JP4903662B2 - 遊星歯車装置およびタービンエンジン - Google Patents

Description

本発明は、ターボファンエンジンのファン駆動装置に使用されるジャーナル軸受への潤滑油供給配置に関する。

タービンエンジンではエンジン運転時におけるファン或いはプロペラの駆動に遊星歯車装置を使用する。ギヤ装置では、プラネットギヤと対応する支持軸との間のトルク伝達のためにジャーナル軸受が利用される。個々のジャーナル軸受の潤滑のために潤滑装置から潤滑油が供給される。各ジャーナル軸受に潤滑油が適正に供給されるように、潤滑ポンプが潤滑装置内の圧力を維持する。

運転中に種々の理由によりガスタービンは停止することがある。ガスタービンが稼動してない時は潤滑油ポンプも停止する。しかし、たとえエンジンがファンを駆動していなくても風の力によりファンは回り続ける、即ちウィンドミルである。潤滑油が供給されないとジャーナル軸受は固着し、エンジンの回転を止める。

ウィンドミル状態にあるファンが必要とする潤滑油供給量は、ファンを駆動しているときに比べてはるかに少ない。従って、ファン駆動時の潤滑油ラインのサイズは、ウィンドミル時のファンに必要な潤滑油ラインのサイズに比べて大きすぎる。その同じ潤滑油ラインを流量が甚だ低下した状態で使えば、全ての軸受に対して圧力低下が起き、結果として一部の軸受にしか潤滑油が供給されなくなるであろう。また、装置全体の潤滑油がなくなってしまった場合には、別の装置からウィンドミルしている軸受へ潤滑油を供給する必要が生じる。

従って、ファンのウィンドミル動作時におけるジャーナル軸受の潤滑に関して改良した構成の提供が望まれている。

本発明によるジャーナル軸受の例では、ギヤ装置のウィンドミル動作中においてプラネットギヤに潤滑を施す。

エンジンの運転中は、タービンエンジンのファンは遊星歯車装置を含むファン駆動用ギヤ装置により駆動される。潤滑油供給装置が遊星歯車装置に潤滑油を供給する。エンジンが停止していて、ファン駆動用ギヤ装置によってファンが駆動されていない場合でも、ファンを通り抜ける風がファンを回転させることがある。これが即ちウィンドミルである。

遊星歯車装置内のすべてのプラネットギヤは、プラネットギヤと支持軸との間にジャーナル軸受を有している。ジャーナル軸受はプラネットギヤと支持軸との間のトルク伝達を行なう。ファン駆動運転中は、潤滑油は１次潤滑ポンプから１次潤滑経路を経由して支持軸の外側面へ注入される。

ファンのウィンドミル動作中は、プラネットギヤは同一回転方向へ遅い回転速度で回転し続ける。回転速度が遅いためにジャーナル軸受は少量の潤滑油しか必要としない。潤滑油は内部に仕切られた潤滑油溜めから２次潤滑ポンプで汲み上げられて２次潤滑経路へと送られる。２次潤滑経路は流量容量が小さく、２次潤滑ポンプも小さい容量しかない。

本発明のこれら及びその他の特徴は以下の明細書及び図面からもっともよく理解できる。

図１はタービンエンジン１０の部分概略図である。タービンエンジン１０は相互に固定された多くの部品で構成された固定ハウジング１２を備えている。コンプレッサ部１４はブレードを備えたコンプレッサハブ１６を有している。タービンシャフト２５がコンプレッサハブ１６を軸Ａを中心に回転させる。ファン１８は、ギヤ装置２８を介してタービンたわみ軸継手３０により駆動されるファンシャフト２０に固定されている。

図２はファン１８用のファン駆動装置２６を模式的に示している。ギヤ装置２８は好ましくはタービンたわみ軸継手３０を含んだ遊星歯車装置であり、ファン１８を駆動する。潤滑油供給装置３２は遊星歯車装置２８に潤滑油を供給する。潤滑油供給装置３２は、ファン１８の通常運転時に潤滑油供給部３６から潤滑油を供給する１次潤滑ポンプ３４を備えている。ファン１８のウィンドミル運転時には、２次潤滑ポンプ３８が内部潤滑油溜め３５から潤滑油を供給する。

図３には遊星歯車装置２８の一例が示されている。サンギヤ４０がタービンたわみ軸継手３０に取付けられている。複数のプラネットギヤ４２がサンギヤ４０と係合している。本実施例では５個のプラネットギヤ４２がある。支持軸４４はそれぞれのプラネットギヤ４２を支持する。ジャーナル軸受４６は個々のプラネットギヤ４２と支持軸４４との間で画定される。プラネットギヤ４２は支持軸４４に対して相対的に回転をする。ジャーナル軸受４６はプラネットギヤ４２と支持軸４４との間のトルク伝達を行なう。全てのプラネットギヤ４２の内側面５０にはコーティングが施されている。エンジン１０の起動及び停止のときだけ、このコーティングが支持軸４４と接触する。

図４ａ及び図４ｂはファン１８の通常運転時における支持軸４４を経由する潤滑油の流れを示している。コーティングのあるプラネットギヤ４２は支持軸４４を中心に回転する。プラネットギヤ４２の内側面５０は支持軸４４の外側面５４に隣接する。内側面５０と外側面５４との間の間隙５６により支持軸４４とプラネットギヤ４２との間に潤滑油が流れる。支持軸４４は固定されており、矢印Ｒで示したように、プラネットギヤ４２が回転する。

潤滑油は１次潤滑ポンプ３４(図２に示す)により潤滑油供給部３６から供給される。１次潤滑ポンプ３４からの潤滑油は、支持軸４４の第１の側５８から支持軸４４に入る。潤滑油は１次潤滑経路６０を通って支持軸４４の外側面５４へ流れる。支持軸４４の外側面５４とプラネットギヤ４２の内側面５０との間の間隙５６へ潤滑油は流入する。

図５ａ及び図５ｂはファン１８のウィンドミル運転時における支持軸４４を経由する潤滑油の流れを示している。プラネットギヤ４２は、ファン１８の通常運転で回転していたのと同じ方向に回転し続ける。しかし、プラネットギヤ４２はより遅い回転速度で動く。遅い速度と荷重のために、必要な潤滑量は少ない。更に、１次潤滑ポンプ３４は稼動しない可能性がある。この場合には１次潤滑経路６０内の圧力低下をもたらす。

潤滑油は内部の潤滑油溜め３５から２次潤滑ポンプ３８(図２に示す)によって供給される。潤滑油供給装置３２内の圧力があらかじめ設定した最低値を検出した場合に、２次潤滑ポンプ３８が起動する。２次潤滑ポンプ３８を連続的に運転したり、また別の設定で起動をかけてもよい。２次潤滑ポンプ３８は支持軸４４の第２の側６２から支持軸４４に潤滑油を供給し、潤滑油は２次潤滑経路６４を通って流入する。プラネットギヤ４２の回転速度が小さく荷重も小さいので、支持軸４４の外側面５４とプラネットギヤ４２の内側面５０との間の間隙５６の潤滑にはより少ない潤滑油量しか必要としない。２次潤滑経路６４は１次潤滑経路６０よりも流量容量が小さい。即ち、２次潤滑経路６４は流路の直径が小さい。それに加えて、プラネットギヤ４２を支持するには圧力も容積も小さくてよいので、２次潤滑ポンプ３８は１次潤滑ポンプ３４に比べてポンプ容量が小さくてもよい。

本発明の支持軸４４はタービンエンジンへの適用について説明した。しかし、支持軸４４は他の用途の駆動を提供する遊星歯車装置２８で使用することも可能である。

本発明の好適な実施例を開示したが、当業者であれば特定の修正も本発明の範囲に含まれることが分かるであろう。よって、本発明の真の範囲と内容の判断のためには請求項の詳細な検討がなされるべきである。

本発明の一例のタービンエンジン部分の概略図である。 タービンエンジンの一例におけるファン駆動装置の模式図である。 遊星歯車装置の一例を示す図である。 ファンの通常運転時の潤滑油の流れを示したジャーナル軸受の例の正面図である。 ファンの通常運転時の潤滑油の流れを示したジャーナル軸受の例の側面図である。 ファンのウィンドミル運転時の潤滑油の流れを示したジャーナル軸受の例の正面図である。 ファンのウィンドミル運転時の潤滑油の流れを示したジャーナル軸受の例の側面図である。

Claims (11)

1. タービンエンジンのターボファンを駆動するために用いられる遊星歯車装置であって、
   サンギヤと、
   前記サンギヤの周囲に配置され、該サンギヤによって駆動される複数のプラネットギヤと、
   前記複数のプラネットギヤの１つにそれぞれ対応した複数の支持シャフトと、
   を備え、
   前記複数の支持シャフトのそれぞれは、前記ターボファンの駆動運転中に、前記複数のプラネットギヤの１つと前記複数の支持シャフトの対応する１つとの間の領域に潤滑油を供給する１次潤滑経路と、前記サンギヤが前記複数のプラネットギヤを駆動していない前記ターボファンのウィンドミル動作中に、前記複数のプラネットギヤの１つと前記複数の支持シャフトの対応する１つとの間の領域に潤滑油を供給する２次潤滑経路と、
   を有した遊星歯車装置。
2. 前記１次潤滑経路は、前記複数の支持シャフトの一端部から前記複数の支持シャフトのそれぞれに入り、前記２次潤滑経路は、前記複数の支持シャフトの他端部から前記複数の支持シャフトのそれぞれに入ることを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車装置。
3. 前記１次潤滑経路は、前記２次潤滑経路よりも流量容量が大きいことを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車装置。
4. 前記１次潤滑経路内の潤滑油は第１の潤滑油源から供給され、前記２次潤滑経路内の潤滑油は前記第１の潤滑油源とは別の第２の潤滑油源から供給されることを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車装置。
5. ターボファンと、
   サンギヤと、該サンギヤの周りに配置され、かつ該サンギヤで駆動される複数のプラネットギヤとを備える前記ターボファンを駆動する遊星歯車装置と、
   前記複数のプラネットギヤの１つにそれぞれに対応する複数の支持シャフトであって、各支持シャフトが、前記ファンの駆動運転中に、前記複数のプラネットギヤの１つと前記複数の支持シャフトの対応する１つとの間の領域に潤滑油を供給する１次潤滑経路と、前記サンギヤが複数のプラネットギヤを駆動してない前記ファンのウィンドミル動作中に、前記複数のプラネットギヤの１つと前記複数の支持シャフトの対応する１つとの間の領域に潤滑油を供給するための２次潤滑経路と、を有してなる複数の支持シャフトと、
   前記１次潤滑経路及び前記２次潤滑経路に潤滑油を供給する潤滑油供給装置と、
   を備えたタービンエンジン。
6. 前記１次潤滑経路は、前記複数の支持シャフトの一端部から前記複数の支持シャフトのそれぞれに入り、前記２次潤滑経路は、前記複数の支持シャフトの他端部から前記複数の支持シャフトのそれぞれに入ることを特徴とする請求項５に記載のタービンエンジン。
7. 前記１次潤滑経路が、前記２次潤滑経路よりも流量容量が大きいことを特徴とする請求項５に記載のタービンエンジン。
8. 前記潤滑油供給装置が、前記１次潤滑経路に潤滑油を供給する主潤滑油源と、前記２次潤滑経路に潤滑油を供給する内部潤滑油溜め源とを備えることを特徴とする請求項５に記載のタービンエンジン。
9. 前記潤滑油供給装置が、前記１次潤滑経路に潤滑油を供給する１次潤滑ポンプと、前記２次潤滑経路に潤滑油を供給する２次潤滑ポンプとを備えることを特徴とする請求項５に記載のタービンエンジン。
10. 前記ギヤ駆動運転中に、前記潤滑油は、前記１次潤滑経路を通して通流するが、前記２次潤滑経路を通しては通流せず、前記サンギヤが前記複数のプラネットギヤを駆動していない前記ファンのウィンドミル動作中に、前記潤滑油は、前記２次潤滑経路を通して通流するが、前記１次潤滑経路を通しては通流しないことを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車装置。
11. 前記ギヤ駆動運転中に、前記潤滑油は、前記１次潤滑経路を通して通流するが、前記２次潤滑経路を通しては通流せず、前記サンギヤが前記複数のプラネットギヤを駆動していない前記ファンのウィンドミル動作中に、前記潤滑油は、前記２次潤滑経路を通して通流するが、前記１次潤滑経路を通しては通流しないことを特徴とする請求項５に記載のタービンエンジン。

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