JP2002536577A - バンパ構造を含む硬質壁ファンケース - Google Patents
バンパ構造を含む硬質壁ファンケースInfo
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
- F01D21/04—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position
- F01D21/045—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position special arrangements in stators or in rotors dealing with breaking-off of part of rotor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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-
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Abstract
(57)【要約】
ガスタービンエンジンの前方ファン（２）の径方向周辺部を囲む硬質壁ファンケース（１）であって、このファンケースは、剛性の硬質壁前方セクション（１５）を含むとともに摩耗性材料の前方層（１６）でコーティングされた剛性の環状シェル（１４）を有する。前方セクション（１５）は、バードストライク時に偏移するファンブレード（５）の径方向移動を制限する硬質壁として機能し、これによりファン先端部（９）クリアランスを許容限度内に維持する。剛性シェル（１４）の後方セクション（１７）と空気流路面（１８）との間には凹部があり、この凹部は、径方向に推進されるブレード（５）破断片の衝撃を吸収するとともに、この破片を所定の状況で保持することができる。剛性シェル（１４）は、前方および後方のセクション（１５，１４）の間に新規の剛性バンパ（２１）を含み、この剛性バンパ（２１）は、ファンブレードの重心（６）からオフセット距離だけ前方に設けられた剛性の後方端部（２２）を含む。
Description
【０００１】
本発明は、ターボファンエンジンのファンを囲むファンケースに関し、このフ
ァンケースは、鳥との衝突後にファンブレード先端部とファンケースとの間のク
リアランスを小さく維持する硬質壁前方セクションと、ブレード破断片の衝撃を
吸収する圧縮可能な後方セクションと、ブレード破断片の径方向外向きの軌道を
軸方向後方の軌道にそらす、前方セクションと後方セクションの間に設けられた
剛性バンパと、を有する。
ァンケースは、鳥との衝突後にファンブレード先端部とファンケースとの間のク
リアランスを小さく維持する硬質壁前方セクションと、ブレード破断片の衝撃を
吸収する圧縮可能な後方セクションと、ブレード破断片の径方向外向きの軌道を
軸方向後方の軌道にそらす、前方セクションと後方セクションの間に設けられた
剛性バンパと、を有する。
【０００２】
ターボファンエンジンのファンケースは、動作中の回転ファンに関連して種々
の機能を果たす。ファンケースの空力的な機能は、ファンとともに空気の軸方向
の流れを導くことである。
の機能を果たす。ファンケースの空力的な機能は、ファンとともに空気の軸方向
の流れを導くことである。
【０００３】 通常、ファンは、エンジンのコンプレッサおよびタービンを通して一次空気流
を導き、径方向外側の環状バイパスダクトを通して二次空気流を導く。ファンケ
ースの空力的な機能に関して、ファン効率を最大にするためには、回転ファンブ
レードとファンケースの内側面とのクリアランスを許容範囲内に保つことが重要
である。
を導き、径方向外側の環状バイパスダクトを通して二次空気流を導く。ファンケ
ースの空力的な機能に関して、ファン効率を最大にするためには、回転ファンブ
レードとファンケースの内側面とのクリアランスを許容範囲内に保つことが重要
である。
【０００４】 ファンケースの内側空気流路面を、摩耗性材料で覆うことは一般的である。エ
ンジンの初期運転時に新しく製造されたファンが回転すると、摩耗性材料が回転
ファンブレードの先端部と接触してこすり落とされる。例えば、直径が約２４イ
ンチの小型ガスタービンエンジンでは、摩耗性材料の厚さが０．０７０インチ程
度である。また、組み立てた状態における先端部クリアランスは、０．００５〜
０．０３０インチ程度である。ファンの高速回転時には、遠心力負荷によって、
ファンブレードが０．０２０〜０．０４０インチ程度弾性的に伸長する。金属性
ブレードのこのような動的な伸長によって、摩耗性材料がファンブレード先端部
と接触して摩耗する。各ファンブレードは、製造公差によって個々に変化量を有
し、要求される実際の運転クリアランスおよびブレードの伸長の程度は、ファン
ごとにある程度変動する。従って、摩耗性材料を設けることによってファンブレ
ード先端部とファンケースの環状内側空気流路との公差を小さくする、すなわち
最小化することができる。
ンジンの初期運転時に新しく製造されたファンが回転すると、摩耗性材料が回転
ファンブレードの先端部と接触してこすり落とされる。例えば、直径が約２４イ
ンチの小型ガスタービンエンジンでは、摩耗性材料の厚さが０．０７０インチ程
度である。また、組み立てた状態における先端部クリアランスは、０．００５〜
０．０３０インチ程度である。ファンの高速回転時には、遠心力負荷によって、
ファンブレードが０．０２０〜０．０４０インチ程度弾性的に伸長する。金属性
ブレードのこのような動的な伸長によって、摩耗性材料がファンブレード先端部
と接触して摩耗する。各ファンブレードは、製造公差によって個々に変化量を有
し、要求される実際の運転クリアランスおよびブレードの伸長の程度は、ファン
ごとにある程度変動する。従って、摩耗性材料を設けることによってファンブレ
ード先端部とファンケースの環状内側空気流路との公差を小さくする、すなわち
最小化することができる。
【０００５】 特に小型のターボファンエンジンの場合には、ファンブレード先端部とファン
ケース内側面との間のクリアランスが重要である。ブレードの空力的負荷が高い
ので、ファン段の失速マージンが先端部クリアランスの影響を受けやすい。先端
部クリアランスの異常な変化は、エンジン推力および失速マージンに悪影響を与
えるおそれがあり、どんな場合でも避ける必要がある。
ケース内側面との間のクリアランスが重要である。ブレードの空力的負荷が高い
ので、ファン段の失速マージンが先端部クリアランスの影響を受けやすい。先端
部クリアランスの異常な変化は、エンジン推力および失速マージンに悪影響を与
えるおそれがあり、どんな場合でも避ける必要がある。
【０００６】 ファンケースとファンは、第一にファンブレードに衝突する鳥の吸込時、第二
にファンブレードの破断時の２つの危険な状態において、ターボファンエンジン
の安全運転を確保するために設けられた規定に従う必要がある。このような２つ
の状態は、それぞれ“バードストライク”および“ブレードオフ”として一般的
に知られている。
にファンブレードの破断時の２つの危険な状態において、ターボファンエンジン
の安全運転を確保するために設けられた規定に従う必要がある。このような２つ
の状態は、それぞれ“バードストライク”および“ブレードオフ”として一般的
に知られている。
【０００７】 従来技術では、鳥がファンに衝突すると、ファンブレード先端部とファンケー
スの内側面との間の先端部クリアランスが増加する。バードストライクが起こる
と、ファンケースの内側面に接着した軟らかい摩耗性材料は、摩耗性材料の径方
向外側に設けられた圧縮性材料とともに以下のように除去される。前方ファン領
域に機外の鳥が吸い込まれると、ファンブレードが鳥をばらばらに切断するとと
もに、接線方向および軸方向後方に断片を推進させる。鳥の破片は、続いて、外
側の環状バイパスダクトを通して軸方向に吐き出される。しかし、いくつかの鳥
の破片は、鳥を吸い込んだときにコンプレッサやタービンを通してエンジンコア
内に吸い込まれる。
スの内側面との間の先端部クリアランスが増加する。バードストライクが起こる
と、ファンケースの内側面に接着した軟らかい摩耗性材料は、摩耗性材料の径方
向外側に設けられた圧縮性材料とともに以下のように除去される。前方ファン領
域に機外の鳥が吸い込まれると、ファンブレードが鳥をばらばらに切断するとと
もに、接線方向および軸方向後方に断片を推進させる。鳥の破片は、続いて、外
側の環状バイパスダクトを通して軸方向に吐き出される。しかし、いくつかの鳥
の破片は、鳥を吸い込んだときにコンプレッサやタービンを通してエンジンコア
内に吸い込まれる。
【０００８】 本発明は、特に、バードストライクの影響とこれによるファンブレードとファ
ンケースの相互作用に関する。ファンブレードは、相互作用により変形する。軸
方向および径方向の不均衡負荷は、低出力軸、支持構造体、およびエンジン取付
部に伝達される。すなわち、回転軸上のファンは、径方向外向きに偏移してファ
ンケースの内側面を覆う圧縮性材料と摩耗性材料に深く切り込む。
ンケースの相互作用に関する。ファンブレードは、相互作用により変形する。軸
方向および径方向の不均衡負荷は、低出力軸、支持構造体、およびエンジン取付
部に伝達される。すなわち、回転軸上のファンは、径方向外向きに偏移してファ
ンケースの内側面を覆う圧縮性材料と摩耗性材料に深く切り込む。
【０００９】 小型エンジン用の従来のファンケースは、厚さが約０．３００〜０．５００イ
ンチの圧縮性材料の内側面に設けられた約０．１００〜０．３００インチの摩耗
性材料によって覆われている。捻れたまたは偏移したファンブレードは、これら
の材料に深く切り込み、過剰なファン先端部クリアランスを生じさせる。
ンチの圧縮性材料の内側面に設けられた約０．１００〜０．３００インチの摩耗
性材料によって覆われている。捻れたまたは偏移したファンブレードは、これら
の材料に深く切り込み、過剰なファン先端部クリアランスを生じさせる。
【００１０】 規定では、バードストライク時に、エンジンの推力がバードストライク後の２
０分間にわたって最大エンジン推力の７５％より低下しないことが要求されてい
る。バードストライクによっていくつかのエンジン部品が損傷するおそれがある
が、種々の損傷の累積作用によって総エンジン推力が２５％より大きく減少して
はならない。バードストライクは、ファンブレード先端部クリアランスを大きく
増加させることに加えて、ファンブレードの変形、エンジンコアの損傷、および
コンプレッサブレードの損傷を引き起こすおそれがある。実験によって、過剰な
ファンブレード先端部クリアランスは、それだけで７〜９％の推力損失を生じう
ることがわかっている。規定において、エンジンの推力損失が２５％以下である
ことが要求されることを考えると、バードストライク後の過剰なファンブレード
先端部クリアランスが、エンジンの推力損失の重要な原因であることがわかる。
０分間にわたって最大エンジン推力の７５％より低下しないことが要求されてい
る。バードストライクによっていくつかのエンジン部品が損傷するおそれがある
が、種々の損傷の累積作用によって総エンジン推力が２５％より大きく減少して
はならない。バードストライクは、ファンブレード先端部クリアランスを大きく
増加させることに加えて、ファンブレードの変形、エンジンコアの損傷、および
コンプレッサブレードの損傷を引き起こすおそれがある。実験によって、過剰な
ファンブレード先端部クリアランスは、それだけで７〜９％の推力損失を生じう
ることがわかっている。規定において、エンジンの推力損失が２５％以下である
ことが要求されることを考えると、バードストライク後の過剰なファンブレード
先端部クリアランスが、エンジンの推力損失の重要な原因であることがわかる。
【００１１】 約２４インチのファン直径を有する小型エンジンは、一般的に０．３００〜０
．５００インチの圧縮性材料および摩耗性材料の層を含む。ブレード変形とファ
ンロータの不均衡回転が組み合わさった影響により、特にファンブレードの前縁
および後縁の近くでかなりの量の材料が除去されるおそれがある。このような材
料が、０．２００〜０．３００インチ除去されることはめずらしくない。
．５００インチの圧縮性材料および摩耗性材料の層を含む。ブレード変形とファ
ンロータの不均衡回転が組み合わさった影響により、特にファンブレードの前縁
および後縁の近くでかなりの量の材料が除去されるおそれがある。このような材
料が、０．２００〜０．３００インチ除去されることはめずらしくない。
【００１２】 また、ファンの中には、過剰な先端部クリアランスに非常に影響を受けやすく
、失速するものがあることがわかっている。従って、バードストライク時に、過
剰な先端部クリアランスが危険な失速状態につながるおそれがある。
、失速するものがあることがわかっている。従って、バードストライク時に、過
剰な先端部クリアランスが危険な失速状態につながるおそれがある。
【００１３】 従来技術では、バードストライク時における先端部クリアランスの問題を制限
するために、製造公差や運転におけるブレードの伸長を補償するために薄い摩耗
性材料で覆われ、かつファンブレード先端部と平行な剛性のファンケースシェル
を含む硬質壁ファンケースを設けている。バードストライク時にファンブレード
が過度に移動すると、ファンブレード先端部が摩耗性材料を摩耗させてファンケ
ースの硬質壁と直接接触する。ファンロータは、一般に、ブレード一体型ロータ
である。エンジンの運転中におけるクリアランスが小さいと動的な一致が生じて
しまうという懸念があるので、ファンケースは摩耗性材料層で覆われている。こ
のような動的な一致は、ブレード一体型ロータが回転中心を中心として安定する
前に、ロータが硬質壁封じ込めファンケースをこするときに起こる。従って、摩
耗性材料は、回転中心を中心としてロータが安定するように十分なクリアランス
が提供され、かつバードストライク時に先端部クリアランスを制限するように、
ファンケースを覆っている。
するために、製造公差や運転におけるブレードの伸長を補償するために薄い摩耗
性材料で覆われ、かつファンブレード先端部と平行な剛性のファンケースシェル
を含む硬質壁ファンケースを設けている。バードストライク時にファンブレード
が過度に移動すると、ファンブレード先端部が摩耗性材料を摩耗させてファンケ
ースの硬質壁と直接接触する。ファンロータは、一般に、ブレード一体型ロータ
である。エンジンの運転中におけるクリアランスが小さいと動的な一致が生じて
しまうという懸念があるので、ファンケースは摩耗性材料層で覆われている。こ
のような動的な一致は、ブレード一体型ロータが回転中心を中心として安定する
前に、ロータが硬質壁封じ込めファンケースをこするときに起こる。従って、摩
耗性材料は、回転中心を中心としてロータが安定するように十分なクリアランス
が提供され、かつバードストライク時に先端部クリアランスを制限するように、
ファンケースを覆っている。
【００１４】 しかし、硬質壁ファンケースの重要な難点が、ファンロータで要求される第二
の状態、すなわちブレードオフ状態でファンブレードが破断したときに生じる。
エンジン設計に対して標準試験が行われており、このような試験では、高速運転
中に起爆剤を爆発させてファンブレードを破断させる。ファンの高速回転によっ
て破断したファンブレード片が径方向に高速で推進されるので、ファンケース構
造体は、これに対して航空機や乗客に重要な保護を提供する。ファンケースは、
ファンブレードの破断片をエンジン内に封じ込めるか、もしくはこのような破片
をバイパスダクトを通して軸方向後方に放出するように設けられている。
の状態、すなわちブレードオフ状態でファンブレードが破断したときに生じる。
エンジン設計に対して標準試験が行われており、このような試験では、高速運転
中に起爆剤を爆発させてファンブレードを破断させる。ファンの高速回転によっ
て破断したファンブレード片が径方向に高速で推進されるので、ファンケース構
造体は、これに対して航空機や乗客に重要な保護を提供する。ファンケースは、
ファンブレードの破断片をエンジン内に封じ込めるか、もしくはこのような破片
をバイパスダクトを通して軸方向後方に放出するように設けられている。
【００１５】 従来技術のファンケースは、ファンブレードの破断によって突発的な事故が確
実に起こらないようにするための重要な部品である。
実に起こらないようにするための重要な部品である。
【００１６】 硬質ファンケースは、内側空気流路の形状による難点を有する。空気流路面は
、エンジンに吸入された空気の圧力が増加するとともに体積が減少するに従って
、一般に径方向内向きに収束する。内側空気流路面は、ファンブレード破断片が
硬質ファンケースから跳ね返って前方に方向転換するような形状でテーパ状とな
っている。しかし、突発的な損傷がさらに起こるおそれがあるので、この状態は
容認できない。エンジン前方のナセルは、高エネルギで推進されるブレード片を
封じ込めることができない。規定では、さらなる損傷を避けるためにファンブレ
ードの破断片を軸方向後方に直接導くか、もしくはファンケース自体の内部に封
じ込めることが要求されている。ブレードの破断片を前方にそらすこと、および
ファンケース自体を通って径方向に放出することは共に危険で容認できない。
、エンジンに吸入された空気の圧力が増加するとともに体積が減少するに従って
、一般に径方向内向きに収束する。内側空気流路面は、ファンブレード破断片が
硬質ファンケースから跳ね返って前方に方向転換するような形状でテーパ状とな
っている。しかし、突発的な損傷がさらに起こるおそれがあるので、この状態は
容認できない。エンジン前方のナセルは、高エネルギで推進されるブレード片を
封じ込めることができない。規定では、さらなる損傷を避けるためにファンブレ
ードの破断片を軸方向後方に直接導くか、もしくはファンケース自体の内部に封
じ込めることが要求されている。ブレードの破断片を前方にそらすこと、および
ファンケース自体を通って径方向に放出することは共に危険で容認できない。
【００１７】 このため、摩耗性材料でコーティングされた圧縮性材料で覆われた比較的重い
ファンケースシェルを設けることが一般的である。摩耗性材料は、高速のファン
ブレード片の衝撃を吸収するように機能する。従来技術のファンケースの剛性シ
ェルは、前方に向かってテーパ状となっている場合が多く、径方向に放出された
ファンブレード破断片が剛性ファンケースシェルによって前方ではなく後方にそ
れるようになっている。この目的のために、内側が前方にテーパ状となった剛性
ファンケースシェルが一般に使用されている。しかし、空気流路面を形状づける
圧縮性材料の厚い層を設けることは、上述のようなバードストライク時に容認で
きない大きいファン先端部クリアランスにつながる。比較的大型のエンジンでは
、過剰なファン先端部クリアランスが小型エンジンほど重要ではない。
ファンケースシェルを設けることが一般的である。摩耗性材料は、高速のファン
ブレード片の衝撃を吸収するように機能する。従来技術のファンケースの剛性シ
ェルは、前方に向かってテーパ状となっている場合が多く、径方向に放出された
ファンブレード破断片が剛性ファンケースシェルによって前方ではなく後方にそ
れるようになっている。この目的のために、内側が前方にテーパ状となった剛性
ファンケースシェルが一般に使用されている。しかし、空気流路面を形状づける
圧縮性材料の厚い層を設けることは、上述のようなバードストライク時に容認で
きない大きいファン先端部クリアランスにつながる。比較的大型のエンジンでは
、過剰なファン先端部クリアランスが小型エンジンほど重要ではない。
【００１８】 従って、従来技術において、ファンケースおよびファンブレードによって対応
する必要がある、２つの相反する競合条件が存在する。バードストライクの場合
には、ファン先端部クリアランスを許容限度内に維持するために硬質壁ファンケ
ースが設けられることが好ましい。しかし、ファンブレードの破断の場合には、
ファンブレード破断片の衝撃を吸収するとともにファンブレード破断片を後方に
そらせることができるテーパ状の剛性シェル面を有する、比較的軟らかい圧縮性
材料でファンケースを覆うことが好ましい。硬質壁ファンケースは、その空気流
路形状のために、破断片を後方にそらせるのに一般に適していない。空気流路形
状は、エンジンを通って後方に進むにつれて内側がテーパ状となり、空気圧は、
容積の減少に対応して増加する。空気流路形状に沿った硬質壁ファンケースを提
供すると、ファンブレードの破断片が前方にそれてしまい、航空機内の近傍の乗
客や荷物に容認できない不測の損傷のおそれが生じる。ファンケース自体の内部
に破断片を保持するか、もしくはファンブレードの破断片を軸方向後方に放出す
ることのみが容認される。
する必要がある、２つの相反する競合条件が存在する。バードストライクの場合
には、ファン先端部クリアランスを許容限度内に維持するために硬質壁ファンケ
ースが設けられることが好ましい。しかし、ファンブレードの破断の場合には、
ファンブレード破断片の衝撃を吸収するとともにファンブレード破断片を後方に
そらせることができるテーパ状の剛性シェル面を有する、比較的軟らかい圧縮性
材料でファンケースを覆うことが好ましい。硬質壁ファンケースは、その空気流
路形状のために、破断片を後方にそらせるのに一般に適していない。空気流路形
状は、エンジンを通って後方に進むにつれて内側がテーパ状となり、空気圧は、
容積の減少に対応して増加する。空気流路形状に沿った硬質壁ファンケースを提
供すると、ファンブレードの破断片が前方にそれてしまい、航空機内の近傍の乗
客や荷物に容認できない不測の損傷のおそれが生じる。ファンケース自体の内部
に破断片を保持するか、もしくはファンブレードの破断片を軸方向後方に放出す
ることのみが容認される。
【００１９】 従って、バードストライク後にファン先端部クリアランスを許容限度内に維持
するとともに、ファンブレードの破断片を軸方向後方に直接導くかもしくはファ
ンケース構造体自体に確実に保持することができるファンケース構造体を提供す
ることが望ましい。
するとともに、ファンブレードの破断片を軸方向後方に直接導くかもしくはファ
ンケース構造体自体に確実に保持することができるファンケース構造体を提供す
ることが望ましい。
【００２０】 また、既存の設計を大きく手直ししたり再度認定したりする必要なく、既存の
材料および技術を使用するファンケース構造体を提供することが望ましい。
材料および技術を使用するファンケース構造体を提供することが望ましい。
【００２１】
本発明は、ガスタービンエンジンの前方ファンの径方向周辺部を囲む新規な硬
質壁ファンケースを提供する。このファンケースは、ファンブレードの先端部か
ら選択された径方向距離だけ離間された剛性の環状ファンケースシェルを含み、
これによってファンケースの環状の内側空気流路面が画定される。
質壁ファンケースを提供する。このファンケースは、ファンブレードの先端部か
ら選択された径方向距離だけ離間された剛性の環状ファンケースシェルを含み、
これによってファンケースの環状の内側空気流路面が画定される。
【００２２】 ファンケースシェルは、ブレード先端部に実質的に平行で、かつ摩耗性材料層
の前方層でコーティングされた剛性硬質壁前方セクションを有する。この前方セ
クションは、バードストライク時に偏移するファンブレードの径方向移動を制限
する硬質壁として機能し、これにより、ファンケースライナの浸食を抑制する。
ブレードの径方向偏移を制限することにより、ファン先端部クリアランスが許容
限度内に保たれる。バードストライクにおいて、ファンケースライナの抑制され
ていないすなわち過剰な浸食は、過去にエンジン推力が許容可能なレベル以下に
減少する潜在的に危険なエンジンサージ状態につながっている。
の前方層でコーティングされた剛性硬質壁前方セクションを有する。この前方セ
クションは、バードストライク時に偏移するファンブレードの径方向移動を制限
する硬質壁として機能し、これにより、ファンケースライナの浸食を抑制する。
ブレードの径方向偏移を制限することにより、ファン先端部クリアランスが許容
限度内に保たれる。バードストライクにおいて、ファンケースライナの抑制され
ていないすなわち過剰な浸食は、過去にエンジン推力が許容可能なレベル以下に
減少する潜在的に危険なエンジンサージ状態につながっている。
【００２３】 剛性シェルの後方セクションは、前方セクションから径方向に離間されており
、剛性シェルの後方セクションと空気流路との間に凹部が定められる。この凹部
は、径方向に推進されるブレード破断片の衝撃を吸収する圧縮性材料を収容する
とともに、所定の状況で破片を保持することができる。
、剛性シェルの後方セクションと空気流路との間に凹部が定められる。この凹部
は、径方向に推進されるブレード破断片の衝撃を吸収する圧縮性材料を収容する
とともに、所定の状況で破片を保持することができる。
【００２４】 剛性シェルは、前方および後方のセクションの間に新規な剛性バンパを含む。
このバンパは、ファンブレードの重心から距離ΔＸだけ前方にオフセットされた
剛性の後方端部を有する。ブレードの破断片が遠心力によって径方向に推進され
ると、この破片は、バンパ端部に衝突する。ブレード片は、力モーメントによっ
てバンパ端部の周りで回転し、この力モーメントは、遠心力にオフセット距離を
乗じた値に等しい。これにより、ブレード片は、径方向の軌道から方向転換し、
ガス流路を通って軸方向後方に放出されるように後方に回転するか、もしくは選
択的に剛性シェルに収容された圧縮性材料内に保持される。
このバンパは、ファンブレードの重心から距離ΔＸだけ前方にオフセットされた
剛性の後方端部を有する。ブレードの破断片が遠心力によって径方向に推進され
ると、この破片は、バンパ端部に衝突する。ブレード片は、力モーメントによっ
てバンパ端部の周りで回転し、この力モーメントは、遠心力にオフセット距離を
乗じた値に等しい。これにより、ブレード片は、径方向の軌道から方向転換し、
ガス流路を通って軸方向後方に放出されるように後方に回転するか、もしくは選
択的に剛性シェルに収容された圧縮性材料内に保持される。
【００２５】 剛性の硬質壁前方セクションおよび後方の圧縮性材料は、共に摩耗性材料の比
較的薄い層によって覆われていることが好ましく、これにより、初期運転時にお
いて回転ファンブレードとファンケースの硬質壁との間に小さい先端部公差を得
ることができる。
較的薄い層によって覆われていることが好ましく、これにより、初期運転時にお
いて回転ファンブレードとファンケースの硬質壁との間に小さい先端部公差を得
ることができる。
【００２６】 本発明のさらなる詳細や利点は、詳細な説明および添付図面によって明らかと
なる。
なる。
【００２７】
図１を参照すると、本発明は、ガスタービンエンジンの前方ファン２の径方向
周辺部を囲む新規な硬質壁ファンケース１を提供する。ファン２は、ハブ３が軸
４に固定されたブレード一体型ファンとして図示されており、周方向に離間され
たファンブレード５の列を含む。各ファンブレードは、（垂直面６に位置するよ
うに示された）重心、前縁７、後縁８、およびファン先端部９を有する。従来と
同様に、ファン２は、一次空気流を、コアダクト１０を通してエンジンのコンプ
レッサセクションおよびタービンセクションへと導き、かつエンジンコア外側の
バイパスダクト１１へと導く。
周辺部を囲む新規な硬質壁ファンケース１を提供する。ファン２は、ハブ３が軸
４に固定されたブレード一体型ファンとして図示されており、周方向に離間され
たファンブレード５の列を含む。各ファンブレードは、（垂直面６に位置するよ
うに示された）重心、前縁７、後縁８、およびファン先端部９を有する。従来と
同様に、ファン２は、一次空気流を、コアダクト１０を通してエンジンのコンプ
レッサセクションおよびタービンセクションへと導き、かつエンジンコア外側の
バイパスダクト１１へと導く。
【００２８】 ファンケース１は、中間ケースの後方フランジ１２に固定されるとともに、入
口構造体もしくはベルマウスを取り付けることができる前方フランジ１３を含む
。
口構造体もしくはベルマウスを取り付けることができる前方フランジ１３を含む
。
【００２９】 図２では、ファンケース１の詳細な構成が示されている。ファンブレード先端
部９とファンケース１とのクリアランス２５は、単に説明のために誇張して図示
されている。
部９とファンケース１とのクリアランス２５は、単に説明のために誇張して図示
されている。
【００３０】 ファンケース１は、鋼または金属合金から機械加工された剛性の環状シェル１
４を含む。剛性の環状シェル１４は、ファン先端部９から選択された径方向距離
だけ離間されている。シェル１４の内側面は、ファンケース１の環状の内側空気
流路面を画定する。
４を含む。剛性の環状シェル１４は、ファン先端部９から選択された径方向距離
だけ離間されている。シェル１４の内側面は、ファンケース１の環状の内側空気
流路面を画定する。
【００３１】 剛性シェル１４は、前縁７とブレード先端部９の前方部分に対向して前方セク
ション１５を含む。剛性の前方セクション１５は、ファンブレード先端部９と実
質的に平行な内側面を有し、かつ内側面に摩耗性材料の前方層１６を含む。摩耗
性材料の前方層は、バードストライク時に先端部クリアランスを制限する厚さを
有し、前方セクション領域１５においてブレード先端部９の金属が剛性環状シェ
ル１４の金属と接触することを可能とする。従って、先端部クリアランスの範囲
を制限するために、摩耗性材料の前方層１６は、エンジンに特定のファンを設け
るための先端部クリアランスの許容範囲によって決定される厚さを有する。例え
ば、直径が小さいエンジンで比較的空力負荷が高いファンブレードを使用する場
合には、摩耗性材料の前方層は、０．０１０〜０．１００インチの厚さを有しう
る。
ション１５を含む。剛性の前方セクション１５は、ファンブレード先端部９と実
質的に平行な内側面を有し、かつ内側面に摩耗性材料の前方層１６を含む。摩耗
性材料の前方層は、バードストライク時に先端部クリアランスを制限する厚さを
有し、前方セクション領域１５においてブレード先端部９の金属が剛性環状シェ
ル１４の金属と接触することを可能とする。従って、先端部クリアランスの範囲
を制限するために、摩耗性材料の前方層１６は、エンジンに特定のファンを設け
るための先端部クリアランスの許容範囲によって決定される厚さを有する。例え
ば、直径が小さいエンジンで比較的空力負荷が高いファンブレードを使用する場
合には、摩耗性材料の前方層は、０．０１０〜０．１００インチの厚さを有しう
る。
【００３２】 また、剛性の環状シェル１４は、前方セクション１５から径方向に離間された
後方セクション１７を含み、これにより、剛性シェル１４の後方セクション１７
と空気流路面１８との間に凹部を定めている。凹部は、実質的にハニカム構造の
圧縮性材料１９を収容する。圧縮性材料１９は、摩耗性材料の後方層２０で内側
がコーティングされる。圧縮性材料１９と摩耗性の後方層２０を合わせた厚さは
、例えば小さい直径のエンジンの場合には０．２５０〜０．５００インチである
。大きい直径のエンジンの場合は、合わせた厚さによって、破断したファンブレ
ードの衝撃を吸収するかまたはファンブレードの破断片を圧縮性材料１９内に封
じ込めるように設計可能である。
後方セクション１７を含み、これにより、剛性シェル１４の後方セクション１７
と空気流路面１８との間に凹部を定めている。凹部は、実質的にハニカム構造の
圧縮性材料１９を収容する。圧縮性材料１９は、摩耗性材料の後方層２０で内側
がコーティングされる。圧縮性材料１９と摩耗性の後方層２０を合わせた厚さは
、例えば小さい直径のエンジンの場合には０．２５０〜０．５００インチである
。大きい直径のエンジンの場合は、合わせた厚さによって、破断したファンブレ
ードの衝撃を吸収するかまたはファンブレードの破断片を圧縮性材料１９内に封
じ込めるように設計可能である。
【００３３】 従って、通常運転時やバードストライク時に、ブレード先端部９の前方部分の
径方向移動が、剛性環状金属シェル１４の前方セクション１５との接触によって
制限される。よって、ファンケース１に実質的に硬質のシェル前方部分を備える
ことで、ブレード先端部クリアランスを許容限度内に維持することができる。一
方、ファンケース１の後部すなわち後方セクション１７は、ファンブレード破断
片の衝撃を吸収するように圧縮材料１９の比較的厚い層を備える。
径方向移動が、剛性環状金属シェル１４の前方セクション１５との接触によって
制限される。よって、ファンケース１に実質的に硬質のシェル前方部分を備える
ことで、ブレード先端部クリアランスを許容限度内に維持することができる。一
方、ファンケース１の後部すなわち後方セクション１７は、ファンブレード破断
片の衝撃を吸収するように圧縮材料１９の比較的厚い層を備える。
【００３４】 特に重要なのは、前方セクション１５と後方セクション１７の間に剛性バンパ
２１を設けている点である。バンパ２１は、線６に沿ったファンブレードの重心
から前方に距離“ΔＸ”オフセットされた剛性後方端部２２を有する。
２１を設けている点である。バンパ２１は、線６に沿ったファンブレードの重心
から前方に距離“ΔＸ”オフセットされた剛性後方端部２２を有する。
【００３５】 バンパ２１とバンパ端部２２の動作および位置は、ファンブレード破断片を以
下のように後方にそらせる。
下のように後方にそらせる。
【００３６】 ファンブレード破断片は、図２の矢印で概略的に示すように、遠心力によって
線６に沿った軌道で径方向外向きに導かれる。ブレード片がバンパ２１と接触す
ると、破片の遠心力は、オフセット“ΔＸ”とともに破片を図２における反時計
方向に回転させるモーメント力を生じさせる。バンパ端部２２の周りでのブレー
ド片の回転は、破断片の径方向軌道を軸方向後方の軌道へと方向転換させるか、
もしくは、選択的に、破片が圧縮性材料１９内に埋め込まれるようにこの破片を
方向づける。
線６に沿った軌道で径方向外向きに導かれる。ブレード片がバンパ２１と接触す
ると、破片の遠心力は、オフセット“ΔＸ”とともに破片を図２における反時計
方向に回転させるモーメント力を生じさせる。バンパ端部２２の周りでのブレー
ド片の回転は、破断片の径方向軌道を軸方向後方の軌道へと方向転換させるか、
もしくは、選択的に、破片が圧縮性材料１９内に埋め込まれるようにこの破片を
方向づける。
【００３７】 実施例におけるバンパ端部２２は、後方に延在するカンチレバー式バンパフラ
ンジに配置されている。この構成により、バンパフランジ２３の径方向外側にお
いて、空気で満たされたポケット内にブレードの破断片を収容するブレード片保
持手段が提供される。ポケット２４と圧縮性材料１９の比較的厚い層を設けるこ
とによって、残るファンブレードと接触しないようにブレード破断片を保持する
ことができ、ブレード切断のおそれおよび残るファンブレードへのさらなる損傷
を減少させることができる。
ンジに配置されている。この構成により、バンパフランジ２３の径方向外側にお
いて、空気で満たされたポケット内にブレードの破断片を収容するブレード片保
持手段が提供される。ポケット２４と圧縮性材料１９の比較的厚い層を設けるこ
とによって、残るファンブレードと接触しないようにブレード破断片を保持する
ことができ、ブレード切断のおそれおよび残るファンブレードへのさらなる損傷
を減少させることができる。
【００３８】 バンパ２３は、優れた構造強度を得るとともにポケット２４に収容されたブレ
ード片が除去可能となるようにテーパ状となっており、後方に向かって厚みが減
少している。図２に示すように、圧縮性材料１９と後方の摩耗性材料２０を合わ
せた厚さは、テーパ状となっており、厚さが後方に向かって減少していることが
好ましく、これによっても、ブレード破断片を軸方向後方に除去することが可能
となる。
ード片が除去可能となるようにテーパ状となっており、後方に向かって厚みが減
少している。図２に示すように、圧縮性材料１９と後方の摩耗性材料２０を合わ
せた厚さは、テーパ状となっており、厚さが後方に向かって減少していることが
好ましく、これによっても、ブレード破断片を軸方向後方に除去することが可能
となる。
【００３９】 従って、本発明は、以下のように従来技術に対していくつもの利点を有する。
比較的薄い摩耗性材料１６を含む前方セクション１５は、バードストライク時に
先端部クリアランスを最小にする硬質壁ファンケースの機能を提供する。従来技
術のファンケースは、バードストライクに備えて圧縮性材料の比較的厚い層を使
用しており、このような従来技術のファンケースでは、ファン失速やエンジンサ
ージなどを起こすおそれがあるほど重大な過剰ファン先端部クリアランスが生じ
てしまう。従来技術の完全な硬質壁ファンケースの難点を改善するために、本発
明では、後方セクション１７の凹部に圧縮性材料の厚い層を設けるとともに、バ
ンパ端部２２を含む剛性バンパ２１をファンブレードの重心からオフセットして
配置している。ファンブレードの破断片は、剛性のバンパ２１との接触によって
回転し、径方向の軌道から軸方向後方の軌道へとそれる。
比較的薄い摩耗性材料１６を含む前方セクション１５は、バードストライク時に
先端部クリアランスを最小にする硬質壁ファンケースの機能を提供する。従来技
術のファンケースは、バードストライクに備えて圧縮性材料の比較的厚い層を使
用しており、このような従来技術のファンケースでは、ファン失速やエンジンサ
ージなどを起こすおそれがあるほど重大な過剰ファン先端部クリアランスが生じ
てしまう。従来技術の完全な硬質壁ファンケースの難点を改善するために、本発
明では、後方セクション１７の凹部に圧縮性材料の厚い層を設けるとともに、バ
ンパ端部２２を含む剛性バンパ２１をファンブレードの重心からオフセットして
配置している。ファンブレードの破断片は、剛性のバンパ２１との接触によって
回転し、径方向の軌道から軸方向後方の軌道へとそれる。
【００４０】 上述の説明および添付図面は、発明者が現在考える特定の好適実施例に関する
ものであるが、本発明の広い形態には、説明および図示した要素の機械的および
機能的な同等物も含まれる。
ものであるが、本発明の広い形態には、説明および図示した要素の機械的および
機能的な同等物も含まれる。
【図１】 ブレードとファンブレードの径方向外側に配置された本発明に係るファンケー
スを含むファンロータの半分を示す軸方向の部分説明図である。
スを含むファンロータの半分を示す軸方向の部分説明図である。
【図２】 剛性の金属ファンケースシェルを有するファンケース、ファンケースの環状内
側空気流路面を画定する圧縮性材料と摩耗性材料、およびファンブレードの先端
部領域を示す軸方向の詳細な部分断面図である。
側空気流路面を画定する圧縮性材料と摩耗性材料、およびファンブレードの先端
部領域を示す軸方向の詳細な部分断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H022 AA03 BA02 CA32 CA55 DA00 3H034 AA02 AA16 BB03 BB08 BB19 CC04 DD05 DD24 EE13 EE17
Claims (11)
- 【請求項１】 ガスタービンエンジンの前方ファンの径方向周辺部を囲む硬質
壁ファンケースであって、該ファンは、重心、前縁、後縁、および先端部をそれ
ぞれ有するファンブレードの周方向に離間された列を含み、該ファンケースは、 前記ファンブレードの先端部から選択された径方向距離だけ離間されていると
ともに、前記ファンケースの環状の内側空気流路面を画定する剛性環状シェルを
有し、該シェルは、 前方セクションと、 前記前方セクションから径方向に離間されて、前記空気流路面との間に圧縮
性材料を収容する凹部を定める後方セクションと、 前記前方セクションおよび前記後方セクションの間に設けられるとともに、
前記ファンブレードの重心からオフセット距離だけ前方に設けられた剛性後方端
部を有する剛性バンパと、を含んでいることを特徴とする硬質壁ファンケース。 - 【請求項２】 前記剛性シェル前方セクションは、前記ファンブレード先端部
に実質的に平行な内側面を有するとともに、該内側面に摩耗性材料の前方層を含
んでいることを特徴とする請求項１記載の硬質壁ファンケース。 - 【請求項３】 前記摩耗性材料の前方層は、０．０１０〜０．１００インチの
厚さを有していることを特徴とする請求項２記載の硬質壁ファンケース。 - 【請求項４】 前記後方セクションの凹部に収容された圧縮性材料は、内側が
摩耗性材料の後方層でコーティングされていることを特徴とする請求項１記載の
硬質壁ファンケース。 - 【請求項５】 前記圧縮性材料および前記摩耗性の後方層は、合わせて０．２
５０〜０．５００インチの厚さを有していることを特徴とする請求項４記載の硬
質壁ファンケース。 - 【請求項６】 前記バンパ端部は、後方に延在するバンパフランジに設けられ
ていることを特徴とする請求項１記載の硬質壁ファンケース。 - 【請求項７】 前記バンパフランジの径方向外側でブレードの破断片を収容す
るブレード片保持手段を含んでいることを特徴とする請求項６記載の硬質壁ファ
ンケース。 - 【請求項８】 前記ブレード片保持手段は、前記バンパフランジと前記後方シ
ェルセクションとの間にポケットを備えていることを特徴とする請求項７記載の
硬質壁ファンケース。 - 【請求項９】 前記ポケットは、空気で満たされていることを特徴とする請求
項８記載の硬質壁ファンケース。 - 【請求項１０】 前記バンパフランジは、テーパ状となっており、厚さが後方
に向かって減少していることを特徴とする請求項６記載の硬質壁ファンケース。 - 【請求項１１】 前記圧縮性材料と前記後方の摩耗性材料を合わせた厚みは、
テーパ状となっているとともに、後方に向かって減少していることを特徴とする
請求項５記載の硬質壁ファンケース。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/244,132 | 1999-02-04 | ||
| US09/244,132 US6149380A (en) | 1999-02-04 | 1999-02-04 | Hardwall fan case with structured bumper |
| PCT/CA2000/000093 WO2000046489A1 (en) | 1999-02-04 | 2000-02-02 | Hardwall fan case with structured bumper |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002536577A true JP2002536577A (ja) | 2002-10-29 |
Family
ID=22921484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000597539A Withdrawn JP2002536577A (ja) | 1999-02-04 | 2000-02-02 | バンパ構造を含む硬質壁ファンケース |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6149380A (ja) |
| EP (1) | EP1149229B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002536577A (ja) |
| CA (1) | CA2358596C (ja) |
| DE (1) | DE60016714T2 (ja) |
| WO (1) | WO2000046489A1 (ja) |
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| JP2007247427A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Ihi Corp | ファンのダブテール構造 |
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