JP2021533031A - ジェットエンジンのコアエンジンを洗浄するための装置およびアセンブリ - Google Patents

Abstract

本発明は、ジェットエンジンのコアエンジンを洗浄するための装置に関し、当該装置はコアエンジンに洗浄媒体を導入するように構成されるとともにジェットエンジンのファンのシャフトに回転方向に固定するための手段を有するノズルユニットと、洗浄媒体を供給するためであって回転継手（８）を介してノズルユニットに接続された接続ライン（１０）とを備える。本発明によれば、ノズルユニットは、ファンブレード（４）と軸方向に接触するためであってジェットエンジンに対するノズルユニットの所定の位置決め用に設計された第１接触面（５）を有する。

Description

本発明は、ジェットエンジンのコアエンジンに洗浄媒体を導入するように構成されるとともにファンのシャフトへの回転固定式の接続手段となっているノズル設備を有し、洗浄媒体を供給するように回転継手を介してノズル設備に接続された接続ラインを有する、ジェットエンジンのコアエンジンを洗浄するための装置に関する。

本発明の主題は、さらにそのような装置とジェットエンジンのアセンブリにも関する。

民間の亜音速旅客機のジェットエンジンは、今日主にターボファンジェットエンジンである。このようなターボファンジェットエンジンは、灯油の実際的な燃焼工程が実行されるコアエンジンを備えている。コアエンジンは、公知の態様で、１つ以上の圧縮機段と、燃焼室と、高温の燃焼ガスが機械的エネルギーの一部を放出する１つ以上のタービン段とを有している。この機械的エネルギーは、一方では、圧縮機段を駆動するために必要であるが、他方では、コアエンジンの上流に配置され、典型的にはコアエンジンよりも大幅に大きな直径を有し、エンジンを通過する空気全体の大部分をバイパス空気流または２次空気流としてエンジンを通過させるターボファンを駆動するために必要である。このバイパス空気流によって、ターボファンはエンジンの推力出力の大部分を発生させるとともに、バイパス空気流の比率が高いことによってエンジンの環境適合性が向上し、特に亜音速での効率が向上し、コアエンジンの高温排気流の騒音低減性についても向上する。

ジェットエンジンは、動作中、コアエンジンの燃焼残留物や、燃焼またはバイパス空気によって吸引された空気汚染物、例えば、ほこり、昆虫、塩水噴霧、または他の環境汚染物のそれぞれによって汚染されている。これらの汚染物は特にコアエンジンの圧縮機のローターブレードおよび／またはステーターブレード上にも層を形成し、それが表面品質を阻害し、結果的にエンジンの熱力学的効率を阻害する。

ジェットエンジンは、汚染物を除去するために洗浄される。このために、国際公開第２００５／０７７５５４号では、ファンとコアエンジンを洗浄するようにターボファンエンジンのファンの上流に複数の洗浄ノズルを配置することが知られている。

国際公開第２００８／１１３５０１号は、ファン上に配置され、洗浄動作中に連動して回転する、冒頭で記載した種類の装置を開示している。

本発明は、取り扱いおよび動作の点で利点を有する冒頭で記載した種類の装置およびアセンブリを提供するという目的に基づいている。

この目的を達成するために、本発明によれば、ノズル設備は、ファンブレードを軸方向に支持するための第１接触面を有し、当該接触面はジェットエンジンに対するノズル設備の決められた位置決めのために構成されている。

本発明の他の主題は、ジェットエンジンと、コアエンジンの洗浄を実行するために取り付けられた本発明に係る装置とのアセンブリに関し、当該アセンブリは、
ア）ノズル設備がジェットエンジンのファンのシャフトに回転固定式に接続され、
イ）ジェットエンジンのファンの回転軸およびノズル設備の回転軸が実質的に同心になるように配置され、
ウ）ノズル設備のノズルは、ジェットエンジンと装置の共通の回転軸からの径方向間隔がコアエンジンの入口開口部の半径よりも小さく、
エ）ノズルの噴射が実質的に妨げられない態様でファンの平面を通過できるように、ノズルの出口開口部が軸方向においてファンの平面の後方に配置され、および／または、ノズルがファンブレードの間の空間に配置されるか若しくはファンブレードの間の空間に向かって整列されている
との特徴を有し、
オ）ノズル設備の第１接触面は、ジェットエンジンのファンブレードを支持することにより、ジェットエンジンに対するノズル設備の決められた軸方向の位置決めをなすことを特徴とする。

本発明の文章で使用されるいくつかの用語を先に説明する。ジェットエンジンという用語は、航空宇宙分野のアプリケーションのあらゆる移動式ガスタービンのことをいう。本発明の文章において、この用語は、特にターボファンエンジンのことをいい、当該ターボファンエンジンでは、実際のガスタービンがいわゆるコアエンジンを形成し、比較的大きな直径を有するとともにバイパス気流を生成するターボファンがコアエンジンの上流に配置されている。コアエンジンという用語は、燃料、典型的には灯油の燃焼工程が実行されるジェットエンジンの実際的なガスタービンのことをいう。このようなコアエンジンは、通常、１つ以上の圧縮機段と、燃焼室と、高温の排気ガスによって駆動される１つ以上のタービン段とを有している。

ノズル設備は、洗浄媒体用の１つ以上のノズルと、ノズル設備を回転固定式に接続する手段とを備えている。当該１つ以上のノズルは、ジェットエンジンのファンのシャフトに接続されている。当該手段については、以降でより詳細に説明する。

洗浄媒体は、接続ラインと回転継手とを介してノズル設備に供給される。本発明の文章における接続ラインという用語は、広く解釈されるべきであり、例えば回転継手上における（連動して回転しない）静止接続片を構成する場合もある。

特許請求の範囲で構成されていない供給設備は、（例えば、１つ以上のタンク内の）洗浄媒体を提供し、運転駆動設備、ポンプ、パワーアキュムレータなどを備えてもよい。好ましくは、供給設備は、移動可能であって特に駆動可能なユニットとして構成される。

ノズル設備は、軸方向においてファンブレードを支持するための第１接触面を有している。ノズル設備をジェットエンジンのスピナーに配置するとき、これらの所定の第１接触面は、ノズル設備をジェットエンジンに対して少なくとも軸方向において決められた態様で位置決めする戻り止め（detent）を形成する。配置されると、これらの第１接触面が軸方向においてファンブレードを支持するように面して位置の移動を止める。その後、ノズル設備はファンブレードに固定され、以下でより詳細に説明するが、後述する回転固定式の接続手段は洗浄動作におけるファンブレードへの接触を考慮して決められた軸方向の配置が維持されるような方法で軸方向に作用する力（引張力）を付加する。

好ましくは、第１接触面は、例えばゴム緩衝材のようにクッション性および／または弾性を有するように構成される。第１接触面は、複数の接触面、好ましくは３つ以上の接触面であり、好ましくは等角度間隔で円周上に分布している。当該接触面の径方向および周方向の大きさは、確実な位置決めと、配置されたノズル設備の力の吸収とに対して十分なものであることが好ましい。

本発明が認めることには、国際公開第２００８／１１３５０１号の先行技術では、ノズル設備がスピナーに対して接触または支持によってのみ配置されるため、典型的には、ノズル設備がジェットエンジンに対して決められていないおよび／または偏心した態様で配置される。これにより、洗浄動作において、不均一および／または回転継手における大きな摩耗が生じる。これに対し、本発明に係るファンブレードの軸方向の接触によれば、ノズル設備（および回転継手）の軸が常にジェットエンジンの軸と同じ方向に延びることを保証する決められた位置決めが可能となる。

好ましくは、第１接触面は、ノズル設備の第１環状領域に配置される。好ましくは、この環状領域は、配置状態で、下流へ向いたノズル設備の端部領域に配置される閉じたリングとして構成され得る。本発明によれば、この環状領域の軸方向において下流へ向いた面が、全周にわたってまたは周のサブセグメントにわたって（クッション性のある）第１接触面として構成され得る。

好ましくは、本発明に係るアセンブリでは、第１環状領域の内径は、スピナーの外径（ファンブレードの前縁が存在する軸平面における外径）に対して同一またはわずかに大きい。これにより、ジェットエンジンに対して、軸方向だけでなく、径方向にもノズル設備を正確に位置決めできる。ここでいう「わずかに大きい」とは、配置状態において、第１環状領域がジェットエンジンに対して径方向の遊びを持ち、所望の中心適合性が、仮にあったとしても、わずかに損なわれるだけであることを意味する。

有利な一実施形態では、ノズル設備は、ジェットエンジンのスピナーを支持するための第２接触面をさらに有する。当該第２接触面は、例えば軸方向において第１環状領域と回転継手との間に配置されるノズル設備の第２環状領域に配置され得る。当該第２接触面は、同様に弾性／クッション性を有してもよい。好ましくは、第２接触面が資することには、ジェットエンジンに配置されたノズル設備を、径方向平面（radial plane）内においてスピナーの上流側先端部とファンブレードの前縁との間の中心に配置する。

全体として、第１接触面および第２接触面が一体となって、装置をジェットエンジンのスピナーの中心に配置するように構成できる。

配置状態の本発明に係る装置においても、本発明によるアセンブリにおいても、ノズル設備の質量分布は、後段（latter）の回転軸を中心に回転対称であることが好ましい。

本発明の特に好ましい一実施形態では、ジェットエンジンのファンのシャフトへの回転固定式の接続手段は、少なくとも２つ、好ましくは３つ以上のテンションロープと、テンションロープをファンブレードに固定するための固定手段とを有している。固定手段は、個別にロック可能な個別固定手段として構成されている。周方向における固定手段および／またはテンションロープの分布は、第１接触面の分布にそれぞれ対応してもよく、または周方向においてそのような接触面の間に配置されてもよい。

好ましくは、テンションロープは、ファンブレードに固定でき、また好ましくは後段の後縁に（フックまたはクランプ顎を用いて）固定できる。これらのフックまたはクランプ顎（clamping jaw）は、それぞれ、十分に柔らかいプラスチック材料またはゴムのコーティングまたはケーシングを有し得る。

個別にロック可能な個別固定手段としての固定手段の本発明による設計形態は、国際公開第２００８／１１３５０１号に開示された中央クランプ装置と比較して実質的な利点を有している。当該先行技術では、テンションロープが複雑な方法で回転継手まで偏らせて案内される必要がある。当該先行技術は、すべてのテンションロープが同時に張力を受けることによって、ノズル設備が比較的不正確に位置決めされることとなる中央クランプリングを提供する。

本発明によって設けられる接触面と、当該接触面によってなされるノズル設備の位置決めとによって、実質的に取り扱いが容易であるとともに連続した態様で固定およびロックできる個別固定手段を提供できる。これは、接触面によって位置決めがすでに保証されていることによる。さらに、個別固定手段によって、テンションロープを短縮でき、その結果、シンプルで堅牢なクランプシステムを実現できる。

好ましくは、個別固定手段は、テンションロープをロックして張力を付加するためのベルクランクレバーを有する。ベルクランクレバーの場合、付加力と結果力との間の伝達比または１次スローと２次スローとの間の伝達比は、それぞれ作動中に連続的に変化する。閉状態（ロック状態）への作動中は、一定の作動速度で（テンションロープに作用する）スロー速度が減少するが、これに対してテンションロープに作用する引張力は増加する。

個別固定手段の本発明による設計形態は、工具の助けを借りずに、簡単かつ確実で決められた態様でノズル設備をジェットエンジンに固定することを可能にする。

個別固定手段は、好ましくは、ノズル設備を決められた力で押圧するように、テンションロープの予め決められた予荷重を設定するためのばね要素を有する。

本発明によれば、個別固定手段が、閉状態に保持するために、保持設備を有し得る。例えば、ベルクランクレバーは、閉状態において、割りピンや安全ピンでロックされ得る。

本発明によれば、回転継手が衝撃保護部を有し得る。衝撃保護部は、例えば特定点で径方向において特に配置されるときの衝撃から回転継手を保護する（例えば、プラスチック材料のリングとして構成される）クッションであり得る。

ジェットエンジン上に組み付けられた本発明に係る装置を模式的に示す。 本発明に係る装置が配置されたエンジンの軸方向断面を模式的に示す。 ベルクランクレバーによる固定を詳細図で示す。 第１接触面の設計形態を詳細図で示す。

本発明の例示的な実施形態について図面を参照して以下説明する。

ノズル設備は、２つの環状領域、即ち環状要素１，２をそれぞれ有し、その助けを借りてノズル設備はジェットエンジンのファンのシャフトハブ即ちスピナー３にそれぞれ配置される（図１参照）。配置状態では、環状要素１，２は、実質的に形状が適合した態様でスピナー３を取り囲んでいる。軸方向において下流に配置される環状要素１の内径は、ファンブレード４の前縁が位置する軸平面におけるスピナー３の外径よりもわずかに大きい。

第１環状要素１の円周にわたって分布するゴム緩衝材５は第１接触面を形成し、それによって環状要素１はファンブレード４の前縁を軸方向において支持する。

第２環状要素２の円周にわたって分布するゴム緩衝材６は第２接触面を形成し、それによって環状要素２がスピナー３を支持する。

２つの環状要素１，２は、ラジアルステー７によって互いに接続されている。回転継手は、全体として参照符号８で特定され、衝撃保護部９と、接続ラインの接続片１０とを有し、（エンジンの流れ方向に関して）上流に向いたノズル設備の先端に配置される。

洗浄媒体を４つのノズル（図示せず）に供給する４つの圧力ライン１１は、この回転継手から延びている。圧力ライン１１は、環状要素１，２に対してこれらの環状要素に固定されており、ノズル設備全体の支持構造の一部を形成している。

テンションロープ１２は、フック（図示せず）によってファンブレード４の後縁に引っ掛けることができるようになっており、ノズル設備をファンに固定するために設けられている。テンションロープ１２を固定するための個別固定手段として、安全ピン１４によってロック位置に固定できるベルクランクレバー１３が設けられている。ばね１５は、テンションロープ１２に決められた張力を与える。

コアエンジンの洗浄のために、特に図１から導出可能な態様で、ノズル設備をファンの上に配置し、テンションロープ１２によってファンブレードに固定する。エンジンは、回転状態（ドライクランキング）にセットされる。ノズルには、接続ライン１０と、回転継手８と、圧力ライン１１とを介して、供給設備（図示せず）から洗浄媒体が供給される。この洗浄媒体は、コアエンジンの入口を後段の全周にわたって掃引し、洗浄を実行する。

１ 第１環状領域（第１環状要素）
２ 第２環状領域（第２環状要素）
３ スピナー
４ ファンブレード
５ ゴム緩衝材（第１接触面）
６ ゴム緩衝材（第２接触面）
７ ラジアルステー
８ 回転継手
９ 衝撃保護部
１０ 接続ライン（接続片）
１１ 圧力ライン
１２ テンションロープ
１３ ベルクランクレバー
１４ 安全ピン（保持設備）
１５ ばね要素（ばね）

Claims (15)

1. ジェットエンジンのコアエンジンを洗浄するための装置であって、
   前記コアエンジンに洗浄媒体を導入するように構成されるとともに前記ジェットエンジンのファンのシャフトへの回転固定式の接続手段となっているノズル設備を有し、
   洗浄媒体を供給するように回転継手（８）を介して前記ノズル設備に接続された接続ライン（１０）を有し、
   前記ノズル設備はファンブレード（４）を軸方向に支持するための第１接触面（５）を有し、前記第１接触面（５）は前記ジェットエンジンに対する前記ノズル設備の決められた位置決めのために構成されていることを特徴とする、装置。
2. 前記第１接触面（５）は、前記ノズル設備の第１環状領域（１）に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記ノズル設備は、前記ジェットエンジンのスピナー（３）を支持するための第２接触面（６）をさらに有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 前記第２接触面（６）は、軸方向において前記第１環状領域（１）と前記回転継手（８）との間に配置されている前記ノズル設備の第２環状領域（２）に配置されることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 前記第１接触面（５）および前記第２接触面（６）は、前記装置を前記ジェットエンジンの前記スピナー（３）の中心に配置するように構成されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記ノズル設備の質量分布は、後段の回転軸に対して回転対称であることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 前記第１接触面（５）および／または前記第２接触面（６）は、弾性を有するように構成されることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記ジェットエンジンの前記ファンの前記シャフトへの回転固定式の前記接続手段は、少なくとも２つ、好ましくは３つのテンションロープ（１２）と、テンションロープ（１２）を前記ファンブレードに固定するための固定手段とを含み、前記固定手段は個別に固定できる個別固定手段として構成されることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記個別固定手段は、ベルクランクレバーを有していることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 前記個別固定手段は、前記テンションロープ（１２）の決められた予荷重を設定するためのばね要素（１５）を有することを特徴とする、請求項８または請求項９に記載の装置。
11. 個別固定手段は、閉状態に保持するために、保持設備（１４）を有していることを特徴とする、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記回転継手（８）は、衝撃保護部を有していることを特徴とする、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の装置。
13. ジェットエンジンと、前記コアエンジンの洗浄を実行するように前記ジェットエンジンに取り付けられた請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の装置とのアセンブリであって、
    前記アセンブリは、
    ア）前記ノズル設備が前記ジェットエンジンの前記ファンの前記シャフトに回転固定式に接続され、
    イ）前記ジェットエンジンの前記ファンの回転軸および前記ノズル設備の回転軸が実質的に同心になるように配置され、
    ウ）前記ノズル設備のノズルは、前記ジェットエンジンと前記装置の共通の回転軸からの径方向間隔が前記コアエンジンの入口開口部の半径よりも小さく、
    エ）前記ノズルの噴射が実質的に妨げられない態様で前記ファンの平面を通過できるように、前記ノズルの出口開口部が軸方向において前記ファンの平面の後方に配置され、および／または、前記ノズルが前記ファンブレードの間の空間に配置されるか若しくは前記ファンブレードの間の空間に向けて揃えられている
    との特徴を有し、
    オ）前記ノズル設備の前記第１接触面（５）は、前記ジェットエンジンの前記ファンブレード（４）を支持することにより、前記ジェットエンジンに対する前記ノズル設備の決められた軸方向の位置決めをなすことを特徴とする、アセンブリ。
14. 前記第１接触面（５）は前記ノズル設備の前記第１環状領域（１）に配置され、前記第１環状領域（１）の内径は前記スピナー（３）の外径に対して同一またはわずかに大きいことを特徴とする、請求項１３に記載のアセンブリ。
15. 前記ノズル設備は、軸方向において前記第１環状領域（１）と前記回転継手（８）との間に配置されている前記ノズル設備の第２環状領域（２）に配置された第２接触面（６）をさらに有し、
    前記第２接触面（６）は、前記スピナー（３）を支持し、
    前記第１接触面および前記第２接触面は、前記装置を前記ジェットエンジンの前記スピナーの中心に配置する
    ことを特徴とする、請求項１３または請求項１４に記載のアセンブリ。

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