JP2005009856A - チャンバ壁に溶接されないプラグ密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバ壁にプラグガイドを固定するための手段を提案する。
【解決手段】本発明の燃焼チャンバは、ケーシング６内に径方向に配置されたチャンバ壁５と、空気燃料混合物を点火するための始動点火プラグ３と、本体２と開口部８の周辺部８ａとの間に設けられた密封装置１とを備え、該密封装置１は、本体２が貫通するプラグガイド１０を有し、該プラグガイド１０は、その基部が周辺部８ａに固定された環状支持体１２の径方向外側端部に滑動可能に装着され、支持体１２は、開口部８を貫通し、かつその径方向内端部においてチャンバ壁５の内面に支持されるカラー２１を有する、チムニー２０の径方向外側部に固定されていることと、カラー２１のための冷却回路２３、３３、５２が設けられていることとを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃焼チャンバに関し、該燃焼チャンバは、ケーシング内で径方向に配置されたチャンバ壁と、空気燃料混合物を点火するための始動点火プラグとを備え、該始動点火プラグは、前記ケーシングに搭載され、かつ自由端を有する本体を備え、該本体は、前記ケーシングと前記チャンバ壁との間の相対変位に適応するための大きな空隙を有して前記チャンバ壁を貫通して形成された開口部内に配置され、燃焼チャンバはさらに、前記本体と前記開口部の周辺部との間に設けられた密封装置を備え、前記密封装置は、本体が貫通するプラグガイドを有し、該プラグガイドは、その基部が前記周辺部に固定された環状支持体の径方向外端部に滑動可能に装着される。

従来の燃焼チャンバでは、チャンバ壁は、金属で作られており、プラグガイドの支持体も、同様にチャンバ壁の金属と整合性のある金属で作られる。この支持体の基部は、開口部の周りのチャンバ壁の外面に溶接される。

航空エンジンの性能改善のために温度上昇が必要とされる燃焼チャンバ内に存在する温度の上昇につれて、金属製のチャンバ壁を使用することは最早できなくなっている。これは、プラグガイド支持体を、チャンバ壁に溶接することが不可能であることを意味する。これは特に、チャンバ壁が、セラミックマトリックス内に埋め込まれた炭素繊維を含む複合材料で作られる場合に当てはまる。

米国特許第６，３５１，９４９号明細書の図２は、上述の導入部で指定されたタイプの燃焼チャンバを示しており、プラグガイドの支持体の基部は、開口部の周りに溶接することによってチャンバ壁の外面に固定されるように見える。この文献はまた、燃焼チャンバ内に空気を導入するための取り外し可能な手段を示しており、この手段は、チャンバ壁の外面に配置されたスリーブを機械的に固定するための手段と共に、チャンバ壁のオリフィスを貫通してチャンバ壁の内面に支えられるカラーを有する円筒形スリーブを備えている。このスリーブは、高温に耐える金属材料製であるが、好適にはセラミック材料製である。この文献は、プラグガイドが、同じ方法でチャンバ壁に固定するためのカラーをその径方向内端部に含むことを示唆していない。更に、プラグガイドは、支持体の基部の直径より大きな直径の支持体の端部によって保持されており、開口部の直径は、カラーの直径より小さく、かつ端部の直径より小さいので、このような修正された支持体を搭載することは不可能であろう。
米国特許第６，３５１，９４９号明細書

本発明の目的は、チャンバ壁にプラグガイド支持体を固定するための他の手段であって、相互に整合性のない部品、あるいは異なる膨張係数を有する部品に適した他の手段を提案することである。

本発明の燃焼チャンバは、支持体が、チムニーの径方向外側部に固定され、該チムニーが、開口部を貫通し、かつその径方向内端部でチャンバ壁の内面に支持されるカラーを有することと、カラーのための冷却回路が設けられていることとを特徴とする。

このようにしてチムニーは、チャンバ壁の材料とは異なる材料で作ることができ、特に、冷却回路が設けられるなら、支持体の金属と整合性のある金属で作ることができる。

有利には冷却回路は、チムニーの周辺部とチャンバの壁に支えられるカラーの面に形成された溝と、支持体内に形成されて溝内に開口する通路とによって実現される。

取付けを容易にするために、チムニーは、その周辺部において、少なくとも開口部の周辺部に形成されたノッチに係合するフィンガーを有する。

この構成は、チャンバ壁の内面にカラーを誤差なく盲目的に位置決めすることを可能にする。これは、カラーの曲率を、チャンバ壁の曲率に合わせる必要がある場合に特に有利である。

最も有利には支持体は、溶接によってチムニーの外側部に固定される。

本発明の第１の実施形態では、開口部の周辺部は、カラーと支持体の基部との間で締め付けられ、支持体は、チムニーの外側部を取り巻いている。

通路は、支持体の壁を貫通するオリフィスによって構成され、また支持体の基部は、チムニーのフィンガーの端部が係合するノッチを有する。

この構成は、オリフィスが溝内に開口するように、支持体をチムニーで正確に位置決めすることを可能にする。

本発明の第２の実施形態では、チムニーは、チャンバ壁と支持体の基部との間に介設されたナットによって、開口部の周辺部に固定される。

この場合、通路は、支持体の基部に形成されたスロットによって形成される。

本発明の他の利点と特徴は、例として与えられ、添付の図面を参照しながら行われる以下の説明を読めば明らかになるであろう。

図１から図３は、始動点火プラグ３の本体２の間に配置された密封装置１を示し、該始動点火プラグ３は、軸Ｘの燃焼チャンバのエンクロージャ４内の空気燃料混合物を点火し、軸Ｘは、プラグ３を支持するケーシング６の内部にプラグ自身が配置されたチャンバ壁５によって、外側で径方向に画定される。このようにしてケーシング６とチャンバ壁５は、それらの間に、圧縮器から来て、チャンバ壁を冷却し、また恐らくケーシングとタービンとを冷却し、また希釈空気をエンクロージャ内に供給する働きをする、空気流Ｆ１が流れる環状チャネル７を画定する。

プラグ３の径方向内端部３ａは、チャンバ壁５を貫通して形成された開口部８内にかなりのクリアランスＪとともに配置される。クリアランスＪは、膨張のためにケーシング６とチャンバ壁５との間の相対変位を可能にするに十分な大きさであるように決定される。

密封装置１は、プラグの本体２を取り囲み、かつ開口部８の周辺部８ａに固定された環状支持体１２の径方向外側部に設けられた環状ハウジング１１に滑動可能に取り付けられるディスクの形態で作られた、環状プラグガイド１０を含んでいる。

環状ハウジング１１は、支持体１２の上端面１５の周辺部に形成された環状ビード１４に溶接されたカバー１３によって画定される。プラグガイド１０の高さと、プラグの軸に対する環状ハウジング１１の径方向の広がりは、プラグとチャンバ壁５との間の相対変位時に、ハウジング内をプラグガイドが自由に動けるようにしておくために、プラグガイド１０の直径よりかなり大きい。

プラグガイド１０の支持体１２は、好適には溶接によって、開口部８の直径に合う直径を持ち、かつその径方向内端部で、開口部８の周辺部８ａの内面に支えられるカラー２１を有するチムニー２０の径方向外側部に固定される。

図３に明らかにみられるように、チムニー２０とカラー２１は、チムニー２０を冷却するための冷却空気流、特に燃焼チャンバのエンクロージャ４内に収容されているので、高温にさらされるカラー２１を冷却するための冷却空気流を受けるための溝２３を有する。図３では、チムニー２０の基部は、その周辺部でフィンガー２４を有するが、開口部８の周辺部８ａは、ノッチ２５を有することが見られる。フィンガー２４は、ノッチ２５に係合するためにある。この構成は、カラー２１の上端面が、周辺部８ａの内面を正確に押圧するように、チムニー２０が、予め決められた角度位置で開口部８に取り付けられることを保証しており、このカラーの面は、開口部８を中心としたチャンバ壁５の曲率に応じて形成される。

溝２３は、チムニー２０の周辺部の周りに規則的に分散配置されており、チムニー２０の実質的に全高さに亘って軸方向に延び、またチャンバ壁５の内面を押圧するカラー２１の面上を径方向に延びている。

溝２３には、支持体１２内に設けられた通路によって冷却空気が供給される。

図１、および図３に示す本発明の第１の実施形態では、支持体１２は、チムニー２０を取り囲むスリーブ３０を含み、このスリーブ３０は、開口部８の周辺部８ａがカラー２１と基部３１との間でクランプされるように、周辺部８ａの外面を押圧する基部３１を有する。

図３にみられるように、支持体１２の基部３１はまた、フィンガー２４の上端部が係合するノッチ３２を有する。この構成は、支持体１２が、チムニー２０で単一の角度位置に位置決めされることを保証しており、またチムニー２０が、開口部８で単一の角度位置に位置決めされることも保証している。

スリーブ３０は、溝２３と位置合わせして開口しなくてはならない通気オリフィス３３を有する。フィンガー２４がノッチ３２に挿入されるので、オリフィス３３は、溝２３の配置と形状とは無関係に、恐らく均一ではない、多少の冷却を必要とするゾーンに応じる配置と形状とによって、組立時に溝２３に相対するように自動的に位置決めされる。

密封装置１の第１の実施形態がどのように取り付けられるかを理解することは容易である。チムニー２０は、エンクロージャ４から挿入されて開口部８内に配置される。フィンガー２４は、ノッチ２５と協動してチムニー２０の角度位置を確定する。その後、支持体１２は、チャンバ壁５の外側からチムニー２０の適所に置かれる。フィンガー２４とノッチ３２との間の協動は、支持体１２が角度的に位置決めされることを保証する。それから支持体１２は、溶接によってチムニー２０に固定される。その後、支持体１２の上端面１５にプラグガイド１０が置かれて、カバー１３が溶接によってビード１４に固定される。それからプラグガイド１０は、ハウジング１１内で自由に動けるようになる。プラグガイド１０は、その径方向外側ゾーンにファンネル４０を有し、このファンネル４０は、径方向外向きに広がり、プラグ３がケーシング６の適所に配置されながら、プラグガイド１０がハウジング１１に位置決めされるのを可能にする。

図２は、支持体１２がスリーブ３０を持たないという点で、上述の第１の実施形態とは異なる本発明の第２の実施形態を示しており、この場合スリーブ３０は、ノッチ５０付きナットによって置き換えられており、ナットは、なお溝２３と位置決めフィンガー２４とを有するチムニー２０の周辺部に形成されたねじと協動する。

開口部８の周辺部８ａは、カラー２１とナット５０との間でクランプされる。この場合、支持体１２は、高さが低く、溶接によってチムニー２０の径方向外端部に固定される。溝２３に供給するための空気は、支持体１２とナット５０の上端面との間の空間を流れる。支持体１２の底面も、径方向の溝を有し得る。空気の流量を制御するために、支持体１２は、ナット５０の周りに配置され、溝２３に供給するためにそこに形成されたスロット５２を有するその底面に周辺ビード５１を有し得る。チャンバ壁５の曲率に合わすために、周辺部８ａの外面とナット５０との間に、弾性座金５３を介在させることもできる。

本発明の第１の実施形態を構成する密封装置と共に始動点火プラグを含む、燃焼チャンバの軸を含む平面の部分断面図である。 本発明の密封装置の第２の実施形態を示す図である。 本発明の第１の実施形態を構成する密封装置の分解斜視図である。

符号の説明

１ 密封装置
２ 本体
３ 始動点火プラグ
４ エンクロージャ
５ チャンバ壁
６ ケーシング
７ 環状チャネル
８ 開口部
８ａ 周辺部
１０ プラグガイド
１２ 支持体
１３ カバー
１４ ビード
１５ 上端面
２０ チムニー
２１ カラー
２３ 溝
２３、３３、５３ 冷却回路
２４ フィンガー
２５、３２ ノッチ
３０ スリーブ
３１ 基部
４０ ファンネル
５０ ナット
５１ 周辺ビード
５２ スロット
５３ 弾性座金

Claims (9)

1. 燃焼チャンバであって、ケーシング（６）内に径方向に配置されたチャンバ壁（５）と、空気燃料混合物を点火するための始動点火プラグ（３）とを備え、該始動点火プラグ（３）は、前記ケーシング（６）に搭載され、かつ自由端（３ａ）を有する本体（２）を備え、該本体（２）は、前記ケーシング（６）と前記チャンバ壁（５）との間の相対変位に適応するための大きな空隙を有して前記チャンバ壁（５）を貫通して形成された開口部（８）内に配置され、前記燃焼チャンバがさらに、前記本体（２）と前記開口部（８）の周辺部（８ａ）との間に設けられた密封装置（１）を備え、該密封装置（１）は、前記本体（２）が貫通するプラグガイド（１０）を有し、該プラグガイド（１０）は、その基部が前記周辺部（８ａ）に固定された環状支持体（１２）の径方向外側端部に滑動可能に装着され、
   環状支持体（１２）が、チムニー（２０）の径方向外側部に固定され、該チムニー（２０）が、前記開口部（８）を貫通し、かつその径方向内端部においてチャンバ壁（５）の内面に支持されるカラー（２１）を有することと、前記カラー（２１）のための冷却回路（２３、３３、５２）が設けられていることとを特徴とする、燃焼チャンバ。
2. 冷却回路が、チムニー（２０）の周辺部およびチャンバ壁（５）に支えられたカラー（２１）の面に形成された溝（２３）と、環状支持体（１２）に形成され、かつ前記溝（２３）内に開口する通路（３３、５２）とによって実現されることを特徴とする、請求項１に記載のチャンバ。
3. チムニー（２０）が、その周辺部において、少なくとも開口部（８）の周辺部に形成されたノッチ（２５）に係合するフィンガー（２４）を有することを特徴とする、請求項２に記載のチャンバ。
4. 環状支持体（１２）が、溶接によってチムニー（２０）の外側部に固定されることを特徴とする、請求項３に記載のチャンバ。
5. 開口部（８）の周辺部（８ａ）が、カラー（２１）と支持体（１２）の基部（３１）との間で締め付けられ、前記環状支持体（１２）が、チムニー（２０）の外側部を取り巻いていることを特徴とする、請求項３または４に記載のチャンバ。
6. 通路が、環状支持体（１２）の壁を貫通するオリフィス（３３）によって構成されることを特徴とする、請求項５に記載のチャンバ。
7. 環状支持体（１２）の基部（３１）が、チムニー（２０）のフィンガー（２４）の端部が係合するノッチ（３２）を有することを特徴とする、請求項６に記載のチャンバ。
8. チムニー（２０）が、チャンバ壁（５）と環状支持体（１２）の基部との間に介設されたナット（５０）によって開口部（８）の周辺部（８ａ）に固定されることを特徴とする、請求項３または４に記載のチャンバ。
9. 通路が、環状支持体（１２）の基部に形成されたスロット（５２）によって形成されることを特徴とする、請求項８に記載のチャンバ。

Images