JP4095060B2 - ガスタービンエンジン用静翼アセンブリ - Google Patents

Description

本発明はステータアセンブリに関し、さらに詳しくは、ガスタービンエンジン内の完全フープ外部シュラウド圧力容器とつながる、低圧コンプレッサー出口ステータアセンブリに関する。

ガスタービンエンジンは通常ローターアセンブリを備え、これはエンジンを貫通して軸方向に延在している。ステータアセンブリはローターアセンブリから半径方向に離間し、かつローターアセンブリの周囲を取り囲むエンジンケースを備える。作動媒体ガス用の流路はこのケース内に形成される。この流路は、ステータアセンブリとローターアセンブリとの間で、概して軸方向に延在する。

ローターアセンブリはローターブレードの列を備える。このローターブレードの列は、ケース付近で作動媒体流路を横切って半径方向外側に延在している。ステータベーンアセンブリの列はローターブレードの列と噛み合っている(interdergitated)。ステータベーンは、ローターブレードから吐き出された際、作動媒体ガスを案内するため、作動媒体流路を横切って、ローターアセンブリ付近へとケースから内側に延在している。

出口ステータベーンアセンブリは、通常、複数のステータベーン、外部ケースおよび内部ケースを具備し、これらは作動媒体流路の周りで周方向に延在する。従来型のステータベーンアセンブリは、シュラウドを貫通してベーン先端を収容する、穴のあいたアルミニウム製外部シュラウドを利用し、かつゴム合成物をはめ込むための表面積を提供する。ゴム合成物は、流路と中間ケースコア仕切り領域との間のシールを提供する。外部シュラウドは後部において中間ケースによって支持され、しかも差込み(bayonet)アタッチメントによって半径方向に「浮動」することが可能となっている。

外部シュラウドの素材は、通常、ステータベーンおよびアタッチメント界面とは異なっている。外部シュラウドは、通常、重量／コストおよびアルミニウム製ブリードダクトとの素材適合性のためにアルミニウムから製造されるが、一方、他のステータアセンブリ構成要素は強度向上のためチタニウムから製造される。チタニウムおよびアルミニウムは熱膨張および寸法変化が異なるが、運転中の温度の偏りに起因するこれらは、外部シュラウド対ブリードダクト界面において吸収されなければならない。すなわち、外部シュラウド部分は、ゆがみによる応力レベルおよび接触荷重を処理するため、曲がるか、あるいはたわむ。有用ではあるが、従来型の穴あきシュラウド装置は、事実上、最新のガスタービンエンジン内の高温高圧環境に長期間にわたって耐えることができない。

いくつかの外部シュラウドは、連続した容器を形成するため完全フープ形状であり、これは先進的ガスタービンエンジンに特有の高圧高温環境に耐える。だが、完全フープ設計は、シュラウド可撓性によって従来型の応力処理を可能にするには硬すぎることがある。取付すなわち完全フープ外部シュラウドの取付は、これまで比較的複雑なアタッチメント装置を必要としており、これが、ガスタービンエンジン内のある領域への完全フープ外部シュラウドの利用を制限している。

したがって、ガスタービンエンジンに共通の、取付、漏れ、耐久性、そして熱によって生じるひずみの要件を満足する、完全フープ外部シュラウドを備えたステータアセンブリを提供することが望まれる。

本発明による低圧コンプレッサー出口ステータアセンブリは、完全フープ外部シュラウドと内部シュラウドとの間に配設された複数の翼を具備する。外部シュラウドは中間ケース構造体に対して支持され、かつ差込み装置によって半径方向に浮動することが可能となっている。内部シュラウドは中間ケースにボルト止めされる。外部シュラウドはアルミニウムから製造され、かつ内部シュラウドはチタニウムから製造される。チタニウムとアルミニウムとは異なる熱膨張および寸法変化を示し、運転中の温度の偏りに起因するこれらは、外部シュラウド対ブリードダクト界面において両者の間に配置されたシールによって吸収される。このシールは熱的不整合に適応する。

それゆえ、本発明は、ガスタービンエンジンに共通の、取付、漏れ、耐久性、そして熱によって生じるひずみの要件を満足する、完全フープ外部シュラウドを備えたステータアセンブリを提供する。

本発明のさまざまな特徴および利点は、目下の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から当業者には明白となるであろう。

図１はガスタービンエンジン１０の全体概略断面図を示す。ガスタービンエンジン１０は、それを中心としてさまざまなエンジン部分が回転するエンジン中心線Ａを中心として形成される。概して、エンジン１０は、ファン部分１２、低圧コンプレッサー部分（ＬＰＣ）１４、高圧コンプレッサー部分（ＨＰＣ）１６、燃焼器部分１８、高圧タービン部分２０、そして低圧タービン部分２２を具備する。図示された実施形態には特定の構造が開示されているが、他の構造が、発電および航空機に使用されるガスタービンを含む本発明から利益を得るであろうことは理解されるべきである。

図２を参照すると、低圧コンプレッサー部分１４は、交互に並ぶ、回転式翼形部すなわちブレード２４と静止翼形部すなわち翼２６の列を具備する。一つの翼アセンブリ２６が、「第４」ステージとも呼ばれる低圧コンプレッサー（ＬＰＣ）出口ステータアセンブリ２６ａである。開示された実施形態には特定の翼が図示されているが、いかなる翼でも本発明から利益を得るであろうことは理解されるべきである。

ＬＰＣ出口ステータアセンブリ２６ａは、エンジン１０の中間ケース構造体２８とブリードダクト構造体３０との間に配設されている。ブリードダクト構造体３０は、コア仕切り３２およびブリードダクト３３を形成する。

低圧コンプレッサー出口ステータアセンブリ２６ａは、高温高圧のエンジンコア空気流のための流れ遷移路を提供するが、高温高圧のエンジンコア空気流は、ＬＰＣ１４を出て、中間ケース構造体２８によって形成された遷移ダクト３１を経て移動し、そしてＨＰＣ１６に流入する。

ＬＰＣ出口ステータアセンブリ２６ａは、完全フープ外部シュラウド３４と内部シュラウド３６（図３にも前面が図示されている）との間に配設された複数の翼２６ｓを具備する。翼２６ｓは完全フープ外部シュラウド３４と内部シュラウド３６との間に取り付けられている。完全フープという用語は、ここでは、翼が、従来型ステータアセンブリにおいてそうであるように、それを貫通して形成された開口を挿通しないような連続する部材として定義されることを理解すべきである。

外部シュラウド３４は、ＬＰＣ１４と中間ケースコア仕切り３２との間に流路境界を形成する。低圧コンプレッサー出口ステータアセンブリ２６ａとブリードダクト３３との間の界面は、潜在的に漏出路となる可能性があり、これは、空気およびエンジン性能の損失を抑止するため積極的な密封を必要とする。

完全フープ外部シュラウド３４は、ＬＰＣ出口ステータアセンブリ２６ａ用の圧力容器を提供する。外部シュラウド３４は好ましくはアルミニウムから製造され、かつ内部シュラウド３６は好ましくはチタニウムから製造される。チタニウムとアルミニウムとは熱膨張が異なり、そして運転中の温度の偏りに起因する寸法変化は、外部シュラウド３４対ブリードダクト３０界面で吸収される。シール３８（図４）は好ましくは熱的不整合に適応する。シール３８は好ましくは、たとえばカリフォルニアのSaint-Gobain of Garden Groveによって製造された“Omni Seal”のような高いゆがみ特性シールであり、これは、熱によって引き起こされるゆがみを吸収し、しかも隣接する構造体３０，３４に対する磨耗を最小限に抑えて密封状態を提供する。

外部シュラウド３４は、差込みファスナー４０を用いて中間ケース構造体２８に対して支持されている。内部シュラウド３６は、たとえばボルトのようなファスナー４２を用いて中間ケース構造体２８に配設されている。シール３８は、外部シュラウド３４とブリードダクト構造体３０との間に（図４にも示す）、両者間の差異動作に適応するために位置させられている。

図４を参照すると、ＬＰＣ出口ステータアセンブリ２６ａのシール３８は、保持体４４およびネジ付きファスナー４６の装置によって保持されている。ネジ付きファスナー４６は、シールが保持体４４と外部シュラウド３４との間に捕らえられるよう、外部シュラウド３４にねじ込まれている。上記ファスナー構造体はシールのメンテナンスおよび交換を可能にする。シール３８は、その開放端部が好ましくは、外部シュラウド３４に形成されたリップ４８と係合するよう、概して“Ｕ”または“Ｖ”形状のものである。

図５を参照すると、シール３８はリベット止め保持リング５０によって代替的に保持されており、このリベット止め保持リング５０は外部シュラウド３４’を用いて配置されている。外部シュラウド３４’は棚部５２を提供し、これを用いてリベット止め保持リング５０は、それとリップ４８との間にシール３８を保持するよう支えられる。

相対位置的な用語、たとえば「前方」、「後方」、「上側」、「下側」、「上方」、「下方」などは、乗り物の通常の運転姿勢に関連するものであることを理解すべきであり、それ以外の限定と考えるべきではない。

図示された実施形態には特定の構成要素配置が開示されているが、他の配置でも本発明から利益を得るであろうことは理解されるべきである。

上記説明は、制限による規定というよりもむしろ代表的なものである。上記内容に鑑みれば本発明のさまざまな変更および変化が可能である。本発明の好ましい実施形態について開示したが、普通の当業者であれば、本発明の範囲内である程度の変更が可能であることを認識するであろう。それゆえ、特許請求の範囲内で、本発明は、具体的に説明されたもの以外にも実施可能であることを理解すべきである。この理由から、特許請求の範囲は本発明の真の範囲および内容を特定するために検討されるべきである。

本発明と共に使用するための代表的ガスタービンの全体断面図である。 図１のガスタービンエンジンにおける低圧コンプレッサー部分の拡大断面図である。 本発明によるステータアセンブリの概略正面図である。 本発明による出口ステータアセンブリの拡大断面図である。 本発明による他のステータアセンブリの拡大断面図である。

符号の説明

１０ ガスタービンエンジン
１２ ファン部分
１４ 低圧コンプレッサー部分（ＬＰＣ）
１６ 高圧コンプレッサー部分（ＨＰＣ）
１８ 燃焼器部分
２０ 高圧タービン部分
２２ 低圧タービン部分
２４ ブレード
２６，２６ｓ 翼
２６ａ 低圧コンプレッサー出口ステータアセンブリ
２８ 中間ケース構造体
３０ ブリードダクト構造体
３２ コア仕切り
３３ ブリードダクト
３４，３４’ 完全フープ外部シュラウド
３６ 内部シュラウド
３８ シール
４０ 差込みファスナー
４２ ファスナー
４４ 保持体
４６ ネジ付きファスナー
４８ リップ
５０ リベット止め保持リング
５２ 棚部

Claims (12)

1. 外部シュラウドとシールとを具備した低圧コンプレッサー出口ステータアセンブリであって、
   前記外部シュラウドは、複数の翼取付のための開口を具備しない完全フープ構造をなし、かつ該外部シュラウドの外径に沿ったリップが形成されており、
   前記シールは、Ｕ字形ないしＶ字形の断面形状を有するとともに、前記外部シュラウドとその外側の静止構造体との間に配置されて、両者の半径方向の相対移動を許容しており、かつ前記シールの開放端部は、少なくとも一部が前記リップに係合している、ことを特徴とするステータアセンブリ。
2. 前記外部シュラウドは連続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。
3. 前記外部シュラウドはアルミニウムから製造され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。
4. 前記内部シュラウドはチタニウムから製造され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. 前記外部シュラウドはガスタービンエンジンの中間ケース構造体に配設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センブリ。
6. 前記複数の翼は、ガスタービンエンジンの低圧コンプレッサー部分と高圧コンプレッサー部分との間の過渡ダクトの上流に配置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センブリ。
7. 前記シールを前記リップに対し保持する保持体をさらに具備す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。
8. 前記シールを前記リップに対し保持するリベットをさらに具備す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。
9. 中間ケース構造体と、
   ブリードダクト構造体と、
   前記中間ケース構造体に配設された外部シュラウドと、
   前記中間ケースに配設された内部シュラウドと、
   前記外部シュラウドと前記内部シュラウドとの間に配設された複数の低圧コンプレッサー出口ステータ翼と、
   前記外部シュラウドに配設されたシールと、
   を具備したガスタービンエンジンであって、
   前記外部シュラウドは、前記翼取付のための開口を具備しない完全フープ構造をなし、かつ該外部シュラウドの外径に沿ったリップが形成されており、
   前記シールは、Ｕ字形ないしＶ字形の断面形状を有するとともに、前記外部シュラウドとその外側の前記ブリードダクト構造体との間に配置されて、両者の半径方向の相対移動を許容しており、かつ前記シールの開放端部は、少なくとも一部が前記リップに係合している、ことを特徴とするガスタービンエンジン。
10. 前記外部シュラウドは連続していることを特徴とする請求項９に記載のガスタービンエンジン。
11. 前記シールは前記ブリードダクト構造体内の仕切りを密封することを特徴とする請求項９に記載のガスタービンエンジン。
12. 前記複数の翼は、ガスタービンエンジンの低圧コンプレッサー部分と高圧コンプレッサー部分との間の過渡ダクトの上流に配置されていることを特徴とする請求項９に記載のガスタービンエンジン。

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