(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、該回転軸から径方向外側に延びる多数のタービン・ブレードを有するタービンの少なくとも１段を作動流体が流れるために該回転軸と同中心に配置されるとともに、静的構造に囲まれた環状流路と、前記タービンの１段の径方向外側の前記静的構造に固定され、前記作動流体から熱を吸収する環状シールを有する軸流ガスタービン・エンジンのシール構造において、
前記環状流路の回りで周方向に延びる多数のアーチ形シール・セグメントからなり、各シール・セグメントが、前記タービン・ブレードから径方向外側に離間して配置されるとともに、隣接するシール・セグメントから周方向に離間して配置されて、シール・セグメント間に間隙を形成し、各シール・セグメントが、
作動媒体流路に対向するシール面と、
前記シール面に隣接するとともに、前記シール・セグメントに沿って軸方向に延びる第１の面と、
前記シール面に隣接するとともに、前記シール・セグメントに沿って軸方向に延びる第２の面と、
前記シール面に対向するとともに、前記第１の面と第２の面との間に延びる冷却液供給面であって、前記第２の面に隣接して内部に延びる多数の第１の冷却オリフィスを有し、前記第１の面に隣接して内部に延びる多数の第２の冷却オリフィスを有する冷却液供給面と、
前記第１の面から前記第２の面に向かって延び、前記シール面と前記冷却液供給面との間に配置された多数の第１の冷却流路であって、第１の冷却流路の各々が、前記第１の面を横切り、前記第２の面の手前まで延び、前記第１の冷却オリフィスの一つを介して前記静的構造内の冷却空気供給源に連通する多数の第１の冷却流路と、
前記第２の面から前記第１の面に向かって延び、前記シール面と前記冷却液供給面との間に配置された多数の第２の冷却流路であって、第２の冷却流路の各々が、前記第２の面を横切り、前記第１の面の手前まで延び、前記第２の冷却オリフィスの一つを介して前記冷却空気供給源に連通し、前記シール・セグメントの一つの前記冷却流路の各々が、前記シール・セグメントの隣接する冷却流路から壁によって離間して配置される第２の冷却流路とを有し、
前記供給源からの冷却空気が、前記第１の流路内を第１の方向に流れ、前記第１の冷却流路を出て、前記第１の面で前記セグメント間の間隙の一つに入り、前記供給源からの冷却空気が、前記第２の流路内を前記第１の方向とは反対の第２の方向に流れ、前記第２の面で前記第２の冷却流路を出て、前記セグメント間の間隙の他方に入ることを特徴とする、軸流ガスタービン・エンジンのシール構造。
【請求項２】
各シール・セグメントの第１の冷却流路の大部分が、シール・セグメントの第２の冷却流路の大部分の間に挟まれていることを特徴とする、請求項１に記載のシール構造。
【請求項３】
前記第１の冷却流路の各々が、前記第１の冷却オリフィスの一つに隣接する第１の流路断面から、第１の面に隣接する第２の流路断面に向かって先細になり、前記第２の冷却流路の各々が、前記第２の冷却オリフィスの一つに隣接する前記第１の流路断面から、前記第２の面に隣接する前記第２の流路断面に向かって先細になり、この先細形状が、冷却空気が冷却流路を流れて熱を吸収するときに、冷却空気のマッハ数を増大させるように構成されることを特徴とする、請求項２に記載のシール構造。
【請求項４】
各々の冷却流路が、冷却空気による熱の吸収を向上させるために、長手方向に沿ってトリップ・ストリップを有することを特徴とする、請求項３に記載のシール構造。
【請求項５】
前記第１の冷却流路の各々が、それに連通する前記第１の冷却オリフィスと前記第１の面との間に少なくとも一つの再供給オリフィスを有し、前記第２の冷却流路の各々が、それに連通する前記第２の冷却オリフィスと前記第２の面との間に少なくとも一つの再供給オリフィスを有し、前記冷却流路の各々が、前記再供給オリフィスを介して冷却空気供給源に連通することを特徴とする、請求項４に記載のシール構造。
【請求項６】
各々のシール・セグメントのシール面の第１の部分が、摩耗性物質からなるコーティングを有することを特徴とする、請求項５に記載のシール構造。
【請求項７】
各々のシール・セグメントのシール面の第２の部分が、温度障壁材を有することを特徴とする、請求項６に記載のシール構造。
【請求項８】
前記壁の各々が横断供給オリフィスを有し、各々の冷却流路が、前記横断供給オリフィスの一つを介して隣接する冷却流路に連通することを特徴とする、請求項７に記載のシール構造。
【請求項９】
各シール・セグメントのシール面の摩耗性材料の部分が、多数のフィルム冷却孔を有し、前記冷却流路の幾つかが、該フィルム冷却孔を介して前記シール面に連通し、これらの幾つかの冷却流路を流れる冷却液の一部が、前記フィルム冷却孔を介して前記シール面に接触し、境膜冷却を行い、作動流体の直接的な接触から前記シール面を保護することを特徴とする、請求項６に記載のシール構造。
【請求項１０】
前記壁の各々に横断供給オリフィスが設けられ、各冷却流路が、前記横断供給オリフィスの一つを介して隣接する冷却流路と直接に連通することを特徴とする、請求項９に記載のシール構造。
【請求項１１】
前記シール面の第２の部分が熱障壁材で被覆されることを特徴とする、請求項１０に記載のシール構造。
【請求項１２】
シール面の鋳型と、該シール面の鋳型に隣接し、シェルに沿って延びる第１の面の鋳型と、前記シール面の鋳型に隣接し、前記第１の面の鋳型と平行にシェルに沿って延びる第２の面の鋳型と、前記第１の面又は第２の面の鋳型の一つから延びる２つの支持体の鋳型と、前記シール面の鋳型に対向し、前記２つの支持体の鋳型の間に延びる第３の鋳型とを有するシェル内に、
コアの第１の端部から該第１の端部に対向するコアの第２の端部の手前まで延びる多数の第１の冷却流路の鋳型であって、各々の鋳型が前記コアの第１の端部に隣接する第１の冷却オリフィスの鋳型を有する多数の第１の冷却流路の鋳型と、前記コアの第２の端部から前記第１の端部の手前まで延びる多数の第２の冷却流路の鋳型であって、各々の鋳型が前記コアの第２の端部に隣接する第２の冷却オリフィスの鋳型を有する第２の冷却流路の鋳型とを有するコアを、
前記冷却オリフィスの鋳型が前記シェルの第３の面の鋳型に支持され、前記第１の冷却流路の鋳型が前記第１の面の鋳型に支持され、前記第２の冷却流路の鋳型が前記第２の面の鋳型に支持されるように配置し、
前記シェル内に溶融物を導入し、
該溶融物を凝固させ、
凝固物からシェルを除去し、
凝固物内からコアを浸出させることを特徴とする、軸流ガスタービン・エンジンのシール・セグメントの製造方法。
【請求項１３】
前記冷却流路の各々の鋳型が、多数の横断供給孔の鋳型によって、前記コアの中間スパンの位置で連結されることを特徴とする、請求項１２に記載のシール・セグメントの製造方法。
【請求項１４】
前記冷却流路の鋳型の各々が、前記シェル内にコアを配置する工程中に、前記第３の面の鋳型に支持される再供給オリフィスの鋳型を含むことを特徴とする、請求項１３に記載のシール・セグメントの製造方法。
【請求項１５】
前記冷却流路の鋳型の各々が、前記シェル内にコアを配置する工程中に、前記シール面の鋳型に支持されるフィルム冷却孔の鋳型を含むことを特徴とする、請求項１４に記載のシール・セグメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、作動流体の環状流路を有するガスタービン・エンジンに関し、特に、エンジンの長手方向の軸線に沿って周方向に延びて作動流体を流路に閉じ込める幾つかのシール・セグメントからなるシール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸流ガスタービン・エンジンは、圧縮セクション、燃焼セクション及びタービン・セクションを有する。これらのセクションを通って軸方向に作動流体の環状流路が延びている。作動流体を環状流路に閉じ込め、作動流体が環状流路に沿って流れるようにするために、作動流体の環状流路の回りには、ステータ・アセンブリが延びている。
【０００３】
作動流体が環状流路に沿って流れると、作動流体は圧縮セクションで圧縮され、作動流体にエネルギーを与えるために、燃焼セクションで燃料とともに燃焼される。高温の圧縮された作動流体は、タービン・セクションで膨張して仕事を発生する。この仕事の大部分は、フリー・タービンを駆動するため、又は航空機のスラスト（推力）を得るために使用される。
【０００４】
タービン・セクションで発生した仕事の残りの部分は、これらの目的には使用されず、作動流体自体の圧縮に使用される。この仕事をタービン・セクションから圧縮セクションに伝えるために、タービン・セクションと圧縮セクションの間にはロータ・アセンブリが延びている。タービン・セクション内のロータ・アセンブリは、作動媒体流路を横切って外側に延びるロータ・ブレードを有する。ロータ・ブレードは、作動流体から仕事を受け取るため、及びロータ・アセンブリを回転軸の回りに駆動するために、進入する流れに対して傾いた翼型を有する。
【０００５】
作動流体を流路に閉じ込めるために、ロータ・ブレードは外側エアシールに囲まれている。外側エアシールは、ステータ構造の一部であり、複数のアーチ形セグメントから形成されている。さらに、ステータ・アセンブリは、外側ケースを有するとともに、外側ケースから外側エアシールのセグメントを支持する構造を有する。外側ケースおよび支持構造は、ロータ・ブレードの先端が及ばない所で作動流体が漏れるのを防止するため、外側エアシールのセグメントをロータ・ブレードに極めて接近させて配置させている。その結果、外側エアシールのセグメントは、高温の作動流体に緊密に接触して、作動流体から熱を受け取り、セグメントの温度を許容できる制限内に保つために冷却される。
【０００６】
冷却空気を使用することにより、外側エアシールを冷却しない場合と比較して、外側エアシールの運用寿命を伸ばすことができる。しかし、冷却空気を使用する場合、エンジンの有効仕事の一部が圧縮機内の冷却空気の圧縮に使用されるため、エンジンの作動効率が低下する。外側エアシールのような構成要素の運用寿命を満足なものにするために必要な冷却空気の量が減少すれば、スラストの供給又はフリー・タービンの駆動などの他の目的のために得られる仕事を増大させ、エンジンの総合効率を増大させることができる。
【０００７】
従って、冷却空気の必要量を最小にすることができ、外側エアシールの有効寿命を伸ばすのに必要な冷却を行うことができる外側エアシールを提供することが必要となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、冷却空気の必要量を最小にすることができるとともに、外側エアシールの有効寿命を伸ばすのに必要な冷却を行うことができる外側エアシールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガスタービン・エンジンの外側エアシールの冷却能力を向上させるとともに、容易に製造できる外側エアシールを提供するものである。本発明による外側エアシールは、鋳造可能な多数のシール・セグメントからなり、各シール・セグメントは、逆流配置の対流冷却を行い、冷却液のマッハ数を制御するために、テーパ状の対流形チャネルからなる多数の冷却流路を有し、内部熱伝達を高めるために、境界層トリップ・ストリップを有し、追加の２次的な冷却空気を使用することなくセグメント間のパージを行うことができる。逆流設計により、熱効率を高め、周囲の温度勾配を減少し、セグメント間の間隙から離間した所にホットスポットを配置させることができる。セグメント間の間隙の冷却およびパージのために消費した冷却液を使用することにより、専用の２次的な冷却空気を必要とすることなく、タービン効率を高めることができる。
【００１０】
本発明によるシール構造の幾何学的形状は、種々の形状にすることができる。シール・セグメントは、温度障壁材からなるコーティングおよび／又は摩耗性材からなるコーティングで被覆することができる。温度障壁材からなるコーティングは、シール・セグメントの部分に適用して、金属を絶縁し、これらの部分に必要な冷却空気を減少させることができる。摩耗性材からなるコーティングは、ブレードの摩耗領域内のシール・セグメントに適用して、接近したクリアランスを維持し、タービン効率を高めることができる。極めて高温に適用するために、シール・セグメント内の対流冷却は、内部の冷却空気流路からの境膜冷却（フィルム冷却）により高めることができる。
【００１１】
本発明の上記の特徴、他の特徴および利点は、以下の実施例および添付図面により明らかになるであろう。
【００１２】
【実施例】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１３】
図１は、回転軸１４を有し、本発明のシール構造１１を組み入れた軸流ガスタービン・エンジン１０の一部を示している。図１は、エンジン１０のタービンの一段１２の一部を示しており、回転軸１４の回りには、エンジンの作動流体である圧縮ガスの環状流路１３が配置している。タービンの段１２は、軸方向上流に１つのステータ・アセンブリ１５と、軸方向下流に他のステータ・アセンブリ１６を有する。ステータ・アセンブリ１５および１６は、エンジン１０の静的構造の一部であり、各々のステータ・アセンブリ１５、１６は外側ケース１７を有する。外側ケース１７は、作動流体の流路１４の回りの周方向に延びている。
【００１４】
タービンの段１２は、多数のロータ・ブレード１８（図１では１つのロータ・ブレードのみを示している）を有する。ロータ・ブレード１８は、軸１４に対して径方向外側に、環状流路１３を横切って外側ケース１７に極めて接近した位置まで延びている。軸１４の回りには、多数のアーチ形のシール・セグメント１９（図１では１つのシール・セグメントのみを示している）からなる外側エアシール１１が延びており、環状流路１３の境界を形成し、ロータ・ブレード１８の先端部は外側エアシール１１に囲まれている。外側エアシール１１は、外側ケース１７から径方向内側に離間して配置し、これらの間に周方向に延びるキャビティ２０を形成している。キャビティ２０は、図示しない冷却空気源に連通し、後述するように外側エアシール１１のシール・セグメント１９を冷却するように構成されている。各々のアーチ形シール・セグメント１９は、上流ホック２１および下流ホック２２を有し、それぞれ、外側ケース１７から径方向内側に延びる上流支持体２３および下流支持体２４と係合している。上流支持体２３および下流支持体２４は、外側ケース１７に取り付けられ、ロータ・ブレード１８の回りで外側エアシール１１を支持および位置決めしている。各支持体２３、２４は、これらのたが強さ（hoop strength）を減少させるために分割してもよい。
【００１５】
外側ケース１７の内側には、第１の冷却空気流路２５が延びている。冷却空気流路は、外側ケース１７によって境界が定められ、作動流体の環状流路１３の外側でエンジン内を通って延びている。冷却空気流路は、外側エアシール１１と外側ケース１７の間のキャビティ２０内まで延びている。
【００１６】
外側エアシール１１の各シール・セグメント１９は、リーディング・エッジ２６とトレーリング・エッジ２７を有する。リーディング・エッジ２６は、隣接するステータ・アセンブリ１５から離間して配置され、これらの間に周方向に延びるキャビティ２８を形成している。キャビティ２８は、リーディング・エッジ領域下方で軸方向および周方向に延びる第２の冷却空気流路を形成する。トレーリング・エッジ２７は、隣接するステータ・アセンブリ１６から離間して配置され、これらの間に環状キャビティ２９を形成している。この環状キャビティ２９は第３の冷却空気流路を形成している。
【００１７】
図２は、図１の外側エアシールのシール・セグメント１９、支持体２３、２４およびロータ・ブレード１８を示しており、図３は、図２の２つの隣接するアーチ形シール・セグメント１９の３−３線断面図である。各シール・セグメント１９は、軸１４の回りで周方向に延びるアーチ形シール面３１を有する金属ベース部３０を有している。図３に示すように、隣接するシール・セグメント１９'、１９"は、周方向に互いに離間して配置され、これらのシール・セグメントの間に間隙３２、３２'を形成している。間隙３２、３２'は、エンジン１０の動作条件に基づいてその大きさが変動する。図４に示すように、セグメント１９、１９'１９"の間には、セグメント間シール３３が間隙３２を横切って軸方向および幅方向に延びている。セグメント間シール３３は、隣接するセグメント１９、１９'、１９"に形成された溝３４、３５内に摺動可能に収容されている。
【００１８】
周知のように、作動流体は極めて高温であるため、外側エアシール１１のシール・セグメント１９は、作動流体から熱を吸収する。金属ベース部３０は作動流体の温度で比較的低いクリープ強度を有する材質で作られているので、金属ベース部３０の温度を作動流体の温度よりも十分に低い温度に維持するために、各シール・セグメント１９を冷却する必要がある。
【００１９】
図２に示すように、各シール・セグメント１９のシール面３１は、タービン・フレード１８および作動媒体の環状流路１３に対向している。また、図２に示すように、各シール・セグメント１９のシール面３１の一部は、摩耗性物質からなるコーティング３６を有し、シール面３１の他の部分は、熱障壁材からなるコーティング３７を有するのが好ましい。このような摩耗性物質および熱障壁材は周知の材質である。各シール・セグメント１９のシール面３１に隣接する第１の面３８は、軸１４に対して各シール・セグメント１９に沿って軸方向に延びている。また、各シール・セグメント１９の第１の面３８に対向し、シール面３１に隣接する第２の面３９は、同じシール・セグメント１９に沿って軸方向に延びている。シール面３１に対向して、このシール面と平行かつオフセットして冷却液供給面４０が配置している。冷却液供給面４０は、第１の面３８と第２の面の間に延びており、これらの面の間に延びる多数の冷却オリフィスを有している。第３図に示すように、第１のグループの冷却オリフィス４１は、第２の面３９に隣接して配置し、第２のグループの冷却オリフィス４２は、第１の面３８に隣接して冷却液供給面４０内に延びている。これらのオリフィス４１、４２は、冷却空気の供給圧力およびシール・セグメント１９からの所望の熱伝達に基づいて、その中を通る冷却空気の流れを規制する大きさである。図３の実施例では、すべてのオリフィス４１、４２は同じ流路断面積を有している。
【００２０】
図３に示すように、各シール・セグメント１９は、シール面３１と冷却液供給面４０との間に多数の冷却流路を有している。第１のグループの冷却流路４３は、第１の面３８から第２の面３９の方へ延びており、これらの冷却流路４３の各々は、第１の面３８を横切り、第２の面３９の手前まで延びている。第１のグループの冷却流路４３の各々は、第１のグループの冷却オリフィス４１の１つを通って静的構造のキャビティ２０内の冷却空気の供給源に連通している。第２のグループの冷却流路４４は、第２の面３９から第１の面３８の方へ延びており、これらの冷却流路の各々は、第２の面３９を横切り、第１の面３８の手前まで延びている。第２のグループの冷却流路４４の各々は、第２のグループの冷却オリフィス４２の一つを通って静的構造内のキャビティ２０を介して冷却空気の供給源に連通している。また、図３に示すように、各シール・セグメント１９内の冷却流路４３、４４の各々は、冷却流路の長手方向に延びる壁４５によって、隣接する冷却流路から分離されている。
【００２１】
図３に示すように、所定のシール・セグメント１９内の冷却流路では、第１のグループの冷却流路４３と第２のグループの冷却流路４４が交互に配置されており、第１のグループの冷却流路４３の大部分が、第２のグループの冷却流路４４の大部分の間に挟まれている。この実施例では、シール・セグメント１９のリーディング・エッジ２６とトレーリング・エッジ２７に隣接する冷却流路だけが、他方のグループの冷却流路に挟まれていない。各冷却流路の内面は、冷却空気とシール・セグメント１９との間の熱伝達を向上させるために、長手方向に沿ってトリップ・ストリップ（trip-strips）４６を有している。周知のように、冷却液の境界層にトリップ・ストリップを使用することにより、再生乱流（regenerative turbulence）が発生し、熱伝達係数および冷却空気によるシール・セグメント１９からの熱の吸収が向上する。
【００２２】
本発明による冷却流路４３、４４が長手方向に沿って一定の流路断面積を有するとすれば、冷却空気が冷却流路の一つを流れると、冷却空気は加熱され、冷却空気のマッハ数が減少し、このマッハ数の減少により、各冷却流路の長手方向の熱伝達係数が減少するであろう。このようなことが起こらないようにするために、本発明では、冷却空気が加熱されると冷却空気のマッハ数を増加させるテーパ状の冷却流路４３、４４を使用し、各冷却流路の長手方向に沿って高い熱伝達係数と高い熱伝達率を維持するように構成している。従って、各シール・セグメント１９について、第１のグループの冷却流路４３の各々は、第１の冷却オリフィス４１の一つに隣接する第１の流路断面から、第１の面３８に隣接する第２の流路断面に向かって先細になっており、第２のグループの冷却流路４４の各々は、第２の冷却オリフィス４２の一つに隣接する第１の流路断面から、第２の面３９に隣接する第２の流路断面に向かって先細になっている。これらのテーパ状形状は、冷却流路内を冷却空気が流れて熱を吸収するときに冷却空気のマッハ数を増加するように構成されている。
【００２３】
長手方向に沿った特定の位置の各冷却流路の実際の流路断面積は、冷却空気が冷却流路に供給される位置の速度および圧力、エンジン動作状態におけるシール・セグメントを通る作動流体からの熱伝達率、および各シール・セグメントからの所望の熱伝達に依存するので、本発明は、特定の比率のテーパ状流路断面を有する冷却流路に制限されるものではない。熱環境、冷却空気の流れの終点および製造上の制限によって冷却流路の数が決まる。トリップ・ストリップの幾何学的形状および数、およびマッハ数の回復のための冷却流路の先細の度合いは、特定のガスタービン・エンジンへの適用によって決定される。
【００２４】
各シール・セグメント１９の各冷却流路４３、４４は、長手方向に沿って１以上の再供給オリフィス４７を有するのが好ましい。従って、第１のグループの各冷却流路４３は、これらに連通する冷却オリフィス４１と第１の面３８との間に少なくとも１つの再供給オリフィス４７を有し、第２のグループの各冷却流路４４は、これらに連通する第２の冷却オリフィス４２と第２の面３９との間に少なくとも１つの再供給オリフィス４７を有する。各冷却流路４３、４４は、再供給オリフィス４７を介してキャビティ２０内の冷却空気の供給源に連通している。従って、流路の流れを再生し、適当な冷却空気を流出させて、各シール・セグメント１９の第１の面３８と第２の面３９を冷却するとともに、セグメント間の間隙３２の適当なパージを行うために、各冷却流路４３、４４の１以上の位置で冷却空気が再供給又は補給される。
【００２５】
上記のことから、特定のシール・セグメント１９内では、キャビティ２０内の供給源からの冷却空気は、第１のグループの冷却流路４３内で一方向４８に流れて、第１の面３８でセグメント間の間隙３２に出て、また、第２のグループの冷却流路４４内では反対方向４９に流れて、第２の面３９においてこの面に隣接するセグメント間の間隙３２'に出る。従って、各シール・セグメント１９は、冷却流路４３および４４内を流れる冷却空気を反対方向に流すことによって冷却される。
【００２６】
セグメント間の間隙３２、３２'を冷却およびパージする冷却空気の流れは、図３の４ａ−４ａ線断面図および４ｂ−４ｂ線断面図として、図４ａおよび図４ｂに示されている。図４ａおよび図４ｂは、シール・セグメント１９と隣接する２つのシール・セグメント１９'、１９"との間の間隙３３、冷却オリフィス４１の一つを介して冷却流路に流れる冷却空気の流路５０、および冷却流路の一つを出てセグメント間の間隙３２をパージする冷却空気の流路５１を示している。セグメント間シール３３は、冷却に使用された冷却空気がセグメント間の間隙３２内の径方向外側に流れるのを防止し、それによって、冷却に使用された冷却空気がエンジン１０の作動流体の環状流路１３に流れるようにしている。
【００２７】
図５〜図８は、外側エアシール１１を使用する必要がある特定の環境により、本発明のシール・セグメント１９を組み入れることができる他の実施例を示している。図５は図３と同様の図であるが、この図では一つのシール・セグメント１９のみを示している。図６は、図５の６−６線に対応するシール・セグメント１９の中間スパン（翼幅中央部）の位置に沿って切断した断面図である。図５および図６に示すように、壁４５の各々には、横断供給オリフィス５２が形成され、各冷却流路４３、４４は、これらの横断供給オリフィス５２の一つを介して隣接する冷却流路に連通している。横断供給孔は、冷却流路の流量調整ジェット（流量調整オリフィス）が冷却空気の供給源からキャビティ２０を介してシール・セグメント１９まで移動した異物によって部分的に遮られた場合のように、特定の流路内の流れが減少した場合に、冷却流路４３、４４間で冷却空気が横断して流れることができるようにするために設けられている。
【００２８】
図７および図８は、各シール・セグメント１９のシール面３１の摩耗性物質で被覆された部分３６に多数のフィルム冷却孔（境膜冷却孔）５３を組み入れた本発明のシール・セグメント１９を示している。冷却流路の幾つかは、これらのフィルム冷却孔５３を介してシール面３１に連通し、これらの冷却流路を流れる冷却空気の一部が、フィルム冷却孔５３を介してシール面３１に接触して流れ、シール面３１が高温の作動流体と直接接触するのを防いでいる。
【００２９】
動作中において、冷却空気は、シール・セグメント１９両端部３８、３９に配置した流量調整ジェット４１、４２を介して、本発明のテーパ状冷却流路４３、４４に流れ込む。冷却流路４３、４４に入った冷却空気は、トリップ・ストリップ４６上を流れて、境界層に乱流を発生させ、冷却空気の内部熱伝達係数を増大させる。冷却空気が冷却流路４３、４４を流れて加熱されると、テーパ状部分によりマッハ数が増大し、高い熱伝達係数を維持する。次に、冷却に使用された冷却空気は、セグメント間の間隙３２に排出され、その間隙の冷却およびパージを行う。各シール・セグメント１９の軸方向の翼弦５４に沿って「ホットスポット」まで冷却空気の流れを増加するとともに、「クールスポット」まで冷却液の流れを減少して、冷却空気の全必要流量を減少させることによって、冷却能力を熱流束に適合できるようにして、個々の冷却流路の流量制御について流量調整ジェットの大きさを変えることができる。シール・セグメント１９を向流（逆流）設計は、熱効率を高め、周囲の温度勾配を減少し、セグメント間の間隙３２から離間した所にホットスポットを配置させている。
【００３０】
上述したように、本発明のシール・セグメント１９は、所望の大きさのシール・セグメント１９を有するシェルおよびコアによって製造することができる。シェルは、シール面の鋳型（mold pattern）と、シール面の鋳型に隣接し、シェルに沿って延びる第１の面の鋳型と、シール面の鋳型に隣接し、第１の面の鋳型と平行にシェルに沿って延びる第２の面の鋳型と、それぞれ第１の面又は第２の面の鋳型の一方から延びる２つの支持体の鋳型と、シール面の鋳型に対向し、２つの支持体の鋳型間に延びる第３の面の鋳型とを有する。
【００３１】
シェルのコアは、コアの第１の端部から、この第１の端部の反対側のコアの第２の端部の手前まで延び、各々の鋳型が、コアの第１の端部に隣接する１つの第１の冷却オリフィスの鋳型を有する多数の第１の冷却流路の鋳型と、コアの第２の端部から、コアの第１の端部の手前まで延び、各々の鋳型が、コアの第２の端部に隣接する１つの第２の冷却オリフィスの鋳型を有する多数の第２の冷却流路の鋳型を有するものでなければならない。コアは、さらに、多数の横断供給孔の鋳型によってコアの中間スパン（翼幅中央部）で連結された冷却流路の各々の横断を有するものでもよく、冷却流路の各々の鋳型が、再供給オリフィスの鋳型を有するものでもよく、また、冷却流路の各々の鋳型が、フィルム冷却孔の鋳型を有するものでもよい。
【００３２】
次に、冷却オリフィスの鋳型がシェルの第３の面の鋳型に支持され、第１の冷却流路の鋳型が第１の面の鋳型に支持され、第２の冷却流路の鋳型が第２の面の鋳型に支持されるように、コアをシェルに配置する。再供給オリフィスの鋳型が冷却流路の鋳型に含まれる場合には、コアをシェル内に配置する工程中に再供給オリフィスの鋳型が第３の面の鋳型に支持されるようにする。同様に、フィルム冷却孔の鋳型が冷却流路の鋳型内に含まれる場合には、コアをシェルに配置する工程中にフィルム冷却孔の鋳型がシール面の鋳型に支持されるようにする。
【００３３】
次に、シェル内に溶融物を導入し、冷却により溶融物を凝固させ、凝固物からシェルを除去し、凝固物内からコアを浸出させる。横断供給孔は、コアの中間部分で鋳込みコアの流路片の間に横方向の支持体を設けることによって、セグメントの鋳込みを促進する。また、鋳込みコアは、各流路の端部および冷却空気再供給オリフィスの位置で支持される。また、多数のコアの支持位置は、中間の貫通位置を設けることによって、コアの浸出を容易にする。
【００３４】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、軸流ガスタービン・エンジンの外側エアシールの冷却能力を高めるとともに、外側エアシールの製造を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシールを組み入れたガスタービン・エンジンの一部の断面図。
【図２】図１の一部の拡大図。
【図３】図２の３−３線断面図。
【図４】図３の４−４線断面図。
【図５】本発明の他の実施例の図３と同様の断面図。
【図６】図５の６−６線断面図。
【図７】本発明の第３実施例を示す図。
【図８】図７の８−８線方向から見た平面図。
【符号の説明】
１０…軸流ガスタービン・エンジン
１１…外側エアシール
１２…タービンの段
１３…環状流路
１４…回転軸
１５、１６…ステータ・アセンブリ
１７…外側ケース
１８…ロータ・ブレード
１９…シール・セグメント
２０…キャビティ
２１…上流ホック
２２…下流ホック
２３…上流支持体
２４…下流支持体
２５…第１の冷却空気流路
２６…リーディング・エッジ
２７…トレーリング・エッジ
２８…キャビティ（第２の冷却空気流路）
２９…環状キャビティ（第３の冷却空気流路）
３０…金属ベース部
３１…シール面
３２…間隙
３３…セグメント間シール
３４、３５…溝
３６、３７…コーティング
３８…第１の面
３９…第２の面
４０…冷却液供給面
４１、４２…オリフィス（流量調整ジェット）
４３…第１のグループの冷却流路
４４…第２のグループの冷却流路
４６…トリップ・ストリップ
４７…再供給オリフィス
５０、５１…冷却空気の流路
５２…横断供給オリフィス
５３…フィルム冷却孔
５４…翼弦
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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