JP4383060B2

JP4383060B2 - タービンエンジン用のシュラウドセグメント及び組立体

Info

Publication number: JP4383060B2
Application number: JP2003016827A
Authority: JP
Inventors: メアリー・エレン・オールフォード; マーク・ユージーン・ノエ; トビー・ジョージ・ダーキンス，ジュニア; マデライン・エリース・フェスラー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2023-01-27
Also published as: CA2416399C; US6733235B2; ES2287414T3; DE60314032D1; US20030185674A1; EP1350927A3; EP1350927B1; EP1350927A2; DE60314032T2; CA2416399A1; JP2003293704A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、高温エンジンガス流に曝される表面を含むタービンエンジンのシュラウドセグメント及びシュラウドセグメント組立体に関する。より具体的には、本発明は、例えばガスタービンエンジンのタービンセクション内で用いられ、低延性材料で作られたガスタービンエンジンの空気冷却式シュラウドセグメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸流式エンジンの軸線の周りで円周方向に、かつ回転する翼配列部材の周り、例えばタービンブレードの周りで半径方向外側に組み立てられた、ガスタービンエンジンの複数の固定シュラウドセグメントは、ブレードを覆う半径方向外側流路境界の一部を形成する。ガスタービンエンジン技術の様々な形態において述べられてきたように、回転ブレードの先端と固定シュラウドセグメントの協働する並置された表面との間の作動間隙をできるだけ緊密に維持して、エンジン作動効率を高めるのが望ましい。タービンエンジンのシュラウド及びこのようなシュラウド間隙に関する米国特許の代表的な例には、特許文献１ないし特許文献４が含まれる。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第5,071,313号
【特許文献２】
特許公開平04-252824号
【特許文献３】
特許公開平04-330302号
【特許文献４】
米国特許第5,562,408号
【０００４】
流路構成部品としてのその機能において、シュラウドセグメント及び組立体は、設計されたエンジン作動温度及び圧力環境で用いられるように選定された設計寿命要求を満たす能力がなければならない。最新型のガスタービンエンジンのタービンセクション流路内に存在するような激しい温度及び圧力条件で現在の材料がシュラウドとして有効に作動することができるためには、シュラウドの半径方向外側部分に冷却空気を供給するのが常法であった。代表的な冷却構成の例は、先に特定した特許の一部に述べられている。
【０００５】
半径方向内側の回転ブレード周りのガスタービンエンジンシュラウド組立体内のシュラウドセグメントの半径方向内側表面又は流路表面は、円周方向に弧状であり、ブレードの回転する先端の周りに環状の流路表面を形成する。このような環状表面は、タービンブレード先端に対するシール面である。シュラウドは、タービンブレード間隙を制御する装置における主要な要素であるので、ガスタービンエンジンの作動中にシュラウドのゆがみを最小にしてシュラウドの半径方向内側表面の弧形すなわち「真円度」を維持することは、エンジンサイクルの性能低下を最小限にするのに役立つ。かかる真円度をゆがめる傾向のある作動状態が幾つかある。
【０００６】
１つの状態は、冷却空気をシュラウドセグメントの半径方向外側部分に施すことであり、比較的高い作動ガス流温度に曝される半径方向内側シュラウド表面と冷却される半径方向外側表面との間の熱勾配すなわち温度差をシュラウドセグメント内に作り出す。そのような熱勾配の１つの結果は、一般的に「コーディング」と呼ばれるシュラウドセグメントの変形又はゆがみの形態となる。シュラウド及びそのセグメントの少なくとも半径方向内側表面又は流路表面は、円周方向に弧状になっており、ブレードの回転する先端の回りに環状の流路表面を形成する。外側表面への冷却空気インピンジメントにより生じる、シュラウドの内面と外面との間の温度勾配は、シュラウドセグメントの弧形をコードさせる（弦状にさせる）、すなわち円周方向に真っ直ぐにさせる傾向がある。コーディングの結果として、シュラウドセグメントの内側表面の円周方向端部分は、セグメントの中央部分に対して半径方向外向きに移動する傾向がある。
【０００７】
このような熱勾配により生じる熱に加えて、シュラウドセグメントに作用する、流体圧力によるゆがみ力が生じる。このような力は、シュラウドセグメントの半径方向外側表面にかかるより高圧の冷却空気とシュラウドの半径方向内側表面にかかる軸方向に減少するより低圧のエンジンフローストリームとの間の流体圧力差から生じる。エンジン作動中に冷却空気がシュラウドの半径方向外側表面に対して実質的に一定の圧力に維持される場合には、シュラウドセグメントにおけるこのような流体圧力差は、タービンがガス流から動力を取り出すので、タービンセクション内のエンジンの軸方向下流側で増大する。この作用は、フローストリーム圧力を次第に減少させる。このような圧力差は、シュラウドセグメントの軸方向端部分を、軸方向後方部又は下流部分を余計に半径方向内向きに押しやる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、複合の列の力及び圧力が、エンジン作動中にタービンエンジンのシュラウドセグメントをゆがませ、また該シュラウドセグメントに圧力を加えるように作用して、シュラウドセグメント組立体の弧状の半径方向内側表面の真円度を変化させる。このようなタービンエンジンシュラウド及びシュラウド組立体の設計においては、シュラウドセグメントを変形させ又はゆがませるように作用するこのような力及び圧力を補償することが望ましい。
【０００９】
シュラウド及びシュラウドセグメントとして今日一般的に用いられる金属タイプの材料は、熱勾配及び圧力差による力から生じるこのような変形又はゆがみに対してシュラウドが抑止されるのに十分な大きさの強度及び靭性を含む機械的特性を有する。このような抑止の例には、例えば特許文献３に述べられた公知のサイドレールタイプの構造又はCクリップタイプのシール構造が含まれる。この種の抑止及びシールは、少なくともシュラウドの１端に圧縮力を加えて、コーディング又は他のゆがみを抑止する。
【００１０】
最近のガスタービンエンジン開発により、シュラウドセグメント及び他の構成部品のようなより高温の用途で用いるために、現在使用されている金属タイプの材料よりもより高い耐高温性能を有する幾つかの材料が提案されている。しかしながら、このような材料は、その形態がセラミック母材複合物（ＣＭＣ）と呼ばれ市販されており、シュラウドセグメントのような部品の設計及び実用において考慮されなければならない機械的特性を有している。例えば、後に述べるように、ＣＭＣタイプの材料は、金属材料と比較した場合には比較的低い引張延性を有しすなわち破壊に至るまでのひずみが少ない。また、ＣＭＣタイプの材料は、金属シュラウド用の拘束支持体すなわちハンガとして用いられ、ＣＭＣ材料と共に用いられることが望まれる市販の金属合金とは著しく異なり、約１．５〜５マイクロインチ／インチ／°Ｆの範囲の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。このような金属合金は、一般的に約７〜１０マイクロインチ／インチ／°Ｆの範囲のＣＴＥを有する。従って、ＣＭＣタイプのシュラウドセグメントが、作動中に拘束されて１つの表面が冷却される場合、セグメントの破壊をもたらすほどの力がＣＭＣタイプのセグメントには発生する可能性がある。
【００１１】
一般的に、市販されているＣＭＣ材料は、例えばＳｉＣ用のセラミックタイプの繊維を含み、その形態はＢＮのようなコンプライアント材料で被覆される。この繊維は、セラミックタイプの母材中に組み込まれ、その１つの形態はＳｉＣである。一般的に、ＣＭＣタイプの材料は、約１％より大きくない室温引張延性を有しており、これが本明細書では低引張延性材料を定め意味するのに用いられる。一般的にＣＭＣタイプの材料は、約０．４〜０．７％の範囲の室温引張延性を有する。ＣＭＣタイプの材料を、少なくとも約５％、例えば約５〜１５％の範囲にある室温引張延性を有する金属シュラウド材料及び／又は支持構造体すなわちハンガ材料と比較する。ＣＭＣタイプの材料から作られたシュラウドセグメントは、金属タイプの材料の耐高温能力より幾分か高い耐高温能力を有してはいるが、上述した現在用いられているタイプの圧縮力、或いはコーディング及び他の変形又はゆがみに対する類似の拘束力には耐えることができない。それらは、例えば比較的小さい曲がり又はフィレットが付けられた表面区域に生じるような応力上昇タイプの特性にも、セラミックタイプの材料が一般的に受ける損傷又は破壊を受けることのない状態で、耐えることができない。更に、部品をＣＭＣ材料により製作することは、セラミック母材中の比較的脆いセラミックタイプの繊維の破損を防止するために、そのような比較的小さいフィレットの周りでＳｉＣ繊維を曲げるのを制限する。このような低延性材料のシュラウドを、特に該セグメントを支持するシュラウド支持体すなわちハンガと組合せるか又は組み立てて、該セグメントに過度の圧力を加えることなく端部分をその周りでの漏洩からシールするための適当な表面を備えた状態で設けることにより、その目的のためにＣＭＣ材料のより高い耐高温能力を有利に利用することが可能になる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の形態は、例えばシュラウド組立体にシュラウドハンガで取り付けるためのタービンエンジンのシュラウドセグメント、及びそのようなシュラウドを製作する方法を提供する。シュラウドセグメントは、シュラウドセグメント本体と該シュラウドセグメント本体と一体でありかつそれからほぼ半径方向外向きに突出するシュラウドセグメント突出部とを含む。シュラウドセグメント本体は、半径方向内側表面と、半径方向外側表面と、該内側表面及び外側表面の各々とかつそれらの間に接続された、１つの例では一対のような第１の複数の間隔を置いて配置された軸方向端縁表面と、該内側表面及び外側表面の各々とかつそれらの間に接続された、１つの例では一対のような第２の複数の間隔を置いて配置された円周方向端縁表面とを含む。
【００１３】
シュラウドセグメントは、シュラウド本体の半径方向外側表面と一体でありかつそれからほぼ半径方向外向きに延びるシュラウドセグメント突出部を含む。突出部は、第１及び第２のうちの少なくとも１つの複数の端縁表面間のほぼ中間の表面部分において、間隔を置いて配置された本体の半径方向外側表面上に配置される。突出部がほぼ円周方向端縁表面の間を延びるシュラウドセグメントの１つの実施形態において、突出部は、作動中にシュラウドセグメントが受ける流体圧力差の関数として、軸方向端縁表面の間の位置において本体の半径方向外側表面上に設置される。かかる位置は、セグメントの軸方向前方端縁表面と後方端縁表面間のほぼ圧力差の中間点又は釣り合い位置であり、エンジン作動中にセグメント本体を支持する突出部に対する力の差を減少させかつ好ましくはそれを実質的に排除する。冷却空気とエンジンフローストリームとの間の圧力差は、作動中に、動力がガスタービンを通るフローストリームから取り出されるにつれて、セグメントの軸方向前方から後方まで増大するので、突出部は、一般的にセグメントのより軸方向後方部分寄りに配置される。
【００１４】
突出部は、本体の半径方向外側表面から間隔を置いて配置された突出部頭部と、移行表面を有し、突出部頭部及び該本体の半径方向外側表面の中間部分の両方と一体である突出部移行部分とを含む。突出部頭部と本体の半径方向外側表面との間の突出部移行部分は、少なくとも軸方向及び円周方向の１つにおいて突出部頭部より断面が小さい。低延性材料、例えばＣＭＣを用いる場合には、移行部分における応力上昇タイプの状態を避けるために移行表面は弓形である。本体と一体の突出部の１つの実施形態は、「ダブテール」形状と呼ばれることもある。
【００１５】
本発明の別の形態は、タービンエンジンのシュラウド組立体であり、該シュラウド組立体は、円周方向に組み立てられてセグメント化されたタービンエンジンシュラウドを形成する上述の複数のシュラウドセグメントと該シュラウドセグメントを支持するシュラウドハンガとを含む。シュラウドハンガは、互いに対向する少なくとも一対の間隔を置いて配置されたハンガの半径方向内側フック部材で終わるハンガ空洞を形成するハンガの半径方向内側表面を含み、フック部材の各々は、例えば、間隔を置いて配置されたハンガの半径方向内側フック部分のような端部分を含む。各端部分は、ハンガ空洞の半径方向内側表面の一部分を形成する端部分の内側表面を含み、シュラウドセグメント突出部の移行表面においてシュラウドセグメント突出部と整合して協働し該突出部を支持するような形状にされている。１つの実施形態において、シュラウドハンガは、シュラウドセグメントを円周方向、半径方向及び軸方向の少なくとも１つにおいて位置決めするためのシュラウドセグメント位置決め部材を含む。例えば、このような部材は、突出部頭部の凹部において又はその内部に受けられた、半径方向内向きに配置され予荷重を掛けられたピンであり、該ピンは、突出部の移行表面をハンガ端部分の内側表面に向かって該内側表面と接触するように押圧するのに十分なほぼ半径方向内向きの圧力を突出部頭部に加える。
【００１６】
【発明の実施の形態】
例えば、米国特許第5,562,408号で説明している一般的なタイプの軸流式ガスタービンエンジンに関して、本発明を説明することにする。このようなエンジンは、ほぼ前方から後方まで直列に流体連通する、１つ又はそれ以上の圧縮機と、燃焼セクションと、長手方向のエンジン軸線の周りに軸対称に配置された１つ又はそれ以上のタービンセクションとを含む。従って、本明細書で用いるように、例えば「軸方向前方」及び「軸方向後方」のような「軸方向」という用語を用いる表現は、エンジン軸線に対する相対位置の方向であり、「円周方向」という用語の形態を用いる表現は、エンジン軸線のほぼ周りの円周方向の位置を指し、また例えば「半径方向内側」及び「半径方向外側」のような「半径方向」という用語の形態を用いる表現は、ほぼエンジン軸線からの相対的半径方向位置を指す。
【００１７】
図１の概略斜視図は、全体を符号１０で表すシュラウドセグメントを示し、該シュラウドセグメントは、シュラウド本体１２と全体を符号１４で示すシュラウドセグメント突出部とを含む。図１では、突出部１４は、タービン技術界ではダブテール形状と呼ばれることもある形状で示されている。図１の実施形態において、タービンエンジン内でのシュラウドセグメント１０の配向は、それぞれエンジンの円周方向、軸方向及び半径方向を表わす矢印１６、１８及び２０で示される。
【００１８】
シュラウドセグメント本体１２は、円周方向１６において弓形であるように示される半径方向内側表面２２と、半径方向外側表面２４と、軸方向前方端縁表面２６及び軸方向後方端縁表面２７を含む第１の複数の間隔を置いて配置された軸方向端縁表面と、第２の複数の間隔を置いて配置された円周方向端縁表面２８とを含む。図１の実施形態で対をなす表面とし示される軸方向及び円周方向端縁表面は、シュラウドセグメント本体の半径方向内側表面２２及び半径方向外側表面２４とかつそれらの間に接続されて、それらの間にシュラウドセグメント本体１２を形成する。シュラウドセグメント突出部１４は、シュラウドセグメント本体の半径方向外側表面２４と一体でありかつそれからほぼ半径方向外向きに延びる。突出部１４は、シュラウド本体の半径方向外側表面から間隔を置いて配置された突出部頭部３０と、移行表面３４を有する突出部移行部分すなわち頸部３２とを含む。移行部分３２は、シュラウドセグメント本体の半径方向外側表面２４及び突出部頭部３０の両方と一体であり、図面に示すように、突出部頭部３０の断面より小さい断面を有する。
【００１９】
図１の実施形態において、突出部１４は、円周方向端縁表面２８の間を延び、シュラウドセグメント本体の半径方向外側表面２４のほぼ中央部分上に軸方向端縁表面２６及び２７から間隔を置いて配置される。突出部１４は、距離３６より大きい距離３８で表わされるように軸方向前方端縁表面２６に対してよりも、距離３６で表われるように軸方向後方端縁表面２７に対して軸方向により近接して配置される。軸方向前方端縁表面と軸方向後方端縁表面との間における、シュラウド１０の軸方向後方部分により近接した突出部１４のかかる相対的位置は、エンジン作動中にシュラウドセグメントが受ける上述の流体圧力差の関数として選定される。このような「オフセンタ」タイプの位置決めは、エンジン作動中にシュラウド本体１２を支持する突出部１４に作用する力を減少させかつ好ましくは釣り合わせる。このような力は、エンジン作動中にシュラウドセグメント１０にわたる可変圧力差から生じて、例えば図５に示すように、タービンフローストリーム圧力がタービンの下流側で減少するので、エンジンの軸方向後方方向１８で増大する。シュラウドセグメント突出部に掛かる力をこのように減少又は釣り合わせることは、シュラウドセグメントが低延性材料で作られる実施形態においては特に重要であり、シュラウド本体を支持する突出部に掛かる損傷を与える可能性がある有害な力が、少なくとも減少される。
【００２０】
図２は、図１の線２−２に沿って円周方向に切断したシュラウドセグメント１０の一部分の拡大部分断面図である。図２は、突出部１４のほぼ近傍におけるシュラウドセグメント１０の部材及び表面の実施形態をより明確にかつ詳細に示す。図２において、図３に示すようなシュラウドハンガと整合するようになっている突出部移行表面３４の一部分は、協働するハンガ表面と容易に形状が合致するように平坦面になっていることが好ましい。このような協働する平坦な表面は、シュラウドセグメントがＣＭＣ材料で作られる場合に、移行表面３４に掛かる望ましくない力を減少させる上で特に好ましい。
【００２１】
図３は、全体を符号４０として示すシュラウドセグメントハンガの１つの一般的な実施形態の概略部分断面図である。シュラウドセグメントハンガ４０は、ハンガ空洞４６を形成するハンガの半径方向内側表面４４を含み、ハンガ空洞４６におけるハンガ４０は、互いにほぼ軸方向に対向しかつフック端部分５０で終わる少なくとも一対の間隔を置いて配置された半径方向内側フック部材４８を含む。各端部分５０は、端部分内側表面５２を含む。内側表面５２は、移行表面３４の少なくとも協働する部分と形状が合致するのが好ましく、図２に示すように突出部頸部３２の平坦な移行表面３４とより容易に合致するように平坦であるのが好ましい。従って、内側表面５２は、ハンガ空洞４６の一部分を形成しかつシュラウドセグメント突出部の移行表面３４において図１のシュラウドセグメント突出部１４と整合して協働しかつそれを支持するような形状にされる。図３の実施形態において、シュラウドハンガ４０は、軸方向に間隔を置いて配置された第１及び第２のシュラウドセグメント安定アーム５３を含み、該安定アームは、半径方向内向きに配置された安定アーム端部分５５を含む。
【００２２】
図４は、図３のシュラウドハンガ４０のより詳細な実施形態を備えるガスタービンエンジン内の組立体の図１のシュラウドセグメントの円周方向１６における概略部分断面図である。このような組立体において、シュラウドセグメント１０は、エンジンのタービンセクション内に配置された複数の円周方向に配置された隣接するシュラウドセグメントの１つである。このような組立体において、シュラウドセグメント１０は、突出部１４において、全体を符号４０で示す固定シュラウドハンガにより突出部移行部分表面３４と協働する該シュラウドハンガの端部分内側表面５２で支持される。従って、シュラウド本体の半径方向内側表面２２は、全体が米国特許第5,562,408号にほぼ示されるように回転タービンブレード４２の先端４１と並置される。上述のように、シュラウドセグメント１０は、シュラウドセグメント突出部１４によって、シュラウドセグメントの軸方向前方表面２６によりもシュラウドセグメントの軸方向後方表面２７の方により近接した位置において、シュラウドセグメントハンガ４０により支持される。この位置決めにより、エンジン作動中にシュラウドセグメント突出部１４に作用する力は減少される。
【００２３】
図４の組立体のより詳細な図において、シュラウドハンガ４０は、ハンガ４０と組み合わされたピンの形態で示すシュラウドセグメント位置決め部材５４を含む。図４の実施形態において、位置決め部材５４は、ハンガ４０を貫通して延び突出部頭部３０と整合してシュラウドセグメント１０の位置を円周方向、軸方向及び半径方向の少なくとも１つにおいて維持する。その特定の実例において、部材は、頭部３０の凹部４９内で該頭部３０と整合して、シュラウドセグメント１０の位置を全ての３つの方向において維持する。図示するように、部材５４は、突出部移行部分表面３４をハンガ端部分表面５２に向かってかつそれと接触するように押圧するのに十分な半径方向内向きの圧力を突出部頭部３０に加えるように、半径方向内向きに予荷重が掛けられている。更に、その実施形態においては、シュラウドセグメント１０のシュラウドハンガ４０との組立体は、それぞれシュラウド本体の軸方向前方表面２６及び後方表面２７においてシュラウドセグメント本体の半径方向外側表面に対して配置された各々の安定アーム５３の半径方向内側部分に、ハンガ４０とシュラウドセグメント１０との間の全体を符号５６で示す軸方向前方及び後方シールを含む。このようなシールは、例えばシュラウドセグメント本体の半径方向外側表面２４と並置されたハンガアーム５３の端部分５５の凹部６０内で協働する、特許公開平04-330302号に示すタイプの棒状シール５８の形態で図４に示されている。シールは、シュラウドセグメント１０の半径方向外側表面に施される冷却流体すなわち空気の漏洩を減少させる。ガスタービンエンジン技術界においては一般的に、このような冷却空気は、シュラウドセグメント半径方向内側表面２２に隣接するエンジンフローストリームの圧力より大きい圧力で、流路（図示せず）を通してハンガ空洞６２及び６４中に供給される。
【００２４】
図５の線図は、シュラウド本体１２の半径方向外側表面２４のほぼ中間部分におけるシュラウドセグメント１０の突出部１４の相対的位置決めの１つの例を表わす。突出部１４は、１つの代表的なタイプのエンジン作動中にガスタービンエンジンタービンセクション内のシュラウド１０に作用する流体圧力差及び力の関数としてかつそれを実質的に補償するように配置される。図５の例に選定されたシュラウドセグメント１０の構成材料は、先に特定されたＳｉＣ繊維ＳｉＣ母材のＣＭＣ材料であった。
【００２５】
図５に概略的に示すように、この例では、シュラウド本体の半径方向外側表面２４にわたる冷却空気の圧力は、矢印６６により表わされ、一定の圧力Ｐ１であった。しかしながら、シュラウド本体の半径方向内側表面において作動するこの例でのタービン流路においては、シュラウド本体の半径方向内側表面２２に加えられるガス流の圧力は、矢印６８で表わされＰ１より小さい上流側圧力Ｐ２から、矢印７０で表わされ上流側圧力Ｐ２の約３分の１乃至４分の１である下流側圧力Ｐ３まで変化した。矢印６８と矢印７０の間に介在する、シュラウド本体の半径方向内側表面２２に隣接するガス流における図５の他の矢印の相対的な長さは、タービンブレード４２を通過するタービンの下流側で圧力が徐々に減少するのを線図的に表わす。図５の例に示すように、かつそのような圧力差に基づき、突出部１４は、シュラウド本体１２の軸方向後方端縁表面２７により近接して配置された。
【００２６】
シュラウドセグメントがＣＭＣ材料で作られた本発明の実施形態によると、シュラウドセグメント１０の突出部１４は、突出部１４のほぼ半径方向の中心線を表わした、半径方向外側表面２４上の位置「Ｘ」に配置された。このような位置は、エンジン作動中に突出部１４に作用する力の差の関数としてかつ該力の差を補償しまたそれを減少又は釣り合わせて突出部１４の亀裂の発生を防止するように、半径方向後方端縁２７により近接して選定された。図５に示すようにこの例においては、シュラウドセグメント本体１２上の位置「Ｘ」は、軸方向前方端縁２６から軸方向後方端縁２７までの距離の約３分の２乃至４分の３の範囲内にあった。
【００２７】
本発明を、特定の実施形態、材料及び構造の組合せに関して説明してきたが、それらは本発明の技術的範囲をどのような方法にせよ限定するものではなく、また特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。タービンエンジン、金属、非金属及び複合材料並びにそれらの組合せに関するような関係する幾つかの技術の当業者には、本発明が添付する特許請求の範囲の技術的範囲から逸脱することなく変更及び改良可能であることが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】シュラウド本体の半径方向外側表面からの突出部を含むシュラウドセグメントの１つの実施形態の概略斜視図。
【図２】図１のシュラウドセグメントの線２−２で切断した拡大部分断面図。
【図３】タービンエンジンのシュラウド組立体中の図１のシュラウドセグメントと協働しかつそれを支持するような形状にされたシュラウドセグメントハンガの１つの実施形態の、ガスタービンエンジンの円周方向における部分断面図。
【図４】ガスタービンエンジンの回転タービンブレードと並置されたシュラウドセグメントを支持している、図３のシュラウドセグメントハンガ部分を備える、図１に全体を示すシュラウドセグメントの組立体の実施形態の概略部分断面図。
【図５】エンジン作動中にセグメントに作用する相対的流体圧力の関数として、ＣＭＣ材料からなるシュラウドセグメントの半径方向外側表面上に配置されるシュラウド突出部の相対的位置決めの１つの例の線図。
【符号の説明】
１０タービンエンジンのシュラウドセグメント
１２シュラウドセグメント本体
１４シュラウドセグメント突出部
１６円周方向
１８軸方向
２０半径方向
２２シュラウドセグメント本体の半径方向内側表面
２４シュラウドセグメント本体の半径方向外側表面
２６、２７セグメント本体の軸方向端縁表面
２８セグメント本体の円周方向端縁表面
３０突出部頭部
３２突出部移行部分
３４突出部移行表面

Claims

少なくとも円周方向（１６）に弓形である半径方向内側表面（２２）と、半径方向外側表面（２４）と、前記内側表面（２２）及び外側表面（２４）の各々とかつそれらの間に接続された、第１の複数の間隔を置いて配置された軸方向前方及び後方の端縁表面（２６、２７）と、前記内側表面（２２）及び外側表面（２４）の各々とかつそれらの間に接続された、第２の複数の間隔を置いて配置された円周方向端縁表面（２８）とを備えるシュラウドセグメント本体（１２）を含むタービンエンジンのシュラウドセグメント（１０）であって、
該シュラウドセグメント（１０）は、前記シュラウドセグメント本体の半径方向外側表面（２４）と一体でありかつそれから半径方向外向きに突出する、該シュラウドセグメント本体（１２）を支持するためのシュラウドセグメント突出部（１４）を含み、
該突出部（１４）は、軸方向前方及び後方の端縁表面（２６、２７）の間の表面部分において、前記シュラウドセグメント本体の半径方向外側表面（２４）上に配置され、
前記突出部（１４）は、前記シュラウド本体の半径方向外側表面（２４）から間隔を置いて配置された突出部頭部（３０）と、移行表面（３４）を有する突出部移行部分（３２）とを含み、該突出部移行部分（３２）は、前記突出部頭部（３０）及び前記シュラウド本体の半径方向外側表面（２４）の両方と一体であり、かつ前記軸方向（１８）において前記突出部頭部（３０）より断面が小さく、
前記突出部（１４）は、前記第２の複数の円周方向端縁表面（２８）の間を延び、
前記突出部（１４）の前記シュラウドセグメント本体（１２）上の位置（Ｘ）が、前記軸方向前方の端縁（２６）から軸方向後方の端縁（２７）までの距離の３分の２乃至４分の３の範囲内にある
ことを特徴とするシュラウドセグメント（１０）。
前記移行表面（３４）は、平坦部分を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシュラウドセグメント（１０）。
前記シュラウドセグメント（１０）は、室温で測定されて１％より大きくない低引張延性を有する低延性材料で作られており、前記突出部移行部分（３２）は弓形である、ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のシュラウドセグメント（１０）。
少なくとも円周方向（１６）に弓形である半径方向内側表面（２２）と、半径方向外側表面（２４）と、前記内側表面（２２）及び外側表面（２４）の各々とかつそれらの間に接続された、第１の複数の間隔を置いて配置された軸方向前方及び後方の端縁表面（２６、２７）と、前記内側表面（２２）及び外側表面（２４）の各々とかつそれらの間に接続された、第２の複数の間隔を置いて配置された円周方向（１６）端縁表面（２８）とを備えるシュラウドセグメント本体（１２）を含むタービンエンジンのシュラウドセグメント（１０）であって、
該シュラウドセグメント（１０）は、前記シュラウドセグメント本体の半径方向外側表面（２４）と一体でありかつそれから半径方向外向きに突出する、該シュラウドセグメント本体（１２）を支持するためのシュラウドセグメント突出部（１４）を含み、
該突出部（１４）は、軸方向前方及び後方の端縁表面（２６、２７）の間の表面部分において、前記シュラウドセグメント本体の半径方向外側表面（２４）上に配置され、
前記突出部（１４）は、前記第２の複数の円周方向端縁表面（２８）の間を延び、
前記突出部（１４）は、前記シュラウド本体の半径方向外側表面（２４）から間隔を置いて配置された突出部頭部（３０）と、移行表面（３４）を有する突出部移行部分（３２）とを含み、該突出部移行部分（３２）は、前記突出部頭部（３０）及び前記シュラウド本体の半径方向外側表面（２４）の両方と一体であり、かつ前記軸方向（１８）において前記突出部頭部（３０）より断面が小さい、
シュラウドセグメント（１０）を作る方法であって、
エンジン作動中に、空気冷却される前記半径方向外側表面（２４）と該タービンエンジンのフローストリームに曝される前記半径方向内側表面（２２）との間の温度差及び圧力差が組み合わさる結果として、前記シュラウドセグメント本体（１２）に作用する作動力を求める段階と、
前記シュラウドセグメント本体（１２）を支持する前記突出部（１４）に作用する前記作動力を減少させるように、前記突出部（１４）の前記半径方向外側表面（２４）上の位置（Ｘ）を前記軸方向前方の端縁（２６）から軸方向後方の端縁（２７）までの距離の３分の２乃至４分の３の範囲内に選定する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
タービンエンジンのシュラウド組立体であって、
セグメント化されたタービンエンジンシュラウドを形成するために、円周方向（１６）に組み立てられた請求項１に記載の複数の前記タービンエンジンシュラウドセグメント（１０）と、
各シュラウドセグメント突出部（１４）において前記シュラウドセグメント（１０）を支持するシュラウドハンガ（４０）と、
を含み、
該シュラウドハンガ（４０）は、互いに対向する少なくとも一対の間隔を置いて配置された半径方向内側フック部材（４８）で終わるハンガ空洞（４６）を形成するハンガの半径方向内側表面（４４）を含み、
前記フック部材（４８）の各々は、端部分内側表面（５２）を有する端部分（５０）を備え、該端部分内側表面（５２）は、前記ハンガ空洞の半径方向内側表面（４４）の一部分を形成し、かつ前記シュラウドセグメント突出部の移行表面（３４）において前記シュラウドセグメント突出部（１４）と整合して協働し該突出部（１４）を支持するような形状にされている、
ことを特徴とするシュラウド組立体。
各フック部材の前記端部分内側表面（５２）は、シュラウドセグメント突出部の移行表面（３４）の平坦部分と整合する平坦部分を含むことを特徴とする、請求項５に記載のシュラウド組立体。
前記シュラウドハンガ（４０）は、前記シュラウドセグメント（１０）と接触するシュラウドセグメント位置決め部材（５４）を含み、該位置決め部材（５４）は、前記円周方向（１６）、半径方向（２０）及び軸方向（１８）の少なくとも１つにおいて前記シュラウドセグメント（１０）を位置決めすることを特徴とする、請求項５又は６に記載のシュラウド組立体。