(57)【要約】  タービン排気ケースが、ガスタービンエンジン内に取り付けられる外側ハウジングと、中央ハブと、を有する。ストラットが、外側ハウジングと、中央ハブとの間に延在する。ストラットは、少なくとも部分的に第１の材料から形成される。中央ハブは、少なくとも部分的に第２の材料から形成される。
2015526626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン内に取り付けられる外側ハウジングと、
中央ハブと、
前記外側ハウジングと前記中央ハブとの間に延在するストラットと、
を備え、
前記ストラットは、少なくとも部分的に第１の材料から形成され、前記中央ハブは、少なくとも部分的に第２の材料から形成されることを特徴とするタービン排気ケース。
【請求項２】
ガスタービンエンジン内に取り付けられる外側ハウジングと、
タービンのシャフトを支持する支持面を含んだ中央ハブと、
前記外側ハウジングと前記中央ハブとの間に延在するストラットと、
を備え、
前記ストラットは、少なくとも部分的に第１の材料から形成され、前記中央ハブは、少なくとも部分的に第２の材料から形成され、前記第１の材料は、前記第２の材料よりも優れた高温耐久性を有し、かつ高温での冶金特性を維持するように選択されることを特徴とするガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項３】
前記中央ハブが、鋳造、鍛造、または鍛錬部品のうちの一つであることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項４】
前記ストラットが、前記第１の材料の板金から形成されることを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項５】
前記中央ハブが複数の径方向外側に延在するスタブを有するとともに、前記ストラットが前記スタブに溶接されており、エーロフォイルの径方向内側部分が前記第２の材料の前記スタブによって形成され、かつ、エーロフォイルの径方向外側部分が前記ストラットおよび前記第１の材料によって形成されることを特徴とする請求項３に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項６】
エーロフォイルの径方向外側部分が前記外側ハウジングのストラットプレートに固定され、前記ストラットプレートが前記ストラットの前記径方向外側位置に固定され、前記ストラットプレートは前記第１の材料から形成されることを特徴とする請求項４に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項７】
周方向中板が、前記ストラットプレートの間に配置されるとともに、前記ストラットには固定されず、前記周方向中板は、前記第２の材料から形成されることを特徴とする請求項５に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項８】
シュラウドマウントが前記外側ハウジングの一部として形成されるとともに、複数の前記ストラットに取付けられており、前記シュラウドマウントは、前記第１の材料から形成されることを特徴とする請求項５に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項９】
径方向に最も外側のスタブが前記ストラットプレートから径方向内側に延在するように形成されるとともに、前記ストラットに固定されることを特徴とする請求項５に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項１０】
前記中央ハブが、径方向に最も内側の円錐リングと、径方向外側円筒リングと、前記中央ハブを形成するように前記円錐リングと前記径方向外側円筒リングとの間に延在する複数のリブと、を含むことを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項１１】
タービン排気ケースに部分的に支持されたシャフトを含んだ少なくとも一つのタービンロータを含む、タービンセクションを備えたガスタービンエンジンであって、前記タービン排気ケースが、前記ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングを含んだものにおいて、
前記タービン排気ケースが、前記シャフトを支持する支持面を含んだ中央ハブと、
前記外側ハウジングと前記中央ハブとの間に延在するストラットと、
を有し、
前記ストラットは、少なくとも部分的に第１の材料から形成され、前記中央ハブは、少なくとも部分的に第２の材料から形成され、前記第１の材料は、前記第２の材料よりも優れた高温耐久性を有し、かつ高温での冶金特性を維持するように選択されることを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項１２】
前記第２の材料が、前記第１の材料よりも安価であることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１３】
前記中央ハブが、鋳造、鍛造、または鍛錬部品のうちの一つであることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１４】
前記ストラットが、前記第１の材料の板金から形成されることを特徴とする請求項１３に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１５】
前記中央ハブが複数の径方向外側に延在するスタブを有するとともに、前記ストラットが前記スタブに溶接されており、エーロフォイルの径方向内側部分が前記第２の材料の前記スタブによって形成され、かつ、エーロフォイルの径方向外側部分が前記ストラットおよび前記第１の材料によって形成されることを特徴とする請求項１４に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１６】
前記エーロフォイルの径方向外側部分が前記外側ハウジングのストラットプレートに固定され、前記ストラットプレートが前記ストラットの前記径方向外側位置に固定され、前記ストラットプレートは前記第１の材料から形成されることを特徴とする請求項１５に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１７】
周方向中板が、前記ストラットプレートの間に配置されるとともに、前記ストラットには固定されず、前記周方向中板は、前記第２の材料から形成されることを特徴とする請求項１６に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１８】
シュラウドマウントが前記外側ハウジングの一部として形成されるとともに、複数の前記ストラットに取付けられており、前記シュラウドマウントは、前記第１の材料から形成されることを特徴とする請求項１６に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１９】
径方向に最も外側のスタブが前記ストラットプレートから径方向内側に延在するように形成されるとともに、前記ストラットに固定されることを特徴とする請求項１６に記載のガスタービンエンジン。
【請求項２０】
前記中央ハブが、径方向に最も内側の円錐リングと、径方向外側円筒リングと、前記中央ハブを形成するように前記円錐リングと前記径方向外側円筒リングとの間に延在する複数のリブと、を含むことを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項２１】
前記径方向に最も内側の円錐リングがフランジとして延在し、前記円錐リングのフランジの後方の位置に一対のベアリング支持フランジが取付けられており、前記ベアリング支持フランジの各々が、前記シャフトを支持するベアリングを支持することを特徴とする請求項２０に記載のガスタービンエンジン。
【請求項２２】
前記タービンセクションが、歯車減速機構を介してファンロータを駆動するタービンロータを含むことを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項２３】
ファンが、圧縮機に空気をコア流として供給するとともに、バイパスダクトに空気をバイパス流として供給し、前記圧縮機に供給される空気の体積と比較した前記バイパスダクトに供給される空気の体積の比率がバイパス比であり、前記バイパス比は６よりも大きいことを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項２４】
前記タービン排気ケースが、１２００°Ｆを上回る温度で作動することを特徴とする請求項２２に記載のガスタービンエンジン。
【請求項２５】
前記タービン排気ケースが、地上アイドルなどの低流量条件時に、１５％を上回るコア抽気レベルで作動することを特徴とする請求項２２に記載のガスタービンエンジン。
【請求項２６】
タービン排気ケースと、
前記タービン排気ケースの支持面によって少なくとも部分的に支持されたシャフトを含んだ少なくとも一つのタービンロータを含む、タービンセクションと、
を備えたガスタービンエンジンであって、
前記タービン排気ケースが、
前記支持面を含む中央ハブと、
前記ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングと、
を備えたものにおいて、
前記タービン排気ケースが、１２００°Ｆを上回る温度において構造強度および安定性を維持するように、少なくとも第１の材料および第２の材料から構成されることを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項２７】
前記タービン排気ケースが、エンジンアイドル条件時の１２００°Ｆを上回る温度において構造強度および安定性を維持することを特徴とする請求項２６に記載のガスタービンエンジン。
【請求項２８】
前記タービン排気ケースは、その上流の前記エンジンのコアを通る空気流の１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される条件時の１２００°Ｆを上回る温度において、構造強度および安定性を維持することを特徴とする請求項２６に記載のガスタービンエンジン。
【請求項２９】
前記コアを通る空気流に対する、該コアを取り囲むバイパスダクトを通る空気流によって画定されるバイパス比が、６．０を上回ることを特徴とする請求項２８に記載のガスタービンエンジン。
【請求項３０】
前記第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２であることを特徴とする請求項２６に記載のガスタービンエンジン。
【請求項３１】
前記第２の材料が、Ｉｎｃｏｎｅｌであることを特徴とする請求項２６に記載のガスタービンエンジン。
【請求項３２】
前記第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２であることを特徴とする請求項３１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項３３】
コアと、
前記コアの下流で該コアと流体連通するタービン排気ケースであって、
支持面を含んだ中央ハブと、
ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングと、
を備えたタービン排気ケースと、
前記タービン排気ケースの前記支持面によって少なくとも部分的に支持されたシャフトを含んだ少なくとも一つのタービンロータを含む、タービンセクションと、
を備えたガスタービンエンジンにおいて、
前記タービン排気ケースは、前記エンジンの前記コアを通る空気流の１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される条件時に、構造強度および安定性を維持するように、少なくとも第１の材料および第２の材料から構成されることを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項３４】
前記タービン排気ケースは、前記エンジンの前記コアを通る空気流の１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される前記条件時の、１２００°Ｆを上回る温度において、構造強度および安定性を維持することを特徴とする請求項３３に記載のガスタービンエンジン。
【請求項３５】
エンジンアイドル条件が、前記エンジンの前記コアを通る空気流の１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される前記条件であることを特徴とする請求項３３に記載のガスタービンエンジン。
【請求項３６】
前記コアを通る空気流に対する、該コアを取り囲むバイパスダクトを通る空気流によって画定されるバイパス比が、６．０を上回ることを特徴とする請求項３３に記載のガスタービンエンジン。
【請求項３７】
前記第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２であることを特徴とする請求項３４に記載のガスタービンエンジン。
【請求項３８】
前記第２の材料が、Ｉｎｃｏｎｅｌであることを特徴とする請求項３３に記載のガスタービンエンジン。
【請求項３９】
前記第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２であることを特徴とする請求項３８に記載のガスタービンエンジン。
【請求項４０】
コアと、
前記コアの下流で該コアと流体連通するタービン排気ケースであって、
支持面を含んだ中央ハブと、
ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングと、
を備えたタービン排気ケースと、
タービンセクションであって、
前記タービン排気ケースの支持面によって少なくとも部分的に支持されたシャフトを含む少なくとも一つのタービンロータと、
前記タービンロータによって駆動される少なくとも一つの回転ブレードと、
を備えたタービンセクションと、
を備えたガスタービンエンジンにおいて、
前記タービン排気ケースは、前記エンジンの前記コアを通る空気流の１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される条件時に、前記少なくとも一つの回転ブレードが前記ロータから離脱した場合に、該回転ブレードを捕捉できるように、少なくとも第１の材料および第２の材料から構成されることを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項４１】
前記タービン排気ケースは、１２００°Ｆを上回る温度において前記少なくとも一つの回転ブレードが前記ロータから離脱した場合に、該回転ブレードを捕捉することを特徴とする請求項４０に記載のガスタービンエンジン。
【請求項４２】
エンジンアイドル条件が、前記エンジンの前記コアを通る空気流の１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される前記条件であることを特徴とする請求項４０に記載のガスタービンエンジン。
【請求項４３】
前記コアを通る空気流に対する、該コアを取り囲むバイパスダクトを通る空気流によって画定されるバイパス比が、６．０を上回ることを特徴とする請求項４０に記載のガスタービンエンジン。
【請求項４４】
前記第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２であることを特徴とする請求項４０に記載のガスタービンエンジン。
【請求項４５】
前記第２の材料が、Ｉｎｃｏｎｅｌであることを特徴とする請求項４０に記載のガスタービンエンジン。
【請求項４６】
前記第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２であることを特徴とする請求項４５に記載のガスタービンエンジン。
【請求項４７】
タービン排気ケースと、
タービンセクションと、
を備えたガスタービンエンジンであって、
前記タービン排気ケースが、
支持面を含んだ中央ハブと、
ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングと、
を備え、
前記タービンセクションが、
前記タービン排気ケースの前記支持面によって少なくとも部分的に支持されたシャフトを含む少なくとも一つのタービンロータと、
前記タービンロータによって駆動される少なくとも一つの回転ブレードと、
を備えた、ガスタービンエンジンにおいて、
前記タービン排気ケースは、１２００°Ｆを上回る温度において前記少なくとも一つの回転ブレードが前記ロータから離脱した場合に、該回転ブレードを捕捉できるように、少なくとも第１の材料および第２の材料から構成されることを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項４８】
前記タービン排気ケースは、エンジンアイドル条件時に前記少なくとも一つの回転ブレードが前記ロータから離脱した場合に、該回転ブレードを捕捉することを特徴とする請求項４７に記載のガスタービンエンジン。
【請求項４９】
前記タービン排気ケースは、その上流の前記エンジンのコアを通る空気流の１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される条件時に、前記少なくとも一つの回転ブレードが前記ロータから離脱した場合に、該回転ブレードを捕捉することを特徴とする請求項４７に記載のガスタービンエンジン。
【請求項５０】
前記コアを通る空気流に対する、該コアを取り囲むバイパスダクトを通る空気流によって画定されるバイパス比が、６．０を上回ることを特徴とする請求項４９に記載のガスタービンエンジン。
【請求項５１】
前記第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２であることを特徴とする請求項４７に記載のガスタービンエンジン。
【請求項５２】
前記第２の材料が、Ｉｎｃｏｎｅｌであることを特徴とする請求項４７に記載のガスタービンエンジン。
【請求項５３】
前記第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２であることを特徴とする請求項５２に記載のガスタービンエンジン。
【請求項５４】
ファンロータ上で回転するように駆動される少なくとも一つのファンブレードと、
コアと、
前記コアの下流で該コアと流体連通するタービン排気ケースであって、
支持面を含んだ中央ハブと、
ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングと、
を備えたタービン排気ケースと、
前記タービン排気ケースの前記支持面によって少なくとも部分的に支持されたシャフトを含む少なくとも一つのタービンロータを含んだタービンセクションと、
を備えたガスタービンエンジンにおいて、
前記タービン排気ケースは、前記エンジンの前記コアを通る空気流の１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される条件時に、前記少なくとも一つのファンブレードが前記ファンロータから離脱した場合に、該タービン排気ケースが前記エンジンの後端部を支持し続けるように、少なくとも第１の材料および第２の材料から構成されることを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項５５】
前記タービン排気ケースは、１２００°Ｆを上回る温度において前記ファンブレードが前記ファンロータから離脱した場合に、前記エンジンの後端部を支持し続けることを特徴とする請求項５４に記載のガスタービンエンジン。
【請求項５６】
エンジンアイドル条件が、前記エンジンの前記コアを通る空気流の１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される前記条件であることを特徴とする請求項５４に記載のガスタービンエンジン。
【請求項５７】
前記コアを通る空気流に対する、該コアを取り囲むバイパスダクトを通る空気流によって画定されるバイパス比が、６．０を上回ることを特徴とする請求項５４に記載のガスタービンエンジン。
【請求項５８】
前記第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２であることを特徴とする請求項５４に記載のガスタービンエンジン。
【請求項５９】
前記第２の材料が、Ｉｎｃｏｎｅｌであることを特徴とする請求項５４に記載のガスタービンエンジン。
【請求項６０】
前記第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２であることを特徴とする請求項５９に記載のガスタービンエンジン。
【請求項６１】
ファンロータ上で回転するように駆動される少なくとも一つのファンブレードと、
タービン排気ケースであって、
支持面を含んだ中央ハブと、
ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングと、
を備えたタービン排気ケースと、
前記タービン排気ケースの前記支持面によって少なくとも部分的に支持されたシャフトを含む少なくとも一つのタービンロータを含んだタービンセクションと、
を備えたガスタービンエンジンにおいて、
前記タービン排気ケースは、１２００°Ｆを上回る温度において前記少なくとも一つのファンブレードが前記ファンロータから離脱した場合に、該タービン排気ケースが前記エンジンの後端部を支持し続けるように、少なくとも第１の材料および第２の材料から構成されることを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項６２】
前記タービン排気ケースは、エンジンアイドル条件時に前記少なくとも一つのファンブレードが前記ファンロータから離脱した場合に、前記エンジンの後端部を支持し続けることを特徴とする請求項６１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項６３】
前記タービン排気ケースは、その上流の前記エンジンのコアを通る空気流の１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される条件時に、前記少なくとも一つのファンブレードが前記ファンロータから離脱した場合に、前記エンジンの後端部を支持し続けることを特徴とする請求項６１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項６４】
前記コアを通る空気流に対する、該コアを取り囲むバイパスダクトを通る空気流によって画定されるバイパス比が、６．０を上回ることを特徴とする請求項６３に記載のガスタービンエンジン。
【請求項６５】
前記第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２であることを特徴とする請求項６１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項６６】
前記第２の材料が、Ｉｎｃｏｎｅｌであることを特徴とする請求項６１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項６７】
前記第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２であることを特徴とする請求項６６に記載のガスタービンエンジン。
【請求項６８】
前記シャフトに取り付けられるとともに、前記タービンセクションの速度、圧力、および温度の作動範囲全体に亘るロータの動安定のために、前記タービンセクションを安定させるように構成された、組合せ軸受をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項６９】
前記タービン排気ケースは、前記エンジンの後端部からの前記組合せ軸受の取り外しおよび交換を可能にするように構成された少なくとも一つのフランジを備えることを特徴とする請求項６８に記載のガスタービンエンジン。
【請求項７０】
前記ストラットは、前記タービンセクションの速度、圧力、および温度の作動範囲全体に亘るロータの動安定を維持するように構成されることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項７１】
フランジ、ストラット、およびプレートが、１１，０００ｒｐｍのタービンセクション回転速度で放出された前記タービンセクションのブレードを封じ込めるように寸法が取られることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項７２】
前記ストラットが、蛍光探傷検査が可能な位置に配置された一つ以上の溶接部を備えることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願のクロスリファレンス）
本発明は、２０１２年６月１５日出願の米国特許仮出願第６１／６６０，１９９号、および２０１３年４月４日出願の米国特許仮出願第６１／８０８，８４９号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、タービン排気ケースに関する。
【背景技術】
【０００３】
ガスタービンエンジンは通常、推進空気としての空気をバイパスダクトに供給するファンを含む。空気はまた、コアエンジンを通流して圧縮機を通過する。圧縮機内の空気は圧縮されて燃焼器へと供給され、そこで燃料と混合されて点火される。その燃焼の生成物が下流へと送られてタービンロータを通過し、それらのロータを駆動して回転させる。
【０００４】
従来、ファン駆動タービンはファンおよび低圧圧縮機を単速度で駆動していた。最近では、ファン駆動タービンとファンとの間に歯車減速機構が配置されている。
【０００５】
この変化により、ファンは、ファン駆動タービンおよび低圧圧縮機よりも低速で回転しうる。これによりファンの直径の増加が可能となり、コアエンジンに供給される空気に比較した、バイパスダクトに供給される空気量の増加がもたらされる。バイパス比として知られる量は、バイパスダクトに供給される空気の体積を圧縮機に供給される空気の体積と比較するものである。バイパス比は、ファン駆動ギア減速機を利用する現代のガスタービンエンジンとともに増加している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
バイパス比が増大するに従い、タービン排気ケースなどの内部コンポーネントを冷却するための冷却空気が少なくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
主な実施例では、タービン排気ケースが、ガスタービンエンジン内に取り付けられる外側ハウジングと、中央ハブと、外側ハウジングおよび中央ハブの間に延在するストラットと、を有する。ストラットは、少なくとも部分的に第１の材料から形成され、中央ハブは、少なくとも部分的に第２の材料から形成される。
【０００８】
別の主な実施例では、ガスタービンエンジン用タービン排気ケースが、ガスタービンエンジン内に取り付けられる外側ハウジングと、中央ハブと、を有する。中央ハブは、タービンのシャフトを支持する支持面を含む。外側ハウジングと、中央ハブとの間にストラットが延在する。ストラットは、少なくとも部分的に第１の材料から形成され、中央ハブは、少なくとも部分的に第２の材料から形成される。第１の材料は、第２の材料よりも優れた高温耐久性を有し、かつ高温での冶金特性を維持するように選択される。
【０００９】
前述の実施例による別の実施例では、中央ハブが、鋳造、鍛造（forged）、または鍛錬（wrought）部品のうちの一つである。
【００１０】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、ストラットが第１の材料の板金から形成される。
【００１１】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、中央ハブが複数の径方向外側に延在するスタブを有する。エーロフォイルの径方向内側部分が第２の材料のスタブによって形成され、かつ、エーロフォイルの径方向外側部分がストラットおよび第１の材料によって形成されるように、ストラットがスタブに溶接される。
【００１２】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、エーロフォイルの径方向外側部分が外側ハウジングのストラットプレートに固定される。ストラットプレートは、ストラットの径方向外側位置に固定される。ストラットプレートは第１の材料から形成される。
【００１３】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、周方向の中板が、ストラットプレートの間に配置されるとともに、ストラットには固定されず、周方向中板は、第２の材料から形成される。
【００１４】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、シュラウドマウントが外側ハウジングの一部として形成されるとともに、複数のストラットに取付けられており、シュラウドマウントは第１の材料から形成される。
【００１５】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、径方向に最も外側のスタブが、ストラットプレートから径方向内側に延在するように形成されるとともに、ストラットに固定される。
【００１６】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、中央ハブが、径方向に最も内側の円錐リングと、径方向外側円筒リングと、中央ハブを形成するように径方向内側円錐リングと径方向外側円筒リングとの間に延在する複数のリブと、を含む。
【００１７】
別の主な実施例では、ガスタービンエンジンが、部分的にタービン排気ケースに支持されたシャフトを含んだ少なくとも一つのタービンロータを含む、タービンセクションを有し、タービン排気ケースが、ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングを含む。タービン排気ケースは、中央ハブを有する。中央ハブは、シャフトを支持する支持面を含む。ストラットが、外側ハウジングと中央ハブとの間に延在する。ストラットは、少なくとも部分的に第１の材料から形成され、中央ハブは、少なくとも部分的に第２の材料から形成される。第１の材料は、第２の材料よりも優れた高温耐久性を有し、かつ高温での冶金特性を維持するように選択される。
【００１８】
前述の実施例による別の実施例では、第２の材料は、第１の材料よりも安価である。
【００１９】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、中央ハブが、鋳造、鍛造、または鍛錬部品のうちの一つである。
【００２０】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、ストラットが、第１の材料の板金から形成される。
【００２１】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、中央ハブが複数の径方向外側に延在するスタブを有する。エーロフォイルの径方向内側部分が第２の材料のスタブによって形成され、かつ、エーロフォイルの径方向外側部分がストラットおよび第１の材料によって形成されるように、ストラットがスタブに溶接される。
【００２２】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、エーロフォイルの径方向外側部分が外側ハウジングのストラットプレートに固定される。ストラットプレートは、ストラットの径方向外側位置に固定されるとともに、ストラットプレートは第１の材料から形成される。
【００２３】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、周方向中板が、ストラットプレートの間に配置されるとともに、ストラットには固定されず、周方向中板は、第２の材料から形成される。
【００２４】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、シュラウドマウントが外側ハウジングの一部として形成されるとともに、複数のストラットに取付けられており、シュラウドマウントは、第１の材料から形成される。
【００２５】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、径方向に最も外側のスタブがストラットプレートから径方向内側に延在するように形成されるとともに、ストラットに固定される。
【００２６】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、中央ハブが、径方向に最も内側の円錐リングと、径方向外側円筒リングと、中央ハブを形成するように円錐リングと径方向外側円筒リングとの間に延在する複数のリブと、を含む。
【００２７】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、径方向に最も内側の円錐リングがフランジとして延在する。内側円錐リングのフランジの後方の位置に一対のベアリング支持フランジが取付けられており、ベアリング支持フランジの各々が、シャフトを支持するベアリングを支持する。
【００２８】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、タービンセクションが、歯車減速機構を介してファンロータを駆動するタービンロータを含む。
【００２９】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、ファンが、圧縮機に空気をコア流として供給するとともに、バイパスダクトに空気をバイパス流として供給する。圧縮機に供給される空気の体積と比較したバイパスダクトに供給される空気の体積の比率がバイパス比であり、このバイパス比は約６よりも大きい。
【００３０】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、タービン排気ケースが約１２００°Ｆを上回る温度で作動する。
【００３１】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、タービン排気ケースが、地上アイドルなどの低流量条件時に１５％を上回るコア抽気レベルで作動する。
【００３２】
別の主な実施例では、ガスタービンエンジンが、支持面を含む中央ハブと、ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングと、を備えたタービン排気ケースを有する。タービンセクションは、タービン排気ケースの支持面によって少なくとも部分的に支持されたシャフトを含んだ少なくとも一つのタービンロータを含む。タービン排気ケースは、約１２００°Ｆを上回る温度において構造強度および安定性を維持するように、少なくとも第１の材料および第２の材料から構成される。
【００３３】
前述の実施例による別の実施例では、タービン排気ケースは、エンジンアイドル条件時の約１２００°Ｆを上回る温度での構造強度および安定性を維持する。
【００３４】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、タービン排気ケースは、その上流のエンジンのコアを通る空気流の約１５％を上回る空気がコアから連続的に抽気される条件時の、約１２００°Ｆを上回る温度において構造強度および安定性を維持する。
【００３５】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、コアを通る空気流に対する、そのコアを取り囲むバイパスダクトを通る空気流によって画定されるバイパス比は、約６．０を上回る。
【００３６】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２である。
【００３７】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、第２の材料が、Ｉｎｃｏｎｅｌである。
【００３８】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２である。
【００３９】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、ガスタービンエンジンが、コアと、そのコアの下流で該コアと流体連通するタービン排気ケースと、を有する。タービン排気ケースは、支持面を含む中央ハブと、ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングと、を有する。タービンセクションは、タービン排気ケースの支持面によって少なくとも部分的に支持されたシャフトを含んだ、少なくとも一つのタービンロータを含む。タービン排気ケースは、エンジンのコアを通る空気流の約１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される条件時に構造強度および安定性を維持するように、少なくとも第１の材料および第２の材料から構成される。
【００４０】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、タービン排気ケースは、エンジンのコアを通る空気流の約１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される条件時の、約１２００°Ｆを上回る温度において構造強度および安定性を維持する。
【００４１】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、エンジンアイドル条件は、エンジンのコアを通る空気流の約１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される条件である。
【００４２】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、コアを通る空気流に対する、そのコアを取り囲むバイパスダクトを通る空気流によって画定されるバイパス比が、約６．０を上回る。
【００４３】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２である。
【００４４】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、第２の材料が、Ｉｎｃｏｎｅｌである。
【００４５】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２である。
【００４６】
別の主な実施例では、ガスタービンエンジンが、コアと、そのコアの下流で該コアと流体連通するタービン排気ケースと、を有する。タービン排気ケースは、支持面を含む中央ハブと、ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングと、を有する。タービンセクションは、タービン排気ケースの支持面によって少なくとも部分的に支持されたシャフトを含んだ少なくとも一つのタービンロータと、そのタービンロータによって駆動される少なくとも一つの回転ブレードと、を有する。タービン排気ケースは、エンジンのコアを通る空気流の１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される条件時に、少なくとも一つの回転ブレードがロータから離脱した場合に、その回転ブレードを捕捉できるように、少なくとも第１の材料および第２の材料から構成される。
【００４７】
前述の実施例による別の実施例では、タービン排気ケースは、約１２００°Ｆを上回る温度において少なくとも一つのブレードがロータから離脱した場合に、そのブレードを捕捉する。
【００４８】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、エンジンアイドル条件は、エンジンのコアを通る空気流の約１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される条件である。
【００４９】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、コアを通る空気流に対する、そのコアを取り囲むバイパスダクトを通る空気流によって画定されるバイパス比が、約６．０を上回る。
【００５０】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２である。
【００５１】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、第２の材料が、Ｉｎｃｏｎｅｌである。
【００５２】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２である。
【００５３】
別の主な実施例では、ガスタービンエンジンが、支持面を含む中央ハブと、ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングと、を備えたタービン排気ケースを有する。タービンセクションは、タービン排気ケースの支持面によって少なくとも部分的に支持されたシャフトを含んだ少なくとも一つのタービンロータを有する。少なくとも一つの回転ブレードがタービンロータによって駆動される。タービン排気ケースは、約１２００°Ｆを上回る温度において少なくとも一つのブレードがロータから離脱した場合に、そのブレードを捕捉できるように、少なくとも第１の材料および第２の材料から構成される。
【００５４】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、タービン排気ケースは、エンジンアイドル条件時に少なくとも一つのブレードがロータから離脱した場合に、そのブレードを捕捉する。
【００５５】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、タービン排気ケースは、その上流のエンジンのコアを通る空気流の約１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される条件時に、少なくとも一つのブレードがロータから離脱した場合に、そのブレードを捕捉する。
【００５６】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、コアを通る空気流に対する、該コアを取り囲むバイパスダクトを通る空気流によって画定されるバイパス比が、約６．０を上回る。
【００５７】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２である。
【００５８】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、第２の材料が、Ｉｎｃｏｎｅｌである。
【００５９】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２である。
【００６０】
別の主な実施例では、ガスタービンエンジンが、ファンロータ上で回転するように駆動される少なくとも一つのファンブレードと、コアと、コアの下流で該コアと流体連通したタービン排気ケースと、を有する。タービン排気ケースは、支持面を含む中央ハブと、ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングと、を有する。タービンセクションは、タービン排気ケースの支持面によって少なくとも部分的に支持されたシャフトを含む少なくとも一つのタービンロータを含む。タービン排気ケースは、エンジンのコアを通る空気流の約１５％を上回る空気がコアから連続的に抽気される条件時に、少なくとも一つのブレードがファンロータから離脱した場合に、タービン排気ケースがエンジンの後端部を支持し続けるように、少なくとも第１の材料および第２の材料から構成される。
【００６１】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、このタービン排気ケースは、約１２００°Ｆを上回る温度においてファンブレードがファンロータから離脱した場合に、エンジンの後端部を支持し続ける。
【００６２】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、エンジンアイドル条件は、エンジンのコアを通る空気流の約１５％を上回る空気がコアから連続的に抽気される条件である。
【００６３】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、コアを通る空気流に対する、コアを取り囲むバイパスダクトを通る空気流によって画定されるバイパス比が、約６．０を上回る。
【００６４】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２である。
【００６５】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、第２の材料が、Ｉｎｃｏｎｅｌである。
【００６６】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２である。
【００６７】
別の主な実施例では、ガスタービンエンジンが、ファンロータ上で回転するように駆動される少なくとも一つのファンブレードを有する。タービン排気ケースが、支持面を有する中央ハブと、ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングと、を有する。タービンセクションは、タービン排気ケースの支持面によって少なくとも部分的に支持されたシャフトを含む少なくとも一つのタービンロータを含む。タービン排気ケースは、約１２００°Ｆを上回る温度において少なくとも一つのブレードがファンロータから離脱した場合に、タービン排気ケースがエンジンの後端部を支持し続けるように、少なくとも第１の材料および第２の材料から構成される。
【００６８】
前述の実施例による別の実施例では、タービン排気ケースは、エンジンアイドル条件時に少なくとも一つのブレードがファンロータから離脱した場合に、エンジンの後端部を支持し続ける。
【００６９】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、タービン排気ケースは、その上流のエンジンのコアを通る空気流の約１５％を上回る空気が、コアから連続的に抽気される条件時に少なくとも一つのブレードがファンロータから離脱した場合に、エンジンの後端部を支持し続ける。
【００７０】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、コアを通る空気流に対する、該コアを取り囲むバイパスダクトを通る空気流によって画定されるバイパス比が、約６．０を上回る。
【００７１】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２である。
【００７２】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、第２の材料が、Ｉｎｃｏｎｅｌである。
【００７３】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２である。
【００７４】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、組合せ軸受（duplex bearing）が、シャフトに取り付けられるとともに、タービンセクションの速度、圧力、および温度の作動範囲全体に亘るロータの動安定のために、タービンセクションを安定させるように構成される。
【００７５】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、タービン排気ケースは、エンジンの後端部からの組合せ軸受の取り外しおよび交換を可能にするように構成された、少なくとも一つのフランジを備える。
【００７６】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、ストラットが、タービンセクションの速度、圧力、および温度の作動範囲全体に亘るロータの動安定を維持するように構成される。
【００７７】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、フランジ、ストラット、およびプレートが、１１，０００ｒｐｍのタービンセクション回転速度で放出されるタービンセクションのブレードを封じ込めるように寸法が取られる。
【００７８】
前述の実施例のうちのいずれかによる別の実施例では、ストラットが、蛍光探傷検査が可能な位置に配置された一つ以上の溶接部を備える。
【００７９】
別の主な実施例では、ガスタービンエンジンが、支持面を含む中央ハブと、ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングと、を備えたタービン排気ケースを有する。タービンセクションは、タービン排気ケースの支持面によって少なくとも部分的に支持されたシャフトを含んだ少なくとも一つのタービンロータを含む。タービン排気ケースは、少なくとも第１の材料および第２の材料から構成され、少なくとも第１の材料は、高温に耐えることができる。このケースは、その少なくとも最も耐熱性を要する領域が第１の材料から形成されるように構成されるとともに、約１２００°Ｆを上回る温度において構造強度および安定性を維持するように、構成される。
【００８０】
別の主な実施例では、ガスタービンエンジンが、コアと、そのコアの下流で該コアと流体連通するタービン排気ケースと、を有する。タービン排気ケースは、支持面を含む中央ハブと、ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングと、を有する。タービンセクションは、タービン排気ケースの支持面によって少なくとも部分的に支持されたシャフトを含んだ少なくとも一つのタービンロータを含む。タービン排気ケースは、少なくとも第１の材料および第２の材料から構成されるとともに、少なくとも第１の材料は、高温に耐えることができ、このケースは、その少なくとも最も耐熱性を要する領域が第１の材料から形成されるように構成され、かつ、エンジンのコアを通る空気流の約１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される条件時において、構造強度および安定性を維持するように構成される。
【００８１】
別の主な実施例では、ガスタービンエンジンが、コアと、そのコアの下流で該コアと流体連通するタービン排気ケースと、を有する。タービン排気ケースは、支持面を含む中央ハブと、ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングと、を有する。タービンセクションは、タービン排気ケースの支持面によって少なくとも部分的に支持されたシャフトを含んだ少なくとも一つのタービンロータと、そのタービンロータによって駆動される少なくとも一つの回転ブレードと、を有する。タービン排気ケースは、少なくとも第１の材料および第２の材料から構成されるとともに、少なくとも第１の材料は、高温に耐えることができ、このケースは、その少なくとも最も耐熱性を要する領域が第１の材料から形成されるように構成され、かつ、エンジンのコアを通る空気流の約１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される条件時に、少なくとも一つのブレードがロータから離脱した場合に、そのブレードを捕捉できるように構成される。
【００８２】
別の主な実施例では、ガスタービンエンジンが、支持面を含む中央ハブを有するタービン排気ケースを含む。外側ハウジングがガスタービンエンジン内に固定される。タービンセクションは、タービン排気ケースの支持面によって少なくとも部分的に支持されたシャフトを含んだ少なくとも一つのタービンロータと、タービンロータによって駆動される少なくとも一つの回転ブレードと、を有する。タービン排気ケースは、少なくとも第１の材料および第２の材料から構成されるとともに、少なくとも第１の材料は、１２００°Ｆを上回る温度に耐えることができ、このケースは、その少なくとも最も耐熱性を要する領域が第１の材料から形成されるように構成され、かつ、約１２００°Ｆを上回る温度において少なくとも一つのブレードがロータから離脱した場合に、そのブレードを捕捉できるように構成される。
【００８３】
ガスタービンエンジンが、ファンロータ上で回転するように駆動される少なくとも一つのファンブレードと、コアと、コアの下流で該コアと流体連通するタービン排気ケースと、を有する。タービン排気ケースは、支持面を含む中央ハブと、ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングと、を有する。タービンセクションは、タービン排気ケースの支持面によって少なくとも部分的に支持されたシャフトを含む少なくとも一つのタービンロータを含む。タービン排気ケースは、少なくとも第１の材料および第２の材料から構成されるとともに、少なくとも第１の材料は、１２００°Ｆを上回る温度に耐えることができ、このケースは、その少なくとも最も耐熱性を要する領域が第１の材料から形成されるように構成され、かつ、エンジンのコアを通る空気流の約１５％を上回る空気がコアから連続的に抽気される条件時に、少なくとも一つのブレードがファンロータから離脱した場合に、エンジンの後端部を支持し続けるように構成される。
【００８４】
別の主な実施例では、ガスタービンエンジンが、ファンロータ上で回転するように駆動される少なくとも一つのファンブレードを有する。タービン排気ケースが、支持面を有する中央ハブと、ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングと、を有する。タービンセクションは、タービン排気ケースの支持面によって少なくとも部分的に支持されたシャフトを含む少なくとも一つのタービンロータを含む。タービン排気ケースは、少なくとも第１の材料および第２の材料から構成されるとともに、少なくとも第１の材料は、１２００°Ｆを上回る温度に耐えることができ、このケースは、その少なくとも最も耐熱性を要する領域が第１の材料から形成されるように構成され、かつ、約１２００°Ｆを上回る温度において少なくとも一つのブレードがファンロータから離脱した場合に、タービン排気ケースがエンジンの後端部を支持し続けるように構成される。
【００８５】
本発明の特徴部が以下の図面および明細書から最もよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】図１のガスタービンエンジン等の、ガスタービンエンジンに組み込まれるタービン排気ケースを示す図。
【図３Ａ】タービン排気ケースおよび関連する構造の断面図。
【図３Ｂ】図３Ａの領域Ｂ内の範囲の詳細を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００８７】
図１は、ガスタービンエンジン２０を概略的に示す。ガスタービンエンジン２０は、本発明では、概ねファンセクション２２と、圧縮機セクション２４と、燃焼器セクション２６と、タービンセクション２８と、を搭載する２スプールターボファンとして記載する。代替的なエンジンは、その他の装置または特徴部の中でも特に、オーグメンタセクション（図示せず）を含みうる。ファンセクション２２は、ナセル１５内に画定されたバイパスダクト内のバイパス流路Ｂに沿って空気を通流させる一方、圧縮機セクション２４は、コア流路Ｃに沿って空気を引き込み、空気を圧縮して燃焼器セクション２６へと導き、そしてタービンセクション２８を通して膨張させる。その後、排気ガスがタービン排気ケース１００を通過する。開示のこれに限定しない実施例では、ターボファンガスタービンエンジンとして示すが、当然ながら、本明細書で説明する概念はターボファンガスタービンエンジンでの用途に限定されるものではなく、これらの教示は、３スプール設計を含むその他の種類のタービンエンジンにも適用しうる。
【００８８】
エンジン２０は、通常、エンジンの静止構造３６に関するエンジン長手方向中心軸Ａを中心として、複数のベアリングシステム３８を介して回転するように取り付けられた低速スプール３０および高速スプール３２を含む。当然のことながら、種々のベアリングシステム３８を種々の位置に代替的あるいは付加的に設けてもよい。
【００８９】
低速スプール３０は、通常、ファン４２、低圧圧縮機４４、および低圧タービン４６を連結する内側シャフト４０を含む。内側シャフト４０が、歯車減速構造４８を介してファン４２に連結されて、低速スプール３０よりも低速でファン４２を駆動する。高速スプール３２は、高圧圧縮機５２および高圧タービン５４を相互に連結する外側シャフト５０を含む。燃焼器５６が、高圧圧縮機５２と高圧タービン５４の間に配置される。エンジン静止構造３６の中間タービンフレーム５７が、概ね高圧タービン５４と低圧タービン４６の間に配置される。中間タービンフレーム５７は、タービンセクション２８内でベアリングシステム３８をさらに支持する。内側シャフト４０および外側シャフト５０は同軸であり、それらの長手軸と同一直線上にあるエンジン長手方向中心軸Ａを中心として、ベアリングシステム３８を介して回転する。
【００９０】
コア空気流が低圧圧縮機４４により圧縮され、次いで高圧圧縮機５２により圧縮されて、燃焼器５６内で燃料と混合され、点火され、次いで高圧タービン５４および低圧タービン４６を通して膨張し、低圧タービン４６の下流にあるタービン排気ケース１００を介して排出される。中間タービンフレーム５７はエーロフォイル５９を含み、これらはコア空気流路に配置される。この膨張を受けて、タービン４６，５４が、それぞれ低速スプール３０および高速スプール３２を回転駆動する。
【００９１】
エンジン２０は、一例では高バイパス歯車減速航空機エンジンである。更なる実施例では、エンジン２０のバイパス比は、約６より大きく、一実施例では、約１０より大きく、歯車減速構造４８は、星型歯車装置、遊星歯車装置、またはその他の歯車装置などのエピサイクリック・ギアトレインであり、約２．３より大きいギア減速比を有しており、低圧タービン４６は約５より大きい圧力比を有する。開示の一実施例では、エンジン２０のバイパス比は、約１０（１０：１）より大きく、ファン直径は、低圧圧縮機４４の外径に比べて著しく大きく、低圧タービン４６は約５：１よりも大きい圧力比を有する。低圧タービン４６の圧力比は、排気ノズルの前の低圧タービン４６の出口における圧力に関連する、低圧タービン４６の入口の前で測定される圧力である。一方、当然ながら、上記のパラメータは、歯車減速機構エンジンの一実施例を例示したに過ぎず、本発明はダイレクト・ドライブ・ターボファンを含むその他のガスタービンエンジンにも適用可能である。
【００９２】
高バイパス比に起因するバイパス流Ｂにより、相当量の推力がもたらされる。エンジン２０のファンセクション２２は、特定の飛行条件、一般的には、マッハ約０．８、約３５，０００フィートの巡航用に設計される。エンジンが最適な燃料消費率−「バケット巡航（ｂｕｃｋｅｔ  ｃｒｕｉｓｅ）スラスト燃料消費率（ＴＳＦＣ）」としても知られる−を有するマッハ０．８、高度３５，０００フィートの飛行条件は、エンジンがその最小点で発生するスラストのポンドフォース（ｌｂｆ）で割った、燃焼される燃料のポンド質量（ｌｂｍ）の工業規格のパラメータである。「低ファン圧力比（low fan pressure ratio）」は、ファン出口ガイドベーン（「ＦＥＧＶ」）装置のない、ファンブレードのみに亘る圧力比である。本明細書に記載のこれに限定しない一実施例の低ファン圧力比は約１．４５未満である。「低修正ファン先端速度（low corrected fan tip speed）」は、工業規格の温度修正［（Ｔram  °Ｒ）／（５１８．７°Ｒ）］0.5で割った実際のファン先端速度ｆｔ／ｓｅｃである。本明細書に記載のこれに限定しない一実施例の「低修正ファン先端速度」は約１１５０ｆｔ／ｓｅｃ未満である。
【００９３】
エンジン効率を向上させるように、エンジンサイクルの全ての局面に対処する必要がある。エンジンのコアの熱効率を向上させることにより、燃焼される所定量の燃料で、より多くの機械的作用が生み出される。上記のように主に大型のファンを用いて空気を移動させることによる推進効率の向上が、機械的作用を伝達する。全エンジン効率の向上の結果、ファン直径の増加と、コアエンジンのサイズの縮小がもたらされる。この相対的な関係は、バイパス比として表され、これはファンを通流する空気を、コアを通流する空気で割った比率である。一例のバイパス比は前述の通りである。バイパス比が増加するに従い、コアの熱効率が向上し、コアの寸法が劇的に縮小される。
【００９４】
その他の応用例の中でも特に、機内の加圧や翼の空気−氷用途（wing air-ice application）のエンジン抽気の航空機における需要は航空機の要件によって決定され、これらの要件は縮小されない。正味の影響は、航空機要件を満たすようにエンジンコアから抽気される空気が全コア流における高い割合を占めることである。例えば、地上アイドルなどのある状況では、エンジンから抽気される空気量は、例えば全コア空気流の約１５％以上である。その他の状況では、空気量は全コア空気流の２０％以上である。
【００９５】
歯車減速ターボファンエンジン２０により相対的に高いバイパス流比が可能となる。より高いバイパス流の結果、地上アイドル運転条件時の航空機の運転やエンジンコンポーネントの冷却に利用可能なコア流（および利用可能な抽気）が減少する。したがって、最悪の場合の周囲条件下や航空機の地上アイドル待機時には、エンジン２０のタービン排気ケース１００は、現行のガスタービンエンジンが受けたことの無い高温に曝される。こうした高温がタービン排気ケースの耐久性を低下させるおそれがある。
【００９６】
コア空気流はこのように少なく貴重であるため、タービン排気ケース１００には冷却空気が供給されないことが予想される。したがってタービン排気ケース１００は、長期間、１２００°Ｆよりも高温のガス経路環境に耐える必要がある。タービン排気ケース１００は、こうした露出時にも、クリープや疲労に対する耐久性を提供する必要がある。さらに、タービン排気ケースは、持続ベースで約１５％を上回るコア抽気レベルおよび（地上アイドル時などの）低流量条件で運転する必要がある。また、タービン排気ケースは、高バイパス比エンジンにおけるそれらの低流量条件や過剰温度条件で存続する必要がある。さらに、タービン排気ケースは、（ａ）低圧タービンブレードの放出（release）の発生、および（ｂ）（ファンブレードが離脱した場合などの）ファンブレードの放出の発生、の両方の場合にこれを完全に封じ込め、かつエンジン後部の取り付け構造／安定性を提供する必要がある。
【００９７】
概略的に示すように、タービン排気ケース１００は、シャフト４０の後端部１０３を取り付けるベアリング１０１を搭載する。ベアリング１０１の詳細およびその取り付けを以下に記載する。
【００９８】
図２は、上記の条件に耐えるように設計されたタービン排気ケース１００の詳細を示す。タービン排気ケース１００は、少なくとも２つの異なる材料から形成される。第１の材料は、高温条件下でその特性を維持できるように選択される。第１の材料は、１２００°Ｆを上回る温度に対する長時間の露出に耐え、クリープや疲労に対する耐久性を提供する合金でもよい。その材料は、以下に記載する第２の材料ほど強固である必要はない。しかしながら、第１の材料は、より耐温度性があり、かつ高温でその特性を維持できるように選択される。こうした第１の材料の一つには、一例としてＨａｙｎｅｓ  ２８２が挙げられる。
【００９９】
第２の材料は、容易に鋳造でき、より強固であり、かつ第１の材料よりも安価であるものから選択される。おそらく第２の材料は温度変化に対する耐久性がより低いであろう。第２の材料により、動的強度やコストを最適化する能力が提供される。こうした第２の材料の一つは、Ｉｎｃｏｎｅｌ  ７１８（「インコネル」）である。
【０１００】
タービン排気ケース１００は、より高温に曝されやすい領域に相対的に高価な第１の材料を利用し、その他の領域に第２の材料を利用する。
【０１０１】
内部すなわち中央のハブ１０２は、外側円筒リング１０６から複数のリブ１０８によって離間された内側円錐リング１０４を含む。内側リング１０４は、タービンロータのシャフトなど、シャフトを支持するベアリングフランジを提供する。図示のように、外側リング１０６は半径方向外側に延在する複数のスタブ１１０を有する。ハブ１０２は、上記の第２の材料から形成される。ハブ１０２は、鋳造、鍛造、または鍛錬加工されてもよい。
【０１０２】
ストラット１１６は、それぞれ、適切な溶接技術などにより、スタブ１１０に固定されたエーロフォイルを含む。ストラット１１６は、径方向外側に延在するとともに、タービン排気ケース１００の外周部へとストラットプレート１２２で固定される。プレート１２２は、第１の材料の鍛造から形成される。ストラット１１６は、第１の材料の板金から形成される。シュラウドマウント１１８は複数の取付け穴１２０を含み、これによりタービン排気ケース１００が全体的にエンジンハウジング内に取り付けられる。シュラウドマウント１１８もまた、鍛造された第１の材料から形成される。
【０１０３】
図示のように、ストラット１１６に取り付けられたプレート１２２は、径方向内側に延在するスタブ１５０を含む。ある意味では、スタブ１５０およびスタブ１１０がストラット１１６に固定されて空力的損失を軽減するようにエーロフォイル全体を形成する。
【０１０４】
フランジ１２６、プレート１２２，１２４の前方セクション、およびシュラウドマウント１１８により、タービンブレードの放出の発生時の封じ込めを行う。中央ハブ１０２にタービンロータが取り付けられ、それによりファンブレードの脱落の発生時のロータ中心軸を保持する。
【０１０５】
中板１２４が、複数のストラットプレート１２２の周方向の間に設けられる。それらの中板は、第２の材料から形成される。
【０１０６】
溶接継手１８１が各スタブ１５０／１１０と、ストラット１１６との間に提供される。溶接継手は、関連するガスタービンエンジン運転時の相対的に低温かつ低応力の領域に位置するように選択される。したがって、異なる材料間の溶接継手は、（例えばアイドルなどの）低出力条件を含む、エンジン運転時の温度露出や応力を最小限にするように最適化される。
【０１０７】
フランジ１２６、ストラット１１６、およびプレート１２２／１２４／１１８の厚さは、１１，０００ｒｐｍまでの回転速度でのタービンブレードの放出を封じ込めるのに十分である。
【０１０８】
図３Ａは、タービン排気ケース１００の断面図であり、低圧タービンシャフトの後端部を支持する取付けベアリング１０１Ａ，１０１Ｂの、ベアリング取付け部の詳細を示す。図３Ａに示すように、内側円錐リング１０４は、ベアリング支持フランジ１９１，１９３に取り付けるボルト１９５を収容する遠位端を有する。
【０１０９】
図３Ｂに示すように、フランジ３０１が内側円錐リング１０４の径方向内側端に画定される。耳部３０２，３０３がフランジ３０１から軸方向の両側に延在する。穴１８３がフランジ３０１を通して形成されるとともに、ピン１９５を収容する。ベアリング支持フランジ１９１，１９３は、図３Ａに示すようにベアリング１０１Ａ，１０１Ｂへと延在する。ベアリング１０１Ａ，１０１Ｂは、図１の概略的なベアリング１０１の詳細である。
【０１１０】
取付け部の剛性は、速度、圧力、および温度の想定される作動範囲全体に亘るエンジンの回転コンポーネントの動安定を維持するのに適切である。ベアリング１０１Ａ，１０１Ｂは、その速度、圧力、および温度の作動範囲全体に亘るロータの動安定のために、相対的に高速の低圧タービンを安定させる。
【０１１１】
フランジ３０１の後方におけるフランジ１９１，１９３の位置決めにより、タービン排気ケース１００を取り外す必要なく、ベアリングの取り外しや交換を容易にする。さらに、フランジの構成により、エンジンを機体の翼に維持しながらベアリングの取り外しや交換を可能にし、換言すれば、フランジの構成により、エンジンを特別な遠隔保守、修理、および／または分解修理施設に運ぶ必要なく、ベアリングの交換が可能となる。
【０１１２】
したがって、本発明のタービン排気ケース１００は、第１および第２の材料の両方から形成されたコンポーネントを組み合わせたものであり、第１の材料は、高温に対する優れた耐久性を有し、かつ高温においてもその特性を維持するように選択される。高温に曝される可能性が最も高い部位にこの材料を利用することにより、タービン排気ケースが高温に対してより有利に耐えることができるようにする。
【０１１３】
一方、第２の材料は、特に鋳造される位置に利用されるとともに、高温が見られない位置に利用される。したがって、第１の材料よりも安価な第２の材料が、それらの場所に利用される。第２の材料はまた、第１の材料に比べてより容易に鋳造され、かつより強固である。
【０１１４】
前方１２６および後方１２８フランジは、複数個のプレート１２２，１２４に溶接されるとともに、第２の材料から形成される。フランジ１２６，１２８を形成するようにリング鍛造を利用してもよい。
【０１１５】
第１および第２の材料の両方について特定の材料を記載したが、適切かつ上記の条件および特性を満たすその他の材料が当業者にとって認識されるであろう。
【０１１６】
その他の例として、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２およびＩｎｃｏｎｅｌの代わりに、またはこれらに加えて、その他の材料が用いられうる。Ｗａｓｐａｌｌｏｙ、Ｉｎｃｏｎｅｌ  ９３９、鋳造Ｈａｙｎｅｓ  ２８２などの代替的な材料ファミリを用いてもよい。これらの代替的な材料を耐久性または費用のいずれか、または耐久性と費用の双方の兼ね合いで使用してもよい。
【０１１７】
選択された材料により、縮小コストで、低燃料消費エンジン性能と耐久性とがもたらされる。適切な性能も提供するように、その他の材料の選択肢も利用可能である。
【０１１８】
利用される溶接配置は、たとえ取付け部の一つが破損したとしても、タービン排気ケースがエンジンの適切な取り付け構造や、低圧タービンシャフトのセンタリングを維持し続けることを保証するように意図される。さらに、溶接作業は、溶接の質が容易に検査でき、かつ相対的に永続することを保証するように選択される。特に、溶接位置は、例えばエンジンの徹底的分解検査・修理時の取り外しおよび分解後に、その溶接部が蛍光探傷検査により検査できる位置である。
【０１１９】
本発明の特徴部は、現代の航空宇宙ガスタービンエンジンの先例を見ないエンジンサイクル性能および耐久性を可能にする、高耐久性のタービン排気ケースを含む。
【０１２０】
第２の材料によって得られる構造安定性および強度と、第１の材料によって得られる温度性能の結果、タービン排気ケース１００は、エンジンから抽気される空気量が全コア空気流の約１５％以上となる地上アイドル条件下での、（その他の用途の中でも特に）機内の加圧や翼の空気−氷用途のエンジン抽気の航空機需要を満たす。さらに、第１および第２の材料を使用するタービン排気ケースは、こうした地上アイドル運転条件時にタービン排気ケース１００の温度が１２００°Ｆを上回る際に、その構造安定性や強度を維持する。
【０１２１】
本発明の実施例を開示したが、本発明の範囲内である程度の変更が行われうることが当業者にとって理解されるであろう。そのため、本発明の真の範囲および要旨を画定するために以下の特許請求の範囲を検討すべきである。
【図１】
2015526626.tif 000003
【図２】
2015526626.tif 000004
【図３Ａ】
2015526626.tif 000005
【図３Ｂ】
2015526626.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成27年2月2日(2015.2.2)
【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】
ガスタービンエンジン内に取り付けられる外側ハウジングと、
タービンのシャフトを支持する支持面を含んだ中央ハブと、
前記外側ハウジングと前記中央ハブとの間に延在するストラットと、
を備え、
前記ストラットは、少なくとも部分的に第１の材料から形成され、前記中央ハブは、少なくとも部分的に第２の材料から形成され、前記第１の材料は、前記第２の材料よりも優れた高温耐久性を有し、かつ高温での冶金特性を維持するように選択されることを特徴とするガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項２】
前記中央ハブが、鋳造、鍛造、または鍛錬部品のうちの一つであることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項３】
前記ストラットが、前記第１の材料の板金から形成されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項４】
前記中央ハブが複数の径方向外側に延在するスタブを有するとともに、前記ストラットが前記スタブに溶接されており、エーロフォイルの径方向内側部分が前記第２の材料の前記スタブによって形成され、かつ、エーロフォイルの径方向外側部分が前記ストラットおよび前記第１の材料によって形成されることを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項５】
エーロフォイルの径方向外側部分が前記外側ハウジングのストラットプレートに固定され、前記ストラットプレートが前記ストラットの前記径方向外側位置に固定され、前記ストラットプレートは前記第１の材料から形成されることを特徴とする請求項３に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項６】
周方向中板が、前記ストラットプレートの間に配置されるとともに、前記ストラットには固定されず、前記周方向中板は、前記第２の材料から形成されることを特徴とする請求項４に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項７】
シュラウドマウントが前記外側ハウジングの一部として形成されるとともに、複数の前記ストラットに取付けられており、前記シュラウドマウントは、前記第１の材料から形成されることを特徴とする請求項４に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項８】
径方向に最も外側のスタブが前記ストラットプレートから径方向内側に延在するように形成されるとともに、前記ストラットに固定されることを特徴とする請求項４に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項９】
前記中央ハブが、径方向に最も内側の円錐リングと、径方向外側円筒リングと、前記中央ハブを形成するように前記円錐リングと前記径方向外側円筒リングとの間に延在する複数のリブと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項１０】
コアと、
前記コアの下流で該コアと流体連通するタービン排気ケースであって、
支持面を含んだ中央ハブと、
ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングと、
を備えたタービン排気ケースと、
前記タービン排気ケースの前記支持面によって少なくとも部分的に支持されたシャフトを含んだ少なくとも一つのタービンロータを含む、タービンセクションと、
を備えたガスタービンエンジンにおいて、
前記タービン排気ケースは、前記エンジンの前記コアを通る空気流の１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される条件時に、構造強度および安定性を維持するように、少なくとも第１の材料および第２の材料から構成されることを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項１１】
前記タービン排気ケースは、前記エンジンの前記コアを通る空気流の１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される前記条件時の、１２００°Ｆを上回る温度において、構造強度および安定性を維持することを特徴とする請求項１０に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１２】
エンジンアイドル条件が、前記エンジンの前記コアを通る空気流の１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される前記条件であることを特徴とする請求項１０に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１３】
前記コアを通る空気流に対する、該コアを取り囲むバイパスダクトを通る空気流によって画定されるバイパス比が、６．０を上回ることを特徴とする請求項１０に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１４】
前記第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２であることを特徴とする請求項１０に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１５】
前記第２の材料が、Ｉｎｃｏｎｅｌであることを特徴とする請求項１０に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１６】
前記第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２であることを特徴とする請求項１５に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１７】
ファンロータ上で回転するように駆動される少なくとも一つのファンブレードと、
コアと、
前記コアの下流で該コアと流体連通するタービン排気ケースであって、
支持面を含んだ中央ハブと、
ガスタービンエンジン内に固定された外側ハウジングと、
を備えたタービン排気ケースと、
前記タービン排気ケースの前記支持面によって少なくとも部分的に支持されたシャフトを含む少なくとも一つのタービンロータを含んだタービンセクションと、
を備えたガスタービンエンジンにおいて、
前記タービン排気ケースは、前記エンジンの前記コアを通る空気流の１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される条件時に、前記少なくとも一つのファンブレードが前記ファンロータから離脱した場合に、該タービン排気ケースが前記エンジンの後端部を支持し続けるように、少なくとも第１の材料および第２の材料から構成されることを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項１８】
前記タービン排気ケースは、１２００°Ｆを上回る温度において前記ファンブレードが前記ファンロータから離脱した場合に、前記エンジンの後端部を支持し続けることを特徴とする請求項１７に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１９】
エンジンアイドル条件が、前記エンジンの前記コアを通る空気流の１５％を上回る空気が該コアから連続的に抽気される前記条件であることを特徴とする請求項１７に記載のガスタービンエンジン。
【請求項２０】
前記コアを通る空気流に対する、該コアを取り囲むバイパスダクトを通る空気流によって画定されるバイパス比が、６．０を上回ることを特徴とする請求項１７に記載のガスタービンエンジン。
【請求項２１】
前記第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２であることを特徴とする請求項１７に記載のガスタービンエンジン。
【請求項２２】
前記第２の材料が、Ｉｎｃｏｎｅｌであることを特徴とする請求項１７に記載のガスタービンエンジン。
【請求項２３】
前記第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ  ２８２であることを特徴とする請求項２２に記載のガスタービンエンジン。
【請求項２４】
前記シャフトに取り付けられるとともに、タービンセクションの速度、圧力、および温度の作動範囲全体に亘るロータの動安定のために、前記タービンセクションを安定させるように構成された、組合せ軸受をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項２５】
前記タービン排気ケースは、前記エンジンの後端部からの前記組合せ軸受の取り外しおよび交換を可能にするように構成された少なくとも一つのフランジを備えることを特徴とする請求項２４に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項２６】
前記ストラットは、タービンセクションの速度、圧力、および温度の作動範囲全体に亘るロータの動安定を維持するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項２７】
フランジ、ストラット、およびストラットプレートが、１１，０００ｒｐｍのタービンセクション回転速度で放出されたタービンセクションのブレードを封じ込めるように寸法が取られることを特徴とする請求項５に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【請求項２８】
前記ストラットが、蛍光探傷検査が可能な位置に配置された一つ以上の溶接部を備えることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン用タービン排気ケース。
【国際調査報告】
2015526626.tif 000007
2015526626.tif 000008