JP2015514181A - ガスタービンエンジンファン駆動歯車装置のトルクフレーム用ブシュ - Google Patents

Abstract

ガスタービンエンジンのファン駆動歯車装置は、周方向に配置された歯車を支持するキャリアを含む。トルクフレームが、周方向に設けられたフィンガ部を有し、各々のフィンガ部は、ボア軸を有するボアを含む。ブシュが各々のボアに配置されて孔を提供する。少なくとも１つのブシュは、ボア軸からオフセットされたブシュ軸を有する。ピンが孔に配置され、キャリアをトルクフレームに固定する。

Description

本開示内容は、ガスタービンエンジンなどのファン駆動歯車装置のトルクフレーム用ブシュに関する。

エピサイクリック歯車列の一種は、複数の周方向に配置された星形歯車などの中間歯車を支持するキャリアを含む。中間歯車は、中央に位置する太陽歯車および中間歯車を囲む輪歯車と噛み合う。一形態では、固定されているものでも回転するものでもよい他の構造体に対してキャリアを支持するためにトルクフレームが使用される。

トルクフレームは、軸方向に延びる複数のフィンガ部を含む。各々のフィンガ部にボアを設けることができ、このボアは、トルクフレームにキャリアを固定するピンを収容する。応用例によっては、ピンを収容するボアにブシュを用いることが望ましい場合がある。ボアおよびブシュは、非常に厳しい許容誤差で機械加工される。

例示的な一実施例では、ガスタービンエンジンのファン駆動歯車装置は、周方向に配置された歯車を支持するキャリアを含む。トルクフレームが、周方向に設けられたフィンガ部を有する。各々のフィンガ部は、ボア軸を有するボアを含む。ブシュが各々のボアに配置されて孔を提供する。少なくとも１つのブシュは、ボア軸からオフセットされたブシュ軸を有する。開口部にピンが配置され、キャリアをトルクフレームに固定する。

上述の実施例の他の実施例では、ブシュは、ボアに対して所望の位置に設けられる。

上述のいずれかの実施例の他の実施例では、ブシュは、外径を有する本体を有し、フランジが本体から径方向外向きに延びる。フランジは、所望の位置を保持する位置決め特徴部を含む。

上述のいずれかの実施例の他の実施例では、位置決め特徴部は、少なくとも１つの個別の位置に対応する少なくとも１つのノッチを含む。

上述のいずれかの実施例の他の実施例では、フランジは、複数の個別の位置に対応する複数のノッチを提供するスカラップ状の周辺部を含む。

上述のいずれかの実施例の他の実施例では、保持ピンが、所望の位置を維持するためにフィンガ部に支持されるとともにノッチに受け入れられる。

上述のいずれかの実施例の他の実施例では、保持ピンは、反対側の端部の間に設けられたカラーを含む。フィンガ部は、穴を有するリセスを含む。一方の端部が、カラーがリセスに設けられた状態で穴に収容される。

上述のいずれかの実施例の他の実施例では、フランジがカラーの上方に設けられ、ブシュがキャリアの開口部内に補足される。

上述のいずれかの実施例の他の実施例では、ブシュ軸は共通の平面内に位置する。本体が本体軸を提供する外径を有し、フランジが本体から周辺部に向かって径方向外向きに延びる。孔が本体とフランジを通って延び、ブシュ軸を有する内径を提供する。

上述のいずれかの実施例の他の実施例では、ファン駆動歯車装置は太陽歯車を含む。星形歯車がキャリアに支持され、輪歯車が星形歯車を囲む。星形歯車は、太陽歯車および輪歯車と噛み合う。

例示的な一実施例では、ガスタービンエンジンは、ファン部を含む。タービン部が、ギア付き構造体を介してファン部に連結される。ギア付き構造体は、周方向に配置された歯車を支持するキャリアを含む。トルクフレームが、周方向に配置されたフィンガ部を有し、各々のフィンガ部は、ボア軸を有するボアを含む。ブシュが各々のボアに配置され、孔を提供する。少なくとも１つのブシュが、ボア軸からオフセットされたブシュ軸を有する。ピンが孔に配置され、トルクフレームにキャリアを固定する。

上述の実施例の他の実施例では、ガスタービンエンジンは、太陽歯車を含む。星形歯車がキャリアに支持され、輪歯車が星形歯車を囲む。星形歯車は、太陽歯車および輪歯車と噛み合う。

上述のいずれかの実施例の他の実施例では、ファン部は、輪歯車に連結されたファンを含む。タービン部は、高圧タービン部と低圧タービン部を含み、低速スプールが、低圧タービン部を支持するとともに星形歯車に連結される。トルクフレームは、静止構造体に固定される。

上述のいずれかの実施例の他の実施例では、ブシュ軸は共通の平面内に位置する。

例示的な実施例では、エピサイクリック歯車列のトルクフレーム用ブシュは、本体軸を提供する外径を有する本体を含み、フランジが本体から周辺部まで径方向外向きに延びる。孔が、本体とフランジを通って延び、ブシュ軸を有する内径を提供する。本体軸およびブシュ軸は、互いに対してオフセットされる。少なくとも１つのノッチが、所望の角位置に対応して周辺部に設けられる。

上述の実施例の他の実施例では、フランジは、複数の個別の位置に対応する複数のノッチを提供するスカラップ状の周辺部を含む。個別の位置の１つが、所望の角位置を提供する。

例示的な一実施例では、エピサイクリック歯車列の組立方法は、トルクフレームのフィンガ部のボアに偏心ブシュを挿入し、ブシュを選択し、ブシュをボアに対して所望の位置に配置し、ブシュをボアに対して固定するステップをそれぞれ含む。

上述の実施例の他の実施例では、組立方法は、トルクフレームのフィンガ部に対してキャリアを位置決めし、トルクフレームのフィンガ部にキャリアを固定するためにブシュにピンを設置するステップをそれぞれ含む。

上述のいずれかの実施例の他の実施例では、ブシュは、ピンを収容する孔を含むとともにブシュ軸を提供し、配置するステップは、周方向に設けられた複数のブシュのブシュ軸を共通の平面内に設けることを含む。

上述のいずれかの実施例の他の実施例では、組立方法は、異なるオフセットを有する一組のブシュから１つのブシュを選択し、選択したブシュを挿入するステップを含む。

添付の図面とともに以下の実施形態を参照することで本開示内容をさらに理解することができる。

ガスタービンエンジンの実施例の概略図である。 トルクフレームによって支持された例示的なエピサイクリック歯車列の概略図である。 図２の歯車列の部分断面図である。 例示的なトルクフレームの透視図である。 例示的なブシュを設置したトルクフレームのフィンガ部の透視図である。 図５Ａのトルクフレームとブシュの分解図である。 トルクフレームのフィンガ部に設置された他の例示的なブシュの透視図である。 図５Ａ，図５Ｂに示したブシュの側面図である。

図１は、ガスタービンエンジン２０を概略的に示している。ガスタービンエンジン２０は、ファン部２２、圧縮機部２４、燃焼器部２６およびタービン部２８を一般に含む二軸ターボファンとして示されている。別のエンジンは、他の装置および特徴部の中でオーグメンタ部（図示省略）を含みうる。ファン部２２は、バイパス流路Ｂに沿って空気を動かし、圧縮機部２４は、空気を圧縮して、空気が燃焼器部２６に連通してからタービン部２８を通って膨張するように空気をコア流路Ｃに沿って動かす。開示する限定的でない実施例ではターボファンガスタービンエンジンとして示しているが、ここで説明する概念はターボファンでの使用に限定されるものではなく、教示は三軸構造を含む他の種類のタービンエンジンにも適用可能である。

エンジン２０は、エンジン長手方向中心軸Ａを中心に回転するようにエンジン静止構造体３６に対して複数の軸受装置３８を介して取り付けられた低速スプール３０と高速スプール３２を一般に含む。種々の位置に種々の軸受装置３８を代わりにまたは追加で設けることができる。

低速スプール３０は、一般に、ファン４２、低圧（または第１の）圧縮機部４４および低圧（または第１の）タービン部４６を相互に接続する内側シャフト４０を含む。内側シャフト４０は、ファン４２を低速スプール３０より低速で駆動するためにギア付き構造体４８を介してファン４２に連結されている。高速スプール３２は、高圧（または第２の）圧縮機部５２と高圧（または第２の）タービン部５４を接続する外側シャフト５０を含む。燃焼器５６が、高圧圧縮機５２と高圧タービン５４との間に配置される。エンジン静止構造体３６の中間タービンフレーム５７が、概ね高圧タービン５４と低圧タービン４６との間に配置される。中間タービンフレーム５７は、タービン部２８において１つまたは複数の軸受装置３８を支持する。内側シャフト４０と外側シャフト５０は、同軸を有し、軸受装置３８を介してシャフト４０，５０の長手方向軸と同一直線上のエンジンの長手方向中心軸Ａを中心に回転する。ここで、“高圧”圧縮機またはタービンは、対応する“低圧”圧縮機またはタービンより高い圧力を有する。

コア空気流Ｃは、低圧圧縮機４４で圧縮されてから高圧圧縮機５２で圧縮され、燃焼器５６で燃料と混合されて燃焼された後に高圧タービン５４と低圧タービン４６にわたって膨張する。中間タービンフレーム５７は、コア空気流路内にエアフォイル５９を含む。タービン４６，５４は、膨張に応じて対応する低速スプール３０および高速スプール３２を回転駆動する。

エンジン２０は、一例では高バイパスギア付き航空機エンジンである。他の例では、エンジン２０のバイパス比が約６より大きく、例示的な実施例では１０より大きく、ギア付き構造体４８は、ギア減速比が約２．３より大きい星形歯車装置などのエピサイクリック歯車列または他の歯車装置であり、低圧タービン４６は、約５より大きい圧力比を有する。開示された一実施例では、エンジン２０のバイパス比は、約１０（１０：１）より大きく、ファンの直径が低圧圧縮機４４の直径よりかなり大きく、低圧タービン４６は、約５：１より大きい圧力比を有する。低圧タービン４６の圧力比は、排気ノズルの前の低圧タービン４６の出口における圧力に関連して低圧タービン４６の入口の前で測定された圧力である。しかし、上述のパラメータは、ギア付き構造体を有するエンジンの一実施例の典型的なものであり、本発明は、直動式のターボファンを含む他のガスタービンエンジンにも適用可能である。

高いバイパス比により、かなりの量の推力がバイパス流れＢによって得られる。エンジン２０のファン部２２は、典型的に約０．８マッハおよび約３５０００フィートでの巡航である特定の飛行条件のために設計されている。０．８マッハおよび３５０００フィートの飛行条件におけるエンジンの最大の燃費は、“バケット巡航推力当たり燃料消費率（‘ＴＳＦＣ’）”とも呼ばれている。ＴＳＦＣは、１時間当たり燃焼される燃料のｌｂｍをその最小点においてエンジンが発生する推力のｌｂｆで割った業界標準パラメータである。“ファン圧力比”は、ファン出口ガイドベーン（“ＦＥＧＶ”）装置を除く、ファンブレードのみにわたる圧力比である。本明細書で開示する限定的でない一実施例における低ファン圧力比は、約１．４５より小さい。“低ファン先端補正速度（ｌｏｗ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ ｆａｎ ｔｉｐ ｓｐｅｅｄ）”は、実際のファン先端速度（ｆｔ／秒）を業界標準温度補正値［（Ｔａｍｂｉｅｎｔ ｄｅｇ Ｒ）／（５１８．７）＾０．５］で割ったものである。本明細書で開示する限定的でない一実施例では、“低ファン先端補正速度”は、約１１５０ｆｔ／秒より遅い。

図２，図３を参照すると、ギア付き構造体４８は、内側シャフト４０に連結された太陽歯車６０を含む。星形歯車６２が、太陽歯車６０の周りに周方向に配置され、太陽歯車６０と噛み合う。輪歯車６４が、星形歯車６２を囲んでこれと噛み合う。輪歯車６４は、ファン４２と連結されている。図示のギア付き構造体は例示的なものであり、差動式または遊星歯車式のエピサイクリック構造などの他の機構も使用可能である。

星形歯車６２は、トルクフレーム６８に固定されたキャリア６６によって支持されている。キャリア６６は、周方向に配置された複数の開口部６７を含み、これらの開口部６７は、図４に示すトルクフレーム６８のフィンガ部７８を収容する。フィンガ部７８は、ボア軸７３を有するボア７２を含み、これらのボア７２は、それぞれ偏心したブシュ７４を収容する。図３に示すように、ピン７０が、ブシュ７４の孔８０、そしてキャリア６６の対応する穴に収容される。ブシュ７４は、キャリア６６の開口部６７内に補足される。

図５Ａ，図５Ｂ，図７を参照すると、ブシュ７４は、本体７６を有する。フランジ８２が、本体７６の一方の面から径方向外向きに延びる。フランジ８２は、位置決め特徴部に対応する少なくとも１つのノッチ８６を備える周辺部８４を提供する。フィンガ部７８は、穴９６を有するリセス８８を含む。保持ピン９０が、カラー９４によって分離された反対側の端部９２を有する。一方の端部９２は穴９６に収容され、カラー９４はリセス８８に収容される。一実施例では、カラー９４はフィンガ部７８の外側面と同一平面上にあり、かつフランジ８２の下に補足される。

本体７６は、ボア軸７３と同軸の本体軸１０２を提供する外径９８を有する。外径９８は、一例では、ボア７２に圧入される。孔８０は、ブシュ軸１０４を提供する内径１００を有する。ブシュ軸１０４は、本体軸１０２からのオフセットＯを有する。

ピン７０によってトルクフレーム６８に対するキャリア６６の所望の位置合わせおよび取り付けを提供するために、ブシュ軸１０４を共通の平面Ｐ内に設けることが望ましい。共通の平面Ｐ内にボア軸７３が位置するようにボア７２を機械加工することは困難であり得る。従って、偏心した孔８０は、ブシュ軸１０４を所望の軸方向位置および周方向位置などの所望の位置に配置することを可能とする。一例では、異なるオフセットＯを有する複数組のブシュを用いることができる。製造業者は、ブシュ軸１０４を平面Ｐ内に設けるために、ギア付き構造体４８の組立時に所望のオフセットＯを有するブシュ７４を選択することができる。

孔１８０を有する他の例示的なブシュ１７４が図６に示されている。周辺部１８４は、複数のノッチ１８６を提供するスカラップ状端部１０６を有する。ノッチ１８６の１つは、ブシュ１７４を所望の位置に位置決めする個別（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）の位置を提供する。保持ピン９０は、フィンガ部７８に対するブシュ１７４の所望の角位置を保持するために、フランジ１８２に設けられたノッチ１８６の１つに受け入れられる。よって、ブシュ１７４は、軸方向だけでなく周方向でブシュ軸１０２を調整するために使用可能である。

ブシュ７４，１７４は、基本仕様のトルクフレームの修理または修正のために使用できる。トルクフレームのフィンガ部のボア７２に対して偏心したブシュの孔７６を有するのに加えて、トルクフレームのフィンガ部のボア７２が製造エラー、摩耗または修理／修正のために過大な場合には、トルクフレームのフィンガ部のボア７２との密な嵌合が得られるか、または再度得られるように、過大なブシュ直径７６を提供することができる。

例示的な実施例を開示したが、当業者であればわかるように、特定の変更は請求の範囲内に含まれる。このため、真の範囲および内容を特定するためには以下の請求項の検討が必要である。

Claims (20)

1. 周方向に配置された歯車を支持するキャリアと、
   周方向に設けられたフィンガ部を有し、各々のフィンガ部がボア軸を有するボアをそれぞれ含むトルクフレームと、
   各々のボアに設けられるとともに孔を提供し、少なくとも１つのブシュが前記ボア軸からオフセットされたブシュ軸を有するブシュと、
   前記孔に配置され、前記キャリアを前記トルクフレームに固定するピンと、を有するガスタービンエンジンのファン駆動歯車装置
2. 前記ブシュは、前記ボアに対して所望の位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジンのファン駆動歯車装置。
3. 前記ブシュは、外径を有する本体を有し、フランジが前記本体から径方向外向きに延びるとともに、前記所望の位置を維持する位置決め特徴部を含むことを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジンのファン駆動歯車装置。
4. 前記位置決め特徴部は、少なくとも１つの個別の位置に対応する少なくとも１つのノッチを含むことを特徴とする請求項３に記載のガスタービンエンジンのファン駆動歯車装置。
5. 前記フランジは、複数の個別の位置に対応する複数のノッチを提供するスカラップ状の周辺部を含むことを特徴とする請求項４に記載のガスタービンエンジンのファン駆動歯車装置。
6. 前記所望の位置を維持するために、前記フィンガ部に支持されるとともに前記ノッチに受け入れられる保持ピンを備えることを特徴とする請求項４に記載のガスタービンエンジンのファン駆動歯車装置。
7. 前記保持ピンは、反対側の端部の間に設けられたカラーを含み、前記フィンガ部は、穴を有するリセスを含み、前記端部の一方が、前記リセスに前記カラーが配置された状態で前記穴に収容されていることを特徴とする請求項６に記載のガスタービンエンジンのファン駆動歯車装置。
8. 前記フランジは前記カラー上に設けられ、前記ブシュは前記キャリアの開口部内に補足されていることを特徴とする請求項７に記載のガスタービンエンジンのファン駆動歯車装置。
9. 前記ブシュ軸は、共通の平面内に位置し、前記ブシュの本体が本体軸を有する外径を有し、フランジが前記本体から周辺部に向かって径方向外向きに延びており、孔が前記本体と前記フランジとを通って延びているとともに前記ブシュ軸を有する内径を提供していることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジンのファン駆動歯車装置。
10. 太陽歯車と、前記キャリアに支持された星形歯車と、前記星形歯車を囲む輪歯車と、を有し、前記星形歯車は、前記太陽歯車および前記輪歯車と噛み合っていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジンのファン駆動歯車装置。
11. ファン部と、ギア付き構造体を介してファン部に連結されているタービン部と、を備えるガスタービンエンジンであって、前記ギア付き構造体は、
    周方向に配置された歯車を支持するキャリアと、
    周方向に設けられたフィンガ部を有し、各々のフィンガ部がボア軸を有するボアを含むトルクフレームと、
    各々のボアに配置されるとともに孔を提供し、少なくとも１つのブシュが前記ボア軸からオフセットされたブシュ軸を有するブシュと、
    前記孔に配置されるとともに、前記キャリアを前記トルクフレームに固定するピンと、を有することを特徴とするガスタービンエンジン。
12. 太陽歯車と、前記キャリアに支持された星形歯車と、前記星形歯車を囲む輪歯車と、を有し、前記星形歯車は、前記太陽歯車および前記輪歯車と噛み合っていることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
13. ファン部は、前記輪歯車に連結されたファンを含み、タービン部は、高圧タービン部と低圧タービン部を含み、低速スプールが、低圧タービン部を支持するとともに前記星形歯車に連結されており、前記トルクフレームは、静止構造体に固定されていることを特徴とする請求項１２に記載のガスタービンエンジン。
14. 前記ブシュ軸は、共通の平面内に位置していることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
15. 本体軸を提供する外径を有する本体と、
    前記本体から周辺部に向かって径方向外向きに延びるフランジと、を有し、孔が前記本体と前記フランジを通って延びるとともに、ブシュ軸を有する内径を提供しており、前記本体軸と前記ブシュ軸とは、互いに対してオフセットされており、少なくとも１つのノッチが所望の角位置に対応して周辺部に設けられていることを特徴とするエピサイクリック歯車列のトルクフレーム用ブシュ。
16. 前記フランジは、複数の個別の位置に対応する複数のノッチを提供するスカラップ状の周辺部を有し、前記個別の位置の１つが、前記所望の角位置を提供することを特徴とする請求項１５に記載のエピサイクリック歯車列のトルクフレーム用ブシュ。
17. 偏心ブシュをトルクフレームのフィンガ部のボアに挿入し、
    前記ブシュを選択し、
    前記ブシュを前記ボアに対して所望の位置に配置し、
    前記ブシュを前記ボアに対して固定するステップをそれぞれ含むことを特徴とするエピサイクリック歯車列の組立方法。
18. 前記トルクフレームのフィンガ部に対してキャリアを位置決めし、
    前記キャリアを前記トルクフレームのフィンガ部に固定するために、前記ブシュにピンを設置するステップをそれぞれ含むことを特徴とする請求項１７に記載のエピサイクリック歯車列の組立方法。
19. 前記ブシュは、前記ピンを収容するとともにブシュ軸を提供する孔を含み、配置するステップは、複数の周方向に設けられたブシュのブシュ軸を共通の平面内に設けることを含むことを特徴とする請求項１８に記載のエピサイクリック歯車列の組立方法。
20. 異なるオフセットを有する一組のブシュからブシュを選択し、選択したブシュを挿入するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載のエピサイクリック歯車列の組立方法。

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