JPH057541B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、ガスタービンエンジンのタービンに
係り、更に詳細にはタービンデイスクに設けられ
たリセスに近接して装着され断熱障壁を構成すべ
くタービンブレードの下方にて前記リセス内へ延
在するカバープレートに係る。

背景技術 本願出願人と同一の出願人の出願にかかる本願
と同日付の特願昭60−162777号には、1973年５月
15日付にてエス・エル・スミス（S.L.Smith）及
びピー・イー・ボイヤー（P.E.Voyer）に付与さ
れ本願出願人と同一の譲受人に譲渡された米国特
許第3733146号に開示されたレンズ形シールの改
良をなす発明が開示されている。上述の米国特許
於ては、第一段のタービンと第二段のタービンと
の間に配置され断面形状がレンズ形をなす環状の
シールが開示されている。本質的には、湾曲した
インナプレート及びアウタプレートがタービンの
隣接するデイスク又はそのサイドプレートに当接
する幅の狭い端部を有する楕円形のボデイを構成
している。これは断面で見て点状のアタツチメン
トを構成しており、全体として見て周縁方向のエ
ツジアタツチメントを構成しており、タービンデ
イスクにより半径方向に支持され、両方の湾曲し
たプレートを介して軸線方向荷重を伝達するよう
になつている。作動に於ては、これらのプレート
はそれらが湾曲することによつて応力を低減す
る。曲げ荷重が高くなればなるほど、その曲げ荷
重を受入れ得るようプレートはより重いものでな
ければならない。上述の特許出願に開示されたシ
ールは断面Ｉ形ビームの形状をなすシールであ
り、そのアウタリムはタービンの隣接する二つの
段の間に橋架しており、適宜にデイスクに係合し
ている。

上述の米国特許第3733146号に開示されたター
ビン／シール構造体に於ては、ブレードのルート
がタービンデイスクに設けられたリセス内に嵌入
する連結部に近接して、第一段及び第二段のター
ビンの前面にカバープレートを設けることが行わ
れている。かかるカバーシール（形状の類似性か
ら郵便受け（mail boxes）と呼ばれることがあ
る）はデイスクの周縁の周りに互に隔置された複
数個の平坦な要素（各ブレードに一つずつ設けら
れる）である。。平坦な要素の背面より延びる延
在部が、タービンブレードのルートがリセス内に
嵌入する連結部に於てもみの木形のリセス内へ延
在している。かかる従来の構成に於ては、カバー
プレートの唯一の目的は、圧損を回避すべくデイ
スクの面に空気力学的に平滑な外形を与えること
であつた。かくして従来のカバープレートはただ
単に風圧面カバー（windage cover）でしかなか
つた。

本願発明者等は、カバーシールを風圧面カバー
としてだけでなくデイスクの冷却を行うためにも
使用し得ることを見出した。。本発明によれば、
デイスクのリムの半径方向外側の溝領域内へ延在
しブレードにより半径方向に支持されたカバーの
軸線方向延在部が、一端にて閉ざされた環状空間
を郭定するようデイスクのリムより半径方向に適
宜に隔置される。ルートキヤビテイ内の比較的低
温の空気がかかる空間内へ流入し、これによりタ
ービンブレードに作用しているエンジンの非常に
高温の作動媒体よりデイスクリムを断熱する。試
験によれば、かかる構成によればデイスクリムの
温度が100〓（55.6℃）以上低減され、このこと
によりデイスク低サイクル疲労寿命が増大さ
れ、デイスクの構成材料として低廉な材料を使
用することが可能になる。。

発明の開示 本発明の一つの目的は、ガスタービン型パワー
プラントのタービンロータのための改良されたカ
バーを提供することである。本発明の一つの特徴
は、タービンロータのための風圧面カバー及び冷
却装置の二重の機能を果たすカバーを提供するこ 以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。

発明を実施するための最良の形態 本発明は、本願出願人であるユナイテツド・テ
クノロジーズ・コーポレイシヨンのプラツト・ア
ンド・ホイツトニー・エアー・クラフト（Pratt
＆ Whitney Aircraft）により製造されてい
るエンジンモデルJT−9D、PW2037、PW4000の
如きガスタービンパワープラントのタービンロー
タのためのカバーとして特に適したものである。
第１図乃至第３図より解る如く、符号１０にて全
体的に示された第一段のタービンは、ロータデイ
スク１２と、該ロータデイスクにより適宜に支持
され周縁方向に隔置された複数個のタービンブレ
ード１４（そのうちの一つのみが図示されてい
る）とを含んでいる。同様に、符号１６にて全体
的に示された第二段のタービンは、ロータデイス
ク１８と、該ロータデイスクにより適宜に支持さ
れ周縁方向に隔置された複数個のブレード２０
（そのうちの一つのみが図示されている）とを含
んでいる。図には示されていないが、第一段及び
第二段のタービンは共通のシヤフト（図示せず）
に連結されており、エンジンの作動流体媒体より
エネルギを抽出し、該エネルギを回転数の形でエ
ンジンのシヤフトへ伝達する作用をなす。

符号２２にて全体的に示されたＩ形ビームシー
ルは、デイスク１２の後面とデイスク１８の前面
との間に橋架するアウタリム２４を含んでおり、
全体形状が実質的にエンジンの中心線と同心にな
るよう構成されている。Ｏリングシール２６及び
２８がそれぞれ軸線方向突起３０及び３２に当接
して設けられており、これによりブレード１４及
び２０の近傍に於てリングシールより半径方向外
側のガス流路より流体が漏洩することが最小限に
抑えられるようになつている。

以上の説明より、アウタリム２４及びＯリング
シール２６，２８はエンジンの作動流体媒体より
キヤビテイ３４をシールする作用をなすことが理
解されよう。ステータ３６に近接したブレードの
周りに於ける流体の漏洩はラビリンスシール３
８，４０，４２により最小限に抑えられる。前述
の米国特許第3733146号に開示されたレンズ形シ
ールと同様、回転モード時にはナイフエツジがハ
ニカム材料にて形成された相補的なランドに当接
し、これによりレンズ形シールと同一のシール機
能を果すようになつている。ラビリンスシールは
よく知られており、本発明の一部をなすものでは
ない。

前述の如く、アウタリム２４はラビリンスシー
ルのナイフエツジを支持する作用をなすだけでな
く、第二段のタービンが曝される振動場に対し該
タービンをチユーニングすべく第二段のタービン
に対し軸線方向の剛性を付与する。

インナリム５２は凸状面をなすよう僅かに円錐
形をなしており、そのアウタエツジは半径方向拘
束部５４及び５６をなしており、これらの拘束部
はそれぞれ軸線方向突起５８及び６０の半径方向
内側に位置し、組立時にはスナツプ式に所定の位
置に嵌込まれるようになつている。平坦な環状プ
レート６２がアウタリム２４及びインナリム５２
を支持しており、その断面形状はＩ形ビームに類
似している。インナリム５２は半径方向応力の一
部を軸線方向突起５８及び６０を介してデイスク
１２及び１８に伝達し、また他の一部を環状プレ
ート６２に伝達することによつて半径方向の荷重
を担持する作用をなす。また環状プレート６２は
かかる構成によりアウタリム２４に設けられたナ
イフエツジの成長を低減し又は制御する作用をな
す。

また半径方向拘束部５４及び５６は、破裂の点
から見ればシール２２内の平均接線方向応力を制
御し、低サイクル疲労の点から見れば局部的な接
線応力を制御する作用をなす。

タービンデイスク１８に設けられた軸線方向突
起６０と拘束部５６との間の寸法は、環状プレー
ト６２を横切る圧力をバランスさせるべく、キヤ
ビテイ３４より環状プレート６２とタービンデイ
スク１８との間のキヤビテイ内へ流体が漏洩し得
るよう選定される。プレート６２と第一段のター
ビン１０との間のキヤビテイは圧力が最も高い第
一段のタービンに近接しているので、そのキヤビ
テイ内の圧力はプレート６２と第二段のタービン
との間のキヤビテイの圧力よりも高い。拘束部５
６に近接して設けられた間隙は二つのキヤビテイ
内の圧力をバランスさせるべく抽気する。好まし
い訳ではないが、環状プレート６２に孔を設ける
ことにより、二つのキヤビテイ内の圧力の差が更
に低減されてもよい。

デイスク１２及びインナリム５２にはそれぞれ
回転防止ラグ７０及び７２が設けられており、こ
れらのラグは作動不良の場合にタービンデイスク
１２，１８及びシール２２が相対回転することを
互いに共働して阻止する。前述の米国特許第
4332133号に開示されたレンズ形シールもこれと
同様の機能を含んでいる。

リヤサイドプレート８０が半径方向拘束部とし
て作用するデイスク１２の突起（オーバーハング
部）３０の半径方向外方に装着されている。サイ
ドプレート８０は各ブレードに一つずつ設けられ
ており、各サイドプレートはもみの木形部分８２
を有する実質的に平坦な要素にて形成されてお
り、もみの木形部分はタービンブレードを支持す
るデイスクのもみの木形溝内に嵌入し得る大きさ
に形成されている。各サイドプレートのサイドエ
ツジ８４及び８６は隣接するサイドプレートと係
合するよう鳩尾状に形成されている。各サイドプ
レート８０はブレードがデイスクに嵌入する連結
部に於てデイスク１２を囲繞するよう互いに端部
を当接して組立てられている。アウタリム２４の
アウタエツジは軸線方向の拘束部を与えるべく、
ロアエツジ９０に於てリヤサイドプレート８０の
面９２に当接している。アウタリム２４より延在
するハンマーヘツド９４が追加の拘束部を与える
ようになつている。これらの半径方向及び軸線方
向の拘束部は各リヤサイドプレート８０を所定の
位置に保持する唯一の機械的接続部である。

本発明によれば、符号１００にて全体的に示さ
れたカバーシールが設けられており、該カバーシ
ールは比較的平坦な部材にて形成されタービンデ
イスク１２及び１８の面に平坦に当接するフロン
トプレート１０２と、軸線方向に延在する部分１
０４とを含んでいる。リヤサイドプレート８０と
同様、カバーシール１００を構成する複数個の要
素が、タービンブレードのルートがデイスクの溝
に嵌入する連結部に於てデイスクの周縁の周りに
て互いに端部を当接して装着されている。かかる
構造に於ては、軸線方向に延在する部分１０４は
タービンブレードのもみの木形部分とデイスクと
の間に延在しており、タービンブレードのもみの
木形部分により支持されている。このことがデイ
スク１２のリム１１０とタービンブレード１４と
の間にてタービンブレード１４のもみの木形部分
１０８上に載置された軸線方向に延在する部分１
０４を示す第２図の切除部に最もよく示されてい
る。これらのカバー１００は第一段のタービンに
於てはサイドプレート１１４により、第二段のタ
ービンに於てはシール２２により軸線方向に拘束
されている。

以上の説明より明らかである如く、軸線方向に
延在する部分１０４はデイスクのリムとタービン
ブレードの端部との間にデイスクリムの幅方向に
延在する間隙Ａを与えていることが解る。矢印Ｂ
にて示されている如く、ガス流路の流体に比して
低温の空気がかかる間隙へ流入し、デイスクリム
をガス流路より断熱する。このことはデイスクリ
ムの温度を低減し、従つて従来風圧面
（windage）の目的でのみ使用されていたカバー
シールの追加の機能が達成される。またカバーシ
ールはある程度までブレードを前方へ（エンジン
のガス流路の方向に対し前方へ）軸線方向に保持
する作用をなす。

かくして本発明によれば、上述の他の特徴に加
えて、タービンデイスクを冷却する比較的低廉な
手段が得られ、これにより低サイクル疲労寿命が
増大されるだけでなく、デイスクにより低廉な材
料を使用することが可能になる。

以上に於ては、本発明を特定の実施例について
詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定
されるものではなく、本発明の範囲内にて種々の
修正並びに省略が可能であることは当業者にとつ
て明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は改良されたリヤサイドプレート及びそ
の保持装置を示すガスタービンエンジンの第一段
及び第二段のタービンの部分断面図である。第２
図は幾つかのカバーシールをそれらが組立てられ
た状態にて示す部分正面図である。第３図は第２
図の線３−３に沿う部分断面図である。 １０…第一段のタービン、１２…ロータデイス
ク、１４…タービンブレード、１６…第二段のタ
ービン、１８…デイスク、２０…ブレード、２２
…シール、２４…アウタリム、２６，２８…Ｏリ
ングシール、３０，３２…軸線方向突起、３４…
キヤビテイ、３６…ステータ、３８，４０，４２
…ラビリンスシール、５２…インナリム、５４，
５６…半径方向拘束部、５８，６０…軸線方向突
起、６２…環状プレート、７０，７２…ラグ、８
０…リヤサイドプレート、８２…もみの木形部
分、８４，８６…サイドエツジ、９０…ロアエツ
ジ、９２…面、９４…ハンマーヘツド、１００…
カバーシール、１０２…フロントプレート、１０
４…軸線方向に延在する部分、１０８…もみの木
形部分、１１０…リム、１１４…サイドプレー
ト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半径方向に延在する複数個のタービンブレー
   ドを外周部にて支持するタービンデイスクを含む
   タービンロータを有し、各ブレードは前記タービ
   ンデイスクのリムに形成されたリセス内に嵌入す
   るルート部を有するガスタービンパワープラント
   のためのカバー装置にして、前記リセスに重なつ
   て延在し圧損を阻止すべくシール装置を構成すべ
   き前記ルート部の連結部に於て前記デイスクの面
   に近接して装着されており、各カバー装置は前記
   デイスクの前記リムに近接して前記リセス内へ軸
   線方向へ延在し前記タービンロータの比較的低温
   の部分より流入する比較的低温の空気を保持し比
   較的低温の空気を収容する間隙を郭定すべく前記
   リムより隔置された軸線方向に延在する部分を含
   んでおり、これにより前記パワープラントのガス
   流路に対する断熱障壁を郭定しているカバー装
   置。