JPH0413529B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、軸流型ガスタービンエンジンに係
り、更に詳細にはタービン出口ガイドベーンの支
持構造に係る。

従来の技術 ガスタービンエンジンの技術分野に於て、ター
ビン出口ガイドベーンはその外端部をタービンア
ウタ排気ケースに剛固に取付けることにより該ア
ウタ排気ケースに片持ち支持されることが知られ
ている。この場合出口ガイドベーンに作用するエ
ンジン軸線方向荷重、半径方向荷重、及び捩り荷
重は出口ガイドベーンの取付け点に於てアウタ排
気ケースに伝達される。

本願出願人であるユナイテツド・テクノロジー
ズ・コーポレイシヨンの一部門であるPratt ＆
Whitney Aircraft Groupにより製造されてい
るF100軸流型ガスタービンエンジンはタービン
排気ケース組立体を有しており、該組立体は半径
方向に延在する複数個の中空のストラツトにより
互いに隔置されたインナ排気ケースとアウタ排気
ケースとを含み、該ストラツトはその内端部及び
外端部に於てそれぞれインナ排気ケース及びアウ
タ排気ケースに固定的に取付けられている。アウ
タ排気ケースは最終段のタービンブレードの下流
側に於てエンジンのガス流路の半径方向外側の壁
面を郭定している。ガス流路の半径方向内側の壁
面はインナ排気ケースとアウタ排気ケースとの間
にてそれより半径方向に隔置されたシート金属よ
りなる非構造部材としての整形体（fairing）に
より郭定されている。ストラツトは整形体を貫通
して延在しており、また整形体はその後端部に於
てインナ排気ケースより片持ち支持されている。
インナ排気ケースはその前端部に於てエンジンロ
ータシヤフトのための軸受支持構造体に取付けら
れており、該軸受支持構造体に接続されたタイロ
ツドはストラツトを貫通してアウタ排気ケースを
囲繞するエンジンマウントリングまで半径方向外
方へ延在しており、これにより軸受支持構造体よ
りエンジンマンウトリングへ荷重が伝達されるよ
うになつている。このF100軸流型ガスタービン
エンジンに於ては、シート金属よりなる整形体に
よつてのみガス流路の内壁が郭定されており、又
この整形体はインナ排気ケース及び軸受支持構造
体に対する熱シールドとして作用する。尚この軸
流型ガスタービンエンジンに於ては、最終タービ
ン段と中空ストラツトとの間にタービン出口ガイ
ドベーンは設けられていない。

課題を解決するための手段 本発明の目的は、一段のタービン出口ガイドベ
ーンを支持する手段に特徴を有するタービン排気
ケース組立体を提供することである。

本発明の排気ケース組立体に於ては、シート金
属よりなる整形体はタービン排気ガス流路の内壁
を郭定しており、その後端部は半径方向内方に隔
置されたタービンインナケースより片持ち支持さ
れている。タービンインナケースは整形体を貫通
して半径方向に延在する複数個の中空ストラツト
により半径方向外方に隔置されたタービンアウタ
ケースに接続されている。ストラツトのすぐ上流
側に配置された一段のタービン出口ガイドベーン
はガス流路を横切つて延在しており、その内端部
は整形体の上流側端部によりエンジン軸線方向に
支持されており、その外端部はタービンアウタケ
ースに取付けられている。

本発明によると、出口ガイドベーンの外端部は
アウタ排気ケースに枢動可能に装着されており、
これにより出口ガイドベーンはその取付け点の周
りに上流側方向及び下流側方向に僅かな量にて揺
動し得るようになつている。また出口ガイドベー
ンの内端部はそれが整形体に対し相対的に半径方
向及びエンジン軸線方向に或る程度運動し得るよ
うな要領にて整形体に係合している。

かかる構成によれば、非常に強力な構造部材で
はなく従つて一般にはベーン支持体としては適当
ではないと考えられるシート金属よりなる整形体
に半径方向の荷重又は過剰の捩り荷重を惹起させ
ることなく、タービンアウタ排気ケースがかなり
変形することが可能である。出口ガイドベーンを
その半径方向外方の取付け点の周りに揺動又は枢
動し得るように構成することにより、本来ならア
ウタ排気ケースより出口ガイドベーンへ伝達され
出口ガイドベーンの内端部をエンジン軸線方向に
過剰に運動させることになるモーメントが低減さ
れる。出口ガイドベーンの内端部がエンジン軸線
方向に過剰に運動すれば、出口ガイドベーンとそ
のすぐ上流側及び下流側に位置するエンジンの他
の部材との間に干渉が生じ、また整形体は非常に
大きいエンジン軸線方向荷重に耐えてかかる運動
を阻止し得るものでなければならない。

実施例 以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。

添付の第１図に、軸流型ガスタービンエンジン
のタービン及びタービン排気セクシヨンが断面に
て図示されている。ガスタービンエンジンの図示
の部分はタービンロータ組立体１０と、タービン
排気ケース組立体１２と、ロータシヤフト１４
と、リヤ軸受１６と、軸受支持構造体１８と、タ
イロツド２０と、エンジンマウント構造体２２と
を含んでいる。

ロータ組立体１０は当業者には良く知られてい
るが本発明の一部をなすものではない手段（図示
せず）によりロータシヤフト１４より支持されて
いる。ロータ組立体１０はハブ部２４を含んでお
り、該ハブ部はガス流路２８を横切つて半径方向
外方へ延在する複数個のタービンブレード２６を
有している。

リヤ軸受１６は周縁方向に配置されたローラ要
素３２により互いに分離された回転アウタレース
２７と静止インナレース３０とを含んでいる。ア
ウタレース２７はロータシヤフト１４の後端部３
４に固定されており、該後端部と共に回転するよ
うになつている。静止インナレース３０は適当な
手段により軸受支持構造体１８に固定されてい
る。軸受支持構造体１８はＷ形の支持体３６及び
シヤフトシール支持体３８の如き複数個の環状構
造部材を含んでおり、支持体３６及び支持体３８
はボルト４０により互いに連結固定されている。
リヤ軸受１６及び軸受支持構造体１８の構造は本
発明によつて重要ではない。

タービン排気ケース組立体１２は、インナケー
ス４２と、アウタケース４４と、環状の整形体４
６と、半径方向に延在する複数個の中空ストラツ
ト４８と、一段のタービン出口ガイドベーン５０
とを含んでいる。図示の実施例に於ては、六個の
ストラツトが設けられており、それぞれのストラ
ツトはエンジンの軸線の周りに円周方向に均等に
隔置され且それらの内端部５２及び外端部５４に
於てそれぞれインナケース４２及びアイタケース
４４に固定的に取付けられている。インナケース
４２の上流側端部４３は半径方向内方へ延在する
フランジ５６を有している。フランジ５６はシヤ
フトシール支持体３８の一部を構成する半径方向
外方へ延在するフランジ５８にボルトにより連結
されている。かくしてタービン排気ケース組立体
１２は軸受支持構造体１８より支持されている。

タイロツド２０は軸受支持構造体１８に固定的
に取付けられたねじを切られた内端部６０と、エ
ンジンマウント構造体２２に固定的に取付けられ
たねじを切られた外端部６２とを有している。各
タイロツド２０はストラツト４８の一つを貫通し
て延在しており、軸受支持構造体１８よりエンジ
ンマウント構造体２２へ荷重を伝達する。図示の
実施例に於ては、エンジンマウント構造体２２は
フアンバイパスダクト組立体６６の一部を構成し
ており、フアンバイパスダクト組立体６６とアウ
タケース４４との間には環状のフアンバイパス流
路６８が形成されている。本発明と関連するもの
ではないが、軸受オイル供給チユーブ７０がスト
ラツト４８を貫通して延在している。

整形体４６は上流側端部７２と、下流側端部７
４と、それらの間に延在するシート金属壁７６と
を有している。シート金属壁７６及びアウタケー
ス４４はガイドベーン５０の下流側にガス流路２
８を郭定している。図示の如く、整形体４６の下
流側端部７４はストラツト４８の下流側にてイン
ナケース４２より片持ち支持されている。シート
金属壁７６はストラツト４８の断面形状に対応す
る形状の孔７８を有しており、ストラツト４８は
かかる孔７８を貫通して延在している。第２図に
最も良く示されている如く、シート金属壁７６は
エンジンの軸線方向に畝８０を含んでいる。これ
らの畝８０の主たる目的は、エンジンの運転中に
於ける整形体４６の振動を低減することである。
整形体４６の上流側端部７２は支持リング８２を
含んでいる。支持リング８２は薄いシート金属壁
７６に剛性を付与すべく実質的な断面積を有して
いる。

第３図に最も良く示されている如く、出口ガイ
ドべーン５０は、この実施例の場合タービンブレ
ード２６の間より流出するガス流を直線的な流れ
にする目的で、実質的に平坦な（即ち非エーロフ
オイル形状の）プレートである。この実施例に於
ては、出口ガイドベーン５０を横切る圧力降下は
殆ど存在せず、また下流側圧力が作用する出口ガ
イドベーンの表面積は上流側圧力が作用する出口
ガイドベーンの表面積よりも大きいので、出口ガ
イドベーンはエンジンの運転中には上流側方向の
一定圧力の荷重が作用した状態にある。出口ガイ
ドベーン５０はインナプラツトフオーム８６を含
む半径方向内側の端部８４とアウタプラツトフオ
ーム９０を含む半径方向外側の端部８８とを含ん
でいる。出口ガイドベーン５０はそれぞれの前縁
部９２の近傍に於てそれぞれの外端部８８にてア
ウタケース４４に取付けられている。アウタプラ
ツトフオーム９０は半径方向外方へ延在し且周縁
方向に突出するフランジ部９４を含んでおり、フ
ランジ部９４は前方へ延在するリツプ９６を有し
ている。リツプ９６はベーン支持リング１００に
設けられた後方へ面した環状溝９８内に嵌合して
いる。ベーン支持リング１００は前方アウタケー
ス部１０６の半径方向外方へ延在するフランジ１
０４と後方アウタケース部１１０の半径方向外方
へ延在するフランジ１０８との間に配置された半
径方向外方へ延在する環状プレート部１０２を有
している。フランジ１０４及び１０８はボルト１
１２により互いに連結固定されている。各フラン
ジ部９４の下流側の後方アウタケース部１１０に
は半径方向内方へ延在し周縁方向に隔置された環
状リツプセグメント１１４が設けられており、こ
れにより出口ガイドベーン５０の外端部のエンジ
ン軸線方向の運動が阻止されるようになつてい
る。プラツトフオーム９０の上流側端部に於ける
かかるフツク型構造は、プラツトフオーム９０の
下流側端部とアウタケース４４との間の半径方向
の小さな間隙１１６と共働して、出口ガイドベー
ン５０がそれぞれのアウタケース４４との取付け
位置の周りに上流側方向及び下流側方向へかなり
の量にて揺動することを許す。出口ガイドベーン
５０はそれぞれそれ自身のプラツトフオーム８６
及び９０を有する個々のベーンであつてもよく、
また共通のプラツトフオームを有する二つ又はそ
れ以上のベーンよりなるベーン群であつてもよ
い。

出口ガイドベーン５０のインナプラツトフオー
ム８６の上流側端部は半径方向内方へ延在し且周
縁方向に互いに当接する舌状部１１８を含んでお
り、舌状部１１８は互いに共働してセグメントに
分割された環状リングを構成している。これらの
舌状部は整形体４６の支持リング８２に形成され
た半径方向外方へ面した環状溝１２０内に嵌合し
ており、整形体４６に対し相対的に半径方向に自
由に運動し得るようになつている。エンジンの運
転中に於ては、出口ガイドベーン５０は舌状部１
１８が環状溝１２０の後方へ面した表面１２２に
対し押付けられるよう、エンジンの上流側方向に
圧力による荷重が与えられる。環状溝１２０のエ
ンジン軸線方向の幅は舌状部１１８の厚さよりも
大きく、これにより出口ガイドベーン５０は整形
体４６に捩り運動をもたらすことなく上流側方向
或いは下流側方向へ揺動し得るようになつてい
る。

本発明によるタービン排気ケース組立体によれ
ば、軽量で構造的に安全なタービン出口ベーン支
持構造が得られるだけでなく、高温のガス流の漏
洩経路は整形体４６の壁７６とストラツト４８と
の間の間隙及び互いに隣接する舌状部１１８の間
の間隙だけであるので、軸受１６及び軸受支持構
造体１８に対し良好に熱遮閉が行なわれる。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて種々の修
正並びに省略が可能であることは当業者にとつて
明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従つて構成された軸流型ガス
タービンエンジンのタービン排気部を示す部分縦
断面図である。第２図は第１図の線２−２による
部分断面図である。第３図は第１図の線３−３に
よる部分断面図である。 １０……タービンロータ組立体、１２……ター
ビン排気ケース組立体、１４……ロータシヤフ
ト、１６……リヤ軸受、１８……軸受支持構造
体、２０……タイロツド、２２……エンジンマウ
ント構造体、２４……ハブ部、２６……タービン
ブレード、２７……アウタレース、２８……ガス
流路、３０……インナレース、３２……ローラ要
素、３４……後端部、３６……Ｗ形支持体、３８
……シヤフトシール支持体、４０……ボルト、４
２……インナケース、４４……アウタケース、４
６……整形体、４８……ストラツト、５０……出
口ガイドベーン、５２……内端部、５４……外端
部、５６，５８……フランジ、６０……内端部、
６２……外端部、６６……フアンバイパスダクト
組立体、６８……バイパス流路、７０……軸受オ
イル供給チユーブ、７２……上流側端部、７４…
…下流側端部、７６……シート金属壁、７８……
孔、８０……畝、８２……支持リング、８４……
内端部、８６……インナプラツトフオーム、８８
……外端部、９０……アウタプラツトフオーム、
９２……前縁部、９４……フランジ部、９６……
リツプ、９８……環状溝、１００……ベーン支持
リング、１０２……環状プレート部、１０４……
フランジ、１０６……前方アウタケース部、１０
８……フランジ、１１０……後方アウタケース
部、１１２……ボルト、１１４……環状リツプセ
グメント、１１８……舌状部、１２０……環状
溝、１２２……後方へ面した表面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タービンセクシヨンに少なくとも一つのター
   ビンロータ段を有する軸流ガスタービンエンジン
   に於て、前記タービンロータ段より下流に配置さ
   れ軸線方向に延在する環状のガス流路を郭定する
   装置を含むタービン排気ケース組立体にして、 インナケース装置と、 前記インナケース装置より半径方向外方に隔置
   されたアウタケース装置と、 前記ガス流路内に配置され前記タービンロータ
   段より吐出されるガス流れを直線的な流れに変え
   るための一段のタービン出口ガイドベーンであつ
   て、前記アウタケース装置に取付けられた半径方
   向外方の端部を有し、該端部が前記アウタケース
   装置に取付けられた位置周りに上流方向及び下流
   方向に揺動することができるように構成されたタ
   ービン出口ガイドベーンと、 前記タービン出口ガイドベーンの下流側にて前
   記ガス流路を横切つて半径方向に延在し、前記イ
   ンナケース装置に固定的に取付けられた内方端部
   と前記アウタケース装置に固定的に取付けられた
   外方端部とを有し、周縁方向に配置された複数の
   ストラツトと、 上流側端部及び下流側端部を有しシート金属壁
   装置を含む整形体装置と、を含み、 前記シート金属壁装置は前記インナケース装置
   と前記アウタケース装置との間に配置され前記タ
   ービン出口ガイドベーンのすぐ下流側に於ける前
   記ガス流路の半径方向内方の壁面を郭定してお
   り、前記整形体装置はその前記下流側端部に於て
   前記ストラツトの下流側にて前記インナケース装
   置より片持ち支持されており、前記ストラツトの
   各々は前記シート金属壁装置に設けられた孔を貫
   通して延在しており、前記整形体装置の上流側端
   部は前記タービン出口ガイドベーンの内方端部に
   係合しこれにより前記タービン出口ガイドベーン
   に対して制限された軸線方向の移動を許しつつ軸
   線方向の支持機構を提供しており、前記タービン
   出口ガイドベーンの内方端部は前記整形体装置に
   対して半径方向に自由に移動し得るように構成さ
   れていることを特徴とする排気ケース組立体。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載されたタービン
   排気ケース組立体にして、 前記整形体装置は支持リングを含んでおり、前
   記支持リングは前記シート金属壁装置の上流端部
   に形成され、前記シート金属壁装置に一体的に形
   成され、前記シート金属壁装置に剛性を付与し且
   つ半径方向外方に面した環状の溝を有するように
   構成されており、 前記出口ガイドベーンの内方端部は前記支持リ
   ングの溝内に半径方向内方に延在する舌状部を有
   しており、前記支持リングの溝の軸線方向の幅は
   前記舌状部の軸線方向の厚さより大きくそれによ
   つて前記出口ガイドベーンの内方端部の前記制限
   された軸線方向の移動が許されるように構成され
   ていることを特徴とするタービン排気ケース組立
   体。