JP6498290B2 - インサートを備えるトランジションダクト出口フレーム - Google Patents

Description

本発明は、一般に燃焼タービンエンジンに関し、より詳細には、燃焼タービンエンジンの燃焼器からタービンアセンブリへ燃焼器排出ガス流を送るトランジションダクトに関する。

通常は、ガスタービンエンジンは、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮空気を燃料と混合して混合気を点火する燃焼器と、動力を生成するタービンブレードアセンブリとを有する。トランジションダクトは、燃焼器とタービンブレードアセンブリとの間に延在し、燃焼器ガスを、タービンブレードアセンブリを通して案内し、タービンブレードアセンブリのロータに回転運動を与える。従来慣用のトランジションダクトは、通常は、プレナムから形成されている。プレナムは、プレナムに溶接された出口でより硬い取付け支持構造の支持を要求する。硬い支持構造は、タービン入口にトランジションアセンブリを固定するために用いられる。この硬い支持構造は、出口シールを支持するためにも用いられる。出口シールは、低温の圧縮空気が直接タービンに進入することを阻止するために用いられる。

動作中、ガスタービンエンジンは高温で作動し、トランジションダクトを高温の燃焼ガスにさらす。したがって、トランジション出口フレームの底部レールは、熱膨張により加圧変形する可能性がある。その上、熱膨張によって上部レールが平坦化することがある。したがって、タービンエンジン動作中の熱膨張への対処により適したトランジション出口フレームが必要とされている。

下流側へ燃焼器からタービンアセンブリへ延在するトランジションをタービンエンジンに支持し、かつタービンエンジンの動作中に生じる熱変形を低減するように構成された１つまたは複数のトランジション出口フレームインサートを有する、トランジション出口フレームが開示される。トランジション出口フレームは、１つまたは複数のトランジション出口フレームボディから形成されてよい。トランジション出口フレームボディは、第１の熱膨張係数を有する第１の材料から形成されてよい。トランジション出口フレームインサートは、トランジション出口フレームボディの少なくとも一部を形成してよい。トランジション出口フレームインサートは、タービンエンジンの動作中にトランジション出口フレームボディ内の変形を低減するために、第１の材料の第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数を有する第２の材料から形成されてよい。

少なくとも１つの実施形態では、トランジションをタービンエンジンに支持するトランジション出口フレームは、１つまたは複数のトランジションダクトボディの下流側端部を受け入れる少なくとも１つのトランジションダクトボディ受け部を有する、１つまたは複数のトランジション出口フレームボディを備えてよい。トランジション出口フレームボディは、第１の熱膨張係数を有する第１の材料と、トランジション出口フレームボディの少なくとも一部を形成する１つまたは複数のトランジション出口フレームインサートとから形成されてよい。トランジション出口フレームインサートは、タービンエンジンの動作中にトランジション出口フレームボディ内の変形を低減するために、第１の材料の第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数を有する第２の材料から形成されてよい。

少なくとも１つの実施形態では、トランジション出口フレームインサートは、トランジション出口フレームボディの半径方向内側支持ビームの少なくとも一部を形成するために使用される周方向に湾曲したボディから形成されてよい。トランジション出口フレームインサートは、トランジション出口フレームボディの半径方向内側支持ビームの少なくとも一部を形成するために使用される周方向に湾曲したボディから形成されてよく、トランジション出口フレームインサートは、トランジション出口フレームボディの第１の側縁部からトランジション出口フレームボディの第２の側縁部へ延在する。トランジション出口フレームインサートは、トランジション出口フレームボディの半径方向に延在する中心線を中心にして配置されてよい。トランジション出口フレームインサートは、複数のトランジション出口フレームインサートから形成されてよく、トランジション出口フレームインサートの各々が、トランジション出口フレームボディの半径方向内側支持ビームの少なくとも一部を形成するために使用される周方向に湾曲したボディから形成されている。第１のトランジション出口フレームインサートは、半径方向内側支持ビームの左側半部内に配置され、第２のトランジション出口フレームインサートは、半径方向内側支持ビームの右側半部内に配置されてよい。

少なくとも１つの実施形態では、トランジション出口フレームインサートは、トランジション出口フレームボディの半径方向外側支持ビームの少なくとも一部を形成するために使用される周方向に湾曲したボディから形成されてよい。トランジション出口フレームインサートは、１つまたは複数の結合用開口部をその内側に有する１つまたは複数の結合アームを形成してよい。トランジション出口フレームボディは、少なくとも１つの結合用開口部をその内側に有する少なくとも１つの結合アームを形成する少なくとも１つのトランジション出口フレームインサートとともに半径方向外方へ延在する第１および第２の結合アームから形成されてよい。少なくとも１つの実施形態では、トランジション出口フレームインサートは、第１の結合アームと第２の結合アームとの間に配置されてよい。別の実施形態では、トランジション出口フレームインサートは、トランジション出口フレームボディの半径方向外側支持ビームの全体を形成してよい。トランジション出口フレームインサートは、そこから半径方向外方へ延在する複数の結合アームを有する。少なくとも１つの実施形態では、複数の結合アームの各々は、少なくとも１つの結合用開口部をその内側に有する。結合アームは、ほぼ反対の側に位置する２つの側部と１つの半径方向外側先端部とから形成されてよい。

本発明の利点は、トランジション出口フレームインサートを形成するために第１の材料の第１の熱膨張率とは異なる第２の熱膨張率を有する第２の材料を使用することにより、トランジション出口フレームインサートは、半径方向内側支持ビームの加圧変形（frowning）を低減することができ、トランジション出口フレームの半径方向外側支持ビームの平坦化を低減することができることにある。

以下、これらの実施形態および他の実施形態についてより詳細に説明する。

明細書の一部に含まれその一部を成す添付の図面は、本明細書に開示される発明の実施形態を図示し、詳細な説明とともに本発明の原理を開示する。

下流側へ燃焼器からタービンアセンブリへ延在するトランジションを支持するトランジション出口フレームを有するガスタービンエンジンの斜視図である。 下流側へ燃焼器からタービンアセンブリへ延在するトランジションの部分断面側面図であり、トランジションは、トランジション出口フレームに支持されている。 トランジション出口フレームの半径方向内側支持ビーム内に配置された、第１の側縁部から第２の側縁部へ延在するトランジション出口フレームインサートを有するトランジション出口フレームの１つの実施形態の端面図である。 トランジション出口フレームの半径方向内側支持ビーム内に配置されたトランジション出口フレームインサートを有するトランジション出口フレームの別の実施形態の端面図である。 トランジション出口フレームの半径方向内側支持ビーム内に配置された複数のトランジション出口フレームインサートを有するトランジション出口フレームのさらに別の実施形態の端面図である。 トランジション出口フレームの半径方向外側支持ビーム内に配置されたトランジション出口フレームインサートを有するトランジション出口フレームの別の実施形態の端面図である。 トランジション出口フレームの半径方向外側支持ビーム内に配置され、第１の側縁部から第２の側縁部へ延在しかつ複数の結合アームを形成するトランジション出口フレームインサートを有するトランジション出口フレームのさらに別の実施形態の端面図である。 トランジション出口フレームの半径方向外側支持ビーム内に配置されたトランジション出口フレームインサートと、トランジション出口フレームの半径方向内側支持ビーム内に配置されたトランジション出口フレームインサートとを有するトランジション出口フレームの別の実施形態の端面図である。 出口フレームの半径方向外側部分を形成するトランジション出口フレームインサートを有するトランジション出口フレームのさらに別の実施形態の端面図である。

図１〜図９に示すように、下流側へ燃焼器１４からタービンアセンブリ１６へ延在するトランジション１２をタービンエンジン１８に支持し、かつタービンエンジン１８の動作中に生じる熱変形を低減するように構成された１つまたは複数のトランジション出口フレームインサート２０を有するトランジション出口フレーム１０が開示されている。トランジション出口フレーム１０は、１つまたは複数のトランジション出口フレームボディ２２から形成されてよい。トランジション出口フレームボディ２２は、第１の熱膨張係数を有する第１の材料２４から形成されてよい。トランジション出口フレームインサート２０は、トランジション出口フレームボディ２２の少なくとも一部を形成してよい。トランジション出口フレームインサート２０は、タービンエンジン１８の動作中にトランジション出口フレームボディ２２内の変形を低減するために、第１の材料２４の第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数を有する第２の材料２６から形成されてよい。

少なくとも１つの実施形態では、トランジション１２をタービンエンジン１８に支持するトランジション出口フレーム１０は、１つまたは複数のトランジションダクトボディ３２の下流側の端部３０を受け入れる１つまたは複数のトランジションダクトボディ受け部２８を有する、１つまたは複数のトランジション出口フレームボディ２２から形成されてよい。トランジション出口フレームボディ２２は、第１の熱膨張係数を有する第１の材料２４から形成されてよい。第１の材料２４は、ＩＮＣＯ６１７、Ｈａｓｔ−ｘまたは他のニッケル基合金であってよいが、これらに限定されるものではない。トランジション出口フレームインサート２０は、トランジション出口フレームボディ２２の少なくとも一部であってよい。トランジション出口フレームインサート２０は、タービンエンジン１８の動作中にトランジション出口フレームボディ２２内の変形を低減するために、第１の材料２４の第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数を有する第２の材料２６から形成されてよい。トランジション出口フレームインサート２０を形成するために、第１の材料２４の第１の熱膨張率とは異なる第２の熱膨張率を有する第２の材料２６を使用することにより、トランジション出口フレームインサート２０は、半径方向内側支持ビーム３２の加圧変形を低減することができ、トランジション出口フレーム１０の半径方向外側支持ビーム３４の平坦化を低減することができる。第２の材料２６は、ステンレス鋼または第１の材料よりも高い熱膨張係数を有する材料であってよいが、これらに限定されるものではない。

図３〜図５に示すように、トランジション出口フレームインサート２０は、トランジション出口フレームボディ２２の半径方向内側支持ビーム３２の少なくとも一部を形成するために使用される周方向に湾曲したボディ３６から形成されてよい。図３に示すように、トランジション出口フレームインサート２０は、トランジション出口フレームボディ２２の第１の側縁部３８からトランジション出口フレームボディ２２の第２の側縁部４０へ延在する周方向に湾曲したボディ３６から形成されてよい。少なくとも１つの実施形態では、図４に示すように、トランジション出口フレームインサート２０は、トランジション出口フレームボディ２２の半径方向に延在する中心線４２を中心にして配置されてよい。別の実施形態では、図５に示すように、トランジション出口フレームインサート２０は、複数のトランジション出口フレームインサート２０から形成されてよく、トランジション出口フレームインサート２０の各々が、トランジション出口フレームボディ２２の半径方向内側支持ビーム３２の少なくとも一部を形成するために使用される周方向に湾曲したボディ３６から形成される。図５に示すように、第１のトランジション出口フレームインサート４４は、半径方向内側支持ビーム３２の左側半部４６内に配置されてよく、第２のトランジション出口フレームインサート４８は、半径方向内側支持ビーム３２の右側半部５０内に配置されてよい。第１のトランジション出口フレームインサート４４は、第１の側縁部３８と半径方向内側支持ビーム３２の中心点５６との間のほぼ中間に位置する中心線５４を中心にして配置されてよい。第２のトランジション出口フレームインサート４８は、第２の側縁部４０と半径方向内側支持ビーム３２の中心線４２との間のほぼ中間に位置する中心線５８を中心にして配置されてよい。

少なくとも１つの実施形態では、図６〜図８に示すように、トランジション出口フレームインサート２０は、トランジション出口フレームボディ２２の半径方向外側支持ビーム３４の少なくとも一部を形成するために使用される周方向に湾曲したボディ３６から形成されてよい。トランジション出口フレームインサート２０は、１つまたは複数の結合用開口部６２を有する１つまたは複数の結合アーム６０を形成してよい。少なくとも１つの実施形態では、結合アーム６０は、ほぼ反対の側に位置する２つの側部６４，６６と１つの半径方向外側先端部６８とから形成されてよい。少なくとも１つの実施形態では、ほぼ反対の側に位置する２つの側部６４，６６は、ほぼ直線であってよく、半径方向外側先端部６８は、ほぼ線形であってよい。側部６４，６６は、互いに対して非平行にかつ非垂直に配置されてよく、側部６４，６６は、互いに対して角度を成している。少なくとも１つの実施形態では、側部６４，６６は、同一の長さを有してよい。側部６４，６６は、半径方向外側先端部６８と実質的に同一の長さを有してよい。少なくとも１つの実施形態では、トランジション出口フレームボディ２２は、少なくとも１つの結合用開口部６２をその内側に有する１つまたは複数の結合アーム６０を形成する１つまたは複数のトランジション出口フレームインサート２０とともに半径方向外方へ延在する、第１および第２の結合アーム７０，７２を備えてよい。

少なくとも１つの実施形態では、図６に示すように、トランジション出口フレームインサート２０は、第１の結合アーム７０と第２の結合アーム７２との間に配置されてよい。別の実施形態では、図７、８に示すように、トランジション出口フレームインサート２０は、トランジション出口フレームボディ２２の半径方向外側支持ビーム３４の全体を形成してよい。トランジション出口フレームインサート２０は、そこから半径方向外方へ延在する複数の結合アーム６０を有してよい。複数の結合アーム６０は、少なくとも１つの結合用開口部６２をその内側に有してよい。少なくとも１つの実施形態では、結合アーム６０の各々が、１つまたは複数の結合用開口部６２をその内側に有してよい。

さらに別の実施形態では、図９に示すように、トランジション出口フレームインサート２０は、トランジション出口フレームボディ２２の半径方向外側部分を形成してよい。トランジション出口フレームインサート２０は、２つまたは３つ以上の取付け用開口部８０を有してよい。取付け用開口部８０は、任意の適切な構成を有してよい。トランジション出口フレームインサート２０は、半径方向外側の角に切欠き８２を有してよい。切欠き８２は、任意の適切な構成を有してよいが、必須ではない。トランジション出口フレームインサート２０の構成は、トランジション出口フレームインサート２０がトランジション出口フレームボディ２２の残りの部分よりも大きなトランジション出口フレーム１０の部分を形成するようにしてよい。

上述の内容は、本発明の実施形態の図示、説明および記述を目的として提供されている。これらの実施形態への変更および適応は、当業者には明らかであり、本発明の範囲または思想から逸脱することなく成し得るであろう。

Claims (8)

1. トランジション（１２）をタービンエンジン（１８）に支持するトランジション出口フレーム（１０）であって、
   少なくとも１つのトランジションダクトボディ（３２）の下流側端部を受け入れる少なくとも１つのトランジションダクトボディ受け部（２８）を有する、少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）であって、該少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）は、第１の熱膨張係数を有する第１の材料（２４）から形成されている、少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）と、
   前記少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）の少なくとも一部を形成する、少なくとも１つのトランジション出口フレームインサート（２０）であって、該少なくとも１つのトランジション出口フレームインサート（２０）は、前記タービンエンジン（１８）の動作中に前記少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）内の変形を低減するために前記第１の材料（２４）の第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数を有する第２の材料（２６）から形成されている、少なくとも１つのトランジション出口フレームインサート（２０）と、を備え、
   前記少なくとも１つのトランジション出口フレームインサート（２０）は、前記少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）の半径方向外側支持ビーム（３４）の少なくとも一部を形成する周方向に湾曲したボディ（３６）から形成されており、
   前記少なくとも１つのトランジション出口フレームインサート（２０）は、少なくとも１つの結合用開口部をその内側に有する少なくとも１つの結合アーム（６０）を形成しており、
   前記少なくとも１つのトランジション出口フレームインサート（２０）は、複数のトランジション出口フレームインサート（２０）から形成されており、該トランジション出口フレームインサート（２０）の各々が、前記少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）の半径方向内側支持ビーム（３２）の少なくとも一部を形成するために使用される周方向に湾曲したボディ（３６）から形成されることを特徴とする、トランジション出口フレーム（１０）。
2. 前記少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）の半径方向外側支持ビーム（３４）の少なくとも一部を形成する前記少なくとも１つのトランジション出口フレームインサート（２０）は、前記少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）の第１の側縁部（３８）から前記少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）の第２の側縁部（４０）へ延在する、請求項１記載のトランジション出口フレーム（１０）。
3. 前記少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）の半径方向外側支持ビーム（３４）の少なくとも一部を形成する前記少なくとも１つのトランジション出口フレームインサート（２０）は、前記少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）の半径方向に延在する中心線（５４）を中心にして配置されている、請求項１又は２記載のトランジション出口フレーム（１０）。
4. 前記少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）の半径方向内側支持ビーム（３２）の少なくとも一部を形成する前記少なくとも１つのトランジション出口フレームインサート（２０）は、第１のトランジション出口フレームインサート（２０）及び第２のトランジション出口フレームインサート（２０）を有しており、前記第１のトランジション出口フレームインサート（２０）は、前記半径方向内側支持ビーム（３２）の左側半部（４６）内に配置されており、前記第２のトランジション出口フレームインサート（２０）は、前記半径方向内側支持ビーム（３２）の右側半部（５０）内に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のトランジション出口フレーム（１０）。
5. 前記少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）は、少なくとも１つの結合用開口部（６２）をその内側に有する少なくとも１つの結合アーム（６０）を形成する少なくとも１つのトランジション出口フレームインサート（２０）とともに半径方向外方へ延在する第１および第２の結合アーム（７０，７２）を備え、前記少なくとも１つのトランジション出口フレームインサート（２０）は、前記第１の結合アーム（７０）と前記第２の結合アーム（７２）との間に配置されている、請求項１記載のトランジション出口フレーム（１０）。
6. トランジション（１２）をタービンエンジン（１８）に支持するトランジション出口フレーム（１０）であって、
   少なくとも１つのトランジションダクトボディ（３２）の下流側端部を受け入れる少なくとも１つのトランジションダクトボディ受け部（２８）を有する、少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）であって、該少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）は、第１の熱膨張係数を有する第１の材料（２４）から形成されている、少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）と、
   前記少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）の少なくとも一部を形成する、少なくとも１つのトランジション出口フレームインサート（２０）であって、該少なくとも１つのトランジション出口フレームインサート（２０）は、前記タービンエンジン（１８）の動作中に前記少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）内の変形を低減するために前記第１の材料（２４）の第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数を有する第２の材料（２６）から形成されている、少なくとも１つのトランジション出口フレームインサート（２０）と、を備え、
   前記少なくとも１つのトランジション出口フレームインサート（２０）は、前記少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）の半径方向外側支持ビーム（３４）の全体を形成し、
   前記少なくとも１つのトランジション出口フレームインサート（２０）は、そこから半径方向外方へ延在する複数の結合アーム（６０）を有しており、
   前記少なくとも１つのトランジション出口フレームインサート（２０）は、複数のトランジション出口フレームインサート（２０）から形成されており、該トランジション出口フレームインサート（２０）の各々が、前記少なくとも１つのトランジション出口フレームボディ（２２）の半径方向内側支持ビーム（３２）の少なくとも一部を形成するために使用される周方向に湾曲したボディ（３６）から形成されることを特徴とする、トランジション出口フレーム（１０）。
7. 前記複数の結合アーム（６０）の各々は、少なくとも１つの結合用開口部（６２）をその内側に有する、請求項６記載のトランジション出口フレーム（１０）。
8. 前記少なくとも１つの結合アーム（６０）は、ほぼ反対の側に位置する２つの側部（６４，６６）と１つの半径方向外側先端部（６８）とから形成されている、請求項１記載のトランジション出口フレーム（１０）。

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