(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料の環状シェル（１２、１４）を含み、前記環状シェルは、ガスフローの方向Ｆにおいて、燃料噴射アセンブリ（２０；２２）、長手方向軸（１０）を有する複合材料の環状燃焼室（２４）、および固定ブレード（４４）を有し高圧タービンの入口段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、
前記複合材料の燃焼室は、前記燃焼室の周りに規則的に配置された複数の可撓性金属舌状物（５８、６０）によって、前記環状金属シェルの中で定位置に保持され、前記舌状物の各々は、星形配置で結合された３つの分岐を含み、３つの分岐の中の２つの分岐の端（６２ａ、６２ｂ；６４ａ、６４ｂ）は、それぞれ第１および第２の固定手段（７２ａ、７２ｃ；７４ａおよび７２ｂ；７２ｄ、７４ｂ）を介して、噴射システム（２０）から離れた前記複合材料燃焼室（２６、２８）の下流側端（６８、７０）へ確実に固定され、第３の分岐の端（７６、７８）は、第３の固定手段（８０、８２）によって前記環状金属シェル（１２、１４）へ確実に固定され、前記複合材料燃焼室は、前記固定舌状物の可撓性によって、高温時に、前記環状金属シェルに対して径方向へ自由に膨張できること、ならびに、
ターボマシンが更に、燃焼室の前記下流側端へ確実に固定されたセラミック複合材料の閉鎖リング（８４、８６）を含み、前記リングは、前記燃焼室と前記ノズルとの間にシーリングを提供するシーリングガスケット（８８、９０、１０６）のために押圧面を形成するように構成されていることを特徴とするターボマシン。
【請求項２】
前記第１、第２、および第３の固定手段の各々が、複数のボルト（７２、７４ａ；７２ｂ、７４ｂ；８０、８２）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】
前記第１および第２の固定手段の各々が、複数のクリンプ要素（７２ｃ、７２ｄ）によって構成され、前記第３の固定手段が、複数のボルト（８０、８２）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４】
前記閉鎖リングが、燃焼室の前記下流側端へろう付けされることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のターボマシン。
【請求項５】
前記閉鎖リングが、燃焼室（２６）の側壁と一列になるように折り返し部分（８４ａ）を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のターボマシン。
【請求項６】
ガスケットの前記押圧面が、前記燃焼室の前記長手方向軸に垂直な平面にあることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のターボマシン。
【請求項７】
ガスケットの前記押圧面が、前記燃焼室の前記長手方向軸と平行な平面にあることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のターボマシン。
【請求項８】
前記ガスケット（８８、９０）が、オメガ型であることを特徴とする、請求項６又は７に記載のターボマシン。
【請求項９】
ガスケットの前記押圧面が、燃焼室の前記長手方向軸に対して傾斜した平面に形成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のターボマシン。
【請求項１０】
前記ガスケット（１０６）が、「スプリングブレード」型であることを特徴とする、請求項９に記載のターボマシン。
【請求項１１】
前記「スプリングブレード」ガスケットが、前記ノズルへ固定された弾性要素（１０８）によって前記閉鎖リングに対して保持され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】
前記「スプリングブレード」ガスケットが、複数の較正された漏れ開口部（１１０）を含むことを特徴とする、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）タイプの材料から作られた燃焼室を、ターボマシンの金属ケーシングへ取り付け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（Ｈｉｇｈ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｔｕｒｂｉｎｅ、ＨＰＴ）および特にその入口ノズル、燃焼室、および前記燃焼室のケーシング（又は「シェル」）は、全て同じ材料、一般的には金属から作られる。しかし、非常に高い燃焼温度を伴う或る特定の使用条件のもとでは、金属燃焼室の使用は、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の使用が必要である。残念ながら、そのような材料の加工が困難であることおよび原料コストは、その使用が、一般的に燃焼室自体へ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ケーシングは、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、金属材料と複合材料とでは、非常に異なった熱膨張係数を有する。これは、ケーシングと燃焼室との間の結合に関して、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、特に重大な問題を提起する。
【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に取り付ける場合に、これらの部品の異なった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。本発明の目的は、燃焼室の製造を簡単に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、金属材料の環状シェルを含み、前記環状シェルが、ガスフロー方向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、および固定ブレードを有し高圧タービンの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、前記燃焼室の周りで規則的に配置された複数の可撓性金属舌状物によって、前記環状金属シェルの内部で定位置に保持され、前記舌状物の各々が、星形配置（ｓｔａｒ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）で結合された３つの分岐を含み、それら３つの分岐の中の２つの分岐の端は、それぞれ第１および第２の固定手段を介して、噴射システムから離れた前記複合材料燃焼室の下流側端へ確実に固定され、第３の分岐の端は、第３の固定手段によって前記環状金属シェルへ確実に固定され、前記複合材料燃焼室が、前記固定舌状物の可撓性によって、高温時に、前記環状金属シェルに対して径方向へ自由に膨張でき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】
固定結合のこの特定の構造によって、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種類の摩耗が避けられ、従来技術のフランジに代わる弾性舌状物の存在が、かなりの重量軽減をもたらす。更に、これらの舌状物は、それらの弾性によって、高温時に、金属から作られた部品と複合材料から作られた部品との間に現れる膨張差を容易に吸収することができ、ケーシングの内部で燃焼室の適正な保持および良好な中心合わせを継続する。
【０００６】
第１の実施形態において、前記第１、第２、および第３の固定手段の各々は、複数のボルトによって構成される。代替の実施形態では、第３の固定手段のみが、複数のボルトによって構成され、第１および第２の固定手段の各々は、好ましくは、複数のクリンプ要素によって構成される。
【０００７】
有利には、本発明のターボマシンは、更に、燃焼室の前記下流側端へ確実に固定されたセラミック複合材料の閉鎖リングを含み、前記閉鎖リングは、前記燃焼室と前記ノズルとの間にシーリングを提供するシーリングガスケットの押圧面を形成するように構成される。好ましくは、前記閉鎖リングは、燃焼室の前記下流側端へろう付けされる。それは、燃焼室の側壁と一列になった折り返し部分を含んでよい。
【０００８】
第１の好ましい変形の実施形態において、ガスケットの前記押圧面は、前記燃焼室の前記長手方向軸に垂直な平面に存在する。
【０００９】
第２の好ましい変形の実施形態において、ガスケットの前記押圧面は、前記燃焼室の前記長手方向軸に平行な平面に存在する。
【００１０】
これら２つの変形構成において、ガスケットは好ましくはオメガ型である。
【００１１】
第３の好ましい変形の実施形態において、前記ガスケットはオメガ型である。この構成において、ガスケットは、好ましくは、前記ノズルへ固定された弾性要素によって、前記閉鎖リングに対して保持される「スプリングブレード」型である。ガスケットは、複数の較正された漏れ開口部を有することができることが有利である。
【００１２】
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、より充分に明らかになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、ターボジェットエンジン又ターボプロップエンジン（以下の説明では、「ターボマシン」と呼ばれる）の中央部分を軸方向に切断したときの半分を示し、以下のものを含む。
【００１４】
長手方向軸１０を有する金属材料の外側環状シェル（又は外側ケーシング）１２。
【００１５】
前記外側環状シェルと同軸であって、同様に金属材料から作られた内側環状シェル（又は内側ケーシング）１４。
【００１６】
２つのシェル１２および１４の間にあって、ターボマシンの上流側圧縮機（図示されていない）から、一般的なガスフロー方向Ｆを規定する環状拡散ダクト１８を通って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。
【００１７】
ガスフロー方向において、空間１６は、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、それに続いて、例えばＣＭＣタイプ又は他の（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、最後に金属材料の環状ノズル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図示されていない）。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。側壁２６および２８の双方は、軸１０に関して同軸であり、端部壁３０は、適切な手段、例えば金属又は耐火性のフラットヘッドボルトによって側壁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を含み、燃料を酸化剤の一部分と一緒に燃焼室２４の中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）への入口段を形成し、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。ノズルは、特にターボマシンの環状ケーシングへ固定された支持手段４９に載っており、好ましくは複数のボルト５０によって構成される第１の解放可能な固定手段によって、支持手段４９へ固定される。
【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を通るように設けられた貫通開口部５４および５６は、高圧タービンのロータの入口で、ノズルの固定ブレード４４を、圧縮された酸化剤を使用して冷却させる。酸化剤は、拡散ダクト１８の出口で利用可能であり、燃焼室２４のいずれかの側の２つのフローＦ１およびＦ２として流れる。
【００１９】
本発明の第１の実施形態において、燃焼室２４は、ターボマシンを構成する、金属から作られている他の部品とは非常に異なる熱膨張係数を有し、複数の可撓性舌状物５８および６０によって、環状シェルの内部の定位置に確実に保持される（図２は、そのような固定の１つを示す）。可撓性舌状物５８および６０は、燃焼室の周りに規則的に配置されている。これらの固定舌状物の第１の部分（舌状物５８を参照）は、外側環状シェル１２と燃焼室の外側側壁２６との間に固定され、これら舌状物の第２の部分（例えば舌状物６０）は、内側環状シェル１４と燃焼室の内側側壁２８との間に取り付けられる。
【００２０】
金属材料の各々の可撓性舌状物、例えば図３に示される舌状物５８は、星形配置で相互に結合された３つの分岐を含む。この構成は、一般的にＹ形であって、３つの取り付け点を有する。これら３つの分岐の中の２つの分岐の端６２ａ、６２ｂ又は６４ａ、６４ｂは、それぞれ第１の固定手段７２ａ、７４ａおよび第２の固定手段７２ｂ、７４ｂによって、複合材料燃焼室の外側側壁２６又は内側側壁２８の下流側端へ確実に固定される。噴射システム２０から離れた前記下流側端は、それぞれフランジ６８および７０を構成する。即ち、それらは燃焼室の長手方向軸１０に垂直な平面に存在する。各々の舌状物の第３の分岐の端７６又は７８は、第３の固定手段８０および８２によって、外側金属環状シェル１２および内側金属環状シェル１４の一方又は他方へ確実に固定される。注意すべきは、所望される可撓性の程度に依存して、舌状物の幅を一定にするか、一定にしないか、舌状物をＵ形にするか、Ｖ形にするか、又は他の形にして、各々の舌状物が３つの取り付け点を有するように考えてよいことである。
【００２１】
セラミック複合材料の閉鎖リング８４および８６は、例えばろう付けによって、燃焼室のフランジ６８および７０に対して確実に保持され、オメガ型の円形シーリングガスケット８８および９０の押圧面を形成する。シーリングガスケット８８および９０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９２および９４に取り付けられ、燃焼室２４とノズル４２との間にシーリングを提供するように意図されている。更に、リングは、第１の固定手段７２ａ、７４ａおよび第２の固定手段７２ｂ、７４ｂのスクリューヘッドを埋め込むのに十分な厚さを有する。
【００２２】
燃焼室とタービンとの間のガスフローは、第１にオメガ型の他の円形ガスケット９６によってシーリングされ、第２に「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。円形ガスケット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と直接接触し、「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１２の円形リム１０４と直接接触している。
【００２３】
図４は、本発明の第２の実施形態を示す。この実施形態では、燃焼室の下流側端は、もはや燃焼室の長手方向軸に垂直なフランジ構成を有しない。その代わりに、燃焼室の下流側端は、前記軸に平行な構成を有するか、前記軸に対して傾斜している（この傾斜は、９０゜までの角度であってよい）。燃焼室の下流側端で、このように非垂直構成にすることは、特に、この領域で材料の密度を良好に高めることによって、燃焼室の側壁の製造を容易にする。
【００２４】
図示された例において、燃焼室の内側側壁２８の下流側端７０は、燃焼室の長手方向軸１０に平行な構成を与え（図６の詳細図を参照）、複合材料リング８６を介して、ノズルの内側円形プラットフォーム４８を径方向に押圧する。前述したバージョンと同じように、このプラットフォームは、オメガ型のガスケット９０を収容する溝９４を設けられる。ガスケット９０は、燃焼室の内側側壁で、燃焼室２４とノズル４２との間のシーリングを提供する。対照的に、燃焼室の外側側壁２６の下流側端６８は、図５Ａの詳細図で分かるように、燃焼室の長手方向軸１０に対して傾斜した構成を与える。前と同じように、複合材料のリング８４は、好ましくは下流側端へろう付けされ、燃焼室２４とノズル４２との間で、今度は前記燃焼室の外側側壁のためにシーリングを提供するガスケットの押圧面を形成する。しかし、ガスケットは、その傾斜構成のために、今や「スプリングブレード」型の円形ガスケット１０６によって構成される。円形ガスケット１０６は、ノズルへ固定された弾性要素１０８によって、閉鎖リングに対して保持される。
【００２５】
図５Ｂは、本発明の他の変形実施形態を示す。この実施形態では、舌状物５８は、クリンプ結合を介して燃焼室６８の下流側端へ固定される。ボルト７２ａおよび７２ｂは、クリンプ要素７２ｃおよび７２ｄによって置き換えられている。同様に、ガス流のフローを改善するため、閉鎖リング８４は、燃焼室の中で折り返し部分８４を設けられることが有利である。折り返し部分８４は、燃焼室の外壁２６を延長する。こうして閉鎖リングの折り返し部分によって、ノズルプラットフォーム４６の下に作り出された（そして、結合がボルトによって行われたときの）デッドゾーン（ｄｅａｄ  ｚｏｎｅ）を冷却するため、較正された漏れ開口部１１０が、ガスケット１０６を通るように設けられる。
【００２６】
図４は、内側側壁の下流側端が平行で、外壁の下流側端が、約４５゜の傾斜を有する構成を示すが、外側側壁の下流側端が平行で、内側側壁の下流側端が傾斜を有する反対の構成を提供することは、全く可能であることを理解すべきである。全ての機能的構成において、固定舌状物５８および６０の可撓性は、高温時に、複合材料から作られた燃焼室と金属から作られた環状シェルとの間に現れる熱膨張差を吸収するように働き、燃焼室の保持および配置を継続させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における、ターボマシンの中央部分を軸方向に切断したときの半分を示す概略図である。
【図２】図１の一部分を拡大した図である。
【図３】燃焼室の固定舌状物を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における、ターボマシンの中央部分を軸方向に切断したときの半分を示す概略図である。
【図５Ａ】図４の一部分を拡大した図である。
【図５Ｂ】本発明の変形の実施形態を示す図である。
【図６】図４の他の一部分を示す図である。
【符号の説明】
１０  長手方向軸
１２  外側環状シェル
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  上流側端
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
５８、６０  可撓性舌状物
６２、６２ａ、６２ｂ、６４ａ、６４ｂ、７６、７８  端
６８、７０  フランジ
７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂ、８０、８２  固定手段
７２ｃ、７２ｄ  クリンプ要素
８４、８６  閉鎖リング
８４ａ  折り返し部分
８８、９０  円形シーリングガスケット
９２、９４  溝
９６  円形ガスケット
９８、１０２  円形溝
１００  「スプリングブレード」ガスケット
１０４  円形リム
１０６  ガスケット
１０８  弾性要素
１１０  漏れ開口部
Ｆ  ガスフロー方向
Ｆ１、Ｆ２  ガスフロー
【図１】
0004031292.tif 000002
【図２】
0004031292.tif 000003
【図３】
0004031292.tif 000004
【図４】
0004031292.tif 000005
【図５Ａ】
0004031292.tif 000006
【図５Ｂ】
0004031292.tif 000007
【図６】
0004031292.tif 000008