特許 6604600 カバープレートを備えるターボ機械の構成要素

(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】6604600

(24)【登録日】2019年10月25日

(45)【発行日】2019年11月13日

(54)【発明の名称】カバープレートを備えるターボ機械の構成要素

(51)【国際特許分類】

   F01D 9/02 20060101AFI20191031BHJP

【ＦＩ】

   F01D9/02 104

【請求項の数】12

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-280447(P2012-280447)

(22)【出願日】2012年12月25日

(65)【公開番号】特開2013-142390(P2013-142390A)

(43)【公開日】2013年7月22日

【審査請求日】2015年12月11日

【審判番号】不服2018-2920(P2018-2920/J1)

【審判請求日】2018年3月1日

(31)【優先権主張番号】13/345,959

(32)【優先日】2012年1月9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】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(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】アーロン・グレゴリー・ウィン

(72)【発明者】

【氏名】マイケル・ゴードン・シャーマン

(72)【発明者】

【氏名】ニランジャン・ゴクルダス・パイ

【合議体】

【審判長】 水野 治彦

【審判官】 渋谷 善弘

【審判官】 齊藤 公志郎

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１７１８１２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−２０１９０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２１５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２１４３２９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

F01D5/18,9/02

F02C7/18

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ターボ機械のノズルであって、
第２の端部まで延びる第１の端部と翼形部とを有するノズル本体であって、前記第２の端部が翼形部よりも径方向の外側に配置され、前記第２の端部が、取り付け要素および取り付け構成要素を備え、前記取り付け構成要素が、前記ノズル本体の周方向に延びる第１の角度を付けた表面区域を規定し、前記取り付け要素が前記表面区域に設けられる、ノズル本体と、
前記ノズル本体の径方向の外側に配置され、前記第２の端部に配置されて界面領域を確立するカバープレートであって、前記カバープレートは、前記取り付け要素と整列するように構成される取り付け部材および前記取り付け構成要素と整列するように構成される取り付け部を備え、前記取り付け部が、前記第１の角度に対応する第２の角度を付けた表面部を規定する、カバープレートと、
前記取り付け要素および前記取り付け部材に挿入され、前記界面領域が金属結合を欠いている状態で前記カバープレートを前記ノズル本体に少なくとも２つの軸に沿って拘束するように構成され、前記第２の端部に配置されるファスナ部材と、
を備える、ターボ機械のノズル。

【請求項2】

前記取り付け構成要素は、前記取り付け部と相互に作用して、前記カバープレートを前記ノズル本体に第３の軸に沿って拘束する、請求項１に記載のターボ機械のノズル。

【請求項3】

前記取り付け要素は、第１の開口を備え、
前記取り付け部材は、第２の開口を備え、
前記第２の開口は、前記第１の開口と整列するように構成され配置される、
請求項１または２に記載のターボ機械のノズル。

【請求項4】

前記取り付け要素は、第１の取り付け要素および第２の取り付け要素を備え、
前記取り付け部材は、第１の取り付け部材および第２の取り付け部材を備え、
前記第１および第２の取り付け部材は、前記第１および第２の取り付け要素の対応する取り付け要素と整列するように構成され配置される、請求項１から３のいずれかに記載のターボ機械のノズル。

【請求項5】

前記第１および第２の取り付け要素のそれぞれが、対応する第１および第２の開口を備え、
前記第１および第２の取り付け部材のそれぞれが、対応する第３および第４の開口を備え、
前記第３および第４の開口は、前記第１および第２の開口と整列して対応する第１および第２のファスナ経路を形成するように構成され配置される、
請求項４に記載のターボ機械のノズル。

【請求項6】

前記ファスナ部材は、
第１の公差で前記第１のファスナ経路を通って延びるように構成され配置される第１のファスナと、
第２の公差で前記第２のファスナ経路を通って延びるように構成され配置される第２のファスナと、
を備える、請求項５に記載のターボ機械のノズル。

【請求項7】

前記第１の公差は、前記第２の公差と異なる、請求項６に記載のターボ機械のノズル。

【請求項8】

前記取り付け構成要素は、前記ノズル本体の表面区域を備え、
前記取り付け部は、前記カバープレートの表面部を備える、
請求項１乃至７のいずれかに記載のターボ機械のノズル。

【請求項9】

ターボ機械のノズルの径方向の外側に配置されたカバープレートを、溶接せずにターボ機械の前記ノズルに結合する方法であって、
翼形部と該翼形部よりも径方向の外側に配置される端部とを備える前記ノズルの前記端部に前記カバープレートを位置付けるステップと、
前記ノズル上の端部に設けられる取り付け要素中に形成される開口を、前記カバープレート上に設けられる取り付け部材上に形成される開口に整列させて、前記翼形部よりも径方向の外側にファスナ経路を確立するステップと、
前記ノズルの周方向に延びる第１の角度を付けた表面区域を規定する取り付け構成要素を、前記カバープレートの取り付け部と入れ子状にするステップであって、前記取り付け要素が前記表面区域に設けられ、前記取り付け部が、前記カバープレート上の前記第１の角度に実質的に対応する第２の角度を付けた表面部を規定する傾斜した表面部を有し、第３の軸に沿って前記カバープレートを前記ターボ機械のノズルに拘束する、前記ステップと、
前記ファスナ経路中にファスナを挿入して、前記カバープレートを前記ターボ機械のノズル上に少なくとも２つの軸に沿って拘束するステップと、
を含む、方法。

【請求項10】

取り付け要素中に形成される前記開口を取り付け部材上に形成される前記開口に整列させるステップは、
第１の取り付け要素上に形成される第１の開口を第１の取り付け部材上に形成される第１の開口に整列させて、第１のファスナ経路を確立するステップと、
第２の取り付け要素上に形成される第２の開口を第２の取り付け部材上に形成される第２の開口と整列させて、第２のファスナ経路を確立するステップと、
を含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記ファスナ経路中に前記ファスナを挿入するステップは、
前記第１のファスナ経路中に第１のファスナを挿入し、前記第２のファスナ経路中に第のファスナを挿入するステップと、
前記第１のファスナ経路中に前記第１のファスナを第１の力によって挿入し、前記第２のファスナ経路中に前記第２のファスナを、前記第１の力と異なる第２の力によって挿入するステップと、
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

ターボ機械システムであって、
コンプレッサ部と、
前記コンプレッサ部に機械的に結合されるタービン部と、
前記コンプレッサ部および前記タービン部に流体的に接続される燃焼器アセンブリと、
前記コンプレッサ部、前記タービン部および前記燃焼器アセンブリの１つに動作可能に関連付けられた請求項１から８のいずれかに記載のターボ機械のノズルと、
を備える、ターボ機械システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示する主題は、ターボ機械の技術に関し、より具体的には、ターボ機械の構成要素のためのカバープレートに関する。

【背景技術】

【0002】

多くのターボ機械は、共通のコンプレッサ／タービンのシャフトまたはロータを介してタービン部に結合されるコンプレッサ部および燃焼器アセンブリを備える。コンプレッサ部によって、圧縮空気流が、いくつかの連続ステージを通じて燃焼器アセンブリに向けて導かれる。燃焼器アセンブリでは、圧縮空気流は、燃料と混ざり合って可燃性混合物を形成する。可燃性混合物は、燃焼器アセンブリ中で燃焼して高温気体を形成する。高温気体は、タービン部に尾筒を通じて導かれる。高温気体は、タービン部を通って膨張して仕事を生成し、それは、たとえば、発電機やポンプを駆動する、または航空機にエネルギーを供給するために出力される。燃焼用の圧縮空気を供給することに加えて、圧縮空気流の一部分を、冷却する目的で、タービン部を通過させる。

【0003】

冷却する目的のための圧縮空気流の一部分は、多くの場合、構成要素を通って流れ、それは、高温気体に晒される。したがって、多くのターボ機械の構成要素は、冷却空気流のために導管となる内部通路を備える。一般に、構成要素は、様々な超合金材料の内部流路を備えて形成され、次いで、カバープレート、バッフル、または特定の方法で冷却空気流を妨げる、またはある方向に向ける、いずれかのようなものなどの追加の構造が設けられる。追加の構造は、通常、構成要素に溶接される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１１／００４４８０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

カバープレートを備える改良されたターボ機械の構成要素を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

例示する実施形態の１つの態様によれば、ターボ機械の構成要素は、第２の端部に延びる第１の端部を有する本体を備える。第１および第２の端部の一方が、取り付け要素および取り付け構成要素を備える。カバープレートが、第１および第２の端部の一方に配置されて界面領域を確立する。カバープレートは、取り付け要素と整列するように構成される取り付け部材と、取り付け要素と整列するように構成される取り付け部とを備える。ファスナ部材が、取り付け要素および取り付け部材と協力して、界面領域が金属結合を欠いている状態でカバープレートを本体に少なくとも２つの軸に沿って拘束するように構成され配置される。

【0007】

例示する実施形態の別の態様によれば、溶接せずにカバープレートをターボ機械の構成要素に結合する方法は、カバープレートをターボ機械の構成要素上に位置付けるステップと、ターボ機械の構成要素上に設けられる取り付け要素中に形成される開口を、カバープレート上に設けられる取り付け部材上に形成される開口に位置合わせして、ファスナ経路を確立するステップと、ファスナ経路中にファスナを挿入して、カバープレートをターボ機械の構成要素に少なくとも２つの軸に沿って拘束するステップとを含む。

【0008】

例示する実施形態のまた別の態様によれば、ターボ機械システムは、コンプレッサ部と、コンプレッサ部に機械的に結合されるタービン部と、コンプレッサ部およびタービン部に流体的に接続される燃焼器アセンブリと、コンプレッサ部、タービン部および燃焼器アセンブリの１つに動作可能に関連付けられるターボ機械の構成要素とを備える。ターボ機械の構成要素は、第２の端部に延びる第１の端部を有する本体を備える。第１および第２の端部の一方が、取り付け要素と、取り付け構成要素とを備える。カバープレートが、第１および第２の端部の一方に配置されて界面領域を確立する。カバープレートは、取り付け要素と整列するように構成される取り付け部材と、取り付け要素と整列するように構成される取り付け部とを備える。ファスナ部材が、取り付け要素および取り付け部材と協力して、界面領域が金属結合を欠いている状態でカバープレートを本体に少なくとも２つの軸に沿って拘束するように構成され配置される。

【0009】

これらおよび他の利点および特徴は、図面とともに行う次の記述からより明らかになる。

【0010】

主題は、本発明と見なされ、本明細書の結びにおいて特許請求の範囲中で具体的に指摘され、はっきりと請求される。本発明の前述および他の特徴ならびに利点は、添付図面とともに行う次の詳細な記述から明らかである。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】例示する実施形態によるカバープレートを有するターボ機械の構成要素を備えるターボ機械の概略図である。

【図2】図１のターボ機械のタービン部の部分断面図である。

【図3】例示する実施形態によるカバープレートを有するターボ機械の構成要素の部分透視図である。

【図4】図３のターボ機械の構成要素およびカバープレートの部分平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

詳細な記述は、図面を参照して例として、本発明の実施形態を利点および特徴とともに説明する。

【0013】

図１および２を参照すると、例示する実施形態によって構築されるターボ機械が、おおまかに２で示される。ターボ機械２は、タービン部６に動作可能に接続されるコンプレッサ部４を備える。燃焼器アセンブリ８が、コンプレッサ部４およびタービン部６に流体的に接続される。燃焼器アセンブリ８は、周辺に隔置される複数の燃焼器から形成され、その中の１つが１０で示される。もちろん、燃焼器アセンブリ８が燃焼器の他の構成を備えることができるはずであることを理解すべきである。また、コンプレッサ部４は、共通のコンプレッサ／タービンのシャフト１２を介してタービン部６に結合される。燃焼器アセンブリ８は、燃焼生成物を、尾筒１６を通じてタービン部６中の気体経路１８に送る。燃焼生成物は、タービン部６を通じて膨張し、たとえば、発電機、ポンプ、航空機などにエネルギーを供給する。

【0014】

示す例示する実施形態では、タービン部６は、タービンハウジング１９を備え、その中には、第１、第２、第３および第４のステージ２０〜２３が配置され、それらは、気体経路１８に沿って延在する。もちろん、タービン部６中のステージの数を変更することができるはずであることを理解すべきである。第１のステージ２０は、複数の第１ステージの固定子またはノズルを備え、その中の１つを、環状配列で配置された状態で、３０で示し、さらに複数の第１ステージのバケットまたはブレードを備え、その中の１つを、第１ステージの回転子ホイール３４に取り付けられた状態で、３２で示す。第２のステージ２１は、複数の第２ステージの固定子またはノズルを備え、その中の１つを、環状配列で配置された状態で、３７で示し、さらに複数の第２ステージのバケットまたはブレードを備え、その中の１つを、第２ステージの回転子ホイール４１に取り付けられた状態で、３９で示す。第３のステージ２２は、複数の第３ステージの固定子またはノズルを備え、その中の１つを、環状配列で配置された状態で、４４で示し、さらに複数の第３ステージのバケットまたはブレードを備え、その中の１つを、第３ステージの回転子ホイール４８に取り付けられた状態で、４６で示す。第４のステージ２３は、複数の第４ステージの固定子またはノズルを備え、その中の１つを、環状配列で配置された状態で、５１で示し、さらに複数の第４ステージのバケットまたはブレードを備え、その中の１つを、第４ステージの回転子ホイール５５に取り付けられた状態で、５３で示す。また、ターボ機械２は、第１、第２、第３および第４のステージ２０〜２３の隣接するステージ間に配置される複数のステージ間シール部材６０、６２および６４を備えて示されている。図３および４でもっともよく示されているように、固定子３７は、第２の端部８４に延びる第１の端部８３（図２）を有する本体８０を備える。第２の端部８４は、第１の側面８５および対向する第２の側面８６を備え、それらは、第１および第２の対向する縁部８７および８８によって結合される。また、第２の端部８４は、第１の側面８５に配置される第１および第２の取り付け要素８９および９０を備えて示されている。各取り付け要素８９、９０は、対応する第１および第２の開口９１および９２を備える。さらに、第２の端部８４は、第１および第２の取り付け構成要素９３および９４を備えて示されている。取り付け構成要素９３および９４は、第１および第２のある角度に角度を付けた表面区域９５および９６を構成する。

【0015】

例示する実施形態によれば、固定子３７は、カバープレート１１０を備え、それは、第２の端部８４に固定されて界面領域（単独に表示せず）を画定する。カバープレート１１０は、固定子３７中に形成されるタービンハウジング１９またはカバー冷却経路（図示せず）に対する界面として働くことができる。カバープレート１１０は、第１および第２の対向する縁部区域１２１および１２２によって結合される第１および第２の対向する端部区域１１９および１２０を有する本体１１７を備える。カバープレート１１０は、第１および第２の取り付け部材１３０および１３１を備え、それらは、第１の縁部区域１１９中に形成される第１および第２の開口１３２および１３３の形態を取る。取り付け部材１３０および１３１に加えて、カバープレート１１０は、第１および第２の取り付け部１３４および１３５を備える。取り付け部１３４および１３５は、第１および第２の端部区域１１９および１２０にそれぞれ設けられる、第１および第２の角度を付けた表面部１３６および１３７を構成する。角度を付けた表面部１３６および１３７は、以下でさらに完全に議論するように、角度を付けた表面区域９５および９６と入れ子状になるように構成される。

【0016】

さらに例示する実施形態によれば、カバープレート１１０は、固定子３７の第２の端部８４に３つの軸に沿って拘束される。より具体的には、取り付け部１３４および１３５が、取り付け構成要素９３および９４と入れ子状になり、取り付け部材１３０および１３１が、取り付け要素８９および９０と合うように、カバープレート１１０は、第２の端部８４上に位置付けられる。第１の縁部区域１１９中に形成される第１および第２の開口１３２および１３３が、取り付け要素８９および９０の第１および第２の開口９１および９２と整列して、対応する第１および第２のファスナ経路（単独に表示せず）を形成したとき、取り付け部材１３０および１３１は、取り付け要素８９および９０と合うと見なされる。

【0017】

この点で、第１および第２のファスナ１４０および１４１を、第１および第２のファスナ経路中に挿入する。ファスナ１４０および１４１の一方が、第１の公差で第１および第２のファスナ経路の一方中を通るように形成され、ファスナ１４０および１４１の他方が、第１の公差と異なる第２の公差で第１および第２のファスナ経路の他方中を通るように形成される。たとえば、第１のファスナ１４０は、第１のファスナ経路中へのはめ合いを、第２のファスナ１４１の第２のファスナ経路中へのはめ合いよりわずかに緩くすることができる。公差の差によって、ノズル３７およびカバープレート１１０の熱膨張率の違い、さらにその上第１および第２のファスナ経路を形成する上での重要でない調整不良に繋がる恐れがある製造公差を考慮に入れている。
第１のファスナ経路中に前記第１のファスナを第１の力によって挿入し、第２のファスナ経路中に前記第２のファスナを、第１の力と異なる第２の力によって挿入してもよい。

【0018】

この点で、例示する実施形態によるカバープレートが、固定子の第２の端部に３つの異なる軸に沿って拘束されることを理解すべきである。すなわち、ファスナがカバープレートを固定子に２つの軸に沿って拘束し、嵌合する角度を付けた表面によって、保持力が第３の軸に沿ってもたらされる。このように、本発明は、溶接する必要がなくターボ機械の構成要素を結合するシステムを記述する。溶接せずに結合するステップは、組み立ておよび分解の作業を向上させ、それによって製造およびアフターサービスを容易にすることが可能になる。また、溶接しないことによって、異種の金属、超合金などの溶接に付随するコストおよび厄介な問題が軽減される。固定子に取り付けられた状態で示されているが、カバープレートおよび取り付けの方法は、気体経路に沿って、またはターボ機械のホイールスペース中に配置される様々な他のターボ機械の構成要素に関して用いることができることをさらに理解すべきである。

【0019】

本発明は、限定された数の実施形態に関して詳細に述べてきたが、本発明は、そのような開示した実施形態に限定されないことが容易に理解されよう。それどころか、本発明は、変更して、これまで述べていない、任意の数の変形、修正、置換または同等の構成を含むことができ、ただし、それらは、本発明の趣旨および範囲にふさわしい。さらに、本発明の様々な実施形態を述べてきたが、本発明の態様は、述べた実施形態のいくらかだけを含んでいることがあることを理解すべきである。したがって、本発明は、前述の記述によって限定されると見なすべきでなく、ただし、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

【符号の説明】

【0020】

２ ターボ機械
４ コンプレッサ部
６ タービン部
８ 燃焼器アセンブリ
１０ 周辺に隔置される燃焼器
１２ 共通のコンプレッサ／タービンのシャフト
１６ 尾筒
１８ 気体経路
１９ タービンハウジング
２０ 第１のステージ
２１ 第２のステージ
２２ 第３のステージ
２３ 第４のステージ
３０ 第１ステージの固定子またはノズル
３２ 第１ステージのバケットまたはブレード
３４ 第１ステージの回転子ホイール
３７ 第２ステージの固定子またはノズル
３９ 第２ステージのバケットまたはブレード
４１ 第２ステージの回転子ホイール
４４ 第３ステージの固定子またはノズル
４６ 第３ステージのバケットまたはブレード
４８ 第３ステージの回転子ホイール
５１ 第４ステージの固定子またはノズル
５３ 第４ステージのバケットまたはブレード
５５ 第４ステージの回転子ホイール
６０ ステージ間シール部材
６２ ステージ間シール部材
６４ ステージ間シール部材
８０ 本体
８３ 第１の端部
８４ 第２の端部
８５ 第１の側面
８６ 第２の側面
８７ 第１の対向する縁部
８８ 第２の対向する縁部
８９ 第１の取り付け要素
９０ 第２の取り付け要素
９１ 第１の開口
９２ 第２の開口
９３ 第１の取り付け構成要素
９４ 第２の取り付け構成要素
９５ 第１の角度を付けた表面区域
９６ 第２の角度を付けた表面区域
１１０ カバープレート
１１７ 本体
１１９ 第１の対向する端部区域
１２０ 第２の対向する端部区域
１２１ 第１の対向する縁部区域
１２２ 第２の対向する縁部区域
１３０ 第１の取り付け部材
１３１ 第２の取り付け部材
１３２ 第１の開口
１３３ 第２の開口
１３４ 第１の取り付け部
１３５ 第２の取り付け部
１３６ 第１の角度を付けた表面部
１３７ 第２の角度を付けた表面部
１４０ 第１のファスナ
１４１ 第２のファスナ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】