(57)【要約】  ガスタービンエンジンのためのタービンシュラウドハンガー（２８）装置は、（ａ）入口及び出口を有する少なくとも１つの冷却孔（５２）が貫通して通る弓形のシュラウドハンガー（２８）と、（ｂ）シュラウドハンガー（２８）によって担持され、冷却孔（５２）の入口の上流側に位置付けられたフィルタ（６０）と、を備え、フィルタ（６０）には複数の開口（６２）が貫通して形成され、該開口（６２）は、予め選択されたサイズよりも大きいデブリ粒子が冷却孔（５２）に侵入するのを阻止すると共に、空気流が前記冷却孔（５２）を通過するのを可能にするようなサイズにされる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジンのためのタービンシュラウドハンガー装置であって、
（ａ）入口及び出口を有する少なくとも１つの冷却孔（５２）が貫通して通る弓形のシュラウドハンガー（２８）と、
（ｂ）前記シュラウドハンガー（２８）によって担持され、前記冷却孔（５２）の入口の上流側に位置付けられたフィルタ（６０）と、
を備え、前記フィルタ（６０）には複数の開口（６２）が貫通して形成され、該開口（６２）は、予め選択されたサイズよりも大きいデブリ粒子が前記冷却孔（５２）に侵入するのを阻止すると共に、空気流が前記冷却孔（５２）を通過するのを可能にするようなサイズにされた、装置。
【請求項２】
前記シュラウドハンガー（２８）が、
（ａ）弓形本体（５６）と、
（ｂ）前記本体（５６）の半径方向外側表面から延びる前方及び後方フランジ（３２、３４）と、
（ｃ）前記本体（５６）の半径方向内側表面から延びる前方及び後方フック（４４、４６）と、
を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
（ａ）前記シュラウドハンガー（２８）の前方面に弓形溝（５８）が形成されて、該溝（５８）が前記冷却孔（５２）と連通しており、
（ｂ）前記フィルタ（６０）が前記溝（５８）に受けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記溝（５８）の周辺に桟部（６４）が配置され、前記フィルタ（６０）が前記桟部（６４）に接して装着される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記フィルタ（６０）が、溶接、ろう付け、又はこれらの組み合わせにより前記シュラウドハンガー（２８）に固定される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記フィルタ（６０）が、凸面状の断面形状を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
ガスタービンエンジンのためのタービンシュラウド装置であって、
（ａ）入口及び出口を有する少なくとも１つの冷却孔（５２）が貫通して通る弓形のシュラウドハンガー（２８）と、
（ｂ）前記シュラウドハンガー（２８）によって担持され、前記冷却孔（５２）の入口の上流側に位置付けられたフィルタ（６０）と、
を備え、前記フィルタ（６０）には複数の開口（６２）が貫通して形成され、該開口（６２）は、予め選択されたサイズよりも大きいデブリ粒子が前記冷却孔（５２）に侵入するのを阻止すると共に、空気流が前記冷却孔（５２）を通過するのを可能にするようなサイズにされ、
前記タービンシュラウド装置が更に、
（ｃ）前記シュラウドハンガー（２８）に装着され、前記シュラウドハンガー（２８）と共に全体として前記少なくとも１つの冷却孔（５２）の出口と流体連通したシュラウドプレナム（５０）を形成する弓形シュラウドセグメント（２６）を備える、装置。
【請求項８】
前記シュラウドハンガー（２８）が、
（ａ）弓形本体（５６）と、
（ｂ）前記本体（５６）の半径方向外側表面から延びる前方及び後方フランジ（３２、３４）と、
前記本体（５６）の半径方向内側表面から延びる前方及び後方フック（４４、４６）と、
を含み、前記前方及び後方フック（４４、４６）が、前記シュラウドセグメント（２６）の前方及び後方取付フランジ（４０、４２）にそれぞれ固定される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
（ａ）前記シュラウドハンガー（２８）の前方面に弓形溝（５８）が形成されて、該溝（５８）が前記冷却孔（５２）と連通しており、
（ｂ）前記フィルタ（６０）が前記溝（５８）に受けられる、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記溝（５８）の周辺に桟部（６４）が配置され、前記フィルタ（６０）が前記桟部（６４）に接して装着される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記フィルタ（６０）が、溶接、ろう付け、又はこれらの組み合わせにより前記シュラウドハンガー（２８）に固定される、請求項７に記載の装置。
【請求項１２】
前記フィルタ（６０）が、凸面状の断面形状を有する、請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、このようなエンジンのタービンセクションにおける冷却孔の閉塞を防ぐための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なガスタービンエンジンは、直列流れ関係で、高圧圧縮機、燃焼器、及び高圧タービンを有するターボ機械コアを含む。コアは、主ガス流を発生するよう公知の方式で作動可能である。高圧タービンは、主ガス流からエネルギーを取り出す１つ又はそれ以上のロータを含む。各ロータは、回転ディスクにより担持されるブレード又はバケットの環状アレイを備える。ロータを通る流路は、ブレード又はバケットの先端を囲む固定構造体であるシュラウドによりその一部が定められる。シュラウドは、極高温の環境で作動し、十分な耐用寿命を保証するために空気流によって冷却しなければならない。通常は、冷却に使用される空気は、圧縮機から取り出（抽気）される。
【０００３】
従来の実施構成では、冷却空気は、タービンシュラウドにその支持ハードウェア（一般的に「ハンガー」と呼ばれる）を通して送られる。ハンガーは、小径の空気通路を組み込み、これらは、冷却空気流中に同伴する金属及び非金属の粒子によって閉塞される可能性がある。十分に閉塞されると、これらの小さな空気通路は、タービンシュラウドに空気を送給しなくなる。その結果として冷却空気が不足することにより、シュラウドの著しい損傷又は破壊が引き起こされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術のこれら及び他の欠点は、デブリによる遮断に耐えるタービンシュラウド用ハンガーを提供する本発明によって対処される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの態様によれば、ガスタービンエンジンのためのタービンシュラウドハンガー装置は、（ａ）入口及び出口を有する少なくとも１つの冷却孔が貫通して通る弓形のシュラウドハンガーと、（ｂ）シュラウドハンガーによって担持され、冷却孔の入口の上流側に位置付けられたフィルタと、を備え、フィルタには複数の開口が貫通して形成され、該開口は、予め選択されたサイズよりも大きいデブリ粒子が冷却孔に侵入するのを阻止すると共に、空気流が前記冷却孔を通過するのを可能にするようなサイズにされる。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、ガスタービンエンジンのためのタービンシュラウド装置は、（ａ）入口及び出口を有する少なくとも１つの冷却孔が貫通して通る弓形のシュラウドハンガーと、（ｂ）シュラウドハンガーによって担持され、冷却孔の入口の上流側に位置付けられたフィルタと、を備え、フィルタには複数の開口が貫通して形成され、該開口は、予め選択されたサイズよりも大きいデブリ粒子が前記冷却孔に侵入するのを阻止すると共に、空気流が前記冷却孔を通過するのを可能にするようなサイズにされ、タービンシュラウド装置は更に、（ｃ）シュラウドハンガーに装着され、シュラウドハンガー（２８）と共に全体として少なくとも１つの冷却孔の出口と流体連通したシュラウドプレナムを形成する弓形シュラウドセグメントを備える。
【０００７】
本発明は、添付図面と共に以下の説明を参照することによって最もよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の１つの態様に従って構成されたシュラウドハンガーを組み込んだ、ガスタービンエンジンのタービンセクションの概略断面図。
【図２】デブリフィルタが設置された、図１に示すシュラウドハンガーの部分断面斜視図。
【図３】図２に示すシュラウドハンガーの正面図。
【図４】シュラウドハンガーの内部を示すためにフィルタが除去された、図２に示すシュラウドハンガーの部分斜視図。
【図５】フィルタが設置された状態の図２のシュラウドハンガーの部分斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
種々の図全体を通して同一の参照符号が同じ要素を表す図面を参照すると、図１は、公知のタイプのガスタービンエンジンの一部である高圧タービンの一部を示す。高圧タービンの機能は、上流側の燃焼器１０による高温の加圧燃焼ガスからエネルギーを取り出すこと、及びこのエネルギーを公知の方法で機械的仕事に変換することである。高圧タービンは、シャフトを通じて上流側の圧縮機（図示せず）を駆動し、燃焼器１０に加圧空気を供給するようにする。
【００１０】
図示の実施例では、エンジンはターボファンエンジンであり、低圧タービンは、高圧タービン１０の下流側に位置し、ファン及び任意選択的に低圧圧縮機又は「ブースタ」を駆動するシャフトに結合される。しかしながら、本明細書で説明される原理は、ターボプロップ、ターボジェット、及びターボシャフトエンジン、並びに他の移動体又は定置用途で使用されるタービンエンジンにも等しく適用可能である。
【００１１】
高圧タービンは、円周方向に間隔を置いて配置された翼形部形の中空ベーン１４のアレイを備えたノズル１２を含み、該ベーン１４は、弓形のセグメント化された外側バンド１６と、弓形のセグメント化された内側バンド１８との間で支持される。ベーン１４、外側バンド１６、及び内側バンド１８は、複数の円周方向に隣接するノズルセグメントに配列され、これら全体で完全な３６０度の組立体を形成する。外側バンド１６及び内側バンド１８は、ノズル１２を流れる高温ガスストリームのための外側及び内側半径方向流路境界をそれぞれ定める。ベーン１４は、ロータ２０に燃焼ガスを最適に配向するように構成される。
【００１２】
ロータ２０は、エンジンの中心軸の周りを回転するディスク２４から外向きに延びる翼形部形のタービンブレード２２のアレイを含む。複数の弓形シュラウドセグメント２６を備えたシュラウドは、タービンブレード２２を密接に囲み、これによりロータ２０を流れる高温ガスストリームのための外側半径方向流路境界を定めるように配列される。
【００１３】
シュラウドセグメント２６は、弓形のシュラウドハンガー２８により担持され、該シュラウドハンガー２８は、環状ケーシング３０に装着される。各シュラウドハンガー２８は、ケーシング３０の嵌合する機械的特徴要素を係合する前方及び後方フランジ３２、３４によりケーシング３０に装着される。各シュラウドハンガー２８はまた、上流側のタービンノズル１２の外側バンド１６によって担持される公知のタイプのリーフシール３８に接触するシールリップ３６を含む。
【００１４】
各シュラウドハンガー２８は、ケーシング３０の嵌合する機械的特徴要素を係合する前方及び後方フランジ３２、３４によりケーシング３０に装着される。各シュラウドハンガー２８はまた、上流側のタービンノズル１２の外側バンド１６によって担持される公知のタイプのリーフシール３８に接触するシールリップ３６を含む。
【００１５】
各シュラウドセグメント２６は、半径方向外向きに延びる前方及び後方レールを有する弓形ベースを含み、該前方及び後方レールは、軸方向に延びる前方及び後方取付フランジ４０、４２をそれぞれ担持する。前方取付フランジ４０は、シュラウドハンガー２８の前方フック４４を係合する。後方取付フランジ４２は、一般にＣクリップと呼ばれる複数の保持部材４８によってシュラウドハンガー２８の後方フック４６に対してクランプされる。
【００１６】
組み立てられると、シュラウドセグメント２６の背面とシュラウドハンガー２８とが協働してシュラウドプレナム５０を形成する。複数の冷却孔５２が各シュラウドハンガー２８を貫通して延びる。冷却孔５２は、ほぼ軸方向に整列され、ノズルプレナム５４からの冷却空気（これ自体は圧縮機ブリード空気のような供給源から供給される）をシュラウドハンガー２８に通してシュラウドプレナム５０へ送る役割を果たし、ここで必要に応じて従来の方法でシュラウドセグメント２６の対流冷却、インピンジメント冷却、及び／又はフィルム冷却のために使用される。
【００１７】
シュラウドハンガー２８は、ガスタービンエンジンにおける作動の高温で許容可能な強度を有する公知のコバルト、ニッケル、又は鋼鉄系超合金のような材料から構成することができる。種々の超合金は、ＩＮＣＯＮＥＬ、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ、及びＲＥＮＥなどの商標で商業的に入手可能である。シュラウドハンガー２８は、ケーシングから形成することができ、後で最終寸法に機械加工される。
【００１８】
従来技術とは対照的に、シュラウドハンガー２８は、デブリが冷却孔５２を閉塞するのを防ぐために溝５８を覆って装着されたフィルタ６０を備える。各フィルタ６０は、複数の開口６２が形成された壁又はパネルの形態をとる。開口６２のサイズ及び数は、冷却孔５２を閉塞する恐れをもたらすと考えられるデブリを排除するほど小さく、十分な空気流を適度に生成して通過させるほど大きく且つ開口数が過剰でないように選択される。一般に、開口６２は、約０．１ｍｍ（０．００５インチ）〜約０．２５ｍｍ（０．０１０インチ）だけ冷却孔５２よりも小さくなる。図示の実施例では、開口６２の直径は、約１．０ｍｍ（０．０４０インチ）〜約１．３ｍｍ（０．０５０インチ）の範囲とすることができる。
【００１９】
図示の実施例では、フィルタ６０は、凸面状の外向きに湾曲した形状を有する。換言すると、フィルタ６０の中心は、その外周に対して軸方向外向きに膨出している。この形状は、他の場合にはデブリ粒子をフィルタ６０に保持する傾向になる冷却孔５２にわたる圧力差を最小限にし、デブリを所定位置でフィルタ６０に保持するのではなく、高速の冷却空気流がフィルタ６０の前面からデブリを効果的に取り除き得ることが分かっている。しかしながら、特定の用途によっては、フィルタ６０は平坦であってもよい。
【００２０】
フィルタ６０は、エンジン作動中にこれを保護するあらゆる方法で溝５８内に装着することができる。公知の好適な方法の実施例は、仮溶接、又は連続ビード、ろう付け、もしくはこれらの組み合わせの何れかを用いてフィルタ６０の外周をシュラウドハンガー２８に溶接することを含む。図４及び５で最もよく分かるように、フィルタ６０を受けるために、桟部６４が溝５８の周辺に形成される。桟部６４は、フィルタ６０を確実に位置決めし、接合作業用の接合面を提供する役割を果たす。
【００２１】
特定の実施例において、フィルタ６０は、およそ０．２５ｍｍ（０．０１０インチ）厚みの金属シートストックから構成される。この目的に好適な合金の非限定的な実施例は、Ｌ−６０５として商業的に知られるコバルト系合金である。
【００２２】
作動時には、フィルタ６０は、デブリが冷却孔５２に侵入するのを防いでこれらを遮断し、従って、シュラウドセグメント２６への冷却空気の一定流量を確保する。デブリは、ノズルプレナム５４から出て、極端に小さな直径の通路を持たない流路を通る高速の空気によってフィルタ正面から取り除かれる。これにより、シュラウドセグメント２６が損傷及び運用寿命の短縮から保護されることになる。
【００２３】
上記では、ガスタービンエンジンのシュラウドハンガーについて説明した。本発明の特定の実施形態を説明してきたが、本発明の技術的思想及び範囲から逸脱することなく種々の修正形態を実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。従って、本発明の好ましい実施形態及び本発明を実施するための最良の形態についての上記の説明は、単に例示の目的で提供され、限定を目的とするものではない。
【符号の説明】
【００２４】
２８  シュラウドハンガー
３２  前方フランジ
３４  後方フランジ
３６  シールリップ
４４  前方フック
４６  後方フック
５２  冷却孔
５６  弓形本体
５８  溝
６０  フィルタ
【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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【国際調査報告】
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