JP5009586B2

JP5009586B2 - ギヤボックス及びギヤボックスを備えるガスタービンエンジン組立体

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Publication number: JP5009586B2
Application number: JP2006280907A
Authority: JP
Inventors: トーマス・オーリー・モニズ; ロバート・ジョセフ・オーランド
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2026-10-16
Also published as: CN1952435B; DE602006011409D1; EP1783344A1; JP2007113581A; US20070084187A1; US7490460B2; EP1783344B1; CN1952435A

Description

本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ギヤボックス及びギヤボックスを備えるガスタービンエンジン組立体に関する。

少なくとも幾つかの公知のガスタービンエンジンは、前方ファン、コアエンジン及び出力タービンを含む。コアエンジンは、直列流れ関係の状態で互いに結合された少なくとも１つの圧縮機、燃焼器、高圧タービン及び低圧タービンを含む。より具体的には、圧縮機と高圧タービンとは、シャフトを介して結合されて高圧ロータ組立体を形成する。コアエンジンに流入した空気は、燃料と混合されかつ点火されて高エネルギーガス流を形成する。高エネルギーガス流は、高圧タービンを通って流れて高圧タービンを回転駆動し、次にシャフトが圧縮機を回転駆動するようになる。

ガス流は、該ガス流が高圧タービンの後方に配置された低圧タービンを通って流れるにつれて膨張する。低圧タービンは、駆動シャフトに結合されたファンを有するロータ組立体を含む。低圧タービンは、駆動シャフトを介してファンを回転駆動する。エンジン効率を増大させるのを可能にするために、少なくとも１つの公知のガスタービンエンジンは、二重反転ファン及び／又は二重反転ブースタ圧縮機に結合された二重反転低圧タービンを含む。

二重反転低圧タービンを支持するのを可能にするために、ガスタービンエンジン内に外側回転スプール、回転フレーム、中間タービンフレーム及び２つの同軸シャフトが設置される。上記の構成部品の設置はまた、第１のファン組立体及び第２のファン組立体が各々、それぞれ第１のタービン及び第２のタービンと同一の回転方向に回転するように、第１のファン組立体を第１のタービンに結合しまた第２のファン組立体を第２のタービンに結合することを可能にする。従って、そのようなエンジンの全重量、設計の複雑さ及び／又は製造コストが、増大する。
米国特許第６，７６３，６５４−Ｂ２号公報米国特許第６，７６３，６５３−Ｂ２号公報米国特許第６，７６３，６５２−Ｂ２号公報米国特許第６，７３９，１２０−Ｂ２号公報米国特許第６，７３２，５０２−Ｂ２号公報米国特許第６，７１１，８８７−Ｂ２号公報米国特許第６，６８４，６２６−Ｂ１号公報米国特許第６，６１９，０３０−Ｂ１号公報米国特許第５，８６７，９８０号公報米国特許第５，８１３，２１４号公報米国特許第５，８０９，７７２号公報米国特許第５，８０６，３０３号公報米国特許第５，０１０，７２９号公報

１つの態様では、ギヤボックスを提供する。本ギヤボックスは、支持構造体と、支持構造体内に結合された少なくとも１つの太陽歯車と、支持構造体内に結合された複数の遊星歯車とを含む。支持構造体は、第１の部分と、軸方向後方の第２の部分と、第１及び第２の部分間に結合されたスラストばねとを含む。

別の態様では、タービンエンジン組立体を提供する。本タービンエンジン組立体は、コアタービンエンジンと、コアタービンエンジンに結合された低圧タービンと、低圧タービンに結合されたギヤボックスと、ギヤボックスに結合された二重反転ファン組立体とを含む。ギヤボックスは、歯車支持構造体を含み、歯車支持構造体は、第１の部分と、軸方向後方の第２の部分と、第１及び第２の部分間に結合されたスラストばねとを含む。

さらに別の態様では、タービンエンジンを組み立てる方法を提供する。本方法は、フレームによって少なくとも部分的に定められ、その長手方向軸線の周りで回転可能な駆動シャフトを有するコアガスタービンエンジンを準備する段階と、コアガスタービンエンジンに対して低圧タービンを結合する段階と、第１のファン組立体と第２のファン組立体とを含む二重反転ファン組立体を、第１のファン組立体が第１の方向に回転しかつ第２のファン組立体が逆の第２の方向に回転するように低圧タービンに対して結合する段階と、駆動シャフトの周りで実質的に円周方向に延びるようにシャフトと二重反転ファン組立体との間にギヤボックスを結合する段階と、低圧タービンに対してギヤボックス入力部を結合する段階と、二重反転ファン組立体に対してギヤボックス出力部を結合する段階と、二重反転ファン組立体によって発生したスラストを少なくとも部分的に吸収するようにギヤボックス入力部とギヤボックスとの間にスラストばねを結合する段階とを含む。

図１は、長手方向軸線１１を有する例示的なタービンエンジン組立体１０の一部分の断面図である。この例示的な実施形態では、タービンエンジン組立体１０は、その全体をフレーム１３によって定められたコアガスタービンエンジン１２を含む。低圧タービン１４が、コアガスタービンエンジン１２の軸方向後方に結合され、二重反転ファン組立体１６が、コアガスタービンエンジン１２の軸方向前方に結合される。

コアガスタービンエンジン１２は、環状のコアエンジン入口２２を形成した外側ケーシング２０を含む。ケーシング２０は、低圧ブースタ圧縮機２４を囲んで流入空気の圧力を第１の圧力レベルまで増大させるのを可能にする。１つの実施形態では、コアガスタービンエンジン１２は、オハイオ州シンシナティ所在のＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＡｉｒｃｒａｆｔＥｎｇｉｎｅｓから入手可能なコアＣＦＭ５６型ガスタービンエンジンである。

高圧多段軸流圧縮機２６は、ブースタ圧縮機２４から加圧空気を受け、この空気の圧力を第２のより高い圧力レベルにさらに増大させる。高圧空気は、燃焼器２８に送られ、燃料と混合される。燃料−空気混合気は点火されて、加圧空気の温度及びエネルギーレベルを上昇させる。高エネルギー燃焼生成物は、第１の又は高圧タービン３０に流れて第１の回転駆動シャフト３２を介して圧縮機２６を駆動するようにし、次に第２の又は低圧タービン１４に流れて第１の駆動シャフト３２と同軸に結合された第２の回転駆動シャフト３４を介して二重反転ファン組立体１６及びブースタ圧縮機２４を駆動するのを可能にする。低圧タービン１４を駆動した後に、燃焼生成物は、排出ノズル３６を介してタービンエンジン組立体１０から流出して推進ジェット推力を提供する。

二重反転ファン組立体１６は、長手方向軸線１１の周りで回転するように構成された第１の又は前方ファン組立体５０と第２の又は後方ファン組立体５２とを含む。本明細書では「前方ファン」及び「後方ファン」という用語を使用して、ファン組立体５０がファン組立体５２の軸方向上流に結合されることを表している。１つの実施形態では、ファン組立体５０及び５２は、図１〜図３に示すように、コアガスタービンエンジン１２の前方端部に配置される。別の実施形態では、ファン組立体５０及び５２は、コアガスタービンエンジン１２の後方端部に配置される。ファン組立体５０及び５２は各々、それぞれ少なくとも１列のロータブレード６０及び６２を含み、ナセル６４内に配置される。ロータブレード６０は、ロータディスク６６に結合され、またロータブレード６２は、ロータディスク６８に結合される。

１つの実施形態では、ブースタ圧縮機２４は、それぞれのロータディスク７２に結合された複数列のロータブレード７０を含む。ブースタ圧縮機２４は、入口ガイドベーン組立体７４の後方に配置され、該ブースタ圧縮機２４が後方ファン組立体５２の回転速度と実質的に等しい回転速度で回転するように後方ファン組立体５２に結合される。ブースタ圧縮機２４は、３列のみのロータブレード７０を有するものとして図示しているが、ブースタ圧縮機２４は、１列のみのロータブレード７０又は複数列のガイドベーン７６と交差指状に配置された複数列のロータブレード７０のようなあらゆる適当な数及び／又は列のロータブレード７０を有することができる。１つの実施形態では、入口ガイドベーン７６は、ブースタケース７８に対して固定又は堅固に結合される。別の実施形態では、ロータブレード７０をロータディスク７２に対して回転可能に結合して、入口ガイドベーン７６が、エンジン作動中にブースタ圧縮機２４を通って流れる空気の量を変えるのを可能にするように可動になるようにする。さらに別の実施形態では、タービンエンジン組立体１０は、ブースタ圧縮機２４を含まない。

図１に示すように、低圧タービン１４は、前方ファン組立体５０が第１の回転方向８０に回転するようにシャフト３４を介して前方ファン組立体５０に対して結合される。後方ファン組立体５２は、該後方ファン組立体５２が逆の第２の回転方向８２に回転するように駆動シャフト３４及び／又は低圧タービン１４に対して結合される。

図２は、図１に示す二重反転ファン組立体１６の一部分の概略図である。１つの実施形態では、第１のファン組立体５０は、長手方向軸線１１の周りに配置されたコーン８４を含む。コーン８４は、図２に示すように、第１の又は前方端部８６においてロータディスク６６に連結され、また第２の又は後方端部８８において駆動シャフト３４に連結される。第２のファン組立体５２は、長手方向軸線１１に沿ってコーン８４の少なくとも一部分の周りに同軸に配置されたコーン９０を含む。コーン９０は、以下に一層詳しく説明するように、第１の又は前方端部９２においてロータディスク６８に結合され、また第２の又は後方端部９４においてギヤボックス１００の出力部に及び／又は転がり軸受組立体を介してコーン８４の後方端部８８に結合される。

図３は、図２に示す二重反転ファン組立体１６の一部分の概略図である。１つの実施形態では、二重反転ファン組立体１６はまた、後方ファン組立体５２と駆動シャフト３４との間に結合されて、前方ファン組立体５０が回転する回転方向８０に対して逆の回転方向８２に後方ファン組立体５２を回転させるのを可能にするギヤボックス１００を含む。ギヤボックス１００は、ほぼトロイダル形状を有し、駆動シャフト３４の周りで円周方向に配置されて実質的に駆動シャフト３４の周りに延びるように構成される。図３に示すように、ギヤボックス１００は、支持構造体１０２と、支持構造体１０２内に結合された少なくとも１つの歯車１０３と、入力部１０４と、出力部１０６とを含む。

１つの実施形態では、ギヤボックス１００は、約２．０対１の歯車比を有し、前方ファン組立体５０が後方ファン組立体５２の回転速度の約２倍の回転速度で回転するようになる。別の実施形態では、前方ファン組立体５０は、後方ファン組立体５２の回転速度の約０．６７倍から後方ファン組立体５２の回転速度よりも速い約２．１倍までの間である回転速度で回転する。この実施形態では、前方ファン組立体５０は、後方ファン組立体５２の回転速度よりも大きいか、後方ファン組立体５２の回転速度と等しいか、又は後方ファン組立体５２の回転速度よりも小さい回転速度で回転することができる。

１つの実施形態では、図１〜図３に示すスラスト軸受組立体１１０のような第１の軸受組立体が、駆動シャフト３４及び／又は長手方向軸線１１の周りに配置される。スラスト軸受組立体１１０は、駆動シャフト３４とコアガスタービンエンジン１２のフレーム１３との間を作動的に結合しかつ／又はそれらの間に取付けられ、スラスト軸受組立体１１０については、本明細書でさらに説明する。

図４を参照すると、スラスト軸受組立体１２０のような第２の軸受組立体が、長手方向軸線１１の周りで半径方向に配置される。１つの実施形態では、スラスト軸受組立体１２０は、コーン８４の前方端部８６又はその近傍などの第１のファン組立体５０の前方端部部分とコーン９０の前方端部９２又はその近傍などの第２のファン組立体５２の前方端部部分との間を作動的に結合しかつ／又はそれらの間に取付けられる。１つの実施形態では、スラスト軸受組立体１２０は、コーン８４の外表面に対して取付けられた半径方向配置のインナレース１２２を含む。図４に示すように、インナレース１２２はコーン８４に取付けられて、インナレース１２２は、長手方向軸線１１の周りで第１のファン組立体５０と共に回転可能になる。インナレース１２２は、スラスト軸受組立体１２０の内側溝１２４を形成した表面１２３を有する。内側溝１２４を形成した表面１２３は、ほぼ円弧状輪郭を有する。

スラスト軸受組立体１２０は、コーン９０の内表面に対して取付けられた半径方向配置のアウタレース１２６を含む。図４に示すように、アウタレース１２６はコーン９０に取付けられて、アウタレース１２６は、長手方向軸線１１の周りで第２のファン組立体５２と共に回転可能になる。アウタレース１２６は、表面１２３と全体的に対向した表面１２７を有し、この表面１２７は、スラスト軸受組立体１２０の外側溝１２８を形成する。外側溝１２８を形成した表面１２７は、ほぼ円弧状輪郭を有する。複数のベアリング１２９のような少なくとも１つのローラ要素が、インナレース１２２とアウタレース１２６との間に運動可能に配置される。各ベアリング１２９は、内側溝１２４及び外側溝１２８と転がり接触して、第１のファン組立体５０及び／又は第２のファン組立体５２の相対回転運動を可能にする。

１つの実施形態では、スラスト軸受組立体１１０及び／又は１２０は、前方ファン組立体５０及び／又は後方ファン組立体５２を相対的に一定の軸方向位置に維持するのを可能にする。二重反転ファン組立体１６の作動中に、第１のファン組立体５０によって発生したスラスト荷重及び／又は力は、第１のファン組立体５０から直接第１のスラスト軸受組立体１１０に伝達される。さらに、作動中に第２のファン組立体５２及び／又はブースタ圧縮機２４によって発生したスラスト荷重及び／又は力は、第２のファン組立体５２及び／又はブースタ圧縮機２４から第２のスラスト軸受組立体１２０に、また第２のスラスト軸受組立体１２０から駆動シャフト３４を介して第１のスラスト軸受組立体１１０に伝達される。スラスト荷重及び／又は力をスラスト軸受組立体１１０及び／又はスラスト軸受組立体１２０に伝達する結果として、第２のファン組立体５２に対して作動的に結合されたギヤボックス１００を介してのスラスト荷重及び／又は力の伝達が、防止又は制限される。別の実施形態では、当業者に公知でありまた本明細書に示した教示によって手引きされるあらゆる適当な軸受組立体を、軸受組立体１１０及び／又は軸受組立体１２０として或いはこれらの軸受組立体に加えて使用することができる。

１つの実施形態では、図４に示すように、ローラ軸受組立体１３０のような軸受組立体が、前方端部９２又はその近傍においてコーン９０の外表面の周りに配置される。ローラ軸受組立体１３０は、フレーム１３と前方端部９２との間に連結される。１つの実施形態では、ローラ軸受組立体１３０は、スラスト軸受組立体１２０と組み合わさって差動軸受組立体として作用して、第２のファン組立体５２を支持しかつ／又は第２のファン組立体５２からのスラスト荷重及び／又は力をフレーム１３に伝達する。１つの実施形態では、ローラ軸受組立体１３０は、図４に示すように、コーン９０に対して取付けられたインナレース１３２を含む。インナレース１３２はコーン９０の前方端部９２に取付けられて、インナレース１３２は、長手方向軸線１１の周りで第２のファン組立体５２と共に回転可能になる。インナレース１３２は、ローラ軸受組立体１３０の内側溝１３４を形成した表面１３３を有する。

ローラ軸受組立体１３０は、フレーム１３に固定結合されたアウタレース１３６を含む。１つの実施形態では、アウタレース１３６は、構造支持部材１５及び／又はフレーム１３に対して固定結合される。構造支持部材１５及び／又はフレーム１３は、二重反転ファン組立体１６及び／又はブースタ圧縮機２４によって出現又は発生したスラスト荷重及び／又は力の伝達のための基盤領域として作用する。アウタレース１３６は、表面１３３と全体的に対向した表面１３７を有し、この表面１３７は、ローラ軸受組立体１３０の外側溝１３８を形成する。複数のローラ１３９のような少なくとも１つのローラ要素が、インナレース１３２とアウタレース１３６との間に運動可能に配置される。各ローラ１３９は、内側溝１３４及び外側溝１３８と転がり接触する。

１つの実施形態では、図３に示すように、ローラ軸受組立体１４０のような軸受組立体が、後方端部８８又はその近傍においてコーン８４の外表面の周りに配置される。ローラ軸受組立体１４０は、コーン８４とコーン９０との間に連結される。ローラ軸受組立体１４０は、図２に示すように、後方端部８８に対して取付けられたインナレース１４２を含む。インナレース１４２はコーン８４に取付けられて、インナレース１４２は、長手方向軸線１１の周りで第１のファン組立体５０と共に回転可能になる。インナレース１４２は、ローラ軸受組立体１４０の内側溝１４４を形成した表面１４３を有する。

ローラ軸受組立体１４０は、図３に示すように、コーン９０の後方端部９４に対して取付けられたアウタレース１４６を含む。アウタレース１４６はコーン９０に取付けられて、アウタレース１４６は、長手方向軸線１１の周りで第２のファン組立体５２と共に回転可能になる。アウタレース１４６は、表面１４３と全体的に対向した表面１４７を有し、この表面１４７は、ローラ軸受組立体１４０の外側溝１４８を形成する。複数のローラ１４９のような少なくとも１つのローラ要素が、インナレース１４２とアウタレース１４６との間に運動可能に配置される。各ローラ１４９は、内側溝１４４及び外側溝１４８と転がり接触して、コーン８４及び／又はコーン９０の相対回転運動を可能にする。

この実施形態では、ローラ軸受組立体１３０及び１４０は、後方ファン組立体５２が前方ファン組立体５０に対して自由に回転することができるように、後方ファン組立体５２に回転支持を与えることを可能にする。従って、ローラ軸受組立体１３０及び１４０は、二重反転ファン組立体１６内で後方ファン組立体５２を相対的に一定の半径方向位置に維持することを可能にする。別の実施形態では、当業者に公知でありまた本明細書に示した教示によって手引きされるあらゆる適当な軸受組立体を、軸受組立体１３０及び／又は軸受組立体１４０として或いはこれらの軸受組立体に加えて使用することができる。

１つの実施形態では、図３に示すように、ギヤボックス１００が、コアタービンエンジン１２のフレーム１３のようなガスタービンエンジン１０の固定又は静止構成部品に連結される。ギヤボックス入力部１０４は、駆動シャフト３４にスプライン嵌合された駆動シャフト延長部１１２を介して第２の駆動シャフト３４に回転可能に結合される。ギヤボックス出力部１０６は、出力部構造体１６０を介して後方ファン組立体５２に回転可能に結合される。出力部構造体１６０の第１の端部は、ギヤボックス出力部１０６にスプライン嵌合され、出力部構造体１６０の第２の端部は、後方ファン前方シャフト１６８に結合されて後方ファン組立体５２を駆動するのを可能にする。

図３を参照すると、１つの実施形態では、ガスタービンエンジン組立体１０は、ギヤボックス１００を二重反転ファン組立体１６に取付けるためのスプラインシステム２００を含む。ギヤボックス１００は、例えばギヤボックス支持構造体１０２においてコアガスタービンエンジン１２のフレーム１３に対して固定又は堅固に結合される。スプラインシステム２００は、ギヤボックス１００を第１のファン組立体５０及び／又は第２のファン組立体５２から分離して、二重反転ファン組立体１６の作動の結果としてギヤボックス１００上にスラスト荷重及び／又は力が作用するのを防止又は制限する。第１のファン組立体５０は、該第１のファン組立体５０が図１の回転矢印８０によって示した第１の方向に回転するように、入力部１０４に対して回転可能に結合される。第２のファン組立体５２は、該第２のファン組立体５２が第１の方向とは逆の図１の回転矢印８２によって示した第２の方向に回転するように、出力部１０６に対して回転可能に結合される。

図３に示すように、スプラインシステム２００は、スプライン組立体２０２、２０４、２０６及び／又は２０８のような複数のスプライン組立体を含む。１つの実施形態では、第１のスプライン組立体２０２は、駆動シャフト延長部１１２に対して入力部１０４を結合する。駆動シャフト延長部１１２は、図３に示すように、第１の部分２１０と第２の部分２１２とを含む。第１のスプライン組立体２０２は、第２の部分２１２に対して入力部１０４を結合し、また第１のスプライン組立体２０２と同一又は同様である第２のスプライン組立体２０４は、駆動シャフト３４に対して入力部１０４を回転可能に結合するために第２の部分２１２に対して第１の部分２１０を結合する。さらに、第２のスプライン組立体２０４は、ギヤボックス１００に対して軸方向に、つまりタービンエンジン組立体１０の長手方向軸線１１に沿って又は長手方向軸線１１に平行にスラスト軸受組立体１１０が運動するのを可能にする。

１つの実施形態では、スプライン組立体２０４は、その外周部の周りに位置した複数のスプラインを形成した部材を含む。駆動シャフト延長部１１２の第２の部分２１２に連結されたこの部材は、第１の部分２１０に連結された協働するハウジング内に形成された空洞内に配置可能であって、複数のスプラインがハウジングの内周部上に形成されたスロットと噛合又は嵌合して、ねじり荷重及び／又は力を駆動シャフト延長部１１２の第２の部分２１２から第１の部分２１０に伝達するようにする。さらに、この部材は、協働するハウジング内に配置されて、ハウジング内での部材の軸方向の、例えば長手方向軸線１１に沿った又は長手方向軸線１１に平行な運動を可能にし、これにより、第１の部分２１０に対する第２の部分２１２の軸方向運動を可能にする。

１つの特定の実施形態では、各スプライン組立体２０４、２０６及び２０８は、スプライン組立体２０４に関して上述したように、同一又は同様である。第３のスプライン組立体２０６は、出力部構造体１６０に対して出力部１０６を摺動可能に結合する。第３のスプライン組立体２０６は、ギヤボックス１００に対する後方ファン前方シャフト１６８の軸方向運動を可能にする。１つの実施形態では、第４のスプライン組立体２０８は、駆動シャフト３４に対して駆動シャフト延長部１１２の第１の部分２１０を摺動可能に結合する。作動中に、スプライン組立体２０２、２０４、２０６及び／又は２０８は、ねじり又はトルク荷重及び／又は力のみをギヤボックス１００に通過させて、ギヤボックス１００が低圧タービン１４のフレームに対して実質的に一定の位置に保たれるようにする。

１つの実施形態では、駆動シャフト延長部１１２及び／又は出力部構造体１６０は、ギヤボックス１００の半径方向偏位を吸収する少なくとも１つの可撓性アームを含む。特定の実施形態では、第２の部分２１２は、スプライン組立体２０２を介して入力部１０４に結合された半径方向内側部分２３０と、スプライン組立体２０４を介して第１の部分２１０に結合された半径方向外側部分２３２とを含む。第２の部分２１２は、内側部分２３０又はその近傍において第１の厚さを有し、また外側部分２３２又はその近傍において、第１の厚さよりも小さい第２の厚さを有する。この特定の実施形態では、第２の部分２１２の厚さは、半径方向内側部分２３０から半径方向外側部分２３２まで徐々に減少する。第２の厚さは、第２の部分２１２が所定のねじり荷重及び／又は力を受けた時に、第２の部分２１２が第１の部分２１０から分離することになる、つまり第２の部分２１２が破断することになるように選択される。エンジン組立体１０の作動中に、後方ファン組立体５２には、比較的大きな半径方向荷重及び／又は力が加わる可能性がある。比較的大きな半径方向荷重及び／又は力を吸収するために、また連続的なエンジン作動を保証するために、１つの実施形態では、第２の部分２１２が破断して、後方ファン組立体５２を自由転輪させながら前方ファン組立体５０が作動し続けるようにする。

作動中に、第２の駆動シャフト３４が回転すると、第２の駆動シャフト３４は入力部１０４を第１の回転方向に回転させ、入力部１０４が次に、出力部１０６を逆の第２の回転方向に回転させる。出力部構造体１６０は後方ファン組立体５２に結合されているので、駆動シャフト３４は、ギヤボックス１００を介して後方ファン組立体５２を逆の第２の方向８２に回転させる。１つの実施形態では、ギヤボックス１００は、出力部構造体１６０と後方ファン組立体５２を支持するように構成された構造支持部材１５との間に少なくとも部分的に形成されたサンプ１７０内に配置される。エンジン作動中、ギヤボックス１００は、エンジン作動の間にギヤボックス１００を連続的に潤滑するために、サンプ１７０内に収容された潤滑流体内に少なくとも部分的に沈められる。

図５は、ギヤボックス１００の斜視図である。図６は、ギヤボックス１００の切取斜視図である。図７は、ギヤボックス１００の一部分の斜視図である。この例示的な実施形態では、ギヤボックス１００は、入力部１０４に結合された少なくとも１つの第１の又は太陽歯車３００と、その各々が太陽歯車３００に回転可能に結合された複数の第２の又は遊星歯車３０２とを含む。具体的には、ギヤボックス１００は、協働して異速度を生成する太陽歯車３００及び一組の遊星歯車３０２を含む。従って、太陽歯車３００は、入力部１０４を介してシャフト３２に直接結合され、遊星歯車３０２は、太陽歯車３００と互いに噛み合うように配置されて、出力部１０６を介して後方ファン組立体５２及びブースタ圧縮機２４を駆動するのを可能にする。

より具体的には、ギヤボックス１００は、太陽歯車３００及び遊星歯車３０２を支持するように構成されたゴリラケージとも呼ばれる単体構造の支持構造体３２０を含む。この例示的な実施形態では、支持構造体３２０は、ほぼ円筒形状であり、第１の部分３３０と該第１の部分３３０から延びる第２の部分３３２とを含む。この例示的な実施形態では、第２の部分３３２は、スラスト軸受１１０を収容するように構成されかつ太陽歯車３００に対して構造的支持を与え、また第１の部分３３０は、太陽歯車３００及び遊星歯車３０２の両方に対して構造的支持を与えるように構成される。この例示的な実施形態では、第１及び第２の部分３３０及び３３２は、単体構造体として形成される。

第１の部分３３０は、本体部分３３４を含み、この本体部分３３４は、該本体部分３３４から半径方向内向きに延びる第１の端部３３６と、該本体部分３３４から半径方向外向きに延びる第２の端部３３８とを有する。より具体的には、支持構造体３２０は、第１の部分３３０、従って支持構造体３２０と一体形に形成された複数の遊星歯車支持構造体３４０を含む。各遊星歯車支持構造体３４０は、それぞれの遊星歯車３０２を支持するように選択された寸法にされており、半径方向前方軸受支持構造体３４２と、半径方向後方軸受構造体３４４と、後方支持組立体３４４に対して前方支持構造体３４２を結合するのを可能にする１対の連結部材３４６とを含む。この例示的な実施形態では、支持構造体３２０は、６つの遊星歯車支持構造体３４０を含み、つまりギヤボックス１００は、軸線１１の周りにほぼ等間隔に配置された６つの遊星歯車３０２を含む。任意選択的に、ギヤボックス１００及び支持構造体３２０は、あらゆる数量の遊星歯車３０２を支持するように構成することができる。

組立て時に、前方軸受支持構造体３４２、後方軸受支持組立体３４４及び連結部材３４６は、構造体３２０と単体構造であり、各それぞれの遊星歯車３０２をそれぞれの遊星歯車支持構造体３４０内に設置するのを可能にするようにそれを貫通する開口３５０を形成したほぼ矩形断面輪郭を有する構成部品として製作される。より具体的には、組立て時に、遊星歯車３０２は、開口３５０内に配置され、支持構造体３２０に固定される。従って、開口３５０がそれぞれの遊星歯車３０２を受ける寸法になるように、軸受支持構造体３４２及び３４４は各々、幅３５２を有し、また各対の連結部材３４６は各々、長さ３５４を有する。

さらに、前方軸受支持構造体３４２及び後方軸受支持組立体３４４は各々、それぞれそれを貫通した開口３６０及び３６２を含む。組立て時に、遊星歯車３０２は、開口３５０内に配置され、ファスナ３６４が、開口３６０、それぞれの遊星歯車３０２及び開口３６２を貫通して挿入されて、それぞれの遊星歯車３０２を支持構造体３２０に固定及び／又は結合するのを可能にする。

支持構造体３２０はまた、ほぼＺ字形の部分３７０を含み、このＺ字形部分３７０は、本体部分３７２と、第１の本体部分３３０と単体構造に形成されかつ本体部分３７２から半径方向内向きに延びる第１の端部３７４と、本体部分３７２から半径方向外向きに延びる第２の端部３７６とを含む。この例示的な実施形態では、第２の部分３３２は、Ｚ字形部分３３８に結合されてばね３７０を形成する。

従って、ばね３７０を含む支持構造体３２０は、軸方向に可撓性があるから、二重反転ファン組立体１６によって発生したスラスト荷重を吸収するのを可能にする。この例示的な実施形態では、支持構造体３２０は、スラスト荷重をさらに吸収するように選択された金属材料で製作される。

この例示的な実施形態では、支持構造体３２０はまた、二重反転ファン組立体１６によって発生したスラスト荷重を吸収するのをさらに可能にするための複数のスロット及び／又は開口３９０を含む。具体的には、支持構造体のＺ字形部分３３８、つまりばね３３８は、それを貫通して延びる複数の開口３９０を含み、ばね３３８を柔軟化しかつ／又はその剛性を調整するのを可能にする。例えば、ばね３３８を貫通する開口３９０の数量を減少させることは、支持構造体３２０の軸方向の剛性を増大させ、他方、開口３９０の数量を増加させることは、支持構造体３２０の軸方向の剛性を低下させるか又は柔軟化するのを可能にする。

さらに図３を参照すると、１つの実施形態では、スラスト軸受組立体１１０は、駆動シャフト３４に対して取付けられた半径方向配置のインナレース１１１を含む。図３に示すように、インナレース１１１は、駆動シャフト３４に作動的に結合された駆動シャフト延長部１１２に取付けられて、インナレース１１１は、長手方向軸線１１の周りで駆動シャフト３４と共に回転可能になる。１つの特定の実施形態では、駆動シャフト延長部１１２は、駆動シャフト３４にスプライン嵌合される。インナレース１１１は、スラスト軸受組立体１１０の内側溝１１４を形成した表面１１３を有する。内側溝１１４を形成した表面１１３は、ほぼ円弧状輪郭を有する。

ギヤボックス１００はまた、支持構造体３２０内に収容されたスラスト軸受１１０を含む。より具体的には、スラスト軸受組立体１１０は、駆動シャフト３４に対して取付けられた半径方向配置のインナレース１１１を含む。図５に示すように、インナレース１１１は、入力部１０４を介して駆動シャフト３４に作動的に結合された駆動シャフト延長部１１２に取付けられて、インナレース１１１は、長手方向軸線１１の周りで駆動シャフト３４と共に回転可能になる。１つの特定実施形態では、駆動シャフト延長部１１２は、駆動シャフト３４にスプライン嵌合される。インナレース１１１は、スラスト軸受組立体１１０の内側溝１１４を形成した表面１１３を有する。内側溝１１４を形成した表面１１３は、ほぼ円弧状輪郭を有する。スラスト軸受１１０はまた、支持構造体の第１の部分３３０に固定結合された半径方向配置のアウタレース１１６を含む。１つの実施形態では、アウタレース１１６及び／又は支持構造体の第１の部分３３０は、二重反転ファン組立体１６及び／又はブースタ圧縮機２４によって出現又は発生したスラスト荷重及び／又は力の伝達のための基盤領域として作用する。アウタレース１１６は、表面１１３と全体的に対向した表面１１７を有し、この表面１１７は、スラスト軸受組立体１１０の外側溝１１８を形成する。外側溝１１８を形成した表面１１７は、ほぼ円弧状輪郭を有する。複数のベアリング１１９のような少なくとも１つのローラ要素が、インナレース１１１とアウタレース１１６との間に運動可能に配置される。各ベアリング１１９は、内側溝１１４及び外側溝１１８と転がり接触して、駆動シャフト３４がギヤボックス１００に対して自由に回転するのを可能にする。このように、スラスト軸受１１０は、支持構造体３２０、従ってギヤボックス１００内に収容されて、ガスタービンエンジンの複雑さ、従ってまたガスタービンエンジンの製造コストを低減するのを可能にする。

上記の支持構造体は、二重反転ファン組立体を駆動するために利用される歯車を収容するように構成されたほぼ円筒形状の支持構造体を含むコスト効果がありかつ高い信頼性があるスラスト組立体を提供する。支持構造体はまた、二重反転ファン組立体によって発生したスラスト荷重を吸収するのを可能にする一体形成式ばね組立体を含む。さらに、ばね組立体は、該ばね組立体を貫通する複数の開口を含み、開口の数量は、支持構造体によって吸収することが望まれるスラスト荷重に基づいて選択される。支持構造体はまた、二重反転ファン組立体によって発生したスラスト荷重をさらに吸収する一体形成式スラスト軸受組立体を含む。従って、出力タービンスラスト軸受とガスタービンエンジンとの間に、コスト効果がある方法でスラスト経路が形成される。

より具体的には、本明細書に記載したギヤボックスは、重量を低減しかつコスト節減を増大させるようにギヤボックス組立体内に組み込まれたスラスト軸受を含む。さらに、歯車ハウジング又は支持構造体は、さらに重量を低減しかつ剛性を増大させるような挿入式遊星歯車を含む単体構造体である。ハウジングフランジは、メインフレームに連結される。従って、ギヤボックスは、それ自体がエンジン軽量化をもたらすことになるコンパクト設計を提供し、この設計では、ギヤボックス取付けフランジ内にスロット付きかご形ばねハウジングが組み込まれ、またこれらのばねアームの寸法及び数量を調整することによって、ギヤボックス、スラスト軸受及び低圧タービン間の最適システム性能が可能になることになる。

以上、ガスタービンエンジンギヤボックスの例示的な実施形態を詳細に説明している。本ギヤボックスは、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ本組立体の構成要素は、本明細書に記載したその他の構成要素とは独立してかつ別個に利用することができる。さらに、本明細書に記載したギヤボックスはまた、様々なガスタービンエンジンと組み合わせて使用することができる。

様々な具体的な実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することができることは、当業者には明らかであろう。

例示的なタービンエンジン組立体の一部分の断面図。図１に示す二重反転ファン組立体の一部分の拡大断面図。図２に示す二重反転ファン組立体の一部分の拡大断面図。図２に示す二重反転ファン組立体の一部分の拡大断面図。図４に示すギヤボックスの斜視図。図５に示すギヤボックスの切取斜視図。図６に示すギヤボックスの一部分の斜視図。

符号の説明

１０タービンエンジン組立体
１１長手方向軸線
１２コアガスタービンエンジン
１３フレーム
１４低圧タービン
１５構造支持部材
１６回転ファン組立体
２０外側ケーシング
２２環状のコアエンジン入口
２４ブースタ圧縮機
２６駆動圧縮機
２８燃焼器
３０高圧タービン
３２第１の回転駆動シャフト
３４第２の回転駆動シャフト
３６排出ノズル
５０ファン組立体
５２第２のファン組立体
６０ロータブレード
６２ロータブレード
６４ナセル
６６ロータディスク
６８ロータディスク
７０ロータブレード
７２ロータディスク
７４入口ガイドベーン組立体
７６ガイドベーン
７８ブースタケース
８０第１の回転方向
８２第２の回転方向
８４コーン
８６第１の又は前方端部
８８第２の又は後方端部
９０コーン
９２第１の又は前方端部
９４第２の又は後方端部
１００ギヤボックス
１０２ギヤボックスハウジング
１０３歯車
１０４入力部
１０６出力部
１１０スラスト軸受組立体
１１１インナレース
１１２軸受支持構造体
１１３表面
１１４内側溝
１１６アウタレース
１１７表面
１１８外側溝
１１９複数のベアリング
１２０スラスト軸受組立体
１２２インナレース
１２３表面
１２４内側溝
１２６アウタレース
１２７表面
１２８外側溝
１２９複数のベアリング
１３０ローラ軸受組立体
１３２インナレース
１３３表面
１３４内側溝
１３６アウタレース
１３７表面
１３８外側溝
１３９複数のローラ
１４０ローラ軸受組立体
１４２インナレース
１４３表面
１４４内側溝
１４６アウタレース
１４７表面
１４８外側溝
１４９複数のローラ
１６０出力部構造体
１６８後方ファン前方シャフト
１７０サンプ
１９０開口
２００スプラインシステム
２０２第１のスプライン組立体
２０４第２のスプライン組立体
２０６第３のスプライン組立体
２０８第４のスプライン組立体
２１０第１の部分
２１２第２の部分
２３０内側部分
２３２外側部分
３００太陽歯車
３０２遊星歯車
３２０支持構造体
３３０第１の部分
３３２第２の部分
３３４本体部分
３３６第１の端部
３３８第２の端部
３４０支持構造体
３４４後方軸受支持構造体
３４６連結部材
３５０開口
３５２幅
３５４長さ
３６０開口
３６２開口
３６４ファスナ
３７０ばね
３７２本体部分
３７４第１の端部
３７６第２の端部
３９０複数の開口

Claims

駆動シャフト（３４）の周りで円周方向に配置されたギアボックス（１００）であって、
前記駆動シャフト（３４）が回転できるように該駆動シャフトに結合された入力部（１０４）と、
出力部（１０６）と、
支持構造体（３２０）と、
前記支持構造体内に支持され、前記入力部と結合された少なくとも１つの太陽歯車（３００）と、
前記支持構造体内に結合された複数の遊星歯車（３０２）と、
前記駆動シャフト（３４）が回転できるように該駆動シャフトに結合されたスラスト軸受組立体（１１０）と
を含み、
前記複数の遊星歯車（３０２）は、前記太陽歯車（３００）と互いに噛み合うように配置され、前記出力部を介して駆動力を出力するよう構成され、
前記支持構造体が、第１の部分（３３０）と、第２の部分（３３２）と、該第１及び第２の部分間に結合されたスラストばね（３７０）と、を含んでほぼ円筒形状を呈し、
前記第１の部分（３３０）は、該第一の部分と一体に形成された複数の遊星歯車支持構造体（３４０）を介して前記遊星歯車（３０２）に対して構造的支持を与え、
前記第２の部分（３３２）は、前記第1の部分から軸方向後方に延び、前記スラスト軸受組立体（１１０）を収容し、
前記スラストばね（３７０）は、軸方向に延びる本体部分（３７２）と、該本体部分（３７２）から半径方向内向きに延び且つ前記第１の部分（３３０）と一体に形成された第1の端部（３７４）と、前記本体部分（３７２）から半径方向外向きに延びる第2の端部（３７６）とからなり、軸方向断面ほぼＺ字形である
ことを特徴とする、ギヤボックス（１００）。
前記第１の部分（３３０）、第２の部分（３３２）及びスラストばね（３７０）が、単体構造に形成される、請求項１記載のギヤボックス（１００）。
前記入力部（１０４）がガスタービンエンジン（１２）の低圧タービン（１４）に結合されており、
前記出力部（１０６）が二重反転ファン組立体（１６）に結合されており、
前記スラストばね（３７０）が、前記二重反転ファン組立体によって発生したスラストを少なくとも部分的に吸収するように構成される、
請求項１記載のギヤボックス（１００）。
前記スラストばね（３７０）が、該スラストばねを貫通する複数の開口（１９０）を含み、前記開口の数量及び該開口の寸法の少なくとも１つが、前記スラストばねによって吸収されるスラストに基づいている、請求項１記載のギヤボックス（１００）。
前記ギヤボックスが、前記支持構造体（１１２）内に結合されたスラスト軸受（１１０）をさらに含む、請求項１記載のギヤボックス（１００）。
前記スラスト軸受（１１０）が、ガスタービンエンジン（１２）のフレーム（１３）に結合されたアウタレース（１１６）と、前記二重反転ファン組立体（１６）に結合された半径方向内側レース（１１１）とを含む、請求項１記載のギヤボックス（１００）。
コアタービンエンジン（１２）と、
前記コアタービンエンジンに結合された低圧タービン（１４）と、
前記低圧タービンに結合された請求項１に記載のギヤボックス（１００）と、
前記ギヤボックスに結合された二重反転ファン組立体（１６）と、
を含む、タービンエンジン組立体（１０）。
前記第１の部分（２１０）、第２の部分（２１２）及びスラストばね（３７０）が、単体構造に形成される、請求項７記載のタービンエンジン組立体（１０）。
前記入力部（１０４）が前記低圧タービン（１４）に結合され、
前記出力部（１０６）が前記二重反転ファン組立体（１６）に結合され、
前記スラストばね（３７０）が、前記二重反転ファン組立体によって発生したスラストを少なくとも部分的に吸収するように構成される、
請求項７記載のタービンエンジン組立体（１０）。