(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
間を半径方向に延びる支柱（４８）によって互いに接合された半径方向内側及び外側環状バンド（４４及び４６）と、
前記外側バンド（４６）から半径方向外向きに延びる半径方向外側の円錐形支持アーム（５０）と、
前記内側バンド（４４）から半径方向内向きに延びる半径方向内側の円錐形支持アーム（５２）と、
前記内側及び外側円錐形支持アーム（５２及び５０）に周方向に間隔をおいて形成された内側及び外側開口（５４及び５６）と、
を含むことを特徴とするガスタービンフレーム（３６）。
【請求項２】
間を半径方向に延びる支柱（４８）によって互いに接合された半径方向内側及び外側環状バンド（４４及び４６）と、
前記外側バンド（４６）から半径方向外向きに延びる半径方向外側の円錐形支持アーム（５０）と、
周方向に間隔をおいて前記半径方向外側円錐形支持アーム（５０）に形成された外側開口（５６）と、
を含むことを特徴とするガスタービンフレーム（３６）。
【請求項３】
前記半径方向外側の円錐形支持アーム（５０）が、前記外側バンド（４６）から半径方向外向きに軸方向前方に延び、前記半径方向内側の円錐形支持アーム（５２）が、前記内側バンド（４４）から半径方向内向きに軸方向後方に延びることを特徴とする、請求項１に記載のフレーム。
【請求項４】
前記支柱（４８）の各々が、該支柱と前記バンドを貫通して半径方向に延びる少なくとも１つの中空の通路（６０）を有することを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のフレーム。
【請求項５】
前記フレームが、単一片から成る一体の鋳造物であることを特徴とする、請求項４に記載のフレーム。
【請求項６】
周方向に間隔をおいて配置された等しい数の前記内側及び外側開口（５４及び５６）を更に含み、前記周方向に間隔をおいて配置された内側開口（５４）が等しい角度方向間隔で配置され、前記周方向に間隔をおいて配置された外側開口（５６）が等しい角度方向間隔で配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のフレーム。
【請求項７】
前記周方向に間隔をおいて配置された内側及び外側開口（５４及び５６）の各対がさらに、前記支柱（４８）の１つと直線上で整列することを特徴とする、請求項６に記載のフレーム。
【請求項８】
各開口が、前端及び後端（６８及び７０）に丸みのあるほぼ長方形のプラットフォーム形状（６４）を有することを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のフレーム。
【請求項９】
各開口が、隅（８０）にフィレットが形成されたほぼ三角形のプラットフォーム形状（７８）を有することを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のフレーム。
【請求項１０】
間を半径方向に延びる支柱（４８）によって互いに接合された半径方向内側及び外側環状バンド（４４及び４６）と、
前記内側バンド（４４）から半径方向内向きに延びる半径方向内側の円錐形支持アーム（５２）と、
前記半径方向内側円錐形支持アーム（５２）に周方向に間隔をおいて形成された内側開口（５４）と、
を含み、各開口が、前端及び後端（６８及び７０）に丸みのあるほぼ長方形のプラットフォーム形状（６４）を有することを特徴とするガスタービンフレーム（３６）。
【請求項１１】
間を半径方向に延びる支柱（４８）によって互いに接合された半径方向内側及び外側環状バンド（４４及び４６）と、
前記内側バンド（４４）から半径方向内向きに延びる半径方向内側の円錐形支持アーム（５２）と、
前記半径方向内側円錐形支持アーム（５２）に周方向に間隔をおいて形成された内側開口（５４）と、
を含み、各開口が、隅（８０）にフィレットが形成されたほぼ三角形のプラットフォーム形状（７８）を有することを特徴とするガスタービンフレーム（３６）。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載のガスタービンフレーム（３６）と、
該ガスタービンフレーム（３６）が内側でかつそれに取付けられたタービン外ケーシング（１２）と、
前記半径方向内側の円錐形支持アーム（５２）の内側に取付けられた軸受組立体（３８）と、
を含むことを特徴とするガスタービン組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンエンジンのフレームに関し、具体的には、半径方向外側のケーシングによる、ガスタービンエンジンのタービンフレームの支持に関する。
【０００２】
【発明の背景】
ガスタービンエンジン、特に、航空機用のガスタービンエンジンは、フレームという名称で知られる２つ又はそれ以上の構造組立体によって、エンジンロータをステータ内に支持し、正確に位置決めする。各フレームは、両者の間に延びる多数の半径方向の支柱によって連結され、エンジン空気流に対する干渉を最小にするような形状にされた内側リング及び外側リングを含む。外側リングは、半径方向外側の円錐形支持アームによってエンジンの内ケーシングに連結され、軸受組立体を支持するために、半径方向内側の円錐形支持アームの支持部が使用される。半径方向内側の円錐形支持アームの支持部は、通常は、軸受組立体のサンプを支持するために連結され、使用される。いくつかのエンジンの設計において、内ケーシングは、外エンジンケーシング内でかつ外エンジンケーシングに、リンクによって取り付けられる。多くの場合、支柱内に中空の通路が設けられ、該中空の通路に、サンプ連絡管などのような連絡ラインを通したり、また時には、タービン流路における高温の作動ガスを横切って、内側及び外側リングと半径方向の支柱との間に冷却空気を流したりする。
【０００３】
半径方向外側及び内側の円錐形支持アームは、高温に曝され、負荷を伝達し、フープ応力を受ける連続したフープ部材である。フープ応力は、フレームと軸受との間及びフレームと内ケーシングとの間の大きな作動温度差により生じる。フレーム及びタービン組立体の半径方向外側及び内側の円錐形支持アームのためには、支持アームにおけるこれらのフープ応力を減少させるか又は排除する設計を有することが望ましい。
【０００４】
【発明の概要】
ここに示す本発明の例示的な実施形態において、ガスタービンフレームは、間をほぼ半径方向に延びる支柱によりそれぞれ互いに接合される内側及び外側環状バンドを有する。半径方向外側の円錐形支持アームは、外側バンドから半径方向外向きに延び、半径方向内側の円錐形支持アームは、内側バンドから半径方向内向きに延びる。それぞれ内側及び外側の円錐形支持アームには、周方向に間隔をおいて、内側及び外側開口が設けられる。支柱の各々は、内側及び外側バンドを貫通して半径方向に延びる少なくとも１つの中空の通路を有する。フレームは、単一片から成る一体の鋳造物である。内側及び外側の円錐形支持アームは、周方向に間隔をおいて配置された等しい数の内側及び外側開口を有する。周方向に間隔をおいて配置される内側開口は、等しい角度方向間隔で配置され、周方向に間隔をおいて配置される外側開口は、等しい角度方向間隔で配置される。周方向に間隔をおいて配置される内側及び外側開口の各対は、対応する支柱の１つの中空の通路と直線上で整列する。
【０００５】
本発明の実施形態の特定の１つにおいて、各開口は、前端及び後端に丸みのあるほぼ長方形のプラットフォーム形状を有し、別の実施形態において、各開口は、隅にフィレットが形成されたほぼ三角形のプラットフォーム形状を有する。
【０００６】
本発明のフレームは、相対的に低温のエンジンケーシングと、相対的に高温の流路を横切る軸受の内側サンプとの間に構造的な結合を与えながら、従来設計において生じていた熱フープ応力の破壊的なレベルを回避する。本発明はまた、バンドと支持アームとの間の狭いキャビティ内に開口を設けることによって、本発明の、単一片から成る一体の鋳造フレームの鋳造性を向上させることができる。この特徴により、インベストメント鋳造による製造が容易になる。本発明はまた、熱に対する融通性を与え、鋳造合金が固化する間の高温亀裂が生じる傾向を小さくすることによって、同様に鋳造性を向上させる。カットアウトすなわち開口はまた、サンプ連絡管を挿入するための支柱端部への接近を可能にする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の態様及び特徴を、添付の図面を参照して、以下の詳細な説明において説明する。
【０００８】
本発明の例示的な実施形態を、図１に概略的に、また図２により詳細に示している。ガスタービン又はターボファンエンジンのタービン部分１０の一部は、エンジン内ケーシング１４の外方に半径方向に間隔をおいて配置されたエンジン外ケーシング１２を含む。環状のバイパス流路１６は、エンジンの外ケーシング１２と内ケーシング１４との間を軸方向に延び、軸方向すなわち長手方向の中心軸線１１のまわりに全て配置される。タービンブレード２０は、タービン部分１０内に高温の作動ガス流２６を拘束するタービン流路２２を横切って半径方向に延びる。タービンブレード２０は、環状の先端シール２４により囲まれる。本発明のガスタービンフレームを例示する後部タービンフレーム３６は、後部軸受組立体３８を支持し、ロータ４０は、軸受組立体３８に回転可能に取り付けられる。タービンブレード２０は、ロータ４０に駆動関係で作動的に連結される。リンク１５は、後部タービンフレーム３６とエンジンの内ケーシング１４を、エンジンの外ケーシング１２に構造的に連結する。
【０００９】
図１、図２及び図３は、本発明の第１の例示的な実施形態を示しており、ガスタービンエンジンの後部タービンフレーム３６は、間をほぼ半径方向に延びる支柱４８によりそれぞれ互いに接合される内側及び外側環状バンド４４及び４６を有する。支柱４８はまた、周方向に傾斜し、すなわち傾けられているが、依然として慣習的に、半径方向に延びると言われるものである。半径方向外側の円錐形支持アーム５０は、外側バンド４６から半径方向外向きに延び、半径方向内側の円錐形支持アーム５２は、内側バンド４４から半径方向内向きに延びる。半径方向外側の円錐形支持アーム５０は、環状の前部フランジ５９と、外側バンド４６に取り付けられた環状の外側フッタ６１と、前部フランジと外側フッタとの間を延びる環状の円錐形外側シェル６３とを有する。半径方向内側の円錐形支持アーム５２は、環状の後部フランジ６２と、内側バンド４４に取り付けられた環状の内側フッタ６５と、後部フランジと内側フッタとの間を延びる環状の円錐形内側シェル６７とを有する。前部フランジ５９は、エンジンの内ケーシング１４にボルト締めされるように設計されており、環状の後部フランジ６２は、軸受支持構造体６９にボルト締めされるように設計されている。フレームの前部フランジ５９は、フレーム３６の内ケーシング１４にボルト締めされ、リンク１５は、外側バンド４６の後部に配置され、外側バンド４６をエンジン外ケーシング１２に構造的に連結する。
【００１０】
周方向に間隔をおいて配置される内側及び外側開口５４及び５６は、内側及び外側円錐形支持アーム５２及び５０の内側及び外側シェル６７及び６３にそれぞれ設けられる。支柱４８の各々は、内側及び外側バンド４４及び４６を貫通して半径方向に延びる少なくとも１つの中空の通路６０を有する。フレーム３６は、単一片からなる一体の鋳造物である。内側及び外側の円錐形支持アーム５２及び５０は、周方向に間隔をおいて配置された等しい数の内側及び外側開口５４及び５６を有する。周方向に間隔をおいて配置される内側開口５４は、等しい角度方向間隔で配置され、周方向に間隔をおいて配置される外側開口５６は、等しい角度方向間隔で配置される。周方向に間隔をおいて配置される内側及び外側開口５４及び５６の各対は、対応する支柱４８の１つにおける中空の通路６０と直線上で整列する。本発明の他の実施形態は、内側の円錐形支持アーム５２か、外側の円錐形支持アーム５０のいずれか一方に、それぞれ周方向に間隔をおいて配置された内側開口５４か、外側開口５６のいずれかのみを備えるフレーム３６を有する。
【００１１】
中空の通路６０は、サンプ連絡管２８及び他の連絡ラインを通すために使用され、タービン部分１０の設計によっては、タービン流路２２と該タービン流路に存在する高温の作動ガス流２６を横切って冷却空気を通すために使用される。連絡管２８及び他の連絡ラインはまた、連絡ライン及び連絡管の取付けを容易にするために、外側開口５６を通して配置することができる。ここには図示していないが、内側開口５４を通して連絡ライン及び連絡管を配置することもできる。
【００１２】
軸方向に延びるビーム９０が、外側及び内側シェル６３及び６７の開口の間に配置され、シェルの前端９６及び後端９８のそれぞれの前部及び後部ヘッダー９２及び９４の間に延びる。ビーム９０は、開口の寸法及び形状と、技術者が考慮に入れるであろう他の因子とに応じて、異なる形状及び寸法を有することができる。リンク１５は、クレビス４９にボルト締めされ、後部タービンフレーム３６とエンジンの内ケーシング１４を、エンジンの外ケーシング１２に構造的に連結する。図２の例示的な実施形態では、クレビス４９が、外側バンド４６上に配置され、フレーム３６と一体に鋳造されているところを示す。図４に示す別の実施形態では、クレビス４９が、半径方向外側の円錐形支持アーム５０上に配置され、フレーム３６と一体に鋳造される。
【００１３】
図３、図６、図７及び図９に示す本発明の第１の例示的な実施形態において、各開口は、前端６８及び後端７０にそれぞれ丸みのあるほぼ軸方向に細長い長方形のプラットフォーム形状６４を有し、競馬場形と説明することもできる。
【００１４】
図１０には、外側開口５６についての別の長方形の形状６４を示しており、周方向に延びる幅７４は、軸方向に延びる長さ７６よりも大きい。環状の円錐形外側及び内側シェル６３及び６７は、断面が円形であり、ビーム９０は、断面が長方形であり、半径方向内向き及び外向きに面する平坦面１０２及び１０４を有する。平坦なビームは、半径方向の可撓性をさらに高める。
【００１５】
図８及び図１１には、本発明の別の実施形態が示され、外側開口５６は、隅８０にフィレットが形成されたほぼ三角形のプラットフォーム形状７８を有する。図１１、図１２、及び図１３に示す別の設計では、対応する支柱４８の１つにおける中空の通路６０の前部９７と直線上で整列するか、又はそれを覆うように配置されたビーム９０を示す。
【００１６】
図５には、タービン部分１０が、低圧の第１及び第２ロータ４０及び４２をそれぞれ駆動する、低圧の前部第１及び後部タービン段１８及び１９を有する、本発明の別の実施形態を概略的に示す。後部タービン段１９は、タービンブレード２０の下流の第２ロータ４２に取り付けられた後部低圧タービンブレード２１を有する。低圧段の羽根４３は、支柱４８と低圧後部タービンブレード２１との間でタービン流路２２を横切るように配置される。中間軸受４５は、低圧の第１ロータ４０及び第２ロータ４２のそれぞれの間に配置される。後部タービン段１９は、フリータービンであっても良いし、出力タービンであっても良く、第２ロータ４２は、リフトファン又は他の装置或いは機械を駆動するために使用される出力シャフト４７を駆動するのに使用できる。
【００１７】
ここでは、本発明の好ましくかつ例示的であると考えられる実施形態について説明してきたが、本発明の他の変更は、本明細書中の教示から当業者には明らかであり、したがって、本発明の技術思想及び技術的範囲に属するこれら変更の全てが、特許請求の範囲において保護される。従って、本特許出願によって保護されることを望むのは、付属の特許請求の範囲において記載している本発明である。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の例示的なタービンフレームを含む軸流ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】  フレームの半径方向外側環状バンドとエンジン外ケーシングとの間を半径方向に延びるリンクを有する、図１に示すエンジン及びタービンフレームの一部のより詳細な断面図。
【図３】  図２に示すタービンフレームの斜視図。
【図４】  フレームの半径方向外側円錐形支持アームとエンジン外ケーシングとの間を半径方向に延びるリンクを有する、図１に示すエンジン及びタービンフレームの一部のより詳細な断面図。
【図５】  本発明のタービンフレームのタービン段後部すなわち下流部を含む別の軸流ガスタービンエンジンの概略図。
【図６】  フレームの半径方向内側の円錐形支持アームの、周方向に間隔をおいて配置された第１の例示的な内側開口の平面図。
【図７】  フレームの半径方向外側の円錐形支持アームの、周方向に間隔をおいて配置された第１の例示的な外側開口の平面図。
【図８】  フレームの半径方向外側の円錐形支持アームの、周方向に間隔をおいて配置された第２の例示的な三角形外側開口の平面図。
【図９】  フレームの半径方向外側の円錐形支持アームの、周方向に間隔をおいて配置された第１の例示的な外側開口の斜視図。
【図１０】  図９に示す開口よりも幅の広い長方形のフレーム開口の間のビームに、半径方向内向き及び外向きに面する平坦な面を有する、半径方向外側の円錐形支持アームの、周方向に間隔をおいて配置された第３の例示的な外側開口の斜視図。
【図１１】  図８に示す三角形の外側開口を有する、半径方向外側の円錐形支持アーム及びフレームの一部の斜視図。
【図１２】  図１１に示す外側円錐形支持アーム及びフレームの一部の、半径方向内向きに見た図。
【図１３】  図１１に示す外側円錐形支持アーム及びフレームの一部の、線１３−１３に沿って見た断面図。
【符号の説明】
１２  外ケーシング
１４  内ケーシング
１５  リンク
１６  バイパス流路
２２  タービン流路
２６  作動ガスの流れ
２８  サンプ連絡管
３６  タービンフレーム
３８  軸受組立体
４４  内側バンド
４６  外側バンド
４８  支柱
５０  半径方向外側の円錐形支持アーム
５２  半径方向内側の円錐形支持アーム
５４  内側開口
５６  外側開口
６０  中空の通路
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0004137486.tif 000012
【図１２】
0004137486.tif 000013
【図１３】
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