WO2019215913A1 - ガスタービンのシュラウド組立体 - Google Patents

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WO2019215913A1
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shroud
folder
main body
insertion hole
gas turbine
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吉昭 楠本
健夫 西浦
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川崎重工業株式会社
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    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the present invention relates to a shroud assembly that is attached to a support provided along the circumferential direction of the casing on the radially inner side of the casing of the gas turbine and covers the inner peripheral surface of the support.
  • a functional part or structure that is disposed on the outer periphery of a moving blade of a gas turbine and maintains a gap at the tip of the moving blade is generally called a shroud.
  • a very high heat resistance is required for the shroud of the turbine.
  • the shroud needs to be formed into a curved shape along the inner peripheral surface of the casing and to form an attachment portion to be attached to the support, and therefore, the shroud must be formed into a complicated three-dimensional shape.
  • the CMC since it is not easy to produce a thick and complex shape while maintaining the original strength of a long-fiber CMC, it is desired to make the CMC a simple shape (for example, a plate shape).
  • Patent Documents 1 and 2 propose a structure in which a hook portion is provided on a CMC shroud and hooked on a support.
  • a hook portion is provided on a CMC shroud and hooked on a support.
  • the support which supports the shroud made from CMC is exposed to high temperature and exposed to high temperature, there exists a problem that the thermal deterioration of a support is easy to advance.
  • Patent Document 4 a metal rod-like fixing tool is inserted into a fixing hole of a CMC shroud and the fixing tool is screwed to a support to fix the shroud. Therefore, the metal rod-shaped fixture is greatly exposed to the heat space.
  • an object of the present invention is to suitably realize improvement in heat resistance of the shroud, improvement in manufacturability of the CMC member, and stabilization of the tip clearance.
  • a shroud assembly for a gas turbine is provided on a support provided along a circumferential direction of the casing on a radially inner side of the casing of the gas turbine, and covers an inner peripheral surface of the support.
  • At least one flange portion that comes into contact with the end portion in the axial direction of the inner peripheral surface from the inside in the radial direction, and at least one insertion hole formed in the main body portion, and the folder in the radial direction
  • a plate-shaped shroud body made of a ceramic matrix composite material covering from the inside, and inserted into the insertion holes of the shroud body and the folder
  • an insertion portion that is disposed on the radially inner side of the flange portion of the shroud body in a state in which the insertion portion is inserted into the insertion hole of the shroud body and the folder, and from the radially inner side to the flange portion.
  • at least one plate-like insertion member made of a ceramic matrix composite material having a head portion in contact with the head portion.
  • the shroud body and the insertion member made of a ceramic matrix composite material (hereinafter referred to as “CMC”) can be made into a simple shape, the manufacturability of the CMC member can be improved. Further, since the folder does not need to be made of CMC, it can be manufactured easily even if it has a complicated shape, and the shroud body made of CMC covers the folder from the inside in the radial direction, so that the folder can be protected from heat.
  • CMC ceramic matrix composite material
  • the head of the insertion member contacts the flange portion of the shroud body that contacts the folder from the inside in the radial direction from the inside in the radial direction, the shroud body is in close contact with the folder, and the shroud body is reliably positioned. It is possible to prevent vibration and stabilize the tip clearance.
  • an insertion member contacts not only the periphery of the insertion hole of a shroud main body but also a flange part and the contact area of an insertion member expands, while being able to suppress the load concentration by contact, a contact load is a board. By acting in the direction perpendicular to the thickness, the strength of the CMC member can be easily secured.
  • the insertion member may be made of a ceramic matrix composite material.
  • the insertion member is made of CMC, even if the head of the insertion member for fixing the shroud main body to the folder is exposed to the outside of the shroud main body, thermal deterioration of the insertion member can be prevented.
  • the main body portion of the shroud main body includes a main plate portion that is disposed radially inward of the flange portion and extends along the inner peripheral surface of the folder, and a side plate portion that connects the main plate portion to the flange portion.
  • the side plate portion may be inclined so as to go outward in the axial direction from the main plate portion side toward the flange portion side.
  • the ease of manufacturing the CMC shroud body is further improved. Can be improved.
  • the at least one flange portion includes a pair of flange portions protruding from the main body portion on both sides in the axial direction, and the at least one insertion hole of the shroud main body is provided on a side close to one of the pair of flange portions.
  • a first insertion hole and a second insertion hole provided on a side closer to the other of the pair of flange portions, wherein the at least one insertion member is inserted into the first insertion hole and the second insertion hole. It is good also as a structure which is made to contact the said pair of flange part.
  • the pair of flange portions of the shroud body are in close contact with the folder, so that reliable positioning of the shroud body and prevention of vibration can be realized stably.
  • Each of the plurality of insertion members may have a T-shape when viewed from the radial direction.
  • the edge part of the axial direction of the internal peripheral surface of a folder is covered with both the flange part of a shroud main body, and the head of an insertion member, it can prevent the folder's thermal deterioration further more suitably.
  • the at least one insertion hole of the shroud body includes a plurality of insertion holes arranged in the circumferential direction
  • the at least one insertion hole of the folder includes a plurality of insertion holes arranged in the circumferential direction
  • At least one insertion member includes a plurality of insertion members, and the insertion portions of the plurality of insertion members are inserted into the plurality of insertion holes of the shroud body and the folder, respectively.
  • the heads may be configured to extend in the circumferential direction along the flange portion adjacent to each other.
  • the axial end portion of the folder is entirely covered by the flange portions of the shroud body and the head portions of the insertion members. Can protect from heat.
  • the main body portion of the shroud main body has a shape in which a central portion in the axial direction is warped so as to go outward in the radial direction, and the folder protrudes from an inner peripheral surface thereof, and the central portion of the main body portion It is good also as a structure which has a projection part which presses a part toward the said radial inside.
  • the insertion member bends so that the head presses the flange portion outward in the radial direction. It may be configured.
  • the adhesion of the shroud main body to the folder is improved, and the insertion member can be prevented from vibrating and rattling, and the insertion member can also be prevented from moving in the axial direction.
  • the insertion member has a flat shape, and the insertion hole of the shroud main body is different in radial position from the insertion hole of the folder, and the insertion member includes the insertion portion.
  • it is good also as a structure which the said head presses the said flange part toward the said radial direction outer side by being penetrated by the said insertion hole of the said shroud main body and the said folder, and bending.
  • the said structure even if it makes an insertion member flat shape, it can improve the adhesiveness of the shroud main body with respect to a folder only by adjusting the position of each insertion hole, and also prevents a vibration and rattling of an insertion member. And it can also suppress that an insertion member moves to an axial direction.
  • the folder may further include a biasing member that biases the insertion portion of the insertion member outward in the radial direction.
  • the adhesion of the shroud main body to the folder is improved, and the insertion member can be prevented from vibrating and rattling, and the insertion member can also be prevented from moving in the axial direction.
  • It further comprises a plate-like sealing member made of a ceramic matrix composite material disposed at the circumferential end of the shroud body, and the sealing member is overlapped with the body part from the body part in the circumferential direction. It is good also as a structure which sticks out.
  • the surface of the shroud body that defines the radially outer edge of the insertion hole may be formed flush with the radially inner surface of the flange portion of the shroud body.
  • the head of the insertion member can be brought into contact with the flange portion from the inner side in the radial direction while flattening the insertion member made of CMC to improve the manufacturability of the insertion member.
  • the at least one of the insertion member, the shroud body, or the folder may have a latching portion that prevents the insertion member from coming out of the insertion hole of the shroud body and the folder.
  • the folder may have a cooling hole communicating with an internal space formed between the main body portion of the shroud main body and the folder.
  • the folder, the shroud body and the insertion member can be suitably protected from heat.
  • the main body portion of the shroud main body may have a cooling hole that communicates with the internal space and opens on the radially inner surface of the shroud main body.
  • the cooling fluid layer can be formed on the radially inner surface of the shroud assembly.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the shroud assembly shown in FIG. 2. It is sectional drawing in the circumferential direction edge part of the shroud assembly shown in FIG. It is sectional drawing of the shroud assembly which concerns on 2nd Embodiment. It is principal part sectional drawing of the shroud assembly which concerns on 3rd Embodiment. It is principal part sectional drawing of the shroud assembly which concerns on 4th Embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a gas turbine 1 provided with a shroud assembly.
  • a gas turbine 1 is a high-temperature and high-pressure combustion obtained by compressing air introduced from the outside with a compressor 2 and guiding it to a combustor 3 and burning the fuel together with the compressed air with the combustor 3.
  • the energy of the gas is taken out as shaft torque (rotational power) in the turbine 4.
  • the turbine 4 and the compressor 2 are connected to each other by a rotating shaft 7, and the turbine 4 drives the compressor 2 (and the fan F).
  • a turbofan engine is mainly used as an aircraft engine, which drives a fan with power recovered by a turbine to obtain engine output in the form of thrust.
  • FIG. 1 illustrates a turbofan engine that is one form of a gas turbine, the present invention is not limited to this.
  • the turbine 4 is provided with a heat-resistant shroud assembly 10 (see FIG. 2) described later.
  • the shroud assembly 10 is disposed on the inner peripheral surface side of the cylindrical casing 5 of the turbine 4 so as to face the tip on the radially outer side of the rotor blade 6.
  • the gas turbine 1 may have an active clearance control function for controlling the tip clearance of the moving blade 6.
  • the active clearance control function can take various configurations.
  • the active clearance control function can be realized by forcing the casing 5 to contract by blowing cool air to the outer periphery of the casing 5 while the gas turbine 1 is being driven.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the shroud assembly 10 according to the first embodiment.
  • 3 is a cross-sectional view of the shroud body 12 shown in FIG. 4 is a cross-sectional view of the shroud assembly 10 shown in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the shroud assembly 10 shown in FIG. 2 at the circumferential end.
  • the shroud assembly 10 includes a folder 11, a shroud main body 12, and a plurality of insertion members 13.
  • a plurality of shroud assemblies 10 are prepared, and the plurality of shroud assemblies 10 are arranged in the circumferential direction to form an annular shroud.
  • the folder 11 is made of metal.
  • the shroud body 12 and the insertion member 13 are made of a ceramic matrix composite material (made of CMC).
  • CMC is made, for example, by impregnating a ceramic matrix into silicon carbide fibers.
  • the insertion member 13 is not limited to CMC, For example, it is good also as what adhered or coated the refractory material which contains CMC to the metal.
  • the shroud assembly 10 is hooked on a support 8 (see FIG. 4) provided on the inner peripheral surface side of a portion of the casing 5 (see FIG. 1) of the gas turbine 1 that faces the moving blade 6 (see FIG. 1).
  • the support 8 has a ring shape along the inner peripheral surface of the casing 5 (see FIG. 1).
  • the support 8 may be integrated with the casing 5. Further, the support 8 may be divided into a plurality in the circumferential direction.
  • the folder 11 includes a base portion 21, a hook portion 22, a plurality of protrusions 23 and 24, and a plurality of insertion holes 23a and 24a.
  • the base portion 21 has a plate shape and extends in an arc shape in the circumferential direction along the support 8.
  • the hook part 22 protrudes outward in the radial direction from the base part 21 and has an L shape.
  • the folder 11 is fixed to the support 8 by a hook portion 22 and attached.
  • the folder 11 may be configured to be provided integrally with the support 8 instead of being separated from the support 8.
  • the attachment structure for attaching the folder 11 to the support 8 is not limited to this, and can take various forms. When the folder 11 is integral with the support 8, the attachment structure is not necessary.
  • the plurality of projecting portions 23 and 24 project radially inward from the inner peripheral surface of the base portion 21 on the inner side in the axial direction than the axial end portion 21a of the base portion 21, and extend in the circumferential direction.
  • the central protruding portion 23 protrudes radially inward from the central portion of the inner peripheral surface of the base portion 21.
  • the pair of protrusions 24 disposed on both axial sides of the central protrusion 23 is radially inward from the inner peripheral surface of the base 21 between the axial end 21 a of the base 21 and the central protrusion 23. It protrudes toward.
  • the radial positions of the tips of the projections 23 and 24 are the same (see FIG. 5).
  • the radially inner tip of the central protrusion 23 is radially inner than the radially inner tips of the protrusions 24 on both sides thereof. Is located.
  • the number of protrusions protruding radially inward from the base portion 21 may be one instead of a plurality.
  • the protrusions 23 and 24 do not have to extend continuously from one end to the other end in the circumferential direction of the base portion 21, and may be divided in the circumferential direction. Moreover, you may change the protrusion length of the projection parts 23 and 24. FIG. Further, the projecting portions 23 and 24 may not be provided in the folder 11.
  • the plurality of insertion holes 23a and 24a are formed in the protrusions 23 and 24 and open in the axial direction.
  • the plurality of insertion holes 23 a are arranged in a row in the circumferential direction at the projection 23, and the plurality of insertion holes 24 a are arranged in a row in the circumferential direction at the projection 24.
  • each of the projection parts 23 and 24 is not restricted to what extended linearly continuously in the circumferential direction, You may divide
  • the insertion holes 23a and 24a have a shape that is long in the circumferential direction, and have a shape that matches an outline of an insertion portion 13a of the insertion member 13 described later.
  • the shapes of the insertion holes 23a and 24a are arbitrary as long as the insertion member 13 can be inserted. Further, it is not always necessary to provide the insertion holes 23 a and 24 a into which the below-described insertion member 13 is inserted in both the protrusions 23 and 24.
  • the protrusion 23 may be eliminated or shortened, and the insertion member 13 may be inserted through the insertion hole 24a of the protrusion 24 and contact the radially inner end surface of the protrusion 23.
  • the protruding portion 24 may be eliminated or shortened, and the insertion member 13 may be inserted through the insertion hole 23a of the protruding portion 23 and contact the radially inner end surface of the protruding portion 24.
  • the shroud main body 12 is a partially curved plate, and covers the folder 11 from the inside in the radial direction.
  • the shroud main body 12 includes a main body portion 31, a pair of flange portions 32, and a plurality of insertion holes 33.
  • the main body 31 is disposed on the radially inner side of the folder 11 in a state where a gap is formed between the main body 31 and the inner peripheral surface of the base portion 21 of the folder 11, and forms an internal space S.
  • the flange portion 32 protrudes from both axial ends of the main body portion 31 to both axial sides.
  • the main body 31 has a concave cross section.
  • the main body portion 31 is arranged on the radially inner side of the flange portion 32 and extends along the inner peripheral surface of the folder 11, and both axial ends of the main plate portion 31 a are connected to the flange portion 32. And a pair of side plate portions 31b to be connected.
  • the side plate portion 31b is inclined so as to go outward in the axial direction from the main plate portion 31a side toward the flange portion 32 side. According to this, since the curved portion between the main plate portion 31a and the side plate portion 31b and the curved portion between the side plate portion 31b and the flange portion 32 undergo a gradual shape change, the shroud body 12 made of CMC is manufactured. It becomes easy to do.
  • the angle formed by the imaginary line extending the main plate portion 31a and the side plate portion 31b may be 30 to 90 °, and preferably 30 to 75 °.
  • the main plate portion 31a of the main body portion 31 of the shroud main body 12 has a shape warped so that the axial center portion 31aa is directed radially outward.
  • the plurality of insertion holes 33 are formed in the side plate portion 31 b of the main body portion 31 and open in the axial direction.
  • the plurality of insertion holes 33 are arranged in a line in the circumferential direction in the side plate portion 31b.
  • the insertion hole 33 has a shape that is long in the circumferential direction, and has a shape that matches an outline of an insertion portion 13a of the insertion member 13 described later.
  • the shape of the insertion hole 33 is arbitrary as long as the insertion member 13 can be inserted.
  • the insertion hole 33 of the shroud body 12 is provided at a position overlapping the insertion holes 23a and 24a of the folder 11 when viewed from the axial direction.
  • the insertion hole 33 on one axial side and the insertion hole 33 on the other axial side may have the same circumferential position, or may have different circumferential positions.
  • the insertion holes 23 a and 24 a of the folder 11 may be provided in accordance with the position of the insertion hole 33.
  • the shroud assembly 10 includes an insertion member 13 that is inserted from one axial direction into an insertion hole 33 (first insertion hole) on the side close to one flange portion 32 of the shroud main body 12.
  • the shroud body 12 is provided with an insertion member 13 that is inserted into the insertion hole 33 (second insertion hole) on the side close to the other flange portion 32 from the other axial direction.
  • One insertion member for the insertion hole 33 (first insertion hole) near the one flange portion 32 of the shroud body 12 and the insertion hole 33 (second insertion hole) near the other flange portion 32. May be inserted.
  • the insertion member 13 has a flat plate shape whose normal is directed in the radial direction.
  • the surface of the insertion member 13 is a smooth surface.
  • the insertion member 13 has a T shape in plan view as viewed from the radial direction.
  • the shape of the insertion member 13 is not limited to this, For example, rectangular shape may be sufficient by planar view.
  • the insertion member 13 includes an insertion portion 13a that is inserted into the insertion holes 23a, 24a, and 33 of the folder 11 and the shroud body 12 in the axial direction, and a shroud in a state where the insertion portion 13a is inserted into the insertion holes 23a, 24a, and 33. And a head portion 13b disposed on the outer side in the axial direction of the main body portion 31 of the main body 12. It should be noted that at least a part of the head portion 13 b only needs to be positioned on the outer side in the axial direction than the main body portion 31, and the axial position of the head portion 13 b may partially overlap the main body portion 31.
  • the shroud body 12 When the insertion portion 13 a of the insertion member 13 is inserted into the insertion holes 23 a, 24 a, 33, the shroud body 12 is positioned in the folder 11 via the insertion member 13, and the flange portion 32 is an axis on the inner peripheral surface of the folder 11. The end of the direction is contacted from the inside in the radial direction.
  • the insertion member 13 does not need to be inserted into both the insertion hole 23a and the insertion hole 24a.
  • the insertion member 13 Since the surface 33a that defines the radially outer edge of the insertion hole 33 in the shroud body 12 is formed flush with the radially inner surface 32a of the flange portion 32 of the shroud body 12, the insertion member 13 is formed. Even if it is flat, the head portion 13b of the insertion member 13 contacts the flange portion 32 of the shroud body 12 from the inside in the radial direction. That is, even if the insert member 13 is flattened and the manufacturability of the insert member 13 made of CMC is improved, the head portion 13b of the insert member 13 can be brought into contact with the flange portion 32 from the inside in the radial direction. 11, the adhesiveness of the flange portion 32 of the shroud body 12 is improved.
  • the projecting portion 23 at the center of the folder 11 presses the central portion 31aa of the main plate portion 31a of the main body portion 31 of the shroud main body 12 inward in the radial direction.
  • the main plate portion 31a of the shroud body 12 is elastically deformed so that the center portion 31aa is warped so that the center portion 31aa is directed radially outward, and the shroud body 12 is moved into the folder by its own elastic force. 11 is pressed. Therefore, a change in the inner diameter of the shroud body 12 and vibration of the shroud body 12 due to thermal strain are suitably prevented.
  • the main plate portion 31a of the main body portion 31 of the shroud main body 12 may have a flat shape without warping.
  • the heads 13b of the plurality of insertion members 13 are adjacent to each other and flanged. It extends in the circumferential direction along the portion 32. That is, the flange portion 32 of the shroud body 12 is covered from the radially inner side by the head portions 13b of the plurality of insertion members 13 over the entire circumferential direction.
  • the thermal degradation of the folder 11 is excellent. Is prevented.
  • the heads 13b of the plurality of insertion members 13 may be arranged so as to be intermittently arranged in the circumferential direction.
  • the shroud assembly 10 is configured such that the insertion member 13 is bent and the head 13b is flanged with the insertion portion 13a of the insertion member 13 inserted into the insertion holes 23a and 24a of the folder 11 and the insertion hole 33 of the shroud body 12. It is comprised so that the part 32 may be pressed toward a radial direction outer side.
  • the shape of the flange portion 32 and the insertion member 13 and the positions of the insertion holes 23a, 24a, and 33 of the folder 11 and the shroud main body 12 are such that the insertion member 13 is bent and the head portion 13b is connected to the flange portion 32. It is determined so as to press outward in the radial direction.
  • the insertion hole 33 of the shroud body 12 is connected to the insertion line 23a and the insertion hole 24a in a state where the flange portion 32 is assembled to the folder 11. Also, the arrangement of the holes 23a, 24a, 33 is adjusted so as to be located on the inner diameter side. That is, the insertion hole 33 has a radial position different from that of the insertion holes 23a and 24a when viewed from the axial direction.
  • the insertion member 13 bends, and the head portion 13b of the insertion member 13 displaces the flange portion 32 radially outward. It will be pressed toward the direction. This improves the adhesion of the flange portion 32 of the shroud main body 12 to the folder 11 and prevents the insertion member from vibrating or rattling, and the insertion member 13 moves in the axial direction to insert holes 23a, 24a, 33. It is also suppressed from coming off.
  • the insertion member 13 is not flat (straight), and the head portion 13b is curved in advance toward the flange portion 32, so that the flange portion 32 becomes the head portion 13b of the insertion member 13. It is good also as a structure which pushes and bends inward in the radial direction, bends the insertion member 13, and the head 13b of the insertion member 13 presses the flange part 32 toward a radial direction outer side.
  • a protrusion protruding radially inward is provided on the flange portion 32 of the shroud body 12, and the protrusion pushes and bends the head 13 b of the insertion member 13 radially inward.
  • the head portion 13b of the insertion member 13 may be configured to press the flange portion 32 outward in the radial direction.
  • a groove 31c extending in the axial direction and opened outward in the circumferential direction is formed on the radially outer surface of the main body 31 of the shroud main body 12. That is, a step is formed on the upper surface of the end portions on both sides in the circumferential direction of the main body portion 31 of the shroud main body 12 so that the outer circumferential portion becomes thin.
  • the shape of the groove 31c is arbitrary.
  • the shroud assembly 10 further includes a seal member 14.
  • the seal member 14 is plate-shaped. The seal member 14 is accommodated in one of the pair of grooves 31 c of the shroud main body 12 and is disposed at the end portion in the circumferential direction of the main body portion 31 in a state of being superimposed on the shroud main body 12. In addition, you may provide the guide for hold
  • the seal member 14 extends from one end of the main body 31 of the shroud main body 12 to the other end in the axial direction.
  • a cut portion 21 c is formed at a position corresponding to the inner end in the axial direction of the flange portion 32 of the shroud body 12, and the axial end edge of the seal member 14 is cut. It fits into the insertion part 21c.
  • the seal member 14 is sandwiched between the projecting portions 23 and 24 of the folder 11 and the shroud body 12. The length in the circumferential direction (short direction) of the seal member 14 is longer than the length in the circumferential direction (short direction) of the groove 31 c of the shroud body 12.
  • the seal member 14 protrudes from the main body 31 in the circumferential direction while being accommodated in the groove 31 c of the main body 31 of the shroud main body 12.
  • the protruding portion of the seal member 14 is bridged over the groove 31c of the shroud body 12 of another shroud assembly 10 adjacent in the circumferential direction.
  • plate-like seal members 15 may be provided between the folders 11 adjacent in the circumferential direction on both sides in the axial direction of the folder 11.
  • the base portion 21 is formed with a cooling hole 21 b communicating with the internal space S formed between the folder 11 and the shroud main body 12. If it does so, the cooling fluid supplied from the support 8 side can enter the internal space S through the cooling hole 21b, and the folder 11, the shroud main body 12, and the insertion member 13 can be cooled.
  • the main plate 31a of the main body 31 of the shroud main body 12 is formed with a cooling hole 31d that communicates with the internal space S and opens on the radially inner surface of the shroud main body 12.
  • 31 d of cooling holes may incline so that it may go to an axial direction downstream side as it goes to radial inside.
  • the cooling fluid in the internal space S is jetted radially inward of the shroud body 12 and a cooling fluid layer (cooling fluid film) can be formed on the radially inner surface of the shroud body 12.
  • the cooling holes 21b and 31d may be omitted.
  • the gap between the shroud bodies adjacent to each other in the circumferential direction is closed by the seal members 14 and 15 to ensure the pressure of the cooling air. It is possible to prevent the cooling air from being delivered to a necessary portion and the mainstream gas from flowing in.
  • the support 8 see FIG. 5 is also displaced in the radial direction in conjunction with the change. For example, even if the support 8 is displaced radially outward and the gap between the shroud bodies 12 of the shroud assemblies 10 adjacent in the circumferential direction changes, the gap is closed by the seal member 14. Kept.
  • the shroud main body 12, the insertion member 13, and the seal member 14 have a thin plate-like simple shape, so that the productivity can be improved even if they are made of long-fiber CMC. Further, since the folder 11 is made of metal, it can be manufactured easily even if it has a complicated shape, and the shroud body 12 made of CMC covers the folder 11 from the inside in the radial direction, so that the folder 11 can be protected from heat.
  • the insertion member 13 for fixing the shroud body 12 to the folder 11 has a head 13b exposed to the outside of the shroud body 12, but in the configuration in which the cooling fluid is introduced into the internal space S, the insertion member 13 The head 13b can be effectively cooled by the cooling fluid leaking from the gap of the insertion hole 33. Furthermore, if the insertion member 13 is made of CMC, the cooling fluid can be greatly reduced or the cooling fluid can be made unnecessary.
  • the head 13b of the insertion member 13 contacts and presses against the flange portion 32 of the shroud body 12 that contacts the folder 11 from the radially inner side, so that the shroud body closely contacts the folder.
  • reliable positioning of the shroud body 12 and prevention of vibration can be realized, and the tip clearance can be stabilized.
  • the insertion member 13 contacts not only the periphery of the insertion hole 33 of the shroud main body 12 but also the flange portion 32 and the contact area of the insertion member 13 is expanded, load concentration due to contact can be suppressed. Since the contact load acts in a direction perpendicular to the plate thickness of the shroud body 12 and the insertion member 13, the strength of the CMC member can be easily secured.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the shroud assembly 110 according to the second embodiment.
  • the folder 111 includes a folder main body 116 and a biasing member 117 that biases the insertion portion 13a of the insertion member 13 radially outward.
  • the folder main body 116 includes a base portion 21, a hook portion 22, a protruding portion 23, and an insertion hole 23a. Note that the folder body 116 may not have the insertion hole 23a.
  • the biasing member 117 includes a frame member 141 that penetrates the base portion 21 of the folder 11 from the radially outer side to the radially inner side, and a spring 142 that biases the frame member 141 radially outward.
  • the frame member 141 is a concave member having a first plate portion 141a extending in the axial direction and a pair of second plate portions 141b protruding radially inward from both axial sides of the first plate portion 141a.
  • the first plate portion 141a is disposed on the radially outer side of the base portion 21, the second plate portion 141b penetrates the base portion 21 toward the internal space S, and is disposed in the internal space S of the second plate portion 141b.
  • An insertion hole 141c that opens in the axial direction is formed in the formed portion.
  • the insertion portion 13a of the insertion member 13 inserted through the insertion hole 33 of the shroud body 12 is inserted into the insertion hole 141c of the frame member 141.
  • the spring 142 is sandwiched in a bent state between the base portion 21 and the first plate portion 141a of the frame member 141.
  • the position at which the insertion member 13 is urged radially outward by the frame member 141 may be an intermediate portion between one end and the other end of the insertion portion 13a.
  • the urging member 117 may be any member that urges the insertion member 13 outward in the radial direction, and is not limited to the above configuration, and various configurations can be adopted.
  • the urging member instead of the configuration in which the urging member 171 penetrates the insertion member 13, the urging member may be directly attached to the insertion member 13, or even if the urging member urges the insertion member 13 via an inclusion. Good.
  • the frame member 141 may be divided into L-shaped half-frame members, and each half-frame member may urge the insertion member 13.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part of the shroud assembly 210 according to the third embodiment.
  • symbol is attached
  • a step-like locking portion 232 a protruding radially inward is provided on the radially inner surface of the flange portion 232 of the shroud main body 212.
  • the locking portion 232a is formed by projecting the axial end of the flange portion 232 radially inward.
  • a stepped locked portion 213ba to which the locking portion 232a is locked is provided on the radially outer surface of the head 213b of the insertion member 213.
  • the locking portion 213ba is configured such that the locking with the locked portion 232a is released by bending and moving the head 213b of the insertion member 213 radially inward.
  • the insertion member 213 Since the locking portion 213ba of the insertion member 213 is locked to the locked portion 232a of the flange portion 232, the insertion member 213 is displaced in the axial direction by vibration, and an insertion hole (not shown) of the folder 11 and a shroud It is preferably prevented from coming out of the insertion hole 33 of the main body 212.
  • locking part is not restricted to this, A various form can be taken.
  • the flange portion 232 may extend outward in the axial direction from the insertion member 213 to provide the locking portion 213a, and the locked portion of the insertion member may be an axial end surface on the spot.
  • the locking portion may not be provided corresponding to the end portion of the insertion member 13, and may be provided in the central portion of the insertion member 13.
  • Other configurations are the same as those of the first or second embodiment described above, and thus description thereof is omitted.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of a shroud assembly 310 according to the fourth embodiment. Since other configurations are the same as those of the first embodiment described above, description thereof is omitted. As shown in FIG. 8, in the shroud assembly 310 of the fourth embodiment, the insertion hole 333 provided in the side plate portion 31 b of the main body portion 31 of the shroud main body 312 is more radial than the radially inner surface of the flange portion 32. It is arranged away inside.
  • the insertion member 313 includes an insertion portion 313a that is inserted into the insertion hole 333 and a head portion 313b that is disposed on the axially outer side of the main body portion 31 of the shroud main body 312 in a state where the insertion portion 13a is inserted into the insertion hole 333. And a stepped portion 313c is provided between the insertion portion 313a and the head portion 313b so that the radially outer surface of the head portion 313b is disposed more radially outward than the radially outer surface of the insertion portion 313a. Yes.
  • the insertion hole 333 of the shroud main body 312 does not need to be flush with the flange surface, and the positional accuracy of the insertion hole 333 can be relaxed.
  • Other configurations are the same as those in any of the first to third embodiments described above, and thus the description thereof is omitted.

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Abstract

ガスタービンのシュラウド組立体は、挿通孔を有するフォルダと、前記フォルダを径方向内側から覆うセラミックマトリックス複合材料製の板状のシュラウド本体と、セラミックマトリックス複合材料製の板状の挿入部材と、を備える。前記シュラウド本体は、本体部と、フランジ部と、前記本体部に形成された挿通孔と、を有する。前記挿入部材は、前記シュラウド本体及び前記フォルダの前記挿通孔に前記軸方向に挿入される挿入部と、前記シュラウド本体の前記フランジ部の前記径方向内側に配置されて前記フランジ部に前記径方向内側から接触する頭部と、を有する。

Description

ガスタービンのシュラウド組立体
　本発明は、ガスタービンのケーシングの径方向内側において前記ケーシングの周方向に沿って設けられたサポートに取り付けられ、前記サポートの内周面を覆うシュラウド組立体に関する。
　ガスタービンの動翼の外周部に配置され、動翼先端の隙間を適正に保つための機能部位や構造物を一般的にシュラウドと呼ぶ。ガスタービンにおいては、タービンのシュラウドには非常に高い耐熱性が求められる。この解決策の１つとして、金属材料よりも高い耐熱性能を有するセラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）を用いることが提案されている。
米国特許公開第２００４／４７７２６号明細書 特開２０１５－２２７６６１号公報 特開平１０－１０３０１１号公報 米国特許第７０４４７０９号明細書
　ところで、シュラウドは、ケーシングの内周面に沿った湾曲形状に形成し且つサポートに取り付ける取付部分を形成する必要があるため、シュラウドを複雑な三次元形状に成形しなければならない。しかし、長繊維形のＣＭＣでは素材本来の強度を維持しつつ厚肉の複雑な形状に製作するのが容易でないため、ＣＭＣを単純な形状（例えば、板状）にすることが望まれる。
　特許文献１及び２では、ＣＭＣ製のシュラウドにフック部を設けてサポートに引っ掛ける構造が提案されているが、フック部の曲率が大きくて長繊維プリフォームの成形が困難になる等の問題がある。特許文献３では、ＣＭＣ製のシュラウドを支持するサポートが熱空間に露出して高温に晒されるため、サポートの熱劣化が進みやすいとの問題ある。特許文献４では、ＣＭＣ製のシュラウドの固定穴に金属製の棒状の固定具を挿入し、当該固定具をサポートに螺着することでシュラウドが固定されている。そのため、金属製の棒状の固定具が、熱空間に大きく露出する。また、固定具による荷重がシュラウドの固定穴の周縁に集中すると共に、固定具による荷重がシュラウドに剪断方向に作用することでＣＭＣ製部材の強度を保ちにくいとの問題がある。そして、シュラウドと動翼との間のチップクリアランスの観点からは、サポートに対するシュラウドの確実な位置決めとシュラウドの振動の抑制とが必要である。
　そこで本発明は、シュラウドの耐熱性の向上、ＣＭＣ製部材の製造容易性の向上、及び、チップクリアランスの安定化を好適に実現することを目的とする。
　本発明の一態様に係るガスタービンのシュラウド組立体は、ガスタービンのケーシングの径方向の内側において前記ケーシングの周方向に沿って設けられたサポートに設けられ、前記サポートの内周面を覆うシュラウド組立体であって、前記サポートに設けられ、少なくとも１つの挿通孔を有するフォルダと、前記フォルダの前記径方向内側に配置される本体部と、前記本体部から前記軸方向に突出して前記フォルダの前記内周面の前記軸方向の端部に前記径方向内側から接触する少なくとも１つのフランジ部と、前記本体部に形成された少なくとも１つの挿通孔と、を有し、前記フォルダを前記径方向内側から覆うセラミックマトリックス複合材料製の板状のシュラウド本体と、前記シュラウド本体及び前記フォルダの前記挿通孔に挿入される挿入部と、前記挿入部が前記シュラウド本体及び前記フォルダの前記挿通孔に挿入された状態において前記シュラウド本体の前記フランジ部の前記径方向内側に配置され且つ前記フランジ部に前記径方向内側から接触する頭部と、を有するセラミックマトリックス複合材料製の少なくとも１つの板状の挿入部材と、を備える。
　前記構成によれば、セラミックマトリックス複合材料製（以下、ＣＭＣ製と称す）のシュラウド本体及び挿入部材を単純な形状にできるため、ＣＭＣ製部材の製造容易性を向上できる。また、フォルダはＣＭＣ製である必要がないために複雑な形状にしても製造が容易であると共に、ＣＭＣ製のシュラウド本体がフォルダを径方向内側から覆うため、フォルダを熱から保護できる。更に、挿入部材の頭部は、フォルダに径方向内側から接触するシュラウド本体のフランジ部に対して径方向内側から接触するため、シュラウド本体がフォルダに対して密着し、シュラウド本体の確実な位置決めと振動の防止とが実現され、チップクリアランスの安定化を図ることができる。そして、挿入部材はシュラウド本体の挿通孔の周縁に接触するだけでなくフランジ部においても接触して挿入部材の接触面積が拡大するため、接触による荷重集中を抑えることができると共に、接触荷重が板厚に垂直な方向に作用することでＣＭＣ製部材の強度を確保しやすくなる。
　前記挿入部材は、セラミックマトリックス複合材料製である構成としてもよい。
　前記構成によれば、挿入部材がＣＭＣ製であるため、シュラウド本体をフォルダに固定するための挿入部材の頭部がシュラウド本体の外部に露出しても、挿入部材の熱劣化を防止できる。
　前記シュラウド本体の前記本体部は、前記フランジ部よりも径方向内側に配置されて前記フォルダの内周面に沿って延びる主板部と、前記主板部を前記フランジ部に接続する側板部とを含み、前記側板部は、前記主板部側から前記フランジ部側に向かうにつれて前記軸方向外方に向かうように傾斜している構成としてもよい。
　前記構成によれば、主板部と側板部との間の湾曲部や側板部とフランジ部との間の湾曲部は、緩やかな形状変化になるため、ＣＭＣ製のシュラウド本体の製造容易性を更に向上できる。
　前記少なくとも１つのフランジ部は、前記本体部から前記軸方向両側に突出した一対のフランジ部を含み、前記シュラウド本体の前記少なくとも１つの挿通孔は、前記一対のフランジ部の一方に近い側に設けられた第１挿通孔と、前記一対のフランジ部の他方に近い側に設けられた第２挿通孔とを含み、前記少なくとも１つの挿入部材は、前記第１挿通孔及び前記２挿通孔に挿入されて前記一対のフランジ部に接触している構成としてもよい。
　前記構成によれば、シュラウド本体の一対のフランジ部がフォルダに対して密着し、シュラウド本体の確実な位置決めと振動の防止とを安定的に実現できる。
　前記複数の挿入部材の各々は、前記径方向から見てＴ字形状を有する構成としてもよい。
　前記構成によれば、フォルダの内周面の軸方向の端部がシュラウド本体のフランジ部と挿入部材の頭部との両方により重複的に覆われるので、フォルダの熱劣化を更に好適に防止できる。
　前記シュラウド本体の前記少なくとも１つの挿通孔は、前記周方向に並んだ複数の挿通孔を含み、前記フォルダの前記少なくとも１つの挿通孔は、前記周方向に並んだ複数の挿通孔を含み、前記少なくとも１つの挿入部材は、複数の挿入部材を含み、前記複数の挿入部材の前記挿入部が前記シュラウド本体及び前記フォルダの前記複数の挿通孔にそれぞれ挿入された状態において、前記複数の挿入部材の前記頭部は、互いに隣接して前記フランジ部に沿って前記周方向に延びる構成としてもよい。
　前記構成によれば、シュラウド本体のフランジ部の全体が複数の挿入部材の頭部により連続的に覆われるので、シュラウド本体のフランジ部及び挿入部材の頭部によりフォルダの軸方向端部を全体的に熱から保護できる。
　前記シュラウド本体の前記本体部は、その前記軸方向の中央部が前記径方向外方に向かうように反った形状を有し、前記フォルダは、その内周面から突出して前記本体部の前記中央部を前記径方向内方に向けて押圧する突起部を有する構成としてもよい。
　前記構成によれば、フォルダの突起部がシュラウドの本体部の中央部を押圧するので、熱歪みによるシュラウド内径の変化やシュラウド本体の振動を更に好適に防止できる。
　前記挿入部材の前記挿入部が前記シュラウド本体及び前記フォルダの前記挿通孔に挿通された状態で、前記挿入部材が撓んで前記頭部が前記フランジ部を前記径方向外側に向けて押圧するように構成されていてもよい。
　前記構成によれば、フォルダに対するシュラウド本体の密着性が向上すると共に、挿入部材の振動やガタつきを防止して、挿入部材が軸方向に移動することも抑制できる。
　前記挿入部材は、平坦な形状を有し、前記シュラウド本体の前記挿通孔は、前記フォルダの前記挿通孔に対して前記径方向の位置を互いに異ならせており、前記挿入部材は、前記挿入部が前記シュラウド本体及び前記フォルダの前記挿通孔に挿通されて撓むことで前記頭部が前記フランジ部を前記径方向外側に向けて押圧する構成としてもよい。
　前記構成によれば、挿入部材を平坦な形状としても、各挿通孔の位置を調節するだけで、フォルダに対するシュラウド本体の密着性を向上させることができると共に、挿入部材の振動やガタつきを防止して、挿入部材が軸方向に移動することも抑制できる。
　前記フォルダは、前記挿入部材の前記挿入部を前記径方向外方に付勢する付勢部材を更に有する構成としてもよい。
　前記構成によれば、フォルダに対するシュラウド本体の密着性が向上すると共に、挿入部材の振動やガタつきを防止して、挿入部材が軸方向に移動することも抑制できる。
　前記シュラウド本体の前記周方向の端部に配置されるセラミックマトリックス複合材料製の板状のシール部材を更に備え、前記シール部材は、前記本体部に重ねられた状態で前記本体部から前記周方向に食み出す構成としてもよい。
　前記構成によれば、複数のシュラウド組立体を周方向に並べて環状のシュラウドを構成する場合において、周方向に互いに隣接するシュラウド本体同士の隙間をシール部材により塞ぐことで、冷却空気の圧力を確保して必要な部位に冷却空気を届けることと、主流ガスの流れ込みとを防止することができる。
　前記シュラウド本体のうち前記挿通孔の前記径方向外側の端縁を画定する面は、前記シュラウド本体の前記フランジ部の前記径方向内側の面と面一に形成されている構成としてもよい。
　前記構成によれば、ＣＭＣ製の挿入部材を平坦にして挿入部材の製造容易性を向上させながらも、挿入部材の頭部をフランジ部に対して前記径方向内側から接触させることができる。
　前記挿入部材、前記シュラウド本体又は前記フォルダの少なくとも１つは、前記挿入部材が前記シュラウド本体及び前記フォルダの前記挿通孔から抜けるのを阻止する係止部を有する構成としてもよい。
　前記構成によれば、振動や熱歪みによる挿入部材の離脱を確実に防止できる。
　前記フォルダは、前記シュラウド本体の前記本体部と前記フォルダとの間に形成された内部空間に連通する冷却孔を有する構成としてもよい。
　前記構成によれば、フォルダ、シュラウド本体及び挿入部材を好適に熱から保護できる。
　前記シュラウド本体の前記本体部は、前記内部空間に連通して前記シュラウド本体の前記径方向内側の表面に開口する冷却孔を有する構成としてもよい。
　前記構成によれば、シュラウド組立体の径方向内側の表面に冷却流体層を形成することができる。
　本発明によれば、シュラウドの耐熱性の向上、ＣＭＣ製部材の製造容易性の向上、及びチップクリアランスの安定化を好適に実現することができる。
シュラウド組立体が設けられるガスタービンの概略断面図である。 第１実施形態に係るシュラウド組立体の分解斜視図である。 図２に示すシュラウド本体の断面図である。 図２に示すシュラウド組立体の断面図である。 図２に示すシュラウド組立体の周方向端部における断面図である。 第２実施形態に係るシュラウド組立体の断面図である。 第３実施形態に係るシュラウド組立体の要部断面図である。 第４実施形態に係るシュラウド組立体の要部断面図である。
　以下、図面を参照して実施形態を説明する。
　図１は、シュラウド組立体が設けられるガスタービン１の概略断面図である。図１に示すように、ガスタービン１は、外部から導入した空気を圧縮機２で圧縮して燃焼器３に導き、燃焼器３で燃料を圧縮空気とともに燃焼させて得られた高温高圧の燃焼ガスがもつエネルギーをタービン４において軸トルク（回転動力）として取り出す。タービン４と圧縮機２とは、互いに回転軸７で連結されており、タービン４が圧縮機２（及びファンＦ）を駆動する。ガスタービンには、様々な形式が存在する。例えば、ターボファンエンジンは、主にタービンで回収した動力でもってファンを駆動し、推力の形でエンジン出力を得るものであり、航空用エンジンとして用いられる。図１では、ガスタービンの一形態であるターボファンエンジンを例示しているが、これに限られない。
　タービン４には、後述の耐熱用のシュラウド組立体１０（図２参照）が設けられる。シュラウド組立体１０は、タービン４の円筒状のケーシング５の内周面側において、動翼６の径方向外側の先端と対向するように配置される。ガスタービン１は、動翼６のチップクリアランスを制御するアクティブ・クリアランス・コントロール機能を有してもよい。アクティブ・クリアランス・コントロール機能は、種々の構成を採り得るが、例えば、ガスタービン１の駆動中にケーシング５の外周に冷風を吹き付けてケーシング５を強制的に収縮させることで実現できる。
　図２は、第１実施形態に係るシュラウド組立体１０の分解斜視図である。図３は、図２に示すシュラウド本体１２の断面図である。図４は、図２に示すシュラウド組立体１０の断面図である。図５は、図２に示すシュラウド組立体１０の周方向端部における断面図である。図２に示すように、シュラウド組立体１０は、フォルダ１１と、シュラウド本体１２と、複数の挿入部材１３とを備える。本実施形態では、シュラウド組立体１０を複数用意し、その複数のシュラウド組立体１０を周方向に並べて環状のシュラウドを構成する。フォルダ１１は、金属製である。シュラウド本体１２、挿入部材１３は、セラミックマトリックス複合材料製（ＣＭＣ製）である。ＣＭＣは、例えば、炭化ケイ素繊維にセラミッスマトリックスを含浸させてなる。なお、挿入部材１３は、ＣＭＣに限定されず、例えば金属にＣＭＣを含む耐火材を接着又はコーティングしたものとしてもよい。
　シュラウド組立体１０は、ガスタービン１のケーシング５（図１参照）のうち動翼６（図１参照）に対向する部分の内周面側に設けられたサポート８（図４参照）に引っ掛けるようにして取り付けられてサポート８の内周面を覆う。サポート８は、ケーシング５（図１参照）の内周面に沿ったリング形状を有する。なお、サポート８は、ケーシング５と一体でもよい。また、サポート８は、周方向に複数に分割されていてもよい。
　図２及び４に示すように、フォルダ１１は、ベース部２１と、フック部２２と、複数の突起部２３，２４と、複数の挿通孔２３ａ，２４ａとを備える。ベース部２１は、板状であり、サポート８に沿って周方向に円弧状に延びている。フック部２２は、ベース部２１から径方向外方に向けて突出し、Ｌ字形状を有する。フォルダ１１は、フック部２２によりサポート８に係止されて取り付けられる。なお、フォルダ１１は、サポート８と別体ではなくサポートと一体に設けられる構成としてもよい。フォルダ１１をサポート８に取り付けるための取付構造はこれに限られず、種々の形態を採ることができ、また、フォルダ１１がサポート８と一体である場合には、当該取付構造は不要となる。
　複数の突起部２３，２４は、ベース部２１の軸方向端部２１ａよりも軸方向内側においてベース部２１の内周面から径方向内方に突出し、周方向に延びている。中央の突起部２３は、ベース部２１の内周面の中央部から径方向内方に突出している。中央の突起部２３の軸方向両側に配置された一対の突起部２４は、ベース部２１の軸方向端部２１ａと中央の突起部２３との間においてベース部２１の内周面から径方向内方に突出している。突起部２３，２４の周方向の端部（後述のシール部材１４に径方向に対向する部分）においては、突起部２３，２４の先端の径方向位置は、互いに同じである（図５参照）。突起部２３，２４の周方向端部以外の部分の少なくとも一部においては、中央の突起部２３の径方向内側の先端は、その両側の突起部２４の径方向内側の先端よりも径方向内側に位置している。
　なお、ベース部２１から径方向内方に突出する突起部は、複数ではなく１つでもよい。また、突起部２３，２４は、ベース部２１の周方向一端から他端まで連続して延びたものでなくてもよく、周方向において分割されたものとしてもよい。また、突起部２３，２４の突出長さは、変更してもよい。また、フォルダ１１には、突起部２３，２４を設けなくてもよい。
　複数の挿通孔２３ａ，２４ａは、突起部２３，２４に形成されており、軸方向に開口している。複数の挿通孔２３ａは、突起部２３において周方向に一列に並んでおり、複数の挿通孔２４ａは、突起部２４において周方向に一列に並んでいる。なお、突起部２３，２４の各々は、周方向に直線状に連続して延びたものに限られず、周方向の任意の位置で分割されてもよいし、その分割されたものが軸方向位置を互いに異ならせてもよい。挿通孔２３ａ，２４ａは、周方向に長い形状を有し、後述の挿入部材１３の挿入部１３ａの輪郭に合致した形状を有する。なお、挿通孔２３ａ，２４ａの形状は、挿入部材１３を挿通可能であれば、任意である。また、後述の挿入部材１３が挿入される挿通孔２３ａ，２４ａは、必ずしも突起部２３，２４の両方に設ける必要はない。例えば、突起部２３を無くす又は短くし、挿入部材１３が突起部２４の挿通孔２４ａを挿通して突起部２３の径方向内端面に当接する態様としてもよい。或いは、突起部２４を無くす又は短くし、挿入部材１３が突起部２３の挿通孔２３ａを挿通して突起部２４の径方向内端面に当接する態様としてもよい。
　図２乃至４に示すように、シュラウド本体１２は、部分的に湾曲した板状であり、フォルダ１１を径方向内側から覆う。シュラウド本体１２は、本体部３１と、一対のフランジ部３２と、複数の挿通孔３３とを備える。本体部３１は、フォルダ１１のベース部２１の内周面との間に隙間を形成した状態でフォルダ１１の径方向内側に配置され、内部空間Ｓを形成する。フランジ部３２は、本体部３１の軸方向両端から軸方向両側に突出している。本体部３１は、断面凹形状を有する。
　具体的には、本体部３１は、フランジ部３２よりも径方向内側に配置されてフォルダ１１の内周面に沿って延びる主板部３１ａと、主板部３１ａの軸方向両端をフランジ部３２にそれぞれ接続する一対の側板部３１ｂとを有する。側板部３１ｂは、主板部３１ａ側からフランジ部３２側に向かうにつれて軸方向外方に向かうように傾斜している。これによれば、主板部３１ａと側板部３１ｂとの間の湾曲部や側板部３１ｂとフランジ部３２との間の湾曲部は、緩やかな形状変化になるため、ＣＭＣ製のシュラウド本体１２が製造し易くなる。なお、主板部３１ａを延ばした仮想線と側板部３１ｂとがなす角度は、３０～９０°であってもよく、好ましくは３０～７５°であってもよい。
　図３に示すように、シュラウド本体１２の本体部３１の主板部３１ａは、その軸方向の中央部３１ａａが径方向外方に向かうように反った形状を有する。図２に示すように、複数の挿通孔３３は、本体部３１の側板部３１ｂに形成されており、軸方向に開口している。複数の挿通孔３３は、側板部３１ｂにおいて周方向に一列に並んでいる。挿通孔３３は、周方向に長い形状を有し、後述の挿入部材１３の挿入部１３ａの輪郭に合致した形状を有する。なお、挿通孔３３の形状は、挿入部材１３を挿通可能であれば、任意である。シュラウド本体１２の挿通孔３３は、軸方向から見てフォルダ１１の挿通孔２３ａ，２４ａと重なる位置に設けられている。なお、シュラウド本体１２のうち軸方向一方側の挿通孔３３と軸方向他方側の挿通孔３３とは、互いの周方向位置を一致させてもよいし、互いの周方向位置を異ならせてもよく、フォルダ１１の挿通孔２３ａ，２４ａはその挿通孔３３の位置に合わせて設けられていてもよい。
　図２及び４に示すように、シュラウド組立体１０は、シュラウド本体１２の一方のフランジ部３２に近い側の挿通孔３３（第１挿通孔）に軸方向一方から挿入される挿入部材１３と、シュラウド本体１２の他方のフランジ部３２に近い側の挿通孔３３（第２挿通孔）に軸方向他方から挿入される挿入部材１３とを備える。なお、シュラウド本体１２の一方のフランジ部３２に近い側の挿通孔３３（第１挿通孔）と、他方のフランジ部３２に近い側の挿通孔３３（第２挿通孔）とに１つの挿入部材が挿入される構成としてもよい。挿入部材１３は、その法線が径方向を向いた平坦な板状である。挿入部材１３の表面は、平滑面である。挿入部材１３は、径方向から見た平面視でＴ字形状を有する。なお、挿入部材１３の形状は、これに限定されず、例えば平面視で矩形状でもよい。
　挿入部材１３は、フォルダ１１及びシュラウド本体１２の挿通孔２３ａ，２４ａ，３３に軸方向に挿入される挿入部１３ａと、挿入部１３ａが当該挿通孔２３ａ，２４ａ，３３に挿入された状態においてシュラウド本体１２の本体部３１の軸方向の外側に配置される頭部１３ｂとを有する。なお、頭部１３ｂの少なくとも一部が、本体部３１よりも軸方向外側に位置していればよく、頭部１３ｂの軸方向位置が本体部３１に部分的に重なっていてもよい。挿入部材１３の挿入部１３ａが挿通孔２３ａ，２４ａ，３３に挿入されると、シュラウド本体１２が挿入部材１３を介してフォルダ１１に位置決めされて、フランジ部３２がフォルダ１１の内周面の軸方向の端部に径方向内側から接触する。なお、突起部２３，２４及び複数の挿通孔２３ａ，２４ａの構成によっては、挿入部材１３は、挿通孔２３ａ及び挿通孔２４ａの両方に挿入される必要はない。
　シュラウド本体１２のうち挿通孔３３の径方向外側の端縁を画定する面３３ａは、シュラウド本体１２のフランジ部３２の径方向内側の面３２ａと面一に形成されているので、挿入部材１３が平坦であっても、挿入部材１３の頭部１３ｂがシュラウド本体１２のフランジ部３２に径方向内側から接触する。即ち、挿入部材１３を平坦にしてＣＭＣ製の挿入部材１３の製造容易性を向上させても、挿入部材１３の頭部１３ｂをフランジ部３２に対して径方向内側から接触させることができ、フォルダ１１に対するシュラウド本体１２のフランジ部３２の密着性が良好になる。
　フォルダ１１の中央の突起部２３は、シュラウド本体１２の本体部３１の主板部３１ａの中央部３１ａａを径方向内方に向けて押圧する。これにより、シュラウド本体１２の主板部３１ａは、その中央部３１ａａが径方向外方に向かうように反った形状から平坦な形状になるように弾性変形し、シュラウド本体１２が自らの弾性力によりフォルダ１１に押し付けられる。よって、熱歪みによるシュラウド本体１２の内径の変化やシュラウド本体１２の振動が好適に防止される。なお、シュラウド本体１２の本体部３１の主板部３１ａは、反りのない平坦形状としてもよい。
　また、複数の挿入部材１３の挿入部１３ａがフォルダ１１及びシュラウド本体１２の挿通孔２３ａ，２４ａ，３３にそれぞれ挿入された状態において、複数の挿入部材１３の頭部１３ｂは、互いに隣接してフランジ部３２に沿って周方向に延びる。即ち、シュラウド本体１２のフランジ部３２は、周方向の全体にわたって複数の挿入部材１３の頭部１３ｂにより径方向内側から覆われる。即ち、フォルダ１１の内周面の軸方向の端部がシュラウド本体１２のフランジ部３２と各挿入部材１３の頭部１３ｂとの両方により重複的に覆われるので、フォルダ１１の熱劣化が良好に防止される。なお、複数の挿入部材１３の頭部１３ｂは、周方向に間欠的に並ぶように配置されてもよい。
　また、シュラウド組立体１０は、挿入部材１３の挿入部１３ａがフォルダ１１の挿通孔２３ａ，２４ａ及びシュラウド本体１２の挿通孔３３に挿通された状態で、挿入部材１３が撓んで頭部１３ｂがフランジ部３２を径方向外側に向けて押圧するように構成されている。本実施形態では、フランジ部３２及び挿入部材１３の形状と、フォルダ１１及びシュラウド本体１２の挿通孔２３ａ，２４ａ，３３の各位置とが、挿入部材１３が撓んで頭部１３ｂがフランジ部３２を径方向外側に向けて押圧するように決定されている。
　その一例として、挿入部材１３は平坦な形状とする一方で、フランジ部３２をフォルダ１１に組み付けた状態において、シュラウド本体１２の挿通孔３３を、挿通孔２３ａと挿通孔２４ａとを結ぶ仮想線よりも内径側に位置するように各孔２３ａ，２４ａ，３３の配置を調整している。即ち、挿通孔３３は、挿通孔２３ａ，２４ａに対して軸方向から見て重なった状態で径方向位置を異ならせている。そのため、挿入部材１３の挿入部１３ａがフォルダ１１及びシュラウド本体１２の挿通孔２３ａ，２４ａ，３３に挿通されると挿入部材１３が撓み、挿入部材１３の頭部１３ｂがフランジ部３２を径方向外方に向けて押圧することになる。これにより、フォルダ１１に対するシュラウド本体１２のフランジ部３２の密着性が向上すると共に、挿入部材の振動やガタつきを防止して、挿入部材１３が軸方向に移動して挿通孔２３ａ，２４ａ，３３から外れることも抑制される。
　他の例としては、挿入部材１３を平坦状（直線状）とせずに頭部１３ｂがフランジ部３２に近づく向きに予め湾曲した形状としておくことで、フランジ部３２が挿入部材１３の頭部１３ｂを径方向内方に押し曲げて挿入部材１３を撓ませ、挿入部材１３の頭部１３ｂがフランジ部３２を径方向外側に向けて押圧する構成としてもよい。
　更に他の例としては、シュラウド本体１２のフランジ部３２に径方向内方に向けて突出した突起を設け、当該突起が挿入部材１３の頭部１３ｂを径方向内方に押し曲げて挿入部材１３を撓ませ、挿入部材１３の頭部１３ｂがフランジ部３２を径方向外側に向けて押圧する構成としてもよい。
　図２及び５に示すように、シュラウド本体１２の本体部３１の径方向外側の面には、軸方向に延び且つ周方向外方に開放された溝３１ｃが形成されている。即ち、シュラウド本体１２の本体部３１の周方向両側の端部の上面には、周方向外側の部分が薄肉になるような段差が形成されている。なお、溝３１ｃの形状は、任意である。シュラウド組立体１０は、シール部材１４を更に備える。シール部材１４は、板状である。シール部材１４は、シュラウド本体１２の一対の溝３１ｃの１つに収容されてシュラウド本体１２に重ねられた状態で本体部３１の周方向の端部に配置される。なお、シュラウド本体１２に溝３１ｃを設けずに、フォルダ１１側にシール部材１４の位置を安定的に保持するためのガイドを設けてもよい。
　シール部材１４は、軸方向においてシュラウド本体１２の本体部３１の一端から他端まで延びる。フォルダ１１のベース部２１の内周面には、シュラウド本体１２のフランジ部３２の軸方向内端に対応する位置に切込部２１ｃが形成されており、シール部材１４の軸方向端縁が切込部２１ｃに嵌まる。シール部材１４は、フォルダ１１の突起部２３，２４とシュラウド本体１２との間に挟持される。シール部材１４の周方向（短手方向）の長さは、シュラウド本体１２の溝３１ｃの周方向（短手方向）の長さよりも長い。そのため、シール部材１４は、シュラウド本体１２の本体部３１の溝３１ｃに収容された状態で本体部３１から周方向に食み出す。そのシール部材１４の食み出した部分は、周方向に隣接する他のシュラウド組立体１０のシュラウド本体１２の溝３１ｃに架け渡される。なお、図２での図示は省略したが、図５に示すように、フォルダ１１の軸方向両側において周方向に隣接するフォルダ１１の間に板状のシール部材１５を設けてもよい。
　図４に示すように、ベース部２１には、フォルダ１１とシュラウド本体１２との間に形成される内部空間Ｓに連通する冷却孔２１ｂが形成されている。そうすれば、サポート８側から供給される冷却流体が冷却孔２１ｂを通じて内部空間Ｓに入り、フォルダ１１、シュラウド本体１２及び挿入部材１３を冷却することができる。
　シュラウド本体１２の本体部３１の主板部３１ａには、内部空間Ｓに連通してシュラウド本体１２の径方向内側の表面に開口する冷却孔３１ｄが形成されている。冷却孔３１ｄは、径方向内側に向かうにつれて軸方向下流側に向かうように傾斜してもよい。これにより、内部空間Ｓの冷却流体がシュラウド本体１２の径方向内側に噴射され、シュラウド本体１２の径方向内側の表面に冷却流体層（冷却流体膜）を形成することができる。なお、冷却孔２１ｂ，３１ｄは無くてもよい。
　複数のシュラウド組立体１０を周方向に並べて環状のシュラウドを構成する場合において、周方向に互いに隣接するシュラウド本体同士の隙間をシール部材１４，１５により塞ぐことで、冷却空気の圧力を確保して必要な部位に冷却空気を届けることと、主流ガスの流れ込みとを防止することができる。また、アクティブ・クリアランス・コントロール機能によりケーシング５（図１参照）の内径が変化すると、それに連動してサポート８（図５参照）も径方向に変位する。例えば、サポート８が径方向外側に変位して、周方向に隣接したシュラウド組立体１０のシュラウド本体１２同士の間の隙間が変化しても、当該隙間はシール部材１４により塞がれた状態が保たれる。
　以上に説明した構成によれば、シュラウド本体１２、挿入部材１３及びシール部材１４は、薄板状の単純な形状であるので、長繊維形のＣＭＣからなるものとしても製造性を良好にできる。また、フォルダ１１は金属製であるために複雑な形状にしても製造が容易であると共に、ＣＭＣ製のシュラウド本体１２がフォルダ１１を径方向内側から覆うため、フォルダ１１を熱から保護できる。また、シュラウド本体１２をフォルダ１１に固定するための挿入部材１３は、その頭部１３ｂがシュラウド本体１２の外部に露出するものの、内部空間Ｓに冷却流体を導入する構成においては、挿入部材１３と挿通孔３３の隙間より漏れ出した冷却流体によって効果的に頭部１３ｂを冷却できる。更に、挿入部材１３をＣＭＣ製とすれば、冷却流体を大幅に削減したり、冷却流体を不要にすることもできる。
　更に、挿入部材１３の頭部１３ｂは、フォルダ１１に径方向内側から接触するシュラウド本体１２のフランジ部３２に対して径方向内側から接触して押圧するため、シュラウド本体がフォルダに対して密着し、シュラウド本体１２の確実な位置決めと振動の防止とが実現され、チップクリアランスの安定化を図ることができる。そして、挿入部材１３はシュラウド本体１２の挿通孔３３の周縁に接触するだけでなくフランジ部３２においても接触して挿入部材１３の接触面積が拡大するため、接触による荷重集中を抑えることができると共に、接触荷重がシュラウド本体１２及び挿入部材１３の板厚に垂直な方向に作用することでＣＭＣ製部材の強度を確保しやすくなる。
　（第２実施形態）
　図６は、第２実施形態に係るシュラウド組立体１１０の断面図である。なお、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図６に示すように、第２実施形態のシュラウド組立体１１０では、フォルダ１１１は、フォルダ本体１１６と、挿入部材１３の挿入部１３ａを径方向外方に付勢する付勢部材１１７とを有する。フォルダ本体１１６は、ベース部２１と、フック部２２と、突起部２３と、挿通孔２３ａとを有する。なお、フォルダ本体１１６には、挿通孔２３ａが無くてもよい。
　付勢部材１１７は、フォルダ１１のベース部２１を径方向外側から径方向内側に貫通する枠部材１４１と、枠部材１４１を径方向外方に付勢するバネ１４２とを有する。例えば、枠部材１４１は、軸方向に延びる第１板部１４１ａと、第１板部１４１ａの軸方向両側から径方向内方に突出する一対の第２板部１４１ｂとを有する凹形部材である。第１板部１４１ａは、ベース部２１の径方向外側に配置され、第２板部１４１ｂがベース部２１を内部空間Ｓに向けて貫通しており、第２板部１４１ｂの内部空間Ｓに配置された部分に、軸方向に開口した挿通孔１４１ｃが形成されている。
　枠部材１４１の挿通孔１４１ｃには、シュラウド本体１２の挿通孔３３を挿通した挿入部材１３の挿入部１３ａが挿通される。バネ１４２は、ベース部２１と枠部材１４１の第１板部１４１ａとの間に撓んだ状態で挟まれており、枠部材１４１を径方向外方に付勢することで、挿入部材１３が径方向外方に付勢される。枠部材１４１により挿入部材１３が径方向外方に付勢される位置は、挿入部１３ａの一端部と他端部との間の中間部にするとよい。これにより、フォルダ１１１（のフォルダ本体１１６）に対するシュラウド本体１２の密着性が向上すると共に、挿入部材の振動やガタつきを防止して、挿入部材１３が軸方向に移動することも抑制される。なお、他の構成は前述した第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
　なお、付勢部材１１７は、挿入部材１３を径方向外方に付勢するものであればよく、上記構成に限られず種々の構成を採り得る。例えば、付勢部材１７１に挿入部材１３を貫通させる構成の代わりに、付勢部材を挿入部材１３に直接取り付けもよいし、付勢部材が介在物を介して挿入部材１３を付勢してもよい。また、枠部材１４１をＬ字状の半枠部材に分割し、各半枠部材が挿入部材１３をそれぞれ付勢するようにしてもよい。
　（第３実施形態）
　図７は、第３実施形態に係るシュラウド組立体２１０の要部断面図である。なお、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図７に示すように、シュラウド本体２１２のフランジ部２３２の径方向内側の面には、径方向内側に突出した段差状の係止部２３２ａが設けられている。係止部２３２ａは、フランジ部２３２の軸方向端部を径方向内側に突出させることで形成されている。第３実施形態のシュラウド組立体２１０では、挿入部材２１３の頭部２１３ｂの径方向外側の面に、係止部２３２ａが係止される段差状の被係止部２１３ｂａが設けられている。係止部２１３ｂａは、挿入部材２１３の頭部２１３ｂを径方向内側に撓ませて動かすことで被係止部２３２ａとの係止が解除されるように構成されている。
　挿入部材２１３の係止部２１３ｂａがフランジ部２３２の被係止部２３２ａに係止されることで、振動により挿入部材２１３が軸方向に変位してフォルダ１１の挿通孔（図示せず）及びシュラウド本体２１２の挿通孔３３から抜けることが好適に阻止される。なお、係止部の形態はこれに限られず、種々の形態を採ることができる。例えば、フランジ部２３２を挿入部材２１３よりも軸方向外側に延ばして係止部２１３ａを設けてもよく、その場には、挿入部材の被係止部は軸方向端面とすればよい。また、係止部をシュラウド本体２１２に設けずに、フォルダ１１又は挿入部材２１３に設けてもよい。また、係止部は、挿入部材１３の端部に対応して設けなくてもよく、挿入部材１３の中央部に設けてもよい。また、他の構成は前述した第１又は第２実施形態と同様であるため説明を省略する。
　（第４実施形態）
　図８は、第４実施形態に係るシュラウド組立体３１０の要部断面図である。なお、他の構成は前述した第１実施形態と同様であるため説明を省略する。図８に示すように、第４実施形態のシュラウド組立体３１０では、シュラウド本体３１２の本体部３１の側板部３１ｂに設けられる挿通孔３３３が、フランジ部３２の径方向内側の面よりも径方向内側に離れて配置されている。挿入部材３１３は、挿通孔３３３に挿入される挿入部３１３ａと、挿入部１３ａが挿通孔３３３に挿入された状態においてシュラウド本体３１２の本体部３１の軸方向外側に配置される頭部３１３ｂとを有し、挿入部３１３ａと頭部３１３ｂとの間には、頭部３１３ｂの径方向外側の面を挿入部３１３ａの径方向外側の面よりも径方向外側に配置させる段差部３１３ｃが設けられている。当該構成によれば、シュラウド本体３１２の挿通孔３３３をフランジ面と面一にする必要はなく、挿通孔３３３の位置精度を緩和することができる。なお、他の構成は前述した第１～第３実施形態のいずれかと同様であるため説明を省略する。
　１　ガスタービン
　５　ケーシング
　８　サポート
　１０，１１０，２１０，３１０シュラウド組立体
　１１，１１１　フォルダ
　１２，２１２，３１２　シュラウド本体
　１３，１１３，２１３，３１３　挿入部材
　１３ａ，３１３ａ　挿入部
　１３ｂ，２１３ｂ，３１３ｂ　頭部
　１４　シール部材
　２１ｂ　冷却孔
　２３，２４　突起部
　２３ａ，２４ａ，１４１ｃ　挿通孔
　３１　本体部
　３１ａ　主板部
　３１ａａ　中央部
　３１ｂ　側板部
　３１ｃ　溝
　３１ｄ　冷却孔
　３２　フランジ部
　３３　挿通孔
　１１７　付勢部材
　２１３ｂａ　係止部
　Ｓ　内部空間

Claims (13)

  1. 　ガスタービンのケーシングの径方向の内側において前記ガスタービンの周方向に沿って設けられたサポートに取り付けられ、前記サポートの内周面を覆うシュラウド組立体であって、
    　前記サポートに設けられ、少なくとも１つの挿通孔を有するフォルダと、
    　前記フォルダの前記径方向内側に配置される本体部と、前記本体部から前記軸方向に突出して前記フォルダの前記内周面の前記軸方向の端部に前記径方向内側から接触する少なくとも１つのフランジ部と、前記本体部に形成された少なくとも１つの挿通孔と、を有し、前記フォルダを前記径方向内側から覆うセラミックマトリックス複合材料製の板状のシュラウド本体と、
    　前記シュラウド本体及び前記フォルダの前記挿通孔に挿入される挿入部と、前記挿入部が前記シュラウド本体及び前記フォルダの前記挿通孔に挿入された状態において前記シュラウド本体の前記フランジ部の前記径方向内側に配置されて前記フランジ部に前記径方向内側から接触する頭部と、を有する少なくとも１つの板状の挿入部材と、を備える、ガスタービンのシュラウド組立体。
  2. 　前記挿入部材は、セラミックマトリックス複合材料製である、請求項１に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
  3. 　前記シュラウド本体の前記本体部は、前記フランジ部よりも径方向内側に配置されて前記フォルダの内周面に沿って延びる主板部と、前記主板部を前記フランジ部に接続する側板部とを含み、
    　前記側板部は、前記主板部側から前記フランジ部側に向かうにつれて前記軸方向外方に向かうように傾斜している、請求項１又は２に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
  4. 　前記少なくとも１つのフランジ部は、前記本体部から前記軸方向両側に突出した一対のフランジ部を含み、
    　前記シュラウド本体の前記少なくとも１つの挿通孔は、前記一対のフランジ部の一方に近い側に設けられた第１挿通孔と、前記一対のフランジ部の他方に近い側に設けられた第２挿通孔とを含み、
    　前記少なくとも１つの挿入部材は、前記第１挿通孔及び前記２挿通孔に挿入されて前記一対のフランジ部に接触している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
  5. 　前記挿入部材は、前記径方向から見てＴ字形状を有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
  6. 　前記シュラウド本体の前記少なくとも１つの挿通孔は、前記周方向に並んだ複数の挿通孔を含み、
    　前記フォルダの前記少なくとも１つの挿通孔は、前記周方向に並んだ複数の挿通孔を含み、
    　前記少なくとも１つの挿入部材は、複数の挿入部材を含み、
    　前記複数の挿入部材の前記挿入部が前記シュラウド本体及び前記フォルダの前記複数の挿通孔にそれぞれ挿入された状態において、前記複数の挿入部材の前記頭部は、互いに隣接して前記フランジ部に沿って前記周方向に延びる、請求項５に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
  7. 　前記シュラウド本体の前記本体部は、その前記軸方向の中央部が前記径方向外方に向かうように反った形状を有し、
    　前記フォルダは、その内周面から突出して前記本体部の前記中央部を前記径方向内方に向けて押圧する突起部を有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
  8. 　前記挿入部材の前記挿入部が前記シュラウド本体及び前記フォルダの前記挿通孔に挿通された状態で、前記挿入部材が撓んで前記頭部が前記フランジ部を前記径方向外側に向けて押圧するように構成されている、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
  9. 　前記挿入部材は、平坦な形状を有し、
    　前記シュラウド本体の前記挿通孔は、前記フォルダの前記挿通孔に対して前記径方向の位置を互いに異ならせており、
    　前記挿入部材は、前記挿入部が前記シュラウド本体及び前記フォルダの前記挿通孔に挿通されて撓むことで前記頭部が前記フランジ部を前記径方向外側に向けて押圧する、請求項８に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
  10. 　前記フォルダは、前記挿入部材の前記挿入部を前記径方向外方に付勢する付勢部材を更に有する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
  11. 　前記シュラウド本体の前記周方向の端部に配置されるセラミックマトリックス複合材料製の板状のシール部材を更に備え、
    　前記シール部材は、前記本体部に重ねられた状態で前記本体部から前記周方向に食み出す、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
  12. 　前記シュラウド本体のうち前記挿通孔の前記径方向外側の端縁を画定する面は、前記シュラウド本体の前記フランジ部の前記径方向内側の面と面一に形成されている、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
  13. 　前記挿入部材、前記シュラウド本体又は前記フォルダの少なくとも１つは、前記挿入部材が前記シュラウド本体及び前記フォルダの前記挿通孔から抜けるのを阻止する係止部を有する、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
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