JP5627904B2 - ガスタービンケーシングの心合せ装置 - Google Patents

Description

本明細書に開示の主題は、ガスタービンエンジンに関し、特にガスタービンエンジンの各部分を移動させ、且つ／又は整合させる心合せ道具（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｔｏｏｌ）に関する。

一般に、ガスタービンエンジンは、圧縮空気と燃料との混合物を燃焼させて、高温の燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスは、１段以上のタービン翼を通って流れて、負荷及び／又はコンプレッサの動力を発生させる。タービンエンジンは、外囲されるタービン翼を回転させることができるように互いに接続されるいくつかのケーシング部分を含む。ケーシング部分の心ずれは、タービン翼の効率的な回転とエンジンを通る空気の効率的な流れとを妨げる。組立時において、これらのケーシング部分は、各部分を垂直方向に積み重ねて互いに締結することによって心合せされた後に、例えばジャッキ又は油圧機械を用いることにより、タービンエンジン組立体が水平に配置されて取り付けられる。

米国特許第６，８３９，９７９号

整備時に、作業員は、エンジンの個別の部分を点検することが必要とされる。ある部分を交換及び／又は再取付けするときに、特にエンジンに隣接する環境によっては、その部分をエンジンの残りの部分に対して再び心合せすることが難しいことがある。

一実施形態において、システムは、第１のタービンエンジンケーシング部分と、第２のタービンエンジンケーシング部分と、心合せ装置（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ）とを含む。心合せ装置は、第１のタービンエンジンケーシングに固定的に取り付けられるように構成される固定部と、第２のタービンエンジンケーシング部分と固定部とを繋ぎ合わせるように構成される架橋部であって、心合せ装置が第１のタービンエンジンケーシング部分と第２のタービンエンジンケーシング部分とに係合するときに、第１の軸に沿った固定部の第１の移動範囲と第２の軸に沿った固定部の第２の移動範囲とを画定する架橋部とを含み、心合せ装置は、第２のタービンエンジンケーシング部分に対する第１のタービンエンジンケーシング部分の第１の移動範囲及び第２の移動範囲内における移動を容易にするように構成される。

また他の実施形態において、心合せ装置は、第１のタービンエンジンケーシング部分に固定的に取り付けられるように構成される、ロッドを含む固定部と、この固定部と繋ぎ合わされるように構成され、ロッドを収容する大きさの通路を含む架橋部と、ロッドに対して実質的に垂直な軸に沿って移動するように構成される摺動可能部とを含む。

さらに他の実施形態において、システムは、第２のタービンエンジンケーシングに隣接する第１のタービンエンジンケーシングを含む。このシステムは、さらにまた、第１のタービンエンジンケーシング部に固定的に取り付けられるように構成される、ロッドを含む固定部と、この固定部と繋ぎ合わされるように構成され、ロッドを収容する大きさの通路を含む架橋部と、ロッドに対して実質的に垂直な軸に沿って移動するように構成される摺動可能部であって、自身が移動することにより、第１のタービンエンジンケーシングを第２のタービンエンジンケーシングに対して移動させる摺動可能部とを含む。

タービン翼プラットフォームが用いられるガスタービンエンジンの実施形態の概略流れ図である。 心合せ装置を適用した、ガスタービンエンジンの隣接する外部ケーシングの実施形態の斜視図である。 心合せ装置を適用した、ガスタービンの隣接する外部ケーシングの実施形態と、心合せ装置の移動軸とを示す斜視図である。 心合せ装置の実施形態の斜視図である。 図４に示す心合せ装置の固定部構成要素の実施形態の斜視図である。 図４に示す心合せ装置の架橋部構成要素の実施形態の斜視図である。 図４に示す心合せ装置の摺動可能部構成要素の実施形態の斜視図である。 心合せ装置のロッド構造の摺動可能な動きの実施形態を示す斜視図である。 例示的な摺動可能部のスライドテーブルの実施形態の切取斜視図である。 ロッド部に取り付けられて垂直方向の移動を容易にするボルト延長装置の実施形態の斜視図である。 タービン翼端隙間がタービンケーシングに対して調整されるタービンの実施形態の切取側面図である。

本発明の上記及びその他の特徴、態様及び利点は、図面全体を通して同様の符号が同様の部分を示す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、よりよく理解されよう。

本発明の一つ以上の特定の実施形態を以下に説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するために、実際の実施方法の全ての特徴を本明細書に説明しない場合もある。こうしたいかなる実際の実施態様の開発においても、あらゆる技術又は設計プロジェクトの場合と同様に、システム関連及び事業関連の制約事項に準拠すること等の、実施態様毎に異なることもある、開発者の特定の目標を達成するために、その実施態様特有の数多くの決定を行わなければならないことを理解されたい。さらに、このような開発努力は複雑であり、且つ時間がかかることもあるが、それでもやはり本開示を利用することができる当業者にとっては、設計、製作及び製造という定常作業であることを理解するべきである。

本発明の様々な実施形態の要素を示す場合、「１個の」、「ある」、「この」及び「前記の」という冠詞は、その要素が１個以上あることを意味することを意図している。「備える」、「含む」及び「有する」という用語は、包含的であることを意図するとともに、列挙された要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味する。

本開示は、ガスタービンエンジンにおいて隣接するケーシング部分を整合させる心合せ装置を意図している。エンジンのタービン部において、回転する構成要素（例えば軸及び翼）を外囲するケーシングは、各部分に分割されて組み付けられ、これにより、タービンの個別部分の点検及び整備をより容易にすることができる。整備作業後に、作業員は、ケーシング部分を再び取り付けるとともに、隣接する部分との心合せを行う。しかし、エンジンの下に十分な隙間がない場所でエンジンを組み立てる場合は、油圧ジャッキ又はその他のリフト装置は、個別のケーシング部分を保持して該部分を正位置に移動させるのに適さないことがある。また、タービンエンジンの通常運転時に、例えばケーシング間の締結装置が緩くなることがあるため、これらのケーシング部分が若干心ずれする。このような心ずれが起こると、軸及び翼が効率的に回転できず、エネルギーが環境中に失われかねない。そこで、ある実施形態によれば、心合せ装置を隣接するケーシング部分に適用すると、作業員がケーシングの細密な心合せを行なえるようになる。この心合せ装置は、エンジンの規模に比べて相対的に小型であるので、さもなければ点検及び操作が困難なケーシング部分に適用される。心合せ装置は、制限された周囲隙間を有するケーシング部分に対して心合せを行なうことができるため、ガスタービンエンジンのより柔軟な設置構成が可能となる。従って、この心合せ装置により、油圧リフト装置又はその他の保持装置をタービンエンジンの下に配置することなく、隣接するケーシング部分の心合せを行なうことができる。

心合せ装置は、ケーシングの隣接する各部分と繋ぎ合わされるように構成される。例えば、一実施形態において、心合せ装置は、固定部と架橋部とを含む。隣接するケーシング部分に適用するときに、固定部は、隣接するケーシング部分の相対的な移動を容易にするために、一方のケーシング部分上に固定される一方で、隣接するケーシング上には固定されない。また、心合せ装置は、取付けの強度及び／又は安定性を高めるために、いずれのケーシング部分にも固定されない架橋又はクレードル部を含む。ある実施形態において、架橋部構成要素は、隣接するケーシング部分間における相対移動の１つ以上の範囲を画定且つ／又は限定する。心合せ装置が適用されると、その後、隣接するケーシング部分を接続する締結装置の少なくとも一部分が緩められ、且つ／又は取り外される。心合せ装置は、十分な強度を有するとともに、十分な支持力を有して、部分的又は完全に締結解除されたケーシング部分の重さを担う。締結装置が緩められた後、心合せ装置の調節可能な構成要素を該構成要素の移動範囲内で移動させることにより、細密な心合せが行なわれる。心合せが行なわれた後、締結装置が再び適用され、又は締められて、隣接するケーシング部分が正位置に固定される。

図１は、本明細書に記載の心合せ道具を用いて心合せされるケーシング部分を含むガスタービンエンジン１２を備える例示的なシステム１０のブロック図である。ある実施形態において、システム１０には、航空機、船舶、機関車、発電システム又はこれらを組み合わせたものが含まれる。図のガスタービンエンジン１２は、空気取入口部分１６、コンプレッサ１８、燃焼器部分２０、タービン２２及び排気部分２４を含む。タービン２２は、軸２６によりコンプレッサ１８に駆動的に結合する。この軸は、さらにまた、タービンエンジン１２の排気側に配置される負荷１４に駆動的に結合する。

矢印で示すように、空気は、空気取入口部分１６を通ってガスタービンエンジン１２に流入し、燃焼器部分２０に流入する前に空気を圧縮するコンプレッサ１８内へと流れ込む。図の燃焼器部分２０は、コンプレッサ１８とタービン２２との間において軸２６のまわりに同心的又は環状的に配設される燃焼器ハウジング２８を含む。コンプレッサ１８からの圧縮空気は、圧縮空気を燃焼器３０内の燃料と混合するとともに燃焼させてタービン２２を駆動する燃焼器３０に流入する。

燃焼器部分２０から、高圧の燃焼ガスは、軸２６によりコンプレッサ１８を駆動するタービン２２を通って流れる。例えば、燃焼ガスは、タービン２２内のタービン動翼に動力を加えて軸２６を回転させる。高温の燃焼ガスは、タービン２２を通って流れた後に、ガスタービン１２から排気部分２４を介して流出する。

図２は、図１のガスタービンエンジン１２の一部分の実施形態の側面図である。図示のように、第１のエンジンケーシング部分３４と第２のエンジンケーシング部分３６とは、互いに隣接する。一般に、ケーシング部分は、本例ではそれぞれケーシング部分３４及びケーシング部分３６上の接続フランジ４０及び４２として示される該ケーシングの周のまわりにおいて複数のボルト３８により隣接する部分に取り付けられる。図示のように、以下により詳細に説明する心合せ装置４４は、２個の隣接するケーシング３４及び３６に適用される。一般に、ある一定の軸に沿って制限された移動範囲内で移動する心合せ装置４４の移動可能部によって、移動が容易になる。例えば、ロッド５４を該ロッドの軸に沿って移動させることにより、移動を容易にすることができる。心合せ装置４４は、一方のケーシング部分、例えばケーシング部分３４に固定されるが、隣接する部分、例えばケーシング部分３６には固定されないため、ロッド５４が移動することにより、ロッドの軸に沿ってケーシング部分３４が移動する。ロッド５４は、心合せ装置４４の構造によって定められる制限された移動範囲内で移動する。

具体的には、心合せ装置４４が隣接するケーシング部分３４及び３６に取り付けられると、第１のケーシング部分３４は、図３に示すように、ロッド５４と実質的に合致する軸４６と、ロッド５４に対して実質的に垂直な軸４７とに沿ってケーシング部分３６に対して移動する。軸４６及び４７は、ケーシング部分３４及び３６上における心合せ装置の配置によって定められることを理解されたい。図示のように、軸４６は略垂直な軸とされる一方で、軸４７は略水平な軸とされ、いずれの軸も流路軸３２の流路に対して略垂直をなすとともに、互いに垂直をなす。実施形態において、軸４７は周方向の軸であり、よって一般的なタービンエンジンケーシング部分の周に沿う若干の湾曲を有する。また、図示のように、心合せ装置により、軸４６及び４７に沿ったいずれの方向の移動も可能になる。例えば、心合せ装置４４がケーシング部分の略最上又は上部に配置される実施形態では、軸４６は略垂直となる。このような実施形態においては、ロッド５４を移動させることにより、ケーシング部分３４を引き上げる一方で、ケーシング部分３６は、実質的に正位置に維持される。ロッド５４を押下して、ケーシング部分３４をケーシング部分３６に対して下方に移動させることもできる。軸４７に沿ってロッド５４をいずれかの方向に移動させることにより、ケーシング部分３４をケーシング部分３６に対して周方向に移動させる。

例示的な心合せ装置４４を図４の斜視図に示す。この心合せ装置４４は、鋳物を含むあらゆる適切な材料によって形成される。心合せ装置４４は、ケーシング部分３４に締結されるか、又はその他の方法で取り付けられるように構成される固定部４８を含む。図４に示すように、固定部４８は、ボルト頭が固定部の外面４９の上に位置するように一連のボルト又はその他の締結装置を受けることができる大きさ及び形状を有する通路５０を含む。実施形態において、一般的なタービンエンジンケーシング部分（例えばケーシング部分３４）は、適切な位置において固定部４８に締結するように構成される、予め穴あけ加工された通路を含む。

図５の斜視図で詳細に示すように、固定部４８は、該固定部４８と一体的に形成されるか、またはその他の方法で固定部４８に取付け又は接続されるかのいずれかとされるロッド５４を含む。ロッド５４と固定部４８が一体になっていない実施形態では、固定部４８は、ロッド５４が螺入されるねじ付き通路等の、ロッド５４を受けるように構成される通路を含む。固定部４８がケーシング部分３４に締結されると、ロッド５４が、軸４６に沿ってケーシング部分３４を移動させて、ケーシング部分３４をケーシング部分３６に対して整合させることを容易にする。

心合せ装置４４は、さらにまた、図６に示す架橋部６４を含む。架橋部６４は、固定部４８の上に嵌合するとともに、ケーシング部分３６上に載置される大きさ及び形状である。架橋部６４は、ロッド５４より大きい大きさの通路６６を含む。通路６６がロッド５４の直径を上回る量は、ケーシング部分３４がケーシング部分３６に対して軸４７に沿って移動する範囲を決定する。また、架橋部６４が固定部４８の上に載置されるとき、この組立体は、台７２と固定部４８の外面４９との間においてギャップ又は段差７０を含む。段差７０の大きさは、軸４６に沿ってケーシング部分３４がケーシング部分３６に対して垂直方向に移動する範囲を決定する。実施形態において、架橋部６４は、ケーシング部分３６の一部分と繋ぎ合わされる。実施形態において、架橋部６４は、ケーシング部分３６の一部分を少なくとも部分的に取り囲む。例えば、実施形態において、架橋部６４は、ケーシング部分３６の周の少なくとも約３０°分、ケーシング部分３６の周の少なくとも約４５°分、ケーシング部分３６の周の少なくとも約９０°分又はケーシング部分３６の周の少なくとも約１２０°分に接触する。

実施形態において、心合せ装置４４は、さらにまた、図７の斜視図に示す摺動可能部７６を含む。この摺動可能部７６は、架橋部６４の台７２の上に載置される大きさ及び形状であるとともに、軸４７に沿って移動するように構成される。一実施形態において、摺動可能部７６は、架橋部６４に取り付けられる。また他の実施形態において、摺動可能部７６は、架橋部６４から分離可能な構成要素である。摺動可能部７６は、ロッド５４を収容する大きさの通路７８を含む。通路７８の直径は、通路６６の直径より相対的に小さい。図８の斜視図に示すように、ロッド５４は、摺動可能部７６が台７２に対して摺動するときに、軸４７に沿って移動する。その結果、ロッド５４が軸４７に沿って移動すると、固定部４８が取り付けられているケーシング部分３４もケーシング部分３６に対して移動する。

一実施形態において、摺動可能部７６の軸７４に沿った移動は、電動式組立体７９によって容易になる。図９に示すように、摺動可能部７６は、ボールねじ８４により軌道レール８２に沿って移動するスライドテーブル８０を含む。電動式組立体７９は、移動の速度と位置との制御を容易にするために、１本以上のセンサレール８６を含む。モータ８８は、組立体７９に動力を供給する。実施形態において、電動式組立体７９は、プロセッサを基本とする装置の制御下に置かれる。

また他の実施形態において、ロッド５４の移動は、油圧式テンショナ又はボルト延長装置９０によって容易になる。図１０に示すように、ロッド５４は、ボルト延長装置９０と繋ぎ合わされて、固定部４８を軸４６に沿って引く。図示のように、ロッド５４は、ねじ付き端部９２を含む。その他の実施形態において、ロッド５４は、フック、通路又はボルト延長装置９０のその他の接続点を含む。ロッド５４は、第２のケーシング部分３６に係合するために、固定部４８より下には延在しないことに注意されたい。

一実施形態において、隣接するケーシング部分を心合せすることにより、作業員は、ケーシングに対するタービン翼端の隙間を最適にすることができる。図１１は、例示的なタービン２２の部分切取側面図である。回転軸２６は、２個の軸受１０８上に着座する。翼１００は、軸２６のまわりに分布するとともに、タービン２２内において回転する。翼端１０２を通過してタービンケーシング（例えばケーシング部分３６）と翼端１０２との間の隙間空間１０６内へと移動する空気は、タービン２２の効率を低下させる。従って、隙間１０６は、入口側ケーシング部分１１０又は出口側ケーシング部分１１２で行なわれる心合せによって変更する。図１１に示すように、ケーシング部分１１２は、入口側ケーシング部分１１０に対して方向１１４に移動する。これらのケーシング部分１１０及び１１２は、軸２６が着座する軸受１０８を含む。従って、一実施形態では、ケーシング部分１１０又は１１２の心合せにより、一方又は両方の軸受１０８も移動する。このことは、タービン２２全体にわたる軸２６の整合に影響を及ぼし、これがさらに翼１００と翼端１０２との位置を変化させる。その他の実施形態では、このような心合せは、軸２６のまわりで回転する翼を含むコンプレッサ１８においても行なわれる。

本明細書は、最良の形態を含む例を用いて本発明を開示するとともに、何らかの装置又はシステムの製作及び使用と本明細書に組み込まれた何らかの方法の実行とを含めて、当業者が本発明を実施することを可能にするものである。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲により規定され、当業者が想到するその他の例を含む。このようなその他の例は、特許請求の範囲の文言と相違しない構成要素を有する場合又は特許請求の範囲の文言と実質的に相違しない同等の構成要素を含む場合に、特許請求の範囲内に含まれることを意図している。

１０ システム
１２ ガスタービンエンジン
１６ 空気取入口部分
１８ コンプレッサ
２０ 燃焼器部分
２２ タービン
２４ 排気部分
２６ 軸
２８ 燃焼器ハウジング
３０ 燃焼器
３４ 第１のエンジンケーシング部分
３６ 第２のエンジンケーシング部分
３８ ボルト
４０，４２ 接続フランジ
４４ 心合せ装置
４６ 軸
４７ 軸
４８ 固定部
４９ 外面
５０ 通路
５４ ロッド
６４ 架橋部
６６ 通路
７０ ギャップ又は段差
７２ 台
７６ 摺動可能部
７８ 通路
７９ 電動式組立体
８０ スライドテーブル
８２ 軌道レール
８４ ボールねじ
８６ １本以上のセンサレール
８８ モータ
９０ 油圧式テンショナ又はボルト延長装置
９２ ねじ付き端部
１００ 翼
１０２ 翼端
１０６ 隙間空間
１０８ 軸受
１１０ 入口側ケーシング部分
１１２ 出口側ケーシング部分
１１４ 方向

Claims (10)

1. 第１のタービンエンジンケーシング部分（３４）と、
   第２のタービンエンジンケーシング部分（３６）と、
   心合せ装置（４４）であって、
   前記第１のタービンエンジンケーシング部分（３４）に固定的に取り付けられるように構成され、前記第１のタービンエンジンケーシング部分（３４）の半径方向に延びるロッド（５４）を含む固定部（４８）と、
   前記第１のタービンエンジンケーシング部分（３４）の周方向に延び、前記ロッド（５４）を収容することができる大きさの通路（６６）を含み、前記第２のタービンエンジンケーシング部分（３６）及び前記固定部（４８）と繋ぎ合わされるように構成される架橋部（６４）であって、心合せ装置（４４）が前記第１のタービンエンジンケーシング部分（３４）と前記第２のタービンエンジンケーシング部分（３６）とに係合するときに、前記通路（６６）に沿った前記ロッド（５４）の第１の移動範囲と、前記半径方向に沿った前記ロッド（５４）の第２の移動範囲とを画定する架橋部（６４）とを含み、前記第１のタービンエンジンケーシング部分（３４）が前記第２のタービンエンジンケーシング部分（３６）に対して前記第１の移動範囲及び前記第２の移動範囲内において移動することを容易にするように構成される、心合せ装置（４４）とを備えるシステム。
2. 前記固定部（４８）は、１個以上の締結装置を受けるように構成される１本以上の通路（５０）を含み、
   前記第１のタービンエンジンケーシング部分（３４）は、前記固定部（４８）の前記通路に対応するとともに、前記１個以上の締結装置を受けるように構成される１本以上の通路を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記架橋部（６４）は、前記第２のタービンエンジンケーシング部分（３６）の外周の少なくとも約４５度分に接触するように構成される、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記心合せ装置（４４）は、前記架橋部（６４）と前記固定部（４８）との間において、前記第２の移動範囲を画定するように構成されるギャップ（７０）を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載のシステム。
5. 前記第１のタービンエンジンケーシング部分（３４）又は前記第２のタービンエンジンケーシング部分（３６）内に収容されるロータ又は回転翼を含む、請求項１乃至４のいずれかに記載のシステム。
6. 第１のタービンエンジンケーシング部分（３４）を第２のタービンエンジンケーシング部分（３６）と整合させるように構成される心合せ装置（４４）において、
   前記第１のタービンエンジンケーシング部分（３４）に固定的に取り付けられるように構成され、前記第１のタービンエンジンケーシング部分（３４）の半径方向に延びるロッド（５４）を含む固定部（４８）と、
   前記固定部（４８）と繋ぎ合わされるように構成されるとともに、前記ロッド（５４）を収容することができる大きさの通路（６６）を含む架橋部（６４）と、
   前記ロッド（５４）を収容し、前記ロッド（５４）に対して実質的に垂直な軸に沿って前記ロッド（５４）を移動するように構成され、その移動の結果として前記第２のタービンエンジンケーシング部分（３６）に対する前記第１のタービンエンジンケーシング部分（３４）の周位置を変化させる、摺動可能部（７６）と、
   前記ロッド（５４）に結合されるとともに、前記ロッド（５４）を前記ロッド（５４）と実質的に合致する軸に沿って引くように構成される油圧装置（９０）と、
   を備える心合せ装置（４４）。
7. 前記ロッド（５４）は、ねじ付き端部を含む、請求項６に記載の心合せ装置（４４）。
8. 前記ロッド（５４）は、前記固定部（４８）と一体的に形成される、請求項６に記載の心合せ装置（４４）。
9. 前記摺動可能部（７６）は、前記ロッド（５４）に対して実質的に垂直な前記軸に沿って移動するように構成されるドライバーと結合している、請求項６乃至８のいずれかに記載の心合せ装置（４４）。
10. 前記第１のタービンエンジンケーシング部分（３４）を備える第１のタービンエンジンケーシングと、
    前記第２のタービンエンジンケーシング部分（３６）を備え、前記第１のタービンエンジンケーシング（３４）と隣接する第２のタービンエンジンケーシングと、
    請求項６乃至９のいずれかに記載の心合せ装置（４４）と、
    を備えるシステム。