JP4165759B2 - ターボ機械のノズルとインジェクタに冷却流体を供給する供給エンクロージャとの間を接続する接続装置 - Google Patents

Description

本発明は、飛行機用のターボジェット（エンジン）またはターボプロップ（エンジン）のようなターボ機械におけるノズルと、少なくとも一つの冷却流体インジェクタに流体を供給する供給エンクロージャとの間の接続装置に関わる。

ターボ機械において、インジェクタは、ノズルの径方向内側および外側に配置されてよく、ノズルと接続するための接続装置を含むインジェクタ供給エンクロージャも、ノズルの径方向内側および外側に配置され得る。

公知の接続装置は、それぞれの端がノズルの壁および供給エンクロージャにおける穴と係合され、前記穴において摺動可能な円筒形のブッシングにより構成される。軸方向保持手段は、ブッシングが穴から逃げることを防止するよう設けられ、先ず、各ブッシングの一端を広げ、内部チャンバに取り付けられるブッシング用の下ノズル供給エンクロージャに取り付けられる中間フランジを設け、次に、保持目的のために上ノズル供給エンクロージャの壁に収容される中間ブッシングに環状溝が機械加工されることを必要とし、外側チャンバに取り付けられるブッシングのために接続装置の一部分が係合される保持リングを用いることで形成される。

多数の形状にあるこれらの装置は、ターボ機械に取り付けるための適当な接続装置を選択する際に間違いを生ずるおそれを増加させ、このような装置を製造する費用が最適化されることを妨げる。更に、異なる形状の各追加的部分は、例えば、所要時間については製造時間または運搬時間、利用可能性についてはターボ機械を作るまたは保守するために部品の在庫があるか否かなど、または、実際に品質については、航空分野において必要な厳しい仕様に準拠するためにモニタリングされる必要がある部品がどれかといった、管理されなくてはならない新しい基準を構成する。各部品を管理することは高価である。

更に、ターボ機械が準拠しなくてはならない重量および費用の制約は、製造業者に同時に簡単、軽量、且つ、安価な接続装置およびこのような装置が軸方向に移動することを防止する手段を製造することを必要とする。上述の制約を満たす公知の技術は、下ノズル供給チャンバの中に配置される中間板を用いてターボ機械のロータの方向に接続装置の軸方向保持を実現することを含み、中間板は供給エンクロージャの密封性を維持する機能も担う。中間板は、ターボ機械のロータに隣接する接続装置の軸方向端と接触する支承表面を呈するように形成されている。

移動を防止する技術は非常に簡単であるが、接続装置が供給エンクロージャの内側に向かって開かれた供給エンクロージャの断面を減少させるといった欠点を有する。この減少は接続装置から出るガスの流れに対して著しいヘッドロスをもたらす。このようなヘッドロスは、インジェクタへの供給圧力、従って、高圧力下で実施されなくてはならない注入の質を低下させる。

更に、軸方向の当接を行なうために中間板を用いることは供給エンクロージャの重量を増加させ、従って、ターボ機械の質量／動力（パワー）比を増加させるが、この比は減少させる試みが常になされている。

本発明は、上述の欠点を回避し、ノズルとインジェクタ供給エンクロージャとの間の接続装置を軸方向に保持する問題に対する、技術的に簡単で安価な解決策を提供すると共に、下ノズル供給エンクロージャ内でのヘッドロスを減少させることを目的とする。

このために、本発明は、ターボ機械における、ノズルと少なくとも一つの冷却流体インジェクタへの供給を行なう供給エンクロージャとの間の接続装置を提供し、この装置は、ノズルの壁および供給エンクロージャの壁の穴に開口軸方向端を介して摺動可能に取り付けられる少なくとも一つのブッシングと、ブッシングを軸方向に保持する保持手段とを有し、この保持手段は、ブッシングの軸方向端の間でかつ該端から距離をおいてブッシングの円筒外表面から突出する当接手段を備える。

「ブッシングの軸方向保持」といった用語は、ブッシングをその対称軸に対して平行な方向に保持する手段として理解されるべきである。

好ましい実施形態では、この当接手段は、ブッシングの円筒表面から突出する外側環状カラーである。

本発明のブッシングの有利な特徴は、機械的変形または機械加工、例えば、油圧成形あるいはスタンピングによって単一部品として一体的に形成され得ることである。

本発明の別の実施形態では、ブッシングは、上述のカラーを形成するように環状のワッシャがはめ込まれ固定される管状要素によって形成される。

本発明の変形実施形態では、ブッシングは、それぞれ一端に環状リムを有する２つの要素よりなり、２つの環状リムは互いに対して押し付けられ、例えばロウ付けによって一体化されてブッシングの上述の環状カラーを形成する。

本発明の別の特徴では、環状カラーは、ブッシングの２つの軸方向端間の略等距離においてブッシングの円筒形の外表面から径方向に延在する。ブッシングは、ターボ機械に取り付ける際に逆方向にブッシングが位置決めされる可能性を回避するために、例えば環状カラーを含む中央平面について形状が対称的である。

ブッシングが形成されることを可能にする管状要素自体が機械加工、塑性変形、油圧成形、スタンピング、またはフロー・タニングによって形成されてもよい。

本発明の利点は、ノズルとノズルの径方向内側に配置される下ノズル供給エンクロージャとの接続、並びに、ノズルとノズルの径方向外側に配置される上ノズル供給エンクロージャとの間の接続を確立するために同じブッシングを使用する点である。

ブッシングをノズルおよび供給エンクロージャの壁の穴に摺動可能に取り付けることにより、ターボ機械の動作中にブッシングが自身のおよび周囲要素の熱膨張により受ける機械的応力を減少することが可能となる。

本発明の接続装置は、製造するのが簡単で、ブッシングが両軸方向に移動することを防止するための特定のおよび追加的な手段をブッシングの軸方向端に形成することを回避することを可能にする。中央カラーを用いて容易に保持され得るこのブッシングにより、まず、供給エンクロージャを密閉するために使用される中間板を支える表面を形成する必要性がもはやなくなり、次に、ブッシングを軸方向に保持するために中間ブッシングにおいて保持リングを保持する環状溝を機械加工する必要性がなくなる。

これまでブッシングに軸方向の支持を提供するために必要であった中間板は、ブッシングを受容する穴の縁とエンクロージャの後方のまたは下流壁との間で供給エンクロージャに取り付けられる、環状の弾性密閉ガスケットによって置き換えられ得る。

中間板を変更あるいは除去することに関連する重要な利点は、インジェクタ供給エンクロージャへのブッシングの出口をもはや部分的に妨害することなくインジェクタへのガス供給におけるヘッドロスを減少する点である。

本発明は、添付の図面を参照して例として提供される以下の説明を読むことでよりよく理解され、その他の特徴、詳細、および利点もより明確となるであろう。

図１は、従来技術を示し、ターボジェットにおけるタービン段の部分図であり、特に、ノズルセクタおよび冷却流体インジェクタ用の２つの供給エンクロージャを示す。ノズル２は、概してターボジェット１のロータの回転軸３の周りでターボジェット１に環状路を形成する。インジェクタ（図示せず）に供給を行なうための第１のエンクロージャ４は、ノズル２の径方向内側に位置され、以降で下ノズル供給エンクロージャ４と称され、インジェクタ（図示せず）に供給するための第２のエンクロージャ５はノズル２の周りに且つ径方向外側に配置され、以降で上ノズル供給エンクロージャ５と称される。下ノズル供給エンクロージャ４は、ノズル２を通るガスの流れ方向に対して下流に位置決めされる後方または下流板６、および、ノズル２を通るガスの流れ方向に対して上流に位置決めされる前方または上流板７によって形成される２枚の壁６および７を含む。

供給エンクロージャ４および５は、管状の接続装置８、９によってノズル２に接続される。ノズル２を通るガスの流れは、接続装置８および９を介してインジェクタ供給エンクロージャ４および５に入る。

図２により明確に分かるノズル２を下ノズル供給エンクロージャ４に接続する接続装置は、ノズル２の壁の穴１１において一方の開口軸方向端１０に摺動可能に取り付けられ、下ノズル供給エンクロージャ４の上流板７上の環状リムの穴（オリフィス）１３において他方の開口軸方向端１２を介して摺動可能に取り付けられるブッシング８によって形成される。

図３でより明確に示されたノズル２を上ノズル供給エンクロージャ５に接続する接続装置は、ノズル２の壁に形成される穴に固定される第１の中間ブッシング１５において一方の開口軸方向端１４を介して、更には、上ノズル供給エンクロージャ５の壁に形成された穴１９に固定される第２の中間ブッシング１８において他方の開口軸方向端１７を介して摺動可能に取り付けられるブッシング９によって形成される。

接続ブッシング８および９は、異なる軸方向保持手段を有するため、異なる形状をもつ。ブッシング８の軸方向保持手段は、下ノズル供給エンクロージャ４に取り付けられる中間板２１に対して係合されるブッシングの端１２に形成されるフレア（広がり部）２０により、従来技術で構成される。中間板２１は、ブッシング８を支える上流板７のリムに対して漏れがないように取り付けられる。従来技術でブッシング９を軸方向に保持する手段は、中間ブッシング１８中の環状溝に取り付けられる保持リング２２よりなり、ブッシング９はその一方の端にフレアを含まない。

油圧成形（ハイドロフォーミング）、フロー・ターニング、またはスタンピングによって得られ、それぞれ環状リム２６、２７を一方の軸方向端に含む、２つの同一の管状要素２４および２５よりなるブッシング２３を備える本発明の接続装置の第１の実施形態を示す図４をここで参照する。ブッシング２３を形成するためには、２つの管状要素２４および２５は、それぞれの環状のリム２６および２７が互いに対して押し付けられて端と端とが合わされ、ロウ付け（ブレージング）によって一体化されてブッシング２３に環状カラー２８を形成する。

図５は、円筒形のブッシング３０が機械的に変形され、ブッシング３０を囲う環状のワッシャ３１に固定される、本発明の接続装置の第２の実施形態を示す。ブッシング３０をワッシャ３１の近傍で変形することにより、ブッシング３０の材料をワッシャ３１の円筒形の内表面に形成される環状溝３２と係合させることが油圧成形または機械的変形により可能となる。

図６は、本発明の接続装置を含むターボジェットにおけるタービン段の部分図であり、同図は特に、ノズルのセクタおよび２つの冷却流体インジェクタ供給エンクロージャを示す。図１、図２および図３に示す従来技術の接続装置８および９は、本発明の接続装置によって置き換えられ、各ブッシング２３または３０の円筒形の外表面はブッシングの軸方向端間に環状カラー２８または３１を有し、カラーはブッシングの外表面から径方向外側に延在する。

外側ブッシング２３または３０は、上述した通りカラー２８または３１が第１の中間ブッシング１５と第２の中間ブッシング１８との間に配置されるように上ノズル供給エンクロージャ５とノズル２との間に位置決めされ、これら２つの中間ブッシング１５、１８の一方および／または他方と当接する（突き当たる）ことにより、ブッシング２３または３０が係合されている穴から逃げることを防止し、このときカラー２８、３１よりなる当接手段の径方向のサイズはブッシングが係合されている穴の径方向の寸法よりも大きい。

内側ブッシング２３または３０は、カラー２８または３１が、ノズル２の壁に形成される穴１１と下ノズル供給エンクロージャ４の上流板７の環状リムとの間に配置されるように、下ノズル供給エンクロージャ４とノズル２との間に位置決めされ、ノズル２に対しておよび／または環状リムに対して当接することにより、ブッシングが摺動可能に取り付けられている穴から離れることを防止する。

環状カラー２８または３１を用いて内部ブッシング２３または３０を軸方向に保持することにより、中間板２１をブッシング２３または３０の開口部から遠ざけてエンクロージャ４の中に移動することが可能となり、従って、ブッシング２３または３０からの出口におけるヘッドロスを減少することが可能となる。

図７に示すように、ブッシング２３または３０を受容する穴１３の縁３６と後方または下流板６との間で下ノズル供給エンクロージャ４内に取り付けられる、環状の弾性密閉ガスケット（ｇａｓｋｅｔ）３５で中間板２１を置き換えることも可能である。この簡単、軽量、且つ、安価なガスケット３５により、ブッシング２３または３０の出口付近で大きい空容積を得ることが可能となり、さらに、エンクロージャ４に対して良い密封性を与えることが可能となる。

部分的にのみ示されるターボ機械における従来技術の内側および外側の接続装置の概略的な縦断面図である。 図１の一部分の拡大図である。 図１の別の部分の拡大図である。 本発明の接続装置の第１の実施形態の概略的な縦断面図である。 本発明の接続装置の第２の実施形態の概略的な縦断面図である。 本発明の内側および外側接続装置を使用する、図１に対応する図である。 本発明の内側接続装置を含む、図６の一部分の拡大図である。

符号の説明

１ ターボジェット
２ ノズル
３ 回転軸
４ 下ノズル供給エンクロージャ
５ 上ノズル供給エンクロージャ
６ 後方または下流板
７ 前方または上流板
８、９ 接続装置、ブッシング
１０、１２、１４、１７ 開口軸方向端
１１、１３、１９ 穴
１５、１８ 中間ブッシング
２０ フレア
２１ 中間板
２２ 保持リング
２３、３０ ブッシング
２４、２５ 管状要素
２６、２７ 環状リム
２８ 環状カラー
３１ ワッシャ
３２ 環状溝
３５ ガスケット
３６ 縁

Claims (11)

1. ターボ機械におけるノズルと少なくとも一つの冷却流体インジェクタへの供給を行なう供給エンクロージャとの間の接続装置であって、ノズルの壁および供給エンクロージャの壁の穴に開口軸方向端を介して摺動可能に取り付けられる少なくとも一つのブッシングと、ターボ機械が動作中に、ノズルの壁および供給エンクロージャの壁に当接することによって、ブッシングを軸方向に保持する保持手段とを備えており、前記保持手段が、ブッシングの軸方向端間でかつ該端から距離をおいてブッシングの円筒外表面から突出する外側環状カラーを備えている、前記接続装置。
2. 当接手段は、ブッシングの端が係合される穴の径方向のサイズよりも大きい径方向のサイズを有する、請求項１に記載の接続装置。
3. ブッシングが機械的変形または機械加工によって得られる、請求項１に記載の接続装置。
4. ブッシングが、それぞれ一端に環状リムを有する２つの管状要素によって形成され、２つの環状リムが互いに対して押し付けられ、例えばロウ付けなどによって、一体化されてブッシングの前記環状カラーを形成する、請求項１に記載の接続装置。
5. ブッシングは、はめ込まれ固定されて前記カラーを形成する環状のワッシャを有する管状要素である、請求項１に記載の接続装置。
6. ブッシングが、ノズルと、ノズルの径方向内側に配置された供給エンクロージャとの間の連通を確立する、請求項１に記載の接続装置。
7. ブッシングが、ノズルと、ノズルの径方向外側に配置された供給エンクロージャとの間の連通を確立する、請求項１に記載の接続装置。
8. ブッシングが、ノズルとノズルの径方向外側に配置された供給エンクロージャとの間の連通を確立し、ノズルの径方向外側に配置されたブッシングとノズルの径方向内側に配置されたブッシングが同一である、請求項７に記載の接続装置。
9. ブッシングが、供給エンクロージャの壁に形成された穴に固定される中間ブッシングに係合されており、該中間ブッシングは、定位置に配置されること、および／または定位置に配置された後で除去されることが可能になるように、形成されている、請求項８に記載の接続装置。
10. 供給エンクロージャに開口する各ブッシングの端が、ブッシングを通る流体のヘッドロスの増加を回避するようにエンクロージャの壁から十分離れている、請求項１に記載の接続装置。
11. 環状の弾性密閉ガスケットが、ブッシングに供給を行なう穴の縁と後方または下流板との間で下ノズル供給エンクロージャに取り付けられる、請求項１に記載の接続装置。

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