(57)【要約】  外側シュラウド（１００）、ベローズ（１０６）、フレアチューブ（１２０）、バッキングリング（１２２）、および動的リング（１２８）を有するジョイントアセンブリ（８６）を含むタービンエンジン（１０）ダクトアセンブリ（８０）。ジョイントアセンブリ（８６）は、エンジン（１０）の動作中にダクトアセンブリ（８０）の動的移動を提供する。このような動的移動は、エンジン（１０）の振動力または熱膨張の結果であってもよい。ジョイントアセンブリ（８６）は、過度のシステム剛性なしに、このような動的移動を可能にする。【選択図】図３
2018527499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン（１０）用のダクトアセンブリ（８０）であって、
第１のダクト（８２）と、
第２のダクト（８４）と、
前記第１のダクト（８２）を前記第２のダクト（８４）に結合するジョイントアセンブリ（８６）と、を含み、前記ジョイントアセンブリ（８６）は、
前記ジョイントアセンブリ（８６）の内部（１０４）を画定する内面（１０２）を有する外側シュラウド（１００）と、
前記内部（１０４）に配置されたベローズ（１０６）であって、前記ベローズの第１の端部（１０８）が前記第１のダクト（８２）の外面端部を囲み、前記ベローズの第２の端部（１１０）が前記第２のダクト（８４）の外面端部を囲む、ベローズ（１０６）と、
前記内部（１０４）に位置するフレア部分（１３２）と、前記外側シュラウド（１００）を越えて延在する長手方向部分（１３０）と、を有する環状フレアチューブ（１２０）と、
前記環状フレアチューブ（１２０）の前記フレア部分（１３２）および前記外側シュラウド（１００）の前記内面（１０２）に隣接して配置された動的リング（１２８）と、
前記動的リング（１２８）を前記内部（１０４）に保持するバッキングリング（１２２）と、を含む、ダクトアセンブリ（８０）。
【請求項２】
前記フレアチューブ（１２０）は、前記ダクトアセンブリ（８０）を通る空気流に対して前記ベローズ（１０６）の上流にある、請求項１に記載のダクトアセンブリ（８０）。
【請求項３】
前記フレアチューブ（１２０）は、前記フレア部分（１３２）の少なくとも一部に沿って一組の撓み部（１３６）を画定する一組のスリット（１３４）を含む、請求項２に記載のダクトアセンブリ（８０）。
【請求項４】
前記撓み部（１３６）は、均等に間隔を置いて配置されている、請求項３に記載のダクトアセンブリ（８０）。
【請求項５】
前記スリット（１３４）は、前記フレア部分（１３２）と前記長手方向部分（１３０）との間に位置する前記環状フレアチューブ（１２０）の移行部分まで延在する、請求項４に記載のダクトアセンブリ（８０）。
【請求項６】
前記動的リング（１２８）は、前記環状フレアチューブ（１２０）の前記フレア部分（１３２）に予荷重されている、請求項５に記載のダクトアセンブリ（８０）。
【請求項７】
前記フレアチューブ（１２０）は、フレア部分（１３２）と長手方向部分（１３０）とを含み、前記スリット（１３４）は、前記フレア部分（１３２）を貫通して前記長手方向部分（１３０）内まで延在する、請求項５に記載のダクトアセンブリ（８０）。
【請求項８】
前記動的リング（１２８）は、グラファイトまたは複合グラファイト−金属材料から形成される、請求項１に記載のダクトアセンブリ（８０）。
【請求項９】
前記バッキングリング（１２２）は、前記動的リング（１２８）へのプロセス負荷の伝達を制御するように構成された幾何学的形状を有する傾斜部分（１２６）をさらに含む、請求項１に記載のダクトアセンブリ（８０）。
【請求項１０】
前記ジョイントアセンブリ（８６）は、ボールジョイントアセンブリ（８６）である、請求項１に記載のダクトアセンブリ（８０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御された回転拘束のためのベローズボールジョイントアセンブリ用撓み接合面に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジン、特にガスタービンエンジンまたは燃焼タービンエンジンは、エンジンを通過する、すなわち、複数の回転ブレードと固定ベーンの対を含む一連の圧縮機段を通過し、燃焼器を通過し、次いで、やはり多数の回転ブレードと固定ベーンの対を含む多数のタービン段にまで通過する燃焼ガスの流れからエネルギーを取り出す回転式エンジンである。
【０００３】
ダクトアセンブリが、タービンエンジンの周りに設けられ、タービンエンジンへ行き来する様々な作動流体の流れのための導管を含む。作動流体の１つは、抽気である。圧縮機段において抽気が生成され、圧縮機からフィーダダクトを通して取り出される。ガスタービンエンジン内の圧縮機段からの抽気は、様々な方法で利用することができる。例えば、抽気は、航空機キャビンに圧力をかけ、航空機の重要な部分を不凍に保つことができる、または残りのエンジンを始動するために使用することができる。圧縮機から抽気を取り出すために使用されるフィーダダクトアセンブリの構成は、動荷重下での剛性、および熱負荷下での柔軟性を必要とする。現在のシステムは、柔軟性の要件を満たすためにダクト内にボールジョイントまたは軸ジョイントを使用しており、これらのジョイントは、システムの重量を増加させることによりシステムの動的性能を損なう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／３０９３５５号明細書
【発明の概要】
【０００５】
一態様では、本開示は、第１のダクト、第２のダクト、および第１のダクトを第２のダクトに結合するジョイントアセンブリを含むガスタービンエンジン用ダクトアセンブリに関する。ジョイントアセンブリは、ジョイントアセンブリの内部を画定する内面を有する外側シュラウドと、内部に配置されたベローズであって、ベローズの第１の端部が第１のダクトの外面端部を囲み、ベローズの第２の端部が第２のダクトの外面端部を囲む、ベローズと、を含む。ジョイントアセンブリは、内部に位置するフレア部分と、外側シュラウドを越えて延在する長手方向部分と、を有する環状フレアチューブと、環状フレアチューブのフレア部分および外側シュラウドの内面に隣接して配置された動的リングと、動的リングを内部に保持するバッキングリングと、をさらに含む。
【０００６】
別の態様では、本開示は、ジョイントアセンブリの内部を画定する内面を有する外側シュラウドと、内部に配置され、ジョイントアセンブリによって流体的に接合されるように第１および第２のダクトと流体結合するように構成されたベローズと、を含むジョイントアセンブリに関する。ジョイントアセンブリは、内面とベローズとの間の内部に位置するフレア部分を有し、かつ外側シュラウドを越えて延在する長手方向部分を有する環状フレアチューブと、環状フレアチューブのフレア部分および外側シュラウドの内面に隣接して配置された動的リングと、動的リングを内部に保持するバッキングリングと、をさらに含む。
【０００７】
さらに別の態様では、本開示は、ジョイントアセンブリの内部を画定する内面を有する外側シュラウドと、内部に配置され、ジョイントアセンブリによって流体的に接合されるように第１および第２のダクトと流体結合するように構成されたベローズと、内面とベローズとの間の内部に位置し、環状外面を有する内側シュラウドと、前記内側シュラウドの前記環状外面と前記外側シュラウドの前記内面との間に配置され、前記外側シュラウドまたは前記内側シュラウドにおける形状歪みまたは表面アーチファクトを説明する適合接合面を提供するように構成されたリングと、を含むジョイントアセンブリに関する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本明細書に記載の様々な態様による抽気ダクトアセンブリを備えたガスタービンエンジンの概略断面図である。
【図２】本明細書に記載の様々な態様による複数のボールジョイントを有する抽気ダクトアセンブリの斜視図である。
【図３】本明細書に記載の様々な態様による図２のボールジョイントの断面図である。
【図４】本明細書に記載の様々な態様によるフレアチューブを有するボールジョイントの分解図である。
【図５】本明細書に記載の様々な態様による図４のフレアチューブの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の記載された実施形態は、拘束された運動学的幾何学的形状のための予荷重された適合ベローズ球形フレックスジョイントと、組立中のタービンエンジンのファンケース内への反応負荷の低減と、高温抽気ダクトシステムの熱成長と、を提供することを目的とする。説明の便宜上、本発明は、航空機ガスタービンエンジンについて記載する。ガスタービンエンジンは、陸上および海上での移動ならびに発電に使用されてきたが、ヘリコプタを含む飛行機などの航空用途に最も一般的に使用されている。飛行機において、ガスタービンエンジンは、航空機の推進に使用される。しかし、本発明はそのように限定されず、例えば他の移動体用途、ならびに非移動体の工業用途、商業用途、および住宅用途などの非航空機用途において一般的に適用できることが理解されよう。
【００１０】
本明細書では、「前方」または「上流」という用語は、エンジン入口に向かう方向の動き、または別の構成要素と比較してエンジン入口に相対的に近い構成要素を示す。「前方」または「上流」に関連して使用される「後方」または「下流」という用語は、エンジン中心線に対してエンジンの後方または出口に向かう方向を示す。さらに、本明細書では、「半径方向の」または「半径方向に」という用語は、エンジンの中心長手方向軸とエンジン外周との間に延在する方向を示す。
【００１１】
すべての方向についての言及（例えば、半径方向、軸方向、近位、遠位、上部、下部、上方、下方、左、右、横方向、前部、後部、頂部、底部、上に、下に、垂直、水平、時計回り、反時計回り、上流、下流、後方など）は、本発明の読者の理解を助けるための識別目的のためだけに使用され、特に本発明の位置、方向、または使用に関して限定するものではない。接続についての言及（例えば、取り付ける、結合する、連結する、接合する）は広義に解釈されるべきであり、特に断らない限り、要素の集合間の中間部材および要素間の相対運動を含むことができる。このように、接続についての言及は、２つの要素が直接に接続され、互いに固定された関係にあると必ずしも推測する必要はない。例示される図面は、あくまでも説明を目的とするものであり、添付の図面に反映される寸法、位置、順序、および相対サイズは、様々に変更可能である。
【００１２】
図１は、航空機用のガスタービンエンジン１０の概略の断面図である。エンジン１０は、前方１４から後方１６にかけて延在する概して長手方向に延在する軸線または中心線１２を有する。エンジン１０は、下流の直列流れ関係で、ファン２０を含むファン部１８と、ブースタもしくは低圧（ＬＰ）圧縮機２４および高圧（ＨＰ）圧縮機２６を含む圧縮機部２２と、燃焼器３０を含む燃焼部２８と、ＨＰタービン３４およびＬＰタービン３６を含むタービン部３２と、排気部３８と、を含む。
【００１３】
ファン部１８は、ファン２０を取り囲むファンケーシング４０を含む。ファン２０は、中心線１２の周りに半径方向に配置された一組のファンブレード４２を含む。ＨＰ圧縮機２６、燃焼器３０、およびＨＰタービン３４は、燃焼ガスを生成するエンジン１０のコア４４を形成している。コア４４はコアケーシング４６によって取り囲まれ、コアケーシング４６はファンケーシング４０に結合することができる。
【００１４】
エンジン１０の中心線１２の周りに同軸に配置されたＨＰシャフトまたはスプール４８が、ＨＰタービン３４をＨＰ圧縮機２６に駆動可能に連結する。ＬＰシャフトまたはスプール５０が、大径環状ＨＰスプール４８内にエンジン１０の中心線１２の周りに同軸に配置されており、ＬＰタービン３６をＬＰ圧縮機２４およびファン２０に駆動可能に連結する。スプール４８、５０のいずれかまたは両方に取り付けられかつこれと共に回転するエンジン１０の各部分は、個々にまたは集合的にロータ５１とも呼ばれる。
【００１５】
ＬＰ圧縮機２４およびＨＰ圧縮機２６はそれぞれ一組の圧縮機段５２、５４を含み、圧縮機段５２、５４では、１組の圧縮機ブレード５８が対応する組の静的圧縮機ベーン６０、６２（ノズルとも呼ばれる）に対して回転して、その段を通過する流体の流れを圧縮または加圧する。単一の圧縮機段５２、５４において、複数の圧縮機ブレード５６、５８はリング状に設けられ、ブレードプラットフォームからブレード先端部にかけて中心線１２に対して半径方向外向きに延在することができるが、対応する静的圧縮機ベーン６０、６２は回転ブレード５６、５８の下流に隣接して配置される。図１に示されているブレード、ベーン、および圧縮機段の数は、説明のためにのみ選択されたものであり、他の数も可能であることに留意されたい。圧縮機の段のためのブレード５６、５８はそれぞれディスク５３に取り付けることができ、ディスク５３は、ＨＰスプール４８およびＬＰスプール５０の対応するスプールに取り付けられ、段は独自のディスクを有している。ベーン６０、６２は、ロータ５１の周りに円周方向に配置してコアケーシング４６に取り付けられる。
【００１６】
ＨＰタービン３４およびＬＰタービン３６はそれぞれ一組のタービン段６４、６６を含み、タービン段６４、６６では、１組のタービンブレード６８、７０がそれぞれ対応する１組の静的タービンベーン７２、７４（ノズルとも呼ばれる）に対して回転して、その段を通過する流体の流れからエネルギーを取り出す。単一のタービン段６４、６６において、複数のタービンブレード６８、７０はリング状に設けられ、ブレードプラットフォームからブレード先端部にかけて中心線１２に対して半径方向外向きに延在することができるが、対応する静的タービンベーン７２、７４は回転ブレード６８、７０の上流に隣接して配置される。図１に示されているブレード、ベーン、およびタービン段の数は、説明のためにのみ選択されたものであり、他の数も可能であることに留意されたい。
【００１７】
動作中、回転ファン２０は周囲空気をＬＰ圧縮機２４に供給し、次いで、ＬＰ圧縮機２４は加圧された周囲空気をＨＰ圧縮機２６に供給し、ＨＰ圧縮機２６は周囲空気をさらに加圧する。ＨＰ圧縮機２６からの加圧空気は、燃焼器３０内で燃料と混合され点火され、それによって燃焼ガスを生成する。これらのガスから一部の仕事がＨＰタービン３４によって取り出され、この仕事はＨＰ圧縮機２６を駆動する。燃焼ガスはＬＰタービン３６内に放出され、ＬＰタービン３６は、追加の仕事を取り出してＬＰ圧縮機２４を駆動し、排気ガスは最終的に排気部３８を通ってエンジン１０から放出される。ＬＰタービン３６の駆動によりＬＰスプール５０が駆動されて、ファン２０およびＬＰ圧縮機２４を回転させる。
【００１８】
圧縮機部２２からの空気の一部は、１つまたは複数の抽気ダクトアセンブリ８０を通って抜き取られ、ＨＰタービン３４などの部分、特に高温部分の冷却に使用することができ、あるいは、発電するか、またはキャビン冷暖房システムや除氷システムなどの航空機の環境システムを動かすために使用することができる。タービンエンジンの状況で、エンジンの高温部分は、通常は燃焼器３０、特にタービン部３２の下流にあり、ＨＰタービン３４は、燃焼部２８のすぐ下流側にあるので、最も熱い部分である。これらの目的のために圧縮機から抜き取られ使用される空気は、抽気として知られている。
【００１９】
図２を参照すると、例示的な抽気ダクトアセンブリ８０は、半径方向内側の第１のダクト８２および半径方向外側の第２のダクト８４を含む。第１および第２のダクト８２、８４は、その位置で固定することができる。ジョイントアセンブリ８６は、限定しないが、ボールジョイント、軸ジョイントなどを含むことができ、第１および第２のダクト８２、８４を結合する。抽気８８の流れは、圧縮機部２２から第１のダクト８２内に、第２のダクト８４を通して引き込まれ、エンジン１０または航空機の様々な他の部分で使用するために排気ダクト９０に供給される。抽気８８の流れは、抽気ダクトアセンブリ８０の一部を加熱および膨張させるように作用することができる。第１および第２のダクト８２、８４を固定することができるので、ジョイントアセンブリ８６は、抽気ダクトアセンブリ８０の動作上の撓みを提供しながら、振動または熱膨張などの抽気ダクトアセンブリ８０に作用する力を低減または緩和する。
【００２０】
図３は、所望の第１のダクトと第２のダクトとを流体結合するために利用できる例示的なジョイントアセンブリ８６を示す。例示的なジョイント８６はボールジョイントであり、断面図でより詳細に示されている。より具体的には、丸みを帯びたケーシングまたは外側シュラウド１００は、ジョイント内部１０４を少なくとも部分的に画定する内面１０２を含むものとして示されている。外側シュラウド１００は、単一の一体部品であってもよいし、環状シュラウド１００を形成する複数の部品の組み合わせであってもよい。ジョイントアセンブリ８６を通る抽気８８の流れは、矢印で示してあり、ジョイントアセンブリ８６の上流側９２および下流側９４を画定することができる。
【００２１】
ベローズ１０６は、外側シュラウド１００の半径方向内側のジョイント内部１０４内に配置される。ベローズ１０６は、第２の端部１１０から離間した第１の端部１０８を有する。第１の端部１０８と第２の端部１１０との間には、いくつかの畳み込み部１１２を含むことができる。畳み込み部１１２は、正弦波の輪郭を有するものとして示されているが、これはそうである必要はない。ベローズ１０６は可撓性材料から形成することができ、その中の畳み込み部１１２はベローズ１０６の膨張または収縮を可能にする。ベローズ１０６は、内部１０４内に配置され、第１および第２のダクト８２、８４をジョイントアセンブリ８６内で流体結合する。
【００２２】
ベローズ１０６は、第１のフィッティング１１４および第２のフィッティング１１６を介してジョイント内部１０４の所定の位置に保持することができる。第１のフィッティング１１４および第２のフィッティング１１６は、外側シュラウド１００の半径方向内側に配置され、ジョイント内部１０４をさらに画定する。第１のフィッティング１１４および第２のフィッティング１１６の外面１１８は、外側シュラウド１００の内面１０２に当接して、動的接合面を形成する。同様に、第１および第２のダクト８２、８４の外面１１９は、第１および第２のフィッティング１１４、１１６に当接して、第２の動的接合面を形成する。動的接合面は、締まりばめされ、圧入され、またはジョイントアセンブリ８６内に取り付けられてもよい。図示する例では、第１のフィッティング１１４は、外側シュラウド１００内にベローズ１０６の第１の端部１０８を保持し、第２のフィッティング１１６は、ベローズ１０６の第２の端部１１０を保持する。ジョイントアセンブリ８６は、第１のフィッティング１１４および第２のフィッティング１１６を利用することを含む任意の適切な方法で、第１および第２のダクト８２、８４に取り付けるか、または動作可能に結合することができることが理解される。
【００２３】
内側シュラウドまたは環状フレアチューブ１２０は、外側シュラウド１００内に配置される。より具体的には、環状フレアチューブ１２０は、外側シュラウド１００とベローズ１０６との間に取り付けられる。環状フレアチューブ１２０が上流側９２に示されているが、環状フレアチューブ１２０は代わりに下流側９４に配置されてもよいことが理解されよう。環状フレアチューブ１２０は、軸方向と半径方向との間で移行する移行部分を含むことができる。
【００２４】
製造中に生じる真円度誤差、局所表面欠陥、および外側シュラウド１００の非対称熱膨張歪みにより、外側シュラウド１００と環状フレアチューブ１２０との間に摩擦力が存在する。これらの歪みおよび欠陥は、製造プロセス中に定量化および制御することが困難であり、システム内でスロップおよび振動を生じさせる可能性がある。マクロレベルの歪みおよびミクロレベルの欠陥は、環状フレアチューブ１２０と外側シュラウド１００との間の接合面における表面相互作用の幾何学的形状を動的に変化させる。動的荷重と温度に依存する変化は、個々のアセンブリに固有のものであり、測定と予測が困難な場合がある。
【００２５】
ジョイントアセンブリ８６は、適合接合面の機構を含むものとして図示されており、その機構は環状フレアチューブ１２０と外側シュラウド１００との間の摩擦力の局所的なピークの大きさを減少させるように作用する。より具体的には、傾斜したバッキングリング１２２が、外側シュラウド１００の上流側縁部１２４においてジョイント内部１０４に配置される。傾斜したバッキングリング１２２の下流側９４に面する側には傾斜部分１２６が設けられている。
【００２６】
バッキングリング１２２の傾斜部分１２６、フレアチューブ１２０、および外側シュラウド１００は、環状キャビティ１０４を画定する。適合する動的リング１２８を、その環状キャビティ１０４内に配置することができる。動的リング１２８は、フレアチューブ１２０と外側シュラウド１００とバッキングリング１２２との間にダイ成形された低摩擦の動的シールリングである。動的リング１２８は、フレアチューブ１２０、外側シュラウド１００、およびバッキングリング１２２の傾斜部分１２６に当接するように成形することができる。バッキングリング１２２の傾斜部分１２６は、ジョイントアセンブリ８６の内部１０４に動的リング１２８を保持する。動的リング１２８は、限定しないが、摩耗および予荷重を可能にする接合面リングを含むことができる。動的リング１２８は、限定しないが、動的リング１２８をジョイントアセンブリ８６内の空間に適合させることができるグラファイトまたは複合グラファイト−金属材料を含む任意の適切な材料から形成することができる。動的リング１２８は、摩耗するにつれて、環状キャビティ１０４を画定する表面によりよく適合するように形成することができる。
【００２７】
低摩擦の適合動的リング１２８上の外側シュラウド１００のワイピングされたダイ成形プロセスの間に、残留予荷重を発生させることができる。残留予荷重は、外側シュラウド１００の形成の間に荷重されるフレアチューブ１２０の撓み中に蓄積される。外側シュラウドの形成荷重が取り除かれると、フレアチューブ１２０がスプリングバックして動的リング１２８を外側シュラウド１００の内面１０２に装填する。この蓄積された荷重の大きさは、成形するダイの幾何学的形状および環状フレアチューブ１２０の関連するコンプライアンスに依存し、調整および制御することができる。プロセス負荷の伝達は、バッキングリング１２２の傾斜部分１２６の幾何学的形状によってさらに制御することができる。このような幾何学的形状は、動的リング１２８をフレアチューブ１２０内に駆動するためのダイ成形プロセス中に使用することができる。フレアチューブ１２０のばね要素は、動的リング１２８と外側シュラウド１００の内面１０２との間の接触を維持するために予荷重される。この相互作用によってゼロバックラッシュ接合面が形成される。
【００２８】
図４を参照すると、分解組立図は、ジョイントアセンブリ８６に含まれる要素の組み合わせをさらに示す。流れの順に、上流から下流に向かって、バッキングリング１２２、動的リング１２８、および環状フレアチューブ１２０が互いに当接する。ベローズ１０６は、第１および第２のダクト８２、８４に取り付けられるように、第１および第２のフィッティング１１４、１１６の部分の周囲に取り付けられ、畳み込み部１１２が第１および第２のダクト８２、８４の間に配置される。外側シュラウド１００は、バッキングリング１２２、動的リング１２８、環状フレアチューブ１２０、およびダクト８２、８４と外側シュラウド１００との間で構成要素を挟む畳み込み部１１２を包む。ジョイントアセンブリ８６が設置されるときに、ジョイントアセンブリ８６は、取り付けられた後にその幾何学的形状を維持するように予荷重される。
【００２９】
動作中、振動または熱膨張などのエンジン１０の動きは、ベローズ１０６の圧縮または膨張を引き起こす可能性がある。ベローズ１０６が、抽気ダクトアセンブリ８０の動きおよび撓みを提供し、そうでなければ、過剰なシステム剛性によってダクトアセンブリ８０の損傷または誤動作が生じてしまう。しかし、ベローズ１０６は、外側シュラウド１００とフィッティング１１４、１１６との間の摩擦力の大きさ、製造中の外側シュラウド１００およびフィッティング１１４、１１６の真円度誤差、局所表面欠陥、またはジョイントアセンブリ８６の非対称的な熱成長などの、更なるマクロレベルの歪みおよびミクロレベルの欠陥を提供しない。これらの歪みおよび欠陥は、外側シュラウド１００と他の表面との間の表面相互作用を動的に変化させる可能性がある。動的荷重および温度に依存する変化は、個々のジョイントアセンブリ８６に固有であり、測定および予測が困難である。したがって、これらの歪みおよび欠陥を説明するために、部分的に動的リング１２８によって作成される動的に適合する接合面が必要となる。
【００３０】
図５を見ると、フレアチューブ１２０は、長手方向部分１３０とフレア部分１３２とに分離することができる。長手方向部分１３０は、外側シュラウド１００を越えて、ベローズ１０６の環状の第１の端部１０８を超えて延在することができる。フレア部分は、図３の内部１０４内に配置することができ、動的リング１２８および外側シュラウド１００の内面１０２に隣接して配置することができる。フレア部分１３２は、フレアチューブ１２０の周囲に配置された一組の撓み部１３６を画定することができる一組のスリット１３４を含むことができる。スリット１３４は、フレア部分１３２を部分的または完全に貫通して、または長手方向部分１３０内にまで延在することができ、フレア部分１３２内に撓み部１３６を画定し、場合によっては長手方向部分１３０内に延在することができる。撓み部１３６は、均等に離間して示されているが、撓み部１３６は、より大きく、より小さく、より幅広く、より薄く、あるいは特定のジョイントアセンブリ８６の特定のニーズに適合するように方向付けられてもよい。一組の撓み部の詳細は、整理番号第２８２８９５／７２１７０−００１８号で本出願と同時に出願された米国特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１６／０３０７２４号に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。撓み部１３６は、付勢要素またはバネとして機能して、運動的に拘束し、外側シュラウド１００と動的リング１２８との間の接合面に動的に適合することができる。例えば、撓み部１３６は、マクロレベルおよびミクロレベルの歪みおよび欠陥に基づくジョイントアセンブリ８６の局所的な動きまたは成長に基づいて、上流方向または下流方向のいずれかに撓むことができる別個のバネとして動作することができる。このように、フレアチューブ１２０および動的リング１２８は、動作中にジョイントアセンブリ８６の局所的な変化に動的に適合するコンプライアンスゼロバックラッシュ接合面として動作することができる。さらに、撓み部１３６は、ダクトアセンブリ８０の回転またはねじり剛性をさらに低減し、ジョイントアセンブリ８６におけるより大きな可変運動を提供することができる。
【００３１】
このようにして、マクロレベルの形状歪みおよびミクロレベルの表面形状を説明するために、動的に適合する接合面が提供される。動的リング１２８は、外側シュラウド１００と適合動的リング１２８との間の接合面に動的に拘束され、動的に適合するようにばね付勢された撓み部を加えるコンプライアンスゼロバックラッシュ接合面の表面設計を提供する。１つの利点は、フレアチューブ１２０、傾斜したバッキングリング１２２、および動的リング１２８を含む、コンプライアントで適合する機構の固有な組み合わせが、２つの嵌合面の残留接合面不一致を最小限に抑えるまたは除去することである。これらの拡張は現在の製造プロセスに大きな影響を与えず、更なるまたは新しいツールを必要としない。動的リング１２８は、ほぼ理想的な一様な力分布を提供する。
【００３２】
上記の開示はゼロバックラッシュの取り付け幾何学的形状を可能にし、これはシステムの加圧中の潜在的なシステム負荷を低減するのに重要である。さらに、開発されたスラスト荷重およびベローズ１０６の動作幾何学的形状は、動作圧力および熱成長に関連する。同様の熱成長材料を使用することによって、差圧負荷がそのような影響を支配することができる。ベローズ１０６が膨張すると、スラスト荷重が増大する。マクロレベルの歪みおよびミクロレベルの欠陥は、接合面負荷の更なる原因となり、これは全体の接合面負荷の原因となる。ゼロバックラッシュ設計は、スラスト荷重および差圧を緩和し、ジョイントアセンブリ８６に対する回転剛性および動作負荷を低減する。動的リング１２８における複数の撓み部１３６は、これらの影響を緩和し、差圧の大きさによる回転剛性効果を低減することができる。
【００３３】
さらに、フレアチューブ１２０、傾斜したバッキングリング１２２および動的リング１２８の組み合わせは、フィッティング１１４、１１６と外側シュラウド１００との間の２つの嵌合面の残留接合面不一致を最小にする。ジョイントアセンブリ８６は、高サイクル疲労ならびにリング摩耗および負荷について最適化することができる。
【００３４】
動的リング１２８上に外側シュラウド１００を形成する間、残留予荷重が存在し得ることを理解されたい。さらに、動作中の熱成長および差圧の間に、ベローズの接合面の荷重が増加する。マクロレベルの歪みおよびミクロレベルの欠陥と組み合わされたこれらの増加した荷重は、局所的または離散的であり得る全体の表面荷重の原因となる。撓み部１３６を有するフレアチューブ１２０は、回転剛性およびダクトアセンブリ８０に対する不均一な動作荷重を低減することができる、コンプライアントゼロバックラッシュ設計を提供する。動的リング１２８が摩耗すると、動的リング１２８はその周りの要素によく適合する。
【００３５】
上記の開示は、予荷重されたコンプライアントベローズ球形フレックスジョイントを提供することができ、高温抽気ダクトシステムの組立および熱成長中の制約された動的幾何学的形状および反応負荷を低減することを含む様々な利点を提供する。
【００３６】
すでに説明されていない限りにおいて、様々な実施形態の異なる特徴および構造を、所望に応じて組み合わせて使用することができる。１つの特徴を実施形態のすべてにおいて示しているわけではないということは、それができないと解釈されるものではなく、説明を簡潔にするためにそのようにしているのである。したがって、新規な実施形態が明白に記載されているか否かを問わず、新規な実施形態を形成するように、異なる実施形態の様々な特徴を所望のように混合し適合させることができる。本明細書に記載されている特徴のすべての組み合わせまたは置換は、本開示によって包括される。
【００３７】
この明細書は、最良の形態を含んだ本発明の開示のために、また、任意のデバイスまたはシステムの製作および使用、ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含んだ本発明の実施がいかなる当業者にも可能になるように、実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が特許請求の範囲の文字通りの言葉と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と実質的な差異がなく等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
ガスタービンエンジン（１０）用のダクトアセンブリ（８０）であって、
第１のダクト（８２）と、
第２のダクト（８４）と、
前記第１のダクト（８２）を前記第２のダクト（８４）に結合するジョイントアセンブリ（８６）と、を含み、前記ジョイントアセンブリ（８６）は、
前記ジョイントアセンブリ（８６）の内部（１０４）を画定する内面（１０２）を有する外側シュラウド（１００）と、
前記内部（１０４）に配置されたベローズ（１０６）であって、前記ベローズの第１の端部（１０８）が前記第１のダクト（８２）の外面端部を囲み、前記ベローズの第２の端部（１１０）が前記第２のダクト（８４）の外面端部を囲む、ベローズ（１０６）と、
前記内部（１０４）に位置するフレア部分（１３２）と、前記外側シュラウド（１００）を越えて延在する長手方向部分（１３０）と、を有する環状フレアチューブ（１２０）と、
前記環状フレアチューブ（１２０）の前記フレア部分（１３２）および前記外側シュラウド（１００）の前記内面（１０２）に隣接して配置された動的リング（１２８）と、
前記動的リング（１２８）を前記内部（１０４）に保持するバッキングリング（１２２）と、を含む、ダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様２］
前記フレアチューブ（１２０）は、前記ダクトアセンブリ（８０）を通る空気流に対して前記ベローズ（１０６）の上流にある、実施態様１に記載のダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様３］
前記フレアチューブ（１２０）は、前記フレア部分（１３２）の少なくとも一部に沿って一組の撓み部（１３６）を画定する一組のスリット（１３４）を含む、実施態様２に記載のダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様４］
前記撓み部（１３６）は、均等に間隔を置いて配置されている、実施態様３に記載のダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様５］
前記スリット（１３４）は、前記フレア部分（１３２）と前記長手方向部分（１３０）との間に位置する前記環状フレアチューブ（１２０）の移行部分まで延在する、実施態様４に記載のダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様６］
前記動的リング（１２８）は、前記環状フレアチューブ（１２０）の前記フレア部分（１３２）に予荷重されている、実施態様５に記載のダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様７］
前記フレアチューブ（１２０）は、フレア部分（１３２）と長手方向部分（１３０）とを含み、前記スリット（１３４）は、前記フレア部分（１３２）を貫通して前記長手方向部分（１３０）内まで延在する、実施態様５に記載のダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様８］
前記動的リング（１２８）は、グラファイトまたは複合グラファイト−金属材料から形成される、実施態様１に記載のダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様９］
前記バッキングリング（１２２）は、前記動的リング（１２８）へのプロセス負荷の伝達を制御するように構成された幾何学的形状を有する傾斜部分（１２６）をさらに含む、実施態様１に記載のダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様１０］
前記ジョイントアセンブリ（８６）は、ボールジョイントアセンブリ（８６）である、実施態様１に記載のダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様１１］
前記ジョイントアセンブリ（８６）の内部（１０４）を画定する内面（１０２）を有する外側シュラウド（１００）と、
前記内部（１０４）に配置され、前記ジョイントアセンブリ（８６）によって流体的に接合されるように第１および第２のダクト（８４）と流体結合するように構成されたベローズ（１０６）と、
前記内面（１０２）と前記ベローズ（１０６）との間の前記内部（１０４）に位置するフレア部分（１３２）を有し、かつ前記外側シュラウド（１００）を越えて延在する長手方向部分（１３０）を有する環状フレアチューブ（１２０）と、
前記環状フレアチューブ（１２０）の前記フレア部分（１３２）および前記外側シュラウド（１００）の前記内面（１０２）に隣接して配置された動的リング（１２８）と、
前記動的リング（１２８）を前記内部（１０４）に保持するバッキングリング（１２２）と、を含むジョイントアセンブリ（８６）。
［実施態様１２］
前記フレアチューブ（１２０）は、一組の撓み部（１３６）を画定する一組のスリット（１３４）を含む、実施態様１１に記載のジョイントアセンブリ（８６）。
［実施態様１３］
前記撓み部（１３６）は、均等に間隔を置いて配置されている、実施態様１２に記載のジョイントアセンブリ（８６）。
［実施態様１４］
前記フレアチューブ（１２０）はフレア部分（１３２）を含み、前記スリット（１３４）は、前記フレア部分（１３２）の一部を貫通して延在する、実施態様１３に記載のジョイントアセンブリ（８６）。
［実施態様１５］
前記動的リング（１２８）は、前記外側シュラウド（１００）と前記環状フレアチューブ（１２０）との間にゼロバックラッシュ接合面を形成する、実施態様１４に記載のジョイントアセンブリ（８６）。
［実施態様１６］
前記動的リング（１２８）は、適合する低摩擦キネマティックシールを含む、実施態様１５に記載のジョイントアセンブリ（８６）。
［実施態様１７］
前記ジョイントアセンブリ（８６）の内部（１０４）を画定する内面（１０２）を有する外側シュラウド（１００）と、
前記内部（１０４）に配置され、前記ジョイントアセンブリ（８６）によって流体的に接合されるように第１および第２のダクト（８４）と流体結合するように構成されたベローズ（１０６）と、
前記外側シュラウド（１００）の前記内面（１０２）と前記ベローズ（１０６）との間の前記内部（１０４）に位置し、環状外面を有する内側シュラウドと、
前記内側シュラウドの前記環状外面と前記外側シュラウド（１００）の前記内面（１０２）との間に配置され、前記外側シュラウド（１００）または前記内側シュラウドにおける形状歪みまたは表面アーチファクトを説明する適合接合面を提供するように構成されたリングと、を含むジョイントアセンブリ（８６）。
［実施態様１８］
前記リングは、自己潤滑性材料を含む、実施態様１７に記載のジョイントアセンブリ（８６）。
［実施態様１９］
前記リングは、前記内側シュラウドの一部に予荷重されている、実施態様１７に記載のジョイントアセンブリ（８６）。
［実施態様２０］
前記リングは、ダイ成形された低摩擦リングである、実施態様１７に記載のジョイントアセンブリ（８６）。
【符号の説明】
【００３８】
１０  ガスタービンエンジン
１２  中心線
１４  前方
１６  後方
１８  ファン部
２０  回転ファン
２２  圧縮機部
２４  低圧（ＬＰ）圧縮機
２６  高圧（ＨＰ）圧縮機
２８  燃焼部
３０  燃焼器
３２  タービン部
３４  ＨＰタービン
３６  ＬＰタービン
３８  排気部
４０  ファンケーシング
４２  ファンブレード
４４  コア
４６  コアケーシング
４８  ＨＰスプール
５０  ＬＰシャフトまたはスプール
５１  ロータ
５２  高圧圧縮機段
５３  ディスク
５４  圧縮機段
５６  低圧圧縮機ブレード、回転ブレード
５８  高圧圧縮機ブレード
６０  低圧圧縮機ベーン、静的圧縮機ベーン
６２  高圧圧縮機ベーン、静的圧縮機ベーン
６４  高圧タービン段
６６  低圧タービン段
６８  高圧タービンブレード、回転ブレード
７０  低圧タービンブレード、回転ブレード
７２  高圧タービンベーン、静的タービンベーン
７４  低圧タービンベーン、静的タービンベーン
７６  加圧された周囲空気
８０  抽気ダクトアセンブリ
８２  第１のダクト
８４  第２のダクト
８６  ジョイントアセンブリ
８８  抽気の流れ
９０  排気ダクト
９２  上流側
９４  下流側
１００  外側シュラウド、環状シュラウド
１０２  内面
１０４  ジョイント内部、環状キャビティ
１０６  ベローズ
１０８  ベローズの第１の端部
１１０  ベローズの第２の端部
１１２  畳み込み部
１１４  第１のフィッティング
１１６  第２のフィッティング
１１８  外面
１１９  外面
１２０  環状フレアチューブ
１２２  傾斜したバッキングリング
１２４  上流側縁部
１２６  傾斜部分
１２８  動的リング
１３０  長手方向部分
１３２  フレア部分
１３４  スリット
１３６  撓み部
【図１】
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【図２】
2018527499.tif 000004
【図３】
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【図４】
2018527499.tif 000006
【図５】
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【国際調査報告】
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2018527499.tif 000009