JPH0654081B2 - 軸流型ガスタービンエンジンのステータ構造体 - Google Patents

軸流型ガスタービンエンジンのステータ構造体

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JPH0654081B2
JPH0654081B2 JP59266086A JP26608684A JPH0654081B2 JP H0654081 B2 JPH0654081 B2 JP H0654081B2 JP 59266086 A JP59266086 A JP 59266086A JP 26608684 A JP26608684 A JP 26608684A JP H0654081 B2 JPH0654081 B2 JP H0654081B2
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row
outer case
air seal
segment
rotor
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Inventor
ヴインセント・ポール・ローレロ
Original Assignee
ユナイテツド・テクノロジーズ・コーポレイシヨン
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/20—Actively adjusting tip-clearance
    • F01D11/24—Actively adjusting tip-clearance by selectively cooling-heating stator or rotor components

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

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に係り、更に詳細には
ガスタービンエンジン内に於て一対のアウタエアシール
及び一列のステータベーンを支持するためのステータ構
造体に係る。本発明は軸流型ガスタービンエンジンの技
術分野に於て開発されたものであるが他の技術分野のス
テータ構造体にも適用可能なものである。
背景技術 軸流型ガスタービンエンジンは一般に圧縮セクションと
燃焼セクションとタービンセクションとを含んでいる。
ロータがエンジンの各セクションを貫通して軸線方向に
延在している。また、ステータがロータを囲繞して軸線
方向に延在している。高温の作動媒体ガスのための環状
流路がロータとステータとの間にてエンジンを貫通して
延在している。ガスがエンジン内に流される際にガスは
圧縮セクション内に於て圧縮され、燃焼セクションに於
て燃料と共に燃焼され、タービンセクションを通過する
際に膨張されて有用な仕事が発生される。
タービンセクション内のロータは高温の加圧されたガス
より有用な仕事を取出すロータ組立体を有している。ロ
ータ組立体は第一のロータディスク及びブレード組立体
と該第一の組立体より軸線方向に隔置された第二のロー
タディスク及びブレード組立体とを含んでいる。ロータ
ブレードはディスクより作動媒体ガスのための環状流路
を横切ってステータの近傍まで半径方向外方へ延在して
いる。ロータ構造体がこれら二つの組立体の間に軸線方
向に延在しており、環状流路の内周面を画定している。
ステータは環状流路より作動媒体ガスが漏洩することを
阻止するシール要素を含んでいる。これらのシール要素
を支持し位置決めするアウタケース及びステータ構造体
がエンジンを貫通して軸線方向に延在している。シール
要素は第一のアウタエアシール及び第二のアウタエアシ
ールを含んでいる。各アウタエアシールはブレードの先
端を越えて作動媒体ガスが漏洩することを阻止すべく、
対応する列のロータブレードの周りに周縁方向に延在し
ている。一列のステータベーンがアウタエアシールの二
つの列の間にて作動媒体ガス流路を横切ってロータ構造
体の近傍まで内方へ延在している。ステータベーンの列
は該ステータベーンの先端を越えて作動媒体ガスを漏洩
することを阻止するシールランドを作動媒体ガス流路の
内周部に有している。アウタエアシール及びステータベ
ーンの列のシールランドはロータ構造体より半径方向に
隔置されてロータ構造体との間に間隙を郭定している。
この間隙はロータブレードとアウタエアシールとの間に
破壊的な相互干渉が生じることを回避するために設けら
れている。
現代のエンジンに於ては、ロータブレードとアウタエア
シールとの間の間隙はエンジンの種々の運転条件中にそ
れを低減すべく制御される。ブレードの先端の間隙を制
御するために冷却可能なアウタケースを使用したエンジ
ンの幾つかの例が米国特許第４，０１９，３２０号及び
同第４，２４７，２４８号に開示されている。これらの
米国特許に開示されている如く、アウタケースはアウタ
エアシール及びステータベーンのシールランドに取付け
られており、アウタケースが選択的に冷却されることに
よってアウタケースの直径が変化され、またアウタエア
シールの直径が同様に変化されるようになっている。ア
ウタエアシールはその直径の変化を受入れ得るようセグ
メントに分割されている。アウタエアシールの直径が小
さくなると前記間隙が小さくなり、逆にアウタケースの
直径が大きくなると前記アウタケースが大きくなる。
前述の二つの米国特許に開示されている如く、各アウタ
エアシールにはセグメントに分割された上流側支持リン
グ及びセグメントに分割された下流側支持リングを含む
ステータ支持構造体が設けられている。アウタケースは
第一のアウタエアシールの上流側支持リングに近接した
位置に第一の周縁方向に延在するレールを有しており、
下流側支持リングに近接した位置に第二の周縁方向に延
在するレールを有している。第二のアウタエアシールの
位置には、第三の周縁方向に延在するレールが上流側支
持リングに近接して設けられており、第四の周縁方向に
延在するレールが下流側支持リングに近接して設けられ
ている。
エンジンの運転中には冷却空気がレールに対し衝突せし
められる。冷却空気はレールより熱を奪い去るので、レ
ールは収縮して支持構造体を強制的に縮径させる。支持
構造体はアウタケース及びアウタエアシールのセグメン
トに対し相対的に周縁方向へ摺動可能であり、これによ
りそれらの直径の大きい変化が受入れられるようになっ
ている。冷却空気の流れを遮断することによりレールが
膨張され、これにより支持構造体及びアウタエアシール
の直径が増大され、アウタエアシールとロータ構造体と
の間の半径方向の間隙が増大される。
冷却可能なレールに衝突せしめられる冷却空気は、スプ
レーバーよりレールへ冷却空気を流し得る程度にまで加
圧される。かかる加圧された冷却空気の一つの源はエン
ジンの圧縮セクションである。作動媒体ガスがファンセ
クション内に通される際にその加圧されたガス（空気）
の一部が作動媒体ガス流路より取出されてスプレーバー
へ導かれる。冷却空気はガスを加圧するためにエンジン
によりエネルギが消費された後に作動媒体ガス流路より
取出されるので、間隙の制御に必要とされる冷却空気の
量を低減することが望ましい。更にアウタエアシール及
びステータベーンの列を支持するために必要とされる多
くの部材によりエンジンのコストが増大され、その場合
のコストの増大は間隙の制御により得られる性能の向上
及び燃料の節減の程度を遥かに越えている。
従って科学者及びエンジニアは加圧された冷却空気の必
要量を低減する方法や、アウタエアシール及びステータ
ベーンを支持するためのステータ構造体の構造を単純化
してエンジンの効率を増大させまたエンジンの製造コス
トを低減する方法を研究している。
発明の開示 本発明によれば、セグメントに分割された二つのアウタ
エアシールとそれらのアウタエアシールの間に延在する
一列のステータベーンとを有するガスタービンエンジン
のタービンセクション用のステータ組立体が、ロータ構
造体の周りにアウタエアシール及びステータベーンを半
径方向に支持し且支持決めすべく、第一の軸線方向位置
にてアウタケースに半径方向に取付けられた第一の支持
装置と、第二の軸線方向位置にてアウターケースに半径
方向に取付けられた第二の支持装置とを有している。
本発明の一つの実施例によれば、アウタケースは第一の
軸線方向位置を半径方向に位置決めする第一の冷却可能
なレールと、第二の軸線方向位置を半径方向に位置決め
する第二の冷却可能なレールとを含んでいる。
本発明の一つの主要な特徴は、セグメントに分割された
二つのアウタエアシールとそれらのアウタエアシールの
間に軸線方向に延在する一列のステータベーンとを有す
るガスタービンエンジンである。アウタエアシール及び
一列のステータベーンはロータ組立体より半径方向に隔
置されており、ロータ組立体との間に間隙を郭定してい
る。本発明の他の一つの特徴は、第一の軸線方向位置及
び第二の軸線方向位置を有する冷却可能なアウタケース
である。上述の二つの軸線方向位置にてアウタケースに
取付けられたステータ構造体がステータベーンの上流側
端部及び前記セグメントに分割されたアウタエアシール
の一方を支持する第一の支持装置と、ステータベーンの
下流側端部及び他方の前記セグメントに分割されたアウ
タエアシールを支持する第二の支持装置とを有してい
る。これら第一及び第二の支持装置はアウタエアシール
の各セグメントに周縁方向へ摺動可能に係合しており、
各セグメントを軸線方向及び半径方向に捕捉している。
一つの実施例に於ては、第一の冷却可能なレールが第一
の軸線方向位置に於てアウタケースを半径方向に位置決
めすべくアウタケースの周りに周縁方向に延在してお
り、第二の冷却可能なレールが第二の軸線方向位置に於
てアウタケースを半径方向に位置決めするようになって
いる。一つの実施例に於ては、第一のフランジがアウタ
ケースより内方へ延在しており、第一の支持装置をアウ
タケースに取付けるべく第一の軸線方向位置に於てアウ
タケースに取付けられている。また第二のフランジがア
ウタケースより内方へ延在しており、第二の支持装置を
アウタケースに取付けるべく第二の軸線方向位置に於て
アウタケースに取付けられている。
本発明の一つの主要な利点は、間隙の制御に二つの支持
点を有する冷却可能なアウタケースを使用し、二つのア
ウタエアシール及びステータベーンの列を位置決めする
に必要とされる冷却空気の量を低減することによって、
ガスタービンエンジンの効率が改善されることである。
本発明の他の一つの主要な利点は、各アウタエアシール
に二つの互いに独立した組の部材及び取付点を使用する
ことを回避することにより、各アウタエアシールにそれ
ぞれ支持点を使用する従来のエンジンの場合に比して、
エンジンのコスト及び重量が低減されることである。ま
た本発明の一つの利点は、同一の軸線方向位置に於てア
ウタエアシールの上流側支持体及び下流側支持体をアウ
タケースに取付け、これにより二つの支持体を同一の半
径方向量だけ移動させて各セグメントが前方より後方へ
傾斜することを回避することにより、エンジンの効率が
改善されることである。一つの実施例に於ては、アウタ
エアシール及びステータベーンの列を支持する二つの内
部フランジをアウタケースに設けることにより、アウタ
エアシール及びステータベーンの両方を支持するために
四つのフランジを使用する従来のアウタケースの場合に
比してコストが低減される。また一つの実施例に於て
は、レールは二つであるので、四つのレールを使用した
構造体の場合に比してレールを冷却するために必要とさ
れる冷却空気の量が低減される。
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 第１図はターボファン軸流型ガスタービンエンジンに適
用された本発明の一つの実施例を示している。エンジン
はファンセクション１０と圧縮セクション１２と燃焼セ
クション１４とタービンセクション１６とを含んでい
る。またエンジンは回転軸線Ａ及び作動媒体ガスのため
の環状流路１８を有しており、環状流路はエンジンの各
セクションを貫通して軸線方向に延在している。冷却可
能なアウタケース２０が作動媒体ガス流路の周りに周縁
方向に延在している。エンジンのタービンセクションの
アウタケース２０は該アウタケースと一体的に形成され
た第一の冷却可能なレール２２を有しており、レール２
２はアウタケースの外面の周りに周縁方向に延在してい
る。スプレーバー２４の如く、冷却可能なアウターケー
スへ冷却空気を流すための第一の装置がアウタケースの
外面の周りに周縁方向に延在している。スプレーバー２
４の中央部は第一の冷却可能なレールを示すべく破断さ
れている。またスプレーバー２４には複数個の冷却空気
孔２６が設けられており、該孔によりスプレーバーの内
部が第一のレールと流体的に連通されている。第二の冷
却可能なレール２８が第一の冷却可能なレールより軸線
方向に隔置されており、アウタケース２０と一体に形成
されている。この第二の冷却可能なレールはエンジンの
外面の周りに周縁方向に延在している。スプレーバー３
２の多く冷却可能なアウターケースへ冷却空気を流すた
めの第二の装置がエンジンの外面の周りに周縁方向に延
在している。スプレーバー３２の中央部は第二の冷却可
能なレールを示すべく破断されている。またスプレーバ
ー３２には複数個の冷却空気孔３４が設けられており、
該孔によりスプレーバーの内部が第二のレールと流体的
に連通されている。冷却空気のためのダクト３５がエン
ジンのファンセクションより後方へ延在しており、冷却
可能なレールに対し冷却空気の源を与えるべく各スプレ
ーバーと流体的に連通している。
第２図はエンジンのタービンセクション１６の一部の断
面図であり、冷却可能なアウタケース２０の一部及び高
温の作動媒体ガスのための環状流路１８を示している。
ダービンセクション１６は回転軸線Ａの周りに回転可能
なロータ組立体３６を有している。ロータ組立体３６は
第一のロータディスク３８と単一のロータブレード４２
により示されている如き第一の列のロータブレードとを
含んでおり、ロータブレードはロータディスクより作動
媒体ガス流路を横切って外方へ延在している。第二のロ
ータディスク４４が第一のロータディスク８８より軸線
方向に隔置されている。単一のロータブレード４６によ
り示されている如き第二の列のロータブレードが第二の
ロータディスクより作動媒体ガス流路を横切って外方へ
延在している。インナエアシール４８が二つのロータデ
ィスクの間にて軸線方向に延在しており、これらのディ
スクにより半径方向に捕捉されている。
タービンセクション１６はステータ組立体５２を含んで
いる。ステータ組立体は回転軸線Ａの周りに周縁方向に
延在するインナケース５４を含んでおり、冷却可能なア
ウタケース２０はエンジンの外壁を構成すべく回転軸線
Ａの周りに周縁方向に延在している。単一のステータベ
ーン５６により示されている如き一列のステータベーン
がインナケースとアウタケースとの間に半径方向に延在
している。単一のボルト５８により示されている如き複
数個のピンが一列のステータベーンに係合して該ステー
タベーンを半径方向に運動しないよう拘束している。各
ステータベーンはアウタケースに半径方向に摺動可能に
係合するようスプライン型接続部６０にてアウタケース
に係合している。
第一のアウタエアシール６２が第一の列のロータブレー
ド４２の周りに周縁方向に延在しており、ロータブレー
ドより半径方向に隔置されて該ロータブレードとの間に
半径方向の間隙Ｇ１を郭定している。アウタエアシール
６２は単一のシールセグメント６４により示されている
如き一列の複数個の円弧状のシールセグメントにて形成
されている。各シールセグメントは上流側端部６６及び
下流側端部６８を有している。
第二のアウタエアシール７２が第一のアウタエアシール
６２より軸線方向に隔置されている。第二のアウタエア
シールは第二の列のロータブレード４６の周りに周縁方
向に延在しており、第二の列のロータブレードより半径
方向に隔置されて該ロータブレードとの間に半径方向の
間隙Ｇ２を郭定している。第二のアウタエアシール７２
は単一のシールセグメント７４により示されている如き
一列の複数個の円弧状のシールセグメントにて形成され
ている。各シールセグメントは上流側端部７６及び下流
側端部７８を有している。
単一のステータベーン８２により示されている如く、第
二の列のステータベーンが第一のアウタエアシール６２
と第二のアウタエアシール７２との間にて軸線方向に延
在している。この第二のステータベーンは第一のロータ
ブレード４２と第二のロータブレード４６との間にて作
動媒体ガス流路を横切って半径方向内方へ延在してい
る。各ステータベーンはインナエアシール４８の近傍ま
で延在しており、インナエアシールとの間の半径方向の
間隙Ｇ３を郭定している。各ステータベーンは上流側端
部８４及び下流側端部８６を有している。
ステータ構造体８８が設けられており、該ステータ構造
体は間隙Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を制御すべくアウタエアシー
ル６２、７２及びステータベーン８２の列を支持し且位
置決めする手段を与えている。ステータ構造体８８は冷
却可能なアウタケース２０を含んでおり、該アウタケー
スはエンジンの回転軸線Ａの周りに周縁方向に延在して
いる。この冷却可能なアウタケース２０はアウタエアシ
ール及びステータベーンより半径方向に隔置されてお
り、これによりそれらとの間に冷却空気のための流路９
０を郭定している。一列のステータベーン８２の上流側
端部８４及び第一の列のアウタエアシールのセグメント
６４を支持する第一の支持装置９２が、アウタケースよ
り冷却空気用の流路９０を横切って内方へ延在してい
る。第一の支持装置９２は第一の軸線方向位置Ａ１に於
てアウタケース２０に取付けられている。一列のステー
タベーン８２の下流側端部８６及び第二の列のアウタエ
アシールのセグメント７４を支持する第二の支持装置９
４が、アウタケース２０より冷却空気用の流路９０を横
切って内方へ延在している。第二の支持装置９４は第二
の軸線方向位置Ａ２に於てアウタケース２０に取付けら
れている。
第一の支持装置９２は複数個の円弧状のセグメント９８
を有する上流側支持リング９６を含んでいる。また下流
側支持リング１００が設けられており、該支持リングは
剛性を得る目的で切頭円錐形をなしており、単一の下流
側支持セグメント１０２により示されている如き複数個
の下流側支持セグメントにて構成されている。各下流側
支持セグメントはステータベーン８２の少なくとも一つ
と一体に構成されている。各下流側支持セグメントは第
一のアウタエアシール６２のセグメント６４の下流側端
部６８に係合しており、アウタエアシールのセグメント
に対し相対的に周縁方向へ摺動可能である。各下流側支
持セグメントは対応するシールセグメントを軸線方向に
捕捉し、アウタエアシール６２の下流側端部を半径方向
に位置決めしている。各下流側支持セグメントはアウタ
エアシールよりアウタケース２０まで延在ており、アウ
タケースと周縁方向へ摺動可能に係合している。
上流側支持リング９６は剛性を得る目的で切頭円錐形を
なしている。各上流側支持セグメント９８はアウタケー
ス２０及び対応する下流側支持セグメント１０２により
捕捉されている。各上流側支持セグメントはアウタケー
スに係合しており、アウタケースよりアウタエアシール
６２まで延在して該アウタエアシールに係合している。
各上流側支持セグメントはアウタエアシールに対し相対
的に周縁方向へ摺動可能である。更に各上流側支持セグ
メントはアウタエアシールの対応する円弧状のシールセ
グメント６４の上流側端部６６を捕捉し、該上流側端部
を半径方向に位置決めしている。
アウタケース２０には第一の軸線方向位置Ａ１にて第一
のフランジ１０４が取付けられている。第一のフランジ
は上流側及び下流側支持リングの各セグメントをアウタ
ケースに半径方向に取付けるべく、アウタケースより内
方へ延在して両支持リングの少なくとも一方の各セグメ
ントを半径方向に取付け且これらに周縁方向へ摺動可能
に係合している。図示の実施例に於ては、第一のフラン
ジ１０４は第一の溝１０６及び第二の溝１０８を有して
いる。下流側支持セグメント１０２には第一のリブ１１
０が設けられており、該リブは第一の溝１０６に係合し
ている。また上流側支持セグメント９８には第二のリブ
１１２が設けられており、該リブは第二の溝１０８に係
合している。
第一の軸線方向位置Ａ１に於てアウタケース２０を半径
方向に位置決めする第一の冷却可能なレール２２はアウ
タケースの外面の周りに周縁方向に延在している。アウ
タケース２０は第一の冷却可能なレール２２の部分に上
流側フランジ１１４及び下流側フランジ１１６を有して
いる。これらのフランジは周縁方向に互いに隔置された
複数個のナット及びボルト組立体１１８により互いに連
結されて、第一の冷却可能なレール２２の部分に第一の
ケーシングジョイントを構成している。図示の如く、冷
却空気を流すための第一の装置（スプレーバー）２４が
レール２２と流体的に連通しており、孔２６を経て冷却
可能なレールに冷却空気を衝突させるようになってい
る。
第二の支持装置９４は下流側支持リング１２２及び上流
側支持リング１２４を含んでいる。上流側支持リング１
２４は単一の上流側支持セグメント１２６により示され
ている如く複数個の上流側支持セグメントにて形成され
ている。各上流側支持セグメントは一列のステータベー
ン８２の少なくとも一つの下流側端部８６と一体であ
る。各上流側支持セグメントは第二のアウタエアシール
７２の対応するシールセグメント７４に係合しており、
アウタエアシールに対し相対的に周縁方向へ摺動可能で
あり、シールセグメントを軸線方向に捕捉し且シールセ
グメントをロータブレードの列の周りに半径方向に位置
決めしている。各上流側支持セグメントはアウタエアシ
ールよりアウタケース２０まで延在しており、アウタケ
ースに周縁方向へ摺動可能に係合している。図示の実施
例に於ては、ナット及びボルト組立体１２８が上流側支
持セグメントを貫通して延在し、上流側支持セグメント
をアウタケースに対し固定している。上流側支持セグメ
ントは孔１３２にてナット及びボルト組立体１２８を受
入れるようになっている。ボルトは上流側支持セグメン
トがアウタケースに対し相対的に周縁方向へ変位するこ
とを阻止している。尤も上流側支持セグメントの他の部
分はアウタケースに対し周縁方向へ自由に運動可能であ
る。かくして上流側支持セグメントはアウタエアシール
及びアウタケースに対し相対的に周縁方向へ摺動可能で
ある。
下流側支持リング１２２は複数個の下流側支持セグメン
ト１３４にて形成されており、下流側支持セグメントは
アウタエアシールのシールセグメントに係合して該第二
のシールセグメントを軸線方向に捕捉し、またアウタエ
アシールの各セグメントを半径方向に位置決めしてい
る。各下流側支持セグメントは下流側支持セグメントを
上流側支持セグメントに対し押圧するナット及びボルト
組立体１２８を孔１３６にて受入れるようになってい
る。上流側支持セグメントの場合と同様、下流側支持セ
グメントはアウタケースに対し相対的に周縁方向へ摺動
可能であるが、該セグメントの一部はアウタケースに対
し相対的に周縁方向へ変位することがないよう拘束され
ている。尤も各セグメントの少なくとも一端は周縁方向
へ自由に運動可能である。かくして下流側支持セグメン
トはアウタエアシール及びアウタケースに対し相対的に
周縁方向へ摺動可能である。
第二のフランジ１３８がアウタケースより内方へ延在し
ており、上流側支持リング１２４のセグメント１２６を
半径方向に取付け該セグメントに周縁方向へ摺動可能に
係合している。上流側支持セグメント１２６はナット及
びボルト組立体１２８によりフランジ１３８に取付けら
れている。図示の実施例に於ては、上流側支持セグメン
トは第二のフランジ１３８に係合するフランジ１４２を
有している。
アウタケースを第二の軸線方向位置Ａ２に半径方向に位
置決めする第二の冷却可能なレール２８はアウタケース
２０の周りに周縁方向に延在している。アウタケースは
上流側フランジ１４４及び下流側フランジ１４６を有し
ている。上流側及び下流側のフランジは周縁方向に互い
に隔置された複数個のナット及びボルト組立体１４８に
より互いに連結されており、組立体１４８はフランジを
備えた第二のケーシングジョイントに於て第二のレール
をアウタケースと一体化している。軸線方向に連続的な
ケーシング部材１５０が第一のフランジジョイントと第
二のフランジジョイントとの間に延在している。この場
合「軸線方向に連続的な」とはケーシング部材１５０が
周縁方向に延在する二つのフランジにより郭定された二
つのジョイントにより間断なく連結されていることを意
味する。
第３図は第２図に示されたステータ組立体の一部を示す
解図であり、種々の部材の半径方向の位置関係を示して
いる。この第３図は周縁方向への摺動を可能にする種々
の部材の周縁方向の位置関係を示してはいない。
第２図の説明に於て上述した如く、ステータ構造体８８
はアウタエアシール６２、７２及びステータベーン８２
の列を支持し且位置決めする手段を与えている。ステー
タ構造体８８は冷却可能なアウタケース２０を含んでお
り、該アウタケースは第一の軸線方向位置Ａ１に於ける
アウタケースの直径を調節する第一の冷却可能なレール
２２と、第二の軸線方向位置Ａ２に於けるアウタケース
の直径を調節する第二の冷却可能なレール２８とを有し
ている。
第一の支持装置９２及び第二の支持装置９４はアウタエ
アシール６２、７２及びステータベーン８２の列を位置
決めすべくアウタケースより内方へ延在している。第一
の支持装置９２は第一の軸線方向位置Ａ１に設けられた
第一のフランジ１０４と、セグメントに分割された上流
側支持リング９６と、セグメントに分割された下流側支
持リング１００とを含んでいる。第二の支持装置９４は
第二の軸線方向位置Ａ２に設けられた第二のフランジ１
３８と、セグメントに分割された上流側支持リング１２
４と、セグメントに分割された下流側支持リング１２２
とを含んでいる。
ステータ組立体とロータ組立体との間の間隙Ｇ１、
Ｇ２、Ｇ３は、二点に於ける取付けがステータ組立体を
ロータ組立体の周りに半径方向に位置決めすることに対
し及ぼす影響を説明し得るよう図示されている。
第４図は第２図に示されたタービンセクション１６の他
の一つの実施例を示す部分斜視図である。尚第４図に於
て第２図に示された部材と同一の機能を果す同様の部材
には同一の符号が付されている。この第４図に於て、第
一の支持装置９２及び第二の支持装置９４はそれぞれセ
グメントに分割された上流側支持リング９６、１２４及
びセグメントに分割された下流側支持リング１００、１
２２を有している。各上流側支持リングの各セグメント
は隣接する下流側支持リングの対応するセグメントの一
体である。例えば上流側支持リング９６のセグメント９
８及び下流側支持リング１００のセグメント１０２は互
いにボルト締結され、一体的に鋳造され、又は図示の如
く適当な方法によって互いに接合されてよい。下流側支
持リング１００の各セグメント１０２は対応するステー
タベーン８２と一体であり、上流側支持リング１２４の
各セグメント１２６は対応するステータベーン８２と一
体であり、従って各上流側支持セグメント９８は対応す
る下流側支持セグメント１３４と一体的である。
また第４図は第３図には示されていないセグメントの周
縁方向の位置関係を示している。各組の周縁方向に延在
する摺動可能な支持セグメント及び各組の周縁方向に摺
動可能なエアシールセグメントは隣接する構造体より軸
線方向及び周縁方向に隔置されており、これによりター
ビンの環境が異常な温度になることにより生じる軸線方
向及び周縁方向の運動及びアウタケースの半径方向の運
動が受入れられるようになっている。例えば第一のアウ
タエアシール６２の各セグメント６４は隣接するセグメ
ントより周縁方向の間隙Ｆy だけ周縁方向に隔置されて
おり、また隣接するベーンセグメントより軸線方向の間
隙Ｆx だけ軸線方向に隔置されている。第二のアウタエ
アシール７２の各セグメント７４は隣接するセグメント
より周縁方向の間隙Ｇy だけ周縁方向に隔置され、隣接
するベーンセグメントより軸線方向の間隙Ｇx だけ軸線
方行に隔置されている。上流側の第一の支持装置９２の
セグメント９８，１０２及び下流側の第二の支持装置９
４のセグメント１２６，１３４は間隙Ｈy だけ周縁方向
に互いに隔置されている。
ガスタービンエンジンの運転中には燃焼セクション１４
よりタービンセクション１６へ高温の作動媒体ガスが流
される。この高温の加圧されたガスはタービンセクショ
ン１６内に於て膨張される。ガスが環状流路１８に沿っ
て流される際に熱がガスよりタービンセクション内の構
成要素へ伝達される。ロータブレードの列は高温の作動
媒体ガス中に浸され、従って作動媒体ガス流路より一層
離れたアウタケース２０よりもより迅速に熱に応答す
る。アウタケースと該アウタケースにより支持されたア
ウタエアシール及びステータベーンの如き構造体に対し
相対的にブレードやディスクが急激に膨張することを受
入れるべく初期間隙が設けられている。従ってロータ組
立体とステータ組立体との間の半径方向の間隙Ｇ１、Ｇ
２、Ｇ３が変化する。時間の経過に連れてアウタケース
はガスより熱を受けてロータブレードより離れる方向へ
膨張し、これにより間隙Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の大きさが増
大する。
これらの間隙の大きさは冷却空気を冷却可能なレールに
衝突させることによって制御される。レールが収縮され
ると、そのレールはアウタケースの第一の軸線方向位置
Ａ１及び第二の軸線方向位置Ａ２を内方へ移動させ、こ
れにより第一の支持装置及び第二の支持装置の支持リン
グを縮径させて、円弧状のシールセグメント及びステー
タベーンの端部を小径の位置へ移動させる。かかる運動
により間隙Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の大きさが低減される。
二つの支持点のみをそれぞれ第一の軸線方向位置Ａ１及
び第二の軸銭方向位置Ａ２に使用することにより、アウ
タエアシールの各端部よりアウタケース上に設けられた
冷却可能なレールまで延在する互いに独立した組の部材
を必要とする従来の構造の場合に比して、アウタエアシ
ール及びステータベーンを支持するための部材の数を低
減することができる。かくして支持構造体に必要な部材
の数が低減されることにより、支持構造体の熱容量が低
減され、軸線方向位置Ａ１及びＡ２の直径が変化される
際に支持構造体が摩擦によってアウタケースの周縁方向
及び半径方向の運動に抗する能力が低減され、アウタエ
アシールと冷却可能なアウタケースとの間にて流路９０
に沿って流される内部冷却空気の漏洩経路の数が低減さ
れる。従って二つの支持点を用いてアウタエアシール及
びステータベーンの列を位置決めすることにより、冷却
空気の必要量が低減され、エンジンの効率が改善され
る。図示の構造に於ては、第一及び第二の軸線方向位置
に於てアウタケースを位置決めするために二つのみのレ
ールが使用されている。一列のアウタエアシールの各端
部を位置決めするためにそれぞれ互いに独立したレール
を使用する従来の構造の場合に比して、レールの数が低
減されることにより構造体全体の熱容量が低減され、冷
却空気の必要量が更に低減される。
本発明の構造の他の一つの利点は、各アウタエアシール
の上流側端部及び下流側端部にそれぞれ対応する支持点
を使用するエンジンの場合に比して、エンジンのコスト
及び重量が低減されるということである。部材の数が低
減されることにより構造体の全体としてのコストが低減
される。更にアウタエアシール及びステータベーンを支
持するために四つの内部フランジを使用する従来の構造
に比して、本発明に於けるアウターケースは遥かに容易
に製造され得るものであり、二つの列のアウタエアシー
ルを支持するに必要なフランジは二つのみでよい。
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、本発明はこれらの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実施例が可能であるこ
とは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は冷却空気ダクトを示すべくファンケースの一部
が破断された状態にてターボファンエンジンを示す正面
図である。 第２図は第１図に示されたエンジンのタービンセクショ
ンの一部を示す拡大部分断面図である。 第３図は第２図に示されたステータ組立体の一部を示す
解図である。 第４図は第２図に示されたタービンセクションの他の一
つの実施例の一部を示す部分斜視図である。 １０……ファンセクション，１２……圧縮セクション，
１４……燃焼セクション，１６……タービンセクショ
ン，１８……流路，２０……アウタケース，２２……レ
ール，２４……スプレーバー，２６……孔，２８……レ
ール，３２……スプレーバー，３４……孔，３５……ダ
クト，３６……ロータ組立体，３８……ロータディス
ク，４２……ロータブレード，４４……ロータディス
ク，４６……ロータブレード，４８……インナエアシー
ル，５２……ステータ組立体，５４……インナケース，
５６……ステータベーン，５８……ボルト，６０……ス
プライン型接続部，６２……アウタエアシール，６４…
…シールセグメント，６６……上流側端部，６８……下
流側端部，７２……アウタエアシール，７４……シール
セグメント，７６……上流側端部，７８……下流側端
部，８２……ステータベーン，８４……上流側端部，８
６……下流側端部，８８……ステータ構造体，９０……
流路，９２……第一の支持装置，９４……第二の支持装
置，９６……上流側支持リング，９８……上流側支持セ
グメント，１００……下流側支持リング，１０２……下
流側支持セグメント，１０４……フランジ，１０６、１
０８……溝，１１０、１１２……リブ，１１４……上流
側フランジ，１１６……下流側フランジ，１１８……ナ
ット及びボルト組立体，１２２……下流側支持リング，
１２４……上流側支持リング，１２６……上流側支持セ
グメント，１２８……ナット及びボルト組立体，１３２
……孔，１３４……下流側支持セグメント，１３６……
孔，１３８、１４２、１４４、１４６……フランジ，１
４８……ナット及びボルト組立体，１５０……ケーシン
グ部材

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】作動媒体ガスのための環状流路（１８）と
    作動媒体ガスが通されるタービンセクション（１６）と
    を有し、前記タービンセクション（１６）はロータ組立
    体（３６）を有し、前記ロータ組立体は第一のロータデ
    ィスク（３８）と、前記第一のロータディスク（３８）
    より前記作動媒体ガス流路（１８）を横切って外方へ延
    在する第一の列のロータブレード（４２）と、第二のロ
    ータディスク（４４）と、前記第二のロータディスク
    （４４）より前記作動媒体ガス流路（１８）を横切って
    外方へ延在する第二の列のロータブレード（４６）と、
    前記第一及び第二のロータディスク（３８、４４）の間
    に延在するインナエアシール（４８）とを含んでおり、
    前記タービンセクション（１６）は更にステータ組立体
    （５２）を有し、前記ステータ組立体は一列の円弧状の
    セグメント（６４）よりなり前記第一の列のロータブレ
    ード（４２）の周りに周縁方向に延在し前記第一の列の
    ロータブレード（４２）より半径方向に隔置されて該ロ
    ータブレードとの間に半径方向の間隙Ｇ１を郭定する第
    一のアウタエアシール（６２）と、一列の円弧状のセグ
    メント（７４）よりなり前記第二の列のロータブレード
    （４６）の周りに周縁方向に延在し前記第二の列のロー
    タブレード（４６）より半径方向に隔置されて該ロータ
    ブレードとの間に半径方向の間隙Ｇ２を郭定する第二の
    アウタエアシール（７２）と、上流側端部（８４）及び
    下流側端部（８６）を有し前記第一及び第二のアウタエ
    アシール（６２、７２）の間にて軸線方向に延在し且前
    記第一及び第二の列のロータブレード（４２、４６）の
    間にて前記インナエアシール（４８）の近傍まで前記作
    動媒体ガス流路（１８）を横切って半径方向内方へ延在
    し前記インナエアシールとの間に半径方向の間隙
    （Ｇ３）を郭定する一列のステータベーン（８２）と、
    前記第一及び第二のアウタエアシール（６２、７２）及
    び前記ステータベーン（８２）を支持し且位置決めして
    前記間隙Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を制御する手段であって前記
    エンジンの周りに周縁方向に延在する冷却可能なアウタ
    ケース（２０）を含む手段とを含んでいる軸流型ガスタ
    ービンエンジンに於いて、前記第一及び第二のアウタエ
    アシール（６２、７２）及び前記一列のステータベーン
    （８２）を前記アウタケース（２０）上の第一の軸線方
    向位置（Ａ１）及び第二の軸線方向位置（Ａ２）からの
    み支持し且位置決めするステータ構造体（８８）にし
    て、 前記一列のステータベーン（８２）の上流側端部（８
    ４）及び前記第一の列のアウタエアシールのセグメント
    （６４）を支持し、前記第一の列のアウタエアシールの
    セグメント（６４）に周縁方向へ摺動可能に係合し且前
    記セグメント（６４）を下流方向及び上流方向に捕捉す
    べく前記セグメントの軸線方向に隔置された二点に係合
    し、前記アウタケース上の一つの軸線方向位置である前
    記第一の軸線方向位置（Ａ１）に於て前記アウタケース
    （２０）に取付けられた第一の支持装置（９２）と、 前記一列のステータベーン（８２）の下流側端部（８
    ６）及び前記第二の列のアウタエアシールのセグメント
    （７４）を支持し、前記第二の列のアウタエアシールの
    セグメント（７４）に周縁方向へ摺動可能に係合し且前
    記セグメント（７４）を下流方向及び上流方向に捕捉す
    べく前記セグメントの軸線方向に隔置された二点に係合
    し、前記アウタケース上の他の一つの軸線方向位置であ
    る前記第二の軸線方向位置（Ａ２）に於て前記アウタケ
    ース（２０）に取付けられた第二の支持装置（９４）
    と、 前記第一の軸線方向位置（Ａ１）に於ける前記冷却可能
    なアウタケース（２０）の直径を調節すべく前記アウタ
    ケース（２０）へ冷却空気を流す第一の手段（２４）
    と、 前記第二の軸線方向位置（Ａ２）に於ける前記冷却可能
    なアウタケース（２０）の直径を調節すべく前記アウタ
    ケース（２０）へ冷却空気を流す第二の手段（３２）
    と、 を含み、前記タービンセクション（１６）内に於ける前
    記アウタケース（２０）の前記第一及び第二の軸線方向
    位置（Ａ１、Ａ２）の運動により前記間隙Ｇ１、Ｇ２、
    Ｇ３が該二つの前記軸線方向位置（Ａ１、Ａ２）より同
    時に調節されるよう構成されていることを特徴とするス
    テータ構造体。
  2. 【請求項２】作動媒体ガスのための環状流路（１８）と
    作動媒体ガスが通されるタービンセクション（１６）と
    を有し、前記タービンセクション（１６）はロータ組立
    体（３６）を有し、前記ロータ組立体は第一のロータデ
    ィスク（３８）と、前記第一のロータディスク（３８）
    より前記作動媒体ガス流路（１８）を横切って外方へ延
    在する第一の列のロータブレード（４２）と、第二のロ
    ータディスク（４４）と、前記第二のロータディスク
    （４４）より前記作動媒体ガス流路（１８）を横切って
    外方へ延在する第二の列のロータブレード（４６）と、
    前記第一及び第二のロータディスク（３８、４４）の間
    に延在するインナエアシール（４８）とを含んでおり、
    前記タービンセクション（１６）は更にステータ組立体
    （５２）を有し、前記ステータ組立体は一列の円弧状の
    セグメント（６４）よりなり前記第一の列のロータブレ
    ード（４２）の周りに周縁方向に延在し前記第一の列の
    ロータブレード（４２）より半径方向に隔置されて該ロ
    ータブレードとの間に半径方向の間隙Ｇ１を郭定する第
    一のアウタエアシール（６２）と、一列の円弧状のセグ
    メント（７４）よりなり前記第二の列のロータブレード
    （４６）の周りに周縁方向に延在し前記第二の列のロー
    タブレード（４６）より半径方向に隔置されて該ロータ
    ブレードとの間に半径方向の間隙Ｇ２を郭定する第二の
    アウタエアシール（７２）と、上流側端部（８４）及び
    下流側端部（８６）を有し前記第一及び第二のアウタエ
    アシール（６２、７２）の間にて軸線方向に延在し且前
    記第一及び第二の列のロータブレード（４２、４６）の
    間にて前記インナエアシール（４８）の近傍まで前記作
    動媒体ガス流路（１８）を横切って半径方向内方へ延在
    し前記インナエアシールとの間に半径方向の間隙
    （Ｇ３）を郭定する一列のステータベーン（８２）と、
    前記第一及び第二のアウタエアシール（６２、７２）及
    び前記ステータベーン（８２）を支持し且位置決めして
    前記間隙Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を制御する手段であって前記
    エンジンの周りに周縁方向に延在する冷却可能なアウタ
    ケース（２０）を含む手段とを含んでいる軸流型ガスタ
    ービンエンジンに於いて、前記アウタエアシール（６
    ２、７２）及び前記ステータベーン（８２）を前記アウ
    タケース（２０）上の第一の軸線方向位置（Ａ１）及び
    第二の軸線方向位置（Ａ２）からのみ支持し且位置決め
    するステータ構造体（８８）にして、 前記一列のステータベーン（８２）の上流側端部（８
    ４）及び前記第一の列のアウタエアシールのセグメント
    （６４）を支持する第一の支持装置（９２）であって、 複数個の上流側支持セグメント（９８）よりなり、前記
    アウタエアシール（６２）のセグメント（６４）に係合
    し、前記アウタエアシール（６２）に対し相対的に周縁
    方向へ摺動可能であり、前記シールセグメント（６４）
    を軸線方向に捕捉する上流側支持リング（９６）と、 複数個の下流側支持セグメント（１０２）よりなり、前
    記アウタエアシール（６２）に係合し、前記アウタエア
    シール（６２）に対し相対的に周縁方向へ摺動可能であ
    り、前記シールセグメント（６４）を軸線方向に捕捉す
    る下流側支持リング（１００）であって、各下流側支持
    セグメント（１０２）は前記ステータベーン（８２）の
    前記上流側端部（８４）と一体である下流側支持リング
    （１００）と、 前記支持リング（９６、１００）の少なくとも一方の前
    記セグメント（９８、１０２）を半径方向に取付け且こ
    れと周縁方向へ摺動可能に係合し、また前記支持リング
    （８６、１００）の両方のセグメント（９８，１０２）
    を前記アウタケース（２０）に半径方向に取付けるべ
    く、前記アウタケース上の前記第一の軸線方向位置（Ａ
    １）に於て前記アウタケース（２０）に取付けられ且前
    記アウタケース（２０）より内方へ延在する第一のフラ
    ンジ（１０４）と、 を含む第一の支持装置（９２）と、 前記一列のステータベーン（８２）の前記下流側端部
    （８６）及び前記第二の列のアウタエアシールのセグメ
    ント（７４）を支持する第二の支持装置（９４）であっ
    て、 複数個の下流側支持セグメント（１３４）よりなり、前
    記アウタエアシール（７２）のセグメント（７４）に係
    合し、前記アウタエアシール（７２）に対し相対的に周
    縁方向へ摺動可能であり、前記シールセグメント（７
    ４）を軸線方向に捕捉する下流側支持リング（１２２）
    と、 複数個の上流側支持セグメント（１２６）よりなり、前
    記アウタエアシール（７２）に係合し、前記アウタエア
    シール（７２）に対し相対的に周縁方向へ摺動可能であ
    り、前記シールセグメント（７４）を軸線方向に捕捉す
    る上流側支持リング（１２４）であって、各上流側支持
    セグメント（１２６）は前記ステータベーン（８２）の
    下流側端部（８６）と一体である上流側支持リング（１
    ２４）と、 支持リング（１２２、１２４）の少なくとも一方の前記
    セグメント（１２６、１３４）を半径方向に取付け且こ
    れと周縁方向へ摺動可能に係合し、また前記支持リング
    （１２２、１２４）の両方の前記セグメント（１２６、
    １３４）を前記アウタケース（２０）に半径方向に取付
    けるべく、前記アウタケース上の前記第二の軸線方向位
    置（Ａ２）に於て前記アウタケース（２０）に取付けら
    れ且前記アウタケース（２０）より内方へ延在する第二
    のフランジ（１３８）と、 を含む第二の支持装置（９４）と、 前記第一の軸線方向位置（Ａ１）に於て前記アウタケー
    ス（２０）を半径方向に位置決めすべく前記アウタケー
    ス（２０）の外面の周りに周縁方向に延在する第一の冷
    却可能なレール（２２）と、 前記第一の冷却可能なレール（２２）を冷却すべく冷却
    空気を流す第一の手段（２４）と、 前記第二の軸線方向位置（Ａ２）に於て前記アウタケー
    ス（２０）を半径方向に位置決めすべく前記アウタケー
    ス（２０）の周りに周縁方向に延在する第二の冷却可能
    なレール（２８）と、 前記第二の冷却可能なレール（２８）を冷却すべく冷却
    空気を流す第二の手段（３２）と、 を含み、前記第一の冷却可能なレール（２２）及び前記
    第二の冷却可能なレール（２８）の位置に於て冷却空気
    の流れに応答して前記アウタケース（２０）が内方へ移
    動することにより、前記ステータ組立体（５２）と前記
    ロータ組立体（３６）との間の前記間隙Ｇ１、Ｇ２、Ｇ
    ３が二つの前記軸線方向位置（Ａ１、Ａ２）より同時に
    調節されるよう構成されていることを特徴とするステー
    タ構造体。
JP59266086A 1983-12-21 1984-12-17 軸流型ガスタービンエンジンのステータ構造体 Expired - Lifetime JPH0654081B2 (ja)

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