(57)【要約】      （修正有）【課題】ガイドベーン部材の内側の端部と外側の端部の互いに異なる移動を減じすことのできるベーンキャリアユニットを提供する。【解決手段】ターボエンジンは、外壁構造１１と内壁構造１２とを有し、内壁構造１２は、外壁構造１１に関して半径方向内側の位置に設けられていて、各壁構造１１，１２は、半径方向で互いに面して配置された表面を有している。内壁構造１２と外壁構造１１との間にダクト１４が設けられており、ダクト１４はターボエンジンの作動流体主流方向に関して下流側の端部を有しており、ガイドベーン部材２０が、ダクト１４の下流側の端部に配置されている。ガイドベーン部材２０の内側の端部は、内壁構造１２により支持されており、ガイドベーン部材２０の外側の端部は外壁構造１１により支持され、内壁構造１２と外壁構造１１とは接合されてベーンキャリアユニット１として設けられている。【選択図】図２
2017187042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボエンジンであって、該ターボエンジンは半径方向（ｒ）と、軸方向（ｌ）と、周方向と、前記軸方向に延びる作動流体主流方向を規定し、
前記ターボエンジンは、外壁構造（１１）と内壁構造（１２）とを有していて、該内壁構造（１２）は、前記外壁構造（１１）に関して半径方向内側の位置に設けられており、前記壁構造（１１，１２）はそれぞれ表面を有しており、該表面は、半径方向で互いに面して配置されており、
前記内壁構造（１２）と前記外壁構造（１１）との間にダクト（１４）が設けられており、該ダクト（１４）は、前記作動流体主流方向に関して下流側の端部を有しており、
前記ダクト（１４）の前記下流側の端部に、少なくとも１つのガイドベーン部材（２０）が配置されており、該ガイドベーン部材（２０）は、少なくとも１つの翼（２１）と、半径方向内側の端部（２３）と、半径方向外側の端部（２２）とを有しており、
前記ガイドベーン部材（２０）の前記内側の端部（２３）は、前記内壁構造（１２）において支持されており、前記ガイドベーン部材（２０）の前記外側の端部（２２）は、前記外壁構造（１１）において支持されている、ターボエンジンにおいて、
前記内壁構造（１２）と前記外壁構造（１１）とは、ベーンキャリアユニット（１）として接合されて設けられており、前記内壁構造（１２）と前記外壁構造（１１）とは、前記内壁構造（１２）と前記外壁構造（１１）との間に延びる少なくとも１つのブリッジ部材（１３）により互いに固く結合されており、前記ブリッジ部材（１３）は、前記作動流体主流方向に関して、前記ダクト（１４）の前記下流側の端部の上流側に配設されていることを特徴とする、ターボエンジン。
【請求項２】
少なくとも２つのベーンキャリアユニットが、環状のガイドベーン列を形成するために、前記ターボエンジンの周方向に沿って設けられている、請求項１記載のターボエンジン。
【請求項３】
前記ブリッジ部材（１３）が、前記壁構造（１１，１２）の間に形成されている前記ダクト（１４）の上流側に設けられている、請求項１または２記載のターボエンジン。
【請求項４】
複数のブリッジ部材（１３）が、前記周方向に沿って設けられており、少なくとも２つのブリッジ部材（１３）が互いから周方向で離間して設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載のターボエンジン。
【請求項５】
前記ブリッジ部材（１３）は、湾曲されているかまたは屈曲されており、かつ第１の区分では前記外壁構造（１１）から上流方向に片持ちされ、かつ第２の区分では前記内壁構造（１２）に向かって半径方向内方に延びている、請求項１から４までのいずれか１項記載のターボエンジン。
【請求項６】
前記内壁構造（１２）は、前記ダクト（１４）の上流側に延びる延在部を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載のターボエンジン。
【請求項７】
前記内壁構造（１２）と前記ブリッジ部材（１３）とは、フランジ結合部により互いに取り付けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載のターボエンジン。
【請求項８】
前記ガイドベーン部材（２０）は、膨脹タービンの入口ガイドベーン部材であり、前記膨脹タービンの回転するブレード（９）の第１の列の上流側に設けられており、前記外壁構造（１１）は、膨脹タービンベーンキャリア（２）から延びており、前記ダクト（１４）は、前記膨脹タービンに流体接続しており、前記入口ガイドベーン部材（２０）は、前記ダクト（１４）と前記膨脹タービンの回転するブレード（９）の前記第１の列との間に配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のターボエンジン。
【請求項９】
前記ダクト（１４）は、環状の下流側排出面を備えており、該環状の排出面は前記ターボエンジンの軸線の周りに周方向に延びており、前記ガイドベーン部材（２０）の周方向に配置された列に流体接続している、請求項１から８までのいずれか１項記載のターボエンジン。
【請求項１０】
複数のカン型燃焼器（３）が、前記ターボエンジンの軸線の周りに、かつ前記ダクト（１４）の上流側で周方向に配置されており、各カン型燃焼器（３）は、該ダクトの上流側の端部において前記ダクト（１４）に流体接続している、請求項１から９までのいずれか１項記載のターボエンジン。
【請求項１１】
前記ダクト（１４）は、燃焼器として設けられており、燃焼器ライナが、前記壁構造（１１，１２）の互いに面して配置された前記表面上に設けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のターボエンジン。
【請求項１２】
前記ガイドベーン部材（２０）は、前記外壁構造（１１）および前記内壁構造（１２）の一方に、軸方向および半径方向で固定された支持配列（１５）により取り付けられており、前記内壁構造（１２）および前記外壁構造（１１）の他方に、支持配列（１７）により取り付けられており、該支持配列（１７）は、軸方向で固定された支持と、半径方向での浮動式の支持とを提供する、請求項１から１１までのいずれか１項記載のターボエンジン。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項記載のターボエンジン用のベーンキャリアユニット（１）であって、該ベーンキャリアユニットが、ベーンキャリアユニットの特徴を示す請求項１から１２までのいずれか１項に記載されているようなベーンキャリアユニットであることを特徴とする、ベーンキャリアユニット（１）。
【請求項１４】
請求項１から１２までのいずれか１項記載のターボエンジン用のベーンキャリアユニットであって、該ベーンキャリアユニット（１）は、第１の壁構造（１１）と第２の壁構造（１２）とを有していて、各壁構造には、他方の壁構造の各表面に面した表面が設けられており、互いに面した前記表面の間に自由なスペース（１４）が設けられており、
第１のベーン支持構造は、第１の壁構造に設けられており、第２のベーン支持構造は、第２の壁構造に設けられていて、かつ前記第１のベーン支持構造に対峙しており、
前記ベーン支持構造が前記自由なスペース（１４）の端部において設けられている、ベーンキャリアユニットにおいて、
前記第１の壁構造（１１）と前記第２の壁構造（１２）とを接続し、前記自由なスペース（１４）の前記端部から離間して配置されているブリッジ部材（１３）が設けられていることを特徴とする、ベーンキャリアユニット。
【請求項１５】
前記ブリッジ部材（１３）が、前記自由なスペース（１４）の外側に、かつ前記ベーン支持構造とは反対の側に配置されている、ベーンキャリアユニットに関する請求項のいずれか１項記載のベーンキャリアユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、請求項１に記されているようなターボエンジンに関する。本開示はさらに、ターボエンジン用のガイドベーンキャリアユニットに関する。
【０００２】
開示の背景
ターボエンジン、および特にガスタービンエンジンの膨脹タービンの静止した第１のベーンまたは入口ガイドベーン（静翼）は、典型的には外側端部および内側またはハブ側の端部において支持されており、これにより、入口ガイドベーンにわたって高温時に典型的に存在する絶対的な圧力差に基づいて生じる軸方向の力を支持することができる。ベーンは、概してベーン部材として設けられており、この場合、ベーン部材は、２つのプラットホームの間に延びている１つまたは複数の翼を有している。ベーン部材の内側またはハブ側のプラットホームは、ベーン部材の内側またはハブ側の端部を構成し、外側プラットホームは、外側の端部を構成し、この場合、外側の端部は、ターボエンジンの軸線に関して、内側またはハブ側の端部よりも大きな半径範囲に配置されている。複数の翼は、半径方向にかつダクトを横切って延びている。たとえばガスタービンエンジンでは、膨脹タービンの第１のベーンまたは入口ガイドベーンの環状に延びる列が、燃焼器と、膨脹タービンの回転するブレードの第１の列との間に配置されている。より一般的に言えば、第１のベーンまたは入口ガイドベーンは、膨脹タービンの作動流体入口に、かつ膨脹タービンの回転するブレードの第１の列の上流側に配置されている。
【０００３】
第１の列のガイドベーン部材の半径方向外側の端部は、典型的にはタービンハウジングにより支持されている。空力学的な理由から、ハブ側の支持は、ハウジングから真っ直ぐかつ半径方向に設けることはできないが、ロータカバーによって設けられていてよい。ロータカバーは、ロータに沿って該ロータの支持部から軸方向の距離にわたって延びている。膨脹タービンに進入する、ターボエンジンの流体の温度の変化により、ロータカバーとタービンハウジングとが、互いに異なる時定数で作動流体の温度変化に反応することはよく知られた事実である。一般的に、ロータカバーは、タービンハウジングよりも作動流体温度変化に著しく早く追従する。このことは、ターボエンジンが、膨脹タービンに進入する流体の一定の高い温度を伴って運転されている場合には問題ではない。この場合、ロータカバーおよびハウジングは、ほぼ一定で主に等しい温度である。したがって、両部材は、ほぼ等しい熱膨張をうける。したがって、ハウジングおよびロータカバーの定常の熱膨張は簡単に対処され得る。しかし、膨脹タービンに進入する流体の温度の変化を伴う、ターボエンジンの著しい負荷変更時に、ハウジングとロータカバーとの互いに異なる熱膨脹が考慮される必要がある。このことは、アイドリングまたは停止から高エンジン負荷へのエンジンの迅速な負荷時に最も強調される。ロータカバーとターボエンジンのハウジングとの互いに異なる熱膨脹により、タービン入口ガイドベーンのハブ側は、半径方向の外面に関して軸方向にずらされる。ベーン部材は傾斜し、かつハブ側の軸方向の間隙は開くかまたは閉じ、半径方向の端部または突出部が形成され、間隙は、定常運転のために要求されるよりも大きく寸法設計される必要があり、潜在的に定常運転において増大した流体の漏れおよび関連する性能低下を起こす。ハブ側の上述の軸方向の間隙は、概してベーン部材のハブ側の端部と、ガイドベーンの上流側に設けられてガイドベーンに作動流体を供給するダクトとの間に、かつガイドベーンのハブ側の端部とロータとの間にある。後者の間隙は、定置のタービン部分と回転するタービン部分との間の境界面として、実際の問題であり、この間隙における作動流体の漏れは、シールの適切な配置およびシール流を適切に設けることによってのみ低減され得る。ベーン部材の傾斜により、ベーン部材と、半径方向の浮動式の支持配列として設けられている支持構造との間の境界面のうちの少なくとも１つの境界面では、軸方向のずれだけではなく、半径方向のずれも生じる。半径方向のずれと軸方向のずれとの組み合わせは、境界面のシールをさらに悪化させる。ハウジングとロータカバーとの間の熱的なマッチングを伴わない運転状態中の間隙の増幅は、付加的な性能悪化をこの運転段階において引き起こし得る。熱的な定常状態および熱的なマッチングが達成されるまで数時間かかることがある。今日の系統運転（grid operation）では、ターボエンジン発電所および特にガスタービンおよびコンバインドサイクル発電所は、著しくかつ迅速な負荷変更を頻繁に伴う、ピークロードエンジンとしてますます使用される。したがって、エンジン構成要素の熱均衡が達成されておらず、したがって互いに異なる熱膨脹による著し���寸法のミスマッチが存在している運転時間は累積して全体的な運転時間における著しい割合を占め、したがって累積された性能損失は発電所の運転者にとっていよいよ重要となってきた。
【０００４】
本開示の対象の概要
本開示の目的は、ターボエンジンおよびベーンキャリアユニットを提供することにある。ベーンキャリアユニットは、特に入口ガイドベーンキャリアユニットであってよい。より特別な態様では、ターボエンジンおよびベーンキャリアユニットは、先行技術に関する問題を軽減するために提供される。より具体的には、ガイドベーン部材の内側の端部とガイドベーン部材の外側の端部、またはこれらの支持点における互いに異なる移動に関する問題がそれぞれ減じられる。さらに特定の態様では、ターボエンジンの静的ではない運転において増大された漏れおよび性能損失を引き起こす別の要因が減じられる。
【０００５】
この課題は、請求項１に記載の対象によって、かつ別の従属請求項に記載された対象によって達成される。
【０００６】
開示された対象の別の効果および利点は、明示的に言及されるか否かに拘わらず、以下に記載される開示に関して明らかになる。
【０００７】
したがって、ターボエンジンが開示され、ターボエンジンは半径方向と、軸方向と、周方向と、軸方向に延びる作動流体主流方向とを規定する。ターボエンジンは、外壁構造と、内壁構造とを有している。この場合、内壁構造は、外壁構造に関して、半径方向内側の位置に設けられていて、各壁構造は、表面を有しており、これらの表面は半径方向で互いに面して配置されている。内壁構造と外壁構造との間にはダクトが設けられていて、ダクトは、作動流体主流方向に関して下流側の端部を有している。少なくとも１つのガイドベーン部材は、ダクトの下流側の端部に配置されている。ガイドベーン部材は、少なくとも１つの翼と、半径方向内側の端部と半径方向外側の端部とを有している。上流側および下流側は、ターボエンジンの作動流体主流方向に関すると理解される。これに関して、ターボエンジンまたは該ターボエンジンの区分ではそれぞれ作動流体主流方向は、たとえば膨脹タービンの流れ横断面が拡幅する方向によって独自に規定されていると理解される。別の態様では、主流方向は、作動流体入口から作動流体出口に向かって規定されていてよい。特に、作動流体主流方向は、特に軸流ターボエンジンでは、軸方向、特にターボエンジンのシャフトの軸方向に少なくともほぼ整合する。特定の態様では、ガイドベーンは、軸流ターボエンジン段のガイドベーンであってよい。ガイドベーン部材の半径方向内側の端部は、内側またはハブ側のプラットホームにより設けられていてよく、半径方向外側の端部は、外側のプラットホームにより設けられていてよい。この場合、少なくとも１つの翼は、上述の２つのプラットホームの間に延びている。半径方向内側および半径方向外側とは、ターボエンジンの半径方向に関すると認識されるものである。この場合、ターボエンジンシャフトの軸線は、センタを提供する。ガイドベーン部材の内側の端部は、内壁構造において支持されており、ガイドベーン部材の外側の端部は、外壁構造において支持されている。内壁構造および外壁構造は、ベーンキャリアユニットとして接合されて設けられている。この場合、内壁構造と外壁構造とは、該内壁構造と外壁構造との間に延びる少なくとも１つのブリッジ部材によって互いに固く結合されている。この場合、ブリッジ部材は、作動流体主流方向に関してダクトの下流側の端部の上流側に設けられている。ブリッジ部材により設けられた結合部は、固定された結合部として設けられており、少なくとも軸方向でも半径方向でも、ブリッジ結合部における２つの壁構造の浮動または移動可能性を提供しないと理解される。
【０００８】
ダクトは、膨脹タービン内で膨脹させられる作動流体がガイドベーン部材に向かって提供され得るダクトであると認識される。ガイドベーン部材は、膨脹タービンのガイドベーン部材であると理解される。壁構造が接合されてベーンキャリアユニットとして設けられていて、ガイドベーン部材が壁構造により支持されていることによって、ガイドベーン部材は、実際にダクトに統合されて設けられていると認識される。したがって、静的な部分間のシールが大幅に簡略化される。なぜならば、壁構造とガイドベーン部材との間の残留間隙および相対移動は大幅に減じられ得るからであり、そうでない場合には完全に回避され得るからである。
【０００９】
第１の壁構造および第２の壁構造を有するベーンキャリアユニットが開示されている。この場合、各壁構造は、表面を有しており、これらの表面は、互いに面して配置されている。互いに面した表面の間に自由なスペースが設けられている。第１のベーン支持構造は、第１の壁構造において提供されていて、第２のベーン支持構造は、第２の壁構造において提供されていて、第１のベーン支持機能に対峙している。ベーン支持機能は、自由なスペースの端部に設けられている。第１の壁構造と第２の壁構造とを結合するブリッジ部材が設けられていて、ブリッジ部材は、自由なスペースの端部から離間して設けられている。特に自由なスペースの上記端部は、自由なスペースの下流側の端部を規定し、ブリッジ部材は、自由なスペースの下流側の端部の上流側に設けられている。この規定により、ベーンキャリアユニットとその壁構造とのために、上流方向および下流方向ならびに上流側端部および下流側端部も規定される。
【００１０】
ベーンキャリアユニットおよび該ベーンキャリアユニットに取り付けられた少なくとも１つのガイドベーン部材を有するガイドベーンユニットがさらに開示されている。特に、ガイドベーンユニットは、ダクトの外側またはダクトの下流側の端部にそれぞれ配置されており、かつダクトの下流側の端部の近傍に配置されている。
【００１１】
ターボエンジンの場合、ガイドベーン部材は、内壁構造および外壁構造の一方に設けられた半径方向でも軸方向でも固定された支持アセンブリにより、かつ内壁構造および外壁構造の他方に設けられた軸方向で固定されかつ半径方向で浮動式の支持アセンブリにより、内壁構造および外壁構造に取り付けられかつ支持されていてよい。特別な態様では、軸方向および半径方向で固定された支持アセンブリは、半径方向外側の壁構造に設けられており、軸方向で固定されかつ半径方向で浮動式の支持アセンブリは半径方向内側の壁構造に設けられている。たとえば、支持アセンブリは、ガイドベーン部材の上流側の端部に設けられている。別の浮動式の支持アセンブリが設けられ得ることも理解される。しかし、この別の支持アセンブリは、半径方向でも軸方向でも固定されていないことが必要であり、言い換えると、ガイドベーン部材と壁構造との間で制限されない異なる熱膨脹を可能にするために、半径方向でも軸方向でも浮動式でなければならない。上記別の支持アセンブリは、ベーンキャリアユニットへのガイドベーン部材の取付けを簡略化するための補助支持アセンブリとして設けられていてよい。さらにシール配列はガイドベーン部材のハブ側の端部とロータカバーとの間に設けられていてよい。
【００１２】
したがって、ガイドベーン部材が、第１の壁構造および第２の壁構造の一方に設けられた半径方向および軸方向で固定された支持アセンブリによって、かつ第１の壁構造および第２の壁構造の他方に設けられた軸方向で固定されかつ半径方向で浮動式の支持アセンブリによって、第１の壁構造および第２の壁構造に取り付けられかつ支持されているガイドベーンユニットが開示されている。たとえば、支持アセンブリは、ダクトの下流側の端部の近傍またはガイドベーン部材の上流側の端部に配置されているガイドベーン部材の側に設けられている。
【００１３】
したがって、ベーンキャリアユニットにおいて、第１の壁構造および第２の壁構造の一方におけるガイドベーン部材の半径方向および軸方向で固定された支持と、第１の壁構造および第２の壁構造の他方におけるガイドベーン部材の軸方向で固定されかつ半径方向で浮動式の支持とを可能にするために、支持構造が設けられている。
【００１４】
半径方向および軸方向で固定された支持アセンブリは、たとえば、各壁構造が周方向および半径方向に延びるスロットを有していて、軸方向に延びるアンダカット部が設けられていることにより設けられていてよい。ガイドベーン部材は、半径方向内側および外側の端部の一方、より一般的に言えば少なくとも１つの翼の翼幅方向で設けられた端部の一方から延びる雄形支持エレメントを有している。これらの端部が、ガイドベーン部材のプラットホームにより設けられ得ると理解される。雄形支持エレメントは、スロットと軸方向で中間嵌めするように設けられ得る。軸方向に突出したエレメントが、雄形支持エレメントにガイドベーン部材の端部から離間して設けられていて、スロットのアンダカット部と係合および半径方向で中間嵌めするように設けられ得る。軸方向で固定されかつ半径方向で浮動式の支持アセンブリは、たとえば各壁構造が周方向および半径方向に延びるスロットを有していることによって設けられてよい。
【００１５】
ガイドベーン部材が、雄形支持エレメントを有しており、該雄形支持エレメントが、半径方向内側および外側の端部の他方、より一般的には少なくとも１つの翼の翼幅方向に設けられている端部の他方から延びている。これらの端部が、ガイドベーン部材のプラットホームにより設けられ得ると理解される。雄形支持エレメントは、スロットと軸方向で中間嵌めするように提供されている一方で、半径方向の係合は提供されない。
【００１６】
ベーンキャリアユニットまたはガイドベーンユニットに関して、ターボエンジンにおける意図的な使用を考慮した場合に、半径方向および周方向の延在は、ダクトの下流側の端部の横断面に対して少なくともほぼ平行に延びていることと同等に意味すると理解される。
【００１７】
ターボエンジンにおいて概して環状のガイドベーン列が設けられていると理解される。幾つかの用途では、ベーンの、予め組み立てられた環状の列がエンジンに設置されてよく、したがって、エンジンの全周を取り囲むように延びる１つの単独のベーンキャリアユニットが設けられ得る。このことはたとえば、制限するものではないが、幾つかの種類の航空機用エンジンの場合である。しかし、別の態様では、少なくとも２つのベーンキャリアユニットが、環状のガイドベーン列を形成するために、ターボエンジンの周方向に沿って設けられていてよい。特にヘビーデューティーのターボエンジンではしばしば、軸方向に延びる平面、特に中央平面で分割されたハウジングが設けられる。概して、ターボエンジンが基礎上に設けられている場合、ハウジングの水平方向の分割は一般的に設けられている。この場合、ターボエンジンは、たとえば、制限されるものではないが、接合されて環状構造を形成するために、２つの準環状のベーンキャリアユニットを有していてよい。
【００１８】
特に模範的な態様では、ブリッジ部材が、壁構造の間に形成されているダクトの上流側に設けられている。したがって、ベーンキャリアユニットまたはガイドベーンユニットでは、ブリッジ部材は、自由なスペースの外側に、かつベーン支持配列の反対の側に配置されている。
【００１９】
複数のブリッジ部材が、周方向に沿って、またはダクト流れ横断面を横切って設けられていてよい。これに関して、ダクトの流れ横断面は、ダクトの上記で規定された下流側の端部の横断面に対して平行に、または半径方向に延びる平面に設けられているように規定されていると理解される。少なくとも２つのブリッジ部材は、この場合、互いに周方向で離間して、またはダクト流れ横断面を横切って互いに離間して設けられている。
【００２０】
ブリッジ部材は、湾曲されるかまたは屈曲されていてよく、かつ壁構造の一方から、特に外側の壁構造から、第１の区分では上流方向に片持ちされ、かつ第２の区分では他方の壁構造に向かって、かつ特に内壁構造に向かって半径方向内側に延びていてよい。さらに特にブリッジ部材は、壁構造に取り付けられており、該壁構造から、前記壁構造の上流側の端部において延びている。
【００２１】
壁構造の一方、および特に内壁構造は、ダクトの上流側に延びる延在部を有していてよい。
【００２２】
壁構造の一方、および特に内壁構造と、ブリッジ部材とは、フランジ結合部により互いに取り付けられていてよい。
【００２３】
ターボエンジンでは、ガイドベーン部材は、特定の態様において、膨脹タービンの入口ガイドベーン部材であってよく、膨脹タービンの回転するブレードの第１の列の上流側に設けられていてよい。外壁構造はこの場合、膨脹タービンベーンキャリアから延びている。外壁構造は、たとえばフランジ結合部を介して、タービンベーンキャリアに取り付けられているか、またはタービンベーンキャリアと統合されて、ワンピースに形成されていてよく、これにより外壁構造は、タービンベーンキャリアの延長部である。ダクトは、膨脹タービンに流体接続していて、この場合、入口ガイドベーン部材は、ダクトと、膨脹タービンの回転するブレードの第１の列との間に配置されている。この場合、ガイドベーン部材は、膨脹タービンの第１段のガイドベーン列の部材であると理解される。
【００２４】
さらに、ダクトは、環状の下流側の排出面を設けられていてよい。環状の排出面は、ターボエンジンの軸線の周囲に周方向に延びており、ガイドベーン部材の周方向に配置された列と流体接続している。この態様は特に、膨脹タービン段のための、周方向で大幅に均一な流入状態を提供するために特に適していると理解される。
【００２５】
特定の態様によれば、ターボエンジンのダクトはそれぞれ、少なくとも環状の横断面を有するダクトであるか、ドーナツ形状のダクトであってよい。ベーンキャリアユニットまたはガイドベーンユニット内のダクトは、少なくともほぼドーナツの区分の形状を有していてよい。「少なくともほぼ」とは、境界線の少なくとも１つが、少なくとも１６個よりも多いコーナを備える多角形形状を有していてよく、したがってかなりドーナツ形状に近似することを意味している。ドーナツ形状は、少なくともほぼ円筒状の２つの境界線の間に、または少なくともほぼ円筒状の境界線と少なくともほぼ円錐台状の境界線の間に、または少なくともほぼ円錐台状の２つの境界線の間に形成されていてよい。「少なくとも」とは、境界線の横断面が、多角形により近似され得ることを意味している。特定の態様では、ダクトは、作動流体主流方向で先細りしていてよい。別の態様では、ダクトは、全体的に作動流体主流方向で半径方向内側に傾斜されていてよい。この提示は、必要な変更を加えて、ベーンキャリアユニットまたはガイドベーンユニットにそれぞれ適用される。
【００２６】
ダクトは、特定の場合に、上流側のダクト延在部に流体接続するように設けられていてよく、このダクト延在部は、上流側の端部において閉じられていて、少なくとも１つの流入開口が設けられている。複数の流入開口が周方向で分配されて設けられているか、またはダクト流れ横断面を横切って設けられていてよい。ブリッジ部材は、この場合、周方向で複数の流入開口の間に設けられていてよい。
【００２７】
別の態様では、ターボエンジンはガスタービンエンジンである。
【００２８】
ガスタービンエンジンの特定の場合、複数のカン型燃焼器がターボエンジンの軸線の周囲に、かつダクトの上流側に周方向に配置されている。この場合、各カン型燃焼器は、ダクトの上流側の端部においてダクトに流体接続している。より特別な態様では、複数のカン型燃焼器が単独のダクトに流体接続しており、さらに特別には全てのカン型燃焼器が単独の環状ダクトに流体接続して設けられている。カン型燃焼器と、１つまたは複数のダクトとの間の境界面はそれぞれ、特別な態様では、浮動式の、特に軸方向で浮動式の境界面として設けられている。このことは、前記境界面または複数の境界面がそれぞれ、エンジン構成要素の種々異なる熱膨脹に基づく軸方向の移動を吸収することを可能にする。この境界面において、シールは、ダクトからガイドベーン部材への境界面におけるよりも、たとえば公知の形式のシール部材を設けることにより著しく簡単に達成され得る。
【００２９】
別の場合には、ダクト自体が、燃焼器として設けられている。この場合、燃焼器ライナは、壁構造の互いに面して配置された表面上に設けられている。つまり言い換えると、ライナはベーンキャリア上に設けられている。燃焼器ライナは、複数のライナセグメントにより設けられていてよい。これらのライナセグメントは、平坦なプレートまたはタイルであってよい。ライナセグメントをプレートの平坦なタイルとして設ける場合、たとえばダクトの、上述の多角形の横断面境界線が生じる。作動流体主流内へと燃料を排出および／または混合する適切な手段が、この場合ダクト内に、またはダクトにおいて、またはダクトの上流側に設けられていると理解される。これに関して、ダクトは、より特別な場合には、シーケンシャル燃焼システムの下流側の燃焼器であってよい。たとえば、ダクトは、上流側に配置されたカン型燃焼器から酸素リッチな燃料ガスを受け取ることができる。燃料ガスは燃料を混合され、燃料は、ダクト内で燃焼される。このような燃焼システムおよび燃料を噴射および／または混合する手段は当業者にとって公知である。
【００３０】
これに関して、上記のようなベーンキャリアおよびガイドベーン部材を有するベーンキャリアユニットはそれぞれ、統合されたガイドベーンを有する燃焼器または燃焼器セグメントであってよい。燃焼器ライナセグメントは、この場合、壁構造に設けられていてよい。
【００３１】
上述したように、外壁構造は、膨脹タービンベーンキャリアから延びていてよく、かつ膨脹タービンベーンキャリアに統合するように一体的に形成されていてよく、または膨脹タービンベーンキャリアに取り付けられていてよく、これにより、ベーンキャリアは、膨脹タービンベーンキャリアに取外し可能に取り付けられた別個のユニットである。ベーンキャリアユニットまたは外壁構造がそれぞれ、膨脹タービンベーンキャリアに半径方向および軸方向で固定された形式で取り付けられていてよいと理解される。ベーンキャリアユニットまたはガイドベーンユニットをそれぞれタービンベーンキャリアとは別個に設けることにより、ベーンキャリアユニットおよびガイドベーンユニットの個別の部材は、個別に簡単に扱える構成要素として、鋳造され機械加工され得る。ベーンキャリアユニットまたはガイドベーンユニットは、予め組み立てられてよく、アセンブリは次いで、膨脹タービンベーンキャリアに取り付けられ得る。エンジン構成要素へのアクセスは、ベーンキャリアユニットまたはガイドベーンユニットがタービンベーンキャリアから取り外され得る場合に、著しく容易にされ得る。さらに、ベーンキャリアユニットと膨脹タービンベーンキャリアとの間の境界面には、遮熱部が備えられていてよい。したがって、たとえばガスタービンエンジンにおいて、冷却されたコンプレッサ排出流体を用いて膨脹タービンベーンキャリアを冷却することが可能であってよい。この手段は、膨脹タービンの静的な部分と回転する部分との間の半径方向の公差、たとえば膨脹タービンブレードの第１の回転している列と、静的なヒートシールドとの間の半径方向の遊びまたは半径方向の公差を減じるために適していて、したがってタービン効率を向上させるために働く。
【００３２】
ターボエンジンに関する上述の全ての規定は、必要な変更を加えてベーンキャリアユニットまたはガイドベーンユニットにそれぞれ適用されると理解される。
【００３３】
上記で開示された特徴および態様は、互いに組み合わせられ得ると理解される。さらに、当業者にとって明らかであるように、別の実施の形態が本開示と特許請求された対象物の枠内で考えられ得ることが認識される。
【００３４】
図面の簡単な説明
本開示の対象を以下に添付の図面に示された選択された模範的な実施の形態につきより詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ガスタービンエンジンの部分を示す第１の図であり、冒頭で述べた種類のベーンキャリアユニットと、カン型燃焼器と、ロータカバーと、膨脹タービンの回転するブレードの第１の列との配列を円周方向の第１の位置から示す図である。
【図２】ガスタービンエンジンの部分を示す第２の図であり、冒頭で述べた種類のベーンキャリアユニットと、カン型燃焼器と、ロータカバーと、膨脹タービンの回転するブレードの第１の列との配列を円周方向の第２の位置から示す図である。
【図３】外壁構造においてガイドベーン部材の支持配列を示す図である。
【図４】半径方向および軸方向で固定された支持アセンブリの詳細図である。
【図５】ガイドベーン部材をベーンキャリアユニット内に挿入することを容易にする補助支持アセンブリを示す詳細図である。
【図６】内壁構造におけるガイドベーン部材の支持配列を示す図である。
【図７】冒頭で述べた種類のベーンキャリアユニットの斜視図である。
【００３６】
図面は著しく概略的であり、説明の目的のために必要でない詳細は、より簡単な理解および描写のために省略されていることが判る。さらに、図面は単に選択された例示的な実施の形態を示すのみであり、図示されない実施の形態も本開示および／または特許請求された対象の範囲内にあることが判る。
【００３７】
本開示の教示を実施する模範的な形式
図１および図２は、模範的なガスタービンエンジンの一部の区分を互いに異なる周方向の位置から描いている。ガスタービンエンジンは、半径方向ｒと、軸方向ｌとを規定している。作動流体主流方向は、主に軸方向ｌに沿って延びており、概してコンプレッサ（図１および図２には図示せず）から膨脹タービンへと方向付けられている。ガスタービンエンジンは、ベーンキャリアユニット１を有している。このベーンキャリアユニット１自体は、外壁構造１１と、内壁構造１２と、ブリッジ部材１３とを有している。外壁構造１１と内壁構造１２とは、ブリッジ部材１３により互いに対して固く結合されている。内壁構造１２と外壁構造１１との対峙する表面の間には、スペースまたはダクト１４が形成されている。対峙する表面は、互いに面していて、スペースまたはダクト１４を画定する。内壁構造１２は、ダクト１４の上流側に延びる延在部を有している。内壁構造１２の上流側の端部または延在部には、それぞれ、内壁構造１２をブリッジ部材１３に結合するために、フランジ結合部が設けられている。ブリッジ部材１３は、外壁構造１１にワンピースに統合されて設けられていてよく、または外壁構造１１に溶接されるか、さもなければ適切に取り付けられ得る。ブリッジ部材１３は、軸方向および半径方向で高い剛性を提供し、図示の平面における曲げに抵抗するために十分に大きく寸法設計されており、したがってほとんど変形することなしに内壁構造および外壁構造に作用するあらゆる力を支持するために適している。ベーンキャリアユニット１は、ロータカバー７の半径方向外側に配置されている。外壁構造１１は、膨脹タービンベーンキャリア２に、たとえばフランジ結合部を介して固く結合されている。膨脹タービンの回転ブレードの第１の列のブレード９は、ロータ８上に配置されている。上流側の端部で、スペース１４は移行部分４に流体接続（流体が流れるように接続）されている。この移行部分４の内部には、燃料排出および／または混合手段５が配置されている。カン型燃焼器３が、移行部分４の上流側の端部において移行部分４に接合している。移行部分４とカン型燃焼器３とは、移動可能な結合部を備えていて、この場合、カン型燃焼器３と移行部分４とは、カン型燃焼器３の軸線に沿って互いに対して移動することができるようにされる。カン型燃焼器３と移行部分４との間の気密なシールを提供するために、カン型燃焼器３の下流側の端部の周りにシール手段６が設けられている。この目的のためには、たとえばいわゆるフラ・シール（Hula Seals）を設けることが知られている。フラ・シールは、カン型燃焼器軸線に沿った移動を可能にすると同時に、気密なシールを提供することを可能にする。模範的な実施の形態では、スペース１４は、ガスタービンエンジンの周囲を巡って環状に延びている。複数のカン型燃焼器３が、ガスタービンエンジンの周囲を巡って配置されている。複数のブリッジ部材１３が、ガスタービンエンジンの周囲を巡って配置されている。特に、カン型燃焼器３とブリッジ部材１３とは、ガスタービンエンジンの周囲を巡って交互に配置されている。移行部分４は、カン型燃焼器３の出口から、環状に延びるスペースまたはダクト１４までの移行範囲に移行幾何��形状を提供する。カン型燃焼器３からの未だに酸素リッチな燃料ガスは、移行部分４を通じて環状に延びるスペース１４内へと環状に分散される。運転の特定の状態において、燃料は、カン型燃焼器３からの燃料ガス流内に排出されてよく、スペース１４の内部で燃料ガス／燃料混合物を形成するために、燃料排出および／または混合手段５を通じて燃料ガスに混合され得る。混合物は次いでスペース１４内で燃焼させられる。これに関連して、スペース１４はアニュラ型燃焼器として設けられている。燃焼器ライナセグメントは、当業者には公知の形式で、互いに面してダクトまたはスペース１４を画定する外壁構造１１および内壁構造１２の表面に設けられていてよい。ライナの明示的な図示は、当業者にとっては公知であるので、描画の明瞭性の目的のために省略されている。ライナセグメントは、円形の横断面を提供するように丸み付けされていてよく、または平面状のプレートまたはタイルであってよく、したがって円形の横断面に近似する多角形の横断面が生じる。ライナセグメントは、壁近傍の冷却装置を装備されていてよく、かつ／またはアニュラ型燃焼器内の熱音響的な振動を減衰するために統合されたダンパを装備されていてよい。膨脹タービンが、ベーンキャリアユニット１の下流側の端部に隣接して設けられている。膨脹タービンベーンキャリア２および膨脹タービンの回転するブレードの第１の列の回転するブレード９とは、上記で言及されており、図面に示されている。当業者であれば、ガスタービンエンジンの作動流体主流方向が軸方向ｌに沿って、かつカン型燃焼器３から膨脹タービンに向かって延びていることを確実に認識するであろう。膨脹タービンの静的な第１のベーンまたは入口ガイドベーンの列のガイドベーン部材２０は、アニュラ型燃焼器と、膨脹タービンの回転するブレード９の第１の列との間に配置されており、アニュラ型燃焼器の下流側に設けられている。ガイドベーン部材２０は、内壁構造１２において内側またはハブ側の端部で支持されていて、かつ外壁構造１１において外側端部で支持されている。ガイドベーン部材２０のハブ側の端部と、ロータカバー７との間にシール部材２４が設けられている。シール部材２４は、ガイドベーン部材２０とロータカバー７との間で軸方向および半径方向の相対移動を可能にするように配置されている。ベーンキャリアユニット１およびガイドベーン部材２０は、接合されてガイドベーンユニットまたはガイドベーンアセンブリを形成し、例示的に示された実施の形態では、ガイドベーンはアニュラ型燃焼器１４を備えた共通のアセンブリにおいて設けられている。ガイドベーン部材２０を外壁構造１１および内壁構造１２によって支持している支持アセンブリがそれぞれＡおよびＢにおいて示されており、以下により詳細に説明される。
【００３８】
図１および図２は、ガスタービンエンジンの互いに異なる周方向の位置からの視点を示している。図１の図面では、カン型燃焼器３が部分的にブリッジ部材１３を隠している。図２の図面では、ブリッジ部材１３が部分的にカン型燃焼器３を隠している。
【００３９】
図３は、図１および図２に示したＡの詳細を示しており、ガイドベーン部材２０を外壁構造１１によって支持している支持配列をより詳細に示している。ガイドベーン部材２０は、１つまたは複数の翼２１と、外側プラットホーム２２とを有している。外側プラットホーム２２は、ガイドベーン部材２０の半径方向外側の端部を構成する。支持配列は、ガイドベーン部材２０の上流側の端部に設けられた、半径方向および軸方向で固定された支持アセンブリ１５と、ガイドベーン部材２０の下流側の端部に設けられた、補助支持アセンブリ１６とを有している。外側プラットホーム２２から半径方向外方に向かって雄形支持エレメント２５，２６が延びていて、これらの雄形支持エレメント２５，２６は、外壁構造１１の雌形支持構造内に収容されている。図４は、半径方向および軸方向で固定された支持アセンブリ１５のさらなる詳細を示している。雄形支持エレメント２５は、突出部２５１を有しており、突出部２５１自体は、係止突起２５２を有している。突出部２５１は、外壁構造１１のスロット内に収容されている。このスロットはアンダカット部を設けられている。アンダカット部自体は係止突起２５２を収容する。突出部２５１は、スロット内に中間嵌めで、すなわち少なくともほぼ遊びなしに軸方向で収容されている。係止突起２５２は、アンダカット部内に中間嵌めで半径方向に収容されている。したがって、半径方向でも軸方向でも固定された支持アセンブリ１５が提供されている。雄形支持エレメント２５は、ガスタービンエンジン周方向でスロットおよびアンダカット部内に挿入されてよい。半径方向でも軸方向でも固定された支持アセンブリ１５をガイドベーン部材２０の上流側の端部に設けることで、外壁構造１１の内面と外側プラットホーム２２との間の移行部が良好に規定され、かつ間隙、段部または突出部なしで設けられてよく、したがって傑出した空力学的な性能を示すことができる。補助支持アセンブリ１６が図５により詳細に示されている。雄形支持エレメント２６は、突出部２６１と突起２６２とを有している。突起２６２は、外壁構造１１のアンダカット部に遊びを以て半径方向および軸方向で係合する。さらに突出部２６１は、外壁構造１１の対向面から離間して設けられている。したがって雄形支持エレメント２６は、半径方向でも軸方向でも外壁構造１１に関して移動することができ、組み立てられたガイドベーンユニットにおいて支持機能を有しない。しかし、ガイドベーン部材２０がベーンキャリアユニット１内に挿入される場合に、補助支持アセンブリ１６は、組立てプロセス中にガイドベーン部材２０を一時的に支持するために働くことができる。したがって、ガイドベーンユニットの組立ては大幅に容易にされる。
【００４０】
図６は、図１および図２に示したＢの詳細を示している。ガイドベーン部材２０は、上述のように、少なくとも１つの翼２１と、さらに半径方向内側またはハブ側プラットホーム２３とを有している。プラットホーム２３は、ガイドベーン部材２０の半径方向内側またはハブ側の端部を構成する。ガイドベーン部材２０は、その上流側かつ半径方向内側の端部で内壁構造１２において、半径方向で浮動式かつ軸方向で固定された支持アセンブリ１７によって支持されている。半径方向で浮動式かつ軸方向で固定された支持アセンブリ１７は、突出部２７によって設けられている。突出部２７は、雄形支持エレメントとして設けられており、内側プラットホーム２３から半径方向内方に向かって延びていて、内壁構造１２の雌形支持構造内に収容されている。雄形支持エレメント２７は、内壁構造１２の雌形支持構造内に中間嵌めで軸方向に収容されている一方で、半径方向では自由に移動および浮動する。ガイドベーン部材２０の下流側の端部には、シール部材２４が、ガイドベーン部材２０とロータカバー７との間のシールのために設けられている。シール部材２４は、ロータカバー７により回転可能に収容されており、ガイドベーン部材２０の適当に設けられた構造部分に接している。概して、たとえば内壁構造１２とロータカバー７との間のスペースに冷却空気が供給され得る。この冷却空気の圧力は概して第１のガイドベーン列の下流側の作動流体の圧力よりも高く、したがってシール部材２４をガイドベーン部材２０のシール構造に対して押圧する。さらにシール部材２４は、弾性的な部材として設けられていてよい。ロータカバー７とガイドベーン部材２０との間のシール部材２４により提供されたシール配列は、ロータカバー７とガイドベーン部材２０との間の軸方向および半径方向の相対移動を可能にする。
【００４１】
上記で説明された支持配列の利点により、ガイドベーン部材２０は、その上流側の端部においてベーンキャリアに軸方向で固定されている。ガイドベーン部材２０の下流側の端部は、種々異なる熱膨脹を補償するために自由に浮動することができる。ガイドベーン部材２０は、ベーンキャリアユニットにおいて一方の半径方向の端部では半径方向で固定的に支持されているのに対して、ベーンキャリアユニットにより他方の半径方向の端部において半径方向で浮動式に支持されている。したがって半径方向の種々異なる熱膨脹には対処可能である。
【００４２】
図７は、ベーンキャリアユニット１およびロータカバー７の斜視図を示している。ベーンキャリアユニット１は、概して準環状のエレメントとして設けられている。これらのベーンキャリアユニットの２つを周方向で互いに接触させて配置することにより、環状の配列が提供される。したがってガイドベーンの環状の列が形成される。複数のブリッジ部材１３は、ベーンキャリアユニット１の周方向の延在に沿って周方向に分散されており、接合されてベーンキャリアユニット１を形成するために、外壁構造１１と内壁構造１２とに固く結合されている。
【００４３】
本開示の対象が模範的な実施の形態につき説明されたが、これらは特許請求された発明の範囲を制限することを意図したものではないと理解される。特許請求の範囲は、明細書において明確に示されまたは開示されていない実施の形態を含み、本開示の教示を実施する模範的な形態において開示された実施の形態とは異なる実施の形態も特許請求の範囲により含まれるものであることが認識される。
【符号の説明】
【００４４】
１  ベーンキャリアユニット
２  膨脹タービンベーンキャリア
３  カン型燃焼器
４  移行部分
５  燃料排出および／または混合手段
６  シール手段
７  ロータカバー
８  ロータ
９  膨脹タービンの回転するブレードの第１の列のブレード
１１  外壁構造
１２  内壁構造
１３  ブリッジ部材
１４  スペース、ダクト
１５  支持アセンブリ
１６  補助支持アセンブリ
１７  支持アセンブリ
２０  ガイドベーン部材
２１  翼
２２  外側プラットホーム
２３  内側プラットホーム、ハブ側プラットホーム
２４  シール部材
２５  雄形支持エレメント
２６  雄形支持エレメント
２７  雄形支持エレメント、突出部
２５１  突出部
２５２  係止突起
２６１  突出部
２６２  突起
ｌ  軸方向
ｒ  半径方向
【図１】
2017187042.tif 000003
【図２】
2017187042.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017187042.tif 000006
【図５】
2017187042.tif 000007
【図６】
2017187042.tif 000008
【図７】
2017187042.tif 000009
【外国語明細書】
2017187042.tif 000010
2017187042.tif 000011
2017187042.tif 000012
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2017187042.tif 000015
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2017187042.tif 000017
2017187042.tif 000018
2017187042.tif 000019
2017187042.tif 000020
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2017187042.tif 000023
2017187042.tif 000024
2017187042.tif 000025
2017187042.tif 000026
2017187042.tif 000027
2017187042.tif 000028
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