JP7483697B2 - ターボ機械用の環状アセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、ターボ機械の環状部分によって担持される熱交換器の取り付けに関する。

図１は、他の可動部品または固定部品に対して摩擦する可動部品を備えるデュアルフローターボ機械１０を表しており、この接続は、例えば、軸受である。摩擦による加熱によって破損しないように、部品は、最初に加熱を制限（または封じ込め）し、次に部品を潤滑して部品同士の滑りを促進するオイルが噴霧される。

オイルは、図２に示されるように、熱交換を達成するように成形された、曲がりくねったダクトの形態のマトリックスを有する熱交換器、特にオイル／空気交換器１２を備えた回路を循環し、前記部品からのオイルは、導入された後、前記部品上に再度注入される前に冷却される。図２に示される熱交換器１２は、二次空気流の環状流路の半径方向外側または内側を区切る環状シェル１４の半径方向内面または外面（ターボ機械の長手方向軸線１４に対して）に取り付けられる環状熱交換器である。

したがって、高温のオイルは、熱交換器１２を通って流れることができ、ターボ機械の二次空気の環状流路からの冷気で冷却される。しかしながら、熱交換器１２が、それが取り付けられている環状シェルと同じ材料から作製されていない場合、シェル１４と熱交換器１２を構成する材料との間の膨張の差異が、シェルへの熱交換器１２の接続を弱める可能性があることに留意されたい。これらの膨張差は、熱交換器１２のサイズが大きくなるほど大きくなり、これは、一般に、外部環状シェルに取り付けられている場合に当てはまる。膨張差はまた、環状シェル１４と熱交換器１２との間の温度差によっても増幅される。これらの膨張差は、熱交換器１２に高い機械的応力をもたらす。したがって、これらの膨張の差異を考慮に入れることが不可欠である。さらにまた、交換器をシェル１４に取り付けるために使用される要素が、シェルを損傷するのを防ぎながら、シェルへの交換器の容易な取り付けを保証することが重要である。

上記の問題は、熱交換器１２以外の装置によって発生する可能性があることに留意されたい。

本発明は、特に、上記の問題に対する単純で効果的且つ安価な解決策を提供することを目的としている。

本発明は、まず、長手方向軸線を有し、その片面が環状装置の一部を支持する環状シェルを備えたケーシングと、長手方向軸線の周りに分布され、且つ装置に環状シェルに対して接線方向の自由度を与えることを可能にする、装置を環状シェルに取り付ける複数の手段と、を備える、デュアルフローターボ機械用の環状アセンブリであって、各取付手段が、環状装置と一体であり、且つ第１の半径方向内部プレートと第２の半径方向外部プレートとの間で半径方向に配置され、第１のプレートと第２のプレートとの間で接線方向に摺動可能なレールを備え、取り外し可能な支持要素が環状シェルならびに第１のプレートおよび第２のプレートに固定的に接続されていることを特徴とする、デュアルフローターボ機械用の環状アセンブリに関する。

提案された構成によれば、各取付手段は、ケーシングの環状シェルに固定された取り外し可能な支持要素と一体の２つのプレートを備え、これは、熱交換器への第１のプレートおよび第２のプレートの事前組み立てを可能にし、その後の支持要素の追加を容易にする。したがって、ケーシングの環状シェルの内面への熱交換器の取り付けは、より容易であり、交換器の取り付けが複雑であることが判明した以前の手法とは対照的に、ケーシング上に組み立てられるときに、支持要素と第１および第２のプレートとの接続を考慮に入れる必要がない。

熱交換器は、円周方向の変形を可能にする接続によってケーシングシェルによって支持され、これは、動作中に交換器が円周方向に膨張することを許容しながら、交換器の最適な保持を確実にする。実際に、ケーシングの環状シェルは、例えば、構造的には耐性が小さいが、熱膨張係数は、必ずしもそうとは限らないが、一般により高いアルミニウムなどの材料から作製された熱交換器の熱膨張係数よりも低い熱膨張係数（ただし、それ以上とすることもできる）を有する、例えばチタンなどの機械的に耐性のある材料から作製されている。この状況は、環状シェル（大気温度であるためかなり低温）と熱交換器（オイル温度であるためかなり高温）との間の温度差によって増幅され、これは、追加の差動円周変位を生じさせる。

熱交換器の環状ケーシングシェルへのこの特定の接続は、交換器の半径方向の動きを制限し、これは、交換器が流路内で半径方向に移動し、したがって空気流に影響を与える可能性がある。半径方向および軸方向の堅固な接続は、環状シェルへの熱交換器の十分な接続を確実にし、ケーシング構造への振動の良好な伝達を確実にし、したがって、熱交換器の耐用年数を保証する。

レールは、第１のプレートまたは第２のプレートの２つの第１の接線面の長手方向において互いに実質的に接線方向であり、且つ接線方向においてレールのガイドを確実にする少なくとも２つのエッジによって内部的に区切られた閉鎖輪郭を有する開口部を備えることができる。

前記第１の接線面は、レールの２つの円周方向エッジについての摺動ガイドを提供する。したがって、各取付手段は、接線方向に摺動することができ、したがって、交換器の円周方向の摺動を確実にする。

前記２つの接線面は、それぞれ第１のプレート上に形成され、レールの半径方向内側にある２つの第２の接線保持面に接続され、第１の接線面は、第２の接線面と共にＬ字形の断面を形成する。

第１のプレートの２つの反対側のエッジのこのＬ字形は、半径方向内側への案内と保持を同時に提供する。

第１のプレートは、第２のプレートのオリフィスに堅固に係合された中央管状部分を備える。

取り外し可能な支持要素は、第１のプレートと一体の少なくとも１つのロッドを備えることができる。この構成では、ロッドは、第１のプレートに直接固定され、これは、第２のプレートへの取り付けとは異なり、レールが全ての状況において半径方向に拘束されたままとすることを可能にする。

前記ロッドは、第１のプレートに螺合され、且つ装置を担持するのとは反対側の環状シェルの片面に平坦軸受面を備えるねじ付きロッドとすることができる。

弾性手段は、第１のプレートとレールとの間において半径方向に弾性的に拘束されることができる。したがって、弾性手段は、シェルに対するレールの摺動運動を制限することを可能にする。したがって、ケーシングの環状シェルへの組み立て前に、第１のプレートおよび第２のプレートは、レール上で接線方向にブロックされ、様々な部品に損傷を与える可能性のある打撃や衝撃を回避する。

第１のプレートは、波形ワッシャなどの弾性手段を受け入れるためのハウジングを備えることができる。

輪郭は、弾性手段の半径方向の支持に使用されるレールの一部を区切る凸状エッジを備える。

環状シェルは、二次空気流の環状流路の外部環状シェルとすることができ、装置は、外部シェルの半径方向内面によって担持される。

本発明は、装置が、ケーシングシェルのチタンなどの材料よりも高い熱膨張係数を有する、例えばアルミニウムなどの材料から作製された熱交換器である場合に特に興味深い。

本発明はまた、上述したアセンブリを取り付ける方法であって、
－第１の取り付けのそれぞれについて、レールが、互いに固定された第１のプレートと第２のプレートの間に配置され、レールが、熱交換器の半径方向外面と一体にされ、
－前のステップにおいて実行されたアセンブリが、環状シェルの半径方向内面の反対側に提示され、支持要素が、第１のプレートおよび第２のプレートの内の一方に固定される、方法に関する。

本発明は、よりよく理解され、本発明の他の詳細、特徴および利点は、添付の図面を参照して、非限定的な例として与えられる以下の説明を読むと明らかになるであろう。

既に上述した図１は、従来技術に係るターボ機械の概略斜視図である。 既に上述した図２は、図１のターボ機械に取り付けられた環状熱交換器の一部の概略斜視図である。 図３は、接線方向に自由度を有する取付手段を備える、本発明に係る熱交換器の概略斜視図である。 図４Ａは、本発明に係る取付手段の主要要素の概略斜視図である。 図４Ｂは、本発明に係る取付手段の主要要素の概略斜視図である。 図５は、図４Ａの断面ＶＶ（断面の３または４Ａに示されている）にしたがった、取付手段、熱交換器、およびケーシングの環状シェルの概略断面図である。 図６は、本発明に係るタービンエンジンブレード性能の概略斜視図である。

図３は、ターボ機械用の環状装置を示している。この装置１６は熱交換器であり、本発明は、この特定の装置に関して以下に説明されるが、他の装置にも適用可能である。

熱交換器１６の本体は、通常、アルミニウムなどの良好な熱伝導材料の押し出しによって製造される。したがって、そのようなプロセスにより、交換器１６の厚さでダクトを製造することが可能である。交換器１６の扇形部分の一部のみが図３に示されている。この熱交換器１６は、冷却されるオイルを循環させるための内部ダクトを備える。交換器１６の円周方向端部は、オイルの再循環を可能にするインサートを有する。

交換器１６は、図５に示される外部環状シェル１４に交換器１６を取り付けるための複数の取付手段１８を備える。外部環状シェル１４に適用されることが内部環状シェルにも適用されることが理解されるように、交換器１６は、新たな説明を必要とせずに内部環状ケーシングシェルに取り付けられることができることに直ちに留意されたい。

熱交換器１６の取付手段１８は、熱交換器１６の円周の周り、すなわちターボ機械の長手方向軸線Ａの周りに分布している。図３は、取付手段１８の２つの環状列を示している。

以下に説明されるように、各取付手段１８は、外部環状シェル１４との熱交換器１６の接線方向において１自由度を有する接続を可能にする。したがって、各取付手段１８は、熱交換器１６と一体であり且つ第１のプレート２２と第２のプレート２４との間に半径方向に挿入されたレール２０を備える。

レール２０は、輪郭が閉じられた内部開口部２６を備えた、略長方形の形状を有する。したがって、このレール２０は、接線方向に配向され且つ第１の端部セクション３０および第２の端部セクション３２によって互いに接続されている２つの直線状の直立部２８を備える。第１の端部セクション３０および第２の端部セクション３２は、それぞれ、レール２０を熱交換器１６の半径方向外部ボス３８に固定するための固定ねじ３６のためのリフィス３４を備える（図５）。レール２０の第１の端部セクション３２はまた、開口部２６内に内側に延在する舌状部を形成するセクション４０を備える。より具体的には、開口部２６の輪郭は、２つの接線方向の平行なエッジ２６ａ、２６ｂによって区切られ、その内の第１のエッジ２６ａは、長手方向エッジ２６ｃによって且つ長手方向エッジ２６ｃの接線方向に反対側の凸状の湾曲エッジ２６ｄによって、第１の直線状の直立部２８上に形成され、第２のエッジ２６ｂは、第２の直線状の直立部２８上に形成される。この凸状エッジ２６ｄは、長手方向エッジ２６ａ、２６ｂの端部に接続され、これらと共に、２つのスロット４２を舌状部４０の外部輪郭によって区切る。

第１のプレート２２はまた、略長方形の形状を有する。それは、レール２０の開口部２６を通過する中央管状部分４４を有する。この管状部分４４は、第２のプレート２４のオリフィス４６に強固に係合されている。第１のプレート２２は、管状部分４４のいずれかの側に形成され、且つそれぞれが第１の接線面４８ａおよび第２の接線面４８ｂによって形成されるＬ字形セクション４８に対して接線方向に延在する２つの部分を備える。第１の接線面４８ａは、レール２０の接線方向のガイドを可能にするために、レール２０の開口部２６の輪郭の第１および第２のエッジ２６ａ、２６ｂに対して長手方向に対向している。第２の接線面４８ｂは、第１のプレート２２上のレール２０の半径方向内側への保持を提供する。

図４Ｂに見られるように、第１のプレート２２は、レール２０の舌状部４０の凸状の湾曲エッジに面する凹状の湾曲エッジ５０を有する端部を備える。凹状の湾曲エッジ５０の端部は、レール２０の上述したスロット４２に適合するように設計されており、したがって、各取付手段１８のコンパクトさを改善する。第１のプレート２２の一方の接線方向の端部は、半径方向に弾性変形可能な弾性手段５４が取り付けられたハウジング５２を備える。これらの弾性手段５４は、例えば、図６に示されるような波形ワッシャである。それらは、第１のプレート２２とレール２０との間、ここでは、より具体的には、レール２０の舌４０の取り付け中に弾性的にプレストレスがかけられることができる。

第１のプレート２２は、レール２０の開口部の長手方向寸法よりも大きい長手方向寸法を有することに留意されたい（図４Ａおよび図４Ｂ）。より具体的には、レール２０の直線状の直立部２８は、第１のプレート２２の管状部分４４を取り付けるために、そのオリフィス４６のいずれかの側で第２のプレート２４上を摺動することができる。

図示されていないが、レール２０の第１および第２のエッジ２６ａ、２６ｂの第１の接線方向摺動案内面４８ａは、第２のプレート２４上に形成されることができる。

図５に見られるように、取り外し可能な支持要素５６は、環状シェル１４に取り付けられ、外部環状シェル１４の半径方向外面に支持する平坦軸受５６ａと、第１のプレート２２の管状部分４４に螺合されたロッド５６ｂとを備える。そのように取り付けられると、第１のプレート２２および第２のプレート２４は、外部環状シェル１４に一体的に固定される。

接線方向の自由度を有する各取付手段１８は、以下のように取り付けられる：
－レール２０は、互いに固定された第１のプレート２２と第２のプレート２４との間に配置され、レール２０は、熱交換器１６の半径方向外面と一体にされ、次いで、
－前のステップにおいて実行されたアセンブリは、外部環状シェル１４の半径方向内面の反対側に提示され、支持要素５６は、第１のプレート２２および第２のプレート２４の内の一方に固定される。

そのようなアセンブリでは、各取付手段は、熱交換器１６において事前に組み立てられ、これは、外部環状シェル１４への熱交換器１６の取り付けを単純化する。さらに、弾性手段５４は、第２のプレート２４に取り付けられた第１のプレート２２がレール２０上でブロックされるため、第１および第２のプレート２２、２４の不時の動きを防止する。

Claims (13)

1. 長手方向軸線（Ａ）を有し、ケーシング（１２）であって、その片面が環状装置の一部を支持する環状シェル（１４）を備えたケーシング（１２）と、長手方向軸線（Ａ）の周りに分布され、且つ装置（１６）に環状シェル（１４）に対して接線方向の自由度を与えることを可能にする、装置を環状シェル（１４）に取り付ける複数の取付手段（１８）と、を備える、デュアルフローターボ機械用の環状アセンブリであって、各取付手段（１８）が、環状装置（１６）と一体であり、且つ第１の半径方向内部プレート（２２）と第２の半径方向外部プレート（２４）との間で半径方向に配置され、第１の半径方向内部プレート（２２）と第２の半径方向外部プレート（２４）との間で接線方向に摺動可能なレール（２０）を備え、取り外し可能な支持要素（５６）が環状シェルならびに第１の半径方向内部プレート（２２）および第２の半径方向外部プレート（２４）に固定的に接続されていることを特徴とする、環状アセンブリ。
2. レール（２０）が開口部（２６）を備え、開口部（２６）が、第１の半径方向内部プレート（２２）または第２の半径方向外部プレート（２４）の第１の２つの接線面（４８ａ）の長手方向において互いに実質的に接線方向にあり、且つ接線方向におけるレール（２０）のガイドを確実にする少なくとも２つのエッジ（２６ａ、２６ｂ）によって内部的に区切られた閉鎖輪郭を有する、請求項１に記載のアセンブリ。
3. 前記２つの第１の接線面（４８ａ）が、それぞれ第１の半径方向内部プレート（２２）上に形成され、レール（２０）の半径方向内側にある２つの第２の接線保持面に接続され、２つの第１の接線面（４８ａ）が、２つの第２の接線面（４８ｂ）と共に、Ｌ字形セクションを形成する、請求項２に記載のアセンブリ。
4. ２つの第１の接線面（４８ａ）および／または２つの第２の接線面（４８ｂ）が第１の半径方向内部プレート（２２）上に形成される、請求項２または３に記載のアセンブリ。
5. 第１の半径方向内部プレート（２２）が、第２の半径方向外部プレート（２４）のオリフィスに堅く係合される中央管状部分（４４）を備える、請求項１～４のいずれか一項に記載のアセンブリ。
6. 取り外し可能な支持要素（５６）が、第１の半径方向内部プレート（２２）と一体の、少なくとも１つのロッド（５６ｂ）を備える、請求項１～５のいずれか一項に記載のアセンブリ。
7. 前記ロッド（５６ｂ）が、第１の半径方向内部プレートに螺合され、且つ装置（１６）を担持するのとは反対側の環状シェル（１４）の面に平坦軸受（５６ａ）を備えるねじ付きロッドである、請求項６に記載のアセンブリ。
8. 弾性手段（５４）が、第１の半径方向内部プレート（２２）とレール（２０）との間において半径方向に弾性的に拘束されている、請求項１～７のいずれか一項に記載のアセンブリ。
9. 第１の半径方向内部プレート（２２）が、例えば波形ワッシャなどの弾性手段（５４）を受け入れるためのハウジング（５２）を備える、請求項８に記載のアセンブリ。
10. 輪郭が、弾性手段の半径方向の支持に役立つレール（２０）の一部を区切る凸状エッジ（２６ｄ）を備える、請求項２を引用する請求項７または請求項２を引用する請求項８に記載のアセンブリ。
11. 環状シェルが、二次空気流の環状流路の外部環状シェルであり、装置が外部シェルの半径方向内面によって担持される、請求項１～１０のいずれか一項に記載のアセンブリ。
12. 装置が、ケーシングシェルのチタンなどの材料の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する、例えばアルミニウムなどの材料から製造された熱交換器（１６）である、請求項１～１１のいずれか一項に記載のアセンブリ。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載のアセンブリを取り付ける方法であって、
    －第１の取付手段（１８）のそれぞれについて、レールが、互いに固定された第１の半径方向内部プレート（２２）と第２の半径方向外部プレート（２４）との間に配置され、レールが、熱交換器（１６）の半径方向外面と一体にされ、次いで、
    －前のステップにおいて実行されたアセンブリが、環状シェル（１４）の半径方向内面の反対側に提示され、支持要素が、第１の半径方向内部プレート（２２）および第２の半径方向外部プレート（２４）のうちの一方に固定される、方法。

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