JP5449339B2 - ターボ機械用構造フレーム - Google Patents

Description

本発明は、特にファンフレーム、中間フレーム、または排気フレームなどのターボ機械用構造フレームに関し、本発明はまた、このタイプのフレームを含むターボ機械にも関する。

航空機ターボジェットなどのターボ機械では、構造フレームは、ターボ機械を強化するために、ターボ機械の歪みを回避し、したがってターボ機械が固定された航空機に推進力をより良好に伝達するために、駆動軸に沿って配置される。例として、そのような構造フレームは、中間フレームおよび排気フレームである。中間フレームは、低圧圧縮機と高圧圧縮機の間にあり、排気フレームは、燃焼チャンバからの出口に配置されたタービンセクションから下流側に位置している。

このタイプのフレームは、一般に、内側リングおよび外側リングの少なくとも２つの同軸リングから構成され、内側リングは、ターボジェットを通って流れる一次気流のための流路の内側を画定し、外側リングは、ターボジェットの外側を流れる二次気流のための流路の外側を画定する。内側リングおよび外側リングは、径方向に一次気流および二次気流を通って延びるアームによって互いに接続される。中間リングは、内側リングと外側リングの間に挿入され、そこを通り抜けるアームを有し、一次流のための通路の外側を画定する。

これらのフレームは、一般に、一体式鋳造物として作製される。また、内側リング、中間リング、および径方向アームを一体品として作製し、次いで、一体品の外側リングを径方向アームに溶接することも知られている。

それにも関わらず、このタイプの構造フレームを作製することは、フレームの直径が増すにつれてますます複雑になり、高価になってきている。さらに、鋳造後、時間がかかり、複雑な機械加工作業が、外側リングに対してアームとの結合点を有するところで、付帯設備（ｓｅｒｖｉｃｅ）を径方向アーム内に通すためにこれらの結合点に管状突出部を形成するために実施されることが必要となる。最終的に、結果として生じたフレームは、分割不能である一体品を形成し、それによってターボ機械の保守作業が複雑になっている。

本発明の特定の目的は、簡単で、効果的な、高価でない方法でこれらの欠点を回避することである。

この目的を達成するために、本発明は、少なくとも２つの内側および外側の同軸リングと、リングを相互接続する径方向アームとを備える要素から構成された、中間フレームまたは排気フレームなどのターボ機械用構造フレームであって、リングの少なくとも１つが、径方向アームの対応する径方向フランジにボルト締めすることによって締め付けられた径方向フランジを含む円周端部を有する複数の円筒部分から構成されることを特徴とする、フレームを提供する。

本発明によれば、構造フレームのリングの少なくとも１つは、複数の部分から構成され、それによってこれらの部分を縮小されたサイズのものにすることが可能になり、したがってこれらの鋳造物としての作製をより容易にし、得られた部分に対してより良好な治金品質を保証する。構造フレームは、ボルト締めによって組み立てられるため分解可能であり、それによって保全作業が簡易化され、損傷部分をそれ自体取り換えることができることによってコストが低減される。

本発明の別の特徴によれば、構造フレームはまた、内側リングと外側リングの間に配置され、そこを通り抜ける径方向アームを有する中間リングであって、ボルト締めによって一緒に締め付けられた複数の要素から構成される場合もある中間リングも備える。

各々の径方向アームはまた、内側リングおよび中間リングを互いに接続する内側部分と、中間リングおよび外側リングを互いに接続する外側部分とから形成されてもよい。

本発明の実施形態では、内側リングおよび中間リングならびに径方向アームの内側部分は、一体品として作製される。

本発明の別の特徴によれば、各アームの外側部分の径方向内側端部は、径方向アームの内側部分の外側端部にある対応する基部にボルト締めされた基部を含む。

各アームの外側部分の径方向外側端部は、円周方向に延び、アームの外側部分の内側と連通する付帯設備を通すための環状の突出部を含む底板を含むことができる。

付帯設備を通すための外側突出部は、したがってアーム内に組み込まれ、これは、従来技術の外側の一体式リングに組み込まれた突出部を提供するよりも簡単である。

各底板の円周縁は、外側リングの円筒部分の対応する径方向フランジにボルト締めされたそれぞれの径方向フランジを含むことができる。

内側リングおよび外側リングならびに径方向アームは、さまざまな材料から作製されもよく、これは、鋳造によって得られた一体式構造フレームでは不可能である。さまざまな材料を使用することにより、径方向アームの内側部分および外側部分上のボルトならびに基部による余分の重量に対して補償することが可能になる。

内側リングおよび外側リングならびに径方向アームはまた、鋳造、鍛造、および粉末冶金などのさまざまな技術を用いて作製されてもよい。変形例では、これらの要素は、複合材料から作製されてもよい。

複数の部分から構成されたこのタイプの構造フレームは、特に１１０センチメートル（ｃｍ）より大きい直径を有するフレームに適合される。

本発明はまた、ターボジェットまたはターボプロップなどのターボ機械であって、上記で説明されたフレームを含むことを特徴とするターボ機械も提供する。

本発明はまた、同軸リングと、リングを相互接続する径方向アームとを備える、ターボ機械用構造フレームの要素であって、ボルト締めすることによって一緒に締め付けるための部分を含むことを特徴とする、要素も提供する。

本発明は、より良好に理解され得、本発明の他の詳細、利点および特徴は、非限定的な例を用いて添付の図を参照してなされる以下の説明を読むことによって明白になる。

バイパスターボ機械の軸方向の断面図である。 本発明の構造中間フレームの上流側から見た斜視図である。 図２に特定されたゾーンＩＩＩの拡大斜視図である。 本発明の構造排気フレームの横断面図である。 構造排気フレームの変形の実施形態の部分断面図である。

図１は、ターボジェット１４およびターボジェット１４から上流側に装着されたファンホィール１６を取り囲む円筒形状のナセル１２を備えるバイパスターボ機械１０を示しており、ターボジェットは、本質的に、上流側から下流側に：低圧圧縮機１８と、中間フレーム２０と、高圧圧縮機２２と、燃焼チャンバ２４と、タービン２６と、排気フレーム２８とを備える。

作動においては、タービン２６によって駆動されたファンホィール１６は、ターボジェット１４を通り抜ける一次気流（矢印Ａ）と、ナセル１２内側のファンダクト３０に沿って、その後部に向かってターボジェット１４の周りに流れる二次気流（矢印Ｂ）とに分かれる空気の流れを吸い寄せる。

ファンダクト３０は、同軸のそれぞれ内壁３２および外壁３４である２つのほぼ円筒状の壁から構成される。

中間フレーム２０および排気フレーム２８は、作動時のターボ機械の歪みを抑えるために、ターボ機械を強化するように働く構造フレームである。中間フレームおよび排気フレーム２０および２８の各々は、一方の内側にもう一方が配設され、径方向アーム４４、４６によって互いに接続された内側リング３６、３８および外側リング４０、４２である、同軸リングの対を備える。中間フレーム２０の外側リング４０の下流側端部は、ファンダクト３０の外壁３４に接続され、ファンダクト３０は、それ自体、排気フレーム２８の外側リング４２の上流側端部に接続される。

中間フレーム２０および排気フレーム２８の各々は、その内側リングと外側リング、３６、３８と４０、４２の間に配置されたそれぞれの中間リング４８、５０を有し、このとき、径方向アーム４４、４６は、中間リングを通り抜ける。中間フレームおよび排気フレーム２０および２８の径方向アームの内側部分は、一次気流（矢印Ａ）内にあり、一方で外側部分は、二次気流内（矢印Ｂ）にある。

中間フレームおよび排気フレーム２０および２８の内側リング３６、３８および中間リング４８、５０は、一次気流（矢印Ａ）のための流路の内側および外側をそれぞれ画定する。構造フレーム２０、２８の外側リング４０、４２は、二次気流（矢印Ｂ）のための流路の外側を画定する。

従来技術では、構造フレームは、従来、単一の鋳造物として作製され、これは、直径が増すにつれてますます複雑になり、高価になることが見出されている。

本発明は、この欠点および上記で述べられた欠点を、構造フレームの構成要素の少なくとも１つ、すなわち内側リング３６、３８、中間リング４８、５０、および外側リング４０、４２、ならびにさらには径方向アーム４４、４６の１つが、ボルト締めすることによって一緒に組み立てられた複数の部分から構成されるということによって解決することを可能にする。

図２および図３は、複数の部分から構成された構造中間フレーム５２を示している。径方向アームは、２つの部分から各々作製され、これらは、中間リング５８を通り抜け、それぞれの外側部分５６に接続された外側端部を有するそれぞれの内側部分５４を備える。各アームの内側部分５４は、内側リング６０と中間リング５８を接続し、一方でその外側部分５６は、中間リング５８と外側リング６２を接続する。

各径方向アームの外側部分５６は、その内側端部に、アームの内側部分５４の外側端部の円周基部６６上に径方向にボルト締めされた円周基部６４を含む。各外側部分５６は、その外側端部に、径方向フランジ７０を含む円周端部を有する底板６８を含む。

外側リング６２は、ターボ機械の外側に向かって開放するチャネルセクションの複数の円筒部分７２から構成される。これらの円筒部分７２は、その円周端部に径方向フランジ７４を有する（図３）。

円筒部分７２の１つの円周端部にある径方向フランジ７４は、径方向アームの外側部分５６の底板６８の径方向フランジ７０にボルト締めすることによって締め付けられ、円筒部分７２の他方の円周端部は、隣接するアームの外側部分５６の底板６８の円周端部にボルト締めすることによって締め付けられる。底板６８に締め付けられた円筒部分７２から構成された組立体は、外側リング６２を構成する。

各底板６８は、径方向アームの外側部分５６の内側と連通し、油管または電気ケーブル用の通路を提供するオリフィス７８を有する管状突出部７６を有する。

中間リング５８は、その上流側および下流側端部に、径方向に外向きに延びる壁８０および８２を有する。円筒状のフェアリングパネル（図示せず）が、ファンダクト３０の内壁を内部的に形成するために、これらの径方向壁８０、８２上の２つの連続する径方向アームの内側部分５４の外側端部間に装着される。

内側リング６０、中間リング５８と一緒になった径方向アームの内側部分５４、および径方向壁８０、８２は、一体品として作製される。

図４は、内側リング６０、および径方向アームの内側部分５４と一緒になった中間リング５８が一体品として形成された、構造排気フレーム８１の図である。外側リング８３も、一体品として作製される。図２および図３に示された構造中間フレーム５２に類似の方法で、各径方向アームの外側部分８４の内側端部は、アームの内側部分５４の外側端部にある基部６６にボルト締めされた基部６４を有する。各アームの外側部分８４の外側端部はまた、外側リング８３に径方向にボルト示された底板８６も有する。図２および図３に示されるように、付帯設備を通すための突出部が、底板８６上に形成され、外側リング８３を通り抜けるが、これは簡単に達成されることができ、突出部内のオリフィスを通って流れる油のための良好なシーリングを保証するように働く。

構造排気フレーム８７の別の変形の実施形態が、図５に示される。この図では、内側リング、中間リング、および外側リングは、径方向フランジ９４、９６、９８を含む円周端部を有する複数の円筒部分８８、９０、９２から構成される。各々の径方向アーム１００は、一体品として作製され、その内側端部および外側端部それぞれに内側底板１０２および外側底板１０４を含み、アーム１００の内側端部からアーム１００の長さに沿った距離の約３分の１に位置する中間底板１０６を一緒に伴う。内側底板、中間底板、および外側底板１０２、１０６、および１０４は、それらの円周端部に、内側リング、中間リング、および外側リングの円筒部分８８、９０、９２の径方向フランジ９４、９６、９８に締め付けるための径方向フランジ１０８、１１０、１１２を有する。

図に示される構造フレームは、さまざまな材料から作製された径方向アームと一緒になった内側リング、中間リング、および外側リングを有することができ、それによってボルト締めするための締結器を追加することによる重量の増大を補償することが可能になる。内側リング、中間リング、および外側リングならびに径方向アームのさまざまな部分も同様に、さまざまな材料から作製されてもよい。

構造フレームの構成要素およびこれらの構成要素のさまざまな部分は、鋳造、鍛造、および粉末冶金などのさまざまな異なる技術によって作製され得る、またはこれらは、複合材料から作製され得る。

本発明は、構造フレームが約１１０ｃｍより大きい直径を有するターボ機械にとって特に有利である。

本発明はまた、鋳造が、円筒部分または１つもしくは２つの部分から構成された径方向アームなどの小さい寸法のものである部片を作製するためだけに使用されることを確実にすることを可能にすることができる。本発明はまた、そのさまざまな部片がボルト締めによって一緒に組み立てられる方法のために、保守作業中、構造フレームを分解することも可能にする。

付帯設備を通すための突出部７６は、もはや従来技術における外側リング内ではなく、径方向アームの外側部分５６、８４の底板６８、８６内に組み込まれ、したがってこれらを作製することをより簡単にし、時間がかかり、複雑である機械加工段階を回避する。

構造フレームの他の実施形態が、本発明の範囲を超えることなく工夫され得る。特に、図２および図５の実施形態を組み合わせて複数の円筒部分８８、９０、９２から構成された内側リング、中間リング、および外側リングを、２つの部分、すなわち内側部分５４および外側部分５６をそれぞれ備える径方向アームと一緒に有する構造フレームを作製することが可能になる。

内側リングおよび中間リングならびに径方向アームの内側部分は、外側リングと一体的に形成された径方向アームの外側部分に締め付けられる一体品として作製され得る。

本発明の別の変形例では、中間リングは、径方向アームと一体になって一緒になった一体品として形成されてもよく、一方で内側リングおよび外側リングは、径方向アームの内側端部および外側端部にボルト締めされる。

本発明のさらに別の変形例では、中間リングおよび外側リングは、径方向アームと一緒になった一体品として作製されてもよく、この一体品は、一体式の内側リングにボルト締めされる。

本発明は、図に示された中間リングを有する実施形態に限定されない。構造フレームは、２つだけのリング、すなわち特定の排気フレームで起こるように、径方向アームによって相互接続された内側リングおよび外側リングを有することができる。そのような状況下では、外側リングは、タービンフレームに直接接続され、一次気流のための流路の外側を画定する。

Claims (14)

1. 少なくとも２つの同軸リングすなわち内側リング（６０）および外側リング（６２）と、リング（６０、６２）を相互接続する径方向アームとを備える要素から構成された、ターボ機械用構造フレーム（５２）であって、リング（５８、６０、６２）の少なくとも１つが、径方向アームの対応する径方向フランジ（７０）にボルト締めすることによって締め付けられた径方向フランジ（７４）を含む円周端部を有する複数の円筒部分（７２）から構成されることを特徴とする、フレーム。
2. 内側リングと外側リング（６０、６２）の間に配置され、そこを通り抜ける径方向アームを有する中間リング（５８）も含むことを特徴とする、請求項１に記載のフレーム。
3. 中間リング（５８）が、ボルト締めによって一緒に締め付けられた複数の要素から構成されることを特徴とする、請求項２に記載のフレーム。
4. 各径方向アームが、内側リングおよび中間リング（６０、５８）を互いに接続する内側部分（５４）と、中間リングおよび外側リング（５８、６２）を互いに接続する外側部分（５６）とから構成されることを特徴とする、請求項２または３に記載のフレーム。
5. 内側リングおよび中間リング（６０、５８）ならびに径方向アームの内側部分（５４）が、一体品として作製されることを特徴とする、請求項４に記載のフレーム。
6. 各アームの外側部分（５６）の径方向内側端部が、径方向アームの内側部分（５４）の外側端部にある対応する基部（６６）にボルト締めされた基部（６４）を含むことを特徴とする、請求項４または５に記載のフレーム。
7. 各アームの外側部分（５６）の径方向外側端部が、円周方向に延び、アームの外側部分（５６）の内側と連通する付帯設備を通すための管状突出部（７６）を含む底板（６８）を含むことを特徴とする、請求項４から６のいずれか一項に記載のフレーム。
8. 各底板（６８）の円周縁が、外側リング（６２）の円筒部分（７２）の対応する径方向フランジ（７４）にボルト締めされたそれぞれの径方向フランジ（７０）を含むことを特徴とする、請求項７に記載のフレーム。
9. 内側リングおよび外側リング（６０、６２）ならびに径方向アームが、さまざまな材料から作製されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のフレーム。
10. 内側リングおよび外側リング（６０、６２）ならびに径方向アームが、鋳造、鍛造、および粉末冶金の少なくとも１つからなる技術を用いて作製されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のフレーム。
11. １１０ｃｍより大きい直径を有することを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載のフレーム。
12. ターボ機械用構造フレームが中間フレーム（５２）または排気フレーム（８１、８７）であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のフレーム。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載のフレーム（５２、８１）を含むことを特徴とする、ターボ機械。
14. ターボ機械がターボジェットまたはターボプロップであることを特徴とする、請求項１３に記載のターボ機械。

Images