JPS6147289B2 - - Google Patents
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- JPS6147289B2 JPS6147289B2 JP6798180A JP6798180A JPS6147289B2 JP S6147289 B2 JPS6147289 B2 JP S6147289B2 JP 6798180 A JP6798180 A JP 6798180A JP 6798180 A JP6798180 A JP 6798180A JP S6147289 B2 JPS6147289 B2 JP S6147289B2
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- ring
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Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は小型のガスタービンエンジンにおいて
ブレード先端とブレードを囲繞するシユラウドと
の間の空隙を最小にするための新規な改良された
シユラドに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is directed to a new and improved shroud for minimizing the air gap between a blade tip and a shroud surrounding the blade in a small gas turbine engine.
最大のタービン効率を得るためには、ガスター
ビンエンジンが作動する種々の温度にて得られる
回転ブレード先端とシユラウド又はシリンダとの
間の空隙を最小限度にすることが重要である。従
つて、ブレードとシユラウドとの間の先端間隙を
最小限度に維持するためにシユラウドとブレード
先端の熱膨張の勾配を一様にするようにタービン
構成要素を設計することが望ましい。もし該空隙
が余りも狭いと、両部材間に摺擦が起る可能性が
あり、一方もし該空隙が余りも広いと、効率の損
失となるということが容易に理解されるであろ
う。 To obtain maximum turbine efficiency, it is important to minimize air gaps between the rotating blade tips and the shroud or cylinder at the various temperatures at which gas turbine engines operate. Therefore, it is desirable to design turbine components to uniform the thermal expansion gradients of the shroud and blade tips to maintain a minimum tip clearance between the blades and the shroud. It will be readily appreciated that if the gap is too narrow, rubbing may occur between the parts, whereas if the gap is too wide, there will be a loss of efficiency.
従つて、本発明の目的はガスタービンエンジン
の圧縮機タービン又は動力タービン用の新規な且
つ改良されたシユラウド又はシリンダを提供する
ことである。該シユラウドは該シユラウドを貫通
して冷却空気を導入し、ブレード先端空隙の制
御、従つてガスタービンエンジンの効率のよい作
動を行なわせるに当つて極めて重要なブレード先
端空隙域の中間部に冷却空気の作用を集中させる
ようにした冷却空気導入手段を具備する。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide a new and improved shroud or cylinder for a compressor or power turbine of a gas turbine engine. The shroud introduces cooling air through the shroud and directs the cooling air into the middle of the blade tip clearance area, which is extremely important for controlling the blade tip clearance and, therefore, for efficient operation of the gas turbine engine. The cooling air introduction means is provided to concentrate the action of the cooling air.
本発明の更に他の目的は一体の内側リングと、
一体の外側制限(拘束)リングとを有し、該両リ
ングは協働して改良されたタービン先端空隙の制
御を行なうための冷却空気を導入するラビリンス
通路を画定するように構成された圧縮機タービン
シユラウドを提供することである。該シユラウド
はシユラウドの金属部温度の大きさ及び勾配を減
少させ同時に燃焼室の高温点(ホツトスポツト)
による熱変形を減少させ、高温ガス温度における
シユラウドの完全性を維持することができる。 Yet another object of the invention is to provide an integral inner ring;
a compressor having an integral outer restriction ring configured to cooperate to define a labyrinth passageway for introducing cooling air for improved turbine tip clearance control; To provide a turbine shroud. The shroud reduces the magnitude and gradient of the temperature of the metal parts of the shroud and at the same time eliminates hot spots in the combustion chamber.
shroud integrity at high gas temperatures.
本発明の更に他の目的はガスタービンエンジン
の効率を更に改良するためにブレード先端とシユ
ラウドとの間の空隙に膜状冷却流を提供するため
の手段を具備した新規な且つ改良された空冷式シ
ユラウドを提供することである。 Yet another object of the present invention is to provide a new and improved air-cooled system having means for providing a film cooling flow in the air gap between the blade tips and the shroud to further improve the efficiency of a gas turbine engine. It is to provide a shroud.
本発明において、タービン組立体は例えば第1
段ガス化タービンのような複数のロータブレード
の各先端の上方に延在し且つ該先端からは離隔し
て設けられた固定空冷式シユラウドを具備する。
該シユラウド又はシリンダは基本的には内側リン
グ、外側拘束リング、及び支持リングを具備す
る。内側リングは回転ブレード先端に並置され且
つ該ブレード先端から離隔して設けられた半径方
向内面を有する。マトリツクス(溝構成体)は総
じて内側リングの長手方向軸線に対して垂直に延
在する複数の互いに平行に隔設された円周方向溝
を具備する。複数の連結溝が又内側リングの外面
に切込んで設けられる。又各該連結溝は内側リン
グの長手方向軸線に対して平行に延在し、二つの
隣り合つた円周方向溝の間を連通する。各連結溝
は内側リングの円周に沿つて互い違いに配列され
る。外側拘束リングは、内側リングの溝構成体を
覆い空気冷却ラビリンス通路を画定するように前
記内側リングと同軸にて且つ該内側リングを囲包
して配設される。支持リングが内側リング及び外
側リングと協働して、タービン圧縮機によつて提
供される冷却空気用プレナム室と、入口流通路と
を画定する。プレナム室からの冷却空気は入口流
通路に流入しそして円周方向連結溝から成るラビ
リンス通路へと流動せられ、それによつてシユラ
ウドの熱膨張の大きさ及び勾配を減少させ、改良
されたブレード先端間隙の制御を行なうことがで
きる。該間隙は内側の冷却されたリングと外側の
拘速リングとの合成応力反作用によつて制御され
る。内側リングと外側リングは組立時には線接触
状態となるようにすることもできるが、両部材間
の所望制限条件に応じて幾分間隙を有するように
組立てることもできるし、又はしまりばめ状態に
て組立てることも可能であろう。本冷却式シユラ
ウドは、間隙を制御できるという利益の他に、冷
却されないシユラウドでは不可能であるタービン
入口温度の増大を可能とするであろう。 In the present invention, the turbine assembly is, for example, the first
A stationary air-cooled shroud is provided extending over and spaced apart from each tip of a plurality of rotor blades, such as a staged gasification turbine.
The shroud or cylinder basically includes an inner ring, an outer restraint ring, and a support ring. The inner ring has a radially inner surface juxtaposed to and spaced apart from the rotating blade tip. The matrix includes a plurality of parallel spaced circumferential grooves extending generally perpendicular to the longitudinal axis of the inner ring. A plurality of connecting grooves are also cut into the outer surface of the inner ring. Each connecting groove also extends parallel to the longitudinal axis of the inner ring and communicates between two adjacent circumferential grooves. The connecting grooves are staggered along the circumference of the inner ring. An outer restraining ring is disposed coaxially with and surrounding the inner ring so as to cover the groove arrangement of the inner ring and define an air cooling labyrinth passage. A support ring cooperates with the inner and outer rings to define a plenum chamber for cooling air provided by the turbine compressor and an inlet flow path. Cooling air from the plenum chamber enters the inlet flow passage and is forced into a labyrinth passage consisting of circumferential connecting grooves, thereby reducing the magnitude and slope of thermal expansion of the shroud and improving the blade tip. The gap can be controlled. The gap is controlled by the combined stress reaction of the inner cooled ring and the outer restraint ring. The inner and outer rings can be assembled in line contact, but they can also be assembled with some gap, depending on the desired constraints between the two parts, or in a tight fit. It may also be possible to assemble it. In addition to the benefit of being able to control the clearance, the present cooled shroud would allow an increase in turbine inlet temperature that would not be possible with an uncooled shroud.
本発明においては更に、ラビリンスは一つの円
周方向溝と内側リングの先行縁との間に延在する
計量開口を具備して、内側リングの内側半径方向
表面に対して膜状冷却作用を行ない、それによつ
て先端間隙を適当に維持するための補助作用をな
し且つシユラウド又はシリンダの先行縁にある高
温ガスをパージする働きをなす。 The invention further provides that the labyrinth includes a metering opening extending between a circumferential groove and a leading edge of the inner ring to provide a film cooling effect on the inner radial surface of the inner ring. , thereby assisting in maintaining proper tip clearance and purging hot gases at the leading edge of the shroud or cylinder.
本発明の叙上およびその他の目的、特徴ならび
に利点は、添付図を参照して記述した以下の説明
から一層明瞭になろう。 The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings.
先ず、本発明が改良せんとする、所謂本発明の
基礎となるタービンロータシユウラドの基本的構
造について説明する。第1図〜第3図はタービン
ロータシユラウドの基本的構造を示し、ガスプロ
デユーサタービンの第1段が番号10で表わされ、
環状形燃焼室出口12によつて燃焼室(図示せ
ず)に連結される。矢印Gで示される燃焼ガスが
タービンに提供され、先ず第1段静止羽根14に
流入し、次でタービンロータの第1段ブレード1
6へと流入する。各回転ブレード16はタービン
の回転組立体に例えば20の位置にて固着された
基底部分18と、更に翼形部分22とを有する。
ブレードの先端部は番号24で示される。翼形部
分は点線で示されるように空気冷通路を具備する
ことができる。環状のシユラウド又はシリンダ3
0が第1段ロータブレード16のまわりに延在し
該ブレードを囲包している。該シユラウドは基本
的には内側環状リング32、外側環状拘束リング
34及び環状支持リング36から成る。好ましく
は、各リング32,34及び36は一体構造体と
され、タービンロータの全円周のまわりに延在す
る。更にその上に、好ましくは内側環状リング3
2と環状支持リング36とは一体とされ、単一の
一体部材で形成される。内側リング32は一般に
円筒形状とされ、その長手方向軸線はタービンロ
ータの長手方向軸線に一致し、又該内側リング3
2は半径方向内面40と半径方向外面42とを有
する。半径方向内面40とブレード先端24との
間の間隔は文字「t」で示され、第1段ロータブ
レード16とシユラウド30との間の空隙を表わ
す。本発明の主たる目的は、タービンエンジンの
全作動条件においてシユラウドと第1段タービン
ロータとの間の先端空隙「t」を実質的に一様に
維持するべくシユラウド冷却手段を配置せしめる
ことである。 First, the basic structure of the turbine rotor shroud, which is the so-called basis of the present invention and which the present invention aims to improve, will be explained. Figures 1 to 3 show the basic structure of a turbine rotor shroud, with the first stage of the gas producer turbine being designated by the number 10;
It is connected to a combustion chamber (not shown) by an annular combustion chamber outlet 12 . Combustion gases, indicated by arrow G, are provided to the turbine and first enter the first stage stationary vanes 14 and then the first stage blades 1 of the turbine rotor.
6. Each rotating blade 16 has a base portion 18 secured to the rotating assembly of the turbine, for example at 20, and further has an airfoil portion 22. As shown in FIG.
The tip of the blade is designated by the number 24. The airfoil portion may include air cooling passages as shown in dotted lines. Annular shroud or cylinder 3
0 extends around and surrounds the first stage rotor blade 16. The shroud basically consists of an inner annular ring 32, an outer annular restraint ring 34 and an annular support ring 36. Preferably, each ring 32, 34 and 36 is of unitary construction and extends around the entire circumference of the turbine rotor. Furthermore, preferably an inner annular ring 3
2 and the annular support ring 36 are integral and formed from a single integral member. The inner ring 32 is generally cylindrical in shape, with its longitudinal axis coinciding with the longitudinal axis of the turbine rotor, and whose longitudinal axis coincides with the longitudinal axis of the turbine rotor.
2 has a radially inner surface 40 and a radially outer surface 42. The spacing between the radial inner surface 40 and the blade tip 24 is indicated by the letter "t" and represents the air gap between the first stage rotor blade 16 and the shroud 30. A primary object of the present invention is to arrange the shroud cooling means to maintain a substantially uniform tip clearance "t" between the shroud and the first stage turbine rotor over all operating conditions of the turbine engine.
第1図〜第3図に図示されるように、50台の番
号にて示される一連の溝構成体が内側リングの外
側半径方向表面42に設けられ、シユラウド又は
シリンダ30を冷却するためのラビリンス通路の
一部分を形成する。該溝構成体は円周方向溝5
2,54,56及び58を具備する。該円周方向
溝は互いに平行に離間して配置され、内側リング
の全円周にわたつて延在し、且つ一般に内側リン
グの長手方向軸線に対して垂直となるように配置
されている。溝は円周方向に延在した障壁51,
53,55,57及び59によつて境界が設けら
れ、溝構成体の先行縁は障壁51によつて画定さ
れ、一方該溝構成体の後続縁は障壁59によつて
画定される。第1図及び第2図に図示されるよう
に、各溝52〜58の幅及び深さは円周方向溝の
横断面積が実質的に等しくなるように設計するこ
とができる。障壁51,53,55,57及び5
9を設けることによつて、溝構成体を通る加圧冷
却空気の流れは実質的に一様になるであろう。 As illustrated in FIGS. 1-3, a series of groove formations, numbered in the 50s, are provided in the outer radial surface 42 of the inner ring to provide a labyrinth for cooling the shroud or cylinder 30. Forms part of a passage. The groove structure is a circumferential groove 5
2, 54, 56 and 58. The circumferential grooves are spaced parallel to each other, extend around the entire circumference of the inner ring, and are generally perpendicular to the longitudinal axis of the inner ring. The groove has a circumferentially extending barrier 51,
Bounded by 53, 55, 57 and 59, the leading edge of the groove structure is defined by barrier 51, while the trailing edge of the groove structure is defined by barrier 59. As illustrated in FIGS. 1 and 2, the width and depth of each groove 52-58 can be designed such that the cross-sectional areas of the circumferential grooves are substantially equal. Barriers 51, 53, 55, 57 and 5
By providing 9, the flow of pressurized cooling air through the groove arrangement will be substantially uniform.
第1図及び第2図を参照すると、先行縁障壁5
1は該障壁を貫通する複数の開口60を具備す
る。該開口60は好ましくは、内側リング32の
全円周のまわりに等間隔にて配設される。該開口
60により第1の円周方向溝52と、番号70で
示される流入通路との間が連通される。流入通路
は外側拘束リング34、内側リング32及び支持
リング36によつて画定される。該流入通路70
は、開口60と連通するプレナム室72及び開口
76を介して該プレナム室72と連通する入口室
74を有する。ガスタービンエンジンの圧縮機か
ら提供される冷却空気は、第2図に図示されるよ
うに、開口80を介して入口室74へと送給され
る。圧縮機からの冷い空気は又開口80を介し
て、燃焼ガス流通路と連通する第2の開口82に
も提供することができる。冷却空気流は文字
「p」によつて示され、内側リング32の上流に
位置した高温ガスを一掃するために有効に機能
し、更に又内側リング32の半径方向内面40と
ロータブレード16との間の先端間隔「t」の領
域にフイルム状の冷却空気を提供する。 Referring to FIGS. 1 and 2, the leading edge barrier 5
1 comprises a plurality of openings 60 passing through the barrier. The apertures 60 are preferably equally spaced around the entire circumference of the inner ring 32. The opening 60 provides communication between the first circumferential groove 52 and an inflow passage designated by the numeral 70. The inlet passageway is defined by outer restraint ring 34, inner ring 32 and support ring 36. The inflow passage 70
has a plenum chamber 72 communicating with opening 60 and an inlet chamber 74 communicating with plenum chamber 72 via opening 76 . Cooling air provided from a gas turbine engine compressor is delivered to inlet chamber 74 through opening 80, as shown in FIG. Cool air from the compressor may also be provided via opening 80 to a second opening 82 that communicates with the combustion gas flow path. The cooling air flow is indicated by the letter "p" and is effective to sweep away hot gases located upstream of the inner ring 32 and also between the radially inner surface 40 of the inner ring 32 and the rotor blades 16. A film of cooling air is provided in the region of the tip spacing "t" between.
第3図に図示されるように、各障壁に提供され
る連結溝の配列は隣り合つた障壁の連結溝の配列
に対し互いにその位置がずれるように構成され
る。従つて、障壁53及び57内の連結溝62及
び66は整列するように配列されるが、中間の連
結溝64とはその位置がずれるように構成され
る。先行縁障壁51に設けられた開口60の場合
のように、連結溝62,64及び66も内側リン
グ32の全円周のまわりに例えば30゜の間隔にて
12個の連結溝が設けられるように形成される。後
続縁障壁59には連結溝68が設けられる。該溝
は内側リングの長手方向軸線に対して或る角度に
て配置することができる。この構成によつて溝構
成体の後続縁部から流出する冷却空気には回転ブ
レード16の下流の高温燃焼ガスの流通路と実質
的に一致した初期渦巻き流れが与えられる。拘束
リング34の後続縁には番号35で示される切込
部が設けられ、連結溝68がラビリンス通路内に
おける圧力の増大を防止するに十分な横断面積を
有するようにされる。 As shown in FIG. 3, the arrangement of the connection grooves provided in each barrier is configured to be shifted in position with respect to the arrangement of connection grooves of adjacent barriers. Therefore, the connecting grooves 62 and 66 in the barriers 53 and 57 are arranged so as to be aligned, but are configured to be offset from the intermediate connecting groove 64. As in the case of the openings 60 in the leading edge barrier 51, the connecting grooves 62, 64 and 66 are also spaced, for example, at intervals of 30° around the entire circumference of the inner ring 32.
It is formed so that 12 connection grooves are provided. A connecting groove 68 is provided in the trailing edge barrier 59 . The groove can be arranged at an angle to the longitudinal axis of the inner ring. This configuration provides cooling air exiting the trailing edge of the groove arrangement with an initial swirl flow that substantially coincides with the hot combustion gas flow path downstream of the rotating blades 16. The trailing edge of the restraining ring 34 is provided with a notch, indicated by the number 35, so that the connecting groove 68 has a cross-sectional area sufficient to prevent pressure build-up within the labyrinth passage.
作動に当り、ガスタービンエンジンの圧縮機か
らの加圧冷却空気は開口80に提供され、次でプ
レナム室72へと送られ、一連の連結開口60を
介してラビリンス通路へと分配される。該冷却空
気は各連結溝60を貫流するとき(第3図を参照
せよ)、障壁53に衝突し、従つて円周方向溝5
2に沿つて横方向に相反する二つの方向へと流動
するように有効に分流される。次で各空気流は第
2障壁53に設けた一連の連結溝62の一つに衝
突する。前記空気流の作動が円周方向溝54にお
いても繰返される。このような構成によつて加圧
冷却空気は内側リング32の全円周にわたつて有
効に分配され、それによつてシユラウド30の対
流冷却を行なう。該加圧冷却空気はシユラウド3
0の後続縁に配設された所定の角度を持つた連結
溝68を介してラビリンス通路から排出される。
この構成によつて、シユラウドと回転ブレード1
6との間の空隙制御は、シユラウドの対流冷却及
び組立時には線接状態下にある内側冷却リング3
2と外側拘束リング34との応力反作用によつて
達成される。間隙制御ができるという利益の他
に、冷却型シユラウド30は、冷却されない未冷
却型シユラウド又はシリンダでは不可能なタービ
ン入口温度を増大し得るといつたことが可能とな
る。シユラウドの対流冷却作用によつてシユラウ
ドの金属温度の高さ及び勾配は減少し、燃焼室の
高温点(hot spot)によるシユラウドの熱変形も
有効に減小される。従つて該冷却シユラウドはガ
スタービンエンジンの種々の作動条件にて発生す
る高温のガス温度にてもその完全性を維持するこ
とができる。 In operation, pressurized cooling air from the gas turbine engine's compressor is provided to opening 80, then to plenum chamber 72, and distributed through a series of connecting openings 60 to the labyrinth passages. As the cooling air flows through each connecting groove 60 (see FIG. 3), it impinges on the barrier 53 and thus in the circumferential groove 5.
2 to flow laterally in two opposite directions. Each airflow then impinges on one of the series of connecting grooves 62 provided in the second barrier 53. Said air flow operation is repeated in the circumferential groove 54. This configuration effectively distributes pressurized cooling air over the entire circumference of inner ring 32, thereby providing convective cooling of shroud 30. The pressurized cooling air is supplied to shroud 3.
It is discharged from the labyrinth passage through a connecting groove 68 with a predetermined angle provided on the trailing edge of the 0.
With this configuration, the shroud and rotating blade 1
Air gap control between the inner cooling ring 3, which is under tangential condition during convection cooling of the shroud and assembly,
2 and the outer restraining ring 34. In addition to the benefit of providing clearance control, the cooled shroud 30 allows for increased turbine inlet temperatures that are not possible with uncooled shrouds or cylinders. The convection cooling effect of the shroud reduces the height and gradient of the shroud metal temperature, and the thermal deformation of the shroud due to hot spots in the combustion chamber is also effectively reduced. The cooling shroud is thus able to maintain its integrity even at the high gas temperatures encountered in various operating conditions of gas turbine engines.
第4図及び第5図にはこれも又本発明が改良せ
んとする、所謂本発明の基礎となるタービンロー
タシユラウドの基本的構造が例示される。ここに
例示されるものは環状形燃焼室出口を持つたガス
タービンエンジンであつて、シユラウドのフラン
ジ支持連結手段はシユラウドの後続縁に隣接して
配設され、又該シユラウドはフランジから該シユ
ラウドの先行縁へと突出する支持アームによつて
片持支持されている。従つて、該構成によつて、
シユラウドのための片持支持リング又は支持アー
ムと同じくフランジ支持体がシユラウドの半径方
向に配設される。従つて該フランジ支持体はター
ビンを貫流する高温燃焼ガスに対して離れて設け
られる。該構成は、シユラウドフランジがシユラ
ウドの先行縁に隣接して配設された第1図〜第3
図のシユラウド支持構造体とは相当異なるもので
ある。 FIGS. 4 and 5 illustrate the basic structure of a turbine rotor shroud, which is also the basis of the so-called present invention and which the present invention seeks to improve. Illustrated herein is a gas turbine engine having an annular combustion chamber outlet, the shroud flange support connection means being disposed adjacent the trailing edge of the shroud, and the shroud extending from the flange to the shroud. It is cantilevered by a support arm projecting to the leading edge. Therefore, with this configuration,
Flange supports are disposed radially of the shroud as well as cantilevered support rings or support arms for the shroud. The flange support is therefore spaced apart from the hot combustion gases flowing through the turbine. 1-3 in which the shroud flange is disposed adjacent the leading edge of the shroud.
The shroud support structure shown is quite different.
第5図及び第5図に図示される構造において、
タービンロータのまわりに延在するシユラウドに
比べ片持支持アーム構造体間には相当の温度差
(従つて相当な熱膨張の差)が生じることが容易
に理解されるであろう。該熱膨張の差は第一義的
には片持アーム支持体の固有の撓みによつて補償
される。第5図及び第6図に図示される実施態様
において、空冷式シユラウド130は一体の環状
拘束リング132、一体の環状内側リング13
4、及び一体の環状支持リング136を具備す
る。内側リング134は環状拘束リング132と
協働し、加圧冷却空気を導入するためのラビリン
ス通路138を画定する。三つのリング132,
134及び136は協働してラビリンス通路13
8に至る入口流通路140を画定する。支持リン
グ136と拘束リングは協働して前記入口流通路
140に至る細長の流体流通路を画定する。外側
拘束リング132はフランジ部分133を有し、
一方支持リングフランジ136はフランジ部分1
37を有する。フランジ133,137は適当に
結合され、環状シユラウド構造体を支持する。該
構成によつて、シユラウドは支持フランジ13
3,137によつて有効に片持ち支持され、それ
によつてシユラウドのための比較的可撓性のある
支持連結体を提供する。従つて、ラビリンス13
8と支持アームを画定する構造体の構成要素間の
熱膨張差は片持支持構造体の変形によつて補償さ
れる。エンジンの圧縮機から提供される加圧冷却
空気は導管142、従つて入口流通路140を介
して導入され、次でラビリンス138へと流動さ
れる。ラビリンス138は円周方向溝144と、
内側リング132の先行縁から後続縁へとのびる
互い違いに配設された連結溝とを有する。第5図
に図示されるように、各円周方向溝144の形状
及び横断面積は実質的に同じにされ、それによつ
てラビリンス通路を流れる加圧冷却空気の質量が
一様になるように構成される。 In the structure illustrated in FIG. 5 and FIG.
It will be readily appreciated that there is a significant temperature difference (and therefore a significant thermal expansion difference) between the cantilevered arm structure compared to the shroud that extends around the turbine rotor. The thermal expansion difference is primarily compensated for by the inherent deflection of the cantilevered arm support. In the embodiment illustrated in FIGS. 5 and 6, the air-cooled shroud 130 includes an integral annular restraint ring 132 and an integral annular inner ring 13.
4, and an integral annular support ring 136. Inner ring 134 cooperates with annular restraint ring 132 to define a labyrinth passageway 138 for introducing pressurized cooling air. three rings 132,
134 and 136 cooperate to form the labyrinth passage 13
8. Defining an inlet flow path 140 leading to 8. Support ring 136 and restraint ring cooperate to define an elongated fluid flow passageway to the inlet flow passageway 140. The outer restraining ring 132 has a flange portion 133;
On the other hand, the support ring flange 136 is the flange portion 1
It has 37. Flanges 133, 137 are suitably joined to support the annular shroud structure. With this configuration, the shroud has a support flange 13
3,137, thereby providing a relatively flexible support connection for the shroud. Therefore, Labyrinth 13
8 and the components of the structure defining the support arms are compensated for by the deformation of the cantilevered support structure. Pressurized cooling air provided from the engine's compressor is introduced through conduit 142 and thus inlet flow passage 140 and then flows into labyrinth 138 . The labyrinth 138 has a circumferential groove 144;
The inner ring 132 has alternating connecting grooves extending from the leading edge to the trailing edge of the inner ring 132. As illustrated in FIG. 5, each circumferential groove 144 is configured to have substantially the same shape and cross-sectional area so that the mass of pressurized cooling air flowing through the labyrinth passage is uniform. be done.
次に、本発明に係るタービンロータシユラウド
の構造について説明する。本発明は、前述のいず
れの構造にも好適に適用し得るものであるが、第
4図及び第5図と類似の構造に本発明を適用した
場合について説明する。 Next, the structure of the turbine rotor shroud according to the present invention will be explained. Although the present invention can be suitably applied to any of the structures described above, a case will be described in which the present invention is applied to a structure similar to that shown in FIGS. 4 and 5.
第6図及び第7図に例示される本発明の実施態
様において、片持フランジ支持体が又空冷式シユ
ラウドの一部分を形成する内側及び外側リングに
設けられる。空冷式シユラウド130′の外側拘
束リング132′と支持リング136′は第4図及
び第5図の構造における要素132及び136と
同じものである。一方、内側リング134′は該
内側リング134′の先行縁から後続縁へとのび
る環状の内周方向に延在した複数の溝162〜1
68を有するラビリンス通路を具備する。隣合つ
た円周方向溝は番号170〜178によつて示さ
れる連結溝によつて相互に連通される。内側リン
グとブレード先端との間の先端間隙を膜状冷却す
るためのパージ用冷却空気流と共に通路160の
ラビリンスを流動する加圧冷却空気を提供するた
めに、先行縁円周方向溝162と隣接する円周方
向溝164との間にのびる障壁に、大体内側リン
グの長手方向軸線に整列して延長部182が設け
られる。障壁延長部182は入口流140′と円
周方向溝162との間に提供される連結溝170
を貫通してのびる。本発明においては特に計量開
口184が延長障壁182に設けられ、内側リン
グ134′の円周方向溝164と半径方向内面1
35′との間を連通する。内側リングの円周に延
在し且つ入口流通路140′と先行縁溝162と
の間を連通する各連結溝170は中心を貫通する
障壁延長部182を有し、従つて対応して複数の
計量開口184が内側リング134′に設けられ
る。該構成によつて、加圧冷却空気が先行縁溝1
62から、連結溝172を通り、第2の円周方向
溝164へと流動するとき、冷却空気の一部分は
次の列を構成する互い違いにされた連結溝174
を通るように差し向けられ、一方該加圧冷却空気
の残余部分は計量開口184を介して内側リング
134′の半径方向内側先行縁135′へと差し向
けられる。従つて、空冷式シユラウド130′の
高温先行縁部位置に流入する冷却空気はラビリン
ス通路を通つてシユラウドの中間部分へと流動す
る。或る所望量の冷却空気はシユラウドの後続縁
の方へと流動し続けるが、冷却空気の残余部分は
計量開口184を介してシユラウドの先行縁の方
へと戻され、シユラウドの上流凹所からの高温ガ
スを一掃(パージ)し、従つて内側リングとロー
タブレードとの間の先端空隙を膜状空気冷却す
る。 In the embodiment of the invention illustrated in FIGS. 6 and 7, cantilevered flange supports are also provided on the inner and outer rings forming part of the air-cooled shroud. The outer restraining ring 132' and support ring 136' of the air-cooled shroud 130' are the same as elements 132 and 136 in the construction of FIGS. 4 and 5. On the other hand, the inner ring 134' has a plurality of grooves 162 to 1 extending in the annular inner circumferential direction extending from the leading edge to the trailing edge of the inner ring 134'.
68. Adjacent circumferential grooves are interconnected by connecting grooves designated by numbers 170-178. Adjacent to the leading edge circumferential groove 162 to provide pressurized cooling air flowing through the labyrinth of passageway 160 with a purge cooling air flow to film-cool the tip gap between the inner ring and the blade tip. An extension 182 is provided in the barrier extending between the circumferential groove 164 and generally aligned with the longitudinal axis of the inner ring. Barrier extension 182 connects connecting groove 170 provided between inlet flow 140' and circumferential groove 162.
extends through. In particular, in the present invention, metering apertures 184 are provided in the extension barrier 182 and in the circumferential groove 164 of the inner ring 134' and the radially inner surface 1 of the inner ring 134'.
35'. Each connecting groove 170 extending around the circumference of the inner ring and communicating between the inlet flow passage 140' and the leading edge groove 162 has a barrier extension 182 extending through the center and thus has a corresponding plurality of A metering aperture 184 is provided in the inner ring 134'. This configuration allows pressurized cooling air to flow into the leading edge groove 1.
62, through the connecting groove 172 and into the second circumferential groove 164, a portion of the cooling air passes through the next row of staggered connecting grooves 174.
while the remaining portion of the pressurized cooling air is directed through metering opening 184 to the radially inner leading edge 135' of inner ring 134'. Thus, cooling air entering the hot leading edge location of the air-cooled shroud 130' flows through the labyrinth passageway to the intermediate portion of the shroud. While some desired amount of cooling air continues to flow toward the trailing edge of the shroud, the remaining portion of the cooling air is directed back toward the leading edge of the shroud through metering openings 184 and out of the upstream recess of the shroud. The hot gases of the rotor are purged, thus providing film air cooling of the tip gap between the inner ring and the rotor blades.
従つて、拘束リングと、加圧冷却空気を貫通し
て導入するための手段とを具備し、シユラウドの
金属部の温度の大きさ及び勾配を減少させ、燃焼
室の高温点による熱変形を減少させ、且つタービ
ンエンジンの種々の作動態様時の高温時にもシユ
ラウドの構造上の完全性を維持し得るようにした
新規な且つ改良された固定空冷タービンシユラウ
ドが提供される。シユラウドを貫通して加圧冷却
空気を導くための手段は内側リング内の溝構成体
と、該構成体と線接触している協働の外側拘束リ
ングとによつて形成されるラビリンス通路の形態
とされ、該ラビリンス通路を流動する流れは平行
流動型か又は分割流動型とされる。平行流動型に
おいて、冷却空気は最も高温となるシユラウドの
先行縁に位置した溝構成体に流入し、又該加圧冷
却空気はシユラウドの円周を完全に冷却するため
に円周方向に配列された溝構成体内を後続縁部の
方へと流動される。加圧冷却空気がシユラウドを
貫通して流動するとき、最大の対流冷却作用はシ
ユラウドの先行縁にて行なわれ、その結果先行縁
から後続縁にかけてのシユラウドの温度プロフイ
ルは実質的に平らなものとなる。分割流動構成に
おいては、第6図及び第7図の実施態様に図示さ
れるように、加圧冷却空気はシユラウドの相対的
に高い温度の先行縁部分に流入し、そして下流方
向に流れる。シユラウドの大略中間位置におい
て、計量された所定量の加圧流れがラビリンス通
路の適当な計量開口を介してシユラウドの先行縁
の方へと再び差し向けられる。加圧空気流の残余
部分は下流方向に流動し続ける。前記シユラウド
先行縁へと再配向された加圧空気流は上流凹所を
パージし、そしてシユラウド内壁、特にシユラウ
ドとロータプレードとの間の空隙領域を膜状冷却
する。本発明の実施態様において、シユラウドの
ラビリンス通路は内側リングに切込んで設けられ
た溝構成体にて形成され、各溝構成体は、ラビリ
ンス型の流通路を提供するために互い違いに配設
された連結溝を有した一連の平行で且つ円周方向
溝から成る。内側リングに設けられた溝構成体は
拘束リングによつて被覆され、更に支持リングに
よつて内側リングの先行縁部分が拘束される。前
記支持リングは又前記拘束リング及び内側リング
と協働し、ガスタービンエンジンの圧縮機から受
容される加圧冷却空気のための入口流れ凹所を画
定する。 Therefore, a restraining ring and means for introducing pressurized cooling air through the shroud are provided to reduce the temperature magnitude and gradient of the metal parts of the shroud and to reduce thermal distortions due to hot spots in the combustion chamber. A new and improved fixed air cooled turbine shroud is provided that is capable of maintaining the structural integrity of the shroud even at high temperatures during various operating modes of a turbine engine. The means for directing pressurized cooling air through the shroud is in the form of a labyrinth passage formed by a groove arrangement in the inner ring and a cooperating outer restraint ring in line contact with the arrangement. The flow flowing through the labyrinth passage is either a parallel flow type or a divided flow type. In the parallel flow type, the cooling air enters a groove arrangement located at the leading edge of the shroud where it is hottest, and the pressurized cooling air is arranged circumferentially to completely cool the circumference of the shroud. flow within the groove structure toward the trailing edge. As pressurized cooling air flows through the shroud, the greatest convective cooling effect occurs at the leading edge of the shroud, so that the temperature profile of the shroud from the leading edge to the trailing edge is substantially flat. Become. In a split flow configuration, as illustrated in the embodiment of FIGS. 6 and 7, pressurized cooling air enters the relatively hot leading edge portion of the shroud and flows in a downstream direction. At approximately the midpoint of the shroud, a metered amount of pressurized flow is redirected toward the leading edge of the shroud through a suitable metered opening in the labyrinth passage. The remaining portion of the pressurized air stream continues to flow in the downstream direction. The redirected pressurized airflow toward the shroud leading edge purges the upstream recess and provides film cooling of the inner shroud wall, particularly the void area between the shroud and the rotor blade. In an embodiment of the invention, the labyrinth passageway of the shroud is formed by groove formations cut into the inner ring, each groove formation being staggered to provide a labyrinth-type flow passage. It consists of a series of parallel and circumferential grooves with connecting grooves. The groove arrangement in the inner ring is covered by a restraining ring, and the leading edge portion of the inner ring is further restrained by a support ring. The support ring also cooperates with the restraint ring and inner ring to define an inlet flow recess for pressurized cooling air received from a compressor of a gas turbine engine.
以上、本発明を実施例に関連して説明したが、
本発明は、ここに例示した実施例の構造および形
態に限定されるものではなく、本発明の精神およ
び範囲から逸脱することなく、いろいろな実施形
態が可能であり、いろいろな変更および改変を加
えることができることは当業者には明らかであろ
う。 The present invention has been described above in connection with embodiments, but
The present invention is not limited to the structure and form of the embodiment illustrated herein, and various embodiments are possible without departing from the spirit and scope of the present invention, and various changes and modifications may be made. It will be clear to those skilled in the art that this can be done.
第1図は、本発明の基礎となる基本的構造の空
冷式シユラウドを有したガスプロデユーサタービ
ンの第1段の部分断面図である。第2図は、第1
図と同様の空冷式のシユラウドの他の形態の部分
断面図である。第3図は、第2図の線3―3に沿
つて取つた断面図である。第4図は、本発明の基
礎となる基本的構造の空冷式シユラウドの部分断
面図である。第5図は、第4図の線6―6に沿つ
て取つた横断面図である。第6図は、本発明の実
施態様の横断面図である。第7図は、第6図の線
8―8に沿つて取つた横断面図である。
10:ガスプロデユーサタービン、12:環形
燃焼室出口、14:第1段静止羽根、16:第1
段ロータブレード、18:ブレード基底部分、2
4:ブレード先端部分、30…環状シユラウド、
32:内側環状リング、34:外側環状拘束リン
グ、36:環状支持リング、40:シユラウド半
径方向内面、42:シユラウド半径方向外面、5
0:マトリツクス(溝構成体)、51:先行縁障
壁、52,54,56,58:円周方向溝、5
9:後続縁障壁、60:開口、68:連結溝、7
0:入口流通路、72:プレナム室、74:入口
室、80:開口。
FIG. 1 is a partial sectional view of the first stage of a gas producer turbine having an air-cooled shroud, the basic structure of which is the basis of the present invention. Figure 2 shows the first
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of another form of an air-cooled shroud similar to that shown in the figure; FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line 3--3 of FIG. FIG. 4 is a partial sectional view of an air-cooled shroud having a basic structure on which the present invention is based. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line 6--6 of FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of an embodiment of the invention. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line 8--8 of FIG. 10: gas producer turbine, 12: annular combustion chamber outlet, 14: first stage stationary vane, 16: first
Stage rotor blade, 18: Blade base portion, 2
4: Blade tip portion, 30... Annular shroud,
32: Inner annular ring, 34: Outer annular restraint ring, 36: Annular support ring, 40: Shroud radially inner surface, 42: Shroud radially outer surface, 5
0: Matrix (groove structure), 51: Leading edge barrier, 52, 54, 56, 58: Circumferential groove, 5
9: Trailing edge barrier, 60: Opening, 68: Connection groove, 7
0: Inlet flow path, 72: Plenum chamber, 74: Inlet chamber, 80: Opening.
Claims (1)
のロータブレードの先端の上方に離隔して延在す
る固定した空冷シユラウドであつて:半径方向内
面と半径方向外面とを備えた内側リングを設け、
該内面は各ブレード先端に対して並置され且つ該
ブレード先端からは離間して配置され、前記内側
リングの外面はそこに溝構成体を有し、該溝構成
体は、シユラウドの上流から下流部分へと前記内
側リングの長手方向軸線に対して大体垂直にのび
る少なくとも第1、第2及び第3の互いに隔設さ
れ且つ平行に配設された円周方向溝と、前記内側
リングの長手方向軸線に対し大体平行にのびる複
数の連結溝とを備え、各前記連結溝は二つの隣合
つた円周方向溝の間の連通を行ない、前記内側リ
ングは、該内側リングの半径方向内面に膜状冷却
作用を提供するために前記第2の円周方向溝と前
記内側リングの先行縁との間にのびる計量開口を
更に具備し;又空気冷却用ラビリンス通路を形成
するために、前記内側リングと同軸に且つ該内側
リングを囲包しそして前記溝構成体を覆つている
外側拘束リングを設け;更に、前記内側リング及
び外側拘束リングと協働し、ラビリンス通路に提
供される冷却空気のための入口流通路を画定する
支持リングを設け、それによつて前記ラビリンス
通路を通る冷却空気流はシユラウドの熱膨張の大
きさ及び勾配を減少させタービンブレード先端の
間隙の制御を有効に行なうようにしたことを特徴
とする前記空冷シユラウド。 2 支持リングと内側リングとは一体部材にて形
成される特許請求の範囲第1項記載の空冷シユラ
ウド。 3 各円周方向溝は一定の横断面形状とされる特
許請求の範囲第1項記載の空冷シユラウド。 4 各円周方向溝の横断面積は実質的に同じであ
る特許請求の範囲第1項記載の空冷シユラウド。 5 隣合つた二組の円周方向溝の間にのびる連結
溝は内側リングの円周にわたつて互い違いに配設
されて成る特許請求の範囲第1項記載の空冷シユ
ラウド。 6 ラビリンス通路の後続縁位置の連結溝は内側
リングの長手方向軸線に対して或る角度となるよ
うに配設されて成る特許請求の範囲第1項記載の
空冷シユラウド。 7 内側リングは一体部材である特許請求の範囲
第1項記載の空冷シユラウド。 8 外側拘束リングは一体部材である特許請求の
範囲第1項記載の空冷シユラウド。 9 支持リング及び外側拘束リングは冷却空気を
受容するためのプレナム室を画定し、該プレナム
室はラビリンス通路に至る入口流通路に連通され
て成る特許請求の範囲第1項記載の空冷シユラウ
ド。Claims: 1. A fixed air cooling shroud forming part of a turbine assembly and extending spaced apart above the tips of a plurality of rotor blades, comprising: a radially inner surface and a radially outer surface. With an inner ring,
The inner surface is juxtaposed to and spaced apart from each blade tip, and the outer surface of the inner ring has a groove formation thereon, the groove formation extending from an upstream to a downstream portion of the shroud. at least first, second and third spaced apart and parallel circumferential grooves extending generally perpendicular to the longitudinal axis of the inner ring; a plurality of connecting grooves extending generally parallel to the inner ring, each connecting groove providing communication between two adjacent circumferential grooves, and the inner ring having a membrane-like shape on the radially inner surface thereof. further comprising a metering aperture extending between said second circumferential groove and a leading edge of said inner ring to provide cooling; an outer restraint ring coaxially surrounding the inner ring and covering the groove arrangement; further cooperating with the inner ring and the outer restraint ring for cooling air provided to the labyrinth passageway; A support ring is provided that defines an inlet flow passage so that cooling air flow through the labyrinth passage reduces the magnitude and slope of shroud thermal expansion and provides effective control of turbine blade tip clearance. The air cooling shroud is characterized by: 2. The air cooling shroud according to claim 1, wherein the support ring and the inner ring are formed of an integral member. 3. The air-cooled shroud of claim 1, wherein each circumferential groove has a constant cross-sectional shape. 4. The air-cooled shroud of claim 1, wherein the cross-sectional area of each circumferential groove is substantially the same. 5. The air-cooled shroud according to claim 1, wherein the connecting grooves extending between two adjacent sets of circumferential grooves are arranged alternately over the circumference of the inner ring. 6. The air cooling shroud according to claim 1, wherein the connecting groove at the trailing edge of the labyrinth passage is arranged at a certain angle with respect to the longitudinal axis of the inner ring. 7. The air cooling shroud according to claim 1, wherein the inner ring is an integral member. 8. The air cooling shroud of claim 1, wherein the outer restraining ring is an integral member. 9. The air cooling shroud of claim 1, wherein the support ring and the outer restraint ring define a plenum chamber for receiving cooling air, the plenum chamber communicating with an inlet flow passage leading to a labyrinth passage.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6798180A JPS5710709A (en) | 1980-05-23 | 1980-05-23 | Air-cooled turbine rotor shraud with confining means |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6798180A JPS5710709A (en) | 1980-05-23 | 1980-05-23 | Air-cooled turbine rotor shraud with confining means |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5710709A JPS5710709A (en) | 1982-01-20 |
JPS6147289B2 true JPS6147289B2 (en) | 1986-10-18 |
Family
ID=13360665
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6798180A Granted JPS5710709A (en) | 1980-05-23 | 1980-05-23 | Air-cooled turbine rotor shraud with confining means |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5710709A (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8002515B2 (en) * | 2008-09-08 | 2011-08-23 | General Electric Company | Flow inhibitor of turbomachine shroud |
KR101873156B1 (en) * | 2017-04-12 | 2018-06-29 | 두산중공업 주식회사 | Turbine vane and gas turbine having the same |
-
1980
- 1980-05-23 JP JP6798180A patent/JPS5710709A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPS5710709A (en) | 1982-01-20 |
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