(57)【要約】タービンエンジン用のシュラウド（６、７、１０）アセンブリは、第１のシュラウドセグメント（２０ａ）の第１の嵌合面（２２）と円周方向に隣接する第２のシュラウドセグメント（２０ｂ）の第２の嵌合面（２４）との間の隙間（３０）を密閉するための密閉構造（５０）を備える。密閉構造（５０）は、第１及び第２の嵌合面（２２、２４）上にそれぞれ形成された第１及び第２の溝（２５ａ、２５ｂ）内に収容される。第１及び第２の溝（２５ａ、２５ｂ）は、それぞれのシュラウドセグメント（２０ａ、２０ｂ）の前縁（２６）と後縁（２８）との間を軸方向に延びている。第１の溝（２５ａ）は、前縁（２６）と後縁（２８）で開口し、第２の溝（２５ｂ）は、前縁（２６）で開口し、後縁（２８）で閉じている。密閉構造は、第１及び第２の溝（２５ａ、２５ｂ）内にそれぞれ収容可能な軸方向に延びる第１及び第２の側面（５２、５４）を有する。密閉構造（５０）は、第１及び第２のシュラウドセグメント（２０ａ、２０ｂ）の軸方向長さ（ＬＲ）に実質的に等しい軸方向長さ（ＬＳ）を有し、密閉構造（５０）の後縁端部（５８）において第２の側面（５４）に切り欠き（６０）を有する。対応するガスタービンのシュラウドの設置方法も提供する。
2021525326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン用のシュラウド（６、７、１０）であって、
第２の篏合面（２４）の周方向に隣接して位置する第１の篏合面（２２）を有する第１のシュラウドセグメント（２０a）及び前記第２の篏合面（２４）を有する第２のシュラウドセグメント（２０b）と、
前記第１及び第２の篏合面（２０、２４）間の隙間（３０）を密閉する密閉構造（５０）と、を備え、
前記密閉構造（５０）は、少なくとも部分的に、前記第１の篏合面（２２）に形成された第１の溝（２５a）及び第２の篏合面（２４）に形成された第２の溝（２５b）内に収容され、
前記第１及び第２の溝（２５a、２５b）は、それぞれの前記第１及び第２のシュラウドセグメント（２０a、２０b）の前縁（２６）と後縁（２８）の間を軸方向に延び、第１の溝（２５a）は、前記前縁（２６）及び後縁（２８）で開口し、前記第２の溝（２５b）は、前記前縁（２６）及び後縁（２８）で開口し、   
前記密閉構造５０）は、それぞれ前記第１の溝（２５a）及び前記第２の溝（２５b）内に収容可能な軸方向に延びる第１及び第２の側面（５２、５４）を有し、前記密閉構造は、前記第１及び第２のシュラウドセグメント（２０a、２０b）の軸長（ＬＳ）に実質的に等しい軸長（ＬＲ）を有し、前記密閉構造（５０）の後縁端部（５８）の前記第２の側面（５４）上に切り欠き（６０）を有する、タービンエンジン用のシュラウド（６、７、１０）。
【請求項２】
前記切り欠き（６０）の軸方向長さ（ＬＣ）が、前記第２の溝（２５ｂ）の後縁端部（３５）と前記第２のシュラウドセグメント（２０ｂ）の後縁部（２８）との間の軸方向厚さ（ＬＴ）に等しいかそれ以上である、請求項１に記載のシュラウド（６、７、１０）。
【請求項３】
前記切り欠き（６０）の軸方向長さ（ＬＣ）が、前記第１及び第２のシュラウドセグメント（２０ａ、２０ｂ）の軸方向長さ（ＬＲ）の０．５％以下だけ、前記第２の溝（２５ｂ）の後縁端部（３５）と前記第２のシュラウドセグメント（２０ｂ）の後縁部（２８）との間の軸方向厚さ（ＬＴ）よりも大きい、請求項２に記載のシュラウド（６、７、１０）。
【請求項４】
切り欠き（６０）の幅（ＷＣ）が密閉部材（５０）の幅（ＷＳ）の４０〜６０％である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシュラウド（６、７、１０）。
【請求項５】
前記密閉部材（５０）は、高温ガス流路に面する第１の面（６４）と、前記高温ガス流路から外側を向いた第２の面（６６）とを備える波形密閉部材であり、前記第１の面（６４）は平滑であり、前記第２の面（６６）は、前記軸方向に延びる複数の鋸歯状部（６８）を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシュラウド（６、７、１０）。
【請求項６】
前記第１嵌合面（２２）は、前記第１溝（２５ａ）に隣接し、前記第１シュラウドセグメント（２０ａ）の軸方向長さ（ＬＲ）に沿って延びる面取り部（３２）を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシュラウド（６、７、１０）。
【請求項７】
前記密閉部材（５０）の第１の側面（５２）及び／又は第２の側面（５４）は、その軸方向に沿って面取りされている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシュラウド（６、７、１０）。
【請求項８】
前記シュラウドは、一列の動翼（４）の半径方向外側に配置された固定リングセグメント（１０）を規定する、請求項１〜７のいずれかに記載のシュラウド（１０）。
【請求項９】
前記シュラウドは、一列の静翼（３）の先端に取り付けられた外側シュラウド翼（７）を規定する、請求項１〜７のいずれかに記載のシュラウド（７）。
【請求項１０】
前記シュラウドは、一列の静翼（３）のハブ端部に取り付けられた内側シュラウド翼（６）を規定する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシュラウド（６）。
【請求項１１】
タービンエンジンのシュラウド（６、７、１０）のを設置方法であって、
第１のシュラウドセグメント（２０ａ）の第１の嵌合面（２２）が第２のシュラウドセグメント（２０ｂ）の第２の嵌合面（２４）に面するように、前記第１のシュラウドセグメント（２０a）を前記第２のシュラウドセグメント（２０ｂ）に円周方向に隣接して整列させ、前記第１及び第２のシュラウドセグメント（２０ａ、２０ｂ）は、
前記第１の篏合面（２２）上を軸方向に延びる第１の溝（２５a）が、前記第１のシュラウドセグメント（２０a）の前縁（２６）と後縁（２８）で開口し、
前記第２の篏合面（２４）上の軸方向に延びる第２の溝（２５b）が、前記第２のシュラウドセグメント（２０b）の前縁（２６）で開口し、後縁（２８）で閉じるように、前記第１及び第２のシュラウドセグメント（２０a、２０b）を整列させ、
前記第１及び第２の溝（２５a、２５b）内に密閉構造を挿入し、前記密閉構造（５０）が、設置時に、それぞれ前記第１及び第２の溝（２５a、２５b）内に収容される軸方向に延びる第１及び第２の側面（５２、５４）を有し、前記密閉構造（５０）が、前記第１及び第２のシュラウドセグメント（２０a、２０b）の軸長（ＬＲ）に実質的に等しい軸長（ＬＳ）を有し、前記密閉構造（５０）の後縁端（５８）の前記第２の側面（５４）上に切り欠き（６０）を備え、
これにより、前記第２の溝（２５b）の閉じた後縁端（２５）が、前記密閉構造（５０）の前記第２の側面（５４）上の前記切り欠き（６０）により形成された腰部（６２）と係合し、前記後縁（２８）方向への前記密閉構造（５０）の軸方向移動を制限する、タービンエンジンのシュラウド（６、７、１０）の設置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、特に、固定シュラウドの円周方向に隣接するセグメント間の密閉構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、１列以上又は複数段の静翼及び動翼を有するタービン部を備える。動翼は、固定外側シュラウドアセンブリと狭い間隔で延びるそれぞれの翼の先端部を有する。通常は、外側シュラウドアセンブリは、円周方向のシュラウドセグメント列で構成される環状構造である。高温ガスの進入から円周方向に隣接するシュラウドセグメント間の隙間を密閉するために密閉部材を設けることができる。密閉部材は、円周方向に隣接するシュラウドセグメントの嵌合面に設けられた溝内に収容することができる。製造上の制限及び設置の要件は、運転条件における密閉構造の機械的安定性及び／又は運転中の高温ガスの漏洩を防止するための密閉部材の有効性に課題が生じる場合がある。
【発明の開示】
【０００３】
簡単に言うと、本発明の態様は、機械的安定性及び漏れ制御を向上させるタービンシュラウドセグメント間の密封構造を提供する。
【０００４】
本発明の第１の態様によれば、タービンエンジン用シュラウドを提供する。シュラウドは、第１の嵌合面を有する第１のシュラウドセグメントと、第２の嵌合面を有する第２のシュラウドセグメントとを備える。第１の嵌合面は、第２の嵌合面の円周方向に隣接して位置する。シュラウドは、第１及び第２の嵌合面との間の隙間を密閉するための密閉構造をさらに備える。密閉構造は、少なくとも部分的には、第１の嵌合面に形成された第１の溝と、第２の嵌合面に形成された第２の溝とに収容される。第１及び第２の溝は、それぞれのシュラウドセグメントの前縁と後縁との間で軸方向に延びており、第１の溝は、前縁と後縁で開口し、第２の溝は、前縁で開口し、後縁で閉じている。密閉構造は、第１及び第２の溝内にそれぞれ収容可能な軸方向に延びる第１及び第２の側面を有する。密閉構造は、第１及び第２のシュラウドセグメントの軸方向長さと実質的に等しい軸方向長さを有し、密閉構造の後縁端部の第２の側面に切り欠きを有する。
【０００５】
本発明の第２の態様によれば、タービンエンジンのシュラウドの設置方法を提供する。この方法は、第１のシュラウドセグメントの第１の篏合面が第２のシュラウドセグメントの第２の篏合面に係合するように、第１のシュラウドセグメントを第２のシュラウドセグメントの周方向に隣接して整列させる。第１及び第２のシュラウドセグメントは、第１の嵌合面上の軸方向に延びる第１の溝が、第１のシュラウドセグメントの前縁と後縁で開口し、第２の嵌合面上の軸方向に延びる第２の溝が、第２のシュラウドセグメントの前縁で開口し、後縁で閉じるように整列される。この方法は、第１及び第２の溝に密閉構造を挿入することを更に含む。この密閉構造は、設置時に、それぞれ第１及び第２の溝内に収容される軸方向に延びる第１及び第２の側面を有する。密閉構造は、第１及び第２のシュラウドセグメントの軸方向の長さと実質的に等しい軸方向の長さを有し、密閉部材の後縁端部において第２の側面上に切り欠きを有する。第２の溝の閉じた端部は、密閉構造の第２の側面の切り欠きによって形成された肩部と係合して、密閉構造の後縁に向かう軸方向の移動を制限する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。図は特定の構成を示しており、本発明の範囲を制限するものではない。
【図１】ガスタービンエンジンのタービンの一部の縦断面図である。
【図２】シュラウドセグメントの軸方向から見た概略断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による、組立前シュラウドの構成要素を示す要部斜視図である。
【図４】図３の部分１００の拡大斜視図である。
【図５】作動媒体流体の流れ方向を軸方向から見た、本発明の実施形態に係るシュラウドアセンブリの斜視図である。
【図６】作動媒体流体の流れ方向を軸方向から見た、本発明の実施形態に係るシュラウドアセンブリの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、好適な実施形態の詳細説明においては、本書の一部を構成する添付図面を参照し、本発明を実施し得る具体的な実施形態を限定的ではなく、実例として示す。他の実施形態をも可能であり、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく変更を行うことができる。
【０００８】
以下の説明では、用語「軸方向」、「円周方向」、「半径方向」、及びその派生語は、長手方向タービン軸に関連して定義される。
【０００９】
図１を参照すると、ガスタービンエンジンのタービン段１の一部を示している。タービン段１は、長手方向タービン軸２を中心とする断面図において略対称である。タービン段１は、一列の静翼３と一列の動翼４とを備え、これらの動翼はタービン軸２の周囲に環状に形成されて取り付けられている。静翼列３は、作動媒体流体の流路Ｆ内に半径方向に延びる翼形列５を備える。翼形列５は、ハブ端部に取り付けられた内側シュラウド翼６と、翼形列５の先端部に取り付けられた外側シュラウド翼７との間に延びている。動翼列４は、翼形列８のハブ端部に取り付けられたプラットフォーム９から流路Ｆ内に延びる翼形列８を備えている。翼形列８の先端は、リングセグメント１０とも呼ばれる固定外側シュラウド１０と狭い間隔で延びている。
【００１０】
シュラウド６、７及び１０はそれぞれ環状構成を有し、複数のシュラウドセグメントが並んで円周方向に並んで配置されている。構成の一例を図２に示す。この例では、シュラウド６、７、１０のいずれかであるシュラウドは、複数のシュラウドセグメント２０で構成される。２つの円周方向に隣接するシュラウドセグメント２０を図２に示す。すなわち、第１のシュラウドセグメント２０ａと第２のシュラウドセグメント２０ｂである。第１のシュラウドセグメント２０ａは、第２のシュラウドセグメント２０ｂの第２の嵌合面２４に隣接して、かつ対向して配置される第１の嵌合面２２を有する。第１及び第２の嵌合面２２、２４との間の隙間３０を密閉するための密閉構造５０（以下単に「密閉部材５０」という）が設けられている。図示するように、密閉部材５０は、少なくとも部分的には、第１の嵌合面２２上に形成された第１の溝２５ａと、第２の嵌合面２４上に形成された第２の溝２５ｂとに収容される。密閉部材５０及び第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂは、第１及び第２のシュラウドセグメント２０ａ、２０ｂ（図２には示していない）の前縁と後縁との間で軸方向（図２の平面に対して垂直）に延びる。
【００１１】
運転時には、第１及び第２のシュラウドセグメント２０ａ、２０ｂの前縁と後縁との間の圧力の差によって、密閉部材５０が後縁に向かって押されることがあり、これは密閉部材５０の安定性及び有効性に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００１２】
構成の一例では、特に、リングセグメント１０の場合、第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂは、それぞれのシュラウドセグメント２０ａ、２０ｂの前縁から後縁まで軸方向にずっと延びている。この場合、エンジン運転中に第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂの内側に密閉部材５０を保持するために、密閉部材５０の後縁角部に小さな切り欠きを設けてもよい。この切り欠きは、密閉部材５０が第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂの内側に組み立てられるたきに窪みを形成する。密閉部材５０が溝内に組み立てられた後、この窪みは、例えば、溶接材料で充填してもよい。これにより、密閉部材５０は、後縁端部の所定位置に接着され、エンジン運転中の移動を防止する。しかしながら、溶接材料の動作寿命は、通常は、第１及び第２のシュラウドセグメント２０ａ、２０ｂの基材の寿命よりも短い。溶接材料が壊れる場合において、もしかすると、第１及び第２のシュラウドセグメント２０ａ、２０ｂの後縁端部から密閉部材５０が部分的に又は完全に滑り出て、下流のタービン部品を損傷させる可能性がある。
【００１３】
別の構成、特に、リングセグメント１０においては、軸方向の第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂは、第１及び第２のシュラウドセグメント２０ａ、２０ｂの前縁及び後縁で閉じてもよい。この構成は、溶接工程を必要としない。密閉部材５０は、第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂに円周方向から挿入することができる。この場合、密閉部材５０の軸方向長さは、第１及び第２のシュラウドセグメント２０ａ、２ｂの軸方向長さよりも短く、密閉部材５０が閉じた第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂに確実に嵌合するようにする。密閉部材の長さが短いほど、前縁及び後縁に隙間が生じる可能性がある。隙間は、高温ガスが流入し、冷却流の漏れを増加させ、性能劣化を引き起こす可能性がある。
【００１４】
図３〜６は、密閉安定性及び漏洩制御を改善した本発明の実施形態を示す。本実施形態は、タービン段における一列の動翼の先端を取り囲む固定外側シュラウド又はリングセグメント１０に関して説明する。しかしながら、本発明の態様は、とりわけ、図１に示す内側シュラウド翼６及び外側シュラウド翼７のような他の種類の固定シュラウドセグメントに適用することができる。
【００１５】
図３を参照すると、外側シュラウド１０は、多数のシュラウドセグメント２０を形成することができ、そのうちの２つは、第１及び第２のシュラウドセグメント２０ａ及び２０ｂとしてそれぞれ示される。各シュラウドセグメント２０は、それぞれの前縁２６からそれぞれの後縁２８まで軸方向に延びている。前縁２６と後縁２８との間のシュラウドセグメント２０の軸方向長さは、ＬＲ (個々のシュラウドセグメント２０ａ、２０ｂの軸方向長さＬＲが実質的に等しい）と示される。各シュラウドセグメント２０は、それぞれの第１の嵌合面２２と、前縁２６及び後縁２８から軸方向に延びるそれぞれの第２の嵌合面２４とをさらに備える。組立時、第１及び第２のシュラウドセグメント２０ａ、２０ｂは、図５及び図６に示すように、第１のシュラウドセグメント２０ａの第１の嵌合面２２が、第２のシュラウドセグメント２０ｂの第２の嵌合面２４に円周方向に隣接し、これに面するように整列される。アセンブリは、さらに、第１のシュラウドセグメント２０ａの第１の嵌合面２２と第２のシュラウドセグメント２０ｂの第２の嵌合面２４との間の円周方向の隙間３０を密閉するための密閉部材５０を有する。
【００１６】
図３に戻ると、密閉部材５０は、シュラウドセグメント２０の軸方向長さＬＲに実質的に等しい軸方向長さＬＳを有する。密閉部材５０は、第１のシュラウドセグメント２０ａの第１の嵌合面２２及び第２のシュラウドセグメント２０ｂの第２の嵌合面２４上にそれぞれ形成される第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂに収容可能である。第１の溝２５ａは、第１のシュラウドセグメント２０ａの軸方向長さＬＲ全体に沿って、前縁２６から後縁２８まで延びている。これにより、第１の溝２５ａは、前縁２６及び後縁２８において開口している。第２の溝２５ｂは、第２のシュラウドセグメント２０ｂの前縁２６から軸方向に延びているが、第２のシュラウドセグメント２０ｂの後縁２８の手前で終わっている。これにより、第２の溝２５ｂは、前縁２６で開口しているが、後縁２８で閉じている。第２の溝２５ｂの後縁端部３５は、第２のシュラウドセグメント２０ｂの後縁２８から軸方向距離ＬＴに位置している。従って、第２の溝２５ｂは、第１の溝２５ａに対して軸方向の長さが短くなっている。
【００１７】
なお、第２シュラウドセグメント２０ｂの第１の嵌合面２２は、本明細書に記載した実施形態のいずれかに従い、第１のシュラウドセグメント２０ａの第１の嵌合面２２と同様に構成してもよい。同様に、第１のシュラウドセグメント２０ａの第２の嵌合面２４は、本明細書に記載した実施形態のいずれかに従い、第２のシュラウドセグメント２０ｂの第２の嵌合面２４と同様に構成してもよい。
【００１８】
密閉部材５０は、前縁端部５６から密閉部材５０の後縁端部５８まで軸方向に延びる第１及び第２の側面５２、５４を備えている。密閉部材５０の第１の側面５２及び第２の側面５４は、第１の溝２５ａ及び第２の溝２５ｂ内にそれぞれ収容可能である。第１の側面５２は、密閉部材５０の軸方向長さＬＳ全体に沿って延びている。第２の側面５４は、後縁端部５８上に切り欠き６０を有する。これにより、第２の側面５４は、第１の側面５２よりも短い軸方向長さを有する。切り欠きは、図４に示すように、密閉部材５０の後縁端部５８から軸方向距離ＬＣにある肩部６２を規定する。距離ＬＣは、切り欠き６０の軸方向の長さを規定する。
【００１９】
例示的な組立工程において、密閉部材５０は、まず、第２のシュラウドセグメント２０ｂの第２の嵌合面２４上の第２の溝２５ｂに接線方向に挿入され、次いで、第２の溝２５ｂ内の密閉部材５０を叩いて広げることができる。その後、シュラウドセグメント２０ａを接線方向に密閉部材５０上を摺動させることによって、密閉部材５０を第１のシュラウドセグメント２０ａの第１の嵌合面２２の第１の溝２５ａに挿入することができる。挿入されると、第２の溝２５ｂの閉じた後縁端部３５は、密閉部材５０の第２の側面５４上の切り欠き６０の肩部６２と係合して、密閉部材５０の後縁に向かう軸方向の移動を制限する。一実施形態では、挿入を案内するために、第１の嵌合面２２は、図３に示すように、第１の溝２５ａに隣接し、第１のシュラウドセグメント２０ａの軸方向長さＬＲに沿って延びる面取り部３２を備えることができる。また、密閉部材５０の第１の側面５２及び／又は第２の側面５４は、密閉部材５０の挿入を容易にするために、その軸方向の広がりに沿って面取りしてもよい。
【００２０】
図示の実施形態では、密閉部材５０を所定の位置に保持するための溶接作業は必要ない。この場合、第２の溝２５bの閉じた端部３５は、密閉部材５０がエンジン運転中に第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂから滑り出るのを防止する突出部を形成する。この突出部は、シュラウドセグメント２０の基材で作られており、溶接材料よりも運転寿命が改善される。さらに、密閉部材の軸方向長さＬＳはシュラウドセグメント２０の軸方向長さＬＲとほぼ等しいので、漏れ隙間が前縁２６及び後縁２８に形成されない。図５及び図６を参照すると、密閉部材５０の熱膨張を可能にするために、第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂに円周方向に隙間７２を設けることができる。
【００２１】
突出部は、第２の溝２５ｂの後縁端部３５と第２のシュラウドセグメント２０ｂの後縁部２８との間の軸方向距離ＬＴによって規定される材料の厚さを有する。一実施形態では、切り欠き６０の軸方向長さＬＣは、後縁２８における第１の溝２５ａ内の漏れ隙間の形成を回避するために、突出部厚さＬＴと等しいか又はそれよりも大きくすることができる。好適な実施形態において、切り欠き６０の軸方向長さＬＣは、第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂの前縁２６での漏れ隙間の形成を回避するために、シュラウドセグメント２０の軸方向長さＬＲの０．５％以下だけ突出部厚さＬＴより大きくすることができる。
【００２２】
図４を参照すると、密閉部材５０は、円周方向における第１の側面５２と第２の側面５４との間の距離によって規定される幅ＷＳを有する。切り欠き６０は、肩部６２の円周方向の幅によって規定される幅ＷＣを有する。図示の実施形態では、切り欠き６０の幅ＷＣは、密閉部材５０の幅ＷＳの４０〜６０％である。
【００２３】
さらに図４を参照すると、密閉部材５０は、高温ガス流路に面する第１の流路６４と、運転中に、高温ガス流路から外方に面する第２の面６６とを有する。一実施形態では、密閉部材５０は、波形密閉部材として構成することができ、第２の面６６には複数の軸方向鋸波状歯６８が設けられ、第１の面６４は平滑である。上記構成の波形密閉部材は、漏れ抵抗を改善することができる。
【００２４】
特定の実施形態を詳細に説明してきたが、当業者であれば、開示の全教示を鑑みて、それらの詳細に対する様々な変更及び代替が可能であることを理解するであろう。従って、開示された特定の構成は、単に例示的であって、発明の範囲に限定するものではなく、特許請求範囲の全幅、及びそれらの任意の均等物が可能であることを意味する。
【図１】
2021525326.tif 000003
【図２】
2021525326.tif 000004
【図３】
2021525326.tif 000005
【図４】
2021525326.tif 000006
【図５】
2021525326.tif 000007
【図６】
2021525326.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和3年3月29日(2021.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン用のシュラウドであって、
第２の篏合面（２４）の周方向に隣接して位置する第１の篏合面（２２）を有する第１のシュラウドセグメント（２０ａ）及び前記第２の篏合面（２４）を有する第２のシュラウドセグメント（２０ｂ）と、
前記第１及び第２の篏合面（２２、２４）間の隙間（３０）を密閉する密閉構造（５０）と、を備え、
前記密閉構造（５０）は、少なくとも部分的に、前記第１の篏合面（２２）に形成された第１の溝（２５ａ）内及び前記第２の篏合面（２４）に形成された第２の溝（２５ｂ）内に収容され、
前記第１及び第２の溝（２５ａ、２５ｂ）はそれぞれ、前記第１及び第２のシュラウドセグメント（２０ａ、２０ｂ）の前縁（２６）と後縁（２８）の間を軸方向に延び、前記第１の溝（２５ａ）は、前記前縁（２６）及び前記後縁（２８）で開口し、前記第２の溝（２５ｂ）は、前記前縁（２６）で開口し且つ前記後縁（２８）で閉じ、
前記密閉構造（５０）は、前記軸方向に延びる第１及び第２の側面（５２、５４）を有し、該第１及び第２の側面（５２、５４）は、それぞれ前記第１の溝（２５ａ）及び前記第２の溝（２５ｂ）内に収容可能であり、当該密閉構造（５０）は、前記第１及び第２のシュラウドセグメント（２０ａ、２０ｂ）の軸方向長さ（ＬＲ）に実質的に等しい軸方向長さ（ＬＳ）を有し、そして、前記密閉構造（５０）の後縁端部（５８）の前記第２の側面（５４）に切り欠き（６０）を有する、シュラウド。
【請求項２】
前記切り欠き（６０）の軸方向長さ（ＬＣ）が、前記第２の溝（２５ｂ）の後縁端部（３５）と前記第２のシュラウドセグメント（２０ｂ）の後縁（２８）との間の軸方向厚さ（ＬＴ）に等しいかそれ以上である、請求項１に記載のシュラウド。
【請求項３】
前記切り欠き（６０）の軸方向長さ（ＬＣ）が、前記第１及び第２のシュラウドセグメント（２０ａ、２０ｂ）の軸方向長さ（ＬＲ）の０．５％以下だけ、前記第２の溝（２５ｂ）の後縁端部（３５）と前記第２のシュラウドセグメント（２０ｂ）の後縁（２８）との間の前記軸方向厚さ（ＬＴ）よりも大きい、請求項２に記載のシュラウド。
【請求項４】
前記切り欠き（６０）の幅（ＷＣ）が前記密閉部材（５０）の幅（ＷＳ）の４０〜６０％である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシュラウド。
【請求項５】
前記密閉部材（５０）は、高温ガス流路に面する第１の面（６４）と、前記高温ガス流路から外側を向いた第２の面（６６）とを備える波形密閉部材であり、前記第１の面（６４）は平滑であり、前記第２の面（６６）は、前記軸方向に延びる複数の鋸歯状部（６８）を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシュラウド。
【請求項６】
前記第１の嵌合面（２２）は、前記第１の溝（２５ａ）に隣接して前記第１シュラウドセグメント（２０ａ）の軸方向長さ（ＬＲ）に沿って延びる面取り部（３２）を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシュラウド。
【請求項７】
前記密閉部材（５０）の前記第１の側面（５２）及び／又は前記第２の側面（５４）は、その軸方向に沿って面取りされている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシュラウド。
【請求項８】
当該シュラウドが、一列の動翼（４）の半径方向外側に配置された固定リングセグメント（１０）を画定する、請求項１〜７のいずれかに記載のシュラウド。
【請求項９】
当該シュラウドが、一列の静翼（３）の先端に取り付けられた外側静翼シュラウド（７）を画定する、請求項１〜７のいずれかに記載のシュラウド。
【請求項１０】
当該シュラウドが、一列の静翼（３）のハブ端部に取り付けられた内側静翼シュラウド（６）を規定する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシュラウド。
【請求項１１】
タービンエンジンのシュラウドの設置方法であって、
第１のシュラウドセグメント（２０ａ）の第１の嵌合面（２２）が第２のシュラウドセグメント（２０ｂ）の第２の嵌合面（２４）に面するように、前記第１のシュラウドセグメント（２０ａ）を前記第２のシュラウドセグメント（２０ｂ）に円周方向に隣接して整列させ、
該整列した第１及び第２のシュラウドセグメント（２０ａ、２０ｂ）は、前記第１の篏合面（２２）において軸方向に延びる第１の溝（２５ａ）が、前記第１のシュラウドセグメント（２０ａ）の前縁（２６）と後縁（２８）とで開口し、前記第２の篏合面（２４）において前記軸方向に延びる第２の溝（２５ｂ）が、前記第２のシュラウドセグメント（２０ｂ）の前縁（２６）で開口し且つ後縁（２８）で閉じており、
前記第１及び第２の溝（２５ａ、２５ｂ）内に密閉構造（５０）を挿入し、
該密閉構造（５０）は、前記軸方向に延びる第１及び第２の側面（５２、５４）を有し、該第１及び第２の側面（５２、５４）が、設置時に、それぞれ前記第１及び第２の溝（２５ａ、２５ｂ）内に収容され、該密閉構造（５０）は、前記第１及び第２のシュラウドセグメント（２０ａ、２０ｂ）の軸方向長さ（ＬＲ）に実質的に等しい軸方向長さ（ＬＳ）を有し、そして、前記密閉構造（５０）の後縁端部（５８）の前記第２の側面（５４）に切り欠き（６０）を備え、
前記第２の溝（２５ｂ）の閉じた後縁端部（３５）が、前記密閉構造（５０）の前記第２の側面（５４）の前記切り欠き（６０）により形成された肩部（６２）と係合し、前記後縁（２８）方向への前記密閉構造（５０）の軸方向移動を制限する、設置方法。
【手続補正書】
【提出日】令和3年3月29日(2021.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、特に、固定シュラウドの円周方向に隣接するセグメント間の密閉構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、１列以上又は複数段の静翼及び動翼を有するタービン部を備える。動翼は、固定外側シュラウドアセンブリと狭い間隔で延びるそれぞれの翼の先端部を有する。通常は、外側シュラウドアセンブリは、円周方向のシュラウドセグメント列で構成される環状構造である。高温ガスの進入から円周方向に隣接するシュラウドセグメント間の隙間を密閉するために密閉部材を設けることができる。密閉部材は、円周方向に隣接するシュラウドセグメントの嵌合面に設けられた溝内に収容することができる。製造上の制限及び設置の要件が、運転条件における密閉構造の機械的安定性及び／又は運転中の高温ガスの漏洩を防止するための密閉部材の有効性に課題を生じさせる場合がある。
【発明の開示】
【０００３】
簡単に言うと、本発明の態様は、機械的安定性及び漏れ制御を向上させるタービンシュラウドセグメント間の密閉構造を提供する。
【０００４】
本発明の第１の態様によれば、タービンエンジン用シュラウドが提供される。このシュラウドは、第１の嵌合面を有する第１のシュラウドセグメントと、第２の嵌合面を有する第２のシュラウドセグメントとを備える。第１の嵌合面は、第２の嵌合面の円周方向に隣接して位置する。シュラウドは、第１及び第２の嵌合面との間の隙間を密閉するための密閉構造をさらに備える。密閉構造は、少なくとも部分的には、第１の嵌合面に形成された第１の溝と、第２の嵌合面に形成された第２の溝とに収容される。第１及び第２の溝は、それぞれのシュラウドセグメントの前縁と後縁との間で軸方向に延びており、第１の溝は、前縁と後縁で開口し、第２の溝は、前縁で開口し、後縁で閉じている。密閉構造は、第１及び第２の溝内にそれぞれ収容可能な軸方向に延びる第１及び第２の側面を有する。密閉構造は、第１及び第２のシュラウドセグメントの軸方向長さと実質的に等しい軸方向長さを有し、密閉構造の後縁端部の第２の側面に切り欠きを有する。
【０００５】
本発明の第２の態様によれば、タービンエンジンのシュラウドの設置方法が提供される。この方法は、第１のシュラウドセグメントの第１の篏合面が第２のシュラウドセグメントの第２の篏合面に面するように、第１のシュラウドセグメントを第２のシュラウドセグメントの周方向に隣接して整列させる。整列した第１及び第２のシュラウドセグメントは、第１の嵌合面において軸方向に延びる第１の溝が、第１のシュラウドセグメントの前縁と後縁で開口し、第２の嵌合面において軸方向に延びる第２の溝が、第２のシュラウドセグメントの前縁で開口し且つ後縁で閉じている。この方法は、第１及び第２の溝に密閉構造を挿入することを更に含む。この密閉構造は、軸方向に延びる第１及び第２の側面を有し、設置時に、それぞれ第１及び第２の溝内に収容される。密閉構造は、第１及び第２のシュラウドセグメントの軸方向長さと実質的に等しい軸方向長さを有し、そして、密閉構造の後縁端部において第２の側面に切り欠きを有する。第２の溝の閉じた後縁端部は、密閉構造の第２の側面の切り欠きによって形成された肩部と係合して、後縁に向かう密閉構造の軸方向の移動を制限する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。図は特定の構成を示しており、本発明の範囲を制限するものではない。
【図１】ガスタービンエンジンのタービンの一部の縦断面図である。
【図２】シュラウドセグメントの軸方向から見た概略断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による、組立前シュラウドの構成要素を示す要部斜視図である。
【図４】図３の部分１００の拡大斜視図である。
【図５】作動媒体流体の流れ方向を軸方向から見た、本発明の実施形態に係るシュラウドアセンブリの斜視図である。
【図６】作動媒体流体の流れ方向を軸方向から見た、本発明の実施形態に係るシュラウドアセンブリの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、好適な実施形態の詳細説明においては、本書の一部を構成する添付図面を参照し、本発明を実施し得る具体的な実施形態を限定的ではなく、実施例として示す。他の実施形態をも可能であり、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく変更を行うことができる。
【０００８】
以下の説明では、用語「軸方向」、「円周方向」、「半径方向」、及びその派生語は、長手方向タービン軸に関連して定義される。
【０００９】
図１を参照すると、ガスタービンエンジンのタービン段１の一部を示している。タービン段１は、長手方向タービン軸２を中心とする断面図において略対称である。タービン段１は、一列の静翼３と一列の動翼４とを備え、これらの動翼はタービン軸２の周囲に環状に形成されて取り付けられている。静翼列３は、作動媒体流体の流路Ｆ内に半径方向に延びる翼型列５を備える。翼型列５は、ハブ端部に取り付けられた内側静翼シュラウド６と、翼型列５の先端部に取り付けられた外側静翼シュラウド７との間に延びている。動翼列４は、翼型列８のハブ端部に取り付けられたプラットフォーム９から流路Ｆ内に延びる翼型列８を備えている。翼型列８の先端は、リングセグメント１０とも呼ばれる固定外側シュラウド１０と狭い間隔で位置する。
【００１０】
シュラウド６、７及び１０はそれぞれ環状構成を有し、複数のシュラウドセグメントが円周方向に並んで配置されている。構成の一例を図２に示す。この例では、シュラウド６、７、１０のいずれかであるシュラウドは、複数のシュラウドセグメント２０で構成される。２つの円周方向に隣接するシュラウドセグメント２０を図２に示す。すなわち、第１のシュラウドセグメント２０ａと第２のシュラウドセグメント２０ｂである。第１のシュラウドセグメント２０ａは、第２のシュラウドセグメント２０ｂの第２の嵌合面２４に隣接して、かつ対向して配置される第１の嵌合面２２を有する。第１及び第２の嵌合面２２、２４との間の隙間３０を密閉するための密閉構造５０（以下単に「密閉部材５０」という）が設けられている。図示するように、密閉部材５０は、少なくとも部分的には、第１の嵌合面２２に形成された第１の溝２５ａと、第２の嵌合面２４に形成された第２の溝２５ｂとに収容される。密閉部材５０及び第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂは、第１及び第２のシュラウドセグメント２０ａ、２０ｂの前縁と後縁と（図２には示していない）の間で軸方向（図２の平面に対して垂直）に延びる。
【００１１】
運転時には、第１及び第２のシュラウドセグメント２０ａ、２０ｂの前縁と後縁との間の圧力の差によって、密閉部材５０が後縁に向かって押されることがあり、これは密閉部材５０の安定性及び有効性に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００１２】
構成の一例では、特に、リングセグメント１０の場合、第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂはそれぞれ、シュラウドセグメント２０ａ、２０ｂの前縁から後縁まで軸方向にずっと延びている。この場合、エンジン運転中に第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂの内側に密閉部材５０を保持するために、密閉部材５０の後縁角部に小さな切り欠きを設けてもよい。この切り欠きは、密閉部材５０が第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂの内側に組み立てられるたきに窪みを形成する。密閉部材５０が溝内に組み立てられた後、この窪みは、例えば、溶接材料で充填してもよい。これにより、密閉部材５０は、後縁端部の所定位置に接着され、エンジン運転中の移動が防止される。しかしながら、溶接材料の動作寿命は、通常は、第１及び第２のシュラウドセグメント２０ａ、２０ｂの基材の寿命よりも短い。溶接材料が壊れる場合において、もしかすると、第１及び第２のシュラウドセグメント２０ａ、２０ｂの後縁端部から密閉部材５０が部分的に又は完全に滑り出て、下流のタービン部品を損傷させる可能性がある。
【００１３】
別の構成、特に、リングセグメント１０においては、軸方向の第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂは、第１及び第２のシュラウドセグメント２０ａ、２０ｂの前縁及び後縁で閉じてもよい。この構成は、溶接工程を必要としない。密閉部材５０は、第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂに円周方向から挿入することができる。この場合、密閉部材５０の軸方向長さは、第１及び第２のシュラウドセグメント２０ａ、２ｂの軸方向長さよりも短くし、密閉部材５０が閉じた第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂに確実に嵌合するようにする。密閉部材の長さが短いほど、前縁及び後縁に隙間が生じる可能性がある。隙間は、高温ガスが流入し、冷却流の漏れを増加させ、性能劣化を引き起こす可能性がある。
【００１４】
図３〜図６は、密閉安定性及び漏洩制御を改善した本発明の実施形態を示す。本実施形態は、タービン段における一列の動翼の先端を取り囲む固定外側シュラウド又はリングセグメント１０に関して説明する。しかしながら、本発明の態様は、とりわけ、図１に示す内側静翼シュラウド６及び外側静翼シュラウド７のような他の種類の固定シュラウドセグメントに適用することができる。
【００１５】
図３を参照すると、外側シュラウド１０は、多数のシュラウドセグメント２０から形成することができ、そのうちの２つが、第１及び第２のシュラウドセグメント２０ａ及び２０ｂとしてそれぞれ示される。各シュラウドセグメント２０は、それぞれの前縁２６からそれぞれの後縁２８まで軸方向に延びている。前縁２６と後縁２８との間のシュラウドセグメント２０の軸方向長さは、ＬＲ（個々のシュラウドセグメント２０ａ、２０ｂの軸方向長さＬＲが実質的に等しい）と示される。各シュラウドセグメント２０は、前縁２６から後縁２８まで軸方向に延びる、それぞれの第１の嵌合面２２と、それぞれの第２の嵌合面２４とをさらに備える。組立時、第１及び第２のシュラウドセグメント２０ａ、２０ｂは、図５及び図６に示すように、第１のシュラウドセグメント２０ａの第１の嵌合面２２が、第２のシュラウドセグメント２０ｂの第２の嵌合面２４に円周方向に隣接し、これに面するように整列される。アセンブリは、さらに、第１のシュラウドセグメント２０ａの第１の嵌合面２２と第２のシュラウドセグメント２０ｂの第２の嵌合面２４との間の円周方向の隙間３０を密閉するための密閉部材５０を有する。
【００１６】
図３に戻ると、密閉部材５０は、シュラウドセグメント２０の軸方向長さＬＲに実質的に等しい軸方向長さＬＳを有する。密閉部材５０は、第１のシュラウドセグメント２０ａの第１の嵌合面２２及び第２のシュラウドセグメント２０ｂの第２の嵌合面２４にそれぞれ形成される第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂに収容可能である。第１の溝２５ａは、第１のシュラウドセグメント２０ａの軸方向長さＬＲ全体に沿って、前縁２６から後縁２８まで延びている。これにより、第１の溝２５ａは、前縁２６及び後縁２８において開口している。第２の溝２５ｂは、第２のシュラウドセグメント２０ｂの前縁２６から軸方向に延びているが、第２のシュラウドセグメント２０ｂの後縁２８の手前で終わっている。これにより、第２の溝２５ｂは、前縁２６で開口しているが、後縁２８で閉じている。第２の溝２５ｂの後縁端部３５は、第２のシュラウドセグメント２０ｂの後縁２８から軸方向厚さＬＴに位置している。従って、第２の溝２５ｂは、第１の溝２５ａに対して軸方向の長さが短くなっている。
【００１７】
なお、第２シュラウドセグメント２０ｂの第２の嵌合面２４は、本明細書に記載した実施形態のいずれかに従い、第１のシュラウドセグメント２０ａの第１の嵌合面２２と同様に構成してもよい。同様に、第１のシュラウドセグメント２０ａの第１の嵌合面２２は、本明細書に記載した実施形態のいずれかに従い、第２のシュラウドセグメント２０ｂの第２の嵌合面２４と同様に構成してもよい。
【００１８】
密閉部材５０は、密閉部材５０の前縁端部５６から後縁端部５８まで軸方向に延びる第１及び第２の側面５２、５４を備えている。密閉部材５０の第１の側面５２及び第２の側面５４は、第１の溝２５ａ及び第２の溝２５ｂ内にそれぞれ収容可能である。第１の側面５２は、密閉部材５０の軸方向長さＬＳ全体に沿って延びている。第２の側面５４は、後縁端部５８に切り欠き６０を有する。これにより、第２の側面５４は、第１の側面５２よりも短い軸方向長さを有する。切り欠き６０は、図４に示すように、密閉部材５０の後縁端部５８から軸方向距離ＬＣにある肩部６２を画定する。距離ＬＣは、切り欠き６０の軸方向の長さを規定する。
【００１９】
例示的な組立工程において、密閉部材５０は、まず、第２のシュラウドセグメント２０ｂの第２の嵌合面２４の第２の溝２５ｂに接線方向に挿入され、次いで、第２の溝２５ｂ内の密閉部材５０を叩いて広げることができる。その後、シュラウドセグメント２０ａを接線方向に密閉部材５０上を摺動させることによって、密閉部材５０を第１のシュラウドセグメント２０ａの第１の嵌合面２２の第１の溝２５ａに挿入することができる。挿入されると、第２の溝２５ｂの閉じた後縁端部３５は、密閉部材５０の第２の側面５４の切り欠き６０の肩部６２と係合して、密閉部材５０の、後縁に向かう軸方向の移動を制限する。一実施形態では、挿入を案内するために、第１の嵌合面２２は、図３に示すように、第１の溝２５ａに隣接して第１のシュラウドセグメント２０ａの軸方向長さＬＲに沿って延びる面取り部３２を備えることができる。また、密閉部材５０の第１の側面５２及び／又は第２の側面５４は、密閉部材５０の挿入を容易にするために、その軸方向の広がりに沿って面取りしてもよい。
【００２０】
図示の実施形態では、密閉部材５０を所定の位置に保持するための溶接作業は必要ない。この場合、第２の溝２５ｂの閉じた端部３５は、密閉部材５０がエンジン運転中に第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂから滑り出るのを防止する突出部を形成する。この突出部は、シュラウドセグメント２０の基材で作られており、溶接材料よりも運転寿命が改善される。さらに、密閉部材５０の軸方向長さＬＳはシュラウドセグメント２０の軸方向長さＬＲとほぼ等しいので、漏れ隙間が前縁２６及び後縁２８に形成されない。図５及び図６を参照すると、密閉部材５０の熱膨張を可能にするために、第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂに円周方向に隙間７２を設けることができる。
【００２１】
突出部は、第２の溝２５ｂの後縁端部３５と第２のシュラウドセグメント２０ｂの後縁部２８との間の軸方向厚さＬＴによって規定される材料の厚さを有する。一実施形態では、切り欠き６０の軸方向長さＬＣは、後縁２８における第１の溝２５ａ内の漏れ隙間の形成を回避するために、突出部厚さＬＴと等しいか又はそれよりも大きくすることができる。好適な実施形態において、切り欠き６０の軸方向長さＬＣは、第１及び第２の溝２５ａ、２５ｂの前縁２６での漏れ隙間の形成を回避するために、シュラウドセグメント２０の軸方向長さＬＲの０．５％以下だけ突出部厚さＬＴより大きくすることができる。
【００２２】
図４を参照すると、密閉部材５０は、円周方向における第１の側面５２と第２の側面５４との間の距離によって規定される幅ＷＳを有する。切り欠き６０は、肩部６２の円周方向の幅によって規定される幅ＷＣを有する。図示の実施形態では、切り欠き６０の幅ＷＣは、密閉部材５０の幅ＷＳの４０〜６０％である。
【００２３】
さらに図４を参照すると、密閉部材５０は、高温ガス流路に面する第１の流路６４と、運転中に、高温ガス流路から外方に面する第２の面６６とを有する。一実施形態では、密閉部材５０は、波形密閉部材として構成することができ、第２の面６６には複数の軸方向鋸波状歯６８が設けられ、第１の面６４は平滑である。この構成の波形密閉部材は、漏れ抵抗を改善することができる。
【００２４】
特定の実施形態を詳細に説明してきたが、当業者であれば、開示の全教示を鑑みて、それらの詳細に対する様々な変更及び代替が可能であることを理解するであろう。従って、開示された特定の構成は、単に例示を意味し、発明の範囲を限定するものではなく、発明の範囲は、特許請求の範囲に係る全範囲及びそのいずれか及び全ての等価のものにより与えられるべきである。
【国際調査報告】
2021525326.tif 000009
2021525326.tif 000010