JP6215302B2 - タービンエンジンのための動力伝達システム - Google Patents

Description

本発明は、動力伝達システムおよびこのようなシステムに適合されたタービンエンジンに関する。

従来より、タービンエンジンは、上流ファン、低圧圧縮器、高圧圧縮器、燃焼室、高圧タービンおよび低圧タービンを備える。構造上の中間ケーシングが、低圧圧縮器と高圧圧縮器の間に配置され、圧縮器、燃焼室およびタービン内を通って流れる一次空気流を横切り、ターボジェットを迂回する二次空気流を横切るように延在するアームを含む。

動力伝達シャフトが、かさ歯車などの接続手段を介して高圧圧縮器シャフトに接続されており、それは中間ケーシングの半径方向のアームの一方の内部に半径方向に延在することで種々の付属品や機器を駆動する。

目下のところ、伝達シャフトは、その第１の共振速度が作動中のその最大回転速度より速くなるように寸法が決められている。このような構成において、伝達シャフトは、「臨界未満」条件の下に作動すると言われており、それは作動中共振状態になることができないことにより伝達シャフトの振動を制限している。

それにも関わらず、伝達シャフトを臨界未満条件の下に作動させることを可能にするためには、前記シャフトにとって、それが十分に剛性であることを保証するために少なくとも任意の最小の直径を備えるように寸法を決めることが必須であり、これによりその重量が増大することになる。伝達シャフトに関するこの最小の直径は、それを収容する半径方向のアームが少なくとも何らかの対応する最小断面を有することを要する。

残念なことに、伝達シャフトを収容する半径方向のアームもまた、アームがこれらを横切るように延在する一次空気流および二次空気流の流れがほとんど妨害されないことを可能にする必要があり、それは大きな断面の半径方向のアームによって達成することは困難であるため、これにより空気力学的性能が低下し、タービンエンジンの効率が低下することになる。

本発明の特定の目的は、簡素で効果的でかつ費用の安い、従来技術のこのような問題に対する解決策を提供することである。

このために、本発明は、動力伝達システム、詳細には、飛行機のターボプロップまたはターボジェットなどのタービンエンジン用の動力伝達システムを提供し、システムは、かさ歯車などの接続手段によって駆動シャフトに接続された伝達シャフトを備え、機器または付属品を駆動し、システムは、伝達シャフトが臨界未満条件の下に作動するように設計され、その共振速度において振動を減衰させるための減衰器手段を含むことを特徴とする。

シャフトの多数の相互依存するパラメータ、例えば、その重量、その材料、その断面、その長さ、その形状などは全て、その共振速度に対して影響を持つ。詳細には、シャフトの断面を縮小することで、その共振速度を抑えるように作用する。

本発明において、動力伝達システムのシャフトは、少なくともその第１の共振速度が、作動中の伝達シャフトの回転速度の範囲内にあるような方式で寸法が決められるため、その断面およびその重量、ならびにそのサイズを縮小することが可能になるが、本発明によって提供される振動吸収材手段のためにその共振速度を通過時に問題を招くことはない。タービンエンジンにおいて、その後伝達シャフトを収容する中間ケーシングの半径方向のアームの断面を縮小することが可能になり、これによりアームの空気力学的性能を改善することが可能になり、タービンエンジンの効率を上げる。

本発明の別の特徴によると、減衰器手段は、固定された構造上の要素によって担持される筐体内に取り外し可能に取り付けられており、よってそれは、取り外し可能な筐体が伝達シャフトおよび減衰器手段を取り外すために取り外されることが可能であり、これによりメンテナンス作業を容易にする。

有利には、筐体は取り外し可能な方式で、伝達シャフトをそれが駆動すべき機器に接続するための接続手段の筐体内に組み込まれる。

本発明の一実施形態において、振動減衰器手段は、油膜圧縮減衰器を備える。

好ましくは、油膜圧縮減衰器は、伝達シャフトを案内するための軸受の周りに形成される。

本発明の特定の一実施形態では、減衰器の油膜は、取り外し可能な筐体の内側環状面と、案内軸受の外輪を囲む環状部分の間の環状の空間内に形成される。

本発明の別の特徴によると、油膜は、環状部分の中の環状の筐体内および／または取り外し可能な筐体内に係合した少なくとも２つの環状の密閉ガスケットによって横方向に制限される。

本発明のさらに別の特徴によると、案内軸受は、シャフトの円筒形の軸受面上に係合され、円筒形の軸受面または環状部分のねじ山付き部分に対してねじ込まれたナットによって一端が軸方向に保持されており、その他端は伝達シャフトの半径方向のリムによって保持される。

本発明はまた、上記に記載した少なくとも１つの伝達システムを含むタービンエンジンを提供しており、そこでは伝達シャフトは、中間ケーシングの半径方向のアーム内に延在している。

有利には、減衰器手段は、伝達シャフトの半径方向外側端部の周りに取り外し可能に取り付けられ、これにより半径方向のアーム内に減衰器手段を取り付けるのと比べて、伝達シャフトが通過するのに使用される半径方向のアームの断面のいかなる拡大も回避される。

好ましくは、減衰器手段は、伝達シャフトの半径方向外側端部を囲む取り外し可能な筐体内に、かつ中間ケーシングによって担持される固定構造体内の開口の内部に取り付けられる。

このように取り外し可能な筐体を伝達シャフトの半径方向外側端部に取り付けることで、メンテナンス作業を実施するために取り外し可能な筐体を伝達シャフトと共に簡単かつ迅速に取り外すことを可能にする。さらに作動中、半径方向のアームの周りを流れる二次空気流の流れが、中間ケーシングの変形を招く場合がある。取り外し可能な筐体を半径方向外側の位置に取り付けることで、減衰器手段に対する中間ケーシングのいかなる変形の影響も制限することを可能にし、これにより減衰器手段の適切な作動を保証する。

本発明はまた、接続手段によって駆動シャフトに接続された伝達シャフトを利用して、飛行機のターボプロップまたはターボジェットなどのタービンエンジンの機器または付属品に動力を伝達する方法を提供しており、方法は、それが、伝達シャフトを臨界未満速度で回転させるステップと、それがその共振速度で作動する間振動を減衰させるステップとで構成されることを特徴としている。

本発明の他の利点および特徴は、非制限的な例の目的で、添付の図面を参照して以下の記載を読むことで明らかになる。

タービンエンジンの概略の軸方向の断面図である。 伝達シャフトおよびエンジンの機器と接続する手段の半径方向外側端部部分の概略の軸方向の断面図である。 図２における点線で輪郭が描かれた区域のより大きな縮尺での概略の軸方向の断面図である。 本発明の一変形形態における伝達シャフトの半径方向外側端部における取り外し可能な筐体内に取り付けられた減衰器手段の概略の斜視断面図である。 図４の筐体の概略の断面図である。 本発明の別の変形形態における減衰器手段を収容する接続手段の概略の斜視図である。 本発明の別の変形形態における減衰器手段を収容する接続手段の概略の斜視図である。 図６の筐体の概略の断面図である。

最初に図１を参照すると、この図は、タービンエンジン１０を示しており、これは上流から下流に、ファン１２、低圧圧縮器１４、中間ケーシング１６、高圧圧縮器１８、燃焼室２０、高圧タービン２２および低圧タービン２４を備える。エンジンに進入する空気は、低圧および高圧圧縮器１４、１８の内部に流れ、燃焼室２０へと流れ、その後高圧および低圧タービン２２、２４を通って流れる一次空気流（矢印Ａ）と、圧縮器１４、１８、燃焼室２０、およびタービン２２、２４を迂回する二次空気流（矢印Ｂ）とに分割される。

中間ケーシング１６は、一次および二次空気流（矢印ＡおよびＢ）を通るように半径方向外向きに延在する構造上のアーム２６を有する。中間ケーシング１６のアーム２６の一方は、半径方向の動力伝達シャフト２８を中に含んでおり、これは内側接続手段を介して高圧圧縮器１８のシャフト３１に回転可能に接続されたその内側端部を有する。伝達シャフト１８の半径方向の外側端部は、外側接続手段３０を介して機器、例えば潤滑ユニット、油圧式ポンプ、起動装置、発電機などに接続される。

外側接続手段３０は、駆動されるべき機器を収容する筐体３４に隣接する筐体３２内に配置される。

接続手段３０の筐体３２および付属筐体３４は、ファンケーシング３６および中間ケーシング１６の外側の環状シュラウド３８によって担持される。

作動中、伝達シャフト２８は、動力を高圧圧縮器の駆動シャフト３１から、このような動力を必要とし筐体３４内に収容される機器に伝達する。

伝達シャフト２８の振動を制限するためには、それが作動中のその回転速度の範囲内にある共振速度を有することを回避するのに十分な剛性を備えるのに足りる直径である必要がある。

結果として、伝達シャフト２８を通す半径方向のアーム２６もまた、伝達シャフト２８を収容するのに十分な大きさの断面を有する必要があり、これにより半径方向のアーム２６の周辺の空気力学的性能が低下し、エンジン１０の効率も低下する。

本発明は、動力伝達システムを提供することによってそのような問題に対する解決策を提供し、そこでは伝達シャフト４０は、伝達シャフト４０がその共振速度を通過時に、その振動を制限するための減衰器手段を加えることによって臨界未満条件下で作動するように、すなわち伝達シャフト４０の動作の回転速度の範囲内にある少なくとも１つの共振速度で作動するように設計されている。

図２は、本発明の伝達システムの伝達シャフト４０の半径方向外側端部を示している。

伝達シャフト４０の半径方向外側の部分は、接続手段の管状シャフト４２内に取り付けられる。伝達シャフト４０は、伝達シャフト４０の外面に形成された縦溝４４と、管状シャフト４２の内面に形成された相補的な縦溝４６とを介して管状シャフト４２と共に回転可能に結合される。

その外周上に、管状シャフト４２は、シャフト４８のかさ歯車４６と噛み合うかさ歯車４５を含むことで機器に動力を送達する。管状シャフト４２のかさ歯車４６は、かさ歯車４５の両側に取り付けられた２つの転がり軸受５０および５２の間に介挿される。各々の軸受５０、５２は、接続手段３０を収容する筐体３２に固定された外輪５４、５６を備える。

本発明の伝達システム３０は、接続手段３０の筐体３２の開口に挿入され、伝達シャフト４０の半径方向外側端部の周囲に係合した取り外し可能な筐体５８を含む。取り外し可能な筐体５８は、接続手段の筐体３２内の開口の外側周囲に当たるように押す外側の環状リム６０を有する。取り外し可能な筐体５８は実質的に、両端において開口した円筒の形態である。取り外し可能な筐体５８の開口は、接続手段の筐体３２の外側につながり、取り外し可能な筐体５８内の開口の内部と漏れないように係合した中心部分６４を含むカバー６２によって閉ざされており、その外周を囲むように取り外し可能な筐体の環状リム６０に当たるように適用された環状リム６６に接続されている。

伝達シャフト４０の半径方向外側端部は、円筒形の軸受面６８を含んでおり、これは、その上に取り付けられた、例えば玉軸受などの第１および第２の軸方向に重ねられた軸受７０、７２を有する。第１および第２の軸受７０、７２の内輪７４、７６は、円筒形の軸受面６８の自由端においてねじ山にねじ込まれたナット７８と、円筒形の軸受面６８の他端に形成された半径方向に突出する環状リム８０とによって軸方向に移動しないようにされている。

環状部分８２は、環状部分８２の外面と、取り外し可能な筐体５８の内面の間に環状の空間を残すように軸受７０、７２の外輪８４、８６の周りに取り付けられる。この環状の空間は、環状部分８２の外面内の環状の溝内に取り付けられた環状の密閉ガスケット８８によって軸方向に閉鎖される。

環状の空間は、伝達シャフト４０がその共振速度を通過時に、その振動を吸収する油の膜を圧縮する（押しつぶす）作用に基づいた減衰器を形成するように油によって満たされている。油は、取り外し可能な筐体の厚みの中に形成され、環状の空間へと開口している少なくとも１つのチャネル４１を介して運ばれる。このチャネルは、油供給手段に接続される。

環状部分８２は、取り外し可能な筐体５８の内面の肩部８９に当てた伝達シャフト４０の自由端の近くに位置するその端部によって取り外し可能な筐体５８の中で軸方向に移動しないようにされる。環状部分８２は、同一の端部のところに環状リム９０を含んでおり、これに当てて第１の軸受７０の外輪８４が軸方向に移動しないようにされている。

その他端において、環状部分は、環状スペーサ９２と、スペーサ９２をロックするためのナット９４によって軸方向に移動しないようにされており、ナット９４はその外面上に、取り外し可能な筐体５８の内面上の相補的なねじ山に係合するねじ山を有する。

取り外し可能な筐体５８および伝達シャフト４０の半径方向外側端部の周りの油膜圧縮減衰器手段は、以下のように取り付けられる。環状部分８２が、取り外し可能な筐体５８の内部で平行移動させられることによって挿入されることで、それを肩部８９に対して当接するようにクランプ留めし、その後操作者は、第１および第２の軸受７０、７２を連続して挿入し、スペーサ９２がその後挿入され、その後にナット９４が続き、これは、取り外し可能な筐体５８内にねじ込まれる。このようにして装備された取り外し可能な筐体５８が伝達シャフト４０に対して取り付けられることで、第１および第２の軸受７０、７２の内輪７４、７６が、第２の軸受７２の内輪７６が伝達シャフト４０の半径方向のリム８０に対して当接するようになるまで円筒形の軸受面６８上を摺動する。ナット７８がその後、円筒形の軸受面６８の自由端に対してねじ込まれ、これにより第１および第２の軸受７０、７２が伝達シャフト４０上を移動するのを阻止する。伝達シャフト４０および取り外し可能な筐体５８によって形成された組立体はその後、取り外し可能な筐体５８の環状リム６０が、接続手段の筐体３２内の開口の外側周囲に当接されるようになるまで接続手段の筐体３２内の開口に挿入される。最終的に最後のステップにおいて、図２および図３に示されるように、カバー６２が、その開口を閉じるように取り外し可能な筐体５８上に取り付けられる。

図４および図５は、本発明の一変形形態を示している。この変形形態において、筐体９２は同様に実質的に円筒形の形状であり、接続手段３２の筐体の内部に位置するその端部において半径方向のリム９４を有する。環状部分９６は、動力伝達シャフト４０の半径方向の環状リム８０に面するように位置する半径方向の環状リム９８を有する。ナット１００が、環状部分９６の内面と係合し、その環状リム９８から離れて位置するその端部において、ナット１００は、第１の軸受７０の外輪８４に当接されるようになる。カバー１０２は、図４においてその切り離された位置で示されており、図５に示されるように同様に、漏れないような方式で取り外し可能な筐体９２の内部に係合した中央部分１０４を有する。そのリム１０８から離れたカバー１０２の端部１０６が環状部分９６に当接されるようになることで、取り外し可能な筐体９２内の所定の位置に軸方向にそれを保持する。

本発明のこの変形形態において、取り付け作業は、以下のように行なわれる。環状部分９６が、取り外し可能な筐体９２の半径方向の環状リム９４に対して当接するように取り外し可能な筐体９２の内部に挿入される。第１および第２の軸受７２および７８が、伝達シャフト７０の円筒形の軸受面６８と、環状部分９６の間に取り付けられ、ナット１００がその後、環状部分９６と係合される。伝達シャフト４０と取り外し可能な筐体９２とによって形成される組立体がその後、接続手段の筐体３２の開口に挿入される。カバー１０２が最終的に取り外し可能な筐体９２に取り付けられる。

図６および図７は、本発明の別の変形形態を示している。図６は、付属手段の筐体１１２に固定された接続手段の筐体１１０を示している。この変形形態において、減衰器手段を収容する筐体１１４が、機器のための動力取り出しシャフトが通過するための開口１１６を通して取り付けられ、それは接続手段の筐体１１０の内部に位置する固定部分１１８にねじ込まれる。

２つの上記に記載した実施形態とは異なり、筐体１１４は、接続手段の筐体１１０の内部に完全に収容され、それは動力伝達シャフトを挿入するように機能する筐体１１０内の開口を介して取り付けられるものではない。この構成において、したがって減衰器手段を収容する筐体１１４の取り外し作業は、付属筐体１１２を取り外す必要がある。

本発明のこの変形形態において、取り付け作業は、以下のように行なわれる。筐体１１４が、動力取り出しシャフトが通過するためのオリフィス１１６を介して取り付けられる。環状部分１２０および転がり軸受７２、７８がその後、シャフトの円筒形の軸受面６８の周りに取り付けられ、その後ナット１００が環状部分１２０と係合される。動力伝達シャフト４０に取り付けられたこの組立体は、筐体１１４の内部に挿入され、その後カバー１２２が取り付けられることで、その内側端部が環状部分に当接されることになり、これはまた、接続手段の筐体の開口を閉じるためでもある。

図５および図７に示されるように、カバー１０２、１２２は、軸方向の指１２４、１２６を含む場合があり、これらは、動力伝達シャフト４０の内部に延出し、カバー１０２、１２２の中央部分１０４、１３２の１つまたは複数のチャネル１３０と協働する少なくとも１つの内側チャネル１２８を含んでいる。このようなチャネル１３０が油供給手段と接続されることで、油が指１２４、１２６の自由端へと流れ、シャフトの内部へと噴出させることができる。この油はその後、シャフト内に形成されたオリフィス１３４を介して転がり軸受７２、７８へと流れる。

従来技術と比べて、本発明によって伝達シャフト４０の半径方向のサイズ、およびそれが収容される中間ケーシングの半径方向のアームの半径方向のサイズを縮小することが可能になる。よって、半径方向のアームの成形がし易くなることで、それによって作動中の空気の流れを良好にすることが可能である。シャフト４０の半径方向のサイズを縮小することで、振動減衰器手段があることによって、その共振速度を通過時に問題を招くこともなく、それが臨界未満状態で作動することが可能になる。

伝達シャフト４０の半径方向外側端部に配置された取り外し可能な筐体５８を利用することによって、メンテナンス作業が容易になり、特に付属筐体または接続手段の筐体を取り外すことなく筐体を取り外すことができる。図面に示される構成の全てにおいて、減衰器手段は、シャフトの半径方向外側端部に取り付けられ、これによりそれらを取り外し易くしている。

最後に、作動中、ケーシング、詳細には中間ケーシングが、空気力学的な力の影響の下に変形し、これにより内側接続手段と外側接続手段の間にずれが生じる可能性がある。本発明では、作動中外側接続手段の筐体および中間ケーシングに固定される筐体５８、９２、１１４内に減衰器手段を取り付けることで減衰器手段をこのような変形の影響を受けにくくさせ、これにより減衰器手段の作動を最適なものにしている。

本発明の他の実施形態では、振動減衰器手段は、伝達シャフト４０の半径方向内側端部に取り付けられる場合もあるが、図２および図３を参照して記載されるように、それが伝達シャフト４０の半径方向外側端部に取り付けられる構成ほど取り付けおよび取り外しが容易ではない。本発明の他の変形形態では、転がり軸受は、玉軸受タイプの場合もあり、例えば半径方向と軸方向の両方の荷重を同時に吸収することを可能にする円錐形の接触面を有するタイプなどであってよい。

Claims (12)

1. 動力伝達システム、詳細には飛行機のターボプロップまたはターボジェットなどのタービンエンジン用の動力伝達システムにして、かさ歯車などの接続手段（３０）によって駆動シャフト（３１）に接続された伝達シャフト（４０）を備え、機器または付属品を駆動する動力伝達システムであって、伝達シャフト（４０）が臨界未満条件の下に作動するように設計され、その共振速度において振動を減衰させるための減衰器手段を含むことを特徴とする、動力伝達システム。
2. 減衰器手段が、固定された構造要素によって担持される筐体（５８、９２、１１４）内に取り外し可能に取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 筐体（５８、９２、１１４）が、接続手段の筐体（３２）内に取り外し可能な方式で組み込まれることで、伝達シャフト（４０）を、それが駆動する機器または付属品に接続することを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
4. 振動減衰器手段が、油膜圧縮減衰器を備えることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載のシステム。
5. 油膜圧縮減衰器が、伝達シャフト（４０）を案内するための少なくとも１つの軸受（７０、７２）の周りに形成されることを特徴とする、請求項４に記載のシステム。
6. 減衰器の油膜が、取り外し可能な筐体（５８、９２、１１４）の内側環状面と、案内軸受の外輪（８４、８６）を囲む環状部分（８２、９６、１２０）の間の環状の空間内に形成されることを特徴とする、請求項５に記載のシステム。
7. 油膜が、環状部分内の環状の筐体および／または取り外し可能な筐体（５８）内に係合した少なくとも２つの環状の密閉ガスケット（８８）によって横方向に制限されることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
8. 案内軸受（７０、７２）が、シャフト（４０）の円筒形の軸受面上（６８）に係合され、円筒形の軸受面（６８）または環状部分（９６、１２０）のねじ山付き部分に対してねじ込まれたナット（７８）によって一端で軸方向に保持されており、その他端では伝達シャフト（４０）の半径方向のリム（８０）によって保持されることを特徴とする、請求項５または６に記載のシステム。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の少なくとも１つの伝達システムを含み、伝達シャフト（４０）が、中間ケーシング（１６）の半径方向のアーム内に延在することを特徴とするタービンエンジン。
10. 減衰器手段が、伝達シャフト（４０）の半径方向外側端部の周りに取り外し可能に取り付けられることを特徴とする、請求項９に記載のタービンエンジン。
11. 減衰器手段が、伝達シャフト（４０）の半径方向外側端部を囲む取り外し可能な筐体（５８、９２）内に、かつ中間ケーシングによって担持される固定構造体内の開口の内部に取り付けられることを特徴とする、請求項１０に記載のタービンエンジン。
12. 接続手段（３０）によって駆動シャフト（３１）に接続された伝達シャフト（４０）を利用して、飛行機のターボプロップまたはターボジェットなどのタービンエンジンの機器または付属品に動力を伝達する方法であって、伝達シャフトを臨界未満速度で回転させるステップと、それがその共振速度で作動する間振動を減衰させるステップとで構成されることを特徴とする方法。

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