JP2013124667A - ガスタービンエンジンおよびエンジンケーシング構造体への部材の保持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンエンジンの動作時に適切に機能するように、エンジンケーシング構造体（４９）にベーン（４０）を保持する
【解決手段】ガスタービンエンジンは、エンジンケーシング構造体（４９）と保持ブロックアセンブリ（５８）を含む。エンジンケーシング構造体（４９）は、保持ブロックアセンブリ（５８）を収容するポケット（６０）を含む。保持ブロックアセンブリ（５８）は、ストッパブロック（６２）と、ポケット（６０）内にストッパブロック（６２）を保持するピン（６４）と、を含む。ストッパブロック（６２）は、ピン（６４）に対してゆるく載置されている。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明はガスタービンエンジンに関し、特に、エンジンケーシング構造体への部材の保持に関する。

ガスタービンエンジンは、典型的に、少なくとも圧縮機部、燃焼器部およびタービン部を含む。動作時には、空気が圧縮機部で加圧され、燃焼器部で燃料と混合されて燃焼し、高温の燃焼ガスを発生させる。高温の燃焼ガスは、タービン部を通って流れ、タービン部で高温の燃焼ガスからエネルギが抽出されて圧縮機および他のガスタービンエンジン負荷が駆動される。

ガスタービンエンジンの１つまたは複数の部分は、ベーンを有する複数のベーンアセンブリを含むことができ、これらのベーンアセンブリは、上記の部分の連続する段のブレードを担持するロータアセンブリの間に挿入される。ベーンアセンブリの各々のベーンは、ガスタービンエンジンの動作時に適切に機能するようにエンジンケーシング構造体に保持する必要がある。このような保持を実現するために、タブ、フックおよび他の特徴部が典型的にベーンの設計に組み込まれる。

ガスタービンエンジンは、エンジンケーシング構造体と保持ブロックアセンブリを含む。エンジンケーシング構造体は、保持ブロックアセンブリを収容するポケットを含む。保持ブロックアセンブリは、ストッパブロックとストッパブロックをポケット内に保持するピンを含む。ストッパブロックは、ピンにゆるく載置されている。

他の例示的な実施例では、ガスタービンエンジンは、エンジンの中心軸を中心にそれぞれ配置された圧縮機部、燃焼器部およびタービン部を含む。エンジンケーシング構造体が、圧縮機部とタービン部との少なくとも一部と関連して設けられる。圧縮機部とタービン部の少なくとも一方が、部材と該部材をエンジンケーシング構造体に対して周方向に保持する保持ブロックアセンブリを含む。

また他の例示的な実施例では、エンジンケーシング構造体に部材を保持する方法は、エンジンケーシング構造体にポケットを設け、ポケットにストッパブロックを挿入し、ピンによってポケット内にストッパブロックを保持することを含む。ピンは、部材の一部によって補足される。

本発明の種々の特徴および利点は、以下の詳細な説明によって当業者に明らかとなる。詳細な説明に付随する図面について以下に簡単に説明する。

ガスタービンエンジンの概略説明図である。 ガスタービンエンジンの部分説明図である。 ガスタービンエンジンの部分説明図である。 ベーンアセンブリのベーンを保持する例示的な保持ブロックアセンブリの説明図である。 図３の保持ブロックアセンブリの他の特徴部を示す説明図である。 図３の保持ブロックアセンブリの他の特徴部を示す説明図である。 保持ブロックアセンブリのストッパブロックを示す説明図である。 保持ブロックアセンブリのストッパブロックを示す説明図である。 ガスタービンエンジンのベーンアセンブリの（前方に見た）後方断面図である。

図１は、ガスタービンエンジン１０を概略的に示している。例示的なガスタービンエンジン１０は、一般に、ファン部１４、圧縮機部１６、燃焼器部１８およびタービン部２０を備える２軸ターボファンエンジンである。代わりのエンジンは、より少ない部分または他のシステムや特徴部の中で特にオーグメンタ部（図示省略）などの追加の部分を含みうる。一般に、ファン部１４がバイパス流路に沿って空気を駆動し、同時に圧縮機部１６がコア流路に沿って空気を駆動して圧縮するとともに燃焼器部１８に連通させる。燃焼器部１８で発生する高温の燃焼ガスは、タービン部２０を通って膨張する。この説明は概略的なものであり、ガスタービンエンジン１０の基本的な理解を提供するために含まれているが、本発明を限定するものではない。本発明は、あらゆる種類のガスタービンエンジンを含み、３軸ターボファンの形態を含むがこれに限定されないあらゆる種類の応用例を含むものである。

ガスタービンエンジン１０は、一般に、少なくとも低速スプール２２と高速スプール２４を含み、これらのスプール２２，２４は、複数のベアリングシステム２９によってエンジンの静止構造体２７に対してエンジン中心軸１２を中心に回転するように取り付けられている。低速スプール２２は、ファン３３、低圧圧縮機１７および低圧タービン２１を連結する内側シャフト３１を一般に含む。内側シャフト３１は、低速スプール２２よりも低速でファン３３を駆動するために、歯車減速構造体３５を介してファン３３に連結されてもよい。歯車減速構造体３５は、ファン３３と低圧圧縮機１７の間に概略的に図示されているが、低圧タービン２１に隣接する位置を含むがこれに限定されない、ガスタービンエンジンのあらゆる位置に配置可能である。高速スプール２４は、高圧圧縮機１９と高圧タービン２３を連結する外側シャフト３７を含む。

高圧圧縮機１９と高圧タービン２３の間に燃焼器１５が配置されている。内側シャフト３１と外側シャフト３７は、同軸でエンジン中心軸１２を中心に回転する。コア空気流が、低圧圧縮機１７と高圧圧縮機１９によって圧縮され、燃焼器１５で燃料と混合されて燃焼し、高圧タービン２３と低圧タービン２１にわたって膨張する。タービン２１，２３は、膨張に応じて低速スプール２２と高速スプール２４を回転駆動する。

圧縮機部１６とタービン部２０は、ロータアセンブリ３９とベーンアセンブリ４１の交互の列をそれぞれ含みうる。ロータアセンブリ３９は、それぞれ複数の回転ブレードを担持し、各々のベーンアセンブリ４１は、複数のステータベーンを含む。ロータアセンブリ３９のブレードは、ガスタービンエンジン１０を通って流れる空気流の（圧力の形態の）エネルギを創出あるいは抽出する。ベーンアセンブリ４１のベーンは、エネルギを追加あるいは抽出するためにロータアセンブリ３９のブレードに空気流を導く。ベーンアセンブリ４１の各々のベーンは、以下でさらに説明するようにガスタービンエンジン１０に周方向に保持されている。

図２Ａ，図２Ｂは、ガスタービンエンジン１０の部分１００を示している。この例では、図示の部分１００は、タービン部２０である。しかし、本発明は、タービン部２０に限定されるものではなく、圧縮機部１６を含むがこれに限定されない、ガスタービンエンジン１０の他の部分を含みうる。

部分１００は、ベーンアセンブリ４１などの部材を含む。ベーンアセンブリ４１は、エンジン中心軸１２を中心に（図２Ａでは紙面に入って出る方向である）周方向に配置された複数のベーン４０を含む（１つのみを示している）。各々のベーン４０は、内側プラットフォーム４４と外側プラットフォーム４６の間に延在するエアフォイル４２を含む。ベーンアセンブリ４１は、例えば、外側ケーシング構造体４８と内側リング構造体５０の間で、ガスタービンエンジン１０の部分１００と関連するエンジンケーシング構造体４９に連結されている。内側リング構造体５０は、隣接するロータアセンブリ３９の部分であってもよく、独立した構造体であってもよい。

ベーン４０は、静止ベーンまたは可変ベーンとすることができ、カンチレバー式のものでもよい。ベーンアセンブリ４１のベーン４０は、前縁５２と後縁５４の間に延在する。ガスタービンエンジン１０は、ベーン４０の前縁５２から後縁５４に向かって延びる（コア空気流が通って流れる）ガス通路５６を画成する。

ベーン４０は、保持ブロックアセンブリ５８によってガスタービンエンジン１０内で周方向に保持されている。ベーンの保持が図示されているが、保持ブロックアセンブリ５８は、ガスタービンエンジンのあらゆる部材の保持に使用可能である。保持ブロックアセンブリ５８は、エンジンケーシング構造体４９のポケット６０に収容される。ここでは、“エンジンケーシング構造体”は、外側ケーシング構造体４８、内側リング構造体５０あるいはエンジン静止構造体２７の他のあらゆる部分を示しうる。換言すると、保持ブロックアセンブリ５８は、ガスタービンエンジン１０の部分１００にベーンアセンブリ４１のベーンを周方向に保持するために、外側ケーシング構造体４８、内側リング構造体５０またはこれらの両方に組み込むことができる。ベーンアセンブリ４１の各々のベーン４０は、１つまたは複数の保持ブロックアセンブリ５８を使用して周方向に保持することができる。ポケット６０は、機械加工、切削、鋳造または他の方法でエンジンケーシング構造体４９に形成可能である。

保持ブロックアセンブリ５８は、ストッパブロック６２と、ストッパブロック６２をポケット内に保持するピン６４と、を含む。ベーンフック６６が、エンジンケーシング構造体４９のケースフック６８に軸方向に受け入れられる。ベーンフック６６は、設置状態において保持ブロックアセンブリ５８の径方向内側に配置される。ベーンフック６６は、ストッパブロック６２に対してピン６４を補足する。一例では、ピン６４は、ベーンフック６６によってストッパブロック６２に対して径方向に補足される。

エンジンの動作時には、ベーン４０の周方向の圧力負荷が保持ブロックアセンブリ５８に伝達され、続いてエンジンケーシング構造体４９に伝達される。換言すると、ピン６４には、エンジンの動作時に機械的負荷が実質的にかからない。ベーン４０の内側プラットフォーム４４と外側プラットフォーム４６は、ベーン、フック、タブ、レッグ、フランジ、およびエンジンケーシング構造体４９に対してベーン４０を径方向および軸方向で連結する他の部材などの種々の他の保持特徴部を含みうる。これらの特徴部は、例示的な周方向保持特徴部から独立して動作するか、または例示的な周方向保持特徴部と協働して拘束を提供することができる。

図３は、図２Ａ，図２Ｂに示した保持ブロックアセンブリ５８の断面図である。ストッパブロック６２は、エンジンケーシング構造体４９のポケット６０に収容される。代わりに、ストッパブロック６２は、エンジンケーシング構造体４９の一部として組み込むこともできる。換言すると、ストッパブロック６２は、エンジンケーシング構造体４９とは別の構造体とすることができ、またはエンジンケーシング構造体４９の一部として一体に形成することができる。

ピン６４は、ストッパブロック６２をポケット６０内に保持する。ピン６４は、ストッパブロック６２のボア９０に挿入され、エンジンケーシング構造体４９の開口部７６に圧入することができる。ピン６４の本体部分７４は、エンジンケーシング構造体４９の開口部７６内に延在する。ボア９０は、ピン６４よりも寸法が大きい（すなわち、ボア９０の直径はピン６４の直径よりも大きい）。ボア９０は、間隙７２を形成し、ピン６４とポケット６０に対してストッパブロック６２が自由な状態となるように大きい寸法に設けられている。保持ブロックアセンブリ５８は、圧入されたピン６４の他はベーンアセンブリ４１のベーン４０を周方向に保持するねじやボルトなどの機械的連結部を含まない。ベーンフック６６は、ピン６４が保持ブロックアセンブリ５８から外れるのを防止する二次的な保持特徴部を提供する（図２Ｂ参照）。

ピン６４の本体部分７４から延在する第１フランジ７０は、インターフェイス５１でエンジンケーシング構造体４９と接触する（すなわち、エンジンケーシング構造体に突き当たる）。間隙７２は、ストッパブロック６２がピン６４（およびエンジンケーシング構造体４９）にゆるく載置される（ｌｏｏｓｅ）ように、ストッパブロック６２とピン６４の間に延在する。間隙７２によって、ガスタービンエンジンの動作時にピン６４に対してストッパブロック６２が径方向かつ周方向に移動可能となり、これにより、動作時にピン６４に機械的負荷が実質的にかからなくなる。間隙７２の実際の寸法は、変更可能であり、特に用途や製造公差によって決まる。

ピン６４は、ストッパブロック６２のカウンタボア部分９２に収容される第２のフランジ７１を含む。第２のフランジ７１は、第１のフランジ７０の径方向内側に設けられている。第２のフランジ７１は、第１のフランジ７０の第１の直径Ｄ１よりも大きい第２の直径Ｄ２を定め、第２の直径Ｄ２は、径方向に外れないようにストッパブロック６２を保持する。

ピン６４は、さらに、ピンを通って開けられた内側部分７８を含みうる。内側部分７８は、保持ブロックアセンブリ５８からピン６４を容易に取り外すことを可能にするねじ８０を任意に含みうる。

図４Ａ，図４Ｂは、保持ブロックアセンブリ５８の特徴部をより明瞭に示すために、ベーン４０を取り除いた状態で保持ブロックアセンブリ５８を示している。ポケット６０とストッパブロック６２は、共に全体として矩形とすることができる。ポケット６０とストッパブロック６２の一致した形状寸法により、エンジンの動作時にポケット６０内におけるストッパブロック６２の回転が実質的に防止される。ポケット６０とストッパブロック６２は、他の形状寸法や形態を含みうる。ピン６４は、図４Ａ，図４Ｂに示す設置状態では、ストッパブロック６２の面８２と同一平面上かあるいは面８２の下側に位置する。

一例では、エンジンケーシング構造体４９、ストッパブロック６２とピン６４は、エンジンの動作時における部品間の熱的な不一致を減少させるように同じ種類の材料からそれぞれ製造される。同じ材料の使用は、間隙７２を定める助けとなる。例示的な材料の１つは、ニッケル合金である。しかし、本発明の範囲には他の材料も含まれる。

図５Ａ，図５Ｂは、上述した保持ブロックアセンブリ５８の例示的なストッパブロック６２を示している。ストッパブロック６２は、第１のブロック部分８４と、第１のブロック部分８４から突出する第２のブロック部分８６と、を含む。一例では、第２のブロック部分８６は、第１のブロック部分８４から垂直に突出する。ストッパブロック６２は、一体構造とすることができ、あるいは第２のブロック部分８６を第１のブロック部分８４に周知の方法で連結することによって組み立てることができる。

第１のブロック部分８４は、ポケット６０に収容され、ポケット６０の外側面８８と同一平面上かあるいは外側面８８の下側に位置する（図４Ａ，図４Ｂ参照）。第１のブロック部分８４とポケット６０の間の嵌め合いがゆるくならないように、ポケット６０と第１のブロック部分８４との公差は小さく設けられている。ポケット６０とストッパブロック６２の大きさ、形状および形状寸法は、設計に関連するパラメータや他の設計基準によって変化しうる。

第１のブロック部分８４は、第１のブロック部分８４を貫通するボア９０を含む。ボア９０は、カウンターボア部分９２を含む。ピン６４の第２のフランジ７１は、第１のブロック部分８４のカウンタボア部分９２に収容される（図３参照）。第１のブロック部分８４は、さらに、丸みのある角部９６を有してもよい。

第２のブロック部分８６は、第１のブロック部分８４からベーン４０に向かって突出する（図４Ａ，図４Ｂ，図６参照）。第２のブロック部分８６は、第１のブロック部分８４の幅Ｗを超えて軸方向に延在する部分８７を含みうる。第２のブロック部分８４は、さらに、少なくとも１つの面取部９８を含み、この面取部９８は、エンジンケーシング構造体４９に対してベーン４０を周方向に保持するために、保持ブロックアセンブリ５８に対してベーン４０を挿入するのを補助する。この例では、面取部９８は、第２のブロック部８６の角部９９に設けられている。

図６を参照すると、ベーン４０の周方向の回転を防止するために、ベーン４０の部分がストッパブロック６２の第２のブロック部分８６と接触している。一例では、この部分はベーンフック６６であるが、他の部品や構成要素も含まれる。第２のブロック部分８６は、ガス通路５６の径方向外側の二次空気キャビティ１５６内に延在し、第１のブロック部分８４は、二次空気キャビティ１５６の径方向外側に位置する（図２Ａも参照）。

それぞれの異なる実施例は、図示の特定の構成要素を有するが、本発明の実施例はこのような特定の組合せに限定されるものではない。１つの実施例のいくつかの構成要素や特徴部を他の実施例の特徴部や構成要素と組み合わせて使用することもできる。

上述の説明は、例示的なものであり限定的に解釈されるべきではない。当業者であれば、特定の改良が本発明の範囲に含まれうることが理解できるであろう。これらの理由により、本発明の真の範囲および内容の判断には以下の請求項の検討が必要である。

４０…ベーン
４１…ベーンアセンブリ
４２…エアフォイル
４４…内側プラットフォーム
４６…外側プラットフォーム
４８…外側ケーシング
４９…エンジンケーシング構造体
５２…前縁
５４…後縁
５６…ガス通路
５８…保持ブロックアセンブリ
６０…ポケット
６２…ストッパブロック
６４…ピン
６６…ベーンフック
６８…ケースフック
１００…ガスタービンエンジン部分
１５６…二次空気キャビティ

Claims (20)

1. ポケットを含むエンジンケーシング構造体と、
   前記ポケットに収容される保持ブロックアセンブリと、を備えており、前記保持ブロックアセンブリは、ストッパブロックと、該ストッパブロックを前記ポケット内に保持するピンと、を有し、前記ストッパブロックは、前記ピンにゆるく載置されていることを特徴とするガスタービンエンジン。
2. 前記保持ブロックアセンブリによって前記エンジンケーシング構造体に対して周方向に保持されたベーンを備えていることを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジン。
3. 前記ピンは、前記ストッパブロックのボアに挿入されていることを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジン。
4. 前記ピンは、ねじ付の内側部分を含むことを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジン。
5. 前記ピンの第１のフランジが、前記エンジンケーシング構造体と接触していることを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジン。
6. 前記ピンの第２のフランジが、前記ストッパブロックのボアのカウンタボア部分に収容されていることを特徴とする請求項５記載のガスタービンエンジン。
7. 前記ストッパブロックは、第１のブロック部分と、第１のブロック部分から突出する第２のブロック部分と、を含むことを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジン。
8. 第２のブロック部分は、面取部を含むことを特徴とする請求項７記載のガスタービンエンジン。
9. ベーンの一部が第２のブロック部分と接触していることを特徴とする請求項７記載のガスタービンエンジン。
10. 前記ピンは、ベーンフックによって前記ストッパブロックに対して径方向で補足されていることを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジン。
11. 前記ベーンフックは、前記エンジンケーシング構造体のケースフックに軸方向に受け入れられていることを特徴とする請求項１０記載のガスタービンエンジン。
12. エンジン中心軸を中心にそれぞれ配置された圧縮機部と、燃焼器部と、タービン部と、
    前記圧縮機部と前記タービン部との少なくとも一部に関連するエンジンケーシング構造体と、を備えており、
    前記圧縮機部と前記タービン部の少なくとも一方が、少なくとも１つの部材と、該少なくとも１つの部材を前記エンジンケーシング構造体に対して周方向に保持する保持ブロックアセンブリと、を有することを特徴とするガスタービンエンジン。
13. 前記保持ブロックアセンブリは、ストッパブロックと、該ストッパブロックを前記エンジンケーシング構造体のポケット内に保持するピンと、を有することを特徴とする請求項１２記載のガスタービンエンジン。
14. 前記ピンと前記ストッパブロックとの間に延在する間隙を有し、前記ストッパブロックが前記ピンにゆるく載置されていることを特徴とする請求項１３記載のガスタービンエンジン。
15. 前記少なくとも１つの部材は、ベーンであることを特徴とする請求項１３記載のガスタービンエンジン。
16. 前記ベーンは、前記ポケット内に前記ピンを径方向で補足するベーンフックを有することを特徴とする請求項１５記載のガスタービンエンジン。
17. エンジンケーシング構造体への部材の保持方法であって、
    エンジンケーシング構造体にポケットを設け、
    前記ポケットにストッパブロックを挿入し、
    前記ストッパブロックをピンによって前記ポケット内に保持し、
    前記部材の部分によって前記ピンを前記ストッパブロックに対して補足するステップをそれぞれ含むことを特徴とするエンジンケーシング構造体への部材の保持方法。
18. 前記ストッパブロックが前記ピンにゆるく載置されるように、前記ストッパブロックと前記ピンとの間に間隙を設けるステップを含むことを特徴とする請求項１７記載のエンジンケーシング構造体への部材の保持方法。
19. 前記保持するステップは、前記ピン以外の機械的連結具を使用せずに前記ポケット内に前記ストッパブロックを保持することを含むことを特徴とする請求項１７記載のエンジンケーシング構造体への部材の保持方法。
20. 前記補足するステップは、前記部材の一部によって前記ピンを前記ポケット内に径方向に補足することを含むことを特徴とする請求項１７記載のエンジンケーシング構造体への部材の保持方法。

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