KR20050028783A

KR20050028783A - 두 방향으로 작용하는 스트립형 밀봉부를 이용한실내공기추출 공동부용 밀봉시스템을 갖춘 제트엔진

Info

Publication number: KR20050028783A
Application number: KR1020040071426A
Authority: KR
Inventors: 질 르쁘르뜨르; 베르뜨랑 몽빌
Original assignee: 에스엔이씨엠에이 모뙤르
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2005-03-23
Also published as: JP4047843B2; DE602004004023T2; RU2004127898A; EP1517005A1; UA84267C2; CN100427736C; US20050061005A1; RU2345233C2; DE602004004023D1; US7040098B2; FR2860039A1; CN1598271A; KR101146402B1; JP2005090507A; EP1517005B1; FR2860039B1

Abstract

본 발명은 공기가 실내로 추출되는 공동부의 밀봉에 관한 것으로, 이 공동부는 한편으로 압축기의 외피(6)와 이 외피에 연결된 환형상구조물(7)에 의해, 다른 한편으로는 디퓨저 그릴의 외부케이싱(12)과 이 외부케이싱 및 상기 환형상구조물(7)에 고정된 엔진케이싱의 외피(14)에 연결된 스트럿(13)에 의해 구획된다. 제1밀봉부(50)는 디퓨저 그릴의 외부케이싱(12)의 상류부(12a) 주위에 구비된 제1홈(32)에 고정되고, 이 제1밀봉부의 스트립은 환형상구조물(7)과 일체로 된 제1돌출부(71)의 하류끝에 지지되는 한편, 제2밀봉부(60)는 환형상구조물(7) 아래에 구비된 제2홈(73)에 고정되고, 제2밀봉부의 스트립은 환형상구조물과 일체로 된 제2돌출부(72)의 상류끝과, 디퓨저의 외부케이싱의 상류부(12a)에 형성된 제3돌출부(76)의 상류끝에 지지된다.

Description

두 방향으로 작용하는 스트립형 밀봉부를 이용한 실내공기추출 공동부용 밀봉시스템을 갖춘 제트엔진 {Provision of sealing for the cabin-air bleed cavity of a jet engine using strip-type seals acting in two directions}

본 발명은 제트엔진에 관한 것으로, 이는 상류에서부터 하류로(여기서, 상류 및 하류방향은 주요 흐름의 순환방향으로 결정된다) 고압압축기와 디퓨저 그릴(diffuser grille) 및 연소실을 구비하는 바, 고압압축기는 주요 흐름용 덕트를 방사상으로 한정하고서 방사상 바깥쪽으로 뻗은 환형상구조물에 연결되는 외피를 구비하며, 디퓨저 그릴은 압축기의 외피에서 축방향으로 연장되고서 연소실의 끝을 상류에서 한정하는 뒤쪽으로 향한 원추형 스트럿(strut)에 연결된 외부케이싱을 구비하고, 이 스트럿은 상류방향으로 뻗어 있고서 고정수단에 의해 환형상구조물에 고정된 외부케이싱의 외피에 연결되어, 스트럿과 외부케이싱의 외피 및 환형상구조물이 디퓨저 그릴 주위로 공동(空洞)부를 형성하며, 이 공동부와 연소실의 끝이 연통되도록 하기 위해서 공기추출구멍이 스트럿에 형성되어 있고, 외부케이싱의 외피에 추출공기용 출구구멍이 설치되어 있으며, 상기 주요 흐름용 덕트와 공동부를 분리시키기 위해 디퓨저 그릴의 외부케이싱과 환형상구조물 사이에 밀봉수단이 구비되어 있다.

적어도 하나의 제트엔진을 갖춘 비행기의 실내에 필요한 공기는 엔진의 전체 효율에 가장 적게 악영향을 끼치는 범위로 연소실의 끝에서 추출된다. 이러한 공기추출은 스트럿의 구멍을 통해 일어나게 되는데, 이는 추출공기용 출구구멍의 설치를 용이하게 한다. 이 구조는 디퓨저 그릴 위에 위치된 공동부와 고압압축기의 덕트 사이에 상대적인 밀봉을 필요로 한다.

30bar에 이르는 높은 압력과 650℃에 이르는 높은 온도를 받는 환경에서 여러 구성요소들의 열적 및 기계적인 반응으로 인하여, 압축기의 외피와 디퓨저 그릴 사이의 상대이동이 축방향으로 1.5mm 정도, 그리고 방사상 방향으로 대체로 같은 정도로 되기 때문에, 밀봉이 이루어지기가 더욱 어렵다.

디퓨저 그릴의 외부케이싱과 압축기 사이에 밀봉을 제공하도록 선택된 기존의 기술은 이들에 대해 밀어부치는 스프링을 갖춘 스트립(strip)과 카운터실(counterseal)로 이루어진 밀봉부를 구비한 형태이다. 이 기술은 사실상 두 구성부재 사이에서 충분히 큰 이동을 허용한다.

종래기술이 도 1에 도시되어 있는 바, 이는 주요 흐름(F1)의 방향으로 상류에서 하류로 외부케이싱(3)으로부터 방사상 안쪽으로 뻗어 있는 고정베인(vane:2)의 링을 갖춘 제트엔진의 고압압축기(1)의 끝부분과, 이어서 압축휠(5)의 외주에 장착되고서 외부케이싱(3)과 함께 주요 흐름용 덕트를 방사상으로 한정하는 압축기의 외피(6)까지 바깥쪽으로 뻗어 있는 이동블레이드(4)의 링을 도시하되, 상기 외피(6)는 제트엔진의 축을 포함하는 평면에서 V형상의 단면을 갖추고서 방사상 바깥쪽으로 뻗어 있으며 나사결합에 의해 엔진의 외부케이싱에 고정되는 환형상구조물(7)에 연결되어 있다.

압축기(1)로부터 압축된 공기를 받아들이고 이를 연소실(11)로 전달하는 디퓨저 그릴(10)이 압축기(1)의 하류에 구비되어 있다. 압축기(1)의 외피(6)에 대해 축방향으로 연속하여, 디퓨저 그릴(10)은 제트엔진의 뒤쪽으로 향하고 있는 원추형 스트럿(13)에 연결된 외부케이싱(12)을 갖추고 있는데, 이 스트럿(13)은 연소실(11)의 끝의 상류벽을 형성하고, 상류방향으로 뻗어 있으면서 상류 플랜지(15)를 갖춘 외부케이싱의 외피(14)에 대해 그 방사상 외부영역에서 연결되어 있으며, 상기 플랜지에 의해 연소실과 디퓨저로 구성된 조립체가 나사결합으로 환형상구조물(7)의 방사상 외부 플랜지(16)에 고정될 수 있다.

디퓨저 그릴(10)을 둘러싸는 공동부(20)는 축방향으로는 환형상구조물(7)과 스트럿(13)에 의해, 방사상 바깥쪽으로는 외부케이싱의 외피(14)에 의해, 그리고 방사상 안쪽으로는 압축기의 외피(6)의 하류부(6a)와 외부케이싱(12)의 상류부(12a)에 의해 구획되는데, 상기 하류부(6a)와 상류부(12a)는 틈새(21)에 의해 분리되어 있다.

스트럿(13)은 연소실의 끝에서 공기추출구멍(22)을 갖추며, 외부케이싱의 외피(14)는 출구구멍(23)을 구비하여 비행기의 실내에 공기를 통하게 하기 위해, 또는 제트엔진의 다른 부재를 냉각시키기 위해 공기흐름을 공급한다.

압축기의 덕트와 공동부(20) 사이는, 도 2에 상세히 도시된 바와 같이 카운터실(31)과 나란히 설치된 스트립(30)으로 이루어지고서 부채꼴로 된 밀봉부에 의해 밀봉되는데, 이 밀봉부는 디퓨저 그릴의 외부케이싱(12)에 있는 상류부(12a)의 외주에 장착되어 있다. 이 때문에, 이 상류부(12a)는 그 외주에 걸쳐, 상류쪽 플랜지는 참조부호 33a로 표시되고 하류쪽 플랜지는 참조부호 33b로 표시된 2개의 플랜지로 한정되는 채널(32)을 갖추며, 상기 플랜지들은 리벳(34)을 고정시키기 위해 뚫려 있는 구멍을 갖추고 있다. 스트립(30)과 카운터실(31)은 스프링(35)에 의해 상류쪽 플랜지(33a)의 하류면과 지지접촉되어 있고 리벳(34)에 의해 보유지지된다. 마찬가지로, 스프링(35)도 리벳(34)에 의해 보유지지된다. 환형상구조물(7)의 방사상 내부는 축방향으로 공동부(20) 안으로 뻗어 있고서 그 끝이 도 2에 도시된 바와 같이 디퓨저의 외부케이싱(12)과 압축기(1)의 외피(6) 사이에 축방향 이동이 없을 때 상류쪽 플랜지(33a)의 위에 위치되는 환형상 돌출부(40)를 갖추고 있다.

스프링(35)은 상류쪽 플랜지(33a)와 상기 돌출부(40)를 분리하는 환형상의 영역에서 밀봉부를 지지하고 있다. 더구나, 공동부(20)의 공기압력이 틈새(21)에서의 덕트내 압력보다 조금 크다.

돌출부(40)쪽과 상류쪽 플랜지(33a)쪽에서의 밀봉부의 스트립(30)에 대한 지지점은 볼록면을 갖춘다. 밀봉부의 평탄한 두 표면간의 압력차와 스프링(35)의 결합력이 도 2에 도시된 형태로 상기 볼록면에 대해 스트립(30)을 밀어부쳐서, 밀봉하게 된다.

어떤 비행상태에서, 특히 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 돌출부(40)가 채널(32)을 넘어갈 때 스트립(30)과 돌출부(40) 사이의 지지는 누출공간을 생기게 한다. 2개의 스프링 사이에서 스트립(30)은 돌출부로부터 떨어지게 되고 두 표면간의 작은 압력차는 이러한 분리가 생기는 것을 방지하게 된다. 누출공간(41)이 스트립과 돌출부(40)의 끝 사이에 형성된다.

반대로, 도 3에 도시된 바와 같이 디퓨저 그릴(10)이 압축기(1)로부터 멀리 이동할 때에는, 스트립(30)을 변형시킴으로써 상기 압력차로 인한 힘과 스프링(35)의 힘이 확실한 밀봉이 이루어지도록 한다.

도 2에 도시된 이중 화살표는 디퓨저 그릴(10)의 외부케이싱(12)의 상류끝과 압축기의 외피(6)의 하류끝 사이의 상대적인 방사상 이동과 축방향 이동을 표시한다.

외부케이싱(12)에 의해 지지된 이 밀봉시스템의 구조는 연소실-디퓨저 조립체가 압축기에 대해 상기 조립체의 상대적인 축방향 이동과, 외부 플랜지들(15,16)과의 나사결합에 의해 압축기에 조립될 수 있게 한다.

본 발명의 목적은 밀봉된 영역의 두 표면들 사이의 공기압력차에 관계 없고 틈새의 변동에도 관계 없이 주요 흐름용 덕트와 공동부 사이에 완전한 밀봉을 이루게 하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 성취하기 위한 본 발명에 따른 밀봉수단은, 스프링에 의해 작용되고서 카운터실과 나란히 설치된 스트립으로 이루어진 부채꼴의 제1밀봉부와 제2밀봉부를 구비하되, 제1밀봉부는 디퓨저 그릴의 외부케이싱의 상류부 주위에 구비된 제1홈에 고정되고, 이 제1밀봉부의 스트립은 환형상구조물과 일체로 된 제1돌출부의 하류끝에 지지되는 한편, 제2밀봉부는 환형상구조물 아래에 구비된 제2홈에 고정되고, 제2밀봉부의 스트립은 환형상구조물과 일체로 된 제2돌출부의 상류끝과, 외부케이싱의 상류부와 일체로 된 제3돌출부의 상류끝에 지지되어 있다.

반대방향으로 작용하는 제2밀봉부가 설치됨으로써, 압력차의 모든 방향변화에 따라 대응할 수 있음은 물론, 두 밀봉부 사이의 에어로크(airlock)의 존재로 인하여 매우 작은 변화에 대해 추가적으로 통과하기가 어렵게 됨으로써 시스템을 보강할 수 있게 된다.

제1홈은 상류쪽 플랜지와 하류쪽 플랜지에 의해 한정되고, 제1밀봉부와 제1스프링은 상기 플랜지들에 고정된 리벳에 의해 보유지지되며, 제3돌출부는 상류쪽 플랜지의 상류면에 형성되어 있다.

환형상구조물은 뒤쪽으로 향하고 있는 방사상 내부를 구비하고 있으며, 제2홈은 상류쪽 플랜지 위에 위치된 제3플랜지와 상기 방사상 내부에 의해 한정되고, 제1돌출부는 제3플랜지의 방사상 내부끝으로부터 하류방향으로 뻗어 있으며, 이 방사상 내부끝은 추가적으로 상류방향으로 뻗어 있으면서 제2밀봉부가 지지하는 제2돌출부를 갖추고 있다.

본 발명의 다른 장점과 특징은 첨부도면을 참조로 하여 아래에 주어진 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

종래기술을 나타내는 도 1 내지 도 5는 본 명세서의 서문에 상세히 설명되어 있기에 더이상 설명하지 않는다.

도 6은 주요 흐름(F1)용 덕트에서 공동부(20)를 분리시키기 위한, 본 발명에 따른 밀봉시스템을 도시하고 있는 바, 이 도면에서 공동부(20)를 한정하는 여러 부재들은 도 1 내지 도 5의 동일한 부재들과 동일한 참조부호로 표시된다.

밀봉시스템은 디퓨저 그릴(10)의 외부케이싱(12)에 있는 상류부(12a)의 외주에 장착되되, 도 2에 도시된 종래기술의 밀봉부와 유사한 제1밀봉부(50)와; 마찬가지로 스트립형으로 되고서 제1밀봉부(50)의 상류에 위치되어 압축기의 환형상구조물(7)의 방사상 내부(7a)에 의해 지지되는 제2밀봉부(60);를 구비한다.

이 때문에, 스트럿(13)에 대체로 평행하게 뻗어 있는 방사상 내부(7a)는 상류쪽 플랜지(33a) 위에 방사상 안쪽으로 뻗은 제3플랜지(70)를 갖추는데, 이 제3플랜지의 방사상 내부끝은 하류방향으로 뻗어 있는 제1돌출부(71)와 상류방향으로 뻗어 있는 제2돌출부(72)를 갖추고 있다.

제1밀봉부(50)의 스트립(30)은 제1돌출부(71)의 자유끝에 지지된다. 이들 스트립은 리벳(34)에 의해 하류쪽 플랜지(33b)에서 상류쪽 플랜지(33a)를 분리하는 홈(32)에 보유지지되고, 스프링(35)에 의해 제1돌출부(71)의 자유끝과 상류쪽 플랜지(33a)의 하류면을 지지하는데, 스프링(35)도 마찬가지로 리벳(34)에 의해 보유지지되어 하류쪽 플랜지(33b)의 상류면을 지지한다.

제3플랜지(70)는 환형상구조물의 방사상 내부(7a)와 함께 상기 홈(32)과 동일한 기능을 가진 채널(73)을 한정한다. 제3플랜지(70)에 의해 지지되는 핀은 제2밀봉부(60)의 카운터실(31)과 스트립(30)의 방사상 외부영역을 보유지지한다.

또한, 방사상 내부(7a)는 제3플랜지의 상류에, 리벳에 의해 적소에 제2스프링(75)을 유지하도록 작용하는 지지부(74)를 구비하고, 상기 제2스프링은 제2밀봉부(60)의 스트립(30)과 카운터실(31)에 힘을 가하여 이들 스트립이 제2돌출부의 상류끝 뿐만 아니라 상류쪽 플랜지(33a)의 상류면의 외주에 형성된 제3돌출부(76)를 지지하게 된다.

전술된 두 밀봉부(50,60)는 각각 도 1 내지 도 5에 설명된 종래기술의 밀봉부와 유사하게 작용하나, 반대방향으로 작용한다.

이들 밀봉부 중 하나가 도 4 와 도 5에 도시된 형태로 되는 것을 방지하기 위해서, 제1돌출부(71)와 제2돌출부(72)의 크기는 작동하는 동안 이들 돌출부가 이들의 상대적인 축방향 이동에 관계 없이 상류쪽 플랜지(33a) 위에 항상 배치되도록 되어 있다. 즉, 제1돌출부(71)의 끝과 제2돌출부(72)의 끝을 분리하는 길이는 제3돌출부(76)의 길이로 증대되는 상류쪽 플랜지(33a)의 두께보다 짧다.

도 7은 조립되기 전에, 디퓨저와 연소실로 구성되는 조립체에 있는 제1밀봉부(50)의 구조와, 압축기에 있는 제2밀봉부(60)의 구조를 도시한 것이다.

이들 두 구성부재는 서로 축방향으로 떨어져 있어서, 이들을 축방향으로 서로쪽으로 가져오게 됨으로써 제1밀봉부(50)는 제1돌출부(71)를 지지하고, 제2밀봉부(60)는 제3돌출부(76)를 지지하게 된다. 환형상구조물(7)의 플랜지(16)와 외부케이싱의 외피(14)의 플랜지(15)가 서로 나란히 위치될 때, 나사결합에 의해 이들 구성부재를 고정시킬 수 있다. 따라서, 이 조립체는 "밀폐된(blind) 구조물"을 이루게 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 밀봉된 영역의 두 표면들 사이의 공기압력차에 관계 없고 틈새의 변동에도 관계 없이 주요 흐름용 덕트와 공동부 사이에 완전한 밀봉을 이루고 있는 제트엔진을 제공하는 효과가 있게 된다.

도 1은 주요 흐름용 덕트와 공동부 사이에서 종래기술에 따른 밀봉부의 설치 및, 비행기의 실내용 공기가 추출되며 연소실의 끝과 연통되는 공동부의 구조를 나타내는, 제트엔진과 압축기의 하류부 및 디퓨저의 축을 포함하는 평면에서의 단면도이다.

도 2는 종래기술에 따른 밀봉부의 구조를 확대하여 도시한 단면도이다.

도 3은 디퓨저 그릴의 외부케이싱과 압축기의 외피 사이의 틈새가 증대될 때 밀봉부의 변형을 도시한 단면도이다.

도 4는 상기 틈새가 감소할 때 상기 밀봉부의 변형을 도시한 단면도이다.

도 5는 상기 틈새가 감소할 때 누출공간을 도시한 밀봉부의 사시도이다.

도 6은 주요 흐름용 덕트와 공동부를 분리시키도록 된 본 발명에 따른 밀봉시스템을 도시한 단면도이다.

도 7은 디퓨저-연소실 조립체와 압축기의 본체를 함께 고정시키는 방법을 나타낸 단면도이다.

Claims

상류에서부터 하류로(여기서, 상류 및 하류방향은 주요 흐름의 순환방향으로 결정된다) 고압압축기(1)와 디퓨저 그릴(10) 및 연소실을 구비하되, 고압압축기는 주요 흐름용 덕트를 방사상으로 한정하고서 방사상 바깥쪽으로 뻗은 환형상구조물(7)에 연결되는 외피(6)를 구비하며, 디퓨저 그릴은 압축기의 외피(6)에서 축방향으로 연장되고서 연소실의 끝을 상류에서 한정하는 뒤쪽으로 향한 원추형 스트럿(13)에 연결된 외부케이싱(12)을 구비하고, 이 스트럿은 상류방향으로 뻗어 있고서 고정수단에 의해 환형상구조물(7)에 고정된 외부케이싱의 외피(14)에 연결되어, 스트럿과 외부케이싱의 외피 및 환형상구조물이 디퓨저 그릴 주위로 공동부(20)를 형성하며, 이 공동부와 연소실의 끝이 연통되도록 하기 위해서 공기추출구멍(22)이 스트럿(13)에 형성되어 있고, 외부케이싱의 외피에 추출공기용 출구구멍(23)이 설치되어 있으며, 상기 주요 흐름용 덕트와 공동부(20)를 분리시키기 위해 디퓨저 그릴의 외부케이싱(12)과 환형상구조물(7) 사이에 밀봉수단이 구비되어 있는 제트엔진에 있어서,

상기 밀봉수단은 스프링에 의해 작용되고서 카운터실과 나란히 설치된 스트립으로 이루어진 부채꼴의 제1밀봉부(50)와 제2밀봉부(60)를 구비하되, 제1밀봉부(50)는 디퓨저 그릴의 외부케이싱(12)의 상류부(12a) 주위에 구비된 제1홈(32)에 고정되고, 이 제1밀봉부의 스트립은 제1스프링(35)의 작용하에 환형상구조물(7)과 일체로 된 제1돌출부(71)의 하류끝에 지지되는 한편, 제2밀봉부(60)는 환형상구조물(7) 아래에 구비된 제2홈(73)에 고정되고, 제2밀봉부의 스트립은 제2스프링(75)의 작용하에 환형상구조물과 일체로 된 제2돌출부(72)의 상류끝과, 외부케이싱의 상류부(12a)와 일체로 된 제3돌출부(76)의 상류끝에 지지되어 있는 제트엔진.
제1항에 있어서, 상기 제1홈(32)은 상류쪽 플랜지(33a)와 하류쪽 플랜지(33b)에 의해 한정되고, 상기 제1밀봉부와 제1스프링은 상기 플랜지들에 고정된 리벳(34)에 의해 보유지지되며, 상기 제3돌출부(76)는 상류쪽 플랜지(33a)의 상류면에 형성되어 있는 제트엔진.
제2항에 있어서, 상기 환형상구조물(7)은 뒤쪽으로 향하고 있는 방사상 내부(7a)를 구비하고 있으며, 상기 제2홈(73)은 상류쪽 플랜지(33a) 위에 위치된 제3플랜지(70)와 상기 방사상 내부(7a)에 의해 한정되고, 상기 제1돌출부(71)는 제3플랜지(70)의 방사상 내부끝으로부터 하류방향으로 뻗어 있으며, 이 방사상 내부끝은 추가적으로 상류방향으로 뻗어 있으면서 제2밀봉부(60)가 지지하는 제2돌출부(72)를 갖추고 있는 제트엔진.
제3항에 있어서, 상기 제2스프링(75)은 제2홈(73)에 있는 제2밀봉부(60)의 카운터실과 스트립의 핀에 의한 고정과 별개로, 환형상구조물(7)에 형성된 지지부(74)에 고정되는 제트엔진.