JP2003035104A - セラミックマトリックス材料よりなる燃料室のための構造 - Google Patents

セラミックマトリックス材料よりなる燃料室のための構造

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JP2003035104A JP2002156754A JP2002156754A JP2003035104A JP 2003035104 A JP2003035104 A JP 2003035104A JP 2002156754 A JP2002156754 A JP 2002156754A JP 2002156754 A JP2002156754 A JP 2002156754A JP 2003035104 A JP2003035104 A JP 2003035104A
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デイデイエ・エルナンデス
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品の膨張係数の差異によって生じる変位を
吸収する能力を有するケーシング−燃焼室結合を提案す
る。 【解決手段】 ターボマシンは金属材料の環状シェル１
２、１４を含み、この環状シェル１２、１４は、ガスフ
ロー方向Ｆに沿って、燃料噴射アセンブリ２０、２２、
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４
２を含む。前記ノズルは、環状シェルによって支持さ
れ、第１の解放可能な固定手段５０によって前記環状シ
ェルへ固定される。燃焼室は、環状シェルの内部で浮動
式に取り付けられ、ノズルによってのみ定位置に保持さ
れる。更に、燃焼室は、第２の解放可能な固定手段５
２、５４によって弾性的にノズルへ固定される。

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）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ける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、全て同じタイプ
の材料、一般的には金属タイプの材料で作られている。
しかし、非常に高温になる或る特定の使用条件のもとで
は、金属から作られた燃焼室は、熱の見地から全く不適
当であり、ＣＭＣタイプの高温複合材料から作られた燃
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その費用は、そのような材料
の使用が通常燃焼室自体に限定されることを意味し、従
って高圧タービンの入口ノズル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、高圧タービンの入口にあるノズルで
特に重大なインタフェース問題を生じ、燃焼室のケーシ
ングで結合問題を生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの部
品の膨張係数の差異によって生じる変位を吸収する能力
を有する、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。従って、本発明の目的
は、特に製造するのに容易で簡単な形状の構造を提案す
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、前記シェルが、ガスフロー方向Ｆに
沿って、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入口段を形成する金属材
料のノズルを含み、前記ノズルが、前記シェルによって
支持され、かつ第１の解放可能な固定手段によって前記
シェルへ固定されたターボマシンであって、前記燃焼室
が、前記シェルの内部で浮動式（ｆｌｏａｔｉｎｇ）に
取り付けられ、かつ前記ノズルによってのみ定位置に保
持され、更に第２の解放可能な固定手段によって前記ノ
ズルへ弾性的に固定されてい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】このように、燃焼室とノズルとを直接結合
（一体化）し、燃焼室とシェルとは結合しないことによ
って、前記燃焼室の製造はかなり簡単になり、同時に燃
焼室とノズルとの間のシーリングが大きく改善される。
更に、ガス流の良好なアライメントが運転中に生じ、こ
れは高圧タービンへのガス供給を効果的にする。更に、
燃焼室の通常のフランジ（これはシェルとの結合に使用
される）を除去することによって、前記燃焼室、従って
ターボマシンの重量を相当に軽減することもできる。
【０００６】ノズルを燃焼室と一体化することによっ
て、燃焼室とシェルとの間の相対的変位の問題はノズル
へ移され、前記ノズルをシェルに対して径方向へ自由に
膨張させるように構成された第１の解放可能な固定手段
が設けられる。
【０００７】好ましい実施形態において、前記第２の解
放可能な固定手段は、第一に、ノズルの内側円形プラッ
トフォームと前記シェルの内側環状壁を支持するように
働くフランジとの間で締め付けられた、前記燃焼室の端
で内側軸方向延長壁を保持する第１の保持手段、および
ノズルの外側円形プラットフォームに対する弾性プレス
トレスを使用して前記燃焼室の端で外側軸方向延長壁を
保持する第２の保持手段を含む。
【０００８】好ましくは、前記支持フランジはセクタへ
分割される。それは、高温時に、ノズルの前記内側円形
プラットフォームと燃焼室の前記内側軸方向延長壁とが
異なった膨張を生じるとき、それによって起こる周辺部
の幾何学的差異を補償するためである。前記支持フラン
ジは、シェルの前記内側環状壁のフランジと、前記第１
の解放可能な固定手段によって前記フランジへ保持され
る金属材料のリングとの間に取り付けられる。
【０００９】有利には、前記第１の解放可能な固定手段
は、前記支持フランジのそれぞれ対応する長円孔を通る
スクリューシャンクを有する複数のボルトを含み、前記
スクリューシャンクはそれぞれショルダを設けられ、前
記リングとシェルの内側環状壁の前記フランジとの間で
前記支持フランジが滑るように、前記リングは前記ショ
ルダを押圧している。
【００１０】ターボマシンにシーリングを提供するた
め、シェルの内側環状壁の前記フランジは、オメガ型円
形シールガスケットを収容する円形溝を有する。前記ガ
スケットは、シェルの内側環状壁の前記フランジと前記
支持フランジとの間にシーリングを提供する。同様に、
有利に燃焼室の前記外側端部壁へろう付けされる複合材
料のリングは、第２の保持手段によって、ノズルの前記
外側円形プラットフォームに対して弾性プレストレスで
保持される。前記リングは、オメガ型の円形シーリング
ガスケットを収容する円形溝を有し、前記ガスケット
は、燃焼室の前記外側端部壁とノズルの前記円形外側プ
ラットフォーム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を伴う以下の説明から、より良好
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（本明細書では一般的に
「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す。そこには、次の部分が含まれ
る。
【００１３】長手方向軸１０を有する金属材料の外側環
状壁（又は外側ケーシング）１２、および外側環状壁１
２と同軸で、同じく金属材料から作られた内側環状壁
（又は内側ケーシング）１４を有するシェル。
【００１４】シェルの２つの環状壁１２および１４の間
にあって、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、第一に、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、次にＣＭＣタイプ又は他の同様なタ
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、最後に高圧タービン（図示されていない）の
入口段を形成する金属から作られ、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
周りに規則的に配分される。各々の噴射システムは、外
側環状ケーシング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図示されていな
い）。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、および横断長延端部壁３０によって
形成される。外側軸方向延長側壁２６および内側軸方向
長延側壁２８の双方は、軸１０の周りで同軸に配置さ
れ、横断延長端部壁３０は、適切な手段（例えば、フラ
ットヘッドを有する金属又は耐火性のボルト）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を有する。更に、前記
端部壁３０は、燃料および酸化剤の一部分が、燃焼室２
４の中へ噴射されることを可能にする開口部４０を設け
られている。環状ノズル４２は、ターボマシンの環状シ
ェルへ固定された支持手段４９に載っている。環状ノズ
ル４２は、好ましくは複数のボルト５０によって構成さ
れた第１の解放可能な固定手段によって、環状シェルへ
固定されている。
【００１６】本発明において、燃焼室は、環状シェルの
内部で浮動式に取り付けられ、ノズルによってのみ定位
置に保持され、第２の解放可能な固定手段によって弾力
的にノズルへ固定される。第２の解放可能な固定手段
は、第一に、燃焼室の端（その上流側端３８から離れて
いる）で、ノズルの内側円形プラットフォーム４８と内
側環状シェル１４の支持体として働くフランジ５６との
間へ、内側軸方向延長側壁部分５４を締め付ける第１の
保持手段５２、および前記燃焼室の上流側端３６から遠
い燃焼室の端で、ノズルの外側円形プラットフォーム４
６に対して弾性プレストレス６０で、外側軸方向延長側
壁部分６２を保持する第２の保持手段５８を含む。支持
フランジ５６は、内側環状シェル１４のフランジ６４と
第１の解放可能な固定手段５０によって前記フランジへ
保持された金属リング６６との間に取り付けられてい
る。
【００１７】拡散ダクト１８の出口で、少なくとも２つ
の別々のフローＦ１およびＦ２として分かれた圧縮され
た酸化剤を、燃焼室２４の両方の側へ通すための（そし
て、特に燃焼室を冷却するため）貫通開口部６８および
７０が、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に形成され、それに
よってロータの高圧タービンの入口でノズルの固定ブレ
ード４４が冷却される。
【００１８】燃焼室２４は、他の部品は金属で作られて
いるために、ターボマシンを構成している他の部品の熱
膨張係数と非常に異なった熱膨張係数を有し、また特
に、燃焼室が固定されているノズル４２の熱膨張係数、
および環状シェル１２および１４の熱膨張係数と非常に
異なった熱膨張係数を有するので、第１の解放可能な固
定手段５０は、高温時にノズルを環状シェルに対して径
方向へ自由に膨張させるように構成される。それを可能
にするため、支持フランジ５６は、複数のボルト５０の
スクリューシャンクと協働する長円孔７２を開けられ
る。前記スクリューシャンクは、リング６６によって押
圧されるショルダ７４を有し、リングと内側環状シェル
１４のフランジ６４との間で支持フランジが滑るように
なっている。更に、このフランジはセクタへ分割され
る。それは、高温時にノズルの内側円形プラットフォー
ム４８と燃焼室の内側軸方向延長壁２８および５４との
間で異なった膨張が生じ、それによって起こる周辺部の
幾何学的差異を補償するためである。
【００１９】燃焼室とタービンとの間のガスフローをシ
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、内側環状シェルのこのフラン
ジ６４と支持フランジ５６との間にシーリングを提供す
る。このようにして、圧縮機から来て、Ｆ２を介して燃
焼室を取り巻く圧縮された酸化剤のフローは、オリフィ
ス７０を介してのみ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。ス
プリングブレードガスケット８４は、外側環状シェル１
２と接触する１つの端を有し、フローＦ１に対してシー
リングを提供する。
【００２０】燃焼室２４とノズル４２との間のシーリン
グは、同様にオメガ型円形ガスケット８６によって、燃
焼室の端における外壁６２とノズルの外側円形プラット
フォーム４６との間に提供される。ガスケット８６は、
複合材料リング９０の円形溝８８の中に取り付けられ
る。リング９０は、燃焼室の端で外壁６２へろう付けさ
れるのが有利であり、第２の保持手段５８によって、ノ
ズルの外側円形プラットフォーム４６に対して弾性プレ
ストレス（例えば、スプリング６０によって得られる）
で保持される。
【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
きの半分を示す概略図である。
【図２】高圧タービンと燃焼室との間の、ノズルの内側
プラットフォームを介する結合を示す詳細斜視図であ
る。
【図３】高圧タービンと燃焼室との間の、ノズルの外側
プラットフォームを介する結合を示す詳細斜視図であ
る。
【図４】図１の線ＩＶ沿って見た図である。
【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 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 上流側端 ４０、６８、７０ 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、５８ 保持手段 ５４ 内側軸方向延長側壁部分 ５６ 支持フランジ ６０ 弾性プレストレス ６２ 外壁 ６４、８０ フランジ ６６ 金属リング ６８、７０ 開口部 ７２ 長円孔 ７４ ショルダ ７６、８２、８８ 円形溝 ７８、８６ 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 ９０ 複合材料リング Ｆ ガスフロー方向 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 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 Ｆターム(参考） 3G002 GA10 GA11

Claims (10)

    【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、ガスフロー方向Ｆに沿って、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入口段（４
    ４）を形成する金属材料のノズル（４２）を含み、前記
    ノズルは、前記シェルによって支持され、かつ第１の解
    放可能な固定手段（５０）によって前記シェルへ固定さ
    れるターボマシンであって、前記燃焼室が、前記シェル
    の内部で浮動式に取り付けられ、かつ前記ノズルによっ
    てのみ定位置に保持され、更に第２の解放可能な固定手
    段（５２、５８、６０）によって前記ノズルへ弾性的に
    固定されていることを特徴とするターボマシン。
  2. 【請求項２】 前記第１の解放可能な固定手段は、前記
    ノズルが、前記シェルに対して径方向へ自由に膨張可能
    であるように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】 前記第２の解放可能な固定手段が、第一
    に、ノズルの内側円形プラットフォーム（４８）と前記
    シェルの内側環状壁（１４）を支持するように働くフラ
    ンジ（５６）との間で締め付けられた、前記燃焼室の端
    で内側軸方向延長壁（５４）を保持する第１の保持手段
    （５２）、およびノズルの外側円形プラットフォーム
    （４６）に対して、弾性プレストレス（６０）を使用し
    て前記燃焼室の端で外側軸方向延長壁（６２）を保持す
    る第２の保持手段（５８）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。
  4. 【請求項４】 前記支持フランジが、セクタへ分割さ
    れ、ノズルの前記内側円形プラットフォームと燃焼室の
    前記内側軸方向延長壁との間で、高温時に存在する異な
    った膨張から生じる周辺の幾何学的差異を補償すること
    を特徴とする、請求項３に記載のターボマシン。
  5. 【請求項５】 前記支持フランジが、シェルの前記内側
    環状壁のフランジ（６４）と前記第１の解放可能な固定
    手段によって前記フランジに対して保持された金属材料
    のリング（６６）との間に取り付けられることを特徴と
    する、請求項３に記載のターボマシン。
  6. 【請求項６】 前記第１の解放可能な固定手段が、複数
    のボルト（５０）を含み、前記ボルト（５０）は、前記
    支持フランジの対応する長円孔（７２）を通るスクリュ
    ーシャンクを有し、前記スクリューシャンクは、それぞ
    れのショルダ（７４）を設けられ、前記リングとシェル
    の内側環状壁の前記フランジとの間で前記支持フランジ
    を滑らせるように、前記リングは前記ショルダを押圧し
    てい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】 シェルの内側環状壁の前記フランジが、
    オメガ型円形シーリングガスケット（７８）を収容する
    円形溝（７６）を有し、前記ガスケット（７８）は、シ
    ェルの内側環状壁の前記フランジと前記支持フランジと
    の間にシーリングを提供することを特徴とする、請求項
    ６に記載のターボマシン。
  8. 【請求項８】 更に、複合材料のリング（９０）を含
    み、前記リング（９０）は、有利に燃焼室の端で前記外
    壁へろう付けされ、かつ前記第２の保持手段によって、
    ノズルの前記外側円形プラットフォームに対して弾性プ
    レストレス（６０）で保持されることを特徴とする、請
    求項３に記載のターボマシン。
  9. 【請求項９】 前記リングが、オメガ型円形シールガス
    ケット（８６）を収容する円形溝（８８）を有し、前記
    ガスケット（８６）は、燃焼室の端にある前記外壁とノ
    ズルの前記外側円形プラットフォームとの間にシーリン
    グを提供す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】 外側環状シェル（１２）および内側環
    状シェル（１４）を含み、前記外側環状シェルおよび内
    側環状シェルは、前記外側環状シェルおよび内側環状シ
    ェルの間に空間（１６）を画定し、前記空間は、ガスフ
    ロー方向Ｆに沿って、第一に、外側軸方向延長側壁（２
    ６）、内側軸方向延長側壁（２８）、および横断長延端
    部壁（３０）によって形成される複合材料の環状燃焼室
    （２４）を収容し、第二に、セクタへ分割されて、外側
    軸方向延長プラットフォーム（４６）と内側軸方向延長
    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）を含む金属材料の環状ノズル
    （４２）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軸方向長延側壁の自由端部分
    （５４、６２）が、前記ノズルの前記外側および内側プ
    ラットフォームへ結合され、燃焼室の端における前記内
    側軸方向延長側壁部分（５４）が、第１の保持手段（５
    ２）によって、ノズルの前記内側プラットフォームと前
    記内側環状シェルのために支持体として働くフランジ
    （５６）との間で締め付けられており、燃焼室の端にお
    ける前記外側軸方向延長側壁部分（６２）が、第２の保
    持手段（５８）によって、ノズルの前記外側プラットフ
    ォームに対して弾性プレストレス（６０）で保持されて
    いることを特徴とするターボマシン。
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Cited By (3)

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