JP5906357B2

JP5906357B2 - 分割フェアリングの部位間の径方向の移動の抑制に用いられる保持クリップおよび方法

Info

Publication number: JP5906357B2
Application number: JP2015509181A
Authority: JP
Inventors: ディーン，エリック・ライアン; イッセルテル，ジェイソン・ウォルター
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2033-04-26
Also published as: CN104271893B; WO2013163554A1; BR112014025448A2; US9664066B2; EP2841716A1; US20150086355A1; CN104271893A; CA2870762A1; JP2015514930A

Description

本発明の分野は、概して、タービンアセンブリに関し、より詳しくは、分割式のタービンフェアリングのシュラウド張り出し部の整列のための保持クリップに関する。

少なくともいくつかの公知のガスタービンエンジンは、中央のハブと、中央のハブを囲む外リングと、ハブと外リングとの間を放射状に延びる複数の支柱とを備える不動のタービンフレームを備えている。少なくともいくつかの公知のタービンフレームは、タービンエンジンの内部に配置され、高温ガス経路の流体の流れに曝される。したがって、タービンフレームは、通常は、高温ガス経路の温度からの保護のために、耐熱性の材料で覆われる。

少なくともいくつかの公知のタービンフレームにおいては、支柱が、フェアリングによって高温ガス経路の温度から保護される。これら公知のアセンブリにおいては、支柱へのフェアリングの非破壊での設置のために、フェアリングを前部および後部に分割することが必要である。これらの分割フェアリングの前部および後部は、支柱の両側に配置され、支柱の保護を促進するために一体に組み合わせられる。少なくともいくつかの公知の分割フェアリングは、フェアリングの前部および後部を一体に結合させるために、金属製のバックルを使用している。さらに、公知のタービンフレームのサイズが大きくなるにつれ、中央のハブの周囲に放射状に配置された支柱の間の周方向における間隔も大きくなる。したがって、隣り合う支柱の間の間隔の増大を、さらなるフェアリングの追加を必要とせずに補償するために、フェアリングのシュラウド張り出し部が大きくされる。しかしながら、シュラウド張り出し部を大きくすると、分割フェアリングの前部と後部との間の径方向の動きが大きくなる。結果として、公知の金属バックルでは、大きくなった径方向の動きを補償することができず、実現可能なシュラウド張り出し部の大きさおよび長さの制約となっている。

米国特許出願公開第２０１０／１３５７７７号明細書

一態様においては、分割フェアリングの第１の部位と第２の部位との間の径方向の移動の制限に用いられる保持クリップが提供される。前記第１の部位が、前記第１の部位から延びる第１のクリップタブを備え、前記第２の部位が、前記第２の部位から延びる第２のクリップタブを備え、前記第１および第２のクリップタブが、前記第１の部位と前記第２の部位とが実質的に整列させられたときにスロットを形成する。保持クリップは、前記スロットに挿入されるように寸法付けられた第１の部位と、この第１の部位との間に前記第１および第２のクリップタブを位置させるように前記第１および第２のクリップタブに組み合わせられる第３の部位と、前記第１の部位と前記第３の部位との間を延びる第２の部位とを備える。

別の態様においては、タービンフレームが提供される。タービンフレームは、中央のハブと、この中央のハブを囲む外リングと、前記中央のハブと前記外リングとの間を延びている支柱と、前記支柱の周囲に配置された分割フェアリングとを備える。分割フェアリングは、第１のクリップタブを備える第１の部位と、第２のクリップタブを備える第２の部位とを備え、前記第１のクリップタブおよび前記第２のクリップタブが、前記第１の部位と前記第２の部位とが実質的に整列させられたときに、スロットを形成する。さらに分割フェアリングは、前記スロットに挿入されるように寸法付けられた第１の部位と、前記第１の部位との間に前記第１のクリップタブおよび前記第２のクリップタブを位置させるように前記第１のクリップタブおよび前記第２のクリップタブに組み合わせられる第３の部位と、前記第１の部位と前記第３の部位との間を延びる第２の部位とを備える保持クリップをさらに備える。

さらに別の態様においては、分割フェアリングの第１の部位と第２の部位との間の径方向の移動を抑制する方法が提供される。この方法は、前記第１の部位に第１のクリップタブを形成するステップと、前記第２の部位に第２のクリップタブを形成するステップと、前記第１のクリップタブと前記第２のクリップタブとによってスロットが形成されるように、支柱の周囲で前記第１の部位を前記第２の部位に結合させるステップと、前記第１のクリップタブおよび前記第２のクリップタブに保持クリップを結合させるステップとを含む。

典型的なタービンフレームの斜視図である。図１に示した典型的な分割フェアリングの上面図である。図２に示した分割フェアリングの底面図である。図２に示した典型的な保持タブの部分拡大図である。典型的な保持クリップの斜視図である。図１に示したフェアリングの部分拡大図である。

本発明の実施形態は、タービンアセンブリに関し、さらに具体的には、分割フェアリングのシュラウド張り出し部の径方向の動きの抑制を促進するための保持クリップに関する。さらにより具体的には、本発明の実施形態は、シュラウド張り出し部の径方向の動きの抑制が促進されるように分割線において分割フェアリングの前部および後部に結合する保持クリップに関する。例えば、本明細書に記載の保持クリップは、フェアリングの前部および後部を一体に結合させる１つ以上の公知の金属バックルを置き換える。

したがって、典型的な実施形態においては、１つ以上の金属バックルを保持クリップで置き換えることで、サイズの大きいタービンエンジンにおいてシュラウド張り出し部を容易に使用できるようになる。いくつかの公知のタービンアセンブリにおいては、分割フェアリングの前部および後部のシュラウド張り出し部が、張り出し長が大きくなるにつれて互いに径方向に離れる。より大きなサイズのタービンエンジンにおいて、用いられるタービンフレームの支柱の数を同じにできるためには、張り出し長を増やさなければならない。支柱の数の増加および張り出し部のずれの存在は、エンジンの性能を低下させるガスの流れの経路の妨害を生み出すがゆえに、望ましくない。

図１は、典型的なタービンフレーム１００の斜視図である。タービンフレーム１００は、中央のハブ１０２と、中央のハブ１０２を囲む外リング１０４とを備えている。典型的な実施形態においては、中央のハブ１０２および外リング１０４が、両者の間を放射状に延びている支柱１０６によって一体に接続されている。さらに、典型的な実施形態においては、タービンフレーム１００が、複数のサービスフェアリング１１０および複数の分割フェアリング２００を備えている。分割フェアリング２００は、支柱１０６が高温ガス経路の環境から実質的に保護されるように、支柱１０６の周囲に取り付けられる。

図２が、典型的な分割フェアリング２００の上面図であり、図３が、典型的な分割フェアリングの底面図である。典型的な実施形態において、分割フェアリング２００は、前部２２０および後部２４０を備えている。前部２２０および後部２４０は、一体に組み合わせられたときに翼の形状の羽根２１０を形成するように形作られている。翼の形状の羽根２１０は、支柱１０６（図１に示されている）の形状に実質的に一致する中空の翼２１２である。したがって、典型的な実施形態においては、分割フェアリング２００の前部２２０および後部２４０が、高温ガス経路の環境からの支柱１０６の保護を促進するために、支柱１０６の両側に配置される。

さらに、典型的な実施形態においては、分割フェアリング２００が、シュラウド張り出し部を備えている。より具体的には、前部２２０がシュラウド張り出し部２２４を備え、後部２４０がシュラウド張り出し部２４４を備えている。シュラウド張り出し部２２４および２４４は、大きくなったタービンフレーム１００のサイズの補償を促進するように部位２２０および２４０から延びている。例えば、典型的な実施形態においては、シュラウド張り出し部２２４および２４４の長さ２６０が、翼の形状の羽根２１０から約１．５インチである。しかしながら、シュラウド張り出し部２２４および２４４の長さ２６０が、タービンフレーム１００のサイズおよび中央のハブ１０２と外リング１０４との間に配置された支柱１０６の間隔に依存することを、理解すべきである。

さらに、典型的な実施形態においては、前部２２０が、第１のバックルタブ２２６と、第１のクリップタブ２２８と、第１の結合フランジ２３０とを備えており、後部２４０が、第２のバックルタブ２４６と、第２のクリップタブ２４８と、第２の結合フランジ２５０とを備えている。したがって、分割フェアリング２００の前部２２０および後部２４０が組み立てられるとき、第１のバックルタブ２２６が第２のバックルタブ２４６に実質的に整列し、第１のクリップタブ２２８が第２のクリップタブ２４８に実質的に整列し、第１の結合フランジ２３０が第２の結合フランジ２５０に実質的に整列する。さらに、分割フェアリング２００の前部２２０および後部２４０が組み立てられるとき、第３のバックルタブ２２７が第４のバックルタブ２４７に実質的に整列し、第３のクリップタブ２２９が第４のクリップタブ２４９に実質的に整列する。バックルタブ２２６および２４６ならびにクリップタブ２２８および２４８は、さらに詳しく説明されるが、同じことがバックルタブ２２７および２４７ならびにクリップタブ２２９および２４９にも当てはまることを、理解すべきである。

典型的な実施形態においては、前部２２０および後部２４０が、せん断ボルト（ｓｈｅａｒｂｏｌｔ）（図示されていない）、バックル２７２、および保持クリップ３００（図２には示されていない）によって一体に接続される。例えば、典型的な実施形態においては、第１および第２の結合フランジ２３０および２５０の各々が、せん断ボルトを受け入れるための貫通穴（図示されていない）を備える。せん断ボルトは、分割フェアリング２００の第１の側２０２において部位２２０および２４０の径方向の整列の維持を促進する。別の実施形態においては、保持クリップ３００を、せん断ボルトの代わりに径方向の整列の維持に使用することができる。さらに、典型的な実施形態においては、バックル２７２が、第１および第２のバックルタブ２２６および２４６の組み合わせの形状に実質的に一致するように寸法付けられる。したがって、バックル２７２は、分割フェアリング２００の前部２２０および後部２４０の軸方向の結合の維持を促進する。

図４が、典型的なクリップタブ２２８および２４８の部分拡大図である。典型的な実施形態においては、第１のクリップタブ２２８が、第１のスリット２８０を備えており、第２のクリップタブが、第２のスリット２８２を備えている。したがって、分割フェアリング２００の前部２２０および後部２４０が組み立てられるとき、第１および第２のスリット２８０および２８２が、保持クリップ３００の第１の部位３０２（図示されていない）を収容するためのスロット２８４を形成する。さらに、典型的な実施形態においては、第１のクリップタブ２２８が、第１のへこみ２９０を備えており、第２のクリップタブ２４８が、第２のへこみ２９２を備えている。したがって、分割フェアリング２００の前部２２０および後部２４０が組み立てられるとき、第１および第２のへこみ２９０および２９２が、保持クリップ３００の第３の部位３１０（図示されていない）を受け入れるためのくぼみ２９４を形成する。別の実施形態においては、クリップタブ２２８および２４８が、保持クリップ３００のくぼみ２９４からの離脱の防止を促進するために、くぼみ２９４内に定められた保持タブを備えることができる。このように、保持クリップ３００が、分割フェアリング２００の第２の側２０４（図２に示されている）においてフェアリングの部位２２０および２４０の径方向における整列の維持を促進する。

図５が、典型的な保持クリップ３００の斜視図である。典型的な実施形態においては、保持クリップ３００が、第１の部位３０２と、第３の部位３１０と、両者の間を延びている第２の部位３０６とを備えている。より具体的には、保持クリップが、第１の部位３０２、第１の曲げ部３０４、第２の部位３０６、第２の曲げ部３０８、第３の部位３１０、および第３の曲げ部３１２を順番に備えている。したがって、第１の部位３０２が、スロット２８４（図４に示されている）への挿入を容易にするために実質的に平坦であり、第３の部位３１０が、第２の曲げ部３０８および第３の曲げ部３１２の助けにより、くぼみ３９４の形状に実質的に一致するように構成されている。したがって、保持クリップ３００が第１および第２のクリップタブ２２８および２４８に係合するとき、第１および第３の部位３０２および３１０が第１および第２のクリップタブ２２８および２４８の両面に押し付けられ、シュラウド張り出し部２２４および２４４の径方向における整列の維持を促進する。

典型的な実施形態においては、保持クリップ３００が、Ｒ−４１などのニッケル主体の合金で作られる。しかしながら、保持クリップ３００を、タービンエンジンの高温ガス経路の環境に耐えることができる任意の適切な材料から作ることができることを、理解すべきである。

図６が、典型的なフェアリング２００および１１０の部分拡大図である。典型的な実施形態においては、分割フェアリング２００の前部２２０および後部２４０が、支柱１０６（図１に示されている）の周囲に組み立てられている。バックル２７２が、バックルタブ２２６および２４６に接続され、保持クリップ３００が、クリップタブ２２８および２４８に係合することで、前部２２０が後部２４０に結合している。稼働時に、保持クリップ３００がクリップタブ２２８および２４８から外れる可能性がある。したがって、典型的な実施形態においては、サービスフェアリング１１０が、分割フェアリング２００に隣接してタービンフレーム１００内に設置される。サービスフェアリング１１０は、クリップタブ２２８および２４８ならびに保持クリップ３００の第２の部位３０６に実質的に整列した保持タブ１５０を備えている。典型的な実施形態においては、保持タブ１５０が、保持クリップ３００の第２の部位３０６に押し当てられ、保持クリップ３００をクリップタブ２２８および２４８に対して実質的に不動に保つように構成されている。

本明細書に記載の保持クリップは、分割フェアリングの隣接する部位のシュラウド張り出し部の径方向における整列の維持を促進する。より具体的には、保持クリップが、少なくとも部分的に分割フェアリングの隣接部位間の分割線の長さに沿って延びるように構成されている。例えば、保持クリップは、フェアリングの隣接部位を軸方向に結合させる１つ以上の公知のバックルを置き換える。シュラウド張り出し部の径方向における整列を維持することで、タービンアセンブリのガス流の経路における妨げが少なくなる。したがって、タービンエンジンのサイズおよびシュラウド張り出し部が大きくなるときに、本明細書に記載の保持クリップは、タービンアセンブリのガス流の経路におけるシュラウド張り出し部による妨げの軽減を促進することによって、タービンの効率の向上を促進する。

本明細書においては、本発明を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、いくつかの実施例を使用している。本発明の特許可能な技術的範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者であれば想到できる他の実施例を包含することができる。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を有し、あるいは特許請求の範囲の文言から実質的には相違しない同等な構造要素を含む場合、特許請求の技術的範囲に包含される。

１００タービンフレーム
１０２ハブ
１０４外リング
１０６支柱
１１０サービスフェアリング
１５０保持タブ
２００分割フェアリング
２０２第１の側
２０４第２の側
２１０羽根
２１２翼
２２０前部
２２４シュラウド張り出し部
２２６第１のバックルタブ
２２７第３のバックルタブ
２２８第１のクリップタブ
２２９第３のクリップタブ
２３０第１の結合フランジ
２４０後部
２４４シュラウド張り出し部
２４６第２のバックルタブ
２４７第４のバックルタブ
２４８第２のクリップタブ
２４９第４のクリップタブ
２５０第２の結合フランジ
２７２バックル
２８０第１のスリット
２８２第２のスリット
２８４スロット
３００保持クリップ
３０２第１の部位
３０４第１の曲げ部
３０６第２の部位
３０８第２の曲げ部
３１０第３の部位
３１２第３の曲げ部

Claims

分割フェアリング（２００）の第１の部位（２２０）と第２の部位（２４０）との間の径方向の移動の抑制に使用するための保持クリップ（３００）であって、
前記第１の部位（２２０）は、前記第１の部位から延びる第１のクリップタブ（２２８）を備え、前記第２の部位（２４０）は、前記第２の部位から延びる第２のクリップタブ（２４８）を備え、前記第１および第２のクリップタブ（２２８、２４８）が、前記第１の部位（２２０）と前記第２の部位（２４０）とが実質的に整列させられたときにスロット（２８４）を形成し、
前記保持クリップ（３００）は、
前記スロット（２８４）に挿入されるように寸法付けられた第１の部位（３０２）と、
前記第１の部位（３０２）との間に前記第１および第２のクリップタブ（２２８、２４８）を位置させるように前記第１および第２のクリップタブに組み合わせられる第３の部位（３１０）と、
前記第１の部位（３０２）と前記第３の部位（３１０）との間を延びる第２の部位（３０６）と
を備えている保持クリップ（３００）。
金属材料から作られている請求項１に記載の保持クリップ（３００）。
ニッケル主体の合金材料から作られている請求項１に記載の保持クリップ（３００）。
前記第１の部位（３０２）、前記第２の部位（３０６）、および前記第３の部位（３１０）が、前記第１の部位と前記第２の部位との間に定められる第１の曲げ部（３０４）と、前記第２の部位と前記第３の部位との間に定められる第２の曲げ部（３０８）とを含んで、材料の連続的な薄板から形成されている請求項１に記載の保持クリップ（３００）。
前記第２の曲げ部（３０８）が、前記第２の部位（３０６）の長さよりも小さい前記第１の部位（３０２）と前記第３の部位（３１０）との間のすき間の設定を促進している請求項４に記載の保持クリップ（３００）。
前記第１の部位（３０２）が、実質的に前記スロット（２８４）の全長にわたって延びる幅を有している請求項１に記載の保持クリップ（３００）。
中央のハブ（１０２）と、
前記中央のハブを囲む外リング（１０４）と、
前記中央のハブと前記外リングとの間を延びている支柱（１０６）と、
前記支柱の周囲に配置された分割フェアリング（２００）と
を備えており、
前記分割フェアリング（２００）が、
第１のクリップタブ（２２８）を備える第１の部位（２２０）と、
第２のクリップタブ（２４８）を備える第２の部位（２４０）と、
保持クリップ（３００）と
を備え、
前記第１のクリップタブ（２２８）および前記第２のクリップタブ（２４８）が、前記第１の部位（２２０）と前記第２の部位（２４０）とが実質的に整列させられたときにスロット（２８４）を形成し、
前記保持クリップ（３００）が、前記スロット（２８４）に挿入されるように寸法付けられた第１の部位（３０２）と、前記第１の部位（３０２）との間に前記第１のクリップタブ（２２８）および前記第２のクリップタブ（２４８）を位置させるように前記第１のクリップタブおよび前記第２のクリップタブに組み合わせられる第３の部位（３１０）と、前記第１の部位（３０２）と前記第３の部位（３１０）との間を延びる第２の部位とを備えているタービンフレーム（１００）。
前記第１の部位（２２０）および前記第２の部位（２４０）の各々が、前記中央のハブ（１０２）の周囲を周方向に延びるシュラウド張り出し部（２２４）を備えている請求項７に記載のタービンフレーム（１００）。
前記第１のクリップタブ（２２８）および前記第２のクリップタブ（２４８）の各々が、前記第１の部位（２２０）および前記第２の部位（２４０）の前記シュラウド張り出し部（２２４）に形成されている請求項７に記載のタービンフレーム（１００）。
前記各々のシュラウド張り出し部（２２４）が、少なくとも約１．５インチの長さを有している請求項８に記載のタービンフレーム（１００）。
前記スロット（２８４）が、前記分割フェアリング（２００）の前記第１の部位（２２０）と前記第２の部位（２４０）との間に定められる分割線に対して垂直に延びている請求項７に記載のタービンフレーム（１００）。
前記保持クリップ（３００）の前記第１の部位（３０２）が、前記スロット（２８４）に挿入されたときに前記分割線を超えて延びる幅を有している請求項７に記載のタービンフレーム（１００）。
前記分割フェアリング（２００）に隣接して配置されるサービスフェアリング（１１０）をさらに備えており、前記サービスフェアリング（１１０）が、前記保持クリップ（３００）に実質的に整列する保持タブ（１５０）を前記サービスフェアリング（１１０）から延在させている請求項７に記載のタービンフレーム（１００）。
前記第１の部位（２２０）と前記第２の部位（２４０）とが実質的に整列させられたときに前記第１のクリップタブ（２２８）および前記第２のクリップタブ（２４８）の外面にくぼみ（２９４）が形成され、前記くぼみ（２９４）が、前記第３の部位（３１０）を受け入れるように寸法付けられている請求項７に記載のタービンフレーム（１００）。
分割フェアリング（２００）の第１の部位（２２０）と第２の部位（２４０）との間の径方向の移動を抑制する方法であって、
前記第１の部位（２２０）に第１のクリップタブ（２２８）を形成するステップと、
前記第２の部位（２４０）に第２のクリップタブ（２４８）を形成するステップと、
前記第１のクリップタブ（２２８）と前記第２のクリップタブ（２４８）とによってスロット（２８４）が形成されるように、支柱（１０６）の周囲で前記第１の部位（２２０）を前記第２の部位（２４０）に結合させるステップと、
前記第１のクリップタブ（２２８）および前記第２のクリップタブ（２４８）に保持クリップ（３００）を結合させるステップと
を含む方法。
保持クリップ（３００）を結合させるステップが、
前記スロット（２８４）に挿入されるように前記保持クリップ（３００）の第１の部位（３０２）を寸法付けるステップと、
前記保持クリップ（３００）の第３の部位（３１０）を、前記第１の部位（３０２）と前記第３の部位（３１０）との間に前記第１のクリップタブ（２２８）および前記第２のクリップタブ（２４８）が位置するように、前記第１のクリップタブおよび前記第２のクリップタブに結合させるステップと
を含む請求項１５に記載の方法。
保持クリップ（３００）を結合させるステップが、前記保持クリップ（３００）の前記第１の部位（３０２）および前記第３の部位（３１０）から前記第１のクリップタブ（２２８）および前記第２のクリップタブ（２４８）に圧縮力を加えるステップを含む請求項１６に記載の方法。
保持クリップ（３００）を結合させるステップが、
保持タブ（１５０）を延在させているサービスフェアリング（１１０）を、前記分割フェアリング（２００）に隣接させて配置するステップと、
前記保持タブ（１５０）を前記保持クリップ（３００）に実質的に整列させるステップと
を含む請求項１５に記載の方法。
前記保持タブ（１５０）を実質的に整列させるステップが、前記保持タブの第２の部位によって定められる前記保持タブの閉じた端部に前記保持タブを実質的に整列させるステップを含む請求項１８に記載の方法。
前記第１のクリップタブ（２２８）の形成および前記第２のクリップタブ（２４８）の形成が、前記第１のクリップタブおよび前記第２のクリップタブの各々を前記第１の部位（２２０）および前記第２の部位（２４０）のシュラウド張り出し部（２２４）に形成することをさらに含む請求項１５に記載の方法。