JP2003021335A - ターボマシン内のｃｍｃ燃焼室の壁への金属キャップの固定 - Google Patents

ターボマシン内のｃｍｃ燃焼室の壁への金属キャップの固定

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JP2003021335A JP2002161065A JP2002161065A JP2003021335A JP 2003021335 A JP2003021335 A JP 2003021335A JP 2002161065 A JP2002161065 A JP 2002161065A JP 2002161065 A JP2002161065 A JP 2002161065A JP 2003021335 A JP2003021335 A JP 2003021335A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼室の金属端部壁と複合体側壁との異なっ
た膨張係数によって生じる変位を吸収することができ
る、金属端部壁の取り付けを提案する。 【解決手段】 環状燃焼室は、複合材料の外側および内
側軸方向延長側壁２６、２８、および金属材料の端部壁
３０を有する。前記端部壁は、固定手段３８、４０によ
って、外側および内側側壁の定位置に保持される。固定
手段は、環状空洞４２、４４を貫通する。前記環状空洞
４２、４４は、外側および内側側壁の円筒状端部を収容
するように構成され、端部壁の周辺端と下流側へ折り返
された対面部分４６、４８との間に作り出される。運転
中に、前記端部壁と前記側壁との間で径方向への自由な
膨張を起こさせるように、所定量のクリアランスＪが、
周辺端と外側および内側側壁の対面する面との間に設け
られる。

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、ターボマシンにおけ
る燃焼室の側壁が、セラミックマトリックス複合材料
（ＣｅｒａｍｉｃＭａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ、
ＣＭＣ）タイプの複合材料で作られるとき、前記燃焼室
の前記側壁と燃焼室の金属端部壁とを組み立てることに
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（Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｔｉｒｂｉ
ｎｅ、ＨＰＴノズル）、噴射システム、燃焼室、および
前記燃焼室のケーシング（シェルとも呼ばれる）は、全
て金属材料から作られる。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、完全に金属から作
られた燃焼室は、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
の使用が必要である。しかし、これらの材料は非常に高
価であり、大きな機械的応力に耐えることができないの
で、それらの材料は、一般的に、燃焼室自体、更に具体
的には、その軸方向延長側壁だけに限定され、高温ター
ビンの入口ノズル、噴射システム、およびケーシング
は、普通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、非常に異なる熱膨
張係数を有する。これは、燃焼室の複合材料側壁と金属
端部壁とをともに結合するとき、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、燃焼室の金
属端部壁と複合材料側壁との異なった膨張係数によって
生じる変位を吸収することができる、金属端部壁の取り
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、良好な動的作用および良
好なシーリングを実現する取り付けを提供することであ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】これらの目的は、複合材
料の外側および内側軸方向延長側壁、および金属材料の
端部壁を含み、前記端部壁は、固定手段によって前記外
側および内側側壁で定位置に保持される環状燃焼室であ
って、前記固定手段は環状空洞を貫通し、前記環状空洞
は、前記外側および内側側壁の円筒状端部を収容するよ
うに構成され、また前記端部壁の周辺端と下流側へ折り
返された対面部分との間に作り出され、運転中に、前記
端部壁と前記側壁との間で径方向への自由な膨張を起こ
させるように、所定量のクリアランスＪが、前記周辺端
と前記外側および内側側壁の対面する面との間に設けら
れることを特徴とする、燃焼室によって達成される。
【０００５】単にボルトおよびスライド取り付け手段に
よるこの固定システムを使用することによって、金属端
部壁の膨張は、複合材料の壁を損傷することなく吸収さ
れる。
【０００６】固定手段は、複数のボルト、好ましくは拘
束ナット（ｃａｐｔｉｖｅ−ｎｕｔ）を有するボルトに
よって構成される。
【０００７】外側および内側側壁は、複数の孔を設けら
れることが有利であり、前記複数の孔は、一度固定手段
が前記端部壁へ取り付けられると、前記固定手段と協働
するように構成される。
【０００８】好ましい実施形態において、端部壁は、更
に、前記端部壁と前記側壁との間にシーリングを確保す
る手段を含むことができる。シーリング手段は、「スプ
リングブレード」型円形ガスケットを含み、この円形ガ
スケットは、前記金属端部壁の円形溝に取り付けられ、
対面する燃焼室の前記対面する側壁を押圧するように構
成される。前記「スプリングブレード」円形ガスケット
は、その下流側部分に、好ましくはリムを含む。このリ
ムは、燃焼室の前記対面する側壁をトロイダル式に押圧
するように構成される。前記円形シールガスケットは、
セクタへ分割され、前記金属端部壁へ固定された弾性要
素によって、前記側壁に抗して保持される必要がある。
弾性要素は、ブレードスプリングによって構成される。
【０００９】有利な実施形態において、端部壁は、更
に、金属材料の内側および外側キャップを一体化するこ
とができる。前記内側および外側キャップは、その周辺
端を上流側へ延長し、動的作用に対する更に良好な制御
をする。
【００１０】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。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１Ａおよび図２Ａは、ターボマ
シンの噴射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。
【００１２】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）１２。
【００１３】外側環状シェルと同軸の内側環状シェル
（又は内側ケーシング）１４。
【００１４】２つのシェル１２および１４の間で広が
り、ターボマシンの上流側圧縮機（図示されていない）
から、一般的なガスフローＦを規定する環状拡散ダクト
１８（拡散スクリーン１８ａを有する）を介して来る、
圧縮された酸化剤、一般的には空気を収容する環状空間
１６。
【００１５】ガスフローの方向において、この空間１６
は、最初に複数の噴射システム２０によって形成された
噴射アセンブリを含み、続いて環状燃焼室２４を含み、
最後に高圧タービンの入口段を形成する環状ノズル（図
示されていない）を含む。複数の噴射システム２０は、
ダクト１８の周りへ規則的に配置される。噴射システム
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）。環状燃焼室２４は、両方共に軸１０の周りで
同軸に配置されて、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、外側軸方向
延長側壁２６および内側軸方向延長側壁２８、および金
属材料から作られて燃焼室の端部壁を形成し、噴射シス
テムの一部分が固定される開口３２を設けられた、横断
延長端部壁３０から形成される。
【００１６】図示された２つの実施形態において、燃焼
室の外壁２６を上流側へ（フローＦに対して）延長する
外側フェアリング（又はキャップ）３４、および燃焼室
の内壁２８を上流側へ（フローＦに対して）延長する内
側フェアリング（又はキャップ）３６は、端部壁３０へ
直接一体化され、従って前記端部壁と同様に金属材料か
ら作られる（燃焼室の上流側端の一般的形状を更に単純
化し、従って燃焼室は簡単な円筒状部分によって構成さ
れることができる）。当然のことながら、燃焼室の側壁
の２つの上流側端を相互結合する１つのフェアリング
（トロイダル形状の単一部品のキャップ）を有する構成
（従って、噴射ノズル２２が通ることのできる開口を設
けられる）も考えることができる。
【００１７】本発明に従えば、燃焼室の複合材料外側側
壁２６および内側側壁２８とは非常に異なる熱膨張係数
を有する、燃焼室の金属環状端部壁３０は、長手方向軸
１０の周りで規則的に配置された複数の固定手段３８お
よび４０によって、側壁の上流側円筒状端部の定位置に
保持される。固定手段は、環状空洞４２および４４を貫
通する。環状空洞４２および４４は、側壁の円筒状端部
を収容するように構成され、側壁３０の周辺端とキャッ
プ３４および３６を下流側へ延長して対面する折り返し
部分４６および４８との間に作り出される。
【００１８】図１Ａで概略的に示され、また図１Ｂで詳
細に示される第１の実施形態において、固定手段３８お
よび４０は、拘束ナットタイプの複数の金属ボルトによ
って形成される。即ち、各々の金属ボルトはスクリュー
３８ａ、ナット３８ｂ、および端部壁３０に固定され
（有利には、スポット溶接によって）、ナットが回転し
ないようにする保持器３８ｃを含む。このタイプのボル
トを使用すれば、特別の工具（例えばプライヤー）を使
用してナットの回転を防止する必要なしに、単にスクリ
ューを回転することによって、（組み立ての間の）締め
付けが直接的に得られる。前記ナットの回転防止は、保
持器によって非常に簡単に達成される。更に、分解も、
逆の方法で単にスクリューを緩めることによって、非常
に簡単に達成されることができる。
【００１９】外側側壁２６および内側側壁２８の内面と
端部壁３０の対面する周辺端との間のクリアランスＪの
量は、運転中に、金属キャップと複合材料側壁との間で
自由な膨張を起こさせるように計算される。このクリア
ランスにより、径方向への変位が非常に小さい複合材料
側壁を損傷することなく、端部壁の膨張が吸収されるよ
うになる。対応する空洞４２および４４の中に受け取ら
れる外壁２６および内壁２８を含む二重中心合わせシス
テムは、端部壁の相対的シーリングを確実にし、同時に
組み立ての間（低温時）および巡航速度での飛行中（高
温時）に、軸方向の保持を提供する。
【００２０】端部壁と側壁との組み立てを容易にするた
め、前記側壁は、ブシュ３８ｄおよび４０ｄを収容する
ように構成された孔２６ａおよび２８ｂを設けられる。
前もって端部壁に取り付けられた固定手段３８および４
０のスクリューシャフトは、前記ブシュを通る。スクリ
ューとキャップ３４および３６との永続的接触は、前記
組み立ての間に、締め付けトルクが失われる危険を制限
する。側壁２６および２８が、端部壁３０の膨張中にス
ライドするブシュは、前記側壁の中心合わせおよび支持
を更に向上させる。
【００２１】図２Ａは、第２の実施形態を概略的に示
し、図２Ｂはその詳細を示す。この実施形態において、
「スプリングブレード」型円形ガスケット５０および５
２が、円形溝５４および５６の中に取り付けられる。円
形溝５４および５６は、外側又は内側側壁２６および２
８と端部壁３０との間で良好なシーリングを保証するた
め、外側又は内側キャップ３６の折り返し部分４６およ
び４８の下流側端に形成される。シーリングガスケット
は、その下流側部分にリム５８および６０を有する。リ
ム５８および６０は、燃焼室の対面する側壁２６および
２８をトロイダル式に押圧するように構成される。ガス
ケットは、弾性要素６２および６４、好ましくはブレー
ドスプリングによって壁に対して押し付けられ、キャッ
プの下流側端へ固定された複数のペグ６６および６８に
よって定位置に保持される。
【００２２】前述の説明で、端部壁の周辺端と側壁の内
面との間に存在するクリアランスは、複合材料側壁に損
傷を与えることなく、端部壁の膨張が吸収されるように
決定されることが分かる。外側側壁とのシーリングを確
実にするガスケットは、低温時にプレストレスを与えら
れ、内壁とのシーリングを確実にするガスケットは、単
に接触するだけである。高温時には、金属端部壁と内壁
および外壁との間の膨張差の結果として、逆のことが起
こる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明のアセンブリの第１の実施形態を組み
込んだ、ターボマシンの噴射部分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】図１Ａのアセンブリの詳細図である。
【図２Ａ】本発明のアセンブリの第２の実施形態を組み
込んだ、ターボマシンの噴射部分を軸方向に切断したと
きの半分を示す略図である。
【図２Ｂ】図２Ａのアセンブリの詳細図である。
【符号の説明】
１０ 長手方向軸 １２ 外側環状シェル １４ 内側環状シェル １６ 環状空間 １８ 環状拡散ダクト １８ａ 拡散スクリーン ２０ 噴射システム ２２ 燃料噴射ノズル ２４ 環状燃焼室 ２６ 外側軸方向延長側壁 ２６ａ、２８ａ 孔 ２８ 内側軸方向延長側壁 ３０ 横断延長端部壁 ３２ 開口 ３４ 外側フェアリング ３６ 内側フェアリング ３８、４０ 固定手段 ３８ａ、４０ａ スクリュー ３８ｂ、４０ｂ ナット ３８ｃ、４０ｃ 保持器 ３８ｄ、４０ｄ ブシュ ４２、４４ 環状空洞 ４６、４８ 折り返し部分 ５０、５２ 「スプリングブレード」型円形ガスケット ５４、５６ 円形溝 ５８、６０ リム ６２、６４ 弾性要素 ６６、６８ ペグ Ｆ ガスフロー Ｊ クリアランス
───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複合材料の外側および内側軸方向延長側
    壁（２６、２８）、および金属材料の端部壁（３０）を
    含み、前記端部壁は、固定手段（３８、４０）によって
    前記外側および内側側壁で定位置に保持される環状燃焼
    室であって、前記固定手段は、環状空洞（４２、４４）
    を貫通し、前記環状空洞は、前記外側および内側側壁の
    円筒状端部を収容するように構成され、また前記端部壁
    の周辺端と下流側へ折り返された対面部分（４６、４
    ８）の間に作り出され、所定量のクリアランスＪが、運
    転中に、前記端部壁と前記側壁との間で径方向への自由
    な膨張を起こさせるように、前記周辺端と前記外側およ
    び内側側壁の対面する面との間に設けられることを特徴
    とする燃焼室。
  2. 【請求項２】 前記固定手段には、複数のボルト、好ま
    しくは拘束ナットボルトによって構成されることを特徴
    とする、請求項１に記載の燃焼室。
  3. 【請求項３】 前記外側および内側側壁が、複数の孔
    （２６ａ、２８ｂ）を設けられ、前記複数の孔は、一度
    前記固定手段が前記端部壁に取り付けられると、前記固
    定手段と協働するように構成されていることを特徴とす
    る、請求項１に記載の燃焼室。
  4. 【請求項４】 更に、前記端部壁が、前記端部壁と前記
    側壁との間でシーリングを確保する手段（５０から６
    ８）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃焼
    室。
  5. 【請求項５】 前記シーリング手段が、「スプリングブ
    レード」型円形ガスケット（５０、５２）を含み、前記
    ガスケットは、前記金属端部壁の円形溝（５４、５６）
    に取り付けられて、対面する燃焼室の前記対面する側壁
    を押圧するように構成されていることを特徴とする、請
    求項４に記載の燃焼室。
  6. 【請求項６】 前記「スプリングブレード」円形ガスケ
    ットが、下流側部分にリム（５８、６０）を含み、前記
    リムは、燃焼室の前記対面する側壁をトロイダル式に押
    圧するように構成されていることを特徴とする、請求項
    ５に記載の燃焼室。
  7. 【請求項７】 前記円形シーリングガスケットが、セク
    タへ分割されていることを特徴とする、請求項５に記載
    の燃焼室。
  8. 【請求項８】 前記円形シーリングガスケットは、前記
    金属端部壁に固定された弾性要素（６２、６４）によっ
    て前記側壁に対して保持されることを特徴とする、請求
    項５に記載の燃焼室。
  9. 【請求項９】 前記弾性要素が、ブレードスプリングに
    よって構成されていることを特徴とする、請求項８に記
    載の燃焼室。
  10. 【請求項１０】 前記端部壁が、金属材料の内側および
    外側キャップ（３４、３６）を一体化し、前記内側およ
    び外側キャップは、周辺端を上流側へ延長していること
    を特徴とする、請求項１に記載の燃焼室。
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