JP6005738B2 - 結合解除手段を組み込んだガスタービンアクセサリギアボックス - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンの全般的分野に関し、より詳細には、ガスタービンのアクセサリを駆動するためのギアボックスに関する。

本発明の適用分野は、航空機またはヘリコプタエンジン用、およびまた補助動力装置（ＡＰＵ）用のガスタービンの分野である。

一般に、航空機またはヘリコプタガスタービンエンジンは、タービンの複数のアクセサリを駆動するためのギアボックス、すなわち特に油圧エネルギーを発生させるための、燃料を供給するための、潤滑のためのさまざまなポンプのような、およびたとえば集積駆動発電機（ＩＤＧ）タイプおよび可変周波数発電機（ＶＦＧ）タイプ等の電力を発生させるための電気発生装置のような、補助装置を駆動するためのギアボックスを含んでいる。この種のアクセサリギアボックスは、通常、省略してＡＧＢと呼ばれる。

知られている方法では、ＡＧＢは、それぞれが動力伝達軸によって回転駆動される複数の歯車から成る１つまたは複数の歯車列を含み、その軸は、タービンの軸に結合される。各アクセサリは、通常、ギアボックスの側面のうちの１つに取り付けられ、歯車列（複数の歯車列）の歯車のうちの１つと結合する駆動軸を含む。このアクセサリ支持機能に加えて、これらの側面はまた、軸受支持機能、シール機能、またはさらに潤滑機能を果たす。タービンが運転中の間、これが発生させる機械的動力の小部分が、タービン軸から取り出され、動力伝達軸および歯車列を介してこれらを駆動するためにＡＧＢに取り付けられているさまざまなアクセサリの駆動軸に伝達される。

ＡＧＢのサイズは、特に、これが駆動することになるアクセサリの数および種類に応じて変化し、また、そのアクセサリは、かなりのオーバーハングを生じる。

したがって、ＡＧＢを設計する場合、ＡＧＢの全体的なサイズおよび重量をできるだけ低減することが重要である。フランス特許出願第０９／５０６１７号明細書においては、この低減は、それらの個々のサイズに応じて互いに対してアクセサリの配置に影響を及ぼすことによって可能となる。それにもかかわらず、依然としてこのサイズをさらに低減し、全体としてこの種のＡＧＢの信頼性を増加させる必要性がある。

本発明の本来の目的は、そのサイズをかなり減少させると同時に、またその信頼性を著しく増加させることができるガスタービンＡＧＢを提供することである。

この目的は、前側面および前側面と反対の後側面を有し、ボックスを閉鎖する周辺リムを有するガスタービンＡＧＢにして、共に噛み合う複数の歯車から成る少なくとも１つの歯車列が取り付けられ、各歯車が中心軸によって担持され、前記中心軸が、その２つの端部においてそれぞれの転がり軸受によって保持され、かつアクセサリを駆動するための駆動軸に結合されるように設計されるＡＧＢであって、前記中心軸と前記駆動軸との間に取り付けられ、前記アクセサリを結合解除するための、かつ前記中心軸の相補形の歯と協働する軸方向歯を有するドッグクラッチによって構成される、結合解除手段をさらに備え、前記ドッグクラッチが、前記駆動軸の対応する外側縦溝と係合される内側縦溝を含み、前記結合解除手段が、前記ドッグクラッチの外側螺旋溝と協働する１つの端部を有するプランジャピンの移動に作用する電気アクチュエータによって制御されることを特徴とする、ガスタービンＡＧＢによって達成される。

ＡＧＢにアクセサリを結合解除する機能を組み入れることによって、アクセサリは、長さおよび吊下げ重量が低減され、したがってそれらのオーバーハングを減少させ、それによって、ＡＧＢおよびアクセサリを備えるアセンブリの全体的なサイズを減少させ、また、結合解除機能の信頼性を増加させる。

前記アクセサリは、ＩＤＧまたはＶＦＧであることが好ましい。

前記駆動軸は、２つの軸受によって前記中心軸に支持され、前記プランジャピンが前記外側螺旋溝から引っ込められる限りはドッグクラッチを結合位置に保持するように、第１に前記ドッグクラッチの内側溝に当たっており、第２に前記駆動軸の外部側方リムに当たっている戻しばね、好ましくは板ばねが設けられることが有利である。

前記プランジャピンは、前記アクセサリの結合および／または結合解除を手で制御できるようにするために、ＡＧＢの外側に延在する端部を有することができること好ましい。

前記電気アクチュエータは、パイロットによって、または制御モジュールによって制御されることが有利である。

本発明の他の特徴および利点は、限定的な特徴を全く有さない実施形態を示す添付の図面を参照して行われる次の説明から明らかになる。

本発明のＡＧＢにおけるＶＦＧ結合解除装置の一体化を示す図である。 本発明のＡＧＢにおけるＶＦＧ結合解除装置の一体化を示す図である。 従来技術のアクセサリギアボックスの切欠断面図である。

図２は、航空機エンジンのガスタービン用の従来のアクセサリギアボックス１０の一例の切欠断面図である。もちろん、本発明は、ヘリコプタエンジンガスタービン、およびＡＰＵに同様にうまく適用される。

このＡＧＢは、従来、前側面１２と前側面と反対の後側面１４とを備え、かつボックスを閉鎖する一段高くなった周辺リム１６を有する、「バナナ」または「インゲンマメ」形の実質的に矩形のボックスであり、ボックスは、２つの側面に平行に延在する１つまたは複数の歯車列１８を収容している。動力伝達軸（各図には図示せず）は、タービンの軸（同様に図示せず）から、その第１の２つの歯車２０および２２によって表される歯車列１８への伝達用に機械的動力を取り出す。

このように説明されるような歯車列は、ボックスの側面１２および１４からほぼそれらに垂直に現れるタービンの一組の異なるアクセサリ２４、２６、２８の回転駆動する働きをする。

これらのアクセサリは、その一例がその結合解除手段２５を組み込んだＶＦＧ２４である、電力を送出するための電気発生装置；エンジンおよび／またはその装置に加圧下の油、あるいはエンジンおよび／またはその装置の油回路に潤滑油を送出するための油圧ポンプ２６〜２８；燃料ポンプ；エンジンの装置に電気を送出するための永久磁石オルタネータ；エンジンを始動させるための始動機；遠心脱油装置；等によって構成されることができる。各アクセサリは、回転駆動されるために歯車列の歯車に取り付けられる駆動軸２４ａ〜２８ａを有し、より詳細には、駆動軸の溝付き端部が、歯車２０、２２を支持する中心軸のトルク伝達縦溝２０ａ；２２ａ、２２ｂに挿入される。各中心軸は、それぞれの転がり軸受３０ａ、３０ｂ；３２ａ、３２ｂによってその２つの端部のそれぞれに保持される。示されるように、ボックスの異なる側面に取り付けられる２つのアクセサリ２６、２８は、共有される歯車２２と回転可能に結合されるそれらの駆動軸を有することができる。また、端部のうちの１つにおける転がり軸受３０ｂ、３２ｂは、前側面１４と別個の、かつファスナー手段３６によって周辺リム１６に取り付けられる、軸受支持体３４に取り付けられることが認められ得る。

一般に、アクセサリ２４〜２８は、（この例では、油圧ポンプ２６および２８は同じ歯車２２に取り付けられるので、同じ回転速度を有するこの油圧ポンプ２６および２８を除いて）異なる回転速度および異なる体積を有し、その結果、また異なるオーバーハングを生じる。しかし、これらのオーバーハングは、ＡＧＢによって支持される重量のアンバランスな分布を生じる。

本発明においては、かつ図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、ＡＧＢにおいてアクセサリを直接結合解除するための手段２５を組み込むことによって、アクセサリ、たとえばＶＦＧ２４のオーバーハングを減少させることが提案されており、つまりその手段は、通常、アクセサリの一体的部分を形成する。これを行うために、発生装置２４の駆動軸２４ａは、もはやその外側縦溝を介して歯車２０の中心軸の内側縦溝２０ａと直接係合されるのではなく、むしろ歯車２０の中心軸の相補形の歯２０ｂと協働する軸方向歯４０ｂを有するドッグクラッチ４０の内側縦溝４０ａと係合される。駆動軸２４ａは、２つの滑り軸受または転がり軸受４２ａ、４２ｂによって歯車２０の中心軸に支持される。ドッグクラッチを結合位置に自動的に保持するために、第１にドッグクラッチの内側溝４０ｃに当たっており、第２に駆動軸の外部側方リム２４ｂに当たっている戻しばね４４、たとえば板ばねが設けられる。

ドッグクラッチ４０は、ドッグクラッチ４０の螺旋外側溝４０ｄと協働する１つの端部を有するプランジャピン４６ａを移動させる、電気アクチュエータ４６によって移動される（反対側については、ピンの他の端部は、ボックスの外側に延在することが好ましい）。アクチュエータは、パイロットによって、あるいは制御モジュール４８、たとえば発生装置制御ユニット（ＧＣＵ）によって直接制御される。そのうえ、示される例の場合のように、アクチュエータはまた、転がり軸受３０ａを支持することができる。

本発明のＡＧＢの動作は、ドッグクラッチ４０が係合される限りは（図１Ａ）従来のＡＧＢの動作と全く変わりはなく、アクセサリ、および特にＶＦＧ２４は、この場合、従来通りの方法で動力伝達軸を介してエンジンタービンの軸からＡＧＢの歯車列１８によって回転駆動される。アクセサリの長さ（オーバーハング）および吊下げ重量を少なくすることによって、ＡＧＢのさまざまな伝達部材によって支持される必要がある重量が低減されることが単に認められるべきである。これはその動作が異なるアクセサリを結合解除することが求められる場合のみである。具体的には、この構成においては（図１Ｂ）、結合解除は、アクセサリ自体に行われるのではなく、ＡＧＢに直接行われ、この場合、（自動制御プロセス中に）ＧＣＵまたはパイロットがアクチュエータ４６に作用して、プランジャピン４６ａをドッグクラッチ４０の螺旋溝に移動させ、それによって、ドッグクラッチは、その軸方向歯と歯車２０の中心軸の歯との間で並進運動で接触しなくなるに至るほど移動するようになる。駆動軸２４ａはもはや歯車によって駆動されないので、アクセサリの動作はもちろん中断されることになる。この結合解除は、アクセサリの動作を停止させる必要はなく、これが作動している間に行われ得ることが認められるべきである。アクセサリをもとの所へ戻して作動させるためには、アクチュエータ４６を制御することによってプランジャピン４６ａをドッグクラッチの螺旋溝から引っ込めれば十分であり、次いで、戻しばね４４による駆動を受けてこれが引っ込むことにより、ドッグクラッチが中心軸に向かって押され、したがって、それらのそれぞれの歯が係合できるようになる。

プランジャピン４６ａはＡＧＢの外側に延在する１つの端部を有するので、この端部を単に押しまたは引っ張ることによって（矢印ＭＰ）、アクセサリの結合解除または結合を手で制御し得ることが認められるべきである。

したがって、アクセサリから離れてアクセサリ−結合解除機能を使用すると、アクセサリの任意の損傷（たとえば、偏心荷重を駆動する軸受の破壊）のような結合解除による衝撃が制限され、したがって、結合解除のロバスト性および信頼性が改善される。その後は、適度な温度で作動する同様に機械的な駆動系に、主として機械的な結合解除手段を配置することによって、結合解除手段は、アクセサリの時には高い作動温度から間隔を置いて設けられる。最後に、結合解除手段が故障の場合には、従来技術の場合のようにアクセサリ全体を交換することが必要である代わりに、これを引っ込めるために設置されるＡＧＢの側面を取り除けば十分であるので、保守がより容易になる。

上記の説明はＶＦＧタイプのアクセサリを参照している（同様に、参照はＩＤＧタイプのアクセサリに行われることもできる）が、このような発明はアクセサリにいかなる変更も必要とすることなく、ライン交換可能ユニット（ＬＲＵ）である任意のアクセサリに適用され得ることが明らかであることが認められるべきである。

Claims (8)

1. 前側面（１２）および前側面と反対の後側面（１４）を有し、ボックスを閉鎖する周辺リム（１６）を有するガスタービンＡＧＢにして、共に噛み合う複数の歯車（２０、２２）から成る少なくとも１つの歯車列（１８）が取り付けられ、各歯車が中心軸によって担持され、前記中心軸が、その２つの端部においてそれぞれの転がり軸受（３０ａ、３０ｂ；３２ａ、３２ｂ）によって保持され、かつアクセサリ（２４、２６、２８）を駆動するための駆動軸（２４ａ、２６ａ、２８ａ）に結合されるように設計されるＡＧＢであって、前記中心軸と前記駆動軸との間に取り付けられ、前記アクセサリを結合解除するための、かつ前記中心軸の相補形の歯（２０ｂ）と協働する軸方向歯（４０ｂ）を有するドッグクラッチ（４０）によって構成される、結合解除手段（４０、４２、４４、４６、４８）をさらに備え、前記ドッグクラッチが、前記駆動軸の対応する外側縦溝と係合される内側縦溝（４０ａ）を含み、前記結合解除手段が、前記ドッグクラッチの外側螺旋溝（４０ｄ）と協働する１つの端部を有するプランジャピン（４６ａ）の移動に作用する電気アクチュエータ（４６）によって制御されることを特徴とする、ＡＧＢ。
2. 前記アクセサリが、ＩＤＧまたはＶＦＧであることを特徴とする、請求項１に記載のＡＧＢ。
3. 前記駆動軸が、２つの軸受（４２ａ、４２ｂ）によって前記中心軸に支持されることを特徴とする、請求項１に記載のＡＧＢ。
4. 前記プランジャピンが前記外側螺旋溝から引っ込められる限りはドッグクラッチを結合位置に保持するために、第１に前記ドッグクラッチの内側溝（４０ｃ）に当たっており、第２に前記駆動軸の外部側方リム（４２ｂ）に当たっている戻しばね（４４）をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のＡＧＢ。
5. 前記戻しばねが、板ばねであることを特徴とする、請求項４に記載のＡＧＢ。
6. 前記プランジャピンが、前記アクセサリの結合および／または結合解除を手で制御できるようにするために、ＡＧＢの外側に延在する端部を有することを特徴とする、請求項１に記載のＡＧＢ。
7. 前記電気アクチュエータが、パイロットによって、または制御モジュール（４８）によって制御されることを特徴とする、請求項１に記載のＡＧＢ。
8. 前記中心軸が、その２つの端部においてそれぞれの転がり軸受（３０ａ、３０ｂ；３２ａ、３２ｂ）によって保持されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のＡＧＢ。

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