JP2002372242A - 可撓性結合スリーブによるターボマシンのｃｍｃ燃焼室のための取り付け - Google Patents

可撓性結合スリーブによるターボマシンのｃｍｃ燃焼室のための取り付け

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JP2002372242A JP2002158746A JP2002158746A JP2002372242A JP 2002372242 A JP2002372242 A JP 2002372242A JP 2002158746 A JP2002158746 A JP 2002158746A JP 2002158746 A JP2002158746 A JP 2002158746A JP 2002372242 A JP2002372242 A JP 2002372242A
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Didier Hernandez
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品の膨張係数の差異によって引き起される
変位を吸収できるケーシング−燃焼室結合を提案する。 【解決手段】 金属材料のシェル１２、１４を含み、シ
ェルは、ガスフローの方向Ｆで、燃料噴射アセンブリ２
０；２２、複合材料燃焼室２４、および高圧タービンの
固定ブレード４４を有する入口段を形成する金属材料セ
クタ分割ノズル４２を含むターボマシンであり、燃焼室
は、金属材料のセクタ分割可撓性スリーブ５６、６０に
よって保持され、スリーブは、第１の固定手段５０、５
２によって燃焼室へ固定された１つの端５６ａ、６０ａ
を有し、また第２の固定手段５４、５８によってシェル
へ固定されてフランジを形成する反対側の端５６ｂ、６
０ｂを有する。第１の固定手段は、燃焼室をセクタ分割
ノズルへ結合する働きも行う。

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 Ｃｏｍｐｏｓ
ｉｔｅ、ＣＭＣ）材料から作られた燃焼室を有するター
ボジェットエンジンにおいて、高圧タービンと燃焼室と
の間のインタフェースに関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、ターボマシンにおいて、高圧ター
ビン（Ｈｉｇｈ ＰｒｅｓｓｕｒｅＴｕｒｂｉｎｅ、Ｈ
ＰＴ）および特にその入口ノズル、燃焼室、および前記
燃焼室のケーシング（又は「シェル」）は、全て金属タ
イプの材料から作られる。しかし、非常に高い燃焼温度
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当であることが判明し、Ｃ
ＭＣタイプの高温複合材料に基づいた燃焼室の使用が必
要である。しかし、そのような材料の加工が困難である
こと、および原料コストは、それらの使用が、通常、燃
焼室自体へ限定されることを意味し、高圧タービンの入
口ノズルおよびケーシングは、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。その結
果、高温タービンへの入口にあるノズルとのインタフェ
ースに関して、またケーシングと燃焼室との間の結合に
関して、特に重大な空気力学的問題が起こる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、これら部品
の膨張係数の差異によって引き起される変位を吸収でき
るケーシング−燃焼室結合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、形状が単
純で、製造が特に容易な構造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
料のシェルを含み、前記シェルは、ガスフローの方向Ｆ
において、燃料噴射アセンブリ、複合材料の燃焼室、お
よび高圧タービンの固定ブレードを有する入口段を形成
する金属材料のセクタ分割ノズルを含む、ターボマシン
であって、前記燃焼室が、金属材料のセクタ分割可撓性
スリーブによって定位置に保持され、前記スリーブは、
第１の固定手段によって前記燃焼室へ固定された第１の
端を有し、また第２の固定手段によって前記シェルへ固
定されフランジを形成する第２の端を有することを特徴
とするターボマシンによって達成される。更に、前記第
１の固定手段は、前記燃焼室を前記セクタ分割ノズルへ
結合するように働く。
【０００５】このように、燃焼室をノズルへ直接取り付
ける（一体化する）ことによって、運転中のガス流のミ
スアライメントが避けられ（従って、高圧タービンへの
より良好なガス供給が保証され）、同時に燃焼室とノズ
ルとの間のシーリングが改善される。更に、セクタ分割
可撓性スリーブのシステムを介してシェルへ結合するこ
とは、重くて硬いフランジを有する従来の結合装置と比
較して、燃焼室の重量を相当に軽減する。
【０００６】第１の固定手段は、好ましくは複数のボル
トによって構成される。可撓性セクタ分割金属スリーブ
は、冷却流体の通過を可能にする通気開口部を有し、ま
た前記通気開口部の上流側端で終端する複数の並列セク
タ分割スロットを有する。セクタ分割スロットは、複合
材料から作られた燃焼室と金属材料から作られたシェル
との間に存在する、相対的熱膨張を補償する大きさを有
する。
【０００７】ターボマシンが、金属材料の外側および内
側環状壁を有するシェルを含み、前記外側および内側環
状壁が、前記外側および内側環状壁の間に空間を画定
し、前記空間が、ガスフローの方向Ｆにおいて、燃料噴
射アセンブリと、外側軸方向延長側壁、内側軸方向延長
側壁、および横断延長端部壁から形成された複合材料の
環状燃焼室と、外側セクタ分割円形プラットフォームお
よび内側セクタ分割円形プラットフォームの間に取り付
けられた、複数の固定ブレードによって形成された金属
材料のセクタ分割環状ノズルとを、連続して収容する好
ましい実施形態では、燃焼室の前記外側および内側側壁
の下流側端は、金属材料の外側および内側可撓性スリー
ブによって定位置に保持され、前記スリーブは、第１の
固定手段によって前記外側および内側下流側端へ固定さ
れた第１の端を有し、また第２の固定手段によって前記
外側および内側環状シェルへ固定されてフランジを形成
する第２の端を有する。
【０００８】これらの第１の固定手段は、ノズルの前記
内側セクタ分割円形プラットフォームと内側セクタ分割
可撓性スリーブの前記第１の端との間に、燃焼室の内側
側壁の前記下流側端部分を保持する第１の保持手段を含
み、またノズルの前記外側セクタ分割円形プラットフォ
ームと外側セクタ分割可撓性スリーブの前記第１の端と
の間に、燃焼室の外側側壁の前記下流側端部分を保持す
る第２の保持手段を含むことが有利である。
【０００９】好ましくは、内側セクタ分割可撓性スリー
ブの前記第１の端は、シェルの内側環状壁のガスケット
に対する押圧面として働くフランジ形成下流側部分を有
する。
【００１０】ターボマシンの中でシーリングを提供する
ため、シェルの前記内側環状壁は、オメガ型の円形ガス
ケットを収容するのに適した円形溝を含むフランジを有
する。前記円形ガスケットは、前記フランジおよびシェ
ルの内側環状壁と前記フランジ形成下流側部分との間に
シーリングを提供する。
【００１１】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。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１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。
【００１３】長手方向軸１０の周りに金属材料の外側環
状壁（又はケーシング）１２を有し、またそれと同軸で
同様に金属材料から作られた内側環状壁（又はケーシン
グ）１４を有するシェル。
【００１４】前記シェルの２つの環状壁１２および１４
の間に広がり、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）から来る圧縮された酸化剤、一
般的には空気を受け取る環状空間１６。
【００１５】この空間１６は、ガスフロー方向におい
て、最初に、複数の噴射システム２０から作られた噴射
アセンブリを含み、次に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、外側環状シェル１２へ固定され
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によって形成される。双方の側壁は軸１０の周
りで同軸である。前記端部壁３０は、任意の適切な手
段、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、特に燃料お
よび酸化剤の一部分を燃焼室２４へ噴射させるための開
口部４０を設けられている。環状ノズル４２は、高圧タ
ービン（図示されていない）の入口段を形成し、通常、
外側セクタ分割円形プラットフォーム４６および内側セ
クタ分割円形プラットフォーム４８の間に取り付けられ
た複数の固定ブレード４４を含む。
【００１６】本発明において、燃焼室２６、２８は、金
属材料の可撓性スリーブ５６および６０によって定位置
に保持される。可撓性スリーブ５６および６０は、第１
の固定手段５０および５２によって、燃焼室の側壁の下
流側端２６ａおよび２８ａへ固定された第１の端５６ａ
および６０ａ、並びに第２の固定手段５４および５８に
よって、シェル１２および１４へ固定されてフランジを
形成する第２の端５６ｂおよび６０ｂを有する。この可
撓性スリーブは、ＣＭＣ燃焼室と金属シェルとの間の膨
張差を補償するため部分的にセクタへ分割されている。
更に、第１の固定手段５０および５２は、燃焼室の側壁
２６および２８の間にノズル４２を保持するように働
く。従って、燃焼室の外側側壁の下流側端２６ａは、ノ
ズルの外側プラットフォーム４６と金属材料の外側セク
タ分割可撓性スリーブの第１の端６０ａとの間に取り付
けられている。外側セクタ分割可撓性スリーブのフラン
ジを形成する第２の端６０ｂは、外側環状シェル１２へ
固定され、従って３つの要素、即ち、外側軸方向壁の下
流側端、ノズルの外側プラットフォーム、および外側セ
クタ分割可撓性スリーブの第１の端から作られているア
センブリは、第１の固定手段によって一緒に締め付けら
れて保持されている。同様に、燃焼室の内側側壁の下流
側端２８ａは、ノズルの内側プラットフォーム４８と金
属材料の内側セクタ分割可撓性スリーブの第１の端５６
ａとの間に取り付けられる。内側セクタ分割可撓性スリ
ーブのフランジを形成する第２の端５６ｂは、内側環状
シェル１４へ固定され、３つの要素、即ち、内側軸方向
壁の下流側端、ノズルの内側プラットフォーム、および
内側セクタ分割可撓性スリーブの第１の端によって形成
されるアセンブリは、第１の固定手段によって一緒に締
め付けられて保持されている。
【００１７】これらの第１の固定手段は、ノズルの内側
セクタ分割円形プラットフォーム４８と内側金属セクタ
分割可撓性スリーブ５６の第１の端５６ａとの間に挟ま
れた、燃焼室の内側側壁２８の下流側端２８（即ち、そ
の上流側端３８から離れている）を保持する第１の保持
手段５０、およびノズルの外側セクタ分割円形プラット
フォーム４６と外側金属セクタ分割可撓性スリーブ６０
の第１の端６０ａとの間に挟まれた、燃焼室の外側側壁
の下流側端２６ａ（即ち、上流側端３６から離れてい
る）を保持する第２の保持手段５２を含む。
【００１８】同様に、第２の固定手段は、第一に、内側
セクタ分割可撓性スリーブの上流側フランジ５６ｂを、
内側環状シェル１４へ固定する第１の結合手段５４、お
よび外側セクタ分割可撓性スリーブの上流側フランジ６
０ｂを、外側環状シェル１２へ固定する第２の結合手段
５８を含む。
【００１９】第１の保持手段５０および第２の保持手段
５２、並びに第１の結合手段５４および第２の結合手段
５８は、それぞれ複数のボルトによって構成されること
が有利である。
【００２０】内側金属可撓性スリーブ５６の第１の端５
６ａは、フランジを形成する下流側部分６６を設けられ
ることが有利である。下流側部分６６は、前記内側環状
シェルのフランジ６４の中に取り付けられたガスケット
の押圧面として働く。
【００２１】更に、拡散ダクト１８の出口で利用可能で
あり、２つの流れＦ１およびＦ２に分かれて、燃焼室の
いずれかの側へ流れる圧縮された酸化剤を使用すること
によって、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を冷却させるため、貫通開口部６８およ
び７０も、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の中に形成され
る。これらの冷却流は、最初に、内側および外側金属セ
クタ分割可撓性スリーブの様々なセクタの間を通され、
更に、これらスリーブを通して形成された通気開口部５
６ｃおよび６０ｃを介して通される。通気開口部５６ｃ
および６０ｃは、隣接したセクタを分離するスロット７
２および７４（例えば、図２を参照）の中にある。これ
らのセクタ分割スロットは、複合材料燃焼室と金属材料
シェルとの間に存在する、熱膨張を補償するように決定
されるような大きさである。
【００２２】燃焼室とタービンへの入口ノズルとの間を
流れるガス流をシーリングするため、内側環状シェルの
フランジ６４は、オメガ型円形ガスケット７８を収容す
る円形溝７６を有する。ガスケット７８は、内側環状シ
ェルの前記フランジと内側金属スリーブ５６のフランジ
形成下流側端６６との間にシーリングを提供する。従っ
て、圧縮機からＦ２を介して燃焼室を通過する圧縮され
た酸化剤のフローは、開口部７０を通過することによっ
てのみ（セクタ分割スロット７２および通気開口部５６
ｃを通過した後に）タービンへ入ることができる。同様
に、ノズルの外側円形プラットフォーム４６は、円形溝
８２を設けられたフランジ８０を有する。円形溝８２
は、スプリングブレードガスケット８４を収容する。ガ
スケット８４の１つの端は、流れＦ１のシーリングを提
供するため外側環状シェル１２と接触する。従って流れ
Ｆ１は、開口部６８を通って（セクタ分割スロット７４
および通気開口部６０ｃを通過した後に）流れるように
強制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ターボマシンの中央部分を軸方向に切断したと
きの半分を示す図である。
【図２】ノズルの内側プラットフォームにおいて、高圧
タービンと燃焼室との間の結合を示す詳細斜視図であ
る。
【図３】ノズルの外側プラットフォームにおいて、高圧
タービンと燃焼室との間の結合を示す詳細斜視図であ
る。
【符号の説明】
１０ 長手方向軸 １２ 外側環状壁 １４ 内側環状壁 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、２８ 側壁 ２６ａ、２８ａ 下流側端 ３０ 端部壁 ３２、３４ マージン ３６、３８ 上流側端 ４０ 開口部 ４２ 環状ノズル ４４ 固定ブレード ４６ 外側セクタ分割円形プラットフォーム ４８ 内側セクタ分割円形プラットフォーム ５０、５２、５４、５８ 固定手段 ５６、６０ 可撓性スリーブ ５６ａ、５６ｂ、６０ａ、６０ｂ 端 ５６ｃ、６０ｃ、６８、７０ 通気開口部 ６４、８０ フランジ ６６ フランジ形成下流側部分 ７２、７４ スロット ７６、８２ 円形溝 ７８ オメガ型円形ガスケット ８４ スプリングブレードガスケット Ｆ ガスフロー方向 Ｆ１、Ｆ２ 流れ
───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者 デイデイエ・エルナンデス フランス国、77720・キエル、リユ・サン −マルタン、38

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属材料のシェル（１２、１４）を含
    み、前記シェルは、ガスフローの方向Ｆにおいて、燃料
    噴射アセンブリ（２０；２２）、複合材料の燃焼室（２
    ４）、および高圧タービンの固定ブレード（４４）を有
    する入口段を形成する金属材料のセクタ分割ノズル（４
    ２）を含むターボマシンであって、前記燃焼室が、金属
    材料のセクタ分割可撓性スリーブ（５６、６０）によっ
    て定位置に保持され、前記スリーブは、第１の固定手段
    （５０、５２）によって前記燃焼室へ固定された第１の
    端（５６ａ、６０ａ）を有し、また第２の固定手段（５
    ４、５８）によって前記シェルへ固定されフランジを形
    成する第２の端（５６ｂ、６０ｂ）を有することを特徴
    とするターボマシン。
  2. 【請求項２】 更に、前記第１の固定手段が、前記燃焼
    室と前記セクタ分割ノズルとの間の結合も提供すること
    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】 前記第１の固定手段が、複数のボルトに
    よって構成されることを特徴とする、請求項１又は２に
    記載のターボマシン。
  4. 【請求項４】 前記金属セクタ分割可撓性スリーブが、
    冷却流体を通過させる通気開口部（５６ｃ、６０ｃ）を
    有す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】 前記金属セクタ分割可撓性スリーブが、
    前記通気開口部の上流側端で終端する複数の並列セクタ
    分割スロット（７２、７４）を有することを特徴とす
    る、請求項４に記載のターボマシン。
  6. 【請求項６】 前記セクタ分割スロットが、複合材料の
    燃焼室と金属材料のシェルとの間に存在する熱膨張を補
    償する大きさを有することを特徴とする、請求項５に記
    載のターボマシン。
  7. 【請求項７】 金属材料の外側および内側環状壁（１
    ２、１４）を有するシェルを含み、前記外側および内側
    環状壁は、前記外側および内側環状壁の間に空間（１
    ６）を画定し、前記空間は、ガスフローの方向Ｆにおい
    て、燃料噴射アセンブリ（２０；２２）と、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）によって形成された複合材料
    の環状燃焼室（２４）と、外側セクタ分割円形プラット
    フォーム（４６）および内側セクタ分割円形プラットフ
    ォーム（４８）の間に取り付けられた、複数の固定ブレ
    ード（４４）によって形成された金属材料のセクタ分割
    環状ノズル（４２）とを連続して収容するターボマシン
    であって、燃焼室の前記外側および内側側壁の下流側端
    （２６ａ、２８ａ）が、金属材料の外側および内側セク
    タ分割可撓性スリーブ（５６、６０）によって定位置に
    保持され、前記スリーブは、第１の固定手段（５０、５
    ２）によって、前記外側および内側下流側端へ固定され
    た第１の端（５６ａ、６０ａ）を有し、また第２の固定
    手段（５４、５８）によって、前記外側および内側環状
    シェルへ固定されてフランジを形成する第２の端（５６
    ｂ、６０ｂ）を有することを特徴とするターボマシン。
  8. 【請求項８】 前記第１の固定手段が、第１に、ノズル
    の前記内側セクタ分割円形プラットフォームと内側セク
    タ分割可撓性スリーブの前記第１の端との間で、燃焼室
    の内側側壁の前記下流側端を保持する第１の保持手段
    （５０）を含み、また第２に、ノズルの前記外側セクタ
    分割円形プラットフォームと外側セクタ分割可撓性スリ
    ーブの前記第１の端との間で、燃焼室の外側側壁の前記
    下流側端を保持する第２の保持手段（５２）を含むこと
    を特徴とする、請求項７に記載のターボマシン。
  9. 【請求項９】 前記第１および第２の保持手段の各々
    が、それぞれ複数のボルトによって構成されることを特
    徴とする、請求項８に記載のターボマシン。
  10. 【請求項１０】 内側セクタ分割可撓性スリーブの前記
    第１の端が、シェルの前記内側環状壁のガスケット（７
    ８）に対する押圧面として働くフランジ形成下流側部分
    （６６）を有することを特徴とする、請求項７に記載の
    ターボマシン。
  11. 【請求項１１】 シェルの前記内側環状壁は、円形溝
    （７６）を有するフランジ（６４）を含み、前記円形溝
    （７６）は、シェルの内側環状壁の前記フランジと前記
    フランジ形成下流側部分との間にシーリングを提供する
    オメガ型円形ガスケット（７８）を収容することを特徴
    とする、請求項１０に記載のターボマシン。
JP2002158746A 2001-06-06 2002-05-31 可撓性結合スリーブによるターボマシンのｃｍｃ燃焼室のための取り付け Expired - Lifetime JP3984101B2 (ja)

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EP (1) EP1265030B1 (ja)
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Cited By (6)

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