JP6527902B2

JP6527902B2 - 軸受

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Publication number: JP6527902B2
Application number: JP2017074873A
Authority: JP
Inventors: ジョシュア・タイラー・ムック; バグラ・ハン・エルタス; ジェイソン・ジョセフ・ベラルディ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2016-04-18
Filing date: 2017-04-05
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2037-04-05
Also published as: US20170298988A1; CN107304713A; US10704600B2; EP3236094A1; CA2963506C; JP2017194056A; EP3236094B1; US9951811B2; US20180209479A1; CA2963506A1; CN107304713B

Description

本主題は、一般に軸受に関し、より詳細には、ガスタービンエンジンに使用され得る空気軸受に関する。

ガスタービンエンジンは、一般に、互いに流れ連通するように配置されるファン及びコアを含む。さらに、ガスタービンエンジンのコアは、一般に、連続した流れの順序で、圧縮機セクション、燃焼セクション、タービンセクション、及び排気セクションを含む。運転中、空気は、ファンから圧縮機セクションの入口に供給され、そこでは、１つ以上の軸流圧縮機が、空気が燃焼セクションに到達するまで空気を徐々に圧縮する。燃料は、燃焼ガスを供給するために燃焼セクション内で圧縮空気と混合され、燃焼される。燃焼ガスは、燃焼セクションからタービンセクションに送られる。タービンセクションを通る燃焼ガスの流れは、タービンセクションを駆動し、次に、排気セクションを通して例えば大気に送られる。

従来のガスタービンエンジンは、所定の動作条件下での最適な動作に必要なシャフト、圧縮機、タービン、結合器、シールパック、及び他の要素を有するロータアセンブリを含む。これらのロータアセンブリは、重力に起因する一定の静的な力を発生させる質量を有し、また、例えば動作中のロータアセンブリの不安定に起因して動的な力を発生させる。このようなガスタービンエンジンは、ロータアセンブリの回転を可能にしながらこれらの力に耐え、これらを支持する軸受を含む。

少なくともいくつかの知られている回転機械は、非油潤滑軸受が求められる場合、ガス軸受を使用する。しかしながら、一般的なガス軸受は、従来の内側に配置される緩衝アセンブリに起因して軸受パッドの外周部で支持される。このような構成は、ガス軸受がロータアセンブリの回転構成要素の位置ずれ（ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を吸収することを困難にし得る。これは、点又は線の力が、このような位置ずれに起因して軸受パッドと回転構成要素との間に発生するためである。

したがって、ロータアセンブリの回転構成要素の位置ずれを吸収することが可能なガス軸受は有用であろう。より詳細には、実質的に点力又は線力を発生させることなくロータアセンブリの位置ずれした（ｍｉｓａｌｉｇｎｅｄ）回転構成要素を支持することが可能なガス軸受はとりわけ有益であろう。

米国特許第９２９７４３８号明細書

本発明の態様及び利点は、以下の説明に部分的に述べられ、この説明から明らかになり得るし、本発明の実施を通して学ばれ得る。

本開示の例示的な一実施形態では、軸方向及び半径方向を有する軸受が提供される。軸受は、外周部を有する、回転構成要素を支持するための軸受パッドを含む。軸受は、軸受パッドに取り付けられるか、又はこれと一体的に形成されるハウジングをさらに含む。ハウジングは、軸受パッドに向かって延在する、軸受パッドに空気流を供給するための可撓性コラムを含む。コラムは、軸方向に沿って軸受パッドの外周部の内側の位置から軸受パッドを支持し、このため、外周部の、半径方向に沿った軸受パッドの抵抗は、コラムの近傍の、半径方向に沿った軸受パッドの抵抗よりも小さい。

本開示の別の例示的な実施形態では、回転構成要素を有するガスタービンエンジン用の軸受が提供される。軸受は、ガスタービンエンジンの回転構成要素を支持するための、外周部を有する軸受パッドを含む。軸受は、軸受パッドに取り付けられるか、又はこれと一体的に形成される内側壁を有するハウジングをさらに含む。内側壁は、少なくとも部分的に可撓性コラムを形成し、可撓性コラムは、軸受パッドの外周部の内側の位置から軸受パッドを支持し、軸受パッドに空気流を供給するための通路を画成する。

本発明のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲を参照することによってより良く理解されるようになる。本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例示しており、説明と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。

当業者を対象とした、本発明の完全かつ有効な開示（その最良の態様を含む）が、添付図面への参照がなされる本明細書に述べられている。

本主題の様々な実施形態に係る例示的なガスタービンエンジンの概略断面図である。本開示の例示的な実施形態に係る軸受の側面図である。図２の例示的な軸受の端面図である。図２の例示的な軸受の切欠斜視図である。図２の線５−５に沿った、図２の例示的な軸受の断面図である。図３の線６−６に沿った、図２の例示的な軸受の断面図である。押圧状態にある図２の例示的な軸受の拡大断面図である。伸張状態にある図２の例示的な軸受の拡大断面図である。軸線から外れた（ｏｆｆａｘｉｓ）回転構成要素を吸収する図２の例示的な軸受の拡大断面図である。

次に、本発明の本実施形態を詳細に参照するが、その１つ以上の例が、添付図面に例示されている。詳細な説明では、図面中の特徴を参照するために、数字及び文字の符号が使用されている。図面及び説明における同じ又は同様の符号は、本発明の同じ又は同様の部分を参照するために使用されている。本明細書で使用される場合、「第１の」、「第２の」、及び「第３の」という用語は、構成要素を互いに区別するために交換可能に使用され得るものであり、個々の構成要素の位置又は重要性を意味するためのものではない。「上流」及び「下流」という用語は、流体経路における流体の流れに関する相対方向を意味する。例えば、「上流」は、流体が流れてくる方向を意味し、「下流」は、流体が流れていく方向を意味する。

次に、複数の図を通して同一の数字が同じ要素を示す図面を参照すると、図１は、本開示の例示的な実施形態に係るターボ機械の概略断面図である。より詳細には、図１の実施形態に関して、ターボ機械は、ガスタービンエンジン、より厳密に言えば、高バイパスターボファンジェットエンジン１２（本明細書では「ターボファンエンジン１２」と呼ばれる）として構成される。図１に示されているように、ターボファンエンジン１２は、軸方向Ａ１（参照のために提供されている長手方向中心線１３と平行に延在する）、半径方向Ｒ１、及び軸方向Ａ１の周りに延在する周方向（図示せず）を有する。一般に、ターボファンエンジン１２は、ファンセクション１４及び該ファンセクション１４の下流に配置されるコアタービンエンジン１６を含む。

描かれている例示的なコアタービンエンジン１６は、一般に、環状入口２０を画成する略管状の外側ケーシング１８を含む。外側ケーシング１８は、連続した流れ関係で、ブースタ又は低圧（ＬＰ）圧縮機２２及び高圧（ＨＰ）圧縮機２４を含む圧縮機セクションと、燃焼セクション２６と、高圧（ＨＰ）タービン２８及び低圧（ＬＰ）タービン３０を含むタービンセクションと、ジェット排気ノズルセクション３２とを包み込み、コアタービンエンジン１６は、連続した流れ関係で、ブースタ又は低圧（ＬＰ）圧縮機２２及び高圧（ＨＰ）圧縮機２４を含む圧縮機セクションと、燃焼セクション２６と、高圧（ＨＰ）タービン２８及び低圧（ＬＰ）タービン３０を含むタービンセクションと、ジェット排気ノズルセクション３２とを含む。高圧（ＨＰ）シャフト又はスプール３４は、ＨＰタービン２８とＨＰ圧縮機２４とを駆動連結する。低圧（ＬＰ）シャフト又はスプール３６は、ＬＰタービン３０とＬＰ圧縮機２２とを駆動連結する。したがって、ＬＰシャフト３６及びＨＰシャフト３４は各々回転構成要素であり、ターボファンエンジン１２の運転中に軸方向Ａ１を中心に回転する。

このような回転構成要素を支持するために、ターボファンエンジンは、ターボファンエンジン１２内の様々な構造構成要素に取り付けられる複数の空気軸受１００を含む。具体的には、描かれている実施形態に関して、軸受１００は、例えばＬＰシャフト３６及びＨＰシャフト３４の回転を容易にし、ターボファンエンジン１２の運転中に軸受１００に加わる振動エネルギーを緩衝する。軸受１００は、概ねＬＰシャフト３６及びＨＰシャフト３４の各々の前端及び後端に配置されるものとして説明され、例示されているが、軸受１００は、さらに又は或いは、シャフト３４、３６の中央領域もしくは中間領域を含むが、これに限定されない、ＬＰシャフト３６及びＨＰシャフト３４に沿った任意の所望の位置又は従来の軸受１００の使用が重要な設計課題となる、シャフト３４、３６に沿った他の位置に配置されてもよい。さらに、軸受１００は、従来の油潤滑軸受と組合せて使用されてもよい。例えば、一実施形態では、従来の油潤滑軸受が、シャフト３４、３６の端部に配置されてもよく、１つ以上の軸受１００は、シャフト３４、３６の中央領域又は中間領域に沿って配置されてもよい。

引き続き図１の実施形態を参照すると、ファンセクション１４は、ファン３８を含み、ファン３８は、ディスク４２に互いに離間して結合される複数のファンブレード４０を有する。描かれているように、ファンブレード４０は、概ね半径方向Ｒ１に沿ってディスク４２から外側に延在する。ファンブレード４０の各々は、ファンブレード４０が、ファンブレード４０のピッチを一括して一斉に変更するように構成される適切なピッチ変更機構４４に動作可能に結合されるおかげで、ピッチ軸線Ｐを中心にディスク４２に対して回転可能である。ファンブレード４０、ディスク４２、及びピッチ変更機構４４は、パワーギヤボックス（ｐｏｗｅｒｇｅａｒｂｏｘ）４６を介してＬＰシャフト３６により長手方向中心線１３を中心に一緒に回転可能である。パワーギヤボックス４６は、ＬＰシャフト３６に対するファン３８の回転速度をより効率的なファン回転速度に調整するための複数のギヤを含む。より詳細には、ファンセクションは、パワーギヤボックス４６を介してＬＰシャフト３６により回転可能なファンシャフトを含む。したがって、ファンシャフトもまた、回転構成要素であると考えることができ、１つ以上の軸受によって同様に支持することができる。

引き続き図１の例示的な実施形態を参照すると、ディスク４２は、複数のファンブレード４０を通る空気流を促進するように空気力学的に成形される回転可能な前方ハブ４８によって覆われる。さらに、例示的なファンセクション１４は、ファン３８及び／又はコアタービンエンジン１６の少なくとも一部分の周囲を囲む環状ファンケーシング又は外側ナセル５０を含む。例示的なナセル５０は、周方向に互いに離間される複数の出口ガイドベーン５２によってコアタービンエンジン１６に対して支持される。さらに、ナセル５０の下流セクション５４は、コアタービンエンジン１６の外側部分との間にバイパス空気流通路５６を画成するようにコアタービンエンジン１６の外側部分を覆うよう延在する。

ターボファンエンジン１２の運転中、大量の空気５８が、ナセル５０及び／又はファンセクション１４の関連する入口６０を通ってターボファンエンジン１２に流入する。大量の空気５８が、ファンブレード４０を通過するとき、矢印６２によって示されているような空気５８の第１の部分は、バイパス空気流通路５６に向けられるか、又は送られ、矢印６４によって示されているような空気５８の第２の部分は、コア空気流路３７（又はより具体的にはＬＰ圧縮機２２）に向けられるか、又は送られる。空気の第１の部分６２と空気の第２の部分６４との比率は、バイパス比として一般に知られている。次に、空気の第２の部分６４の圧力は、空気の第２の部分６４が高圧（ＨＰ）圧縮機２４を通して燃焼セクション２６に送られるときに高められ、そこでは、空気の第２の部分６４は、燃焼ガス６６を供給するために燃料と混合され、燃焼される。

燃焼ガス６６は、ＨＰタービン２８を通して送られ、そこでは、燃焼ガス６６から熱エネルギー及び／又は運動エネルギーの一部分が、外側ケーシング１８に結合されるＨＰタービンステータベーン６８及びＨＰシャフト又はスプール３４に結合されるＨＰタービンロータブレード７０の連続した段によって取り出され、これにより、ＨＰシャフト又はスプール３４が回転し、この結果、ＨＰ圧縮機２４の動作が支援される。次に、燃焼ガス６６は、ＬＰタービン３０を通して送られ、そこでは、燃焼ガス６６から熱エネルギー及び運動エネルギーの第２の部分が、外側ケーシング１８に結合されるＬＰタービンステータベーン７２及びＬＰシャフト又はスプール３６に結合されるＬＰタービンロータブレード７４の連続した段によって取り出され、これにより、ＬＰシャフト又はスプール３６が回転し、この結果、ＬＰ圧縮機２２の動作及び／又はファン３８の回転が支援される。

その後、燃焼ガス６６は、推進力を提供するためにコアタービンエンジン１６のジェット排気ノズルセクション３２を通して送られる。同時に、空気の第１の部分６２の圧力は、空気の第１の部分６２が、ターボファンエンジン１２のファンノズル排気セクション７６から排気されて、同様に推進力を提供する前にバイパス空気流通路５６を通して送られるときに大幅に高められる。ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、及びジェット排気ノズルセクション３２は、コアタービンエンジン１６を通して燃焼ガス６６を送るための高温ガス通路７８を少なくとも部分的に画成する。

しかしながら、図１に描かれている例示的なターボファンエンジン１２が、単なる例として提供されていること及び他の例示的な実施形態では、ターボファンエンジン１２は、任意の他の適切な構成を有してもよいことが認められるべきである。また、さらに他の例示的な実施形態では、本開示の態様が、任意の他の適切なガスタービンエンジンに組み込まれてもよいことが認められるべきである。例えば、他の例示的な実施形態では、本開示の態様は、例えばターボプロップエンジン、ターボシャフトエンジン、又はターボジェットエンジンに組み込まれてもよい。さらに、さらに他の実施形態では、本開示の態様は、任意の他の適切なターボ機械（蒸気タービン、遠心圧縮機、及び／又はターボチャージャを含むが、これらに限定されない）に組み込まれてもよい。

次に図２〜図４を参照すると、本開示の例示的な実施形態に係る軸受１００が描かれている。具体的には、図２は、本開示の例示的な実施形態に係る軸受１００の側面図を提供し、図３は、図２の例示的な軸受１００の端面図を提供し、図４は、図２の例示的な軸受１００の切欠斜視図を提供する。特定の例示的な実施形態では、例示的な軸受１００は、図１を参照して上で説明した例示的なターボファンエンジン１２に組み込まれてもよいし、或いは、軸受１００は、任意の他の適切なガスタービンエンジン又はターボ機械に組み込まれてもよい。

図示のように、描かれている例示的な軸受１００は、一般に、軸方向Ａ２（及び概ね軸方向Ａ２に沿って延在する中心軸線１０２）、半径方向Ｒ２、並びに周方向Ｃ２を有する。軸受１００は、軸方向開口１０４を有し、軸方向開口１０４内の（例えばターボファンエンジン１２の）回転構成要素を支持するように構成される。軸受１００は、一般に、１つ以上の軸受パッド１０６であって、各々が回転構成要素を支持するための内側表面１０８を有する１つ以上の軸受パッド１０６及び軸受パッド１０６に取り付けられるか、又はこれと一体的に形成されるハウジング１１０を含む。軸受１００は、「空気」軸受（すなわち、油のない／油の少ない軸受）として構成され、したがって、ハウジング１１０は、一般に、回転構成要素との分離を生じさせるために、またこのような回転構成要素を支持するための低摩擦手段（描かれていない）を提供するために動作中に１つ以上の軸受パッド１０６の内側表面１０８に作動ガス（例えば、空気、圧縮空気、及び燃焼ガスなど）の流れを供給するように構成される。

軸受１００のハウジング１１０は、軸方向Ａ２の第１の端部にあるガス入口１１２（図３）及びガス入口１１２からコラム１１６まで延在する供給通路１１４（図４）を含む。コラム１１６は、以下でより詳細に述べられるように、供給通路１１４から軸受パッド１０６に作動ガスの流れを供給するように構成される。さらに、描かれているように、コラム１１６は、軸受パッド１０６に向かって延在し、軸受パッド１０６を支持する。描かれている実施形態に関して、コラム１１６は、軸受パッド１０６を完全に支持する。さらに、描かれている実施形態に関して、コラム１１６は、軸受パッド１０６のほぼ中心に配置される。より詳細には、描かれている軸受パッド１０６は、軸方向Ａ２及び周方向Ｃ２において中心１１８を有し、コラム１１６は、軸受パッド１０６の中心１１８の近傍で少なくとも部分的に軸受パッド１０６に取り付けられるか、又はこれと一体的に形成される。しかしながら、他の実施形態では、コラム１１６は、その代わりに軸受パッド１０６の中心から外れて配置されてもよい。

特定の実施形態では、軸受パッド１０６は、軸受１００の動作中に回転構成要素を支持する及び／又は潤滑にするために作動ガスを分散及び／又は拡散させるように構成されてもよい。このようにして、軸受１００は、流体静力学的に加圧される適合した軸受パッドを実現してもよい。例えば、描かれている例示的な軸受パッド１０６は、回転構成要素を支持する及び／又は潤滑にする目的で軸方向開口１０４内に等分布圧力場を形成するために軸受パッド１０６の全体にわたって配置される複数のガス分配孔１２０を含む。

複数のガス分配孔１２０は、本明細書で説明されているような機能に適した任意の寸法又は配置（例えば、配列、パターン、又は構成）を有するように構成されてもよい。例えば、一部の実施形態では、複数のガス分配孔１２０の直径は、一般に約２ミル（約５０マイクロメートル）〜約１００ミル（約２，５４０マイクロメートル）、より厳密には、約５ミル（約１２７マイクロメートル）〜約２０ミル（約５０８マイクロメートルの範囲であってもよい。或いは又はさらに、一部の実施形態では、軸受パッド１０６の各々は、コラム１１６から受け入れる作動ガスが、軸方向開口１０４内に、回転構成要素を支持する及び／また潤滑にするのに十分な圧力を発生させることを可能にするために十分に高いガス透過率を有してもよい。

さらに、描かれているように、軸受１００は、軸受１００の周方向Ｃ２に沿って互いに離間される複数のセクション１２２を含む。セクション１２２の各々は、一般に、軸受パッド１０６（例えば、上で説明したのと同じ方法で構成される）及びダンパアセンブリとして構成される、ハウジング１１０の部分の各々を含んでもよい。したがって、例えば図３に最も明瞭に見られ得るように、軸受１００は、周方向Ｃ２に沿って略均等に離間される複数の軸受パッド１０６を含む。軸受パッド１０６の各々は、各々の内側表面１０８を有し、複数の軸受パッド１０６の内側表面１０８は、回転構成要素を支持するために、周方向Ｃ２に沿った略環状の支持表面（例えば図３参照）及び軸方向Ａ２に沿った直線状の支持表面（例えば、以下で述べられる図６参照）を一緒に形作る。

軸受パッド１０６は、軸受１００の作動条件に耐えるのに適した任意の材料から製造されてもよい。加えて、一部の実施形態では、軸受パッド１０６は、例えばターボ機械の動作中に軸受パッド１０６と回転構成要素との間に形成される薄いガス膜の不安定性を抑えるために、十分に低い多孔率を有する材料から製造される。例えば、一部の実施形態では、軸受パッド１０６は、多孔質炭素（カーボングラファイト、焼結多孔質セラミックスなど）及び焼結多孔質金属（コバルト、ニッケル、又は鉄基合金など）から製造されてもよい。

さらに、一部の実施形態では、セクション１２２の各々の軸受パッド１０６及びハウジング１１０は、単一の連続材料から一体的に形成されてもよい。例えば、一部の実施形態では、軸受パッド１０６の各々は、各々のセクション１２２の軸受パッド１０６及びハウジング１１０が単一の一体部品を形成するように製造されるよう、軸受１００の対応するセクション１２２のハウジング１１０と一体的に形成されてもよい。さらに、特定の実施形態では、２つ以上のセクション１２２を形成する複数の軸受パッド１０６及びハウジング１１０の対応する部分が一体的に形成されてもよいし、さらには、軸受１００を形成する複数の軸受パッド１０６の各々及びハウジング１１０の対応する部分が一体的に形成されてもよい。

軸受パッド１０６及びハウジング１１０は、以下で描かれ、説明される一体部品の形成を促進するのに適した任意の技術によって製造されてもよい。例えば、一部の実施形態では、軸受パッド１０６及びハウジング１１０は、付加製造工程（ラピッドプロトタイピング、ラピッドマニュファクチュアリング、及び３Ｄプリンティングとしても知られている）（選択的レーザ焼結（ＳＬＳ：ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌａｓｅｒｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）、直接金属レーザ焼結）（ＤＭＬＳ：ｄｉｒｅｃｔｍｅｔａｌｌａｓｅｒｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）、電子ビーム溶解（ＥＢＭ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｍｅｌｔｉｎｇ）、拡散接合、又は選択的加熱焼結（ＳＨＳ：ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｈｅａｔｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）など）を使用して製造されてもよい。しかしながら、他の実施形態では、軸受セクション１２２（軸受パッド１０６及びハウジング１１０の対応する部分を含む）の１つ以上が、単一の連続材料から一体的に形成され、任意の他の適切な方法で（機械的締結手段などによって）、別個に形成された隣接する軸受セクション１２２に接合されてもよいことが認められるべきである。

次に特に図４を参照し、例示的な軸受１００の断面図を提供する図５及び図６（各々図２の線５−５及び図３の線６−６に沿って）も参照すると、上で簡単に指摘したように、軸受セクション１２２の各々は、ダンパアセンブリとして構成される、ハウジング１１０の部分を含む。より詳細には、描かれている実施形態に関して、ハウジング１１０は、少なくとも部分的に第１の流体ダンパキャビティ１２４及び第２の流体ダンパキャビティ１２６を有する。描かれている実施形態に関して、第１の流体ダンパキャビティ１２４及び第２の流体ダンパキャビティ１２６は各々、コラム１１６の周囲に３６０度（３６０°）にわたって延在する。さらに、第１の流体ダンパキャビティ１２４は、軸受パッド１０６の近くに配置され、第２の流体ダンパキャビティ１２６は、第１の流体ダンパキャビティ１２４から離間される、より詳細には、半径方向Ｒ２に沿って第１の流体ダンパキャビティ１２４から離間される。

描かれている実施形態に関して、軸受セクション１２２の各々のためのダンパアセンブリとして構成される、ハウジング１１０の部分は、一般に、第１の外側壁１２８及び第２の内側壁１３０を含む。内側壁１３０及び外側壁１２８は、描かれている実施形態に関して、各々蛇行した内側壁１３０及び蛇行した外側壁１２８（すなわち、様々な方向に延在する壁）として構成される。例えば、軸受パッド１０６は、一般に外周部１３２を有する。蛇行した外側壁１２８は、軸受パッド１０６の外周部１３２の近傍で（より厳密に言えば、軸受パッド１０６の外周部１３２で）軸受パッド１０６に取り付けられるか、又はこれと一体的に形成され、概ね軸方向Ａ２に沿って軸受パッド１０６の中心１１８に向かって延在し、その後、軸方向Ａ２に沿って軸受パッド１０６の中心１１８から離れて後方に延在し、ハウジング１１０の本体１３４に連結される。同様に、描かれている実施形態に関して、内側壁１３０は、軸受パッド１０６の中心１１８の近傍で（より厳密に言えば、軸受パッド１０６の中心１１８で）軸受パッド１０６に取り付けられるか、又はこれと一体的に形成され、概ね半径方向Ｒ２に沿って軸受パッド１０６から離れて延在し、その後、軸方向Ａ２に沿って軸受パッド１０６の中心１１８から離れて延在し、同様にハウジング１１０の本体１３４に連結される。

さらに、外側壁１２８は、一般に半硬質部分１３６及び硬質部分１３８を含み、同様に内側壁１３０は、半硬質部分１４０を含む。描かれているように、外側壁１２８は、少なくとも部分的に第１の流体ダンパキャビティ１２４を画成し、少なくとも部分的に第２の流体ダンパキャビティ１２６を画成する。さらに、軸受パッド１０６は、少なくとも部分的に第１の流体ダンパキャビティ１２４を画成し、内側壁１３０は、少なくとも部分的に第２の流体ダンパキャビティ１２６を画成する。より詳細には、描かれている実施形態に関して、外側壁１２８の半硬質部分１３６及び軸受パッド１０６は、一緒に第１の流体ダンパキャビティ１２４を画成し、外側壁１２８の硬質部分１３８及び内側壁１３０の半硬質部分１４０は、一緒に第２の流体ダンパキャビティ１２６を画成する。

本明細書で使用される場合、「半硬質の」及び「硬質の」という用語は、相対的な用語であることが認められるべきである。したがって、半硬質のものとして説明されている、軸受１００の部分は、硬質のものとして説明されている、軸受１００の部分より前に曲がる、撓む、又は屈曲する（ｇｉｖｅｗａｙ）ように構成されてもよい。描かれている実施形態に関して、様々な構成要素の半硬質部分は、このような構成要素の硬質部分に比べて薄い厚さに半硬質部分を形成することによって作られる。さらに、「半硬質の」ものとして説明されている、軸受１００の構成要素は、本明細書において、ほとんど又はまったく損傷を受けることなく軸受１００の通常動作中に曲がる、撓む、又は屈曲するように構成される構成要素を意味する。

さらに、描かれている実施形態に関して、第１の流体ダンパキャビティ１２４は、コラム１１６の一部分を介して第２の流体ダンパキャビティ１２６と流れ連通する。具体的には、描かれている例示的なコラム１１６は、内側壁１３０の一部分及び外側壁１２８の一部分から形成される二重壁コラム１１６として構成される。したがって、コラム１１６は、半径方向外端では外側壁１２８の硬質部分１３８及び内側壁１３０の半硬質部分１４０によって支持される。さらに、半径方向内端では、内側壁１３０によって形成される、コラム１１６の部分は、軸受パッド１０６に取り付けられ（より厳密に言えば、軸受パッド１０６と一体的に形成され）、外側壁１２８によって形成される、コラム１１６の部分は、外側壁１２８の半硬質部分１３６を介して軸受パッド１０６に取り付けられる。

さらに、内側壁１３０は、軸受パッド１０６に作動ガスを供給するための内側通路１４２を画成し、外側壁１２８及び内側壁１３０は、一緒に外側通路１４４を画成する。認められるように、描かれている実施形態に関して、外側通路１４４は、内側通路１４２と同心であり、内側通路１４２の周囲に略環状形状を有する。さらに、描かれている実施形態に関して、外側通路１４４は、第１の流体ダンパキャビティ１２４及び第２の流体ダンパキャビティ１２６が外側通路１４４を介して制限的に流れ連通するように隙間として構成される。

さらに、第１の流体ダンパキャビティ１２４、第２の流体ダンパキャビティ１２６、及び外側通路１４４は、すべて一緒にシールされ、また、全体として一定の容積を有する。描かれている例示的なハウジング１１０は、第１の流体ダンパキャビティ１２４及び第２の流体ダンパキャビティ１２６に緩衝流体（ｄａｍｐｅｎｉｎｇｆｌｕｉｄ）を充填するためのダンパキャビティ供給口１４６（図６）を有する。これにより、動作中、第１の流体ダンパキャビティ１２４及び第２の流体ダンパキャビティ１２６並びに外側通路１４４は各々、緩衝流体で完全に満たされた状態にある。キャップ又は他の取り外し可能なもしくは恒久的な閉鎖手段が、キャビティに充填した後にダンパキャビティ供給口１４６を塞ぐように配置されてもよい。緩衝流体は、例えば油（熱伝達油（ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｏｉｌ）など）であってもよいし、或いは、任意の他の適切な流体（任意の適切な非圧縮性液体など）であってもよい。軸受１００は、軸受パッド１０６に作用する力に応答して、外側通路１４４／隙間を介して第１の流体ダンパキャビティ１２４から第２の流体ダンパキャビティ１２６にダンパ流体を移動させるように構成される。

より詳細には、次に、例示的な軸受１００の一部分の側断面図を提供する図７及び図８を参照する。図７は、軸受パッド１０６に作用する力を吸収した例示的な軸受１００の拡大側断面図を提供し、図８は、力が軸受パッド１０６に作用していない例示的な軸受１００の拡大側断面図を提供している。

力が、軸受パッド１０６に作用するとき（軸受１００によって支持される回転構成要素が、概ね半径方向Ｒ２に沿って軸受パッド１０６を押圧するときなど）、ダンパアセンブリを形成する、ハウジング１１０の部分は、軸受パッド１０６が半径方向Ｒ２に沿って移動して、このような力を吸収することを可能にする。より詳細には、軸受パッド１０６を支持するコラム１１６が上方に移動して、外側壁１２８の半硬質部分１３６が部分的に変形する（第１の流体ダンパキャビティ１２４の容積を減少させる）とき、第１の流体ダンパキャビティ１２４内の緩衝流体の一部分は、コラム１１６の外側通路１４４（隙間として構成された）を通して押し出されて、第２の流体ダンパキャビティ１２６に流れる。同時に、外側壁１２８の硬質部分１３８は、実質的に静止しており、内側壁１３０の半硬質部分１４０は、部分的に変形して、第２の流体ダンパキャビティ１２６の容積を増大させ、コラム１１６の外側通路１４４を介して第１の流体ダンパキャビティ１２４から供給される緩衝流体の一部分を受け入れる。このような移動は、軸受パッド１０６に加わる力を吸収し、このような移動を緩衝する。例えば、外側通路１４４／隙間の比較的狭い間隔は、半径方向Ｒ２に沿った軸受パッド１０６の比較的急速な移動を阻止する。軸受パッド１０６に加わる力の不在下では、第２の流体ダンパキャビティ１２６に移動した緩衝流体は、流れ方向を逆転させ、コラム１１６の外側通路１４４を通って第１の流体ダンパキャビティ１２４に逆流し得る（図８）。

さらに、次に図９を参照すると、回転構成要素１４８の軸線から外れた回転を吸収する軸受１００を描いている側断面図が提供されている。描かれている回転構成要素１４８は、例えば、図１のターボファンエンジン１２のＬＰシャフト３６又はＨＰシャフト３４であってもよい。本明細書に述べられているように、本開示の１つ以上の実施形態に係る軸受１００は、位置ずれした回転構成要素１４８又は他の、軸線から外れた回転を吸収することが可能であり得る。より詳細には、例示的な可撓性コラム１１６は、軸方向Ａ２に沿って軸受パッド１０６の外周部１３２の内側の位置から、又は描かれている実施形態に関しては軸受パッド１０６の中心１１８の近傍の位置から軸受パッド１０６を支持するように構成される。したがって、半径方向Ｒ２に沿った軸受パッド１０６の抵抗力は、例えば軸受パッド１０６の外周部１３２に比べて、コラム１１６が軸受パッド１０６を支持する位置の近傍の方がかなり大きい。具体的には、外周部１３２の、半径方向Ｒ２に沿った軸受パッド１０６の抵抗は、コラム１１６が軸受パッド１０６を支持する位置の近傍の、半径方向Ｒ２に沿った軸受パッド１０６の抵抗よりも小さい。したがって、軸受１００の例示的な可撓性コラム１１６は、軸受１００の中心軸線１０２に対する回転構成要素１４８の中心軸線１５０の位置ずれを吸収するために揺動する又は曲がるように構成される。例えば、回転構成要素１４８の中心軸線１５０は、例えば、軸受１００の不適切な取り付け又は軸受１００が取り付けられたガスタービンエンジンの特定の動作に起因して軸受１００の中心軸線１０２に対して斜めになる場合がある。軸受１００の可撓性コラム１１６は、軸受パッド１０６がこのような位置ずれを吸収することを可能にするために撓んでもよい又は揺動してもよい。より具体的には、コラム１１６を形成する、内側壁１３０及び／又は外側壁１２８の部分が、位置ずれを吸収するために撓むように構成されてもよい。さらに又は或いは、コラム１１６を支持する、内側壁１３０及び／又は外側壁１２８の部分が、コラム１１６が揺動して位置ずれを吸収することを可能にするために撓み得るように、可撓性コラム１１６は、軸受パッド１０６が位置ずれを吸収することを可能にするために揺動してもよい。

さらに、本発明者らは、軸受１００の上で説明した実施形態がサイズ及び重量の低減をもたらし得ることに気付いた。さらに、軸受１００のサイズ及び重量の低減は、軸受１００が、ターボ機械の既存の断面、長さ、又は構造を乱すことなく従来にない位置及び／又はターボ機械の全体にわたる組み込みに利用されることをさらに可能にし得る。軸受１００のこのような利用は、好適には、負荷の動作中の縮小した間隔の閉鎖、追加の段を伴う単独のロータ軸受システムを設計する能力、動的軸受及び構造負荷の低減、同期振動応答の低減、並びに改善された安定性に起因してエンジン動作に恩恵をもたらし得る。

以上のように、本明細書では、一体的に形成される構成要素を有する軸受の実施形態を提供してきた。少なくとも一部の実施形態では、本発明の軸受は、好適には、１つ以上の一体化された部品を含み、これにより、そうでなければ従来のガス軸受構成に利用されていた部品の総数を低減し、この結果、従来のガス軸受に比べて軸受の重量、複雑度、コスト、及び全体のサイズを低減する。

この記載された説明では、最良の態様を含めて本発明を開示するために、さらには、任意の当業者が任意の装置又はシステムの製造及び使用並びに任意の組み込み方法の実行を含めて本発明を実施することを可能にするために、例が使用されている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定されており、また、当業者によって想到される他の例を含み得る。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を含む場合又は特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
［実施態様１］
軸方向（Ａ２）及び半径方向（Ｒ２）を有する軸受（１００）であって、
外周部（１３２）を有する、回転構成要素（１４８）を支持するための軸受パッド（１０６）、及び
軸受パッド（１０６）に取り付けられるか、又は軸受パッド（１０６）と一体的に形成されるハウジング（１１０）であって、該ハウジング（１１０）が、軸受パッド（１０６）に向かって延在する、軸受パッド（１０６）に空気流を供給するための可撓性コラム（１１６）を備え、該コラム（１１６）が、軸方向（Ａ２）に沿って軸受パッド（１０６）の外周部（１３２）の内側の位置から軸受パッド（１０６）を支持し、このため、外周部（１３２）の、半径方向（Ｒ２）に沿った軸受パッド（１０６）の抵抗が、コラム（１１６）の近傍の、半径方向（Ｒ２）に沿った軸受パッド（１０６）の抵抗よりも小さいハウジング（１１０）
を備える軸受（１００）。
［実施態様２］
軸受（１００）が、中心軸線（１０２）を有し、回転構成要素（１４８）が、中心軸線（１５０）を有し、可撓性コラム（１１６）が、軸受（１００）の中心軸線（１０２）に対する回転構成要素（１４８）の中心軸線（１５０）の位置ずれを吸収するために揺動するように構成される、実施態様１に記載の軸受（１００）。
［実施態様３］
コラム（１１６）が、軸受パッド（１０６）に空気流を供給するための内側通路（１４２）を画成する二重壁コラムである、実施態様１に記載の軸受（１００）。
［実施態様４］
ハウジング（１１０）が、第１の流体ダンパキャビティ（１２４）及び該第１の流体ダンパキャビティ（１２４）から離間される第２の流体ダンパキャビティ（１２６）を画成し、第１の流体ダンパキャビティ（１２４）が、コラム（１１６）を介して第２の流体ダンパキャビティ（１２６）と流れ連通する、実施態様１に記載の軸受（１００）。
［実施態様５］
コラム（１１６）が、内側通路（１４２）及び外側通路（１４４）を画成し、第１の流体ダンパキャビティ（１２４）が、外側通路（１４４）を介して第２の流体ダンパキャビティ（１２６）と流れ連通する、実施態様４に記載の軸受（１００）。
［実施態様６］
外側通路（１４４）が、内側通路（１４２）と同心である、実施態様５に記載の軸受（１００）。
［実施態様７］
外側通路（１４４）が、第１の流体ダンパキャビティ（１２４）が第２の流体ダンパキャビティ（１２６）と制限的に流れ連通するように隙間として構成される、実施態様５に記載の軸受（１００）。
［実施態様８］
軸受パッド（１０６）が、軸方向（Ａ２）において中心（１１８）を有し、コラム（１１６）が、軸方向（Ａ２）の、軸受パッド（１０６）のほぼ中心（１１８）に配置される、実施態様１に記載の軸受（１００）。
［実施態様９］
軸受（１００）が、周方向（Ｃ２）を有し、軸受パッド（１０６）が、周方向（Ｃ２）において中心（１１８）を有し、コラム（１１６）が、周方向（Ｃ２）の、軸受パッド（１０６）のほぼ中心（１１８）に配置される、実施態様１に記載の軸受（１００）。
［実施態様１０］
軸受パッド（１０６）が、内側表面（１０８）を備え、内側表面（１０８）が、コラム（１１６）と空気流連通する１つ以上の開口（１２０）を有する、実施態様１に記載の軸受（１００）。
［実施態様１１］
軸受パッド（１０６）及びハウジング（１１０）が、単一の連続材料から一体的に形成される、実施態様１に記載の軸受（１００）。
［実施態様１２］
軸受パッド（１０６）及びハウジング（１１０）が、付加製造工程を使用して形成される、実施態様１１に記載の軸受（１００）。
［実施態様１３］
回転構成要素（１４８）を備えるガスタービンエンジン（１２）用の軸受（１００）であって、
ガスタービンエンジン（１２）の回転構成要素（１４８）を支持するための軸受パッド（１０６）であって、外周部（１３２）を有する軸受パッド（１０６）、及び
軸受パッド（１０６）に取り付けられるか、又は軸受パッド（１０６）と一体的に形成される内側壁（１３０）を備えるハウジング（１１０）であって、内側壁（１３０）が、少なくとも部分的に可撓性コラム（１１６）を形成し、該可撓性コラム（１１６）が、軸受パッド（１０６）の外周部（１３２）の内側の位置から軸受パッド（１０６）を支持し、軸受パッド（１０６）に空気流を供給するための通路を画成するハウジング（１１０）
を備える軸受（１００）。
［実施態様１４］
コラム（１１６）が、軸受パッド（１０６）の外周部（１３２）の内側の位置から軸受パッド（１０６）を完全に支持し、このため、外周部（１３２）の、半径方向（Ｒ２）に沿った軸受パッド（１０６）の抵抗が、コラム（１１６）の近傍の、半径方向（Ｒ２）に沿った軸受パッド（１０６）の抵抗よりも小さい、実施態様１３に記載の軸受（１００）。
［実施態様１５］
軸受（１００）が、中心軸線（１０２）を有し、回転構成要素（１４８）が、中心軸線（１５０）を有し、可撓性コラム（１１６）が、軸受（１００）の中心軸線（１０２）に対する回転構成要素（１４８）の中心軸線（１５０）の位置ずれを吸収するために揺動するように構成される、実施態様１３に記載の軸受（１００）。
［実施態様１６］
軸受（１００）が、軸方向（Ａ２）及び周方向（Ｃ２）を有し、軸受パッド（１０６）が、軸方向（Ａ２）及び周方向（Ｃ２）において中心（１１８）を有し、コラム（１１６）が、軸方向（Ａ２）及び周方向（Ｃ２）の、軸受パッド（１０６）のほぼ中心（１１８）に配置される、実施態様１３に記載の軸受（１００）。
［実施態様１７］
内側壁（１３０）が、蛇行した内側壁であり、ハウジング（１１０）が、蛇行した外側壁をさらに備え、該蛇行した外側壁が、軸受パッド（１０６）に取り付けられるか、又は軸受パッド（１０６）と一体的に形成され、少なくとも部分的に第１の流体ダンパキャビティ（１２４）を画成し、蛇行した外側壁及び蛇行した内側壁が一緒に、第２の流体ダンパキャビティ（１２６）を少なくとも部分的に画成する、実施態様１３に記載の軸受（１００）。
［実施態様１８］
蛇行した外側壁もまた、少なくとも部分的に可撓性コラム（１１６）を形成し、第１の流体ダンパキャビティ（１２４）が、コラム（１１６）を介して第２の流体ダンパキャビティ（１２６）と流れ連通する、実施態様１７に記載の軸受（１００）。
［実施態様１９］
蛇行した内側壁によって画成される通路が、内側通路（１４２）であり、蛇行した外側壁及び蛇行した内側壁が、一緒にコラム（１１６）を形成し、一緒に外側通路（１４４）を画成し、第１の流体ダンパキャビティ（１２４）が、外側通路（１４４）を介して第２の流体ダンパキャビティ（１２６）と流れ連通する、実施態様１７に記載の軸受（１００）。
［実施態様２０］
外側通路（１４４）が、内側通路（１４２）と同心である、実施態様１９に記載の軸受（１００）。

１２ターボファンジェットエンジン、高バイパスターボファンジェットエンジン
１３長手方向中心線、軸方向中心線
１４ファンセクション
１６コアタービンエンジン
１８外側ケーシング
２０環状入口
２２低圧（ＬＰ）圧縮機
２４高圧（ＨＰ）圧縮機
２６燃焼セクション
２８高圧（ＨＰ）タービン
３０低圧（ＬＰ）タービン
３２ジェット排気ノズルセクション
３４高圧（ＨＰ）シャフト、スプール
３６低圧（ＬＰ）シャフト、スプール
３８ファン
４０ファンブレード
４２ディスク
４４駆動部材、ピッチ変更機構
４６パワーギヤボックス
４８ナセル、前方ハブ
５０ファンケーシング、外側ナセル
５２出口ガイドベーン
５４下流セクション
５６バイパス空気流通路
５８空気
６０入口
６２空気の第１の部分
６４空気の第２の部分
６６燃焼ガス
６８ＨＰタービンステータベーン
７０ＨＰタービンロータブレード
７２ＬＰタービンステータベーン
７４ＬＰタービンロータブレード
７６ファンノズル排気セクション
７８高温ガス通路
１００軸受アセンブリ
１０２中心軸線
１０４軸方向開口
１０６軸受パッド
１０８内側表面
１１０ハウジング
１１２ガス入口
１１４供給通路
１１６可撓性コラム、二重壁コラム
１１８パッドの中心
１２０ガス分配孔
１２２軸受セクション
１２４第１の流体ダンパキャビティ
１２６第２の流体ダンパキャビティ
１２８第１の外側壁
１３０第２の内側壁
１３２外周部
１３４ハウジングの本体
１３６外側壁の半硬質部分
１３８外側壁の硬質部分
１４０内側壁の半硬質部分
１４２内側通路
１４４外側通路
１４６緩衝流体供給口、ダンパキャビティ供給口
１４８回転構成要素
１５０回転構成要素の中心軸線
２００ノズル
２０２ガイドベーン
２０４外側リング

Claims

軸方向（Ａ２）及び半径方向（Ｒ２）を有する軸受（１００）であって、
外周部（１３２）を有する、回転構成要素（１４８）を支持するための軸受パッド（１０６）と、
軸受パッド（１０６）に取り付けられるか、又は軸受パッド（１０６）と一体的に形成されるハウジング（１１０）であって、該ハウジング（１１０）が、軸受パッド（１０６）に向かって延在する、軸受パッド（１０６）に空気流を供給するための可撓性コラム（１１６）を備え、該コラム（１１６）が、軸方向（Ａ２）に沿って軸受パッド（１０６）の外周部（１３２）の内側の位置から軸受パッド（１０６）を支持し、このため、外周部（１３２）の、半径方向（Ｒ２）に沿った軸受パッド（１０６）の抵抗が、コラム（１１６）の近傍の、半径方向（Ｒ２）に沿った軸受パッド（１０６）の抵抗よりも小さいハウジング（１１０）と
を備え、
ハウジング（１１０）が、第１の流体ダンパキャビティ（１２４）及び該第１の流体ダンパキャビティ（１２４）から離間される第２の流体ダンパキャビティ（１２６）を画成し、第１の流体ダンパキャビティ（１２４）が、コラム（１１６）を介して第２の流体ダンパキャビティ（１２６）と流れ連通する、軸受（１００）。
軸受（１００）が、中心軸線（１０２）を有し、回転構成要素（１４８）が、中心軸線（１５０）を有し、可撓性コラム（１１６）が、軸受（１００）の中心軸線（１０２）に対する回転構成要素（１４８）の中心軸線（１５０）の位置ずれを吸収するために揺動するように構成される、請求項１に記載の軸受（１００）。
コラム（１１６）が、軸受パッド（１０６）に空気流を供給するための内側通路（１４２）を画成する二重壁コラムである、請求項１に記載の軸受（１００）。
コラム（１１６）が、内側通路（１４２）及び外側通路（１４４）を画成し、第１の流体ダンパキャビティ（１２４）が、外側通路（１４４）を介して第２の流体ダンパキャビティ（１２６）と流れ連通する、請求項１に記載の軸受（１００）。
外側通路（１４４）が、内側通路（１４２）と同心である、請求項４に記載の軸受（１００）。
外側通路（１４４）が、第１の流体ダンパキャビティ（１２４）が第２の流体ダンパキャビティ（１２６）と制限的に流れ連通するように隙間として構成される、請求項４に記載の軸受（１００）。
軸受パッド（１０６）が、軸方向（Ａ２）において中心（１１８）を有し、コラム（１１６）が、軸方向（Ａ２）の、軸受パッド（１０６）のほぼ中心（１１８）に配置される、請求項１に記載の軸受（１００）。
軸受（１００）が、周方向（Ｃ２）を有し、軸受パッド（１０６）が、周方向（Ｃ２）において中心（１１８）を有し、コラム（１１６）が、周方向（Ｃ２）の、軸受パッド（１０６）のほぼ中心（１１８）に配置される、請求項１に記載の軸受（１００）。
軸受パッド（１０６）が、内側表面（１０８）を備え、内側表面（１０８）が、コラム（１１６）と空気流連通する１つ以上の開口（１２０）を有する、請求項１に記載の軸受（１００）。
軸受パッド（１０６）及びハウジング（１１０）が、単一の連続材料から一体的に形成される、請求項１に記載の軸受（１００）。
軸受パッド（１０６）及びハウジング（１１０）が、付加製造工程を使用して形成される、請求項１０に記載の軸受（１００）。
回転構成要素（１４８）を備えるガスタービンエンジン（１２）用の軸受（１００）であって、
ガスタービンエンジン（１２）の回転構成要素（１４８）を支持するための軸受パッド（１０６）であって、外周部（１３２）を有する軸受パッド（１０６）と、
軸受パッド（１０６）に取り付けられるか、又は軸受パッド（１０６）と一体的に形成される内側壁（１３０）を備えるハウジング（１１０）であって、内側壁（１３０）が、少なくとも部分的に可撓性コラム（１１６）を形成し、該可撓性コラム（１１６）が、軸受パッド（１０６）の外周部（１３２）の内側の位置から軸受パッド（１０６）を支持し、軸受パッド（１０６）に空気流を供給するための通路を画成するハウジング（１１０）と
を備え、
ハウジング（１１０）が、第１の流体ダンパキャビティ（１２４）及び該第１の流体ダンパキャビティ（１２４）から離間される第２の流体ダンパキャビティ（１２６）を画成し、第１の流体ダンパキャビティ（１２４）が、コラム（１１６）を介して第２の流体ダンパキャビティ（１２６）と流れ連通する、軸受（１００）。
コラム（１１６）が、軸受パッド（１０６）の外周部（１３２）の内側の位置から軸受パッド（１０６）を完全に支持し、このため、外周部（１３２）の、半径方向（Ｒ２）に沿った軸受パッド（１０６）の抵抗が、コラム（１１６）の近傍の、半径方向（Ｒ２）に沿った軸受パッド（１０６）の抵抗よりも小さい、請求項１２に記載の軸受（１００）。
軸受（１００）が、中心軸線（１０２）を有し、回転構成要素（１４８）が、中心軸線（１５０）を有し、可撓性コラム（１１６）が、軸受（１００）の中心軸線（１０２）に対する回転構成要素（１４８）の中心軸線（１５０）の位置ずれを吸収するために揺動するように構成される、請求項１２に記載の軸受（１００）。