(57)【要約】【課題】シュラウド並びにタービン部品の製造方法が提供される。【解決手段】シュラウドは、前方面と、前方面から軸方向に離間した後方面と、前方面と後方面の間に延在する内側面と、前方面と後方面の間に延在し、かつ内側面から半径方向に離間した外側面とを含むシュラウド本体を含む。シュラウドは、シュラウド本体の外側面から延在する前方フランジと、シュラウド本体の外側面から延在する後方フランジとをさらに含み、後方フランジは前方フランジから軸方向に離間しる。シュラウドは、シュラウド内に画成された冷却通路をさらに含み、冷却通路はシュラウドを貫通して略周方向に延在する。【選択図】図５
2017075600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン用のシュラウド（１０２）であって、
前方面（１１２）と、前方面（１１２）から軸方向に離間した後方面（１１４）と、前方面（１１２）と後方面（１１４）の間に延在する内側面（１１６）と、前方面（１１２）と後方面（１１４）の間に延在し、かつ内側面（１１６）から半径方向に離間した外側面（１１８）とを備えるシュラウド本体（１１０）と、
シュラウド本体（１１０）の外側面（１１８）から延在する前方フランジ（１２０）と、
シュラウド本体（１１０）の外側面（１１８）から延在し、前方フランジ（１２０）から軸方向に離間した後方フランジ（１３０）と、
シュラウド（１０２）内に画成され、シュラウド（１０２）を貫通して略周方向に延在する冷却通路（２００）と
を備える、シュラウド（１０２）。
【請求項２】
冷却通路（２００）が、シュラウド本体（１１０）内に画成されている、請求項１に記載のシュラウド（１０２）。
【請求項３】
シュラウド本体（１１０）が、第１の側面（１５０）と、第１の側面（１５０）から略周方向に離間した第２の側面（１５２）とをさらに備えており、冷却通路（２００）が、第１の側面（１５０）に画成された第１の端部（２０２）と、第２の側面（１５２）に画成された第２の端部（２０４）との間に延在する、請求項２に記載のシュラウド（１０２）。
【請求項４】
冷却通路（２００）が、後方フランジ（１３０）に隣接して配置される、請求項１に記載のシュラウド（１０２）。
【請求項５】
冷却通路（２００）が、後方フランジ（１３０）と軸方向に整列する、請求項４に記載のシュラウド（１０２）。
【請求項６】
シュラウド（１０２）内に画成された複数の供給通路（２１０）をさらに備えていて、複数の供給通路（２１０）の各々が冷却通路（２００）と流体連通する、請求項１に記載のシュラウド（１０２）。
【請求項７】
複数の供給通路（２１０）の各々が、後方フランジ（１３０）又は前方フランジ（１２０）の一方を少なくとも部分的に通って延在している、請求項６に記載のシュラウド（１０２）。
【請求項８】
複数の供給通路（２１０）の各々が、後方フランジ（１３０）を少なくとも部分的に通って延在している、請求項７に記載のシュラウド（１０２）。
【請求項９】
複数の供給通路（２１０）の各々が、後方フランジ（１３０）の前方面（１１２）に画成された第１の端部（２０２）と、冷却通路（２００）と流体連通する第２の端部（２０４）との間に延在している、請求項６に記載のシュラウド（１０２）。
【請求項１０】
シュラウド本体（１１０）、前方フランジ（１２０）及び後方フランジ（１３０）が、セラミックマトリックス複合材料から形成されている、請求項１に記載のシュラウド（１０２）。
【請求項１１】
セラミックマトリックス複合材料タービンの製造方法（３００）であって、
コア（３０２）の周囲に１以上のセラミックマトリックス複合材料プライを用意するステップと、
１以上のセラミックマトリックス複合材料プライを硬化させてフィラー部品（２２８）を形成するステップと、
フィラー部品（２２８）と、積層された複数のセラミックマトリックス複合材料プライを備えるプライ部品とを組み立てるステップと、
フィラー部品（２２８）及びプライ部品を硬化させるステップと
を含む方法（３００）。
【請求項１２】
１以上のセラミックマトリックス複合材料プライを硬化させた後にコア（３０２）を除去して、フィラー部品（２２８）を形成するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法（３００）。
【請求項１３】
プライ部品が、複数のプライ部品であり、複数のプライ部品は、第１のプライ部品（２２２）及び第２のプライ部品（２２４）を備え、
組み立てステップが、第１のプライ要素（２２２）と第２のプライ要素（２２４）との間にフィラー部品（２２８）を少なくとも部分的に配置することを備える、請求項１１に記載の方法（３００）。
【請求項１４】
複数のプライ部品が、第３のプライ部品（２２６）をさらに含み、組み立てステップが、第１のプライ部品（２２２）、第２のプライ部品（２２４）及び第３のプライ部品（２２６）の間にフィラー部品（２２８）を配置することを備える、請求項１３に記載の方法（３００）。
【請求項１５】
タービン部品がシュラウド（１０２）である、請求項１１に記載の方法（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、一般的に、ガスタービンエンジン用のシュラウド並びにタービン部品の製造方法に関する。より具体的には、本主題は、改良された冷却機能を提供するシュラウド及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、一般に、圧縮機セクション、燃焼セクション、タービンセクション及び排気セクションを、直列の順番で含む。動作中、空気は圧縮機セクションの吸気口に入り、そこでは１以上の軸流圧縮機が、空気が燃焼セクションに達するまで空気を漸次加圧する。燃料は、圧縮空気と混合され、燃焼セクション内で燃焼され、これにより燃焼ガスが供給される。燃焼ガスは、タービンセクション内に画成された高温ガス経路を介して燃焼セクションからルーティングされた後、排気セクションを介してタービンセクションから排出される。
【０００３】
具体的な構成では、タービンセクションは、高圧（ＨＰ）タービン及び低圧（ＬＰ）タービンを、直列の順番で含む。ＨＰタービン及びＬＰタービンはそれぞれ、タービンロータブレード、ロータディスク及びリテーナ等の各種回転可能なタービン部品と、静翼又はノズル、タービンシュラウド及びエンジンフレーム等の各種固定タービン部品とを含む。回転可能及び固定タービン部品は、タービンセクションを通過する高温ガス経路を少なくとも部分的に画成する。燃焼ガスが高温ガス経路を通って流れる際、熱エネルギーは、燃焼ガスから回転タービン部品及び固定タービン部品に送られる。
【０００４】
一般に、ＨＰタービン及びＬＰタービンは、高温ガス経路をさらに画成するシュラウドアセンブリをさらに含むことができる。隙間は、シュラウドアセンブリのシュラウドと回転可能なタービン部品の関連ステージの回転可能なタービン部品との間に画成されてもよい。シュラウドは通常、シュラウドハンガーによってガスタービンエンジン内に保持され、シュラウドハンガーはエンジンの種々の他の部材に連結される。
【０００５】
現在知られているシュラウドアセンブリにおける１つの問題は、ガスタービンエンジンの運転中にシュラウドが受ける高温であり、特に、そのような高温によってシュラウド内でみられる温度勾配である。そのような温度勾配は、シュラウド内に負荷を生じさせ、その結果シュラウドの耐久性に悪影響を与えることがある。一部のシュラウドにおける１つの特定の関心領域は、シュラウドの後方フランジに隣接するシュラウド本体の一部分である。シュラウドがセラミックマトリックス複合材料から形成される場合、これらの問題への関心は大きくなる。
【０００６】
セラミックマトリックス複合材料から形成されるシュラウド及び他のタービン部品に関する別の問題は、それらの内部に適切な冷却通路を形成することである。穿孔は、冷却孔を形成するには望ましくなく、また、冷却通路の望ましい配置のために不可能である場合がある。
【０００７】
したがって、改善されたシュラウド及びタービン部品の製造方法が望まれている。特に、改善された冷却を容易にするシュラウド並びにタービン部品の製造方法があれば有利であろう。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の態様及び利点は、以下で一部記述され、又は、記述から明らかになり、又は本発明の実施を通して学習することができる。
【０００９】
本開示の一実施形態によって、ガスタービンエンジン用のシュラウドアセンブリを提供する。シュラウドアセンブリは、前方面と、前方面から軸方向に離間した後方面と、前方面と後方面の間に延在する内側面と、前方面と後方面の間に延在し、かつ内側面から半径方向に離間した外側面とを備える、シュラウド本体を含む。シュラウドは、シュラウド本体の外側面から延在する前方フランジと、シュラウド本体の外側面から延在する後方フランジとをさらに含み、後方フランジは前方フランジから軸方向に離間しる。シュラウドは、シュラウド内に画成された冷却通路をさらに含み、冷却通路はシュラウドを貫通して略周方向に延在する。
【００１０】
本開示の別の実施形態にしたがって、ガスタービンエンジンが提供される。ガスタービンエンジンは、圧縮機と、燃焼セクションと、タービンと、圧縮機又はタービンの１つに配置されたシュラウドとを含む。シュラウドアセンブリは、前方面と、前方面から軸方向に離間した後方面と、前方面と後方面の間に延在する内側面と、前方面と後方面の間に延在し、かつ内側面から半径方向に離間した外側面とを備える、シュラウド本体を含む。シュラウドは、シュラウド本体の外側面から延在する前方フランジと、シュラウド本体の外側面から延在する後方フランジとをさらに含み、後方フランジは前方フランジから軸方向に離間しる。シュラウドアセンブリは、前方面と、前方面から軸方向に離間した後方面と、前方面と後方面の間に延在する内側面と、前方面と後方面の間に延在し内側面から半径方向に離間した外側面とを備える、シュラウド本体をさらに含む。シュラウドは、シュラウド内に画成された冷却通路をさらに含み、冷却通路はシュラウドを貫通して略周方向に延在する。
【００１１】
本開示の別の実施形態によって、セラミックマトリックス複合材タービン部品の製造方法が提供される。方法は、１以上のセラミックマトリックス複合材プライをコアの周囲に提供するステップと、１以上のセラミックマトリックス複合材プライを硬化させてフィラー部品を形成するステップと、フィラー部品及びプライ部品を組み立てるステップと、プライ成分が積層された複数のセラミックマトリックス複合材プライを含むステップと、フィラー部品及びプライ部品を硬化させるステップとを含む。
【００１２】
本発明のこれらの、並びに他の特徴、態様及び利点は、以下の説明及び添付の図面を参照すれば、よりよく理解されよう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成しており、本発明の実施形態を例示し、説明と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１３】
本発明の完全かつ実施可能な開示は、当業者にとって最良の形態を含み、添付の図面を参照して本明細書において記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】は、本開示の一実施形態に係るガスタービンエンジンの概略断面図である。
【図２】本開示の一実施形態に係るガスタービンエンジンの高圧タービンセクション分の拡大断面側面図である。
【図３】本開示の一実施形態に係るシュラウドアセンブリの断面図である。
【図４】本開示の一実施形態に係るシュラウドアセンブリの斜視図である。
【図５】本開示の一実施形態に係るシュラウドの、内部通路が図示された別の斜視図である。
【図６】本開示の一実施形態に係る、タービン部品を形成する際に使用される様々な部品を示す図である。
【図７】本開示の一実施形態に係る、タービン部品を形成する際に形成されたフィラー部品の断面図である。
【図８】本開示の一実施形態によって形成されたタービン部品の一部分の断面図である。
【図９】本開示の一実施形態に係る、タービン部品の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態を示すために、ここで詳細に参照を行うが、それの１以上の実施例を添付の図面に示す。詳細な説明は、図面の特徴を参照するために、数字及び文字の符号を用いる。図面及び説明の同様の又は類似の符号は、本発明の同様の又は類似の部材を指すために用いている。本明細書において、用語は、「第１の」、「第２の」、及び「第３の」という用語は、１つの構成要素と別の構成要素とを区別するために交換可能に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を示すことを意図しない。「上流」及び「下流」という用語は、流路における流体の流れについての相対的方向を示す。たとえば、「上流」は流体が流れて来る方向を示し、「下流」は流体が流れて行く方向を示す。
【００１６】
また、本明細書で使用する場合、「軸方向」又は「軸方向に」という用語は、エンジンの長手軸に沿った寸法を意味する。「軸方向」又は「軸方向に」に関連して使用される「前方」という用語は、エンジン吸入口に向かう方向、又は他の構成要素に比較してエンジン吸入口に比較的近い構成要素を指す。「軸方向」又は「軸方向に」に関連して使用される「後方」という用語は、エンジンノズルに向かう方向、又は他の構成要素に比較してエンジンノズルに比較的近い構成要素を指す。「半径方向」又は「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寸法を意味する。
【００１７】
図面を参照すると、図１は、本明細書で「ターボファン１０」と称され、本開示の種々の実施形態を組み込むことができる例示的な高バイパスターボファン式エンジン１０の概略断面図である。図１に示すように、ターボファン１０は、参考のためにターボファン１０を貫通して延在する長手方向又は軸方向中心軸１２を有する。一般に、ターボファン１０は、ファン部１６の下流に配置されたコアタービン又はガスタービンエンジン１４を含むことができる。
【００１８】
ガスタービンエンジン１４は一般的に、環状吸入口２０を画成する略環状の外部ケーシング１８を含むことができる。外部ケーシング１８は、複数のケーシングから形成することができる。外部ケーシング１８は、ブースタ又は低圧（ＬＰ）圧縮機２２と、高圧（ＨＰ）圧縮機２４と、燃焼セクション２６と、高圧（ＨＰ）タービンを含むタービンセクション２８と、低圧（ＬＰ）タービン３０及びジェット排気ノズル３２を有する圧縮機セクションとを、直列の流れ関係で収容する。高圧（ＨＰ）軸すなわちスプール３４は、ＨＰタービン２８を高圧圧縮機２４に駆動連結する。低圧（ＬＰ）軸すなわちスプール３６は、ＬＰタービン３０を低圧圧縮機２２に駆動連結する。（ＬＰ）スプール３６は、ファン部１６のファンスプールすなわち軸３８に接続されてもよい。特定の実施形態では、（ＬＰ）スプール３６は、直接駆動構成中のように、ファンスプール３８に直接接続することができる。別の構成では、（ＬＰ）スプール３６は、間接駆動又は歯車駆動構成の減速ギヤギヤボックスのような減速装置３７を介して、ファンスプール３８に接続することができる。このような減速装置は、要望又は必要に応じて、エンジン１０内の任意の適切な軸／スプールの間に含めることができる。
【００１９】
図１に示すように、ファン部１６は、ファンスプール３８に結合され、そこから半径方向外側に延在する複数のファンブレード４０を含む。環状ファンケーシングつまりナセル４２は、ファン部１６及び／又はガスタービンエンジン１４の少なくとも一部を周方向に囲む。ナセル４２が、周方向に離間した複数の排出口ガイドベーン４４によって、ガスタービンエンジン１４に対して支持されるように構成できることを、当業者は理解されたい。また、ナセル４２の下流部４６（ガイドベーン４４の下流）は、ガスタービンエンジン１４の外側部分上に延在していてもよく、それらの間のバイパス空気流路４８を画成している。
【００２０】
図２は、図１に示すようなガスタービンエンジン１４のＨＰタービン２８部分の拡大断面図を提供し、本発明の様々な実施形態を組み込むことができる。図２に示すように、ＨＰタービン２８は、タービン動翼５８（１つのみ図示される）の環状アレイ５６から軸方向に離間した静翼５４（１つのみ図示される）の環状アレイ５２を含む第１のステージ５０を、直列の流れ関係で含む。ＨＰタービン２８は、タービン動翼６８（１つのみ図示される）の環状アレイ６６から軸方向に離間した静翼６４（１つのみ図示される）の環状アレイ６２を含む第２のステージ６０をさらに含む。タービン動翼５８、６８は、ＨＰスプール３４から半径方向外側に延在し、ＨＰスプール３４に結合されている（図１）。図２に示すように、静翼５４、６４とタービン動翼５８、６８は、燃焼セクション２６（図１）からＨＰタービン２８を通じて燃焼ガスをルーティングするための高温ガス経路７０を少なくとも部分的に画成する。
【００２１】
図２にさらに示すように、ＨＰタービンは、１以上のシュラウドアセンブリを含むことができ、そのそれぞれは、動翼の環状アレイの周囲に環状リングを形成する。たとえば、シュラウドアセンブリ７２は、第１のステージ５０の動翼５８の環状アレイ５６の周囲に環状リングを形成してもよく、シュラウドアセンブリ７４は、第２のステージ６０のタービン動翼６８の環状アレイ６６の周囲に環状リングを形成してもよい。一般的に、シュラウドアセンブリ７２、７４のシュラウドは、動翼６８の各々の翼端７６、７８から半径方向に離間している。半径方向又は隙間ＣＬは、翼端７６、７８とシュラウドとの間で画成される。シュラウド及びシュラウドアセンブリは、一般的に、高温ガス経路７０からの漏洩を減少させる。
【００２２】
なお、シュラウド及びシュラウドアセンブリは、低圧圧縮機２２、高圧圧縮機２４及び／又は低圧タービン３０においても同様に利用できる。したがって、ここに開示されるシュラウド及びシュラウドアセンブリは、高圧タービンでの使用に限定されるものではなく、むしろガスタービンエンジンの任意の適切な部分で利用することができる。
【００２３】
図３〜図８を参照して、改善されたシュラウドアセンブリ１００及びそのためのシュラウド１０２を開示する。ここに開示されるシュラウドアセンブリ１００は、上述したように、シュラウドアセンブリ７２、７４の代わりに利用することができ、或いはエンジン１０内の他の任意の適切なシュラウドアセンブリの代わりに利用することができる。同様に、ここに開示されるシュラウド１０２は、上述したように、シュラウド７６、７８の代わりに利用することができ、或いはエンジン１０内の他の任意の適切なシュラウドの代わりに利用することができる。
【００２４】
本開示によるシュラウド１０２及びシュラウドアセンブリ１００は、いくつかの効果を提供する。特に、本開示によるシュラウド１０２は、エンジン１０の動作中におけるシュラウド１０２の改善された冷却を容易にする冷却通路を含む。冷却通路は、有利には、シュラウド１０２内の熱勾配を減少させるためにシュラウド１０２内に配置され、これにより負荷を低減しかつシュラウド１０２の耐久性を高めることができる。
【００２５】
図３は、本開示によるシュラウド１０２及びハンガー１０４を含むシュラウドアセンブリ１００を示す。図４及び図５は、本開示によるシュラウド１０２の様々な実施形態を示す。本開示によるシュラウド１０２は、例えば、シュラウド本体１１０を含んでもよく、図示の前方フランジ１２０及び後方フランジ１３０のような１以上のフランジをさらに含んでもよい。例示的実施形態では、シュラウド本体１１０及びフランジ１２０、１３０（及び一般にシュラウド１０２）はＣＭＣ材料から形成することができるが、別の実施形態では、シュラウド本体１１０及びフランジ１２０、１３０（及び一般にシュラウド１０２）は、金属等の他の適切な材料から形成されてもよい。特に、この例示的な実施形態では、シュラウド本体１１０及びフランジ１２０、１３０は必須の部分であり、したがって一般に単一の部品として形成することができる。
【００２６】
シュラウド本体１１０は、前方面１１２及び後方面１１４を含むことができる。後方面１１４は、エンジン１０内にある場合は、一般に中心線１２に沿うように、前方面１１２から軸方向に離間しる。内側面１１６及び外側面１１８は、それぞれ前方面１１２と後方面１１４の間に延在していてもよい。外側面１１８は、内側面１１６から半径方向に離間しる。内側面１１６は、シュラウド１０２がエンジン１０内にある場合、高温ガス経路７０にさらされ得るが、一方で外側面１１８はしたがって高温ガス経路７０から半径方向に離間しる。シュラウド本体１１０は、第１の側面１５０と第２の側面１５２との間に略周方向に延在することができ、第１の側面から略周方向に離間してもよい。これらの表面は、一般にシュラウド本体１１０の前方面１１２と後方面１１４との間に軸方向に延在する。
【００２７】
前方フランジ１２０及び後方フランジ１３０は、シュラウド本体１１０の外側面１１８からのように、シュラウド本体１１０からそれぞれ延在していてもよい。後方フランジ１３０は、前方フランジ１２０から軸方向に離間してもよい。さらに前方フランジ１２０は、一般に、本体１１０の前方面１１２に近接して配置されてもよく、一方で後方フランジ１３０は、一般に、本体１１０の後方面１１４に近接して配置される。各フランジ１２０、１３０は、（それぞれ）前方面１２２、１３２と、それぞれ後方面１２４、１３４とを含むことができる。示されているように、フランジ１２０、１３０は、一般にそれらの長さに沿って周方向にそれぞれ延在しており、したがって周方向に配向させることができる。
【００２８】
さらに、１以上のボア孔１２６、１３６は、各フランジ１２０、１３０内にそれぞれ画成されてもよい。各ボア孔１２６、１３６は、たとえば、関連する前方面１２２、１３２と関連する後方面１２４、１３４との間に、関連するフランジ１２０、１３０を貫通して、一般に軸方向に延在していてもよい。ボア孔１２６、１３６は一般に、シュラウド１０２をハンガー１０４に接続するために利用される。例えば、ピンはボア孔１２６、１３６に挿入され、ハンガー１０４のボア孔と関連づけられることにより、シュラウド１０２をハンガー１０４に接続する。
【００２９】
図３を参照して、例示的なハンガー１０４を示す。ハンガー１０４は、一般にエンジン１０内のシュラウド１０２に接続され、それを支持するとともに、それ自体がエンジン１０内の様々な他の部品によって支持されている。ハンガー１０４は、ハンガー本体１６０と、ハンガー本体１６０から（高温ガス経路７０から離れるように）、たとえば半径方向外側に延在する前方ハンガーアーム１６２及び後方ハンガーアーム１６４を含んでもよい。ハンガー本体１６０は、したがってアーム１６２、１６４との間に延在してもよい。示されるように、後方アーム１６４は、前方アーム１６２から軸方向に離間してもよい。
【００３０】
ハンガー１０４は、ハンガー本体１６０から（高温ガス流路７０に向かって）半径方向内側に延在するような、ハンガー本体１６０から延在する１以上のフランジをさらに含んでもよい。たとえば、前方フランジ１７２及び後方フランジ１７４は、ハンガー本体１６０から延在していてもよい。後方フランジ１７４は、前方フランジ１７２から軸方向に離間してもよい。前方フランジ１７２は、前方ハンガーアーム１６２と近接していてもよく、後方フランジ１７４は、後方ハンガーアーム１６４と近接していてもよい。１以上のボア孔１７６、１７８は、それぞれフランジ１７２、１７４内に画成されてもよい。
【００３１】
組み立てられると、シュラウドフランジ１２０、１３０のボア孔１２６、１３６は、一般に、関連するハンガーボア孔１７６、１７８と整列する。たとえば、ボア孔１２６はボア孔１７６と整列し、ボア孔１３６はボア孔１７８と整列する。１以上のピン１８０は、ハンガー１０４とシュラウド１０２とを連結するために、関連するボア孔を貫通してもよく、したがってそこを通って延在してもよい。示されるように、一部の実施形態では、ピン１８０は、整列ボア孔１２６、１７６、１３６及び１７８を介して延在してもよい。或いは、別個のピンを、整列ボア孔１２６、１７６及び整列ボア孔１３６、１７８のために用いることができる。
【００３２】
再び図４及び図５を参照すると、例示的な実施形態では、冷却通路２００は、シュラウド１０２内に画成することができる。冷却通路２００は、シュラウド１０２を介して略周方向に延在することができ、シュラウド１０２の周辺部の冷却や、そのような冷却によるシュラウド１０２の熱勾配の減少を容易にすることができる。例えば高温ガス経路外部からの流体は、冷却流路２００に入ってその中を流れる。流体は、例えば、燃焼のために流路から燃焼セクション２６に迂回させた空気とすることができる。
【００３３】
なお、「略周方向」又は「略周方向に」という用語は、周方向と、例えば２度以下や１度以下のような周方向から５度以下の角度の方向とを指す。例えば、略周方向に延在する部品の長さに沿った任意の点において、その点における部品は、例えば２度以下や１度以下のように周方向から５度以下の角度であってもよい。さらに、略周方向に延在する部品は、このような角度範囲内で直線的又は曲線的に延在していてもよい。
【００３４】
例示的な実施形態では、冷却通路２００は、シュラウド本体１１０内に画成してもよく、したがってシュラウド本体１１０を貫通して略周方向に延在してもよい。或いは、冷却通路２００は、一部はシュラウド本体１１０内に、及び一部は前方フランジ１２０又は後方フランジ１３０内に画成してもよいし、或いは前方フランジ１２０又は後方フランジ１３０内に画成してもよい。例示的な実施形態では、冷却通路２００は、シュラウド本体１１０の第１の側面１５０と第２の側面１５２との間に延在してもよく、これにより冷却通路２００の第１の端部２０２は第１の側面１５０に画成され、冷却通路２００の第２の端部２０４は第２の側面１５２に画成される。或いは、第１の端部２０２及び第２の端部２０４は、前方フランジ１２０又は後方フランジ１３０の対向する側面に画成してもよい。代替的な実施形態では、第１の端部２０２及び／又は第２の端部２０４は、シュラウド１０２の側面に画成する必要はなく、むしろシュラウド本体１１０内に埋め込まれてもよい。
【００３５】
さらに、示すように、例示的な実施形態では、冷却通路２００は、前方フランジ１２０と比べて後方フランジ１３０にかなり近接するように、後方フランジ１３０に隣接して配置される。特定の例示的な実施形態では、示すように、冷却通路２００は、後方フランジ１３０と軸方向に整列して（すなわち軸方向に沿って同じ位置に）いてもよい。このような整列は、示すように、周方向−半径方向平面でみられてもよい。代替的な実施形態では、冷却通路２００は、後方フランジ１３０と比べて前方フランジ１２０にかなり近接するように、前方フランジ１２０に隣接して配置される。特定の例示的な実施形態では、示すように、冷却通路２００は、前方フランジ１２０と軸方向に整列していてもよい。このような隣接した配置、及び必要に応じた半径方向の整列は、示すように、冷却通路２００の全長にわたってみられてもよい。
【００３６】
図５にさらに示すように、例示的な実施形態では、１以上の供給通路２１０は、シュラウド１０２内に画成することができる。各供給通路２１０は、冷却通路２００と流体連通してもよい。したがって、冷却流体は、供給通路２１０を通って冷却通路２００に流入してもよい。例えば、各供給流路２１０は、第１の端部２１２と第２の端部２１４との間に延在してもよい。第２の端部２１４は、冷却通路２００と流体連通してもよく、これにより冷却流体は、第２の端部２１４から冷却通路２００に排出される。第１の端部２１２は、冷却流体を受けるための適切な位置に画成することができる。例えば、示すように、第１の端部２１２は、後方フランジ１３０の前方面１３２のように、後方フランジ１３０内に画成してもよい。或いは、第１の端部２１２は、外側面１１８、或いは前方フランジ１２０の裏面１２４のように、前方フランジ１２０内に画成してもよい。
【００３７】
例示的な実施形態では、各供給通路２１０は、後方フランジ１３０（図示）又は前方フランジ１２０を少なくとも部分的に通って延在してもよい。例えば、各供給通路２１０は、示すように、一部は後方フランジ１３０を貫通しかつ一部は本体１１０を貫通して延在してもよく（或いは一部は前方フランジ１２０を貫通しかつ一部は本体１１０を貫通して延在してもよい）、これにより冷却通路２００と接続する。
【００３８】
上述したように、例示的な実施形態では、シュラウド本体１１０、前方フランジ１２０及び後方フランジ１３０は、セラミックマトリックス複合（“ＣＭＣ”）材料から形成される。例示的な実施形態では、図６・図８を参照すると、シュラウド本体１１０、前方フランジ１２０及び後方フランジ１３０は、したがって例示的な実施形態では、複数のセラミックマトリックス複合材料プライ２２０から形成される。各プライ２２０は、一部の実施形態では、セラミックマトリックスに埋め込まれたセラミック繊維等の繊維を含んでもよい。繊維は（プライの全長にわたって延在する）連続繊維又は（プライの全長の一部だけにわたって延在する）不連続繊維であってもよい。
【００３９】
一部の実施形態では、図８に示すように、複数のプライ２２０は、シュラウド本体１１０、前方フランジ１２０及び後方フランジ１３０等の、シュラウド１０２及びその部品を形成するために利用することができる。例えば、１以上のプライ部品は、シュラウド１０２を形成するために提供されかつ組み立てることができる。各プライ部品は、積層された複数のプライ２２０を含むことができる。各プライ部品のプライ２２０は、例えば、１以上の適切な方向に積層することができる。例えば、第１のプライ部品２２２は、半径方向に沿って積層された複数のプライ２２０を含むことができる。第２のプライ部品２２４は、複数個のプライを含むことができ、各複数個のプライの一部は半径方向に沿って積層され、複数個のプライの一部は軸方向に沿って積層されるように折り曲げられている。第３のプライ部品２２６は、同様に、複数個のプライを含むことができ、各複数個のプライの一部は半径方向に沿って積層され、複数個のプライの一部は軸方向に沿って積層されるように折り曲げられている。第２のプライ部品２２４及び第３のプライ部品２２６の軸方向に積層された部分は、互いに対向しており、前方フランジ１２０又は後方フランジ１３０のように、フランジの少なくとも一部を形成してもよい。第１のプライ部品２２４と、第２のプライ部品２２４及び第３のプライ部品２２６の半径方向に積層された部分とにより、本体１１０の少なくとも一部を形成してもよい。
【００４０】
なお、積層された複数のプライ２２０及びその一部分は、任意の適切な方向に沿って延在していてもよい。例えば、第１のプライ部品２２２、第２のプライ部品２２４及び／又は第３のプライ部品２２６の積層された複数のプライ２２０及びその一部分は、半径方向、軸方向、周方向、或いは半径方向及び軸方向の間、半径方向及び周方向の間、又は軸方向及び周方向の間の任意の適切な角度で延在していてもよい。
【００４１】
また、１以上のプライから形成され、従来「ヌードル」として知られている、セラミックマトリックス複合材料のフィラー部品２２８は、部品２２２、２２４、２２６の間の空隙を充填するように供給されてもよい。フィラー部品２２８のプライは積層する必要はなく、任意の特定の配向を有する必要もない。なお、冷却通路２００は、一部の実施形態では、示すようにフィラー部品２２８内に画成することができる。
【００４２】
フィラー部品２２８は、一般に、様々な部品２２２、２２４、２２６の間の空隙に対応する外郭を有していてもよい。したがってフィラー部品２２８は、第１のプライ部品２２２と第２のプライ部品２２４との間、第２のプライ部品２２４と第３のプライ部品２２６との間、及び第１のプライ部品２２２と第３のプライ部品２２６との間に少なくとも部分的に配置されてもよく、第１のプライ部品２２２、第２のプライ部品２２４及び第３のプライ部品２２６の間に配置されてもよい。
【００４３】
図６〜図９を参照すると、本開示はさらに、ガスタービンエンジン１０のタービン部品の製造方法３００を対象とする。一部の実施形態では、本開示によるタービン部品はシュラウド１０２とすることができる。しかしながら、本開示によるタービン部品は、シュラウド１０２に限定されず、むしろ、内部に冷却通路を形成することを必要とするガスタービンエンジン１０内の任意の適切な部品を含んでもよい。例えば、タービン部品は、動翼、静翼、又は他の適切な高温ガス経路部品のどれかであってもよい。
【００４４】
方法３００は、例えば、コア３０２の周囲に１以上のＣＭＣプライ２２０を提供するステップ３１０を含んでもよい。コア３０２は、例えば、できあがったタービン部品に形成される冷却通路２００の寸法及び形状を有することができる。例示的な実施形態では、コア３０２は、適切な金属から形成することができる。或いは、コア３０２は、セラミック、グラファイト、又は他の適切な材料から形成することができる。プライ２２０は、コア３０２の周囲に巻き付けられるか別の方法でコア３０２の周囲に配置され、これによりコア３０２の本体（及び、必要に応じて、その対向する端部）は、プライ２２０によって囲まれる。なお、コア３０２の周囲に設けられたプライ２２０は、任意の特定の向きに積層される必要がなく、或いは全く積層される必要がない。さらに、コア３０２の周囲に設けられたプライ２２０は、繊維を含んでも含まなくてもよい。一部の実施形態では、例えば、１以上のプライ２２０は、コア３０２の周囲に巻き付けられるかコア３０２に巻き付けられて押圧され、他のプライ２２０は、これらのプライ２２０に対して設けられてもよい。
【００４５】
方法３００は、例えば、コア３０２に剥離剤３０４を塗布するステップをさらに含んでもよい。剥離剤３０４は、コア３０２の周囲を囲むカバーの層又はコア３０２に吹き付けられたエアロゾルであってもよく、例示的な実施形態では、ポリテトラフルオロエチレンベース（例えば、テフロン（登録商標））のコーティングを含むことができる多孔質ガラス繊維クロスから形成することができる。このようにして、剥離剤３０４はコア３０２とプライ２２０との間に配置してもよい。剥離剤３０４は、硬化後のプライ２２０からのコア３０２の剥離及び除去を容易にすることができる。
【００４６】
図６は、コア３０２の周囲に剥離剤３０４を塗布しプライ２２０を設ける前のコア３０２、剥離剤３０４及びプライ２２０の一実施形態を示す図である。図７は、コア３０２に塗布された剥離剤３０４及びコア３０２の周囲に設けられたプライ２２０を示す図である。
【００４７】
方法３００は、例えば、１以上のＣＭＣプライ２２０を硬化させてフィラー部品２２８を形成するステップ３２０をさらに含んでもよい。硬化は、周知のように、ＣＭＣ材料にとって適切な温度で適切な期間行われてもよい。図７は、ステップ３２０の後のフィラー部品２２８を示す図である。
【００４８】
方法３００は、例えば、フィラー部品２２８からコア３０２を除去するステップ３３０をさらに含んでもよい。このような除去は、ステップ３２０の後に行うことができる。コア３０２を除去して、フィラー部品２２８内のその場所に冷却通路２００を画成することができる。
【００４９】
方法３００は、例えば、フィラー部品２２８と、１以上のプライ部品２２２、２２４、２２６とを組み立てるステップ３４０をさらに含んでもよい。部品２２２、２２４、２２６、２２８は、タービン部品の少なくとも一部を形成するように組み立てられてもよい。例えば、部品２２２、２２４、２２６、２２８は、タービン部品の少なくとも一部の形状に適した治具や金型に組み立てることができる。本明細書で述べるように、例えば、組み立てられると、フィラー部品２２８は、様々なプライ部品の間で少なくとも部分的に配置することができる。
【００５０】
方法３００は、例えば、ステップ３４０の後などの、フィラー部品２２８と１以上のプライ部品２２２、２２４、２２６とを硬化させるステップ３５０をさらに含んでもよい。部品２２２、２２４、２２６、２２８を硬化することで、タービン部品を形成することができる。硬化は、周知のように、ＣＭＣ材料にとって適切な温度で適切な期間行われてもよい。図８は、ステップ３３０、３４０、３５０の後のタービン部品の一実施形態の一部を示す図である。
【００５１】
方法３００は、例えば、タービン部品内に１以上の供給通路２１０を形成するステップをさらに含んでもよい。このようなステップは、例えば、ステップ３５０の後に発生し、材料を穿孔、もしくはタービン部品から材料を除去して供給通路２１０を形成することを含んでもよい。
【００５２】
なお、本開示による方法の様々なステップは、様々な適切な順序で実行することができる。例えば、一部の実施形態では、ステップ３１０の後にステップ３２０が続いてもよく、ステップ３２０の後にステップ３４０が続いてもよく、ステップ３４０後にステップ３５０が続いてもよい。ステップ３３０は、これらの実施形態では、ステップ３２０の後、ステップ３４０の後、或いはステップ３５０の後に続いてもよい。他の実施形態では、例えば、ステップ３１０及び３４０を行い、ステップ３１０及び３４０の後にステップ３２０及び３５０が続いてもよく、また例えば共に行ってもよい。ステップ３３０は、これらの実施例では、ステップ３２０及びステップ３５０の後に行うことができる。或いは、本明細書に開示されるように、種々のステップの他の適切な順序を利用することができる。
【００５３】
この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイス又はシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許され得る範囲は、請求項によって定義され、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請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を含む場合、又は、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない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。
【００５４】
本願発明の実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
ガスタービンエンジン用のシュラウド（１０２）であって、
前方面（１１２）と、前方面（１１２）から軸方向に離間した後方面（１１４）と、前方面（１１２）と後方面（１１４）の間に延在する内側面（１１６）と、前方面（１１２）と後方面（１１４）の間に延在し、かつ内側面（１１６）から半径方向に離間した外側面（１１８）とを備える、シュラウド本体（１１０）と、
シュラウド本体（１１０）の外側面（１１８）から延在する前方フランジ（１２０）と、
シュラウド本体（１１０）の外側面（１１８）から延在し、前方フランジ（１２０）から軸方向に離間した後方フランジ（１３０）と、
シュラウド（１０２）内に画成され、シュラウド（１０２）を貫通して略周方向に延在する冷却通路（２００）とを備える、シュラウド（１０２）。
［実施態様２］
冷却通路（２００）が、シュラウド本体（１１０）内に画成されている、実施態様１に記載のシュラウド（１０２）。
［実施態様３］
シュラウド本体（１１０）が、第１の側面（１５０）と、第１の側面（１５０）から略周方向に離間した第２の側面（１５２）とをさらに備え、冷却通路（２００）が、第１の側面（１５０）に画成された第１の端部（２０２）と、第２の側面（１５２）に画成された第２の端部（２０４）との間に延在する、実施態様２に記載のシュラウド（１０２）。
［実施態様４］
冷却通路（２００）が、後方フランジ（１３０）に隣接して配置される、実施態様１に記載のシュラウド（１０２）。
［実施態様５］
冷却通路（２００）が、後方フランジ（１３０）と軸方向に整列する、実施態様４に記載のシュラウド（１０２）。
［実施態様６］
シュラウド（１０２）内に画成された複数の供給通路（２１０）をさらに備え、複数の供給通路（２１０）の各々は、冷却通路（２００）と流体連通する、実施態様１に記載のシュラウド（１０２）。
［実施態様７］
複数の供給通路（２１０）の各々が、後方フランジ（１３０）又は前方フランジ（１２０）の一方を少なくとも部分的に通って延在している、実施態様６に記載のシュラウド（１０２）。
［実施態様８］
複数の供給通路（２１０）の各々が、後方フランジ（１３０）を少なくとも部分的に通って延在している、実施態様７に記載のシュラウド（１０２）。
［実施態様９］
複数の供給通路（２１０）の各々が、後方フランジ（１３０）の前方面（１１２）に画成された第１の端部（２０２）と、冷却通路（２００）と流体連通する第２の端部（２０４）との間に延在している、実施態様６に記載のシュラウド（１０２）。
［実施態様１０］
シュラウド本体（１１０）、前方フランジ（１２０）及び後方フランジ（１３０）が、セラミックマトリックス複合材料から形成されている、実施態様１に記載のシュラウド（１０２）。
［実施態様１１］
圧縮機と、
燃焼セクション（２６）と、
タービンと、
圧縮機又はタービンの一方内に配置されたシュラウド（１０２）とを備えるガスタービンエンジン（１０）であって、シュラウド（１０２）は、
前方面（１１２）と、前方面（１１２）から軸方向に離間した後方面（１１４）と、前方面（１１２）と後方面（１１４）の間に延在する内側面（１１６）と、前方面（１１２）と後方面（１１４）の間に延在し、かつ内側面（１１６）から半径方向に離間した外側面（１１８）とを備える、シュラウド本体（１１０）と、
シュラウド（１０２）内に画成され、シュラウド（１０２）を貫通して略周方向に延在する冷却通路（２００）とを備える、ガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１２］
冷却通路（２００）が、シュラウド本体（１１０）内に画成されている、実施態様１１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１３］
シュラウド（１０２）がさらに、シュラウド本体（１１０）の外側面（１１８）から延在する前方フランジ（１２０）と、シュラウド本体（１１０）の外側面（１１８）から延在する後方フランジ（１３０）とを含み、後方フランジ（１３０）が前方フランジ（１２０）から軸方向に離間しる、実施態様１１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１４］
冷却通路（２００）が、後方フランジ（１３０）に隣接して配置される、実施態様１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１５］
シュラウド本体（１１０）、前方フランジ（１２０）及び後方フランジ（１３０）が、セラミックマトリックス複合材料から形成されている、実施態様１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１６］
セラミックマトリックス複合材料タービンの製造方法（３００）であって、
コア（３０２）の周囲に１以上のセラミックマトリックス複合材料プライを用意するステップと、
１以上のセラミックマトリックス複合材料プライを硬化させてフィラー部品（２２８）を形成するステップと、
フィラー部品（２２８）と、積層された複数のセラミックマトリックス複合材料プライを備えるプライ部品とを組み立てるステップと、
フィラー部品（２２８）及びプライ部品を硬化させるステップとを備える、方法（３００）。
［実施態様１７］
１以上のセラミックマトリックス複合材料プライを硬化させた後にコア（３０２）を除去して、フィラー部品（２２８）を形成するステップをさらに含む、実施態様１６に記載の方法（３００）。
［実施態様１８］
プライ部品が、複数のプライ部品であり、複数のプライ部品は、第１のプライ部品（２２２）及び第２のプライ部品（２２４）を備え、
組み立てステップが、第１のプライ要素（２２２）と第２のプライ要素（２２４）との間にフィラー部品（２２８）を少なくとも部分的に配置することを備える、実施態様１６に記載の方法（３００）。
［実施態様１９］
複数のプライ部品が、第３のプライ部品（２２６）をさらに含み、組み立てステップが、第１のプライ部品（２２２）、第２のプライ部品（２２４）及び第３のプライ部品（２２６）の間にフィラー部品（２２８）を配置することを備える、実施態様１８に記載の方法（３００）。
［実施態様２０］
タービン部品がシュラウド（１０２）である、実施態様１６に記載の方法（３００）。
【符号の説明】
【００５５】
１０  ターボファンジェットエンジン
１２  長手方向又は軸方向中心線
１４  ファン部
１６  コア／ガス６タービンエンジン
１８  外部ケーシング
２０  吸気口
２２  低圧圧縮機
２４  高圧圧縮機
２６  燃焼セクション
２８  高圧タービン
３０  低圧タービン
３２  ジェット排気セクション
３４  高圧軸／スプール
３６  低圧軸／スプール
３７  減速装置
３８  ファンスプール／軸
４０  ファンブレード
４２  ファンケーシング又はナセル
４４  出口ガイドベーン
４６  下流部
４８  バイパス空気流路
５０  第１のステージ
５２  行
５４  静翼
５６  行
５８  タービン動翼
６０  第２のステージ
６２  行
６４  静翼
６６  行
６８  タービン動翼
７０  高温ガス経路
７２  シュラウドアセンブリ
７４  シュラウドアセンブリ
７６  ブレード先端
７８  ブレード先端
１００  シュラウドアセンブリ
１０２  シュラウド
１０４  ハンガー
１１０  本体
１１２  前方面
１１４  後方面
１１６  内側面
１１８  外側面
１２０  前方フランジ
１２２  前方面
１２４  後方面
１２６  ボア孔
１３０  後方フランジ
１３２  前方面
１３４  後方面
１３６  ボア孔
１５０  第１の側面（シュラウド）
１５２  第２の側面（シュラウド）
１６０  ハンガー本体
１６２  前方ハンガーアーム
１６４  後方ハンガーアーム
１７２  前方フランジ
１７４  後方フランジ
１７６  ボア孔
１７８  ボア孔
１８０  ピン
２００  冷却通路
２０２  第１の端部
２０４  第２の端部
２１０  供給通路
２１２  第１の端部
２１４  第２の端部
２２０  プライ
２２２  第１のプライ部品
２２４  第２のプライ部品
２２６  第３のプライ部品
２２８  フィラー部品
３００  方法
３０２  コア
３０４  剥離剤
【図１】
2017075600.tif 000003
【図２】
2017075600.tif 000004
【図３】
2017075600.tif 000005
【図４】
2017075600.tif 000006
【図５】
2017075600.tif 000007
【図６】
2017075600.tif 000008
【図７】
2017075600.tif 000009
【図８】
2017075600.tif 000010
【図９】
2017075600.tif 000011
【外国語明細書】
2017075600000001.pdf