JP2013104426A

JP2013104426A - ガスタービンエンジン及びそのフレキシブルシールシステム

Info

Publication number: JP2013104426A
Application number: JP2012202594A
Authority: JP
Inventors: Jocelyn C Damgaard; シー．ダムガードジョスリン; Steven D Roberts; ディー．ロバーツスティーヴン; Timothy Dale; デールティモシー
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2013-05-30
Anticipated expiration: 2032-09-14
Also published as: US20130121813A1; EP2594744A2; US9284889B2; EP2594744B1; JP6175223B2; EP2594744A3

Abstract

【課題】ガスタービンエンジンのフレキシブルシールシステムを提供する。
【解決手段】ガスタービンエンジン１０のフレキシブルシールシステム１６は、環状の取付ブラケット９２，９４と、環状のサポートブラケット９６，９８と、環状のフレキシブルシール４０と、複数の取付けスペーサ１００，１０２と、を備える。フレキシブルシール４０は、第１の取付けセグメント５６と第２の取付けセグメント５８との間で軸方向に延びる。第１の取付けセグメント５６は、取付けブラケットとサポートブラケットとの間で軸方向に接続され、かつ第１の取付けセグメント５６を通って軸方向に延びる複数の取付け開口６８を有する。各取付けスペーサ１００，１０２は、取付け開口内に配され、取付けブラケットとサポートブラケットとの間で軸方向に延びる。第１の取付けセグメントは、取付けブラケットとサポートブラケットとの間で圧縮される。
【選択図】図５

Description

本発明は、ガスタービンエンジンに関し、特に、複数の取付けスペーサを利用してエンジンのケース間に取付けられるフレキシブルシールシステムに関する。

本発明は、米国海軍により授与された契約第Ｎ０００１９−０７−Ｃ００５５号により米国政府によってなされたものである。米国政府は本発明について一定の権利を有する。

当業界において、種々のガスタービンエンジンの構成が周知である。例えば、エンジンタービンセクションとエンジンノズルセクションとの間に接続されたフレキシブルシールを含むガスタービンエンジンの構成が知られている。フレキシブルシールは、タービンセクションとノズルセクションとの間の相対的な移動（シフト）に適応するように設計される。

フレキシブルシールは、第１の取付けフランジ及び第２の取付けフランジを含み、各取付けフランジは、２つの取付けプレート間で圧縮される。取付けプレートは、第１および第２の取付けフランジをタービンセクション及びノズルセクションにそれぞれ固定する。

しかし、取付けプレート間において取付けフランジを所定の圧縮値まで圧縮すること及びこれを繰り返すことは、フレキシブルシールの材料の圧縮特性のため困難なことである。そのため、取付けフランジは、据付中に取付けプレート間で過度に圧縮されてしまうことがよくあり、これにより、熱サイクルに亘ってフレキシブルシールにダメージが生じてしまう。しかし、取付けフランジが過小に圧縮される場合は、取付けフランジ及び取付けプレート間から空気が漏出することとなり、これにより、エンジン性能や効率が低下してしまう。

本発明の第１の態様によると、ガスタービンエンジンのフレキシブルシールシステムは、環状の取付ブラケットと、環状のサポートブラケットと、環状のフレキシブルシールと、複数の取付けスペーサと、を備える。フレキシブルシールは、第１の取付けセグメントと第２の取付けセグメントとの間で軸方向に延びる。第１の取付けセグメントは、取付けブラケットとサポートブラケットとの間で軸方向に接続され、かつ第１の取付けセグメントを通って軸方向に延びる複数の取付け開口を有する。各取付けスペーサは、取付け開口内に配され、取付けブラケットとサポートブラケットとの間で軸方向に延びる。

本発明の第２の態様によると、ガスタービンエンジンは、第１のエンジンケースと第２のエンジンケースとの間で軸方向に延びるフレキシブルシールシステムを備える。フレキシブルシールシステムは、第１のエンジンケースに接続された取付ブラケットと、サポートブラケットと、フレキシブルシールと、複数の取付けスペーサと、を備える。フレキシブルシールは、第１の取付けセグメントと第２の取付けセグメントとの間で軸方向に延びる。第１の取付けセグメントは、取付けブラケットとサポートブラケットとの間で接続され、かつ第１の取付けセグメントを通って延びる複数の取付け開口を有する。各取付けスペーサは、第１の取付けブラケットと第１のサポートブラケットとの間で第１の取付け開口を通って延びる。

本発明の上記の特徴及び利点は、以下の発明を実施するための形態及び添付の図面により明らかになるであろう。

第１の形態におけるガスタービンエンジンの簡略的な概略図。第２の形態におけるガスタービンエンジンの簡略的な概略図。第３の形態におけるガスタービンエンジンの簡略的な概略図。環状のフレキシブルシールシステムの側面図。図４に図示されたフレキシブルシールシステムの断面図。環状のフレキシブルシールの断面図。図６に図示されたフレキシブルシールの部分拡大図。取付けスペーサの断面図。図８に図示された取付けスペーサの一部を示す概略図。

図１は、第１の形態（例えば、湾曲していない形態）にあるガスタービンエンジン１０の簡略的な概略図である。ガスタービンエンジン１０は、第１のエンジンケース１２、第２のエンジンケース１４及び環状のフレキシブルシールシステム１６を有する。第１のエンジンケース１２及び第２のエンジンケース１４は、１つまたは複数のエンジン取付部２０により機体１８に取付けられる。第１のエンジンケース１２は、第１のエンジン軸３０に沿って連続的に配設されるファンセクション２２、圧縮セクション２４、燃焼セクション２６及びタービンセクション２８を受容する。第２のエンジンケース１４は、第２のエンジン軸３６に沿って連続的に配設されたノズルダクト３２及びオグメンタ３４を受容する。フレキシブルシールシステム１６は、第１のエンジンケース１２と第２のエンジンケース１４との間で軸方向に延びる。

図２は、第２の形態（例えば、湾曲している形態）にあるガスタービンエンジン１０の簡略的な概略図である。図３は、第３の形態（例えば、他の湾曲している形態）にあるガスタービンエンジン１０の簡略的な概略図である。図２，３を参照すると、第１のエンジンケース１２及び第２のエンジンケース１４は、所定の運転条件（例えば、衝撃の強い着陸時や激しい乱気流）の間、（例えば、角度的に、軸方向に、横断方向に）互いに対して移動する。フレキシブルシールシステム１６は、第１のエンジンケース１２と第２のエンジンケース１４との間において、例えば、第１および第２のケース１２，１４間における著しい負荷の移動を伴うことなく、このような移動に適応する。

図４は、軸方向の中心軸３８に沿って延びるフレキシブルシールシステム１６の側面図である。図５は、フレキシブルシールシステム１６の断面図である。図４，５を参照すると、フレキシブルシールシステム１６は、環状のフレキシブルシール４０、第１のシール取付けシステム４２、第２のシール取付けシステム４４及び補強リング４６を含む。

図６は、フレキシブルシール４０の断面図である。フレキシブルシール４０は、シール外側面４８及びシール内側面５０を有し、これらの面は、第１のフレキシブルシール端部５２と第２のフレキシブルシール端部５４との間において軸方向に延びている。フレキシブルシール４０は、第１の取付けセグメント５６、第２の取付けセグメント５８及び１つまたは複数のアーチ状のシールセグメント６０，６２，６４（例えば、半円形のシールセグメント）を含む。

第１の取付けセグメント５６は、シール外側面４８とシール内側面５０との間に亘った第１の厚さ６６を有する。第１の取付けセグメント５６は、第１のフレキシブルシール端部５２からシールセグメント６０まで半径方向に延びる。第１の取付けセグメント５６は、複数の第１の取付け開口６８を含み、該開口は、軸方向の中心軸３８（図４参照）の周囲で周方向に配設される。各第１の取付け開口６８は、第１の取付けセグメント５６を通って軸方向に延びる。

第２の取付けセグメント５８は、シール外側面４８とシール内側面５０との間に亘った第２の厚さ７０を有する。第２の取付けセグメント５８は、第２のフレキシブルシール端部５４からシールセグメント６２まで半径方向に延びる。第２の取付けセグメント５８は、複数の第２の取付け開口７２を含み、該開口は、軸方向の中心軸３８（図４参照）の周囲で周方向に配設される。各第２の取付け開口７２は、第２の取付けセグメント５８を通って軸方向に延びる。

シールセグメントは、第１のシールセグメント６０、第２のシールセグメント６２及び第３のシールセグメント６４を含む。第１のシールセグメント６０は、移行部である第１の領域７４を含み、該第１の領域は、第１の取付けセグメント５６から第２の領域７６へと半径方向外側に延びる。シール外側面４８とシール内側面５０に亘る第１の領域７４の厚さは、第１の領域７４が第１の取付けセグメント５６から第２の領域７６に向かうにつれて薄くなるテーパ状をなしている。第２の領域７６は、第１の領域７４から第３のシールセグメント６４へと延びている。第２のシールセグメント６２は、移行部である第１の領域７８を含み、該第１の領域は、第２の取付けセグメント５８から第２の領域８０へと半径方向外側に延びる。シール外側面４８とシール内側面５０に亘る第１の領域７８の厚さは、第１の領域７８が第２の取付けセグメント５８から第２の領域８０に向かうにつれて薄くなるテーパ状をなしている。第２の領域８０は、第１の領域７８から第３のシールセグメント６４へと延びている。第３のシールセグメント６４は、第１の領域８２及び第２の領域８４を含む。第１の領域８２は、第２の領域７６から第２の領域８４へと半径方向内側に延びる。第２の領域８４は、第２の領域８０から第１の領域８２へと半径方向内側に延びる。

図７は、フレキシブルシール４０の部分拡大図である。フレキシブルシール４０は、エラストマー（例えば、樹脂）マトリックス８８内に配された、例えば、複数のファイバ８６（例えば、ガラス繊維織物）を含むエラストマー複合材から形成される。少なくとも多くのファイバ８６は、シール外側面４８（図６）に沿って軸方向に延びるフレキシブルシールの等高線９０に対して傾斜して位置している。別の実施例として、フレキシブルシールは、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願第１１／９４７，８１４号明細書に開示されたエラストマー複合材から形成される。当業者であれば、フレキシブルシール４０に用いられ得る適切な他のエラストマー複合材や適切な他の材料を理解されるであろう。

図５を参照すると、各取付けシステム４２，４４は、環状の取付けブラケット９２，９４、環状のサポートブラケット９６，９８、複数の取付けスペーサ１００，１０２及び複数のファスナ１０４，１０６をそれぞれ有する。取付けブラケット９２，９４は、ベース部１０８，１１０を有し、該ベース部は、第１の取付けフランジ１１２，１１４と第２の取付けフランジ１１６，１１８との間で軸方向にそれぞれ延びる。第１の取付けフランジ１１２，１１４は、シール接触フランジセグメント１２０，１２２を含み、該シール接触フランジセグメントは、ベース１０８，１１０からアーチ状のフランジセグメント１２４，１２６へと半径方向に延びる。シール接触フランジセグメント１２０，１２２は、該セグメントを通って軸方向に延在する複数の第１のファスナ開口１２８，１３０を有する。アーチ状のフランジセグメント１２４，１２６は、シール接触フランジセグメント１２０，１２２から遠位取付けフランジ端部１３２，１３４へとそれぞれ延びている。第２の取付けフランジ１１６，１１８は、エンジンケース１２，１４にそれぞれ固定される。

サポートブラケット９６，９８は、ベース１３６，１３８を有し、該ベースは、第１のフランジ１４０，１４２と第２のフランジ１４４，１４６との間で半径方向に延びる。ベース１３６，１３８は、該ベースを通って軸方向に延びる複数の第２のファスナ開口１４８，１５０をそれぞれ有する。

図８は、１つの取付けスペーサ１００，１０２の断面図である。図９は、１つの取付けスペーサ１００，１０２の一部を示す図である。図８，９を参照すると、各取付けスペーサ１００，１０２は、第１のスペーサ端部１５４と第２のスペーサ端部１５６との間で軸方向に延びる長さ１５２を有する。長さ１５２は、第１の厚さ６６及び第２の厚さ７０（図６参照）よりも短い。各取付けスペーサ１００，１０２は、スペーサ孔１５８からスペーサ外側面１６０へと半径方向に延在する。取付けスペーサ１００，１０２は、相対的に非圧縮性の材料（例えば、金属）から形成され得る。

図５におけるフレキシブルシールシステム１６をアッセンブリ化するときに、各取付けスペーサ１００は、取付け開口６８内に配される。第１の取付けセグメント５６は、取付けブラケット９２とサポートブラケット９８との間で軸方向に位置する。各ファスナ１０４は、第１のファスナ開口１２８、取付けスペーサ１００のスペーサ孔１５８（図８，９）、及び第２のファスナ開口１４８内に挿入される。各ファスナ１０４は、取付けスペーサ１００が取付けブラケット９２とサポートブラケット９６との間に延びて接触するように、所定のトルクで締め付けられる。そのため、第１の取付けセグメント５６は、所定のトルク及び第１の厚さ６６（図６）と長さ１５２（図８）との差に基づく、繰り返し可能な予め定められた第１の圧縮値まで圧縮される。

各取付けスペーサ１０２は、取付け開口７２内に配される。第２の取付けセグメント５８は、取付けブラケット９４とサポートブラケット９６との間で軸方向に位置する。各ファスナ１０６は、第１のファスナ開口１３０、取付けスペーサ１０２のスペーサ孔１５８（図８，９）、及び第２のファスナ開口１５０内に挿入される。各ファスナ１０６は、取付けスペーサ１０２が取付けブラケット９４とサポートブラケット９８との間に延びて接触するように、所定のトルクで締め付けられる。そのため、第２の取付けセグメント５８は、所定のトルク及び第２の厚さ７０（図６）と長さ１５２（図８）との差に基づく、繰り返し可能な予め定められた第２の圧縮値まで圧縮される。

補強リング４６は、第３のシールセグメント６４に沿って周方向に取り付けられる。

一実施例では、第１の領域７４，７８にテーパ形状をもたらすように、複数のガラス繊維織物の層が交互に配置された形態で配される。

一実施例では、取付けスペーサは、取付けブラケット及びサポートブラケットの各々のリセス内に延在する。別の実施例として、取付けスペーサは、取付けブラケット及びサポートブラケットを通って（例えば、ファスナ頭部とナットの間で）延在する。

本発明の種々の例示的な実施例を開示したが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、修正や変更がなされることを理解されるであろう。

１０ガスタービンエンジン
１２，１４エンジンケース
１６フレキシブルシールシステム
１８機体
２０エンジン取付部
２２ファンセクション
２４圧縮セクション
２６燃焼セクション
２８タービンセクション
３０，３６エンジン軸
３２ノズルダクト
３４オグメンタ
３８軸方向中心軸
４０フレキシブルシール
４２第１のシール取付けシステム
４４第２のシール取付けシステム
４６補強リング
４８シール外側面
５０シール内側面
５２第１のフレキシブルシール端部
５４第２のフレキシブルシール端部
５６第１の取付けセグメント
５８第２の取付けセグメント
６０第１のシールセグメント
６２第２のシールセグメント
６４第３のシールセグメント
６８第１の取付け開口
７２第２の取付け開口
８６ファイバ
９２，９４取付けブラケット
９６，９８サポートブラケット
１００，１０２取付けスペーサ
１０４，１０６ファスナ
１０８，１１０，１３６，１３８ベース部
１１２，１１４第１の取付けフランジ
１１６，１１８第２の取付けフランジ
１２０，１２２シール接触フランジセグメント
１２４，１２６フランジセグメント
１２８，１３０第１のファスナ開口
１３２，１３４遠位取付けフランジ端部
１４０，１４２第１のフランジ
１４４，１４６第２のフランジ
１４８，１５０第２のファスナ開口
１５４第１のスペーサ端部
１５６第２のスペーサ端部
１５８スペーサ孔
１６０スペーサ外側面

Claims

ガスタービンエンジンのフレキシブルシールシステムであって、
環状の取付ブラケットと、
環状のサポートブラケットと、
環状のフレキシブルシールと、
複数の取付けスペーサと、
を備え、
フレキシブルシールは、第１の取付けセグメントと第２の取付けセグメントとの間で軸方向に延び、
第１の取付けセグメントは、取付けブラケットとサポートブラケットとの間で軸方向に接続され、かつ第１の取付けセグメントを通って軸方向に延びる複数の取付け開口を有し、
各取付けスペーサは、取付け開口内に配され、取付けブラケットとサポートブラケットとの間で軸方向に延びることを特徴とするフレキシブルシールシステム。
第１の取付けセグメントは、取付けブラケットとサポートブラケットとの間で圧縮されることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルシールシステム。
フレキシブルシールは、第１の取付けセグメントと第２の取付けセグメントとの間で接続されたアーチ状のシールセグメントを含み、
第１の取付けセグメントは、フレキシブルシールの一端から該シールセグメントへと半径方向に延びることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルシールシステム。
シールセグメントは、第１の領域及び第２の領域を含み、第１の領域の厚さは、第１の領域が第１の取付けセグメントから第２の領域へと向かうにつれて薄くなるテーパ状をなすことを特徴とする請求項３に記載のフレキシブルシールシステム。
フレキシブルシールは、第１の取付けセグメントと第２の取付けセグメントとの間で接続される複数のアーチ状のシールセグメントを含み、
第１のシールセグメントは、第１の取付けセグメントから延び、第２のシールセグメントは、第２の取付けセグメントから延びることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルシールシステム。
第１のシールセグメントは、第１の取付けセグメントから半径方向外側に延び、
第２のシールセグメントは、第２の取付けセグメントから半径方向外側に延び、
第３のシールセグメントは、第１のシールセグメントと第２のシールセグメントとの間に接続され、該第１および第２のシールセグメントから半径方向内側へと延びることを特徴とする請求項５に記載のフレキシブルシールシステム。
第３のシールセグメントの周囲に沿って周方向に接触する補強リングをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のフレキシブルシールシステム。
取付けブラケットは、シール接触フランジセグメントから半径方向外側に延びるアーチ状のフランジセグメントを含み、
シール接触フランジセグメントは、第１の取付けセグメントと接触することを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルシールシステム。
第１の取付けセグメントは、取付けブラケットとサポートブラケットとの間で複数のファスナによって接続され、１つのファスナは、取付けブラケット、取付けスペーサ及びサポートブラケットを通って軸方向に延びることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルシールシステム。
フレキシブルシールは、複数のファイバを含むエラストマー複合材から形成され、多くのファイバはフレキシブルシールの軸方向に延びる等高線に対して傾斜して配されることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルシールシステム。
第１のエンジンケースと、
第２のエンジンケースと、
第１のエンジンケースと第２のエンジンケースとの間で軸方向に延びるフレキシブルシールシステムと、
を備え、
フレキシブルシールシステムは、
第１のエンジンケースに接続された取付ブラケットと、
サポートブラケットと、
フレキシブルシールと、
複数の取付けスペーサと、
を備え、
フレキシブルシールは、第１の取付けセグメントと第２の取付けセグメントとの間で軸方向に延び、
第１の取付けセグメントは、取付けブラケットとサポートブラケットとの間で接続され、かつ第１の取付けセグメントを通って延びる複数の取付け開口を有し、
各取付けスペーサは、第１の取付けブラケットと第１のサポートブラケットとの間で第１の取付け開口を通って延びることを特徴とするガスタービンエンジン。
第１の取付けセグメントは、取付けブラケットとサポートブラケットとの間で圧縮されることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
フレキシブルシールは、第１の取付けセグメントと第２の取付けセグメントとの間で接続されたアーチ状のシールセグメントを含み、
第１の取付けセグメントは、フレキシブルシールの一端から該シールセグメントへと半径方向に延びることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
シールセグメントは、第１の領域及び第２の領域を含み、第１の領域の厚さは、第１の領域が第１の取付けセグメントから第２の領域へと向かうにつれて薄くなるテーパ状をなす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。
フレキシブルシールは、第１の取付けセグメントと第２の取付けセグメントとの間で接続される複数のアーチ状のシールセグメントを含み、
第１のシールセグメントは、第１の取付けセグメントから延び、第２のシールセグメントは、第２の取付けセグメントから延びることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
第１のシールセグメントは、第１の取付けセグメントから半径方向外側に延び、
第２のシールセグメントは、第２の取付けセグメントから半径方向外側に延び、
第３のシールセグメントは、第１のシールセグメントと第２のシールセグメントとの間に接続され、該第１および第２のシールセグメントから半径方向内側へと延びることを特徴とする請求項１５に記載のガスタービンエンジン。
第３のシールセグメントの周囲に沿って周方向に接触する補強リングをさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載のガスタービンエンジン。
取付けブラケットは、シール接触フランジセグメントから半径方向外側に延びるアーチ状のフランジセグメントを含み、
シール接触フランジセグメントは、第１の取付けセグメントと接触することを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
第１の取付けセグメントは、取付けブラケットとサポートブラケットとの間で複数のファスナによって接続され、１つのファスナは、取付けブラケット、取付けスペーサ及びサポートブラケットを通って軸方向に延びることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
フレキシブルシールは、複数のファイバを含むエラストマー複合材から形成され、多くのファイバはフレキシブルシールの軸方向に延びる等高線に対して傾斜して配されることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。