JPS60128905A - 可変タ−ビン・ベ−ン支持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は全般的にタービン劃り更に具体的に云えば、
こういう機関で可変タービン・ベーンを支持する手段に
関する。

［発明の背景］ 一般的にガスタービン機関はガス流を発生する為の燃焼
室を持っている。回転子に接続されたタービン・ブレー
ドが燃焼器の後方でガス流路内に配置されていＣ１ガス
流から有用なエネルギを抽出する。抽出されるエネルギ
吊を最適にする為に、ベーンの配列を燃焼器とタービン
・ブレードの間に介在前■して、ガス流の向きを変える
のが典型的ある。流れに対して円周方向の成分を加える
ことにより、タービン・ブレードの一層高い速度を達成
することが出来る。

多くのガスタービン機関では、ベーンの間のガス流を制
御する為にベーンを回転することが望ましい。例えば航
空機用機関の用途では、飛行状態に応じて所要動ノ〕が
異なることがある。この為、全面的に可変のタービン・
ベーンの配列を用いるのが有利である。然し、十分な効
果を持つ為には、どんな可変タービン・ベーン配列も、
定められた流路から翼形部のまわりを通ってガスが漏れ
るのを最小限に抑える様に取付けなければならない。

環状燃焼器を持つ典型的な機関では、内壁及び外壁を持
つ環状ケーシングが燃焼器を取巻いている。ケーシング
が燃焼器とケーシングの間に流路を作って、空気が燃焼
器の壁を冷却する様にする。

ケーシングは燃焼器の後端を越えて伸び、ベーン配列を
それに取付けることの出来る構造になる。

例えば米国特許第３，６６３，１１８号にこの様な取付
は装置が記載されている。

支持体として内壁及び外壁を持つケーシングを使う場合
の問題は、ケーシングの内壁がケーシングの外壁よりも
２００°乃至３００°高い温度である為に、熱による伸
び率に差があることである。この為、内壁は外壁よりも
熱膨張による軸方向の動きが一層大きい。これがシール
に応力を加え、こうしてガス流の漏れ通路を作る慣れが
ある。更に、タービン・ベーンは、それらの軸線が整合
外れになった時、それを取巻くシュラウドにパインディ
ング（ｂｉｎｄｉｎｇ　）　、即ちひっかかる慣れがあ
る。

ベーン配列をケーシングの内壁及び外壁に取付【プる代
りの方法は、それを外壁だけに片持ち式に取付けること
である。漏れを防止する為に、ベーンの根元部の近くに
浮動シールを設ける。この方策の場合の問題は、ガス流
によって誘起されるベーンに対する曲げ応力の釣合いを
とる為に、桁外れの大きな構造を必要とすることである
。更に、前に述べた温度差の為、あらゆる状態でパイン
ディングのないことを保証する為に、普通より大きな半
径方向のすき間を設けなければならない。こういうすき
間が浮動シールによって制御されるが、このシールは比
較的大量のガスの漏れが起る可能性がある。

［発明の目的コ この発明の目的は、可変タービン・ベーン配列に対する
新規で改良された支持体を提供することである。

この発明の別の目的は可変タービン・ベーン配列の周り
のガス流の漏れを防止する新規で改良された手段を提供
することである。

この発明の別の目的は、可変タービン・ベーン配列のパ
インディングを防止する新規で改良された手段を提供す
ることである。

この発明の別の目的は、可変タービン・ベーン配列を燃
焼器に取付ける新規で改良された手段を提供することで
ある。

し発明の概要］ この発明の１形式では、ガスタービン機関で可変タービ
ン・ベーン配列を燃焼器に取付ける軸方向取付は手段を
提供する。燃焼器は内壁及び外壁を持つが、ベーン配列
がこの燃焼器の後方に配置される。軸方向取付は手段は
、ベーン配列に加わる軸方向荷重の略全部が燃焼器の壁
に伝達される様に構成される。

［発明の詳細な説明］ 第１図はこの発明の１形式によるタービン機関の環状燃
焼器１０及びタービン羽根車１２を示す図である。燃焼
器１０より後方でタービン羽根車１２より前方に可変タ
ービン・ベーン配列１４が配置されている。動作中、空
気と燃料を燃焼器１０内で燃焼さけて、高速のガス流１
６を発生する。ガス流１６は、ベーン配列１４を通過す
る時、旋回させられて、円周方向の成分を持つ。この後
ガス流１６がタービン羽根車１２にあたり、この羽根車
が流れの力に対する反作用として回転することにより、
エネルギを抽出する。

燃焼器１Ｏが内壁１８及び外壁２０を有する。図示の様
に、壁１８．２０は単一の厚さのものである。然し、幾
つかの厚さの壁を用いることもこの発明の範囲内である
。例えば、支持用の壁の内側に種々のライナを用いて、
２重壁４１Ｉｉ造の燃焼器を作ることも多い。

燃焼器１０の前端２２に複数個のＵリンク２４がある。

これらのリンクはビン２８によって枠部材２６に接続す
ることが出来る。各々のビンは、ビン２８とＵリンク２
４の間で前側の軸方向の接触と円周方向の１−き問が出
来る様に、Ｕリンク２４と合せることが出来る。こうす
ると、燃焼器の壁１８．２０に加わる軸方向荷重をケー
シング３０に伝達することが出来ると共に、円周方向の
荷重が伝達されない様にすることが出来る。例示の便宜
の為、各々のビン２８がケーシングの外壁３４を通抜け
ている。こうして燃焼器１０が軸方向荷重に対して支持
される。当業者には、燃焼器１０を前側で軸方向に支持
するこの他のいろいろな手段が考えられよう。この発明
がここに例示して説明した特定の形に制約されないこと
は云うまでもない。

環状燃焼器１０は環状ケーシング３Ｏに取囲まれている
。ケーシング３０は内壁３２及び外壁３４を持っている
。壁３２．３４が燃焼器１０を囲み、燃焼器との間の内
側冷部流路３６及び外側冷却流路３８を形成する。

燃焼器の外壁２０の後端に外側フランジ４Ｏが接続され
ている。第１図に示す形式では、フランジ４０が壁２０
から半径方向外向きに伸びる。同様に、燃焼器の内壁１
８の後端に内側フランジ４２が接続されている。図示の
場合、内側フランジ４２が壁１８から半径り向内向きに
伸びている。

機関の運転中、燃焼器の外壁２Ｏ及び内壁１８は、燃焼
器１０の内部で発生される熱の為に高温になる。

壁１８．２０を冷却する為、流路３６．３８に空気４４
を送込む。この空気の幾分かは壁１８．２Ｏの孔を通過
して、一層の冷却を行なうことが出来る。熱放射の作用
と周囲のＦｆａ　１３１の為、ケーシングの内壁３２は
ケーシングの外壁３４よりも数百度も高温になる傾向が
ある。これに比較して、燃焼器の壁１８．２ｏはケーシ
ングの壁３２．３４よりも〜層高温であるが、燃焼器の
壁１８．２０は大体同じ温度に保たれている。

ケーシングの壁３２．３４の温度が違うことは、それら
の膨張及び収縮の割合が違うことを意味する。

この差が、可変ベーン配列をこういう壁に取付ける時、
軸方向４６で特に問題になる。これと対照的に、円周方
向では、環状の部材が全体的に半径線に沿って円周方向
に膨張して、加熱された時の向きは変わらないので、こ
の膨張／収縮の差は問題にならない。

可変タービン・ベーン配列１４が複数個のベーン４８を
含む。ベーン配列１４が支持手段５０によって支持され
る。支持手段５０は、ガス流１６によりベーン配列１４
に加えられる略全部の軸方向荷重が燃焼器の壁１８．２
０に伝達される様に、ベーン配列１４を燃焼器の壁１８
．２０に取付（）る軸方向取付は手段を含んでいる。更
に支持手段５０が、ベーン配列１４がらの円周方向荷重
をケーシング３０に伝達する円周方向拘束手段を含んで
いる。軸方向取付は手段及び円周方向拘束手段を持つ支
持手段５０は第２図に更に詳しく示されている。

第２図は内側支持手段５２及び外側支持手段５４並びに
ベーン４８を含むこの発明の特定の実施例を示している
。ベーン４８は根元部５６及び外側軸部５８を持ってい
る。外側軸部５８は半径方向外側の端にほぞ穴６Ｏを持
ち、これが作動アーム６４に接続されたほぞ６２を受入
れる様になっている。こうしてアーム６４の回転運動に
よってベーン４８が回転する。全てのアーム６４を共通
のリング（図に示してない）に接続することにより、ベ
ーン配列１４全体を同時に作動することが出来る。

第２図の実施例では、軸方向取付は手段が、外側及び内
側フランジ４０．４２、外側及び内側支持構造６６．６
８及び結合手段７０．７２を含む。外側支持構造６６は
半径方向の向きの通抜けの円形孔を持ち、この孔はベー
ン４８の外側軸部５８と合さる。同様に、内側支持構造
６８は半径方向の向きの通抜けの円形孔を持ち、この孔
はベーン４８の根元部５６と合さる。

ベーン４８はこれらの孔の中で自由に回転出来るが、軸
方向及び円周方向にはこれらの孔によって位置ぎめされ
る。支持構造６６．６８はいろいろな形にすることが出
来る。１実施例Ｃは、内側支持構造６８は連続的な３６
０°のリングであってよく、外側支持構造６６は組立て
易くする為に複数の部分に分割することが出来る。

外側支持構造６６は結合手段７０によって外側フランジ
４０に接続される。第２図の実施例では、結合手段をボ
ルトで示しである。同様に、内側支持構造６８はボルト
として示した結合手段７２によって内側フランジ４２に
接続される。

以上の説明から、ベーン配列１４に加わる軸方向荷重が
支持構造６６．６８を介して燃焼器の壁２Ｏ１１８□ に伝達されることは明らかである。ベーン配列１４に加
わる軸方向荷重の略全部がこの様に伝達される様に保証
でる為、この発明のこの他の幾つかの特徴について次に
説明覆る。はぞ６２の周りにブッシング８２が同軸に配
置されている。軸受手段８４によりほぞ６２がブッシン
グ８２内で自由に回転出来る様にしている。ブッシング
８２に設けた円周方向の溝孔８６がケーシングの外壁３
４を受入れる。外壁３４が熱によって膨張及び収縮する
時、外壁３４が溝孔８６内で軸方向に自由に動ける様に
、すき間８８が設けである。この為、ベーン４８に対す
る軸方向荷重はケーシングの壁３４に伝達されない。こ
れと大体同じ様に、軸方向荷重は作動アーム６４には伝
達されない。この為には、アーム６４が共通の作動リン
グ（図に示してない）に接続される所で、摺動自在のビ
ンとヨークから成る装置を用いることが出来る。

ベーン配列１４の円周方向の支持が円周方向拘束手段７
５によってなされる。拘束手段７５は、外側支持構造６
６に取付（プられた３６０°のリング７４及びリング７
４から外向ぎに伸びる複数個の外側突片７６を有する。

更に拘束手段７５は、ケーシングの外壁３４から内向き
に伸びる複数個のヨーク７８を含んでいる。第３図の軸
方向に見た図に示される様に、各々のヨーク７８が１つ
の突片７６を受入れる。ヨーク７８は円周方向８０には
拘束作用をするが、ケーシングの外１３４が外側突片７
６に対して軸方向に移動出来る様にしている。

内側支持Ｉａ造６Ｂに対する円周方向拘束手段として、
内側支持構造６８から半径方向内向きに伸びる複数個の
内側突片９０と、ケーシング内壁３２に設けられた複数
個の軸方向溝孔９２どを含む。各々の溝孔９２が１つの
内側突片９０を受入れる様になっている。この為、ヨー
ク７８と同じく、軸方向溝孔９２は、ケーシングの内壁
３２が内壁突片９０に対して軸方向に動ける様にしなが
ら、円周方向の拘束作用をする。内側支持構造６８にヨ
ーク形のフランジ９１を設けて、溝孔９２の周りに配置
し、一層の円周方向の拘束作用をすることが望ましい場
合がある。

溝孔９２を通過する空気の漏れを防止する為に、シール
手段９４．９６を設りる。例えばシール手段９４は内側
支持構造６８の内側フランジ９８とケーシング　。

の内壁３２の外側フランジ１００の間のＷ形シールであ
ってＪ：い。シール手段９６は普通の回転シールであっ
てよい。Ｗ形シール手段９４を通る漏れがあれば、それ
が回転シール９６により制限される。この為、シール手
段９６はシール手段９４に対する冗長な手段になる。

上に述べた様に、ベーン配列１４が軸方向及び円周方向
の両方向に支持される。内側支持構造６８の環状の出張
り１０４をフランジ１００の環状舌片１０２に対して配
置することにより、半径方向の位置きめ即ち同心性が得
られる。出張り　１０４は舌片１０２と同軸であり、そ
れと半径方向に接触づる。然し、出張り１０４はケーシ
ングの内壁３２に対して軸方向に自由に動ける。この様
な半径方向の位置きめにより、ベーン配列１４とタービ
ン羽根車１２の間の同心性を保つことが出来る。

当業者であれば、この発明がこ）で具体的に図示し且つ
説明した特定の実施例に制約されないことは明らかであ
ろう。この発明は、ベーン配列に対する軸方向荷重を燃
焼器の壁に伝達する様に取付は手段を用いる任意の燃焼
器及びベーン配列に等しく適用できる。図面に示した寸
法、割合及び構造関係は例示にすぎず、これらがこの発
明の可変タービン・ベーン支持体に使われる実際の寸法
、割合又は構造関係を表わすものではないことを承知さ
れたい。

この発明は特許請求の範囲の記載によって限定れるもの
であって、その範囲内で種々の変更や均等物を用いるこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の１形式による燃焼器及び可変タービ
ン・ベーン配列の断面図、第２図は第１図に示した可変
タービン・ベーン配列の細部を示す断面図、第３図は第
２図の線３−３から見た部分断面図である。 〈主な符号の説明） １Ｏ：燃焼器、　１４：可変ベーン配列、１８：燃焼器
の内壁、　２０：燃焼器の外壁、３０：ケーシング、　
３２：ケーシングの内壁、３４：ケーシングの外壁、　
４０．４２：フランジ、４８：ベーン、　５０：支持手
段、 ５２：内側支持手段、　５４：外側支持手段、５６：ベ
ーンの根元部、５８：ベーンの外側軸部、７０．７２：
結合手段、　７５：円周方向拘束手段、７６．９０：突
片、　７８：ヨーク、 ９２：溝孔、　１０２：舌片、 １０４：出張り。 特許出願人 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ代理人　（７６
３０）　生　沼　徳　二第１頁の続き ＠発明者トーマス・ジョージ・　アメ ウエイクマン　ンネ” リカ合衆国、オハイオ州、ウェスト・チェスター、ケノ
ー・ドライブ、７７９旙

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）内壁及び外壁を持つ環状燃焼器、並びに該燃焼器の
   後方に配置される可変ベーン配列を含むガスタービン機
   関に於て、前記配列に加１わる軸方向荷重の略全部が前
   記燃焼器の壁に伝達される様に、前記配列を前記燃焼器
   の壁に取付ける軸方向取付は手段を有するガスタービン
   劃Ｌ ２）内壁及び外壁を持つ環状燃焼器、該燃焼器を囲む内
   壁及び外壁を持つ環状ケーシング、並びに前記燃焼器の
   後方に配置された複数個のベーンを持つ可変ベーン配列
   を含むガスタービン機関に於て、前記配列に加わる軸方
   向荷重の略全部が前記燃焼器の壁に伝達される様に、前
   記配列を前記燃焼器の壁に取付ける軸方向取付は手段を
   含んでいる、前記可変ベーン配列を支持する支持手段を
   有するガスタービン機関。 ３）特許請求の範囲２）に記載したガスタービン機関に
   於て、前記支持手段が、前記配列に加わる円周方向荷重
   の略全部を前記ケーシングに伝達づる円周方向拘束手段
   を有しているガスタービン劃Ｌ ４）特許請求の範囲３）に記載したガスタービン機関に
   於て、前記軸方向取付は手段が、前記燃焼器の外壁に接
   続された外側フランジと、前記燃焼器の内壁に接続され
   た内側フランジと、前記ベーンの各々が０転し得る様に
   、各々の前記ベーンを位置ぎめする外側及び内側支持構
   造と、該外側及び内側支持構造を夫々前記外側及び内側
   フランジに接続する結合手段とを有し、もって前記配列
   に加わる軸方向、荷重の略全部・が前記支持構造、フラ
   ンジ及び燃焼器の壁に伝達されるガスタービン劃Ｌ ５）特許請求の範囲４）に記載したガスタービン機関に
   於て、前記円周方内向を手段が、前記外側支持構造から
   外向きに伸びる複数個の外側突片と、前記ケーシングの
   外壁から内向きに伸びていて、前記外側突片に対して前
   記ケーシングの外壁を円周方向に拘束すると共に軸方向
   に移動出来る様にする複数個のヨークとを有するガスタ
   ービン機関。 ６）特許請求の範囲４）に記載したガスタービン機関に
   於て、前記円周方向拘束手段が、前記内側支持構造から
   内向きに伸びる複数個の内側突片と、前記ケーシングの
   内壁に設けられた複数個の軸方向溝孔とを右し、各々の
   溝孔が１つの内側突片を受入れており、もって前記内側
   突片に対して前記ケーシングの内壁を円周方向に拘束す
   ると共に軸方向に移動出来る様にしたガスタービン劃Ｌ
   ７）内壁及び外壁を持つ環状燃焼器、該燃焼器を囲む内
   壁及び外壁を持つ環状ケーシング、前記燃焼器の後方に
   配置された複数個のベーンを持つ可変ベーン配列、並び
   に該配列の後方に配置されたタービン羽根車を含むガス
   タービン機関に於て、前記可変ベーン配列を支持する支
   持手段を有し、該支持手段は、前記配列に加わる軸方向
   荷重の略全部が前記燃焼器の壁に伝達される様に、前記
   配列を前記燃焼器の壁に取付ける軸方向取付は手段と、
   前記可変ベーン配列及びタービン羽根車を同心状態に保
   つ半径方向位置ぎめ手段とを有しているガスタービン機
   関。 ８）特許請求の範囲７）に記載したがガスタービン機関
   に於て、前記半径方向位置きめ手段が、前記配列に接続
   された環状の出張りと、前記ケーシングの内壁に接続さ
   れた環状の舌片とで構成され、前記出張りが前記舌片と
   同軸であって、それと半径方向に接触しているガスター
   ビン劃Ｌ９）内壁及び外壁を持つ環状燃焼器と、該燃焼
   器の後方に配置された可変ベーン配列とを含み、前記配
   列に加わる軸方向荷重の略全部が前記燃焼器の壁に伝達
   される様に、前記配列を燃焼器の壁に取付けたガスター
   ビン機関。 １０）内壁及び外壁を持つ環状燃焼器と、該燃焼器を囲
   む内壁及び外壁を持つ環状ケーシングと、前記燃焼器の
   後方に配置された可変ベーン配列とを含み、前記配列に
   加わる軸方向荷重の略全部が前記燃焼器の壁に伝達され
   る様に前記配列を燃焼器の壁に取付け、前記配列に加−
   ゎる円周方向荷重の略全部が前記ケーシングに伝達され
   る様に前記配列を前記ケーシングの壁によって拘束した
   ガスタービン機関。