JPH09112206A - ロータ組立体用シュラウド - Google Patents

ロータ組立体用シュラウド

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JPH09112206A
JPH09112206A JP8297854A JP29785496A JPH09112206A JP H09112206 A JPH09112206 A JP H09112206A JP 8297854 A JP8297854 A JP 8297854A JP 29785496 A JP29785496 A JP 29785496A JP H09112206 A JPH09112206 A JP H09112206A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータ組立体のブレードチップとシュラウド
との間のシールを改良し、またロータ組立体の熱膨張に
適応し、更にタービンエンジンの効率を増大し、かつロ
ータ組立体の耐久性を改良するロータブレード外側チッ
プシール装置を提供すること。 【解決手段】 ケース３２内に設けられたロータ組立体
１８用シュラウド１６は、サスペンション装置５０と、
制御リング５２と、ブレード外側空気シール５４とを包
含する。サスペンション装置５０は、制御リング５２と
ケース３２との間に設けられる。制御リング５２は、本
体と、第１の取付け装置８４とを包含する。ブレード外
側空気シール５４は、第２の取付け装置１０３を包含す
る。そして、第１及び第２の取付け装置８４，１０３が
協同して、ブレード外側空気シール５４を制御リング５
２に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】本発明は、一般にはタービンエンジ
ンロータ組立体に関し、より詳細には、ブレード外側チ
ップシール装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】典型的なガスタービンエンジンは、共通
の長手方向軸線に沿って設けられた送風機、燃焼器及び
タービンを包含する。送風機部及び圧縮器部はエンジン
に吸入する空気に仕事を与え、該空気の圧力及び温度を
増大させる。そして、燃料が燃焼器でこの仕事を与えら
れた空気に加えられて燃焼させられる。燃焼の結果とし
て、中心ガス流れの温度は増大する。この温度増大の大
きさは幾つかの函数に依存し、そのひとつとして燃焼器
に加えられる燃料の量がある。中心ガス流れと呼ばれて
いる燃焼生成物及び未燃空気は、それからエンジンを駆
動し、エンジンスラストを発生せしめる。
【０００３】多くの場合において、タービンは幾つかの
段落を包含し、各段落はロータ組立体と少なくともひと
つの静翼装置とを有する。中心ガス流れがロータ組立体
を回転させ、これによりロータ組立体がエンジンの特定
場所で仕事をすることができる。静翼装置は、前方のロ
ータ組立体と後方のロータ組立体との間に設けられて、
ロータ組立体に入る又はロータ組立体を出る中心ガス流
れを案内する。
【０００４】航空機の所定高度の定常状態の下では、エ
ンジンの出力設定は燃焼器に注入される燃料の特定流量
と相互に関係がある。燃焼する燃料の量に対して発生す
るスラストのレベルは当該出力設定におけるエンジンの
“スラスト燃料消費率”と呼ばれている。他方、過渡
時、エンジンが第１の定常状態出力設定から第２の定常
状態出力設定に加速されたときには、追加の燃料がスラ
ストの同一レベルを維持するために要求される。したが
って、エンジンのスラスト燃料消費率及びエンジンの効
率が減少する。
【０００５】エンジン効率の減少の主たる原因は、エン
ジン内の異なる熱膨張、例えば複数のタービンロータ組
立体のブレードチップとこれらのタービンロータ組立体
を囲繞するシュラウドとの間の異なる熱膨張にある。ロ
ータ組立体のブレードチップとシュラウドとの間を通過
することが許される中心ガス流れは、ロータ組立体を回
転させず、それ故タービン内でロータ組立体が行う仕事
を増大させるものではない。この好ましくない過剰な隙
間は、急速な加速中に多く生ずるものである。他方、過
度の減速では、シュラウドがロータブレードよりも一層
速く収縮することを生じさせ、ロータブレードとシュラ
ウドとの間に干渉を生じさせる可能性がある。したがっ
て、性能のためにブレードチップとシュラウドとの間の
隙間を最小にすることと、ロータ組立体及びシュラウド
の熱膨張及び収縮に適応するように十分に隙間を維持す
ることとは、相反する関係にあるものである。
【０００６】ガスタービンエンジンにより駆動される曲
芸用航空機は、エンジンの出力設定の変化に迅速に応答
できるエンジンを要求する。最大許容変化を決定する方
法は異なるけれども、出力設定の変化は、典型的にエン
ジンの燃料流量を変えることにより行われる。ある制御
方法においては、タービンエンジンにより発生させられ
る出力はエンジンのタービン内の中心ガス流れ温度によ
って制限される。この中心ガス流れ温度は、タービン構
成機器がその有効寿命を許容レベル以下に減ずるような
温度にさらされるのを除去するための制限函数として用
いられる。燃料流量及びそれ故発生するスラストは、タ
ービン温度制御方法の下では、最大タービン温度に達す
るまで増大することができる。
【０００７】しかし、このような解決法の欠点は、最大
使用可能スラストを過渡段階中使用できないことであ
る。例えば、過度の加速中、最大許容タービン温度に達
するまで燃料流量は急激に増大する。しかしながら、最
大許容温度に達するまでの時間の長さは、ロータ組立体
の熱膨張がシュラウドの熱膨張に追いつくまでの時間の
長さよりも短かいものである。その結果として、シュラ
ウドとロータブレードチップの間の隙間は増大する。そ
して、これにより生じる効率の低下は、エンジンが定常
状態（この時間で最大使用可能スラストが生じる）に達
するまで、使用スラストを減少させる。最大出力を命令
した時間と最大出力が使用可能となる時間との間の時間
長さは、性能の遅れを表す。当業者であれば、最大出力
が使用可能となることが遅れることは、曲芸用航空機に
とって非常に不利なことであることを認識されよう。
【０００８】このような好ましくない遅れを除去するた
めに、他の制御方法は空気入口とタービン排気口とにわ
たる圧力差を利用して、出力設定の最大許容変化を制限
するようにしている。すなわち、燃焼器の燃料流量を増
大すると、タービン排気口の圧力及びそれ故圧力差もま
たほぼ直ぐに増大する。その結果として、最大使用可能
スラストはほぼ直ぐに使用可能となる。しかし、この解
決法の欠点は、過渡時最大出力に関連する所望圧力差が
タービンの中心ガス流れ温度をタービン構成機器の所望
有効寿命に関連する最大使用温度以上に増大させること
である。実際の温度が最大使用可能温度を越える範囲及
びこのような状態にさらされる時間は、タービンが過渡
状態から定常状態に変わる速度に依存する。したがっ
て、タービン構成機器の性能及び寿命はともにタービン
ロータ組立体及びシュラウドの熱膨張特性に依存する。
【０００９】
【発明の開示】本発明は、以上述べた事情に鑑みなされ
たものである。したがって、本発明は、ロータ組立体の
ブレードチップとロータ組立体のシュラウドとの間のシ
ールを改良するロータブレード外側チップシール装置を
提供することにある。
【００１０】本発明の他の目的は、ロータ組立体の熱膨
張に適応するロータブレード外側チップシール装置を提
供することにある。
【００１１】本発明の更に他の目的は、タービンエンジ
ンの効率を増大するロータブレード外側チップシール装
置を提供することにある。
【００１２】本発明の更に他の目的は、ロータ組立体の
耐久性を増大するロータブレード外側チップシール装置
を提供することにある。
【００１３】以上述べた目的を達成するために、本発明
によれば、ケース内に設けられたロータ組立体用シュラ
ウドが提供される。このシュラウドは、サスペンション
装置と、制御リングと、ブレード外側空気シールとを包
含する。サスペンション装置は、制御リングとケースと
の間に設けられている。制御リングは、本体と、第１の
取付け装置とを包含する。ブレード外側空気シールは、
第２の取付け装置を包含する。そして、第１及び第２の
取付け装置が協同して、ブレード外側空気シールを制御
リングに固定する。
【００１４】本発明の一態様によれば、制御リングの本
体は第１の熱区域と第２の熱区域とを包含する。
【００１５】本発明の他の態様によれば、サスペンショ
ン装置はフープとばね装置とを包含し、該ばね装置は複
数の片持ちばりを有し、各片持ちばりは長さと、幅と、
厚さとを有する。そして、片持ちばりはフープと実質的
に平行にして長さ方向に延びると共に、制御リングは片
持ちばりに締結されている。
【００１６】以上述べた本発明のひとつの利益は、ロー
タ組立体のブレードチップとロータ組立体のケーシング
との間のシールが改良されることである。すなわち、本
発明によるシュラウドの熱応答はロータ組立体の熱応答
と適合する。その結果として、熱応答の差は最小又はな
くされ、一層均一な隙間が与えられる。
【００１７】本発明の他の利益は、エンジンの効率が増
大されることである。すなわち、本発明によってブレー
ドチップとシュラウドとの間の隙間に与えられる均一性
は、より小さな隙間を形成することを可能にすることに
より、エンジンの効率を増大せしめる。また、本発明
は、特定の隙間を一定に維持することによっても、エン
ジンの効率を増大せしめる。すなわち、シュラウドの熱
応答はロータ組立体の熱応答と適合するので、それらの
間の隙間の変化を最小又はなくすことができる。
【００１８】本発明の更に他の利益は、ロータ組立体の
耐久性が改良されることである。すなわち、本発明によ
れば、前述した如く、シュラウドとロータ組立体との間
に一層均一な隙間を与え、したがってそれらの接触を除
去する。シュラウドとロータブレードとの接触は、早期
の摩耗及び破壊を生じさせるものである。また、タービ
ン構成機器が好ましくない温度にさらされることが最小
とされることから、圧力差方法により制御されるエンジ
ンの耐久性も改良される。
【００１９】本発明の更に他の利益は、タービン温度制
御方法の下で制御されるエンジンの性能が改良されるこ
とである。すなわち、ロータ組立体の熱応答とシュラウ
ドの熱応答とが適合することから、それらの間の隙間の
変化を最小にする。したがって、中心ガス流れが許容可
能な最大温度に達する時間と、ロータ組立体及びシュラ
ウドの熱応答が均一に生じさせられる時間との間の時間
長さは最小とされ、当該時間長さに関連する効率の低下
も最小とされる。
【００２０】本発明の以上述べた目的、特徴及び利益は
添付図面を参照して詳述する下記の最良の実施の形態に
ついての説明から一層明らかになるであろう。
【００２１】
【発明を実施するための最良の形態】
Ｉ．装置の説明 図１を参照するに、共通の長手方向軸線１４に沿って設
けられている送風機（図示せず）、圧縮機（図示せ
ず）、燃焼器１０及びタービン１２を有するガスタービ
ンエンジンは、タービン１２をシールするシュラウド１
６を包含する。タービン１２は、前方静翼装置２０と後
方静翼装置２２との間に設けられているロータ組立体１
８を包含する。各静翼装置２０，２２は、内側ベーン支
持体２６の外周まわりに設けられた複数のベーン２４を
包含する。各静翼装置２０，２２のベーン２４は、内側
ベーン支持体２６と外側ベーン支持体２８，３０との間
に延びている。外側ベーン支持体２８，３０はディフュ
ーザケース３２に取付けられている。説明を明確にする
ために、以下、前方静翼装置２０の外側ベーン支持体２
８を前方外側ベーン支持体と呼び、また後方静翼装置２
２の外側ベーン支持体３０を後方外側ベーン支持体と呼
ぶ。前方外側ベーン支持体２８は、図２に示されるよう
に、複数の第１のベント穴３１と、複数の第２のベント
穴３３と、第１のレッグ３５と、第２のレッグ３７とを
包含する。各第１のベント穴３１の断面積は、各第２の
ベント穴３３の断面積よりもかなり小さい。第１のレッ
グ３５と第２のレッグ３７とは、ディフューザケース３
２内にアニュラス３９を形成する。
【００２２】ロータ組立体１８はディスク３６の外周ま
わりに設けられた複数のブレード３４を包含し、各ブレ
ード３４は根元３８とエアフォイル４０とを包含する。
ディスク３６は、ハブ４２と、リム４４と、これらの間
に延びるウエブ４６とを包含する。根元３８はディスク
４０のリム４４で支えられ、またエアフォイル４０は半
径方向外側に延びている。各エアフォイル４０の外側半
径方向表面４８は、ブレードチップと呼ばれる。
【００２３】図２及び図３を参照するに、シュラウド１
６はアニュラス４９内に、ディフューザケース３２とブ
レードチップ４８との間を半径方向にかつ前方外側ベー
ン支持体２８と後方外側ベーン支持体３０との間を軸方
向に延びるようにして設けられている。シュラウド１６
を前方外側ベーン支持体２８と後方外側ベーン支持体３
０との間に設けることにより、両静翼装置２０，２２か
らシュラウド１６への荷重が最小又は除去される。シュ
ラウド１６は、サスペンション装置５０と、制御リング
５２と、ブレード外側空気シール５４とを包含する。サ
スペンション装置５０は、外側半径方向表面５８及び内
側半径方向表面６０を有するフープ５６と、内側半径方
向表面６０に取付けたばね装置６２とを包含する。サス
ペンション装置５０は、外側半径方向表面５８とディフ
ューザケース３２との間に圧入されることによって、デ
ィフューザケース３２に固定されている。ばね装置６２
は複数の片持ちばり６４を包含し、各片持ちばり６４は
長さ６６と、幅６８（図２を参照）と、厚さ７０とを有
する。これらの片持ちばり６４は、フープ５６の外周ま
わりに４５°ごとに、同一方向に内側半径方向表面６０
から外側に延びている。各片持ちばり６４は、内側半径
方向表面６０に隣接して長さ方向に延び、かつフープ５
６から半径方向内向きに距離７２（図３を参照）だけ離
れている。片持ちばり６４は、半径方向ばね定数
（ＫR）、幅方向ばね定数（ＫA）及び周方向ばね定数
（ＫC）を有するものとして説明される。これら３つの
ばね定数の大きさは、種々の異なる適用に適するように
変えられる。最良の形態では、半径方向ばね定数は軸方
向ばね定数よりも一層従順（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）であ
り、また軸方向ばね定数は周方向ばね定数よりも一層従
順である。
【００２４】再び図２及び図３を参照するに、制御リン
グ５２は、外側半径方向表面７６と、内側半径方向表面
７８と、前方表面８０と、後方表面８２と、ブレード外
側空気シール５４（図２を参照）を取付けるための第１
の取付け装置８４と、前方表面８０及び後方表面８２か
ら外方に延びる複数のボス８６とを有する本体を包含す
る。端ぐり穴８８（図２を参照）が、サスペンション装
置５０の片持ちばり６４と一致するように間隔を置い
て、制御リング５２の外周まわりに設けられている。ま
た、他の端ぐり穴９０が内側半径方向表面７８に設けら
れ、前述した端ぐり穴８８がこの端ぐり穴９０と外側半
径方向表面７６との間に延びている。そして、ナット及
びボルト装置７３が端ぐり穴８８に取付けられて、制御
リング５２をサスペンション装置５０の片持ちばり６４
に取付けている。第１の取付け装置８４は、内側半径方
向表面７８から外方に延びる複数の前方フランジ９２及
び後方フランジ９４を包含する。これらのフランジ９
２，９４は、内側半径方向表面７８を有する“Ｕ”形の
サイドウエイを形成する形状に作られ、後述するように
ブレード外側空気シール５４を受け入れるための開口ス
ロット９６を有する。
【００２５】制御リング５２は、更に、第１の熱区域９
８と、第２の熱区域１００とを包含する。これらの熱区
域９８，１００は異なる速度で膨張及び収縮するように
互いに異なっている。換言すれば、制御リング５２が第
１の温度での定常状態の寸法から第２の温度での定常状
態の寸法に変化するのに必要な時間において、第２の熱
区域１００が定常状態の寸法に達する前に、第１の熱区
域９８が定常状態の寸法に達するようにする。本発明に
おいては、幾つかの特徴が２つの熱区域９８，１００に
熱応答の差を生じさせるのを助長する。すなわち、これ
らの特徴とは、１）両熱区域が異なる幾何学的形状とさ
れていること、２）一方の熱区域が他方の熱区域よりも
一層絶縁されていること、３）両熱区域間の熱エネルギ
の流れを防止する装置が設けられていることである。
【００２６】上記第１の特徴は、第１の熱区域９８を第
２の熱区域１００よりもかなり薄くして相当軽く作るこ
とによって達成される。その結果として、熱エネルギが
第２の熱区域１００に浸透する時間よりも短い時間で、
熱エネルギが第１の熱区域９８を浸透する。
【００２７】図２を参照するに、上記第２の特徴は、制
御リング５２の前方及び後方にそれぞれ前方防熱装置１
０２及び後方防熱装置１０４を設けることによって達成
される。これらの防熱装置１０２，１０４は、制御リン
グ５２の前方表面８０及び後方表面８２の両方に沿って
制御リング５２により支えられる複数のタブ（図示せ
ず）によって制御リング５２に固定される。また、制御
リング５２から外方に延びる複数のボス８６が、制御リ
ング５２の両側で２つの防熱装置１０２，１０４間に隙
間１０６を維持する。そして、空気又は他の絶縁物質が
隙間１０６を充填する。
【００２８】上記第３の特徴は、２つの熱区域９８，１
００間の熱エネルギの流れを防止する装置１０８を設け
ることによって達成される。２つの熱区域９８，１００
間の熱エネルギの流れを防止する、この装置１０８は、
制御リング５２の前方表面８０と後方表面８２との間に
延びて第１の熱区域９８と第２の熱区域１００とを分離
する複数の穴１１０を包含する。また、これらの穴１１
０間のテンドン１１２は２つの熱区域９８，１００間を
接続する。そして、これらの穴１１０は空気又は他の絶
縁物質を収容する。
【００２９】２つの熱区域９８，１００の熱応答差は、
また、第１の熱区域９８の第１の材料及び第２の熱区域
１００の第２の材料として異なる熱特性を有する材料を
用いることによって、生じさせることができる。
【００３０】ブレード外側空気シール５４は、本体と、
第２の取付け装置１０３とを包含する。そして、この第
２の取付け装置１０３は、前述した第１の取付け装置８
４の前方フランジ９２及び後方フランジ９４と協同して
ブレード外側空気シール５４を固定する複数のフランジ
１０５を包含する。
【００３１】ＩＩ．装置の作用 エンジンの作動中、送風機（図示せず）又は圧縮機（図
示せず）から抽出された空気はディフューザケース３２
を通過してシュラウド１６に入り、シュラウド１６をエ
ンジンを通過する中心ガス流れの温度よりも低い温度に
維持する。この抽出空気は、比較的冷たいものである。
しかしながら、この抽出空気は送風機のみによって又は
送風機と圧縮機との両方によって仕事が与えられてお
り、それ故エンジンに入る空気よりも高い圧力及び温度
とされている。この抽出空気の圧力及び温度はエンジン
速度の函数である。すなわち、エンジン速度の増大は送
風機及び圧縮機で空気に与えられる仕事の量を増大せし
め、それ故抽出空気の温度及び圧力を増大せしめる。反
対に、エンジン速度の減少は抽出空気の仕事量を減少せ
しめ、それ故抽出空気の温度及び圧力を減少せしめる。
したがって、抽出空気がシュラウド１６の要素をどの程
度加熱又は冷却するかどうかは、エンジンの出力設定変
化の指示及び出力設定の変化の大きさに依存する。
【００３２】図２を参照するに、加速の瞬間、送風機及
び／又は圧縮機の部分によって仕事を与えられて温度及
び圧力が増大した空気が抽出され、その後ディフューザ
ケース３２を通過する。それから、この抽出空気は、シ
ュラウド１６を収容するアニュラス４９に入る前に、前
方外側ベーン支持体２８に設けられている複数の第１の
ベント穴３１を通過する。この第１のベント穴３１の断
面積は、第１のベント穴３１を横切ってかなりの圧力差
を生じさせるほどに十分に小さい。そして、この圧力差
によって、抽出空気は前方外側ベーン支持体２８により
形成されているアニュラス３９内に比較的高速で推進さ
せられる。ここから、抽出空気は複数の第２のベント３
３を通過し、シュラウド１６を収容しているアニュラス
４９に入る。この第２のベント穴３３の断面積は、第２
のベント穴３３を横切って小さい圧力差を生じさせ又は
圧力差を生じさせないほどに十分に大きい。したがっ
て、第１及び第２のベント穴３１，３３は、前方外側ベ
ーン支持体２８により形成されているアニュラス３９と
協同して、ディフューザとして働き、１）ディフューザ
ケース３２内の抽出空気とシュラウド１６を囲繞してい
るアニュラス４９内の抽出空気との間に圧力差を与え、
また２）シュラウド１６を囲繞しているアニュラス４９
に入る抽出空気の速度を減少させる。そして、抽出空気
の速度を減少することにより、空気とシュラウド１６の
要素との間の対流熱伝達を減少させる。
【００３３】空気は、シュラウド１６を囲繞しているア
ニュラス４９内に入った後、前方防熱装置１０２及び後
方防熱装置１０４によってサスペンション装置５０及び
制御リング５２の第２の熱区域１００の両方から離れる
ように偏向させられる。防熱装置１０２，１０４は、空
気と制御リング５２との間の対流熱伝達を防止する。ま
た、防熱装置１０２，１０４は制御リング５２の前方表
面８０及び後方表面８２に沿って隙間１０６を維持し、
この隙間１０６に入れられている絶縁物質を保護する。
【００３４】第１の熱区域９８に隣接するアニュラス４
９に直接入る空気、又は第１の熱区域９８に向って第２
の熱区域１００から離れるように偏向されたアニュラス
４９内の空気は、制御リング５２の第１の熱区域９８に
自由に接近する。その結果として、第１の熱区域９８は
熱エネルギを比較的速い速度で主に対流により伝達す
る。防熱装置１０２，１０４により空気から絶縁された
第２の熱区域１００、これら防熱装置１０２，１０４間
の絶縁媒体、及び２つの熱区域間の熱伝達防止装置１０
８は、対照的に、抽出空気から保護されて、比較的低い
熱伝達率を有する。実際、熱エネルギは、主として対流
により、防熱装置１０２，１０４及びボス８６又は絶縁
媒体を通して、又は熱区域１０２，１０４間に延びる穴
１１０間のテンドン１１２を通して、第２の熱区域１０
０に伝達される。テンドン１１２は熱エネルギの伝導の
ために２つの熱区域１０２，１０４間に最小の通路を与
え、これら２つの熱区域１０２，１０４間の穴１１０内
の空気又は他の絶縁物質は熱エネルギの伝導を防止す
る。
【００３５】図５は、制御リングの第１の熱区域と第２
の熱区域との間の熱応答の相違を示す。始動からアイド
ルまで、又はアイドルから最大出力まで、第１の熱区域
９８は抽出ガスにより表される定常状態温度に達する。
そして、幾らかの時間経過後に、第２の熱区域１００も
また定常状態温度に達する。各熱区域が定常状態温度に
達するまでの時間をどの程度にするかは、それ故特定の
温度での寸法は、実際の適用のための設計規準となる。
最終的には、シュラウド１６の熱応答をロータ組立体１
８の熱応答と適合するようにすることであり、これによ
りシュラウド１６とロータ組立体１８との干渉が除去さ
れ、ブレードチップ４８とブレード外側空気シール５４
との間の隙間は前述した方法の使用により最小に維持さ
れる。したがって、ロータ組立体１８のための温度／時
間又は半径方向寸法／時間のグラフは、図５に示される
ものと同じとなる。
【００３６】減速の場合において、その作用は、抽出空
気がシュラウド１６よりも初めからより冷たく、それ故
熱吸収装置として働いて熱をシュラウド１６から取り除
くこと以外は、前述した加速の場合と同じである。すな
わち、加速の場合に前述した方法と同じ方法により、制
御リング５２の熱区域９８，１００はシュラウド１６の
収縮（膨張に対立するものとして）を遅くするように作
用し、干渉状態を防止する。そして、幾らかの時間経過
後に、シュラウド１６から抽出空気への熱伝達の速度の
変化はほぼ零となり、シュラウド１６は定常状態温度と
なる。
【００３７】ブレードの隙間制御は重要な事柄であるけ
れども、シュラウド１６の熱応答をロータ組立体１８の
熱応答に適合させること自体によっては、ブレードチッ
プ４８とブレード外側空気エア５４との間の適当な隙間
が常に維持されることを保証するものではない。それど
ころか、シュラウド１６の熱特性をロータ組立体１８の
熱特性に適合させることは、加熱及び冷却サイクルがシ
ュラウド１６の外周まわりで均一になるようにさせる。
しかしながら、実際上、シュラウド１６及びディフュー
ザケース３２の加熱及び冷却は不均一であり、それ故ロ
ータ組立体１８と同心性を欠くことが普通である。ま
た、航空機に搭載されるガスタービンエンジンは典型的
に操縦中重力にさらされる。これは、特に曲芸用航空機
の場合に顕著である。重力及び静翼装置の荷重は、ディ
フューザケース３２及び／又はその中に取付けたブレー
ド隙間制御装置を一時的に互いに関して円周の外に又は
中心の外に付勢するものである。
【００３８】本発明は、これらの問題を、１）外側ベー
ン支持体２８，３０から独立して、シュラウド１６を前
方外側ベーン支持体２８と後方外側ベーン支持体３０と
の間のアニュラス４９内に取付けることにより、及び
２）ばね装置６２を有するサスペンション装置５０を設
けることにより、解決する。前述したように、外側ベー
ン支持体２８，３０から独立して、シュラウド１６を前
方外側ベーン支持体２８と後方外側ベーン支持体３０と
の間のアニュラス４９内に取付けることにより、これら
ベーン支持体２８，３０の荷重を本発明のシュラウド１
６よりもむしろディフューザケース３２に直接伝達する
ことができる。その結果として、シュラウド１６はロー
タ組立体１８の均一及び不均一なたわみの両方に及び／
又は荷重に一層有効に応答する。
【００３９】サスペンション装置５０のばね装置６２
は、制御リング５２及びブレード外側空気シール５４を
半径方向、軸方向及び周方向に懸架することにより、均
一及び不均一な荷重の両方に適応する。すなわち、制御
リング５２の半径方向の膨張又は収縮は、片持ちばり６
４の厚さ方向のたわみにより適応される。もし制御リン
グ５２の半径方向の膨張又は収縮が不均一であり、又は
もしディフューザケース３２が円周の外に変形させられ
た場合には、サスペンション装置５０の外周まわりに設
けられている片持ちばり６４がブレードチップ４８とブ
レード外側空気シール５４との間の隙間の偏心作用を最
小又は除去するのに適当な位置にたわむ。図４は、均一
及び不均一な荷重を許容するばね装置６２の半径方向ば
ね成分（ＫR）の周方向分配を示す。
【００４０】ディフューザケース３２のゆがみによっ
て、又は重力によってシュラウド１６に与えられた軸方
向の力は片持ちばり６４の幅方向のたわみにより適応さ
れる。また、片持ちばり６４の幅方向のたわみはブレー
ド外側空気シール５４を適所に維持する偏倚力を与え
る。後方外側ベーン支持体シール装置１１６とブレード
外側空気シール５４との間の締まりばめは、前方の軸方
向力を制御リング５２に加え、制御リング５２は片持ち
ばり６４によって耐えられる。図４は、また、均一又は
不均一な荷重を許容するばね装置６２の軸方向ばね成分
（ＫA：図４の紙面に対して垂直方向に示される）の周
方向分配を示す。
【００４１】制御リング５２に作用する周方向力は、片
持ちばり６４の長さ方向たわみにより適応される。サス
ペンション装置５０の両側に設けられている片持ちばり
６４は、周方向力がシュラウド１６に加えられたときに
制御リング５２がロータ組立体１８と同心のままである
ことを保証する。航空機の操縦中、シュラウド１６はパ
イロットによりなされた操縦に応答する特定の方向の重
力荷重を受ける。サスペンション装置５０の外周まわり
の片持ちばり６４の均一な分配は、図４に図式的にみる
ことができるように、少なくともふたつの片持ちばり６
４が、重力の方向と無関係に、制御リング５２を一方で
は圧縮の状態でまた他方では伸張の状態で支持する。
【００４２】以上本発明をその実施例に関して図示し詳
述してきたけれども、本発明の精神及び範囲を逸脱する
ことなく、その形態及び詳部においてさまざまな変更が
できることは当業者にとって理解されよう。例えば、シ
ュラウド１６のサスペンション装置５０は、前述した最
良の形態において、８の片持ちばり６４を有するものと
されている。しかしながら、これに代えて、８つ以上又
はそれ以下の片持ちばり６４とすることができる。ま
た、他の例として、ばね装置６２は、前述した最良の形
態において、サスペンション装置５０に取付けられてい
る。しかしながら、これに代えて、制御リング５２に取
付けられたばね装置６２、又は制御リング５２とディフ
ューザケース３２との間に独立して設けられたばね装置
６２を有することも利益のあることである。更に他の例
として、２つの熱区域９８，１００間の熱エネルギの流
れを防止する装置１０８は、前述した最良の形態におい
て、制御リング５２の前方表面８０と後方表面８２との
間に延びる複数の穴１１０とされている。しかしなが
ら、これに代えて、上記装置は２つの熱区域間に固定さ
れた絶縁材料とすることができる。更に他の例として、
前方外側ベーン支持体２８は、前述した最良の形態にお
いて、穴３１，３３を包含し、シュラウド１６を囲繞す
るアニュラス４９に入る抽出空気のためのディフューザ
として働くことができるアニュラス３９を形成してい
る。しかしながら、これに代えて、前方外側ベーン支持
体から独立するディフューザを有することも利益あるこ
とである。
【００４３】最後に、前述した本発明の最良の形態はガ
スタービンエンジン部のロータ組立体１８を囲繞するシ
ュラウド１６を例にして詳述されている。しかしなが
ら、これに代えて、シュラウド１６は、また、ガスター
ビンエンジンの圧縮機部に設けられているロータ組立
体、又はロータ組立体とシュラウドとの間のシールの臨
界場所の高温の流体流れにさらされる他のロータ組立体
の外周まわりに設けられているシュラウドであってもよ
いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例を示す、ガスタービンエ
ンジンのタービン部の断面図である。
【図２】図１のＩＩ部を拡大して、シュラウドを詳細に
示す図である。
【図３】上記シュラウドの一部分の斜視図である。
【図４】上記シュラウドのサスペンション装置を図式的
に示す図である。
【図５】上記シュラウドの制御リングの第１の熱区域及
び第２の熱区域における熱応答対時間の差を示すグラフ
である。
【符号の説明】
１０ 燃焼器 １２ タービン １４ 長手方向軸線 １６ シュラウド １８ ロータ組立体 ２０ 前方静翼装置 ２２ 後方静翼装置 ２４ ベーン ２６ 内側ベーン支持体 ２８ 前方外側ベーン支持体 ３０ 後方外側ベーン支持体 ３１ 第１のベント穴 ３２ ディフューザケース ３３ 第２のベント穴 ３４ ブレード ３５ 第１のレッグ ３６ ディスク ３７ 第１のレッグ ３８ 根元 ４０ エアフォイル ４２ ハブ ４４ リム ４６ ウエブ ４８ 外側半径方向表面又はブレードチップ ５０ サスペンション装置 ５２ 制御リング ５４ ブレード外側空気シール ５６ フープ ５８ 外側半径方向表面 ６０ 内側半径方向表面 ６２ ばね装置 ６４ 片持ちばり ６６ 長さ ６８ 幅 ７０ 厚さ ７２ 離れ距離 ７６ 外側半径方向表面 ７８ 内側半径方向表面 ８０ 前方表面 ８２ 後方表面 ８４ 第１の取付け装置 ８６ ボス ８８ 端ぐり穴 ９０ 端ぐり穴 ９２ 前方フランジ ９４ 後方フランジ ９６ 開口スロット ９８ 第１の熱区域 １００ 第２の熱区域 １０２ 前方防熱装置 １０３ 第２の取付け装置 １０４ 後方防熱装置 １０５ フランジ １０６ 隙間 １０８ 熱エネルギの流れを防止する装置 １１０ 穴 １１２ テンドン １１６ 後方外側ベーン支持体シール装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・ディー・ウイーデマー アメリカ合衆国フロリダ州33414 ウエリ ントン市ノッティウッド レーン 374 (72)発明者 ポール・エー・スミス・ジュニア アメリカ合衆国フロリダ州33410 パーム ビーチガーデンズ市ジョンクィル サーク ル サウス 9774

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ケース内に設けられているロータ組立体用
    シュラウドにおいて、 内側半径方向表面、前方表面、後方表面及び前記内側半
    径方向表面から外へ延びる第１の取付け装置を有する本
    体を包含し、この本体が第１の熱区域及び第２の熱区域
    を包含している制御リングと、 この制御リングが取付けられ、前記制御リングを従順に
    懸架する装置と、 第２の取付け装置を有するブレード外側空気シールと、
    を包含し、前記第１及び第２の取付け装置が協同して前
    記ブレード外側空気シールを前記制御リングに取付ける
    ことを特徴とするロータ組立体用シュラウド。
  2. 【請求項２】前記制御リングを従順に懸架する前記装置
    が、内側半径方向表面を有して前記ケースに固定された
    フープと、このフープの内側半径方向表面及び前記制御
    リングに取付けられたばね装置とを包含している請求項
    １記載のロータ組立体用シュラウド。
  3. 【請求項３】前記ばね装置が複数の片持ちばりを包含
    し、各片持ちばりが長さ及び厚さを有すると共に前記フ
    ープと実質的に平行にして長さ方向に延び、かつ前記制
    御リングが前記片持ちばりに締結されている請求項２記
    載のロータ組立体用シュラウド。
  4. 【請求項４】前記片持ちばりの各々が半径方向ばね定
    数、軸方向ばね定数及び周方向ばね定数を有し、前記半
    径方向ばね定数が前記軸方向ばね定数よりも一層従順で
    あると共に、前記軸方向ばねが前記周方向ばね定数より
    も一層従順である請求項３記載のロータ組立体用シュラ
    ウド。
  5. 【請求項５】前記第１及び第２の熱区域の一方が他方よ
    り異なる速度で膨張及び収縮する請求項３記載のロータ
    組立体用シュラウド。
  6. 【請求項６】前記制御リングが、更に、前記第１の熱区
    域と前記第２の熱区域との間の熱エネルギの伝達を防止
    する装置を包含している請求項５記載のロータ組立体用
    シュラウド。
  7. 【請求項７】前記第１の熱区域と前記第２の熱区域との
    間の熱エネルギの伝達を防止する前記装置が前記制御リ
    ングの前記前方表面と前記後方表面との間に延びる複数
    の穴を包含し、これらの穴が前記第１の熱区域と前記第
    ２の熱区域との間に位置している請求項６記載のロータ
    組立体用シュラウド。
  8. 【請求項８】更に、前記制御リングの前記前方表面及び
    前記後方表面に沿って、前記第２の熱区域に隣接して設
    けた防熱装置を包含し、これらの防熱装置が前記第２の
    熱区域への又は前記第２の熱区域からの熱エネルギの伝
    達を防止している請求項７記載のロータ組立体用シュラ
    ウド。
  9. 【請求項９】更に、前記防熱装置と前記制御リングの前
    記前方表面及び前記後方表面との間に設けた絶縁装置を
    包含している請求項８記載のロータ組立体用シュラウ
    ド。
  10. 【請求項１０】更に、前記制御リングの前記前方表面及
    び前記後方表面から外へ延びる複数のボスを包含し、こ
    れらのボスが前記防熱装置を前記制御リングの前記前方
    表面及び前記後方表面から分離し、かつ前記絶縁装置が
    前記防熱装置と前記制御リングの前記前方表面及び前記
    後方表面との間に設けられている請求項９記載のロータ
    組立体用シュラウド。
  11. 【請求項１１】前記制御リングが、更に、前記第１の熱
    区域と前記第２の熱区域との間の熱エネルギの伝達を防
    止する装置を包含している請求項１記載のロータ組立体
    用シュラウド。
  12. 【請求項１２】前記第１の熱区域と前記第２の熱区域と
    の間の熱エネルギの伝達を防止する前記装置が前記制御
    リングの前記前方表面と前記後方表面との間に延びる複
    数の穴を包含し、これらの穴が前記第１の熱区域と前記
    第２の熱区域との間に位置している請求項１１記載のロ
    ータ組立体用シュラウド。
  13. 【請求項１３】更に、前記制御リングの前記前方表面及
    び前記後方表面に沿って、前記第２の熱区域に隣接して
    設けた防熱装置を包含し、これらの防熱装置が前記第２
    の熱区域への又は前記第２の熱区域からの熱エネルギの
    伝達を防止している請求項１２記載のロータ組立体用シ
    ュラウド。
  14. 【請求項１４】更に、前記防熱装置と前記制御リングの
    前記前方表面及び前記後方表面との間に設けた絶縁装置
    を包含している請求項１３記載のロータ組立体用シュラ
    ウド。
  15. 【請求項１５】更に、前記制御リングの前記前方表面及
    び前記後方表面から外へ延びる複数のボスを包含し、こ
    れらのボスが前記防熱装置を前記制御リングの前記前方
    表面及び前記後方表面から分離し、かつ前記絶縁装置が
    前記防熱装置と前記制御リングの前記前方表面及び前記
    後方表面との間に設けられている請求項１４記載のロー
    タ組立体用シュラウド。
  16. 【請求項１６】前記第１及び第２の熱区域の一方が他方
    より異なる速度で膨張及び収縮する請求項１５記載のロ
    ータ組立体用シュラウド。
  17. 【請求項１７】前記第２の熱区域が膨張及び収縮するよ
    りも速い速度で前記第１の熱区域が膨張及び収縮し、第
    １の温度での定常状態の寸法から第２の温度での定常状
    態の寸法に前記制御リングが変化するのに必要な時間に
    おいて、前記第２の熱区域が定常状態の寸法に達する前
    に前記第１の熱区域が定常状態の寸法に達するようにし
    た請求項１６記載のロータ組立体用シュラウド。
  18. 【請求項１８】ケース内に設けられているガスタービン
    ロータ組立体用シュラウドにおいて、 内側半径方向表面、前方表面、後方表面及び前記内側半
    径方向表面から外へ延びる第１の取付け装置を有する本
    体を包含し、この本体が第１の熱区域及び第２の熱区域
    を包含している制御リングと、 この制御リングが取付けられ、前記制御リングを従順に
    懸架する装置と、 第２の取付け装置を有するブレード外側空気シールと、
    を包含し、前記第１及び第２の取付け装置が協同して前
    記ブレード外側空気シールを前記制御リングに取付ける
    ことを特徴とするガスタービンロータ組立体用シュラウ
    ド。
  19. 【請求項１９】前記制御リングを従順に懸架する前記装
    置が、内側半径方向表面を有して前記ケースに固定され
    たフープと、このフープの内側半径方向表面及び前記制
    御リングに取付けられたばね装置とを包含している請求
    項１８記載のガスタービンロータ組立体用シュラウド。
  20. 【請求項２０】前記ばね装置が複数の片持ちばりを包含
    し、各片持ちばりが長さ及び厚さを有すると共に前記フ
    ープと実質的に平行にして長さ方向に延び、かつ前記制
    御リングが前記片持ちばりに締結されている請求項１９
    記載のガスタービンロータ組立体用シュラウド。
  21. 【請求項２１】前記片持ちばりの各々が半径方向ばね定
    数、軸方向ばね定数及び周方向ばね定数を有し、前記半
    径方向ばね定数が前記軸方向ばね定数よりも一層従順で
    あると共に、前記軸方向ばねが前記周方向ばね定数より
    も一層従順である請求項２０記載のガスタービンロータ
    組立体用シュラウド。
  22. 【請求項２２】前記制御リングが、更に、前記第１の熱
    区域と前記第２の熱区域との間の熱エネルギの伝達を防
    止する装置を包含している請求項２１記載のガスタービ
    ンロータ組立体用シュラウド。
  23. 【請求項２３】前記第１の熱区域と前記第２の熱区域と
    の間の熱エネルギの伝達を防止する前記装置が前記制御
    リングの前記前方表面と前記後方表面との間に延びる複
    数の穴を包含し、これらの穴が前記第１の熱区域と前記
    第２の熱区域との間に位置している請求項２２記載のガ
    スタービンロータ組立体用シュラウド。
  24. 【請求項２４】更に、前記制御リングの前記前方表面及
    び前記後方表面に沿って、前記第２の熱区域に隣接して
    設けた防熱装置を包含し、これらの防熱装置が前記第２
    の熱区域への又は前記第２の熱区域からの熱エネルギの
    伝達を防止している請求項２３記載のガスタービンロー
    タ組立体用シュラウド。
  25. 【請求項２５】ブレード外側空気シールをケースに従順
    に懸架する装置において、 前記ブレード外側空気シールを取付ける装置を有する制
    御リングと、 内側半径方向表面を有して前記ケースに固定されたフー
    プと、 このフープの内側半径方向表面及び前記制御リングに取
    付けられた複数の片持ちばりと、を包含し、各片持ちば
    りが長さ及び厚さを有すると共に前記フープと実質的に
    平行にして長さ方向に延び、かつ前記制御リングが前記
    片持ちばりに締結されていることを特徴とする、ブレー
    ド外側空気シールをケースに従順に懸架する装置。
  26. 【請求項２６】前記片持ちばりの各々が半径方向ばね定
    数、軸方向ばね定数及び周方向ばね定数を有し、前記半
    径方向ばね定数が前記軸方向ばね定数よりも一層従順で
    あると共に、前記軸方向ばねが前記周方向ばね定数より
    も一層従順である請求項２５記載のブレード外側空気シ
    ールをケースに従順に懸架する装置。
JP29785496A 1995-10-23 1996-10-23 ロータ組立体用シュラウド Expired - Fee Related JP3965607B2 (ja)

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