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JP2016211563A - 圧縮機システムおよびエーロフォイルアセンブリ - Google Patents

圧縮機システムおよびエーロフォイルアセンブリ Download PDF

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JP2016211563A JP2016092357A JP2016092357A JP2016211563A JP 2016211563 A JP2016211563 A JP 2016211563A JP 2016092357 A JP2016092357 A JP 2016092357A JP 2016092357 A JP2016092357 A JP 2016092357A JP 2016211563 A JP2016211563 A JP 2016211563A
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Hai-Yun Hu
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Abstract

【課題】エーロフォイルアセンブリを提供すること。【解決手段】エーロフォイルアセンブリ(44)は、前縁(51)および後縁(52)を有する少なくとも1つのエーロフォイル(50)と、少なくとも1つのエーロフォイル(50)のためのサポートの少なくとも一部分を提供するために、バンド(60、80)と少なくとも1つのエーロフォイル(50)との間の界面(70)の一部分に沿って、少なくとも1つのエーロフォイル(50)に剛連結されているバンド(60、80)と、少なくとも1つのエーロフォイル(50)の前縁(51)または後縁(52)において、バンド(60、80)内に位置するレリーフ(72)であって、バンド(60、80)と前縁(51)または後縁(52)との間に応力緩和ギャップ(74)を画定するレリーフ(72)と、レリーフ(72)を通る空気流を防止するクロージャ(76)とを含む。【選択図】図1

Description

本願発明は、圧縮機システムおよびエーロフォイルアセンブリに関する。
タービンエンジン、特にガスタービンエンジンまたは燃焼タービンエンジンは、エンジンを通って多数のタービンブレード上に通過する燃焼ガスの流れからエネルギーを抽出する回転エンジンである。空気は、動作中、圧縮機内で加圧され得る。圧縮機を通して導かれる空気は、燃焼器内で燃料と混合され、点火され得、高温燃焼ガスを発生させ、高温燃焼ガスは、タービン段を通って流れ、タービン段は、ファンおよび圧縮機ロータに動力を与えるためにそこからエネルギーを抽出し、エンジンスラストを発生させ、飛行中の航空機を推進させ、または、発電機など負荷に動力を与える。
圧縮機は、ロータアセンブリおよびステータアセンブリを含む。ステータアセンブリは、複数の円周方向に離隔されたステータベーンまたはエーロフォイルを含み、圧縮機に進入する圧縮ガスをロータブレードへ方向付けする。ステータベーンは、内側バンドと外側バンドとの間で半径方向に延在している。ステータアセンブリを通るガス流路は、内側バンドによって半径方向内向きの境界を定められており、また、外側バンドによって半径方向外向きの境界を定められている。ステータベーンセグメントは、圧縮機ケーシング内に装着されている。ベーン段は、複数の円周方向に配置されたベーンセグメントを含み、それぞれのセグメントは、アーチ形の内側バンドとアーチ形の外側バンドとの間に延在する複数のエーロフォイルを有する。
いくつかの設計では、ベーンセグメントは、単にその外側バンドだけにおいて支持されている。その理由は、従来の環状のシール部材がロータ段間に配設されており、内側バンドを静的に支持することをも妨げるからである。したがって、これらのベーンセグメント内のエーロフォイルは、外側バンドサポートから片持ち梁になっており、これは、ベーン間を流れる流体による曲げモーメントを生成し、これは、外側バンドを通して適切に受け止められ、または対処されなければならない。これらのエーロフォイルのいくつかのうちの曲げモーメントはかなり大きい可能性がある。その理由は、それらが、単にそれらの外側バンドだけにおいて支持されており、その内側バンドは支持されていないからである。
エンジン動作中、流路を通るガス流は、機械的、熱的、および空気力学的な負荷をエーロフォイルの上に誘発する。これらの負荷のうちのいくつかは、エーロフォイルに連結されている外側バンドを通して、エーロフォイルによって、エンジン内のサポート構造体に伝達され、サポート構造体によって受け止められる。また、いくつかの設計では、内側バンドは、同様に、負荷のうちのいくつかを伝達することが可能であり、負荷は、ガス流によってエーロフォイルの上に加えられ、他のサポート構造体によって受け止められる。少なくともいくつかの従来のガスタービンエンジン内では、外側バンドとの界面の近くにおいて、および、サポート構造体の近くにおいて、エーロフォイル内の応力が、エーロフォイル内に損傷(distress)を引き起こすほど大きくなる可能性がある。ガス流によってエーロフォイルアセンブリ内のエーロフォイルに加えられる負荷を受け止めるサポート構造体の場所の近くにおいて、十分に大きい応力の下で、亀裂が、エーロフォイルアセンブリ内のエーロフォイル内に起こる可能性がある。これらの高い応力の場所において追加的な厚さを用いて設計することは、空気力学的な考慮事項、流れ修正、追加的な重量、および、ベーンの変化した動的特性、ならびに/または、エーロフォイルアセンブリ内の過度の漏洩など、いくつかの理由のために可能でない可能性がある。
米国特許出願公開第2014/0174098号公報
1つの態様では、本発明の実施形態は、タービンエンジンのためのエーロフォイルアセンブリであって、前縁および後縁を有する少なくとも1つのエーロフォイルと、内側および外側を有するバンドであって、少なくとも1つのエーロフォイルのためのサポートの少なくとも一部分を提供するために、バンドと少なくとも1つのエーロフォイルとの間の界面の一部分に沿って、少なくとも1つのエーロフォイルに剛連結されているバンドと、少なくとも1つのエーロフォイルの前縁または後縁において、バンド内に位置するレリーフであって、バンドと前縁または後縁との間に応力緩和ギャップを画定するレリーフと、内側と外側との間においてレリーフを通る空気流を防止するためにスロットを閉じるクロスフロークロージャとを含む、エーロフォイルアセンブリに関する。
圧縮機システムを含む、航空機のためのガスタービンエンジンの概略断面図である。 本発明の実施形態による複数のエーロフォイルアセンブリを有する、図1の圧縮機システムの一部分拡大された軸方向の断面図である。 図2のエーロフォイルアセンブリのうちの1つの一部分の斜視図である。 半径方向内向きに見た、図3に示されているエーロフォイルアセンブリの斜視図である。 図3に示されているエーロフォイルアセンブリの一部分のクローズアップ図である。 図3のエーロフォイルアセンブリの一部分の断面図である。 代替的なクロスフロークロージャを有するエーロフォイルアセンブリの一部分の断面図である。
図1は、長手方向軸11を有するガスタービンエンジンアセンブリ10の断面図を示している。ガスタービンエンジンアセンブリ10は、コアガスタービンエンジン12を含み、コアガスタービンエンジン12は、高圧圧縮機14、燃焼器16、高圧タービン18、低圧タービン20、および低圧圧縮機21を含む。ロータディスク26から半径方向外向きに延在するファンブレード24のアレイを有するファンアセンブリ22が、コアガスタービンエンジン12から上流に軸方向に連結され得る。ガスタービンエンジンアセンブリ10は、吸気側28および排気側30を有するものとして図示されている。第1のロータシャフト31は、コアガスタービンエンジン12、ファンアセンブリ22、低圧タービン20、および低圧圧縮機21を一緒に連結する。第2のロータシャフト32は、高圧圧縮機14および高圧タービン18を一緒に連結する。
動作時には、空気が、ファンアセンブリブレード24を通って流れ、圧縮空気が、高圧圧縮機14を含む圧縮機システム90に供給される。ファンアセンブリ22から排出される空気が、高圧圧縮機14へ導かれ、そこで、空気流が、さらに圧縮され、燃焼器16へ導かれる。燃焼器16からの燃焼生成物が、高圧タービン18および低圧タービン20を駆動するために利用される。低圧タービン20は、第1のロータシャフト31を介してファンアセンブリ22を駆動する。ガスタービンエンジンアセンブリ10は、設計動作条件と非設計動作条件との間の動作条件の範囲において動作可能である。
コア空気流が、図2において項目15として示されており、コア空気流は、圧縮機システム90の環状の流路17内を流れる。圧縮機システム90は、複数の圧縮段40を含み、それぞれの段40は、円周方向に離隔されたロータブレード27のおよび静止したステータアセンブリ42の列を含む。ステータアセンブリ42は、円周方向に離隔されたアーチ形のステータエーロフォイルアセンブリ44の列を含み、ステータエーロフォイルアセンブリ44は、長手方向軸11の周りに円周方向に配置されている。それぞれのステータエーロフォイルアセンブリ44は、バンドに連結されているエーロフォイル50を含み、バンドは、エーロフォイル50を支持している。図2に示されている例示的な実施形態では、エーロフォイル50は、エーロフォイル50の半径方向外側部分の近くに位置するアーチ形の外側バンド60、および、エーロフォイル50の半径方向内側部分に位置するアーチ形の内側バンド80に連結されている。このように、エーロフォイルは、内側バンド80と外側バンド60との間に延在している。
圧縮機システム90の効率は、主に、空気流の滑らかさによって決定される。設計中、空気が圧縮機システム90を通って滑らかに流れることを維持し、摩擦および乱流に起因する空気流損失を最小化するために、あらゆる努力がなされている。空気は一層高い圧力ゾーン内へ流入させられるので、このタスクは、困難なものである。空気は、低圧ゾーンに向かって流れるという自然な傾向を有する。空気がより低い圧力ゾーン内へ流入することが許容されるとすれば、空気の圧力を上昇させるために使用されたエネルギーが無駄にされるので、圧縮機システム90の効率は、極めて減少することになる。これが起こることを防止するために、シールが組み込まれ、空気漏洩を防止する。
内側バンド80は、シール81を支持しており、シール81は、2つの隣接するロータの間に位置する従来の環状のシール83と界接する。従来のシーリングシュラウドまたはセグメントシール81は、エーロフォイルアセンブリ44の半径方向内側バンド80に適切に取り付けられており、段間シールを実現するために、圧縮機ロータの環状のシール83から延在するラビリンスティース(labyrinth teeth)と協働する。この構成では、個々のエーロフォイルアセンブリ44は、単にそれらの外側バンドだけによって外側ケーシング25に装着されており、エーロフォイル50および内側バンド80は、そこから吊り下げられている。また、圧縮機システム90は、典型的にロータディスク26によって支持されたロータブレード27を有する圧縮機ロータ23を含むことが可能であり、また、ロータシャフト32に連結されている。
ケーシング25は、圧縮機14を取り囲み、ステータアセンブリ42内にエーロフォイルアセンブリ44を支持している。それぞれのエーロフォイルアセンブリ44は、エーロフォイル50から軸方向前方に位置するアーチ形の前方レール62と、エーロフォイル50から軸方向後方に位置するアーチ形の後方レール64とを含み、それらは、隣接するコンポーネント内の対応するレールまたはケーシング25に係合している。それぞれのエーロフォイルアセンブリ44によって経験される負荷は、それぞれのエーロフォイルアセンブリ44の上に位置するラグ34、35、36(図3を参照)を通して、ケーシング25内のサポート構造体によって受け止められる。
図3は、複数のエーロフォイル50を有するエーロフォイルアセンブリ44を図示しており、複数のエーロフォイル50は、円周方向の列で配置されており、アーチ形の外側バンド60およびアーチ形の内側バンド80によって支持されている。図3に示されているアーチ形のエーロフォイルアセンブリ44は、36度の扇形角度(sector angle)を有する。代替的な実施形態では、エーロフォイルアセンブリは、異なる数のエーロフォイルを有することが可能であり、外側バンド60によって、または、内側バンド80によって、エーロフォイル50の一方の端部だけにおいて支持されてもよい。
エーロフォイルアセンブリ44からの機械的な、熱的な、および空気力学的な負荷およびモーメントが、外側バンド60に伝達され、これらの負荷は、サポートラグ34、35、および36を通して、たとえば、ケーシング25(図2を参照)などのサポート構造体によって受け止められる。これらのサポートラグ34、35、36は、ケーシング25などサポート構造体に係合し、エーロフォイルアセンブリ44からの負荷およびモーメントを受け止める。エーロフォイル50、外側バンド60、および内側バンド80は、それに限定されないが、チタン合金、ニッケルおよびコバルトベースの合金を含む、公知の材料から作製されてもよい。エーロフォイル50、外側バンド60、および内側バンド80は、それに限定されないが、鋳造、鍛造、または成形を含む、公知のプロセスによって作製されてもよい。
エーロフォイルアセンブリ44内の個々のエーロフォイル50によって経験される機械的な、空気力学的な、および熱的な負荷は、エーロフォイル50内に応力を生成する。エーロフォイルアセンブリ44内の個々のエーロフォイル50によって経験されるピーク応力は、通常、同じではない。公知の分析方法を使用した従来の分析は、エーロフォイル50アレイの円周方向の場所、および、サポートラグ34、35、36に対するその場所に応じて、それぞれのエーロフォイル50におけるピーク応力が変化することを示している。エーロフォイル内のピーク応力変化は、25%にまで達する可能性がある。エーロフォイル50の半径方向端部が、内側バンド80および外側バンド60内に埋め込まれているときには、振動応力が、エーロフォイル50内に集中するようになり、高い動的応力が、通常、エーロフォイル50が埋め込まれている場所の付近に現れる。たとえば、ピーク応力は、それぞれのエーロフォイル50内で、後縁52において、外側バンド60との界面の近くに起こることが見られた。圧縮機システム内の空気力学的な要件を満たすために、エーロフォイル50は、前縁51および後縁52において相対的に薄くなっており、ピーク応力は、好ましくは、亀裂を防止するために、これらの場所において回避されるべきである。
より明確に図4に図示されているように、外側バンド60は、内側66および外側68を有する。エーロフォイル50に関する支持の少なくとも一部分を提供するために、外側バンド60は、外側バンド60とエーロフォイル50との間の界面70の一部分に沿って、エーロフォイル50に剛連結されている。より具体的には、エーロフォイル50は、外側バンド60内の開口部67を通って延在するエーロフォイル50の端部56によって図示されている。開口部67は、その端部56におけるエーロフォイル50の形状に概して対応する。エーロフォイル50は、それに限定されないが、ろう付けを含む、任意の適切なようにして、外側バンド60に剛連結されてもよい。たとえば、開口部67とエーロフォイル50との間に小さいろう付けギャップ(図示せず)が存在することが可能であり、ろう付け材料によって後で充填される。
図4に示されている例示的な実施形態では、後縁52を通り外側バンド60内への負荷経路が除去されたので、外側バンド60との界面におけるエーロフォイル50の後縁52におけるピーク応力は排除される。これは、後縁52の近くの外側バンド60内にレリーフ72を有することによって達成される。レリーフ72は、後縁52と外側バンド60との間に応力緩和ギャップ74を画定する。エーロフォイル50の薄い後縁52における負荷経路を除去することは、エーロフォイル負荷およびモーメントを、エーロフォイル厚さがより大きいエーロフォイル50の中間に向かってさらに前方へ移動させ、それによって、ピーク応力を低減させる。後縁52ではないエーロフォイル50の領域において、および、後縁52よりも厚い部分において、外側バンド60へのエーロフォイル50の結合を開始させることによって、この接続部において作り出される応力は、エーロフォイル50が後縁52までずっと外側バンド60に接続されているときと比較して低くなる。エーロフォイル50内のピーク応力の低減は、後縁52における亀裂の可能性を著しく低減させ、エーロフォイル50の耐久性を改善させる。他の実施形態では、レリーフを有する同様のアプローチが、エーロフォイル50の前縁51の近くでも使用されてもよく、および、レリーフが、外側バンド60、内側バンド80、または、その両方の上に位置し得ることが当業者には明らかになろう。
図5は、エーロフォイルアセンブリ44の一部分のクローズアップ図であり、レリーフ72は応力緩和ギャップ74を画定するスロット77であることを図示している。スロット77は、外側バンド60の内側66から、外側68を通って延在しており、開口部67の一部分として形成することができる。スロット77は、それに限定されないが、スロット77が、後縁52近くで少なくとも1つのエーロフォイル50のエーロフォイル輪郭形状に実質的に対応する形状を有することが可能であることを含めて、任意の適切な形状、輪郭、またはプロファイルを有することができる。
流路17を通って流れる流体は、相対的により高い圧力を有しており、レリーフ72を含むことは、応力緩和ギャップ74を通るその流体の漏洩を許容することが理解されることになる。いくつかの場合では、たとえば、それぞれのエーロフォイルアセンブリ44内のエーロフォイルのすべてに対しては応力緩和ギャップ74が必要とされないとき、または、抽気孔も含む段に関して応力緩和ギャップ74が必要とされないときなどには、そのような漏洩が許容可能である。本発明の実施形態は、クロスフロークロージャ76を含み、クロスフロークロージャ76は、レリーフ72を閉じ、外側バンド60の内側66と外側68との間において、応力緩和ギャップ74を通る空気流を防止する。これは、追加的な漏洩を許容することができない状況において、特に有益である可能性がある。図4では、クロスフロークロージャ76の一部分が、明確化の目的のために、エーロフォイルアセンブリ44の残りの部分から離れるように分解されて示されている。
クロスフロークロージャ76は、外側バンド60の外側68に装着されたカバーとして図示されており、スロット77を閉じる。クロスフロークロージャ76は、それに限定されないが、クロスフロークロージャ76が、バンドを含むことが可能であり、バンドは、流路でない側に位置しており、スロット77を通る二次流れを防止するためにスロット77の上に貼られていることを含めて、任意の適切なようにして形成することができる。クロスフロークロージャ76は、それに限定されないが、それが外側バンド60の外側68に機械的に結合され得ることを含めて、任意の適切なようにして、外側バンド60に装着することができる。図6は、エーロフォイル50の後縁52がカットバック78を含み、カットバック78は、クロスフロークロージャ76が、後縁52のものよりも厚い部分においてエーロフォイルに当接することを可能にすることを、より明確に図示している。わかるように、カットバック78は、レリーフ72と組み合わせて、応力緩和ギャップ74が、エーロフォイル50の後部において、および、エーロフォイル50の一部分の上方の両方において、後縁52と外側バンド60との間に形成されることを可能にし得る。
複数のエーロフォイル50がエーロフォイルアセンブリ44内に含まれ得ること、および、レリーフ72が複数のエーロフォイル50の後縁52の近くにおいて外側バンド60内に形成され、複数のレリーフ72を画定することが可能であることが、さらに理解されることになる。そのような場合には、クロスフロークロージャ76が、複数のレリーフ72を同時にカバーすることが可能である。代替的に、複数のクロスフロークロージャを利用することも可能であり、それぞれが、複数のレリーフ72のうちの任意の数をカバーすることが可能である。
図7は、エーロフォイルアセンブリ144の別の例示的な部分の斜視図である。エーロフォイルアセンブリ144は、以前に説明されたエーロフォイルアセンブリ44と同様であり、したがって、同様のパーツは、100だけ増加された同様の参照数字を用いて特定されることになり、別段の記載がない限り、エーロフォイルアセンブリ44の同様のパーツの説明が、エーロフォイルアセンブリ144にも適用されることが理解される。1つの違いは、エーロフォイルアセンブリ144が凹部177を含むレリーフ172を有することであり、凹部177は、外側バンド160の内側(図示せず)の上に開口しており、クロスフロークロージャ176は、レリーフ172を形成する外側バンド160の一部分によって形成されている。凹部177は、外側バンド160内のポケットとして図示されており、エーロフォイル150の後縁152を外側バンド160から隔離している。このように、凹部177は、外側バンド160の外側168を通り抜けていない。その代わりに、凹部177は、外側バンド160の外側168の手前で止まっている。これは、外側バンド160の残りの部分がクロスフロークロージャ176を形成することを可能にする。以前に図示された実施形態と同様に、エーロフォイル150の後縁152は、カットバック178を含み、エーロフォイル150の一部分が、カットバック178において、外側バンド160までは延在しないようになっている。カットバック178とクロスフロークロージャ176との間に形成される半径方向のギャップは、ろう付けフロー(braze flow)を抑制することが可能である。
クロスフロークロージャ76、176がどのように形成されているかにかかわらず、クロスフロークロージャ76、176は、エーロフォイルアセンブリ44とその外側サポート構造体との間に存在する流路でないキャビティ内への追加的な二次流れを防止することが可能である。レリーフ特徴部をシールすることによって、この外側キャビティへの追加的な漏洩フローは導入されない。したがって、圧縮機操作性に与える影響は排除される。さらに、クロスフロークロージャ76、176がどのように形成されているかにかかわらず、突き合せ接合92、192が、エーロフォイル50、150とクロスフロークロージャ76、176との間に形成され得る。突き合せ接合92、192は、シールを形成するためにろう付けされ得る。そのようなシールは任意の漏洩を止めることになるが、応力負荷を担持することにはならない。
上記に説明されている実施形態は、それに限定されないが、追加的な漏洩を導入することなく、共通の高応力領域であるエーロフォイル縁部に応力緩和を提供することを含めて、さまざまな利益を提供する。したがって、そのような実施形態は、エンジンの圧縮機セクション内で利用することができ、圧縮機操作性は、悪影響を受けることにはならない。
本明細書で説明されている方法、ならびに、エーロフォイル、外側バンド、内側バンド、およびエーロフォイルセグメントなどコンポーネントは、タービンエンジン内で使用される圧縮機の文脈において説明されているが、エーロフォイルおよびエーロフォイルアセンブリ、ならびに、本明細書で説明されているそれらの製造または修理の方法は、圧縮機またはタービンエンジンに限定されないことが理解される。本明細書に含まれている図内に図示されているエーロフォイルおよびエーロフォイルアセンブリは、本明細書で説明されている特定の実施形態に限定されないが、むしろ、これらは、本明細書で説明されている他のコンポーネントから独立しておよび別々に利用することができる。
この書面による説明は、本発明を開示するために、また、任意の当業者が本発明を実施(任意のデバイスまたはシステムを製造および使用すること、ならびに任意の組み込まれた方法を実行することを含む)することができるように、例(最良の形態を含む)を使用している。本発明の特許の範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者が考え付く他の例を含むことが可能である。そのような他の例が、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を含んでいる場合には、または、特許請求の範囲の文言とわずかに異なる、均等な構造的要素を含んでいる場合には、そのような他の例は、特許請求の範囲内に含まれることが意図されている。
10 ガスタービンエンジンアセンブリ
11 長手方向軸
12 コアガスタービンエンジン
14 高圧圧縮機
16 燃焼器
17 環状の流路
18 高圧タービン
20 低圧タービン
21 低圧圧縮機
22 ファンアセンブリ
23 圧縮機ロータ
24 ファンブレード
25 外側ケーシング
26 ロータディスク
27 ロータブレード
28 吸気側
30 排気側
31 第1のロータシャフト
32 第2のロータシャフト
34 ラグ
35 ラグ
36 ラグ
40 圧縮段
42 ステータアセンブリ
44 ステータエーロフォイルアセンブリ
50 エーロフォイル
51 前縁
52 後縁
56 端部
60 外側バンド
62 アーチ形の前方レール
64 アーチ形の後方レール
66 内側
67 開口部
68 外側
70 界面
72 レリーフ
74 レリーフギャップ
76 クロスフロークロージャ
77 スロット
78 カットバック
80 アーチ形の内側バンド
81 シール
83 環状のシール
90 圧縮機システム
92 突き合せ接合
144 エーロフォイルアセンブリ
150 エーロフォイル
152 後縁
156 端部
160 外側バンド
166 内側
167 開口部
168 外側
172 レリーフ
174 レリーフギャップ
176 クロスフロークロージャ
177 凹部
178 カットバック
192 突き合せ接合

Claims (10)

  1. タービンエンジンのためのエーロフォイルアセンブリ(44、144)であって、
    前縁(51、151)および後縁(52、152)を有する少なくとも1つのエーロフォイル(50、150)と、
    内側および外側を有するバンド(60、80、160)であって、前記少なくとも1つのエーロフォイル(50、150)のためのサポートの少なくとも一部分を提供するために、前記バンド(60、80、160)と前記少なくとも1つのエーロフォイル(50、150)との間の界面(70、170)の一部分に沿って、前記少なくとも1つのエーロフォイル(50、150)に剛連結されているバンド(60、80、160)と、
    前記少なくとも1つのエーロフォイル(50、150)の前記前縁(51、151)または前記後縁(52、152)において、前記バンド(60、80、160)内に位置するレリーフ(72、172)であって、前記バンド(60、80、160)と前記前縁(51、151)または前記後縁(52、152)との間に応力緩和ギャップを画定するレリーフ(72、172)と、
    前記内側と前記外側との間において前記レリーフ(72、172)を通る空気流を防止するために前記レリーフ(72、172)を閉じるクロスフロークロージャと
    を含む、エーロフォイルアセンブリ(44、144)。
  2. 前記レリーフ(72)が、前記バンド(60)の前記内側(66)から前記バンド(60)の前記外側(68)を通って延在するスロット(77)である、請求項1記載のエーロフォイルアセンブリ(44)。
  3. 前記クロスフロークロージャ(76)が、前記バンド(60)の前記外側(68)に装着されて前記スロット(77)を閉じるカバーである、請求項2記載のエーロフォイルアセンブリ(44)。
  4. 前記スロット(77)が、前記後縁(52)の近くにおいて、前記少なくとも1つのエーロフォイル(50)のエーロフォイル輪郭形状に実質的に対応する形状を有する、請求項2記載のエーロフォイルアセンブリ(44)。
  5. 前記レリーフ(72、172)が、前記少なくとも1つのエーロフォイル(50、150)の前記後縁(52、152)の近くに位置しており、前記後縁(52、152)と前記バンド(60、80、160)との間にギャップ(74、174)を形成している、請求項1記載のエーロフォイルアセンブリ(44、144)。
  6. 複数のエーロフォイル(50、150)が含まれており、レリーフ(72、172)が、前記複数のエーロフォイル(50、150)のそれぞれの前記後縁(52、152)の近くにおいて前記バンド(60、80、160)内に形成され、複数のレリーフ(72、172)を画定する、請求項5記載のエーロフォイルアセンブリ(44、144)。
  7. 前記クロスフロークロージャ(76、176)が、複数のレリーフ(72、172)を同時にカバーする、請求項6記載のエーロフォイルアセンブリ(44、144)。
  8. 前記レリーフ(172)が、前記バンド(160)の前記内側(166)の上に開口する凹部(177)を含み、前記クロージャが、前記レリーフ(172)を形成する前記バンド(160)の一部分によって形成されている、請求項1記載のエーロフォイルアセンブリ(144)。
  9. 前記少なくとも1つのエーロフォイル(50、150)の前記後縁(52、152)が、カットバック(78、178)を含み、前記少なくとも1つのエーロフォイル(50、150)の一部分が、前記カットバック(78、178)において、前記バンド(60、80、160)まで延在しないようになっている、請求項8記載のエーロフォイルアセンブリ(44、144)。
  10. 前記バンドが、外側バンド(60、160)である、請求項1記載のエーロフォイルアセンブリ(44、144)。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014197042A2 (en) * 2013-03-13 2014-12-11 United Technologies Corporation Stator segment
DE102017105760A1 (de) * 2017-03-17 2018-09-20 Man Diesel & Turbo Se Gasturbine, Leitschaufelkranz einer Gasturbine und Verfahren zum Herstellen desselben
US10724390B2 (en) * 2018-03-16 2020-07-28 General Electric Company Collar support assembly for airfoils
US11761343B2 (en) * 2019-03-13 2023-09-19 Rtx Corporation BOAS carrier with dovetail attachments

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6543998B1 (en) * 1999-08-30 2003-04-08 Mtu Motoren-Und Turbinen-Union Muenchen, Gmbh Nozzle ring for an aircraft engine gas turbine
JP2004197622A (ja) * 2002-12-17 2004-07-15 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd タービン圧縮機静翼
JP2007270833A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Snecma 形状を局所的に再加工したステータ翼とこのような翼を備えるステータ部分、圧縮ステージ、圧縮機およびターボ機械
JP2010127280A (ja) * 2008-11-25 2010-06-10 General Electric Co <Ge> 応力を低下させたベーン
JP2012518109A (ja) * 2009-02-13 2012-08-09 シーメンス アクティエンゲゼルシャフト 低ギャップ損失および低拡散器損失を備えたガスタービンのための軸流ターボコンプレッサ
JP2012526228A (ja) * 2009-05-07 2012-10-25 スネクマ 機械的ブレード荷重伝達スリットを備えた航空機ターボエンジンのステータ用シェル

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4344738A (en) 1979-12-17 1982-08-17 United Technologies Corporation Rotor disk structure
ITMI991210A1 (it) 1999-05-31 2000-12-01 Nuovo Pignone Spa Dispositivo di fissaggio per palette per turbine a gas
US6409472B1 (en) * 1999-08-09 2002-06-25 United Technologies Corporation Stator assembly for a rotary machine and clip member for a stator assembly
US6550254B2 (en) 2001-08-17 2003-04-22 General Electric Company Gas turbine engine bleed scoops
FR2856749B1 (fr) 2003-06-30 2005-09-23 Snecma Moteurs Redresseur de compresseur de moteur aeronautique a aubes collees
US8292571B2 (en) 2007-10-12 2012-10-23 General Electric Company Apparatus and method for clearance control of turbine blade tip
US20100126018A1 (en) 2008-11-25 2010-05-27 General Electric Company Method of manufacturing a vane with reduced stress
US8177502B2 (en) * 2008-11-25 2012-05-15 General Electric Company Vane with reduced stress
JP5439112B2 (ja) 2009-10-07 2014-03-12 三菱重工業株式会社 タービン動翼
DE102010004854A1 (de) 2010-01-16 2011-07-21 MTU Aero Engines GmbH, 80995 Laufschaufel für eine Strömungsmaschine und Strömungsmaschine
US8920117B2 (en) * 2011-10-07 2014-12-30 Pratt & Whitney Canada Corp. Fabricated gas turbine duct
US20130330198A1 (en) 2012-06-06 2013-12-12 General Electric Company Turbine Rotor and Blade Assembly with Blind Holes
US20140174098A1 (en) 2012-12-20 2014-06-26 United Technologies Corporation Turbine disc with reduced neck stress concentration

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6543998B1 (en) * 1999-08-30 2003-04-08 Mtu Motoren-Und Turbinen-Union Muenchen, Gmbh Nozzle ring for an aircraft engine gas turbine
JP2004197622A (ja) * 2002-12-17 2004-07-15 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd タービン圧縮機静翼
JP2007270833A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Snecma 形状を局所的に再加工したステータ翼とこのような翼を備えるステータ部分、圧縮ステージ、圧縮機およびターボ機械
JP2010127280A (ja) * 2008-11-25 2010-06-10 General Electric Co <Ge> 応力を低下させたベーン
JP2012518109A (ja) * 2009-02-13 2012-08-09 シーメンス アクティエンゲゼルシャフト 低ギャップ損失および低拡散器損失を備えたガスタービンのための軸流ターボコンプレッサ
JP2012526228A (ja) * 2009-05-07 2012-10-25 スネクマ 機械的ブレード荷重伝達スリットを備えた航空機ターボエンジンのステータ用シェル

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