JP6255051B2 - ガスタービンエンジンの隣接ノズルを配置するための方法 - Google Patents

ガスタービンエンジンの隣接ノズルを配置するための方法 Download PDF

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Description

本発明は、一般に、ガスタービンエンジンのノズルに関し、より詳細には、ノズル間の特定の設計寸法が所定の公差の範囲内に入るように、隣接するガスタービンエンジンのノズルを配置するための方法に関する。
ガスタービンエンジンは、一般に、連続する流れの順に、圧縮機セクション、燃焼セクション、タービンセクション、及び排気セクションを含む。運転時、空気は、燃焼セクションに到達するまで、1つ以上の軸線方向の圧縮機が空気を徐々に圧縮する圧縮機セクションの入口に入る。燃料は、燃焼ガスを供給するために、圧縮空気と混合され、燃焼セクションの内部で燃焼される。燃焼ガスは、タービンセクションの内部に画成された高温ガスパスを通って、燃焼セクションから転送され、排気セクションを介してタービンセクションから排気される。
特定の構造では、タービンセクションは、連続する流れの順に、高圧(HP)タービン及び低圧(LP)タービンを含む。高圧タービン及び低圧タービンは、それぞれ、タービンロータブレード、ロータディスク、及びリテーナのような様々な回転タービン部品、及びステータベーン又はノズル、タービンシュラウド、及びエンジンフレームのような様々な静止タービン部品を含む。回転タービン部品及び静止タービン部品は、タービンセクションを通る高温ガスパスを少なくとも部分的に画成する。燃焼ガスが高温ガスパスを通って流れるとき、熱エネルギーは、燃焼ガスから回転タービン部品及び静止タービン部品に移動する。
ガスタービンエンジンで利用されるノズル、特に高圧タービンノズルは、しばしば、ノズルを通る主流路を画成する環状の内側バンドと外側バンドとの間に延在するある配列の翼形部の形をしたベーンとして配置されている。さらに、環状配列に配置された隣接ノズルの部品間の間隔及び配向性は、最適なガスタービンエンジン性能に対する特別な関心がある。隣接ノズル、特に隣接ノズルの翼形部の特徴間の様々な設計寸法が測定され評価される。これらの設計寸法は、最適なガスタービンエンジン性能のために所望の所定の公差の範囲内に入ることが、一般に望ましい。特別な関心がある1つの設計寸法は、ノズルの翼形部の後縁と、隣接ノズルの翼形部の負圧側の高いキャンバ位置との間の寸法である。この設計寸法は、時には「A41」寸法と称される。この寸法が所定の最適な寸法の範囲よりも小さい場合、ガスタービンエンジン圧縮機はエンストすることがある。この寸法が所定の最適な寸法の範囲よりも大きい場合、ガスタービンエンジンの性能は低下することがある。
米国特許出願公開第2014/0314556号明細書
結果的に、隣接ノズルを配置するための向上した方法が望まれている。詳細には、隣接ノズル間の特定の設計寸法が所定の公差の範囲内に入るように配置するために提供する方法が有利である。
本発明の態様及び利点は、以下の説明の部分で説明されるか、又は説明から明らかであってもよいか、又は本発明の実施を通して学んでもよい。
本開示の一実施形態に係るガスタービンエンジンの隣接ノズルを配置するための方法提供する方法は、第1ノズルアセンブリを組み立てる工程を含む。第1ノズルアセンブリは、第1ノズル及び第1ノズル支持構造を含む。第1ノズルは、翼形部、翼形部の径方向外側に配置された外側バンドと、翼形部の径方向内側に配置された内側バンドを含む。第1ノズル支持構造は、ノズルを通って延在するストラット、翼形部の径方向外側に配置された外側ハンガーと、翼形部の径方向内側に配置された内側ハンガーを含む。方法は、第2ノズルアセンブリを組み立てる工程をさらに含む。第2ノズルアセンブリは、第2ノズル及び第2ノズル支持構造を含む。第2ノズルは、翼形部、翼形部の径方向外側に配置された外側バンドと、翼形部の径方向内側に配置された内側バンドを含む。第2ノズル支持構造は、ノズルを通って延在するストラット、翼形部の径方向外側に配置された外側ハンガーと、翼形部の径方向内側に配置された内側ハンガーを含む。方法は、第1ノズルと第2ノズルとの間の設計寸法が所定の設計公差の範囲内に入るように、第1ノズルアセンブリ及び第2ノズルアセンブリを調整する工程と、第1ノズル支持構造及び第2ノズル支持構造を一緒に結合する工程とをさらに含む。
本開示の別の実施形態に係るガスタービンエンジンの隣接ノズルを配置するための方法提供する方法は、第1ノズルアセンブリを組み立てる工程を含む。第1ノズルアセンブリは、第1ノズル及び第1ノズル支持構造を含む。第1ノズルは、翼形部、翼形部の径方向外側に配置された外側バンドと、翼形部の径方向内側に配置された内側バンドを含む。第1ノズル支持構造は、ノズルを通って延在するストラット、翼形部の径方向外側に配置された外側ハンガーと、翼形部の径方向内側に配置された内側ハンガーを含む。方法は、第2ノズルアセンブリを組み立てる工程をさらに含む。第2ノズルアセンブリは、第2ノズル及び第2ノズル支持構造を含む。第2ノズルは、翼形部、翼形部の径方向外側に配置された外側バンドと、翼形部の径方向内側に配置された内側バンドを含む。第2ノズル支持構造は、ノズルを通って延在するストラット、翼形部の径方向外側に配置された外側ハンガーと、翼形部の径方向内側に配置された内側ハンガーを含方法は、第1ノズルアセンブリ及び第2ノズルアセンブリを組み立てる工程の後、第1ノズルと第2ノズルとの間の設計寸法が所定の設計公差の範囲内に入るように、第1ノズルアセンブリ及び第2ノズルアセンブリを調整する工程をさらに含む。方法は、第1ノズルアセンブリ及び第2ノズルアセンブリを調整する工程の後、第1ノズル支持構造及び第2ノズル支持構造を一緒に結合する工程をさらに含む。
本開示の別の実施形態に係るガスタービンエンジンの隣接ノズルを配置するための方法提供する方法は、第1ノズル支持構造の内側ハンガー及び第2ノズル支持構造の内側ハンガーを一緒に結合する工程、及び第1ノズル支持構造の外側ハンガー及び第2ノズル支持構造の外側ハンガーを一緒に結合する工程を含む。方法は、内側ハンガー及び外側ハンガーを一緒に結合する工程の後、第1ノズルアセンブリを組み立てる工程をさらに含む。第1ノズルアセンブリは、第1ノズル及び第1ノズル支持構造を含む。第1ノズルは、翼形部、翼形部の径方向外側に配置された外側バンドと、翼形部の径方向内側に配置された内側バンドを含む。第1ノズル支持構造は、ノズルを通って延在するストラット、翼形部の径方向外側に配置された外側ハンガーと、翼形部の径方向内側に配置された内側ハンガーを含む。方法は、内側ハンガー及び外側ハンガーを一緒に結合する工程の後、第2ノズルアセンブリを組み立てる工程をさらに含む。第2ノズルアセンブリは、第2ノズル及び第2ノズル支持構造を含む。第2ノズルは、翼形部、翼形部の径方向外側に配置された外側バンドと、翼形部の径方向内側に配置された内側バンドを含む。第2ノズル支持構造は、ノズルを通って延在するストラット、翼形部の径方向外側に配置された外側ハンガーと、翼形部の径方向内側に配置された内側ハンガーを含む。方法は、第1ノズルと第2ノズルとの間の設計寸法が所定の設計公差の範囲内に入るように、第1ノズルアセンブリ及び第2ノズルアセンブリを調整する工程をさらに含む。
本開示の別の実施形態に係るガスタービンエンジンのための二重ノズルアセンブリ提供する。二重ノズルアセンブリは、第1ノズルアセンブリを含む。第1ノズルアセンブリは、ノズル及びノズル支持構造を含み、ノズルは、前縁と後縁との間に延在する正圧側及び負圧側を画成する外面を有する翼形部、翼形部の径方向外側に配置された外側バンドと、翼形部の径方向内側に配置された内側バンドを含み、ノズル支持構造は、翼形部を通って延在するストラット、ノズルの外側バンド及びノズルの内側バンド、翼形部の径方向外側に配置された外側ハンガーと、翼形部の径方向内側に配置された内側ハンガーを含む。二重ノズルアセンブリは、第2ノズルアセンブリをさらに含む。第2ノズルアセンブリは、ノズル及びノズル支持構造を含み、ノズルは、前縁と後縁との間に延在する正圧側及び負圧側を画成する外面を有する翼形部、翼形部の径方向外側に配置された外側バンドと、翼形部の径方向内側に配置された内側バンドを含み、ノズル支持構造は、翼形部を通って延在するストラット、ノズルの外側バンド及びノズルの内側バンド、翼形部の径方向外側に配置された外側ハンガーと、翼形部の径方向内側に配置された内側ハンガーを含む。第1ノズルアセンブリ及び第2ノズルアセンブリの内側ハンガーは、一緒に結合され、第1ノズルアセンブリ及び第2ノズルアセンブリの外側ハンガーは、一緒に結合されている。
いくつかの実施形態では、第1ノズルアセンブリのストラットは、第1ノズルアセンブリの内側ハンガー又は外側ハンガーの少なくとも1つに結合され、第2ノズルアセンブリのストラットは、第2ノズルアセンブリの内側ハンガー又は外側ハンガーの少なくとも1つに結合されている。いくつかの実施形態では、第1ノズルアセンブリのストラットは、第1ノズルアセンブリの内側ハンガー又は外側ハンガーの少なくとも1つに連結され、第2ノズルアセンブリのストラットは、第2ノズルアセンブリの内側ハンガー又は外側ハンガーの少なくとも1つに連結されている。
いくつかの実施形態では、第1ノズルアセンブリのノズルと第2ノズルアセンブリのノズルとの間の設計寸法は、所定の設計公差の範囲内に入る。例えば、所定の設計公差は、±4%、±3%、±2%などであってもよい。
本発明のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲を参照して、より良好に理解されるようになる。本明細書の一部分に組み込まれ本明細書の一部分を構成する添付図面は、本発明の実施形態を示し、説明とともに、本発明の原理を説明する働きをする。
本発明のベストモードを含み当業者を対象にする本発明を完全に実施可能にする開示は、添付図面を参照する明細書で説明される。
本開示の一実施形態に従うガスタービンエンジンの概略断面図である。 本開示の一実施形態に従うガスタービンエンジンの高圧タービンセクションの円周の拡大側断面図である。 本開示の一実施形態に従う組み立てられたノズルアセンブリの斜視図である。 本開示の一実施形態に従う設計寸法の測定を示す隣接ノズルの翼形部の斜視図である。 本開示の一実施形態に従う結合された隣接ノズルアセンブリの斜視図である。 本開示の一実施形態に従う隣接ノズルアセンブリを形成するために、隣接ノズルとともに組み立てられた隣接ノズル支持構造の結合された内側ハンガー及び外側ハンガーの斜視図である。 本開示の一実施形態に従うノズルアセンブリの部品を連結するための装置の断面図である。 本開示の別の実施形態に従うノズルアセンブリの部品を連結するための装置の断面図である。 本開示の別の実施形態に従うノズルアセンブリの部品を連結するための装置の断面図である。
1つ以上の例が添付図面に示された本発明の実施形態に対して参照が詳細に行われる。図において、詳細な説明は、特徴を参照するために、数字及び文字の符号を使用する。図及び説明における同様又は類似の符号は、本発明の同様又は類似の部分を参照するために使用されている。ここで使用されるとき、「第1の」、「第2の」、及び「第3の」という用語は、1つの部品を別の部品と区別するために、交換可能に使用してもよく、個々の部品の位置又は重要性を示すことは意図していない。「上流に」、及び「下流に」という用語は、流体通路の流体の流れに対する相対的な流れ方向に言及する。例えば、「上流に」は、流体が流れる流れ方向に言及し、「下流に」は、流体が流れる流れ方向に言及する。
さらに、ここで使用されるとき、「軸線方向の」又は「軸線方向に」という用語は、エンジンの長手方向の軸線に沿った寸法に言及する。「軸線方向の」又は「軸線方向に」とともに使用される「前方に」という用語は、別の部品と比較すると、エンジン入口又はエンジン入口に比較的近い部品に向かう方向に言及する。「軸線方向の」又は「軸線方向に」とともに使用される「後方に」という用語は、別の部品と比較すると、エンジンノズル又はエンジンノズルに比較的近い部品に向かう方向に言及する。「径方向の」又は「径方向に」という用語は、エンジンの中心の長手方向の軸線とエンジンの外周との間に延在する範囲に言及する。
図面を参照すると、図1は、本開示の様々な実施形態を組み込むことができるような「ターボファン10」としてここで参照される例示の高速バイパスターボファンタイプエンジン10の概略断面図である。図1に示ように、ターボファン10は、参照目的のために、ターボファン10を通って延在する長手方向又は軸線方向の中心線軸線12を有する。一般に、ターボファン10は、ファン部分16から下流に配置されたコアタービン又はガスタービンエンジン14を含んでいてもよい。
ガスタービンエンジン14は、一般に、環状の入口20を画成する実質的に管状の外側ケーシング18を含んでいてもよい。外側ケーシング18は、複合ケーシングから形成していてもよい。外側ケーシング18は、連続する流れの関係では、ブースタ又は低圧(LP)圧縮機22、高圧(HP)圧縮機24を有する圧縮機セクション、燃焼セクション26、高圧(HP)タービン28、低圧(LP)タービン30を含むタービンセクション、及びジェット排気ノズル部分32をケースに入れている。高圧(HP)シャフト又はスプール34は、高圧タービン28を高圧圧縮機24に駆動可能に連結する。低圧(LP)シャフト又はスプール36は、低圧タービン30を低圧圧縮機22に駆動可能に連結する。(低圧)スプール36は、ファン部分16のファンスプール又はシャフト38に連結してもよい。特定の実施形態では、(低圧)スプール36は、ダイレクトドライブ構造のようにファンスプール38に直接連結してもよい。代替の構造では、(低圧)スプール36は、ダイレクトドライブ構造又はギヤドライブ構造における減速ギヤのギヤボックスのような減速装置37を介して、ファンスプール38に連結してもよい。減速装置は、望まれる又は必要とされるエンジン10の内部のいかなる適したシャフト/スプール間に含んでいてもよい。
図1に示ように、ファン部分16は、ファンスプール38に連結され、ファンスプール38から径方向外向きに延在する複数のファンブレード40を含む。環状のファンケーシング又はエンジン室42は、ファン部分16及び/又は少なくともガスタービンエンジン14の一部分を周方向に取り囲む。周方向に間隔をあけた複数の出口ガイドベーン44によって、ガスタービンエンジン14に対して支持されるようにエンジン室42を構成することができる点が、当業者によって評価されるべきである。さらに、エンジン室42の下流部分46(ガイドベーン44の下流)は、エンジン室42とガスタービンエンジン14との間にバイパス空気流路48を画成するように、ガスタービンエンジン14の外側部分を覆って延在していてもよい。
図2は、図1に示ように、様々な本発明の実施形態を組み込むことができるようなガスタービンエンジン14の高圧タービン28部分の拡大断面図を提供する。図2に示ように、高圧タービン28は、連続する流れの関係では、状配列56のタービンロータブレード58(1つしか示していない)から軸線方向に間隔をあけて配置された状配列52のステータベーン(ノズルとしても知られる)54(1つしか示していない)を含む第1ステージ50を含む。高圧タービン28は、状配列66のタービンロータブレード68(1つしか示していない)から軸線方向に間隔をあけて配置された状配列62のステータベーン(ノズルとしても知られる)64(1つしか示していない)を含む第2ステージ60をさらに含む。タービンロータブレード58,68は、高圧スプール34(図1)から径方向外向きに延在し、高圧スプール34(図1)に連結されている。図2に示ように、ステータベーン54,64及びタービンロータブレード58,68は、燃焼セクション26(図1)から高圧タービン28を通して燃焼ガスを転送するための高温ガスパス70を少なくとも部分的に画成する。
図2でさらに示されたように、高圧タービンは、それぞれが環状配列のロータブレードの周りに環状リングを形成する1つ以上のシュラウドアセンブリを含んでいてもよい。例えば、シュラウドアセンブリ72は、第1ステージ50の環状配列56のロータブレード58の周りに環状リングを形成していてもよく、シュラウドアセンブリ74は、第2ステージ60の環状配列66のタービンロータブレード68の周りに環状リングを形成していてもよい。一般に、シュラウドアセンブリ72,74のシュラウドは、ロータブレード68のそれぞれのブレード先端76,78から径方向に間隔をあけて配置されている。径方向又はクリアランスの隙間CLが、ブレード先端76,78とシュラウドとの間に画成されている。シュラウド及びシュラウドアセンブリは、一般に、高温ガスパス70からの漏れを減少させる。
低圧圧縮機22、高圧圧縮機24、及び/又は低圧タービン30において、同様の方法でシュラウド及びシュラウドアセンブリをさらに利用することができる点に留意すべきである。結果的に、ここで開示されたようなシュラウド及びシュラウドアセンブリは、高圧タービンでの使用に限定されず、むしろ、ガスタービンエンジンのいかなる適した部分において利用してもよい。
検討されたように、エンジン10におけるノズルの間隔及び配向性は、特に関心がある。結果的に、図3から図9を参照すると、本開示は、さらに、ガスタービンエンジン10の隣接ノズル102を配置するための方法を対象とする。本開示に従う隣接ノズル102は、エンジン10の環状配列において、互いに隣に存在するか、又は存在する予定のノズルである。ここで開示されたノズル102は、ステータベーン54の代わりに、エンジンにおけるステータベーン64又はいかなる他の適した静翼を基にしたアセンブリを利用してもよい。
例えば図3に示ように、本開示に従うノズル102は、正圧側112、負圧側114、前縁116、及び後縁118を画成する外面を有する翼形部110を含む。正圧側112及び負圧側114は、一般に理解されるように、前縁116と後縁118との間に延在している。典型的な実施形態では、翼形部110は、一般に中空であり、したがって冷却流体を翼形部110を通して流すことができ、構造補強部品を翼形部110の中に配置することができる。
ノズル102は、それぞれが概ね径方向104に沿って、内側バンド120、及び径方向に外側の翼形部110の端部で翼形部110に連結された外側バンド130をさらに含むことができる。1つの配列のノズル102における隣接ノズル102は、図示の通り、接する内側バンド120の隣接する面及び接する外側バンド130の隣接する面で、円周方向106に沿って並んで位置していてもよい。内側バンド120は、翼形部110の径方向内側に配置してもよく、一方、外側バンド130は、翼形部110の径方向外側に配置してもよい。内側バンド120は、例えば、互いに径方向に間隔をあけて配置された径方向内側に面する端面121及び径方向外側に面する端面122を含んでいてもよい。内側バンド120は、正圧側スラッシュ面124、負圧側スラッシュ面125、前縁面126、及び後縁面127を含む様々な側面をさらに含んでいてもよい。同様に、外側バンド130は、例えば、互いに径方向に間隔をあけて配置された径方向内側に面する端面131及び径方向外側に面する端面132を含んでいてもよい。外側バンド130は、正圧側スラッシュ面134、負圧側スラッシュ面135、前縁面136、及び後縁面137を含む様々な側面をさらに含んでいてもよい。
例示の実施形態では、翼形部110、内側バンド120、及び外側バンド130は、セラミックマトリックス複合(「CMC」)材料から形成していてもよい。しかしながら、代案として、適したプラスチック、複合材料、金属などのような他の適した材料を利用してもよい。
図3にさらに示ように、ノズル102は、ノズル支持構造108をさらに含むことができるノズルアセンブリ100の部品であってもよい。それぞれの支持構造108は、エンジン10でノズル102を支持するために、ノズル102に結合してもよい。さらに、支持構造108は、ノズル102からエンジン10の内部の様々な他の部品に荷重を伝達してもよい。
支持構造108は、例えば、ストラット140を含んでいてもよい。ストラット140は、一般に、概ね径方向に翼形部110の内側を通るように、翼形部110を通って延在していてもよい。ストラット140は、(符号が付されていない)貫通したボア穴のように、内側バンド120及び外側バンド130を通ってさらに延在していてもよい。一般に、ストラット140は、ノズル102の径方向の端部間の荷重を支持構造108の他の部品に伝えてもよい。荷重は、これらの部品を通して、エンジンケーシングなどのようなエンジン10の他の部品に移動させてもよい。
例えば、支持構造108は、概ね径方向104に沿って、径方向に外側のストラット140の端部で、それぞれがストラット140に連結された内側ハンガー150及び外側ハンガー160を含んでいてもよい。1つの配列の支持構造108における隣接する支持構造108は、図示の通り、接する内側ハンガー150の隣接する面及び接する外側ハンガー160の隣接する面で、円周方向106に沿って並んで位置していてもよい。内側ハンガー150は、ストラット140の径方向内側に配置してもよく、一方、外側ハンガー160は、ストラット140の径方向外側に配置してもよい。さらに、内側ハンガー150は、一般に、翼形部110及び内側バンド120の径方向内側に配置してもよい。外側ハンガー160は、一般に、翼形部110及び外側バンド130の径方向外側に配置してもよい。内側ハンガー150は、例えば、互いに径方向に間隔をあけて配置された径方向内側に面する端面151及び径方向外側に面する端面152を含んでいてもよい。内側ハンガー150は、正圧側スラッシュ面154、負圧側スラッシュ面155、前縁面156、及び後縁面157を含む様々な側面をさらに含んでいてもよい。同様に、外側ハンガー160は、例えば、互いに径方向に間隔をあけて配置された径方向内側に面する端面161及び径方向外側に面する端面162を含んでいてもよい。外側ハンガー160は、正圧側スラッシュ面164、負圧側スラッシュ面165、前縁面166、及び後縁面167を含む様々な側面をさらに含んでいてもよい。
例示の実施形態では、ストラット140、内側ハンガー150、及び外側ハンガー160は、金属から形成されている。しかしながら、代案として、適したプラスチック、複合材料などのような他の適した材料を利用してもよい。
上述の通り、本開示は、一般に、二重ノズルアセンブリを形成するために隣接ノズル102を配置するための方法を対象とする。本開示のために、隣接ノズル102は、第1ノズル210及び第2ノズル212として、それぞれ参照される。隣接ノズルアセンブリ100は、第1ノズルアセンブリ200及び第2ノズルアセンブリ202として、それぞれ参照される。隣接ノズル支持構造108は、第1ノズル支持構造220及び第2ノズル支持構造222として、それぞれ参照される。第1ノズルアセンブリ200は、第1ノズル210及び第1ノズル支持構造220を含み、第2ノズルアセンブリ202は、第2ノズル212及び第2ノズル支持構造222を含む。第1ノズルアセンブリ200及び第2ノズルアセンブリ202、ノズル210,212、及びノズル支持構造220,222は、それぞれ、エンジン10の内部の、又はエンジン10の内部で利用されるいかなる2つの隣接ノズルアセンブリ100、ノズル102、及びノズル支持構造108であってもよい点が理解されるべきである。
図3から図9を参照すると、本開示に従う方法は、例えば、第1ノズルアセンブリ200及び第2ノズルアセンブリ202を組み立てる工程を含んでいてもよい。図3は、本開示に従って組み立てられた第1ノズルアセンブリ200又は第2ノズルアセンブリ202であってもよいノズルアセンブリの一実施形態を示す。図3の実施形態では、第1ノズルアセンブリ200及び第2ノズルアセンブリ202を組み立てる工程は、ここで検討されたように、調整する工程及び結合する工程を含む本方法の他の工程の前に実施される。
組み立てられた第1ノズルアセンブリ200又は第2ノズルアセンブリ202は、ノズル210,212及びノズル支持構造220,222を含む。ノズル支持構造220,222のストラット140は、一般に、ノズル支持構造220,222の翼形部110、内側バンド120、及び外側バンド130を通るようにノズル210,212を通って延在している。例示の実施形態では、第1ノズルアセンブリ200及び/又は第2ノズルアセンブリ202を組み立てる工程は、例えば、第1ノズルアセンブリ200及び/又は第2ノズルアセンブリ202の翼形部110、内側バンド120、及び外側バンド130を通るように、第1ノズル210又は第2ノズル212を通って第1ノズル支持構造220又は第2ノズル支持構造222のストラット140を挿入する工程を含む。第1ノズルアセンブリ200及び/又は第2ノズルアセンブリ202を組み立てる工程は、例えば、第1ノズル支持構造220又は第2ノズル支持構造222のストラット140を第1ノズル支持構造220又は第2ノズル支持構造222の内側ハンガー150又は外側ハンガー160の1つ又は両方に結合する工程をさらに含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、ストラット140は、内側ハンガー150又は外側ハンガー160の1つと一体化してもよく、したがって、このハンガーに結合することを必要としない。他の実施形態では、ストラット140は、ハンガー150,160の両方に結合することを必要としてもよい。例えば、図3の実施形態では、ストラット140は、外側ハンガー160と一体化され、内側ハンガー150に結合されている。
本開示に従う部品を結合することは、部品間の結合部230を形成していてもよい。例示の実施形態では、結合することは、ストラット140、及び内側ハンガー150及び/又は外側ハンガー160のような部品を一緒にろう付けすることによって達成される。代案として、結合することは、溶接、又は別の適した結合する技術によって達成してもよい。本開示に従う結合する技術は、一般に、主題の部品を一緒に固定するために、部品を溶融し固化した充填材及び/又は溶融し固化した面を利用した。
図6から図9は、本開示に従う組み立てられた第1ノズルアセンブリ200及び第2ノズルアセンブリ202の別の実施形態を示す。図6から図9の実施形態では、ここで検討された結合する工程のような本方法の他の工程は、第1ノズルアセンブリ200及び第2ノズルアセンブリ202を組み立てる工程の前に実施される。図6は、第1ノズル支持構造220及び第2ノズル支持構造222の翼形部110、内側バンド120、及び外側バンド130を通るようにそれぞれの第1ノズル210又は第2ノズル212を通して挿入された第1ノズル支持構造220及び第2ノズル支持構造222のストラット140を示す。しかしながら、これらの実施形態では、ストラット140を内側ハンガー150及び/又は外側ハンガー160に結合することよりもむしろ、第1ノズルアセンブリ200及び/又は第2ノズルアセンブリ202を組み立てる工程は、ストラット140を内側ハンガー150又は外側ハンガー160の1つ又は両方に連結することをさらに含んでいてもよい。検討されたように、いくつかの実施形態では、ストラット140は、内側ハンガー150又は外側ハンガー160の1つと一体化してもよく、したがって、このハンガーに結合することを必要としない。他の実施形態では、ストラット140は、ハンガー150,160の両方に連結することを必要としてもよい。例えば、図7の実施形態では、完全に、ストラット140は、内側ハンガー150と一体化され、外側ハンガー160に連結されている。
本開示に従って部品を連結することは、一般に、取り外し可能な連結をもたらす、例えば、適した機械的締結具又は別の適した技術を介して達成してもよい。例えば、図7は、ストラット140がねじ山の付いたボア穴252を画成する内側ボア250及び内側ハンガー150又は外側ハンガー160を画成する一実施形態を示す。ねじ山の付いたボルト254は、ボア穴252を通って延在していてもよく、ボルト254の外側のねじ山は、ストラット140及び内側ハンガー150又は外側ハンガー160を連結するために、ねじ山の付いた内側ボア250の内側のねじ山に係合してもよい。図8は、ストラット140が内側ハンガー150又は外側ハンガー160に画成するボア穴262を通って延在する(ストラット140と一体化することができる)ねじ山の付いた突起260を含む別の実施形態を示す。ねじ山の付いたナット264の内側のねじ山は、ストラット140及び内側ハンガー150又は外側ハンガー160を連結するために、ねじ山の付いた突起260の外側のねじ山に係合してもよい。図9は、ボア穴270がストラット140に画成され、嵌合ボア穴272が内側ハンガー150又は外側ハンガー160に画成された別の実施形態を示す。ピン274は、ストラット140及び内側ハンガー150又は外側ハンガー160を連結するために、ボア穴270,272を通って延在していてもよい。
本開示に従う方法は、第1ノズル210と第2ノズル212との間の設計寸法が所定の設計公差の範囲内に入るように、例えば、第1ノズルアセンブリ200及び第2ノズルアセンブリ202を調整する工程をさらに含んでいてもよい。検討されたように、設計寸法は、例示の実施形態では、第1ノズル210の翼形部110の後縁118と第2ノズル212の翼形部110の負圧側114の高いキャンバ位置との間の領域のような寸法である。この寸法は、図4で参照符号240として符号が付されている。しかしながら、代案として、設計寸法は、望ましいエンジン10性能のために特定され所定の公差の範囲内に入るように望まれた、第1ノズル210と第2ノズル212との間の長さ、幅、高さ、領域などのような適した寸法であってもよい。
本開示に従う方法の使用は、有利には、所定の公差を最小にすることができ、したがって、ここで検討されたようなエンジン10性能を容易に向上することができる。例えば、特に、設計寸法が寸法240であるいくつかの実施形態では、所定の公差は、有利には、±4%、±3%、±2%などであってもよい。
調整する工程は、例えば、第1ノズル210と第2ノズル212との間の設計寸法を測定することを含んでいてもよく、必要とされる場合、設計寸法が、設計寸法のための所定の設計公差の範囲内に入るように、第1ノズルアセンブリ200又は第2ノズルアセンブリ202の1つ又は両方を変更することをさらに含んでいてもよい。図4は、単なる説明のために、設計寸法、このケースでは寸法240を測定するために配置されたノズル210,212の翼形部110の図を提供する。
いくつかの実施形態では、調整する工程は、ここで検討されたように、組み立てる工程の後、かつ、結合する工程の前に行ってもよい。他の実施形態では、調整する工程は、図7から図9を参照して、上で検討されたように、図6を参照して上で検討された挿入する工程の後であるが、連結する工程の前の組み立てる工程中に行ってもよい。設計寸法を測定した後、ノズルアセンブリ200,202を変更するために、ノズル支持構造220,222の内側ハンガー150及び/又は外側ハンガー160は、例えば、設計寸法が所定の公差の範囲内に入るように変更してもよい。例えば、スラッシュ面154,155,164,165は、設計寸法が所定の公差の範囲内に入るように、切り取ってもよいか、又は互いに対して再配置してもよい。
本開示に従う方法は、例えば、第1ノズル支持構造220及び第2ノズル支持構造222を一緒に結合する工程をさらに含んでいてもよい。例えば、結合する工程は、第1ノズル支持構造220及び第2ノズル支持構造222の内側ハンガー150を一緒に結合すること、及び第1ノズル支持構造220及び第2ノズル支持構造222の外側ハンガー160を一緒に結合することを含んでいてもよい。詳細には、例えば、図5及び図6に示ように、第1ノズル支持構造220の内側ハンガー150の負圧側スラッシュ面155、及び第2ノズル支持構造222の内側ハンガー150の正圧側スラッシュ面154は、一緒に結合してもよく、第1ノズル支持構造220の外側ハンガー160の負圧側スラッシュ面165、及び第2ノズル支持構造222の外側ハンガー160の正圧側スラッシュ面164は、一緒に結合してもよい。
上で検討されたように、結合する工程は、ここで検討されたように、組み立てる工程の前又は後、行ってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、図5に示ように、結合する工程は、組み立てる工程及び調整する工程の後、行ってもよい。図5は、ノズル支持構造220,222を結合することによって生じる結合部230を示す。これらの実施形態での結合することは、一般に、設計寸法のさらなる調整の可能性を有利に減少するか、又は排除するように、ノズルアセンブリ200,202を一緒に結合する。
他の実施形態では、図6に示ように、結合する工程は、組み立てる工程の前に行ってもよい。図示の通り、内側ハンガー150及び外側ハンガー160は、ノズルアセンブリ200,202を組み立てることの前に一緒に結合される。これらの実施形態では、結合する工程の後、それぞれの内側ハンガー150及び/又は外側ハンガー160にノズル支持構造220,222のストラット140を連結することは、一般に、設計寸法のさらなる調整の可能性を有利に減少するか、又は排除するように、ノズルアセンブリ200,202を一緒に結合する。
この記載された説明は、ベストモードを含む本発明を開示するために、かつ、いかなる装置又はシステムを作成すること及びいかなる装置又はシステムを使用すること、及びいかなる組み込まれた方法を実施することを含む本発明を当業者に実施することができるようにするために、例を使用する。本発明の特許を受けることができる範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に想到する他の例を含んでいてもよい。他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、又は特許請求の範囲の文言に対してごくわずかな差を有する等価構造要素を含む場合、特許請求の範囲内に入ることが意図されている。
[実施態様1]
ガスタービンエンジンの隣接ノズルを配置するための方法であって、方法は、
第1ノズルと第1ノズル支持構造とを備える第1ノズルアセンブリであって、1ノズル、翼形部、翼形部の径方向外側に配置された外側バンドと、翼形部の径方向内側に配置された内側バンドを備えており、第1ノズル支持構造、ノズルを通って延在するストラット、翼形部の径方向外側に配置された外側ハンガーと、翼形部の径方向内側に配置された内側ハンガーを備えている、第1ノズルアセンブリを組み立てる工程と、
第2ノズルと第2ノズル支持構造とを備える第2ノズルアセンブリであって、第2ノズル、翼形部、翼形部の径方向外側に配置された外側バンドと、翼形部の径方向内側に配置された内側バンドを備えており、第2ノズル支持構造、ノズルを通って延在するストラット、翼形部の径方向外側に配置された外側ハンガーと、翼形部の径方向内側に配置された内側ハンガーを備えている、第2ノズルアセンブリを組み立てる工程と、
第1ノズルと第2ノズルとの間の設計寸法が所定の設計公差の範囲内に入るように、第1ノズルアセンブリ及び第2ノズルアセンブリを調整する工程と、
第1ノズル支持構造及び第2ノズル支持構造を一緒に結合する工程と
を含む、ガスタービンエンジンの隣接ノズルを配置するための方法。
[実施態様2]
設計寸法は、第1ノズルの翼形部の後縁と第2ノズルの翼形部の負圧側の高いキャンバ位置との間の寸法である、実施態様1に記載の方法。
[実施態様3]
結合する工程は、
第1ノズル支持構造及び第2ノズル支持構造の内側ハンガーを一緒に結合する工程と、
第1ノズル支持構造及び第2ノズル支持構造の外側ハンガーを一緒に結合する工程とを含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様4]
内側ハンガーを結合する工程は、第1ノズル支持構造の内側ハンガーの負圧側スラッシュ面及び第2ノズル支持構造の内側ハンガーの正圧側スラッシュ面を一緒に結合する工程を含み、外側ハンガーを結合する工程は、第1ノズル支持構造の外側ハンガーの負圧側スラッシュ面及び第2ノズル支持構造の外側ハンガーの正圧側スラッシュ面を一緒に結合する工程を含む、実施態様3に記載の方法。
[実施態様5]
結合する工程は、第1ノズル支持構造及び第2ノズル支持構造を一緒にろう付けする工程を含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様6]
第1ノズルアセンブリを組み立てる工程及び第2ノズルアセンブリを組み立てる工程は、調整する工程及び結合する工程の前に実施される、実施態様1に記載の方法。
[実施態様7]
第1ノズルアセンブリを組み立てる工程は、
第1ノズルを通して第1ノズル支持構造のストラットを挿入する工程と、
第1ノズル支持構造のストラットを第1ノズル支持構造の内側ハンガー又は第1ノズル支持構造の外側ハンガーの1つに結合する工程と
を含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様8]
ストラットは、第1ノズル支持構造の内側ハンガーに結合されている、実施態様7に記載の方法。
[実施態様9]
結合する工程は、第1ノズルアセンブリを組み立てる工程及び第2ノズルアセンブリを組み立てる工程の前に実施される、実施態様1に記載の方法。
[実施態様10]
第1ノズルアセンブリを組み立てる工程は、
第1ノズルを通して第1ノズル支持構造のストラットを挿入する工程と、
第1ノズル支持構造のストラットを第1ノズル支持構造の内側ハンガー又は第1ノズル支持構造の外側ハンガーの1つに連結する工程と
を含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様11]
第1ノズル及び第2ノズルは、セラミックマトリックス複合材料から形成されている、実施態様1に記載の方法。
[実施態様12]
第1ノズル支持構造及び第2ノズル支持構造は、金属から形成されている、実施態様1に記載の方法。
[実施態様13]
ガスタービンエンジンの隣接ノズルを配置するための方法であって、方法は、
第1ノズル支持構造の内側ハンガー及び第2ノズル支持構造の内側ハンガーを一緒に結合する工程と、
第1ノズル支持構造の外側ハンガー及び第2ノズル支持構造の外側ハンガーを一緒に結合する工程と、
内側ハンガー及び外側ハンガーを一緒に結合する工程の後、第1ノズルと第1ノズル支持構造とを備える第1ノズルアセンブリであって、1ノズル、翼形部、翼形部の径方向外側に配置された外側バンドと、翼形部の径方向内側に配置された内側バンドを備えており、第1ノズル支持構造、ノズルを通って延在するストラット、翼形部の径方向外側に配置された外側ハンガーと、翼形部の径方向内側に配置された内側ハンガーを備えている、1ノズルアセンブリを組み立てる工程と、
内側ハンガー及び外側ハンガーを一緒に結合する工程の後、第2ノズルと第2ノズル支持構造とを備える第2ノズルアセンブリであって、第2ノズル、翼形部、翼形部の径方向外側に配置された外側バンドと、翼形部の径方向内側に配置された内側バンドを備えており、第2ノズル支持構造、ノズルを通って延在するストラット、翼形部の径方向外側に配置された外側ハンガーと、翼形部の径方向内側に配置された内側ハンガーを備えている、2ノズルアセンブリを組み立てる工程と、
第1ノズルと第2ノズルとの間の設計寸法が所定の設計公差の範囲内に入るように、第1ノズルアセンブリ及び第2ノズルアセンブリを調整する工程と
を含む、ガスタービンエンジンの隣接ノズルを配置するための方法。
[実施態様14]
第1ノズルアセンブリを組み立てる工程は、
第1ノズルを通して第1ノズル支持構造のストラットを挿入する工程と、
第1ノズル支持構造のストラットを第1ノズル支持構造の内側ハンガー又は第1ノズル支持構造の外側ハンガーの1つに連結する工程と
を含む、実施態様13に記載の方法。
[実施態様15]
内側ハンガーを結合する工程は、内側ハンガーを一緒にろう付けする工程を含み、外側ハンガーを一緒に結合する工程は、外側ハンガーを一緒にろう付けする工程を含む、実施態様13に記載の方法。
[実施態様16]
ガスタービンエンジンのための二重ノズルアセンブリであって、二重ノズルアセンブリは、
第1ノズルアセンブリであって、第1ノズルアセンブリは、ノズル及びノズル支持構造を備え、ノズルは、前縁と後縁との間に延在する正圧側及び負圧側を画成する外面を有する翼形部、翼形部の径方向外側に配置された外側バンドと、翼形部の径方向内側に配置された内側バンドを備え、ノズル支持構造は、翼形部を通って延在するストラット、ノズルの外側バンド及びノズルの内側バンド、翼形部の径方向外側に配置された外側ハンガーと、翼形部の径方向内側に配置された内側ハンガーを備える第1ノズルアセンブリと、
第2ノズルアセンブリであって、第2ノズルアセンブリは、ノズル及びノズル支持構造を備え、ノズルは、前縁と後縁との間に延在する正圧側及び負圧側を画成する外面を有する翼形部、翼形部の径方向外側に配置された外側バンドと、翼形部の径方向内側に配置された内側バンドを備え、ノズル支持構造は、翼形部を通って延在するストラット、ノズルの外側バンド及びノズルの内側バンド、翼形部の径方向外側に配置された外側ハンガーと、翼形部の径方向内側に配置された内側ハンガーを備える第2ノズルアセンブリと
を備え、
第1ノズルアセンブリ及び第2ノズルアセンブリの内側ハンガーは、一緒に結合され、第1ノズルアセンブリ及び第2ノズルアセンブリの外側ハンガーは、一緒に結合されている、ガスタービンエンジンのための二重ノズルアセンブリ。
[実施態様17]
第1ノズルアセンブリのストラットは、第1ノズルアセンブリの内側ハンガー又は外側ハンガーの少なくとも1つに結合され、第2ノズルアセンブリのストラットは、第2ノズルアセンブリの内側ハンガー又は外側ハンガーの少なくとも1つに結合されている、実施態様16に記載の二重ノズルアセンブリ。
[実施態様18]
第1ノズルアセンブリのストラットは、第1ノズルアセンブリの内側ハンガー又は外側ハンガーの少なくとも1つに連結され、第2ノズルアセンブリのストラットは、第2ノズルアセンブリの内側ハンガー又は外側ハンガーの少なくとも1つに連結されている、実施態様16に記載の二重ノズルアセンブリ。
[実施態様19]
第1ノズルアセンブリのノズルと第2ノズルアセンブリのノズルとの間の設計寸法は、所定の設計公差の範囲内に入り、所定の設計公差は、±4%である、実施態様16に記載の二重ノズルアセンブリ。
10 高速バイパスターボファンタイプエンジン、ターボファン
12 中心線軸線
14 ガスタービンエンジン
16 ファン部分
18 外側ケーシング
20 入口
22 低圧圧縮機
24 高圧圧縮機
26 燃焼セクション
28 高圧タービン
30 低圧タービン
32 ジェット排気ノズル部分
34 高圧スプール
36 低圧スプール
37 減速装置
38 ファンスプール、シャフト
40 ファンブレード
42 エンジン室
44 出口ガイドベーン
46 下流部分
48 バイパス空気流路
50 第1ステージ
52 環状配列
54 ステータベーン
56 環状配列
58 タービンロータブレード
60 第2ステージ
62 環状配列
64 ステータベーン
66 環状配列
68 タービンロータブレード
70 高温ガスパス
72 シュラウドアセンブリ
74 シュラウドアセンブリ
76 ブレード先端
78 ブレード先端
100 ノズルアセンブリ
102 ノズル
104 径方向
106 円周方向
108 ノズル支持構造
110 翼形部
112 正圧
114 負圧
116 前縁
118 後縁
120 内側バンド
121 端面
122 端面
124 正圧側スラッシュ面
125 負圧側スラッシュ面
126 前縁面
127 後縁面
130 外側バンド
131 端面
132 端面
134 正圧側スラッシュ面
135 負圧側スラッシュ面
136 前縁面
137 後縁面
140 ストラット
150 内側ハンガー
151 端面
152 端面
154 正圧側スラッシュ面
155 負圧側スラッシュ面
156 前縁面
157 後縁面
160 外側ハンガー
161 端面
162 端面
164 正圧側スラッシュ面
165 負圧側スラッシュ面
166 前縁面
167 後縁面
200 第1ノズルアセンブリ
202 第2ノズルアセンブリ
208 ストラット
210 第1ノズル
212 第2ノズル
220 第1ノズル支持構造
222 第2ノズル支持構造
230 結合部
240 寸法
250 内側ボア
252 ボア穴
254 ボルト
260 突起
262 ボア穴
264 ナット
270 ボア穴
272 ボア穴
274 ピン
CL 隙間

Claims (10)

  1. ガスタービンエンジンの隣接ノズルを配置するための方法であって、当該方法
    第1ノズルと第1ノズル支持構造とを備える第1ノズルアセンブリであって、1ノズル、翼形部、翼形部の径方向外側に配置された外側バンドと、翼形部の径方向内側に配置された内側バンドを備えており、第1ノズル支持構造、ノズルを通って延在するストラット、翼形部の径方向外側に配置された外側ハンガーと、翼形部の径方向内側に配置された内側ハンガーを備えている、第1ノズルアセンブリを組み立てる工程と、
    第2ノズルと第2ノズル支持構造とを備える第2ノズルアセンブリであって、第2ノズル、翼形部、翼形部の径方向外側に配置された外側バンドと、翼形部の径方向内側に配置された内側バンドを備えており、第2ノズル支持構造、ノズルを通って延在するストラット、翼形部の径方向外側に配置された外側ハンガーと、翼形部の径方向内側に配置された内側ハンガーを備えている、第2ノズルアセンブリを組み立てる工程と、
    第1ノズルと第2ノズルとの間の設計寸法が所定の設計公差の範囲内に入るように、第1ノズルアセンブリ及び第2ノズルアセンブリを調整する工程と、
    第1ノズル支持構造及び第2ノズル支持構造を一緒に結合する工程と
    を含む方法。
  2. 設計寸法、第1ノズルの翼形部の後縁と第2ノズルの翼形部の負圧側の高いキャンバ位置との間の寸法である、請求項1に記載の方法。
  3. 結合する工程が、
    第1ノズル支持構造及び第2ノズル支持構造の内側ハンガーを一緒に結合する工程と、
    第1ノズル支持構造及び第2ノズル支持構造の外側ハンガーを一緒に結合する工程と
    を含む、請求項1又は請求項2に記載の方法。
  4. 内側ハンガーを結合する工程が、第1ノズル支持構造の内側ハンガーの負圧側スラッシュ面及び第2ノズル支持構造の内側ハンガーの正圧側スラッシュ面を一緒に結合する工程を含み、外側ハンガーを結合する工程が、第1ノズル支持構造の外側ハンガーの負圧側スラッシュ面及び第2ノズル支持構造の外側ハンガーの正圧側スラッシュ面を一緒に結合する工程を含む、請求項3に記載の方法。
  5. 結合する工程が、第1ノズル支持構造及び第2ノズル支持構造を一緒にろう付けする工程を含む、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 第1ノズルアセンブリを組み立てる工程及び第2ノズルアセンブリを組み立てる工程が、調整する工程及び結合する工程の前に実施される、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 第1ノズルアセンブリを組み立てる工程が、
    第1ノズルを通して第1ノズル支持構造のストラットを挿入する工程と、
    第1ノズル支持構造のストラットを第1ノズル支持構造の内側ハンガー又は第1ノズル支持構造の外側ハンガーの1つに結合する工程と
    を含む、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の方法。
  8. ストラット、第1ノズル支持構造の内側ハンガーに結合る、請求項7に記載の方法。
  9. 結合する工程が、第1ノズルアセンブリを組み立てる工程及び第2ノズルアセンブリを組み立てる工程の前に実施される、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の方法。
  10. 第1ノズルアセンブリを組み立てる工程が、
    第1ノズルを通して第1ノズル支持構造のストラットを挿入する工程と、
    第1ノズル支持構造のストラットを第1ノズル支持構造の内側ハンガー又は第1ノズル支持構造の外側ハンガーの1つに連結する工程と
    を含む、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の方法。
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