JP2004190679A - 軸受組立体を組み立てるための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガスタービンエンジンロータ（４０）用の軸受組立体（４２）。
【解決手段】 軸受組立体は、ガスタービンエンジンロータを支持するように構成された環状のばね（５４）と、環状のばねの半径方向外側で該環状のばねと同心に位置合わせされ、かつ該環状のばねを支持するように構成された環状のダンパ（１２０）軸受とを含み、ダンパ軸受及びばねの少なくとも１つが、その中に形成された少なくとも１つの溝（８０）を含み、該ダンパ軸受及び該ばねの中の少なくとも１つが、それから延びるリテーナ（１４０）を含み、少なくとも１つの溝が、その中にリテーナを受けて、ダンパ軸受をばねに連結するような寸法にされている。
【選択図】 図２

Description

本出願は、一般的にガスタービンエンジンロータ組立体に関し、より具体的には、ガスタービンエンジンロータ組立体用の軸受組立体に関する。

ガスタービンエンジンは一般的に、ファンロータ組立体と、圧縮機と、タービンとを含む。ファンロータ組立体は、ロータシャフトから半径方向外向きに延びるファンブレードの列を備えるファンを含む。ロータシャフトは、タービンから動力及び回転運動を圧縮機及びファンに伝達するようになっており、複数の軸受組立体で長手方向に支持される。軸受組立体は、ロータシャフトを支持しており、一般的に内レースと外レースとの間に配置された転動体を含む。

更に、少なくとも一部の公知のダンパ軸受組立体は、軸受外レースと装着フランジとの間に取り付けられた複数のばねを含む。このばねは、軸受を支持し、また軸受外レースが軸受支持体に対して回転するのを実質的に防止する回転防止装置として作用する。回転防止装置の強度及び効力は軸受支持体の剛性要件によって制限されるため、少なくとも一部の公知の軸受支持体は、軸受組立体に連結された捕捉装置を含み、この捕捉装置が、高い動荷重が軸受組立体内に生じた場合に、軸受支持体に対して軸受外レースが後方に移動するのを実質的に制限する。

少なくとも一部の公知のダンパ軸受組立体は、オイル溜め内に配置されるので、オイル溜め内の空間の制約により、費用のかかる設計変更なくしては捕捉装置を軸受組立体に連結することができない。更に、そのような軸受組立体はオイル溜め内に配置されるので、そのような組立体は高い作動温度及びソークバック条件に曝され、従ってオイル溜めのオイル漏洩を防止するのを可能にするために費用のかかるシール組立体を必要とすることになる。

１つの態様においては、ガスタービンエンジンロータ組立体を組み立てるための方法が提供される。このエンジンは、ロータシャフトと軸受組立体とを含み、該軸受組立体は、環状のダンパ軸受と環状のばねとを含む。この方法は、環状のダンパ及び環状のばねの少なくとも１つの中に形成され、該環状のダンパ及び環状のばねの少なくとも１つの周りで部分的に周方向に延びる少なくとも１つの溝を形成する段階と、環状のばねでロータシャフトを支持する段階と、少なくとも１つの溝を使用して、ばねがダンパ軸受とロータシャフトとの間で周方向に延びるように、環状のダンパ軸受を環状のばねに連結する段階とを含む。

本発明の別の態様においては、ガスタービンエンジンロータ用の軸受組立体が提供される。この軸受組立体は、環状のばねと環状のダンパ軸受とを含む。環状のばねは、ガスタービンエンジンロータを支持するように構成される。環状のダンパ軸受は、環状のばねと同心に位置合わせされかつ該環状のばねの半径方向外側に位置して、該ダンパ軸受がばねを支持するようにされる。ダンパ軸受及びばねの少なくとも１つは、その中に形成された少なくとも１つの溝を含む。ダンパ軸受及びばねの少なくとも１つは、それから延びるリテーナを含む。少なくとも１つの溝は、その中にリテーナを受けて、ダンパ軸受をばねに連結するような寸法にされる。

更に別の態様においては、ロータ組立体が提供される。このロータ組立体は、ロータシャフトと軸受組立体とを含む。この軸受組立体は、ロータシャフトを支持しており、環状のダンパ軸受と環状のばねとを含む。ダンパ軸受は、ばねがダンパ軸受とロータシャフトとの間に位置するように、該ばねの周りで周方向に延びる。ダンパ軸受及びばねの少なくとも１つは、その中に形成されて該ダンパ軸受を該ばねに摺動可能に連結する少なくとも１つの溝を含む。

図１は、ファン組立体１２と、高圧圧縮機１４と、燃焼器１６とを含むガスタービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０は更に、高圧タービン１８と、低圧タービン２０と、ブースター２２とを含む。ファン組立体１２は、ロータディスク２６から半径方向外向きに延びるファンブレード２４の列を含む。エンジン１０は、吸気側２８と排気側３０とを有する。

作動時、空気が、ファン組立体１２を通って流れ、加圧された空気が、高圧圧縮機１４に供給される。高度に加圧された空気が、燃焼器１６に供給される。燃焼器１６からの空気流（図１には図示せず）は、タービン１８及び２０を駆動し、該タービン２０は、ファン組立体１２を駆動する。

図２は、図１に示すエンジン１０のような、ガスタービンエンジンで使用することができるロータ組立体４０の例示的な実施形態の断面図である。図３は、ロータ組立体４０で使用することができる例示的な組立前の軸受組立体４２の部分斜視図であり、図４は、組立状態で示す、軸受組立体４２の部分斜視図である。１つの実施形態においては、ガスタービンエンジンは、オハイオ州シンシナチ所在のＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙから購入可能なＬＭＸ ７０００型エンジンである。ロータ及び軸受組立体４０は、ロータシャフト４４を含み、該ロータシャフトは、ロータディスク２６から半径方向外向きに延びるファンブレード２４（図１に示す）の列を支持する。ロータシャフト４４は、該ロータシャフト４４を支持する複数の軸受組立体４２により構造支持フレーム４６に回転可能に固定される。例示的な実施形態においては、軸受組立体４２は、ダンパ軸受組立体であり、支持フレーム４６は、オイル溜めハウジングである。

軸受組立体４２は、シャフト４４とハウジング４６とが半径方向の境界になっているオイル溜め５３内に配置された、対になったレース５０と転動体５２とを含む。対になったレース５０は、外レース５４と該外レース５４の半径方向内側に位置する内レース５６とを含む。転動体５２は、内レース５６と外レース５４との間に配置される。外レース５４は、複数のばねフィンガ５８と一体に形成されて、該外レース５４の面６０が、転動体５２と回転可能に接触する状態で配置される。ばねフィンガ５８は、シャフト４４の周りで間隔をおいて周方向に配置される。別の実施形態においては、フィンガ５８は、外レース５４に連結される。

外レース５４は、該外レース５４の半径方向外面７４内に形成された一対の環状の溝７０及び７２を含む。より具体的には、溝７０及び７２は、ばねフィンガ部材の外面７４から半径方向内向きに延び、かつそれぞれ転動体５２の上流側７６から上流に及び下流側７８から下流に位置する。

外レース５４はまた、少なくとも１つのリテーナ溝８０を含み、該リテーナ溝８０は、該リテーナ溝がロータ組立体４０の回転軸線に対してほぼ垂直に位置合わせされるように、外面７４から半径方向内向きに延びる。１つの実施形態においては、溝８０は、機械加工によって形成される。リテーナ溝８０は、弓形であり、ばねフィンガ部材５８の周りで部分的にのみ周方向に延びる。より具体的には、リテーナ溝８０は、外レース５４の溝７０と上流端部８４との間に配置され、該リテーナ溝８０が部材端部８４から距離８６に位置するようになっている。例示的な実施形態においては、外レース５４は、対向して配置され、互いにほぼ１８０°オフセットされた一対の同一の溝８０を含む。別の実施形態においては、レース５４は、２つより多い溝８０を含む。

各溝８０は、幅８８と、最終端縁９２と入口スロット９４との間で測定した弓形長さ９０とを有する。入口スロット９４は、溝８０から部分的に周方向に延び、かつ該溝８０に対して半径方向に位置合わせされている。１つの実施形態においては、スロット９４は、機械加工によって形成される。より具体的には、入口スロット９４は、ロータ組立体４０の回転軸線に対してほぼ垂直に位置合わせされ、かつ溝８０と最終端縁９８との間で測定された弓形長さ９６を有する。入口スロット９４は、部材の上流端部８４から溝８０及び該スロット９４の両方の後壁を形成する後壁１１２まで後方に延びる。従って、入口スロット９４の幅１１４は、溝の幅８８よりも大きい。

環状のダンパ軸受１２０は、該ダンパ軸受１２０の半径方向内面１２４と外レース面７４との間に間隙１２２が形成されるように、外レース５４の半径方向外側に配置される。ダンパ軸受１２０は、上流側１２６と下流側１２８とを含む。例示的な実施形態においては、端部１２８は、ダンパ軸受１２０をハウジング４６に連結するための固締具（図示せず）を受けるように該端部を貫通して延びる複数の孔１３０を含む。ダンパ軸受１２０はまた、該ダンパ軸受１２０と一体に形成され、回転空気／オイルシールから延びるシール歯１３４と係合するシール部材１３２を含む。

ダンパ軸受１２０は、一対の同一のリテーナ１４０によってばねフィンガ部材５８に連結され、該リテーナの各々は、各リテーナ１４０が間隙１２２の一部を形成するように、ダンパ軸受１２０から半径方向内向きに延びる。例示的な実施形態においては、リテーナ１４０は、ダンパ軸受１２０と一体に形成される。別の実施形態においては、リテーナ１４０は、ダンパ軸受１２０に連結される。より具体的には、各リテーナ１４０は、該各リテーナ１４０の内端縁１４２がダンパ軸受の半径方向内面１２４から距離１４４に位置するように、ダンパ軸受上流端部１２６から半径方向内向きに延びる。例示的な実施形態においては、リテーナ１４０は、互いにほぼ１８０°オフセットされている。

各リテーナ１４０は、溝の弓形長さ９０及びスロットの弓形長さ９６よりも小さい弓形長さ１４６を有する。更に、各リテーナ１４０は、溝の幅８８よりも僅かに小さい厚さ１５０を有する。別の実施形態においては、ダンパ軸受１２０は、２つより多いリテーナ１４０を含む。

スリーブダンパ１６０が、ダンパ軸受１２０と外レース５４との間に配置される。具体的には、スリーブダンパ１６０は、環状であり、リテーナ１４０からばねフィンガ部材５８とダンパ軸受１２０との間の間隙１２２を通って後方に延びる。スリーブダンパ１６０は、ダンパの下流側１２８から半径方向外向きに延びる環状の位置合わせリップ１６２を含む。

ロータ組立体４０の組立時、外レース５４は、シャフト４４が該外レース５４に回転可能に連結されるように、該シャフト４４の周りで周方向に配置される。次ぎにスリーブダンパ１６０が、外レース５４の周りで周方向に配置される。次ぎにダンパ軸受１２０が、図３に示すように、リテーナ１４０が外レースの入口スロット９４に対してほぼ周方向に位置合わせされるように、外レース５４の上流側に配置される。次ぎにダンパ軸受１２０は、リテーナ１４０が入口スロット９４内に受けられるように後方へ案内されてオイル溜めハウジング４４に連結される。次ぎに外レース５４は、リテーナ１４０が溝８０内に周方向に案内されるように回転させられ、そして、孔１３０を貫通そる固締具を使用して固定される。図４に示すように、リテーナ１４０が溝８０内に完全に受けられたとき、溝８０とリテーナ１４０との間には厳しい公差が形成されているので、溝８０は、外レース５４に連結されているダンパ軸受１２０を保持することを可能にする。

エンジン作動時、ばね５８は、シャフト４４が所望の半径方向剛性を有して外レース５４内にほぼ中心合せされるように、軸受組立体４２を支持するのを助ける。しかしながら、ダンパの半径方向空隙のために、エンジンのアンバランスによって、外レース５４がハウジング４６内で軌道運動を生じる可能性がある。この軌道運動は、ばね５８による高調波駆動力と呼ばれるトルクを発生する。リテーナ１４０は、ばね５８及び外レース５４が該ばね５８及び外レース５４を製作するのに使用されている材料の降伏限界値を超えて撓むのを防止することを可能にする。より具体的には、リテーナ１４０は、外レース５４の周方向運動を制限すると同時に、ロータ組立体４０からの半径方向荷重がフレーム４６内に伝達されるように外レース５４の軸方向位置を維持するのを助ける。その結果、外レース５４の軸方向移動を減少させることを可能にするので、ばねが損傷した後においてもロータシャフト４４とフレーム４６との間の不慮の接触を防止することを可能にする。結果として、リテーナ１４０は、費用効果がありかつ信頼性がある方法で、軸受組立体４０の耐用年数を延長することを可能にする。

上述のロータ組立体は、費用効果がありかつ高い信頼性がある。ロータ組立体は、ダンパ軸受から半径方向内向きにばねフィンガ部材上に形成された較正されたスロット内に延びる一対のリテーナを含む。このリテーナは、支持フレームに対する外レースの軸方向位置を維持するのを助ける。従って、軸受組立体に生じた半径方向荷重は、フレーム内に伝達され、ロータシャフトとフレームとの間の不慮の接触が防止される。その結果、このリテーナは、エンジンが作動している場合の軸受組立体の耐用年数を延長することを可能にする。

ロータ組立体の例示的な実施形態を上に詳細に説明している。このロータ組立体は、本明細書に説明した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、各組立体の構成部品は、本明細書で説明した他の構成部品とは独立しかつ別個に利用することができるものである。各ロータ組立体の構成部品はまた、他のロータ組立体構成部品と組み合わせて使用することもできる。

本発明を、様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更を用いて実施することができることは、当業者には明らかであろう。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。

ガスタービンエンジンの概略図。 図１に示すガスタービンエンジンにおいて使用することができるロータ組立体の断面図。 図２に示すロータ組立体で使用される例示的な組立前の軸受組立体の部分斜視図。 組立状態で示す、図３の軸受組立体の部分斜視図。

符号の説明

４０ ガスタービンエンジンロータ
４２ 軸受組立体
４４ ロータシャフト
４６ 支持フレーム
５２ 転動体
５３ オイル溜め
５４ 外レース
５６ 内レース
５８ ばねフィンガ
８０ リテーナ溝
１２０ ダンパ軸受
１２２ 間隙
１３２ シール部材
１３４ シール歯
１４０ リテーナ
１６０ スリーブダンパ

Claims (10)

1. ガスタービンエンジンロータ（４０）用の軸受組立体（４２）であって、
   前記ガスタービンエンジンロータを支持するように構成された環状のばね（５４）と、
   前記環状のばねの半径方向外側で該環状のばねと同心に位置合わせされ、かつ該環状のばねを支持するように構成された環状のダンパ（１２０）軸受と、
   を含み、
   前記ダンパ軸受及び前記ばねの少なくとも１つが、その中に形成された少なくとも１つの溝（８０）を含み、前記ダンパ軸受及び前記ばねの中の少なくとも１つが、それから延びるリテーナ（１４０）を含み、前記少なくとも１つの溝が、その中に前記リテーナを受けて、前記ダンパ軸受を前記ばねに連結するような寸法にされている、
   ことを特徴とする軸受組立体。
2. 前記リテーナ（１４０）が、前記ばね（５４）及び前記ダンパ軸受（１２０）の少なくとも１つから半径方向内向きに延びていることを特徴とする、請求項１に記載の軸受組立体（４２）。
3. 前記少なくとも１つの溝（８０）が、前記ばね（５４）及び前記ダンパ（１２０）の少なくとも１つの周りで部分的に周方向に延びていることを特徴とする、請求項１に記載の軸受組立体（４２）。
4. 前記少なくとも１つの溝（８０）が、第１の溝と第２の溝とを含み、前記第１の溝が、前記第２の溝からほぼ１８０°オフセットしていることを特徴とする、請求項１に記載の軸受組立体（４２）。
5. 前記ばね（５４）と前記ダンパ（１２０）との間で周方向に延びる環状のスリーブダンパ（１６０）を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の軸受組立体（４２）。
6. 前記リテーナ（１４０）が、前記少なくとも１つの溝（８０）内に摺動可能に連結されて、前記ダンパ軸受（１２０）に対する前記ばね（５４）の周方向の移動を防止するのを可能にするように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の軸受組立体（４２）。
7. 前記ダンパ軸受（１２０）及び前記ばね（５４）の少なくとも１つが、空気／オイルシール部材（１３２）を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の軸受組立体（４２）
8. 前記リテーナ（１４０）が、前記ダンパ軸受（１２０）から半径方向内向きに延び、前記少なくとも１つの溝（８０）が、前記ばね（５４）の半径方向外面に形成され、前記ダンパ軸受が、前記ばねと該ダンパ軸受との間に環状の間隙（１２２）を形成するように前記リテーナによって該ばねに摺動可能に連結されるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の軸受組立体（４２）。
9. ロータシャフト（４４）と、
   前記ロータシャフトを支持するように構成された軸受組立体（４２）と、
   を含み、
   前記軸受組立体が、環状のダンパ軸受（１２０）と環状のばね（５４）とを含み、前記ダンパ軸受は、前記ばねが該ダンパ軸受と前記ロータシャフトとの間に位置するように該ばねの周りで周方向に延び、前記ダンパ軸受及び前記ばねの少なくとも１つが、その中に形成されて該ダンパ軸受を該ばねに摺動可能に連結する少なくとも１つの溝（８０）を含む、
   ことを特徴とするロータ組立体。
10. 前記軸受組立体のダンパ軸受（１２０）及びばね（５４）の少なくとも１つが、それから外向きに延びるリテーナ（１４０）を含み、前記少なくとも１つの溝（８０）が、前記リテーナをその中に受けて前記ダンパ軸受を前記ばねに連結するような寸法にされていることを特徴とする、請求項９に記載のロータ組立体（４０）。

Images