JPH07180505A - インナーシュラウド一体型ステータベーン構造 - Google Patents

インナーシュラウド一体型ステータベーン構造

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JPH07180505A
JPH07180505A JP6264712A JP26471294A JPH07180505A JP H07180505 A JPH07180505 A JP H07180505A JP 6264712 A JP6264712 A JP 6264712A JP 26471294 A JP26471294 A JP 26471294A JP H07180505 A JPH07180505 A JP H07180505A
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    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステータベーンアセンブリーの構成部品点数
を削減してアセンブリー自体を軽量化しガスタービンエ
ンジン性能と組付け効率の向上を図る。 【構成】 ガスタービンエンジンのステータベーン４
４，４６とインナーシュラウド４８とを複合材料で一体
的に成形し、かつ、そのシュラウド４８を少なくとも二
つのベーン４４，４６を支持する両端が開口端となった
略箱型構造のシュラウドセグメントとした。シュラウド
セグメントが複数集合し環状インナーシュラウド部を形
成するとき、隣接するシュラウドセグメントは、各シュ
ラウドセグメントの開口端に形成された細く絞られたサ
イドエッジ部６０，６２を介し相互に嵌合し連結され
る。この嵌合部は十分な気密性を保ちつつ、適度に摺動
可能となっている。

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
のステータベーンに関し、特にインナーシュラウド一体
型ステータベーン構造に関する。
【０００２】
【従来技術】米国特許第３，２７５，２９５号には、ス
テータベーンの内周上に配設された箱型の構成要素が開
示されており、この箱型構成要素をステータベーン内周
に組み付けることにより、ガスタービンエンジンの円環
状ベーン構造を形成するようになっている。
【０００３】インナーシュラウド、即ちステータベーン
の組み付けベース部には、隣接するベーンを互いに連結
するインターロック手段が配設されており、このインタ
ーロック手段の相互結合によって、適度な減衰力が与え
られるようになっている。
【０００４】さらに、ベース部の半径方向での膨張を許
容しながら、ベース部が互いに摩擦結合状態に保たれる
ように、比較的薄い帯状部材からなるバンド支持部が各
ベース部にしっかりと結合されている。
【０００５】前記の薄帯状バンド支持部は溶接によって
ベース部に結合されており、溶接結合を可能とする為、
各ベース部は金属材料から形成されていた。
【０００６】航空技術において、周知のように、燃料の
節約及び／又はより多くの積載容積に貢献する程度にエ
ンジン構成部品の重量を低減することは極めて望ましい
ことである。ガスタービンエンジンの各セクションにお
いて、重量低減のために、複合材料で製造するのに適合
していることが判明しているセクションは、ファンセク
ション又はコンプレッサセクションである。
【０００７】航空機の運行中、これらのセクションは非
常に高温となり且つ極めて高い応力を受けるので、特定
の複合材料のみがこのような高温高応力の環境で十分な
耐久性を示すことが判明している。
【０００８】十分な耐久性を有する複合材料の一つに
は、例えば、イミド樹脂とカーボンファイバー族が知ら
れている。しかしながら、上述の複合材料の場合、その
特性に起因して、ベーンの製造はかなり難しいのが現実
である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来のステータベーン
構造においては、ステータベーンを組み付ける円環状イ
ンナーシュラウドを形成するベース部が金属材料で形成
されていると共に、ベース部を互いに結合するための薄
帯状バンド支持部を介してベース部を相互結合する必要
があった。
【００１０】したがって、ステータベーンをアセンブリ
ーとして構成すべく、多数の追加的な部品を必要とする
ために、ガスタービンエンジンの総重量を顕著に軽量化
することができず、エンジン性能の向上も十分満足でき
るものではなかった。また、部品点数の増加はエンジン
の組み付け効率の低下につながっていた。
【００１１】本発明は上述の問題に鑑みてなされたもの
であり、少なくとも一対の周方向において互いに離間し
た中実の翼型ベーンと一体的結合或は一体成型された中
空箱型インナーシュラウドとを有するステータベーンセ
グメントからなるガスタービンエンジンの改善された複
合ステータベーン構造を提供することである。
【００１２】一体型インナーシュラウドは、円環状の空
洞部を画成すると共に、近接するベーンセグメントの端
部にしっかりと嵌め込まれて、複数のベーンセグメント
を相互結合するインターロック手段を提供するように構
成されている。
【００１３】また、本発明は、ガスタービンエンジンの
回転軸と一体に形成されたラビリンスシールのナイフエ
ッジ状シール部と適度な摩擦を伴って係合するように、
インナーシュラウドの底壁部に周方向に沿って形成され
た帯状摩擦片（ラブストリップ）によって特徴付けられ
る。
【００１４】また、本発明によるインナーシュラウド一
体型ステータベーン構造によると、インナーシュラウド
を単一の型成形ユニットとして形成するか、或は独立別
個に形成した後にベーンセグメントを一体化するように
互いに一体的に結合してもよい。
【００１５】更にまた、本発明によるインナーシュラウ
ド一体型ステータベーン構造は、隣接するベーンセグメ
ント間の嵌合を当接部位で満足的な面接触を行うように
して減衰機能を果たすように工夫されている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明によるインナーシ
ュラウド一体型ステータベーン構造においては、高温下
でのベーンの機械的強度を考慮して、ベーンを少なくと
も二つ、好ましくは三つの翼型からなるステータベーン
セグメントから形成することによって良好なステータベ
ーンを提供するものである。ベーンの翼型セクションを
中実体に製造し、この翼型に一体的に結合された中空箱
型構造部を伴って、インナーシュラウド部を形成してい
る。
【００１７】中空箱型構造部によって、対向する側壁
部、底壁部及び上壁部がもたらされると共に、各ベーン
セグメントが組み付けられて円環状ステータベーンアセ
ンブリーを形成するとき、中空箱型構造部の両端中空部
は円環状空洞部を画成する。この中空箱型構造部の一端
は近接するベーンセグメントの端部に嵌合するように細
く絞られた形に形成されている。
【００１８】上述の分割ベーン構造はガスタービンエン
ジンのかなりの軽量化をもたらすと共に、このような分
割ベーン構造は機械的強度を高めるための余計な構造支
持部を必要としない。加えて、適当な摩耗可能な材料か
ら構成され且つインナーシュラウドの内周に沿って帯状
ラブストリップ部が付設されており、該ラブストリップ
部が一体的に組み付けられた状態で、ラブストリップ部
がタービンエンジンの回転軸に付設されたラビリンスシ
ールをなすナイフエッジ状シール部と当接する構成とし
た。
【００１９】
【作用】上記のように構成されているので、本発明のイ
ンナーシュラウド一体型ステータベーン構造によると、
各ステータベーンセグメント又はインナーシュラウドセ
グメントが互いに隣接する箱型構造部の細く絞られたイ
ンターロック部を介して互いに適度な摺動を許容しなが
ら相互結合されているので、気密性を保持しつつステー
タに加わった不所望な振動を減衰するように作用するこ
とができる。
【００２０】また、ステータベーンアセンブリーとして
複合材料からなるステータベーンセグメントが絞りサイ
ドエッジ部を介して簡潔に一体的に結合されるのみなら
ず、ロータディスク支持部材に付設されたナイフエッジ
状シール部と共働してシール構造を提供するラブストリ
ップがインナーシュラウドの箱型構造の底面に一体的に
形成されており、気密性を確実に保持しつつ、容易にス
テータベーンアセンブリーをロータブレード間に組み付
けることができる。
【００２１】
【実施例】図１〜図３は、本発明のガスタービンエンジ
ンのステータベーン構造を説明するため、ガスタービン
エンジンにおけるコンプレッサセクション１０の一部を
示すものである。
【００２２】このコンプレッサセクション１０は、圧縮
段を覆ってコンプレッサの外郭をなすコンプレッサケー
シングと、コンプレッサロータ１２，１４及び１６と、
及びコンプレッサロータ１２，１４，１６と追補関係に
あり、且つコンプレッサロータ１２，１４，１６と共働
して圧縮作用を行うステータベーンアセンブリー１８及
び２０とを有する。
【００２３】図を簡潔にする目的から、図１では単に３
つのコンプレッサロータ１２，１４及び１６と、２つの
ステータベーンアセンブリー１８及び２０のみを示すも
のとする。
【００２４】コンプレッサロータ１２，１４及び１６
は、互いに周方向に離間して配設されたロータブレード
２２，２４及び２６から成り、該ロータブレード２２，
２４，２６は、周知のように、夫々対応するロータディ
スク２８，３０及び３２上に支持されているか、若しく
は各ロータディスク２８，３０，３２と一体的に形成さ
れている。
【００２５】ロータディスク２８，３０，３２は、エン
ジンの軸Ａを中心として回転運動可能に、符号３６で示
されるようなナットとボルトの結合によってタービンエ
ンジンのエンジンシャフト３４に支持されている。
【００２６】各ステータベーンアセンブリー１８並びに
２０は、図２において、符号４２で示された複数のステ
ータベーンセグメントから構成されている。このステー
タベーンセグメント４２は、二つのベーン又は二つの翼
型４４と４６とから成り、図１に示すように、各ベーン
４４及び４６がインナーシュラウド４８からアウターシ
ュラウド５０の方へと延設されている。
【００２７】各ステータベーンセグメント４２は、相互
に離間してエンジン軸Ａの周囲を取り囲むように環状配
設された翼型を形成するようにケーシング内周に組み付
けられており、ガスタービンエンジンの作動ガスを各コ
ンプレッサブレードへと方向付ける機能を有する。
【００２８】図を簡略にし、かつ、開示内容を簡潔明瞭
にするため、多段式コンプレッサの複数圧縮段の内、単
一の圧縮段のみを示す。また、図１に示すベーンアセン
ブリー１８と２０の内、ベーンアセンブリー２０のみを
一例として示す図２及び図３に従って詳説する。
【００２９】本発明のステータベーンアセンブリーは、
航空機の運転中に生ずるガスタービンエンジン内で生ず
る高温に十分耐え、且つ、コンプレッサセクションに加
わった高い応力にも十分耐え得る、複合材料のような非
金属材料で製造される。
【００３０】実施例においては、ステータベーンの複合
材料として、カーボンファイバー或はイミドファイバー
が用いられている。一般に、ファイバー材料は、ファイ
バークロスとして形成された後、ステータベーンを形成
するために積層され、その後、適当な接着剤によって所
望の形状に成形される。
【００３１】本発明の特徴を理解する上で、各ステータ
ベーンセグメント４２が二つほどのステータベーンを有
した形で（図２参照）で形成されていること、若しくは
三つほどのステータベーンを有した形で形成され得る、
といったことに留意すべきであり、このことは組み付け
効率や軽量化の観点から非常に有意義であり重要であ
る。
【００３２】図２に示す各ベーンセグメント４２は、中
空箱型のインナーシュラウド４８を有している。このイ
ンナーシュラウド４８は、上壁部５２、底壁部５４、対
向する前面壁部５６と背面壁部５８とから形成されてい
る。
【００３３】本発明によるインナーシュラウド一体型ス
テータベーン構造においては、図２に示したサイドエッ
ジ部６０と６２は開口端として形成されており、円環状
インナーシュラウド４８を形成するため、ベーンセグメ
ント４２を互いに組み合わせた状態において、各ベーン
セグメント４２のサイドエッジ６０と６２が円環状開口
通路を形成するようになっている。
【００３４】各ベーンセグメント４２のサイドエッジ６
０は、所定寸法に細く絞られており、これにより、図２
中右隣のベーンセグメント４２の開口端にしっかりと嵌
め込むことができるようになっている。
【００３５】この絞られたサイドエッジ部６０と隣接す
るベーンセグメント４２の開口端との間の嵌め合いは、
タービンエンジンの動作中に生ずるステータベーン４
４，４６の振動を減衰し低減する目的で、嵌合部で適度
な摩擦を生ずるように当接面間での摺動運動を許容する
ような所定の嵌め合いとなっている。しかも、互いに近
接するステータベーンセグメント４２は、エンジンの作
動ガスの漏れを防止するのに十分なシール特性をも確保
している。
【００３６】本発明に従うステータベーンアセンブリー
２０の構造は、米国特許第３，２７５，２９５号に記載
された、比較的薄いバンド支持部のような追加的支持部
の必要性をなくすと同時に、該ステータベーンアセンブ
リー構造自体によって、燃焼ガス流路とエンジンシャフ
ト、並びに燃焼ガス流路とインナーシュラウドの円環状
通路との間の気密性を保つために、ガスタービンエンジ
ンに一般的に付設されるラブストリップの支持部を構成
している。
【００３７】図３に顕著に示すように、ラブストリップ
６６と６８は、インナーシュラウド４８の底壁部５４の
底面に一体的に付着形成されており、円環状インナーシ
ュラウド４８の内周に沿ったリング状シール部を画成し
ている。このシール部は、図１に示すように、ロータデ
ィスク３２におけるロータディスク支持部材７３から延
設されたナイフエッジ状シール７０，７２に当接共働し
て気密を保持するようになっている。
【００３８】上述のように、インナーシュラウド４８が
ステータベーンアセンブリー２０と一体的に形成されて
いるので、翼型並びシュラウドアセンブリーを結合する
特別な手段を必要としない。従って、ガスタービンエン
ジンの性能向上につながるエンジン総重量の軽減を図る
ことができる。
【００３９】図２と図３においては、インナーシュラウ
ド４８は四角形状に形成されているが、これに限らず、
その他の類似した形状、又は、図１のステータベーンア
センブリー１８のインナーシュラウド部に見られるよう
な多面多角形としてもよいのである。
【００４０】図１に示すステータベーンアセンブリー１
８のインナーシュラウド部の底面は、ロータディスク３
０における傾斜したロータディスク支持部材上のナイフ
エッジ状シールとの気密性を保つために段付き面構造と
なっている。
【００４１】かくして、前記中空箱型インナーシュラウ
ド４８の箱型とは、その断面が四角形状のみを指すもの
ではなく、例えば図１の多面多角形断面の箱型をも含む
ものとする。
【００４２】好適実施例において、インナーシュラウド
４８はステータベーンアセンブリー１８，２０として一
体成形されているが、これに限らず、インナーシュラウ
ド４８を独立別個に形成した後に少なくとも二つのステ
ータベーン４４，４６と結合するようにした一体結合構
造としてもよい。
【００４３】本発明は、その精神又は主要な特徴から逸
脱することなく、他の様々な形で実施することができ
る。それゆえ、前述の実施例は単なる例示にすぎず、限
定的に解釈してはならない。
【００４４】
【発明の効果】本発明のステータベーン構造は次に述べ
るような効果を奏する。
【００４５】ステータベーンがインナーシュラウドと簡
潔且つコンパクトに一体成形或は一体結合によって一体
的に形成されており、従来必要とされた複雑な多数の支
持要素による支持構造を伴うことなくステータアセンブ
リー自体が簡潔な支持構造をなし且つ気密性を確保しつ
つ、また固有の減衰特性を発揮することができる。
【００４６】また、本発明によるステータベーンアセン
ブリーは、近年のガスタービンエンジンで一般に備わっ
ている摩耗可能な材料から成るラブストリップをも一体
的に含むように簡潔に形成されており、一層軽量化に貢
献することができる。
【００４７】加えて、ガスタービンエンジンの総重量の
軽量化に適した本発明のステータベーンアセンブリーの
構造によると、ガスタービンエンジンのステータベーン
部位の部品点数を減らすことができ、組み付け効率の向
上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガスタービンエンジンのインナー
シュラウド一体型ステータベーンを有するコンプレッサ
セクションの部分断面図。
【図２】本発明によるステータベーン構造の拡大側面図
であり、図３の２−２線部分断面図。
【図３】図２と関連する拡大部分断面図。
【符号の説明】
１０…コンプレッサセクション １２，１４，１６…コンプレッサロータ １８，２０…ステータベーンアセンブリー ２２，２４，２６…ロータブレード ２８，３０，３２…ロータディスク ４２…ステータベーンセグメント ４４，４６…ステータベーン ４８…インナーシュラウド ５０…アウターシュラウド ５２…上壁部 ５４…底壁部 ５６…前面壁部 ５８…背面壁部 ６０，６２…サイドエッジ ６６，６８…ラブストリップ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガスタービンエンジンのエンジン作動ガ
    スが通過する相互に離間した一列のベーンを有するステ
    ータベーン構造において、該ステータベーン構造は、ア
    ウターケースと、一周してリング状インナーシュラウド
    部を形成するように円環状に一体的に組み付けられる複
    数の弧状インナーシュラウドセグメントと、互いに集合
    することにより相互に離間した一列のベーンを構成する
    ように各インナーシュラウドセグメントに付設された少
    なくとも一対のステータベーンであって該一対のステー
    タベーンの各ベーンをアウターケースに付設されてベー
    ンを支持するアウターシュラウド部を含むように形成し
    た少なくとも一対のステータベーンとからなり、前記の
    各インナーシュラウドセグメントと少なくとも一対のス
    テータベーンとが該一対のステータベーンの内端から延
    設された略箱型構造に複合材料から形成されており、該
    箱型構造は一対のステータベーンの内端に結合された上
    壁部と底壁部と一対の対向する側壁部とからなり、且つ
    上壁部と底壁部と一対の側壁部とによって箱型構造の両
    端部に開口通路を画成し、各弧状インナーシュラウドセ
    グメントが集合し該開口通路が互いに連通してリング状
    インナーシュラウド部に円環状通路を画成すると共に、
    ステータベーン構造が互いに隣接するインナーシュラウ
    ドセグメントを相互連結するために前記箱型構造の両端
    部にインターロック手段を形成したことを特徴とするイ
    ンナーシュラウド一体型ステータベーン構造。
  2. 【請求項２】 請求項１において、前記複合材料は、カ
    ーボンファイバー族又はイミドファイバー族から選択し
    たことを特徴とするステータベーン構造。
  3. 【請求項３】 請求項２において、前記アウターケース
    は、ガスタービンエンジンのコンプレッサの外郭の一部
    を画成していることを特徴とするインナーシュラウド一
    体型ステータベーン構造。
  4. 【請求項４】 請求項３において、前記インターロック
    手段は、前記箱型構造の両開口端の一端に形成された細
    く絞られた部分からなることを特徴とするインナーシュ
    ラウド一体型ステータベーン構造。
  5. 【請求項５】 請求項４において、前記細く絞られた部
    分は隣接するインナーシュラウドセグメントの開口端内
    に摺動運動可能であるように嵌合され、これにより、開
    口端と該開口端に嵌合される細く絞られた部分とが互い
    に共働して前記摺動運動を介し、ステータベーンに加え
    られた振動エネルギーを吸収することを特徴とするイン
    ナーシュラウド一体型ステータベーン構造。
  6. 【請求項６】 請求項４において、ステータベーン構造
    は前記箱型構造の底壁部の底面に付設された少なくとも
    一つのラブストリップを有し、該ラブストリップはガス
    タービンエンジンのエンジンシャフトに付設されたシー
    ル部と気密的に係合することを特徴とするインナーシュ
    ラウド一体型ステータベーン構造。
  7. 【請求項７】 請求項４において、前記箱型構造の断面
    形状は四角形であることを特徴とするインナーシュラウ
    ド一体型ステータベーン構造。
  8. 【請求項８】 請求項４において、前記箱型構造の断面
    形状は多角形であることを特徴とするインナーシュラウ
    ド一体型ステータベーン構造。
  9. 【請求項９】 請求項４において、前記箱型構造は前面
    壁部と背面壁部とからなり、前面壁部と背面壁部との位
    置関係において、互いに相対的にずれており段差を有す
    ることを特徴とするインナーシュラウド一体型ステータ
    ベーン構造。
  10. 【請求項１０】 請求項１において、前記の少なくとも
    一対のステータベーンの各ベーンは各インナーシュラウ
    ドセグメントと一体成形されていることを特徴とするイ
    ンナーシュラウド一体型ステータベーン構造。
JP26471294A 1993-11-19 1994-10-28 インナーシュラウド一体型ステータベーン構造 Expired - Fee Related JP3631271B2 (ja)

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JP (1) JP3631271B2 (ja)
DE (1) DE69404610T2 (ja)

Cited By (1)

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