(57)【要約】【課題】ジェットエンジンの重量を増加させることなく、ブレード外側エアシール２３を固定して、冷却空気の漏出をシールする。【解決手段】タービンロータ段の外側シールアッセンブリ１０を取付位置に固定し、その外側周辺部の冷却空気の漏出をシールするように、アッセンブリ１０はケーシング１１の溝部１７に固定される。複数の弓状エレメントは、アッセンブリ１０の半径方向に延びるアーム２７とケーシング内側面１８との間の接合面に設けられる。各弓状エレメントは、半径方向に延びるパネル３３と、溝部１７内に配置される複数の前方に延びるフック３４と、アーム２７後面に係合する前方に延びるフランジ３６と、を備える。アッセンブリ１０が作動中に後方に押し動かされると、弓状エレメントは円周方向の溝部１７の支点を中心に回転し、パネル３３の半径方向外側縁部４１が内側面１８に押しつけられてシール関係が促進される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンケーシングにタービンロータ段の外側シールアッセンブリを固定する装置であって、
前記外側シールアッセンブリに設けられ、後面および複数の軸方向前方に延びるハンガーエレメントを有する複数の半径方向外側に延びるアームと、
前記ケーシングの内側に形成され、半径方向内側に延びるレッグ部と、軸方向後方に延びるレッグ部と、を有し、この軸方向後方に延びるレッグ部の半径方向外側の面が前記ケーシングの内側と共に前記ハンガーエレメントを受ける円周方向の溝部を形成する取付フランジと、
前記円周方向の溝に受容されるように適応された複数の軸方向前方に延びるフックと、前記外側シールアッセンブリの前記アーム後面に係合する少なくとも１つの軸方向前方に延びるフランジと、を備えた半径方向に延びるパネルからなるアングル型断面形状を有する複数の弓状エレメントと、
前記外側シールアッセンブリおよびアングル型形状のフランジを前記溝内の取付位置にロックするロック機構と、
を備える外側シールアッセンブリ固定装置。
【請求項２】
前記外側シールアッセンブリのアームの後面が、前記軸方向前方に延びるフランジを受ける少なくとも１つのスロットを備えることを特徴とする請求項１に記載の外側シールアッセンブリ固定装置。
【請求項３】
前記弓状エレメントが、前記ロック手段と係合する軸方向後方に延びるフランジをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の外側シールアッセンブリ固定装置。
【請求項４】
前記弓状エレメントが、シール状態で前記ケーシングの内側面と係合する半径方向外側縁部を備えることを特徴とする請求項１に記載の外側シールアッセンブリ固定装置。
【請求項５】
前記外側シールアッセンブリのアーム後面が、前記弓状エレメントの前記前方に延びるフランジに向かって後方に押し動かされたときに、前記後方に延びるレッグ部の前記半径方向外側面が支点として機能して、前記弓状エレメントが反時計回りに回転し、それにより、前記弓状エレメントの前記半径方向外側縁部が、前記ケーシング内側面に押し付けられることを特徴とする請求項４に記載の外側シールアッセンブリ固定装置。
【請求項６】
前記弓状エレメントの前記軸方向前方に延びるフックが、前記回転運動を促進させるように、前記軸方向後方に延びるレッグ部と係合するパッドを備えることを特徴とする請求項５に記載の外側シールアッセンブリ固定装置。
【請求項７】
ジェットエンジンのタービンロータ段周囲の場所にブレード外側エアシールをロックする装置であって、
前記ロータ段を囲むエンジンケーシングと、
前記ブレード外側エアシールを支持する環状ハンガーと、
環状セグメントアッセンブリと、
前記セグメントアッセンブリの軸方向の動きを防ぐ手段と、
を備え、
前記エンジンケーシングが、環状の半径方向に配置された壁部および前記壁部に隣接する軸方向に配置された溝部を有し、前記溝部が、内側壁部および外側壁部を備え、前記外側壁部が、前記溝部に対する入口を超えて外側に延び、
前記環状ハンガーが、前記溝部内で延びる複数の円周方向に間隔を有するハンガーエレメントと、前記ケーシングの前記半径方向の壁部に隣接する前面と、対向する後面と、を備え、
環状セグメントアッセンブリの各セグメントが、弓状の半径方向に配置されたパネルと、前記パネルに取り付けられるとともに前記ハンガーエレメント間で前記溝部内を通る複数のフックと、を備え、各パネルが、前記溝部の前記外側壁部にシール接触するとともに半径方向外側リムに沿って延びる第１のシーリングパッドと、前記環状ハンガーの前記後面にシール接触するとともに前記パネルの前記前面に沿って延びる第２のシーリングパッドと、を備え、
各フックが、前記溝部の内側壁部と係合する接触部を有し、該接触部が前記レバーアームを通して対応するパネルにトルクを与えるように支点として機能することを特徴とするブレード外側エアシールロック装置。
【請求項８】
前記ハンガーの後面が、前記第２のシーリングパッドを受ける少なくとも１つのスロットを備えることを特徴とする請求項７に記載のブレード外側エアシールロック装置。
【請求項９】
前記弓状の半径方向に配置されたパネルが、軸方向の動きを防ぐ前記手段と係合する後方に延びるフランジをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のブレード外側エアシールロック装置。
【請求項１０】
タービンケーシングにタービンロータ段の外側シールアッセンブリを固定する方法であって、
後面と、複数の半径方向前方に延びるハンガーエレメントと、を有する複数の半径方向外側に延びるアームを前記外側シールアッセンブリに設けるステップと、
半径方向内側に延びるレッグ部と、半径方向外側の面が前記ケーシングの内側と共に前記ハンガーエレメントを受ける円周方向の溝部を形成する軸方向後方に延びるレッグ部と、を有する取付フランジを前記ケーシングの内側に設けるステップと、
前記円周方向の溝に受容されるように適応された複数の軸方向前方に延びるフックと、前記外側シールアッセンブリの前記アーム後面に係合する少なくとも１つの軸方向前方に延びるフランジと、を備えた半径方向に延びるパネルからなるアングル型断面形状を有する複数の弓状エレメントを設けるステップと、
前記外側シールアッセンブリおよび前記アングル型フランジを前記溝部内における取付位置にロックするステップと、
を備える外側シールアッセンブリ固定方法。
【請求項１１】
シール状態で前記ケーシングの内側面と係合する前記半径方向外側の縁部を前記弓状エレメントに設けるステップを含むことを特徴とする請求項１０に記載の外側シールアッセンブリ固定方法。
【請求項１２】
前記アームの後面が、前記弓状エレメントの前記軸方向前方に延びるフランジに向かって押し動かされたときに、前記弓状エレメントが回転して前記ケーシングの内側面に前記半径方向外側縁部が押し付けられるように、前記ロックするステップが、前記弓状エレメントの半径方向外側部分付近に配置されたロック機構によって実現されることを特徴とする請求項１０に記載の外側シールアッセンブリ固定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジェットエンジンに関し、特に、ジェットエンジンのタービン部に用いられるブレード外側エアシールアッセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
ジェットエンジンにおいて、タービンロータは、エンジンケース内で回転するように取付けられており、ケーシングとタービンロータとの間における漏出を防止もしくは減少させるブレード外側エアシール（ＢＯＡＳ）をケーシングとタービンロータとの間に設けることが一般的である。通常、ブレード外側エアシール（ＢＯＡＳ）は、ケーシングの内側周辺部においてボルト継手によりケーシングに取付けられる。ボルト継手の目的は、正確かつ確実にＢＯＡＳを位置決めすること、ならびにＢＯＡＳを冷却およびパージするようにＢＯＡＳの半径方向外側で循環するＢＯＡＳの冷却空気の漏出を効果的にシールすることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そのようなボルト継手アッセンブリは比較的重く、そのため、ジェットエンジンの重量を減少させる継続的な取組みにおいては、そのようなボルト継手を排除するほうが重要となる。しかし、ボルト継手が排除された場合には、ＢＯＡＳを所定の場所に固定し、かつ冷却空気の漏出をシールする別の手段を設けなければならない。
【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、ボルト継手を用いることなく、エンジンケーシングにジェットエンジンタービンロータのＢＯＡＳを位置決めし、固定する手段が提供される。
【０００５】
本発明の別の態様によると、エンジンケーシングの内側周辺部は、特別に設計されたロッキングおよび保持アッセンブリを嵌合的に受ける半径方向および軸方向に延びるフランジを備え、それにより、ＢＯＡＳを取付け位置に固定して、その後方周辺部をシールする。
【０００６】
本発明のさらに別の態様によると、シールおよび保持アッセンブリは、アングル型断面形状を有する複数の環状セグメントを備える。アングル型形状のセグメントの一方のアームは、ＢＯＡＳの一部と軸方向に係合し、他方のアームは、アングル型形状のセグメントが支点を中心に回転できるようにケーシングのフランジと係合するように配置され、そのような動きにより、ＢＯＡＳを位置決めする一方、シール機能をもたらすように、アングル型形状のセグメントの表面がケーシングの合わせ面に適合するように係合する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１を参照すると、タービンケーシング１１の内側面に設けられた環状の外側エアシールアッセンブリ１０が図示されている。内側面１２の一体的な部分として、半径方向内側に延びるレッグ部１４および軸方向に延びるレッグ部１６を備えるとともに円周方向に配置された取付フランジ１３が設けられている。取付フランジ１３により、タービンケーシング１１の内側面１８と軸方向に延びるレッグ部１６の外側面１９との間に、円周方向の溝部１７が形成される。さらに、円周方向のスロット２１，２２がタービンケーシング１１の内側に形成される。
【０００８】
前述のタービンケーシング内の構造は、図１において符号２３で示されたブレード外側エアシール（ＢＯＡＳ）を支持するように適合している。図１〜図３に図示されるように、ブレード外側エアシール（ＢＯＡＳ）は、概ね軸方向に延びるシール部２６と、複数の半径方向に設けられたアーム２７（図１参照）と、複数のハンガーエレメント２８と、を有する複数の円周方向に間隔を隔てた相互連結セグメント２４からなる。アーム２７は、図３では隠れているが、図１に示されている。一方、ハンガーエレメント２８は、図１では隠れているが、図３に示されている。ハンガーエレメント２８は、円周方向の溝部１７内に嵌合するとともに、軸方向に延びるレッグ部１６により支持される。
【０００９】
図３で図示しているように（図１には図示せず）、アーム２７およびハンガーエレメント２８に加えて、ＢＯＡＳセグメント２４は、セグメント２４の上流側端部に向かって配置されるとともに適切な構造でタービンケーシング１１の内側に取付けられた他の支持エレメント２９を有する。
【００１０】
軸方向に延びるレッグ部１６は、ハンガーエレメント２８と協働して、ＢＯＡＳセグメント２４を半径方向に位置決めし、支持するように機能するが、これらのシールエレメントを軸方向に位置決めし、固定することも必要となる。軸方向の位置決めおよび固定は、アングル型形状のシール３１および分割保持リング３２を用いることにより実現される。アングル型形状のシール３１は、分割保持リング３２と一緒に、ＢＯＡＳの物理的な位置決め機構をなすとともに、ＢＯＡＳを冷却かつパージするのに用いられるＢＯＡＳの外側のより高い圧力の空気をシールする二つの目的を有する。
【００１１】
図１および図３を再び参照すると、アングル型形状のシール３１は、複数の軸方向に延びるフック３４を有する半径方向に配置された弓状パネル３３を備える。フック３４およびハンガーエレメント２８が溝部１７内に配置された状態（図１参照）で、図３に示されているように、フック３４は、ＢＯＡＳのハンガーエレメント２８の間に円周方向に嵌合する。組立ての際には、最初に、ハンガーエレメント２８を円周方向の溝部１７に滑動させてＢＯＡＳセグメント２４をエンジンの後方から組立て、次いで、複数の弓状かつアングル型形状のシールセグメント３１を背後に滑動させて、ＢＯＡＳハンガーエレメント２８の両側で同じ溝部１７内に引っかける。
半径方向に配置された弓状パネル３３から、前方に延びるフランジ３６および後方に延びるフランジ３７が突き出ている。前方に延びるフランジ３６の端部は、図１に示すように、アームエレメント２７後部のスロット３８に嵌合している。これらの前方に延びるフランジ３６がスロット３８に嵌合して、ＢＯＡＳを軸方向の位置に保持する。次いで、保持リング３２が、後方に延びるフランジ３７および円周方向のスロット３２と相互に作用して、アッセンブリをその位置に固定する。このような固定方法の詳細は、本発明と同時に出願され、参照により本発明に組み込まれる米国特許出願番号第１１／０９１，２０４号明細書に詳説されている。
ブレード外側エアシール（ＢＯＡＳ）を前方に付勢するように作用する前方に延びるフランジ３６の機能に加えて、ＢＯＡＳに亘る圧力差のためＢＯＡＳが後方に付勢されると、シール機能を補助するようにＢＯＡＳアームエレメント２７が回転する傾向によって利点がもたらされる。すなわち、ＢＯＡＳが前方に延びるフランジ３６に対して後方に移動すると、アングル型形状のシール３１は、レッグ部の外側面１９と軸方向に延びるフック３４のパッド３９との間に生じる支点を中心に回転する。アングル型形状のシールが回転すると、弓状パネル３３の半径方向外側面４１は、冷却空気の後方への漏出を防ぐシール関係をもたらすように、ケーシング１１の内側面１８に対して付勢される。したがって、これらの２つの面１８，４１の係合、およびスロット３８内の前方に延びるフランジ３６の係合により、冷却空気の後方への流れを防ぐようにシールが形成される。
【００１２】
前述の設計の特筆すべき概念の１つとして、相対的に長い軸方向に延びるフック３４がある。公差の積み上げ（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ  ｓｔａｃｋ  ｕｐ）により、検討された他の保持方法では、ＢＯＡＳの均一な軸方向の停止位置がもたらされない。例えば、ケースに嵌合していて、シールをもたらすのに十分に内側に延びている半径方向のセグメントの場合は、ケーススロットと０．００２インチの軸方向位置の公差を有する。長いアームの場合は、この距離が、部品における公差として実質的に拡大され、ＢＯＡＳがより大きく後方に滑動する。しかし、本設計では、ＢＯＡＳの後方へのあらゆる動きにより、アングル型シールに傾斜が生じる。軸方向に延びるフック３４の軸方向の位置における同様の０．００２インチの公差では、ＢＯＡＳは、０．００２インチ以下で後方に滑動する。したがって、ケーシング内側面１８と軸方向に延びるレッグ部の外側面１９との間の半径方向の距離における公差の厳密な制御は、Ｌ字型シールの均一な予圧を確実にするため重要である。さらに、部品の長さにおけるセグメントの変動に対するセグメントの作用は、本設計により最小限になる。
【００１３】
軸方向に延びるフック３４の長さに加えて、パネル３３の半径方向の高さは重要である。この半径方向の高さは、ＢＯＡＳの内側部分に対するシール面をもたらすとともに、組立を容易にするように設定されることが望ましい。
【００１４】
次に図４を参照すると、一対の隣接するアングル型形状のパネル３３が図示されており、隣接する軸方向に延びるフック３４の間および隣接する弓状パネル３３の間には、ギャップ４２が存在する。隣接する弓状パネル３３の間のギャップに関しては、その間を冷却空気が漏出するため、このギャップをシールすることが必要となる。このシールは、ギャップ４２を覆うとともに、隣接する弓状パネル３３に亘ってオーバラップした状態で延びる小プレート４３を取付けることによって形成される合いじゃくり機構により実現される。プレート４３は、溶接などにより取り付けられることが望ましい。別の実施例として、パネル４３を中実状のセグメントから機械加工して形成してもよい。
【００１５】
図に示された好ましい実施態様を参照して本発明を具体的に図示、説明してきたが、当業者であれば、特許請求の範囲によって定義される本発明の精神および範囲を逸脱することなく細部において種々の変更がなされることを理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明によるブレード外側エアシールアッセンブリを示す側方部分断面図。
【図２】ブレード外側エアシールアッセンブリの半径方向のセグメントを内側から示した斜視図。
【図３】ブレード外側エアシールアッセンブリの半径方向のセグメントを外側から示した斜視図。
【図４】アングル型形状のパネルのフック間およびパネル間のギャップを示す斜視図。
【符号の説明】
【００１７】
１０…外側エアシールアッセンブリ
１１…タービンケーシング
１２…内側面
１３…取付フランジ
１４…半径方向内側に延びるレッグ部
１６…軸方向に延びるレッグ部
１７…溝部
１８…タービンケーシングの内側面
１９…軸方向に延びるレッグ部の外側面
２１，２２…スロット
２３…ブレード外側エアシール（ＢＯＡＳ）
２４…相互接続セグメント
２６…シール部
２７…アーム
２８…ハンガーエレメント
２９…支持エレメント
３１…アングル型形状のシール
３２…分割保持リング
３３…弓状パネル
３４…フック
３６…前方に延びるフランジ
３７…後方に延びるフランジ
３８…アームのスロット
４１…弓状パネルの半径方向外側面
４２…ギャップ
４３…プレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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