JP5856711B2

JP5856711B2 - 航空機エンジン駆動軸収容室アセンブリ及び航空機エンジン駆動軸収容室アセンブリを組み付ける方法

Info

Publication number: JP5856711B2
Application number: JP2015507199A
Authority: JP
Inventors: ヴォトザク，マーク・グレゴリー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2033-04-19
Also published as: WO2014018137A3; US9657646B2; US20150139791A1; JP2015514909A; CN104350237B; WO2014018137A2; CA2870669A1; EP2841712A2; BR112014026258A2; CN104350237A

Description

本明細書に記載される本出願は概して、ガスタービンエンジン部品に関し、特に出口ガイドベーン及び駆動軸収容室に関する方法及びアセンブリに関する。

少なくとも幾つかの公知のガスタービンエンジンアセンブリは、コアガスタービンエンジンの上流に取り付けられるファンアセンブリを含む。動作状態では、ファンアセンブリから放出される空気流の一部が、下流に流れてコアガスタービンエンジンに流入し、このコアガスタービンエンジンでは、空気流が更に圧縮される。次に、圧縮された空気流は燃焼器に流れ込み、燃料と混合され、点火されて高温燃焼ガスを発生する。次に、燃焼ガスがタービンに達し、このタービンでは、エネルギーを燃焼ガスから取り出して、圧縮機を駆動するだけでなく、有用な作用力を生起させて、飛行中の航空機を推進する。ファンアセンブリから放出される空気流の他の部分は、エンジンからファン噴流ノズルを通って流れ出る。

空気流がファンアセンブリからファン噴流排気口に容易に流れるようにするために、少なくとも幾つかの公知のガスタービンエンジンアセンブリは、出口ガイドベーンアセンブリを含み、この出口ガイドベーンアセンブリを使用して、ファン排気口の上流の空気流の渦を除去する。このような出口ガイドベーンアセンブリは、ファン噴流がバイパスダクトから排出される前に、ファンアセンブリから放出される空気流を略軸線方向に向ける。ファン空気流が真っ直ぐに流れるようにする他に、出口ガイドベーンアセンブリは更に、構造的剛性をファンフレームに付与する。更に詳細には、出口ガイドベーンアセンブリは普通、ファンフレームに接続される複数の出口ガイドベーンを含む。

出口ガイドベーンの他に、多くのファンフレームアセンブリは、分岐部材と表記される場合が多い１つ以上の（多くの場合、直径方向に反対側に位置する２つの）分割構造を含み、これらの分割構造は、バイパスダクトにより画定される円環状空間を２つの半円環状空間に分割する。これらの分割構造は通常、中空ダクト構造であり、これらの中空ダクト構造内に、種々の機械的接続、電気的接続、空圧接続、油圧接続、または他の接続（構造支持体を含む）を、バイパスダクト内を流れる空気流を遮断することなく挿通することができる。これらの分岐部材は、流れを流線形にして、または流れを案内して、流れがこれらの構造の周りを空気力学的に流れるようにし、上流ガイドベーンの形状に一体化されて、または融合して、個々の空気流遮断箇所の数を低減することができる。

また通常、ガスタービンエンジンは、ガスタービンエンジン自体のケーシングに、ガスタービンエンジンケーシングの外側で普通、取り付けられる付属ギアボックスを含む。ギアボックスは、エンジンの主中心駆動軸に、半径方向駆動軸を介して機械的に相互接続される。通常の動作状態では、半径方向駆動軸は、動力をエンジンコアから付属ギアボックスに伝達し、エンジン始動時には、半径方向駆動軸は更に、動力を付属ギアボックスに設けられるスタータからエンジンコアに伝達する。

半径方向駆動軸は、エンジンのファン噴流を横切って延在しているので、駆動軸は、標準的な駆動軸の動作に必要な周りの空気及びオイルを閉じ込める保護カバーを必要とする。中空支柱部材が通常、半径方向駆動軸を、エンジンのコアからギアボックスまで延在するオイル配管または空気配管のような動作に必要な他の供給部材と一緒に閉じ込めるために使用される。半径方向駆動軸を覆うこれらの支柱部材は、ファン噴流を横切って延在し、固有の燃料消費及び効率に悪影響を与える大きな抗力を引き起こす。従って、支柱部材を設ける必要を無くすことにより抗力を最小限に抑えながら半径方向駆動軸を覆う駆動軸収容室アセンブリに対する必要が依然として残されている。

欧州特許出願第２１６９１８２Ａ２号

１つの態様では、回転軸を備えるガスタービンエンジンの駆動軸収容室アセンブリが提供される。前記駆動軸収容室アセンブリは、駆動軸収容室及び出口ガイドベーンを備える。前記駆動軸収容室は、前面、後面、及び両側の側面を含み、半径方向駆動軸の少なくとも一部を収容するように構成される。前記出口ガイドベーンは、前縁部及び後縁部を含む。前記後縁部の長さは、前記駆動軸収容室の前記前面の長さに略等しいことにより、前記出口ガイドベーンの前記後縁部をフェアリングして、前記駆動軸収容室の前記前面に合わせることができる。

別の態様では、ガスタービンエンジンの駆動軸収容室アセンブリを組み付ける方法が提供される。前記方法は、前面、後面、及び両側の側面を含む駆動軸収容室を設ける工程を含む。前記駆動軸収容室は、半径方向駆動軸の少なくとも一部を収容するように構成される。前縁部及び後縁部を含む出口ガイドベーンを更に設ける。前記方法は更に、前記出口ガイドベーンを前記駆動軸収容室に接続することにより、前記出口ガイドベーンの前記後縁部を流線形に整形して前記駆動軸収容室の前記前面に合わせる工程を含む。

更に別の態様では、ガスタービンエンジンが提供される。前記ガスタービンエンジンは、回転軸を備えるコアガスタービンエンジンと、前記コアガスタービンエンジンから半径方向外側に取り付けられる付属ギアボックスと、を備える。前記ガスタービンエンジンは更に、前記コアガスタービンエンジンと前記付属ギアボックスとの間に半径方向に延在する駆動軸と、前記半径方向駆動軸の少なくとも一部を収容するように構成される駆動軸収容室アセンブリと、を備える。前記駆動軸収容室アセンブリは、前面、後面、及び両側の側面を含む駆動軸収容室と、前縁部及び後縁部を含む出口ガイドベーンと、を備える。前記後縁部は、前記前面の長さに略等しい長さを有することにより、前記出口ガイドベーンの前記後縁部を流線形に形成して、前記駆動軸収容室の前記前面に合わせることができる。

例示的なガスタービンエンジンの模式断面図である。図１に示すガスタービンエンジンに使用することができる駆動軸収容室アセンブリの断面図である。図１に示すガスタービンエンジンに使用することができる駆動軸収容室アセンブリの上面図である。

図１は長手軸線１１を有する例示的なガスタービンエンジンアセンブリ１０の模式断面図である。ガスタービンエンジンアセンブリ１０は、ファンアセンブリ１２及びコアガスタービンエンジン１３を含む。コアガスタービンエンジン１３は、高圧圧縮機１４、燃焼器１６、及び高圧タービン１８を含む。例示的な実施形態では、ガスタービンエンジンアセンブリ１０は更に、低圧タービン２０、及び多段昇圧往復式圧縮機２２、及びブースタ２２のほぼ全体を取り囲むスプリッタ４４を含む。コアガスタービンエンジンアセンブリ１０は更に、半径方向駆動軸１５を含み、この半径方向駆動軸１５は、コアガスタービンエンジン１３からファンアセンブリ１２を通ってファンケーシング４２の内部に延在して、付属ギアボックス８６に接続される。半径方向駆動軸１５は駆動軸収容室１７内に収容され、この駆動軸収容室１７は、以下に更に詳細に説明される駆動軸収容室アセンブリ１９の１つの構成部品である。

ファンアセンブリ１２は、ロータディスク２６から半径方向外側に突出するファン動翼２４から構成されるファン動翼列を含む。ガスタービンエンジンアセンブリ１０は、吸気側２８及び排気側３０を含む。ファンアセンブリ１２、ブースタ２２、及び低圧タービン２０は、第１ロータ軸３１により連結して合体され、高圧圧縮機１４及び高圧タービン１８は、第２ロータ軸３２により連結されて合体される。例示的な実施形態では、ガスタービンエンジンアセンブリ１０は、これらには限定されないが、ゼネラルエレクトリック社製のＬＥＡＰまたはＰａｓｓｐｏｒｔ２０ガスタービンエンジンとすることができる。

動作状態では、空気がファンアセンブリ１２内を流れ、空気流の第１部分５０が、ブースタ２２内を流れる。ブースタ２２から放出される圧縮空気は高圧圧縮機１４内を流れ、この高圧圧縮機１４では、空気流が更に圧縮され、燃焼器１６に供給される。燃焼器１６からの高温燃焼生成物（図１には図示されず）を利用して、タービン１８及び２０を駆動し、低圧タービン２０を利用して、ファンアセンブリ１２及びブースタ２２を第１ロータ軸３１により駆動する。ガスタービンエンジンアセンブリ１０は、定常流れ状態と非定常流れ状態との間の或る範囲の流れ状態で動作することができる。

ファンアセンブリ１２から放出される空気流の第２部分５２をバイパスダクト４０内に流して、ファンアセンブリ１２からの空気流の一部をコアガスタービンエンジン１３の周りに迂回させる。更に詳細には、バイパスダクト４０は、ファンケーシング４２とスプリッタ４４との間に延在する。従って、ファンアセンブリ１２からの空気流の第１部分５０は、ブースタ２２内を流れ、次に、上に説明したように、高圧圧縮機１４に流れ込み、そしてファンアセンブリ１２からの空気流の第２部分５２は、バイパスダクト４０内を流れて、例えば航空機の推力になる。ガスタービンエンジンアセンブリ１０は更に、ファンアセンブリ１２の構造支持体となるファンフレームアセンブリ６０を含み、そしてファンアセンブリ１２をコアガスタービンエンジン１３に接続するためにも利用される。

ファンフレームアセンブリ６０は、複数の出口ガイドベーン７０を含み、これらの出口ガイドベーンは通常、半径方向外側取り付けフランジと半径方向内側取り付けフランジとの間で略半径方向に突出し、バイパスダクト４０内で周方向に離間している。出口ガイドベーン７０は、空気流を、ファン動翼２４のような動翼の下流に向けるように機能する。前記複数の出口ガイドベーン７０の中の少なくとも１つの最大出口ガイドベーン７２が駆動軸収容室アセンブリ１９に含まれている。

駆動軸収容室アセンブリ１９は、最大出口ガイドベーン７２、駆動軸収容室１７、及び分岐板８４を含む。駆動軸収容室アセンブリ１９は、ファンケーシング４２とスプリッタ４４との間に接続されて、駆動軸収容室アセンブリ１９が、バイパスダクト４０内を半径方向に延在している。空気がバイパスダクト４０内を流れると、空気が最大出口ガイドベーン７２の前縁部７４に衝突し、最大出口ガイドベーン７２の拡幅後縁部７５により駆動軸収容室１７の周りを流れるようになり、分岐板８４及び分岐部材８０または８２に沿って流れる。

分岐部材８０及び８２は中空ダクト構造であり、これらの中空ダクト構造内を、種々の機械的接続、電気的接続、空圧接続、油圧接続、または他の接続（構造支持体を含む）を、バイパスダクト４０内を流れる空気流を遮断することなく挿通することができる。ガスタービンエンジンアセンブリ１０を航空機（図示せず）の翼の下に普通に取り付けた状態では、上側分岐部材８０がエンジンマウント及び種々の電気系統、油圧系統、及び空気圧系統を収容するのに対し、下側分岐部材は、オイルドレン及び他のサブ系統を収容する。分岐部材８０及び８２は、流れが空気力学的に、これらの構造の周りを流れるように案内する。図２〜３を参照して明らかになることであるが、分岐板８４は、分岐部材８０または８２を流線形に整形して駆動軸収容室１７に合わせるように機能する。本明細書におけるこれらの図は、２つ（上側及び下側）の分岐部材を示しているが、特定の構成（特定のエンジン取り付け構造を含む）の場合、１つのみの分岐部材、または３つ以上の分岐部材を利用することができる構成が可能である。

図２は、図１に示すガスタービンエンジンアセンブリ１０に使用することができ、かつ本発明の例示的な実施形態に従って使用することができる駆動軸収容室アセンブリ１９の断面図であり、駆動軸収容室アセンブリ１９は、最大出口ガイドベーン７２、駆動軸収容室１７、及び分岐板８４を含む。分岐板を１つだけ図２に示して、半径方向駆動軸１５及び駆動軸収容室１７を見易くしているが、通常２つの分岐板が、各駆動軸収容室アセンブリ１９内に使用される。

駆動軸収容室１７は、前面７６、後面７７、及び両側の非平行側面７８を含み、これらの非平行側面は、後面７７の幅が前面７６の幅よりも広くなるように、前面７６を後面７７に接続する。一般的に、後面７７の輪郭は前面７６の輪郭よりも大きい。翼形の最大出口ガイドベーン７２は、前縁部７４及び後縁部７５を含み、後縁部７５は、前面７６と略等しい幅に広がって、最大出口ガイドベーン７２及び駆動軸収容室１７が連結されて合体されるときに、後縁部７５の構造を流線形に整形して前面７６に合わせることができる。分岐板８４は、駆動軸収容室１７の側面７８に接続され、駆動軸収容室１７の構造を流線形に整形して分岐部材８０に合わせ、抗力を最小限に抑えるように機能する。この場合も同じように、分岐板８４を１つだけ図２に示して、他の構造を見え易くしている。

駆動軸収容室アセンブリ１９は個別部品であり、この個別部品は、複数の出口ガイドベーン７０及び他の構造部品を組み付けた後にファンフレームアセンブリ６０に挿入することができる。駆動軸収容室１７は、シール構造がファンケーシング４２に接続される構成の少なくとも１つのシール構造、及び駆動軸収容室１７がスプリッタ４４に接続されて、オイル濡れ部に至るオリフィスを押圧密閉する構成の少なくとも１つのシール構造を有する。これらのシール構造によって、これに限定されないが、オイルのような流体が半径方向駆動軸１５の周りを、半径方向駆動軸１５が空気流の第２部分５２に曝されることなく流れることができる。駆動軸収容室１７は、中空にすることにより、半径方向駆動軸１５を挿通させることができ、最大出口ガイドベーン７２及び分岐板８４と合体されて、平滑な空気流通を最大限に促進し、抗力を最小限に抑える。

駆動軸収容室１７を最大出口ガイドベーン７２及び分岐板８４と合体させることにより、半径方向駆動軸１５を収容する別体の支柱部材を設ける必要を無くすことができる。通常、半径方向駆動軸１５を収容する別体の支柱部材は、バイパスダクト４０内に配置され、これにより、大きな抗力が系に働いて、効率損失、及び特定の燃料消費率の損失が発生する。駆動軸収容室アセンブリ１９は、支柱部材をファン噴流中に設ける構成に関連する損失を最小限に抑えながら、半径方向駆動軸１５をファン噴流から保護する必要を満たす。

支柱部材は通常、ファンフレームアセンブリ６０の構造支持体となる。しかしながら、駆動軸収容室アセンブリ１９は、別体の支柱部材が必要とはならないように構成されるので、最大出口ガイドベーン７２がファンケーシング４２のスプリッタ４４に接続されて、ファンフレームアセンブリ６０が必要とする必要な支持体となる。

図３は、駆動軸収容室アセンブリ１９の上面図を示している。ファン動翼列２４から流入する渦空気流は、最大出口ガイドベーン７２の前縁部７４に衝突し、これによって流れが真っ直ぐになり、流れが最大出口ガイドベーン７２の拡幅後縁部７５に向かって流れるようになる。拡幅後縁部７５は、駆動軸収容室１７の前面７６に接続されて、空気流が、駆動軸収容室１７の両方の側面７８に沿って平滑に流れるようになる。次に、空気流は、駆動軸収容室１７の側面７８に接続される分岐板８４に衝突する。分岐板８４によって、空気は、駆動軸収容室１７の周りを平滑に流れ、翼形の分岐部材８０または８２に流入する。

最大出口ガイドベーン７２、駆動軸収容室１７、及び分岐板８４は連結されて合体されることにより、流線の空気流が、抗力を最小限に抑える駆動軸収容室アセンブリ１９の周りを流れることができるとともに、半径方向駆動軸１５がファン噴流中を貫通することができる。

航空機エンジン駆動軸収容室アセンブリ１９の例示的な実施形態が、上に詳細に説明されている。駆動軸収容室アセンブリ１９は、本明細書に記載される特定の実施形態に限定されるのではなく、駆動軸収容室アセンブリ１９の構成部品は、本明細書に記載される他の構成部品とは独立して、かつ個別に利用することができる。

本発明の種々の実施形態の特定の特徴が、他の図面ではなく幾つかの図面に図示されている可能性があるが、これは便宜上に過ぎない。本発明の原理によれば、１つの図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照する、かつ／または特許請求することができる。

記載の本説明では、例を使用して、最良の形態を含む本発明を開示し、そして更に、当分野の当業者であれば誰でも、本発明を実施して、どのようなデバイスまたはシステムでも作製し、使用することができ、組み込まれる全ての方法を実行することができるようにしている。本発明の特許可能な範囲は、請求項により規定され、当分野の当業者であれば想到し得る他の例を含むことができる。このような他の例は、これらの例が、これらの請求項の文言とは異ならない構造的要素を有する場合に、またはこれらの例が、これらの請求項の文言とはわずかな差しかない等価な構造的要素を有する場合に、これらの請求項の範囲に包含されるべきである。

１０ガスタービンエンジンアセンブリ
１１長手軸線
１２ファンアセンブリ
１３コアガスタービンエンジン
１４高圧圧縮機
１５半径方向駆動軸
１６燃焼器
１７駆動軸収容室
１８高圧タービン
１９駆動軸収容室アセンブリ
２０低圧タービン
２２多段昇圧往復式圧縮機、ブースタ
２４ファン動翼列、ファン動翼
２６ロータディスク
２８吸気側
３０排気側
３１第１ロータ軸
３２第２ロータ軸
４０バイパスダクト
４２ファンケーシング
４４スプリッタ
５０空気流の第１部分
５２空気流の第２部分
６０ファンフレームアセンブリ
７０出口ガイドベーン
７２最大出口ガイドベーン
７４前縁部
７５後縁部
７６前面
７７後面
７８側面
８０、８２分岐部材
８４分岐板、
８６付属ギアボックス

Claims

回転軸を備えるガスタービンエンジンの駆動軸収容室アセンブリ（１９）であって、
半径方向駆動軸（１５）の少なくとも一部を収容するように構成される駆動軸収容室（１７）であって、前記駆動軸収容室（１７）が、前面（７６）、後面（７７）、及び両側の側面（７８）を含む、前記駆動軸収容室（１７）と、
前縁部（７４）及び後縁部（７５）を含む出口ガイドベーン（７０）と
を備え、
前記後縁部（７５）は、前記前面（７６）の長さに略等しい長さを有することにより、前記出口ガイドベーン（７０）の前記後縁部（７５）が、前記駆動軸収容室（１７）の前記前面（７６）に合わせてフェアリングされる、
駆動軸収容室アセンブリ（１９）。
更に、前記両側の側面（７８）の各側面に接続される分岐板（８４）を備える、請求項１に記載の駆動軸収容室アセンブリ（１９）。
前記分岐板（８４）は、前記駆動軸収容室（１７）を流線形に形成して下流の分岐部材（８０、８２）とするように構成される、請求項２に記載の駆動軸収容室アセンブリ（１９）。
前記両側の側面（７８）は非平行である、請求項１に記載の駆動軸収容室アセンブリ（１９）。
前記前面（７６）の前記長さは、前記後面（７７）の長さよりも短い、請求項１に記載の駆動軸収容室アセンブリ（１９）。
前記後縁部（７５）は、前記前面（７６）に接続されて、空気流が前記駆動軸収容室（１７）の周りを流れ易くなる、請求項１に記載の駆動軸収容室アセンブリ（１９）。
前記駆動軸収容室アセンブリ（１９）は、バイパスダクト（４０）内で、ファンケーシング（４２）と空気流スプリッタ（４４）との間に半径方向に延在する、請求項１に記載の駆動軸収容室アセンブリ（１９）。
更に、前記ファンケーシング（４２）と前記駆動軸収容室（１７）との間に接続される少なくとも１つの密閉構造と、前記空気流スプリッタ（４４）と前記駆動軸収容室（１７）との間に接続される少なくとも１つの密閉構造と、を備えることにより、流体が前記半径方向駆動軸（１５）の周りを流れ易くなる、請求項７に記載の駆動軸収容室アセンブリ（１９）。
ガスタービンエンジンの駆動軸収容室アセンブリ（１９）を組み付ける方法であって、
前面（７６）、後面（７７）、及び両側の側面（７８）を含む駆動軸収容室（１７）を設ける工程であって、前記駆動軸収容室（１７）が、半径方向駆動軸（１５）の少なくとも一部を収容するように構成される、前記駆動軸収容室（１７）を設ける工程と、
前縁部（７４）及び後縁部（７５）を含む出口ガイドベーン（７０）を設ける工程と、
前記出口ガイドベーン（７０）を前記駆動軸収容室（１７）に接続することにより、前記出口ガイドベーン（７０）の前記後縁部をフェアリングして前記駆動軸収容室（１７）の前面に合わせる工程と
を含む、方法。
更に、分岐板（８４）を前記両側の側面（７８）の各側面に接続する工程を含む、請求項９に記載の方法。
前記分岐板（８４）は、前記駆動軸収容室（１７）を流線形に形成して下流の分岐部材（８０，８２）に合わせるように構成される、請求項１０に記載の方法。
更に、前記後縁部（７５）を前記前面（７６）に接続して、空気流を前記駆動軸収容室（１７）の周りで流れ易くする工程を含む、請求項９に記載の方法。
前記両側の側面（７８）は非平行であるので、前記前面（７６）の前記長さは、前記後面（７７）の長さよりも短い、請求項９に記載の方法。
前記駆動軸収容室アセンブリ（１９）は、バイパスダクト（４０）内で、ファンケーシング（４２）と空気流スプリッタ（４４）との間に半径方向に延在する、請求項９に記載の方法。
回転軸を備えるコアガスタービンエンジン（１３）と、
前記コアガスタービンエンジン（１３）から半径方向外側に取り付けられる付属ギアボックス（８６）と、
前記コアガスタービンエンジン（１３）と前記付属ギアボックス（８６）との間に半径方向に延在する駆動軸（１５）と、
前記半径方向駆動軸（１５）の少なくとも一部を収容するように構成される駆動軸収容室アセンブリ（１９）と、
を備え、
前記駆動軸収容室アセンブリ（１９）は、
前面（７６）、後面（７７）、及び両側の側面（７８）を含む駆動軸収容室（１７）と、
前縁部（７４）及び後縁部（７５）を含む出口ガイドベーン（７０）と
を備え、
前記後縁部（７５）は、前記前面（７６）の長さに略等しい長さを有することにより、前記出口ガイドベーン（７０）の前記後縁部（７５）をフェアリングして、前記駆動軸収容室（１７）の前記前面（７６）に合わせることができる、
ガスタービンエンジン（１３）。
更に、前記両側の側面（７８）の各側面に接続され、かつ前記駆動軸収容室（１７）を流線形に形成して下流の分岐部材（８０、８２）に合わせるように構成される分岐板（８４）を備える、請求項１５に記載のガスタービンエンジン（１３）。
前記両側の側面（７８）は非平行であるので、前記前面（７６）の前記長さは、前記後面（７７）の長さよりも短い、請求項１５に記載のガスタービンエンジン（１３）。
前記後縁部（７５）は、前記前面（７６）に接続されて、空気流が前記駆動軸収容室（１７）の周りを流れ易くなる、請求項１５に記載のガスタービンエンジン（１３）。
前記駆動軸収容室アセンブリ（１９）は、バイパスダクト（４０）内で、ファンケーシング（４２）と空気流スプリッタ（４４）との間に半径方向に延在する、請求項１５に記載のガスタービンエンジン（１３）。
前記駆動軸収容室アセンブリ（１９）は、空気流が前記半径方向駆動軸（１５）の周りを流れて、抗力を最小限に抑え易くするように構成される、請求項１５に記載のガスタービンエンジン（１３）。