JPS6075703A - シユラウド - 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】 発明の枝棒Ｊ分野 この発明ｔよ仝般的に羽々ｌ）つき回転子の月し構造、
史に具体的に云えば、回転ｒの羽根が伸びる際、羽根の
完全さを保つと共に漏れをｔＩＪ小眼に抑える撓み得る
封じ構造に関づる。

発　明　の　費　Ｌｌ ガスタービン機関の効率は、１つには、機関のあらゆる
運搬段階にねＩＣっ（−刈払のめ容公差を保つことの如
何にか）つ（いる。保つのが特に螢ましいス１法の１１
１容公差（ま、タービンの回転羽根の自由ｂ　９ｃ端と
それを取囲むシュラウ１：の間の間？大である。！１１
１ｇ！的ｌこは、回転羽根は速性４中に高温に達し、そ
の結果半径方向に伸びる。この伸びが最大であるｔｌＪ
間の間、羽１１）の先端がシュラウドに擦れて摩耗づる
ことかあり、こうし−Ｕ　ＢＷ関の他の運転期Ｉ？！１
の間、羽根の先端；とシュラウドの間のづき間が増加り
る。羽根がシュラウドに接触しな（１）様にする１つの
手段は、羽根の伸びが最大である場合、羽根の先端とシ
ュラウドの間に十分なりき間をとることである。こうい
うＪき間を段（）れば、伸びｌＪ〜バ）人ひない期間の
間、かなりの（１！のカスがこのりさ間を介し’ＣＩＹ
６れることかあり、こうしてタービンの効率を低下させ
る。

羽４１１！が伸びるｌ、Ｙに良グｆなＪｉじを保つ別の
解決策は、摩耗性のシコラウド材判を使うことｅある。

この祠１１は、回転りる羽根の先端がそれと接触した時
に摩耗りる様になっている。この方式によって有用なシ
ュラウドを間発しＪ：うとりる努力番ま問題にぶつかっ
た。例えば、シュラウドが軟らかくなりすぎて侵食され
易くなることがあり、或いは酸化され易くなって、劣化
りる（ｉｆ　ｔ＋がある。タービンの厳しい環境又は機
関の運転に適切に耐える様にシュラウドを硬化すると、
羽根の過度の疲労が起る。何れの場合も、その結果とし
て羽根の先端のりぎ間が増加することにより、タービン
の性能の劣化が著しくなる。

娼の形をした酸化に耐える金属ｖＪｙ７３＋が利用出来
る様になったことによって、改良された密↑・ｊづき間
を維持づる別の解決策がとれる様になった。こういう材
わ１を使った１形式の］４じが米国特ｉｆ第３．９１６
．Ｏ！ｉ４号に記載されている９、この米国Ｑ’ｌ　ｉ
ｌ’ｌの封じは、羽根が回転づる円周方向に横に−１【
べＣ配置した波形金属条片で構成され（いる。Ｊｉじ条
ｊ′Ｉの全体的な向きが羽根の回転方向と平ｔｊぐある
という点Ｃ゛、この封じは従来の典４１”１（ある。更
に、この米国特許の封じは摩耗性Ｃあつ（、回転Ｊる羽
根の先端に合せて永久的に変形りると考えられる。

ｉ七　明　の　ＩＩＪ　［１’！１ この発明０叫二１的は、新規で改良された封じ構造を提
供りることである。

この発明の別の目的は、封じ要素が漏れるガスの流れの
全体的な／ｊ向に対して法線り向に整合する様なカミ現
Ｃ−改良されＩこＪ′４じ４＾１造を１１〜供Ｊること
Ｃある。

この発明の別の目的は、摩耗性で・はなくｃ弾力性のあ
る１寸じ４１４造を提供りることである。

この発明の別のＩ」的は、相り４的に可動の２つの部Ｉ
Ａの間の空間に於りるカス流の河れを少なくり゛る１ｉ
規ｌ・改１〕されノこ封じ構造を１２供りることである
。

この発明の別の目的は、羽根の先端の疲労を少なくする
様な新規Ｃ゛改良れた擦れに耐えるシュラウドを４ｉｉ
：　（Ｊｌりることである。

この発明の上記並ひにその他の目的、特徴及び利点【ま
、以下図面について詳しく説明する所から明らかになろ
う。図面全体にわたり、同様な部分には同じ参照数字を
用いＣいる。

明　の　概　要 この発明の１形式では、相対的に可動の第１及び第２の
部材の間の空間を流れるカスを減少する封じ構造を提供
覆る。この封じｌ１ＩＳ造は複数個の撓み得る条片を持
つでいで、各々の条ノーが隣接する条片に対しＣ略平行
であっＣ１全体的に相対的に可動の第１及び第２の部材
を含む半径り向の平面に対リ−る法線から３０°以内に
配置されている。各々の条片は２つの縁を持ち、一方の
縁が第１の部材に取付（プられ、他方の縁は第２の部材
と擦れ接触する時に弾力的に撓み得る。

この発明の特定の１形式では、回転づる羽根部（Δを取
囲む擦れに耐えるシュラウドを提（Ｊｌりる。

このシュラウドは支持部材と複数個の条片とを持つでい
る。各々の条１１は全体的に１ｉｉ１転づる羽根ｎｌｌ
材を含む半径方向の平面に対づる法Ｉ！１１７１目ら３
０″以内にある。更に各々の条片が第１及び第２の縁を
持ち、第１の縁が支持部材に結合され、第２の縁は羽根
部Ｉと擦れ接触する時に弾ツノ的に撓み得る。

発明の詳細な記載 第１図にタービンの羽根部材１０と外側シュラウド１２
を小り。シ］−ラウド１２は前曲した支持部材１４を持
っＣいて、半径方向内側の突出フランジ１６を持つ（い
る。支１４部材１４に封じ構造１８が取イ」りられてお
り、これが第２図に更に詳しく示されでいる。ｊｌじ構
造１８が支持ｆｌＨＪｔ４と羽根部ＩＪ１０の間の空間
１７を実質的に埋める。

第２図はシ１ラウド１２の一部分の斜視図Ｃある。

溝路２６が支持部材１４の中に収まつ（いＣ１半径１〕
向内側の而２８どフランジ１６の向い合う面３０とによ
って区切られている。封じ構造１８は複数個の条ハ３８
（構成される８、各々の条片は隣接りる条片に対し−（
略平行（゛ある。更に詳しくムうと、各々の条１１３８
は羽根部１ｒＡ１０の回転軸線を通る平向（これを以下
軸平面と叶ふ）内にある。この１１ｅ山で、隣接づる条
ハ３８は、正確には違うが、実質的に平行である。各々
の条片３８が半径方向外側の第１の縁４０と半径方向内
側の第２の縁４２とを右づる。第１の縁４０がろう（＝
ｌ　ｔｔ　、拡散結合又はイの他の適当な結合方法によ
り、支持部材１４の面２８に取付ｉＪられる。

第２の縁４２は羽根部ｖＪｉｏに接近しＣ配置されＣい
て、成る運転期間の間（よ、それと隙れ接触づる。

各々の条片３８を狭い溝孔２２が隔て）いる。条片３８
はフランジ１Ｇの向い合う面３０の間を伸びでいるが、
縁４２の撓みを妨げる様な形で而３０に結合され（はい
ない。

第３図はこの発明の別の実施例のシ」ラウド１２の一部
分の斜視図である。封じ構造１８が、第２図の実施例と
同じく、隣接Ｊる条片が１１５５１’　？−ｊである複
数個の条片３８を持っている。然し、各々の条片は２つ
の方向の内の−ｈ又は両プラに角度をつけることが出来
る。第１に、各々の条１４３８Ｉよ、条片３８の第１の
縁４０の中点を通る、而２８に対りる接線ｉｌｉ面に対
して角度αをなしてい（よい。角度αは第２図の実施例
の様な約９０°から約４５°まで変えることが出来、約
６０°の値か好ましい。図示の様に、条片３８は全体的
に羽根８ＩＩ材１０の回転り向３２に角度がつけられて
いる。条片３８にこの様に角度をつトノることにより、
条片が一層小さな力で撓み、こうしく羽（１（の疲労を
少なくりる。第２に、条片３８は、全体的に回転りる羽
根部材１０を含む半径方向の平面に対りる法線に対して
角度βにすることが出来る。叩ら、角度βは、矢印３３
で示した軸方向に対りる角Ｉ哀である７、半径方向の平
面に対Ｊる法線に対しＣ角度３８に角度をつりる角度、
即ら角度βをつ番プる目的は、羽根部材が条Ｊ１３８と
擦れ接触して掃引りる時、条片を羽根部材１（）の弦と
一層よく整合さゼることＣ゛ある。

第６図は第３図に示した実施例のシュラウド１２を第１
図のＦｌ１６−（５から兄／、−図である。羽根部材１
０の前縁５０及び後縁；）２が示され（いる。羽根部材
１０の弦５４は前縁５０とｆｆ２縁５２を結ぶ線分ぐあ
る。全体的に矢印３５ぐ示した漏れの流れは、この様な
角度をつ（〕た条ハに苅して法線り向ぐあり、この為条
ハは、羽根部材１０と支持部材１４の間の第１図に示し
た空間１１を流れるガスを減少Ｊる。

好ましい実施例Ｃは、条片３８は全体的に弦５４と整合
しくいるが、角度βは、全体的に羽根部材の形状と同形
のイ■意の角度に設足りることが出来る。

好ましい値は第２図に承り約０°がら約３０’までであ
る。以上の説明から、この発明が第２図、第３図及び第
６図に示した特定の実施例にＲ１１ｌ限されないことは
明らかひあろう。例えば条片３８は羽根の回転方向３２
に対して法線方向であってよいが、その方向に傾斜し−
Ｃいてよい。即ち、角度βが０°に等しく、角度αが９
０’　より小さくｃよい。

第４図はこの発明の別の実施例のシュラウド１２の一部
分の斜視図ぐある。封じ溝道１８は、細長い平坦な箔片
に沿って等しい距離の所Ｃ交Ｈに１８０°の一連の折曲
げを作ることににって形成される。こうして隣接するひ
だが仏事ｔｊな複数個のひだ２０を形成ブる。各々のひ
た２０は隣りのひだがら狭い溝孔２２にょっ−Ｃ隔（ら
れＣいる。この様に形成した時、構造１８は折曲げ部分
２４を持ち、各々の溝孔２２は１端に１個の折曲げ部分
２４を持ら、隣接する溝孔２２は両端に折曲げ部分２４
を持つ。更に、各々のひだ２０は２つの縁、即ち半径り
面外側の第１の縁３４と半径方向内側の第２の縁３６を
持っている。封じ部材１８は、ひだ２ｏの向きが回転Ｊ
る羽根部材１０を含む半径り向の平面に幻しＣ略法線方
向と４ζる様に、支持部材１４の溝路２６内に配置され
る。

月じ構造１８はろう（＝Ｊ　ｆ：Ｊ　、拡散結合又はそ
の他の方法Ｃ゛、第′１の緑３４を適当に面２８に取付
けることにより、支持部材１４に取付りられる。第４図
に示す実施例て゛は、各々のひだ２０がその第１の縁３
４を通る接線３Ｉ・面に対しＣ法線方向Ｃある。この為
、各々のひだ２２は軸平面に局限され（いＣ，隣接づる
ひだに対しＣ仏事ｔ−ｉ　’Ｃある。前に第３図につい
て説明した様に、角度α及びβの一プｊ又は両方の角度
をひだ２０につりることしこの発明の範囲内′Ｃある。

１幾関が始動りる１１、）、タービン羽根とそれを取囲
むシコラウドの間の低温時のりぎ間は約６０ミルである
ことがある。機関の運転中、加熱された羽根が半径方向
に伸びるにつれ−Ｃ１このりき間が減少する。第５図の
軸方向断面図に示り様に、機関の成る過渡的な運転段階
の間、羽根部材１０が封じ構造１８に入り込み、その軸
線の周りを回転りる時に条片３８を撓ませる。各々の条
片３８が羽根部材１０と接触覆る時、条片は羽根部材１
０を損傷したり、或いはそれ自身の構造の目立った劣化
を伴うことなく、撓む。羽根部材１０が相次ぐ条片３８
を連焼づ時、各々の条片が弾力的にはね返る。このはね
返りによって条片３８は最初の平面状の形に戻らないが
、このはね戻りは、羽根部材１０がこの後で通過Ｊる時
、１察れ接触が続くことを保証りるのに十分Ｃある。こ
の循環的な撓みとはね戻りにより、羽根の目立った疲労
を伴わずに、羽根部材１０とシュラウド１２の間の空間
を流れるガスを減少Ｊる月じが得られる。

この発明に従ってシュラウドを設旧りる時に多数の因子
を考慮しな（〕ればならない。こういう因子としては、
第３図及び第５図に承り様に、条片３８の高さ１」及び
厚さ下、溝孔２２の幅Ｓ、封じ構造１８に対する羽根部
材１０の侵入深さ又は擦れ込み深さ０１条片３８の傾斜
角α及び半径方向の平面に対する法線に対重る角度βを
含む。下記の表は選ばれたパラメータに対りる好ましい
範囲と特定の実施例を承り。

パラメータ　好ましい範囲　特定の実施例α　４！ｉ”
−９０６６０’ β　０°−３０°　羽根の弦と整合 １’　１−　１０ミル　３ミル ８　１−５ミル　１ミル １−１　５Ｆ１−４５０ミル　１５０ミル史に、弾性係
数、伸びの自分率、熱抵抗及び酸化抵抗で測定される様
な条片ｔｒＡ　ｆｉｌの品質も考慮に入れなければなら
ない。一般的に、延性のよい対熱１ノ１及び対酸化１１
１の任意の合金をイｊ刊に用いることが出来る。例えＶ
よ、カンタル、ハステロイス１ハステｌ」イＩＩ８　１
８８、インｌＸ１ネル６２５及びインコネル×７５０合
金の様な市場で人手し得る材料は、何れしこういう性質
を持つＣおり、この発明に用いることが出来る。

１撃れ込み深さ１つは上に述べたパラメータ程正確に制
ｔｉｌ＋−！することか出来ない。０（ｊに述べた様に
、機関が始動りる１１．１のタービン羽根とそれを取囲
むシュラウドの間の隔たり又はりさ間は、約６０ミルで
あることがある。定常状態の運転中、この−りき問が約
１５ミルに減少りることがある。然し、成る過渡的な段
階の間、羽根部材１０が封じ構造１８に入り込む。擦れ
込み深さＤは変化Ｊるが、１０ノリ至３０ミルに達］る
ことがある。前掲の表に挙げたパラメータの値は、擦れ
込み深さがこういう範囲であると仮定して示したもので
ある。従って、必要に応じて、これらの値を表に示しｔ
−（ｉ（ｊから変えることが出来る。

当業者ｒ″あれば、この発明がこ）で図示し且つ説明し
た特定の実施例に制約されないことは明らかぐあろう。

この発明は回転づる羽根部材を取囲むシュラウドに制限
されるものではなく、相対的に可動の２つの部材を、て
れらの相対的な回転方向に対して横方向の流体の流れが
起らない様に密封りる月じＷＪ造にも同じ様に用いるこ
とが出来る。

図面に示した１法及び構造の比例的な関係は、例にずぎ
り”、これらの例がこの発明のシコラウドで使われる実
際のＸＪ法又は構造の比例関係を示づものではないこと
を承知されたい。

この発明は、特許請求の範囲の記載のみによって限定さ
れるものであって、この範囲内にＩＡ’Ｕ　ｕ’１ろい
ろな変更及び均等物を用いることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はターボ流体機械のシ゛１ラウド及び羽根部材の
部分的な側ｍｌＩｔｌｉ面図、第２図の第１図のシコー
ラウドの一部分の斜視図、第３図はこの発明の別の実施
例のシュラウドの一部分の斜視図、第４図はこの発明の
史に別の形のシコラウドの一部分の斜視図、第５図は第
１図の回転子及びシュラウドの簡！１８１１１１１断面
図、第６図は第１図の線６−６から児た第３図のシュラ
ウドの図である。 Ｊ：　’Ｊ　＆ｉ　号ノ１ｉｆＪ明 １０：羽１１４部祠、 １４：支持部拐、 ｊ；８：条ハ、 ４０：外側の縁、 ４２：内側の経、。 特Ｗ１出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）回４ｉ、りる羽根部材を持つタービン機関に用いら
   れ、前記羽根部材を取巻く擦れに耐えるシュラウドに於
   （、支持部材と、第１及び第２の縁を持つ複数個の条）
   −とを有し、各々の条片は隣接しに条１１ど略平行Ｃ゛
   あっＣ１全体的に前記回転する羽根部材を含む半径方向
   の平面に対づる法線から３０°以内にあり、前記第１の
   縁が前記支持部材に結合され、前記第２の縁は前記羽根
   部材と擦れ接ｍ１をづる時に弾力的に撓み（υるシュラ
   ウド。 ２、特許請求の範囲１）に記載したシュラウドに於Ｃ１
   各々の条ｊ１が前記羽根部材の回転軸線を通る平面に局
   限されているシュラウド。 ３）特許請求の範囲１）に記載したシュラウドに於（、
   各々の条片が全体的に前記回転り“る部材を含む半径方
   向の５ｐ面に対し″ＣＣ仏法線方向あっＣ１全体的に９
   １１記羽根の回転方向に角度が付けられているシュラウ
   ド。 ４）特許請求の範囲１）に記載したシュラウドに於て、
   各々の条ハの厚さが１乃至１０ミルであり、前記条片は
   １乃至５ミルの幅を持っ満孔によっ”Ｃ隔てられている
   シュラウド。 ５）特許請求の範囲４）に記載したシュラウドに於て、
   前記条片がカンタル、ハステロイＸ、ハステロイｌ−１
   ８１８８、インコネル６２５及びインコネル×７５０か
   ら成る材料群から選ばれＣいるジュラｒシ　ド　。 ６）回転づる羽根部材を持つタービン機関に用いて、前
   記羽根部材を取囲む擦れに耐えるシュラウドに於（、支
   持部材と、第１及び第２の縁を持つ弾力的に撓み得る細
   良い箔ハとを右し、該箔片は複数個のひだを形成りる様
   に折曲りられており、各々のひだは軸方向の平面内に実
   質的に収容されていて前記第１の縁で前記支持部材に結
   合されており、前記回転する羽根部材か前記ひだの第２
   の縁に接触りる時、前記ひだが弾力的に撓む様にしたシ
   ュラウド。 ７）第１及び第２の相対的に可動の部材の間の空間を流
   れるカスを減少づる月じ構造に於Ｃ，複数個の１尭み寄
   る条片を有し、各々の条片は隣接づ−る条ｊ１に対しく
   略平行であつＣ１全体的に前記第１及び第２の相３・ｊ
   的に可動の部材を含む半径方向の平面に対りる法線から
   ３０°以内に配置されており、前記条片の第１の緑が前
   記第１の部材に接続され、前記条ハの第２の縁が前記第
   ２の部材と擦れ接触りる時に弾力的に撓み１′、する月
   じ構造。 ε３）第１及び第２の相対的に可動の部材の間の空間を
   流れるガスを減少りる４＞Ｉ　ｌ、；構造に於Ｃ，複数
   個のひだをｌｌｊ成−りる様に４ｎ　１ｌｌｌすｊこ１
   尭みｊりる細長い箔１”＋をイｊ（）、各々のひだｔま
   隣接りるひだに対しく略１’　＜ＪＦ　ａｉ）す、＠　
   （）　Ｉｅ　ｕ　全体的Ｋ　ｎｉｌ記第１及び第２の相
   対的に一＋ｉＪ動の部材を含む半径方向の平面に対りる
   法線から３０°以内にあり、１）０記Ｗ）片の第１の縁
   がｎｆｊ記第１の部材に接続され、前記箔片の第２の縁
   は前記第２の部材ど１察れ接触ηる１１Ｎに弾力的にｌ
   尭み腎る到じ構造。 ９）前縁及び後縁を１４つ回転りる羽根部材を含むター
   じン機関に用いて、前ｎ１２羽根部伺を取囲む擦れに耐
   えるシュラウドに於て、支持部材と、第１及び第２の縁
   を持つ複数個の条ハとを右し、各々の条片は隣接する条
   ハに対して略平行ＣあつＣ１前記前縁及び後縁を結ぶ羽
   根部４．４の弦と全体的に整合しており、前記第１の縁
   が前記支持部材に結合され、前記第２の縁は前記羽根部
   材と擦れ接触覆る時に弾力的に撓み得るシュラウド。 １０）特許請求の範囲〇）に記載しＩこシュラウドに於
   て、各々の条片が全体的に前記羽根部材の回転右向に角
   度がイ］りられでいるシュラウド。