JPS633122B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービンエンジンに係り、更に詳
細にはガスタービンエンジンに於けるステータベ
ーンの支持構造に係る。

ガスタービンエンジンは圧縮セクシヨンとター
ビンセクシヨンとを有しており、圧縮セクシヨン
を軸線方向に延在するロータを含んでいる。一列
のロータブレードがロータより半径方向外方へ延
在している。ステータがこのロータを取囲んでお
り、アウタケースと該アウタケースより半径方向
内方へ延在する一列のステータベーンとを含んで
いる。かかるロータブレードとステータベーンの
交互の列を縫つてガス流が軸線方向に流れるよう
になつている。

タービンのロータブレードはガス流よりエネル
ギを抽出し圧縮機のロータブレードを駆動する。
一般に各列のベーンは上流側の列のロータブレー
ドよりガス流を受けそのガス流を下流側列のロー
タブレードへ導く。良好運転を行わせる為には、
数列のロータブレード及び数列のステータベーン
は同心状に且つ放射状に整合されなければならな
い。ステータベーン列の同心整合はアウタケース
より半径方向内方へ延在する支持構造体によつて
与えられる。

一つの曲型的なエンジン構造に於いては、各ス
テータ列のステータベーンはステータのアウタケ
ースに取付けられた支持構造体より内向き方向に
片持ち支持されている。米国特許第3066911号は
かかる片持ち支持型の支持構造体の体表的なもの
である。この特許に於いてはアウタシユラウドリ
ングが片持ち支持されたステータベーンを支持
し、支持されていないインナリングがステータベ
ーンの内端部を連結している。各ベーンに作用す
るガス流荷重はベーンの外端部を経て伝達除去さ
れる。従つてかかる外端部はそのベーンに作用す
る全ての軸線方向荷重及び曲げモーメントに耐え
なければならない。

他の一つのありふれたエンジン構造に於いて
は、ベーンは単純にインナ支持体とアウタ支持体
との間に支持されている。米国特許2968467号に
はかくして単純に支持されたベーンの代表的なも
のが開示されている。アウタ支持体はベーンを軸
線方向及び半径方向に拘束し、インナ支持体はベ
ーンを軸線方向に拘束している。各ベーンに作用
するガス流荷重はベーンの両端を経て伝達除去さ
れる。ベーンの内端部及び外端部は共にそのベー
ンに作用する軸線方向荷重及び曲げモーメントに
抵抗する。

かかる単純に支持されたベーンシステムに問題
がないわけではない。インナ支持体とアウタ支持
体との間の熱成長の差により軸線方向の応力が発
生せしめられる。前述の米国特許第2968467号に
開示された支持構造体及び米国特許第3062499号
に開示された単純に支持された構造体の両方にこ
の問題がある。インナ支持体とアウタ支持体との
間の軸線方向の成長の差によりステータベーンは
周期的な応力にさらされ比較的短時間にて疲労破
壊することがある。前述の米国特許2968467号に
於いてはアウタ支持体はアウタケースに締結固定
されている。アウタケースの熱的変位によりステ
ータ列とロータのブレードとの整合が損なわれて
しまう。かかる非整合の問題に加えて変形や応力
がインナ支持体やアウタ支持体に於けるシーリン
グを損なう程過酷であることがある。又、エンジ
ン効率や耐久性が低下する。かくして単純に支持
されたベーン列は片持ち支持されたベーン列より
も強力で安全であるとしても熱的成長の問題は解
決されていない。

燃料コストの上昇及び燃料供給量の減少により
エネルギ的に効率的な機械を製造する必要性は近
年益々高くなつてきている。経済性及び安全性と
いう二つの必要性から、研究努力はステータベー
ン列に於ける応力の低減及びベーン列をロータの
ブレードとの整合状態に維持することに向けられ
ている。

本発明の主要な目的は、軸流型回転機械のステ
ータベーン列の為の支持体を提供することであ
る。ベーン支持構造体をエンジンケースより構造
的に隔離することが希求され、本発明の特定の目
的はステータ列を隣接するロータステージと同心
状に放射状に整合した状態に維持することであ
る。他の一つの目的は作動媒体ガスがベーンとエ
ンジンケースとの間より漏洩するのを低減するこ
とである。

本発明によれば、連続的なリングがそれに取付
けられたステータベーン列を囲繞しており、ベー
ン列を位置決めすべくスプライン型接続部にてエ
ンジンケースに係合している。

本発明の主要な特徴は、ベーン列が取付けられ
た連続的なリングである。各ベーン列はピンによ
りこの連続的なリングに接続されている。リング
シールがこのリングとベーンとの間に半径方向に
配置されている。

他の一つの特徴は、リングとエンジンのアウタ
ケースとの間のスプライン型接続部である。更に
他の一つの特徴は、各ベーンと下流側のステータ
ベーンとの間に軸線方向に配置されたリヤシール
である。突起部が各ベーンより延在しており且つ
インナケースに形成された対応する溝に係合して
いる。

本発明の主要な利点は、ベーン列と下流側のロ
ータブレードとが同心状に放射状に整合している
結果、ガス流流量の低下が低減されるということ
である。連続的なリングとアウタケースとがスプ
ライン接続部に於いて独立して運動し得ることに
より支持体構造の疲労強度が改善されている。支
持構造体の複雑さは、各ベーン列の外端部に於け
る軸線方向荷重をアウタケース上の一つの支持体
に後方へ伝達することによつて低減されている。
又シールのシール面の変形を回避することにより
シールの有効性が増大されている。

以下の添付の図を参照しつつ、本発明をその好
ましい実施例について詳細に説明する。

以下に本発明をガスタービンエンジンに適用し
た場合について説明するが、本発明の概念はガス
発生器やフリータービンにも同様に適用し得るも
のである。

第１図はステータベーン１２の列１０の一部を
示している。このベーン列は複数個のベーン群１
４より構成されており、各ベーン群は二つのベー
ンを有している。

第２図に図示の如く、各ベーン群のベーンはア
ウタケース１８とインンナケース２０との間の環
状ガス流流路１６を横切つて延在している。又各
ベーン群はインナフランジ２２とアウタフランジ
２４とを有している。インナフランジ２２はシー
ルリツプ２８を有し周縁方向に延在するシール溝
２６を有している。突起部３０がシールリツプ２
８を越えて延在しており、インナケース２０に形
成された対応する溝３２に係合している。インナ
ケース２０はシールセグメント３６に係合する支
持チヤンネル３４を有している。各シールセグメ
ント３６はインナケース２０及び少なくとも一つ
のベーン群１４に係合している。シールセグメン
ト３６及び支持チヤンネル３４の後壁はインナ軸
線方向支持構造体３８を構成している。ベーンの
アウタフランジ２４は後面４０と溝４２と複数個
の孔４４とを有している。連続的なリング４６が
各ベーンのアウタフランジ２４の一部を囲繞して
いる。複数個のピン４８が前記連続的なリング４
６より軸線方向に延在している。これらのピンは
連続的なリング４６の周りに周縁方向に隔置され
ている。各ピンは各ベーン群１４の対応する孔４
４に摺動可能に係合してジヨイント５０を構成し
ている又連続的なリング４６は複数個のキー溝５
２を有しているアウタケース１８は周縁方向に延
在する溝５４を有している。前記キー溝５２は溝
５４内へ半径方向へ延在している。各キー溝５２
は対応する一対の周縁方向に隔置されたケースピ
ン５６を介してアウタケース１８に係合してお
り、複数個のかかる係合部はスプライン型の接続
部５８を構成している。各ケースピン５６はそれ
ぞれの対の隣接するキー溝間を第二のケース部材
６２へ向けて第一のケース部材６０より後方へ向
けて延在している。第一のケース部材６０及び第
二のケース部材６２はアウタケース１８の一部を
構成しており、又アウタケースの周りに周縁方向
に隔置された複数個のボルト６４により互いに接
続されている。

図示の実施例に於いては周縁方向に延在する溝
５４は第一のケース部材６０内に形成されてい
る。キー溝５２及び連続的なリング４６の一部は
第二のケース部材６２の上流側端面６６に当接し
ている。単一の部材より成るリングシール６８が
連続的なリング４６の内径に当接している。この
リングシール６８はベーンのアウタフランジ２４
に形成された溝４２に係合する半径方向内方に延
在する突起部７０を有している。第一のブレード
先端シール７２がベーン群１４のアウタフランジ
２４に軸方向に近接して配置されている。又リヤ
シール７４が第一のブレード先端シール７２の上
流側端部内に収納されている。このリヤシール７
４は数個のセグメントに分割されており、各セグ
メントは隣接するセグメントに周縁方向に当接し
ている。ベーンのアウタフランジ２４の後面４０
はリヤシール７４に当接している。第一のブレー
ド先端シール７２に近接して下流側のベーン群７
６が配置されている。この下流側のベーン群７６
も第二のブレード先端シール７８に近接してい
る。この第二のブレード先端シール７８は軸線方
向支持領域８０に於いて第二のケース部材６２に
係合している。リアシール７４、第一のブレード
先端シール７２、下流側のベーン群７６、第二の
ブレード先端シール７７、及び軸線方向支持領域
８０はアウタ軸線方向支持構造体８４を構成して
いる。

第３図はインナケース２０と支持チヤンネル３
４とシールセグメント３６との共働をより詳細に
示すものである。シールセグメント３６は互いに
オーバラツプしており、周縁方向に隔置され軸線
方向に整合した孔８２を有している。インナケー
ス２０はシールセグメントの設けられた孔８２と
軸線方向に整合した孔８６と有している。各ピン
８８は一つのシールセグメントに形成された孔８
２と、オーバラツプしているシールセグメントに
形成された孔８２と、インナケースに形成された
孔８６とを貫通している。

ガスタービンエンジンの運転中には、高温の作
動媒体ガスがエンジンのタービンセクシヨン内に
軸線方向に流入する。ベーン列１０、アウタケー
ス１８、インナケース２０を含むタービンの構成
要素はかかる媒体ガスにより加熱される。ベーン
列１０のベーン１２を支持するリングはかかる媒
体ガス流に近接した位置に有り、従つてかかるガ
スの温度変化に迅速に応答する。アウタケース１
８は媒体ガス流より離れた位置に配置されてお
り、リングに比べ熱容量が大きい。従つてこのア
ウタケースはリングよりも温度変化に対する応答
がより緩慢であり、従つて過渡的運転条件中には
アウタケースとリングとの間の半径方向距離が変
化する。

リング４６の熱的応答はロータの熱的応答に一
致しており、従つてロータのブレード及びリング
により支持されたベーンは流路に沿つて整合した
状態に維持される。リングはアウタケースにより
担持されているが、リングがエンジンの軸線に対
し同心であること及びリングの直径は、アウタケ
ース１８の熱的及び機械的変化によつては影響さ
れない。

例えばエンジンの加速中の如くリングがケース
へ向けて外方へ成長すると、キー溝５２はピン５
６に沿つて外方へ移動する。又例えばエンジンの
減速中の如くリングがケースより内方へ向けて収
縮すると、キー溝５２はピン５６に沿つて内方へ
移動する。

連続的なリング４６及びリングシール６８は、
上述の過渡的な条件を含むエンジンの全ての運転
条件中、ベーンの列とアウタケースとの間を作動
媒体ガスが軸線方向に漏洩するのを阻止する。連
続的なリング４６はオーバラツプしたシール面６
６を押圧してリングをアウタケースとの間を作動
媒体ガスが漏洩するのを阻止する。リングシール
６８はリングとベーンとの間を作動媒体ガスが漏
洩するのを阻止する。少なくとも一つの実施例に
於いては、このリングシール６８は一つの部材よ
りなる連続的な構造であり、熱応答性が連続的な
リング４６と一致している。リングシール６８の
突起部７０は各ベーンのアウタフランジの溝４２
内を摺動し、ベーンのアウタフランジとリングシ
ールとの間の半径方向の成長の差を補償する。

ベーンに作用する作動媒体ガスの圧力に応答し
て各ベーン群１４は連続的なリング４６のピン４
８に沿つて自らを後方へ調整してアウタ軸線方向
支持構造体８４及びインナ軸線方向支持構造体３
８と当接し、これにより単純にベーン群１４を支
持する。インナケース２０に固定されたシールセ
グメント３６は作動媒体ガスの圧力をベーンのイ
ンナフランジ２２よりインナケース２０へ後方へ
伝達する。シールセグメント３６は、作動媒体ガ
スの温度の変化に応答してベーンが膨張収縮する
のに拘らず係合を保証するに充分な長さに亘つて
突起部３０及びシールリツプ２８と係合してい
る。これに付随してシールセグメント３６はベー
ン群とインナケースとの間を作動媒体ガスが軸線
方向に漏洩するのを阻止する。アウタ軸線方向支
持構造体８４に於いてはリヤシール７４はベーン
群の後面４０と共働して媒体流路より作動媒体ガ
スが漏出するのを阻止する半径方向シールを構成
している。

又作動媒体ガスの圧力に応答してベーンは周縁
方向に付勢され、各ベーン群は連続的なリング４
６上の対応するピン及びインナケース２０に形成
された溝３２と係合した状態に拘束される。

インナ支持構造体及びアウタ支持構造体の軸線
方向の熱的応答は互いにほぼ一致している。イン
ナ支持構造体は流路の高温の作動媒体ガスにより
取囲まれており、他方アウタ支持構造体はその全
長に亘つて作動媒体ガスと密に接触した状態にあ
る。にも拘らずこれらの軸線方向の成長の僅かな
差は、エンジンの運転中ベーンの中央線がエンジ
ンの軸線に垂直な平面Ｙ内に存在するよう、装着
時にベーンを傾斜することにより受入れなければ
ならない。装着段階に於けるベーンは平面Ｙに対
し傾斜された平面Ｘ内に存在している。この場合
の傾斜は第２図に図示されている。

以上に於いては本発明をその特定のガスタービ
ン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図はアウタケースの一部を破断した状態に
てガスタービンエンジンのステータ部分を後方に
見た解図的部分断面図である。第２図は第１図の
線２―２に沿う解図的部分断面図である。第３図
はインナ支持構造体の一部を示す解図的部分斜視
図である。 １０…ベーン列、１２…ステータベーン、１４
…ベーン群、１６…ガス流流路、１８…アウタケ
ース、２０…インナケース、２２…インナフラン
ジ、２４…アウタフランジ、２６…溝、２８…シ
ールリツプ、３０…突起部、３２…溝、３４…支
持チヤンネル、３６…シールセグメント、３８…
インナ軸線方向支持構造体、４０…後面、４２…
溝、４４…孔、４６…連続的なリング、４８…ピ
ン、５０…ジヨイント、５２…キー溝、５４…
溝、５６…ピン、５８…スプライン型接続部、６
０…第一のケース部材、６２…第二のケース部
材、６４…ボルト、６６…上流側端面或いはシー
ル面、６８…リングシール、７０…突起部、７２
…先端シール、７４…リヤシール、７６…ベーン
群、７８…先端シール、８０…軸線方向支持体、
８２…孔、８４…アウタ軸線方向支持構造体、８
６…孔、８８…ピン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上流側端部と下流側端部の間に軸線方向に延
   在する流路を有する回転機械に於て、 内部に実質的に軸線方向の配向された複数個の
   ピンを有するアウタケースと、 半径方向外方へ延在して前記ピンと係合するキ
   ー溝を有し、前記アウタケースに対し半径方向に
   成長することが前記ピンと前記キー溝の間の係合
   の半径方向のずれによつて許されるようになつた
   連続的なリングと、 前記流路を横切つて配置され、前記リングに係
   合するアウタフランジを有し、前記アウタケース
   に対し自らの位置を下流側へ調節するよう構成さ
   れたベーン群と、 該回転機械の運転中に前記ベーン群が自らの位
   置を前記アウタケースに対し下流側へ調整すると
   き前記ベーン群と係合するよう配置され、前記リ
   ングと前記アウタケースとの間の係合位置より下
   流側の位置にて前記アウタケースと接続された軸
   線方向支持構造体と、 を含んでいることを特徴とする回転機械。