(57)【要約】【課題】  この方法は、ガスタービンエンジン（１０）を組立てることを可能にする。【解決手段】  この方法は、ファンディスク（４０）から延びるフランジ（７２）内に少なくとも１つのほぼ楕円形状の開口部（８０）を形成する段階と、少なくとも１つのフランジ開口部を通して第１の本体部分（１２２）と第２の本体部分（１２４）とそれらの間で延びる回転防止ストップ部（１２６）とを備えたファスナ（１２０）を少なくとも部分的に挿入する段階と、ファスナ・ストップ部が少なくとも１つのフランジ開口部内に位置決めされるように、ファスナをフランジに結合する段階とを含む。【選択図】      図２
2004301123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン（１０）を組立てる方法であって、
ファンディスク（４０）から延びるフランジ（７２）内に少なくとも１つのほぼ楕円形状の開口部（８０）を形成する段階と、
前記少なくとも１つのフランジ開口部を通して、第１の本体部分（１２２）と第２の本体部分（１２４）とを備えたファスナ（１２０）を少なくとも部分的に挿入する段階と、
ファスナ・ストップ部（１２６）が前記少なくとも１つのフランジ開口部内に位置決めされるように、前記ファスナを前記フランジに結合する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ファスナ（１２０）を前記フランジ（７２）に結合する前記段階が、前記ファスナが所定の位置に結合された後は、前記ファスナ・ストップ部（１２６）により前記ファスナが前記開口部（８０）内で回転するのを防止されるように、前記ファスナを前記フランジに結合する段階を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ファスナ（１２０）を使用して、スピナ（１００）を前記ファンディスク（４０）に結合する段階を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ファスナ（１２０）を前記フランジ（７２）に結合する前記段階が、前記ファスナ・ストップ部（１２６）を使用して、前記ファスナを前記フランジに対して位置決めする段階を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つのフランジ開口部（８０）を通してファスナ（１２０）を少なくとも部分的に挿入する前記段階が、前記少なくとも１つのフランジ開口部内に形成された断面積とほぼ同一の大きさにされた断面積を有するストップ部（１２６）を備えたファスナを挿入する段階を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ガスタービンエンジン（１０）のファン組立体（１２）であって、
複数のウエブ（５０）によりディスクリム（４７）に結合された複数のハブ（４８）を含むファンディスク（４０）と、
前記ハブの最上流側から前方に延び、かつフランジ（７２）を含む環状の前部エクステンション（７０）と、を含み、
前記フランジが、該フランジを貫通する複数の円周方向に間隔を置いて配置された開口部（８０）を含み、前記開口部の少なくとも１つがほぼ楕円形状である、
ことを特徴とするファン組立体（１２）。
【請求項７】
前記少なくとも１つのほぼ楕円形状の開口部（８０）が、前記フランジ（７２）内に座ぐりされていることを特徴とする、請求項６に記載のファン組立体（１２）。
【請求項８】
第１の本体部分（１２２）と第２の本体部分（１２４）とそれらの間で延びる回転防止ストップ部（１２６）とを含むファスナ（１２０）を更に含み、前記ファスナが、カップリング（１５０）により前記フランジに結合されていることを特徴とする、請求項６に記載のファン組立体（１２）。
【請求項９】
前記ストップ部（１２６）が、前記開口部（８０）の断面積とほぼ同一の大きさにされた断面積を有することを特徴とする、請求項８に記載のファン組立体（１２）。
【請求項１０】
前記開口部（８０）が座ぐりされた棚（９０）により囲まれ、前記ファスナ・ストップ部（１２６）が、該ストップ部から半径方向外向きに延びるショルダを含み、前記棚が、前記ファスナ（１２０）が前記フランジ（７２）に結合された時に前記ショルダをその中に受ける大きさにされていることを特徴とする、請求項８に記載のファン組立体（１２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジンを組立てるための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも一部の公知のガスタービンエンジンは、直列の流れ配置で、ファン組立体と、エンジンに流入する空気流を加圧する高圧圧縮機と、燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼器と、燃焼器を流出する空気流から回転エネルギーを取り出す複数のロータブレードを各々が備える低圧及び高圧ロータ組立体とを含む。ファン組立体は、環状のファンディスクから半径方向外向きに延びる複数の円周方向に間隔を置いて配置されたファンブレードを含む。スピナが、ファン組立体の前端部に結合されて、ファン組立体に円滑な空気流を供給するのを促進する。
【０００３】
公知のスピナは、円周方向に間隔を置いて配置された複数のネジ付きスタッドによりディスクに直接結合されている。スタッドは、スピナがファン組立体に結合されるのに先立って、ディスクに対して軸方向及び半径方向に固定される。加えて、スタッドをディスクに固定することによりスタッドの回転が防止されて、スピナをディスクに結合するのに使用するナットを堅く締めることができるようになる。公知のスタッドをディスクに固定するために、最初に各スタッドが蝶形ボルト部材にリベット止めされる。その後、蝶形ボルト部材がディスクにリベット止めされる。
【０００４】
リベット止め工程及び穿孔工程は各々、ディスクに対する不注意な損傷を回避するために精密に実施されなければならないので、スピナをディスクに結合することは時間がかかる工程となる可能性がある。具体的には、各蝶形ボルト部材は、ファンディスク内に形成された３つの孔を必要とし、その孔のうちの２つは、蝶形ボルト部材をディスクに結合するために使用される各組のリベットのためにファンディスク内に座ぐりされかつ穿孔され、残りの１つの孔は、その中にネジ付きスタッドを受けるためにファンディスク内に穿孔される。その結果、この組立工程は、時間がかかりかつコスト高である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの様態において、ガスタービンエンジンを組立てるための方法が提供される。この方法は、ファンディスクから延びるフランジ内に少なくとも１つのほぼ楕円形状の開口部を形成する段階と、少なくとも１つのフランジ開口部を通して第１の本体部分と第２の本体部分とそれらの間で延びる回転防止ストップ部とを備えたファスナを少なくとも部分的に挿入する段階と、ファスナ・ストップ部が少なくとも１つのフランジ開口部内に位置決めされるように、ファスナをフランジに結合する段階とを含む。
【０００６】
別の様態において、ガスタービンエンジンのファン組立体が提供される。このファン組立体は、ファンディスクと環状の前部エクステンションとを含む。ファンディスクは、複数のウエブによりディスクリムに結合された複数のハブを含む。前部エクステンションが、フランジを含み、また前部エクステンションは、ハブの最上流側から前方に延びる。フランジは、該フランジを貫通する複数の円周方向に間隔を置いて配置された開口部を含む。開口部の少なくとも１つは、ほぼ楕円形状である。
【０００７】
更に別の様態において、ファン組立体が提供される。このファン組立体は、ファンディスクと少なくとも１つのファスナとスピナとを含む。少なくとも１つのファスナは、第１の本体部分と第２の本体部分とそれらの間で延びる回転防止ストップ部とを含む。スピナは、少なくとも１つのファスナによりファンディスクに結合される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、ファン組立体１２と、高圧圧縮機１４と、燃焼器１６とを含むガスタービンエンジン１０の概略図である。1つの実施形態において、エンジン１０は、オハイオ州シンシナチ所在のGeneral  Electric Companyから入手可能なＣＦ３４型エンジンである。エンジン１０は更に、高圧タービン１８と低圧タービン２０とを含む。ファン組立体１２とタービン２０とは、第１のシャフト２４により結合され、圧縮機１４とタービン１８とは、第２のシャフト２６により結合される。
【０００９】
作動においては、空気は、ファン組立体１２を通って流れ、加圧された空気がファン組立体１２から高圧圧縮機１４に供給される。高度に加圧された空気は、燃焼器１６に送られる。燃焼器１６からの空気流は、回転タービン１８及び２０を駆動し、排気システム２８を通ってガスタービンエンジン１０から流出する。
【００１０】
図２は、ファンディスク４０を含むファン組立体１２の一部の断面図である。図３は、ファンディスク４０の一部の斜視図である。図４は、ファン組立体１２と共に使用されるファスナ１２０の斜視図である。ファンディスク４０は、後部エクステンション４３によりシャフト２４に結合されており、ファンディスク４０から半径方向外向きに延びる円周方向に間隔を置いて配置されたファンブレード４６の列４４を含む。より具体的には、ファンディスク４０は、エンジン１０の中心線５４を囲む対応する数のウエブ５０により複数のディスクハブ４８に取り付けられた半径方向外側リム４７を含むマルチボア・ディスクである。この例示的な実施形態においては、２つのハブ４８が図示されている。
【００１１】
環状の前部フランジ７２を含む環状の前部エクステンション７０は、最前方側ウエブ５０から上流方向に延びる。1つの実施形態において、フランジ７２は、ウエブ５０に結合されている。別の実施形態においては、フランジ７２は、ウエブ５０と一体に形成される。フランジ７２は、該フランジ７２を貫通する複数の円周方向に間隔を置いて配置された開口部８０を含む。より具体的には、この例示的な実施形態においては、フランジ７２は１４個の円周方向に間隔を置いて配置された開口部８０を含む。
【００１２】
各開口部８０は、フランジ７２の上流側８４からフランジ７２の下流側８６まで延びる。開口部８０は、ほぼ楕円形状であり、その楕円形長軸８８がファンディスク４０に対してほぼ半径方向に整列されている。より具体的には、開口部８０は、座ぐりされており、座ぐりされた棚９０が、フランジの上流側８４に沿って各それぞれの開口部８０を囲むようになっている。棚９０は、開口部８０と座ぐりされた側壁９２との間で測定した幅Ｗ1を有し、フランジの上流側８４の外面９４に対して距離Ｄ1だけ凹設されている。
【００１３】
スピナ１００は、前部フランジ７２によりディスク４０に結合される。具体的には、スピナ１００は、前部円錐セクション１０２と、該前部円錐セクション１０２から後方に延びる後部円錐セクション１０４とを含む。スピナ１００により、ファン組立体１２に向かって流れる空気流を円滑にすることが可能になる。後部円錐セクション１０４は後部フランジ組立体１０６を含み、該後部フランジ組立体１０６は、スピナ１００をファンディスク４０に結合するのを可能にする複数の円周方向に間隔を置いて配置された開口部１０８を含む。フランジ組立体１０６及び前部フランジ７２により、ディスク４０とスピナ１００との間での半径方向膨張差を吸収することが可能になる。
【００１４】
複数のファスナ又はスピナボルト１２０を使用して、前部フランジ７２を介してスピナ１００をディスク４０に結合する。各ファスナ１２０は、幅ＷSを有する回転防止ストップ部１２６により分離された、第1の本体部分又はシャンク１２２と第２の本体部分又はシャンク１２４とを含む。この例示的な実施形態においては、ストップ部１２６は、シャンク１２２及びシャンク１２４と一体に形成される。また、この例示的な実施形態においては、シャンク１２２及び１２４は同一であり、各々は、ストップ部１２６から各シャンク１２２及び１２４のそれぞれの端部１３０及び１３２まで延びる複数のネジ山１２８を含む。別の実施形態においては、シャンク１２２とシャンク１２４とは同一でないものとすることができる。
【００１５】
各シャンク１２２及び１２４は、ほぼ円形の断面輪郭を有する。より具体的には、各シャンク１２２及び１２４は、各前部フランジ開口部８０を形成する短軸１３６の長さＬ1よりも小さい直径Ｄ2を有する。これと対照的に、ファスナ・ストップ部１２６は、開口部８０により形成された断面輪郭とほぼ同一の大きさにされた非円形断面輪郭を有する。例えば、この例示的な実施形態においては、ファスナ・ストップ部１２６は、ほぼ楕円形状であり、開口部軸８８の対応する長さＬ3より僅かに小さい長軸長さＳ1を有し、また短軸長さＬ1よりも僅かに小さい短軸長さ（図示せず）を有する。
【００１６】
ストップ部幅ＷSは、対向する下流側１４０とショルダ１４６との間で測定され、棚９０とフランジ７２の下流側外面１４４との間で測定された各開口部８０の幅ＷOとほぼ等しい。ファスナ・ストップ部１２６はまた、半径方向外向きに延びかつ該ストップ部１２６の外側境界を定める環状のショルダ１４６を含む。より具体的には、ショルダ１４６は、棚幅Ｗ1よりも僅かに小さい幅Ｗ5を有し、棚の凹設距離Ｄ1にほぼ等しい厚さＴSを有する。ショルダ１４６はまた、座ぐりされた棚９０により形成された断面輪郭とほぼ同一の大きさにされた断面輪郭を有する。
【００１７】
ファン組立体１２の組立時、最初に、ファンディスク前部フランジ７２を穿孔することにより開口部８０が形成される。別の実施形態においては、既存のファン組立体が改造又は修理される場合、既存のファスナ開口部が再成形されて開口部８０を形成する。次に、各ファスナ１２０は、シャンク１２２及びストップ部１２６が少なくとも部分的に開口部８０を通して挿入されるように、それぞれのディスクフランジ開口部８０内に位置決めされる。より具体的には、ファスナ１２０が完全に挿入された時に、ストップ部１２６が、開口部８０内に位置決めされた状態に維持され、ストップ部ショルダ１４６が棚９０に当接して凹設距離Ｄ1の範囲内に位置決めされる。従って、ストップ部ショルダ１４６及び棚９０は、フランジ７２に対してファスナ１２０を位置決めするのを助けるるだけでなく、ショルダ１４６及び棚９０は、フランジ７２に対してファスナ１２０を整列させるのを助ける。より具体的には、ショルダ１４６は、ファスナ１２０が不適切に開口部８０を通して軸方向に挿入されるのを防止し、更にフランジ７２に対するファスナ１２０の適切な軸方向の位置決めを可能にする。例えば、ファスナ１２０が開口部８０内で１８０°回転された場合、シャンク１２２及び１２４は半径方向にオフセットされて、スピナ１００がフランジ７２に対して組み合わされることができないようになる。
【００１８】
ファスナ１２０が開口部８０内に位置決めされた後に、ナット１５０がシャンク１２２に対して螺合可能に結合され、フランジ外面１４４に当接して締め付けられて、ファスナ１２０がフランジ７２に固定結合される。より具体的には、所定の位置で完全に結合された時、ファスナ下流側１４０はフランジ外面１４４とほぼ同一面になり、またファスナ上流側１４２はフランジ外面９４とほぼ同一面になる。
【００１９】
次に、スピナ１００が、ファスナ１２０を使用してファンディスク４０に結合される。具体的には、スピナの後部円錐セクション１０４が、次にフランジ７２に隣接して位置決めされて、各それぞれのファスナシャンク１２４が、各それぞれのスピナ開口部１０８を通して挿入される。次に、ナット１５２が、シャンク１２４に螺合可能に結合され、締め付けられてスピナ１００をファンディスク４０に固定する。この例示的な実施形態においては、シャンク１２２及び１２４は同一であるので、ナット１５０及び１５２は同一でありかつ交換性があり、組立時間を短縮することができるようになる。ファン組立体１２が組立てられると、スピナ１００とファンディスク４０との間で発生する荷重は、ファスナシャンク１２２及び１２４により支持される。
【００２０】
組立時、ファスナ・ストップ部ショルダ１４６は、各それぞれのフランジ開口部８０内でのファスナ１２０の回転を防止する。更に、ショルダ１４６が開口部８０内でのファスナ１２０の回転を防止するので、スピナ１００をファンディスク４０に結合するためにリベット止め作業はもはや不要となる。従って、１／３、すなわち１４個の開口部８０が、ディスクフランジ７２内に穿孔されなければならないだけである。
【００２１】
上記のファスナは、スピナをファンディスクに結合するための、コスト効果がありかつ信頼がある方法を提供する。より具体的には、ファスナは、回転防止ストップ部で分離された一対の対向するネジ付きシャンクを含む。ファスナがファンディスク前部フランジ内に形成された座ぐり開口部内に固定される時、組立時及びスピナがファンディスクに結合された後の双方において、ファスナショルダは、ファスナが開口部内で回転するのを防止する。更に、ファスナ・ストップ部もまた、ファンディスクに対して各ファスナを整列させるのを可能にする。その結果、このファスナは、コスト効果がありかつ信頼性がある方法で、ファン組立体の組立コストを低減することを可能にする。
【００２２】
ファン組立体の例示的実施形態を、上に詳細に説明している。ファン組立体は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、各組立体の構成要素は、本明細書に記載した他の構成要素から独立してかつ分離して、利用することができる。例えば、各ファスナ構成要素は更に、他のファン組立体及びエンジン構成要素と組み合わせて、また本明細書に記載した他のファン組立体構成要素と組み合わせても使用可能である。
【００２３】
なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ガスタービンエンジンの概略図である。
【図２】図１に示すガスタービンエンジンの一部の断面図である。
【図３】図２に示すファンディスクの一部の斜視図である。
【図４】図２に示すファスナの斜視図である。
【符号の説明】
【００２５】
１２  ファン組立体
２４  シャフト
４０  ファンディスク
４３  後部エクステンション
４６  ファンブレード
４８  ハブ
５０  ウエブ
５４  エンジン中心線
７０  前部エクステンション
７２  前部フランジ
８０  フランジの開口部
１００  スピナ
１０６  後部フランジ組立体
１０８  後部フランジ組立体の開口部
１２０  ファスナ
１５０、１５２  ナット
【図１】
2004301123.tif 000003
【図２】
2004301123.tif 000004
【図３】
2004301123.tif 000005
【図４】
2004301123.tif 000006