JP2002364850A - 希釈孔を用いたターボマシンにおけるｃｍｃ燃焼室の取り付け - Google Patents

希釈孔を用いたターボマシンにおけるｃｍｃ燃焼室の取り付け

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼室をケーシングの内側に取り付ける場合
に、部品の異なった膨張係数によって引き起される変位
を吸収することのできる取り付けを提案する。 【解決手段】 燃焼室は、複数の可撓性金属舌状物５
８、６０によって、内側および外側環状金属シェルの間
で定位置に保持される。前記可撓性金属舌状物５８、６
０は、第１の固定手段５２、６６によって、前記内側お
よび外側環状シェル１２、１４へ確実に固定された金属
リング６６ａ、６６ｂによって相互結合される第１の端
６２、６４、および第２の固定手段７２、７４によって
複合材料燃焼室の空気供給開口部へ確実に固定された第
２の端７０、７２を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ターボマシンの特
定の分野に関し、更に具体的には、セラミックマトリッ
クス複合材料（Ｃｅｒａｍｉｃ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍ
ｐｏｓｉｔｅ、ＣＭＣ）タイプの材料から作られた燃焼
室を、ターボマシンの金属室ケーシングの中に取り付け
ることにより提起される問題に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、ターボジェットエンジン又はター
ボプロップエンジンにおいて、高圧タービン（Ｈｉｇｈ
Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｔｕｒｂｉｎｅ、ＨＰＴ）および
特にその入口ノズル、燃焼室、および前記燃焼室の内側
並びに外側シェル（又はケーシング）は、全て同じ材
料、一般的には金属から作られる。しかし、非常に高い
燃焼室温度を伴う或る特定の使用条件のもとでは、金属
燃焼室の使用は、熱の見地から全く不適切であることが
分かっており、ＣＭＣタイプの高温複合材料に基づいた
燃焼室を使用することが必要である。しかし、そのよう
な材料の加工の困難性および原料コストは、それらの使
用が一般的に燃焼室自身に限定されることを意味し、高
圧タービンの入口ノズルおよび燃焼室を含む内側および
外側シェルは、通常では依然として金属材料から作られ
ている。残念ながら、金属材料および複合材料は、非常
に異なった熱膨張係数を有する。これは、内側および外
側シェルとの結合に関して、また入口ノズルと高圧ター
ビンとのインタフェースに関して、特に重大な問題を起
こす。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、燃焼室をケ
ーシングの内側に取り付ける場合に、これらの部品の異
なった膨張係数によって引き起される変位を吸収するこ
とのできる取り付けを提案することによって、これらの
欠点を軽減する。本発明の他の目的は、燃焼室の既存の
特徴を最良に利用する取り付けを提案することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】これらの目的は、金属材
料の内側環状シェルおよび外側環状シェルを含み、前記
内側および外側環状シェルは、ガスフロー方向Ｆにおい
て、燃料噴射アセンブリと、長手方向軸および複数の酸
化剤供給開口部を有する複合材料の環状燃焼室と、固定
ブレードを有して高圧タービンの入口段を形成する金属
材料の環状ノズルとを含むターボマシンであって、複合
材料の前記燃焼室は、複数の可撓性金属舌状物によっ
て、前記内側および外側環状金属シェルの間で定位置に
保持され、前記舌状物の第１の端は、第１の固定手段に
よって、前記内側および外側環状金属シェルの各々へ確
実に固定された各金属リングによって相互結合され、前
記舌状物の第２の端は、第２の固定手段によって、前記
酸化剤供給開口部の少なくとも一部分を介して前記複合
材料燃焼室へ確実に固定され、前記固定舌状物の可撓性
可撓性が、高温時に、前記複合材料燃焼室と前記内側お
よび外側環状金属シェルとの間の、径方向および軸方向
における自由な変位を吸収するように働くことを特徴と
するターボマシンによって達成される。酸化剤供給開口
部は、前記燃焼室の一次領域および／または希釈領域へ
空気を供給する孔によって構成される。
【０００５】この特定の固定結合構造によって、従来技
術のシステムにおける接触腐食に起因する様々な摩耗
を、避けることができる。一次孔又は希釈孔（意図され
た燃焼室の構成に応じて）をアンカーポイント（ａｎｃ
ｈｏｒ ｐｏｉｎｔ）として使用することは、結合をか
なり単純化し、サイズを縮小する働きがある。更に、従
来のフランジに代わって可撓性舌状物が存在すること
は、かなりの重量軽減の達成を可能にする。これらの舌
状物は、その可撓性可撓性によって、高温時に金属部分
と複合材料部分との間に出現する膨張差を吸収すること
を容易にし（膨張に起因する変位を吸収することによっ
て）、同時に燃焼室の保持を継続させて、環状シェルの
内側における燃焼室の適切な中心合わせを維持する。
【０００６】可撓性固定舌状物は、金属材料から作ら
れ、第１の固定手段は、好ましくは複数のボルトから構
成される。
【０００７】１つの可能な実施形態において、舌状物の
前記第１の端は、ろう付け又は溶接によって前記リング
へ結合されるか、リングと一体に形成される。前記環状
金属シェルが２つの部分から作られるとき、各々のリン
グは、好ましくは、前記環状金属シェルの前記２つの部
分の間で、結合フランジの間に取り付けられる。
【０００８】好ましい実施形態では、前記第２の固定手
段の各々は、カラーを含み、前記カラーは、前記燃焼室
の酸化剤供給開口部の中に挿入されて、舌状物の第２の
端へクリンプされ、一度クリンプが達成されると、前記
舌状物は燃焼室に対して確実に保持される。
【０００９】代替の実施形態では、前記第２の固定手段
は、複数のインサートを含み、各々のインサートは、相
互に固定された２つの同軸部分を含む。前記同軸部分
は、第１に燃焼室の側壁へ押し付けられるカラーを含
み、第２に前記カラーを取り巻いて、舌状物の第２の端
を前記側壁へ押し付けるリングを含む。
【００１０】前記舌状物は、前記供給開口部への酸化剤
の供給を改善するため、舌状物の第２の端の近くに形成
された各開口を有することが有利である。
【００１１】ガス流は、好ましくは、円形「スプリング
ブレード」型ガスケットによって、前記燃焼室と前記ノ
ズルとの間でシーリングされる。前記円形ガスケット
は、円形ガスケットの押圧面を形成する前記燃焼室の下
流側端を直接押圧する。
【００１２】本発明の特徴および利点は、非限定的な記
述および図面への参照による以下の説明から、より充分
に明らかになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１Ａおよび図３は、ターボジェ
ットエンジン又はターボプロップエンジン（以下の説明
では、一般的に「ターボマシン」と呼ばれる）の中央部
分を軸方向に切断したときの半分を示し、以下のものを
含む。
【００１４】長手方向軸１０の周りで２つの金属部分１
２ａおよび１２ｂから作られた外側環状シェル（又はケ
ーシング）。
【００１５】同様に、２つの金属部分１４ａおよび１４
ｂから作られた同軸の内側環状シェル（又はケーシン
グ）。
【００１６】２つのシェル１２ａ、１２ｂと１４ａ、１
４ｂとの間にあり、一般的なガスフロー方向Ｆを規定す
る環状拡散ダクト１８を介して、ターボマシンの上流側
圧縮機（図示されていない）から来る圧縮酸化剤、一般
的には空気を受け取る環状空間１６。
【００１７】この空間１６は、ガスフローの方向におい
て、最初に複数の噴射システム２０から成る噴射アセン
ブリを含み、次に、例えばＣＭＣタイプの複合材料から
作られた燃焼室２４を含み、最後に、金属材料から作ら
れた環状ノズル４２を含む。噴射システム２０は、ダク
ト１８の周りに規則的に配置され、その各々は、環状外
側シェルの上流側部分１２ａの上に固定された燃料噴射
ノズル２２を含む（図を簡単にするため、各々の噴射ノ
ズルに関連づけられたミキサおよびデフレクタは省略さ
れている）。燃焼室２４は、外側軸方向延長側壁２６、
内側軸方向延長側壁２８、および横断延長端部壁３０を
含む。双方の側壁は、軸１０の周りで同軸であり、前記
端部壁３０は、同様にＣＭＣタイプ又はその他（例えば
カーボン）の高温複合材料から作られる。端部壁３０
は、例えば耐火性又は金属のフラットヘッドボルトによ
って、側壁２６および２８の上流側端３６および３８へ
固定されたマージン３２および３４を有し、燃料および
酸化剤の一部分を、燃焼室２４へ噴射させる貫通開口部
４０を設けられている。更に、側壁は複数の酸化剤供給
開口部４１ａおよび４１ｂを含む。環状ノズル４２は、
高圧タービン（図示されていない）のための入口段を形
成し、通常、外側円形プラットフォーム４６と内側円形
プラットフォーム４８との間に取り付けられた複数の固
定ブレード４４を含む。
【００１８】ノズルは、好ましくは複数のボルト５０で
構成される第１の解放可能な固定手段を介して、ターボ
マシンの内側環状シェルの下流側部分１４ｂへ固定さ
れ、同時にターボマシンの外側環状シェルへ固定された
支持手段４９に載せられている。
【００１９】拡散ダクト１８から出た圧縮された酸化剤
は、少なくともフローＦ１およびＦ２を含む複数のフロ
ーへ分割され、フローＦ１又はＦ２は、燃焼室２４のい
ずれかの側へ流れる（中央のフローＦ３は、燃焼室の中
へ噴射されるために燃料と混合される）。各々の酸化剤
のフローＦ１およびＦ２は、続いて供給開口部４１ａお
よび４１ｂを介して燃焼室の中へ入るか、ノズル４２の
外側金属プラットフォーム４６および内側金属プラット
フォーム４８を通るように設けられた、貫通開口部５４
および５６へ導かれ、高圧タービンのロータへの入口で
ノズルの固定ブレード４４を冷却する。
【００２０】本発明において、ターボマシンを作り上げ
ているそれら自体が金属から作られる他の部品の熱膨張
係数とは非常に異なっている、熱膨張係数を有する燃焼
室２４は、燃焼室の周りで規則的に配置された複数の可
撓性舌状物５８および６０によって、内側および外側の
環状シェルの間で定位置へ確実に保持される。これら固
定舌状物の第１の部分（舌状物５８を参照）は、外側環
状シェル１２ａ、１２ｂと燃焼室の外側側壁２６との間
に取り付けられ、舌状物の第２の部分（例えば舌状物６
０）は、内側環状シェル１４ａ、１４ｂと燃焼室の内側
側壁２８との間に取り付けられる。
【００２１】図１Ｂおよび図１Ｃで示されるように、金
属材料から作られた各々の可撓性固定舌状物は、実質的
に三角形の形状であり、その基底６２および６４を介し
て、金属リング６６ａおよび６６ｂへろう付け又は溶接
されるか、それらと一体に形成される。リングは、第１
の固定手段５２および６８によって、外側金属環状シェ
ル１２又は内側金属環状シェル１４の一方又は他方へ固
定される。舌状物の頂点７０および７２は、第２の固定
手段７４および７６を使用して、酸化剤供給開口部４１
ａおよび４１ｂの全て又はいくつかを介して、複合材料
燃焼室の外側側壁２６又は内側側２８へ固定される。こ
れらの酸化剤供給開口部は、燃焼室に空気を供給する希
釈孔および／または一次孔であってよい（特に、いわゆ
る「ショート」燃焼室構成において）。舌状物の数は、
これらの孔の数に比例し、この数は、一般的に噴射ノズ
ルの数と等しいか、前記数の倍数と等しい（例えば、も
し燃焼室が２０個の噴射ノズルを有し、各々の噴射ノズ
ルが３つの希釈孔を有するならば、６０個の舌状物が使
用される）。
【００２２】図１Ａは、本発明の第１の実施形態を示
す。この実施形態では、舌状物の第２の端を形成する頂
点７０および７２は、それぞれカラー７４および７６で
クリンプされることによって、燃焼室の外側側壁２６お
よび内側側壁２８に固定される。カラー７４および７６
は、燃焼室の火床側から、酸化剤供給開口部４１ａおよ
び４１ｂを通して挿入され、一度クリンプが行われる
と、燃焼室の壁へ舌状物を保持するように働く。供給開
口部（希釈孔又は一次孔）の実際の径は、カラーと合っ
ており、カラーの外端（燃焼室の火床側にある）は、火
炎の捕獲を避けるため丸くされる。
【００２３】リング６６ａおよび６６ｂによって相互結
合される舌状物の第１の端を形成する基底６２および６
４は、好ましくは、内側環状シェル１４ａ、１４ｂおよ
び外側環状シェル１２ａ、１２ｂの上流側および下流側
部分を一緒に結合する、既存のフランジの間に保持さ
れ、好ましくはボルト型の固定手段５２および６８によ
って確実に保持される。
【００２４】図２に示される変形では、内側環状シェル
１４ｂへ固定される舌状物６０は、（任意に一定の幅を
有する）薄い金属ストリップの形状をしており、各々の
金属ストリップは、金属リング７５へ溶接された第１の
端を有する。金属リング７５は、フランジの間に締め付
けられず、その代わりに、例えばボルトタイプの固定手
段７７によって内側環状シェルの下流側部分１４ｂへ直
接固定される。有利には、および取り付けを容易にする
ため、これら舌状物の第２の端は、金属部品７９で構成
される。
【００２５】ガス流は、円形「スプリングブレード」ガ
スケット８０および８２によって燃焼室２４とノズル４
２との間でシーリングされる。ガスケット８０および８
２は、ノズルの外側プラットフォーム４６および内側プ
ラットフォーム４８の溝８４および８６の中に取り付け
られ、前記ガスケットに対する押圧面を形成する、燃焼
室の下流側端８８および９０を直接押圧する。各々のガ
スケットは、ノズルへ固定された円形スプリングブレー
ドタイプの弾性要素９２および９４によって、燃焼室の
対応する端へ押し付けられる。１つの変形（図示されて
いない）では、ガスケットは、燃焼室の下流側端を直接
押圧する必要はなく、その代わりに、通常ろう付けによ
って、又は通常は少ないが「ｐｉｎ’ｓａｇｅ（ピンセ
ージ）」として知られるインプラント技術によって、前
記下流側端へ嵌め込まれた複合材料のリングを押圧す
る。
【００２６】燃焼室とタービンとの間のガスフローは、
第１にオメガ型円形ガスケット９６によって密封され、
第２に他の円形ガスケット１００によってシーリングさ
れる。ガスケット９６は、内側環状シェル１４のフラン
ジの中の円形溝９８に取り付けられ、ノズルの内側円形
プラットフォーム４８と直接接触する。ガスケット１０
０は、「スプリングブレード」型ガスケットであり、ノ
ズルの外側円形プラットフォーム４６の円形溝１０２に
取り付けられ、外側環状シェルの下流側部分１２ｂの円
形リム１０４と直接接触する１つの端を有する。
【００２７】図３に示される本発明の第２の実施形態で
は、舌状物７０および７２の第２の端は、それぞれイン
サートを介して燃焼室の外側側壁２６および内側側壁２
８へ固定される。各々のインサートは、相互に固定され
た（有利にはろう付け又は溶接によって）２つの同軸部
分を含む。一方の同軸部分は、壁の火床側へ押し付けら
れるカラー７４ａおよび７６ａを含み、他方の同軸部分
は、カラーを取り巻くリング７４ｂおよび７６ｂの形状
をしており、舌状物のアイレットを形成する第２の端を
壁に押し付ける。前述した実施形態と同じように、希釈
孔又は一次孔の実際の径は、カラーによって占められ
る。カラーの外端は、火炎の捕獲を避けるため丸くされ
る。
【００２８】有利には、舌状物５８は、その第２の端７
０の近くに形成された開口５８ａを有することができ
る。開口５８ａは、組み立ての後で供給を容易にするた
め、噴射開口部４１ａと整列させられる。更に、図示さ
れた例では、この舌状物の第１の端は、フランジの間に
取り付けられたリングへ溶接される（図１Ａで示される
ように）のではなく、外側環状シェル１２へ固定された
キー手段１０６へろう付けされる。
【００２９】これまでの全ての構成において、固定舌状
物の可撓性可撓性は、高温時に複合材料燃焼室と環状金
属シェルとの間で現れる熱膨張差を吸収するように働
き、同時に燃焼室が適切に保持および配置されることを
保証する。更に、これらの舌状物のアンカーポイントと
して酸化剤供給開口部を使用することは、組み立てを容
易にし、一般的に容積を最少化する。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態を構成する、ターボ
マシンの中央領域を軸方向に切断したときの半分を示す
断面図である。
【図１Ｂ】燃焼室の外壁の可撓性固定舌状物の例を示
す。
【図１Ｃ】燃焼室の内壁の可撓性固定舌状物の例を示
す。
【図２】代替の結合構成を使用して、図１Ａの一部分を
拡大して示した図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を構成する、ターボマ
シンの中央領域を軸方向に切断したときの半分を示す概
略図である。
【符号の説明】
１０ 長手方向軸 １２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂ 金属部分 １６ 環状空間 １８ 環状拡散ダクト ２０ 噴射システム ２２ 燃料噴射ノズル ２４ 燃焼室 ２６ 外側軸方向延長側壁 ２８ 内側軸方向延長側壁 ３０ 横断延長端部壁 ３２、３４ マージン ３６、３８、８８、９０ 上流側端 ４０ 貫通開口部 ４１ａ、４１ｂ 酸化剤供給開口部 ４２ 環状ノズル ４４ 固定ブレード ４６ 外側円形プラットフォーム ４８ 内側円形プラットフォーム ４９ 支持手段 ５０ ボルト ５２、６８、７４、７４ａ、７４ｂ、７６、７６ａ、７
６ｂ、７７ 固定手段 ５４、５６ 貫通開口部 ５８、６０ 可撓性舌状物 ５８ａ 開口 ６２、６４ 基底 ６６ａ、６６ｂ、７５ 金属リング ７０、７２ 頂点 ７９ 金属部品 ８０、８２ 円形「スプリングブレード」ガスケット ８４、８６ 溝 ９２、９４ 円形スプリングブレード型弾性要素 ９６ オメガ型円形ガスケット ９８、１０２ 円形溝 １００ 円形ガスケット １０４ 円形リム １０６ キー手段 Ｆ ガスフロー方向 Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３ ガスフロー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アレクサンドル・フオレステイエ フランス国、77350・ボワシス−ラ−ベル トラン、シユマン・ドウ・ボワセツト・22

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属材料の内側および外側環状シェル
    （１２、１４）を含み、前記内側および外側環状シェル
    （１２、１４）は、ガスフロー方向Ｆにおいて、燃料噴
    射アセンブリ（２０；２２）と、長手方向軸（１０）お
    よび複数の酸化剤供給開口部（４１ａ、４１ｂ）を有す
    る複合材料の環状燃焼室（２４）と、固定ブレード（４
    ４）を有して高圧タービンの入口段を形成する金属材料
    の環状ノズル（４２）とを含むターボマシンであって、
    複合材料の前記燃焼室が、複数の可撓性金属舌状物（５
    ８、６０）によって、前記内側および外側環状金属シェ
    ルの間で定位置に保持され、前記舌状物の第１の端（６
    ２、６４）は、第１の固定手段（５２；６８、７７）に
    よって、前記内側および外側環状金属シェル（１２、１
    ４）の各々へ確実に固定された金属リング（６６ａ、６
    ６ｂ）によって相互結合され、前記舌状物の第２の端
    （７０、７２）は、第２の固定手段（７４、７６；７４
    ａ、７４ｂ、７６ａ、７６ｂ）によって、前記酸化剤供
    給開口部の少なくとも一部分を介して前記複合材料燃焼
    室（２６、２８）へ確実に固定され、前記固定舌状物の
    可撓性可撓性が、高温時に、前記複合材料燃焼室と前記
    内側および外側環状金属シェルとの間の、径方向および
    軸方向における自由な変位を吸収するように働くことを
    特徴とするターボマシン。
  2. 【請求項２】 酸化剤供給開口部が、前記燃焼室の一次
    領域および／または希釈領域へ空気を供給する孔によっ
    て構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の
    ターボマシン。
  3. 【請求項３】 舌状物の前記第１の端が、ろう付け又は
    溶接によって前記金属リングへ結合されていることを特
    徴とする、請求項１に記載のターボマシン。
  4. 【請求項４】 舌状物の前記第１の端が、前記金属リン
    グと一体に形成されることを特徴とする、請求項１に記
    載のターボマシン。
  5. 【請求項５】 前記第１の固定手段が、複数のボルトに
    よって構成されていることを特徴とする、請求項１に記
    載のターボマシン。
  6. 【請求項６】 前記環状シェルの各々が、２つの部分
    （１２ａ、１２ｂ；１４ａ、１４ｂ）から作られ、前記
    金属リングは、前記２つの部分を相互結合するフランジ
    の間に取り付けられることを特徴とする、請求項１に記
    載のターボマシン。
  7. 【請求項７】 前記第２の固定手段の各々が、カラー
    （７４、７６）を含み、前記カラーは、前記燃焼室の各
    々の酸化剤供給開口部（４１ａ、４１ｂ）の中へ挿入さ
    れ、舌状物（７０、７２）の第２の端の上へクリンプさ
    れ、一度クリンプが実行されると、前記舌状物（５８、
    ６０）を燃焼室に対して保持することを特徴とする、請
    求項１に記載のターボマシン。
  8. 【請求項８】 前記第２の固定手段が、複数のインサー
    トを含み、各々のインサートは、相互に固定された２つ
    の同軸部分から作られ、前記同軸部分は、第１に、燃焼
    室の側壁（２６、２８）を押圧するカラー（７４ａ、７
    ６ａ）を含み、第２に、前記カラーを取り巻いて舌状物
    （７０、７２）の前記第２の端を前記側壁へ押し付ける
    リング（７４ｂ、７６ｂ）を含むことを特徴とする、請
    求項１に記載のターボマシン。
  9. 【請求項９】 前記舌状物の各々が、前記酸化剤供給開
    口部を介する供給を改善するため、前記第２の端の近く
    に形成された開口（５８ａ）を含むことを特徴とする、
    請求項１に記載のターボマシン。
  10. 【請求項１０】 前記ガス流に対するシーリングが、
    「スプリングブレード」円形ガスケット（８０、８２）
    によって、前記燃焼室（２４）と前記ノズル（４２）と
    の間に設けられ、前記円形ガスケット（８０、８２）
    は、該円形ガスケットの押圧面を形成する前記燃焼室の
    下流側端（８８、９０）を直接押圧することを特徴とす
    る、請求項１に記載のターボマシン。
  11. 【請求項１１】 前記ガス流に対するシーリングが、
    「スプリングブレード」円形ガスケット（８０、８２）
    によって、前記燃焼室（２４）と前記ノズル（４２）と
    の間に設けられ、前記円形ガスケット（８０、８２）
    は、ろう付け又はインプラントによって前記下流側端へ
    嵌め込まれた複合材料のリングを押圧することを特徴と
    する、請求項１に記載のターボマシン。
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