特許 7373051 ガスタービンエンジンの圧縮機の組付構造

(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】2023-10-24

(45)【発行日】2023-11-01

(54)【発明の名称】ガスタービンエンジンの圧縮機の組付構造

(51)【国際特許分類】

   F01D 9/02 20060101AFI20231025BHJP

【ＦＩ】

F01D9/02 104

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2022501969

(86)(22)【出願日】2021-02-18

(86)【国際出願番号】 JP2021006118

(87)【国際公開番号】W WO2021167003

(87)【国際公開日】2021-08-26

【審査請求日】2022-08-10

(31)【優先権主張番号】62/978,993

(32)【優先日】2020-02-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】新井 篤典

【審査官】古▲瀬▼ 裕介

(56)【参考文献】

【文献】特開平８－１６５９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１４４６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２８２０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｄ９／０２

Ｆ０２Ｃ７／２８

Ｆ０４Ｄ２９／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機、燃焼器及びタービンが回転軸に沿って配置されたガスタービンエンジンの前記圧縮機の組付構造であって、
第１外殻本体と、前記第１外殻本体から径方向外方に突出した第１フランジとを有する第１外殻と、
第２外殻本体と、前記第２外殻本体から径方向外方に突出して前記第１フランジに締結具で締結される第２フランジと、を有し、前記第１外殻に軸線方向に組み合わされる第２外殻と、
複数の静翼と、前記複数の静翼の径方向外端が接続された外筒と、を有し、前記第１外殻及び前記第２外殻の径方向内方に配置され、前記第１外殻及び前記第２外殻に保持される静翼ユニットと、を備え、
前記静翼ユニットは、前記外筒から前記軸線方向の一方側に突出した第１係合部と、前記外筒から前記軸線方向の他方側に突出した第２係合部と、を有し、
前記第１外殻は、前記第１係合部が前記軸線方向にスライド挿入される第１被係合部を有し、
前記第２外殻は、前記第２係合部が前記軸線方向にスライド挿入される第２被係合部を有し、
前記静翼ユニットは、前記外筒から径方向外方に突出した突起を有し、
前記第１外殻又は前記第２外殻の一方は、前記突起の前記軸線周りの回転軌跡上に配置されるストッパを有し、
前記突起は、前記静翼ユニットに一体成形され、前記ストッパは、前記第１外殻又は前記第２外殻の前記一方に一体成形されている、ガスタービンエンジンの圧縮機の組付構造。

【請求項2】

前記突起及び前記ストッパは、前記第１フランジ又は前記第２フランジと周方向に並んで配置されている、請求項１に記載のガスタービンエンジンの圧縮機の組付構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ガスタービンエンジンにおける圧縮機の組付構造に関する。

【背景技術】

【0002】

圧縮機、燃焼器及びタービンが回転軸に沿って配置されたガスタービンエンジンが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－７８４０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ガスタービンエンジンでは、軽量かつコンパクトな設計が求められる場合がある。特に、エンジン外殻の外側では、補機類を搭載するために極力広いスペースが求められる。従来の圧縮機の静翼は、フランジ締結等によってエンジン主流による静翼の回転方向の荷重を支持していた。しかし、フランジ締結が増えるとエンジン外殻の外側のスペースが減る。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様に係るガスタービンエンジンの圧縮機の組付構造は、圧縮機、燃焼器及びタービンが回転軸に沿って配置されたガスタービンエンジンの前記圧縮機の組付構造であって、第１外殻本体と、前記第１外殻本体から径方向外方に突出した第１フランジとを有する第１外殻と、第２外殻本体と、前記第２外殻本体から径方向外方に突出して前記第１フランジに締結具で締結される第２フランジと、を有し、前記第１外殻に軸線方向に組み合わされる第２外殻と、複数の静翼と、前記複数の静翼の径方向外端が接続された外筒と、を有し、前記第１外殻及び前記第２外殻の径方向内方に配置され、前記第１外殻及び前記第２外殻に保持される静翼ユニットと、を備える。前記静翼ユニットは、前記外筒から前記軸線方向の一方側に突出した第１係合部と、前記外筒から前記軸線方向の他方側に突出した第２係合部と、を有する。前記第１外殻は、前記第１係合部が前記軸線方向にスライド挿入される第１被係合部を有する。前記第２外殻は、前記第２係合部が前記軸線方向にスライド挿入される第２被係合部を有する。前記静翼ユニットは、前記外筒から径方向外方に突出した突起を有する。前記第１外殻又は前記第２外殻の一方は、前記突起の前記軸線周りの回転軌跡上に配置されるストッパを有する。前記突起は、前記静翼ユニットに一体成形され、前記ストッパは、前記第１外殻又は前記第２外殻の前記一方に一体成形されている。

【0006】

前記構成によれば、静翼ユニットの第１係合部及び第２係合部を第１外殻及び第２外殻の第１被係合部及び第２被係合部にそれぞれスライド挿入してフランジ締結するだけで、軸線方向及び径方向に静翼ユニットを位置決めできる。また、静翼ユニットの突起が外殻のストッパに干渉するため、軸線周りの回転方向でも静翼ユニットを位置決めできる。そして、突起は外筒に一体成形され、ストッパは外殻に一体成形されるので、部品が低減されて省スペースが図られると共にシール性も向上する。

【発明の効果】

【0007】

本開示の一態様によれば、位置決めが容易になり、部品が低減されて省スペースが図られると共にシール性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態に係るガスタービンエンジンの概略図である。

【図2】図２は、図１のガスタービンエンジンの組付構造の組付け前の断面図である。

【図3】図３は、図２の組付構造の組付け後の断面図である。

【図4】図４は、図３のIII－III線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

【0010】

図１は、実施形態に係るガスタービンエンジン１の概略図である。図１に示すように、ガスタービンエンジン１は、回転軸２に沿って配置された、圧縮機３、燃焼器４及びタービン５を備える。圧縮機３で圧縮された空気が燃焼器４にて燃焼し、その燃焼ガスがタービン５を回転させて回転軸２が駆動される。なお、回転軸２の軸線が延びる方向を軸線方向Ｘと称し、軸線方向Ｘに直交する方向を径方向Ｙと称し、回転軸２周りの方向を周方向Ｚと称する。

【0011】

図２は、実施形態に係るガスタービンエンジン１の組付構造の組付け前の断面図である。図３は、図２の組付構造の組付け後の断面図である。図４は、図３のIII－III線断面図である。図２乃至４に示すように、圧縮機３は、第１外殻１１、第２外殻１２及び静翼ユニット１３を備える。第１外殻１１、第２外殻１２及び静翼ユニット１３は、互いに別体である。第１外殻１１、第２外殻１２及び静翼ユニット１３は、互いに組み合わされてボルト１５及びナット１４で結合される。

【0012】

第１外殻１１は、第１外殻本体１１ａ、第１フランジ１１ｂ及び第１被係合部１１ｃを有する。第１外殻本体１１ａは、筒形状を有する。第１フランジ１１ｂは、第１外殻本体１１ａのうち軸線方向Ｘの第２外殻１２側の端部から、径方向Ｙの外方に向けて突出している。第１フランジ１１ｂは、第１外殻本体１１ａの外周に沿うように全周にわたって環状に延びている。第１フランジ１１ｂの背面側（軸線方向Ｘにおける第２外殻１２側とは反対側）には、ナット１４が設けられている。第１フランジ１１ｂには、ナット１４と連通するボルト穴Ｈ１が形成されている。

【0013】

第１被係合部１１ｃは、第１外殻本体１１ａの内周面側に設けられている。第１被係合部１１ｃは、第１外殻本体１１ａの周方向Ｚに延びて、軸線方向Ｘの第２外殻１２側に向けて開口した環状凹部である。第１被係合部１１ｃは、軸線方向Ｘにおいて第１フランジ１１ｂよりも第２外殻１２から離れた位置に設けられている。

【0014】

第２外殻１２は、第２外殻本体１２ａ、第２フランジ１２ｂ、第２被係合部１２ｃ及びストッパ１２ｄを有する。第２外殻本体１２ａは、筒形状を有する。第２フランジ１２ｂは、第２外殻本体１２ａのうち軸線方向Ｘの第１外殻１１側の端部から、径方向Ｙの外方に向けて突出している。第２フランジ１２ｂは、第２外殻本体１２ａの外周に沿うように全周にわたって環状に延びている。第２フランジ１２ｂには、第１フランジ１１ｂのボルト穴Ｈ１と合致させるボルト穴Ｈ２が形成されている。

【0015】

第２被係合部１２ｃは、第２外殻本体１２ａの内周面側に設けられている。第２被係合部１２ｃは、第２外殻本体１２ａの周方向Ｚに延びて、軸線方向Ｘの第１外殻１１側に向けて開口した環状凹部である。第２被係合部１２ｃは、軸線方向Ｘにおいて第２フランジ１２ｂよりも第１外殻１１から離れた位置に設けられている。ストッパ１２ｄは、第２外殻本体１２ａの内周面から部分的に径方向Ｙの内方に突出している。ストッパ１２ｄは、第２フランジ１２ｂと周方向Ｚに並んで配置されている。ストッパ１２ｄは、第２フランジ１２ｂと径方向から見て重なっている。ストッパ１２ｄは、第２外殻１２に一体成形されている。

【0016】

静翼ユニット１３は、複数の静翼１３ａ、外筒１３ｂ、第１係合部１３ｃ、第２係合部１３ｄ及び突起１３ｅを有する。複数の静翼１３ａは、回転軸２（図１参照）周りの周方向Ｚに互いに間隔をあけて配置されている。外筒１３ｂの内周面には、複数の静翼１３ａの径方向Ｙの外端が接続されている。第１係合部１３ｃは、外筒１３ｂから軸線方向Ｘの第１外殻１１側に突出している。第２係合部１３ｄは、外筒１３ｂから軸線方向Ｘの第２外殻１２側に突出している。第１係合部１３ｃ及び第２係合部１３ｄは、外筒１３ｂから径方向外側にずれて配置されている。

【0017】

突起１３ｅは、外筒１３ｂの外周面に部分的に設けられている。突起１３ｅは、静翼ユニット１３に一体成形されている。突起１３ｅは、軸線方向Ｘに延びて径方向Ｙの外方に開口した溝部Gと、外筒１３ｂの周方向Ｚにおける溝部Ｇの両側に設けられた一対の隆起部Ｂとを有する。溝部Ｇは、軸線方向Ｘの第２外殻１２側に向けて開放されている。隆起部Ｂは、外筒１３ｂの外周面を部分的に径方向Ｙの外方に突出させてなる。第２係合部１３ｄは、軸線方向Ｘにおいて隆起部Ｂから第２外殻１２側に突出している。

【0018】

次に、第１外殻１１、第２外殻１２及び静翼ユニット１３の組付手順を説明する。静翼ユニット１３の第１係合部１３ｃを第１外殻１１の第１被係合部１１ｃに軸線方向Ｘにスライド挿入する。静翼ユニット１３の突起１３ｅの溝部Ｇに第２外殻１２のストッパ１２ｄをスライド挿入させ、静翼ユニット１３の第２係合部１３ｄを第２外殻１２の第２被係合部１２ｃに軸線方向Ｘにスライド挿入する。この状態で、第１外殻１１の第１フランジ１１ｂと第２外殻１２の第２フランジ１２ｂとが互いに面接触し、ボルト１５を第１フランジ１１及び第２フランジ１２のボルト穴Ｈ１，Ｈ２に挿通してナット１４に締結する。

【0019】

このようにすることで、第１外殻１１と第２外殻１２とが軸線方向Ｘに互いに組み合わされるとともに、静翼ユニット１３が第１外殻１１及び第２外殻１２の径方向内方に配置された状態で第１外殻１１及び第２外殻１２に保持される。即ち、第１外殻１１、第２外殻１２及び静翼ユニット１３は、互いに組み付けられて組付構造を構成する。この組付構造においては、突起１３ｅは、ストッパ１２ｄの軸線Ｘ周りの回転軌跡上に配置される。

【0020】

即ち、突起１３ｅは、周方向Ｚにおけるストッパ１２ｄの両側に配置される。具体的には、ストッパ１２ｄは、突起１３ｅの溝部Ｇの両側面（言い換えると、隆起部Ｂ）に周方向Ｚに対向して面接触する。これにより、第１外殻１１及び第２外殻１２に対する静翼ユニット１３の相対回転が防止される。このような回り止め構造は、周方向Ｚにおいて少なくとも１つ設けられ、好ましくは複数設けられる。

【0021】

以上に説明した構成によれば、第１外殻１１を第２外殻１２に対して軸線方向Ｘに組み付けるだけで、静翼ユニット１３が第１外殻１１及び第２外殻１２にスライド挿入され、静翼ユニット１３が軸線方向Ｘ及び径方向Ｙに位置決めされると共に、ストッパ１２ｄ及び突起１３ｅにより回転方向（周方向Ｚ）にも位置決めされる。静翼ユニット１３の回り止め用に新たなフランジが必要ないため、コンパクト化及び重量低減を図ることができる。

【0022】

また、突起１３ｅが外筒１３ｂに一体成形され、ストッパ１２ｄが第２外殻本体１２ａに一体成形されているため、シール性も向上する。更に、ストッパ１２ｄは、第２フランジ１２ｂと周方向Ｚに並んで配置されるため、回り止め構造の剛性が向上する。ストッパ１２ｄは、第２フランジ１２ｂの径方向Ｙから見て重なるので、回り止め構造の剛性が向上する。

【0023】

なお、本開示は前述した実施形態に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。ストッパ１２ｄは、第１外殻１１の第１外殻本体１１ａに設けてもよい。ストッパ１２ｄを静翼ユニット１３の外周面に設け、突起１３ｅを第２外殻１２（又は第１外殻１１）の内周面に設けてもよい。突起１３ｅは、隆起部Ｂを有さずに溝部Ｇを有するものとしてもよい。

【符号の説明】

【0024】

１１ 第１外殻
１１ａ 第１外殻本体
１１ｂ 第１フランジ
１１ｃ 第１被係合部
１２ 第２外殻
１２ａ 第２外殻本体
１２ｂ 第２フランジ
１２ｃ 第２被係合部
１２ｄ ストッパ
１３ 静翼ユニット
１３ａ 静翼
１３ｂ 外筒
１３ｃ 第１係合部
１３ｄ 第２係合部
１３ｅ 突起
１４ ナット（締結具）
１５ ボルト（締結具）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】