JP2006144794A - 駆動軸の第１および第２の軸受に共通の分断装置を備えるターボ機械、分断装置を備える圧縮機、および分断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受支持部として危急の軸受支持部を備えるターボファンエンジンを提供する。
【解決手段】本発明は、駆動軸３を有するロータを備えるターボ機械に関し、駆動軸３は、第１の軸受４および第２の軸受５によってターボ機械の軸心２に中心が置かれ、第１の軸受４および第２の軸受５は、第１の軸受支持片９および第２の軸受支持片１３によってそれぞれ支持され、第１の軸受支持片９および第２の軸受支持片１３は、互いに固定されると共に、分断装置２０によってターボ機械の固定構造体に接続される。このターボ機械は、手段２３、２７を備え、この手段２３、２７は、軸受支持部９、１３が回転するのを防止する機能と、軸受が分断した場合に駆動軸３を径方向に保持する機能との２つの機能を実行するために、ターボ機械の固定構造体の少なくとも１つの要素２２と協働するように構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、駆動軸の第１および第２の軸受に共通の分断装置（ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）を備えるターボ機械の分野に関する。

ターボファンエンジンは、気体が流れる方向を考慮するとき上流側から下流側端に、ファンと、１つ以上の圧縮機段と、燃焼室と、１つ以上のタービン段と、気体排出ノズルとを備える。ファンは、その周囲にブレードを有するロータを備え、それらのブレードは、回転時に、空気をターボファンエンジンに取り入れる。ファンのロータは、エンジンの低圧ロータ軸によって支持されている。それは、第２の軸受の上流側にある第１の軸受によってターボファンエンジンの軸心に中心が置かれており、２つの軸受は、ターボファンエンジンの固定構造体、特に中間ケーシングに接続されている。

上記以外の説明としては、ファンが、２スプール型のエンジンにおける低圧ロータ軸である圧縮機軸に固定されている限りにおいて、この軸、またはファンに固定された他の軸は、単に、圧縮機軸と称するものとする。

第１の軸受は、第１の軸受の下流端に向かって面していると共に、ターボファンエンジンの固定構造体に固定された、圧縮機軸の周りのケーシングを形成する支持片によって支持される。第２の軸受は、ターボファンエンジンの固定構造体に固定された支持片によっても支持されている。

偶発的現象によって、ファンブレードが欠失する場合がある。これにより、圧縮機軸に深刻なアンバランスが生じると共に、軸受に負荷および振動がもたらされて、これらは、支持片によってターボファンエンジンの固定構造体に伝達され、その結果、これらは巧みに処理されなければならない。

この処理は、追加コストを要すると共に、ターボファンエンジンの質量を増加させる。これらを低減するために、仏国特許第２，７５２，０２４号明細書において見られるような、軸受を分断するシステムを提案することが可能である。第１の軸受および第２の軸受の支持片は、この例では互いに固定されているが、破断ネジとして知られるネジによってターボファンエンジンの構造体に固定されている。この破断ネジは、力が強過ぎるときに、自身を破損させる脆弱部を備える。したがって、圧縮機軸にアンバランスが生じたとき、軸受に導入された力が、破損する破断ネジに伝達されて、ターボファンエンジンの固定構造体から軸受支持片を分断する。したがって、アンバランスによりもたらされる力は、もはや、これらの支持片によってターボファンの固定構造体に伝達されない。

一旦、軸受支持片が、ターボファンエンジンの固定構造体から分断されると、圧縮機軸の深刻な径方向移動が生じる。仏国特許第２，７５２，０２４号明細書は、そのような移動を制限する目的で、固定構造体から分断されたときに、軸と共に回転且つ揺動する、軸受支持部の仮軸受を形成する要素を提供することを提案している。特定の例において、固定構造体に固定されており、ターボファンエンジンの軸心の横断方向に延びて、圧縮機軸を包囲するシューのところで終端するリブ、または第１の軸受支持部を包囲するリブについて述べる。しかしながら、駆動軸を有する軸受支持部の揺動は、かなりの力を引き起こし、それらがターボファンエンジンの軸心に対して呈するそれらの慣性は、レバーアームの慣性とともに大きい。
仏国特許第２，７５２，０２４号明細書

したがって、分断装置を有するターボファンエンジンに、軸受支持部として、危急の軸受または仮軸受ではなく、危急の軸受支持部を装備するのが望ましい。換言すれば、軸受支持片が支承する仮軸受である仏国特許第２，７５２，０２４号明細書のリブが構成する仮軸受を、軸受およびターボファンエンジンの軸心により近い軸受の外輪と協働する、危の急軸受支持部と置き換えることが望ましい。

したがって、本発明は、駆動軸を有するロータを備えるターボ機械に関し、駆動軸は、第１の軸受および第２の軸受によってターボ機械の軸心に中心が置かれ、第１の軸受および第２の軸受は、第１の軸受支持片および第２の軸受支持片によってそれぞれ支持され、第１の軸受支持片および第２の軸受支持片は、互いに固定されると共に、分断装置によってターボ機械の固定構造体に接続され、ターボ機械は、手段を備え、該手段は、軸受支持部が回転するのを防止する機能と、軸受が分断した場合に駆動軸を径方向に保持する機能との２つの機能を実行するために、ターボ機械の固定構造体の少なくとも１つの要素と協働するように構成されことを特徴とする。

軸受支持部が回転するのを防止する機能と共に、駆動軸を径方向に保持する機能は、組み合わされると、実際に、危急の軸受支持機能を実行する。

さらに、一旦、軸受が分断されると、圧縮機軸が破損する危険性があり、ファンが前方に脱離してしまう。このような危険を防ぐために、仏国特許出願第０４０１１０５号明細書は、ファンを軸方向に保持する機能を実行するために、固定構造体のウェブと協働する周方向リブを、圧縮機軸上の第２の軸受の近くに設けることを提案している。しかしながら、圧縮機軸がこのリブの上流側で破損すると、保持機能が実行されない。さらに、このターボファンエンジンにおいて、２つの軸受が、各々それら自体の分断装置を有し、これにより複雑さを増加させる。

有利には、前記手段は、駆動軸が破損した場合に、ロータを軸方向に保持する第３の機能を実行するように構成されている。

したがって、ロータは、第１の軸受の下流側において駆動軸が破損した位置に関係なく、軸方向に保持されることができる。その理由は、第１および第２の軸受支持片は、互いに固定されているからである。

好ましくは、手段は、第２の軸受支持片に設けられている。

また、好ましくは、前記手段は、分断動力学（ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｄｙｎａｍｉｃｓ）の間に、駆動軸が長手方向に移動するのを妨げないように構成されている。

本発明は、また、上述したターボ機械の固定構造体と、第１および第２の部品との間を分断する分断装置に関し、第１および第２の部品は、互いに固定されると共に、ターボ機械のロータ駆動軸の第１の軸受および第２の軸受用の支持部を形成し、分断装置は、手段を備え、該手段は、軸受支持部が回転するのを防止する機能と、軸受が分断した場合に駆動軸を径方向に保持する機能との２つの機能を実行するために、ターボ機械の固定構造体の少なくとも１つの要素と協働するように構成されることを特徴とする。

本発明は、また、駆動軸を有するロータを備えるターボ機械圧縮機に関し、駆動軸は、第１の軸受および第２の軸受によってターボ機械の軸心に中心が置かれ、第１の軸受および第２の軸受は、第１の軸受支持片および第２の軸受支持片によってそれぞれ支持され、第１の軸受支持片および第２の軸受支持片は、互いに固定されると共に、分断装置によってターボ機械の固定構造体に接続され、ターボ機械圧縮機は、手段を備え、該手段は、軸受支持部が回転するのを防止する機能と、軸受が分断した場合に駆動軸を径方向に保持する機能との２つの機能を実行するために、ターボ機械の固定構造体の少なくとも１つの要素と協働するように構成されることを特徴とする。

本発明は、添付図面を参照し、本発明のターボ機械の以下の記述の助けを借りることによって、よりよく理解することができる。

図１を参照して、本明細書におけるターボ機械は、第１の実施形態では、ファンと称される図示しないロータを備えるターボファンエンジン１である。当該ロータは、ターボファンエンジンの軸心２の周りに径方向に延びるブレードを備える。ファンの軸は、ブレードの下流側において、圧縮機軸３に固定されている。上流側と下流側という表現は、気体が流れる方向に関して、上流側および下流側を意味するとして理解すべきである。本例では、軸は、低圧圧縮機軸である。ファンの軸と圧縮機軸３の組み合わせや、それに固定された任意の他の軸が、以下、圧縮機軸３、即ち駆動軸３として呼ばれる。圧縮機軸３は、第１の軸受４、および第１の軸受４の下流側に置かれた第２の軸受５によって支持されている。

第１の軸受４は、内輪６および外輪７を備え、これら内輪６と外輪７との間に、リングボール８または他の転がり部材が取り付けられている。内輪６は、圧縮機軸３に取り付け固定されており、外輪７は、以下で第１の軸受支持部９と称される第１の軸受支持片９に固定されている。第１の軸受支持部９は、第１の軸受４から下流側に延びている。それは、全体的に直径が下流側方向に増加する切頭円錐台形状（ｆｒｕｓｔｏｃｏｎｉｃａｌ）であり、後述するように、下流側でターボファンエンジン１の固定構造体に接続されている。ボール８は、内輪６、したがって圧縮機軸３を、外輪７、したがって第１の軸受支持部９およびターボファンエンジン１の固定構造体に対して回転させることを可能にする。

第２の軸受５は、内輪１０および外輪１１を備え、これら内輪１０と外輪７１１の間に、リングローラ１２または他の転がり部材が取り付けられている。内輪１０は、圧縮機軸３に取り付け固定されており、外輪１１は、以下で第２の軸受支持部１３と称される第２の軸受支持片１３に取り付け固定されている。第２の軸受支持部１３は、第２の軸受５から上流側に延びている。第２の軸受５の外輪１１は、この目的のために、その外面において、ネジ１５によって第２の軸受支持部１３の内側フランジに固定される径方向フランジ１４を備える。

第２の軸受支持部１３は、全体的に直径が上流側方向に増加する切頭円錐台形状であり、その上流側端に、ターボファンエンジンの軸心２を横断するフランジ１６を備える。第１の軸受支持部９は、その下流側端に、半径方向内側に延びる横断方向フランジ１７を備える。その横断方向フランジ１７には、例えばネジ１８を使用することにより、第２の軸受支持部１３のフランジ１６が固定されている。第１の軸受４の支持部９および第２の軸受５の支持部１３は、このように互いに固定されている。

第１の軸受支持部９のフランジ１７は、ターボファンエンジン１の固定構造体に、この例では、第１の軸受支持部９および第２の軸受支持部１３を固定するのに使用されるネジ１８の外側に位置する破断ネジ２０によって、中間ケーシングとして知られているケーシングのフランジ１９に、固定されている。これらの破断ネジ２０は、引っ張り力における破壊を促進すると共に、所定の引っ張り負荷が加えられたときに、破損するようにされた領域を形成する、脆弱部２１を備える。この脆弱部２１は、この例では、ネジ２０のシャンクを薄肉調整することによって得られる。ネジ２０は、このように、固定された第１の軸受４および第２の軸受５に共通の、ターボファンエンジン１の固定構造体からの分断装置を形成する。

第２の軸受５のローラ１２は、内輪１０の周囲に延びる溝内において、ターボファンエンジン１の軸心２に平行に取り付けられており、かごによって互いに隔たっている。かごの記述は、当業者には良く知られているので、本明細書では詳細に述べない。これにより、内輪１０が外輪１１に対して回転することができ、したがって、圧縮機軸３がターボファンエンジン１の固定構造体に対して回転することができる。

第２の軸受支持部１３の下流側には、径方向内側に且つ中間ケーシングのフランジ１９からわずかに下流側方向に、直径が下流側方向に減少する、全体的に切頭円錐台形状のウェブ２２が延びている。軸受４、５が分断した場合に圧縮機軸３を軸方向に保持すると共に、圧縮機軸３が破損した場合にファンを軸方向に保持するという二重の機能を実行するために、第２の軸受５の外輪１１の径方向フランジ１４には、その外側端において、ターボファンエンジン１の固定構造体と協働するＬ字形断面のリング２３が固定されている。本例では、このリング２３は、径方向フランジ１４を有する単一の要素で形成され、径方向フランジ１４の外側端から下流側に延びるＬ字形断面の長い脚を形成する長手方向部分２４と、長手方向部分２４の下流側端から径方向外側に延びる径方向部分２５とを備える。

Ｌ字形断面のリング２３は、長手方向部分２４を介して圧縮機軸３を径方向に保持すると共に、径方向部分２５を介してファンを軸方向に保持するという二重の機能を実行するように、ウェブ２２の内側端部分２６と協働するように構成されている。

これを達成するために、リング２３の長手方向部分２４の外側壁が、ウェブ２２の端部２６の内側壁から距離「ｅ」のところにあり、この距離「ｅ」は、軸受が分断した場合に、これらの２つの壁が接触するように調整されている。圧縮機軸３の径方向移動の大きさが、ある閾値をこえたときは、軸３の移動が制限されると共に、ファンの移動も制限される。ターボファンエンジン１の通常作動の間は、リング２３の長手方向部分２４の壁とウェブ２２との間の接触は起こらない。

さらに、リング２３の径方向部分２５の上流側壁は、ウェブ２２の端部２６の下流側壁から距離「ｌ」のところにあり、この距離「ｌ」は、ファンを軸方向に保持する機能を実行するように、圧縮機軸３が破損した場合に、２つの壁が接触するように調整されている。第１の軸受４の下流側において、圧縮機軸３に沿ったいずれかの位置で破損が生じるということに留意されたい。実際、軸受４、５が分断し、圧縮機軸３が２つの軸受４、５の間で破損したと仮定すると、回転し続けているファンは、圧縮機軸３の部分が取り付けられた状態で前方に駆動される。この部分は、第１の軸受４を前方に駆動するが、片が互いに固定されているので、第１の軸受支持部９、第２の軸受支持部１３、第２の軸受５の外輪１１の径方向フランジ１４、したがってＬ字形断面のリング２３を前方に駆動する。リング２３の径方向部分２５は、ターボファンエンジン１の固定構造体に固定されたウェブ２２の端部に当接する。ファンは、このように保持される。破損が第２の軸受の下流側で生じた場合も同様のことが発生し、軸受４、５の間にある圧縮機軸３の全体部分が、第２の軸受５の径方向フランジ１４のリング２３と共に前方に駆動される。

距離「ｌ」および「ｅ」は、分断段階の間に、リング２３の径方向部分２５が、ウェブ２２の端部２６に当接しないように調整される。実際に、この段階の間に、圧縮機軸３は、その軸心の周りに回転せず、長手方向成分をもつ移動を行う場合がある。特に、ブレードが破損したときは、生じたアンバランスが、一時的に、破損する第１の破断ネジ２０の周りの圧縮機軸３の回転移動をもたらす。距離「ｌ」は、ターボファン１が、通常時または分断段階の間に作動しているとき、ウェブ２２に対してリング２３の径方向部分２５が当接しないほどに大きい。

また、回転防止フィンガ２７が、第２の軸受支持部１３に配置されている。それら回転防止フィンガ２７は、第１の軸受４の支持部９および第２の軸受５の支持部１３を互いに固定するのに使用されている、固定ネジ１８から長手方向に後ろに延びる。これらのフィンガ２７は、ウェブ２２に形成されたオリフィス２８を介して延び、軸受４、５が分断した場合に、オリフィス２８と協働して、軸受支持部９、１３、したがって第１の軸受４および第２の軸受４の外輪が、ターボファンエンジン１の軸心２の周りに回転するのを防止する。実際、フィンガ２７は、ターボファンエンジン１の固定構造体に固定された、ウェブ２２のオリフィス２８の壁に当接する。Ｌ字形断面のリング２３の２つの機能を妨げないように、且つ分断動力学を妨げないように、フィンガ２７とそれらの貫通オリフィス２８との間には隙間がある。

ファンのブレードが欠失したときに、ターボファン１が作用する方法を、さらに詳細に説明する。

ターボファンエンジン１の作動中、したがってファンの回転中にブレードが欠失すると、圧縮機軸３にアンバランスがもたらされる。生じた力により、第１の軸受４の支持部９および第２の軸受５の支持部１３を、ターボファンエンジン１の固定構造体に固定する破断ネジ２０が、それらの脆弱部２１のところで破壊する。この特定の例において、ネジ２０の脆弱部２１は、引っ張り破断を促進する領域を形成するのに対し、圧縮機軸３のアンバランスは、本質的に径方向であり、事実、軸３の径方向負荷は、特に、第１の軸受支持部９を介してネジ２０のところで長手方向負荷に変換する。

分断動力学の間、圧縮機軸３の移動は、Ｌ字形断面のリング２３の長手方向部分２４とウェブ２２の端部２６との間の協働によって、径方向に制限される。リング２３の径方向部分２５は、距離「ｌ」の寸法の故に、これらの分断動力学を妨げない。

一旦、全ての破断ネジ２０が破壊されると、第１の軸受支持部９および第２の軸受支持部１３は、中間ケーシングのフランジ１９、したがってターボファンエンジン１の固定構造体から分断される。したがって、アンバランスと関連する力は、もはや軸受支持部９、１３によってターボファン１の固定構造体へ伝達されず、圧縮機軸３は、その軸心２の周りに自由に回転することができ、その移動は、ウェブ２２と協働するＬ字形断面のリング２３によって径方向に制限される。軸受支持部９、１３は、上記の回転防止フィンガ２７によって回転するのが阻止される。したがって、Ｌ字形断面のリング２３とウェブ２２と協働する回転防止フィンガ２７とは、危急時の軸受支持機能を実行する。その理由は、それらが、片すなわちリング２３で、圧縮機軸３を径方向に保持する機能を実行するからである。第２の軸受５の外輪１１に固定されたリング２３は、第２の軸受支持部５によってターボファンエンジンの軸心２の周りに回転するのが防止されるが、圧縮機軸３が回転するのを可能にする。

しかしながら、ブレードの欠失に続いて、圧縮機軸３が破損する場合がある。その場合、ファンの回転は、それに固定された圧縮機軸３を前方に駆動する。したがって、Ｌ字形断面のリング２３の径方向部分２５は、上記したように、ファンを軸方向に保持する機能を実行する。したがって、ファンは、もはやターボファンエンジン１から排出されない。

したがって、リング２３および回転防止フィンガ２７は、ウェブ２２と共に、危急の軸受支持機能を実行し、加えて、ファンを軸方向に保持する機能を実行するように構成されている。

図１の構成部品の同じ構成部品には、同じ参照番号を付した上で「ダッシュ」をつけた図２を参照すると、ターボファンエンジン１’は、また、この第２の実施形態では、ファンを備え、ファンは、ターボファンエンジンの軸心２’の周りに回転するように取り付けられ、第１の軸受４’およびこの第１の軸受４’の下流側に位置する第２の軸受５’によって支持された圧縮機軸３’である駆動軸３’によって駆動される。第１の軸受４’は、駆動軸３’に固定された内輪６’と、第１の軸受支持部９’に固定された外輪７’とを備え、内輪６’と外輪７’との間には、リングボール８’または他の転がり部材が取り付けられている。全体的に切頭円錐台形状の第１の軸受支持部９’は、下流側に延び、そこで、下流側フランジ１７’を備え、下流側フランジ１７’は、引っ張り破壊を促進する領域を形成する脆弱部２１’によって、軸受４’、５’を分断する装置を形成する破断ネジ２０’によって、中間ケーシングのフランジ１９’に固定される。

第２の軸受５’は、圧縮機軸３’に固定された内輪１０’と、第２の軸受支持部１３’に固定された外輪１１’とを備え、内輪１０’と外輪１１’との間には、リングローラ１２’またはその他の転がり部材が取り付けられている。外輪１１’は、ネジ１５’を使用して、外壁から突出した径方向フランジ１４’によって、第２の軸受支持部１３’に固定されている。

やや切頭円錐台形である第２の軸受支持部１３’は、その上流側外側端において、フランジ１６’を備え、このフランジ１６’は、脆弱ネジ２０’の内側に、ネジ１８’によって第１の軸受支持部１３’の下流側フランジ１７’に固定される。

中間ケーシングのフランジ１９’と、第２の軸受５’の外輪１１’の径方向フランジ１４’との間には、ウェブ２９’が延び、ウェブ２９’は、軸受支持部９’、１３’が回転するのを防止し、分断の場合には圧縮機軸３’を径方向に保持し、且つ圧縮機軸３が破損した場合にはファンを軸方向に保持する。このウェブ２９’は、中間ケーシングのフランジ１９’から外輪１１’のフランジ１４’までのところに、ターボファンエンジンの軸心の横断方向の部分３０’と、Ｕ字形断面の部分３１’とを備え、Ｕ字形断面の部分３１’は、長手方向外側分岐３２’、横断方向基部３３’、および長手方向内側分岐３４’を有し、Ｕ字の基部３３’が、下流側端に位置している。Ｕ字形断面の部分３１’は、以下、Ｕ字形部３１’と呼ばれ、横断方向の部分３０’の内側端とリング１１’の径方向フランジ１４’の外側端との間に延び、それらに固定されている。

軸受支持部９’、１３’が回転するのを防止し、軸受４’、５’の分断時は圧縮機軸３’を径方向に保持し、且つ圧縮機軸３’が破損した場合にはファンを軸方向に保持する３つの機能を実行するのは、特に、Ｕ字形断面の部分３１’である。ウェブ２９’は、ターボファンエンジン１’の通常の作動に影響を与えない。

このために、Ｕ字形の部分３１’は、ある程度の径方向の可撓性を示す寸法である。その可撓性は、２つの分岐３２’、３４’の間の弾性によって得られる。しかし、その可撓性は、軸受４’、５’に分断動力学の間に、圧縮機軸３’を径方向に保持する機能を実行するのに十分な強度を有する。この部分３１’は、また、軸受支持部９’、１３’の回転、したがって、第２の軸受５’の外輪のフランジ１４’が固定されている第２の軸受支持部１３’の作用によって、第１の軸受４’および第２の軸受４５’の外輪の回転を防止する機能を提供するように、ねじりに対しては剛性である。さらに、この部分は、ある程度の軸方向の可撓性、この例では、軸受４’、５’に分断動力学の間に、駆動軸の長手方向移動を妨げないように径方向可撓性より大きく、圧縮機軸３’が破損したときはファンを軸方向に保持する機能を実行するのに十分に強い、軸方向の可撓性を示すように調整される。

一方では、Ｕ字形の部分３１’の可撓性および径方向強度と、図１のターボファンエンジンの距離「ｅ」、並びに、他方では、Ｕ字形の部分３１’の可撓性および軸方向強度と、このターボファンエンジンの距離「ｌ」の類似性に留意されたい。分断段階の間に、圧縮機軸３’は、図１の実施形態のときと同じように、長手方向にある程度移動することができる。

軸受支持部９’、１３’が回転するのを防止する機能が、本例では、回転防止フィンガを有さないウェブ２９’によって実行されることに留意されたい。したがって、ウェブ２９’は、特にそのＵ字形断面の故に、第２の軸受５’に対して、危急の軸受支持機能を実行する。その理由は、それは、回転が阻止されている外輪１１’に対して回転できる圧縮機軸を、径方向に保持するからである。それはまた、圧縮機軸３’が破損した場合に、ファンを軸方向に保持する機能を実行する。

上記したように、ファンの軸方向保持は、圧縮機軸３’が破損した場合に、任意の位置が第１の軸受４’の下流側にあるなら、この軸３’に沿って任意の位置で生じる。また、軸受４’、５’が分断され、圧縮機軸３’が２つの軸受４’、５’の間で破損すると、回転し続けるファンは、圧縮機軸３’の部分がファンに取り付けられたままの状態で前方に駆動される。この部分は、第１の軸受４’、したがって、それらの片が互いに固定されているため、第１の軸受支持部９’、第２の軸受支持部１３’、第２の軸受の外輪１１’の径方向フランジ１４’、したがって、そのすべてを保持するＵ字形の部分３１’付きウェブ２９を、前方に駆動する。ファンはこのようにして保持される。第２の軸受５’の下流側で破壊が生じたときも、同様のことが言える。

図２のターボファンエンジン１’が、ファンブレードを欠失したときに作動する方法は、図１のターボファンエンジンの作動と全く類似する。また、この場合は、ウェブ２９によって、ファンを軸方向に保持する機能を追加的に実行する危急の軸受支持部を得ることができる。

図１の構成部品の同じ構成部品には、同じ参照番号を付した上で２つの「ダッシュ」をつけた図３を参照すると、ターボファンエンジン１”は、また、この第２の実施形態では、ファンを備え、このファンは、ターボファンエンジンの軸心２”の周りに回転するように取り付けられ、第１の軸受４”およびこの第１の軸受４”の下流側に位置する第２の軸受５”によって支持された、圧縮機軸３”である駆動軸３”によって駆動される。第１の軸受４”は、駆動軸３”に固定された内輪６”と、第１の軸受支持部９”に固定された外輪７”とを備え、内輪６”と外輪７”との間には、リングボール８”または他の転がり部材が取り付けられている。全体的に切頭円錐台形状の第１の軸受支持部９”は下流側に延び、そこで、下流側フランジ１７”を備え、この下流側フランジ１７”は、引っ張り破壊を促進する領域を形成する脆弱部２１”によって、軸受４’、５’を分断する装置を形成する破断ネジ２０”によって、中間ケーシングのフランジ１９”に固定される。

第２の軸受５”は、圧縮機軸３”に固定された内輪１０”と、第２の軸受支持部１３”に固定された外輪１１”とを備え、内輪１０”と外輪１１”との間には、リングローラ１２”または他の転がり部材が取り付けられている。外輪１１”は、ネジ１５”を使用して、外壁から突出した径方向フランジ１４”によって、第２の軸受支持部１３”に固定されている。

やや切頭円錐台形状である第２の軸受支持部１３”は、その上流側外側端において、破断ネジ２０”の内側に配置されるネジ１８”によって、第１の軸受支持部１３”の下流側フランジ１７”に固定される、外側フランジ１６”を備えている。

中間ケーシングのフランジ１９”から径方向内側には、第２の軸受支持部１３”の外側フランジ１６”の下流側において、ターボファンエンジン１”の軸２”を横断するリブ３５”が延びている。回転防止フィンガ２７”は、分断の場合に、軸受支持部９”、１３”がターボファンエンジン１”の軸心２”の周りに回転するのを防止するために、リブ３５”に形成されたオリフィス２８”を介して、軸受支持部９”、１３”を共に固定する固定ネジ１８”から長手方向後ろ側に延びている。

第２の軸受支持部１３”の外側フランジ１６”は、軸受４’、５’が分断した場合に、当接により、圧縮機軸３”を径方向に保持する機能を実行するために、その外側縁が、中間ケーシングのフランジ１９”と協働するように、リブ３５”の上流側において、中間ケーシングのフランジ１９”の内側壁に対して径方向の隙間「Ｅ」のところにあるように、第１の軸受支持部９”のフランジ１７”に固定されている。

回転防止フィンガ２７”は、リブ３５”の下流側に突出する部分に、圧縮機軸３”が破壊する場合に、軸方向にファンを保持する機能を実行するように、リブ３５”の下流側壁から「Ｌ」の距離に位置する、フランジリング３６”を備える。

図３の実施形態における距離「Ｅ」および「Ｌ」と、図１の実施形態における距離「ｅ」および「ｌ」の間の類似性に留意されたい。また、回転防止フィンガ２７”は、フランジ１６”に割り当てられた圧縮機軸３”を径方向に保持する機能、およびフランジリング３６”に割り当てられたファンを軸方向に保持する機能を妨げないように、フィンガ２７”を受け入れるオリフィス２８”に隙間をもって取り付けられる。さらに、距離「Ｅ」および「Ｌ」は、ターボファンエンジン１”の通常の動作、またはその軸受４”、５”の分断段階の間に、フランジリング３６”がリブ３５”に接することにならないように、寸法が設定されている。

ファンのブレードが欠失したときに、図３のターボファンエンジン１”が作動する方法は、図１のターボファンエンジンの作動と全く類似し、圧縮機軸３”を径方向に保持する機能は、中間ケーシングのフランジ１９”と協働する第２の軸受支持部１３”のフランジ１６”の外側縁によって提供され、軸受支持部９”、１３”が回転するのを防止する機能は、リブ３５”のオリフィス２８”と協働する回転防止フィンガ２７”によって提供され、ファンを軸方向に保持する機能は、中間ケーシングのフランジ１９”に固定されたリブ３５”の下流側面と協働するフィンガ２７”のフランジリング３６”によって提供される。また、実際、ファンを軸方向に保持する追加機能を実行する危急の軸受支持部が提供される。

またさらに、圧縮機軸３”の破損は、任意の位置が第１の軸受４”の下流側である場合、圧縮機軸３”に沿って任意の位置で生じる可能性がある。軸受４’、５’が分断すると、圧縮機軸３”が２つの軸受４”、５”の間で破損する場合、回転し続けるファンは、圧縮機軸３”の部分がファンに取り付けられたままの状態で、前方に駆動される。この部分は、第１の軸受４”を、したがって、これらの片が互いに固定されているため、第１の軸受支持部９”、第２の軸受支持部１３”、したがって、リブ３５”に当接し、そのすべてを保持するフランジリング３６”付きのフィンガ２７”を、前方に駆動する。ファンはこのようにして保持される。破損が第２の軸受５”の下流側で生じたときも、同様のことが発生する。

本発明は、ターボファンエンジン、特に、第２の軸受が低圧ロータを支持する軸受である２スプール型のターボファンエンジンと関連して、３つの実施形態について記載されている。本発明は、ロータがファンロータではなく、しかし全く単純なロータである、ターボプロップエンジン、産業型ターボ圧縮機、または産業用タービンのような他のタイプのターボ機械に適用される。

本発明のターボ機械の第１の実施形態の軸方向断面の概略図である。 本発明のターボ機械の第２の実施形態の軸方向断面の概略図である。 本発明のターボ機械の第３の実施形態の軸方向断面の概略図である。

符号の説明

１ ターボファンエンジン
２ 軸心
３ 圧縮機軸
４ 第１の軸受
５ 第２の軸受
６、１０ 内輪
７、１１ 外輪
８ ボール
９ 第１の軸受支持部
１２ リングローラ
１３ 第２の軸受支持部
１４ 径方向フランジ
１５、１８ ネジ
１６、１９ フランジ
１７ 横断方向フランジ
２０ 破断ネジ
２１ 脆弱部
２２ ウェブ
２３ リング
２４ 長手方向部分
２５ 径方向部分
２６ 内側端部分
２７ 回転防止フィンガ
２８ オリフィス

Claims (21)

1. ターボ機械の固定構造体と、第１の部品（９、９’、９”）および第２の部品（１３、１３’、１３”）との間を分断する分断装置であって、該第１の部品（９、９’、９”）および第２の部品（１３、１３’、１３”）が、互いに固定されると共に、ターボ機械のロータ駆動軸（３、３’、３”）の第１の軸受（４、４’、４”）および第２の軸受（５、５’、５”）のための支持部を形成し、前記分断装置が、手段（（２３、２７）（２９’）（１６”、２７”、３６”））を備え、該手段（（２３、２７）（２９’）（１６”、２７”、３６”））が、軸受支持部（（９、１３）、（９’、１３’）、（９”、１３”））が回転するのを防止する機能と、軸受が分断した場合に駆動軸（３、３’、３”）を径方向に保持する機能との２つの機能を実行するために、ターボ機械の固定構造体の少なくとも１つの要素（２２、１９’、３５”）と協働するように構成されることを特徴とする、分断装置。
2. 前記手段が、駆動軸（３、３’、３”）が破損した場合に、ロータを軸方向に保持する第３の機能を実行するように構成される、請求項１に記載の分断装置。
3. 前記手段が、第２の軸受支持片（１３、１３’、１３”）に配置される、請求項１または２に記載の分断装置。
4. 前記手段が、分断動力学の間に、駆動軸（３、３’、３”）の長手方向移動を妨げないように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の分断装置。
5. 第２の軸受（５）が、内輪（１０）と外輪（１１）を備え、該内輪（１０）と外輪（１１）との間に転がり部材（１２）が取り付けられ、分断装置が、ターボ機械の固定構造体に固定されると共に、内側端部（２６）を有するウェブ（２２）と、Ｌ字形断面の外輪（１１）に固定されると共に、第２の軸受支持片（１３）に接続されるリング（２３）とを備え、該リング（２３）が、駆動軸（３）を径方向に保持する機能を実行するようにウェブ（２２）の端部（２６）と協働するように構成された長手方向部分（２４）と、ロータを軸方向に保持する機能を実行するようにウェブ（２２）の端部（２６）と協働するように構成された径方向部分（２５）とを備え、第２の軸受支持片（１３）に固定されるフィンガ（２７）が、軸受支持部（９、１３）が回転するのを防止する機能を実行するために、ウェブ（２２）内のオリフィス（２８）を介して延びる、請求項１から４のいずれか一項に記載の分断装置。
6. 第２の軸受（５’）が、第２の軸受支持片（１３’）に接続された内輪（１０’）および外輪（１１’）を備え、該内輪（１０’）と外輪（１１’）との間にリング転がり部材（１２’）が取り付けられ、分断装置が、ウェブ（２９’）を備え、該ウェブ（２９’）が、固定構造体と前記外輪（１１’）との間に取り付けられると共に、固定構造体と前記外輪（１１’）との双方に固定され、前記ウェブ（２９’）が、軸受支持部（９’、１３’）が回転するのを防止し、駆動軸（３’）を径方向に保持し、且つロータを軸方向に保持する機能を実行するように構成されたＵ字形断面の部分（３１’）を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の分断装置。
7. 固定構造体のフランジ（１９”）に固定された軸受支持片（９”、１３”）を備える分断装置であって、第２の軸受支持片（１３”）が、駆動軸（３”）を径方向に保持する機能を実行するために、第２の軸受支持片（１３”）の外側縁（１６”）が前記フランジ（１９”）に対して径方向隙間（Ｅ）を有するように構成され、第２の軸受支持片（１３”）に固定されるフィンガ（２７”）が、軸受支持部（９”、１３”）が回転するのを防止する機能を実行するために、前記フランジ（１９”）に固定されたリブ（３５”）に形成されたオリフィス（２８”）を介して延び、前記フィンガ（２７”）が、前記リブ（３５”）に対して軸方向隙間（Ｌ）を有すると共に、ロータを軸方向に保持する機能を実行するように構成されたフランジリング（３６”）を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の分断装置。
8. 駆動軸（３、３’、３”）を有するロータを備えるターボ機械圧縮機であって、前記駆動軸（３、３’、３”）が、第１の軸受（４、４’、４”）および第２の軸受（５、５’、５”）によって、ターボ機械の軸心（２、２’、２”）に中心が置かれ、前記第１の軸受（４、４’、４”）および第２の軸受（５、５’、５”）が、第１の軸受支持片（９、９’、９”）および第２の軸受支持片（１３、１３’、１３”）によってそれぞれ支持され、前記第１の軸受支持片（９、９’、９”）および第２の軸受支持片（１３、１３’、１３”）が、互いに固定されると共に、分断装置（２０、２０’、２０”）によってターボ機械の固定構造体に接続され、前記ターボ機械圧縮機が、手段（（２３、２７）、（２９’）、（１６”、２７”、３６”））を備え、該手段（（２３、２７）、（２９’）、（１６”、２７”、３６”））が、軸受支持部（（９、１３）、（９’、１３’）、（９”、１３”））が回転するのを防止する機能と、軸受が分断した場合に駆動軸（３、３’、３”）を径方向に保持する機能との２つの機能を実行するために、ターボ機械の固定構造体の少なくとも１つの要素（２２、１９’、３５”）と協働するように構成されることを特徴とする、ターボ機械圧縮機。
9. 前記手段は、駆動軸（３、３’、３”）が破損した場合に、ロータを軸方向に保持する第３の機能を実行するように構成される、請求項８に記載の圧縮機。
10. 前記手段が、第２の軸受支持片（１３、１３’、１３”）に配置される、請求項８または９に記載の圧縮機。
11. 前記手段が、分断動力学の間に、駆動軸（３、３’、３”）の長手方向移動を妨げないように構成される、請求項８から１０のいずれか一項に記載の圧縮機。
12. 第２の軸受（５）が、内輪（１０）と外輪（１１）を備え、該内輪（１０）と外輪（１１）との間に転がり部材（１２）が取り付けられ、固定構造体が、内側端部（２６）を有するウェブ（２２）を支持し、外輪（１１）が、第２の軸受支持片（１３）に接続されたＬ字形断面のリング（２３）を支持し、該リング（２３）が、駆動軸（３）を径方向に保持する機能を実行するようにウェブ（２２）の端部（２６）と協働するように構成された長手方向部分（２４）と、ロータを軸方向に保持する機能を実行するようにウェブ（２２）の端部（２６）と協働するように構成された径方向部分（２５）とを備え、第２の軸受支持片（１３）に固定されるフィンガ（２７）が、軸受支持部（９、１３）が回転するのを防止する機能を実行するために、ウェブ（２２）内のオリフィス（２８）を介して延びる、請求項８から１１のいずれか一項に記載の圧縮機。
13. 第２の軸受（５’）が、第２の軸受支持片（１３’）に接続された内輪（１０’）および外輪（１１’）を備え、該内輪（１０’）と外輪（１１’）との間にリング転がり部材（１２’）が取り付けられ、ウェブ（２９’）が、固定構造体と前記外輪（１１’）との間に取り付けられると共に、固定構造体と前記外輪（１１’）との双方に固定され、前記ウェブ（２９’）が、軸受支持部（９’、１３’）が回転するのを防止し、駆動軸（３’）を径方向に保持し、且つロータを軸方向に保持する機能を実行するように構成されたＵ字形断面の部分（３１’）を備える、請求項８から１１のいずれか一項に記載の圧縮機。
14. 固定構造体のフランジ（１９”）に固定された軸受支持片（９”、１３”）を備える圧縮機であって、第２の軸受支持片（１３”）が、駆動軸（３”）を径方向に保持する機能を実行するために、第２の軸受支持片（１３”）の外側縁（１６”）が前記フランジ（１９”）に対して径方向隙間（Ｅ）を有するように構成され、第２の軸受支持片（１３”）に固定されるフィンガ（２７”）が、軸受支持部（９”、１３”）が回転するのを防止する機能を実行するために、前記フランジ（１９”）に固定されたリブ（３５”）に形成されたオリフィス（２８”）を介して延び、前記フィンガ（２７”）が、前記リブ（３５”）に対して軸方向隙間（Ｌ）を有すると共に、ロータを軸方向に保持する機能を実行するように構成されたフランジリング（３６”）を備える、請求項８から１１のいずれか一項に記載の圧縮機。
15. 駆動軸（３、３’、３”）を有するロータを備えるターボ機械であって、前記駆動軸（３、３’、３”）が、第１の軸受（４、４’、４”）および第２の軸受（５、５’、５”）によってターボ機械の軸心（２、２’、２”）に中心が置かれ、前記第１の軸受（４、４’、４”）および第２の軸受（５、５’、５”）が、第１の軸受支持片（９、９’、９”）および第２の軸受支持片（１３、１３’、１３”）によってそれぞれ支持され、前記第１の軸受支持片（９、９’、９”）および第２の軸受支持片（１３、１３’、１３”）が、互いに固定されると共に、分断装置（２０、２０’、２０”）によってターボ機械の固定構造体に接続され、前記ターボ機械が、手段（（２３、２７）、（２９’）、（１６”、２７”、３６”））を備え、該手段（（２３、２７）、（２９’）、（１６”、２７”、３６”））が、軸受支持部（（９、１３）、（９’、１３’）、（９”、１３”））が回転するのを防止する機能と、軸受が分断した場合に駆動軸（３、３’、３”）を径方向に保持する機能との２つの機能を実行するために、ターボ機械の固定構造体の少なくとも１つの要素（２２、１９’、３５”）と協働するように構成されることを特徴とする、ターボ機械。
16. 前記手段は、駆動軸（３、３’、３”）が破損した場合に、ロータを軸方向に保持する第３の機能を実行するように構成される、請求項１５に記載のターボ機械。
17. 前記手段が、第２の軸受支持片（１３、１３’、１３”）に配置される、請求項１５または１６に記載のターボ機械。
18. 前記手段が、分断動力学の間に、駆動軸（３、３’、３”）の長手方向移動を妨げないように構成される、請求項１５から１７のいずれか一項に記載のターボ機械。
19. 第２の軸受（５）が、内輪（１０）と外輪（１１）を備え、該内輪（１０）と外輪（１１）との間に転がり部材（１２）が取り付けられ、固定構造体が、内側端部（２６）を有するウェブ（２２）を支持し、外輪（１１）が、第２の軸受支持片（１３）に接続されたＬ字形断面のリング（２３）を支持し、前記リング（２３）が、駆動軸（３）を径方向に保持する機能を実行するようにウェブ（２２）の端部（２６）と協働するように構成された長手方向部分（２４）と、ロータを軸方向に保持する機能を実行するようにウェブ（２２）の端部（２６）と協働するように構成された径方向部分（２５）とを備え、第２の軸受支持片（１３）に固定されるフィンガ（２７）が、軸受支持部（９、１３）が回転するのを防止する機能を実行するために、ウェブ（２２）内のオリフィス（２８）を介して延びる、請求項１５から１８のいずれか一項に記載のターボ機械。
20. 第２の軸受（５’）が、第２の軸受支持片（１３’）に接続された内輪（１０’）および外輪（１１’）を備え、該内輪（１０’）と外輪（１１’）との間にリング転がり部材（１２’）が取り付けられ、ウェブ（２９’）が、固定構造体と前記外輪（１１’）との間に取り付けられると共に、固定構造体と前記外輪（１１’）との双方に固定されており、前記ウェブ（２９’）が、軸受支持部（９’、１３’）が回転するのを防止し、駆動軸（３’）を径方向に保持し、且つロータを軸方向に保持する機能を実行するように構成されたＵ字形断面の部分（３１’）を備える、請求項１５から１８のいずれか一項に記載のターボ機械。
21. 固定構造体のフランジ（１９”）に固定された軸受支持片（９”、１３”）を備えるターボ機械であって、第２の軸受支持部（１３”）が、駆動軸（３”）を径方向に保持する機能を実行するために、第２の軸受支持部（１３”）の外側縁（１６”）が前記フランジ（１９”）に対して径方向隙間（Ｅ）を有するように構成され、第２の軸受支持片（１３”）に固定されるフィンガ（２７”）が、軸受支持部（９”、１３”）が回転するのを防止する機能を実行するために、前記フランジ（１９”）に固定されたリブ（３５”）に形成されたオリフィス（２８”）を介して延び、前記フィンガ（２７”）が、前記リブ（３５”）に対して軸方向隙間（Ｌ）を有すると共に、ロータを軸方向に保持する機能を実行するように構成されたフランジリング（３６”）を備える、請求項１５から１８のいずれか一項に記載のターボ機械。

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