(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械（２）であって、
タービン入口（１２）を備えるタービンセクション（４）と、
トランジションピース入口（３０）及びトランジションピース出口（３１）を備える燃焼器トランジションピース（１０）と、
前記トランジションピース出口（３１）及びタービン入口（１２）を連結し、前記燃焼器トランジションピースに作動連結された第１のフランジを有する入口部分（６８、７１、１３９、１７６、２０９）及び前記タービン入口（１２）に作動連結された第２のフランジを有する出口部分（６９、７２、１３５、１７７、２１０）を備える、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）ブリッジ部材（１１６、１６７、１９７）と、
前記トランジションピース出口（３１）及びタービン入口（１２）のうちの１つに設けられ、前記第１のフランジ及び前記第２のフランジのうちの１つと係合するシール部材（１５４）と、
を備えるターボ機械（２）。
【請求項２】
前記ＣＭＣブリッジ部材（１１６、１６７、１９７）が外表面（５７、６０、１３０、１７２、２０４）と内表面（５８、６１、１３１、１７３、２０５）とを含み、
前記内表面（５８、６１、１３１、１７３、２０５）が、燃焼ガス（１８）を前記タービン入口（１２）内に導く流れガイド（６４、６６）を有する、
請求項１に記載のターボ機械（２）。
【請求項３】
前記流れガイド（６４、６６）が、前記タービン入口（１２）の端部壁（１４）部分から離れる方向に燃焼ガス（１８）を導くように構成されかつ配置される、請求項２に記載のターボ機械（２）。
【請求項４】
前記第１のフランジ（７７、１４０、１８０、２１４）が、前記入口部分（６８、７１、１３９、１７６、２０９）の周りに延在し、
前記第２のフランジ（８９、１４３、１８３、２１７）が、前記出口部分（６９、７２、１３５、１７７、２１０）の周りに延在する、
請求項１に記載のターボ機械（２）。
【請求項５】
前記第１のフランジ（７７、１４０、１８０、２１４）及び第２のフランジ（８９、１４３、１８３、２１７）の１つが、前記ターボ機械（２）の燃焼器及び前記タービンセクション（４）の対応する１つに締結される、請求項４に記載のターボ機械（２）。
【請求項６】
前記シール部材（１５４）が、可撓性シール部材である、請求項５に記載のターボ機械（２）。
【請求項７】
前記第１のフランジ（７７、１４０、１８０、２１４）及び燃焼器（６）間に配置された第１のシール部材（１５４）と、
前記第２のフランジ（８９、１４３、１８３、２１７）及びタービンセクション（４）間に配置された第２のシール部材（１５７）と
を含む、請求項６に記載のターボ機械（２）。
【請求項８】
前記ＣＭＣブリッジ部材（１１６、１６７、１９７）が、前記第１のフランジ（７７、１４０、１８０、２１４）及び第２のフランジ（８９、１４３、１８３、２１７）間で前記ＣＭＣブリッジ部材（１１６、１６７、１９７）の本体（５６、５９、１２３、１７０、２００）から半径方向外向きに突出した取付け要素（９８、９９）を含む、請求項４に記載のターボ機械（２）。
【請求項９】
前記タービンセクション（４）に作動連結された保持リング（１１８）をさらに含み、
前記少なくとも１つのブリッジ部材（５４）が、前記取付け要素（９８、９９）により前記保持リング（１１８）に固定される、
請求項８に記載のターボ機械（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示した主題は、ターボ機械の技術に関し、より具体的には、ターボ機械のトランジションピースをタービンセクションと結合するセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）ブリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガスターボ機械エンジンは、熱エネルギーを放出する燃料／空気混合気を燃焼させて高温ガス流を形成する。高温ガス流は、高温ガス通路を通してタービンセクションに送られる。タービンセクションは、高温ガス流からの熱エネルギーを機械的エネルギーに変換し、この機械的エネルギーにより、タービンシャフトを回転させる。
【０００３】
多くのガスターボ機械は、その中で燃焼ガスを生成する環状燃焼器を含み、この燃焼ガスが、高温ガス流を形成する。他のターボ機械では、缶−環状アレイの形態で配置された複数の燃焼器が使用される。そのようなターボ機械では高温ガス通路は、一群の燃焼器をタービンセクションの第一段と連結したトランジションピースを含む。一群の燃焼器内で生成された燃焼ガスは、トランジションピースを通してタービンセクションに送給される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの態様によると、ターボ機械は、タービン入口を備えるタービンセクションを含む。トランジションピースが、トランジションピース入口及びトランジションピース出口を備える。セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）ブリッジ部材が、トランジションピース出口及びタービン入口を連結する。
【０００５】
本発明の別の態様によると、ターボ機械燃焼器からターボ機械のタービンセクションに燃焼ガスを送給する方法は、ターボ機械燃焼器内で燃焼ガスを発生させるステップと、燃焼ガスをトランジションピース内に導くステップと、トランジションピース及びタービンセクションを連結したセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）ブリッジ部材に沿って燃焼ガスを案内するステップと、ＣＭＣブリッジ部材からタービンセクション内に燃焼ガスを流すステップとを含む。
【０００６】
本発明のさらに別の態様によると、ターボ機械部品は、ターボ機械のトランジションピース及びタービンセクションを連結するように構成されかつ配置されたセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）ブリッジ部材を含む。
【０００７】
これらの及びその他の利点並びに特徴は、図面と関連させて行った以下の説明から一層明らかになるであろう。
【０００８】
本発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の前述の及びその他の特徴並びに利点は、添付図面と関連させて行った以下の説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な実施形態による、トランジションピース及びタービンセクションの接合部をシールする第１及び第２の複合材マトリックス材料（ＣＭＣ）ブリッジ部材を備えるＣＭＣブリッジを含むターボ機械の部分断面図。
【図２】図１の第１のＣＭＣブリッジ部材の下部右側斜視図。
【図３】この例示的な実施形態の別の態様によるＣＭＣブリッジ部材の側面断面図。
【図４】この例示的な実施形態のさらに別の態様によるＣＭＣブリッジ部材の側面断面図。
【図５】この例示的な実施形態のさらに別の態様によるＣＭＣブリッジ部材の側面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な説明では、図面を参照しながら実施例によって、本発明の実施形態をその利点及び特徴と共に説明する。
【００１１】
本出願で使用する場合の「軸方向」及び「軸方向に」と言う用語は、ターボ機械の中心長手方向軸線にほぼ平行に延在する方向及び配向を意味する。本出願で使用する場合の「半径方向」及び「半径方向に」と言う用語は、ターボ機械の中心長手方向軸線に対してほぼ直角に延在する方向及び配向を意味する。本出願で使用する場合の「上流方向」及び「下流方向」と言う用語は、ターボ機械の中心長手方向軸線に対する軸方向流れ方向に関連する
方向及び配向を意味する。
【００１２】
図１を参照すると、例示的な実施形態により構成されたターボ機械は、その全体を参照符号２で示している。ターボ機械２は、トランジションピース１０を通して燃焼器（図示せず）に流体連結されたタービンセクション４を含む。タービンセクション４は、端部壁１４によって形成されたタービンセクション入口１２を含む。タービンセクション４の第一段１６が、タービンセクション入口１２の下流に配置される。第一段１６は、その１つを参照符号１７で示す複数のベーンを含み、これらのベーン１７は、その１つを参照符号１９で示す複数の第一段ブレードに燃焼ガス１８を案内する。燃焼ガス１８は、軸方向にトランジションピース入口３０内に流入し、トランジションピースを通って流れかつトランジションピース出口３１からタービンセクション入口１２内に流出する。ここにおいて、燃焼ガス１８は、ベーン１７上を流れた後にブレード１９に対して作用する。ブレード１９は、燃焼ガス１８からの熱的運動エネルギーをシャフト（図示せず）を回転させるのに使用する機械的回転エネルギーに変換する。燃焼ガス１８に加えて、圧縮機吐出空気３７は、圧縮機セクション（図示せず）からタービンセクション４のホイールスペース部分４０内に流れる。
【００１３】
例示的な実施形態によると、ターボ機械２は、トランジションピース出口３１をタービンセクション入口１２と連結するセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）ブリッジ４７を含む。この例示的な実施形態の１つの態様によると、ＣＭＣブリッジ４７は、炭化ケイ素−炭化ケイ素（ＳｉＣ−ＳｉＣ）複合材、酸化物−酸化物複合材、窒化ケイ素複合材の１つ又はそれ以上で形成される。言うまでもなく、様々なその他ＣＭＣ材料もまた使用することができることを理解されたい。ＣＭＣブリッジ４７は、トランジションピース出口３１及びタービンセクション入口１２間の外側接合部に配置された第１のＣＭＣブリッジ部材５４と、トランジションピース出口３１及びタービンセクション入口１２間の内側接合部に配置された第２のＣＭＣブリッジ部材５５とを含む。第１のＣＭＣブリッジ部材５４は、外表面５７及び内表面５８を有する本体５６を含む。同様に、第２のＣＭＣブリッジ部材５５は、外表面６０及び内表面６１を有する本体５９を含む。
【００１４】
第１のＣＭＣブリッジ部材５４は、内表面５８上に配置された流れガイド６４を含む。流れガイド６４は、端部壁１４から離れる方向に燃焼ガス１８を導く。同様に、第２のＣＭＣブリッジ部材５５は、内表面６１上に配置された流れガイド６６を含む。流れガイド６４は、端部壁１４から離れる方向に燃焼ガス１８を導きかつ／又はクロスフロー渦流発生を崩壊させる。この構成では、端部壁１４は、燃焼ガス１８への露出により生じる可能性がある損傷から保護される。より具体的には、ＣＭＣブリッジ部材５４の入口部分６８内に流れる燃焼ガスは、流れガイド６４上を流れる。流れガイド６４は、ＣＭＣブリッジ部材５４の出口部分６９により、端部壁１４から離れる方向に傾斜した軌道で燃焼ガス１８を導く。同様に、ＣＭＣブリッジ部材５５の入口部分７１内に流れる燃焼ガスは、流れガイド６６上を流れる。流れガイド６６は、ＣＭＣブリッジ部材５５の出口部分７２により、端部壁１４から離れる方向に傾斜した軌道で燃焼ガス１８を導く。
【００１５】
図２に最も良く示すように、ブリッジ部材５４は、第１のフランジ７７を形成した第１のセクション７６を含む。第１のセクション７６は、該第１のセクション７６にほぼ垂直な第２のセクション７９に至る。第３のセクション８２が、第２のセクション７９から延びかつ第１のセクション７６にほぼ平行である。第２のセクション７９にほぼ平行である第３のセクション８４が、第３のセクション８２から延在する。第１及び第３のセクション７７及び８２にほぼ平行である第５のセクション８８が、第４のセクション８５から延在する。第３、第４及び第５のセクション８２、８５及び８８は、組合さって、第１のＣＭＣブリッジ部材５４をタービンセクション４に結合する第２のフランジ８９を形成する。加えて、ブリッジ部材５４は、第２のフランジ８９内に形成された第１及び第２の取付け部材９０及び９１を含む。その１つを図１において参照符号９６で示す機械的ファスナが、取付け部材９０、９１及びタービンセクション４を貫通して、タービンセクション４に対して第１のＣＭＣブリッジ部材５４を結合する。第２のフランジ８９もまた、ピン（図示せず）に整列してタービンセクション４上に第１のＣＭＣブリッジ部材５４を設置する複数の取付け部材９０及び９１を含む。最後に、ターボ機械２は、第１及び第２の可撓性シール１０４及び１０６を含むように図示しており、第１及び第２の可撓性シール１０４及び１０６は、燃焼ガスがトランジションピース出口３１と第１及び第２のＣＭＣブリッジ部材５４及び５５の入口部分６８及び７１のそれぞれの入口部分との間の接合部において漏洩するのを防止するように構成される。
【００１６】
次に、別の例示的な実施形態により構成されたＣＭＣブリッジ部材１１６を説明するのに、同じ参照符号がそれぞれの図における対応する部分を表している図３を参照する。以下でより完全に明らかとなるように、ＣＭＣブリッジ部材１１６は、タービンセクション入口１２に配置された保持リング１１８によりタービンセクション４に固定される。ＣＭＣブリッジ部材１１６は、外表面１３０と入口部分１３４及び出口部分１３５を形成した内表面１３１とを備える本体１２３を含む。ＣＭＣブリッジ部材１１６は、入口部分１３４に配置された第１のフランジ１４０と出口部分１３５に配置された第２のフランジ１４３とを含む。取付け部材１４７が、外表面１３０からほぼ垂直に延在する。取付け部材１４７は、保持リング１１８上の対応する構造（別個には符号付けせず）と協働してＣＭＣブリッジ部材１１６をターボ機械２に固定するダブテールセクション１４９を含む。図３にさらに示すように、第１の可撓性シール１５４が、入口部分１３４及びトランジションピース出口３１間で延び、また第２の可撓性シール１５７が、出口部分１３５及びタービンセクション入口１２間で延びて、圧縮機吐出空気が燃焼器を迂回しかつタービン入口１２に流入するのを防止する。
【００１７】
次に、別の例示的な実施形態により構成されたＣＭＣブリッジ部材１６７を説明するのに、同じ参照符号がそれぞれの図における対応する部分を表している図４を参照する。ＣＭＣブリッジ部材１６７は、外表面１７２と入口部分１７６及び出口部分１７７を形成した内表面１７３とを備える本体１７０を含む。ＣＭＣブリッジ部材１６７は、入口部分１７６に配置された第１のフランジ１８０を含む。第１のフランジ１８０は、機械的ファスナ１８１によりトランジションピース出口３１に固定される。ＣＭＣブリッジ部材１６７はまた、出口部分１７７に配置された第２のフランジ１８３を含む。この図示した例示的な態様では、トランジションピース１０は、トランジションピース出口３１に配置された空気チャネル１８５を含む。空気チャネル１８５は、例えば圧縮機吐出空気のような冷却流体を第１のフランジ１８０上に導いてＣＭＣブリッジ部材１６７の温度を低下させる。図４にさらに示すように、可撓性シール１８７が、出口部分１７７及びタービンセクション入口１２間で延びて、圧縮機吐出空気が燃焼器を迂回しかつタービン入口１２に流入するのを防止する。
【００１８】
次に、別の例示的な実施形態により構成されたＣＭＣブリッジ部材１９７を説明するのに、同じ参照符号がそれぞれの図における対応する部分を表している図５を参照する。ＣＭＣブリッジ部材１９７は、外表面２０４と入口部分２０９及び出口部分２１０を形成した内表面２０５とを備える本体２００を含む。ＣＭＣブリッジ部材１９７は、入口部分２０９に配置された第１のフランジ２１４と出口部分２１０に配置された第２のフランジ２１７とを含む。第２のフランジ２１７は、取付け部材２２０によりタービンセクション入口１２に固定される。取付け部材２２０は、タービンセクション４上の対応する構造と係合した摺動接合部（図示せず）を含む。ＣＭＣブリッジ部材１９７はまた、入口部分２０９及びトランジションピース出口３１間で延びて圧縮機吐出空気が燃焼器を迂回しかつタービン入口１２に流入するのを防止する可撓性シール２２４を含む。
【００１９】
ここにおいて、例示的な実施形態によるＣＭＣブリッジは、圧縮機吐出空気がタービン入口に流入するのを制限しかつ／又は防止するためのシールをトランジションピース／タービンセクション接合部間に構成することを理解されたい。トランジションピース／タービンセクション接合部は一般的に、高温に曝され、従って部品寿命を延ばすために冷却を必要とする。それと対照的に、本発明は、劣化がない状態でより高温に耐えることができるＣＭＣ材料で形成したブリッジを提供する。この例示的な実施形態によるＣＭＣブリッジを採用することによって、トランジションピース／タービンセクション接合部における冷却空気流の必要性が大幅に減少し、それによってターボ機械効率が高められる。冷却流の減少により、タービンにより仕事を取出すのに使用することができる付加的空気流が得られる。
【００２０】
限られた数の実施形態に関してのみ本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきではなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２１】
２  ターボ機械
４  タービンセクション
６  燃焼器
１０  トランジションピース
１２  タービンセクション入口
１４  端部壁
１６  第一段（タービンセクションの）
１７  第一段ベーン
１８  燃焼ガス
１９  第一段ブレード（下流の）
２１  シャフト（図示せず）
３０  トランジションピース入口
３１  トランジションピース出口
３７  圧縮機吐出空気（軸方向に流れる）
４０  ホイールスペース部分
４７  ＣＭＣブリッジ
５４  第１のブリッジ部材
５５  第２のブリッジ部材
５６、５９、１２３、１７０、２００  本体
５７、６０、１３０、１７２、２０４  外表面（第１のブリッジ部材の）
５８、６１、１３１、１７３、２０５  内表面（第１のブリッジ部材の）
６４、６６  流れガイド（第２のブリッジ部材の）
６８、７１、１３９、１７６、２０９  入口部分（第１のブリッジ部材の）
６９、７２、１３５、１７７、２１０  出口部分（第２のブリッジ部材の）
７６  第１段セクション
７７、１４０、１８０、２１４  第１のフランジ
７９  第２のセクション
８２  第３のセクション
８５  第４のセクション
８８  第５のセクション
８９、１４３、１８３、２１７  第２のフランジ
９０、９１、１４７、２２０  取付け部材
９６  機械的ファスナ
９８、９９  取付け要素
１０４、１０６、１８７、２２４  可撓性シール（第１のブリッジ部材の）
１１６、１６７、１９７  ＣＭＣブリッジ部材
１１８  保持リング
１４９  ダブテールセクション
１５４  第１の可撓性シール
１５７  第２の可撓性シール
１８１  機械的ファスナ
１８５  空気チャネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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