(57)【要約】【課題】ガスタービンエンジンのタービンフレーム組立体を提供すること。【解決手段】ガスタービンエンジンのタービンフレーム組立体は、（ａ）（ｉ）外側リング（４８）、（ｉｉ）ハブ（４２）、及び（ｉｉｉ）ハブ（４２）と外側リング（４８）との間に延びる複数のストラット（５４）を含むタービンフレーム（３８）と、（ｂ）（ｉ）内側バンド（８２）、（ｉｉ）外側バンド（８０）、及び（ｉｉｉ）内側及び外側バンド間に延びる翼形部形ベーン（７８）を含み、ストラット（５４）の各々を囲む二部品ストラットフェアリング（７２）と、（ｃ）外側リング（４８）とハブ（４２）との間に配置された複数のノズルセグメント（７６）と、を備え、各ノズルセグメント（７６）が、（ｉ）弓状外側バンド（１４８）、（ｉｉ）弓状内側バンド（１５０）、（ｉｉｉ）翼形部状ベーン（１４８）を含む一体化された金属鋳造物である。【選択図】      図２Ａ
2010127277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジンのタービンフレーム組立体であって、
（ａ）（ｉ）外側リング（４８）、（ｉｉ）ハブ（４２）、及び（ｉｉｉ）前記ハブ（４２）と前記外側リング（４８）との間に延びる複数のストラット（５４）を含むタービンフレーム（３８）と、
（ｂ）（ｉ）内側バンド（８２）、（ｉｉ）外側バンド（８０）、及び（ｉｉｉ）前記内側及び外側バンド間に延びる翼形部形ベーン（７８）を含み、前記ストラット（５４）の各々を囲む二部品ストラットフェアリング（７２）と、
（ｃ）前記外側リング（４８）と前記ハブ（４２）との間に配置された複数のノズルセグメント（７６）と、
を備え、
前記各ノズルセグメント（７６）が、
（ｉ）弓状外側バンド（１４８）、（ｉｉ）弓状内側バンド（１５０）、（ｉｉｉ）翼形部状ベーン（１４６）を含む一体化された金属鋳造物である、
タービンフレーム組立体。
【請求項２】
前記外側リング（４８）、前記ハブ（４２）、及び前記ストラット（５４）が単一の一体鋳造物である、
請求項１に記載のタービンフレーム組立体。
【請求項３】
前記ストラット（５４）の各々と関連するストラットフェアリング（７２）のベーン（７８）との間に配置される衝突冷却孔（１１８）が穿孔されたストラットバッフル（１１６）を更に備える、
請求項１に記載のタービンフレーム組立体。
【請求項４】
前記ストラットフェアリング（７２）のベーン（７８）の各々が、蛇行流路を定める壁を含み、該蛇行流路が、前記ベーン（７８）の後縁に配置された少なくとも１つの後縁通路と流体連通している、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のタービンフレーム組立体。
【請求項５】
前記ノズルセグメントのベーン（１４６）の各々が、蛇行流路を定める壁を含み、該蛇行流路が、前記ベーンの後縁に配置された少なくとも１つの後縁通路と流体連通している、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のタービンフレーム組立体。
【請求項６】
（ａ）前記ハブ（４２）と前記外側リング（４８）との間に延びる中空通路を各々が定める、複数の供給管体組立体（５８）と、
（ｂ）（ｉ）弓状外側バンド（１２２）、（ｉｉ）弓状内側バンド（１２４）、及び（ｉｉｉ）翼形部形ベーン（１２０）を含む、前記供給管体組立体（５８）の各々を囲む供給管体フェアリング（７４）と、
を更に備え、
前記ベーン（１２０）が、前記供給管体組立体の周りに連続フェアリングを定める、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のタービンフレーム組立体。
【請求項７】
前記供給管体組立体（５８）の各々が、
（ａ）細長い中空の供給管体（６０）と、
（ｂ）複数の衝突冷却孔が穿孔された前記供給管体（６０）を囲む供給管体バッフル（６２）と、
を含む、
請求項６に記載のタービンフレーム組立体。
【請求項８】
前記供給管体フェアリング（７４）のベーン（１２０）の各々が、蛇行流路を定める壁を含み、該蛇行流路が、前記ベーン（１２０）の後縁に配置された少なくとも１つの後縁通路と流体連通している、
請求項６に記載のタービンフレーム組立体。
【請求項９】
ガスタービンエンジンのタービンフレーム組立体を冷却する方法であって、
（ａ）（ｉ）外側リング（４８）、（ｉｉ）ハブ（４２）、及び（ｉｉｉ）前記ハブ（４２）と前記外側リング（４８）との間に延び且つ空気力学的フェアリングにより囲まれた少なくとも１つのストラット（５４）を含むタービンフレーム（３８）を提供する段階と、
（ｂ）セグメント化された内側及び外側環状バンド間に保持される複数の翼形部形ベーンを含み、前記ハブ（４２）と前記外側リング（４８）との間に配置されたノズルカスケードを提供する段階と、
（ｃ）前記ストラット（５４）を通って前記ハブ（４２）まで冷却空気を半径方向内向きに配向する段階と、
（ｄ）前記ハブ（４２）内に配置された内側マニホルド（２０６）に冷却空気を通す段階と、
（ｅ）前記内側マニホルド（２０６）から前記ハブ（４２）の下流側に配置されたタービンロータまで冷却空気を通す段階と、
を含む方法。
【請求項１０】
前記タービンフレーム（３８）のハブ（４２）の後面上に環状シール部材が更に配置され、該シールが前記ハブ（４２）と協働して前記内側マニホルドを定め、そこに少なくとも１つの冷却通路を有する、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ストラット（５４）の各々が、衝突冷却孔が穿孔されたストラットバッフル（１１６）及び翼形部形ストラットフェアリング（７２）により囲まれ、
前記方法が更に、
（ａ）前記ストラット（５４）から前記ストラットバッフルに冷却空気を通す段階と、
（ｂ）前記衝突冷却孔を通して前記ストラットフェアリング（７２）上に冷却空気を衝突させる段階と、
を含む、
請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記タービンフレーム組立体が更に、
（ａ）（ｉ）細長い中空供給管体、（ｉｉ）複数の衝突冷却孔が穿孔された前記供給管体を囲む供給管体バッフル、及び（ｉｉｉ）前記供給管体バッフルを囲む翼形部形ストラットフェアリング（７２）を各々が含む、前記外側リング（４８）から前記ハブ（４２）に延びた複数の供給管体組立体を備え、
前記方法が更に、
（ｂ）前記供給管体から前記供給管体バッフルまで冷却空気を通す段階と、
（ｃ）前記衝突冷却孔から供給管体フェアリング（１１６）上に冷却空気を衝突させる段階と、
を含む、
請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記ノズルカスケードと前記外側リング（４８）との間に環状外側バンドキャビティ（１８６）が定められ、
前記方法が更に、
（ａ）前記環状外側バンドキャビティ（１８６）に冷却空気を配向する段階と、
（ｂ）前記ベーンの各々における蛇行流路を通って冷却空気を流す段階と、
（ｃ）前記ベーンの各々において後縁冷却通路から前記冷却空気を排気する段階と、
を含む、
請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ノズルカスケードと前記ハブ（４２）との間に環状内側バンドキャビティ（２０８）が定められ、
前記方法が更に、前記ストラットフェアリング（７２）状に衝突した冷却空気を前記内側バンドキャビティ（２０８）内に配向する段階を含む、
請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、ガスタービンエンジンタービンに関し、詳細には、このようなエンジンの構造部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは一般的に、エンジンの回転シャフトを支持する軸受から外側ケーシングまでの構造負荷経路を提供し、エンジンの骨格構造を形成する固定タービンフレーム（タービン間フレーム又はタービン中央フレームとも呼ばれる）を含む。タービンフレームは、タービンの燃焼ガス流路を横断し、従って、運転中に高温に曝される。
【０００３】
多数の部品から構成され、受動的に冷却されるタービンフレームを設けることは知られており、その下流側には能動的に冷却されるタービンノズルベーンが位置付けられる。また、受動的に冷却されるタービンノズルカスケードを組み込んだ単一構成型の受動的に冷却されるタービンフレームを設けることも知られている。
【０００４】
熱力学の観点から、ガスタービンエンジン内の動作温度をできる限り高めることは、出力及び効率の両方を向上させるために望ましい。しかしながら、エンジン動作温度が高くなるにつれ、タービンフレーム、タービンノズル、及びタービンブレード構成部品の能動冷却を向上させることが必要となる。
【０００５】
冷却ニーズに対処するために、能動冷却されるフェアリング及び流路パネルを導入し、冷却を必要としない先端セラミック材料製のタービンノズルベーンを利用した高温使用可能な多数部品タービンフレームを提供することは、更に知られている。
【０００６】
しかしながら、これらのタービンフレーム構成はいずれも、従来構成の能動冷却ノズルを備えた単一構成型のタービンフレーム構造を組み込んでいない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，９８３，６０８号公報
【特許文献２】米国特許第６，９３５，８３７号公報
【特許文献３】米国特許第６，４４７，２４８号公報
【特許文献４】米国特許第６，４３９，８４１号公報
【特許文献５】米国特許第６，３５８，００１号公報
【特許文献６】米国特許第７，３５３，６４７号公報
【特許文献７】米国特許第６，８８３，３０３号公報
【特許文献８】米国特許第６，８６０，７１６号公報
【特許文献９】米国特許第６，７９６，７６５号公報
【特許文献１０】米国特許第６，７０８，４８２号公報
【特許文献１１】米国特許第６，６７２，８３３号公報
【特許文献１２】米国特許第６，６１２，８０７号公報
【特許文献１３】米国特許第５，８５１，１０５号公報
【特許文献１４】米国特許第５，６３４，７６７号公報
【特許文献１５】米国特許第５，４８３，７９２号公報
【特許文献１６】米国特許第５，４３８，７５６号公報
【特許文献１７】米国特許第５，３５７，７４４号公報
【特許文献１８】米国特許第５，３５６，２６４号公報
【特許文献１９】米国特許第５，２９２，２２７号公報
【特許文献２０】米国特許第５，２８４，０１１号公報
【特許文献２１】米国特許第５，２７２，８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術のこれら及び他の欠点は、従来の鋳造金属構造の能動冷却されるノズルを備えた一体部品フレームを組み込んだタービンフレーム組立体を提供する本発明により対処される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの態様によれば、ガスタービンエンジンのタービンフレーム組立体は、（ａ）（ｉ）外側リング、（ｉｉ）ハブ、及び（ｉｉｉ）ハブと外側リングとの間に延びる複数のストラットを含むタービンフレームと、（ｂ）（ｉ）内側バンド、（ｉｉ）外側バンド、及び（ｉｉｉ）内側及び外側バンド間に延びる翼形部形ベーンを含み、ストラットの各々を囲む二部品ストラットフェアリングと、（ｃ）外側リングとハブとの間に配置された複数のノズルセグメントと、を備え、各ノズルセグメントが、（ｉ）弓状外側バンド、（ｉｉ）弓状内側バンド、（ｉｉｉ）翼形部状ベーンを含む一体化された金属鋳造物である。
【００１０】
別の態様によれば、ガスタービンエンジンのタービンフレーム組立体を冷却する方法は、（ａ）（ｉ）外側リング、（ｉｉ）ハブ、及び（ｉｉｉ）ハブと外側リングとの間に延び且つ空気力学的フェアリングにより囲まれた少なくとも１つのストラットを含むタービンフレームを提供する段階と、（ｂ）セグメント化された内側及び外側環状バンド間に保持される複数の翼形部形ベーンを含み、ハブと外側リングとの間に配置されたノズルカスケードを提供する段階と、（ｃ）ストラットを通ってハブまで冷却空気を半径方向内向きに配向する段階と、（ｄ）ハブ内に配置された内側マニホルドに冷却空気を通す段階と、（ｅ）内側マニホルドからハブの下流側に配置されたタービンロータまで冷却空気を通す段階と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の１つの態様に従って構成されたガスタービンエンジンの概略片側断面図。
【図２Ａ】図１のガスタービンエンジンのタービンフレーム組立体の拡大斜視図。
【図２Ｂ】図１のガスタービンエンジンのタービンフレーム組立体の拡大斜視図。
【図３Ａ】図２のタービンフレーム組立体の断面図。
【図３Ｂ】図２のタービンフレーム組立体の断面図。
【図４】部分的に組み立てられた状態のタービンフレーム組立体の斜視図。
【図５】本発明の１つの態様に従って構成された供給管体組立体の斜視図。
【図６】本発明の１つの態様に従って構成されたストラットフェアリングの斜視図。
【図７】図６のストラットフェアリングの側面図。
【図８】図６のストラットフェアリングの拡大図。
【図９】供給管体フェアリングの側面図。
【図１０】タービンフレーム組立体のノズルセグメントの斜視図。
【図１１】タービンフレーム組立体の一部の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、添付図面を参照しながら以下の説明を読めばより理解できるであろう。
【００１３】
種々の図全体を通じて同じ参照符号が同じ要素を示している図面を参照すると、図１及び２は、他の構造体の中でも特に、圧縮機１２、燃焼器１４、及びガス発生器タービン１６を有するガスタービンエンジン１０の一部を示している。図示の実施例では、エンジンはターボシャフトエンジンである。しかしながら、本明細書で記載される原理は、ターボプロップ、ターボジェット、及びターボファンエンジン、並びに他の移動体又は定置用途で使用されるタービンエンジンにも等しく適用可能である。
【００１４】
圧縮機１２は、燃焼器１４に入る加圧空気を提供し、該燃焼器にて燃料が導入されて燃焼し、高温ガスを生成する。燃焼ガスは、静止ベーン又はノズル１８と回転するブレード又はバケット２０とが交互する列を含むガス発生器タービン１６に吐出される。ここで燃焼ガスが膨張され、エネルギーが抽出されて、外側シャフト２２を通じて圧縮機１２を駆動する。
【００１５】
ガス発生器タービン１６の下流側に作業タービン２４が配置される。作業タービン２４もまた、静止ベーン又はノズル２６と回転数するブレード又はバケット３０を支持するロータ２８との交互する列を含む。作業タービン２４は更に、燃焼ガスを膨張させてエネルギーを抽出し、内側シャフト３２を通じて外部負荷（プロペラ又はギアボックス）を駆動する。
【００１６】
内側及び外側シャフト３２、２２は、１つ又はそれ以上の軸受３４において回転するよう支持される。１つ又はそれ以上のタービンフレームは、軸受３４から外側ケーシング３６までの構造負荷経路を提供し、エンジン１０の骨格構造を形成する。詳細には、作業タービン２４の第１段ノズルカスケード４０を組み込んだタービンフレーム３８を含むタービンフレーム組立体が、ガス発生器タービン１６と作業タービン２４との間に配置される。
【００１７】
図２〜４は、タービンフレーム組立体の構造をより詳細に示している。タービンフレーム３８は、前面４４及び後面４６を備えた環状の中心に位置するハブ４２を含み、ハブ４２は、前方フランジ５０及び後方フランジ５２を有する環状外側リング４８により囲まれる。ハブ４２及び外側リング４８は、複数の半径方向に延びるストラット５４により相互連結される。図示の実施例では、等間隔に配置された６つのストラット５４がある。タービンフレーム３８は、単一の一体化ユニットとすることができ、又は、個々の構成部品から構成することもできる。図示の実施例では、タービンフレーム３８は、コバルトベース又はニッケルベースの「超合金」のような高温作動に好適な金属合金から単一部品に鋳造される。好適な材料の１つの実施例は、ＩＮ７１８として商業的に知られるニッケルベース合金である。ストラット５４の各々は中空であり、外側リング４８の外寄りの外側端部にある抽気ポートで終端する。
【００１８】
複数の供給管体組立体５８は、タービンフレーム３８内に取り付けられ、ストラット５４間に位置付けられ、外側リング４８とハブ４２との間に延びる。この実施例では、６つの供給管体組立体５８がある。図５に示すように、各供給管体組立体５８は、衝突冷却孔６４が穿孔された供給管体バッフル６２を有する中空ハウジングによって囲まれた中空供給管体６０と、取付ブラケット６６と、入口管体７０（図４参照）を有するマニホルドを含む。供給管体組立体５８は、外側リング４８及びハブ４２内の整列開口に差し込まれ、取付ブラケット６６を貫通するボルトを用いて外側リング４８に固定される。
【００１９】
ノズルカスケード４０は、複数の能動冷却翼形部を含む。この特定の実施例では、全部で４８個の翼形部がある。この数は、特定の用途に合わせて変えることができる。翼形部の一部（この場合は１２）は、軸方向に延伸されて、ストラット５４及び供給管体組立体５８を高温の燃焼ガスから保護するフェアリング（図４）内に組み込まれる。フェアリングの一部（この場合は６）は、分割構成のストラットフェアリング７２である。フェアリングの他の部分は、単一部品構成の供給管体フェアリング７４である。残りの翼形部（この場合は３６）は、１つ又はそれ以上のベーンを各々有するノズルセグメント７６に配列される。
【００２０】
図６は、ストラットフェアリング７２の１つをより詳細に示している。ストラットフェアリング７２は、弓状外側バンド８０と弓状内側バンド８２との間で支持される翼形部形ベーン７８を含む。内側バンド８２及び外側バンド８０は、軸方向に延伸し、タービンフレーム３８を通る流路の一部を定めるような形状にされる。前方フック８４は、外側バンド８０の外面から軸方向前方に突出し、後方フック８６は、外側バンド８０の外面から軸方向前方に突出する。
【００２１】
ベーン７８は、軸方向に延伸し、前縁９０と後縁９２との間に延びた、間隔を置いて配置された側壁８８を含む。側壁８８は、ストラット５４用に空気力学的フェアリングを形成するような形状にされる。ベーン７８の前方セクション９４は、中空であり、以下でより詳細に説明するように衝突冷却される。ベーン７８の後方セクション９６もまた中空であり、マルチパスの蛇行流路（図７参照）を定める壁９８を組み込む。スロット又は孔のような複数の後縁通路１００は、後縁９２を貫通する。内側バンド８２、外側バンド８０、及びベーン７８を含むストラットフェアリング７２の構成部品は、共通の横断面にほぼ沿って分割され、ストラットフェアリング７２が、前部品１０２と後部品１０４（図８参照）を有するようにされる。前部品１０２及び後部品１０４をストラット５４の付近に配置した後に互いに固定するための手段が設けられる。図示の実施例では、前部品１０２及び後部品１０は、半径方向内向きに延びるタブ１０６、１０７をそれぞれ含み、これらはバックル１１０のスロット１０８内に受けられる。バックル１１０は、例えばろう付けによりタブ１０７に固定され、任意選択的であるが、圧入ピン１１２が貫通することにより更に固定される。前部品１０２及び後部品１０４の半径方向外側端部は、嵌合フランジ１１４を通って差し込まれる剪断ボルト１１３又は他の同様の締結具で互いに固定される。図４及び７に示すように、衝突冷却孔１１８が穿孔されたストラットバッフル１１６が、ストラット５４とストラットフェアリング７２との間に設置される。
【００２２】
前部品１０２及び後部品１０４は、コバルトベース又はニッケルベースの「超合金」のような高温作動に好適な金属合金から鋳造され、既知の方法による一方向凝固（ＤＳ）又は単結晶（ＳＸ）のような特定の結晶構造で鋳造することができる。好適な１つの材料の実施例は、ＲＥＮＥ  Ｎ４として商業的に知られるニッケルベース合金である。
【００２３】
図９は、供給管体フェアリング７４の１つをより詳細に示している。ストラットフェアリング７２と同様に、供給管体フェアリングは、弓状外側バンド１２２と弓状内側バンド１２４との間で支持される翼形部形中空ベーン１２０を含む。内側バンド１２４及び外側バンド１２２は、軸方向に延伸し、タービンフレーム３８を通る流路の一部を定めるような形状にされる。前方フック１２６は、外側バンド１２２の外面から軸方向前方に突出し、後方フック１２８は、外側バンド１２２の外面から軸方向前方に突出する。ベーン１２０は、軸方向に延伸し、前縁１３４と後縁１３６との間に延びる間隔を置いて配置された側壁１３２を含む。側壁１３２は、供給管体組立体５８用に空気力学的フェアリングを形成するような形状にされる。ベーン１２０の前方セクション１３８は、中空であり、以下でより詳細に説明するように衝突冷却される。ベーン１２０の後方セクション１４０もまた中空であり、マルチパスの蛇行流路を定める壁１４２を組み込む。スロット又は孔のような複数の後縁通路１４４は、各ベーン１２０の後縁１３２を貫通する。供給管体フェアリング７４は、ストラットフェアリング７２において説明されたような好適な合金から鋳造される。
【００２４】
図１０は、ノズルセグメント７６の１つをより詳細に示している。ストラットフェアリング７２及び供給管体フェアリング７４と同様に、ノズルセグメント７６の各々は、弓状外側バンド１４８と弓状内側バンド１５０との間で支持される１つ又はそれ以上の円周方向に離間した翼形部形の中空ベーン１４６を含む。ベーン１４６は各々、前縁１５２と後縁１５４とを有し、燃焼ガスを作業タービン２４（図２を参照）の下流側ロータ２８に最適に配向するよう構成される。図示の実施例では、ノズルセグメント７６は、内側バンド１５０と外側バンド１４８との間に３つのベーン１４６を各々組み込んだ「トリプレット」である。外側及び内側バンド１４８、１５０は、ノズルカスケード４０を貫流する高温ガス流の半径方向の外側及び内側流路境界をそれぞれ定める。内側及び外側バンド１５０及び１４８は、軸方向に延伸し、タービンフレーム３８を通る流路を定めるような形状にされる。前方フック１５６は、外側バンド１４８の外面から軸方向前方に突出し、後方フック１５８は、外側バンド１４８の外面から軸方向前方に突出する。
【００２５】
ベーン１４６は、中空であり、マルチパスの蛇行流路を定める壁１６０を組み込む。スロット又は孔のような複数の後縁通路１６２は、各ベーン１４６の後縁１５４を貫通する。ノズルセグメント７６は、ストラットフェアリング７２において説明されたような好適な合金から鋳造される。
【００２６】
図２及び３に示すように、ストラットフェアリング７２、供給管体フェアリング７４、及びノズルセグメント７６は、前方及び後方ハンガー１６４により全て支持され、例えばボルト又は他の好適な締結具を用いてタービンフレーム３８の前方及び後方フランジ５０、５２に締結される。
【００２７】
前方ノズルハンガー１６４は、全体的にディスク形状であり、ほぼ「Ｖ字」形の断面を有する後方に延びるアーム１７２により相互接続される、外側フランジ１６８及び内側フランジ１７０を含む。内側フランジ１７０は、ストラットフェアリング７２、供給管体フェアリング７４、及びノズルセグメント７６のそれぞれの前方フック８４、１２６、１５６を受け入れるスロット１７６を備えた取付レール１７４を定める。外側フランジ１６８は、タービンフレーム３８の前方フランジ５０内のボルト孔に対応するボルト孔を有する。前方ノズルハンガー１６４は、軸方向に対応できるようにノズルカスケード４０を半径方向で支持する。
【００２８】
後方ノズルハンガー１６６は、全体的にディスク形状であり、ほぼ「Ｕ字」形の断面を有する前方に延びるアーム１８０により相互接続される、外側フランジ１７５及び内側フランジ１７７を含む。内側フランジ１７７は、ストラットフェアリング７２、供給管体フェアリング７４、及びノズルセグメント７６のそれぞれの後方フック８６、１２８、１５８を受け入れるスロット１８４を備えた取付レール１８２を定める。外側フランジ１７５は、タービンフレーム３８の後方フランジ５２内のボルト孔に対応するボルト孔を有する。後方ノズルハンガー１６６は、軸方向で拘束を与える間にノズルカスケード４０を半径方向で支持する。
【００２９】
組み付けられると、ストラットフェアリング７２、供給管体フェアリング７４、及びノズルセグメント７６の外側バンド８０、１２２、１４８は、タービンフレーム３８の外側リング４８と協働して、環状外側バンドキャビティ１８６（図３参照）を定める。
【００３０】
図１１で最もよく分かるように、環状外側バランスピストン（ＯＢＰ）シール１８８は、例えばボルト又は他の好適な締結具を用いてハブ４２の後面に取り付けられる。ＯＢＰシール１８８は、半径方向アーム１９０及び軸方向アーム１９２を備え、ほぼ「Ｌ字」形の断面を有する。前方シールリップ１９４は、ハブ４２に当接し、半径方向外向きに延びる後方シールリップ１９６は、ノズルカスケード４０に接して環状の「Ｍ字」形シール１９８を取り込む。同様の「Ｍ字」形シール２００が、ノズルカスケード４０の前端と固定エンジン構造体２０４上の別のソールリップ２０２との間で取り込まれる。全体として、ハブ４２及びＯＢＰシール１８８は、ハブ４２の内部と連通する内側マニホルド２０６を定める。また、ストラットフェアリング７２、供給管体フェアリング７４、及びノズルセグメント７６の内側バンド８２、１２４、１５０は、タービンフレーム３８のハブ４２、ＯＢＰシール１８８、及びシール１９８、２００と協働して、環状内側バンドキャビティ２０８を定める。１つ又はそれ以上の孔２１０は、ＯＢＰシール１８８の半径方向アーム１９０を貫通する。運転中、これらの冷却孔２１０は、ハブ４２から、下流側ロータ２８の前面上に取り付けられた環状シールプレート２１２に冷却空気を通過させる。冷却空気は、シールプレート２１２内の孔２１４に流入し、次いで、従来の方法でロータに送られる。
【００３１】
ＯＢＰシール１８８の軸方向アーム１９２は、シールプレート２１２のシール歯２１８と噛み合うアブレイダブル材料２１６（金属ハニカムなど）を保持する。
【００３２】
図４、７、及び９を参照すると、タービンフレーム組立体の冷却は以下の通りである。圧縮機１２（図１を参照）などの発生源から抽気された冷却空気は、抽気ポート５６に送給されて、矢印Ａで示されるストラット５４を通って下方に流れる。ストラット５４に入る空気の一部は、ストラットの最初から終わりまで通過して、矢印「Ｂ」で示されるようにハブ４２にまで流れる。次いで、空気は内側マニホルド２０６を通過した後、上述のように下流側のタービンロータ２６に流れる。
【００３３】
ストラット５４に入る空気の別の一部は、ストラット５４の側部の通路から出て、ストラットバッフル１１６に入る。この流れの一部は、ストラットバッフル１１６内の衝突冷却孔から出て、矢印「Ｃ」（図７参照）で示すようなストラットフェアリング７２を衝突冷却するのに使用される。衝突冷却後、矢印「Ｄ」で示すように、空気は外側バンドキャビティ１８６に流れる。空気の別の一部は、ストラットバッフル１１６から出て、矢印「Ｅ」で示すように、外側バンドキャビティ１８６に直接入る。最後に、ストラットバッフル１１６からの空気の第３の部分は、ストラットバッフル１１６とストラット５４との間から出て、内側バンドキャビティ２０８をパージする（矢印「Ｆ」を参照）。
【００３４】
図９に示すように、供給管体組立体５８及び供給管体フェアリング７４の冷却において、同様の冷却空気流パターンが実施され、主な相違点は、矢印「Ａ’」で示すように、冷却空気が入口管体７０を通って供給管体バッフル６２に供給されることである。矢印Ｃ’、Ｄ’、Ｅ’、及びＦ’で示される残りの流れは、上述の矢印Ａ〜Ｆと実質的に同じである。
【００３５】
図７及び９のＤ、Ｄ’、Ｅ、及びＥ’で示されるパージ空気と衝突後の流れの組み合わせである、外側バンドキャビティ１８６からの空気は、図７及び９の矢印「Ｇ」及び「Ｇ’」で示すベーン７８、１２０の後方セクション内の蛇行通路に入る。これらのパターンはまた、ベーン１４６の蛇行通路内の例示的な流れパターンである。従って、この蛇行通路は、従来の方法で対流冷却においても使用され、その後、後縁冷却通路を通って排気される。
【００３６】
上述のタービンフレーム組立体は、従来技術の設計に優る多くの利点を有する。能動冷却され及びセグメント化されたノズルカスケード４０は、タービンフレーム３８を保護し、より高サイクル温度でのガス発生器ロータのストラドル取り付けを可能にする。その結果、ロータ安定性が良好で、操作閉合性が最小になる。能動冷却され及びセグメント化されたノズルカスケード４０はまた、従来の材料及び複数ベーンセグメント構造を利用しながら、より高い作動温度を可能にする。タービンフレーム３８とノズルカスケード４０との一体化により、エンジン１０を通過する流路長さが短くなり、空力的スクラビング損失が低減され、エンジン性能が向上する。
【００３７】
能動冷却され及びセグメント化されたノズルカスケード４０は、より高いサイクル温度で部品寿命を改善し、タービンフレーム構成が冷却空気の耐久性を向上させ、作業タービン２４を能動的に冷却するための空気冷却供給を可能にする。
【００３８】
タービンフレーム３８とノズルカスケード４０とを一体化することにより、エンジン長が短縮され、より小型のナセルへの装着を可能にし、エンジン重量が低減される。ノズルカスケード４０は、容易に組み付けることができ、タービンフレーム３８を分解することなく交換することができる。タービンフレーム３８は、ボルト締めストラットの無い一体部品である。供給管体組立体５８は、エンジンを分解することなく交換可能な「プラグイン」である。
【００３９】
最後に、一体部品のタービンフレーム３８及び一体化されたノズルカスケード４０を利用することにより、フレーム構成部品の機械加工及びボルト締めの組み合わせのコスト、並びに従来設計では必要とされた重なり合うライナー及びフェアリング流路パネルの精密な輪郭研削が排除される。
【００４０】
以上、ガスタービンエンジンのタービンフレーム組立体について説明してきた。本発明の特定の実施形態を説明してきたが、当業者であれば、本発明の技術的思想及び範囲から逸脱することなく、種々の修正を行い得ることは理解されるであろう。従って、本発明の好ましい実施形態に関する上記の説明並びに本発明を実施するための最良の形態は、限定の目的ではなく単なる例証として提供され、本発明は請求項によって定義される。
【符号の説明】
【００４１】
３８  タービンフレーム
４２  ハブ
４８  外側リング
５０  前方フランジ
５２  後方フランジ
５４  ストラット
５６  抽気ポート
５８  供給管体組立体
１０２  前部品
１６４  ハンガー
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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