JP6804305B2

JP6804305B2 - シュラウドハンガ組立体

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Publication number: JP6804305B2
Application number: JP2016571684A
Authority: JP
Inventors: シリング，ジャン・クリストファー; ブレスリン，アンドリュー・ジョン; ハイトマン，ブライス・ローリング
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2014-06-12
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2020-12-23
Anticipated expiration: 2035-05-06
Also published as: CN106661952B; WO2015191186A1; CN106661952A; US11879349B2; US20250101885A1; US20190284958A1; US20220120198A1; EP3670844A1; EP3155229B1; CA2955121C; US11215081B2; CA2955121A1; WO2015191186A8; EP3670844B1; EP3155229A1; BR112016028858A2; JP2017524089A; US12196099B2; US20240141804A1

Description

本実施形態は、ガスタービンエンジンに使用するためのシュラウドハンガ組立体に関する。より具体的には、本実施形態は、非限定的に、ハンガ組立体に対してシュラウドを位置合わせするための少なくとも１つの位置決めピンを有するシュラウドハンガ組立体に関する。

ガスタービンエンジンは、直列流れ関係にある高圧圧縮機、燃焼機、及び高圧タービン（「ＨＰＴ」）を有するターボ機械コアを含む。コアは、１次ガス流を生成するために既知の方法で動作することができる。高圧タービンは、燃焼機から出るガスを動翼又はバケットの中へ向ける静翼又はノズルの環状アレイ（「列」）を含む。１列のノズル及び１列の動翼が集合的に「段」を構成する。直列流れ関係にある一般に２つ以上の段が使用される。これらの構成要素は、極めて高温の環境で動作し、十分な耐用年数を確保するために空気流によって冷却されなければならない。

ガスタービンエンジンの一次流路内の動作温度に起因して、高温性能を有し、多量の冷却空気を必要としない材料を利用することが望ましい。流路部品を冷却するために使用される空気を抑制できる場合、エンジン内の高い動作温度によって、エンジンサイクルの熱効率が向上する。例えば、このような激しい温度及び圧力条件で効率的に動作するために、金属材料よりも優れた温度性能に起因して、複合材料が勧められてきた。特に、セラミック基複合（ＣＭＣ）材料は、高温流路用途での理想的な材料である。ＣＭＣ材料は、高い温度性能を有するが、ＣＭＣ構成要素を支持しＣＭＣ構成要素に対するシール面を作り出すために使用される金属合金よりも低い熱膨張率を有する。シールは、冷却空気を抑制するというＣＭＣ材料が有する利点を保つために、極めて重要である。

高温材料の望ましい使用の１つがタービンシュラウドである。しかし、支持用金属製金物（シュラウドハンガ）には、種々の課題があることが知られている。例えば、一部の組立体は、シュラウドハンガの空洞内にシュラウドを挿入する間に、撓んで離れる一部品ハンガ構造を利用する。組立体内のこの干渉は、エンジンサイクルの全体でシールを維持するために必要とされ、金属製ハンガとＣＭＣ製シュラウドの膨張率の差に依る。しかし、この機械的な撓みによって、シュラウドを配置する間にハンガアームが屈曲する場合があり、降伏する場合さえあり、望ましくなく、高温時に早期の変形及び漏れが生じる場合もある。したがって、容易に組み立てられ、ハンガを降伏させない組立体を有することが望ましい。

シュラウドハンガ組立体を形成する際に容易に組み立てられるハンガを提供することが望ましい。ハンガ壁の予備載荷要求を抑制しながらハンガとシュラウドを熱的に良好に整合させるためにハンガ応力を抑制することも望ましい。

低熱膨張率の材料の使用に伴う追加の問題は、異なる材料で生じる異なる熱膨張速度に依る。これらの材料を金属製ハンガと組み合わせて利用する幾つかの試みによると、熱膨張による異なる伸長速度によって、シュラウドの位置合わせ不良又は高温条件時にハンガ内でのシュラウドの望ましくない移動が生じることが示されている。このことによって、加えて、高い動作温度での構成要素の意図しない緩み及びそれに伴う熱伸長がもたらされる場合がある。シュラウドハンガに対するシュラウドの移動を、ハンガ内又はハンガ組立体内でシュラウドハンガが配置不良とならない方法で制御することが望ましい。

これらの欠陥及び他の欠陥を克服し、シュラウド材料とハンガ材料の間の熱的な相違を良好に管理するハンガ組立体を提供することが更に望ましい。

本明細書のこの背景技術の項に含まれる情報は、本明細書で引用される参考文献並びにこの参考文献の説明又は論議があればそれを含めて、技術的な参照のみのために含められており、本発明の範囲を制約する主題と見なされるべきでない。

米国特許出願公開第２０１２／２６０６７０号明細書

圧力嵌め又は摩擦嵌めされて互いに係合する構成要素など、寸法が一致しない構成要素を画成するハンガ及びシュラウドのためのシュラウドハンガ組立体が提供される。シュラウドハンガ組立体は、多部品ハンガと、軸方向に延在した少なくとも１つのピンによりハンガ組立体にピン留めされ、ハンガに対してシュラウドを位置決めして、エンジンに対する周方向（接線方向）及び半径方向の一方又は両方での動きを制御するシュラウドとを含む。

幾つかの実施形態によると、シュラウド及びハンガ組立体は、相対的に高い熱膨張率を有する第１の金属材料で形成されたシュラウドハンガであって、前側ハンガ部分及び後側ハンガ部分を有し、前側ハンガ部分と後側ハンガ部分の間に空洞を有する、シュラウドハンガと、第１の材料よりも相対的に低い熱膨張率を有する第２の材料で形成されたシュラウドであって、前側ハンガ部分と後側ハンガ部分の間の空洞内に配されるシュラウドと、シュラウドハンガの少なくとも一部分とシュラウドとの間に延びる軸方向に配向された少なくとも１つのピンと、を含む。

別の実施形態によると、シュラウド組立体は、前側シュラウド壁と、前側シュラウド壁から隔てられた後側シュラウド壁とを備え、シュラウド基部が、前側シュラウド壁と後側シュラウド壁の間に延び、シュラウド基部は、燃焼ガス用の流路も画成する。前側シュラウド壁上の第１の傾斜部分、後側シュラウド壁上の第２の傾斜部分、第１の傾斜部分及び第２の傾斜部分は、シュラウドのための半径方向支持をもたらす。

また更なる実施形態によると、シュラウド支持組立体は、前側シュラウド壁と、前側シュラウド壁から隔てられた後側シュラウド壁と、前側シュラウド壁と後側シュラウド壁の間に延びるシュラウド基部と、前側シュラウド脚及び後側シュラウド脚の前側及び後側に延びる先端張出部及び後端張出部と、を備える。

「発明の概要」は、「発明を実施するための形態」において以下で詳細に説明される簡略化した形の抜粋した概念を紹介するために提供される。発明の概要は、特許請求された主題の重要な特徴又は本質的特徴を識別するためのものではなく、特許請求された主題の範囲を限定するために使用されるためのものでもない。上記に概説した特徴の全てが単に例示的なものとして理解されるべきであり、構造及び方法の更に多くの特徴及び目的は本明細書の開示から収集することができる。本発明の特徴、詳細、有用性、及び利点のより広範な提示は、本発明の様々な実施形態の、以下の書面による説明で提供され、添付図面に例示され、添付の請求項で定義される。したがって、発明の概要の非限定的な解釈は、本明細書全体、それに含まれる請求項及び図面をそれ以上読むことなく理解されるべきである。

これらの実施形態の上述及び他の特徴及び利点、並びにそれらを実現する態様は、添付図面に関連してなされる下記説明を参照することで更に明らかになり、これらの実施形態はより良く理解されるであろう。

例示的なガスタービンエンジンの側断面図である。例示的なハンガ組立体の周方向横断面である。例示的なシュラウドハンガ組立体の横断面図である。代替的なシュラウドハンガ組立体の断面図である。ハンガ組立体から取り外された例示的なシュラウドの等角図である。シュラウドの代替的な一実施形態の等角図である。代替的なシュラウドの等角図である。頂部開放型シュラウドを有する代替的なシュラウドハンガ組立体の側断面図である。多部品ハンガ及び頂部開放型シュラウドを有する代替的なシュラウドハンガ組立体の側断面図である。頂部開放型デザインを有するシュラウドの代替的な実施形態の等角図である。更なる代替的なシュラウドハンガ組立体の側断面図である。組立体から取り外された、図１１のシュラウドの等角図である。多部品で形成されたシュラウドハンガ組立体の代替的な実施形態である。シュラウドハンガ組立体の代替的な実施形態である。

図示された諸実施形態は、以下の説明に記載されている又は図面に例示されている構造の詳細及び構成要素の配置への応用に限定されないことが理解されるべきである。図示の諸実施形態は、他の実施形態でも可能であり、様々な方法で実施又は実行することができる。各例は説明として提供され、開示される実施形態を限定するものではない。実際、種々の修正及び変形が本開示の範囲又は精神から逸脱することなく本実施形態でなされ得ることが、当業者には明らかであろう。例として、一実施形態の一環として例示又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に他の実施形態を提供することができる。よって、本開示は、添付の請求項の範囲及びそれらの均等物の範囲内にある、このような修正及び変形をカバーすることを意図している。

シュラウドハンガ組立体の実施形態が、図１〜図１４に描写されている。ハンガ組立体は、ハンガの空洞内に位置するシュラウドを有する多部品ハンガを含む。シュラウド及びハンガ組立体は、少なくとも１つの軸方向ピンで接合されて、ハンガ組立体に対するシュラウドの位置を位置決めする。軸方向ピンは、ハンガの複数の部分、又はハンガとシュラウドの組み合わせを接合し得る。

更に、本明細書に用いられる表現及び用語は、説明のためのものであり、限定するものと見なされるものでないことを理解すべきである。本明細書での「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」又は「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、及びそれらの変形形態の使用は、その後に列挙される品目及びそれらの均等物並びに追加の品目を包含することを意味する。特に限定されない限り、「連結される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、及び「取り付けられる（ｍｏｕｎｔｅｄ）」という用語、並びにそれらの変形形態は、広義に用いられ、直接的な連結、結合及び取付け、並びに間接的な連結、結合、及び取付けを包含する。加えて、「連結される」、「結合される」、及び「取り付けられる」という用語、並びにそれらの変形形態は、物理的又は機械的な連結又は結合に限定されるものではない。

本明細書に用いられているように、「軸方向の（ａｘｉａｌ）」又は「軸方向に（ａｘｉａｌｌｙ）」という用語は、エンジンの縦軸に沿った寸法を意味する。「軸方向の」又は「軸方向に」とともに用いられる「前側の／前側に（ｆｏｒｗａｒｄ）」という用語は、エンジン入口に向かう方向に移動すること、又はある構成要素が別の構成要素と比べてエンジン入口に相対的に近接していることを意味する。「軸方向の」又は「軸方向に」とともに用いられる「後側の／後側に（ａｆｔ）」という用語は、エンジンノズルに向かう方向に移動すること、又はある構成要素が別の構成要素と比べてエンジンノズルに相対的に近接していることを意味する。

本明細書に用いられているように、「半径方向の（ｒａｄｉａｌ）」又は「半径方向に（ｒａｄｉａｌｌｙ）」という用語は、エンジンの中央縦軸とエンジンの外周との間の寸法を意味する。本明細書における「近位の（ｐｒｏｘｉｍａｌ）」又は「近位に（ｐｒｏｘｉｍａｌｌｙ）」という用語は、その用語自体或いは用語「半径方向の」又は「半径方向に」と共に用いられて、エンジンの外周に向かう方向に移動すること、又はある構成要素が別の構成要素と比べてエンジンの外周に相対的に近接していることを意味する。本明細書における「遠位の（ｄｉｓｔａｌ）」又は「遠位に（ｄｉｓｔａｌｌｙ）」という用語は、その用語自体が或いは用語「半径方向の」又は「半径方向に」と共に用いられて、エンジンの外周に向かう方向に移動すること、又はある構成要素が別の構成要素と比べてエンジンの外周に相対的に近接していることを意味する。

本明細書に用いられているように、「横方向の（ｌａｔｅｒａｌ）」又は「横方向に（ｌａｔｅｒａｌｌｙ）」という用語は、軸方向寸法と半径方向寸法の両方向に対して垂直の方向の寸法を意味する。

全ての方向の参照（例えば、半径方向の、軸方向の、近位の、遠位の、上部の、下部の、上方への、下方への、左の、右の、横方向の、前の、後ろの、上部の、下部の、上方、下方、垂直の、水平の、時計回りの、反時計回りの）は、本発明の読者の理解を助けるために識別目的で用いられるに過ぎず、特に位置、向き、又は本発明の使用に関して限定するものではない。連結の言及（例えば、付着される、結合される、連結される、及び接合される）は、広義に解釈されるべきであり、特に指示がない限り、一群の要素間の中間部材及び要素間の相対移動を含むことができる。したがって、連結の言及は、必ずしも２つの要素が互いに直接連結され固定された関係にあることを意味するものではない。例示的な図面は、例示だけのためであり、図面内に反映される寸法、位置、順序、及び相対サイズは異なることがある。

初めに図１を参照すると、ガスタービンエンジン１０の概略側断面図が示されている。タービンの機能は、高圧高温燃焼ガスからエネルギーを取り出し、取り出したエネルギーを、仕事のための機械エネルギーに変換することである。タービンエンジン１０は、コア又は推進機１３への空気が入るエンジン入口端１２を有し、コア又は推進機１３は、いずれもエンジン軸線２６に沿って位置する圧縮機１４、燃焼機１６、及び多段高圧タービン２０によって概ね画成される。推進機１３は、集合的に、動作中の動力を提供する。推進機１３は、航空機、発電、産業、船舶などに使用され得る。

動作中、空気は、ガスタービンエンジン１０の空気入口端１２を通って流入し、空気圧が高められる少なくとも１つの圧縮段を通って移動し、燃焼機１６に導かれる。圧縮空気は、燃料と混合され燃焼されて高温燃焼ガスとなり、高温燃焼ガスは燃焼機１６から高圧タービン２０に向かって出る。高圧タービン２０では、高温燃焼ガスからエネルギーが取り出されてタービン動翼の回転を引き起こし、この回転はシャフト２４の回転を引き起こす。シャフト２４は、エンジンの前面に向かって進んで、タービン設計に応じて、１以上の圧縮機段１４、ターボファン１８又は入口ファン動翼の回転を継続させる。ターボファン１８は、シャフト２８によって低圧タービン２１に連結され、ガスタービンエンジン１０の推力を作り出す。低圧タービン２１は、更なるエネルギーを取り出し追加のブースタ又は低圧圧縮機段に動力を供給するためにも利用され得る。

シュラウドハンガ組立体３０は、タービン動翼２０、２１又は圧縮機１４内の動翼などの回転部品に隣接する流路を画成するために利用され得る。シュラウドハンガ組立体３０は、図１の概略図に総称的に示されている。組立体３０は、タービン２０、２１の動翼２２、燃焼機１６、又は圧縮機１４の動翼の半径方向外側端（図２）に配され得る。

次に図２及び図３を参照すると、例示的なハンガ組立体３０の周方向横断面及び半径方向断面図が示されている。組立体３０は、１つ又は２つのハンガ部分で形成され得るハンガ３２を含む。例示的な実施形態は、図３の横断面図に描写している、第１すなわち前側のハンガ部分３４と、第２すなわち後側のハンガ部分３６とを含み得る。組立体３０は、ハンガ３２の空洞４６内に支持されるシュラウド５０を更に備える。具体的には、空洞４６は、ハンガ部分３４とハンガ部分３６の間に位置し得る。本実施形態によると、ハンガ部分３４、３６は、一部品ハンガ又は多部品ハンガの形式で形成され得る。シュラウド５０は、軸方向でハンガ部分３４とハンガ部分３６の間に保持され、回転するタービン２０、２１の動翼に隣接して移動する空気の外側流路を画成する下面５９を有する。種々の実施形態に示すように、シュラウド５０は、頂部開放型シュラウド又は頂部閉鎖型シュラウドである種々の形式をとり得る。

シュラウド５０は、種々の方法で所定位置に保持され得る。幾つかの実施形態によると、バッフル５２が利用され得、バッフル５２は、ハンガ３２にピン留めされ、シュラウド５０を所定位置に保持する。第２の方法では、ピン構造と組み合わせてリテイナが利用され得る。代わりに、組み合わせ構造が使用されてもよい。

バッフル５２が、シュラウド５０の内部に配置され、ハンガ３２を通って延びる冷却孔３５と流体連通し得、それによって、バッフル５２は、シュラウド５０の内面の上に空気を導き、空気のインピンジメント冷却をもたらす。半径方向ボルト７０が、ハンガ組立体３０を通って位置し得る。描写した実施形態によると、ボルト又は留め具７０は、バッフル５２に連結され、シュラウド５０を半径方向で所定位置に保持するために利用され得る。代わりに、リテイナが、ハンガ３２内にシュラウド５０を捕捉するための半径方向保持機構を提供してもよい。当業者は、シュラウド５０が、非限定的な種々の方法で配置され得ることを理解するであろう。

ボルト７０は、半径方向でのハンガ３２の分割を可能にし、軸方向での複数の部分の分離を可能にするために、示すように半径方向であり得る。代わりに、ボルト７０が、軸方向に延びるようにハンガに配されてもよい。ボルト７０は、ハンガ３２の２つ以上の部分を連結し、ハンガの部分同士を締め付け得る。

１以上のボルト７０に加えて、幾つかの実施形態によると、スリーブ又はピンが利用され得る。構造を異ならせるために、ハンガ３２の複数の部分を軸又は半径方向で一緒に保持するようにボルト、例えばボルト７０が一般に利用される。代わりに、ハンガ及びシュラウドを位置決めし、及び／又は熱膨張の差によるそれらの相対移動を案内するようにピン又はスリーブ、例えばスリーブ７５及びピン６７４（図９）が使用されてもよい。ピンは、例えば、シュラウドに係合しシュラウドを位置決めするようにハンガ３２を通して圧力嵌めされ得るか、又は代わりにハンガもしくはシュラウドの一方の移動を案内し得る、中実構造である。スリーブ、例えばスリーブ７５は、またシュラウドに対するハンガの相対移動を案内する中空構造である。描写した実施形態では、スリーブ７５は、ボルト７０の通過を可能にする。スリーブ７５は、ハンガ３２に挿通され得、ボルト７０は、スリーブ７５を通過してシュラウド５０をハンガ３２に保持する。ピンは、前側から後側に、又は後側から前側に軸方向で延び得る。加えて、ピンは、ハンガ３２に対してシュラウド５０を位置決めし、ハンガ３２とシュラウド５０の相対移動を案内するために使用され得る。

本明細書に更に記述するハンガは、一部品ハンガを構成してもよく、多部品構造を構成してもよい。多部品構造は、軸方向で連結されてもよく、半径方向で連結されてもよい。加えて、エンジンケーシングは、組立体３０の構築を支援するために、ハンガ部分３４、３６の一方又は両方を捕捉するために利用され得る。第１及び第２のハンガ部分３４、３６の一方又は両方は、ハンガ３２をエンジンケーシングに連結するための１以上のタブ３８、４０を含み得る。多部品ハンガ３２を画成するために、種々の装置が利用され得、例示的な実施形態は、本明細書に示す追加の実施形態と組み合わせて利用され得る、そのような実施形態の１つにすぎない。したがって、例示的なハンガ３２は、限定していると考えられるものではなく、単一又は多部品ハンガの他の形式に置き換えられてもよく、本開示の範囲内であると考えられるべきである。例えば、幾つかの実施形態によると、ハンガ３２は、周方向で見て中央で又は別の方法で分割４７され得る。

タブ３８、４０から垂れ下がるのは、脚３９、４１である。脚３９、４１は、半径方向に対して傾斜して、又は何らかの組み合わせで、半径方向に垂れ下がり得る。脚３９、４１は、長さが等しくてもよく、一方の脚が他方の脚よりも長くてもよい。ウェブ４２が、第１の脚３９と第２の脚４１との間に延びるように描写されている。ウェブ４２、第１の脚３９、及び第２の脚４１は、全てが第１及び第２のハンガ部分３４、３６の一方に形成されてもよく、代わりに、第１のハンガ部分３４又は第２のハンガ部分３６に形成されてもよい。ウェブ４２は、軸方向に延びてもよく、代わりに、前側脚３９から後側脚４１に傾斜してもよく、ウェブ４２に沿う周方向位置に応じた何らかの組み合わせでもよい。よって、この構成は、部品の断面がどこで取られるかに応じて単一の部品内で変化し得る。これらの脚３９、４１の間に、シュラウド５０が配置される空洞４６がある。シュラウド５０は、ハンガ３２の材料とは異なる低熱膨張率の材料で形成され得る。例示的な幾つかの実施形態によると、ハンガ３２は、相対的に低い熱膨張率を有するシュラウド５０の材料よりも相対的に高い熱膨張率を有する合金などの金属材料で形成され得る。例えば、シュラウド５０は、セラミック基複合材料（ＣＭＣ）で形成され得るが、そのような実施形態に限定されない。したがって、動作中、ハンガ３２は、シュラウド５０の熱反応速度よりも大きな熱反応速度で伸長する。シュラウド５０は、本明細書に記述する実施形態に応じて種々の形式をとり得る。例えば、シュラウド５０は、シュラウドの上部分が概ね閉鎖していることを意味する、描写するような頂部閉鎖型シュラウドであり得る。このような閉鎖した頂部は、水平でもよく、傾斜してもよく、組み合わせでもよく、片持ち式でもよく、シュラウド５０を実質的に閉鎖するための他の形式でもよい。代わりに、シュラウド５０は、他の実施形態に応じて概ねＵ字形状でもよく、シュラウドの頂部が閉鎖しているのではなく開放しているそのような他の形状でもよい、頂部開放型シュラウドを構成してもよい。

実施形態は、ハンガ３２に対してシュラウド５０を位置決めするために、ピン、例えばピン２７４（図４）を更に利用し得る。ピンは、矩形断面及び円形断面を含む種々の形式をとり得る。ピンは、ハンガ３２内でシュラウド５０を半径方向に位置決めするために、シュラウド５０を通ってハンガ３２の前側部分及び後側部分の一方又は両方を通って軸方向に延び得る。軸方向ピンは、シュラウド及びハンガを直接通って延びてもよく、ハンガ３２の前側端及び後側端で位置合わせされた１以上のスリーブ７５を通って延びてもよい。スリーブ７５は、直径が同じでもよく、異なってもよい。本実施形態によると、位置決めピンは、前側から後側の方向に延びてもよく、反対に後側から前側の方向に延びてもよい。本実施形態では、ボルト７０は、シュラウド５０の閉鎖した頂部から半径方向に延びるタブ５１を通って延びる。本明細書で種々の実施形態に示すように、シュラウドとピンを取り付けるための構造は、シュラウドに沿う前側、中央及び後側の位置から延び得る。本実施形態では、タブ５１は、シュラウド５０の中央位置から延びる。

次に図４を参照すると、代替的なハンガ組立体２３０の断面図が描写されている。組立体２３０は、第１のハンガ部分２３４及び第２のハンガ部分２３６を有するハンガ２３２を含む。ハンガ２３２の前側端と後側端の間にウェブ２４２が延びる。本実施形態は、ハンガ２３２及びシュラウド２５０を通って延びる軸方向ピン２７４を利用する。ピン２７４は、シュラウド２５０に対するハンガ２３２の相対移動を案内し、又はハンガ２３２に対してシュラウド２５０を位置決めする。本明細書に更に記述するように、位置決め又は案内の機能は、シュラウド２５０内の孔の形状に部分的に依存する。シュラウド２５０は、ピン２７４が通って延びる孔２５３を含む、突起又はタブ２５１を含む。突起又はタブ２５１は、半径方向上向きに延び、シュラウド２５０の上面２５６を貫通する穴２５５に隣接する。したがって、突起２５１は、相対移動を案内し、及び／又はシュラウド２５０をハンガ２３２内で位置決めしながら、ピン２７４を受け入れてシュラウド２５０を半径方向の所定位置に保持する。

次に図５を参照すると、シュラウド２５０は、ハンガ組立体２３０（図４）から取り外されて、等角図に示されている。シュラウド２５０は、リテイナ２７２（図４）又は他の保持機構が配置され得る穴２５５を含む頂部壁２５６を有する。本実施形態では、シュラウドに加えてリテイナ２７２も捕捉され得る。頂部壁２５６から延び、穴２５５に隣接するのは、ピン孔又はホール２５３を含む突起２５１である。シュラウド２５０は、前側壁２５７及び後側シュラウド壁２５８、並びに前側壁２５７と後側壁２５８の間に延びる下壁２５９を含み得る。下壁２５９は、図４に描写するようにハンガ２３２の一部分のための肩を画成するために、後側壁２５８を越えて延び得る。

例示的な実施形態では、頂部壁２５６は、シュラウド２５０の周方向端又は切込み面まで延びる。描写した実施形態は、先に記述したような頂部閉鎖型シュラウド２５０を画成する。しかし、本明細書に更に記述する代替的な実施形態は、頂部開放型シュラウドを含んでもよい。

シュラウド２５０は、ハンガ２３２の全長で周方向に延びてもよく、代替的な実施形態では、２つのシュラウドが各ハンガ組立体２３０と共に利用されるように、ハンガ２３２の長さの半分を画成してもよい。

次に図６を参照すると、代替的なシュラウド３５０が描写されている。シュラウド３５０は、シュラウド基部３５９から延びる、後側壁３５８及び前側壁３５７を含む。前側壁３５７と後側壁３５８の間に上壁３５６が延びる。上壁又は頂部壁３５６は、例えば頂部壁３５６の下方から、シュラウド３５０のための接触支持点をもたらすためのリテイナを配置するための穴３５５を含む。更に、実施形態は、構造の周方向端又はその近くにタブ３５３Ａ、３５３Ｂを含む。これによって、シュラウド３５０のための合計３つの接触点のための追加の２つの接触点がもたらされる。

タブ３５３Ａは、位置決めピン又はスリーブ３７４を受け入れるピン孔３６０を含む。孔３６０は、ピン又はスリーブを受け入れ、第１のピンに対してシュラウド３５０を位置決めするようにサイズ決定される。

第２のタブ３５３Ｂは、例えば熱膨張による、周方向又は接線方向でのシュラウド３５０の移動を可能にするために、周方向又は接線方向のサイズが大きいスロット３６２を含む。よって、本実施形態は、構造が、一方が位置決めピンとして機能し、他方が周方向での移動のためのガイドピンとして機能する２つのピン又はスリーブを利用する点で、先の実施形態とは異なる。よって、シュラウド３５０の周方向の伸長は、スロット３６２を通って延びるガイドピンにより案内される。タブ３５３Ａ、３５３Ｂは、シュラウド３５０の後側端に位置するが、前側、中央及び後側の端、又は間に位置してもよい。

次に図７を参照すると、シュラウド４５０の代替的な実施形態が描写されている。シュラウド４５０は、上面もしくは頂部面４５６、基部４５９、並びに前側壁４５７及び後側壁４５８を含む。実施形態の周方向端は、頂部壁４５６がシュラウド４５０の切込み面又は周方向端まで延びない点で、図６の実施形態の周方向端と同様である。しかし、頂部壁４５６の周方向端は、図６におけるようにエンジン軸線方向に対して傾斜して延びないが、代わりにエンジン軸線方向に延びる。種々の切込み形状又は穴４５５が、シュラウド用の保持構造を受け入れるために配置又は利用され得る。加えて、シュラウド４５０は、ハンガ及びスロット４６２に対してシュラウド４５０を位置決めして、先に記述したように周方向でのシュラウド４５０に対するハンガの移動を制御するためのガイドピン孔４６０を含む。孔４６０及びスロット４６２は、それぞれタブ４５３Ａ及び４５３Ｂ内に位置し得る。

次に図８を参照すると、更なる実施形態が描写されており、シュラウド組立体５３０が断面図に示されている。組立体５３０は、前側ハンガ部分５３４及び後側ハンガ部分５３６、それらの間に延びるウェブ５４２を含む多部品で形成され得るハンガ５３２を含む。部分５３４及び部分５３６は、スリーブ５７５を通過する軸方向ボルト５７０により一緒に保持される。前側部分５３４及び後側部分５３６は、シュラウド５５０の複数の部分を受けるフランジ支持体５３９、５４１をそれぞれ含む。本実施形態は、前側脚５５７及び後側脚５５８を備える頂部開放型の実施形態であるシュラウド５５０を備える。脚５５７、５５８は、それぞれ支持体５３９、５４１内に延びており、１以上のピン５７４は、シュラウド５５０を内部に捕捉するように、フランジ支持体５３９及びフランジ支持体５４１を通って延びる連結部を形成する。１以上のピン５７４は、前側及び後側の方向に延びており、又は代わりに、両方とも前側方向に延びてもよく、両方とも後側方向に延びてもよい。

次に図９を参照すると、多部品ハンガ６３２及び頂部開放型シュラウド６５０を有するハンガ組立体６３０の代替的な実施形態が描写されている。本実施形態によると、ハンガ６３２は、第１のハンガ部分６３４及び後側すなわち第２のハンガ部分６３６を含む。第２の後側部分は、コンフォーマルシールなどのシールにより前側部分６３４に向けて前側方向に付勢される。この実施形態では、第３のハンガ部分６３７が示されており、その一部分が、第１の部分６３４の上脚と第２の部分６３６の上脚との間に挟まれる。ハンガ６３２の多くの部分は、シュラウド６５０の前側及び後側の脚６５７、６５８を挟み、ハンガ６３２及びシュラウド６５０を通って延びる軸方向ピン６７４によるピン連結を可能にする。

シュラウド６５０は、Ｕ字形状の横断面であり、異なる半径方向長さで形成される第１及び第２の壁６５７、６５８を含み得る。図１０などの他の実施形態では、壁は、等しい長さであり得る。加えて、シュラウド６５０は、スリーブ及び／又はピンを受け入れるための孔６６０を含む。

次に図１０を参照すると、シュラウド５５０の等角図が示されている。シュラウド５５０は、第１の壁５５７及び第２の壁５５８を含み、断面図又は端面図で概ねＵ字形状である。実施形態は例示であり、第１の壁５５７は前側壁であり、第２の壁５５８は後側壁である。Ｕ字形状を画成するように第１の壁５５７と第２の壁５５８との間に基部５５９が延びる。この実施形態では、第１及び第２の壁５５７、５５８は、次の実施形態の傾斜壁とは対照的に、半径方向に延び、又は概ね垂直である。Ｕ字形状は、頂部に沿って開放し、セグメントを画成するように周方向に延びる。これらの複数のセグメントは、エンジン１０の周りに周方向に延びるように切込み面で位置合わせされる。

各壁５５７及び５５９は、位置決めピン孔５６０を含み得る。位置決めピン孔５６０は、ハンガ５３２を通って延び（図８）ハンガ５３２を半径方向で位置決めするピンを受け入れる。孔は、ハンガ５３２（図８）に対するシュラウド５５０の揺動を防ぐためにハンガ５３２の両端の近くに配置されて示されている。加えて、各壁５５７、５５８に沿って周方向で反対側に隔てられて、ガイドピン孔５６２が位置する。孔５６２は、ハンガ５３２に対するシュラウド５５０の伸長を可能にするために細長く、又は横長である。

第１の壁及び第２の壁５５７、５５８は、図８に示すように半径方向長さが等しくてもよく、図９に示すように半径方向長さが異なってもよい。加えて、基部５５９は、壁５５７、５５８の一方又は両方から、事前に選択された幾らかの距離だけ軸方向に延び得る。これによって、軸方向で隣接構造に対するタービン流路のシールが支援され得る。シュラウド５５０の上面５５１は、ハンガ５３２の周りの空気流を防ぐために、ハンガ５３２内に設置されるときにシールを含み得る。

シュラウド５５０の頂部開放型の横断面形状は、非限定的にセラミック基複合（ＣＭＣ）材料を含む、種々の高温性能又は低熱膨張率の材料により形成され得る。ＣＭＣは、強度及び製造効率を向上させるために一方向又は複数方向でパイル状に敷かれ得る。

次に図１１を参照すると、シュラウドハンガ組立体７３０の更なる代替的な実施形態が描写されている。ハンガ組立体７３０は、部品の中でもとりわけ、ハンガ７３２及びシュラウド７５０を含む。ハンガ７３２は、第１すなわち前側ハンガ部分７３４、中央ハンガ部分７３７、及び第２すなわち後側ハンガ部分７３６により画成される。したがって、ハンガ７３２は、中央すなわち第３のハンガ部分７３７及び前側部分７３４がシュラウド７５０を所定位置で締め付ける、３部品構成である。シュラウド７５０は、少なくとも１つの傾斜面７５１を含む。本実施形態によると、シュラウド７５０は、シュラウド７５０の前側端及び後側端に少なくとも１つの傾斜部分７５１を含む。前側ハンガ部分７３４及び中央ハンガ部分７３７は、それぞれ対応する傾斜面７５４及び７５９を有する。この実施形態によると、ハンガ７３２及びシュラウド７５０の傾斜面は、ハンガ７３２の組立体とシュラウド７５０との間にシールを提供するように機械加工され得る面を提供する。加えて、シュラウド７５０の荷重は、これらの係合面７５４、７５９全体に分散されて、シュラウド７５０の機能を向上させる。後側ハンガ部分７３６は、組立体の後側端に、傾斜面７５９と共にシュラウド７５０を捕捉する傾斜面７５５も備える。冷却孔は、ハンガ組立体７３０を通って延びて、中央部分７３７の内部を通り、シュラウド７５０の内部面を冷却するためのバッフル７５２を通過し得る。

次に図１２を参照すると、シュラウド７５０は、ハンガ７３２（図１１）から取り外されて示されている。シュラウド７５０は、前側壁７５７、後側壁７５８、及びそれらの間に延びる基部７５９を含む。壁７５７、７５８の上端には、傾斜面７５１がある。本実施形態は、シュラウド７５０の周方向端で、これらの傾斜面７５１を利用する。しかし、これらは、他のどこかで利用されてもよい。同様に、シュラウド７５０の後側壁７５８に位置するようにピン孔７９３が示されている。しかし、ピン孔７９３は、前側壁７５７に位置してもよく、その周方向中央位置から代わりの所望位置に移動されてもよい。更に、追加のピンホールが利用されてもよい。

次に図１３を参照すると、第１の部分８３４及び第２の部分８３６を含む多部品で形成されるハンガ８３２を含む、シュラウドハンガ組立体の更なる実施形態が描写されている。この実施形態では、ハンガ８３２は、先の実施形態と同様にエンジンケーシングに連結され、第１及び第２の部分８３４、８３６は、ハンガ８３２の後側端で連結され、第２の部分は、半径方向で概ね連結され、シュラウドに対して作用するばねアームを画成する。代替的な実施形態によると、ハンガの第１及び第２の部分８３４、８３６は、先の実施形態の場合と同様に軸方向でなど、他の態様で連結されてもよい。

加えて、本実施形態は、第１のハンガ部分８３４の嵩及びサイズが大きく、第２のハンガ部分８３６が小さく、ばね構造を画成することを想定するが、第２の部分８３６のサイズが大きく、第１の部分８３４のサイズが小さい反対の構成が利用されてもよい。

ハンガ８３２は、第１及び第２のシュラウドリテイナ８３７、８３８に締結され下向きに垂れ下がる部分を備える。これらのリテイナは、加えて、シュラウド８５０のうち、それらの間に配置される部分を画成する。リテイナ８３７、８３８は、ハンガ８３２の前側端及び後側端で半径方向に延び、台座８３９を備え、台座からはシュラウドリテイナ８３７、８３８の上向きに延びる部分が延びる。台座８３９の間には、台座８３９の傾斜面８４０に係合する、前側端及び後側端に傾斜壁８５９を有する概ねＵ字形状の中央シュラウド８５０がある。これは、リテイナ８３７とリテイナ８３８の間の所定位置にシュラウド８５０を捕捉する。

リテイナ８３７、８３８は、本実施形態以外の種々の態様で連結され得、リテイナ８３７、８３８を通ってハンガ８３２内に延びるピン８７４が利用され得る。ハンガの下部８３５は、ハンガ８３２の前側端から延び冷却空気がシュラウド８５０の冷却された上面に近付くことを可能にする貫流孔８３３を含む。シュラウド８５０が多部品を含み、下部８３５から半径方向距離だけ隔てられているので、リーフシール８５７、８５８が、シュラウド８５０とハンガ８３２の間で、傾斜壁８５９と面８４０の間からの空気漏れを制限し、シュラウドリテイナ８３７とシュラウドリテイナ８３８の間を通る漏れを防ぐために利用され得る。リーフシール８５７、８５８は、半径方向に延びるように示されている。シールは、Ｕ字形状シュラウド８５０の半径方向に延在した面に係合し、ハンガ８３２及びシュラウド８５０の一方に締結され、接着され、連結され、そうでなければ接合される。本実施形態では、ポケット８７０が、ハンガ８３２の下部８３５に形成され、リーフシール８５７、８５８の上端を受け入れる。リーフシールは、これらのポケット８７０内でハンガ８３２に連結される。描写した実施形態では、圧力は、下部ハンガ部分８３５とシュラウド８５０の間の領域で最大となる。これにより、リーフシール８５７、８５８の外向きの力又は移動が生じ、又は軸方向でハンガ８３２及びシュラウド８５０の一方又は両方にリーフシールが係合される。同様に、シュラウド８５０の上方の圧力は、組立体８３０の下方に示される動翼の前側端の領域よりも大きくなる。動翼の前側端の圧力も、動翼の後側端の圧力よりも大きくなる。したがって、動翼のこの領域の圧力によって、リーフシール８５７、８５８は、軸方向内向きに互いに押し付けられず、漏れを生じさせる代わりに、シュラウド８５０の上方及びシュラウド８５０と下部ハンガ部分８３５の間の領域の内圧によって、軸方向外向きの力が生じ、組立体８３０のこの領域がシールされる。

次に図１４を参照すると、ハンガ組立体９３０の代替的な実施形態が描写されている。本実施形態では、ハンガ９３２は、前側部分９３４及び後側部分９３６を含み、後側部分９３６は、２つの本体のうち大きい方であり、前側部分９３４は、軸方向で後側部分９３６の溝に連結される。先の実施形態の場合と同様に、１以上の冷却チャネル又は孔９３３が、下方のシュラウド９５０を冷却するためにハンガ９３２を通って延び得る。ハンガ９３２は、前述したような種々の形式をとり得、第１及び第２の部分９３４、９３６は、サイズが等しく、又は描写されるように一方のサイズが他方のサイズよりも大きい。加えて、ハンガ９３２は、ハンガ部分９３４、９３６の一方が、シュラウド９５０の面に対してばねとして作用してシュラウドを所定位置に保持するように機能し得る。

本実施形態のシュラウド９５０は、Ｕ字形状であった先のタイプと同様に頂部開放型シュラウドである。この実施形態では、シュラウド９５０は、前側シュラウド部分９５７、後側シュラウド部分９５８、及び２つの部品の間に延びるシュラウド基部９５９を含む、Ｗ字形状を有する。中央アーム９５１は、基部９５９から上向きに延び、ハンガ９３２に連結されるリテイナ９３７に、例えば留め具９３８によりボルト留めされる。具体的には、リテイナ９３７は、第２のシュラウド部分９３６から垂れ下がる。シュラウド９５０は、後側シュラウド部分９５８と第２のシュラウド部分９３６のスロット又はポケット９３９との間に延びるリーフシール９７０によりシールされる。リーフシール９７０は、シュラウド９５０とハンガ部分９３６の間でリーフシール９７０の半径方向の挿入をもたらすように、スロット又はポケット９３９内でシュラウド９５０又はハンガ９３２に連結され得る。シール９７０は、先の実施形態の場合と同様に、シュラウド９５０又はハンガ９３２に連結され得、リーフシール９７０が半径方向に延びるように示されているが、そのようなリーフシール９７０は、半径方向に傾斜して延び、エンジンの周方向に更に延びてもよい。

ハンガ９３２とシュラウド９５０の間の圧力は、動翼の前側端及び動翼の後側端の圧力よりも大きい。したがって、シュラウド９５０とハンガ９３２の間のこの領域の圧力によって、リーフシール９７０は、隣接する構成要素に対して軸方向外向きに押し付けられ、部品間の空気漏れが防がれる。代わりに述べるように、シュラウド９５０とハンガ９３２の間のこの圧力が大きいので、リーフシール９７０は、軸方向前向きに押し付けられず、これにより、シュラウド９５０と第２のハンガ部分９３６との間の領域への漏れの逆流が可能となる。

本発明の幾つかの実施形態に関する前述の説明は例示のために提示されている。この説明は、網羅的とする、或いは開示する正確なステップ及び／又は形に本発明を限定するためのものではなく、明らかに、上記教示に照らして多くの修正形態及び変形形態が可能である。本発明の範囲及び全ての均等物が本明細書に添付する特許請求の範囲によって定義されることが意図されている。

１０ガスタービンエンジン
１２空気入口端、エンジン入口端
１３推進機
１４圧縮機段
１６燃焼機
１８ターボファン
２０多段高圧タービン、タービン動翼
２１低圧タービン、タービン動翼
２２動翼
２４シャフト
２６エンジン軸線
２８シャフト
３０シュラウドハンガ組立体
３２多部品ハンガ
３４第１のハンガ部分
３５冷却孔
３６第２のハンガ部分
３８タブ
３９第１の脚、前側脚
４０タブ
４１第２の脚、後側脚
４２ウェブ
４６空洞
４７分割
５０シュラウド
５１タブ
５２バッフル
５９下面
７０留め具、半径方向ボルト
７５スリーブ
２３０ハンガ組立体
２３２ハンガ
２３４第１のハンガ部分
２３６第２のハンガ部分
２４２ウェブ
２５０頂部閉鎖型シュラウド
２５１突起、タブ
２５３ピン孔、ホール
２５５穴
２５６頂部壁、上面
２５７前側壁
２５８後側シュラウド壁
２５９下壁
２７２リテイナ
２７４軸方向ピン
３５０シュラウド
３５３Ａタブ
３５３Ｂ第２のタブ
３５５穴
３５６頂部壁、上壁
３５７前側壁
３５８後側壁
３５９シュラウド基部
３６０ピン孔
３６２スロット
３７４スリーブ
４５０シュラウド
４５３Ａタブ
４５５穴
４５６頂部面、頂部壁
４５７前側壁
４５８後側壁
４５９基部
４６０ガイドピン孔
４６２スロット
５３０シュラウド組立体
５３２ハンガ
５３４前側ハンガ部分、前側部分
５３６後側ハンガ部分、後側部分
５３９フランジ支持体
５４１フランジ支持体
５４２ウェブ
５５０シュラウド
５５１上面
５５７前側脚、第１の壁
５５８後側脚、第２の壁
５５９基部
５６０位置決めピン孔
５６２ガイドピン孔
５７０軸方向ボルト
５７４ピン
５７５スリーブ
６３０ハンガ組立体
６３２多部品ハンガ
６３４第１のハンガ部分、前側部分
６３６第２のハンガ部分
６３７第３のハンガ部分
６５０頂部開放型シュラウド
６５７脚、第２の壁
６５８脚、第２の壁
６６０孔
６７４軸方向ピン
７３０シュラウドハンガ組立体
７３２ハンガ
７３４前側ハンガ部分
７３６後側ハンガ部分
７３７中央ハンガ部分、第３のハンガ部分
７５０シュラウド
７５１傾斜部分、傾斜面
７５２バッフル
７５４係合面、傾斜面
７５５傾斜面
７５７前側壁
７５８後側壁
７５９係合面、傾斜面、基部
７９３ピン孔
８３０組立体
８３２ハンガ
８３３貫流孔
８３４第１のハンガ部分
８３５下部ハンガ部分
８３６第２のハンガ部分
８３７第１のシュラウドリテイナ
８３８第２のシュラウドリテイナ
８３９台座
８４０傾斜面
８５０Ｕ字形状シュラウド、中央シュラウド
８５７リーフシール
８５８リーフシール
８５９傾斜壁
８７０ポケット
８７４ピン
９３０ハンガ組立体
９３２ハンガ
９３３孔
９３４前側部分、ハンガ部分、第２の部分
９３６後側部分、第２のシュラウド部分、第２のハンガ部分
９３７リテイナ
９３８留め具
９３９ポケット
９５０シュラウド
９５１中央アーム
９５７前側シュラウド部分
９５８後側シュラウド部分
９５９シュラウド基部
９７０リーフシール

Claims

相対的に高い熱膨張率を有する第１の材料で形成されたシュラウドハンガであって、前側ハンガ部分及び後側ハンガ部分を有し、前側ハンガ部分と後側ハンガ部分の間に空洞を有する、シュラウドハンガと、
第１の材料よりも相対的に低い熱膨張率を有する第２の材料で形成されたシュラウドであって、前側ハンガ部分と後側ハンガ部分の間の空洞内に配されるシュラウドと、
シュラウドハンガの少なくとも一部分とシュラウドとの間に延びる軸方向に配向された位置決めピン及びガイドピンと、
を備え、
シュラウドは、周方向の両端に径方向外側に突出した２つのタブを有し、一方のタブは、位置決めピンのための孔を有し、他方のタブは、ガイドピンのためのスロットを有し、
前記シュラウドは、保持機構が配置される穴を含む上壁と前記上壁から径方向内側に離間した下壁とを有し、前記保持機構は、前記穴の周りの前記上壁の縁の一部を軸方向に沿って収容することにより前記シュラウドハンガに対して前記シュラウドを保持する、シュラウド及びハンガ組立体。
ガイドピンは、シュラウドに対するシュラウドハンガの伸長に伴う移動をガイドする、請求項１に記載のシュラウド及びハンガ組立体。
前側ハンガ部分及び後側ハンガ部分は、前側ハンガ部分及び後側ハンガ部分に沿うシールを向上させる傾斜面を有する、請求項１に記載のシュラウド及びハンガ組立体。
シュラウドは、概ね頂部開放型の構造である、請求項１に記載のシュラウド及びハンガ組立体。
周方向に沿って延在する前側シュラウド壁（７５７）と、前側シュラウド壁（７５７）から隔てられて周方向に沿って延在する後側シュラウド壁（７５８）と、前側シュラウド壁（７５７）と後側シュラウド壁（７５８）の間に延びるシュラウド基部（７５９）であって、燃焼機ガス用の流路を形成するシュラウド基部（７５９）と、前側シュラウド壁（７５７）上の一部に設けられた第１の傾斜部分（７５１）であって径方向外側へ延在するにつれて軸方向前側へ延在する第１の傾斜部分（７５１）と、後側シュラウド壁上の一部に設けられた第２の傾斜部分（７５１）であって径方向外側へ延在するにつれて軸方向後側へ延在する第２の傾斜部分（７５１）と、を有するシュラウド（７５０）と、
第１の傾斜面（７５４）を有する第１のハンガ部分（７３４）と、第２の傾斜面（７５５）を有する第２のハンガ部分（７３６）と、を有するシュラウドハンガ（７３２）と、
を備え、
第１の傾斜面（７５４）及び第２の傾斜面（７５５）は、第１の傾斜部分（７５１）及び第２の傾斜部分（７５１）に係合することにより、シュラウド（７５０）のための半径方向支持をもたらし、
前側シュラウド壁（７５７）又は後側シュラウド壁（７５８）に、前記シュラウド（７５０）と前記シュラウドハンガ（７３２）とを連結するピンを挿通するためのピン孔（７９３）が形成されている、シュラウドハンガ組立体（７３０）。
第１の傾斜部分（７５１）及び第２の傾斜部分（７５１）は、シール面を更に提供する、請求項５に記載のシュラウドハンガ組立体（７３０）。
シュラウド（７５０）は、第１のハンガ部分（７３４）と第２のハンガ部分（７３６）との係合によりシールされる、請求項５に記載のシュラウドハンガ組立体（７３０）。
シュラウド（７５０）の傾斜部分（７５１）に係合するための傾斜面（７５９）を含む第３のハンガ部分（７３７）を更に備える、請求項７に記載のシュラウドハンガ組立体（７３０）。