(57)【要約】本発明は、ガスにより駆動されるロータ（１）と前記ロータ（１）を外囲するハウジング（２）とからなるタービンに関する。前記タービンは、前記ハウジング（２）から吊り下げられる構成要素（６）であって、前記ハウジング（２）の内側かつガス流の方向（５）に関して少なくとも部分的に前記ロータ（１）の脇に配置されて、前記ロータから解離しうる何らかの破片が前記ハウジングを半径方向に貫通することを阻止する構成要素（６）からなる。
2005529276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスにより駆動されるロータ（１）と前記ロータ（１）を外囲するハウジング（２）とからなるタービンにおいて、前記ハウジング（２）から吊り下げられる構成要素（６）であって、前記ハウジングの内側かつガス流の方向（５）に関して少なくとも部分的に前記ロータ（１）の脇に配置されて、前記ロータから解離しうる何らかの破片が前記ハウジングを半径方向に貫通することを阻止する構成要素（６）からなることを特徴とするタービン。
【請求項２】
前記構成要素（６）は、少なくとも部分的に前記ロータ（１）の下流に配置されることを特徴とする請求項１に記載のタービン。
【請求項３】
前記構成要素（６）は、前記ハウジング（２）の第２の手段（１１）と協働して前記構成要素（６）を前記ハウジングから吊り下げる一方で、前記ハウジングに対する前記構成要素の半径方向の熱膨張を可能にする第１の手段（１０）を有することを特徴とする請求項１または２に記載のタービン。
【請求項４】
前記構成要素は、前記ロータ（１）に対して実質的に同心配置される輪状体（６）であることを特徴とする請求項１、２または３に記載のタービン。
【請求項５】
前記構成要素（６）は、前記構成要素を前記ハウジング（２）から吊り下げる手段となるフランジ（９）を有することを特徴とする前記請求項のいずれかに記載のタービン。
【請求項６】
前記フランジ（９）は、前記第１の手段（１０）を備えることを特徴とする請求項３および５に記載のタービン。
【請求項７】
前記第１の手段は、前記構成要素（６）に配置されるピン（１０）であることを特徴とする請求項３または６に記載のタービン。
【請求項８】
前記第２の手段は、前記ハウジング（２）に設けられるスロット（１１）であることを特徴とする請求項３または６に記載のタービン。
【請求項９】
前記ハウジング（２）は、前記ロータ（１）を外囲する第１の部分（３）と、ガス流の方向（５）に関して前記第１の部分（３）の下流に配置される第２の部分（４）とからなり、前記第１の部分（３）と前記第２の部分（４）とは、互いに相互接続され、前記構成要素（６）は、前記第２の部分（４）を前記ロータ（１）から解離しうるあらゆる破片に対して保護するために配置されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のタービン。
【請求項１０】
前記第１の部分は、低圧タービンケーシング（３）を形成することを特徴とする請求項９に記載のタービン。
【請求項１１】
前記第２の部分は、タービン後部フレーム（４）を形成することを特徴とする請求項９に記載のタービン。
【請求項１２】
前記構成要素（６）は、ガスを案内して、ある一定の流路に沿って流動させるように設計されることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のタービン。
【請求項１３】
前記構成要素（６）は、ガスが前記ハウジングの前記第１の部分（３）から脱出するとともに前記ハウジング（２）の前記第２の部分（４）内へと通過する領域においてガスを案内するように設計されることを特徴とする請求項９および１２に記載のタービン。
【請求項１４】
ガスにより駆動されるロータ（１）を有するタービンを外囲するハウジング（２）を保護する構成要素（６）において、前記ハウジング（２）から吊り下げられるとともに、前記ハウジング（２）の内側かつガス流の方向（５）に関して少なくとも部分的に前記ロータ（１）の脇に設けられるように設計されて、前記ロータから解離しうる何らかの破片が前記ハウジングを半径方向に貫通することを阻止することを特徴とする構成要素（６）。
【請求項１５】
少なくとも部分的に前記ロータ（１）の下流に配置されるように設計されることを特徴とする請求項１４に記載の構成要素。
【請求項１６】
フランジ（９）を備えており、前記フランジ（９）によって前記ハウジング（２）から吊り下げて設けられるように設計されることを特徴とする請求項１４または１５に記載の構成要素。
【請求項１７】
前記ロータ（１）に対して実質的に同心配置されるように設計される輪状体（６）であることを特徴とする請求項１４、１５または１６に記載の構成要素。
【請求項１８】
ガスを案内して、前記タービン内のある一定の流路に沿って流動させるように設計されることを特徴とする請求項１４から１７のいずれかに記載の構成要素。
【請求項１９】
請求項１〜１３のいずれかに記載のタービンまたは請求項１４から１８のいずれかに記載の構成要素を含む航空機用機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスにより駆動されるロータと該ロータを外囲するハウジングとからなるタービンと、ガスにより駆動されるロータを有するタービンを外囲するハウジングを保護するための構成要素とに関する。
【背景技術】
【０００２】
特に航空機産業におけるガスタービンの分野には、満たされなければならない多くの安全保護規則がある。これらの規則の１つは、タービン翼またはその一部分等の何らかの破片が何らかの理由でタービンのロータから解離しても、こうした破片はロータを外囲するハウジング内に維持されて、該破片がたとえば飛行機のその他の部分を損傷することが防がれなければならないことを意味するいわゆる閉じ込め要件である。このことは、さらにまた、前記ハウジングの壁部が、この要件を満たす寸法でなければならないことを意味する。
【０００３】
本発明は、航空機用機関のガスタービンに関して、特にロータを外囲する低圧タービンケーシング等の第１の部分と、ガス流に関して前記第１の部分の下流に配置されるタービン後部フレーム等の第２の部分とが相互接続されるタービン領域において説明されるが、本発明は、この特定の実施例にいかなる態様でも制限されることはなく、異なる種類のタービンにおいて多くの態様で用いられうる。
【０００４】
低圧タービンにおいては、低圧タービンケーシングが閉じ込め要件を満たさなければならないだけでなく、ロータの上流および下流の領域もまた、この要件を満たさなければならない。このことは、ロータの下流のタービン後部フレームが閉じ込め要件を満たす寸法でなければならないことを意味する。
【０００５】
従来技術によれば、閉じ込め要件は、ロータを外囲するか、またはまた他の態様でロータに隣接して配置される構造の壁部の厚さを、ロータから解離しうるあらゆる破片が前記壁部によって阻止されるような寸法にすることによって満たされる。
【０００６】
しかしながら、低いエネルギー受入容量を有する材料がたとえばタービン後部フレームにおいて用いられる場合および／またはたとえば低圧タービンのロータが高い運動エネルギーを有する場合には、厚い壁部は、問題を引き起こしうる。タービン後部フレーム、すなわちより正確にはタービン後部フレームのロータに近接して配置される外輪のこうした厚い壁部は、この外輪がより剛性になるとともに、より遅い熱応答を有することを意味する。このことは、必要なストラットおよび／または案内羽根が前記外輪に接続される領域における構造の運用寿命が短くなることを含意する。
【０００７】
また他の周知の解決策は、閉じ込め要件が満たされなければならない領域全体に沿って延在するような長さを有する低圧ケーシングを設計することである。この場合は、タービン後部フレームの前側部分の外輪がタービンの所定の全長に対して非常に短くなり、このこともまた前記と同じ問題を招くという欠点がある。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の目的は、冒頭部分に記載の種類のタービンにおいて用いられるタービンおよび構成要素において、閉じ込め要件を満たす可能性を有すると同時に、従来技術にしたがったこうしたタービンの前記欠点がかなりの程度まで緩和されるタービンおよび構成要素を提供することにある。この目的は、請求項１にしたがったタービンおよび請求項１４にしたがった構成要素によって達成される。タービンのハウジングから吊り下げられる構成要素であって、ロータから解離しうる何らかの破片が前記ハウジングを半径方向に貫通することを阻止するため、すなわち前記ハウジングをロータの脇、好ましくはロータの下流の領域において保護するために配置される構成要素を設けることにより、本発明にしたがった前記構成要素を用いることで閉じ込め要件がタービンの前記領域において満たされるため、前記領域において、ハウジングそのものを、閉じ込め要件を満たす寸法にするのではなしに、ロータの下流におけるハウジングの低い剛性および速い熱応答等のその他の所望の特性を満たす寸法にして、タービンの運用寿命を長くすることができる。
【０００９】
本発明の好適な実施例によれば、前記構成要素は第１の手段を有し、この第１の手段はハウジングの第２の手段と協働する該構成要素をハウジングから吊り下げるとともに、ハウジングに対して半径方向に熱膨張可能にする。好ましくは、前記構成要素は、ロータに対して実質的に同心配置される輪状体である。このようにすると、前記構成要素は、ハウジングから吊り下げられて、半径方向にハウジングの方へと「自由膨張可能」になり、ハウジングの周縁部に沿って十分な保護が達成されうると同時に、たとえ前記構成要素がタービンの運転時において熱膨張により半径方向にハウジングの方へと移動しても、ハウジングが前記構成要素の作用を受けることはない。
【００１０】
本発明のまた他の好適な実施例によれば、前記ハウジングは、ロータを外囲する第１の部分と、ガス流の方向に関して前記第１の部分の下流に配置される第２の部分とからなり、前記第１の部分と前記第２の部分とは、互いに相互接続される。前記構成要素は、前記第２の部分を、ロータから解離しうるあらゆる破片に対して保護するために配置される。本明細書において記載のタービンのハウジングに関する従来技術の問題を防ぐことは２個の部分が相互接続されてタービンの内部部分を外囲する連続ハウジングを構成する領域において特に困難であることがわかったため、本発明は、この特別の場合において大きな利点を有する。
【００１１】
本発明のさらに他の好適な実施例によれば、前記構成要素は、ガスを案内してある一定の流路に沿って流動させるように設計される。これにより、従来の案内板等の、所望のガス流路を創出するまた他の構成要素は省かれうる。
【００１２】
本発明にしたがったタービンおよび構成要素のさらに他の利点および有利な特徴は、以下の説明とその他の従属請求項とにおいて開示される。
【００１３】
本発明は、さらにまた、本発明にしたがったタービンまたは構成要素からなる航空機用機関に関する。
【００１４】
添付図面を参照して、以下に、例として挙げられる本発明の実施例をより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１および２において、ガスにより駆動されるロータ１と、該ロータ１を外囲するハウジング２とからなるタービンが図示されている。図１には、ハウジングの２個の部分３、４が互いに相互接続されて連続ハウジングを創出しているタービン断面図が示されている。ロータ１を外囲する低圧タービンケーシング等の第１の部分３と、ガス流の方向５に関して前記ロータの下流にタービン後部フレーム等の第２の部分４とが配置される。これらの２個の部分３、４は、機械的に相互接続されて、ハウジング２を形成する。ハウジング２の内側において、構成要素６は、該ハウジングから吊り下げられて設けられる。この構成要素６は、少なくとも部分的にロータ１の脇に、好ましくは少なくとも部分的にロータ１の下流に配置されなければならない。これはロータから解離しうる何らかの破片が、ハウジングを半径方向に、または少なくとも１個の幾何学的構成要素を半径方向に有する方向に貫通することを阻止し、すなわちハウジング２、主として第２の部分４の前側部分１６をロータ１から解離しうるあらゆる破片に対して保護するためである。
【００１６】
図示された実施例において、構成要素６は、ロータ１の下流に配置されるとともに、管状部材として設計され、すなわち換言すれば前記構成要素は、ハウジング２の円周に沿って周縁方向に延在する輪状体６である。この輪状体６は、ロータ１に対して実質的に同心配置されるとともに、円形の輪形状を形成する第１の部分７を有しており、この第１の部分７は、ロータ１の回転軸１５に対して軸方向、すなわちガス流の主方向５に延在する長手部分を有して、タービン・ハウジング２の第２の部分４の内面８を所望の面積において掩蔽保護する。第１の部分７は、ハウジング２の第２の部分４の前側部分の外輪１６に対して実質的に同心的に、かつ前記外輪の長手部分に沿って延在する。この輪状体６、すなわちより正確には該輪状体の第１の部分７は、円筒状または円錐台状等とされうる。第１の部分７の長さは、第１の部分の材料の厚さの数倍の大きさとされ、好ましくは第１の部分７の長さはタービン後部フレーム４の前側部分の外輪１６の長さと同じ大きさとされる。
【００１７】
さらにまた、輪状体６は、半径方向かつ第１の部分７に対して実質的に垂直方向に主要部分を有して設計されるフランジ９等の、第２の部分９を有する。この第２の部分９は、吊設を達成するためにハウジング２の第２の手段１１と協働する第１の手段１０を備えるとともに、なおハウジング２に対する構成要素６の半径方向の膨張を可能にしている第１の手段１０を備える。一例として、前記第２の手段は、半径方向に延在するスロット１１により構成されて、輪状体６に設けられて輪状体６の吊設および案内を行なうピン１０により構成された、対応する第１の手段を受ける。しかしながら、たとえばハウジングのフランジ２０を貫通して延在するスロットの代わりに、より浅い溝をピンと一緒に、または輪状体から突出する畝部等と一緒に用いてもよい。
【００１８】
輪状体６の第２の部分９の外径は、ハウジング２の対応する部分の内径より小さく、さらにまた輪状体６の第１の部分７は、ハウジング２の内面８から離間して配置される。このことは、輪状体６が、ハウジングに負荷を加えることなしに、半径方向にハウジングの方へと膨張しうることを意味する。本発明にしたがった構成要素６が半径方向に「自由膨張可能」に吊設されることにより、該構成要素は、ハウジングにいかなる大きな作用も及ぼすことなしに、運転時における構成要素の加熱によって半径方向に膨張しうる。
【００１９】
図３において、本発明にしたがった構成要素の１つの実施例が斜視図に示されている。輪状体６、すなわち該輪状体のフランジ部分９は、フランジ９の周縁部に沿って互いに１２０°の角度間隔をおいて離間配置される３個のピン１０を備える。たとえば圧入によりフランジ９に取り付けられるこれらの案内ピン１０は、ハウジングのスロット１１内に配置されて、構成要素６の吊設と案内とを行なう。スロット１１は、点線により略示されている。好ましくは、輪状体６のフランジ９は、第１の部分７より小さい材料厚さを有して設計されうる。
【００２０】
図示された実施例においては、スロットはハウジングに配置され、案内ピンは輪状体に配置されているが、それにもかかわらず案内ピンがハウジングに配置されるとともに、スロットが輪状体に配置されてもよい。案内ピン／スロットの個数とその位置とは、本発明の概念の範囲内においてさまざまな態様で変化せしめられうる。さらにまた、案内ピンまたはスロットは、ハウジング内に配置される場合は、ハウジングのさまざまな部分、たとえば低圧タービンケーシングまたはタービン後部フレームに配置されうる。
【００２１】
図示された実施例において、構成要素６は、ガスを案内してある一定の流路に沿って流動させるように設計される。輪状体６の内面１２は、ガスがハウジング２の第１の部分３から脱出する領域においてガスに対して境界設定面を構成する。この内面１２は、ガス流の主方向５に対して実質的に平行に、かつハウジングの第２の部分の前側部分の外輪の長手部分に沿って延在して、ガスが意図される流路を保つとともにロータ１の回転軸１５に対して軸方向に流動する傾向を持つことを保証する。これは、乱流によるエネルギー散逸を防ぐために重要である。このため、構成要素６を用いて同時に２つの主要な目的、すなわち閉じ込め要件とガスの案内とが達成され、以ってこの領域においてガスを案内する案内板等のさらに他の従来式構成要素は省かれうる。
【００２２】
本発明は、前記に説明され、かつ図面に示された実施例に制限されるわけではないことが理解されるべきである。逆に、当業者には、多くの変更および改変が添付の特許請求の範囲内において行なわれうることが認識されよう。たとえば、本発明にしたがった前記構成要素の寸法および材料は、数多くの方法で変更されうる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明にしたがった閉じ込め用構成要素からなるタービンの部分横断面図である。
【図２】図１の図の部分拡大図である。
【図３】図１および２の閉じ込め用構成要素の斜視図である。
【図１】
2005529276.tif 000003
【図２】
2005529276.tif 000004
【図３】
2005529276.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成16年6月16日(2004.6.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスにより駆動されるロータ（１）と、該ロータ（１）を外囲するハウジング（２）とからなるタービンであって、該タービンは、前記ハウジングの内側かつガス流の方向（５）に関して少なくとも部分的に前記ロータ（１）の脇に配置されて前記ロータから解離しうる何らかの破片が前記ハウジングを半径方向に貫通することを阻止する構成要素（６）を、前記ハウジング（２）から吊り下げており、前記構成要素（６）が有する第１の手段（１０）と、前記ハウジング（２）の第２の手段（１１）とが協働することで、前記構成要素（６）を、前記ハウジングから吊り下げるとともに、前記ハウジングに対する前記構成要素の半径方向の熱膨張を可能にしたことを特徴とするタービン。
【請求項２】
前記構成要素（６）は、少なくとも部分的に前記ロータ（１）の下流に配置されることを特徴とする請求項１に記載のタービン。
【請求項３】
前記構成要素は、前記ロータ（１）に対して実質的に同心配置される輪状体（６）であることを特徴とする請求項１または２に記載のタービン。
【請求項４】
前記構成要素（６）は、前記構成要素を前記ハウジング（２）から吊り下げる手段となるフランジ（９）を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のタービン。
【請求項５】
前記フランジ（９）は、前記第１の手段（１０）を備えることを特徴とする請求項４に記載のタービン。
【請求項６】
前記第１の手段は、前記構成要素（６）に配置されるピン（１０）であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のタービン。
【請求項７】
前記第２の手段は、前記ハウジング（２）に配置されるスロット（１１）であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のタービン。
【請求項８】
前記ハウジング（２）は、前記ロータ（１）を外囲する第１の部分（３）と、ガス流の方向（５）に関して前記第１の部分（３）の下流に配置される第２の部分（４）とからなり、前記第１の部分（３）と前記第２の部分（４）とは、互いに相互接続され、前記構成要素（６）は、前記第２の部分（４）を前記ロータ（１）から解離しうるあらゆる破片に対して保護するために配置されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のタービン。
【請求項９】
前記第１の部分は、低圧タービンケーシング（３）を形成することを特徴とする請求項８に記載のタービン。
【請求項１０】
前記第２の部分は、タービン後部フレーム（４）を形成することを特徴とする請求項８に記載のタービン。
【請求項１１】
前記構成要素（６）は、ガスを案内して、ある一定の流路に沿って流動させるように設計されることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のタービン。
【請求項１２】
前記構成要素（６）は、ガスが前記ハウジングの前記第１の部分（３）から脱出するとともに前記ハウジング（２）の前記第２の部分（４）内へと通過する領域においてガスを案内するように設計されることを特徴とする請求項８および１１に記載のタービン。
【請求項１３】
ガスにより駆動されるロータ（１）を有するタービンを外囲するハウジング（２）を保護するための構成要素（６）であって、該構成要素（６）は、前記ハウジング（２）の内側かつガス流の方向（５）に関して少なくとも部分的に前記ロータ（１）の脇に配置されて前記ロータから解離しうる何らかの破片が前記ハウジングを半径方向に貫通することを阻止するように設計され、前記ハウジング（２）から吊り下げられており、前記構成要素（６）が有する第１の手段（１０）と、前記ハウジング（２）の第２の手段（１１）とが協働することで、前記構成要素（６）を、前記ハウジングから吊り下げるとともに、前記ハウジングに対する前記構成要素の半径方向の熱膨張を可能にしたことを特徴とする構成要素（６）。
【請求項１４】
少なくとも部分的に前記ロータ（１）の下流に配置されるように設計されることを特徴とする請求項１３に記載の構成要素。
【請求項１５】
フランジ（９）を備えており、前記フランジ（９）によって前記ハウジング（２）から吊り下げて配置されるように設計されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の構成要素。
【請求項１６】
前記ロータ（１）に対して実質的に同心配置されるように設計される輪状体（６）であることを特徴とする請求項１３、１４または１５に記載の構成要素。
【請求項１７】
ガスを案内して、前記タービン内のある一定の流路に沿って流動させるように設計されることを特徴とする請求項１３から１６のいずれかに記載の構成要素。
【請求項１８】
請求項１〜１２のいずれかに記載のタービンを含む航空機用機関。
【請求項１９】
請求項１３〜１７のいずれかに記載の構成要素を含む航空機用機関。


【国際調査報告】
2005529276.tif 000006
2005529276.tif 000007
2005529276.tif 000008