JP2014518354A - タービンエンジンドライブシャフト装置 - Google Patents

Abstract

半径方向ドライブシャフト（３７、４９）が横断するベーン付きホイール装置であって、半径方向アーム（１１２）（１つがシャフトを含む）と、ケーシング（１１４）およびフェルール（１１１）と別個に製造されて後で組み立てられた固定羽根とを備える。シャフト（５７）を囲撓するスリーブ（３４）はケーシング（１１４）を横断する。スリーブは、シャフトを正確な位置で支持する軸受を支持するために、またシャフトが通る半径方向アーム（１１２、１１５）の空洞を一体の空洞にすることにより密閉性を維持するために使用される。

Description

本発明は、タービンエンジンドライブシャフト装置に関する。

ドライブシャフトは、タービンエンジン内を半径方向に伸び、外部から、エンジンを始動させる、または主要機器の別のアイテムを動作させるのに適したシャフトである。ドライブシャフトは、ガス流路内を通るが、半径方向アーム内に収められているので、ガス流の乱れや効率損失が低くなり、さらにガス流への潤滑油の漏出を防ぐように密閉された状態になる。軸受は、シャフトを支持するためにシャフトの中間部の周囲に配置される場合が多い。仏国特許第２８２４３６２号明細書および第２９２１４２３号明細書を参照すると、上記ドライブシャフトの既存の構造について記載されているが、本発明とは別の構造である。さらに、英国特許第９２６９４７号明細書には、別の構造が開示されている。

既存のステータは、円形のいわゆる中間ケーシングと、円形で中間ケーシングと同心であって中間ケーシングを囲撓するいわゆる外側フェルールと、中間ケーシングをフェルールと連結して中間ケーシングおよびフェルールと一体になったフローガイドベーンとを備えた一体構造である場合が多い。半径方向アームは、中間ケーシングとフェルールとの接続を補強するようにベーンの円周内の所定の位置に配置されて、中間ケーシングとフェルールとに強固に接続され、半径方向アームの１つはドライブシャフトを含む。シャフト支持軸受は、通常、中間ケーシングの端フランジにボルト締めされた取り付けフランジを備えた単体の支持部材に取り付けられる。

軸受のようなシャフトに隣接する装置の潤滑は、シャフトの内側から、潤滑用ダクト、バッフル、およびスクープの遠心分離および配置によって行われるか、外部供給によって行われる。シャフトが横断する円形ケーシングに潤滑油が拡散しないように、シャフトの周囲に円筒状シースが設けられてシャフト内の潤滑油の量を保持できるようにする。しかし、これらのシースを設けることで、エンジン構造が複雑になり、シースを半径方向アーム内に収容するためには半径方向アームの幅ひいてはアーム部分の中央部分の幅を大きくする必要があるので、ガスの流れを妨げてしまう。さらに、ケーシングにボルト締めされた支持部材に軸受を取り付けるのは、位置精度不良を招くので、正確なシャフトアライメントに悪影響を及ぼすことになる。最後に、半径方向アームが外側フェルールおよび中間ケーシングと最早一体構造でなく、これら部品と組み立てられる場合は、シャフトを囲撓する潤滑領域とホイールの外側、特に流路との間の密閉性を維持することはより難しくなるが、この構造は、一体構造の場合よりも製造が複雑でなく、必要に応じてベーンを交換することができるので、その点において利点がある。

仏国特許第２８２４３６２号明細書 仏国特許第２９２１４２３号明細書 英国特許第９２６９４７号明細書

本発明は、上述した種々の欠点を防止するのに適したタービンエンジンドライブシャフト装置で、特に、別々に製造された後に、ベーンおよび半径方向アームがフェルールおよびケーシングと組み立てられたタービンエンジン構造に適した装置に関する。

この半径方向アームは、原理上は、ブロワベーンの後ろに位置するガイド形状であり、中間ケーシング内に組み込まれており、通常は、「ＯＧＶアーム」と呼ばれ、中間ケーシング内に機械的に組み込まれる。

上記半径方向アームは、上述または上記提案した３つの機能を提供するのに適している。つまり、
−空気力学的案内機能と、
−中間ケーシングひいてはタービンエンジンの構造補強の機能、
−半径方向シャフトの中間軸受用ハウジングを形成するという機械的に一体化する機能である。

この「ＯＧＶアーム」は、ドライブシャフトの中間軸受と一体構造になるように密閉される。

一般的な実施形態では、本発明は、シャフトの他に、円形ケーシングと、ケーシングを囲撓する円形フェルールと、ケーシングをフェルールに接続し、シャフトが横断する中空半径方向アームであって、ケーシングまで伸びる半径方向アームと、ケーシングに固定された支持部材に取り付けられるシャフト支持軸受とを備え、半径方向アームはケーシングと一体構造ではなくケーシングと組み立てられ、半径方向アームは立て孔を有するボスを備えるタービンエンジンドライブシャフト装置であって、装置はアームをケーシングと結合させるスリーブを備え、ボスとスリーブとは互いに係合させることで組み立てられ、シャフトはボスとスリーブとを貫通し、シール部がスリーブとボスとを密閉し、軸受はスリーブ内に取り付けられることを特徴とする装置に関する。

ドライブシャフトを囲撓するスリーブは、周知の構造のシースに似ているが、半径方向アームまで伸びておらず、アームとケーシングとを結合する結合部の働きをして、確実に外部から密閉するものであるが、従来の構造の結合部は材料連続性を有するものであった。シール部を備えたスリーブによって密閉することにより、半径方向アームとケーシングとの間の連続性は必要でなくなり、半径方向アーム内にスリーブまたはシースがないことで半径方向アームの幅が低減され、アーム周囲のガスの流れを促進することになり、最終的には、軸受を取り付けるためのスリーブを使用することは、スリーブが十分な精度で、一般に軸受取り付け位置に隣接した位置で軸受の軸に沿って、ケーシングに取り付けられるので有意な利点となる。

有利には、半径方向アームの反対側も、同様の構造、つまり、半径方向アームがフェルールと一体構造ではなくフェルールと組み立てられ、装置は、密閉することによってフェルールをアームに接続するさらに別の結合スリーブを備え、他方が前記他のスリーブを貫通する構造にしてもよい。

一般にガイドベーンが存在する場合、半径方向アームは、フェルールとは独立して形成されて、密閉性が損なわれることなくフェルールと組み立てられてもよい。第２のスリーブはさらに、フェルールとＯＧＶアームとの結合部を短くすることで、ケーシングの外側フェルールとＯＧＶアームとの間の位置の自由度を確保すると同時に、ドライブシャフトが横断して形成された空洞を確実に密閉することができる。

スリーブ（または存在する場合には両方のスリーブ）は、有利には、それぞれアームの穴付きボスおよびケーシングまたはフェルールのいずれかにある穴付きボスに挿入される２つの円筒状軸受を備え、当該軸受は軸受の周囲に広がるシール部から続いている。したがって、組み立ては特に簡単である。

しかし、他の構造では、スリーブをケーシングと一体構造としてもよい。

スリーブは、有利には、ケーシングの外半径から内半径までケーシングに広がるので、スリーブのみでケーシング内部の潤滑油の拡散を防ぐことができる。このような効果を得るのに適した単純な構造は、ケーシングがスリーブの２つの円筒状軸受がそれぞれ挿入される連続した２つの穴付きボスを備え、ボスと軸受との間にシール部が配置される場合に実現される。

本発明は、２つの同心流路を備えた複流タービンエンジンに適用される場合が多く、ケーシングは前記流路を分離させる中間ケーシングである。したがって、スリーブは、上記半径方向アーム（外側の二次流路を横断する）および内側の一次流路を横断する追加の半径方向アーム内をドライブシャフトが横断する空洞を密閉接続する働きをする。

有利には、潤滑は、シャフト内を通る導管と、シャフトを横断して導管から軸受まで伸びるドリル穴とを介して、潤滑油の一部を軸受に流すようにして行われる。

さらに、改善された点としては、シャフトは、潤滑が正常に行われるように、つまり、シャフトを横断して導管から溝部が案内する円形チャンバまで伸びるドリル穴を介して潤滑が行われるように、溝部で接合される２つの部分で形成されてもよい。

本発明の別の態様は、上述の特徴について説明した装置を備えた航空機タービンエンジンおよび当該タービンエンジンを備えた航空機である。

図面を参照しながら本発明について説明する。

先行技術の構造を示した図である。 ベーン付きホイールの図である。 本発明の可能な実施形態の全体図である。 本実施形態の詳細図である。 本実施形態の詳細図である。 本実施形態の詳細図である。 本実施形態の詳細図である。 本実施形態の詳細図である。 さらに別の実施形態である代替形態を示した図である。 さらに別の実施形態を示した図である。

図１を参照すると、周知の構造のドライブシャフト１は、エンジン装置２とエンジン軸上に位置する中心軸５のギアリング４の減速ギア駆動ピニオン３との間でタービンエンジンの中を半径方向に伸びる。この場合、複流式のタービンエンジン１は、小さい半径の一次流路６および大きい半径の二次流路７まで延び、合流口まで一次流路６と二次流路７とを分離する中間ケーシング８を通る。二次流路７の外側は、外側フェルール９によって制限され、エンジン装置２は外側フェルール９の外側に延在する。

図２を参照すると、タービンエンジンステータは、外側から、外側フェルール９の一部１１、半径方向アーム１２、および二次流路７を通る円上に分布したガイドベーン１３と、中間ケーシング８の一部１４と、別の半径方向アーム１５と、一次流路６を通る円上に分布した別のガイドベーン１６と、一次流路６の内半径を画定する内側スキン１７とを備えたベーン付きホイール１０を備えることがわかる。ベーン付きホイール１０は、低圧圧縮機１８と高圧圧縮機１９との間に延在する。ベーン付きホイール１０は一体構造であり、その要素の全ては鋳造によって一体部品に製造される。シャフト１は、部分１１、１４および内側スキン１７を通り、さらに一端から他端に横断する半径方向アーム１２の１つおよび半径方向アーム１５の１つに伸びる。シャフト１は、軸受２０によって支持され、軸受２０は、中間ケーシング８の一部１４内に配置され、フランジ２３を部分１４の背面に取り付けるためのフランジ２２を備えた支持部材２１によって支持された軸受２０によって支持される。シャフト１は、外側フェルール９の一部１１から支持部材２１まで伸びる外側シース２４によって、また支持部材２１から内側スキン１７まで伸びる内側スリーブ２５によって囲撓される、つまり外側シース２４および内側スリーブ２５はそれぞれ半径方向アーム１２または半径方向アーム１５へと伸びる。シース２４および２５は、支持部材２１と共に、特に軸受２０を含む閉鎖容積を形成するので、軸受２０は潤滑油が拡散することなく潤滑される。

この構造は、半径方向アーム内にシースがあるために、また軸受に使用される支持部材の種類により、上述したような不利点がある。

次の図面、最初に、図３および図４を使用して、本発明の一実施形態について説明する。

一体型ベーン付きホイール１０は、同じ形状のベーン付きホイールに置き換えられるが、ガイドベーンおよび半径方向アームは接続される要素にボルト締めされ、この場合、中間ケーシング部（この場合、１１４）およびフェルール部（この場合、１１１）は別個に製造される。

中間ケーシング部１１４は、外周面にボス３０を備え、ボス３０は外側半径方向アーム１１２の前に位置決めされる。ボス３０は、円筒状立て孔３１を備える。さらに別のボス３２が、上述の立て孔３０から伸びた立て孔３３を備える内側半径方向アーム１１５（一次流路６を通る）の前に配置される。スリーブ３４が、立て孔３１および３３に挿入され、スリーブ３４の両端は立て孔３１および３３を押圧する円筒状軸受となり、前記立て孔３１および３３を密閉するＯリング３５が取り付けられる。スリーブ３４は、ボス３０に挿入されたボルト３６によって保持される。ボス３０および３２は、リブ２８および２９によって支持されている中間ケーシング部１４の両端に配置される。内側ボス３２は、中間ケーシング部１１４および内側スキン１１７と一体構造の内側半径方向アーム１１５へと直接開口している。

図９に示されている代替形態の構造によれば、中間ケーシング部（この場合、２１４）は、立て孔３１および３３から伸びる第１のスリーブ２３４と一体構造である。しかし、第２のスリーブ２３５は、別個に作られて外側立て孔３１に挿入され、軸受３８を受承するという点、ボルト３６を使用してボス３０を取り付けるという点、また円筒状軸受と立て孔３１との間にシール部３５を備えるという点では、スリーブ３４と同じ形状である。

したがって、スリーブ２３４および２３５は一緒になって、スリーブ３４に代わるものであり、短く、かつ１つの立て孔３１で固定される第２のスリーブ２３５は取り付けが簡単であり、内側立て孔３３用の封止具がないという利点がある。

ドライブシャフトは、２つの部品を備える。その１つは、スリーブ３４へと伸び、その後、内側に伸びて、駆動ピニオン（この場合、１０３）で終端する第１のシャフト３７である。軸受３８（図５）は、第１のシャフト３７と第１のシャフト３７を支持するためのスリーブ３４との間に配置され、その内側リングは、第１のシャフト３７およびスリーブ３４にねじ留めされた２つのナット３９、４０によって軸方向に保持され、ナット３９、４０は向かい合う肩部に当接する。外側半径方向アーム、および別個に作られた外側流路ガイドベーンは、ボルト４１（１つのみ図示されている）を使用して中間ケーシング要素１１４に取り付けられる。第１のシャフト３７の一端は、スリーブ３４の外側に伸びて、外側半径方向アーム１１２の空洞４２へと突出している。半径方向アーム１１２の内側面は、スリーブ３４の外側端に係合される穴付き内側ボス４３を備え、密閉するために内側ボス４３にも同様にシール部３５が取り付けられる（図６）。

半径方向アーム１１２は、上述したボス４３の反対側にあり、立て孔４５を有する外側ボス４４を備える（図７）。フェルール要素１１１がボルト１１３によって半径方向アーム１１２に取り付けられて接合される場合、内側に含まれるボス４６は外側ボス４４まで伸び、ボス４６の立て孔４７は立て孔４５まで伸びる。第２のスリーブ４８は、立て孔４５および４７に挿入され、これらの立て孔間を密閉するためにＯリング３５が取り付けられた２つの円筒状軸受を有する。この２つのスリーブを配置することで、密閉性を損なわずに、特に、ガス流路と連通させることなく、半径方向アーム１１２の空洞４２をエンジンユニット２に対応するエンジンユニットを含むフェルールの外側に接続し、駆動ピニオン１０３を含むエンジン軸に近い容積部分に接続することができ、スリーブ３４は外側半径方向アーム１１２の空洞４２を内側半径方向アーム１１５の空洞に接続する。第１のシャフト３７と共にドライブシャフトを形成し、外側のユニット１０２から伸びる第２のシャフト４９は、空洞４２を通ってスリーブ３４まで伸び、この位置で溝部５０によって第１のシャフト３７に接合される。

第１のシャフト３７および第２のシャフト４９はエンジン軸に向かって、この場合、エンジンの外面に向かって後方に傾斜しており、半径方向アーム１１２は、有利には、第２のシャフトが常に空洞４２のより広い後端部に隣接した同じ領域に位置するように同じ角度で傾斜しているので、他の場所へ半径方向アーム１１２を広げる必要がないことに留意されたい。

先行技術の構造では、エンジン装置２に取り付けられる（図示せず）周知の構造の円錐筒状である第２のシャフト４９のセンタリングボール５４（図３）は、完全にエンジン装置内に含まれるが、その下方部は半径方向アーム（１２）に含まれる。半径方向アーム（１２）とエンジン装置１０２との間の封止機能を有するセンタリングボール５４を省くことができる封止スリーブ４８を追加することにより、エンジン装置１０２のみによって第２のシャフト４９に伝達される負荷を吸収することができ、ひいては半径方向アーム１１２を補強する必要もなく半径方向アーム１１２の負担を軽減することができる。

装置の潤滑は、以下のようにして行われてもよい。エンジンユニット１０２から送られる潤滑油は、第１のシャフト３７と同様に中空である第２のシャフト４９の導管に注入される。潤滑油は、第２のシャフト４９の端部に到達すると、軸受３８の前に第１のシャフト３７を通って形成されたドリル穴５１に入り、軸受を潤滑する。潤滑油の別の部分は、第２のシャフト４９の端部のドリル穴５２に到達し、ドリル穴５２の前に位置する円形チャンバ５３に伸びる溝部５０の潤滑を助ける。このようにして消費された潤滑油は、ドライブシャフトを囲撓する密閉空洞に到達し、この空洞内では消費潤滑油はエンジン内の潤滑油の流れと合流することはできず、または過剰に拡散されることはなく、この空洞内で消費潤滑油を回収することができる。

特に、単流式タービンエンジンで使用できるような本発明を具現化したさらに別の解決策も可能である。

これらの解決策の１つについて、図１０を使用して説明する。結合スリーブ（これまでは、別個の部品としていた）は、アセンブリのさらに別の要素に強固に接続されてもよい。このようにして、ケーシング（この場合、３１４）は、ケーシングに組み込まれ、すなわち、ケーシングと一体構造であり、例えば、図４の実施形態のスリーブ３４と同じように２つの流路間に伸びるスリーブ３３４を備えてもよい。

この構造の利点の１つは、スリーブ３４とケーシング１１４との間に必要であったシール部を、この場合は、省略することができるという点である。それ以外は、この実施形態は最初の実施形態と同じ構造にしてもよい。しかし、さらに別の代替形態も可能である。つまり、上述した実施形態の軸受３８と同じ位置に収容される軸受（この場合、３３８）は、上述したような転がり軸受でなく、滑り軸受にしてもよい。また、本発明の全ての実施形態において、軸受の種類を自由に選択することができる。

Claims (12)

1. シャフト（３７、４９）の他に、円形ケーシング（１１４，２１４）と、ケーシングを囲撓する円形フェルール（１１１）と、ケーシングをフェルールに接続する中空半径方向アーム（１１２）であって、ケーシングへと伸びるシャフトが横断する中空半径方向アーム（１１２）と、ケーシングに固定された支持部材に取り付けられるシャフト支持軸受（３８）とを備え、半径方向アーム（１１２）はケーシング（１１４、２１４）と一体構造でなく組み立てられ、半径方向アームは立て孔を有するボス（３０）を備えるタービンエンジンドライブシャフト装置であって、装置はアームをケーシングと結合させるスリーブ（３４、２３５）を備え、ボスとスリーブとは互いに係合させることで組み立てられ、シャフトはボスとスリーブとを通って伸び、シール部（３５）がスリーブとボスとの間を密閉し、軸受はスリーブ内に取り付けられることを特徴とする、装置。
2. スリーブが、ケーシングと一体構造であることを特徴とする、請求項１に記載のタービンエンジンドライブシャフト装置。
3. スリーブがケーシングのボスと組み立てられ、ケーシングのボスはシャフトが通る立て孔を有し、ケーシングのボスとスリーブとは互いに係合され、シール部はスリーブとケーシングのボスとの間を密閉することを特徴とする、請求項１に記載のタービンエンジンドライブシャフト装置。
4. 半径方向アーム（１１２）がさらに、フェルール（１１１）と一体構造でなく組み立てられ、半径方向アームおよびフェルールは、伸びた立て孔（４５、４７）を有する追加のボス（４４、４６）を備え、装置は、フェルールをアームに接続すると同時に前記追加ボスの立て孔に係合する追加の結合スリーブ（４８）と、追加スリーブと前記追加ボスの立て孔の各々との間を密閉する追加シール部（３５）とを備え、シャフトは前記追加スリーブを通ることを特徴とする、請求項１、２、または３に記載のタービンエンジンドライブシャフト装置。
5. 軸受が、シャフトおよびスリーブにそれぞれねじ留めされたナット（３９、４０）によって、スリーブおよびシャフトの向かい合う肩部に当接して保持されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のタービンエンジンドライブシャフト装置。
6. スリーブ（３４）が外半径から内半径までケーシング（１１４）を通って伸び、ケーシングは前記ボス（３０）から伸びる第２の穴付きボス（３２）を備え、スリーブ（３４）は前記ボスに挿入され、シール部（３５）は第２のボスとスリーブとの間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のタービンエンジンドライブシャフト装置。
7. ケーシングが、ケーシングと一体構造であり、かつケーシングのボス（３０）の立て孔（３１）および第２のボス（３２）の立て孔（３３）から伸びるケーシングスリーブ（２３４）を備え、前記ボスおよび前記第２のボスは、ケーシングの外半径および内半径の位置にあり、スリーブ（２７５）は、ケーシングスリーブ（２３４）に挿入されることを特徴とする、請求項１に記載のタービンエンジンドライブシャフト装置。
8. ケーシングが２つの同心のガス流路（６、７）を分離させる中間ケーシングであり、半径方向アーム（１１２）は外側の二次流路を通り、第２のボス（３２）は内側の一次流路を横断する追加の半径方向アーム（１１５）まで伸びることを特徴とする、請求項６または７に記載のタービンエンジンドライブシャフト装置。
9. 装置が、シャフト内に形成された潤滑油導管と、導管から軸受（３５）までシャフトを横断するドリル穴（５１）とを備え、シャフトは、溝部（５０）で接合された２つの部分（３８、４９）から成り、ドリル穴（５２）は導管から溝部が案内する円形チャンバ（５３）までシャフトを横断することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のタービンエンジンドライブシャフト装置。
10. シャフトがタービンエンジンの軸方向に傾斜し、半径方向アーム（１１２）も同様に軸方向に傾斜して、シャフトが常に半径方向アームの後端に隣接することを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のタービンエンジンドライブシャフト装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置を備えることを特徴とする、タービンエンジン。
12. 請求項１１に記載のタービンエンジンを備えることを特徴とする、航空機。

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