JP5412518B2 - 重量が低減されたタービンエンジン用固定翼アセンブリおよび少なくとも1つのそのような固定翼アセンブリを含むタービンエンジン - Google Patents

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Description

本発明は、特に、航空機ターボジェットエンジンのタービンエンジンの静翼アセンブリ、例えば、高圧または低圧タービン案内翼および少なくとも1つのそのような静翼アセンブリを備えるタービンエンジンに関する。
航空機ターボジェットエンジンは、本来、高圧圧縮機、低圧圧縮機、燃焼チャンバ、高圧タービンエンジン、および低圧タービンエンジンを備えるものである。
圧縮機は大気の圧力を増加させるためのものであり、燃焼チャンバは圧縮機によって圧縮された空気を燃料と混合してその混合物を燃焼させ、放出された流れ方向に配置されたタービンが高温ガス流によって駆動される。タービンは、特に、圧縮機を駆動する働きをする。
圧縮機はロータ翼を備え、案内静翼は圧縮段間の流れを案内する。
燃焼チャンバの出口に、固定された高圧案内翼アセンブリが配設され、燃焼チャンバを出る高温ガス流が高圧タービンと接触する前に高温ガス流の流れを整流する。この高圧案内翼アセンブリは、内側ケーシングと呼ばれるケーシングに固定されたリングと、半径方向外側に伸びるブレードとを備える。内側ケーシングは、確実に圧縮機とタービンとを接続するものである。
案内翼アセンブリは複数のセクタからなり、各々のセクタが内側ケーシングに固定される。
各セクタは、本来、半径方向外側に伸びるブレードの根元にあるプラットフォームと、半径方向内側に伸びるケーシングに締結するための締結タブとを備える。タブは、高圧タービンの側に設けられた内側ケーシングの2つの穴と位置合わせされる2つの穴を備え、ピンがこれらの位置合わせされた穴に挿入され、ピンを軸方向に保持するためにフランジがピンの下流側に付けられる。
このタイプのターボジェットエンジンは、例えば、仏国特許第2907499号明細書で知られているエンジンである。
このタイプの締結は十分なものであるが、アセンブリはかなりの質量であり、ピンの軸方向固定は追加の環状フランジによって得られる。
仏国特許第2907499号明細書
本発明の1つの目的は、質量が低減されたタービンエンジン用静翼アセンブリを提案することである。
上述の目的は、ブレードおよびプラットフォームを備え、ブレードがプラットフォームから半径方向外側に伸びる少なくとも2つの角度セクタと、角度セクタが固定されるケーシングとを備えるタービンエンジンの静翼アセンブリによって達成される。角度セクタの半径方向の保持は、プラットフォームから半径方向内側に突出するタブを貫通するピンと、ケーシングの溝に取り付けられ、前記ピンを角度セクタの半径方向保持位置で保つように前記ピンの軸方向止め部を形成するリングを使用することによって得られる。
言いかえれば、先行技術のフランジは、そのフランジに比べて質量の小さい単純な弾性リングに代替される。さらに、所定の位置でのその配置とメンテナンスは、非常に簡単である。また、リングは、角度セクタのメンテナンスを行う場合に、取り外し易い。
案内翼アセンブリ−内側ケーシングアセンブリの特定の場合では、案内翼アセンブリを内側ケーシングに締結するピンは、前記ピンの軸方向の保持リングと同様に燃焼チャンバ側に取り付けられる。次に、燃焼チャンバ側のこれまで使用されていない利用可能なスペースが組立を行うのに使用される。このことで高圧タービンを案内翼アセンブリのできるだけ近くに位置決めすることが可能になる。
次に、本発明は、主に、長手軸を有するタービンエンジンの静翼アセンブリであって、ケーシングと、ブレードを備えた少なくとも2つの角度セクタとを備え、前記角度セクタはケーシングに固定され、各角度セクタは、少なくとも1枚のブレードが半径方向外側に伸びるプラットフォームと、角度セクタをケーシングに締結するための締結タブとを備え、前記締結タブはプラットフォームから半径方向内側に突出し、ケーシングは締結タブを受承するための長手方向軸を有する第1の環状溝を備える静翼アセンブリに関する。静翼アセンブリは、角度セクタを保持するための半径方向保持ピンで、ケーシングおよび締結タブ内に作られた穴に差し込まれる保持ピンを備え、前記穴は長手方向軸に平行な軸を有し、ケーシングはさらに半径方向保持ピンの軸方向保持リングを受承するための長手方向軸を有する第2の環状溝を備える。
各ピンは、頭部と尾部とを軸方向に画定する第1の半径方向スカートを備え、尾部がケーシングの穴と締結タブの穴とを貫通し、前記第1のスカートは、片方の面で第1の溝と第2の溝とを仕切る環状リブに当接し、他方の面でリングに当接し、リングは、半径方向外側縁部で、半径方向内側に配向された各ピンの頭部の周囲の一部に当接する。
有利には、ピンは、頭部の一自由端部に第2の半径方向スカートを備え、前記第2のスカートは第1のスカートと共に、第2の環状溝の幅とほぼ同じ幅のスペースを画定し、リングの半径方向外側縁部の一部を受承する。
ピンの第1および第2のスカートはそれぞれ、平坦部分とピンの角度固定手段とを備えることができる。角度固定手段は、例えば、スカートの平坦部分が半径方向外側に配向されるように、環状仕切りリブの穴に接する第1のスカートの形状に対応する形状の平坦部分を備えるハウジングによって形成される。
リングはスロット付きリングとすることができ、有利には、リングが閉ループを形成するように重なり合う2つの端部を備える。
例えば、リングの両端部はより薄くなっており、両端部が重なり合うより厚みのある部分によって接続され、両端部の各端部は、両端部をより近付ける、またはさらに離間するための器具を挿入するための少なくとも1つの穿孔を備える。
1つの代替形態では、仕切りリブに対向する第1の溝の面は、各々がピン尾部の自由端部を受承する非貫通穴を備える。
別の代替形態では、仕切りリブに対向する第1の溝の面は、各々がピン尾部の自由端部を受承する貫通穴を備える。
別の代替形態では、ピン尾部の自由端部は、仕切りリブに対向する第1の溝の面に当接する。
角度セクタの締結タブは各々、長手方向軸を中心とする円の弧上に位置決めされる2つの穴を備え、一方は円形断面を有し、他方は長円形断面を有し、長円形の長い方の寸法は円の弧とほぼ位置合わせされる。
ケーシングは、例えば、内側ケーシングであり、角度セクタは、高圧タービンの案内翼アセンブリを形成し、リングは、第1の溝に対して燃焼チャンバ側に配置される。
本発明はさらに、本発明の少なくとも1つの静翼アセンブリを備えるタービンエンジンに関する。
本発明は、以下の説明および図面を使用すれば、より十分に理解される。
燃焼チャンバおよび高圧タービンにおける、本発明のターボジェットエンジンの一部の長手方向断面図である。 図1Aのターボジェットエンジンの案内翼アセンブリの角度セクタの正面図である。 内側ケーシングへの高圧案内翼アセンブリの締結時の図1の拡大図である。 図2の代替形態の詳細図である。 図2の代替形態の詳細図である。 図2の代替形態の詳細図である。 半径方向保持ピンの軸方向止め部を形成するリングの斜視図である。 内側ケーシングへの角度セクタの締結の別の実施形態の拡大断面図である。 図5の代替形態の長手方向断面図である。 図6の代替形態のケーシングと角度セクタとの接続部の燃焼チャンバ側の正面図である。
以下に、高圧タービンの案内翼アセンブリを詳細に説明するが、本発明は、案内翼アセンブリに限定されるのではなく、タービンエンジンの任意の静翼アセンブリに適用できるものである。
説明では、図1における左から右への方向は、ガス流の流れ方向に対応し、左は上流側、右は下流側で示されるものとする。
簡略化のために、示される種々の実施形態における同じ機能およびほぼ同じ構造を有する要素を指すのに、同じ符号を使用するものとする。
図1Aは、回転軸Xを有する本発明のターボジェットエンジンの詳細図である。このターボジェットエンジンは、特に、圧縮機(図示せず)からの空気用の吸気オリフィス4と燃焼ガス用の排気オリフィス6とを上流側に備えた燃焼チャンバ2を備える。ターボジェットエンジンはさらに、排気オリフィス6の上流側に配置される高圧案内翼アセンブリ8、案内翼アセンブリ8の下流側にあり圧縮機を駆動する高圧タービン10を備える。
燃焼チャンバ2は、外側ケーシングに固定される半径方向外側エンクロージャ14と、内側ケーシング18に固定される半径方向内側エンクロージャ16(「内側ケーシング」と称す)とからなる。
案内翼アセンブリ8は、内側ケーシング18に固定される。図2で詳細に示されるように、案内翼アセンブリ8は、半径方向外側リング9と半径方向内側リング11との間に伸びるブレード12を備える。ブレード12は、燃焼ガスの流路の排気オリフィス6の下流側に配置される。これらのブレード12は、燃焼チャンバ2を出るガス流が高圧タービン10と接触する前に、その流れを整流するためのものである。
案内翼アセンブリ8は、内側ケーシング18に別個に固定される少なくとも2つの角度セクタ8.1からなる。例として、案内翼アセンブリ8は、各々に2枚のブレードが配設された16個の角度セクタ8.1を備える。
ブレード12は、案内翼アセンブリ8の内側クラウン11の一部を形成するプラットフォーム20から半径方向外側に伸びる。プラットフォーム20を内側ケーシング18に締結するための締結タブ22は、ブレード12を支承するプラットフォーム20の反対面のプラットフォーム20の内側に向かって半径方向に突出する。
角度セクタ8.1の全てが内側ケーシングに固定されると、端から端まで配置されたプラットフォームは連続リングを形成する。
図2は、その下流側18.1に、軸Xを有して半径方向外側に開口する第1の環状溝24と、軸Xを有して半径方向外側に開口する第2の環状溝26とを備える内側ケーシング18を示す。第1の溝24は、第2の溝26と高圧タービン10との間に位置決めされる。第1の溝24は、第1の環状リブ25と第2の環状リブ27とによって画定され、第2の環状溝26は、第2の環状リブ27と第3の環状リブ29とによって画定され、第2の環状リブ27は、第1の溝24と第2の溝26とを仕切るリブである。
第1の溝24は、高圧案内翼アセンブリ8の角度セクタの締結タブ22を受承する。
本発明によれば、角度セクタ8.1を半径方向に保持するためのピン30は、締結タブ22の穴および内側ケーシング18の穴に差し込まれ、ピン30は角度セクタを内側ケーシング18に固定する。リング28は、第2の溝26内に配設されて、半径方向保持ピン30の軸方向止め部を形成する。
好適な実施形態によれば、半径方向保持ピン30は、内側ケーシング18および燃焼チャンバ2側の締結タブ22内に取り付けられ、さらに保持リング28が取り付けられる。このとき、案内翼アセンブリ8とタービン10との間の距離は、タービン10と案内翼アセンブリ8との間の機械的干渉を避けるために遊びを考慮に入れながら、できる限り短くされる。
図1Bに示されるように、各締結タブ22は、軸Xを中心とした円形部分の弧に位置決めされた2つの貫通穴32、34を備える。一方の穴32は、半径方向保持ピン30が穴32内に配置できるように保持ピン30の直径とほぼ同じ直径の円形断面を有し、他方の穴34は、長い方の寸法が軸Xを中心とする円の弧に沿って配向され、短い方の直径が半径方向保持ピン30の直径とほぼ同じである長円形断面を有する。円形穴と長円形穴とを実現することで、寸法が変化した場合でも組み立てることができる。
第2の環状リブ27も、内側ケーシング18に固定される案内翼アセンブリ角度セクタと同じ数の組の穴36を備える。
各組の穴36の半径方向位置および相対的間隔は、角度セクタ8.1が所定の位置にあるときに、穴36が角度セクタ8.1の穴32、34と位置合わせされる。図示された例では、プラットフォーム20は、第1の環状リブ25の半径方向外側端部で支承する。
穴32、34、36は、長手方向軸Xにほぼ平行な軸を有する。
有利には、穴36の上流側端部は、ピン30の配置を容易にするために傾斜している。
各半径方向保持ピン30は、第2の環状リブ27の穴36および締結タブ22の穴32または34を貫通する。
各半径方向保持ピン30は、図示された例では、半径方向に突出して第2の環状リブ27の上流側面に当接するスカート37によって形成された少なくとも1つの軸方向止め部を備える。
このスカート37は、半径方向保持ピン30において、穴36および穴32または34を貫通する尾部30.1と、燃焼チャンバ2側に位置決めされる頭部30.2とを軸方向に画定する。
図3Aから図3Cは、第1のリブ25の異なる形状を示す。
図3Aでは、第1のリブ25は平面上流側面を備え、ピン30の尾部30.1の自由端部はその面に当接している。この実施形態は、非常に単純であり、異なる圧力状態にある内側ケーシング18の両側の2つのゾーン間の封止を損なわない。
図3Bでは、第1のリブ25は、各ピン30の尾部30.1の自由端部を受承する複数の組の貫通孔38を備える。穴38の組の数は、固定される案内翼アセンブリの角度セクタの数に等しい。この実施形態は、製造しやすく、角度セクタと内側ケーシングとの接続部の十分な剛性が確実に得られる。
図3Cは、別の代替形態を示す。第1のリブ25は、半径方向保持ピン30の尾部30.1の自由端部を受承する複数の組の非貫通穴40を備える。穴40の組の数は、固定される案内翼アセンブリの角度セクタの数に等しい。したがって、各尾部30.1の自由端部は、穴40の底部に当接する。
この代替の実施形態により、封止が損なわれず、角度セクタと内側ケーシングとの間の接続部の十分な剛性が確実に得られる。
図示された例では、第2のリブ27の上流側面は、スカート37が第2のリブ27の上流側面から突出しないようにスカートを受承するための凹部42を備え、軸方向保持リング28の配置に苦労することがないようにする。
軸方向保持リング28は、スカート37の上流側面に当接する第2の溝内に配置され、半径方向保持ピン30の軸方向止め部を形成する。
軸方向保持リング28は、第2の環状溝27の幅にほぼ等しい厚さを有する。
軸方向保持リング28は、止め輪タイプのリングであり、スロットが付けられ、その両端部28.1および28.2は、リング28が第2の溝26および半径方向保持ピン30のアセンブリにそれぞれ取り付けられるように離間され、または近付けられる。図4は、スロット付きゾーンの軸方向保持リングを示す。端部28.1および28.2は、段形状であり、組立位置で少なくとも部分的に重なって、連続円形止め部を形成する。また、被覆は、軸方向保持リング28が作動時に開口するのを防ぐのに十分であり、開口部が半径方向保持ピン30の反対側にあった場合、被覆はリング28がその機能を行うのを妨げることになる。
さらに、両端部28.1および28.2のこの重なりにより、軸方向保持リング28が弾性を失うことにより第2の環状溝26から抜けてしまうリスクもなく、軸方向保持リング28をそのハウジング内に収容することができる。
両端部28.1および28.2はそれぞれ、リングのスペーシング器具を挿入するための穿孔を備える。
内側ケーシング18への高圧案内翼アセンブリ8の組立について説明する。
軸方向保持リング28の両端部28.1および28.2は、軸方向保持リング28が第2の溝26内に配置されるように離間される。
次に、角度セクタ8.1が内側ケーシング上に配置され、より詳細には、それらのタブ22が第1の溝24内に挿入され、各タブ22の下流側面と第1のリブ25の上流側面との間および第1のリブ25の上流側面と第2のリブ27の下流側面との間にそれぞれ機能遊びが設けられて、内側ケーシング28および案内翼アセンブリの膨張による寸法変化に適応させると同時に、角度セクタの動きを少なくするようにする。
締結タブ22は、締結タブ22の穴32、34を第2のリブ27の穴36と位置合わせするように第1の溝24に挿入される。
次に、半径方向保持ピン30は、それらのスカート37が第2のリブ27の上流側面に当接するまで、長手方向軸Xに平行な方向に沿って、いくつかは位置合わせした穴34、36内に挿入され、その他は位置合わせした穴34、36内に挿入される。そのためには、軸方向保持リング28は締められて、第2の溝の底部に押し込まれる。半径方向保持ピン30が全て所定の位置に収まると、軸方向保持リング28は解除される。リング28は、その弾性により、半径方向外側縁部でピンの頭部30.2に当接し、スカート37の半径方向止め部を形成する。リング28を頭部30.2に対して半径方向に支承することで、軸方向保持リング28の横断方向の固定が確実に得られる。
半径方向保持ピン30が穴32、36または34、36から外れるリスクは非常に低い。それは、一方ではリングがその弾性を失って溝の底部まで下がる必要があり、他方では、ピン30が軸方向に動く必要があるためである。
図5は、本発明の内側ケーシングへの案内翼アセンブリの組立の第2の実施形態を示す。
この第2の実施例では、半径方向保持ピン30は、半径方向保持ピン30の頭部30.2の自由端部に位置する第2のスカート44を備える。第2のスカート44は、第1のスカート37と共に、軸方向保持リング28を受承する溝を画定する。
したがって、軸方向保持リング28は、その半径方向内側縁部で第2の溝26内に受承され、その半径方向外側縁部でスカート37と44との間に受承される。スカート37、44は、図示された例では、同じ直径を有する。しかしながら、異なる直径を有するスカートを配設することも可能である。
したがって、非常に強い振動の場合でも、軸方向保持リング28は外れることはない。
この第2の実施形態の組立は、第1の実施形態に非常に似ている。しかしながら、この場合、軸方向保持リング28の角度位置は、軸方向保持リング28の両端部28.1の2つの穿孔に締め付け工具が使えるように、この2つの穿孔が2つの半径方向保持ピン30間に位置するような位置になる。
図6は、第2の実施形態の代替形態を示す。この場合、案内翼アセンブリは、燃焼チャンバ2のケーシングを支承する封止ストリップ46を備える。案内翼アセンブリの角度セクタ8.1が所定の位置にあるとき、封止ストリップ46は第2のリブ27の穴36の軸方向上流側に位置決めされ、ピン30の配置に苦労する。実際に、ピンの挿入時に、封止ストリップ46の半径方向内側端部は、半径方向外側に位置決められる半径方向保持ピン30の周囲の邪魔になる。
そのために、半径方向保持ピン30の第1のスカート37および第2のスカート44上に平坦部分37’および44’を作ることとなる。これらの平坦部分37’および44’は、半径方向外側に向かって配向されて、ストリップ46に接触せずにピンを挿入できるようにする。
さらに、平坦部分37’および44’が半径方向内側に向かないように回転時にピンを固定することとなる。この場合、スカート37および44は、リング28の半径方向外側縁部を受承する溝を画定しなくなる。
ピン30の角度固定は、半径方向外側で穴36の上流側端部に接するハウジング内に平坦部分48を形成することによって得られる。この平坦部分48は、スカート37の平坦部分37’の形状に対応する形状を有する。2つの平坦部分37’と48とが協働することで、ピン30の回転を防ぐ。
図7は、高圧案内翼アセンブリ8の上流側面および平坦部分44’を有する半径方向保持ピン30が付けられた内側ケーシング18を示す図である。
この実施形態では、第3のリブ29は、2つの穴36間に角度的に位置決めされる凹部50を備える。これらの凹部により、内側ケーシングの質量、ひいてはタービンエンジンの質量を低減することができる。
本発明は、タービンエンジンの全ての固定翼アセンブリに適用可能であり、より詳細には、タービン案内翼アセンブリの組立に適用可能である。

Claims (12)

  1. 長手軸(X)を有するタービンエンジンの静翼アセンブリにして、内側ケーシング(18)と、高圧タービン案内翼アセンブリを形成するブレード(12)を備えた少なくとも2つの角度セクタ(8.1)とを備え、前記角度セクタ(8.1)がケーシング(18)に固定され、各角度セクタ(8.1)が、少なくとも1枚のブレード(12)が半径方向外側に突出するプラットフォーム(20)と、角度セクタ(8.1)をケーシング(18)に締結するための締結タブ(22)とを備え、前記締結タブ(22)がプラットフォーム(20)から半径方向内側に突出し、ケーシング(18)が締結タブ(22)を受承するための長手方向軸(X)を有する第1の環状溝(24)を備える静翼アセンブリであって、静翼アセンブリが、角度セクタ(8.1)を保持するための半径方向保持ピン(30)で、ケーシング(18)および締結タブ(22)内に作られた穴(36、32、34)に差し込まれる保持ピン(30)を備え、前記穴(36、32、34)が長手方向軸(X)にほぼ平行な軸を有し、ケーシング(18)がさらに半径方向保持ピン(30)の軸方向保持リング(28)を受承するための長手方向軸(X)を有する第2の環状溝(26)を備え、前記軸方向保持リング(28)が第1の溝(24)に対して燃焼チャンバ側に位置決めされる、静翼アセンブリ。
  2. 各ピンが、ピン(30)において頭部(30.2)と尾部(30.)とを軸方向に画定する第1の半径方向スカート(37)を備え、尾部(30.)がケーシング(18)の穴と締結タブ(22)の穴とを貫通し、前記第1のスカート(37)が、片方の面で第1の溝(24)と第2の溝(26)とを仕切る環状リブ(27)に当接し、他方の面で軸方向保持リング(28)に当接し、軸方向保持リング(28)が、半径方向外側縁部で、半径方向内側に配向された各半径方向保持ピン(30)の頭部(30.2)の周囲の一部に当接する、請求項1に記載の静翼アセンブリ。
  3. 半径方向保持ピン(30)が、頭部(30.2)の一自由端部に第2の半径方向スカート(44)を備え、前記第2のスカート(44)が第1のスカート(37)と共に、第2の環状溝(26)の幅とほぼ同じ幅のスペースを画定し、リング(28)の半径方向外側縁部の一部を受承する、請求項2に記載の静翼アセンブリ。
  4. 半径方向保持ピン(30)の第1のスカート(37)および第2のスカート(44)がそれぞれ、平坦部分(37’、44’)と、半径方向保持ピン(30)の角度固定手段(48)とを備える、請求項3に記載の静翼アセンブリ。
  5. 角度固定手段が、スカート(37)の平坦部分(37’)が半径方向外側に配向されるように、環状仕切りリブ(27)の穴(36)に接する第1のスカート(37)の形状に対応する形状の平坦部分(48)を備えるハウジングによって形成される、請求項4に記載の静翼アセンブリ。
  6. 軸方向保持リング(8)がスロット付きリングであり、軸方向止め縁部が閉ループを形成するように重なり合う2つの端部(28.1、28.2)を備える、請求項1から5のいずれか一項に記載の静翼アセンブリ。
  7. 軸方向保持リング(28)の両端部(28.1、28.2)がより薄くなっており、両端部(28.1、28.2)が重なり合うより厚みのある部分によって接続され、両端部(28.1、28.2)の各々が、両端部をより近付ける、またはさらに離間するための器具を挿入するための少なくとも1つの穿孔を備える、請求項6に記載の静翼アセンブリ。
  8. 仕切りリブ(27)に対向する第1の溝(24)の面が、半径方向保持ピン(30)の尾部(30.1)の自由端部を各々が受承する非貫通穴(40)を備える、請求項1から7のいずれか一項と請求項2とを組み合わせた、静翼アセンブリ。
  9. 仕切りリブ(27)に対向する第1の溝(24)の面が、半径方向保持ピン(30)の尾部(30.1)の自由端部を各々が受承する貫通穴(38)を備える、請求項1および3から7のいずれか一項と請求項2とを組み合わせた、静翼アセンブリ。
  10. 半径方向保持ピン(30)の尾部(30.1)の自由端部が、仕切りリブ(27)に対向する第1の溝(24)の面に当接する、請求項1および3から7のいずれか一項と請求項2とを組み合わせた、静翼アセンブリ。
  11. 角度セクタ(8.1)の締結タブ(22)が各々、長手方向軸(X)を中心とする円の弧上に位置決めされる2つの穴(32、34)を備え、一方の穴(32)が円形断面を有し、他方の穴(34)が長円形断面を有し、長円形の長い方の寸法が円の弧とほぼ位置合わせされる、請求項1から10のいずれか一項に記載の静翼アセンブリ。
  12. 請求項1から11のいずれか一項に記載の静翼アセンブリを少なくとも1つ備える、タービンエンジン。
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