JP2006275045A - 分割リング保持器および外側エアシール保持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特別な工具を必要とせず、外側エアシール保持器の取付および取外しに要する時間を減少させる。
【解決手段】外側エアシールアッセンブリ１０は、ブレード１６の周囲にエアシール１５を位置決めするハンガー１３を備える。エアシールは、アーム２２を介して溝１９内に受容されるフランジ１７につながっている。キーセグメント２８を備えるロック機構２５は、位置決めされた状態にエアシールを固定する。ベアリングパッド３７，３８，４０により、キーセグメントが軸方向に固定位置まで移動することが許容されるが、一度キーセグメントが固定位置に設置されると、キーセグメントが、アッセンブリ状態で回転したり半径方向に移動することが防止される。一度キーセグメントが固定位置に設置されて、シールアッセンブリが保持した状態において、分割リング保持器５０が配置され、キーセグメントが溝１９から外れて軸方向に移動しなくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、タービンロータブレード段の外側エアシールアッセンブリを保持する方法および装置に関する。

より具体的には、本発明は、ジェットエンジンのタービンロータ段の外側エアシールアッセンブリを保持する改良された手段に関する。

従来では、エンジンのメンテナンスが必要な場合に、エアシールアッセンブリの保持器を取り付けることおよび取り外すことは、比較的困難であるとともに、時間を要するため、航空機の修理所要時間（ダウンタイム）が長くなってしまう。さらに、現在用いられているエアシール保持システムは、相対的に重く、高価な装置であり、エンジンに取り付ける際およびエンジンから取り外す際に特別な工具を必要とする。

ジェットエンジンに用いられている多くのエアシール保持器は、アッセンブリの状態でロータ段に向かって半径方向内側に荷重付与されている。その結果、エンジン運転中に生じる熱負荷により、保持器が動く原因となる保持器に対するさらなる圧縮荷重が生じてしまい、それにより、保持システムの早期脱落に至ってしまう場合がある。

したがって、本発明の主要な目的は、タービンエアシールシステム、特にジェットエンジンに用いられているエアシールシステムを改善することである。

本発明のさらなる目的は、ジェットエンジンのタービンエアシール保持システムにおける早期脱落の数を減少させることである。
さらに、本発明の目的は、ジェットエンジンのタービン段外側エアシール保持器の取付および取外しに要する時間を減少させることである。
本発明の別の目的は、タービン段のエアシール保持器の重量およびコストを減少させることである。
本発明のさらに別の目的は、エンジンメンテナンス期間の間に、より迅速な航空機のターンアラウンドタイムをもたらすことである。
さらに、本発明の別の目的は、特別な工具なしで取付または取外しが可能なタービン外側エアシール保持器を提供することである。
本発明のこれらの目的および他の目的は、一連の環状のロッキングキーセグメントの軸方向の移動を防ぐ分割リング保持器により実現される。環状のロッキングキーセグメントは、ジェットエンジンのタービンロータ段の外側エアシールアッセンブリをタービンケーシングとロック係合させて固定するように機能する。分割リングの本体部は、タービンケーシングに半径方向に設けられた溝内に摺動可能に受容される。さらに、分割リング本体部は、リング本体部の内側面周囲に位置するとともに、円周方向に間隔を隔てた一連の隆起ラグを有する。ラグの内側面は、第１の直径を有する円に近似するとともに、各キーセグメントに位置する軸方向に延びたリブ上に接触するように適応される。リブは、その上にラグを受けるシートを有する。ラグがリブ上に設置された際に、分割リングが外側方向に弾性変形するように、シートは、リブの内側面により画定された直径よりも大きい第２の直径を有する円に近似している。リブ上に設置されると、キーセグメントの軸方向の動きを防ぎ、セグメントを外側エアシールアッセンブリと固定状態に保持するように、リングは各キーセグメントに係合する。

最初に図を参照すると、図１には、タービンロータ段１２の環状の外側エアシールアッセンブリ１０の部分的な側方断面図が図示されている。シールアッセンブリは、ロータ段のブレード１６の先端部の周囲にエアシール１５を位置決めする円環状の鉤状ハンガー１３を備える。ハンガー１３は、タービンケーシングに形成されかつ軸方向に配置された環状溝１９内に受容される環状フランジ１７を備える。

エアシールは、半径方向に配置されたアーム２２を介して環状フランジ１７につながっている。アームの１つの側壁２３は、エアシールアッセンブリを位置合わせするようにケーシングに位置する半径方向に配置された表面２４に接している。ロック機構（全体を符号２５とする）は、図１に示されているように、固定および位置決めされた状態にエアシールを固定するように機能する。ロック機構は、複数の弓状キーセグメント２８を備える。各キーセグメントは、１つまたは複数の軸方向に延びたアーム３３を有するとともに、半径方向に配置された弓状パネル３２を備える。アーム３３は、エアシールハンガーに設けられた開口部を通ってタービンケーシング２０の軸方向の溝１９内に入るように配置されている。第１のベアリングパッド３７は、各アーム３３の外側先端上に位置しており、軸方向に配置された溝１９の外側壁部に接している。第２のベアリングパッド３８は、各パネルセグメントの下方の内側縁部に支持され、図１に示されているようにキーが固定位置にある場合に、ハンガーの半径方向のアームに接触する。第３のベアリングパッド４０は、各ロッキングキーのアームおよび弓状パネルにより形成された角部で、かつキーアームの上面に位置している。キーが固定位置にある場合に、ベアリングパッド４０は、軸方向に配置された溝１９の内側壁部４１に接触している。図から分かるように、これらのベアリングパッドにより、キーセグメントが軸方向に固定位置まで移動することが許容されるが、一度キーセグメントが固定位置に設置されると、キーセグメントが、アッセンブリの状態で回転したり半径方向に移動することが防止される。

一度キーセグメントが固定位置に設置されて、タービンロータ段１２の周囲でエアシールアッセンブリを所望の作動位置に保持した状態において、キーセグメントが溝１９から外れて軸方向に移動しないようにするために分割リング保持器（全体を符号５０で示す）が配置される。

図２〜図１１にさらに図示するように、分割保持リング５０は、概ね円形状である。リングは、所定の厚さ（ｔ）を有する本体部５３を備える。リングは、所定の角度（図１０参照）で切断された分割部５５を備え、これにより、リングの外側方向に十分な力が加わると、リングは外側方向に弾性変形する。このリングは、弾性変形の力から開放されると、リングが初期の無負荷状態に戻るような弾力性を有する高強度金属製である。この種の高強度および弾力性を付与する多くの種類のばね綱を用いることができる。

一連のラグ５７は、リング本体の内側面５８上に一体的に配置されている。各キーセグメントから外側に延びる複数のリブ状シート５９の各々の上にリングの各ラグを設置することができるように、ラグはリング本体の周囲で円周方向に間隔を隔てている。リブの外側面６０は、第１の直径を有する円に概ね近似している。ラグ５７の内側面６１は、第２の直径を有する第２の円に概ね近似しており、第２の直径は、リングが無負荷状態の場合、
ラグに近似した円の上記の第１の直径より小さい。したがって、図８〜図１１に最も良く図示されているように、キーセグメントのシート上にラグを設置するために、リングを外側に押し広げなければならない。

リングの本体部は、タービンケーシング２０に形成された半径方向の環状溝６３内に摺動可能に収容される。ラグがシートに取り付けられる際に、リングがアッセンブリの状態で半径方向に動くことができるように、リングの本体は、キーセグメントのシートを取り囲んでいる。傾斜ランプ６５が、各ラグの両側に位置する。キーセグメントのシートをリング上に組み付けるために、リングの胴体部は、ラグがリブに隣接する状態で、シート上に配置される。次いで、リングを半径方向外側に押し広げるシートが各ラグの先端部に取り付けられるまで、各ラグに対応する傾斜ランプを超えてシートを案内するように、リングを溝６３内で回転させる。セグメントが固定位置にある際に、リングの側壁６８が各ロッキングセグメントの外側壁部７０と接触するように、溝６３は各ロッキングセグメントと整列する。明らかなように、広がったリングは、ケーシングの溝６３から外れて半径方向に移動することができず、それに応じて、キーセグメントは、固定位置から外れて軸方向に移動することができない。キーセグメントのシートにより、リングが内側に動かないように、分割リングは常に半径方向外側に負荷が確実にかかっている。図１０に示されたリングは、角度を有する分割表面の間に十分なギャップを設けるように所定の角度で分割されており、そのため、リングの熱膨張によって、エンジン運転中に付加的な圧縮負荷がリングに生じない。十分なギャップを備えていない場合には、熱膨張が生じて、リングが早期に脱落する可能性がある。また、ランプ構造により、特別な道具を必要とせずに、時計方向または反時計方向にリングを回して、取り付け、あるいは取り外すことが可能となる。

全体を符号８０で示したデテント（移動止め）機構（図８）は、リングを不適切に取り付けることがないように設けられている。図８に示されているように、デテント機構は、リングの分割部から直径方向の反対側にあるリング内側に位置する隆起したプラットフォームを備える。円周方向に延びた凹部８２は、プラットフォームの上面に位置するとともに、キーセグメントの１つに位置するキーパ８３を密に受容するように寸法調整される。実際には、詳細に前述したようなシートが、デテントキーパとして機能してもよい。デテントプラットフォームは、リングが溝１９内を回転する際に、キーパを凹部８２に案内するのを補助する傾斜ランプ８４を凹部８２の両側に備える。ランプは、取付および取外しの際にリングが両方向に回転するのを可能にするとともに、デテント機構のかじりおよび摩耗を最小限にするように機能する。デテント機構により、積極的な接線方向のロッキング能力がリングにもたらされ、リングの破損や交換が必要となる不平衡負荷を生じさせるリングの熱的移動が阻止される。

図１１をさらに参照すると、デテント機構の両側に位置するリング本体８６の部分は、厚さが減少しており、それにより、デテントの両側に配置されたシートの位置に沿ってリングが調節される。これにより、ラグ上にシートが適切に位置決めされるとともに、リングの可撓性の封止制御が可能となる。

図の好ましい実施態様を参照して本発明を具体的に説明してきたが、当業者であれば、本発明の教示を逸脱することなく細部における種々の変更が行われることを理解されるであろう。本発明の実施態様におけるシートは、キーセグメントの外側面上に取り付けられているが、本発明の教示を逸脱することなく、タービンのケーシングなどタービンの他の構成部品上に、シートを取り付けてもよいことは明らかであろう。

本発明を具象化しているタービンロータ段の外側エアシールアッセンブリおよび分割リング保持器の部分的な側面断面図。 本発明の保持システムに用いられる分割リング保持器の上面図。 リングの分割部分を示す拡大部分図。 リングのデテント機構およびデテント機構の両側におけるリングの一部分を示す拡大部分図。 図４の線５−５で切った断面図。 図２の線６−６で切った断面図。 図２の線７−７で切った断面図。 デテント機構を示す拡大部分斜視図。 ロックキングキーセグメントに位置したリブと係合している分割リングの隆起したラグを示す拡大部分斜視図。 リングの分割部およびタービンロータ段の外側エアシールの一部を示す拡大部分斜視図。 本発明の実施中に用いられるデテント機構を示す拡大部分斜視図。

Claims (11)

1. ロック位置において、タービンロータ段の外側エアシールアッセンブリを前記タービンのケーシングに固定する一連の前記ロッキングキーセグメントの軸方向の動きを防ぐ分割リング保持器であって、
   前記分割リング保持器が、
   前記タービンケーシングに半径方向に設けられた溝に摺動可能に受容される環状の本体部と、
   前記環状本体部の内側壁部上に配置される円周方向に間隔を隔てた一連の隆起ラグと、
   を備え、
   前記環状本体部が、分割部を有し、それにより前記本体が前記溝内で半径方向外側に弾性変形することが可能であり、
   前記本体部が、一連のロッキングキーセグメントと係合して前記キーセグメントの軸方向の動きを防ぐように配置されており、
   前記ラグが、第１の直径を有する円に近似する内側面を有するとともに、一連の円周方向に間隔を隔てたシート上に取り付けられるように適応されており、
   前記シートが、前記第１の直径より大きい第２の直径を有する円に近似する外側面を有し、それにより、前記保持リングが、前記シート上に取り付けられる際に、半径方向外側に弾性変形することを特徴とする分割リング保持器。
2. 前記ラグの各々に対応するとともに、前記リングが前記溝内で回転する際に、前記ラグを案内して前記シートと接触係合させる傾斜手段をさらに備える請求項１に記載の分割リング保持器。
3. 前記ラグが前記シート上に取り付けられたときに、前記リングのさらなる回転を防ぐように、前記リングを所定の位置にロックするデテント機構を、前記リングがさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の分割リング保持器。
4. 前記デテント機構が、前記保持リングの分割部に対して直径方向の反対側にあることを特徴とする請求項３に記載の分割リング保持器。
5. 前記リング本体部が、前記デテント機構の両側に厚さが減少した領域をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の分割リング保持器。
6. 前記傾斜手段が、各ラグの両側に傾斜ランプをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の分割リング保持器。
7. 前記シートが、前記キーセグメントに取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の分割リング保持器。
8. タービンロータ段の外側エアシールを前記タービンのケーシングに保持する方法であって、
   前記方法が、
   ロック位置にある際に、ロータ段の前記外側エアシールを前記タービンケーシングと係合した状態に保持するように配置される取り外し可能なロッキングキーセグメントに、円周方向に間隔を隔てた一連のシートを取り付けるステップと、
   所定の厚さの本体部を有する保持リングを提供するステップと、
   ロック位置において、前記ロッキングキーの軸方向の動きを防ぐために、前記タービンケーシングに半径方向に設けられた溝に前記本体部を摺動可能に受容するステップと、
   前記リング本体部の内側壁部上に、半径方向内側に延びた一連のラグを配置するステップと、
   半径方向外側に前記リングを弾性変形させるために、リブの外側面上に各ラグの前記内側面を取り付けることができるように前記ラグ間の円周方向の間隔を設定するステップと、
   を含み、
   前記シートの外側面が、第１の直径を有する円に近似しており、
   前記本体部が、前記リングを外側方向に弾性変形させ得る分割部を有し、
   前記ラグが、前記第１の直径より小さい第２の直径を有する円に近似する内側面を有することを特徴とする外側エアシール保持方法。
9. 前記ラグの両側に傾斜ランプを配置して、前記ラグの前記ランプを超えてシートを案内するように前記溝内で前記リングを回転させるステップをさらに含む請求項８に記載の保持方法。
10. 前記リングの前記分割部と直径方向の反対側に位置するデテントを前記リングに位置決めし、前記ラグが前記シート上に取り付けられる際に、前記リングのさらなる回転を防ぐように、前記キーセグメントの１つのキーパに前記デテントをスナップ結合するステップをさらに含む請求項９に記載の保持方法。
11. 前記デテントの両側の前記リングに厚さが減少した領域を設けるステップをさらに含む請求項１０に記載の保持方法。
    

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