JP2005248953A - 小型ローラベアリングを有するターボマシン - Google Patents

Abstract

【課題】小型軽量でメンテナンスの容易なローラベアリングを提案する。
【解決手段】ターボマシンの高圧スプールのシャフトラインのトラニオンにより構成されるシャフト（４）をターボマシンのケーシングに接続された静止支持体（８）に対して回転するように支持するターボマシンローラベアリング（１０）であって、このベアリング（１０）は、静止支持体（８）に近接して配置された外側リング（１４）と高圧トラニオン（４）に近接して配置された内側リング（１６）の間に挿入されたローラ（１２）を備え、内側リング（１６）は軸に沿って、クランプ手段により内側リングが固定される高圧トラニオン（４）の下流側端部を越えて延び、さらに、上記内側リングが高圧トラニオン（４）に対して回転するのを防止する回転防止手段を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明はターボマシンローラベアリングの一般分野に関し、さらに詳細には、ターボマシンのケーシングに接続される静止支持体に対して回転するように高圧トラニオンを支持する方式のローラベアリングに関する。

ターボマシンにおいては、高圧スプールのシャフトラインのトラニオンは一般に、ケーシングに接続される静止支持体に対して回転するように、ローラベアリングにより支持される。

このようなローラベアリングは、図６を参照して説明される。この図では、ターボマシンの高圧スプールは、詳細には、高圧タービンディスク１００から成り、このディスクにロータブレード（図示せず）が取り付けられて、ターボマシンの縦軸Ｘ−Ｘ周りに移動する。ターボマシンの高圧スプールのシャフトラインのトラニオンを構成するシャフト１０２は、ボルト結合１０４により高圧タービンディスク１００に固定される。高圧トラニオン１０２はローラベアリング１０８により、ターボマシンのケーシングに接続された静止支持体１０６に対して移動するように支持される。

ローラベアリング１０８は、静止支持体１０６に近接して配置された外側リング１１２と高圧トラニオン１０２に近接して配置された内側リング１１４の間に挿入された、ローラ１１０から成る。外側リング１１２および内側リング１１４は、ローラ１１０のレース（ｒａｃｅ：球溝）を構成する。

ベアリング１０８の外側リング１１２は静止支持体１０６に直接固定される。内側リング１１４は高圧トラニオン１０２の外側面の、下流側端部に取り付けられる。内側リング１１４の下流側に配置されたクランプナット１１６は、この内側リングを高圧トラニオン１０２に対して軸方向に保持するのに役立つ。

このようなローラベアリング構成は多くの欠点を有する。詳細には、高圧トラニオンから独立している内側リングを装着して使用することはローラベアリングの半径方向寸法を大きくし、重量を増大させる。さらに、内側リングを保持するのに必要で、この内側リングの下流側に配置されたクランプナットを備えることにより、アセンブリの軸方向寸法が増大する。

このような問題点を解決するには、ローラベアリングの内側リングを高圧トラニオンに直接組み込むことが考えられる。この技術もまた欠点を有する。第１に、ローラベアリングの故障時に、高圧トラニオン全体を交換する必要があり、コストが増加する。第２に、内側リングと高圧トラニオンの間の接続は２つの異なる金属を一体に溶接することによりなされるが、これは習得の難しい技術である。

以上のことから、本発明の目的は、小型軽量でメンテナンスの容易なローラベアリングを提案することにより、前述のような欠点を軽減することである。

この目的のために、本発明は、ターボマシンの高圧スプールのシャフトラインのトラニオンにより構成されるシャフトを、ターボマシンのケーシングに接続される静止支持体に対して回転するように支持するターボマシンローラベアリングを提供する。このベアリングは静止支持体に近接して配置された外側リングと高圧トラニオンに近接して配置された内側リングの間に挿入されたローラを備え、上記ローラベアリングは、内側リングが軸に沿って、クランプ手段により内側リングが固定される高圧トラニオンの下流側端部を越えて延び、さらに、上記内側リングが高圧トラニオンに対して回転するのを防止する回転防止手段を備えていることを特徴とする。

この構成においては、ローラベアリングの内側リングが高圧トラニオンに直接取り付けられていないため、ベアリングの軸方向および半径方向の寸法を減少できる。さらに、内側リングは高圧トラニオンから独立している部分であるため、ローラベアリングの故障時に、高圧トラニオンを交換する必要がない。したがって、ベアリングはメンテナンスが容易である。

内側リングは高圧トラニオンの内側に配置できる。

このように内側に配置した場合には、上記内側リングが高圧トラニオンに対して回転するのを防止するように、内側リングは高圧トラニオンの下流側端部に配置された少なくとも１つのキャッチと軸方向に協働する、少なくとも１つのノッチを備えてもよい。

内側リングはさらに、上記内側リングが高圧トラニオンに対して回転するのを防止するように、上流側端部に配置され、かつ高圧トラニオンの相補的スプラインと半径方向に協働する複数のスプラインを備えてもよい。

別の実施形態においては、内側リングの少なくとも一部を高圧トラニオンの外側に配置できる。このように外側に配置した場合には、上記内側リングが高圧トラニオンに対して回転するのを防止するために、ベアリングは、内側リングおよび高圧トラニオンのそれぞれの穴に半径方向に挿入される少なくとも１つのペグ（ｐｅｇ）を備えてもよい。

別の実施形態においては、内側リングは高圧トラニオンと同一直線上に取り付けできる。このように取り付けた場合には、上記内側リングが高圧トラニオンに対して回転するのを防止するように、内側リングは、上流側端部に配置されかつ高圧トラニオンの下流側端部に配置された複数の相補的歯と軸方向に協働する、複数の歯（台形形状が好ましい）を備えてもよい。

内側リングはクランプナットにより高圧トラニオンに固定できる。

本発明はさらに、先に述べた通りのローラベアリングの内側リングも提供する。

本発明はさらに、ターボマシンの高圧トラニオンも提供し、このトラニオンは先に述べた通りのローラベアリングにより回転するように支持される。

本発明の他の特徴および利点は、非限定実施形態を示す添付図面を参照することにより、以下の説明から明らかになる。

図１は、ターボマシンの高圧スプールの一部を示す軸方向断面図である。

長手軸Ｘ−Ｘのターボマシンの高圧スプールは、特には、燃焼室（図示せず）から供給される高温のガス流にさらされる複数のロータブレード（図示せず）から成る高圧タービンを含む。ブレードは、軸Ｘ−Ｘを中心とする高圧タービンディスク２に取り付けられる。

高圧タービンディスク２は、ターボマシンの高圧スプールのシャフトラインのトラニオンであるシャフトを回転させる。

高圧トラニオン４は、ボルト結合６により高圧タービンディスク２に固定されたほぼ放射状の部分４ａと、ディスク２から軸に沿って下流方向に延びる部分４ｂとの両方から成る。

高圧トラニオン４は、本発明のローラベアリング１０により支持され、ターボマシンのケーシングに接続される静止支持体８に対して回転する。ターボマシンの半径方向負荷に耐えるため、上記ベアリング１０は、従来は、ローラベアリング方式である。

それ自体公知の方法で、ローラベアリング１０は、静止支持体８に近接して配置された外側リング１４と、高圧トラニオン４に近接して配置された内側リング１６の間に挿入されたローラ１２から成る。このように、外側リング１４および内側リング１６はローラ１２のレースを形成する。

一般に、外側リング１４は、ターボマシンのケーシングに接続された静止支持体８に直接固定される。

さらに、ローラベアリング１０の下流のオイル注入器１８が、静止支持体８に固定される。上記注入器は、ローラベアリング１０が浸漬されているオイル容器２０からオイルを送り出す役割を果たす。詳細には、上記容器内のオイルはローラベアリング１０のローラ１２の潤滑および冷却のためのものである。

この目的のために、ローラベアリング１０の内側リング１６は穴２２を備えており、この穴２２は、高圧トラニオン４を軸Ｘ−Ｘ周りに回転することで発生する遠心力の影響を受けて、ローラ１２方向にオイルを導いて、ローラを潤滑および冷却するのに役立つ。

本発明においては、ローラベアリング１０の内側リング１６は軸に沿って、クランプ手段により上記内側リングが固定される高圧トラニオン４の下流側端部を越えて延びる。さらに、内側リング１６は、この内側リングが高圧トラニオン４に対して回転するのを防止する回転防止手段を備えている。

したがって、内側リング１６が高圧トラニオン４の下流側端部を越えた位置に配置されることにより、ローラ１２のレースを形成するのに必要な半径方向高さが減少し、その結果、ローラベアリング１０の半径方向寸法も減少する。

図１に示す本発明の実施形態においては、ローラベアリング１０の内側リング１６は高圧トラニオン４の内側に配置される。

さらに正確には、高圧トラニオン４から独立している内側リング１６が、軸に沿って、高圧トラニオンの軸方向部分４ｂの上流側端部から、上記軸方向部分の下流側端部を越えて延びる。

さらに、内側リング１６は、高圧トラニオン４の下流側端部に配置された少なくとも１つのキャッチ２６と軸方向に協働する、少なくとも１つのノッチ２４を備えることにより、上記内側リングが高圧トラニオン４に対して回転するのを防止できる。

さらに正確には、ノッチ２４（複数の場合もある）は内側リング１６の放射状ショルダ１６ａ内に形成される。

内側リング１６を高圧トラニオン４に固定するために、内側リングの上流側端部に固定（クランプ）されるためのナット２８が設けられる。この目的のために、内側リング１６の上流側端部は軸に沿って、高圧トラニオン４の軸方向部分４ｂの上流側端部をわずかに越えて突き出る。

ナット２８が内側リング１６の上流側端部に固定されると、上記ナット２８は高圧トラニオン４の軸方向部分４ｂの上流側端部に対する受面を形成し、これにより、内側リング１６と高圧トラニオン４の間での軸方向のあらゆる相対運動を防止する。

一般にはベアリングの上流側にナットが配置される、従来技術において公知のローラベアリングのクランプナットと異なり、クランプナット２８はローラベアリング１０の上流側に配置される。この場合には、ローラベアリング１０の下流側のオイル容器２０の軸方向寸法を減少できる。

上記実施形態においては、内側リング１６および高圧トラニオン４はそれぞれ、複数のそれぞれの穴３０、３２を備え、これら穴により、通気空気がオイル容器２０の上流側に形成された空気容器３４の外側に流れ出すことが可能になる。上記穴３０、３２が相互に半径方向に整列されていることは言うまでもない。

次に図２から図５を参照して、本発明のローラベアリングの別の実施形態を以下に説明する。

図２に示す本発明の実施形態においては、ローラベアリング１０の内側リング１６もまたこのローラベアリングの内側に配置され、この内側リングも同様に、高圧トラニオン４から独立している。

この実施形態は、回転防止手段およびクランプ手段において、前述の実施形態と異なる。

内側リングの上流側端部において内側リングの外側面に形成され、かつ高圧トラニオンの軸方向部分４ｂの上流側端部において内側面に形成された相補的スプライン３８と協働する、スプライン３６により、内側リング１６が高圧トラニオン４に対して回転するのを防止する。

高圧トラニオン４の下流側端部、より正確にはトラニオンの軸方向部分４ｂの下流側端部において、内側リングに固定するためのクランプナット４０により、内側リング１６は高圧トラニオン４に固定される。

バヨネット機構を設けて、内側リング１６を高圧トラニオンに軸方向に係止する。このような機構では、クランプナット４０は高圧トラニオンの下流側端部に形成される放射状ショルダを保持する凹部４１を形成する。

クランプナット４０がローラベアリング１０の上流側に配置されるため、ベアリングの軸方向寸法を減少できる。

図３に示す本発明の実施形態においては、ローラベアリング１０の内側リング１６の少なくとも一部は高圧トラニオン４の外側に配置される。

さらに正確には、高圧トラニオン４から独立している内側リング１６は上流側部分を備え、この上流側部分は、高圧トラニオンの軸方向部分４ｂの外側に配置され、かつ上記軸方向部分を越えて突き出る下流側部分まで延びている。

内側リング１６は、内側リングが高圧トラニオンに対して回転するのを防止するために、内側リング１６および高圧トラニオン４のそれぞれの穴４４、４６に半径方向に挿入される少なくとも１つのペグ４２を備える。。

例としては、穴４４、４６を高圧トラニオン４の軸方向部分４ｂの下流側端部に設けることもできる。

上記の実施形態においては、ローラベアリング１０はさらに、高圧トラニオン４の内側に配置される追加のリング４８を備えることができる。

上記の追加リング４８は軸に沿って、高圧トラニオン４の軸方向部分４ｂの上流側端部から内側リング１６の下流側端部まで延びる。

追加リング４８の下流側端部には、内側リング１６の下流側端部を軸方向に支える放射状ショルダ５０が設けられる。

さらに、内側リング１６を高圧トラニオン４に固定するために、追加リング４８の上流側端部に固定（クランプ）されるためのナット５２が設けられる。

この目的のために、追加リング４８の上流側端部は軸に沿って、高圧トラニオン４の軸方向部分４ｂの上流側端部をわずかに越えて突き出る。

図１に関連して述べた実施形態と同様に、ナット５２が追加リング４８の上流側端部に固定されると、上記ナット５２は高圧トラニオン４の軸方向部分４ｂの上流側端部に対する受面を形成し、これにより、内側リング１６と高圧トラニオン４の間での軸方向のあらゆる相対運動を防止する。

クランプナット５２がローラベアリング１０の上流側に配置されることにより、ベアリングの軸方向寸法を減少できる。

通気空気が空気容器から効果的に排気されるのを保証するために、追加リング４８にはさらに、内側リング１６および高圧トラニオン４のそれぞれの穴３０、３２に対して半径方向に配列された複数の穴５４を設ける必要がある。

前述の実施形態に比べて、図３に関連して述べるローラベアリングは、作製の容易な内側リングを必要とする利点を有する。

図４および図５に示す本発明の実施形態においては、高圧トラニオン４から独立しているローラベアリング１０の内側リング１６が、上記ローラベアリング１０と同一直線上に、さらに詳細には高圧トラニオンの軸方向部分４ｂと同一直線上に配置される。

内側リング１６が高圧トラニオン４に対して回転するのを防止するために、上記内側リング１６はこのリングの上流側端部に配置される複数の歯５６を備える。

上記歯５６は高圧トラニオンの下流側端部、さらに詳細には高圧トラニオンの軸方向部分４ｂの下流側端部に配置された、複数の相補的歯５８と軸方向に協働する。

内側リング１６の上流側端部に固定（クランプ）されるためのクランプナット６０により、内側リング１６は高圧トラニオン４に固定される。

さらに詳細には、クランプナット６０は高圧トラニオン４の内側で、内側リング１６の内側に配置され、ナットのねじは外側面に配置される。

ナット６０はそれの上流側端部に放射状ショルダ６２を有する。ナット６０が内側リング１６に固定されると、ショルダ６２は高圧トラニオン４の対応する放射状ショルダ６４を軸方向に支えることにより、内側リングと高圧トラニオン４の間での軸方向のあらゆる相対運動を防止する。

クランプナット６０をローラベアリング１０の上流側に配置することにより、ベアリングの軸方向寸法が減少する。

図５に示す通り、好ましくは、内側リング１６および高圧トラニオン４の歯５６、５８はＣｕｒｖｉｃ（登録商標）方式の結合部を形成する。

Ｃｕｒｖｉｃ（登録商標）方式の結合部は、駆動力が台形歯を有する軸方向スプラインにより供給されることを特徴とする。図５においては、歯５６、５８が台形形状であることが容易に分かる。

この方式の結合部は、空気が一連の歯５６、５８を通して流れるため、特に有利である。本発明の用途においては、このように、空気容器から供給される通気空気を、上記結合部を通して導くことができる。さらに、クランプナット６０が、結合部の一連の歯５６、５８に対して半径方向に配置された複数の穴６６を備える必要がある。

この種の結合部の別の利点は、ローラベアリング１０の組立において、内側リング１６を高圧トラニオン４と中心合わせすることが容易な点である。

本発明の一実施形態におけるローラベアリングを備えるターボマシンの高圧スプールを示す、軸方向の部分断面図である。 本発明の別の実施形態におけるローラベアリングを示す軸方向断面図である。 本発明の別の実施形態におけるローラベアリングを示す軸方向断面図である。 本発明の別の実施形態におけるローラベアリングを示す軸方向断面図である。 図４の線Ｖで切断した断面図である。 従来技術において公知のローラベアリングを示す図である。

符号の説明

２ 高圧タービンディスク
４ 高圧トラニオン
４ａ ほぼ放射状の部分
４ｂ 軸方向部分
６ ボルト結合
８ 静止支持体
１０ ローラベアリング
１２ ローラ
１４ 外側リング
１６ 内側リング
１６ａ、５０、６２、６４ 放射状ショルダ
１８ オイル注入器
２０ オイル容器
２２、３０、３２、４４、４６、５４、６６ 穴
２４ ノッチ
２６ キャッチ
２８、５２ ナット
３４ 空気容器
３６ スプライン
３８ 相補的スプライン
４０、６０ クランプナット
４１ 凹部
４２ ペグ
４８ 追加リング
５６ 歯
５８ 相補的歯

Claims (14)

1. ターボマシンの高圧スプールのシャフトラインのトラニオンにより構成されるシャフト（４）を、ターボマシンのケーシングに接続された静止支持体（８）に対して回転するように支持するターボマシンローラベアリング（１０）であって、前記ベアリング（１０）は、静止支持体（８）に近接して配置された外側リング（１４）と高圧トラニオン（４）に近接して配置された内側リング（１６）の間に挿入されたローラ（１２）を備え、前記ローラベアリングは、内側リング（１６）が軸に沿って、クランプ手段により内側リングが固定される高圧トラニオン（４）の下流側端部を越えて延び、さらに、前記内側リング（１６）が、この内側リングが高圧トラニオン（４）に対して回転するのを防止する回転防止手段を備えていることを特徴とする、ローラベアリング。
2. 内側リング（１６）が高圧トラニオン（４）の内側に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のベアリング。
3. 前記内側リングが高圧トラニオン（４）に対して回転するのを防止するように、内側リング（１６）が、高圧トラニオン（４）の下流側端部に配置された少なくとも１つのキャッチ（２６）と軸方向に協働する少なくとも１つのノッチ（２４）を備えることを特徴とする、請求項２に記載のベアリング。
4. ベアリングを高圧トラニオン（４）に固定するために、ベアリングを内側リング（１６）の上流側端部に圧着するためのナット（２８）を備えることを特徴とする、請求項３に記載のベアリング。
5. 前記内側リングが高圧トラニオンに対して回転するのを防止するように、内側リング（１６）が、上流側端部に配置されかつ高圧トラニオン（４）の相補的スプライン（３８）と半径方向に協働する複数のスプライン（３６）を備えることを特徴とする、請求項２に記載のベアリング。
6. 内側リングを高圧トラニオンに固定するために、高圧トラニオン（４）の下流側端部において、内側リング（１６）に固定されるためのナット（４０）を備えることを特徴とする、請求項５に記載のベアリング。
7. 内側リング（１６）の少なくとも一部が高圧トラニオン（４）の外側に配置され、内側リングが高圧トラニオンに対して回転するのを防止するために、前記ベアリングが内側リング（１６）および高圧トラニオンのそれぞれの穴（４４、４６）に半径方向に挿入される少なくとも１つのペグ（４２）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のベアリング。
8. ベアリングは追加のリング（４８）を備え、この追加リングは、高圧トラニオン（４）の内側に配置され、かつ内側リング（１６）の下流側端部を軸方向に支えるための放射状ショルダ（５０）を設けた下流側端部を有し、さらにベアリングは、内側リングを高圧トラニオンに固定するように、追加リング（４８）の上流側端部に固定されるためのナット（５２）を備えることを特徴とする、請求項７に記載のベアリング。
9. 内側リング（１６）が高圧トラニオン（４）と一直線上に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のベアリング。
10. 内側リング（１６）は、前記内側リングが高圧トラニオンに対して回転するのを防止するように、上流側端部に配置されかつ高圧トラニオン（４）の下流側端部に配置された複数の相補的歯（５８）と軸方向に協働する複数の歯（５６）を備えることを特徴とする、請求項９に記載のベアリング。
11. ベアリングは、内側リングを高圧トラニオン（４）に固定するために、内側リング（１６）の上流側端部に固定されるためのナット（６０）を備えることを特徴とする、請求項１０に記載のベアリング。
12. 内側リング（１６）および高圧トラニオン（４）のそれぞれの歯（５６、５８）が台形形状であることを特徴とする、請求項１０または１１に記載のベアリング。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の、ターボマシンローラベアリング（１０）のための内側リング（１６）。
14. ターボマシンの高圧スプールのシャフトラインのトラニオン（４）であって、前記トラニオンが、ターボマシンのケーシングに接続された静止支持体（８）に対して回転するように、請求項１から１２のいずれか一項に記載のローラベアリング（１０）により支持されることを特徴とする、トラニオン。

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