JP2015517051A - ガスタービンエンジンファン駆動ギアシステムダンパ - Google Patents

Abstract

ガスタービンエンジンは、ファンセクションを備える。タービンセクションが、ギア構成を介してファンセクションに結合される。ギア構成は、所定の位置で互いに離間するトルクフレームおよび可撓性支持体を備える。ギアトレインが、トルクフレームによって支持される。ダンパが、該所定の位置でトルクフレームと可撓性支持体の間に設けられる。

Description

本開示はガスタービンエンジン用のファン駆動ギアシステム用のダンパに関する。

ガスタービンエンジンでは、例えばタービンセクションとファンの間でギア減速を行うためにギアトレインが使用される。ギアトレインは、静止構造に対して支持される。作動中に、ギアトレインは、静止構造や他の構成要素に振動入力を生成するが、これは望ましくないことがある。また、支持構造は、ファン駆動ギアシステムに振動入力を伝達することがあるが、これは、同時に発生することがあり、あるいは、ファン駆動ギアシステムに望ましくないことがある。通常、ベローを有する可撓性の支持体は、ギアトレインと静止構造との間の若干の相対的な動きを許容するようにギアトレインを静止構造に固定する。

例示的な一実施例において、ガスタービンエンジン用のファン駆動ギアシステムは、所定の位置で互いに離間する第１の部材および第２の部材を備える。ギアトレインが、第１の部材によって支持される。ダンパが、該所定の位置で第１の部材と第２の部材の間に設けられる。

上述のいずれかのさらなる実施例において、第１の部材は、トルクフレームである。第２の部材は、ベローを有する可撓性支持体である。可撓性支持体は、静止構造に固定される。

上述のいずれかのさらなる実施例において、トルクフレームおよび可撓性支持体は、該所定の位置から径方向内側に離間した領域において固定具によって互いに固定される。

上述のいずれかのさらなる実施例において、複数のダンパが、トルクフレームと可撓性支持体の間で周方向に配置される。ベローは、固定具とダンパの間に設けられる。

上述のいずれかのさらなる実施例において、トルクフレームは、スターギアが取り付けられるキャリヤを支持する。サンギアが、スターギアに対して中心に配置されそれらと相互に噛み合う。リングギアが、スターギアを取り囲みそれらと相互に噛み合う。

上述のいずれかのさらなる実施例において、ファンが、リングギアに結合され、低速スプールが、サンギアに結合される。

上述のいずれかのさらなる実施例において、第１の部材および第２の部材はそれぞれ、軸方向に互いに同心に配置された第１の孔および第２の孔を備える。ダンパは、第１の孔と第２の孔の間に延在し、第１の孔および第２の孔内に収容される。

上述のいずれかのさらなる実施例において、ダンパは、両端部を有する管であり、各端部がシールを支持する。各シールは、それぞれ第１の孔および第２の孔に係合する。

上述のいずれかのさらなる実施例において、管は、キャビティを画成する。オリフィスが、キャビティと流体連通するように管に設けられる。キャビティは、第１の部材と第２の部材の間に粘性ダンピング室を提供する。

上述のいずれかのさらなる実施例において、ギアトレインおよび第２の部材の少なくとも一方が、振動入力を生成するように構成される。オリフィスおよび粘性ダンピング室が、振動入力を減衰させるように構成される。

上述のいずれかのさらなる実施例において、各端部は、それぞれのシールを収容する環状溝を備え、複数の横方向側面が各端部に設けられ、それぞれの端部の環状溝は、複数の横方向側面の間に設けられる。横方向側面は、環状テーパを提供し、環状テーパは、それぞれの端部の環状溝から径方向内側に延在しており、第１の部材および第２の部材に対するダンパの関節状連結を可能とするように構成される。

上述のいずれかのさらなる実施例において、管は、両端部の間に配置された首部を備えており、両端部の直径より小さな直径を有する。

例示的な一実施例において、ガスタービンエンジン用のファン駆動ギアシステム用のダンパが、両端部を有する管を備えており、各端部は、環状溝を有する。首部が、両端部の間に配置されており、両端部の直径より小さな直径を有する。複数の横方向側面が、各端部に設けられており、それぞれの端部の環状溝は、複数の横方向側面の間に設けられる。横方向側面は、環状テーパを提供し、環状テーパは、それぞれの端部の環状溝から径方向内側に延在する。管は、キャビティを画成し、キャビティは、各端部に開口部を有し、オリフィスが、キャビティと流体連通するように管に設けられる。

上述のいずれかのさらなる実施例において、シールが、各環状溝内に配置される。

上述のいずれかのさらなる実施例において、複数のオリフィスが、首部の周囲に設けられる。

例示的な一実施例において、ガスタービンエンジンは、ファンセクションを備える。タービンセクションが、ギア構成を介してファンセクションに結合される。ギア構成は、所定の位置で互いに離間するトルクフレームおよび可撓性支持体を備える。ギアトレインが、トルクフレームによって支持され、ダンパが、該所定の位置でトルクフレームと可撓性支持体の間に設けられる。

上述のいずれかのさらなる実施例において、ガスタービンエンジンは、サンギアを備える。スターギアが、キャリヤによって支持され、リングギアが、スターギアを取り囲む。スターギアは、サンギアおよびリングギアと相互に噛み合う。

上述のいずれかのさらなる実施例において、ファンセクションは、リングギアに結合されたファンを備え、タービンセクションは、高圧タービンセクションおよび低圧タービンセクションを備える。低速スプールが、低圧タービンセクションを支持し、スターギアに結合される。トルクフレームは、静止構造に固定される。

上述のいずれかのさらなる実施例において、可撓性支持体は、ベローを有する。可撓性支持体は、静止構造に固定され、複数のダンパが、トルクフレームと可撓性支持体の間で周方向に配置される。

上述のいずれかのさらなる実施例において、トルクフレームおよび可撓性支持体はそれぞれ、軸方向に互いに同心に配置された第１の孔および第２の孔を備える。ダンパは、第１の孔と第２の孔の間に延在し、第１の孔および第２の孔内に収容される。ダンパは、両端部を有する管によって提供され、各端部がシールを支持する。各シールは、それぞれ第１の孔および第２の孔に係合する。管は、キャビティを画成し、オリフィスが、キャビティと流体連通するように管に設けられる。キャビティは、トルクフレームと可撓性支持体の間に粘性ダンピング室を提供する。

本開示は、添付の図面と関連させて考慮するとき、以下の詳細な説明を参照することでさらに理解可能となる。

ガスタービンエンジンの実施例を概略的に示す図。 ファン駆動ギアシステム用のエピサイクリックギアトレインの実施例の概略図。 ファン駆動ギアシステムの実施例の概略部分断面図。 図２に示すファン駆動ギアシステムの一部の拡大図。 図４に示すダンパの実施例の斜視図。

図１は、ガスタービンエンジン２０を概略的に示す。ガスタービンエンジン２０は本願では、ファンセクション２２、圧縮機セクション２４、燃焼器セクション２６、およびタービンセクション２８を概略組み込んだ２スプールターボファンとして開示される。代替のエンジンは、他にもシステムまたは特徴があるが、特に、オーグメンタセクション（図示せず）を備えることが可能であろう。ファンセクション２２が、バイパス流経路Ｂに沿って空気を押し流す間に、圧縮機セクション２４は、圧縮および伝達のためにコア流経路Ｃに沿って、燃焼器セクション２６内へと、次いで膨張のためにタービンセクション２８を通して空気を押し流す。開示の非限定的な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されているとはいえ、３スプール構成を含め、他の種類のタービンエンジンに教示を適用することができるので、本願で記載されている概念がターボファンと共に使用することに限定されないことは理解されたい。

エンジン２０は通常、いくつかの軸受システム３８を介してエンジン静止構造３６に対してエンジン中心長手軸線Ａ周りに回転するように取り付けられた低速スプール３０および高速スプール３２を備える。さまざまな位置にさまざまな軸受システム３８を代替としてまたは追加的に設けることができることは理解されたい。

低速スプール３０は通常、ファン４２、低圧（または第１の）圧縮機セクション４４、および低圧（または第１の）タービンセクション４６を相互に結合する内側シャフト４０を備える。内側シャフト４０は、低速スプール３０より低速でファン４２を駆動するようにギア構成４８を介してファン４２に結合される。高速スプール３２は、高圧（または第２の）圧縮機セクション５２および高圧（または第２の）タービンセクション５４を相互に結合する外側シャフト５０を備える。高圧圧縮機５２と高圧タービン５４の間に燃焼器５６が配置される。通常、高圧タービン５４と低圧タービン４６の間にエンジン静止構造３６の中間タービンフレーム５７が配置される。中間タービンフレーム５７は、タービンセクション２８内の１つまたは複数の軸受システム３８を支持する。内側シャフト４０および外側シャフト５０は、同心であり、それらの長手軸線と同一直線上にあるエンジン中心長手軸線Ａ周りに軸受システム３８を介して回転する。本願で使用されるように、「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経験する。

コア空気流Ｃは、低圧圧縮機４４によって、次いで高圧圧縮機５２によって圧縮され、燃焼器５６内で燃料と混合され、燃焼されて、次いで高圧タービン５４および低圧タービン４６を通って膨張する。中間タービンフレーム５７は、エーロフォイル５９を備えており、エーロフォイル５９は、コア空気流経路内に位置する。タービン４６、５４は、膨張に応じてそれぞれ低速スプール３０および高速スプール３２を回転駆動する。

一実施例ではエンジン２０は高バイパスギア航空機エンジンである。さらなる実施例では、エンジン２０のバイパス比は、約６より大きく、例示的な実施例は、１０より大きく、ギア構成４８は、スターギアシステム、または他のギアシステムなどのエピサイクリックギアトレインであり、約２．３より大きなギア減速比を有し、低圧タービン４６は、約５より大きな圧力比を有する。開示の一実施例では、エンジン２０のバイパス比は、約１０（１０：１）より大きく、ファン直径は、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より大きな圧力比を有する。低圧タービン４６の圧力比は、排気ノズルより前の低圧タービン４６の出口における圧力に関連させた低圧タービン４６の入口より前において測定された圧力である。しかしながら、上述のパラメータがギア構成エンジンの一実施例の単なる例示であること、そして本発明が直接駆動ターボファンを含む他のガスタービンエンジンに適用可能であることは理解されたい。

高バイパス比に起因して バイパス流Ｂによって大量の推力が提供される。エンジン２０のファンセクション２２は、特定の飛行条件、典型的には約０．８マッハおよび約３５，０００フィートでの巡航用に設計される。０．８マッハおよび３５，０００フィートの飛行条件は、エンジンがその最良の燃料消費にあり、「バケット（ｂｕｃｋｅｔ）巡航推力当たり燃料消費率（Ｔｈｒｕｓｔ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｆｕｅｌ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）（ＴＳＦＣ）」としても知られており、燃焼される１時間当たりの燃料のポンド質量（ｌｂｍ）をその最小の位置でエンジンが生成する推力のポンド力（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（Ｆａｎ Ｅｘｉｔ Ｇｕｉｄｅ Ｖａｎｅ）（ＦＥＧＶ）システムなしでファンブレードのみに亘る圧力比である。非限定的な一実施例により本願で開示される低ファン圧力比は、約１．４５より小さい。「低補正ファン先端速度」は、ｆｔ／ｓｅｃでの実際のファン先端速度を産業標準温度補正［（Ｔ_周囲 °Ｒ）／５１８．７）^0.5］ （［（Ｔａｍｂｉｅｎｔ ｄｅｇ Ｒ）／５１８．７）^∧０．５］） で割ったものである。非限定的な一実施例により本願で開示される「低補正ファン先端速度」は、約１１５０ｆｔ／秒より小さい。

図２、図３のギア区画９６に実施例のギア構成４８を概略的に示す。ギア構成４８は、サンギア６０を備えており、サンギア６０は、図３に示すように内側シャフト４０に結合される。スターギア６２が、サンギア６０の周りに周方向に配置され、サンギア６０およびリングギア６４と相互に噛み合い、リングギア６４は、スターギア６２を取り囲む。一実施例では、リングギア６４は、ファン４２に結合される。図２、図３に示すギア構成４８が、単なる例示であり、そこに示す以外の構成とすることができることは理解されたい。

キャリヤ６６が、サンギア６０およびリングギア６４に対してスターギア６２を支持する。トルクフレーム６８が、ピン７０によってキャリヤ６６に結合される。トルクフレーム６８は、可撓性支持体７２によって静止構造３６に固定され、可撓性支持体７２は、静止構造３６に対するギア構成４８のわずかな動きを許容するベローを有する。実施例では、ギア構成４８の組み立ておよび分解を容易にするように、固定具７３によって、一実施例では金属製であるトルクフレーム６８および可撓性支持体７２が、互いに固定される。しかしながら、トルクフレーム６８および可撓性支持体７２はまた、固定具７３から径方向外側の所定の位置で軸方向に互いに離間する。

図３、図４を参照すると、トルクフレーム６８および可撓性支持体７２はそれぞれ、軸方向に互いに同心に配置された第１および第２の孔７４、７６を備える。一実施例では金属製であるダンパ７８が、トルクフレーム６８と可撓性支持体７２の間に設けられ、第１および第２の孔７４、７６内に収容され、ギア構成４８は、所望の剛性を提供し、および／または、固有振動数を防止する。一実施例では、図２に示すように、複数のダンパが、トルクフレーム６８と可撓性支持体７２の間で周方向に配置される。ダンパ７８を任意の所望の構成とすることができること、そしてそこに示すより多い数または少ない数のダンパ７８を使用することができることは理解されたい。

図４、図５を参照すると、ダンパ７８は、両端部８０を有する管７９によって提供され、首部８２が両端部８０の間に配置される。首部８２は、両端部８０の直径より小さな直径を有する。各端部８０は、シール９２を収容する環状溝８４を備える。複数の横方向側面８６が、各端部８０に設けられ、環状溝８４は、複数の横方向側面８６の間に配置される。横方向側面８６は、環状テーパを提供し、環状テーパは、環状溝８４から径方向内側に延在する。より直径の小さな首部８２およびテーパ付きの横方向側面８６によって、ダンパ７８は、ダンパ７８とトルクフレーム６８または可撓性支持体７２との間の金属対金属の接触を許容せずに、振動中に、第１および第２の孔７４、７６内でシール９２周りに関節状連結が可能となる。

ダンパ７８は、各端部８０に設けられた開口部９０の間にその軸方向全長に沿って延在するキャビティ８８を備える。キャビティ８８は、粘性ダンピング室を提供する。１つまたは複数のオリフィス９４が、例えば首部８２に設けられ、キャビティ８８と流体連通する。オリフィス９４によって、ギア区画９６内のオイルミストがキャビティ８８内へ入るのが可能となる。キャビティ８８内に集まるどのようなオイルもオリフィス９４を通して排出可能である。キャビティ８８の体積、オリフィス９４の大きさ、数、および構成は、ギア構成４８からの振動入力を減衰させるように構成される。

例示的な実施例を開示したとはいえ、当業者ならば特定の変更が特許請求の範囲に含まれることを理解するであろう。それゆえ、特許請求の範囲の真の範囲および内容を決定するには以下の特許請求の範囲を検討する必要がある。

Claims (20)

1. 所定の位置で互いに離間する第１の部材および第２の部材と、
   第１の部材によって支持されたギアトレインと、
   該所定の位置で第１の部材と第２の部材の間に設けられたダンパと、
   を備えることを特徴とする、ガスタービンエンジン用のファン駆動ギアシステム。
2. 第１の部材は、トルクフレームであり、第２の部材は、ベローを有する可撓性支持体であり、可撓性支持体は、静止構造に固定されることを特徴とする請求項１記載のファン駆動ギアシステム。
3. トルクフレームおよび可撓性支持体は、該所定の位置から径方向内側に離間した領域において固定具によって互いに固定されることを特徴とする請求項２記載のファン駆動ギアシステム。
4. 複数のダンパが、トルクフレームと可撓性支持体の間で周方向に配置され、ベローは、固定具とダンパの間に設けられることを特徴とする請求項３記載のファン駆動ギアシステム。
5. トルクフレームは、スターギアが取り付けられるキャリヤを支持し、サンギアが、スターギアに対して中心に配置されそれらと相互に噛み合い、リングギアが、スターギアを取り囲みそれらと相互に噛み合うことを特徴とする請求項２記載のファン駆動ギアシステム。
6. リングギアに結合されたファンと、サンギアに結合された低速スプールと、を備えることを特徴とする請求項５記載のファン駆動ギアシステム。
7. 第１の部材および第２の部材はそれぞれ、軸方向に互いに同心に配置された第１の孔および第２の孔を備え、ダンパは、第１の孔と第２の孔の間に延在し、第１の孔および第２の孔内に収容されることを特徴とする請求項１記載のファン駆動ギアシステム。
8. ダンパは、両端部を有する管であり、各端部がシールを支持し、各シールは、それぞれ第１の孔および第２の孔に係合することを特徴とする請求項７記載のファン駆動ギアシステム。
9. 管は、キャビティを画成し、オリフィスが、キャビティと流体連通するように管に設けられ、キャビティは、第１の部材と第２の部材の間に粘性ダンピング室を提供することを特徴とする請求項８記載のファン駆動ギアシステム。
10. ギアトレインおよび第２の部材の少なくとも一方が、振動入力を生成するように構成され、オリフィスおよび粘性ダンピング室が、振動入力を減衰させるように構成されることを特徴とする請求項９記載のファン駆動ギアシステム。
11. 各端部は、それぞれのシールを収容する環状溝を備え、複数の横方向側面が各端部に設けられ、それぞれの端部の環状溝は、複数の横方向側面の間に設けられ、横方向側面は、環状テーパを提供し、環状テーパは、それぞれの端部の環状溝から径方向内側に延在しており、第１の部材および第２の部材に対するダンパの関節状連結を可能とするように構成されることを特徴とする請求項８記載のファン駆動ギアシステム。
12. 管は、両端部の間に配置された首部を備えており、首部は、両端部の直径より小さな直径を有することを特徴とする請求項１１記載のファン駆動ギアシステム。
13. ガスタービンエンジン用のファン駆動ギアシステム用のダンパであって、両端部を有する管と、両端部の間に配置された首部と、各端部に設けられた複数の横方向側面と、を備え、各端部は、環状溝を有し、首部は、両端部の直径より小さな直径を有し、それぞれの端部の環状溝は、複数の横方向側面の間に設けられ、横方向側面は、環状テーパを提供し、環状テーパは、それぞれの端部の環状溝から径方向内側に延在し、管は、キャビティを画成し、キャビティは、各端部に開口部を有し、オリフィスが、キャビティと流体連通するように管に設けられることを特徴とする、ガスタービンエンジン用のファン駆動ギアシステム用のダンパ。
14. 各環状溝内に配置されたシールを備えることを特徴とする請求項１３記載のダンパ。
15. 複数のオリフィスが、首部の周囲に設けられることを特徴とする請求項１３記載のダンパ。
16. ファンセクションと、
    ギア構成を介してファンセクションに結合されたタービンセクションと、
    を備え、ギア構成が、
    所定の位置で互いに離間するトルクフレームおよび可撓性支持体と、
    トルクフレームによって支持されたギアトレインと、
    該所定の位置でトルクフレームと可撓性支持体の間に設けられたダンパと、
    を備えることを特徴とするガスタービンエンジン。
17. ガスタービンエンジンは、サンギアと、キャリヤによって支持されたスターギアと、スターギアを取り囲むリングギアと、を備え、スターギアは、サンギアおよびリングギアと相互に噛み合うことを特徴とする請求項１６記載のガスタービンエンジン。
18. ファンセクションは、リングギアに結合されたファンを備え、タービンセクションは、高圧タービンセクションおよび低圧タービンセクションを備え、低速スプールが、低圧タービンセクションを支持し、スターギアに結合され、トルクフレームは、静止構造に固定されることを特徴とする請求項１７記載のガスタービンエンジン。
19. 可撓性支持体は、ベローを有し、静止構造に固定され、複数のダンパが、トルクフレームと可撓性支持体の間で周方向に配置されることを特徴とする請求項１６記載のガスタービンエンジン。
20. トルクフレームおよび可撓性支持体はそれぞれ、軸方向に互いに同心に配置された第１の孔および第２の孔を備え、ダンパは、第１の孔と第２の孔の間に延在し、第１の孔および第２の孔内に収容され、ダンパは、両端部を有する管によって提供され、各端部がシールを支持し、各シールは、それぞれ第１の孔および第２の孔に係合し、管は、キャビティを画成し、オリフィスが、キャビティと流体連通するように管に設けられ、キャビティは、トルクフレームと可撓性支持体の間に粘性ダンピング室を提供することを特徴とする請求項１７記載のガスタービンエンジン。

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