(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンエンジン用のノズル組立体を提供する。【解決手段】ノズル組立体１００は２以上の翼形部１１０を含み、各翼形部１１０は、前縁１１６と後縁１１８との間に延びる正圧側１１２及び負圧側１１４を画成する外表面を有し、各翼形部１１０の半径方向外側に外端壁１３０が配置され、外端壁１３０は前縁面１３６、後縁面１３７及び半径方向外向き端面１３２を有する。各翼形部１１０の半径方向内側に内端壁１２０が配置され、内端壁１２０は前縁面１２６、後縁面１２７及び半径方向内向き端面１２１を有する。外端壁１３０及び内端壁１２０からなる群の少なくとも１つから選択されたセグメント化端壁の端壁側面に隣接して１以上のスプリットラインギャップが配置され、１以上のスプリットラインギャップは各翼形部１１０ごとに略軸線方向に配置され、セグメント化端壁の前縁面１３６と後縁面１３７との間に延び、ノズル支持構造１０８も有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン（１０）用のノズル組立体（１００）であって、
２以上の翼形部（１１０）であって、各翼形部（１１０）が、前縁（１１６）と後縁（１１８）との間に延びる正圧側（１１２）及び負圧側（１１４）を画成する外面を有する、２以上の翼形部（１１０）と、
各翼形部（１１０）の半径方向外側に配置される外端壁（１３０）であって、前縁面（１３６）、後縁面（１３７）、及び半径方向外向き端面（１３２）を備える外端壁（１３０）と、
各翼形部（１１０）の半径方向内側に配置される内端壁（１２０）であって、前縁面（１２６）、後縁面（１２７）、及び半径方向内向き端面（１２１）を備える内端壁（１２０）と、
外端壁（１３０）及び内端壁（１２０）からなる群の少なくとも１つから選択されたセグメント化端壁の端壁側面に隣接して配置される１以上のスプリットラインギャップ（２００）であって、各翼形部（１１０）ごとに略軸線方向に配置され、セグメント化端壁の前縁面（１３６）と後縁面（１３７）との間に延びる１以上のスプリットラインギャップ（２００）と、
ノズル支持構造（１０８）であって、
各翼形部（１１０）、ノズル（１０２）の外端壁（１３０）、及びノズル（１０２）の内端壁（１２０）を貫通して延びるストラット（１４０）、
各翼形部（１１０）の半径方向外側に配置される外ハンガ（１６０）であって、外端壁外向き端面（１３２）に隣接する半径方向内向き端面（１６１）を備える外ハンガ（１６０）、及び
各翼形部（１１０）の半径方向内側に配置される内ハンガ（１５０）であって、内端壁内向き端面（１２１）に隣接する半径方向外向き端面（１５１）を備える内ハンガ（１５０）
を備えるノズル支持構造（１０８）と
を備える、ノズル組立体（１００）。
【請求項２】
２以上の翼形部（１１０）、外端壁（１３０）、内端壁（１２０）、及びノズル支持構造（１０８）が、複合物、セラミックマトリックス複合物、プラスチック、及び金属からなる群から選択された１以上の材料から形成される、請求項１に記載のノズル組立体（１００）。
【請求項３】
２以上の翼形部（１１０）が環状アレイで構成される、請求項１又は請求項２に記載のノズル組立体（１００）。
【請求項４】
ノズル（１０２）がターボファン（１０）内の静止ステータベーン（６４）である、請求項１乃至請求項２のいずれか一項に記載のノズル組立体（１００）。
【請求項５】
１以上のシュラウド組立体（７２）をさらに備える、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のノズル組立体（１００）。
【請求項６】
シュラウド組立体（７２）が、静止ステータベーン（６４）の周りに環状リングを形成する、請求項５に記載のノズル組立体（１００）。
【請求項７】
２以上の翼形部（１１０）が一般に中空である、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のノズル組立体（１００）。
【請求項８】
内端壁（１２０）が、正圧側スラッシュ面（１２４）及び負圧側スラッシュ面（１２５）からなる群から選択された１以上の側面をさらに備える、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のノズル組立体（１００）。
【請求項９】
外端壁（１３０）が、正圧側スラッシュ面（１３４）及び負圧側スラッシュ面（１３５）からなる群から選択された１以上の側面をさらに備える、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のノズル組立体（１００）。
【請求項１０】
スプリットラインギャップ（２００）が、片持ち梁及びヘリンボーンからなる群から選択された１以上のパターンで構成される、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載のノズル組立体（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、一般にガスタービンエンジンのノズルに関し、より詳細には、セラミックマトリックス複合物（ＣＭＣ）部品内の熱応力を低減しかつスプリットラインギャップ（split line gaps）に関連する寄生漏れを低減するように構成されたスプリットラインギャップを有するノズルを製作するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは一般に、直列流れ順序で、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含む。運転中、空気が圧縮機セクションの入口から入り、そこで１以上の軸流圧縮機がその空気を、空気が燃焼セクションに達するまで次第に圧縮する。燃料が圧縮空気と混合され燃焼セクション内で燃焼されて燃焼ガスを生成し、燃焼ガスは、燃焼セクションからタービンセクション内に画成された熱ガス経路を通って送られ、次いで排気セクションを経由してタービンセクションから排出される。
【０００３】
特定の構成では、タービンセクションは、直列流れ順序で、高圧（ＨＰ）タービン及び低圧（ＬＰ）タービンを含む。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、リテーナなどの様々な回転式タービン部品、並びにステータベーンもしくはノズル、タービンシュラウド、エンジンフレームなどの様々な静止タービン部品を含む。回転式タービン部品及び静止タービン部品は、タービンセクションを通る熱ガス経路を少なくとも部分的に画成する。燃焼ガスが熱ガス経路を流れるときに、熱エネルギーが燃焼ガスから回転式タービン部品及び静止タービン部品に伝達される。
【０００４】
ガスタービンエンジンに利用されるノズル、特にＨＰタービンノズルは、ノズルを通る１次流路を画成する環状の内端壁と外端壁との間に延びる翼形ベーンのアレイとして配置されることが多い。一体化した内端壁及び外端壁を有するノズルは、ノズル組立体の閉構造のために熱応力集中を受ける。環状アレイに配置された隣り合うノズルの部品の熱応力及び漏れは、最適ガスタービンエンジン性能に関して特に懸念される。ノズル材料の膨張収縮は、隣り合うノズルの特徴、特に翼形部の間の寸法に影響を及ぼす。これらの工学的寸法は、ノズルが多くの熱応力サイクルを受けたときに最適ガスタービンエンジン性能を得るための望ましい所定の公差内にとどまることが一般に望ましい。これらの寸法のうちのいくつかが所定の最適範囲より小さい場合、ガスタービンエンジンの圧縮機は失速する可能性がある。所定の最適範囲より大きい場合、ガスタービンエンジンの効率は低下する可能性がある。
【０００５】
したがって、ＣＭＣノズルを製作するための改良された装置及び方法が所望される。特に、膨張収縮からの熱応力を制限し、限界工学的寸法の公差を維持し、かつＣＭＣ部品内のスプリットラインギャップに関連する寄生漏れを低減するノズルを製作するための方法及び装置があれば有利であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０２１０８６号
【発明の概要】
【０００７】
本発明の態様及び利点は以下の説明で部分的に開示されるか、又は以下の説明から明らかになり得るか、又は本発明の実施を通じて分かるかもしれない。
【０００８】
ＣＭＣ部品内の熱応力とスプリットラインギャップに関連する漏れを共に制限する片持ち支持の装置が、一般に、かかるノズルを製作する方法と共に提供される。
【０００９】
一実施形態によれば、片持ち支持のノズルは、片持ち支持パターンで構成された２以上の翼形部を含み、各翼形部は、前縁と後縁との間に延びる正圧側及び負圧側を画成する外表面を有する。各翼形部の半径方向外側に外端壁が配置され、外端壁は、前縁面、後縁面、及び半径方向外向き端面を画成する。各翼形部の半径方向内側に内端壁が配置され、内端壁は、前縁面、後縁面、及び半径方向内向き端面を画成する。外端壁及び内端壁の一方だけがセグメント化され、他方の端壁は一体化している。セグメント化端壁上に端壁側面に隣接して１以上のスプリットラインギャップが配置される。１以上のスプリットラインギャップは、各翼形部ごとに略軸線方向に配置され、セグメント化端壁の前縁面と後縁面との間に延びる。
【００１０】
別の実施形態によれば、片持ち支持のノズルは、ヘリンボーンパターンで構成された２以上の翼形部を含み、各翼形部は、前縁と後縁との間に延びる正圧側及び負圧側を画成する外表面を有する。各翼形部の半径方向外側に外端壁が配置され、外端壁は、前縁面、後縁面、及び半径方向外向き端面を備える。各翼形部の半径方向内側に内端壁が配置され、内端壁は、前縁面、後縁面、及び半径方向内向き端面を備える。２以上のスプリットラインギャップが、外端壁及び内端壁上に端壁側面に隣接して交互に配置される。２以上のスプリットラインギャップは、翼形部相互間に略軸線方向に配置され、外端壁又は内端壁の前縁面と後縁面との間に延びる。
【００１１】
別の実施形態によれば、ノズル組立体を製作する装置及び方法が開示される。ノズル組立体は２以上の翼形部を含み、各翼形部は、前縁と後縁との間に延びる正圧側及び負圧側を画成する外表面を有する。各翼形部の半径方向外側に外端壁が配置され、外端壁は、前縁面、後縁面、及び半径方向外向き端面を備える。各翼形部の半径方向内側に内端壁が配置され、内端壁は、前縁面、後縁面、及び半径方向内向き端面を備える。外端壁及び内端壁からなる群の少なくとも１つから選択されたセグメント化端壁の側面に隣接して１以上のスプリットラインギャップが配置される。１以上のスプリットラインギャップは、各翼形部ごとに略軸線方向に配置され、セグメント化端壁の前縁面と後縁面との間に延びる。ノズル支持構造が、各翼形部、ノズルの外端壁、及びノズルの内端壁を貫通して延びるストラットを含む。各翼形部の半径方向外側に外ハンガが配置され、外ハンガは、外端壁の外向き端面に隣接する半径方向内向き端面を備える。各翼形部の半径方向内側に内ハンガが配置され、内ハンガは、内端壁の内向き端面に隣接する半径方向外向き端面を備える。
【００１２】
いくつかの実施形態では、第１のノズル組立体のストラットは、第１のノズル組立体の内ハンガ又は外ハンガの少なくとも一方に接合され、第２のノズル組立体のストラットは、第２のノズル組立体の内ハンガ又は外ハンガの少なくとも一方に接合される。他の実施形態では、第１のノズル組立体のストラットは、第１のノズル組立体の内ハンガ又は外ハンガの少なくとも一方に連結され、第２のノズル組立体のストラットは、第２のノズル組立体の内ハンガ又は外ハンガの少なくとも一方に連結される。
【００１３】
本発明の上記及びその他の特徴、態様及び利点は、以下の記述及び添付の特許請求の範囲を参照してより良く理解されるであろう。添付図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するものであり、本発明の諸実施形態を例示すると共に、以下の記述と共に本発明の原理を説明する働きをする。
【００１４】
当業者を対象とする、本発明の最良の態様を含む本発明の完全かつ実施可能な開示が本明細書に記載されており、これは添付図を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本開示の一実施形態によ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よるガスタービンエンジンの高圧タービン部分の拡大周方向断面図である。
【図３】本開示の一実施形態による組立後のノズル組立体の斜視図である。
【図４】本開示のスプリットラインギャップなしの、接合後の隣り合うノズルを有する完全セグメント化ノズル組立体の斜視図である。
【図５】本開示の片持ち支持の実施形態による隣り合うノズルの間の外端壁スプリットラインギャップを示す隣り合うノズルからなる３翼形部セグメントの斜視図である。
【図６】本開示の片持ち支持の実施形態による接合後の隣接ノズルアレイ組立体の斜視図である。
【図７】本開示のヘリンボーン実施形態による隣り合うノズルの間の交互する外端壁及び内端壁のスプリットラインギャップを示す隣り合うノズルの翼形部の斜視図である。
【図８】本開示のヘリンボーン実施形態による接合後の隣接ノズルアレイ組立体の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明のこれらの実施形態が詳細に参照され、実施形態の１以上の例が添付図面に示されている。詳細な説明では、図面内の特徴を参照するために数字及び文字の参照符号を用いる。図面及び説明における同様又は類似の参照符号は、本発明の同様又は類似の部分を参照するために用いられている。本明細書に用いられているように、「第１の（ｆｉｒｓｔ）」、「第２の（ｓｅｃｏｎｄ）」、及び「第３の（ｔｈｉｒｄ）」という用語は、ある部品を別の部品と区別するために交換可能に用いられてもよく、個々の部品の位置又は重要性を示すためのものではない。「上流」及び「下流」という用語は、流体経路内の流体流れに関する相対的な流れ方向を意味する。例えば、「上流」は流体が流れて来る方向を意味し、「下流」は流体が流れて行く方向を意味する。
【００１７】
さらに、本明細書に用いられているように、「軸線方向」という用語は、エンジンの縦軸線に沿った次元を意味する。「軸線方向」に関連して用いられる「前方」という用語は、エンジン入口、又は別の部品と比べてエンジン入口に相対的に近接する部品に向かう方向を意味する。「軸線方向」に関連して用いられる「後方」という用語は、エンジンノズル、又は別の部品と比べてエンジンノズルに相対的に近接する部品に向かう方向を意味する。「半径方向」という用語は、エンジンの中心縦軸線とエンジンの外周との間に延びる次元を意味する。
【００１８】
一体化した内端壁及び外端壁を有するガスタービンノズルは、ノズル組立体が閉構造であるために熱応力集中を受ける。単一の端壁、すなわち内端壁又は外端壁を分割して、スプリットラインギャップを有する片持ち支持のノズル構造を形成し、この片持ち支持のノズル構造は、一体の（非分割）端壁が反対側の（分割）端壁によってかけられる応力と戦わずに部品の熱応答を駆動できるようにする。或いは、内端壁及び外端壁を分割して、スプリットラインギャップを有するヘリンボーンノズル構造を形成し、このヘリンボーンノズル構造により、端壁の一体の（非分割）部分は端壁の反対側の（分割）部分によってかけられる応力と戦わずに部品の熱応答を推進することが可能になる。さらに、これらの実施形態により、大型のノズルセグメントを接合することが可能になり、それによって接合部、スプリットラインカット、及びスプリットラインギャップの数を減らす。スプリットラインカットからの漏れ並びに熱応力のバランスをとることが、タービン部品設計において極めて重要な設計最適化である。本開示は、ノズル設計空間を増大させ、最適化された漏れ設計及び応力設計を可能にする。一体化した端壁を介して部品を部分的に組合せると、タービン設計において寄生流れの減少として現れる完全セグメント化部品に漏れの利点をもたらす。
【００１９】
次に各図面を参照すると、図１は、本明細書では本開示の様々な実施形態を組み込み得る「ターボファン１０」と称される例示的な高バイパスターボファン型エンジン１０の概略断面図である。図１に示されているように、ターボファン１０は、参照目的で、ターボファン１０を貫通して延びる長手方向又は軸線方向の中心線１２を有する。一般に、ターボファン１０は、ファンセクション１６から下流側に配置されるコアタービン又はガスタービンエンジン１４を含んでいてもよい。
【００２０】
ガスタービンエンジン１４は、一般に、環状入口２０を画成する実質的に管状の外部ケーシング１８を含んでいてもよい。外部ケーシング１８は、複数のケーシングから形成されてもよい。外部ケーシング１８は、直列流れ関係で、ブースタもしくは低圧（ＬＰ）圧縮機２２及び高圧（ＨＰ）圧縮機２４を有する圧縮機セクションと、燃焼セクション２６と、高圧（ＨＰ）タービン２８及び低圧（ＬＰ）タービン３０を含むタービンセクションと、ジェット排気ノズルセクション３２とを収容する。高圧（ＨＰ）シャフト又はスプール３４が、ＨＰタービン２８をＨＰ圧縮機２４に駆動連結する。低圧（ＬＰ）シャフト又はスプール３６が、ＬＰタービン３０をＬＰ圧縮機２２に駆動連結する。低圧（ＬＰ）スプール３６は、ファンセクション１６のファンスプール又はシャフト３８にも連結され得る。特定の実施形態では、（ＬＰ）スプール３６は、ファンスプール３８に、例えば直接駆動構成で直接連結され得る。代替構成では、（ＬＰ）スプール３６は、間接駆動又は歯車駆動構成の減速歯車ギヤボックスなどの減速装置３７を介してファンスプール３８に連結され得る。この種の減速装置は、所望又は要求されるように、エンジン１０内の任意適当なシャフト／スプール相互間に含められてもよい。
【００２１】
図１に示されているように、ファンセクション１６は、ファンスプール３８に連結された、ファンスプール３８から半径方向外方に延び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又はナセル４２が、ファンセクション１６及び／又はガスタービンエンジン１４の少なくとも一部分の周囲を取り囲む。ナセル４２は、ガスタービンエンジン１４に対して複数の円周方向に離間された出口ガイドベーン４４によって支持されるように構成され得ることが、当業者によって理解されるべきである。さらに、ナセル４２の下流側セクション４６（ガイドベーン４４の下流側）は、下流側セクション４６とガスタービンエンジン１４の外側部分との間にバイパス空気流通路４８を画成するようにガスタービンエンジン１４の外側部分の上に延びてもよい。
【００２２】
図２は、本発明の様々な実施形態を組み込み得る、図１に示されている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する。図２に示されているように、ＨＰタービン２８は、直列流れ関係で第１の段５０を含み、第１の段５０は、タービンロータブレード５８（１つだけ図示）の環状アレイ５６から軸線方向に離間されたステータベーン５４（１つだけ図示）の環状アレイ５２を含む。ＨＰタービン２８は、直列流れ関係で第２の段６０をさらに含み、第２の段６０は、タービンロータブレード６８（１つだけ図示）の環状アレイ６６から軸線方向に離間されたステータベーン６４（１つだけ図示）の環状アレイ６２を含む。タービンロータブレード５８、６８は、ＨＰスプール３４（図１）から半径方向外方に延び、ＨＰスプール３４に連結される。図２に示されているように、ステータベーン５４、６４及びタービンロータブレード５８、６８は、燃焼ガスを燃焼セクション２６（図１）からＨＰタービン２８を通って送るための熱ガス経路７０を少なくとも部分的に画成する。
【００２３】
図２にさらに示されているように、ＨＰタービン２８は１以上のシュラウド組立体を含んでいてもよく、シュラウド組立体はそれぞれ、ロータブレードの環状アレイの周りに環状リングを形成する。例えば、シュラウド組立体７２は、第１の段５０のロータブレード５８の環状アレイ５６の周りに環状リングを形成してもよく、シュラウド組立体７４は、第２の段６０のタービンロータブレード６８の環状アレイ６６の周りに環状リングを形成してもよい。一般に、シュラウド組立体７２、７４のシュラウドは、ロータブレード５８、６８のそれぞれのノズル先端７６、７８から半径方向に離間される。ノズル先端７６、７８とシュラウドとの間にラジアルギャップ又は隙間ＣＬが画成される。シュラウド及びシュラウド組立体は、一般に、熱ガス経路７０からの漏れを減らす。
【００２４】
シュラウド及びシュラウド組立体は、低圧圧縮機２２、高圧圧縮機２４、及び／又は低圧タービン３０内に同様の方法で追加として利用され得ることに留意されたい。したがって、本明細書に開示されるシュラウド及びシュラウド組立はＨＰタービン内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適当なセクションに利用され得る。
【００２５】
エンジン１０内のステータベーン５４、６４の位置及び状態は、とりわけ、ノズル組立体が多くの熱ガス運転サイクルを受けるときにノズル組立体の熱応力及び漏れによるノズルの膨張収縮の影響を受けるので、特に懸念される。したがって、次に図３〜図８を参照すると、本開示はさらに、ガスタービンエンジン１０の隣り合うノズル１０２を、端壁スプリットラインギャップを含むように組み立てるための装置及び方法を対象としている。本開示による隣り合うノズル１０２は、エンジン１０内で環状アレイの形で互いに隣接する又は隣接することになるノズルである。本明細書に開示されるノズル１０２は、ステータベーン５４、ステータベーン６４、又はエンジン内の他の適当な静止翼形部ベースの組立体の適所に利用され得る。
【００２６】
例えば図３に示されているように、本開示によるノズル１０２は翼形部１１０を含み、翼形部１１０は、正圧側１１２、負圧側１１４、前縁１１６、及び後縁１１８を画成する外表面を有する。正圧側１１２及び負圧側１１４は、一般に理解されているように、前縁１１６と後縁１１８との間に延びる。典型的な実施形態では、翼形部１１０は一般に中空であり、それにより冷却流体が翼形部１１０に流れること、及び構造補強部品が翼形部１１０内に配置されることが可能になる。
【００２７】
ノズル１０２は内端壁１２０及び外端壁１３０をさらに含むことができ、内端壁１２０及び外端壁１３０はそれぞれ、翼形部１１０の半径方向外端で略半径方向１０４に沿って翼形部１１０に連結される。片持ち梁実施形態（図５及び図６）の場合、ノズルアレイの隣り合うノズル１０２は、図示のように、円周方向１０６に沿って並んで位置を定められ、内端壁１２０が一体化又は隣接し、セグメント化外端壁１３０の隣り合う側面がスプリットラインギャップを収容しかつ接触せず、それによって各ノズルをそのノズルの内側壁から片持ち支持するように配置又は切断されてもよい。同様に、ノズル１０２は、スプリットラインギャップが内端壁１２０上に配置された状態で外端壁１３０から片持ち支持することができる。
【００２８】
ヘリンボーン実施形態（図７及び図８）の場合、ノズルアレイの隣り合うノズル１０２は、図示のように、円周方向１０６に沿って並んで位置を定められ、内端壁１２０の１つおきの隣り合うノズルがノズル側面に配置されたスプリットラインギャップを収容しかつ接触しないように配置又は切断されてもよい。さらに、外端壁１３０の１つおきの隣り合うノズルがノズル側面に配置されたスプリットラインギャップを収容しかつ接触せず、それによってノズル組立体用のヘリンボーン相互連結パターンを形成する。内端壁１２０は翼形部１１０の半径方向内側に配置されてもよく、外端壁１３０は翼形部１１０の半径方向外側に配置されてもよい。内端壁１２０は、例えば、互いに半径方向に間隔をおいて配置された半径方向内向き端面１２１及び半径方向外向き端面１２２を含んでいてもよい。内端壁１２０は、正圧側スラッシュ面１２４、負圧側スラッシュ面１２５、前縁面１２６、及び後縁面１２７を含む様々な側面をさらに含んでいてもよい。同様に、外端壁１３０は、例えば、互いに半径方向に間隔をおいて配置された半径方向内向き端面１３１及び半径方向外向き端面１３２を含んでいてもよい。外端壁１３０は、正圧側スラッシュ面１３４、負圧側スラッシュ面１３５、前縁面１３６、及び後縁面１３７を含む様々な側面をさらに含んでいてもよい。
【００２９】
例示的な諸実施形態では、翼形部１１０、内端壁１２０、及び外端壁１３０はセラミックマトリックス複合物（「ＣＭＣ」）材料から形成されてもよい。しかしながら代わりに、他の適切な材料、例えば、適切なプラスチック、複合物、金属などが利用されてもよい。
【００３０】
ノズル１０２は、軸線方向に沿った荷重（中心線１２に沿って定義される）を含めて、エンジン１０の運転中に様々な荷重を受ける可能性がある。さらに、ノズル１０２及び関連支持構造１０８を形成するために利用される材料（すなわち、例示的な実施形態では、それぞれＣＭＣ及び金属）の違いが、エンジン運転中にノズル１０２及び／又は支持構造１０８の望ましくない相対運動を、特に半径方向１０４に沿って引き起こす可能性がある。関連するノズル１０２と支持構造１０８との間の荷重伝達を改善すると共に、かかる荷重及び相対運動により支持構造１０８と相互作用するノズル１０２の部品への損傷の危険性を低減することが一般に望ましい。本開示に論じられる片持ち支持パターン又はヘリンボーンパターンで配置されたスプリットラインギャップは、設計寸法公差内で相対運動するための空間を提供し、それによってノズル組立体部品にかかる熱応力を低減する。
【００３１】
図３及び図４に見られるように、隣り合うノズル１０２は、それぞれ第１のノズル２１０及び第２のノズル２１２と称される。隣り合うノズル組立体１００は、それぞれ第１のノズル組立体２００及び第２のノズル組立体２０２と称される。隣り合うノズル支持構造１０８は、それぞれ第１のノズル支持構造２２０及び第２のノズル支持構造２２２と称される。第１のノズル組立体２００は第１のノズル２１０及び第１のノズル支持構造２２０を含み、第２のノズル組立体２０２は第２のノズル２１２及び第２のノズル支持構造２２２を含む。第１及び第２のノズル組立体２００、２０２、第１及び第２のノズル２１０、２１２、及び第１及び第２のノズル支持構造２２０、２２２はそれぞれ、エンジン１０内の又はエンジン１０内に利用されるべき任意の２つの隣り合うノズル組立体１００、ノズル１０２、及びノズル支持構造１０８でよいことが理解されるべきである。
【００３２】
図３において、本開示によるノズル１０２は翼形部１１０を含み、翼形部１１０は、正圧側１１２、負圧側１１４、前縁１１６、及び後縁１１８を画成する外表面を有する。正圧側１１２及び負圧側１１４は、一般に理解されているように、前縁１１６と後縁１１８との間に延びる。典型的な実施形態では、翼形部１１０は一般に中空であり、それにより冷却流体が翼形部１１０に流れること、及び構造補強部品が翼形部１１０内に配置されることが可能になる。
【００３３】
図３にさらに示されているように、ノズル１０２はノズル組立体１００の部品でよく、この部品はノズル支持構造１０８をさらに含んでいてもよい。各支持構造１０８は、エンジン１０内にノズル１０２を支持するためにノズル１０２に連結されてもよい。別の支持構造１０８が、荷重をノズル１０２からエンジン１０内の他の様々な部品に伝達してもよい。
【００３４】
支持構造１０８は、例えばストラット１４０を含んでいてもよい。ストラット１４０は、一般に、翼形部１１０を貫通して、例えば翼形部１１０の内部を略半径方向に貫通して延びていてもよい。ストラット１４０は、内端壁１２０及び外端壁１３０を貫通して、例えば内端壁１２０及び外端壁１３０の穿孔（ラベルなし）を貫通してさらに延びていてもよい。一般に、ストラット１４０は、荷重をノズル１０２の半径方向端部相互間で支持構造１０８の他の部品に対して支持してもよい。荷重は、これらの部品を通じてエンジン１０の他の部品、例えばエンジンケーシングなどに伝達され得る。
【００３５】
例えば、支持構造１０８は内ハンガ１５０及び外ハンガ１６０を含んでいてもよく、内ハンガ１５０及び外ハンガ１６０はそれぞれ、ストラット１４０の半径方向外端で略半径方向１０４に沿ってストラット１４０に連結される。支持構造１０８アレイの隣り合う支持構造１０８は、図示のように、内ハンガ１５０の隣り合う表面が接触しかつ外ハンガ１６０の隣り合う表面が接触した状態で、円周方向１０６に沿って並んで位置を定められてもよい。内ハンガ１５０はストラット１４０の半径方向内側に配置されてもよく、外ハンガ１６０はストラット１４０の半径方向外側に配置されてもよい。さらに、内ハンガ１５０は、翼形部１１０及び内端壁１２０の略半径方向内側に配置されてもよい。外ハンガ１６０は、翼形部１１０及び外端壁１３０の略半径方向外側に配置されてもよい。内ハンガ１５０は、例えば、互いに半径方向に間隔をおいて配置された半径方向内向き端面１５１及び半径方向外向き端面１５２を含んでいてもよい。内ハンガ１５０は、正圧側スラッシュ面１５４、負圧側スラッシュ面１５５、前縁面１５６、及び後縁面１５７を含む様々な側面をさらに含んでいてもよい。同様に、外ハンガ１６０は、例えば、互いに半径方向に間隔をおいて配置された半径方向内向き端面１６１及び半径方向外向き端面１６２を含んでいてもよい。外ハンガ１６０は、正圧側スラッシュ面１６４、負圧側スラッシュ面１６５、前縁面１６６、及び後縁面１６７を含む様々な側面をさらに含んでいてもよい。
【００３６】
例示的な諸実施形態では、ストラット１４０、内ハンガ１５０、及び外ハンガ１６０は金属から形成される。しかしながら代わりに、他の適当な材料、例えば適当なプラスチックや複合物などが利用されてもよい。
【００３７】
したがって、次に図５を参照すると、本開示による内端壁１２０から片持ち支持される３翼形部ノズルセグメント３００が１以上の端壁スプリットラインギャップ２００、２０２をさらに含んでいてもよく、端壁スプリットラインギャップ２００、２０２は、関連するノズル１０２と支持構造との間並びに隣り合うノズル１０２の間のノズル材料膨張収縮荷重を抑制するために使用される。ノズル１０２の各スプリットラインギャップ２００、２０２は、外端壁を鋸で切り開くか、又は各ノズルセグメント上に立体的に形成される。スプリットラインギャップ２００、２０２は、前縁面１３６から後縁面１３７にかけて端壁を貫通して略軸線方向に延びる。内端壁１２０は一体化又は接触していて、スプリットラインギャップがない。或いは、ノズル１０２は、スプリットラインギャップ２００、２０２が内端壁１２０上に配置された状態で外端壁１３０から片持ち支持することができる。
【００３８】
図６は、本開示及び図５の片持ち支持の実施形態による接合後の隣接ノズル１０２アレイ組立体の斜視図である。図示の実施形態は、スプリットラインギャップ２００、２０２が外端壁１３０の全周に配置されて一体化又は隣接した内端壁１２０から片持ち支持される。
【００３９】
図７は、本開示のヘリンボーン実施形態による隣り合うノズルセグメントの間の交互する外端壁４０８及び内端壁４１０のスプリットラインギャップ４００、４０２、４０４、４０６を示す隣り合うノズル１０２の２つのセグメントを有する５つの翼形部１１０の斜視図である。この実施形態は、翼形部のいくつかと端壁との間の境界面に追加の連結接合部を必要とし得る。例えば、（２翼形部セグメントの）一方の翼形部は、隣接するセグメントが接合されて足りない端壁を設けるまで、アレイ内のセグメントの相対位置に応じて外端壁か内端壁のどちらかを有していなくてもよい。連結部は、翼形部輪郭部に一致する端壁空洞部の内側に翼形部を入れ子にしてもよい。
【００４０】
図８は、本開示及び図７のヘリンボーン実施形態による接合後の隣接ノズル１０２アレイ組立体の斜視図である。この実施形態は、外端壁１３０及び内端壁１２０の全周に１つおきの翼形部の間に配置された交互するスプリットラインギャップ４００、４０２、４０４、及び４０６を示す。
【００４１】
本開示による方法は、例えば、第１のノズル組立体２００及び第２のノズル組立体２０２を組み立てることを含んでいてもよい。図３及び図４はノズル組立体の一実施形態を示し、この実施形態は、本開示に従って組み立てられた第１のノズル組立体２００又は第２のノズル組立体２０２でよい。図４の実施形態では、第１のノズル組立体２００及び第２のノズル組立体２０２を組み立てるステップは、本明細書に論じられる接合ステップを含む、この方法の他のステップの前に実行される。
【００４２】
組立後の第１のノズル組立体２００又は第２のノズル組立体２０２は、ノズル２１０、２１２及びノズル支持構造２２０、２２２を含む。ノズル支持構造２２０、２２２のストラット１４０は、一般に、ノズル２１０、２１２を貫通して、例えばノズル２１０、２１２の翼形部１１０、内端壁１２０及び外端壁１３０を貫通して延びる。例示的な諸実施形態では、第１のノズル組立体２００及び／又は第２のノズル組立体２０２を組み立てるステップは、例えば、第１又は第２のノズル支持構造２２０、２２２のストラット１４０を、第１又は第２のノズル２１０、２１２から挿入するステップ、例えば第１又は第２のノズル２１０、２１２の翼形部１１０、内端壁１２０及び外端壁１３０から挿入するステップを含む。第１のノズル組立体２００及び／又は第２のノズル組立体２０２を組み立てるステップは、例えば、第１又は第２のノズル支持構造２２０、２２２のストラット１４０を第１又は第２のノズル支持構造２２０、２２２の内ハンガ１５０又は外ハンガ１６０の一方又は両方に接合するステップをさらに含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、ストラット１４０は、内ハンガ１５０又は外ハンガ１６０の一方と一体になり、したがってこのハンガに接合する必要がないかもしれない。他の実施形態では、ストラット１４０は、両方のハンガ１５０、１６０に接合する必要があるかもしれない。例えば、図３の実施形態では、ストラット１４０は外ハンガ１６０と一体になり、内ハンガ１５０に接合される。
【００４３】
本開示による部品の接合は、部品相互間に接合部２３０を形成してもよい。例示的な諸実施形態では、接合は、部品、例えばストラット１４０と内ハンガ１５０及び／又は外ハンガ１６０とを一体にろう付けすることによって実現される。或いは、接合は、溶接又は別の適当な接合技法によって実現されてもよい。本開示による接合技法は、一般に、対象部品を一体に固定するために、溶融され次いで固化される溶加材及び／又は部品の溶融され次いで固化される表面を利用している。本開示による部品の連結は、例えば、一般に取外し可能な連結部になる適当な機械的ファスナ又は別の適当な技法によって実現されてもよい。
【００４４】
本開示による方法は、例えば、第１のノズル支持構造２２０及び第２のノズル支持構造２２２を一体に接合するステップをさらに含んでいてもよい。例えば、この接合ステップは、第１のノズル支持構造２２０及び第２のノズル支持構造２２２の内ハンガ１５０を一体に接合すること、及び第１のノズル支持構造２２０及び第２のノズル支持構造２２２の外ハンガ１６０を一体に接合することを含んでいてもよい。特に、例えば図４に示されているように、第１のノズル支持構造２２０の内ハンガ１５０の負圧側スラッシュ面１５５及び第２のノズル支持構造２２２の内ハンガ１５０の正圧側スラッシュ面１５４が一体に接合されてもよく、第１のノズル支持構造２２０の外ハンガ１６０の負圧側スラッシュ面１６５及び第２のノズル支持構造２２２の外ハンガ１６０の正圧側スラッシュ面１６４が一体に接合されてもよい。本開示による部品の連結は、例えば、一般に取外し可能な連結部になる適当な機械的ファスナ又は別の適当な技法によって実現されてもよい。
【００４５】
本明細書は、最良の形態を含めて本発明を開示するために、それにまた、当業者が、任意の装置又はシステムを製作し使用すること、及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めて本発明を実施できるようにするために、例を使用している。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、当業者が想起する他の例を含んでいてもよい。そのような他の例は、それらの例が特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、又はそれらの例が特許請求の範囲の文言と非実質的な差異を有する等価構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。
【符号の説明】
【００４６】
１０  ターボファンジェットエンジン
１２  長手方向中心線又は軸線方向中心線
１４  コア／ガスタービンエンジン
１６  ファンセクション
１８  外部ケーシング
２０  入口
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  高圧シャフト／スプール
３６  低圧シャフト／スプール
３７  減速装置
３８  ファンスプール／シャフト
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  下流側セクション
４８  バイパス空気流通路
５０  第１の段
５２、５６、６２、６６  環状アレイ
５４、６４  ステータベーン
５８、６８  タービンロータブレード
６０  第２の段
７０  熱ガス経路
７２、７４  シュラウド組立体
７６、７８  ノズル先端
１００  ノズル組立体
１０２  ノズル
１０４  半径方向
１０６  円周方向
１０８  ノズル支持構造
１１０  翼形部
１１２  正圧側
１１４  負圧側
１１６  前縁
１１８  後縁
１２０、４１０  内端壁
１２１、１３１、１５１、１６１  半径方向内向き端面
１２２、１３２、１５２、１６２  半径方向外向き端面
１２４、１３４、１５４、１６４  正圧側スラッシュ面
１２５、１３５、１５５、１６５  負圧側スラッシュ面
１２６、１３６、１５６、１６６  前縁スラッシュ面
１２７、１３７、１５７、１６７  後縁スラッシュ面
１３０、４０８  外端壁
１４０  ストラット
１５０  内ハンガ
１６０  外ハンガ
２００、２０２  片持ち梁スプリットラインギャップ
３００  ノズルセグメント
４００、４０２、４０４，４０６  ヘリンボーンスプリットラインギャップ
【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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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
2017040262000001.pdf