JPS58128401A - タービン動翼シユラウドの冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタービン機関のタービン動羽根の踵部冷却装置
に係る。

タービン慎関の改良に関する不断の研究は、籍に工業上
の使用の可能性並びに材料の利用条件が峰する多くの制
約１０重しながら、得られる性能會増大させることを目
的とする。これらのタービン慎関中に使用されるタービ
ンのレベルにおいては、藺紀目的の追求は次の二つの条
件を考慮することに導く、即ち、一方では連転温度全増
大させること、他方ではガスの主要循環路に影響を及は
すロスを減少させ又は回避させることである。

これらの研究に関係し九檜々Ｏ改良が行われ、説明され
ている６％に、温度上昇は、運転の遊隙を減少させる九
めの膨張の間ＩＩＩＫ関係し九慎能上の必要から、或い
は熱勾配を諷少させ且つ強度につめての温度制限ｔ−辱
重しながら便用状態の部材の良好な騒牢度を得る丸めに
、タービンの高温部分を冷却することを是非とも必賢に
している。

例えば、米国特許第３０３４ｇ９８号はタービンの冷却
システムを開示している。この秀峰の第５図によれば、
コレクタ７６からの冷却用空気は穿孔部ｔｅｓｔ通って
一方ではディストリビュータの羽根６５の中に、他方で
は、タービン環１０ｇの上に向かい、タービン環１０１
！１通過して主流路内に径方向に排出される。補足的冷
却回路が径方向内側の部分に対して設けられている。

フランス国〜許第１５４８５４１号はげスタービンの冷
却方法及び装置に係る。開示され九システムは、羽機阜
のディスクの冷却を内側空洞の管による供給に結びつけ
、前記空洞から冷却用空気上翼の足部の区域に或いは萬
のｌ１１Ｎ８１ｓｔ−囲続するフープ又はリムに向かわ
せている。

英ｉｊｉ籍許第１５１９４４１１号はタービン機関に係
り、婉記ターーン機関におｉては、タービンの冷却用空
気はタービン環内に設けられ九チャンバ内に導入される
。この空気を、主要ディストリビュータの出口で得られ
る流束の方向に配向させて、補足的諷配列を横切る通路
によってガスの主流路に導入する。流路内のＷＮＮ生空
気排出は向心性の径方向分力を保存する。

これらの先行技術による配列は動態様の一部の冷却に十
分な解決策をも九らさない、従って本発明の目的はター
ビン動羽根の周辺踵部冷却装置を決定することであって
、前記タービンにおいては、技術の塊状によって公知な
技術に従って給気されリビュータの固定羽根に冷却用空
気を供給し、この供給は前記羽根蹟上部に設けられ九容
量部を通過することによって行われ、またタービンロー
タに対向する固定部を構成しているタービン環にも冷却
用空気を供給する１本発明によるこの装置の時機は、タ
ービンロータ動羽根の周辺踵部に空気を導くために前記
囲障から更に通路が設けられており、ガス主流路内のガ
スの循環方向に関して上流側に配置されている羽根前縁
部から羽根の前記踵部の冷却ｔ−確保するようになって
いることである。

本発明のＭ利な配列による第一の具体例においては、冷
却用空気の前記通路は、多孔減配列に従う下流側のディ
ストリビュータの固定羽根の踵部内に機械加工された多
くの穿孔部によって構成し得る。この゛ようにして動態
様の前記踵部に対する効果によって着しいフィルムによ
る冷却を得る。

この方法によって、一定の排出断面積が得られる。

史ＶＣ１これらの孔の配列及び直ｉを選択することによ
って冷却用空気の流量の正確なキャリシレージョンを得
ることが可能になる。

本発明の別の有利な配列による第二具体例においては、
冷却用空気の前記通路はディス）　１７ビユータの下流
フランジの二部分間に設けられ友軸方向環状空関ｔ−通
過して、多数の千削り部によって径方向内側の肩部に開
口している。平削シ部は前記７ランジの下流部の肩部に
設けられており、前記フランジと、組合わされ九結合用
直角部材との間に孔を−リ出している。先の配列に類似
の方法で、同律に多数の孔からフィルムによる冷却を得
る。

この冷却は効率と、一定の排出断面積による空気ｇｔの
正確なキャリゾレーショ／という同じ利点を有する。

これらの結果はｔ４ｔ−１本発明による前記配列のいず
れかにおいて、冷却用の孔に与えられ九周方向の傾斜に
よって有利な方法で改良されている。

この特性は冷却の破風の効率にとって最適な角に沿う動
態様の踵部の羽根前縁部に到着する冷却用空気を配向さ
せることを可能にする。＊に、ガスの主流路内への空気
の噴射の入射の完全な制御が可能にされる。特に、前記
流路の流れのあらゆる不利な混乱は、この方法によって
冷却用空気を流れに平行に又はや＼発散させることＷ【
よって回避される。ｖ＆かなる場合にも、好ましくない
同心性径方向成分は観察されない。

本発明装置は、冷却用空気を採取する外部囲障とガスの
循環用主流路との閣の気密性上確保する随伴手段の配置
によって完成されるのが有利である。

前記気密手段は、有利な第一具体例においては、扇形状
弾性ブレードから成るシールから構成されており、藺紀
ブレードの一端部はディストリビュータの下流フランジ
に固定され、別の端部はタービン環に当接されている。

この可撓性シールの存在は楕々の原因による寸法の偏差
を吸収すること全可能にする。前記種々の原因とは即ち
、製造分差と、変形と、ディストリビュータ及びタービ
ン珊闇の微分熱彰彊とである。他方では、組立ての隊、
ディストリビュータと環との闇のあらゆる干渉の危険が
回避され、同様に、この解決策はタービンモジヱールの
分解可能性を償わない―気密手段の有利な第二具体例に
よれば、シールは弾性足状部から成り、前記足状部の一
端部はディストリビュータの下流フランジの径方向に外
の部分に固定されている。これらの足状部は別の端部で
は環状側板に溶接されており、前記環状側板はタービン
環の前部ささえ面に当接されており且つディストリビュ
ータの羽根のシラノドホームの下流部の軸方向ささえ面
に当接されている。この解決策は先に注目したものと同
じ利点ｔもたらし、タービン環に対する１１１面の気密
性と、ディス）ＩＪピエータの羽根のプラットホームに
対する極方向の気密性との集塊を可能にする。

外側囲障とディストリビュータの羽根の頭上部に設けら
れ丸容量部との間に、４！ｒ４部に玉継手式に取付けら
れ尭ゼピンを冷却用空気の通過の九めに配置することに
よって有利な補足的配列が得られる。これらの玉継手式
接続のＩビンは本来のディストリビュータとディストリ
ビュータの支持部であるケースとの閣の移動を可能にし
ている。この移動の範囲は膨張の偏差、公差又は変形の
累積に基づいて制限されている。

本発明の他の％惟及び利点は以下に述べる本発明の詳細
な説明ｔｖｌみ、添付の図面ｔ＃照することによってよ
り嵐く理解されよう。

第１図にはタービン機関の一部分、謎に正確には本発明
の第１具体例における峰圧タービンｌの一部分管軸方向
断面で表わす、このターピ／１は外側のケーシング２に
よって境界を定められ、クー７／ダ２は径方同フラ／ジ
３を有し、フランジ３の上に支持部４がゼルトで緬膚さ
れており、支持ｓ４はタービン環ｓｔ憬持し、タービン
環Ｓがガスの主流路の循環の外郭を限定している。孔を
穿設された環状板６がタービン環５の外部に冷却室フを
設けている。タービン環Ｉｓはタービンロータの第１段
の動羽根１０の踵ｆｉｌ１９に対応する気密性、摩耗性
のコーティング８によって内部が砿橿されている。を九
タービン２０ケーシンダの内部にはディストリビュータ
の支持部であるケース１１が結合部によって前記ケーシ
ングに固定されている。前記結合部は図示しない、ケー
ス１１のフラン−）１３に連結され九上流中間支持ｓ１
ｍと、ケース１１の下流フランジ１４とはディストリビ
ュータの段を保持し、この段の固定羽根１６のシラノド
ホームｔＳは両側から前記支持ｓｌ！とフランジ１４と
に連結されている。外側囲障１７はタービンの外ｉｌｌ
ゲージングと、一部分はターーン環５との間、他の部分
はディストリビュータのケース１１との間に設けられて
いる。ディストリビュータの羽根１６０プラツトホーム
１５の−ＬｆＩＬ部１９及び下流部２０上に載置されて
いる閉鎖板１８はディストリビュータの羽根１６４２）
ｉｆ！！上部に容量部ｇｔｔ設けている。一方ではディ
ストリビュータ１１のケース、他方では閉鎖板１８はそ
れぞれ開口ｓ２８及び！３を有する。前記開口部２２及
び２３の中には円筒スリー！、それぞれ２４及び２ｓを
介シてＩピン８６が取付けられており、Ｉピン！６が外
側囲障ｌフと、ディストリビュータの羽根１６の頭上部
に設けられ丸容緻部２１とを連通させる。これらのＩピ
ン２６は各端部、それぞれ２７及びＲ８に、結合スリー
！、それぞれ２４及び２ｓの円筒状中ぐりに城付けられ
友玉−す秋の形状を有する。ディストリビュータの羽根
１６のプラットホーム１５における羽根下流部２０には
穿孔ｓｓ！９が機械加工により設けられており、穿孔部
２ＴＩは谷量邸２１から出発して一羽根１Ｇの踵部９の
羽根前縁部３０と直角をなして開口している。前記１ｉ
ｔｈ部３０は主流路中のガスの循環の向きに関して一部
参の上流側に存在する。踵部９の縁部８０は踵部自体の
蝙量に比較してやや高くなつｔプロフィルを有しており
、このプロフィルの利点は飲に機舵のａ間中に明白にな
る。第２図において更によく理解されるように、ディス
トリビュータの羽根１６のプラットホーム１５の穿孔部
２ｔＩは斜めの穿孔部であって、ディストリビュータの
羽根ｌ・の後縁部３１の角とは先験的に異なる角によっ
て周方向に傾斜しており、咄紀角の最適櫃は後ＶＣ説明
する如き鉄直の機能から生じる基準から決定される。デ
ィストリビュータのケース１１の下流フランジ１４とタ
ービン＠Ｓの環状板６との間に７−ル３２が配置されて
いる。このシール３２は扇形状弾性ル−ト３３、例えば
１２枚、から成っている。！レード３３の一喝部３４ジ
１４にメルトで締着されている。ル−ト３３の別の端部
３５はタービン環６の環状板６に弾性的に当接されてい
る。

第３図は第１図に示す図と類似の図によって、本発明の
第二具体例のタービン機関の一部分を軸方向断面で表わ
す、正確には高圧タービンの一部分が表わされている。

二つの具体例の説明、並びに対応する図面において、同
じ部材に対して同じ符号を用いている。この方法によれ
ば、ディス）　ＩＪピユータのケースＬ１の下流７ラン
ジ１４は二つの環状部、即ち上流部１４虐と下流部１４
ｂとから成る。これらの三部分１４ｍ及び１４　、ｂの
闇に環状空間３６が設けられて−る。ディス）　リピエ
ータの羽根１６のプラットホーム１５とフランジ１４と
の間の結合は直角部材３７ｔ−介在させて行う、７ラン
ジ上流部１４−は直角部材３７の径方向の位置にある分
校３７　ａ　Ｋｍ’Ｊｆされており、フランジ上流部１
４ｂの径方向に内側の端ｄｌｓＢ８は直角部材３７の軸
方向の位置にある分枝３７ｂに当接されている。直角部
材３７の分校３７ｂに画像されている７う／ジ下流部の
端部３８の径方向に内側の面３８−は一連の量中方向の
平Ａｌ１９部３９を有しており、平削り部３９は環状空
間３６の径方向に内側の４ｓから出発して一羽根１０の
踵部９の羽根前縁部３０に直角をなして開口している。

帛−具体例に類似の方法で、同じ目的で、これらの千削
りｓ３９は周方向に議員している。

第４図には本発明の変更例管示す、この変更例はタービ
ン環６とタービ／のディストリビュータめ支持体でめる
ケースの７ランジ１４との間に配置されるシール３２１
Ｃついての変更例である。このシール３２は例えば１２
４−の、頭部の湾曲し九ステッキの形状の弾性足状部４
０から構成されている０足状部４０の一端部４１はディ
ス）　リビュータのｒ−スの下流フランジ１４にメルト
で締着されている。別のｙａ部４３は環状側板４１ｍに
溶接されている。Ｉｌ状側板４１ｍは、−万では、ター
ビンＮ／Ｌｓの径方向上流ささえ面４３に正面方向の当
接がなされ、他方ではディストリビュータ１６の羽根の
プラットホームＩＳの下流部２０の軸方向ささえ面′４
４に極方向の当接が碌されている。

以上説明してきｔ本発明装置によって得られる動羽根の
踵部の冷却は、特に熱源のｗＩＡを考慮して、固定部分
と可動部分との間の運転の厳小の遊ａを得ることに随伴
するタービンの高温部分の冷却の総体的な解決策に伴っ
て変化する。この丸めに、タービンの外部目障１丁はあ
らゆる公知の手段によって、且つ検討中のタービン機関
の特別な形態及び運転条件に通合する方法に謳って冷却
用空気管供給される。これらの手段は図面には示されて
おらず、方法と同様に、これ以上詳細にわ九る説明は行
わない０本発明の第一具体例によれば、前記囲障１７か
ら、環状板６の多孔Ｓｔ遡過し丸冷却用空気は衝撃の形
状でタービン環！Ｉを冷却し、空気の噴流が冷却Ｉ１７
を通り抜ける。冷却用空気は、囲障１７から玉継手状Ｉ
ピン２６によって、ディス）　１７ピユータの羽根の頭
上部の容量部！！１にも供給される。前記容量部２１か
らの空気の一部分はディストリビュータの羽根１６の冷
却に使用され、羽根１６の中では空′８ａ轄遍当な流路
内を循環する。前記空気の別の部分はディストリビュー
タの羽ＳｔＳのプラットホームＩＩｓの下流路２゜の穿
孔ｆｌＡｆ１９ｔｓつて容量部２１から洩出する。

こめように構成された多孔システムを通過して到着した
空気はタービンの励羽根１ｏｏ１ｉ＠Ｂ部―の羽根前縁
ｍ５ＯＫフィルムを創出する。穿孔部！！９のキャリシ
レージョンが動羽根１Ｇの踵部９のための冷却用空気の
流量を正確に制御するととを可能にし、これらの穿孔部
２９の縄方向の傾斜角に与えられ曳１ｊＩｋ通値が羽根
の踵部の冷却の最良の効率！得ることを可能にする。こ
の聰もま支流路内回避させるように選択する６羽根の踵
部９の羽根前縁部３０に与えられ丸＾〈なっｔプロフィ
ルは得られ曳冷却の効率に貢献する。冷却用空気の一定
の噴出断面積もま九本発明によるこの手段によって得ら
れる。得られ九羽根の踵部の冷却は、或種のターｄジェ
ットの如き、嶌性能な装置について籍に有利な応用例を
有することが注目される。

ＷＩｉ紀ターＩジェットにおいては、使用されるロータ
羽根は空洞を有する型の４のであって、更に、例えば翼
への放出を伴う固有の冷却方式を有している。これらの
応用例においてもま尭、冷却用空気の採取用囲障１７見
ザスの流出用主流路との間の最良の気密性を確保するこ
とが重要である。この気密性を得ることを可能にし九の
が本発明によるシール３Ｒである。このシール８２によ
って、組立ては更に、タービン環２とディストリビュー
タのケースとの閣の干渉の危険を伴わずに可能となり、
タービンのモジュールの分解可能性は影響を受けないｍ
’Ａに、運転中、クール３２０可撓性によって、タービ
ン１ｍｓとディストリビュータ１１０ケースとの闇に出
現する可能性のある寸法の１差の吸収が可−１になって
おり、有害な遊Ｈを導入すること父は部材に機械応力を
引起させることを回避させることが可能である。

類似の方法で、本発明の第二具体例によれば、冷却用空
気はタービンの外＠１障１７から、ディストリビュータ
のケース１１の’Ｆ流７ツンジの上流部１４ｍと下流部
１４ｂとの間に設けられｔ環状空間３６内に侵入する０
次に、径方向に内側の端部に存在する千削り部ａ９がら
空気が洩出し、到着し九空気はタービンの動羽根１ｏの
踵部９の羽根前縁ｓ３０上にフィルムを創出する。他の
運転状態は纂−風体例について説明し九ものと類似であ
り、同様に、拳似の有利な給米が得られる。

【図面の簡単な説明】

纂１図は本発明の第一具体例によるタービン動羽根の周
辺踵部冷却装置を配置し曳タービン慎関の部分の軸方同
部分断面図、第２図は第１図に示し九装置のｒ−スを除
去した、方向Ｆに従う部分図、第３図は本発明による第
二具体例によるタービン動羽根の周辺踵部冷却装置が配
置されているタービンの部分の、第１図に餉似な軸方向
部分断面図、第４図は第１図に示す装置に組合わされ九
気密手段の、本発明の変史例の軸方向部分！１ｒ［ｉｉ
図である。 ５・・・タービン環、９・・・勘羽根１１部、ｌ　Ｇ・
・・励羽根、１１・・・ｉ−ス、１４・・・下流フラン
ジ、１５・・・プラットホーム、１６・・・固定羽根、
２６・・・ｉピン、３ｆＡ・・・シール、３３・・・弾
性ブレード、３７・・・結合用直角部材、４０・・・弾
性足状部、４２ｍ・・・環状側板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　タービン動羽根の周辺一部冷却装置であって
   、給気され九ｓｍｌが冷却用空気を、動羽根の上流に配
   置されているディストリビュータの固定羽根の頭上１１
   に設けられ九容量部を通過して１ＩＩＦ起固定羽機に供
   給し、且つターーンロータに対向する固定部分を構成し
   ているタービン環に供給しており、１７ＬＫ前記囲障か
   ら空気をタービンロータ動羽根の周辺踵部に導く丸めに
   通路が設けらｎており、主流路中のガスの循環方向に関
   して上流側に配置さｎている羽根前縁部から前記羽根踵
   部の冷却が確実に行われるようになっていること會籍徴
   とするタービン動羽根の周辺踵部冷却装置。 （ｊｌ）　　前記冷却用空気通路が、ディストリビュー
   タの固定羽根の踵部中に多孔灘の配列に従って、Ｉスの
   循環方向に関して下流側に慎械加工された多数の穿孔部
   から構成されており、動羽根の踵部の下に冷却用フィル
   ムを創出するようになっており、前記フィルムはキャリ
   阜 シレーシンされた空気ＯＩｔ速によって供給されること
   を特徴とする特許請求の範Ｔｉ！Ａ第１項に記載のター
   ビン動羽根の周辺踵部冷却装置。 （３）前記冷却用空気通路が、ディストリビュータの下
   流７ランジの二部分間に設けられ丸軸方向環状空間【横
   切って、前記７ランジの下流部の端部に設けられている
   多数の平削り部を通って径方向に内側の端部に開口して
   おり、前記平削り部は前記フランジと多孔型配列に沿っ
   て組合わされ九結合用直角部材との間にオリフィスｔ−
   創出しており、勧羽根の踵部の下に冷却用フィル五會創
   出するようになっており、前記フィルムはキャリ！レー
   ションされｔ空気の流束によって供給されることｔ一時
   機とする特許請求の範囲第１項に記載のターピ／の動羽
   根の周辺踵部ゆ冷却装置。 ＋４）前記冷却用孔が周方向の傾斜を有しており、この
   傾斜は動羽根の踵部の羽根前縁部への衝撃を蝋遜な角度
   に沿って配向し、同心性径方向成分を有さない、流れに
   平行な又はや中発散状騰の冷却用空気の供給ｔ−得るよ
   うになっていることを特徴とする％Ｗｆ晴求の範囲第１
   項乃至第Ｓ積のいずれかに記載のタービン動羽根の周辺
   踵部冷却装置。 （８）　　冷却用空気採取用外側囲障とガスの循環用主
   ａ路との間の気密性を確保する丸めの随伴手段を有する
   ことｔ−特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項の
   いずれかに記載のタービン動劇根の周辺踵部冷却装置。 （ａ）　　Ｐ１１記気着手段が扇形弾性ブレードから成
   る可撓性クールによって構成されており、前記シールの
   一層部はディストリビュータのＦ流７５ンジに固定され
   てお秒、別の端部はタービン環に当接されていること１
   ％黴とする脅ＩＰ４Ｆ＃１１求の範囲第５項に記載のタ
   ービン動羽榎の周辺踵部冷却装置。 （７）　　前記気轡手段が弾性足状部によって構成され
   ており、前記足状部の端部は、一方ではディストリビュ
   ータの下流７ランジの径方向に外側の部分に固定されて
   おり、他方では、他端部は環状側板にＳ＊されてお秒、
   前記環状側板は、タービン環の径方向上流ささｔ＋ｉｉ
   に前面を当接されて前面の気密性を実”ｔしており、デ
   ィストリビュータの羽根のプラットボームの下流部の軸
   方向ささえ面に当接されて径方向の気密性會実喝してい
   る仁と１％黴とする特許−求の１＠囲囲器５に記載のタ
   ービンの動羽根の周辺踵部ヴ冷却装置。 （８）外側囲障からディストリビュータの羽根の鎖上部
   に設けられ九容量部までの冷却用空気の通過が、各端部
   で玉継手式に取付けられ曳〆ピンによって行われ、ディ
   ストリビュータとその支持ケースとの間に制限さ・れて
   いる変位を吸収するようになっていることｔ−特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載の
   タービン動羽根の周辺踵部冷却装置、　　−