JP2640783B2 - 改良型の冷却用流体エジェクタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、ガスタービンエンジン、特にタービン静翼
装置に関する。

背景技術 典型的なガスタービンエンジンは圧縮機部、燃焼器部
及びタービン部を有している。ガスタービンエンジン
は、作動流体を順次圧縮機部、燃焼器部及びタービン部
に導く環状流路を包含している。圧縮機部は回転羽根と
非回転静止羽根との配列体を有している。回転羽根は作
動流体を圧縮し、これによって同作動流体に運動量を付
与している。また、非回転静止羽根はエネルギの最適な
転移のために作動流体の流れを配向するものである。次
いで、燃焼器部における圧縮した作動流体に燃料が添加
される。燃料と作動流体の混合物は燃焼プロセスにおい
て燃焼され、作動流体にエネルギを与えている。次い
で、熱い作動流体はタービン部を通じて膨張される。こ
のタービン部は別の回転羽根と非回転静止羽根との配列
体を包含している。作動流体とタービン羽根との相互作
用によって、エネルギはタービン羽根に移行する。ター
ビン羽根は圧縮機羽根に連結した回転軸に連結されてい
る。この方法で、作動流体からタービン羽根に移行した
エネルギは圧縮機部内にて進入する作動流体を圧縮する
のに用いられる。

燃焼プロセスは、追加したエネルギに直接比例して作
動流体の温度を上昇させる。作動流体の温度（これによ
りエネルギの量を追加できる）は、タービン部に用いた
材料の温度特性によって限定されている。運転中、回転
力はタービン部内の回転構造体に対し有意な応力を伝え
ている。また、温度の増加は許容応力を低減し、タービ
ン材料の構造上の一体性を下げている。それ故に、ター
ビン部内の構造体は許容温度レベル内に維持しなければ
ならない。これは、最適温度を有する作動流体に出会う
タービン部の第１段にとっては特に重大なことである。

タービン部において殊に重要な構造体は、静翼装置の
内径部と動翼装置間を軸方向に延在するシールランナー
との間の回転シールである。この回転シールは羽根間を
う廻する作動流体の量を最小とし、これによって作動流
体と羽根のエアフォイル部分との間の相互作用を最大と
している。典型的な回転シールは、静止羽根の径方向内
側端に配置した摩減性材料製の環状シュラウドに係合す
る、シールランナーに配置され径方向に延在したナイフ
エッジを複数含んでいる。ナイフエッジとシュラウドと
の間には間隙がある。この間隙の寸法は、回転シールの
適切な運転を維持するように最小にしなければならな
い。運転条件を変更することは、熱膨張の量を変え、こ
れによって可変の間隙寸法の量を変えることになる。従
って、回転シールに隣接した温度を制御することが、こ
の間隙を許容限内に維持するうえで必要である。

従来技術で周知のように、タービン部の第１段を許容
温度レベル内に維持する方法は、タービン静止羽根に冷
却系を装備することである。この種の１つの冷却系は中
空静止羽根の本体内に冷却用空気を噴射または導入する
手段から構成されている。冷却用空気源としては典型的
に圧縮機抽気空気を用いている。この方法では、流路を
通って延在する静止羽根の部分に対して冷却は適用され
る。冷却用流体は静止羽根の径方向内側部分を通じて排
気される。静止羽根の径方向内向きに配置したシール空
胴は、静止羽根からの冷却用空気流を受け入れている。
次に、この冷却用流体は回転シールやシール空胴付近の
他の構造体を冷却する。回転する流れ表面は空胴内で流
体の周方向に流れる環状流れを生じる。この種の冷却系
のいずれにとっても欠点は、作動流体が圧縮機部から転
向する結果として、タービンエンジンの効率が低減する
ことである。

静止羽根及びシール空胴用の冷却系は、ガスタービン
に関する多くの研究開発の中心であった。これら研究開
発の主たる中心は、シール空胴内の冷却用流体をできる
限り効率的に使用し、これによって必要とされる冷却用
流体の量を最小にする点にあった。圧縮機部から取る冷
却用流体を最小にすることによって、ガスタービンエン
ジンの効率を増大させることができる。

一例としては、“制御温度の回転シール”と題する、
シュワルツ（Schwarz）等の米国特許第4,869,640号があ
る。シュワルツ等は、共働してシール空胴内に複式の混
合容積部を画定する、軸方向に延在して重複している複
数のそらせ板を有する構造を開示している。作動流体と
最内方の容積部との間に中間容積部を配置し、これら両
者間に熱バッファを形成している。この最内方の容積部
（空胴）は部分的に画定されていて、回転シール用の冷
却用流体を与えている。熱バッファは、熱い作動流体が
最内方の容積部内に直接アクセスするのを防止してい
る。この方法では、最内方の容積部と回転シールは中間
容積部よりも低い温度に維持されている。

また、局部構造体が風損を生じることから、シール空
胴の空気力学も関心事である。風損は、周方向に非連続
な流れ表面とシール空胴内の流体の径方向に回転する環
状流れとの間の相互作用の結果である。風損は熱を生
じ、その結果、冷却系の、即ちガスタービンエンジンの
効率の低下を招くものである。“ターボ機械用の動翼装
置”と題するアントネリス（Antonellis）の米国特許第
4,846,628号は、シール空胴内の風損を低減する構造の
例である。アントネリスは、動翼装置に取外し自在に固
着され滑らかな環状の流れ表面を有する側板を開示して
いる。この滑らかな環状流れ表面は、シール空胴内の非
連続性を低減し、その結果風損を低減させている。

スイス国特許CH−A5−672941は、冷却用流体をタービ
ン羽根車に向かって接線方向に噴出する導管を有するタ
ービン羽根を開示している。この導管は、出口流れを接
線方向にさし向ける羽根付旋回ノズルを包含する。

上述の技術にもかかわらず、本出願人の譲受人の指揮
のもとに科学者及び技術者は、ガスタービンエンジンの
タービン部第１段用の効率的な冷却系の開発に従事して
きた。

発明の開示 本発明の目的は、ガスタービンエンジンのシール空胴
を効率よく冷却することである。

本発明の他の目的は、風損を低減したシール空胴を影
響することである。

本発明によれば、ガスタービンエンジン用の静翼装置
は、冷却用流体をシール空胴内に噴出できるようにする
と共に、シール空胴内に滑らかな環状の流れ表面を形成
するようにした壁手段を有する複数の冷却用流体エジェ
クタを包含している。

本発明の特定の実施例によれば、壁手段は、カスケー
ド形配置に対偶して、連続した流れ表面を周方向の流れ
方向に形成する周方向縁部を有する複数の壁部分を含ん
でいる。周方向の流れ方向において連続した流れ表面と
は、シール空胴内の流体の周方向に流れる環状流れが非
周方向へ流れるのを阻止する流れ表面と定義される。

更に、本発明によれば、エジェクタは、冷却用流体を
シール空胴内の流体の速度に匹敵する大きさと方向を有
する速度でシール空胴内に噴出させる内部ダクトと穴と
を含んでいる。その大きさは、前記ダクトと穴の寸法を
決めて、冷却用空気を空胴内の流体が穴を通り過ぎる速
度の大きさで、またはその近くで噴出することによって
決まる。また、その方向は、前記穴に隣接するダクトの
一部分をシール空胴内の流れの方向に可及的に厳密に正
接するように角度付けすることによって適切に決めるこ
とができる。

本発明の他の実施例によれば、複数対の対偶縁部間の
開口は、密封シュラウド固着手段に対するアクセスを可
能にすると共に、連続した流れ表面を対偶縁部の近傍に
形成するようになっている。

本発明の主要な特徴は、複数の壁部分の対偶縁部をカ
スケード形配置にすることによって連続した流れ表面を
形成したことである。他の特徴は、下流側の対偶縁部に
丸削り加工した角部があることである。更に他の特徴
は、角度付けしたダクトをエジェクタ内に設けたことで
ある。

従って、本発明の利点は、シール空胴内の風損を低減
した結果としてガスタービンエンジンの効率がアップし
たことである。シール空胴内の周方向に連続した滑らか
な流れ表面によって、風損は最小になっている。エジェ
クタ壁は、エジェクタ及び他の静翼装置の構造体をシー
ル空胴から隔離して、非回転構造体によって画定された
台状容積部を形成している。対偶縁部をカスケード形配
置にすることによって、空胴内の流れに段差が与えられ
るが、これは不連続物体としての対偶縁部間の分離を効
果的に排除している。また、各下流側縁部は丸削り加工
されていて、シール空胴内の流体が対偶縁部間で軸方向
に流れるのを阻止している。

本発明の更に他の利点は、冷却用流体がシール空胴内
の流体の周方向に流れる環状流れに対して接線方向に噴
出される結果として、ガスタービンエンジンの効率を改
善したことである。噴出の前に、各エジェクタ内の角度
付けダクトは冷却用流体がシール空胴内の流体の周方向
に流れる環状流れに対して接線方向に流れるように同冷
却用流体を転向させている。また、ダクト及び穴の長さ
対直径の比によって、冷却用流体は穴を通り過ぎる際シ
ール空胴内流体の環状流れの速度に匹敵する速度で確実
に噴出される。この特徴のよって、噴出した流体を回転
構造体の速度までアップさせるために局部回転構造体が
なさねばならぬ仕事量を低減することができる。

本発明の上述の、また他の目的、特徴及び利点は、添
付図面を参照し、その典型的な実施例の以下の詳細な説
明に照らしてより明白になるであろう。

図面の簡単な説明 図１は、従来技術により第１タービン動翼装置と第２
タービン動翼装置との間に配置した静翼装置の側面図で
ある。

図２は、従来技術による静翼装置の図１の線２−２か
ら見た図である。

図３は、本発明の一実施例により第１タービン動翼装
置と第２タービン動翼装置との間に配置した静翼装置の
側面図である。

図４は、図３の線４−４から見た図である。

図５は、図４の線５−５からみた静翼装置の断面図で
ある。

図６は、隣接するエジェクタ壁の一対の対偶縁部の図
である。

図７は、本発明の他の実施例による静翼装置の図であ
る。

図８は、図７の線８−８から見た上記他の実施例によ
る静翼装置の断面図である。

本発明を実施するための最良の形態 図１及び図２に図示したのは、ガスタービンエンジン
用の従来技術の静翼装置12である。静翼装置12はガスタ
ービンエンジンの長手方向軸線まわりを周方向に、かつ
作動流体流路13を通って延在している。静翼装置12は第
１段タービン動翼装置14の下流で軸方向に、かつ第２段
タービン動翼装置16の上流で軸方向に位置してある。動
翼装置14,16は、軸方向に配置した回転するディスク17
のまわりを周方向に延在し、かつ作動流体流路13を通っ
て径方向に延在している。

第１段タービン動翼装置14は、複数の羽根18と、対応
する複数のプラットホーム20と、刃形シール24を有する
側板22を包含している。個々の羽根18は作動流体流路13
内に延在するエアフォイル部分25とディスク17に取付け
たルート部分26を含んでいる。プラットホーム20は作動
流体流路13のために径方向の内側流れ表面27を形成して
いる。刃形シール24は側板22から径方向外向きに延在
し、静翼装置12と係合している。刃形シール24は第１段
タービン動翼装置14と静翼装置12との間に密封手段を形
成し、作動流体が径方向内向きに流れるのを阻止してい
る。

第２タービン動翼装置16は、複数の羽根28とプラット
ホーム29を包含している。個々の羽根28は作動流体流路
13内に延在するエアフォイル部分30とディスク17に取付
けたルート部分31を含んでいる。また、個々のプラット
ホーム29は同プラットホーム29の上流端に配置した刃形
シール32を有している。刃形シール32は径方向外向きに
延在し、かつ静翼装置12と係合して、静翼装置12と第２
段タービン動翼装置16との間に密封手段を形成し、作動
流体が径方向内向きに流れるのを阻止している。

回転自在のディスク17にはシールランナー36が配置さ
れ第１段タービン動翼装置14と第２段タービン動翼装置
16との間で軸方向に延在している。シールランナー36は
環状構造体であって、径方向外向きに延在する複数の刃
形シール38を含んでいる。刃形シール38は静翼装置12に
係合して、第１段タービン動翼装置14と第２段タービン
動翼装置16との間に密封手段を形成している。

静翼装置12は、羽根44、プラットホーム46、エジェク
タ48及び密封シュラウド52を包含している。空力学的形
状の羽根44は、作動流体流路13を横切って延在し、ター
ビンエンジンの径方向外部ケーシング（図示せず）に取
付けてある。羽根44は冷却用流体が同羽根44内を径方向
に流れるように中空になっている。冷却用流体を圧縮機
部から導出して羽根内に噴出する手段（図示せず）は、
外部ケーシングの外に配置してある。羽根44とエジェク
タ48との間の開口は、これら中空羽根とエジェクタとの
間を連通させ、冷却用流体がエジェクタ48内に流れるよ
うにしている。

プラットホーム46は、作動流体流路13のための径方向
の内側表面54及び刃形シール24,32と係合して密封手段
を形成するようにした摩減性表面55を形成している。表
面55と刃形シール24,32とによって形成される密封手段
は作動流体が流路13から径方向内向きに流れ出るのを阻
止している。

エジェクタ48は、羽根44の中空領域に連通する立方構
造体である。また、エジェクタ48は穴58を有する空胴壁
56を含んでいる。穴58はエジェクタ48からの冷却用流れ
を通すための手段を形成している。

密封シュラウド52は静翼装置12に機械式固着具60によ
って固定してある。また、密封シュラウド52はシールラ
ンナー36の刃形シール38に係合する径方向内側表面62を
形成している。この径方向内側表面62は、刃形シール38
と共働して、密封手段を形成しシールランナー36と静翼
装置12との間で気体の軸方向流れを阻止する摩減性表面
である。

第１段タービン動翼装置14、静翼装置12及びシールラ
ンナー36の間を分離することによって、上流側シール空
胴64が画定される。刃形シール24と表面55は、作動流体
がこのシール空胴64に進入するのを阻止している。ま
た、刃形シール38と表面62はこのシール空胴64内の流体
が軸方向下流側に流れるのを阻止している。

静翼装置12、第２段タービン動翼装置16及びシールラ
ンナー36の下流側端部の間を分離することによって、下
流側シール空胴66が画定される。このシール空胴66は、
表面55及び62と刃形シール32及び38との各々の係合によ
って密封されている。冷却用流体はエジェクタ48からこ
の下流側シール空胴66内に排気されることはない。

運転中は、第１タービン動翼装置14及びシールランナ
ー36の回転流れ表面からの摩擦によって、上流側シール
空胴64中の流体はガスタービンエンジンの長手方向軸線
まわりに回転することになる。このシール空胴64は、図
２に矢印67で示すように、流体の周方向に流れる環状流
れと成っている。なお、シール空胴64内の流体は、エジ
ェクタ48からの冷却用流体と刃形シール24まわりに漏出
する作動流体との混合物から成るものである。エジェク
タ48からの冷却用流体はシール24まわりに漏出する熱い
作動流体と相殺して、シール空胴64内に十分な冷却を与
えるに充分なものでなければならない。高応力を受ける
回転構造体の構造上の一体性を維持し、かつ密封手段の
適切な運転を維持するうえで、冷却は必要である。しか
し、タービン部における冷却を達成するために圧縮空気
を圧縮機部から転向させたり、或いは外部の冷却用空気
源を用意することは、総合エンジン効率を低減させるこ
とになる。

また、複数のエジェクタ48と複数の機械式固着具60
は、シール空胴64内の流体の周方向に流れる環状流れに
不連続の障害物を挿入することになる。即ち、これらの
障害物はシール空胴64内を流れる流体を順次加熱する風
損を生じる。更に、エジェクタ48から噴出される冷却用
流体は、穴58の長さ対直径の比が小さいために、図２に
矢印68で示すように、シール空胴64内に拡散放出される
が、これは環状流れに対し低い速度を有している。この
拡散分散と低速度によって、シール空胴64に進入する冷
却用流体のシールランナー36及び第１段タービン動翼装
置14の回転表面との摩擦が生じる。この摩擦は、冷却用
流体をシール空胴64内の環状流れの速度までにする一方
で、シール空胴64内の流体の温度を上昇させる。風損と
冷却用流体の拡散放出との逆反する作用は、冷却用流体
の量によって相殺するようにしなければならない。シー
ル空胴内のこれらの損失を相殺するために、追加の圧縮
空気を圧縮機部より転向させたり、或いは追加の外部冷
却用空気源を用意することは、総合エンジン効率を更に
低減させることになる。

次に、図３から図６に図示したのは、本発明の一実施
例による静翼装置100である。この静翼装置100は、ガス
タービンエンジンの長手方向軸線まわりを周方向に、か
つ作動流体流路101を通って延在している。また、この
静翼装置100は第１段タービン動翼装置102と第２段ター
ビン動翼装置104との間に軸方向に配置してある。な
お、これら第１及び第２タービン動翼装置102及び104の
両者は従来技術として開示した動翼装置14及び16（図１
及び図２参照）と同一である。更に、従来技術のシール
ランナー36と同一のシールランナー106が、第１段ター
ビン動翼装置102と第２段タービン動翼装置104との間で
軸方向に延在している。動翼装置102及び104とシールラ
ンナー106とは、軸方向に配置した回転自在のディスク1
07のまわりを周方向に延在している。また、静翼装置10
0と動翼装置102及び104とは作動流体流路101を通って径
方向に延在している。第１段タービン動翼装置102、静
翼装置100及びシールランナー106の間を分離することに
よって上流側シール空胴108が画定されている。

静翼装置100は、羽根110、プラットホール112、エジ
ェクタ114及び密封シュラウド116を包含している。従来
技術におけるように、羽根110は中空で空力学的形状を
していると共に、作動流体流路101を横切って延在して
いる。この羽根110は、径方向外部ケーシング（図示せ
ず）に配置してあり、冷却用流体を同羽根110内に導入
する手段（図示せず）を連通している。プラットホーム
112は作動流体流路のための径方向内側流れ表面118を形
成している。また、密封シュラウド116はプラットホー
ム112に機械式固着具122によって固着してある。この密
封シュラウド116は、シールランナー106上の複数の刃形
シール125に係合される摩減性で周方向の内側密封表面1
24を形成している。

エジェクタ114は羽根110の中空部分と連通しており、
箱状構造体である。このエジェクタ114は内部流れ溝12
6、矩形の穴128及び周方向に延在する壁132を含んでい
る。流れ溝126は長さ変数ｌを有する直線状部分127を備
えている。この直線状部分127は、穴128の寸法ｄに対し
て長さ変数ｌを延ばすことによって、エジェクタ114を
出て行く冷却用流体に方向性を与えるものである。冷却
用流体は、シール空胴108内の流体流れの方向に対して
角度αで噴出される。この角度αは、冷却用流体がシー
ル空胴108内の流体の周方向に流れる環状流れに対して
実質的に接線方向でシール空胴108内に噴出されるよう
に、できる限り小さくされる。このようにできる限り小
さな角度αを有することが望ましいけれども、実際に
は、角度αは、空間上の制限によって、例えば冷却用流
体を方向付けるに必要な長さｌや十分な冷却用流体をシ
ール空胴108内に噴出するに必要な穴寸法ｄによって、
制限される。実質的には、この接線方向の角度αは45゜
未満又は45゜に等しい角度に限定される。

エジェクタ114を退出する冷却用流体の速度の大きさ
は、エジェクタ114とシール空胴108との間の圧力差及び
直線状部分127と穴128の断面積とに依存する。そして、
上記圧力差はタービンエンジンの運転条件に依存する。
また、直線状部分127と穴128の寸法は、所定の圧力差の
ために、エジェクタから退出する冷却用流体の速度の大
きさが空胴内の流体がエジェクタを流れ去る流速の大き
さに匹敵するような寸法である。この匹敵する寸法を本
出願人が示唆するとすれば、冷却用流体の速度の大きさ
は空胴内流体の流速の大きさの十分の一（1/10）以上と
される。

また、穴128は同穴128の寸法を増大させるために矩形
である。穴128の面積によって、シール空胴108に進入す
る冷却用流体流れの容積流量は制限される。シール空胴
108内に存在する空間上の制限によって、矩形の穴が同
穴の有効径を最大にすることができる。しかしながら、
非矩形の形状を有する穴でも十分な冷却用流体流れが得
られることは理解するべきである。

壁132は、エジェクタ114の周方向の寸法を超えて延在
しており、そして隣接する壁の周方向前縁部136に近接
している周方向後縁部134を有している。また、壁132は
密封シュラウド116とプラットホーム112との間で径方向
に延在している。各々の壁132はシール空胴108に面する
流れ表面142を有している。複数の壁144は周方向におい
て連続したシール空胴108用の流れ表面146を画定する壁
手段を形成している。

図６に示すように、周方向の対偶縁部134,136はシー
ル空胴108内の流体の周方向環状流れに対し滝形、即ち
カスケード形配置の形状となっている。カスケード形配
置は流路に軸方向のオフセット、即ち段差を与えるが、
その量はΔで示す。この段差により、空胴内の流体は周
方向に連続して流れる。そうすることによって、カスケ
ード形配置は流体が壁132間の分離部147を流れるのを阻
止している。この軸方向オフセット、即ち段差Δの寸法
は壁132の厚さより小さいか、或いは等しいことを示唆
しておく。

上流側の対偶縁部134はシール空胴108内の流体流れに
対して後縁部であり、下流側の対偶縁部136はシール空
胴108内の流体流れに対して前縁部である。シール空胴1
08に最も近い対偶縁部136の角部は、丸削り加工してあ
る。角部を丸削り加工することによっても、流体流れを
周方向において連続せしめると共に、軸方向に向った流
体流れが分離部147を通るのを阻止している。

なお、穴128は、シール空胴108内の流体の周方向に流
れる環状流れに対する構造上の障害物にはならない。即
ち、エジェクタ114を退出する冷却用流体の圧力がシー
ル空胴内の圧力に比例して高いために、かつ環状流れに
対して接線方向への噴出のために、冷却用流体がシール
空胴108内の流体の周方向の形勢に対し支障をきたすの
は極致にすぎないからである。

運転中、壁132は、エジェクタ114及び機械式固着具12
2をシール空胴108内の流体流れから切り離し、羽根110
の径方向内向きに台状容積部148を画定している。エジ
ェクタ114及び機械式固着貝122をシール空胴108内の流
体流れから切り離すことは、これらの障害物を除くこと
であり、風損を生じる支障を低減させることになる。台
状容積部148は、シール空胴108内の流体の環状流れと比
較して、相対的に静的である流体を入れている。台状容
積部148内のこの流体は静翼装置100に対し限られた、即
ちわずかな冷却を与えている。しかしながら、静翼装置
100は、非回転構造体であるので、高応力を受ける他の
回転構造体よりも冷却が必要ではない。

シール空胴108内の流体の環状流れに対して実質的に
接線方向の十分な速度を有して同シール空胴108に進入
する冷却用流体流れは、回転表面とこのシール空胴108
に進入する冷却用流体流れとの間の摩擦量を低減する。
この摩擦は、これらの回転する流れ表面が同流れ表面に
隣接した流体よりも大きい速度を有している結果として
生じる。そして、摩擦を低減することによって、摩擦に
よって生じる熱の量を低減することができる。

なお、壁132は、シール空胴108の軸方向幅も低減させ
ている。シール空胴108の軸方向幅を低減することは、
同シール空胴108内の流体の横方向循環の可能性を低減
することになる。この流体の横方向循環は、ガスタービ
ンエンジンの長手方向軸線を通って径方向かつ軸方向に
延在する面内の非周方向流れである。このような非周方
向流れは、シール空胴108内の周方向流れを粉砕し、そ
して損失を招く渦を生じ、かつ冷却用流体の有効性を低
減する。

次に、図７及び図８を参照して、本発明の他の実施例
を説明する。この他の実施例によれば、静翼装置150は
隣接する壁158の対偶縁部154,156間に開口152を有して
いる。この開口152は、密封シュラウド164を静翼装置15
0に保持する機械式固着具162にアクセスするためのもの
である。図３から図６に図示した実施例におけると同じ
ように、複数の対偶縁部154,165はカスケード形配置の
形状となっている。また、下流側の対偶縁部154は周方
向流れに対し前縁部であり、丸削り加工したリップ166
を有している。この丸削りリップ166とカスケード形配
置とによって、開口152によって生じる環状流れに対す
る支障が低減される。その他の点については、いずれ
も、この他の実施例は、図３から図６に示した実施例と
同じである。

なお、複数の壁が壁手段を画定している点を留意すべ
きである。即ち、壁手段は、シール空胴のめに連続した
周方向の流れ表面を形成すると共に、エジェクタや他の
不連続な非回転物体をシール空胴内で周方向に流れる流
体の環状流れから隔離するようになっている。また、壁
手段は、図３から図８に示したような複数の壁から構成
してもよいが、各壁セグメントが対応する数のエジェク
タに連通した１つ又はそれ以上の穴を含んでいる複数の
弧状の壁セグメントであってもよいし、また複数のエジ
ェクタに連通した複数の穴を有する単一の環状プレート
であってもよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−271938（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−77738（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4869460（ＵＳ，Ａ) 米国特許3535873（ＵＳ，Ａ) 米国特許4846628（ＵＳ，Ａ)

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】長手方向軸線まわりに配置され、そして前
   記長手方向軸線まわりを周方向に配置した軸方向に延在
   する流路（101）を有する型式のガスタービンエンジン
   であって、更に、前記長手方向軸線まわりを周方向に配
   置した第１動翼装置（102）と、前記軸まわりを周方向
   に、かつ前記第１動翼装置（102）の下流側で軸方向に
   配置した第２動翼装置（104）と、前記長手方向軸線ま
   わりを周方向に配置され前記第１動翼装置（102）と前
   記第２動翼装置（104）との間を軸方向に延在してい
   て、密封手段を含んでいるシールランナー（106）とを
   包含するタービン部を有する型式のガスタービンエンジ
   ン用の改良型動翼装置（100）であって、前記第１動翼
   装置（102）、第２動翼装置（104）及びシールランナー
   （106）は運転状態では前記長手方向軸線まわりに回転
   するようになっており、また、前記静翼装置（100）
   は、前記第１動翼装置（102）と前記第２動翼装置（10
   4）との間に軸方向に、かつ前記シールランナー（106）
   の外方の径方向に配置してあり、更に、前記静翼装置
   （100）によって環状の上流側シール空胴（108）が一部
   分画定され、前記上流側シール空胴（108）は連続した
   流れ表面を周方向に有しており、また、前記静翼装置
   （100）によって下流側シール空胴（66）が一部分画定
   されており、更に、前記静翼装置（100）は、内部を冷
   却用流体が通るようにした複数の中空羽根（110）と、
   前記羽根（110）の内方の径方向に装着され、前記シー
   ルランナー（106）に係合して前記上流側シール空胴（1
   08）と前記下流側空胴（66）との間の気体連通を阻止す
   るようになっている密封シュラウド（116）と、各々が
   前記複数の中空羽根（110）の１つの内方の径方向にそ
   れぞれ配置されていると共に、この１つの中空羽根（11
   0）と連通しており、かつ冷却用流体が前記シール空胴
   （108）内へと流れるようにした穴（128）を含んでいる
   複数のエジェクタ（114）とを包含している静翼装置（1
   00）において、 前記複数のエジュクタ（114）は、前記上流側シール空
   胴（108）のために連続した周方向の流れ表面を形成す
   ると共に前記エジェクタ（114）を前記上流側シール空
   胴（108）から隔離するようにした壁手段を画定してお
   り、前記壁手段は複数の壁部分（132）から成り、前記
   各壁部分（132）は前記エジェクタ（114）に配置されて
   いて、前縁部（136）と後縁部（134）とを有しており、
   前記前縁部（136）と前記後縁部（134）とは前記壁部分
   （132）の周方向対向端に配置してあり、更に前記後縁
   部（134）は、前記流路（101）内の流れの方向に対して
   周方向に隣接する壁部分（132）の前縁部（136）の対応
   する流れ表面の上流側を軸方向に、有限の距離Δを置い
   て配置した流れ表面を有していることを特徴とする静翼
   装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の静翼装置（100）におい
   て、前記エジェクタ（114）は前記冷却用流体をある速
   度で転向させる内部ダクト（126）を含んでおり、前記
   冷却用流体に付与される前記速度の大きさは運転状態に
   おいて前記上流側シール空胴（108）内の流体の周方向
   に流れる環状流れの速度の大きさの十分の一（1/10）よ
   り大きく、かつ付与される前記速度の方向は運転状態に
   おいて前記上流側シール空胴（108）内の流体の周方向
   に流れる環状流れの方向に対して実質的に接線方向であ
   ることを特徴とする静翼装置。
3. 【請求項３】請求項２に記載の静翼装置（100）におい
   て、前記内部ダクト（126）は長さｌを有する直線状部
   分（127）を含んでおり、前記直線状部分（127）は前記
   冷却用流体を接線方向に流れるように転向させており、
   更に前記穴（128）は有効径を有し、前記長さｌは前記
   穴（128）の前記有効径よりも大きいことを特徴とする
   静翼装置。
4. 【請求項４】長手方向軸線まわりに配置され、そして前
   記長手方向軸線まわりを周方向に配置した軸方向に延在
   する流路（101）を有する型式のガスタービンエンジン
   であって、更に、前記長手方向軸線まわりを周方向に配
   置した第１動翼装置（102）と、前記軸まわりを周方向
   に、かつ前記第１動翼装置（102）の下流側で軸方向に
   配置した第２動翼装置（104）と、前記長手方向軸線ま
   わりを周方向に配置され前記第１動翼装置（102）と前
   記第２動翼装置（104）との間を軸方向に延在してい
   て、密封手段を含んでいるシールランナー（106）とを
   包含するタービン部を有する型式のガスタービンエンジ
   ン用の改良型静翼装置（100）であって、前記第１動翼
   装置（102）、第２動翼装置（104）及びシールランナー
   （106）は運転状態では前記長手方向軸線まわりに回転
   するようになっており、また、前記静翼装置（100）
   は、前記第１動翼装置（102）と前記第２動翼装置（10
   4）との間に軸方向に、かつ前記シールランナー（106）
   の外方の径方向に配置しており、更に、前記静翼装置
   （100）によって環状の上流側シール空胴（108）が一部
   分画定され、前記上流側シール空胴（108）は連続した
   流れ表面を周方向に有しており、また、前記静翼装置
   （100）によって下流側シール空胴（66）が一部分画定
   されており、更に、前記静翼装置（100）は、内部を冷
   却用流体が通るようにした複数の中空羽根（110）と、
   前記羽根（110）の内方の径方向に装着され、前記シー
   ルランナー（106）に係合して前記上流側シール空胴（1
   08）と前記下流側空胴（66）との間の気体連通を阻止す
   るようになっている密封シュラウド（116）と、各々が
   前記複数の中空羽根（110）の１つの内方の径方向にそ
   れぞれ配置されていると共に、この１つの中空羽根（11
   0）と連通しており、かつ冷却用流体が前記シール空胴
   （108）内へと流れるようにした穴（128）を含んでいる
   複数のエジェクタ（114）とを包含している静翼装置（1
   00）において、 前記複数のエジュクタ（114）は、前記上流側シール空
   胴（108）のために連続した周方向の流れ表面を形成す
   ると共に前記エジェクタ（114）を前記上流側シール空
   胴（108）から隔離するようにした壁手段を画定してお
   り、前記エジェクタ（114）は前記冷却用流体をある速
   度で転向させる内部ダクト（126）を含んでおり、前記
   冷却用流体に付与される前記速度の大きさは運転状態に
   おいて前記上流側シール空胴（108）内の流体の周方向
   に流れる環状流れの速度の大きさの十分の一（1/10）よ
   り大きく、かつ付与される前記速度の方向は運転状態に
   おいて前記上流側シール空胴（108）内の流体の周方向
   に流れる環状流れの方向に対して実質的に接線方向であ
   り、また前記内部ダクト（126）は長さｌを有する直線
   状部分（127）を含んでおり、前記直線状部分（127）は
   前記冷却用流体を接線方向に流れるように転向させてお
   り、更に前記穴（128）は有効径を有し、前記長さｌは
   前記穴（128）の前記有効径よりも大きいことを特徴と
   する静翼装置。
5. 【請求項５】請求項１又は４に記載の静翼装置（100）
   において、前記壁部分（132）は前縁部（136）と後縁部
   （134）を含んでおり、前記前縁部（136）と前記後縁部
   （134）とは前記壁部分（132）の周方向対向端に配置し
   てあり、更に前記前縁部（136）は丸削り加工されてい
   て、これによって前記上流側ミール空胴（108）内の冷
   却用流体を周方向に流れるようにし、かつ前記前縁部
   （136）と前記後縁部（134）との間で流体の軸方向流れ
   を阻止することを特徴とする静翼装置。
6. 【請求項６】請求項５に記載の静翼装置（100）におい
   て、更に、前記密封シュラウド（116）に係合した機械
   式固定具（162）を含んでおり、また前記前縁部（136）
   と前記後縁部（134）とは隣接する壁部分の間に開口（1
   52）を画定しており、前記開口（152）は前記機械式固
   定具（162）に対するアクセスを可能にしていることを
   特徴とする静翼装置。
7. 【請求項７】請求項１又は４に記載の静翼装置（100）
   において、前記各壁部分（132）は壁厚を有しており、
   かつ前記有限距離Δは前記壁厚より小さいか、又はこれ
   に等しいことを特徴とする静翼装置。
8. 【請求項８】ガスタービンエンジン用の静止羽根（11
   0）であって、前記ガスタービンエンジンは、長手方向
   軸線まわりに配置され、そして前記長手方向軸線まわり
   を周方向に配置した軸方向に延在する流路（101）を有
   し、更に、前記長手方向軸線まわりを周方向に配置した
   第１動翼装置（102）と、前記長手方向軸線まわりを周
   方向に、かつ前記第１動翼装置（102）の下流側で軸方
   向に配置した第２動翼装置（104）と、前記長手方向軸
   線まわりを周方向に、かつ前記第１動翼装置（102）と
   前記第２動翼装置（104）との間で軸方向に配置した静
   翼装置（100）と、前記長手方向軸線まわりを周方向
   に、かつ前記静翼装置（100）の内方の径方向に配置さ
   れ、前記第１動翼装置（102）と前記第２動翼装置（10
   4）との間を軸方向に延在していて、密封手段を含んで
   いるシールランナー（106）とを包含するタービン部を
   有しており、前記静翼装置（100）は運転状態では前記
   長手方向軸線まわりに回転するようにした複数の隣接す
   る静止羽根（110）を包含しており、前記静止羽根（11
   0）によって環状の上流側シール空胴（108）が一部分画
   定され、前記上流側シール空胴（108）は連続した流れ
   表面を周方向に有しており、また前記静止羽根（110）
   によって下流側シール空胴（66）が一部分画定されてお
   り、更に前記静止羽根（110）は、内部を冷却用流体が
   通るようにした中空エアフォイルと、前記中空エアフォ
   イルの内方の径方向に装着され、前記シールランナー
   （106）に係合して前記上流側シール空胴（108）と前記
   下流側空胴（66）との間の気体連通を阻止するようにな
   っている密封シュラウド（116）と、前記中空エアフォ
   イルの内方の径方向に配置されていると共に、この中空
   エアフォイルと連通しており、かつ冷却用流体が前記シ
   ール空胴（108）内へと流れるようにした穴（128）を含
   んでいるエジェクタ（114）とを包含している静止羽根
   （110）において、 前記エジェクタ（114）は壁手段（132）を画定してお
   り、この壁手段（132）は、隣接する静止羽根（110）の
   隣接する壁手段（132）と共同して、前記上流側シール
   空胴（108）のために連続した周方向の流れ表面を形成
   すると共に前記エジェクタ（114）を前記シール空洞か
   ら隔離する壁手段を画定しており、また、前記壁部分
   （132）は前縁部（136）と後縁部（134）とを含んでお
   り、前記前縁部（136）と前記後縁部（134）とは前記壁
   部分（132）の周方向対向端に配置してあり、更に装着
   状態において、前記後縁部（134）は、前記流路（101）
   内の流れの方向に対して、周方向に連接する壁部分（13
   2）の前縁部（136）の対応する流れ表面の上流側を軸方
   向に、有限の距離Δを置いて配置した流れ表面を有して
   いることを特徴とする静止羽根。
9. 【請求項９】請求項８に記載の静止羽根（110）におい
   て、前記エジェクタ（114）は前記冷却用流体をある速
   度で転向させる内部ダクト（126）を含んでおり、前記
   冷却用流体に付与される前記速度の大きさは運転状態に
   おいて前記上流側シール空胴（108）内の流体の周方向
   に流れる環状流れの速度の大きさの十分の一（1/10）よ
   り大きく、かつ付与される前記速度の方向は運転状態に
   おいて前記上流側シール空胴（108）内の流体の周方向
   に流れる環状流れの方向に対して実質的に接線方向であ
   ることを特徴とする静止羽根。
10. 【請求項１０】請求項９に記載の静止羽根（110）にお
    いて、前記内部ダクト（126）は長さｌを有する直線状
    部分（127）を含んでおり、前記直線状部分（127）は前
    記冷却用流体を接線方向に流れるように転向させてお
    り、更に前記穴（128）は有効径を有し、前記長さｌは
    前記穴（128）の前記有効径よりも大きいことを特徴と
    する静止羽根。
11. 【請求項１１】ガスタービンエンジン用の静止羽根（11
    0）であって、前記ガスタービンエンジンは、長手方向
    軸線まわりに配置され、そして前記長手方向軸線まわり
    を周方向に配置した軸方向に延在する流路（101）を有
    し、更に、前記長手方向軸線まわりを周方向に配置した
    第１動翼装置（102）と、前記長手方向軸線まわりを周
    方向に、かつ前記第１動翼装置（102）の下流側で軸方
    向に配置した第２動翼装置（104）と、前記長手方向軸
    線まわりを周方向に、かつ前記第１動翼装置（102）と
    前記第２動翼装置（104）との間で軸方向に配置した静
    翼装置（100）と、前記長手方向軸線まわりを周方向
    に、かつ前記静翼装置（100）の内方の径方向に配置さ
    れ、前記第１動翼装置（102）と前記第２動翼装置（10
    4）との間を軸方向に延在していて、密封手段を含んで
    いるシールランナー（106）とを包含するタービン部を
    有しており、前記静翼装置（100）は運転状態では前記
    長手方向軸線まわりに回転するようにした複数の隣接す
    る静止羽根（110）を包含しており、前記静止羽根（11
    0）によって環状の上流側シール空胴（108）が一部分画
    定され、前記上流側シール空胴（108）は連続した流れ
    表面を周方向に有しており、また前記静止羽根（110）
    によって下流側シール空胴（66）が一部分画定されてお
    り、更に前記静止羽根（110）は、内部を冷却用流体が
    通るようにした中空エアフォイルと、前記中空エアフォ
    イルの内方の径方向に装着され、前記シールランナー
    （106）に係合して前記上流側シール空胴（108）と前記
    下流側空胴（66）との間の気体連通を阻止するようにな
    っている密封シュラウド（116）と、前記中空エアフォ
    イルの内方の径方向に配置されていると共に、この中空
    エアフォイルと連通しており、かつ冷却用流内が前記シ
    ール空胴（108）内へと流れるようにした穴（128）を含
    んでいるエジェクタ（114）とを包含している静止羽根
    （110）において、 前記エジェクタ（114）は壁手段（132）を画定してお
    り、この壁手段（132）は、隣接する静止羽根（110）の
    隣接する壁手段（132）と共同して、前記上流側シール
    空胴（108）のために連属した周方向の流れ表面を形成
    すると共に前記エジェクタ（114）を前記シール空胴か
    ら隔離する壁手段を画定しており、前記エジェクタ（11
    4）は前記冷却用流体をある速度で転向させる内部ダク
    ト（126）を含んでおり、前記冷却用流体に付与される
    前記速度の大きさは運転状態において前記上流側シール
    空胴（108）内の流体の周方向に流れる環状流れの速度
    の大きさの十分の一（1/10）より大きく、かつ付与され
    る前記速度の方向は運転状態において前記上流側シール
    空胴（108）内の流体の周方向に流れる環状流れの方向
    に対して実質的に接線方向であり、また前記内部ダクト
    （126）は長さｌを有する直線状部分（127）を含んでお
    り、前記直線状部分（127）は前記冷却用流体を接線方
    向に流れるように転向させており、更に前記穴（128）
    は有効径を有し、前記長さｌは前記穴（128）の前記有
    効径よりも大きいことを特徴とする静止羽根。
12. 【請求項１２】請求項８又は11に記載の静止羽根（11
    0）において、前記壁部分（132）は前縁部（136）と後
    縁部（134）とを含んでおり、前記前縁部（136）と前記
    後縁部（134）とは前記壁部分（132）の周方向対向端に
    配置してあり、更に前記前縁部（136）は丸削り加工さ
    れていて、これによって前記上流側シール空胴（108）
    内の冷却用流体を周方向に流れるようにし、かつ前記前
    縁部（136）と前記後縁部（134）との間で流体の軸方向
    流れを阻止することを特徴とする静止羽根。
13. 【請求項１３】請求項12に記載の静止羽根（110）にお
    いて、更に、前記密封シュラウド（116）に係合した機
    械式固着具（162）を含んでおり、また前記前縁部（13
    6）と前記後縁部（134）は隣接する壁部分（132）の間
    に開口（152）を画定しており、前記開口（152）は前記
    機械式固着具（162）に対するアクセスを可能にしてお
    り、更に前記前縁部（136）は丸削り加工されていて、
    これによって前記上流側シール空胴（108）内の冷却用
    流体を周方向に流れるようにし、かつ前記前縁部（13
    6）と前記後縁部（134）との間で流体の軸方向流れを阻
    止することを特徴とする静止羽根。
14. 【請求項１４】請求項８又は11に記載の静止羽根（11
    0）において、前記各壁部分は壁厚を有しており、かつ
    前記有限距離Δは前記壁厚より小さいか、又はこれに等
    しいことを特徴とする静止羽根。