JP6087415B2

JP6087415B2 - アニュラスをシールするための方法及びシステム

Info

Publication number: JP6087415B2
Application number: JP2015221706A
Authority: JP
Inventors: カイル・アンドリュー・グロース; アルジャン・ヨハネス・ヘゲマン; アンドリュー・デービッド・ケンプ; ジョン・マイケル・パイル
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2015-11-12
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2035-11-12
Also published as: EP3026227A1; BR102015028560A2; CN105840319B; CN105840319A; JP2016138544A; US9896970B2; CA2911819A1; US20160201565A1

Description

本発明は、アニュラスシールに関し、より具体的には、環状区画を区分する方法及びシステムに関する。

航空機で使用される少なくとも一部の既知のガスタービンエンジンは、複合材料により形成されるタービンケーシングにより囲まれたコアエンジン又はガス発生器を含む。複合材ケーシングは、所定の温度範囲内でガスタービンエンジン構成要素に構造的支持を与える。所定の温度範囲外の温度は、構造的脆弱性をもたらす場合があり、ケーシングの寿命の短縮又はケーシングに対する恒久的損傷につながる可能性がある。ケーシングを囲む半径方向外側の区画は通常、補助装備、配管、及び制御装置を収容している。このような装備及び装置の冷却は通常、航空機の外部から区画を通過して、航空機の外部に排出されるラムエア流を使用している。通常、区画を往来する配管の少なくとも一部は、燃料又は他の可燃性流体を含み、該区画における装備及び装置は、点火及び／又は追加燃料の発生源として働く場合がある。区画のある区域において着火した火は、その区画を通って自在に移動して、ケーシングの温度を所定範囲を超えて上昇させ、ケーシングの構造的障害を引き起こすのに十分な程度まで複合材ケーシングを脆弱にする可能性がある。ケーシングを隔離し及び／又は火炎の拡散を阻止する従来の取り組みは、エンジン重量を増加させ、区画内に配置された構成要素に対する冷却空気の流れを制限している。

米国特許出願公開第２０１３／０２４７５７４号明細書

１つの実施形態において、区画バッフルシステムは、ケーシングの軸方向長さに沿って延び且つケーシングの外面から半径方向外向きに延びた第１のバッフル部分と、第１のバッフル部分から少なくとも部分的に半径方向外向きに延びた第２のバッフル部分と、を含む。第２のバッフル部分は更に、第１のバッフル部分によって支持された半径方向内側縁部と、半径方向外側カウルの内面に近接して延びた半径方向外側縁部と、を含む。区画バッフルシステムはまた、半径方向外側縁部と内面との間に延びるギャップを含む。

別の実施形態において、ガスタービンエンジンは、回転軸線を有するシャフトを含むガス発生器と、ガス発生器を少なくとも部分的に囲むファンケーシングと、ケーシングの軸方向長さに沿って延び且つケーシングの外面から半径方向外向きに延びた第１のバッフル部分と、第１のバッフル部分から少なくとも部分的に半径方向外向きに延びた第２のバッフル部分と、を含む。第２のバッフル部分が更に、第１のバッフル部分によって支持された半径方向内側縁部と、半径方向外側カウルの内面に近接して延びた半径方向外側縁部と、を含む。ガスタービンエンジンはまた、半径方向外側縁部と内面との間に延びるギャップを含む。

更に別の実施形態において、ガスタービンエンジンのファン区画火炎バッフルを形成する方法は、ケーシングの軸方向長さに沿った第１のバッフル部分を結合するステップを含み、第１のバッフル部分は、第１の半径方向内側縁部、第１の半径方向外側縁部、及びこれらの間に延びる第１の本体を含み、ケーシングが、ファン区画の半径方向内面を形成し、第１のバッフル部分が、ケーシングの外面から半径方向外向きに延びる。本方法は更に、第２のバッフル部分を半径方向外側縁部に結合するステップを含み、第２のバッフル部分は、第１の半径方向外側縁部から半径方向外向きに少なくとも部分的に延びる。第２のバッフル部分は、第１の半径方向外側縁部によって支持される第２の半径方向内側縁部と、半径方向外側カウルの内面に近接して延びる第２の半径方向外側縁部とを含み、半径方向外側カウルがファン区画の半径方向外面を形成する。本方法はまた、第２の半径方向外側縁部と外側カウルの内面との間に延びるギャップを保持するステップを含む。

本明細書で記載される方法及び装置の例示的な実施形態を示した、本開示の例示的な実施形態による例示的な高バイパス比ターボファンエンジンの長手方向断面図。本明細書で記載される方法及び装置の例示的な実施形態を示した、図１に示す線２−２に沿って後方に向かって見たエンジンの軸方向の図。本明細書で記載される方法及び装置の例示的な実施形態を示した、本明細書で記載される方法及び装置の例示的な実施形態を示した、図２に示す単一バッフルの軸方向の図。本明細書で記載される方法及び装置の例示的な実施形態を示した、本開示の例示的な実施形態による図２に示すバッフルの側面図。本明細書で記載される方法及び装置の例示的な実施形態を示した、本開示の例示的な実施形態による図１に示すエンジンに設置された図２に示すバッフルの斜視図。本明細書で記載される方法及び装置の例示的な実施形態を示した、ガスタービンエンジンのファン区画火炎バッフルを形成する方法のフローチャート。

種々の実施形態の特定の特徴は一部の図面で示され、他の図面では示されない場合があるが、これは便宜上のことに過ぎない。何れかの図面の何れかの特徴は、他の何れかの図面の何れかの特徴と組み合わせて参照及び／又は請求項に記載することができる。

別途指示されていない限り、本明細書で示される図面は、本開示の実施形態の特徴を例証するものとする。これらの特徴は、本開示の１又はそれ以上の実施形態を含む幅広い種類のシステムで適用可能であると考えられる。従って、図面は、本明細書で開示される実施形態の実施に必要とされる当業者には公知の従来の全ての特徴を含むことを意図するものではない。

以下の詳細な説明は、限定ではなく例証として本開示の実施形態について例示している。産業、商業、及び住宅用途において火炎の影響を軽減する分析的及び系統的実施形態に対して、本開示が一般的に応用されることは企図される。

以下の説明は、添付図面を参照しており、該図面では、そうでないことの表現がない限り、異なる図面における同じ参照符号は同じ要素を示している。

図１は、例示的な高バイパス比ターボファンエンジン１０の長手方向断面図である。エンジン１０は、長手方向中心軸線１２の周りに直列軸方向流れ連通状態で、ファン１４、ブースタ１６、高圧圧縮機１８、燃焼器２０、高圧タービン２２、及び低圧タービン２４を含む。高圧タービン２２は、第１のロータシャフト２６によって高圧圧縮機１８に駆動接続され、また低圧タービン２４は、第２のロータシャフト２８によってブースタ１６及びファン１４に駆動接続される。種々の実施形態において、複数のカウルがエンジン１０の一部を囲み、流体流れを配向し、又は構成要素をウィンデージから保護する。例えば、ファンカウル３０の半径方向内向きで且つケーシング３２の半径方向外向きには、環状のファン区画３４がある。

エンジン１０の作動中、周囲空気は、ファン１４、ブースタ１６及び圧縮機１８を通って流れ、加圧空気ストリームが燃焼器２０に流入し、ここで加圧空気ストリームが燃料と混合されて燃焼され、高温の燃焼ガスの高エネルギーストリームを提供する。高エネルギーガスストリームは、高圧タービン２２を通って第１のロータシャフト２６を駆動する。このガスストリームは、低圧タービン２４を通って第２のロータシャフト２８、ファン１４及びブースタ１６を駆動する。使用済みの燃焼ガスは、排気ダクト（図示せず）を通ってエンジン１０から流出する。

図２は、図１に示す線２−２に沿って後方に向かって見たエンジン１０の軸方向の図である。例示の実施形態において、ケーシング３２は、ファン１４及びブースタ１６（図１に示す）を囲む。カウル３０は、距離２００の間隔を置いてケーシング３２の周りを囲む。カウル３０及びケーシング３２は、軸線１２の周りに同心状である。ファン区画３４は、複数の構成要素２０２を含み、一部の実施形態においては、配管構成要素２０４を含む。１又はそれ以上のバッフル２０６は、ファン区画３４の周りに軸方向に配向され円周方向に離間して配置される。バッフル２０６は、ファン区画３４の実質的に外周周りに火炎が移動するのを制限するため、ファン区画３４を円周方向に隣接したサブ区画に分割する。火炎の移動量を制限することにより、所定範囲を超える温度によって引き起こされるケーシング３２の構造的完全性に対する何らかの可能性のある損傷の円周方向範囲が限定される。

図３は、単一のバッフル２０６（図２に示す）の軸方向の図である。例示の実施形態において、バッフル２０６は、ケーシング３２の軸方向長さに沿って延びる第１のバッフル部分３０２を含む。第１のバッフル部分３０２は、ケーシング３２の外面３０４から半径方向外向きに延びる。第２のバッフル部分３０６は、第１のバッフル部分３０２から少なくとも部分的に半径方向外向きに延びる。第２のバッフル部分３０６は、第１のバッフル部分３０２により支持される半径方向内側縁部３０８を含む。第２のバッフル部分３０６は、第１のバッフル部分３０２により支持される半径方向内側縁部３０８と、半径方向外側カウル３０の内面３１２に近接して延びた半径方向外側縁部３１０と、を含む。半径方向外側縁部３１０と内面３１２との間には、第１のギャップ３１４が延びる。１又はそれ以上のスペーサ３１８により第１のバッフル部分３０２と第２のバッフル部分３０６との間に第２のギャップ３１６が保持される。ギャップ３１４及び３１６は、バッフル２０６を通過する流体流れが、ファン区画３４の周りに円周方向に移動する火炎又は過剰な熱の能力を制限しながら冷却を促進できるようにする。１つの実施形態において、ブラシシール又はバルブシールなどのシール３２０は、バッフル２０６を通過する空気流を更に制限するのに使用される。第１のバッフル部分３０２は、限定ではないがアングルブラケット３２２などのハードウェアファスナーを用いてケーシング３２に結合される。種々の実施形態において、複合材料の肉盛り部３２４を用いて、第１のバッフル部分３０２のケーシング３２への取り付けを容易にすることができる。

図４は、本開示の例示的な実施形態による、バッフル２０６の側面図である。例示的な実施形態において、バッフル２０６は、第１のバッフル部分３０２及び第２のバッフル部分３０６を含む。バッフル２０６は、第１のバッフル部分３０２及び第２のバッフル部分３０６の重なり部分４０２を含む。例示的な実施形態において、第１のバッフル部分３０２は、ファン区画３４にわたって延びる配管及び管体と相補的な複数のアパーチャ４０４を含む。

図５は、本開示の例示的な実施形態による、エンジン１０（図１に示す）に設置されたバッフル２０６の斜視図である。例示的な実施形態において、バッフル２０６は、外面３０４に沿って軸方向に延び、バッフル２０６の直線経路において構成要素を避けることを可能にする第１のジョグ５０２及び第２のジョグ５０４を含む。アパーチャ４０４は、限定ではないが、ファン区画３４（図１に示す）内に位置付けられたケーブル、導管、配管、管体及び装置などの構成要素を収容するよう構成された円形アパーチャ、スロットアパーチャ、及び多角形開口を含む。区域５０６において、第１のバッフル部分４０２は、必ずしも複数の隣接する構成要素の高さである必要はない。別の区域５０８において、第２のバッフル部分３０６の半径方向外側縁部３１０は、内面３１２の輪郭に相補的に形成され、円滑な及び／又は連続した平面を示す場合もあり、又は示さない場合もある。

図６は、ガスタービンエンジンファン区画の火炎バッフルの方法６００のフローチャートである。方法６００は、ケーシングの軸方向長さに沿った第１のバッフル部分を結合するステップ６０２を含む。第１のバッフル部分は、第１の半径方向内側縁部、第１の半径方向外側縁部、及びこれらの間に延びる第１の本体を含む。ケーシングは、ファン区画の半径方向内面を形成し、第１のバッフル部分は、ケーシングの外面から半径方向外向きに延びる。方法６００はまた、第２のバッフル部分を半径方向外側縁部に結合するステップ６０４を含む。第２のバッフル部分は、第１の半径方向外側縁部から半径方向外向きに少なくとも部分的に延びる。第２のバッフル部分は、第１の半径方向外側縁部によって支持される第２の半径方向内側縁部と、半径方向外側カウルの内面に近接して延びる第２の半径方向外側縁部とを含み、半径方向外側カウルがファン区画の半径方向外面を形成する。方法６００は更に、第２の半径方向外側縁部と外側カウルの内面との間に延びるギャップを保持するステップ６０６を含む。

環状区画の区域を分離する方法及びシステムの上述の実施形態は、複合材ケーシングの火炎への暴露及び／又は所定の範囲外にある温度逸脱を低減する安価で信頼性のある手段を提供する。より具体的には、本明細書で記載される方法及びシステムは、ケーシングを脆弱にし及び／又は恒久的損傷をケーシングに生じさせる可能性がある温度にケーシング（区画境界の少なくとも一部を定める表面を構成する）を暴露するのを制限する。加えて、上述の方法及びシステムは、区画内に位置付けられた構成要素を冷却するため区画を通る流体流れを維持することができる。結果として、本明細書で記載される方法及びシステムは、安価で信頼性のある方式でケーシングに隣接する構成要素に対して冷却を維持しながら、ケーシングの構造的完全性に対する火炎のリスクを低減することができる。

以上、環状区画を分離するための例示的な方法及び装置について詳細に説明した。例示の装置は、本明細書で記載される特定の実施形態に限定されず、むしろ各構成要素は、本明細書で記載される他の構成要素と独立して別個に利用してもよい。各システムはまた、他のシステムの構成要素と組み合わせて用いることができる。

本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本開示を説明し、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる組み込み方法を実施することを含む本開示を実施することを可能にする。本開示の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を含む場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。

１０ターボファンエンジン
１２軸線
１４ファン
１６ブースタ
１８高圧圧縮機
２０燃焼器
２２高圧タービン
２４低圧タービン
２６第１のロータシャフト
２８第２のロータシャフト
３０カウル
３２ケーシング
３４ファン区画
２００距離
２０２構成要素
２０４配管構成要素
２０６バッフル
３０２第１のバッフル部分
３０４外面
３０６第２のバッフル部分
３０８半径方向内側縁部
３１０半径方向外側縁部
３１２内面
３１４第１のギャップ
３１６第２のギャップ
３１８スペーサ
３２０シール
２２アングルブラケット
３２４肉盛り部
４０２重なり部分
４０４アパーチャ
５０２第１のジョグ
５０４第２のジョグ
５０６区域
５０８区域
６００方法
６０２結合ステップ
６０４結合ステップ
６０６保持ステップ

Claims

区画バッフルシステム（２０６）であって、
ケーシング（３２）の軸方向長さに沿って延び且つ前記ケーシング（３２）の外面（３０４）から半径方向外向きに延びた第１のバッフル部分（３０２）と、
前記第１のバッフル部分（３０２）から少なくとも部分的に半径方向外向きに延びた第２のバッフル部分（３０６）と、
を備え、
前記第２のバッフル部分（３０６）が、
前記第１のバッフル部分（３０２）によって支持された半径方向内側縁部（３０８）と、
半径方向外側カウル（３０）の内面（３１２）に近接して延びた半径方向外側縁部（３１０）と、
を含み、前記区画バッフルシステム（２０６）が更に、
前記半径方向外側縁部（３１０）と前記内面（３１２）との間に延びるギャップ（３１４）を含む、区画バッフルシステム（２０６）。
前記ケーシング（３２）が、円筒断面を含む、請求項１に記載の区画バッフルシステム（２０６）。
前記カウル（３０）が、前記ケーシングの長手方向軸線（１２）と同心状の円筒断面を含む、請求項１に記載の区画バッフルシステム（２０６）。
前記半径方向内側縁部（３０８）が、前記第１のバッフル部分（３０２）の半径方向外側縁部に結合される、請求項１に記載の区画バッフルシステム（２０６）。
前記第２のバッフル部分（３０６）の半径方向内側縁部（３０８）が、前記第１のバッフル部分（３０２）の半径方向外側縁部から円周方向に離間して配置されている、請求項１に記載の区画バッフルシステム（２０６）。
前記第２のバッフル部分（３０６）の半径方向内側縁部（３０８）と、前記第１のバッフル部分（３０２）の半径方向外側縁部との間に位置付けられたスペーサ（３１８）を更に備え、前記スペーサ（３１８）が、前記第２のバッフル部分（３０６）の半径方向内側縁部（３０８）と、前記第１のバッフル部分（３０２）の半径方向外側縁部との間にギャップ（３１６）を保持するよう構成される、請求項１に記載の区画バッフルシステム（２０６）。
前記カウル（３０）と前記第２のバッフル部分（３０６）の半径方向外側縁部（３１０）との間にシール（３２０）を更に備える、請求項１に記載の区画バッフルシステム（２０６）。
前記カウル（３０）と前記第２のバッフル部分（３０６）の半径方向外側縁部（３１０）との間にブラシシール及びバルブシールのうちの少なくとも１つを更に備える、請求項１に記載の区画バッフルシステム（２０６）。
ガスタービンエンジン（１０）であって、
回転軸線（１２）を有するシャフト（２６）を含むガス発生器（１８，２０，２２）と、
前記ガス発生器（１８，２０，２２）を少なくとも部分的に囲むファンケーシング（３２）と、
前記ケーシング（３２）の軸方向長さに沿って延び且つ前記ケーシング（３２）の外面（３０４）から半径方向外向きに延びた第１のバッフル部分（３０２）と、
前記第１のバッフル部分（３０２）から少なくとも部分的に半径方向外向きに延びた第２のバッフル部分（３０６）と、
を備え、
前記第２のバッフル部分（３０６）が、
前記第１のバッフル部分（３０２）によって支持された半径方向内側縁部（３０８）と、
半径方向外側カウル（３０）の内面（３１２）に近接して延びた半径方向外側縁部（３１０）と、
を含み、
前記ガスタービンエンジン（１０）が更に、
前記半径方向外側縁部（３１０）と前記内面（３１２）との間に延びるギャップ（３１４）を含む、ガスタービンエンジン（１０）
前記第２のバッフル部分（３０６）の半径方向内側縁部（３０８）と、前記第１のバッフル部分（３０２）の半径方向外側縁部との間に位置付けられたスペーサ（３１８）を更に備え、前記スペーサ（３１８）が、前記第２のバッフル部分（３０６）の半径方向内側縁部（３０８）と、前記第１のバッフル部分（３０２）の半径方向外側縁部との間にギャップ（３１６）を保持するよう構成される、請求項９に記載のガスタービンエンジン（１０）。