JP2003161113A - ウィープ・プラグ - Google Patents
ウィープ・プラグInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
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- F01M13/04—Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil
- F01M13/0405—Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil arranged in covering members apertures, e.g. caps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/60—Fluid transfer
- F05B2260/602—Drainage
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Lubrication Details And Ventilation Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Removal Of Floating Material (AREA)
- Storage Of Web-Like Or Filamentary Materials (AREA)
- General Details Of Gearings (AREA)
Abstract
を提供する。 【解決手段】 該ウィープ・プラグ(90)は、中央通
気通路(100)と該中央通路に平行な1つ又はそれ以
上のウィープ通路(130)とを有する。ウィープ通路
(130)は、オイルが回収されることができるオイル
溜め中に、該オイルが還流することを可能にする。ウィ
ープ・プラグは第1の端部(96)と第2の端部(9
8)とを有し、第2の端部(98)において壁の外面
(128)から半径方向外向きに延びる少なくとも1つ
のほぼ環状のリップ部(126)を含む。
Description
ビンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエ
ンジンの軸受を潤滑するために用いられるオイルを回収
するためのウィープ・プラグに関する。
を含み、該コアは、コアに入る空気を加圧するための圧
縮機と、燃料が該加圧された空気と混合され次いで燃焼
されて高いエネルギーのガス流を発生させる燃焼器と、
該ガス流からエネルギーを取り出して圧縮機を駆動する
圧力タービンとを有する。航空機ターボファンエンジン
においては、コアの下流に設置された低圧タービンが、
該ガス流から更にエネルギーを取り出しファンを駆動す
る。ファンは、エンジンにより発生される主たる推進力
を供給する。
ジンの圧縮機並びに高圧及び低圧タービンの中のステー
タに対してロータを正確に位置決めし回転可能に支持す
る。軸受は、オイル溜めと呼ばれるエンジンのオイル濡
れ部分内に納められる。
ジン流路中の高温の空気が軸受のオイル溜めに到達する
のを防止するように潤滑オイルが供給され、シールが設
けられなければならず、また潤滑オイルの流量は、軸受
の高い相対回転速度のために軸受により内部で発生され
る熱を運び去るのに充分な量でなければならない。
用いられる方法が原因で、オイル消費が生じる。このシ
ール方法では、空気流れ回路がその流れをオイル溜めの
中に入れたりそれから流出させたりすることが必要にな
る。この流れは、オイルを最終的に含み、このオイル
は、適切に分離されオイル溜めに送り戻されない限り回
収できない。具体的な1つの構成において、前方エンジ
ンオイル溜めは、前方ファンシャフトを通してまた中央
通気管を通してエンジン外に通気される。いったん空気
/オイル混合物がオイル溜めを流出すると、それは旋回
し、オイルをファンシャフトの内側に付着させる。空気
/オイル混合物内に含まれるオイルは、急速に逸出する
通気空気により通気孔を通して遠心分離されてオイル溜
め中へ還流されることができない場合には、失われる。
によりオイルの回収が可能であるが、このようなウィー
プ孔は、オイルを再びオイル溜めに入れるための専用の
流路を与えることがその機能である通路であり、前方フ
ァンシャフト中に一体に設けられる。ウィープ孔は、一
般的に通気流れを導くように設計された孔より直径が小
さくかつ長さが長い。しかしながら、他の設計では、フ
ァンシャフトは、通気孔のみを有し、専用のウィープ孔
を有していない。ファンシャフトが製造されエンジン内
に取り付けられた後に、専用のウィープ孔を有していな
い設計のファンシャフトにウィープ孔を形成することは
途方もなく費用が掛かる。
ウェアを改造することなく現存のオイル溜め構造体内の
オイルを回収する方法に対する必要性がある。
気通路と該中央通路に平行な1つ又はそれ以上のウィー
プ通路とを有するウィープ・プラグを提供する本発明に
より満たされる。
付の図面を参照して以下の詳細な説明及び添付の特許請
求の範囲を読めば明らかになるであろう。
頭部分に具体的に指摘されまた明確に請求されている。
しかしながら、本発明は、添付図面の図と共になされる
以下の説明を参照することにより最も良く理解すること
ができる。
図を通して同じ要素を示している図面を参照すると、図
1は全体を符号10で表すガスタービンエンジンを示
し、それには図3〜図8内に詳細に示すような本発明の
ウィープ・プラグ90が組み込まれている。エンジン1
0は、長手方向の中心線すなわち軸線Aを有し、該軸線
Aの周りに同心にかつ該軸線に沿って同軸に配置された
環状の固定外側ケーシング14を有する。エンジン10
はガス発生コア16を含み、該ガス発生コア16は、エ
ンジン10の長手方向軸線すなわち中心線Aの周りに直
列の軸流関係で全て同軸に配列された、多段圧縮機1
8、燃焼器20、及び単段又は多段のどちらかである高
圧タービン22から成る。環状の外側駆動シャフト24
が、圧縮機18及び高圧タービン22を固定状態で相互
接続する。
動する。圧縮機18からの加圧された空気は、燃焼器2
0中で燃料と混合され点火されて、燃焼ガスを発生す
る。高圧タービン22が、これらのガスからある程度の
仕事を取り出し、圧縮機18を駆動する。燃焼ガスの残
りは、コア16から低圧タービン26中に吐出される。
差動軸受40によって、また外側の固定ケーシング14
に相互接続された適当な前部軸受42によって、外側駆
動シャフト24に対して回転できるように取り付けられ
る。内側駆動シャフト38は、次に、前方ファンシャフ
ト62を回転可能に駆動し、前方ファンシャフト62
は、次に前方ファンディスク/ブースタロータ44を駆
動する。ファンブレード48及びブースタブレード54
が、それらと共に回転するようにファンディスク/ブー
スタロータ44に取り付けられる。
58が前部軸受42の周りに形成されているガスタービ
ンエンジン10の領域を示す。軸受オイル溜め58は、
一般的に、外側ケーシング14に相互接続された環状の
外側構造体60と、内側駆動シャフト38の前方端を前
方ファンディスク/ブースタロータ44に剛体として相
互接続する前方ファンシャフト62とにより形成され
る。前部軸受42の環状の内レース42Aと接続されて
いる前方ファンシャフト62は、前部軸受42の環状の
外レース42Bに接続されている、軸受オイル溜め58
の環状の固定外側構造体60に対して内側駆動シャフト
38と共に回転する。
64、66が、前部軸受42に隣接し、かつ相対回転す
る環状の外側構造体60と前方ファンシャフト62との
間に設けられて、軸受オイル溜め58の前方端をシール
する。オイルは、オイル供給導管68を通して前部軸受
42に対して従ってオイル溜め58中に圧送される。オ
イル用ラビリンスシール66を通してオイルが漏れるの
を防止するために、加圧された空気が、空気供給導管7
0を通して空気用ラビリンスシール64に噴射される。
加圧空気の1部分は、オイル溜め圧力を適当な均衡状態
に維持するために、制御された方法でオイル溜め58か
ら排出されなければならい。しかしながら、加圧空気
は、オイル溜め58内のオイルの粒子と混合された状態
になっている。従って、前方ファンシャフト62は、そ
の厚みを貫通してほぼ半径方向に延びる1つ又はそれ以
上の通気孔84を有する。一般的に、ファンシャフト6
2は、その周囲の周りの壁に配置された複数のこれら孔
84を有する。通気孔84は、オイル溜め58から通気
プレナム78中への、従って中央通気管80中への空気
の流れのための通路を形成する。カバー74が、固締具
76で前方ファンシャフト62に取り付けられる。
・プラグ90は、第1の端部96及び第2の端部98を
有し、その間に延びる軸線94を形成する単体の本体9
2を有する。ほぼ円筒状の中央通路100が、第1の端
部96から第2の端部98まで軸方向に本体92を貫通
する。平坦な端面118を有するほぼ円形のヘッド11
6が、第1の端部96に配置される。ヘッド116に隣
接して、ほぼ環状のフランジ104が配置され、該フラ
ンジはその横方向に対向する側面に形成された一対の対
向する平坦部108を有する。環状の溝117が、円形
のヘッド116とフランジ104を分離し、プラグ90
を取り外す時に用具を押し当ててこじるための面を提供
する。ほぼ円筒形の細長い部分102が、フランジ10
4に隣接する近位端110と本体92の第2の端部98
における遠位端112との間で延びる。環状の溝114
が、細長い部分102とフランジ104の接続部に配置
される。リム106が、フランジ104に配置されて、
本体92の第2の端部98に向かって軸方向に延びる。
リム106は、フランジ104の対向する平坦部108
があることによって2つの環状のセクションに分割され
る。平坦部108は、ウィープ・プラグ90が取り付け
られた時、ウィープ・プラグ90と近くの他の構造体と
の間に間隙スペースを形成する。
2の対向する側面に形成される。スロット122は、細
長い部分102の遠位端112で始まり、細長いセクシ
ョン94の長さの一部分にわたって下方に延びる。スロ
ット122は、細長い部分102を2つのプロング12
4に分割する。プロング124の各々は、その遠位端1
12においてプロング124の対向する側面に形成され
た一対のチャンファ面120を有する。環状の突出リッ
プ部126が、プロング108の各々の遠位端112か
ら延びる。図示した実施例は2つのスロット122を示
していが、3つ又はそれ以上のスロット122が、細長
い部分102に形成されて、細長い部分を3つ又はそれ
以上のプロング108に分割するようにしてもよいこと
に注目されたい。少なくとも1つのウィープ通路130
が、細長い部分102の外面128に形成される。図4
及び図5で最もよく分かるように、図示した実施例にお
いては、ウィープ通路130は、ほぼ半円形の断面を有
する溝の形態をしているが、他の形状を用いることもで
きる。ウィープ通路は、細長い部分102の遠位端に配
置された出口132を有する。次いで、ウィープ通路
は、フランジ104に向かって軸方向に延びる。ウィー
プ通路130が環状の溝114と交差する位置におい
て、ウィープ通路はコーナー134で向きを変えて、そ
れから半径方向外向きに延び、フランジ104内に平坦
部108と整合して配置された入口136で終る。
にゆきわたる約149℃(300°F)である温度に耐
え、かつエンジン潤滑オイルによる侵食に耐えることが
できる材料で製造される。また、ファンシャフト62
は、その特性が妥協して処理されなければならない寿命
制限部品であるので、プラグ90は、ファンシャフト6
2の摩耗を生じるのではなくそれ自体が摩耗する材料で
作られなければならない。その上に、エンジン10全体
における余分の重量を避けるためにも、また特にプラグ
90が不適当に取り付けられた場合にファンシャフト6
2内に不釣合の問題を起こさないようにするためにも、
プラグ90の重量は、最小限にされるのが好ましい。1
つの適当な材料は、米国、19898、デラウェア州ウ
ィルミントンにある、E.I.DuPont de N
emours and Companyから入手可能な
VESPEL ポリイミドである。別の適当な材料は、
米国、29615、サウスカロライナ州グリーンビル、
Suite A、3 Caledon Courtにあ
るVictrex USA Inc.から入手可能なP
EEKポリエーテルエーテルケトンである。一般に、上
述の要件を満たす任意の材料を用いることができ、例え
ばアルミニウム或いは他の比較的軟質の金属も適当な材
料となり得る。ウィープ・プラグ90は、任意の公知の
方法、例えば射出成形、機械加工を伴う圧縮成形による
ニアネットシェイプ、又は材料の素材片からの機械加工
によって形成することができる。
ープ・プラグ290は、ウィープ・プラグ90と類似し
ており、細長い部分102を含む本体292と、リム1
06を有するフランジ104と、円形のヘッド116と
を有する。環状の溝114がフランジ104と細長い部
分102との接続部において本体292を取り巻く。一
対のウィープ通路294が、その対向する側面で細長い
部分102の外面に配置される。この実施形態におい
て、ウィープ通路294の入口296は、フランジ10
4中には延びていない。フランジ104は、本体292
の周りに完全に延びる。一対の対向するチャネル298
が、リム106内に形成される。チャネル298は、リ
ム106の表面から凹設され、オイルが溝114及びウ
ィープ通路294に流れるための追加の区域を形成す
る。
付けられたウィープ・プラグ90のより詳細な図を示
す。ウィープ・プラグ90は、半径方向内方から通気孔
84内に取り付けられる。チャンファ面120は、ウィ
ープ・プラグ90の本体92を通気孔84と整合させる
のを助ける。取り付けられていない状態では、リップ部
126の外端縁を横切る幅W(図4)は、通気孔84の
直径D(図2)よりも僅かに大きい。ウィープ・プラグ
90が取り付けられるとき、スロット122があるため
にプロング124が内向きに僅かに曲がることができ
る。ウィープ・プラグ90が完全に嵌め込まれて、リッ
プ部126が通気孔84の半径方向外端縁を通り過ぎる
と、プロングはその最初の位置に戻り、通気孔84の半
径方向外端縁302に当接し、ウィープ・プラグ90を
通気孔84内に保持する。運転中に、ウィープ・プラグ
90は、前方ファンシャフト62と共に回転するので半
径方向外向きに移動する傾向になる。このことにより、
フランジ104のリム106を通気孔84の半径方向内
端縁300に当接させて、ウィープ・プラグ90を通気
通路内に保持する。
Bと標記された矢印により示されるように、ウィープ・
プラグ90の中央通路100を通してオイル溜め58を
流出する。図示した実施例において、ウィープ・プラグ
90の長さLは、約30.5mm(1.2in.)であ
り、また中央通路の直径cは約8.8mm(0.35i
n.)であり、結果として長さ対直径比が約3.5にな
る。その後、混合物は旋回し、オイルを前方ファンシャ
フト62の内側に付着させる。空気/オイル混合物に含
まれるオイルは、矢印Cにより示すように、ウィープ通
路130の入口136中に流れ込み、ウィープ通路13
0の長さに沿って流れ、次いで出口132を通ってオイ
ル溜め58中に流れ込み、そこでオイルが回収されるこ
とができる。図示した実施例において、ウィープ通路1
30は、約21mm(0.83in.)の長さl及び約
0.76mm(0.03in.)の幅Wを有しており、
結果として長さ対直径比が約28になる。このより大き
いL/D比のために、ウィープ・プラグ90が無い場合
と同じように、空気溜め58の流れに影響されることな
く、オイルがウィープ通路130を上方に流れることが
できる。更に、ウィープ・プラグ90の細長い部分10
2の直径dは、通気孔84の直径Dに対して通気孔84
とプラグ本体92との間に間隙を残すように選定され、
オイルが、通気空気を逃がすことにより取り去られるこ
となく、それを通して遠心分離される追加の環状空間を
作り出すことができる。図示した実施例の直径方向間隙
は、約0.177mm(0.007in.)である。
0は、明白なオイル消費の利益をもたらし、かつ実施す
るのが簡単でもある。ウィープ・プラグ90は、エンジ
ンをほとんど分解することなく、エンジンが航空機にま
だ搭載されている間に使用中のエンジンに組み付けるこ
とが可能である。1つの具体的な実施例において、合計
22個の孔の前部ファンシャフト中に4つのプラグを組
み付けた結果、エンジン全体のオイル消費量が約8%の
減少となった。プラグ90の最適数は、各特定の用途に
よって変化するであろう。プラグの数が少なすぎれば、
オイルの消費を減少させる利点は実現されないであろ
う。用いられるプラグの数が多すぎれば、通気孔84を
通しての流れを過度に制限し、オイル溜めの加圧均衡状
態を狂わせる可能性がある。取り付け可能な20個の孔
に12個のプラグを使用した場合、エンジンシステムの
加圧特性に最小限の影響を及ぼすだけで、オイル消費の
最適な減少が得られることを、別の可能な構成の分析結
果が示した。例えば10個のような少ない数のプラグを
用いるか、又は1つおきの孔に1つのプラグのような少
ない数を用いるかして、取り付けを単純化することもま
た望ましい。
のウィープ通路とを有するウィープ・プラグを説明した
ものである。本発明の特定の実施形態を説明してきた
が、添付の特許請求の範囲に記載されるような本発明の
技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく変更可能
である。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理
解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例
に限縮するものではない。
タービンエンジンの軸方向縦断面図。
ジンの領域の部分拡大図。
ープ・プラグの斜視図。
けられたガスタービンエンジンのファンの前方シャフト
の1部の断面図。
Claims (11)
- 【請求項1】 第1の端部(96)及び第2の端部(9
8)と、長手方向の軸線(94)と、内面及び外面を有
し、該内面が中央通路(100)を形成するする壁と、
を有するほぼ円筒形の本体(92)と、 前記第1の端部(96)に隣接して配置されたフランジ
(104)と、 前記壁の外面(128)に配置され、前記フランジ(1
04)から前記第2の端部(98)まで延びる少なくと
も1つのほぼ軸線方向のウィープ通路(130)と、を
含むことを特徴とするウィープ・プラグ(90)。 - 【請求項2】 長手方向の軸線(94)と、中央通路
(100)を形成する壁とを有するほぼ円筒形の本体
(92)と、 前記壁内に配置され、前記軸線(94)にほぼ平行に延
びる少なくとも1つのウィープ通路(130)と、を含
むことを特徴とするウィープ・プラグ(90)。 - 【請求項3】 該ウィープ・プラグの第1の端部(9
6)に配置されたほぼ環状のフランジ(104)を更に
含むことを特徴とする、請求項2に記載のウィープ・プ
ラグ(90)。 - 【請求項4】 該ウィープ・プラグの第2の端部(9
8)において前記壁の外面(128)から半径方向外向
きに延びる少なくとも1つのほぼ環状のリップ部(12
6)を更に含むことを特徴とする、請求項1又は請求項
3に記載のウィープ・プラグ(90)。 - 【請求項5】 該ウィープ・プラグ(90)の第2の端
部(98)において前記壁内に配置され、該壁の1部分
を少なくとも2つの軸線方向に延びるプロング(12
4)に分割する少なくとも2つのほぼ軸線方向のスロッ
ト(122)を更に含むことを特徴とする、請求項4に
記載のウィープ・プラグ(90)。 - 【請求項6】 前記プロング(124)の各々は、前記
第2の端部(98)において該プロングの対向する側面
上に形成された一対のチャンファ面(120)を有する
ことを特徴とする、請求項5に記載のウィープ・プラグ
(90)。 - 【請求項7】 該ウィープ・プラグ(90)の第1の端
部(96)に形成され、ほぼ環状の溝により前記フラン
ジ(104)から分離されたほぼ円形のヘッド(11
6)を更に含むことを特徴とする、請求項4に記載のウ
ィープ・プラグ(90)。 - 【請求項8】 該ウィープ・プラグ(90)は、ポリマ
ーを含むことを特徴とする、請求項4に記載のウィープ
・プラグ(90)。 - 【請求項9】 前記フランジ(104)は、該ウィープ
・プラグ(90)の第2の端部(98)の方に向いたほ
ぼ環状のリムを含み、また対向するチャネル(298)
を形成ように前記リム中に形成された一対の凹みを更に
含んでおり、前記チャネル(298)は前記長手方向の
軸線(94)にほぼ垂直に延びていることを特徴とす
る、請求項4に記載のウィープ・プラグ(90)。 - 【請求項10】 前記フランジ(104)は、該フラン
ジ(104)の対向する側面上に配置された一対の平坦
部(108)を形成するように、該フランジ(104)
内に形成された凹みを有しており、前記平坦部(10
8)は前記長手方向の軸線(94)にほぼ平行に延びて
いることを特徴とする、請求項4に記載のウィープ・プ
ラグ(90)。 - 【請求項11】 前記中央通路(100)は第1の長さ
対直径比を有し、また前記ウィープ通路(130)は第
2の長さ対直径比を有しており、該第2の長さ対直径比
は、前記第1の長さ対直径比より大きいことを特徴とす
る、請求項1又は請求項2に記載のウィープ・プラグ
(90)。
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