(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン内の加圧流体を封止するための静止用シールにおいて、
加圧流体を通すための隙間が相互間に画成されている第１および第２の離間した壁（３６ｂ、３８ｂ）であって、前記第１の壁（３６ｂ）は、前記第２の壁（３８ｂ）に対面した窪んだ座部（４４）を含み、前記座部は離間した第１および第２の面（４４ａ、４４ｂ）並びにこれらの面を結合する底面（４４ｃ）によって画成されている前記第１および第２の離間した壁（３６ｂ、３８ｂ）、および
前記座部（４４）内に緩く配置されて、前記第１および第２の面（４４ａ、４４ｂ）によって前記座部内に捕捉されているシール挿着体（４６）
を含み、
前記座部（４４）は、前記第１及び第２の面（４４ａ、４４ｂ）により断面Ｖ字形に形成され、
前記挿着体（４６）は、前記座部の第１の面に対面する前面（４６ａ）と、前記座部の第２の面に配置される後面（４６ｂ）と、該前面及び後面との間の上面（４６ｃ）とを備えて前記座部と相補形の三角形状の棒体であり、且つ、前記後面（４６ｂ）には切り欠き凹部（４８）が形成されており、
前記挿着体（４６）の上面（４６ｃ）が前記座部の上方に前記第２の壁（３８ｂ）へ向かって突き出すように前記第１および第２の面（４４ａ、４４ｂ）が前記挿着体よりも短く、前記第１の面（４４ａ）は前記第２の面（４４ｂ）よりも短く且つ該第２の面よりも上流側に配置されており、これにより最初は前記挿着体の上面（４６ｃ）を通り越して流体を流れさせるが、その後は前記挿着体を前記第２の壁および前記第２の面の両方と突合せ接触状態に展開させて隙間を封止することを特徴とする静止用シール。
【請求項２】
前記挿着体（４６）と前記第２の壁（３８ｂ）との間の接触が、前記前面（４６ａ）と前記上面（４６ｃ）との間のコーナーのみに制限されていることを特徴とする、請求項１に記載の静止用シール。
【請求項３】
前記隙間を封止するように前記挿着体を前記座部から後方へ且つ外向きに移動させて前記第２の壁に係合させるために、前記第２の面が後方へ傾斜している請求項２記載の静止用シール。
【請求項４】
前記挿着体はその頂部が接触線に沿って前記第２の壁に係合し且つその下側の部分が前記第２の面に係合するようにされた形状を有し、前記挿着体はまた前記加圧流体から係合力が得られるように延在する前面を有している請求項３記載の静止用シール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般にガスタービンエンジンに関するものであり、更に詳しくはその中のタービン・ノズルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンのコア・エンジンは典型的には燃焼器に圧縮空気を供給する多段軸流圧縮機を含み、燃焼器で空気と燃料が混合されて点火され、これにより高温燃焼ガスが発生されて下流へ流れて、高圧タービン・ノズルを通過し、次いで１段以上のタービン・ロータ羽根（動翼）を通る。高圧タービン・ロータ羽根は、駆動シャフトによって圧縮機に結合されたロータ円盤に適当に結合されており、運転中に圧縮機を駆動するためのエネルギを抽出する。２スプール形エンジンでは、第２のシャフトが圧縮機の上流のファンを、高圧タービンの下流に配置された低圧タービンに結合し、これにより飛行中の航空機にパワーを与える典型的な用途では付加的な推進力を供給する。
【０００３】
高圧および低圧タービン・ノズルのような典型的なタービン・ノズルは、それらが運転される過酷な温度および高圧負荷環境の観点から羽根構造が固定され且つそれらの間のノズルのど部面積が固定されている。隣り合うノズル羽根の間ののど部面積はエンジンの性能を最大にするために正確に維持しなければならず、しかも高温の環境のためにタービン・ノズルは運転中の熱応力を低減するように円周方向のセグメントの形で製造することが必要である。従って、ノズル・セグメントは不所望な流れの漏れを低減するために適当なセグメント間封止を必要とし、これはタービン・ノズルの設計を更に複雑にする。
【０００４】
亜音速および超音速飛行条件にわたって性能および効率を最大にするための可変サイクル・エンジンが開発されつつある。タービン・ノズルののど部面積を調節することによってタービン・ノズルを通る流量を可変にすることは望ましいが、従来の試みはノズルの過酷な運転環境の観点で実用的でなかった。例えば、圧縮機の各々の静翼を半径方向スピンドルに装着し、各スピンドルに結合された対応するレバーアームに取り付けられている環状の一体のリングを使用して各列の圧縮機静翼を包括的に回転させることによって、圧縮機静翼に可変性を与えることは普通である。このようにすると、全圧縮機静翼が半径方向軸線の周りを回転または旋回する。静翼を旋回させるには適切なハブ隙間および先端隙間が必要である。
【０００５】
可変圧縮機構造をタービン・ノズルに適用することは、機械的な具現および空気力学的な性能の両方においてかなりの欠点がある。燃焼器からの高温の燃焼ガスに曝されるタービン・ノズルの過酷な温度環境により、典型的には、個々の羽根の適当な冷却を行うことが必要になり、対応的に種々の構成部品を通じて大きな差の温度勾配が生じる。旋回可能なノズル羽根は設計の困難さを増大させ、また適当な封止を必要とするハブ隙間および先端隙間を生じる。封止をしないと、隙間を介しての燃焼ガスの漏れがエンジンの性能および効率に悪影響を及ぼして、可変性を導入したことの効果を相殺する。
【０００６】
本願に関連する１９９７年８月２８日出願の米国特許出願第０８／９１９５２０号明細書には改良された可変面積タービン・ノズルが開示されており、該タービン・ノズルは、複数の不動の第１の羽根セグメント、および外側バンドと内側バンドとの間に旋回可能に結合された、該第１の羽根セグメントと協働する相補的な複数の第２の羽根セグメントを含み、これらの第１および第２の羽根セグメントによりそれぞれ２部材構成の羽根を画成し、これらの羽根の間ののど部の面積が調節できるようになっている。第２の羽根セグメントは第１の羽根セグメントに対してドアのように旋回するので、加圧冷却空気を個々の羽根の内部に閉じこめるためにそれらの半径方向および軸方向の端部には適当なシールを設けることが必要になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は上記のシールのための種々の形態の静止用シール（ｓｔａｔｉｃ  ｓｅａｌ）を提供し、また運転中に差別的な動きまたは運動を受ける２つの離間した構成部品の間に封止が必要である場合に利用され得る静止用シールを提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による静止用シールは、加圧流体を通すための隙間（ｇａｐ）が相互間に画成されている第１および第２の離間した壁を含む。第１の壁は、第２の壁に対面した窪んだ座部を含み、該座部は離間した第１および第２の面並びにこれらの面を結合する底面によって画成されている。シール挿着体が座部内に緩く配置されて、第１および第２の面によって座部内に捕捉されている。第１および第２の面は、挿着体の頂部が座部の上方に第２の壁へ向かって突き出すように挿着体よりも短く、このため最初は挿着体の頂部を通り越して流体を流れさせるが、その後は挿着体を第２の壁および第２の面の両方と突合せ接触状態に展開させて、隙間を封止する。
【０００９】
以下に、本発明を好ましい実施態様に従って、本発明の他の目的および利点と共に、添付の図面を参照してより具体的に説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１には、ガスタービンエンジンの環状の燃焼器（図示していない）から高温の燃焼ガス１２を最初に受ける高圧タービン・ノズルとして構成されている静止可変面積タービン・ノズル１０の一部分が示されている。ガスタービンエンジンは航空機を亜音速および超音速で飛行させるために構成することができ、圧縮機および協働する高圧タービンを含む第１のスプールまたはロータ、並びに協働するファンおよび低圧タービンを含む第２のスプールまたはロータを有する。
【００１１】
タービン・ノズル１０は、燃焼器から高圧タービンのロータ羽根（動翼）への燃焼ガス１２の流れを選択的に制御するための可変の面積を生じるように構成されている。可変面積タービン・ノズル１０はまた面積制御型タービン・ノズル（ＣＡＴＮ）とも称される。
【００１２】
タービン・ノズル１０の過酷な温度環境並びにタービン・ノズルにかかるかなりの空気力学的および熱的負荷の点で、タービン・ノズル１０は複数の円周方向に隣接するノズル・セグメント１４で構成され、これらのノズル・セグメント１４は全体としてエンジンの中心軸線の周りに完全な環状のリングを形成する。
【００１３】
各々のノズル・セグメント１４は、互いから半径方向に離間した弓形の外側バンド１６および内側バンド１８を含む。円周方向に隣り合うバンドは分割線２０を定め、分割線は隣り合うノズル・セグメント１４を互いから熱的に切り離し、また例えばスプライン・シールを使用して両者間に通常の封止を行うことを必要とする。
【００１４】
各々のノズル・セグメント１４は、好ましくは、外側バンド１６と内側バンド１８との間に半径方向または長手方向に延在する複数の円周方向に間隔を置いて配置された静止した第１の羽根セグメント２２を含み、外側および内側バンド１６および１８はノズル・セグメントに固定結合または一体結合されてワンピースの箱構造を形成し、これは従来のように単一のケーシングとして形成され得る。図１に示す代表的な実施態様では、２つの第１の羽根セグメント２２が共通の外側および内側バンドに結合されて、以下に説明するように好ましい流れ面積を正確にもたらすための静止基準を提供しながら、運転中の熱的および空気力学的負荷に対処する頑丈な構造組立体を提供する。
【００１５】
複数の旋回可能である第２の羽根セグメント２４が第１の羽根セグメント２２にそれぞれ円周方向に隣接し、図２により具体的に示すように対応する第１の羽根セグメント２２と共に２セグメント構成の羽根を画成する。この代表的な実施態様では、各々の第１の羽根セグメント２２は、前縁２２ｂと後縁２２ｃとの間に延在する凹面の正圧側の側壁２２ａを画成するように通常の空気力学的形状に形成されている。
【００１６】
これに対応して、各々の第２の羽根セグメント２４は、羽根の弦軸線に沿って隔たった第１すなわち前端２４ｂと第２すなわち後端２４ｃとの間に延在する凸面の負圧側の側壁２４ａを画成するように空気力学的形状に形成されている。図２に示す実施態様では、後端２４ｃは前縁２２ｂと後縁２２ｃとの間の弦の一部分しか伸びていず、従って第２の羽根セグメント２４の負圧側の側壁２４ａは羽根の負圧面の一部しか画成していない。羽根の負圧面の残りの部分は、後縁２２ｃから延在する第１の羽根セグメント２２の対応する負圧側の側壁２２ｄによって画成される。
【００１７】
このようにして、２つの第１の羽根セグメント２２は、それらの全体が外側バンド１６および内側バンド１８の両方に固定結合されて、４部材構成の箱形構造を作成する。この箱形構造には第２の羽根セグメント２４が旋回可能に取り付けられる。この箱形構造はその中に何ら不所望な分割線を含むことなく各々のノズル・セグメント１４に対して構造的剛性を与える。分割線２０は隣り合うノズル・セグメント１４の間にのみ設けられて、従来知られているように運転中の熱膨張の差を吸収する。
【００１８】
第１の羽根セグメント２２の装着装置はまた前縁２２ｂと後縁２２ｃとの間の正圧側の側壁２２ａ全体に沿って固有のシールを提供して、個々の羽根を通り過ぎる燃焼ガス１２の不所望な横流（クロスフロー）を防止する。
【００１９】
図２に示されているように、羽根は互いから円周方向に離間していて、燃焼ガス１２を通すための、Ａ４と命名される最小面積ののど部２６を画成する。燃焼ガス１２はのど部２６を通った後でタービン・ロータ羽根に達し、タービン・ロータ羽根は通常のように燃焼ガス１２からエネルギを抽出する。各々ののど部２６は１つの羽根の後縁２２ｃとその隣りの羽根の負圧側の側壁２４ａ上の対応する位置との間の最小距離によって画成される。
【００２０】
図３に示されるように本発明では、第２の羽根セグメント２４の各々をその協働する第１の羽根セグメント２２に対して旋回させる旋回手段２８が設けられて、これにより幾つかの羽根の間の個々ののど部２６の面積を選択的に変える。第１の羽根セグメント２２並びにバンド１６および１８は頑丈な構造を構成するので、第２の羽根セグメント２４は、制御された可変面積機能を行うために旋回運動するように該頑丈な構造に比較的簡単に装着することが出来る。しかし、個々の第２の羽根セグメント２４はまた、それらの運動に悪影響を及ぼす不所望な歪みを生じることなく、且つのど部の面積の正確な制御に悪影響を及ぼすことなく、運転中のかなりの熱的および空気力学的負荷に耐えるように装着しなければならない。
【００２１】
図１および２に示される実施態様では、旋回手段２８は好ましくは、それぞれの第２の羽根セグメント２４の内側にその後端２４ｃで一体にまたは固定して結合された対応するヒンジ管２８ａを含み、第１の羽根セグメント２２に一体に形成された相補的なヒンジ座部２２ｅと半径方向または長手方向のヒンジ隙間３０を画成する。
【００２２】
細長のヒンジ・ピン２８ｂが、外側バンド１６および内側バンド１８の対応する開口並びにそれぞれのヒンジ管２８ａを半径方向に通って延在して、それぞれの第１の羽根セグメント２２に対して各々の第２の羽根セグメント２４を旋回可能に取り付け、これにより第２の羽根セグメント２４が第１の羽根セグメント２２に対して開き戸のように旋回し得るようにする。
【００２３】
作動カム・シャフト２８ｃが、外側バンド１６および内側バンド１８の対応する開口を半径方向に通って延在し、それぞれの第２の羽根セグメント２４に作動的に結合されて、第２の羽根セグメント２４の旋回を調節してのど部２６の面積を変えるようにする。
【００２４】
作動カム・シャフト２８ｃは、対応する第２の羽根セグメント２４を旋回させるために該第２の羽根セグメント２４の内部と協働する種々の形状構成を取りうる。図３に更に具体的に示されているように、各々の第２の羽根セグメント２４は、好ましくは、一体にまたは固定して結合された一対の長手方向または半径方向に離間したカム突起２８ｄを含む。図２に更に明瞭に示すように、各々のカム突起２８ｄは楕円形のスロット２８ｅを含む。
【００２５】
対応的に、作動カム・シャフト２８ｃは半径方向にずれた円柱形のカムまたはローブ（ｌｏｂｅ）を含み、これは２つのカム突起のスロット２８ｅを、横方向に密にはまって、貫通して延在しており、これにより作動カム・シャフト２８ｃの回転時に第２の羽根セグメント２４を展開位置と後退位置との間で旋回させて、対応的にのど部２６の流れ面積を減少および増大させることが出来る。例えば、図２はのど部２６の流れ面積を最小にしまたは閉じるように第２の羽根セグメント２４がその最大の展開位置または開放位置まで旋回している状態を示している。
【００２６】
作動カム・シャフト２８ｃの好ましい形態が図１および図３に具体的に示されている。作動カム・シャフト２８ｃの中間部分はカム突起２８ｄと係合する円柱形カム・ローブを画成し、作動カム・シャフト２８ｃの外側端および内側端は半径方向の偏り（オフセット）を持つブッシングで終端する適当なジョグを有する。ブッシングは外側および内側バンド中の相補的な開口に係合していて、カムの中心線からずれている半径方向の回転軸線の周りを回転できる。作動カム・シャフト２８ｃの外側端は通常のレバー２８ｆに適当に結合され、このレバーは通常の圧縮機動翼の作動の場合と同様に環状の一体のリング２８ｇに旋回可能に結合される。適当なアクチュエータ（図示してない）によって環状の一体のリング２８ｇをエンジンの中心軸線の周りに回転させると、レバー２８ｆが回転して、それぞれの作動カム・シャフト２８ｃを回転させる。図２に示されているような作動カム・シャフト２８ｃの偏り（オフセット）により、対向する第１の羽根セグメント２２と第２の羽根セグメント２４との間の相対的な横方向の動きを生じさせ、これによって両者間の相対的な展開および後退がもたらされる。
【００２７】
図２では、作動カム・シャフト２８ｃは第１の羽根セグメント２２からその最大横方向変位まで回転して、のど部２６の面積を最小にするように第２の羽根セグメント２４をその最大展開位置に位置決めしている。図２に示されている好ましい実施態様では、カム突起２８ｄの楕円形スロット２８ｅは最小の長さの短軸を定める平行で平坦な側壁、および最大の長さの長軸を定める半円形状の対向する側壁を有する。
【００２８】
短軸は好ましくは隣接ののど部２６の平面にほぼ平行に配置され、長軸は最大展開位置における第１の羽根セグメント２２の前縁２２ｂと後縁２２ｃとの間に伸びる弦の線に大体平行である。図２に示された最大展開位置にある作動カム・シャフト２８ｃは、第２の羽根セグメント２４を後退させるために、例えば時計回り方向に９０°回転させることが出来る。
【００２９】
図３に示されたノズル・セグメント１４は運転中に高温の燃焼ガス１２を通すので、羽根セグメントは膜冷却および衝突冷却のような従来の冷却技術を使用して適当に冷却することが出来る。ノズル羽根の冷却においては、加圧空気３２の一部分が圧縮機（図示してない）から適当に抽出されて、ノズル・セグメント１４に通される。第１および第２の羽根セグメント２２および２４の側壁は、二重壁構造にして、その冷却のために加圧空気３２をそれらの間に通してもよい。
【００３０】
図３に示されているように、カム・シャフト２８ｃの上側ブッシングは開口を含み、この開口を介して加圧空気３２の一部が中空の２セグメント構成の羽根の内部に送られて、適切な羽根の内部冷却が行われる。空気３２の圧力Ｐ1 は燃焼ガス１２の圧力Ｐ2 より実質的に高く、この圧力差は第２の羽根セグメント２４をその最大展開位置へ自己展開させるのに有用である。
【００３１】
第２の羽根セグメント２４は比較的に壁厚の薄い部材であるので、運転中に差別的な熱負荷および圧力負荷を受ける。従って、図３に示された２つのカム突起２８ｄは、好ましくは、第２の羽根セグメント２４の対向するハブ端および先端に半径方向に離間して設けられて、それらの間の距離を最大にし、且つハブ端および先端で第２の羽根セグメント２４についての反作用の制約を最大にする。第２の羽根セグメント２４は個々の羽根の負圧側の側壁部分を画成するので、それらは運転中に空気力学的に大きな負荷がかかり、それぞれのカム突起２８ｄによってハブ端および先端で外向きの撓みを生じないように拘束される。カム突起２８ｄは次いでカム・シャフト２８ｃに伝達する。この構成は、過大な熱応力を生じさせるように負圧側の側壁を過大に制約することなく、流れ面積の制御を向上させる。
【００３２】
前に述べたように、相補的な第１および第２の羽根セグメント２２および２４によって画成された個々の羽根の中に加圧空気３２を冷却のために導入する適当な手段が設けられる。従って、第２の羽根セグメント２４の旋回移動の際に羽根の内部に加圧空気を閉じこめるために、第２の羽根セグメント２４を外側および内側バンド１６および１８に対して且つヒンジ隙間３０において第１の羽根セグメント２２に対して封止する適当な封止手段３６も必要になる。
【００３３】
個々の第２の羽根セグメント２４は対応する第１の羽根セグメント２２に対してドアのように旋回するので、それらの周縁に沿って適切に封止を行って、羽根の内部から羽根の外部への加圧冷却空気３２の望ましくない漏れを防止することが必要である。図２に示されているように、ヒンジ隙間３０ａが羽根セグメントの後端２４ｃに半径方向に延在し、また別の半径方向に延在する前側隙間３０ｂが羽根セグメントの前端２４ｂに位置している。また図３に示されているように、ハブ隙間３０ｃが羽根セグメントのハブ端２４ｄに位置し、先端隙間３０ｄが羽根セグメントの先端２４ｅに位置している。これらの隙間３０ａ−３０ｄの特定の形状および可変面積タービン・ノズル１０の運転環境により、利用できる従来の封止技術に対して改善された封止が必要であり、これが本発明の課題である。
【００３４】
具体的に述べると、図２には、羽根の内部の加圧空気３２を封止するために第２の羽根セグメントの前端２４ｂおよび後端２４ｃの２つの半径方向の隙間３０ａおよび３０ｂに配置された一対のステータまたは静止用ワイヤ・シール３４ａが示されている。また図３には、羽根の内部に加圧空気３２を閉じこめるように隙間３０ｃおよび３０ｄを封止するために羽根セグメント２４のハブ端２４ｄおよび先端２４ｅに配置された一対の三角形端部シール３４ｂが示されている。
【００３５】
図４および図５は、羽根セグメントの前端２４ｂに配置されたワイヤ・シール３４ａを具体的に示しており、羽根セグメントの後端２４ｃにも同様な形状構成のワイヤ・シールが配置される。図４に示されているように、静止用ワイヤ・シール３４ａは横方向に離間した第１および第２の静止壁３６および３８を含む構成部品の組立体であり、第１および第２の静止壁３６および３８はそれらの間に加圧空気３２を通す前側隙間３０ｂを有する。第１の壁３６は窪んだ座部４０を含み、該座部４０の開放端は第２の壁３８に向かって外向きに開放している。座部４０は大体Ｕ字形の輪郭をなすように、共通の底面４０ｃで結合された第１および第２の横断方向に離間した面４０ａおよび４０ｂを有する。
【００３６】
円柱形ワイヤの形のシール部材または挿着体４２が座部４０の内部に付着することなく緩くはめ込まれ、第１および第２の面４０ａおよび４０ｂの間に横方向に捕捉される。本発明によれば、第１および第２の面４０ａおよび４０ｂは好ましくはワイヤ挿着体４２よりも高さを短くして、挿着体４２の上部が座部４０を越えて隙間３０ｂの中へ突き出すようにする。挿着体４２は最初は第２の壁３８より下方にあって、加圧空気３２が最初は隙間３０ｂの中を挿着体の上部を越えて通過するようにするが、空気力学的に浮揚すなわち自己展開して、破線で示すように第２の面４０ｂおよび第２の壁３８の両方と突合せ接触することにより隙間３０ｂを封止または閉塞する。
【００３７】
座部の第１の面４０ａの主な目的は、単に圧力降下を最小にしながら座部４０内に挿着体４２を捕捉することである。従って、第１の面４０ａはその高さＡを第２の面４０ｂの高さＢよりも短くするのが好ましい。挿着体４２の頂部と第２の壁３８との間の初期間隔Ｃは座部４０内の挿着体４２の直径Ｄによって制御される。
【００３８】
羽根の内部の空気３２の圧力Ｐ1 は羽根の外の燃焼ガス１２の圧力Ｐ2 より実質的に高い。この差圧はワイヤ・シール３４ａに作用して、最初は空気３２が隙間３０ｂの中を挿着体４２を越えて横断方向に通過するようにする。挿着体４２は円柱形すなわち円形断面であるので、その凸形の上面が空気力学的に浮揚力を受け、これにより挿着体４２が第２の壁３８と突合せ接触するように動く。従って、第１の面４０ａは第２の面４０ｂよりも上流側に配置され、これによりワイヤ・シール３４ａの空間内での配置方向に拘わらず隙間３０ｂを封止するように挿着体４２の圧力展開（移動）を促進する。挿着体４２の展開は加圧空気３２からの圧力による力によってのみもたらされ、加圧空気３２は最初は挿着体４２を第２の壁３８に対して係合させ、その結果として挿着体４２に作用する差圧により生じる圧力によって挿着体４２と第２の壁３８との接触が維持される。
【００３９】
図５に示されるように、ワイヤ挿着体４２は好ましくは真っ直ぐであり、第２の羽根セグメント２４の前端２４ｂに沿って半径方向に延在する相補的な真っ直ぐな座部４０内に捕捉される。従って、シールの第１の壁３６は第２の羽根セグメント２４の適当な一部分であり、シールの第２の壁３８は協働する第１の羽根セグメント２２の前縁２２ｂにおける適当な一部分である。真っ直ぐな挿着体４２および協働する座部４０により、挿着体４２はその中心軸線の周りに且つ座部の第２の面４０ｂに沿って回転して第２の壁３８に係合することが出来る。
【００４０】
図４に示された好ましい実施態様では、第２のの面４０ｂは下流方向に後方へ傾斜していて、これにより挿着体４２が座部の底面４０ｃから後方へ外向きに移動し又は転がって、第２の壁３８に係合して隙間３０ｂを封止できるようにする。好ましい実施態様では、第２の面４０ｂは第１および第２の壁３６および３８の間の垂直な線に対して約１０°までの値の傾斜角Ｅを有する。このようにして、挿着体４２は傾斜した後方の面４０ｂに沿って巻き上がり、もって隙間３０ｂを封止するために挿着体４２を自己展開させるのに必要な、挿着体４２の両側間に作用する差圧の大きさが低減する。
【００４１】
挿着体４２は、挿着体４２の長手方向に沿ったその頂部の接触線に沿って第２の壁３８に係合または接触し、同時に挿着体の底部へ向かってその下側で第２の面４０ｂに係合するように、図４に示されている円形輪郭のような適当な形状を持つ。挿着体４２は２つの接触線の間に前側面を持ち、この前側面に対して加圧空気３２が後方へ向かう係合力を加え、これにより挿着体４２を隙間３０ｂ内に押し込んだ状態に保つ。
【００４２】
図４に示されているように、ワイヤ・シール３４ａの有意な利点は、差圧のみを使用して自己展開する能力であり、他の展開力を必要としないことである。ガスタービンに見られる通常のワイヤ・シールは典型的には３６０°の分割リングであり、これはエンジンのロータに取り付けられていて、該リングを展開させて封止を行うために遠心力を利用する。遠心力がない場合、このようなワイヤ・リングは展開して封止を行うことが出来ない。これと対照的に、真っ直ぐな円柱形の挿着体４２は空間内で任意の配置方向を取ることができ、最初に漏れ出す空気によって発生される空気力学的展開力により座部４０内を自由に摺動または回転することが出来る。一旦展開されると、挿着体４２は隙間３０ｂを閉塞して、更なる漏れを生じないように有効なシールを構成する。加圧空気３２が除かれたとき、挿着体４２は展開していない位置まで座部４０へ戻る。
【００４３】
図４に示した自己展開するワイヤ挿着体４２の別の有意な利点は、挿着体４２が運転中の第１および第２の壁３６および３８の間の動きの差に対処できる能力である。前に述べたように、タービン・ノズル１０の好ましくない運転環境は第１および第２の壁３６および３８を含む構成部品の差別的な動きを含み、これは緩く捕捉されたワイヤ挿着体４２によって容易に対処される。図４に示されているように、第１および第２の壁３６および３８が全体をＭで表した矢印をつけた３つの線で示した横方向、横断方向および角度方向に差別的な動きを生じても、これらの動きは挿着体４２によって自動的に対処される。挿着体４２が座部４０内に緩く配置されているので、隙間３０ｂの大きさが所定の範囲内にあり、且つ第１および第２の壁３６および３８の配置方向の差が所定の範囲内にある限り、挿着体４２は封止を行うことが出来る。
【００４４】
図２に示されているように、第２の羽根セグメント２４を対応する第１の羽根セグメント２２に対してそれぞれの前端２４ｂおよび後端２４ｃで適当に封止するために実質的に同じワイヤ挿着体４２を使用することが出来る。また図５に示されているように、ワイヤ挿着体４２はそのハブ端２４ｄと先端２４ｅとの間の全半径方向高さにわたって延在して、適当な封止を行うことが出来る。
【００４５】
凸形輪郭の第２の羽根セグメント２４をそれらのハブ端２４ｄおよび先端２４ｅで封止するためにワイヤ・シール３４ａをセグメント化したワイヤ挿着体４２で構成することが出来るが、図３に三角形端部シール３４ｂの形態で示すように異なる形態のシールを使用することが好ましい。図６および図７は同様な形状構成の三角形端部シール３４ｂを例示する。その各々は、第２の羽根セグメント２４の半径方向内側のハブ端２４ｄの各々に沿って、また半径方向外側の先端２４ｅに沿って、端部同士を整列させて配置した複数の三角形挿着体を有する。
【００４６】
羽根の先端における三角形端部シール３４ｂが図８および図９に一層具体的に示されている。羽根のハブ端においても同様な形状構成が使用される。図８に示す実施態様では、参照記号３６ｂを付した第１の静止壁が羽根の先端２４ｅの外面であり、参照記号３８ｂを付した第２の静止壁が外側バンド１６の内面であり、それらの壁の間に先端隙間３０ｄが画成されている。参照符号４４を付した座部は大体Ｖ字形であり、第１の面すなわち前面４４ａ、第２の面すなわち後面４４ｂ、およびそれらの間に延在する底面４４ｃを有する。
【００４７】
三角形挿着体４６が高さＧを持つ。前に述べた第１の実施態様と同様に、第１および第２の面４４ａおよび４４ｂはそれらの高さが三角形挿着体４６の高さよりも短いのが好ましく、第１の面４４ａは第２の面４４ｂよりも短い。
【００４８】
三角形挿着体４６は、座部の前面４４ａに対面する前面４６ａ、および座部の第２の面４４ｂの頂部に配置される後面４６ｂを有する。後面４６ｂは、好ましくは約４０°の内包角Ｈを持つ底のコーナーで前面４６ａと接合する。三角形挿着体４６はまた第２の壁３８ｂに対面する上面４６ｃを持つ。上面４６ｃは、それぞれ好ましくは約７０°の内包角ＪおよびＫを持つコーナーで前面４６ａおよび後面４６ｂと接合され、もって底のコーナーを頂点とする二等辺三角形を画成する。
【００４９】
これに対応して、座部４４は三角形挿着体４６と相補的であって、好ましい実施態様では、挿着体４６と第２の壁３８ｂとの間の接触を、前面４６ａと上面４６ｃとの間の前側のコーナーのみに制限する。座部４４は好ましくは約４２°の内包角Ｌを持ち、その後面４６ｂは図８に示されているように水平から約６４°の角度Ｍで傾斜している。このようにして、上面４６ｃは、前側のコーナーで接触している第２の壁３８ｂから傾斜角Ｎで傾斜して離れていく。傾斜角Ｎは、挿着体４６の前側のコーナーのみの接触を保証するように、好ましくは約６°までの充分大きい角度にする。
【００５０】
図８に破線で示し且つ図９に実線で示すように、三角形挿着体４６は最初は座部４４内に載置されて、加圧空気３２が先端隙間３０ｄを通って流れるようにする。この流れは挿着体４６の空気力学的自己展開をもたらし、これにより挿着体４６は座部の後面４４ｂに沿って上向きに摺動し、最終的には挿着体４６の前側のコーナーが接触線に沿って第２の壁３８ｂと接触する。挿着体４６の両側間に作用する差圧が挿着体４６を展開させると共に、運転中に挿着体４６を後面４４ｂおよび第２の壁３８ｂと突合せ接触状態に維持して、先端隙間３０ｄに対する有効なシールを提供する。挿着体の上面４６ｃがその前側のコーナーから広がる角度Ｎは、効果的な封止を維持するために挿着体の前面４６ａにわたって作用する有効な圧力の力を最大にする。座部４４内のこの挿着体４６の形状構成はまた、座部内で挿着体４６の望ましくない共振を起こすことなく安定な動作を提供する。
【００５１】
前に述べたように、三角形端部シール３４ｂは第２の羽根セグメント２４のハブ端２４ｄおよび先端２４ｅの両方を対応する内側バンド１８および外側バンド１６に対して封止するために同様に構成することが出来る。図６および図７に示されているように、羽根セグメントのハブ端および先端に沿って端部同士を整列させた状態で複数の三角形端部シールを使用して、第２の羽根セグメント２４の急に変化する凸形の輪郭に良好に追従させて、それに沿って効果的な封止を行うと共に、製造を一層簡単化することが好ましい。
【００５２】
図８および図９は三角形挿着体４６の基本的な形状構成を示し、挿着体４６はその長さに沿って真っ直ぐであり、好ましくは、その前面４６ａに沿った撓みまたは可撓性を増大させると共に挿着体４６の重さを軽くするために切り欠いた凹部４８を設けるように後面４６ｂに沿ってスカロッピング（ｓｃａｌｌｏｐｉｎｇ）される。このスカロッピングされた挿着体４６は図６および図７に示されるように１つ以上のセグメントに使用することができ、運転中に熱的歪みを受ける領域内で凸形の第２の羽根セグメント２４に沿って使用することが出来る。スカロッピングされた凹部４８は挿着体４６の可撓性を増大させて、運転中に隙間の効果的な封止を維持するために予想される熱的歪みの量に見合って撓むことが出来るようにする。
【００５３】
図１０は、中実で真っ直ぐであり、且つ上記の実施態様のようにスカロッピングされた凹部４８を設けていない別の実施態様の三角形シール４６ｄを示す。この三角形シール４６ｄは、運転中に重大な熱的歪みを受けない第２の羽根セグメント２４の前端２４ｂ近くに使用するのが有利である。
【００５４】
図１１は、その長さに沿って湾曲しており、好ましくは、第２の羽根セグメント２４の相補的な座部４４の曲率半径Ｒと実質的に同じである一定の曲率半径Ｒを持つ円筒状の輪郭を有する別の実施態様の三角形挿着体４６ｅを示す。図６および図７に示されるように、円筒状三角形挿着体４６ｅは第２の羽根セグメント２４のハブ端および先端の凸形の最大曲率の場所に位置決めされる。
【００５５】
挿着体４６ｅおよび相補的な座部４４は、好ましくは円筒状であって、これにより、挿着体４６がそれぞれの後面４４ｂに沿って座部４４から半径方向外向きに摺動するとき、挿着体４６ｅと後面４４ｂとの間に実質的に連続した接触が作られて、それに沿って効果的な封止が維持されるように保証する。座部４４が大体Ｖ字形であって、第２の羽根セグメント２４の凸形の輪郭に追従するので、座部の後面４４ｂは、座部内の同様に凸形の又は円筒状の三角形挿着体４６ｅの長さに沿って係合を維持するために空間的に円筒状であることが好ましい。
【００５６】
第２の羽根セグメント２４の周縁に沿った様々な隙間を、特に差別的な動きがあるときに効果的に封止するために、シール挿着体およびそのための座部の種々の実施態様が上記のように具体的に構成し得る。第２の羽根セグメント２４を開閉するように旋回させるとき、それぞれのシール挿着体は有効な封止を維持するためにそれぞれの第２の壁３８および３８ｂに沿って摺動する。この有効な封止は、封止すべき隙間を画成する第１および第２の壁の間に熱的歪みがある場合でも維持される。第２の羽根セグメント２４の半径方向の輪郭が比較的真っ直ぐであるので、比較的簡単なワイヤ挿着体４２を封止のために使用することが出来る。ハブ端２４ｄおよび先端２４ｅにおける第２の羽根セグメント２４の凸形の輪郭が比較的複雑であるので、三角形挿着体４６は前に述べたように有効な封止を行うように調製し得る。好ましくは、第２の壁３８ｂは三角形シール挿着体４６の移動範囲にわたって平坦な面であり、これによりそれらの間の封止接触を良好に維持する。
【００５７】
静止用シールについての両方の一般的な実施態様では、燃焼ガス１２に対する加圧空気３２の差圧がそれぞれの挿着体を自己展開させ、その際に空気力学的浮揚力および圧力の力のいずれか一方または両方が利用される。それぞれの挿着体は、一旦係合すると、それらに作用する差圧の力によって所定の位置に保持され、望ましくない共振を起こすことなく動作の安定性を提供する。
【００５８】
本発明を好ましい代表的な実施態様について詳述したが、上記の教示から当業者には種々の変更および変形をなし得よう。従って、特許請求の範囲が本発明の真の精神および趣旨の範囲内にあるこの様な全ての変更および変形を包含するものとして記載してあることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に従って封止される可変面積ノズル・セグメントを有する代表的なガスタービンエンジンのタービン・ノズルの一部分を示す部分的に分解した斜視図である。
【図２】図１の線２−２に沿って取った代表的な１つのノズル・セグメントの横断面図であり、間に可変面積のど部を画成する２つの隣接したノズル羽根を示す。
【図３】図１の線３−３に沿って取った１つの可変面積ノズル羽根の縦断面図である。
【図４】図２中の破線の円４内に示した第１および第２の羽根セグメントの前縁に配置された本発明の一実施態様のよる静止用ワイヤ・シールの拡大断面図である。
【図５】図４の線５−５に沿って取ったワイヤ・シールの正面図である。
【図６】図３の線６−６に沿って取った第２の羽根セグメントの上面図であり、外側三角形端部シールを示す。
【図７】図３の線７−７に沿って取った第２の羽根セグメントのハブ端における対応する外側三角形端部シールを示す底面図である。
【図８】図３中の破線の円８内に示した外側端部シールの拡大図である。
【図９】切欠きを設けたシール挿着体を有する、図８に示した端部シールの斜視図である。
【図１０】本発明の別の実施態様による中実な形態の三角形シール挿着体を示す斜視図である。
【図１１】本発明の別の実施態様による長さに沿って円筒状の輪郭を持つ三角形挿着体を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０    可変面積タービン・ノズル
１２    燃焼ガス
１４    ノズル・セグメント
１６    外側バンド
１８    内側バンド
２２    第１の羽根セグメント
２２ａ    正圧側の側壁
２２ｂ    前縁
２２ｃ    後縁
２２ｄ    負圧側の側壁
２２ｅ    ヒンジ座部
２４    第２の羽根セグメント
２４ａ    負圧側の側壁
２４ｂ    前端
２４ｃ    後端
２４ｄ    ハブ端
２４ｅ    先端
２６    のど部
２８    旋回手段
２８ａ    ヒンジ管
２８ｂ    ヒンジ・ピン
２８ｃ    作動カム・シャフト
２８ｄ    カム突起
２８ｅ    楕円形スロット
３０、３０ａ    ヒンジ隙間
３０ｂ    前側隙間
３０ｃ    ハブ隙間
３０ｄ    先端隙間
３２    加圧空気
３４ａ    静止用ワイヤ・シール
３４ｂ    三角形端部シール
３６    第１の静止壁
３８    第２の静止壁
４０    座部
４２    挿着体
４４    座部
４６    三角形挿着体
４８    凹部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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