(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン内のタービンに燃焼ガスを送るための装置であって、前記エンジンが、圧縮空気を供給するための圧縮機と、燃料を前記圧縮空気と燃焼させ、燃焼ガスを供給するための燃焼器と、前記燃焼ガスを受けるように構成された入口を有するラジアルインフロータービンと、を有し、前記タービンが仕事を生成するために前記燃焼ガスを膨張させるため軸を中心として回転可能であり、
対向する軸方向の端部と、軸方向に向いた穴とをそれぞれが有する複数のノズル案内羽根と、
一対の間隔をおいて配置された、環状の側壁であって、前記複数のノズル案内羽根が、前記タービン軸に対して角度的に間隔をおいて配置される関係で前記側壁間に取り付けられており、前記燃焼ガスを前記燃焼器から受け取り、前記ガスを前記タービン入口に半径方向内側に案内するように配向され、前記各々の角度的に間隔をおいて配置されたノズル案内羽根の前記穴と並んで配置されている軸方向に向いた孔を含む、側壁と、
前記側壁および前記ノズル案内羽根を間に配置するように構成された、一対の間隔をおいて配置された支持部であって、前記タービンの軸と同心であり、前記タービン入口の近傍にあり、少なくとも１つの前記支持部が、また、前記エンジンに固定されるように構成されている、支持部と、
エンジン作動中、前記支持部に対する前記側壁および前記ノズル案内羽根の熱膨張および／または熱収縮による半径方向の動きを可能にするため、前記側壁および前記ノズル案内羽根を前記支持部間に捕捉するための手段であって、前記支持部と、前記側壁の前記孔と、前記ノズル案内羽根の前記穴とを通り軸方向に延在する複数の第１のボルトアセンブリを含む、捕捉するための手段と、を含み、
前記孔および穴がそれぞれ前記各第１のボルトアセンブリの外寸よりも大きな前記半径方向の内寸を有し、前記内寸が熱膨張および／または熱収縮による半径方向の動きに適応するような大きさに作られる、装置。
【請求項２】
各孔が、半径方向に配向され、前記相対的な半径方向の動きを可能にするような寸法を有する長い軸線と、摺動を可能にするような寸法の短い軸線とを有する走路形状を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
各々のノズル案内羽根の前記穴のそれぞれが同様に走路形状であり、半径方向に配向され、前記相対的な半径方向の動きに適応するような大きさの長い軸線と、摺動を可能にするような寸法の短い軸線とを有する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
各第１のボルトアセンブリが、前記支持部の間に前記側壁および前記ノズル案内羽根を捕捉するために、前記支持部を一定の距離空けて配置するように構成されている、スリーブ部材と、ボルト部材とを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１のボルトアセンブリと、前記支持部と、前記側壁とが、対流冷却のために、各前記支持部と前記隣接する側壁との間に冷却空気通路を設けるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
放射熱シールドが前記通路に配置されている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
各前記支持部の半径方向内側部分と前記隣接する側壁との間にシールが設けられ、前記通路用の冷却空気入口が前記各々の支持部に設けられ、前記シールの点検を可能にするように構成されている、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記ノズル案内羽根のそれぞれが、
前記各々のノズル案内羽根と前記側壁との間に軸方向に延在し、前記各々の走路形状の側壁孔および前記ノズル案内羽根穴を取り囲むように構成されている１つまたは複数の中空のブシュと、
前記各々のノズル案内羽根の前記軸方向の端部の１つと、前記側壁の隣接する１つとの間に延在し、前記各々の側壁孔および前記ノズル案内羽根穴から間隔をおいて配置されたピンと、
によって前記側壁に取り付けられている、請求項３に記載の装置。
【請求項９】
前記エンジンが、定置型の圧縮機ディフューザ構造をさらに含み、前記支持部の１つが、前記支持部を配置するために前記ディフューザ構造に取り付けられるように構成され、前記側壁および前記ノズル案内羽根は前記タービンの軸と同心である、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記エンジンがタービンシュラウドを含み、前記タービンシュラウドが前記支持部の１つに可撓的に、かつ調節可能に取り付けられており、前記タービンシュラウドが衝突冷却によって冷却されるように構成されており、前記支持部が対流冷却によって冷却されるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
各々の支持部に面している前記各々の隣接する側壁の前記面のそれぞれが前記側壁の対流冷却を促進するための規則的に並んだ台を備えて構成されている、請求項５に記載の装置。
【請求項１２】
タービン熱シールドが複数の第２のボルトアセンブリによって前記ディフューザ構造に連結されており、ピストンリングシールが前記１つの支持部と前記タービン熱シールドとの間に設けられている、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
ラジアルインフローガスタービンを有するエンジンのためのノズル案内羽根サブアセンブリであって、前記タービンが軸および半径方向に向いた入口を有し、
対向する軸方向の端部をそれぞれが有し、燃焼ガスを半径方向内側に前記タービン入口に案内するように配置され、構成された複数のノズル案内羽根と、
前記ノズル案内羽根を前記タービン軸を中心として角度的に離間した配分で間に保持するように構成されている一対の環状のノズル側壁と、
前記角度的に離間した配分を設けるために、各ノズル案内羽根の前記対向する軸方向の端部を各々の隣接するノズル側壁に固定的に取り付ける複数の中空のブシュと、
各ノズル案内羽根の前記軸方向の端部の１つを前記各々の隣接するノズル側壁に相互に連結し、前記ブシュから角度的に間隔をおいて配置され、前記各々の羽根のピッチを設ける複数のピンと、
前記ブシュの内部に、ノズル側壁と前記ノズル案内羽根との両方を軸方向に貫通して形成した複数の通し穴であって、複数の第１のボルトアセンブリを使用して、前記入口ノズルサブアセンブリを前記エンジンに交換可能に取り付けるように、および前記第１のボルトアセンブリに対する前記ノズル案内羽根サブアセンブリの熱膨張および／または熱収縮による半径方向の動きを可能にするように構成されている、複数の通し穴と、を含む、ノズル案内羽根サブアセンブリ。
【請求項１４】
前記通し穴のそれぞれの少なくともいくらかの部分が長い内寸と短い内寸とを有する走路形状であり、前記第１のサブアセンブリが、前記ボルトアセンブリに対する相対的な摺動運動を可能にするために前記エンジンに取り付けられている場合、前記長い内寸が前記タービン軸に対して前記半径方向に配向される、請求項１３に記載のノズル案内羽根サブアセンブリ。
【請求項１５】
回転軸を有するラジアルインレットタービンを有するガスタービンエンジンの前記中間部分を構成する方法であって、前記エンジンが、また、圧縮空気を供給するための圧縮機と、燃料を前記圧縮空気と燃焼させ、燃焼ガスを発生させるための燃焼器と、作動中、前記燃焼ガスを送り、前記タービン全体において膨張を生成するためのタービンシュラウドとを有し、
前記タービン入口において前記タービン軸を取り囲む一対の環状支持部材を設けるステップであって、前記支持部材が軸方向に離間して固定的に保持される、ステップと、
前記支持部材の１つをそれによって支持されるべき定置型の構造のエンジン部材に固定的に取り付けるステップと、
前記タービンシュラウドをそれによって支持されるべき前記支持部材のもう一方に調節可能に取り付けるステップと、
燃焼ガスを半径方向内側に前記タービン入口に案内するように配置され、構成された複数のノズル案内羽根を有するノズル案内羽根サブアセンブリを前記間隔をおいて配置された支持部材の間に軸方向に配置するステップと、
前記ノズル案内羽根サブアセンブリを前記支持部材によって捕捉するステップであって、前記タービン軸に対する前記ノズル案内羽根サブアセンブリ入口の同心性を確立することと、エンジン作動中、前記ノズル案内羽根サブアセンブリと前記軸方向に隣接する支持部材との間の熱誘起された半径方向の膨張および／または収縮による相対運動を可能にすることと、を含む、捕捉するステップと、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１０年４月８日出願の米国特許出願第１２／６６２，２８４号の優先権を主張するものであり、その内容を参照により本明細書中に組み込む。
【０００２】
発明の分野
本発明は、推進力および／または機械的な仕事を提供するためのガスタービンエンジンに関する。特に、本発明は、高温燃焼ガスをラジアルインフロータービンに案内するための入口ノズル案内羽根を取り付けるための構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
ラジアルタービンエンジン、特に、ラジアルインフロータービンを備えたラジアルタービンエンジンは、軸流タービンエンジンと比較して異なる課題を呈する。ラジアルインフロータービンは元々、同等の軸流タービンエンジンと比較して比較的大型の直径を有するが、静的構成要素のためにさらにより大きな直径を有する追加の構造を必要とする。
【０００４】
これら静的構成要素は、高温燃焼ガスをタービン入口に案内するためのノズル案内羽根と、結合された圧縮機とタービン構成要素との間の間隙及び中心性を定める機械的な構造とを含む。
【０００５】
より短い半径方向延長部を有し、事実、より低いタービン入口温度を有するより小型のタービンエンジンでは、より簡単な設計が用いられている。しかし、摂氏１０００度以上のタービン入口温度を有するより大型の、高度なラジアルタービンでは、異なる半径方向の熱膨張および／または熱収縮、結果として、漏れおよびエンジン性能の損失によるひずみおよび過剰な変位を回避または軽減するために、本開示に記載されている特別な解決策を必要とする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書中に具現化され、かつ広く記載される本発明によれば、ガスタービンエンジン内のラジアルタービンに燃焼ガスを送るための装置が開示される。エンジンは、圧縮空気を供給するための圧縮機と、燃料を圧縮空気と燃焼させ、燃焼ガスを供給するための燃焼器と、燃焼ガスを受けるように構成されたタービン入口とを有する。タービンは、仕事を生成するために燃焼ガスを膨張させるため、軸を中心として回転可能である。装置は、燃焼器とタービン入口との間に燃焼ガスのための流路を含む。流路はラジアル部を有する。装置は、また、複数のノズル案内羽根と、案内羽根を流路部に取り付けるための手段とを有し、案内羽根は、ラジアルタービン入口の近傍に、タービンの軸を中心として、およびそれと同心に角度的(angularly)に配分される。取り付け手段は、エンジン作動中、タービン軸に対して案内羽根が熱膨張および／または熱収縮により半径方向に動くことを可能とする。
【０００７】
また、本明細書中に具現化され、かつ広く記載される本発明に従い、ガスタービンエンジン内のタービンに燃焼ガスを送るための装置を開示する。エンジンは、圧縮空気を供給するための圧縮機と、燃料を圧縮空気と燃焼させ、燃焼ガスを供給するための燃焼器と、燃焼ガスを受けるように構成された入口を有するラジアルインフロータービンとを有する。タービンは、仕事を生成するために燃焼ガスを膨張させるため軸を中心として回転可能である。装置は、それぞれが対向する軸方向の端部を有する複数のノズル案内羽根と、軸方向に向いた穴とを含む。装置は、また、一対の環状の、間隔をおいて配置された側壁を含み、案内羽根が、側壁間にタービン軸に対して角度的に間隔をおいて配置された関係で取り付けられ、かつ燃焼ガスを燃焼器から受け取り、ガスをタービン入口に案内するように配向されている。装置は、側壁と、軸と同心に、かつタービン入口の近傍に取付案内羽根とを配置するように構成された、一対の間隔をおいて配置された支持部をさらに含む。少なくとも１つの支持部が、また、エンジンに固定されるように構成されている。装置は、エンジン作動中、支持部に対する、側壁および取付案内羽根の熱膨張および／または熱収縮による半径方向の動きを可能にするため、環状支持部間に、側壁と、取付案内羽根とを捕捉するための手段をさらに含む。捕捉手段は複数のボルトアセンブリを含み、そのそれぞれが、支持部を通り、側壁の孔を通り、案内羽根の穴を通り軸方向に延在するボルト部材を有する。孔および穴はそれぞれ、各々のボルト部材に対する半径方向の摺動運動に対応する大きさに作られた半径方向の内寸を有する。
【０００８】
さらに、本明細書中に具現化され、かつ広く記載される本発明に従い、ラジアルインフローガスタービンを有するエンジンのための入口ノズルサブアセンブリを開示する。タービンは軸と半径方向に向いた入口とを有する。装置は、それぞれが対向する軸方向の端部を有する複数のノズル案内羽根と、案内羽根をタービンの軸を中心として角度的に離間した配分でその間に保持するように構成された一対の環状のノズル側壁とを含む。サブアセンブリは、また、角度的に離間した配分を設けるため、各案内羽根の対向する軸方向の端部を各々の隣接する側壁に固定的に取り付ける複数の中空のブシュ(bushings)と、各案内羽根の軸方向の端部を各々の隣接する側壁に相互に連結する複数のピンとを含む。ピンは、ブシュから角度的に間隔をおいて配置され、各々の羽根のピッチを設ける。サブアセンブリは、ブシュの内部に、側壁と案内羽根との両方を軸方向に貫通して形成された複数の通し穴をさらに含む。通し穴は、ボルトアセンブリを使用して入口ノズルサブアセンブリをエンジンに交換可能に取り付けるために、およびボルトアセンブリに対する、入口ノズルサブアセンブリの熱膨張および／または熱収縮による半径方向の動きを可能にするために構成されている。
【０００９】
またさらに、本明細書中に具現化され、かつ広く記載される本発明に従い、回転軸を有したラジアルインレットタービンを有するガスタービンエンジンの中間部分を構成する方法を開示する。エンジンは、また、圧縮空気を供給するための圧縮機およびディフューザと、燃料を圧縮空気と燃焼させ、燃焼ガスを発生させるための燃焼器と、作動中、燃焼ガスを送り、タービン全体において膨張を発生させるためのタービンシュラウド(turbine shroud)とを有する。方法には、タービンの軸を囲む一対の環状支持部材をタービン入口に設けるステップであって、支持部材が軸方向に離間して固定的に保持されるステップと、前記支持部材の一方を支持されるべき圧縮機ディフューザに固定的に取り付け、それによって、タービンシュラウドを、それによって支持されるべき前記支持部材のもう一方に調節可能に取り付けるステップとを含む。方法には、また、環状のノズル案内羽根サブアセンブリを、間隔をおいて配置された支持部材間に軸方向に配置するステップと、入口ノズル案内羽根サブアセンブリを支持部材によって捕捉するステップとを含む。捕捉するステップには、タービン軸に対するノズル案内羽根サブアセンブリの同心性を確立し、エンジン作動中、ノズル案内羽根サブアセンブリと軸方向に隣接する支持部材との間において、熱的に誘起された半径方向の膨張および／または収縮による相対運動を可能にすることを含む。
【００１０】
本発明の追加の態様は、一部は次の記述において説明され、一部は記述から明らかとなるか、本発明の実践によって学習できる。本発明の１つまたは複数の利点は、特に添付の請求項において明らかにされている要素および組み合わせを利用して、実現および達成される。
【００１１】
前述の一般的な記述および下記の詳細な記述はいずれも例示的かつ説明的なものにすぎず、請求項に記載されている本発明を制限するものではないことを理解されたい。
【００１２】
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を図示するものであり、説明と共に、本発明の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明に従い構成したエンジン中間構造を有するラジアルインフロータービンを備えたガスタービンエンジンの部分断面概略図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示した種類のエンジンの従来の中間構造の詳細である。
【図１Ｃ】図１Ｂのエンジン中間構造のノズル案内羽根の詳細である。
【図２】図１Ａに示したエンジンのノズル案内羽根を取り付けるための、本発明に従い構成した中間構造の側部平断面図である。
【図３】図２のノズル案内羽根の１つの軸方向端面図である。
【図４Ａ】図３に示した案内羽根の断面軸方向図である。
【図４Ｂ】図３に示した案内羽根の半径方向上面図である。
【図５】図１Ａのエンジン中間構造の一変形形態の断面図である。
【図６Ａ】図５に示した側壁の一部の斜視詳細図である。
【図６Ｂ】図５に示した側壁の一部の端面詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず（新しい中間構造を有する）図１Ａを参照すると、数字１で示す、本発明に従う中間構造１０を有するガスタービンエンジンを示す。エンジン１は、燃料と燃焼させるための圧縮空気を提供するための、遠心圧縮機２と、ディフューザ３とを有する。図１Ａは、４つの燃焼器４のうちの１つも示す。燃焼器４は、マニホールド５に送られ、その後高温燃焼ガスを膨張させて仕事を生成するためのラジアルインフロータービン６に送られる燃料／空気の混合物を燃焼させる。圧縮機２とタービン６とはシャフトアセンブリ７によって結合されており、エンジンケーシング１４内において軸１１を中心として回転する。同様に図１Ａに示すのは、燃焼器４を出て、マニホールド５を通り、タービン入口８においてラジアルインフロータービン６に入る高温燃焼ガスの流路「Ｆ」（二重矢印によって示される）である。
【００１５】
図１Ｂは、ノズル案内羽根９が、タービン６の羽根に入射する高温燃焼ガスに好適な方向を付与するために使用される従来のエンジン中間構造１０’を示す。図１Ｂの構造では、ノズル案内羽根９は、案内羽根９の一方の軸方向側にある支持構造２７ｃと、案内羽根９のもう一方の側にある支持構造１６との間にあるボルトアセンブリ１５によって支持されている。各ノズル案内羽根９は、ボルト１５ａと、スリーブ２４と、ナット２５とを含み、空冷される（図１Ｂの矢印ｆを参照）各々のボルトアセンブリ１５によって強固に固定されている。スリーブ２４とピン１８は案内羽根９を支持構造１６にロックする。軸１１を中心とした案内羽根９の角度位置は、スリーブ２４と、ピン１８によってセットされた軸１１に対する案内羽根９の角度とによって決定される。図１Ｃの従来のノズル案内羽根９の詳細も参照のこと。同様に、図１Ｂの従来の構造では、当技術分野において公知の複数の差込み連結具３１によって入口ノズル案内羽根アセンブリが圧縮機ディフューザ３構造に取り付けられている。
【００１６】
図１Ｂの構造における大きな問題は、支持構造２７ｃがマニホールド５の近傍にあるために、および／または支持部２７ｃを適切に冷却することが困難であるために、エンジン作動中、支持構造２７ｃが支持構造１６に対して半径方向に膨張するほど、支持部１６と支持部２７ｃとが不均等に加熱および／または冷却されることである。異なる温度および／または異なる冷却に起因する支持構造１６と支持構造２７ｃとの間の半径方向の膨張の差を埋めるために、支持構造２７ｃに、案内羽根９と、スリーブ２４と、支持構造２７ｃとの間の摺動を可能にするための半径方向のスロットが設けられている。しかしながら、動作経験から摺動跡は認められず、したがって、羽根９とスリーブ２４は支持構造２７ｃに対して動いていない。不均等な半径方向の膨張および／または収縮によって、ボルトアセンブリ１５が「斜めになる」、つまり軸１１に対して傾斜するおそれがあり、それによって案内羽根９を越える漏れ流路を生成し、エンジン性能を低下させる。支持構造１６と支持構造２７ｃとの間の半径方向の差は、また、ボルトアセンブリ１５における大きな応力の原因となるおそれがある。
【００１７】
さらに、タービンシュラウド２７の一部である図１Ｂの構成の案内羽根支持構造２７ｃは、案内羽根９とマニホールド５とともにボルトアセンブリ１５によって支持部１６に固定されるため、全体の構造が複雑であり、特定のエンジンの熱レベルにおいて部品が様々な温度を有する場合がある。その結果、熱負荷下において、予測不能な、場合によっては永久の変形が生じるおそれがある。図１Ｂの構成では、タービンシュラウド２７が、下部シュラウド領域２７ｂにある衝突冷却穴２２と、マニホールド５の希釈空気通路５ａからの空気を使用する上部シュラウド領域／案内羽根支持部２７ｃにおける対流冷却との組み合わせによって冷却される。比較すると、図１Ｂの構造における案内羽根支持部１６は、その半径方向の長さ全体にわたって、エンジンケーシング１４のプレナム５０内の加圧空気を使用する、穴２３を通じた衝突冷却によって冷却される。
【００１８】
本発明は図１Ａに示した一般的な種類のガスタービンエンジンに限定されるものではないが、以下により詳細に説明する発明は、図１Ａに示すような一般的な種類のガスタービンエンジン、すなわち遠心圧縮機と、近傍に結合されたラジアルインフロータービンとを有するガスタービンエンジンにおいて特に有用である。したがって、図２〜４Ｃに関連して以下に説明する発明は、遠心圧縮機／ラジアルインフロー型のガスタービンエンジンのための改良型の中間構造を含む。利便性のため、および理解を容易にするため、図面において同一のまたは構造的に類似する部品には同様の参照符号を付すが、後の説明および図面自体から認識されるように、部品が、それら構成および／または性能において図１Ｂ〜１Ｃにおけるそれら従来の同等物と大幅に異なっていてもよいと理解される。その最も広い範囲の発明は、特許請求の範囲およびそれら均等物のみにより限定されることを意図している。
【００１９】
本明細書中に具現化される本発明によれば、図２は、軸方向に間隔をおいて配置され、かつ軸１１を取り囲む環状の前部ノズル案内羽根支持部１６ａと環状の後部ノズル案内羽根支持部１６ｂとを含むエンジン中間構造１０を全体として示す。前部支持部１６ａの上部は複数の角度的に間隔をおいて配置された位置決めボルト３ａによって圧縮機ディフューザ３に取り付けられている。この連結によってエンジン中間構造全体をタービン軸１１に対して中心に位置決めする。従来のように案内羽根９を対向する支持部１６ａ、１６ｂに直接取り付けるよりもむしろ、図２の実施形態ではノズル案内羽根９が側壁１２と側壁１３との間に保持されている。具体的には、前部側壁１２と後部側壁１３はそれらの間にノズル案内羽根９を固定し、結果として作成されるノズルサブアセンブリ４０が、さらには、ここで説明するように、ボルト部材１５ａを含むボルトアセンブリ１５を使用することにより支持部１６ａ、１６ｂによって「捕捉される」。
【００２０】
重要なことに、両側壁１２、１３は、「走路」形状の孔２６を有し、案内羽根９は、ホットノズル構造４０が支持部１６ａ、１６ｂに対して半径方向に摺動することを可能にするための走路形状の穴４２を有する。「走路」形状は、略平行する細長い側部および略円形の端部を有する。走路形の案内羽根穴４２は、ノズル案内羽根９の調節を可能にするため、走路形の側壁孔２６よりもわずかに大きい。それぞれがボルト１５ａと、スペーサスリーブ２４と、ナット２５とを含むボルトアセンブリ１５は、ノズル案内羽根サブアセンブリ４０の半径方向の摺動運動を可能にするため、前部支持部１６ａと後部支持部１６ｂとを一定の距離だけ軸方向に間隔を置いて配置するように構成されている。
【００２１】
図３に示すように、ブシュ１７およびピン１８が案内羽根９を側壁１２、１３内にロックする。軸１１を中心とした案内羽根９の角度位置はブシュ１７によって決定され、個々の案内羽根９のピッチは、案内羽根９の細長いスロット１８ａに係合している側壁１２内の各々のピン１８によってセットされている（図４Ａおよび図４Ｂを参照）。各案内羽根に対して２つのブシュ１７を示すが、いくつかの用途においては、案内羽根内の側壁の間に延在している単一のブシュを使用してもよい。
【００２２】
再度図２について述べると、冷却空気が支持部１６ａ、１６ｂの根元において周辺入口３０ａ、３０ｂに入り、各々の放射シールド１９の背後にある通路３２ａ、３２ｂを流れる。支持部１６ａ、１６ｂと側壁１２、１３との間の冷却通路３２ａ、３２ｂにおける冷却空気の損失を防ぐために、相対運動を可能にするシール２０が側壁１２、１３の半径方向内側部分と各々の支持部１６ａ、１６ｂとの間に配置されている。支持部１６ａ、１６ｂの冷却通路入口３０ａ、３０ｂを、シール２０の検査を可能にするように構成してもよい。通路３２ａ、３２ｂを通過後、冷却空気は、出口３４ａ、３４ｂにおいて圧縮機出口マニホールド領域２１に出る。
【００２３】
上述のように、支持部１６ａ、１６ｂは、サブアセンブリ構造４０をボルト１５ａによって固定しないようにし、かつサブアセンブリ４０の、ボルトアセンブリ１５と支持部１６ａ、１６ｂとに対する、摺動する半径方向の熱膨張および／または熱収縮を妨げるために、ボルトアセンブリ１５のスリーブ２４とスペーサナット２５とによって軸方向位置に適切に間隔をおいて配置されたままにされる。また、各ボルトアセンブリ１５はスリーブ２４とボルト部材１５ａとの間の空気通路３６を冷却することによって空冷してもよい。ボルトアセンブリの冷却空気は入口３６ａにおいて通路３６に入り、その後、出口３６ｂにおいてマニホールドの環状冷却通路５ａに出る。
【００２４】
特に、図２の実施形態における環状のノズル案内羽根支持部１６ａ、１６ｂは同じように構成されており、実質的に同じ冷却配置、すなわちそれぞれが内部放射熱シールド要素９を備えた各々の対流冷却通路３２ａ、３２ｂを有し、同じ一般的な源から穴３０ａ、３０ｂを通じて冷却空気、すなわち従来のようにタービンシュラウドを冷却するために従来使用されている冷却空気でなく、エンジンケーシング１４のプレナム５０内の加圧空気が供給される。この「対称な」支持部および冷却構造が、異なる熱負荷または冷却速度のためにノズル案内羽根支持部１６ａとノズル案内羽根支持部１６ｂとの間の種々の半径方向の膨張および／または収縮によって生成されるボルトアセンブリ１５のいかなる傾斜傾向も低減する。
【００２５】
図２に最も良く見られるように、タービンシュラウドおよび／またはノズル案内羽根支持構造の熱ひずみを軽減するために、タービンシュラウド２７のフランジ２７ａはボルト３８によって後部支持部１６ｂのフランジ１６ｃにボルトで固定されるとともにピンで留められている。シュラウド２７の上部２７ｂは、エンジンケーシング１４のプレナム５０内の加圧空気とは別に供給され、シュラウド上部フランジ２７ａと支持部１６ｂの下部フランジ部分１６ｃとの間の冷却スペース２２ａを流れ、その後、側壁１３の下端部を越えてタービン入口領域２３に出る冷却空気を使用して、衝突冷却穴２２によって冷却される。別個に取り付けられたタービンシュラウドは、シム(shims)の使用によって、タービン６のシュラウド２７と羽根との間にあるランニング間隙の独立した軸方向調整も可能にする。可撓的に取り付けられたタービンシュラウドは、また、ノズル案内羽根構造に起因しうるシュラウドの熱ひずみを軽減する。逆もまた同様である。シュラウドフランジ２７ａと支持部フランジ１６ｃとの連結が可撓性を提供する。図２では、理解を容易にするため、二重矢印が高温燃焼ガスの主流を示し、一重矢印が冷却空気の流れを示す。
【００２６】
図３は、側壁案内羽根ノズルサブアセンブリ４０を示すとともに、側壁内の走路形状の孔２６および案内羽根内の走路形状の穴４２をボルトアセンブリ１５とともに使用する取付システムによってその動きをどのように制御するかを示す。
【００２７】
図４Ａおよび図４Ｂは、加熱中、ボルトアセンブリ５に対する動きを可能にするための２段構造の穴、すなわち、ブシュ１７用の円形穴部４４と、走路形状の穴部４２とにおいて切断した案内羽根９を示す。側壁１２および１３は、また、ブシュ１７を受容するための２段構造の孔、すなわち走路形状の孔部２６ｂと円形孔部２６ａとを有する。図３を参照のこと。
【００２８】
図５、図６Ａおよび図６Ｂは、図１Ａおよび図２〜４Ｂの実施形態に類似する特徴を含むが、一般的に１ＭＷ以下の小型エンジンの構造、組立および／または性能に有利な実施形態を示す。利便性のため、前の実施形態において使用したものと同じ参照符号を使用するが、要素の構成および／または性能が大幅に異なる場合はアポストロフィを付す。
【００２９】
特に、図５は、外側に面した面、つまり支持部１６ａおよび１６ｂのそれぞれに面する面６２および６４に形成された規則的に並んだ台６０をそれぞれが有する側壁１２’および１３’を備えたノズルサブアセンブリ４０’を示す。側壁１３’の一部を示す図６Ａおよび図６Ａの一部の詳細である図６Ｂを特に参照のこと。台６０は半径方向および接線方向に間隔をおいて配置され、同様に、接線方向に食い違い、半径方向に蛇行する流れ通路３２ａ’および３２ｂ’（図６Ｂに矢印で示す）を設ける。台６０によって、熱伝達領域が増加し、側壁の周囲全体にわたるより均一な半径方向の流れが提供される。したがって、図２Ａの実施形態における放射熱シールド１９のような、別個の放射熱シールドを側壁と支持部との間に必要とする可能性を排除してもよい。図５に見られるように、台６０は、各々の面している支持部１６ａ、１６ｂに当接してもよく、側壁の、各々の支持部からの正の軸方向空間を提供してもよい。
【００３０】
またさらに、図５の実施形態では、タービン熱シールド７２を圧縮機ディフューザ３に取り付けるために、図１Ｂの３１で示すような従来の差込みアセンブリの代わりに複数のボルトアセンブリ７０を使用している。また、前に説明したように、冷却された熱シールド７２を有する、支持部１６ａと熱シールド７２との間に配置されたピストンリングアセンブリ７４が、加熱された空気７６を、中間構造を冷却するために使用されるエンジンプレナム５０内の空気から密閉するために設けられている。ボルトアセンブリ７０とピストンリングアセンブリ７４とを組み合わせによって、特に、アクセスが制限された小型エンジンにおいてより簡単な組み立てを提供してもよい。
【００３１】
上の説明から、タービン６を取り囲む静的構造は、各部分の設計、構造および最終組立を容易にするために３つの部分に分割されると理解される。３つの部分とは、すなわち、（１）案内羽根／側壁ノズルサブアセンブリ４０または４０’と、（２）間隔をおいて配置された支持部１６ａ、１６ｂと、（３）タービンシュラウド２７である。重要なことに、ノズル案内羽根／側壁サブアセンブリ４０または４０’は支持構造から機能的に分離され、それによって漏れおよび性能の損失を排除するか、大幅に低減する。具体的には、側壁内の走路形状の孔および案内羽根内の穴は、サブアセンブリ４０または４０’が、熱膨張および／または熱収縮とは無関係に、つまり支持構造、すなわち支持部１６ａ、１６ｂまたはタービンシュラウド２７などの支持構造に構造的に依存する構成要素の保全性に影響を及ぼすことなく応答することを可能にする。また、タービンシュラウド２７と「高温の」案内羽根支持部１６ｂとの間にフランジ状の連結部を含むこの構造では、熱性能がより予測可能になり、ランニング間隙をタービン６とともに制御することが容易になる。
【００３２】
上に示したエンジン中間構造の開示では、より大型のラジアルタービン（約２ＭＷ）と、より小型のユニット（１ＭＷ以下）との両方に対する解決策を示した。この相違の理由は、異なる間隙、構成要素のコストおよび関連構成要素の可用性にありうる。両解決策によって、永久ひずみを引き起こすことなく「冷鉄」から全負荷までが６０秒未満という起動時間を可能にするとともに、エンジンの寿命にわたり摂氏１０５０度の噴射温度に耐えることができる。構成要素はあらゆる従来の燃料および塩を含んだ大気にさらされた場合に腐食に耐えるように選択された材料で作成すべきである。当業者であればそのような選択を行うことができる。
【００３３】
本発明の他の実施形態は、本明細書に開示される本発明の明細および実施を考察することにより、当業者には明らかとなろう。例えば、本発明の１つまたは複数の態様を、ラジアルインフロータービンを備えた軸流圧縮機を使用するハイブリッドタービンにおいて使用してもよい。また、案内羽根穴および側壁孔の増加した半径方向の内寸は「走路」形状以外を有してもよく、支持部に対する摺動する半径方向の膨張および／または収縮を依然可能にする。したがって、本明細書の例は、例示的に過ぎないと見なされるべきであり、本発明の真の範囲および趣旨は、添付の特許請求項によって示されるものとする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５．６Ａ】
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【図６Ｂ】
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