(57)【要約】  ガスタービン用の排気装置は、環状ダクトを含み、複数の支柱が少なくとも外側ダクト壁から環状ダクトの内側ダクト壁に延在している。各支柱は、それぞれのストラットシールドに封入されている。各ダクト壁を有するストラットシールドのインターフェースは、各インターフェースにおいてストラットシールドの周囲の部分的長さに沿って延在する少なくとも１つのカラーを含む。カラーは、半径方向に延在し、ストラットシールドと整列されている第１セクションと、第１セクションに対して斜めに配向され、各ダクト壁と整列されている第２セクションとを含む。第１セクションは、第１ジョイントに沿ってストラットシールドに取り付けられ、第２セクションは、第２ジョイントに沿って各ダクト壁に取り付けられる。第１及び第２セクションの交差部は、各インターフェースに応力を分配するように構成された半径によって規定される滑らかな曲線により形成される。
2021527178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン（１）用の排気装置（１０）であって、
ガスタービン（１）の機械軸（９）に沿って軸方向に延在する環状ダクト（１２）であって、外側ダクト壁（１４）および内側ダクト壁（１６）によって半径方向に区切られた、環状ダクト（１２）と、
前記環状ダクト（１２）内に円周方向に分布された複数のストラット（１８）であって、各ストラット（１８）が少なくとも前記外側ダクト壁（１４）から前記内側ダクト壁（１６）まで延在し、各ストラットシールド（２０）内にカプセル化された、複数のストラット（１８）と、を備え、
前記各ストラットシールド（２０）が第１インターフェース（２２）に沿って前記外側ダクト壁（１４）と係合するとともに、第２インターフェース（２４）に沿って前記内側ダクト壁（１６）と係合しており、
前記第１および第２インターフェース（２２、２４）の少なくとも一方が、
前記それぞれのインターフェース（２２、２４）における前記ストラットシールド（２０）の周囲の部分的な長さに沿って延在する少なくとも一つのカラー（２６）であって、前記カラー（２６）は、半径方向に延在し、前記ストラットシールド（２０）と整列される第１セクション（３２）と、前記第１セクション（３２）に対して斜めに配向され、前記それぞれのダクト壁（１４、１６）と整列される第２セクション（３４）とを含み、前記第１セクション（３２）は、第１ジョイント（４２）に沿って前記ストラットシールド（２０）に取り付けられ、前記第２セクション（３４）は、第２ジョイント（４４）に沿って前記それぞれのダクト壁（１４、１６）に取り付けられた、カラー（２６）、
を備え、
前記第１セクションおよび第２セクション（３２、３４）の交差部（４０）は、前記それぞれのインターフェース（２２、２４）に応力を分配するように構成された半径によって規定される滑らかな曲線によって形成される、
排気装置（１０）。
【請求項２】
前記第１ジョイント（４２）は、前記交差部（４０）から第１方向に沿って離間しており、前記第２ジョイント（４４）は、前記第１方向に非平行である第２方向に沿って前記交差部（４０）から離間している、請求項１に記載の排気装置（１０）。
【請求項３】
前記ストラットシールド（２０）は、前記ストラットシールド（２０）の周囲の残りの長さの間、前記それぞれのインターフェース（２２、２４）において、前記それぞれのダクト壁（１４、１６）に直接取り付けられる、請求項１または２に記載の排気装置（１０）。
【請求項４】
前記少なくとも１つのカラー（２６）が、
前記それぞれのインターフェース（２２、２４）における前記ストラットシールド（２０）の前縁（２８）の周囲に延在する前縁カラー（２６ＡＯＤ、２６ＡＩＤ）、および、
前記それぞれのインターフェース（２２、２４）における前記ストラットシールド（２０）の後縁（３０）の周囲に延在する後縁カラー（２６ＢＯＤ、２６ＢＩＤ）、
の一方または両方を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の排気装置（１０）。
【請求項５】
前記第１インターフェース（２２）および前記第２インターフェース（２４）の両方が、それぞれの前縁カラー（２６ＡＯＤ、２６ＡＩＤ）およびそれぞれの後縁カラー（２６ＢＯＤ、２６ＢＩＤ）を備える、請求項４に記載の排気装置（１０）。
【請求項６】
前記第１ジョイント（４２）及び前記第２ジョイント（４４）はそれぞれ溶接接合で構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の排気装置（１０）。
【請求項７】
前記カラー（２６）が、前記それぞれのインターフェース（２２、２４）における前記ストラットシールド（２０）の周囲に沿って、前記カラー（２６）の第１端部（５２）から第２端部（５４）まで部分的に延在し、
前記交差部（４０）の半径が、前記第１および第２端部（５２、５４）との間で連続的に変化する、請求項１から６のいずれか１項に記載の排気装置（１０）。
【請求項８】
前記交差部（４０）の最大半径が、前記第１端部および第２端部（５２、５４）との間の位置に位置する、請求項７に記載の排気装置（１０）。
【請求項９】
前記最大半径が、前記ストラットシールド（２０）の前縁（２８）または後縁（３０）に位置する、請求項８に記載の排気装置（１０）。
【請求項１０】
前記交差部（４０）の半径の最大値は、
最大半径に対する前記最大半径の位置における前記ストラットシールド（２０）のスパン方向高さの比が７〜１６の範囲内にあり、
および／または、
前記ストラットシールドの材料厚に対する前記最大半径の比が４〜１０の範囲内にあるように構成される、請求項８または９に記載の排気装置（１０）。
【請求項１１】
前記カラー（２６）の前記第１端部（５２）における前記交差部（４０）の半径および前記第２端部（５４）における前記交差部（４０）の半径は、前記第１端部（５２）に隣接する前記ストラットシールド（２０）と前記それぞれのダクト壁（１４、１６）との間のジョイントの半径と、前記ストラットシールド（２０）と前記第２端部（５４）に隣接する前記それぞれのダクト壁（１４、１６）との間のジョイントの半径とをそれぞれ一致させるように構成される、請求項７から１０のいずれか１項に記載の排気装置（１０）。
【請求項１２】
前記交差部（４０）を形成する滑らかな曲線は、流路に対向する第１の表面（４６）上の内半径と、前記第１の表面（４６）に対向する第２の表面（４８）上の外半径とによって規定される、請求項１から１１のいずれか１項に記載の排気ディフューザ（１０）。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのカラー（２６）が、前記第１インターフェース（２２）における前記ストラットシールド（２０）の後縁（３０）の周りに延在し、前記カラー（２６）の後端が、下流の排気マニホールドに取り付けるためのボルト穴（５８）を備えた半径方向に延在するフランジ（５６）を備える、請求項１から１２のいずれか１項に記載の排気ディフューザ（１０）。
【請求項１４】
ガスタービンエンジン（１）の排気装置（１０）における亀裂を低減するためにガスタービン（１）を点検するための方法であって、
前記排気装置（１０）が、
前記ガスタービン（１）の機械軸（９）に沿って軸方向に延在する環状ダクト（１２）であって、外側ダクト壁（１４）及び内側ダクト壁（１６）によって半径方向に区切られている、環状ダクト（１２）と、
前記環状ダクト（１２）内に円周方向に分布する複数のストラット（１８）であって、各ストラット（１８）は、少なくとも前記外側ダクト壁（１４）から前記内側ダクト壁（１６）まで延在し、それぞれのストラットシールド（２０）内に封入され、各ストラットシールド（２０）は、第１インターフェース（２２）に沿って前記外側ダクト壁（１４）と係合し、第２インターフェース（２４）に沿って前記内側ダクト壁（１６）と係合する、複数のストラット（１８）と、
を備え、
少なくとも１つのカラー（２６）を前記第１インターフェース（２２）に取り付けるステップ及び／又は前記第２インターフェース（２４）に取り付けるステップであって、取り付け後、前記カラー（２６）は、前記それぞれのインターフェース（２２、２４）における前記ストラットシールド（２０）の周囲の部分的長さに沿って延在し、前記カラー（２６）は、第１セクション（３２）及び前記第１セクション（３２）に対して斜めに配向された第２セクション（３４）を備える、ステップを有し、
前記カラー（２６）を取り付けるステップは、
前記第１セクション（３２）を前記ストラットシールド（２０）に位置合わせするとともに、前記第２セクション（３４）をそれぞれのダクト壁（１４、１６）に位置合わせするステップと、
前記第１セクション（３２）を第１ジョイント（４２）に沿って前記ストラットシールド（２０）に接合するとともに、前記第２セクション（３４）を前記それぞれのダクト壁（１４、１６）に第２ジョイント（４４）に沿って接合するステップと、
を有し、
前記第１及び第２セクション（３２、３４）の交差部（４０）は、前記それぞれのインターフェース（２２、２４）に応力を分配するように構成された半径によって規定される滑らかな曲線によって形成される、ステップと、
を有する方法。
【請求項１５】
前記第１セクション（３２）の前記ストラットシールド（２０）への接合および前記第２セクション（３４）の前記それぞれのダクト壁（１４、１６）への接合は、溶接を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１４または１５に記載の方法であって、
前記少なくとも１つのカラー（２６）を取り付ける前に、切り欠き（３６）を部分的に前記ストラットシールド（２０）上に形成するとともに、部分的に前記それぞれのダクト壁（１４、１６）上に形成し、前記切り欠き（３６）の周囲輪郭が全体として前記カラー（２６）の周囲輪郭に対応する、方法。
【請求項１７】
前記切り欠き（３６）は、機械加工によって形成される、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、特にガスタービンエンジンの排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンのような軸流ターボ機械は、典型的には、空気を圧縮するための圧縮機セクションと、圧縮空気を燃料と混合し、混合物に点火して熱い作動媒体流体を形成するための燃焼器セクションと、作動媒体流体から動力を取り出すためのタービンセクションと、タービン排気流をチャンネリングするための最終タービンステージの下流に位置する排気装置とを含む。タービン排気装置は、典型的には、環状流路内に円周方向に分布されたストラットのような支持構造体を含む。各ストラットは、外部流路境界および内部流路境界を通って延在し、保護ストラットシールドによって封入される。ストラットシールドは、例えば溶接によって、外部および内部流路境界に接合されてもよい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
簡単に説明すると、本発明の態様は、ガスタービンエンジン排気における亀裂を低減するための装置および方法を対象とする。
【０００４】
本発明の第１の態様によれば、ガスタービン用の排気装置が提供される。排気装置は、ガスタービンの機械軸に沿って軸方向に延在する環状ダクトを備える。環状ダクトは、外側ダクト壁と内側ダクト壁によって半径方向に区切られている。また、排気装置は、環状ダクト内に円周方向に分布された複数のストラットを備える。各ストラットは、少なくとも外側ダクト壁から内側ダクト壁まで延在しており、それぞれのストラットシールドに封入される。各ストラットシールドは、第１インターフェースに沿って外側ダクト壁と係合し、第２インターフェースに沿って内側ダクト壁と係合する。第１インターフェース及び第２インターフェースの少なくとも一方は、それぞれのインターフェースにおけるストラットシールドの周囲の部分的長さに沿って延在する少なくとも１つのカラーを備える。カラーは、半径方向に延在しており、ストラットシールドと整列されている第１セクションと、第１セクションに対して斜めに配向され、それぞれのダクト壁と整列されている第２セクションとを備える。第１セクションは第１ジョイントに沿ってストラットシールドに取り付けられ、第２セクションは第２ジョイントに沿ってそれぞれのダクト壁に取り付けられる。第１セクションと第２セクションとの交点は、それぞれのインターフェースで応力を分配するように構成された半径によって規定される滑らかな曲線によって形成される。
【０００５】
本発明の第２の態様によれば、ガスタービンの排気装置の亀裂を低減するためにガスタービンを整備する方法が提供される。排気装置は、ガスタービンの機械軸に沿って軸方向に延在する環状ダクトを含む。環状ダクトは、外側ダクト壁と内側ダクト壁によって半径方向に区切られている。排気装置は、環状ダクト内に円周方向に分布する複数のストラットも含む。各ストラットは、少なくとも外側ダクト壁から内側ダクト壁まで延在しており、それぞれのストラットシールドに封入される。各ストラットシールドは、第１インターフェースに沿って外側ダクト壁と係合し、第２インターフェースに沿って内側ダクト壁と係合する。この方法は、第１インターフェース及び／又は第２インターフェースに少なくとも１つのカラーを取り付けることを含む。カラーは、取り付け後、カラーがそれぞれのインターフェースでストラットシールドの周囲の部分的長さに沿って延在するように取り付けられる。カラーは、第１セクションと、第１セクションに対してある角度で配向された第２セクションとを備える。カラーを取り付けることは、第１セクションをストラットシールドに位置合わせし、第２セクションをそれぞれのダクト壁に位置合わせすることと、その後、第１ジョイントに沿って第１セクションをストラットシールドに接合し、第２ジョイントに沿って第２のセクションをそれぞれのダクト壁に接合することとを含む。第１セクションと第２セクションとの交点は、それぞれのインターフェースで応力を分配するように構成された半径によって規定される滑らかな曲線によって形成される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本発明は、図面の助けを借りて、より詳細に示される。図は好ましい構成を示しており、本発明の範囲を限定するものではない。
【図１】本発明の実施形態を組み込むことができるガスタービンエンジンの概略図である。
【図２】公知のタイプの排気装置の軸方向正面図である。
【図３】図２のセクションＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による部分カラーを備える排気装置の斜視図である。
【図５】半径方向外側方向から見た断面平面図であり、外側ダクト壁を有するストラットシールドのインターフェースにおける一対の部分カラーを示す図である。
【図６】半径方向内方を見た断面平面図であり、内側ダクト壁を有するストラットシールドのインターフェースにおける一対の部分カラーを示す図である。
【図７】部分カラーの取り付け前に機械加工された切り欠きを有する排気装置の斜視図である。
【図８】本発明の様々な実施形態による部分カラーの斜視図である。
【図９】本発明の様々な実施形態による部分カラーの斜視図である。
【図１０】本発明の様々な実施形態による部分カラーの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下の好ましい実施形態の詳細説明において、本明細書の一部を構成し、限定されるものではなく、例示として本発明を実施できる特定の実施形態が示されている添付の図面を参照する。他の実施形態を利用してもよく、本発明の精神および範囲から逸脱することなく変更を行うことができることを理解すべきである。
【０００８】
図１を参照すると、ガスタービンエンジン１は、一般に、圧縮機セクション２と、燃焼器セクション４と、タービンセクション８と、排気装置１０とを含む。運転中、圧縮機セクション２は周囲空気３を誘導し、これを圧縮する。圧縮機セクション２からの圧縮空気は、燃焼器セクション４内の１つまたは複数の燃焼器に入る。圧縮空気は燃料５と混合され、混合気は燃焼器で燃焼されて高温作動媒体流体６を形成する。高温作動媒体流体６はタービンセクション８に送られ、そこで静止翼形部と回転翼形部の交互の列を通って膨張され、ロータ７を駆動できる動力を発生させるために使用される。タービンセクション８から出た膨張ガスは、最後のタービン段の下流に配置された排気装置１０を介してエンジン１から排出される。
【０００９】
一例では、図１及び図２に示すように、排気装置１０はディフューザとして構成することができ、このディフューザは、排気ガスのための流路を画定し、ガスタービンエンジン１の機械軸９に沿って軸方向に延在する発散環状ダクト１２を含むことができる。環状ダクト１２は、外側流路境界を形成する外側ダクト壁１４と、内側流路境界を形成する内側ダクト壁１６とによって半径方向に区切られている。発散環状ダクト１２は、排気流の速度を低下させ、かくしてタービンセクション８の最終段を横切って膨張する排気ガスの圧力差を増大させる役割を果たすことができる。排気装置１０は更に、環状ダクト１２内に円周方向に分布されたストラット１８のような支持構造体を含む。各ストラット１８は、少なくとも外側ダクト壁１４から内側ダクト壁１６まで延在している。図示の例では、ストラット１８は、外側ダクト壁１４及び内側ダクト壁１６を通って延在している。高い排気流路温度からストラット１８を保護するために、各ストラット１８は、通常、ストラットシールド２０によって囲まれている。ストラットシールド２０は、図３の断面図に示すように、前縁２８と後縁３０とを有する空気力学的形状であってもよい。図２を参照すると、ストラットシールド２０は、外側ダクト壁１４と内側ダクト壁１６との間のストラット１８の半径方向範囲をカプセル化する。各ストラットシールド２０は、外側インターフェース２２に沿って外側ダクト壁１４と係合し、内側インターフェース２４に沿って内側ダクト壁１６と係合する。インターフェース２２、２４は、典型的には、溶接継手によって形成される。
【００１０】
タービン排気中のストラットシールドは、現場での長時間運転後、しばしば亀裂発生を示すことが観察されている。これらの亀裂は、特に外部インターフェース２２及び内部インターフェース２４における溶接継手において、それぞれ高応力領域で形成される傾向がある。特に、本発明者らは、亀裂が主にストラットシールド２０の前縁２８および後縁３０においてインターフェース２２、２４で始まることを認識した。亀裂は、これらの領域の高い熱勾配、溶接品質の悪さ、および高い振動に起因すると考えられる。上記の要因は、単独で、または組み合わせて作用して、排気亀裂の条件を作り出すことができる。技術分野における排気亀裂は、通常、技術分野における溶接補修によって対処されてきた。しかしながら、このプロセスは時間と費用がかかる可能性があり、修理された領域は、エンジンの運転が再開されると時には再亀裂することがある。
【００１１】
図４−１０に図示した本発明の実施形態は、これらの領域の亀裂を低減するために、インターフェース２２、２４のいずれかに取り付け可能な荷重分散カラー２６に向けられる。カラー２６は、ジョイント（典型的には溶接ジョイント）を高度に応力を受けた位置から遠ざけ、広く滑らかな半径を提供して、これらの領域の応力をより良好に分散させるように設計されている。提案された設計の明確な特徴は、カラー２６がそれぞれのインターフェース２２、２４においてストラットシールド２０の全周に沿って延在せず、その周囲の部分的な長さに沿ってのみ提供されることである。部分的カラー設計は、全荷重カラー設計（すなわち、カラーがストラットシールドの全周に沿って延在するもの）と比較した場合、材料除去、溶接収縮および残留応力からの排気歪みの低減可能性を確実にすることができる。また、部分カラー設計は、全荷重カラー設計と比較した場合、隣接するハードウェアとの表面公差偏差による溶接継手の不一致のより低いリスクを保証することができる。少なくとも上記の理由により、ここに図示するように、部分カラー２６をフィールドサービス中に現場に容易に設置することができる。
【００１２】
一実施形態では、部分カラー２６は、最も高い応力を有する位置、例えば、前縁２８および／またはストラットシールド２０の後縁３０に、インターフェース２２、２４のいずれかまたは両方に設けられてもよい。それにより、前縁２８及び／又は後縁３０内の応力は、ストラットシールド２０及びそれぞれのダクト壁１４、１６の他の位置に再分配され、これにより、これらの領域で現在目撃されている亀裂リスクに直接対処し、これを除去することができる。さらに、前縁２８及び後縁３０での流路断面の等価強度は、これらの位置での溶接材料比率の減少により増大することがある。流路断面の等価強度とは、不均質性（強度弱化要素）を考慮した流路断面の正味強度を指し、例えば溶接シーム熱影響部、気孔率、または他の欠陥による。本発明の実施形態は、従来の設計手法と比較して溶接領域の割合が少ないため、特にジョイントにおけるストラットシールドの前縁および／または後縁において不均質性の程度を制限しようとするものであり、この場合、ストラットシールドは、前縁および後縁において溶接部によって直接ダクト壁に接合される。
【００１３】
図４−６は、提案された部分カラー設計を採用する例示的実施形態を示す。図示された実施形態では、各ストラットシールド２０は、それぞれのダクト壁１４、１６との各インターフェース２２、２４における一対のカラー２６を含む４つのカラー２６と関連している。特に図５及び図６に示すように、ストラットシールド２０の外側インターフェース２２及び外側ダクト壁１４は、ストラットシールド２０の前縁２８の周囲に延在する前縁カラー２６ＡＯＤと、ストラットシールド２０の後縁３０の周囲に延在する後縁カラー２６ＢＯＤとを備える。さらに、ストラットシールド２０と内側ダクト壁１６の内側インターフェース２４は、ストラットシールド２０の前縁２８の周囲に延在する前縁カラー２６ＡＩＤと、ストラットシールド２０の後縁３０の周囲に延在する後縁カラー２６ＢＩＤとを備える。他の実施形態（図示せず）では、カラー２６は、上記の位置のいずれか１つまたは複数、または亀裂が発生しやすい他の任意の位置に設けられてもよい。
【００１４】
図８および図９は、本発明の態様による部分カラー２６の例示的実施形態を示す。特に、図８は、外部インターフェース２２においてストラットシールド２０の後縁３０に取り付け可能な後縁カラー２６ＢＯＤを描いているが、図９は、内部インターフェース２４においてストラットシールド２０の後縁３０に取り付け可能な後縁カラー２６ＢＩＤを描いている。カラー２６ＢＯＤ及び２６ＢＩＤは、それぞれインターフェース２２及び２４におけるストラットシールド２０の後縁３０の輪郭に合致するように成形されてもよい。図面に詳細には図示されていないが、図４−６に示されている前縁カラー２６ＡＯＤ及び２６ＡＩＤは、原理的に同様に構成され、それぞれインターフェース２２及び２４におけるストラットシールド２０の前縁２８の輪郭に一致するように適合されていてもよい。
【００１５】
図８及び図９を参照すると、各カラー２６は、半径方向に延在しており、ストラットシールド２０と整列するように構成された第１セクション３２と、第１セクション３２に対して斜めに配向され、それぞれのダクト壁１４、１６と整列するように構成された第２セクション３４とを備える。第１セクション３２と第２セクション３４との間の角度は、それぞれのインターフェース２２、２４におけるストラットシールド２０とダクト壁１４、１６との間の角度に対応することができる。例えば、第１セクション３２とセクション３４との間の角度は、必ずしも９０°に等しいとは限らないが、ダクト壁１４、１６の円錐形状のため、約９０°とすることができる。外側インターフェース２２に取り付けられたカラー２６の場合、第１セクション３２は、図８に示すように、第２セクション３４から半径方向内側に延在する。内部インターフェース２４に取り付けられたカラー２６の場合、第１セクション３２は、図９に示すように、第２セクション３４から半径方向外側に延在する。各カラー２６の第１セクション３２は、第１の縁部６２を有し、これは、第１ジョイント４２（図４参照）に沿って、ストラットシールド２０に接合され得る。各カラー２６の第２セクション３４は、第２エッジ６４を有し、第２ジョイント４４（図４参照）に沿ってそれぞれのダクト壁１４、１６に接合することができる。一実施態様において、ジョイント４２及び４４は、溶接ジョイントを含む。
【００１６】
各カラー２６の第１セクション３２および第２セクション３４は、交差部４０で交わる。交差部４０は、それぞれのインターフェース２２、２４に応力を分配するように構成された半径によって規定される滑らかな曲線によって形成される。例示的な実施形態様において、第１ジョイント４２（縁部６２に沿って）は、第１の方向に沿って交差部４０から離間しており、第２ジョイント４４（縁部６４に沿って）は、第１の方向に非平行な第２の方向に沿って、交差部４０から離間している。図示のカラー設計は、従って、溶接継手を、より低い応力を有する領域まで、先に高応力を受けた領域から遠ざけ、広く、滑らかな半径を提供して、これらの領域内の応力をより良好に分布させる。上述したように、各カラー２６は、それぞれのインターフェース２２、２４において、ストラットシールド２０の周囲の部分的な長さに沿ってのみ延在している。図４−６を参照すると、ストラットシールド２０は、例えば溶接によって、それぞれのインターフェース２２、２４におけるストラットシールド２０の周囲の残りの長さのために、それぞれのダクト壁１４、１６に直接取り付けられてもよい。
【００１７】
各カラー２６は、図８及び図９に示すように、第１端部５２からカラー２６の第２端部５４まで、ストラットシールド２０の周囲に沿って部分的に延在している。一実施形態では、本明細書に例示されているように、交差部４０の半径は、第１端部５２と第２端部５４との間で連続的に変化する。特に、交差部４０の最大半径は、第１端部５２と第２端部５４との間の位置に位置することができる。後縁カラー２６ＢＯＤ及び２６BID (それぞれ図８及び図９参照）については、最大半径は、ストラットシールド２０の後縁３０の位置に配置することができる。同様に、前縁カラー２６ＡＯＤおよび２６AID (具体的には図示せず）については、最大半径は、ストラットシールド２０の前縁２８の位置に位置されてもよい。
【００１８】
各カラー２６の半径及び最大半径の変動は、応力が最も高い領域から応力を分配するように個々に構成することができる。例えば、個々のカラー２６の最大半径は、他の要因の中でも、カラー２６の位置（例えば、前縁または後縁、内側または外側のインターフェース）、ストラットシールド２０のスパン方向の高さ、およびストラットシールド２０の材料の厚さに依存し得る。一実施形態では、カラー２６の最大半径は、最大半径と最大半径の位置におけるストラットシールド２０のスパン方向高さの比が７〜１６の範囲にあるように構成されてもよい。独立して又は加えて、カラー２６の最大半径は、ストラットシールドの材料厚に対する最大半径の比が４〜１０の範囲にあるように構成することができる。発散ダクト形状において、ストラットシールドのスパン方向の高さは、典型的には、前縁から後縁に向かって増加することに留意されたい。ストラットシールドの材料厚は、ほとんどの場合、実質的に一定であると仮定することができる。更に、各カラー２６の半径は、既存の隣接するハードウェアに対して望ましくは調整されて、特定の領域における応力を更に減少させるのを助けることができる。したがって、一実施形態では、第１端部５２における半径およびカラー２６の第２端部５４における半径は、第１端部５２に隣接するストラットシールド２０とそれぞれのダクト壁１４、１６との間のジョイントの半径、およびカラー２６の第２端部５４に隣接するストラットシールド２０とそれぞれのダクト壁１４、１６との間のジョイントの半径にそれぞれ一致するように構成される。
【００１９】
本実施形態では、図８および図９に示すように、交差部４０を形成する滑らかな曲線は、流路に対向する第１の表面４６上の内側半径と、第１の表面４６に対向する第２の表面４８上の外側半径とによって画定される。この場合、「半径の変動」、「最大半径」等のフレーズにおいて、本明細書で使用される用語「半径」は、内側半径、又は外側半径、又はその両方を指すことができる。
【００２０】
さらなる実施形態では、後縁カラー、特に外側インターフェース２４に位置する後縁カラー２６ＢＯＤの後端は、図１０に示すように、半径方向に延在するフランジ５６として構成することができる。フランジ５６には、下流のタービン排気マニホールドのケーシングにダクト１２を取り付けるためのボルト穴５８を設けることができる。
【００２１】
本発明のさらなる態様は、タービン排気装置の亀裂を低減する方法を対象とすることができる。提案した方法は、例えば、ガスタービンエンジンの現場点検の一部として採用することができる。
【００２２】
第一段階では、図７に示すように、例えば、ストラットシールド２０とそれぞれのダクト壁１４、１６を機械加工することによって、１つまたは複数の切り欠き３６を形成することができる。切り欠き３６は、カラー２６が続いて取り付けられることが意図されている位置に形成することができる。ストラットシールド２０及びそれぞれのダクト壁１４、１６の機械加工は、切欠き３６の周囲輪郭が切欠き３６の位置に取り付けられるべきそれぞれのカラー２６の周囲輪郭に全体として対応するように行うことができる。図示の実施形態では、切り欠き３６は、各ストラットシールド２０の内側インターフェース２４と同様に、外側インターフェース２２における前縁２８及び後縁３０に形成される。各ストラットシールド２０は、この場合、４つの切り欠き３６に関連する。その後の工程は、各カラー２６の第１セクション３２をストラットシールド２０と整列させ、カラー２６の第２セクション３４をそれぞれのダクト壁１４、１６と整列させることによって、カラー２６を切り欠き３６内に位置決めすることを含む。次いで、カラー２６の第１セクション３２が第１ジョイント４２に沿ってストラットシールド２０に接合され、カラー２６の第２セクション３４が第２ジョイント４４に沿ってそれぞれのダクト壁１４、１６に接合される。図示の実施形態では、前記接合は、溶接によって実施されてもよい。排気装置１０の合成構成を図４に示す。
【００２３】
上述の実施形態は、最終タービン段のすぐ下流に配置されたタービン排気シリンダに関する。本発明の態様は、タービン排気シリンダの下流に配置されたタービン排気マニホールドのような支持ストラットを含むタービン排気装置内の他の領域に適用することができることが理解されよう。
【００２４】
具体的な実施形態を詳細に説明したが、当業者であれば、開示の全体的な教示に照らして、それらの詳細に対する様々な変更および代替を開発することができるであろうことは理解されるであろう。従って、開示される特定の構成は、単に例示的であって、発明の範囲に限定されるものではなく、特許請求の範囲の全幅、及びその任意の等価物に限定されるものであることを意味する。
【図１】
2021527178.tif 000003
【図２】
2021527178.tif 000004
【図３】
2021527178.tif 000005
【図４】
2021527178.tif 000006
【図５】
2021527178.tif 000007
【図６】
2021527178.tif 000008
【図７】
2021527178.tif 000009
【図８】
2021527178.tif 000010
【図９】
2021527178.tif 000011
【図１０】
2021527178.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和3年2月22日(2021.2.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン（１）用の排気装置（１０）であって、
ガスタービン（１）の機械軸（９）に沿って軸方向に延在する環状ダクト（１２）であって、外側ダクト壁（１４）および内側ダクト壁（１６）によって半径方向に区切られた、環状ダクト（１２）と、
前記環状ダクト（１２）内に円周方向に分布された複数のストラット（１８）であって、各ストラット（１８）が少なくとも前記外側ダクト壁（１４）から前記内側ダクト壁（１６）まで延在し、各ストラットシールド（２０）内にカプセル化された、複数のストラット（１８）と、を備え、
前記各ストラットシールド（２０）が第１インターフェース（２２）に沿って前記外側ダクト壁（１４）と係合するとともに、第２インターフェース（２４）に沿って前記内側ダクト壁（１６）と係合しており、
前記第１および第２インターフェース（２２、２４）の少なくとも一方が、
前記それぞれのインターフェース（２２、２４）における前記ストラットシールド（２０）の周囲の部分的な長さに沿って延在する少なくとも一つのカラー（２６）であって、前記カラー（２６）は、半径方向に延在し、前記ストラットシールド（２０）と整列される第１セクション（３２）と、前記第１セクション（３２）に対して斜めに配向され、前記それぞれのダクト壁（１４、１６）と整列される第２セクション（３４）とを含み、前記第１セクション（３２）は、第１ジョイント（４２）に沿って前記ストラットシールド（２０）に取り付けられ、前記第２セクション（３４）は、第２ジョイント（４４）に沿って前記それぞれのダクト壁（１４、１６）に取り付けられた、カラー（２６）、
を備え、
前記第１セクションおよび第２セクション（３２、３４）の交差部（４０）は、前記それぞれのインターフェース（２２、２４）に応力を分配するように構成された半径によって規定される滑らかな曲線によって形成される、
排気装置（１０）。
【請求項２】
前記第１ジョイント（４２）は、前記交差部（４０）から第１方向に沿って離間しており、前記第２ジョイント（４４）は、前記第１方向に非平行である第２方向に沿って前記交差部（４０）から離間している、請求項１に記載の排気装置（１０）。
【請求項３】
前記ストラットシールド（２０）は、前記ストラットシールド（２０）の周囲の残りの長さの間、前記それぞれのインターフェース（２２、２４）において、前記それぞれのダクト壁（１４、１６）に直接取り付けられる、請求項１または２に記載の排気装置（１０）。
【請求項４】
前記少なくとも１つのカラー（２６）が、
前記それぞれのインターフェース（２２、２４）における前記ストラットシールド（２０）の前縁（２８）の周囲に延在する前縁カラー（２６ＡＯＤ、２６ＡＩＤ）、および、
前記それぞれのインターフェース（２２、２４）における前記ストラットシールド（２０）の後縁（３０）の周囲に延在する後縁カラー（２６ＢＯＤ、２６ＢＩＤ）、
の一方または両方を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の排気装置（１０）。
【請求項５】
前記第１インターフェース（２２）および前記第２インターフェース（２４）の両方が、それぞれの前縁カラー（２６ＡＯＤ、２６ＡＩＤ）およびそれぞれの後縁カラー（２６ＢＯＤ、２６ＢＩＤ）を備える、請求項４に記載の排気装置（１０）。
【請求項６】
前記第１ジョイント（４２）及び前記第２ジョイント（４４）はそれぞれ溶接接合で構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の排気装置（１０）。
【請求項７】
前記カラー（２６）が、前記それぞれのインターフェース（２２、２４）における前記ストラットシールド（２０）の周囲に沿って、前記カラー（２６）の第１端部（５２）から第２端部（５４）まで部分的に延在し、
前記交差部（４０）の半径が、前記第１および第２端部（５２、５４）との間で連続的に変化する、請求項１から６のいずれか１項に記載の排気装置（１０）。
【請求項８】
前記交差部（４０）の最大半径が、前記第１端部および第２端部（５２、５４）との間の位置に位置する、請求項７に記載の排気装置（１０）。
【請求項９】
前記最大半径が、前記ストラットシールド（２０）の前縁（２８）または後縁（３０）に位置する、請求項８に記載の排気装置（１０）。
【請求項１０】
前記交差部（４０）の半径の最大値は、
最大半径に対する前記最大半径の位置における前記ストラットシールド（２０）のスパン方向高さの比が７〜１６の範囲内にあり、
および／または、
前記ストラットシールドの材料厚に対する前記最大半径の比が４〜１０の範囲内にあるように構成される、請求項８または９に記載の排気装置（１０）。
【請求項１１】
前記カラー（２６）の前記第１端部（５２）における前記交差部（４０）の半径および前記第２端部（５４）における前記交差部（４０）の半径は、前記第１端部（５２）に隣接する前記ストラットシールド（２０）と前記それぞれのダクト壁（１４、１６）との間のジョイントの半径と、前記ストラットシールド（２０）と前記第２端部（５４）に隣接する前記それぞれのダクト壁（１４、１６）との間のジョイントの半径とをそれぞれ一致させるように構成される、請求項７から１０のいずれか１項に記載の排気装置（１０）。
【請求項１２】
前記交差部（４０）を形成する滑らかな曲線は、流路に対向する第１の表面（４６）上の内半径と、前記第１の表面（４６）に対向する第２の表面（４８）上の外半径とによって規定される、請求項１から１１のいずれか１項に記載の排気装置（１０）。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのカラー（２６）が、前記第１インターフェース（２２）における前記ストラットシールド（２０）の後縁（３０）の周りに延在し、前記カラー（２６）の後端が、下流の排気マニホールドに取り付けるためのボルト穴（５８）を備えた半径方向に延在するフランジ（５６）を備える、請求項１から１２のいずれか１項に記載の排気装置（１０）。
【請求項１４】
ガスタービンエンジン（１）の排気装置（１０）における亀裂を低減するためにガスタービン（１）を点検するための方法であって、
前記排気装置（１０）が、
前記ガスタービン（１）の機械軸（９）に沿って軸方向に延在する環状ダクト（１２）であって、外側ダクト壁（１４）及び内側ダクト壁（１６）によって半径方向に区切られている、環状ダクト（１２）と、
前記環状ダクト（１２）内に円周方向に分布する複数のストラット（１８）であって、各ストラット（１８）は、少なくとも前記外側ダクト壁（１４）から前記内側ダクト壁（１６）まで延在し、それぞれのストラットシールド（２０）内に封入され、各ストラットシールド（２０）は、第１インターフェース（２２）に沿って前記外側ダクト壁（１４）と係合し、第２インターフェース（２４）に沿って前記内側ダクト壁（１６）と係合する、複数のストラット（１８）と、
を備え、
少なくとも１つのカラー（２６）を前記第１インターフェース（２２）に取り付けるステップ及び／又は前記第２インターフェース（２４）に取り付けるステップであって、取り付け後、前記カラー（２６）は、前記それぞれのインターフェース（２２、２４）における前記ストラットシールド（２０）の周囲の部分的長さに沿って延在し、前記カラー（２６）は、第１セクション（３２）及び前記第１セクション（３２）に対して斜めに配向された第２セクション（３４）を備える、ステップを有し、
前記カラー（２６）を取り付けるステップは、
前記第１セクション（３２）を前記ストラットシールド（２０）に位置合わせするとともに、前記第２セクション（３４）をそれぞれのダクト壁（１４、１６）に位置合わせするステップと、
前記第１セクション（３２）を第１ジョイント（４２）に沿って前記ストラットシールド（２０）に接合するとともに、前記第２セクション（３４）を前記それぞれのダクト壁（１４、１６）に第２ジョイント（４４）に沿って接合するステップと、
を有し、
前記第１及び第２セクション（３２、３４）の交差部（４０）は、前記それぞれのインターフェース（２２、２４）に応力を分配するように構成された半径によって規定される滑らかな曲線によって形成される、ステップと、
を有する方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
前記少なくとも１つのカラー（２６）を取り付ける前に、切り欠き（３６）を部分的に前記ストラットシールド（２０）上に形成するとともに、部分的に前記それぞれのダクト壁（１４、１６）上に形成し、前記切り欠き（３６）の周囲輪郭が全体として前記カラー（２６）の周囲輪郭に対応する、方法。
【国際調査報告】
2021527178.tif 000013
2021527178.tif 000014