JP2012506511A - ターボ機械用の油分離ロータ - Google Patents

Abstract

外側環状フランジ（１２０）を有する管状ハブ（１１２）と、略Ｌ字形断面でありハブの周囲に取り付けられる環状カバー（１１２）とを備えるターボ機械用の油分離ロータであって、ハブのフランジは、その外周に、カバーの円筒状壁の自由端を半径方向に保持する手段（１３４、１３６）を備えて、この自由端をセンタリングし、遠心力の影響下で前記自由端が半径方向外側に変形するのを防ぐ油分離ロータ。

Description

本発明は、航空機のターボプロップまたはターボジェットなどのターボ機械用の油分離ロータに関する。

このタイプの油分離ロータは、流体を通過させるための内部軸方向ダクトを画定し、外側環状カラーを含む管状ハブと、ハブの周囲に取り付けられる略Ｌ字形断面の環状キャップとを備える。キャップは半径方向壁を有し、半径方向壁は、ハブのカラーに平行で、その外周は、カラーの外周まで軸方向に伸びる円筒状壁の軸方向端部の一端に接続される。

キャップは、ハブのカラーと協働して、ハブ内の半径方向スロットを介してハブの内部通路と流体流れ連通した環状チャンバを画定する。遠心分離により油を付着させる手段は、チャンバに収容される。

油分離ロータは、通常は脱気管の下流側にあるターボ機械のロータの要素に取り付けられ、空気／油混合物の油と空気とを分離する働きをする。その後、前記油は再利用されるように適切な手段によって回収される。空気／油混合物は、オイルミストの形である、すなわち、油滴が浮遊状態で分散された空気である。油の分離は、特に、油分離ロータの回転の影響下で油を遠心分離することで行われる。

１つの特定の形態では、ターボ機械が動作中に、空気／油混合物が脱気管内に流入し、油分離ロータのハブの内部通路にその上流側端部を介して入り込む。遠心力の影響下で、油滴は半径方向外側に追いやられる。油滴がハブの半径方向スロットに達すると、油滴は遠心力によってスロットを通過して、その後、油分離ロータの環状チャンバに入り込み、そこで環状チャンバ内に収容された油付着手段上に付着させられる。その後、油は、キャップの円筒状壁の開口部を通って半径方向外側に排出され、油から分離された空気はハブの内部通路の下流側端部を介して出る。

仏国特許出願公開第２７４２８０４号明細書

知られている油分離ロータは、油付着手段を収容する環状チャンバを軸方向に貫通するねじによってハブのカラーに固定されたキャップを有する。これらのねじは、キャップの半径方向壁のオリフィスおよびハブのカラーのオリフィスを貫通し、ねじは、油付着手段から離隔するスペーサによって囲撓される。キャップ固定ねじは、次に、油付着手段が占めるチャンバの環状スペースまで伸びて、前記スペースを塞ぎ、油回収を妨げる可能性がある。それは、油付着手段が、ねじによって多かれ少なかれ押しつぶされる可能性があるからである。

さらに、キャップの円筒状壁の自由端は、カラーの外周を半径方向内側に押し付ける。この構造では、キャップのこの自由端は、ハブのカラーをセンタリングする手段を形成する。動作時に、遠心力の影響下で、キャップの円筒状壁の自由端は、局所的に外側に変形することによって楕円形になる傾向がある。このような状況下では、制御されずにチャンバの外側に油が漏れだすリスクがある。

キャップが締まりばめとしてハブに固定され、キャップの半径方向壁の内周がハブに締め付けられた油分離ロータもまた知られている。キャップの下流側端部が楕円形になるという上述の問題を避けるために、前記端部は、ロータの長手方向軸を中心として規則的に分布された少なくとも３つの溶接ビードによってカラーの外周に溶接される。

しかしながら、このような状況下では、キャップは取り外しが難しい方法でハブに固定される。また、溶接ビードは、上述の問題の十分な解決策ではないことがわかった。それは、溶接ビードが高いレベルの応力集中を受けて、これらのビードに亀裂を生じさせてしまうからである。次に、キャップがハブから外れてしまう大きな危険性がある。それは、場合によっては、キャップの締まりばめが油分離ロータのハブに前記部品を保持するには不十分であるためである。

亀裂した溶接ビードは、新たな溶接作業によって修理されてもよい。しかしながら、キャップの溶接領域およびカラーの溶接領域は、溶接作業の度に高いレベルの熱応力を受け、そのことがキャップおよびカラーの寿命を短くしてしまう可能性がある。

本発明の特定の目的は、先行技術の上述の問題の少なくとも一部の解決策であり、簡単で、安価で、効果的な解決策を提供することである。

上述の目的を達成するために、本発明は、流体の内部軸方向通路を画定しかつ外側環状カラーを含む管状ハブと、ハブの周囲に取り付けられる環状キャップとを備え、キャップは、半径方向壁と、ハブの環状カラーと協働する円筒状壁とを備えて、ハブの内部通路と連通しかつ遠心分離によって油を付着させる手段を収容する環状チャンバを画定する、ターボ機械の油分離ロータであって、ハブの環状カラーは、その外周に、ハブの円筒状壁の端部を半径方向に保持する手段を含み、前記端部をセンタリングして、遠心力の影響下で前記端部が半径方向外側に変形するのを防ぐようにすることと、キャップの半径方向壁の内周部分は、カラーを軸方向に押し付けて、ナットボルト式手段によってカラーから離間してハブに固定されることとを特徴とするロータを提供する。

本発明によれば、キャップの円筒状壁の端部がハブのカラーに外側から固定されるような先行技術とは異なり、ハブのカラーはキャップの円筒状壁の端部を機械的に保持する。

カラーの保持手段は、キャップの円筒状壁の端部の周囲に伸びて、遠心力の影響下で前記端部が半径方向外側に変形するのを防ぐ。キャップの円筒状壁の端部は、保持手段を半径方向外側に押し付けるが、油分離ロータの長手方向軸を中心に分布される領域を局所的に押し付けるか、または、前記長手方向軸を中心とする周囲にわたって連続的に押し付ける。

キャップは、解除可能にハブに固定され、それにより、例えば、洗浄作業を行うために、または油分離ロータの油付着手段を交換するために、分解しやすくなる。

固定手段は、キャップの内周部分に配置され、したがって、油付着手段が占めるチャンバの半径方向外側の環状スペースには配置されない。これらの固定手段は、キャップをハブのカラーではなくてハブの管状本体に直接接続するもので、したがって、チャンバを軸方向に貫通せず、油回収を妨げない。

ハブのカラーの外周は、キャップの円筒状壁の端部の周囲でキャップに向かって軸方向に伸びる円筒状リムを形成する。この円筒状リムは、キャップの円筒状壁の端部の半径方向外側に伸び、前記端部を半径方向に押し付ける環状手段を含む。

変形例では、またはさらなる特徴として、ハブのカラーの外周は、キャップの円筒状壁の端部の周囲で、キャップに向かって軸方向に突出する周方向の舌状部を含む。これらの舌状部は、キャップの円筒状壁の端部の半径方向外側に位置し、各々が前記端部を半径方向に押し付ける手段を含む。

好ましくは、これらの舌状部は、油分離ロータの長手方向軸を中心として規則的に分布される。これらの舌状部の各々は、キャップの円筒状壁の長手方向の材料ストリップと位置合わせされ、キャップの材料ストリップは、互いの間に油出口開口部を画定する。これらの舌状部の数は、好ましくは、上述の材料ストリップの数に等しく、例えば、６個である。

キャップの半径方向壁の内周部分は、ハブの外側環状フランジまたは外側半径方向タブを軸方向に押し付ける手段を形成することができる。前記フランジまたは前記タブは、キャップ固定ねじを通すために、キャップの半径方向壁のオリフィスと位置合わせした軸方向オリフィスを含む。

キャップの軸方向押し付け手段によって、キャップが軸方向の一方向に動くのを阻止することができる。キャップの円筒状壁はさらに、その下流端部に、ハブのカラーの外周で軸方向の同一方向に押し付ける手段を含む。キャップは、上述の固定手段によって、軸方向の反対方向に動くのが防がれる。

好ましくは、ナットボルト式固定手段は３個であり、ロータの長手方向軸を中心として規則的に分布される。したがって、これらの固定手段は、重量を最小限に抑えるために比較的数は少ない。

固定手段は、ハブのフランジのオリフィスおよびタブのオリフィスで圧着されるナットで、チャンバの外側からキャップのオリフィスに軸方向に係合されるボルトと協働するナットを形成することができる。

キャップの半径方向壁は、その内周に、ハブ上でキャップをセンタリングするための円筒状リムを形成することができる。

本発明はさらに、航空機ターボプロップまたはターボジェットなどのターボ機械であって、少なくとも１つの上述のタイプの油分離ロータを含むことを特徴とするターボ機械を提供する。

非限定的な例として添付図面を参照して考察された以下の説明を読めば、本発明はより十分に理解され、本発明の他の詳細、特徴および利点がより明らかになる。

横および上流側から見たターボ機械用の先行技術の油分離ロータの斜視図である。 図１の油分離ロータの片側軸方向断面図である。 横および下流側から見た本発明のターボ機械の油分離ロータの斜視図である。 図３の油分離ロータの片側軸方向断面図である。 横および上流側から見た図３の油分離ロータを示す分解斜視図である。 横および下流側から見た図３の油分離ロータのハブの斜視図である。

まず、先行技術のターボ機械の油分離ロータ１０を示した図１および図２について言及する。前記油分離ロータ１０は、基本的に、空気／油混合物が供給される内部軸方向通路２６を画定する管状ハブ１２と、ハブの周囲に取り付けられハブと協働して、遠心分離によって油を付着させる手段１８を収容するための環状チャンバ１６を画定する環状キャップ１４とを備える。

ハブ１２は、ハブの長手方向軸Ａからほぼ半径方向外側に伸びる環状カラー２０を有し、前記軸Ａは油分離ロータ１０の回転軸と一致する。

カラー２０は、ハブの軸方向端部から離間して配置され、例えば、ハブのほぼ中央に配置される。

キャップ１４は、略Ｌ字形断面を有し、円筒状壁２４の軸方向端部の一方に外周が接続された半径方向壁２２を備える。

キャップ１４は、半径方向壁２２の内側周囲がハブ本体を押し付けて、ハブのカラー２０に平行にカラー２０から離間して伸びるように、またはハブの円筒状壁２４がカラー２０の外周を半径方向内側に押し付けるように、ハブ１２の周囲に取り付けられる。

キャップ１４は、カラー２０と協働して、ハブ１２の本体内に形成された半径方向スロット２８を介してハブの内部通路２６と流体流れ連通した上述の環状チャンバ１６を画定する。

キャップ１４は、締まりばめおよび溶接によってハブ１２に固定される。キャップ１４は、ハブ本体上で、半径方向壁２２の内周によって３０の締まりばめを形成し、またキャップ１４は、半径方向壁２４の自由端とカラー２０の外周との間の溶接ビード３２によってカラー２０に固定される。

油分離ロータ１０には、上述した欠点、具体的には、キャップ１４は取り外し不可能であり、また溶接ビード３２が遠心力により動作時に高いレベルの応力を受けるために溶接ビード３２に亀裂が生じる可能性があるという欠点がある。

本発明は、キャップの円筒状壁の自由端を保持する手段であって、ハブのカラーによって実行される手段によって、またキャップをハブに固定するための解除可能な固定手段であって、油の回収を妨げない固定手段によって上述の問題を解決する。

図３から図６に示された実施形態では、図１、図２を参照して上述した要素は同じ符号に１００を足した符号が付けられている。

ハブ１１２のカラー１２０は、その外周に、キャップ１１４に向かって伸びる円筒状リム１３４を含むという点で、ハブ１２のカラーとは異なる。さらに周囲に伸びる舌状部１３６が、リム１３４の自由端からキャップ１１４に向かって軸方向に突出している。

これらの舌状部１３６は、ロータ１１０の回転軸Ａを中心として規則的に分布され、図示された例では、６個の舌状部がある。

カラー１２０のリム１３４および舌状部１３６は、キャップ１１４の円筒状壁１２４の自由端をセンタリングし、前記自由端が半径方向外側に動かないように保持する手段を形成する。

リム１３４および／または舌状部１３６は、キャップ１１４の円筒状壁１２４の自由端を半径方向内側に押し付ける手段を含む。

図示された例では、キャップの円筒状壁１２４の下流側端部はリング１３８で形成され、リング１３８は、互いに平行に伸びて軸Ａを中心として規則的に分布される長手方向材料ストリップ１４０によって壁１２４の反対側端部に接続される。

これらの材料ストリップ１４０は、以下で詳細に説明するように、これらのストリップ間に、油を抜く半径方向開口部１４２を画定する。キャップ１１４は、各舌状部１３６が材料ストリップ１４０と位置合わせされるようにハブ１１２に取り付けられる。

キャップ１１４は、半径方向壁１２２の内周部によってハブ１１２に固定される。半径方向壁１２２の内周部は、ハブの外側環状リムから半径方向外側に伸びるタブ１４４を軸方向に押し付ける。

これらのタブ１４４は、カラー１２０から軸方向距離を置いて位置し、この距離は、キャップの円筒状壁１２４の長さまたは軸方向寸法にほぼ相当する。遠心分離によって油を通すための半径方向スロット１２８は、カラー１２０とタブ１４４との間のハブ本体の壁に形成される。

半径方向壁１２２は、解除可能な固定手段（本明細書ではナットボルト式手段１４８で構成される）を通すためにタブ１４４のオリフィスと位置合わせした軸方向オリフィス１４６を含む。

これらの手段１４８の数は、固定タブ１４４の数に等しく、図示された例では３個である。これらの手段１４８は、動作時にアンバランスが生じるのを最小限に抑えるために、軸Ａを中心として規則的に分布される。

図示された例では、各手段１４８は、ボルトと、タブ１４４のオリフィスに圧着されるナットとを備える。ナットは、チャンバ１１６内部に収容され、油付着手段１１８が占めるチャンバの環状スペースの半径方向内側に位置する。

各ねじは、キャップ１１４の対応するオリフィス１４６に軸方向に係合され、次に、チャンバ１１６の外側から作業できる適切な工具でナットにねじ込まれる。

ナットは、上述したハブ１１２の外側円筒状リムと協働する形状によって、ナットの軸を中心に回転するのが妨げられる。

キャップの半径方向壁１２２はさらに、その内周に、円筒状リム１５０を含む。このリムは、ハブ１１２本体の円筒状外表面と協働して、キャップの壁１２２をセンタリングするものである。

油付着手段１１８は、チャンバ１１６の半径方向外側の環状部分を占める。例として、油付着手段は、ハニカム式のセクタ化された環状カートリッジを備える。図示された例では、ハニカム内のセルは、遠心力の影響下で油がチャンバ１１６からキャップの円筒状壁１２４の開口部１４２へと通るように、軸Ａに対して半径方向に伸びる。カートリッジの各セクタは、その軸方向端部に組立用フィンガ１５２を含む。このフィンガは、カラー１２０の穴１５４およびキャップの半径方向壁１２２の穴１５４にそれぞれ係合される。

本発明の油分離ロータ１１０は、以下のように組み立てられることができる。カートリッジセクタは、フィンガ１５２がキャップの半径方向壁１２２の穴１５４に係合されるように、キャップ１２０内部に取り付けられる。キャップ１２０は、ハブ１１２と軸方向に位置合わせされ、キャップのオリフィス１４６がハブのタブ１４４のオリフィスと軸方向に位置合わせされるようにしてキャップとハブとは互いに角度固定される。次に、キャップ１２０は、半径方向壁１２２でタブ１４４を押し付け、円筒状壁の自由端でカラー１２０を押し付けるまでハブに向かって軸方向に移動され、それと同時に、カラーの円筒状リム１３４がキャップの壁１２４の自由端を半径方向内側に押し付ける。

この位置で、タブから離れて位置するカートリッジセクタのこれらのフィンガ１５２は、カラー１２０の対応する穴１５４に係合される。次に、組立体を係止固定するために固定手段１４８のボルトが圧着されたナットにねじ込まれる。

この油分離ロータ１１０は、特に、航空機ターボプロップまたはターボジェットなどのターボ機械の脱気管の下流側端部に固定されるが、これに限定されない。このような状況下で、油分離ロータ１１０は以下のように動作する。脱気管は、空気と油との混合物を油分離ロータに運ぶ働きをする。遠心力の影響下で、混合物内の油滴が外側に追いやられる。空気／油混合物は、油分離ロータの内部通路１２６にその上流側端部、すなわち、キャップ１１４が配置される側と反対側のカラー１２０側にあるハブ１１２の端部を介して入り込む（図３の矢印１５６）。油滴がハブの半径方向スロット１２８に達すると、遠心分離によってスロットを通って半径方向外側に排出され、環状チャンバ１１６内に入る。これらの油滴は、その後、ハニカム式カートリッジセクタのセルに入り込み、これらのセルの壁に付着される。油滴は、遠心力の影響下で、半径方向外側に運ばれる（図４の矢印１５８）。油滴がカートリッジ１１８の外周に達すると、キャップの壁１２４の開口部１４２を通って外側に排出され（図３の矢印１６０）、ターボ機械の油収集器によって回収される。油から分離された空気は、油分離ロータの通路１２６内を流れ、その下流側端部を介して出る（矢印１６２）。

上述の例では、油分離ロータ１１０はハブの内部通路１２６の一端を介して空気／油混合物が供給され、油滴は遠心分離によってチャンバ１１６内で回収され、その後、油付着手段１１８およびキャップ１１４の開口部１４２を通って半径方向外側に向かって通過する。このタイプの油分離ロータは、特に、油の流れが油付着手段を通って半径方向に発生するので、半径方向の油分離ロータであると言える。

しかしながら、本発明は、このタイプの油分離ロータに限定されない。例えば、本出願人の名義で出願されている仏国特許出願公開第２７４２８０４号明細書に記載されているような軸方向の油分離ロータにも適用されてもよい。軸方向の油分離ロータでは、油は油付着手段を通って軸方向にチャンバ内を流れる。この油分離ロータは、キャップの半径方向壁のオリフィスを介して、空気／油混合物が供給されることができる。付着手段からの出口では、油はキャップの円筒状壁の開口部を通って半径方向外側に吐き出されて、油から分離された空気がハブのスロットを通過し、その後、ハブの内部通路の内部を流れることができる。

Claims (10)

1. 流体の内部軸方向通路（１２６）を画定しかつ外側環状カラー（１２０）を含む管状ハブ（１１２）と、ハブの周囲に取り付けられる環状キャップ（１１４）とを備え、キャップが、半径方向壁（１２２）と、ハブの環状カラー（１２０）と協働する円筒状壁（１２４）とを備えて、ハブの内部通路と連通しかつ遠心分離によって油を付着させる手段（１１８）を収容する環状チャンバ（１１６）を画定する、ターボ機械の油分離ロータ（１１０）であって、ハブの環状カラーが、その外周に、キャップの円筒状壁の端部を半径方向に保持する手段（１３４、１３６）を含み、前記端部をセンタリングして、遠心力の影響下で前記端部が半径方向外側に変形するのを防ぐようにすることと、キャップ（１１４）の半径方向壁（１２２）の内周部分が、カラーを軸方向に押し付けて、ナットボルト式手段（１４８）によってカラー（１２０）から離間してハブ（１１２）に固定されることとを特徴とする、油分離ロータ。
2. ハブのカラー（１２０）の外周が、キャップ（１１４）の円筒状壁の端部の周囲で、キャップに向かって軸方向に伸びる円筒状リム（１３４）を有することを特徴とする、請求項１に記載の油分離ロータ。
3. ハブのカラー（１２０）の外周が、キャップ（１１４）の円筒状壁の端部の周囲で、キャップに向かって軸方向に突出する周方向の舌状部（１３６）を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の油分離ロータ。
4. 舌状部（１３６）が、油分離ロータの長手方向軸（Ａ）を中心として規則的に分布されることを特徴とする、請求項３に記載の油分離ロータ。
5. 各舌状部（１３６）が、キャップ（１１４）の円筒状壁（１２４）の長手方向の材料ストリップ（１４０）と位置合わせされ、キャップの材料ストリップが互いの間に油出口開口部（１４２）を画定することを特徴とする、請求項３または４に記載の油分離ロータ。
6. キャップ（１１４）の半径方向壁（１２２）の内周部が、ハブ（１１２）の外側環状フランジまたは外側半径方向タブ（１４４）を軸方向に押し付ける手段を含み、前記フランジまたは前記タブが、キャップ固定ねじ（１４８）を通すために、キャップの半径方向壁のオリフィス（１４６）と位置合わせした軸方向オリフィスを含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の油分離ロータ。
7. ナットボルト式固定手段（１４８）が、３個であり、油分離ロータの長手方向軸を中心として規則的に分布されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の油分離ロータ。
8. 固定手段（１４８）が、ハブ（１１２）のフランジのオリフィスまたはタブ（１４４）のオリフィスに圧着されるナットで、チャンバ（１１６）の外側からキャップ（１１４）のオリフィス（１４６）に軸方向に係合されるボルトと協働するナットを備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の油分離ロータ。
9. キャップ（１１４）の半径方向壁（１２２）が、その内周に、ハブ（１１２）上にキャップをセンタリングするための円筒状リム（１５０）を含むことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の油分離ロータ。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の油分離ロータ（１１０）を少なくとも１つ含むことを特徴とする、航空機ターボジェットまたはターボプロップなどのターボ機械。

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