JP2012215296A - ギアボックスおよびそのオイルスプレッダ - Google Patents

Abstract

【課題】ギアボックスの内部で排油流を制御する小型装置を提供すること。
【解決手段】ギアボックス用オイルスプレッダ（５２）が、中心軸と、対向する上端部および下端部と、上端部に隣接する上部（５８）と、下端部に隣接する下部（６０）とを有する環状本体を含み、下部（６０）は、上部（５８）と下端部に配設されている環状リング（６８）との間に延在している少なくとも２つの静翼（６６）を含み、静翼（６６）は、それらの間にスロット（７０）を画定している。
【選択図】図９

Description

本発明は、全般的にギアボックスに関し、さらに詳細には、ガスタービンエンジン用ギアボックス内のオイル流の制御に関する。

ガスタービンエンジンは、通常、燃料ポンプまたはオイルポンプ、発電機またはオルタネータ、制御ユニット等の、１つまたは複数の機械駆動型アクセサリを含む。そのようなアクセサリは、エンジンからトルクを抽出するアクセサリギアボックス（「ＡＧＢ」）に取り付けられており、内部ギアトレーンを使用して、所要の回転速度で各アクセサリを駆動する。

加圧オイル流が、潤滑および冷却のためにＡＧＢに送達される。ＡＧＢからの使用済みオイルは、エンジンの供給／排出システムに排出し戻される。そのようなエンジンは航空機で使用されることが多いため、エンジンの配向（すなわち、そのロール角およびピッチ角）は、運転中に大幅に変化する。

いくつかのエンジン配向は、ＡＧＢからの過剰な量の排油を、オイルタンクに直接流す代わりに、エンジンのベアリングサンプに流入させる。この過剰なオイル流入は、サンプからオイルを除去または排出させる供給／排出システムの能力を超える可能性がある。このことにより、サンプ内でオイルの攪拌および溢出が起きる可能性があり、それにより、エンジン失速を引き起こす可能性がある。バッフルなどの装置を用いてオイル流を制御することができる。しかし、そのような装置は相当な大きさを有し、したがって、ギアボックスを大規模に分解せずに設置することができない。

米国特許第７７２７２９５号公報

したがって、ギアボックスの内部で排油流を制御する小型装置が必要である。

この必要性は、ギアボックスの回転シャフトに取り付けることができる小型回転オイルスプレッダを提供する本発明により対処される。

本発明の一態様によれば、ギアボックス用のオイルスプレッダが、中心軸と、対向する上端部および下端部と、上端部に隣接する上部と、下端部に隣接する下部とを有する環状本体を含み、下部は、上部と下端部に配設されている環状リングとの間に延在している配列状の少なくとも２つの静翼を含み、静翼は、それらの間にスロットを画定している。

本発明の別の態様によれば、ギアボックスが、少なくとも１つのギアを取り囲んでいるハウジングと、ハウジング内での回転のために取り付けられている入力シャフトであり、中心軸ならびに上端部および下端部を有する、入力シャフトと、入力シャフトの一部に取り付けられておりかつそれを取り巻いているオイルスプレッダであり、中心軸、対向する上端部および下端部、上端部に隣接する上部、ならびに下端部に隣接する下部を有する環状本体を含み、下部は、上部と下端部に配設されている環状リングとの間に延在している少なくとも２つの静翼を含み、静翼は、それらの間にスロットを画定している、オイルスプレッダとを含む。

本発明は、添付図面と併用されている以下の記載を参照することにより、最も良く理解され得る。

本発明の態様に基づいて構成されているアクセサリギアボックスを組み込んでいるガスタービンエンジンの斜視図である。 第１の配向におけるアクセサリギアボックスの部分断面正面立面図である。 第２の配向におけるアクセサリギアボックスの部分断面正面立面図である。 ギアボックス内に取り付けられており、本発明の態様に基づいて構成されているオイルスプレッダを備えた、図２のギアボックスの部分断面正面立面図であり、上部ベアリング組立体を示している。 ギアボックス内に取り付けられており、本発明の態様に基づいて構成されているオイルスプレッダを備えた、図２のギアボックスの部分断面正面立面図であり、下部ベアリング組立体を示している。 本発明の態様に基づいて構成されているオイルスプレッダの上面平面図である。 図６のオイルスプレッダの側面立面図である。 図７の線８−８に沿った図である。 図６のオイルスプレッダの横断面図である。

種々の図を通じて同一の参照番号が同一の要素を示す図面を参照すると、図１は、航空機のガスタービンエンジン１０を示している。説明されている例はターボシャフトエンジンであるが、本発明の原理は、循環オイル供給を有する任意のタイプのギアボックスに適用可能である。エンジン１０は、取り付けられているアクセサリギアボックス（「ＡＧＢ」）１２を有する。オイルポンプおよび燃料ポンプ、スタータ、発電機、オルタネータ等の、種々のシャフト駆動型エンジンアクセサリ（全般的に１４で示されている）が、ＡＧＢ１２に取り付けられている。エンジン１０からのトルクが、ＡＧＢ１２の内部に収容されているギアトレーンを介して伝達されて、個々のアクセサリ１４の各々を駆動する。

図２は、ＡＧＢ１２の部分切取り図である。ＡＧＢ１２は固定ハウジング１６を有する。「Ａ軸シャフト」とも呼ばれるシャフト１８が、ハウジング１６内に取り付けられており、エンジン１０の長手方向中心軸と交差する径方向軸（「Ａ」で表示されている）に沿って延在している。シャフト１８は、内端部２０と外端部２２とを有する。内端部２０は、エンジン１０の駆動ギア（図示せず）と係合している。外端部２２は、別のかさ歯車２６に係合するかさ歯車２４を備えている。かさ歯車２６は、ハウジング１６の内部で他のギア（図示せず）と係合している。ギアは既知の方法で構成されており、種々のアクセサリ１４（図１に示されている）に必要な速度および方向で複数の出力シャフトを駆動する。

図４および図５は、シャフト１８がどのように取り付けられているかをさらに詳細に示している。具体的には、シャフト１８は、上部ベアリング組立体２８および下部ベアリング組立体３０内で回転する。ある構成要素に適用される方向用語（例えば、「上部」、「下部」、「内側」、および「外側」）は、本明細書で使用される際には、参照および記載の便宜を目的とすることを意図されており、その構成要素の任意の特定の配向が必ず外的環境に関連していることを意味するものではないことに留意されたい。

上部ベアリング組立体２８は、ハウジング１６の上部穴部３４内に受容されている外側レース３２と、（例えば締まり嵌めにより）シャフト１８に固定して取り付けられている内側レース３６と、内側レース３６と外側レース３２との間に配設されている、ボールまたはローラなどの複数の回転要素３８とを含む。本明細書に用いられている用語「固定して」は、互いに「固定して取り付けられている」２つの構成要素が、ＡＧＢ１２の通常の動作中に互いに対して相互運動しないことを意味する。上部穴部３４の直径は、かさ歯車２４の最大直径より大きいように選択される。

下部ベアリング組立体３０（図５に最も良く示されている）は、（例えば締まり嵌めにより）ハウジング１６の下部穴部４２に固定して取り付けられている環状外側レース４０と、（例えば締まり嵌めにより）シャフト１８に固定して取り付けられる環状内側レース４４と、内側レース４４と外側レース４０との間に配設されている、ボールまたはローラなどの複数の回転要素４６とを含む。

図２に戻って、ハウジング１６の内部は、上部ベアリング組立体２８と下部ベアリング組立体３０とを含み、冷却および潤滑のために石油系オイルなどの潤滑油流を供給されている。潤滑油流は、図示されていない既知のタイプの供給／排出システムにより供給されている。使用済みオイルは、重力により垂直に下方へ流れる。排油流の一部（矢印「Ｄ１」で示されている）が、オイルタンク４８（図２に概略的に示されている）に繋がる第１の内部流路に沿って通過する。排油流の残り（矢印「Ｄ２」で示されている）は、第２の内部流路に沿って流れ、シャフト１８の外部を下り、最終的にエンジンのベアリングサンプ５０（図２に概略的に示されている）内に入る。オイルタンク４８およびベアリングサンプ５０はどちらも、供給／排出システムの一部である。図２は、エンジンの水平飛行中の状態に相当する。この配向では、ＡＧＢ１２の垂直方向または１２時の方向を示す矢印「Ｇ」が、図示の地面に垂直な成分「Ｖ」と一致している。この配向では、ベアリングサンプ５０内に入る排油流の比率は、ベアリングサンプ５０から過剰なオイルを除去する供給／排出システムの設計能力の範囲内である。

図３は、垂直配向から回転してずれた位置における、エンジン１０およびＡＧＢ１２の動作に相当する。この配向では、ＡＧＢ１２の垂直方向または１２時の方向を示す矢印「Ｇ」が、地面に垂直な成分Ｖと共に非ゼロ角度θを画定している。この配向では、エンジン１０が次に垂直配向にある場合と比較して、排油流Ｄ２のより大きな比率が、シャフト１８に沿って下方へ流れ、ベアリングサンプ５０内に入る。ある状況下では、この流動は、ベアリングサンプ５０の排出能力を超え、オイルの攪拌および／または溢出に繋がる可能性があり、エンジン失速を引き起こす可能性がある。

ベアリングサンプ５０内への望ましくない排油流を防止するために、ＡＧＢには、下部ベアリング組立体３０の真下でシャフト１８に取り付けられているオイルスプレッダ５２（図５に示されている）が設けられている。

図６〜図９は、オイルスプレッダ５２をさらに詳細に示している。オイルスプレッダは、中心軸「Ｃ」と、上端部５４と、下端部５６とを備えた（一般に、中空円筒の形状の）環状本体を有する。図示の通り、オイルスプレッダは、金属合金から作製されている単一の一体構成要素であるが、それは、より小さい構成要素から構成することができると考えられる。オイルスプレッダは、大まかに、上部５８と下部６０とに分割されている。上部５８の内側には、雌ねじ６２が設けられており、外側は、レンチフラット６４、すなわちレンチ、スパナ、または他の同様の道具を使用するオイルスプレッダ５２の取付けおよび取外しを容易にする、六角形または他の形状になされている平面に形成されている。オイルスプレッダ５２の最大外径は、下部ベアリング組立体３０の外側レース４０の内径より小さい。

環状配列状の円周方向に離間された静翼６６が、上部５８と下端部５６に配置されているリング６８との間に実質的に軸方向に延在している。リング６８は、静翼６６の遠位端を相互連結している。開放スロット７０が、各一対の隣接する静翼６６の側壁７２間に画定されている。静翼６６は、遠心ポンプとして機能し、オイルスプレッダ５２がその中心軸Ｃを中心に回転すると径方向外側の空気流を効果的に作り出すように構成されている。図示の例では、静翼６６の各々は、互いに対して斜角で配置されている２つの側壁７２により、部分的に画定されて、横断面に楔形状を作り出している。隣接する静翼６６の側壁７２は、図８に「ｒ」で表されている径方向に平行に揃えられている。特定の用途に応じて、静翼６６は、効果的な空気流を供給するために、異なる横断面形状を有するか、または径方向ｒに対して異なる角度に曲げられていてもよい。また、静翼６６の数および大きさは、特定の用途に適合するように変更されてもよい。

オイルスプレッダ５２は、取り付けられた状態で図５に示されている。雌ねじ６２は、シャフト１８の嵌合用雄ねじ７４に係合し、オイルスプレッダ５２は、下部ベアリング組立体３０の内側レース４４に当接する位置に螺入される。オイルスプレッダ５２は、ＡＧＢ１２をエンジン１０から分解または取外しせずに取り付けることができる。このことを達成するために、カバー７６（図４に示されている）が除去され、シャフト１８はＡＧＢ１２から引き出される。オイルスプレッダ５２は、次いで、シャフト１８上にねじで留められる。次いで、シャフト１８は再挿入される。オイルスプレッダ５２の外径が外側レース４０の内径より小さいため、干渉されずに外側レースを通過することができる。最後に、カバー７６は再配置される。

運転中、回転オイルスプレッダ５２は、遠心ポンプ式に、径方向外側の空気流を生成する。この空気流（図５にブロック矢印で概略的に示されている）は、オイルを同伴し、それをシャフト１８およびベアリングサンプ５０への流路から離して、オイルタンク４８（図３に示されている）へ方向付ける。このことにより、ベアリングサンプ５０内へのオイル流量が、ＡＧＢ１２の配向に関わらず過剰でないことが確実になる。

本明細書に記載されているオイルスプレッダは、先行技術の構造と比較して、いくつかの利点を有する。オイルスプレッダは、製造構成要素および現地改造型のどちらにすることもできる。オイルスプレッダは安価で、現地改造型の場合、ＡＧＢ１２がエンジン１０上に取り付けられたままである間にシャフト１８を除去し再取付けすることができるので、ＡＧＢ１２を除去する必要がない。このことは、オイル流を制御する他の手段と比較して、時間、労力、および経費の大幅な節約を意味する。

上述では、ギアボックス用オイルスプレッダを記載した。本発明の特定の実施形態を記載したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それらに対して種々の修正を施し得ることが、当業者には明らかであろう。したがって、本発明の好適な実施形態および本発明を実践するための最良の形態の上述の記載は、例示目的で提供されているに過ぎず、限定目的ではなく、本発明は特許請求の範囲により定められる。

１０ ガスタービンエンジン
１２ アクセサリギアボックス（ＡＧＢ）
１４ シャフト駆動型エンジンアクセサリ
１６ 固定ハウジング
１８ Ａ軸シャフト、シャフト
２０ （シャフト１８の）内端部
２２ （シャフト１８の）外端部
２４、２６ かさ歯車
２８ 上部ベアリング組立体
３０ 下部ベアリング組立体
３４ （ハウジング１６の）上部穴部
３２、４０ 外側レース
３６、４４ 内側レース
３８、４６ 回転要素
４２ （ハウジング１６の）下部穴部
４８ オイルタンク
５０ ベアリングサンプ
５２ オイルスプレッダ
５４ （オイルスプレッダの）上端部
５６ （オイルスプレッダの）下端部
５８ （オイルスプレッダの）上部
６０ （オイルスプレッダの）下部
６２ 雌ねじ
６４ レンチフラット
６６ 静翼
６８ リング
７０ スロット、開放スロット
７２ 側壁
７４ 雄ねじ
７６ カバー
Ｃ （オイルスプレッダの）中心軸
Ｄ１、Ｄ２ 排油流
Ｇ （ＡＧＢの垂直方向を示す）矢印
ｒ （オイルスプレッダの）径方向
Ｖ 地面に垂直な成分
θ 非ゼロ角度

Claims (15)

1. ギアボックス用オイルスプレッダ（５２）であって、中心軸と、対向する上端部および下端部と、前記上端部に隣接する上部（５８）と、前記下端部に隣接する下部（６０）とを有する環状本体を含み、前記下部（６０）は、前記上部（５８）と前記下端部に配設されている環状リング（６８）との間に延在している少なくとも２つの静翼（６６）を含み、前記静翼（６６）は、それらの間にスロット（７０）を画定している、オイルスプレッダ（５２）。
2. 前記下部（６０）は、前記上部（５８）と前記環状リング（６８）との間に延在している配列状の静翼（６６）を含む、請求項１記載のオイルスプレッダ（５２）。
3. 前記上部（５８）の内面上に形成されている雌ねじ（６２）をさらに含む、請求項１記載のオイルスプレッダ（５２）。
4. 前記上部（５８）の外面が、複数のレンチフラット（６４）を画定している、請求項１記載のオイルスプレッダ（５２）。
5. 前記静翼（６６）の各々は、互いに対して斜角で配設されている一対の離間された側壁（７２）により部分的に画定されている、請求項１記載のオイルスプレッダ（５２）。
6. 前記側壁（７２）は、前記中心軸に対して径方向に平行に揃えられている、請求項４記載のオイルスプレッダ（５２）。
7. 前記下部（６０）は、前記上部（５８）と前記環状リング（６８）との間に延在している環状配列状の８つの等間隔で離間された静翼（６６）を含み、開放スロット（７０）が、隣接する静翼（６６）の各対の側壁（７２）間に画定されている、請求項１記載のオイルスプレッダ（５２）。
8. 少なくとも１つのギアを取り囲んでいるハウジング（１６）と、
   前記ハウジング（１６）内での回転のために取り付けられているシャフト（１８）であり、中心軸ならびに上端部および下端部を有する、シャフト（１８）と、
   前記シャフト（１８）の一部に取り付けられておりかつそれを取り巻いているオイルスプレッダ（５２）であり、中心軸、対向する上端部および下端部、前記上端部に隣接する上部（５８）、ならびに前記下端部に隣接する下部（６０）を有する環状本体を含み、前記下部（６０）は、前記上部（５８）と前記下端部に配設されている環状リング（６８）との間に延在している少なくとも２つの静翼（６６）を含み、前記静翼（６６）は、それらの間にスロット（７０）を画定している、オイルスプレッダ（５２）と
   を含む、ギアボックス。
9. 前記オイルスプレッダ（５２）の前記下部（６０）は、前記上部（５８）と前記環状リング（６８）との間に延在している環状配列状の８つの等間隔で離間された静翼（６６）を含み、開放スロットが、隣接する静翼（６６）の各対の側壁（７２）間に画定されている、請求項８記載のギアボックス。
10. 前記オイルスプレッダ（５２）は、ねじ式結合で前記シャフト（１８）に取り付けられている、請求項８記載のギアボックス。
11. 前記オイルスプレッダ（５２）の前記上部（５８）の外面が、複数のレンチフラット（６４）を画定している、請求項８記載のギアボックス。
12. 前記オイルスプレッダ（５２）の前記静翼（６６）の各々は、互いに対して斜角で配設されている一対の離間された側壁（７２）により部分的に画定されている、請求項８記載のギアボックス。
13. 前記側壁（７２）は、前記中心軸に対して径方向に平行に揃えられている、請求項１２記載のギアボックス。
14. 前記シャフト（１８）は、下部ベアリング組立体（３０）および上部ベアリング組立体（２８）により前記ギアボックスに取り付けられており、前記オイルスプレッダ（５２）は、前記下部ベアリング組立体（３０）に当接して配設されている、請求項８記載のギアボックス。
15. 前記下部ベアリング組立体（３０）は、
    前記ハウジング（１６）の下部穴部（４２）に固定して取り付けられている環状外側レース（４０）と、
    前記シャフト（１８）に固定して取り付けられている環状内側レース（４４）と、
    前記内側レースと前記外側レースとの間に配設されている複数の回転要素（４６）と
    を含み、
    前記オイルスプレッダ（５２）の最大外径が、干渉されずに前記外側レース（４０）の内径を通過するような大きさに作製されている、
    請求項１４記載のギアボックス。