JP2005241006A - 補機ギアボックスのための機械的駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】 現代の航空機の高い電力要求に適合しうる、補機ギアボックスを機械的に駆動する装置を提供する。
【解決手段】 ガスタービンエンジンの補機ギアボックス（２４）のための機械的駆動システムが提供される。エンジンは、高圧ドライブシャフト（１２）および低圧ドライブシャフト（１４）を有する。機械的駆動システムは、第一タワーシャフト（３６）、第二タワーシャフト（３８）、第一レイシャフト（４４）、および第二レイシャフト（４６）を含む。第一タワーシャフトは、高圧ドライブシャフトによって駆動される。第二タワーシャフトは、低圧ドライブシャフトによって駆動される。第一レイシャフトは、第一タワーシャフトによって駆動され、かつ補機ギアボックスに接続される。第二レイシャフトは、第二タワーシャフトによって駆動され、かつ補機ギアボックスに接続される。
【選択図】 図１

Description

本発明は主にガスタービンエンジン、特に補機ギアボックスを駆動するための装置に関する。

ガスタービンエンジンを備えた航空機は、燃料ポンプ、排油ポンプ、発電機、油圧ポンプなど、補機システムの駆動のため、非常に多くの場合、機械的に駆動される補機ギアボックスを含む。補機ギアボックスの所要動力は、航空機内の電気システムの数が増えるにつれて増加する。従来では、補機ギアボックスは、ガスタービンエンジンの高圧タービンおよび高圧コンプレッサーの間に延在するドライブシャフト（すなわち、「高圧ドライブシャフト」）に接続された機械システムによって駆動されてきた。

しかしながら、高圧ドライブシャフトから動力を抽出する能力は限られている。現代の航空機の高い電力要求に適合しうる、補機ギアボックスを機械的に駆動する装置が必要である。

本発明に従って、ガスタービンエンジンの補機ギアボックスのための機械的駆動システムが提供される。エンジンは高圧ドライブシャフトおよび低圧ドライブシャフトを有する。機械的駆動システムは第一タワーシャフト、第二タワーシャフト、第一レイシャフト、および第二レイシャフトを含む。第一タワーシャフトは高圧ドライブシャフトによって駆動される。第二タワーシャフトは低圧ドライブシャフトによって駆動される。タワーシャフトは補機ギアボックスを駆動する。

本発明の補機ギアボックスのための機械的駆動システムの利点の一つは、高圧ドライブシャフトに係合した単一のタワーシャフトを用いる従来技術の機械的駆動システムに対してさらなる多機能性および性能を提供することにある。例えば、本発明は低圧ドライブシャフトおよび高圧ドライブシャフトから交互に、あるいはそれらから同時に動力を引き出す能力を有している。

本発明のこれらのおよび他の目的、特徴および利点は本発明の詳細な説明を踏まえて明らかになるであろう。

図１を参照すると、ガスタービンエンジン１０が図式的に示されている。エンジンは、高圧ドライブシャフト１２、低圧ドライブシャフト１４、低圧コンプレッサー１６、高圧コンプレッサー１８、高圧タービン２０、低圧タービン２２、補機ギアボックス２４、および補機ギアボックス２４のための機械的駆動システム２６を含む。ドライブシャフト１２、１４、コンプレッサー部１６、１８、およびタービン部２０、２２は軸方向に延在するエンジンの中心線２８と同軸である。

低圧コンプレッサー１６は高圧コンプレッサー１８の軸方向前方に配され、また高圧タービン２０は低圧タービン２２の前方に配される。用語「前方」は軸方向に延在するエンジンの中心線に沿った位置を表すために用いられる。第二構成部品の「前方」の第一構成部品はエンジン１０の入口３０により近く配置される。第二構成部品は第一構成部品の「後方」に配置される。ほとんどの場合、エンジン１０のコアを通して移動するガス流れは後方の構成部品を通過する前に前方の構成部品を通過する。低圧および高圧コンプレッサー部１６、１８と、高圧および低圧タービン部２０、２２はそれぞれ多数のステーターおよびローターステージを含む。

高圧ドライブシャフト１２は、高圧コンプレッサー１８および高圧タービン２０に接続され、かつその間に延在している。低圧ドライブシャフト１４は、低圧コンプレッサー１６および低圧タービン２２に接続され、かつその間に延在している。高圧ドライブシャフト１２および低圧ドライブシャフト１４は、軸方向に延在するエンジンの中心線２８を中心として回転する。ドライブシャフト１２、１４は、構成部品の間の関係を簡単に図示するように同軸の円筒として図式的に図１に示されている。たいていの低圧および高圧ドライブシャフトは同軸であるが、その部位に取り付けられ、またはその部位に隣接して配される様々な構成部品の全てに対応するために比較的複雑な形状を有する。図２に示されるドライブシャフト１２、１４の一部は、ガスタービンエンジン内で実際に使われるものにより近い形状で示されている。

図１および図２を参照すると、補機ギアボックス２４のための機械的駆動システム２６は低圧ドライブシャフトギア配列３２（「ＬＰＤＳギア配列」）、高圧ドライブシャフトギア配列３４（「ＨＰＤＳギア配列」）、第一タワーシャフト３６、第二タワーシャフト３８、第一アングルギア配列４０、第二アングルギア配列４２、第一レイシャフト４４、および第二レイシャフト４６を含む。ＬＰＤＳギア配列３２は、第一スパーギア４３、第二スパーギア４５、中間シャフト４７、第一ベベルギア４８、および第二ベベルギア５０を含む。第一スパーギアは低圧ドライブシャフト１４に固定される（例えば、一つまたは複数のスプラインによって）。第二スパーギア４５および第一ベベルギア４８は中間シャフト４７に取り付けられる。第二スパーギア４５は第一スパーギア４３と係合する。第一ベベルギア４８は第二タワーシャフト３８に固定されている第二ベベルギア５０と係合する。

ＨＰＤＳギア配列３４は、第三ベベルギア５２および第四ベベルギア５４を含む。第三ベベルギア５２は高圧ドライブシャフト１２に固定される（例えば、一つまたは複数のスプラインによって）。第三ベベルギア５２は第一タワーシャフト３６に固定されている第四ベベルギア５４と係合する。第一および第二タワーシャフト３６、３８は同軸上に配置され、縦方向に延在する軸５６を中心として回転可能である。軸５６は、通常エンジンの中心線２８に対して垂直に（またはそれに対して鋭角をなすように）配置される。二つのタワーシャフト３６、３８の同軸である実質上全ての部分において、第二タワーシャフト３８は第一タワーシャフト３６の半径方向外側に配される。第一および第二タワーシャフト３６、３８は、それぞれのタワーシャフト３６、３８を的確な位置に設置し、回転を容易にするために通常一つまたは複数のベアリングマウント５８をそれぞれ含む。それぞれのタワーシャフト３６、３８は単一のシャフトであっても、あるいは互いに接続された多数の部分を含んでもよい（例えば、スプラインなどによって）。

さて、図３を参照すると、第一の実施例においては第一および第二アングルギア配列４０、４２は同軸のタワーシャフト３６、３８および同軸のレイシャフト４４、４６と共に用いられるように構成される。本実施例においては、第一アングルギア配列４０は、第五ベベルギア６０および第六ベベルギア６２を含み、また第二アングルギア配列４２は、第七ベベルギア６４および第八ベベルギア６６を含む。第五ベベルギア６０は第一タワーシャフト３６に取り付けられ、第一レイシャフト４４に取り付けられた第六ベベルギア６２と係合する。第七ベベルギア６４は第二タワーシャフト３８に取り付けられ、第二レイシャフト４６に取り付けられた第八ベベルギア６６と係合する。

第一の実施例においては、第一および第二レイシャフト４４、４６は同軸上に配置され、縦方向に延在する軸６８を中心として回転可能である。二つのレイシャフト４４、４６の同軸である実質上全ての部分において、第一レイシャフト４４は第二レイシャフト４６の半径方向内側に配置される。第一および第二レイシャフト４４、４６はそれぞれのレイシャフト４４、４６を的確な位置に設置し、回転を容易にするために通常一つまたは複数のベアリングマウント７０をそれぞれ含む。それぞれのレイシャフト４４、４６は単一のシャフトであっても、あるいは互いに接続された多数の部分を含んでもよい（例えば、スプラインなどによって）。

さて、図４および図５を参照すると、第二の実施例においては第一および第二アングルギア配列４０、４２は同軸のタワーシャフト３６、３８および並列のレイシャフト４４、４６と共に用いられるように構成される。本実施例においては、第一アングルギア配列４０は、第九ベベルギア７２および第十ベベルギア７４を含む。第九ベベルギア７２は第一タワーシャフト３６に取り付けられる。第九ベベルギア７２は第一レイシャフト４４に固定された第十ベベルギア７４と係合する。第二ギア配列４２は、第一スパーギア７６、第二スパーギア７８、中間シャフト８０、第十一ベベルギア８２、および第十二ベベルギア８４を含む。第一スパーギア７６は第二タワーシャフト３８に固定される（例えば、一つまたは複数のスプラインによって）。第二スパーギア７８および第十一ベベルギア８２は中間シャフト８０に取り付けられる。第二スパーギア７８は第一スパーギア７６と整列され、かつ係合する。第十一ベベルギア８２は第二レイシャフト４６に固定されている第十二ベベルギア８４と係合する。

第二の実施例においては、第一および第二レイシャフト４４、４６は並列に配置され、縦方向に延在する平行な軸８６、８８を中心として回転可能である。第一および第二レイシャフト４４、４６は図４において仮想線で示されていて、紙面外へと延在する。並列に延在するレイシャフト４４、４６に沿った平行な軸８６、８８は、従って同じように紙面外へと延在する。図５の上断面図において、レイシャフト４４、４６は紙面内で縦方向に延在するように示されている。レイシャフト４４、４６はそれぞれのレイシャフト４４、４６を的確な位置に設置し、回転を容易にするために、一つまたは複数のベアリングマウント９０をそれぞれ含む。それぞれのレイシャフトを補機ギアボックス２４に接続するため、カップリング（図示せず）がそれぞれのレイシャフト４４、４６の他端に取り付けられるか、あるいは形成される。

図２を参照すると、エンジン１０の運転時において、低圧ドライブシャフト１４の回転は、ＬＰＤＳギア配列３２を回転駆動する。ＬＰＤＳギア配列３２は、続いて第二タワーシャフト３８をその軸５６を中心として駆動する。高圧ドライブシャフト１２の回転は、ＨＰＤＳギア配列３４を回転駆動する。ＨＰＤＳギア配列３４は、続いて第一タワーシャフト３６をその軸５６を中心として駆動する。

図３を参照すると、タワーシャフト３６、３８およびレイシャフト４４、４６が同軸である第一の実施例においては、第一タワーシャフト３６の回転によって、第一アングルギア配列４０が回転して（第二レイシャフト４６の半径方向内側に配置されている）第一レイシャフト４４を駆動する。第二タワーシャフト３８の回転によって、第二アングルギア配列４２が回転して（第一レイシャフト４４の半径方向外側に配置されている）第二レイシャフト４６を駆動する。同軸のレイシャフト４４、４６は、続いて補機ギアボックス２４を駆動する。

図４および図５を参照すると、タワーシャフト３６、３８が同軸でレイシャフト４４、４６が並列である第二の実施例においては、第一タワーシャフト３６の回転は、第一アングルギア配列４０による第一レイシャフト４４の駆動を引き起こす。第二タワーシャフト３８の回転は、第二アングルギア配列４２による第二レイシャフト４６の駆動を引き起こす。第二のギア配列４２は（第一レイシャフト４４と並列に、従ってそこから離間して配置されている）第二レイシャフト４６を第二タワーシャフト３８に中間シャフト８０経由で接続する。並列のレイシャフト４４、４６は、続いて補機ギアボックス２４を駆動する。

本発明はその詳細な実施例に関して示され、また説明されているが、その形態および詳細の様々な変更は本発明の趣旨と範囲から逸脱することなくなされることは、当業者であれば分かるであろう。例えば、本発明は特定の配置のベベルギアおよびスパーギアを用いるように説明されているが、同軸および並列の配置は他のギア配列を用いることによっても達成される。

ガスタービンエンジンの概略図である。 第一および第二タワーシャフトおよび関連したギア配列の実施例を示す断面図である。 アングルギア配列の実施例を示す断面図である。 アングルギア配列の実施例を示す断面図である。 図４に示されたアングルギア配列の実施例を示す上断面図である。

符号の説明

１０…ガスタービンエンジン
１２…高圧ドライブシャフト
１４…低圧ドライブシャフト
１６…低圧コンプレッサー
１８…高圧コンプレッサー
２０…高圧タービン
２２…低圧タービン
２４…補機ギアボックス
２６…機械的駆動システム
２８…エンジンの中心線
３０…入口
３２…低圧ドライブシャフトギア配列
３４…高圧ドライブシャフトギア配列
３６…第一タワーシャフト
３８…第二タワーシャフト
４０…第一アングルギア配列
４２…第二アングルギア配列

Claims (12)

1. 高圧ドライブシャフト（１２）および低圧ドライブシャフト（１４）を有するガスタービンエンジンの補機ギアボックス（２４）のための機械的駆動システムであって、該駆動システムは、
   第一のギア配列（３４）によって高圧ドライブシャフト（１２）に接続された第一タワーシャフト（３６）と、
   第二のギア配列（３２）によって低圧ドライブシャフト（１４）に接続された第二タワーシャフト（３８）とを有し、
   補機ギアボックスが第一タワーシャフトおよび第二タワーシャフトによって駆動されることを特徴とする、駆動システム。
2. 第一タワーシャフト（３６）は、第二タワーシャフト（３８）と同軸であることを特徴とする、請求項１記載の機械的駆動システム。
3. 第一のギア配列（３４）は、高圧ドライブシャフト（１２）に取り付けられた第一ベベルギア（５２）、および第一タワーシャフト（３６）に取り付けられた第二ベベルギア（５４）を含み、第一ベベルギアおよび第二ベベルギアが、互いに係合していることを特徴とする、請求項２記載の機械的駆動システム。
4. 第二のギア配列（３２）は、第一スパーギア（４３）、第二スパーギア（４５）、中間シャフト（４７）、第一ベベルギア（４８）、および第二ベベルギア（５０）を含み、第一スパーギアが低圧ドライブシャフト（１４）に取り付けられ、第二スパーギアおよび第一ベベルギアが中間シャフトに取り付けられ、第二ベベルギアが第二タワーシャフト（３８）に取り付けられ、
   第一スパーギアおよび第二スパーギアが互いに係合し、
   第一ベベルギアおよび第二ベベルギアが互いに係合していることを特徴とする、請求項２記載の機械的駆動システム。
5. 高圧ドライブシャフト（１２）および低圧ドライブシャフト（１４）を有するガスタービンエンジンの補機ギアボックス（２４）のための機械的駆動システムであって、該駆動システムは、
   高圧ドライブシャフト（１２）によって駆動される第一タワーシャフト（３６）と、
   低圧ドライブシャフト（１４）によって駆動される第二タワーシャフト（３８）とを有し、
   補機ギアボックスが第一タワーシャフトおよび第二タワーシャフトによって駆動されることを特徴とする、駆動システム。
6. 第一タワーシャフト（３６）が第二タワーシャフト（３８）と同軸であることを特徴とする、請求項５記載の機械的駆動システム。
7. 第一のギア配列（３４）が、第一タワーシャフト（３６）を高圧ドライブシャフト（１２）に接続し、かつ第一のギア配列は、高圧ドライブシャフト（１２）に取り付けられた第一ベベルギア（５２）、および第一タワーシャフト（３６）に取り付けられた第二ベベルギア（５４）を含み、第一ベベルギアおよび第二ベベルギアが、互いに係合していることを特徴とする、請求項６記載の機械的駆動システム。
8. 第二のギア配列（３２）が、低圧ドライブシャフト（１４）を第二タワーシャフト（３８）に接続し、かつ第二のギア配列（３２）は、第一スパーギア（４３）、第二スパーギア（４５）、中間シャフト（４７）、第一ベベルギア（４８）、および第二ベベルギア（５０）を含み、
   第一スパーギアが低圧ドライブシャフトに取り付けられ、第二スパーギアおよび第一ベベルギアが中間シャフトに取り付けられ、第二ベベルギアが第二タワーシャフトに取り付けられ、
   第一スパーギアおよび第二スパーギアが互いに係合し、
   第一ベベルギアおよび第二ベベルギアが互いに係合していることを特徴とする、請求項７記載の機械的駆動システム。
9. 高圧コンプレッサー（１８）および高圧タービン（２０）に接続された高圧ドライブシャフト（１２）と、
   低圧コンプレッサー（１６）および低圧タービン（２２）に接続された低圧ドライブシャフト（１４）とを有するガスタービンエンジンであって、
   高圧ドライブシャフトおよび低圧ドライブシャフトは、軸方向に延在するエンジンの中心線（２８）を中心として回転し、
   またガスタービンエンジンはさらに、
   補機ギアボックス（２４）と、
   高圧ドライブシャフトによって駆動される第一タワーシャフト（３６）と、
   低圧ドライブシャフト（１４）によって駆動さる第二タワーシャフト（３８）とを有し、
   補機ギアボックスが第一タワーシャフトおよび第二タワーシャフトによって駆動されることを特徴とする、ガスタービンエンジン。
10. 第一タワーシャフト（３６）が第二タワーシャフト（３８）と同軸であることを特徴とする、請求項９記載のガスタービンエンジン。
11. 第一のギア配列（３４）が、第一タワーシャフト（３６）を高圧ドライブシャフト（１２）に接続し、かつ第一のギア配列は、高圧ドライブシャフト（１２）に取り付けられた第一ベベルギア（５２）、および第一タワーシャフトに取り付けられた第二ベベルギア（５４）を含み、第一ベベルギアおよび第二ベベルギアが、互いに係合していることを特徴とする、請求項１０記載のガスタービンエンジン。
12. 第二のギア配列（３２）が、低圧ドライブシャフト（１４）を第二タワーシャフト（３８）に接続し、かつ第二のギア配列は、第一スパーギア（４３）、第二スパーギア（４５）、中間シャフト（４７）、第一ベベルギア（４８）、および第二ベベルギア（５０）を含み、
    第一スパーギアが低圧ドライブシャフトに取り付けられ、第二スパーギアおよび第一ベベルギアが中間シャフトに取り付けられ、第二ベベルギアが第二タワーシャフトに取り付けられ、
    第一スパーギアおよび第二スパーギアが互いに係合し、
    第一ベベルギアおよび第二ベベルギアが互いに係合していることを特徴とする、請求項１１記載のガスタービンエンジン。

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