JPS6325161B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、たとえばガスタービンエンジンのよ
うなターボマシーンのハウジングに関し、特にか
かるマシーンのコンプレツサのハウジングを含む
ものである。

かかるマシーンのスタートあるいは速度低下の
ような操作中の瞬間的な状態において、マシーン
の作動流体の温度は比較的、高速で変化する。そ
のマシーンのそれらの部分は作動流体に接触し、
これによつて加熱されるか比較的高速で冷却され
る。しかしながら前記作動流体に直接接触してい
ない部分の熱応答は非常に緩慢で、これによつて
問題が生じ得る。たとえばガスタービンエンジン
コンプレツサあるいはデイスク上に設けられると
ともにハウジング内に配設されたブレードを備え
たブレードロータを有するタービンにおいては、
前記ハウジングは非常にゆつくりと加熱される傾
向にあるが、ブレードプラツトホームおよび中間
に介在するスペーサによつてホツトガスから保護
されているより大きなロータデイスクは、より遅
い速度で加熱される。その結果、ブレードの先端
とハウジング間のギヤツプは変化し、そのため異
なる熱膨張が生ずる。これがケーシング上のブレ
ードの破損につながることがあるか、もしギヤツ
プが非常に大きくなれば、効率の低下あるいはエ
ンジン内のサージングの発生となる。

本発明は、ケーシングとそのそれぞれのロータ
組立体との操作クリアランスをコントロールする
ようにハウジングの熱応答をタービンあるいはコ
ンプレツサロータ組立体の熱応答にほぼ等しくす
るように設計されたタービンあるいはターボマシ
ーンのコンプレツサーのためのハウジングを提供
することを目的とする。

タービンあるいはコンプレツサのハウジングを
２つの半径方向に離間したケーシングの形に構成
するとともに内部ケーシングの内部表面上に熱絶
縁材料を設けるとともに、内部ケーシング上に熱
低下材料を設け、ケーシングの熱応答を緩慢にさ
せることによつて内部ケーシングの膨張をロータ
の膨張に一致させることは公知である。かかるコ
ンプレツサケーシングは英国特許No.1501916に開
示されている。このパテントに開示されたケーシ
ングはステータベーンを支持した環状ステータリ
ングからなる内部ケーシングを有し、前記外部ケ
ーシングは円筒リングあるいは２つのハーフケー
シングを備え、このハーフケーシングは長手方向
軸に沿つて結合されるとともに内部ケーシングの
外側の周りに組み立てられるとともに、それにボ
ルト結合されている。外部ケーシング内に位置決
めされた内部ケーシング仕切り部を有するコンプ
レツサハウジングにおける問題の１つは、圧縮空
気がコンプレツサの高圧地域から内部および外部
ケーシング間の空間に洩れるとともにコンプレツ
サの低圧段の方向に逆流する傾向にあることであ
る。これによつてコンプレツサの効果が低下し、
ターボマシーンの全体の熱力学的サイクルに有害
をもたらす。

本発明の目的は、同軸の隣接する内部仕切り部
間のシーリングを改良し、前記内部および外部ケ
ーシング間のギヤツプ内に洩れる空気量を減少さ
せることにある。

本発明は、仕切部上のガス負荷による軸方向押
圧力および内部ケーシング仕切り部上に生じる回
転モーメントを利用して前記仕切り部分を傾斜表
面に接触させ、前記仕切り部を他の表面に接触さ
せるように摺動させ効果的な空気シールを形成し
ている。

以下、図面を参照して本発明の実施例について
説明する。

添付図面において、第１図はダクト形のフアン
空気エンジン１０を示し、このエンジン１０は前
端部に取付けられた低圧コンプレツサー１１を有
し、このコンプレツサー１１はタービン１２によ
つて駆動され、また前記エンジン１０はタービン
１４によつて駆動される高圧コンプレツサー１３
とホツトガスを生ぜしめてタービン１２および１
４を駆動せしめる燃焼室および排気ジエツトパイ
プ１６を有する。

第２図および第３図に関して、高圧コンプレツ
サー１３の少なくとも最後尾部分は外側中空円筒
ケーシング１８内に収納され、このケーシング１
８は円筒部分１８ａ乃至１８ｅから構成され、前
記部分１８ａ乃至１８ｅがコンプレツサーの軸に
沿つて端部が互いに突き合せられるようにして組
み立てられている。前記部分１８ａ乃至１８ｅは
一つの部品から作られてもよいし、あるいはコン
プレツサーの長手方向に伸びるジヨイントあるい
はフランジに沿つてボルト結合された複数の部品
から構成されてもよい。

内部ケーシング１９が外方ケーシング内に、そ
れから間隔をおいて位置決めされている。前記内
部ケーシング１９は複数の中空円筒部分１９ａ乃
至１９ｅからなり、これら部分はコンプレツサー
の長手方向に沿つて端部同士が突き合わされるよ
うにして組み立てられている。

各部分１９ａ〜１９ｅは複数の仕切部分２０ａ
〜２０ｅからなり、これら仕切部分は円周方向に
離間してお互いに対して仕切部分の円周方向の膨
張及び収縮を許すようなギヤツプを形成してい
る。仕切部分２０ａ〜２０ｅ間のこれらのギヤツ
プは長手方向に伸びるとともに、長手方向のシー
リングストリツプ２６によつてシールされ、前記
ストリツプ２６は仕切部分２０ａ〜２０ｅに重な
つて効果的な空気シーリングをしている。仕切部
分２０ａ〜２０ｅの各々には少なくとも２つの軸
方向に離間した固定部材の組が設けられ、これら
固定部材は位置決め部材２１，２２からなり、こ
れら部材は第３図に詳しく示されている。

前記部材２１，２２は外側ケーシング１８上に
設けられた位置決手段２４ａ，２４ｂによつて位
置決めされている。前記仕切部分２０ａは１つの
位置決め部材２１と２つの位置決め部材２２を有
している。仕切部分２０ａ〜２０ｅの各々は複数
のステーターベーン２３を有し、このベーン２３
は各仕切部分の円周壁から片持梁状に伸びてい
る。特に第３図に関して、前記位置決め手段２４
ａは外側ケーシング１８上に設けられ、この位置
決め手段２４ａは各仕切部分１８ａ〜１８ｅの半
径フランジ２６の半径方向最先端に凹部２５を有
している。前記凹部２５は２つの表面から形成さ
れている。すなわち、凹部２５は外方ケーシング
に沿つて軸方向に傾斜した表面２７とシーリング
表面を形成する軸方向に伸びる円筒表面２８によ
つて形成されている。

前記フランジ２６は隣接仕切部分が位置する凹
部２９によつて形成された第２位置決め手段２４
ｂをも有している。

前記第二凹部２９は軸方向に伸びる円筒表面３
０を有し、この表面３０は表面２８と同一の半径
を有するように形成され、前記表面２８および３
０はコンプレツサーが停止されたときに一定半径
に位置する仕切部分２０を支持している。外部ケ
ーシングの仕切部分１８ａはその長さ方向に沿う
部分に他のフランジ２６を有している。この他の
フランジ２６には凹部２９が設けられ、凹部２９
は他の凹部２９と同一である。仕切部分２０ａ〜
２０ｅの各々の位置決め部材２１は直立円周フラ
ンジ３１と表面２８に係合する円周表面３３とを
有し、前記フランジ３１は外部ケーシング１８方
向に突出するとともに凹部２５の傾斜表面２７に
直面する傾斜表面３２を有している。

仕切部分２０ａ〜２０ｅの位置決め部材２２は
外部ケーシング１８方向に突出する直立円周フラ
ンジ３４を有している。前記フランジ３４は円筒
フランジによつて形成されたフツク部分３５を有
し、このフツク部分３５は円筒表面３０に係合す
る円周表面３６を有している。

作動中において、圧縮空気がコンプレツサー１
３を通つて軸方向に流れるにつれて圧縮空気によ
つて仕切部分２０ａ〜２０ｅに加えられるガス負
荷が、ステーターベーン２３に作用して、仕切部
分２０ａ〜２０ｅに第３図の矢印Ａで示すような
軸方向押圧力を及ぼす。これによつて前記傾斜表
面３２が傾斜表面２７に係合するようになるとと
もに傾斜表面３２は傾斜表面２７上を摺動して前
記円周表面３３を円筒表面２８に密着させ、シー
ル係合するようになる。同時に円周表面３６は円
筒表面３０に対して軸方向に移動可能であり、仕
切部２０ａ〜２０ｅが外側ケーシングに対して軸
方向に摺動することを許容する。

前記ガス負荷は第３図において矢印MAによつ
て示すように時計方向の回転モーメントを仕切部
分２０に与える。仕切部分の軸方向押圧力による
前方移動および回転モーメントによる仕切部分の
回転が表面３３および３６を半径方向内側に付勢
せしめて、地域ＸおよびＹにおいて空気シーリン
グをもたらしめ、これによつて、ケーシング１
８，１９間のギヤツプの洩れが少なくなる。

前記仕切部分２０ａの各々は複数の別のステー
ターベーン２３を有するけれども、前記傾斜表面
は各仕切部分２０ａの前端においてシール効果を
与え、前記フツク３５は表面３０において、空気
シールの作用を果す。

本発明はタービンローターのハウジングに適用
されてもよい。この場合において、ガス負荷は後
側に作用するので、前記傾斜表面２７および３２
は仕切部分の後側に設けられるであろう。

前記位置決め部材２１，２２は外部ケーシング
１８上および位置決め手段、すなわち内部ケーシ
ング１９上に設けられた凹部２５，２９に形成さ
れてもよい。すなわち、第３図に示した配列が反
対に形成されてもよい。

前記傾斜表面２７は半径方向内側に面するよう
に示されてはいるが、それらは外側に面するよう
に配列されてもよい。この場合において、前記円
周表面２８および３０は内側に面し、傾斜表面に
直面するであろう。そのため、傾斜表面は傾斜に
沿つて摺動するので、前記表面２８，３３は同時
に付勢される。さらに他の実施例においては、前
記表面２８および３０は円筒である必要でなく、
円錐形の拡開凹部を形成してもよい。この場合に
は表面３３，３６は円筒形あるいは円錐形をな
す。円筒形の場合において、それらの表面３３，
３６は線接触しつつ表面に係合するであろう。し
かしながら、この配列は好ましくはない。なぜな
ら仕切部分を予想される半径上に位置決めするこ
とが困難であるからである。外側ケーシング１８
の最外フランジ３７はフランジ２６および３７を
通して内部ケーシング１９から熱の放出率を制御
する熱調整体をなしている。もし、望むなら外部
ケーシング１８をもう１つのケーシングあるいは
スリーブで取り囲み、外部ケーシング１８の周り
の部屋を形成し、外部ケーシング１８を通して空
気が流れることができて、前記熱調整体によつて
熱い空気あるいは冷い空気の流れをより正確にコ
ントロールするようにしてもよい。

このようにローターブレードの先端クリアラン
を制御することが可能である。

説明した後者の配列において、内部および外部
ケーシング１８，１９はコンプレツサーローター
のための構造ハウジングを形成している。さら
に、内部ケーシング１９が外部ケーシング内の凹
部内に位置決めされているので、内部ケーシング
の半径方向移動がより容易にコントロールされ、
ステーターベーン２３およびローターブレードの
先端のクリアランスの制御がより容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を組み込んだガスタービン空気
エンジンの概略図、第２図は本発明による、第１
図のエンジンの高圧コンプレツサーのハウジング
の詳細説明図、および第３図は第２図のハウジン
グの詳細説明図である。 １０……エンジン、１１……コンプレツサー、
１２……タービン、１３……高圧コンプレツサ
ー、１８ａ〜１８ｅ……円筒部分、１９ａ〜１９
ｅ……中空円筒部分、２０ａ〜２０ｅ……仕切部
分、２３……ステーターベーン、３４……直立円
周フランジ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半径方向に離間した内部ケーシングおよび外
   部ケーシングとを有し、前記内部ケーシングは、
   仕切られた中空円筒ケーシングを備え、このケー
   シングの各仕切り部は１つあるいはそれ以上の半
   径方向内側に突出したステータベーンを有し、前
   記内部ケーシングは２つあるいはそれ以上の軸方
   向に離間した固定装置の組によつて外部ケーシン
   グに対して位置決めされ、前記固定装置の各々
   は、一対の位置決め手段からなり、位置決め手段
   の１つは外部ケーシング上に設けられ、他は内部
   ケーシングの各仕切り部上に設けられたターボマ
   シーンロータのハウジングにおいて、前記固定装
   置の第１組の各固定装置の位置決め手段２４ａの
   １つには、ケーシング１８，１９に沿つて軸方向
   に伸びて傾斜する第１表面２７と、第１表面２７
   にある角度をもつて直面するよう形成されてシー
   リング面をなしている第２表面２８が備えられ、
   第１組の各固定装置の他の位置決め手段２１には
   前記第１および第２表面２７，２８にそれぞれ直
   面および係合する第３および第４表面３２，３３
   が設けられ、第２組の各固定装置の位置決め手段
   ２４ｂの１つには第５表面３０が設けられ、第２
   組の各対の他の位置決め手段２２は直面係合して
   いる第６表面３６を備えるとともに第５表面３０
   に対して軸方向に移動可能であり、第１表面２
   ７、第２表面２８、第３表面３２、第４表面３
   ３、第５表面３０および第６表面３６の全ては、
   使用中において、ベーン２３に作用するガス負荷
   が仕切り部２０を軸方向に付勢して第３表面３２
   を第１表面２７に接触せしめ、仕切り部２０を第
   １表面２７の傾斜に沿う方向に滑り落ちるように
   摺動させ、第４表面３３をシーリング面をなす第
   ２表面２８に密着させ、同時にベーン２３に作用
   するガス負荷による回転モーメントにより第６表
   面３６を第５表面３０に密着させるように互いに
   位置決めされていることを特徴とするターボマシ
   ーンロータのハウジング。 ２ 固定装置の第１組の位置決め手段２１は、各
   仕切り部２０の上流端に設けられ、固定装置の第
   ２組は、仕切り部２０の下流端に設けられている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のタ
   ーボマシーンロータのハウジング。 ３ 第１および第２表面２７，２８を備えた位置
   決め手段２４ａおよび第５表面３０を備えた位置
   決め手段２４ｂは、外部ケーシング１８上に設け
   られ、第３および第４表面３２，３３および第６
   表面３６を備えた位置決め手段２２は、仕切り部
   ２０の各々上に設けられていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載のターボマ
   シーンロータのハウジング。 ４ 第１および第２表面２７，２８を備えた位置
   決め手段２４ａおよび第５表面３０を備えた位置
   決め手段２４ｂは、各仕切り部２０上に設けら
   れ、第３および第４表面３２，３３を備えた位置
   決め手段２１および第６表面３６を備えた位置き
   め手段２２は、ケーシング１８上に設けられてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載のターボマシーンロータのハウジング。 ５ 第１および第２表面２７，２８を備えた位置
   決め手段２４ａには、凹部２５が設けられ、この
   凹部２５は２つの相互に直面する表面２７，２８
   を備え、表面２７，２８は第１および第２表面２
   ７，２８を形成していることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項に記載の
   ターボマシーンロータのハウジング。 ６ 第２表面２８は第１表面２７に対してある正
   確な角度をもつて形成されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項〜第５項のいずか１項に
   記載のターボマシーンロータのハウジング。 ７ 第２および第５表面２８，３０は円筒表面で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第
   ６項のいずれか１項に記載のターボマシーンロー
   タのハウジング。