JP4802192B2 - ガスタービンジェットエンジンにおけるタービンケースの補強 - Google Patents
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Description
本出願は、2004年5月17日出願の「ガスタービンジェットエンジンにおけるブレード先端クリアランスの改良方法およびシステム」という名称の、米国仮出願第60/571,701号の利益を主張するものである。
)および/または幅を追加して、径方向の円周状圧縮および引張り応力の要件を満たすようにすることもできる。
Claims (53)
- 高圧タービンケースと低圧タービンケースの両方を有するガスタービンジェットエンジンに対する方法であって、
補強リングの内周面によって前記ガスタービンジェットエンジンの前記低圧タービンケースの外周面を取り巻き、
前記低圧タービンケースの前記外周面に対して前記補強リングの内周面を収縮締まりばめすることで、前記低圧タービンケースを取り巻く前記補強リングを用いて、前記内周面の周長に沿って、前記低圧タービンケースの前記外周面に径方向の圧縮力を加えることを含むことを特徴とする方法。 - 請求項1の方法において、
前記外周面が円錐状に成形されており、
前記径方向の圧縮力の印加は、前記補強リングの内周面を切り欠き内に設置することを含み、この切り欠きは前記低圧タービンケースの前記円錐状に成形された外周面で画定されて、前記補強リングの前記低圧タービンケースの長さ方向の変位に対して該補強リングを保持するような形状にされるものであることを特徴とする方法。 - 請求項1の方法において、
前記径方向の圧縮力の印加は、前記補強リングを切り欠きの中に同一面となるように設置することを含み、この切り欠きは、前記低圧タービンケースの前記外周面で画成され、かつ前記低圧タービンケースの長さ方向の変位に対して前記補強リングを保持するような形状にされることを特徴とする方法。 - 請求項1の方法において、
前記低圧タービンケースは、前記低圧タービンケース内で回転軸に沿って回転するように構成されたタービンを取り囲み、
前記径方向の圧縮力は前記回転軸上に位置した中心を向いていることを特徴とする方法。 - 請求項4の方法において、
前記低圧タービンケースは、前記タービンのタービンブレードの先端を取り巻くシールを有し、
前記低圧タービンケースの外面上の前記補強リングの位置が、前記低圧タービンケースの内面上の前記シールの位置と一致し、
前記径方向の圧縮力の印加によって前記シールおよび前記ブレード先端間のクリアランスが所定の範囲内に制限されることを特徴とする方法。 - 請求項5の方法において、
前記低圧タービンケースは第1の材料で形成され、
前記補強リングは前記低圧タービンケースの前記第1の材料と異なる第2の材料で形成され、
前記第2の材料は前記低圧タービンケースの前記第1の材料より熱膨張係数が小さいことを特徴とする方法。 - 請求項5の方法において、
前記低圧タービンケースの温度が上昇すると、前記低圧タービンケースの前記外周面への前記径方向の圧縮力の印加によって、前記補強リングの前記内周面の前記周長に沿って前記外周面に刻み目が形成されることを特徴とする方法。 - 請求項1の方法はさらに、
前記径方向の圧縮力が印加されない場合の前記エンジンのブレード先端クリアランスよりもブレード先端クリアランスが小さくなるように前記エンジンを再設計することを含むことを特徴とする方法。 - 請求項1の方法において、
前記径方向の圧縮力の印加によって、前記エンジンの動作時に、
a)低圧タービンケースの丸みの消失、
b)燃料消費率
c)前記低圧タービンケースの内面と前記タービンのブレード先端との間のクリアランス、
d)排ガス温度
e)排ガスの汚染
の少なくとも一つが低減されることを含むことを特徴とする方法。 - 請求項1の方法はさらに、
第2の補強リングの第2の内周面によって前記ガスタービンジェットエンジンの前記低圧タービンケースの第2の外周面を取り巻き、
前記低圧タービンケースを取り巻く前記第2の補強リングを用いて、前記第2の内周面の周長に沿って、前記低圧タービンケースの前記第2の外周面に径方向の圧縮力を加えることを含むことを特徴とする方法。 - 高圧タービンケースと低圧タービンケースの両方を有するガスタービンジェットエンジンの動作方法であって、
回転軸に沿って前記低圧タービンケース内でタービンを回転させ、
前記低圧タービンケースを取り巻くとともに前記低圧タービンケースに収縮締まりばめされる補強リングを用いて前記低圧タービンケースの外周面に径方向の圧縮力を加えることを含み、
前記径方向の圧縮力は前記補強リングの内周面の周長に沿って加えられると共に、前記回転軸上に位置決めされた中心を向いていることを特徴とする方法。 - 請求項11の方法において、
前記低圧タービンケースは、前記タービンのタービンブレードの先端を取り巻くシールを有し、
前記タービンが前記低圧タービンケース内で回転する際に、前記径方向の圧縮力の印加によって前記シールおよび前記ブレード先端間のクリアランスが所定の範囲内に制限されることを特徴とする方法。 - 請求項11の方法はさらに、
前記補強リングを用いて前記低圧タービンケースから熱を放散することを特徴とする方法。 - 請求項11の方法はさらに、
前記径方向の圧縮力が印加されない場合の前記エンジンのブレード先端クリアランスよりもブレード先端クリアランスが小さくなるように前記エンジンを再設計することを含むことを特徴とする方法。 - 請求項11の方法において、
前記径方向の圧縮力の印加によって、前記エンジンの動作時に、
a)低圧タービンケースの丸みの消失、
b)燃料消費率
c)前記低圧タービンケースの内面と前記タービンのブレード先端との間のクリアランス、
d)排ガス温度
e)排ガスの汚染
の少なくとも一つが低減されることを含むことを特徴とする方法。 - 請求項15の方法において、
前記低圧タービンケースは第1の材料で形成され、
前記補強リングは前記低圧タービンケースの前記第1の材料と異なる第2の材料で形成され、
前記第2の材料は前記低圧タービンケースの前記第1の材料より熱膨張係数が小さいことを特徴とする方法。 - 請求項11の方法はさらに、
前記低圧タービンケースを取り巻くとともに前記低圧タービンケースに収縮締まりばめされる第2の補強リングを用いて、前記低圧タービンケースの第2の外周面に径方向の圧縮力を加えることを含み、
前記径方向の圧縮力は前記第2の補強リングの第2の内周面の周長に沿って印加されると共に、前記回転軸上に位置決めされた中心を向いていることを特徴とする方法。 - 外周面を有する低圧タービンケースと、
前記低圧タービンケース内で回転軸に沿って回転するように構成されたタービンと、
内周面を有し、収縮締まりばめによって前記低圧タービンケースに固定された補強リングであって、この収縮締まりばめにより前記内周面の周長に沿って前記低圧タービンケースの前記外周面に径方向の圧縮力を加えるように構成された補強リングを含むことを特徴とするガスタービンジェットエンジン。 - 請求項18のエンジンにおいて、
前記低圧タービンケースの前記外周面は円錐状に成形されており、前記補強リングを受けて前記補強リングの前記低圧タービンケースの長さ方向の変位に対して該補強リングを保持するように構成された切り欠きを画定することを特徴とするエンジン。 - 請求項18のエンジンにおいて、
前記低圧タービンケースの前記外周面が切り欠きを画成し、この切り欠きは、該切り欠きの中に前記補強リングを同一面になるように受け入れ、かつ前記低圧タービンケースの長さ方向の変位に対して前記補強リングを保持するように構成されることを特徴とするエンジン。 - 請求項18のエンジンにおいて、
前記径方向の圧縮力は前記回転軸上に位置する中心を向いていることを特徴とするエンジン。 - 請求項21のエンジンにおいて、
前記タービンは、各ブレードの末端に先端部をそれぞれ備えた複数のタービンブレードを有し、
前記低圧タービンケースは、前記タービンの前記タービンブレードの前記先端部を取り巻くシールを有する内周面を有し、
前記低圧タービンケースの外面上の前記補強リングの位置が、前記低圧タービンケースの内面上の前記シールの位置と一致し、
前記補強リングによって印加される前記径方向の圧縮力によって前記シールと前記ブレード先端との間のクリアランスが所定の範囲内に制限されることを特徴とするエンジン。 - 請求項21のエンジンにおいて、
前記低圧タービンケースの前記外周面は、前記補強リングを受けて前記補強リングの前記低圧タービンケースの長さ方向の変位に対して該補強リングを保持するように構成された切り欠きを画定し、
前記切り欠きは前記低圧タービンケースの前記内面の前記シールと一致する長さ方向の箇所に位置することを特徴とするエンジン。 - 請求項18のエンジンにおいて、
前記低圧タービンケースは第1の材料で形成され、
前記補強リングは前記低圧タービンケースの前記第1の材料と異なる第2の材料で形成され、
前記第2の材料は前記低圧タービンケースの前記第1の材料より膨張係数が小さいことを特徴とするエンジン。 - 請求項22のエンジンにおいて、さらに
前記補強リングは、前記径方向の圧縮力が印加されない場合の前記エンジンのブレード先端クリアランスよりもブレード先端クリアランスが小さくなるように前記エンジンを再設計することが可能になることを含むことを特徴とするエンジン。 - 請求項22のエンジンにおいて、
前記補強リングは、前記エンジンの動作時に、
a)低圧タービンケースの丸みの消失、
b)燃料消費率
c)前記低圧タービンケースの内面と前記タービンのブレード先端との間のクリアランス、
d)排ガス温度
e)排ガスの汚染
の少なくとも一つを低減することを含むことを特徴とするエンジン。 - 請求項18のエンジンにおいて、
前記低圧タービンケースは第2の外周面を有し、
前記エンジンはさらに、前記第2の内周面の円周長に沿って前記低圧タービンケースの第2の外周面に径方向の圧縮力を加えるように構成された第2の内周面を有する第2の補強リングを含むことを特徴とするエンジン。 - (a)ガスタービンジェットエンジンのタービンケースの外面の所定の位置に少なくとも一つの切り欠きを円周状に加工形成すること、および
(b)収縮締りばめによって前記少なくとも一つの切り欠きの各々に補強リングを設置することを含み、
前記補強リングによって前記タービンケースに円周状圧縮力が印加されることを特徴とする方法。 - 請求項28に係る方法において、
前記設置は、さらに、
前記補強リングを加熱して、ある雰囲気温度における前記補強リングの第1の内径を前記少なくとも一つの切り欠きの外径より大きい第2の内径まで増加させること、
前記補強リングを前記少なくとも一つの切り欠き内に位置決めすること、および
前記補強リングを前記雰囲気温度まで冷却して、前記補強リングを前記第2の内径から前記第1の内径に向けて縮小させ、前記少なくとも一つの切り欠きの前記外径によって抵抗されるようにして、前記収縮締りばめが生じるようにすることを含むことを特徴とする方法。 - 請求項28に係る方法において、
前記設置は、さらに、
前記タービンケースを冷却して、ある雰囲気温度における前記少なくとも一つの切り欠きの第1の外径を前記補強リングの内径より小さい第2の外径まで減少させること、
前記補強リングを前記少なくとも一つの切り欠き内に位置決めすること、および
前記タービンケースを前記雰囲気温度まで加熱して、前記少なくとも一つの切り欠きを前記第2の外径から前記第1の外径に向けて拡大させ、前記補強リングの前記内径によって抵抗されるようにして、前記収縮締りばめが生じるようにすることを含むことを特徴とする方法。 - 請求項28に係る方法において、
前記設置は、さらに、
前記補強リングを加熱して、前記補強リングの前記第1の内径を第2の内径まで増加させること、
前記タービンケースを冷却して、前記少なくとも一つの切り欠きの第1の外径を前記補強リングの前記第2の径より小さい第2の外径まで減少させること、
前記補強リングを前記少なくとも一つの切り欠き内に位置決めすること、
前記補強リングを雰囲気温度まで冷却すること、および
前記タービンケースを前記雰囲気温度まで加熱することを含み、
前記補強リングは前記第2の内径から前記第1の内径に向けて縮小し、前記少なくとも一つの切り欠きは前記第2の外径から前記第1の外径に向けて拡大して、それにより前記収縮締りばめが生じることを特徴とする方法。 - 請求項28に係る方法において、
前記加工形成は、さらに、
前記タービンケースの内面のラビリンスシールと一致する位置において前記タービンケースの外面に少なくとも一つの切り欠きを円周状に加工形成することを含むことを特徴とする方法。 - 請求項28に係る方法において、
前記加工形成は、さらに、
前記タービンケースのホットスポットと一致する位置において前記タービンケースの外面に少なくとも一つの切り欠きを円周状に加工形成することを含むことを特徴とする方法。 - 請求項28に係る方法はさらに、
前記補強リングを、前記少なくとも一つの切り欠きの形状に適合する所定の形状に加工することを含むことを特徴とする方法。 - 請求項34に係る方法において、
前記切り欠きの加工は、
前記所定の位置において前記少なくとも一つの切り欠きを前記タービンケースの前記外面に逆テーパを設けて加工すること、および
前記補強リングの加工は、前記少なくとも一つの切り欠きの逆テーパに適合するように前記補強リングの内径を加工することを含むことを特徴とする方法。 - 請求項34に係る方法において、
前記切り欠きの加工は、
前記所定の位置において前記少なくとも一つの切り欠きを前記タービンケースの前記外面に山型形状を設けて加工すること、および
前記補強リングの加工は、前記少なくとも一つの切り欠きの山型形状に適合するように前記補強リングの内径を加工することを含むことを特徴とする方法。 - 請求項34に係る方法において、
前記補強リングの加工は、
前記補強リングの上面を加工して、前記補強リングが前記少なくとも一つの切り欠き内に設置される時に前記補強リングの前記上面が前記タービンケースの前記外面と同一面になるようにすることを含むことを特徴とする方法。 - 請求項34に係る方法において、
前記補強リングの加工形成は、
前記補強リングをニッケル系超合金から加工形成することを含むことを特徴とする方法。 - 請求項34に係る方法において、
前記補強リングの加工形成は、
前記補強リングを前記タービンケースの材料と異なる材料から加工形成し、前記補強リングの前記材料は前記タービンケースの前記材料より膨張係数が小さいことを特徴とする方法。 - 請求項34に係る方法において、
前記切り欠きの加工は、
前記少なくとも一つの切り欠きを第1の方向に前記タービンケースの前記外面に加工することを含んで、
複数の溝を前記第1の方向に前記外面上に形成および配列するものであり、
前記補強リングの加工は、
前記補強リングの内面を第2の方向から加工することを含んで、
複数の溝を前記第2の方向に前記内面上に形成および配列するものであって、
前記少なくとも一つの切り欠きの前記外面および前記補強リングの前記内面を併せて設置する場合、前記少なくとも一つの切り欠きの前記外面の前記複数の溝および前記補強リングの前記内面の前記複数の溝が互いに網目状に配列して、それにより前記少なくとも一つの切り欠きと前記補強リングとの間の摩擦力を高めて、前記少なくとも一つの切り欠き内での前記補強リングの空転の可能性を減じるようにされていることを特徴とする方法。 - ガスタービンジェットエンジンに用いられる装置であって、
この装置は、
外面を有するタービンケースであって、所定の位置において前記ガスタービンジェットエンジンの前記タービンケースの前記外面に円周状に加工される少なくとも一つの切り欠きが画定されるタービンケースと、
収縮締りばめによって前記少なくとも一つの切り欠きの各々に設置された補強リングを含み、
前記補強リングによって前記タービンケースに円周状圧縮力が印加されることを特徴とする装置。 - 請求項41に係る装置は、さらに
前記補強リングを加熱して、ある雰囲気温度において前記補強リングの前記第1の内径を前記少なくとも一つの切り欠きの外径より大きい第2の内径まで増加させる手段を含み、
前記補強リングを前記少なくとも一つの切り欠き内に位置決めした後、前記補強リングを前記雰囲気温度まで冷却して、それにより前記補強リングを前記第2の内径から前記第1の内径に向けて縮小させ、前記少なくとも一つの切り欠きの前記外径によって抵抗されるようにして、前記収縮締りばめが生じるようにすることを特徴とする装置。 - 請求項41に係る装置は、さらに
前記タービンケースを冷却して、ある雰囲気温度において前記少なくとも一つの切り欠きの第1の外径を前記補強リングの内径より小さい第2の外径まで減少させる手段を含み、
前記補強リングを前記少なくとも一つの切り欠き内に位置決めした後、前記タービンケースを前記雰囲気温度まで加熱して、それにより前記少なくとも一つの切り欠きを前記第2の外径から前記第1の外径に向けて拡大させ、前記強リングの前記内径によって抵抗されるようにして、前記収縮締りばめが生じるようにすることを特徴とする装置。 - 請求項41に係る装置は、さらに
前記補強リングを加熱して前記補強リングの前記第1の内径を第2の内径まで増加させる手段と、
前記タービンケースを冷却して前記少なくとも一つの切り欠きの第1の外径を前記補強リングの前記第2の径より小さい第2の外径まで減少させる手段を含み、
前記補強リングを前記少なくとも一つの切り欠き内に位置決めした後、前記補強リングを雰囲気温度まで冷却すると共に、前記タービンケースを前記雰囲気温度まで加熱して、それにより前記補強リングを前記第2の内径から前記第1の内径に向けて縮小させ、かつ前記少なくとも一つの切り欠きを前記第2の外径から前記第1の外径に向けて拡大させて、前記収縮締りばめが生じるようにすることを特徴とする装置。 - 請求項41に係る装置において、
前記タービンケースの前記外面に前記少なくとも一つの切り欠きを円周状に加工するための前記所定の位置は前記タービンケースの内面のラビリンスシールと一致する位置であることを特徴とする装置。 - 請求項41に係る装置において、
前記タービンケースの前記外面に前記少なくとも一つの切り欠きを円周状に加工するための前記所定の位置は前記タービンケースのホットスポットと一致する位置であることを特徴とする装置。 - 請求項41に係る装置において、
前記補強リングはさらに、
前記少なくとも一つの切り欠きの形状に適合するように加工された所定の形状を含むことを特徴とする装置。 - 請求項41に係る装置において、
前記切り欠きは前記少なくとも一つの切り欠き内に加工された逆テーパを有し、
前記補強リングは前記補強リングの内径に加工された適合逆テーパを有することを特徴とする装置。 - 請求項41に係る装置は、さらに、
前記少なくとも一つの切り欠き内に加工された山型形状と、
前記補強リングの内径に加工された適合山型形状を有することを特徴とする装置。 - 請求項41に係る装置において、
前記補強リングは、さらに
前記補強リングの上面であって、前記補強リングが前記少なくとも一つの切り欠き内に設置される時に前記補強リングの前記上面が前記タービンケースの前記外面と同一面になるように加工された上面を含むことを特徴とする装置。 - 請求項41に係る装置において、
前記補強リングはニッケル系超合金から加工形成されることを特徴とする装置。 - 請求項41に係る装置において、
前記補強リングは前記タービンケースの材料と異なる材料から加工形成され、前記材料は前記タービンケースの前記材料より熱膨張係数が小さいことを特徴とする装置。 - 請求項41に係る装置において、さらに
前記タービンケースの前記少なくとも一つの切り欠きは加工された外面を有し、前記少なくとも一つの切り欠きの前記加工された外面上で第1の方向に配列した複数の溝が画定され、
前記補強リングは加工された内面を有し、前記補強リングの前記加工された内面上で第2の方向に配列した複数の溝が画定され、
前記少なくとも一つの切り欠きの前記外面および前記補強リングの前記内面が併せて収縮締りばめされるときに、前記少なくとも一つの切り欠きの前記外面の前記複数の溝および前記補強リングの前記内面の前記複数の溝が互いに網目状に配列して、それにより前記少なくとも一つの切り欠きと前記補強リングとの間の摩擦力を高めて、前記少なくとも一つの切り欠き内での前記補強リングの空転の可能性を減じるようにされていることを特徴とする装置。
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