(57)【要約】【課題】高圧タービンノズルに関する従来の問題の解決策を提供する。【解決手段】高圧タービンノズル２０が、燃焼室１０の下流側端部に機械的に接続され、内側および外側接続フェルール５０、６０が、シュラウド間でアセンブリを保持するために、燃焼室とタービンノズルのアセンブリを、内側および外側金属シュラウド３０、４０と接続する。ブロッキング手段３５は、燃焼室１０からのガス流によりタービンノズルベーンに及ぼされる力が、燃焼室およびタービンノズルアセンブリと金属シュラウドとの間に延在する接続フェルール５０、６０の一部により吸収されるのを防ぐように、タービンノズル２０が、金属シュラウド３０、４０の少なくとも１つに対して自軸の周りを回転しないようにするため設けられる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックマトリックス複合材から成る壁を有する環状の燃焼室（１０）と、
燃焼室の軸と一致する軸の周りに配分される複数の固定ベーンを有し、かつともにアセンブリを形成するように燃焼室の下流側端部に機械的に接続される高圧タービンノズル（２０）と、
燃焼室とタービンノズルにより構成されるアセンブリを間に収容する、内側および外側金属シュラウド（３０、４０）と、
内側および外側金属シュラウド間のアセンブリを支持するように、燃焼室およびタービンノズルのアセンブリと、内側および外側金属シュラウドとをそれぞれ接続する可撓性の内側および外側接続フェルール（５０、６０）とを備えるガスタービンであって、
燃焼室（１０）からのガス流によりタービンノズルベーンに及ぼされる力が、燃焼室およびタービンノズルのアセンブリと金属シュラウドとの間に延在する内側および外側接続フェルール（５０、６０）の一部により吸収されるのを防ぐように、タービンノズル（２０）が、内側および外側金属シュラウド（３０、４０）の少なくとも１つに対して自軸の周りを回転しないようにするためブロッキング手段（３５、２５’；２７）が設けられることを特徴とする、ガスタービン。
【請求項２】
ブロッキング手段が、金属シュラウド（３０、４０）に固定される壁部（３６、４６）およびタービンノズルに固定されるフランジ（５５、２６；２４）と協働する固定部材を備えることを特徴とする、請求項１に記載のガスタービン。
【請求項３】
金属シュラウドに固定される壁部が、径方向フランジ（３６、４６）の形状であることを特徴とする、請求項２に記載のガスタービン。
【請求項４】
固定部材が、金属シュラウド（３０、４０）に固定される径方向フランジ（３６、４６）、およびタービンノズル（２０）に固定される径方向フランジに作用し、金属シュラウドに固定される径方向フランジとタービンノズルに固定される径方向フランジとの間に、環状のシーリングガスケット（３７、３８）が収納されることを特徴とする、請求項２または３に記載のガスタービン。
【請求項５】
固定部材が、シーリングガスケット（３８）を保持する軸方向ロッド（２５’）を備えることを特徴とする、請求項４に記載のガスタービン。
【請求項６】
タービンノズルに固定されるフランジ（５５）が、接続フェルール（５０）によりタービンノズル（２０）に固定される端部（５２）で担持されることを特徴とする、請求項２から５のいずれか一項に記載のガスタービン。
【請求項７】
内側金属シュラウドに固定される径方向フランジとタービンノズルに固定される内側径方向フランジとの間で作動する第１の固定部材（３５）が設けられ、外側金属シュラウドに固定される径方向フランジとタービンノズルに固定される外側径方向フランジとの間で作動する第２の固定部材（２５’）が設けられることを特徴とする、請求項２から５のいずれか一項に記載のガスタービン。
【請求項８】
燃焼室（１０）の下流側端部（１２ａ、１３ａ）が、接続フェルール、燃焼室、およびタービンノズルを一緒に接続する留め具部材（２２ａ−２２ｂ、２３ａ−２３ｂ）により、タービンノズルベーンのプラットフォーム（２２、２３）と接続フェルールの端部（５２ａ、６２ａ）との間で締め付けられることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のガスタービン。
【請求項９】
接続フェルールは、少なくとも一部がセラミックマトリックス複合材でできていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンに関し、特に航空エンジンまたは工業タービン用のガスタービンに関する。特に、本発明は、高圧タービンノズルと一体化された燃焼室を備えるアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
環状の燃焼室を備えるガスタービンでは、燃焼室の下流側端部に機械的に接続することにより、タービンの吸気段を構成する高圧（ＨＰ）タービンノズルを搭載することが既に提案されている（本願では、「上流側」と「下流側」という用語は、燃焼室とノズルを通るガスストリームの流れ方向に対して使用される）。燃焼室とＨＰタービンノズルにより構成されるアセンブリは、内側および外側金属シュラウドに接続される接続フェルールにより支持されることができる。
【０００３】
燃焼室とＨＰタービンノズルが、内側および外側金属シュラウドに別々に接続される配置と比べて、このような配置では、燃焼室とタービンノズルとの間の境界面でのガス流ストリームの連続性の向上が確保されることを可能にすることにより、この境界面でより簡単にシーリングが提供されることを可能にする。
【０００４】
下流側端部で一体化されるタービンノズルを備える燃焼室は、仏国特許第２８２５７８７号に開示されている。燃焼室は、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）でできており、燃焼室とセクタに分けられたＨＰタービンノズルとを含むアセンブリは、金属の熱膨張係数とセラミック複合材の熱膨張係数との大きな差による相対変位を吸収できるように、セクタに分けられた可撓性金属の接続フェルールにより、内側金属シュラウドと外側金属シュラウドとの間で保持される。
【特許文献１】仏国特許第２８２５７８７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＨＰタービンノズルと燃焼室の一体化は、上述の利点を呈するが、それにもかかわらず以下の問題も呈する。ＨＰタービンノズルは、ガス流ストリームに配置される複数の固定ベーンを備える。接続フェルールは、全く異なる膨張係数を有する材料でできた部材と相互接続される際に変形する能力を保持するが、ベーンに対してガス流により引き起こされる回転力は、接続フェルールによって吸収され、したがって接続フェルールは、この目的のために寸法決定されなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、その問題の解決策を提供することであり、このため、本発明は、
・  環状の燃焼室と、
・  燃焼室の軸と一致する軸の周りに配分される複数の固定ベーンを有し、かつ燃焼室の下流側端部に機械的に接続される高圧タービンノズルと、
・  燃焼室とタービンノズルにより構成されるアセンブリを間に収納する、内側および外側金属シュラウドと、
・  内側および外側金属シュラウド間のアセンブリを支持するように、燃焼室およびタービンノズルのアセンブリと、内側および外側金属シュラウドとをそれぞれ接続する内側および外側接続フェルールとを備えるガスタービンを提供する。本発明によると、このタービンでは、燃焼室からのガス流によりタービンノズルベーンに及ぼされる力が、燃焼室およびタービンノズルのアセンブリと内側および外側金属シュラウドとの間を延在する接続フェルールの一部により吸収されるのを防ぐように、タービンノズルが、内側および外側金属シュラウドの少なくとも１つに対して自軸の周りを回転しないようにするためのブロッキング手段が設けられる。
【０００７】
したがって、接続フェルールは、周方向の力またはせん断力に耐えるための要件なしに、金属シュラウド間で燃焼室およびＨＰタービンのアセンブリを単に保持するように構成されることができる。
【０００８】
有利なことに、ブロッキング手段は、金属シュラウドに固定される壁部およびタービンノズルの環状フランジと協働する固定手段を備える。金属シュラウドに固定される壁部は、径方向フランジの形状であることができる。特に、固定部材は、金属ケーシングに固定される径方向フランジとタービンノズルに固定される径方向フランジとに作用し、環状のシーリングガスケットが、金属ケーシングに固定される径方向フランジとタービンノズルに固定される径方向フランジとの間に収納され、固定部材は、シーリングガスケットを保持するための軸方向ロッドを含むことができる。
【０００９】
別の特定の実施形態では、タービンノズルに固定される径方向フランジが、タービンノズルに固定される端部で、接続フェルールにより担持される。
【００１０】
有利なことに、よりよく力を分布させるため、内側金属シュラウドに固定される径方向フランジとタービンノズルに固定される内側径方向フランジとの間で作用する第１の固定部材が設けられ、外側金属シュラウドに固定される径方向フランジとタービンノズルに固定される外側径方向フランジとの間で作用する第２の固定部材が設けられる。
【００１１】
さらに有利なことに、燃焼室の下流側端部が、接続フェルール、燃焼室、およびタービンノズルを相互接続する締め具部材により、タービンノズルベーンのプラットフォームと接続フェルールの端部との間で保持される。
【００１２】
本発明は、ＣＭＣまたは耐火金属材料のいずれかでできた燃焼室を有するガスタービンに適用可能である。同様に、接続フェルールは、金属材料または少なくとも一部がＣＭＣでできていてもよい。
【００１３】
本発明は、非限定的表示により提示され、添付の図面を参照してなされる以下の説明を読むとよりよく理解できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、環状の燃焼室１０と、燃焼室１０の下流側端部に機械的に接続される高圧タービンノズル２０と、内側環状金属シュラウド１３および外側環状金属シュラウド１４と、シュラウド３０および４０間で画定される空間内で燃焼室１０とノズル２０により構成されるアセンブリを保持する接続フェルール５０および６０とを備える、ガスタービンの軸方向の半断面図である。
【００１５】
燃焼室１０は、共通軸１１を有する内側環状壁１２および外側環状壁１３により、および環状壁１２および１３に固定される上流側端壁１４により画定される。知られている方法では、端壁１４は、燃料と酸化剤が燃焼室に注入されことを可能にするインジェクタを受け入れるため、軸１１の周りに配分される一連の開口部１４ａを呈する。
【００１６】
タービンの吸気段を構成するＨＰタービンノズル２０は、軸１１の周りに角度を持って配分される複数の固定ベーンを備える。図２および３に示されるように、固定ベーンは、並置されるリングセクタの形態の内側プラットフォーム２２および外側プラットフォーム２３に固定される端部を有するエアフォイル２１を備える。プラットフォーム２２および２３の内面は、ノズルを通るガス流のための通路を画定する。プラットフォーム２２、２３の各対は、１つまたはそれ以上のエアフォイルと結合されることができる。
【００１７】
内側金属シュラウド３０は、それぞれ内側に向けられたフランジ３１ａおよび３２ａをともにボルト締めすることによって結合される、２つの部分３１および３２を備える。同様に、外側金属シュラウド４０は、それぞれ外側に向けられたフランジ４１ａおよび４２ａをともにボルト締めすることによって結合される、２つの部分４１および４２になっている。燃焼室１０の内壁１２と内側シュラウド３０との間の空間３３、および燃焼室１０の外壁１３と外側シュラウド４０との間の空間４３は、どちらも燃焼室１０の周りを流れる冷却空気のそれぞれの二次流れ（矢印ｆ）を運ぶ。
【００１８】
示される例では、内側接続フェルール５０は、フランジ３１ａとフランジ３２ａとの間で締め付けられ、かつそこでともにボルト締めされることにより、内側シュラウド３０に接続されるフランジの形態の第１の端部５１を呈する。他方の端部５２では、フェルール５０は、燃焼室１０の内壁１２の下流側端部１２ａに接続される。空間３３内で延在する部分では、フェルール５０は、特に燃焼室１０がＣＭＣでできているとき、燃焼室１０とシュラウド３０との間の径方向の膨張差を調整するために必要な柔軟性を示すように、ほぼＳ字状部分の曲線形状を有する。
【００１９】
特にＣＭＣ製の室では、フェルール５０は、端部５２から他方の端部５１に向かい特定の距離にわたって延在する複数のタブ５２ａを形成するようにセクタに分けられる。このセクタに分けることは、タブ５２ａを分離しかつ端部５２と孔５４との間に延在するスロット５２ｂにより達成されることができ、孔５４は、フェルール５０を通って形成され、かつ、二次空気が空間３３に流れ込むことを可能にするように、軸１１の周りに角度を持って配分される。スロット５２ｂは、周方向の膨張差を調整するのに役立つ。
【００２０】
示される例では、接続フェルール６０は、外側シュラウド４０の内壁に固定される第１の端壁６１を呈する。このため、フェルール６０の端部６１は、シュラウド４０の内壁に軸１１の周りに角度をもって配分されるねじ棒に係合する孔６１ａを呈し、締付は、ナット６１ｂにより達成される。他方の端部６２では、フェルール６０が、燃焼室１０の外壁１３の下流側端部１３ａに接続される。空間４３内に延在する部分では、フェルールは、特に燃焼室がＣＭＣでできているとき、シュラウド４０と燃焼室１０との間の膨張差を調整するために必要な柔軟性を示すように、ほぼＳ字状の部分を有する曲線状である。特にＣＭＣ製の室では、フェルール６０は、またフェルール５０と同じように複数のタブ６２ａにセクタに分けられる。したがって、スロット６２ｂは、タブ６２ａを分離し、フェルールの端部６２から他方の端部６１に向かい特定の距離にわたって、たとえば、孔６９により二次流れが空間４３を通過できるようになる範囲まで延在する。
【００２１】
燃焼室の壁が耐火金属材料でできているとき、必ずしもフェルール５０と６０をセクタに分ける必要はない。
【００２２】
当然ながら、フェルール６０の端部６１は、フェルール５０の端部５１と同様の方法で、フランジ４１ａとフランジ４２ａとの間の接続を介してシュラウド４０に接続されることができる。同様に、フランジ３１ａと３２ａの場所以外の場所で、フェルール５０の前記端部５１を、内側シュラウド３０に接続することも可能だろう。
【００２３】
内側と外側の両方で、燃焼室１０の下流側端部、接続フェルールのセクタに分けられた端部、およびノズル２０のプラットフォームを、機械的に接続するために同じ締め具手段を使用することが有利である。
【００２４】
示される例では、接続手段は、プラットフォーム２２から内側に径方向に延在し、それに固定されるねじ棒２２ａと、プラットフォーム２３から外側に径方向に延在し、それに固定されるねじ棒２３ａとを備える。
【００２５】
燃焼室１０の内壁１２は、プラットフォーム２２の外面に対し、その下流側端までずっと押圧する下流側端部１２ａを有する。このため、孔１２ｂは、ねじ棒２２ａを通過するために燃焼室の端部を通って形成される。同様に、フェルール５０の端部５２は、燃焼室の端部１２ａの外面を圧接するようになり、孔５２ｃが、ねじ棒２２ａを通過するためにタブ５２ａを通って形成される。締付は、ねじ棒に係合されたナット２２ｂによって達成され、ナット２２ｂは、ボス５２ｄを押圧することにより、プラットフォーム２２、燃焼室の端部１２、およびタブ５２ａをともに締め付けられ、ボス５２ｄは、タブ５２ａ上に形成され、タブ５２ａを貫通する孔５２ｃを有する。
【００２６】
燃焼室１０の外壁１３は、プラットフォーム２３の外面の一部を押圧する下流側端部１３ａを有し、切欠き部１３ｂが、ねじ棒２３ａを通すため端部１３ａに形成される。フェルール６０の端部６２は、燃焼室の外壁１３の端部１３ａの外面を押圧し、切欠き部により、結合される壁をねじ棒を通すためにタブ６２ｂに形成することを可能にする。ねじ棒２３ａに係合されるナット２３ｂは、プラットフォーム２３、燃焼室の端部１３、およびタブ６２ａを、タブに押し付けることによりともに締め付ける。
【００２７】
燃焼室とノズル２０との間の接続により、良好なシーリングがそれらの間の境界面で実現できることに注目すべきである。さらに、燃焼室１０から流れる一次ガス流ストリーム（矢印Ｆ）の良好な連続性を確保するため、小さなセットバック１２ｄおよび１３ｄが、図１に見られるように、端部１２ａおよび１３ａと残りの壁１２および１３との間に設けられる。したがって、燃焼室を離れるストリームのために設けられる通路は、実質的に不連続性なしに、ノズル内のストリームが続く通路に接続することができる。
【００２８】
一列に並んだ開口部（図示せず）が、プラットフォーム２２および２３に形成され、空間３３および４３からの冷却空気が、ノズル２０の固定ベーン２１に向かって通過するように、燃焼室壁１０の端部１２および１３と接続フェルールのタブ５２ａおよび６２ａとに形成される開口部と連通する。
【００２９】
本発明の特徴によると、ブロッキング手段は、周方向の力またはせん断力が、空間３３および４３内に延在する接続フェルール５０および６０の一部に印加されることなく、ノズル２０が回転するのを防ぐために設けられる。
【００３０】
図１および図３の実施形態では、ブロッキング手段は、フィンガ３５により構成され、フィンガ３５は、内側シュラウド３０に固定され、かつノズル２０に固定されるフランジ５５内に形成される径方向切欠き部５５ｂを貫通する。示される例では、フィンガ３０は、軸方向に延在し、かつ軸１１の周りに角度を持って配分され、ノズル２０の下流側端部とほぼ水平にシュラウド３０に固定される径方向フランジ３６により担持される。フィンガ３５は、フランジ３６を通って形成される孔に圧力ばめされることにより、フランジ３６に固定されてもよいし、またはフランジ３６に溶接されてもよい。さらに、示される例では、フランジ５５は、セクタに分けられたフランジであり、セクタ５５ａは、セクタ５５ａがノズルの内側プラットフォームに実際に固定されるように、その下流側端部の近傍で、かつフェルール６０とノズル２０との間の接続から下流側で、フェルール５０のセクタ５２ａに固定されるこのフランジを形成する。
【００３１】
空間３０の下流側端が、「オメガ」タイプの環状ガスケット３７によりシーリングされ、この環状ガスケット３７は、フランジ３６の溝に受け止められ、かつフランジ５５を圧接し、したがって、フランジ３６と５５は、シーリングガスケットを支持するとともに、ノズルの回転を防止する手段を支持するのに役立つ。
【００３２】
変形例では、軸方向のブロッキングフィンガは、フランジ５５により担持され、フランジ３６に形成される楕円形の止まり孔のようなハウジング内を貫通することができる。
【００３３】
外部では、空間４３の下流側端は、ストリップガスケット３８によりシーリングされ、ストリップガスケット３８の基部が、環状ハウジング２６ｂ内で保持され、環状ハウジング２６ｂは、外側に径方向に開き、かつ環状フランジ２６の先端に形成される。フランジは、ノズル２０の下流側端の近傍で外側プラットフォーム２３に固定されるセクタ２６ａを備える。ガスケット３８は、軸方向にハウジング２６ｂの側面を貫通するピン２５により保持される。ガスケット３８は、ノズル２０の下流側端でシュラウド４０に固定される径方向フランジ４６に形成されるリブ４６ａを押し付ける。
【００３４】
動作中、燃焼室１０から流れるガス流によりノズル２０のエアフォイル２１に及ぼされる力は、ねじ棒２２ａとフランジ５５を介してフィンガ３５に吸収され、周方向の力が、フェルール５０および６０に及ぼされない。したがって、フェルールは、過大な寸法にされる必要がない。燃焼室自体がＣＭＣでできている場合、それらフェルールをＣＭＣで作製することを想定することさえ可能である。そうすると、フェルールをセクタに分けることは、燃焼室との接続部ではもはや必要ではなく、内側および外側金属シュラウドとの接続部で望ましいかもしれない。
【００３５】
図４は、フィンガ３５が、内側プラットフォーム２２に直接固定されるセクタに分けられたフランジ２４に形成される切欠き部２４ｂと係合し、切欠き部が、内側プラットフォーム２２に相当するフランジの各セクタに形成されるという点で、図１から３の実施形態とは異なる別の実施形態を示す。このような状況下で、燃焼室１０の内壁１２の下流側端とフェルール５０のタブ５２ａとは、燃焼室１０の外壁１３の下流側端とフェルール６０のタブ６２ａと同様の方法で、ノズル２０の下流側端からセットバックさせられる。
【００３６】
図５は、ノズル２０が、外側プラットフォーム２３により回転するのを防止されるという点で、図１から図３の実施形態とは異なる別の実施形態を示す。
【００３７】
有利なことに、これは、ガスケット３８を保持するピン２５’を用いて、ピンが、フランジ４６に形成される孔４６ｃを貫通するように、ピンを下流側に延在させることによってなされる。ピン２５’は、任意に過大な寸法、すなわち、単にシーリングガスケット３８を保持するのに必要な寸法よりも大きな径にすることができる。
【００３８】
回転が、ノズルの内側および外側プラットフォームの両方により防止される、図５の実施形態は、ノズルと金属シュラウドとの間で伝達される力が分散可能であるという点で有利である。もちろん、ノズルの回転を防止するために、内側プラットフォームに関して図４の実施形態で使用される構成と類似する外側プラットフォームの構成、すなわち、図６に示されるように、フランジ２６で楕円形の止まり孔を貫通するフランジ４６により担持される固定フィンガ２７を、提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】ガスタービンの一部を示す軸方向の半断面図である。
【図２】燃焼室の下流側端部が、図１のガスタービン内でＨＰタービンノズルと接続フェルールにどのようにアセンブリされるかを示す部分斜視図である。
【図３】燃焼室の下流側端部が、図１のガスタービン内でＨＰタービンノズルと接続フェルールにどのようにアセンブリされるかを示す部分斜視図である。
【図４】ＨＰタービンノズルが回転するのを防ぐ手段の各種実施形態を示す詳細図である。
【図５】ＨＰタービンノズルが回転するのを防ぐ手段の各種実施形態を示す詳細図である。
【図６】ＨＰタービンノズルが回転するのを防ぐ手段の各種実施形態を示す詳細図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  燃焼室
１１  軸
１２  内壁
１２ｄ、１３ｄ  セットバック
１３  外壁
１４ａ  開口部
２０  タービンノズル
２１  エアフォイル
２２ａ  ねじ棒
２２、２３  プラットフォーム
２５、  ピン
２６ｂ  ハウジング
２５’、２７、３５  ブロッキング手段
３５  フィンガ
３７、３８  ガスケット
１３、１４、３０、４０  シュラウド
３６、４６  壁部
３３、４３  空間
４６ａ  リブ
２４、２６、３１ａ、３２ａ、３６、４１ａ、４２ａ、４６、５５  フランジ
５０、６０  フェルール
５２ａ、５２ｂ  ボス
２６ａ、５５ａ  セクタ
５５ｂ  切り欠き部
６１  端壁
２３ｂ、６１ｂ  ナット
１２、１３、５１、５２、５２ａ、６２、６２ａ  端部
６２ａ  タブ
５２ｂ、６２ｂ  スロット
１２ａ、１２ｂ、４６ｃ、５４、６９  孔
【図１】
2006002773.tif 000003
【図２】
2006002773.tif 000004
【図３】
2006002773.tif 000005
【図４】
2006002773.tif 000006
【図５】
2006002773.tif 000007
【図６】
2006002773.tif 000008
【外国語明細書】
2006002773.tif 000009
2006002773.tif 000010
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2006002773.tif 000012
2006002773.tif 000013
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