(57)【要約】  ターボ機械用のベーンは、圧力表面と、圧力表面とは反対側の吸込表面と、を含む。圧力表面及び吸込表面は、それらの間に幅を画定する。ベーンは、第１の端部も含む。第１の端部は、遠位部分、近位部分、圧力表面第１部分、及び、吸込表面第１部分を含む。圧力表面第１部分及び吸込表面第１部分の少なくとも一方が、圧力表面第１部分及び吸込表面第１部分の他方から離れて傾斜し、したがって、幅が、近位部分の第１端部最小幅から遠位部分の第１端部最大幅に増加する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械（１０）用のベーン（５０；５６；１００）であって、前記ベーンが、
圧力表面（１０２）と、
前記圧力表面とは反対側の吸込表面（１０４）であって、前記圧力表面及び前記吸込表面がそれらの間に幅（１３１；１３２；１３４；１３６；１３８；１４０）を画定する、吸込表面（１０４）と、
遠位部分（１１２）、
近位部分（１１４）、
圧力表面第１部分（１１６）、及び
吸込表面第１部分（１１８）であって、前記圧力表面第１部分及び前記吸込表面第１部分の少なくとも一方が、前記圧力表面第１部分及び前記吸込表面第１部分の他方から離れて傾斜し、したがって、前記幅が、前記近位部分の第１端部最小幅（１３２）から前記遠位部分の第１端部最大幅（１３４）に増加する、吸込表面第１部分（１１８）、
を含む第１の端部（１０６）と、
を含むベーン（５０；５６；１００）。
【請求項２】
前記圧力表面第１部分及び前記吸込表面第１部分の双方が傾斜している、請求項１記載のベーン。
【請求項３】
遠位部分（１２０）と、
近位部分（１２２）と、
圧力表面第２部分（１２４）と、
吸込表面第２部分（１２６）であって、前記圧力表面第２部分及び前記吸込表面第２部分の少なくとも一方が、前記圧力表面第２部分及び前記吸込表面第２部分の他方から離れて傾斜し、したがって、前記幅が、前記第２端部近位部分の第２端部最小幅（１３６）から前記第２端部遠位部分の第２端部最大幅（１３８）に増加する、吸込表面第２部分（１２６）と、
を含む第２の端部（１０８）を更に含む、請求項１記載のベーン。
【請求項４】
前記第１端部最大幅は、前記第２端部最大幅よりも大きい、請求項３記載のベーン。
【請求項５】
前記第１端部遠位部分及び前記第２端部遠位部分の双方は、前記ターボ機械に枢動可能に結合される、請求項３記載のベーン。
【請求項６】
前記第１の端部と前記第２の端部の間に延びる中間部分（１１０）を更に含み、前記中間部分は、前記第１端部近位部分と、前記第２端部近位部分と、に結合される、請求項３記載のベーン。
【請求項７】
前記中間部分（１２８）は、圧力表面中間部分（１２８）を含み、前記圧力表面第１部分は、前記圧力表面中間部分と共に約１４０°から１６５°の間の角度（θ）を作っている、請求項６記載のベーン。
【請求項８】
ターボ機械を組み立てる方法であって、前記方法が、
回転可能要素を少なくとも部分的に囲むために第１のケーシング部材（２４）を第２のケーシング部材（２４）に結合することであって、前記第１のケーシング部材及び前記第２のケーシング部材が少なくとも部分的に空路（４０）を画定する、結合することと、
圧力表面（１０２）と、
前記圧力表面とは反対側の吸込表面（１０４）であって、前記圧力表面及び前記吸込表面がそれらの間に幅（１３１；１３２；１３４；１３６；１３８；１４０）を画定する、吸込表面（１０４）と、
第１の遠位表面（１４２）を有する遠位部分（１１２）、
近位部分（１１４）、
圧力表面第１部分（１１６）、及び
吸込表面第１部分（１１８）であって、前記圧力表面第１部分及び前記吸込表面第１部分の少なくとも一方が、前記圧力表面第１部分及び前記吸込表面第１部分の他方から離れて傾斜し、したがって、前記幅が、前記第１端部近位部分の第１端部最小幅（１３２）から前記第１端部遠位部分の第１端部最大幅（１３４）に増加する、吸込表面第１部分（１１８）
を含む第１の端部（１０６）と、
を含むフレア付けされたベーン（５０；５６；１００）を形成することと、
前記第１の遠位表面が、前記第１のケーシング部材から離間され、前記ベーンが、前記ベーンを通る枢動軸（Ｂ−Ｂ；Ｃ−Ｃ）の周りを枢動するように、前記第１の端部を前記第１のケーシング部材に枢動可能に結合することと、
を含む方法。
【請求項９】
前記フレア付けされたベーンを形成することは、
第２の遠位表面（１４４）を有する遠位部分（１２０）、
近位部分（１２２）、
圧力表面第２部分（１２４）、及び
吸込表面第２部分（１２６）であって、前記圧力表面第２部分及び前記吸込表面第２部分の少なくとも一方が、前記圧力表面第２部分及び前記吸込表面第２部分の他方から離れて傾斜し、したがって、前記幅が、前記第２端部近位部分の第２端部最小幅（１３６）から前記第２端部遠位部分の第２端部最大幅（１３８）に増加する、吸込表面第２部分（１２６）、
を含む第２の端部（１０８）を含むフレア付けされたベーンを形成することを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の遠位表面が、前記第２のケーシング部材から離間されるように、そして、前記ベーンが、前記枢動軸の周りを枢動するように、前記ベーンを前記第２のケーシング部材に枢動可能に結合することを更に含む、請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般的にターボ機械に関し、より詳細には、出力タービンの第１のステージに可変ジオメトリベーン（ｇｅｏｍｅｔｒｙ  ｖａｎｅ）を含むターボ機械と、可変ジオメトリベーンを含むターボ機械を組み立てる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも幾つかの公知のターボ機械は、タービンエンジンであり、燃焼器、燃焼器から上流に結合された圧縮機、タービン、及び、圧縮機とタービンの間に回転可能に結合されたロータ組立体を含む。幾つかの公知のロータ組立体は、ガス流通経路がタービン入口とタービン出口の間に画定されるようにロータシャフトとロータシャフトに結合された複数のタービンブレード組立体とを含む。各タービンブレード組立体は、ロータディスクから外方に延びる複数の周方向に離間したタービンブレードを含む。
【０００３】
少なくとも幾つかの公知のタービンエンジンは、隣接するタービンブレード組立体間に配向される複数の固定ベーン組立体を含む。各ベーン組立体は、タービンケーシングからロータ組立体に向かって外方に延びる複数の周方向に離間したベーンを含む。各ベーンは、隣接するタービンブレードの方に燃焼ガスを導いてタービンブレードを回転させるために配向される。燃焼ガスがベーンに衝突するので、燃焼ガス流エネルギの少なくとも一部分は、ベーン上に分け与えられる。この流れのエネルギ損失は、ロータ組立体を回転させて有用な作業を作り出すのに利用可能である燃焼ガス流エネルギを減少させ、したがって、タービンの動作効率を減少させる。
【０００４】
幾つかの公知の固定ベーン組立体は、可変ジオメトリベーン組立体であり、ロータ組立体の方に流れる燃焼ガスの断面積を調整することを容易にしている。各可変ジオメトリベーン組立体は、調整可能である複数の周方向に離間した可変ジオメトリベーンを含む。１つのタイプの可変ジオメトリベーンは、可変ジオメトリベーンを通って延びる枢動軸の周りを枢動する。枢動を容易にするために、可変ジオメトリベーンは、可変ジオメトリベーンの各端部に隙間空間を備えて、タービンケーシングとロータ組立体に枢動可能に結合される。燃焼ガスが可変ジオメトリベーンに衝突するので、燃焼ガスの少なくとも一部分は、可変ジオメトリベーンの端部を越えて隙間空間を通って流れる。端部を越える流れは、ベーンに衝突する燃焼ガス流エネルギの量を増加させる。加えて、隙間空間を通る流れは、先端渦と混合損失を発生させる。先端渦と混合損失は、タービンの動作効率を低下させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，２８３，７０５号明細書
【発明の概要】
【０００６】
一態様では、ターボ機械用のベーンが提供される。ベーンは、圧力表面と、圧力表面とは反対側の吸込表面と、を含む。圧力表面及び吸込表面は、それらの間に幅を画定する。ベーンは、第１の端部も含む。第１の端部は、遠位部分と、近位部分と、圧力表面第１部分と、吸込表面第１部分と、を含む。圧力表面第１部分及び吸込表面第１部分の少なくとも一方は、圧力表面第１部分及び吸込表面第１部分の他方から離れて傾斜し、したがって、幅が、近位部分の第１端部最小幅から遠位部分の第１端部最大幅に増加する。
【０００７】
他の態様では、ターボ機械が提供される。ターボ機械は、少なくとも１つの回転可能要素と、その少なくとも１つの回転可能要素の周りを少なくとも部分的に周方向に延びるケーシングと、を含む。ケーシングは、少なくとも部分的に空路を画定する。ターボ機械は、空路を横切って延びるベーンも含む。ベーンは、圧力表面と、圧力表面とは反対側の吸込表面と、を含む。圧力表面及び吸込表面は、それらの間に幅を画定する。ベーンは、遠位部分と、近位部分と、圧力表面第１部分と、吸込表面第１部分と、を含む第１の端部も含む。遠位部分は、ケーシングから離間されるように、ケーシングに結合される。圧力表面第１部分及び吸込表面第１部分の少なくとも一方は、圧力表面第１部分及び吸込表面第１部分の他方から離れて傾斜し、したがって、幅が、近位部分の第１端部最小幅から遠位部分の第１端部最大幅に増加する。
【０００８】
別の態様では、ターボ機械を組み立てる方法が提供される。方法は、回転可能要素を少なくとも部分的に囲むために第１のケーシング部材を第２のケーシング部材に結合することを含む。第１のケーシング部材及び第２のケーシング部材は、少なくとも部分的に空路を画定する。方法は、フレア付けされたベーンを形成することも含む。フレア付けされたベーンは、圧力表面と、圧力表面とは反対側の吸込表面と、を含む。圧力表面及び吸込表面は、それらの間に幅を画定する。フレア付けされたベーンは、近位部分と、圧力表面第１部分と、第１の遠位表面を有する遠位部分と、吸込表面第１部分と、を含む第１の端部も含む。圧力表面第１部分及び吸込表面第１部分の少なくとも一方は、圧力表面第１部分及び吸込表面第１部分の他方から離れて傾斜し、したがって、幅が、近位部分の第１端部最小幅から遠位部分の第１端部最大幅に増加する。方法は、第１の遠位表面が第１のケーシング部材から離間され、ベーンがベーンを通る枢動軸の周りを枢動するように、第１の端部を第１のケーシング部材に枢動可能に結合することを更に含む。
【０００９】
本開示のこれらや他の特徴、態様、及び利点については、以下の詳細な説明が、図面全体にわたって同様の符号が同様の部品を指す添付の図面を参照して解釈されるとき、良好に理解されることになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的なターボ機械の断面図である。
【図２】図１に示したターボ機械と共に使用され得る例示的な可変ジオメトリベーン組立体の一部分の断面図である。
【図３】代替の例示的な可変ジオメトリベーンの斜視図である。
【図４】図３に示した可変ジオメトリベーンの４−４線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
別段の表示がない限り、本明細書で提供する図面は、本開示の実施形態の特徴を示すことを意味している。これらの特徴は、本開示の１つ又は複数の実施形態を含む幅広い多様なシステムに適用可能であると考える。したがって、図面は、本明細書に開示した実施形態の実施に必要とされる当業者に公知の従来の特徴をすべて含むべきであることを意味していない。
【００１２】
以下の明細書及び特許請求の範囲では、幾つかの用語に言及しており、それらは定義されて以下のような意味を有することになっている。
【００１３】
単数形「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈上別に規定することが明らかな場合を除いて、複数の参照先を含む。
【００１４】
「任意選択の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」又は「任意選択で（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、その後に説明する事象若しくは事件が起き得るか又は起き得ないこと、しかも、その説明がその事象の起きる場合と起きない場合とを含むこと、を意味する。
【００１５】
近似させる用語は、本明細書と特許請求の範囲の全体にわたって使用するとき、差し支えなく変化し得る任意の数量表示を修正するために適用することができ、それが関連する基本機能の変更を招くことはない。したがって、「約（ａｂｏｕｔ）」、「略（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、及び、「実質上（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」などの１つ又は複数の用語によって修正される数値は、その指示した数値に厳格に限定されるべきではない。少なくとも幾つかの場合では、近似させる用語は、その値を測定するための機器の精度に対応することがある。ここで本明細書と特許請求の範囲の全体にわたって、範囲の限定は、組合せ及び／又は交換を行うことができ、また、そういった範囲は、文脈上や用語上別に規定することが明らかな場合を除き、同一視されると共にその中に含まれる部分範囲のすべてを含む。
【００１６】
本明細書で説明した例示的な方法及びシステムは、可変ジオメトリベーンの第１の端部とターボ機械ケーシングの間の隙間空間を通る燃焼ガスの流れを削減する可変ジオメトリベーンを提供することによって、公知のターボ機械の少なくとも幾つかの不利益を克服する。より具体的には、本明細書で説明した実施形態は、圧力表面とその間に幅を画定する吸込表面とを有する少なくとも１つの可変ジオメトリベーンを含むターボ機械を提供する。幅は、第１の端部で最大幅まで増加する。第１端部最大幅のおかげで、可変ジオメトリベーンは、第１の端部を越えて第１の端部とターボ機械ケーシングの間の隙間空間を通って流れる燃焼ガスの量を減少させる。加えて、第１端部最大幅は、流れを燃焼ガス経路の中央の方に再度方向付けて、ターボ機械内の仕事の抽出を増加させる。
【００１７】
本明細書で使用するとき、用語「上流（ｕｐｓｔｒｅａｍ）」は、ガスタービンエンジンの前方又は入口端を指し、用語「下流（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ）」は、ガスタービンエンジンの後部又はノズル端を指す。
【００１８】
図１は、例示的なターボ機械の断面図である。例示的な実施形態では、ターボ機械は、ガスタービンエンジン１０である。代替的に、ターボ機械は、蒸気タービンエンジン、遠心圧縮機、及び、ターボチャージャを限定でなく含めて、任意の他のタービンエンジン及び／又は回転機械である。例示的な実施形態では、ターボエンジン１０は、吸入セクション１２と、吸入セクション１２から下流に結合された圧縮機セクション１４と、圧縮機セクション１４から下流に結合された燃焼器システム１６と、圧縮機セクション１４から下流に結合されたタービンセクション１８と、排気セクション２０と、を含む。タービンセクション１８は、圧縮機セクション１４に、また、それに限定されないが発電機や機械式駆動用途などの負荷（不図示）に、回転可能に結合される。
【００１９】
動作では、第１の吸入セクション１２は、空気を圧縮機セクション１４の方に導く。圧縮機セクション１４は、空気をより高圧且つ高温に圧縮し、圧縮空気を燃焼器システム１６とタービンセクション１８に放出する。燃焼器システム１６は、圧縮機セクション１４に結合され、圧縮機セクション１４からの圧縮空気の少なくとも一部分を受容する。例示的な実施形態では、燃焼器システム１６は、燃料を圧縮空気と混合させ、それに点火して燃焼ガスを発生させ、それはタービンセクション１８に流れて行く。燃焼ガスは、タービンセクション１８に導かれ、そこでガスストリーム熱エネルギが、機械的な回転エネルギに変換され、タービンセクション１８が、圧縮機セクション１４及び／又は負荷（不図示）を駆動することができる。最終的に、タービンセクション１８は、排気ガスを排気セクション２０に導いて、排気ガスを周囲の大気に放出する。
【００２０】
例示的な実施形態では、タービンセクション１８は、流体入口２６と流体出口２８の間に延びるケーシング２４を含むタービン組立体２２を含む。ケーシング２４は、流体入口２６と流体出口２８の間に延びるキャビティ３２を画定する内側表面３０を含む。タービン組立体２２は、中心軸Ａ−Ａに沿って延びて圧縮機セクション１４にロータシャフト３８を介して結合されたロータ組立体３４を更に含む。代替的な実施形態では、タービンエンジン１０は、圧縮機セクション１４に第２のシャフト（不図示）を介して結合された高圧タービン組立体（不図示）を有する。例示的な実施形態では、ロータ組立体３４は、キャビティ３２内部に位置決めされ、ケーシング２４に対して配向され、したがって、燃焼ガス経路４０が、ロータ組立体３４とケーシング２４の間に少なくとも部分的に画定される。燃焼ガス経路４０は、流体入口２６から流体出口２８に延びる。
【００２１】
ロータ組立体３４は、ロータシャフト３８に結合される複数のタービンブレード組立体４２を含む。各タービンブレード組立体４２は、ロータシャフト３８から半径方向外方に延び且つ中心軸Ａ−Ａの周りを回転する複数のタービンブレード４４を含む。各タービンブレード４４は、燃焼ガス経路４０の一部分を通して少なくとも部分的に延びる。動作では、燃焼ガス経路４０は、タービンブレード４４に接触し、それによって、タービンブレード組立体４２が回転する。
【００２２】
可変ジオメトリベーン組立体４８は、可変ジオメトリベーン組立体４８がロータシャフト３８を取り巻くように、ケーシング内側表面３０に結合される。可変ジオメトリベーン組立体４８は、燃焼ガスをタービンブレード組立体４２の方に導いて燃焼ガスがタービンブレード組立体４２を回転させるように位置決めされる。可変ジオメトリベーン組立体４８は、燃焼ガス経路４０の断面積の調整を容易にして、動作状態が変わるときにタービンエンジン１０の最適なアスペクト比を維持させる。
【００２３】
図２は、可変ジオメトリベーン組立体４８の一部分の断面図である。例示的な実施形態では、可変ジオメトリベーン組立体４８は、複数のベーン５０を含む。例示的な実施形態では、ベーン５０は、可変ジオメトリベーン５６であって、燃焼ガス経路４０の断面積を調整するためにそれぞれが位置決め自在である。代替的な実施形態では、すべてのベーン５０が位置決め自在というわけではない。例示的な実施形態では、各可変ジオメトリベーン５６は、各可変ジオメトリベーン５６を通り抜けている枢動軸Ｃ−Ｃの周りを枢動する。可変ジオメトリベーン５６は、枢動することによって燃焼ガス経路４０の実効断面積を調整する。枢動することによって、可変ジオメトリベーン５６は、燃焼ガスの方向に関連して可変ジオメトリベーンの有する角度を調整する。調整した角度は、可変ジオメトリベーン５６と別の表面との間の開いた領域、即ち、のど状領域、を変化させ、それが今度は、タービンエンジン１０の動作点（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｐｏｉｎｔ）を変化させる。代替的な実施形態では、可変ジオメトリベーン５６は、本明細書で説明したように機能するのに適した任意のやり方で燃焼ガス経路４０の断面積を調整する。例示的な実施形態では、可変ジオメトリベーン５６は、枢動を容易にするために各端部に隙間空間５８、６０を有する。適切には、各隙間空間５８、６０は、ベーン高さの約０．６％から１．３％の間に等しい。代替的な実施形態では、各隙間空間５８、６０は、可変ジオメトリベーン５６を枢動可能にするのに十分な任意の寸法を有する。
【００２４】
可変ジオメトリベーン５６は、ケーシング２４（図１に示す）に枢動可能に結合された第１の遠位表面５２と、ロータ組立体３４（図１に示す）に枢動可能に結合された第２の遠位表面５４と、を含む。第１の遠位表面５２は、内側表面３０に調和するように輪郭付けされ、したがって、第１の遠位表面５２と内側表面３０（図１に示す）との間の隙間空間５８は、可変ジオメトリベーン５６の枢動するときに一定のままである。同様に、第２の遠位表面５４は、ロータ組立体３４の表面６２に調和するように輪郭付けされ、したがって、第２の遠位表面と表面６２の間の隙間空間６０は、可変ジオメトリベーン５６の枢動するときに一定のままである。代替的な実施形態では、第１の遠位表面５２と第２の遠位表面５４は、隙間空間５８、６０が可変ジオメトリベーン５６の枢動するときに変化するように、輪郭付けされる。
【００２５】
図３は、例示的な可変ジオメトリベーン１００の斜視図である。図４は、４−４線に沿った可変ジオメトリベーン１００の断面図である。可変ジオメトリベーン１００は、図１〜２に示す可変ジオメトリベーン５６と似ているが、除外されるのは、とりわけ可変ジオメトリベーン１００が一方側だけにフレア付け（ｆｌａｒｅｄ）されるということである。可変ジオメトリベーン１００は、圧力表面１０２と、圧力表面１０２とは反対側の吸込表面１０４と、第１の端部１０６と、第２の端部１０８と、第１の端部１０６と第２の端部１０８の間に延びる中間部分１１０と、を含む。第１の端部１０６は、第１端部遠位部分１１２と、第１端部近位部分１１４と、圧力表面第１部分１１６と、吸込表面第１部分１１８と、を含む。第２の端部１０８は、第２端部遠位部分１２０と、第２端部近位部分１２２と、圧力表面第２部分１２４と、吸込表面第２部分１２６と、を含む。中間部分１１０は、圧力表面中間部分１２８と吸込表面中間部分１３０を含む。中間部分１１０は、第１端部近位部分１１４と第２端部近位部分１２２に結合される。例示的な実施形態では、第１の端部１０６と、第２の端部１０８と、中間部分１１０は、一体的に形成される。代替的な実施形態では、第１の端部１０６と、第２の端部１０８と、中間部分１１０は、形成されて任意のやり方で互いに結合され、可変ジオメトリベーン１００が本明細書で説明したように機能するのを可能にする。例示的な実施形態では、可変ジオメトリベーン１００は、枢動軸Ｃ−Ｃの周りを枢動する。本明細書で使用するとき、「軸方向（ａｘｉａｌ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）」は、枢動軸Ｃ−Ｃに平行な方向を意味する。
【００２６】
可変ジオメトリベーン１００は、プラスチック、金属、可撓性材料若しくは準拠材料をそれに限定されることなく含めて、任意の数の材料から適切に製作される。例えば、可変ジオメトリベーン１００は、熱可塑性材料若しくは熱硬化性材料及び／又は金属から部品を製作するために使用される型成形、成形、押出、及び／又は３Ｄプリンティングプロセスによって形成される。代替的に、可変ジオメトリベーン１００は、可撓性又は準拠材料を剛性材料に取り付けるなどの材料の組合せから製作される。しかしながら、代替的な実施形態では、可変ジオメトリベーン１００は、可変ジオメトリベーン１００が本明細書で説明したように機能するのを可能にする金属などの任意の適切な材料で構築される。
【００２７】
例示的な実施形態では、圧力表面１０２と吸込表面１０４は、それらの間のベーン幅１３１を画定する。可変ジオメトリベーン１００は、第１の端部１０６と第２の端部１０８で幅が増加し、即ち、可変ジオメトリベーン１００は、フレア付けされた形状を有する。可変ジオメトリベーン１００のフレア付けされた形状は、可変ジオメトリベーン１００がタービン組立体２２（図１に示す）の中に含められるときに、第１の端部１０６及び第２の端部１０８を越えて表面（不図示）と可変ジオメトリベーン１００との間の隙間空間を通って流れる燃焼ガスの量を減少させる。代替的な実施形態では、可変ジオメトリベーン１００は、一端部だけでフレア付けされる。
【００２８】
例示的な実施形態では、圧力表面第１部分１１６は、吸込表面第１部分１１８から軸方向に離れて傾斜し、したがって、ベーン幅が、第１端部近位部分１１４の第１端部最小幅１３２から第１端部遠位部分１１２の第１端部最大幅１３４に増加する。本明細書で使用するとき、「傾斜（ｓｌｏｐｅ）」は、表面が他の表面に対して角度付けされる、即ち、表面が軸方向に平行でない、ということを意味する。例えば、例示的な実施形態では、圧力表面第１部分１１６は、吸込表面第１部分１１８に対して角度付けされる。吸込表面第１部分１１８は、実質上、吸込表面中間部分１３０と同一平面上にある。代替的な実施形態では、圧力表面第１部分１１６及び吸込表面第１部分１１８の双方は、ベーン幅が増加するように相互から離れて傾斜する。代替的に、吸込表面第１部分１１８は、圧力表面第１部分１１６から離れて傾斜し、圧力表面第１部分１１６は、実質上、圧力表面中間部分１２８と同一平面上にある。
【００２９】
例示的な実施形態では、圧力表面中間部分１２８及び吸込表面中間部分は、軸方向に実質上平行である。吸込表面第１部分１１８は、吸込表面中間部分１３０と同一表面上にあるので、吸込表面第１部分１１８は、軸方向の圧力表面中間部分１２８と実質上平行でもある。その一方、圧力表面第１部分１１６は、圧力表面中間部分１２８と共に角度θを形成する。１つの適切な実施形態では、角度θは、約１４０°から約１６５°の間の範囲にある。例示的な実施形態では、角度θは、約１５５°である。代替的な実施形態では、圧力表面第１部分１１６は、圧力表面中間部分１２８と共に任意の角度θを形成して、本明細書で説明したような可変ジオメトリベーン１００の動作を可能にする。
【００３０】
例示的な実施形態では、軸方向において、圧力表面第２部分１２４は、吸込表面第２部分１２６から離れて傾斜し、したがって、ベーン幅は、第２端部近位部分１２２の第２端部最小幅１３６から第２端部遠位部分１２０の第２端部最大幅１３８に増加する。吸込表面第２部分１２６は、吸込表面中間部分１３０と同一表面上にある。代替的な実施形態では、圧力表面第２部分１２４及び吸込表面第２部分１２６の双方は、ベーン幅が増加するように相互から離れて傾斜する。代替的に、吸込表面第２部分１２６は、圧力表面第２部分１２４から離れて傾斜し、圧力表面第２部分１２４は、圧力表面中間部分１２８と同一表面上にある。
【００３１】
例示的な実施形態では、圧力表面第２部分１２４は、圧力表面中間部分１２８と共に角度βを形成する。１つの適切な実施形態では、角度βは、約１４０°から約１６５°の間の範囲にある。例示的な実施形態では、角度βは、約１５５°である。代替的な実施形態では、圧力表面第２部分１２４は、圧力表面中間部分１２８と共に任意の角度βを形成する。
【００３２】
例示的な実施形態では、第１端部最小幅１３２は、第２端部最小幅１３６に略等しく、第１端部最大幅１３４は、第２端部最大幅１３８よりも大きい。代替的な実施形態では、第１端部最小幅１３２は、第２端部最小幅１３６に等しくない、及び／又は、第１端部最大幅１３４は、第２端部最大幅１３８よりも小さい又はそれに等しい。例示的な実施形態では、圧力表面中間部分１２８及び吸込表面中間部分１３０は、中間部分１１０を通して実質上一定である中間部分幅１４０を画定する。代替的な実施形態では、中間部分幅１４０は、様々である。例示的な実施形態では、中間部分幅１４０は、第１端部最小幅１３２及び第２端部最小幅１３６のそれぞれに略等しい。
【００３３】
第１端部遠位部分１１２は、圧力表面第１部分１１６と圧力表面第２部分１２４の間に延びる第１の遠位表面１４２を含む。第１の遠位表面１４２は、圧力表面第１部分１１６と共に角度αを形成し、吸込表面第１部分１１８と共に角度９０°を形成する。第１の遠位表面１４２は、圧力表面中間部分１２８に実質上垂直であり、圧力表面第１部分１１６の傾斜は、第１端部近位部分１１４から第１端部遠位部分１１２まで、実質上一定のままである。したがって、角度αの量は、例示的な実施形態では、角度θマイナス９０°の量に略等しい。１つの適切な実施形態では、角度αは、約５０°から約７５°の間の範囲にある。例示的な実施形態では、角度αは、約６５°である。代替的な実施形態では、第１の遠位表面１４２は、圧力表面第１部分１１６及び吸込表面第１部分１１８と共に任意の角度を形成する。
【００３４】
例示的な実施形態では、第２端部遠位部分１２０は、圧力表面第２部分１２４と、第１端部遠位表面１４２とは反対側の吸込表面第２部分１２６と、の間に延びる第２の遠位表面１４４を含む。第２端部遠位部分１２０は、吸込表面第２部分１２６と共に角度９０°を形成する。加えて、第２端部遠位部分１２０は、圧力表面第２部分１２４と共に角度εを形成する。
【００３５】
例示的な実施形態では、角度θ、β、α、及びεは、可変ジオメトリベーン１００に沿って様々である。具体的には、角度θ、β、α、及びεは、前縁１４６で測定した最小角度から後縁１４８で測定した最大角度に増加する。したがって、可変ジオメトリベーン１００のフレアは、前縁１４６から後縁１４８に減少する。代替的な実施形態では、可変ジオメトリベーン１００のフレアは、一定のままである、及び／又は、本明細書で説明したように機能するのに適した様式で様々である。例示的な実施形態では、角度θ及びβは、略１８０°に増加し、したがって、圧力表面第１部分１１６、圧力表面中間部分１２８、及び圧力表面第２部分１２４は、後縁１４８で実質上同一平面上にある。
【００３６】
枢動軸Ｃ−Ｃを横切る方向では、圧力表面１０２及び吸込表面１０４は、互いに向かって傾斜し、したがって、圧力表面１０２及び吸込表面１０４は、後縁１４８で交わる。このように、圧力表面１０２及び吸込表面１０４は、湾曲してエーロフォイルを形成し、空気流が可変ジオメトリベーン１００を越えるのを容易にする。前縁１４６から後縁１４８へのフレアの減少は、圧力表面１０２と吸込表面１０４の間の減少する幅に比例し、したがって、後縁１４８に近い減少したフレアは、前縁１４６のフレアと実質上同じ効果を有する。代替的な実施形態では、圧力表面１０２及び吸込表面１０４は、互いに向かって傾斜しない。
【００３７】
図１、２、及び４に関連して、タービンエンジン１０を組み立てる例示的な方法は、ロータ組立体３４とケーシング２４の間に燃焼ガス経路４０が画定されるように、ケーシング２４をロータ組立体３４に結合することを含む。燃焼ガス経路４０は、流体入口２６と流体出口２８の間に延びる。例示的な方法は、圧力表面１０２、圧力表面１０２とは反対側の吸込表面１０４、及び第１の端部１０６を有する可変ジオメトリベーン１００を形成することを更に含む。可変ジオメトリベーン１００は、可変ジオメトリベーン１００がフレア付けされた形状を有するように、第１の端部１０６で幅が増加する。
【００３８】
第１の端部１０６は、第１の遠位表面１４２がケーシング２４から離間されるように、ケーシング２４に枢動可能に結合される。加えて、可変ジオメトリベーン１００は、第２の遠位表面１４４がロータ組立体３４から離間されるように、ロータ組立体３４に枢動可能に結合される。第１の遠位表面１４２は、第１の遠位表面１４２とケーシング２４の間の隙間空間５８が、可変ジオメトリベーン１００の枢動動作中に一定のままであるように、ケーシング２４と整列される。例示的な方法は、可変ジオメトリベーン組立体４８を形成するために、複数の可変ジオメトリベーン１００をケーシング２４に結合することを更に含む。
【００３９】
上で説明した燃焼器システムは、ベーンとターボ機械ケーシングの間の隙間空間を通る燃焼ガスの流れを削減する可変ジオメトリベーンを備えたターボ機械を提供することによって、公知のタービンエンジンの少なくとも幾つかの不利益を克服する。したがって、燃焼ガス経路内で生じる流動損失は、削減され、そのようにしてガスエネルギの損失が減少し、タービンエンジンの効率が向上する。効率の向上は、燃焼する燃料を最小化し、タービンエンジンの運転費を削減することになろう。
【００４０】
本明細書で説明した方法、システム、及び装置の例示的な技術的効果は、（ａ）可変ジオメトリベーンの第１の端部とターボ機械ケーシングの間の隙間空間を通る燃焼ガスの流れを削減すること、（ｂ）流れを燃焼ガス経路の中央の方に再度方向付けて、ターボ機械内の仕事の抽出を増加させること、（ｃ）可変ジオメトリベーン上に分け与えられる燃焼ガス流エネルギの量を減少させること、及び（ｄ）先端渦と混合損失の発生を削減すること、のうちの少なくとも１つを含む。
【００４１】
可変ジオメトリベーンを含むターボ機械とターボ機械を動作させる方法の例示的な実施形態は、上で詳細に説明している。方法及び装置は、本明細書で説明した特定の実施形態に限定されず、むしろ、システムの構成要素及び／又は方法のステップは、本明細書で説明した他の構成要素及び／又はステップから独立して別個に利用することができる。例えば、方法及び装置は、他の燃焼システム及び方法と組み合わせて使用してもよいが、本明細書で説明したようなタービンエンジンだけによる実施に限定はされない。むしろ、例示的な実施形態は、多くの他の燃焼システム用途と関連して、実施及び利用することができる。
【００４２】
本開示の様々な実施形態の特有の特徴は、図面によっては示され、他ではそうでないこともあるが、それは単に便宜のためである。更に、上記説明での「一実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」の参照は、記載した特徴を組み込んでもいる追加の実施形態の存在を除外するように解釈されることを意図していない。本開示の原理に従い、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照及び／又は権利請求することができる。
【００４３】
ここに記載した説明は、例を用いて、ベストモードを含めて実施形態を開示していると共に、任意のデバイスやシステムを作製及び使用することと任意の組み入れた方法を実行することとを含めて任意の当業者が実施形態を実施できるようにもしている。特許性を有する本開示の範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者の想到する他の例を含むことができる。そういった他の例は、特許請求の範囲の文字通りの用語と異ならない構造要素を有する場合に、或いは、特許請求の範囲の文字通りの用語に対する差異の実体がない等価な構造要素を含む場合に、特許請求の範囲の範囲内にあることを意図している。
【００４４】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
ターボ機械（１０）用のベーン（５０；５６；１００）であって、前記ベーンが、
圧力表面（１０２）と、
前記圧力表面とは反対側の吸込表面（１０４）であって、前記圧力表面及び前記吸込表面がそれらの間に幅（１３１；１３２；１３４；１３６；１３８；１４０）を画定する、吸込表面（１０４）と、
遠位部分（１１２）、
近位部分（１１４）、
圧力表面第１部分（１１６）、及び
吸込表面第１部分（１１８）であって、前記圧力表面第１部分及び前記吸込表面第１部分の少なくとも一方が、前記圧力表面第１部分及び前記吸込表面第１部分の他方から離れて傾斜し、したがって、前記幅が、前記近位部分の第１端部最小幅（１３２）から前記遠位部分の第１端部最大幅（１３４）に増加する、吸込表面第１部分（１１８）、
を含む第１の端部（１０６）と、
を含むベーン（５０；５６；１００）。
［実施態様２］
遠位部分（１２０）と、
近位部分（１２２）と、
圧力表面第２部分（１２４）と、
吸込表面第２部分（１２６）であって、前記圧力表面第２部分及び前記吸込表面第２部分の少なくとも一方が、前記圧力表面第２部分及び前記吸込表面第２部分の他方から離れて傾斜し、したがって、前記幅が、前記第２端部近位部分の第２端部最小幅（１３６）から前記第２端部遠位部分の第２端部最大幅（１３８）に増加する、吸込表面第２部分（１２６）と、
を含む第２の端部（１０８）を更に含む、実施態様１に記載のベーン。
［実施態様３］
前記第１の端部と前記第２の端部の間に延びる中間部分（１１０）を更に含み、前記中間部分は、前記第１端部近位部分と、前記第２端部近位部分と、に結合される、実施態様２に記載のベーン。
［実施態様４］
前記圧力表面及び前記吸込表面は、前記中間部分を通して実質上一定である中間部分幅を画定し、前記中間部分幅は、前記第１端部最小幅及び前記第２端部最小幅と等しい、実施態様３に記載のベーン。
［実施態様５］
前記第１端部最大幅は、前記第２端部最大幅と等しい、実施態様４に記載のベーン。
［実施態様６］
前記第１端部最大幅は、前記第２端部最大幅よりも大きい、実施態様２に記載のベーン。
［実施態様７］
前記中間部分は、圧力表面中間部分を含み、前記圧力表面第１部分は、前記圧力表面中間部分と共に約１４０°から１６５°の間の角度（θ）を作っている、実施態様３に記載のベーン。
［実施態様８］
前記圧力表面第１部分及び前記吸込表面第１部分の双方が傾斜している、実施態様１に記載のベーン。
［実施態様９］
前記第１端部遠位部分及び前記第２端部遠位部分の双方は、前記ターボ機械に枢動可能に結合される、実施態様２に記載のベーン。
［実施態様１０］
前記第１端部遠位部分は、第１の遠位表面（５２）を含み、前記第１の遠位表面（５２）は、前記ターボ機械（１０）の内側表面（３０）に調和するように輪郭付けされ、したがって、前記第１の遠位表面（５２）と前記内側表面（３０）との間の隙間空間（５８）は、前記ベーン（５６）の枢動するときに一定のままである、実施態様９に記載のベーン。
［実施態様１１］
前記第２端部遠位部分は、第２の遠位表面（５４）を含み、前記第２の遠位表面（５４）は、前記ターボ機械（１０）の第２の内側表面（６２）に調和するように輪郭付けされ、したがって、前記第２の遠位表面（５４）と前記第２の内側表面（６２）の間の隙間空間（６０）は、前記ベーン（５６）の枢動するときに一定のままである、実施態様１０に記載のベーン。
［実施態様１２］
少なくとも１つの回転可能要素と、
前記少なくとも１つの回転可能要素の周りを少なくとも部分的に周方向延びて、空路を少なくとも部分的に画定するケーシングと、
前記空路を横切って延びるベーンと、を含むターボ機械であって、前記ベーンは、
圧力表面（１０２）と、
前記圧力表面とは反対側の吸込表面（１０４）であって、前記圧力表面及び前記吸込表面がそれらの間に幅（１３１；１３２；１３４；１３６；１３８；１４０）を画定する、吸込表面（１０４）と、
前記第１端部遠位部分が前記ケーシングから離間されるように、前記ケーシングに結合される遠位部分（１１２）、
近位部分（１１４）、
圧力表面第１部分（１１６）、及び
吸込表面第１部分（１１８）であって、前記圧力表面第１部分及び前記吸込表面第１部分の少なくとも一方が、前記圧力表面第１部分及び前記吸込表面第１部分の他方から離れて傾斜し、したがって、前記幅が、前記近位部分の第１端部最小幅（１３２）から前記遠位部分の第１端部最大幅（１３４）に増加する、吸込表面第１部分（１１８）、
を含む第１の端部（１０６）と、を含む
ターボ機械。
［実施態様１３］
前記ベーンは、第２の端部を更に含み、前記第２の端部は、
前記第２端部遠位部分が前記ケーシングから離間されるように、前記ケーシングに結合された遠位部分と、
近位部分と、を含む、実施態様１２に記載のターボ機械。
［実施態様１４］
前記ベーンは、前記第１の端部と前記第２の端部の間に延びる中間部分（１１０）を更に含み、前記中間部分は、前記第１端部近位部分と、前記第２端部近位部分と、に結合される、実施態様１３に記載のターボ機械。
［実施態様１５］
前記第２の端部（１０８）は、
圧力表面第２部分（１２４）と、
吸込表面第２部分（１２６）とを含み、前記圧力表面第２部分及び前記吸込表面第２部分の少なくとも一方が、前記圧力表面第２部分及び前記吸込表面第２部分の他方から離れて傾斜し、したがって、前記幅が、前記第２端部近位部分の第２端部最小幅（１３６）から前記第２端部遠位部分の第２端部最大幅（１３８）に増加する、
実施態様１３に記載のターボ機械。
［実施態様１６］
前記ベーンは、前記ベーンを通して前記第１の端部から前記第２の端部に延びる枢動軸の周りを枢動する、実施態様１４に記載のターボ機械。
［実施態様１７］
前記ベーンは、高さを有し、前記第１端部遠位部分は、前記高さの約０．６％から約１．３％の間の距離を、前記ケーシングから離間される、実施態様１２に記載のターボ機械。
［実施態様１８］
前記ベーンは、高さを有し、前記第２端部遠位部分は、前記高さの約０．６％から約１．３％の間の距離を、前記ケーシングから離間される、実施態様１３に記載のターボ機械。
［実施態様１９］
ターボ機械を組み立てる方法であって、前記方法が、
回転可能要素を少なくとも部分的に囲むために第１のケーシング部材（２４）を第２のケーシング部材（２４）に結合することであって、前記第１のケーシング部材及び前記第２のケーシング部材が少なくとも部分的に空路（４０）を画定する、結合することと、
圧力表面（１０２）と、
前記圧力表面とは反対側の吸込表面（１０４）であって、前記圧力表面及び前記吸込表面がそれらの間に幅（１３１；１３２；１３４；１３６；１３８；１４０）を画定する、吸込表面（１０４）と、
第１の遠位表面（１４２）を有する遠位部分（１１２）、
近位部分（１１４）、
圧力表面第１部分（１１６）、及び
吸込表面第１部分（１１８）であって、前記圧力表面第１部分及び前記吸込表面第１部分の少なくとも一方が、前記圧力表面第１部分及び前記吸込表面第１部分の他方から離れて傾斜し、したがって、前記幅が、前記近位部分の第１端部最小幅（１３２）から前記遠位部分の第１端部最大幅（１３４）に増加する、吸込表面第１部分（１１８）、
を含む第１の端部（１０６）と、
を含むフレア付けされたベーン（５０；５６；１００）を形成することと、
前記第１の遠位表面が、前記第１のケーシング部材から離間され、前記ベーンが、前記ベーンを通る枢動軸（Ｂ−Ｂ；Ｃ−Ｃ）の周りを枢動するように、前記第１の端部を前記第１のケーシング部材に枢動可能に結合することと、を含む方法。
［実施態様２０］
前記フレア付けされたベーンを形成することは、
第２の遠位表面（１４４）を有する遠位部分（１２０）、
近位部分（１２２）、
圧力表面第２部分（１２４）、及び
吸込表面第２部分（１２６）であって、前記圧力表面第２部分及び前記吸込表面第２部分の少なくとも一方が、前記圧力表面第２部分及び前記吸込表面第２部分の他方から離れて傾斜し、したがって、前記幅が、前記第２端部近位部分の第２端部最小幅（１３６）から前記第２端部遠位部分の第２端部最大幅（１３８）に増加する、吸込表面第２部分（１２６）、
を含む第２の端部（１０８）を含むフレア付けされたベーンを形成することを含む、実施態様１９に記載の方法。
［実施態様２１］
前記第２の遠位表面が、前記第２のケーシング部材から離間されるように、そして、前記ベーンが、前記枢動軸の周りを枢動するように、前記ベーンを前記第２のケーシング部材に枢動可能に結合することを更に含む、実施態様２０に記載の方法。
［実施態様２２］
前記第１の遠位表面と前記第１のケーシング部材の間の前記隙間空間が、前記ベーンの枢動動作中に一定であるように、前記第１の遠位表面を前記第１のケーシング部材に整列させることを更に含む、実施態様１９に記載の方法。
［実施態様２３］
複数のフレア付けされたベーンを前記第１のケーシング部材に結合することを更に含む、実施態様１９に記載の方法。
［実施態様２４］
前記圧力表面第１部分及び前記吸込表面第１部分の少なくとも一方の前記傾斜部分が、前記第１のケーシング部材と共に約５０°から７５°の間の角度を作るように、前記第１の端部を前記第１のケーシング部材に整列させることを更に含む、実施態様１９に記載の方法。
【符号の説明】
【００４５】
１０  タービンエンジン
１２  吸入セクション
１４  圧縮機セクション
１６  燃焼器セクション
１８  タービンセクション
２０  排気セクション
２２  タービン組立体
２４  ケーシング
２６  流体入口
２８  流体出口
３０  内側表面
３２  キャビティ
３４  ロータ組立体
３８  ロータシャフト
４０  燃焼ガス経路
４２  タービンブレード組立体
４４  タービンブレード
４８  可変ジオメトリベーン組立体
５０  ベーン
５２  第１の遠位表面
５４  第２の遠位表面
５６  可変ジオメトリベーン
５８  隙間空間
６２  表面
１００  可変ジオメトリベーン
１０２  圧力表面
１０４  吸込表面
１０６  第１の端部
１０８  第２の端部
１１０  中間部分
１１２  第１端部遠位部分
１１４  第１端部遠位部分
１１６  圧力表面第１部分
１１８  吸込表面第１部分
１２０  第２端部遠位部分
１２２  第２端部近位部分
１２４  圧力表面第２部分
１２６  吸込表面第２部分
１２８  圧力表面中間部分
１３０  吸込表面中間部分
１３１  ベーン幅
１３２  第１端部最小幅
１３４  第１端部最大幅
１３６  第２端部最小幅
１３８  第２端部最大幅
１４０  中間部分幅
１４２  第１の遠位表面
１４４  第２の遠位表面
１４６  前縁
１４８  後縁
Ａ−Ａ  中心軸
Ｂ−Ｂ  枢動軸
Ｃ−Ｃ  枢動軸
α  角度
β  角度
θ  角度
ε  角度
【図１】
2017535719.tif 000003
【図２】
2017535719.tif 000004
【図３】
2017535719.tif 000005
【図４】
2017535719.tif 000006
【国際調査報告】
2017535719.tif 000007
2017535719.tif 000008
2017535719.tif 000009