JP2003500585A - 調整可能な流れ面積を有する鋳造された搭載型噴射ノズル - Google Patents
調整可能な流れ面積を有する鋳造された搭載型噴射ノズルInfo
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- F01D5/087—Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor in the radial passages of the rotor disc
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
Abstract
(57)【要約】
ガスタービンエンジン内部に調整可能な流れ面積を有する、タービンのロータアッセンブリに冷却空気流を案内するための接線方向搭載型噴射（ＴＯＢＩ）ノズルもしくは径方向搭載型噴射（ＲＯＢＩ）ノズルが開示されている。前記ノズルは、接線方向に向けられた複数の冷却空気流路を備えた鋳造部材であり、前記冷却空気流路の幾つかは、鋳造時に閉じられている。フロー試験後に、前記の鋳造時に閉じられた流路のうちの１つもしくは複数の流路が選択的に機械加工されて開かれる。従って、このような構造は、低コストの鋳造工程によって容易に形成できる一方で、ノズルをガスタービンエンジンに取り付ける前にノズルの流れ面積を調整することによって冷却空気の流量を最適化することができる。さらに、このようなノズルは、片持ち方式で支持されることによって、熱的応力を回避できる。流れ面積が調整可能なことによって、このノズルを様々なタイプのエンジンに適用することができる。
Description
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、特に、冷却空気流をタービンブレー
ドへと移送する接線方向搭載型噴射（ＴＯＢＩ）ノズルおよび径方向搭載型噴射
（ＲＯＢＩ）ノズルに関する。
ドへと移送する接線方向搭載型噴射（ＴＯＢＩ）ノズルおよび径方向搭載型噴射
（ＲＯＢＩ）ノズルに関する。
【０００２】
ガスタービンエンジン内部では、燃料が燃焼室内部で燃焼されることによって
、高温の燃焼ガスが発生する。このガスは、タービン部分において、交互に配置
された固定ステータベーン列およびタービンロータブレード列に沿って流れなが
ら膨脹し、これによって、利用可能な動力が発生する。最初のベーン列およびブ
レード列におけるガス流の温度は、通常、２０００°Ｆを上回る。ブレードおよ
びベーンは、高温ガス流により損傷し易いため、エンジン内部の上流側で圧縮さ
れた後にタービン部材に流される空気により冷却される。
、高温の燃焼ガスが発生する。このガスは、タービン部分において、交互に配置
された固定ステータベーン列およびタービンロータブレード列に沿って流れなが
ら膨脹し、これによって、利用可能な動力が発生する。最初のベーン列およびブ
レード列におけるガス流の温度は、通常、２０００°Ｆを上回る。ブレードおよ
びベーンは、高温ガス流により損傷し易いため、エンジン内部の上流側で圧縮さ
れた後にタービン部材に流される空気により冷却される。
【０００３】
このようなシステムに伴う１つの重要な問題は、ロータブレードの内側に冷却
空気を分散させるために、エンジンのステータ内部の固定された空隙からロータ
アッセンブリへと冷却空気を移送することである。このような目的を達成する装
置として、ＴＯＢＩノズルが周知である。特に、圧縮機から放出された圧縮後の
空気は、ＴＯＢＩノズルの流入口に流入し、円周方向に離間された流路を流れる
。これらの流路によって、旋回成分が加えられ、回転するタービンアッセンブリ
へと冷却空気流が接線方向に放出される。
空気を分散させるために、エンジンのステータ内部の固定された空隙からロータ
アッセンブリへと冷却空気を移送することである。このような目的を達成する装
置として、ＴＯＢＩノズルが周知である。特に、圧縮機から放出された圧縮後の
空気は、ＴＯＢＩノズルの流入口に流入し、円周方向に離間された流路を流れる
。これらの流路によって、旋回成分が加えられ、回転するタービンアッセンブリ
へと冷却空気流が接線方向に放出される。
【０００４】
冷却空気の量および方向によって、冷却空気の冷却容量の有効率およびエンジ
ンの総合性能への効果が左右される。空気の量が少なすぎるとタービンブレード
の過熱が起こるが、余分な空気を供給すると燃焼効率が悪くなるため、適量の冷
却空気を供給することが重要である。従って、ＴＯＢＩノズルによって、タービ
ン用冷却空気の利用法を最適化することが理想的である。
ンの総合性能への効果が左右される。空気の量が少なすぎるとタービンブレード
の過熱が起こるが、余分な空気を供給すると燃焼効率が悪くなるため、適量の冷
却空気を供給することが重要である。従って、ＴＯＢＩノズルによって、タービ
ン用冷却空気の利用法を最適化することが理想的である。
【０００５】
１９８７年１１月２４日にスクウォーツ（Schwarz）等に付与された「タービ
ン用冷却空気供給システム」という名称の米国特許第４，７０８，５８８号には
、空気流量の調整が可能なＴＯＢＩノズルが開示されている。この特許によると
、タービンロータアッセンブリに冷却空気を供給する接線方向搭載型噴射システ
ムの噴射装置の一部を開閉可能とすることによって、ガスタービンエンジンのタ
ービンブレードに流れる冷却空気の量をブレードの要求に応じて調整できる。ア
クチュエータ手段によって環状リングが回転するようになっており、冷却空気の
必要流量が最大の場合には環状リングの孔が複数の噴射装置と整列し、冷却空気
の必要流量がこれより少ない場合には前記孔が複数の噴射装置からずれるように
、環状リングが回転する。この特許に開示されているタービン用冷却空気供給シ
ステムでは、環状リングおよびアクチュエータ手段を備えるために付加的な重量
が加わる。これらは、特に航空機に利用されるガスタービンエンジンには、重要
かつ敏感なものである。空気流量を動的に調整するためのこのような制御システ
ムでは、運転の安定性に関する問題が増大する。総合的にみると、このような動
的調整システムを利用する場合には、製造コストが著しく増大する。
ン用冷却空気供給システム」という名称の米国特許第４，７０８，５８８号には
、空気流量の調整が可能なＴＯＢＩノズルが開示されている。この特許によると
、タービンロータアッセンブリに冷却空気を供給する接線方向搭載型噴射システ
ムの噴射装置の一部を開閉可能とすることによって、ガスタービンエンジンのタ
ービンブレードに流れる冷却空気の量をブレードの要求に応じて調整できる。ア
クチュエータ手段によって環状リングが回転するようになっており、冷却空気の
必要流量が最大の場合には環状リングの孔が複数の噴射装置と整列し、冷却空気
の必要流量がこれより少ない場合には前記孔が複数の噴射装置からずれるように
、環状リングが回転する。この特許に開示されているタービン用冷却空気供給シ
ステムでは、環状リングおよびアクチュエータ手段を備えるために付加的な重量
が加わる。これらは、特に航空機に利用されるガスタービンエンジンには、重要
かつ敏感なものである。空気流量を動的に調整するためのこのような制御システ
ムでは、運転の安定性に関する問題が増大する。総合的にみると、このような動
的調整システムを利用する場合には、製造コストが著しく増大する。
【０００６】
もう１つの問題は、製造コストを減少させることである。このような目的のた
めには、製造コストが低い簡単な構造を用いることが望ましい。例えば、１９８
５年７月２日にレバイン（Levine）に付与された「タービン用冷却システム」と
いう名称の米国特許第４，４３５，１２３号には、インベストメント鋳造法によ
り形成され、かつエンジン内部で正位置に固定することが容易な一体型構造のＴ
ＯＢＩノズルが開示されている。しかし、インベストメント鋳造法による一体型
ＴＯＢＩノズルには、タービンのステータベーンに隣接した取付構造の近傍に生
じる温度差が、鋳造された一体型構造が耐え得る温度差よりも激しいという問題
がある。このような一体型構造を用いるためには、その取付端部をインベストメ
ント鋳造材料とは異なる材料から形成することにより熱的応力に耐え得るものと
しなければならない。明らかに、このことを行う場合には、ＴＯＢＩノズルを溶
接しなければならず、このような溶接工程は、高コストでかつ困難なだけでなく
、回避すべき問題が伴う。
めには、製造コストが低い簡単な構造を用いることが望ましい。例えば、１９８
５年７月２日にレバイン（Levine）に付与された「タービン用冷却システム」と
いう名称の米国特許第４，４３５，１２３号には、インベストメント鋳造法によ
り形成され、かつエンジン内部で正位置に固定することが容易な一体型構造のＴ
ＯＢＩノズルが開示されている。しかし、インベストメント鋳造法による一体型
ＴＯＢＩノズルには、タービンのステータベーンに隣接した取付構造の近傍に生
じる温度差が、鋳造された一体型構造が耐え得る温度差よりも激しいという問題
がある。このような一体型構造を用いるためには、その取付端部をインベストメ
ント鋳造材料とは異なる材料から形成することにより熱的応力に耐え得るものと
しなければならない。明らかに、このことを行う場合には、ＴＯＢＩノズルを溶
接しなければならず、このような溶接工程は、高コストでかつ困難なだけでなく
、回避すべき問題が伴う。
【０００７】
１９８５年７月２日にレバインに付与された「ＴＯＢＩ用取付構造」という名
称の米国特許第４，５２６，５１１号には、シールドリングである取付手段が用
いられた、改善された一体型構造が開示されている。このシールドリングは、円
周方向に離間された幾つかのパッドに分割されていることによって、熱膨張に適
合し得るものとされている。このリングは、取付フランジを高温の空気からシー
ルドするよう機能する。
称の米国特許第４，５２６，５１１号には、シールドリングである取付手段が用
いられた、改善された一体型構造が開示されている。このシールドリングは、円
周方向に離間された幾つかのパッドに分割されていることによって、熱膨張に適
合し得るものとされている。このリングは、取付フランジを高温の空気からシー
ルドするよう機能する。
【０００８】
本発明の目的は、ＴＯＢＩノズルの動作のための取付け前に調整可能な流れ面
積を有するＴＯＢＩノズルを提供することである。
積を有するＴＯＢＩノズルを提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、ガスタービンエンジン内部で正位置に固定することが容
易な一体型構造のＴＯＢＩノズルを提供することである。
易な一体型構造のＴＯＢＩノズルを提供することである。
【００１０】
本発明の更なる目的は、ガスタービンエンジン内部のステータアッセンブリに
より片持ち方式で支持されるためにスラスト荷重および温度差による熱的応力を
受けることがないＴＯＢＩノズルを提供することである。
より片持ち方式で支持されるためにスラスト荷重および温度差による熱的応力を
受けることがないＴＯＢＩノズルを提供することである。
【００１１】
本発明によると、冷却構造が、冷却空気流をロータアッセンブリの回転方向に
案内した後にロータアッセンブリ内部に案内するために、冷却空気源とエンジン
のロータアッセンブリとの間でガスタービンエンジンのステータアッセンブリに
固定されるよう構成されており、前記冷却構造は、径方向に離間された外周部お
よび内周部を有する環状ボディ部と、冷却空気流を案内するために円周方向に離
間されているとともにロータアッセンブリの回転方向でかつ内側に方向付けられ
た複数の冷却空気流路と、を備えており、前記冷却構造の形成時には、前記冷却
空気流路のうちの全てではない少なくとも１つが閉じられたまま残されており、
前記の閉じられたまま残された冷却空気流路は、前記冷却構造の形成後に決定さ
れた冷却空気の必要質量流量を満たすために、選択的に機械加工して開くことが
可能なものとされている。
案内した後にロータアッセンブリ内部に案内するために、冷却空気源とエンジン
のロータアッセンブリとの間でガスタービンエンジンのステータアッセンブリに
固定されるよう構成されており、前記冷却構造は、径方向に離間された外周部お
よび内周部を有する環状ボディ部と、冷却空気流を案内するために円周方向に離
間されているとともにロータアッセンブリの回転方向でかつ内側に方向付けられ
た複数の冷却空気流路と、を備えており、前記冷却構造の形成時には、前記冷却
空気流路のうちの全てではない少なくとも１つが閉じられたまま残されており、
前記の閉じられたまま残された冷却空気流路は、前記冷却構造の形成後に決定さ
れた冷却空気の必要質量流量を満たすために、選択的に機械加工して開くことが
可能なものとされている。
【００１２】
好ましくは、冷却空気構造は、さらに、環状上流側壁部および環状下流側壁部
を備えている。環状上流側壁部は、外側に延びてベルマウスを構成しており、こ
のようなベルマウスによって、冷却空気を流すためのスムーズな移行部分が構成
されている。環状下流側壁部は、ステータアッセンブリのベルマウスの端部に取
り付けられており、これによって、冷却構造が片持ち方式で支持されている。 冷却構造は、好ましくは、鋳造工程により形成された一体型部材である。
を備えている。環状上流側壁部は、外側に延びてベルマウスを構成しており、こ
のようなベルマウスによって、冷却空気を流すためのスムーズな移行部分が構成
されている。環状下流側壁部は、ステータアッセンブリのベルマウスの端部に取
り付けられており、これによって、冷却構造が片持ち方式で支持されている。 冷却構造は、好ましくは、鋳造工程により形成された一体型部材である。
【００１３】
概括的に述べると、本発明の一形態によるＴＯＢＩノズルは、冷却空気を取り
入れるための複数の流路を備えている。前記流路のうちの幾つかの流路が閉じた
まま残されるように、ＴＯＢＩノズルが形成される。ＴＯＢＩノズルを動作させ
るためにガスタービンエンジン内部に取り付ける前に、前記の閉じたまま残され
た流路のうちの１つもしくは複数の流路を選択的に機械加工して開くことが可能
である。このことは、供給される冷却空気の質量流量が所定の必要質量流量を満
たしているか否かに基づいて行なう。形成後のＴＯＢＩノズルにより供給できる
冷却空気の質量流量は、冷却空気のフロー試験によって測定することができる。
ＲＯＢＩノズルもまた、同様に形成することができる。
入れるための複数の流路を備えている。前記流路のうちの幾つかの流路が閉じた
まま残されるように、ＴＯＢＩノズルが形成される。ＴＯＢＩノズルを動作させ
るためにガスタービンエンジン内部に取り付ける前に、前記の閉じたまま残され
た流路のうちの１つもしくは複数の流路を選択的に機械加工して開くことが可能
である。このことは、供給される冷却空気の質量流量が所定の必要質量流量を満
たしているか否かに基づいて行なう。形成後のＴＯＢＩノズルにより供給できる
冷却空気の質量流量は、冷却空気のフロー試験によって測定することができる。
ＲＯＢＩノズルもまた、同様に形成することができる。
【００１４】
本発明は、さらに、ガスタービンエンジン内部のタービンロータアッセンブリ
へと冷却空気を移送するＴＯＢＩノズルもしくはＲＯＢＩノズルを流れる冷却空
気の流量を最適化する方法を提供する。前記方法は、冷却空気を取り入れる複数
の流路を備えたＴＯＢＩノズルもしくはＲＯＢＩノズルを形成するステップを有
し、ＴＯＢＩノズルもしくはＲＯＢＩノズルは、前記流路のうちの幾つかの流路
が閉じたまま残されるように、形成される。さらに、前記方法は、所定のガスタ
ービンエンジンのロータアッセンブリに対して、冷却空気の必要質量流量を決定
するステップと、このステップで決定された冷却空気の必要質量流量に応じて前
記の閉じたまま残された流路のうちの１つもしくは複数の流路を選択的に機械加
工して開くステップと、を有する。
へと冷却空気を移送するＴＯＢＩノズルもしくはＲＯＢＩノズルを流れる冷却空
気の流量を最適化する方法を提供する。前記方法は、冷却空気を取り入れる複数
の流路を備えたＴＯＢＩノズルもしくはＲＯＢＩノズルを形成するステップを有
し、ＴＯＢＩノズルもしくはＲＯＢＩノズルは、前記流路のうちの幾つかの流路
が閉じたまま残されるように、形成される。さらに、前記方法は、所定のガスタ
ービンエンジンのロータアッセンブリに対して、冷却空気の必要質量流量を決定
するステップと、このステップで決定された冷却空気の必要質量流量に応じて前
記の閉じたまま残された流路のうちの１つもしくは複数の流路を選択的に機械加
工して開くステップと、を有する。
【００１５】
流れ面積が調節可能なことによりこれを通過する冷却空気の流量を最適化する
ことが可能なＴＯＢＩノズルを用いることによって、ガスタービンエンジンの性
能を改善することができる。本発明の一体型構造のＴＯＢＩノズルもしくはＲＯ
ＢＩノズルは、低コストの鋳造工程により容易に形成することができ、さらに、
温度差に起因した熱的応力を受けることがないという利点を有する。流れ面積が
調整可能なことによって、冷却空気の必要質量流量がそれぞれ異なる様々なタイ
プのエンジンにＴＯＢＩノズルを広く適用することができる。
ことが可能なＴＯＢＩノズルを用いることによって、ガスタービンエンジンの性
能を改善することができる。本発明の一体型構造のＴＯＢＩノズルもしくはＲＯ
ＢＩノズルは、低コストの鋳造工程により容易に形成することができ、さらに、
温度差に起因した熱的応力を受けることがないという利点を有する。流れ面積が
調整可能なことによって、冷却空気の必要質量流量がそれぞれ異なる様々なタイ
プのエンジンにＴＯＢＩノズルを広く適用することができる。
【００１６】
図１に、ガスタービンエンジンのタービン部分の一部１０が概略的に示されて
いる。この部分１０には、ステータアッセンブリ１２およびロータアッセンブリ
１４が含まれる。高温ガスの流路１６が、燃焼室２２の下流側に設けられており
、これは、環状の外側流路壁部１７および環状の内側流路壁部１９を有するステ
ータアッセンブリ１２により画定されている。流路１６は、交互に配置されたス
テータベーン（単一のベーン１８として代表的に図示されている）の列とロータ
ブレード（単一のブレード２０として代表的に図示されている）の列との間で軸
方向に延びている。
いる。この部分１０には、ステータアッセンブリ１２およびロータアッセンブリ
１４が含まれる。高温ガスの流路１６が、燃焼室２２の下流側に設けられており
、これは、環状の外側流路壁部１７および環状の内側流路壁部１９を有するステ
ータアッセンブリ１２により画定されている。流路１６は、交互に配置されたス
テータベーン（単一のベーン１８として代表的に図示されている）の列とロータ
ブレード（単一のブレード２０として代表的に図示されている）の列との間で軸
方向に延びている。
【００１７】
環状空隙２４が、ステータアッセンブリ１２内部に設けられており、タービン
の冷却用空気の貯留器として幾らか機能する。
の冷却用空気の貯留器として幾らか機能する。
【００１８】
ステータベーン１８の列のすぐ下流側に、ロータブレード２０の列が配置され
ている。ロータブレード２０のルート部２１は、支持用ロータディスク２６内部
に取り付けられており、このルート部２１を介して、ロータブレード２０が支持
用ロータディスク２６から径方向外側に延びている。支持用ロータディスク２６
は、複数の流入口２８を備えており、各流入口２８が、ルート部２１およびブレ
ード２０の内側流路２３と連通しており（流路２３の一部およびブレード２０の
表面における流路２３の開口部のみが図示されている）、これらの流入口２８を
通って冷却空気が流れることにより、ブレード２０が冷却される。ロータカバー
３０が、ロータディスク２６の上流側に取り付けられてこれとともに回転する。
ロータカバー３０は、ロータディスク２６の、上流側に延びた円筒状部分３２に
取り付けられており、ロータアッセンブリ１４が回転している状態では、ロータ
カバー３０の外周部が遠心力により付勢されてロータディスク２６と係合し、ロ
ータディスク２６とロータカバー３０との間に環状径方向流路３４が設けられる
。複数の開口部３６がロータカバー３０に設けられており、これによって、環状
径方向流路３４の流入口が設けられている。この流入口から、流路３４を通って
流入口２８に流れ込む冷却空気が取り入れられる。このことは、本発明には無関
係であるため、これ以上は説明しない。
ている。ロータブレード２０のルート部２１は、支持用ロータディスク２６内部
に取り付けられており、このルート部２１を介して、ロータブレード２０が支持
用ロータディスク２６から径方向外側に延びている。支持用ロータディスク２６
は、複数の流入口２８を備えており、各流入口２８が、ルート部２１およびブレ
ード２０の内側流路２３と連通しており（流路２３の一部およびブレード２０の
表面における流路２３の開口部のみが図示されている）、これらの流入口２８を
通って冷却空気が流れることにより、ブレード２０が冷却される。ロータカバー
３０が、ロータディスク２６の上流側に取り付けられてこれとともに回転する。
ロータカバー３０は、ロータディスク２６の、上流側に延びた円筒状部分３２に
取り付けられており、ロータアッセンブリ１４が回転している状態では、ロータ
カバー３０の外周部が遠心力により付勢されてロータディスク２６と係合し、ロ
ータディスク２６とロータカバー３０との間に環状径方向流路３４が設けられる
。複数の開口部３６がロータカバー３０に設けられており、これによって、環状
径方向流路３４の流入口が設けられている。この流入口から、流路３４を通って
流入口２８に流れ込む冷却空気が取り入れられる。このことは、本発明には無関
係であるため、これ以上は説明しない。
【００１９】
本発明の冷却構造は、接線方向搭載型噴射（ＴＯＢＩ）ノズル３８の形態を有
する。ＴＯＢＩノズル３８は、環状上流側壁部４０、環状下流側壁部４２、およ
び上流側壁部４０と下流側壁部４２とを連結する環状ボディ部４４を備えている
。環状ボディ部４４の円周方向には複数の流路４６（図２および図３に示される
ように、矢印Ｒにより示される回転方向に向かう接線方向に方向付けられている
）が離間して設けられており、これによって、隔室２４から環状径方向流路３４
へと冷却空気が噴射される。
する。ＴＯＢＩノズル３８は、環状上流側壁部４０、環状下流側壁部４２、およ
び上流側壁部４０と下流側壁部４２とを連結する環状ボディ部４４を備えている
。環状ボディ部４４の円周方向には複数の流路４６（図２および図３に示される
ように、矢印Ｒにより示される回転方向に向かう接線方向に方向付けられている
）が離間して設けられており、これによって、隔室２４から環状径方向流路３４
へと冷却空気が噴射される。
【００２０】
図２および図３に、ＴＯＢＩノズル３８の構造がより詳細に示されている。Ｔ
ＯＢＩノズル３８は、一体型の鋳造部材である。環状上流側壁部４０は、環状ボ
ディ部４４から外側に延びているとともに径方向から軸方向へとスムーズに湾曲
して、ベルマウス４８を構成している。このベルマウス４８は、環状上流側壁部
４０の表面に沿って冷却空気を流すためのスムーズな移行部分となっている。環
状下流側壁部４２は、環状ボディ部４４から外側に延びて、反対方向に向かうも
う１つのベルマウス５０を構成している。これによって、環状空隙５２が、上流
側壁部と下流側壁部との間に形成され、環状ボディ部４４を包囲してＴＯＢＩノ
ズルの環状流入口となっている。複数の補強用リブ５４が、円周方向に離間され
ているとともに、軸方向に延びている。これらの補強用リブ５４によって、上流
側壁部４０と下流側壁部４２とが連結されており、これによって、冷却空気流の
大きな速度に耐えるべきＴＯＢＩノズル３８の動安定性が改善されている。円周
方向に離間された他の補強用リブ５６の群が、上流側壁部４０の上流側に沿って
径方向および軸方向に延び、かつ上流側壁部４０から突き出ており、これによっ
て、上流側壁部４０の強度および安定性が改善されている。環状ボディ部４４の
フレーム構造の壁厚は小さく、これによって、ＴＯＢＩノズルの鋳造工程が良質
なものとされている。環状ボディ部４４のフレーム構造の壁厚を小さくすること
は、構造の重量を抑えるためだけでなく、鋳造工程中に溶融金属材料を均等に分
散させるのに必要であるためである。
ＯＢＩノズル３８は、一体型の鋳造部材である。環状上流側壁部４０は、環状ボ
ディ部４４から外側に延びているとともに径方向から軸方向へとスムーズに湾曲
して、ベルマウス４８を構成している。このベルマウス４８は、環状上流側壁部
４０の表面に沿って冷却空気を流すためのスムーズな移行部分となっている。環
状下流側壁部４２は、環状ボディ部４４から外側に延びて、反対方向に向かうも
う１つのベルマウス５０を構成している。これによって、環状空隙５２が、上流
側壁部と下流側壁部との間に形成され、環状ボディ部４４を包囲してＴＯＢＩノ
ズルの環状流入口となっている。複数の補強用リブ５４が、円周方向に離間され
ているとともに、軸方向に延びている。これらの補強用リブ５４によって、上流
側壁部４０と下流側壁部４２とが連結されており、これによって、冷却空気流の
大きな速度に耐えるべきＴＯＢＩノズル３８の動安定性が改善されている。円周
方向に離間された他の補強用リブ５６の群が、上流側壁部４０の上流側に沿って
径方向および軸方向に延び、かつ上流側壁部４０から突き出ており、これによっ
て、上流側壁部４０の強度および安定性が改善されている。環状ボディ部４４の
フレーム構造の壁厚は小さく、これによって、ＴＯＢＩノズルの鋳造工程が良質
なものとされている。環状ボディ部４４のフレーム構造の壁厚を小さくすること
は、構造の重量を抑えるためだけでなく、鋳造工程中に溶融金属材料を均等に分
散させるのに必要であるためである。
【００２１】
この好適な実施例では、流路４６の数は、１６個であるが、異なるエンジンの
ための別の用途では、別の数にすることが可能である。流路４６は、壁厚が小さ
いフレーム構造を有する環状ボディ部に設けられている。流路４６がロータアッ
センブリ１４の回転方向Ｒに向かう接線方向に向けられていることが、図３に示
されている。鋳造工程においては、１６個の流路のうちの１１個の流路を開口し
た形状に形成し、残りの５個の流路を、図３の４６ａに示されるように閉じた形
状に形成する。流路の必要な流れ面積は、ロータブレード２０に供給すべき質量
流量、およびＴＯＢＩノズル３８とロータアッセンブリ１４との間のシール部分
におけるリークから決定する。これについては、以下で説明する。流路の必要な
流れ面積は、設計点に合致させるべきである。１１個の開いた流路の公称的流れ
面積は、設計点に合致するよう設計する。この設計の際には、鋳造面の粗さ（ミ
クロン）を考慮する。しかし、通常は、鋳造面の粗さおよび鋳造工程の精度に制
限があるために、流れの損失が生じる。本発明の実施例は、鋳造面の粗さを考慮
して設計されたものである。ＴＯＢＩノズル３８を鋳造し、その取付面およびシ
ール面を機械加工した後で、試験装置によってＴＯＢＩノズル３８にフロー試験
を行う必要がある（このことについては、以下で説明する）。流量が必要質量流
量と一致しない場合は、必要流量が得られるまで、閉じた形状に鋳造された残り
の５個の流路４６ａのうちの１つもしくは複数の流路を選択的に機械加工して開
くことにより、所定の流れ面積を得ることができる。
ための別の用途では、別の数にすることが可能である。流路４６は、壁厚が小さ
いフレーム構造を有する環状ボディ部に設けられている。流路４６がロータアッ
センブリ１４の回転方向Ｒに向かう接線方向に向けられていることが、図３に示
されている。鋳造工程においては、１６個の流路のうちの１１個の流路を開口し
た形状に形成し、残りの５個の流路を、図３の４６ａに示されるように閉じた形
状に形成する。流路の必要な流れ面積は、ロータブレード２０に供給すべき質量
流量、およびＴＯＢＩノズル３８とロータアッセンブリ１４との間のシール部分
におけるリークから決定する。これについては、以下で説明する。流路の必要な
流れ面積は、設計点に合致させるべきである。１１個の開いた流路の公称的流れ
面積は、設計点に合致するよう設計する。この設計の際には、鋳造面の粗さ（ミ
クロン）を考慮する。しかし、通常は、鋳造面の粗さおよび鋳造工程の精度に制
限があるために、流れの損失が生じる。本発明の実施例は、鋳造面の粗さを考慮
して設計されたものである。ＴＯＢＩノズル３８を鋳造し、その取付面およびシ
ール面を機械加工した後で、試験装置によってＴＯＢＩノズル３８にフロー試験
を行う必要がある（このことについては、以下で説明する）。流量が必要質量流
量と一致しない場合は、必要流量が得られるまで、閉じた形状に鋳造された残り
の５個の流路４６ａのうちの１つもしくは複数の流路を選択的に機械加工して開
くことにより、所定の流れ面積を得ることができる。
【００２２】
閉じた形状に鋳造された各流路４６ａは、その１つが開口されたときに、ＴＯ
ＢＩノズル３８を流れる冷却空気における全流量公差範囲を上回らないように、
設計されている。閉じた形状に鋳造された流路４６ａのうちの１つもしくは複数
個を機械加工して開口する前に、ＴＯＢＩノズル３８を流れる冷却空気の質量流
量を計算する。これによって、１つもしくは複数の流路を機械加工して開くこと
により所定の流量公差を上回ることがないようにする。鋳造工程の精度に制限が
あるために実際の流れ面積にばらつきが生じることから、ＴＯＢＩノズル３８（
同一タイプのエンジンに対して設計されている）の群に含まれる部材毎にフロー
試験を行うべきである。ＴＯＢＩノズルの群を複数のタイプのガスタービンエン
ジンに利用できるようにする場合は、開いた形状に鋳造された流路の公称的流れ
面積を、必要質量流量が最も小さいタイプのエンジンの設計点に合わせるべきで
ある。フロー試験を行った後で、閉じた形状に鋳造された流路のうちの１つもし
くは複数個を機械加工して開くことにより、異なるタイプのエンジンの必要質量
流量を満たすことができる。
ＢＩノズル３８を流れる冷却空気における全流量公差範囲を上回らないように、
設計されている。閉じた形状に鋳造された流路４６ａのうちの１つもしくは複数
個を機械加工して開口する前に、ＴＯＢＩノズル３８を流れる冷却空気の質量流
量を計算する。これによって、１つもしくは複数の流路を機械加工して開くこと
により所定の流量公差を上回ることがないようにする。鋳造工程の精度に制限が
あるために実際の流れ面積にばらつきが生じることから、ＴＯＢＩノズル３８（
同一タイプのエンジンに対して設計されている）の群に含まれる部材毎にフロー
試験を行うべきである。ＴＯＢＩノズルの群を複数のタイプのガスタービンエン
ジンに利用できるようにする場合は、開いた形状に鋳造された流路の公称的流れ
面積を、必要質量流量が最も小さいタイプのエンジンの設計点に合わせるべきで
ある。フロー試験を行った後で、閉じた形状に鋳造された流路のうちの１つもし
くは複数個を機械加工して開くことにより、異なるタイプのエンジンの必要質量
流量を満たすことができる。
【００２３】
フロー試験を行った後で流れ面積を調整するためには、閉じた形状に鋳造され
た流路４６ａの所定位置に穿孔装置をアクセスさせなければならない。閉じた形
状に鋳造された流路４６ａを機械加工するために穿孔装置をアクセスさせる際に
補強用リブ５４が邪魔にならないように、設計段階で補強用リブ５４を適切な円
周方向位置に配置することが重要である。穿孔装置がアクセスされている状態が
、図３の破線Ｍにより示されている。
た流路４６ａの所定位置に穿孔装置をアクセスさせなければならない。閉じた形
状に鋳造された流路４６ａを機械加工するために穿孔装置をアクセスさせる際に
補強用リブ５４が邪魔にならないように、設計段階で補強用リブ５４を適切な円
周方向位置に配置することが重要である。穿孔装置がアクセスされている状態が
、図３の破線Ｍにより示されている。
【００２４】
環状ボディ部４４は、図１に示されるブラシシール６０を把持するための環状
スペーサ５９を受容する環状上流側シート部５８を備えている。ブラシシール６
０は、上流側で、回転するロータカバー３０と固定されたＴＯＢＩノズル３８と
の間の環状室６２をシールするよう機能する。環状シート部５８は、さらに、そ
の上流側に、環状溝部６４を備えており、この環状溝部６４にスプリングリング
６６が係合していることによって、ブラシシール６０が正位置に固定されている
。下流側では、環状ボディ部４４は、環状下流側シート部６８を備えている。環
状下流側シート部６８の内側表面には、ハニカムシール７０が溶接されている。
ハニカムシール６８は、ロータカバー３０上に設けられてこれとともに回転する
ラビリンスシール７２と協働して、環状室６２を下流側でシールする。図１の矢
印により示されているように、空隙２４からＴＯＢＩノズル３８の空隙５２へと
流れた後に流路４６から噴射された冷却空気は、環状室６２に流入し、さらに、
開口部３６を通って環状径方向流路３４に流入する。
スペーサ５９を受容する環状上流側シート部５８を備えている。ブラシシール６
０は、上流側で、回転するロータカバー３０と固定されたＴＯＢＩノズル３８と
の間の環状室６２をシールするよう機能する。環状シート部５８は、さらに、そ
の上流側に、環状溝部６４を備えており、この環状溝部６４にスプリングリング
６６が係合していることによって、ブラシシール６０が正位置に固定されている
。下流側では、環状ボディ部４４は、環状下流側シート部６８を備えている。環
状下流側シート部６８の内側表面には、ハニカムシール７０が溶接されている。
ハニカムシール６８は、ロータカバー３０上に設けられてこれとともに回転する
ラビリンスシール７２と協働して、環状室６２を下流側でシールする。図１の矢
印により示されているように、空隙２４からＴＯＢＩノズル３８の空隙５２へと
流れた後に流路４６から噴射された冷却空気は、環状室６２に流入し、さらに、
開口部３６を通って環状径方向流路３４に流入する。
【００２５】
図２に示されているように、ベルマウス４８の端部７４が径方向外側に延びて
取付面を構成しており、図３に示されているように、取付ボルトを受容するため
の複数の取付耳（mounting ear）７６がその円周方向に離間されている。環状リ
ング７８が、ベルマウスの端部７４から軸方向に延びて環状突出部を構成してお
り、この環状突出部が環状軸受ハウジング８０内部に受容されていることによっ
て、ＴＯＢＩノズル３８が位置決めされている。ボルト８２およびナット８４の
組によって、ベルマウス４８の端部７４と環状軸受ハウジング８０の取付面とが
連結されている。
取付面を構成しており、図３に示されているように、取付ボルトを受容するため
の複数の取付耳（mounting ear）７６がその円周方向に離間されている。環状リ
ング７８が、ベルマウスの端部７４から軸方向に延びて環状突出部を構成してお
り、この環状突出部が環状軸受ハウジング８０内部に受容されていることによっ
て、ＴＯＢＩノズル３８が位置決めされている。ボルト８２およびナット８４の
組によって、ベルマウス４８の端部７４と環状軸受ハウジング８０の取付面とが
連結されている。
【００２６】
ＴＯＢＩノズル３８は、ベルマウスの端部７４が環状軸受ハウジング８０にボ
ルトで固定されている上流側のみで、ステータアッセンブリ１２に固定されてい
る。従って、ＴＯＢＩノズル３８は、片持ち方式で支持されているため、その下
流側端部は、径方向にも軸方向にも固定されていない。これによって、ＴＯＢＩ
ノズル３８は、熱的応力の影響を受けることがない。上流側端部および下流側端
部を両方ともステータアッセンブリ１２に固定してしまうと、温度差に起因して
熱的応力が生じるであろう。
ルトで固定されている上流側のみで、ステータアッセンブリ１２に固定されてい
る。従って、ＴＯＢＩノズル３８は、片持ち方式で支持されているため、その下
流側端部は、径方向にも軸方向にも固定されていない。これによって、ＴＯＢＩ
ノズル３８は、熱的応力の影響を受けることがない。上流側端部および下流側端
部を両方ともステータアッセンブリ１２に固定してしまうと、温度差に起因して
熱的応力が生じるであろう。
【００２７】
ピストンリング８２が、環状下流側壁部４２のベルマウス５０の外周部とステ
ータアッセンブリ１２に取り付けられた環状シート部８４との間に設けられてい
る。ピストンリング８２は、ベルマウス５０の外周部から径方向に延びた環状溝
部８６に受容されている。ピストンリング８２の外側表面が環状シート部８４の
内側表面に接触していることによって、環状空隙２４の下流側端部がシールされ
ている。しかし、ピストンリング８２によって、ベルマウス５０の端部８８が、
環状シート部８４に対して径方向および軸方向に移動可能となっている。
ータアッセンブリ１２に取り付けられた環状シート部８４との間に設けられてい
る。ピストンリング８２は、ベルマウス５０の外周部から径方向に延びた環状溝
部８６に受容されている。ピストンリング８２の外側表面が環状シート部８４の
内側表面に接触していることによって、環状空隙２４の下流側端部がシールされ
ている。しかし、ピストンリング８２によって、ベルマウス５０の端部８８が、
環状シート部８４に対して径方向および軸方向に移動可能となっている。
【００２８】
付随の請求項の範囲のみによって規定される本発明の範囲から逸脱することな
く、上述した実施例に変更を加えることができる。
く、上述した実施例に変更を加えることができる。
【図１】
冷却空気をタービンブレードに分散させるためのＴＯＢＩノズルを示す、ガス
タービンエンジンのタービン部分の部分軸方向断面図。
タービンエンジンのタービン部分の部分軸方向断面図。
【図２】
図１の実施例を示す軸方向断面図。
【図３】
図２の線３−３に沿った径方向断面図。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年５月２８日（２００１．５．２８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
【背景技術】
ガスタービンエンジン内部では、燃料が燃焼室内部で燃焼されることによって
、高温の燃焼ガスが発生する。このガスは、タービン部分において、交互に配置
された固定ステータベーン列およびタービンロータブレード列に沿って流れなが
ら膨脹し、これによって、利用可能な動力が発生する。最初のベーン列およびブ
レード列におけるガス流の温度は、通常、２０００°Ｆ（約１１００℃）を上回
る。ブレードおよびベーンは、高温ガス流により損傷し易いため、エンジン内部
の上流側で圧縮された後にタービン部材に流される空気により冷却される。
、高温の燃焼ガスが発生する。このガスは、タービン部分において、交互に配置
された固定ステータベーン列およびタービンロータブレード列に沿って流れなが
ら膨脹し、これによって、利用可能な動力が発生する。最初のベーン列およびブ
レード列におけるガス流の温度は、通常、２０００°Ｆ（約１１００℃）を上回
る。ブレードおよびベーンは、高温ガス流により損傷し易いため、エンジン内部
の上流側で圧縮された後にタービン部材に流される空気により冷却される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
１９８５年７月２日にレバインに付与された「ＴＯＢＩ用取付構造」という名
称の米国特許第４，５２６，５１１号には、シールドリングである取付手段が用
いられた、改善された一体型構造が開示されている。このシールドリングは、円
周方向に離間された幾つかのパッドに分割されていることによって、熱膨張に適
合し得るものとされている。このリングは、取付フランジを高温の空気からシー
ルドするよう機能する。 １９９８年５月４日に公開された、バラン等を発明者とする「ガスタービンエ ンジン用冷却空気マニフォルド」という名称の欧州特許出願第０２６６２９７号 には、流れ分割器により分割された複数の同一の流路を備えたマニフォールドが 開示されている。第１の円錐状マニフォールド壁部の厚い部分であるフロートリ ムボスが設けられていることによって、前記壁部を通してトリム孔を穿孔するこ とができ、これによって、流路内部の冷却空気の一部が、対応するノズルへとバ イパスされ、タービンディスクの空隙に流入する。しかし、このような構成によ っては、流量を大きく調整することができない。
称の米国特許第４，５２６，５１１号には、シールドリングである取付手段が用
いられた、改善された一体型構造が開示されている。このシールドリングは、円
周方向に離間された幾つかのパッドに分割されていることによって、熱膨張に適
合し得るものとされている。このリングは、取付フランジを高温の空気からシー
ルドするよう機能する。 １９９８年５月４日に公開された、バラン等を発明者とする「ガスタービンエ ンジン用冷却空気マニフォルド」という名称の欧州特許出願第０２６６２９７号 には、流れ分割器により分割された複数の同一の流路を備えたマニフォールドが 開示されている。第１の円錐状マニフォールド壁部の厚い部分であるフロートリ ムボスが設けられていることによって、前記壁部を通してトリム孔を穿孔するこ とができ、これによって、流路内部の冷却空気の一部が、対応するノズルへとバ イパスされ、タービンディスクの空隙に流入する。しかし、このような構成によ っては、流量を大きく調整することができない。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明によると、ガスタービンエンジン用の冷却構造は、ガスタービンエンジ ンのステータアッセンブリからロータアッセンブリに向かって冷却空気をロータ アッセンブリの回転方向でかつ径方向内側に案内するためのものであり、
径方向
に離間された外周部および内周部を有する環状ボディ部と、冷却空気流を案内す
るために円周方向に離間されているとともにロータアッセンブリの回転方向かつ 径方向 内側に方向付けられた複数の冷却空気流路と、を備えており、前記冷却構
造の形成時には、前記冷却空気流路のうちの全てではない少なくとも１つが前記 内周部における壁部によって 閉じられたまま残されており、前記の閉じられたま
ま残された冷却空気流路は、前記冷却構造の形成後に決定された冷却空気の必要
質量流量を満たすために、これらが選択的に機械加工して開くことが可能なもの
とされている。
に離間された外周部および内周部を有する環状ボディ部と、冷却空気流を案内す
るために円周方向に離間されているとともにロータアッセンブリの回転方向かつ 径方向 内側に方向付けられた複数の冷却空気流路と、を備えており、前記冷却構
造の形成時には、前記冷却空気流路のうちの全てではない少なくとも１つが前記 内周部における壁部によって 閉じられたまま残されており、前記の閉じられたま
ま残された冷却空気流路は、前記冷却構造の形成後に決定された冷却空気の必要
質量流量を満たすために、これらが選択的に機械加工して開くことが可能なもの
とされている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
概括的に述べると、本発明の一形態によるＴＯＢＩノズルは、径方向に離間さ れた外周部および内周部を有する環状ボディ部と、
冷却空気を取り入れるための
複数の流路と、を備えている。前記流路のうちの幾つかの流路がそれぞれ前記内 周部における壁部によって 閉じたまま残されるように、ＴＯＢＩノズルが形成さ
れる。ＴＯＢＩノズルを動作させるためにガスタービンエンジン内部に取り付け
る前に、前記壁部のうちの１つもしくは複数個を機械加工することによって、前
記の閉じたまま残された流路のうちの１つもしくは複数の流路を選択的に開くこ
とが可能である。このことは、供給される冷却空気の質量流量が所定の必要質量
流量を満たしているか否かに基づいて行なう。形成後のＴＯＢＩノズルにより供
給できる冷却空気の質量流量は、冷却空気のフロー試験によって測定することが
できる。ＲＯＢＩノズルもまた、同様に形成することができる。
複数の流路と、を備えている。前記流路のうちの幾つかの流路がそれぞれ前記内 周部における壁部によって 閉じたまま残されるように、ＴＯＢＩノズルが形成さ
れる。ＴＯＢＩノズルを動作させるためにガスタービンエンジン内部に取り付け
る前に、前記壁部のうちの１つもしくは複数個を機械加工することによって、前
記の閉じたまま残された流路のうちの１つもしくは複数の流路を選択的に開くこ
とが可能である。このことは、供給される冷却空気の質量流量が所定の必要質量
流量を満たしているか否かに基づいて行なう。形成後のＴＯＢＩノズルにより供
給できる冷却空気の質量流量は、冷却空気のフロー試験によって測定することが
できる。ＲＯＢＩノズルもまた、同様に形成することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明は、さらに、ガスタービンエンジン内部のタービンロータアッセンブリ
へと冷却空気を移送するＴＯＢＩノズルもしくはＲＯＢＩノズルを流れる冷却空
気の流量を最適化する方法を提供する。前記方法は、径方向に離間された外周部 および内周部を有する環状ボディ部と 冷却空気を取り入れる複数の流路とを備え
たＴＯＢＩノズルもしくはＲＯＢＩノズルを形成するステップを有し、ＴＯＢＩ
ノズルもしくはＲＯＢＩノズルは、前記流路のうちの幾つかの流路がそれぞれ前 記内周部における壁部によって 閉じたまま残されるように、形成される。さらに
、前記方法は、所定のガスタービンエンジンのロータアッセンブリに対して、冷
却空気の必要質量流量を決定するステップと、このステップで決定された冷却空
気の必要質量流量に応じて、前記内周部における前記壁部の１つもしくは複数の
壁部を機械加工することにより、前記の閉じたまま残された流路のうちの１つも
しくは複数の流路を選択的に機械加工して開くステップと、を有する。
へと冷却空気を移送するＴＯＢＩノズルもしくはＲＯＢＩノズルを流れる冷却空
気の流量を最適化する方法を提供する。前記方法は、径方向に離間された外周部 および内周部を有する環状ボディ部と 冷却空気を取り入れる複数の流路とを備え
たＴＯＢＩノズルもしくはＲＯＢＩノズルを形成するステップを有し、ＴＯＢＩ
ノズルもしくはＲＯＢＩノズルは、前記流路のうちの幾つかの流路がそれぞれ前 記内周部における壁部によって 閉じたまま残されるように、形成される。さらに
、前記方法は、所定のガスタービンエンジンのロータアッセンブリに対して、冷
却空気の必要質量流量を決定するステップと、このステップで決定された冷却空
気の必要質量流量に応じて、前記内周部における前記壁部の１つもしくは複数の
壁部を機械加工することにより、前記の閉じたまま残された流路のうちの１つも
しくは複数の流路を選択的に機械加工して開くステップと、を有する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
この好適な実施例では、流路４６の数は、１６個であるが、異なるエンジンの
ための別の用途では、別の数にすることが可能である。流路４６は、壁厚が小さ
いフレーム構造を有する環状ボディ部に設けられている。流路４６がロータアッ
センブリ１４の回転方向Ｒに向かう接線方向に向けられていることが、図３に示
されている。鋳造工程においては、１６個の流路のうちの１１個の流路を開口し
た形状に形成し、残りの５個の流路を、図３の４６ａに示されるように、円周部 における壁部によってそれぞれ閉じられた 形状に形成する。流路の必要な流れ面
積は、ロータブレード２０に供給すべき質量流量、およびＴＯＢＩノズル３８と
ロータアッセンブリ１４との間のシール部分におけるリークから決定する。これ
については、以下で説明する。流路の必要な流れ面積は、設計点に合致させるべ
きである。１１個の開いた流路の公称的流れ面積は、設計点に合致するよう設計
する。この設計の際には、鋳造面の粗さ（ミクロン）を考慮する。しかし、通常
は、鋳造面の粗さおよび鋳造工程の精度に制限があるために、流れの損失が生じ
る。本発明の実施例は、鋳造面の粗さを考慮して設計されたものである。ＴＯＢ
Ｉノズル３８を鋳造し、その取付面およびシール面を機械加工した後で、試験装
置によってＴＯＢＩノズル３８にフロー試験を行う必要がある（このことについ
ては、以下で説明する）。流量が必要質量流量と一致しない場合は、必要流量が
得られるまで、閉じた形状に鋳造された残りの５個の流路４６ａのうちの１つも
しくは複数の流路を選択的に機械加工して開くことにより、所定の流れ面積を得
ることができる。
ための別の用途では、別の数にすることが可能である。流路４６は、壁厚が小さ
いフレーム構造を有する環状ボディ部に設けられている。流路４６がロータアッ
センブリ１４の回転方向Ｒに向かう接線方向に向けられていることが、図３に示
されている。鋳造工程においては、１６個の流路のうちの１１個の流路を開口し
た形状に形成し、残りの５個の流路を、図３の４６ａに示されるように、円周部 における壁部によってそれぞれ閉じられた 形状に形成する。流路の必要な流れ面
積は、ロータブレード２０に供給すべき質量流量、およびＴＯＢＩノズル３８と
ロータアッセンブリ１４との間のシール部分におけるリークから決定する。これ
については、以下で説明する。流路の必要な流れ面積は、設計点に合致させるべ
きである。１１個の開いた流路の公称的流れ面積は、設計点に合致するよう設計
する。この設計の際には、鋳造面の粗さ（ミクロン）を考慮する。しかし、通常
は、鋳造面の粗さおよび鋳造工程の精度に制限があるために、流れの損失が生じ
る。本発明の実施例は、鋳造面の粗さを考慮して設計されたものである。ＴＯＢ
Ｉノズル３８を鋳造し、その取付面およびシール面を機械加工した後で、試験装
置によってＴＯＢＩノズル３８にフロー試験を行う必要がある（このことについ
ては、以下で説明する）。流量が必要質量流量と一致しない場合は、必要流量が
得られるまで、閉じた形状に鋳造された残りの５個の流路４６ａのうちの１つも
しくは複数の流路を選択的に機械加工して開くことにより、所定の流れ面積を得
ることができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
フロー試験を行った後で流れ面積を調整するためには、閉じた形状に鋳造され
た流路４６ａの所定位置に穿孔装置をアクセスさせなければならない。閉じた形
状に鋳造された流路４６ａの壁部を機械加工するために穿孔装置をアクセスさせ
る際に補強用リブ５４が邪魔にならないように、設計段階で補強用リブ５４を適
切な円周方向位置に配置することが重要である。穿孔装置がアクセスされている
状態が、図３の破線Ｍにより示されている。
た流路４６ａの所定位置に穿孔装置をアクセスさせなければならない。閉じた形
状に鋳造された流路４６ａの壁部を機械加工するために穿孔装置をアクセスさせ
る際に補強用リブ５４が邪魔にならないように、設計段階で補強用リブ５４を適
切な円周方向位置に配置することが重要である。穿孔装置がアクセスされている
状態が、図３の破線Ｍにより示されている。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｆ１６Ｊ 15/447 Ｆ１６Ｊ 15/447
Ｆターム(参考） 3G002 CA07 CB01 HA08 HA11
3J042 AA03 BA01 CA10
Claims (18)
- 【請求項１】 冷却空気流をロータアッセンブリの回転方向に案内し、さらに
ロータアッセンブリ内部に導くために冷却空気源とエンジンのロータアッセンブ
リとの間でガスタービンエンジンのステータアッセンブリに固定されるよう構成
された冷却構造であって、前記冷却構造は、 径方向に離間された外周部および内周部を有する環状ボディ部と、冷却空気流
を案内するために円周方向に離間されているとともにロータアッセンブリの回転
方向でかつ内側に方向付けられた複数の冷却空気流路と、を備えており、前記冷
却構造の製造時には、前記冷却空気流路のうちの全てではない少なくとも１つが
封止されたまま残されており、前記の封止されたまま残された冷却空気流路は、
前記冷却構造の製造後に決定された冷却空気の必要質量流量を満たすために、選
択的に機械加工して開かれるようになっていることを特徴とする冷却構造。 - 【請求項２】 前記環状ボディ部が、１つの鋳造部材から形成されており、前
記冷却空気流路が前記外周部と前記内周部との間に延びており、前記のシールさ
れたまま残された流路が、それぞれ、前記内周部において鋳造壁部を備えている
ことを特徴とする請求項１記載の冷却構造。 - 【請求項３】 環状上流側壁部および環状下流側壁部を備えており、前記環状
上流側壁部は、外側に延びて、冷却空気を流すためのスムーズな移行部分となる
ベルマウスを構成しており、前記環状下流側壁部は、前記ステータアッセンブリ
のベルマウスの端部に取り付けられており、これによって、前記冷却構造が片持
ち方式で支持されていることを特徴とする請求項１記載の冷却構造。 - 【請求項４】 前記環状下流側壁部の外周部が、前記ステータアッセンブリに
対して軸方向および径方向に変位可能であることを特徴とする請求項３記載の冷
却構造。 - 【請求項５】 シール機構が前記環状ボディ部と前記ロータアッセンブリとの
間に設けられていることによって、冷却空気の漏洩が最小とされていることを特
徴とする請求項１記載の冷却構造。 - 【請求項６】 シール機構が前記環状下流側壁部の外周部と前記ステータアッ
センブリとの間に設けられていることによって、冷却空気の漏洩が抑制されてい
ることを特徴とする請求項４記載の冷却構造。 - 【請求項７】 円周方向に離間された複数の補強用リブによって、前記環状上
流側壁部と前記環状下流側壁部とが連結されており、前記の複数の補強用リブは
、前記のシールされたまま残された流路を選択的に機械加工して開くためのアク
セスが可能となるように、配置されていることを特徴とする請求項３記載の冷却
構造。 - 【請求項８】 環状リングが、前記ベルマウスの端部から延びて環状突出部を
構成しており、前記環状突出部が、環状軸受ハウジング内部に受容されるように
なっていることによって、前記冷却構造が位置決めされることを特徴とする請求
項３記載の冷却構造。 - 【請求項９】 前記ベルマウスの端部の円周方向には複数の取付用耳が離間し
て設けられていることを特徴とする請求項３記載の冷却構造。 - 【請求項１０】 前記環状下流側壁部の前記外周部が、ピストンリングシール
を受容するための環状溝部を備えていることを特徴とする請求項６記載の冷却構
造。 - 【請求項１１】 前記環状ボディ部が、前記シール機構をそれぞれ受容するた
めの環状上流側シート部および環状上流側シート部を備えていることを特徴とす
る請求項５記載の冷却構造。 - 【請求項１２】 鋳造工程により形成された一体型の単一部材からなることを
特徴とする請求項１記載の冷却構造。 - 【請求項１３】 前記環状ボディ部のフレーム構造は、壁厚が小さいものであ
ることを特徴とする請求項１２記載の冷却構造。 - 【請求項１４】 燃焼室を備えたガスタービンエンジンのタービン部分であっ
て、前記燃焼室の下流側において環状の外側ガス流路壁部および環状の内側ガス
流路壁部を備えたステータアッセンブリにより画定された高温ガス流路と、ロー
タディスクおよび前記ロータディスクに取り付けられかつ径方向に延びた複数の
タービンブレードを備えたロータアッセンブリと、を備えており、前記タービン
ブレードは、前記ガス流路を横断するように延びているとともに内部に冷却空気
流路を備えており、前記冷却空気流路は、前記ロータディスクに取り付けられた
前記タービンブレードのルート部の内部に延びているとともに、冷却空気を取り
入れるために前記ロータディスクにおける流入口と連通しており、前記タービン
部分は、さらに、冷却空気流を前記ロータアッセンブリに向かって案内してさら
に前記ロータアッセンブリ内部に導いて前記タービンブレードを冷却するために
冷却空気源と前記ロータアッセンブリとの間で前記ステータアッセンブリに取り
付けられた接線方向搭載型噴射（ＴＯＢＩ）ノズルを備えており、前記ＴＯＢＩ
ノズルは、 径方向に離間された外周部および内周部を備えた単一の一体型鋳造部材である
環状ボディ部と、冷却空気流を案内するために円周方向に離間されているととも
に前記外周部と前記内周部との間で内側に向かって延び、かつ前記ロータディス
クの回転方向に傾けて方向付けられている複数の冷却空気流路と、を備えており
、前記冷却構造の製造時には前記流路のうちの全てではない少なくとも１つの流
路が封止されたまま残されており、前記の封止されたまま残された流路は、それ
ぞれ、前記内周部において鋳造壁部を備えているとともに、前記冷却構造の製造
後に決定された冷却空気の必要質量流量を満たすために選択的に機械加工して開
かれるようになっていることを特徴とするタービン部分。 - 【請求項１５】 ガスタービンエンジン内部のタービンロータアッセンブリへ
と冷却空気を移送するＴＯＢＩノズルを流れる冷却空気の流量を最適化する方法
であって、前記方法には、 冷却空気を取り入れる複数の流路を備えたＴＯＢＩノズルを、幾つかの前記流
路が閉じたまま残されるように形成するステップと、 所定のガスタービンエンジンのロータアッセンブリに対して、冷却空気の必要
質量流量を決定するステップと、 前のステップで決定された冷却空気の必要質量流量に応じて、前記の閉じたま
ま残された流路の１つもしくは複数個を選択的に機械加工して開くステップと、
が含まれることを特徴とする方法。 - 【請求項１６】 前記の冷却空気の必要質量流量は、冷却空気により冷却され
るべき複数の回転するブレードに供給しなければならない冷却空気と、前記環状
ボディ部と前記ロータアッセンブリとの間の前記シール機構から漏洩する冷却空
気と、を加算したものであることを特徴とする請求項１５記載の方法。 - 【請求項１７】 前記の閉じられたまま残された流路のうちのどの流路を開い
ても、前記ＴＯＢＩノズルを流れる冷却空気がその全流量公差範囲を上回ること
がないように、前記流路を設計するステップが含まれることを特徴とする請求項
１５記載の方法。 - 【請求項１８】 前記の閉じられたまま残された流路のうちの１つもしくは複
数個を機械加工して開く前に前記ＴＯＢＩノズルを流れる冷却空気の質量流量を
計算することによって、前記機械加工によって、前記ＴＯＢＩノズルを流れる冷
却空気が所定の流量公差を上回ることがないようにするステップが含まれること
を特徴とする請求項１５の方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070308 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20090611 |