JP2005030402A - ターボジェット・エンジンの拡張ケーシングの熱膨張を受動的に制御する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術による欠点を軽減した、ターボジェット・エンジンの拡張ケーシングの熱膨張を受動的に制御して応力を軽減する装置を提供する。
【解決手段】拡張ケーシング２３は、ターボジェット・エンジンの高圧コンプレッサ１のケーシング２を取り囲んでおり、且つ燃焼室２６のケーシング２５の上流側フランジ２８への取り付けのためのフランジ２４を含んでいる。該装置は、少なくとも一つの周方向キャビティ４５が上記両フランジ２４と２８の間に設けられ、そこでは、燃焼室２６の入口において引き出されたガス流が循環する。このように差圧によって発生される自然循環を使用する。フランジは、受動的に制御され、そしてケーシングの皮膜とその取り付けフランジとの間の差動膨張の結果として生ずる応力が低減される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ターボジェット・エンジンに関し、特にターボジェット・エンジンの高圧コンプレッサの拡張ケーシングに関する。

ターボジェット・エンジンは、一般に、少なくとも１つの低圧コンプレッサおよび一つの高圧コンプレッサを備えている。例えば低圧コンプレッサにおいて結氷防止（デフロスト）すべく、ディストリビュータまたはその上流に設置された部分を冷却するために、また、ターボ機関の他の下流側部分、例えばタービン・ディストリビュータ、に比較的冷たい流体を供給するために、コンプレッサ段においてガスを取り出すことはしばしばである。

当該説明の全体を通して、「上流」および「下流」の用語は、ターボジェット・エンジン運転中の全体的なガス流に関する部分的な位置を意味するために使用される。

高圧コンプレッサは、燃焼室の上流に配置される。図１および図２を参照すれば、コンプレッサは、内側ケーシング２を備え、その周りにいわゆる拡張ケーシング３が延びている。拡張ケーシング３は、燃焼室６のケーシング５との相互連結を可能とする下流側フランジ４を備え、且つそれは両容積の間に分離壁７を支持している。

拡張ケーシング３の下流側フランジ４は、フランジ４の周囲に分布配置されたフランジ孔１０に設置された連結ボルト９によって、燃焼室のケーシング５の上流側フランジ８に固定して連結されている。拡張ケーシング３および燃焼室６の両フランジ４、８は、燃焼室６のエンクロージャ内に配置された穿孔コーンである拡散コーン１２の上流側フランジ１１を締め付けている。拡張ケーシング３のフランジ４の下流側面１４は、拡散コーン１２のフランジ１１に対して押圧される、平面である。

考慮されているケースにおいては、ターボジェット・エンジンの他の構成要素の冷却流体は、コンプレッサのケーシング２および拡張ケーシング３において同時に、そのために設けられた開口部によって、明示されていない、コンプレッサ１の第七段において取り出される（分岐される）。結果として、これらのケーシング２、３の両方の間に配置された環状部１３が、この流体に浸漬される。

そのようなターボジェット・エンジンを備える航空機の離陸段階の間、エンジンに課せられる高スピードは、コンプレッサにおいて取り出された空気の、そしてそれゆえ拡張ケーシング３の、温度の高い上昇を引き起こし、かなり薄いその表皮は、低い熱慣性を有し且つ相当の膨張に耐える。それは急速にほぼ５５０℃の温度に達する。より重量があり、且つそのうえポッドのエンクロージャ１５に浸された、ケーシング３のフランジ４は、その時点で、特にその外周において、ほぼ２００℃の温度を維持している。

拡張ケーシング３とそのフランジ４との間には、結果として非常に高い温度勾配を生じる。この勾配は、フランジ４の屈曲およびフランジ孔１０の頂部における高い接線応力を引き起こす。

上述された温度勾配から結果として生じる重大な応力に起因して、拡張ケーシングの耐用年数は、必要とされるよりも非常に短い。エンジンの耐用年数の間、保守のための要求と、計画された検査を越えたエンジン取外しに関連する高コストの使用とが続いて起きる。
米国特許第６３５２４０４号明細書

本発明の目的は、これらの欠点を軽減することである。

このため、本発明は、ターボジェット・エンジンの拡張ケーシングの熱膨張を受動的に制御して応力を軽減する装置に関し、上記拡張ケーシングが、ターボジェット・エンジンの高圧コンプレッサの内側ケーシングを取り囲んでおり、且つ燃焼室のケーシングの上流側フランジへ取り付けるためのフランジを含む。この装置は、燃焼室の入口で取り出されたガス流を循環させる少なくとも一つの周方向キャビティが、上記両フランジの間に設けられていることを特徴としている。

本発明によって、ケーシングのフランジは、取り出された下流の空気のより高い温度に関連して膨張され得る。このように制御されたフランジの膨張は、それゆえにケーシングの表皮の膨張に受動的に付随し、且つケーシングの両部分の間の応力の発生源を低減する。

ケーシング・フランジの補助された膨張のための装置は、米国特許第６３５２４０４号明細書によって知られており、該文献は、コンプレッサまたはタービンケーシングの二つの半部分のための二つの縦方向取付けフランジの間のインターフェースを説明しており、そこでは、ケーシングの楕円化を回避するために、フランジの膨張を受動的に制御するためのキャビティが設けられる。それゆえ解決される問題は、本発明のそれとは異なっている。しかも、本発明の装置は、先ず第一に、それがコンプレッサのケーシングの縦方向のフランジでなくその拡張ケーシングの横向きフランジであるので、制御空気は燃焼室の入口において取り出されており、コンプレッサのガス脈においてではないので、この文献のそれとは異なっている。

特に、両フランジは、拡散コーンの保持フランジを締め付けており、キャビティは、ケーシング・フランジの一つと拡散コーンのフランジとの間に配設されている。

好ましい実施の形態によれば、キャビティは、上記フランジの一つに設けられた凹みによって形成される。予兆流体の循環は、それゆえ、フランジに配列された較正された穿孔およびフランジの上流と下流の間の圧力差を用いて提供されても良い。

特に、凹みには、相接するフランジの面上に寄りかかる内側横断リムおよび外側横断リムが設けられており、内側軸方向リムが、ガス入口径方向スロートを形成する較正された穿孔を含み、且つフランジは、ガス流の出口チャンネルを形成する較正された穿孔を備える。

より詳細には、チャンネルは、凹み内に位置する入口開口部と、コンプレッサのケーシングと拡張ケーシングとの間に位置する環状部内に現れる出口開口部とを備える。

特定の実施の形態によれば、キャビティは、セクタとして周方向に配置されるいくつかの凹みから構成され、各凹みは径方向スロートおよびチャンネルと連通している。径方向スロートは、凹みの横方向端部に配設され、且つチャンネルは、凹みの他の横方向端部に配設される。

本発明は、添付図面に関連して、本発明の装置の好ましい実施の形態の以下の説明を読むことでよりよく理解されるであろう。

図３および図４を参照すれば、ターボジェット・エンジンは、高圧コンプレッサ２１および燃焼室２６を具備している。コンプレッサは、拡張ケーシング２３で囲まれたケーシング２２を備えている。コンプレッサ２１の下流側部分においては、コンプレッサのケーシング２２と拡張ケーシング２３とが、Ｙ字形状部分を備える壁部２７によって結合されており、Ｙ字の両分枝は、ターボジェット・エンジンの下流側部分に向けられていて、一方は、コンプレッサのケーシング２２を支持し、そして他方は拡張ケーシング２３の下流側フランジ２４によって支持されている。

燃焼室２６は、上流側フランジ２８を備えるケーシング２５を含んでいる。燃焼室の上流側フランジ２８と、拡張ケーシングの下流側フランジ２４は、特に拡張ケーシングのフランジ２４の孔部３０を通して、連結ボルト２９によって結合される。両フランジは、拡散コーン３２の上流側フランジ３１を締め付けている。この拡散コーン３２は、燃焼室２６のエンクロージャ内に延びる穿孔されたコーンであり、そしてその役割は、ガス流を導き且つ拡散させることである。

本発明の拡張ケーシングのフランジ２４は、その下流側面３４に、拡散コーンの上流側フランジ３１の上流側面に寄りかかる（載る）内側横断リム４１および外側横断リム４２が設けられた、周方向の凹み４０を含んでいる。

拡張ケーシングのフランジ２４の内側横断リム４１は、径方向スロート４３を形成する較正された穿孔を含んでいる。さらには、拡張ケーシングのフランジ２４は、チャンネル４４を形成する較正された穿孔を備えており、該穿孔の入口開口部は凹み４０に位置し、且つ該穿孔の出口開口部はコンプレッサのケーシング２２と拡張ケーシング２３との間に設置された環状部３３に位置している。各スロート４３および各管状路４４は、その縁部における過大な応力を制限するために、凹み４０に、フランジ孔３０に直角に、穿孔されている。

コンプレッサ２１のケーシング２２と拡張ケーシング２３との間に配置される環状部３３は、コンプレッサ２１の、ここでは第七段である最終段の下流で取り出されたガスに浸漬され、相対的にみて、ターボ機関の他の下流側部分、例えばタービン・ディストリビュータを冷却するために、これに低温流体を供給し、または、相対的にみて、上流に配設された部分、例えば低圧コンプレッサでの結氷防止のために、高温流体を供給する。開口部は、そのために、コンプレッサのケーシング２２と拡張ケーシング２３に同時に設けられる。

より正確に且つ図５を参照すれば、拡張ケーシングの下流側フランジ２４は、周方向にセクタ５０、５１、５２、例えば本発明の場合、８つのセクタに分割される。各セクタは、凹み４０の横方向端部にスロート４３を、凹み４０の他端部にチャンネル４４を持つ凹み４０を備えている。セクタは、径方向壁部５３、５４によって分離されている。

本発明のフランジ２４の重要性は、ここでより詳細に説明される。航空機の離陸の最後において、例えば、燃焼室のエンクロージャは、６５０℃の温度で且つ４０バールの圧力のガスに浸漬されるとともに、同時にコンプレッサのケーシング２２と拡張ケーシング２３の間に配置された環状部３３が、５５０℃の温度で且つ２５バールの圧力のガスに浸漬される。拡張ケーシングのフランジ２４は、ターボジェット・エンジンのポッドのエンクロージャ３５に浸漬される。

燃焼室２６のエンクロージャと、コンプレッサのケーシング２２および拡張ケーシング２３間に配置された環状部３３との間に存在する圧力差によって、燃焼室２６のエンクロージャのガスは、拡張ケーシングのフランジ２４の各セクタ５０、５１、５２で、チャンネル４４を通して環状部３３内に流出するために、径方向スロート４３内に流入する。

各セクタ５０、５１、５２において、結果として、拡張ケーシングのフランジ２４の下流側面３４、その内側横断リム４１、その外側横断リム４２と、拡散コーンの上流側フランジ３１の上流側面との間の凹み４０によって与えられるキャビティ４５を、燃焼室２６のエンクロージャからのガス流が流動する。

圧力差によって維持されるこのガス流は、フランジの温度に対して高温であるため、フランジ２４を加熱する。それゆえ、本発明は、フランジ２４の膨張を助けることをそしてフランジと拡張ケーシング２３の間に存在する温度勾配を低減することを可能とする。

応力の軽減という理由によって、フランジ２４の耐用年数は、延長され、そして結果的に、ターボジェット・エンジンの耐用年数の間におけるその交換を回避する。フランジ２４のキャビティ４５における循環の後で、ガスは、環状部３３内に再注入されが、ターボジェット・エンジンの運転には、ごくわずかな、少なくとも重要でない、影響しか及ぼさない。

先行技術のフランジの側方断面図を示す。 図１のフランジの断面斜視図を示す。 本発明のフランジの好ましい実施の形態の側方断面図を示す。 図３のフランジの好ましい実施の形態の断面斜視図を示す。 本発明のフランジの好ましい実施の形態の斜視図を示す。

符号の説明

１、２１ コンプレッサ
２、５、２２、２５ ケーシング
３、２３ 拡張ケーシング
４、２４ 下流側フランジ
６、２６ 燃焼室
７、２７ 壁部
８、１１、２８、３１ 上流側フランジ
９、２９ 連結ボルト
１０、３０ フランジ孔
１２、３２ 拡散コーン
１３、３３ 環状部
１５ エンクロージャ
１４、３４ 下流側面
４０ 凹み
４１ 内側横断リム
４２ 外側横断リム
４３ スロート
４４ チャンネル
４５ キャビティ
５０、５１、５２ セクタ
５３、５４ 径方向壁部

Claims (10)

1. ターボジェット・エンジンの拡張ケーシング（２３）の熱膨張を受動的に制御してその応力を軽減する装置であって、前記拡張ケーシング（２３）が、ターボジェット・エンジンの高圧コンプレッサ（１）の内側ケーシング（２）を取り囲んでおり、且つ燃焼室（２６）のケーシング（２５）の上流側フランジ（２８）へ取り付けるためのフランジ（２４）を含んでおり、燃焼室（２６）の入口で取り出したガスを循環させる少なくとも一つの周方向キャビティ（４５）が、前記両フランジ（２４および２８）の間に設けられていることを特徴とする、装置。
2. 両フランジが、拡散コーン（３２）の保持フランジ（３１）を締め付け、キャビティは、ケーシング・フランジの一つ（２４）と拡散コーン（３１）のフランジとの間に配設されている、請求項１に記載の装置。
3. キャビティは、前記フランジの一つ（２４）に設けられた凹み（４０）によって形成される、請求項１または２に記載の装置。
4. ガス流の循環は、フランジに設けられた較正された穿孔（４３、４４）を用いて行われる、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 凹み（４０）には、隣接フランジの面に寄りかかる内側横断リム（４１）および外側横断リム（４２）が設けられており、内側軸方向リム（４１）が、ガス入口径方向スロート（４３）を形成する較正された穿孔を含み、且つフランジ（２４）は、ガス流の出口チャンネル（４４）を形成する較正された穿孔を備える、請求項４に記載の装置。
6. チャンネル（４４）は、凹み（４０）に位置する入口開口部と、コンプレッサのケーシング（２２）と拡張ケーシング（２３）との間に位置する環状部（３３）に現れる出口開口部とを具備する、請求項５に記載の装置。
7. キャビティが、周方向にセクタ（５０、５１、５２）として配列されたいくつかの凹みから構成され、各凹み（４０）は、径方向スロート（４３）およびチャンネル（４４）に連通している、請求項３から６のいずれか一項に記載の装置。
8. フランジが、拡散コーン（３２）の上流側フランジ（３１）および燃焼室（２６）のケーシング（２５）の上流側フランジ（２８）へのフランジ（２４）の取り付けのために連結ボルト（２９）を通過させることが意図された、周方向に配列されたフランジ孔（３０）を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 径方向スロート（４３）は、フランジ孔（３０）に対して直角に穿孔される、請求項８に記載の装置。
10. チャンネル（４４）は、フランジ孔（３０）に対して直角に穴明けされる、請求項９に記載の装置。

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