JP7248692B2 - ケーシングアセンブリ - Google Patents

Description

この発明は、ガスタービンエンジン用のケーシングアセンブリに関する。

火に対してパーツを断熱し、パーツに対するダメージを最小化するための膨張材料が用いられる。典型的には、膨張材料が所定の温度に加熱されたときに、その元のサイズの数倍に膨張する。しかし、このためには１９０℃もの高温に曝す必要がある。このような温度は、膨張材料が膨張を開始する以前に点火が既に開始されており、保護すべき部品を損傷させている可能性が示され得る。

１つの態様によると、ケーシングと、前記ケーシングの周囲に延在する導電性膨張材料であって、前記膨張材料は膨張するための電流に応じて活性化可能である膨張材料と、前記ケーシングの周囲に延在し前記膨張材料を活性化するための電気的活性化配線であって、前記活性化配線を取り囲む活性化領域が前記ケーシングの少なくとも５０％の軸の広がりおよび少なくとも５０％の円周の広がりを有するようなパターンで延在し、それによって前記ケーシングの対応する領域上の複数の位置で前記膨張材料を活性化するための活性化配線と、を備えるガスタービンエンジン用のケーシングアセンブリが提供される。

前記活性化配線は螺旋状のパターンで延在してもよい。前記活性化配線は横並びの関係で配置された複数の配線部分を備えてもよい。前記配線部分は前記活性化配線の接続折り返しにより直列に接続されてもよい。前記配線部分は並列の関係で電気的に接続されていてもよい。前記活性化配線は横並びの関係で反対の極性の２つの配線を備えてもよい。

前記活性化配線は温度センサと前記温度センサの出力が火事または過剰な熱イベントを示している場合に前記活性化配線を通して選択的に電流を送るよう構成されたコントローラとを備える活性化制御システムと接続されてもよい。

樹脂層が前記膨張材料および電気的活性化配線を囲んでいてもよい。前記樹脂層は壊れやすい部分を備えてもよい。前記樹脂層は前記壊れやすい部分で優先的に壊れて前記膨張材料の膨張を許容してもよい。

本発明は相互に排他的な特徴を除き、ここで言及された特徴および／または限定の任意の組み合わせを備えてもよい。

一例として、添付の図面を参照しつつ、本発明の態様が説明される。

図１はガスタービンエンジンの側断面図を概略的に示す。 図２は第１例の電気的活性化配線および膨張材料を備えたケーシングアセンブリの断面図を概略的に示す。 図３は第２例の膨張材料に埋め込まれた電気的活性化配線を備えたケーシングアセンブリの断面図を概略的に示す。 図４は第１例のケーシング周囲の電気的活性化配線の斜視図を概略的に示す。 図５は第２例のケーシング周囲の電気的活性化配線の斜視図を概略的に示す。 図６は第３例のケーシング周囲の電気的活性化配線の斜視図を概略的に示す。

図１を参照すると、ガスタービンエンジンは概して１０で示されており、主回転軸１１を有する。エンジン１０は軸方向の流れ順に、エアインテーク１２、推進ファン１３、中間圧力コンプレッサ１４、高圧コンプレッサ１５、燃焼設備１６、高圧タービン１７、中間圧力タービン１８、低圧タービン１９、および排気ノズル２０を備える。ナセル２１は一般的にエンジン１０を囲みインテーク１２および排気ノズル２０の双方を規定する。

ガスタービンエンジン１０はインテーク１２に流入する空気がファン１３によって加速され、２つの気流、すなわち中間圧力コンプレッサ１４への第１の気流と、バイパスダクト２２を通じて通過して推進力を提供する第２の気流とを生じるような従来の方法で動作する。中間圧力コンプレッサ１４はその内部に送られた気流をさらなる圧縮が行われる高圧コンプレッサ１５に運ぶ前に圧縮する。

高圧コンプレッサ１５から排出された圧縮空気は、燃料と混合され、当該混合物が燃焼させられる燃焼設備１６に送られる。結果的に得られる熱い燃焼生成物は、ノズル２０を通じて排出され、付加的な推進力を提供する前に、高圧、中間および低圧タービン１７、１８、１９を通じて膨張し、駆動させる。高圧１７、中間１８、および低圧タービン１９はそれぞれ、適切な相互連結シャフトによって、高圧コンプレッサ１７、中間圧力コンプレッサ１４、およびファン１３を駆動させる。

図２は第１例のガスタービンエンジン用のケーシングアセンブリ４０の断面図を示す。これはケーシング４２、電気活性化配線４４、および膨張材料４６を備える。ケーシングアセンブリ４０は温度センサ５０およびコントローラ５２を有する活性化制御システムを備える。コントローラ５２は温度センサ５０の出力が火事または過剰な熱イベントを示している場合に電気的活性化配線４４を通じて電流を選択的に送るよう構成されている。

ケーシング４２は軸方向に延在する環状の横断形状を有する複合ケーシングであり、ガスタービンエンジンの部品を囲む。電気的活性化配線４４はケーシング４２の外表面の周囲に、かつ、ケーシング４２の軸方向の広がりに沿って延在する。この例では、電気的活性化配線４４は、ケーシング４２の外周全体を囲む。ただし、他の例では、電気的活性化配線はケーシング４２の一部のみの周囲に延在してもよい。

膨張材料４６は、柔軟であり、ケーシング４２の周囲および電気的活性化配線４４の周囲に延在する。膨張材料４６は、導電性を有し、かつ、電流に応じて膨張が活性化される。例えば、膨張材料は、熱的に膨張可能なグラファイトや導電性材料といった膨張物質を含む繊維材料であってもよい。

膨張材料４６は、膨張材料４６を損傷から保護する樹脂の保護層４８で覆われている。保護樹脂層４８は、膨張材料４６の膨張を許容するため樹脂層４８が壊れやすい部分で優先的に破壊するように隣接する部分の間に壊れやすい部分を含んでいてもよい。

使用中、温度センサ５０は、膨張材料４６の温度を監視し温度が火事または過剰な熱イベントに対応する閾値を超えるか否かを判断する。温度センサが、温度が閾値を超えると判断する場合、コントローラは電気的活性化配線４４に電流を送り膨張材料４６の膨張を生じさせる。閾値温度は膨張材料が通常膨張するであろう外気温度よりも低い。これにより膨張材料は通常活性化されるであろう温度よりも低い温度または膨張材料から離れた検知位置での高温に応じて膨張することが保証され、過剰な温度または火事から部品をより効果的に保護することができる。

図３は図２を参照して説明されたように第２例のケーシング４２を有するケーシングアセンブリ、およびケーシング４２の周囲に延在する導電性かつ柔軟性のある膨張材料６６の断面図を示す。電気的活性化配線６４は膨張材料６６の内部に埋め込まれている。他の例では、電気的活性化配線はケーシングの周囲に延在する膨張材料の２つの層の間に挟まれていてもよい。

ケーシングアセンブリ６０は、温度センサ５０およびコントローラ５２を有する図２の活性化制御システムを備える。コントローラ５２は温度センサ５０の出力が火事または過剰な熱イベントを示している場合に、電気的活性化配線６４を通じて電流を選択的に送るよう構成されている。

膨張材料６６は図２を参照して説明されたように保護樹脂層４８で覆われている。保護樹脂層４８はケーシング４２に向かう膨張材料６６の反対側の面に配置されている（すなわち膨張材料６６の側はケーシング４２から最も離れている）。

膨張材料はケーシングの円周全体の広がりの周囲に延在していることが図２および３を参照して説明されているが、他の例において、膨張材料はケーシングの円周の広がりの一部の周囲にのみ、例えば少なくとも５０％で配置されていてもよい。このような例では、電気的活性化配線は膨張材料に合うよう同じような量でケーシングの周囲に延在していてもよい。

以下の説明では、用語「軸の」はケーシング４２の中心軸に平行な方向を意味するのに用いられる。用語「円周の」はケーシング４２の軸に直交する平面においてケーシング４２の円周の周囲を意味するのに用いられる。

図４は第１例のケーシング４２の周囲に配置された電気的活性化配線１００の斜視図である。この例では、膨張材料が電気的活性化配線１００の上に重ねられうるよう、電気的活性化配線１００は図２を参照して説明されたような方法でケーシング４２の周囲に配置されている。ただし、他の例では、電気的活性化配線は図３を参照して説明された方法でケーシングの周囲に配置されていてもよい。

電気的活性化配線１００はケーシング４２の周囲に一定のパターンで延在する複数の配線部分を備える。この例では、ケーシング４２の円周全体の広がりの周囲の円周方向に各々延在する３つの配線部分１０２が存在する。他の例では、ケーシングの周囲に配置された、３より多い、または３より少ない配線部分が存在してもよい。

電気的活性化配線１００は、電気的活性化配線１００を取り囲むケーシング４２の取り囲み領域１０６を規定する。換言すると、領域１０６は、ケーシングの周囲に展開された領域を形成するため（例えば、ケーシング４２の周囲に覆われた矩形の形状で）、電気的活性化配線１００に接するが横断しないケーシング４２に描かれた２つの軸の境界および電気的活性化配線１００に接するが横断しない２つの円周の境界によって規定される。

この例では、取り囲み領域１０６はケーシングの円周全体の周囲に延在する２つの円周の境界１１０によって規定される。領域１０６は約６０％の軸の広がり１１６を有する。すなわち、領域１０６はケーシング４２の軸の広がりの約６０％をカバーする。領域１０６は、１００％の円周の広がり１１８を有する。すなわち、この例では軸の境界が存在しないように、領域１０６はケーシング４２の円周の広がりの１００％をカバーする。ただし、他の例では、電気的活性化配線の取り囲み領域は６０％より多い、または６０％より少ない軸の広がり、および／または１００％より少ない円周の広がりを有してもよい。

さらに他の例では、膨張材料によって覆われることになるケーシングの領域の大部分が電気的活性化配線によって覆われるよう、電気的活性化配線は、好ましくは５０％を超える任意の軸の広がり、および５０％を超える任意の円周の広がりを有する。

配線部分１０２は、領域１０６の軸の広がりに沿って均等に分布している。配線部分１０２は互いに並列の関係で電気的に接続されている。

各配線部分１０２は横並びの関係で反対の極性の２つの配線を備える。したがって各配線部分１０２は互いに離隔して横並びに配置された正極配線１０２ａおよび負極配線１０２ｂを備える。

使用上、例示の電気的活性化配線１００は、図２および３を参照して説明されたようにケーシングアセンブリ４０、６０の一部を形成する。温度センサ５０が火事または過剰な熱イベントを示すと判断した場合、コントローラ５２は電気的活性化配線１００を流れる電流を送り、電気的活性化配線１００に電気的に接続された膨張材料を活性化させる。電気的活性化配線１００は、ケーシング４２の大部分をカバーするエリア１０６を有する。そのため、膨張材料の大部分が活性化し、それと同時にケーシング周囲の全ての部品に対する損傷を最小化することが可能となる。

図４の電気的活性化配線は、並列の関係で接続されていることを説明しているが、他の例では、以下の図６を参照して説明されるように配線部分は接続の折り返しによって直列の関係で接続されてもよい。

図５は第２例のケーシング４２の周囲に配置された活性化配線２００の斜視図を示す。この例では、活性化配線２００はケーシング４２の軸方向に沿った螺旋状のパターンでケーシング４２に巻回されている。

電気的活性化配線２００は２つの円周の境界２１０により規定される取り囲み領域２０６をカバーする。この領域は、約８０％の軸の広がり２１６と、１００％の円周の広がり３１８と、を有する。ただし、他の例では、電気的活性化配線は８０％より少ない、または８０％より多い軸の広がり、および／または１００％より少ない円周の広がりを有してもよい。

電気的活性化配線２００の各配線部分２０２は、反対の極性の２つの配線、すなわち正極配線２０２ａおよび負極配線２０２ｂを備え、それらは互いに離隔されており横並びに配置される。

図６は第３例のケーシング４２の周囲に配置された電気的活性化３００の斜視図である。この例では、電気的活性化配線３００は、ケーシング４２に沿った軸方向に延在する複数の配線部分３０２を備える。これらの配線部分３０２は、ともに接続折り返し３０８によって直列に接続されている。

電気的活性化配線３００は、電気的活性化配線３００を取り囲む２つの円周の境界３１０および２つの軸の境界３１２で区切られた取り囲み領域３０６を規定する。領域３１０は約９０％の軸の広がり３１６および約５０％の円周の広がり３１８を有する。

この例では、領域３０６の円周の広がりの周囲に均等に分布している６つの配線部分３０２がある。配線部分３０２の各々の隣接する対は、接続折り返し３０８によって接続されている。ケーシング４２の円周の周囲の接続折り返しは、各配線部分３０２が直列、ジグザグ形状に接続されるようにケーシング４２の互い違いの軸の側面に配置されている。

他の例では、電気的活性化配線３００は９０％より多い、または９０％より少ない軸の広がりを有してもよい。さらに他の例では、電気的活性化配線３００は、５０％より多い、または５０％より少ない円周の広がりを有してもよい。好ましくは、領域３０６は、５０％より多い軸の広がりおよび円周の広がりを有する。

電気的活性化配線３００の各配線部分３０２は、横並びの関係で反対の極性の２つの配線を備える。したがって、各配線部分３０２は、互いに離隔されて横並びに配置された正極配線３０２ａおよび負極配線３０２ｂを備える。

図６の電気的活性化配線は直列の関係で接続されていることが説明されているが、他の例では、配線部分は上記の図４を参照して説明されたように並列の関係で接続されてもよい。

図４、図５、図６を参照して説明された電気的活性化配線１００、２００、３００は、少なくとも５０％の軸の広がりと、少なくとも５０％の円周の広がりと、を有するケーシング４２の領域をカバーする適切な電気的活性化配線の例である。これにより、制御システムの温度センサが火事または過剰な熱イベントを示す温度を特定した場合、膨張材料の大部分は電気的活性化配線への電流の付加により、即時かつ同時に活性化されることが保証される。

いくつかの例では、膨張材料は保護樹脂層で覆われていることが説明されているが、保護樹脂層はなくてもよい。

Claims (9)

1. ケーシングと、
   前記ケーシングの周囲に延在する導電性膨張材料であって、前記膨張材料は膨張するための電流に応じて活性化可能である膨張材料と、
   前記ケーシングの周囲に延在し前記膨張材料を活性化するための電気的活性化配線であって、前記活性化配線を取り囲む活性化領域が前記ケーシングの少なくとも５０％の軸の広がりおよび少なくとも５０％の円周の広がりを有するようなパターンで延在し、それによって前記ケーシングの対応する領域上の複数の位置で前記膨張材料を活性化するための活性化配線と、
   を備えるガスタービンエンジン用のケーシングアセンブリ。
2. 前記活性化配線は螺旋状のパターンで延在する、請求項１に記載のケーシングアセンブリ。
3. 前記活性化配線は横並びの関係で配置された複数の配線部分を備える、請求項１に記載のケーシングアセンブリ。
4. 前記配線部分は前記活性化配線の接続折り返しによって直列に接続されている、請求項３に記載のケーシングアセンブリ。
5. 前記配線部分は並列の関係で電気的に接続される、請求項３に記載のケーシングアセンブリ。
6. 前記活性化配線は横並びの関係で反対の極性の２つの配線を備える、請求項１～５のいずれか１項に記載のケーシングアセンブリ。
7. 前記活性化配線は、温度センサと、前記温度センサの出力が火事または過剰な熱イベントを示している場合に前記活性化配線を通して選択的に電流を送るよう構成されたコントローラと、を備える活性化制御システムと接続されている、請求項１～６のいずれか１項に記載のケーシングアセンブリ。
8. 樹脂層が前記膨張材料および電気的活性化配線を囲んでいる、請求項１～７のいずれか１項に記載のケーシングアセンブリ。
9. 前記樹脂層は壊れやすい部分を備える、請求項８に記載のケーシングアセンブリ。

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