JP2008157250A

JP2008157250A - 複数曲面ステータベーンを含むガスタービンエンジン及びそれを組立てる方法

Info

Publication number: JP2008157250A
Application number: JP2007330249A
Authority: JP
Inventors: Scott Andrew Burton; スコット・アンドリュー・バートン; Chander Prakash; チャンダー・プラケッシュ; Joseph Machnaim; ジョセフ・マクナイム; David Glenn Cherry; デイヴィッド・グレン・チェリー; Robert John Beacock; ロバート・ジョン・ビーコック; Ching-Pang Lee; チン−パン・リー; Scott Michael Carson; スコット・マイケル・カーソン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: CA2613787C; JP5179161B2; CA2613787A1; EP1939398A2; EP1939398B1; EP1939398A3; US20080152505A1; US7806653B2

Abstract

【課題】タービンノズル組立体（５０）を提供する。
【解決手段】
本タービンノズル組立体（５０）は、半径方向内側バンド（５６）と、内側バンドから半径方向外向きに延びる少なくとも１つのステータベーン（５２）とを含み、ステータベーンは、根元部分（２８４）を含みかつ内側バンドから先端部分（２８２）まで延びる翼形部（５３）を含み、翼形部はさらに、根元部分及び先端部分間に形成された少なくとも１つのリーン方向変更点（１７４、１７６、１８２、１８４、１８６）と複数のスイープ方向変更点（１９６、１９８、２０２、２０４、２０６）とを含む。
【選択図】図２

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内のタービンノズル組立体に関する。

少なくとも幾つかの公知のガスタービンエンジンでは、燃焼ガスは、高圧タービン及び低圧タービンを通って流れてトルクを発生させ、このトルクにより、上流圧縮機及びファンが動力供給される。少なくとも幾つかの公知の低圧タービン組立体では、低圧タービンは、前方ファン組立体に回転可能に結合される。低圧タービン内のステータベーンは、回転タービンブレードの列に向けて下流方向に燃焼ガスを送る。このガス流は、タービンブレードに回転を生じさせ、これが前方ファン組立体を回転させる。

タービンを通って移動する燃焼ガスの流れ場は、複雑なものになる可能性がある。例えば、タービン組立体のベーン、ブレード及び／又はその他の構成部品の外表面の部分は、コア流の方向に対して垂直である二次流を燃焼ガス内に生じさせる可能性がある。そのような二次流は、望ましくない圧力損失及びエンジン効率低下を引き起こす可能性がある。流れ場の環境を最適化することにより、圧力損失の低減及びエンジン効率の向上を可能にすることができる。
米国特許第４，４７０，７５５号公報米国特許第４，８２６，４００号公報米国特許第５，２４９，９２２号公報米国特許第４，９８５，９９２号公報米国特許第６，０９９，２４８号公報米国特許第５，４０８，７４７号公報

１つの態様では、ガスタービンエンジンを組立てる方法を提供する。本方法は、内側バンドから延びる少なくとも１つのステータベーンを有する少なくとも１つのステータ組立体をガスタービンエンジン内に結合する段階を含む。ステータベーンは、内側バンドから延びる根元部分から先端部分まで延びる。ステータベーンは、根元部分及び先端部分間に形成された少なくとも１つのリーン方向変更点と複数のスイープ方向変更点とを含む。本方法はまた、少なくとも１つのロータブレードを有する少なくとも１つのタービンブレード組立体をステータ組立体の下流に結合する段階も含む。

別の態様では、ステータベーンを提供する。本ステータベーンは、第１の側壁と、前縁及び後縁において第１の側壁に結合された第２の側壁とを有する翼形部を含む。翼形部は、根元部分から先端部分まで半径方向に延びる。前縁及び後縁の各々は、根元部分及び先端部分間に形成された少なくとも１つのリーン方向変更点と複数のスイープ方向変更点とを含む。

さらに別の態様では、タービンノズル組立体を提供する。本タービンノズル組立体は、半径方向内側バンドと、内側バンドから半径方向外向きに延びる少なくとも１つのステータベーンとを含む。ステータベーンは、根元部分を有する翼形部を含み、翼形部は、内側バンドから先端部分まで延びる。翼形部はまた、根元部分及び先端部分間に形成された少なくとも１つのリーン方向変更点と複数のスイープ方向変更点とを含む。

本発明は、ガスタービンエンジン内の二次流を減少させるのを可能にして、エンジン効率を増大させるのを可能にするような方法及び構成部品を提供する。本明細書に説明した実施形態は、ステータベーン、タービン組立体、ガスタービンエンジン及びそれらを製造する方法を含んでいるが、本発明が、ガスタービンエンジンでの使用に限定されるものではなく、或いは本明細書に記載又は説明した例示的な実施形態のいずれにも限定されるものではないことは、当業者には分かるであろう。

図１は、ファン組立体１２、高圧圧縮機１４及び燃焼器１６を含む例示的な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。ファン組立体１２と低圧タービン２０とは、第１のシャフト２１によって結合され、また圧縮機１４と高圧タービン１８とは、第２のシャフト２２によって結合される。１つの実施形態では、ガスタービンエンジン１０は、オハイオ州シンシナティ所在のＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＡｉｒｃｒａｆｔＥｎｇｉｎｅｓから購入可能なＧＥ９０型エンジンである。

作動時に、空気は、ファン組立体１２を通って流れ、ファン組立体１２は、加圧空気を高圧圧縮機１４に供給する。高度に加圧された空気は、燃焼器１６に送給される。燃焼器１６からの気体流は、１つ又はそれ以上のタービンノズル組立体（図１には図示せず）を通して送られてタービン１８及び２０を駆動した後に、排気ノズル２４を通してガスタービンエンジン１０から流出する。より具体的には、高圧圧縮機１４からの加圧空気は、燃焼器１６内で燃料と混合されかつ点火され、それによって燃焼ガスを発生する。燃焼ガスは、高圧タービン１８に回転を生じさせ、それにより、高圧圧縮機１４を回転させる。燃焼ガスは、高圧タービン１８から低圧タービン２０内に吐出される。コア気体流は、低圧タービン２０から吐出され、排気ノズル２４に向けて後方に導かれる。

図２は、それに限定されないが、ガスタービンエンジン１０（図１に示す）のようなタービンエンジンで使用することができる例示的なタービンノズル組立体５０の側面図である。本発明はタービンノズル組立体５０に関して記述しているが、タービンノズル組立体５０での使用に限定されるものではなく、ステータ組立体のようなその他の組立体で使用することができることは、当業者には分かるであろう。ノズル組立体５０は、ステータベーン５２を含み、ステータベーン５２は、前縁６４及び翼弦方向に間隔を置いた後縁６６において互いに接合された正圧側側壁６０及び負圧側側壁６２によって形成された翼形部５３を含み、これら両側壁６０及び６２間に冷却空洞（図２には図示せず）が形成されるようになる。翼形部側壁６０及び６２は各々、外側バンド５４及び内側バンド５６間で半径方向に延びる。この例示的な実施形態では、側壁６０は凹面形であり、また側壁６２は凸面形であって、ステータベーン５２がキャンバ輪郭を有するようになる。さらに、翼形部５３は、先端部分２８２及び根元部分２８４を含む。

外側バンド５４は、前端縁表面７０、後端縁表面７４及びそれら両表面間で延びる本体７８を含む。内側バンド５６は、前端縁表面７２、後端縁表面７６及びそれら両表面間で延びる本体８０を含む。この例示的な実施形態では、ステータベーン５２は、それぞれ外側及び内側バンド前端縁表面７０及び７２が各々、ステータベーン前縁６４から距離ｄだけ上流に位置するように配向される。

図３は、タービンノズル組立体５０で使用することができる１対の隣接するステータベーン５２の底部断面図である。ステータベーン５２は各々、スロート面積Ａ_１がベーン５２間に形成されるように、内側バンド５６上の後端縁７６に対して角度ａ_１（図では、角度α_１）で配向される。角度ａ_１を調整することによって、スロート面積Ａ_１の幅Ｗ_１を増大又は減少させることができる。より具体的には、スロート面積Ａ_１を増大させることにより、ステータベーン５２間を流れる空気の質量流量を増加させることが可能になり、またスロート面積Ａ_１を減少させることにより、ステータベーン５２間を流れる空気の質量流量を減少させることが可能になる。

図４及び図５は、タービンノズル組立体５０で使用することができる例示的な複数曲面ベーン１２２を示している。より具体的には、図４は、ベーン１２２の斜視図であり、軸方向軸線（Ｘ軸）、接線方向つまり円周方向軸線（Ｙ軸）及び半径方向軸線（Z軸）を含む３つの例示的な直交軸を含む。図５は、中心線１５０を通してかつY−Z平面に沿って取ったベーン１２２の断面図を示している。中心線１５０は、側壁６２の表面に沿って根元部分２８４から先端部分２８２まで延びる。この例示的な実施形態では、X軸は、流路３０に対して下流方向に延び、Z軸は、内側バンド５６（図２に示す）から半径方向外向きに延び、またY軸は、円周方向に延びる。

本明細書で使用する場合、「リーン（ｌｅａｎ）」という用語は、Y−Z平面内におけるベーン１２２の表面接線１５２とZ軸に対して実質的に平行に延びる線１５４との間に形成された半径方向角度Ｔ_Ｌとして定義される。幾つかの実施形態では、ベーン１２２のリーン量は、「傾き」と呼ばれる。ステータベーン１２２の一部分が線１５４に対して負の半径方向角度Ｔ_Ｌ（図では角度θ_Ｌ）を有する場合には（図５に示すように）、ベーン１２２のその部分は、前向きリーン（ｆｏｒｗａｒｄｌｅａｎ）を有する。ステータベーン１２２の一部分が線１５４に対して正の半径方向角度Ｔ_Ｌを有する場合には、ベーン１２２のその部分は、後向きリーン（ｂａｃｋｗａｒｄｌｅａｎ）を有する。一層詳しく後述するように、ベーン１２２は、複数のリーン部分を含んだ翼形部１２３を含む。本明細書で使用する場合、「リーン部分（ｌｅａｎｐｏｒｔｉｏｎ）」という用語は、１対の半径方向に隣接したリーン方向変更点間、又はリーン方向変更点及び先端部分２８２間、又はリーン方向変更点及び根元部分２８４間に形成されたベーン１２２の半径方向に延びる部分を指している。本明細書で使用する場合、「リーン方向変更点（ｌｅａｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｃｈａｎｇｅ）」という用語は、そこではリーンの方向が前向きリーンから後向きリーンに、或いはその逆に変化する翼形部１２３上に形成された点を指している。

図６は、ベーン１２２の前縁６４に対応する例示的なリーン角度値１７２を示すグラフ４１０である。より具体的には、前縁６４に関係したリーン角度値１７２がグラフで表されており、この場合、グラフ４１０の縦座標４１２は、翼形部１２３のスパンのパーセントを表し、またグラフ４１０の横座標４１６は、度数で測定した前縁６４のリーン角度Ｔ_Ｌの量を表している。説明のために、実線１７０は、従来型のステータベーンに関係したリーン量を表している。従って、０％の半径方向スパンで表された根元部分２８４において、前縁６４のリーン角度値１７２は、４°にほぼ等しい。翼形部１２３は、根元部分２８４から約４０％の半径方向スパンまで後向きリーンであり、約４０％の半径方向スパンにおいて、翼形部リーンは、リーン方向変更点１７４で正のリーン角度から負のリーン角度に変化する。翼形部１２３は、方向変更点１７４から約９５％の半径方向スパンまで前向きリーンであり、約９５％の半径方向スパンにおいて、リーン方向変更点１７６が形成される。翼形部１２３は、方向変更点１７６から先端部分２８２まで後向きリーンである。従って、この例示的な実施形態では、ベーン１２２は、前縁６４上に形成された２つのリーン方向変更点１７４及び１７６を含む。それに代えて、ベーン１２２は、前縁６４上に形成されたあらゆる数のリーン方向変更点を含むことができる。

この例示的な実施形態では、翼形部１２３は、前縁６４に沿って形成された３つのリーン部分３０２、３０４及び３０６を含む。第１のリーン部分３０２は、根元部分２８４及び方向変更点１７６間に形成され、第２のリーン部分３０４は、変更点１７４及び変更点１７６間に形成され、また第３のリーン部分３０６は、方向変化点１７６及び先端部分２８２間に形成される。従って、この例示的な実施形態では、前縁６４は、翼形部１２３の根元部分２８４及び中間点４２０間に形成された１つのリーン部分３０２を含む。この例示的な実施形態では、リーン部分３０２は、翼形部１２３の約４０％にわたって延びる。第２のリーン部分３０４は、根元部分２８４及び中間点４２０間で始まり、翼形部１２３の約４５％にわたって延びる。従って、この例示的な実施形態では、前縁６４は、逆Ｓ字形状を有する。それに代えて、ベーン１２２は、前縁６４上に多様な形状を形成するあらゆる数のリーン部分を有することができる。

図７は、ベーン１２２の後縁６６に対応する例示的なリーン角度値１８０を示すグラフ４３０である。より具体的には、後縁６６と関係したリーン角度値１８０がグラフで示されており、この場合、グラフ４３０の縦座標４３２は、根元部分２８４から先端部分２８２まで延びる翼形部１２３のスパンのパーセントを表し、またグラフ４３０の横座標４３６は、度数で示した後縁６６のリーン角度Ｔ_Ｌの量を表している。説明のために、実線１７８は、従来型のステータベーンに関係したリーン量を表している。従って、０％の半径方向スパンで表された根元部分２８４において、後縁６６のリーン角度値１８０は、−６°にほぼ等しい。翼形部１２３は、根元部分２８４から約１５％の半径方向スパンまで前向きリーンであり、約１５％の半径方向スパンにおいて、翼形部リーンは、リーン方向変更点１８２で負のリーン角度から正のリーン角度に変化する。翼形部１２３は、方向変更点１８２から約４０％の半径方向スパンまで後向きリーンであり、約４０％の半径方向スパンにおいて、リーン方向変更点１８４が形成される。翼形部１２３は、方向変更点１８４から約８０％の半径方向スパンまで前向きリーンであり、約８０％の半径方向スパンにおいて、リーン方向変更点１８６が形成される。従って、この例示的な実施形態では、ベーン１２２は、後縁６６上に形成された３つのリーン方向変更点１８２、１８４及び１８６を含む。それに代えて、ベーン１２２は、後縁６６上に形成されたあらゆる数のリーン方向変更点を含むことができる。

この例示的な実施形態では、ベーン１２２は、後縁６６に沿って形成された４つのリーン部分３０８、３１０、３１２及び３１４を含む。第１のリーン部分３０８は、根元部分２８４及び方向変更点１８２間に形成され、第２のリーン部分３１０は、方向変更点１８２及び方向変更点１８４間に形成され、第３のリーン部分３１２は、方向変更点１８４及び方向変更点１８６間に形成され、また第４のリーン部分３１２は、方向変更点１８６及び先端部分２８２間に形成される。従って、この例示的な実施形態では、ベーン１２２は、中間点４２０より前に形成された２つのリーン部分３０８及び３１０を含む。従って、後縁６６は、Ｓ字形状を有する。それに代えて、ベーン１２２は、中間点４２０より前又は後に形成されたあらゆる数のリーン部分を含むことができ、また多様な形状を有することができる。

図８は、ベーン１２２上に配向されるものとしての例示的なスイープ角度を示している。本明細書で使用する場合、「スイープ（ｓｗｅｅｐ）」という用語は、Ｘ−Ｚ平面内におけるベーン１２２への表面接線１８８とＺ軸に対して実質的に平行に延びる基準線１９０との間に形成された半径方向角度Ｔ_Ｓとして定義される。ステータベーン１２２の一部分が線１９０に対して負の半径方向角度Ｔ_Ｓ（図では角度θ_Ｓ）を有する場合には、ステータベーン１２２のその部分は、後向きスイープ（ｂａｃｋｗａｒｄｓｗｅｅｐ）を有する。ステータベーン１２２の一部分が線１９０に対して正の半径方向角度Ｔ_Ｓを有する場合には、ステータベーン１２２のその部分は、前向きスイープ（ｆｏｒｗａｒｄｓｗｅｅｐ）を有する。一層詳しく後述するように、翼形部１２３は、複数のスイープ部分３５２、３５４、３５６、３５８、３６０、３６２及び３６４を含む。本明細書で使用する場合、「スイープ部分（ｓｗｅｅｐｐｏｒｔｉｏｎ）」という用語は、１対の半径方向に隣接するスイープ方向変更点間、又はスイープ方向変更点及び先端部分２８２間、又はスイープ方向変更点及び根元部分２８４間に形成されたベーン１２２の半径方向に延びる部分を指している。本明細書で使用する場合、「スイープ方向変更点（ｓｗｅｅｐｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｃｈａｎｇｅ）」という用語は、そこではスイープの方向が前向きスイープから後向きスイープに、或いはその逆に変化する翼形部１２３上の点を指している。

図９は、ベーン１２２の前縁６４に関係した例示的なスイープ角度値１９４を示すグラフ４４０である。より具体的には、前縁６４に関係したスイープ角度値１９４がグラフで表されており、この場合、グラフ４４０の縦座標４４２は、根元部分２８４から先端部分２８２まで延びる翼形部１２３のスパンのパーセントを表し、またグラフ４４０の横座標４４６は、度数で示した前縁６４のスイープ角度Ｔ_Ｓの量を表している。説明のために、実線１９２は、従来型のステータベーンに関係したスイープの量を表している。従って、０％の半径方向スパンで表された根元部分２８４において、前縁６４のスイープ角度値１９４は、１２°にほぼ等しい。翼形部１２３は、根元部分２８４から約１０％の半径方向スパンまで前向きスイープであり、約１０％の半径方向スパンにおいて、スイープは、スイープ方向変更点１９６で正のスイープ角度から負のスイープ角度に変化する。翼形部１２３は、方向変更点１９６から約５０％の半径方向スパンまで後向きスイープであり、約５０％の半径方向スパンにおいて、別のスイープ方向変更点１９８が形成される。翼形部１２３は、方向変更点１９８から先端部分２８２まで前向きスイープである。従って、この例示的な実施形態では、ベーン１２２は、前縁６４上に２つのスイープ方向変更点１９６及び１９８を含む。それに代えて、ベーン１２２は、前縁６４上にあらゆる数のスイープ方向変更点を有することができる。

この例示的な実施形態では、ベーン１２２は、３つのスイープ部分３５２、３５４及び３５６を含む。第１のスイープ部分３５２は、根元部分２８４及び方向変更点１９６間に形成される。第２のスイープ部分３５４は、方向変更点１９６及び方向変更点１９８間に形成される。第３のスイープ部分３５６は、方向変更点１９８及び先端部分２８２間に形成される。従って、この例示的な実施形態では、ベーン１２２は、根元部分２８４及び中間点４２０間に形成された２つのスイープ部分３５２及び３５４を含む。それに代えて、ベーン１２２は、前縁６４上にあらゆる数のスイープ部分を有することができる。

図１０は、ベーン１２２の後縁６６に関係した例示的なスイープ角度値２００を示すグラフ４５０である。より具体的には、後縁６６に関係したスイープ角度値２００がグラフで表されており、この場合、グラフ４５０の縦座標４５２は、根元部分２８４から先端部分２８２まで延びる翼形部１２３のスパンのパーセントを表し、またグラフ４５０の横座標４５６は、度数で示した後縁６６のスイープ角度Ｔ_Ｓの量を表している。説明のために、実線１９９は、従来型のステータベーンに関係したスイープの量を表している。従って、０％の半径方向スパンで表された根元部分２８４において、後縁６６のスイープ角度値２００は、１４°にほぼ等しい。翼形部１２３は、根元部分２８４から約１４％の半径方向スパンまで前向きスイープであり、約１４％の半径方向スパンにおいて、スイープは、スイープ方向変更点２０２で正のスイープ角度から負のスイープ角度に変化する。翼形部１２３は、方向変更点２０２から約５５％の半径方向スパンまで後向きスイープであり、約５５％の半径方向スパンにおいて、スイープ方向変更点２０４が形成される。翼形部１２３は、方向変更点２０４から約８４％の半径方向スパンまで前向きスイープであり、約８４％の半径方向スパンにおいて、スイープ方向変更点２０６が形成される。翼形部１２３は、方向変更点２０６から先端部分２８２まで後向きスイープである。従って、この例示的な実施形態では、ベーン１２２は、後縁６６にわたって形成された３つのスイープ方向変更点２０２．２０４及び２０６を含む。それに代えて、ベーン１２２は、後縁６６にわたって形成されたあらゆる数のスイープ方向変更点を有することができる。

この例示的な実施形態では、ベーン１２２は、後縁６６にわたって形成されたスイープ部分３５８、３６０、３６２及び３６４を含む。第１のスイープ部分３５８は、根元部分２８４及び方向変更点２０２間に形成される。第２のスイープ部分３６０は、方向変更点２０２及び方向変更点２０４間に形成される。第３のスイープ部分３６２は、方向変更点２０４及び方向変更点２０６間に形成される。第４のスイープ部分３６４は、方向変更点２０６及び先端部分２８２間に形成される。従って、この例示的な実施形態では、後縁６６は、４つのスイープ部分３５８、３６０、３６２及び３６４を含む。それに代えて、ベーン１２２は、後縁６６にわたって形成されたあらゆる数のスイープ部分を有することができる。

図１１は、ベーン１２２の例示的な断面積を示すグラフ４６０である。この例示的な実施形態では、ベーン１２２の輪郭は、根元部分２８４から先端部分２８２まで変化して、該ベーン１２２の断面積が、根元部分２８４から先端部分２８２まで変化するようになる。より具体的には、図１１には、断面積２１０の例示的な値がグラフで表されており、この場合、グラフ４６０の縦座標４６２は、根元部分２８４近くのスパン（図１１には図示せず）から先端部分２８２まで延びる翼形部１２３のスパンのパーセントを表し、またグラフ４６０の横座標４６６は、特定のスパン位置における平方インチで示した翼形部１２３の断面積を表している。説明のために、実線２０８は、従来型のステータベーンに関係した断面積の量を表している。従って、１０％の半径方向スパンで表された根元部分２８４近くのスパン位置２１２において、翼形部１２３の断面積値は、０．０９７平方インチにほぼ等しい。翼形部１２３は、そのスパン位置２１２からその中間点２１４まで収束し、その中間点２１４において、断面積値は、０．０４７平方インチにほぼ等しい。外向きに延びるにつれて、翼形部１２３の断面積は、約６５％のスパン位置２１６まで減少し続け、約６５％のスパン位置２１６において、断面積は、０．０３５平方インチにほぼ等しい。スパン位置２１６から半径方向外側に向って、翼形部１２３の断面積は、先端部分２８２まで増大し、先端部分２８２において、断面積は、０．０８５平方インチにほぼ等しい。従って、この例示的な実施形態では、ベーン１２２は、収束部分（スパン位置２１２からスパン位置２１６まで延びる）と発散部分（スパン位置２１６からスパン位置２８２まで延びる）とを含む。それに代えて、ベーン１２２は、その各々があらゆるスパン位置の対間で延びるあらゆる数の収束及び発散部分を有することができる。

スイープ及びリーン部分並びに半径方向収束及び発散部分を含むベーン１２２の翼形部輪郭は、二次空気流特性を低減しかつ二次空気流の強さを低下させるのを可能にする。二次空気流の減少により、より高いノズル出口圧力及びより高いタービン効率が得られる。より具体的には、ベーン１２２の輪郭は、円周方向圧力損失をもたらす二次空気流を減少させるのを可能にする。二次空気流を減少させることによって、空気力学的損失の１４％の低減及びタービン効率（ＥＦＦＡ）の０．９３％の改善を得ることができることが判った。

この例示的な実施形態では、ベーン１２２は、従来型のステータベーン根元部分よりも大きい、根元部分２８４のような根元部分を含む。根元部分２８４は、前縁部分と正圧側部分とを含む。根元部分２８４は、該根元部分２８４近くに生じるおそれがあるあらゆる馬蹄形渦を弱めるのを可能にし、また２つのベーン１２２間の内側バンド５６に沿って生じるおそれがある通路渦を弱めるのを可能にする。より具体的には、前縁部分は、馬蹄形渦の正圧側脚部を弱めるのを可能にし、このことが、ベーン１２２間の通路渦を弱めるのを可能にする。前縁部分に付加した軸方向スイープに加えて、正圧側部分は、翼形部１２３の正圧側面６０及び負圧側面６２間に発生するおそれがある圧力勾配を減少させるのを可能にする。このこともまた、通路渦を減少させるのを可能にする。さらに、根元部分２８４は、発生するおそれがある円周方向圧力損失を低減するのを可能にする。

１つの実施形態では、ガスタービンエンジンを組立てる方法を提供する。本方法は、内側バンドから延びる少なくとも１つのステータベーンを有する少なくとも１つのステータ組立体をガスタービンエンジン内に結合する段階を含む。ステータベーンは、内側バンドから延びる根元部分から先端部分まで延びる。ステータベーンは、根元部分及び先端部分間に形成された少なくとも１つのリーン方向変更点と複数のスイープ方向変更点とを含む。本方法はまた、少なくとも１つのロータブレードを有する少なくとも１つのタービンブレード組立体をステータ組立体の下流に結合する段階も含む。

本明細書に説明したのは、多様なエンジン組立体内で利用することができるステータベーンである。各実施形態及び説明した方法では、ステータベーンは、タービン組立体内の圧力を低下させる可能性がありまたエンジンを非効率的にする可能性がある二次空気流を弱めるのを可能にする可変リーン及び可変スイープを備えた翼形部を有する。その結果、タービン組立体から流出する燃焼ガスの全圧を増大させることができ、結果的にタービン効率を増大させることができる。従って、本明細書に記載したステータベーンを用いることにより、コスト効果がありかつ信頼性がある方法で、タービンエンジン性能を高めることができる。

以上、ガスタービンエンジン用のステータベーン及びタービンノズル組立体の例示的な実施形態を詳細に説明している。説明したステータベーン及びタービンノズル組立体は、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、むしろ各ステータベーン及び各タービンノズル組立体の構成要素は、本明細書に記載したその他の構成要素とは独立してかつ別個に利用することができる。

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。

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内で使用することができる例示的な公知のタービンノズル組立体の側面図。図２に示すノズル組立体で使用することができる２つの公知のステータベーンの断面図。図１に示すガスタービンエンジン内で使用することができる例示的な複数曲面ベーンを示す図。図４に示す複数曲面ベーンの中心線断面図。図４に示す複数曲面ベーンの前縁における例示的なリーン角度値を示すグラフ。図４に示す複数曲面ベーンの後縁における例示的なリーン角度値を示すグラフ。図４に示す複数曲面ベーンの例示的なスイープ角度の側面斜視図。図４に示す複数曲面ベーンの前縁における例示的なスイープ角度値を示すグラフ。図４に示す複数曲面ベーンの後縁における例示的なスイープ角度値を示すグラフ。図４に示す複数曲面ベーンの例示的な断面積値を示すグラフ。

符号の説明

１０ガスタービンエンジン
１２ファン組立体
１４高圧圧縮機
１６燃焼器
１８高圧タービン
２０低圧タービン
２１第１のシャフト
２２第２のシャフト
２４排気ノズル
３０流路
５０タービンノズル組立体
５２ステータベーン
５３翼形部
５４外側バンド
５６内側バンド
６０正圧側側壁
６２負圧側側壁
６４前縁
６６後縁
７０前端縁表面
７２前端縁表面
７４後端縁表面
７８本体
８０本体
１２２ベーン
１２３翼形部
１５０中心線
１５２表面接線
１５４線
１７０実線
１７２リーン角度値
１７４リーン方向変更点
１７６リーン方向変更点
１７８実線
１８０リーン角度値
１８２リーン方向変更点
１８４リーン方向変更点
１８６リーン方向変更点
１８８表面接線
１９０基準線
１９２実線
１９４スイープ角度値
１９６スイープ方向変更点
１９８スイープ方向変更点
１９９実線
２００スイープ角度値
２０２スイープ方向変更点
２０４スイープ方向変更点
２０６方向変更点
２０８実線
２１０断面積
２１２スパン位置
２１４中間点
２１６スパン位置
２８２先端部分
２８４根元部分
３０２第１のリーン部分
３０４第２のリーン部分
３０６第３のリーン部分
３０８第１のリーン部分
３１０第２のリーン部分
３１２第３のリーン部分
３１４第４のリーン部分
３５２スイープ部分
３５４第２のスイープ部分
３５６第３のスイープ部分
３５８第１のスイープ部分
３６０第２のスイープ部分
３６２第３のスイープ部分
３６４第４のスイープ部分
４１０グラフ
４１２縦座標
４１６横座標
４２０中間点
４３０グラフ
４３２縦座標
４３６横座標
４４０グラフ
４４２縦座標
４４６横座標
４５０グラフ
４５２縦座標
４５６横座標
４６０グラフ
４６２縦座標
４６６横座標

Claims

半径方向内側バンド（５６）と、
前記内側バンドから半径方向外向きに延びる少なくとも１つのステータベーン（５２）と、を含み、
前記ステータベーンが、根元部分（２８４）を含みかつ前記内側バンドから先端部分（２８２）まで延びる翼形部（５３）を含み、
前記翼形部が、前記根元部分及び先端部分間に形成された少なくとも１つのリーン方向変更点（１７４、１７６、１８２、１８４、１８６）と複数のスイープ方向変更点（１９６、１９８、２０２、２０４、２０６）とをさらに含む、
タービンノズル組立体（５０）。
前記ステータベーン（５２）が、前記根元部分（２８４）及び先端部分（２８２）間で延びる後縁（６６）と前記根元部分及び先端部分間のほぼ中間に定められた中間点（２１４）とをさらに含み、
前記後縁が、前記根元部分及び中間点間に形成された少なくとも２つのリーン方向変更点（１７４、１７６、１８２、１８４、１８６）を含む、
請求項１記載のタービンノズル組立体（５０）。
前記ステータベーン（５２）が、前記根元部分（２８４）及び先端部分（２８２）間で延びる前縁（６４）と前記根元部分及び先端部分間のほぼ中間に定められた中間点（２１４）とをさらに含み、
前記前縁が、前記根元部分及び中間点間に形成された少なくとも２つのスイープ方向変更点（１９６、１９８、２０２、２０４、２０６）を含む、
請求項１記載のタービンノズル組立体（５０）。
前記ステータベーン（５２）が、前記根元部分（２８４）及び先端部分（２８２）間のほぼ中間に定められた中間点（２１４）をさらに含み、
前記ベーンの断面積が、前記根元部分からほぼ前記中間点まで収束する、
請求項１記載のタービンノズル組立体（５０）。
前記ステータベーン（５２）が、該タービンノズル組立体内に形成される馬蹄形渦を減少させるのを可能にする、請求項１記載のタービンノズル組立体（５０）。
前記ステータベーン（５２）が、該タービンノズル組立体内の二次空気流を減少させるのを可能にする、請求項１記載のタービンノズル組立体（５０）。
翼形部（５３）を含み、前記翼形部が、
第１の側壁（６０）と、
前縁（６４）及び後縁（６６）において前記第１の側壁に結合された第２の側壁（６２）と、を含み
前記翼形部が、根元部分（２８４）から先端部分まで半径方向に延び、
前記前縁及び後縁の各々が、前記根元部分及び先端部分間に形成された少なくとも１つのリーン方向変更点（１７４、１７６、１８２、１８４、１８６）と複数のスイープ方向変更点（１９６、１９８、２０２、２０４、２０６）とを含む、
ステータベーン（５２）。
前記翼形部（５３）が、前記根元部分（２８４）及び先端部分（２８２）間のほぼ中間に定められた中間点（２１４）をさらに含み、
前記後縁（６６）が、前記根元部分及び中間点間に形成された少なくとも２つのリーン方向変更点（１７４、１７６、１８２、１８４、１８６）を含む、
請求項７記載のステータベーン（５２）。
前記翼形部（５３）が、前記根元部分（２８４）及び先端部分（２８２）間のほぼ中間に定められた中間点（２１４）をさらに含み、
前記前縁（６４）が、前記根元部分及び中間点間に形成された少なくとも２つのスイープ方向変更点（１９６、１９８、２０２、２０４、２０６）を含む、
請求項７記載のステータベーン（５２）。
前記翼形部（５３）が、前記根元部分（２８４）及び先端部分（２８２）間のほぼ中間に定められた中間点（２１４）をさらに含み、
前記ベーンの断面積が、前記根元部分からほぼ前記中間点まで収束する、
請求項７記載のステータベーン（５２）。