JP5551758B2 - ステータアッセンブリ、その製造方法およびダンパスプリング - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンエンジンのステータアッセンブリに関し、特に、ステータアッセンブリのステータベーンのダンパ構成に関する。

一般に、ガスタービンエンジンは、該ガスタービンエンジンの圧縮機セクションの１つまたは複数の段に配置されたステータアッセンブリを備えている。ステータアッセンブリは、周方向に配置された個別のステータセグメントからなる列を備えている。ステータセグメントは、外周側シュラウドを備えており、該外周側シュラウドは、外周側ケースに対し支持された対向したフックを提供する。エンジンの作動中に、ステータセグメントは、外周側ケースに対し移動する。あるステータアッセンブリは、取付ライナを有しており、取付ライナは、交換することができる摩耗可能な構成体を提供するようにフックと該フックの支持構造物との間に取り付けられている。

１つの形式のステータアッセンブリは、ステータセグメントの半径方向の最も内側の部分で支持された内周側シュラウドを備えている。内周側シュラウドは、ステータアッセンブリを安定化するとともに振動を最小化する。１つのステータアッセンブリ構成では、摩耗性シールが、ステータアッセンブリに対し圧縮機ロータをシールするように内周側シュラウドの各々によって支持される。また、スプリングが、内周側シュラウドと摩耗性シールとの間に配置される。

また、他の形式のステータアッセンブリは、内周側シュラウドの無いステータセグメントを備えている。個別のスプリングが、各ステータセグメントの外周側シュラウドと外周側ケースとの間に設けられている。スプリングは、半径方向内周側へとステータセグメントを付勢するように構成されている。ここで、ライナは、用いられない。

本発明の実施例がステータアッセンブリに関連している。このステータアッセンブリは、外周側ケースと、周方向に配置されたステータベーンからなる列を有したステータサブアッセンブリと、列と外周側ケースとの間に設けられたダンパスプリングとを備えている。ダンパスプリングは、外周側ケースから半径方向内周側へと列を付勢するように構成されている。

上記ステータアッセンブリの他の実施例では、少なくとも１つのステータベーンが、第１のフックおよび第２のフックを有している。第１の取付ライナおよび第２の取付ライナが、ステータサブアッセンブリを提供するように第１のフックおよび第２のフックにそれぞれ固定されている。ダンパスプリングは、第１の取付ライナおよび第２の取付ライナとは別個のものである。

上記ステータアッセンブリの他の実施例では、少なくとも１つのステータベーンが、リセス部を有し、該リセス部は、側壁と、該側壁に隣接した底壁とを備えている。ダンパスプリングは、外周側ケース、側壁および底壁と係合する。

上記ステータアッセンブリの他の実施例では、ダンパスプリングは、対称的に形状づけられた第１の側部および第２の側部を有している。第１の側部および第２の側部は、第１の指部および第２の指部をそれぞれ提供するように非対称的に方向付けられた切り欠き部を有している。第１の指部および第２の指部は、互いに周方向にオフセットし、また、互いに周方向にオフセットした第１のフックおよび第２のフックと係合する。

上記ステータアッセンブリの他の実施例では、ダンパスプリングは、概ねＷ型の形状であり、第１の指部および第２の指部の各々は、横側湾曲部および脚部を有している。横側湾曲部は側壁と係合し、脚部は底壁と係合する。ダンパスプリングは、外周側ケースと係合する頂部の間に設けられた窪み部を備えている。

上記ステータアッセンブリの他の実施例では、ダンパスプリングは、概ねＶ型の形状であり、湾曲部によって結合された第１の脚部および第２の脚部を備えている。第１の脚部はステータベーンと係合し、第２の脚部は外周側ケースと係合する。

上記ステータアッセンブリの他の実施例では、接着剤が、ステータサブアッセンブリにダンパスプリングを固定する。

上記ステータアッセンブリの他の実施例では、ブレード外周側エアシールが、外周側ケースに固定される。第１のチャネルおよび第２のチャネルが、ブレード外周側エアシールおよび外周側ケースの少なくとも一方によって設けられる。第１の取付ライナおよび第２の取付ライナは、第１のチャネルおよび第２のチャネル内にそれぞれ受けられる。

上記ステータアッセンブリの他の実施例では、ステータベーンは、半径方向内周側に延びるエアフォイルを有し、該エアフォイルは、内径部に、隣接した先端部に対し構造的に支持されていない先端部を提供する。

本発明の別の実施例がステータアッセンブリの製造方法に関連している。この製造方法は、ステータベーンからなる周方向の列を提供するように互いにステータベーンを位置決めするステップと、ステータベーンのサブアッセンブリを提供するようにステータベーンフックに取付ライナを設置するステップと、サブアッセンブリと外周側ケースとの間にダンパスプリングを配置するステップとを含む。この製造方法は、さらに、外周側ケースにサブアッセンブリを取り付け、ダンパスプリングを用いて、半径方向内周側へとサブアッセンブリを付勢するステップを含む。

上記方法の他の実施例では、位置決めするステップは、互いに対しステータベーンフックを整列させることを含み、設置するステップは、ステータベーンフックの上で取付ライナをスライドさせることを含む。

上記方法の他の実施例では、取り付けステップは、ブレード外周側エアシールおよび外周側ケースの少なくとも一方からなるチャネルへとステータベーンフックをスライドさせることを含む。

上記方法の他の実施例では、取り付けステップは、チャネルを提供するように外周側ケースにブレード外周側エアシールを固定することを含む。サブアッセンブリは、チャネル内に位置決めされるとともに、ブレード外周側エアシールと外周側ケースとの間に保持される。

ステータアッセンブリ用のスプリングダンパに関する別の実施例では、概ねＷ型の弓形構造体を提供する、対称的に形状づけられた第１の側部および第２の側部が提供される。第１の側部および第２の側部は、第１の指部および第２の指部をそれぞれ提供するように非対称的に方向づけられた切り欠き部を有する。第１の指部および第２の指部は、互いに周方向にオフセットしている。第１の指部および第２の指部の各々は、横側湾曲部および脚部を備えている。窪み部が脚部の反対側の頂部の間に設けられ、頂部は外周部にあり、脚部は内側半径部にある。

本発明のさらに別の実施例が、ステータアッセンブリ用のスプリングダンパに関連している。このスプリングダンパは、概ねＶ型の弓形構造体を提供する第１の湾曲部によって結合された第１の脚部および第２の脚部を備えている。第１の脚部は、内周部に設けられ、第１の湾曲部の反対側の第２の湾曲部を備えている。また、弓部が、第１の湾曲部と第２の湾曲部との間の第１の脚部に設けられている。

ガスタービンエンジンの概略的な断面図である。 破断線を用いて示したステータアッセンブリの一部の断面斜視図である。 図２のステータアッセンブリの１つの例示的なダンパスプリングの斜視図である。 図２のステータアッセンブリの１つのステータセグメント内に配置されたダンパスプリングの拡大した上面図である。 ダンパスプリングの圧縮されていない状態を示す、図２のステータアッセンブリの断面図である。 他の例示的なダンパスプリングの断面図である。 一体化した取付ライナ・ダンパスプリングを有したステータアッセンブリの断面図である。 図７の一体化した取付ライナ・ダンパスプリングを有した２つのステータサブアッセンブリの斜視図である。

図１には、例示的なガスタービンエンジン１０が概略的に示されている。高バイパス（例えば、約１０よりも大きいバイパス比）エンジンが示されているが、本発明は、他の形式のガスタービンエンジン、例えば、ターボジェットにも関連づけられることを理解されたい。

ガスタービンエンジン１０は、圧縮機セクション１２、燃焼器セクション１４およびタービンセクション１６を備えており、これらの構成要素は、ハウジング２４内に配置されている。図示した例では、圧縮機セクション１２およびタービンセクション１６の高圧段が、第１のシャフト２０に取り付けられており、該第１のシャフト２０は、軸Ａを中心に回転可能とされている。また、圧縮機セクション１２およびタービンセクション１６の低圧段が、第１のシャフト２０と同軸である第２のシャフト２２に取り付けられており、該第２のシャフト２２も、軸Ａを中心に回転可能とされている。図示した例では、第１のシャフト２０は、ファン１８を回転させ、該ファン１８は、バイパス流路１９を通して流れを提供する。また、ガスタービンエンジン１０は、ファン１８の回転速度を制御する歯車列（図示せず）を備えることができる。より詳細には、歯車列は、（例えば、約２．４よりも大きい歯車減速比を用いて）低圧圧縮機に対しファン１８を減速させることができる。歯車列は、任意の周知の歯車システム、例えば、旋回する遊星歯車を有した遊星歯車システム、旋回しない遊星歯車を有した遊星歯車システム、または他の形式の歯車システムとすることができる。低速の第２のシャフト２２は、歯車列および低圧圧縮機を駆動することができる。図１に示した構成は、例示の目的のみで用いられるものであり、他の構成で本発明を用いることができることを理解されたい。

第１のシャフト２０および第２のシャフト２２は、ハウジング２４内で回転するように支持されている。ハウジング２４は、一般に、組立を容易にするために、複数の構成要素によって構成されている。

図２〜図５には、例示的なステータアッセンブリ２６が示されている。ステータアッセンブリ２６は、外周側ケース２８を備えており、該外周側ケース２８は、周方向に配置された複数のステータ２９またはステータセグメントを支持している。ステータ２９は、外周側ケース２８によって支持された外周側帯状部３０またはシュラウドを備えている。エアフォイル３２が、外周側帯状部３０から、図示した例では構造的に支持されていない先端部３３へと延びる。この形式のステータ構成は、エアフォイル３２がステータアッセンブリ２６の内径部において支持されていないことにより生じる振動にさらに晒されやすくなる。

ステータ２９の各々が、第１のフック３４および第２のフック３６を備えており、第１のフック３４および第２のフック３６は、対応した第１のチャネル３５および第２のチャネル３７内で受けられる。チャネル３５，３７は、ブレードの外周側エアシール８６および外周側ケース２８の少なくとも一方および双方に設けられる。また、配置特徴部３８（図２）が、外周側ケース２８に対しステータの列を周方向に配置するように、１つまたは複数のステータ２９上に設けられる。配置特徴部３８は、ステータ２９と一体に形成されるか、またはステータ２９とは別個に形成され得る。

一例では、第１の取付ライナ４０および第２の取付ライナ４２が、第１のフック３４および第２のフック３６にそれぞれ固定されている。取付ライナ４０，４２は、ステータ２９の群をサブアッセンブリへと結合するとともに、外周側シュラウド３０と外周側ケース２８との間に摩耗可能な構成体を提供する。

ステータ２９は、弓形のダンパスプリング４４を受けるリセス部４６を備えている。図２〜図６に示した実施例では、ダンパスプリング４４は、取付ライナ４０，４２とは別個に形成されている。ダンパスプリング４４は、サブアッセンブリとして配置された複数のステータ２９と協働する弓形のスプリングセグメントを提供するように周方向に延びる。即ち、単一のダンパスプリングが、外周側ケース２８の半径方向内周側にステータの列を付勢しつつ、少なくとも数個のステータ２９と係合する。リセス部４６は、底壁５０に隣接した対向する側壁４８を備えており、この例においては、側壁４８は、互いに平行となるように配置されている。ステータアッセンブリ２６が完全に組み立てられたときには、ダンパスプリング４４は、ステータ２９を安定化するとともに振動を減衰させるように、外周側ケース２８、側壁４８および底壁５０と係合する。

図３〜図５を参照すると、ダンパスプリング４４は、対称的に形状づけられた第１の側部５２および第２の側部５４を備えており、該第１の側部５２および第２の側部５４は、概ねＷ型の構造体を提供する。非対称的に方向づけられた切り欠き部５６が、第１の指部５８および第２の指部６０をそれぞれ提供するように、第１の側部５２および第２の側部５４に設けられる。第１の指部５８は、第２の指部６０に対し周方向にオフセットしており、第１の指部５８および第２の指部６０は、図４に最も良く示したように、互いに周方向にオフセットした第１のフック３４および第２のフック３６と整列するとともに係合している。一対の指部５８，６０は、図示した例の各ステータと係合する。

外周部に配置されたダンパスプリング４４の一部は、頂部６２を備えており、該頂部６２は、中央に位置した窪み部（ｖａｌｌｅｙ）６４を提供する。第１の側部５２および第２の側部５４の各々は、横側湾曲部６６と、終端部７０へと延びる脚部６８とを備えている。脚部６８は、ダンパスプリング４４の内周部に配置されている。ステータ２９を安定化するために、頂部６２は、外周側ケース２８と係合しており、横側湾曲部６６は、側壁４８と係合している。図５では、ダンパスプリング４４が、圧縮されていない状態で示されている。圧縮された状態では、脚部６８は、底壁５０と係合し、外周側ケース２８から半径方向内周側へとステータ２９を付勢する。終端部７０は、組立中に第１の指部５８および第２の指部６０の圧縮を許容するように互いに離間している。

図６には、他のダンパスプリング７２が示されている。各図において、同様の符号が、同様の構成要素を示すように用いられている。ダンパスプリング７２は、弓形セグメントであり、この弓形セグメントは、複数のステータ２９と係合し、リセス部４６内に配置されている。ダンパスプリング７２は、概ねＶ型の環状構造体を提供する。ダンパスプリング７２は、第１の湾曲部７８において互いに結合された第１の脚部７４および第２の脚部７６を備えており、第１の湾曲部７８は、第１の脚部７４と第２の脚部７６との間に鋭角を提供する。第２の湾曲部８０が、第１の脚部７４に設けられており、また、側壁４８の一方に当接している。また、第３の湾曲部８２が、第１の湾曲部７８および第２の湾曲部８０とは反対側の外周部に第２の脚部７６によって設けられており、また、外周側ケース２８に当接している。第１の脚部７４は、内周部に配置された弓部８４を備えており、該弓部８４は、底壁５０と共に２つの接触点（第１の湾曲部７８および第２の湾曲部８０）を提供し、そして、ステータが安定する。接着剤７９、例えば、ワックスまたはホットメルト接着剤が、組立中に、ステータ２９にダンパスプリング７２を一次的に固定するように用いられ得る。

１つまたは複数のブレード外周側エアシール８６が、図６に示したように、締結具８８によって外周側ケース２８に固定され得る。第１のチャネル３５および第２のチャネル３７が、外周側ケース２８および／または１つまたは複数のブレード外周側エアシール８６によって設けられる。

一例では、ステータアッセンブリ２６を製造する方法が、ステータベーン２９の周方向の列を提供するようにステータベーン２９を互いに位置決めするステップを含む。一例では、位置決めするステップは、フック３４およびフック３６を互いに整列させることを含む。また、この方法は、ステータベーン２９のサブアッセンブリを提供するようにステータベーンのフック３４，３６に１つまたは複数の取付ライナ４０，４２を設置するステップを含む。一例では、設置するステップは、フック３４，３６の上で取付ライナ４０，４２をスライドさせることを含む。ダンパスプリング４４，７２は、サブアッセンブリと外周側ケース２８との間に配置される。サブアッセンブリは外周側ケース２８に取り付けられ、外周側ケース２８は、ダンパスプリング４４，７２を用いて半径方向内周側にサブアッセンブリを付勢する。

図２および図５に示した例示的な配置においては、外周側ケース２８とブレード外周側エアシールの１つとが、互いに一体に形成されている。この一体化した構造体は、図５に最も良く示したように第２のチャネル３７を提供する。この配置においては、取付ステップが、第２のチャネル３７へと第２のフック３６をスライドさせることを含む。一方、図６に示した配置は、ブレード外周側エアシール８６が外周側ケース２８に固定されてなる構成を有している。この形式の構成においては、サブアッセンブリは、チャネル３５，３７内に位置決めされるとともに、ブレード外周側エアシール８６と外周側ケース２８との間に保持されている。

図７および図８を参照すると、一体化した外周側ケース・ブレード外周側エアシール９０が、第２のチャネル３７を提供する。各図において、同様の符号が、同様の構成要素を示すように用いられる。ブレード外周側エアシール９２が、第１のチャネル３５を提供するように締結具９４によって上記一体化した構造体に固定される。第１の取付ライナ１００および第２の取付ライナ１０２が、第１のフック３４および第２のフック３６に固定されるとともに、これらのフック３４，３６の周囲に巻き付けられる。第１のダンパスプリング１０４および第２のダンパスプリング１０６が、第１の取付ライナ１００および第２の取付ライナ１０２にそれぞれ一体化されている。つまり、各取付ライナおよびこれに対応したダンパスプリングは、例えば、共通の金属シートから一体に形成される単一の一体化した構造物によって設けられる。

第１の取付ライナ１００は、概ねＳ型の弓形状とされており、また、第１の壁１０８を備えている。第１の脚部１１０は、第１のダンパスプリング１０４を提供するように、湾曲部１０９の第１の壁１０８から延びる。第１の脚部１１０は、リセス部４６の底壁５０と係合するとともに、外周側ケースから離間している。第１の脚部１１０は、フック１１２において終端しており、フック１１２は、組立中に、第１のダンパスプリング１０４に対しステータベーン２９を位置決めするように用いられ得る。

第２の取付ライナ１０２は、概ねＳ型の弓形状とされており、また、ステータ２９と一体化した外周側ケース・ブレード外周側エアシール９０との間に配置された軸方向付勢部１１４を備えている。また、第２の取付ライナ１０２は、脚部１１６を備えており、該脚部１１６は、終端部１２０へと延びる窪み部１１８を提供する。脚部１１６は、外周側ケースと係合するとともに、リセス部４６の底壁５０から離間している。

図８に示したように、数個のステータ２９が、サブアッセンブリ１２１を提供するように周方向に配置されている。１つまたは複数のステータ２９は、一体化した回転防止特徴部１２２を備えている。第２のダンパスプリング１０６が、傾斜縁部１２４を有しており、傾斜縁部１２４は、回転防止特徴部１２２と整列している。第２のダンパスプリング１０６によって設けられる、リセス部４６へと延びるタブ１２６が、ステータ２９に対し第２の取付ライナ１０２を望ましい位置へと周方向に配置する。また、切り欠き部１２８が、各ステータ２９と整列する指部１２９を提供するように、第２のダンパスプリング１０６に設けられる。第１のダンパスプリング１０４は、回転防止特徴部１２２の間に嵌合する大きさの幅を有しており、この幅は、第１の取付ライナ１００の幅よりも小さい。アッセンブリは、図２〜図６について説明したアッセンブリと同様である。

本発明の例示的な実施例について説明してきたが、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更がなされ得ることを理解されたい。

Claims (11)

1. 外周側ケースと、
   周方向に配置されたステータベーンからなる列を有したステータサブアッセンブリと、
   前記列と前記外周側ケースとの間に設けられる、前記外周側ケースから半径方向内周側へと前記列を付勢するように構成されたダンパスプリングと、
   を備え、
   少なくとも１つの前記ステータベーンはリセス部を有し、該リセス部は、側壁と、該側壁に隣接した底壁とを備え、前記ダンパスプリングは、前記外周側ケース、前記側壁および前記底壁と係合し、
   前記ダンパスプリングは、対称的に形状づけられた第１の側部および第２の側部を有し、前記第１の側部および前記第２の側部は、第１の指部および第２の指部をそれぞれ提供するように非対称的に方向付けられた切り欠き部を有し、前記第１の指部および前記第２の指部は、互いに周方向にオフセットし、前記第１の指部および前記第２の指部は、互いに周方向にオフセットした第１のフックおよび第２のフックと係合することを特徴とするステータアッセンブリ。
2. 少なくとも１つの前記ステータベーンは、前記第１のフックおよび前記第２のフックを有し、前記ステータアッセンブリは、前記ステータサブアッセンブリを提供するように前記第１のフックおよび前記第２のフックにそれぞれ固定された第１の取付ライナおよび第２の取付ライナをさらに備え、前記ダンパスプリングは、前記第１の取付ライナおよび前記第２の取付ライナとは別個のものであ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. 前記ダンパスプリングは、概ねＷ型の形状であり、前記第１の指部および前記第２の指部の各々は、横側湾曲部および脚部を有し、前記横側湾曲部は前記側壁と係合し、前記脚部は前記底壁と係合し、前記ダンパスプリングは、前記外周側ケースと係合する頂部の間に設けられた窪み部を備え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。
4. 前記ステータサブアッセンブリに前記ダンパスプリングを固定する接着剤をさらに備え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。
5. 前記外周側ケースに固定されたブレード外周側エアシールをさらに備え、第１のチャネルおよび第２のチャネルが、前記ブレード外周側エアシールおよび前記外周側ケースの少なくとも一方によって設けられ、前記第１の取付ライナおよび前記第２の取付ライナは、前記第１のチャネルおよび前記第２のチャネル内にそれぞれ受けられ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。
6. 前記ステータベーンは、半径方向内周側に延びるエアフォイルを有し、該エアフォイルは、内径部に、隣接した先端部に対し構造的に支持されていない先端部を提供す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。
7. ステータベーンからなる周方向の列を提供するように互いに前記ステータベーンを位置決めするステップと、
   前記ステータベーンのサブアッセンブリを提供するように第１のステータベーンフックおよび第２のステータベーンフックに取付ライナを設置するステップと、
   前記サブアッセンブリと外周側ケースとの間にダンパスプリングを配置するステップと、
   前記外周側ケースに前記サブアッセンブリを取り付け、前記ダンパスプリングを用いて、半径方向内周側へと前記サブアッセンブリを付勢するステップと、
   を含み、
   少なくとも１つの前記ステータベーンはリセス部を有し、該リセス部は、側壁と、該側壁に隣接した底壁とを備え、前記ダンパスプリングは、前記外周側ケース、前記側壁および前記底壁と係合し、
   前記ダンパスプリングは、対称的に形状づけられた第１の側部および第２の側部を有し、前記第１の側部および前記第２の側部は、第１の指部および第２の指部をそれぞれ提供するように非対称的に方向付けられた切り欠き部を有し、前記第１の指部および前記第２の指部は、互いに周方向にオフセットし、前記第１の指部および前記第２の指部は、互いに周方向にオフセットした前記第１のステータベーンフックおよび前記第２のステータベーンフックと係合することを特徴とするステータアッセンブリの製造方法。
8. 前記位置決めするステップは、互いに対し前記第１のステータベーンフックおよび前記第２のステータベーンフックを整列させることを含み、前記設置するステップは、前記ステータベーンフックの上で前記取付ライナをスライドさせることを含むことを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
9. 前記取り付けステップは、ブレード外周側エアシールおよび前記外周側ケースの少なくとも一方からなるチャネルへと前記第１のステータベーンフックおよび前記第２のステータベーンフックをスライドさせることを含むことを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
10. 前記取り付けステップは、チャネルを提供するように前記外周側ケースにブレード外周側エアシールを固定することを含み、前記サブアッセンブリは、前記チャネル内に位置決めされるとともに、前記ブレード外周側エアシールと前記外周側ケースとの間に保持されることを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
11. 概ねＷ型の弓形構造体を提供する、対称的に形状づけられた第１の側部および第２の側部であって、互いに周方向にオフセットする第１の指部および第２の指部をそれぞれ提供するように非対称的に方向づけられた切り欠き部を有する、第１の側部および第２の側部を備え、
    前記第１の指部および前記第２の指部の各々は、横側湾曲部および脚部を備え、
    窪み部が、前記脚部の反対側の頂部の間に設けられ、前記頂部は外周部に位置し、前記脚部は内周側半径部に位置することを特徴とするステータアッセンブリ用のダンパスプリング。

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