(57)【要約】【課題】航空機エンジンの火災の危険を最小にし、かつ、火災伝播の可能性を低減する手段を提供する。【解決手段】ガスタービンエンジンは、低圧圧縮機と、タービンと、エンジンケーシングの近くに少なくとも１つの抽気管と少なくとも１つの継手とを有する高圧圧縮機と、の周りに同心状に配置されたエンジンケーシングを含み、かつ、少なくとも１つのガスタービンエンジンコンポーネントの少なくとも一部分を覆うように構成された少なくとも１つの防炎装置を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧圧縮機、タービンおよび高圧圧縮機の周囲に同心状に配置されるエンジンケーシングと、
少なくとも１つのガスタービンエンジンコンポーネントの少なくとも一部分を覆うように構成された少なくとも１つの防炎装置と、
を備えることを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項２】
前記防炎装置は、少なくとも１つの難燃性織物材料の少なくとも１つの層を備えるスリーブを含むことを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項３】
前記スリーブは、可撓性であり、所定の形状に適合することを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン。
【請求項４】
前記少なくとも１つの難燃性織物材料は、難燃性材料であるセラミック、ケイ酸塩およびアラミド繊維基材、の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン。
【請求項５】
前記少なくとも１つの難燃性織物材料の前記少なくとも１つの層は、平織、綾織、バスケット織、絡み織、繻子織および杉綾織のうちのいずれか１つの織目を有することを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン。
【請求項６】
前記難燃性装置は、共にシールされた少なくとも２片の難燃性材料を備えることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項７】
前記少なくとも２片の難燃性材料は、少なくとも２片の難燃性セラミック発泡体を備えることを特徴とする請求項６に記載のガスタービンエンジン。
【請求項８】
前記少なくとも２片の難燃性材料は、機械的固定具、コーティングおよび接着剤のうちのいずれか１つを用いて、共にシールされることを特徴とする請求項６に記載のガスタービンエンジン。
【請求項９】
前記少なくとも１つのガスタービンエンジンコンポーネントは、抽気管または継手であることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの防炎装置は、厚さ約５〜２０００ミル（１２７μｍ〜５．０８×１０4μｍ）であることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの難燃性装置は、セラミックコーティングをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１２】
少なくとも外面の一部分を、少なくとも１つの防炎装置によって覆われることを特徴とするガスタービンエンジンコンポーネント。
【請求項１３】
前記防炎装置は、少なくとも１つの難燃性織物材料の少なくとも１つの層を備えるスリーブを含むことを特徴とする請求項１２に記載のガスタービンエンジンコンポーネント。
【請求項１４】
前記スリーブは、可撓性であり、所定の形状に適合することを特徴とする請求項１３に記載のガスタービンエンジンコンポーネント。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの難燃性織物材料は、難燃性材料である、セラミック、ケイ酸塩およびアラミド繊維基材、の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１３に記載のガスタービンエンジンコンポーネント。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの難燃性織物材料の前記少なくとも１つの層は、平織、綾織、バスケット織、絡み織、繻子織および杉綾織のうちのいずれか１つの織目を有することを特徴とする請求項１３に記載のガスタービンエンジンコンポーネント。
【請求項１７】
前記難燃性装置は、共にシールされた少なくとも２片の難燃性材料を備えることを特徴とする請求項１２に記載のガスタービンエンジンコンポーネント。
【請求項１８】
前記少なくとも２片の難燃性材料は、少なくとも２片の難燃性セラミック発泡体を備えることを特徴とする請求項１７に記載のガスタービンエンジンコンポーネント。
【請求項１９】
前記少なくとも２片の難燃性材料は、機械的固定具、コーティングおよび接着剤のうちのいずれか１つを用いて、共にシールされることを特徴とする請求項１７に記載のガスタービンエンジンコンポーネント。
【請求項２０】
前記ガスタービンエンジンコンポーネントは、抽気管または継手であることを特徴とする請求項１２に記載のガスタービンエンジンコンポーネント。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの防炎装置は、厚さ約５〜約２０００ミル（１２７μｍ〜５．０８×１０4μｍ）であることを特徴とする請求項１２に記載のガスタービンエンジンコンポーネント。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの難燃性装置は、セラミックコーティングをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載のガスタービンエンジンコンポーネント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防炎装置に関し、より詳細には、航空機のエンジンで使用される防炎装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機または航空機エンジンの製造業者が講じるあらゆる予防措置にもかかわらず、また、航空機の操縦者が操縦中に講じるあらゆる予防措置にもかかわらず、例えば、ジェット燃料の漏れやブレードの摩擦などが原因の火災は、時折生じる。万一、このような事態が、運転中のエンジンの近くで起こると、約３０００〜６０００°Ｆ（約１６４９〜３３１６℃）の高温のチタン火災は、エンジンケースに配置されている抽気管や継手などのエンジン部品を、軟化させ、溶かす恐れを大きく増加させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、火災の危険を最小にし、かつ、火災伝播の可能性を低減する手段を設ける必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様によると、ガスタービンエンジンは、低圧圧縮機、タービンおよび高圧圧縮機の周囲に同心状に配置されたエンジンケーシングと、少なくとも１つのガスタービンエンジンコンポーネントの少なくとも一部分を覆うように構成された少なくとも１つの防炎装置と、を広く備える。
【０００５】
本発明の別の態様によると、ガスタービンエンジンコンポーネントは、少なくとも１つの防炎装置によって外面の少なくとも一部分を覆われたガスタービンエンジンコンポーネントを、広く備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１および図２を参照すると、エンジンケーシング１１に囲まれた一般的なガスタービンエンジン１０の断面図が示されている。ガスタービンエンジンは、圧縮機部１４内を軸方向に延びる環状流路１２と、燃焼部１６と、タービン部１８と、を含む。圧縮機部１４は、複数の回転ディスク２３からなるロータドラム２３を有する高圧圧縮機２２と、低圧圧縮機（図示せず）と、を含む。タービン部１８は、複数の回転ディスク２７を有する高圧タービン２６と、複数の回転ディスク２９を有する低圧タービン２８と、を有する。低圧ロータ３２は、低圧タービンのディスク２９を低圧圧縮機に接続する。高圧ロータ３４は、高圧タービンのディスク２７を高圧圧縮機のロータドラム２３に接続する。作動流体は、圧縮機部１４の流路１２を通ってタービン部２６に導かれる。圧縮機部１４は、少なくとも１つの抽気管アセンブリ４２を含むことができ、抽気管アセンブリ４２は、エンジンケーシング１１の外部に配置されて、圧縮機部１４から燃焼部１６に接続することができる。抽気管アセンブリ４２は、当業者に公知のように、継手を用いてエンジンハウジングに接続することができる。限定する趣旨ではないが一実施例においては、エルボ継手４４，４６を用いて、抽気管アセンブリ４２の両端をエンジンケーシング１１に接続することができる。
【０００７】
図３および図４を参照すると、各抽気管アセンブリ４２は、アセンブリ４２の少なくとも一部分を覆う例示的な防炎装置５０を含むことができるが、これに限定されない。防炎装置５０は、少なくとも１つ難燃性織物材料の、少なくとも１つの層、または複数の層からなる略スリーブ形の装置であってよい。略スリーブ形の装置は、抽気管アセンブリ４２の形状（図３参照）、または、例えば、継手４４，４６（図４参照）等の他のガスタービンエンジンコンポーネントの形状に適応するように有利に可撓性があり、所定の形状に適合することができる。例示的な、略スリーブ形の装置は、少なくとも１つの層の難燃性材料を部品の周囲に巻き付け、本明細書に述べる固定手段を用いてその難燃性材料を固定することによって、抽気管アセンブリ４２または継手４４，４６上に配置することができる。次に、略スリーブ形の装置の両端部は、任意の固定手段によってエンジンケーシングに取り付けることができる。任意の固定手段には、金属板の間に難燃性材料を挟む手段、難燃性材料に亘って固定部材を配置する手段、クランプ、リングなどを使用する手段、接着剤を難燃性材料に塗布する手段、これらの固定手段の組み合わせ等、が含まれるが、これらに限定されない。あるいは、例示的な防炎装置５０は、略ソックス形の装置であってもよく、一方の端部のみが開いていてもよい。略ソックス形の防炎装置５０を利用して、様々な他のタービンエンジンコンポーネントを防炎することができる。
【０００８】
例示的な防炎装置５０は、セラミック（例えば、アルミナ、ムライト、ジルコニア等）、ケイ酸塩およびアラミド繊維基材などの少なくとも１つの難燃性材料から構成することができる。適切なアラミド繊維基材は、デラウェア州ウイルミントンのＥ．Ｉ．  ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ社から市販されているＫｅｖｌａｒ（登録商標）タイプであってよい。
【０００９】
防炎装置５０は、例えば、セラミック系繊維などの、１種類の材料からなる織物であってもよく、または、例えば、セラミック系繊維とアラミド繊維基材とを一緒に織った材料を組み合わせた交織織物であってもよい。難燃性材料は、セラミック材料、ケイ酸塩材料などの、防炎装置５０にさらに難燃性を与える難燃性コーティングを含むことができる。難燃性材料は、織りの前にコーティングしてもよく、織りの間にコーティングしてもよく、ガスタービンエンジンコンポーネントに設置する前であれば織りの後にコーティングしてもよく、または、ガスタービンエンジンコンポーネントに設置後であってもコーティングすることができる。
【００１０】
図５および図６を参照すると、各抽気管アセンブリ４２は、アセンブリ４２の少なくとも一部を覆う、さらに別の例示的な防炎装置を含むことができる。防炎装置６０は、コーティングによって実質的に覆われた少なくとも一片の難燃性材料を備えることができる。例えば、防炎装置６０は、第１の半部と第２の半部とを備えるシェルであってもよく、あるいは、２つの半部からなるシェルではなく、３片以上の片が組み立てられることによる、ガスタービンエンジンコンポーネントの周囲に配置される防炎装置６０を形成することができる３片以上の片からなるシェルであってもよい。難燃性材料片は、当業者には公知の難燃性セラミック発泡体で構成することができる。難燃性セラミック発泡体は、ガスタービンエンジンコンポーネントの寸法と形状に予め成形してもよく、ガスタービンエンジンコンポーネントの寸法と形状に合わせて後で大きさを変えられるセラミック発泡体の固体片でもよい。
【００１１】
例示的な実施形態とその代替実施形態の全てにおいて、本明細書に記述された例示的な防炎装置を介して溶融金属が完全に浸透するのを防ぐように、または、少なくとも実質的に防ぐように設計された織目を形成するよう、難燃性材料を織ることができる。難燃性材料の各層は、同じ織目を有してもよく、異なる織目を有してもよい。複数ある織目のうちの任意の１つを利用して、所望の効果を得ることができる。例えば、難燃性織物材料は、当業者には公知のように、平織、綾織、バスケット織、絡み織、繻子織、杉綾織などの織目を有することができる。通常、防炎装置５０は、厚さ約５〜２０００ミル（１２７μｍ〜５．０８×１０4μｍ）を有することができ、このような所望の厚さは、本明細書に記述する例示的な防炎装置を通って溶融金属が完全に浸透するのを防ぐか、または、実質的に防ぐには十分である。
【００１２】
本明細書に記述した例示的な防炎装置は全て、防災装置にさらに難燃性を与えるセラミック材料、ケイ酸塩材料等の難燃性コーティングを含むことができる。難燃性材料片は、織りの前にコーティングしてもよく、織りの間にコーティングしてもよく、または、織りの後もしくはプリフォーム後でガスタービンエンジンコンポーネントに設置する前にコーティングしてもよく、もしくは、ガスタービンエンジンコンポーネントに設置後であってもコーティングすることができる。難燃性材料は、ガスタービンエンジンコンポーネントに設置する前に有利にコーティングすることができる。難燃性材料片は、当業者に公知の多くのコーティング技術の任意の１つを用いてコーティングすることができる（図７のステップ７０）。
【００１３】
１つまたは複数の防炎装置は、コーティングされると、熱硬化性樹脂またはＵＶ硬化性樹脂を用いてさらに処理することができる（図７のステップ７２）。樹脂は、当業者に公知のように、真空含浸技術を用いて塗布することができる。各片または装置全体を、温度約６８〜１５０°Ｆ（約２０〜６６℃）で、最初、約１０〜１００トール（０．１９〜１．９ｐｓｉ）の真空下で、溶液に浸し、約２分から約１０分経過した時点で、圧力を大気圧に調節することができる。その溶液は、溶媒と、少なくとも１つのＵＶ硬化性樹脂もしくは少なくとも１つの熱硬化性樹脂と、少なくとも１つの分散剤と、分散剤の代わりに、もしくは、分散剤に加えて、少なくとも１つの界面活性剤と、を含む。
【００１４】
あるいは、溶液を、スプレー、ブラッシング、ペインティング、またはこれらの技術の少なくとも１つを含む組み合わせ等によって、塗布してもよい。例えば、適切なスプレー工程は、空気圧スプレー、エアレススプレー、溶射、空気プラズマスプレー、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）スプレー、これらのスプレー工程の少なくとも１つを含んだ組み合わせの工程などが、含まれるが、これらに限定されない。適切な熱硬化性樹脂およびＵＶ硬化性樹脂は、当業者に公知のように、本明細書に記述された例示的な防炎装置に、限定する趣旨ではないが、硬さ、伸び、耐化学性等を含む特性を与えることが好ましい。適切な１つまたは複数の溶媒、１つまたは複数の分散剤および１つまたは複数の界面活性剤は、当業者に公知のように、硬化性樹脂との相溶性に基づいて選択することが出来る。
【００１５】
硬化性樹脂が乾燥すると、樹脂コーティングされた難燃性材料または防炎装置自体を硬化することができる（図７のステップ７４）。ＵＶ硬化性樹脂を使用すると、最終的に樹脂コーティングされた難燃性材料は、樹脂を硬化させる紫外線エネルギーで処理することができる。コーティングされた製品を、当業者に公知の多くの工程の任意の１つを用いて、約１０〜６０秒の間、紫外線エネルギーで処理することができる。あるいは、熱硬化性樹脂を使用すると、最終的にコーティングされた難燃性材料または防炎装置自体を、当業者に公知のように、炉内で、または、同様の適切な装置内で、約２０〜６０分の間、約３００°Ｆ（約１４９℃）の温度で処理することができる。
【００１６】
樹脂コーティングした難燃性材料を硬化した後、余分な溶媒、分散剤および／または樹脂材料を蒸発または焼き落とすために、難燃性材料片または防炎装置自体を乾燥させることができる（図７のステップ７６）。難燃性材料または防炎装置は、当業者に公知の多くの適切な乾燥工程の任意の１つを用いて乾燥させることができる。適切な乾燥工程は、空気乾燥、加圧乾燥、加熱素子による乾燥、これらの乾燥工程の少なくとも１つを含む組み合わせ等、を含むが、これらに限定されない。難燃性材料または防炎装置を乾燥させるのに必要な時間は、幾つかの要因、特に、懸濁液の溶媒、によって決まる可能性がある。
【００１７】
材料片または１つまたは複数の防炎装置を、当業者に公知のように、任意の数の機械的固定具、接着剤、コーティング、これらのうちの少なくとも１つを含む組み合わせ等、を用いて、共にシールすることができる（図７のステップ７８）。防炎装置５０の材料片は、接着剤またはコーティングを用いて、共にシールすることができる。例えば、セラミックコーティング等のコーティングは、ガスタービンエンジンコンポーネントの周囲に材料片を組み立てる際に、塗布することができる。例えば、コーティングが乾燥するにつれて、材料片は硬化し、共にシールされて、本明細書に記述する例示的な１つまたは複数の防炎装置を形成することができる。機械的固定具は、材料片同士をしっかり固定することができるが、エンジンの使用中に解除することができる。 
【実施例】
【００１８】
実験１
急速に酸化される際に生成され得る溶融合金の代表例である、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｍｏを含有するニッケル基合金５ポンドを、圧力９．７×１０-4〜９．７×１０-5トール、温度２８５０°Ｆの真空炉で溶解して、溶融ニッケル基合金を形成した。この溶融ニッケル基合金を、ルツボからセラミックの注入カップに移すことによって、真空炉に注ぎ、５インチ×８インチ×０．０４０インチのＡＭＳ４９１１チタン合金板の上に導いた。アルゴンの分圧（周囲圧力より小さい）を、１５分間、チタン合金板と、溶融ニッケル基合金と、に印加した。溶融ニッケル基合金は、０．５秒で、チタン合金板に完全に浸透した。
実験２
急速に酸化される際に生成され得る溶融合金の代表例である、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｍｏを含有するニッケル基合金３ポンドを、圧力９．７×１０-4〜９．７×１０-5トール、温度２８５０°Ｆの真空炉で溶解して、溶融ニッケル基合金を形成した。この溶融ニッケル基合金を、ルツボからセラミックの注入カップに移すことによって、真空炉に注ぎ、４インチ×４インチ×０．０４０インチのＡＭＳ４９１１チタン合金板の上に導き、そこで、１つの層または複数の層の難燃性織物材料を有するスリーブからなる防炎装置で、裏側を完全に覆った。難燃性材料は、綾織で３０００デニールに織られた、６インチ×６インチ×厚さ０．０１４インチのＮｅｘｔｅｌ（商標）６１０の酸化アルミニウムセラミックファイバブランケットであった。次に、アルゴンの分圧（周囲圧力より小さい）を、１５分間、チタン合金板と、溶融ニッケル基合金と、に印加した。防炎装置は、チタン合金板の全表面の約９０〜９５％を、溶融ニッケル基合金の浸透から防護した。チタン合金板は、溶融ニッケル基合金が、約５％染み出し、約３％浸透したが、完全な浸透はなかった。
【００１９】
本発明の１つまたは複数の防炎装置は、ガスタービンエンジンケーシングを構成するのに使用されるのと同じ材料であるチタン合金板を通して溶融金属が完全に浸透するのを防ぐか、または、少なくとも実質的に防ぐ。本発明の１つまたは複数の防炎装置は、ガスタービンエンジンコンポーネントに難燃性を与えるために使用されてきたプラズマスプレーコーティングに代わる費用効果の高い軽量の手段を提供する。
【００２０】
本発明の１つまたは複数の実施形態を記述したが、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、様々な変更を行うことができることを理解されよう。従って、他の実施形態は、請求項の範囲内にある。  
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一般的なガスタービンエンジンの断面図である。
【図２】図１のＡ部分の断面図で、エルボ継手による、エンジンケーシングへの抽気管アセンブリの取付を詳細に示す。
【図３】図１のＢ部分の図で、図１の抽気管アセンブリ上に配置される例示的な防炎装置を示す。
【図４】図１のＡ部分の図で、図１のエルボ継手上に配置される例示的な防炎装置を示す。
【図５】図１のＢ部分の図で、図１の抽気管アセンブリ上に配置される別の例示的な防炎装置を示す。
【図６】図１のＡ部分の図で、図１のエルボ継手上に配置される別の例示的な防炎装置を示す。
【図７】本明細書に記載される例示的な防炎装置をコーティングする例示的なプロセスを示すフロー図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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