JP2017025917A - ファンケーシングアセンブリ、および冷却器をファンケーシングに取り付ける方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ファンケーシングアセンブリ、および冷却器をファンケーシングに取り付ける方法を提供する。【解決手段】周壁（５４）を有するファンケーシングと、周壁（５４）と対向する第１の表面（６６）ならびに第１の表面（６６）から径方向に離隔して周壁（５４）と第１の表面（６６）との間に位置する前方および後方凸部を有する表面冷却器（５０）と、表面冷却器（５０）をファンケーシングに取り付ける取り付けブラケット（９０）とを含むタービンエンジンのためのファンケーシングアセンブリ、および表面冷却器（５０）をタービンエンジンのファンケーシングに取り付ける方法。【選択図】図１

Description

本発明は、ファンケーシングアセンブリ、および冷却器をファンケーシングに取り付ける方法に関する。

航空機で使用される現在のエンジンは、様々な方法でエンジンから放出させなければならないかなりの量の熱を生成する。熱交換器は、熱をそのようなエンジンから放出させる方法を提供する。たとえば、熱交換器は、エンジンの一部の周囲にリング状に配置することができる。

使用される熱交換器の１つのタイプは、後方ファンケーシングに取り付けられる表面冷却器である。しかし、エンジンのこの領域内のスペースは限られており、現在の設計は、ほとんどすべての利用可能なスペースを利用している。結果として、より新しいエンジン技術（これは、放散されなければならないより多くの熱を有する）は、利用可能なスペースの欠如に起因して、熱的に制約されることとなる。新しいエンジン設計はさらにスペースが制約されるようになっており、現在のタイプの冷却器およびこれらの取り付けシステムのサイズおよび重量を過大なものにしているという点で問題はさらに悪化している。

もう１つの問題は、熱交換器は比較的高い温度を受けることで熱的に膨張する（特に横方向または接線方向に）ので、エンジン振動による高サイクル疲労を防止するためにエンジンに固定されたままにする必要があるという点である。一般に、エンジンが航空機の翼に取り付けられている一方で、そのような熱交換器はライン交換可能ユニットであり、保守が必要である。したがって、熱成長を可能にして所望の安定性を図りつつ取り付けを容易に行うことができる取り付けシステムが必要である。

米国特許第８，９３８，９４４号明細書

一態様では、本発明の実施形態は、周壁と、対向する前方および後方縁部ならびに周壁を通過する少なくとも１つのファンケーシング締結具開口部とを有する環状ファンケーシングと、周壁と対向する第１の表面であって、対向する前方および後方縁部を有し、対応する前方および後方フックが第１の表面から径方向に離隔して周壁と第１の表面との間に位置する第１の表面を有する環状表面冷却器と、対向する第１および第２のフランジならびにファンケーシング締結具開口部に対応する少なくとも１つの取り付けブラケット締結具開口部を備えた本体を有し、第１および第２のフランジは、対応する前方および後方フックの下に設けられており、締結具は、対応するファンケーシング締結具開口部および取り付けブラケット締結具開口部を通って延びて環状表面冷却器を環状ファンケーシングに保持する取り付けブラケットとを含むタービンエンジンのためのファンケーシングアセンブリに関する。

別の態様では、本発明の実施形態は、周壁を有するファンケーシングと、周壁および前方および後方凸部と対向する第１の表面を有する表面冷却器であって、前方および後方凸部は第１の表面から径方向に離間して周壁と第１の表面との間に位置する表面冷却器と、周壁に固定されて周壁から延び、前方および後方凸部を圧縮保持して表面冷却器をファンケーシングに取り付ける取り付けブラケットとを含むタービンエンジンのためのファンケーシングアセンブリに関する。

さらに別の態様では、本発明の実施形態は、表面冷却器をタービンエンジンのファンケーシングに取り付ける方法に関し、方法は、表面冷却器から延びるフックを表面冷却器とファンケーシングとの間に位置する取り付けブラケットで圧縮保持すことを含み、取り付けブラケットは、ファンケーシングに固定されてファンケーシングから延びる。

本発明の実施形態に係る表面冷却器および取り付けシステムを備えたタービンエンジンアセンブリの概略的な部分断面図である。 図１のタービンエンジンアセンブリに含むことができるファンケーシング、表面冷却器および取り付けブラケットの後方部分の斜視図である。 図２のファンケーシング、表面冷却器、および様々な取り付けブラケットの一部の部分分解斜視図である。 図２の表面冷却器および取り付けブラケットの一部の拡大斜視図である。 図２の取り付けブラケットの分解斜視図である。 図２のファンケーシング、表面冷却器、および取り付けブラケットの一部を示す断面図である。

本明細書で開示されている実施形態は、表面冷却器に関し、より具体的には、表面冷却器を航空機エンジンのようなエンジンに取り付けるためのシステムに関する。例示的な表面冷却器は、効率的な冷却を提供するために使用することができる。さらに、本明細書で使用される「表面冷却器」という用語は、「熱交換器」という用語と置き換え可能に使用することができる。本明細書で使用されているように、表面冷却器は、限定はしないが、ターボジェット、ターボファン、ターボ推進エンジン、航空機エンジン、ガスタービン、蒸気タービン、風力タービン、および水力タービンなどの様々なタイプの用途に適用可能である。

したがって、図１を参照すると、本発明の実施形態を使用することができる環境の簡単な説明が記載されている。より具体的には、図１は、長手軸１２を有する例示的なタービンエンジンアセンブリ１０を示している。タービンエンジン１６と、ファンアセンブリ１８と、ナセル２０とは、タービンエンジンアセンブリ１０に含むことができる。タービンエンジン１６は、圧縮機２４を有するエンジンコア２２と、燃焼セクション２６と、タービン２８と、排出口３０とを含むことができる。内側カウル３２は、エンジンコア２２を径方向に取り囲む。

ナセル２０の部分は、明確化のために切り取られている。ナセル２０は、内側カウル３２を含むタービンエンジン１６を取り囲む。このようにして、ナセル２０は、内側カウル３２を径方向に取り囲む外側カウル３４を形成する。外側カウル３４は、内側カウル３２から離間して内側カウル３２と外側カウル３４との間に環状通路３６を形成する。環状通路３６は、ノズルおよび一般に前方から後方のバイパス気流経路を特徴付けるか、形成するか、または画定する。環状前方ケーシング３８と環状後方ケーシング５２とを有するファンケーシング３７は、ナセル２０によって形成された外側カウル３４の一部を形成することができるか、またはストラット（図示せず）を介してナセル２０の一部から吊り下げることができる。

動作中、空気はファンアセンブリ１８を通って流れ、気流の第１の部分４０は、圧縮機２４を通って導かれ、気流は、さらに圧縮されて燃焼セクション２６に供給される。燃焼セクション２６からの高温燃焼生成物（図示せず）は、タービン２８を駆動し、したがってエンジン推力を生成するために利用される。環状通路３６は、エンジンコア２２の周囲のファンアセンブリ１８から吐出された気流の第２の部分４２を迂回させるために利用される。

タービンエンジンアセンブリ１０は、固有の熱管理問題をもたらす場合があり、表面冷却器または表面冷却器５０は、タービンエンジンアセンブリ１０に取り付けられて熱の放散を助けることができる。例示的な実施形態では、表面冷却器５０は、外側カウル３４の内側部分を形成する周壁５４（図２）を有する環状後方ケーシング５２に動作可能に結合することができる環状表面冷却器５０である。図２は、ファンケーシング３７（図１）の後方ケーシング５２の１つの例示的な実施形態を示している。後方ケーシング５２は、周壁５４と、前方縁部６０と、対向する後方縁部６２とを有する。ファンケーシング締結具開口部６４は、環状後方ケーシング５２の周壁５４を通過する。

表面冷却器５０は、限定はしないが、環状通路３６内に配置される空冷式熱交換器を含むことができる。表面冷却器５０はファンアセンブリ１８の下流にあるものとして示されているが、表面冷却器５０は、代わりにファンアセンブリ１８の上流側とすることができることも企図されている。したがって、表面冷却器５０は、環状通路３６の軸方向長さに沿う任意の場所に配置することができることを理解されたい。環状後方ケーシング５２および表面冷却器５０は、ファンケーシングアセンブリ４８の一部を形成することができる。

図３の部分分解図は、第１の表面６６が環状表面冷却器５０に含まれることをよりよく示している。組み立てられると、第１の表面６６は、周壁５４と対向する。第１の表面６６は、前方縁部６８と、対向する後方縁部７０とを含む。表面冷却器５０は、周壁５４の周方向および軸方向プロファイルと実質的に同様の周方向および軸方向プロファイルを含むことができる。表面冷却器５０は、周壁５４の周囲のあらゆる部分を覆うことができる。セットの表面冷却器５０が、単一のタービンエンジンアセンブリ１０を冷却するために利用することができることを理解されたい。本明細書で使用される「セット」は、１つのみを含む任意の数を含むことができることを理解されたい。

図４によりよく示されているように、対応する前方凸部７２および後方凸部７４は、表面冷却器５０の対向する前方および後方縁部６８および７０にそれぞれ含まれる。前方および後方凸部７２および７４は、限定はしないが、前方および後方凸部７２および７４が前方および後方フック７６および７８を含むことができることを含む任意の適切な方法で成形、形成、または輪郭形成することができる。図示の例では、後方フック７８は、矢印８０で示すように前方方向に延び、前方フック７６は、矢印８２で示すように後方方向に延びる。しかし、これはそうである必要はなく、前方および後方フック７６および７８は、別の方向に延びるように構成することができる。前方および後方フック７６および７８は、取り付けブラケット９０の一部が位置する径方向スペース８４（図６）を形成する。セットの取り付けブラケット９０は、後方ケーシング５２と表面冷却器５０を動作可能に結合するために利用することができる。取り付けブラケット９０は、動的ローディングでは剛性規制部として機能することができ、熱ローディングでは可撓性部材として機能することができる。取り付けブラケット９０のいくつかの変形を図３に示したが、取り付けブラケット９０は任意の数の適切な形状およびサイズを取ることができることを理解されたい。

図５は、例示的な取り付けブラケット９０の１つの分解図である。例示的な図示の実施形態では、取り付けブラケット９０は、本体９２、カバープレート９４、セットの摩耗減衰体９６、セットの振動減衰体９８、ワッシャ１００、第１のセットの締結具１０２、および第２のセットの締結具１０４を含む。本体９２は、対向する第１および第２のフランジ１０６および１０８を含む。本体９２、具体的には第１および第２のフランジ１０６および１０８は、前方および後方フック７６および７８の下で表面冷却器５０と係合するように設計されている。

第１のセットの取り付けブラケット締結具開口部１１０および第２のセットの取り付けブラケット締結具開口部１１２が、本体９２に含まれるものとして示されている。単一のセットの取り付けブラケット締結具開口部は、取り付けブラケット締結具開口部を１つのみ含むことができることを含んで含むことができることを理解されたい。本体９２は、限定はしないが、アルミニウムを含む任意の適切な材料から作製することができる。

セットの摩耗減衰体９６は、限定はしないが、セットの摩耗減衰体９６が接着剤によってなどで本体９２に接着することができることを含む任意の適切な方法で本体９２によって保持されるか、または本体９２に取り付けることができる。より具体的には、摩耗減衰体９６は、第１および第２のフランジ１０６および１０８で本体９２に取り付けることができる。摩耗減衰体９６は、限定はしないが、摩耗減衰体９６をＣ字状とすることができることを含む任意の適切な方法で成形することができる。摩耗減衰体９６は、限定はしないが、摩耗減衰体９６をＰＥＥＫ成形品とすることができることを含む任意の適切な材料から作製ことができる。

セットの振動減衰体９８は、限定はしないが、セットの振動減衰体９８がシリコーンから形成することができることを含む任意の適切な材料から作製することができる。セットの振動減衰体９８は、セットの摩耗減衰体９６とカバープレート９４との間に位置することができる。より具体的には、セットの振動減衰体９８は、限定はしないが、セットの振動減衰体９８が接着剤によってなどでカバーに接着することができることを含む任意の適切な方法でカバープレート９４によって保持されるか、またはカバープレート９４に取り付けることができる。摩耗減衰体９６と振動減衰体９８の両方は本体９２に接着されるものとして説明したが、取り付けブラケット９０が、接着剤での接着ができない場合に摩耗減衰体９６および振動減衰体９８を捕捉するための冗長性のある物理的特徴を含むことができることを理解されたい。

第１のセットの締結具１０２は、螺子挿入部材１２０と、皿頭ねじ１２２とを含む。螺子挿入部材１２０は、取り付けブラケット締結具開口部１１０内に保持することができる。同様に、第２のセットの締結具１０４は、螺子挿入部材１２４と、ねじ１２６とを含む。螺子挿入部材１２４は、取り付けブラケット締結具開口部１１２内に保持することができる。カバープレート９４は、皿頭ねじ１２２およびねじ１２６をそれぞれ受け入れるための対応する第１のセットの開口部１３０と、第２のセットの開口部１３２とを有することができる。

組立中、取り付けられたセットの摩耗減衰体９６を備えた本体９２は、給電スロット１３６（図３）を介して表面冷却器５０に設置することができ、所望の位置に周方向に摺動させることができる。本体９２が所望の位置に摺動することにより、摩耗減衰体９６は、摺動および摩耗の減少を可能にする。図６により明確に示すように、表面冷却器５０の前方および後方フック７６および７８は、第１の表面６６から径方向に離間しており、本体９２から延びる第１および第２のフランジ１０６および１０８は、前方および後方フック７６および７８の下に設けられている。表面冷却器５０は堅固であるものとして示されているが、任意の適切な内部流路がその中に位置することができることを理解されたい。したがって、組み立てられると摩耗減衰体９６は、本体９２の第１および第２のフランジ１０６および１０８と前方および後方フック７６および７８との間に位置することができる。Ｃ字状の摩耗減衰体９６の場合、摩耗減衰体９６は、前方フック７６の自由端部１３８および後方フック７８の自由端部１３８の周囲に位置する。

取り付けられたセットの振動減衰体９８を備えたカバープレート９４は、次いで第１のセットの締結具１０２を使用して本体９２に取り付けることができる。このようにして、前方および後方フック７６および７８は、カバープレート９４と本体９２の第１および第２のフランジ１０６および１０８との間に圧縮保持される。皿頭ねじ１２２を締め付けることでセットの振動減衰体９８に予圧を与え、これにより前方および後方フック７６および７８とＣ字状の摩耗減衰体９６の完全な接触を確保する。これは、動的ローディング条件にとって重要なことである。

表面冷却器５０は、次いで第１の表面６６が後方ケーシング５２の周壁５４と対向するように配置することができる。かかる例では、本体９２の取り付けブラケット締結具開口部１１２およびカバープレート９４の開口部１３２は、ファンケーシング締結具開口部６４に対応する。本体９２は、次いで第２のセットの締結具１０４によって周壁５４に固定されて周壁５４から延びることができる。このようにして、本体９２は、周壁５４から吊り下げることができる。取り付けブラケット９０がすでに前方および後方フック７６および７８を圧縮保持しているので、これにより表面冷却器５０は後方ケーシング５２に取り付けられる。組み立てられると、取り付けブラケット９０のためのカバープレート９４は、環状後方ケーシング５２と本体９２との間に位置する。さらに、第２のセットの締結具１０４の一部は、取り付けブラケット９０との間および後方ケーシング５２内の共有位置に位置する。

このようにして、本発明の実施形態は、表面冷却器５０から延びるセットのフック７６および７８を表面冷却器５０と後方ケーシング５２との間に位置する取り付けブラケット９０で圧縮保持することによって表面冷却器５０をファンケーシング３７に取り付ける方法を含むことができる。取り付けブラケット９０は、第２のセットの締結具１０４によって後方ケーシング５２に固定されて後方ケーシング５２から延びる。このようにして、第２のセットの締結具は、取り付けブラケット９０と後方ケーシング５２との間の共有位置にある。セットのフック７６および７８が表面冷却器５０の軸方向縁部にあると示されているが、これらは表面冷却器５０の任意の位置で圧縮保持することができることを企図されている。

タービンエンジンアセンブリ１０の動作中、表面冷却器５０と環状後方ケーシング５２との間の相対的な熱デルタは、環状後方ケーシング５２と表面冷却器５０との間の熱誘導運動を引き起こす。この運動は、環状後方ケーシング５２と環状表面冷却器５０との間の相対的な周方向運動を生じさせることができる。このようにして、一体型の支持機構を備えた表面冷却器は非常に魅力的な設計要件を有することを理解されたい。公差および幾何学的な積層によって構成要素の寸法を制御することによって、前述した実施形態の予圧量は、動的ローディングおよびフローティングのための固定接続または熱ローディングのための可撓接続のとなるレベルに制御され、これは、完全に保持された取り付けブラケット内で行われる。

前述した実施形態は、組み立ての容易性を含む様々な追加の利点をもたらし、溶接を必要としない小型で簡略化された設計を提供する。さらに、軸方向長さの制約および径方向長さの制約を実現することができる。より具体的には、これは、取り付けブラケットおよびその螺子挿入部材が押し出し成形されたフックとの間に嵌合し、前方および後方境界を越えて延びないことを意味する。本体およびカバープレートは表面冷却器の内側に面している凸部の周りに重ね合わされるので、より一層低減された軸方向の騒音範囲および縮小された径方向のパッケージングを可能にする小型の一体型設計を実現することができる。前述した実施形態は、設けられた径方向および軸方向スペースにおいて非常に堅固なパッケージングを可能にする。非限定的な例としては、前方縁部６８と隣接するハードウェアとの間の軸方向距離１４０は、．１３５インチ未満とすることができ、後方縁部７０と隣接するハードウェアとの間の軸方向距離１４２は、．１２６インチ未満とすることができ、表面冷却器５０の一部と周壁５４の一部との間の径方向距離１４４は、．２６６インチ未満であり、径方向距離１４５は、約．４５０インチである。径方向距離１４４および径方向距離１４５は、非常に堅固な径方向スペースを形成し、取り付けブラケットは、第２のセットの締結具を取り付けブラケットとの間およびファンケーシング内の共有位置に配置して径方向高さを低くする。

今までに記載されていない範囲で、様々な実施形態の異なる特徴および構造を互いに組み合わせて所望のように使用することができる。１つの特徴を実施形態のすべてにおいて示しているわけではないということは、それができないと解釈されるものではなく、説明を簡潔にするためにそのようにしているのである。したがって、新規な実施形態が明白に記載されているか否かを問わず、新規な実施形態を形成するように、異なる実施形態の様々な特徴を所望のように混合し適合させることができる。本明細書に記載されている特徴のすべての組み合わせまたは置換は、本開示によって包括される。

本明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にある。

１０ タービンエンジンアセンブリ
１２ 長手軸
１６ タービンエンジン
１８ ファンアセンブリ
２０ ナセル
２２ エンジンコア
２４ 圧縮機
２６ 燃焼セクション
２８ タービン
３０ 排出口
３２ 内側カウル
３４ 外側カウル
３６ 環状通路
３７ ファンケーシング
３８ 環状前方ケーシング
４０ 第１の部分
４２ 第２の部分
４８ ファンケーシングアセンブリ
５０ ファンケーシング冷却器
５２ 環状後方ケーシング
５４ 周壁
６０ 前方縁部
６２ 対向する後方縁部
６４ 締結具開口部
６６ 第１の表面
６８ 前方縁部
７０ 後方縁部
７２ 前方凸部
７４ 後方凸部
７６ 前方フック
７８ 後方フック
８０、８２ 矢印
８４ 径方向スペース
９０ 取り付けブラケット
９２ 本体
９４ カバープレート
９６ 摩耗減衰体
９８ 振動減衰体
１００ ワッシャ
１０２ 第１のセットの締結具
１０４ 第２のセットの締結具
１０６ 第１のフランジ
１０８ 第２のフランジ
１１０ 締結具開口部
１１２ 取り付けブラケット締結具開口部
１２０ 螺子挿入部材
１２２ 皿頭ねじ
１２４ 螺子挿入部材
１２６ ねじ
１３０ 第１のセットの開口部
１３２ 第２のセットの開口部
１３６ 給電スロット
１３８ 自由端部
１４０、１４２ 軸方向距離
１４４、１４５ 径方向距離

Claims (10)

1. 周壁（５４）と、対向する前方および後方縁部（６８，７０）ならびに前記周壁（５４）を通過する少なくとも１つのファンケーシング締結具開口部（６４）とを有する環状ファンケーシング（３７）と、
   前記周壁（５４）と対向する第１の表面（６６）であって、対向する前方および後方縁部（６８，７０）を有し、対応する前方および後方フック（７６，７８）が前記第１の表面（６６）から径方向に離隔して前記周壁（５４）と前記第１の表面（６６）との間に位置する第１の表面（６６）を有する環状表面冷却器（５０）と、
   対向する第１および第２のフランジ（１０６，１０８）ならびに前記ファンケーシング締結具開口部（６４）に対応する少なくとも１つの取り付けブラケット締結具開口部（１１０）を備えた本体（９２）を有し、前記第１および第２のフランジ（１０６，１０８）は、前記対応する前方および後方フック（７６，７８）の下に設けられており、締結具（１０２，１０４）は、前記対応するファンケーシング締結具開口部（６４）および取り付けブラケット締結具開口部（１１０）を通って延びて前記環状表面冷却器（５０）を前記環状ファンケーシング（３７）に保持する取り付けブラケット（９０）と、を備えるファンケーシングアセンブリ（４８）。
2. 前記前方および後方フック（７６，７８）の１つが、後方方向に延び、前記前方および後方フック（７６，７８）の他方が、前方方向に延びる請求項１に記載のファンケーシングアセンブリ（４８）。
3. 前記第１および第２のフランジ（１０６，１０８）と前記前方および後方フック（７６，７８）との間に位置する摩耗減衰体（９６）をさらに備える請求項１に記載のファンケーシングアセンブリ（４８）。
4. 前記摩耗減衰体（９６）が、前記前方および後方フック（７６，７８）の自由端部（１３８）の周囲に位置するセットのＣ字状の摩耗減衰体（９６）を含む請求項３に記載のファンケーシングアセンブリ（４８）。
5. 前記環状ファンケーシング（３７）と前記本体（９２）との間に位置する前記取り付けブラケット（９０）のためのカバープレート（９４）をさらに備え、前記前方および後方フック（７６，７８）が、前記カバープレート（９４）と前記第１および第２のフランジ（１０６，１０８）との間に圧縮保持される請求項１に記載のファンケーシングアセンブリ（４８）。
6. 前記前方および後方フック（７６，７８）の自由端部（１３８）の周囲に位置するＣ字状の摩耗減衰体（９６）をさらに備える請求項５に記載のファンケーシングアセンブリ（４８）。
7. ａ）前記表面冷却器（５０）の前記前方縁部（６８）と隣接するハードウェアとの間の軸方向距離が、．１３５インチ未満であり、
   ｂ）前記表面冷却器（５０）の前記後方縁部（７０）と隣接するハードウェアとの間の軸方向距離が、．１２６インチ未満であり、
   ｃ）前記表面冷却器（５０）の前記前方および後方フック（７６，７８）と前記周壁（５４）との間の径方向距離が、．２６６インチ未満である請求項１に記載のファンケーシングアセンブリ（４８）。
8. 表面冷却器（５０）をタービンエンジン（１６）のファンケーシング（３７）に取り付ける方法であって、
   前記表面冷却器（５０）から延びるフック（７６，７８）を前記表面冷却器（５０）と前記ファンケーシング（３７）との間に位置する取り付けブラケット（９０）で圧縮保持することを含み、前記取り付けブラケット（９０）は、前記ファンケーシング（３７）に固定されて前記ファンケーシング（３７）から延びる、方法。
9. 前記フック（７６，７８）を圧縮保持することが、前記表面冷却器（５０）の軸方向縁部で行われる請求項８に記載の方法。
10. 前記フック（７６，７８）を圧縮保持することが、第１のフックを前記表面冷却器（５０）の前方縁部（６８）で、および第２のフックを前記表面冷却器（５０）の後方縁部（７０）で圧縮保持することを含む請求項９に記載の方法。