JP3628328B2 - 圧縮機のステータアッセンブリ - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、ガスタービンエンジンの低圧圧縮機に関し、特にベーンと、そのためのインナシュラウドに関するものである。
発明の背景
航空機用のガスタービンエンジンは、ガスタービン内に圧縮機を必要とする。ガスタービンエンジンは、特に軽量であることが要求される。通常では、上記圧縮機は、低圧圧縮機と、高圧圧縮機とを有している。低圧圧縮機は、低温であることから、多くの複合材料を使用することが可能となっている。
1987年４月７日にクレオン V.クンツ（Cleon V.Kunz）とデニス H.ジョーンズ（Dennis H.Jones）等に発行された米国特許第4,655,682号では、低圧圧縮機用の複合材によるインナシュラウドが開示されている。上記圧縮機ベーンの内側端は、上記インナシュラウドにあるポケットに埋め込まれれている。上記シュラウド側端部で上記シュラウドを固定している支持構造体は、摩耗性シールをその内側面に有している。タービンロータのナイフエッジは、上記摩耗性シールと互いに相互作用して、流れを制御しているとともに、バイパス空気流をシールするようになっている。
上記圧縮機ロータが、空気流路から径方向に離れて行くにつれて、連結強度と振動緩和に必要となるため、より深いポケットが使用される。このポケットは、埋め込み用樹脂によって充填されているため、上記圧縮機の重量を増加させてしまっている。上記した離隔した位置は、上記圧縮機の軸方向の端部である場合が多い。
その部分では、上記シュラウドは上記支持構造体に接着剤によって結合されており、これは、接触している複数の面それぞれに沿って行われている。接着の際には、実質的に表面が用いられているが、１つの位置で不良が生じると、上記２つの面はそれぞれ剥離してしまう可能性を有している。
発明の開示
上記ステータアッセンブリは、圧縮機の軸方向の流路を画成している。シール支持体は、上記内側面に摩耗性のエアシールを担持している。このシールは、上記圧縮機ロータに配置されているナイフエッジと相互作用するようになっている。
また、外側端は、周方向に列となったベーンがしっかりと固定されるようになった外側ベーン支持構造体が配設されている。複数のアーチ型のインナシュラウド部分は、周方向に互いに隣接して配置されていて、それぞれが、上記ベーンの内側端が上記ポケット内に位置決めされるようになっている複数のベーン収容ポケットを有している。上記ポケット内の上記複数のベーンは、シリコーンゴムといった埋め込み用樹脂によって埋封されている。
それぞれのポケットの底部の下には、周方向に延ばされており、かつ、それぞれの内側端とそれぞれの底部が一体とされているとともに、それらの間に径方向に延ばされている複数のリブを有している。上記複数のリブは、上記シール支持体に接着されることによって結合されている。
第１段ベーンアセンブリは、環状体とされ、また、上記ベーンの流路上流側の境界部分を形成しているシール支持体を有している。複合材料のシール支持体リングを、本願では使用する。上記圧縮機のより高い段では、アルミニウム製のシール支持体は、リングセグメントから形成されており、このリングセグメントは、また、アルミニウム製の平たいバンドによって形成されている。
上記複数のシュラウド部分はそれぞれの周方向の端部において、軸方向および径方向に延びた端部壁を有している。これら端部壁は、また、上記シール支持体に接着剤により結合されており、壁自体にもリブが形成されている。
【図面の簡単な説明】
図１は、ガスタービンエンジンの低圧圧縮機を通してみた部分断面図である。
図２は、第１段ベーンステータアセンブリである。
図３は、図２の３−３に沿って上記シュラウドの下部側を示した図である。
図４は、さらに後ろ側のステータアッセンブリを示した図である。
発明の最良の実施態様
図１の低圧圧縮機10は、中心軸14を中心として回動可能で、かつ、複数の圧縮機ブレード16を保持しているロータ12を有している。上記ステータアッセンブリ18は、外側ベーン支持構造体20を有しており、この構造体には、複数のベーン22の外側端がしっかりと連結されている。軸方向への流路24は、上記外側ベーン支持構造体18と上記内側にある境界面26の間に画成されている。
ロータ12のナイフエッジ28は、複数の摩耗性シール面30に隣接して配置されていて、空気通路をシールするようになっている。上記複数のシール面は、それぞれが、複数のシール支持体リング32、34の径方向内側面に固定されている。
支持体リング32を有する第１段ステータアッセンブリは、図２と、図３とに、より良く示されている。複数のアーチ型インナシュラウド部分36は、ベーン収容ポケット38を有しており、それぞれのポケットは、底部40を有している。ベーン22は、ポケット38内にまで延びており、その後に、シリコーンゴムといった埋め込み用樹脂によって埋封される。面44は、実質的に面46と面一となるように形成されており、また、上記面46は、シール支持体32の上流側延長部によって形成されるガス通路境界面となっている。上記ポケットの深さは、十分なシュラウド結合強度を与え、かつ、上記ベーンを十分に減衰させるのに十分なだけの深さとなっている。
それぞれの底部40には、上記底部の径方向内側に一体とされ、かつ、上記複数のベーンから径方向内側に延びているとともに、周方向に延びた複数のリブ48を有している。それぞれのリブの径方向内側端50は、接着位置において上記シール支持体に接着剤によって結合されている。
それぞれのリブは、上記シール支持体リングに、エポキシフィルム接着剤を用いて結合されている。上記接着剤は、実際には上記リブの下面を接着するばかりではなく、上記端部に沿って連結部、すなわち、フィレットを形成する。この様にすることによって、従来の面接触型のシールよりも高強度のシールを形成することができるが、これは、上記フィレットが、剪断力に対して耐えることができるためである。さらに、いかなる剥離が生じても、上記構造全体には広がっていかない。それぞれのシュラウド部分36は、また、軸方向及び径方向に延びた端部壁52を有しており、この端部壁52は、また、上記支持体リングに接着剤によって結合されている。別のリブ54は、上記それぞれの端部壁に配置されていて、結合強度を増加させるようになっている。
上記空気流路配置は、空力的に導き出されるものであるとともに、上記ロータ構造体を好適に配置することが、上記ロータ構造設計の目的とされる。特に、圧縮機の第１段と、最終段と、では、上記ロータと上記空気流路との間には、径方向に実質的に距離がことなっている。従来技術では、上記ポケットを十分な深さに形成して、上記した差分を相殺していた。しかしながら本願発明では、上記ポケットは、必要とされる結合強度を与えるとともに、必要な減衰を与えるためだけに十分な深さをもって形成され、その後に、当然のことではあるが上記埋め込み用樹脂によって充填されるようになっている。上記リブ48は、それらの間に複数の中空部56を有しており、全体の重量を低減させている。上記ポケットの間の空間58は、当然ながら従来技術と同様に開いたままとされる。
シール支持体リング32は、複合材料によって形成されており、好ましくは、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を含浸させた複数のポリアラミド織布を含んでなる積層構造体であることが好ましい。上記シール支持体リングは、延長部58において径方向外側に延びており、その後、部分60が上流において上記空気流路の境界面46を形成している。
圧縮機の下流位置の上記ステータアッセンブリは、シール支持体34とともに、図４によりよく示されている。本願では、上記シール支持体は、アルミニウム平板、又は、より正確に円筒形のセグメントとすることができる材料によって形成されたセグメント化された円筒形のリングとなっている。同様の方法によって、複数のシュラウド部分62は、ベーン22の端部64を収容し、かつ、シリコーンゴム66で充填されて必要強度を与えるようになっている。内側に、かつ、周方向に延びているリブ68は、それぞれのシュラウド部分62の底部70に配置されている。上記アルミニウム支持体リングセグメントは、接着により複数の上記リブに固定されているとともに、上記摩耗性シール20は、上記シール支持体リングの上記内側面に固定されている。
この様にすることで、より高強度の結合を有する軽量構造体を得ることができる。

Claims (8)

1. 圧縮機の軸方向流路を画成しているステータアッセンブリにおいて、このステータアッセンブリは、
   径方向外側面と、径方向内側面と、を有する完全な環状のシール支持体リングと、
   前記シール支持体リングの径方向内側面に固定された摩耗性エアシールと、
   外側ベーン支持構造体と、
   前記外側ベーン構造体にそれぞれのベーン外側端がしっかりと固定されている周方向に列となった複数のベーンと、
   それぞれが底部を有する複数のベーン収容ポケットを有している複数のアーチ型インナシュラウド部分と、
   を有し、
   前記複数のベーンは、前記複数のポケット内にまで延びているとともに、前記ポケット内の埋め込み用樹脂に埋封されており、
   さらに、それぞれの底部の径方向内側と一体とされているとともに、それぞれ底部から径方向内側に延び、かつ、周方向に延ばされている複数のリブ、を有していて、
   複数の前記リブの径方向内側端は、前記シール支持体リングに結合位置において接着剤によって結合されていることを特徴とするステータアッセンブリ。
2. それぞれのシュラウド部分の周方向端部において径方向に延びている端部壁を有し、
   この端部壁はまた、前記シール支持体リングに接着剤によって結合されていることを特徴とする請求項１に記載のステータアッセンブリ。
3. 複数の径方向に延びたリブは、それぞれの端部壁と一体とされていることを特徴とする請求項２に記載のステータアッセンブリ。
4. 前記シール支持体リングは、複合材料から成形されており、かつ、このシール支持体リングは、前記結合位置の径方向外側上流に向かって延びて、上流において上記空気流路の境界面を形成していることを特徴とする請求項１に記載のステータアセンブリ。
5. 前記シール支持体リングは、平たいアルミニウムリングから形成されていることを特徴とする請求項１に記載のステータアッセンブリ。
6. 圧縮機の軸方向流路を画成しているステータアッセンブリにおいて、このステータアッセンブリは、
   径方向外側面と、径方向内側面をするアーチ型シール支持体と、
   前記シール支持体の径方向内側面に固定された摩耗性エアシールと、
   外側ベーン支持構造体と、
   前記外側ベーン構造体にそれぞれのベーン外側端がしっかりと固定されている周方向に列となった複数のベーンと、
   それぞれが底部を有する複数のベーン収容ポケットを有している複数のアーチ型インナシュラウド部分と、
   を有し、
   前記複数のベーンは、前記複数のポケット内にまで延びているとともに、前記ポケット内の埋め込み用樹脂に埋封されており、
   それぞれの底部の径方向内側と一体とされているとともに、それぞれの底部から径方向内側に延び、かつ、周方向に延ばされている複数のリブ、を有していて、
   複数の前記リブの径方向内側端は、前記シール支持体リングに結合位置において接着剤によって結合されていることを特徴とするステータアッセンブリ。
7. 前記アーチ型シール支持体は、複合材から形成されている完全な環状体で形成されており、かつ、前記結合位置の上流側かつ、径方向外側にまで延びていて上流側において前記空気流路の境界を形成していることを特徴とする請求項６に記載のステータアッセンブリ。
8. 前記アーチ型シール支持体は、リングを形成するようになった複数のセグメントから形成され、かつ、
   それぞれのセグメントは、アーチ型アルミニウム平板から形成されていることを特徴とする請求項６に記載のステータアッセンブリ。

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