JP2003014234A - ろう付けされたタブ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

ろう付けされたタブ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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JP2003014234A JP2002161064A JP2002161064A JP2003014234A JP 2003014234 A JP2003014234 A JP 2003014234A JP 2002161064 A JP2002161064 A JP 2002161064A JP 2002161064 A JP2002161064 A JP 2002161064A JP 2003014234 A JP2003014234 A JP 2003014234A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼室をケーシングの内部に取り付ける場合
に、部品の様々な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、複数の可撓性金属タブ５８、
６０によって、内側および外側金属環状シェルの間の定
位置に保持される。可撓性金属タブ５８、６０の第１の
端６２、６４は、第１の固定手段５２、６６によって、
環状シェル１２、１４の各々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、かつ、第２
の端７０、７２は、第２の固定手段７４、７６によっ
て、前記複合材料燃焼室２６、２８へ確実に固定された
複合材料のリング７８ａ、７８ｂへ固定される。前記金
属舌状物の可撓性が、高温時に、前記複合材料燃焼室と
前記金属環状シェルとの間で膨張が径方向へ自由に起こ
ることを可能にする。

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）タイプの複合材料から作られた
燃焼室を、ターボマシンの金属室ケーシングに組み立て
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、特にその
入口ノズル（ＨＰＴ（Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｔ
ｕｒｂｏｎｅ）ノズル）、燃焼室、および前記燃焼室の
内側および外側シェル（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、特に高い
燃焼温度を伴う或る特定の使用条件のもとでは、金属燃
焼室は、熱の見地から全く不適当であることが判明し、
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、実施が困難であることお
よび材料コストは、そのような材料が、一般的に複合材
料燃焼室自体での使用に限定されることを意味し、高圧
タービンの入口ノズル、および燃焼室の内側および外側
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、金属と複合材料は、非常に異なった熱
膨張係数を有する。これは、燃焼室の内側および外側シ
ェルの結合に関して、また高圧タービンへの入口におけ
るノズルのインタフェースに関して、特に難しい問題を
生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、燃焼室をケ
ーシングの内部に取り付ける場合に、これら部品の様々
な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。従って、本発明の目的は、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
料の内側および外側環状シェルを有し、前記内側および
外側環状シェルは、ガスフローの方向Ｆにおいて、燃料
噴射アセンブリ、長手方向軸を有する複合材料の環状燃
焼室、および高圧タービンの固定ブレード入口段を形成
する金属材料の環状ノズルを含むターボマシンであっ
て、前記複合材料燃焼室が、複数の可撓性舌状物によっ
て、前記内側および外側金属環状シェルの間の定位置に
保持され、前記舌状物の第１の端が、第１の固定手段に
よって、前記内側および外側金属環状シェルの各々へ確
実に固定された金属リングによって相互結合され、第２
の端が、第２の固定手段によって、前記複合材料燃焼室
へ確実に固定された複合材料のリングへ固定され、前記
固定舌状物の可撓性が、高温時に、前記複合材料燃焼室
と前記金属環状シェルとの間で、径方向への自由な膨張
を起こさせることを特徴とするターボマシンによって達
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。複合材料から作られたリングを使
用して、流れのシーリングを提供することは、燃焼室の
最初の構造を無傷のままに維持することを可能にする。
更に、従来のフランジに代わって可撓性金属舌状物が存
在することは、特に評価できる質量の軽減を生じる。こ
れらの舌状物は、柔軟であることに加えて、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）、同時に燃焼室が、環状シェルの内部で適
切に保持されて良好に中心合わせされることを確実にす
る。
【０００６】第１および第２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。
【０００７】前記金属環状シェルの各々が、２つの部分
から作られる有利な実施形態において、前記金属舌状物
の前記第１の端を相互結合する前記金属リングは、前記
２つの部分の結合フランジの間に取り付けられる。代替
の実施形態では、前記金属リングは、固定手段によって
前記環状シェルへ直接固定されることができる。
【０００８】意図された実施形態に応じて、固定舌状物
の前記第１の端は、ろう付けによって前記金属リングへ
固定されるか、もしくは前記金属リングと一体に形成さ
れることができる。
【０００９】好ましい実施形態において、前記複合材料
リングは、燃焼室の下流側端へろう付けされる。代替の
実施形態では、複合材料リングは、下流側端へ縫合され
る（ｓｅｗｎ）。他の実施形態では、複合材料リング
は、下流側端へインプラントされる（ｉｍｐｌａｎｔｅ
ｄ）。
【００１０】前記複合物リングは、シーリングガスケッ
ト（有利には、円形「スプリングブレード」ガスケット
型）の押圧面を形成する所定の部分を含む。このシーリ
ングガスケットは、ガス流が、前記燃焼室と前記ノズル
との間でシーリングされることを確実にする。前記所定
の部分は、好ましくは、前記複合材料リングの端部であ
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、より解り
やすくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１Ａ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」の用語が使用される）の中央部分
を軸方向に切断したときの半分を示し、次のものを含
む。
【００１３】金属材料の２つの部分１２ａおよび１２ｂ
から作られ、長手方向軸１０を有する外側環状シェル
（又は外側ケーシング）。
【００１４】同じ様に、金属材料から作られ、前記外側
環状シェルと同軸で、２つの部分１４ａおよび１４ｂを
同様に含む内側環状シェル（又は内側ケーシング）。
【００１５】２つのシェル１２ａ、１２ｂおよび１４
ａ、１４ｂとの間にあり、一般的なガスフロー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。
【００１６】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によって形成される
噴射アセンブリを含み、次に、例えばＣＭＣタイプ又は
他のタイプ（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１
８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の上流側部分１２ａ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の周りで同軸に配置
され、前記端部壁３０は、適切な手段、例えばフラット
ヘッドスクリューを有する金属又は耐火性のボルトによ
って、前記側壁２６および２８の上流側端３６および３
８へ固定されたマージン３２および３４を有し、燃料を
酸化剤の一部分と一緒に燃焼室２４へ噴射させる貫通開
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４
４を含む。
【００１７】ノズルは、好ましくは複数のボルト５０に
よって構成された第１の取り外し可能な固定手段によっ
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の上に載せられている。
【００１８】ノズル４２の外側金属プラットフォーム４
６および内側金属プラットフォーム４８に形成された貫
通開口部５４および５６は、圧縮された酸化剤を使用し
て、高圧タービンのロータへの入口でこのノズルの固定
ブレード４６を冷却するために設けられる。拡散ダクト
１８の出口で利用可能な圧縮された酸化剤は、燃焼室２
４の両側で２つのフローＦ１およびＦ２として流れる。
【００１９】燃焼室２４は、ターボマシンを形成する他
の部品の熱膨張係数とは非常に異なる熱膨張係数を有す
る。なぜなら、それら他の部品は、金属から作られてい
るからである。本発明によれば、燃焼室２４は、燃焼室
の周りに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の
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お
よび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６０）は、内側
環状シェル１４ａおよび１４ｂと燃焼室の内側側壁２８
との間に取り付けられる。
【００２０】金属材料から作られた各々の可撓性固定舌
状物は、図１Ｂで示されるように実質的に三角形の形状
であるか、単一のブレード（任意に一定の幅を有する）
によって構成されることができ、第１の端６２および６
４にて金属リング６６ａおよび６６ｂへろう付け又は溶
接される。金属リング６６ａおよび６６ｂは、第１の固
定手段５２および６８によって、内側および外側金属環
状シェル１２および１５の一方又は他方へ固定され（金
属リングがどこに置かれるかに依存して）、これらの舌
状物の保持および環状ギャップ１６のシーリングを容易
にするために設けられている。好ましい実施形態では、
これらの舌状物および金属リングは、一緒になって単一
の金属部品を形成する。各々の舌状物は、第２の端７０
および７２で、第２の固定手段７４および７６を介し
て、セラミック複合材料リング７８ａおよび７８ｂへ確
実に固定される。セラミック複合材料リング７８ａおよ
び７８ｂは、セラミック複合材料燃焼室の外側側壁２６
および内側側壁２８の下流側端８８および９０へろう付
けされる。このろう付けは、ステッチング（ｓｔｉｔｃ
ｈｉｎｇ）によって置換されるか、補強されることがで
きる。燃焼室の壁とリングとの間の結合は、完全にイン
プラント（「ピンセージ（ｐｉｎ’ｓａｇｅ）」の用語
によって知られるタイプの結合）によっても行われるこ
とができる。例として、舌状物の数は、噴射ノズルの数
に等しくするか、その数の倍数に等しくすることができ
る。
【００２１】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７０および７
２は、それぞれ単純なボルト固定によって、外側および
内側セラミック複合材料リング７８ａおよび７８ｂへ固
定される（しかし、図１Ｃの部分断面図で示されるよう
に、クリンプ固定も考えることができる）。舌状物の第
１の端６２および６４を相互結合する金属リング６６ａ
および６６ｂは、好ましくは、内側環状シェル１４およ
び外側環状シェル１２の上流側部分と下流側部分との間
の既存の結合フランジの間に締め付けられ、第１の固定
手段５２および６８によって確実に保持される。第１の
固定手段５２および６８は、好ましくは同様にボルトタ
イプである。第２の固定手段７４および７６を形成する
ボルトのフラットヘッドスクリューを「埋め込ませる」
ため、セラミック複合材料の座金７４ａおよび７６ａが
設けられていることに注意すべきである。
【００２２】図２に示される変形では、溶接（又はろう
付け）によって燃焼室の外側側壁２６の固定舌状物５８
の第１の端６２を相互結合する金属リング６６ａは、も
はやフランジの間に取り付けられず、外側環状シェル１
２へ固定された中心合わせキー要素１０６へそれ自身溶
接（又はろう付け）される。
【００２３】図３に示される他の変形では、溶接（又は
ろう付け）によって燃焼室の内側側壁２８の固定舌状物
６０の第１の端６４を相互結合する金属リング６６ｂ
は、もはやフランジの間に取り付けられず、例えばボル
トタイプの固定手段１０８によって、単に内側環状シェ
ル１４へ直接固定される。
【００２４】燃焼室２４とノズル４２との間のガス流
は、円形「スプリングブレード」ガスケット８０および
８２によってでシーリングされる。ガスケット８０およ
び８２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の各々の溝８４および８６の中
に取り付けられ、前記円形シーリングガスケットの押圧
面を形成するセラミック複合材料リング７８ａおよび７
８ｂの一部分を直接押圧する。その部分は、リングの端
部であってよい。ガスケットは、ノズルへ固定された弾
性要素９２および９４によって、複合材料リングの前記
端部又は他の部分へ押し付けられる。この構成によっ
て、燃焼室２４とノズル４２との間の高温流に対して、
完全なシーリングが確保される。
【００２５】燃焼室とタービンとの間のガスフローは、
第１にオメガ型円形シーリングガスケット９６によって
シーリングされ、第２に他の円形スプリングブレードガ
スケット１００によってシーリングされる。シーリング
ガスケット９６は、内側環状シェル１４のフランジの円
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。スプリングブレードガスケ
ット１００は、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、その１つの端は、外側
環状シェルの下流側部分１２ｂの円形突起１０４と直接
接触する。
【００２６】前述した全ての構成において、固定舌状物
の可撓性は、高温時に、複合材料燃焼室と金属環状シェ
ルとの間に現れる熱膨張差を吸収することを可能にし、
同時に燃焼室の保持と配置を継続させる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態における、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。
【図１Ｂ】金属材料の各々の可撓性固定舌状物を示す図
である。
【図１Ｃ】クリンプ固定によって外側および内側セラミ
ック複合材料リングに固定された舌状物の第２の端を示
す図である。
【図２】代替の結合構成における図１Ａの一部分を拡大
した図である。
【図３】代替の結合構成における図１Ａの他の一部分を
拡大した図である。
【符号の説明】
１０ 長手方向軸 １２ 外側環状シェル １２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂ 金属材料部分 １４ 内側環状シェル 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 端 ４０、５４、５６ 貫通開口部 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、７６、１０８ 固定手段 ５８、６０ 可撓性舌状物 ６２、６４、７０、７２、８８、９０ 端 ６６ａ、６６ｂ 金属リング ７４ａ、７６ａ 座金 ７６ｂ クリンプ固定手段 ７８ａ、７８ｂ セラミック複合材料リング ８０、８２ 円形スプリングブレードガスケット ８４、８６ 溝 ９２、９４ 弾性要素 ９６ オメガ型円形シーリングガスケット ９８、１０２ 円形溝 １００ 円形スプリングブレードガスケット １０４ 円形突起 １０６ 中心合わせキー要素 Ｆ、Ｆ１、Ｆ２ ガスフロー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (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 エリツク・コネト フランス国、33700・メリニヤツク、リ ユ・デ・ジヤサント・39

Claims (12)

    【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）を有し、前記内側および外側環状シェル
    （１２、１４）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）、長手方向軸（１０）を
    有する複合材料の環状燃焼室（２４）、および高圧ター
    ビンの固定ブレード入口段（４４）を形成する金属材料
    の環状ノズル（４２）を含むターボマシンであって、前
    記複合材料燃焼室が、複数の可撓性金属舌状物（５８、
    ６０）によって、前記内側および外側金属環状シェルの
    間の定位置に保持され、前記舌状物の第１の端（６２、
    ６４）は、第１の固定手段（５２；６８、１０８）によ
    って、前記内側および外側金属環状シェル（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、第２の端（７０、７２）
    は、第２の固定手段（７４、７６）によって、前記複合
    材料燃焼室（２６、２８）へ確実に固定された複合材料
    のリング（７８ａ、７８ｂ）へ固定され、前記金属舌状
    物の可撓性が、高温時に、前記複合材料燃焼室と前記金
    属環状シェルとの間で径方向への自由な膨張を起こさせ
    ることを特徴とするターボマシン。
  2. 【請求項２】 前記第１および第２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に記載のターボマシン。
  3. 【請求項３】 前記金属環状シェルの各々が、２つの部
    分（１２ａ、１２ｂ；１４ａ、１４ｂ）から作られ、前
    記金属舌状物の前記第１の端を相互結合する前記金属リ
    ングは、前記２つの部分の結合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。
  4. 【請求項４】 前記金属舌状物の前記第１の端を相互結
    合する前記金属リングが、固定手段（１０８）によって
    前記環状シェルへ直接固定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】 金属舌状物の前記第１の端が、ろう付け
    又は溶接によって前記金属リングへ固定されることを特
    徴とする、請求項１に記載のターボマシン。
  6. 【請求項６】 金属舌状物の前記第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。
  7. 【請求項７】 前記複合材料リングが、燃焼室の下流側
    端（８８、９０）へろう付け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。
  8. 【請求項８】 前記複合材料リングが、燃焼室の下流側
    端（８８、９０）へ縫合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。
  9. 【請求項９】 前記複合材料リングが、燃焼室の下流側
    端（８８、９０）へインプラント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。
  10. 【請求項１０】 前記複合材料リングが、シーリングガ
    スケット（８０、８２）の押圧面を形成する所定の部分
    を含み、前記シーリングガスケットは、前記燃焼室と前
    記ノズルとの間のガス流のシーリングを確実にすること
    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】 前記所定の部分が、前記複合材料リン
    グの端部であることを特徴とする、請求項１０に記載の
    ターボマシン。
  12. 【請求項１２】 シーリング要素が、円形スプリングブ
    レードガスケット型（８０、８２）であることを特徴と
    する、請求項１０に記載のターボマシン。
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