(57)【要約】  本発明は、ブレード（３６）に接続される内側環状プラットフォーム（３２）と外側環状プラットフォームとを備え、内側プラットフォーム（３２）はアブレイダブル材料製の環状要素（４４）を担持し、ラビリンス式シール部を形成するためにタービンエンジンのロータの環状リップ部と相互作用する、タービンエンジン用のタービン分配器であって、アブレイダブル材料製の部材は、略Ｌ字型、Ｓ字型、またはＣ字型断面で、ろう付けまたは溶接によって、外周が内側プラットフォームに取り付けられ、内周がアブレイダブル材料製の部材に取り付けられる環状金属薄板部分（５２、５２’、６６）によって担持されるタービン分配器に関する。
2011517479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略半径方向のベーン（３６）によって相互接続される内側プラットフォーム（３２）と外側プラットフォーム（３４）との２つの環状プラットフォームを備え、内側プラットフォーム（３２）が、ラビリンス式シール部を形成するためにターボ機械のロータの環状ワイパ（４６）と協働するためのアブレイダブル材料製の環状要素（４４）を担持する、ターボ機械用タービンノズルであって、アブレイダブル材料製の環状要素が、内側プラットフォーム（３２）の半径方向内側に取り付けられる略Ｌ字型、Ｓ字型、またはＣ字型断面の環状金属薄板セクタ（５２、５２’、６６、１５２、１６６、１６６’）によって担持され、環状金属薄板セクタの各々が、ろう付けまたは溶接によって、その外周が内側プラットフォームに固定され、その内周がアブレイダブル材料製の要素（４４）またはアブレイダブル材料製の要素に固定される金属薄板片（１８０）に固定されることを特徴とする、ノズル。
【請求項２】
各金属薄板セクタ（５２、５２’、６６、１５２、１６６、１６６’）が、円筒状の内周リムと共に半径方向壁を有し、その外周縁部によって内側プラットフォーム（３２）に固定されることを特徴とする、請求項１に記載のノズル。
【請求項３】
各金属薄板セクタの半径方向壁の外周が、プラットフォーム（３２、１３２）の内側半径方向リブ（４０’、１４０’）に押圧固定されることを特徴とする、請求項２に記載のノズル。
【請求項４】
各金属薄板セクタが、内側プラットフォーム（３２、１３２）の内面に押圧固定される円筒状外周リム（６２、６８、１６８、１６８’）を有することを特徴とする、請求項２に記載のノズル。
【請求項５】
アブレイダブル材料製要素（４４）が、金属薄板セクタの円筒状リム（５６、５６’、７２、１７２、１７２’）の内面に固定されることを特徴とする、請求項２から４のいずれか一項に記載のノズル。
【請求項６】
各金属薄板セクタ（５２、５２’、６６、１５２、１６６、１６６’）が、高温ガスがロータに漏れるのを防ぐために、隣接するロータディスク（１２、１４、１６、１８）に向かって伸びるリムを有す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ノズル。
【請求項７】
金属薄板セクタのリムが、ろう付けまたは溶接によって金属薄板セクタ（５２、５２’、６６、１６６）に固定される環状金属薄板片（６０、６４、７４、１６０）により形成されることを特徴とする、請求項６に記載のノズル。
【請求項８】
内側プラットフォーム（３２、１３２）が、セクタ化された円筒状壁であり、プラットフォームのセクタが鋳造物であり、一端部がプラットフォームセクタに溶接またはろう付けされ、他端部がアブレイダブル材料製の要素を担持する金属薄板セクタ（５２、５２’、６６、１５２、１６６、１６６’）に位置合わせされた隣接プラットフォームセクタに摺動接触して押圧されるシールストリップ（１８２、１８２’）を担持す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ノズル。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のノズルを少なくとも１つ含むことを特徴とする、ターボ機械のタービン。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか一項に記載のノズルが少なくとも１つ装着されたタービンを含むことを特徴とする、飛行機のターボプロップまたはターボジェットなどのターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行機のターボプロップまたはターボジェットなどのターボ機械のタービン用ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械のタービンは、各々がブレード付きホイールとノズルとを有する複数の段を備える。各々のブレード付きホイールは、その外周に略半径方向のブレードを担持するディスクを備え、種々のホイールのディスクは、共通軸に沿って互いに接続され、適切な手段によってタービンロータの駆動軸に接続される。
【０００３】
各ノズルは、内側環状プラットフォームと外側環状プラットフォームとを備え、それらの間で略半径方向のベーンが伸びる。ノズルの外側プラットフォームは、タービンの外部ケーシングに係合および固定するための手段を含む。内側環状プラットフォームは、ラビリンス式シール部を形成するためにロータ要素の外側環状ワイパと協働するためのアブレイダブル材料製の環状要素を担持する。シール部は、確実に空気流がノズルの内周とタービンのロータとの間の環状空間を軸方向に通過するようにする働きをする。
【０００４】
当該技術分野の現状では、アブレイダブル材料要素は、半径方向壁でノズルの内側プラットフォームに接続される環状リングによって担持される。環状リングと、半径方向壁と、ノズルの内側プラットフォームとは、単一の一体鋳造物として成形され、これはかなりの厚さを有し、そのために比較的高重量になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この知られている技術には、別の大きな欠点がある。動作時に、ノズルのベーンはタービンの流れ部分を流れる高温ガスに曝される。流れ部分のガスの温度は比較的高く、一般にはほぼ９００°であるが、ノズルの内側プラットフォームとロータとの間の領域の温度はそれより低く、例えば、約７００°である。プラットフォームの厚さ、およびアブレイダブル要素を支承する手段の厚さにより、これらの部分は大きな熱慣性を有することができる。この熱慣性は、これらの部分が低い温度に曝されることも加わって、ノズルのベーンの熱膨張を抑え、このとき、これらのベーンは高いレベルの機械的応力を受ける。このことがベーンに亀裂やひびを生じさせ、ベーンの耐用年数を大幅に低減させてしまう。
【０００６】
すでに、ナット／ボルト式または類似のタイプの締結手段によって内側プラットフォームの内側半径方向リムに固定されている金属薄板片にアブレイダブル要素を固定する提案がなされてきた。残念なことに、これらの締結手段は、軸方向および半径方向に比較的大きな空間を占め、これらの締結手段を使用することがノズルのサイズや重量をかなり増大させることになる。
【０００７】
本発明の特定の目的は、これらの問題に対して、単純で、効果的で、低コストである解決策を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、本発明は、略半径方向のベーンによって相互接続される内側プラットフォームと外側プラットフォームとの２つの環状プラットフォームを備え、内側プラットフォームは、ラビリンス式シール部を形成するためにターボ機械のロータの環状ワイパと協働するためのアブレイダブル材料製の環状要素を担持する、ターボ機械用のタービンノズルノズルであって、アブレイダブル材料製の環状要素は、内側プラットフォーム内部に半径方向に取り付けられた略Ｌ字型、略Ｓ字型、または略Ｃ字型断面の環状金属薄板セクタによって担持され、環状金属薄板セクタの各々は、ろう付けまたは溶接によってその外周が内側プラットフォームに固定され、その内周がアブレイダブル材料製要素またはアブレイダブル材料製要素に固定された金属薄板片に固定されることを特徴とするノズルを提供する。
【０００９】
本発明により、先行技術に比べて、アブレイダブル材料要素の支承手段の重量、および前記手段の厚さ、熱慣性を大きく低減することができる。金属薄板セクタの厚さは、先行技術で使用される鋳造物の厚さよりかなり薄い。
【００１０】
さらに、金属薄板セクタは、重くて大きいナット／ボルト式式締結手段を使用せずに、溶接やろう付けによる簡単な方法でノズルの内側プラットフォームに直接固定される。したがって、ノズルのベーンは動作時により自由に熱膨張し、このことで応力が低減され、ノズルの耐用年数が長くなる。
【００１１】
好ましくは、各々の金属薄板セクタは、円筒状内周リムを有する半径方向壁を有し、その外周縁部を介して内側プラットフォームに固定される。各金属薄板セクタの半径方向壁の外周は、プラットフォームの内側半径方向リブに押圧固定されることができる。変形形態では、各金属薄板セクタは、内側プラットフォームの内面に押圧固定される円筒状外周リムを有する。
【００１２】
アブレイダブル材料要素は、金属薄板セクタの円筒状リムの内面に固定されてもよく、または任意で、第２の略円筒状の金属薄板片のセクタに固定されてもよく、このセクタは第１の金属薄板セクタの円筒状リムの内面に嵌合固定される。
【００１３】
有利には、金属薄板セクタは、隣接するロータディスクに向かって伸びるリムを有し、タービンの流れ部から半径方向内側にラビリンスシール部を収容する環状間隙まで流れる半径方向の高温ガスの流れを制限する。金属薄板セクタのリムは、例えば、ろう付けまたは溶接によって金属薄板セクタに固定される環状金属薄板片によって形成される場合もある。
【００１４】
本発明のノズルの内側プラットフォームは、セクタ化された円筒状壁によって形成されるのが好ましく、プラットフォームのセクタは一体鋳造物であり、一端部がプラットフォームセクタに溶接またはろう付けされ、他端部がアブレイダブル材料製の要素を担持する金属薄板セクタに位置合わせされた隣接プラットフォームセクタに摺動接触して押圧されるシールストリップを担持する。
【００１５】
本発明はさらに、上述のタイプのノズルを含むことを特徴とするターボ機械のタービンを提供し、また、少なくとも１つの上述のタイプのノズルが装着されたタービンを含むことを特徴とする飛行機のターボプロップまたはターボジェットなどのターボ機械を提供する。
【００１６】
非限定的な例を挙げ、添付図面を参照して説明された以下の記述を読めば、本発明はより理解され、本発明の他の詳細、特徴、利点はより明らかなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】先行技術のノズルを含む、ターボ機械の低圧タービンの軸方向断面半図である。
【図２】本発明のノズルが装着されたターボ機械の低圧タービンの部分断面半図である。
【図３】図２に対応した、本発明の変形形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
まず最初に、タービンロータの回転軸を含む平面におけるターボ機械の低圧タービン１０の断面半図である図１を参照する。
【００１９】
タービンロータは、４つのディスク１２、１４、１６、１８を有する。４つのディスクは、環状列の可動ブレード２２を担持する環状フランジ２０によって共通軸上に連続して組み立てられ、可動ブレード２２は、例えば、ダブテール形状または類似の形状のブレード根元部によって、その根元部の半径方向内側端部でディスク１２、１４、１６、１８の外周に取り付けられる。ロータは、環状フランジ２６によってディスク１４およびディスク１６の環状フランジ２０間で固定される駆動コーン２４を介してタービン軸に接続される。
【００２０】
さらに、可動ブレードをディスク上で軸方向に保持するための環状プレート２８がディスク１２、１４、１６、１８間に取り付けられ、各環状プレートは、２つの隣接するディスクの環状フランジ２０間で軸方向にクランプされた半径方向壁３０を備える。
【００２１】
可動ブレード２２の列間にノズルがあり、各々のノズルは、環状列の固定ベーン３６によって相互に接続される、内側プラットフォームと外側プラットフォームとの２つの環状プラットフォーム３２、３４を備える。ノズルの外側プラットフォーム３４は、適切な手段によって低圧タービンのケーシング３８に固定される。各ノズルの内側プラットフォーム３２は、プラットフォームの内面から半径方向内側に伸び、その内周がアブレイダブル材料製の環状要素４４を支承するための円筒状リング４２に接続される半径方向壁４０を備える。
【００２２】
これらのアブレイダブル要素４４は、外側がプレート２８によって担持される外側環状ワイパ４６に面して半径方向に配置される。ワイパ４６は、要素４４を擦り付けることによって要素４４と協働して、ラビリンスシール部を形成し、これらのシール部を通る軸方向の空気の流れを制限するように設計される。
【００２３】
円筒状リング４２は、その上流側と下流側とに環状リム４８を含み、環状リム４８は、ノズルの内側プラットフォーム３２の半径方向壁４０から離れて略軸方向に伸びる。略円筒状の上流側および下流側のスポイラ５０は、可動ブレード２２の根元部から軸方向に突出して形成され、これらのスポイラ５０は、バッフル効果により、これらの環状リム４８と、さらに内側プラットフォーム３２の上流側縁部および下流側縁部と協働して、タービンストリームから半径方向内側にラビリンスシール部を通る高温ガスの流れを制限する。
【００２４】
各ノズルのリング４２および半径方向壁４０は、ノズルの内側プラットフォーム３２と一緒に一体鋳造物として作られ、このことが上述のような多くの欠点を引き起こすことになる。
【００２５】
本発明は、環状金属薄板セクタによってアブレイダブル要素４４をノズルのプラットフォーム３２に固定することによって、これらの問題を少なくとも一部は改善することができる。これらの金属薄板セクタは、アブレイダブル要素およびノズルの内側プラットフォームにろう付けまたは溶接される。
【００２６】
図２の実施形態では、タービンは３つのノズルＡ、Ｂ、Ｃを有し、各々は特殊な型の金属薄板セクタが装着されている。
【００２７】
上流側ノズルＡの内側プラットフォーム３２は、プラットフォームの内面から内側に伸びる半径方向リブ４０’を有する。半径方向リブ４０’は、図１の半径方向壁４０に比べて、厚さはかなり薄く、半径方向寸法はかなり短い。
【００２８】
アブレイダブル要素４４を支承するための金属薄板セクタ５２は、略Ｌ字型の断面を有し、各々はその内周が円筒状壁５６の下流側端部に接続される半径方向壁５４を有し、円筒状壁５６の上流側端部は外側半径方向リム５８に接続される。半径方向壁５２の外周は、ノズルＡの半径方向リブ４０’の下流側表面に押圧され、溶接またはろう付けによって固定される。アブレイダブル要素４４は、ろう付けまたは溶接によって金属薄板セクタの円筒状壁５６の内面に固定される。金属薄板セクタのリム５８は、ノズルＡから上流側に位置するロータディスク１２の下流側スポイラ５０からわずかな半径方向間隔だけ離間して外側に伸びる。
【００２９】
Ｌ字型断面の環状金属薄板片６０は金属薄板セクタ５２から下流側に配置され、金属薄板セクタ５２の半径方向壁５４の下流側表面に押圧され、溶接またはろう付けによって固定される半径方向上流側部分と、ノズルＡからすぐ下流側に位置するロータディスク１４の上流側スポイラ５０から半径方向内側にわずかな半径方向間隔だけ離間して下流側に伸びる円筒状部分とを含む。
【００３０】
バッフル効果により、ディスク１２の下流側スポイラは、ノズルＡのプラットフォーム３２の上流側端部および金属薄板セクタ５２の外側リム５８と、ディスク１４の上流側スポイラはプラットフォーム３２の下流側端部および金属薄板の円筒状片６０とそれぞれ協働して、タービン流れ部からラビリンスシール部を収容する環状空間に流れる半径方向の高温ガスの流れを制限する。
【００３１】
中間ノズルＢのアブレイダブル要素４４の支承手段は、ノズルＡの金属薄板セクタ５２と同様の環状金属薄板セクタ５２’を備え、各金属薄板セクタの半径方向壁５４’は、その外周が円筒状リム６２に接続され、円筒状リム６２は下流側に向き、内側プラットフォーム３２の内面に押圧され、溶接またはろう付けによって固定される。このプラットフォーム３２は、半径方向壁４０または半径方向リブ４０’を持たない。金属薄板セクタ５２’は、断面が略Ｓ字型である。
【００３２】
また、略Ｕ字型断面の環状金属薄板片６４も、溶接またはろう付けによって、金属薄板セクタ５２’およびアブレイダブル要素４４に固定される。この金属薄板片６４は、半径方向外側に伸び、金属薄板片セクタ５２’の半径方向壁５４’の下流側表面に押圧固定される上流側環状タブを含む。金属薄板６４の略円筒状中間部分は、アブレイダブル要素に固定される。金属薄板５２’の下流側環状タブは、円錐台形状に下流側かつ外側に伸び、その下流側端部は、ディスク１６の上流側スポイラ５０から半径方向内側に、わずかな半径方向間隔だけ離間して位置する。
【００３３】
ディスク１４、１６のスポイラ５０は、バッフル効果により、上述したように、ノズルＢのプラットフォーム３２の上流側縁部および下流側縁部、金属薄板セクタ５２’の上流側リム５８’、金属薄板６４の下流側タブと協働する。
【００３４】
下流側ノズルＣに取り付けられる支承手段は、略Ｃ字型またはＵ字型断面で、軸方向上流側を向いて側面が開口した環状金属薄板セクタ６６を備える。各金属薄板セクタ６６は、半径方向外側の円筒状リム６８を有し、円筒状リム６８は、（ノズルＢのプラットフォームと同一の）プラットフォーム３２の内面に押圧され、溶接またはろう付けによって固定される。リム６８の下流側端部は、傾斜した環状壁７０の外周に接続され、環状壁７０は、上流側から下流側に内側に向かって伸び、その内周は内側円筒状壁７２の下流側端部に接続される。アブレイダブル材料製の要素４４は、これらの円筒状壁７２の内面に固定される。環状壁７０の下流側端部は、ディスク１８の上流側スポイラ５０の半径方向内側で上流側スポイラ５０に近接して位置し、壁７０とスポイラ５０との間の空気の漏れを抑える。
【００３５】
略Ｌ字型断面の環状金属薄板片７４は、溶接またはろう付けによって、その下流側端部が金属薄板セクタの円筒状壁７２の外面に固定される。前記金属薄板片７４の上流側端部は、ノズルＢの下流側スポイラ５０の近くまで半径方向外側に伸びる。このスポイラ５０は、バッフル効果により、ノズルＣのプラットフォーム３２の上流側縁部および金属薄板片７４と協働する。
【００３６】
ノズルＣには、金属薄板セクタ６６から下流側には、ノズルＡ、ノズルＢ、それぞれの金属薄板片６０、６４の場合に見られるような、金属薄板セクタ６６の下流側に位置するディスクの上流側スポイラと協働するための金属薄板がない。一方、ノズルＣの金属薄板セクタ６６の形状は、空気の漏れを抑えるために、バッフル効果により、ディスク１８の上流側スポイラ５０と直接協働できる形状に合わされる。
【００３７】
図２に示されるアブレイダブル要素４４の支承手段は、先行技術の支承手段（図１）と交換可能なように設計される。つまり、本発明の支承手段は、その形状および構造から、既存の支承手段の代わりに取り付けられるようにタービン１の環境に適合される。この交換は、タービンのメンテナンス動作のときに行われてもよい。
【００３８】
図３に示された変形形態では、アブレイダブル要素を支承するための本発明の支承手段の半径方向および軸方向の範囲が狭いので、タービンロータは、タービンの半径方向の寸法を縮小し、ひいてはタービンの重量を低減するように設計し直されている。ディスクの締結フランジ１２０は、特に、プレート２８のワイパ４６が可動ブレード１２２の列の内周により近くなるように、構成し直され、寸法が直されている。
【００３９】
したがって、図３のアブレイダブル要素を支承する金属薄板セクタは、図２の金属薄板セクタよりも半径方向の寸法が短い。
【００４０】
ノズルＤのプラットフォーム１３２は、図２のノズルＡのプラットフォームと同じである。このノズルの金属薄板セクタ１５２はＬ字型断面であり、これらのセクタの各々の半径方向壁１５４は、その外周がろう付けまたは溶接によってノズルのプラットフォーム１３２の内側半径方向リブ１４０’の下流側表面に固定される。金属薄板セクタの円筒状壁１５６は、半径方向壁１５４の内周から上流側に伸び、円筒状壁１５６の内面は、別の略円筒状の金属薄板片１８０の外面に押圧され、溶接またはろう付けによって固定される。この他方の金属薄板片１８０は、ディスク１１２の下流側スポイラおよびディスク１１４の上流側スポイラから半径方向内側にわずかな半径方向間隔だけ離間して軸方向に伸びて、バッフル効果により前記スポイラと協働するようになる。アブレイダブル材料製の要素１４４は、金属薄板片１８０の内面に固定される。
【００４１】
タービンの中間ノズルＥは、ノズルＣのプラットフォーム１３２の内面にろう付けまたは溶接によって固定された外側円筒状壁１６８を有する略Ｃ字型断面の環状金属薄板セクタ１６６を有する。金属薄板セクタ１６６の内側円筒状壁１７２は、その上流側端部がディスク１１４の下流側スポイラから半径方向内側にわずかな半径方向間隔だけ離間して伸びる。これらの円筒状壁１７２は、外側半径方向リムに接続されない、またはディスク１１４の下流側スポイラ１５０と協働するための追加の金属薄板片に接続されない。
【００４２】
略Ｌ字型の環状金属薄板片１６０は、金属薄板セクタ１６６の半径方向壁１７０の下流側表面に固定されたその上流側端部を有し、ディスク１１６の上流側スポイラ１５０から半径方向内側にわずかな半径方向間隔だけ離間して下流側に伸びる。
【００４３】
下流側ノズルＦのアブレイダブル要素１４４の支承手段は、図２のノズルＣの金属薄板セクタと同様の金属薄板セクタ１６６’を備えるが、これらの支承手段は任意の金属薄板片７４を持たない。各金属薄板セクタ１６６’は、その外周がプラットフォーム１３２に固定された円筒状リム１６８’に接続され、その内周がアブレイダブル材料製要素１４４を担持する円筒状壁１７２’に接続された環状壁１７０’を有し、この金属薄板セクタ１６６’は、その半径方向のサイズを平たくした、または縮小した後の図２の金属薄板セクタ６６に相当し、空気の漏れを抑えるために、スポイラ１５０の近くまで伸びる。
【００４４】
ノズルのプラットフォーム３２、１３２はそれぞれ、周囲の端から端まで連続して配置された複数のセクタからなるセクタ化された円筒状壁によって形成される。環状金属薄板片６０、６４、７４、１８０、１６０は、同様にセクタ化されている。内側プラットフォーム３２、１３２のセクタおよび環状金属薄板片５２、５２’、６６、１５２、１６６、１６６’、および６０、６４、７４、１８０、１６０のセクタは、半径方向の寸法がほぼ等しく、半径方向に互いにアライメントされる。
【００４５】
プラットフォームのセクタ間は、一端がろう付けまたは溶接によってプラットフォームセクタに固定され、他端が隣接するプラットフォームセクタに摺動接触して押圧されるストリップによって封止される。これらのストリップは、図３の破線１８２、１８２’で図式的に示されている。
【００４６】
略Ｃ字型断面のシールストリップ１８２は、金属薄板セクタ１６６’から上流側のノズルＥのプラットフォーム１３２半径方向内側に配置される。各ストリップは、プラットフォームの内面に固定されるその半径方向外側端部を有し、隣接するプラットフォームの内面に周方向に摺動可能に取り付けられる。これらのストリップ１８２は、２つの隣接する金属薄板セクタ間の間隙で、ほとんど隙間なく金属薄板セクタ１６６の形状に一致する形状で、間隙を通るガスの流れを制限するようにする。
【００４７】
シールストリップ１８２’は、ノズルＺの金属薄板セクタ１６６’から上流側および下流側に配置され、シールストリップ１８２’の半径方向外側端部は、上述したように、ノズルのプラットフォーム１３２’に固定される。また、これらのシールストリップは、金属薄板セクタ１６６’間のセクタとセクタと間の間隙に配置されて、これらのセクタ間のガスの流れを制限する。
【００４８】
金属薄板セクタ５２、５２’、７０、１５２、１６６、１６６’の全ては、ノズルの内側プラットフォームに固定された半径方向外側端部を有するこのタイプのシールストリップによって上流側および／または下流側が覆われる。
【図１】
2011517479.tif 000003
【図２】
2011517479.tif 000004
【図３】
2011517479.tif 000005
【国際調査報告】
2011517479.tif 000006
2011517479.tif 000007
2011517479.tif 000008
2011517479.tif 000009
2011517479.tif 000010
2011517479.tif 000011