KR20140037885A

KR20140037885A - 터보머신을 위한 환형 연소실

Info

Publication number: KR20140037885A
Application number: KR1020137034350A
Authority: KR
Inventors: 베르나르 카레르; 니콜라스 사바리
Original assignee: 터보메카
Priority date: 2011-06-08
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2014-03-27
Also published as: US8925331B2; US20140109595A1; JP6073299B2; CN103597285B; FR2976346A1; CN103597285A; KR102001690B1; EP2718627B1; PL2718627T3; ES2548697T3; RU2600829C2; CA2838168A1; EP2718627A2; RU2013158179A; JP2014516152A; WO2012168636A3; FR2976346B1; WO2012168636A2; CA2838168C

Abstract

본 발명은 축방향(X), 방사방향(R), 및 애지머스 방향(Y, azimuth direction)을 제공하는 터보머신을 위한 환형 연소실(10, 110, 210)로서, 상기 연소실(10, 110, 210)은 제1 환형벽(12)과 제2 환형벽(14)을 포함하는 터보머신을 위한 환형 연소실을 제공하고, 각각의 환형벽은 상기 연소실(10, 110, 210)의 둘레(enclosure)의 적어도 일부를 형성한다. 상기 제1 환형벽(12)과 제2 환형벽(14)은 애지머스에서의 결합(engagement in azimuth)에 의하여 상호 작동하는 상호 보완적 조립 수단을 제공한다.

Description

터보머신을 위한 환형 연소실{ANNULAR COMBUSTION CHAMBER FOR A TURBOMACHINE}

본 발명은 터보머신의 연소실 분야에 대한 것으로, 더욱 특히, 본 발명은 터보머신을 위한 환형 연소실에 대한 것이고, 특히 이에 한정하는 것은 아니지만, 헬리콥터 터보 샤프트 엔진(turboshaft engines)에 대한 것이다.

터보머신을 위한 종래의 환형 연소실은 축방향, 방사방향, 및 애지머스 방향(azimuth direction)을 제공하고, 제1 환형벽과 제2 환형벽을 포함하며, 각각의 환형벽은 상기 연소실의 둘레(enclosure)의 적어도 일부를 형성한다.

상기 제1 환형벽과 제2 환형벽은 용접, 축결합(axial engagement) 또는 볼트결합에 의하여 서로 조립될 수 있다. 상기 용접에 의한 결합은, 상기 제1 환형벽과 제2 환형벽의 분해를 불가능하게 하여, 예컨대 유지보수나, 어느 한쪽의 환형벽을 교체하는 것을 불가능하게 한다. 상기 축결합에 의한 조립은 누출방지에 취약한 단점이 있고, 상기 제1 환형벽과 제2 환형벽이 겹친 지역을 통해 연소가스가 빠져나갈 수 있다. 상기 볼트 결합에 의한 조립은 볼트를 수용하는 구멍 주변에 크랙(cracks)의 발생이 쉽다는 단점이 있어서, 연소실을 약하게 한다.

본 발명의 목적은 위에서 설명한 단점의 적어도 일부라도 해소하기 위한 것이다.

상기한 본 발명의 목적은 축방향, 방사방향, 및 애지머스 방향(azimuth direction)을 제공하는 환형 연소실에 의하여 달성되는데, 상기 연소실은 제1 환형벽과 제2 환형벽을 포함하며, 각각의 환형벽은 상기 연소실의 둘레(enclosure)의 적어도 일부를 형성하고, 상기 제1 환형벽과 제2 환형벽은 애지머스에서의 결합(engagement in azimuth)에 의하여 상호 작동하는 상호 보완적 조립 수단을 제공한다.

상기 제1 환형벽은 제1 보완 조립 수단을 구비하고, 상기 제2 환형벽은 제2 보완 조립 수단을 구비하여, 상기 제1 환형벽과 제2 환형벽은 각각 서로에 대하여 상호보완적으로 조립되어, 상호결합에 의하여 상호작용할 수 있도록 되어 있다. 상기 제1 보완 조립 수단은 애지머스에서의 결합에 의하여 상기 제2 보완 조립 수단과 상호작용하게 된다. 다시 말하면, 상기 제1, 제2 보완 조립 수단은 상기 연소실의 축방향 주위로 서로에 대하여 회전할 수 있게 하면서 서로 결합되어 있다.

상기 애지머스에서의 결합에 의하여 상호 보완적인 조립 수단들 사이의 상호작요은 축결합(axial engagement)에 비교하여 볼 때 연소 가스의 누출을 줄일 수 있게 한다. 특히, 축방향 열팽창보다 방사상의 열팽창이 작기 때문에, 상기 애지머스에서의 결합에 의하여 형성된 조립체가 상기 제1 환형벽과 제2 환형벽 사이의 영구적인 접촉을 유지하는 것을 가능하게 하여, 상기 연소실의 어떠한 사용 조건에서도 가스 누출이 거의 없거나 전혀 없다. 더욱이, 그러한 애지머스에서의 결합은 상기 축결합에 의한 것보다 더 작은 간격을 사용할 수 있게 하고, 심지어 간격을 전혀 사용하지 않을 수도 있다. 더욱이, 상기 제1 환형벽과 제2 환형벽의 상호 결합은 서로 분해할 수 있도록 한다. 그리하여, 상기 제1 환형벽과 제2 환형벽의 종래의 기술에 의한 결합에 비교할 때, 본 발명에 따른 상기 애지머스에서의 결합에 의한 조립은 분해할 수 있다는 장점과 가스 누출을 줄이거나 심지어 가스 누출이 전혀 없다는 장점을 제공한다. 더욱이, 상기한 애지머스에서의 결합에 의한 조립은 종래 기술에 의한 조립보다 작업 수행이 더 간단한 장점도 있다. 특히, 애지머스에서의 결합은, 축방향 둘레로 정렬하거나 중심맞춤을 행하는 데 있어서 종래 기술에서보다 더욱 용이하게 할 수 있도록 한다. 또한, 본 발명의 조립은 어떠한 볼트도 사용하지 않기 때문에, 크랙의 발생을 피할 수 있다. 특히, 상기 조립이 애지머스에서의 조립에 의하여 수행되기 때문에, 방사방향 및 축방향 열팽창이, 서로 계속 결합되어 있으면서 미끄러질 수 있는 상기 제1, 제2 보완 조립 수단에 의하여 용이하게 수용된다. 따라서, 그러한 미끄러짐은 조립체에 대하여 만족스런 형상을 유지하면서, 우선 열팽창에 대한 보상을 가능하게 하고, 다음으로 열팽창 동안에 크랙 발생을 촉진할 수 있는 재밍현상(jamming)을 피할 수 있도록 한다.

바람직하게는, 상기 제1 환형벽과 제2 환형벽은 애지머스에서의 결합에 의하여 상호작용하는 상호 보완적인 조립 수단을 제공하고, 상기 상호 보완적인 조립 수단은 애지머스에서 제1 방향으로 상기 제1 환형벽으로부터 연장하는 다수의 제1 설편(tongues)과 애지머스에서 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 상기 제2 환형벽으로부터 연장하는 다수의 제2 설편을 포함하고, 상기 제1, 제2 설편은 애지머스에서의 결합에 의하여 상호작용한다.

상호작용하는 상기 제1, 제2 설편 중에서, 각각의 제1 설편은, 이 제1 설편과 상기 결합에 의하여 상호작용하는 제1 설편에 상응하게 되어 있다. 따라서, 제1 설편 중에서 일부의 설편은 같은 수의 제2 설편과 상응하게 된다. 예를 들어, 상기 상호보완적인 조립 수단이 10 개의 제1 설편과 12 개의 제2 설편을 포함하는 경우, 단지 3 개의 제1 설편만이 3 개의 제2 설편과 애지머스에서의 결합에 의하여 상호작용할 수 있다. 변형예에서는, 10 개의 제1 설편이 10 개의 제2 설편과 상호작용할 수 있다. 그리하여, 하나씩 결합함으로써, 상기 설편은 하나씩에 대해 마찰력을 작용하거나, 하나씩에 대해 탄성 지지력(elastic bearing forces)을 작용할 수 있어서, 서로 조립된 상기 제1 환형벽과 제2 환형벽을 고정할 수 있게 된다. 상기 제1, 제2 설편은 애지머스 결합 동안에 탄성적으로 변형할 수 있다. 상기 제1, 제2 설편 탄성 설편이다. 특히, 이것은 상기 제1 환형벽과 제2 환형벽을 미리 정해진 클램핑 토오크(clamping torque)로 조립할 수 있게 한다.

바람직하게는, 상기 제2 환형벽은, 상기 제1 환형벽이 가지는 제1 설편과 같은 수의 제2 설편을 가지도록 하고, 각각의 제1 설편은 제2 설편과 애지머스에서의 결합에 의하여 상호작용하게 된다. 이것은 조립체의 기계적인 강성을 향상시킬 수 있게 하고, 연소 가스의 누출을 감소시킬 수 있게 한다.

바람직하게는, 상기 제1 환형벽은 방사방향으로 연장하는 제1 환형 플랜지를 구비하고, 제2 환형벽은 방사방향으로 연장하는 제2 환형 프랜지를 구비하고, 상기 제1, 제2 환형 플랜지는 서로에 대하여 축방향으로 지지(bearing)함으로써 상호작용한다.

상기 상호보완적인 조립 수단이 서로 결합되어 있을 때, 상기 제1, 제2 플랜지는 서로에 대하여 지지함으로써 상호작용하게 됨을 당연히 이해할 수 있을 것이다. 상기 제1, 제2 플랜지 사이의 지지(bearing) 상호작용은 상기 제1 환형벽이 상기 축을 따르는 방향으로 상기 제2 환형벽에 대하여 차단될 수 있도록 한다. 더욱이, 상기 제1, 제2 환형 플랜지는 바람직하게는, 서로 상호작용하는 밀봉면을 형성하고, 상기 밀봉면은 연소 가스의 어떠한 누출도 감소시킬 수 있도록 서로에 대하여 지지한다.

바람직하게는, 상기 제1 설편은 제1 환형 플랜지에 형성되어 있고, 상기 제2 설편은 제2 환형 플랜지에 형성되어 있다.

따라서, 상기 제1, 제2 환형 플랜지는 상기 축을 따르는 제1 방향으로 서로에 대하여 지지함으로써 상호작용하게 되고, 상기 제1, 제2 설편은, 애지머스에서의으로 결합되어 있을 때, 상기 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 상기 축을 따라 서로에 대하여 지지함으로써 상호작용한다.

상기 플랜지와 설편의 상호보완적인 형상은 먼저 조립체가 신뢰성있고 기계적으로 튼튼한 것을 확실히 하고, 다음으로 연소 가스의 누출도 감소시킬 수 있게 한다. 또한, 상기 환형 플랜지 위에 배치됨으로써, 상기 설편은, 서로에 대하여 미끄러짐으로써 어떠한 차등적인 열팽창, 특히 방사방향으로의 팽창도 보상한다. 따라서, 상기 조립체는 열팽창에 대하여 상대적으로 덜 민감하고, 연소실이 사용되는 어떠한 열팽창에서도 결합이 신뢰성있게 유지된다. 하나의 실시예에서, 상기 제1, 제2 설편들은 레이저 절삭으로 기계가공된다 (제1, 제2 환형벽은 금속으로 만들어진다). 이것은 상기 제1 환형벽 또는 제2 환형벽을 단일의 공작으로 가공하는 동안 설편을 형성할 수 있도록 한다. 이것은 절삭의 정확도를 향상시킬 수 있도록 하고, 상기 조립체의 품질(향상된 기계적 강성, 감소된 누출)를 향상시킬 수 있게 한다.

바람직하게는, 상기 제1 설편은 상기 제1 플랜지에 대하여 상기 축을 따르는 제1 방향으로 미리 형성된 각을 형성하고, 상기 제1 설편은 상기 제1 플랜지에 대하여 상기 축을 따르는, 상기 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 미리 형성된 각을 형성한다.

상기 설편들이 형성된 상기 플랜지와 미리 정해진 각도를 형성하고 결합되기 전에, 이러한 방식으로 실행된 상기 설편들은 서로 결합되기 더 쉬워진다. 바람직하게는, 각각의 제1, 제2 설편들은, 각각 상기 제1, 제2 플랜지와 1도와 5도의 범위로 놓이는 미리 정해진 각도를 형성한다. 더욱 바람직하게는, 각각의 제1, 제2 설편들은 각각 상기 제1, 제2 플랜지와 약2도의 미리 정해진 각도를 형성한다. 용어 "약"은 어떤 각도에 플러스 마이너스 0.5도(이 실시예의 경우 2도 ± 0.5도)를 의미한다. 이 2도의 값은, 콤팩트한 구조와 함께 애지머스에서의 결합을 위한 미리 정해진 클램핑 토오크를 보장하기 위하여 만족스런 강성을 제공하는 축방향으로 탄성적인 설편을 형성한다.

바람직하게는, 상기 연소실은 상기 제1 환형벽에 대한 제2 환형벽의 회전을 막기 위한 (또는 역으로) 회전방지 수단(blocking means)을 구비한다.

상기 회전방지 수단은 전 방향으로 상기 제1 환형벽과 제2 환형벽의 상대이동을 막는다. 그리하여, 상기 상호보완적인 조립 수단이 애지머스에서 결합될 때, 상기 회전방지 수단은 결합을 고정하고 상기 상호보완적인 조립 수단이 이탈되는 것을 막아준다. 이것은 상기 제1 환형벽과 제2 환형벽의 상호 결합에 대한 더큰 신뢰성을 보장할 수 있게 한다.

바람직하게는, 상기 제1 환형벽은 적어도 하나의 제1 회전방지 수단을 구비하고, 상기 제2 환형벽은 적어도 하나의 제2 회전방지 수단을 구비하고, 상기 제1 회전방지 수단은 상기 제2 환형벽에 대한 상기 제1 환형벽의 회전을 방지하기 상기 제2 회전방지 수단과 상호작용한다.

바람직하게는, 상기 제1 환형벽은 다수의 제1 회전방지 수단을 구비하고, 상기 제2 환형벽은 다수의 제2 회전방지 수단을 구비하고, 상기 제1 또는 제2 회전방지 수단은 애지머스에서 균일하게 분포되어 있고, 제1, 제2 회전방지 수단 중에서 다른 회전방지 수단은 애지머스에서 일정하게 분포되어 있지 않다.

제1 실시예에서, 상기 회전방지 수단은 상기 제1 환형벽을 상기 제2 환형벽에 고정하기 위하여 적어도 하나의 스크류를 포함한다.

바람직하게는, 상기 스크류는 상기 제1, 제2 환형 플랜지를 통과하고 이들을 서로 고정한다.

상기 고정 스크류는 환형벽의 두께에 바로 나사결합(즉, 제1, 제2 환형 플랜지와 스크류 결합됨으로써 직접 상호작용)되거나, 너트 도움을 받는 상태에 놓여 너트 볼트 결합이 제1, 제2 환형 플랜지를 서로 고정하게 된다. 상기한 스크류는 열팽창을 막지 않고 크랙에 이를 수 있는 국부 스트레스를 발생하지 않기 때문에, 스크류는 상기 플랜지를 통해 결합 구멍의 주변에 크랙을 생성하지 않음이 관찰되었다.

이러한 제1 실시예에서, 상기 제1 환형벽(또는 제1 환형 플랜지)은 스크류를 관통하기 위한 단 하나의 구멍을 가질 수 있고, 또는 다수의 구멍을 가질 수 있는데, 제1 구멍은 하나 이상의 제1 회전방지 수단을 형성하고, 상기 제2 환형벽(또는 제2 환형 플랜지)은 스크류를 관통하기 위한 단 하나의 구멍을 가질 수 있고, 또는 다수의 구멍을 가질 수 있는데, 제2 구멍은 하나 이상의 제2 회전방지 수단을 형성한다. 제1 회전방지 수단(또는 제1 구멍)은 스크류 결합에 의하여, 상기 제1 환형벽을 상기 제2 환형벽에 대하여 회전을 막기 위하여 제2 회전방지 수단(또는 제2 구멍)과 상호작용한다.

제2 실시예에서는, 상기 회전방지 수단들은 상기 제1 환형벽에 고정된 적어도 제1 돌출부를 포함하고, 상기 제2 환형벽에 고정된 적어도 제2 돌출부를 포함하고, 상기 상호보완적인 조립수단은 제1 방향으로 애지머스에서의 결합에 의하여 상호작용하고, 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부는 제1 방향으로 애지머스에서의 탄성결합에 의하여 상호작용하고, 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부는 상기 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 애지머스에서 맞닿아 상호작용한다.

상기 상호보완적인 조립수단들이 애지머스에서 결합될 때, 상기 제1 돌출부는 상기 제2 돌출부와 결합된다. 결합 운동 중에, 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부의 하나 또는 둘은 탄성적으로 변형되어, 하나의 돌출부가 다른쪽 돌출부를 넘어까지 지나간다. 일단 결합이 완료되면, 예를 들어, 상기 제1 환형벽에 대하여 미리 정해진 위치에서 상기 제2 환형벽을 애지머스로 위치시킴으로써, 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부는 서로로부터 결합이 해제되어 원래의 초기 형상으로 되돌아 간다. 그리하여, 상기 제1 환형벽과 제2 환형벽의 결합은, 스트로크의 끝에 있거나 차단된 상기 상호보완적인 조립 수단에 의하여 제1 방향으로 애지머스에서 회전이 차단되고 (예컨대, 제1 방향으로 그들의 차단을 해제하기 위하여 연소실 내에서 진동이나 차별적인 열팽창에 의하여 발생된 힘보다 더 큰 클램핑 토오크(clamping torque)를 전달할 필요가 있을 것이다), 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로도 맞닿아 상호작용하는 상기 2 개의 돌출부에 의해 회전이 차단된다. 상기 차단 수단이 다수의 제1 돌출부와 다수의 제2 돌출부를 포함할 때, 상기 제1 돌출부 중의 적어도 하나는 상기 제2 돌출부 중의 적어도 하나와 상호작용하고, 또한 다른 하나 이상의 제1 돌출부는 다른 하나 이상의 제2 돌출부와 각각 상호작용하는 것이 가능하다.

바람직하게는, 상기 제1 돌출부는 상기 제1 플랜지로부터 실질적으로 방사방향으로 연장되고, 상기 제2 돌출부는 상기 제2 플랜지로부터 실질적으로 방사방향으로 연장된다.

이 제2 변형례에서, 상기 제1 돌출부는 제1 회전방지 수단을 형성하고, 상기 제2 돌출부는 제2 회전방지 수단을 형성한다.

제3 변형례에서, 상기 회전방지 수단은, 상기 제1, 제2 환형 플랜지로부터 선택된 플랜지의 어느 하나에 형성된 적어도 하나의 접혀질 수 있는 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드는 상기 제1, 제2 환형 플랜지로부터 선택된 플랜지의 다른 하나에 형성된 갭(gap)에 결합된다.

상기 제1, 제2 플랜지는 접혀질 수 있는 블레이드를 제공하고, 상기 제1, 제2 플랜지들 중에서 다른 플랜지는 갭(즉, 창 또는 절개부)을 제공하고, 상기 갭에 상기 접혀질 수 있는 블레이드가, 상호보완적인 조립 수단이 애지머스에서 결합될 때, 접혀져서 결합된다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 상기 갭은 상기 플랜지의 자유로운 선단 옆에 개방되어 U자형상을 형성한다. 그리하여, 상기 갭에서 상기 블레이드를 결합하기 위하여, 상기 갭의 U자형상의 바닥으로 블레이드를 접어 넣음으로써 상기 블레이드를 접는 것으로 충분하다. 상기 U자형상의 수직 테두리는, 상기 접혀진 블레이드의 테두리와 접촉하면서 작용시킴으로써, 상기 제1, 제2 환형벽 사이에서 상기 애지머스 방향으로 상대 이동을 제한하거나 차단한다.

이 제3 변형례에서, 상기 접혀질 수 있는 블레이드는 제1 결합수단을 형성하고, 상기 갭은 제2 결합수단을 형성한다 (또는 그 역으로).

본 발명은 또한 본 발명에 따른 연소실을 구비하는 터보머신을 제공한다.

본 발명은 또한 본 발명의 환형 연소실을 조립하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은, 마주보는 제1, 제2 환형벽의 상호보완적인 조립수단을 제공하는 단계; 및

상기 제1 환형벽에 대하여 제2 환형벽을 회전시킴으로써 애지머스에서 상기 상호보완적인 조립수단을 결합하는 단계를 포함한다.

애지머스에서의 결합을 위한 회전은 축방향 주위로 수행된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

바람직하게는, 상기 환형 연소실은 상기 제1 환형벽에 대하여 제2 환형벽의 회전을 차단하기 위한 차단수단을 구비하고, 상기 방법은 추가로 상기 제1 환형벽에 대하여 상기 제2 환형벽을 (애지머스 방향으로) 회전을 방지하는 수단을 구비한다.

본 발명에 따라, 축방향, 방사방향, 및 애지머스 방향(azimuth direction)을 제공하는 환형 연소실로서, 상기 연소실은 제1 환형벽과 제2 환형벽을 포함하며, 각각의 환형벽은 상기 연소실의 둘레(enclosure)의 적어도 일부를 형성하고, 상기 제1 환형벽과 제2 환형벽은 애지머스에서의 결합(engagement in azimuth)에 의하여 상호 작동하는 보완적 조립 수단을 형성하는 연소실이 제공된다.

본 발명 및 장점은 제한이나 한정하지 않는 실시예로 주어진 본 발명의 다양한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 잘 이해할 수 있을 것이다. 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대한 설명이 이루어질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 나타내는데, 분해된 사시도를 나타낸다.
도 1a는 도 1의 화살표 (A)를 따라 본 제1 실시예를 나타낸다.
도 1b는 도 1의 제1 실시예의 자세한 부분 B를 나타낸다.
도 2는 애지머스에서의 결합에 의한 제1 실시예의 제1, 제2 환형벽의 조립 동안 중간 단계를 나타낸다.
도 3은 조립되었을 때 도 1의 제1 실시예를 나타낸다.
도 4a와 도 4b는, 제2 환형벽에 대한 제1 환형벽의 회전을 방지하기 위한 스크류를 장착하기 위한 제1 실시예에서의 구멍의 각도 간격을 나타낸다.
도 5는 축방향에서 본 본 발명의 제2 실시예를 나타낸다.
도 5a, 도 5b, 도 5c, 및 도 5d는 상호 보완적인 조립 수단의 애지머스에서의 결합 동안 돌출부의 4 개의 연속적인 상대위치를 나타낸다.
도 6은 축방향에서 본 본 발명의 제3 실시예를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 상호 보완적인 조립 수단의 애지머스에서의 결합 동안 블레이드와 갭의 2 개의 연속적인 상대위치를 나타낸다.
도 7은 도 1의 연소실과 결합된 터보머신을 나타낸다.

도 1, 도 1a, 도 1b, 도 2, 도 3, 도 4a, 및 도 4b는 앞에서 언급한 제1 변형례에 사응하는 본 발명의 연소실의 제1 실시예를 나타낸다. 상기 연소실(10)은 제1 환형벽(12)과 제2 환형벽(14)을 구비한다. 상기 연소실(10)은 축방향(X, 축 x를 따르는), 방사방향(R) 및 애지머스 방향(Y)을 제공한다. 상기 연소실(10)은 축(X)에 대하여 회전 대칭을 제공한다. 이 실시예에서, 상기 제1 환형벽(12)는 화염 튜브(50)의 외부 케이싱이고, 상기 화염 튜브(50)는 또한 내부 케이싱(16)과 연소실 단부벽(18)을 구비한다. 상기 화염 튜브(50)는 연료 인젝터(52)를 수용하고 연료가 연소되는 즉, 연소가 일어나는 둘레부를 형성한다. 상기 제2 환형벽(14)는 외부 굽힘부를 형성하고, 상기 화염 튜브로부터 나오는 가스의 흐름을 안내하는 qu변류기(deflector)로서 작용한다. 이 연소실(10)은 역류형 환형 연소실이나, 본 발명은 이 특정한 형태의 연소실에 한정되지 않는다. 마찬가지로, 상기 제1, 제2 환형벽은 상기 외부 케이싱과 외부 굽힘부의 벽과 다른 벽일 수 있다.

상기 제1 환형벽(12)은 상기 연소실(10)로부터 방사방향 바깥쪽으로 연장하는 제1 환형 플랜지(12a)를 구비하고, 상기 제2 환형벽(14)은 상기 연소실(10)로부터 방사방향 바깥쪽으로 연장하는 제2 환형 플랜지(14a)를 구비한다. 상기 제1 환형 플랜지(12a)는 제1 애지머스 방향으로 향한 N 개의 제1 설편(12b, tongues)을 구비하고, 상기 제2 환형 플랜지(14a)는 상기 제1 애지머스 방향과 반대인 제2 애지머스 방향으로 향한 N 개의 제2 설편(14b)을 구비한다. 이 실시예에서는, 상기 N=18인, 18개의 제1 설편과 제2 설편이 있다. 상기 설편의의 방향은 설편의 근단부로부터 원단부 즉, 자유단으로 연장하는 방향에 의하여 정해진다. 도 1a에 보인 바와 같이, 상기 제1, 제2 환형벽(12, 14)이 서로 조립되기 위하여 서로를 향할 때, 상기 제1 설편(12b)은 상기 제2 플랜지(14a)를 향하는 축방향에서 미리 형성된 각도 α를 형성하고(이 실시예에서는 α=2도), 상기 제2 설편(14b)은 상기 제1 플랜지(12a)를 향하는 축방향에서 미리 형성된 각도 α를 형성한다(이 실시예에서는 α=2도). 상기 제1 설편(12b)과 상기 제2 설편(14b)은 비슷한 애지머스 방향 길이를 갖고, 상기 제1, 제2 플랜지(12a, 14a) 위에서 각각 균일한 각도로 분포된다. 다시 말하면, 인접한 2 개의 설편들 사이의 각도상의 간격은 모든 설편에 대하여 동일하다.

각각의 플랜지와 각각의 설편의 방사방향 크기는 동일하다. 상기 제1, 제2 환형벽(12, 14)의 조립에 대하여 연소가스에 대한 양호한 밀봉을 제공하기 위하여, 상기 설편은 각각의 플랜지의 방사상 크기 만큼만 방사상으로 연장된다 (즉, 플랜지의 방사상의 폭을 넘어서 연장되지 않는다). 도 1의 실시예에서는, 각각의 제1, 제2 플랜지(12a, 14a)는 상기 설편들이 형성되는 방사상으로 안쪽 부분과 방사상으로 바깥쪽 부분을 구비한다. 이 실시예에서는, 방사상으로 안쪽 부분은 방사상으로 4mm 이상 연장된다.

각각의 제1, 제2 환형 플랜지(12a, 14a)는 스크류(22)를 결합하기 위하여 M 개의 제1 관통 구멍(12c)과 M 개의 제1 관통 구멍(14c)을 구비한다 (도 3 참조). 서로 조립될 때, 상기 제1, 제2 관통 구멍(12c, 14c)은 상기 스크류(22)와 함께 회전을 방지하기 위하여 회전방지 수단을 형성한다. 이 실시예에서는 M=18인, 18 개의 제1, 제2 관통 구멍을 구비한다.

상기 제1, 제2 환형벽(12, 14)을 서로 조립하기 위하여, 상기 제2 환형벽(14)은 도 1에 보인 바와 같이, 상기 제1 환형벽(12)을 향하도록 형성되고, 상기 제1, 제2 환형벽(12, 14)은 서로에 대해 축방향으로 이동하여, 상기 제1 설편(12b)의 원단부가 상기 제2 설편(14b)의 원단부와 상기 제2 플랜지(14a) 사이에 축방향으로 배치되는 형태로 된다 (또는 그 역으로, 도 2 참조). 다시 말하면, 상기 조립체의 상호보완적인 수단은 서로를 향하도록 형성되고, 상기 제1, 제2 설편(12b, 14b)은, 도 3에서 굵은 화살표 방향으로 상기 연소실(10)의 축(X) 주위로 상기 제2 환형벽(14)가 회동하도록 함으로써 애지머스에서 결합된다. 결합 도중에, 상기 제1, 제2 설편의 축방향 경사(또는 각각의 설편에 의하여 형성된 각도)와 그 강성이, 도 3에 보인 바와 같이, 상기 제1, 제2 플랜지(12a, 14a)가 서로에 대해 지지할 수 있도록 한다.

상기 제2 환형벽(14)을 상기 제1 설편(12b)의 상기 제2 설편(14b)과의 애지머스 결합 동안에 상기 축방향(X) 주위로 쉽게 회전시키기 위하여, 손잡이(14d)가 상기 제2 플랜지(14a)의 둘레로부터 돌출한다 (도 1, 도 1b 참조).

상기 제1, 제2 환형벽(12, 14)이 애지머스에서 결합되었을 때, 스크류(22)를 마주보는 2 개의 구멍(12c, 14c)에 결합함으로써 상기 축(X) 주위로 서로에 대하여 회전하는 것이 방지된다. 이 실시예에서, 상기 스크류(22)는 너트(22a)와 잠금 와셔(22b)에 의하여 고정된다. 도 1b와 도 4b에 보인 바와 같이, 상기 구멍(14c)은 길쭉한 구멍이고 방사상으로 위치되어 상기 스크류를 2 개의 구멍(12c, 14c)에 삽입하기가 쉽게 된다. 특히, 이렇게 길쭉한 형태는 상기 제1, 제2 환형벽(12, 14)의 축 사이의 어떠한 불일치나, 구멍을 기계가공함에 있어서 어떠한 오차도 보상할 수 있게 한다.

상기 제1, 제2 환형벽(12, 14)이 서로 조립되었을 때 적어도 제1 구멍(12c)이 제2 구멍(14c)과 확실하게 애지머스로 정렬되도록 하기 위하여, 클램핑 토오크(clamping torque)나 결합의 최종 위치에 상관없이 이러한 적용으로, 상기 제1, 제2 구멍(12c, 14c)은 다음과 같이 애지머스에서 분포된다. 상기 제1 구멍(12c)은 균일하게 애지머스로 분포된다 (도 4a 참고). 각각의 제1 구멍은 두 개의 인접한 구멍으로부터 γ=360°/M로 이격되어 있다. 이 실시예에서는, 18 개의 제1 구멍(M=18)이 있기 때문에, 상기 간격은 γ=20°이다. 대부분의 제2 구멍(14c)은 애지머스에서 상기 각도 γ보다 차이 Δγ만큼 큰 γ'의 각도로, 즉 γ'=γ+Δγ로 분포되어 있다. 그럼에도 불구하고, 모든 제2 구멍(14c)이 애지머스에서 일정하게 분포하는 것은 아니다. 특히, 이 다수의 간격 γ'는 상기 제2 구멍의 애지머스 분포에서 오프셋(offset)을 일으켜서, 2 개의 인접한 제2 구멍이 상기 각도 γ와 γ'보다 작은 각도 γ"로 이격되고, 여기서 γ"는 다음의 관계식을 사용하여 계산된다: γ"=γ-(M-1)Δγ, M은 제2 구멍의 수이다. 이 실시예에서, Δγ=0.1°, M=18, γ=20°이고, γ'=20.1°, γ"=18.3°이다 (도 4b 참고). 당연히, 변형례에서는, 상기 제1, 제2 구멍의 애지머스에서의 분포는 바뀌어질 수 있다. 상기 제1 구멍은 제1 회전방지 수단을 형성하고, 상기 제2 구멍은 제2 회전방지 수단을 형성하며, 이들은 당연히 다른 숫자로 형성될 수도 있다.

도 5, 도 5a, 도 5b, 도 5c, 및 도 5d는 위에 설명한 제2 변형례에 상응하는 본 발명의 연소실의 제2 실시예를 나타낸다. 상기 회전방지 수단만이 제1 실시예와 달라서, 제1, 제2 실시예에서 공통되는 부분은 다시 설명하지 않고, 동일한 도면부호를 유지한다. 특히, 상기 제1, 제2 설편(12b, 14b)은 상기 제1 실시예에서와 동일한 방식으로 애지머스에서 결합된다.

본 발명의 제2 실시예에서 연소실(110)의 회전방지 수단은 우선 상기 제1 환형벽(12)에 고정된 제1 돌출부(112)의 수(P)에 상응하고, 두번째로 상기 제2 환형벽(12)에 고정된 제2 돌출부(114)의 동일한 수(P)에 상응한다. 이 실시예에서는, 제1, 제2 돌출부가 18개 있고, P=18이다. 더욱 특히, 상기 제1 돌출부(112)는 상기 제1 환형 플랜지(12a)로부터 방사상으로 연장하고, 상기 제2 돌출부(114)는 상기 제2 환형 플랜지(14a)로부터 방사상으로 연장한다. 각각의 제1, 제2 돌출부(112, 114)는 L자 형상 프로파일을 갖는 후크를 형성하고, 상기 L자 형상의 수직 바아의 상부는 상응하는 환형 플랜지에 결합되고, 상기 L자 형상의 수평 바아는 축방향으로 연장된다. 각각의 제1, 제2 돌출부(112, 114)의 L자 형상 후크의 수평 바아에 의하여 형성된 플레이트(112a, 114a)는 애지머스 방향에 대하여 각각 각도 β와 β'로 경사져 있고 (도 5a 참고), 상기 제1, 제2 돌출부(112, 114)의 상기 플레이트(112a, 114a)는 서로 동일한 방향으로 경사져 있다. 그리하여, 상기 플레이트(112a, 114a)가 서로에 대하여 지지하게 함으로써 상호작용하면서 상기 제1 돌출부(112)의 "아래에" 상기 제2 돌출부(114)를 결합하는 것이 가능해진다. 이 실시예에서, 각각의 플레이트(112a, 114a)는 동일한 경사각을 가져 β=β'이다. 더욱이, 이 실시예에서는, 각각의 플레이트(112a, 114a)는 4도의 경사각을 가져 β=β'=4°이다.

도 5a 내지 도 5d는 제2 돌출부(114)에 대하여 4 개의 상대적인 위치에 있는 제1 돌출부(112)를 보여주고, 상기 제1, 제2 설편(12b, 14b)은 애지머스 방향으로 결합된다. 상기 제1, 제2 설편(12b, 14b)이 서로 결합되지 않을 때(도 2에 보인 위치), 또는 애지머스에서의 결합의 시작점에 있을 때, 상기 제1, 제2 돌출부(112, 114)는 도 5a에 보인 바와 같이 상호작용하지 않는다. 상기 제1, 제2 설편(12a, 14a)의 애지머스 결합이 진행될 때, 상기 제1, 제2 돌출부(112, 114)는, 도 5a의 위치에서 도 5b의 위치로, 도 5b의 위치에서 도 5c의 위치로 연속적으로 이동하면서 그리고 제2 환형벽(12)은 도 5a, 도 5b, 및 도 5c에 보인 화살표 방향으로 회전하며 이동하여 서로 결합된다. 이러한 이동 동안에, 상기 플레이트(112a, 114a)는 서로에 대하여 방사방향으로 지지함으로써 상호작용하고, 상기 제2 돌출부(114)가 상기 제1 돌출부(112)의 왼쪽 위치로부터(도 5a 참고) 상기 제1 돌출부(112)의 오른쪽 위치로(도 5d 참고) 통과할 수 있도록, 상기 플레이트(112a, 114a)는 탄성적으로 변형된다. 상기 제1, 제2 설편(12a, 14a)의 결합이 충분히 진행되면, 상기 제2 돌출부(114)는 상기 제1 돌출부(112)로부터 결합이 해제되어, 각각의 플레이트(112a, 114a)는 탄성변형이 없는 위치(도 5d 참고)인 초기 위치로 복귀한다. 이 때부터, 상기 플레이트(112a, 114a)의 애지머스 방향 경사 때문에, 상기 제1, 제2 돌출부(112, 114) 사이에 방사상 어깨부가 형성되고, 상기 제1, 제2 설편(12a, 14a)의 애지머스 결합을 해제하는 어떠한 이동(도 5b와 도 5c에 보인 화살표와 반대방향)도 방지하게 된다. 상기 제1 돌출부(112)와 상기 제2 돌출부(114)는 도 5b와 도 5c에서 제1 애지머스 방향(화살표 방향)에서의 탄성 결합에 의하여 상호작용하고, 반면에, 상기 제1 애지머스 방향에 반대인 제2 애지머스 방향으로는 맞닿아 상호작용한다(도 5d).

상기 제1, 제2 환형벽(12, 14)의 미리 정해진 클램핑 토오크 또는 결합 위치에 대하여, 적어도 하나의 제1 돌출부(112)가 제2 돌출부(114)와 제2 방향에서 맞닿아 확실하게 상호작용하도록 하기 위하여, 상기 제1 돌출부와 제2 돌출부가 상기 제1 실시예에서의 제1, 제2 구멍과 같은 방식으로 애지머스에서 분포된다. 그리하여, 상기 제1 돌출부(112)는 애지머스에서 균일하게 분포되고, 상기 제2 돌출부(114)는 애지머스에서 균일하게 분포되지 않는다. 결국, 상기 제1 돌출부는 모두 γ=360°/P 각도로 이격되어 있고, 상기 제2 돌출부는 상기 각도 γ보다 차이 Δγ만큼 큰 γ'의 각도로, 즉 γ'=γ+Δγ로 이격되어 있되, 다만, 2 개의 인접한 제2 돌출부는 각도 γ"=γ-(P-1)Δγ로 이격되어 있다. 그리하여, 이 실시예에서는, P=18이고, Δγ=0.1°이고, γ=20°, γ'=20.1°, 그리고 γ"=18.3°이다. 당연히, 변형례에서는, 애지머스에서 제1, 제2 돌출부의 분포는 반대로 될 수 있다. 상기 제1 돌출부는 제1 회전방지 수단을 형성하고, 상기 제2 돌출부는 제2 회전방지 수단을 형성하고, 이들은 당연히 서로 다른 갯수로 구비될 수도 있다.

도 5는 상기 제1, 제2 돌출부가 맞닿아 탄성결합(I을 참고)으로 상호작용하는 클램핑 구조를 보여주는 반면, P/2-1 쌍의 제1, 제2 돌출부에서 탄성 결합이 완성되지 않고(돌출부의 쌍 I의 애지머스에서 오른쪽으로, II와 III 참고), 그리고 제1, 제2 돌출부의 다른 P/2 쌍에서 제1, 제2 돌출부는 부분적으로 탄성적으로 결합되어 있으나 맞닿아 상호작용하지 않는 방식으로 애지머스에서 이격되어 있다(돌출부의 쌍 I의 애지머스에서 왼쪽으로, IV와 V 참고).

도 6, 도 6a, 도 6b는 위에서 설명한 제2 변형례에 상응하는 본 발명의 제3 실시예를 나타낸다. 단지 회전방지 수단만이 제1, 제2 실시예와 다르고, 제2, 제3 실시예에서 공통되는 부분은 다시 설명하지 않고 도면부호도 동일하게 사용한다. 특히, 상기 제1, 제2 설편(12b, 14b)은 상기 제1, 제2 실시예에서와 같은 방식으로 애지머스로 결합된다.

본 발명의 제3 실시예에서 연소실(210)의 회전방지 수단은 첫째 상기 제1 플랜지(12a)에 형성된 Q 개의 접을 수 있는 블레이드(212)와, 둘째 상기 제2 플랜지(14a)에 형성된 같은 수의 Q 개의 갭(214)을 포함한다. 이 실시예에서는, Q=18로서 18 개의 블레이드와 갭이 있다. 상기 갭(214)은 U자 형상이고, 상기 플랜지(14a)의 외부 둘레 쪽을 향해 밖으로 개방되어 있다. 당연히, 변형례에서, 상기 갭은 제1 플랜지에 구비될 수 있고, 상기 접을 수 있는 블레이드는 제2 플랜지에 구비될 수 있다. 상기 접을 수 있는 블레이드는 제1 회전방지 수단을 형성하고, 상기 갭은 제2 회전방지 수단을 형성하고, 이들은 당연히 서로 다른 개수로 구비될 수도 있다.

도 6a와 도 6b는, 상기 제1, 제2 설편이 애지머스에서 결합되어 있을 때, 갭(214)에 대하여 접을 수 있는 블레이드(212)의 2 개의 상대적인 위치를 나타낸다. 상기 제2 환형벽(14)이 도 6a에 보인 화살표 방향으로 상기 제1, 제2 설편(12b, 14b)을 결합하기위하여 축(X) 주위로 상기 제2 환형벽(14)이 선회되도록 할 때, 상기 갭(214)은 상기 블레이드(212)와 대응맞춤 위치로 보내진다. 위와 같은 방식으로, 상기 접을 수 있는 블레이드(212)는 γ=360°/Q 각도로 애지머스에서 이격되어 있다. 상기 갭은 애지머스에서 균일하지 않게 분포되고, 상기 각도 γ보다 차이 Δγ만큼 큰 γ'의 각도로, 즉 γ'=γ+Δγ로 이격되어 있되, 다만, 2 개의 인접한 갭은 각도 γ"=γ-(Q-1)Δγ로 이격되어 있다. 그리하여, 이 실시예에서는, Q=18이고, Δγ=0.1°이고, γ=20°, γ'=20.1°, 그리고 γ"=18.3°이다. 당연히, 애지머스에서 이런 각도 간격은 반대로 될 수 있다. 그리하여, 상기 제1, 제2 환형벽(12, 14)의 예정된 클램핑 토오크 또는 결합 위치에 대하여, 상기 갭(214)에 상기 접을 수 있는 블레이드(212)를 접어넣음으로써 결합할 수 있게 하는 방식으로 상기 접을 수 있는 블레이드(212)와 상기 갭(214)이 확실하게 맞대응하도록 하여야 한다 (도 6b 참고).

도 6은 접을 수 있는 블레이드(212)가 갭(214)에 결합되는 클램핑 구조(I 참고)를 나타내고, Q/2-1 개의 블레이드(212)가 마주보는 Q/2-1 개의 갭(214)으로부터 애지머스에서 왼쪽으로 오프셋되어 있고(돌출부의 쌍 I로부터 애지머스에서 오른쪽으로, II와 III 참고), Q/2 개의 블레이드(212)가 마주보는 Q/2 개의 갭(214)으로부터 애지머스에서 왼쪽으로 오프셋되어(돌출부의 쌍 I로부터 애지머스에서 왼쪽으로, IV와 V 참고) 있어서, 마주보는 갭에서 결합될 수 없도록 되어 있다. 그리하여, 상기 갭(214)에 결합된 블레이드(212)로, 상기 블레이드(212)와 갭(214)은 애지머스에서 양 방향으로 맞닿아 상호작용하게 되고, 상기 제1, 제2 환형벽(12, 14) 사이에서 축(X) 주위로 상대적인 회전을 방지하게 된다.

일반적으로, 상기 연소실은 동일한 수 K 개의 제1, 제2 회전방지 수단을 제공하고, 인접한 제1 회전방지 수단은 애지머스에서 각도 γ=360°/K로 이격되어 있고, 인접한 제2 회전방지 수단의 이격 각도는 상기 각도 γ보다 차이 Δγ만큼 큰 γ'의 각도로, 즉 γ'=γ+Δγ로 이격되어 있되, 다만, 2 개의 인접한 제1 회전방지 수단은 각도 γ"=γ-(K-1)Δγ로 이격되어 있다. 변형례에서는, 제1, 제2 회전방지 수단의 각도 분포는 반대로 될 수 있다.

도 7은 환형 연소실(10)을 갖는 헬리콥터 터보 샤프트 엔진(300)을 나타낸다. 당연히, 변형 실시예에서는, 상기 엔진(300)은 연소실(110, 210)과 결합될 수 있다.

10: 연소실 12: 제1 환형벽
14: 제2 환형벽 12a: 제1 환형 플랜지
14a: 제2 환형 플랜지 12b: 제1 설편
14b: 제2 설편 22: 스크류

Claims

축방향(X), 방사방향(R), 및 애지머스 방향(Y, azimuth direction)을 제공하는 터보머신을 위한 환형 연소실(10, 110, 210)로서, 상기 연소실(10, 110, 210)은 제1 환형벽(12)과 제2 환형벽(14)을 포함하며, 각각의 환형벽은 상기 연소실(10, 110, 210)의 둘레(enclosure)의 적어도 일부를 형성하는 터보머신을 위한 환형 연소실에 있어서,
상기 제1 환형벽(12)과 제2 환형벽(14)은 애지머스에서의 결합(engagement in azimuth)에 의하여 상호 작동하는 상호 보완적 조립 수단을 제공하고,
상기 상호 보완적인 조립 수단은 애지머스에서 제1 방향으로 상기 제1 환형벽(12)으로부터 연장하는 다수의 제1 설편(12b, tongues)과 애지머스에서 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 상기 제2 환형벽(14)으로부터 연장하는 다수의 제2 설편(14b)을 포함하고, 상기 제1, 제2 설편(12b, 14b)은 애지머스에서의 결합에 의하여 상호작용하는 것을 특징으로 하는 터보머신을 위한 환형 연소실.
제1항에 있어서, 상기 제1 환형벽(12)은 방사상으로 연장하는 제1 환형플랜지(12a)를 구비하고, 상기 제2 환형벽(12)은 방사상으로 연장하는 제2 환형플랜지(14a)를 구비하고, 상기 제1, 제2 환형 플랜지(12a, 14a)는 서로에 대하여 축방향으로 지지함으로써 상호작용하는 것을 특징으로 하는 터보머신을 위한 환형 연소실.
제2항에 있어서, 상기 제1 설편(12b)은 제1 환형플랜지(12a)에 형성되어 있고, 상기 제2 설편(14b)은 제2 환형플랜지(14a)에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 터보머신을 위한 환형 연소실.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 환형벽(12)에 대하여 상기 제2 환형벽(14)의 회전을 방지하기 위하여 회전방지 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 터보머신을 위한 환형 연소실.
제4항에 있어서, 상기 회전방지 수단은 상기 제1 환형벽(12)에 고정된 적어도 제1 돌출부(112)를 포함하고, 상기 제2 환형벽(14)에 고정된 적어도 제2 돌출부(114)를 포함하고, 상기 상호보완적인 조립수단은 제1 방향으로 애지머스에서의 결합에 의하여 상호작용하고, 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부는 제1 방향으로 애지머스에서의 탄성결합에 의하여 상호작용하고, 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부는 상기 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 애지머스에서 맞닿아 상호작용하는 것을 특징으로 하는 터보머신을 위한 환형 연소실.
제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 회전방지 수단은, 상기 제1, 제2 환형 플랜지(12a, 14a)로부터 선택된 플랜지의 어느 하나에 형성된 적어도 하나의 접혀질 수 있는 블레이드(212)를 포함하고, 상기 블레이드(212)는 상기 제1, 제2 환형 플랜지(12a, 14a)로부터 선택된 플랜지의 다른 하나에 형성된 갭(214, gap)에 결합되는 것을 특징으로 하는 터보머신을 위한 환형 연소실.
제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 따른 환형 연소실(10, 110, 210)을 포함하는 터보머신(300).
제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 따른 환형 연소실(10, 110, 210)을 조립하기 위한 방법에 있어서,
마주보는 제1, 제2 환형벽(12, 14)의 상호보완적인 조립수단을 제공하는 단계; 및
상기 제1 환형벽(12)에 대하여 제2 환형벽(14)을 회전시킴으로써 애지머스에서 상기 상호보완적인 조립수단을 결합하는 단계;를 포함하는 환형 연소실(10, 110,210)을 조립하기 위한 방법.
제8항에 있어서, 상기 제1 환형벽(12)에 대하여 제2 환형벽(14)의 회전을 차단하기 위한 차단수단을 형성하는 단계를 포함하고, 추가로 상기 제1 환형벽(12)에 대하여 상기 제2 환형벽(14)의 회전을 방지하는 수단을 구비하는 환형 연소실(10, 110,210)을 조립하기 위한 방법.