JP2020506324A - ガスタービンエンジンのためのロックナット太陽歯車 - Google Patents

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Abstract

本開示は、タービンエンジン10のためのシャフト組立体95を対象としており、そのタービンエンジン10は軸方向と径方向とを定め、タービンエンジン10はファンまたはプロペラ組立体14とエンジンコア20とを備え、さらに、ファンまたはプロペラ組立体14はギヤボックス45を備える。タービンエンジン10は、カップリングシャフト100と、スペーサ150と、スリーブ200と、ナット250とを隣接して径方向の配置で備える。カップリングシャフト100は、第1の端部97においてエンジンコア20に連結され、第2の端部96においてギヤボックス45に結合される。カップリングシャフト100は、軸方向に沿って延在した環状の表面103と、周方向において延在した溝104とを定める。スペーサ150は、径方向において内向きに延在した第1の部分151と、軸方向において延在した第2の部分152とを定める。第1の部分151は、カップリングシャフト100の溝104に配置される。スリーブ200は、径方向において外向きに定められた複数のスリーブネジ山204を備えるネジ山部分202を定める。ネジ山部分202は軸方向に沿って延在し、径方向においてスペーサ150の外側に配置される。ナット250は、径方向において内向きに定められた複数のナットネジ山252を定める。ナット250の複数のナットネジ山252は、スリーブ200の複数のスリーブネジ山204と嵌まり合うように構成される。ナット250は、径方向において内向きに延在した径方向部分254を定める。径方向部分254は、軸方向においてスリーブ200の少なくとも一部分およびスペーサ150の少なくとも一部分に隣接する。

Description

政府支援の研究
本出願につながるプロジェクトは、無償協定No. CS2-ENG-GAM-2014-2015-01の下での欧州連合のHorizon 2020の研究および革新プログラムの下で、Clean Sky 2 Joint Undertakingから資金を受けている。
ここでの主題は、略、タービンエンジンのファンまたはプロペラギヤボックス組立体に関する。
タービンエンジンは、ガスタービンエンジンの組立体内で動力またはトルクを伝達する1つまたは複数の回転可能なシャフトを略備える。このようなシャフトは、歯車または軸受など、エネルギーが伝達される1つまたは複数の構成要素を備え得る。回転可能なシャフトにおける歯車または軸受の様々な既存の配置において、前方もしくは後方の軸方向および/または径方向におけるシャフトの過剰な移動は、シャフト、シャフトに連結される1つもしくは複数の構成要素、または、シャフトに連結される1つもしくは複数の構成要素と接合する1つもしくは複数の組立体において摩耗を引き起こす可能性がある。
そのため、双方向での軸方向の保持と径方向の保持とを提供する一方で、シャフトおよび接合する組立体への組立力を最小限にすることができるシャフト組立体および/またはシャフト組立体の配置の方法に対する要求がある。
本発明の態様および利点は、以下の記載において一部で明記されているか、記載から明らかであり得るか、または、本発明の実施を通じて学習され得る。
本開示は、軸方向および径方向を定めるタービンエンジンのためのシャフト組立体を対象にしている。タービンエンジンはファンまたはプロペラ組立体とエンジンコアとを備え、ファンまたはプロペラ組立体は、ギヤボックスを備える。シャフト組立体は、第1の端部において前記エンジンコアに連結され、第2の端部においてギヤボックスに結合されるカップリングシャフトと、スペーサと、スリーブと、ナットとを備える。カップリングシャフトは、軸方向に沿って延在した環状の表面を定め、その表面は周方向において延在した溝を定める。スペーサは、径方向において内向きに延在した第1の部分、および、軸方向において延在した第2の部分を定め、第1の部分は、カップリングシャフトの溝に配置される。スリーブは、径方向において外向きに定められた複数のネジ山を備えるネジ山部分を定め、ネジ山部分は軸方向に沿って延在し、スリーブは、径方向においてスペーサの外側に配置される。ナットは、径方向において内向きに定められた複数のネジ山を定め、ナットの複数のネジ山は、スリーブの複数のネジ山と嵌まり合うように構成される。ナットは、径方向において内向きに延在した径方向部分を定め、径方向部分は、軸方向においてスリーブの少なくとも一部分およびスペーサの少なくとも一部分と隣接する。
一例では、スリーブはギヤボックスの星形歯車または軸受組立体を定める。
別の例では、カップリングシャフトと、スペーサと、スリーブと、ナットとは、径方向に沿って隣接した配置にある。
なおも別の例では、スリーブの一部分が軸方向においてスペーサの第1の部分に当接する。
さらに別の例では、スペーサはスペーサの周囲に沿って分割部をさらに定める。
なおもさらなる別の例では、スペーサはスペーサの周囲を集合的に形成する1つまたは複数の区域を定める。
一例では、スペーサは第1の材料を定め、第1の材料は弾性材料を備える。
様々な例では、スペーサは第1の材料を定め、第1の材料はポリマーマトリックス複合材料を備える。一例では、第1の材料は固体発泡合成ポリマーマトリックスを備える。別の例では、固体発泡合成ポリマーマトリックスは合成エラストマーである。
なおも様々な例では、スペーサは第1の材料を定め、第1の材料は複数の織物シートを備え、各々の織物シートは繊維の網を備える。
一例では、シャフト組立体は、周方向に沿ってナットにおいて定められるナット溝内に配置されるロックワッシャをさらに備え、ロックワッシャは、径方向に沿ってナットとスリーブとの間に配置される。
本開示の別の態様は、ネジ山スリーブをシャフト組立体上に保持する方法を対象としており、そのシャフト組立体は、周方向において延在した溝を定める回転可能シャフトと、軸方向に延在した第1の部分および径方向に延在した第2の部分を定めるスペーサと、ネジ山ナットとを備える。方法は、径方向に延在した第2の部分がシャフトと略平行に延在するようにスペーサをシャフトの溝に位置決めするステップと、ネジ山スリーブの少なくとも一部分を、スペーサの径方向に延在した第2の部分に対して径方向で隣接した配置で位置決めするステップと、ネジ山ナットをネジ山スリーブに固定するステップであって、シャフト、スペーサ、ネジ山スリーブ、およびネジ山ナットを径方向に隣接した配置で位置決めする、ネジ山ナットをネジ山スリーブに固定するステップとを含む。
方法の一例では、ネジ山ナットをネジ山スリーブに固定するステップは、所望の大きさのトルクをネジ山ナット、スリーブ、および/または第1の構成要素に印加することを含む。
本開示のなおも別の態様は、軸方向および径方向を定めるタービンエンジンを対象にしている。タービンエンジンは、ギヤボックスを備えるファンまたはプロペラ組立体と、1つまたは複数のロータを備えるエンジンコアと、シャフト組立体とを備える。シャフト組立体は、第1の端部においてエンジンコアに結合され、第2の端部においてギヤボックスに結合されるカップリングシャフトであって、軸方向に沿って延在した環状の表面を定め、表面は周方向において延在した溝を定める、カップリングシャフトと、径方向において内向きに延在した第1の部分、および、軸方向において延在した第2の部分を定めるスペーサであって、第1の部分は、カップリングシャフトの溝に配置される、スペーサと、径方向において外向きに定められた複数のネジ山を備えるネジ山部分を定めるスリーブであって、ネジ山部分は軸方向に沿って延在し、スリーブは、径方向においてスペーサの外側に配置される、スリーブと、径方向において内向きに定められた複数のナットネジ山を定めるナットであって、ナットの複数のネジ山は、スリーブの複数のネジ山と嵌まり合うように構成され、ナットは、径方向において内向きに延在した径方向部分を定め、径方向部分は、軸方向においてスリーブの少なくとも一部分およびスペーサの少なくとも一部分と隣接する、ナットとを備える。
様々な例では、スペーサはスペーサの周囲に沿って分割部をさらに定める。一例では、スペーサは第1の材料を定め、第1の材料は弾性材料を備える。別の例では、スペーサは第1の材料を定め、第1の材料はポリマーマトリックス複合材料を備える。なおも別の例では、スペーサは、固体発泡合成ポリマーマトリックスを備える第1の材料を定める。
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の記載および添付の請求項を参照してより良く理解されることになる。本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の態様を示しており、記載と共に本発明の原理を説明するように供する。
当業者を対象にした、本発明の最良の態様を含む本発明の完全で可能な開示は、添付の図を参照する本明細書において明記されている。
本開示の態様による、ガスタービンエンジン配置の例示の実施形態の概略的な断面図である。 本開示の態様による、ガスタービンエンジン配置の別の例示の実施形態の概略的な断面図である。 カップリングシャフト組立体の例示の実施形態の分解図である。 カップリングシャフト組立体の例示の実施形態の概略的な断面図である。 カップリングシャフト組立体のスペーサの例示の実施形態の斜視図である。 ガスタービンエンジンのシャフト組立体を配置する方法のステップの概要を示す流れ図である。 カップリングシャフト組立体の別の例示の実施形態の分解図である。
本明細書および図面における符号の繰り返しの使用は、本発明の同じまたは同類の特徴または要素を表すように意図されている。
ここで、本発明の1つまたは複数の例が図面に示されている本発明の実施形態が詳細に参照される。各々の例は、本発明の説明のために提供され、本発明の限定ではない。実際、様々な変更および変化が、本発明の範囲から逸脱することなく本発明において行われ得ることは、当業者には明らかである。例えば、一実施形態の一部として図示または記載されている特徴は、なおもさらなる実施形態を生み出すために別の実施形態と共に使用できる。したがって、本発明が、添付の特許請求の範囲内およびそれらの均等物内にあるとしてこのような変更および変化を網羅することが意図されている。
本明細書で用いられるとき、「第1」、「第2」、および「第3」の用語は、ある構成要素を別のものから区別するために置き換え可能に使用でき、個々の構成要素の場所または重要性を表すようには意図されていない。
「上流」および「下流」という用語は、流体経路における流体の流れに関する相対的な方向を指す。例えば、「上流」は流体が流れてくる方向を指し、「下流」は流体が流れていく方向を指す。
シャフトおよび接合する組立体への組立力を最小限にする一方で双方向での軸方向の保持および径方向の保持を提供し得るタービンエンジンのカップリングシャフト組立体の配置のシステムおよび方法が略提供されている。本明細書で提供されているシャフト、スペーサ、スリーブ、およびナットの組み合わせは、双方向での軸方向の保持を提供できる。また、前述の組み合わせは、シャフトと対照的にスペーサに沿って力を分配する一方で径方向の支持を提供できる。シャフト組立体の径方向の支持および/または保持を向上させることができるスペーサの様々な実施形態が提供される。
ここで図面を参照すると、図1および図2は各々、例示のタービンエンジン10(ここでは、「エンジン10」と称される)の概略的な断面図である。図1では、エンジン10は、本開示の態様によるシャフト組立体95の例示の実施形態を組み込む高バイパスターボファンエンジンとして示されている。図2では、エンジン10は、本開示の態様によるシャフト組立体95の例示の実施形態を組み込むターボプロップエンジンとして示されている。ターボファンエンジンおよび/またはターボプロップエンジンを参照して以下でさらに記載されているが、本開示は、船舶用および産業用のタービンエンジンならびに補助動力ユニットを含むプロップファン、ターボジェット、およびターボシャフトガスタービンエンジンを含め、風力タービンおよびターボ機械にも略適用可能でもある。図1および図2に示しているように、エンジン10は、参照の目的のためにエンジン10を貫いて延在する軸方向の中心軸12を有する。エンジン10は、軸方向Aと、径方向Rと、軸方向Aに沿って前方端99および後方端98とを定めている。
略、エンジン10はエンジンコア20とファンまたはプロペラ組立体14とを備え得る。エンジンコア20は、連続流れ配置において、圧縮機区域21と、燃焼区域26と、タービン区域31とを略備え得る。圧縮機区域21は、高圧圧縮機(HPC:High Pressure Compressor)24および低圧圧縮機(LPC:Low Pressure Compressor)22などの1つまたは複数の圧縮機を定めることができる。タービン区域31は、高圧タービン(HPT:High Pressure Turbine)28および低圧タービン(LPT:Low Pressure Turbine)30などの1つまたは複数のタービンを定めることができる。様々な実施形態では、圧縮機区域21は中間圧力圧縮機(IPC:Intermediate Pressure Compressor)をさらに備え得る。なおも他の実施形態では、タービン区域31は中間圧力タービン(IPT:Intermediate Pressure Turbine)をさらに備え得る。風力タービン用途では、エンジンコア20は1つまたは複数の発電機として略定められ得る。
圧縮機区域21における圧縮機22、24の各々と、タービン区域31におけるタービン28、30の各々とは、1つまたは複数のロータ32を備え得る。一実施形態では、ロータ32は、圧縮機区域21をタービン区域31に連結するエンジン10の1つまたは複数のシャフト35を備える。他の実施形態では、ロータ32は、径方向Rにおいて延在したディスク33と、周方向に隣接した配置で連結され、ディスク33から径方向Rにおいて外向きに延在した複数のエアフォイル36とを定める。一実施形態では、1つまたは複数のロータ32は各々が一体に連結され得る。例えば、タービン区域31または圧縮機区域21の各々のロータ32は、ボルト、ナット、ネジ、もしくはリベットなどの機械的な締結具によって、または、溶接、摩擦接合、拡散接合などの接合処理によって、連結され得る。様々な実施形態では、圧縮機区域21の1つまたは複数の圧縮機は、1つまたは複数のシャフト35を用いてタービン区域31の1つまたは複数のタービンと駆動可能に連結されてそのようなタービンと回転可能であり得る。
ファンまたはプロペラ組立体14はファンロータ15を略備える。ファンロータ15は、ファンロータ15に結合され、径方向Rにおいてファンロータ15から外向きに延在する複数のファンまたはプロペラブレード42を備える。図1および図2に示した実施形態では、ファンロータ15は、軸方向Aにおいて減速または動力のギヤボックス45から前方端99に向けて延在できる。ファンまたはプロペラ組立体14は、ギヤボックス45に結合され、後方端98に向けて延在し、エンジンコア20と結合されるシャフト組立体95をさらに備える。
一実施形態では、ギヤボックス45は、星形歯車52と複数の遊星歯車54とを備える歯車列50を備え得る。複数の遊星歯車54は、星形歯車52に対して固定された軸において各々の遊星歯車54が回転するように各々固定され得る。環状歯車56が、複数の遊星歯車54を包囲し、回転し、動力およびトルクを星形歯車52から複数の遊星歯車54を通じて伝達する。本明細書に示した実施形態では、環状歯車56は、ファンロータ15に結合され得る、または、さもなければファンロータ15と一体であり得る。一実施形態では、星形歯車52は、シャフト組立体95に取り付けられ得る、または、シャフト組立体95と一体であり得る。様々な実施形態では、ギヤボックス45は、複数の遊星歯車54と星形歯車52との間、または、複数の遊星歯車54と環状歯車56との間で、径方向に配置される追加の遊星歯車をさらに備え得る。
図1および図2に戻って参照すると、シャフト組立体95は、トルクおよび動力を、星形歯車52を通じてギヤボックス45へ伝え、ファンロータ15へ伝えるために、エンジンコア20に連結されている。ファンロータ15は、トルクを星形歯車52から受け、トルクを伝達してファンまたはプロペラ組立体14を駆動するために、包囲する環状歯車56または遊星歯車54に連結され得る。動力およびトルクがエンジンコア20から伝えられると、ギヤボックス45は、ファンまたはプロペラ組立体14についてより適切に調節されたファンロータ15への出力速度において動力およびトルクを提供する。例えば、ギヤボックス45は、エンジンコア20に対するファンロータ15の速度を1よりも大きい倍数で低減させることができる。
ここで図3を参照すると、シャフト組立体95の分解図が示されている。シャフト組立体95は、カップリングシャフト100と、スペーサ150と、スリーブ200と、ナット250とを備える。カップリングシャフト100は、エンジンコア20に隣接する第1の端部101と、ギヤボックス45に隣接する第2の端部102とを定め得る。カップリングシャフト100は、第1の端部101において、エンジンコア20の1つまたは複数のロータ32など、エンジンコア20に連結される。シャフト組立体95は、第2の端部102において、ギヤボックス45のスプライン境界面46と結合、嵌め合い、または噛み合いなど、ギヤボックス45に連結される。様々な実施形態では、スプライン境界面46は、ギヤボックス45の複数の遊星歯車54によって定められる。カップリングシャフト100は、軸方向Aに沿って延在した環状の表面103をさらに定める。環状の表面103は、環状の表面103によって定められるシャフト外径105に沿ってなど、周方向Cにおいて延在した溝104を定める。様々な実施形態では、溝104は、ギヤボックス45に隣接するカップリングシャフト100の第2の端部102に向けて配置される。
ここで図4を参照すると、シャフト組立体95の軸方向の断面図が略提供されている。図5を参照すると、シャフト組立体95のスペーサ150の斜視図が略提供されている。ここで図3〜図5を参照すると、スペーサ150は、径方向Rにおいて内向きに延在した第1の部分151と、軸方向Aにおいて延在した第2の部分152とを定める。第1の部分151は、カップリングシャフト100の溝104に配置される。図5に示しているように、スペーサ150は、スペーサ150の周囲156に沿って1つまたは複数の分割部155をさらに定め得る。図5に示したような一実施形態では、スペーサ150は、スペーサ150が径方向Rに沿って外向きに屈曲する、曲がる、またはさもなければ並進するように、1つの分割部155を定める。他の実施形態では、スペーサ150は、カップリングシャフト100の溝104へ配置される周囲156を集合的に形成するように一体に結合される複数の区域157を備え得るように、複数の分割部155を定める。
図3および図4に戻って参照すると、スリーブ200は、カップリングシャフト100に隣接して軸方向Aに沿って延在する。スリーブ200は、径方向Rにおいて外向きに定められた複数のスリーブネジ山204を備えるネジ山部分202を定める。ネジ山部分202は軸方向Aに沿って延在する。図4を参照すると、スリーブ200は径方向Rにおいてスペーサ150の外側に配置されている。様々な実施形態では、スリーブ200はギヤボックス組立体45の星形歯車52を定める。
図3および図4をなおも参照すると、ナット250は、複数のナットネジ山252が複数のスリーブネジ山204へ嵌まり合うかまたは捩じ込むことができるように径方向Rにおいて内向きに定められた複数のナットネジ山252を定める。複数のネジ山204、252は粗いネジ山または細かいネジ山を定め得る。ナット250は、径方向Rにおいて内向きに延在した径方向部分254をさらに定める。径方向部分254は、軸方向Aにおいてスリーブ200の少なくとも一部分およびスペーサ150の少なくとも一部分に隣接する。様々な実施形態では、ナット250は周方向Cに沿ってナット溝256をさらに定めることができ、ナット溝256へは、ロックワッシャ260が径方向Rにおいてナット250とスリーブ200との間に配置され得る。ロックワッシャ260は、スリーブ200へのナット250の保持をさらに支援できる。
図3および図4を参照すると、シャフト組立体95は、カップリングシャフト100と、スペーサ150と、スリーブ200と、ナット250とを径方向Rにおいて隣接した配置で定め得る。シャフト組立体95は、スペーサ150の第1の部分151をシャフト組立体95の第1の端部97(例えば、前方端99)に向けてさらに定め、ナット250の径方向部分254をシャフト組立体95の第2の端部96(例えば、後方端98)に向けてさらに定め得る。全体として、前述した配置は、軸方向Aに沿って前方端99および後方端98に向かうスリーブ200の保持を提供できる。例えば、図4に示しているように、複数のネジ山204、252を介してスリーブ200に嵌められたナット250は、ナット250の径方向部分254に加えて、第1の端部97に向かう軸方向Aに沿っての移動を制限する。図4に示しているように、スリーブ200またはその一部分206が、第2の端部96に向かう軸方向Aに沿っての移動を制限するために軸方向Aにおいてスペーサ150の第1の部分151に当接する。また、前述した組み合わせは、比較的小さい力をカップリングシャフト100へ印加する一方で、スリーブ200をスペーサ150への比較的大きい力で保持させることができる。
ここで図5を参照すると、スペーサ150は、第1の材料を含む表面153をさらに定め得る。様々な実施形態では、第1の材料は弾性材料を含む。一実施形態では、弾性材料は、略弾性の特性を定める金属または複合材料を含み得る。他の実施形態では、第1の材料は、スペーサ150の表面153またはその内部に適用される複合材料154を含み得る。一実施形態では、複合材料154はポリマーマトリックス複合材料である。
一実施形態では、複合材料154は、表面153への複合材料154の機械的締結、スペーサ150への複合材料154の接着接合などの任意の組み合わせなどを含め、いくつかの方法でスペーサ150の表面153に取り付けられ得る。
別の実施形態では、複合材料154はスペーサ150の表面153の内部159に適用され得る。様々な実施形態では、複合材料154は固体発泡合成ポリマーから形成され得る。一実施形態では、固体発泡合成ポリマーはエラストマーポリウレタンなどの合成エラストマーを含み得る。別の実施形態では、固体発泡合成ポリマーはエチレン酢酸ビニルおよび/またはオレフィンポリマーを含み得る。
なおも別の実施形態では、複合材料154は、複数の繊維から形成された複数の織物シートから形成される。各々のシートでは、複数の繊維は繊維の網(例えば、織られた網、無作為もしくは平行に織られていない網、または別の配向)を形成できる。具体的には、複合材料154は、パラアラミド合成繊維(例えば、E.I. duPont de Nemours and Companyから入手可能なKEVLAR繊維)、金属繊維、セラミック繊維、ガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、p-フェニレンエーテルエフタルアミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、炭化ケイ素繊維、グラファイト繊維、ナイロン繊維、またはそれらの組み合わせなど、高強度繊維および高弾性繊維から構築され得る。適切な繊維の別の例は、超高分子量ポリエチレン(例えば、Honeywell International Inc.によって製造されるSPECTRA繊維)を含む。
高度に配向され、それによって、小さい摩擦係数を呈する非常に滑らかな繊維表面をもたらす複合材料154の繊維は、高引張強度および高弾性を有し得る。このような繊維は、繊維層へ形成されるとき、エンジンコア20からギヤボックス45へのエネルギーまたはトルクの間欠的な伝達の間、隣の繊維への貧しいエネルギー伝達を略呈する。
ここで図示および記載されているようなシャフト組立体95との組み合わせでのスペーサ150の様々な実施形態は、スリーブ200、または、特には星形歯車52の軸方向および径方向の保持を一緒に可能にする一方、カップリングシャフト100へ印加または伝達される力を制限する。カップリングシャフト100と、スペーサ150、スリーブ200、およびナット250の組み合わせとの間の力の制限された印加または伝達は、エンジンコア20からファンまたはプロペラ組立体14への(または代替で、ファンもしくはプロペラ組立体14からエンジンコア20への)エネルギーの望ましくない伝達をさらに制限できる。エネルギー伝達のこのような制限は、エンジンコア20からのトルクもしくは動力の出力における変動の間欠的な変化、過剰なトルクの事象、ファンもしくはプロペラ組立体14またはエンジンコア20におけるアンバランス、エンジンコア20におけるアンバランス、あるいは、鳥の衝突などのファンまたはプロペラ組立体14への外来物の激突に対して便益を提供できる。
図7に示したシャフト組立体95の例示の実施形態をここで参照すると、スリーブ200は、軸受組立体201が適用される軸方向Aに沿って延在する表面をさらに定め得る。図7に示したシャフト組立体95は、図1〜図5に関して図示および記載したものと実質的に同様に構成され得る。様々な実施形態では、スリーブ200と軸受組立体201とは、カップリングシャフト100に一緒に備え付けられるように少なくとも部分的に一体に形成されてもよい。図7に示した実施形態では、軸受組立体201はころ軸受を定めている。他の実施形態では、軸受組立体201は、円錐ころ軸受、玉軸受、推力軸受、針状ころ軸受、他の種類および/もしくは組み合わせの軸受、または軸受の配向を定めてもよい。なおも別の実施形態では、スリーブ200および/または軸受組立体201は、ジャーナル軸受組立体のジャーナルまたはライナを定めてもよい。
シャフト組立体95は、シャフト組立体95および図1〜図5に関連して図示および記載したエンジン10の部品、構成要素、または組立体を含め、限定されることはないが、クロム、コバルト、タングステン、タンタル、モリブデン、および/もしくはレニウムを各々が含み得る鉄に基づく合金、チタンに基づく合金、ニッケルに基づく合金、またはコバルトに基づく合金を含むガスタービンエンジンに適した金属から形成され得る。カップリングシャフト100は、鋳造、鍛造、機械加工、またはそれらの組み合わせを用いて形成され得る。追加または代替で、シャフト組立体95またはその部品および構成要素は、単一の一体構造として、または、1つもしくは複数の機械的な締結具、結合処理、もしくはそれらの組み合わせによって結合されたいくつかの構成要素の組立体として、形成され得る。様々な実施形態では、シャフト組立体95またはその部品および構成要素は、ポリマーマトリックス複合材料、セラミックマトリックス複合材料、または金属マトリックス複合材料などの複合材料から形成され得る。
集合的に図1〜図5に関連して図示および記載したように、エンジン10の動作の間、矢印90によって概略的に指示されているようなある量の空気がエンジン10に入る。空気90がファンまたはプロペラブレード42を横切って通過するとき、矢印91によって概略的に指示されている空気のうちの一部分が、推力を提供するためにエンジンコア20の外側に方向付けまたは経路決定される。また、矢印92によって概略的に指示されている空気のうちの別の一部分が、圧縮機区域21への関連する入口80を通じて方向付けまたは経路決定される。空気92は、LPC22およびHPC24を通じてなど圧縮機区域21を通じて燃焼区域26に向けて流れるとき、漸進的に圧縮される。
矢印93によって概略的に指示されているようなここでは圧縮されている空気が燃焼区域26へ導入され、燃焼区域26では、燃料が導入され、圧縮された空気93のうちの少なくとも一部分と混合され、点火されて燃焼ガス94を形成する。燃焼ガス94はタービン区域31へ流れ、タービン区域31の回転部材に、圧縮機区域21および/またはファンもしくはプロペラ組立体14におけるそれぞれの結合された回転部材の動作を回転および支持させる。例えば、HPC24とHPT28とは、エンジン10を駆動するために結合されて回転可能とでき、LPT30を駆動するために燃焼区域26において燃焼ガス94を発生させ得る。LPT30はLPC22に連結され得る。図1を参照すると、カップリングシャフト100は、第1の端部101においてLPC22に取り付けられ、第2の端部102においてギヤボックス45に取り付けられ得る。他の実施形態では、カップリングシャフト100は、第1の端部101においてHPC24に取り付けられ得る。図2を参照すると、カップリングシャフト100は、第1の端部101においてLPT30に取り付けられ、第2の端部102においてギヤボックス45に取り付けられ得る。他の実施形態では、カップリングシャフト100は、第1の端部101においてHPT28に取り付けられ得る。ギヤボックス45は、エンジンコア20(例えば、圧縮機区域21またはタービン区域31)からの回転速度を低減させ、所望の大きさのトルクおよび回転速度をファンまたはプロペラ組立体14に提供し得る。
ここで図6を参照すると、ネジ山スリーブをガスタービンエンジンのシャフト組立体上に保持する例示の方法の概要を示す流れ図(ここでは「方法600」と称される)。シャフト組立体は、周方向Cにおいて延在した溝と、軸方向に延在した第1の部分および径方向に延在した第2の部分を定めるスペーサと、ネジ山ナットとを定める回転可能シャフトを備える。様々な実施形態では、シャフト組立体は、図1〜図5に関連して図示および記載したシャフト組立体95を備え得る。例えば、シャフトは、カップリングシャフト100と、溝104と、スペーサ150と、第1の部分151と、第2の部分152と、複数のスリーブネジ山204を備えるスリーブ200と、複数のナットネジ山252を備えるナット250とを備えてもよい。方法600は、第1の方向および第2の方向に沿う(例えば、前方端99および後方端98に向かう)軸方向の保持を提供するために、ガスタービンエンジンのシャフト組立体を配置できる。また、方法600は、シャフト(例えば、カップリングシャフト100)と対照的に比較的大きい力が第1の構成要素(例えば、図1〜図5に示したスペーサ150)に印加されるように径方向(例えば、径方向Rに沿って)の保持を提供するために、ガスタービンエンジンのシャフト組立体を配置できる。図6は、例示および詳述の目的のために特定の順番で実施されるステップを描写している。当業者は、本明細書で提供される開示を用いて、本明細書で開示されている方法のいずれかの様々なステップが、本開示の範囲から逸脱することなく様々な方法で適合、改良、再構成、省略、または拡張できることを理解するものである。
方法600は、(610)において、径方向に延在した第2の部分がシャフトと略平行に延在するようにスペーサをシャフトの溝に位置決めすることと、(620)において、ネジ山スリーブの少なくとも一部分を、スペーサの径方向に延在した第2の部分に対して径方向で隣接した配置で位置決めすることと、(630)において、ネジ山ナットをネジ山スリーブに固定することであって、シャフト、スペーサ、ネジ山スリーブ、およびネジ山ナットを径方向に隣接した配置で位置決めする、ネジ山ナットをネジ山スリーブに固定することとを含み得る。
(630)におけるステップの一実施形態では、ネジ山ナットをネジ山スリーブに固定することは、所望の大きさのトルクをネジ山ナット、ネジ山スリーブ、および/またはスペーサに印加することを含む。別の実施形態では、ネジ山ナットを固定することは、スペーサ、ネジ山スリーブ、および/またはネジ山ナットによって限定される大きさのトルクを印加することを含み得る。
シャフト組立体95および/または方法600の様々な実施形態は、エンジン10の1つもしくは複数のシャフト35、および/または、1つもしくは複数のシャフト35における星形歯車52か1つもしくは複数の軸受に印加され得る。様々な実施形態では、スリーブ200は、シャフト35に取り付けられる星形歯車52または1つもしくは複数の軸受組立体を定め得る。ギヤボックス45のスプライン境界面46などの接合する構成要素は、他の実施形態では、軸受室またはギヤボックスの外側軸受ジャーナルまたはフレームなどの静的構造を定め得る。
この文書の記載は、最良の形態を含め、本発明を開示するために、および、任意の装置またはシステムを作って使用することと、任意の組み込まれている方法を実施することとを含め、当業者に本発明を実施させることができるように、例を使用している。本発明の特許請求可能な範囲は、請求項によって定められ、当業者の思いつく他の例を含み得る。このような他の例は、請求項の文字通りの文言と異ならない構造的な要素を含む場合、または、請求項の文字通りの文言と非実質的な違いを伴う等価の構造的な要素を含む場合、請求の範囲の範囲内にあるように意図されている。
本発明のさらなる態様は、以下の項の主題によって提供される。
［項１］
タービンエンジン(10)のためのシャフト組立体(95)であって、前記タービンエンジン(10)は軸方向と径方向とを定め、前記タービンエンジン(10)はファンまたはプロペラ組立体(14)とエンジンコア(20)とを備え、さらに、前記ファンまたはプロペラ組立体(14)はギヤボックス(45)を備え、前記タービンエンジン(10)は、
第1の端部(97)において前記エンジンコア(20)に連結され、第2の端部(96)において前記ギヤボックス(45)に結合されるカップリングシャフト(100)であって、前記軸方向に沿って延在した環状の表面(103)を定め、前記表面は周方向において延在した溝(104)を定める、カップリングシャフト(100)と、
前記径方向において内向きに延在した第1の部分(151)、および、前記軸方向において延在した第2の部分(152)を定めるスペーサ(150)であって、前記第1の部分(151)は、前記カップリングシャフト(100)の前記溝(104)に配置される、スペーサ(150)と、
前記径方向において外向きに定められた複数のスリーブネジ山(204)を備えるネジ山部分(202)を定めるスリーブ(200)であって、前記ネジ山部分(202)は前記軸方向に沿って延在し、前記スリーブ(200)は、前記径方向において前記スペーサ(150)の外側に配置される、スリーブ(200)と、
前記径方向において内向きに定められた複数のナットネジ山(252)を定めるナット(250)であって、前記ナット(250)の前記複数のナットネジ山(252)は、前記スリーブ(200)の前記複数のスリーブネジ山(204)と嵌まり合うように構成され、さらに、前記ナット(250)は、前記径方向において内向きに延在した径方向部分(254)を定め、前記径方向部分(254)は、前記軸方向において前記スリーブ(200)の少なくとも一部分および前記スペーサ(150)の少なくとも一部分と隣接する、ナット(250)と
を備える、シャフト組立体(95)。
［項２］
前記スリーブ(200)は前記ギヤボックス(45)の星形歯車(52)を定める、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
［項３］
前記カップリングシャフト(100)と、前記スペーサ(150)と、前記スリーブ(200)と、前記ナット(250)とは、前記径方向に沿って隣接した配置にある、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
［項４］
前記スリーブ(200)の一部分(206)が前記軸方向において前記スペーサ(150)の前記第1の部分(151)に当接する、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
［項５］
前記スペーサ(150)は前記スペーサ(150)の周囲(156)に沿って分割部(155)をさらに定める、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
［項６］
前記スペーサ(150)は前記スペーサ(150)の周囲(156)を集合的に形成する1つまたは複数の区域(157)を定める、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
［項７］
前記スペーサ(150)は第1の材料を定め、前記第1の材料は弾性材料を備える、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
［項８］
前記スペーサ(150)は第1の材料を定め、前記第1の材料はポリマーマトリックス複合材料(154)を備える、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
［項９］
前記第1の材料は固体発泡合成ポリマーマトリックスを備える、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
［項１０］
前記固体発泡合成ポリマーマトリックスは合成エラストマーである、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
［項１１］
前記スペーサ(150)は第1の材料を定め、前記第1の材料は複数の織物シートを備え、各々の織物シートは繊維の網を備える、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
［項１２］
前記周方向に沿って前記ナット(250)において定められるナット溝(256)内に配置されるロックワッシャ(260)をさらに備え、前記ロックワッシャ(260)は、前記径方向に沿って前記ナット(250)と前記スリーブ(200)との間に配置される、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
［項１３］
前記スリーブ(200)は軸受組立体(201)を定める、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
［項１４］
ネジ山スリーブ(200)をシャフト組立体(95)上に保持する方法であって、前記シャフト組立体(95)は、周方向において延在した溝(256)を定める回転可能シャフトと、軸方向に延在した第1の部分(151)および径方向に延在した第2の部分(152)を定めるスペーサ(150)と、ネジ山ナット(250)とを備え、
前記径方向に延在した第2の部分(152)が前記シャフトと略平行に延在するように前記スペーサ(150)を前記シャフトの前記溝(256)に位置決めするステップと、
前記ネジ山スリーブ(200)の少なくとも一部分を、前記スペーサ(150)の前記径方向に延在した第2の部分(152)に対して径方向で隣接した配置で位置決めするステップと、
前記ネジ山ナット(250)を前記ネジ山スリーブ(200)に固定するステップであって、前記シャフト、前記スペーサ(150)、前記ネジ山スリーブ(200)、および前記ネジ山ナット(250)を径方向に隣接した配置で位置決めする、前記ネジ山ナット(250)を前記ネジ山スリーブ(200)に固定するステップと
を含む方法。
［項１５］
前記ネジ山ナット(250)を前記ネジ山スリーブ(200)に固定するステップは、所望の大きさのトルクを前記ネジ山ナット(250)、前記スリーブ(200)、および/または第1の構成要素に印加することを含む、任意の前項に記載の方法。
10 タービンエンジン、エンジン
12 中心軸、中心線
14 ファンまたはプロペラ組立体
15 ファンロータ
20 エンジンコア
21 圧縮機区域
22 低圧圧縮機(LPC)
24 高圧圧縮機(HPC)
26 燃焼区域
28 高圧タービン(HPT)
30 低圧タービン(LPT)
31 タービン区域
32 ロータ
33 ディスク
35 シャフト
36 エアフォイル
42 ファンまたはプロペラブレード
45 減速または動力のギヤボックス、ギヤボックス、ギヤボックス組立体
46 スプライン境界面
50 歯車列
52 星形歯車
54 遊星歯車
56 環状歯車
80 入口
90 空気
91 空気のうちの一部分
92 空気のうちの別の一部分
93 圧縮された空気
94 燃焼ガス
95 シャフト組立体
96 第2の端部
97 第1の端部
98 後方端
99 前方端
100 カップリングシャフト
101 第1の端部
102 第2の端部
103 環状の表面
104 溝
105 シャフト外径
150 スペーサ
151 第1の部分
152 第2の部分
153 表面
154 複合材料
155 分割部
156 周囲
157 区域
159 表面153の内部
200 スリーブ、ネジ山スリーブ
201 軸受組立体
202 ネジ山部分
204 スリーブネジ山、ネジ山
206 一部分
250 ナット、ネジ山ナット
252 ナットネジ山、ネジ山
254 径方向部分
256 ナット溝
260 ロックワッシャ
600 方法
A 軸方向
C 周方向
R 径方向

Claims (15)

  1. タービンエンジン(10)のためのシャフト組立体(95)であって、前記タービンエンジン(10)は軸方向と径方向とを定め、前記タービンエンジン(10)はファンまたはプロペラ組立体(14)とエンジンコア(20)とを備え、さらに、前記ファンまたはプロペラ組立体(14)はギヤボックス(45)を備え、前記タービンエンジン(10)は、
    第1の端部(97)において前記エンジンコア(20)に連結され、第2の端部(96)において前記ギヤボックス(45)に結合されるカップリングシャフト(100)であって、前記軸方向に沿って延在した環状の表面(103)を定め、前記表面は周方向において延在した溝(104)を定める、カップリングシャフト(100)と、
    前記径方向において内向きに延在した第1の部分(151)、および、前記軸方向において延在した第2の部分(152)を定めるスペーサ(150)であって、前記第1の部分(151)は、前記カップリングシャフト(100)の前記溝(104)に配置される、スペーサ(150)と、
    前記径方向において外向きに定められた複数のスリーブネジ山(204)を備えるネジ山部分(202)を定めるスリーブ(200)であって、前記ネジ山部分(202)は前記軸方向に沿って延在し、前記スリーブ(200)は、前記径方向において前記スペーサ(150)の外側に配置される、スリーブ(200)と、
    前記径方向において内向きに定められた複数のナットネジ山(252)を定めるナット(250)であって、前記ナット(250)の前記複数のナットネジ山(252)は、前記スリーブ(200)の前記複数のスリーブネジ山(204)と嵌まり合うように構成され、さらに、前記ナット(250)は、前記径方向において内向きに延在した径方向部分(254)を定め、前記径方向部分(254)は、前記軸方向において前記スリーブ(200)の少なくとも一部分および前記スペーサ(150)の少なくとも一部分と隣接する、ナット(250)と
    を備える、シャフト組立体(95)。
  2. 前記スリーブ(200)は前記ギヤボックス(45)の星形歯車(52)を定める、請求項1に記載のシャフト組立体(95)。
  3. 前記カップリングシャフト(100)と、前記スペーサ(150)と、前記スリーブ(200)と、前記ナット(250)とは、前記径方向に沿って隣接した配置にある、請求項1または2に記載のシャフト組立体(95)。
  4. 前記スリーブ(200)の一部分(206)が前記軸方向において前記スペーサ(150)の前記第1の部分(151)に当接する、請求項1から3のいずれか一項に記載のシャフト組立体(95)。
  5. 前記スペーサ(150)は前記スペーサ(150)の周囲(156)に沿って分割部(155)をさらに定める、請求項1から4のいずれか一項に記載のシャフト組立体(95)。
  6. 前記スペーサ(150)は前記スペーサ(150)の周囲(156)を集合的に形成する1つまたは複数の区域(157)を定める、請求項1から5のいずれか一項に記載のシャフト組立体(95)。
  7. 前記スペーサ(150)は第1の材料を定め、前記第1の材料は弾性材料を備える、請求項1から6のいずれか一項に記載のシャフト組立体(95)。
  8. 前記スペーサ(150)は第1の材料を定め、前記第1の材料はポリマーマトリックス複合材料(154)を備える、請求項1から7のいずれか一項に記載のシャフト組立体(95)。
  9. 前記第1の材料は固体発泡合成ポリマーマトリックスを備える、請求項8に記載のシャフト組立体(95)。
  10. 前記固体発泡合成ポリマーマトリックスは合成エラストマーである、請求項9に記載のシャフト組立体(95)。
  11. 前記スペーサ(150)は第1の材料を定め、前記第1の材料は複数の織物シートを備え、各々の織物シートは繊維の網を備える、請求項1から10のいずれか一項に記載のシャフト組立体(95)。
  12. 前記周方向に沿って前記ナット(250)において定められるナット溝(256)内に配置されるロックワッシャ(260)をさらに備え、前記ロックワッシャ(260)は、前記径方向に沿って前記ナット(250)と前記スリーブ(200)との間に配置される、請求項1から11のいずれか一項に記載のシャフト組立体(95)。
  13. 前記スリーブ(200)は軸受組立体(201)を定める、請求項1または3から12のいずれか一項に記載のシャフト組立体(95)。
  14. ネジ山スリーブ(200)をシャフト組立体(95)上に保持する方法であって、前記シャフト組立体(95)は、周方向において延在した溝(256)を定める回転可能シャフトと、軸方向に延在した第1の部分(151)および径方向に延在した第2の部分(152)を定めるスペーサ(150)と、ネジ山ナット(250)とを備え、
    前記径方向に延在した第2の部分(152)が前記シャフトと略平行に延在するように前記スペーサ(150)を前記シャフトの前記溝(256)に位置決めするステップと、
    前記ネジ山スリーブ(200)の少なくとも一部分を、前記スペーサ(150)の前記径方向に延在した第2の部分(152)に対して径方向で隣接した配置で位置決めするステップと、
    前記ネジ山ナット(250)を前記ネジ山スリーブ(200)に固定するステップであって、前記シャフト、前記スペーサ(150)、前記ネジ山スリーブ(200)、および前記ネジ山ナット(250)を径方向に隣接した配置で位置決めする、前記ネジ山ナット(250)を前記ネジ山スリーブ(200)に固定するステップと
    を含む方法。
  15. 前記ネジ山ナット(250)を前記ネジ山スリーブ(200)に固定するステップは、所望の大きさのトルクを前記ネジ山ナット(250)、前記スリーブ(200)、および/または第1の構成要素に印加することを含む、請求項14に記載の方法。
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