JPH08232605A - 軸流ガスタービンエンジン用チップシュラウド組立体 - Google Patents
軸流ガスタービンエンジン用チップシュラウド組立体Info
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- JPH08232605A JPH08232605A JP7351192A JP35119295A JPH08232605A JP H08232605 A JPH08232605 A JP H08232605A JP 7351192 A JP7351192 A JP 7351192A JP 35119295 A JP35119295 A JP 35119295A JP H08232605 A JPH08232605 A JP H08232605A
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Abstract
え、製造コストを減少できる軸流ガスタービンエンジン
用チップシュラウド組立体を提供すること。 【解決手段】 チップシュラウド組立体10は分割され
て複数のアーチ形セグメント36から成る環状シュラウ
ド32を包含し、各セグメント36は第1のアーチ形部
材38と、第2のアーチ形部材40と、複数のバッフル
62とを包含する。第1のアーチ形部材38は第1の半
径方向内側表面42と、該内側表面から半径方向外向き
に延びると共に円周方向に延びるチャンネル44とを有
し、第2のアーチ形部材40は第1のアーチ形部材38
と間隔を置いた関係でチャンネル44内に受入れられ
て、それらの間に円周方向に延びる通路60を限定す
る。複数のバッフル62は、通路60内に設けられ、第
1のアーチ形部材38から第2のアーチ形部材40にま
で延びている。
Description
ップシュラウド組立体に関し、更に詳細には、この種エ
ンジンの圧縮機のブレードエアフォイルのチップ部で空
気を再循環させて圧縮機ストール(失速)の発生を減少
させるシュラウドに関する。
流ガスタービンエンジンにおいては、空気が圧縮機セク
ションで圧縮され、それから燃焼器セクションで燃焼さ
せられる燃料に混合され、それからタービンセクション
を通して膨張させられ、これによりタービンセクション
が1つ又はそれ以上のシャフトを介して圧縮機セクショ
ンを駆動する。このようなエンジンの総合効率は、とり
わけ、圧縮機セクションで空気を圧縮する効率の函数で
ある。
に、低圧圧縮機と高圧圧縮機とを包含し、低圧圧縮機は
タービンセクションの低圧タービンに接続されているシ
ャフトにより駆動され、また高圧圧縮機はタービンセク
ションの高圧タービンに接続されているシャフトにより
駆動される。これら低圧及び高圧圧縮機は、各々、図1
に示されるように、エンジンの長手方向軸線100のま
わりを回転する圧縮機ブレード10を数段備えている。
各ブレード10は、エアフォイル12と、ブレードプラ
ットホーム14と、ブレードチップ16とを有し、エア
フォイル12はブレードプラットホーム14から延びて
ブレードチップ16で終っている。そして、ブレードチ
ップ16は外側空気シールであるチップシュラウド18
に非常に接近して回転する。このチップシュラウド18
は、所定の段におけるブレード10のブレードチップ1
6のまわりを円周方向に延びており、ブレードプラット
ホーム14とチップシュラウド18とが、それぞれ、圧
縮機を通しての空気流れ用ガスパスの半径方向内側及び
外側境界部を限定する。
空気が各ブレード段を通して吐出されると、空気の圧力
は漸次的に増加する。圧縮機を通しての全体の圧力増加
は、各ブレード段を通しての漸次的な圧力増加の総和で
ある。したがって、ガスタービンエンジンの効率を最大
にするためには、所定の燃料流量で、圧縮機の各ブレー
ド段にわたっての圧力上昇(以下、“圧力比”と称す
る)を最大にすることが望まれる。
直面する問題のひとつとして、圧縮機のストールとして
知られている現象がある。この圧縮機ストールとは、圧
縮機の所定の段のブレードより空気に与えられるエネル
ギが該圧縮機の所定の段にわたっての圧力比に打ち勝つ
のに不十分であるために、圧縮機の段の一部分を通して
の空気の流れが止められる現象をいう。このような現象
を矯正する作用がないと、圧縮機ストールは圧縮機の段
を通して広まり、エンジン速度を維持するのに十分な空
気を燃焼器に供給することができなくなる。そして、あ
る状況の下では、圧縮機を通しての空気の流れが逆方向
となってしまい、この現象は圧縮機サージとして知られ
ている。以上述べた航空機推進動力装置の圧縮機ストー
ル及びサージはエンジン異常であり、もしこれらを矯正
できなければ、人々は航空機に不安を抱き、航空機に乗
るのをためらうであろう。
ン設計において非常に大きな関心ごとであり、その圧縮
機ストールは圧縮機の所定の段内の幾つかの場所で発生
し始めるが、これら圧縮機ストールの共通の現象とし
て、渦が発生するブレードチップから圧縮機ストールが
広がる。そして、ブレードチップにおける空気流れの軸
方向運動量は、空気流れに沿う他の場所におけるそれよ
りも小さくなる傾向があると考えられている。したがっ
て、このことから、圧縮機ストールを防止するために
は、このような小さい運動量が期待されることは明らか
である。
くなると、ブレードチップは摩耗してチップシュラウド
からより大きく離れ、ブレードチップとチップシュラウ
ドとの間の隙間が増大してしまう。そして、当業者であ
れば、このブレードチップとチップシュラウドとの間の
隙間が増大すると、渦がより大きくなり、上述した小さ
い軸方向運動量を有する空気流れの割合が大きくなるこ
とを容易にわかるであろう。したがって、エンジンの設
計において、高圧圧縮機のブレードチップで軸方向運動
量が減少する問題を除去することが探究されてきてい
る。
おけるブレードチップとチップシュラウドとの間の隙間
が過剰に大きくなるのを防止するようにチップシュラウ
ドを改良した有効な装置が、米国特許第5,282,7
18号明細書に開示されている。この米国特許第5,2
82,718号明細書に開示されているチップシュラウ
ド組立体は、図2に示されるように、内方リング20と
外方リング22とから成っている。高圧圧縮機への適用
においては、これらのリング20,22は最初に鍛造さ
れ、それから空気流れを導いて効率損失を最小にする何
百の小さい複雑な羽根24がリング20,22の一方に
機械加工される。それから、内方リング20及び外方リ
ング22は分割され、その後内方リング20は外方リン
グ22に例えばボルト、リベット、溶接又はそれらの組
合せによる取付け手段26を用いて取付けられる。この
従来のチップシュラウド組立体は、有効ではあるけれど
も、しかし、羽根24を機械加工するのに非常に多くの
時間が必要とされるので、高価である問題がある。
利益、すなわち従来のチップシュラウド組立体と匹敵す
るほどの最小な効率損失でもって、ストールを防止でき
ると共に、製造コストを従来と比較してかなり減少する
ことができるチップシュラウド組立体が要望されてい
る。
れたものである。したがって、本発明の目的は、従来技
術のストールに対する利益、すなわち従来のチップシュ
ラウド組立体と匹敵するほどの最小な効率でもってスト
ールを防止できるに加え、従来と比較して製造コストを
かなり減少することができると共に、保全性及び安全性
を増大することができるチップシュラウド組立体を提供
することにある。
ば、チップシュラウド組立体は、分割されて複数のアー
チ形セグメントから成る環状シュラウドを包含し、各セ
グメントは第1のアーチ形部材と、第2のアーチ形部材
と、複数のバッフルとを包含し、前記第1のアーチ形部
材は第1の半径方向内側表面と、この内側表面から半径
方向外向きに延びると共に円周方向に延びるチャンネル
とを有し、また前記第2のアーチ形部材は前記第1のア
ーチ形部材と間隔を置いた関係で前記チャンネル内に受
入れられて、これら第1と第2のアーチ形部材間に円周
方向に延びる通路を限定し、更に前記複数のバッフルは
前記通路内に設けられ、各バッフルは前記第1のアーチ
形部材から前記第2のアーチ形部材にまで延びている。
添付図面を参照して詳述する下記の好適な実施例につい
ての説明から一層明らかになるであろう。
好適な実施例によるチップシュラウド組立体30を示
す。チップシュラウド組立体30は基準軸線34のまわ
りを円周方向に延びる環状シュラウド32を包含し、該
基準軸線34はチップシュラウド組立体30がエンジン
内に設けられるとエンジンの長手方向軸線100(前述
した図1を参照)を形成する。環状シュラウド32は複
数のアーチ形シュラウドセグメント36から成り、その
1つのセグメントの一部分が図4(図3の4−4線断面
図)に示されている。各セグメント36は、すべてのセ
グメントの長さの総和が環状シュラウド32の円周を形
成する長さを有する。各セグメント36は、第1のアー
チ形部材38と第2のアーチ形部材40とを包含する。
第1のアーチ形部材38は、第1の半径方向内側表面4
2と、この内側表面42から該セグメント36の全体長
さに沿って半径方向外向きに延びると共に円周方向に延
びるチャンネル44とを有する。チャンネル44は、第
1の壁46と、第2の壁48と、半径方向外側チャンネ
ル壁50とを包含する。この半径方向外側チャンネル壁
50は第1の壁46を第2の壁48に接続し、図3に示
されるように、第1の壁46は第2の壁48と向い合っ
て形成されている。
チ形部材40は、第2の半径方向内側表面52と、この
内側表面52から半径方向外向きに延びる第3の壁54
及び第4の壁56と、第3の壁54を第4の壁56に接
続する半径方向外側部材壁58とを有する。この第2の
アーチ形部材40は、第1のアーチ形部材38と間隔を
置いた関係でチャンネル44内に受入れられて、これら
第1と第2のアーチ形部材間に円周方向に延びる通路6
0を限定する。第3の壁54は第1の壁46と向い合っ
ており、また第4の壁56は第2の壁48と向い合って
いる。
は基準軸線34に向いており、好適には円錐形の一部分
を限定する。各シュラウドセグメント36は複数のバッ
フル62を包含し、図3及び図4に示されるように、各
バッフル62は通路60内に配置されている。各バッフ
ル62は、基準軸線34に関して半径方向外向きにし
て、半径方向外側部材壁58から半径方向外側チャンネ
ル壁50にまで延びている。また、各バッフル62は第
1及び第2のアーチ形部材38及び40に従来公知の適
当な手段、例えばボルト、リベット、溶接などによって
固定されて、これら第1と第2のアーチ形部材38,4
0間の相対的な回転を防止している。各バッフル62は
第1及び第2の壁46及び48から離れて終っており、
その結果各バッフル62は第1と第2のアーチ形部材3
8,40の半径方向内側表面42,52間にわたってい
ない。そして、従来公知の種類のアブレイダブル(ab
radable)材料の層64が、特定のエンジンへの
適用のためには必要なものとして、第1及び第2のアー
チ形部材38,40の半径方向内側表面42,52に取
付けられている。このアブレイダブル材料の層64は、
これら半径方向内側表面42,52から半径方向内向き
に延びていると共に、1つ又はそれ以上の環状チャンネ
ル66を有している。この環状チャンネル66は、通路
60から半径方向内向きに形成されて、該通路60と連
通している。
従来の羽根とは次の点で異なっている。すなわち、これ
らのバッフル62は、構造取付物を形成するけれども、
ただ通路60を通過する空気の渦を解体するという空気
力学的の観点から、従来の羽根とは異なっている。した
がって、40個以下の数のバッフル62が必要とされる
けれども、しかし、構造上の目的から少なくとも20個
のバッフル62が好適とされる。そして、本発明による
バッフル62を使用することにより、製造コストを従来
よりもかなり減少することができ、また、従来のシュラ
ウドと比較してシュラウドを経済的に製造することがで
き、更に、効率の損失を伴う圧縮機のストールに対する
保護も従来と比べてひけを取らないものである。
施例について詳述したけれども、当業者であれば、本発
明は決してこの好適な実施例に限定されるものではな
く、本発明の精神及び範囲を逸脱することなしに種々の
変形をなし得ることを理解されよう。
示す図である。
されている型式のチップシュラウドの断面図である。
の断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】軸流ガスタービンエンジン用チップシュラ
ウド組立体において、基準軸線のまわりを円周方向に延
びる環状シュラウドを包含し、この環状シュラウドは複
数のアーチ形セグメントを包含し、各セグメントはすべ
てのセグメントの長さの総和が前記環状シュラウドの円
周を形成する長さを有し、かつ各セグメントは第1のア
ーチ形部材と、第2のアーチ形部材と、複数のバッフル
とを包含し、前記第1のアーチ形部材は第1の半径方向
内側表面と、この内側表面から該セグメントの全体長さ
に沿って半径方向外向きに延びると共に円周方向に延び
るチャンネルとを有し、このチャンネルは第1の壁と、
第2の壁と、前記第1の壁を前記第2の壁に接続する半
径方向外側チャンネル壁とを包含すると共に、前記第1
の壁は前記第2の壁と向い合い、また、前記第2のアー
チ形部材は第2の半径方向内側表面と、この内側表面か
ら半径方向外向きに延びる第3の壁及び第4の壁と、前
記第3の壁を前記第4の壁に接続する半径方向外側部材
壁とを有し、前記第2のアーチ形部材は前記第1のアー
チ形部材と間隔を置いた関係で前記チャンネル内に受入
れられて、これら第1と第2のアーチ形部材間に円周方
向に延びる通路を限定し、かつ前記第3の壁は前記第1
の壁と向い合うと共に、前記第4の壁は前記第2の壁と
向い合い、更に、前記複数のバッフルは前記通路内に設
けられ、各バッフルは前記基準軸線に関して半径方向外
向きにして前記半径方向外側部材壁から前記半径方向外
側チャンネル壁にまで延び、また各バッフルは前記第1
及び第2のアーチ形部材に固定されて、これら第1と第
2のアーチ形部材間の相対的回転を防止し、かつ各バッ
フルは前記第1及び第2の壁から離れて終っていること
を特徴とするチップシュラウド組立体。 - 【請求項2】請求項1記載のチップシュラウド組立体に
おいて、更に、前記第1及び第2のアーチ形部材の半径
方向内側表面に取付けられて、これら第1及び第2のア
ーチ形部材から半径方向内向きに延びるアブレイダブル
材料の層を包含し、この層は各セグメントの全体にわた
って延びる環状チャンネルを有する、チップシュラウド
組立体。 - 【請求項3】請求項1記載のチップシュラウド組立体に
おいて、前記複数のバッフルの数は20〜40個の範囲
である、チップシュラウド組立体。
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