JP2004052763A

JP2004052763A - タービンノズルロックための方法及び装置

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Publication number: JP2004052763A
Application number: JP2003189146A
Authority: JP
Inventors: Edward Atwood Rainous; エドワード・アトウッド・ライヌース; Charles Louis Williams; チャールズ・ルイス・ウィリアムズ; Michael Peter Murphy; マイケル・ピーター・マーフィー; Janice Ilene Pirtle; ジャニス・イレーヌ・パートル; James Harold Joy; ジェームズ・ハロルド・ジョイ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2023-07-01
Also published as: CN100379944C; US6773228B2; EP1378631A3; US20040005217A1; CN1470746A; JP4498695B2; EP1378631A2

Abstract

【課題】外表面を備えるエンジンケーシング（２８）内にガスタービンエンジンノズル（５６）を固定することができるようにする方法を提供する。
【解決手段】この方法は、エンジンケーシングを貫通する第１の孔（１２０）を形成する段階と、ケーシング外表面から第１の孔を通してノズルロック（１３０）を挿入する段階と、ノズルの一部分にノズルロックを結合する段階と、エンジンケーシングにノズルロックを固定する段階とを含む。さらに、ノズルロックを挿入する段階が、第１の孔（１２０）を通してロックピン（１３２）を挿入する段階と、外表面（３０）の半径方向外側にノズルロック基部（１３４）を保持する段階とを更に含む。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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用のノズルロックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンは、一般的に流れ連通した状態で直列に接続された、圧縮機、燃焼器、少なくとも１つのタービンノズル、及びロータ組立体を含む。エンジンケーシングが、エンジンの周りで圧縮機からタービン組立体まで延びる。
【０００３】
作動時、圧縮機から出た空気流が、燃焼器内で燃料と混合されて点火され、その結果生じた高温のガス／空気混合物が、タービンノズルを介してロータ組立体へ送られる。高温のガス／空気混合物に曝される結果、タービンノズル内には圧力荷重が発生する。
【０００４】
タービンノズルに対する圧力荷重の影響を減少させるのを助けるために、少なくとも一部の公知のタービンエンジンでは、タービンノズルを整列状態に維持するために複数の内部ノズルロックを含む。これらのノズルロックは、タービンノズルをケーシング内に固定して、該タービンノズルを円周方向に整列した状態に保持するのを助ける。従って、ノズルロックを取付けるため又は取り換えるためには、タービンケーシングが先ず取外される。このような手順は、時間がかかり費用がかかる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
例示的な実施形態においては、ガスタービンエンジン用の外部取付け可能な複数のノズルロックが、費用効果がありかつ信頼性が高い方法で、エンジン内にタービンノズルを固定する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
各ノズルロックは、基部と、該基部に結合された取付け装置と、基部から延びるロックピンとを含む。より具体的には、ロックピンは、それぞれの基部からタービンケーシングを貫通して延びて、タービンケーシング内にノズルを固定する。
【０００７】
ガスタービンエンジンに対して各ノズルロックを組立てるとき、タービンノズルから半径方向外向きにタービンケーシングを貫通する孔が、形成される。ノズルロックは、エンジンケーシングの外表面からこの孔を通して挿入され、ノズルの一部分に結合される。ノズルロックはまた、エンジンケーシングにも固定される。より具体的には、エンジン作動時にタービンノズルが該タービンノズルに生じる接線方向力を受けるにも拘わらず、ノズルロックは、タービンノズルの整列状態を維持するのを助ける。その結果、タービンノズルロックは、費用効果がありかつ信頼性が高い方法で、エンジン内にノズルを固定する。
【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を含むガスタービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０はまた、高圧タービン１８及び低圧タービン２０を含む。シャフト２２は、ファン組立体１２とタービン２０とを結合する。エンジン１０は、吸気側２４及び排気側２６を有する。外表面３０を備えるエンジンケーシング２８が、エンジン１０の周りで円周方向に延びる。１つの実施形態において、ガスタービンエンジン１０は、オハイオ州シンシナチのＧｅｎｅｒａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているＧＥ９０型エンジンである。エンジン１０はまた、該エンジンを貫いて延びる長手方向の中心対称軸線３２を含む。
【０００９】
作動時に、空気がファン組立体１２を通って流れ、加圧された空気が高圧圧縮機１４に供給される。高度に加圧された空気は、燃焼器１６に送られ、該燃焼器において燃料と混合され点火される。燃焼器１６からの高温のガス／空気混合物は、タービン１８及び２０を回転させ、タービン２０は、軸線３２の周りでファン組立体１２を回転させる。
【００１０】
図２は、図１に示すガスタービンエンジン１０の、タービンノズル５６を含む燃焼器１６の部分断面図である。燃焼器１６は、環状の外側ライナ４０と、環状の内側ライナ４２と、該外側ライナ４０と該内側ライナ４２との間で延びるドーム状端部４４とを含む。外側ライナ４０は、燃焼器ケーシング４６から半径方向内側に間隔をおいて配置されかつ内側ライナ４２と結合されて、ほぼ環状の燃焼室４８を形成する。
【００１１】
燃焼器ケーシング４６は、ほぼ環状であって、ドーム状端部４４内に置かれたディフューザ（図示せず）から下流方向に延びる。外側ライナ４０と燃焼器ケーシング４６とは外側通路５２を形成し、内側ライナ４２と内側燃焼器ケーシング５４とは内側通路５８を形成する。内側ライナ４２は、内側燃焼器ケーシング５４から半径方向外側に間隔をおいて配置される。外側ライナ４０と内側ライナ４２とは、ディフューザの下流に配置されたタービンノズル６０まで延びる。
【００１２】
環状のタービンノズル５６が、ケーシング内壁７０から半径方向内側に配置される。燃焼器１６はノズル５６の上流に置かれ、タービンブレード７４はノズル５６の下流に置かれる。１つの実施形態においては、エンジン１０は複数のノズル５６を含む。
【００１３】
ノズル５６は、弓形の外側バンド８０（図４に示す）と、弓形の内側シュラウドセグメント８２と、該外側バンド８０と該内側シュラウドセグメント８２との間に取付けられたノズル羽根８４とを含む。ノズル羽根８４は、外側バンド８０と内側シュラウドセグメント８２との間でほぼ半径方向に延びる。
【００１４】
図３は、タービンノズル組立体５６を含むガスタービンケーシング組立体５４の斜視図である。図４は、タービンノズル５６の拡大図である。図５は、タービンノズル５６に使用されるノズルロック１３０の側面図である。外側バンド８０は、ほぼ軸方向に延びるプラットフォーム９２を含み、このプラットフォーム９２は、上流側の円周方向前方支持フランジ９４と下流側の円周方向後方レール９６とを含む。後方レール９６は、その中にスロット１００を備えたレール外側部分１０２を含む。ケーシング２８は、ケーシング支持チャネル１０４と、ケーシング肩部１０６と、ケーシング溝１０８とを含む。タービンシュラウド前方レール１１０が、後方レール９６とケーシング溝１０８との間に延びる。例示的な実施形態においては、ケーシング２８はまた、該ケーシング２８を貫通する第１の孔１２０と第２の孔１２４とを含む。より具体的には、第１の孔１２０はスロット１００の半径方向外側にあり、第２の孔１２４は第１の孔１２０に近接して該第１の孔１２０の上流にある。前方支持フランジ９４は、ケーシング支持チャネル１０４と係合して、外側バンド８０を半径方向に支持する。タービンシュラウド前方レール１１０は、ケーシング肩部１０６に対して後方レール９６を半径方向に支持し、かつケーシング肩部１０６と後方レール９６との間の漏れを最少にするのを助ける。
【００１５】
ノズルロック１３０は、ロックピン１３２と、基部１３４と、取付け装置１３６とを含む。１つの実施形態においては、ロックピン１３２は、基部１３４と一体に形成される。別の実施形態においては、基部１３４は、ロックピン１３２を受けて、これを固定保持するような寸法にされた第１の孔（図示せず）を含む。基部１３４は、取付け装置１３６を受けるための第２の孔１４２を含む。１つの実施形態においては、取付け装置１３６は、挿入体１５０を含むブラインドボルト１４８である。別の実施形態においては、取付け装置１３６は、リベット（図示せず）である。ノズルロック１３０は、シール１６０を含む。１つの実施形態においては、シール１６０は、金属製Ｏ−リングである。
【００１６】
ロックピン１３２は、実質的に円柱形の本体１６４と先端部１６６とを含む。本体１６４は、先端部１６６が基部１３４から或る距離１６７を有するように、該基部１３４から実質的に垂直に延びる。１つの実施形態においては、ノズルロック１３０は、複数のロックピン１３２を含む。
【００１７】
図６は、ガスタービンエンジン１０に結合されたノズルロック１３０の断面図である。ノズルロック１３０は、ノズル５６の接線方向の移動を制限するのを助ける。基部１３４は、取付け装置１３６により外表面３０に結合される。シール１６０が、ロックピン１３２の周りで円周方向に延びて、外表面３０を通してのガス／空気混合物の漏れを減少させ又は排除するのを助ける。
【００１８】
ロックピン１３２は、孔１２０（図３に示す）を貫通して後方レールスロット１００（図３に示す）と半径方向に係合して、ケーシング２８にノズル５６を固定する。ノズル５６はケーシング２８に固定されるので、ノズルロック１３０は、ノズル５６がガス／空気混合物により生じる接線方向力を受けるにも拘わらず、エンジン１０内におけるノズル５６の相対的整列状態を維持するのを助ける。先端部１６６は、スロット１００と係合するようになっている。例示的な実施形態においては、先端部１６６は円柱形である。別の実施形態においては、先端部１６６の形状は、スロット１００内にノズル５６を固定しながら、システムの要求を満たすように選ばれ、その形状には、正方形に限定されるのではなく、長方形、又は半月形が含まれる。
【００１９】
取付け装置１３６は、基部１３４に結合されて、該基部１３４をケーシング２８に固定する。取付け装置１３６は、第２の孔１２４（図３に示す）内に挿入されて、基部１３４をケーシング２８に固定する。別の実施形態においては、取付け装置１３６は、タービンエンジン１０を取り巻いて基部１３４をケーシング２８に固定する円周方向の割りリング（図示せず）を含む。
【００２０】
作動中に、燃焼器１６（図１に示す）からのガス／空気混合物は、ノズル５６を介してタービンブレード７４（図２に示す）へ向けられて、タービンロータ（図示せず）を回転させる。燃焼ガス混合物は、ノズル５６がガス／空気混合物を向け直すときに、ノズル５６に軸方向力及び接線方向力を作用させることになる。ノズル羽根８４（図２に示す）は、タービンブレード７４に衝突するようにガス／空気混合物を向け直して、ノズル５６に接線方向力を与える。外側バンド８０及び内側シュラウドセグメント８２（図２に示す）が、ノズル羽根８４を定位置に支持する。ノズルロック１３０は、外側バンド８０をケーシング２８に固定し、ノズル５６の接線方向の移動又は撓みを制限する。基部１３４は、ケーシング外表面３０に取り付けられ、シール１６０がケーシング２８をシールする。
【００２１】
１つの実施形態においては、ノズルロック１３０は、初期組立時に取り付けられる。別の実施形態においては、ノズルロック１３０は、エンジン組立後のエンジン保守作業時に取り付けられる。更に別の実施形態においては、ノズルロック１３０は、すでにエンジンに取り付けてある内部ノズルロックを補足し、この場合、ノズルロック１３０は、他のエンジン構成部品を取外してから取り付けられるか、又は取外すことなく取り付けられることができる。ノズルロック１３０は、エンジンケーシング２８を取外すことなく、或いはエンジン１０を航空機の翼上のようなその作動位置から取外すことなく、エンジンに取り付けられることができるのが有利である。
【００２２】
１つの実施形態においては、技術者は、ガスタービンの清浄さを保つための標準的な加工技術を用いて穿孔加工することにより、ケーシング内に孔１２０を形成する。技術者は、ケーシング外表面３０から孔１２０を通してノズルロック１３０のロックピン１３２を挿入して、ノズル５６の一部分に係合させる。１つの実施形態においては、先端部１６６は、スロット１００に係合して、ノズル５６を固定しかつ該ノズル５６の接線方向移動を制限する。技術者は、ノズルロック１３０をエンジンケーシング２８に固定する。１つの実施形態においては、技術者は、ボルト１４８を第２の孔１４２（図３に示す）に貫通させて該第２の孔１２４に挿入して、ノズルロック１３０をケーシング外表面３０に固定する。
【００２３】
図７は、取付け孔１４２に関するノズルロック１６４とエンジンケーシング孔１２０との間の第１の荷重関係を示す。図８は、取付け孔１４２に関するノズルロック１６４とエンジンケーシング孔１２０との間の第２の荷重関係を示す。図７の例示的な実施形態においては、ノズル外側バンド８０（図４に示す）に隣接してノズルロック本体１６４に加わる荷重は、ノズルロックの円柱形本体１６４がケーシング孔１２０と直接接触していない場合、許容できないほど高い応力をノズルロック１３０内に生じさせることになる。より具体的には、そのような加重によって、ノズルロック１３０に疲労破損を招くことになる。しかしながら、ノズルロックの円柱形本体１６４がケーシング孔１２０と直接接触している場合には、ノズルロック１３０に生じる応力が低減されるのを助ける。不都合なことに、必要とされる製造公差のために、常に上記のような接触が保証されるわけではない。
【００２４】
図８の例示的な実施形態においては、単一の取付け孔１４２が、荷重の作用方向からオフセットした位置でエンジンケーシング２８に形成される。その結果、孔１４２の周りで生じるモーメントが、図８に示すように、ノズルロックの円柱形本体１６４とケーシング孔１２０とが接触するまで、ノズルロック組立体１３０を物理的に僅かに回転させることになる。この形式の応力減少及び自動調整能力が、本発明にある２つの条件により可能になる。より具体的には、第１の条件は、孔１４２における締付け摩擦力を超える力がかかると、取付けが静的に不安定になることである。第２の条件は、孔１４２の相対位置が荷重適用の作用線に沿っておらず、従って孔１４２の周りにモーメントを生じ、回転を起させることである。
【００２５】
上記のようなガスタービンエンジン用のノズルロックは、費用効果がありかつ信頼性が高い。ノズルロックは、ケーシングにノズルを固定して、エンジン内でのノズルの整列状態を維持する。更に、ノズルが整列状態で固定されるから、ノズルロックはまた、エンジン作動中にノズルに生じる接線方向力の影響を低減させるのを助ける。更に、このノズルロックは、エンジンケーシングを取外すことなく、エンジンに対する取付け又は該エンジンからの取外しが可能であるから、エンジンをその所定位置において保守点検するのを助ける。更に、このノズルロックは、作動中にノズルを荷重通路に対し自動整列させるのを助ける。その結果、このノズルロックは、費用効果がありかつ信頼性が高い方法で、ノズルの整列状態を維持するのを助ける。
【００２６】
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することができることは、当業者には分かるであろう。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断面図。
【図２】図１に示す、タービンノズルとタービンとを含むガスタービンエンジンに使用される燃焼器の部分断面図。
【図３】図２に示すタービンノズル組立体と外部から取付け可能なノズルロック組立体とを含むガスタービンケーシング組立体の立体図。
【図４】図２に示すタービンノズルの拡大図。
【図５】図３に示すタービンノズルの側面図。
【図６】ガスタービンエンジンに取り付けられた、図５に示すノズルロックの断面図。
【図７】図５に示すノズルロックと、図３に示すガスタービンケーシングを貫通する取付け孔との間の例示的な第１の荷重関係を示す図。
【図８】図７に示すノズルロックと取付け孔との間の例示的な第２の荷重関係を示す図。
【符号の説明】
２８　エンジンケーシング
３０　エンジンケーシング外表面
５６　タービンノズル
１２０　第１の孔
１２４　第２の孔
１３０　ノズルロック
１３２　ロックピン
１３４　基部
１３６　取付け装置
１５０　挿入体
１６０　シール

Claims

外表面（３０）を備えるエンジンケーシング（２８）内にガスタービンエンジンノズル（５６）を固定するための方法であって、
前記エンジンケーシング（２８）を貫通する第１の孔（１２０）を形成する段階と、
前記ケーシング外表面（３０）から前記第１の孔（１２０）を通してノズルロック（１３０）を挿入する段階と、
前記ノズルの一部分に前記ノズルロックを結合する段階と、
前記エンジンケーシングに前記ノズルロックを固定する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
前記ノズルロック（１３０）が、ロックピン（１３２）と基部（１３４）とを含み、ノズルロックを挿入する前記段階が、
前記第１の孔（１２０）を通して前記ロックピンを挿入する段階と、
前記外表面（３０）の半径方向外側に前記ノズルロック基部を保持する段階と、
を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記ノズルロック（１３０）を結合する前記段階が、前記ノズルに前記ロックピン（１３２）を固定して、該ノズルの移動を制限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。
前記ノズルロック（１３０）が、前記基部（１３４）に結合された取付け装置（１３６）を含み、前記ノズルロックを固定する前記段階が、
前記ケーシング外表面に第２の孔（１２４）を形成する段階と、
該第２の孔を通して前記エンジンケーシング（２８）に前記取付け装置を結合する段階と、
を更に含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
前記ノズルロック（１３０）が、前記ロックピン（１３２）の周りに延びるシール（１６０）を含み、前記ノズルロックを固定する前記段階が、前記シールを用いて前記第１の孔（１２０）をシール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。
ノズル（５６）を備えるガスタービンケーシング（２８）用のノズルロック（１３０）であって、
基部（１３４）と、
該基部に結合された取付け装置（１３６）と、
前記基部から延びており、前記タービンケーシングを貫通して前記ノズルを固定するように構成された少なくとも１つのロックピン（１３２）と、
を含むことを特徴とするノズルロック（１３０）。
前記少なくとも１つのロックピン（１３２）が、前記基部（１３４）と一体に形成されていることを特徴とする、請求項６に記載のノズルロック（１３０）。
前記基部（１３４）が孔を含み、前記ロックピン（１３２）が該孔内に固定されていることを特徴とする、請求項６に記載のノズルロック（１３０）。
前記取付け装置（１３６）が、リベットを含むことを特徴とする、請求項６に記載のノズルロック（１３０）。
前記取付け装置（１３６）が、ボルト（１４８）を含むことを特徴とする、請求項６に記載のノズルロック（１３０）。
少なくとも１つのシール（１６０）を更に含み、前記少なくとも１つのロックピン（１３２）の各々が、前記少なくとも１つのシールを貫通するように構成されていることを特徴とする、請求項６に記載のノズルロック（１３０）。
前記少なくとも１つのシール（１６０）が、金属製Ｏ−リングを含むことを特徴とする、請求項１１に記載のノズルロック（１３０）。
それを貫通する少なくとも１つの孔（１２０）を有する外表面（３０）備えるケーシング（２８）と、
ガスタービンエンジンノズル（５６）と、
その各々が前記少なくとも１つの孔を貫通して前記ノズルに係合するロックピン（１３２）を備える、前記外表面に取り付けられて前記ケーシングに前記ノズルを固定する少なくとも１つのノズルロック（１３０）と、
を含むことを特徴とするガスタービンエンジン（１０）。
前記ノズルロック（１３０）が、前記ケーシング外表面（３０）に該ノズルロックを固定するように構成された取付け装置（１３６）を更に含むことを特徴とする、請求項１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
前記取付け装置（１３６）が、ボルト（１４８）を含むことを特徴とする、請求項１４に記載のガスタービンエンジン（１０）。
前記取付け装置（１３６）が、リベットを含むことを特徴とする、請求項１４に記載のガスタービンエンジン（１０）。
前記ノズルロック（１３０）が、該ノズルロックと前記ケーシング外表面（３０）との間でシール接触しているシール（１６０）を更に含むことを特徴とする、請求項１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
前記ノズル（５６）がスロット（１００）を含み、前記ロックピン（１３２）が、該スロット内で前記ノズルに係合するように構成されていることを特徴とする、請求項１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
前記ノズルロック（１３０）が基部（１３４）を更に含み、前記ロックピン（１３２）が、該基部と一体になっていることを特徴とする、請求項１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
前記ノズルロック（１３０）が基部（１３４）を更に含み、該基部が孔を含み、該孔が前記ロックピン（１３２）を受けることを特徴とする、請求項１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。