JPS6248041B2

JPS6248041B2 -

Info

Publication number: JPS6248041B2
Application number: JP56154706A
Authority: JP
Inventors: Chaaruzu Horando Buraian; Tarubotsuto Haasuto Roi; Jon Midoruton Shirusu Rojaa; Goodon Muua Shiriru
Original assignee: ROORUSU ROISU PLC
Current assignee: ROORUSU ROISU PLC
Priority date: 1980-11-22
Filing date: 1981-09-29
Publication date: 1987-10-12
Also published as: US4354687A; GB2087979B; JPS5788203A; FR2494764B1; FR2494764A1; GB2087979A; DE3144473A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明はガスタービン、特にガスタービンエン
ジンのタービンロータの「シユラウドなし」また
は「シユラウド付き」の型式のタービンローター
の翼端を密封する密封装置に関する。

シユラウドのない型式のタービンローターの翼
端を密封することが困難であることは永年の間公
知であつた。ガスタービンエンジンの寸法とその
運転温度とが増すに従いこの問題はより難かしく
なつた。優れた密封装置を設計する場合に考慮す
べき主要要素の一つはタービンおよびケーシング
の構造材料の異る膨張係数を考慮して、運転温度
におけるタービンローターおよびケーシングのそ
れぞれの直径を調和させることである。

エンジンを運転して運用速度まで上げる時、ロ
ーターとケーシングとが幾つかの段階の半径方向
伸びを生ずるという事実にも考慮を払わなければ
ならない。最初の段階で比較的薄い動翼が温度お
よび遠心荷重の増加に呼応して急速に膨張し、こ
れに遠心荷重によるローターデイスクの半径方向
伸びが加わる。次の段階の半径方向伸びは比較的
厚肉のローターデイスクが運用温度まで加熱され
た時に生ずる。上記のすべての膨張の段階におい
て、ローターを囲むケーシングの伸び率は加熱過
程の全体にわたつて定常的に減少する。従つてタ
ービンローター全体とケーシングとの双方の伸び
の相対的変化に全て対応するようにローター動翼
とケーシングとの間の翼端すき間を計算しなけれ
ばならない。

さらに翼端すき間を計算する場合に対応しなけ
ればならない、他の運用条件があり、たとえばエ
ンジンを減速するか、またはエンジンを完全に停
止する場合である。この場合、ローターは未だ比
較的高温でありまた遠心力を受けているのに、タ
ービンケーシングは冷却して極端に速やかに収縮
する。

本発明は大抵のエンジン運用条件の下でタービ
ン翼端すき間を制御すなわち最適に保つことがで
きるような装置を含む翼端シールを与えることで
ある。

本発明のタービン翼端密封装置は、環状シー
ル・リング、該環状シール・リングとの半径方向
連結装置を有するとともに、温度変化に応じて迅
速に膨脹又は収縮する比較的速い温度応答性を有
する第１の環状制御部材、および該第１の環状制
御部材の半径方向外側に配置され、温度変化に応
じて比較的遅く膨脹又は収縮する比較的遅い温度
応答性を有する第２の環状制御部材から成り、上
記第１の環状制御部材は、膨脹して所定の直径に
達すると上記第２の環状制御部材に接触し、それ
以上の膨張は該第２の環状制御部材により規制さ
れることを特徴とするものである。

この構成により、翼端密封装置に温度上昇が生
じると、上記第１の環状制御部材は比較的迅速に
膨脹し、該第１環状制御部材の上記環状シール・
リングとの半径方向連結装置により、該環状シー
ル・リングも上記第１環状制御部材とともに膨脹
させられるが、上記第１環状制御部材が所定の直
径に達すると上記第２の環状制御部材に接触して
それ以上の膨脹は該第２の環状制御部材により規
制される。次に、翼端密封装置の温度が低下する
と、第１の収縮段階では、上記第１の環状制御部
材は上記第２の環状制御部材により圧縮状態に保
持されるので、上記環状シール・リングは上記第
２の環状制御部材に従つて比較的遅く収縮し、つ
いで第２の収縮段階では、上記第１の環状制御部
材に従つて比較的速やかに収縮する。

上記第２の環状制御部材に上記第１の環状制御
部材との半径方向係合装置を設けることができ
る。この場合、上記第２の収縮段階の後、上記第
１の環状制御部材のそれ以上の収縮が上記第２の
環状制御部材により規制されるようになり、上記
環状シール・リングは第３の収縮段階として再び
上記第２の環状制御部材に従つて収縮する。

本発明のタービン翼端密封装置は、ガスタービ
ン運転中の、環状シール・リングの温度に対する
膨脹収縮を、タービンの温度および遠心力に対応
する膨脹収縮に良く適応させることができるの
で、タービン翼端の隙間を常に適当な最小限の隙
間に保持することができる。

添付図面を参照して本発明の実施例を以下に詳
細に記載する。

図中でガスタービン・エンジン全体１０は流れ
の方向にフアン１２、圧縮機部１３、燃焼器部１
４、タービン部１５、最終端の排気ノズル１７を
含む。フアンはフアンダクトの中に回転自在に取
付けられ、フアンダクトは圧縮機ケーシング１３
ｂの半径方向の外方に、かつそれと同軸に配置さ
れ、矢印１９の個所に本発明によるタービン翼端
密封装置の実施例の全体が略図で示される。第２
図は第１図に矢印１９で全体を示されたタービン
翼端密封装置の拡大断面図である。該装置は比較
的質量の小さい比較的薄い断面を持つ第１の環状
制御部材２０を含む。

第１の環状制御部材は、シール・リング２３と
の半径方向連結装置として該シール・リング２３
の上流面にあるみぞに入るようにされた軸方向に
延在するスピゴツト（突起）２１をも含む。シー
ル・リングの下流は全体を２４で示されるスピゴ
ツトとみぞとの協働する配置によりエンジンの静
止構造２４に位置決めされる。シール・リング２
３は相互に対して滑動自在に位置決めされる複数
のセグメント（分割片）から成ることが望まし
い。あるいは、シール・リング２３は弾性材であ
つてもよいが、両型式のシール・リングともに、
たとえばハニカムの如き摩耗可能なライニング
（内張り）２５を含む。

第１の環状制御部材２０の半径方向の外方に比
較的厚い断面の、従つて第１の環状制御部材に比
較して質量の大きな第２の環状制御部材２６が配
置される。便宜上、本例の第２の環状制御部材２
６は分離したリングの形をとつているが、場合に
よりエンジンケーシングの一部とする方が有利な
こともある。

２８で示される複数の軸方向に延在するボルト
によりフランジ部２７が第２の環状制御部材２６
に取付けられる。フランジ部２７は軸方向に延在
するスピゴツト２９を含み、これが第１の環状制
御部材２０にあるもう一つのみぞに位置決めされ
て、エンジンの或る運転モードの際に一方の環状
制御部材の動きが他方の環状部材の動きにより制
御されるようになつている。

ガスタービンエンジンが先ず低温状態から始動
されると、温度上昇と遠心力とによりタービン動
翼が急激に膨張する。従つてタービン翼端と摩耗
可能ライニング２５との間のすき間を維持するた
めに、シール・リング２３は急速に直径を増すこ
とができなければならない。比較的断面が薄く質
量が少いために温度変化に迅速に対応し得る第１
の環状制御部材２０によりそれを達成することが
できる。この場合、温度は急速に上昇するので、
第１の環状制御部材２０は膨張し、シール・リン
グ２３と協働する部分２１によりシール・リング
を半径方向の外方に動かす。

しかし、第１の急速な伸張段階において最初の
温度上昇と動翼に働く遠心力とが生じた後はその
半径方向の膨張率は下つて第２の伸長段階に移
る。従つて第１の制御部材２０があまりにも急速
に膨張し続けてシール・リングを変位させて不適
当に大きなシールすき間を生ずることがないよう
に、２つの部材のすき間３０が減じて第２の制御
部材２６により第１の制御部材のそれ以上の膨張
を拘束するように第２の制御部材２６の内径寸法
が決められている。

しかしタービンローターおよび動翼はより遅い
膨張率、すなわち第２の膨張段階にて膨張を続け
る。この段階では、比較的質量の大きいタービン
ローターの温度はエンジン作動温度の上昇に関連
して上昇する。従つて第１の制御部材よりも比較
的断面が厚く質量が大きい第２の制御部材２６が
この伸長段階に調和して、第１の制御部材２０に
制御作用を及ぼす。

エンジン減速の第１段階ではタービン直径の減
少は極く僅かである。タービンを通過するガス流
の温度は急低下するけれども、これは先ずタービ
ン動翼に影響するのみであり、動翼は比較的速や
かに収縮するがタービンの回転は継続しているの
で遠心力を受けているため、タービン全体の初期
収縮率は比較的小さいからである。

第１の環状制御部材もその断面が薄いために比
較的速やかに温度が下るが、第２の制御部材２６
との係合による圧縮状態にあるため直径の減少は
直ぐには生じない。

シール・リングの収縮率は従つて先ず第１の収
縮段階では第２の制御部材２６の収縮率により制
御される。

タービンローターの温度と回転速度とが下り続
けるに従い、遠心力と温度との組合せ効果により
タービン直径の収縮の速さは第２の段階にまで高
まる。この第２の収縮段階において、第１の制御
部材２０は第２の制御部材２６により影響されな
い程充分に収縮している。シール・リング２３の
収縮率は従つて第１の制御部材２０の比較的急速
な収縮率により制御される。

つぎにタービンは最終的に減速中の第３の収縮
段階に入り、この段階での収縮は主として比較的
遅く冷却する大きな質量のタービンローターによ
るものである。従つて適正な翼端すき間を維持す
るために、第２の制御部材２６に堅固に取付けら
れた部材２７に設けられたスピゴツトにより第１
の制御部材２０がそれ以上の急速収縮を妨げられ
る。従つてシール・リングのそれ以上の収縮は比
較的大きな質量のため比較的ゆつくり収縮する第
２の制御部材により制御される。

２つの制御部材２０，２６の相対的質量を制御
するかまたは熱膨張係数の異る材料を選択する
か、さらにはそれぞれの制御部材が配置される環
境の温度を制御するかによつて、すべてのエンジ
ン運転条件の下で適正なタービン翼端すき間を維
持するようにシール・リングの直径を変えること
ができるように、前記制御部材の相対的な膨張・
収縮率またはその応答速さを調整することができ
る。

本発明の比較的詳細な実施例では２つの制御部
材２０，２６の間にスピゴツト２９から成る半径
方向係合装置を含んでいるが、或る場合にはこの
構成は密封装置の有効な作動にとつて事実上必須
なものとは限らないことは明らかである。スピゴ
ツト２９から成る半径方向係合装置を設ける必要
を無くすように制御部材の材料の適正な選択また
はその位置する環境の温度を注意深く制御するこ
とによりその膨張・収縮率を釣合わせることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略実施例を開示する切断さ
れたケーシング部分を含む、ダクテツドフアン型
ガスタービンエンジンの略式側面図、第２図は第
１図に概略を示される実施例をより詳細に示す拡
大断面図。１２……フアン、１３……圧縮機部、１３ｂ…
…圧縮機ケーシング、１４……燃焼器部、１５…
…タービン、１７……排気ノズル、１９……シー
ル、２０……第１の環状制御部材、２１……スピ
ゴツト、２３……シールリング、２５……ライニ
ング、２６……第２の環状制御部材、２７……フ
ランジ部、２９……スピゴツト。

Claims

【特許請求の範囲】１環状シール・リング、該環状シール・リング
との半径方向連結装置を有するとともに、温度変
化に応じて迅速に膨脹又は収縮する比較的速い温
度応答性を有する第１の環状制御部材、および該
第１の環状制御部材の半径方向外側に配置され、
温度変化に応じて比較的遅く膨脹又は収縮する比
較的遅い温度応答性を有する第２の環状制御部材
から成り、上記第１の環状制御部材は、膨脹して
所定の直径に達すると上記第２の環状制御部材に
接触し、それ以上の膨脹は該第２の環状制御部材
により規制されることを特徴とする、ガスタービ
ンエンジンのタービン翼端密封装置。２上記第２の環状制御部材が上記第１の環状制
御部材との半径方向係合装置を有する特許請求の
範囲第１項のタービン翼端密封装置。３上記環状シール・リングが互に相対的に滑動
自在な複数の分割部材から成る特許請求の範囲第
１項又は第２項のタービン翼端密封装置。４上記環状シール・リングが弾性材の連続リン
グである特許請求の範囲第１項又は第２項のター
ビン翼端密封装置。５上記第１の環状制御部材が比較的質料が小さ
く、比較的薄い断面の円筒形部材であり、上記第
２の環状制御部材が比較的質料が大きく、比較的
厚い断面の円筒形部材である特許請求の範囲第１
項又は第２項のタービン翼端密封装置。６上記第１の環状制御部材が比較的質料が小さ
く、比較的薄い断面の円筒形部材であり、上記第
２の環状制御部材がエンジンケーシングの比較的
質料が大きな一部である特許請求の範囲第１項又
は第２項のタービン翼端密封装置。７上記第１の環状制御部材の上記環状シール・
リングとの半径方向連結装置が、該環状シール・
リングの一部を受入れるよう軸方向に延在するく
ぼみである特許請求の範囲第１項又は第２項のタ
ービン翼端密封装置。８上記第２の環状制御部材の上記第１の環状制
御部材との半径方向係合装置が、該第１の環状制
御部材のくぼみに受入れられるよう軸方向に延在
するスピゴツトである特許請求の範囲第２項のタ
ービン翼端密封装置。