JP2006017121A - ターボ機械の低圧シャフト用ドレンチューブ - Google Patents

Abstract

【課題】油密性および曲げによる変形に優れた能力を有する一方、中間支持体が省略されることを可能にするドレンチューブを提案する。
【解決手段】本発明は、ターボ機械の低圧シャフト２内部に同軸に取り付けられるドレンチューブ１８を提供し、このドレンチューブは、前記ドレンチューブが内部に取り付けられるシャフトの長さとほぼ同一長さの中空の管状金属部分を備え、ドレンチューブの管状金属部分の外側面は、ドレンチューブの長さの少なくとも一部を、ほぼ長手方向に沿って向けられたファイバ２０をベースとする複合材料で覆われることにより、チューブに曲げ強度を与える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ターボ機械の低圧シャフト内部に取り付けるドレンチューブの全般的な分野に関する。

ターボ機械では、低圧スプールのシャフト（以下に低圧シャフトと称される）は、その上流側の端部でファンシャフトの回転を駆動する。このファンシャフトは、注油されかつ冷却される必要がある転がりベアリングで回転するように支持されている。この目的のために、油は、供給回路により転がりベアリングのリング間に注入される。油は、空気と混合するエンクロージャ内に閉じ込められ、その後、低圧シャフト内部の流れによりターボ機械の排出ケーシングに排出される。

低圧シャフト内部の油の流れは、特にそのコーキングにより、低圧シャフトに損傷を与えないことを保証するために、シャフト内部に同軸状に中空の油除去チューブ（本明細書では、ドレンチューブと呼ばれる）が、取り付けられることが知られている。ドレンチューブは、一定の基準を満たさなければならない。詳細には、ドレンチューブは、軽量で、耐油性があり、さらに破壊時に破砕して分散することがないように、曲げによる変形に優れた能力を有する必要がある。

これらの基準を満たすために、金属、例えばチタンまたはニッケルから、ドレンチューブを作ることが提案された。このようなチューブには、優れた座屈能力があり、破壊時の破砕を防止するのに役立つ。主な問題は、シャフト回転時に、シャフト内部のチューブのいかなる径方向変位をも防ぐために、中間の固定支持体を低圧シャフトとチューブとの間に配置する必要がある、金属のモジュラス／密度比にある。このような支持体は、取り付けおよび取り外しの操作が見えない状態で実行されるため、シャフト内部へのチューブの取り付けおよび取り外しを困難にし、シャフト内部でチューブが誤って位置合わせされた場合、シャフトにクラックが発生する。

本発明の主な目的は、油密性および曲げによる変形に優れた能力を有する一方、中間支持体が省略されることを可能にするドレンチューブを提案することにより、このような欠点を軽減することである。

この目的を達成するため、本発明は、ターボ機械の低圧シャフトの内部に同軸に取り付けられたドレンチューブを提供し、このドレンチューブは、前記ドレンチューブが内部に取り付けられるシャフトの長さとほぼ同一長さの中空の管状金属部分を備え、ドレンチューブの管状金属部分の外側面は、管状金属部分の外側面の長さの少なくとも一部を、ほぼ長手方向に沿って向けられたファイバをベースとする複合材料で覆うことにより、ドレンチューブに曲げ強度を与えることを特徴とする。

ドレンチューブの長手方向に沿って向けられた複合材料ファイバの存在は、シャフトがモジュラスの著しい増加により回転する間、ドレンチューブに優れた曲げ変形能力を提供する。したがって、ドレンチューブは、シャフトに対してドレンチューブを固定する中間の支持体を持たず、これにより、シャフトへの取り付けおよびシャフトからの取り外しが容易になる。ドレンチューブの耐漏洩性もまた、保存される。

好ましくは、さらに、管状金属部分の外側面を覆う複合材料は、定位置に長手方向のファイバを保持する編組されたファイバをさらに含む。

管状金属部分は、上流側端部に、ドレンチューブが取り付けられるシャフトの上流側端部に固定するための締結装置の末端部を備えることができる。このような状態で、締結装置の末端部は、シャフトに対する回転を防ぐ装置を含んでいてもよい。末端部はさらに、シャフトと協働する少なくとも１つのシーリングガスケットを含むことにより、シャフトとドレンチューブとの間で油が伝わるのを防止できる。

好ましくは、ドレンチューブの管状金属部分はチタンから作られ、複合材料は樹脂を含浸したカーボンファイバから作られる。このような長手方向のカーボンファイバは、管状金属部分の外側面の５０％から７５％までを覆うことができる。

本発明はさらに、前述のとおり、ドレンチューブを含むターボ機械の低圧シャフトを提供する。

本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照してなされる以下の説明から明らかになる。図面は、限定を意味しない実施形態を示すものである。

図１に示されるとおり、参照符号２は、ターボ機械の低圧シャフトの一部を示す。この長手方向軸ＸＸ’のシャフト２は、中空であり、実際にはターボ機械の全長に沿って延びる。シャフトは、その上流側の端部２ａで、フルーティング（ｆｌｕｔｉｎｇ）６を介してファンシャフト４の回転を駆動する。ファンシャフト４は、低圧シャフト２の周りに同軸に配置される。

可動ファンブレード（図示せず）は、ファンシャフト４の上流側の端部に固定される。ファンシャフト４はさらに、転がりベアリング８により回転するように支持される。このベアリング８は、例えば、ファンシャフト４に取り付けられている内部リング８ｂと、シャフト１０に取り付けられている外部リング８ｃとの間に挿入されている、ボール８ａにより形成される。

油供給回路（図示せず）は、転がりベアリング８のリング８ｂと８ｃとの間に油を送って注入し、ベアリングを潤滑し、冷却するのに役立つ。潤滑および冷却油は、詳細にはファンシャフト４とベアリング８の外部リング８ｃが取り付けられているシャフト１０とにより画定される、油エンクロージャ１２内に閉じ込められる。

油エンクロージャ１２において、ファンシャフトは、エンクロージャ１２から潤滑および冷却油を排出するように作用する、複数の中空のブッシング１４（または煙突状部分）により貫通される。複数の穴１６は、低圧シャフト２の上流側の端部２ａ内で中空のブッシング１４に対面して形成され、低圧シャフトの内部に向けて潤滑および冷却油を送る。

本発明において、低圧シャフトを損傷することなく潤滑および冷却油を排出するために、低圧シャフト２の内部に同軸状にドレンチューブ１８を取り付けている。

このようなドレンチューブ１８は、軸ＸＸ’上に中心が置かれた中空の管状金属部分の形態であり、低圧シャフト２とほぼ同一長さを有する。したがって、ドレンチューブ１８は、低圧シャフト２（図１）の上流側の端部２ａからその下流側の端部２ｂ（図２）まで延びる。

さらに、ドレンチューブ１８は、油がドレンチューブの内部に排出されることを可能にするために、このドレンチューブの上流側の端部を貫通して形成される複数の開口部１９を有する。

本発明によれば、ドレンチューブ１８の管状金属部分の外側面は、その長さの少なくとも一部を、ほぼ長手方向（すなわち、ドレンチューブの軸ＸＸ’と平行）に向けられたファイバ２０をベースとする複合材料で覆うことにより、ドレンチューブに曲げ強度を与えている。

図１および図２において、長手方向のファイバ２０は、実際には、ドレンチューブ１８の全長を覆う。しかし、長手方向のファイバ２０が、連続または不連続で、チューブの管状金属部分の一部のみ覆うことも可能である。

したがって、ドレンチューブ１８は、低圧シャフト２とドレンチューブとの間の中間の固定支持体の使用を不要とするのに適したモジュラス／密度比を示すと同時に、ドレンチューブの油密性および塑性変形能力を維持する。さらに、ドレンチューブの重量は、可能な限り小さくしなければならない。

本発明の有利な特徴によれば、複合材料は、さらに、ドレンチューブ１８の管状金属部分に長手方向のファイバ２０を保持するために編組されたファイバ２２を備える。これらの編組されたファイバ２２は、長手方向のファイバ２０を覆い、例えば、ドレンチューブの軸ＸＸ’に対して４５°から６０°の範囲で傾いている。

好ましくは、ドレンチューブ１８の金属部分は、チタンで作られ、複合材料は、樹脂を含浸したカーボンファイバ２０および２２で作られる。カーボンファイバを使用することにより、ドレンチューブに最高の曲げ強度を与えられる複合材料を提供する。カーボンファイバは、また、カーボンファイバをその他の複合材料よりも低いコストにする産業で広く使用されている。

その他の材料も、ドレンチューブの長手方向のファイバおよび編組されたファイバの作製に使用できることは言うまでもない。同様に、ドレンチューブの金属部分は、例えば、ニッケルなど、その他の金属を使用して得ることができる。

長手方向のカーボンファイバ２０は、ドレンチューブ１８の管状金属部分の外側面の５０％から７５％、好ましくは約６０％を覆うことができる。

図１および図２に示されているドレンチューブの実施形態において、ドレンチューブ１８の管状金属部分は、ドレンチューブの上流側端に、低圧シャフト２の上流側端部２ａに固定するための締結装置の末端部２４を備える。さらに、このような締結装置の末端部２４は、金属（例えば、ドレンチューブの管状部分と同様にチタン）で作られ、したがって、溶接部２６により金属チューブの上流側端部に固定されることができる。

油をドレンチューブ１８の内部に排出できる開口部１９は、好ましくは、締結装置の末端部２４を貫通して形成されることに留意されたい。また、ドレンチューブ１８の管状金属部分の下流側の端部は、末端部２４’（図２）を備え得ることにも留意されたい。このような下流側の末端部２４’は、主として、ドレンチューブを支持し、かつオイルミストが発火した場合に、低圧シャフトを保護するように作用する。

本発明の有利な特徴によれば、締結装置の末端部２４は、低圧シャフト２に係合する回転防止装置を含む。回転防止装置は、例えば、締結装置の末端部２４のショルダ３０に収納される低圧シャフト２のフィンガ２８の形状であってよく、これにより、ドレンチューブと低圧シャフトとの間の相対的回転を防止する。

締結装置の末端部２４のショルダ３０と協働するように、上流側の端部２ａにおいて低圧シャフト２に締め付ける固定ナット３２は、ドレンチューブ１８をシャフト２内に保持するように作用する。ドレンチューブ１８は、前部、すなわちシャフト２の上流側の端部２ａから、低圧シャフト２の内部に取り付けられ、および低圧シャフト２から取り外されることに留意されたい。

本発明の別の有利な特徴によれば、締結装置の末端部２４は、低圧シャフト２と協働する少なくとも１つのシーリングガスケット３４を含む。このシーリングガスケット３４は、油の排出開口１９から下流側に配置される。このガスケットは、エンクロージャ１２から来る油が、低圧シャフト２とドレンチューブ１８との間に画定される環状空間に流れ込むのを防止する。

また、ドレンチューブのファイバを、Ｖｉｎｔｏｎ（登録商標）タイプの保護膜で覆うことにより、それらドレンチューブのファイバを油の有害な影響に対して保護することもできる。保護膜は図示されていない。

本発明のドレンチューブを製造する方法は、上記の説明から明らかである。

ドレンチューブの金属部分は、中間の固定支持体が省かれる点以外は、従来技術で知られているドレンチューブの金属部分と同一である。末端部２４および２４’は、金属部分の上流側および下流側の端部に溶接される。長手方向のファイバ２０および編組されたファイバ２２は、複合材料分野で知られている方法を使用して付着される。すなわち、ファイバは、金属部分の外側面に配置された後、樹脂（例えばエポキシ樹脂）を含浸され、その後重合される。

さらに詳細には、長手方向のファイバ２０を保持するファイバ２２は、巻き枠を使用してドレンチューブの金属部分で直接編組されるか、または、スリーブの形で準備されて編組された後、チューブの金属部分の上に取り付けられる。

ターボ機械の低圧シャフトの内部に取り付けられた、本発明のドレンチューブの上流側部分の部分的な縦断面図である。 図１のドレンチューブの下流側部分の部分的な縦断面図である。

符号の説明

２、１０ シャフト
２ａ 上流側の端部
４ ファンシャフト
６ フルーティング
８ 回転ベアリング
８ａ ボール
８ｂ 内部リング
８ｃ 外部リング
１２ 油エンクロージャ
１４ ブッシング
１６ 穴
１８ ドレンチューブ
１９ 開口部
２０、２２ ファイバ
２４、２４’ 末端部
２６ 溶接部
２８ フィンガ
３０ ショルダ
３２ 固定ナット
３４ シーリングガスケット

Claims (9)

1. ターボ機械の低圧シャフト（２）の内部に同軸に取り付けられたドレンチューブ（１８）であって、該ドレンチューブが、前記ドレンチューブが内部に取り付けられるシャフトの長さとほぼ同一長さの中空の管状金属部分を備え、ドレンチューブの管状金属部分の外側面が、該管状金属部分の外側面の長さの少なくとも一部を、ほぼ長手方向に沿って向けられたファイバ（２０）をベースとする複合材料で覆うことにより、ドレンチューブに曲げ強度を与えることを特徴とするチューブ。
2. 複合材料が、長手方向のファイバ（２０）を保持するための編組されたファイバ（２２）をさらに備える、請求項１に記載のチューブ。
3. 管状金属部分が、上流側の端部に、前記ドレンチューブが内部に取り付けられているシャフト（２）の上流側の端部（２ａ）に固定するための締結装置の末端部（２４）を備える、請求項１または２に記載のチューブ。
4. 締結装置の末端部（２４）が、前記ドレンチューブが取り付けられているシャフト（２）と協働する回転防止装置（２８、３０）を含む、請求項３に記載のチューブ。
5. 締結装置の末端部（２４）が、前記ドレンチューブが取り付けられているシャフト（２）と協働する少なくとも１つのシーリングガスケット（３４）を含む、請求項３または４に記載のチューブ。
6. 管状金属部分が、チタンで作製される、請求項１から５のいずれか一項に記載のチューブ。
7. 複合材料が、樹脂を含浸したカーボンファイバ（２０、２２）から作製される、請求項１から６のいずれか一項に記載のチューブ。
8. 長手方向のカーボンファイバ（２０）が、管状金属部分の外側面の５０％から７５％までを覆っている、請求項７に記載のチューブ。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のドレンチューブ（１８）を含むことを特徴とする、低圧ターボ機械シャフト（２）。

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