JP2016118199A - ストラットを用いて装着されたセラミックマトリックス複合材ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】ストラットを用いて装着されたセラミックマトリックス複合材ノズルを提供すること。【解決手段】ひとつには、熱膨張率の低い材料からなるノズルアセンブリが提供される。アセンブリは、低熱膨張率材料からなるノズルフェアリングを含み、また、ノズルフェアリングを通って半径方向に延在する金属製ストラットを含む。荷重は、２つの方法、すなわち、第１に、ストラットが荷重を直接受けることができる、及び／又は第２に、ノズルフェアリングから内側及び外側支持リングの少なくとも１つに荷重を伝達することができる、の何れかの方法でノズルフェアリングから固定構造体に伝達される。更に、ノズルフェアリング及びストラットは、冷却のため内部空気流を可能にすることができる。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、全体的に、複合材ノズルセグメントアセンブリに関する。より具体的には、本発明の実施形態は、構造的支持を提供するストラットを含む複合材ノズルセグメントアセンブリに関する。

ガスタービンエンジンは、高圧圧縮機、燃焼器、及び高圧タービン（「ＨＰＴ」）を直列流れ関係で有するターボ機械コアを含む。コアは、既知の方式で１次ガス流を発生するよう作動する。高圧タービンは、燃焼器から出るガスを回転ブレード又はバケットに配向する固定ベーン又はノズルの環状アレイ（「列」）を含む。全体として、ノズルの１つの列とブレードの１つの列が「段」を構成する。これらの構成部品は、極めて高温の環境で動作しており、十分な耐用期間を確保するために空気流による冷却が必須である。

ＨＰＴノズルは、多くの場合、ノズルを貫通する１次流路を定める環状の内側及び外側バンド間に延在する翼形のベーンのアレイとして構成される。ガスタービンエンジン内の作動温度の理由から、低い熱膨張率を有する材料を利用することが望ましい。例えば、このような過酷な温度及び圧力条件において効果的に作動するために、複合材料、詳細には例えば、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）材料が提案されている。これらの低熱膨張率材料は、金属部品よりも高い温度性能を有する。エンジン内の作動温度が高温であるほど、より高いエンジン効率をもたらす。但し、このようなセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）は、ＣＭＣの設計及び応用時に考慮する必要のある機械的特性がある。ＣＭＣ材料は、金属材料と比べて引張延性又は破断歪みが比較的低い。また、ＣＭＣ材料は、ＣＭＣタイプの材料の拘束支持体又はハンガーとして使用される金属合金とは有意に異なる熱膨張率を有する。従って、ＣＭＣ構成部品が作動中にある表面上に拘束され冷却した場合、セグメントの故障につながる応力集中が生じる可能性がある。

ＣＭＣ材料からなる従来技術のノズルの取り組みは、限定的な成果を収めている。これらのノズルは、荷重制御された応力が最小限となる構造を有していなければならない。ノズルの外側及び内側バンドにて支持するためＣＭＣノズルに作用する圧力荷重を担持するよう試みている。一般に、この構造を得るために、内側及び外側バンドのフィレットにてモーメントが発生する。このことはベーン及びバンドの接合部にて高応力が生じ、ＣＭＣ構成部品の耐久性上の課題となっている。

ノズルと関連の取り付け特徴要素との間の接合部でのモーメントの発生を排除するために、既知のノズルアセンブリを改善することが望ましい。更に、部品に作用する荷重を制限しながらＣＭＣノズルを支持するアセンブリを提供することが望ましいであろう。更にまた、異なる材料タイプの部品間の異なる熱成長を許容することが望ましい。

本明細書で挙げられた何れかの引例及びその何らかの説明又は検討を含む、本明細書のこの背景技術の段落において含まれる情報は、技術的な参照の目的で含められ、本発明の範囲が制限される主題とみなすべきではない。

ひとつには、熱膨張率の低い材料からなるノズルアセンブリが提供される。アセンブリは、低熱膨張率材料からなるノズルフェアリングを含み、また、ノズルフェアリングを通って半径方向に延在する金属製ストラットを含む。荷重は、２つの方法、すなわち、第１に、ストラットが荷重を直接受けることができる、及び／又は第２に、ノズルフェアリングから内側及び外側支持リングの少なくとも１つに荷重を伝達することができる、の何れかの方法でノズルフェアリングから固定構造体に伝達される。更に、ノズルフェアリング及びストラットは、冷却のため内部空気流を可能にすることができる。

幾つかの実施形態によれば、ノズルセグメントアセンブリは、外側支持リング及び内側支持リングと、外側バンド及び内側バンドを有し、外側バンドと内側バンドとの間に延在するベーンを有する、熱膨張率の低い材料からなるノズルフェアリングと、外側支持リングと内側支持リングとの間に延在する金属製ストラットとを備え、ストラットが、ノズルフェアリングの１以上のペアとストラット、又はノズルフェアリングと内側及び外側支持リングの少なくとも１つとの間で荷重伝達を可能にし、金属製ストラットが、ノズルフェアリングを通して延在して、ベーンを通してストラットが成長できるようにする。

上記で概説した特徴の全ては、単に例証として理解すべきであり、構造及び方法のより多くの特徴及び対象物が本明細書の開示から得ることができる。従って、この発明の概要の非限定的な解釈は、本明細書、請求項、これらと共に含まれる図面全体をより詳細に読むことなく理解されるはずである。

これらの実施形態の上述した及び他の特徴及び利点、並びにこれらを実現する方法は、添付図面と共に以下の説明を参照することによって明らかになるであろう。

例示的なガスタービンエンジンの側断面図。 複数のノズルセグメントアセンブリによって形成された例示的なノズルリングの斜視図。 フェアリングを通って延在するストラットを含む、ノズルセグメントアセンブリの斜視組立図。 図３のノズルセグメントアセンブリの分解組立図。 ノズルセグメントアセンブリの種々の装着選択肢の概略断面図。 図３のノズルアセンブリの部分断面図。 ノズル及びラグ継手の第１の断面図。 ノズル及びピン継手の第２の断面図。 図５の線９−９に沿った断面図。 図５の線１０−１０に沿った断面図。 ノズルセグメントの代替の装着構造の斜視図。 シールボックスの斜視図。 例示的なシールボックスの断面図。 例示的なストラットの斜視図。 図１４の例示的なストラットの断面図。 ノズルアセンブリの代替の構造の断面図。

記載された実施形態は、本出願において以下の説明で記載され又は図面において例示された構成要素の構造及び構成の詳細事項に限定されない。図示の実施形態は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施又は実行可能である。各実施例は、説明の目的で提供され、本開示の実施形態を限定するものではない。実際に、本開示の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、本実施形態では種々の修正及び変形形態が実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され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別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、このような修正形態及び変形形態を添付の請求項及びその均等物の範囲内にあるものとして保護することが意図される。

図１〜１６には、ノズルセグメントアセンブリの実施形態が描かれている。ノズルセグメントアセンブリは、例えば、セラミックマトリックス複合材材料のような低い熱膨張率を有する材料を利用する。アセンブリは更に、低熱膨張率材料よりも高い荷重を担持可能な金属材料のような別の材料からなるストラットを含む。ストラットは、ノズルセグメントアセンブリを通りエンジン支持ハードウェアに作用する荷重を担持する。

また、本明細書で使用される表現及び用語は、説明の目的のものであり、限定とみなすべきではないことを理解されたい。本明細書で使用する「含む」、「備える」、又は「有する」、及びその変形形態は。以下後に記載する品目及びその等価物、並びに追加の品目を包含することを意味する。別途限定されていない限り、用語「接続」、「結合」及び「装着」並びにその変形形態は、広義に使用され、直接的及び間接的な接続、結合、及び装着を包含する。加えて、用語「接続」及び「結合」並びにその変形形態は、物理的又は機械的接続又は結合に限定されない。

本明細書で使用される用語「軸方向」及び「軸方向に」とは、エンジンの長手方向軸線に沿った寸法を意味する。「軸方向」及び「軸方向に」と併せて使用される用語「前方」とは、エンジン入口に向かう方向に移動していること、又はある構成要素が別の構成要素と比較してエンジン入口により近接していることを意味する。「軸方向」及び「軸方向に」と併せて使用される用語「後方」とは、エンジンの後方に向かう方向に移動していることを意味する。

本明細書で使用される用語「半径方向」及び「半径方向に」とは、エンジンの長手方向軸線とエンジン外周との間に延在する寸法を意味する。

全ての方向性の言及（例えば、半径方向、軸方向、近位、遠位、上側、下側、上向き、下向き、左、右、横、前、後、上部、底部、上方、下方、垂直、水平、時計回り、反時計回り）は、読み手の本発明の理解を助けるために識別の目的で使用しているに過ぎず、特に位置、向き、又は本発明の用途に関して限定するものではない。接続に関する言及（例えば、取り付け、結合、接続、及び接合）は、広義に解釈すべきであり、別途指示されていない限り、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。従って、接続に関する言及は、必ずしも２つの要素が互いに固定関係で直接接続されることを示唆するものではない。例示的な図面は、単に例証の目的のものであり、本明細書に添付される図面中に示されている寸法、位置、順序及び相対サイズは変えることができる。

最初に図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る。ガスタービンエンジン１０の機能は、高圧高温の燃焼ガスからエネルギーを抽出し、仕事を行うためにこのエネルギーを機械エネルギーに変換することである。タービン１０は、空気がコアプロパルサー１３に流入するエンジン入口端部１２を有し、該コアプロパルサー１３は、全体として、圧縮機１４、燃焼器１６、及び多段高圧タービン２０により定められ、これらは全てエンジン軸線２６に沿って配置される。全体的に、コアプロパルサー１３は、作動中に推力又は出力を提供する。ガスタービン１０は、航空機、発電、産業、船舶、又は同様のものに使用することができる。

作動時には、空気は、エンジン１０の空気入口端部１２を通って流入し、１以上の圧縮段を通って移動して、ここで空気の圧力が増大して燃焼器１６に配向される。圧縮空気は、燃料と混合されて燃焼して高温の燃焼ガスを提供し、該燃焼ガスは、高圧タービン２０に向けて燃焼器１６から流出する。高圧タービン２０において、高温の燃焼ガスからエネルギーが抽出されてタービンブレードの回転を引き起こし、その結果、シャフト２４の回転が生じる。シャフト２４は、ガスタービンエンジン１０の前面に向けて通過し、タービン設計に応じて、１又はそれ以上の圧縮機１４の段、ターボファン１８、又は入口ファンブレードを連続して回転させる。ターボファン１８は、シャフト２８により低圧タービン２１に接続され、タービンエンジン１０のための推力をもたらす。低圧タービン２１また、追加のエネルギーを抽出して、追加の圧縮機段に動力を供給するのに利用することができる。

ここで図２を参照すると、ノズルリング２９の斜視図が示されている。ノズルリング２９は、高圧タービン２０及び／又は低圧タービン２１（図１）内に配置することができる。ノズルリング２９は、１又はそれ以上のノズルセグメントアセンブリ３０から形成される。ノズルセグメントアセンブリ３０は、燃焼ガスを支持ロータ２３（図５）から半径方向外向きに延在するロータブレード（図示せず）の連続する列を通って下流側に配向する。ノズルリング２９及び該ノズルリング２９を定める複数のノズルセグメントアセンブリ３０は、ロータ２３（図５）によるエネルギー抽出を助ける。加えて、ノズルは、高圧又は低圧圧縮機の何れかとすることができる圧縮機１４において利用することができる。ノズルリング２９は、内側バンド５２及び外側バンド５４と、ノズルフェアリング５０を通って延在する複数のストラット７０とを含む。内側バンド５２及び外側バンド５４は、３６０度を延在して、エンジン軸線２６（図１）の周りにノズルリング２９を定める。

ノズルリング２９は、複数のノズルセグメントアセンブリ３０から形成され、その各々は、内側支持リング４０、１以上のノズルフェアリング５０、及びハンガー又は外側支持リング６０を含む。ストラット７０（図３）は、１以上のノズルフェアリング５０を通って延在している。ストラット７０は、内側支持リング４０にてノズルセグメントアセンブリ３０の半径方向内向き側から外側支持リング６０にて半径方向外向き側まで荷重を担持し、ここで荷重は、固定構造体１５に伝達されてノズルフェアリング５０を機械的に支持する。ストラット７０は、ボルト締結、ファスナー、捕捉及びこれらの組合せ並びに一体形成を含む、本明細書で記載される様々な方式で内側支持リング４０及び外側支持リング６０の少なくとも１つに接続することができる。

ここで図３を参照すると、例示的なノズルセグメントアセンブリ３０の斜視図が示される。ノズルセグメントアセンブリ３０は、図の右側に前方端部と、図の左側に後方端部とを有して示されている。ノズルセグメントアセンブリ３０は、上流側回転タービンブレードと、下流側回転タービンブレードとの間に配置される。ノズルセグメントアセンブリ３０は、上流側の回転タービンブレード（図示せず）から燃焼ガス流を受け取る。燃焼ガスの流れは、ノズルセグメントアセンブリ３０によって転回されて、下流側のタービンブレード（図示せず）での仕事出力を増大させる。

内側支持リング４０は、ノズルセグメントアセンブリ３０の下側端部にて始まって円周方向に延在して、ノズルセグメントアセンブリ３０の一部を定める。内側支持リング４０はまた軸方向に延在して、ノズルセグメントアセンブリ３０のセグメントの下側端部を定める。内側支持リング４０は、円周方向及び軸方向に延在する最下面４２と、複数の冷却孔が配置された半径方向外向きに延在する面４４とを含む。内側支持リング４０の前端及び後端にエンジェルウィングが延在することができる。

内側支持リング４０上には、１以上のフェアリング５０が配置される。フェアリング５０は、一般に「シングレット」として知られる単一のベーンタイプとすることができ、或いは、一般に「ダブレット」として知られる二重ベーンタイプとすることができる。これらは単に例証に過ぎず、ノズルセグメントアセンブリ３０において追加の数のベーンを利用してもよい。フェアリング５０は、内側バンド５２、及び内側バンド５２と外側バンド５４の間を延在する１以上のベーン５６を含む。内側バンド５２の上側面は、燃焼ガスの１つの流れ面を提供する。外側バンド５４の下側面は、燃焼ガスの反対の流れ面を提供する。これらの面は、間を延在するベーン５６とのノズルセグメントアセンブリ３０を通る燃焼ガスの流れの境界を定める。

フェアリング５０上には、ノズルセグメントアセンブリ３０を固定構造体１５に接続する外側支持リング６０が配置される。外側支持リング６０はまた、前方端部６４と後方端部６２との間に円周方向及び軸方向に延在する。外側支持リング６０は更に、外側支持リング６０と内側支持リング４０との間のストラット７０上でフェアリング５０を捕捉する。ストラット７０は、外側支持リング６０に締結され且つ内側支持リング４０に接続されて、ノズルセグメントアセンブリ３０を通して荷重を伝達する。フェアリング５０は、ストラット７０上で遊動するように位置付けられ、外側支持リング６０と内側支持リング４０との間に捕捉される。

ここで図４を参照すると、ノズルセグメントアセンブリ３０の分解斜視図が示される。内側支持リング４０は、半径方向下側面４２と、下側面４２の前方端部から延在して半径方向外向きに延在する上側面４４とを含む。上側面４４を貫通して複数のロータパージ供給孔４６が配置され、該供給孔４６は、ノズルセグメントアセンブリ３０を通る冷却空気を受け取り、内側支持リング４０を通して外部に送り出す。供給孔４６は、内側支持リング４０の内向き面４２上に位置付けられた円形カラー４８，４９と流体連通している。供給孔４６は、空気が円周方向又は軸方向の何れか又は両方で内側支持リング４０から流出できるようにする。カラー４８，４９は、内側支持リング４０との係合を提供するストラット７０を受け入れ、１つの実施形態によれば、内側支持リング４０においてストラット７０を捕捉する滑り嵌合ピン接続により締結することができる。第２の部分４５（図１２）は、カラー４８，４９の上縁と上側面４４との間に位置付けられ、カラー４８，４９とロータパージ供給孔４６との間に流れキャビティを形成する。内側支持リング４０の下側面４２は、当該技術分野で公知のハニカム層を含むことができる。

内側支持リング４０上には、内側バンド５２、外側バンド５４及びベーン５６を含むフェアリング５０が位置付けられる。ベーン５６の内部は、少なくとも部分的に中空であり、冷却流路５８を定める。ベーン５６は、ベーンの外側面に沿って複数のフィルム孔５９を含み、ベーン５６に冷却をもたらすことができる。例えば、ベーン５６は、後縁５７に沿って複数のフィルム孔５９を含み、ホットスポットが形成される可能性があるベーン５６のこの領域を冷却することができる。更に、ベーン５６の他の箇所は、ベーン５６の所望の動作温度を提供するため、冷却フィルム孔を含むことができる。

冷却流路５８は更に、ストラット７０を内部に受ける２次機能を含む。組み立て時には、ストラット７０は、外側バンド５４及び内側バンド５２のベーン５６を通って下方に延在し、ストラット７０の下側端部が内側支持リング４０と係合する。この実施形態によれば、ストラット７０は、カラー４８，４９内に位置付けられ、限定ではないが、滑り嵌合ピン接続を含む様々な方式で接続することができる。更に、単一のストラット７０が図示されているが、ベーン５６の各々により追加のストラットを利用してもよい。従って、例示的な実施形態では、ここではノズルセグメントアセンブリ３０は、２つのベーン５６を有して図示されており、この例示的な実施形態では、２つのストラット７０が利用される。

外側支持リング６０は、上側バンド５４の半径方向外向きの側部上に位置付けられる。外側支持リング６０は、複数の締結アパーチャ６６と、冷却流路６８とを含む。或いは、締結アパーチャ６６は、フランジ７４から延在して、外側支持リング６０にてナット又は同様のファスナーにより締結することができる。フェアリング５０の冷却流路５８は、外側支持リング６０の流路６８と流体連通している。冷却空気は、外側支持リング６０を通り、ストラット７０を通って下向きに移動してベーン５６を冷却し、内側支持リング４０を半径方向内向きに更に移動させることができる。

ストラット７０は、フェアリング５０を通って下向きに位置付けられ、この位置で外側支持リング６０及び内側支持リング４０により捕捉される。複数の締結アパーチャ６６は、のフランジ７４内に配置された締結孔７２と整列し、これらの構造体を接続する。フランジ７４は、ストラット７０の上側端部にて位置付けられ、シールボックス接合部７６は、ストラット７０の下側端部に配置される。ファスナー（図示せず）は、外側支持リング６０及びフランジ７４を通って延在することができる。フランジ７４とシールボックス接合部７６との間に延在するストラット７０は、流路５８の形状に一致するような形状にされる。例示的な実施形態では、ストラット７０は、同様の形状にされた冷却流路５８内に収まるように翼形輪郭を有する形状にされる。しかしながら、種々の代替の形状を利用してもよい。ストラット７０の後縁には、冷却経路７８と流体連通した複数の冷却孔７９がある。冷却経路７８は、冷却流路６８にて外側支持リング６０を通る流れを受けて、該流れがストラット７０に流入し、冷却孔７９を通過するか、又は継続してシールボックス接合部７６へ下向きに進み、内側支持リング４０を通って分散させるようにする。加えて、ストラット７０は、冷却空気をベーン５６に提供する冷却孔８６を含むことができる。少なくとも流路５８，６８，７８及びカラー４８，４９がまたノズルアセンブリ３０を通るキャビティを定め、組み立て時に冷却空気を通過させることを可能にすることは当業者であれば理解されるであろう。

ストラット７０は更に、上側端部付近及びフランジ７４の下方に複数の耐荷重パッド８０を含む。耐荷重パッド８０は、主として、ベーンの正圧側面に対応するストラット７０の側面上に配置される。同様に、耐荷重パッド８２は、シールボックス接合部７６上の下側端部に配置される。パッド８０，８２は、フェアリング５０をストラット７０の方へ適切に配置する。作動時には、ベーンの正圧側面は、フェアリング５０に対して横方向及び接線方向の荷重をもたらし、パッド８０，８２は、ストラット７０に荷重を伝達し、これによりＣＭＣフェアリング構造５０に対する荷重作用を制限する。パッド８０，８２は、フェアリング５０に伝達される接線方向の荷重を制限しながら、ストラット７０及びフェアリング５０を係合する方法を提供する。言い換えると、ノズルセグメントアセンブリ３０は、フェアリング５０に対する最小応力でストラット７０を通じた荷重伝達を可能にする。このノズルセグメントアセンブリ３０において、フェアリング５０は、内側支持リング４０と外側支持リング６０との間でストラット７０に沿って半径方向に遊動する。フェアリング５０及びストラット７０が異なる材料であっても、これらの部品は、フェアリング５０に損傷を与えることなく、異なる割合で成長することができる。

ストラット７０は金属であり、鋳造、機械加工、又はこれらの何らかの組合せを行うことができる。ストラット７０は、フェアリング５０よりも強い材料で形成することができる。ノズルセグメントアセンブリ３０の残りの部分は、限定ではないがＣＭＣを含む、何らかの低熱膨張率材料から形成することができる。

ここで図５を参照すると、例示的なノズルセグメントアセンブリ３０の側断面図が説明の目的で概略的接続を有して示される。ノズルセグメントアセンブリ３０は、ガスタービンエンジン１０の固定構造体１５（例えば、エンジンケーシング）に接続することができる。ノズルセグメントアセンブリ３０は、片持ち方式で装着され、或いは外側支持リング６０から垂下することができる。例えば、片持ち式接続部３１は、軸方向前方端部又は各ノズルセグメントアセンブリ３０の軸方向後方端部の一方で上側端部に存在することができる。尚更に、ノズルセグメントアセンブリ３０は、図示の構成と同様に下側マウントから又は上側マウントから片持ちにすることができる。本明細書で使用される場合、用語「片持ち」は、半径方向又は軸方向でその一端にて支持されることを意味する。従って、内側支持リングは、外側支持リングから片持ちにすることができる。或いは、外側支持リングは、内側支持リングから片持ちにすることができる。これはまた、単独で又は一方又は両方の軸方向端部にて組合せ支持を含むことができる。また、両方の支持リングは、何れも片持ちでないように支持することができる。

或いは、ノズルセグメントアセンブリ３０は、外側支持リング６０にて支持体３３の前方端部及び後方端部の両方で支持することができる。更にまた、固定構造体１５は、半径方向内向き位置にて支持を提供するために、ノズルセグメントアセンブリ３０の半径方向内向き端部（例えば、内側支持リング４０（図３）付近）に配置することができる。これらの構成において、ノズルセグメントアセンブリ３０は、該ノズルセグメントアセンブリ３０の半径方向外向きにある固定構造体１５（例えば、エンジンケーシング）から支持される。或いは、又はこれに加えて、固定構造体１５は、ノズルセグメントアセンブリ３０の半径方向内向きの位置に延在することができる。加えて、ノズルセグメントアセンブリ３０は、図示の概略的接続部から得られるように軸方向荷重を支持することができる。ロータ２３は、ノズルセグメントアセンブリ３０の半径方向内向きに配置することができる。

ノズルフェアリング５０の下側端部及び上側端部付近にスタッド５１，５３がある。内側及び外側支持リング４０，６０において、スタッド５１，５３は、係合して軸方向荷重の伝達を可能にするよう位置付けられる。図中、軸方向荷重の伝達は、外側支持リング６０におけるスタッド５３などとの純粋に表面の半径方向係合であることに起因して、ほぼ左右方向とすることができる。加えて、又は代替として、軸方向荷重の伝達はまた、スタッド５１，５３と内側支持リング４０の壁又はフランジとの角度付き係合面によって示されるように、軸方向に対して僅かに角度を付けることができる。

図５を更に参照して、本断面図はまた、図９に示される切断線９−９を示している。更に、本断面図は、図１０に示される切断線１０−１０を示している。これらの断面は、半径方向に対してある角度及び半径方向で見たときのノズルセグメントアセンブリ３０を通る断面である。

ここで図６を参照すると、ノズルセグメントアセンブリ３０の部分斜視断面図が示される。本断面図は、外側支持リング６０と内側支持リング４０との間のＣＭＣフェアリング５０及び金属ストラット７０の構造及び捕捉を描いている。本実施形態では、外側支持リング６０を通って延在して、ストラット７０のフランジ７４を係合するファスナーが利用されている。シールボックス接合部７６は、カラー４９内に延在して、内側支持リング４０と外側支持リング６０との間でストラット７０を所定位置に捕捉する。本断面図で示されるように、これはまた、ストラット７０を通ってキャビティ４７内まで冷却流路６８間を連通し、ロータパージ供給孔４６の供給孔に送り込む流路を提供する。

また図示のように、ストラット７０及び冷却流路６８を通って移動する冷却空気は、ベーン５６を冷却するのに利用される複数の冷却孔７９，８６（図４）を通って外向きに通過することができる。ベーン５６は、ストラット７０の位置決めのため少なくとも部分的に中空であり、冷却空気がベーンの内部に沿って配置された冷却フィルム孔までベーン内部に沿って移動できるようにする。

図６はまた、ストラット７０とシールボックス又は内側リング４０との間の１又はそれ以上の位置でのＣＭＣフェアリング５０の捕捉又は挟装を描いている。ストラット７０は、フェアリング５０から延在する突出部８９を係合するショルダー７７を含む。これは、半径方向外側境界を提供する。ショルダー７７の半径方向下方では、ノズルフェアリング５０はまた、内側支持リング４０によって捕捉することができる。このようにして、ストラット７０及び内側支持リング４０は、フェアリング５０を所定位置に捕捉する。この捕捉又は挟装は、ストラット７０とフェアリング５０との間の様々な係合位置で利用して、アセンブリを共にロックし、及び／又はノズルフェアリング５０からストラット７０に荷重を伝達することができる。

ここで図７を参照すると、ノズルセグメントアセンブリ３０の外側位置での軸方向概略断面図が描かれている。外側支持リング６０又はその一部の延伸部は、軸方向に延在して接線方向に対面する面６５を含むことができる。固定構造体１５（例えば、エンジンケーシング）から延在し又は接続することができ、また、面６５に対向する対応ラグ面１５を有することができるラグ１５５が面６５に隣接している。ラグ１５５は固定されているので、非クロッキング特徴部として機能し、作動中にフェアリング５０によって生成される接線方向荷重に相互作用する。これにより、ノズルフェアリング５０から外側支持リング６０への接線方向荷重の伝達が可能となる。

ラグ１５５は、複数の断面形状から形成することができる。図示のように、形状は、総括的に実質的に方形の断面として示される。しかしながら、作動中に係合するため面６５に実質的に平行なラグ面１５７を有する他の形状を用いることができる。或いは、ラグ面１５７は、フェアリングノズルセグメントアセンブリ３０の接線方向荷重を支持するため固定構造体１５から延在し又はこのような固定構造体１５に接続される様々な形状から形成することができる。

ここで図８を参照すると、ノズルセグメントアセンブリ３０の代替の接続部の軸方向概略図が提供される。上述の実施形態は接線方向荷重に対応していたが、図８の本実施形態は、接線方向又は半径方向荷重の何れか又は両方を可能にする。本実施形態では、内側支持リング４０の軸方向の図が示される。接続部は、内側支持リング４０を通って延在するピン２５５を提供し、略軸方向で、又は軸方向に対してある角度で延在する。この接続部は、２以上の目的を果たす。第１に、ピン２５５は、内側支持リング４０の半径方向荷重を支持する。加えて、ピン２５５はまた、内側支持リング４０の接線方向荷重を支持することができる。図７及び８の両方の実施形態に関して、ストラット７０及び接続部は、ノズルフェアリング５０の上方又は下方で外側及び下側支持リング６０，４０の何れか又は両方に荷重を伝達できるようにする。

ピン２５５の形状は円形で示されているが、他の形状を利用してもよい。同様に、内側支持リング４０内の受け入れアパーチャは、半径方向又は接線方向荷重の何れか又は両方を伝達又は支持するようなピン２５５の形状に一致する何らかの対応する形状とすることができる。更にまた、図７及び８の実施形態は、内側又は外側支持リング４０，６０の何れかで用いることができることは当業者であれば理解されるであろう。

ここで図９を参照すると、図５に示されたように、複数の耐荷重パッド８０を通る切断線によるストラット７０の断面図が示される。本図において、耐荷重パッド８０は、フェアリング５０の冷却流路５８の内面と係合して図示されている。これらの耐荷重パッド８０を通して、フェアリング５０に作用する荷重がストラット７０に伝達される。具体的には、フェアリング５０が空気流と衝突して、接線方向の圧力荷重を受けると、フェアリング５０は、この荷重を耐荷重パッド８０を通してストラット７０に伝達することができる。同様に、ストラット７０からの荷重は、フランジ７４上の荷重パッド７５（図１４）により外側支持リング６０に伝達することができる。

図１０を参照すると、図５に示すような耐荷重パッド８０におけるストラット７０の断面図が示される。図１０の断面図によれば、ストラット７０を見下ろした図面が示される。内側バンド５２は、前述の図と同様に参照として示される。耐荷重パッド８０は、ストラット７０の下側端部から延在して、フェアリング５０の下側端部、より具体的には冷却流路５８の内面を係合するように示される。

ここで図１１を参照すると、ノズルセグメントアセンブリ１３０を装着する別の実施形態における代替のノズルセグメントアセンブリ１３０の斜視図が提供される。ノズルフェアリング１５０は、ベーン１５６の半径方向端部にて内側バンド１５２及び外側バンド１５４を含む。ストラット１７０は、ベーン１５６内に延在し、外側バンド１５４の軸方向端部にて１以上の相欠き１７２を含む。相欠き１７２は、外側バンド１５４の長さよりも円周方向でより長い。相欠き１７２の一方端は、隣接する相欠き１７２の円周方向端部を受ける相欠きノッチ１７４を含む。このノッチ１７４及び相欠き１７２は、相欠き継手１７６を提供する。本実施形態では、相欠き継手１７６は、外側バンド１５４の後方端部に配置される。しかしながら、相欠き継手１７６は、代替として、外側バンド１５４の前方端部又は中間位置に移動させてもよい。更に、相欠き１７２及び相欠き継手１７６は、これに加えて又は代替として、内側バンド１５２に沿って用いることができる。

ノズルセグメントアセンブリ１３０の前方端部には、Ｌ形ショルダー１８０がある。ショルダー１８０は、外側バンド１５４から延在する第１の部分１８２と第２の部分１８４によって定められる。ショルダー１８０は、相欠き１７２と共に固定構造体１５（図５）から支持される。ショルダー１８０及び相欠き１７２はまた、ストラット１７０に接続され、各ノズルセグメントアセンブリ１３０の支持が固定構造体１５（図５）により及びストラット１７０を通して提供される。

ここで図１２を参照すると、例示的な内側支持リング４０の斜視図が示される。内側支持リング４０は、単一構造体として形成することができ、或いは、２又はそれ以上の要素又は構造体から形成することができる。本実施形態は、下側面４２及び半径方向に延在する面４４を含む第１の部分４１と、第１の部分４１に挿入される第２の部分４５とを利用する。第２の部分４５は、第１の部分４１に圧入、ブレイド（ｂｒａｉｓｅｄ）、又は締結することができる。第２の部分４５は、代替として、第１の部分４１と一体的に形成してもよい。第２の部分４５は、カラー４８，４９とロータパージ供給孔４６との間で空気を冷却するための流れキャビティを提供する。

ここで図１３を参照すると、内側支持リング４０の側断面図が示される。実施形態では、カラー４９を通る切断面が形成される。カラー４９は、図示の実施形態では円形で示されているが、ストラット７０の下側シールボックス接合部７６を受けるために代替の形状を利用してもよい。冷却空気は、ストラット７０から内側支持リング４０に流入し、ロータパージ供給孔４６と流体連通したキャビティ４７に軸方向前方で移動する。

カラー４９は、ストラット７０を捕捉し、該ストラット７０の円周方向移動及び軸方向移動を抑制するための下側支持体を提供する。カラー４９は、ファスナーを通過させて位置決めし、更にストラット７０を係合してカラー４９内に配置されたときにストラット７０を所定位置に捕捉するようにする締結アパーチャ１４７を含む。これにより、内側支持リング４０に対するストラット７０の半径方向運動が抑制される。半径方向運動は更に、外側支持リング６０によって制限することができる。

ここで図１４を参照すると、ストラット７０の斜視図が示される。ストラット７０の上部では、フランジ７４が配置され、外側支持リング６０に提供されるパターンと一致する複数の締結孔７２を含む。締結孔７２の一致するパターンでは、フランジ７４は、外側支持リング６０にボルト締めされて、ストラット７０の上側位置決め限界を提供し、他方、内側支持リング４０は下側限界を提供する。フランジ７４は更に、ノズルセグメントアセンブリ３０を通る空気を冷却するため冷却流路７８を含む。フランジ７４はまた、周縁部の周りに複数のパッド７５を含み、フェアリング５０の外側バンドから又は外側支持リング６０への荷重を伝達することができる。

フランジ７４の下方には複数の耐荷重パッド８０があり、これらは、主としてベーン５６（図４）の正圧側面に対応する所定位置に配置されるが、これは、単に例証に過ぎず、パッドは、正圧側面に対応せずに種々の位置に配置されてもよい。作動中、ベーン５６の正圧側面は、ベーン５６及びフェアリング５０をガスタービンエンジン１０の円周方向で押し付ける力を生成する。耐荷重パッド８０は、この荷重を受け取り、フェアリング５０が損傷を受けないように荷重をストラット７０に伝達する。２つの耐荷重パッド８０は、ベーン５６の正圧側面上に示されるが、追加の耐荷重パッド８０をベーン５６の前縁に対応する位置に配置することができ、ここで高圧燃焼ガスがベーン５６及びフェアリング５０と接触する。

ストラット７０の内部は、少なくとも部分的に中空であり、ここに流路７８を提供する。１つの流路によれば、冷却空気は、ベーン５６の冷却のため冷却孔８６と接触することができる。これらの冷却孔８６は、ベーン５６における種々の場所に配置されたフィルム孔を提供することができる第２の流路によれば、破線で示される空気は、ストラット７０を通って下向きに移動してシールボックス接合部７６を通って流出し、ロータパージ空気をシールボックスキャビティ４７（図１２）及び供給孔４６（図１２）を通って提供するようにする。

耐荷重パッド８２はまた、ストラット７０の下側端部に示され、上述のようにベーン５６からの荷重を受け取り、この力荷重をストラット７０に伝達して、ノズルセグメントアセンブリ３０の改善された荷重対応を提供する。

下向きに延在するストラット７０の左手側に沿って、前縁８１及び後縁８３を有する本体がある。後縁８３は、ベーン５６の後縁８３を冷却する複数の冷却孔７９を含む。従って、ストラット７０の内部は、内側支持リング４０の冷却のため後縁８３並びシールボックス接合部７６に配置された冷却孔７９に連通する流路を提供する。冷却孔７９は１つの箇所にて図示されているが、ストラット７０の追加の箇所は、他のこのような孔を含むことができることを理解されたい。また、冷却孔８６は、代替のパターン及び構成で配列することができ、図示の特定のパターンに限定される。

代替として、又は締結孔７２に加えて、１又はそれ以上のスタッド７３は、ストラット７０の上側面から延在することができる。スタッド７３は、外側支持リング６０（図４）又はエンジンケーシングもしくは他の固定構造体などの固定構造体１５（図５）に対してストラット７０を配置することができる。スタッド７３はまた、何らかの円周方向又は接線方向荷重を伝達する機能を果たすことができる。

ここで図１５を参照すると、ストラット７０の側断面図が示される。フランジ７４は、上側端部において図示され、第２のアパーチャが切り欠かれた状態で締結孔７２の１つが示されている。ストラット７０の内部が実質的に開放されて図示されているが、代替の実施形態は、冷却空気の流れを所望の位置に配向する壁を含むことができる。上述のように、ストラットの異なる位置にて冷却を提供することは本開示の範囲内であり、図示の実施形態は単に例証に過ぎない。

図１６を参照すると、ノズルセグメントアセンブリ１３０の代替の実施形態が示されており、ここで内側及び外側支持リング１４０，１６０は、上述の実施形態のようにセグメントから形成されるのではなく、３６０度を延在する。ノズルセグメントアセンブリ１３０は、内側支持リング１４０上でストラット１７０及びノズルフェアリング１５０を所定値に捕捉する外側支持リング１６０を含む。本実施形態は、上述の実施形態よりも軸方向に沿ってより湾曲した内側及び外側バンド１５２，１５４を利用する。加えて、本セグメントのフェアリング１５０は、単一のバルブ１５６を含む。従って、ノズルセグメントアセンブリ３０，１３０は、円周方向長さが変化することができ、ノズルセグメントアセンブリが装着される領域においてガスタービンエンジン１０の構成部品に応じて及びガスタービンエンジン１０内の条件の設計パラメータに応じて軸方向長さ及び形状が変化することができる点は理解されたい。例えば、ノズルセグメントアセンブリ３０，１３０は、予め選択されたセグメント長とすることができ、或いは、完全なリングを形成することができる。

本発明の幾つかの実施形態に関する上述の説明は、例証の目的で提供されている。この説明は、本発明を網羅すること、又は本発明を開示された厳密なステップ及び／又は形態に限定することを意図したものではなく、上述の教示に照らして多くの修正形態及び変形形態が実施可能であることは明らかである。本発明の範囲及び全ての均等物は、添付の請求項によって定義されるものとする。

１０ ガスタービンエンジン
１２ エンジン入口端部
１３ コアプロパルサー
１４ 圧縮機
１５ 固定構造体
１６ 燃焼器
１８ ターボファン
２０ 高圧タービン
２１ 低圧タービン
２３ ロータ
２４ シャフト
２６ エンジン軸線
２８ シャフト
２９ ノズルリング
３０ ノズルセグメントアセンブリ
３１ 片持ち接続部
３３ 支持体
４０ 内側支持リング
４１ 第１の部分
４２ 下側面
４４ 上向きに延在する面
４５ 第２の部分
４６ 供給孔
４７ キャビティ
４８ カラー
４９ カラー
５０ フェアリング
５２ 内側バンド
５４ 外側バンド
５６ ベーン
５７ 後縁
５８ 冷却流路
５９ フィルム孔
６０ 外側支持リング
６２ 後方端部
６４ 前方端部
６５ 面
６６ 締結アパーチャ
６８ 流路
７０ ストラット
７２ 締結孔
７３ スタッド
７４ フランジ
７５ パッド
７６ シールボックス接合部
７７ ショルダー
７８ 冷却経路
７９ 冷却孔
８０ 耐荷重パッド
８１ 前縁
８２ 耐荷重パッド
８３ 後縁
８４ 溝
８５ 本体
８６ 冷却孔
８９ 突出部
１３０ ノズルセグメントアセンブリ
１４０ 内側支持リング
１４４ プレート
１４７ 締結アパーチャ
１５０ ノズルフェアリング
１５２ 内側バンド
１５４ 外側バンド
１５５ ラグ
１５６ ベーン
１５７ ラグ面
１６０ 外側支持リング
１７０ ストラット
１７２ 相欠き
１７４ 相欠きノッチ
１７６ 相欠き継手
１８０ ショルダー
１８２ 第１の部分
１８４ 第２の部分
２５５ ピン

Claims (20)

1. 外側支持リング及び内側支持リングと、
   外側バンド及び内側バンドを有し、外側バンドと内側バンドとの間に延在するベーンを有する、熱膨張率の低い材料からなるノズルフェアリングと、
   外側支持リングと内側支持リングとの間に延在する金属製ストラットと
   を備えるノズルセグメントアセンブリであって、
   ストラットが、ノズルフェアリングの１以上のペアとストラット、又はノズルフェアリングと内側及び外側支持リングの少なくとも１つとの間で荷重伝達を可能にし、金属製ストラットが、ノズルフェアリングを通して延在して、ベーンを通してストラットが成長できるようにする、ノズルセグメントアセンブリ。
2. 外側支持リング及び内側支持リングが３６０度リングである、請求項１に記載のノズルセグメントアセンブリ。
3. 外側支持リング及び内側支持リングが、円弧状セグメントである、請求項１に記載のノズルセグメントアセンブリ。
4. 外側支持リング及び内側支持リングのうちの少なくとも１つが、固定構造体によって支持される、請求項１に記載のノズルセグメントアセンブリ。
5. 外側支持リング及び内側支持リングのうちの少なくとも１つが、固定構造体から片持ち構成で支持される、請求項４に記載のノズルセグメントアセンブリ。
6. 外側支持リング及び内側支持リングのうちの少なくとも１つが、軸方向端部にて支持される、請求項４に記載のノズルセグメントアセンブリ。
7. 金属ストラットが、ボルト接続、滑り嵌合ピン止め接続、フック及び相欠き接続、及び一体接続を通して内側バンド及び外側バンドのうちの少なくとも１つに接続される、請求項１に記載のノズルセグメントアセンブリ。
8. ノズルフェアリングから内側支持リング及び外側支持リングのうちの少なくとも１つに軸方向荷重又は接線方向荷重の少なくとも１つを伝達するようにする、ことを特徴とする、請求項１に記載のノズルセグメントアセンブリ。
9. ストラットからベーンのキャビティ内面まで延在するパッドを通して荷重を伝達する、ことを特徴とする、請求項８に記載のノズルセグメントアセンブリ。
10. ノズルフェアリングの上方又は下方のうちの少なくとも１つである面を通してノズルフェアリングから金属ストラット及び内側及び外側リングのうちの少なくとも１つに荷重を伝達する、ことを特徴とする、請求項８に記載のノズルセグメントアセンブリ。
11. ノズルフェアリングと、金属ストラット及び内側及び外側リングのうちの少なくとも１つとの間でピン継手を通して荷重を伝達する、ことを特徴とする、請求項８に記載のノズルセグメントアセンブリ。
12. ノズルフェアリングの半径方向位置を制御するようにする、ことを特徴とする、請求項１に記載のノズルセグメントアセンブリ。
13. 内側及び外側バンドにおいて、ノズルフェアリングと金属ストラットとの間、内側支持リングと外側支持リングとの間で接合部を備える、請求項１２に記載のノズルセグメントアセンブリ。
14. 内側バンドと外側バンドのうちの一方にてピン継手を備える、請求項１２に記載のノズルセグメントアセンブリ。
15. ノズルアセンブリを通る流路を更に備える、請求項１２に記載のノズルセグメントアセンブリ。
16. 流路が更に、ノズルフェアリングのベーンを通って延在する１以上のキャビティを含む、請求項１５に記載のノズルセグメントアセンブリ。
17. 流路が更に、ノズルフェアリングのキャビティと流体連通してストラットを通って延在する１以上のキャビティを含む、請求項１６に記載のノズルセグメントアセンブリ。
18. 金属ストラットが、ベーンの内面上で空気を衝突させる複数の冷却孔を有する、請求項１７に記載のノズルセグメントアセンブリ。
19. ノズルフェアリングのベーンが、流路と流体連通した複数の冷却フィルム孔を有する、請求項１８に記載のノズルセグメントアセンブリ。
20. 流路が更に、内側バンドと流体連通している、請求項１８に記載のノズルセグメントアセンブリ。