JP2005024093A - 潤滑装置および潤滑方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置の従来要素の１つが故障して油の圧力損失が生じた場合でも、エンジンの継続した動作を可能とするように受動的に動作する潤滑装置を提供する。
【解決手段】 航空機のタービンエンジン用の補助潤滑装置は、予備の潤滑剤（５０）を含むリザーバ（３２）と、リザーバ（３２）から潤滑剤を吸い上げて潤滑剤の噴霧を軸受（２４）または潤滑を要する他の要素に供給するベンチュリ（４２）と、を含む。ベンチュリ（４２）は、エンジン流路から抽出された加圧空気などの原動力となる流体の供給源と直接接続されているとともに、この流体によって連続的に駆動される。補助潤滑装置は、主要な高圧潤滑装置の故障や動作不良に対応する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、潤滑装置に関し、特に、装置の構成要素の故障または動作不良が発生した後でも、限られた時間にわたって潤滑剤を供給できる潤滑装置に関する。

航空機のガスタービンエンジンなどで使用される潤滑装置は、軸受、ギア、および潤滑を要する他のエンジン要素に潤滑剤を供給する。典型的に油である潤滑剤は、要素を冷却するとともに摩耗しないように保護する。典型的な油潤滑装置は、油タンク、ポンプ、フィルタ、および油供給管路などの従来の構成要素を含む。

潤滑装置の１つの構成要素の故障、動作不良、または損傷が発生した場合には、潤滑される要素への油の供給が中断されるおそれがあり、要素の回復できない損傷や望ましくない結果につながりうる。例えば、エンジンの油ポンプの故障、または供給管路のひどい漏れが発生した場合には、これによって生じる油の圧力損失によりエンジンロータを支持する軸受の過熱や焼付きが起こり、エンジンが故障するおそれがある。航空機のエンジンが飛行中に故障すると明らかに問題であり、敵の飛行空域で軍事行動を行う単一エンジンの軍用機では特に問題である。

限られた時間にわたって潤滑される要素に油を供給し続けるように装置を構成して、エンジンが仮の運転を継続的に行えるようにすることで油装置の故障のおそれに対応することが知られている。このような装置は、エンジンを安全に停止したり、航空機および搭乗者を保護するために他の適切な行動をとったりする時間を航空機の乗員に与える。軍用機では、このような装置は、味方の空域に戻る貴重な追加時間を乗員に与えることができる。

装置の構成要素の故障に対応する潤滑装置を使用することが望ましい一方で、信頼性があり、保守が不要で、かつ受動的に動作する、すなわち専用のセンサ、制御装置、アクチュエータなしで動作する装置を提供することも非常に望ましい。また、航空機用途では、装置が軽量、小型、および安価であることも重要である。さらに、戦闘機では、装置が戦闘による損傷から保護されていることが望ましい。

従って、本発明の目的は、故障に対応できるガスタービンエンジン用の潤滑装置であって、装置の従来要素の１つが故障して油の圧力損失が生じた場合でも、エンジンの継続的な運転を可能とするように受動的に動作する潤滑装置を提供することである。本発明の他の目的は、軽量、小型、かつ安価な潤滑装置を提供することである。本発明のさらに他の目的は、保守が不要で、かつ損傷から保護された潤滑装置を提供することである。

本発明によると、タービンエンジン用の潤滑装置は、予備の潤滑剤用のリザーバと、このリザーバから予備の潤滑剤を吸い上げる吸引器と、を特徴とする補助潤滑回路を含む。上記吸引器は、エンジンの通常の運転時において、エンジンの主潤滑回路と同時に機能して潤滑を要する要素に潤滑剤を供給するように、加圧流体によって直接かつ連続的に駆動される。エンジンの主潤滑回路の劣化や故障を引き起こす動作不良の後などの異常な状態では、補助回路は、リザーバの潤滑油がなくなるまで動作し続ける。補助回路が動作し続けることで、エンジンを停止したり他の適切な対応をとったりすることができる時間がエンジンの運転者に与えられる。

本発明の主な利点は、受動的に動作することであり、すなわち故障を感知して補助回路に接続するために、センサ、弁、制御装置、およびアクチュエータに頼らないことである。これにより、本発明は、安価でかつ信頼性が高いとともに実質的に保守が不要である。特に航空機用途における他の利点は、本発明の装置が軽量でかつ小型であることである。本発明は、小型であることで、エンジンの内部に深く設けることができ、戦闘による損傷を受けるおそれが最小になる。

図１，図２を参照すると、ガスタービンエンジンは、軸方向に延びる中心線すなわち軸１２の周囲に設けられた環状の流路１０を含む。径方向内側および外側のケース壁１４，１６が、流路１０の内側および外側の境界を定める。囲壁２０によって定められる軸受室１８が、流路１０の径方向内側に位置する。軸受室１８の内部には、エンジンのロータすなわちシャフト２６を支持する軸受２４が配置されている。流路の図示された部分は、低圧圧縮機と高圧圧縮機（いずれも図示省略）との間に延びるダクトである。このダクトは、加圧された作動媒体流体すなわち圧縮空気を低圧圧縮機から高圧圧縮機まで運ぶ。

バッファ空気供給管２８が、ケース壁１４のすぐ内側から軸受室１８の前方のシール３０に近接する位置まで径方向内側に延在する。エンジンの運転時には、流路１０からの少量の圧縮空気が、ケース壁１４の開口部（図示省略）を介して供給管２８に流入する。この圧縮空気は、軸受室１８内の一般的な圧力よりも僅かに高い圧力を有する。供給管２８は、シール３０に空気を供給して、軸受室１８をバッファするように機能し、すなわち軸受室１８からの潤滑剤の漏れを防ぐのを助ける。

通気穴４０を有する潤滑剤リザーバ３２が、軸受室１８内に取り付けられている。図２では、リザーバ３２の内部を示すようにリザーバ３２の壁を一部切り欠いて示している。潤滑剤供給管路３４が、リザーバ３２内に貫入している。供給管路３４は、逆止弁３６と絞り弁３８とを含む。

ベンチュリ４２などの吸引器が軸受室１８内に取り付けられている。ピックアップ管４４が、ベンチュリ４２から延在してリザーバ３２内に貫入している。図１に示すように、ピックアップ管４４の底部は開いており、ベンチュリ４２がリザーバ３２内の潤滑剤と連通している。バッファ空気供給管路２８の分岐管４６が、ベンチュリ４２の吸気ポートまで延在し、吸気ポートと加圧空気供給源とを直接接続する。図１の概略説明図で示しているように、供給管路の分岐管４６は、リザーバ３２を通って延在してもよい。出口管４８が、ベンチュリ４２の排気ポートから軸受２４に近接する位置まで延在する。

エンジンの通常の運転モードのときには、主潤滑回路（図示省略）が、潤滑剤の１つまたはそれ以上の高圧流れすなわち噴流を軸受に提供する。主回路の潤滑剤の圧力によって逆止弁３６が開いて、主潤滑剤の供給量のうちのわずかな量が供給管路３４を通ってリザーバ３２に吐出され、リザーバ３２内に潤滑剤の予備の量５０が確保される。通気穴４０は、潤滑剤が貯まるに従ってリザーバ３２から空気が放出されることを可能とする。以下で明らかとなるように、予備の量は、エンジンの通常の運転時に連続的に抽出されるとともに補充されるが、基本的にリザーバ３２内に閉じ込められるので、新しいまたは最近保守を受けたエンジンのみで確保する必要がある。絞り弁３８は、管路３４を通って流れる潤滑剤の量を計量しながら供給するとともに、以下で説明する理由により圧力損失を生じさせる。

同時に、供給管２８内のバッファ空気の一部がベンチュリ４２を通り、ここでベンチュリ４２に動力を供給する原動力となる流体として機能する。ベンチュリ４２を通って流れる加圧空気は、リザーバ３２から予備の潤滑剤を吸い上げるとともに、この潤滑剤を細かい噴霧に霧化し、この噴霧を出口管４８を通って噴射させる動力源として機能する。この噴霧は、軸受２４に近接する管４８の端部から吐出される。この潤滑剤の噴霧は、主潤滑回路によって供給される潤滑剤の流れを補うものである。通常の運転時には、主回路によって供給される潤滑剤の流れによって軸受が十分に潤滑および冷却されるので、潤滑剤の噴霧は必要でない。潤滑剤の噴霧は、どちらかと言えば補助回路の副産物である。

主潤滑回路の動作不良や故障によって軸受を潤滑する主潤滑流れが中断した場合には、これに伴う潤滑剤の圧力損失により逆止弁３６が閉じて、供給管路３４を通ってリザーバ３２から予備の潤滑剤が吸い上げられることが防止される。しかし、エンジンがまだ動作しているため、加圧されたバッファ空気は、ベンチュリ４２を通って流れ続けて予備の潤滑剤をリザーバ３２の外に吸い上げるとともに潤滑剤の噴霧を軸受に噴射させる。これにより、異常な運転モードであるにもかかわらず、エンジンの運転は継続される。エンジンの運転が継続されることによって、ベンチュリ４２に動力を供給する加圧空気の流れが確実に中断されることがなく、エンジンは潤滑剤の噴霧の供給を受けるとともに異常なモードでも動作し続けることができる。噴霧の潤滑剤の流量は、主潤滑回路によって通常供給される潤滑剤の流れよりもかなり少ないので、軸受の摩耗がかなり加速されて交換が必要となるおそれが高い。それでも、潤滑剤の噴霧は、供給管路３４を通して供給されるリザーバ３２内の予備の潤滑剤がなくなるまで、エンジンを安全に動作させるのに十分である。本発明の１つの用途では、約１リットルの予備の潤滑剤によって潤滑剤の噴霧を約１５分間持続させることができる。航空機の乗員は、この数分間を利用して、航空機と搭乗者を保護するとともにロータが焼き付くか過熱する前にエンジンを安全に停止させるために必要な手順を系統立って行うことができる。エンジンが敵の空域で軍事行動を行う軍用機に動力を供給している場合には、乗員は延長された動作時間を利用して味方の空域に向かって進むことができる。

上述の説明より、本発明のいくつかの追加の特徴および多くの利点が分かるであろう。潤滑剤供給管路３４は、図１に示すようにリザーバ３２内の予備の潤滑剤５０を通って延在することができる。この場合には、予備の潤滑剤５０は、加圧された高温のバッファ空気がベンチュリ４２に流入する前にこのバッファ空気の温度を下げるヒートシンクとして機能する。ベンチュリ４２内で形成される潤滑剤の細かい液滴は、バッファ空気からすぐに熱を吸収するので、比較的低温の空気は有利でありうる。このような熱伝達は、通常の運転モードにおいて、ベンチュリ４２および出口管４８内で炭化水素の望ましくない付着物であるコークスの形成を促進してしまう。リザーバ３２内の予備の潤滑剤は、比較的量が多いために急速な熱伝達が妨げられ、同様の影響は受けない。また、低温の空気によって、潤滑剤の点火も防止される。

通気穴４０は、リザーバ３２の充填時に空気の放出を可能にすることに加えて、異常な運転モードにおいて潤滑剤が抽出されるときにリザーバ３２に空気が流入することも可能にする。これにより、逆止弁を開くおそれのある真空がリザーバ３２内に形成されるのを防止する。

供給管路３４内の絞り弁３８は、潤滑剤の流れを計量しながらリザーバ３８に供給するだけでなく、圧力損失を生じさせる。絞り弁３８がない場合には、通常の運転において主潤滑回路の高圧によってリザーバ３２、ベンチュリ４２、および出口管４８を通るように潤滑剤が高速で流れて、十分な量の予備の潤滑剤がリザーバ３２に貯まらないおそれがある。反対に、絞り弁３８があることによってリザーバ圧力が比較的低いと、リザーバ３２から流出する潤滑剤の流れが、より遅い速度で潤滑剤を抽出するベンチュリ４２の動作によって確実に制御され、これにより、予備の潤滑剤の確保が促されるとともに潤滑剤が継続的に存在することが確実になる。

加圧されたバッファ空気は、リザーバ３２内の潤滑剤を加圧するようにリザーバ３２に流入せずに、ベンチュリ４２のみを通って流れる。このように加圧空気がリザーバ３２に流入しないことによってリザーバ３２の圧力が高くなく、かつ潤滑剤供給管路内に絞り弁３８が設けられていることによって、リザーバ３２に対する構造的な要求が最小になる。この結果、リザーバは、軽量でかつ小型となっており、これらはともに航空機用途において重要な利点である。また、予備の潤滑剤に高圧が作用しないことによって、異常な運転モードにおいて潤滑剤が節約される。

リザーバ３２の小型でかつ軽量の特性により、リザーバ３２をエンジン流路１０の径方向内側に設けることができる。このような位置は、戦闘による損傷からリザーバを保護するので軍用機では有利である。実際には、リザーバ３２、ベンチュリ４２、および出口管４８は、軸受室１８に組み込むことができるように十分に小型であり、この位置においてさらに損傷から保護される。

上述したように、ベンチュリ４２は、径方向内側の流路壁１４に設けられた開口部によって、原動力となる加圧流体の供給源すなわち流路１０から抽出された圧縮空気と直接接続されている。接続部が直接接続されているというのは、空気が流路からベンチュリ４２まで中断なく、かつベンチュリ４２に流入する前に他の用途のために分流されずに流れるからである。これにより、ベンチュリ４２に流入する加圧空気の有用な特性が損なわれない。例えば、ベンチュリ４２に流入する前に他の目的で使用された場合に生じるような空気の圧力損失が実質的にないので、供給源の空気は比較的低圧でもよい。低圧の空気の抽出は、高圧の空気の抽出よりもエンジン効率に与える損失が小さいので、このことは有利である。さらに、低圧の空気は、比較的低温であり、冷却を必要としないか（図２参照）予備の潤滑油をヒートシンクとして使用する（図１参照）ことで達成される冷却で十分である。また、低圧圧縮機の動作は汚染物質を内側壁１４から離れるように径方向外側に遠心分離する傾向があるので、流路の径方向内側端部から抽出された空気は、実質的にゴミや他の微粒汚染物質を含まない。ベンチュリ４２への直接的な通路によって、このきれいな空気は、軸受２４や潤滑装置の要素に有害でありうる汚染物質が混入することなく、きれいなままで供給される可能性が高い。

本発明の装置は、専用の弁、アクチュエータ、および制御装置を必要とせずに動作する。特に、バッファ空気供給管２８は、通常の運転モードおよび異常な運転モードの両方において、原動力となる加圧流体（すなわち流路１０）とベンチュリ４２の両方と受動的に連通する。よって、本発明の装置は、信頼性が高く、かつ保守が不要である。さらに、通常の運転モードにおいて、潤滑剤がリザーバ３２の内外に連続的に流れるので、予備の潤滑剤は連続的に補充される。これにより、予備の潤滑剤は、予備の潤滑剤が停滞して蓄積される場合に問題となりうる経年による劣化の影響を受けない。

通常の運転モードでは、補助回路が主潤滑回路と同時に動作する。主回路は、高圧の流れすなわち噴流として通常の量の潤滑剤を軸受に供給する。補助回路のリザーバ３２は、同時に少量の潤滑剤を受け取る。ベンチュリ４２は、リザーバ３２から予備の潤滑剤を吸い上げて、補助的な量の潤滑剤を噴霧として軸受に供給する。主回路によって供給される通常の量の潤滑剤と、補助回路によって供給される補助的な量の潤滑剤と、の組み合わせによって、軸受に供給される潤滑剤の通常の総量が定められる。

異常な運転モードでは、潤滑油を供給する主回路の能力が低下するか、最悪の場合には完全に失われる。いずれの場合でも、主回路は、減少した量の潤滑剤を軸受に供給するとともに、上記の少量の潤滑剤よりもさらに減少した量の潤滑剤をリザーバ３２に供給する。劣化した装置の場合には、上記の減少した量およびさらに減少した量の潤滑剤は限られた量である。故障した装置の場合には、上記の減少した量およびさらに減少した量の潤滑剤はゼロまたは実質的にゼロとなる。しかし、ベンチュリ４２は、リザーバ３２から潤滑剤を吸上げるとともに、補助的な量の潤滑剤を噴霧として供給し続ける。主回路によって供給される減少した量の潤滑剤と、補助回路によって供給される補助的な量の潤滑剤と、の組み合わせによって、軸受に供給される潤滑剤の減少した総量が定められる。主潤滑回路が劣化した場合には、逆止弁３６を少なくとも部分的に開いた状態に維持するのに十分な潤滑剤圧力があり、少なくとも少しの予備の潤滑剤がリザーバ３２に補充されうる。主潤滑回路が完全に故障した場合には、弁３６が閉じるが、リザーバ３２から予備の潤滑剤がなくなるまで、限られた時間にわたってベンチュリ４２が補助的な潤滑剤の噴霧を供給し続ける。

本発明を詳細な実施例を参照して開示および説明したが、当業者であれば分かるように、請求の範囲に記載された本発明から逸脱せずに形態および詳細に種々の変更を加えることができる。

本発明に係る潤滑装置の概略説明図である。 図１の潤滑装置の断面を一部示す側面図である。

符号の説明

１８…軸受室
２０…囲壁
２４…軸受
２６…シャフト
２８…バッファ空気供給管
３０…シール
３２…リザーバ
３４…潤滑剤供給管路
３６…逆止弁
３８…絞り弁
４０…通気穴
４２…ベンチュリ
４４…ピックアップ管
４６…分岐管
４８…出口管
５０…予備の潤滑剤

Claims (14)

1. 通常の運転モードおよび異常な運転モードにおいて潤滑を要する要素のための潤滑装置であって、
   通常の運転モードにおいて潤滑剤を受け入れるとともに、予備の量の潤滑剤を閉じ込めるリザーバと、
   予備の量の潤滑剤と連通するとともに、両方の運転モードにおいて加圧流体によって直接かつ連続的に駆動される吸引器と、を有することを特徴とする潤滑装置。
2. 前記加圧流体は、タービンエンジンの流体流路から抽出された作動媒体流体であることを特徴とする請求項１記載の潤滑装置。
3. 前記加圧流体は、軸受室バッファ空気であることを特徴とする請求項２記載の潤滑装置。
4. 前記リザーバと前記吸引器とは、前記流路の径方向内側に設けられていることを特徴とする請求項２記載の潤滑装置。
5. 前記リザーバと前記吸引器とは、軸受室内に設けられていることを特徴とする請求項４記載の潤滑装置。
6. 前記吸引器に前記加圧流体を導く供給管を含み、この供給管は、予備の量の潤滑剤を通って延在していることを特徴とする請求項１記載の潤滑装置。
7. 前記吸引器は、ベンチュリであることを特徴とする請求項１記載の潤滑装置。
8. 前記吸引器は、潤滑剤の噴霧を吐出することを特徴とする請求項１記載の潤滑装置。
9. 前記リザーバまで延在する潤滑剤供給管路を有し、この供給管路は、逆止弁と絞り弁とを含むことを特徴とする請求項１記載の潤滑装置。
10. 前記潤滑を要する要素は、通常の運転モードにおいて潤滑剤の通常の総量を受けるとともに、異常な運転モードにおいて通常の総量よりも少ない減少した量の潤滑剤を受けることを特徴とする請求項１記載の潤滑装置。
11. 前記潤滑を要する要素は、軸受であることを特徴とする請求項１記載の潤滑装置。
12. 通常の運転モードにおいて少量の潤滑剤を受け入れ、かつ異常な運転モードにおいて前記の少量の潤滑剤よりもさらに減少した量の潤滑剤を受け入れるとともに、予備の量の潤滑剤を閉じ込めるリザーバと、
    主潤滑供給源と接続されて、前記の少量の潤滑剤およびさらに減少した量の潤滑剤をリザーバに供給する潤滑剤供給管路と、
    前記予備の量の潤滑剤と連通するベンチュリと、
    原動力となる加圧流体の供給源および前記ベンチュリと常時接続されて、両方の運転モードにおいて前記ベンチュリを直接駆動する流体供給管と、を有することを特徴とする故障に対応する潤滑装置。
13. 潤滑を要する要素の潤滑方法であって、
    潤滑剤の一次流れを前記要素に供給し、
    動力源によって直接駆動される潤滑剤の二次的な噴霧を前記要素に同時に供給し、
    一次流れが中断したときに、少なくとも限られた時間にわたって同じ動力源の直接的な作用によって二次的な噴霧を供給し続けることを特徴とする潤滑方法。
14. 前記動力源は、ベンチュリを通して作用する加圧空気であることを特徴とする請求項１３記載の潤滑方法。
    

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