(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンエンジンのインナケーシングとアウタケーシングを提供する。【解決手段】２つの部材から成るアセンブリ１であって一方の部材１０；２０が他方の部材２０；１０を支持し、アセンブリは軸方向ｘと半径方向ｒと周方向とを規定し、内側部材２０は２つの部材の外側部材１０の半径方向内側に収容され、内側部材と外側部材とは、支持装置を介して互いに結合され、支持装置は１つの浮動支持アセンブリ４０を有し、浮動支持アセンブリは、内側部材に設けた内側部材支点と、外側部材に設けた外側部材支点との間に変位可能なカップリングを提供する。浮動支持アセンブリ４０は、内側部材支点と外側部材支点との間に変位経路４３に沿うガイドされた相対的な変位をもたらすよう構成され、相対的な変位の前記変位経路４３は、軸方向ｘ、半径方向ｒに対してゼロ以外の角度（θ）で傾けられ、各支点の半径方向での相対的な変位が相関する、【選択図】図３
2017198201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの部材から成るアセンブリ（１）であって、一方の部材（１０；２０）が他方の部材（２０；１０）を支持しており、当該アセンブリは、軸方向（ｘ）と、半径方向（ｒ）と、周方向とを規定しており、
前記少なくとも２つの部材のうちの内側部材（２０）は、前記少なくとも２つの部材のうちの外側部材（１０）の半径方向内側に収容されており、
前記内側部材と前記外側部材とは、支持装置を介して互いに結合されており、該支持装置は、少なくとも１つの浮動支持アセンブリ（４０）を有しており、
該浮動支持アセンブリは、前記内側部材に設けられた内側部材支点（２３）と、前記外側部材に設けられた外側部材支点（１１）との間に、変位可能なカップリングを提供しているアセンブリ（１）において、
前記浮動支持アセンブリ（４０）は、前記内側部材支点（２３）と前記外側部材支点（１１）との間に、変位経路（４３）に沿った、ガイドされた相対的な変位をもたらすように配置され且つ構成されており、
前記相対的な変位の前記変位経路（４３）は、前記軸方向（ｘ）に対しても前記半径方向（ｒ）に対してもゼロ以外の角度（θ）で傾けられており、これにより、前記各支点の半径方向での相対的な変位が、結果的に相関することになる、前記各支点の軸方向での相対的な変位を生ぜしめ、且つその逆の場合も生じるようになっていることを特徴とする、少なくとも２つの部材から成るアセンブリ（１）。
【請求項２】
前記内側部材と前記外側部材とは、周方向において互いに固定的に結合されている、請求項１記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記少なくとも１つの浮動支持アセンブリ（４０）は、前記内側部材と前記外側部材のうちの一方に設けられた雌懸吊部材（４１）と、前記内側部材と前記外側部材のうちの他方に設けられた、嵌合する雄懸吊部材（４２）とから成るアセンブリとして設けられており、
前記雄懸吊部材（４２）は、前記雌懸吊部材（４１）内に摺動変位可能に受容されており、
該摺動変位は、前記軸方向（ｘ）と前記半径方向（ｒ）とに対してゼロ以外の角度（θ）で傾斜された前記変位経路（４３）に沿ってガイドされる変位である、請求項１又は２記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記雄懸吊部材と前記雌懸吊部材とは、少なくとも前記軸方向と前記半径方向とにおいて、互いに滑り嵌めを提供するように形成され且つ寸法決めされている、請求項３記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記雌懸吊部材（４１）はキャビティを有しており、該キャビティは、前記変位経路（４３）に沿ったキャビティ軸方向延在部を有しており、前記雄懸吊部材（４２）は突出部を有しており、該突出部は、前記変位経路（４３）に沿った軸方向延在部を有しており、前記突出部は前記キャビティ内に受容されている、請求項３又は４記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記変位経路（４３）は、所定の直線に沿って延在している、請求項１から５までのいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記少なくとも１つの浮動支持アセンブリ（４０）はビーム（４４）を有しており、前記ビーム（４４）は、前記内側部材支点（２３）と前記外側部材支点（１１）とに旋回式に連結されている、請求項１又は２記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記内側部材支点（２３）と、前記外側部材支点（１１）とは、前記軸方向（ｘ）において互いにオフセットされて配置されている、請求項７記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記ビーム（４４）及び前記外側部材支点（１１）の旋回軸線と、前記ビーム（４４）及び前記内側部材支点（２３）の旋回軸線とは、実質的に周方向に延びている、請求項７又は８記載のアセンブリ。
【請求項１０】
少なくとも２つの前記浮動支持アセンブリ（４０）が、周方向において異なる位置で、前記内側部材（２０）と前記外側部材（１０）との間に形成されたギャップ内に設けられており、且つ周方向に分配されており、特に周方向に見て前記内側部材（２０）のそれぞれ向かい合った側に配置されており、これにより、前記外側部材（１０）の内側における前記内側部材（２０）の半径方向での位置決めが達成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記内側部材（２０）と前記外側部材（１０）のうちの一方が、第１の軸方向基準位置を有しており、該第１の軸方向基準位置は、前記内側部材（２０）と前記外側部材（１０）のうちの他方の第２の軸方向基準位置を基準として配置されており、前記浮動支持アセンブリ（４０）の運動は、前記内側部材（２０）と前記外側部材（１０）とに熱膨張差が生じた際に、結合された前記内側部材支点（２３）と前記外側部材支点（１１）との相対的な半径方向変位が、半径方向での膨張差に基づき、結果的に前記各支点の相対的な軸方向変位を生ぜしめ、これにより、前記各支点及び前記各基準位置間の軸方向膨張差が相殺され、各軸方向基準位置は実質的に、一定の共通する相対位置に保たれるように行われる、請求項１０記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記内側部材支点（２３）は、それぞれ前記軸方向（ｘ）に対して垂直な、前記内側部材（２０）の１つの横断面内に配置されている、請求項１０又は１１記載のアセンブリ。
【請求項１３】
当該アセンブリは、前記軸方向（ｘ）が水平になるように配置されており、少なくとも１つの垂直方向支持アセンブリ（３０）が、前記内側部材（２０）の側方の、前記内側部材（２０）と前記外側部材（１０）との間に設けられており、前記垂直方向支持アセンブリ（３０）は、周方向での固定をもたらしており、少なくとも１つの浮動支持装置（４０）が、当該アセンブリの上半分に設けられており、且つ少なくとも１つの浮動支持装置が、当該アセンブリの下半分に設けられている、請求項１から１２までのいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項１４】
当該アセンブリは、タービンエンジンの一部であり、前記軸方向（ｘ）は、前記タービンエンジンのロータ軸により規定されており、特に前記タービンエンジンは、ガスタービンエンジンである、請求項１から１３までのいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記内側部材（２０）は、前記タービンエンジンのインナケーシングであり、前記外側部材（１０）は、前記タービンエンジンのアウタケーシングであり、特に前記内側部材（２０）は、前記タービンエンジンのロータカバーであり、前記外側部材（１０）は、前記タービンエンジンのハウジングである、請求項１４記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、請求項１に記載したように、少なくとも２つの部材、特にエンジンコンポーネントから成るアセンブリに関する。前記部材は特に、ガスタービンエンジンのインナケーシングとアウタケーシング、より詳細にはガスタービンエンジンのロータカバーとハウジングとを含んでいてよい。
【０００２】
本開示の背景技術
多くの技術的応用において、各エンジンコンポーネント又はその他の各部材は、半径方向に見て互いに入れ子式に重ねられており、この場合、一方の部材が他方の部材を支持している。支持用には複数の支持アセンブリが設けられており、これらの支持アセンブリは、各部材の結合された支点を互いに連結している。急速に温度変化する高温の流体流が供給された場合、前記部材はそれぞれ異なる反応時間で以て温度変化に反応する可能性がある。つまり高温の流体流の温度変化に際して、内側部材が外側部材よりも遅く又は早く温度変化に追従することがある。これは結果的に、各部材の大幅な熱膨張差を生ぜしめる場合がある。よって当該技術分野では、内側部材と外側部材の各結合支点の半径方向での相対的な変位を可能にする支持装置を設けることが知られており、ゆえに半径方向浮動支持アセンブリが設けられている。半径方向浮動支持アセンブリを設けることにより、各結合支点の相対的な変位が可能になり、その結果、各部材の半径方向において異なる熱膨張が妨害されることなく可能になる。エンジンの組立及び分解を簡単にするために、各支持部は通常、１つの横断面内又は１つの軸方向位置に配置される。しかしながら、いずれかの部材が一定の軸方向長さを示す場合、つまり部材の軸方向端部が支点から片持ち式に突出している場合には、一方の部材の軸方向端部は、各部材の熱膨張の差に基づき、他方の部材に対して相対的に変位することになる。換言すると、異なる熱膨張状態に応じて、一方の部材の軸方向端部は、他方の部材に対して異なる軸方向位置にもたらされることになる。このことは、例えば流れをシールする目的のために内側部材の軸方向端部を別の部材に隣接して設けようとする場合に、不都合な影響をもたらす恐れがある。これは特に、軸方向に隣接した各部材が、互いに固定的には取り付けられていない場合、又は例えばエンジンに設けられた一方の部材が固定部材であり且つ他方の部材は回転部材である場合のように、相対運動を行おうとする場合に当てはまる。この場合、内側部材と外側部材との間の熱膨張差は、軸方向に隣接した各部材間の大きなギャップ及びこれに関連した漏れ流をもたらすか、又は、突き合わされた各部材間の高い機械的圧力、相対運動するエンジンコンポーネント間の接触及び潜在的な機械的損傷を招く恐れがある。
【０００３】
例示的な事例は、タービンエンジン、特にガスタービンエンジンの膨張タービンの第１又は入口ガイドベーンと、第１ガイドベーン列の、隣接する動翼の第１列とのインタフェースとにおいて見られる。ガスタービンエンジンの場合は燃焼器の直ぐ下流側に設けられる、膨張タービンの入口ガイドベーン、又はより広義には作動流体入口の入口ガイドベーンは、典型的にはガイドベーン部材の外側半径のところと、ガイドベーン部材のハブ側のところとで支持されており、これにより、第１ガイドベーン列に現れる高い温度での、第１ガイドベーン列にわたる圧力差に基づく力を適当に支持している。第１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って支持される。空気動力学的な理由のために、ハブ側支持部は、ハウジングから半径方向に直線的に設けてはならないが、ロータカバーにより提供されてよく、ロータカバーは、それ自体の支持部からロータに沿って軸方向に延在している。膨張タービンに流入するタービンエンジンの作動流体の温度変化に際して、ロータカバーとタービンハウジングとは異なる時定数で以て流体の温度変化に反応する、ということはよく知られた事実である。通常、ロータカバーはタービンハウジングよりもかなり早く、作動流体の温度変化に追従する。このことは、タービンエンジンが、膨張タービンに流入する流体のほぼ一定の温度で以て運転する場合には問題ない。このような場合、ロータカバーとハウジングとは、実質的に一定でほぼ等しい温度になる。よって、両部材は実質的に等しい熱膨張を経験することになる。したがって、ハウジングとロータカバーの定常状態での熱膨張は容易に説明することができる。しかしながら、膨張タービンに流入する流体の温度変化に伴ってタービンエンジンの大幅な負荷変動が生じる場合には、ハウジングとロータカバーとの熱膨張差を考慮する必要がある。このことは、アイドリング状態又はそれどころか停止状態からエンジン高負荷状態へと、エンジンを高速負荷する際に最も目立つようになる。タービンエンジンのロータカバーとハウジングとの熱膨張差に基づき、タービン入口ベーンのハブ側は、半径方向外側に対して軸方向に変位させられる。ベーン部材は傾き、且つハブ側の軸方向ギャップは開くか又は閉じるので、定常状態での運転に求められるよりも大きく寸法設定する必要があり、定常状態での運転において、潜在的に漏れの増加と関連する性能劣化とを生ぜしめることになる。ハウジングとロータカバーの温度がそろっていない運転状態の最中にギャップが広がると、この運転段階中に、動作に付加的な欠点が生じる恐れがある。熱的な定常状態と温度整合とが達成されるまでには数時間かかることもある。今日のグリッド運転において、タービンエンジン発電所、特にガスタービン・コンバインドサイクル発電所は、頻繁で大幅且つ急速な負荷変動を伴うピーク負荷エンジンとして使用されることが増えている。よって、各エンジンコンポーネントの熱平衡が達成されておらず、それゆえ熱膨張差に基づいて重大な寸法不一致が生じている運転時間が累積して、全運転時間のかなりの部分を占める場合があり、発電所オペレータにとって、累積する動作損失は益々重要なものとなっている。
【０００４】
本開示の主題の概要
本開示の目的は、実質的に上述したようなアセンブリを説明することにある。より具体的な目的は、アセンブリの軸方向において、アセンブリの少なくとも２つの部材の熱膨張差の相殺が達成されるアセンブリを開示することにある。より具体的な態様において、内側部材と外側部材とで半径方向の膨張が異なるようなアセンブリが開示され、この場合、一方の部材が他方の部材を支持しており、これにより、一方の部材の支点が、結合された、他方の部材の支点に対して、ガイドされて軸方向に変位させられるようになっている。別の態様では、アセンブリはタービンエンジン、より詳細な事例ではガスタービンエンジンの一部である。より具体的な事例では、アセンブリの各部材は、タービンエンジンのインナケーシングとアウタケーシングであり、この場合、インナケーシングはアウタケーシング内で支持されている。なお一層具体的な事例では、各部材はタービンエンジンのハウジングと、タービンエンジンのロータカバーである。より一層具体的な事例では、ガイドベーン翼部材が半径方向外側を、外側部材、特にタービンエンジンのアウタケーシング又はハウジングにより支持されており、且つガイドベーン翼部材のハブ側は、内側部材、特にインナケーシング又はロータカバーにより支持されている。ガイドベーン翼部材は、特に入口ガイドベーンのガイドベーン翼部材であってよい、つまり、膨張タービンの第１又は入口ガイドベーンの部材であってよく、なお一層具体的には、ガスタービンエンジンに設けられた膨張タービンの燃焼室と第１の動翼列との間に挿入されていてよい。この点において、ガイドベーン翼部材は１つ以上の翼を有していてよいということは言うまでもない。これらの事例における本開示の課題は、インナケーシングとアウタケーシングの熱膨張がそれぞれ異なっていても、インナケーシング及びアウタケーシングの、ガイドベーン部材のための軸方向基準位置、特に支持位置を、インナケーシングとアウタケーシングのそれぞれ他方に対する所定の軸方向位置に、少なくとも実質的に保持するようなアセンブリを提供することにある。別の事例における本開示の課題は、インナケーシングとアウタケーシングとがそれぞれ異なる熱膨張を経験する運転状態において、タービンエンジンの軸方向に突き合わされた部材に関する所定の位置が保持されるようなアセンブリを開示することにある。より具体的な事例では、インナケーシングとアウタケーシングとが異なる熱膨張を経験する運転状態において、ガイドベーン部材の半径方向外側と、ガイドベーン部材のハブ側とが、軸方向に同時に且つ少なくとも実質的に等しく変位させられるような、入口ガイドベーン部材のための支持部を提供することが課題である。このようにして、入口ガイドベーン翼部材の傾斜が少なくとも実質的に回避される。別の態様では、インナケーシングとアウタケーシングとが異なる熱膨張を経験する運転状態でも、入口ガイドベーン翼部材のハブ側と、軸方向に隣接したロータ面との間のギャップは少なくとも実質的に一定に保たれるアセンブリを開示することが課題である。
【０００５】
このことは、請求項１記載の主題により達成される。
【０００６】
開示した主題の別の効果及び利点は、明示的に言及されていようとなかろうと、以下の開示を考慮すれば明らかになるであろう。
【０００７】
つまり、開示するアセンブリは少なくとも２つの部材から成り、一方の部材が他方の部材を支持しており、当該アセンブリは、軸方向と、半径方向と、周方向とを規定している。前記少なくとも２つの部材のうちの内側部材は、前記少なくとも２つの部材のうちの外側部材の半径方向内側に収容されている。内側部材と外側部材とは、支持装置を介して互いに結合されており、支持装置は、少なくとも１つの浮動支持アセンブリを有している。浮動支持アセンブリは、内側部材に設けられた内側部材支点と、外側部材に設けられた外側部材支点との間に、変位可能なカップリングを提供する。浮動支持アセンブリは、内側部材支点と外側部材支点との間に、変位経路に沿った、ガイドされた相対的な変位をもたらすように配置され且つ構成されている。相対的な変位の変位経路は、軸方向に対しても半径方向に対してもゼロ以外の角度で傾けられており、これにより、各支点の半径方向での相対的な変位が、結果的に相関する、各支点の軸方向での変位を生ぜしめ、且つその逆の場合も生じるようになっている。半径方向と軸方向とにおいてガイドされた相関する変位をもたらす浮動支持アセンブリは以下、ガイドされた変位式の浮動支持アセンブリとも呼ばれる。したがって、浮動支持アセンブリにより結合された、各結合支点の半径方向での相対的な変位は、ガイドされ且つ制御された、各結合支点の相対的な軸方向変位を同時にもたらす。よって、例えば一方の部材の軸方向端部が部材の支点から軸方向に間隔を置いて又は支点から片持ち式に突出して設けられており、且つ熱膨張に基づき支点に対して変位させられた場合、熱膨張に基づく変位は、浮動支持アセンブリの運動学に応じて、他方の部材の支点に対する一方の部材の支点の軸方向の変位により、少なくとも部分的に相殺され得る。２つの部材間で熱平衡が達成されており、これに相応して熱膨張差が解消されているか、又は少なくとも実質的に解消されていると、各結合支点の相対的な軸方向変位は減少する。つまり、各結合支点の相対的な軸方向変位は、熱膨張差と、浮動支持アセンブリの運動学とにより制御される。ゆえに一方の部材の、他方の部材の基準位置に対して片持ち式に突出した基準点の変位が独立制御され得るようなアセンブリを提供することが可能である。
【０００８】
変位経路は、真っ直ぐでも、曲がっていてもよい。ある事例では、変位経路は円弧又は部分円状の幾何学形状を表していてよい。
【０００９】
これに関して述べておくと、熱膨張という用語は、熱により生じる部材の増大に加えて、熱により生じる部材の収縮をも意味する。
【００１０】
アセンブリは、２つ以上のガイドされた変位式の浮動支持アセンブリを含んでいてよい、と理解され、各ガイドされた変位式の浮動支持アセンブリは、内側部材と外側部材の、２つの結合支点を結合している。
【００１１】
ある実施形態では、内側部材と外側部材とは、周方向において互いに固定的に結合されている。これらの特定の実施形態により、各部材は互いに結合されていて、周方向において互いの相対位置が固定されている一方で、上述した、半径方向と軸方向とにおいて相関する、相対的な変位手段が提供されている。このことは、少なくとも１つの周方向固定支持アセンブリを提供することにより達成され得る。前記周方向固定支持装置は、内側部材と外側部材の各結合支点の相対位置を周方向において固定するために、少なくとも１つのガイドされた変位式の浮動支持装置が設けられることにより、提供されてよい。別の実施形態では、少なくとも１つの周方向固定専用の支持装置が設けられていてよい。周方向固定専用の支持アセンブリは、軸方向と半径方向とにおける浮動支持手段として設けられている、と理解される。しかしながら、周方向固定専用の支持アセンブリにおいて、変位はガイドされない、即ち、半径方向の変位と軸方向の変位とは、互いに相関してはいない。換言すると、半径方向の変位が、結果として強制的に軸方向の変位を生ぜしめることはなく、その逆もまたない。内側部材と外側部材とを互いに結合するための、各部材から成るアセンブリには、両種の周方向固定支持アセンブリ、つまり、少なくとも１つの周方向固定専用の支持アセンブリと、周方向で固定する、少なくとも１つのガイドされた変位式の浮動支持アセンブリとがあってよい、と考えられる。
【００１２】
別の事例では、少なくとも１つの浮動支持アセンブリが、内側部材と外側部材のうちの一方に設けられた雌懸吊部材と、内側部材と外側部材のうちの他方に設けられた、嵌合する雄懸吊部材とから成るアセンブリとして設けられており、この場合、雄懸吊部材は、雌懸吊部材内に摺動変位可能に受容されており、更にこの摺動変位は、軸方向と半径方向とに対してゼロ以外の角度で傾斜された変位経路に沿ってガイドされる変位である。つまり、雄懸吊部材は雌懸吊部材内に設けられていて、雌懸吊部材の内側で変位可能であり、浮動支持手段が設けられている。
【００１３】
この点で雄懸吊部材と雌懸吊部材とは、少なくとも軸方向と半径方向とにおいて、互いに滑り嵌めを提供するように形成され且つ寸法決めされてよい。これにより、ガイドされ且つ相関する変位が生ぜしめられる。
【００１４】
より具体的なある実施形態では、雌懸吊部材はキャビティを有しており、キャビティは、変位経路に沿ったキャビティ軸方向延在部を有しており、雄懸吊部材は突出部を有しており、突出部は、変位経路に沿った軸方向延在部を有しており、突出部はキャビティ内に受容されている。
【００１５】
変位経路は、直線、特に半径方向と軸方向とに対して傾斜した直線に沿って延在していてよく、これにより、各結合支点の相対的な軸方向変位と半径方向変位との、一定の相関が生ぜしめられる。
【００１６】
別の事例では、少なくとも１つの浮動支持アセンブリはビームを有しており、前記ビームは、内側部材支点と外側部材支点とに旋回式に連結されている。つまり、２つの結合支点間には可動のリンク連結器が設けられていてよい。内側部材と外側部材との熱膨張差により２つの結合支点の相対的な変位が開始されると、２つの結合支点をつなぐビームにより提供される旋回可能なリンクに基づいて、各支点は強制的に、互いに対して円運動を行うようになっていると理解される。したがって、特にビームが半径方向に対してゼロ以外の角度で設けられている場合に、相関する軸方向変位と半径方向変位とが生ぜしめられるようになっている。この点で、前記内側部材支点と、結合された前記外側部材支点とは、軸方向において互いにオフセットされて配置されていてよい。
【００１７】
上述した実施形態の別の事例では、各結合支点の相対的な変位を、半径方向変位と、相関する軸方向変位とに制限し、且つ半径方向変位と、相関する軸方向変位とを可能にするために、ビーム及び外側部材の支点の旋回軸線と、ビーム及び内側部材の支点の旋回軸線とは、少なくとも実質的に周方向に延びるように設けられていてよい。
【００１８】
本開示の別の態様では、少なくとも２つの浮動支持アセンブリが、周方向において異なる位置で、内側部材と外側部材との間に形成されたギャップ内に設けられていてよく、且つ周方向に分配されており、特に周方向に見て内側部材のそれぞれ向かい合った側に配置されていてよい。このようにして、外側部材の内側における内側部材の半径方向での位置決めが達成されている。
【００１９】
上で簡単に述べたが、ある例示的な事例では、内側部材と外側部材のうちの一方が、第１の軸方向基準位置を有しており、第１の軸方向基準位置は、内側部材と外側部材のうちの他方の第２の軸方向基準位置を基準として配置されている。これらの例示的な事例において浮動支持アセンブリの運動学は、内側部材と外側部材とに熱膨張差が生じた際に、結合された内側部材支点と外側部材支点との相対的な半径方向変位が、半径方向での膨張差に基づき、結果的に各結合支点の相対的な軸方向変位を生ぜしめ、これにより、各支点及び各基準位置間の軸方向膨張差が相殺され、各軸方向基準位置は実質的に、一定の共通する相対位置に保たれるように提供され得る。
【００２０】
多数のガイドされた変位式の浮動支持アセンブリが設けられている事例では、内側部材支点はそれぞれ少なくとも実質的に、軸方向に対して垂直な、内側部材の１つの共通の横断面内に配置されていてよい。
【００２１】
本開示の別の態様では、内側部材と外側部材とを有するアセンブリは、軸方向が水平になるように配置されていてよい。前記事例において考えられる例示的な実施形態では、少なくとも１つの垂直方向支持アセンブリが、内側部材の側方の、内側部材と外側部材との間に設けられており、垂直方向支持アセンブリは、周方向での固定をもたらしており、少なくとも１つのガイドされた変位式の浮動支持装置が、アセンブリの上半分に設けられており、且つ少なくとも１つの浮動支持装置が、アセンブリの下半分に設けられている。
【００２２】
具体的な実施形態では、アセンブリはタービンエンジンの一部であり、軸方向は、タービンエンジンのロータ軸により規定されている。より詳細な実施形態では、タービンエンジンは、ガスタービンエンジンである。内側部材はタービンエンジンのインナケーシングであってよく、外側部材はタービンエンジンのアウタケーシングであってよい。内側部材はタービンエンジンのロータカバーであってよく、外側部材はタービンエンジンのハウジングであってよい。外側部材はガイドベーン翼部材の外側端部を支持してよく、内側部材はガイドベーン翼部材のハブ側を支持してよい。特に、ガイドベーン翼部材のハブ側は、内側部材の片持ち式に突出した軸方向端部で、即ち、ガイドされた変位式の浮動支持アセンブリと結合された内側部材の各支点から軸方向に間隔を置いたところで支持されてよい。更に、特にガイドベーン翼部材は、膨張タービンの最も上流側の第１又は入口ガイドベーン列のガイドベーン部材であってよい。第１又は入口ガイドベーン列は、ガスタービンエンジンの燃焼器に隣接して設けられてよく、特に、燃焼器と、膨張タービンの動翼の第１列との間に挿入されてよい。内側部材、又はロータカバーは、少なくとも部分的に燃焼器の軸方向延在部に沿って延在していてよく、更に、燃焼器の半径方向内側に配置されていてよい。
【００２３】
上述した特徴及び実施形態は、互いに組み合わされてよい、ということは自明である。更に、本開示の範囲内で別の実施形態や、当業者には明らかな被請求主題も考えられる、ということを認識してもらいたい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
以下に、本開示の主題を添付図面に示す選択された例示的な実施形態を用いてより詳細に説明する。
【図１】ロータカバー、タービンエンジンハウジング、燃焼器及び入口ガイドベーンから成るアセンブリの概略図であって、ロータカバーはハウジングにより、当該技術分野において周知の形式で支持されている。
【図２】本開示によるハウジング内部のロータカバー支持部の概略図である。
【図３】本開示によるハウジング内部のロータカバー支持部の別の実施形態の概略図である。
【図４】本開示によるハウジング内部のロータカバー支持部の更に別の実施形態の概略図であり、この実施形態は、水平方向に分かれたハウジングに関して特に適している。
【図５】本開示によるハウジング内部のロータカバー支持部の更に別の実施形態の概略図であり、この実施形態では、浮動支持に関して異なる原理が適用されている。
【図６】浮動支持アセンブリの、より詳細な実施形態の概略図である。
【００２５】
図面は極めて概略的なものであり、説明に不要な詳細は、理解及び図示を容易にするために省かれてよいということは自明である。更に、図面は選択された例示的な実施形態だけを示すものであるに過ぎず、図示されていない実施形態も同様に、本明細書で開示且つ／又は請求した主題の範囲内にあってよいということは言うまでもない。
【００２６】
本開示の教示の例示的な実施形態
図１に概略図で示す、当該技術分野において周知のアセンブリ１は、ガスタービンエンジンの一部である。アセンブリ１は、ガスタービンエンジンのハウジング１０と、ガスタービンエンジンのロータカバー２０とを有している。このアセンブリは、当業者には容易に明らかであるように、ｘで示す軸方向と、ｒで示す半径方向と、周方向又は接線方向とを規定している。ハウジングは、基礎５０に直接又は間接的に支持されている。底部を構成する基礎５０の存在により、垂直方向が規定されていることが認められる。ロータカバー２０は、ハウジング１０の半径方向内側に収容されている。この点において、ハウジング１０はアセンブリの外側部材を構成しているのに対し、ロータカバー２０はアセンブリの内側部材を構成している。ハウジング１０は基礎５０に支持されている一方で、ハウジング１０はロータカバー２０を支持している。ロータカバー２０は、複数の支持アセンブリを有する支持装置により、ハウジング１０に取り付けられている。支持装置は、垂直方向又は周方向支持アセンブリ３０を有している。垂直方向支持アセンブリ３０は、ロータカバー２０に設けられた雄懸吊部材３２を有しており、雄懸吊部材３２は、ハウジング１０に設けられた雌懸吊部材３１内に受容されている。別の実施形態において、雄懸吊部材がハウジングに設けられていてよい一方で、雌懸吊部材はロータカバーに設けられていてよい、ということは言うまでもない。垂直方向支持アセンブリ３０は、雄懸吊部材３２が雌懸吊部材３１に対して軸方向及び半径方向に変位可能であるように設けられている。つまり垂直方向支持アセンブリ３０は、ハウジング又は外側部材１０と、ロータカバー又は内側部材２０との垂直方向延いては周方向での相対位置を固定する一方で、半径方向及び軸方向での変位を可能にしている。ハウジング又は外側部材１０内でロータカバー又は内側部材２０を軸方向で位置決めするためには、複数の支持アセンブリ４０が設けられている。各支持アセンブリ４０は、雌懸吊部材４１に受容された雄懸吊部材４２を有している。雄懸吊部材４２がロータカバーに設けられているのに対し、雌懸吊部材４１はインナハウジング１０に設けられている。垂直方向支持アセンブリ３０に関して上述したように、配置は逆でもよい、つまり、雄懸吊部材４２が外側部材又はハウジング１０に設けられており、且つ雌懸吊部材４１が内側部材又はロータカバー２０に設けられていてもよい。雄懸吊部材４２は、軸方向に滑り嵌めされて雌懸吊部材４１内に受容されており、これにより軸方向での支持を提供している。しかしながら、雄懸吊部材４２は、雌懸吊部材４１内に浮動式に受容されていて摺動変位することができるようになっており、この場合の摺動変位とは、４３で示す変位経路に沿った、ガイドされた変位である。この場合の変位経路４３は純粋に半径方向である。よって雄懸吊部材は、雌懸吊部材内で半径方向に摺動可能であり、これにより、ロータカバー２０とハウジング１０の、半径方向において差のある熱膨張が、制限されることなく可能になる。浮動支持アセンブリ４０は、雌懸吊部材４１内での雄懸吊部材４２のガイドされた変位を生ぜしめると共に、少なくとも半径方向ｒと軸方向ｘとにより張設される１つの平面内で、変位経路に対して垂直な動きを妨げる。よってガイドされた変位式の浮動支持アセンブリとも云える。ロータカバー２０における懸吊部材の位置は、内側部材支点を規定する。同様に、ハウジング１０における懸吊部材の位置は、外側部材支点を規定する。つまり浮動支持アセンブリ４０は、ロータカバーに設けられた内側部材支点と、ハウジングに設けられた外側部材支点との間で変位可能なカップリングを提供している。ロータカバー２０は、内側部材支点から距離ｌだけ延びている又は片持ち式に突出している。更に、ロータカバー２０の半径方向内側にはロータ軸２１が設けられている。ロータ軸２１はとりわけ、膨張タービンの複数の動翼を支持しており、これらの動翼のうち、第１段の動翼２２が図示されている。ガスタービンエンジンの運転中は、高温の作動流体が燃焼器５から、翼部材６が示された第１又は入口ガイドベーン列を通って膨張タービンに流入する。入口ガイドベーンは、高差圧を被りやすいと同時に、膨張タービン内で最も高い温度にさらされる。よって入口ガイドベーン部材６は、その半径方向外側をハウジング１０により支持されているだけでなく、更にハブ側をもロータカバー２０により支持されている。入口ガイドベーン部材６の支持位置は、ガスタービンエンジンの定常状態での運転において、つまりロータカバー２０とハウジング１０の温度が少なくとも実質的に等しい場合に、入口ガイドベーン部材を基準となる位置及び向きに保持するように設けられていることが判る。第１ガイドベーン列と燃焼器５との間の軸方向ギャップ７は、当業者に知られている適当な手段によりシールされ得る。更に、固定ガイドベーン部材と回転翼との間の相対運動を可能にすると共に、摩擦や、その結果生じる損傷を避けるためには、入口ガイドベーン部材６の列と第１膨張タービン動翼２２の列との間に軸方向ギャップ８が必要とされる。ガスタービンエンジンの始動時又は遮断時、あるいはその他の、作動流体の急速で顕著な温度変化に関する運転時の過渡変化の最中に、ガスタービンエンジンロータカバー２０は、ハウジング１０よりも早く温度変化に追従する。つまり、ロータカバー２０は、温度上昇時の熱膨張又は温度低下時の熱収縮を、ハウジング１０よりも早く行う。ロータカバー２０とハウジング１０の熱膨張の差に基づき、入口ガイドベーン部材６の半径方向外側の支持位置とハブ側の支持位置とは、互いに相対的に軸方向にずらされる。このことは９で示したように、ハウジングにおける入口ガイドベーン部材６の半径方向外側の支持部に対する、入口ガイドベーン部材６のハブ側の旋回変位を生ぜしめる。温度上昇時、例えばガスタービンエンジンの始動時には、入口ガイドベーン部材のハブ側は、動翼２２に向かって変位させられる。温度低下時、例えばガスタービンエンジンの遮断時には、入口ガイドベーン部材のハブ側は、燃焼器５に向かって変位させられる。よって、運転状態においてギャップ幅が最小値に達した場合でも、機能上必要とされるギャップ幅を保持するためには、ギャップ７，８の幅を、定常状態での運転に必要とされるよりも大きく設計する必要がある。その結果、動作に欠点が生じ且つ／又はシーリング手段はより高価になる。更に、過渡的な運転状態においては、いずれのギャップ７，８も更に拡大する可能性がある。
【００２７】
よって、図２に概略的に示す実施形態では、浮動支持アセンブリ４０に、軸方向ｘに対してゼロ以外の角度θで傾斜している変位経路４３が設けられており、この場合、θ≠９０°であり、したがって半径方向に対しては、９０°−θの、ゼロ以外の角度で傾斜している。図１に示した先行実施形態におけるように、浮動支持アセンブリ４０は、雌懸吊部材４１内で雄懸吊部材４２のガイドされた変位を生ぜしめると共に、少なくとも半径方向ｒと軸方向ｘとにより張設される１つの平面内で、変位経路に対して垂直な動きを妨げる。よってガイドされた変位式の浮動支持アセンブリとも云える。但し、ここに記載したような実施形態では、以下でより詳細に説明するように、半径方向の変位が、軸方向の変位をも強制する。ロータカバー２０に設けられた内側部材支点における半径がＲＲＣで示されており、外側部材支点が設けられているハウジング１０の半径はＲＨで示されている。実用上、タービンエンジンでは前記各半径間の差は、各半径自体よりも大幅に小さいと仮定し得ることを考慮して、以下、ＲＲＣ≒ＲＨ≒Ｒと仮定する。同様に、軸方向における内側部材支点と外側部材支点との間のオフセットは、片持ち式に突出している距離ｌよりも大幅に小さい、と仮定し得る。内側部材又はロータカバー２０と外側部材又はハウジング１０との間の絶対温度差がΔＴの場合は、如何なるガイドされた変位式の浮動支持アセンブリ４０の雌支持部材４１及び雄支持部材４２も、温度差が無い定常状態での運転に比べ、
【数１】
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だけ互いに相対的に変位し、この場合、αは熱膨張係数である。考えを容易にするために、熱膨張係数は、ハウジングとロータカバーとに関して同じである、と仮定する。以下で明らかになるように、ハウジングとロータカバーとの熱膨張係数の違いは、得られる結果に全く又は僅かにしか影響を及ぼさない。雌懸吊部材４１と雄懸吊部材４２とは、変位経路４３に沿ってガイドされた共通の変位をもたらす。つまり、半径方向の変位Δｒは、雌懸吊部材４１と雄懸吊部材４２の相対的な軸方向の変位Δｘを強制的に生ぜしめる。各懸吊部材が設けられるハウジング及びロータカバーの各支点は、等距離だけ、互いに相対的に変位する、ということが判る。ハウジングとロータカバーとにおける入口ガイドベーン部材６の各支持部はそれぞれ同じ温度差において、ハウジングとロータカバーとにおける各支点に対して
【数２】
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だけ異なる軸方向変位を発生させる。
【００２８】
よって、各入口ガイドベーン支持部の軸方向変位差Δｌと、内側部材及び外側部材又はロータカバー及びハウジングそれぞれの支点の相対的な軸方向の変位とが同じ絶対値で生ぜしめられ、つまりΔｌ＝Δｘであり且つ適当な方向に向けられている場合には、内側部材支点と外側部材支点との相対的な変位が、入口ガイドベーン支持部の軸方向変位差を相殺し、その結果、ハウジングとロータカバーとにおけるガイドベーン支持部は、それぞれ同じ軸方向位置に保持されることになる。よって角度θが
【数３】
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のように選択されると、図１に関連して上述したガイドベーン部材６の旋回変位が少なくとも実質的に回避されると共に、入口ガイドベーン部材と、軸方向に隣接するエンジンコンポーネントとの間のギャップは、過渡的なエンジン運転の最中でも、少なくとも実質的に一定に保たれることになる。
【００２９】
更に図３及び図４に概略的に示す実施形態において、雌懸吊部材４１と雄懸吊部材４２とは、択一的な構成で設けられている。雄懸吊部材４２は各実施形態において、内側部材又はロータカバー２０から突出した突出部材として設けられており且つ雌懸吊部材４１に設けられたキャビティ内に受容されている。いずれにせよ、これらの実施形態は図２に関して示した、傾斜した変位経路４３に沿って変位可能に設けられた浮動支持アセンブリ４０の各懸吊部材と同様の機能を満たしている。図４に示す実施形態では、雌懸吊部材４１のキャビティが、半径方向に延在する部分と、半径方向に対して傾斜した角度で変位経路４３に沿って延在する別の部分とで以て曲げられている。この実施形態は、とりわけタービンハウジング１０が水平方向に分かれているケースにおいて使用するために適しているということが判る。
【００３０】
浮動支持アセンブリ４０の更に択一的な実施形態が図５に概略的に示されている。浮動支持アセンブリ４０は、外側部材支点１１と内側部材支点２３とに旋回式に連結されたビーム４４を有している。よって内側部材支点２３は、結合された外側部材支点１１に対して、円弧状の円形変位経路４３に沿って変位することができる。外側部材支点１１と、結合された内側部材支点２３とは、互いに対して軸方向にオフセットされている。よって結合ビーム４４は、半径方向に対してゼロ以外の角度で設けられている。したがって、上述した各実施形態と同様、２つの結合された内側部材支点と外側部材支点との相対的な半径方向の変位が、内側部材支点と外側部材支点の軸方向の変位をも強制的に生ぜしめるようになっている。２つの結合された支点間の距離と、定常状態条件で半径方向に対してビームが設けられる角度とを的確に選択することにより、上述した効果と同じ効果が得られる。
【００３１】
図６は、ガイドされた変位式の浮動支持アセンブリ４０を提供する、より詳細な実施形態を示すものである。ハウジング１０は、支持ショルダ１２を有している。内側部材と外側部材、又はハウジング１０とロータカバー２０とがそれぞれ組み立てられると、ショルダ１２は、内側部材２０に設けられた雄懸吊部材４２と接触することになる。保持部材４５がハウジング１０の外側から挿入されてショルダ１２と共に雌懸吊部材を形成し、その中に雄懸吊部材４２が受容されてガイドされている。
【００３２】
本開示の主題を例示的な実施形態を用いて説明してきたが、一方でこれらの実施形態は、請求する発明の範囲を限定するものでは決してない、ということは自明である。特許請求の範囲は、ここに明示的に図示又は開示されていない実施形態をもカバーし、且つ本開示の教示を実施する例示的な形態に記載されたものから逸脱した実施形態も尚、特許請求の範囲によりカバーされる、ということを理解してもらいたい。
【符号の説明】
【００３３】
１  アセンブリ
５  燃焼器
６  入口ガイドベーン部材、入口ガイドベーン翼部材
７  軸方向ギャップ
８  軸方向ギャップ
９  旋回変位
１０  ハウジング、アウタケーシング、外側部材
１１  外側部材支点
１２  支持ショルダ
２０  ロータカバー、インナケーシング、内側部材
２１  ロータ軸
２２  膨張タービンの第１段の動翼
２３  内側部材支点
３０  垂直方向支持アセンブリ、周方向支持アセンブリ
３１  雌懸吊部材
３２  雄懸吊部材
４０  支持アセンブリ、浮動支持アセンブリ、ガイドされた変位式の浮動支持アセンブリ
４１  雌懸吊部材
４２  雄懸吊部材
４３  変位経路
４４  ビーム
４５  保持部材
５０  基礎
ｌ  片持ち式に突出した距離
ｒ  半径方向
Ｒ  支点が設けられる半径
ＲＲＣ  ロータカバー又は内側部材に配置された支点における半径
ＲＨ  ハウジング又は外側部材に配置された支点における半径
ｘ  軸方向
θ  角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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