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
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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
【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。
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
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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)。 - 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)。
- 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)。
- 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)。
- 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)
- 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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