JPS6147290B2 - - Google Patents

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JPS6147290B2
JPS6147290B2 JP55082057A JP8205780A JPS6147290B2 JP S6147290 B2 JPS6147290 B2 JP S6147290B2 JP 55082057 A JP55082057 A JP 55082057A JP 8205780 A JP8205780 A JP 8205780A JP S6147290 B2 JPS6147290 B2 JP S6147290B2
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JP
Japan
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turbine
annular
ring
shroud ring
row
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JP55082057A
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JPS5612020A (en
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Rarufu Peroo Terensu
Ooburei Guryuu Dereku
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Rolls Royce PLC
Original Assignee
Rolls Royce 1971 Ltd
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Publication date
Application filed by Rolls Royce 1971 Ltd filed Critical Rolls Royce 1971 Ltd
Publication of JPS5612020A publication Critical patent/JPS5612020A/ja
Publication of JPS6147290B2 publication Critical patent/JPS6147290B2/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/246Fastening of diaphragms or stator-rings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3284Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings characterised by their structure; Selection of materials
    • F16J15/3288Filamentary structures, e.g. brush seals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16MFRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M1/00Frames or casings of engines, machines or apparatus; Frames serving as machinery beds
    • F16M1/04Frames or casings of engines, machines or apparatus; Frames serving as machinery beds for rotary engines or similar machines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/60Assembly methods
    • F05D2230/64Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins
    • F05D2230/642Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins using maintaining alignment while permitting differential dilatation

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタービン、特にそのケーシングおよび
シユラウド・リングの構造に関する。
タービン・ケーシング、該タービン・ケーシン
グ内に収容された一段の回転翼列、前記タービ
ン・ケーシングにより支持され、前記回転翼列と
接触しないように該回転翼列を包囲して該回転翼
列が配置される環状ガス通路の半径方向外壁を形
成するシユラウド・リングから成るタービンにお
いて、タービン・ケーシングおよびシユラウド・
リングが金属製である従来のものでは、前記回転
翼列を含むロータは比較的分厚く、従つて、熱膨
脹・収縮が比較的緩慢であるのに対し、タービ
ン・ケーシングおよびシユラウド・リングは比較
的薄肉であつて、従つて熱膨脹収縮が比較的急速
である。
そのため、回転翼列の翼先端とシユラウド・リ
ングとの間の隙間の変動が比較的大となる。この
隙間の変動が大であると、回転翼列の翼先端がシ
ユラウド・リングと接触しないようにするために
は、回転翼列の翼先端とシユラウド・リングとの
間の最大隙間が大となり、それだけ回転翼列をバ
イパスするガスの量が多くなるから、タービンの
効率を上げるには、回転翼列の翼先端とシユラウ
ド・リングとの間の隙間の変動を小さくすること
が重要である。
本発明の目的は、タービンの効率を上げるた
め、回転翼列の翼先端とシユラウド・リングとの
間の隙間の変動を小さくすることにある。
本発明はタービン・ケーシング、該タービン・
ケーシング内に収容された一段の回転翼列、前記
タービン・ケーシングにより支持され、前記回転
翼列と接触しないように該回転翼列を包囲して該
回転翼列が配置される環状ガス通路の半径方向壁
を形成するシユラウド・リングから成るタービン
において、前記シユラウド・リングが前記環状ガ
ス通路の半径方向外壁を画成する環状のセラミツ
ク材部分を有し、該シユラウド・リングは、前記
タービン・ケーシングに取りつけられたフイラメ
ントの環状列により前記タービン・ケーシングか
ら半径方向に間隔を有するように半径方向に支持
され、前記フイラメントは環状のブラシ・シール
を形成していることを特徴とするガスタービン・
エンジンに適したタービンを提供するものであ
る。
本発明のタービンは、シユラウド・リングの環
状ガス通路の半径方向外壁を画成する部分はセラ
ミツク材であるから、その熱膨脹・収縮は極めて
小さく、従つて、回転翼列の翼先端とシユラウ
ド・リングとの間の隙間の変動は、実質上、回転
翼列を含むロータの熱膨脹・収縮のみに関係す
る。そして、前述のように、ロータは分厚いもの
であるから、その熱膨脹・収縮は比較的緩慢であ
るため、本発明のタービンでは、前記隙間の変動
は比較的小さく、従つて、その最大隙間を最小限
に小さく維持することができ、タービンの効率を
向上させることができる。
本発明のタービンは、タービン・ケーシング
(通常、金属製である)とシユラウド・リングの
セラミツク材部分との間の熱膨脹・収縮の差をフ
イラメントの環状列の可撓性によつて吸収すると
ともに、該フイラメントの環状列がブラシ・シー
ルを形成しているから、ガスがシユラウド・リン
グとタービン・ケーシングとの間を通つて回転翼
列をバイパスすることが防止される。
以下に添付図面を参照しつつ本発明の実施例を
説明する。
第1図を参照して、全体を10で表わされるガス
タービン・エンジン部分は燃焼室11とタービン
12とを有する。タービン12はさらに環状ガス
通路14の半径方向外側の壁を画成するケーシン
グ13を含む。該通路14は流れの順に、静止ノ
ズル案内翼15、高圧回転翼16、低圧静翼1
7、低圧回転翼18を含む。回転翼16,18は
それぞれ回転デイスク19,20に取り付けられ
る。ノズル案内翼15および回転翼16はタービ
ン10の高圧部を構成し、静翼17および回転翼
18は同じく低圧部を構成する。ノズル案内翼1
5、回転翼16、静翼17および回転翼18のプ
ラツトホーム21,22,23,24はそれぞれ
ガス通路14の半径方向内側の壁を画成する。
タービン・ケーシング13は高圧回転翼列16
の半径方向外方において軸方向に分割されて、窒
化珪素製シユラウド・リング26が入る円周方向
に延在するハウジング25を与える。タービン1
0の回転軸に対し半径方向にシユラウド・リング
26が浮動し得るのに充分な軸方向長さをハウジ
ング25は有している。ハウジング25の壁は半
径方向外方へ延び、全体的にT字型の断面をした
リング27と協働して環状チヤンバ28を画成す
るようになつている。チヤンバ28の半径方向外
方の壁29には凹み30が設けられ、環形の2列
の概して直立した半径方向外内方へ延びるニツケ
ル合金フイラメント33,34を支持する支持リ
ング31を、該凹み30が収容する。フイラメン
ト33,34の自由端はシユラウド・リング26
の半径方向外方の表面と係合しそれを支持し、シ
ユラウド・リングが半径方向にタービン・ケーシ
ング13から隔置されるが軸方向にはハウジング
25の壁により位置決めされるようになつてい
る。したがつてシユラウド・リング26のただ一
つの半径方向支持材となるブラシ・シールをこれ
らフイラメント33,34が構成する。
フイラメント33は大体半径方向に延びるが第
2図に見られるようにシユラウド・リング26の
半径に対して傾斜している。フイラメント34も
シユラウド・リング26の半径に対して傾斜して
いるが、その方向が反対である。従つてフイラメ
ント33,34は共同してシユラウド・リング2
6が時計回りにも反時計回りにも回転しようとす
るのを防ぐ。
フイラメント33,34は2重の役目を有す
る。先ず熱による膨張、収縮のためにタービン・
ケーシング13が半径方向に膨張または収縮して
もシユラウド・リング26に伝わらないようにタ
ービン・ケーシング13からシユラウド・リング
を支持する。相対的な半径方向の膨張または収縮
から生ずるタービン・ケーシング13とシユラウ
ド・リング26との間の半径方向の距離の変化が
あればこれらの変化を吸収するようにばね状にフ
イラメント33,34が撓むからである。したが
つてタービン・ケーシング13とシユラウド・リ
ング26との間に荷重の伝達が少ししか行われな
いので、窒化硅素のように脆い材料でシユラウ
ド・リング26を成形し得る。しかし、本発明は
任意の適当なセラミツク材から成るシユラウド・
リングにも広く適用し得る。
一般にセラミツクは、そして特に窒化硅素は熱
膨張系数が小さく、タービン作動中の寸法変化は
非常に小さいことが期待される。このことから、
セラミツク(特に窒化珪素)は、熱膨脹係数が小
さいから、シユラウド・リング26のタービン作
動中の熱膨脹・収縮は極めて小さい。従つて、回
転翼の翼端とシユラウド・リング26との間の隙
間の変動は、実質上、翼16および該翼が取付け
られたデイスク19の熱膨脹・収縮のみに関係す
る。しかし、翼16およびデイスク19は比較的
分厚い部材であるから、その熱膨脹・収縮は比較
的緩慢であり、翼16の翼端とシユラウド・リン
グ26との間の隙間の変動は比較的小さい。
フイラメント33,34が果す第2の役目はシ
ユラウド・リング26を横切る軸方向ガス・シー
ルを与えることである。すなわち、タービン12
の作動中、ノズル案内翼15の段により方向付け
られた高温排気の幾らかはハウジング25を抜け
て環形チヤンバ28に逃げる。このガスが環形チ
ヤンバ28を通り抜けて回転翼の段16の下流の
環形ガス流路に再侵入するのを、フイラメント3
3,34が阻止する。この結果、回転翼段16を
飛超えるガスの洩れは翼端を超える洩れのみとな
る。
場合により、ガスタービン・エンジンのタービ
ンに生ずる温度は非常に高くて、フイラメント3
3,34が熱による損傷を受ける恐れがある程度
にまで窒化珪素が加熱されることがある。そのよ
うな場合、熱絶縁性が優れたシユラウド・リング
を用いることが望ましい。そのようなシユラウ
ド・リング26aを第3,4図に示す。
シユラウド・リング26aは前述のシユラウ
ド・リング26に似た窒化珪素リング部分36を
含む。しかし窒化珪素リング部分36の半径方向
外面にはセラミツク・ブロツク37の環状列が設
けられる。セラミツク・ブロツク37の環状列は
さらに窒化珪素リング部分36の回りにセラミツ
ク・ブロツク37を保持する働きをする金属のリ
ング状支持部材38に取囲まれている。セラミツ
ク・ブロツク37の半径方向内面、および外面に
それぞれ切欠き部分39,40が設けられる。こ
れら切欠き部分39,40は炭化珪素リング部分
36およびリング状支持部材38とそれぞれ協働
して絶縁空気間隙41,42を画成する。すなわ
ち空気間隙41,42はセラミツク・ブロツク3
7と共にフイラメント33,34が過熱しないよ
うにする。
本発明の実施例をタービン高圧段について説明
したが、どのタービン段にも適用し得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるタービンを組込んだガス
タービン・エンジンの一部分の断面側面図、第2
図は第1図のA―A線による断面図、第3図は本
発明のいま一つの実施例の断面側面図、第4図は
第3図のB―B線による断面図。 10……ガスタービン・エンジン、12……タ
ービン、13……ケーシング、25……ハウジン
グ、26,26a……シユラウド・リング、31
……支持リング、33,34……フイラメント。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 タービン・ケーシング、該タービン・ケーシ
    ング内に収容された一段の回転翼列、前記タービ
    ン・ケーシングにより支持され、前記回転翼列と
    接触しないように該回転翼列を包囲して該回転翼
    列が配置される環状ガス通路の半径方向外壁を形
    成するシユラウド・リングから成るタービンにお
    いて前記シユラウド・リングが前記環状ガス通路
    の半径方向外壁を画成する環状のセラミツク材部
    分を有し、該シユラウド・リングは、前記タービ
    ン・ケーシングに取りつけられたフイラメントの
    環状列により前記タービン・ケーシングから半径
    方向に間隔を有するよう半径方向に支持され、前
    記フイラメントは環状のブラシ・シールを形成し
    ていることを特徴とするガスタービン・エンジン
    に適したタービン。 2 前記タービン・ケーシングは、前記回転翼列
    の半径方向外方で軸方向に分割されて、前記シユ
    ラウド・リングを収容するための円周方向に延在
    するハウジングを画成するとともに、該ハウジン
    グの半径方向外方に環状チヤンバを画成し、前記
    ブラシ・シールが該環状チヤンバの中で、該環状
    チヤンバの半径方向外壁と前記シユラウド・リン
    グの半径方向外面との間に配置されている、特許
    請求の範囲第1項のタービン。 3 前記シユラウド・リングのセラミツク材部分
    を支持し、かつ前記環状ブラシ・シールと係合す
    るリング状支持部材が前記シユラウド・リングに
    含まれている、特許請求の範囲第1項のタービ
    ン。 4 前記フイラメントが前記シユラウド・リング
    の半径方向に対して傾斜し、該フイラメントの環
    状列を坦持する支持リングが前記環状ブラシ・シ
    ールに含まれている特許請求の範囲第1項又は第
    2項のタービン。 5 同一の前記支持リングが複数列の前記フイラ
    メントを軸方向に間隔を置いて共軸に支持する特
    許請求の範囲第4項のタービン。 6 各列の前記フイラメントの前記シユラウド・
    リングの半径方向に対する傾斜の方向が隣の列の
    前記フイラメントの前記シユラウド・リングの半
    径方向に対する傾斜の方向に対し反対方向である
    特許請求の範囲第5項のタービン。 7 前記支持リングが前記環状チヤンバの半径方
    向外壁に取りつけられ、前記フイラメントの自由
    端が前記シユラウド・リングに接触して該シユラ
    ウド・リングを支持している特許請求の範囲第4
    項のタービン。 8 前記フイラメントがニツケル合金から成る特
    許請求の範囲第1項のタービン。 9 前記シユラウド・リングの環状のセラミツク
    材部分が窒化珪素から成る特許請求の範囲第1項
    又は第3項のタービン。 10 前記シユラウド・リングが前記窒化珪素の
    環状部分と前記リング状支持部材との間に別のセ
    ラミツク材部分を有する特許請求の範囲第9項の
    タービン。 11 前記別のセラミツク材部分と前記リング状
    支持部材および前記窒化珪素の環状部分の各々と
    の間にそれぞれ熱絶縁空隙が画成されている特許
    請求の範囲第10項のタービン。
JP8205780A 1979-06-30 1980-06-17 Structure comprising support member and member supported thereby Granted JPS5612020A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB7922802 1979-06-30

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Publication Number Publication Date
JPS5612020A JPS5612020A (en) 1981-02-05
JPS6147290B2 true JPS6147290B2 (ja) 1986-10-18

Family

ID=10506210

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8205780A Granted JPS5612020A (en) 1979-06-30 1980-06-17 Structure comprising support member and member supported thereby

Country Status (6)

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JP (1) JPS5612020A (ja)
CA (1) CA1117429A (ja)
DE (1) DE3023609C2 (ja)
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