JP6553068B2 - 環状ターボ機械燃焼チャンバ - Google Patents

Description

本発明はターボ機械燃焼チャンバの分野に関し、より具体的にはターボ機械向けの、そして専用ではないものの具体的にはヘリコプタのターボシャフトエンジン向けの、環状燃焼チャンバの分野に関する。

用語「ターボ機械」は、駆動力を発生するいずれのガスタービン装置を意味するためにも使用され、特に高速での高温ガスの噴出の反作用で推進に必要な推力を提供するターボジェットを含み、駆動力は駆動シャフトを回転させることによって送達される。たとえば、ターボシャフトエンジンは、ヘリコプタ、船舶、列車のエンジンとして、および実際には工業用発電所として、使用される。ターボプロップ（プロペラを駆動するターボシャフトエンジン）も同様に、航空エンジンとして使用されるターボシャフトエンジンである。

ターボ機械用の従来の環状燃焼チャンバは、軸方向、径方向、および方位方向を呈し、一般的に５つの環状壁を備え、各環状壁は、燃焼チャンバの容積の少なくとも一部を画定する。

これらの環状壁は従来、溶接またはボルト留めによって組み立てられる。溶接によってこれらを組み立てることで、たとえば保守のためまたは壁のうちの１つを交換する目的のため、第一壁を第二壁から分解することを不可能にする。ボルト留めによる組み立ては、発生された封鎖のためボルトが係合する穴の近傍にクラックが生じやすくなり、これにより燃焼チャンバを脆弱化するという欠点を呈する。加えて、この方法で組み立てることは、複雑であり、時間がかかり、および費用がかかる。

一実施形態はターボ機械向けの環状燃焼チャンバを提供するが、燃焼チャンバは、軸方向、径方向、および方位方向を呈し、第一環状壁および第二環状壁を備え、各壁は環状燃焼チャンバの容積の少なくとも一部を画定し、第一および第二壁は相補的取付要素を持ち、第一壁は少なくとも１つの第一貫通穴を持ち、その一方で第二壁は少なくとも１つの第二貫通穴を持ち、燃焼チャンバはまた、第一穴および第二穴を備える１対の穴の中にはめ込まれる少なくとも１つのピンを備え、前記ピンは第一および第二壁の取付具を係止する。

第一環状壁は第一取付要素を有する一方で第二環状壁は第二取付要素を有し、第一および第二取付要素は、燃焼チャンバの軸方向および／または方位方向への取付けによって協働できるように互いにそれぞれ補完的であることは、理解される。言い換えると、第一および第二取付要素は、燃焼チャンバの軸方向および／または方位方向に沿って互いに対してこれらを移動させることによって、取付けまたは互いに係合される。

燃焼チャンバは２つ以上の環状壁を有してもよい。２つ以上の壁があると、複数の環状壁のアセンブリはピンによって係止されることが可能である。たとえば、単一のピンで、少なくとも３つ（またはそれ以上）の異なる壁のアセンブリを互いに係止することができる。別の例では、ピンは２つの壁、すなわち第一壁および第二壁のアセンブリを互いに係止してもよく、その一方で別のピンは第一または第二壁と第三壁とのアセンブリを互いに係止する。

第一壁は１つ以上の第一穴を持ち、第二壁は２つ以上の第二穴を持つことが、理解される。当然ながら、変形例において、第二穴と同じ数の第一穴があってもよく、各第一穴は第二穴と対になっている（またはその逆も可）。以下、および反対に指定されない限り、用語「第一穴」および「第二穴」は、１つの第一穴のみまたはすべての第一穴、あるいは１つの第二穴のみまたはすべての第二穴の、いずれかを意味する。

燃焼チャンバは１つ以上のピンを有する。以下、および反対に指定されない限り、用語「ピン」は、１つのピンのみまたはすべてのピンを意味するために使用される。一例として、ピンは、１対の穴を形成する第一穴および第二穴の中に同時にはめ込まれるように構成された、ロッドまたはクリップであってもよい。ピンは、第一穴および第二穴を備える対の中に、間隙を伴ってまたは伴わずにはめ込まれる。このようなピンは、たとえば並進的におよび／または燃焼チャンバの軸方向の周りで回転的に、１つ以上の自由度に対して第一および第二壁をともに結合するように、そうは言ってもすべての自由度を妨げるものではないが、１対の穴の中に取り付けるかまたはこれと係合することによってのみ協働する。このようなピンは、従来のボルトの使用と比較して、クラックが生じるリスクを回避するか、またはこれを著しく低減することを、可能にする。このため、このようなピンは、従来技術の燃焼チャンバで行われるように、２つの壁を互いに溶接および／または圧着する必要性を全く伴わずに、燃焼チャンバの壁が組み立てられることを可能にする。

当然ながら、燃焼チャンバが複数対の第一および第二穴を持つとき、前記燃焼チャンバは複数のピンを持ってもよく、各ピンは１対の穴の中にはめ込まれる。変形例において、ピンが１対の穴の中に設けられるとき、この対の穴は単一のピンを受容する。変形例において、第一および第二穴の対と同じ数のピンがある。変形例において、ピンは類似である。

ピンは、第一および第二壁の間の軸方向および／または方位方向の相対運動を妨げる。このため、ピンが対の穴の中にはめ込まれるとき、第一および第二壁の間の取付具は係止される。したがって、第一および第二壁を互いに分離するためには、これは第一および第二穴対からピンを引き抜くことによって開始する必要がある。

このため、燃焼チャンバは、従来技術の燃焼チャンバと比較して容易に、迅速に、および低コストで、そして溶接作業を必要とせずに、組み立てられることが可能である。さらに、このような燃焼チャンバは非常に容易に分解されることが可能であり、これにより保守作業を容易にする。

いくつかの実施形態において、１対の穴の第一穴および第二穴は、実質的に互いに対向して設けられている。

用語「対向」は、第一穴が第二穴と軸方向および方位方向において一致しており、同じ角度位置を呈することを意味するために用いられることもまた、理解される。言い換えると、１対の穴の第一および第二穴は、全く正反対なわけではない。このような対向構成は、単純なピンの使用を可能にし、組み立てを容易かつ有効にすることができる。

いくつかの実施形態において、ピンはインジェクターによって形成されている。

当然ながら、燃焼チャンバは、その他の要素によって形成されたその他のピンを持ってもよい。変形例において、燃焼チャンバは複数のピンを持ってもよく、各ピンはインジェクターによって形成されている。

インジェクターをピンとして使用することで燃焼チャンバの重量削減をもたらすが、ここで重量削減は、航空分野で使用されるターボ機械における主要な関心事である。これはまた、燃焼チャンバの構造も簡素化し、これは組み立ておよび／または分解を容易にするのに貢献することもできる。さらに、インジェクターをピンとして使用することにより、燃焼チャンバをこうして直接的にターボ機械の中に固定および位置決めすることも可能である。

いくつかの実施形態において、ピンは実質的に径方向に延在する。

用語「実質的に径方向」は、径方向平面と平行で、燃焼チャンバの軸に対して６０°から１２０°の範囲内の角度を形成する方向を意味するために、使用される。

ピンのこのような配向は、燃焼チャンバの組み立てを容易にするのに役立ち、取付具の係止ははるかに満足のいくものである。

いくつかの実施形態において、相補的取付要素は、第一および第二壁のうちの１つの壁から延在する複数の軸方向の舌部と、第一および第二壁のうちの他方の壁に設けられた複数の開口と、を備える、前記開口は舌部を受容する。このような状況下で、相補的取付要素は、軸方向取付けのための相補的要素を形成する。

第一壁および／または第二壁が１つ以上の舌部を有することは、理解される。このため、第二壁がいかなる舌部も持たないときは第一壁は舌部を持ってもよく、第二壁が舌部を持つときは第一壁は舌部を持たなくてもよく、あるいは第二壁が複数の第二舌部を持つときは、実際に第一壁は複数の第一舌部を持ってもよい。

他方の壁は、舌部を受容し、軸方向取付けによってこれらと協働することが可能なように、舌部に対向して配置された開口を有する。このため、第一壁のみが舌部を持つ場合には、第二壁は開口を持ち、第二壁のみが舌部を持つ場合には、第一壁は開口を持ち、その一方で第一壁が第二舌部を持って第二壁が第二舌部を持つ場合には、第一壁は第二舌部を受容するための第一開口を持ち、第二壁は第一舌部を受容するための第二開口を持つ。

変形例において、舌部および開口は、方位方向に規則的に分布（または離間）している。このため、隣り合う舌部および隣り合う開口の間の角度間隔が等しいことは、理解される。このような分布は、相補的取付要素の回転対称度を取得可能とし、これにより、壁同士の取付けおよびひいては燃焼チャンバの組み立ての作業を容易にする。

いくつかの実施形態において、第一および第二壁のうちの壁の１つの穴は、突起ブレードに設けられている。

穴が第一穴である場合にはブレードは第一壁から突起する部分であること、および穴が第二穴である場合にはブレードは第二壁から突起する部分であることは、理解される。このような構成は、ブレードの近傍の燃焼チャンバの全体的なサイズを縮小しながら、壁の重量を低減することを可能にする。さらに、このような構成は、穴の位置を燃焼チャンバ内で十分に制御される特定の位置に制限することを可能にし、これにより漏れのいかなるリスクも低減するが、このような漏れは、燃焼チャンバの性能の観点から見て不利である。

いくつかの実施形態において、第一穴および第二穴のうちの別の穴の近傍に配置された突起は、スナップ嵌めによってブレードと協働するように、前記他方の穴の軸と実質的に平行に延在する。

たとえば、穴の近傍は、穴の直径（または最大寸法）の３倍を超えて穴の周りに延在する壁の環状部分を含む。たとえば、突起は、たとえばダイスタンプ法によって、または壁に固定された個別の部品によってなど、壁上に直接加工された突起によって形成されている。

スナップ嵌め（または圧着）は、相互嵌合および弾性変形（一般的には、たとえばブレードの、またはアセンブリに包含されるすべての部品を変形させることによる、局所的な変形）によって、２つの部分を互いに組み付ける技術である。２つの部分がスナップ嵌め位置で嵌合されると、これらは一般的に初期形状に戻り、もはや弾性変形を示さない（またはより軽度の弾性変形を示す）。２つの部分がスナップ嵌め位置で嵌合されると、これらは分離方向（嵌合方向の反対の方向）への前記部品間の相互運動に対抗するように、または実際に妨げるように、互いに協働する。スナップ嵌め位置において、２つの部分はまた、スナップ嵌め位置を超えて嵌合を延在させるための方向へのこれらの間の相互運動に対抗するかまたは実際に妨げるようなやり方で協働することも、可能である。

このようなスナップ嵌め位置は、ピンを使用することによる取付具の係止に先立って、第一および第二壁が取付位置に保持されることを可能にする。

いくつかの実施形態において、前記他方の穴の境界は、スナップ嵌めによってブレードと協働するように、前記他方の穴の軸と実質的に平行に延在する突起を形成する。

いくつかの実施形態において、第一壁および第二壁のうちの壁の１つは、第一壁および第二壁のうちの他方の壁と当接して協働する軸方向環状ショルダを持つ。

このようなショルダは、第一および第二壁の間に接合面を形成することを可能にし、これにより、燃焼チャンバの中からの漏れは最小化されるかまたはゼロまで減少する。

いくつかの実施形態において、燃焼チャンバは、燃焼チャンバの容積を画定する２つの環状壁のみ、すなわち第一環状壁および第二環状壁を有する。

このため第一および第二壁は、燃焼チャンバの容積をこれらだけで画定するのに十分である。このような燃焼チャンバは、特に少ない数の壁を持ち、これにより、はるかに容易に、迅速に、および安価に組み立てることができるようにする。さらに、保守目的音ための分解作業もまた容易になる。さらに、このように少数の壁を持つ燃焼チャンバは、様々な壁の間の接合部の近傍で、特に低い漏れのリスクを呈する。

一実施形態は、本明細書に記載される実施形態のいずれかによる燃焼チャンバを含む、ターボ機械を提供する。

本発明およびその利点は、非限定例として提示される本発明の様々な実施形態の以下の詳細な説明を読むと、より良く理解されることが可能である。説明は、以下の添付図面を参照する。

燃焼チャンバを有するターボ機械を示す図である。 図１の燃焼チャンバの環状壁の斜視図である。 図１の環状壁の詳細図である。 組み立てられたときの図１の環状壁の図である。

図１は、環状燃焼チャンバ１０を有するターボ機械１００を示し、その一方で図２から図４は、燃焼チャンバ１０の２つの環状壁１２および１４をより詳細に示している。燃焼チャンバ１０は逆流タイプの環状チャンバであるが、しかし本発明はこの特定のタイプの燃焼チャンバに限定されないことが、わかるだろう。

燃焼チャンバ１０は、（軸Ｘに沿った）軸方向、径方向Ｒ、および方位方向Ｙを呈する。燃焼チャンバ１０は、軸Ｘの周りで回転対称を呈する。この例において、第一壁１２は、燃料が点火される、すなわち燃焼が行われる、容積を画定する内筒を形成する。第二壁１４は、外部湾曲を形成し、内筒から来るガスの流れを案内するための偏向板の役割を果たす。この燃焼チャンバ例１０は、燃焼チャンバ１０の容積１０ａを画定するために２つの環状壁１２および１４のみを有する。

より具体的には、第一壁１２および第二壁１４の各々は、実質的に環状体の半分の全体形状を呈し、環状体は、ドーナツ型のように、その回転軸に対して直角に分割されており、２つの半環状体は互いに対向して配置されている。このため、各壁１２および１４は、実質的に軸方向の外側部分１２ａ、１４ａと、実質的に軸方向の内側部分１２ｂ、１４ｂと、実質的に径方向であって第一壁１２の外側および内側部分１２ａおよび１２ｂ、または第二壁１４の外側および内側部分１４ａおよび１４ｂを相互接続する底部１２ｃ、１４ｃと、を有する。一般的に、および反対に指定されない限り、形容詞「内側」および「外側」は、要素の内側部分（すなわち径方向内側部分）が同じ要素の外側部分（すなわち径方向外側部分）よりも軸Ｘに近くなるように、径方向に対して使用されることは、想起されるべきである。

この例において、第一壁１２の外側部分１２ａの半径は、第二壁１４の外側部分１４ａの半径と実質的に等しいが、しかしこれより小さく、その一方で第一壁１２の内側部分１２ｂの半径は、第二壁１４の半径１４ｂよりも大きい。このため、その外壁１２ａおよび１４ａを介して第一壁１２を第二壁１４とともに組み立てることが可能であり、第一壁２１の外側部分１２ａは第二壁１４の外側部分１４ａの内側に配置されており、その一方で内側部分１２ｂおよび１４ｂの半径の差は、燃焼ガスの排気ダクトを形成するのに役立つ。

第一壁１２は複数の軸方向の舌部１２ｄを持ち、その一方で第二壁１４は、第一壁１２の舌部１２ｄを受容するように構成された、複数の開口１４ｄを持つ。この例の舌部１２ｄおよび開口１４ｄは、第一および第二壁１２および１４の相補的軸方向取付要素を形成する。当然ながら、図示される変形例において、舌部は方位方向に取り付けるための、または軸方向および方位方向の両方に取り付けるための、相補的要素を形成することができる。

軸方向の舌部１２ｄは、第一壁１２の外側部分１２ａから軸方向に延在する。開口１４ｄは、径方向に延在して第二壁１４の底部１４ｃに外側部分１４ａを接続する環状ショルダ１４ｅの中に配置されている。この例において、開口１４ｄと同じ数の舌部１２ｄがあり、各開口１４ｄは１つの舌部１２ｄを受容する。

第一壁１２が第二壁１４と軸方向に取り付けられるとき、舌部１２ｄは開口１４ｄの中に貫入させられ、その一方で第一壁の外側部分１２ａの自由軸方向末端は、軸方向にショルダ１４ｅと当接することによって、これと協働する。

第一壁１２は複数の第一貫通穴１２ｆを持ち、これらの穴１２ｆの軸を径方向に延在させている。これらの穴１２ｆは、壁１２の外側部分１２ａの中に配置されている。第二壁１４は、径方向に延在する軸を有する第二貫通穴１４ｆを持つ。穴１４ｆは、第二壁１４の外側部分１４ａから軸方向に突起するブレード１４ｇの中に配置されている。この例において、穴１２ｆおよび１４ｆは実質的に円形であるが、しかしこれらは当然ながらその他いずれかの形状を呈することもできる。第一および第二壁１２および１４が取り付けられるとき、穴１２ｆおよび１４ｆは互いに対向している。この例において、第二穴１４ｆと同じ数の第一穴１２ｆがある。

インジェクター１８を受容するように構成されたスリーブ１６は、たとえば溶接または圧着によって、各第一穴１２ｆの中に固定される。スリーブ１６は、各第一穴１２ｆの軸に沿って外向きに突起する、境界を形成する。スリーブ１６の最大半径は、第二穴１４ｆの半径よりも小さい。このため、第一および第二壁１２および１４の取付けの間、各ブレード１４ｇは、スリーブ１６とのスナップ嵌めによって協働する。

ブレード１４ｇのスリーブ１６とのスナップ嵌めを封鎖するために、第一および第二壁１２および１４が取り付けられた後、リム２０が第一壁１２の外側部分１２ａの外側に実装される。一例として、リム２０は溶接される。このようなリム２０は、以下に記載されて取付具を係止するためのピンを形成するインジェクター１８の実装に先立って、壁１２および１４の取付具の中間封鎖を提供する。１つ以上のリムが提供されてもよい。この例において、ブレード１４ｇと同じ数のリム２０がある。当然ながら、これらのリム２０は選択的であり、したがってこれらはいくつかの燃焼チャンバ変形例において省略されてもよい。

第一および第二壁１２および１４が軸方向に取り付けられると、第一穴１２ｆは第二穴１４ｆと対向する。するとインジェクター１８は各対向する対の第一および第二穴１２ｆおよび１４ｆの中に挿入され、インジェクターは第一および第二壁１２および１４の取付具を係止するピンを形成する。インジェクター１８は、各対の穴１２ｆおよび１４ｆを通じて径方向に延在する。インジェクター１８は、異なる熱膨張による要素の各々の間の相対運動を許容するように各対の穴に各々の間隙を有してはめ込まれるが、それにもかかわらずこれらは、軸方向Ｘに沿って並進的に、および方位方向Ｙに回転的に、第一および第二壁１２および１４を互いに結合させる。当然ながら、スリーブ１６はまた、第一および第二壁１２および１４を互いに結合させるのにも貢献するが、しかしこの結合は、特にいくつかの状況下でブレード１４ｇをスリーブ１６と効果的に協働させることが可能な熱膨張差のため、およびリム２０にもかかわらず、比較的もろい。このため、第一および第二壁１２および１４の間の取付具の係止の主要部分は、インジェクター１８によって形成されるピンによって、提供される。

本発明は特定の実施形態を参照して説明されているものの、請求項によって定義される本発明の一般的範囲を逸脱することなくこれらの実施形態に対して修正および変更がなされてもよいことは、明らかである。具体的には、図示および／または言及される様々な実施形態の個々の特徴が、追加実施形態において組み合わせられてもよい。結果的に、説明および図面は、限定的ではなくむしろ説明的な意味合いで見なされるべきである。

Claims (9)

1. 軸方向（Ｘ）、径方向（Ｒ）、および方位方向（Ｙ）を呈し、第一環状壁（１２）および第二環状壁（１４）を備える、ターボ機械（１００）向けの環状燃焼チャンバ（１０）であって、各壁は環状燃焼チャンバ（１０）の容積（１０ａ）の少なくとも一部を画定し、第一環状壁（１２）および第二環状壁（１４）は相補的取付要素（１２ｄ、１４ｄ）を持ち、第一環状壁（１２）は少なくとも１つの第一貫通穴（１２ｆ）を持ち、その一方で第二環状壁（１４）は少なくとも１つの第二貫通穴（１４ｆ）を持ち、燃焼チャンバ（１０）はまた、１つの第一貫通穴（１２ｆ）および１つの第二貫通穴（１４ｆ）からなる１対の穴の中にはめ込まれる少なくとも１つのピン（１８）を有し、前記ピン（１８）は第一環状壁（１２）および第二環状壁（１４）の取付をロックし、前記ピンはインジェクター（１８）によって形成されている、環状燃焼チャンバ。
2. １対の穴の第一貫通穴（１２ｆ）および第二貫通穴（１４ｆ）が実質的に互いに対向して設けられている、請求項１に記載の燃焼チャンバ（１０）。
3. ピン（１８）が実質的に径方向に延在する、請求項１または２に記載の燃焼チャンバ（１０）。
4. 相補的取付要素が、第一環状壁（１２）および第二環状壁（１４）のうちの１つの壁から延在する複数の軸方向の舌部（１２ｄ）と、第一環状壁（１２）および第二環状壁（１４）のうちの他方の壁に設けられた複数の開口（１４ｄ）と、を備え、前記開口（１４ｄ）は舌部（１２ｄ）を受容する、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼チャンバ（１０）。
5. 第一貫通穴（１２ｆ）および第二貫通穴（１４ｆ）のうちの穴の１つが突起ブレード（１４ｇ）の中に設けられている、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃焼チャンバ（１０）。
6. 第一貫通穴（１２ｆ）および第二貫通穴（１４ｆ）のうちの他方の穴の近傍に配置された突起（１６）が、スナップ嵌めによって突起ブレード（１４ｇ）と協働するように、前記他方の穴の軸と実質的に平行に延在する、請求項５に記載の燃焼チャンバ（１０）。
7. 第一環状壁（１２）および第二環状壁（１４）のうちの壁の１つが、第一環状壁（１２）および第二環状壁（１４）のうちの他方の壁と軸方向に当接して協働する環状ショルダ（１４ｅ）を持つ、請求項１から６のいずれか一項に記載の燃焼チャンバ（１０）。
8. 燃焼チャンバ（１０）の容積（１０ａ）を画定する環状壁を２つのみ、すなわち第一環状壁（１２）および第二環状壁（１４）のみを有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の燃焼チャンバ（１０）。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の燃焼チャンバ（１０）を含むターボ機械（１００）。

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