(57)【要約】【課題】ノズルライナーの壁の連結のための小型の固定カラーおよびスタッドとこれに関する連結方法を提供する。【解決手段】ノズルライナーの高温側シート３０と低温側シート３４とを離間した位置関係で連結するための連結構造は、本体部６６を有するスタッド６０を含み、このスタッド６０は高温側シート３０に取り付けられ、スタッド６０の一部６４が低温側シート３４の開口部４８を通して延在する。支持部材６５は、高温側シート３０と低温側シート３４とを離間する。ほぼ平板状の固定カラー６２は、低温側シート３４を通して延在するスタッド６０の一部６４に固定される。この固定カラー６２とスタッド６０とにより、低温側シート３４付近にはより大きなすき間が生ずるため、小型かつ軽量の連結構造が得られる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルライナーの高温側シートと低温側シートとを離間した位置関係で連結するための連結構造であって、
本体部を有するスタッドであって、高温側シートに取り付けられかつその一部が低温側シートの開口部を通して延在するスタッドと、
高温側シートと低温側シートとを離間する支持部材と、
低温側シートを通して延在するスタッドの上記一部に固定されたほぼ平板状の固定カラーと、
低温側シートを通して延在するスタッドの上記一部とスタッドの端部とによって画定される第１の長さと、
低温側シートに面したカラーの第１の平面と、第１の平面とは反対側のカラーの第２の平面と、の間に画定される第２の長さと、
を含み、かつ、
上記第１および第２の長さの各々がスタッドの本体部の直径よりも小さいことを特徴とする連結構造。
【請求項２】
上記支持部材が、スタッドの本体部から延出するショルダーフランジ部であることを特徴とする請求項１記載の連結構造。
【請求項３】
上記第１および第２の長さの各々が、上記本体部の直径の１／２よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の連結構造。
【請求項４】
上記第１および第２の長さの各々が、上記本体部の直径の１／３よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の連結構造。
【請求項５】
上記第１および第２の長さの各々が、上記本体部の直径の１／５よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の連結構造。
【請求項６】
上記第１および第２の長さの各々が、高温側シートと低温側シートとの間の距離よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の連結構造。
【請求項７】
上記支持部材は、スタッドの本体部から延出するショルダーフランジ部であり、かつ、上記カラーと上記ショルダーフランジ部との間に低温側シートが収容されることを特徴とする請求項１記載の連結構造。
【請求項８】
上記ショルダーフランジ部と低温側シートとの間に配置されるワッシャーをさらに備えた請求項１記載の連結構造。
【請求項９】
上記平板状カラーは上記低温側シートを通過するスタッドの一部を取り囲む穴を含み、かつ、この穴はねじ山を含むことを特徴とする請求項１記載の連結構造。
【請求項１０】
上記ねじ山は上記穴の全周よりも小さい円弧部分にだけ延在することを特徴とする請求項９記載の連結構造。
【請求項１１】
上記カラーは上記スタッドに溶接されていることを特徴とする請求項１記載の連結構造。
【請求項１２】
上記低温側シートと上記カラーとの間に固定されたハンガーブラケットをさらに備えた請求項１記載の連結構造。
【請求項１３】
上記カラーは第１のカラーを構成し、かつ、上記連結構造は、上記スタッドに固定された第２のカラーをさらに含み、かつ、上記カラーの一方のみがスタッドに溶接されていることを特徴とする請求項１記載の連結構造。
【請求項１４】
低温側シートに対する高温側シートの長手方向の相対運動が可能となるように、上記開口部がスタッドの直径よりも十分に大きいことを特徴とする請求項１記載の連結構造。
【請求項１５】
ノズルライナーの高温側シートと低温側シートとを離間した位置関係で連結するための連結構造であって、
本体部を有するスタッドであって、高温側シートに取り付けられかつその一部が低温側シート内の開口部を通して延在するスタッドと、
高温側シートと低温側シートとを離間する支持部材と、
低温側シートを通して延在するスタッドの上記一部に固定されたほぼ平板状の固定カラーと、
低温側シートを通して延在するスタッドの上記一部とスタッドの端部とによって画定される第１の長さと、
低温側シートに面したカラーの第１の平面と、第１の平面とは反対側のカラーの第２の平面と、の間に画定される第２の長さと、
高温側シートと低温側シートとの間で画定される距離と、
を含み、かつ、
上記第１および第２の長さの各々が、高温側シートと低温側シートとの間の距離よりも小さいことを特徴とする連結構造。
【請求項１６】
上記第１および第２の長さの各々が、シート間の上記距離の１／２よりも小さいことを特徴とする請求項１５記載の連結構造。
【請求項１７】
上記第１および第２の長さの各々が、シート間の上記距離の１／３よりも小さいことを特徴とする請求項１５記載の連結構造。
【請求項１８】
上記第１および第２の長さの各々が、シート間の距離の１／５よりも小さいことを特徴とする請求項１５記載の連結構造。
【請求項１９】
上記第１および第２の長さの各々が、スタッドの本体部の直径よりも小さいことを特徴とする請求項１５記載の連結構造。
【請求項２０】
上記ショルダーフランジ部と上記低温側シートとの間に配置されるワッシャーをさらに備えた請求項１５記載の連結構造。
【請求項２１】
上記カラーはスタッドに溶接されていることを特徴とする、請求項１５記載の連結構造。
【請求項２２】
ノズルライナーの高温側シートと低温側シートとを離間した位置関係で連結するための連結方法であって、
高温側シートに取り付けられるスタッドを配設するステップと、
スタッドの一部が低温側シートからスタッドの端部までの第１の長さを画定するように、低温側シートの開口部を通してこのスタッドの一部を配置するステップと、
穴を有するほぼ平板状の固定カラーを配設するステップと、
上記の一部がその穴に延在するように低温側シートにカラーの第１の表面を配置するステップであって、これにより上記カラーが第１の表面とは反対側の第２の表面を含み、かつ、第１と第２の表面との間に第２の長さを画定することとなるステップと、
カラーをスタッドに恒久的に固定する固定ステップと、
を含み、かつ、
上記第１および第２の長さの各々がスタッドの本体部の直径よりも小さいことを特徴とする連結方法。
【請求項２３】
上記第１および第２の長さの各々が、上記本体部の直径の１／２よりも小さいことを特徴とする請求項２２記載の連結方法。
【請求項２４】
上記第１および第２の長さの各々が、上記本体部の直径の１／３よりも小さいことを特徴とする請求項２２記載の連結方法。
【請求項２５】
上記第１および第２の長さの各々が、上記シート間に画定される距離よりも小さいことを特徴とする請求項２２記載の連結方法。
【請求項２６】
上記穴はねじ山を有し、かつ、上記固定ステップはこの穴をスタッドにねじ込むことを含むことを特徴とする請求項２２記載の連結方法。
【請求項２７】
上記穴は穴の全周よりも小さい円弧部分にだけ延在するねじ山を有することを特徴とする請求項２２記載の連結方法。
【請求項２８】
上記固定ステップはスタッドにカラーを溶接することを含むことを特徴とする請求項２７記載の連結方法。
【請求項２９】
上記カラーは第１のカラーを構成し、かつ、上記連結方法は、この第１のカラーと同一形状の第２のカラーをスタッド上に配置するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２２記載の連結方法。
【請求項３０】
上記固定ステップはスタッドにカラーを溶接することを含むことを特徴とする請求項２２記載の連結方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、タービンエンジンの排ガス流路の内側を覆うノズルライナーの固定装置に関し、より具体的には、上記ノズルライナーの第１および第２の壁を連結する固定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジンを通過する高温の排ガスと接触するライナー表面を冷却する様々な構造が従来技術において開示されている。通常、ライナーは排ガスとの接触表面を有した高温側シートと呼ばれる第１の壁と、間隔を開けて第１の壁に固定された低温側シートと呼ばれる第２の壁とを含む。空間は第１および第２の壁の間に画定され、これらの間を冷却空気が通過し、これによって高温側シートの過熱は抑制される。冷却空気は、排気ノズルの上流に位置するファン部から供給される空気によって供給される。インピジメント冷却においては、冷却空気と排ガスとの間に通常圧力差が生じる。この圧力差により冷却空気は低温側シート内の孔内に引き込まれ、冷却空気は高温側シートの表面に衝突する。
【０００３】
特許文献１は、ノズルプレートとライナーとの間に配置される吸音ハニカム構造を開示している。冷却空気はノズルプレートとライナーとの間を通過し、冷却空気は次にライナーに衝突し、これを冷却する。いくつかの実施例においては、ライナーは排ガスと流体的に連通する流路を含んでおり、これにより冷却空気が流れ込んで排ガスと混合する。
【０００４】
本願出願人と同一出願人による特許文献２は、上方および下方の可動フラップを含んだタービンエンジンのノズルアセンブリを開示している。各々のフラップは燃焼ガスと接触する表面を備えたライナーを含む。各々のライナーは冷却空気が流れる空間を画定する。離間した複数のヒンジにより、フラップの動作が可能となる。
【０００５】
本願出願人と同一出願人による特許文献３は、本願に引用して援用されるものであり、間隔を開けて互いに固定された内壁（すなわち高温側シート）および外壁（すなわち低温側シート）を開示している。外壁に面した内壁の表面は、これらの壁の間を離間する交差リブを含む。ねじ込みスタッドはリブの交差部から穴を介して外壁へと延在する。圧着ナットはスタッドに留められ、これにより外壁はリブと圧着ナットとの間に収容され、従って互いに離間した位置関係でこれらの壁は固定される。
【特許文献１】米国特許第５，６５５，３６１号明細書
【特許文献２】米国特許第４，７４７，５４３号明細書
【特許文献３】米国特許第５，７８２，２９４号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、ノズルライナーの高温側シートと低温側シートとを離間した位置関係で連結するための連結構造は、本体部を有するスタッドであって、高温側シートに取り付けられかつその一部が低温側シートの開口部を通して延在するスタッドを含む。支持部材は、高温側シートと低温側シートとを離間する。ほぼ平板状の固定カラーが、低温側シートを通して延在するスタッドの一部に固定される。第１の長さが、低温側シートを通して延在するスタッドの一部と、スタッドの端部とによって画定される。第２の長さが、低温側シートに面したカラーの第１の平面と、第１の平面とは反対側のカラーの第２の平面との間に画定される。第１および第２の長さの各々は、スタッドの本体部の直径より小さい。
【０００７】
本発明のさらなる態様に従うと、ノズルライナーの高温側シートと低温側シートとを離間した位置関係で連結するための連結構造は、本体部を有するスタッドを含む。スタッドは高温側シートに取り付けられ、このスタッドの一部は低温側シートの開口部を通して延在する。支持部材が高温側シートと低温側シートとの間を離間する。ほぼ平板状の固定カラーが低温側シートを通して延在するスタッドの一部に取り付けられる。第１の長さが、低温側シートを通して延在するスタッドの一部からスタッドの端部までの長さによって画定される。第２の長さが、低温側シートに面するカラーの第１の平面と、第１の表面の反対側の第２の平面との間で画定される。ある距離が高温側シートと低温側シートとの間で画定される。第１および第２の長さの各々は低温側シートと高温側シートとの間の距離より小さい。
【０００８】
本発明のさらなる態様に従うと、ノズルライナーの高温側シートと低温側シートを離間した位置関係に連結する連結方法は、高温側シートに取り付けられるスタッドを配設するステップを含む。このスタッドの一部が低温側シートの開口部を通して配置される。該一部は低温側シートからスタッドの端部までの第１の長さを画定する。穴を備えたほぼ平板状の固定カラーが配設される。カラーの第１の表面が、上記一部が上記穴に延在するように低温側シートに置かれる。カラーは第１の表面とは反対側の第２の表面を含み、また第１および第２の表面はこれらの間で第２の長さを画定する。カラーは恒久的にスタッドに取り付けられる。第１および第２の長さの各々はスタッドの本体部の直径より小さい。
【０００９】
本発明の他の態様および利点は以下の詳細な説明を検討することにより明らかになる。
【００１０】
米国政府は米国空軍と本譲受人の間の契約Ｆ３３６５７−０１−Ｃ−１２４０に従って、本発明に対し権利を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１および図２は、従来技術の一般的な固定構造を示し、図４〜図７は本発明による装置を示す。図１および図２を参照すると、ライナー２５は、高温側プレートつまり溶接または別の方法で取り付けられたスタッド３２を備えたシート３０を含む。低温側シート３４が適宜な固定構造により、高温側シート３０に連結される。例えば、圧着カラー３６をスタッド３２にねじ込み、その後圧着し、恒久的にこのカラー３６をスタッド３２に固定する。カラー３６と、スタッド３２の本体部４１から延出するショルダーフランジ部４０とは、これらの間に低温側シート３４を収容し、これにより高温側シート３０と低温側シート３４とを互いに離間した位置関係に固定する。なお、ショルダーフランジ部４０に代えて、高温側シート３０と低温側シート３４を離間させるものであれば、他のどんな適宜な支持部材を用いてもよい。例えば、金属製のブロック（図示せず）を、高温側シート３０と低温側シート３４との間に配置してもよい。図２に示すように、高温側シート３０と低温側シート３４とによって、これらの間に流路を画定しこの流路に冷却空気を通過させることで、高温側シート３０の材料の熱容量を超えてしまうような高温側シート３０の過熱を抑制できる。この際、流路とは反対側の高温側シート３０の表面４２はタービンエンジンのノズルを通過する高温の燃焼排ガスに曝される。上記表面４２は耐熱コーティングを含んでもよい。この冷却空気は適宜な方法によって流路に供給され、またこの冷却空気を供給する方法は本発明において特に重要ではない。例えば、低温側シート３４は上記流路に空気を引き込む孔４４を含んでよい。
【００１２】
低温側シート３４は、スタッド３２の直径よりも僅かに大きい穴４８を画定するため、スタッド３２の周りには円周方向のすき間が生成される。上記すき間によって、高温側シート３０が熱的な条件に応じて膨張もしくは収縮したときに、高温側シート３０が低温側シート３４に対して長手方向に動くことが可能となる。なお、低温側シート３４が堅固に固定され、低温側シート３４に対する高温側シート３０の長手方向または接線方向の相対移動が抑制されてしまう程には圧着カラー３６はショルダーフランジ部４０に堅固に取り付けられてはいない。図２には、ショルダーフランジ部４０と低温側シート３４との間に選択的に設けられたワッシャー５０が示されている。ワッシャー５０はスタッド３２の周囲のすき間のためのエアシールとして設けられる。あるいは、必要に応じて、圧着カラー３６と低温側シート３４との間にワッシャー５０を配置してもよい。図３を参照すると、カラー３６と低温側シート３４との間にハンガーブラケット５２が固定されている。このハンガーブラケット５２は航空機エンジン内の固定された支持壁（図示せず）からライナー２５を吊るすために用いられる。特に図２を参照すると、各々の圧着カラー３６はスタッド３２の本体部４１の直径Ｄよりも大きい長さ寸法Ｌ１を含む。加えて、この寸法Ｌ１はシート３０、３４の間で画定される距離Ｙよりも長い。穴４８を通して延在するスタッド３２の一部５４は、スタッド３２の端部５６と低温側シート３４との間の長さの寸法Ｌ２を画定する。寸法Ｌ２は、距離Ｙまたはスタッド直径Ｄに比べ十分に長い。よく知られているＬ１やＬ２の寸法は、一般にスタッド直径Ｄの１〜３倍である。
【００１３】
図４〜図６は、本発明による固定装置の実施例を示しており、この固定装置はＬ１およびＬ２よりも短い寸法を有し、従って低温側シート３４付近により大きなすき間を備えている。高温側シート３０にはスタッド３２よりも全長が短いスタッド６０が設けられる。複数の平板型カラー６２は低温側シート３４を介して延在するスタッド６０の一部６４に固定される。このカラー６２と、スタッド６０の本体部６６から延出するショルダーフランジ部６５とは、これらの間に低温側シート３４を収容する。上述したように、ショルダーフランジ部６５を、シート３０と３４とを離間する他の適宜な手段と置き換えてもよい。寸法Ｌ３は上記平板型カラー６２における両側の平面の間で画定される。寸法Ｌ４は穴４８を介して延在するスタッド６０の一部６４によって画定される。具体的には、寸法Ｌ４はスタッド６０の端部６７と低温側シート３４との間で画定される。図示されるように、寸法Ｌ３およびＬ４は、寸法ＤおよびＹに関連する寸法Ｌ１およびＬ２よりも著しく小さい。実際には、寸法Ｌ３およびＬ４は、Ｄの１／２、Ｄの１／３、もしくはＤの１／５より小さくてもよい。この場合、直径０．１６０インチ（約４．１ｍｍ）のスタッドにおいては最小の実用ピッチは約０．０３０インチ（約０．７６ｍｍ）である。加えて、寸法Ｌ３，Ｌ４は、シート３０，３４の間の距離Ｙの１／３より小さい。あるいは、寸法Ｌ３，Ｌ４は、距離Ｙ〜Ｙの１／３の間でよく、例えば距離Ｙの１／２となりうる。寸法Ｌ３およびＬ４によって、図１および図２に示した寸法Ｌ１およびＬ２を有するカラー３６に比べ、平板型固定カラー６２には、より大きなすき間が得られる。寸法Ｌ３およびＬ４がより短いことによる第１の利点は、カラー６２はカラー３６よりも軽量となり、従ってライナー２５を所望の重量パラメータに維持しつつ高温側シート３０と低温側シート３４とを互いに固定するために、より多くのカラー６２を用いることができることにある。加えて、カラー６２でのより大きなすき間によって、装置またはエンジン壁（図示せず）がライナー２５に対して近接しているためにとても小さなすき間を有するライナー２５の位置においてもカラー６２の容易な取付が可能となる。また、このより大きなすき間は、ノズルライナー２５の修理またはノズルライナー２５付近に配置された装置の修理にあたっても有利である。スタッド６０の端部６７が、カラー６２の穴６８の内部にまたは貫通させた状態で一旦位置付けられると、カラー６２は適宜な方法でスタッド６０に恒久的に固定される。上記の方法には、カラー６２をスタッド６０に機械的にねじ込むこと、カラー６２をスタッド６０に溶接すること、カラー６２をスタッド６０にはんだ付けまたはろう付けすること、またはカラー６２をスタッド６０に機械的にねじ込むことと溶接することとを組み合わせること、が挙げられる。この際、ノズルライナー内に極度の振動条件が生じる傾向にあるため、カラー６２をスタッド６０に単に機械的に固定する（例としてねじ込む）よりも溶接する方が好ましい。加えて、とりわけ高い振動条件においては、カラーを溶接することによって、図１および２に示されるような圧着カラーを用いる場合に比べより耐久性のある固定をすることが可能となる。カラー６２は隅肉溶接７０（図５）で溶接される。隅肉溶接７０は、カラー６２とスタッド６０との接合部に沿って溶着材料を溶着することを含む。図示された隅肉溶接７０のように、隅肉溶接は通常三角形の断面形状をなす。これにより最少量の溶着材料でカラー６２とスタッド６０とが互いに溶接される。
【００１４】
溶接前にカラー６２をスタッド６０に固定することにより、つまり、カラー６２が溶接の際に動かないようにすることにより、溶接作業は容易になる。例えば、溶接する前にカラー６２をスタッド６０にねじ込んでもよい。カラー６２は溶接の間、所定位置に固定されていればよいので、カラー６２は、スタッド６０に僅かにねじ込まれていればよい。従って、カラー６２は小さいねじ山のみを備えていればよい。例えば図６を参照すると、カラー６２の穴６８は、この穴６８の全周よりも小さい円弧部分にのみ、ねじ山７４を含む。実際には、ねじ山７４は３度ほどの小さな円弧部分でもよく、これは、恒久的にカラー６２をスタッドに固定するための溶接、ろう付け、または他の適宜な方法でスタッド６０の所定の位置にカラー６２を固定するに十分なものである。
【００１５】
図７を参照すると、低温側シート３４は図３に示された一般的なハンガーブラケット５２と似た機能をするハンガーブラケット８０を含んでもよい。なお、図７に示すカラー６２の形状は図４〜図６に描かれた楕円ではなく円周形である。この点では、カラー６２の厳密な形状は変動するが、カラー６２は特定の形状に関係なく、ほぼ平板状で小型であることに変わりはない。ハンガーブラケット８０はブラケット５２よりも高さが低く、低温側シート３４の表面からの距離もより短くなり、従ってより大きなすき間が得られる。このハンガーブラケット８０でのより大きなすき間は、ライナー２５が航空機のエンジン壁により近くに位置付けられ、ライナー２５によって内側が覆われたノズルがより大きな直径を有することができるので有利である。必要に応じて、複数のカラー６２を個々のスタッド６０に固定することができる。例えば、ハンガーブラケット８０の付加的な重量を支えるために、ハンガーブラケット８０を通して延在する各々の一つのスタッド６０に二つのカラー６２を固定することができる。スタッドに複数のカラーが固定される場合には、低温側シート３４から最も離れた最も外側のカラーのみを溶接するよう選択することができる。
【００１６】
本明細書を参照すれば、本発明から多くの改良が可能なことが当業者にとって明らかであろう。従って、本明細書は、ここに教示された発明概念を単に例示したに過ぎず、当業者に本発明を実施可能にすることを目的とし、発明の最良の実施形態を教えるためのものであると解釈されるべきものである。添付の特許請求の範囲に属する全ての改良には独占的な権利が付与される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】高温側シートと、低温側シートと、一般的なスタッドと、上記シートの連結に用いられる一般的な固定カラーと、を示す分解等角図である。
【図２】図１の一般的な構成部品の組付状態を示す部分断面図である。
【図３】低温側シートに取り付けられた一般的なハンガーブラケットを示す部分等角図である。
【図４】本発明によるシート、スタッド、および固定カラーの分解等角図である。
【図５】図４の構成部品の組付状態を示す部分断面図である。
【図６】本発明による固定カラーの拡大等角図である。
【図７】本発明による低温側シート、カラーおよびハンガーブラケットの部分等角図である。
【符号の説明】
【００１８】
３０…高温側シート
３４…低温側シート
４８…穴
５０…ワッシャー
６０…スタッド
６２…平板型カラー
６４…スタッド６０の一部
６６…本体部
６５…ショルダーフランジ部
６７…スタッド６０の端部
７０…隅肉溶接
【図１】
2005180426.tif 000003
【図２】
2005180426.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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