JP2005226638A - ガスタービンエンジンを組み立てるための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ガスタービンエンジンを組み立てるための方法及び装置を提供する。
【解決手段】 ガスタービンエンジン（１０）を組み立てる方法は、その半径方向内側面（６０）から延びるソケット（５８）を含む外側構造体をガスタービンエンジン内部に結合する段階と、内側構造体（４２）を貫通してソケット内にラジアルピン（８０）を挿入することによって、該内側構造体を軸方向に、周方向にかつガスタービンエンジンを通って延びるエンジン中心軸線（２８）に対して整列させるように該内側構造体を外側構造体に結合する段階とを含む。
【選択図】 図３

Description

本発明は、総括的には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を組み立てるための方法及び装置に関する。

少なくとも一部の公知のガスタービンエンジンでは、ガスタービンエンジンの内部に二次空気流を供給するシール及び／又はハードウェアのような軸対称ハードウェアが、ノズル又は移行ダクトのようなセグメント化した（セグメント形）流路構成部品に隣接して支持される。作動中、軸対称ハードウェアとセグメント形流路構成部品との間の温度差により、該軸対称ハードウェアとセグメント形流路構成部品との間に破壊的熱応力が生じることになるおそれがある。セグメント形流路構成部品と軸対称ハードウェアとの間に相対的半径方向運動を与えることにより、このような破壊的熱応力を低減することが可能になるが、そのような構成は、軸対称ハードウェアの少なくとも幾つかをエンジン中心軸線に対してほぼ同心に維持して空気シールの適切な作動及び該空気シールとセグメント形流路構成部品との間での摩擦の低減を可能にすることを一層困難にする。

例えば、少なくとも１つの公知のガスタービンエンジンでは、ノズル内側バンドと一体形に形成された複数の半径方向タブを含み、この半径方向タブにより、内部ハードウェアとセグメント形流路構成部品との間に所定の分離を維持することが可能になるように内部ハードウェアを支持している。さらに、複数の半径方向溝がタブと係合し、内部ハードウェアの配向を軸方向にかつ円周方向に維持しながら相対的半径方向運動を可能にする。しかしながら、エンジン組立時にノズルタブを半径方向溝内に係合させるときに、ノズルタブと半径方向溝との間に形成された相対的クリアランスが所定の公差を越え、内側ハードウェアとセグメント形流路構成部品との間に整列不良が生じるおそれがある。

別の公知のガスタービンエンジンは、第１の直径を有する複数のラジアルピンを備えた燃焼器ケーシングと第１の直径よりも少なくとも１０００分の５０インチ大きい第２の直径を有する複数の孔を備えたカウルボスとを含む。複数のラジアルピンは、複数の半径方向孔と係合してカウルボスを燃焼器ケーシング内に位置決めしながら相対的半径方向運動を可能にしている。しかしながら、ラジアルピンを半径方向孔内に係合させるときに、ラジアルピンと半径方向孔との間に形成された相対的クリアランスが所定の公差を越え、燃焼器ケーシングとカウルボスとの間に整列不良が生じるおそれがある。
米国特許５，６２２，４７５号公報

１つの態様では、ガスタービンエンジンを組み立てる方法を提供する。本方法は、その半径方向内側面から延びるソケットを含む外側構造体をガスタービンエンジン内部に結合する段階と、内側構造体を貫通してソケット内にラジアルピンを挿入することによって、該内側構造体を軸方向に、周方向にかつガスタービンエンジンを通って延びるエンジン中心軸線に対して整列させるように該内側構造体を外側構造体に結合する段階とを含む。

別の態様では、ガスタービンエンジンにおいて外側構造体に対して内側構造体を位置決めするための整列装置を提供する。内側構造体はソケットを含み、また外側構造体は第１の開口部と少なくとも１つの第２の開口部とを含む。本整列装置は、内側構造体を軸方向に、円周方向にかつガスタービンエンジンを通って延びるエンジン中心軸線に対して整列させるように内側構造体第１の開口部を通してソケット内に挿入されたラジアルピンと、内側構造体第２の開口部を通して挿入されかつラジアルピンを内側構造体に固定するように構成された少なくとも１つの固締具とを含む。

さらに別の態様では、ガスタービンエンジンを提供する。本ガスタービンエンジンは、それを貫通する少なくとも１つの開口部を含む外側構造体と、ソケットを含む内側構造体と、内側構造体を軸方向に、円周方向にかつガスタービンエンジンを通って延びるエンジン中心軸線に対して整列させるように該内側構造体を貫通してソケット内に延びるラジアルピンとを含む。

図１は、複数の圧縮機ブレード１４を有する圧縮機１２と、燃焼器１６と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はさらに、高圧タービン１８と低圧タービン２０とを含む。圧縮機１２は第１のシャフト２４によって高圧タービン１８に結合され、また低圧タービン２０は第２の出力シャフト２６によって出力装置（図示せず）に結合される。シャフト２６は、それに限定されないが、ギアボックス、変速機、発電機、ファン又はポンプのような被駆動機械を駆動する回転原動力を供給する。１つの実施態様では、ガスタービンエンジンは、オハイオ州シンシナティ所在のＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＬＶ１００型エンジンである。例示的な実施形態では、タービン１８は高圧タービンであり、またタービン２０は２つの段４６、４８を含む低圧タービンである。

作動中、空気は圧縮機１２に流入し、空気流をエンジン中心軸線２８に対して軸方向空気流から周方向空気流に向け直すように構成された圧縮機ブレード１４を通って流れる。高度に加圧された空気は、タービン２０からの高温排気ガスにより熱を伝達されたリクーペレータ（ｒｅｃｏｕｐｅｒａｔｏｒ）（図示せず）に供給され、加圧空気と混合される。加熱された加圧空気は燃焼器１６に供給される。燃焼器１６からの空気流はタービン１８に流入し、次にセグメント形流路３０を通ってタービン２０に流れる。

図２は、ノズルセグメント４０とノズルセグメント４０に結合された内側ハブ構造体４２とを含むガスタービンエンジン１０の一部の断面図である。図３は、ガスタービンノズルセグメント４０の拡大端面図である。２つのノズルセグメント４０のみを示しているが、ガスタービンエンジン１０は、ノズルセグメント４０がガスタービンエンジン１０の内周部を囲むように互いに周方向に結合された複数のノズルセグメント４０を含むことを理解されたい。作動中、タービン１８から吐出された空気流はセグメント形流路３０を通って流れる。より具体的には、タービン１８から吐出された空気は複数のノズルセグメント４０を通って流れ、ノズルセグメント４０は、可変ベーン組立体４４を通してタービン２０に向かって空気流を導く。

各ノズルセグメント４０は、半径方向外側バンドすなわちプラットホーム５４と半径方向内側バンドすなわちプラットホーム５６との間で延びる複数の円周方向に間隔を置いて配置された翼形ベーン５２を含む。図３は、２つの翼形ベーン５２のみを含むものとしてノズルセグメント４０を示しているが、ノズルセグメント４０は、任意の数の翼形ベーンを含むことができ、２つを含むもののみに限定されないことに留意されたい。各ノズルセグメント４０は、その中に空洞６２を形成した内側面６０を有する少なくとも１つのソケットすなわちレセプタクル５８を含む。１つの実施形態では、ソケット５８は、例えば溶接又はハンダ付けによってプラットホーム５６に結合される。別の実施形態では、ソケット５８は、プラットホーム５６と一体形に形成される。この例示的な実施形態では、各ソケットは、ほぼ円形の断面輪郭を有する。別の実施形態では、各ソケット５８は、実質的に非円形の断面輪郭を有する。

エンジン１０はまた、ノズルセグメント４０に結合された内側ハブ構造体４２を含む。内側ハブ構造体４２は、複数の開口部６８を含む。この例示的な実施形態では、内側ハブ構造体４２は、第１の開口幅７２を有する第１の開口部７０と、各々が第２の開口幅７６を有する少なくとも２つの第２の開口部７４とを含む。エンジン１０はまた、エンジン中心軸線２８に対して内側ハブ構造体４２及び各ノズルセグメント４０を位置合わせする（整列させる）のを可能にする整列（位置合わせ）装置７８を含む。より具体的には、整列装置７８は、第１の開口部７０を通してノズルセグメント空洞６２内に延びるラジアルピン８０を含む。ラジアルピン８０は、少なくとも２つの開口部８４を備えた第１の部分８２と第１の部分８２に結合された第２の部分８６とを含む。この例示的な実施形態では、第１の部分８２及び第２の部分８６は、ラジアルピン８０が単体構造ラジアルピン８０となるように互いに一体形に形成される。エンジン１０はまた、その各々が固締具第１の部分９２と固締具第２の部分９４とを含む複数の固締具９０を含む。この例示的な実施形態では、固締具第１の部分９２はボルトであり、また固締具第２の部分９４はボルトに螺合可能に結合された固定ナットである。

使用において、シール及び／又はハードウェアが、形成された空気キャビティを使用してノズルセグメント４０又は移行ダクトのようなセグメント形流路構成部品の内部に二次空気流を供給するように、軸対称ハードウェアを取付けかつ円周方向に支持する方法は、複数のラジアルピン８０を用いてノズルセグメント４０の内部に対して内側ハブ構造体４２を支持する段階を含む。より具体的には、複数のラジアルピン８０は、内側ハブ構造体４２の周り３６０°に配置されており、各ラジアルピン８０は、外側構造体４０との緊密な雄／雌嵌合を可能にし、従って３６０°の内側ハブ構造体４２を軸方向に、周方向にかつガスタービンエンジンを通って延びるエンジン中心軸線に対して正確に位置決めするように位置調整可能である。したがって、内側ハブ構造体４２は、固締具９０を用いて内側ハブ構造体４２に固定された複数のラジアルピン８０を使用して、ノズルセグメント４０から位置決めされる。取付け時、内側ハブ構造体４２をノズルセグメント４０に対して位置決めし、次に第１の開口部７０を通してノズルセグメント空洞６２内にラジアルピン８０を挿入する。空洞６２がラジアルピン８０のラジアルピン幅９８よりも僅かに大きい空洞幅９６を有しているので、内側ハブ構造体４２は、ノズルセグメント４０に対して比較的一定の軸方向位置に位置決めされることが可能になる。より具体的には、ラジアルピン幅９８は、空洞幅９６よりもおよそ１０００分の５インチ小さくなっている。

従って、ラジアルピン８０とレセプタクル５８との間の比較的緊密な公差により、ノズルセグメント４０に対して比較的一定の軸方向位置に各ラジアルピン８０を維持することが可能になる。次に、軸方向に、周方向にかつエンジン中心軸線２８に対して、内側ハブ構造体を位置決めする。ハブ構造体４２がノズルセグメント４０に対して整列されると、固締具９０を使用して内側ハブ構造体４２をエンジン中心軸線２８に対して実質的に固定した半径方向位置に保持する。より具体的には、第１の開口部７０がラジアルピン８０の第２の部分８６のラジアルピン幅９８よりも大きい第１の開口幅７２を有するので、内側ハブ構造体４２は、該内側ハブ構造体４２を整列させるのを可能にするようにノズルセグメント４０に対して周方向に回転可能である。一旦組み立てられると、ラジアルピン８０により、固締具９０がもたらす締付けによる摩擦でハブ構造体４０の適切な整列を維持することが可能になる。

例示的な実施形態では、ガスタービンエンジンにおいて外側構造体に対して内側構造体を整列させるのを可能にする方法及び装置を説明した。より具体的には、複数のラジアルピンを用いてハブ構造体を複数のセグメント形ノズルに固定することにより、内部に取付けた軸対称ハードウェアをセグメント形流路構造体に正確にかつ同心に位置決めすることが可能になる。

セグメント形流路の内部に配置したハードウェアのための上述の支持構成は、セグメント形流路構成部品に対してガスタービン内部支持ハードウェアを整列させるための費用効果がありかつ信頼性がある手段を提供する。より具体的には、ラジアルピンをセグメント形ノズルの空洞内に挿入して内側支持構造体を整列させる。次に、軸方向に、周方向にかつエンジン軸線２８に対して内部支持構造体を位置決めする。次に、固締具を締付けてガスタービンエンジン内で軸方向及び円周方向の両方向に内側支持構造体を保持するのを可能にする。

以上、ガスタービンエンジン支持装置の例示的な実施形態を詳細に説明している。例示した支持装置の構成部品は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ各支持装置の構成部品は、本明細書に記載した他の構成部品から独立してかつ別個に利用することができる。例えば、本明細書ではセグメント形ノズルを説明しているが、さらにラジアルピンを用いて、様々な内部構造ハードウェアをセグメント形ノズル以外のハードウェアに整列させることができる。

様々な特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明が本発明の技術思想及び技術的範囲内の改良で実施できることは、当業者には明らかであろう。特許請求の範囲に記載した参照符号は、本発明の技術的範囲を狭めることを意図するものではなく、それらを容易に理解するためのものである。

例示的なガスタービンエンジンの概略図。 図１に示すガスタービンエンジンの一部の断面図。 図２に示すガスタービンエンジンの一部の拡大端面図。

符号の説明

１０ ガスタービンエンジン
２８ エンジン中心軸線
４０ ノズルセグメント
４２ 内側ハブ構造体
５２ 翼形ベーン
５４ 半径方向外側バンド
５６ 半径方向内側バンド
５８ ソケット
６２ 空洞
６８ 内側ハブ構造体の開口部
７０ 内側ハブ構造体の第１の開口部
７４ 内側ハブ構造体の第２の開口部
７８ 整列装置
８０ ラジアルピン
８４ ラジアルピンの開口部
９０ 固締具
９２ 固締具のボルト
９４ 固締具の固定ナット

Claims (10)

1. ガスタービンエンジン（１０）において内側構造体を外側構造体に結合するための装置であって、前記外側構造体及び内側構造体（４２）の少なくとも１つが複数のソケット（５８）を含みかつ残りの前記構造体が少なくとも第１の開口部（７０）と第２の開口部（７４）とを含み、該装置が、
   前記内側構造体を軸方向に、円周方向にかつ前記ガスタービンエンジンを通って延びるエンジン中心軸線（２８）に対して整列させるように前記構造体第１の開口部を通して各前記ソケット内に挿入されたラジアルピン（８０）と、
   各前記ラジアルピンを前記内側構造体に固定するように、前記構造体第２の開口部を通して挿入された少なくとも１つの固締具（９０）と、を含む、
   装置。
2. 前記外側構造体及び内側構造体（４２）の少なくとも１つが、複数のノズルセグメント（４０）をさらに含む、請求項１記載の装置。
3. 前記ラジアルピン（８０）が２つの開口部（８４）を含み、該装置が、前記２つのラジアルピン開口部及び内側構造体第２の開口部（７４）を通して挿入された正確には２つの固締具（９０）をさらに含む、請求項１記載の装置。
4. 前記ソケット（５８）が第１の幅（９６）を含み、前記ラジアルピン（８０）が、前記第１の幅よりもおよそ１０００分の５インチ狭い第２の幅（９８）を含む、請求項１記載の装置。
5. 複数のソケット（５８）を含む外側構造体と、
   それを貫通する複数の開口部（６８）を含む内側構造体（４２）と、
   前記内側構造体を軸方向に、円周方向にかつガスタービンエンジンを通って延びるエンジン中心軸線（２８）に対して整列させるように前記内側構造体を貫通して各前記ソケット内に延びるラジアルピン（８０）と、
   を含むガスタービンエンジン（１０）。
6. 前記外側構造体が複数のノズルセグメント（４０）を含み、各前記ソケット（５８）が、各前記ノズルセグメントと単体構造に形成されている、請求項５記載のガスタービンエンジン（１０）。
7. 前記ラジアルピン（８０）及び内側ハブ構造体（４２）を貫通して延びる複数の固締具（９０）をさらに含み、前記複数の固締具が、前記ラジアルピンを前記内側ハブ構造体に結合するように構成されている、請求項５記載のガスタービンエンジン（１０）。
8. 各前記固締具（９０）が、ボルト（９２）と前記ボルトに結合された固定ナット（９４）とを含む、請求項７記載のガスタービンエンジン（１０）。
9. 前記ラジアルピン（８０）がほぼ円形の断面輪郭を含み、前記ソケット（５８）が、前記ラジアルピンの断面輪郭に実質的に類似した断面輪郭を含む、請求項５記載のガスタービンエンジン（１０）
10. 前記外側構造体が複数のノズルセグメント（４０）を含み、各前記ノズルセグメントが、前記ラジアルピン（８０）を受けるように構成された正確には１つのソケット（５８）を含む、請求項５記載のガスタービンエンジン（１０）。

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