(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械の高圧タービンであって、
流れ安定化静止ベーンの環状の列によって形成される少なくとも一つのガイドベーンアセンブリと、
前記ガイドベーンアセンブリの下流側に回転可能に設けられた羽根付きローターと、
を具備してなり、
前記ガイドベーンアセンブリは外側縁部と内側縁部とを含んでおり、前記外側縁部(１１)は前記タービンの外部ケーシング(５,５０)のラインに対して軸方向に当接しており、かつ、前記内側縁部(１０)は、前記タービンの内部ケーシング(３,３０)のラインと軸方向スライド接続状態(ＬＧ)にあり、
前記軸方向スライド接続によって、前記内側縁部(１０)が、前記ベーンの前記外側縁部の軸方向ベアリングによって軸方向ストッパーが形成された状態で、エンジン軸線に沿って自由であることを可能とした高圧タービンにおいて、
・  前記内部ケーシング(３,３０)の前記ラインは、複数の軸方向溝(３００)を備えた環状部材(３０)を具備してなり、
・  各内側ガイドベーン縁部(１０)は、前記内部ケーシング(３)の前記ラインに向かって延在すると共にフック状に構成された延在部を具備してなり、その一方のグループ(１００ａ)は前記タービンの上流側方向に向けられており、かつ、その他方のグループ(１００ｂ)は前記タービンの下流側方向に向けられており、前記フック(１００ａ,１００ｂ)は、互いに固定されたフランジ(６０,６１)の対において噛み合っており、前記軸方向スライド接続部(ＬＧ)は、前記タービンの内側に向かって前記フランジ(６０)の少なくとも一つから半径方向に延在すると共に前記内部ケーシングの前記ラインの前記環状部材の前記軸方向溝の一つ内に個々に収容された複数のピン(６０１)によって実現されている、
ことを特徴とする高圧タービン。
【請求項２】
前記外部ケーシング(５,５０)の前記ラインは、前記外部ケーシング(５)に対して固定されかつそれに対して前記ガイドベーンの前記外側縁部(１１)が当接する環状サポート(５０)を具備してなることを特徴とする請求項１に記載の高圧タービン。
【請求項３】
前記フランジ(６０,６１)の対は、ボルト締め(７,８)によって互いに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の高圧タービン。
【請求項４】
前記上流側ガイドベーン延在部(１００ａ)の一部分および上流側フランジ(６０)は、上流側から前記ガイドベーンアセンブリへと空気を供給するのに十分なほど幅広な流路(Ｃ)を画定するよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の高圧タービン。
【請求項５】
そこから複数のピン(６０１)が内側に突出している前記フランジ(６０)は前記上流側フランジであり、かつ、その中に前記ピンが収容される前記軸方向溝(３００)を具備してなる前記内部ケーシング(３)の前記ラインの前記環状部材(３０)は、前記ガイドベーンアセンブリの上流側で前記内部タービンケーシング(３)に対して固定された部材であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の高圧タービン。
【請求項６】
前記ガイドベーンアセンブリは少なくとも一つのステータを具備してなり、前記フランジの一つは複数の軸方向タブ(６１１)を具備してなり、その個々の幅は、同じ方向に向けられた同じガイドベーンアセンブリセクターの二つのフック(１００ａ)を隔てている距離に対応し、前記フランジタブ(６１１)および前記セクターフック(１００ａ)は、前記ガイドベーンの方位位置決めを可能とする、ほぞ穴結合システムを形成するよう互いに対して配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の高圧タービン。
【請求項７】
前記タブを具備してなる前記フランジは下流側フランジ(６１)であることを特徴とする請求項６に記載の高圧タービン。
【請求項８】
各フランジ(６０,６１)は一つの一体型部品から形成されており、その環状形状は、静止ベーン(１)の全環状列の組み立てを可能とする長さを有することを特徴とする請求項３ないし請求項７のいずれか１項に記載の高圧タービン。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の高圧タービンと共に用いられ、少なくとも一つの流れ安定化静止ベーンを具備してなるタービンガイドベーンアセンブリセクター(１)であって、一つの横向き縁部(１０)は、一方は前縁に向かって、他方はベーンの後縁に向かって、異なる方向に向けられた二つのグループ(１００ａ,１００ｂ)に分けられたフック(１００)に形成された延在部を具備してなることを特徴とするタービンガイドベーンアセンブリセクター(１)。
【請求項１０】
単一の流れ安定化静止ベーンを具備してなることを特徴とする請求項９に記載のタービンガイドベーンアセンブリセクター(１)。
【請求項１１】
横向き縁部(１０)の延在部は、好ましくは、二つのフック(１００ａ,１００ｂ)のグループを具備してなることができることを特徴とする請求項１０に記載のタービンガイドベーンアセンブリセクター(１)。
【請求項１２】
請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載の前記セクターの前記フック(１００ａ,１００ｂ)のグループの一つと噛み合いによって協働するよう構成されたフック(６００,６１０)を具備してなることを特徴とする環状フランジ(６０,６１)。
【請求項１３】
ピン(６０１)を具備してなることを特徴とする請求項１２に記載の環状フランジ(６０,６１)。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の高圧タービンを具備してなることを特徴とする航空機用エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンガイドベーンアセンブリの組み立てに関する。
【０００２】
それは、主として、航空機用エンジン、たとえばターボジェットにおける高圧タービンのガイドベーンアセンブリの組み立てに適用可能である。
【背景技術】
【０００３】
ターボジェットエンジンの高圧タービンにおいて、ガイドベーンアセンブリは、現在、「内部ケーシングのライン」とも呼ばれるケーシングの底部との止着によって組み付けられている。以下、内部ケーシングのラインとは、タービンの内部ケーシングによって支持されるかあるいはそれに対して直に固定される構造体要素のアセンブリを意味する。同様に、「外部ケーシングのライン」との表現は、外部タービンケーシングによって支持されるかあるいはそれに直に固定される構造体要素のアセンブリを指すために用いる。いくつかの取り付け方法が既に提案されている。それは、基本的に、二つのカテゴリーに、すなわち、特許文献１において説明されるもののような、内部ケーシングのラインに対して止着するための手段としてボルト締めを必要とする一般に利用されているものと、たとえばピンなどのその他の止着手段を使用するものとに分けることができる。
【０００４】
ピンを用いる、そうした解決策は、たとえば特許文献２および３に開示されている。
【０００５】
本出願人によって現在採用されているピンを用いた一つの解決策が図１に示されている。
【０００６】
「上流」および「下流」との用語は、ガスの流れ(図１において左から右)に関連付けて用いている。同様に、「外部」、「外側」、「内部」および「内側」、「方位」との用語は、(図１において下方に配置された)タービンシャフトに対する要素のポジションに関連付けて用いている。したがって、方位ポジションは、タービンシャフトの回転軸線に対する方位角度に対応する。図１は、高圧ガイドベーンアセンブリが、高圧タービンの可動ベーン２の列の上流側に配置された流れ安定化静止ベーン１の列を形成するセクターを含んでいることを示している。セクター１の内側縁部１０は、ピン４を介してタービンの内部ケーシング３のラインのいわゆるインナーコーン部分３０に取り付けられている。内部ケーシング３のこのラインは、特にガイドベーンケーシング３１を備えている。セクター１の外側縁部１１は可動ベーン２を支持すると共にタービンの外部ケーシング５に対して直に固定された環状部分５０に対して軸方向に当接する。この組み付け(外側縁部の軸方向当接および内側縁部のピンによる止着)によって、静止ガイドベーン１は、タービンの稼働中に、外部ケーシング５と内部ケーシング３との間に生じ得る膨張差を埋め合わせるために、数度だけ下流あるいは上流側方向に傾くことができる。さらに、そうしたアセンブリは、過剰な応力を生じさせないことを、そしてシーリングを保証することを可能とする。タービンの稼働中、ガスのスラストのもと、ガイドベーンアセンブリの静止ベーン１は、応力のおおよそ釣り合った分布を伴って、楕円で示す二つの領域、内側領域Ｚ１および外側領域Ｚ２において軸方向に支持されている。すなわち、静止ガイドベーン１のスラスト力の半分は領域Ｚ１に作用し、残りの半分はＺ２において作用する。
【０００７】
したがって、タービンガイドベーンアセンブリを組み立てるのに現在使用されている取り付け方法、そして特に本願出願人によって使用されているピンを用いたそれに関係なく、加えられる応力に抗することができるように、内部ケーシングのラインおよび外部ケーシングのラインの両方を十分な寸法とすることが必要である。そうした寸法設定には、内部および外部ケーシング(特にガイドベーンケーシング)の延在部の所与の質量が必ず付随するが、これは重大なことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願公開第1 369 552号明細書
【特許文献２】仏国特許出願公開第2 189 632号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第0 513 956号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって本発明の目的は、ガススラストによって稼働中に内部ケーシングのラインに作用する力を低減し、それどころか排除することによって、タービンのガイドベーンケーシングの質量を低減することを可能とする解決策を提供することである。
【００１０】
すなわち、本発明の目的は、外部ケーシングのラインに作用するスラスト力の全てを持つことを、そして外部ケーシングのラインと内部ケーシングのラインとの間で生じ得る軸方向の膨張差を埋め合わせることを可能とするタービンガイドベーンアセンブリを創出することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的のために、本発明は、流れ安定化静止ベーンの環状の列によって形成される少なくとも一つのガイドベーンアセンブリと、ガイドベーンアセンブリの下流側に回転可能に設けられた羽根付きローターとを具備してなるターボ機械の高圧タービンに関し、当該ガイドベーンアセンブリは外側縁部と内側縁部とを含んでおり、外側縁部はタービンの外部ケーシングのラインに対して軸方向に当接しており、かつ、内側縁部は、タービンの内部ケーシングのラインに対して軸方向スライド可能に接続されており、軸方向スライド接続によって、ベーンの外側縁部の軸方向ベアリングによって軸方向ストッパーが形成された状態で、内側縁部は、エンジン軸線に沿って自由であることが可能となっている。
【００１２】
本発明のコンテクストにおいて求められる軸方向スライド接続部は、それゆえ、用語の技術的な意味でのスライド接続であり、これは、したがって、ベーンの内側縁部に関して、エンジンの、すなわちターボ機械の軸線に沿った自由度を実現する。
【００１３】
ベーンの軸方向の停止はベーンの外側縁部の軸方向ベアリングによってなされる。本発明に基づいて求められる目的は、こうして実現される。というのは、内部ケーシングのライン上のそうした軸方向スライド接続部によって、ターボ機械の稼働中のスラスト力の全ては、外部ケーシングのライン上に作用させられるからである。
【００１４】
本発明のコンテクストにおいて規定された軸方向スライド接続部は、決して、たとえばエキスパンションジョイントを備えたアセンブリなどの、ある程度の軸方向変位を許容するアセンブリではない。エキスパンションジョイントを備えたベーンの内側縁部のアセンブリは、本発明の範囲内のものではない。なぜなら、それは稼働中のターボ機械のスラスト力の一部に必ず抗するからである。
【００１５】
外部ケーシングのラインは、外部ケーシングに対して固定されかつそれに対してガイドベーンの外側縁部が当接する環状サポートを具備してなることができる。
【００１６】
ある好ましい実施形態によれば、
・内部ケーシングのラインは、複数の軸方向溝を備えた環状部材を具備してなり、
・各内側ガイドベーン縁部は、内部ケーシングのラインに向かって延在すると共にフック状に構成された延在部を具備してなり、その一方のグループはタービンの上流側方向に向けられており、かつ、その他方のグループはタービンの下流側方向に向けられており、フックは、互いに固定されたフランジの対において噛み合っており、軸方向スライド接続部は、タービンの内側に向かってフランジの少なくとも一つから半径方向に延在すると共に内部ケーシングのラインの環状部材の軸方向溝の一つ内に個々に収容された複数のピンによって実現される。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態によれば、剛体高圧ガイドベーンアセンブリクラウンは、それゆえ、互いに固定された環状フランジの対によって形成され、当該アセンブリは、アーチ状内部ケーシングの延在部に軸方向にスライド可能に接続される。この接続部によって、アセンブリをセンタリングすると共に軸方向に自由な状態とすることが可能となる。軸方向の停止(荷重支持)は、外部ケーシングのライン上で、ベーンの外側縁部の軸方向ベアリング(特に下流外側レール)によってなされる。
【００１８】
好ましくは、フランジの対は、ボルト締めによって、互いに固定される。
【００１９】
上流側ガイドベーン延在部の一部分と上流側フランジとは、上流側からガイドベーンアセンブリへと空気を供給するのに十分に幅広な流路を画定するよう構成されるのが好ましい。
【００２０】
好ましくは、そこから複数のピンが内側に突出しているフランジは、上流側フランジであり、かつ、その中にピンが収容される軸方向溝を具備してなる内部ケーシングのラインの環状部材は、ガイドベーンアセンブリの上流側で内部タービンケーシングに固定された部材である。
【００２１】
ガイドベーンアセンブリが少なくとも一つのセクターを具備してなる場合、フランジの一つは、複数の軸方向タブを具備してなることができ、その個々の幅は、同じ方向に配置された同じガイドベーンアセンブリセクターの二つのフックを隔てている距離に対応し、フランジタブおよびセクターフックは、ガイドベーンの方位位置決めを可能とする、ほぞ穴結合システムを形成するために互いに対して配置されている。
【００２２】
タブを具備してなる上記フランジは、好ましくは、下流側フランジである。
【００２３】
各フランジは、好ましくは、その環状形状が静止ベーンの全環状列の組み立てを可能とする長さを有する一つの一体型部品からなる。
【００２４】
本発明はまた、少なくとも一つの流れ安定化静止ベーンを具備してなるタービンガイドベーンセクターに関し、その一つの横向き縁部は、一方は前縁に向かって、他方はベーンの後縁に向かって、異なる方向に向けられた二つのグループに分けられたフックに形成された延在部を具備してなる。
【００２５】
タービンガイドベーンセクターは、単一の流れ安定化静止ベーンを具備してなることができる。
【００２６】
横向き縁部の延在部は、好ましくは、二つのフックのグループを具備してなることができる。
【００２７】
本発明はまた、先に説明したようなセクターのフックのグループの一つと噛み合いによって協働するよう構成されたフックを具備してなる環状フランジに関する。
【００２８】
環状フランジはピンを具備してなることができる。
【００２９】
本発明はまた、先に説明したような高圧タービンを具備してなる航空機用エンジンに関する。
【００３０】
本発明は、以下の主要な利点を有する。
・内部ケーシングのラインに作用する力の排除
・内部ケーシング、特にガイドベーンケーシングのラインの寸法を決定する厚みの可能性のある低減、したがって質量の可能性のある低減
【００３１】
その他の利点および特徴は、図面に関連した以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来技術に基づくターボジェットエンジンの高圧タービンの部分的な長手方向断面図である。
【図２】本発明に基づく高圧タービンの実施形態の部分的な長手方向断面図である。
【図３Ａ】本発明に基づく高圧タービンのガイドベーンの組み付けに関する一連のステップを示す図である。
【図３Ｂ】本発明に基づく高圧タービンのガイドベーンの組み付けに関する一連のステップを示す図である。
【図３Ｃ】本発明に基づく高圧タービンのガイドベーンの組み付けに関する一連のステップを示す図である。
【図３Ｄ】本発明に基づく高圧タービンのガイドベーンの組み付けに関する一連のステップを示す図である。
【図３Ｅ】本発明に基づく高圧タービンのガイドベーンの組み付けに関する一連のステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１に示す従来技術に基づく高圧タービンについては先に説明したとおりである。そうしたタービンのアセンブリの欠点は、領域Ｚ１および領域Ｚ２間でガスからのスラスト力の均等な分布を確定することである。したがって、領域Ｚ１においてスラスト力を受けるのに十分な程度の寸法とされた(特にガイドベーンケーシング３１のための)内部ケーシング３のラインを設けることが必要である。
【００３４】
本発明の目的は、外部ケーシング５のラインを介して、すなわち領域Ｚ２において、ガイドベーンアセンブリＨＰ１から軸方向の力の全てを除去することである。
【００３５】
この目的のために、領域Ｚ１に軸方向スライド接続部が形成される(図２において水平黒線ＬＧによって示す)。図示する実施形態では、軸方向スライド接続は、上流側フランジ６０と、下流側フランジ６１と、これらフランジ６０,６１に対して掛止された少なくとも一つのガイドベーンセクター１とから形成された剛体環状クラウンによってなされる。こうして形成された剛体クラウンは、スクリュー７およびナット８を備えたシステムによってロックされる。
【００３６】
さらに正確に言うと、内部ケーシング３のラインは複数の軸方向溝３００(図２Ｄ)を備えたインナーコーン３０を具備してなる。
【００３７】
ガイドベーンセクター１の各内側縁部１０は延在部１００を具備してなるが、これは、内部ケーシング３のラインに向かって延在し、かつ、フック状に構成されており、その一方のグループ１００ａはタービンの上流側方向に向けられ、そしてその他方のグループ１００ｂはタービンの下流側方向に向けられている。フック１１０ａ,１１０ｂは、フランジ６０,６１の対の相補的形状を備えたフック６００,６１０内で噛み合う。後者の部品６０,６１は、スクリュー／ナットシステム７,８によって互いに固定されている。
【００３８】
軸方向スライド接続部ＬＧは、上流側フランジからタービンの内側に向かって半径方向に延在し(図２および図３Ｂ)かつ内部ケーシング３のラインのインナーコーン３０の軸方向溝３００の一つに個々に収容された複数の回転防止ピン６０１によって実現される。
【００３９】
こうして形成されたクラウンは、アーチ状の内部ケーシング３の延在部の延長上にインナーコーン３とのインターフェースを有する。この接続部はいくつかの機能、すなわちセンタリング機能、軸方向スライド機能、ならびに回転防止機能を有する。
【００４０】
接続部のスライド機能は、剛体クラウンが、エンジン軸線に沿った自由度を有することを可能とする。剛体クラウンは、ガイドベーンアセンブリＨＰの力のもと、インナーコーン３０に作用する軸方向の力を生じることなく、(下流外側レールＤＨＰ１１；領域Ｚ２において)外部ケーシング５のラインと接触状態となるだけである。すなわち、力が外部ケーシング５によって伝達される。
【００４１】
ＤＨＰセクターの上流側内側縁部１００ａおよび上流側フランジ６０のフック１００ａ,６００は、それぞれ、以下の機能を発揮するよう設計される。
・この目的のために設けられた空気流路Ｃを画定することによるガイドベーンアセンブリＤＨＰのセクター１のための空気の供給
・ガイドベーンアセンブリＤＨＰのセクター１の方位位置決め
【００４２】
さらに正確に言うと、セクター１の方位位置決めを実現するために、下流側フランジ６１は複数の軸方向タブ６１１を具備してなり、その個々の幅は、同じ方向に配置された同じガイドベーンセクターの二つのフック１００ａを隔てている距離に対応する。フランジ６１のタブ６１１およびセクターフック６００は、ガイドベーンセクターの方位位置決めを可能とする、ほぞ穴結合システムを形成するために互いに対して配置されている(図３Ａ)。
【００４３】
ガイドベーンアセンブリの組み立てを実施するために、以下の作業が実施される(作用方向は図３Ａないし図３Ｄにおいて矢印で示す)。
・フック１００ｂおよび下流側フランジ６１のフック６１０の相補的噛み合いによる下流側フランジ６１におけるガイドベーンセクター１の配置(図３Ａ)
・フック１００ａおよび下流側フランジのフック６００の相補的噛み合いによる下流側フランジ６１およびセクター１によって形成されるサブアセンブリにおける上流側フランジ６０の組み立て(図３Ｂ)
・ボルト締め７,８による、こうして形成された剛体クラウンのネジ止め(各ボルトはスクリュー７およびボルト８からなる)(図３Ｃ)
・インナーコーンに形成された対応する軸方向溝３００の一つ内への各ピン６０１の挿入によるネジ止めされたクラウンと内部ケーシング３のラインのインナーコーン３０との組み立て(図３Ｄ)
・組み立てを完成させるための、クラウンを備えた軸方向スライド接続部ＬＧに設けられたインナーコーン３０と内部ケーシング３のラインとの取り付け(図４Ｅ)
【００４４】
言うまでもなく、本発明の範囲を逸脱することなく、さまざまな改良あるいは変更を施すことが可能である。
【００４５】
たとえば、図示する実施形態では、各セクター１は単一の静止ベーンを具備してなるが、本発明はまた、個々に複数の静止ベーンを具備してなるセクターを伴って実現可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  ガイドベーンセクター
３  内部ケーシング
５  外部ケーシング
７  スクリュー
８  ナット
１０  内側縁部
３０  インナーコーン
６０  上流側フランジ
６１  下流側フランジ
１００  延在部
１１０ａ,１１０ｂ  フック
３００  軸方向溝
６００,６１０  フック
６０１  回転防止ピン
【図１】
0005551165.tif 000002
【図２】
0005551165.tif 000003
【図３Ａ】
0005551165.tif 000004
【図３Ｂ】
0005551165.tif 000005
【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
0005551165.tif 000007
【図３Ｅ】
0005551165.tif 000008