JP4495310B2

JP4495310B2 - Ｃクリップリテイナを有するシュラウドアセンブリ

Info

Publication number: JP4495310B2
Application number: JP2000187051A
Authority: JP
Inventors: ジョン・エイチ・オーバーバーグ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1999-08-25
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2020-06-22
Also published as: JP2001073710A; EP1079076A2; EP1079076A3; US6435820B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は概してガスタービンエンジンに関するものであり、具体的にはガスタービンエンジンの高圧タービンセクション用シュラウドアセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンでは、圧縮機から加圧空気を燃焼器に供給して燃料と混合し、点火して高温燃焼ガスを発生する。燃焼ガスは下流に向かって１以上のタービンを流れ、タービンで燃焼ガスからエネルギーを抽出して、圧縮機を駆動するとともに、例えば飛行中の航空機に動力を供給する等有用な仕事がなされる。タービンセクションは、通常、燃焼ガスを燃焼器下流のタービンロータへと導くため、燃焼器の出口に配置された静止タービンノズルを含んでいる。タービンロータは、エンジンの中心軸のまわりに回転するロータディスクから半径方向外側に延在するファンブレードを円周方向に間隔をおいて複数含んでいる。
【０００３】
タービンセクションは、タービンノズルのすぐ下流に配置されたシュラウドアセンブリをさらに含んでいる。シュラウドアセンブリはタービンロータを近接包囲し、タービンを流れる高温燃焼ガスの外側境界を画成する。典型的なシュラウドアセンブリはエンジン外側ケーシングに固定されたシュラウドサポートを含んでおり、シュラウドサポートは複数のシュラウドを支持する。シュラウドは、通常Ｃクリップと通称される円弧状保持部材によって所定の位置に保持される。具体的には、Ｃクリップは、締まりばめによってシュラウドの後方端をシュラウドハンガに対して所定の位置に保持する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
締まりばめは通常はシュラウドを十分に保持する。しかし、場合によっては熱的ラチェット現象のためＣクリップが後退する傾向がみられることがある。すなわち、熱膨張に適応すべくシュラウドとＣクリップはセグメントに分割されているが、シュラウドアセンブリ内の熱負荷が締まりばめクランプ負荷を上回る可能性がある。場合によってはＣクリップ後方面と隣接ノズル外側バンドの間の間隔が、Ｃクリップがはずれてしまうほど開いてしまうことがある。このようなＣクリップの脱落は深刻なハードウェア損傷を起こしかねない。
【０００５】
したがって、Ｃクリップの後退を防止するシュラウドアセンブリ設計が必要とされている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の必要性はシュラウドアセンブリを提供する本発明によって満足されるが、当該シュラウドアセンブリには、フック部を有するシュラウドサポートと、装着フランジ部を有する１以上のシュラウドとが含まれる。Ｃクリップはフック部及び装着フランジ部にかぶさってシュラウドをシュラウドサポートに締め付け、リテイナはシュラウドサポートに固定され、かつＣクリップと係合するように配置される。リテイナは、Ｃクリップの軸方向後方への移動を制限するようにＣクリップと係合し、Ｃクリップの後退を防ぐ。
【０００７】
本発明の他の目的及び効果は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を読めば明らかとなろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の要旨は明細書の特許請求の範囲で特定した通りである。しかし、本発明は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによって理解を深めることができるであろう。
【０００９】
図面を参照するが、すべての図面を通して同じ参照符号は同じ要素を示す。図１は本発明のシュラウドアセンブリ１１０を示し、ガスタービンエンジンの高圧タービンセクションのロータディスク（図示せず）に保持されたタービンブレード１１２を近接して包囲している。シュラウドアセンブリ１１０は、タービンブレード１１２を取り囲むような環状配列に配置された複数の円弧状シュラウド１１４（図１では１個だけを示す）を含んでいる。シュラウド１１４はシュラウドサポート１１６によって所定の位置に保持され、シュラウドサポート１１６自体は従来通りエンジン外側ケーシング（図示せず）によって支持されている。
【００１０】
シュラウドサポート１１６は、軸方向に延在する前方フック部１１８と軸方向に延在する後方フック部１２０とを含んでいる。シュラウドサポート１１６は、後方フック部１２０の半径方向外側に位置する軸方向延在後方フランジ部１２２も含んでいる。後方フランジ部１２２の遠位端には半径方向外側に延在するリップ部１２４が形成されている。各シュラウド１１４は、各々半径方向外側に延在する前方レール部１２８と後方レール部１３０とを有するベース１２６を含んでいる。各シュラウド１１４の前方レール１２８から前方に向かって前方装着フランジ部１３２が延在しており、各シュラウド１１４の後方レール部１３０から後方に向かって後方装着フランジ部１３４が延在している。各シュラウド１１４の後方装着フランジ部１３４は、シュラウドサポート１１６の後方フック部１２０と並置され、Ｃクリップと通称される複数の保持部材１３６によって所定位置に保持される。
【００１１】
Ｃクリップ１３６はＣ字形断面をもつ円弧状部材であり、後方装着フランジ部１３４及び後方フック部１２０にぴったりとかぶさって、シュラウド１１４の後端をシュラウドサポート１１６に対して適切な位置に締め付ける。Ｃクリップ１３６は、単一の連続リングとして形成することもできるが、熱膨張に適応すべく複数のセグメントに分割するのが好ましい。典型的には、１個のＣクリップ１３６で１つのシュラウド全体とその各々の隣接シュラウドの半分をクランプする。この場合、Ｃクリップ１３６の数の２倍の数のシュラウド１１４が存在する。
【００１２】
各シュラウド１１４の前方端は、シュラウドサポート１１６から慣用シュラウドハンガ１３８を介して支持される。各シュラウドハンガ１３８は、シュラウドサポート１１６の前方フック部１１８と係合する第一フック部１４０と、各シュラウド１１４の前方装着フランジ部１３２と係合する第二フック部１４２とを含んでいる。シュラウドハンガ１３８は、留め具１４４によってもシュラウドサポート１１６に固定される。冷却空気をシュラウド１１４及び隣接構造に分配するための慣用の冷却空気分配手段１４６がシュラウド１１４とシュラウドサポート１１６の間に配置される。
【００１３】
シュラウドアセンブリ１１０は、環状配列に配置された複数のリテイナプレート１４８（図１では１個だけを示す）をさらに含んでおり、このリテイナ板１４８はＣクリップ１３６の軸方向後方移動を制限するように機能して、Ｃクリップが脱落するおそれをなくす。シュラウドアセンブリ１１０の他の構成部品と同様に、リテイナ板１４８は単一の連続リングとして形成することもできる。しかし、熱膨張に適応すべくリテイナ板はセグメントに分割するのが好ましい。
【００１４】
図２に最も明瞭に示されている通り、リテイナ板１４８は円弧状の本体１５０からなり、本体の前方内側隅部から半径方向内側に延在するインターロックリップ部１５２と、後方内側隅部から半径方向内側に延在する保持フランジ部１５４とを有している。１対のボルト穴１５６がそれを囲む陥凹部１５８と共に円弧状本体１５０の後方面に形成されている。保持フランジ部１５４の後方面には後方リップ摩耗面１６０が設けられており、その遠位端には１以上のクリアランススロット部１６２が設けられている。これらについては後でさらに詳しく説明する。
【００１５】
再度図１を参照すると、リテイナ板１４８は、保持フランジ部１５４がＣクリップ１３６の背面にオーバーハングするとともにインターロックリップ部１５２がシュラウドサポート１１６の後方フランジ部１２２に形成された半径方向リップ部１２４と係合するように、シュラウドサポート１１６の後方端に固定される。リテイナ板１４８は、保持フランジ部１５４がＣクリップ１３６の後方面と係合するように、配置される。好ましくは、リテイナ板１４８は、陥凹部１５８に配置されたブッシング１６６とボルト穴１５６とを貫通するボルト１６４によってシュラウドサポート１１６に固定される。ボルト１６４は、また、慣用のフローディバイダ１６８をシュラウドサポート１１６に取り付ける。
【００１６】
Ｃクリップ１３６の背面に当接させることで、保持フランジ部１５４はＣクリップ１３６の軸方向後方移動を防ぐ。インターロックリップ部１５２は軸方向のＣクリップ後退荷重に対抗する作用をなして、リテイナ板ボルト曲げ応力を最小にする。インターロックリップ部１５２を用いることで、用いるボルト１６４の数を少なくすることができる。リテイナ板１４８の寸法は、個々のリテイナ板が複数のＣクリップと係合するような大きさにできる。したがって、リテイナ板１４８の総数はＣクリップ１３６の総数よりも少なくなる。
【００１７】
後方リップ摩耗面１６０は、シュラウドアセンブリ１１０と隣接するステータアセンブリのノズル外側バンド１７２の間に配置されるリーフシール１７０との接触面を与える。リーフシール１７０は、円周方向に離隔した複数のピン１７４によってノズル外側バンド１７２に取り付けられ、シュラウドアセンブリ１１０とノズル外側バンド１７２の間を冷却空気が通るのを防ぐ。クリアランススロット部１６２はリーフシールピン１７４と円周方向に整合する。したがって、ノズル外側バンド１７２の熱膨張によってピン１７４が半径方向外側に移動した場合、ピン１７４はスロット部１６２に収容されて、ピン１７４と保持フランジ部１５４との不都合な干渉が避けられる。シュラウドアセンブリは、高温ガスがＣクリップ１３６とノズル外側バンド１７２の間のキャビティに吸い込まれるのを防ぐため、Ｃクリップ１３６の半径方向内側面とシュラウド１１４の間に配置された防止シール１７６をさらに含んでいる。
【００１８】
本発明のシュラウドアセンブリ１１０は、Ｃクリップの脱落の危険性をなくすという利点に加えて、シュラウド１１４、Ｃクリップ１３６及びシュラウドハンガ１３８に変更を加える必要が全くなく、シュラウドサポート１１６に僅かな変更を加えるだけでよいという利点がある。さらに、本発明では、補修にはシュラウドアセンブリ１１０全体を取り外す必要はなくリテイナ板１４８だけを取り外せばよいので、リップ部の溶接補修が簡単になる。
【００１９】
図３を参照すると、本発明の第二の実施形態によるシュラウドアセンブリ２１０が示してある。このシュラウドアセンブリ２１０は、シュラウドサポート２１６によって支持された複数の円弧状シュラウド２１４（図３では１個だけを示す）を含んでいる点で、第一の実施形態と同じである。シュラウドサポート２１６はその後方端に軸方向に延在する後方フック部２２０を有しており、各シュラウド２１４は後方レール部２３０を含んでいて、その後方レール部２３０から後方装着フランジ部２３４が後方に延在している。各シュラウド２１４の後方装着フランジ部２３４は後方フック部２２０と並置され、複数のＣクリップ２３６によって所定位置に保持されるが、Ｃクリップ２３６は後方装着フランジ部２３４と後方フック部２２０にかぶさってそれらを一緒にクランプする。
【００２０】
シュラウドアセンブリ２１０は、ボルト２６４によってシュラウドサポート２１６の後方端に取り付けられた複数のリテイナ板２４８（図３では１個だけを示す）をさらに含んでいる。第一の実施形態のリテイナ板１４８と同様に、第二の実施形態のリテイナ板２４８は、本体の前方内側隅部から半径方向内側に延在するインターロックリップ部２５２と、後方内側隅部から半径方向内側に延在する保持フランジ部２５４とを有している円弧状本体２５０からなる。先の実施形態と同様、インターロックリップ部２５２は、シュラウドサポート２１６の後方フランジ延長部２２２の遠位端に形成された半径方向リップ部２２４と係合する。
【００２１】
リテイナ板２４８は、保持フランジ部２５４が異なる形状をしている点で、第一の実施形態のリテイナ板と異なる。この保持フランジ部２５４は、Ｃクリップ２３６の背面にオーバーハングする代わりに、Ｃクリップ２３６の半径方向外側の地点を終端としている。後方リップ摩耗面２６０が保持フランジ部２５４の後方面に形成され、リーフシール２７０との接触面を与える。Ｃクリップ２３６の後方面近くの半径方向外側面に、保持リップ部２３７が形成されている。リテイナ板２４８はその保持フランジ部２５４が保持リップ部２３７と係合するようにシュラウドサポート２１６上に配置される。保持リップ部２３７の背面に当接させることによって、保持フランジ部２５４はＣクリップ２３６の軸方向後方移動を防ぐ。
【００２２】
この実施形態では、接触点をリテイナ板２４８の重心に近づけることによってリテイナ板曲げモーメントを小さくするが、かかる曲げモーメントは大きな軸方向Ｃクリップ後退荷重が加わったときに重要なファクターとなり得る。さらに、保持フランジ部２５４は第一の実施形態よりもかなり短いので、リテイナ板２４８とリーフばねピン２７４の間のクリアランスは問題とならない。したがって、保持フランジ部２５４にクリアランススロット部を設ける必要がない。
【００２３】
図４を参照すると、本発明の第三の実施形態によるシュラウドアセンブリ３１０が示してある。このシュラウドアセンブリ３１０は、第二の実施形態のアセンブリとよく似ている。シュラウドアセンブリ３１０は、シュラウドサポート３１６によって支持された複数の円弧状シュラウド３１４（図４では１個だけを示す）を含んでいる。シュラウドサポート３１６はその後方端に軸方向に延在する後方フック部３２０を有しており、各シュラウド３１４は後方レール部３３０を含んでいて、その後方レール部３３０から後方装着フランジ部３３４が後方に延在している。各シュラウド３１４の後方装着フランジ部３３４は後方フック部３２０と並置され、複数のＣクリップ３３６によって所定位置に保持されるが、Ｃクリップ３３６は後方装着フランジ部３３４と後方フック部３２０にかぶさってそれらを一緒にクランプする。
【００２４】
シュラウドアセンブリ３１０は、ボルト３６４によってシュラウドサポート３１６の後方端に取り付けられた複数のリテイナ板３４８（図４では１個だけを示す）をさらに含んでいる。リテイナ板３４８は、本体の前方内側隅部から半径方向内側に延在するインターロックリップ部３５２と、後方内側隅部から半径方向内側に延在する保持フランジ部３５４とを有している円弧状本体３５０からなる。先の実施形態と同様、インターロックリップ部３５２は、シュラウドサポート３１６の後方フランジ延長部３２２の遠位端に形成された半径方向リップ部３２４と係合する。
【００２５】
第三の実施形態のリテイナ板３４８及びＣクリップ３３６は、第二の実施形態のものとは僅かに異なる。保持フランジ部３５４は、Ｃクリップ３３６の半径方向外側の地点を終端とし、前方に延在する当接リップ部３５５がその遠位端に形成されている。後方リップ摩耗面３６０が保持フランジ部３５４の後方面に形成され、リーフシール３７０との接触面を与える。Ｃクリップ３３６の半径方向外側面に保持リップ部３３７が形成されているが、第二の実施形態の保持リップ部２３７とは異なり、この保持リップ部３３７はＣクリップ３３６の前方面近くに配置される。リテイナ板３４８は、その当接リップ部３５５が保持リップ部３３７と係合するようにシュラウドサポート３１６上に配置される。保持リップ部３３７の背面に当接させることによって、保持フランジ部３５４はＣクリップ３３６の軸方向後方移動を防ぐ。
【００２６】
第二の実施形態と同じく、この構成はリテイナ板曲げモーメントを小さくする。さらに、保持リップ部３３７が前方に位置しているので、第二の実施形態と比べて、Ｃクリップへの応力衝撃が大幅に低減する。
【００２７】
図５を参照すると、本発明の第四の実施形態によるシュラウドアセンブリ４１０が示してある。このシュラウドアセンブリ４１０は、先の実施形態と同様、シュラウドサポート４１６によって支持された複数の円弧状シュラウド４１４（図５では１個だけを示す）を含んでいる。シュラウドサポート４１６はその後方端に軸方向に延在する後方フック部４２０が形成されており、各シュラウド４１４は後方レール部４３０を含んでいて、その後方レール部４３０から後方装着フランジ部４３４が後方に延在している。シュラウドサポート４１６は後方フック部４２０の半径方向外側に位置した軸方向延在後方フランジ部４２２も含んでいる。各シュラウド４１４の後方装着フランジ部４３４は後方フック部４２０と並置され、複数のＣクリップ４３６によって所定位置に保持されるが、Ｃクリップ４３６は後方装着フランジ部４３４と後方フック部４２０にかぶさってそれらを一緒にクランプする。
【００２８】
後方リップ摩耗面４６０が後方フランジ部４２２の後方面に形成され、リーフシール４７０との接触面を与える。Ｃクリップ４３６の半径方向外側表面に保持リップ部４３７が形成されているが、この保持リップ部４３７は好ましくはＣクリップ４３６の前方面近くに配置される。このシュラウドアセンブリ４１０は、用いるリテイナのタイプがこれまでの実施形態とは異なる。具体的には、リテイナ板の代わりに、割りリング４７８を後方フランジ部４２２の半径方向内面に形成された環状スロット部４２３内に配置する。スロット部４２３は、割りリング４７８が保持リップ部４３７の背面と係合するような軸方向位置に設けられる。割りリング４７８は、好ましくは、スロット部４２３にぴったりとはまり込む７２０°リングである。したがって、割りリング４７８は、シュラウドサポート４１６に対して軸方向に固定され、保持リップ部４３７と当接した関係におかれることでＣクリップ４３６の軸方向後方移動を防ぐ。
【００２９】
以上、Ｃクリップの後退を防止するリテイナを有するシュラウドアセンブリについて説明してきた。本発明の特定の実施形態について説明してきたが、本発明の技術的思想及び技術的範囲を逸脱することなく、これらの実施形態に様々な変更を加えることができるのは当業者には自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシュラウドアセンブリの軸方向断面図である。
【図２】図１のシュラウドアセンブリのリテイナ板の斜視図である。
【図３】本発明のシュラウドアセンブリの第二の実施形態を示す部分的断面図である。
【図４】本発明のシュラウドアセンブリの第三の実施形態を示す部分的断面図である。
【図５】本発明のシュラウドアセンブリの第四の実施形態を示す部分的断面図である。

Claims

フック部（１２０）を有するシュラウドサポート（１１６）と、
装着フランジ部（１３４）を有する１以上のシュラウド（１１４）と、
フック部（１２０）及び装着フランジ部（１３４）にかぶさるＣクリップ（１３６）と、
シュラウドサポート（１１６）に固定され、かつＣクリップ（１３６）と係合するように配置されたリテイナ板（１４８）と
を含み、
前記リテイナ板は、Ｃクリップ（１３６）の軸方向後方移動を阻止し、
前記リテイナ板（１４８）はさらに、半径方向内側に延在する保持フランジ部（１５４）を有し、保持フランジ部（１５４）に後方リップ摩耗面（１６０）が形成されていることを特徴とするシュラウドアセンブリ（１１０）。
リテイナ板（１４８）が半径方向内側に延在するインターロックリップ部（１５２）を有し、シュラウドサポート（１１６）が半径方向外側に延在するリップ部（１２４）を有し、上記インターロックリップ部（１５２）が上記半径方向外側延在リップ部（１２４）と係合する、請求項１記載のシュラウドアセンブリ（１１０）。
保持フランジ部（１５４）がＣクリップ（１３６）の後方面と係合する、請求項１記載のシュラウドアセンブリ（１１０）。
保持フランジ部（１５４）に１以上のクリアランススロット部（１６２）が形成されている、請求項３記載のシュラウドアセンブリ（１１０）。
Ｃクリップ（１３６）の半径方向外側表面に保持リップ部（２３７）が形成され、上記保持リップ部（２３７）が保持フランジ部（１５４）と係合する、請求項１記載のシュラウドアセンブリ（１１０）。
複数のタービンブレード（１１２）を保持するタービンロータと、請求項１に記載のシュラウドアセンブリ（１１０）とを有し、
当該シュラウドアセンブリ（１１０）が、上記複数のタービンブレード（１１２）を取り囲む環状配列に配置された複数のシュラウド（１１４）を備え、
各々のシュラウド（１１４）が外側に延在する後方レール部（１３０）を有するベース（１２６）を含んでいて、後方レール部（１３０）に装着フランジ部（１３４）が形成されている、ガスタービンエンジン。
フック部（４２０）を有するシュラウドサポート（４１６）と、
装着フランジ部（４３４）を有する１以上のシュラウド（４１４）と、
フック部（４２０）及び装着フランジ部（４３４）にかぶさるＣクリップ（４３６）と、
シュラウドサポート（４１６）に固定され、かつＣクリップ（４３６）に係合するように配設されたリテイナと
を含み、
前記リテイナが前記シュラウドサポート（４１６）に対し軸方向に固定された割りリング（４７８）からなり、上記割りリング（４７８）がＣクリップ（１３６）と係合し軸方向後方移動を阻止することを特徴とする、シュラウドアセンブリ（１１０）。