KR20050029685A - 이중 볼조인트를 갖춘 튜브를 이용하여 실내로 공기를추출하는 시스템을 갖춘 제트엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실내로 공기를 추출하기 위한 시스템에 관한 것으로, 공기는 한편으로 압축기의 외피(6)와 이 외피에 연결된 환형상구조물(7)에 의해, 다른 한편으로는 디퓨저 그릴의 외부케이싱(12)과, 이 외부케이싱 및 엔진케이싱의 외피(14)에 연결된 스트럿(13)에 의해 한정되는 공동부를 관통하는데, 외부케이싱의 외피(14)는 나사결합에 의해 환형상구조물(7)에 고정된다. 또한, 출구구멍(23)과 스트럿(13)의 공기추출(22) 사이에 튜브를 구비하되, 이 튜브의 제1끝(61)은 자유로이 회전하나 병진운동을 할 수 없는 선회연결부에 의해 출구구멍(23)에 장착되어 있고, 튜브의 제2끝(63)은 자유로이 회전하고 자유로이 병진운동을 할 수 있는 선회연결부에 의해 공기추출구멍(22)에 장착되어 있다.

Description

이중 볼조인트를 갖춘 튜브를 이용하여 실내로 공기를 추출하는 시스템을 갖춘 제트엔진 {Provision of sealing in a jet engine for bleeding air to the cabin using a tube with a double ball joint}

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 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 위한 구멍이 뚫려 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 상대적으로 축방향 이동된 후에, 외부 플랜지들(15,16)과 나사결합됨으로써 압축기에 조립될 수 있게 되어 있다.

본 발명의 목적은 출구구멍과 스트럿의 공기추출구멍 사이에 연소실의 끝에서 추출된 공기를 보내는 경로를 형성하되, 디퓨저 그릴을 둘러싸는 공동부의 방사상 내부영역을 기밀하게 만들 필요가 없도록 된 시스템을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 성취하기 위한 본 발명은, 출구구멍과 스트럿의 공기추출구멍 사이에 튜브를 구비하되, 이 튜브의 제1끝은 자유로이 회전하나 병진운동을 할 수 없는 선회연결부에 의해 출구구멍에 장착되어 있고, 튜브의 제2끝은 자유로이 회전하고 자유로이 병진운동을 할 수 있는 선회연결부에 의해 스트럿의 공기추출구멍에 장착되어 있다.

따라서, 이 튜브 안의 공기흐름은 디퓨저에서 압축기의 고정자를 분리하는 공동부의 압력변동에 관계가 없게 되고, 단지 추출영역의 연소실 끝에서의 우세한 압력에 의해 영향을 받게 된다.

튜브의 제1끝 및 제2끝은 각각 그 외주에 구형상표면부를 구비한다.

스트럿의 공기추출구멍은 그 직경이 튜브의 제2끝의 구형상표면부의 직경과 대체로 동일한 원통형 구멍으로 형성된다.

출구구멍은 외부케이싱의 외피의 벽에 형성된 구멍으로 이루어지는데, 이 구멍은 외피의 외부면 쪽에 위치된 원통형상부와, 이 원통형상부에 연결되고서 내부면 쪽에 위치된 구형상부에 의해 한정되며, 이들 원통형상부와 구형상부는 튜브의 제1끝의 구형상표면부의 직경과 대체로 동일한 직경을 갖는다.

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

도 1 내지 도 5에 대해서는 이미 위에서 상세히 설명되어 있기에 더이상 설명하지 않는다.

도 6은 그 고정자가 주요 흐름용 덕트를 한정하는 외피(6)를 갖춘 제트엔진의 압축기의 하류부를 도시하고 있는 바, 상기 외피는 그 외주에 플랜지(16)를 갖추고 V형상의 단면을 가진 환형상구조물(7)에 연결되어 있고, 디퓨저 그릴(10)은 외피(6)에 연속되는 외부케이싱(12)과, 압축기의 외피(6)의 하류부(6a)와 함께 틈새(21)를 한정하는 상류부(12a)를 갖추고 있다.

디퓨저 그릴(10)의 외부케이싱(12)은, 상류방향으로 뻗어 있는 외부케이싱의 외피(14)에 연결되고서 그 상류끝에 플랜지(15)를 갖춘 비스듬한 스트럿(13)에 연결되어 있다. 플랜지(15)와 플랜지(16)는 나사결합에 의해 서로 고정된다.

스트럿(13)은 원통형 구멍(51)으로 형성된 적어도 하나의 공기추출구멍(22)을 갖추고, 이 공기추출구멍(22)은 연소실의 끝에서 특히 비행기의 실내를 통풍시키기 위한 공기를 추출하는 데에 이용된다.

또한, 외부케이싱의 외피(14)는 실내에 공기를 통하게 하는 장치(도면에 도시되지 않음)를 위한 파이프(50)의 입구에 공급공기용 출구구멍(23)을 구비한다.

외부케이싱의 외피(14)에 있는 출구구멍(23)의 축과 스트럿(13)에 있는 공기추출구멍(22)의 축은 제트엔진의 축을 포함하는 공통 자오면에 배치된다.

출구구멍(23)은 원통형상부(53)에 의해 외피(14)의 외부면(14a)쪽과, 구형상부(54)에 의해 외피(14)의 내부면(14b)쪽에 한정되는데, 이들 두 부분은 출구구멍(23) 주위에 보스(55)를 갖추고서 외부케이싱의 외피(14)에 있는 벽부의 중간면에서 연결된다.

공동부(20)를 관통하는 튜브(60)는 스트럿(13)의 공기추출구멍(22)을 파이프(50)의 입구에 연결한다.

이 튜브(60)는 외피(14)의 출구구멍(23)에 배치된 제1끝(61)을 갖추는 바, 이는 그 외주에 직경이 출구구멍(23)을 한정하는 원통형상부(53)와 구형상부(54)의 직경과 동일하거나 거의 동일한 구형상표면부(62)를 갖추고 있다.

튜브(60)의 길이는 그 제2끝(63)이 스트럿(13)의 공기추출구멍(22)에 배치되도록 결정된다. 이 제2끝(63)은 그 외주에 직경이 공기추출구멍(22)의 직경과 동일하거나 거의 동일한 구형상표면부(64)를 갖추고 있다.

따라서, 튜브(60)와 스트럿(13) 사이의 연결은, 공기추출구멍(22)의 축방향으로 제2끝(63)이 자유로이 병진운동을 할 수 있고 구형상표면부(64)의 중심 주위로 자유로이 회전할 수 있는 선회연결부로 이루어진다.

튜브(60)의 제1끝(61)의 앞면은 파이프(50)의 끝면에서 조금 떨어져 위치되는데, 이는 튜브(60)의 제1끝(61)이 병진운동하지 못하게 하고 제1끝이 구형상표면부(62)의 중심 주위로 자유도를 갖게 한다. 파이프(50)의 입구는 구형상표면부(62)를 지지하는 구형상지지면을 구비할 수 있다.

따라서, 외부케이싱의 외피(14)와 튜브(60) 사이는 자유로이 회전하나 병진운동을 할 수 없는 볼조인트의 형태로 연결부가 이루어진다.

출구구멍(23)의 직경은 튜브(60)의 장착을 용이하게 하기 위해서 공기추출구멍(22)의 직경보다 크다. 튜브(60)의 제2끝(63)은 외부면(14a)에 의해 외부케이싱의 외피(14)의 출구구멍(23)으로 삽입된다.

제2끝(63)이 스트럿의 공기추출구멍(22)에 수용될 때, 제1끝(61)의 구형상표면부(62)는 출구구멍(23)의 구형상부(54)에 대해 접하게 된다. 파이프(50)를 설치함으로써 출구구멍(23)의 축에 대하여 제1끝(61)이 병진운동으로는 움직이지 못하게 될 것이다.

튜브(60)는, 디퓨저와 특히 스트럿(13) 및 외부케이싱의 외피(14)를 구성하는 재료와 대체로 동일한 팽창계수를 갖는 재료로 만들어진다. 이러한 재료로는 특히 디퓨저의 재료와 동일하게 될 수 있는데, 이는 온도변화에 관련된 문제점을 없앨 수 있게 된다.

상기 선회연결부의 구형상 및 원통형상의 표면들은 접촉시 부재들을 보호하면서 상대적인 미끄럼이동을 향상시키는 물질로 처리될 수 있는 바, 이들 표면은 특히 흑연을 함유한 세라믹 바니시(ceramic varnish)로 처리될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 출구구멍과 스트럿의 공기추출구멍 사이에 연소실의 끝에서 추출된 공기를 보내는 경로를 형성하되, 디퓨저 그릴을 둘러싸는 공동부의 방사상 내부영역을 기밀하게 만들 필요가 없도록 된 시스템을 갖춘 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 본 발명에 따라 실내로 공기를 추출하는 시스템을 도시한 단면도이다.

Claims (8)

1. 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(10) 주위로 공동부(20)를 형성하며, 이 공동부(20)와 연소실의 끝이 연통되도록 하기 위해서 공기추출구멍(22)이 스트럿(13)에 형성되어 있고, 외부케이싱의 외피에 추출공기용 출구구멍(23)이 설치되어 있는 제트엔진에 있어서,

   상기 출구구멍(23)과 스트럿(13)의 공기추출구멍(22) 사이에 튜브를 구비하되, 이 튜브의 제1끝(61)은 자유로이 회전하나 병진운동을 할 수 없는 선회연결부에 의해 출구구멍(23)에 장착되어 있고, 튜브의 제2끝(63)은 자유로이 회전하고 자유로이 병진운동을 할 수 있는 선회연결부에 의해 공기추출구멍(22)에 장착되어 있는 제트엔진.
2. 제1항에 있어서, 상기 튜브의 제1끝 및 제2끝은 각각 그 외주에 구형상표면부(62,64)를 구비하는 제트엔진.
3. 제2항에 있어서, 상기 스트럿(13)의 공기추출구멍(22)은 그 직경이 튜브의 제2끝(63)의 구형상표면부(64)의 직경과 동일한 원통형 구멍(51)으로 형성되는 제트엔진.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 출구구멍(23)은 외부케이싱의 외피(14)의 벽에 형성된 구멍으로 이루어지되, 이 구멍은 외피의 외부면(14a) 쪽에 위치된 원통형상부(53)와, 이 원통형상부에 연결되고서 내부면(14b) 쪽에 위치된 구형상부(54)에 의해 한정되며, 이들 원통형상부와 구형상부는 튜브의 제1끝(61)의 구형상표면부(62)의 직경과 동일한 직경을 갖는 제트엔진.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브(60)는 스트럿(13) 및 외부케이싱의 외피(14)를 구성하는 재료와 동일한 팽창계수를 갖는 재료로 만들어지는 제트엔진.
6. 제5항에 있어서, 상기 튜브(60)와 스트럿(13) 및 외부케이싱의 외피(14)는 동일한 재료로 만들어지는 제트엔진.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선회연결부의 표면은 접촉시 부재들을 보호하면서 상대적인 미끄럼이동을 향상시키는 물질로 처리되는 제트엔진.
8. 제7항에 있어서, 상기 물질은 흑연을 함유한 세라믹 바니시인 제트엔진.