(57)【要約】【課題】静翼の力荷重を一貫させたタービン・エンジンを提供する。【解決手段】タービン・エンジン（１０）は、円周方向に延在する溝穴（２８）が内壁（３０）に形成された円周方向ケーシング（２２）を有する。半径方向内向きに面するフィン・リング（３３）が前記溝穴（２８）内に配置され、該フィン・リングはそれを横切って軸方向に延在する半径方向内向きに突き出すフィン（４４）を持つ。半径方向内向きに延在する静翼（３４）が基部（３６）及び翼形部（３８）を持つ。前記基部（３６）は、フィン・リング（３３）の半径方向内側で、ケーシング溝穴（２８）内に配置される。相補形の基部溝穴（４６）が静翼基部（３６）に設けられ、該基部溝穴は、静翼（３４）に加えられた円周方向の力をフィン・リング（３３）へ伝達するために該基部溝穴の中にフィン（４４）を受け入れるように構成されている。【選択図】図３
2010169088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その内壁（３０）に形成された円周方向に延在する溝穴（２８）を持つ円周方向ケーシング（２２）と、
前記溝穴内に配置された半径方向内向きに面するフィン・リング（３３）であって、当該フィン・リング（３３）を横切って軸方向に延在する半径方向内向きに延在するフィン（４４）を持っている、当該半径方向内向きに面するフィン・リング（３３）と、
基部（３６）及び翼形部（３８）を持つ半径方向内向きに延在する静翼（３４）であって、前記基部が、前記フィン・リング（３３）の半径方向内側で、前記溝穴内に配置されている、当該半径方向内向きに延在する静翼（３４）と、
前記静翼基部（３６）に設けられ、且つ前記静翼（３４）に加えられた円周方向の力を前記フィン・リング（３３）へ伝達するために前記フィン（４４）を受け入れるように構成されている相補形の基部溝穴（４６）と、
を有するタービン・エンジン（１０）。
【請求項２】
前記半径方向内向きに面するフィン・リング（３３）は一連のフィン・リング・セグメント（３２）を有している、請求項１記載のタービン・エンジン（１０）。
【請求項３】
前記半径方向内向きに面するフィン・リング（３３）は、前記ケーシング（２２）内に静止ノズル・アセンブリ（４２）を画成するために一連の静翼（３４）に係合するように構成されている一連の円周方向に間隔を置いて設けられた半径方向内向きに延在するフィン（４４）を有している、請求項１記載のタービン・エンジン（１０）。
【請求項４】
前記ノズル・アセンブリの前記一連の静翼（３４）の各々は一貫した力荷重を持つ、請求項３記載のタービン・エンジン（１０）。
【請求項５】
前記相補形の基部溝穴（４６）は、前記静翼基部（３６）の両端部の間で前記静翼基部を横切って軸方向に延在するように構成されている、請求項１記載のタービン・エンジン（１０）。
【請求項６】
前記相補形の基部溝穴（４６）は、前記静翼基部（３６）の一端部で前記静翼基部を横切って軸方向に延在する切欠きとして構成されている、請求項１記載のタービン・エンジン（１０）。
【請求項７】
円周方向ケーシング（２２）を持つ多段軸流圧縮機（１２）と、
前記ケーシング（２２）の内壁（３０）に形成された円周方向に延在する溝穴（２８）と、
前記溝穴（２８）内に配置された半径方向内向きに面するフィン・リング（３３）であって、当該フィン・リングを横切って軸方向に延在する複数の半径方向内向きに延在するフィン（４４）を間隔を置いた関係で持っている当該半径方向内向きに面するフィン・リング（３３）と、
複数の半径方向内向きに延在する静翼（３４）を含む静止ノズル・アセンブリ（４２）であって、前記静翼が翼形部（３８）及び基部（３６）を持ち、該基部には基部溝穴（４６）が設けられており、前記静翼基部（３６）は前記円周方向に延在する溝穴（２８）内に配置されており、前記基部溝穴（４６）が、前記静翼（３４）に加えられた円周方向の力を前記フィン・リング（３３）へ伝達するために、前記フィン・リング（３３）の前記半径方向内向きに延在するフィン（４４）を受け入れている、当該静止ノズル・アセンブリ（４２）と、
を有するタービン・エンジン（１０）。
【請求項８】
前記半径方向内向きに面するフィン・リング（３３）は一連のフィン・リング・セグメント（３２）を有している、請求項７記載のタービン・エンジン（１０）。
【請求項９】
前記ノズル・アセンブリ（４２）の前記一連の静翼（３４）の各々は一貫した力荷重を持っている、請求項７記載のタービン・エンジン（１０）。
【請求項１０】
前記基部溝穴（４６）は、前記静翼（３４）基部の両端部の間で前記静翼基部を横切って軸方向に延在するように構成されている、請求項７記載のタービン・エンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン・エンジンに関し、より具体的には、その中での圧縮機荷重管理に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン・エンジンでは、空気を多段軸流圧縮機で圧縮して燃焼器内で燃料と混合することにより、高温燃焼ガスを発生する。該高温燃焼ガスは下流へ流れて１つ以上のタービン段を通り、該タービン段はガスからエネルギを抽出する。
【０００３】
多段軸流圧縮機は、典型的には、圧縮機ハウジング内の複数の取付け用溝穴に支持された複数の個別の圧縮機静翼で構成された一連の静止ノズル組立体を含む。ノズル組立体は、圧縮機入口で周囲の空気又は上流の圧縮機段からの圧縮空気のいずれかを受けて、該空気を回転する圧縮機動翼へ差し向ける。圧縮機動翼は該空気を圧縮して最終的に燃焼器へ送給すると共に、冷却及び封止のためにタービンへ送給する。
【０００４】
圧縮機静翼は翼形部及び基部を有していて、該基部をハウジング溝穴内に取り付けできるようにする機構を持つことができる。圧縮機ハウジングは、典型的には、３６０°のハウジングを完成するように組み立てられる２つの１８０°セグメントによって画成されていて、その機械加工された溝穴内に各々の静翼基部を受け入れることにより静止ノズル・アセンブリを画成する。静翼基部部材は、空気がノズル・アセンブリに入ってそれを通過するとき、翼形部に対する空気流の力が静翼基部の各々に接線方向荷重を円周方向に生じさせるように、互いに対して比較的拘束されない端部間突合せ接触状態にすることができる。結果として、一連の静翼及び関連した静翼基部がそれぞれの１８０°のハウジング・セグメントにわたって円周方向に圧縮力を受け、その結果、ハウジング・セグメント内の９時と３時の位置に配置された静翼基部にかなりの圧縮力が加えられる。これらの成分は最大圧縮荷重、従って最大制動と認められ、これに対して１８０°離れて配置された静翼及び関連した基部は最小の荷重及び制動を受ける。この構成の結果として、軽荷重の静翼による振動活性度が高くなり、その結果、圧縮機の耐久性が望ましいほどにならないことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、ノズル・アセンブリ全体にわたって振動活性度が低く且つその静翼の力荷重が一貫している軸流圧縮機を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一面によれば、タービン・エンジンは、内壁に形成された円周方向に延在する溝穴を持つ円周方向ケーシングを有する。半径方向内向きに面するフィン・リング(fin-ring)が前記溝穴内に配置されており、該フィン・リングはそれを横切って軸方向に延在する半径方向内向きに突き出すフィンを持つ。半径方向内向きに延在する静翼が基部及び翼形部を持つ。前記基部は、前記フィン・リングの半径方向内側で、前記ケーシング溝穴内に配置される。相補形の基部溝穴が前記静翼基部に設けられており、該相補形の基部溝穴は、前記静翼に加えられた円周方向の力を前記フィン・リングへ伝達するために、当該基部溝穴の中に前記フィンを受け入れるように構成されている。
【０００７】
本発明の別の面によれば、タービン・エンジンは、その内壁に円周方向に延在する溝穴が形成されている円周方向ケーシングを持つ多段軸流圧縮機を有する。半径方向内向きに面するフィン・リングが前記溝穴内に配置されており、該フィン・リングはそれを横切って軸方向に延在する複数の半径方向内向きに延在するフィンを間隔を置いた関係で持つ。静止ノズル・アセンブリが複数の半径方向内向きに延在する静翼を含む。各々の静翼は翼形部及び基部を持ち、該基部には基部溝穴が設けられている。前記静翼基部は前記円周方向に延在する溝穴内に配置されており、前記基部溝穴は、前記静翼に加えられた円周方向の力を前記フィン・リングへ伝達するために、前記フィン・リングの前記半径方向内向きに延在するフィンを受け入れる。
【０００８】
添付の図面を参照した以下の詳しい説明では、本発明を、好ましい模範的な実施形態に従って、その更なる利点と共に、より具体的に記述する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に従った模範的なガスタービン・エンジンの一部分の軸方向断面図である。
【図２】図２は、図１のガスタービン・エンジン圧縮機の静止ノズル・アセンブリの円周方向断面図である。
【図３】図３は、図１のガスタービン・エンジン圧縮機のノズル・アセンブリの一部分の等角投影図である。
【図４】図４は、図３のガスタービン・エンジン圧縮機のノズル・アセンブリの別の実施形態の一部分の略図である。
【図５】図５は、図１のガスタービン・エンジン圧縮機のノズル・アセンブリの別の実施形態の一部分の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、模範的なガスタービン・エンジン１０の一部分を例示している。このエンジンは縦軸又は軸方向中心線を中心にして軸対称であり、且つ、直列流通関係で、多段軸流圧縮機１２、燃焼器１４及び多段タービン１６を含む。動作中、圧縮機１２からの圧縮された空気１８は燃焼器１４へ流れ、燃焼器１４は圧縮された空気と燃料を燃焼させて高温燃焼ガス２０を発生させるように動作する。高温燃焼ガス２０は下流へ流れて多段タービン１６を通り、多段タービン１６は燃焼ガスからエネルギを抽出する。
【００１１】
圧縮機１２は円周方向ケーシング２２を含み、円周方向ケーシング２２は上側殻体２４及び下側殻体（図示せず）で構成することができる。工業用又は陸上ガスタービン用途では、殻体２４がケーシング２２の円周３６０°の内の１８０°を構成するのは普通のことであり、他の適当なケーシング構成もまた選択することができる。ケーシング溝穴２８が、機械加工又はその他の方法によって形成されて、ケーシング２２の内壁３０内に存在する（図２）。ケーシング溝穴は半径方向内向きに面するフィン・リング・セグメント３２を受け入れるように構成されている（図２及び図３）。フィン・リング・セグメント３２は、ケーシング溝穴に装入されたとき、ケーシング溝穴２８の円周にわたって延在するフィン・リング３３を画成する。一連の静翼３４が、各々、基部部材３６と、該基部部材から外向きに延在する翼形部３８とを含む。基部部材は、それらの断面がケーシング溝穴２８の一部分と相補形になるように構成される。ケーシング溝穴は、翼形部３８が円周方向ケーシング２２の中心線の方へ半径方向内向きに突き出すように、フィン・リング・セグメント３２の半径方向内側に静翼３４の基部部材３６を受け入れる。ケーシング溝穴２８内に端部間接触関係で装入されたとき、静翼３４は、多段圧縮機１２の円周方向ケーシング２２の内周に沿って静翼ノズル・アセンブリ４２を規定する。
【００１２】
図３を参照してより詳しく説明すると、模範的な一実施形態では、各々のフィン・リング・セグメント３２は、静翼３４の各基部部材３６の円周方向長さに密に近似する円周方向長さを持つ。半径方向内向きに延在する隆起部又はフィン４４が、各フィン・リング・セグメント３２の一部分を横切って軸方向に延在する。フィン４４は側壁４５を含み、またフィン４４は、静翼３４の基部部材３６の底面４８に形成された側壁４７を持つ相補形の基部溝穴４６と係合するように構成されている。多段軸流圧縮機１２の動作中、翼形部３８に対して流れる空気流が静翼３４に円周方向の力Ｆを加える。この円周方向の力Ｆは、基部部材３６の相補形の基部溝穴４６の側壁４７からフィン４４の隣接する側壁４５へ伝達される。その結果として、フィン・リング・セグメント３２、最終的にはフィン・リング３３は、力が静止ノズル・アセンブリ４２の隣り合う基部部材３６の間の接触によって伝達される代わりに、各々の静翼３４に加えられる力Ｆの和を吸収する。ノズル・アセンブリ内の各々の静翼３４は、加算的なものではなく、比較的一貫した力荷重を受ける。図４に例示する代替実施形態では、各々のフィン・リング・セグメント３２が静翼３４の幾つかの隣接する基部部材３６の円周方向長さに近い円周方向長さを持つことができ、これにより円周方向ケーシング２２に組み立てなければならない個別の部品の数を減らすことができる。
【００１３】
図５について説明すると（図には、既に説明したものと同様な機能を示すために同様な参照数字を用いている）、別の模範的な実施形態において、半径方向内向きに延在する隆起部又はフィン１４４がフィン・リング・セグメント１３２を横切って軸方向に延在する。これらのフィン１４４は側壁１４５を含み、またフィン１４４は、静翼１３４の基部部材１３６の各端部で底面１４８に形成された側壁１４７を持つ相補形の基部切欠き１４６と係合するように構成されている。多段軸流圧縮機１２の動作中、翼形部１３８に対して流れる空気流が静翼１３４に円周方向の力Ｆを加える。この円周方向の力Ｆは、基部部材１３４の相補形の基部切欠き１４６の側壁１４７からフィン１４４の隣接する側壁１４５へ伝達される。その結果として、フィン・リング・セグメント１３２、最終的にはフィン・リング３３は、力が静止ノズル・アセンブリ４２の隣り合う基部部材１３６の間の接触によって伝達される代わりに、各々の静翼１３４に加えられる力Ｆの和を吸収する。ノズル・アセンブリ４２内の各々の静翼１３４は比較的一貫した力荷重を受ける。
【００１４】
フィン・リング・セグメントを横切って軸方向に延在するフィンを含むものとして本発明の模範的な実施形態を説明したが、「レール状」の形状を持つものとして記述したフィンの形状は多数の他の適当な形状の内の任意のものを含むことができること、及びそれらはまた本発明の範囲内に入り得ることが認められよう。
【００１５】
本明細書は、最良の実施形態を含めて、本発明を開示するために、また当業者が任意の装置又はシステムを作成し使用し、任意の採用した方法を遂行すること含めて、本発明を実施することができるようにするために、様々な例を使用した。本発明の特許可能な範囲は「特許請求の範囲」の記載に定めており、また当業者に考えられる他の例を含み得る。このような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの記載から実質的に差異のない構造的要素を持つ場合、或いはそれらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に差異のない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００１６】
１０  ガスタービン・エンジン 
１２  多段軸流圧縮機
１４  燃焼器
１６  多段タービン
１８  圧縮された空気
２０  高温燃焼ガス 
２２  円周方向ケーシング
２４  上側殻体
２８  ケーシング溝穴
３０  ケーシングの内壁
３２  フィン・リング・セグメント
３３  フィン・リング 
３４  静翼
３６  基部部材
３８  翼形部
４２  静翼ノズル・アセンブリ
４４  フィン
４５  側壁
４６  基部溝穴
４７  側壁
４８  底面
１３２  フィン・リング・セグメント
１３４  静翼
１３６  基部部材
１３８  翼形部
１４４  フィン
１４５  側壁
１４６  基部切欠き
１４７  側壁
１４８  底面
【図１】
2010169088.tif 000003
【図２】
2010169088.tif 000004
【図３】
2010169088.tif 000005
【図４】
2010169088.tif 000006
【図５】
2010169088.tif 000007