JP2006509946A - グロメット付きバイパスダクト貫通部 - Google Patents

Abstract

ガスタービンエンジンバイパスダクト壁（１３）における開口部（２４）とその開口部（２４）を通して延びる突出部（１９）の外面との間を封止するバイパスダクト封止グロメット（２８）である。従来は、突出部（１９）とシートメタルバイパスダクト壁（１３）との交差部は、正確な取付けと溶接を必要とするが、熱膨張と熱収縮を受容できない。グロメット（２８）は、相対的な熱移動に対処する過大寸法の開口部を可能にし、かつ製造を単純化する。グロメット（２８）は、突出部（１９）の外面に対して封止するように適応される中央開口（２９）を備えた環状本体と、およびフランジ間にバイパスダクト壁（１３）を受容しかつ封止するように、その本体の外周の周りに外部スロット（３２）を形成する２つのフランジ（３０、３１）とを有する。

Description

本発明は、薄肉ダクト貫通部封止グロメットに関し、そのグロメットは、ガスタービンエンジンバイパスダクト壁における開口部とその開口部を通して延びる突出部の外面との間における封止に特に有用であり、圧力差および相対的な熱膨張と熱収縮を受容しながら、複雑な接合部の構成を無くすことにより製造を単純化する。

ターボファンガスタービンエンジンのバイパスダクトは、外側ダクト壁とエンジンコアとの間に加圧空気流を受容する。環状バイパスダクトの長さ方向に沿い、かつその周辺の周りにおける幾つかの位置において、燃料、オイル、制御ケーブル、または圧縮機から航空機のキャビンへの抽気を移送するために貫通部が必要であり、ならびに計装、点検および保守のために多くの制御と監視の貫通部が必要である。

従来技術において、バイパスダクトを通る貫通部は、改良された空気力学的形状を有する横方向シートメタル突出部によって導管またはケーブルを覆うことにより一般に達成される。横方向シートメタル突出部とバイパスダクトのシートメタル壁との間の交差部は、比較的薄いシートメタルバイパスダクト壁へリベット締め、またはかしめされるフランジを備えるように一般に製造される。しかしながら、そのような接合部は、バイパスダクトを通る加圧空気流とエンジンの外部を取囲む周囲空気との間の圧力差にも対処しなければならない。さらに、エンジンコアと関連するバイパスダクト内壁は、バイパス外壁に比べて、相対的な熱および熱膨張と熱収縮にさらされる。その結果、相対的な熱膨張と熱収縮も、特定の構成に応じて、突出部とバイパス外壁またはバイパス内壁との間の接合部により対処される。

圧力差、および相対的な熱膨張と熱収縮に対処する必要性の結果として、バイパス壁を通る突出部と相対的に薄いバイパスダクト壁との間の封止と機械的な接続部は、膨張と収縮用の隙間と弾性シールを必要とするかなり複雑な構成部となり、および貫通部用の開口部を取囲む相対的に薄いバイパスダクト壁への構造的支持または受容フランジのリベット締めを必要とすることが非常に多い。

本発明の目的は、開口部およびガスタービンエンジンバイパスダクト壁と、その開口部を通して延びる突出部の外面と、の間を封止する手段であって、相対的な熱膨張と熱収縮および圧力差を低コストの単純な仕方で対応する手段を提供することにある。

本発明の別の目的は、本発明の以下の開示、図面および説明を再検討すれば明らかになる。

発明を解決するための手段

本発明は、ガスタービンエンジンバイパスダクト壁における開口部と、その開口部を通して延びる突出部の外面との間を封止するバイパスダクト封止グロメットを提供する。従来、突出部とシートメタルバイパスダクトとの間の交差部は、正確な取付けと溶接を必要とするが、熱膨張と熱収縮に対処できない。グロメットは、相対的な熱移動に対処する過大寸法の開口部を可能にし、かつ製造を単純化する。また、グロメットは、突出部の外面に対して封止するように適応される中央開口を備えた環状本体と、およびフランジ間にバイパスダクト壁を受容しかつ封止するように、その本体の外周の周りに外部スロットを形成する２つのフランジとを有する。

本発明を容易に分かるようにするために、本発明の一実施態様が、添付図面において一例として図示される。

本発明の別の詳細およびその利点は、以下の詳細な説明から明らかになる。
図１は、ターボファンガスタービンエンジンを通した軸方向断面図を示す。しかしながら、本発明は、封止を必要とする貫通部（または複数の貫通部）を有する薄肉空気ダクトを備えた任意の型式のエンジンにも適用できることが分かる。エンジン中への吸気は、ファンケーシング２内のファンブレード１を通過し、ついでバイパスダクト３を通る外側環状流と、および低圧軸流圧縮機４と高圧遠心圧縮機５を通る内側流とに分割される。圧縮された空気は、ディフューザ６を通して圧縮機５から出て、燃焼器８を取囲むプレナム７内に受容される。燃料は、燃料チューブ９を通して燃焼器８へ供給され、点火される混合気としてノズルを通して燃焼器８中に噴霧されるときにプレナム７からの空気と共に混合される。プレナム７内の圧縮空気の一部分は、側壁におけるオリフィスを通して燃焼器８中に導入されて、燃焼器壁に沿う冷却空気カーテンを生成するか、または冷却用に使用されて、燃焼器からの高温ガスと結局混合し、排気としてエンジンの後部から出る前にノズル案内翼１０とタービン１１を通過する。

図１は、バイパスダクト３を通して多くの突出部と貫通部を図示する。貫通部は、相対的に薄いシートメタルバイパス内壁１２とシートメタルまたは繊維複合材料のバイパス外壁１３を通して突出る。付属ギヤボックス１４が、バイパスダクト３を通して延びる相対的に剛性のメタルケーシングを有するが、圧縮空気抽気弁１５、燃料供給ライン用の貫通部１６、潤滑油供給ライン１７および点火器１８のような、それより小さい貫通部または突出部も必要である。

図２は、図１の２−２線に沿った半径方向断面図であり、バイパス内壁１２とバイパス外壁１３との間に延びる５つの貫通する突出部１９を示し、それらの突出部は、エンジンの外面と中央のエンジンコアとの間に延びる種々の導管と他の供給設備を内部に収納する。

図３は、弾性ガスケット２１を使用してバイパス外壁１３へ取付けられる外側フランジ２０を有する従来技術の突出部１９を通した一例の軸方向断面詳細図を示す。突出部１９は、ボルト２３でバイパス内壁１２へ固定される内部端壁２２を備える。バイパスダクト３は、高速に移動する加圧空気の環状流を受容し、その環状流が、ガスケット２１で周囲外気から封止されるのが明らかである。さらに、バイパス内壁１２とバイパス外壁１３との相対的位置は、相対的な熱膨張と熱収縮により変わり、およびバイパスダクト３と周囲外気との間の圧力差による曲げ変形により変わる。したがって従来技術においてガスケット２１は、半径方向の動きを受入れて、ダクト３を封止する。バイパス外壁１３には、その薄い壁１３において過大寸法の開口部２４が備えられ、その開口部は、バイパスダクト外壁１３へリベット締めされるアングルフランジ２５により補強され、かつ取囲まれる。アングルフランジ２５は、ガスケット２１を保持し、かつ開口部２４の結果として弱められるバイパスダクト壁１３を構造的に補強する。開口部２４は、製造における組立許容差を受容するために、かつ突出部１９とバイパスダクト外壁１３との間の圧力差と熱膨張と熱収縮とによる相対的移動を受容するために過大寸法にされる。

従来技術の突出部１９の他の例が、図４に示され、その突出部は、バイパスダクト内壁１２内の受容フランジへボルト２３で固定される端壁２２を有する。バイパス内壁１２とバイパス外壁１３との間の相対的膨張と収縮を受容するために、ベローズ２６が、突出部１９のフランジ２０と、支持プレートへボルト締めされ、かつ相対的に薄いバイパスダクト外壁１３へリベット締めされる取付けプレート２７との間に延びる。

図３と４の詳細図および上述の説明から明らかなように、バイパス内壁１２とバイパス外壁１３との間の相対的な熱膨張と熱収縮を受容する必要性、およびバイパスダクト３と周囲外気との間の圧力差を受容する必要性により、従来技術においては、正確な取付け、ガスケット、ベローズ、および多くの締付具、リベットと補強フランジを必要とする比較的複雑な構造が生じた。

図５は、ガスタービンエンジンバイパスダクト外壁１３における開口部２４と、その開口部２４を通して延びる突出部１９の外面との間を封止する単純な低コストの手段を提供するバイパスダクト封止グロメット２８の部分的に切取られた透視図である。図６には、封止グロメット２８を通した詳細断面図が示され、そのグロメットは、突出部１９の外面に対して封止するように適応される内周面２９を有する中央開口を設けた環状本体を備える。

図６に示されるように、第１のフランジ３０と第２のフランジ３１により外部スロット３２が形成され、そのスロットは、グロマット環状本体の外周の全周にわたって延び、かつフランジ３０と３１との間に比較的薄いバイパスダクト壁１３を受容しかつ封止するように適応される。図６、７および８において平明にするために、バイパスダクト壁１３が平面状部材として示されるが、バイパスダクト壁１３は、実際には半径方向曲率と軸方向曲率を有することが図１と２を見れば明らかであり、それによりグロメット２８が、バイパスダクト壁１３の両側における圧力差により生じる力を封じ、かつそれに抗する能力を維持しながら変形する能力を有することを必要とする。グロメット２８は、ある程度の相対的熱膨張と熱収縮を許容し、かつ壁１３と突出部材１９との間の取付けと封止における、ある程度の製造許容差をさらに許容しながら、壁１３の複雑な曲率による、突出部１９に関しての壁１３の配向の変化に適応しなければならない。

図７は、グロメット２８を、角度「α」で示される斜め配向を受容するように変形できる仕方を示す一方、図８は、たとえば、圧力差または膨張と収縮により生じることがある、突出部１９に関してのバイパスダクト壁１３の半径方向の動きを受容するグロメット２８のたわみを図示する。

グロメット２８の設置が不用意に反転されないのを確実にするために、好ましくはグロメット２８の環状本体は、スロット３２を中心に対称な均一な断面プロファイルを有する。その結果、設置中にグロメット２８を、さかさまに設置できない。当業者により明らかなように、グロメット２８を、射出成形工程においてシリコンから成形するか、または押出工程を通して均一な断面のシリコン帯状部として押出して、均一な断面プロファイルの細長い封止帯状部を生成できる。設置中、細長い封止帯状部の第１の端部、およびこの帯状部の第２の端部は、接着剤または必要に応じて耐熱シリコンかしめにより固定できる接合部において当接する。

図６、７および８に示されるように、好ましくはグロメット環状本体２８の均一な断面プロファイルは、第１と第２のフランジ３０と３１を接続する突出部１９の周辺の周りの相対的に厚いカラー部３３を有する台形様である。フランジ３０と３１は先細プロファイルを有し、そのプロファイルは、カラー部３３と共にフランジ３０と３１の相対的に曲がりやすい外端部と、突出部１９に接触して封止する比較的堅い内周面２９と、の間における変形または曲げに対する抵抗の変動部を形成する。図７と８で分かるように、台形様プロファイルとカラー部３３の使用は、バイパスダクト外壁１３と突出部１９との間の相対的移動を妨害またはそれに干渉するグロメット２８の傾向を助長する。このような妨害すなわち変形は、グロメット２８内に埋め込みバネを必要とすることなく、内周面２９と突出部１９の面との間に弾性力または付勢力を生じる。その結果、変形したグロメット２８により生じたシールは、バイパスダクト外壁１３の対向面間の圧力差を維持する一方、グロメット２８の変形は、ある程度の相対的移動を許容して、熱膨張と熱収縮を受容し、かつバイパスダクト外壁１３の曲率の変動および突出部１９に関して外壁１３の斜め配向を受容する。

従来技術におけるように、バイパスダクト外壁１３を通して突出部１９を通過させる開口部２４は、製造と組立の許容差を許容し、かつ相対的な熱膨張と熱収縮、および圧力差の結果としての変形を受容するために過大寸法にされる。

図５、６、７および８を参照すると、カラー部３３、フランジ３０と３１、およびバイパスダクト壁１３の開口部２４は、それらの間に環状隙間３４を形成する。環状隙間３４により、図６に示されるように、受け入れできる組立と製造の許容差と、およびバイパスダクト壁１３と突出部１９との間の相対的移動を受容する能力とを有する過大寸法の孔２４を使用できる。

しかしながら、図７と８から分かるように、隙間３４は、スロット３２および隣接するフランジ３０と３１の弾性変形も許容して、突出部１９に関してのバイパスダクト外壁１３の動きと配向を受容するグロメット２８の能力を向上する。したがって、図３に図示される従来技術により必要とされる比較的複雑な構成と比較して、特に図５に図示されるバイパスダクト封止グロメット２８では、組立コストのかなりの節減、および製造の単純化が達成される。

上述の説明は、発明者により現在意図される特に好ましい実施態様に関するが、広い態様における本発明は、本明細書で説明される構成部材の機械的および機能的な同等物を包含することが分かる。

内部構成部材および特に外側環状バイパスダクトを通る多くの貫通部の一般配置を示す、典型的なターボファンガスタービンエンジンを通した軸方向断面図である。 図１の２−２線に沿ったバイパスダクトを通る半径方向断面図である。 バイパスダクトを通る従来技術の貫通部の図２の３−３線に沿った軸方向断面図である。 バイパスダクト壁を通る従来技術の貫通部の他の例を示す、図２の４−４線に沿った軸方向断面図である。 本発明に従う接続グロマットを有するバイパスダクト壁を通る貫通部の一部が切取られた透視図である。 バイパス壁と突出部の壁が直交した配向状態であるときのグロメットの対称的な台形様断面プロファイルを示す、封止グロメットと、隣接するバイパスダクトのシートメタル壁と、および突出部とを通る詳細な断面図である。 鋭角の斜め配向を受容するグロメットの説明図である。 内圧または熱膨張などの結果としてバイパス壁と突出部の壁との間に相対的な動きが生じたときのグロメットの説明図である。

Claims (17)

1. ガスタービンエンジンバイパスダクト壁における開口部と前記開口部を通して延びる突出部の外面との間を封止するバイパスダクト封止グロメットであって、
   前記グロメットは、前記突出部の前記外面と封止的に接触するように適応される内周を備える中央開口を有する環状本体と、および前記本体の外周の周りに外部スロットを形成する第１のフランジと第２のフランジであって、前記のフランジ間で前記バイパスダクト壁を受容しかつ封止するように適応される第１のフランジと第２のフランジとを有するバイパスダクト封止グロメット。
2. 前記バイパスダクト壁は、半径方向の曲率と軸方向の曲率を有し、また前記環状本体は、均一な断面プロファイルを有する請求項１に記載のバイパスダクト封止グロメット。
3. 前記環状本体は、前記外部スロットを中心に対称的な均一な断面プロファイルを有する請求項１に記載のバイパスダクト封止グロメット。
4. 前記環状本体の前記均一な断面プロファイルは、台形様である請求項３に記載のバイパスダクト封止グロメット。
5. 前記本体は、前記第１と第２のフランジを接続するカラー部を備える請求項１に記載のバイパスダクト封止グロメット。
6. 前記のフランジは、先細プロファイルを有する請求項４に記載のバイパスダクト封止グロメット。
7. 前記カラー部、前記フランジ、および前記バイパスダクト壁における前記開口部は、それらの間に環状の隙間を形成する請求項５に記載のバイパスダクト封止グロメット。
8. 前記環状本体は、第１の端部、および接合部において当接する第２の端部を有する均一な断面プロファイルの細長い封止帯状部を備える請求項１に記載のバイパスダクト封止グロメット。
9. バイパスダクト壁と、
   開口部を通して延びる突出部であって、外面を有する突出部と、
   環状本体を備えるバイパスダクト封止グロメットであって、前記本体は、前記突出部の前記外面と封止的に接触するように適応される内周を備える中央開口と、前記本体の外周の周りに外部スロットを形成する第１のフランジと第２のフランジであって、前記のフランジ間で前記バイパスダクト壁を受容しかつ封止するように適応される第１のフランジと第２のフランジとを有するバイパスダクト封止グロメットとを備えるガスタービンエンジン。
10. 前記バイパスダクト壁は、半径方向の曲率と軸方向の曲率を有し、また前記環状本体は、均一な断面プロファイルを有する請求項９に記載のガスタービンエンジン。
11. 前記環状本体は、前記外部スロットを中心に対称的な均一な断面プロファイルを有する請求項９に記載のガスタービンエンジン。
12. 前記環状本体の前記均一な断面プロファイルは、台形様である請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
13. 前記本体は、前記第１と第２のフランジを接続するカラー部を備える請求項９に記載のガスタービンエンジン。
14. 前記のフランジは、先細プロファイルを有する請求項１２に記載のガスタービンエンジン。
15. 前記カラー部、前記フランジ、および前記バイパスダクト壁における前記開口部は、それらの間に環状の隙間を形成する請求項１３に記載のガスタービンエンジン。
16. 前記環状本体は、第１の端部、および接合部において当接する第２の端部を有する均一な断面プロファイルの細長い封止帯状部を備える請求項９に記載のガスタービンエンジン。
17. 薄肉部材における開口部と前記開口部を通して延びる突出部の外面との間を封止するグロメットであって、
    均一な断面プロファイルと、前記突出部の前記外面と封止的に接触するように適応される内周を備える中央開口と、カラー部と、前記カラー部によって接続されるとともに、間で前記薄肉部材を受容しかつ封止するように前記本体の外周の周りに設けられた外部スロットを形成する第１のフランジおよび第２のフランジと、を有する環状本体を含むグロメット。

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