(57)【要約】エンジンケースを有するガスタービンエンジン用のセグメント化されたベーン支持構造体は、単一部品である内側リングと、それぞれ独立した前方および後方の外側リングと、を含む。ベーンセグメントは、ステータリングを構成するように周方向で突き合わされ、このステータリングは、それぞれ反対側に位置する外側端部において、前方および後方の外側リングの間で、これらの外側リングによって内側リングに固定される。前方および後方の外側リングは、エンジンケースの環状の内側溝にはめ込まれる保持リングによってエンジンケースに軸方向で固定されている。各々のベーンセグメントは、その外径にラグ部材を有し、このラグ部材は、エンジンケース内でベーンセグメントを角度的に位置決めするとともにエンジンケースに周方向のベーン荷重を伝達するように、エンジンケースのスロットに径方向でかつ摺動可能に係合する。この支持構造体の構成は、エンジンケースに周方向荷重を伝達し、かつベーンセグメントの熱膨張の変化によって生じる径方向荷重をエンジンケースから分離する。
2004530832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンケースを有するガスタービンエンジンにおいてステータアセンブリのベーンセグメントを支持する支持構造体であって、前記ベーンセグメントは、ステータリングを構成するように周方向に突き合わされており、前記支持構造体は、
各々のベーンセグメントとエンジンケースとの間に配置されるとともに、これらのベーンセグメントからエンジンケースに周方向のベーン荷重を伝達する手段と、
エンジンケースと協働して、前記ベーンセグメントの移動を間で制限してエンジンケースに対する該ベーンセグメントの軸方向位置を定めるとともに、エンジンケースを変形させることなく、前記ベーンセグメントの径方向熱膨張を可能とする、それぞれ独立した前方および後方の外側リングと、を有することを特徴とする支持構造体。
【請求項２】
前記周方向のベーン荷重を伝達する手段は、各々のベーンセグメントに固定されているとともにエンジンケースのスロット内で径方向に摺動可能に設けられたラグ部材を含むことを特徴とする請求項１記載の支持構造体。
【請求項３】
前記前方および後方の外側リングは、各々のベーンセグメントの外側プラットフォームのそれぞれ反対側に位置する外側端部と軸方向でそれぞれ接触していることを特徴とする請求項２記載の支持構造体。
【請求項４】
前記ラグ部材は、前記ベーンセグメントの外側プラットフォームから径方向外向きに延在していることを特徴とする請求項３記載の支持構造体。
【請求項５】
エンジンケースの環状の内側溝にはめ込まれるように設けられた保持リングをさらに含み、この保持リングは、前記後方の外側リングの後方端部と接触して、これにより、前記前方の外側リングの前方端部とエンジンケースの環状径方向面とを接触させていることを特徴とする請求項１記載の支持構造体。
【請求項６】
ガスタービンエンジンにおいてステータアセンブリのベーンセグメントを支持するとともに、これらのベーンセグメントからエンジンケースに熱的な変形が伝達されるのを防止する方法であって、
各々のベーンセグメントに固定されるとともに、エンジンケースのスロット内で径方向に摺動可能なラグ部材を提供することで、エンジンケースに周方向のベーン荷重を伝達し、
前記ベーンセグメントによって軸方向に分離された前方および後方の外側リングを使用して、エンジンケース内において前記ベーンセグメントの軸方向位置を定めることを含み、前記前方の外側リングは、エンジンケースの第１の環状径方向面によって軸方向移動が制限され、前記後方の外側リングは、エンジンケースの第２の環状径方向面によって軸方向移動が制限され、これにより、前記前方および後方の外側リングは、エンジンケースに対して径方向で移動可能となっていることを特徴とする方法。
【請求項７】
前記前方および後方の外側リングは、各々のベーンセグメントの外側プラットフォームのそれぞれ反対側に位置する外側端部と軸方向でそれぞれ接触していることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
エンジンケースの環状の内側溝にはめ込まれる保持リングを使用して、前記後方の外側リングの後方端部と接触させるとともに、さらに前記前方の外側リングの前方端部とエンジンケースの前記第１の環状径方向面とを接触させることをさらに含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記前方および後方の外側リングは、前記ベーンセグメントの外側プラットフォームのそれぞれ反対側に位置する外側端部にそれぞれはめ込まれることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１０】
エンジンケースを有するガスタービンエンジンのステータアセンブリであって、このステータアセンブリは、
内側支持リングと、
前記内側支持リングの周囲に周方向に設けられるとともに、ステータリングを構成するように互いに突き合わされた複数のベーンセグメントと、
エンジンケースと協働して、エンジンケースに対する前記ステータリングの軸方向移動を制限するとともに、エンジンケースを変形させることなく、前記ベーンセグメントの径方向熱膨張を可能とする、それぞれ独立した前方および後方の外側リングと、
各々のベーンセグメントとエンジンケースとの間に配置されるとともに、これらのベーンセグメントからエンジンケースに周方向のベーン荷重を伝達する手段と、を含むことを特徴とするステータアセンブリ。
【請求項１１】
前記周方向のベーン荷重を伝達する手段は、前記ベーンセグメントに固定されたラグ部材を含み、このラグ部材は、エンジンケースのスロット内で径方向に摺動可能であることを特徴とする請求項１０記載のステータアセンブリ。
【請求項１２】
前記ラグ部材は、前記ベーンセグメントの外側プラットフォームから径方向外向きに延在していることを特徴とする請求項１１記載のステータアセンブリ。
【請求項１３】
前記前方および後方の外側リングは、各々のベーンセグメントの外側プラットフォームのそれぞれ反対側に位置する外側端部と軸方向でそれぞれ接触していることを特徴とする請求項１０記載のステータアセンブリ。
【請求項１４】
エンジンケースの環状の内側溝にはめ込まれた保持リングをさらに含み、この保持リングは、前記後方の外側リングの後方端部と接触して、これにより、前記前方の外側リングの前方端部とエンジンケースの環状径方向面とを接触させていることを特徴とする請求項１０記載のステータアセンブリ。
【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で使用されるステータベーンセグメントの支持構造体に関する。また、本発明は、上記支持構造体を含む、ガスタービンエンジンの改善されたステータアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの第２のステータアセンブリでは、一般にアセンブリの径方向内側端部がタービンの回転軸のシール装置上で浮いている。アセンブリの径方向外側端部は、エンジンの外側ケースに固定する必要がある。これは、一般にリング様の支持構造体によってなされる。しかし、第２のステータアセンブリの外側端部をエンジンの外側ケースに固定すると、ステータベーンセグメントの熱膨張によって支持構造体が変形し、これにより、エンジンの外側ケースが変形するおそれがある。エンジンの外側ケースの変形は、エンジン内で隣接するロータアセンブリにおいて、ブレードのブレード先端部クリアランスを変更してエンジン効率を減少させるおそれがある。
【０００３】
このような変形は、ステータベーンセグメントの充分な冷却によって減少させることができる。しかし、ベーンセグメントが外側端部で固定されている状態で、これらのベーンセグメントを効率的に冷却することは困難である。
【０００４】
エンジンの外側ケースを変形させることなく、ステータベーンセグメントの熱膨張を許容するセグメント化されたベーン支持構造体を開発する努力がなされてきた。このような支持構造体の一例は、１９９９年１０月５日にドリス等に付与された、本出願人が有する米国特許第５，９６１，２７８号に開示されている。この特許は、エンジンケースを有するガスタービンエンジンのステータアセンブリ用の円筒形の支持構造体を示している。この支持構造体は、間にステータアセンブリのベーンセグメントが取り付けられる２つの外側リング部と、エンジンケース内で支持構造体を径方向に位置決めする中央リング部と、を有する。これらのリングは、円筒形の構造体を構成するように、周方向に離間された薄いスポークによって連結されており、これらのスポークは、各々の外側リングと中央リングとの間に延在している。スポークは、ステータベーンセグメントが熱膨張して外側に取り付けられたリングを拡大もしくは変形させるときに、撓むか、もしくは変形するように充分に薄く形成されている。従って、外側に取り付けられたリングから中央リングへと伝達され、さらにエンジンケースに伝達される変形が、これらの柔軟なスポークによって少なくなる。ベーンセグメントの内側端部は、エンジンの内側ハウジングの間に取り付けられており、これらのハウジングは、ベーンセグメントを軸方向および径方向で位置決めするように、ボルトおよびナットによってベーンセグメントを固定する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ガスタービンエンジンにおいて、ステータアセンブリの外側端部をエンジンケースに取り付けるために使用される支持構造体を提供することであり、この支持構造体は、エンジンケースを変形させることなく、ステータベーンセグメントの熱膨張を許容する。
【０００６】
本発明の他の目的は、エンジンケースを変形させることなく、ステータベーンセグメントの熱膨張を許容し、かつ組立が容易であるステータアセンブリを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの形態では、エンジンケースを有するガスタービンエンジンにおいて、ステータアセンブリのベーンセグメントを支持する支持構造体が提供される。ベーンセグメントは、ステータリングを構成するように周方向で突き合わされている。支持構造体は、各々のベーンセグメントからエンジンケースに周方向のベーン荷重を伝達する手段を含む。この手段は、各々のベーンセグメントとエンジンケースとの間に配置される。支持構造体は、それぞれ独立した前方および後方の外側リングをさらに含み、これらの外側リングは、エンジンケースと協働して前方および後方の外側リングの間でベーンセグメントの軸方向移動を制限し、これにより、エンジンケースに対してベーンセグメントの軸方向位置を定めるとともに、エンジンケースを変形させることなく、ベーンセグメントの径方向熱膨張を許容する。
【０００８】
本発明の他の形態では、ガスタービンエンジンにおいてステータアセンブリのベーンセグメントを支持し、かつベーンセグメントからエンジンケースに熱的な変形が伝達されるのを防止する方法が提供される。この方法は、各々のベーンセグメントに固定され、かつエンジンケースのスロット内で径方向に摺動可能であるラグ部材を提供することでエンジンケースに周方向荷重を伝達するとともに、ベーンセグメントによって軸方向に分離された前方および後方の外側リングを使用してエンジンケース内でのベーンセグメントの軸方向位置を定めることを含む。前方の外側リングは、エンジンケースの第１の環状径方向面によって軸方向移動が制限され、後方の外側リングは、エンジンケースの第２の環状径方向面によって軸方向移動が制限され、これにより、前方および後方の外側リングは、エンジンケースに対して径方向で移動可能となっている。
【０００９】
前方および後方の外側リングは、各々のベーンセグメントの外側プラットフォームのそれぞれ反対側に位置する外側端部と軸方向でそれぞれ接することが好ましい。この方法は、さらにエンジンケースの環状の内側溝にはめ込まれる保持リングを使用することを含むことが好ましく、この保持リングは、後方の外側リングの後方端部と接触するとともに、前方の外側リングの前方端部とエンジンケースの第１の環状径方向面とを接触させる。
【００１０】
本発明のさらに他の形態では、エンジンケースを有するガスタービンエンジンにおけるステータアセンブリが提供される。このステータアセンブリは、内側支持リングと、この内側支持リングの周囲に周方向で設けられた複数のベーンセグメントと、を有し、これらのベーンセグメントは、ステータリングを構成するように互いに突き合わされている。エンジンケースと協働して、それぞれ独立した前方および後方の外側リングが、エンジンケースに対してステータリングの軸方向移動を制限するとともに、エンジンケースを変形させることなく、ベーンセグメントの径方向熱膨張を許容する。各々のベーンセグメントからエンジンケースに周方向のベーン荷重を伝達する手段が提供される。この手段は、各々のベーンセグメントとエンジンケースとの間に配置される。
【００１１】
本発明の利点は、２つの小型リングから構成される外側支持構造体にあり、これらのリングの一方は前方に位置するとともに他方は後方に位置し、これらのリングは、単一部品である内側リングにベーンセグメントを固定する。また、ベーンセグメント自体がラグ部材を有し、これらのラグ部材は、アセンブリを位置決めするとともにトルク荷重に反作用する。この構成では、エンジンケースにおける各々のベーンセグメントの角度的な位置決めは、一組のラグ部材とスロットとの境界面のみによって調節され、個々のセグメントからの周方向のベーン荷重は、対応するラグ部材によってエンジンケースに伝達される。これにより、構造体におけるラグ部材の荷重が均衡される。外側リングがそれぞれ独立していることにより、セグメントを保持するためにボルト部品、リベット、溶接、はめあい部品を必要とせずに、単一部品である内側支持リングにベーンセグメントを組み付けることが可能である。これは、セグメントが２つの外側リングによって保持されており、これらの外側リングのエンジンケース内での軸方向移動が保持リングによって制限されているためである。
【００１２】
本発明の他の利点および特徴は、以下の本発明の好適実施例を参照することによって、より明確に理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図面、特に図１を参照すると、ガスタービンエンジン１０は、軸方向に離間されたロータ段１３，１５を有し、これらの間にステータ段１７が取り付けられている。ステータ段１７は、円状のリングを構成するように周方向に隣接して取り付けられた複数のステータベーンセグメント１９を含む。このような円状のリングは、図２に示されているが、図２では２つのベーンセグメントのみが示されている。各々のベーンセグメント１９は、外側ベーンプラットフォーム２３と内側ベーンプラットフォーム２５との間に延在する２つ以上のベーン２１を有する。外側ベーンプラットフォーム２３の側方端部は、ステータリングの構成時に突き合わされ、内側ベーンプラットフォーム２５の側方端部も同様に突き合わされる。内側ベーンプラットフォーム２５は、内側支持リング２７の径方向に延在する２つのフランジ２９，３１の間でこの内側支持リング２７の周囲に取り付けられている。内側支持リングは、タービンの回転軸のシール装置３３上で浮いた径方向内側端部を有し、タービンの回転軸に対してベーンセグメント１９を径方向で位置決めする。図１，図２に示すように、それぞれ独立した前方および後方の外側リング３５，３７が設けられており、これらの外側リング３５，３７の間にベーンセグメント１９によって構成されるステータリングが取り付けられる。前方および後方の外側リング３５，３７は、外側プラットフォーム２３のそれぞれ反対側に位置する外側端部３９，４１にそれぞれはめ込まれているとともに、単一部品である内側支持リング２７にベーンセグメント１９を固定するために、対応する外側端部３９，４１の径方向フランジと軸方向で接触している。
【００１４】
図１に示すように、前方および後方の外側リング３５，３７は、エンジンケース４３と協働して、エンジンケース４３内のベーンセグメント１９の軸方向位置を定める。
【００１５】
前方の外側リング３５の前方端部は、エンジンケース４３の第１の環状径方向面４５によって前方の外側リング３５の軸方向移動が制限されるように、この第１の環状径方向面４５と接触する。好ましくは、高温ガスの漏れを防止するために、第１の環状径方向面４５と前方の外側リング３５との間にシールリング４７が、設けられる。前方の外側リング３５は、エンジンケース４３の円筒壁から小さい環状の間隙によって径方向に離間されており、これにより、前方の外側リング３５は、エンジンケース４３に対して径方向で移動可能となっている。よって、ベーンセグメント１９の径方向熱膨張によって生じる前方の外側リング３５の変形は、エンジンケース４３には伝達されない。
【００１６】
後方の外側リング３７は、エンジンケース４３の第２の環状径方向面４９によって軸方向移動が制限される。このような移動の制限は、この特定の実施例では、エンジンケース４３の環状の溝にはめ込まれた保持リング５１によって達成される。第２の径方向面４９は、環状の溝の後方側壁を構成する。保持リング５１は、後方の外側リング３７の後方端部と接触して、前方の外側リング３５の前方端部とエンジンケース４３の第１の環状径方向面４５とを接触させる。前方の外側リング３５と同様に、後方の外側リング３７は、エンジンケース４３の円筒壁から小さい環状の間隙によって径方向に離間されている。よって、後方の外側リング３７も、エンジンケース４３に対して径方向で移動可能となっており、これにより、エンジンケース４３を変形させることなく、ベーンセグメント１９の径方向熱膨張によって生じる後方の外側リング３７の変形も許容される。
【００１７】
各々のベーンセグメント１９からエンジンケース４３に周方向のベーン荷重を伝達する手段が、各々のベーンセグメント１９とエンジンケース４３との間に設けられている。この特定の実施例では、周方向のベーン荷重を伝達する手段は、ベーンセグメント１９に固定されたラグ部材５３を含み、このラグ部材５３は、ベーンセグメント１９の外側ベーンプラットフォーム２３から径方向外側に延在する。このラグ部材５３は、図３に示すように、エンジンケース４３のスロット５５内で径方向に摺動可能であり、かつラグ部材５３とスロット５５との境界面によって周方向の移動が制限されている。よって、ラグ部材５３は、ラグ部材５３とスロット５５との境界面によって、ベーンセグメント１９からなるステータリングの全体を角度的に位置決めする。従って、個々のベーンセグメント１９からの周方向のベーン荷重は、対応するラグ部材５３からエンジンケース４３に伝達され、これにより、この構造体におけるラグ部材５３の荷重が均衡される。ラグ部材５３は、ベーンセグメント１９の熱膨張によって外側ベーンプラットフォーム２３が変形したときに、スロット５５内において小さな範囲で径方向に摺動可能である。よって、ラグ部材とスロットとの構成は、エンジンケース４３に径方向荷重を伝達することなく、ベーンセグメント１９がエンジンケース４３に対して径方向に膨張することを可能とする。
【００１８】
外側および内側の支持リングを含むベーンセグメント全体のアセンブリが、エンジンケースに挿入され、外側リング３７が外れるのを防止するために保持リング５１が環状の溝４９にはめ込まれる。組立プロセスは、ボルトやナット、リベット、および溶接などを必要としないので、組立プロセスで必要な労力が減少する。
【００１９】
本発明の上述の実施例の変更および改良は、当業者には明らかとなるであろう。上述の説明は、限定的ではなく、例示的である。従って、本発明の範囲は、請求項の範囲のみによって限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の好適実施例にに含まれるガスタービンエンジンのステータの部分断面図である。
【図２】単一部品の内側支持リングに組み付けられるとともに２つの外側支持リングに支持されたベーンセグメントを示す、図１の実施例の部分説明図である。
【図３】周方向のベーン荷重をエンジンケースに伝達する手段を示す、図１のステータアセンブリの部分断面図である。
【国際公開パンフレット】
2004530832.tif 000003
2004530832.tif 000004
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2004530832.tif 000006
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2004530832.tif 000012
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2004530832.tif 000014
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【国際調査報告】
2004530832.tif 000019
2004530832.tif 000020
2004530832.tif 000021