JP5209939B2 - タービン上流案内羽根の連結装置、連結装置を備えるタービン、及び、連結装置を備えるタービンが取り付けられた航空エンジン - Google Patents

Description

本発明はターボジェットタービンに関する。特に、本発明はターボジェットタービンの上流案内羽根の連結に関する。

本発明の対象は、タービンの上流案内羽根をこのタービンの固定構造体に連結する装置である。さらなる対象は、このような連結装置を備えるタービンである。最終的な対象は、少なくとも１台のこのような連結装置及び／又はこのようなタービンが取り付けられたターボジェットである。

タービンは高圧タービンでもよい。

ターボジェットタービンは、固定エレメント（ステータ）と可動エレメント（ロータ）を備える。可動エレメントは、固定エアフォイルのグリルの間に介挿された、上流案内羽根と呼ばれることもある、エアフォイルを支えるホイールである。上流案内羽根／ホイール組立体はタービン段を形成する。タービンをより簡単に設置できるようにするため、上流案内羽根は、時には少なくとも２つの上流案内羽根セクタを組み立てることにより得られる。各上流案内羽根セクタは、外側プラットフォームと呼ばれる外側リングと内側プラットフォームと呼ばれる内側リングとの間に分布しているいくらかの数の固定エアフォイルを備える。通常、内側プラットフォームは、上流案内羽根又は上流案内羽根セクタを支持部品に取り付けるために使用される連結フランジを介して半径方向内向きに延在している。以降の説明を簡単化するため、「上流案内羽根」という用語は、完全な上流案内羽根又は上流案内羽根セクタを指定するために利用される。

従来の連結装置の設計は、ターボジェットの一部を表現する図７に例示され、シャフト１０２と、燃焼室１０４と、ホイールがディスク１０６及び可動エアフォイル１０８からなり、上流案内羽根が固定エアフォイル１１０、下側プラットフォーム１１２及び連結フランジ１１４を備える高圧タービン段とを明らかにしている。

従来の設計では、図７に図示されているように、上流案内羽根の連結は、支持部品として、インジェクタ１１６のケーシング１２２を使用する。この支持部品は、アブレイダブル材料で作られているサポート１１８の延長部１２４である固定構造部品への取り付けによって安定化されている。連結は、上記ケーシングと相対的な、及び／又は、上記延長部と相対的な連結フランジ１１４の掛止と、上記延長部１２４と上記ケーシング１２２との間のボルト締め接続１２６との組み合わせ動作によって実現されている。

従来の設計によれば、連結フランジ１１４の掛止は、半径方向に設置され、上記延長部の外周段部を圧迫し、連結フランジを軸方向に上記ケーシングへ掛止するように設計されている第１のピンを備える掛止手段によって実現されている。同じ設計によれば、掛止手段は、上記ケーシングと上記連結フランジの両方を横切り、半径方向及び円周方向に連結フランジを掛止するように設計されている第２のピンをさらに備える。

別の従来の設計によれば、各連結装置は上記ケーシングの掛止凹部を備え、上記凹部は半径方向外向きに開口し、上記連結フランジを収容し、かつ、上記連結フランジを半径方向内向きに掛止するような寸法にされている。この同じ別の既存の設計によれば、連結装置は、軸方向に設置され、連結フランジを半径方向及び円周方向に掛止するように設計されているピンをさらに備え、このピンが上記連結フランジと上記ケーシングの両方を横切り、上記延長部と軸方向に当接する。

連結装置の２つの従来の設計のうちの一方及び他方によれば、インジェクタケーシング及びアブレイダブル材料で作られている延長部サポートは、少なくとも１つのボルト締め接合によって一体的に取り付けられている。

本発明の目的は、簡略化された連結、特に、ボルト締め接続を使用しない連結を提供することである。本発明の対象は、安定化部品に取り付けられている支持部品自体に連結されている、タービンの上流案内羽根の連結装置である。

第１の態様によれば、本発明は、
支持部品の支持端を安定化部品の安定化端と組み合わせるインターロック手段と、
上記支持端と上記安定化端とを組み合わされた状態に保つための保持部品と、
を備える連結装置に関する。

インターロック手段は、支持端のクランクと、安定化端の適合している形状及び寸法とを備える。

連結装置は、支持端と安定化端の相対回転を防止する保持手段をさらに備える。

上記保持手段は、支持端の面にくり抜かれた半円状断面を有する少なくとも１個の溝と、安定化端の面にくり抜かれた半円状断面を有する少なくとも１個の溝とを備え、２個の溝は、運転中に、両端が組み合わされているときに一体となってオリフィスを画定するように、互いに対向して配置されている。

上記保持手段は、両端が組み合わされているときに上記オリフィスに挿入されるように設計されている少なくとも１個の保持ピンをさらに備える。

保持部品は実質的にＪ字型断面を有する環状部品である。保持部品は中央フレームワークを備え、中央フレームワークは、中央フレームワークと平行に延在する終端部を介して延在する放射状部を介して一端まで延在し、上記中央フレームワーク、放射状部、及び、終端部は、これらの間に保持凹部を画定し、上記中央フレームワークは、それ自体が実質的に垂直であり、かつ、放射状部及び終端部の上に突き出るカラーを介して他端まで延在する。

保持部品は、上記中央フレームワークに対して保持凹部の反対側で、中央フレームワークから実質的に垂直方向へ延在するグリップ用フランジをさらに備える。

連結装置は支持端及び保持部品をスナップ嵌合する手段をさらに備える。

上記スナップ嵌合手段は、支持端の歯と、保持部品の適合する歯とを備える。支持端の歯は上記支持端のリムにある。保持部品の適合する歯は上記保持部品の終端部にある。

連結装置は保持部品が支持端と相対的に回転することを防止する固定化手段をさらに備える。固定化手段は保持部品のドーム型の輪郭を備える。固定化手段は、実質的に同じ径を有する２つの孔である支持端を固定化する孔及び保持部品を固定化する孔と、これらの２つの固定化孔を横切るように設計されている固定化ピンとをさらに備える。保持部品を固定化する孔は保持部品の適合する歯のうちの１つにあり、支持端を固定化する上記孔は支持端の歯のうちの１つにある。

連結装置は、実質的に環状かつ同心状である２個のプラットフォームの間に角度的に分布させられている固定エアフォイルを備える上記上流案内羽根を支持端と相対的に掛止する手段をさらに備える。上記掛止手段は、
曲率半径が小さい方のプラットフォームを越えて延在し、エアフォイルと相対的に上流案内羽根を連結するフランジと、
連結フランジの円周方向に分布させられ、上記連結フランジを横切る孔と、
半径方向外向きに開口し、支持端を掛止する凹部と、
上記掛止凹部の壁を横切る孔と、
連結フランジの上記孔及び掛止凹部の壁の上記孔の両方を横切るように設計されている掛止ピンと、
を備える。

好ましくは、上記掛止ピンは座付きピンである。上記掛止ピンは、運転中に、支持端と保持部品との間に保持されている。

本発明の一実施形態によれば、支持部品はインジェクタケーシングからなり、安定化部品はアブレイダブル材料で作られているサポートの延長部からなる。

第２の態様によれば、本発明は、第１の態様による少なくとも１台の上流案内羽根連結装置を備えるタービンに関する。

第３の態様によれば、本発明は、第２の態様によるタービン、及び／又は、第１の態様による少なくとも１台の連結装置を備える航空エンジンに関する。

本発明の１つの利点は、上流案内羽根の連結がボルト締め接続を使用しないので、航空エンジンの総重量が削減されることにある。この結果は、航空機の飛行段階中の燃料節約によって達成される航空エンジンの運転コストの削減である。

本発明の別の利点は、ボルト締め接続がないので、据え付け時間が短縮されることにある。この結果は、維持コストの削減である。

本発明は、示唆として与えられ、決して限定的ではなく、そして、添付図面を用いて図示されている、本発明の特定の実施形態についての以下の詳細な説明を読めばより良く理解されるであろう。

最初に図１を参照すると、同図は、高圧タービン２と、低圧タービン３と、燃焼室４と、高圧圧縮機５と、ファン６とを備えるターボジェット１を概略的に表している。高圧タービン２は上流案内羽根８が設けられている。

今度は図２を参照すると、同図は、タービン上流案内羽根８の連結装置２０を表し、上流案内羽根８は、外側プラットフォーム（図示せず）と内側プラットフォーム１２との間に分布した固定エアフォイル１０を備える。連結フランジ１４は、この内側プラットフォーム１２から延在し、上記内側プラットフォームに関して固定エアフォイル１０の反対側にある。

上記の従来の連結装置の設計と同様に、上流案内羽根８は支持部品に連結され、この支持部品自体は安定化部品に取り付けられている。図示されている実施例では、支持部品はインジェクタ（図示せず）のケーシング２２であり、安定化部品はアブレイダブル材料で作られているサポート１８の延長部３０である。

本発明による連結装置２０は、安定化部品３０と支持部品２２の取り付けに役立ち、かつ、上流案内羽根８の支持部品２２への連結に役立つ保持部品６０を使用する。

上述されている従来の連結装置の設計のうちの１つと同様に、支持部品２２に対する上流案内羽根８の掛止は、掛止ピン２８を使ってインジェクタケーシング２２の端２６の掛止凹部１６に掛止されている連結フランジ１４を用いて実現されている。したがって、掛止凹部１６の寸法は連結フランジ１４の寸法に適合させられ、連結フランジ１４は（図では見えない）連結フランジ孔が穿孔され、掛止凹部１６の壁は、それぞれ、壁孔１６０が穿孔されている（図４を参照）。掛止ピン２８は上記連結フランジ孔と上記壁孔を横切る。掛止ピン２８は座付きピンであるので、掛止ピンは、図２において最も下流にある壁である掛止凹部１６の壁の一方と当接する。

連結フランジ１４、掛止凹部１６、掛止ピン２８、及び、それぞれの孔は、本発明による連結装置２０を掛止する手段を形成する。

掛止手段１４、１６、２８の他に、本発明による連結装置は、インジェクタケーシング２２の一端２６をアブレイダブル材料で作られたサポート１８の延長部２４の一端３０と組み合わせる手段４４と、延長部２４に対するケーシング２２の相対回転を防止する保持手段４６、４８、５０、５２と、ケーシング２２と延長部２４とを一体化した状態に保つ保持部品６０と、保持部品６０をケーシング２２にスナップ嵌合する手段３４、７２と、ケーシング２２と相対的な保持部品６０の回転を防止する固定化手段７６、７８、８０、８２とを備える。

以降の説明を簡単化するため、ケーシング２２の端２６は「支持端２６」と呼ばれ、延長部２４の端３０は「安定化端３０」と呼ばれる。

図３に示されているように、支持端２６は、上述された掛止凹部１６を画定する２つの壁が半径方向外向きに延在するエンドボディ３６を備え、軸方向の周りの回転部品である。エンドボディ３６は、実質的に矩形状の軸方向断面を有する。エンドボディ３６は、掛止凹部１６の反対側に位置している内面３８と、外面３９と、半径方向に延在する後面４０とを有する。

凹部１６の最も遠い後方壁は、ボディ３６の後面４０と相対的に後方へ延在するリム３２を備える。このリム３２は、凹部１６の開口の方向とは反対方向へ平行に延在する。後方凹部４２はリム３２と後面４０との間に形成されている。このリム３２の自由端には、リム３２の全周に亘って互いに続く歯３４が切り出されている。これらの歯３４は半径方向内側へ向けられている。

内面３８と後面４０との接合部に、エンドボディ３６は、後面４０と実質的に平行である第１の面４４２と、上記第１の面４４２と実質的に垂直である第２の面４４４とを有するクランク４４を有する。溝４６は上記第２の面４４４に配置され、上記溝は軸方向に向けられ、実質的に半円状の輪郭を有する。

図４は支持端２６と安定化端３０との間のインターロックを説明している。したがって、安定化端３０の先端は、支持端２６のクランク４４の形状及び寸法と適合している形状及び寸法を有する。特に、安定化端３０は、それぞれが支持端２６の上記第１の面４４２及び第２の面４４４と接触するように設計されている第１の面及び第２の面を備える。溝４８は上記第２の面に配置され、上記溝４８は軸方向に向けられ、実質的に半円状の輪郭を有する。

運転中に、支持端２６及び安定化端３０は、ほぞ穴とほぞのタイプのインターロックを用いて互いに組み合わされている。このインターロックは、支持端２６のそれぞれの第１の面４４２及び第２の面４４４を安定化端３０のそれぞれの第１の面及び第２の面と当接することによって実現されている。インターロックは、一体的に保持オリフィス５０を形成するために、支持端２６の第２の面４４４の溝４６が安定化端３０の第２の面の溝４８と向かい合いように実現されている。保持ピン５２は、上記支持端２６と上記安定化端３０が互いに相対的に軸方向に回転することを防止するために上記保持オリフィスの中に挿入されている。

連結装置２０のインターロック手段は、支持端２６の上記クランク４４と、安定化端３０の適合している形状及び寸法とを備える。

連結装置２０を保持する手段は、支持端２６の上記溝４６と、安定化端３０の上記溝４８と、上記保持オリフィス５０と、上記保持ピン５２とを備える。

支持端２６と安定化端３０との間のインターロックは、図５に示されている保持部品６０を用いて保持されている。

保持部品６０は軸方向の周りの回転環である部品である。保持部品は直線状中央フレームワーク６２を備える。中央フレームワークは放射状部６４を介して一端まで延在し、放射状部自体は、中央フレームワーク６２まで戻り中央フレームワークと平行に延在する終端部６６を介して延在する。中央フレームワーク６２、放射状部６４及び終端部６６は、それらの間に、保持凹部６８を画定し、上記中央フレームワーク６２は直線状カラー７０を介して他端まで延在し、カラー自体は実質的に垂直であり、上記放射状部６４及び上記終端部６６の上に張り出している。軸方向断面では、保持部品６０は、垂直方向の棒が中央フレームワーク６２と対応し、水平方向の棒がカラー７０と対応している、実質的にＪ字型断面を有する。

中央フレームワーク６２は、後述されるように、保持部品６０の弾性変形ゾーンを形成し、弾性変形ゾーンは保持部品が作業者によって取り付けられることを可能にさせる。

終端部６６の自由端上では、この終端部６６の全周に亘って次々に続く歯７２が切り出されている。歯７２の形状及び寸法は、支持端２６のリム３２の歯３４の形状及び寸法と適合している。

保持部品６０は、上記中央フレームワーク６２に対して保持凹部６８と反対側で、中央フレームワーク６２から延在し、カラー７０と相対的に僅かにオフセットさせられている、グリップ用フランジ７４を備える。このグリップ用フランジ７４は、互いに対して角度的にオフセットさせられ、作業者がより容易にこのグリップ用フランジ７４を握り、中央フレームワーク６２を変形させることができるようにする２つの連続ゾーンを備える。

図６は、保持部品６０を用いる２端２６、３０のインターロックの保持を半径方向断面図で示している。保持部品６０は、部分的にしか示されていない支持端２６にスナップ嵌合している。

スナップ嵌合動作は以下の方法で行われる。作業者は保持部品６０をそのグリップ用フランジ７４を用いて握る。作業者は、保持部品６０の適合する-歯７２をリム３２の歯３４の間に設置することにより保持部品６０の終端部６６の自由端を端２６のボディ３６の後方凹部４２に挿入する。同時に、支持端２６のリム３２が保持部品６０の保持凹部６８に挿入される。この挿入は保持部品６０の弾性ゾーンの存在によって容易化されている。作業者は次にグリップ用フランジ７４を離す。保持部品６０の中央フレームワーク６２は次に支持端２６のリム３２に押圧され、保持部品６０のカラー７０は支持端２６の外面３９に押圧される。作業者は次に軸方向回転によって支持端２６と相対的に保持部品６０を回転させる。リム３２の歯３４と保持部品６０の適合する歯７２は、重なり合い、支持端２６及び保持部品６０が互いに分離することを防止する。このようにして達成されるスナップ嵌合はバヨネットロックタイプである。

今説明されたスナップ嵌合の結果として、安定化端３０は保持部品６０の終端部６６によって支持端２６の第１の面４４２へ軸方向に押圧される。

連結装置２０のスナップ嵌合手段は、支持端２６のリム３２の歯３４と保持部品６０の適合する歯７２とを備える。

連結装置２０は、支持端２６の望ましくない離脱を生じることになる支持端２６と相対的な保持部品６０の逆回転を防止するように設計されている固定化手段をさらに備える。

これらの固定化手段は、中央フレームワーク６２の僅かにドーム型の輪郭７６を備え、この僅かにドーム型の輪郭７６は保持凹部６８の側に位置している（図５を参照）。この僅かにドーム型の輪郭７６は保持部品６０に軸方向の張力を生じ、この張力が上記保持部品６０と支持端２６の後面４０との間に摩擦を生じさせ、これらの２つの部品の相対回転を防止する（図６を参照）。

補助的な固定化手段は図３及び図５に示されている。固定化手段は、リム３２の歯３４のうちの１つに穿孔され、支持端２６を固定化する孔７８を備える。固定化手段は、適合する歯７２のうちの１つに穿孔され、保持部品６０を固定化する孔８０をさらに備える。最後に、固定化手段は、実質的に同じ径を有することになるこれらの２個の固定化孔７８、８０に挿入されるように設計されている固定化ピン８２をさらに備える。好ましくは、固定化ピン８２は座付きピンである（図３を参照）。スナップ嵌合動作中に、作業者は、これらの２つの固定化孔７８、８０が穿孔されている２つの歯を必ず互いに一致させて取り付け、固定化ピン８２をこのようにして整列させられた２つの固定化孔７８、８０の中に挿入することにより２つのスナップ嵌合した部品を固定化する。

本発明は上述された特定の実施形態だけに制限されていない。本発明は当業者の範囲内で等価的な実施形態にも適用される。

本発明による連結装置が設けられたタービンが取り付けられているターボジェットを示す軸方向断面概略図である。 本発明による連結装置を示す軸方向断面図である。 支持端、インターロック手段及びスナップ嵌合手段を示す斜視図である。 支持端と安定化端とのインターロックと、保持手段とを示す斜視図である。 保持部品と、スナップ嵌合手段及び固定化手段とを示す斜視図である。 支持端と安定化端とのインターロックと、保持部品を用いるこれらの保持とを示す半径方向断面図である。 従来技術の連結装置を説明するターボジェットの一部分を示す軸方向断面図である。

符号の説明

１ ターボジェット
２ 高圧タービン
３ 低圧タービン
４ 燃料室
５ 高圧圧縮機
６ ファン
８ 上流案内羽根
１０ 固定エアフォイル
１２ 内側プラットフォーム
１４ 連結フランジ
１６ 掛止凹部
１８ サポート
２０ 連結装置
２２ ケーシング（支持部品）
２４ 延長部（安定化部品）
２６ 支持端
２８ 掛止ピン
３０ 安定化端
３２ リム
３４、７２ 歯
３６ エンドボディ
３８ 内面
３９ 外面
４０ 後面
４２ 後方凹部
４４ クランク
４６、４８ 溝
５０ 保持オリフィス
５２ 保持ピン
６０ 保持部品
６２ 中央フレームワーク
６４ 放射状部
６６ 終端部
６８ 保持凹部
７０ カラー
７４ グリップ用フランジ
７６ ドーム型輪郭
７８、８０ 固定化孔
８２ 固定化ピン
１６０ 壁孔
４４２ 第１の面
４４４ 第２の面

Claims (16)

1. 安定化部品に取り付けられた支持部品自体に連結されるタービンの上流案内羽根の連結装置であって、
   支持部品の支持端を安定化部品の安定化端と組み合わせるインターロック手段（４４）と、
   前記支持端と前記安定化端とを組み合わされた状態に保つための保持部品と、
   支持端と安定化端との相対的な回転を防止する保持手段（４６、４８、５０、５２）とを備えており、
   前記保持手段が、支持端の面にくり抜かれた半円状断面を有する少なくとも１個の溝と、安定化端の面にくり抜かれた半円状断面を有する少なくとも１個の溝とを含み、これらの２個の溝は、支持端及び安定化端が組み合わされたときに協働して保持オリフィスを画定するように、使用時に互いに対向して配置され、
   前記保持手段がさらに、支持端及び安定化端が組み合わされたときに前記保持オリフィスに挿入される少なくとも１個の保持ピンを備え、
   前記保持部品が、実質的にＪ字型断面を有する環状部品であり、
   前記保持部品が、中央フレームワーク（６２）を備え、該中央フレームワークは、中央フレームワークと平行に延在する終端部（６６）によって延長される放射状部（６４）を介して、保持部品の一端まで延長され、前記中央フレームワーク、放射状部及び終端部がこれらの間に保持凹部（６８）を画定し、前記中央フレームワークはまた、該中央フレームワークに対して実質的に垂直をなし、かつ、放射状部及び終端部の上に張り出したカラー（７０）によって保持部品の他端まで延長されている、前記連結装置。
2. 前記保持部品が、前記中央フレームワークに対して保持凹部の反対側で、中央フレームワークから実質的に垂直方向へ延在するグリップ用フランジをさらに備える、請求項１に記載の連結装置。
3. 支持端及び保持部品をスナップ嵌合する手段をさらに備える、請求項１又は２に記載の連結装置。
4. 前記スナップ嵌合手段が、支持端の歯と、これに適合する保持部品の歯とを備える、請求項３に記載の連結装置。
5. 支持端の前記歯が前記支持端のリムにある、請求項４に記載の連結装置。
6. 保持部品が支持端と相対的に回転することを防止する固定化手段をさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の連結装置。
7. 前記固定化手段が、保持凹部（６８）の側に凸をなす、保持部品の膨らんだ輪郭部からなる、請求項６に記載の連結装置。
8. 前記固定化手段が、実質的に同じ径を有する２つの孔である支持端を固定化する孔及び保持部品を固定化する孔と、これらの２つの固定化孔を横切るように設計されている固定化ピンとをさらに備える、請求項７に記載の連結装置。
9. 保持部品を固定化する前記孔が保持部品の適合する歯のうちの１つにあり、支持端を固定化する前記孔が支持端の歯のうちの１つにある、請求項８に記載の連結装置。
10. 実質的に環状かつ同心状である２個のプラットフォームの間に角度的に分布させられている固定エアフォイルを備える上流案内羽根を支持端と相対的に掛止する手段をさらに備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の連結装置。
11. 前記掛止手段が、
    曲率半径が小さい方のプラットフォームを越えて延在し、エアフォイルと相対的に上流案内羽根を連結するフランジと、
    連結フランジの円周方向に分布させられ、前記連結フランジを横切る孔と、
    半径方向外向きに開口し、支持端を掛止する凹部と、
    前記掛止凹部の壁を横切る孔と、
    連結フランジの前記孔及び掛止凹部の壁の前記孔の両方を横切るように設計されている掛止ピンと、
    を備える、請求項１０に記載の連結装置。
12. 前記掛止ピンが、座付きピンである、請求項１１に記載の連結装置。
13. 前記掛止ピンが、運転中に、支持端と保持部品との間に保持されている、請求項１１又は１２に記載の連結装置。
14. 前記支持部品がインジェクタケーシングからなる、請求項１から１３のいずれか一項に記載の連結装置。
15. 前記安定化部品がアブレイダブル材料で作られているサポートの延長部からなる、請求項１から１４のいずれか一項に記載の連結装置。
16. 請求項１から１５のいずれか一項に記載の少なくとも１台の上流案内羽根連結装置を備える、タービン。

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