(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料の内側および外側環状シェル（１２、１４）を有し、前記内側および外側環状シェル（１２、１４）は、ガスフローの方向Ｆにおいて、燃料噴射アセンブリ（２０、２２）、長手方向軸（１０）を有する複合材料の環状燃焼室（２４）、および高圧タービンの固定ブレード入口段（４４）を形成する金属材料の環状ノズル（４２）を含むターボマシンであって、前記複合材料燃焼室が、複数の可撓性金属舌状物（５８、６０）によって、前記内側および外側金属環状シェルの間の定位置に保持され、前記舌状物の第１の端（６２、６４）は、第１の固定手段（５２；６８、１０８）によって、前記内側および外側金属環状シェル（１２、１４）の各々へ確実に固定された金属リング（６６ａ、６６ｂ）によって相互結合され、第２の端（７０、７２）は、第２の固定手段（７４、７６）によって、前記複合材料燃焼室（２６、２８）へ確実に固定された複合材料のリング（７８ａ、７８ｂ）へ固定され、前記金属舌状物の可撓性が、高温時に、前記複合材料燃焼室と前記金属環状シェルとの間で径方向への自由な膨張を起こさせることを特徴とするターボマシン。
【請求項２】
前記第１および第２の固定手段が、複数のボルトによって構成されることを特徴とする、請求項１に記載のターボマシン。
【請求項３】
前記金属環状シェルの各々が、２つの部分（１２ａ、１２ｂ；１４ａ、１４ｂ）から作られ、前記金属舌状物の前記第１の端を相互結合する前記金属リングは、前記２つの部分の結合フランジの間に取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載のターボマシン。
【請求項４】
前記金属舌状物の前記第１の端を相互結合する前記金属リングが、固定手段（１０８）によって前記環状シェルへ直接固定されることを特徴とする、請求項１に記載のターボマシン。
【請求項５】
金属舌状物の前記第１の端が、ろう付け又は溶接によって前記金属リングへ固定されることを特徴とする、請求項１に記載のターボマシン。
【請求項６】
金属舌状物の前記第１の端が、前記金属リングと一体に形成されることを特徴とする、請求項１に記載のターボマシン。
【請求項７】
前記複合材料リングが、燃焼室の下流側端（８８、９０）へろう付けされることを特徴とする、請求項１に記載のターボマシン。
【請求項８】
前記複合材料リングが、燃焼室の下流側端（８８、９０）へ縫合されることを特徴とする、請求項１に記載のターボマシン。
【請求項９】
前記複合材料リングが、燃焼室の下流側端（８８、９０）へインプラントされることを特徴とする、請求項１に記載のターボマシン。
【請求項１０】
前記複合材料リングが、シーリングガスケット（８０、８２）の押圧面を形成する所定の部分を含み、前記シーリングガスケットは、前記燃焼室と前記ノズルとの間のガス流のシーリングを確実にすることを特徴とする、請求項１に記載のターボマシン。
【請求項１１】
前記所定の部分が、前記複合材料リングの端部であることを特徴とする、請求項１０に記載のターボマシン。
【請求項１２】
シーリング要素が、円形スプリングブレードガスケット型（８０、８２）であることを特徴とする、請求項１０に記載のターボマシン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボマシンの特定の分野に関し、更に具体的には、セラミックマトリックス複合材料（Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ、ＣＭＣ）タイプの複合材料から作られた燃焼室を、ターボマシンの金属室ケーシングに組み立てることにより提起される問題に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、ターボジェットエンジン又はターボプロップエンジンにおいて、高圧タービン、特にその入口ノズル（ＨＰＴ（Ｈｉｇｈ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｔｕｒｂｏｎｅ）ノズル）、燃焼室、および前記燃焼室の内側および外側シェル（又はケーシング）は、全て同じ材料、一般的には金属から作られる。しかし、特に高い燃焼温度を伴う或る特定の使用条件のもとでは、金属燃焼室は、熱の見地から全く不適当であることが判明し、ＣＭＣタイプの高温複合材料に基づいた燃焼室を使用することが必要である。しかし、実施が困難であることおよび材料コストは、そのような材料が、一般的に複合材料燃焼室自体での使用に限定されることを意味し、高圧タービンの入口ノズル、および燃焼室の内側および外側シェルは、通常では依然として金属材料から作られている。残念ながら、金属と複合材料は、非常に異なった熱膨張係数を有する。これは、燃焼室の内側および外側シェルの結合に関して、また高圧タービンへの入口におけるノズルのインタフェースに関して、特に難しい問題を生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、燃焼室をケーシングの内部に取り付ける場合に、これら部品の様々な膨張係数によって引き起される変位を吸収することのできる取り付けを提案することによって、これらの欠点を軽減する。従って、本発明の目的は、燃焼室の既存の特徴を最良に利用する取り付けを提案することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
これらの目的は、金属材料の内側および外側環状シェルを有し、前記内側および外側環状シェルは、ガスフローの方向Ｆにおいて、燃料噴射アセンブリ、長手方向軸を有する複合材料の環状燃焼室、および高圧タービンの固定ブレード入口段を形成する金属材料の環状ノズルを含むターボマシンであって、前記複合材料燃焼室が、複数の可撓性舌状物によって、前記内側および外側金属環状シェルの間の定位置に保持され、前記舌状物の第１の端が、第１の固定手段によって、前記内側および外側金属環状シェルの各々へ確実に固定された金属リングによって相互結合され、第２の端が、第２の固定手段によって、前記複合材料燃焼室へ確実に固定された複合材料のリングへ固定され、前記固定舌状物の可撓性が、高温時に、前記複合材料燃焼室と前記金属環状シェルとの間で、径方向への自由な膨張を起こさせることを特徴とするターボマシンによって達成される。
【０００５】
この特定の固定結合構造によって、従来技術のシステムにおける接触腐食に起因する様々な摩耗を避けることができる。複合材料から作られたリングを使用して、流れのシーリングを提供することは、燃焼室の最初の構造を無傷のままに維持することを可能にする。更に、従来のフランジに代わって可撓性金属舌状物が存在することは、特に評価できる質量の軽減を生じる。これらの舌状物は、柔軟であることに加えて、高温時に、金属部分と複合材料部分との間に出現する膨張差を吸収することを容易にし（膨張に起因する変位を吸収することによって）、同時に燃焼室が、環状シェルの内部で適切に保持されて良好に中心合わせされることを確実にする。
【０００６】
第１および第２の固定手段は、好ましくは複数のボルトによって構成される。
【０００７】
前記金属環状シェルの各々が、２つの部分から作られる有利な実施形態において、前記金属舌状物の前記第１の端を相互結合する前記金属リングは、前記２つの部分の結合フランジの間に取り付けられる。代替の実施形態では、前記金属リングは、固定手段によって前記環状シェルへ直接固定されることができる。
【０００８】
意図された実施形態に応じて、固定舌状物の前記第１の端は、ろう付けによって前記金属リングへ固定されるか、もしくは前記金属リングと一体に形成されることができる。
【０００９】
好ましい実施形態において、前記複合材料リングは、燃焼室の下流側端へろう付けされる。代替の実施形態では、複合材料リングは、下流側端へ縫合される（ｓｅｗｎ）。他の実施形態では、複合材料リングは、下流側端へインプラントされる（ｉｍｐｌａｎｔｅｄ）。
【００１０】
前記複合物リングは、シーリングガスケット（有利には、円形「スプリングブレード」ガスケット型）の押圧面を形成する所定の部分を含む。このシーリングガスケットは、ガス流が、前記燃焼室と前記ノズルとの間でシーリングされることを確実にする。前記所定の部分は、好ましくは、前記複合材料リングの端部である。
【００１１】
本発明の特徴および利点は、非限定的な記述および図面への参照による以下の説明から、より解りやすくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１Ａは、ターボジェットエンジン又はターボプロップエンジン（以下の説明では、一般的に「ターボマシン」の用語が使用される）の中央部分を軸方向に切断したときの半分を示し、次のものを含む。
【００１３】
金属材料の２つの部分１２ａおよび１２ｂから作られ、長手方向軸１０を有する外側環状シェル（又は外側ケーシング）。
【００１４】
同じ様に、金属材料から作られ、前記外側環状シェルと同軸で、２つの部分１４ａおよび１４ｂを同様に含む内側環状シェル（又は内側ケーシング）。
【００１５】
２つのシェル１２ａ、１２ｂおよび１４ａ、１４ｂとの間にあり、一般的なガスフローＦを規定する環状拡散ダクト１８を介してターボマシンの上流側圧縮機（図示されていない）から来る圧縮された酸化剤、一般的には空気を受け取る環状空間１６。
【００１６】
この空間１６は、ガスフローの方向において、最初に複数の噴射システム２０によって形成される噴射アセンブリを含み、次に、例えばＣＭＣタイプ又は他のタイプ（例えばカーボン）の高温複合材料から作られた燃焼室２４を含み、最後に、金属材料から作られた環状ノズル４２を含む。噴射システム２０は、ダクト１８の周りに規則的に配置され、その各々は、外側環状シェル１２の上流側部分１２ａへ固定された燃料噴射ノズル２２を含む（図を簡単にするため、各々の噴射ノズルに関連づけられたミキサおよびデフレクタは省略されている）。燃焼室２４は、外側軸方向延長側壁２６、内側軸方向延長側壁２８、および横断延長端部壁３０によって形成される。双方の側壁は軸１０の周りで同軸に配置され、前記端部壁３０は、適切な手段、例えばフラットヘッドスクリューを有する金属又は耐火性のボルトによって、前記側壁２６および２８の上流側端３６および３８へ固定されたマージン３２および３４を有し、燃料を酸化剤の一部分と一緒に燃焼室２４へ噴射させる貫通開口部４０を設けられている。環状ノズル４２は、高圧タービン（図示されていない）の入口段を形成し、通常、外側円形プラットフォーム４６と内側円形プラットフォーム４８との間に取り付けられた複数の固定ブレード４４を含む。
【００１７】
ノズルは、好ましくは複数のボルト５０によって構成された第１の取り外し可能な固定手段によって、ターボマシンの内側環状シェルの下流側部分１４ｂへ固定され、同時にターボマシンの外側環状シェルへ固定された支持手段４９の上に載せられている。
【００１８】
ノズル４２の外側金属プラットフォーム４６および内側金属プラットフォーム４８に形成された貫通開口部５４および５６は、圧縮された酸化剤を使用して、高圧タービンのロータへの入口でこのノズルの固定ブレード４６を冷却するために設けられる。拡散ダクト１８の出口で利用可能な圧縮された酸化剤は、燃焼室２４の両側で２つのフローＦ１およびＦ２として流れる。
【００１９】
燃焼室２４は、ターボマシンを形成する他の部品の熱膨張係数とは非常に異なる熱膨張係数を有する。なぜなら、それら他の部品は、金属から作られているからである。本発明によれば、燃焼室２４は、燃焼室の周りに規則的に配置された複数の可撓性舌状物５８および６０によって、内側および外側の環状シェルの間の定位置へ確実に保持される。これら固定舌状物の第１の部分（舌状物５８を参照）は、外側環状シェル１２ａおよび１２ｂと燃焼室の外側側壁２６との間に取り付けられ、舌状物の第２の部分（例えば舌状物６０）は、内側環状シェル１４ａおよび１４ｂと燃焼室の内側側壁２８との間に取り付けられる。
【００２０】
金属材料から作られた各々の可撓性固定舌状物は、図１Ｂで示されるように実質的に三角形の形状であるか、単一のブレード（任意に一定の幅を有する）によって構成されることができ、第１の端６２および６４にて金属リング６６ａおよび６６ｂへろう付け又は溶接される。金属リング６６ａおよび６６ｂは、第１の固定手段５２および６８によって、内側および外側金属環状シェル１２および１５の一方又は他方へ固定され（金属リングがどこに置かれるかに依存して）、これらの舌状物の保持および環状ギャップ１６のシーリングを容易にするために設けられている。好ましい実施形態では、これらの舌状物および金属リングは、一緒になって単一の金属部品を形成する。各々の舌状物は、第２の端７０および７２で、第２の固定手段７４および７６を介して、セラミック複合材料リング７８ａおよび７８ｂへ確実に固定される。セラミック複合材料リング７８ａおよび７８ｂは、セラミック複合材料燃焼室の外側側壁２６および内側側壁２８の下流側端８８および９０へろう付けされる。このろう付けは、ステッチング（ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ）によって置換されるか、補強されることができる。燃焼室の壁とリングとの間の結合は、完全にインプラント（「ピンセージ（ｐｉｎ’ｓａｇｅ）」の用語によって知られるタイプの結合）によっても行われることができる。例として、舌状物の数は、噴射ノズルの数に等しくするか、その数の倍数に等しくすることができる。
【００２１】
図１Ａは、本発明の第１の実施形態を示す。この実施形態では、舌状物の第２の端７０および７２は、それぞれ単純なボルト固定によって、外側および内側セラミック複合材料リング７８ａおよび７８ｂへ固定される（しかし、図１Ｃの部分断面図で示されるように、クリンプ固定も考えることができる）。舌状物の第１の端６２および６４を相互結合する金属リング６６ａおよび６６ｂは、好ましくは、内側環状シェル１４および外側環状シェル１２の上流側部分と下流側部分との間の既存の結合フランジの間に締め付けられ、第１の固定手段５２および６８によって確実に保持される。第１の固定手段５２および６８は、好ましくは同様にボルトタイプである。第２の固定手段７４および７６を形成するボルトのフラットヘッドスクリューを「埋め込ませる」ため、セラミック複合材料の座金７４ａおよび７６ａが設けられていることに注意すべきである。
【００２２】
図２に示される変形では、溶接（又はろう付け）によって燃焼室の外側側壁２６の固定舌状物５８の第１の端６２を相互結合する金属リング６６ａは、もはやフランジの間に取り付けられず、外側環状シェル１２へ固定された中心合わせキー要素１０６へそれ自身溶接（又はろう付け）される。
【００２３】
図３に示される他の変形では、溶接（又はろう付け）によって燃焼室の内側側壁２８の固定舌状物６０の第１の端６４を相互結合する金属リング６６ｂは、もはやフランジの間に取り付けられず、例えばボルトタイプの固定手段１０８によって、単に内側環状シェル１４へ直接固定される。
【００２４】
燃焼室２４とノズル４２との間のガス流は、円形「スプリングブレード」ガスケット８０および８２によってでシーリングされる。ガスケット８０および８２は、ノズルの外側プラットフォーム４６および内側プラットフォーム４８の各々の溝８４および８６の中に取り付けられ、前記円形シーリングガスケットの押圧面を形成するセラミック複合材料リング７８ａおよび７８ｂの一部分を直接押圧する。その部分は、リングの端部であってよい。ガスケットは、ノズルへ固定された弾性要素９２および９４によって、複合材料リングの前記端部又は他の部分へ押し付けられる。この構成によって、燃焼室２４とノズル４２との間の高温流に対して、完全なシーリングが確保される。
【００２５】
燃焼室とタービンとの間のガスフローは、第１にオメガ型円形シーリングガスケット９６によってシーリングされ、第２に他の円形スプリングブレードガスケット１００によってシーリングされる。シーリングガスケット９６は、内側環状シェル１４のフランジの円形溝９８に取り付けられ、ノズルの内側円形プラットフォーム４８と直接接触する。スプリングブレードガスケット１００は、ノズルの外側円形プラットフォーム４６の円形溝１０２に取り付けられ、その１つの端は、外側環状シェルの下流側部分１２ｂの円形突起１０４と直接接触する。
【００２６】
前述した全ての構成において、固定舌状物の可撓性は、高温時に、複合材料燃焼室と金属環状シェルとの間に現れる熱膨張差を吸収することを可能にし、同時に燃焼室の保持と配置を継続させる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態における、ターボマシンの中央領域を軸方向に切断したときの半分を示す概略図である。
【図１Ｂ】金属材料の各々の可撓性固定舌状物を示す図である。
【図１Ｃ】クリンプ固定によって外側および内側セラミック複合材料リングに固定された舌状物の第２の端を示す図である。
【図２】代替の結合構成における図１Ａの一部分を拡大した図である。
【図３】代替の結合構成における図１Ａの他の一部分を拡大した図である。
【符号の説明】
１０  長手方向軸
１２  外側環状シェル
１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂ  金属材料部分
１４  内側環状シェル
１６  環状空間
１８  環状拡散ダクト
２０  噴射システム
２２  燃料噴射ノズル
２４  燃焼室
２６  外側軸方向延長側壁
２８  内側軸方向延長側壁
３０  横断延長端部壁
３２、３４  マージン
３６、３８  端
４０、５４、５６  貫通開口部
４２  環状ノズル
４４  固定ブレード
４６  外側円形プラットフォーム
４８  内側円形プラットフォーム
４９  支持手段
５０  ボルト
５２、６８、７４、７６、１０８  固定手段
５８、６０  可撓性舌状物
６２、６４、７０、７２、８８、９０  端
６６ａ、６６ｂ  金属リング
７４ａ、７６ａ  座金
７６ｂ  クリンプ固定手段
７８ａ、７８ｂ  セラミック複合材料リング
８０、８２  円形スプリングブレードガスケット
８４、８６  溝
９２、９４  弾性要素
９６  オメガ型円形シーリングガスケット
９８、１０２  円形溝
１００  円形スプリングブレードガスケット
１０４  円形突起
１０６  中心合わせキー要素
Ｆ、Ｆ１、Ｆ２  ガスフロー
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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