JP6334535B2 - とりわけターボ機械用の遊星歯車減速機 - Google Patents

Description

本発明は、圧力降下を発生させるようになされた流体循環通路を形成する装置を備える、特にターボ機械用の遊星歯車減速機に関する。

遊星歯車は従来、同軸の内部太陽歯車および外部太陽歯車を備え、内部太陽歯車はその軸を中心に回転可能であり、外部太陽歯車は静止しており、少なくとも１つの遊星歯車は遊星キャリア上で回転して移動可能であるように装着され内部太陽歯車および外部太陽歯車の両方と噛み合い、遊星キャリアは内部太陽歯車および外部太陽歯車の軸を中心に旋回することが可能である。入口は典型的には、内部太陽歯車によって形成され、出口は遊星キャリアによって形成される。外遊星は軌道歯車とも称される。

ターボ機械において、遊星歯車減速機は特に、タービンの回転速度に関わらず、ファンロータの回転速度を減速させるための減速装置として使用される。

欧州特許第１７０３１７４号明細書はこのような遊星歯車減速機を記載しており、そこでは、遊星歯車を形成する鎖歯車がジャーナル軸受によって遊星キャリアのピボット上に装着されている。言い換えると、遊星キャリアは、遊星歯車の円筒形の孔の中に係合した円筒形のピボットを備える。減速装置は、前記円筒形表面の間の境界面において開口する油供給通路をさらに備える。作動時、焼き付きを防止するために、油の層が境界面に存在しなければならない。

ジャーナル軸受は一般的に、転動体を使用する軸受よりも軽く、嵩張らず、信頼性が高く、ジャーナル軸受は、絶えず油が供給され油が研磨粒子を含まない限り、ほぼ無限の耐用年数を有する。

油供給回路における故障の場合、たとえばポンプ故障の場合、ジャーナル軸受への油の供給は、たとえば補助ポンプを始動させるのにまたはターボ機械を停止するのに十分長く維持されなければならない。この期間はたとえば数十秒になる。

このために、欧州特許第１７０３１７４号明細書は、遊星キャリア内のアキュムレータの形成を提供し、各アキュムレータは所与の持続時間にわたって故障の場合にジャーナル軸受に油を供給することが可能である。このようなアキュムレータの構造およびその場所は、遊星キャリアの生産を困難にし、その寸法および質量を増加させる。

また、機能停止の場合にジャーナル軸受に供給される油の流れを制御することは、比較的困難である。特に、焼き付きを防止するのに十分でありながら、十分に長い時間にわたって油を供給することが可能であるように、比較的低い流量であるべきである。

小さい直径を有する通路が一般的に、流体流量を制限するために使用される。しかしながらこの用途では、比較的長い長さ（たとえば、通路の直径のおよそ１００倍の長さ）にわたって十分に小さい直径を有する通路は、実現するのが困難であるばかりでなく、油回路に含まれた粒子による閉塞も受ける。別の解決策は、流量を制限するように通路の入口でろ過器を使用することであり得るが、この場合も、粒子によるろ過器の閉塞の危険性が存在する。

欧州特許第１７０３１７４号明細書

本発明はより具体的には、この問題に対する単純で効率的な費用効果の高い解決策を提供することを目的とする。

このために、本発明は、少なくとも２つの要素を積み重ねることによって生ずる、圧力降下を発生させるようになされた流体循環通路を形成する装置を提供し、各要素は、圧力降下を発生させるようになされており入口および出口を備える流体循環通路を備え、一方の要素の通路の出口および入口はそれぞれ、他方の要素の通路の入口および出口にそれぞれ接続されている。

このような個々の要素は容易に達成され、組み立て後に様々な組み立て済み要素の一連の通路から形成された連続する通路を形成する。要素の数が多いほど、装置の通路内の圧力降下が大きくなる。加えて、各要素の通路は必ずしも非常に小さい断面を有するとは限らず、これは、流体中に存在する粒子による装置の閉塞を防止することを可能にする。

装置は好ましくは、互いに対して要素を位置決めするための手段を備える。

次いで要素のうちの少なくとも１つは、隣接要素の相補的陥凹と協働する心だしピンを含んでもよい。

このため要素の通路の入口または出口は、隣接要素の通路の出口または入口に対向するように保証される。このため装置の通路の連続性が確保される。

有利には、各要素の通路は全体的に迷路の形状を有し少なくとも１つの屈曲領域を備え、これは、通路断面を小さくする必要を伴わずに圧力降下を増加させることを可能にする。

本発明の一実施形態によれば、要素のうちの少なくとも１つの通路は、粒子を捕捉するように意図された陥凹を有する。

このため粒子は装置によって捕捉され、たとえばジャーナル軸受において、下流で排出される。

加えて、各要素は２つの反対側の表面を備えてもよく、通路は一方の表面に形成され、通路の入口または出口は、前記要素を通り他方の表面上に開口する孔を備える。

このような構造を有する要素は、比較的製造しやすい。

加えて、装置は同じ構造を有するいくつかの円筒形要素を備えてもよく、各前記要素の通路の入口および出口は所定の角度で角度的に離間しており、位置決め手段は同じ角度値で２つの隣接要素を角度的にずらすことを可能にする。

本発明は、同軸の内部太陽歯車および外部太陽歯車を備える、特にターボ機械用の遊星歯車減速機であり、内部太陽歯車はその軸を中心に回転可能であり、外部太陽歯車は静止しており、少なくとも１つの遊星歯車は遊星キャリア上で回転して移動可能であるように装着され内部太陽歯車および外部太陽歯車の両方と噛み合い、遊星キャリアは内部太陽歯車および外部太陽歯車の軸を中心に旋回することが可能であり、遊星歯車は、遊星キャリアの円筒形表面の周りを回転して移動可能であるように装着された円筒形の内表面を有し、減速機は、前記円筒形表面の間の境界面に油を供給するための手段をさらに備える、遊星歯車減速機であって、油供給手段はチャンバを備え、チャンバは、遊星キャリア内に設けられ、油のバッファ容積を形成するように意図され、遊星キャリアの回転軸から離間したいわゆる下部域と、遊星キャリアの回転軸に近いいわゆる上部域と、前記境界面および上部域において開口する少なくとも１つの主要通路と、前記境界面および下部域において開口する少なくとも１つの二次通路とを有し、前記二次通路は上述のタイプの装置を備えることを特徴とする遊星歯車減速機にさらに関する。

作動時、遠心力の効果の下で、チャンバ内に存在する油は半径方向外向きに押しやられる。したがって、遊星キャリア内に設けられたチャンバは、最初に遊星キャリアの回転軸から離間した下部領域内を満たし、次いで上部領域内を満たす。

通常作動時、すなわち油供給回路内に故障がない際、チャンバに入る油の流れは多く、このため油面は前記チャンバの上部領域に到達する。油は次いで、ジャーナル軸受に、すなわち遊星キャリアの円筒形表面と遊星歯車の円筒形表面との間の境界面に供給するために、主要通路を通って流出することができる。

そのサイズを考慮すると、二次通路は、通常作動時チャンバが満たされるように、すべての油を流れさせるものではないことに留意されたい。

故障の場合、チャンバに入る油の流れはゼロになり、チャンバ内の油量は減少し、もはや上部領域に到達しない：油はもはや主要通路を通って流出せず、二次通路のみを通って流出することができる。ジャーナル軸受に供給する油の流れはこのため減少するが、たとえば補助ポンプを始動させるのにまたはターボ機械を停止するのに必要な制限された期間にわたって、軸受の焼き付きを防止するのに十分である（ジャーナル軸受の劣化作動）。

本発明は、油に含まれた粒子による二次通路の閉塞の危険性を回避しながら、故障の場合に油の低流量を発生させるのに十分に高い制御された圧力損失を有する二次通路を提供することをさらに可能にする。

陥凹は好ましくは、遠心分離によって粒子を捕捉することが可能であるように、遊星キャリアの回転軸と反対の方向に、対応する要素の通路から延在する。

加えて、各要素は、遊星キャリアの回転軸に対面する第１の表面と、第１の表面に反対側の第２の表面とを有し、各要素の通路は第１の表面に形成され、前記通路の出口は、前記要素を通り第２の表面上に開口する孔を有する。

以下の添付図面を参照しながら、非限定例によって与えられる以下の説明を読むと、本発明はより良く理解され、本発明のその他の詳細、特徴、および利点は明らかとなる。

遊星歯車の概略正面図である。 遊星歯車の運動図である。 本発明による減速機の遊星キャリアおよび遊星歯車の一部の断面図である。 図３の線Ａに沿った、遊星キャリアの一部の長手方向断面図である。 図３の線Ｂに沿った、遊星キャリアの一部の長手方向断面図である。 本発明による装置が装着されている、遊星キャリアの一部の詳細断面図である。 本発明による装置の要素の斜視図である。 本発明による装置の要素の斜視図である。 ２つの同一要素の積み重ねを示す斜視図である。

図１および図２は、本発明による遊星歯車減速機１の構造を概略的に示す。遊星歯車減速機は従来、同軸の内部太陽歯車２（太陽とも称される）および外部太陽歯車３（軌道歯車とも称される）を備える。内部太陽歯車２はその軸を中心に回転可能であり、外部太陽歯車３は静止している。減速機は、遊星キャリア６のピボット５上で回転して移動可能であるように装着された遊星歯車４をさらに備える。各遊星歯車４は、内部太陽歯車２および外部太陽歯車３の両方と噛み合う。遊星キャリア６は、内部太陽歯車２および外部太陽歯車３の軸Ｘを中心に旋回することが可能である。

入口は内部太陽歯車２によって形成され、出口は遊星キャリア６によって形成される。

ターボ機械において、遊星歯車減速機は特に、タービンの回転速度に関わらず、ファンロータの回転速度を減速させるための減速装置として使用される。

図３から図５において最も良くわかるように、各遊星歯車４は、ジャーナル軸受を形成するように、遊星キャリア６に対応するピボット５の円筒形表面８を中心に旋回するように装着された円筒形の内表面７を含む。

したがって２つの円筒形表面７、８の間の境界面９には、油が供給されなければならない。このために、減速機１は、各ピボット５のＹ軸に沿って実質的に延在するチャンバ１０を備える供給手段を備え、チャンバ１０の少なくとも一方の端１１は、油入口通路に接続されている。一方の端１１のみが油入口を形成する場合には、他方の端は塞がれている。

チャンバ１０は全体的に円筒形であり、より特に、半径方向に延在する中央隔壁１２によって分離された２つの部分１０ａ、１０ｂを備える。チャンバ１０の側端１１には、チャンバ１０よりも小さい直径を有する孔が設けられており、少なくとも１つのこのような孔は、上記で示されたように油入口を形成する。

参照番号１３が付された線は、チャンバ１０のいわゆる下部点、すなわち遊星キャリア６の回転軸から最も離れた点を形成する。逆に、参照番号１４が付された線はチャンバ１０のいわゆる上部点、すなわち遊星キャリア６のＸ回転軸に最も近い点を形成する。同様に、いわゆる上部領域および下部領域は、それぞれ参照番号１５および１６が付されている。Ｘ軸は、図３のＡ断面内にあるが、図３から図５には示されていない。

作動時、遊星キャリア６の回転によって発生する遠心力の効果の下で、油は半径方向外向きに押されてチャンバ１０内に戻される。したがって、最初にチャンバ１０の下部領域１５が満たされ、次いで上部領域１６が満たされる。

チャンバ１０の部分１０ａ、１０ｂの上部領域１６内に向かって開口する孔１７は、中心壁１２を通る。チャンバ１０の部分１０ａ、１０ｂの下部領域１５内に開口する２つの孔１８は、中心壁１２をさらに通る。孔１８は、図３のＡ平面の両側に、すなわち遊星キャリア６のＸ回転軸を通過しチャンバ１０および対応するピボット５のＹ軸を通過する半径方向平面の両側に位置する。各孔１８の直径は、孔１７の直径よりも小さくてもよい。

主要通路１９は、中央隔壁１２内に半径方向に延在し、ピボット５の外側円筒壁８および孔１７において開口する。

図３から図５の実施形態において、チャンバ１０の各部分１０ａ、１０ｂは二次通路２０ａ、２０ｂをさらに備え、二次通路は、半径方向に延在しピボット５の外側円筒壁８において開口し、チャンバ１０の対応する部分１０ａ、１０ｂの下部点１３において開口する。

各二次通路２０ａ、２０ｂの断面は、主要通路１９の断面よりも小さい。

通常作動時、油は、油面がチャンバ１０の上部領域１６内に位置するのに十分な流量でチャンバ１０に入る。油量は、孔１８に起因してかつ孔１７により、チャンバ１０の両方の部分１０ａ、１０ｂ内で等しい。

次いで油は主要通路１９に入り、遠心分離によって境界面９に供給される。

主要通路１９の断面は、ジャーナル軸受の正確な作動を得ていかなる焼き付き現象も回避するように課されたまたは計算された仕様に厚さが対応する油膜を境界面９において得るようなサイズになされる。

故障の場合、油量は、図３の参照番号２１が付されたレベルに到達するまで急速に減少し、そこからは油はもはや孔１７を通って主要通路１９に入ることができない。この時から、油は二次通路２０ａ、２０ｂを通らなければ（遠心分離の効果の下で）流出することができない。劣化作動のこの段階の間、たとえば３０秒程度の所与の期間にわたってジャーナル軸受の焼き付きを防止するように、十分な量の油が二次通路２０ａ、２０ｂを介して境界面９に到達する。この期間は、たとえば補助ポンプの再始動またはエンジンの停止を可能にするのに十分でなければならない。このため二次通路２０ａ、２０ｂの断面は、所望の時間にわたってこのような劣化モードを許容するように決定される。

図６から図９において最も良くわかるように、各二次通路２０ａ、２０ｂは、複数の同一要素２２の積み重ねを備える装置によって形成され、要素２２の構造は、図７および図８に示されている。

各要素２２は、全体的に円筒形の形状を有し、遊星キャリア６のＸ回転軸から離れたいわゆる下面２３と、Ｘ軸に近いいわゆる反対側の上面２４とを備える。いずれの面２３、２４も、互いに平行である。各要素２２の軸は、参照符号Ｚが付されている。

心だしピン２５は上面２４から突起し、一致する形状を有する陥凹２６は下面２３に形成される。あるいは、その逆が提供されてもよい。

通路２７が、要素２２の厚み部分の上面２４にさらに形成される。通路２７は、全体的に長方形または正方形の断面を有する。通路は、参照番号３０、３１、３２がそれぞれ付された第１、第２、および第３の連続的直線部分によって接続された入口２８および出口２９を備える。第１の部分３０は、入口２８に接続されている。第２の部分３１は、第１の屈曲を形成するように、第１の部分３０に対して実質的に直角に延在する。同様に、第３の部分３２は、第２の屈曲を形成するために第２の部分３１に対して実質的に直角に延在する。第３の部分３２は出口２９にさらに接続されている。出口は、要素２２を通り要素２２の下面２３において開口する孔によって形成される。

第１の部分３０および第２の部分３１は各々、対応する部分３０、３１の全幅にわたって延在する陥凹３３を備える。各陥凹３３は、通路２７の底部から下面２３に向かって延在する。

各陥凹３３の底壁は、要素２２の下面２３および上面２４に対して全体的に傾斜していてもよく、次いで最も深い陥凹領域は、入口２８側に位置する。

通路２７の入口２８および出口２９は、Ｚ軸に対して角度αで互いに対して角度的にずらされている。図示された例において、この角度αは９０°程度の角度である。ピン２５および陥凹２６もまた、同じ角度値αでずらされている。

上記に示されたように、装置はいくつかの同一要素２２を積み重ねることによって実現される。このため要素２２のピン２５は隣接要素２２の陥凹２６の中に係合し、要素２２の通路２７の出口２９は隣接要素２２の通路２７の入口２８に向かい合って位置して、連続する二次通路２０ａ、２０ｂを形成する。

積み重ねの端に位置決めされた要素２２が、互いに異なる構造を有してもよいことに留意されたい。実際のところ、前記いわゆる上部要素、すなわちＸ軸に最も近い積み重ねの要素は、ピン２５を有さなくてもよい。加えて、いわゆる下部要素、すなわちＸ軸から最も遠い要素は、陥凹２６を有さなくてもよい。

加えて、積み重ねられた様々な要素２２は、たとえば反対側のショルダおよびフランジからなるシステム、サークリップタイプの停止手段、またはネジシステムなどの適切な締結手段（図示せず）を使用して保持できる。代替解決策において、要素２２は、ピボット５の孔の中で収縮することができる。このような締結手段は、二次通路２０ａ、２０ｂのある程度のきつさを確保するように、様々な要素２２の下面２３および上面２４を接触した状態で維持することを可能にする。

作動時、機能停止の間、図９の矢印３４によって示されたように、油は上部要素２２の入口２８を通って入り、様々な連続的要素２２の通路２７の中で前方に移動し、境界面９に供給するように要素２２の下部出口２９を通って流出する。要素２２の連続的屈曲は、油に含まれた粒子によるいかなる閉塞も回避するために十分に大きい通路断面を有しながら、二次通路２０ａ、２０ｂ内の制限された油の流れを得るように、圧力降下を生じさせる。また、作動時、このような粒子は、これらが境界面９に引き込まれるのを回避するように、遠心分離３３によって陥凹内に捕捉される。

Claims (8)

1. 同軸の内部太陽歯車（２）および外部太陽歯車（３）を備える、ターボ機械用の遊星歯車減速機（１）にして、内部太陽歯車（２）はその軸（Ｘ）を中心に回転可能であり、外部太陽歯車（３）は静止しており、少なくとも１つの遊星歯車（４）は遊星キャリア（６）上で回転して移動可能であるように装着され内部太陽歯車（２）および外部太陽歯車（３）の両方と噛み合い、遊星キャリア（６）は内部太陽歯車（２）および外部太陽歯車（３）の軸（Ｘ）を中心に旋回することが可能であり、遊星歯車（４）は、遊星キャリア（６）の円筒形表面（８）を中心に回転して移動可能であるように装着された円筒形の内表面（７）を有し、減速機（１）は、前記円筒形表面（７、８）の間の境界面（９）に油を供給するための手段をさらに備える、遊星歯車減速機であって、油供給手段はチャンバ（１０）を備え、チャンバは、遊星キャリア（６）内に設けられ、油のバッファ容積を形成するように意図され、遊星キャリア（６）の回転軸（Ｘ）から離間したいわゆる下部域（１５）と、遊星キャリア（６）の回転軸（Ｘ）に近いいわゆる上部域（１６）と、前記境界面（９）および上部域（１６）において開口する少なくとも１つの主要通路（１９）と、前記境界面（９）および下部域（１５）において開口する少なくとも１つの二次通路（２０ａ、２０ｂ）とを有し、前記二次通路（２０ａ、２０ｂ）は、少なくとも２つの要素（２２）を積み重ねることによって得られる、圧力降下を発生させることが可能な装置を備え、各要素（２２）は、圧力降下を発生させることが可能であり入口（２８）および出口（２９）を備える流体循環通路（２７）を備え、一方の要素（２２）の通路（２７）の出口（２９）および入口（２８）はそれぞれ、他方の要素（２２）の通路（２７）の入口（２８）および出口（２９）にそれぞれ接続されており、
   同じ構造を有するいくつかの円筒形要素（２２）を備え、前記要素（２２）のうちの各々の通路（２７）の入口（２８）および出口（２９）は所定の角度（α）で角度的に離間しており、位置決め手段（２５、２６）は同じ角度値（α）で２つの隣接要素（２２）を角度的にずらすことを可能にすることを特徴とする、遊星歯車減速機。
2. 圧力損失を発生させるようになされた装置が、互いに対して要素（２２）を位置決めするための手段（２５、２６）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の減速機。
3. 要素（２２）のうちの少なくとも１つが、隣接要素（２２）の相補的筐体（２６）と協働する心だしピン（２５）を備えることを特徴とする、請求項２に記載の減速機。
4. 各要素（２２）の通路（２７）が、全体的に迷路の形状を有し、少なくとも１つの屈曲領域（３０、３１、３２）を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の減速機。
5. 要素（２２）のうちの少なくとも１つの通路（２７）が、粒子を捕捉するように意図された陥凹（３３）を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の減速機。
6. 各要素（２２）が２つの反対側の表面（２３、２４）を備え、通路（２７）は一方の表面（２４）に形成され、通路（２７）の入口（２８）または出口（２９）は、前記要素（２２）を通り他方の表面（２３）上に開口する孔を備えることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の減速機。
7. 陥凹（３３）が、遠心分離によって粒子を捕捉することが可能であるように、遊星キャリア（６）の回転軸（Ｘ）と反対の方向に、対応する要素（２２）の通路（２７）から延在することを特徴とする、請求項５に記載の減速機。
8. 各要素（２２）が、遊星キャリア（６）の回転軸（Ｘ）に対面する第１の表面（２４）と、第１の表面（２４）に反対側の第２の表面（２３）とを有し、各要素（２２）の通路（２７）は第１の表面（２４）に形成され、前記通路（２７）の出口（２９）は、前記要素を通り第２の表面（２３）上に開口する孔を有することを特徴とする、請求項６に記載の減速機。

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