JPH05195706A - タービンノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジン支持構造に確実に取り付けることの
可能なタービンノズルを提供する。 【構成】 タービンノズル取り付け構造は、半径方向及
び接線方向荷重担持用フックと、半径方向荷重担持用ラ
ンドとを有するノズルマウントを含んでいる。フックは
静止ノズルサポートのスタッドに係合している。各ノズ
ルセグメントは対応するスタッドに連結するノズルマウ
ントを含んでいる。複数のノズルセグメントを円周方向
に配列して、環状のタービンノズルを形成している。各
ノズルセグメントは、マウントの片方の円周方向端部上
の半径方向ランドと、セグメントの反対側の円周方向端
部上の円周方向に延在する支持部材とを含んでいる。１
つのセグメントの半径方向支持部材が隣接するセグメン
トのランドに乗っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンエンジン
に関し、特にタービンノズルの装着構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンエンジン内のタービンノズ
ルは、高熱ガス流をタービンエンジン燃焼器から、ター
ビンロータ段に衝突させ、ロータを効果的に回転させる
のにより効率のよい方向に向ける機能及び／又は向け直
す機能を果たす。ノズルは、多数の半径方向に延在する
エアホイルをエンジン軸線の周り円周方向に並べ、エア
ホイルを半径方向内側及び外側の円周バンドで支持した
構成である。内側又は外側バンドいずれかに適当な形状
のフランジを設けて、ノズルをエンジンの静止装着構造
に連結する。一般に、複数のタービンノズルを複数のタ
ービンロータ段と交互に配置する。ノズルの少なくとも
いくつかは、その半径方向外側バンドでのみ、本質的に
片持ち型配置にて支持されている。それは、その半径方
向内側バンドが、タービンロータ段を取り付ける回転エ
ンジン構造に隣接して延在しているからである。ノズル
が果たす方向付け作用は又、ガス流を加速し、その結
果、入口面及び出口面間で静圧が低下し、ノズルには大
きな圧力荷重がかかる。その上、ノズルは半径方向装着
面で高熱燃焼ガス及び冷却空気から大きな熱勾配を受け
る。

【０００３】通常の装着システムでは、タービンノズル
を、ボルト又はボルトと適当な形状のクランプ構造との
組合せにより、エンジン支持構造に取り付ける。第１段
ノズル等いくつかの段では、内側バンドに連結された半
径方向内側のマウント又はフランジ構造を介して、ノズ
ルをエンジン静止構造に取り付ける。半径方向外側のバ
ンドは機械的に保持されていないが、円周方向エンジン
フランジによって軸線方向の力に対して支持されてい
る。エンジンの第２段等の他の段では、ノズルをその半
径方向外側バンドで取り付け、一方、半径方向内側バン
ドでは自由にしている。

【０００４】いずれの設計でも、ノズルバンドの周りの
円周方向位置に用いたボルト及びクランプは、バンドを
固定するものとして作用するが、バンドはそれを取り付
けた構造より高温であり、このような高温のため、ノズ
ルの外側バンドが半径方向に弓なりに反り、又、バンド
に取り付けられたエアホイルに応力が加わる。このよう
な応力がエアホイルに加わると、エアホイルの後縁に亀
裂が生じるおそれがある。

【０００５】

【発明の概要】本発明は、ボルト又はクランプ止めされ
たタービンノズルの前述した欠点等を克服するものであ
る。即ち、ボルト及びクランプ締結を排除し、その代わ
りに、タービンノズルと、隣接するエンジン支持構造と
の間に確実な取り付け構造を設ける。一形態では、本発
明のタービンノズル取り付け構造は、半径方向及び接線
方向の荷重を担持するフックと、半径方向の荷重を担持
するランドとを有するノズルマウントを含んでいる。ノ
ズルフックは静止ノズルサポートのスタッドに係合して
いる。スタッドは、複数のノズルセグメントのそれぞれ
からの接線方向及び半径方向荷重を支えるように構成さ
れている。複数のノズルセグメントを円周方向に配列し
て、環状のタービンノズルを形成している。各ノズルセ
グメントは対応するスタッドに連結するノズルマウント
を含んでいる。各ノズルセグメントは更に、マウントの
一方の円周方向端部上の半径方向ランドと、セグメント
の反対側の円周方向端部上の円周方向に延在している支
持部材とを含んでいる。１つのセグメントの半径方向支
持部材は、隣接するセグメントのランドに乗っている。
ノズルセグメントにかかるガス荷重のため、各セグメン
トが支持スタッドに接線方向及び半径方向に上向き荷重
をかける。セグメントの反対端の支持部材は、隣接する
セグメントのランドに半径方向下向きに荷重をかける。
軸線方向荷重を、静止した半径方向外側ノズルサポート
に当接する支持部材及びフックの軸線方向後方表面で支
える。

【０００６】このタービンノズル装着構造の利点は、従
来のボルト止め設計と比べて、接線方向スティッフネス
をなくしたことで、こうしてノズルマウントの熱変形に
よりエアホイル後縁に誘起される応力を最小限に抑え
る。もう１つの利点として、部品数が少なく、組立、分
解が簡単である軽量設計が挙げられる。

【０００７】

【具体的な構成】本発明を更によく理解できるように、
以下に図面を参照しながら本発明を詳しく説明する。図
面にガスタービンエンジン内のタービンノズルセグメン
ト１０を示す。特に図１はタービンノズルセグメントの
接線方向に見た図であり、図２は大体半径方向に見た図
である。これらのノズルセグメント１０はタービンエン
ジンの周りに円周方向に当接する関係に配列されてお
り、だいたい連続なノズルを形成している。各セグメン
ト１０は、半径方向外側バンド（又はマウント）１２及
び半径方向内側バンド１４を含んでいる。図示の実施例
では、各セグメント１０は、内側バンド１４と外側バン
ド１２との間に延在する一対のエアホイル１６を含んで
いる。組立てた状態で、内側バンド１４は両隣のセグメ
ントの隣接するバンド１４に当接しており、タービンエ
ンジンに流れるガス用のガス流路の内側境界として作用
する、１つのだいたい連続な半径方向内側バンドを形成
している。バンド１４にはその円周方向端部にスロット
を設けて、スロットに金属リーフシール（図示せず）を
収容して隣接するセグメント間のガス漏れを低減するの
がよい。

【０００８】図示のノズルセグメント１０は、その半径
方向外側バンド１２で、タービンエンジンの構造フレー
ム（図示せず）に取り付けられた静止支持部材、例えば
サポート１８に装着する形式のものである。従来の方式
では、外側バンド１２をサポート１８にボルト止めする
のが代表的である。サポート１８の温度はバンド１２の
温度よりかなり低いので、両者の熱膨張に差が生じ、こ
の熱膨張差は、バンド１２を反らせたり、取り付けたエ
アホイル１６にかなりの応力を加え、エアホイル１６の
後縁２０に亀裂を生じさせたりする傾向がある。この問
題点を軽減するために、ボルト連結をやめ、半径方向外
側バンド１２にその一方の円周方向端部に隣接して、フ
ック２２と半径方向荷重担持用ランド２４とを設けてい
る。バンド１２の反対側の円周方向端部には、円周方向
に延在している半径方向荷重担持用部材２６を形成し、
ノズルセグメント１０を組立形状にしたとき、支持部材
２６がランド２４とはまり合うようにする。サポート１
８は複数の円周方向セグメントから構成することがで
き、サポート１８には複数のスタッド２８が設けられて
おり、各スタッド２８は各フック２２と合致している。

【０００９】図２の領域Ａの区域の拡大図である図３を
参照すると、スタッド２８はフック２２とランド２４と
の間に捕捉されていることがわかる。ランド２４は円周
方向にフック２２を越えて延在しており、隣接するセグ
メント１０から延在している支持部材２６を受け入れる
空間を残している。スタッド２８は、ノズルセグメント
１０からの接線方向及び半径方向荷重を支えている。支
持部材２６は隣接するノズルセグメントのランド２４を
半径方向下向きに押さえて、エンジンの軸線に直交する
平面においてセグメント１０がスタッド２８の周りに回
転するのを防止する。再び図１を参照すると、バンド１
２に軸線方向に延在するフランジ３０を設け、このフラ
ンジ３０をエンジンフレームに連結された前部静止支持
部材３２に係合させることにより、軸線方向においてセ
グメント１０がスタッド２８の周りに回転するのを防止
する。

【００１０】以上、本発明を現在最良と考えられる態様
について説明したが、当業者には、本発明を他のエンジ
ン設計に適用するための改変を含めて種々の変更が明ら
かである。例えば、フック２２をバンド１２の上方に半
径方向に延在し、円周方向開口を画定するものとして示
したが、場合によっては、フックをバンドの面より下に
下げる必要があり、或いはフック２２を用いる代わりに
スタッド２８を受け入れるスロットをバンドに形成する
必要がある。更に、ランド２４と支持部材２６との組合
せに代えて、トング−グルーブ（さねつぎ）構造を用い
るのが望ましいこともある。従って、本発明は特許請求
の範囲内で理解すべきものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるタービン内に組み込んだタービン
ノズルセグメントを接線方向に見た図である。

【図２】図１のタービンノズル装着構造をほぼ軸線方向
に見た部分的分解図である。

【図３】図２の領域Ａの拡大図である。

【符号の説明】

１０ ノズルセグメント １２ 外側バンド １４ 内側バンド １６ エアホイル １８、２６、３２ 支持部材 ２２ フック ２４ ランド ２８ スタッド ３０ フランジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード・ウイリアム・アルブレット アメリカ合衆国、オハイオ州、フェアフィ ールド、パーク・ミードウス・コート、５ 番

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル支持部材に連結するタービンノズ
   ルであって、前記ノズル支持部材は軸線方向に延在して
   いる複数のスタッドを有しており、前記ノズルは、 円周方向に当接する関係に配列されており、だいたい連
   続なノズルを形成している複数のノズルセグメントと、 該ノズルセグメントの各々に取り付けられている第１の
   バンドとを備えており、 該第１のバンドは、前記スタッドのそれぞれ１つと係合
   していると共に前記セグメントを接線方向及び半径方向
   荷重に対して支持しているフックを含んでいるタービン
   ノズル。
2. 【請求項２】 前記フックは前記バンドの第１の円周方
   向端部に隣接して位置しており、 前記バンドの前記第１の端部で円周方向に延在している
   ランドと、 前記バンドの第２の円周方向端部から延在している支持
   部材とを含んでおり、 前記セグメントの各バンド上の前記支持部材は前記セグ
   メントのうちの隣接するセグメントのバンド上の各ラン
   ドに重なっており、これにより前記ノズルセグメントの
   半径方向回転に対して支持されている請求項１に記載の
   タービンノズル。
3. 【請求項３】 前記バンドの軸線方向前方エッジに隣接
   して位置していると共に、前記ノズルセグメントの各々
   の円周方向に延在しているフランジを含んでおり、 更にエンジンに連結されていると共に、前記フランジに
   係合して前記ノズルセグメントの軸線方向回転を阻止す
   る第２の支持部材を含んでいる請求項２に記載のタービ
   ンノズル。
4. 【請求項４】 前記第１のバンドは前記ノズルセグメン
   トの半径方向外端に連結されており、 前記ノズルセグメントの半径方向内端に連結されている
   と共に、前記セグメントが組立形状にあるときに半径方
   向内側のガス流路境界を画定するように配置されている
   第２のバンドを含んでいる請求項３に記載のタービンノ
   ズル。
5. 【請求項５】 前記セグメントの各々の前記第１のバン
   ドは、円周方向及び軸線方向に延在しており、前記セグ
   メントが組立形状にあるときに外側のガス流路境界を画
   定する連続な閉じた表面を形成している請求項４に記載
   のタービンノズル。
6. 【請求項６】 前記フックは前記ランドの上方に延在し
   ており、円周方向に開口している請求項２に記載のター
   ビンノズル。