JPH08218802A - ステータベーン構造 - Google Patents

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部４８及びアウターシュ
ラウド部５０とを複合材料で一体的に成形し、かつ、そ
のインナーシュラウド部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部、
ステータ及びアウターシュラウド部を一体化したステー
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部、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
ンナーシュラウド部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部及びアウターシュラウド部
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】インナーシュラウド部は、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部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】更にまた、本発明によるステータベーン構
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。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明によるステータベ
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のインナーシュラ
ウド部とアウターシュラウド部を一体成形している。

【００１６】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。

【００１７】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部の内周に沿って帯
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。

【００１８】

【作用】上記のように構成されているので、本発明のス
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。

【００１９】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部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。

【００２０】

【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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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４４，４６と
インナーシュラウド部４８とアウターシュラウド部５０
が一体成形されてなり、図１に示すように、各ベーン４
４及び４６がインナーシュラウ部ド４８からアウターシ
ュラウド部５０の方へと延設されている。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】本発明のステータベーンセグメント４２
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。

【００２９】実施例においては、ステータベーンセグメ
ント４２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。これにより、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
テータベーンアセンブリー１８，２０を形づくるように
積層され、さらに、適当な接着剤とともに所望の形状に
型成形される。

【００３０】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がそれぞれ複数のステータベーン
４４，４６を有した形で（図２参照）で一体成形されて
いることに留意すべきである。このことは剛性や組み付
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。なお、ステータベーンセグメント４２に三個若しく
はそれ以上のステータベーンを設けても良い。

【００３１】図２に示す各ステータベーンセグメント４
２は、中空箱型のインナーシュラウド部４８を有してい
る。このインナーシュラウド部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。

【００３２】本発明による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部４８
を形成するためステータベーンセグメント４２を互いに
組み合わせた状態において、各ステータベーンセグメン
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。

【００３３】各ステータベーンセグメント４２のサイド
エッジ６０は、所定寸法に細く絞られており、これによ
り、図２中右隣のステータベーンセグメント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。

【００３４】この絞られたサイドエッジ部６０と隣接す
るステータベーンセグメント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４４，４６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。

【００３５】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部の円環
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。

【００３６】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部４８の底壁部５４
の底面に一体的に付着形成されており、円環状のインナ
ーシュラウド部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。

【００３７】上述のように、インナーシュラウド部４８
とアウターシュラウド部５０がステータベーンアセンブ
リー２０としてステータベーン４４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。

【００３８】図２と図３においては、インナーシュラウ
ド部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。

【００３９】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。

【００４０】かくして、前記中空箱型インナーシュラウ
ド部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。

【００４１】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。

【００４２】

【発明の効果】本発明のステータベーン構造によれば、
ステータベーンがインナーシュラウド部及びアウターシ
ャウラウド部と簡潔且つコンパクトに一体成形されてお
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、ステータベーン構造自体が簡潔な
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。

【００４３】また、本発明によるステータベーン構造
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。

【００４４】加えて、本発明のステータベーン構造によ
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部 ５０…アウターシュラウド部 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 (9)

【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
   スが通過するステータベーン構造であって、 アウターケースと、 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と、 前記アウターケースに付設されて集合的にベーンを支持
   するアウターシュラウド部とを備え、 前記ステータベーン、弧状インナーシュラウドセグメン
   ト及びアウターシュラウド部は複合材料から一体成形さ
   れ、 前記弧状インナーシュラウドセグメントは前記少なくと
   も一対のステータベーンの内端から延設された略箱型構
   造に形成され、 該箱型構造は前記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を含み、 該上壁部、底壁部及び対向する側壁部は開口通路を形成
   して円環状とした前記弧状インナーシュラウドセグメン
   トにおいて環状通路を形成し、 さらに、前記開口通路に形成されて隣接する弧状インナ
   ーシュラウドセグメントを相互連結するためのインター
   ロック手段を有することを特徴とするステータベーン構
   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ステータベーン構造。