１０パ一セント程度であ
る。オリフィスは、第一の側面９６に対して実質的に＠
直なショルダ上の第一の端面１３６と、第一の側面９６
に対して実質的に平行な２個の第二の端面１３８とによ
って郭定されており、長方形のノツチ状の形状を有して
いる。

第一のオリフィス１３４は、前縁領域の空洞部６８とそ
の第三の流路７０と通じてＪ５す、従って中間の流路７
２及び７４を経由して冷却空気のための第一の流路５４
及び第二の流路６０とを通じている。オリフィス板は第
二のオリフィス１４２を有している。このオリフィスは
三角形の形状を有しており、このことによって而１４４
がオリフィスと重なる面積はエンジンの作動時に於て間
隙Ｇの大きさの変化に応じて非直線的に変化する。

この実施例に於ては、第二のシールセグメント２４ｂが
第一のオリフィス及び第二のオリフィスと重なり合う第
二の面１４４を提供している。

第６図は、第５図に示されている実施例とは別の実施例
にしてショルダ１２８中に長方形の隙間１３４を有して
いる様な実施例の部分透視図である。隙間１３４は、間
隙Ｇが変化するときに該隙間とそれに隣接するシールセ
グメントとの重なり合いが連続的に変化する様に、第一
の側面９６から第一の壁１３２まで且第一の端面１３６
から前縁６４までに屋りて延在している。第二の隙間１
４２は第一の隙間１３４と同様の長方形形状を有してお
り、第一の端面１３６′から後縁６６までに亙って延在
している。

第７図は、第６図に示されている構造物の別の実施例に
して、第二の板１４６と第二のセグメントと一体に形成
されたショルダである第一の板１２８とを有している構
造物の実施例を示している。

ショルダは、間隙Ｇへ流入する冷却空気の流Ｗを調節す
るために少なくとも一つの隙間（図示されていない）を
有している。第二の板は第二のセグメント２４ｂから半
径方向に隔置されており、このことによって冷却空気を
後方に排気させるために空洞部６８と通じているマニホ
ルド１４８が形成されている。図示されている通り、第
二の板は該板を貫通して延在する様な１Ｉ３１間は有し
ていない。

第８図は、第７図に示されている構造物の別の実施例に
して、単一の隙間１５２で表わされる隙間を有する第二
の板１４６を有している構造物の実施例を示している。

第一の板１２８は第一のシールセグメント２４ａと一体
に形成されたショルダである。第一の板上には、第一の
側面９６と第一の壁１３２との間にショルダ面１５４が
延在している。ショルダ面１５４は、作動媒体流路に面
している。第一の壁と第一の側面との間には隙間１５６
が延在している。冷却空気を間隙Ｇへ供給するために、
マニホルド１４８から間隙Ｇまでに亙って通路１５８が
延在している。

第二のシールセグメント２４ｂの第一の側面１０２は、
シール而９２ｂに近接した位置にて第二のセグメントに
軸方向に沿って延在している。第二のシールセグメント
の第一の側面は第一のシール、セグメント２４ａの第一
の側面から円周方向に隔置されており、このことによっ
てこれらの間に間隙Ｇが形成されている。第二のシール
セグメントは、第一のシールセグメントの第一の壁から
円周方向に隔置された第一の壁１６０を有しており、こ
のことによってこれらの間に間隙Ｇ′が形成されている
。第一の壁１６０は、第二のセグメントの第一の側面１
０２から円周方向に隔置されている。第二の而１４４は
第一の壁と第一の側面との間に延在しており、このこと
によって引込み部が形成されている。第二の而１４４は
第一のセグメントのショルダ面１５４と重なり合ってお
り、第一のセグメント内に於て隙９９１５６を覆うよう
に延在している。

第４図に示されている弓形シールセグメントの側面と同
様に、第一のセグメント９２ａの第一の９１３２と第二
のセグメント９２ｂの第一の壁１６０とはそれぞれ軸方
向に延在する溝１６２ａと１６２ｂとを有している。第
二の板１４６は間隙Ｇ′の中に配置され、セグメント間
に於て間隙Ｇ′を横切って相対する溝に入り込みつつ軸
方向に延在している。第二の板と壁１３２及び１６０は
、これらの壁の間に且第二の板の内側に軸方向に延在す
るプリーナム１６４を郭定している。セグメント２４ａ
及び２４ｂに配置されたスロット１６６ａ及び１６６ｂ
によって、プリーナム１６４は空洞部５８内の冷却空気
のための第二の流路６０と通じており、従って孔６２を
経由して冷却空気のための流路５４とも通じている。

第９図は、第８図に示されている構造物の他の実施例に
して第二の通路１６８を有する構造物の実施例を示して
いる。第二の通路は、口１７２を有しており、該口から
ショルダ１２８を貫通して延在し、このことによってｗ
Ａ隙Ｇは冷却空気のための第二の流路６０と通じている
。口１７２の円周方向幅３ｗと軸方向長さｓｂとは、幅
が長さの３倍以上になる様に設定されており、狭い長方
形の口が形成されている。第二の通路はショルダの面１
５４に対して傾斜しており、冷却空気流れに半径方向速
度成分と円周方向４速度成分とを与えて冷却空気を第二
のセグメントの側面１０２へ送り込む。加えて、エンジ
ンの作動条件下に於て冷却空気に円周方向及び半径方向
の速度成分を与えて間隙Ｇの境界を形成している他の一
つの側面９６へ向けるために、第一の通路は第二の通路
によって置き換えられることが可能である。

第１図に示されている通り、ガスタービンエンジン１０
の作動時には、冷却空気と高温の作動媒体ガスがエンジ
ンのタービン部１２へ送られる。

高温の作動媒体ガスは、環状流路１４に沿って流される
。冷却空気は第一の流路５４に沿って流され、高温の作
動媒体ガスの流路の外側に於てタービン部へ流入する。

外側ケース１８や外側エアシール２６や外側エアシール
のための上流側及び下流側サポート３４及び３６といっ
たタービン部の構造物は、作動媒体ガスによって加熱さ
れ、冷却空気によって冷却される。

エンジンのこれらの構造物が、作動媒体ガスによって加
熱される時の熱的応答の速度と、冷却空気によって冷却
される時の熱的応答の速度とは異なっている。この熱的
応答を左右する因子は、構造物の熱容量と構造物の高温
ガス及び冷却ガスに対する露出度等を含んでいる。例え
ば、外側エアシール２６と上流側及び下流側サポート３
４及び３６とは、外側ケース１８よりも作動媒体流路に
近接している。加えて、外側エアシールと上流側及び下
流側サポートとは、外側ケースよりも低い熱害■を有し
ている。その結果として、外側エアシールと上流側及び
下流側サポートとは、外側ケースよりもガス流路の温度
の変化に対してより迅速に応答する。エンジンの加速時
や始動時などに於ける＾温の作動媒体ガスの温度の上昇
は、外側エアシールとサポートとを膨張させ、互いに隣
接する弓形のシールセグメント２４の間の円周方向の間
隙Ｇを減少させる。

第３図及び第４図に示されている通り、外側エアシール
の弓形シールセグメントの対２４ａ及び２４ｂには、こ
の相対的な膨張を許容するために初期クリアランスＱ　
ｒａａｘが提供されている。二つの隣接するセグメント
の長さが相対的な熱膨張によって最大値に達した時に於
ても、セグメント間の破壊的な接触を避けるために、該
セグメントが十分な間隙Ｑ　ｓｉｎを有していることを
確実にするために、初期クリアランスは弓形シールセグ
メント間の距離の許容範囲を考慮に入れている。

円周方向の間隙Ｇは、いくつかの冷却空気源と通じてい
る。第２図に示されている通り、かかる冷却空気源は、
インピンジメント板５６とシールセグメント２４との間
の第二の環状の空洞部５８と、シールセグメントの前部
に延在する第三の環状の空洞部６８と、シールセグメン
トの換部に延在する第四の環状の空洞部７６とを含んで
いる。

第三の環状の空洞部６８は、第一の流路５４から漏れ流
路７２に沿って漏れる冷却空気の一部分を集め、また第
二の空洞部５８から通気流路７４を通って流出する冷却
空気を集める。空洞部６８に集められた冷却空気は、エ
ンジンの内部に於て円周方向及び半径方向に延在する第
三の流路７０に沿って流される。

第２図及び第４図に示されている通り、空洞部６８に集
められた冷却空気の一部分は、半径方向の速度成分を与
えられて、オリフィス板９４の孔１０６を通って間隙Ｇ
へ送られる。インピンジメント板５６と弓形のシールセ
グメント２４との間の第二の空洞部５８は、シールセグ
メントに吹きつけられた冷却空気を集め、該冷却空気を
通気流路７４及び８２とオリフィス板９４の孔１０８及
び１１２とに提供する。オリフィス板の孔１０８及び１
１２を通って流れる冷却空気の一部は、半径方向の速度
成分を与えられて間隙Ｇへ送られる。

第四の環状の空洞部７６は、通気流路８２から冷却空気
の一部分を集める。集められた冷却空気は、エンジンの
内部に於て円周方向及び半径方向に延在する第四の流路
７８に沿って流される。オリフィス板の第四の孔１１４
を通って流される冷却空気の一部は、半径方向の速度成
分を与えられて問ｒ４Ｇへ送られる。

作動媒体ガスがロータブレードの外側に於て環状流路に
沿って流されると、作動媒体ガスは間隙Ｇ内の冷却空気
を掃引し、冷却空気をオリフィス板９４へ向けて外向き
に押す。孔の向きとその孔を通る空気の流れとの組合せ
は、冷却空気に半径方向の速度、成分を提供する。冷却
空気の半径方向の速度は、冷却空気を間隙Ｇの中に於て
、半径方向内向きに延在させるような運動量を与え、作
動媒体ガスの圧迫掃引効果に対抗する。このことによっ
て、金属製のフオーム８４に近接するセラミックスの被
覆材料８８の中間層８８に配置されているシールセグメ
ントの臨界領域が冷却される。

第４図に示されている通り、作動条件下での間ｍＧの値
Ｇｔは最小値Ｑｍｉｎと最大１ｉａＧｍａｘとの間にあ
る。間隙に近接するセグメントの壁を十分冷却するため
に必要な冷却空気のｍは、間隙の大きさに比例する。従
って、間隙の大きさが増大すると、構造物を十分に冷却
するためにより多量の冷却空気が必要となる。同様に、
作動媒体ガスの温度が全く変化しない場合にも、間隙の
大きさが減少すると、近接するシールセグメントを十分
に冷却するために必要な冷却空気の量は減少する。

互いに近接するシールセグメント２４ａ及び２４ｂは、
オリフィス板のそれぞれの孔を通る冷却空気の流れを可
変的に制限し間隙Ｇへ流入する冷却空気の量を計量する
ための手段を提供している。

前述の通り、第三の環状の空洞部６８と第二の空洞部５
８と第四の環状の空洞部７６との中の冷却空気の圧力は
作動媒体流路内のガスの圧力よりも高（、その結果とし
て、オリフィス板９４を境にして圧力差が生じる。この
圧力差は、オリフィス板を第一のシールセグメント２４
ａの第一の面１１８と第二のシールセグメント２４ｂの
第一の面１２４とに向けて押す力を発生させ、それぞれ
のシールセグメントに滑り運動をさせてオリフィス板に
係合させる。面１１８及び１２４が孔１０６及び１０８
及び１１２及び１１４に対して、円周方向に移動すると
オリフィスによる制限量が重なり合いの量と共に変化す
る。従って、シールセグメント自体は面１１８及び１２
４を通してオリフィス板の孔を通る流れを可変的に制限
する手段と提供していることになる。

面１１８は第一のセグメント２４ａの側面９６と一体に
形成されており、面１２４は第二のセグメント２４ｂの
側面１０２と一体に形成されている。側面９６及び１０
２は間隙Ｇを郭定しているので、而１１８及び１２４は
間隙Ｇが変化する時に間隙Ｇの大きさに対して応答する
孔に対する位置を有している。従って、この構造は間隙
へ流入する冷却空気の流れを可変的に制限し、間隙Ｇの
大きさに応答して冷却空気の流れを計量する手段を提供
している。

冷却空気の流れをより詳細に計量することは、エンジン
の効率と構成物の寿命とに有益な効果をもたらす。例え
ば、間隙Ｇの大きさが増大しているような作動条件下に
於て、このより広い間隙を冷却するために必要な付加的
な冷却空気が確実に間隙に供給されるようにするために
、冷却空気の流量が増加される。このことは、間隙へ流
入する冷却空気の流量が一定であるような構造と比較す
るとより長い寿命或いは、より高いエンジンの効率をも
たらす。間隙の大きさが減少すると、前記面は互いに接
近して孔より広い部分を遮断し、冷却空気の流量をこの
より小さな間隙を十分に冷却するために必要な量まで減
少させる。このことによって、冷却空気の必要量が減少
しているような時に於ても、間隙Ｇへ一定ｍの冷却空気
を供給するような構造と比較して、より効率の高いエン
ジンがもたらされる。

第５図は、第４図に示されている本発明の実施例とは別
の実施例にして、オリフィス板がセグメント２４ａと一
体のショルダ１２８として形成されているような実施例
を示している。ショルダは、前縁領域６４に於ける長方
形のスロットである孔１３４を有している。前記スロッ
トは、第４図に於て第一の孔１０６が空洞部６８と通じ
ているのと同様に、第２図に示されているように、第三
の環状の空洞部６８と通じている。第一のシールセグメ
ント２４ａと第二のシールセグメント２４ｂとの間の相
対運動によって、セグメントが完全に前記孔をふさいで
しまうまで前記孔を通過する冷却空気の流量が実質的に
直線的に変化する。セグメントと孔とが重なり合う■が
変化する時に流れを実質的に非直線的に変化させるため
に、スロットは例えば、孔１４２に示されているような
三角形といった変則的な形状を有していることも可能で
ある。

第６図は、第５図に示されているｉａａ物の他の実施例
にして前縁６４から後方に向けて延びるスロット状のオ
リフィス１３４と後縁から前方に向けて延びるスロット
状のオリフィス１４２とを有する実施例を示している。

第４図及び第５図に示されている実施例と同様に、冷却
空気は半径方向の速度成分を与えられて孔を通過する。

後縁領域に於て冷却空気は半径方向の速度成分を有して
おり、この速度成分は後縁の上流の点に配置されたスロ
ットへ高温の作動媒体ガスを近づけない作用をする。

第７図に示されているようにシールセグメント２４ａ及
び２４ｂの１１に延在する第二の板１４６は更に、互い
に隣接するシールセグメントの間に於て半径方向に亙っ
で冷却空気の流れを制御する。

Ｍ２の板は、第８図に示されているように、複数のオリ
フィスを提供されているが、第７図に示されているよう
に全くオリフィスが提供されていないかのどちらでも良
い。どうちの実施例に於ても、第二の板は、板の半径方
向外側を流れる冷却空気の圧力によって半径方向内向き
に押され隣接するシールセグメントと係合する。

第８図に示されているように、冷却空気は空洞部５８か
らスロット１６６ａ及び１６６ｂを経由して、マニホル
ド１６４へ流され、従って計量隙間１５２を通過して内
部マニホルド１４８へ流される。ショルダ１３８のスロ
ット１５８は更に、間隙Ｇへ流入する冷却空気を計量す
る。冷却空気は半径方向の速度成分ｖｒと円周方向の速
度成分ＶＣとを有している。円周方向の速度成分は、冷
却空気を外側エアシールの側面に吹きつける。

第９図は第７図及び第８図に示されている構造物の他の
実施例にして、第一のシールセグメント２４ａを通り、
第二の空洞部５８まで延在する複数の通路１６８を含ん
でいる実施例を示している。

マニホルド１４８は、前縁領域６４に於て第三の環状の
空洞部６８と通じている。通路１５８はマニホルド１４
８と間隙との間を繋ぎ、冷却空気を第一のセグメントの
側面９６の方へ向けるための半径方向の速度成分及び円
周方向の速度成分を提供する。通路１６８を通過する冷
却空気は、半径方向の速度成分と、冷却空気を第二のセ
グメント２４ｂの側面１０２に向けさせる円周方向の速
度成分とを有している。その結果として、冷却空気は間
隙Ｇの境界を形成している側面９６及び１０２の方へ向
けられる。

、　以上に於ては、本発明を特定のいくつかの実施例に
ついて詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限
定されるものではなく、本発明の範囲内にて種々の実施
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、ガスタービンエンジンの一部分の簡略化され
た断面図であり、タービン翼列の一つのタービンブレー
ドとタービン翼列の周囲に円周方向に延在する外側エア
シールの弓形シールセグメントとを示している。 第２図は、第１図の部分鉱大図である。 第３図は、第１図の線３−３に沿ってとられた一対の互
に隣接する弓形シールセグメントの正面図である。 第４図は、第３図に示されている実施例の簡略化された
部分透視図であり、説明のために一対の隣接する弓形セ
グメントが部分的にくり扱かれてている。 第５図は、第１図及び第４図に示されている構造物の池
の実施例の部分透視図である。 第６図は、第５図に示されている実施例の他の実施例の
部分透視図である。 第７図は、第１図及び第３図に示されている実施例の他
の一つの実施例の正面図である。 第８図は、第７図に示されている実施例の部分透視図で
あり、概して第１図の線８−８に沿ってとられており、
説明のために部分的にくり抜かれている。 第９図は、第８図に示されている構造物の他の一つの実
施例である。 １０・・・軸流ガスタービンエンジン、１２・・・ター
ビン部、１４・・・環状流路、１６・・・ステータ組立
体。 １８・・・外側ケース、２２・・・ロータブレード、２
４・・・弓形シールセグメント、２４ａ・・・第一のシ
ールセグメント、２４ｂ・・・第二のシールセグメント
。 ２６・・・外側エアシール、２８・・・空洞部、３０・
・・上流側フック、３２・・・下流側フック、３４・・
・上流側サポート、３６・・・下流側ザボート、３８・
・・上流側レール、４２・・・下流側レール、４６・・
・冷却空気管。 ４８・・・冷却空気管、５２・・・孔、５４・・・第一
の流路。 ５６・・・インビンジメント板、５８・・・第二の空洞
部。 ６０・・・第二の流路、６２・・・インビンジメント孔
。 ６４・・・前縁、６６・・・後縁、６８・・・空洞部、
７０・・・第三の流路、７２・・・漏れ流路、７４・・
・通気流路。 ７６・・・環状の空洞部、７８・・・第四の流路、８２
・・・通気流路、８４・・・金属製のフオーム、８６・
・・表面。 ８８・・・セラミックスの被覆材料、８８ａ・・・セラ
ミックス表面Ｉ１．８８ｂ・・・セラミックス金属中間
層。 ８８ｃ・・・接着層、９２・・・弓形のシール面、９２
ａ・・・シール面、９２ｂ・・・シール面、９４・・・
オリフィス板、９６・・・第一の側面、９８・・・溝、
１０２・・・第一の側面、１０４・・・溝、１０６・・
・第一のオリフィス、１０８・・・第二のオリフィス、
１１２・・・第三のオリフィス、１１４・・・第四のオ
リフィス、１１６・・・第一の壁、１１８・・・第一の
面、１２２・・・第一の壁、１２４・・・第一の面、１
２６・・・オリフィス板。 １２８・・・ショルダ、１３２・・・第一の壁、１３４
・・・第一のオリフィス、１３６・・・第一の端面、１
３６′・・・第一の端面、１３８・・・第二の端面、１
４２・・・第二のオリフィス、１４４・・・面、１４６
・・・第二の板、１４８・・・マニホルド、１５２・・
・隙間、１５４・・・ショルダ面、１５６・・・隙間、
１５８・・・通路、１６０　・・・第一の壁、１６２ａ
−・・溝、１６２ｂ−・・溝。 １６４・・・プリーナム、１６６ａ・・・スロット、１
６６ｂ・・・スロット、１６８・・・第二の通路、１７
２・・・口 特許出願人　　ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション 代　　理　　人　　　弁　　理　　士　　　明石　　８
毅ＦＩＧ、／ Ａ、、Ａｅ−−−−−−−□・□−□−！！

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸線Ａと、作動媒体ガスのための環状の作動媒体
   流路と、前記作動媒体流路より半径方向に隔置された冷
   却流体のための流路と、前記作動媒体流路の境界を郭定
   すべく前記軸線の周りに円周方向に延在する複数個の弓
   形シールセグメントとを有し、前記複数個の弓形シール
   セグメントは第一のシールセグメントと該第一のシール
   セグメントより円周方向に隔置され前記第一のシールセ
   グメントとの間に作動条件中に大きさが変化する間隙Ｇ
   を形成する第二のシールセグメントとを含む少なくとも
   一対の弓形シールセグメントを有している型式のガスタ
   ービンエンジンにして、 前記対のシールセグメントの間に軸線方向に延在する前
   記間隙Ｇ内に該間隙を横切って配置されたオリフィス板
   であって、冷却流体のための前記流路と連通し半径方向
   の速度成分を伴なって前記オリフィス板を通過するよう
   冷却空気を導く孔を有するオリフィス板と、 前記孔を通過する冷却空気の流量を可変的に絞る手段で
   あって、作動条件下に於ては前記孔に可変的にオーバラ
   ップするよう構成され、前記間隙Ｇの大きさに応答した
   前記孔に対する相対位置を有する手段と、 を含むガスタービンエンジン。
2. （２）作動媒体ガスのための環状の作動媒体流路と、前
   記作動媒体流路より半径方向に隔置された冷却空気のた
   めの流路とを有する軸流ガスタービンエンジンに於て前
   記作動媒体流路の境界を郭定する構造体にして、 前記作動媒体流路の周りに円周方向に延在しそれぞれ隣
   接するシールセグメントより周縁方向に隔置されて該隣
   接するシールセグメントとの間に円周方向の間隙Ｇを形
   成する複数個の弓形シールセグメントを含み、前記複数
   個の弓形シールセグメントは第一のシールセグメントと
   第二のシールセグメントとを含んでおり、 前記第一のシールセグメントは 前記作動媒体流路に面するシール面と、 前記シール面に隣接し前記第一のシールセグメントに沿
   って軸線方向に延在する第一の側面と、前記第一の側面
   より円周方向に隔置された第一の壁と、前記第一の側面
   と前記第一の壁との間に延在し且前記作動媒体流路に面
   するショルダ面とを有するショルダを形成すべく前記第
   一の側面より延在する突起とを有しており、 前記第二のシールセグメントは 前記作動媒体流路に面するシール面と 前記第二のシールセグメントに沿って軸線方向に延在し
   且前記第一のシールセグメントの前記第一の側面より円
   周方向に隔置されて該第一の側面との間に間隙Ｇを郭定
   する第一の側面と、 前記第一のシールセグメントの前記ショルダ面にオーバ
   ラップする第二の面とを有しており、前記第一のシール
   セグメントは前記第一の壁と前記第一の側面との間に延
   在し前記間隙Ｇへ冷却流体を供給する少なくとも一つの
   孔を有しており、前記孔は前記第一のシールセグメント
   の前記ショルダ面により境界が郭定されており、前記間
   隙Ｇの大きさの増大によりオーバラップ量が低減されて
   前記孔を通過する冷却流体の流量が増大され、前記間隙
   Ｇの大きさの減小により前記オーバラップ量が増大され
   て前記孔を通過する冷却流体の流量が低減されるよう、
   前記孔には前記エンジンの少なくとも一つの運転条件下
   に於て前記第二のシールセグメントの前記第二の面がオ
   ーバラップするよう構成された構造体。
3. （３）弓形シールセグメントにして、第一の方向に面し
   軸線の周りに湾曲するシール面と、前記シール面に隣接
   し且前記シールセグメントに沿って軸線方向に延在する
   第一の側面と、前記第一の側面より円周方向に隔置され
   た第一の壁と前記第一の側面と前記第一の壁との間に延
   在し前記軸線に面するショルダ面とを有するショルダを
   形成すべく前記第一の側面より延在する突起と、前記第
   一の壁と前記第一の側面との間に延在し前記ショルダ面
   により境界が郭定された少なくとも一つの孔とを有する
   弓形シールセグメント。