(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン（１）の遠心圧縮機（１２）のインペラ（２２）のカバーを取り付けるための方法であって、カバーが、凹状シェル（５０）と、凹状シェル（５０）のほぼ中央に形成された接合部（８３）と凹状シェル（５０）をインペラ（２２）から離して保持する周囲軸方向取付部（８２）との間の取付部分（８）を形成する軸対称接続部とを有しており、凹状シェル（５０）とインペラとの間の距離が、タービンエンジン（１）の中間速度および遷移速度において最小の隙間で一定に維持されるように、前記軸対称接続部における二重ひじ連結部（８ｃ、８ｄ、８ｅ）を有する弾性的に変形可能な部分を、凹状シェル（５０）への接合部（８３）よりも、周囲軸方向取付部（８２）の近くに配置することを特徴とする、前記方法。
【請求項２】
前記変形可能な部分が、軸対称接続部の周囲軸方向取付部（８２）の近くに配置される、請求項１に記載の取り付け方法。
【請求項３】
軸対称接続部が、接合部（８３）における凹状シェル（５０）の湾曲部に関してほぼ半径方向である構造によって凹状シェル（５０）に接合される、請求項１および２のいずれか一項に記載の取り付け方法。
【請求項４】
タービンエンジンの遠心圧縮機用のカバー（５）であって、凹状シェル（５０）のほぼ中央に形成された接合端部とタービンエンジン（１）のケーシング（６）に固定することができる別の端部とを有する取付部分（８）を用いて、ブレード（２０）を備えるインペラ（２２）が取り付けられた圧縮機（１２）から離して配置することのできる内面（５１）を備えた凹状シェル（５０）を有しており、取付部分（８）が、全体的に円錐台状構造の軸対称ダイアフラム（８０）を有し、この軸対称ダイアフラム（８０）が、周囲軸方向取付部（８２）において、静止位置にあるとき直角および鈍角を有する二重ひじ連結部（８ｃ、８ｄ、８ｅ）を用いてケーシング（６）と互いに結合される、アームプロファイルを有しており、凹状シェル（５０）の内面（５１）とブレード（２０）の上側縁（２１）との間の距離が、作動中、中間速度および遷移速度において最小の隙間で一定に維持できるように、前記二重ひじ連結部（８ｃ、８ｄ、８ｅ）が、凹状シェル（５０）への接合部（８３）よりも、周囲軸方向取付部（８２）の近くに配置されていることを特徴とする、前記カバー。
【請求項５】
ダイアフラム（８０）が、周囲軸方向取付部（８２）と二重ひじ連結部（８ｃ、８ｄ、８ｅ）との間に軸方向の環状接続部（８ａ）を有する、請求項４に記載の遠心圧縮機のカバー。
【請求項６】
二重ひじ連結部（８ｃ、８ｄ、８ｅ）が、静止位置にあるとき、一方では、ほぼ直角のひじ部（８ｄ）を用いて軸方向の環状接続部（８ａ）と互いに結合され、他方では、鈍角のひじ部（８ｅ）を用いて円錐台状のアーム（８ｂ）と互いに結合される接合半径方向リム（８ｃ）によって形成される、請求項５に記載の遠心圧縮機のカバー。
【請求項７】
アーム（８ｂ）が、静止位置にあるときのほぼ直線のプロファイルと、接合部（８３）の近くで増大する漸進的に変化する厚さ（Ｅ）とを有する、請求項４から６のいずれか一項に記載の遠心圧縮機のカバー。
【請求項８】
アーム（８ｂ）が、平均して、カバーの凹状シェル（５０）の厚さよりも実質的に小さい厚さ（Ｅ）を有する、請求項４から７のいずれか一項に記載の遠心圧縮機のカバー。
【請求項９】
カバーおよびタービンエンジンの遠心圧縮機の組立体であって、一方では、カバー（５）の凹状シェル（５０）の内面（５１）が、作動中、圧縮機（１２）から一定の距離に離れて留まり、他方では、カバー（５）の周囲軸方向取付部（８２）が、タービンエンジン（１）のケーシング（６）に固定され得るように、カバー（５）が、請求項４から８のいずれか一項に記載の遠心圧縮機のカバーである、前記組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンエンジンの遠心圧縮機のカバーを取り付けるための方法、この方法を実施するカバー、ならびにそのようなカバーが設けられた遠心圧縮機組立体に関する。航空機、特にヘリコプタまたは飛行機のすべてのタイプには、タービンエンジンが設けられ得る。構造は、全飛行段階中、カバーとインペラの間に最小限のほぼ一定の隙間をもたらすという意味で最適化されると考えられている。
【背景技術】
【０００２】
インペラカバー取付部は、遠心圧縮機の作動中、カバーの配置を調整することを可能にするように可撓性のダイアフラムの形態で形作られる。通常望ましい配置は、圧縮機の一時的な運転速度であろうと、中間の定常状態の速度であろうと、全飛行段階中、カバーとインペラブレードの間に最小の隙間を保持することを目的とする。
【０００３】
一般的に、遠心圧縮機のインペラ内の空気流の温度および圧力は、インペラの前縁から後縁にかけて実質的に３０から４０％上昇する。この相違は、後縁に近いブレードの半径方向部分を上流方向に傾け、したがってインペラを上流側から下流側にかけて徐々にカバーに近づける効果を与える。さらには、これらの後縁の半径方向部分の領域内での温度のさらなる上昇は、タービンエンジンのタービンによって放射される熱に起因する。このさらなる寄与もまた、ますますブレードを圧縮機カバーに向けて傾ける。
【０００４】
それに加えて、インペラの高速の回転速度に起因する遠心力もまた、この傾きに寄与する。これらの遠心力はまた、カバーの前縁側で、特にカバーの軸方向部分が半径方向に膨張することを招く。
【０００５】
これらの状態では、カバーと遠心圧縮機インペラの間の隙間は、インペラに沿って前縁と後縁の間で局所的に変化し、かつ圧縮機の運転段階によって変化する差異を有する。ここでは、カバーとインペラの間の隙間は、遠心圧縮機の効率性の点で重要な要素である。この効率性を向上させるために、長期にわたる接触のリスクを有することなく、できるだけ一定で小さいカバー／インペラの隙間が望ましい。
【０００６】
一般に、カバーは、環状ダイアフラムの形態の取付部を用いて環状支持体にクランプ留めされる。環状取付部をカバー上に配置する方法はいくつか存在し、この配置によるカバー／インペラの隙間の挙動を検討する。この取付部は、
−前縁、すなわちインペラブレードの軸方向入口における上流側から
−後縁、すなわちブレードの半径方向出口における下流側から、または
−上流側縁と下流側縁の間、特にこれらの縁間の半分のところのカバーの凹状湾曲によって形成された、カバーのひじ部の内側から始まることができる。
【０００７】
前縁における接続部は、カバーからの抽気には適合されていない。実際には、取り込まれた空気とカバーとディフューザの間に流れる空気との間には気密性は存在せず、これが再循環を引き起こす。ここでは、抽気は、一般に、タービンエンジンまたは航空機装置の動力源として供給される。
【０００８】
後縁における接続部は、インペラ、特にその半径方向部分、すなわちその移動が最も重要である部分の移動にカバーが追従することを可能にせず、カバー／インペラの隙間は、タービンエンジンが、最大の離陸推力時、短縮形ではＭＴＯ時にあるときに所与の値を有するようにサイズ設定される。しかし、この隙間は、定常状態の中間速度または遷移速度では最適にはなり得ない。
【０００９】
欧州特許第１１６７７２２号明細書の特許で説明されるような後縁およびひじ部の内側の二重接続、または米国特許第５５５５７２１号明細書に述べられるような前縁およびひじ部の内側の二重接続はいずれも、インペラブレードの傾きに関するカバーの移動問題について同じ結果を招いている。
【００１０】
カバーのひじ部の内側の単一の接続は、二重接続または後縁における接続の欠点を取り除くことができず、その理由は、カバーの挙動が、ブレードの移動、特に上流側方向の移動に追従せず、それによって隙間調整を限定するためである。
【００１１】
ひじ部の内側の単一接続による構造は、たとえば、米国特許第４２６４２７１号明細書の文献で説明されており、ここでは、カバー取付部は、クランプを用いて環状支持体（４２）に固定された半径方向リム（５０）の形態の延長部である。リムは、圧力および温度の影響下で変形し得る。この変形が、凹状カバーをインペラブレードから同じ距離を保つように移動させることを可能にする。
【００１２】
しかし、接合部（５６）の半径方向動作は、圧縮作用するリム（５０）によって非常に限定される。したがって、このタイプの構造は、カバー上の既存の温度こう配によって自然に引き起こされるカバーの経度線の回転を制限する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】欧州特許第１１６７７２２号明細書
【特許文献２】米国特許第５５５５７２１号明細書
【特許文献３】米国特許第４２６４２７１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、それに対して、カバーとインペラブレードの間の隙間が、インペラの広範囲の変形において最大限小さいままであるようにカバーが移動することを可能にすることを目的とする。これを行うために、本発明は特有の部分を有する「カバー中央にある」タイプの取付部の配置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
より正確には、本発明の目的は、タービンエンジンの遠心圧縮機のインペラカバーを取り付けるための方法であって、カバーが、凹状シェルと、シェルのほぼ中央に形成された接合部と、シェルをインペラから離して保持する周囲軸方向取付部との間の軸対称接続部とを有する、方法である。弾性的に屈曲可能である部分が、前記接続部上に、シェルとの接合部から離れるように配置され、それにより、シェルとインペラの間の距離は、中間速度および遷移速度において最小の隙間で一定に保持される。そのような部分の存在は、作動中、距離をほぼ一定にすることを確実にし、それによって、中間速度および遷移速度において隙間の調整を最小限にすることを可能にし、さらに、取付部の挙動を、こうした中間速度および遷移速度においてインペラの挙動にできるだけ類似させて保つことを確実にする。
【００１６】
特定の実施形態によれば、変形可能な部分が、接続部の取付部近くに配置され、この接続部は、接合部においてシェルの湾曲部に関してほぼ半径方向である構造を用いてシェルを接合する。
【００１７】
本発明はまた、上記の方法を実施するカバーであって、シェルのほぼ中央に形成された接合端部と、タービンエンジンのケーシングに固定された別の端部とを有する取付部を用いて、ブレードが設けられたインペラが取り付けられた圧縮機から離して配置された内面を備えた凹状シェルを有する、カバーに関する。そのような取付部は、ほぼ円錐台状構造の軸対称のダイアフラムを有し、このダイアフラムは、静止位置にあるときに直角および鈍角を有する二重ひじ接合部を用いてケーシングに取り付けるための端部において一緒に結合されたアームプロファイルを有し、この接合部は、シェルと接合するための端部よりも取り付けるための端部の近くに配置される。したがって、シェルの内面とブレードの上側縁の間の距離は、作動中一定に保持され、かつ中間速度および遷移速度において最小の隙間調整で設定されることが可能である。
【００１８】
特定の実施形態によれば、
−ダイアフラムは、半径方向取り付けリムと二重ひじ接合部の間の軸方向の環状接続を有し、
−二重ひじ接合部は、静止位置にあるとき、接合部半径方向リムが、一方では、ほぼ直角のひじ部を用いて軸方向の環状接続部と、他方では、鈍角のひじ部を用いて円錐台状アームと一緒に結合されることによって形成され、
−有利には、アームプロファイルは、静止位置にあるときはほぼ直線になることができ、接合端部近くで増大する実質的に漸進的に変化する厚さを有し、
−アームは、平均して、カバーのシェルのものより実質的に小さい厚さを有する。
【００１９】
本発明はまた、上記で説明されたようなカバーおよびタービンエンジンの遠心圧縮機の組立体に関する。この組立体では、カバーは、一方では、圧縮機から一定の距離を離して留まるように、他方では、タービンエンジンのケーシングに固定され得るように形作られる。
【００２０】
本発明の他の利点および特性は、それぞれ示す添付の図を参照して、後続の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による遠心圧縮機カバーが設けられたタービンエンジンの長手方向図である。
【図２】静止位置にあるときの図１の遠心圧縮機カバーの部分的な長手方向断面図である。
【図３】図１の面ＩＩＩ−ＩＩＩによるカバーおよび圧縮機の部分正面図である。
【図４】図２によるものであるが、圧縮機が作動状態にある断面図であり、カバーおよび圧縮機の配置は、点線で現れる静止位置にあるときの図２のものに対して、作動中に見られ得るものである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
この説明では、用語「軸方向」、「軸対称」、「上流側」および「下流側」は、タービンエンジンの回転中心軸Ｘ’Ｘに沿ったまたはこの周りの回転の、この中心軸の方向にしたがった位置に関連する。用語「半径方向」は、この中心軸に直交する位置に関連する。加えて、さまざまな図における同じ参照記号を有する要素は、同一の要素に関連する。
【００２３】
図１を参照すると、航空機タービンエンジン１の例は、主に、回転中心軸Ｘ’Ｘ周りに上流側から下流側の配置において、３段軸方向圧縮機１０と、遠心圧縮機１２と、燃焼室１４と、２段接続された動力タービン１６と、これもまた２段を有するフリー動力タービン１８とを含む。
【００２４】
空気流Ｆ１は、ダクト２内で圧縮機１０および１２にわたって流れる間圧縮され、次いで、燃焼室１４内で燃料と混合され、タービン１６および１８に燃焼からの運動エルギーを供給する。タービン１６の段は、駆動シャフト３を介して圧縮機１０および１２を駆動し、フリー動力タービン１８は、貫通シャフト４を介して航空機装置（オルタネータ、ポンプ、空調）に動力を伝える。
【００２５】
タービンエンジンはケーシング６によって保護される。この例では、タービンエンジンは、ターボシャフトエンジンであり、航空機はヘリコプタである。フリー動力タービンは、適切なギアボックスが取り付けられた主要トランスミッションギアボックス７を介して、装置、特にプロペラロータを駆動する。
【００２６】
遠心圧縮機１２には、インペラ２２上に形成された軸方向ブレード２０が設けられ、それによって空気流Ｆ１を運び、圧縮機が高速で運転されるときにこれを圧縮する。図２により正確に示されるように、流れＦ１が流れるダクト２は、遠心圧縮機のところで、ブレード２０および凹状シェル５０の内面５１によって限定される。このシェル５０は、クランプ６１を用いてケーシング６に固定された取付部８を形成する延長部によって支持される。シェル５０および取付部８はカバー５を形成する。圧縮された空気流Ｆ１は、次いでディフューザ１９を介して燃焼室１４に運ばれる。
【００２７】
カバー５の取付部８は、カバーの凹状表面内のほぼ中央で、たとえば図示されるように、カバーの湾曲が最も重要になる接合端部８３の地点で始まる。そこでは、取付部８は、その接触点のカバーの湾曲部に関してシェル５０に対してほぼ半径方向である。この取付部８の構造は、図２および図３のカバーおよび遠心圧縮機の部分的な断面図および正面図を用いてより具体的に示される。インペラブレード２０、ダクト２、遠心圧縮力１２、ならびにシャフト３および４は、これらの図では少なくとも部分的に表される。
【００２８】
シェル５０は、上流側のほぼ軸方向の前縁ＢＡと、下流側のほぼ半径方向の後縁ＢＦとを有する。取付部８は、クランプを用いてケーシングに固定された半径方向リム８２を形成する端部（図１を参照）と、全体的に円錐台状構造を有する軸対称ダイアフラム８０とからなる。リム８２は、シェル５０の前縁ＢＡの端部に関してほぼ半径方向に配置される。ダイアフラム８０は、その端部８３において、適切な機械的補強材８４によってシェル５０内に合流する。
【００２９】
ダイアフラム８０は、これについて言えば、二重に角度付けられた接合部を介して直線の円錐台状アーム８ｂに結合された軸方向環状接続部８ａからなる。軸方向接続部８ａの調整可能な長さは、有利には、取り付けクランプ６１によって課された位置に適合されるような自由度を提供する。
【００３０】
静止位置で図示されるように、接合部は、接合部の半径方向リム８ｃを一方ではほぼ直角のひじ部８ｄを介して軸方向環状接続部８ａに、他方では鈍角、この例では約１４０℃のひじ部８ｅを介して直線アーム８ｂ組立体に組み付けることによって形成される。
【００３１】
この例では、アーム８ｂは、有利には、ひじ部８ｅとその端部８３の間で増大する実質的に漸進的に変化する厚さ「Ｅ」を有する。さらには、この厚さは、平均して、たとえばシェル５０のものより１．５倍から３倍小さい。そのような細いアーム厚さは、定常状態の飛行速度における、すなわち中間速度におけるシェル５０の内面５１とブレード２０の上側縁２１との間の隙間の使用、ならびに遷移速度における隙間の使用を低減することを可能にする。しかし、アームの厚さが小さすぎると、遷移速度における隙間の使用が増大し得る。したがって、これもまた漸進的に変化し得る中間アーム厚さを用いることにより、シェル５０とブレード縁２１の間の重大な接触のリスクを有することなく、全中間速度で折り合いが付けられる。
【００３２】
接合部半径方向アーム８ｃの高さＨが変化することにより、同じように折り合いが付けられる。高さＨは、すべての定常状態の速度における隙間の使用を低減するために増大されるが、この増大は、カバーとブレードの間の接触のリスクを回避するように限定される。そのため、高さＨにおける２５％の増大は、シェル５０の厚さの２０％の減少を意味する。
【００３３】
図４は、断面の形態で、圧縮機、したがってブレード２０が作動しているときのカバー５の位置（実線）、ならびに図２による静止位置にある圧縮機のカバー（点線）およびブレード２０の位置を示している。作動時、ケーシングおよびカバー取付部はまた、圧力および温度の影響を受ける。特に取付部８の可撓性による本発明による解決策の効果を明確に示すために、ケーシングおよびカバー取付部は、図４では図２の静止位置と同じ位置で描かれた。
【００３４】
作動時、圧力および温度の影響下で、ブレード２０は、後縁ＢＦにおいて上流側方向（矢印Ａ）に移動し、（軸Ｘ’Ｘにほぼ平行な）シェル５０の軸方向部分５０ａは、前縁ＢＡにおいて半径方向（矢印Ｒ）に移動する。
【００３５】
取付部８の半径方向リム８ｃおよびアーム８ｂの可撓性により、換言すれば、ひじ部８ｄおよび８ｅの接合角度における変動のために、シェル５０の内面５１は、ブレード２０によって行われる移動に追従する。厚さの平均および接合部８３までの変動に関する限りであるが厚さ「Ｅ」、およびアーム８ｂの長さ「Ｌ」は、有利には、圧縮機の構造による適切なアームの撓みを可能にするようにも調整され得る。カバーの挙動がインペラの挙動に非常に近いために、隙間調整はこうして最小値に調整される。
【００３６】
直接取り付けによる、すなわち接合部無しの従来の構造と比較して、その結果は、中間速度および遷移速度において大きく低減され、最適化された装着隙間を得ることを可能にする調整となる。たとえば、後縁において、組立体の隙間は、１２０％低減され得、これは、最適なエンジンパフォーマンスを必要とする中間速度において５４％の隙間低減を生じさせる。
【００３７】
本発明は、説明され示された例示的な実施形態に限定されない。たとえば、二重ひじ接合部を、好ましくはカバーよりもケーシングに取り付けるためのリム近くに保ちながら、これを取付部中心近くに配置させることが可能である。また、適切な寸法を有するいくつかの接合部が、半径方向リムを回避設計し得る。加えて、静止時の円錐台状アームの鈍角は、好ましくは、１２０から１５０°の範囲内で変化し得る。
【００３８】
わずかに屈曲した凹状もしくは凸状のアーム、またはこれもまたわずかに凹状もしくは凸状の半径方向リムを設計することも可能である。アーム８ｂの寸法特性、すなわちその漸進的変化が必ずしも接合点までは線形でない厚さ「Ｅ」と、たとえば取付部の残りの部分の３倍から４倍である長さ「Ｌ」は、取付部全体の適切な撓みを得るために、二重ひじ接合部の特性に加えて調整され得る。
【００３９】
さらには、弾性的に変形可能な部分の他のタイプが、前記部分およびアームにさまざまな材料を使用して、波形を有するおよび／または穴付き材料から作製された部分を使用して、任意の他の形態および他の適正な処理を使用して設けられ得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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