JPH0512536B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は広義にはガスタービンエンジン用の金
属板パネルに関する。さらに詳しくは、本発明は
小半径に曲げ部を有する円弧状パネル、特に曲げ
部が円弧の方向に対してほぼ直角である円弧状パ
ネルに関する。

発明の背景 ガスタービンエンジンには、燃焼器、高圧ター
ビンおよび低圧タービンを含めて多数の環状区域
がある。これらの環状区域の各々の境界は、流路
を形成するライナまたはシユラウドで定められ
る。代表的なライナおよびシユラウドは、支持体
に取付けるための取付手段を有する多数の円弧状
パネルに分割できる。

従来、このようなパネルは、部品を非精密鋳造
してから精密な切削加工することによつて形成さ
れてきた。これらのパネルは、最小厚さを必要と
する鋳造上の制約により重くなりがちである。こ
れらのパネルには、鋳造過程で生じる気泡のため
弱いところもある。さらに、切削加工に余分な時
間を要し、パネルが一層高価になる。

パネルを別の製造技術で形成することもでき
る。例えば低圧タービンブレードでは、複数の金
属板部材を一緒に接合してパネルを形成すること
ができる。この場合も、切削加工の場合と同様、
この技術は時間がかかり不経済である。

発明の目的 本発明の目的は、ガスタービンエンジン用の新
しい改良された円弧状金属板パネルを提供するこ
とにある。

本発明の他の目的は、これまで知られているも
のより安価な流路ライナを提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、高圧タービン用の
新しい改良された円弧状金属板シヤラウドを提供
することにある。

発明の概要 本発明によりガスタービンエンジン用の金属板
（sheet metal）パネルは、応力が加えられた領
域（以下、応力領域と呼ぶ）を含む。この応力領
域が第１平面と交差する第１円弧を定めるととも
に、第２平面と交差する第２円弧を定める。第２
円弧の内側半径はパネルの厚さの２倍より小さ
い。

本発明の特定実施例では、金属板シユラウドパ
ネルが、ほぼ円弧状のシユラウド・バツキング
（backing）と、第１ウエブと、第１レールを備
える。第１ウエブがバツキングから外向きに延在
し、第１レールが第１ウエブから延在する。第１
レールが第１および第２部分を含み、第２部分が
第１部分の方に折り返されており、これにより応
力領域を形成する。この応力領域は、第１平面と
交差する第１円弧を定めるとともに、第２平面と
交差する第２円弧を定める。第２円弧の内側半径
がパネルの厚さより小さい。

発明の具体的説明 第１図にガスタービンエンジンの略線図を示
す。このガスタービンエンジン１０は圧縮機１
２、燃焼器１４、高圧タービン１６および低圧タ
ービン１８を有する。これらの環状区域の各々の
半径方向の境界は、流路を形成する構造体により
定められいる。圧縮機１２の境界はケーシング２
０で定められ、燃焼器１４の境界はライナ２２で
定められ、そしてタービン１６および１８の境界
はシユラウド２３および２６でそれぞれ定められ
る。これらの構造体の各々を支持体に連結しなけ
ればならない。その上、種々の工学的および組立
て上の理由から、各構造体を多数の円弧状パネル
に分割するのがよい。これらの構造体それぞれに
ついての強度、耐熱性、重量などの必要条件は異
なるものの、これらの構造体すべてに、支持体に
取付けるための強い、信頼性の高い、比較的安価
な取付け手段が共通して必要とされている。

本発明の一つの実施例は、高圧タービンのシユ
ラウド２３の円弧状セグメントを構成するシユラ
ウドパネル２４である。第２，３および第４図に
示すように、シユラウドパネル２４は１枚の金属
板から形成される。金属板として種々の材料を使
用することができる。好適な材料は、ニツケル、
コバルトおよびクロムの元素を単独でまたは組合
せて含有する高温用の合金よりなる。例えば、こ
のような特徴をもつ材料はHastalloy Ｘ、
HS188、L605、Rene′41、Wsapalloy、MA754お
よびMA956として市販されている。金属板の厚
さＴは用途によつて決まる。一実施例では、厚さ
Ｔが25ミル以上であり、好適実施例では25ミルか
ら60ミルの間である。

シユラウドパネル２４はほぼ円弧状のシユラウ
ド・バツキング３８を含む。その円弧状は、複数
のシユラウドパネル２４により囲まれているター
ビンの円周方向４０の形にほぼ合致している。シ
ユラウドパネル２４は前部取付構造４２と後部取
付構造４４も含む。図示の取付構造は例示のため
だけであり、多数の代りの構造も本発明の範囲内
に含まれることは明らかであろう。

第４図に示すように、前部取付構造４２が第１
取付要素９２および第２取付要素９４よりなる。
第１取付要素９２は、シユラウド・バツキング３
８の前端から外向きに延在する第１ウエブ部材９
６と、この第１ウエブ部材９６から延在する第１
レール部分９８とを含む。第２取付要素９４は第
２レール部分１００と第２ウエブ部材１０２とを
含む。以下に詳述するように、第１ウエブ部材９
６および第１レール部分９８が第２ウエブ部材１
０２および第２レール部分１００に対してそれぞ
れほぼ合致するように、要素９４は要素９２の方
に折り返されている。こうしてウエブ部材９６お
よび１０２がウエブを形成し、レール部分９８お
よび１００が前部レール３０を形成する。

同様に、後部取付構造４４が第３取付要素１０
４および第４取付要素１０６よりなる。第３取付
要素１０４は、シユラウド．バツキング３８の後
端から外向きに延在する第３ウエブ部材１０８
と、このウエブ部材１０８から延在する第３レー
ル部分１１０とを含む。第４取付要素１０６は、
第４レール部分１１２と第４ウエブ部分１１４と
を含む。前部取付構造４２の場合と同様、この後
部取付構造４４でも、第３ウエブ部分１０８およ
び第３レール部分１１０が第４ウエブ部分１１４
および第４レール部分１１２に対してそれぞれほ
ぼ合致するように、要素１０６が要素１０４の方
に折り返されている。こうしてウエブ部材１０８
および１１４がウエブを形成し、レール部分１１
０および１１２が後部レール３２を形成する。

第２図に示すように、各シユラウドパネル２４
を支持体２８に取付けるには、シユライドパネル
２４の前部レール３０および後部レール３２を支
持体２８の前部スロツト３４および後部スロツト
３６にはめこむことによつて行われる。シユラウ
ドパネル２４の円周方向４０に対してほぼ円弧状
の形状に加えて、円周方向４０に対してほぼ直角
に曲げ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ，４６
ｅ，４６ｆ，４６ｇ、および４６ｈが形成されて
いる。各曲げ部の付近に、円弧の形状およびこれ
に直角な曲げ双方から引張応力および圧縮圧力の
両方または一方が生じる応力領域が形成される。

第５図に曲げ部４６ｇの付近のシユラウドパネ
ル２４の応力領域４８を詳しく示す。応力領域４
８は第１平面５２と交差する第１円弧５０を定め
る。平面５２は曲げ部４６ｇの頂点４９に接する
面にほぼ平行である。円弧５０の半径はエンジン
の中心線までの距離である。応力領域４８はさら
に第２平面５６と交差する第２円弧５４を定め
る。好適例では第２平面５６を第１平面５２に直
角な平面とする。円弧５４は応力領域４８の内面
５９の像であり、曲げ部４６ｇの内側半径に相当
する。一般に、円弧５４の半径６４はシユラウド
パネル２４の厚さＴの２倍（2T）より小さい。
曲げ部４６ｇの場合、シユラウドパネル２４を折
り返しているので、円弧５４の半径６４はパネル
２４の厚さＴよりはるかに小さく、ゼロに近い。
曲げ部４６ｇではシユラウドパネル２４を折り返
しているので、円弧５４は約180°にわたつて伸び
る。

曲げ部４６ｇに小半径の曲げを維持することに
は色々な理由がある。第２図に示すように、前部
レール３０は前部スロツト３４にはめこまなくて
はならない。この界面では精密な寸法制御を維持
しなければならない。その結果、レール３０に球
根状の端部を生じるような大半径の曲げはこのは
め合いを邪魔する。その上、レール部分６８およ
び７０間の隙間６６はろう付けされる。十分な強
度を得るには、隙間６６がその全長にわたつて狭
くなければならない。

従来、代表的には、このような曲げ部の内側半
径６４は破断を避けるためにシユラウドパネル２
４の厚さの２倍（2T）以上にしなければならな
かつた。本発明においては、2Tより小さくゼロ
に近いきつい曲げ部を実現している。金属板パネ
ルを最初その円周方向の円弧状の形状に成形する
ことにより、パネルに応力を加える。これにより
パネルに円周方向の引張応力と圧縮応力を与え
る。この円弧は、パネルを第２の方向に極めて小
さい半径の円弧を形成するために曲げる間、保持
される。この方法により二軸方向応力状態が生
じ、これによりこのような小半径の曲げ部を達成
できる。

第２〜５図に示すようにパネルを完全に折り返
すことがレール３０および３２を形成するのに必
要であるが、他の小半径曲げ部がパネルのほかの
場所にも必要とされる。例えば、曲げ部４６ｄの
付近の応力領域７２を第６図に示す。応力領域７
２は第１平面７６と交差する第１円弧７４を定め
る。応力領域７２は第２平面８２と交差する第２
円弧７８を定める。曲げ部４６ｄの内径半径に相
当する円弧７８は、シユラウドパネル２４の厚さ
の２倍（2T）より小さい半径８４を有する。好
適実施例では、半径８４は約1Tであるが、必要
ならもつと小さい半径も実現できる。

従来の鋳造パネルの輪郭を複製する必要がある
場合にはいつでもきつい曲げをつくることができ
る。例えば、曲げ部４６ａおよび４６ｃをきつく
して後部スロツト３６と接触する後部レール３２
の表面積を増加することができる。曲げ部４６ｄ
をきつくしてウエブ９０のウエブ部材１０８およ
び１１４間の結合接触面積を増加することができ
る。第４図に示す曲げ部４６ｇの場合のように、
きつい曲げ部の半径は必要ならゼロに近づけるこ
とができる。

第４図に示すように、取付要素９２および９
４、並びに取付要素１０４および１０６がそれぞ
れ互いに合致する接合部６０および６１はろう付
けするのが望ましい。これらの接合部をろう付け
する方法の一つは真空ボンデイングである。具体
的には米国特許第4098450号に記載されているよ
うな方法を用いるのが有利である。

本発明がここに説明し図示した特定の実施例に
限定されないことは当業者に明らかであろう。本
発明はガスタービンエンジンのタービンのシユラ
ウドに限定されない。むしろ本発明は、ガスター
ビンエンジン内のきつい半径の曲げ部を有するあ
らゆる円弧状金属板パネルに等しく適用できる。

図面に示した寸法、比例関係および構造関係は
例示としてのみ示したもので、これらは本発明の
パネルに用いられる実際の寸法または比例構造関
係ととるべきではない。

特許請求の範囲によつて限定される本発明の要
旨から逸脱することなく、多数の変更、変形およ
び全体的もしくは部分的均等物を採用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガスタービンエンジンの概略図であ
る。第２図は本発明の１実施例によるシユラウド
パネルと支持体の断面図である。第３図は第２図
のシユラウドパネルの斜視図である。第４図は第
２図のシユラウドパネルの断面図である。第５図
は金属板パネルの応力領域の斜視図である。第６
図は金属板パネルの別の応力領域の斜視図であ
る。 ２４……シユラウドパネル、３０，３２……レ
ール、３４，３６……スロツト、３８……シユラ
ウド・バツキング、４０……円周方向、４２，４
４……取付構造、４６……曲げ部、４８……応力
領域、５０……第１円弧、５２……第１平面、５
４……第２円弧、５６……第２平面、６４……第
２円弧の半径、６８，７０……レール部分、７２
……応力領域、７４……第１円弧、７６……第１
平面、７８……第２円弧、８２……第２平面、８
４……第２円弧の半径、９０……ウエブ、９２，
９４……取付要素、９６，１０２……ウエブ部
材、９８，１００……レール部分、１０４，１０
６……取付要素、１０８，１１４……ウエブ部
材、１１０，１１２……レール部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 環状流路をもつガスタービンエンジンに於
   て、該ガスタービンエンジンが、 該環状流路内にある、直列流れ関係の圧縮機、
   燃焼器及びタービンと、 支持体に取付けられ、上記タービン内の上記環
   状流路の少なくとも一部を形成する金属板パネル
   とを含み、該金属板パネルが、 スロツトを有する上記支持体に該金属板パネル
   を取付けるために曲げ部が形成され、該支持体
   は、該曲げ部が挿入されるスロツトを有し、 該曲げ部が第１平面と交差する第１円弧を定め
   るとともに、該第１平面に直交する第２平面と交
   差する第２円弧を定め、該第２円弧の半径が上記
   金属板パネルの厚さの２倍より小さいガスタービ
   ンエンジン。 ２ 上記金属板パネルの厚さが25ミリより大きい
   特許請求の範囲第１項記載のガスタービンエンジ
   ン。 ３ 上記第２円弧が約180°にわたつて伸びる特許
   請求の範囲第１項記載のガスタービンエンジン。 ４ 上記第２円弧の半径が上記パネルの厚さより
   小さい特許請求の範囲第３項記載のガスタービン
   エンジン。 ５ 環状流路をもつガスタービンエンジンに於
   て、該ガスタービンエンジンが、 該環状流路内にある、直列流れ関係の圧縮機、
   燃焼器及びタービンと、 上記タービン内の上記環状流路の少なくとも一
   部を形成する金属板パネルとを含み、該金属板パ
   ネルが、 前端および後端を有するほぼ円弧状のシユラウ
   ド・バツキングと、 上記バツキングから外向きに延在する第１ウエ
   ブと、 上記第１ウエブから延在する第１レールであつ
   て、第１および第２レール部分を含み、第２レー
   ル部分が第１レール部分の方に折り返されて曲げ
   部を形成している第１レールとを有し、 上記曲げ部が第１平面と交差する第１円弧を定
   めるとともに、該第１平面に直交する第２平面と
   交差する第２円弧を定め、上記第２円弧の半径が
   上記金属板パネルの厚さより小さいガスタービン
   エンジン。 ６ 上記第１ウエブが上記バツキングに対して第
   １曲げ部を形成し、上記第１曲げ部の内径半径が
   上記金属板パネルの厚さの２倍より小さい特許請
   求の範囲第５項記載のガスタービンエンジン。 ７ 上記第１レールが上記第１ウエブに対して第
   ２曲げ部を形成し、上記第２曲げ部の内側半径が
   上記パネルの厚さの２倍より小さい特許請求の範
   囲第５項記載のガスタービンエンジン。 ８ 上記第１レールが上記バツキングにほぼ平行
   に延在する特許請求の範囲第５項記載のガスター
   ビンエンジン。 ９ 上記第１ウエブが上記バツキングの前端から
   延在し、上記金属板パネルがさらに、 上記バツキングの後端から外向きに延在する第
   ２ウエブと、 上記第２ウエブから延在する第２レールとを有
   し、該第２レールが第３および第４レール部分を
   含み、第４レール部分が第３レール部分の方に折
   り返されて第２曲げ部を形成し、 上記第２曲げ部が第３平面と交差する第３円弧
   を定めるとともに第４平面と交差する第４円弧を
   定め、上記第４円弧の半径が上記パネルの厚さよ
   り小さい特許請求の範囲第５項記載のガスタービ
   ンエンジン。 １０ 環状流路をもつガスタービンエンジンに於
   て、該ガスタービンエンジンが、 該環状流路内にある、直列流れ関係の圧縮機、
   燃焼器及びタービンと、 １枚の金属板から形成された、上記タービンの
   上記環状流路の少なくとも１部を形成する金属板
   パネルとを含み、該金属板パネルが、 前端および後端を有するほぼ円弧状のシユラウ
   ド・バツキングと、 上記バツキングから外向きに延在する第１ウエ
   ブ部材およびこの第１ウエブ部分から延在する第
   １レール部分を含む第１取付要素と、 第２レール部分および第２ウエブ部材を含み、
   該第２レール部分が上記第１レール部分にほぼ合
   致するとともに上記第２ウエブ部材が上記第１ウ
   エブ部材にほぼ合致するように、上記第１取付要
   素の方に折り返されて第１曲げ部を形成する第２
   取付要素とを有し、 上記第１曲げ部が第１平面と交差する第１円弧
   を定めるとともに、該第１平面に直交する第２平
   面と交差する第２円弧を定め、上記第２円弧の半
   径が上記金属板パネルの厚さより小さいガスター
   ビンエンジン。 １１ 上記第１ウエブ部材が上記バツキングに対
   して第１曲げ部を形成し、上記第１曲げ部の内側
   半径が上記パネルの厚さの２倍より小さい特許請
   求の範囲第１０項記載のガスタービンエンジン。 １２ 上記第１および第２レール部分が上記第１
   および第２ウエブ部材に対して第２曲げ部を形成
   し、上記第２曲げ部の内側半径が上記パネルの厚
   さの２倍より小さい特許請求の範囲第１０項記載
   のガスタービンエンジン。 １３ 上記第１レール部分が上記バツキングにほ
   ぼ平行に延在する特許請求の範囲第１０項記載の
   ガスタービンエンジン。 １４ 上記第１取付要素が上記バツキングの前端
   から延在し、上記金属板パネルがさらに、 上記バツキングの後端から外向きに延在する第
   ３ウエブ部材およびこの第３ウエブ部材から延在
   する第３レール部分を含む第３取付要素と、 第４レール部分および第４ウエブ部材を含む第
   ４取付け要素とを備え、上記第４レール部分およ
   び第４ウエブ部材が上記第３レール部分および第
   ３ウエブ部材にそれぞれほぼ合致するように上記
   第４取付要素が上記第３取付要素の方に折り返さ
   れて第２曲げ部を形成し、 上記第２曲げ部外第３平面と交差する第３円弧
   を定めるとともに第４平面と交差する第４円弧を
   定め、上記第４円弧の半径が上記パネルの厚さよ
   り小さい特許請求の範囲第１０項記載のガスター
   ビンエンジン。 １５ 上記厚さが25ミルより大きい特許請求の範
   囲第１０項記載のガスタービンエンジン。 １６ ガスがその中を流れる環状流路をもつガス
   タービンエンジンに於て、支持体に取付けられ
   た、上記タービ内の上記環状流路の少なくとも一
   部を形成する金属板パネルを含み、該金属板パネ
   ルが、 該金属板パネルを前記支持体に取付けるため、
   折り返して接触させて曲げ部を形成する該金属板
   パネルの一端から形成されたレール部分を有し、 該曲げ部が第１平面と交差する第１円弧を定め
   るとともに、該第１平面に直交する第２平面と交
   差する第２円弧を定め、該第２円弧の半径が上記
   金属板パネルの厚さの２倍より小さいガスタービ
   ンエンジン。 １７ ガスタービンエンジンのタービン流路の一
   部を形成する金属板パネルに於て、該金属板パネ
   ルが、 折り返して接触させて曲げ部を形成する金属板
   パネルの一端から形成されたレール部分を有し、 該曲げ部が第１平面と交差する第１円弧を定め
   るとともに、該第１平面に直交する第２平面と交
   差する第２円弧を定め、該第２円弧の半径が上記
   金属板パネルの厚さの２倍より小さいガスタービ
   ンエンジン。 １８ 上記金属板パネルの厚さが25ミルより大き
   い特許請求の範囲第１７項記載の金属板パネル。 １９ 上記第２円弧が約180°にわたつて伸びる特
   許請求の範囲第１７項記載の金属板パネル。 ２０ ガスタービンのタービン流路の一部を形成
   するタービンシユラウドに於て、該タービンシユ
   ラウドが、 前端および後端を有するほぼ円弧状の金属板パ
   ネルのシユラウド・バツキングと、 上記バツキングから外向きに延在する第１ウエ
   ブと、 上記第１ウエブから延在する第１レールであつ
   て、第１および第２レール部分を含み、第２レー
   ル部分が第１レール部分の方に折り返されて曲げ
   部を形成している第１レールとを有し、 上記曲げ部が第１平面と交差する第１円弧を定
   めるとともに該第１平面と直交する第２平面と交
   差する第２円弧を定め、上記第２円弧の半径が上
   記金属板パネルのシユラウド・パツキングの厚さ
   より小さいガスタービンエンジン。 ２１ 上記第１ウエブが上記バツキングに対して
   第１曲げ部を形成し、該第１曲げ部の内径半径が
   上記金属板パネルの厚さの２倍より小さい特許請
   求の範囲第２０項記載のタービンシユラウド。 ２２ 上記第１レールが上記第１ウエブに対して
   第２曲げ部を形成し、上記第２曲げ部の内側半径
   が上記パネルの厚さの２倍より小さい特許請求の
   範囲第２０項記載のタービンシユラウド。 ２３ 上記第１レールが上記バツキングにほぼ平
   行に延在する特許請求の範囲第２０項記載のター
   ビンシユラウド。 ２４ 上記第１ウエブが上記金属板パネルのシユ
   ラウド・バツキングの前端から延在し、上記金属
   板パネルのシユラウド・バツキングがさらに、 上記バツキングの後端から外向きに延在する第
   ２ウエブと、 上記第２ウエブから延在する第２レールとを有
   し、該第２レールが第３および第４レール部分を
   含み、第４レール部分が第３レール部分の方に折
   り返されて第２曲げ部を形成し、 上記第２曲げ部が第３平面と交差する第３円弧
   を定めるとともに第４平面と交差する第４円弧を
   定め、上記第４円弧の半径が上記金属板パネルの
   シユラウド・バツキングの厚さより小さい特許請
   求の範囲第２０項記載のタービンシユラウド。 ２５ 上記金属板パネルのシユラウド・バツキン
   グが１枚の金属板から形成されている特許請求の
   範囲第２４項記載のタービンシユラウド。 ２６ ガスタービンエンジンのタービン流路の一
   部を形成する金属板パネルに於て、該金属板パネ
   ルが、 曲げ部を含み、該曲げ部が第１平面と交差する
   第１円弧を定めるとともに第２平面と交差する第
   ２円弧を定め、 上記第２平面は上記第１平面に直交しており、 上記第２円弧の半径は上記金属板パネルの厚さ
   より小さく、 該金属板パネルの厚さは25ミルより大きく、 上記第２円弧が約180°にわたつてのびており、 上記曲げ部が上記金属板パネルを支持体に取付
   ける手段となつている金属板パネル。