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特許7282256ガスタービン・エンジン内の２つの部品を結合するための高温用フランジ接合体、排気ディフューザ及び方法
(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】
(24)【登録日】2023-05-18
(45)【発行日】2023-05-26
(54)【発明の名称】ガスタービン・エンジン内の２つの部品を結合するための高温用フランジ接合体、排気ディフューザ及び方法
(51)【国際特許分類】
F01D 25/24 20060101AFI20230519BHJP
F01D 25/30 20060101ALI20230519BHJP
【ＦＩ】
F01D25/24 D
F01D25/24 J
F01D25/30 B
F01D25/24 T
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2022505633
(86)(22)【出願日】2020-06-05
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-09-30
(86)【国際出願番号】 US2020036226
(87)【国際公開番号】W WO2021021287
(87)【国際公開日】2021-02-04
【審査請求日】2022-03-31
(31)【優先権主張番号】62/880,308
(32)【優先日】2019-07-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】521001582
【氏名又は名称】シーメンス エナジー グローバル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト
【氏名又は名称原語表記】ＳＩＥＭＥＮＳ ＥＮＥＲＧＹ ＧＬＯＢＡＬ ＧＭＢＨ ＆ ＣＯ． ＫＧ
(74)【代理人】
【識別番号】110003317
【氏名又は名称】弁理士法人山口・竹本知的財産事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100075166
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 巖
(74)【代理人】
【識別番号】100133167
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100169627
【弁理士】
【氏名又は名称】竹本 美奈
(72)【発明者】
【氏名】ファラボウ，サード，ジョン ウィリアム
(72)【発明者】
【氏名】カーティン，ウィリアム ジェイ．
【審査官】藤原 弘
(56)【参考文献】
【文献】欧州特許出願公開第０２０２５８８２（ＥＰ，Ａ１）
【文献】特開平０６－０１０６１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１４３８１０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】欧州特許出願公開第０１７９５７０２（ＥＰ，Ａ２）
【文献】特表２０１８－５２７５２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２０２３１８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１０８００９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】独国特許出願公開第１０２０１６００６３５７（ＤＥ，Ａ１）
【文献】欧州特許第００１３１５５６（ＥＰ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０１Ｄ ２５／２４
Ｆ０１Ｄ ２５／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガスタービン・エンジン（１）中で第１の構成要素（３２ａ）と第２の構成要素（３２ｂ）とを結合するための高温用フランジ接合体（３０）であって、前記第２の構成要素（３２ｂ）に形成された第２のフランジ（３４ｂ）と当接する前記第１の構成要素（３２ａ）に形成された第１のフランジ（３４ａ）と、
前記第１のフランジ（３４ａ）と前記第２のフランジ（３４ａ）との中で互いに整列された一対のボルト穴（３８ａ、３８ｂ）をそれぞれ通るように形成された、複数の隣接して配置されたボルト接続部（４０）と、を含み、前記ボルト接続部（４０）は、それぞれ、
前記第１のフランジ（３４ａ）を支持する第１のスペーサ・プレート（４２ａ）と、前記第２のフランジ（３４ｂ）を支持する第２のスペーサ・プレート（４２ｂ）と、
前記第１のスペーサ・プレート（４２ａ）と前記第２のスペーサ・プレート（４２ｂ）とをそれぞれ支持する第１のロック・ワッシャ（４４ａ）と第２のロック・ワッシャ（４４ｂ）と、
前記第１及び第２のフランジ（３４ａ、３４ｂ）、前記第１及び第２のスペーサ・プレート（４２ａ、４２ｂ）、並びに前記第１及び第２のロック・ワッシャ（４４ａ、４４ｂ）を通るように挿入されるボルト（４６）と、を有し、
前記第１及び第２のスペーサ・プレート（４２ａ、４２ｂ）は、それぞれ厚さ（ｔａ、ｔｂ）を有し、大きさが定められていて、前記フランジ（３４ａ、３４ｂ）のそれぞれと当接する支持面を向上させ、これによって、前記ガスタービン・エンジン（１）の動作中、ボルト予圧が維持されるようにし、
各前記スペーサ・プレート（４２ａ、４２ｂ）は、第１の縁部（６２）から第２の縁部（６４）まで、各前記フランジ（３４ａ、３４ｂ）に沿って長さ方向に延出し、前記第１の縁部（６２）と前記第２の縁部（６４）とは傾斜して、反対側で隣接する前記スペーサ・プレート（４２ａ、４２ｂ）の前記傾斜した縁部（６４、６２）と当接するように構成されている、
高温用フランジ接合体（３０）。
【請求項2】
前記フランジ（３４ａ、３４ｂ）は、前記スペーサ・プレート（４２ａ、４２ｂ）の材料と比較して、降伏強度がより低い材料を用いて形成される、請求項１に記載の高温用フランジ接合体（３０）。
【請求項3】
前記フランジ（３４ａ、３４ｂ）は、長さ方向に沿って波形状の輪郭を有し、前記波形状の輪郭は、第１の高さ（ｈ１）を有する第１の部分（５２）と、第２の高さ（ｈ２）を有する第２の部分（５４）とを区別して含み、前記第１の高さ（ｈ１）は前記第２の高さ（ｈ２）よりも高く、前記ボルト（４６）は、前記波形状の輪郭の前記第１の部分（５２）に配置される、請求項１又は２に記載の高温用フランジ接合体（３０）。
【請求項4】
前記スペーサ・プレート（４２ａ、４２ｂ）の支持面（５６ａ、５６ｂ）が、前記スペーサ・プレート（４２ａ、４２ｂ）の長さ（Ｌ）に沿って、前記フランジ（３４ａ、３４ｂ）のそれぞれの支持面（５８ａ、５８ｂ）を実質的に覆うように、各前記スペーサ・プレート（４２ａ、４２ｂ）の大きさが定められる、請求項１から３のうちいずれか１項に記載の高温用フランジ接合体（３０）。
【請求項5】
各前記スペーサ・プレート（４２ａ、４２ｂ）は、複数の隣接するボルト（４６）を貫通させて、又は単一のボルトを貫通させて、収容するように大きさが定められる、請求項１から４のうちいずれか１項に記載の高温用フランジ接合体（３０）。
【請求項6】
各前記スペーサ・プレート（４２ａ、４２ｂ）の前記第１の縁部（６２）と前記第２の縁部（６４）とは、反対方向に傾斜している、請求項１から５のうちいずれか１項に記載の高温用フランジ接合体（３０）。
【請求項7】
各前記スペーサ・プレート（４２ａ、４２ｂ）は、第１の縁部（６２）から第２の縁部（６４）まで、各前記フランジ（３４ａ、３４ｂ）に沿って長さ方向に延出し、前記第１の縁部（６２）は溝状の形状を画定するとともに前記第２の縁部（６４）は舌状の形状を画定し、前記第１の縁部（６２）と前記第２の縁部（６４）とは、反対側で隣接する前記スペーサ・プレート（４２ａ、４２ｂ）の前記舌状の形状と溝状の形状の縁部（６４、６２）と当接するように構成されている、請求項１から５のうちいずれか１項に記載の高温用フランジ接合体（３０）。
【請求項8】
各前記スペーサ・プレート（４２ａ、４２ｂ）には、各前記フランジ（３４ａ、３４ｂ）の上面（６０）と当接する複数の回転防止タブ（７２、７４）が設けられている、請求項１から７のうちいずれか１項に記載の高温用フランジ接合体（３０）。
【請求項9】
前記第１の構成要素（１２ａ、１４ａ）と前記第２の構成要素（１２ｂ、１４ｂ）とは、軸方向に結合され、環状の排気流路の境界を画定し、前記第１のフランジと前記第２のフランジとは、環状の形状を有し、前記ボルト接続部（４０）は、円周方向に沿って隣接して配置される、請求項１から８のうちいずれか１項に記載の高温用フランジ接合体（３０）。
【請求項10】
前記第１の構成要素（２２ａ）と前記第２の構成要素（２２ｂ）とは、接線方向に結合され、前記第１のフランジと前記第２のフランジとは、軸方向で、長さ方向に延出し、前記ボルト接続部（４０）は、前記軸方向に沿って隣接して配置される、請求項１から８のうちいずれか１項に記載の高温用フランジ接合体（３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、概して、ガスタービン・エンジンの分野に関し、特に、ガスタービン・エンジンのケースでの隣接する部品間の高温用フランジ接合体の接続に関する。
【背景技術】
【0002】
ガスタービン・エンジン内でのボルト締めによるフランジ接合体は、通常、非常に高い定常状態の温度と高い熱勾配とに曝されている。その接合体（継手又はジョイント）を整合した状態で保つためには、遷移状態の動作と定常状態の動作とを通じて、ボルトをクランプする（締め付ける）負荷を維持することが求められ得る。遷移状態の動作中、フランジは、ボルトよりも早く加熱されたり、冷却される傾向があるが、そのため、ボルトの予圧（予荷重）を増大させたり、減少させることがある。ボルトの予圧が増加すると、例えば、エンジン始動時に、フランジが塑性変形されることが起こり得る。また、定常温度が高いため、フランジ部にクリープが生じることが起こり得る。エンジン始動時と定常状態とからの塑性変形は、ボルトの全体的な予圧を減少させ得るが、エンジン停止後にボルト予圧が残存しなくなる程度まで予圧を減少させることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
要約すると、本開示内容の態様は、フランジの変形を最小限に抑えながら、高温の定常状態とエンジン動作時の遷移状態とでボルト予圧を維持することができるガスタービン・エンジン内の高温用フランジ接合体に関する。
【課題を解決するための手段】
【0004】
第１の態様では、ガスタービン・エンジン内の第１の構成要素（部品）を第２の構成要素（部品）と結合するために、高温用フランジ接合体を提供する。フランジ接合体は、第１の構成要素に形成された第１のフランジと、これと当接する、第２の構成要素に形成された第２のフランジとを備える。さらに、フランジ接合体は、複数の、隣接して配置されたボルト接続部を含む。第１のフランジと第２のフランジとの互いに整列したボルト穴を通るように、各ボルト接続部が形成される。各ボルト接続部は、第１のフランジを支持する第１のスペーサ・プレート（スペーサ板）と、第２のフランジを支持する第２のスペーサ・プレートとを備える。さらに、各ボルト接続部は、第１のスペーサ・プレートと第２のスペーサ・プレートとをそれぞれ支持する第１のロック・ワッシャ（係止用座金）と第２のロック・ワッシャとを備える。さらに、各ボルト接続部は、第１及び第２のフランジ、第１及び第２のスペーサ・プレート、並びに第１及び第２のロック・ワッシャを通って挿入されるボルトを含む。ボルトは、第１のフランジと第２のフランジとをクランプするために予圧される（予荷重を有する）。各スペーサ・プレートは、厚さを有し、大きさが定められ、この結果、各フランジと当接する支持面（耐力面）を向上させる。このため、ガスタービン・エンジンの動作中、ボルト予圧を維持することを可能にする。
【0005】
第２の態様では、ガスタービン・エンジン内の第１の構成要素を第２の構成要素と結合するための方法を提供する。本方法には、複数の、隣接して配置されたボルト接続部を形成することが含まれる。各ボルト接続部は、第１構成要素の第１フランジと第２構成要素の第２フランジとでそれぞれ整列された一対のボルト穴を通るように形成される。各ボルト接続部を形成することは、第１のフランジを支持する第１のスペーサ・プレートを配置することと、第２のフランジを支持する第２のスペーサ・プレートを配置することとを含む。さらに、各ボルト接続部を形成することは、第１のスペーサ・プレートと第２のスペーサ・プレートとをそれぞれ支持する第１のロック・ワッシャと第２のロック・ワッシャとを配置することを含む。さらに、各ボルト接続部を形成することは、第１及び第２のフランジ、第１及び第２のスペーサ・プレート、並びに第１及び第２のロック・ワッシャを通るようにボルトを挿入することを含む。さらに、各ボルト接続部を形成することは、第１のフランジと第２のフランジとをクランプするためにボルトを予圧することを含む。各スペーサ・プレートは、厚さを有し、大きさが定められ、この結果、各フランジと当接する支持面を向上させる。このため、ガスタービン・エンジンの動作中、ボルト予圧を維持することを可能にする。
【0006】
以下、本発明について、図面を参照して、より詳細に説明する。図面には好適な構成が例示されているが、本発明の範囲を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下の実施形態の詳細な説明では、添付の図面を参照する。図面は、本内容の一部を形成するが、限定的なものではなく、本発明に係る特定の実施形態を例示するに過ぎない。他の実施形態を用いることは可能であって、本発明の技術思想及び範囲から逸脱することなく、本発明に変更を加えることは可能なことを理解されたい。
【0009】
図１を参照すると、概して、圧縮部（コンプレッサ部）２と、燃焼部４と、タービン部８と、を含むガスタービン・エンジン１が例示されている。動作中、圧縮部２は、周囲空気３を受入れて、圧縮する。圧縮部２から出る圧縮空気は、燃焼部４内の１つ又は複数の燃焼器（コンバスタ）内に入る。圧縮空気は燃料５と混合されて、その燃料混合気は燃焼器内で燃焼されて、熱間（高熱下の）作動媒体流体６を生じさせる。その熱間作動媒体流体６はタービン部８に送られ、そこで静止タービン・ベーンと回転タービン・ブレード（タービン翼）とからなる交互列を通ることで膨張されて、動力を生じさせるために用いられるが、例えば、その動力はロータ７を駆動する。膨張した作動媒体流体９は、タービン・ブレードの最終列の下流側の場所で、タービン部８の排気ディフューザ１０を介してエンジン１から排出される。
【0010】
本開示内容の態様は、ガスタービン・エンジン（タービン・エンジン）１内の様々な場所にて、高温用フランジ接合体（フランジ継手）を形成するために用いることができる。特に、本開示内容の実施形態は、排気ディフューザ１０の内部に適用される。図２は、排気ディフューザ１０の一部について例示している。図示した実施形態では、排気ディフューザ１０は、軸（長手方向軸）１１と、タービン・ブレードの最終段（図示せず）の下流側に配置される排気シリンダ１２と、排気シリンダ１２に対して下流側で、かつ軸方向（長手軸方向）に連結さる排気マニホールド１４と、を備える。排気シリンダ１２と排気マニホールド１４とは、それぞれ、各環状の内径（ＩＤ：inner diameter）壁１２ａ、１４ａと、各環状の外径（ＯＤ：outer diameter）壁１２ｂ、１４ｂとを備える。ＩＤ壁１２ａ、１４ａとＯＤ壁１２ｂ、１４ｂとは、それぞれ、環状タービン排気流路のＩＤ境界とＯＤ境界とを形成する。排気シリンダ１２の排気流路内には、円周方向に、複数の荷重支持用ストラット(支柱)１６が配置されており、それらは、ＩＤ壁１２ａとＯＤ壁１２ｂとを通って延在している。また、排気マニホールド１４の排気流路内に、円周方向に、複数の荷重支持用ストラット１８が配置させて、ＩＤ壁１４ａとＯＤ壁１４ｂとを通って延在させてもよい。
【0011】
排気シリンダ１２と排気マニホールド１４とは、１つ又は複数の環状のフランジ接合体によって連結することができる。例えば、第１の環状のフランジ接合体３０ａは、排気シリンダ１２のＩＤ壁１２ａと排気マニホールド１４のＯＤ壁１４ａとの間に形成することができる。また、第２のフランジ接合体３０ｂは、排気シリンダ１２のＯＤ壁１２ｂと排気マニホールド１４のＯＤ壁１４ｂとの間に形成することができる。本開示内容の態様は、環状のフランジ接合体３０ａ及び３０ｂのいずれか又は双方に適用することができる。また、本開示内容の態様は、線形のフランジ接合体に適用することも可能であり、例えば、軸方向耐力パネル２２の隣接する区間（セグメント）２２ａ、２２ｂを接線方向に結合するための接合体３０ｃに適用してもよい。排気ディフューザ内の接合体は、約７００℃－８００℃の局所的な温度に曝される可能性があるが、その範囲に限定されないものとする。
【0012】
フランジ接合体は、複数のボルト接続部を含み、それらは、結合対象の構成要素（部品）に形成された当接フランジを通る。ここで、接合体３０ａ、３０ｂ等の環状のフランジ接合体の場合、ボルト接続部は、円周方向に沿って隣接して配置される。また、接合体３０ｃ等の線形のフランジ接合体の場合、フランジは、エンジン１の軸方向に沿って、長さ方向に延出する。その際、ボルト接続部は、軸方向に沿って、まっすぐに隣接して配置される。
【0013】
本明細書の「背景技術」の欄で記載したように、ガスタービン・エンジン中の高温用フランジ接合体に関する問題に鑑みて、ワッシャ面下方の接触圧力を減らす仕方として、より大きな外径を有するオーバーサイズのワッシャを使用することがあり得る。しかしながら、この場合、オーバーサイズのワッシャは、典型的に、オーバーサイズのワッシャを収容させるため、それに応じて、ボルトのピッチ円直径の拡大化が求められることになる。このため、フランジの高さの増大化が求められるが、この結果、フランジ疲労寿命に悪影響が及ぼされる虞がある。なぜなら、排気ディフューザ内等の高温環境下では、より高いフランジによって、より大きな熱勾配がもたらされるからである。上記問題に対処する別の仕方として、組付体（アセンブリ）に、低いボルト予圧値を適用することがあり得る。しかしながら、この場合、特にエンジン停止中に、ボルトの緩みという当該分野の問題につながり得る。この問題は、より高いランプ速度と排気温度とを有する先進的エンジンでは一層顕著になる。
【0014】
図３には、本開示の一実施形態に従って、ガスタービン・エンジン内で、第１の構成要素（部品）３２ａと第２の構成要素（部品）３２ｂとを結合するための高温用フランジ接合体３０が例示されている。フランジ接合体３０は、例えば、図２に例示したフランジ接合体３０ａ、３０ｂ、３０ｃのうちの任意のものとして実装してもよいが、これらに限定されない。例えば、第１の構成要素３２ａは、構成要素１２ａ、１４ａ、２２ａのうちの任意のものでもよく、一方、構成要素３２ｂは、構成要素１２ｂ、１４ｂ、２２ｂのうちの任意のものでもよい。本明細書では、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれ、フランジ接合体の長さ方向、厚さ方向、高さ方向に相当する。長さ方向とは、それに沿ってボルト接続部が配置される方向を指す。フランジ接合体３０ａ、３０ｂの場合、長さ方向とは、ガスタービン・エンジンの円周方向に相当し、一方、フランジ接合体３０ｃの場合、長さ方向とは、ガスタービン・エンジンの軸方向に相当する。厚さ方向とは、ボルトの延出する方向を指す。高さ方向とは、長さ方向と厚さ方向とに対して垂直な方向である。フランジ接合体３０ａ、３０ｂ、３０ｃの場合、高さ方向は、ガスタービン・エンジンの半径方向に相当する。
【0015】
図３に例示するように、第１の構成要素３２ａにはフランジ３４ａが形成されており、また、第２の構成要素３２ｂにはフランジ３４ｂが形成されている。これらフランジ３４ａ、３４ｂは、それぞれ、符号３８ａ及び３８ｂで示されているように、それらを貫通して形成されたボルト穴の配列を有している。これらボルト穴３８ａ、３８ｂの配列は、図３の平面に対して垂直なフランジ接合体３０の長さ方向に沿って延出している。構成要素３２ａ、３２ｂの組立時には、各フランジ３４ａ，３４ｂ上のボルト穴３８ａ、３８ｂが互いに整列する（位置が合わせられる）ように、フランジ３４ａ，３４ｂが当接する。フランジ接合体３０は、長さ方向に沿って隣接して配置された複数のボルト接続部４０を含み、各ボルト接続部４０は、第１及び第２のフランジ３４ａ、３４ｂ内で互いに整列した一対のボルト穴３８ａ、３８ｂを介して形成される。各ボルト連結部４０は、第１のフランジ３４ａを支持する第１のスペーサ・プレート４２ａと、第２のフランジ３４ｂを支持する第２のスペーサ・プレート４２ｂとを備える。さらに、各ボルト接続部は、第１のスペーサ・プレート４２ａと第２のスペーサ・プレート４２ｂとをそれぞれ支持する第１のロック・ワッシャ４４ａと第２のロック・ワッシャ４４ｂとを備える。これら第１及び第２のフランジ３４ａ、３４ｂ、第１及び第２のスペーサ・プレート４２ａ、４２ｂ、並びに第１及び第２のロック・ワッシャ４４ａ、４４ｂを通って、ボルト４６が挿入されている。ボルト４６は、第１フランジ３４ａと第２フランジ３４ｂとをクランプする（締め付ける）ために予圧（予荷重）を受けるが、例えば、適当なトルクを及ぼして、各ナット４８を締め付ける。スペーサ・プレート４２ａ、４２ｂは、それぞれ、厚さｔa、ｔbを有する。さらに、各スペーサ・プレート４２ａ、４２ｂは、それぞれのフランジ３４ａ、３４ｂと当接する支持面（耐力面）を向上させるように大きさが決められている。一実施形態では、スペーサ・プレート４２ａ、４２ｂの支持面５６ａ、５６ｂが、実質的に、スペーサ・プレート４２ａ、４２ｂの長さＬに沿って、それぞれのフランジ３４ａ、３４ｂの支持面５８ａ、５８ｂを覆う（カバーする）ように、各スペーサ・プレート４２ａ、４２ｂの大きさが決められている。
【0016】
本実施形態では、フランジ３４ａ、３４ｂと当接する支持面積（耐力面積）は、オーバーサイズ・ワッシャによって達成される場合と比較して、一層向上されているが、その際、フランジ３４ａ、３４ｂの高さを増加させないようにしている。このため、フランジの熱勾配を減少させて、部品の疲労寿命を向上させている。支持面積を増やす結果、接触圧力を減少させ、これによって、次に、フランジ３４ａ、３４ｂのクリープ変形及びボルト予圧の損失を減少させている。このため、ニッケル合金等の高級のフランジ材料を用いる必要性をなくして、オーステナイト系ステンレス鋼等の比較的低い強度の材料をフランジに用いることを可能にしている。一実施形態では、スペーサ・プレート４２ａ、４２ｂの材料と比較して、より低い降伏強度（耐力）を有する材料を用いて、フランジ３４ａ、３４ｂを形成することが可能になる。スペーサ・プレート４２ａ、４２ｂの厚さによって、さらなる利益を得ることができる。ボルト予圧はワッシャ４４ａ、４４ｂの下方で、スペーサ・プレート４２ａ、４２ｂを通って、円錐形状の分布で広がるため、スペーサ・プレート４２ａ、４２ｂがより厚くなると、フランジ３４ａ、３４ｂ上の圧力分布はより大きくなる。さらに、スペーサ・プレート４２ａ、４２ｂの厚さに基づいて、ボルト頭部４６ａを、フランジ３４ａ、３４ｂからより離れた場所に配置することができるので、ボルト温度が低下する。このボルト温度の低下により、より低級のボルト材料を用いることが可能になる。例示した実施形態では、ガスタービン・エンジンの動作中、ボルト予圧をより長い期間維持させるため、ボルトを締め直すサービス間隔を延長させている。例示した実施形態では、ボルト長さの増大化を必要としているが、その際、フランジの厚さを増加させることなく、ボルトの直径に対する長さの比を高めている。これにより、さらなるボルトの引き延ばし（ストレッチ）が可能になり、その設置に基づいて予圧損失を低減できるが、その際、フランジの疲労寿命に影響を与えない。
【0017】
幾つかの実施形態では、熱負荷を低減させるため、フランジ３４ａ、３４ｂは、長手方向に沿って波形状の輪郭（プロファイル）を有することができる（図４－図７参照）。波形状の輪郭は、第１の高さｈ１を有する第１の部分５２と、それと区別された、第２の高さｈ２を有する第２の部分５４とを含むことができ、その際、第１の高さｈ１は、第２の高さｈ２よりも高いものとする。ここで、ボルト４６は、波形状の輪郭のうちで高さの高い第１の部分５２に配置される。他の実施形態では、フランジ３４ａ、３４ｂは、長手方向に沿って実質的に一定の高さを有する、平坦な輪郭を有していてもよい。
【0018】
一実施形態では、ロック・ワッシャ４４ａ、４４ｂは、ボルト予圧を用いて、所定の位置にボルト４６を固定するように構成される。このようなロック・ワッシャの一例として、二分割くさびロック（ウェッジ・ロック）ワッシャがある。二分割くさびロック・ワッシャの構造は、当業者には公知であって、例えば、欧州特許文献（ＥＰ０１３１５５６Ｂ１）に開示されたものがある。本明細書の実施形態では、エンジン動作中にボルト予圧を実質的に維持するように構成されており、上記種類のロック・ワッシャは、特に適用可能である。高温用フランジ接合体内で上記ロック・ワッシャを使用することにより、当該技術分野で従来使用されていたロック・ワッシャと比較して、組立（アセンブリ）に関する複雑さと時間とを大幅に低減することができる。例えば、従来技術では、表面に対して積極的にロックされるタブ又はパンテ・レッグ（pant-leg）ロック・ワッシャ等があるが、これらは、組立体中に曲げることが難しく、時間がかかっていた。
【0019】
さらなる発展形態では、エンジン動作中に、ボルト予圧の損失を防止し、ロック・ワッシャ４４ａ、４４ｂの機能を維持するために、スペーサ・プレート４２ａ、４２ｂに対して回転防止特徴（回り止め機能）を備えており、それによって、例えばボルト４６が緩む場合に、各フランジ３４ａ、３４ｂに対して回転しないようにしている。
【0020】
図４に例示するように、回転防止特徴を提供する１つの方法として、スペーサ・プレート４２ａ、４２ｂの長さ方向に大きさを定めて、それらを通って複数の隣接するボルト４６を収容させるようにする。図示した例では、各スペーサ・プレート４２ａ、４２ｂは、２つの隣接するボルト穴まで延びるように大きさが決められている。各スペーサ・プレート４２ａ、４２ｂを隣接するボルト４６にわたって延ばすことで、それらボルト４６の内の１つが緩んで反時計回りに回転する場合、同じスペーサ・プレート上の隣接する他のボルト４６が時計回りに回転して締め付けるようにして、スペーサ・プレートの回転を防止することを確保可能にする。スペーサ・プレート４２ａ、４２ｂの長手方向の大きさは、考慮に基づき制約することができるが、例えば、長さが増大すると、スペーサ・プレート４２ａ、４２ｂと各フランジ３４ａ、３４ｂとの間で熱遅れが生じて、長さ方向でボルト４６にさらに負荷が加えられ得ること等を考慮して制約してもよい。
【0021】
図５及び図６には、スペーサ・プレート４２ａ、４２ｂと各フランジ３４ａ、３４ｂとの間の熱遅れを最小に抑えながら、回転防止特徴を提供する実施形態の例が示されている。これら例示的な実施形態では、各スペーサ・プレート４２（例えば、スペーサ・プレート４２ａ、４２ｂのいずれかを参照）は、単一のボルト４６を収容するように長さ方向の大きさが決められていてもよい。図５及び図６に示すように、各スペーサ・プレート４２は、それぞれのフランジ３４（例えば、フランジ３４ａ、３４ｂのいずれかを参照）に沿って、第１の縁部６２から第２の縁部６４まで長さ方向に延出している。隣接するスペーサ・プレートの界面縁部６２及び６４は、フランジ３４との関係で、スペーサ・プレート４２の回転を防止するように構成されていてもよい。
【0022】
図５の実施形態では、各スペーサ・プレート４２の第１の縁部６２と第２の縁部６４とは傾斜しており、つまり、長さ方向に対して非平行かつ非直交な角度で傾斜している。一方のスペーサ・プレート４２の傾斜縁部６２、６４は、対向する側の隣接するスペーサ・プレート４２の傾斜縁部６４、６２と当接するように構成されている。傾斜の角度は、矢印８２で示しているように、２つのスペーサ・プレート４２のうちの１方が反時計回りに回転する場合（例えば、ボルトの緩みのため）、矢印８４で示しているように、反対の側面上で隣接するボルトに時計回りの回転を生じさせる（ボルトを締め付ける）ように定めることができる。これにより、緩んでいるスペーサ・プレート４２がさらに回転することを防止して、回転防止特徴が提供される。このため、図５に例示した構成では、各スペーサ・プレート４２の第１の縁部６２と第２の縁部６４とは、反対方向に傾斜していてもよい。
【0023】
図６の実施形態では、隣接するスペーサ・プレート４２の間に歯車の歯状又はインタロック状（食い込む形態）の界面を提供することによって、同様の効果が達成されている。この場合、各スペーサ・プレート４２の第１の縁部６２が溝状の（凹状）形状を画定し、スペーサ・プレート４２の第２の縁部６４が舌状の（凸状）形状を画定している。第１の縁部６２と第２の縁部６４とは、対向する隣接するスペーサ・プレート４２上の舌状の縁部と溝状の縁部６４、６２とをそれぞれ係合させるように構成されている。この係合する界面は、矢印８２で示しているように、２つのスペーサ・プレート４２のうちの１方が反時計回りに回転する場合（例えば、ボルトの緩みのため）、矢印８４で示しているように、反対の側面上で隣接するボルトに時計回りの回転を生じさせる（ボルトを締め付ける）ように定めることができる。
【0024】
さらなる実施形態では、図７に示すように、各スペーサ・プレート４２（例えば、スペーサ・プレート４２ａ、４２ｂのいずれかを参照）上に、各フランジ３４（例えば、フランジ３４ａ、３４ｂのいずれかを参照）の上面６０と当接する回転防止タブを設けることで、さらなる回転防止機能部が達成されてもよい。例示したフランジ接合体３０ａ、３０ｂ、３０ｃの場合、上面は、各フランジ３４ａ、３４ｂの半径方向外面である。例示した構成では、各スペーサ・プレート４２には、一対の回転防止タブ７２、７４が設けられているが、それらは、スペーサ・プレート４２の第１の長手方向端部７６と第２の長手方向端部７８とにそれぞれ設けられている。これらタブ７２、７４は、フランジ３４の上面６０で重なって当接することにより、フランジ３４に対するスペーサ・プレート４２の回転を防止させている。
【0025】
本開示内容のさらなる態様は、本明細書に記載した各実施形態に従って、ガスタービン・エンジン内の第１の構成要素を第２の構成要素に対して結合するための方法に関する。一実施形態では、本方法は、例えば、既存のフランジ接合体の交換又はアップグレード等を含む、ガスタービン・エンジンのサービスの一部であってもよい。
【0026】
以上、特定の実施形態に関して詳細に説明したが、当業者であれば、本開示内容の全体的な教示内容に即して、詳述した内容に対して様々な修正や変更が適用可能なことを理解するであろう。従って、本開示内容の特定の構成は、単なる例示であって、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の範囲は、添付した特許請求範囲の全範囲として与えられ、その中には任意の全ての均等物が含まれることを理解されたい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】