(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
段間シールリング（１１２、２３０）と第１及び第２タービンロータディスク（５２、６０）とを備える多段式タービン（５０）における一対の隣接した第１及び第２タービンロータ間の空間をシールするためのシール装置であって、
前記段間シールリング（１１２、２３０）は、
軸方向に間隔を隔て、ほぼ半径方向外方に延びる第１及び第２のアーム（１１８、１２２）を有するほぼディスク形の本体部材（１１４）と、
前記第１の半径方向アーム（１１８）によって支持され、前記第１タービンロータに係合するための前部係合面（１５０）を含む前部ディスク係合部材（１４８）を備えたほぼ軸方向の前部アーム（１２０）と、
前記第２の半径方向アーム（１２２）によって支持され、前記第１タービンロータから軸方向に間隔を隔てた前記第２タービンロータに係合するための後部係合面（１６０）を含む後部ディスク係合部材（１５８）を備えたほぼ軸方向の後部アーム（１２４）と、を含み、
前記第１及び第２タービンロータディスク（５２、６０）はそれぞれ、ロータブレード（５８、６６）のダブテール形のブレードシャンク（１６６、１９６）を摺動可能に受け入れる円周方向に間隔を隔てたダブテールスロット（１６８）を形成する第１及び第２ディスクポスト（１７０、２００）を備え、
前記段間シールリング（１１２、２３０）が、前記隣接するタービンロータディスク（５２、６０）間に橋渡し部材を形成して、前記隣接するタービンロータ間の空間（１４４）に供給される冷却空気が前記タービンロータにより支持されるタービンロータブレード（５８、６６）内の冷却空気通路に流れ込むように、該冷却空気を制限しており、
前記前部アーム（１２０）と前記後部アーム（１２４）の少なくとも一方が、前記シールリング（１１２、２３０）に前記隣接するタービンロータとの相対的な回転を制限するため、前記隣接するタービンロータに係合する少なくとも１つの突出部（１５２、２３６）を含み、
前記第１ディスクポスト（１７０）は、軸方向後方に延びる延長部（１７６）を備え、
前記前部ディスク係合部材（１４８）の最上部の環状面が、前記延長部（１７６）の下方環状面に当接する
ことを特徴とするシール装置。
【請求項２】
前記第２ディスクポスト（２００）は、軸方向前方に延びる延長部（２０６）を備え、
前記後部ディスク係合部材（１５８）の最上部の環状面が、前記第２ディスクポスト（２００）の延長部（２０６）の下方環状面に当接する
ことを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
【請求項３】
段間シールリング（１１２、２３０）と第１及び第２タービンロータディスク（５２、６０）とを備える多段式タービン（５０）における一対の隣接した第１及び第２タービンロータ間の空間をシールするためのシール装置であって、
前記段間シールリング（１１２、２３０）は、
軸方向に間隔を隔て、ほぼ半径方向外方に延びる第１及び第２のアーム（１１８、１２２）を有するほぼディスク形の本体部材（１１４）と、
前記第１の半径方向アーム（１１８）によって支持され、前記第１タービンロータに係合するための前部係合面（１５０）を含む前部ディスク係合部材（１４８）を備えたほぼ軸方向の前部アーム（１２０）と、
前記第２の半径方向アーム（１２２）によって支持され、前記第１タービンロータから軸方向に間隔を隔てた前記第２タービンロータに係合するための後部係合面（１６０）を含む後部ディスク係合部材（１５８）を備えたほぼ軸方向の後部アーム（１２４）と、を含み、
前記第１及び第２タービンロータディスク（５２、６０）はそれぞれ、ロータブレード（５８、６６）のダブテール形のブレードシャンク（１６６、１９６）を摺動可能に受け入れる円周方向に間隔を隔てたダブテールスロット（１６８）を形成する第１及び第２ディスクポスト（１７０、２００）を備え、
前記段間シールリング（１１２、２３０）が、前記隣接するタービンロータディスク（５２、６０）間に橋渡し部材を形成して、前記隣接するタービンロータ間の空間（１４４）に供給される冷却空気が前記タービンロータにより支持されるタービンロータブレード（５８、６６）内の冷却空気通路に流れ込むように、該冷却空気を制限しており、
前記前部アーム（１２０）と前記後部アーム（１２４）の少なくとも一方が、前記シールリング（１１２、２３０）に前記隣接するタービンロータとの相対的な回転を制限するため、前記隣接するタービンロータに係合する少なくとも１つの突出部（１５２、２３６）を含み、
前記第２ディスクポスト（２００）は、軸方向前方に延びる延長部（２０６）を備え、
前記後部ディスク係合部材（１５８）の最上部の環状面が、前記第２ディスクポスト（２００）の延長部（２０６）の下方環状面に当接する
ことを特徴とするシール装置。
【請求項４】
半径方向外方に延びる前記アーム（１１８、１２２）が、固定環状シールリング（１３０）にシール係合するためのシール歯（１２６、１２８）で終わることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシール装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの突出部（１５２）が、前記前部アームによって支持されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシール装置。
【請求項６】
前記第１タービンロータが、前記軸方向前部アーム（１２０）によって支持される前記少なくとも１つの突出部（１５２）と協働的に係合するための軸方向後方に延びる突出部（１７２）を含むことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシール装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの突出部（２３６）が、前記後部アーム（２３４）によって支持されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシール装置。
【請求項８】
前記後部アーム（１２４）が、前記第２半径方向アーム（１２２）に対して傾斜し斜めに延びる部分（１５４）を含むことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシール装置。
【請求項９】
前記後部アーム（１２４）が、前記第２半径方向アーム（１２２）に対して傾斜し斜めに延びる部分（１５４）と、該斜めに延びる部分（１５４）に結合され、そこから軸方向に延びる部分（１５６）とを含むことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシール装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２半径方向アーム（１１８、１２２）の外端部が、互いに独立して撓み得ることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシール装置。
【請求項１１】
前記後部アーム（１２４）が、前記第２半径方向アーム（１２２）から延びる第１の傾斜部分（１５４）と、該傾斜部分（１５４）と前記第２タービンロータディスク（６０）に係合する前記係合面（１６０）との間に延びる第２の軸方向部分とを含むことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多段式タービンを有するガスタービンエンジンに関する。より具体的には、本発明は、多段式タービンを有するガスタービンエンジンにおいて隣接する段間に配置される段間シール・トルクリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
多数のタービン段を有するガスタービンエンジンは、作動効率を向上させるため、隣接する段間に配置されたシール装置を備える。シール装置は、固定タービンステータブレード又はノズルの周り及び間、そして隣接するロータブレードの周り及び間の環状路を流れる高温燃焼ガスの流れを制限することに向けられている。このようなシール装置は、所定の環状路を流れる高温燃焼ガスを制限するのに役立つのに加えて、タービンディスク、タービンブレード根元部、及びロータブレード自体の内部を冷却するために供給される冷却空気を制限し、指向させるのにも役立つ。これに関連して、ロータブレードに冷却通路を設けることは、タービン入口温度を高めることを可能にし、その結果、エンジンの熱効率を向上させ、動力すなわちスラスト出力の増大を可能にする。しかしながら、タービンロータブレード冷却用空気が、高温ガス流中に流れて放散されるようなことがなく、その代わりに、冷却しようとする表面と構造体の上又はその中を通過するように、且つ、該冷却用空気がまた、ロータブレード内部通路に通されて所望のロータブレード冷却効果を得るように、該冷却用空気を適当に制限し指向させなければならない。
【特許文献１】
米国特許５，３１８，４０５号公報
【特許文献２】
米国特許５，３３８，１５４号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
過去において、種々のタービン段間シール構成が提案されてきた。従来の構成の幾つかは、回転ディスクを備えており、この回転ディスクが、固定タービンノズルの内面上に支持される固定環状シールリングに係合するための周縁ラビリンスシールを含むシールリングを形成する。幾つかの構成は、隣接するタービンロータ段で支持される回転ブレード保持リングに係合するための前方及び後方に延びるアームを含むものであった。また、他の従来の構成は、ロータディスクに対するロータブレードの軸方向移動を阻止するための一体形成のロータブレードリテーナと、シールをタービンロータと共に回転させるための１つ又はそれ以上の隣接するロータディスクに連結された内側ハブとを含むものであった。しかしながら、多要素シールとブレードリテーナの構成は、付加的な部品と付加的な組立て作業を伴ない、所望のシール効果を得るため、数個の部品の適正な配向の維持という問題を含む可能性がある。
【０００４】
このような多要素配置に固有の部品管理上の問題と組立ての問題に加えて、シール装置が、エンジン作動時にタービン段要素の軸方向及び半径方向の移動を吸収できることも必要である。幾つかの要素は、局部的な温度及びエンジンと航空機の作動条件に基づく、ある範囲の異なる荷重と異なる膨張率に曝される。
【０００５】
従って、所望の環状流路に流入するように燃焼ガスを制限し、燃焼ガスを冷却空気の流れから分離し、このことを一体構造によって行い、多段式タービンの組立てを容易にし、タービン構造要素の、熱により及び機械的誘因により生じる寸法と配向の変化に応答することのできる効果的なシールを与えることの可能なタービン段間シール部材を提供することが望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
簡潔に述べると、本発明の一態様によれば、多段式タービンの隣接するタービンロータ間の空間をシールするための段間シールリングが提供される。シールリングは、軸方向に間隔を隔て、ほぼ半径方向外方に延びる第１及び第２のアームを有するほぼディスク形の本体部材を含む。第１半径方向アームは、前方に延びるほぼ軸方向の第１のアームを含み、該第１アームは、第１タービンロータの表面に係合するための係合面で終わっている。第２半径方向アームは、後方に延びるほぼ軸方向の第２のアームを含み、該第２アームは、第１のタービンロータから軸方向に間隔を隔てた第２のタービンロータに係合するための係合面で終わっている。シールリングは、冷却空気がタービンロータブレード内の冷却空気通路に流入するように、隣接するタービンロータ間の空間に供給される冷却空気を制限するため、隣接するタービンロータ間に橋渡し部材を形成する。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、軸方向に間隔を隔てた一対のタービンロータを含む多段式タービンロータのためのタービン冷却システムが提供される。この冷却システムは、軸方向に隣接する一対のタービンロータ間の空間によって構成される段間冷却チャンバと、各タービンロータのハブに隣接して配置され、共に回転できるように隣接するロータディスクを相互に連結する環状のロータディスク連結リングとを含む。段間シール部材が、ディスク連結リングの半径方向外方に配置されている。冷却空気をディスクを通して段間冷却チャンバに送るための複数の冷却空気通路が、上流側タービンディスクに設けられる。段間シール部材は、軸方向に間隔を隔て、ほぼ半径方向外方に延びる一対のアームを有するほぼディスク形の本体部材を含む。前方に延びるほぼ軸方向の第１アームが、第１タービンロータに係合するための係合面で終わっており、後方に延びるほぼ軸方向の第２アームが、第１タービンロータから軸方向に間隔を隔てた第２タービンロータに係合するための係合面で終わっている。
【０００８】
本発明の構成、作用及び利点は、付随の図面に関連してなされる以下の記述を考察するとき一層明らかになるであろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】
さて、図面、特にそのうちの図１を参照すると、長手方向軸１１を有し、コアガスタービンエンジン１２及び該コアエンジンの上流側に配置されたファン部分１４を含む航空機ターボファンエンジン１０が、概略的に示されている。コアエンジン１２は、ほぼ円筒状の外ケーシング１６を備えており、該ケーシングが、環状のコアエンジン入口１８を構成し、コアエンジン１２に入る空気の圧力を第１圧力レベルまで上昇させるための低圧ブースタ２０を囲み、これを支持する。高圧多段式軸流圧縮器２２が、ブースタ２０から加圧空気を受け、空気圧力をさらに上昇させる。加圧空気は、燃焼器２４に流れ込み、ここで燃料が加圧空気に噴射され、燃料と空気の混合物に点火されて加圧空気の温度とエネルギーレベルを上昇させる。高エネルギー燃焼生成物は、第１タービン２６に流れ、第１駆動シャフト２８を通じて圧縮機２２を駆動し、次いで、第２タービン３０に流れ、第１駆動シャフト２８と同軸の第２駆動シャフト３２を通じてブースタ２０を駆動する。タービン２６、３０の各々を駆動した後、燃焼生成物は、排気ノズル３４からコアエンジン１２を出て、推進ジェット推力を発生する。
【００１０】
ファン部分１４は、回転可能な軸流ファンロータ３６を備える。環状のファンケーシング３８が、ファンロータ３６を囲んでおり、ほぼ半径方向に延びる円周方向に間隔を隔てた複数の支持ストラット４４を介してコアエンジン１２により支持されている。ファンロータ３６は、半径方向に延びる円周方向に間隔を隔てた複数のファンブレード４２を支持している。ファンケーシング３８は、ファンロータ３６からコアエンジン１２の外側部分上を後方に延びて、第２のすなわちバイパス空気流の導管を形成する。ファンケーシング３８の下流側に位置し該ファンケーシング３８に連結されたケーシングエレメント３９が、複数のファン流れ出口案内羽根４０を支持している。ファン部分１４を通過する空気は、ファンブレード４２によって下流方向に進められ、コアエンジン１２によって発生する推力を補う推進推力を与える。
【００１１】
エンジン１０のタービン部分は、図２において拡大部分形態で横断面が示されている。タービン５０は、拡大ハブ５４を有するロータディスク５２によって構成される第１段タービンロータと、円周方向に間隔を隔てた複数の第１段ロータブレード５８を支持する外周５６とを備えている。第２段タービンロータが、第１段タービンディスク５２から軸方向下流側に該第１段タービンディスク５２に隣接して配置され、この第２タービンロータは、拡大ハブ６２を有するロータディスク６０によって形成され、その外周６４に円周方向に間隔を隔てた第２段ロータブレード６６が支持されている。第２段ディスク６０は、軸方向前方に延びる環状の駆動リング６８を含み、該駆動リング６８は、円形配列の複数のボルト孔７２を有する半径方向内向きのフランジ７０を支持している。連結ボルト７４が、ボルト孔７２と、第１段ディスク５２に設けられた対応するボルト孔７６とを通って延び、第１及び第２段タービンディスク５２、６０を一緒に回転するように互いに連結する。さらに、第１段ディスク５２は、コアエンジン圧縮器に駆動関係で連結された、一体の、前方に延びる環状の駆動シャフト７８を含む。
【００１２】
第１段タービンノズル８０が、第１段タービンディスク５２の上流側において第１段ロータブレード５８に半径方向に隣接して配置されている。ノズル８０は、環状の内リング８２と、環状の外リング（図示せず）とを備え、これらのリング間に、半径方向に延び、円周方向に間隔を隔てた複数の固定第１段ノズル羽根８４が配置されている。第１段ノズル内リング８２は、ほぼ半径方向内向きに延びるリング８６に適切に連結されており、リング８６は、その内周に、軸方向に延びる外シールリング９２の一部を形成するラビリンスシール９０とシール係合するための環状の摩耗性シール８８を支持する。外シールリング９２から半径方向内方に間隔を隔てた内シールリング９１が、環状の摩耗性シール９５とシール係合するラビリンスシール９３を含む。シールリング９１、９２の各々は、第１段タービンディスク５２に結合され、第１段タービンディスク５２と共に回転する。
【００１３】
第２段タービンノズル９４が、第１及び第２段ロータディスク５２、６０間に配置されている。ノズル９４は、内環状リング９６及び外環状リング（図示せず）を含み、これらのリング間に、半径方向に延び、円周方向に間隔を隔てた複数の固定第２段ノズル羽根９８が支持されている。エンジンの作動の際、高温の燃焼ガスが、燃焼器（図１参照）から第１段タービンノズル８０に流れ、第１段タービンノズル８０は、ガスを第１段タービンブレード５８に指向させて、第１段タービンディスク５２を回転させる。第１段タービンブレード５８から出るガスは、第２段タービンノズル９４に入り、第２段タービンノズル９４は、ガスを第２段タービンブレード６６に指向させて、第２段タービンディスク５２を回転させる。
【００１４】
高温の燃焼ガスの流れを意図した流路内に制限するため、第１段ノズル８０は、軸方向後方に延びるシールリップ１００を備えている。リップ１００は、第１段ディスク５２に支持された、協働する、前方に延びるシールリップ１０２に隣接してその前方に配置されている。シールリップ１０２は、第１段タービンロータブレード５８の各々のブレードプラットフォームの前方延長部によって形成され、さらに又、隣接するブレードとディスク外周との間の空間に第１段ディスク５２により支持されたダンパシール（図示せず）の前方に延びる要素によって形成される。ノズルシールリップ１００の各々とロータ前部シールリップ１０２は、半径方向に相互に重なり合う環状シールリングを形成し、燃焼ガスは、重なり合うシールリップとタービン外ケーシングとの間に形成された流路を通過する。
【００１５】
同様の環状シールリングが、第１段タービンロータブレード５８と第２段ノズル９４との間に設けられる。一対のシールリングが、第１段ロータブレード５８上の、半径方向に間隔を隔てて後方に延びる複数のシールリップ１０４、１０６によって構成される。これらシールリップ１０４、１０６は、該シールリップ１０４、１０６間の空間に延びる環状の第２段ノズル前部シールリップ１０８と協働して、燃焼ガスの内向きの流れを阻止する。第２段ノズル９４と第２段タービンブレード６６との間に、半径方向に重った関係の第２段ノズル後部シールリップ１１０と第２段タービンブレード前部シールリップ１１７とによって形成される同様のシール装置が、設けられている。
【００１６】
第１段タービンディスク５２と第２段タービンディスク６０との間に、段間シールリング１１２が配置されている。リング１１２は、第１段タービンディスク５２の後面と第２段タービンディスク６０の前面との間に延び、これらの面と接触している。シールリング１１２は、横断面がほぼＴ形の部材であり、拡大ハブ１１６と前部半径方向アーム１１８及び後部半径方向アーム１２２によって形成される外側部分との間に配置されたディスク形の本体部材１１４を有し、前部半径方向アーム１１８から上流方向に前部軸方向アーム１２０が延び、後部半径方向アーム１２２から下流方向に後部のほぼ軸方向アーム１２４が延びている。前部半径方向アーム１１８と後部半径方向アーム１２２は、エンジンの長手方向軸に対して、軸方向に互いに間隔を隔てて配置され、これらのアームは、互いに平行にすることができ、比較的薄い横断面を有している。前部及び後部半径方向アーム１１８、１２２は、本体１１４に支持された片持ち梁のように、本体部材１１４に対してタービンの前方及び後方に、独立して撓むことができ、エンジン作動時にそれぞれのタービン段に負荷される熱荷重と機械的荷重から生じるタービン部品の相互の移動に応答することができる。前部半径方向アーム１１８の外周は、円周方向に延びるシール歯１２６を含み、後部半径方向アーム１２２の外周は、同様に円周方向に延びるシール歯１２８を含む。シール歯１２６、１２８の各々は、第２段タービンノズル９４の内ノズルリング９６に支持される環状の摩耗性シール部材１３０に係合し、外側段間シールを形成する。
【００１７】
第１段タービンディスク５２は、ディスク５２を完全に貫通する、円形配置の軸方向に延びる複数の冷却空気通路１３２を含む。通路１３２が、連結ボルト孔７６の半径方向外方に、シールリング９１、９２間に設けられる。複数の開口部１３４が、シールリング９２の半径方向連結脚部１３６に設けられ、該脚部を貫通して延びており、連結脚部１３６は、内シールリング９１の半径方向に延びる脚部によって第１段タービンディスク５２の前面に対してクランプされている。外環状リング１４０と半径方向内方に間隔を隔てた内環状リング１４２とによって構成された環状の冷却空気ダクト１３８が、開口部１３４のすぐ上流側に配置されており、ここへ圧縮器（図１参照）からの放出空気が送られる。比較的低温の放出空気は、シールリング９２の開口部１３４及び第１段ディスク５２の冷却空気通路１３２を通って、第１及び第２段タービンディスク５２、６０と段間シールリング１１２のアーム１２０、１２４との間の容積によって形成される冷却空気チャンバ１４４に流れ込む。このように、冷却圧縮器の放出空気は、冷却空気チャンバ１４４に入り、後述するように、タービンロータディスク５２、６０並びにタービンロータブレード５８、６６を冷却するのに利用される。
【００１８】
図３の拡大詳細図に示されるように、段間シールリング１１２の前部軸方向アーム１２０は、前部半径方向アーム１１８とほぼ直交している。しかしながら、所望ならば、軸方向アーム１２０を、軸方向アーム１２０と半径方向アーム１１８との夾角によって定められる鋭角に配向することができる。さらに、図２及び図３では横断面が直線形態で示されているが、所望ならば、軸方向アーム１２０を弯曲させてもよい。これに関連して、軸方向アーム１２０の形状は、アーム１２０の外端部がタービンディスク５２の下流面との接触状態が維持されるように、アーム１２０の外端部が、シールリング１１２及びタービンディスク５２に負荷される熱荷重と機械的荷重に応答して、タービン長手方向軸に対して半径方向かつ軸方向に撓むことができるものであることが好ましい。
【００１９】
前部軸方向アーム１２０は、その最外端部に、前部ディスク係合部材１４８を支持するほぼ半径方向に延びるフランジ１４６を含む。係合部材１４８は、ほぼ半径方向に延びる環状のディスク係合面１５０と、軸方向前方に延びる円形配列の複数の突出部１５２とを含み、突出部１５２間にはスロットが設けられている。係合部材１４８に設けられた突出部は、ロータブレード５８によって支持される軸方向突出部（図示せず）と接触し、第１段ディスク５２と段間シールリング１１２との相対的な回転を制限する。
【００２０】
後部アーム１２４は、前部軸方向アーム１２０が前部半径方向アーム１１８から延びる半径方向位置と比較して、ハブ１１６に対して内向きに間隔を隔てた半径方向位置のところで後部半径方向アーム１２２から外方に延びる。後部アーム１２４は、傾斜部分１５４と、ほぼ軸方向に延びる部分１５６とを含む。傾斜部分１５４は、アーム１２２に対して夾角が約４５°の鋭角で配置されるが、所望ならば、傾斜の精密な角度を変えることができる。傾斜部分１５４とほぼ軸方向に延びる部分１５６との相対的な長さは、後部アーム１２４の最外端部で支持される後部ディスク係合部材１５８が、第２段ディスク及び、第２段ロータブレードのシャンク部位と対向し且つそれらと接触して配置されるように選定される。後部ディスク係合部材１５８は、第２段タービンディスク６０の前面及び第２段ロータブレードシャンクに係合するためのほぼ半径方向に延びる環状のディスク係合面１６０を含む。
【００２１】
傾斜部分１５４とほぼ軸方向に延びる部分１５６との間の夾角である鈍角は、ほぼ１４０°程度でよい。しかしながら、この場合にも、所望ならば精密な傾斜角度は変えることができ、一般的に、後部アーム１２４のタービンディスク６０に対する半径方向接触点を基準として定める。これに関連して、傾斜部分１５４と半径方向アーム１２２との連結点、傾斜部分１５４の半径方向アーム１２２に対する傾斜角度、及びアーム部分１５４、１５６の相対的な長さと厚さは、タービンの長手方向軸に対して半径方向及び軸方向に後部アーム１２４を変形させることができるように選定される。したがって、後部ディスク係合部材１５８は、エンジン作動時にタービンに負荷される熱荷重と機械的荷重の変化の結果として生ずるタービン部品の相対移動に応答して、ディスク６０の前面、及びそれによって支持されるロータブレードのシャンクと接触したままである。
【００２２】
段間シールリング１１２の形状は、第１及び第２のタービンディスクとブレードがそれぞれのディスク係合面１５０、１６０と緊密に係合して、タービンディスク５２、６０間の冷却空気チャンバ１４４をほぼシールするようなものである。前部半径方向アーム１１８及び後部半径方向アーム１２２の各々は、軸方向において本体部材１１４よりも薄くなっており、エンジンの作動範囲にわたってタービンの熱荷重及び機械的荷重の条件の変化から生じるタービン部品の膨張収縮の結果としての、第１及び第２段タービンディスク５２、６０間の寸法変化に応答するように、半径方向アーム１１８、１２２の外側部分を、軸方向に撓ませることができる。これに関連して、エンジン作動時にタービンディスクの対向する面間の軸方向間隔が増加した場合でも、環状係合面とタービンディスクとの接触が維持されるように、環状係合面１５０、１６０とそれぞれのタービンディスクとの間に十分な初期荷重を加えることが好ましい。同様に、タービンディスクの対向する面間の間隔が減少したとき、前部及び後部半径方向アーム１１８、１２２の曲げ特性は、このような間隔の減少を吸収するように、これらのアームのそれぞれが撓むのを可能にする。それに関連して、半径方向アーム１１８、１２２は、集中荷重を受ける片持ち梁として作用する。さらに、前部ディスク係合部材１４８と後部ディスク係合部材１５８の各々は、アーム１２０及び１２４の撓みの結果として、タービンの長手方向軸に対して半径方向に移動し、熱荷重及び機械的荷重の作用によって生ずるタービン部品の半径方向の膨張収縮に応答することができる。従って、前部軸方向アーム１２０及び前部半径方向アーム１１８は、荷重を受けて撓み、前部ディスク係合部材１４８を半径方向かつ軸方向に移動させることができ、後部アーム１２４及び後部半径方向アーム１２２は、荷重を受けて撓み、後部ディスク係合部材１５８を半径方向及び軸方向の両方向に移動させることができる。
【００２３】
次に図４を参照すると、第１段ロータブレード５８は、ブレードプラットフォーム１６４に配置されており、該プラットフォーム１６４の軸方向に延びる最外端部は、前部シールリップ１０２と後部シールリップ１０４、１０６を形成する。軸方向横断面が全体的にダブテール形の形状を有するブレードシャンク１６６が、ブレードプラットフォーム１６４の下にあり、第１段ディスク５２（図５参照）に設けられた対応する形状のダブテール・スロット１６８に摺動可能に受け入れられることができる。ダブテール・スロット１６８は、円周方向に間隔を隔てた隣接するディスクポスト１７０間の周囲空間によって形成される。ブレードシャンク１６６の各々は、軸方向に延びる突出部１７２を含み、該突出部１７２は、ブレードシャンク１６６の後面１７４で支持され、段間リング１１２の前部ディスク係合部材１４８で支持された隣接する軸方向突出部１５２間のそれぞれの隙間に受け入れられる。ブレードシャンクで支持される突出部１７２と、段間シールリング１１２で支持される突出部１５２との接触は、第１段ロータとシールリングとの相対的な回転を制限するのに役立つ。ブレードシャンク１６６は、軸方向後方に延びるポスト延長部１７６を各々が有する、それぞれの隣接するディスクポスト１７０によって、第１段ディスク５２に対して周囲方向に移動しないように保持される。
【００２４】
ブレードシャンク１６６は、第１段ディスク５２に対して、ダブテール・スロット１６８の半径方向深さよりも小さい半径方向深さを有しており、その間に軸方向に延びる冷却空気通路１７８を形成する。冷却空気通路１７８は、ブレードシャンク底面１８０とダブテール・スロット底壁１８２との間に延び、冷却空気チャンバ１４４（図２参照）から流れる冷却空気を受け入れる。冷却空気は、ブレードシャンク１６６に設けられた半径方向に延びる流路（図示せず）を通って、第１段ロータブレード５８の翼型部分に流れ込み、冷却空気を第１段ブレードにもたらす。図４に最もよく示されるように、第１段シールリングの前部ディスク係合部材１４８の環状係合面１５０は、ブレードシャンク１６６の後面１７４に当接し、ディスクポスト１７０の後面にも当接している。従って、ディスク係合部材１４８は、ブレードシャンク１６６の後方移動を阻止するブレード保持作用をもたらす。さらに、前部ディスク係合部材１４８の最上部の環状面は、ポスト延長部１７６の下方環状面に当接して、段間シールリング１１２の半径方向外方移動を制限する。
【００２５】
第１段ディスク５２の前面に位置する環状ディスクの形態の前部ブレードリテーナ１８４が、設けられている。前部ブレードリテーナ１８４は、軸方向に延び、半径方向に間隔を隔てた複数の係合隆起部１８６を含み、該隆起部１８６は、ブレードシャンク１６６の前面１８８及び隣接するディスクポスト１７０の前面に係合する。シールワイヤ１８９が、係合隆起部１８６間の環状空間に支持されて空気シールを維持し、冷却空気がブレードリテーナ１８４とブレードシャンク１６６との間を通過するのを防ぐ。従って、冷却空気は、段間冷却空気チャンバ１４４から、図２において幾つかの矢印で示される方向に流れて、冷却空気通路１７８内に入り、次いで第１段ブレード５８の各々のシャンクと翼型部分内の冷却通路（図示せず）内に流れる。図２に最もよく示されるように、前部ブレードリテーナ１８４は、前部ブレードリテーナ１８４とディスク５２で支持される半径方向リップ１９２との間に配置される割りリング１９０によって、適所に保持されている。リップ１９２は、第１段タービンディスク５２の軸方向前方に間隔を隔てて配置され、ディスク５２に対して半径方向に延びる。
【００２６】
第２段ロータブレード６６と第２段ロータディスク６０との相互連結は図６に示されているが、第１段ブレードとディスクとの相互連結と同様である。第２段ロータブレード６６は、ブレードプラットフォーム１９４上に配置され、プラットフォーム１９４の軸方向に延びる前端部は、前部シールリップ１１７を形成する。軸方向断面がほぼダブテール形の形状をなし、第２段ロータディスク６０（図７参照）に設けられた対応する形状のダブテール・スロット１９８内に軸方向に摺動可能に受け入れられるブレードシャンク１９６が、ブレードプラットフォーム１９４の下にある。ダブテール・スロット１９８は、円周方向に間隔を隔てた隣接するディスクポスト２００間の周辺空間によって形成される。ブレードシャンク１９６は、軸方向前方に延びるポスト延長部２０６を各々が有する隣接するそれぞれのディスクポスト２００によって、ロータディスク６０に対して周方向に移動しないように保持される。
【００２７】
ブレードシャンク１９６は、ロータディスク６０に対して、ダブテール・スロット１９８の半径方向深さより小さい半径方向深さを有し、その間に軸方向に延びる冷却空気通路２０８を形成する。冷却空気通路２０８は、ブレードシャンク底面２１０とダブテール・スロット底壁２１２との間に延び、冷却空気チャンバ１４４（図２参照）から流れる冷却空気を受け入れる。冷却空気は、ブレードシャンク１９６に設けられた半径方向通路（図示せず）を通過して、第２段ロータブレード６６の翼型部分に流れ込み、第２段ブレードに冷却空気をもたらすことができる。
【００２８】
図６に最もよく示されるように、段間シールリングの後部ディスク係合部材１５８の環状係合面１６０は、ブレードシャンク１９６の前面２０４に当接し、ディスクポスト２００の前面にも当接している。かくして、ディスク係合部材１５８は、ブレードシャンク１９６の前方移動を阻止するブレード保持作用をもたらす。さらに、後部ディスク係合部材１５８の最上部の環状面は、ポスト延長部２０６の下方の環状面に当接して、シールリング１１２の半径方向外方移動を制限する。
【００２９】
ロータディスク６０の後面に位置する環状ディスクの形態の後部ブレードリテーナ２１４が、設けられている。後部ブレードリテーナ２１４は、軸方向に延び、半径方向に間隔を隔てた複数の環状の係合隆起部２１６を含んでおり、隆起部２１６は、ブレードシャンク１９６の後面２１８及び隣接するディスクポスト２００の後面に係合する。シールワイヤ２１７は、二対の隣接する係合隆起部２１６の各々の間の環状空間で支持され、冷却空気がブレードリテーナ２１４とブレードシャンク１９６との間を通過するのを防ぐ。図２に流れ矢印で示されるように、冷却空気は、段間冷却空気チャンバ１４４から、冷却空気通路２０８に流れ、次いで第２段ロータブレード６６の各々のシャンクと翼型部分内の冷却通路（図示せず）に流れ込む。後部ブレードリテーナ２１４は、後部ブレードリテーナ２１４とディスク６０で支持される半径方向リップ２２２との間に配置された割りリング２２０によって、第２段ディスク６０の下流面の適所に保持される。リップ２２２は、第２段タービンディスク６０の軸方向後方に間隔を隔てて配置され、ディスク６０に対して半径方向に延びる。
【００３０】
従って、段間シールリング１１２が、第１及び第２段ロータディスク５２、６０間の冷却空気チャンバ１４４への冷却空気のそれぞれの流れを制限するように環状外壁を形成し、その結果、冷却空気が、ロータブレードの下のそれぞれの冷却流路に入り、冷却の目的のためロータブレードに流れ込み、ロータブレードを通過することは明らかであろう。ロータブレード冷却空気の供給が、タービン入口温度を高めることを可能にし、その結果、エンジンの熱効率を上昇させ、スラスト出力を増大させることを可能にする。
【００３１】
図８及び図９は、タービン段間シール及びトルクリングの別の実施形態を示している。リング２３０は、リング２３０がリング１１２の前部軸方向アーム１２０に設けられている歯１５２を含まないことを除いて、全体構造がリング１１２とほぼ同様である。従って、前部アーム２３２は、第１段ブレード２３３のシャンク２３５の後面２３１、及び第１段ディスク５２の後面と面対面接触しているにすぎない。ブレード２３３のブレードシャンク２３５も、図２及び図４に示される実施の形態におけるように、軸方向に延びる歯を含まない。
【００３２】
図８及び図９に示される実施の形態では、タービンとシールリングとの相対的な回転を最小にするタービンとシールリングとの連結が、後部アーム２３４上に設けられている。後部ディスク係合部材２３８により支持され、そこから半径方向外方に延びる突出部２３６が、一対の隣接する第２段ディスクポスト２０６間の空間に突出し、タービンが回転するとき、該突出部は、タービンの回転方向に応じて２つのポストのうち一方に接触し、これによりタービンとシールリングとの更なる相対的な回転を阻止する。リング構造体の対称性を維持してリングの不均衡状態を回避するために、４つのこのような突出部を、シールリング２３０に９０°間隔で設けることができる。
【００３３】
当業者は理解できるであろうが、ここに図示され説明されている型式の一体構造体としての段間シールリングの構成は、タービンの組立作業を容易にする。第１段ディスクの後部側、及び第２段ディスクの前部側に接触する別個の環状ブレードリテーナを設け、適切に配向させる必要性が排除される。
【００３４】
２つの環状ブレードリテーナを排除することによって、ロータブレードの良好な冷却が得られる。このような環状ブレードリテーナはブレードシャンクの上に重なるので、冷却空気をブレードシャンク冷却空気通路に入れるため、リテーナに冷却空気穴を設けなければならない。ブレードリテーナのこのような穴を通過する冷却空気は、圧力低下を受け、それにより冷却空気の温度を上昇させる。しかしながら、ここに説明し図示した型式の段間シールリングを用いることにより、冷却空気穴をもつ環状ブレードリテーナを使用する必要性を回避し、そして、ブレードダブテール部とロータディスクのスロットとの間の通路に向け、冷却空気を直接差し向けて、環状ブレードリテーナと関連した冷却空気の圧力低下を回避するという、付加的な利点が得られる。結果的に、ここに説明し図示した型式の一体の段間シールリングを用いると、タービンブレードに供給される冷却空気は低温になり、それにより、タービン入口温度を上昇させて熱効率とスラスト出力を増大させることが可能になるか、又は冷却空気の流量を減少させることが可能となる。
【００３５】
本発明の特別の実施の形態を図示し説明してきたが、本発明の技術思想から逸脱することなく種々の変更と修正をなし得ることは、当業者には明らかであろう。従って、本発明の技術的範囲内にあるこのような全ての変更と修正は、添付の特許請求の範囲に含まれることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  多段式タービンを備える航空機用ガスタービンエンジンの長手方向断面図。
【図２】  段間トルク・シールリングの実施形態を含む２段式タービンの拡大部分断面図。
【図３】  図２に示す段間トルク・シールリングの拡大断面図。
【図４】  図２に示す第１段タービンディスクとロータブレードの連結装置の拡大部分断面図。
【図５】  ロータブレード受入れスロットとそれらの間のディスクポストを示す、ディスクの下流面における第１段タービンディスクの外周部の部分斜視図。
【図６】  図２に示す第２段タービンディスクとロータブレードの連結装置の拡大部分断面図。
【図７】  ロータブレード受入れスロットとそれらの間のディスクポストを示す、ディスクの上流面における第２段タービンディスクの外周部の部分斜視図。
【図８】  段間トルク・シールリングの別の実施形態の部分断面図。
【図９】  第２段ディスクのポストに対する後部アームの回転防止突出部の位置を示す、図８の第２段タービンディスクの周辺部の部分図。
【符号の説明】
５０  タービン
５２  第１段ディスク
５８  第１段ブレード
６０  第２段ディスク
６６  第２段ブレード
６８  駆動リング
７８  駆動シャフト
９４  第２段ノズル
９８  第２段ノズル羽根
１１２  段間リング
１１４  本体部材
１１８  前部半径方向アーム
１２０  前部軸方向アーム
１２２  後部半径方向アーム
１２４  後部軸方向アーム
１３０  環状シール
１３２  空気通路
１４４  冷却空気チャンバ
【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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