JP2004011638A - ガスタービンエンジンのボルト留めフランジ用の構造カバー - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンエンジン（１０）用の構造カバー（４０）を製作することを可能にする方法。
【解決手段】この方法は、一体に形成されたウィンデージカバー部（７０）とシールフランジ部（７２）とを備えるトロイダル状本体（５２）を形成する段階と、トロイダル状本体の前側面（５８）からトロイダル状本体の後側面（６０）まで延びる複数の留め具用孔（１９６）を、本体がガスタービンエンジン内部に取り付けられたときに、ウィンデージカバー部が留め具用孔をガス流路から遮蔽することができるように形成する段階とを含む。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、一般的にガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジンのボルト留めフランジと共に用いられる構造カバーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
少なくとも一部の公知のガスタービンエンジンは、エンジンに流入する空気流を加圧する高圧圧縮機と、燃料及び空気の混合気を燃焼させる燃焼器と、該燃焼器から流出する空気流から回転エネルギーを取り出す複数のロータブレードを備えるタービンとを直列の流れ配置の状態で有するコアエンジンを含む。
【０００３】
多くの場合、ガス流路内部の構成部品は、ボルト留めフランジを用いて互いに結合される。ガス流路内部の空気の速度故に、ボルト留めフランジ内の露出した留め具は、ボルト留めフランジの下流の流路内で望ましくない流れ破壊を生じる場合がある。ウィンデージとして一般的に知られているこのような流れ破壊は、エンジン性能に悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
露出した留め具により生じるウィンデージを排除することができるようにするために、少なくとも一部の公知のボルト留めフランジでは、ガス流路に留め具が露出するのを最小限にすることができるように留め具の頭部又はナットを覆って延びる別個のウィンデージカバーが設けられている。しかしながら、カバーの厚さのために、カバーが設けられていないボルト留めフランジと比較して、より長い留め具及び追加の位置合わせフランジを用いなければならない。そのため、このようなカバーを取り付けると、全体的な製造組み立て時間、部品数、エンジン重量、及び全体的な製造コストを増大させることになる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの形態では、ガスタービンエンジン用の構造カバーを製作する方法が提供される。該方法は、一体に形成されたウィンデージカバー部とシールフランジ部とを備えるトロイダル状本体を形成する段階と、トロイダル状本体の前側面から該トロイダル状本体の後側面まで延びる複数の留め具用孔を、本体がガスタービンエンジン内部に取り付けられたときにウィンデージカバー部が留め具用孔をガス流路から遮蔽することができるように形成する段階とを含む。
【０００６】
本発明の別の形態では、ガスタービンエンジン用の構造カバーが提供される。該カバーは、一体に形成されたウィンデージカバー部と、シールフランジ部と、それを貫通して延びる少なくとも１つの留め具用孔とを備えるトロイダル状本体を含み、ウィンデージカバー部は、留め具をガス流路から遮蔽するためのものである。
【０００７】
本発明の更に別の形態では、トロイダル状構造カバーを含むガスタービンが提供される。該カバーは、一体に形成されたウィンデージカバー部と、シールフランジ部と、それを貫通して延びる複数の留め具用孔とを含む。ウィンデージカバー部は、留め具用孔を貫通して延びる留め具をガス流路から遮蔽することができるように構成されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、ファン組立体１２、高圧圧縮機１４、及び燃焼器１６を備えるガスタービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０は更に、高圧タービン組立体１８及び低圧タービン組立体２０を備える。エンジン１０は、吸気側２８及び排気側３０を有する。１つの実施形態では、エンジン１０は、オハイオ州シンシナチのＧＥエアクラフトエンジンから市販されているＣＦ３４型エンジンである。
【０００９】
作動中、空気は、ファン組立体１２を通って流れ、圧縮された空気は高圧圧縮機１４に供給される。高度に圧縮された空気は、燃焼器１６に送られる。燃焼器１６からの空気流は、タービン１８及び２０を駆動し、またタービン２０はファン組立体１２を駆動する。タービン１８は、高圧圧縮機１４を駆動する。
【００１０】
図２は、ガスタービンエンジン１０に用いることができる構造カバー４０の斜視図である。図３は、線３−３で切断した構造カバー４０の断面図であり、また図４は、線４−４で切断した構造カバー４０の断面図である。図５は、線３−３で切断した構造カバー４０を含むガスタービンエンジン１０の部分断面図である。この例示的な実施形態では、構造カバー４０は、前方外側シールフランジであり、エンジン１０内部で燃焼器１６の下流に位置する高圧タービン組立体１８に結合される。より具体的には、燃焼器１６は、下流方向にタービンノズル４８まで延びるライナ４６を備え、燃焼器１６からの空気流は、タービンノズル４８を通して吐出されるようになっている。構造カバー４０は、タービンノズル４８の半径方向内側でかつ第１段の高圧タービンブレード５０の上流で結合される。
【００１１】
構造カバー４０は、環状であり、内周部５４と外周部５６との間で半径方向に延びるトロイダル状本体５２を含む。本体５２はまた、前側面５８と後側面６０との間で軸方向に延びる。トロイダル状本体５２は切頭円錐形であり、該本体がエンジン１０内部で結合されたときに、外周部５６は内周部５４の半径方向外側に位置しかつ該内周部５４の軸方向下流に位置するようになる。
【００１２】
本体５２は、一体に形成されたウィンデージカバー部７０とシールフランジ部７２とを備える。より具体的には、ウィンデージカバー部７０は、内周部５４から外周部５６まで延び、またシールフランジ部７２は、ウィンデージカバー部７０から外周部５６の部分７８に沿って円弧状に延びる。
【００１３】
カバーの内周部５４は、本体のシール部８２まで延びる円弧状のリップ部８０により形成される。本体のシール部８２は、高圧タービンのシール部材８４との間でシール８３を形成することを可能にし、かつリップ部８０と本体結合部８６との間で延びる。この例示的な実施形態では、カバー４０がエンジン１０内部で結合されたときに、本体５２は切頭円錐形であるので、カバーのシール部８２は、リップ部８０からエンジン中心対称軸線（図示せず）に対して斜めに延びる。その上に、この例示的な実施形態では、構造カバーのシール部８２は、それを貫通して延びる複数の冷却孔８８を備える。より具体的には、カバー結合部８６は、カバーのシール部８２から本体の外周部５６まで延びて、エンジン１０内部で構造カバー４０を結合することができるようにする。この例示的な実施形態では、カバー結合部８６は、エンジン中心対称軸線に対してほぼ垂直である。
【００１４】
複数の留め具用ボス９０が、カバー結合部８６の内部で本体の外周部５６に沿って周方向に間隔を置いて配置される。各留め具用ボス９０は、該留め具用ボスを貫通してカバーの前側面５８からカバーの後側面６０の間で延びる少なくとも１つの留め具用孔９２を含む。より具体的には、孔９２は、エンジン１０内部でカバー４０を結合するためにそれを通して留め具９６を受け入れられる大きさにされる。この例示的な実施形態では、孔９２は、ボス９０を貫通して軸方向に延び、エンジン中心対称軸線にほぼ平行である。
【００１５】
隣接する留め具用ボス９０は、本体の外周部５６に沿って少なくとも１つのスカラップ状のポケット１１０により分離される。より具体的には、スカラップ状のポケット１１０は、カバー結合部８６の内部で本体の外周部に沿って周方向に間隔を置いて配置される。各スカラップ状のポケット１１０は、形状が円弧状でありかつカバー外周部５６から半径方向内側のポケット表面１１２まで半径方向内向きに延びる。より具体的には、各スカラップ状のポケット１１０は、カバーの前側面５８からカバーの後側面６０に向かって延びる。従って、スカラップ状のポケット１１０は、カバーの後側面６０を貫通しないが、代わりに構造カバー４０の全体的な重量を軽減することを可能にし、従って全体的なエンジン性能の向上を可能にする。
【００１６】
シールフランジ部７２は、ウィンデージカバー部７０から外周部５６の部分７８に沿って円弧状に延びて、エンジン１０内部でのカバー４０の位置合わせを可能にする。より具体的には、シールフランジは、各留め具用ボス９０に隣接してのみ外周部５６に沿って延びているので、各留め具用ボス９０は、シールフランジ部７２の１部分を形成するようになる。更に、シールフランジ部７２は、ウィンデージカバー部７０及びボス９０と一体に形成されているので、シールフランジ部７２の厚さＴ_１は、カバー４０がエンジン１０内部で結合されたときに、留め具９６の長さを増大させることを必要としない。
【００１７】
シールフランジ部７２は、凹設開口部１２０を含み、この凹設開口部１２０が、留め具９６及び該留め具９６に結合された保持具１２２をエンジン１０の内部でガス流路から遮蔽することを可能にする。各凹設開口部１２０は、各ボス９０の後側面６０から該各ボス９０の前側面５８に向かって延びる。更に、各凹設開口部１２０は、各留め具用孔９２の直径Ｄ_２より大きい直径Ｄ_１を有する。より具体的には、各凹設開口部１２０は、各留め具用孔９２に対してほぼ同心に配置される。凹設開口部の直径Ｄ_１はまた、各留め具の保持具１２２の外径Ｄ_３より大きい。ボスの厚さＴ_１は、各それぞれのボスの前側面５８と凹設開口部１２０との間で測定される。
【００１８】
取り付けの間に、留め具９６は、複数のエンジン構造取り付け構成部品１０６を通して各それぞれのカバーの留め具用孔９２中に挿入される。留め具９６は、次に凹設開口部１２０中に挿入され、保持具１２２が留め具９６に結合されて、エンジン１０内部でエンジン構成部品１０６に対してカバー４０を固定する。この例示的な実施形態では、留め具９６はボルトであり、また保持具１２２は、ボルトに螺合可能に結合されるナットである。カバー４０はシールフランジ部７２及びウィンデージカバー部７０と一体に形成されるので、エンジン１０に対してカバー４０を位置合わせするのに追加のフランジを必要とせず、また留め具９６及び保持具１２２を遮蔽することができるようにするのに追加のウィンデージカバーを必要としない。その上に、カバー４０は、同じエンジン構成部品１０６に結合される他の公知のカバーに比べて留め具９６の長さ１１４をより短くすることができるようになる。更に、後でより明確になるように、カバー４０はシールフランジ部７２及びウィンデージカバー７０と一体に形成されるので、エンジン１０の全体的な長さは、別個のシールフランジ及びウィンデージカバーを備える公知のカバーと比較してより短くなり、従ってエンジン１０の全体的な重量を軽減することを可能にする。
【００１９】
図６は、公知のウィンデージカバー２００の断面図である。ウィンデージカバー２００は、構造カバー４０（図２、図３、図４及び図５に示す）に類似しており、また構造カバー４０の構成要素と同一であるウィンデージカバー２００の構成要素は、図６において、図２、図３、図４及び図５で用いたのと同じ参照符号を用いて特定されている。従って、ウィンデージカバー２００は、外周部５６および内周部５８と、リップ部８０と、本体のシール部８２とを含む。ウィンデージカバー２００は更に、本体のシール部８２と外周部５６との間で延びる環状の結合部２０２を含む。より具体的には、結合部２０２は、シール部８２から半径方向外向きに延びて、該結合部２０２とシール部８２との間で延びる棚部２０４を形成する。結合部２０２は更に、それを貫通して延びかつ該結合部２０２の内部でウィンデージカバー２００の周りに周方向に間隔を置いて配置された複数の孔２１０を含む。
【００２０】
各孔２１０は、それを通して留め具（図示せず）を受け入れられる大きさにされる。より具体的には、シールフランジ２２０は、ウィンデージカバー２００に対して結合され、カバーの棚部２０４に隣接して周方向に延びて、フランジ２２０を貫通して延びる複数の孔２２６がウィンデージカバーの孔２１０に対してほぼ同心に位置合わせされるようになる。フランジ２２０は、カバー２００がエンジン１０内部でエンジン取り付け構成部品１０６に結合されるときに、カバー２００の適当な位置合わせを維持することを可能にする。
【００２１】
シールフランジ２２０はまた、エンジン１０内部でカバー２００を取り付けるのに用いられる留め具及び関連する結合保持具（図示せず）を遮蔽することができるようにする凹設区域２３０を形成する。より具体的には、組み立ての間に、留め具は、留め具９６（図５に示す）と同じ構造取り付け構成部品１０６（図５に示す）を通して挿入されるが、ウィンデージカバー２００を貫通して延びる留め具は、留め具の長さ１１４（図５に示す）より大きい長さ（図示せず）を有する。孔２１０に隣接するウィンデージカバー結合部２０２の厚さＴ_ＷＣ及びウィンデージカバー２００とシールフランジの凹設区域２３０との間で結合された環状のシールフランジ２２０の増加した厚さＴ_ＳＦを受け入れるために、大きな留め具長さが必要である。
【００２２】
上述の構造カバーは、費用効果が良くかつ高い信頼性がある。一体のカバーは、ウィンデージカバー部及びシールフランジ部を含み、必要とされる組み立て部品の数が少なくなるように一体に形成される。シールフランジ部は、取り付け留め具をガスタービンエンジンのガス流路から遮蔽することができるようにし、かつ取り付けの間にカバーの適当な位置合わせを可能にする。カバーは一体に形成されるので、用いられる取り付け留め具の長さは、同じエンジン構成部品に結合される他の公知のカバーよりも短い。その上に、カバーは複数のスカラップ状のポケットを含み、このスカラップ状のポケットが、同じエンジン構成部品に結合される他の公知のカバーに比較してカバーの全体的な重量を軽減する。その結果、この一体の構造カバーは、費用効果が良くかつ信頼性がある方法で製造コストを節減することを可能にする。
【００２３】
本発明を様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施可能であることは当業者には明らかであろう。なお、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】図１に示すガスタービンエンジンに用いることができる構造カバーの斜視図。
【図３】図２に示す、線３−３で切断した構造カバーの断面図。
【図４】図２に示す、線４−４で切断した構造カバーの断面図。
【図５】図２に示す、線３−３で切断した構造カバーを含むガスタービンエンジンの部分断面図。
【図６】図１に示すガスタービンエンジンに用いることができる公知のウィンデージカバーの断面図。
【符号の説明】
４０　構造カバー
５２　トロイダル状本体
５４　本体の内周部
５６　本体の外周部
５８　本体の前側面
６０　本体の後側面
７０　ウィンデージカバー部
７２　シールフランジ部
８０　リップ部
８８　冷却孔
９０　留め具用ボス
９２　留め具用孔
１１０　スカラップ状のポケット

Claims (20)

1. ガスタービンエンジン（１０）用の構造カバー（４０）を製作する方法であって、
   一体に形成されたウィンデージカバー部（７０）とシールフランジ部（７２）とを備えるトロイダル状本体（５２）を形成する段階と、
   前記トロイダル状本体の前側面（５８）から該トロイダル状本体の後側面（６０）まで延びる複数の留め具用孔（９２）を、該本体がガスタービンエンジン内部に取り付けられたときに前記ウィンデージカバー部が該留め具用孔をガス流路から遮蔽することができるように形成する段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. トロイダル状本体（５２）を形成する前記段階は、該本体の外周部（５６）に沿って周方向に間隔を置いて配置された複数の留め具用ボス（９０）を備えるように該本体を形成する段階を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも１つの留め具用孔（９２）を形成する前記段階は、前記留め具用ボス（９０）の内部に該留め具用孔を形成する段階を更に含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記本体の外周部（５６）に沿って周方向に間隔を置いて配置された複数のスカラップ状のポケット（１１０）を、各スカラップ状のポケットが隣接する留め具用ボス（９０）の間で円弧状に延びるように形成する段階を更に含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. トロイダル状本体（５２）を形成する前記段階は、前記カバーのシールフランジ部（７２）が前記カバーの外周部（５６）に沿って部分的に延びるように該本体を形成する段階を更に含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
6. トロイダル状本体（５２）を形成する前記段階は、前記カバーのシールフランジ部（７２）が前記留め具用ボス（９０）の各々に隣接してのみ延びるように該本体を形成する段階を更に含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
7. ガスタービンエンジン（１０）用の構造カバー（４０）であって、一体に形成されたウィンデージカバー部（７０）と、シールフランジ部（７２）と、それを貫通して延びる少なくとも１つの留め具用孔（９２）とを備えるトロイダル状本体（５２）を含み、前記ウィンデージカバー部は留め具（９６）をガス流路から遮蔽するためのものであることを特徴とする構造カバー。
8. 前記カバーは、該カバーの外周部（５６）に沿って配置された複数の留め具用ボス（９０）を更に含むことを特徴とする、請求項７に記載の構造カバー（４０）。
9. 前記少なくとも１つの孔（９２）は、少なくとも１つの留め具用ボス（９０）を貫通して延びることを特徴とする、請求項８に記載の構造カバー（４０）。
10. 前記カバーの外周部（５６）に沿って円弧状に延びる複数のスカラップ状のポケット（１１０）を更に含むことを特徴とする、請求項７に記載の構造カバー（４０）。
11. 前記カバーは、複数の留め具用ボス（９０）を更に含むことを特徴とする、請求項１０に記載の構造カバー（４０）。
12. 前記スカラップ状のポケット（１１０）の各々は、隣接する留め具用ボス（９０）の間で周方向に延びることを特徴とする、請求項１１に記載の構造カバー（４０）。
13. 前記シールフランジ部（７２）は、前記少なくとも１つの留め具用孔（９２）の各々に隣接して前記カバーの外周部（５６）に沿って少なくとも部分的に延びることを特徴とする、請求項７に記載の構造カバー（４０）。
14. トロイダル状構造カバー（４０）を含むガスタービン（１０）であって、該カバーは、一体に形成されたウィンデージカバー部（７０）と、シールフランジ部（７２）と、それを貫通して延びる複数の留め具用孔（９２）とを含み、前記ウィンデージカバー部は、前記留め具用孔を貫通して延びる留め具（９６）をガス流路から遮蔽することができるように構成されていることを特徴とするガスタービン（１０）。
15. 前記カバー（４０）は複数のボス（９０）を更に含み、前記留め具用孔（９２）の各々はそれぞれのボスを貫通して延びることを特徴とする、請求項１４に記載のガスタービンエンジン（１０）。
16. 前記カバー（４０）は、該カバーの外周部（５６）に沿って延びる複数のスカラップ状のポケット（１１０）を更に含むことを特徴とする、請求項１５に記載のガスタービンエンジン（１０）。
17. 前記複数のボス（９０）は、前記カバーの外周部（５６）に沿って周方向に間隔を置いて配置されており、前記スカラップ状のポケット（１１０）の各々は、隣接する前記ボスの間で円弧状に延びることを特徴とする、請求項１６に記載のガスタービンエンジン（１０）。
18. 前記カバーのシールフランジ部（７２）は、該カバー（４０）の外周部（５６）に沿って少なくとも部分的に延びることを特徴とする、請求項１５に記載のガスタービンエンジン（１０）。
19. 前記カバーのシールフランジ部（７２）は、前記ボス（９０）に隣接してのみ円弧状に延びることを特徴とする、請求項１８に記載のガスタービンエンジン（１０）。
20. 前記カバー（４０）は、前側面（５８）及び反対側の後側面（６０）を含み、前記ボス（９０）の各々は、前記カバーの後側面から該カバーの前側面に向かって延びる凹設開口部（１２０）を含むことを特徴とする、請求項１５に記載のガスタービンエンジン（１０）。

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