JP4043944B2 - タービンシャフトにチューブをセンタリングする装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、タービンエンジンの中空のタービンシャフト内部に、チューブまたは部品をセンタリングする装置に関し、前記チューブまたは部品が、両端で前記シャフトに相対回転不能に結合され、この装置が、前記チューブまたは前記部品に結合されてチューブを囲むシースと、前記シースおよびシャフトの間に配置されて、径方向外側に延びる複数組のシューを有する弾性リングと、組立後、前記シューがシャフトの内壁で支持されるように前記リングを膨張可能にする手段とを含む。
【０００２】
航空機のタービンエンジンでは、低圧タービンを低圧コンプレッサに結合し、場合によってはファンに結合する中空の中央シャフトの内部に、ロータ支持軸受の前方および後方エンクロージャを、自由大気下に置く同軸チューブを設けている。このチューブにより、潤滑に流れる一定量の空気を排出することができる。
【０００３】
チューブは、タービンシャフトの全長に延び、その両端に、タービンシャフトにチューブを相対回転不能に結合する支持部を備える。非常に細長いチューブの壁は、トルクを全く伝達しないので、比較的薄い。従って、横方向の慣性モーメントは小さい。こうした状況では、たとえごくわずかでも偏心があると、こうした偏心によって、タービンエンジンの作動時にチューブの適正な挙動が損なわれ、チューブのたわみ時のうなりを持続させることがあり、かくして、チューブおよび隣接部品が損傷される場合がある。
【０００４】
このようなトラブルを回避するために、チューブの端にある２個の支持部の間に少なくとも一つのセンタリング装置を置いて、中空シャフト内部でチューブの中央ゾーンを同軸に固定する。
【０００５】
図１は、Ｘを軸とする航空機のタービンエンジン１を示している。このタービンエンジンは、低圧タービンシャフト２の内部に、Ｘを軸とするチューブ３を含む。チューブ３は、ロータを支持する前方軸受６および後方軸受７の、前方エンクロージャ４および後方エンクロージャ５を自由大気下に置くことができる。チューブ３は、両端で低圧タービンシャフト２に相対回転不能に結合されている。チューブ３の両端の間には、２個のセンタリング装置８ａ、８ｂが設けられ、シャフト２の内部にあるチューブ３の部分を同軸に固定し、それによって、チューブ３がたわまないようにしている。図２、３では、従来技術によるセンタリング装置８ａ、８ｂの構成を示した。
【０００６】
薄壁のチューブ３は、補強した環状部分３ａを含み、この環状部分の周りにシース９が組み立てられている。シース９は、一端９ａに外ねじ１０を含み、他端９ｂに、外ねじ１０の延長線から遠ざかる円錐形の周辺壁１１を備える。
【０００７】
内壁が同じく円錐形であるスリット入り弾性リング１２を、ねじ切り端９ａからシース９上で摺動させる。外ねじ１０に適合する内ねじを含むナット１４により、円錐壁１１にリング１２を進ませる。これによって、リング１２が膨張する。
【０００８】
図３に詳しく示したスリット入り弾性リング１２の周辺面の断面は、ほぼ正方形であり、シャフト２の内径に応じて曲率を適合させた丸い角１５を有する。リング１２が膨張すると、角１５が、シャフト２の内壁で支持される。
【０００９】
かくして、弾性リング１２は、径方向の断面が大きい４個の剛性シューを有し、シューは、外側が角１５により画定され、径方向の断面が小さいリング区間により２個ずつ結合されている。
【００１０】
弾性リング１２は、側面スリット１６を有し、張り出して組み立てられる２個のビームアセンブリとして作動し、スリット１６の径方向に向かい合ったゾーン１７ではめ込まれる。これらのビームに沿って、たわみモーメントの値および方向が変化するので、４個の支点で支持力が同じではない。その結果、弾性リング１２とタービンシャフト２との接触応力も、支点に沿って異なったものになる。
【００１１】
接触応力の値が高く、タービンシャフト２の内部の中ぐりに印や跡が付くことがあると、タービンシャフト２が著しいねじりモーメントを受けるので、非常に重大な結果を招く場合がある。
【００１２】
本発明の目的は、最初に述べたように、シャフト内部にチューブを固定する装置を提案し、シャフトの中ぐりに跡が付かないようにすることにある。
【００１３】
本発明によれば、この目的は、シューが円筒形の弾性薄壁を含み、この薄壁が、応力が加えられない時（ａｕ ｒｅｐｏｓ）に中空シャフトの内径とはわずかに異なる外径を有し、組立後はシャフトの内壁に係合することによって達せられる。
【００１４】
このため、タービンエンジンの回転軸を含む面による本発明によるシューの径方向断面は、従来技術のシューに比べてずっと小さい。こうした構成により、クランプトルクによる径方向の応力を広い面積に配分して、シューと、タービンシャフトの中ぐりとの接触応力を小さくしている。
【００１５】
本発明の第一の実施形態によれば、リングは、スリット入りの弾性リングであり、組立後、リングを膨張可能にする手段が、シースおよびリングに形成された雄雌（ｍａｌｅ／ｆｅｍｅｌｌｅ）円錐機構とナットとを含み、シース上でナットをクランプすることにより、リングの軸方向移動、リングの径方向の膨張、およびシューの薄壁の変形が行われる。
【００１６】
第一の実施形態の第一の変形実施形態によれば、スリット入りリングが、ほぼ円筒形の内壁を含み、各シューが、その軸方向中央ゾーンにより径方向の壁によって前記円筒形の内壁に結合され、前記径方向の壁の各側に可撓性のリップを備える。
【００１７】
この第一の変形実施形態では、応力が加えられない時のシューの外径が、シャフトの内径より大きく、組立時に減少する。
【００１８】
第二の変形実施形態によれば、スリット入りリングが、シューと交互に入れ替わる複数の円筒区間を含み、各シューの端が、隣接する２個の円筒区間にそれぞれはめ込まれる。
【００１９】
この第二の変形実施形態では、応力が加えられない時のシューの外径が、シャフトの内径より小さく、組立時に増大する。
【００２０】
本発明の第二の実施形態によれば、各シューが、応力が加えられない時にシャフトの内径より小さい外径を有する円筒形の薄壁を含み、薄壁の各端に扇形の本体を含み、前記本体が、２個の弾性輪により軸方向に固定されて、応力が加えられない時に内径がシースの外径より小さいリングを形成する。
【００２１】
第二の実施形態の第一の変形実施形態によれば、シースが、シースの円筒部分に本体を軸方向に固定するショルダを含み、本体は、ナットをシース上でクランプするリングの組立時に、リングおよび輪の膨張を可能にする面取り部（ｃｈａｎｆｒｅｉｎ）をショルダ側に備える。
【００２２】
有利には、タービンエンジンの回転軸を中心として規則正しく配分された４個のシューが設けられる。
【００２３】
第二の実施形態の別の変形実施形態によれば、組立時にリングを膨張可能にする手段が、シースおよび本体に形成される雄雌円錐機構とナットとを含み、シース上でナットをクランプすることにより、本体の軸方向移動、本体および輪の径方向の膨張、およびシューの薄壁の変形が行われる。
【００２４】
本発明の別の有利な特徴によれば、応力が加えられない時に、シュー全体の外接円の直径が、シャフトの内径よりわずかに小さく、チューブの組立前に、タービンシャフトの中ぐりに装置を配置可能にしている。
【００２５】
本発明の他の特徴および長所は、添付図面に関して例としてなされた以下の説明を読めば、明らかになるであろう。
【００２６】
図１から３については、最初に説明ずみであるので、これ以上詳述しない。
【００２７】
本発明によれば、チューブ３は、従来技術と同様に、補強した環状部分（図４から１４では示さず）を含み、この部分の周りにシース９が取り付けられる。シース９は、ねじを切った第一の端９ａと、このねじ切り端９ａの延長線上で膨張可能なリング２０を収容する第二の端９ｂとを含む。リング２０は、シース９の端９ａのねじと協働する内ねじを含むナット１４によりシース９に固定される。リング２０は、シース９と、タービンシャフト２の内壁２１との間に置かれる。図４から１４では、明瞭にするために、タービンシャフト２の内壁２１だけを示した。内壁２１は、タービンシャフト２の中ぐりにセンタリング装置を挿入してチューブ３を組み立てた後、リング２０の前面で半径Ｅ／２を有する。
【００２８】
本発明の第一の実施形態によれば、リング２０は、前述の従来技術と同様にスリット２２を有する。
【００２９】
図４から７に示した本発明の第一の実施形態の第一の変形実施形態によれば、膨張可能なリング２０は、ほぼ円筒形の内壁２３を含み、この内壁は、組立後、シース９を囲む。
【００３０】
内壁２３を中心として、タービンエンジンの回転軸Ｘに沿って切られる直交面で径方向外側に延びる、４個または複数個の径方向の壁２４は、円筒形の薄壁を備えたシュー２５を端で支持している。
【００３１】
各シュー２５は、径方向の支持壁２４の各側に、可撓性のリップ２６ａ、２６ｂを備える。
【００３２】
図６に示したように、シュー２５の応力が加えられない状態で、円筒壁の外側半径Ｒ２は、タービンシャフトの内側半径Ｅ／２よりわずかに大きい。この状況で、４個のシューの外接円の直径は、タービンシャフトの内径Ｅより大きい。
【００３３】
組立時に、リップ２６ａ、２６ｂの端は、タービンシャフトの中ぐりとの接触時に、ナット１４を締めつけながらたわむ。図７に示した組立後の構成では、各シュー２５の円筒壁の外側半径が、タービンシャフトの半径Ｅ／２に等しくなる。従って、各シュー２５は、内壁２１に対して、その外面全体で均質に支持される。
【００３４】
ナット１４のクランプ時に、リング２０は、シース９の端９ｂでスライドし、径方向外側に膨張する。これは、シースの端９ｂの外周と、リング２０の内周とに形成された雄雌円錐機構による。
【００３５】
上記のセンタリング装置をタービンシャフトに組み立てるには、リング２０と、締めつけ前のナット１４とをシース９に置く。このアセンブリをタービンシャフトに配置する。ナット１４によりクランプトルクを及ぼし、シュー２５の軸方向の中央ゾーンが、軸Ｘから距離Ｅ／２のところに配置されるようにすると、リップ２６ａ、２６ｂがたわむ。その後、チューブ３を組み立てる。
【００３６】
リング２０の形状だけが上記の第一の変形実施形態と異なっている、図８から１０に示した本発明の第一の実施形態の第二の変形実施形態によれば、タービンシャフトの内壁２１で支持される４個のシュー２５が、円筒形の薄壁から構成され、この薄壁の外側半径Ｒ２は、応力が加えられない時、タービンシャフトの内側半径Ｅ／２より小さい。
【００３７】
リング２０の径方向内側の部分は、周方向に互いに間隔を開けた円筒形の複数区間２７を含み、この区間２７は、シュー２５と交互に配置される。
【００３８】
各シュー２５の端２５ａ、２５ｂは、２個の隣接区間２７にそれぞれはめ込まれている。区間２７の一つにスリット２２を設ける。
【００３９】
円錐機構と、ナット１４のクランプとにより、シース９でリング２０が膨張すると、応力が加えられない状態にある４個のシュー２５の外接円の半径が大きくなる。
【００４０】
この第二の変形実施形態によるタービンシャフトへのセンタリング装置の組立は、上記の第一の変形実施形態と同じである。シューの中央ゾーン２８は、ナット１４によりクランプトルクを及ぼすとたわむので、これにより、シューの外側半径が、タービンシャフトの半径Ｅ／２と等しくなるまで半径Ｒ２が大きくなる。その後、チューブ３を組み立てる。
【００４１】
タービンシャフトの内壁２１に対するシュー２５の支持面は、シューが、小断面の接合区間と交互に配置される、非変形の剛性ブロックである前述の従来技術と比べると、著しく広くなっている。
【００４２】
図１１から１４に示した本発明の第二の実施形態によれば、弾性リング２０は、４個の同じ独立部品３０から構成され、独立部品３０は、２個の環状の弾性輪３１により組み立てられている。
【００４３】
各部品３０は、円筒形の薄壁からなるシュー２５を中央領域に含み、その外側半径Ｒ２は、タービンシャフトの半径Ｅ／２より小さい。各シュー２５の端２５ａ、２５ｂは、部品３０の径方向内側にある側面部分をなす２個の本体３１ａ、３１ｂにそれぞれはめ込まれている。ブロック３１ａ、３１ｂの形状は、扇形である。
【００４４】
このように、各アセンブリ３０は、最大で９０゜に延びる扇形を呈する。
【００４５】
４個の部品３０は、２個の輪３１により互いに組み立てられ、輪３１は、外周壁に設けられた溝に本体３１ａ、３１ｂを収容する。一方の溝は、リング２０の前面付近に設けられ、他方の溝は、背面付近に設けられる。
【００４６】
隙間３２は、輪３１により固定される４個の部品３０を分離する。これらの隙間３２は、リング２０が膨張すると広がる。
【００４７】
図１２は、シース９に上記のリング２０を組み立てる変形実施形態を示している。シース９は、径方向外側に延びるショルダ３３を含み、このショルダでリング２０の前面が支持される。リング２０は、シースの円筒部分３４を被覆する。円筒部分３４の直径は、ねじを切った端９ａの外径よりも大きく、また、シース９に組み立てる前のリング２０の内径よりも大きい。本体３１ａ、３１ｂは、ショルダ３３の側に面取り部３５を備える。面取り部は、ナット１４のクランプ後、円筒部分３４にリングを組み立てるとき、リング２０および輪３１の膨張を可能にする。
【００４８】
こうした応力が加えられない構成では、４個のシュー２５の外接円の半径が、タービンシャフトの内側半径Ｅ／２より小さい。チューブをタービンシャフトに配置すると、シュー２５の軸方向中央ゾーン２８がたわみ、シュー２５の外側半径が、タービンシャフトの内側半径Ｅ／２にほぼ等しくなる。
【００４９】
図１４は、シース９にリング２０を組み立てる別の変形実施形態を示している。本発明の第一の実施形態と同様に、シース９と本体３１ａ、３１ｂは、ナット１４にクランプトルクを及ぼすときに、リング２０および輪３１を膨張可能にする雄雌円錐機構を含んでいる。
【００５０】
上記の全ての実施形態または変形実施形態では、当然のことながら、リング２０とナット１４との間にワッシャー３６を配置可能である。
【００５１】
上記の説明では、膨張可能なリング２０それぞれに４個のシュー２５を設けた。もちろん、シューの数を異なる数にしても良く、好適には、この数は偶数である。特に重要なのは、これらのシューが、タービンの回転軸Ｘを中心として規則正しく配分されることである。
【００５２】
シュー２５は、変形可能な円筒薄壁から構成されるので、シューの支持面は、比較的大きく、広い面積に応力が配分され、センタリング装置とタービンシャフトの中ぐりとの接触応力が高くなることはない。そのため、タービンシャフトに跡が付くことは回避される。
【００５３】
さらに、本発明の第二の実施形態は、対称であるために、全てのシューへの応力配分を最適化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 低圧タービンシャフトの内部に同軸に配置されたチューブのセンタリング装置の位置を示す、ターボジェットエンジンの断面図である。
【図２】 従来技術によるセンタリング装置の断面図である。
【図３】 従来技術によるスリット入り弾性リングの正面図である。
【図４】 本発明の第一の実施形態の第一の変形実施形態による、スリット入り弾性リングの正面図である。
【図５】 第一の実施形態の第一の変形実施形態による本発明のセンタリング装置を、タービンエンジンの回転軸を通る径方向の面によって示す断面図であり、スリット入りリングは図４のＶ−Ｖ線で切られている。
【図６】 組立前の第一の変形実施形態によるシューの構成を示す図である。
【図７】 組立後のシューの構成を示す図である。
【図８】 本発明の第一の実施形態の第二の変形実施形態による、スリット入り弾性リングの正面図である。
【図９】 第二の変形実施形態による本発明のセンタリング装置を、タービンエンジンの回転軸を通る軸方向の面によって示す断面図であり、スリット入りリングは、図８のＩＸ−ＩＸ線で切られている。
【図１０】 図８のシューの組立前と組立後の外側半径を示す図である。
【図１１】 本発明の第二の実施形態による弾性リングの正面図であり、リングは、２個の弾性輪により軸方向に固定された４個の独立シューを含む。
【図１２】 組み立てた状態にある第二の実施形態によるセンタリング装置を、タービンエンジンの回転軸を通る軸方向の面によって示す断面図であり、リングは、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線で切られている。
【図１３】 図１１のリングの膨張中に発生するシューの外側半径の変形を詳しく示す図である。
【図１４】 リングの膨張機構の変形実施形態を示す、図１２と同様の図である。

Claims (11)

1. タービンエンジンの中空のタービンシャフト（２）内部にチューブ（３）または部品をセンタリングする装置であって、前記チューブ（３）または部品が、両端で前記シャフト（２）に相対回転不能に結合され、装置が、前記チューブ（３）または前記部品に結合されてチューブまたは部品を囲むシース（９）と、前記シース（９）およびシャフト（２）の間に配置されて、径方向外側に延びる複数組のシューを有する弾性リング（２０）と、装置の組立後、前記シューが、シャフトの内壁で支持されるように前記リング（２０）を膨張可能にする手段とを含み、
   シューは、円筒形の弾性薄壁（２５）から構成され、前記薄壁は、応力が加えられない時に中空シャフト（２）の内径とはわずかに異なる外径を有し、組立後はシャフト（２）の内壁（２１）に係合することを特徴とする装置。
2. リング（２０）が、スリット入りの弾性リングであり、組立後にリング（２０）を膨張可能にする手段が、シース（９）およびリング（２０）に形成された雄雌円錐機構と、ナット（１４）とを含み、シース（９）上でナット（１４）をクランプすることにより、リング（２０）の軸方向移動、リングの径方向の膨張、およびシューの薄壁の変形が行われることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. リング（２０）が、ほぼ円筒形の内壁（２３）を含み、各シューが、軸方向中央ゾーンにより径方向の壁（２４）によって前記円筒形の内壁（２３）に結合され、前記径方向の壁（２４）の各側に、可撓性のリップ（２６ａ、２６ｂ）を備えることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 応力が加えられない時のシュー（２５）の外径が、シャフト（２）の内径より大きく、組立時に減少することを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. リング（２０）が、シュー（２５）と交互に入れ替わる複数の円筒区間（２７）を含み、各シュー（２５）の端（２５ａ、２５ｂ）が、隣接する２個の円筒区間（２７）にそれぞれはめ込まれることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
6. 応力が加えられない時のシュー（２５）の外径が、シャフト（２）の内径より小さく、組立時に増大することを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 各シュー（２５）が、応力が加えられない時にシャフト（２）の内径より小さい外径を有する円筒形の薄壁を含み、前記薄壁の各端に扇形の本体（３１ａ、３１ｂ）を含み、前記本体（３１ａ、３１ｂ）が、２個の弾性輪（３１）により軸方向に固定されて、応力が加えられない時にシース（９）の外径より小さい内径を有するリング（２０）を形成することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
8. シース（９）が、シース（９）の円筒部分（３４）に本体（３１ａ、３１ｂ）を軸方向に固定するショルダ（３３）を含み、前記本体（３１ａ、３１ｂ）が、ナット（１４）をシース（９）上でクランプするリング（２０）の組立時に、リング（２０）および輪（３１）の膨張を可能にする面取り部（３５）をショルダ（３３）側に備えることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 組立時にリング（２０）を膨張可能にする手段が、シース（９）および本体（３１ａ、３１ｂ）に形成される雄雌円錐機構と、ナット（１４）とを含み、シース（９）上でナット（１４）をクランプすることにより、本体（３１ａ、３１ｂ）の軸方向移動、本体（３１ａ、３１ｂ）および輪（３１）の径方向の膨張、およびシュー（２５）の薄壁の変形が行われることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
10. 応力が加えられない時に、シュー（２５）全体の外接円の直径が、シャフト（２）の内径よりわずかに小さいことを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. タービンエンジンの回転軸（Ｘ）を中心として規則正しく配分された４個のシュー（２５）を含むことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。

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