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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6392342
(24)【登録日】2018年8月31日
(45)【発行日】2018年9月19日
(54)【発明の名称】インピンジメントバッフルを有するタービンノズル
(51)【国際特許分類】
F01D 9/02 20060101AFI20180910BHJP
F01D 25/00 20060101ALI20180910BHJP
F02C 7/00 20060101ALI20180910BHJP
F02C 7/18 20060101ALI20180910BHJP
F02C 7/20 20060101ALI20180910BHJP
【ＦＩ】
F01D9/02 104
F01D9/02 102
F01D25/00 L
F02C7/00 C
F02C7/18 A
F02C7/20 Z
【請求項の数】15
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2016-527995(P2016-527995)
(86)(22)【出願日】2014年6月18日
(65)【公表番号】特表2016-525181(P2016-525181A)
(43)【公表日】2016年8月22日
(86)【国際出願番号】US2014042985
(87)【国際公開番号】WO2015009392
(87)【国際公開日】20150122
【審査請求日】2017年6月9日
(31)【優先権主張番号】61/856,376
(32)【優先日】2013年7月19日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
(74)【代理人】
【識別番号】100137545
【弁理士】
【氏名又は名称】荒川 聡志
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(74)【代理人】
【識別番号】100129779
【弁理士】
【氏名又は名称】黒川 俊久
(74)【代理人】
【識別番号】100113974
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 拓人
(72)【発明者】
【氏名】テュアシャー，マイケル・レイ
(72)【発明者】
【氏名】セニル，ダレル・グレン
(72)【発明者】
【氏名】フェルプス，グレッグ
【審査官】
山崎 孔徳
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許出願公開第２０１０／００６８０３４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
英国特許出願公告第００６８５７６９（ＧＢ，Ａ）
【文献】
特開昭５０−０２６１０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
西独国特許出願公開第０２１２７４５４（ＤＥ，Ａ）
【文献】
特開２０００−２８２８０６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｆ０１Ｄ ９／０２
Ｆ０１Ｄ ２５／００
Ｆ０２Ｃ ７／００
Ｆ０２Ｃ ７／１８
Ｆ０２Ｃ ７／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
タービンノズル装置であって、
内側バンド（１２）と外側バンド（１４）の間に延在する翼形ベーン（１６）であって、ベーン（１６）の内部が開いていて外側バンド（１４）の翼形開口（３０）と連絡しており、ベーン（１６）と両バンド（１２，１４）とが低延性材料で全体が構成された単体の一部である、ベーン（１６）と、
ベーン（１６）の内部に配置された金属バッフル（４２）であって、上端（４４）及び下端（４６）を有し、下端（４６）が端壁（５０）で閉じられた中空内部空間を画成する周壁（４８）を含んでおり、複数のインピンジメント孔（５６）が周壁（４８）を貫通して形成されている、バッフル（４２）と、
前記開口（３０）の形状と略一致する開リング形状の本体（６０）を有する金属リテーナ（５８）であって、本体（６０）が、インピンジメントバッフル（４２）の上端（４４）に当接し、複数の機械式締結具（８６，９２）によって外側バンド（１４）に接続されているリテーナ（５８）と
を備え、
外側バンド（１４）の開口（３０）の周囲に凹部（３２）が形成されていて、バッフルフランジ（５２）が、上端（４４）の近傍でインピンジメントバッフル（４２）の周囲から横方向外側に延在し、凹部（３２）に受け止められている、タービンノズル装置。
内側バンド（１２）と外側バンド（１４）の間に延在する翼形ベーン（１６）であって、ベーン（１６）の内部が開いていて外側バンド（１４）の翼形開口（３０）と連絡しており、ベーン（１６）と両バンド（１２，１４）とが低延性材料で全体が構成された単体の一部である、ベーン（１６）と、
ベーン（１６）の内部に配置された金属バッフル（４２）であって、上端（４４）及び下端（４６）を有し、下端（４６）が端壁（５０）で閉じられた中空内部空間を画成する周壁（４８）を含んでおり、複数のインピンジメント孔（５６）が周壁（４８）を貫通して形成されている、バッフル（４２）と、
前記開口（３０）の形状と略一致する開リング形状の本体（６０）を有する金属リテーナ（５８）であって、本体（６０）が、インピンジメントバッフル（４２）の上端（４４）に当接し、複数の機械式締結具（８６，９２）によって外側バンド（１４）に接続されているリテーナ（５８）と
を備え、
外側バンド（１４）の開口（３０）の周囲に凹部（３２）が形成されていて、バッフルフランジ（５２）が、上端（４４）の近傍でインピンジメントバッフル（４２）の周囲から横方向外側に延在し、凹部（３２）に受け止められている、タービンノズル装置。
【請求項2】
リテーナ（５８）の中央開口の周りにラベット（６６）が形成されていて、バッフル（４２）の上縁（８４）が、ラベット（６６）に受け止められている、請求項１に記載のタービンノズル装置。
【請求項3】
バッフルフランジ（５２）が、上端（４４）の近傍でバッフル（４２）の周囲から横方向外側に延在して、凹部（３２）に受け止められており、
周溝（６８）が本体（６０）の底面に形成され、ラベット（６６）の横方向外側に離隔して配置されており、
リテーナ（５８）とバッフルフランジ（５２）の間で半径方向に負荷をかけるために、周溝（６８）にばね（１００）が配置されている、請求項１又は２に記載のタービンノズル装置。
周溝（６８）が本体（６０）の底面に形成され、ラベット（６６）の横方向外側に離隔して配置されており、
リテーナ（５８）とバッフルフランジ（５２）の間で半径方向に負荷をかけるために、周溝（６８）にばね（１００）が配置されている、請求項１又は２に記載のタービンノズル装置。
【請求項4】
タービンノズル装置であって、
内側バンド（１２）と外側バンド（１４）の間に延在する翼形ベーン（１６）であって、ベーン（１６）の内部が開いていて外側バンド（１４）の翼形開口（３０）と連絡しており、ベーン（１６）と両バンド（１２，１４）とが低延性材料で全体が構成された単体の一部である、ベーン（１６）と、
ベーン（１６）の内部に配置された金属バッフル（４２）であって、上端（４４）及び下端（４６）を有し、下端（４６）が端壁（５０）で閉じられた中空内部空間を画成する周壁（４８）を含んでおり、複数のインピンジメント孔（５６）が周壁（４８）を貫通して形成されている、バッフル（４２）と、
前記開口（３０）の形状と略一致する開リング形状の本体（６０）を有する金属リテーナ（５８）であって、本体（６０）が、インピンジメントバッフル（４２）の上端（４４）に当接し、複数の機械式締結具（８６，９２）によって外側バンド（１４）に接続されているリテーナ（５８）と
を備え、
外側バンド（１４）が、外側バンド（１４）の前端の近傍で半径方向外側に延在する前方フランジ（３４）と、外側バンド（１４）の後端の近傍で半径方向外側に延在する後方フランジ（３８）とを含んでいて、
リテーナ（５８）の本体（６０）が、本体（６０）から延在する延長部（７０，７６）を有し、半径方向に整列したリテーナタブ（７２，７８）が、本体（６０）の先端に存在し、リテーナタブ（７２，７８）が、前方フランジ（３４）又は後方フランジ（３８）に隣接していて前方フランジ（３４）又は後方フランジ（３８）と平行であり、
リテーナピン（８６，９２）が、リテーナタブ（７２，７８）と、前方フランジ（３４）又は後方フランジ（３８）とを通る、タービンノズル装置。
内側バンド（１２）と外側バンド（１４）の間に延在する翼形ベーン（１６）であって、ベーン（１６）の内部が開いていて外側バンド（１４）の翼形開口（３０）と連絡しており、ベーン（１６）と両バンド（１２，１４）とが低延性材料で全体が構成された単体の一部である、ベーン（１６）と、
ベーン（１６）の内部に配置された金属バッフル（４２）であって、上端（４４）及び下端（４６）を有し、下端（４６）が端壁（５０）で閉じられた中空内部空間を画成する周壁（４８）を含んでおり、複数のインピンジメント孔（５６）が周壁（４８）を貫通して形成されている、バッフル（４２）と、
前記開口（３０）の形状と略一致する開リング形状の本体（６０）を有する金属リテーナ（５８）であって、本体（６０）が、インピンジメントバッフル（４２）の上端（４４）に当接し、複数の機械式締結具（８６，９２）によって外側バンド（１４）に接続されているリテーナ（５８）と
を備え、
外側バンド（１４）が、外側バンド（１４）の前端の近傍で半径方向外側に延在する前方フランジ（３４）と、外側バンド（１４）の後端の近傍で半径方向外側に延在する後方フランジ（３８）とを含んでいて、
リテーナ（５８）の本体（６０）が、本体（６０）から延在する延長部（７０，７６）を有し、半径方向に整列したリテーナタブ（７２，７８）が、本体（６０）の先端に存在し、リテーナタブ（７２，７８）が、前方フランジ（３４）又は後方フランジ（３８）に隣接していて前方フランジ（３４）又は後方フランジ（３８）と平行であり、
リテーナピン（８６，９２）が、リテーナタブ（７２，７８）と、前方フランジ（３４）又は後方フランジ（３８）とを通る、タービンノズル装置。
【請求項5】
タービンノズル装置であって、
内側バンド（１２）と外側バンド（１４）の間に延在する翼形ベーン（１６）であって、ベーン（１６）の内部が開いていて外側バンド（１４）の翼形開口（３０）と連絡しており、ベーン（１６）と両バンド（１２，１４）とが低延性材料で全体が構成された単体の一部である、ベーン（１６）と、
ベーン（１６）の内部に配置された金属バッフル（４２）であって、上端（４４）及び下端（４６）を有し、下端（４６）が端壁（５０）で閉じられた中空内部空間を画成する周壁（４８）を含んでおり、複数のインピンジメント孔（５６）が周壁（４８）を貫通して形成されている、バッフル（４２）と、
前記開口（３０）の形状と略一致する開リング形状の本体（６０）を有する金属リテーナ（５８）であって、本体（６０）が、インピンジメントバッフル（４２）の上端（４４）に当接し、複数の機械式締結具（８６，９２）によって外側バンド（１４）に接続されているリテーナ（５８）と
を備え、
外側バンド（１４）が、外側バンド（１４）の後端の近傍で半径方向外側に延在する後方フランジ（３８）を含んでおり、
後方延長部（７０）が、本体（６０）の後端（６４）に配置されているとともに、その遠位端において後方フランジ（３８）に隣接していて後方フランジ（３８）と平行な半径方向に整列した後方リテーナタブ（７２）を含んでおり、
後方リテーナピン（８６）が、後方リテーナタブ（７２）及び後方フランジ（３８）を通る、タービンノズル装置。
内側バンド（１２）と外側バンド（１４）の間に延在する翼形ベーン（１６）であって、ベーン（１６）の内部が開いていて外側バンド（１４）の翼形開口（３０）と連絡しており、ベーン（１６）と両バンド（１２，１４）とが低延性材料で全体が構成された単体の一部である、ベーン（１６）と、
ベーン（１６）の内部に配置された金属バッフル（４２）であって、上端（４４）及び下端（４６）を有し、下端（４６）が端壁（５０）で閉じられた中空内部空間を画成する周壁（４８）を含んでおり、複数のインピンジメント孔（５６）が周壁（４８）を貫通して形成されている、バッフル（４２）と、
前記開口（３０）の形状と略一致する開リング形状の本体（６０）を有する金属リテーナ（５８）であって、本体（６０）が、インピンジメントバッフル（４２）の上端（４４）に当接し、複数の機械式締結具（８６，９２）によって外側バンド（１４）に接続されているリテーナ（５８）と
を備え、
外側バンド（１４）が、外側バンド（１４）の後端の近傍で半径方向外側に延在する後方フランジ（３８）を含んでおり、
後方延長部（７０）が、本体（６０）の後端（６４）に配置されているとともに、その遠位端において後方フランジ（３８）に隣接していて後方フランジ（３８）と平行な半径方向に整列した後方リテーナタブ（７２）を含んでおり、
後方リテーナピン（８６）が、後方リテーナタブ（７２）及び後方フランジ（３８）を通る、タービンノズル装置。
【請求項6】
後方リーフシール（８８）が、後方フランジ（３８）と後方リテーナタブ（７２）の間に配置されている、請求項５に記載のタービンノズル装置。
【請求項7】
Ｖ字状の後方ばね（９０）が、後方リテーナタブ（７２）と後方リーフシール（８８）の間に配置され、後方リーフシール（８８）を後方フランジ（３８）に対して付勢する、請求項６に記載のタービンノズル装置。
【請求項8】
タービンノズル装置であって、
内側バンド（１２）と外側バンド（１４）の間に延在する翼形ベーン（１６）であって、ベーン（１６）の内部が開いていて外側バンド（１４）の翼形開口（３０）と連絡しており、ベーン（１６）と両バンド（１２，１４）とが低延性材料で全体が構成された単体の一部である、ベーン（１６）と、
ベーン（１６）の内部に配置された金属バッフル（４２）であって、上端（４４）及び下端（４６）を有し、下端（４６）が端壁（５０）で閉じられた中空内部空間を画成する周壁（４８）を含んでおり、複数のインピンジメント孔（５６）が周壁（４８）を貫通して形成されている、バッフル（４２）と、
前記開口（３０）の形状と略一致する開リング形状の本体（６０）を有する金属リテーナ（５８）であって、本体（６０）が、インピンジメントバッフル（４２）の上端（４４）に当接し、複数の機械式締結具（８６，９２）によって外側バンド（１４）に接続されているリテーナ（５８）と
を備え、
外側バンド（１４）が、外側バンド（１４）の前端の近傍で半径方向外側に延在する前方フランジ（３４）を含んでおり、
前方延長部（７６）が、本体（６０）の前端（６２）に配置され、前方延長部（７６）の先端に、半径方向に整列した前方リテーナタブ（７８）を含んでおり、前方リテーナタブ（７８）が、２つの平行な脚部（８０Ａ，８０Ｂ）を有し、前方フランジ（３４）が２つの脚部（８０Ａ，８０Ｂ）間の空間に受け止められており、
前方リテーナピン（９２）が、前方リテーナタブ（７２）及び前方フランジ（３４）を通る、タービンノズル装置。
内側バンド（１２）と外側バンド（１４）の間に延在する翼形ベーン（１６）であって、ベーン（１６）の内部が開いていて外側バンド（１４）の翼形開口（３０）と連絡しており、ベーン（１６）と両バンド（１２，１４）とが低延性材料で全体が構成された単体の一部である、ベーン（１６）と、
ベーン（１６）の内部に配置された金属バッフル（４２）であって、上端（４４）及び下端（４６）を有し、下端（４６）が端壁（５０）で閉じられた中空内部空間を画成する周壁（４８）を含んでおり、複数のインピンジメント孔（５６）が周壁（４８）を貫通して形成されている、バッフル（４２）と、
前記開口（３０）の形状と略一致する開リング形状の本体（６０）を有する金属リテーナ（５８）であって、本体（６０）が、インピンジメントバッフル（４２）の上端（４４）に当接し、複数の機械式締結具（８６，９２）によって外側バンド（１４）に接続されているリテーナ（５８）と
を備え、
外側バンド（１４）が、外側バンド（１４）の前端の近傍で半径方向外側に延在する前方フランジ（３４）を含んでおり、
前方延長部（７６）が、本体（６０）の前端（６２）に配置され、前方延長部（７６）の先端に、半径方向に整列した前方リテーナタブ（７８）を含んでおり、前方リテーナタブ（７８）が、２つの平行な脚部（８０Ａ，８０Ｂ）を有し、前方フランジ（３４）が２つの脚部（８０Ａ，８０Ｂ）間の空間に受け止められており、
前方リテーナピン（９２）が、前方リテーナタブ（７２）及び前方フランジ（３４）を通る、タービンノズル装置。
【請求項9】
外側バンド（１４）が、前方フランジの前方に配置されたシールリップ（９４）を含んでおり、
前方リーフシール（９６）が、前方フランジ（３４）とシールリップ（９４）の間に配置されている、請求項８に記載のタービンノズル装置。
前方リーフシール（９６）が、前方フランジ（３４）とシールリップ（９４）の間に配置されている、請求項８に記載のタービンノズル装置。
【請求項10】
前方ばね（９８）が、前方リテーナタブ（７８）と前方リーフシール（９６）の間に配置され、前方リーフシール（９６）をシールリップ（９４）に対して付勢する、請求項９に記載のタービンノズル装置。
【請求項11】
バンパ（５４）の配列が、インピンジメントバッフル（４２）の周壁（４８）から横方向外側に延在する、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のタービンノズル装置。
【請求項12】
低延性材料が、約１％以下の室温引張延性を有する、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のタービンノズル装置。
【請求項13】
ベーンが後縁スロット（２６）を含む、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のタービンノズル装置。
【請求項14】
ベーンがフィルム冷却孔（２８）を有する、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のタービンノズル装置。
【請求項15】
複数のベーン（１６）がバッフル（４２）を各々有していて、リテーナ（５８）が内側バンド（１２）と外側バンド（１４）の間に配置されている、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のタービンノズル装置。
【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、低延性材料を組み込むそのようなエンジン用のタービンノズルに関する。
【背景技術】
【0002】
通常のガスタービンエンジンは、直列的に流れる関係にある高圧圧縮機、燃焼器、及び高圧タービンを有するターボ機械コアを含む。このコアは、主要なガス流を生成するために、既知の方式で操作可能である。高圧タービンは、主要なガス流からエネルギーを抽出する１つ以上の段を含む。各段は、静止したタービンノズルを備え、タービン翼を保持する下流のロータが後に続く。これらの部品は、非常に高温の環境で動作し、十分な寿命を確保するために、空気流によって冷却されなければならない。通常、冷却のために使用される空気は、圧縮機から抽出される（抜き取られる）。抽気空気の使用は、燃料消費率（「ＳＦＣ」）に悪影響を及ぼし、一般に最小化されるべきである。
【0003】
金属タービン構造体は、セラミックマトリックス複合材（「ＣＭＣ」）等の、高温性能がより優れた材料で置き換えられ得る。ＣＭＣの密度は、タービンエンジンの高温部に使用される従来の金属超合金の密度の約１／３であり、このため、同じ部品形状を維持しつつ金属合金をＣＭＣで置き換えることにより、部品の重量が減少し、冷却空気流の必要性も同様に減少する。
【0004】
ＣＭＣ材料は、タービン部品において有用ではあるが、カンチレバーの部分、ばね、薄い部分等のいくつかの機械素子用にＣＭＣ材料を使用することは難しい。したがって、ＣＭＣ部品は通常、バッフル、ばね素子、又は封止部等の金属部品に取り付けられるか、又は接続される必要がある。
【0005】
このことは、ＣＭＣ材料が、金属と比較した場合、引張延性が比較的低く、又は破断点歪みが低いという事実によって複雑化する。また、ＣＭＣは、熱膨張係数（「ＣＴＥ」）が、超合金の熱膨張係数の約１／３であり、このことは、２つの異なる材料間の剛接が、温度の変化に伴って大きな歪み及び応力を引き起こすことと、ＣＭＣ部品及び金属部品を共に固定することが、熱応力をもたらすか、又はクランプアタッチメントを開いてしまう可能性があることとを意味する。ＣＭＣについての許容可能な応力限界はまた、金属合金より低く、このことにより、ＣＭＣ部品のための簡単かつ低応力の設計に対する必要性が高まる。最後に、ＣＭＣ部品と金属部品との材料組成が異なるため、ろう付け及び溶接等の従来の接合方法が、実施不可能である。
【0006】
したがって、ＣＭＣ部品における機械的負荷及び熱応力を最小化する、ＣＭＣその他の低延性部品を金属部品と組み合わせる装置に対する必要性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】仏国特許出願公開第２９７６６１６号明細書
【発明の概要】
【0008】
この必要性は、本発明によって対処される。本発明は、低延性材料から作られ、低延性材料に取り付けられた金属インピンジメントバッフルを有し、かつ必要に応じてさらなる金属封止素子を含むタービンノズルを提供する。
【0009】
本発明の一態様では、タービンノズル装置は、内側バンドと外側バンドの間に延在する翼形ベーンであって、ベーンの内部が開いていて外側バンドの翼形開口と連絡しており、ベーンと両バンドとが低延性材料で全体が構成された単体の一部である、ベーンと、ベーンの内部に配置された金属バッフルであって、上端及び下端を有し、下端が端壁で閉じられた中空内部空間を画成する周壁を含んでおり、複数のインピンジメント孔が周壁を貫通して形成されているバッフルと、開口の形状と略一致する開リング形状の本体を有する金属リテーナであって、本体が、インピンジメントバッフルの上端に当接し、複数の機械式締結具によって外側バンドに接続されているリテーナとを備える。
【0010】
本発明の別の態様では、リテーナの中央開口の周りにラベットが形成され、バッフルの上縁がラベットに受け止められている。
【0011】
本発明の別の態様では、外側バンドの開口の周囲に凹部が形成され、バッフルフランジが、上端の近傍でインピンジメントバッフルの周囲から横方向外側に延在し、凹部に受け止められている。
【0012】
本発明の別の態様では、バッフルフランジが、上端の近傍でバッフルの周囲から横方向外側に延在し、凹部に受け止められており、周溝が、本体の底面に形成され、ラベットの横方向外側に離隔して配置されており、リテーナとバッフルフランジの間で半径方向に負荷をかけるために、周溝にばねが配置されている。
【0013】
本発明の別の態様では、外側バンドが、外側バンドの前端の近傍で半径方向外側に延在する前方フランジと、外側バンドの後端の近傍で半径方向外側に延在する後方フランジとを含み、リテーナの本体が、本体から延在する延長部を有し、半径方向に整列したリテーナタブが、本体の先端に存在し、リテーナタブが、前方フランジ又は後方フランジに隣接していて前方フランジ又は後方フランジと平行であり、リテーナピンが、リテーナタブと、前方フランジ又は後方フランジとを通る。
【0014】
本発明の別の態様では、外側バンドが、外側バンドの後端の近傍で半径方向外側に延在する後方フランジを含み、後方延長部が、本体の後端に配置されているとともに、その遠位端において後方フランジに隣接していて後方フランジと平行な半径方向に整列した後方リテーナタブを含み、後方リテーナピンが、後方リテーナタブ及び後方フランジを通る。
【0015】
本発明の別の態様では、後方リーフシールが、後方フランジと後方リテーナタブの間に配置されている。
【0016】
本発明の別の態様では、Ｖ字状の後方ばねが、後方リテーナタブと後方リーフシールの間に配置され、後方リーフシールを後方フランジに対して付勢する。
【0017】
本発明の別の態様では、外側バンドが、外側バンドの前端の近傍で半径方向外側に延在する前方フランジを含み、前方延長部が、本体の前端に配置され、前方延長部の先端に、半径方向に整列した前方リテーナタブを含み、前方リテーナタブが、２つの平行な脚部を有し、前方フランジが、２つの脚部間の空間に受け止められており、前方リテーナピンが、前方リテーナタブ及び前方フランジを通る。
【0018】
本発明の別の態様では、外側バンドが、前方フランジの前方に配置されたシールリップを含み、前方リーフシールが、前方フランジとシールリップの間に配置されている。
【0019】
本発明の別の態様では、前方ばねが、前方リテーナタブと前方リーフシールの間に配置され、前方リーフシールをシールリップに対して付勢する。
【0020】
本発明の別の態様では、バンパの配列が、インピンジメントバッフルの周壁から、横方向外側に延在する。
【0021】
本発明の別の態様では、低延性材料が、約１％以下の室温での引張延性を有する。
【0022】
本発明の別の態様では、ベーンが、後縁スロットを含む。
【0023】
本発明の別の態様では、ベーンが、フィルム冷却孔を有する。
【0024】
本発明の別の態様では、複数のベーンが、バッフルをそれぞれ有し、リテーナが、内側バンドと外側バンドの間に配置されている。
【0025】
本発明は、添付の図面の図を用いた以下の説明を参照することにより、最もよく理解されるであろう。
【発明を実施するための形態】
【0027】
図面を参照すると、これらの図面では同一の参照数字が、様々な図の全体を通して同じ要素を示しているが、図１は、本発明の態様に従って組み立てられた例示的なタービンノズル１０を示している。タービンノズル１０は、ガスタービンエンジンのタービン部分の一部を形成する静止部品である。タービンノズル１０が、タービンロータの上流でガスタービンエンジンに取り付けられ、ロータディスクが、翼形タービン翼の配列を保持し、ノズル及びロータが、タービンの段の１つを定めることが理解されるであろう。ノズルの主要な機能は、燃焼ガス流を下流のタービンロータ段に導くことである。
【0028】
タービンは、既知のタイプのガスタービンエンジンにおける既知の部品であり、上流の燃焼器（不図示）からの高温加圧燃焼ガスからエネルギーを抽出し、このエネルギーを機械的な仕事に変換するように機能する。その後、機械的な仕事は、圧縮機、ファン、シャフト、又は他の機械的負荷（不図示）を駆動するために使用される。本明細書に説明される原理は、ターボファンエンジン、ターボジェットエンジン、及びターボシャフトエンジン、並びに他の車両、又は静止した用途で使用されるタービンエンジンに対して同じように適用可能である。
【0029】
本明細書で使用される場合、「軸方向の」又は「長手方向の」という用語は、ガスタービンエンジンの回転軸線に平行な方向を指し、「半径方向の」という用語は、軸方向に垂直な方向を指し、「接線の」又は「円周方向の」という用語は、軸方向及び接線方向の双方に垂直な方向を指すことに留意されたい。（図１の矢印「Ａ」、矢印「Ｒ」、及び矢印「Ｔ」参照）。本明細書で使用される場合、「前方」又は「前部」という用語は、部品を通り抜けるか又は部品の周りを流れる空気流における比較的上流の場所を指し、「後方」又は「後部」という用語は、部品を通り抜けるか又は部品の周りを流れる空気流における比較的下流の場所を指す。この流れの方向は、図１の矢印「Ｆ」によって示されている。これらの方向を示す用語は、単に説明の便宜上使用されるものであり、これによって説明される構造体が特定の向きを有することを必要とするものではない。
【0030】
タービンノズル１０は、環状の内側バンド１２及び環状の外側バンド１４を含み、環状の内側バンド１２及び環状の外側バンド１４は、それぞれタービンノズル１０を通る高温ガスの流路の内側境界及び外側境界を定める。
【0031】
翼形タービンベーン（又は単に「ベーン」）１６の配列が、内側バンド１２と外側バンド１４の間に配置されている。各ベーン１６は、前縁１８と後縁２０の間に延在する、互いに反対方向を向く凹形の面及び凸形の面を有し、かつ根端２２と先端２４の間に延在する。図示された例では、タービンノズル１０は、より大きな環状構造体のセグメントであり、２つのベーン１６を含む。この構成は、一般に「ダブレット」と呼ばれている。本発明の原理は、単一のベーンを有するノズル、２つより多いベーンを有するセグメント、又は完全なノズルリング構造体に対して同じように適用可能である。
【0032】
内側バンド１２及び外側バンド１４並びにベーン１６は、低延性高温対応材料から全体が組み立てられた単体の一部である。適切な材料の一例には、既知のタイプのセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）材料がある。一般に、市販のＣＭＣ材料は、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）のようなセラミックタイプの繊維を含み、このような繊維の外形は、窒化ホウ素（ＢＮ）等の適合性材料で被覆されている。繊維は、セラミックタイプのマトリックス内に保持されている。このようなマトリックスの一形態が、ＳｉＣである。通常、ＣＭＣタイプの材料は、室温での引張延性が約１％以下であり、本明細書ではこの値は、「低延性材料」を定め、意味するために使用される。一般に、ＣＭＣタイプの材料は、室温での引張延性が約０．４％〜約０．７％の範囲にある。このことは、金属が通常、室温での引張延性が少なくとも約５％、例えば約５％〜約１５％の範囲にあることと比較される。
【0033】
ベーン１６は中空であり、図示された後縁スロット２６及びフィルム冷却孔２８等の冷却空気出口機構を包含する。このような出口機構は、従来技術において知られており、ベーン１６の内部からベーン１６の外側に空気を流すための流路を提供する。各ベーン１６の内端は、内側バンド１２によって閉ざされている。各ベーン１６の内部は開いており、外側バンド１４の翼形開口３０と連絡している。凹部３２が、それぞれの開口３０の周囲に形成されている（図３参照）。
【0034】
図６を参照すると、外側バンド１４は、外側バンド１４の前端の近傍で半径方向外側に延在する前方フランジ３４を含む。一般に軸方向に整列した一連の孔３６（図３）が、前方フランジ３４に沿って離れて配置されている。外側バンド１４はまた、外側バンド１４の後端の近傍で半径方向外側に延在する後方フランジ３８を含む。一般に軸方向に整列した一連の孔４０（図２）が、後方フランジ３８に沿って離れて配置されている。
【0035】
上端４４及び下端４６を有する金属インピンジメントバッフル４２が、各ベーン１６の内部に受け止められている（図７参照）。インピンジメントバッフル４２は、中空内部空間を画成する周壁４８を有する。端壁５０は、下端４６を閉ざす。バッフルフランジ５２（図４）は、上端４４から少し離れた所で、インピンジメントバッフル４２の周辺から横方向外側に延在する。突起即ち「バンパ」５４の配列が、周壁４８から横方向外側に延在する。複数のインピンジメント孔５６が、周壁４８を貫通して形成されている。インピンジメント孔５６の大きさ及び場所は、特定の用途に合うように変動するが、当業者ならば、冷却空気の噴流を近くの表面に排出するように、寸法が決められ、形状が決められ、かつ配置された「インピンジメント孔」と、フィルム冷却孔等の他のタイプの冷却孔の間の差異を認識するであろう。
【0036】
金属リテーナ５８が、各インピンジメントバッフル４２用に設置されている。図７及び図８に見られるように、リテーナ５８は、前端６２及び後端６４を有する本体６０を含む。本体６０は、開口３０の形状と略一致する形状を有する開リングとして形成されている。リップ即ちラベット６６が、リテーナ５８の中央開口の周りに形成されており、周溝６８が、本体６０の底面に形成され、ラベット６６の横方向外側に離隔して配置されている。後方延長部７０が、本体６０の後端６４に配置されていて、後方延長部７０の先端に、半径方向に整列した後方リテーナタブ７２を含む。後方リテーナタブ７２は、内部に形成された後方取付孔７４を有する。前方延長部７６が、本体６０の前端６２に配置されていて、前方延長部７６の先端に、離隔して配置された、半径方向に整列した一対の前方リテーナタブ７８を含む。各前方リテーナタブ７８は、２つの平行な脚部８０Ａ及び脚部８０Ｂを含み、前方取付孔８２Ａ及び前方取付孔８２Ｂのそれぞれが、内部に形成されている（図３参照）。
【0037】
図５及び図６は、組み立てられた状態でのベーン１６及びインピンジメントバッフル４２を示す。インピンジメントバッフル４２は、中空ベーン１６の内部に受け止められている。バンパ５４により、最小限の横方向の隙間が、インピンジメントバッフル４２の周壁４８とベーン１６の壁の間に、確実に存在するようになる。バッフルフランジ５２が、凹部３２に載り、インピンジメントバッフル４２がベーン１６内に挿入される半径方向の深さを限定する。リテーナ５８が、インピンジメントバッフル４２の上縁８４がラベット６６に受け止められるように、インピンジメントバッフル４２の上に配置される。これらの２つの部品（図３参照）間には、幾分かの横方向の隙間及び半径方向の隙間が存在する。
【0038】
リテーナ５８は、外側バンド１４の外側で、インピンジメントバッフル４２を覆っている。図２は、外側バンド１４の後方フランジ３８に隣接していてこの後方フランジ３８と平行な後方リテーナタブ７２を示す。頭部が拡大した後方ピン８６が、後方取付孔７４を通り、後方フランジ３８の孔４０のうち１つに入る。後方ピン８６は、例えば後方ピン８６を後方リテーナタブ７２に溶接又はろう付けすることにより、適切な位置に固定され得る。
【0039】
オプションとして、１つ以上の封止素子を、後方フランジ３８と後方リテーナタブ７２の間に取り付けてもよい。図示された例では、図６及び図７に最もよく示されているが、横方向に引き伸ばされた後方リーフシール８８が、後方フランジ３８に対して配置されており、かつＶ字状の後方ばね９０が、後方リテーナタブ７２と後方リーフシール８８の間に配置され、後方リーフシール８８を後方フランジ３８に対して偏らせている。後方リーフシール８８及び後方ばね９０は、後方ピン８６によって保持される。後方リーフシール８８は、タービンノズル１０と周囲のエンジン部品（不図示）の間の空気漏れを減少させるか、又は防止するように機能する。
【0040】
図３は、外側バンド１４の前方フランジ３４と係合する前方リテーナタブ７８のうち１つを示す。より詳細には、前方フランジ３４は、前方リテーナタブ７８の２つの脚部８０Ａ及び脚部８０Ｂの間の空間に受け止められている。頭部が拡大した前方ピン９２が、前方取付孔８２Ａ及び前方取付孔８２Ｂを通り、前方フランジ３４の孔３６のうち１つを通る。前方ピン９２は、例えば前方ピン９２を前方リテーナタブ７８に溶接又はろう付けすることにより、適切な位置に固定され得る。
【0041】
オプションとして、１つ以上の封止素子を、前方フランジ３４と前方リテーナタブ７８の間に取り付けてもよい。図示された例では、図３、図６、及び図７に最もよく示されているが、外側バンド１４は、前方フランジ３４のわずかに前方に配置されたシールリップ９４を含む。横方向に引き伸ばされた前方リーフシール９６が、シールリップ９４に対して配置されており、かつコイルタイプの前方ばね９８が、前方リテーナタブ７８と前方リーフシール９６の間に配置され、前方リーフシール９６をシールリップ９４に対して偏らせている。前方リーフシール９６及び前方ばね９８は、前方ピン９２によって保持される。前方リーフシール９６は、タービンノズル１０と周囲のエンジン部品（不図示）の間の空気漏れを減少させるか、又は防止するように機能する。
【0042】
こうして組み立てられたリテーナ５８は、ベーン１６に対して、適切な位置に固定される。別個の半径方向の間隙が、リテーナ５８とインピンジメントバッフル４２の間に存在し、図４に最もよく示されている。
【0043】
組立体の一部として、平面図においてはＣ字状である波形ばね１００が、周溝６８に配置されている（図６参照）。この波形ばね１００は、リテーナ５８とバッフルフランジ５２の間で半径方向に負荷を加える。リテーナ５８が外側バンド１４に対して固定されているため、波形ばね１００の作用により、半径方向内向きに、外側バンド１４の凹部３２に対して、バッフルフランジ５２に力が加えられる。この配置により、インピンジメントバッフル４２が適切な位置に保たれ、かつインピンジメントバッフル４２とベーン１６の間の空気漏れに対する封止部が保たれ、一方で、リテーナ５８とベーン１６の間の熱膨張差が許容される。
【0044】
上述のタービンノズルには、従来技術と比較して、いくつかの利点がある。インピンジメントバッフルは、温度変化、及び２つの材料における熱膨張係数の違いにもかかわらず、リテーナにより適切な位置に保持される。また、同じリテーナが、ばね及びリーフシールをＣＭＣ部品に保持するために利用される。これらの機構のすべてを金属リテーナに組み合わせることにより、従来の金属接合手順（即ちタック溶接）を利用することができる。
【0045】
上では、ガスタービンエンジン用のタービンノズルについて説明してきた。（添付の特許請求の範囲、要約、及び図面のいずれも含めて）本明細書に開示される機構のすべて、及び／又はこうして開示されたいかなる方法もしくは工程におけるステップのすべては、少なくともいくつかのそのような機構及び／又はステップが、互いに排他的である組み合わせを除いて、いかなる組み合わせにおいても組み合わされ得る。
【0046】
（添付の特許請求の範囲、要約、及び図面のいずれも含めて）本明細書に開示される機構のそれぞれは、明確な別段の定めがない限り、同じ目的、均等な目的、又は同様の目的に適う代替的な機構によって置き換えられ得る。したがって、明確な別段の定めがない限り、開示された機構のそれぞれは、全体的な一連の均等な機構又は同様の機構における１つの例にすぎない。
【0047】
本発明は、前述の実施形態（単数及び複数）の詳細に限定されるものではない。本発明は、（添付の特許請求の範囲、要約、及び図面のいずれも含めて）本明細書に開示される機構の、いかなる新たな発明もしくはいかなる新たな組み合わせ、又はこうして開示されたいかなる方法又は工程におけるステップの、いかなる新たな発明もしくはいかなる新たな組み合わせにも及ぶものである。
【符号の説明】
【0048】
１０ タービンノズル１２ 内側バンド
１４ 外側バンド
１６ ベーン
１８ 前縁
２０ 後縁
２２ 根端
２４ 先端
２６ 後縁スロット
２８ フィルム冷却孔
３０ 開口
３２ 凹部
３４ 前方フランジ
３６ 孔
３８ 後方フランジ
４０ 孔
４２ インピンジメントバッフル
４４ 上端
４６ 下端
４８ 周壁
５０ 端壁
５２ バッフルフランジ
５４ バンパ
５６ インピンジメント孔
５８ リテーナ
６０ 本体
６２ 前端
６４ 後端
６６ ラベット
６８ 周溝
７０ 後方延長部
７２ 後方リテーナタブ
７４ 後方取付孔
７６ 前方延長部
７８ 前方リテーナタブ
８０Ａ 脚部
８０Ｂ 脚部
８２Ａ 前方取付孔
８２Ｂ 前方取付孔
８４ 上縁
８６ 後方ピン
８８ 後方リーフシール
９０ 後方ばね
９２ 前方ピン
９４ シールリップ
９６ 前方リーフシール
９８ 前方ばね
１００ 波形ばね