JP6760969B2 - フランジによって支持されるタービンリングアセンブリ - Google Patents

Description

本発明の適用分野は、特にガスタービン航空エンジンに関する。しかし、本発明は、例えば産業用タービン等の他のタービンエンジンにも適用可能である。

セラミックマトリックス複合物（ＣＭＣ）材料が、高温度においてその材料の機械的特性を維持することが知られており、及び、このことが、ＣＭＣ材料を高温構造要素を構成するために適したものにする。

ガスタービン航空エンジンでは、効率を改善するために、及び、特定の汚染排出物質を減少させるために、より高温度における動作が求められている。全体が金属で作られているタービンリングアセンブリの場合には、典型的にはその金属材料が耐えることが可能である温度よりも高い温度において、そのアセンブリの要素のすべてを冷却することと、特に非常に高温度の噴流を受けるタービンリングを冷却することとが必要である。こうした冷却は、使用される冷却流がエンジンを通過する主噴流から取り出されるので、エンジンの性能に大きな影響を与える。このことに加えて、タービン内の温度の上昇が航空エンジンの性能を向上させることを可能にするにも係わらず、タービンリングのための金属の使用が、タービン内の温度増大の可能性を制限する。

これが、特に、従来において使用されている耐熱性金属の密度よりも低い密度という付加的な利点をＣＭＣがもたらすので、エンジンの様々な高温部分のためにＣＭＣを使用することがすでに想定されていることの理由である。

したがって、ＣＭＣによって一体構造のタービンリングセクター（ｔｕｒｂｉｎｅ ｒｉｎｇ ｓｅｃｔｏｒ）を形成することが、特に、ある特許文献に説明されている（例えば、特許文献１参照。）。このリングセクターは、タービンリングの内側面を形成する内面と、リングサポート（ｒｉｎｇ ｓｕｐｐｏｒｔ）の金属構造のハウジング内に係合させられる端部を有する２つのタブ形成部分がそれから延びる外面とを有する、環状基部を備える。

ＣＭＣリングセクターの使用が、タービンリングを冷却するために必要とされる通気量を著しく減少させることを可能にする。しかし、特に、金属支持構造とＣＭＣリングセクターとの間で生じる可能性がある膨張差（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）に直面する時に、リングセクターを所定位置に保持することが依然として問題のままである。さらに、別の問題が、強制された移動によって発生させられる応力に存する。さらに、ローターホイール（ｒｏｔｏｒ ｗｈｅｅｌ）のブレードの先端とリングセクターの内側面との間の接触の発生時にさえ、リングセクターが所定位置に保持される必要がある。

米国特許出願公開第２０１２／００２７５７２号明細書

本発明はこうした欠点を回避することを目的とし、及び、この目的のために、本発明は、タービンリングを形成するセラミックマトリックス複合物材料で作られている複数のリングセクターと、さらに、第１及び第２の環状フランジを有するリング支持構造との両方を備える、タービンリングアセンブリを提案し、このタービンリングアセンブリでは、各々のリングセクターは、タービンリングの内側面を形成する内面と、第１及び第２のタブがそれから半径方向に延びる外面とを有する、環状基部を形成する部分を有し、及び、各リングセクターのタブは、リング支持構造の２つの環状フランジの間に保持され、及び、リングセクターの第１及び第２のタブの各々は、リング支持構造の第１の環状フランジと第２の環状フランジとにそれぞれに面するそのタブの面の中に、環状溝を有し、及び、リング支持構造の第１及び第２の環状フランジの各々は、一方のリングセクタータブに面するそのフランジの面上に環状突起を有し、及び、第１のフランジの環状突起は、各リングセクターの第１のタブの環状溝の中に受け入れられ、一方、第２のフランジの環状突起は、各リングセクターの第２のタブの環状溝の中に受け入れられ、及び、少なくとも１つの弾性要素が、第１のフランジの環状突起と第１のタブの環状溝との間と、さらには、第２のフランジの環状突起と第２のタブの環状溝との間とに挿入されている。各々の弾性要素は、リングセクターの第１のタブ又は第２のタブの中に存在している溝の頂部壁と、リング構造の第１のフランジ又は第２のフランジの環状突起の頂部壁との間に挿入されているか、又は、各々の弾性要素は、リングセクターの第１のタブ又は第２のタブの中に存在している溝の底部壁と、リング構造の第１のフランジ又は第２のフランジの環状突起の底部壁との間に挿入されている。

リングセクターのための上記取り付け形状を使用することによって、及び、フランジの突起とリングセクターのタブの中の溝との間に弾性要素を挿入することによって、リングセクターと支持構造との間の膨張差が生じる場合にさえも、リングセクターが所定位置に保持され、及び、こうした膨張が、保持が弾性的であることによって補償されることが確実なものにされる。

本発明のタービンリングアセンブリの一実施態様では、各々の弾性要素が、一方の環状突起とこれに対応する溝との間に弾性的な予応力（ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ）を伴って取り付けられている、分割環状カラー（ｓｐｌｉｔ ａｎｎｕｌａｒ ｃｏｌｌａｒ）によって形成されている。

本発明のタービンリングアセンブリの別の実施態様では、各々の弾性要素は、波形の形状を有する剛体材料の少なくとも１つのストリップによって形成されている。この状況においては、弾性要素は波形シートによって形成されてもよい。

本発明のタービンリングアセンブリの特有の特徴では、リング支持構造の２つの環状フランジの突起は、リングセクターのタブの環状溝上に応力を及ぼし、及び、リング支持構造のフランジの一方が、タービンリングの軸線方向に弾性変形可能である。

フランジの突起を介してリングセクターのタブ上に応力を及ぼすフランジの相互間にリングセクターを保持し、これが、弾性変形可能であるリング支持構造のフランジによって行われることによって、フランジとタブとが高温度にさらされる時にさえ、接触がさらに増強され、及び、したがって、フランジとタブとの間のシーリングが強化される。特に、リング構造のフランジの一方が弾性変形可能であることが、「低温（ｃｏｌｄ）」時にリングセクターのタブ上にフランジによって及ぼされる応力を大きく増大させることなしに、ＣＭＣリングセクターのタブと金属製のリング支持構造のフランジとの間の膨張差を補償することを可能にする。

特に、リング支持構造の弾性変形可能なフランジは、リング支持構造の他方のフランジの厚さよりも薄い厚さを有してもよい。

本発明のタービンリングアセンブリの別の側面では、このタービンリングアセンブリは、さらに、リング支持構造の少なくとも一方の環状フランジと、この少なくとも一方の環状フランジに面するリングセクターのタブとの両方の中に係合している、複数の止めくぎ（ｐｅｇ）を備える。これらの止めくぎは、リング支持構造内でのリングセクターのあらゆる発生可能な回転を防止する働きをする。

本発明のタービンリングアセンブリの別の側面では、リング支持構造の弾性変形可能なフランジは、リングセクターのタブに面するそのフランジの面とは反対側に位置する、そのフランジの面の上に分散した複数のフックを有する。フックの存在が、フランジ相互間をタブが滑動するようにタブを強制的に移動させる必要なしに、その弾性変形可能なフランジの相互間にリングセクターのタブを挿入するために、弾性変形可能なフランジを離れるように移動させることを容易にすることを可能にする。

本発明のタービンリングアセンブリの別の実施態様では、リング支持構造が、タービンケーシング上に取り付けられている環状保持バンドを含み、及び、この環状保持バンドは、リング支持構造の一方のフランジを形成する環状ウェブを含む。この環状保持バンドは、上記環状保持バンド上に円周方向に分布している第１の組の歯（ｔｏｏｔｈ）を有し、及び、タービンケーシングは、上記ケーシング上に円周方向に分布している第２の組の歯を有し、及び、第１の組の歯の歯と第２の組の歯の歯は、一体的に、円周方向ツイストロックジョー継手（ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｗｉｓｔ−ｌｏｃｋ ｊａｗ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を形成する。ツイストロックジョー継手によるこの連結が、リングセクターが容易に取り付け及び取外しされることを可能にする。

本発明のタービンリングアセンブリの別の側面では、タービンケーシングは、タービンケーシングのシュラウドとリング支持構造の環状保持バンドとの間を延びる環状突起を含む。この環状突起は、タービンケーシングと環状保持バンドとの間で上流から下流への漏洩を防止する。

本発明は、添付図面を参照しながら、非限定的な例示の形で示されている以下の説明を了解することによって、より適切に理解されることが可能である。

本発明のタービンリングアセンブリの一実施形態を示す半径方向の片側断面図を示す。 図１のタービンリングアセンブリのリング支持構造内にリングセクターがどのように取り付けられているかを示す説明図である。 図１のタービンリングアセンブリのリング支持構造内にリングセクターがどのように取り付けられているかを示す説明図である。 図１のタービンリングアセンブリのリング支持構造内にリングセクターがどのように取り付けられているかを示す説明図である。 図１のタービンリングアセンブリの別の実施形態を示す部分的な片側断面図である。 本発明のタービンリングアセンブリの一実施形態を示す半径方向の片側断面図である。 図６のタービンリングアセンブリのリング支持構造内にリングセクターがどのように取り付けられているかを示す説明図である。 図６のタービンリングアセンブリのリング支持構造内にリングセクターがどのように取り付けられているかを示す説明図である。 図６のタービンリングアセンブリのリング支持構造内にリングセクターがどのように取り付けられているかを示す説明図である。 図６のタービンリングアセンブリのリング支持構造内にリングセクターがどのように取り付けられているかを示す説明図である。 図６のタービンリングアセンブリのリング支持構造内にリングセクターがどのように取り付けられているかを示す説明図である。 図６と図８−１１との保持バンドの概略的な斜視図である。

図１は高圧タービンのためのリングアセンブリを示し、このアセンブリは、金属リング支持構造３と共にセラミックマトリックス複合物（ＣＭＣ）材料で作られているタービンリング１を備える。このタービンリング１は１組の回転ブレード５を取り囲む。タービンリング１は複数のリングセクター１０によって形成されており、及び、図１は、２つの連続したリングセクターの間を通過する平面上の半径方向の片側断面図である。矢印Ｄ_Aがタービンリング１に対する軸方向を示し、一方、矢印Ｄ_Rがタービンリング１に対する半径方向を示す。

各々のリングセクター１０は、概ね逆さの文字Πの形状である断面を有し、環状基部１２が、タービンの中を通る気体流のための流路を形成する、摩耗性材料の層１３の形で被覆された内面を有する。上流タブ１４と下流タブ１６は、半径方向Ｄ_Rに環状基部１２の外面から延びる。術語「上流の」及び「下流の」は、本明細書では、タービンの中を通る気体流の流れ方向（矢印Ｆ）を基準として使用されている。

リング支持構造３が、リングセクター１０の上流タブ１４に面するそのフランジの面の上に突起３４を有する上流環状半径方向フランジ３２を有する、タービンケーシング３０に固定されており、及び、突起３４が、上流タブ１４の外面１４ａ内に存在している環状溝１４０内に受け入れられている。下流側では、リング支持構造は、リングセクター１０の下流タブ１６に面するそのフランジの面の上に突起３８を有する下流環状半径方向フランジ３６を有し、及び、突起３８は、下流タブ１６の外面１６ａ内に存在している環状溝１６０内に受け入れられている。

詳細に後述するように、各々のリングセクター１０のタブ１４とタブ１６は、少なくとも「低温」時に、即ち、約２５℃の周囲温度において、フランジがタブ１４とタブ１６とに応力を及ぼすように、環状フランジ３２、３６の間に予応力を伴って取り付けられている。

さらに、ここで説明している具体例では、リングセクター１０は、さらに、閉塞止めくぎ（ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｐｅｇ）によっても保持されている。さらに具体的に述べると、図１に示されているように、止めくぎ４０は、リング支持構造３の上流環状半径方向フランジ３２と、リングセクター１０の上流タブ１４との両方の中に係合している。このために、各々の止めくぎ４０は、上流環状半径方向フランジ３２内に形成されているそれぞれのオリフィス３３と、上流タブ１４内に形成されているそれぞれのオリフィス１５との中を通過し、及び、オリフィス３３、１５は、リング支持構造３上にリングセクター１０を取り付ける時に、互いに整合させられる。同様に、止めくぎ４１は、リング支持構造３の下流環状半径方向フランジ３６と、リングセクター１０の下流タブ１６との両方の中に係合している。このために、各々の止めくぎ４１は、下流環状半径方向フランジ３６内に形成されているそれぞれのオリフィス３７と、下流タブ１６内に形成されているそれぞれのオリフィス１７との中を通過し、オリフィス３７、１７は、リング支持構造３上にリングセクター１０を取り付ける時に、互いに整合させられる。

さらに、セクター相互間のシーリングが、２つの互いに隣接するリングセクターの対向する端縁内において互いに面する溝の中に受け入れられているシーリングタング（ｓｅａｌｉｎｇ ｔｏｎｇｕｅ）によって実現される。タング２２ａが、環状基部１２の中央部分内において環状基部１２の概ね全長にわたって延びる。別のタング２２ｂがタブ１４に沿って且つ環状基部１２の一部分上を延びる。別のタング２２ｃがタブ１６に沿って延びる。タング２２ｃはその一方の端部においてタング２２ａとタング２２ｂに対して当接する。タング２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、例えば金属で作られており、及び、使用中に遭遇する温度においてシーリング機能が実現されることを確実なものにするために、これらのタングのハウジング内に低温時に隙間なしに取り付けられている。

従来通りの形で、フランジ３２内に形成されている通気オリフィス３２ａが、タービンリング１０の外側を冷却するために冷却空気が配送されることを可能にする。

本発明では、少なくとも１つの弾性要素が、リング支持構造の環状フランジの突起の各々とリングセクターのタブ内の環状溝の各々との間に挿入されている。さらに明確に述べると、ここで説明している実施形態では、分割環状カラー６０が、リングセクター１０の上流タブ１４の外面１４ａ内に存在している溝１４０の頂部壁１４２と、上流環状半径方向フランジ３２の突起３４の頂部面３４ｃとの間に挿入されており、及び、分割環状カラー７０が、リングセクター１０の下流タブ１６の外面１６ａ内に存在している溝１６０の頂部壁１６２と、下流環状半径方向フランジ３６の突起３８の頂部面３８ｃとの間に挿入されている。分割環状カラー６０、７０は、それぞれに自由状態にある時に、即ち、取り付け前に、環状溝１４０、１６０の頂部壁１４２、１６２によって形成されている半径よりも大きい半径を有するので、弾性である要素を構成する。分割環状カラー６０、７０は例えばレネ４１合金で作られてもよい。取り付け前に、溝１４０、１６０内にカラー６０、７０を挿入することが可能であるように、カラー６０、７０を締めてその半径を縮小させるために、弾性応力がカラー６０、７０に加えられる。カラー６０、７０は、溝１４０、１６０内に入れられ終わると、膨張して、環状溝１４０、１６０の頂部壁１４２、１６２に対して当接する。したがって、カラー６０、７０は、リング支持構造３上の所定位置にリングセクター１０を保持する働きをする。さらに明確に述べると、カラー６０、７０は、半径方向Ｄ_Rに方向付けられている保持力Ｆ_mをリングセクター１０上に及ぼし、及び、この保持力は、第１に、上流環状半径方向フランジ３２の突起３４の底部面３４ｂと上流タブ１４の溝１４０の底部壁１４３との間の接触と、第２に、下流環状半径方向フランジ３６の突起３８の底部面３８ｂと上流タブ１６の溝１６０の底部壁１６３との間の接触とを確実なものにする働きをする（図１）。

次に、図１に示されているタービンリングアセンブリに対応する、タービンリングアセンブリを形成する方法を説明する。

上述したリングセクター１０の各々は、リングセクターの形状に類似した形状の繊維プリフォームを形成することによって、及び、セラミックマトリックスによってリングセクターを高密度化することによって、セラミックマトリックス複合物（ＣＭＣ）材料で作られている。

繊維プリフォームを形成するために、例えば、日本の原料供給会社である日本カーボン株式会社によって名称「ニカロン」で販売されているＳｉＣ繊維ヤーン、又は、炭素繊維で作られているヤーン等の、セラミック繊維で作られているヤーンを使用することが可能である。

繊維プリフォームは、有利には、３次元製織によって、又は、多層製織によって作られ、及び、非相互連結区域（ｚｏｎｅ ｏｆ ｎｏｎ−ｉｎｔｅｒｌｉｎｋｉｎｇ）が、タブ１４、１６に対応するプリフォームの一部分がセクター１０から離れる形に動かされることを可能にするように配置されている。

製織は、示されているインターロックタイプであってもよい。例えばマルチプレイン製織（ｍｕｌｔｉ−ｐｌａｉｎ ｗｅａｖｅ）又はマルチサテン製織（ｍｕｌｔｉ−ｓａｔｉｎ ｗｅａｖｅ）等の、他の３次元製織又は多層製織が使用されてもよい。国際公開第ＷＯ ２００６／１３６７５５号パンフレットを参照されたい。

製織の後に、ブランクが、セラミックマトリックスによって強化され且つ高密度化されるリングセクターのプリフォームを得るために、成形されてもよく、及び、高密度化が、特に、それ自体としては公知である化学蒸気浸透法（ＣＶＩ）によって行われることが可能である。

ＣＭＣリングセクター製造の詳細な具体例が、特に、米国特許出願公開第ＵＳ ２０１２／００２７５７２号明細書に説明されている。

リング支持構造３は、Ｗａｓｐａｌｏｙ（商標）合金又はＩｎｃｏｎｅｌ ７１８等の金属材料で作られている。

タービンリングアセンブリの形成の次に、リング支持構造３上にリングセクター１０を取り付けることが行われる。図２に示されているように、上流環状半径方向フランジ３２の環状突起３４の端部３４ａと、下流環状半径方向フランジ３６の環状突起３８の端部３８ａとの間の間隔Ｅが、「休止状態」である時に、即ち、リングセクターがフランジの相互間に取り付けられていない時に、それぞれにリングセクターの上流タブ１４内と下流タブ１６内とにおいて環状溝１４０、１６０の末端壁１４１、１６１の間に存在している距離Ｄよりも小さい。

各々のリングセクターのタブの溝の末端壁の相互間の距離Ｄよりも小さいリング支持構造のフランジの突起の相互間の間隔Ｅを形成することによって、リング支持構造のフランジの間にリングセクターを予応力を伴って取り付けることが可能である。しかし、取り付け中にＣＭＣリングセクターのタブを損傷させることを防止するために、本発明では、リング支持構造は、リングの軸方向Ｄ_Aに弾性変形可能である少なくとも１つの環状フランジを含む。ここで説明している具体例では、弾性変形可能であるのは環状下流半径方向フランジ３６である。詳細に述べると、リング支持構造３の環状下流半径方向フランジ３６は、環状上流半径方向フランジ３２に比較してより小さい厚さを有し、及び、このことが、ある程度の弾性を環状下流半径方向フランジ３６に与える。

リング支持構造３上にリングセクター１０を取り付ける前に、分割カラー６０、７０が、それぞれに、環状半径方向フランジ３２、３６の突起３４、３８の頂部壁３４ｃ、３８ｃに接触して配置される。

その次に、リングセクター１０は、リング支持構造３に互いに連続的に取り付けられる。リングセクター１０を取り付けている最中に、リングセクター１０に損傷を生じさせる危険性なしに、フランジ３２、３６上にそれぞれに存在している突起３４、３８が、タブ１４、１６内に存在している溝１４０、１６０の中に挿入されることを可能にするように、フランジ３２とフランジ３６との間の間隔を増大させるために、下流環状半径方向フランジ３６が、図３と図４に示されているように方向Ｄ_Aに引っ張られる。フランジ１４、１６の突起３４、３８がタブ１４、１６の溝１４０、１６０の中に挿入され、且つ、上記タブ１４、１６が、オリフィス３３、１５と、オリフィス１７、３７とを整合させるように位置決めされた後に、フランジ３６が釈放される。その次に、フランジ３２、３６のそれぞれの突起３４、３８が、リングセクターのタブ１４、１６上に軸方向の応力（方向Ｄ_A）を及ぼし、一方、カラー６０、７０がリングセクターのタブ１４、１６上に半径方向の応力を及ぼす（方向Ｄ_R）。引張りによって下流環状半径方向フランジ３６を遠ざかるように移動させることをより容易にするために、下流環状半径方向フランジ３６は、その面３６ａ全体上に分布している複数のフック３９を有し、及び、この面は、リングセクター１０の下流タブ１６に面するフランジ３６の面３６ｂの反対側に位置している（図３）。この具体例では、弾性変形可能なフランジ３６上に及ぼされるリングの軸方向Ｄ_Aにおける引張りが、少なくとも１つのアーム５１を有する道具５０によって加えられ、及び、この道具５０の端部は、フランジ３６の外面３６ａ上に存在しているフック３９の中に係合させられるフック５１０を含む。

フランジ３６の面３６ａ上に分布しているフック３９の個数が、フランジ３６上に有することが望まれている牽引箇所（ｔｒａｃｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ）の個数に応じて決定される。この個数は、主としてフランジの弾性特性に依存している。当然であるが、本発明の範囲内で、リング支持構造の一方のフランジ上に軸方向Ｄ_Aにおいて牽引が及ぼされることを可能にする、他の形状と構成である手段を想定することが可能である。

リングセクター１０がフランジ３２、３６の間に挿入及び位置決めされた後に、止めくぎ４０が、環状上流半径方向フランジ３２と上流タブ１４との中にそれぞれに形成されている互いに整合したオリフィス３３、１５の中に係合させられ、及び、止めくぎ４１が、環状下流半径方向フランジ３６と下流タブ１６との中にそれぞれに形成されている互いに整合したオリフィス３７、１７の中に係合させられる。リングセクターのタブ１４、１６の各々は、閉塞止めくぎを通過させるための１つ又は複数のオリフィスを備えてもよい。

別の実施形態では、カラー６０、７０が、リングセクターのタブ内の溝の底部壁と環状半径方向フランジ上の突起の底部面との間に配置されてもよい。図５は、リングセクター１０の上流タブ１４と、リング支持構造３の上流環状半径方向フランジ３２とに関する、この別の実施形態を示す。図５では、カラー６０は、リングセクター１０の上流タブ１４内の溝１４０の底部壁１４３と、上流環状半径方向フランジ３２の突起３４の底部面３４ｂとの間に配置されている。カラー６０は、半径方向Ｄ_Rに方向付けられている保持力Ｆ_mを及ぼし、この保持力Ｆ_mは、まず第１に、上流タブ１４内の溝１４０の頂部壁１４２と上流環状半径方向フランジ３２の突起３４の頂部面３４ｃとの間の接触を確実なものにする働きをする。

図６は、本発明の別の実施形態による高圧タービンのためのリングアセンブリを示す。上述したように、この高圧タービンリングアセンブリは、セラミックマトリックス複合物（ＣＭＣ）材料で作られているタービンリング１０１と、金属製のリング支持構造１０３とを備える。タービンリング１０１が１組の回転ブレード１０５を取り囲む。このタービンリング１０１は、複数のリングセクター１１０によって構成されており、及び、図６は、２つの連続的なリングセクターの間に位置する平面上の半径方向断面図である。矢印Ｄ_Aがタービンリング１０１に対する軸方向を示し、及び、矢印Ｄ_Rが、タービンリング１０１に対する半径方向を示す。

各々のリングセクター１１０が、概ね逆さの文字Πの形状である断面を有し、環状基部１１２が、タービンの中を通る気体流のための流路を形成する、摩耗性材料の層１１３の形に被覆された内面を有する。上流タブ１１４と下流タブ１１６は、半径方向Ｄ_Rに環状基部１２の外面から延びる。術語「上流の」及び「下流の」は、本明細書では、タービンの中を通る気体流の流れ方向（矢印Ｆ）を基準として使用されている。

リング支持構造１０３は、２つの部分によって、即ち、タービンケーシング１３２と共に一体的に形成されていることが好ましい、上流環状半径方向フランジ１３２に対応する第１の部分と、タービンケーシング１３０上に取り付けられている環状保持バンド１５０に対応する第２の部分とによって構成されている。上流環状半径方向フランジ１３２は、リングセクター１１０の上流タブ１１４に面するそのフランジの面上に突起１３４を有し、及び、突起１３４は、上流タブ１１４の外面１１４ａ内に存在している環状溝１１４０内に受け入れられる。下流側部では、バンド１５０は、リングセクター１１０の下流端部１１６に面するそのフランジの面上に突起１５５を有する下流環状半径方向フランジ１５４を形成する環状ウェブ１５７を備え、及び、この突起は、下流タブ１１６の外面１１６ａ内に存在している環状溝１６０内に受け入れられる。バンド１５０は軸方向に延びる環状本体１５１を有し、この環状本体１５１は、その上流側部上に環状ウェブ１５７を備え、及び、その下流側部上に、バンド１５０上に円周方向に分布しており且つ第１の係合通路１５３によって互いに間隔を開けられている第１の組の歯１５２を備える（図９、図１２）。タービンケーシング１３０は、その下流側部上に、タービンケーシング１３０のシュラウド１３８の内側表面から半径方向に延びる第２の組の歯１３５を有する。これらの歯１３５は、シュラウド１３８の内側表面１３８ａ上に円周方向に分布しており、及び、第２の係合通路１３６によって互いに間隔を開けられている（図９）。歯１５２、１３５は、円周方向ツイストロックジョー継手を形成するように互いに協働する。

詳細に後述するように、少なくとも「低温」時に、即ち、約２５℃の周囲温度において、フランジがタブ１１４、１１６上に応力を及ぼすように、各リングセクター１１０のタブ１１４、１１６は、予応力を伴って環状フランジ１３２、１５４の間に取り付けられる。

さらに、ここで説明している具体例では、リングセクター１１０は、さらに、閉塞止めくぎによっても保持される。さらに明確に述べると、図６に示されているように、止めくぎ１４０は、リング支持構造１０３の上流環状半径方向フランジ１３２の中と、リングセクター１１０の上流タブ１１４の中との両方に係合させられている。このために、各々の止めくぎ１４０は、上流環状半径方向フランジ１３２内に形成されているそれぞれのオリフィス１３３と、上流タブ１１４内に形成されているそれぞれのオリフィス１１５との中を通過し、及び、オリフィス１３３、１１５は、リング支持構造１０３上にリングセクター１１０を取り付ける際に整合させられる。同様に、止めくぎ１４１は、バンド１５０の下流環状半径方向フランジ１５４の中と、リングセクター１１０の下流タブ１１６の中との両方に係合させられている。このために、各々の止めくぎ１４１は、下流環状半径方向フランジ１５４内に形成されているそれぞれのオリフィス１５６と、下流タブ１１６内に形成されているそれぞれのオリフィス１１７との中を通過し、及び、オリフィス１５６、１１７は、リング支持構造１０３上にリングセクター１１０を取り付ける際に整合させられる。

これに加えて、セクター相互間のシーリングが、２つの互いに隣接するリングセクターの対向端縁において互いに面する溝の内に収容されているシーリングタング（ｓｅａｌｉｎｇ ｔｏｎｇｕｅ）によって実現される。タング１２２ａが、環状基部１１２の中央部分内においてその環状基部１１２の概ね全長にわたって延びる。別のタング１２２ｂが、タブ１１４に沿って、且つ、環状基部１１２の一部分にわたって延びる。別のタング１２２ｃがタブ１１６に沿って延びる。タング１２２ｃは、一方の端部において、タング１２２ａとタング１２２ｂとに対して当接する。例えば、タング１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃは、金属で作られており、及び、運転中に遭遇させられる温度においてシーリング機能を果たすために、低温時に隙間を有するように、これらのタングのハウジング内に取り付けられている。

従来通りに、フランジ１３２内に形成されている通気オリフィス１３２ａが、タービンリング１１０の外側を冷却するための冷却空気を搬送する働きをする。

これに加えて、タービンリングアセンブリの上流と下流との間のシーリングが環状突起１３１によって実現され、及び、この環状突起１３１は、タービンケーシング１０３のシュラウド１３８の内側面１３８ａから半径方向に延びており、且つ、バンド１５０の本体１５１の表面と接触しているその自由端部を有する。

本発明では、少なくとも１つの弾性要素が、リング支持構造の環状フランジの各突起と、リングセクターのタブ内の環状溝の各々との間に挿入されている。より明確に述べると、ここで説明している具体例では、分割環状波形シート１７０が、リングセクター１１０の上流タブ１１４の外面１１４ａ内に存在している溝１１４０の頂部壁１１４２と、上流環状半径方向フランジ１３２の突起１３４の頂部面１３４ｃとの間に挿入されており、一方、分割環状波形シート１８０が、リングセクター１１０の下流タブ１１６の外面１１６ａ内に存在している溝１１６０の頂部壁１１６２と、下流環状半径方向フランジ１５４の突起１５５の頂部面１５５ｃとの間に挿入されている。環状波形シート１７０、１８０は弾性要素を構成する。環状波形シート１７０、１８０は、特に、レネ４１合金等の金属材料で作られてもよく、又は、ＳｉＣ／Ｂ自己回復マトリックスによって高密度化されている炭素繊維補強材によって構成されているＡ５００タイプの材料等の複合物材料で作られてもよい。波形シート１７０、１８０は、環状溝１１４０、１１６０及び突起１３４、１５５と交互に接触する。したがって、波形シート１７０、１８０は、リング支持構造１０３上の所定位置にリングセクター１１０を保持する働きをする。さらに明確に述べると、波形シート１７０、１８０は、第１に、（シート１７０の場合に）上流タブ１１４の溝１１４０の頂部壁１１４２と、上流環状半径方向フランジ１３２の突起１３４の頂部面１３４ｃとの間で、及び、第２に、（シート１８０の場合に）上流タブ１１６の溝１１６０の頂部壁１１６２と、下流環状半径方向フランジ１５４の突起１５５の頂部面１５５ｃとの間で、交互の接触点を介して、半径方向Ｄ_Rにリングセクター１１０を弾性的に保持する働きをする。

次に、図６に示されているタービンリングアセンブリに対応する、タービンリングアセンブリを形成する方法を説明する。

上述したリングセクター１１０の各々は、リングセクターの形状に類似した形状の繊維プリフォームを形成することによって、及び、セラミックマトリックスによってリングセクターを高密度化することによって、セラミックマトリックス複合物（ＣＭＣ）材料で作られている。

繊維プリフォームを形成するために、例えば、日本の原料供給会社である日本カーボン株式会社によって名称「ニカロン」で販売されているＳｉＣ繊維ヤーン、又は、炭素繊維で作られているヤーン等の、セラミック繊維で作られているヤーンを使用することが可能である。

繊維プリフォームは、有利には、３次元製織によって、又は、多層製織によって作られ、及び、非相互連結区域が、タブ１１４、１１６に対応するプリフォームの一部分がリングセクター１１０から離れる形に動かされることを可能にするように構成されている。

製織は、示されているように、インターロックタイプであってもよい。例えばマルチプレイン製織又はマルチサテン製織等の、他の３次元製織又は多層製織が使用されてもよい。国際公開第ＷＯ ２００６／１３６７５５号パンフレットを参照されたい。

製織の後に、ブランクが、セラミックマトリックスによって強化され且つ高密度化されるリングセクターのプリフォームを得るために、成形されてもよく、及び、高密度化が、特に、それ自体としては公知である化学蒸気浸透法（ＣＶＩ）によって行われることが可能である。

ＣＭＣリングセクター製造の詳細な具体例が、特に、米国特許出願公開第ＵＳ ２０１２／００２７５７２号明細書に説明されている。

リング支持構造１０３は、Ｗａｓｐａｌｏｙ（商標）合金又はＩｎｃｏｎｅｌ ７１８等の金属材料で作られている。

タービンリングアセンブリの形成の次に、リング支持構造１０３上にリングセクター１１０を取り付けることが行われる。図７と図８とに示されているように、上流環状半径方向フランジ１３２内と上流タブ１１４内とにそれぞれに形成されている整合させられたオリフィス１３３、１１５内に係合させられている止めくぎ１４０によって、リング支持構造１０３の上流環状半径方向フランジ１３２に対して、上流タブ１１４を介して、リングセクター１１０が最初に締め付け固定され、及び、環状波形シート１７０は、上流環状半径方向フランジ１３２の突起１３４の頂部面１３４ｃに対して接触する形で予め配置されている。フランジ１３２上に存在する突起１３４は、タブ１１４内に存在している溝１１４０内に係合させられている。

リングセクター１１０のすべてがこのようにして上流環状半径方向フランジ１３２上に締付け固定され終わった後に、環状保持バンド１５０が、タービンケーシング１０３とリングセクター１１０の下流タブ１１６との間に、ツイストロックジョー継手によってアセンブリされる。ここで説明している実施形態では、バンド１５０の環状ウェブ１５７によって形成されている上流環状半径方向フランジ１５４と上記バンドの歯１５２の外側表面１５２ａとの間の間隔Ｅが、リングセクターの下流タブ１１６内の溝１１６０の端部壁１１６１とタービンケーシング１３０上に存在している歯１３５の内面１３５ｂとの間に存在する距離Ｄよりも大きい（図８）。

リングセクターの下流タブ内の溝の端部壁とタービンケーシング上に存在している歯の内面との間の距離Ｄよりも大きい、上流環状半径方向フランジと上記バンドの歯の外側表面との間の間隔Ｅを形成することによって、リング支持構造のフランジの相互間にリングセクターを予応力を伴って取り付けることが可能である。しかし、取り付け中にリングセクターのＣＭＣタブに損傷を与えることを防止するために、及び、本発明によって、リング支持構造は、リングの軸方向Ｄ_Aに弾性変形可能である少なくとも１つの環状フランジを含む。ここで説明している具体例では、弾性変形可能であるのはバンド１５０上に存在している下流環状半径方向フランジ１５４である。明確に述べると、リング支持構造１０３の下流環状半径方向フランジ１５４を形成する環状ウェブ１５７は、上流環状半径方向フランジ１３２の厚さよりも薄い厚さを有し、これによって下流環状半径方向フランジ１５４に対して一定の度合いの弾性を与える。

図９と図１０と図１１とに示されているように、バンド１５０の上流環状半径方向フランジ１５４の突起１５５の頂部面１５５ｃに接触する形に環状波形シート１８０を配置することによって、及び、下流タブ１１６内に存在している溝１１６０内に突起１５５を係合させることによって、バンド１５０がタービンケーシング１３０上に取り付けられる。ツイストロックジョー継手によってバンド１５０を締付け固定するために、バンド１５０上の歯１５２が、最初に、タービンケーシング１３０内に形成されている係合通路１３６に面する形に位置決めされ、及び、上記タービンケーシング上に存在している歯１３５が、同様に、バンド１５０上の歯１５２の相互間に形成されている係合通路１５３に面する形で配置される。間隔Ｅが距離Ｄよりも大きいので、歯１３５、１５２の幅に実質的に対応する角度をバンドが回転Ｒさせられることを可能にするように、歯１３５を越えて歯１５２を係合させるために、図１０に示されている方向にバンド１５０上に軸方向の力Ｆ_Aを加えることが必要である。このようにバンド１５０を回転させた後に、バンド１５０が釈放され、及び、その次に、このバンド１５０は、リングセクター１１０の上流タブ１１６とタービンケーシング１３０の歯１３５の内側表面１３５ｂとの間に、軸方向の応力によって保持される。

バンドがこのように所定位置に位置決めされた後に、止めくぎ１４１が、下流環状半径方向フランジ１５４内と下流タブ１１６内とにそれぞれに形成されている整合させられたオリフィス１５６、１１７内に係合させられる。リングセクターのタブ１１４、１１６の各々は、閉塞止めくぎを通過させるための１つ又は複数のオリフィスを含んでもよい。

別の実施形態では、波形シート１７０、１８０は、リングセクターのタブの中の溝の底部壁と環状半径方向フランジの突起の底部面との間に配置されてもよい。この状態では、波形シート１７０、１８０は、第１に、（シート１７０の場合に）、上流タブ１１４の溝１１４０の底部壁１１４３と上流環状半径方向フランジ１３２の突起１３４の底面１３４ｂとの間での、及び、第２に、（シート１８０の場合に）、上流タブ１１６の溝１１６０の底部壁１１６３と、下流環状半径方向フランジ１５４の突起１５５の底面１５５ｂとの間での交互の接触点によって、半径方向Ｄ_Rにリングセクター１１０の弾性的保持を実現する。

１ タービンリング
３ リング支持構造
１０ リングセクター
１４ 上流タブ
１５ オリフィス
１６ 下流タブ
１７ オリフィス
３２ 上流環状半径方向フランジ
３３ オリフィス
３４ 環状突起
３６ 下流環状半径方向フランジ
３７ オリフィス
３８ 環状突起
４０ 止めくぎ
４１ 止めくぎ

Claims (8)

1. タービンリング（１）を形成するセラミックマトリックス複合物材料で作られている複数のリングセクター（１０）と、さらに、第１の環状フランジ（３２）及び第２の環状フランジ（３６）を有するリング支持構造（３）との両方を備える、タービンリングアセンブリであって、各々の前記リングセクター（１０）は、前記タービンリング（１）の内側面を形成する内面と、第１のタブ（１４）及び第２のタブ（１６）がそれから半径方向に延びる外面とを有する、環状基部を形成する、部分（１２）を有し、前記リングセクター（１０）の各々の前記第１のタブ（１４）及び前記第２のタブ（１６）は、前記リング支持構造（３）の前記第１の環状フランジ（３２）と前記第２の環状フランジ（３６）の間に保持され、前記リングセクター（１０）の前記第１のタブ（１４）及び前記第２のタブ（１６）の各々は、前記リング支持構造（３）の前記第１の環状フランジ（３２）と前記第２の環状フランジ（３６）とにそれぞれに面する前記第１のタブ（１４）及び前記第２のタブ（１６）の面（１４ａ、１６ａ）の中に環状溝（１４０、１６０）を有し、前記リング支持構造（３）の前記第１の環状フランジ（３２）及び前記第２の環状フランジ（３６）の各々は、前記リングセクターの前記第１のタブ（１４）及び前記第２のタブ（１６）に面するその環状フランジの面上に環状突起（３４、３８）を有し、前記第１の環状フランジ（３２）の前記環状突起（３４）は、前記リングセクター（１０）各々の前記第１のタブ（１４）の前記環状溝（１４０）の中に受け入れられ、一方、前記第２の環状フランジ（３６）の前記環状突起（３８）は、各々の前記リングセクター（１０）の前記第２のタブ（１６）の前記環状溝（１６０）の中に受け入れられ、少なくとも１つの弾性要素が、前記第１の環状フランジ（３２）の前記環状突起（３４）と前記第１のタブ（１４）の前記環状溝（１４０）との間と、さらには、前記第２の環状フランジ（３６）の前記環状突起（３８）と前記第２のタブ（１６）の前記環状溝（１６０）との間とに挿入されており、
   各々の前記弾性要素が、半径方向において、前記リングセクター（１０）の前記第１のタブ（１４）又は前記第２のタブ（１６）の中に存在している前記環状溝（１４０）の頂部壁（１４２）と、前記リング支持構造（３）の前記第１の環状フランジ（３２）又は前記第２の環状フランジ（３６）の前記環状突起（３４）の頂部壁（３４ｃ）との間に挿入されていること、又は、さらに、
   各々の前記弾性要素は、半径方向において、前記リングセクター（１０）の前記第１のタブ（１４）又は前記第２のタブ（１６）の中に存在している前記環状溝（１４０）の底部壁（１４３）と、前記リング支持構造（３）の前記第１の環状フランジ（３２）又は前記第２の環状フランジ（３６）の前記環状突起（３４）の底部壁（３４ｂ）との間に挿入されており、
   各々の前記弾性要素は、前記タービンリングの前記半径方向に方向付けられている保持力を前記リングセクターに及ぼす、タービンリングアセンブリ。
2. 前記弾性要素の各々が、前記環状突起（３４、３８）の一方とこれに対応する前記環状溝（１４０、１６０）との間に弾性的な予応力を伴って取り付けられている分割環状カラー（６０、７０）によって形成されている請求項１に記載のタービンリングアセンブリ。
3. 前記弾性要素の各々は、波形の形状を有する剛体材料の少なくとも１つのストリップ（１７０、１８０）によって形成されている請求項１に記載のタービンリングアセンブリ。
4. 前記リング支持構造（３）の前記第１の環状フランジ（３２）及び前記第２の環状フランジ（３６）の前記環状突起は、前記リングセクター（１０）の前記タブ（１４、１６）の前記環状溝（１４０、１６０）上に応力を及ぼし、前記リング支持構造（３）の一方の前記第２の環状フランジ（３６）が、前記タービンリング（１）の軸線方向（Ｄ_A）において弾性変形可能である請求項１から３のいずれか１項に記載のタービンリングアセンブリ。
5. 前記リング支持構造（３）の弾性変形可能な前記第２の環状フランジ（３６）は、前記リング支持構造（３）の他方の前記第１の環状フランジ（３２）の厚さよりも薄い厚さを有する請求項４に記載のタービンリングアセンブリ。
6. 前記リング支持構造（３）の弾性変形可能な前記第２の環状フランジ（３６）は、前記リングセクター（１０）の前記第２のタブ（１６）に面するその環状フランジの面（３６ｂ）とは反対側に位置する、その環状フランジの面（３６ａ）の上に分布した複数のフック（３９）を有する請求項４又は５に記載のタービンリングアセンブリ。
7. タービンリング（１０１）を形成するセラミックマトリックス複合物材料で作られている複数のリングセクター（１１０）と、さらに、環状フランジ（１３２）と、タービンケーシング（１３０）上に取り付けられた環状保持バンド（１５０）とを有するリング支持構造（１０３）との両方を備える、タービンリングアセンブリであって、各々の前記リングセクター（１１０）は、前記タービンリング（１０１）の内側面を形成する内面と、第１のタブ（１１４）及び第２のタブ（１１６）がそれから半径方向に延びる外面とを有する、環状基部を形成する、部分（１１２）を有し、前記リングセクター（１１０）の各々の前記第１のタブ（１１４）及び前記第２のタブ（１１６）は、前記リング支持構造（１０３）の前記環状フランジ（１３２）と前記環状保持バンド（１５０）の間に保持され、前記リングセクター（１１０）の前記第１のタブ（１１４）及び前記第２のタブ（１１６）の各々は、前記リング支持構造（１０３）の前記環状フランジ（１３２）と前記環状保持バンド（１５０）とにそれぞれに面する前記第１のタブ（１１４）及び前記第２のタブ（１１６）の面（１１４ａ、１１６ａ）の中に環状溝（１４０、１６０）を有し、前記リング支持構造（１０３）の前記環状フランジ（１３２）及び前記環状保持バンド（１５０）の各々は、前記リングセクター（１１０）の前記第１のタブ（１１４）及び前記第２のタブ（１１６）に面するその環状フランジの面上に環状突起（１３４、１５５）を有し、前記環状フランジ（３２）の前記環状突起（１３４）は、前記リングセクター（１１０）各々の前記第１のタブ（１１４）の前記環状溝（１４０）の中に受け入れられ、一方、前記環状保持バンド（１５０）の前記環状突起（１５５）は、各々の前記リングセクター（１１０）の前記第２のタブ（１１６）の前記環状溝（１６０）の中に受け入れられ、少なくとも１つの弾性要素が、前記環状フランジ（１３２）の前記環状突起（１３４）と前記第１のタブ（１１４）の前記環状溝（１４０）との間と、さらには、前記環状保持バンド（１５０）の前記環状突起（１５５）と前記第２のタブ（１１６）の前記環状溝（１６０）との間とに挿入されており、
   各々の前記弾性要素が、半径方向において、前記リングセクター（１１０）の前記第１のタブ（１１４）又は前記第２のタブ（１１６）の中に存在している前記環状溝（１４０）の頂部壁（１４２）と、前記リング支持構造（１０３）の前記環状フランジ（１３２）の前記環状突起（１３４）の頂部壁（１３４ｃ）又は前記環状保持バンド（１５０）の前記環状突起（１５５）との間に挿入されていること、又は、さらに、
   各々の前記弾性要素は、半径方向において、前記リングセクター（１１０）の前記第１のタブ（１１４）又は前記第２のタブ（１１６）の中に存在している前記環状溝（１４０）の底部壁（１４３）と、前記リング支持構造（１０３）の前記環状フランジ（１３２）の底部壁（１３４ｂ）又は前記環状保持バンド（１５０）の前記環状突起（１５５）との間に挿入されており、
   各々の前記弾性要素は、前記タービンリングの前記半径方向に方向付けられている保持力を前記リングセクターに及ぼし、
   前記環状保持バンド（１５０）は、前記リング支持構造（１０３）のフランジ（１５４）の一方を形成する環状ウェブ（１５７）を含み、前記環状保持バンド（１５０）は、前記環状保持バンド上に円周方向に分布している第１の組の歯（１５２）を有し、前記タービンケーシング（１３０）は、前記タービンケーシング上に円周方向に分布している第２の組の歯（１３５）を有し、前記第１の組の歯（１５２）の歯と前記第２の組の歯（１３５）の歯は、一体的に、円周方向ツイストロックジョー継手を形成するタービンリングアセンブリ。
8. 前記タービンケーシング（１３０）は、前記タービンケーシングのシュラウド（１３８）と前記リング支持構造（１０３）の前記環状保持バンド（１５０）との間を延びる環状突起（１３１）を含む請求項７に記載のタービンリングアセンブリ。

Images