(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンシュラウドの外周にシュラウドサポートを配置して、シュラウドサポートの前、後端フック部にタービンシュラウドの前、後側フランジを係合させて保持させ、上記シュラウドサポートの外側を流れる冷却空気を、シュラウドサポートに設けた冷却通路からタービンシュラウドの外周面部に供給して冷却するようにしてあるタービンにおける上記タービンシュラウドの前側フランジの前面に、該タービンシュラウドの外周面と上記シュラウドサポートの内周面との間に形成した径方向の隙間と連通するように前後方向の隙間を、上記タービンシュラウドの前側フランジの前端面と該前側フランジの前端面が係合する上記シュラウドサポートに一体の前端フック部による壁面との間に形成し、且つ上記シュラウドサポートに一体の前端フック部の付根位置に、上記前後方向の隙間とタービンシュラウドの前端部外周面の位置とを連通させるように径方向に貫通する冷却孔を、周方向に間隔を設けて配置して、冷却空気を、上記タービンシュラウドの外周部から径方向の隙間、前後方向の隙間、径方向の冷却孔の順に通してタービンシュラウドの前端部外周面に供給できるようにした構成を有することを特徴とするタービンシュラウド冷却構造。
【請求項２】
タービンシュラウドの前側フランジの外周面部に、前後方向に延びる通気溝を、周方向に間隔を設けて配置して、タービンシュラウドの外周面を冷却した後の冷却空気を径方向の隙間と通気溝を通して前後方向の隙間に流入させるようにした請求項１記載のタービンシュラウド冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はジェットエンジンやガスタービン等に装備されているタービンのタービンシュラウド冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一例としてジェットエンジンについて説明すると、航空機用ジェットエンジンとして用いられている高バイパスターボファンエンジンは、図３にその一例の概略を示す如く、先端側より順にファン１、圧縮機２、燃焼器３、タービン４をタービン軸方向（軸心Ｏで示す）に配列し、タービン４により駆動されるファン１の回転で空気取入口５から空気を取り入れて、その大部分をバイパスダクト６から噴出させて推進力とし、残りの一部をタービン４により駆動される圧縮機２で圧縮し、該圧縮空気により燃焼器３で燃料を燃焼させ、高速燃焼空気流によりタービン４を駆動するようにしてある。
【０００３】
上記高バイパスターボファンエンジンで使用されているタービン４の場合、燃焼器３からの燃焼空気流によって駆動されるものであることから、各部が高温になる問題があり、動翼の外周側ケーシングとなるタービンシュラウドも高温雰囲気に曝されることになる。
【０００４】
そのため、従来では、図４に示す如く、タービンシュラウド７を保持するシュラウドサポート８の外側に流すようにした冷却空気９を、シュラウドサポート８に設けた冷却通路１０を通してタービンシュラウド７に導くようにしている。
【０００５】
詳述すると、動翼１１の外周に位置するタービンシュラウド７は、外周面部に、前側フランジ１２と後側フランジ１３を突設し、前側フランジ１２と後側フランジ１３を、外周に配したシュラウドサポート８の内周側の前端フック部８ａと後端フック部８ｂに係合させるようにしてある構成において、タービンシュラウド７とシュラウドサポート８との間に、多数のインピンジ孔を有する多孔構造としたインピンジプレート１４を配して、該インピンジプレート１４の前後端縁部を、フランジ１２，１３の外周面とシュラウドサポート８の内周面との間に形成した径方向の隙間Ｓ１に挟持させるようにし、シュラウドサポート８の外側を流れる冷却空気９を、シュラウドサポート８に設けた冷却通路１０からインピンジプレート１４のインピンジ孔を通してタービンシュラウド７の外周面部に供給することにより、タービンシュラウド７を冷却するようにしてある。
【０００６】
しかし、この冷却方式では、タービンシュラウド７の前側フランジ１２よりも前方（上流側）に張り出している前端部７ａを効率よく冷却することができなかった。すなわち、タービンシュラウド７は、前側フランジ１２よりも前方の前端部７ａが最も温度が高くなるものであり、そのため、インピンジプレート１４には、前側により多くのインピンジ孔を設けて、より多くの冷却空気９が前端部７ａ側へ向けて供給されるようにしているが、前側フランジ１２が存在するため、前端部７ａにはインピンジ冷却効果、すなわち、被冷却面に対し冷却空気９を直角に衝突させて冷却する効果が効きにくいという問題がある。
【０００７】
この問題を解決するため、図５に示す如く、タービンシュラウド７の前側フランジ１２の付根部に、前後方向に貫通する冷却孔１５を周方向に所要間隔で設けて、冷却空気９が冷却孔１５を通り前端部７ａへ向けて流れるようにして、冷却孔１５部の吸熱により冷却を行うようにする冷却方式が一部で採用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図５に示す冷却方式の場合、タービンシュラウド７の前端部７ａを直接インピンジ冷却するものではないので、多くの冷却空気９を必要とする問題がある。又、最近では、タービンシュラウド７を、モノリシックのセラミックスやセラミックス基複合材料等の新素材で製作する研究開発が進められているが、新素材では、上記したような冷却孔１５の加工は困難である。
【０００９】
そこで、本発明は、タービンシュラウドの前端部をインピンジ冷却できるようにすると共に、新素材に対しても効率的な冷却を行うことができるようなタービンシュラウド冷却構造を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、タービンシュラウドの外周にシュラウドサポートを配置して、シュラウドサポートの前、後端フック部にタービンシュラウドの前、後側フランジを係合させて保持させ、上記シュラウドサポートの外側を流れる冷却空気を、シュラウドサポートに設けた冷却通路からタービンシュラウドの外周面部に供給して冷却するようにしてあるタービンにおける上記タービンシュラウドの前側フランジの前面に、該タービンシュラウドの外周面と上記シュラウドサポートの内周面との間に形成した径方向の隙間と連通するように前後方向の隙間を、上記タービンシュラウドの前側フランジの前端面と該前側フランジの前端面が係合する上記シュラウドサポートに一体の前端フック部による壁面との間に形成し、且つ上記シュラウドサポートに一体の前端フック部の付根位置に、上記前後方向の隙間とタービンシュラウドの前端部外周面の位置とを連通させるように径方向に貫通する冷却孔を、周方向に間隔を設けて配置して、冷却空気を、上記タービンシュラウドの外周部から径方向の隙間、前後方向の隙間、径方向の冷却孔の順に通してタービンシュラウドの前端部外周面に供給できるようにした構成とする。
【００１１】
シュラウドサポートの冷却通路からタービンシュラウドの外周部に導かれた冷却空気は、順次、径方向の隙間と前後方向の隙間を経て径方向の冷却孔を通りタービンシュラウドの前端部外周面に供給されるため、タービンシュラウドの前端部をインピンジ冷却することができる。
【００１２】
又、タービンシュラウドの前側フランジの外周面部に、前後方向に延びる通気溝を、周方向に間隔を設けて配置して、タービンシュラウドの外周面を冷却した後の冷却空気を径方向の隙間と通気溝を通して前後方向の隙間に流入させるようにした構成とすることにより、冷却効率をより向上できるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の一形態を示すもので、図４に示したと同様な構成としてあるタービン４において、タービンシュラウド７の前側フランジ１２の前方への張り出し長さを短くして、該前側フランジ１２の前端面とシュラウドサポート８の前端フック部８ａによる溝壁面との間に、所要幅の隙間Ｓ２をタービン軸方向となる前後方向に形成し、且つ上記シュラウドサポート８の前端フック部８ａの付根位置に、上記隙間Ｓ２からタービンシュラウド７の前端部７ａへ向かうように径方向へ貫通する冷却孔１６を、周方向に所要間隔を隔てて穿設し、シュラウドサポート８の冷却通路１０を通ってタービンシュラウド７の外周面部に導かれた冷却空気９を、順次径方向の隙間Ｓ１と前後方向の隙間Ｓ２と上記冷却孔１６を通しタービンシュラウド７の前端部７ａの外周面に供給させるようにして、タービンシュラウド７の前端部７ａをインピンジ冷却できるようにする。
【００１５】
タービンシュラウド７の前側フランジ１２の外周面とシュラウドサポート８の内周面との間の径方向の隙間Ｓ１には、冷却空気９が流入し、更に、前後方向の隙間Ｓ２と径方向の冷却孔１６を通ってタービンシュラウド７の前端部７ａの外周面に導かれることになる。したがって、タービンシュラウド７の前端部７ａを効果的にインピンジ冷却することができる。これにより、図５に示す冷却方式に比して、冷却空気９の供給量を削減できるようになるので、エンジンの性能向上に寄与することができる。又、前側フランジ１２の付根位置には冷却孔１５を設けないことから、応力集中に対して敏感なモノリシックのセラミックスやセラミックス基複合材料等の新素材製のタービンシュラウド７を採用しても、支障を来たすことなくて前端部７ａを効率よく冷却することができる。
【００１６】
次に、図２は本発明の実施の他の形態を示すもので、図１に示したと同様な構成において、タービンシュラウド７の前側フランジ１２の外周面部に、タービン軸方向に延びる通気溝１７を、周方向に所要間隔で設けて、タービンシュラウド７の外周面中央部をインピンジ冷却した後の冷却空気９が通気溝１７を通って隙間Ｓ２側へ流入するようにしたものである。
【００１７】
図２の実施の形態によれば、タービンシュラウド７の外周面の中央部をインピンジ冷却した後の冷却空気９が、前側フランジ１２の外周部の隙間Ｓ１のみならず通気溝１７を通って前後方向の隙間Ｓ２に回り込むため、隙間Ｓ１だけの場合よりも冷却空気９の流通性がよくなり、タービンシュラウド７の前端部７ａをより効率的に冷却することができる。
【００１８】
なお、本発明は上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、冷却孔１６の数や大きさ、隙間Ｓ２の寸法、通気溝１７の数や大きさ等は任意に選定し得ること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明のタービンシュラウド冷却構造によれば、タービンシュラウドの外周にシュラウドサポートを配置して、シュラウドサポートの前、後端フック部にタービンシュラウドの前、後側フランジを係合させて保持させ、上記シュラウドサポートの外側を流れる冷却空気を、シュラウドサポートに設けた冷却通路からタービンシュラウドの外周面部に供給して冷却するようにしてあるタービンにおける上記タービンシュラウドの前側フランジの前面に、該タービンシュラウドの外周面と上記シュラウドサポートの内周面との間に形成した径方向の隙間と連通するように前後方向の隙間を、上記タービンシュラウドの前側フランジの前端面と該前側フランジの前端面が係合する上記シュラウドサポートに一体の前端フック部による壁面との間に形成し、且つ上記シュラウドサポートに一体の前端フック部の付根位置に、上記前後方向の隙間とタービンシュラウドの前端部外周面の位置とを連通させるように径方向に貫通する冷却孔を、周方向に間隔を設けて配置して、冷却空気を、上記タービンシュラウドの外周部から径方向の隙間、前後方向の隙間、径方向の冷却孔の順に通してタービンシュラウドの前端部外周面に供給できるようにした構成としてあるので、冷却空気を、順次径方向と前後方向の隙間及び径方向の冷却孔を通してタービンシュラウドの前端部外周面に供給することができ、したがって、タービンシュラウドの前端部をインピンジ冷却することができることにより、タービンシュラウドの前側フランジの冷却孔部で吸熱による冷却する場合に比して、冷却効率を向上でき、その結果、冷却空気量を削減できることからエンジン性能の向上化に寄与でき、又、タービンシュラウドの前側フランジに冷却孔を穿設する必要がないことから、モノリシックのセラミックスやセラミックス基複合材料等の新素材製のタービンシュラウドを採用することができて有利となり、更に、タービンシュラウドの前側フランジの外周面部に、前後方向に延びる通気溝を、周方向に間隔を設けて配置して、タービンシュラウドの外周面を冷却した後の冷却空気を径方向の隙間と通気溝を通して前後方向の隙間に流入させるようにした構成とすることにより、冷却効率をより向上させることができる、等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタービンシュラウド冷却構造の実施の一形態を示すタービンの部分拡大図である。
【図２】本発明の実施の他の形態を示すタービンの部分拡大図である。
【図３】ジェットエンジンの一例を示す概略図である。
【図４】従来のタービンシュラウドの冷却方式の一例を示すタービンの部分拡大図である。
【図５】従来のタービンシュラウドの冷却方式の他の例を示すタービンの部分拡大図である。
【符号の説明】
４  タービン
７  タービンシュラウド
７ａ  前端部
８  シュラウドサポート
８ａ  前端フック部
８ｂ  後端フック部
９  冷却空気
１０  冷却通路
１２  前側フランジ
１３  後側フランジ
１６  冷却孔
１７  通気溝
Ｓ１  径方向の隙間
Ｓ２  前後方向の隙間
【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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