(57)【要約】【課題】構造を簡易化したタービンモジュール、特に低圧タービンモジュールを提供する。【解決手段】本発明は、ケーシング１２０内側に少なくとも環状ディストリビュータ１１１Ａ、１１１Ｄとタービンロータ１０９Ａ、１０９Ｅとを含む、ガスタービンエンジン用のタービンモジュールに関し、環状ディストリビュータは、リングセクタの形態の様々な要素１１４Ａ、１１４Ｄを含み、第１の部分１１３Ａ、１１３Ｄは、タービン軸に向かって径方向に配置される固定ブレードを支持し、第２の部分１１３’Ａ、１１３’Ｄは、タービンロータブレードの先端と共にシーリング手段を形成する。モジュールは、リングセクタの形態の前記要素１１４Ａ、１１４Ｄが、取り付け手段によりケーシング１２０の内側に保持されることを特徴とする。本発明は、３つから６つのタービン段を含むモジュールに特に適用される。【選択図】      図３
2006090322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング（１２０）内側に少なくとも環状ディストリビュータリング（１１１Ａ、１１１Ｄ）とタービンロータ（１０９Ａ、１０９Ｅ）とを含む、ガスタービンエンジン用のタービンモジュールであり、環状ディストリビュータが、リングセクタの形態の様々な要素（１１４Ａ、１１４Ｄ）を含み、第１の部分（１１３Ａ、１１３Ｄ）が、タービン軸に向かって径方向に配置される固定ブレードを支持し、第２の部分（１１３’Ａ、１１３’Ｄ）が、タービンロータブレードの先端と共にシーリング手段を形成する、タービンモジュールであって、リングセクタの形態の前記要素（１１４Ａ、１１４Ｄ）が、取り付け手段によりケーシング（１２０）の内側に保持されることを特徴とする、モジュール。
【請求項２】
前記取り付け手段が、軸方向フック（１２１Ａ、１２１Ｄ）を含み、該軸方向フック（１２１Ａ、１２１Ｄ）が、ケーシング（１２０）または前記要素（１１４Ａ、１１４Ｄ）に取り付けられ、かつ前記要素（１１４Ａ、１１４Ｄ）またはケーシング（１２０）のそれぞれに取り付けられる一対の軸方向フック（１１３Ａ１から１１３Ａ２、１１３Ｄ１から１１３Ｄ２）と係合する、請求項１に記載のモジュール。
【請求項３】
ディストリビュータリング（１１１Ａ、１１１Ｄ）により分割される、少なくとも２つの連続するタービンロータ段（１０９Ａ、１０９Ｅ）を含む、請求項１または２に記載のモジュール。
【請求項４】
リングセクタの形態の前記要素（１１４Ａ、１１４Ｄ）の上流側部に取り付け手段（１１３Ａ１から１１３Ａ２、１１３Ｄ１から１１３Ｄ２）を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のモジュール。
【請求項５】
ケーシングの軸方向フック（１２１Ａ、１２１Ｄ）を含む取り付け手段が、上流側に配置されるロータのシーリングリングセクタ（１０５’、１１３’Ａ、１１３’Ｃ）の下流側端がフック間に保持されるように、リングセクタの形態の前記要素（１１４Ａ、１１４Ｄ）に取り付けられる一対の軸方向フック（１１３Ａ１から１１３Ａ２、１１３Ｄ１から１１３Ｄ２）に係合する、請求項３および４に記載のモジュール。
【請求項６】
少なくとも２つのタービンロータが、モノブロックアセンブリ（１０９’）を形成する、請求項３から５のいずれか一項に記載のモジュール。
【請求項７】
アブレイダブル材料のプレート（１１５Ａ、１１５Ｄ）が、要素（１１４Ａ、１１４Ｄ）の前記第２の部分に取り付けられる、請求項１から６のいずれか一項に記載のモジュール。
【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の分野に関し、特にそのようなエンジン用のモジュールタービン要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス流の方向に、ガスタービンエンジンは、エンジンに供給する空気を圧縮する手段、燃焼室、および空気圧縮手段を駆動する少なくとも１つのタービン段を含む。航空分野では、エンジンは、ファンにより生成される推力に寄与するファンを駆動することができる。次に、エンジンの吸気口に入る空気は、燃焼室に送られる一次流と、一次流と同心であり、かつ高い希釈率でエンジン内の推力の大部分を供給する二次流とに分割される。場合によっては、そのようなエンジンは、互いに無関係に回転する２つの本体、すなわち高圧本体と低圧本体を含む。低圧本体はファンを駆動させる。各本体は、結合される圧縮モジュールを駆動するタービンモジュールを含む。
【０００３】
長手方向断面で、図１は、以前の構成による２つの本体のエンジンの低圧タービンモジュールを示す。エンジンの残りは、同図には示されない。このモジュールは、高圧段の下流側に配置され、そのガス流は、外部ケーシング５と固定された内部構造体７との間に、個々に固定されまたはセクタで固定されるブレードから成るディストリビュータ３を介して供給される。低圧タービンロータ９は、外周にブレードを装備され、共にボルト締めされる５つのディスク９Ａから９Ｅで構成される。５つの段は、それぞれがすぐ下流側に配置される段の上流側段から発生するガス流を整流する、固定された流れディストリビュータ１１Ａから１１Ｄにより分離される。
【０００４】
タービンロータを横断するチャネル内にガス流を包含するために、リング１３Ａから１３Ｅは、各段のブレード構造体と同軸に配置される。リング１３Ａから１３Ｅは、アブレイダブル（ａｂｒａｄａｂｌｅ）タイプの材料のシーリングセグメント１４を含むプレートのセクタで構成され、シーリングセグメント１４は、ラビリンスタイプのシーリング接合部を形成するように、ロータブレードの先端、ここでは径方向ブレードを装着した爪と係合する。
【０００５】
外部ケーシングは、ディストリビュータ１１とリング１３の両方の支持および取り付け面を形成する、軸方向に向けられた環状フック１５を含む。各ディストリビュータのフィンまたはセクタは、ヘッド部に対応する手段を含む。これは、上流側に向けられかつ互いに径方向に間隔を置いた一対の軸方向フック１１’と、下流側に向けられた軸方向フック１１”とである。フック１５は、ディストリビュータとシーリングリングを共に支持するために、ステータフックと係合する。バネを形成する金属要素は、回転防止プレートに結合され、部品を一緒に保持し、アセンブリを維持する役割を果たす。
【０００６】
ラビリンス接合部は、ステータフィンの他端で、ロータとステータ要素との間のシーリングをさらに提供する。したがって、特に、径方向ブレードがその上で機械加工される段間リング（ｉｎｔｅｒｓｔａｇｅ  ｒｉｎｇ）として記載されるリングは、２つのディスク間に搭載され、それらにボルト締めされる。これらの段間リングは、ディストリビュータの内部プラットフォームにろう付けされる、アブレイダブル材料のプレートと係合する。段間リングは、ディスクの外周リムに、内部供給源とソケットに収納されるブレードの根元部との間の空気を冷却する、特にダブテール型の誘導チャネルを形成する。
【０００７】
このタービンモジュールの実装は、この構造体に含まれる部品数のために複雑である。
【０００８】
したがって、結果的に組み立てやすい構造体のモジュールを作製することが望ましい。
【０００９】
また、部品数を低減することにより、搭載の簡易化と部品管理の簡素化を可能とするモジュールを作製することが望ましい。
【００１０】
また、大幅な開発を行わないために、上述した既存の構成によるタービンモジュールに対する構造上の修正を最小限に低減することが望ましい。
【特許文献１】米国特許第５８９９６６０号明細書
【特許文献２】米国特許第４２４８５６９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、出願人は、以前の構成の実施に対して構造を簡易化したタービンモジュール、特に低圧タービンモジュールの作製を目的とした。
【００１２】
本発明者らは、例えば、構造を簡易化したタービンモジュールの作製を可能とするケーシングに関する、米国特許第５８９９６６０号に精通している。ディストリビュータは、タービンロータのシーリングリングとともに単一の部品を形成する。様々な段の部品は、共にケーシングを形成するように互いにボルト締めされる。しかしながら、そのような解決方法は、以前の構成の構造に対する大幅な修正を含む。
【００１３】
また、本発明者らは、シーリングリングが、ディストリビュータと共に単一部品を形成し、タービンのシーリングリングとロータブレードの先端との間の遊びを制御することができるステータの実装に関する、米国特許第４２４８５６９号にも精通している。示された解決方法は、複数段を有するタービンモジュールに容易に適用可能であるとは思われない。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によると、ケーシング内側に少なくとも環状ディストリビュータとタービンロータとを含む、ガスタービンエンジン用のタービンモジュールであって、環状ディストリビュータが、リングセクタの形態の様々な要素を含み、第１の部分が、プラットフォームを形成し、かつタービン軸に向かって径方向に配置される固定ブレードを支持し、第２の部分が、タービンロータブレードの先端と共にシーリング手段を形成するタービンモジュールで、以前の解決方法の欠点なしに、求めた目的を達成することができる。このモジュールは、前記リングセクタの形態の要素が、取り付け手段によりケーシングの内側に固定されることを特徴とする。
【００１５】
本発明の解決方法により、エンジン内のモジュールの環境を大幅に修正する必要なく、タービン段の実装が、簡単かつ効率的に実行される。
【００１６】
別の特徴によると、前記取り付け手段は、軸方向フックを含み、この軸方向フックは、ケーシングまたは前記要素に取り付けられ、かつ前記要素またはケーシングにそれぞれに取り付けられる一対の軸方向フックと係合する。好ましくは、取り付け手段は、ケーシングに取り付けられ、かつリングセクタの形態の前記要素に取り付けられる一対の軸方向フックと係合する、軸方向フックで構成される。
【００１７】
本発明のモジュールは、単一のタービン段に限定されず、少なくとも２個の段、好ましくは、ディストリビュータにより分割される３個から６個の連続するタービンロータ段から成る。
【００１８】
別の特徴によると、モジュールは、リングセクタの形態の前記要素の上流側部に取り付け手段を含む。
【００１９】
有利には、ケーシングの軸方向フックを含む取り付け手段は、上流側に配置されるロータのシーリングリングセクタの下流側端が間で保持されるように、リングセクタの形態の前記要素に取り付けられる一対の軸方向フックに係合する。
【００２０】
別の特に有利な特徴によると、前記タービンロータの少なくとも２つが、モノブロックアセンブリを形成する。
【００２１】
別の特徴によると、アブレイダブル（ａｂｒａｄａｂｌｅ）材料のプレートは、要素の前記第２の部分に取り付けられる。
【００２２】
本発明の１つの非限定的実施方法を、添付図面を参照しつつ以下説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
ガスタービンエンジンの軸に沿って断面で示される本発明のモジュールは、図２に示されない燃焼室の下流側に配置される。モジュールは、ディストリビュータ１０５を介してエンジンガス流を受け入れる。モジュールは、タービンロータ段間に配置される様々なディストリビュータ段が内部に搭載される、全体的にテーパ状のケーシング１２０を含む。上述の以前の構成の装置と同様、ここではモジュールは、４つのディストリビュータリング１１１Ａから１１１Ｄが間に配置される、５つのタービン段１０９Ａから１０９Ｅを含む。
【００２４】
ディストリビュータリング１１１Ａは、全体的に環状で、セクタに再分割される。セクタは、１個から数十個、おそらくは５個または６個の固定ブレードを含む。一例として、８つのセクタがディストリビュータリングを形成することができる。ディストリビュータ１１１Ａの各セクタの場合、エンジン軸に沿って配置される内部プラットフォーム１１２Ａと反対の外部プラットフォーム１１３Ａとの間に、ガス流を通って径方向に配置される、１つまたは複数の翼１１１Ａ１を識別することができる（より詳細には図３も参照）。
【００２５】
本発明によると、外部プラットフォーム１１３Ａは、互いに軸方向に配置される２つの部分で、リングセクタの形態の要素１１４Ａの部分を形成する。前記プラットフォームは、第１の部分１１３Ａであり、下流側タービン段のブレードの先端と共に装着されるタービンシーリングセクタは、第２の部分１１３’Ａである。有利には、内部プラットフォーム１１２Ａ、要素１１４Ａ、および翼は、全て単一の鋳造部から形成される。
【００２６】
第２の部分１１３’Ａは、対応する可動段のブレードの先端で作製されるワイパに対向するアブレイダブル材料１１５Ａを含む。
【００２７】
上流側では、外部プラットフォーム１１３Ａは、互いに径方向に間隔を置いた一対の軸方向フック１１３Ａ１と１１３Ａ２を含む。下流側では、外部プラットフォームは、径方向支持面１１３Ａ３をさらに有する。下流側では、第２の部分１１３’Ａは、径方向支持面１１３’Ａ４と、軸方向エンドストップを形成する径方向ラグ１１３’Ａ５とを含む。また、下流側ディストリビュータ１１３Ｂの２つのセクタ間に装着され、回転防止ロック装置を形成する軸方向に向けられたフィンガ１１３’Ａ６も、識別することができる。
【００２８】
内側表面に、ケーシング１２０は、エンジンの軸に沿って分散されるフックを含み、そのフックによりステータは固定される。
【００２９】
図では、外側径方向支持面と内側径方向支持面を含む軸方向フック１２１Ａを見ることができる。２つの連続するフック１２１Ａと１２１Ｂとの間の間隔は、フック１１３Ａ１と所与の要素１１４の径方向支持面１１３’Ａ４との間の間隔に相当する。ラグ１１３’Ａ５は、ケーシングのフック１２１Ｂに軸方向に支承される。
【００３０】
一対のステータフック１１３Ａ１と１１３Ａ２は、ケーシングフック１２１Ａと、ディストリビュータリング１１１Ａのすぐ上流側に配置されるシーリングセクタ１０５’の下流側端とを保持する。ステータ１１３Ｂに関しては、一対のフックが、対応する第２のフック１２１Ｂ、リングセクタ１１３’Ａの下流側端、およびアブレイダブル材料のプレート１１５Ａから構成されるアセンブリを保持する。
【００３１】
さらに、ケーシングは、２つの連続するフック１２１Ａと１２１Ｂとの間の径方向支持面１２２を形成するエンドストップも含む。これらエンドストップは、支持面１１３Ａ３に径方向の支持を提供する。
【００３２】
段１０９Ｂ１のブレード１０９Ｂ１は、アブレイダブル材料１１５Ａにおいてプレートと共に装着されるワイパまたは径方向ブレードを装備される、爪１０９Ｂ２により終端される。したがって、それらのブレードは、タービンロータの２つの側面間でのガス漏れに対して、ラビリンスガスケットを形成する。
【００３３】
ここで、回転アセンブリ１０９は、ブレードが搭載される５つのディスク１０９Ｂ３から１０９Ｅ３から構成される。各ブレードは、例えばディスクのリムで機械加工されたダブテール輪郭を有する、相補形状の軸方向ソケットに挿入されるバルブ状の根元部を含む。可動ブレードとそのディスクのアセンブリは、専門家にとっては良く知られており、本発明の一部を構成しない。
【００３４】
本発明の別の特徴によると、２つのディスクは、共に単一ブロック１０９’を形成する。これらがモノブロックであるということは、ボルトなどの機械的手段により一緒に保持されるのではなく、通常は取外し不能であることを意味する。２つのディスク１０９Ｂ３と１０９Ｃ３は、フェルール１０９ＢＣによりともに結合される。このフェルールは、ディストリビュータリング１１１Ｂに向かって面する表面で機械加工することにより形成される、エンジンの軸に交差する２つの円周ワイパ１０９ＢＣ１を有する。ディスク１０９Ｂ３は、側方フェルール１０９ＢＡに装着される。側方フェルールは、径方向フランジ１０９ＢＡ１を含み、径方向フランジ１０９ＢＡ１によって、ロータが隣接ディスク１０９Ａ３にボルト締めされる。別のボルトＢもさらに示される。ボルトの通路の穴は、リムに近接するディスク面に穿孔される。ディスク１０９Ｃ３は、径方向フランジ１０９ＣＤ１を有するフェルール１０９ＣＤをさらに含み、径方向フランジ１０９ＣＤ１により、ディスク１０９Ｄ３にボルト締めされる。ディスク１０９Ｅ３は、径方向フランジを有するフェルール１０９ＥＤを含み、径方向フランジにより、ディスク１０９Ｄ３にボルト締めされる。コーン１０９Ｄ４は、ベアリング（図示せず）に回転アセンブリを装着させるためディスク１０９Ｄ３に取り付けられる。
【００３５】
段１０９Ｂ、１０９Ｃ、および１０９Ｄのブレードの根元部を冷却するため、空気は、段間リング１３１および１３２により循環させられる。
【００３６】
リング１３１は、フェルール１０９ＢＡの直径よりもわずかに大きい直径を有するテーパ部１３１Ａを有し、フェルールとの空気通路を形成する。リングは、それぞれ両側に、根元部のソケットのレベルでディスク１０９Ａ３と１０９Ｂ８を押圧する、テーパウェブ１３１Ｂおよび１３１Ｃを有する。したがって、リングは、空気を根元部のソケットに誘導する手段と、それらソケット中に配置されるブレードの根元部の軸方向エンドストップの両方を形成する。空気は、径方向フランジ１０９ＢＡ１とディスク１０９Ａ３との間に生成される通路を通じて、ロータの内部から入る。空気は、２つのフェルール１０９ＢＡとフェルール１３１Ａとの間を循環し、その後、ソケットの基部と２つのディスク１０９Ａ３と１０９Ｂ３のブレードの根元部との間の通路を介して取り出され、ガスチャネルに供給される。
【００３７】
同様にフェルール１３２は、２つのウェブ１３２Ｂと１３２Ｃで縁取られる中央テーパ部１３２Ａを含む。冷却空気は、ブラケット１０９ＣＤ１とディスク１０９Ｄ３との間に生成される通路を通じて入り、フェルール１３２Ａとフェルール１０９ＣＤとの間を循環し、そこからソケットの基部とディスク１０９Ｃ３および１０９Ｄ３のブレードの根元部との間の通路、次にガスチャネルを通過するように誘導される。
【００３８】
モジュールの様々な構成要素の実装は、以下のように実行される。
【００３９】
ケーシングは、リング１０５’とともにエンジンの所定位置に既に配置されていることがある。
【００４０】
次に、以下の順序で部品が組み立てられる。
【００４１】
ブレードが既にディスク１０９Ａ３に搭載された完成ロータ１０９Ａが、適切なツールにより位置決めされ固定される。
【００４２】
ディストリビュータリング１１１Ａが、ケーシングのリング１０５’および第１のフック１２１Ａによって形成されるアセンブリの下流側部で、フック１１３Ａ１および１１３Ａ２を滑動させることにより、セクタ毎に搭載される。面１１３Ａ３は、第１のエンドストップ１２２に支承され、面１１３’Ａ４は、第２のフック１２１Ｂの内側径方向面に支承される。フィンガ１１３’Ａ５が、第２のフック１２１Ｂの内側径方向面に突き合わされる。
【００４３】
段間リング１３１が、ロータ１０９Ａに接触するまで、リング１１１Ａ内で滑動させられることにより、ソケット内でブレードの根元部を軸方向にロックする。ブレードの根元部に固定されかつリムに支承されるフックは、ある方向の全ての軸方向運動に対して移動しないことを提供する。リングは、反対方向の軸方向のロックを提供する。
【００４４】
段１０９Ｂのブレードのみを有するモノブロック本体１０９’が、ディスク１０９Ａ３上に直接位置決めされボルト締めされる。段１０９Ｂのブレードが、段間リング１３１のウェブ１３１Ｃに支承されることを見ることができる。ブレードの根元部のフックは、ディスクのリムに支承される上流側に配置されるため、ブレードの根元部は、全ての軸方向移動に対しロックされる。
【００４５】
ディストリビュータリング１１１Ｂが、セクタ毎に位置決めされる。各セクタの根元部は、まず２つのディスク１０９Ｂとディスク１０９Ｃとの間に導入され、次に、後者は、ケーシングの第２のフック１２１Ｂ上でラッチされるまで回転させられて、アブレイダブル材料と共にリング１１３’Ａの下流側端をしっかりとつかむ。それは、先行するディストリビュータと同じようにケーシングに位置決めされる。径方向の下流側のフィンガは、第３のフック１２１Ｃに対する軸方向ストップエンドとしての役割を果たす。
【００４６】
段１０９Ｃのブレードが、ディスク１０９Ｃ３でハウジング内に導入される。軸方向ストップ要素を形成するフックは、ディスク１０９Ｃ３の下流側に配置されて、上流側方向の全ての軸方向運動を妨げる。
【００４７】
ディストリビュータ１１１Ｃが、先行するディストリビュータと同様にケーシング内で特定の位置を取るように搭載される。
【００４８】
段間リング１３２が、ディストリビュータ１１１Ｃにより形成される中央通路に滑り込まされる。このリングは、ディスク１０９Ｃ３に支承され、ブレードをロックする。
【００４９】
完成ロータ１０９Ｄが、モノブロック１０９’のブラケット１０９ＣＤ１にボルト締めされる。
【００５０】
ディストリビュータ１１１Ｄが組み立てられる。
【００５１】
完成ロータ１０９Ｅが、ディスク１０９Ｄ３にボルト締めされる。
【００５２】
上記のアセンブリ工程の説明は、特に、操作すべき部品の数が多いため、より多くの作業を必要とする以前の構成のモジュール構造に対する、本発明のモジュール構造の利点を実証するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】既存の構成によるガスタービンエンジン用タービンモジュールを示す図である。
【図２】本発明によるモジュールを示す図である。
【図３】図２のモジュールのステータの拡大部分を示す図である。
【図４】図２のモジュールのロータの拡大部分を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０５  ディストリビュータ
１０９Ａ、１０９Ｂ、１０９Ｃ、１０９Ｄ、１０９Ｅ  タービン段
１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ、１１１Ｄ  ディストリビュータリング
１１２Ａ  内部プラットフォーム
１１３Ａ  外部プラットフォーム
１１３Ａ１、１１３Ａ２  軸方向フック
１１５Ａ  アブレイダブル材料
１２０  ケーシング
１２１Ａ  軸方向フック
１２１Ｂ  フック
１３１、１３２  段間リング
１３１Ａ  テーパ部
１３１Ｂ、１３１Ｃ  テーパウェブ
１３２  フェルール
１３２Ａ  中央テーパ部
１３２Ｂ、１３２Ｃ  ウェブ
【図１】
2006090322.tif 000003
【図２】
2006090322.tif 000004
【図３】
2006090322.tif 000005
【図４】
2006090322.tif 000006
【外国語明細書】
2006090322.tif 000007
2006090322.tif 000008
2006090322.tif 000009
2006090322.tif 000010
2006090322.tif 000011
2006090322.tif 000012
2006090322.tif 000013
2006090322.tif 000014
2006090322.tif 000015
2006090322.tif 000016
2006090322.tif 000017
2006090322.tif 000018
2006090322.tif 000019
2006090322.tif 000020
2006090322.tif 000021
2006090322.tif 000022