JP6013501B2 - 航空機ターボ機械モジュールロータホイールが接触する封止リングを軸方向に拘束するための解除可能な装置 - Google Patents

Description

本発明は、航空機ターボ機械モジュールロータの外周と接触するアブレイダブル材料製封止リングを軸方向に拘束するための装置に関する。

特に、本発明は、ターボ機械モジュールの第１の段、好ましくは、低圧タービンの封止リング用の軸方向拘束装置に関する。

本発明は、全てのタイプの航空機ターボ機械、特に、ターボジェットやターボプロップに適用される。

航空機ターボ機械モジュールでは、特に、低圧タービンでは、ロータは、ガイドベーンと呼ばれる固定ブレード付きホイールと交互に配置される。アブレイダブル材料製封止リングは、ターボ機械の主流路の漏れを制限するために、外周の「リップシール」要素を介して封止リングと接触する各ロータの周囲に配置される。

既存のターボ機械では、いくつかの要素を検査および／または交換することができるように分解できることが必要である。これは、特に、いくつかの封止リング、特に、低圧タービンの第１のロータに結合される封止リングに言えることである。この場合、好ましくは、ロータを取り外す必要なしに、セグメント化されたリングをセクタずつ取り出さなければならない。この場合の取り出しは、ケーシングとロータとの間のスペースに応じて可能であれば、ケーシングとロータとの間で行われる。

先行技術の従来の解決策では、低圧タービンの第１のロータの封止リングは、Ｃ字形断面を有する分割リングタイプの軸方向推力装置に結合される。タブを保持する環状リングおよびタブを保持する環状ケーシングが共にＣ字形の中空部に挿入され、Ｃ字形部分自体は、隣接する高圧タービンの一部を軸方向に支承する。

したがって、リングの角度セクタを取り出すためには、低圧タービンモジュールを取り外して、その後、分割リングを前方に移動させることで分割リングを切り離さなければならない。その後、セクタは、ロータの外周とケーシングとの間に画定された制限空間を通って滑らされる。

しかし、この解決策は、ロータとケーシングとの間に画定される制限空間が詰まりすぎて、角度封止リングセクタの取り出し／挿入が不可能な場合があるという点において、改善の余地がある。さらに、係止分割リングをなくすリスク以外に、リングの分解および再組立がこれらの操作に関連するメンテナンス時間に悪影響を及ぼすという点に留意されたい。

本発明の目的は、先行技術の実施形態に関して上述した不利点を少なくとも部分的に克服することである。

上述の目的を達成するためには、本発明の対象は、航空機ターボ機械モジュールのロータの外周と接触するアブレイダブル材料製の封止リングの軸方向拘束装置であって、第１の軸と呼ばれる基準中心軸を有する装置である。

本発明によれば、装置は、
前記第１の軸に平行かつ前記第１の軸から離間した第２の軸を中心とした円形軌道を画定する支持開口部を有する支持部と、
前記第２の軸に平行かつ前記第２の軸から離間した第３の軸を中心とした取り出し通路を有する軸方向止め部であって、前記円形支持軌道と協働して、封止リングの軸方向停止位置と封止リングを前記取り出し通路を通して取り出す取り出し位置との間で、前記止め部が前記第２の軸に沿って支持部に対して回転できるようにする相補的円形軌道を止め部の外周に沿って画定し、この場合、第１の軸と第３の軸との間の距離は前記軸方向停止位置における距離より前記取り出し位置における距離の方が大きい軸方向止め部と
を備える。

本発明の装置の二重偏心構造により、まず、軸方向停止位置におけるターボ機械の長手方向軸と一致するのが好ましい第１の軸上で取り出し通路を最適にセンタリングすることができる。このセンタリングにより、軸方向止め部は封止リングと対向した状態になり、封止リングと、好ましくは封止リング外周全体を接触支承できるようになる。次に、取り出し位置において、取り出し通路は、例えば、装置の２つの偏心度を最大にすることによって、第１の軸から大幅に偏心されてもよい。このことで、この時、取り出し通路の一部と対向している封止リングの少なくとも１つの角度セクタの軸方向支承が解除され、セクタを取り出し通路を通して取り出して、その後、再挿入することができる。

本発明は、当該ターボ機械モジュールから軸方向拘束装置を取り出す必要なしに、軸方向拘束装置を係留状態にすることができる単純で実施しやすい解決策を提供する。

好ましくは、前記第１の軸と前記第２の軸との間の距離は、前記第２の軸と前記第３の軸との間の距離に等しい。当然、これは、本発明の範囲から逸脱しないために必須というわけではない。

好ましくは、前記取り出し通路は、前記第３の軸を中心とした略円形である。この点に関して、通路は、円周方向に沿って均一間隔でパターンの繰り返しを有してもよく、この場合のパターンは、封止リングの止め具としての働きをする。

好ましくは、前記支持開口部は、前記軸方向止め部を支持するための軸方向支持リムを有し、前記リムは、前記円形軌道に沿って伸び、前記円形軌道から半径方向内側に突出して、好ましくは、前記封止リングを取り出すためのノッチを有する。

好ましくは、前記支持部は、支持部をターボ機械モジュールのケーシングに取り付けるための前記第１の軸を中心としたフェスツーン状外周を有する。このフェスツーン状外周には、同時に、ケーシングを隣接モジュールのケーシングに取り付けることによって交差してもよいし、さらには、直接これらの取り付け手段が含まれてもよい。

本発明の別の対象は、ケーシング、ロータ、ロータの外周と接触するアブレイダブル材料製封止リング、および前記封止リングと協働する上述の軸方向拘束装置を備えた航空機ターボ機械モジュールである。

好ましくは、軸方向拘束装置の前記第１の軸は、ターボ機械モジュールの長手方向軸と一致する。

好ましくは、前記封止リングは、前記軸方向停止位置にある時には、前記軸方向止め部を３６０°にわたって軸方向に支承した状態であり、前記リング取り出し位置にある時には、リングの少なくとも１つの角度セクタであって、前記取り出し通路に軸方向に対向している半径方向内側端部を有する角度セクタは、軸方向に前記軸方向止め部と接触しない。

好ましくは、前記軸方向止め部は、ケーシングのフランジと前記軸方向支持リムとの間で軸方向に圧迫される。

最後に、本発明の別の対象は、上述したような少なくとも１つのモジュールを備え、好ましくは、前記モジュールを別の隣接モジュールに取り付けるための取り付け手段であって、支持部をモジュールケーシングに取り付けるのにも使用される取り付け手段を備えた航空機ターボ機械である。

本発明の他の利点および特徴は、後述する詳細かつ非限定的な説明から明らかになるであろう。

添付図面を参照しながら、本発明について後述する。

本発明の好適な一実施形態の航空機ターボ機械の低圧タービンの部分斜視図である。 図１のタービンの封止リングの軸方向拘束装置で、封止リングの取り出し位置にある時の軸方向拘束装置の断面図であり、図２ＡのラインＩＩ−ＩＩに沿った断面図に対応した断面図である。 図２のラインＡ−Ａに沿った断面図である。 図２のラインＢ−Ｂに沿った断面図である。 図２のラインＣ−Ｃに沿った断面図である。 図２と同様の断面図であり、軸方向拘束位置にある時の軸方向拘束装置の断面図である。 図１の低圧タービンの別の部分斜視図であり、見やすくするためにいくつかの要素を省略した図である。 図４の斜視図の正面図である。 図１と同様の斜視図であり、軸方向拘束装置が封止リングの取り出し位置にある時の図である。 図４と同様の斜視図であり、軸方向拘束装置が封止リングの取り出し位置にある時の斜視図である。 図５と同様の正面図であり、軸方向拘束装置が封止リングの取り出し位置にある時の正面図である。

図１は、航空機ターボ機械、好ましくは、ターボジェットの低圧タービンを示した図である。タービン１は、タービンの長手方向軸４を中心とした回転体の形状の外側ケーシング２を備える。タービンは、軸方向に沿ってロータおよび固定ガイドベーンを交互に備える。図１には、第１のロータである入口側のロータのみが示されている。

この点に関して、以下の説明全体を通して、用語「前方」および「後部」は、タービン内のガス循環の主方向に対して示されていることに留意されたい。この主方向は矢印６で示されている。

複数のブレードを備えたロータ８は、軸４を中心とする。ロータ８は、その外周に沿って、当業者に周知の方法でアブレイダブル材料製封止リング１２と接触するように設計されたリップシール１０を備える。封止リングは、「アブレイダブルリング」とも呼ばれる。

封止リングは、円周方向に沿って互いに接続して形成される複数の角度リングセクタ１２ａで形成されている。封止リングは、ケーシング２のリーミング１４と半径方向外側で接触し、リングの外周に沿って形成されケーシングのリーミングを接触支承するタブ１６によって下流側方向で軸方向に拘束される。

上流側には、本発明に特有の軸方向にリングを拘束する装置２０が設けられる。この装置は、封止リング１２の上流側方向に向かう動きを軸方向に拘束する。この装置は、半径方向内側に突出するケーシング２のフランジ２２に、例えば、ボルト１８によって取り外し可能に取り付けられる。この取り付けは、装置に軸４を中心としたフェスツーン状外周２６を設けて、ボルト１８が各突出部を貫通することによって行われる。

図示されている好適な実施形態では、これらのボルト１８は、フランジ２２を隣接低圧タービンのケーシングのフランジ２４に締結するのに使用される。

図２〜図３を参照しながら、装置２０について詳細に説明する。

まず、装置２０は、装置２０がタービン１に設置された時に軸４と一致する装置の中央基準軸を中心とした前記フェスツーン状外周２６が設けられた支持部３０を有する。したがって、この軸を参照番号４で示し、第１の軸と呼ぶ。

支持部３０は、第１の軸に平行で、第１の軸との離間距離が「Ｅ１」である第２の軸３６を中心とした円形軌道３４を画定する支持開口部３２を備える。

さらに、支持開口部３２は、円形軌道３４に沿って伸びて円形軌道３４から半径方向内側に突出するリム４０を有する。リム４０は、後述するように、封止リングを取り出すためのノッチ４２を有する。

リム４０の働きは、装置２０の別の要素、すなわち、リングの軸方向止め部（参照番号４６）を軸方向に支持することである。

軸方向止め部４６は、第２の軸３６に平行で、第２の軸３６との離間距離が「Ｅ２」（好ましくはＥ１に等しい）である第３の軸５０を中心とした取り出し通路４８を有する。

さらに、軸方向止め部４６は、支持部３０の円形軌道３４と協働し、したがって同様に軸３６を中心とする相補的円形軌道５２を止め部の外周に沿って画定する。したがって、２つの軌道３４、５２は、実質的に同じ直径を有する。

装置２０内の二重偏心構造は、軸３６を中心として止め部４６を支持部３０に対して単純に回転させることにより２つの異なる位置に適応できるようにする。これらの２つの位置で、軸方向拘束装置２０をそれぞれ解除および係止することができる。

これが、図２に示されるような封止リングを取り出し通路４８を通して取り出す取り出し位置と、図３に示されるような封止リングの軸方向停止位置とを決定する。

取り出し位置では、通路４８は、できる限り軸４からオフセットされ、偏心度はＥ１とＥ２の和に等しい。したがって、装置２０の半径方向の厚さは円周方向に沿って大幅に変化する。支持部の半径方向厚さの値と軸方向止め部４６の半径方向厚さの値は、ノッチ４２の直径方向反対側で最大となる。したがって、これら２つの半径方向厚さの和は非常に大きくなる。これは、図２Ａに示されている。

一方、支持部３０の半径方向厚さの値と軸方向止め部４６の半径方向厚さの値は、ノッチ４２側で最小となる。したがって、図２Ｃに示されている２つの半径方向厚さの和は最小になり、図２Ａの厚さより大幅に小さい。指針として、図２Ｂは、上述した２つの極値部分間に見られる装置の平均半径方向厚さを示している。

後述するように、取り出し通路４８の半径方向オフセットにより、支持リムのノッチ４２と重なった偏心部分において取り出し通路４８を通して角度リングセクタ１２ａを取り出すことができる。

図３に示されている半径方向停止位置では、通路４８は、偏心度Ｅ１、Ｅ２を補償するように軸４を中心とする。したがって、軸４と軸５０は一致する、つまり軸４と軸５０との間の間隔は０となる。

したがって、装置２０の厚さ５４は、実質的には全周囲にわたって半径方向に沿って同じ状態である。支持部の半径方向厚さは、ノッチ４２の直径方向反対側で最大となるが、軸方向止め部４６の半径方向厚さは最小となる。この場合の２つの半径方向厚さの和は、ノッチ４２側では、支持部３０の半径方向厚さは最小となるが、軸方向止め部４６の半径方向厚さは最大となるので、実質的には、ノッチ４２側の半径方向厚さの和と同じである。

後述するように、取り出し通路４８のセンタリングは、軸方向止め部４６がリングの全長にわたってリングの軸方向止め具を形成することを意味する。

図１、図４、および図５を参照すると、装置２０は、封止リング１２が軸方向止め部４６の半径方向内側端部で３６０°にわたって軸方向止め部４６と軸方向に接触支承する軸方向停止位置でケーシング２のフランジ２２に取り付けられて示されている。この取り付けを行うために、リング１２には、図１および図４（リング１２のみが破線で示されている）に示されるように、上流側方向で軸方向に突出し、軸方向止め部４６の前記半径方向内側端部と接触する支承タブ６０が設けられる。

これは係止位置であり、動作位置とも呼ばれるが、装置２０が並進運動するリング１２を保持する位置である。この位置では、支持部３０のフェスツーン状外周２６は、下流側でケーシング２のフランジ２２と接触してしっかりと固定され、軸方向止め部４６は、このフランジ２２と支持部３０のリム４０との間で軸方向に締め付けられる。この締め付けにより、タービンの動作時の止め部４６の変位を防ぎ、特に、止め部４６が軌道３４上を回転するのを防ぐ。

図６〜図８を参照すると、装置２０は、低圧タービンが取り外され、ナット１８を外すまたは緩めることによって軸方向拘束装置２０がフランジ２２から切り離された取り出し位置で示されている。しかし、支持部３０および軸方向止め部４６は、上流方向では、半径方向内側に十分に伸びたケーシングフランジ２２によって保持された状態のままであるので、装置２０がタービンから外れることはない。したがって、装置２０は係留された状態である。

したがって、フランジ２２とリム４０との間で締め付けられなくなった止め部４６は、軸３６を中心として止め部４６を単純に回転させることで停止位置から取り外し位置に容易に移動されている。上述したように、この位置では、取り出し通路４８は偏心され、特に、リム４０のノッチ４２の一部を開放する。図６および図７（リング１２のみが破線で示されている）においてよりわかりやすく示されているように、リング１２の保持タブ６０は、このノッチでは止め部４６と接触しなくなる。したがって、リング１２は、外周全体にわたって止め部４６と軸方向に接触支承しなくなる。すなわち、ノッチ４２近くに位置するリング１２の少なくとも１つの角度セクタであって、取り出し通路４８およびノッチ４２と軸方向に対向する半径方向内側端部を有する角度セクタは止め部４６と軸方向に接触しない。

それによって、これらのリングセクタは、各セクタをノッチ４２および通路４８の偏心部を通って前に滑らせることによってロータ８を定位置に保ちながら１つずつ取り出すことができる。

当然、リング１２をケーシング２とロータ８との間の空間で再組立しなければならない場合には、上述の操作を逆の順序で行う。

当然、当業者は、単なる非限定的な例として上述した本発明に対して種々の変更を行うことができる。

Claims (10)

1. 航空機ターボ機械モジュールのロータ（８）の外周と接触するアブレイダブル材料製封止リング（１２）を軸方向に拘束する軸方向拘束装置（２０）にして、第１の軸と呼ばれる基準中心軸（４）を有する軸方向拘束装置（２０）であって、
   前記第１の軸（４）に平行かつ前記第１の軸（４）から離間した第２の軸（３６）を中心とした円形軌道（３４）を画定する支持開口部（３２）を有する支持部（３０）と、
   前記第２の軸（３６）に平行かつ前記第２の軸（３６）から離間した第３の軸（５０）を中心とした取り出し通路（４８）を有する軸方向止め部（４６）であって、支持部（３０）の前記円形軌道（３４）と協働して、封止リング（１２）の軸方向停止位置と前記取り出し通路（４８）を通して封止リング（１２）を取り出す取り出し位置との間で、前記止め部（４６）が前記第２の軸（３６）に沿ってこの支持部に対して回転できるようにする相補的円形軌道（５２）を前記止め部（４６）の外周に沿って画定し、この場合、第１の軸（４）と第３の軸（５０）との間の距離は前記軸方向停止位置における距離より前記取り出し位置における距離の方が大きい軸方向止め部（４６）と
   を備えることを特徴とする軸方向拘束装置。
2. 前記第１の軸（４）と前記第２の軸（３６）との間の距離が前記第２の軸（３６）と前記第３の軸（５０）との間の距離と同じであることを特徴とする、請求項１に記載の軸方向拘束装置。
3. 前記取り出し通路（４８）が、前記第３の軸（５０）を中心とした略円形であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の軸方向拘束装置。
4. 前記支持開口部（３２）が、前記軸方向止め部（４６）を支持するための軸方向支持リム（４０）を有し、前記リム（４０）は、前記円形軌道（３４）に沿って伸び、前記円形軌道（３４）から半径方向内側に突出し、好ましくは、前記封止リング（１２）を取り出すためのノッチ（４２）を有することを特徴とする、請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の軸方向拘束装置。
5. 前記支持部（３０）が、支持部をターボ機械モジュールのケーシング（２）に取り付けるための前記第１の軸（４）を中心とするフェスツーン状外周（２６）を有することを特徴とする、請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載の軸方向拘束装置。
6. ケーシング（２）、ロータ（８）、ロータ（８）の外周と接触するアブレイダブル材料製封止リング（１２）、および前記封止リング（１２）と協働する請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載の軸方向拘束装置（２０）を備える、航空機ターボ機械モジュール（１）。
7. 軸方向拘束装置（２０）の前記第１の軸（４）が、ターボ機械モジュールの長手方向軸と一致することを特徴とする、請求項６に記載のターボ機械モジュール。
8. 前記軸方向停止位置では、前記封止リング（１２）が、３６０°にわたって前記軸方向止め部（４６）を軸方向に支承し、前記リング取り出し位置では、リングの少なくとも１つの角度セクタであって、前記取り出し通路（４８）と軸方向に対向している半径方向内側端部を有する角度セクタは、前記軸方向止め部と軸方向に接触しないことを特徴とする、請求項６または請求項７に記載のターボ機械モジュール。
9. 請求項４に記載の装置の前記軸方向止め部（４６）が、ケーシング（２）のフランジ（２２）と前記軸方向支持リム（４０）との間で軸方向に圧迫されることを特徴とする、請求項６〜請求項８のうちのいずれか一項に記載のターボ機械モジュール。
10. 請求項６〜請求項９のうちのいずれか一項に記載の少なくとも１つのモジュール（１）を備える航空機ターボ機械であって、前記ターボ機械は、好ましくは、前記モジュール（１）を別の隣接するモジュール（２６）に取り付けるための取り付け手段（１８）を備え、前記取り付け手段（１８）はさらに支持部（３０）をモジュール（１）のケーシング（２）に取り付けるのに使用される、ターボ機械。

Images