ガスタービンエンジン用の機械式継手
【課題】ガスタービンエンジンにおいて機械式継手を熱管理するための装置および方法を提供すること。
【解決手段】ガスタービンエンジン用の機械式継手が、（ａ）径方向に延びる環状の第１のフランジ（６８）を有する第１の環状構成部品（６６）と、（ｂ）第１のフランジ（６８）に当接する径方向に延びる環状の第２のフランジ（６４）を有する第２の環状構成部品（１４）と、（ｃ）第１のフランジおよび第２のフランジのうちの少なくとも１つを通り抜ける、概ね径方向に延びる複数の径方向チャネル（８０）と、（ｄ）第１のフランジ（６８）を貫いて延び、径方向チャネル（８０）それぞれと連通する、概ね軸方向に延びる複数のチャネル（９２）と、（ｅ）第１のフランジおよび第２のフランジを共に固定する複数の締結具（７４）と、を含む。
【解決手段】ガスタービンエンジン用の機械式継手が、（ａ）径方向に延びる環状の第１のフランジ（６８）を有する第１の環状構成部品（６６）と、（ｂ）第１のフランジ（６８）に当接する径方向に延びる環状の第２のフランジ（６４）を有する第２の環状構成部品（１４）と、（ｃ）第１のフランジおよび第２のフランジのうちの少なくとも１つを通り抜ける、概ね径方向に延びる複数の径方向チャネル（８０）と、（ｄ）第１のフランジ（６８）を貫いて延び、径方向チャネル（８０）それぞれと連通する、概ね軸方向に延びる複数のチャネル（９２）と、（ｅ）第１のフランジおよび第２のフランジを共に固定する複数の締結具（７４）と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、そのようなエンジンにおいて機械式継手を熱管理するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、高圧圧縮機、燃焼器、および高圧タービンを逐次通過する１次ガス流路を有するターボ機械コアを含む。コアは、公知の方法で１次ガス流を生成するように動作可能である。ターボジェットエンジンまたはターボファンエンジンでは、コア排気ガスは、排気ノズル内を導かれて、推力を生み出す。ターボシャフトエンジンは、コアの下流の低圧タービンまたは「仕事（ｗｏｒｋ）」タービンを使用して、１次流からシャフトまたは他の機械的負荷を駆動するためのエネルギーを取り出す。
【０００３】
一般に、高圧高温ガスの漏れを防ぐように１次流路を封止し、それにより１次流路の外側の温度に敏感な構成部品、例えば、固定構造部材への損傷を回避し、また、直接的な漏れによる、かつ熱負荷によって引き起こされる望ましくないクリアランス変化による効率損失を回避することが望ましい。ガスタービンエンジン内の重要なシールの１つが、圧縮機吐出圧力（ＣＤＰ：ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）シールである。通常、このシールは、ロータ上に取り付けられ固定アブレイダブル部材によって取り囲まれたシールティース（ｓｅａｌ ｔｅｅｔｈ）を含む非接触型のシールとなる。
【０００４】
ＣＤＰシールの熱膨張応答は、エンジン性能および燃料効率に直接関係している。ロータの比較的遅い応答と一致させるために、固定ＣＤＰシール部材の自然な熱応答を遅くする必要がある。応答の遅いＣＤＰシールは、あまり擦れず、より耐密なシールを維持することになり、性能が改善される。
【０００５】
シールの応答は、これまで、低熱膨張合金および熱シールドを用いて対処されてきた。しかし、低熱膨張合金は、通常、高温で強度に限界がある。熱シールドは、通常、板金製であり、ＣＤＰシールの外径一帯を覆う。
【０００６】
さらに、ＣＤＰシールの周りの金属部品は、多くの場合、いくつかのフランジを有する継手を含み、これらのフランジが共にボルトで固定される。そのような継手は、フランジの中心部と径方向縁部との間の大きな径方向熱勾配に起因する、短い低サイクル疲労（ＬＣＦ：ｌｏｗ ｃｙｃｌｅ ｆａｔｉｇｕｅ）寿命を有することがある。ＬＣＦ寿命は、一体化された単一のフランジを用いることによって改善できるが、そのような設計は、空間制限のため、常に実現可能なわけではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術の前述およびその他の欠点は本発明によって対処され、本発明は、制御された熱応答および一様な熱応力を有するマルチフランジボルト固定継手を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、ガスタービンエンジン用の機械式継手は、（ａ）径方向に延びる環状の第１のフランジを有する第１の環状構成部品と、（ｂ）第１のフランジに当接する径方向に延びる環状の第２のフランジを有する第２の環状構成部品と、（ｃ）第１のフランジおよび第２のフランジのうちの少なくとも１つを通り抜ける、概ね径方向に延びる複数の径方向チャネルと、（ｄ）第１のフランジを貫いて延び、径方向チャネルそれぞれと連通する、概ね軸方向に延びる複数のチャネルと、（ｅ）第１のフランジおよび第２のフランジを共に固定する複数の締結具と、を含む。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、ガスタービンエンジン用の継手構造は、（ａ）固定タービンノズルに結合された環状のノズル支持体であって、径方向に延びるノズル支持フランジを含み、ノズル支持フランジには、概ね径方向に延びる複数の第１の溝が形成されている、環状のノズル支持体と、（ｂ）複数の流線形ストラットと、ノズル支持フランジに当接する径方向に延びるディフューザフランジを備えたディフューザアームとを含む、環状のディフューザであって、ディフューザフランジには、概ね径方向に延びる複数の第２の溝が形成されており、第１の溝および第２の溝が、協働して径方向チャネルを画定するように周方向に位置合わせされた、環状のディフューザと、（ｃ）エーロフォイル形の複数のベーンと、ディフューザフランジに当接する径方向に延びる出口ガイドベーンフランジを備えた出口ガイドベーンアームとを含む環状の出口ガイドベーン構造であって、ディフューザアームおよび出口ガイドベーンアームが協働してそれらの間に開放容積を画定する、環状の出口ガイドベーン構造と、（ｄ）ディフューザフランジおよび出口ガイドフランジを貫いて延び、径方向チャネルおよび開放容積のそれぞれと連通する、概ね軸方向に延びる複数のチャネルと、（ｅ）ノズル支持フランジ、ディフューザフランジ、および出口ガイドベーンフランジを共に固定する複数の締結具と、を含む。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、複数の締結具によって共に固定された径方向に延びるフランジをそれぞれが有する２つ以上の環状構成部品を含むタイプのガスタービンエンジン用の機械式継手における熱勾配を低減する方法であって、環状構成部品の外表面が動作時に高温ガスにさらされる方法が提供される。その方法は、固定されたフランジの中心部分に外部から高温ガスを通過させることを含む。
【００１１】
本発明は、以下の説明を添付図面と併せて参照することによって、最もよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一態様にしたがって構築されたガスタービンエンジンの一部分の断面図である。
【図２】本発明にしたがって構築されたボルト固定ディフューザ／ステータ継手の断面斜視図である。
【図３】図２に示した継手とともに使用するためのボルトシールドの一部分の斜視図である。
【図４】図２に示した継手の一部分の分解組立斜視図である。
【図５】図４に示した継手の正面図である。
【図６】代替的なＯＧＶフランジの斜視図である。
【図７】図６に示した代替的なＯＧＶフランジを組み込んだボルト固定ディフューザ／ステータ継手の断面斜視図である。
【図８】代替的な流れ誘導機構を組み込んだ継手の正面斜視図である。
【図９】図８の継手の後方斜視図である。
【図１０】代替的なＯＧＶ構造の断面図である。
【図１１】熱シールドを組み込んだ他の代替的なＯＧＶ構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
様々な図を通じて同一の参照番号が同一の要素を表す諸図面を参照すると、図１は、一般に、高圧圧縮機１０と、出口ガイドベーン（ＯＧＶ）構造１２と、ディフューザ１４と、燃焼器１６と、タービンノズル１８と、高圧タービンロータ２０とを含む、ガスタービンエンジンの一部分を示す。ここに示した例では、エンジンは、高バイパスターボファンエンジンである。ただし、本明細書に記載の原理は、ターボプロップ、ターボジェット、およびターボファンエンジンにも、またさらに、他の乗り物または固定用途に使用されるタービンエンジンにも、等しく適用可能である。
【００１４】
圧縮機１０は、回転ブレード２２と固定ノズル２４とが交互に並ぶ複数の段を含む。圧縮機１０の最終段だけが示されている。ブレード２２は、軸方向後方かつ径方向内側に延びるシャフトアーム２８を含むスプール２６上で支持される。このシャフトアーム２８は、タービンロータディスク３２の一部であるタービンシャフト３０に結合される。シールディスク３４が、シャフトアーム２８とタービンシャフトとの間の継手内で固定されており、このシールディスク３４は、複数の環状シールティース３６を備える。
【００１５】
ＯＧＶ構造１２は、圧縮機１０のすぐ下流に配置された１連のエーロフォイル形ベーン３８を含む。ベーン３８は、環状の内側プラットフォーム４０と環状の外側プラットフォーム４２との間に配置される。環状アーム４４は、内側プラットフォーム４０から概ね軸方向後方かつ径方向内側に延びる前方部分４６と、全体的に円筒状の中心部分４８と、中心部分４８から軸方向後方に延びる後方部分５０とを含む。
【００１６】
ＣＤＰシール５２と呼ぶ固定環状シール部材が、中心部分４８のインボード表面上で支持される。ＣＤＰシール５２は、公知のタイプのコンプライアント材料、例えば、アブレイダブル化合物、ハニカムもしくは他のセル状構造、または金属ブラシシールから作製される。ＣＤＰシール５２は、径方向の小さな隙間を残してシールティース３６を取り囲む。環状のＯＧＶフランジ５４が、後方部分５０の後端部のところで径方向外側に延びる。
【００１７】
ディフューザ１４は、ＯＧＶベーン３８のすぐ下流に配置された１連の流線形ストラット５６を含む。ストラット５６は、環状の内側プラットフォーム５８と環状の外側プラットフォーム６０との間に配置される。環状アーム６２は、内側プラットフォーム５８から概ね軸方向後方かつ径方向内側に延びる。環状のディフューザフランジ６４が、アーム６２の後端部のところで軸方向内側に延びる。
【００１８】
環状の内側ノズル支持体６６が、タービンノズル１８から軸方向前方に延びる。環状のノズル支持フランジ６８が、内側ノズル支持体６６の前端部のところで軸方向内側に延びる。任意選択で、ノズル支持フランジ６８には、１連のスカロップ７０または他の負のフィーチャ或いは凹状部分を形成することもできる（図２から最もよくわかる）。これらは、質量を低減し、したがってノズル支持フランジ６８の熱慣性を低減する。これによって、内側ノズル支持体６６の熱応答が増大され、動作時の内側ノズル支持体６６内の熱勾配が低減される。
【００１９】
ＯＧＶフランジ５４、ディフューザフランジ６４、およびノズル支持フランジ６８は、継手７２のところで共に固定され、接合された構成部品内の位置合わせされたボルト穴を通り抜ける、ここに示したボルト７４などの複数の締結具によってしっかり固定される。この継手７２は、図２に詳細に示されている。継手７２は、結合したフランジ内の温度勾配を最小限に抑えながら、ＣＤＰシール５２とディフューザ１４との間の容積へと圧縮機吐出空気を流す手段を備える。ここに示した例では、これは、継手７２の中心を通り抜けるブリード流路を設けることによって行われる。ノズル支持フランジ６８は、その前面に形成された１連の概ね径方向を向いた溝７６を有する。これらの溝７６は、ディフューザフランジ６４の後面に形成された対応する溝７８と位置合わせされて、協働して径方向チャネル８０を画定する。用途によっては、フランジのうちの１つを通り抜ける単一の径方向チャネルを形成することが可能な場合もある。
【００２０】
ボルト７４の露出端部は、図３により詳細に示された、環状のウィンデージシールド（ｗｉｎｄａｇｅ ｓｈｉｅｌｄ）８２で取り囲まれる。ウィンデージシールド８２は、軸方向に延びる脚部８４と径方向に延びる脚部８６とを備えた、全体的に「Ｌ」字形の断面を有する、アーチ形部材（連続的な部材でも、セグメント化された部材でもよい）である。ボルト穴８３を備えたいくつかのポケット８１が、ウィンデージシールド８２の周囲に位置決めされる。軸方向に延びる脚部８４は、各ポケット８１に隣接してその前縁部に形成された、２つのポケット８１間の距離の一部分を延びるスロット８５を有する。径方向に延びる脚部８６は、各ポケット８１間のその径方向外縁部に形成された、隣接するポケット８１間の距離のほぼ全体を延びるスロット８７を有する。取り付けられたときには、図２からわかるように、径方向に延びる脚部８６の外端部と内側ノズル支持体６６の径方向内側表面との間に小さな径方向の隙間が存在し、軸方向に延びる脚部８４の前端部とノズル支持フランジ６８との間に小さな軸方向の隙間が存在する。
【００２１】
図２に戻って参照すると、概ね軸方向に延びる複数の穴８８が、ディフューザフランジ６４を貫いて形成され、径方向チャネル８０と交わる。また、複数の開口９０が、ＯＧＶフランジ５４を貫いて形成され、穴８８と位置合わせされる。穴８８と開口９０は共に、軸方向チャネル９２を画定する。軸方向チャネル９２および径方向チャネル８０は、継手７２内を通る完全な流路を画定する。
【００２２】
任意選択で、継手７２は、流れを偏向させるための何らかの手段、すなわち、開口９０からの流れが直接前方に通過してＣＤＰシール５２に衝突するのを阻止する何らかの手段を含むこともできる。ここに示した例では、これは、ボルト７４に遮蔽構造を組み込むことによって達成される。各ボルト７４は、シャンクと、拡大したヘッド９６とを有する。ヘッド９６とは反対側のシャンクの端部は、公知の方式でねじ切りされている。ヘッド９６は、一般に、ナット９８がボルト７４上に取り付けられたときの回転を防ぐようにＯＧＶアーム４４と相互作用する、少なくとも１つの回転防止機構を含む。ここに示した例では、ヘッド９６は、この目的で、対向する１対の平坦な側面１００を含む。遮蔽構造は、開口９０を通る流れを阻止する、横方向に延びる１つまたは複数の機構を含む。この例では、ヘッド９６は、全体的に長方形の中実体（ｓｏｌｉｄ）であり、平坦な側面１００の中間にあるヘッド９６の部分は、横方向に延びるタブ１０４を組み込んでいる。
【００２３】
ボルト７４は、隣接したボルト７４のタブ１０４同士が間に小さな隙間を画定するようにサイズ設定することができる。あるいは、用途によっては、隣接したボルト７４の遮蔽構造を互いに重なり合うように構成することもできる。例えば、図４および図５では、ボルト７４Ａおよび７４Ｂは、前述のタブ付き構成を用いる。１つおきのボルト７４Ａのヘッド９６Ａは、隣接したボルト７４Ｂのヘッド９６Ｂよりもわずかに厚い。その結果、取り付けられたときには、ボルト７４Ａのタブ１０４Ａは、ボルト７４Ｂのタブ１０４Ｂの軸方向前方に位置決めされる。これによって、図５から最もはっきりわかるように、タブ１０４Ａおよびタブ１０４Ｂが横方向に重なり合うことができるようになり、開口９０からの流れが軸方向前方に通過するのを阻止する。
【００２４】
動作時には、継手７２のインボード表面およびアウトボード表面の両方が、高温、例えば約７００℃（１３００°Ｆ）のＣＤＰ空気にさらされる。ＣＤＰ空気は、また、径方向チャネル８０に流入し、その径方向チャネル８０を通り抜けて軸方向チャネル９２に到達し、ＯＧＶ構造１２とディフューザ１４との間の空間に出る。空気がチャネル８０およびチャネル９２を通り抜けるとき、その空気は、ＯＧＶフランジ５４、ディフューザフランジ６４、およびノズル支持フランジ６８の内側部分を加熱して、それらの構成部品の径方向の厚さを通じた温度勾配を最小限に抑える。空気は、ＣＤＰシール５２のかなり後方の場所で開口９０から出て、ＣＤＰシール５２への直接衝突を回避し、したがってＣＤＰシール５２の熱応答を低減する。開口９０から出てくる空気が、図１で「Ａ」とラベルされた矢印によって示されるように、ボルトヘッド９６によって径方向のアウトボード方向に偏向されるので、ＣＤＰシール５２への衝突は、さらに回避される。
【００２５】
継手７２内の熱勾配の低減は、また、ウィンデージシールド８２の選択的な構成によって改善される。通常、従来技術の使い方では、締結具ウィンデージシールドは、空気の流れの摩擦加熱を最小限に抑えるために、その下に存在するボルト７４を可能な限り完全に覆うことになる。しかし、スロット８５およびスロット８７を組み込むと、いくらか加熱された空気の流れが、ウィンデージシールド８２の内部を軸方向および接線方向に循環できるようになり、図２に矢印「Ｂ」および「Ｃ」によって示したようにウィンデージシールド８２から出る前にノズル支持フランジ６８に接触できるようになる。前述のように、ノズル支持フランジ６８には、１連のスカロップ７０または他の負のフィーチャを形成することができ、それらがその熱慣性を低減し、径方向の隙間を通る流れに対するその応答を改善する。
【００２６】
用途によっては、ＯＧＶフランジ５４からの出口流れ面積を増大させることが必要または望ましい場合がある。これをどのように達成できるかの一例として、図６は、前述のＯＧＶフランジ５４に構造が類似したＯＧＶフランジ１５４を有する、ＯＧＶ構造１１２の一部分を示す。ＯＧＶフランジ１５４は、ＯＧＶフランジ１５４のアウトボード縁部まで延びる、概ね径方向に位置合わせされたスロット１９０を組み込んでいる。図７は、ボルト７４によってディフューザフランジ６４およびノズル支持フランジ６８に固定されたＯＧＶフランジ１５４を示す。スロット１９０のインボード端部は、ディフューザフランジ６８内の穴８８と連通する。スロット１９０は、図２に示した構成と比較して、ボルト７４のヘッド９６を過ぎたところに追加の流れ領域を提供する。
【００２７】
図８および図９は、継手内の流れを偏向させるための代替的な構成を示す。この構成は、前述のＯＧＶ構造１１２に概ね類似したＯＧＶ構造４１２を用いる。そのＯＧＶ構造４１２は、概ね径方向に位置合わせされた複数のスロット４９０を有するＯＧＶフランジ４５４を含む。ボルト７４に類似したボルト４７４が、ＯＧＶフランジ４５４内のボルト穴で受けられる。各ボルト４７４は、ねじ切りされたシャンクと、拡大したヘッド４９６とを有しており、この例では、ヘッド４９６は、全体的に長方形の中実体である。ヘッド４９６の外側面には、周辺溝４９８が形成されている。継手が組み立てられたときには、クリップ５００が、各ボルトヘッド４９６間に配置され、溝４９８内で受けられる。図８および図９では、１つのクリップだけが示されている。
【００２８】
クリップ５００は、扁平なストックから、例えば板金から形成され、１対のフィンガ部５０２がその外端部に配置された、全体的に「Ｊ」字形をしている。フィンガ部５０２は、スロット４９０の縁部のところでＯＧＶフランジ４５４内に形成された陥凹部５０４に係合する。取り付けられたときには、クリップ５００は、空気が軸方向前方に流れるのを妨げるが、空気がフィンガ部５０２間の空間を通って径方向外側に流れられるようにするための、バリアを形成する。
【００２９】
前述の流れ偏向機構に加えて、または流れ偏向機構の代わりに、ＣＤＰシール５２の応答を、その熱慣性を増大させるように質量を追加することによって、制御することができる。例えば、図１０は、アーム２４４の中心部分２４８の材料厚さが大きく増大された、代替的なＯＧＶ構造２１２を示す。例えば、材料厚さは、図１に示されたＯＧＶ構造１２の厚さの少なくとも約２倍とすることができる。
【００３０】
図１１は、アーム３４４の中心部分３４８を取り囲む環状の熱シールド３１４を組み込んだ他の代替的なＯＧＶ構造３１２を示す。熱シールド３１４は、板金または類似材料で構築することができ、アーム３４４内の様々な湾曲に密接に共形となる。熱シールド３１４は、ここに示したボルト３１６のような複数の締結具によってしっかり固定することができる。質量の大きなアーム２４４の場合のように、熱シールド３１４は、前述の流れ偏向機構に加えて、または流れ偏向機構の代わりに使用することができる。
【００３１】
前述の継手構成には、従来技術の設計を上回るいくつかの利益がある。この構成によって、内側ノズル支持体６６に、鍛造材料ではなく鋳造材料を使用できるようになる。さらに、当該設計は、ＣＤＰシールクリアランスの縮小により、燃料消費率（ＳＦＣ：ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｆｕｅｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）を改善することになる。ＯＧＶ構造１２とディフューザ１４との間の空間が、従来技術の設計で使用される少数の穴の代わりに多数の穴（例えば、６８個の穴）によって供給されるとき、周囲の流れがより一様になるので、さらなる利益を得ることができる。他の利点は、ボルト７４がＣＤＰシール５２への衝突をそらすという２重の目的をもつことであり、熱シールドなど、シール応答を遅くするための追加の金属部品が必要なくなる可能性がある。
【００３２】
以上、ガスタービンエンジン用のボルト固定継手構成について記載した。本発明の特定の諸実施形態について記載したが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなくそれらの特定の諸実施形態に様々な修正を加えることができることが、当業者には明らかである。したがって、本発明の好ましい実施形態および本発明を実施する最良の方式についての以上の説明は、制限を目的としたものではなく、単に説明の目的で提供するものであり、本発明は、特許請求の範囲によって定義される。
【符号の説明】
【００３３】
１０ 高圧圧縮機
１２ 出口ガイドベーン構造、ＯＧＶ構造
１４ ディフューザ、第２の環状構成部品
１６ 燃焼器
１８ タービンノズル
２０ 高圧タービンロータ
２２ 回転ブレード
２４ 固定ノズル
２６ スプール
２８ シャフトアーム
３０ タービンシャフト
３２ タービンロータディスク
３４ シールディスク
３６ シールティース
３８ エーロフォイル形ベーン
４０ 内側プラットフォーム
４２ 外側プラットフォーム
４４ アーム、ＯＧＶアーム、出口ガイドベーンアーム
４６ 前方部分
４８ 中心部分
５０ 後方部分
５２ ＣＤＰシール
５４ ＯＧＶフランジ、出口ガイドベーンフランジ
５６ 流線形ストラット
５８ 内側プラットフォーム
６０ 外側プラットフォーム
６２ アーム、ディフューザアーム
６４ ディフューザフランジ、環状の第２のフランジ
６６ 内側ノズル支持体、第１の環状構成部品
６８ ノズル支持フランジ、環状の第１のフランジ
７０ スカロップ
７２ 継手
７４ ボルト、締結具
７６ 溝、第１の溝
７８ 溝、第２の溝
８０ 径方向チャネル
８１ ポケット
８２ ウィンデージシールド
８３ ボルト穴
８４ 軸方向に延びる脚部
８５ スロット
８６ 径方向に延びる脚部
８７ スロット
８８ 穴
９０ 開口
９２ 軸方向チャネル
９６ ヘッド
９８ ナット
１００ 平坦な側面
１０４ タブ
１１２ ＯＧＶ構造
１５４ ＯＧＶフランジ、出口ガイドベーンフランジ
１９０ スロット
２１２ ＯＧＶ構造
２４４ アーム
２４８ 中心部分
３１２ ＯＧＶ構造
３１４ 熱シールド
３１６ ボルト
３４４ アーム
３４８ 中心部分
４１２ ＯＧＶ構造
４５４ ＯＧＶフランジ
４７４ ボルト
４９０ スロット
４９６ ヘッド、ボルトヘッド
４９８ 周辺溝
５００ クリップ
５０２ フィンガ部
５０４ 陥凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、そのようなエンジンにおいて機械式継手を熱管理するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、高圧圧縮機、燃焼器、および高圧タービンを逐次通過する１次ガス流路を有するターボ機械コアを含む。コアは、公知の方法で１次ガス流を生成するように動作可能である。ターボジェットエンジンまたはターボファンエンジンでは、コア排気ガスは、排気ノズル内を導かれて、推力を生み出す。ターボシャフトエンジンは、コアの下流の低圧タービンまたは「仕事（ｗｏｒｋ）」タービンを使用して、１次流からシャフトまたは他の機械的負荷を駆動するためのエネルギーを取り出す。
【０００３】
一般に、高圧高温ガスの漏れを防ぐように１次流路を封止し、それにより１次流路の外側の温度に敏感な構成部品、例えば、固定構造部材への損傷を回避し、また、直接的な漏れによる、かつ熱負荷によって引き起こされる望ましくないクリアランス変化による効率損失を回避することが望ましい。ガスタービンエンジン内の重要なシールの１つが、圧縮機吐出圧力（ＣＤＰ：ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）シールである。通常、このシールは、ロータ上に取り付けられ固定アブレイダブル部材によって取り囲まれたシールティース（ｓｅａｌ ｔｅｅｔｈ）を含む非接触型のシールとなる。
【０００４】
ＣＤＰシールの熱膨張応答は、エンジン性能および燃料効率に直接関係している。ロータの比較的遅い応答と一致させるために、固定ＣＤＰシール部材の自然な熱応答を遅くする必要がある。応答の遅いＣＤＰシールは、あまり擦れず、より耐密なシールを維持することになり、性能が改善される。
【０００５】
シールの応答は、これまで、低熱膨張合金および熱シールドを用いて対処されてきた。しかし、低熱膨張合金は、通常、高温で強度に限界がある。熱シールドは、通常、板金製であり、ＣＤＰシールの外径一帯を覆う。
【０００６】
さらに、ＣＤＰシールの周りの金属部品は、多くの場合、いくつかのフランジを有する継手を含み、これらのフランジが共にボルトで固定される。そのような継手は、フランジの中心部と径方向縁部との間の大きな径方向熱勾配に起因する、短い低サイクル疲労（ＬＣＦ：ｌｏｗ ｃｙｃｌｅ ｆａｔｉｇｕｅ）寿命を有することがある。ＬＣＦ寿命は、一体化された単一のフランジを用いることによって改善できるが、そのような設計は、空間制限のため、常に実現可能なわけではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術の前述およびその他の欠点は本発明によって対処され、本発明は、制御された熱応答および一様な熱応力を有するマルチフランジボルト固定継手を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、ガスタービンエンジン用の機械式継手は、（ａ）径方向に延びる環状の第１のフランジを有する第１の環状構成部品と、（ｂ）第１のフランジに当接する径方向に延びる環状の第２のフランジを有する第２の環状構成部品と、（ｃ）第１のフランジおよび第２のフランジのうちの少なくとも１つを通り抜ける、概ね径方向に延びる複数の径方向チャネルと、（ｄ）第１のフランジを貫いて延び、径方向チャネルそれぞれと連通する、概ね軸方向に延びる複数のチャネルと、（ｅ）第１のフランジおよび第２のフランジを共に固定する複数の締結具と、を含む。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、ガスタービンエンジン用の継手構造は、（ａ）固定タービンノズルに結合された環状のノズル支持体であって、径方向に延びるノズル支持フランジを含み、ノズル支持フランジには、概ね径方向に延びる複数の第１の溝が形成されている、環状のノズル支持体と、（ｂ）複数の流線形ストラットと、ノズル支持フランジに当接する径方向に延びるディフューザフランジを備えたディフューザアームとを含む、環状のディフューザであって、ディフューザフランジには、概ね径方向に延びる複数の第２の溝が形成されており、第１の溝および第２の溝が、協働して径方向チャネルを画定するように周方向に位置合わせされた、環状のディフューザと、（ｃ）エーロフォイル形の複数のベーンと、ディフューザフランジに当接する径方向に延びる出口ガイドベーンフランジを備えた出口ガイドベーンアームとを含む環状の出口ガイドベーン構造であって、ディフューザアームおよび出口ガイドベーンアームが協働してそれらの間に開放容積を画定する、環状の出口ガイドベーン構造と、（ｄ）ディフューザフランジおよび出口ガイドフランジを貫いて延び、径方向チャネルおよび開放容積のそれぞれと連通する、概ね軸方向に延びる複数のチャネルと、（ｅ）ノズル支持フランジ、ディフューザフランジ、および出口ガイドベーンフランジを共に固定する複数の締結具と、を含む。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、複数の締結具によって共に固定された径方向に延びるフランジをそれぞれが有する２つ以上の環状構成部品を含むタイプのガスタービンエンジン用の機械式継手における熱勾配を低減する方法であって、環状構成部品の外表面が動作時に高温ガスにさらされる方法が提供される。その方法は、固定されたフランジの中心部分に外部から高温ガスを通過させることを含む。
【００１１】
本発明は、以下の説明を添付図面と併せて参照することによって、最もよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一態様にしたがって構築されたガスタービンエンジンの一部分の断面図である。
【図２】本発明にしたがって構築されたボルト固定ディフューザ／ステータ継手の断面斜視図である。
【図３】図２に示した継手とともに使用するためのボルトシールドの一部分の斜視図である。
【図４】図２に示した継手の一部分の分解組立斜視図である。
【図５】図４に示した継手の正面図である。
【図６】代替的なＯＧＶフランジの斜視図である。
【図７】図６に示した代替的なＯＧＶフランジを組み込んだボルト固定ディフューザ／ステータ継手の断面斜視図である。
【図８】代替的な流れ誘導機構を組み込んだ継手の正面斜視図である。
【図９】図８の継手の後方斜視図である。
【図１０】代替的なＯＧＶ構造の断面図である。
【図１１】熱シールドを組み込んだ他の代替的なＯＧＶ構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
様々な図を通じて同一の参照番号が同一の要素を表す諸図面を参照すると、図１は、一般に、高圧圧縮機１０と、出口ガイドベーン（ＯＧＶ）構造１２と、ディフューザ１４と、燃焼器１６と、タービンノズル１８と、高圧タービンロータ２０とを含む、ガスタービンエンジンの一部分を示す。ここに示した例では、エンジンは、高バイパスターボファンエンジンである。ただし、本明細書に記載の原理は、ターボプロップ、ターボジェット、およびターボファンエンジンにも、またさらに、他の乗り物または固定用途に使用されるタービンエンジンにも、等しく適用可能である。
【００１４】
圧縮機１０は、回転ブレード２２と固定ノズル２４とが交互に並ぶ複数の段を含む。圧縮機１０の最終段だけが示されている。ブレード２２は、軸方向後方かつ径方向内側に延びるシャフトアーム２８を含むスプール２６上で支持される。このシャフトアーム２８は、タービンロータディスク３２の一部であるタービンシャフト３０に結合される。シールディスク３４が、シャフトアーム２８とタービンシャフトとの間の継手内で固定されており、このシールディスク３４は、複数の環状シールティース３６を備える。
【００１５】
ＯＧＶ構造１２は、圧縮機１０のすぐ下流に配置された１連のエーロフォイル形ベーン３８を含む。ベーン３８は、環状の内側プラットフォーム４０と環状の外側プラットフォーム４２との間に配置される。環状アーム４４は、内側プラットフォーム４０から概ね軸方向後方かつ径方向内側に延びる前方部分４６と、全体的に円筒状の中心部分４８と、中心部分４８から軸方向後方に延びる後方部分５０とを含む。
【００１６】
ＣＤＰシール５２と呼ぶ固定環状シール部材が、中心部分４８のインボード表面上で支持される。ＣＤＰシール５２は、公知のタイプのコンプライアント材料、例えば、アブレイダブル化合物、ハニカムもしくは他のセル状構造、または金属ブラシシールから作製される。ＣＤＰシール５２は、径方向の小さな隙間を残してシールティース３６を取り囲む。環状のＯＧＶフランジ５４が、後方部分５０の後端部のところで径方向外側に延びる。
【００１７】
ディフューザ１４は、ＯＧＶベーン３８のすぐ下流に配置された１連の流線形ストラット５６を含む。ストラット５６は、環状の内側プラットフォーム５８と環状の外側プラットフォーム６０との間に配置される。環状アーム６２は、内側プラットフォーム５８から概ね軸方向後方かつ径方向内側に延びる。環状のディフューザフランジ６４が、アーム６２の後端部のところで軸方向内側に延びる。
【００１８】
環状の内側ノズル支持体６６が、タービンノズル１８から軸方向前方に延びる。環状のノズル支持フランジ６８が、内側ノズル支持体６６の前端部のところで軸方向内側に延びる。任意選択で、ノズル支持フランジ６８には、１連のスカロップ７０または他の負のフィーチャ或いは凹状部分を形成することもできる（図２から最もよくわかる）。これらは、質量を低減し、したがってノズル支持フランジ６８の熱慣性を低減する。これによって、内側ノズル支持体６６の熱応答が増大され、動作時の内側ノズル支持体６６内の熱勾配が低減される。
【００１９】
ＯＧＶフランジ５４、ディフューザフランジ６４、およびノズル支持フランジ６８は、継手７２のところで共に固定され、接合された構成部品内の位置合わせされたボルト穴を通り抜ける、ここに示したボルト７４などの複数の締結具によってしっかり固定される。この継手７２は、図２に詳細に示されている。継手７２は、結合したフランジ内の温度勾配を最小限に抑えながら、ＣＤＰシール５２とディフューザ１４との間の容積へと圧縮機吐出空気を流す手段を備える。ここに示した例では、これは、継手７２の中心を通り抜けるブリード流路を設けることによって行われる。ノズル支持フランジ６８は、その前面に形成された１連の概ね径方向を向いた溝７６を有する。これらの溝７６は、ディフューザフランジ６４の後面に形成された対応する溝７８と位置合わせされて、協働して径方向チャネル８０を画定する。用途によっては、フランジのうちの１つを通り抜ける単一の径方向チャネルを形成することが可能な場合もある。
【００２０】
ボルト７４の露出端部は、図３により詳細に示された、環状のウィンデージシールド（ｗｉｎｄａｇｅ ｓｈｉｅｌｄ）８２で取り囲まれる。ウィンデージシールド８２は、軸方向に延びる脚部８４と径方向に延びる脚部８６とを備えた、全体的に「Ｌ」字形の断面を有する、アーチ形部材（連続的な部材でも、セグメント化された部材でもよい）である。ボルト穴８３を備えたいくつかのポケット８１が、ウィンデージシールド８２の周囲に位置決めされる。軸方向に延びる脚部８４は、各ポケット８１に隣接してその前縁部に形成された、２つのポケット８１間の距離の一部分を延びるスロット８５を有する。径方向に延びる脚部８６は、各ポケット８１間のその径方向外縁部に形成された、隣接するポケット８１間の距離のほぼ全体を延びるスロット８７を有する。取り付けられたときには、図２からわかるように、径方向に延びる脚部８６の外端部と内側ノズル支持体６６の径方向内側表面との間に小さな径方向の隙間が存在し、軸方向に延びる脚部８４の前端部とノズル支持フランジ６８との間に小さな軸方向の隙間が存在する。
【００２１】
図２に戻って参照すると、概ね軸方向に延びる複数の穴８８が、ディフューザフランジ６４を貫いて形成され、径方向チャネル８０と交わる。また、複数の開口９０が、ＯＧＶフランジ５４を貫いて形成され、穴８８と位置合わせされる。穴８８と開口９０は共に、軸方向チャネル９２を画定する。軸方向チャネル９２および径方向チャネル８０は、継手７２内を通る完全な流路を画定する。
【００２２】
任意選択で、継手７２は、流れを偏向させるための何らかの手段、すなわち、開口９０からの流れが直接前方に通過してＣＤＰシール５２に衝突するのを阻止する何らかの手段を含むこともできる。ここに示した例では、これは、ボルト７４に遮蔽構造を組み込むことによって達成される。各ボルト７４は、シャンクと、拡大したヘッド９６とを有する。ヘッド９６とは反対側のシャンクの端部は、公知の方式でねじ切りされている。ヘッド９６は、一般に、ナット９８がボルト７４上に取り付けられたときの回転を防ぐようにＯＧＶアーム４４と相互作用する、少なくとも１つの回転防止機構を含む。ここに示した例では、ヘッド９６は、この目的で、対向する１対の平坦な側面１００を含む。遮蔽構造は、開口９０を通る流れを阻止する、横方向に延びる１つまたは複数の機構を含む。この例では、ヘッド９６は、全体的に長方形の中実体（ｓｏｌｉｄ）であり、平坦な側面１００の中間にあるヘッド９６の部分は、横方向に延びるタブ１０４を組み込んでいる。
【００２３】
ボルト７４は、隣接したボルト７４のタブ１０４同士が間に小さな隙間を画定するようにサイズ設定することができる。あるいは、用途によっては、隣接したボルト７４の遮蔽構造を互いに重なり合うように構成することもできる。例えば、図４および図５では、ボルト７４Ａおよび７４Ｂは、前述のタブ付き構成を用いる。１つおきのボルト７４Ａのヘッド９６Ａは、隣接したボルト７４Ｂのヘッド９６Ｂよりもわずかに厚い。その結果、取り付けられたときには、ボルト７４Ａのタブ１０４Ａは、ボルト７４Ｂのタブ１０４Ｂの軸方向前方に位置決めされる。これによって、図５から最もはっきりわかるように、タブ１０４Ａおよびタブ１０４Ｂが横方向に重なり合うことができるようになり、開口９０からの流れが軸方向前方に通過するのを阻止する。
【００２４】
動作時には、継手７２のインボード表面およびアウトボード表面の両方が、高温、例えば約７００℃（１３００°Ｆ）のＣＤＰ空気にさらされる。ＣＤＰ空気は、また、径方向チャネル８０に流入し、その径方向チャネル８０を通り抜けて軸方向チャネル９２に到達し、ＯＧＶ構造１２とディフューザ１４との間の空間に出る。空気がチャネル８０およびチャネル９２を通り抜けるとき、その空気は、ＯＧＶフランジ５４、ディフューザフランジ６４、およびノズル支持フランジ６８の内側部分を加熱して、それらの構成部品の径方向の厚さを通じた温度勾配を最小限に抑える。空気は、ＣＤＰシール５２のかなり後方の場所で開口９０から出て、ＣＤＰシール５２への直接衝突を回避し、したがってＣＤＰシール５２の熱応答を低減する。開口９０から出てくる空気が、図１で「Ａ」とラベルされた矢印によって示されるように、ボルトヘッド９６によって径方向のアウトボード方向に偏向されるので、ＣＤＰシール５２への衝突は、さらに回避される。
【００２５】
継手７２内の熱勾配の低減は、また、ウィンデージシールド８２の選択的な構成によって改善される。通常、従来技術の使い方では、締結具ウィンデージシールドは、空気の流れの摩擦加熱を最小限に抑えるために、その下に存在するボルト７４を可能な限り完全に覆うことになる。しかし、スロット８５およびスロット８７を組み込むと、いくらか加熱された空気の流れが、ウィンデージシールド８２の内部を軸方向および接線方向に循環できるようになり、図２に矢印「Ｂ」および「Ｃ」によって示したようにウィンデージシールド８２から出る前にノズル支持フランジ６８に接触できるようになる。前述のように、ノズル支持フランジ６８には、１連のスカロップ７０または他の負のフィーチャを形成することができ、それらがその熱慣性を低減し、径方向の隙間を通る流れに対するその応答を改善する。
【００２６】
用途によっては、ＯＧＶフランジ５４からの出口流れ面積を増大させることが必要または望ましい場合がある。これをどのように達成できるかの一例として、図６は、前述のＯＧＶフランジ５４に構造が類似したＯＧＶフランジ１５４を有する、ＯＧＶ構造１１２の一部分を示す。ＯＧＶフランジ１５４は、ＯＧＶフランジ１５４のアウトボード縁部まで延びる、概ね径方向に位置合わせされたスロット１９０を組み込んでいる。図７は、ボルト７４によってディフューザフランジ６４およびノズル支持フランジ６８に固定されたＯＧＶフランジ１５４を示す。スロット１９０のインボード端部は、ディフューザフランジ６８内の穴８８と連通する。スロット１９０は、図２に示した構成と比較して、ボルト７４のヘッド９６を過ぎたところに追加の流れ領域を提供する。
【００２７】
図８および図９は、継手内の流れを偏向させるための代替的な構成を示す。この構成は、前述のＯＧＶ構造１１２に概ね類似したＯＧＶ構造４１２を用いる。そのＯＧＶ構造４１２は、概ね径方向に位置合わせされた複数のスロット４９０を有するＯＧＶフランジ４５４を含む。ボルト７４に類似したボルト４７４が、ＯＧＶフランジ４５４内のボルト穴で受けられる。各ボルト４７４は、ねじ切りされたシャンクと、拡大したヘッド４９６とを有しており、この例では、ヘッド４９６は、全体的に長方形の中実体である。ヘッド４９６の外側面には、周辺溝４９８が形成されている。継手が組み立てられたときには、クリップ５００が、各ボルトヘッド４９６間に配置され、溝４９８内で受けられる。図８および図９では、１つのクリップだけが示されている。
【００２８】
クリップ５００は、扁平なストックから、例えば板金から形成され、１対のフィンガ部５０２がその外端部に配置された、全体的に「Ｊ」字形をしている。フィンガ部５０２は、スロット４９０の縁部のところでＯＧＶフランジ４５４内に形成された陥凹部５０４に係合する。取り付けられたときには、クリップ５００は、空気が軸方向前方に流れるのを妨げるが、空気がフィンガ部５０２間の空間を通って径方向外側に流れられるようにするための、バリアを形成する。
【００２９】
前述の流れ偏向機構に加えて、または流れ偏向機構の代わりに、ＣＤＰシール５２の応答を、その熱慣性を増大させるように質量を追加することによって、制御することができる。例えば、図１０は、アーム２４４の中心部分２４８の材料厚さが大きく増大された、代替的なＯＧＶ構造２１２を示す。例えば、材料厚さは、図１に示されたＯＧＶ構造１２の厚さの少なくとも約２倍とすることができる。
【００３０】
図１１は、アーム３４４の中心部分３４８を取り囲む環状の熱シールド３１４を組み込んだ他の代替的なＯＧＶ構造３１２を示す。熱シールド３１４は、板金または類似材料で構築することができ、アーム３４４内の様々な湾曲に密接に共形となる。熱シールド３１４は、ここに示したボルト３１６のような複数の締結具によってしっかり固定することができる。質量の大きなアーム２４４の場合のように、熱シールド３１４は、前述の流れ偏向機構に加えて、または流れ偏向機構の代わりに使用することができる。
【００３１】
前述の継手構成には、従来技術の設計を上回るいくつかの利益がある。この構成によって、内側ノズル支持体６６に、鍛造材料ではなく鋳造材料を使用できるようになる。さらに、当該設計は、ＣＤＰシールクリアランスの縮小により、燃料消費率（ＳＦＣ：ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｆｕｅｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）を改善することになる。ＯＧＶ構造１２とディフューザ１４との間の空間が、従来技術の設計で使用される少数の穴の代わりに多数の穴（例えば、６８個の穴）によって供給されるとき、周囲の流れがより一様になるので、さらなる利益を得ることができる。他の利点は、ボルト７４がＣＤＰシール５２への衝突をそらすという２重の目的をもつことであり、熱シールドなど、シール応答を遅くするための追加の金属部品が必要なくなる可能性がある。
【００３２】
以上、ガスタービンエンジン用のボルト固定継手構成について記載した。本発明の特定の諸実施形態について記載したが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなくそれらの特定の諸実施形態に様々な修正を加えることができることが、当業者には明らかである。したがって、本発明の好ましい実施形態および本発明を実施する最良の方式についての以上の説明は、制限を目的としたものではなく、単に説明の目的で提供するものであり、本発明は、特許請求の範囲によって定義される。
【符号の説明】
【００３３】
１０ 高圧圧縮機
１２ 出口ガイドベーン構造、ＯＧＶ構造
１４ ディフューザ、第２の環状構成部品
１６ 燃焼器
１８ タービンノズル
２０ 高圧タービンロータ
２２ 回転ブレード
２４ 固定ノズル
２６ スプール
２８ シャフトアーム
３０ タービンシャフト
３２ タービンロータディスク
３４ シールディスク
３６ シールティース
３８ エーロフォイル形ベーン
４０ 内側プラットフォーム
４２ 外側プラットフォーム
４４ アーム、ＯＧＶアーム、出口ガイドベーンアーム
４６ 前方部分
４８ 中心部分
５０ 後方部分
５２ ＣＤＰシール
５４ ＯＧＶフランジ、出口ガイドベーンフランジ
５６ 流線形ストラット
５８ 内側プラットフォーム
６０ 外側プラットフォーム
６２ アーム、ディフューザアーム
６４ ディフューザフランジ、環状の第２のフランジ
６６ 内側ノズル支持体、第１の環状構成部品
６８ ノズル支持フランジ、環状の第１のフランジ
７０ スカロップ
７２ 継手
７４ ボルト、締結具
７６ 溝、第１の溝
７８ 溝、第２の溝
８０ 径方向チャネル
８１ ポケット
８２ ウィンデージシールド
８３ ボルト穴
８４ 軸方向に延びる脚部
８５ スロット
８６ 径方向に延びる脚部
８７ スロット
８８ 穴
９０ 開口
９２ 軸方向チャネル
９６ ヘッド
９８ ナット
１００ 平坦な側面
１０４ タブ
１１２ ＯＧＶ構造
１５４ ＯＧＶフランジ、出口ガイドベーンフランジ
１９０ スロット
２１２ ＯＧＶ構造
２４４ アーム
２４８ 中心部分
３１２ ＯＧＶ構造
３１４ 熱シールド
３１６ ボルト
３４４ アーム
３４８ 中心部分
４１２ ＯＧＶ構造
４５４ ＯＧＶフランジ
４７４ ボルト
４９０ スロット
４９６ ヘッド、ボルトヘッド
４９８ 周辺溝
５００ クリップ
５０２ フィンガ部
５０４ 陥凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン用の機械式継手であって、
（ａ）径方向に延びる環状の第１のフランジ（６８）を有する第１の環状構成部品（６６）と、
（ｂ）前記第１のフランジ（６８）に当接する径方向に延びる環状の第２のフランジ（６４）を有する第２の環状構成部品（１４）と、
（ｃ）前記第１のフランジおよび前記第２のフランジのうちの少なくとも１つを通り抜ける、概ね径方向に延びる複数の径方向チャネル（８０）と、
（ｄ）前記第１のフランジ（６８）を貫いて延び、前記径方向チャネル（８０）それぞれと連通する、概ね軸方向に延びる複数のチャネル（９２）と、
（ｅ）前記第１のフランジおよび前記第２のフランジを共に固定する複数の締結具（７４）と、を備える、機械式継手。
【請求項２】
（ａ）前記第１のフランジ（６８）に、概ね径方向に延びる複数の第１の溝（７６）が形成されており、
（ｂ）前記第２のフランジ（６４）に、概ね径方向に延びる複数の第２の溝（７８）が形成されており、前記第１の溝および前記第２の溝が、協働して前記径方向チャネル（８０）を画定するように周方向に位置合わせされる、請求項１記載の機械式継手。
【請求項３】
前記締結具（７４）それぞれのヘッドが、前記軸方向チャネル（９２）を通過する流れを偏向させるように横方向に延びる１つまたは複数のタブ（１０４）を含む、請求項１又は２記載の機械式継手。
【請求項４】
隣接した締結具（７４）によって支持された前記タブ（１０４）が、軸方向にオフセットし、横方向で互いに重なり合う、請求項３記載の機械式継手。
【請求項５】
ガスタービンエンジン用の継手構造において、
（ａ）固定タービンノズルに結合された環状のノズル支持体（６６）であって、径方向に延びるノズル支持フランジ（６８）を含み、前記ノズル支持フランジ（６８）には、概ね径方向に延びる複数の第１の溝（７６）が形成されている、環状のノズル支持体（６６）と、
（ｂ）複数の流線形ストラットと、前記ノズル支持フランジ（６８）に当接する径方向に延びるディフューザフランジ（６４）を備えたディフューザアーム（６２）とを含む、環状のディフューザ（１４）であって、前記ディフューザフランジ（６４）には、概ね径方向に延びる複数の第２の溝（７８）が形成されており、前記第１の溝および前記第２の溝が、協働して径方向チャネル（８０）を画定するように周方向に位置合わせされた、環状のディフューザ（１４）と、
（ｃ）エーロフォイル形の複数のベーン（３８）と、前記ディフューザフランジ（６４）に当接する径方向に延びる出口ガイドベーンフランジ（５４）を備えた出口ガイドベーンアーム（４４）とを含む環状の出口ガイドベーン構造（１２）であって、前記ディフューザアーム（６２）および前記出口ガイドベーンアーム（４４）が協働してそれらの間に開放容積を画定する、環状の出口ガイドベーン構造（１２）と、
（ｄ）前記ディフューザフランジおよび前記出口ガイドフランジを貫いて延び、前記径方向チャネル（８０）および前記開放容積のそれぞれと連通する、概ね軸方向に延びる複数のチャネル（９２）と、
（ｅ）前記ノズル支持フランジ（６８）、前記ディフューザフランジ（６４）、および前記出口ガイドベーンフランジ（５４）を共に固定する複数の締結具（７４）と、を備える、継手構造。
【請求項６】
前記締結具（７４）のそれぞれが、前記出口ガイドベーンフランジ（５４）に隣接して配置されたヘッドを有しており、各ヘッドが、前記軸方向チャネル（９２）を通過する流れを偏向させるように横方向に延びる１つまたは複数のタブ（１０４）を含む、請求項５記載の継手構造。
【請求項７】
前記ノズル支持フランジ（６８）に、複数のスカロップ（７０）が形成されている、請求項５又は６記載の継手構造。
【請求項８】
前記出口ガイドベーンフランジ（１５４）が、前記軸方向チャネル（９２）、および前記出口ガイドベーンフランジ（５４）の径方向外縁部と連通する、概ね径方向に延びる複数のスロット（１９０）を含む、請求項５乃至７のいずれか１項記載の継手構造。
【請求項９】
前記出口ガイドベーンアーム（４４）の中心部分が、その内表面上に固定シール部材（５２）を備える、請求項５乃至８のいずれか１項記載の継手構造。
【請求項１０】
前記ノズル支持体（６９）に隣接して配置され前記締結具（７４）を取り囲む、Ｌ字形断面を有する環状のウィンデージシールド（８２）をさらに含む、請求項９記載の継手構造。
【請求項１１】
前記締結具（７４）を過ぎたところで流れの循環を可能にするように、前記ウィンデージシールド（８２）の軸方向脚部の遠位端および径方向脚部の遠位端と、隣接構造との間に、予め選択された隙間が存在する、請求項１０記載の継手構造。
【請求項１２】
複数の締結具（７４）によって共に固定された径方向に延びるフランジ（６４、６８）をそれぞれが有する２つ以上の環状構成部品を含むタイプのガスタービンエンジン用の機械式継手における熱勾配を低減する方法であって、前記環状構成部品の外表面が動作時に高温ガスにさらされる、方法において、固定された前記フランジ（６４、６８）の中心部分に外部から高温ガスを通過させることを含む、方法。
【請求項１３】
固定された前記フランジを通過したガスを軸方向から離れる方向に偏向させることをさらに含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記軸方向チャネルを通過する流れを偏向させるように前記締結具間に配置された複数のクリップ（５００）をさらに含んでおり、前記クリップ（５００）が、前記締結具（７４）のヘッド内に形成された溝内で保持される、請求項１記載の機械式継手。
【請求項１５】
前記軸方向チャネルを通過する流れを偏向させるように前記締結具（７４）間に配置された複数のクリップ（５００）をさらに含んでおり、前記クリップが、前記締結具（７４）のヘッド内に形成された溝内で保持される、請求項５記載の継手構造。
【請求項１】
ガスタービンエンジン用の機械式継手であって、
（ａ）径方向に延びる環状の第１のフランジ（６８）を有する第１の環状構成部品（６６）と、
（ｂ）前記第１のフランジ（６８）に当接する径方向に延びる環状の第２のフランジ（６４）を有する第２の環状構成部品（１４）と、
（ｃ）前記第１のフランジおよび前記第２のフランジのうちの少なくとも１つを通り抜ける、概ね径方向に延びる複数の径方向チャネル（８０）と、
（ｄ）前記第１のフランジ（６８）を貫いて延び、前記径方向チャネル（８０）それぞれと連通する、概ね軸方向に延びる複数のチャネル（９２）と、
（ｅ）前記第１のフランジおよび前記第２のフランジを共に固定する複数の締結具（７４）と、を備える、機械式継手。
【請求項２】
（ａ）前記第１のフランジ（６８）に、概ね径方向に延びる複数の第１の溝（７６）が形成されており、
（ｂ）前記第２のフランジ（６４）に、概ね径方向に延びる複数の第２の溝（７８）が形成されており、前記第１の溝および前記第２の溝が、協働して前記径方向チャネル（８０）を画定するように周方向に位置合わせされる、請求項１記載の機械式継手。
【請求項３】
前記締結具（７４）それぞれのヘッドが、前記軸方向チャネル（９２）を通過する流れを偏向させるように横方向に延びる１つまたは複数のタブ（１０４）を含む、請求項１又は２記載の機械式継手。
【請求項４】
隣接した締結具（７４）によって支持された前記タブ（１０４）が、軸方向にオフセットし、横方向で互いに重なり合う、請求項３記載の機械式継手。
【請求項５】
ガスタービンエンジン用の継手構造において、
（ａ）固定タービンノズルに結合された環状のノズル支持体（６６）であって、径方向に延びるノズル支持フランジ（６８）を含み、前記ノズル支持フランジ（６８）には、概ね径方向に延びる複数の第１の溝（７６）が形成されている、環状のノズル支持体（６６）と、
（ｂ）複数の流線形ストラットと、前記ノズル支持フランジ（６８）に当接する径方向に延びるディフューザフランジ（６４）を備えたディフューザアーム（６２）とを含む、環状のディフューザ（１４）であって、前記ディフューザフランジ（６４）には、概ね径方向に延びる複数の第２の溝（７８）が形成されており、前記第１の溝および前記第２の溝が、協働して径方向チャネル（８０）を画定するように周方向に位置合わせされた、環状のディフューザ（１４）と、
（ｃ）エーロフォイル形の複数のベーン（３８）と、前記ディフューザフランジ（６４）に当接する径方向に延びる出口ガイドベーンフランジ（５４）を備えた出口ガイドベーンアーム（４４）とを含む環状の出口ガイドベーン構造（１２）であって、前記ディフューザアーム（６２）および前記出口ガイドベーンアーム（４４）が協働してそれらの間に開放容積を画定する、環状の出口ガイドベーン構造（１２）と、
（ｄ）前記ディフューザフランジおよび前記出口ガイドフランジを貫いて延び、前記径方向チャネル（８０）および前記開放容積のそれぞれと連通する、概ね軸方向に延びる複数のチャネル（９２）と、
（ｅ）前記ノズル支持フランジ（６８）、前記ディフューザフランジ（６４）、および前記出口ガイドベーンフランジ（５４）を共に固定する複数の締結具（７４）と、を備える、継手構造。
【請求項６】
前記締結具（７４）のそれぞれが、前記出口ガイドベーンフランジ（５４）に隣接して配置されたヘッドを有しており、各ヘッドが、前記軸方向チャネル（９２）を通過する流れを偏向させるように横方向に延びる１つまたは複数のタブ（１０４）を含む、請求項５記載の継手構造。
【請求項７】
前記ノズル支持フランジ（６８）に、複数のスカロップ（７０）が形成されている、請求項５又は６記載の継手構造。
【請求項８】
前記出口ガイドベーンフランジ（１５４）が、前記軸方向チャネル（９２）、および前記出口ガイドベーンフランジ（５４）の径方向外縁部と連通する、概ね径方向に延びる複数のスロット（１９０）を含む、請求項５乃至７のいずれか１項記載の継手構造。
【請求項９】
前記出口ガイドベーンアーム（４４）の中心部分が、その内表面上に固定シール部材（５２）を備える、請求項５乃至８のいずれか１項記載の継手構造。
【請求項１０】
前記ノズル支持体（６９）に隣接して配置され前記締結具（７４）を取り囲む、Ｌ字形断面を有する環状のウィンデージシールド（８２）をさらに含む、請求項９記載の継手構造。
【請求項１１】
前記締結具（７４）を過ぎたところで流れの循環を可能にするように、前記ウィンデージシールド（８２）の軸方向脚部の遠位端および径方向脚部の遠位端と、隣接構造との間に、予め選択された隙間が存在する、請求項１０記載の継手構造。
【請求項１２】
複数の締結具（７４）によって共に固定された径方向に延びるフランジ（６４、６８）をそれぞれが有する２つ以上の環状構成部品を含むタイプのガスタービンエンジン用の機械式継手における熱勾配を低減する方法であって、前記環状構成部品の外表面が動作時に高温ガスにさらされる、方法において、固定された前記フランジ（６４、６８）の中心部分に外部から高温ガスを通過させることを含む、方法。
【請求項１３】
固定された前記フランジを通過したガスを軸方向から離れる方向に偏向させることをさらに含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記軸方向チャネルを通過する流れを偏向させるように前記締結具間に配置された複数のクリップ（５００）をさらに含んでおり、前記クリップ（５００）が、前記締結具（７４）のヘッド内に形成された溝内で保持される、請求項１記載の機械式継手。
【請求項１５】
前記軸方向チャネルを通過する流れを偏向させるように前記締結具（７４）間に配置された複数のクリップ（５００）をさらに含んでおり、前記クリップが、前記締結具（７４）のヘッド内に形成された溝内で保持される、請求項５記載の継手構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
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【図４】
【図５】
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【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２８５９９１（Ｐ２０１０−２８５９９１Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３４６３３（Ｐ２０１０−１３４６３３）
【出願日】平成２２年６月１４日（２０１０．６．１４）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１４日（２０１０．６．１４）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
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