JP5384983B2

JP5384983B2 - タービンシュラウド

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Publication number: JP5384983B2
Application number: JP2009079731A
Authority: JP
Inventors: 織雄中村; 義行浦
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2014-01-08
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Description

本発明は、タービンシュラウドに関し、特に、ガスタービンエンジン等のタービン動翼の外周を取り囲むと共に環状の冷却流体室を画定するタービンシュラウドに関する。

ガスタービンエンジンの高圧タービン用のタービンシュラウドは、タービン動翼の外周を取り囲む環状シュラウドであり、多くの場合、タービンケーシングの内周面に取り付けられる複数個の円弧状のシュラウドセグメントの集合体によって環状に構成されている（例えば、特許文献１、２）。この種のタービンシュラウドには、タービンシュラウドがタービンケーシングとの間に円環状の冷却流体室を画定し、冷却流体室に供給される冷却空気によってタービンシュラウドの温度調整を行い、タービンシュラウドの内周面とタービン動翼の先端との間のクリアランスを管理するものがある（例えば、特許文献１）。

特開平４−３３０３０２号公報特開２０００−５４８０４号公報

タービンシュラウドは、燃焼ガスによって高温に曝され、半径方向の温度勾配を持つ。このため、タービンシュラウドを構成するシュラウドセグメントは、円弧形状を反転する方向に反る熱変形を生じる。

このことに対して、従来は、シュラウドセグメントをタービンケーシングの内周面に取り付けるためにシュラウドセグメントに形成されたフック部の外周面とフック係合部内周面との嵌合隙間（クリアランス）を大きめに設定し、シュラウドセグメントに過大な熱応力が生じないようにしている。

しかし、シュラウドセグメントのフック部外周面とフック係合部内周面とのクリアランスが大きめに設定されると、タービンシュラウドの内側に画定されている冷却流体室よりタービン室へ漏洩する冷却空気の漏れ量が増加する問題が生じる。この冷却空気の漏れは、タービン性能を低下させる原因になり、僅かなタービン性能の低下でも、燃料経済性に大きい影響を与える航空機用ガスタービンエンジンにおいては、特に重要な課題になる。

本発明が解決しようとする課題は、タービンシュラウドにおいて、シュラウドセグメントに過大な熱応力が生じないようすることと、冷却空気の漏れ量低減とを両立し、冷却空気漏れによるタービン性能の低下を少なくすることである。

本発明によるタービンシュラウドは、タービン動翼の外周を取り囲むようにタービンケーシングの内周面に取り付けられる複数個の弧形状のシュラウドセグメントにより構成され、前記タービンケーシングとの間に環状の冷却流体室を画定するタービンシュラウドであって、前記シュラウドセグメントは、前記タービン動翼との間のクリアランスを設定するための弧面状のシュラウド本体部と、前記シュラウド本体部の外周面の母線方向に離れた２箇所に前記シュラウド本体部の円弧方向全体に亘って突出形成された鈎形横断面形状の前側フック部と後側フック部とを有し、前記シュラウドセグメントは、前記シュラウド本体部と前記前側フック部と前記後側フック部とにより前記冷却流体室を画定するための凹溝部を形成していて、前記前側フック部の外周面と前記後側フック部の外周面が前記タービンケーシングのフック係合部の内周面に対向する形態で前記タービンケーシングに取り付けられており、前記シュラウドセグメントは、前記前側フック部と前記後側フック部の少なくとも何れか一方の外周面と前記タービンケーシングの前記フック係合部の内周面との間のクリアランスが熱変形前において弧方向中央部より弧方向端部において大きくなる形状に設定されている。

このタービンシュラウドでは、好ましくは、前記前側フック部と前記後側フック部の少なくとも何れか一方における弧方向端部の径方向厚さが同部位の弧方向中央部の径方向厚さより薄くてよい。

また、本発明によるタービンシュラウドは、タービン動翼の外周を取り囲むようにタービンケーシングの内周面に取り付けられる複数個のシュラウドセグメントにより構成され、前記タービンケーシングとの間に環状の冷却流体室を画定するタービンシュラウドであって、前記シュラウドセグメントは、前記タービン動翼との間のクリアランスを設定するための弧面状のシュラウド本体部と、前記シュラウド本体部の外周面の母線方向に離れた２箇所に前記シュラウド本体部の円弧方向全体に亘って突出形成された鈎形横断面形状の前側フック部と後側フック部とを有し、前記前側フック部の内周面と前記後側フック部の内周面が前記タービンケーシングのフック係合部の外周面に対向する形態で前記タービンケーシングに取り付けられており、前記シュラウドセグメントは、前記前側フック部と前記後側フック部の少なくとも何れか一方の内周面と前記タービンケーシングの前記フック係合部の外周面との間のクリアランスが熱変形前において弧方向端部より弧方向中央部において大きくなる形状に設定されている。

このタービンシュラウドでは、好ましくは、前記前側フック部と前記後側フック部の少なくとも何れか一方における弧方向中央部の径方向厚さが同部位の弧方向端部の径方向厚さより薄くてよい。

本発明によるタービンシュラウドは、好ましくは、前記前側フック部と前記後側フック部の少なくとも何れか一方における外周面と内周面とが互いに非同心の円弧面により構成されている。

本発明によるタービンシュラウドは、好ましくは、前記前側フック部と前記後側フック部の少なくとも何れか一方における外周面あるいは内周面の少なくとも何れか一方が、楕円面、放物面等の非円弧の曲面により構成されている。

本発明によるタービンシュラウドは、好ましくは、更に、前記前側フック部と前記後側フック部の少なくとも何れか一方の外周面の端部が面取り状の傾斜面になっている。

シュラウドセグメントが、燃焼ガスによって高温に曝され、半径方向の温度勾配を持つことにより、弧形状を反転する方向に反る熱変形を生じると、シュラウドセグメントの弧方向中央部より弧方向端部において、フック部外周面とフック係合部内周面との間のクリアランスが大きく縮まるが、本発明によるタービンシュラウドでは、シュラウドセグメントの前側フック部と後側フック部の少なくとも何れか一方の外周面とタービンケーシングの内周面との間のクリアランスが、熱変形前において弧方向中央部より弧方向端部において大きいことにより、熱変形後の当該クリアランスを、弧方向中央部と弧方向端部の全体に亘って一様なもの、あるいは大きい差がないものに設定することできる。

また、本発明によるタービンシュラウドでは、シュラウドセグメントの前側フック部と後側フック部の少なくとも何れか一方の内周面とタービンケーシングの外周面との間のクリアランスが、熱変形前において弧方向端部より弧方向中央部において大きいことにより、熱変形後の当該クリアランスを、弧方向中央部と弧方向端部の全体に亘って一様なもの、あるいは大きい差がないものに設定することできる。

これにより、シュラウドセグメントが高温に曝されても、シュラウド全体が拘束されないことにより、熱変形時のクリアランスが適当なものになり、シュラウドセグメントに過大な熱応力が生じることなく、熱応力と冷却空気の漏れ量を低減を図ることができる。

本発明によるタービンシュラウドの適用に適したガスタービンエンジン（ジェットエンジン）の概要を示す概要図である。本発明によるタービンシュラウドの一つの実施形態を示す分解斜視図である。本実施形態によるタービンシュラウドのシュラウドセグメントを示す斜視図である。本実施形態によるタービンシュラウドのシュラウドセグメントを示す断面図である。本実施形態によるタービンシュラウドのシュラウドセグメントにおける冷却空気漏れ状態を示す説明図である。本実施形態によるタービンシュラウドのシュラウドセグメントの形状を解図的に示す説明図である。本実施形態のものと、従来のものの、冷却空気漏れ実験結果を示すグラフである。本実施形態のものと、従来のものの応力特性を示すグラフである。他の実施形態によるタービンシュラウドのシュラウドセグメントの形状を解図的に示す説明図である。（Ａ）、（Ｂ）は本発明によるタービンシュラウドの他の実施形態の熱変形前、熱変形後の形状を解図的に示す説明図である。（Ａ）、（Ｂ）は本発明によるタービンシュラウドの他の実施形態の熱変形前、熱変形後の形状を解図的に示す説明図である。（Ａ）、（Ｂ）は本発明によるタービンシュラウドの圧入式の実施形態の圧入前、圧入後の形状を解図的に示す説明図である。

まず、本実施形態のタービンシュラウドの適用に適したガスタービンエンジン（ジェットエンジン）の概要を、図１を参照して説明する。

このジェットエンジン１は、同軸上に配置されたそれぞれが円筒状をなすアウタケーシング３とインナケーシング４とを有し、これらは互いの間を複数の整流板２で連結されている。ジェットエンジン１は、同心的に組み合わされた中空軸からなるアウタシャフト７とインナシャフト８を有する。アウタシャフト７、インナシャフト８は、それぞれが互いに独立した軸受５ｆ・５ｒ・６ｆ・６ｒをもってケーシング３、４の中心部に回転可能に支持されている。

アウタシャフト７の前側には高圧遠心型圧縮機ＨＣのインペラ９が、アウタシャフト７の後側には逆流燃焼室１０のノズルＮに隣接配置された高圧タービンＨＴの高圧タービンホイール１１が、それぞれ一体的に結合されている。

インナシャフト８には、その前端にフロントファン１２が、フロントファン１２の後方に低圧軸流コンプレッサＬＣの動翼を構成するコンプレッサホイール１３が、そして後端に燃焼ガスの噴射ダクト１４中に低圧タービンＬＴの動翼を置いた一対のタービンホイール１５ａ・１５ｂが、それぞれ一体的に結合されている。

フロントファン１２の中心にはノーズコーン１６が設けられている。フロントファン１２の後方にはアウタケーシング３の内周面にその外端を結合させた静翼１７が配置されている。

インナケーシング４の前端部内周には、低圧軸流コンプレッサＬＣの静翼１８が配置されている。そしてその後方には、フロントファン１２が吸入し、かつ低圧軸流コンプレッサＬＣが予圧した空気を高圧遠心型圧縮機ＨＣへ送り込むための吸入ダクト１９が画定され、これにケーシングシュラウド２０及びインペラ９により画定される高圧遠心型圧縮機ＨＣの圧縮室ＨＣＲが連結されている。吸入ダクト１９の内周側には、前記したアウタシャフト７並びにインナシャフト８の前側を支持する軸受５ｆ・６ｆの軸受箱２１が結合されている。

フロントファン１２が吸入した空気は、その一部が上記のように低圧軸流コンプレッサＬＣを経て高圧遠心型圧縮機ＨＣへと送り込まれる。そしてその残りの比較的低速かつ大量の空気は、アウタケーシング３とインナケーシング４との間に形成されたバイパスダクト２２から後方へ噴射され、主たる推力となる。

高圧遠心型圧縮機ＨＣの外周部にはディフューザ２３が結合されており、ディフューザ２３より、その直後に設けられた逆流燃焼室１０へ高圧空気を送り込むようになっている。

逆流燃焼室１０では、その後端面に設けられた燃料噴射ノズル２４から噴射された燃料とディフューザ２３から送り込まれた高圧空気とを混合して燃焼させることが行われる。そして後方を向くノズルＮから噴射ダクト１４を経て大気中へ噴射する燃焼ガスにより推力を得る。

なお、噴射ダクト１４の内周側には、前記したアウタシャフト７並びにインナシャフト８の後側を支持する軸受５ｒ・６ｒの軸受箱２５が結合されている。

アウタシャフト７には、図示されていないギア機構を介してスタータモータ２６の出力軸が連結されている。スタータモータ２６を駆動すると、高圧遠心型圧縮機ＨＣのインペラ９がアウタシャフト７と共に回転駆動され、高圧空気が逆流燃焼室１０へ送り込まれる。この高圧空気と燃料とを混合して燃焼させると、その燃焼ガスの噴射圧で高圧タービンＨＴの高圧タービンホイール１１並びに低圧タービンＬＴのタービンホイール１５ａ・１５ｂが回転駆動される。

高圧タービンホイール１１の回転力で高圧遠心型圧縮機ＨＣのインペラ９が、そして低圧タービンホイール１５ａ・１５ｂの回転力によってフロントファン１２及び低圧軸流コンプレッサＬＣのコンプレッサホイール１３が、それぞれ回転駆動される。そして燃焼ガスの噴射圧によって高圧タービンホイール１１並びに低圧タービンホイール１５ａ・１５ｂが駆動されると、燃料供給量と吸入空気量との自己フィードバック的釣り合いに応じて定まる状態でジェットエンジン１が回転を継続することとなる。

高圧タービンホイール１１は、外周部の多数のタービン動翼１１Ａを有しており、円筒形状のタービンケーシング２７の内側に画定される円筒状のタービン室２８の入口側に同心配置されている。

図２に示されているように、タービンケーシング２７の入口側の内周面に、タービン動翼１１Ａの外周を取り囲むように本実施形態の円環状のタービンシュラウド３０が取り付けられている。

タービンシュラウド３０の詳細を、図２〜図６を参照して説明する。なお、これより以降、高圧タービンＨＴのガス流で見て上流側（図１で見て左側）を前側、下流側を後側と云う。

タービンシュラウド３０は、複数個の弧形状のシュラウドセグメント３１を円環状に組み合わせたものにより構成されている。複数個のシュラウドセグメント３１は、円環状のタービンシュラウド３０を周方向に等分割、本実施形態では１４等分した部品であり、全て同一形状のものである。

シュラウドセグメント３１は、タービン動翼１１Ａとの間のクリアランスＣｔを設定するための円弧状のシュラウド本体部３２と、シュラウド本体部３２の外周面の母線方向（軸線方向）に互いに離れた２箇所にシュラウド本体部３２の外周側に円弧方向全体に亘って突出形成された前側フック部３３と後側フック部３４とを有する。前側フック部３３、後側フック部３４は、各々、先端側に、シュラウド本体部３２と同方向に湾曲した円弧係止片部分３３Ａ、円弧係止片部分３４Ａを有し、鈎形（Ｌ形）の横断面形状を有する。

シュラウドセグメント３１は、全体を、例えば、Ｎｉ基鋳造合金（ＩＮＣＯ６２５）により構成され、燃焼ガスによって高温に曝される前面３１Ａと内周面３１Ｂにニッケルろう等による耐熱金属を吹き付けられ、当該部分を耐熱層３６によって被覆されている。なお、耐熱層３６は、タービン動翼１１Ａより軟質（低強度)の材料により構成されており、耐熱層３６にタービン動翼１１Ａが接触しても自損によりタービン動翼１１Ａに損傷を与えないようになっている。

タービンケーシング２７の内周には、軸線方向に互いに離れた位置に、各々軸線方向前側が開放された前側円環状凹溝５１と後側円環状凹溝５２とが形成されている。シュラウドセグメント３１は、前側フック部３３の円弧係止片部分３３Ａを前側円環状凹溝５１に、後側フック部３４の円弧係止片部分３４Ａを後側円環状凹溝５２に軸線方向スライドによって各々嵌め込まれている。これにより、シュラウドセグメント３１は、タービンケーシング２７に対して、径方向の変位と軸線方向後側への変位を拘束され、径方向位置と軸線方向後端位置を決められる。

タービンケーシング２７の外周には円環状の係止周溝５３が形成されている。また、タービンケーシング２７には当該タービンケーシング２７を径方向に貫通するピン挿入孔５４が、シュラウドセグメント３１の個数と同個数、タービンケーシング２７の周方向に等間隔に形成されている。

シュラウドセグメント３１の前側フック部３３の円弧係止片部分３３Ａの外周面中央部には凹部３５が形成されている。タービンケーシング２７の各ピン挿入孔５４には回り止めピン５５が挿入されている。回り止めピン５５はシュラウドセグメント３１の凹部３５に係合している。これにより、シュラウドセグメント３１は、タービンケーシング２７に対して、周方向変位を拘束され、周方向位置を決められる。

タービンケーシング２７の前端部にはリティニングリング５６が固定装着されている。リティニングリング５６の固定は、リティニングリング５６がタービンケーシング２７の前端部外周に嵌合する部分の内周に形成された円環状の係止周溝５７と、タービンケーシング２７の係止周溝５３とに係合するばね性を有するＣ字形の係止ワイヤ部材５８がタービンケーシング２７とリティニングリング５６とを跨ぐように係合することにより、抜け止め式に行われている。

リティニングリング５６は耐熱層３６を挟んでシュラウドセグメント３１の前面３１Ａと対向する円環状スラスト面５６Ａを有している。円環状スラスト面５６Ａはシュラウドセグメント３１の前面３１Ａ部分の耐熱層３６の表面に微少間隔をおいて対向している。これにより、シュラウドセグメント３１は、タービンケーシング２７に対して、軸線方向前側への変位(熱膨張変位）を所要量許容された状態で、軸線方向の位置決めをされている。

シュラウドセグメント３１は、シュラウド本体部３２と前側フック部３３と後側フック部３４とにより、前側フック部３３と後側フック部３４との間に凹溝部３７を形成している。シュラウドセグメント３１は、凹溝部３７の部分に、タービンケーシング２７と協働して全体で見てタービン軸線周りの円環状の冷却流体室６０を画定している。タービンケーシング２７には冷却流体室６０に開口した冷却空気供給通路５９が形成されている。冷却空気供給通路５９は、所定圧の冷却空気を冷却流体室６０に供給する。

シュラウドセグメント３１同士の接続面であるシュラウド本体部３２、前側フック部３３、後側フック部３４の各部分の端面には、スリット３９、４０、４１が形成されている。互いに隣り合うシュラウドセグメント３１のスリット３９、４０、４１には、両者間に橋渡しされた形態で、シールプレート４２、４３、４４が差し込まれている。これにより、セグメント接続部における冷却流体室６０の気密性が高められる。

また、冷却流体室６０の気密性は、前側フック部３３の円弧係止片部分３３Ａの外周面(フック部外周面）３３Ａａと、これに対向するタービンケーシング２７の前側円環状凹溝５１部分の内周面（フック係合部内周面）２７Ａとの間、後側フック部３４の円弧係止片部分３４Ａの外周面(フック部外周面）３４Ａａと、これに対向するタービンケーシング２７の後側円環状凹溝５２部分の内周面（フック係合部内周面）２７Ｂとの間、前側フック部３３の円弧係止片部分３３Ａの内周面(フック部内周面）３３Ａｂと、これに対向するタービンケーシング２７の前側円環状凹溝５１部分の外周面（フック係合部外周面）２７Ｃとの間、後側フック部３４の円弧係止片部分３４Ａの内周面(フック部内周面）３４Ａｂと、これに対向するタービンケーシング２７の後側円環状凹溝５２部分の外周面（フック係合部外周面）２７Ｄとの間の各々のクリアランス調整により保証される。

上述のクリアランスを設定する前側フック部３３と前側円環状凹溝５１、後側フック部３４と後側円環状凹溝５２の形状、大きさについて、図６を参照して詳細に説明する。

フック係合部内周面２７Ａ、２７Ｂ、フック係合部外周面２７Ｃ、２７Ｄは、各々、タービン回転中心Ｘｔを中心とした半径Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄによる円周面により構成されている。

シュラウドセグメント３１のフック部内周面３３Ａｂ、３４Ａｂは、各々、タービン回転中心Ｘｔを中心とした半径Ｒｇ、Ｒｈによる円弧面であるのに対して、フック部外周面３３Ａａ、３４Ａａは、各々、タービン回転中心Ｘｔに対してオフセット量Δｘをもって偏倚した中心Ｘｏを中心として、半径Ｒａ、Ｒｂより小さい半径Ｒｅ、Ｒｆによる円弧面により構成されている。

これにより、フック部外周面３３Ａａとフック係合部内周面２７Ａ、フック部外周面３４Ａａとフック係合部内周面２７Ｂとは、各々、非同心の円弧面になり、フック部外周面３３Ａａとフック係合部内周面２７Ａとの間の径方向のクリアランスＣａ、フック部外周面３４Ａａとフック係合部内周面２７Ｂとの間の径方向のクリアランスＣｂが、各々、熱変形前においては、一つのシュラウドセグメント３１で見て、弧方向中央部Ｍより弧方向端部Ｅにおいて大きくなる。このことに併せて、フック部外周面３３Ａａ、３４Ａａとフック部内周面３３Ａｂ、３４Ａｂとが非同心の円弧面であることにより、前側フック部３３および後側フック部３４の径方向厚さが、弧方向中央部Ｍに比して弧方向端部Ｅ側のほうが薄くなっている。

シュラウドセグメント３１が燃焼ガスによって高温に曝され、シュラウドセグメント３１が半径方向の温度勾配を持つと、シュラウドセグメント３１は弧形状を反転する方向に反る熱変形を生じる。これにより、シュラウドセグメント３１の弧方向中央部Ｍより弧方向端部Ｅ側において、フック部外周面３３Ａａ、３４Ａａとフック係合部内周面２７Ａ、２７Ｂとの間のクリアランスＣａ、Ｃｂが大きく縮まる現象が生じる。

本実施の形態のシュラウドセグメント３１は、熱変形前においては、フック部外周面３３Ａａ、３４Ａａとタービンケーシング２７のフック係合部内周面２７Ａ、２７Ｂとの間のクリアランスＣａ、Ｃｂが弧方向中央部Ｍより弧方向端部Ｅの方が大きいことにより、熱変形後の熱応力が低減している。更に、弧方向中央部ＭのクリアランスＣａ、Ｃｂを詰めることにより、空気の漏れ量を最小化している。

このようにして、熱変形後の当該クリアランスＣａ、Ｃｂは、弧方向中央部Ｍと弧方向端部Ｅの全体に亘って一様なもの、あるいは大きい差がないものになり、全体的に最小化が図られる。

クリアランスＣａ、Ｃｂが、弧方向中央部Ｍと弧方向端部Ｅの全体に亘って一様なもの、あるいは大きい差がないものにすることは、シュラウドセグメント３１の熱変形量に対するオフセット量Δｘ、フック部外周面３３Ａａ、３４Ａａの半径Ｒｅ、Ｒｆの同定により得られる。この同定は、前側フック部３３と後側フック部３４の熱変形量の違いに応じて、前側フック部３３と後側フック部３４とで、個別に行われてよい。

これらのことにより、シュラウドセグメント３１が高温に曝され、シュラウドセグメント３１が半径方向の温度勾配を持っても、シュラウドセグメント３１に過大な熱応力が生じることがなく、その上で、図５に、流線Ｆａ、Ｆｂで示されているクリアランスＣａ、Ｃｂによる冷却流体室６０よりの冷却空気の漏れ量が低減する。この結果、シュラウドセグメント３１の耐久性が保証された上で、冷却空気漏れによるタービン性能の低下が低減し、ジェットエンジン１の燃料経済性が改善されると共に、より少ない空気量で、タービン室２８より冷却流体室６０へのガスの逆流が防止される。

図７は冷却空気漏れ実験結果を示すグラフであり、(Ａ）が本実施形態による空気漏れ流量率を、(Ｂ)が従来のものの空気漏れ流量率を、各々示している。従来のものの空気漏れ流量率が０．７２％であったのに対し、本実施形態によるシュラウドセグメント３１では、空気漏れ流量率が０．６３％であった。

また、本実施形態によるシュラウドセグメント３１は、前側フック部３３の円弧係止片部分３３Ａの外周面３３Ａａの端部と、後側フック部３４の円弧係止片部分３４Ａの外周面３４Ａａの端部が、各々、面取り状の傾斜面４５になっている。傾斜面４５の周方向の長さは溝４０、４１の深さに等しいか、それより少し大きい。

このように、フック部外周面３３Ａａ、外周面３４Ａａの端部が、各々、面取り状の傾斜面４５になっていることにより、フック部外周面３３Ａａ、外周面３４Ａａのうちの溝４０、４１がある領域の外周面がタービンケーシング２７のフック係合部内周面２７Ａ、２７Ｂに強く当たることが回避される。

これにより、溝４０、４１の内壁が歪んで溝端部に応力集中することがなくなり、このことによってもシュラウドセグメント３１の耐久性が向上する。

図８はシュラウドセグメントに作用する応力について示している。図８（Ａ）は前側フック部３３の応力を、図８（Ｂ）は、後側フック部３４の応力を各々示しており、図８（Ａ）、（Ｂ）において、（ａ）は傾斜面ありの場合の応力を、（ｂ）は傾斜面なしの場合の応力を示している。図８より、傾斜面の設定により、前側フック部３３、後側フック部３４の応力が低減していることが分かる。

他の実施形態として、図９に解図的に示されているように、前述の実施形態と同様に、タービンケーシング２７のフック係合部内周面２７Ａ、２７Ｂはタービン回転中心Ｘｔを中心とした半径Ｒａ、Ｒｂによる円周面により構成され、シュラウドセグメント３１の内周面３１Ｂはタービン回転中心Ｘｔを中心とした半径Ｒｃによる円弧面により構成されていて、前側フック部３３の円弧係止片部分３３Ａの外周面３３Ａａと後側フック部３４の円弧係止片部分３４Ａの外周面３４Ａａが、楕円面や放物面等の非円弧の曲面により構成されていてもよい。

この場合も、シュラウドセグメント３１は、フック部外周面３３Ａａ、３４Ａａとタービンケーシング２７のフック係合部内周面２７Ａ、２７Ｂとの間のクリアランスＣａ、Ｃｂが熱変形前において弧方向中央部Ｍより弧方向端部Ｅにおいて大きくなる形状に設定されると共に、前側フック部３３と後側フック部３４の部位の弧方向端部Ｅの径方向厚さが同部位の弧方向中央部Ｍの径方向厚さより薄くなる。

従って、この実施形態でも、熱変形後のクリアランスＣａ、Ｃｂが、弧方向中央部Ｍと弧方向端部Ｅの全体に亘って一様に最小化され、あるいは大きい差がないものになり、前述の実施形態と同等と効果をえることができる。

なお、上述の何れの実施形態においても、フック部外周面３３Ａａ、３４Ａａとタービンケーシング２７のフック係合部内周面２７Ａ、２７Ｂとの間のクリアランスＣａ、Ｃｂが熱変形前において弧方向中央部Ｍより弧方向端部Ｅにおいて大きくなる設定は、前側フック部３３の部位のみ、あるいは後側フック部３４の部位のみであってもよく、これらのことは要求特性等に応じて定められればよい。

なお、他の実施形態として、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示されているように、シュラウドセグメント３１は、フック部内周面３３Ａｂとタービンケーシング２７のフック係合外周面２７Ｃとの間のクリアランスＣｃ、フック部内周面３４Ａｂとタービンケーシング２７のフック係合外周面２７Ｄとの間のクリアランスＣｄが、各々、熱変形前において、弧方向端部Ｅより弧方向中央部Ｍにおいて大きくなる形状に設定されていてもよい。図１０（Ａ）は熱変形前の状態を、図１０（Ｂ）は熱変形後の状態を各々示している。

この場合、シュラウドセグメント３１のフック部外周面３３Ａａ、３４Ａａは、各々、タービン回転中心Ｘｔを中心とした円弧面であるのに対し、フック部内周面３３Ａｂ、３４Ａｂは、各々、タービン回転中心に対して所定のオフセット量をもって偏倚した中心を中心として、フック係合部外周面２７Ｃ、２７Ｄの半径より小さい半径による円弧面により構成されている。これにより、フック部外周面３３Ａａ、３４Ａａとフック部内周面３３Ａｂ、３４Ａｂとが非同心の円弧面で、しかも、フック部内周面３３Ａｂとフック係合部外周面２７Ｃ、フック部内周面３４Ａｂとフック係合部内周面２７Ｄとは、各々、非同心の円弧面になる。

この実施形態では、シュラウドセグメント３１の内周側の熱変形後のクリアランスＣｃ、Ｃｄが、弧方向中央部Ｍと弧方向端部Ｅの全体に亘って一様に最小化され、あるいは大きい差がないものになり、全体的に最小化が図られる。これにより、本実施形態でも、前述の実施の形態と同様の作用、効果が得られる。

なお、フック部外周面３３Ａａ、３４Ａａは、楕円面、放物面等の非円弧の曲面により構成されていもよい。

上述したクリアランスの最適化は、フック部外周面３３Ａａ、３４Ａａとフック係合部内周面２７Ａ、２７Ｂとの間のクリアランスＣａ、Ｃｂと、フック部内周面３３Ａｂ、３４Ａｂとフック係合部外周面２７Ｃ、２７Ｄとの間のクリアランスＣｃ、Ｃｄの双方について行われてもよい。

この場合には、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示されているように、フック部外周面３３Ａａ、３４Ａａとフック係合部内周面２７Ａ、２７Ｂとの間のクリアランスＣａ、Ｃｂについては、弧方向中央部Ｍより弧方向端部Ｅにおいて大きく、フック部内周面３３Ａｂ、３４Ａｂとフック係合部外周面２７Ｃ、２７Ｄとの間のクリアランスＣｃ、Ｃｄについては、弧方向端部Ｅより弧方向中央部Ｍにおいて大きくなる形状に設定される。図１１（Ａ）は熱変形前の状態を、図１１（Ｂ）は熱変形後の状態を各々示している。

この実施の形態では、シュラウドセグメント３１の外周側の熱変形後のクリアランスＣａ、Ｃｂと、内周側の熱変形後のクリアランスＣｃ、Ｃｄが減少する。特に、この実施の形態では、熱変形後のシュラウドセグメント３１の円弧係止片部分３３Ａに作用する熱応力の低減が図られる。

本発明によるタービンシュラウドは、上述の実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変更可能である。また、本発明によるタービンシュラウドは、非圧入式のシュラウドセグメントに限られることはなく、圧入式のシュラウドセグメントにも同様に適用することができる。図１２は、図１０に示されている実施形態と同等のものを圧入式のシュラウドセグメントとした実施の形態を示しており、図１２（Ａ）は圧入前の状態を、図１２（Ｂ）は圧入後の状態を示している。

１ジェットエンジン
１０逆流燃焼室
１１高圧タービンホイール
１１Ａタービン動翼
１３コンプレッサホイール
２７タービンケーシング
２８タービン室
３０タービンシュラウド
３１シュラウドセグメント
３２シュラウド本体部
３３前側フック部
３４後側フック部
３７凹溝部
６０冷却流体室

Claims

タービン動翼の外周を取り囲むようにタービンケーシングの内周面に取り付けられる複数個のシュラウドセグメントにより構成され、前記タービンケーシングとの間に環状の冷却流体室を画定するタービンシュラウドであって、
前記シュラウドセグメントは、前記タービン動翼との間のクリアランスを設定するための弧面状のシュラウド本体部と、前記シュラウド本体部の外周面の母線方向に離れた２箇所に前記シュラウド本体部の円弧方向全体に亘って突出形成された鈎形横断面形状の前側フック部と後側フック部とを有し、
前記シュラウドセグメントは、前記シュラウド本体部と前記前側フック部と前記後側フック部とにより前記冷却流体室を画定するための凹溝部を形成していて、前記前側フック部の外周面と前記後側フック部の外周面が前記タービンケーシングのフック係合部の内周面に対向する形態で前記タービンケーシングに取り付けられており、
前記シュラウドセグメントは、前記前側フック部と前記後側フック部の少なくとも何れか一方の外周面と前記タービンケーシングのフック係合部の内周面との間のクリアランスが熱変形前において弧方向中央部より弧方向端部において大きくなる形状に設定されており、
前記前側フック部と前記後側フック部の少なくとも何れか一方における外周面と内周面とが互いに非同心の円弧面により構成されていることを特徴とするタービンシュラウド。
前記シュラウドセグメントは、前記前側フック部と前記後側フック部の少なくとも何れか一方における弧方向端部の径方向厚さが同部位の弧方向中央部の径方向厚さより薄いことを特徴とする請求項１に記載のタービンシュラウド。
前記前側フック部と前記後側フック部の少なくとも何れか一方の外周面の端部が面取り状の傾斜面になっていることを特徴とする請求項１または２に記載のタービンシュラウド。