JP6619746B2 - シャフトスリーブおよび関連するスリーブチューブを備えるターボ機械 - Google Patents

Description

本発明は、タービンエンジンの分野に関する。より詳細には、本発明は、シャフトの周りに延在するスリーブを備えるタービンエンジンに関する。

従来技術によるタービンエンジン１が、図１に示されている。タービンエンジン１は、低圧シャフト２の回転軸線を画定するタービンエンジンの軸線３に沿って延在する低圧シャフト２を含む。低圧シャフト２は、タービンエンジン１の気流の流れ方向に対して上流で低圧圧縮機（図示せず）に、および下流でこれを回転的に駆動する低圧タービン（図示せず）に連結される。

また、タービンエンジン１は、上流で、低圧シャフト２の周りに同軸に配置される高圧圧縮機４を含む。高圧圧縮機４は、軸流−遠心圧縮機である。

高圧圧縮機４は、それを通じて空気が流れる通路を形成するロータ５およびステータ６を含む。ロータ５およびステータ６は各々が、軸線方向部分、それぞれ７および８と、フレア部分、それぞれ９および１０とを有する。ロータ５のフレア部分９は、インペラである。インペラ９は、タービンエンジンの軸線３の周りに回転自在に移動可能なディスク１１を備える。

静止ベーン１２および回転ブレード１３は、空気流路に配置される。静止ベーン１２は、ステータ６に連結される。回転ブレード１３は、ディスク１４にそれぞれに連結される。ディスク１４は、ロータ５に連結され、タービンエンジンの軸線３の周りに回転自在に移動可能である。

また、タービンエンジン１は、下流で、低圧シャフト２の周りに同軸に配置される高圧タービン１５を含む。高圧タービン１５は、軸線３の周りに回転自在に移動可能なディスク１６を備える少なくとも１つの段を含む。高圧タービン１５のディスク１６は、インペラ９のディスク１１に、したがってロータ５に連結される。

軸間の回路とも呼ばれる、低圧シャフト２とロータ５との間の回路は、高圧圧縮機４および高圧タービン１５を通る空気の流れによる非常に高い温度制約を受ける。

軸間の温度を低くするために、タービンエンジン１の外側から得られる低温の空気が軸間の回路を通して流れ、ロータ５と低圧シャフト２との間の温度勾配を増加させるように、これを通過する冷却回路１７を設置するのが習慣となっている。

タービンエンジン１の伝達シャフト、特に低圧シャフト２は、軸受エンクロージャに収容される、軸受によって支持され案内され、そこで、それらには潤滑油が供給される。

軸受エンクロージャのシーリングをもたらし、潤滑油が軸間の回路に広がるのを回避するように、軸間の回路に接続される加圧回路１８によって軸受エンクロージャの圧力を制御するのが習慣となっている。

通常、タービンエンジン１は、タービンエンジンの軸線３に沿って、低圧シャフト２に沿って延在する管状スリーブ１９をさらに含む。スリーブ１９は、上流で、トラニオン２０によって高圧圧縮機４に、および下流で、トラニオン２１によって高圧タービン１５に連結される。

スリーブ１９は、軸間の回路を通過する冷却回路１７、および軸受エンクロージャのための加圧回路１８を分離する。したがって、空気は、スリーブ１９とロータ５との間の冷却回路１７を、および異なる圧力レベルにおいてスリーブ１９と低圧シャフト２との間の加圧回路１８を通過する。したがって、スリーブ１９により、一方では、低圧シャフト２の熱的条件を保ち、他方では、軸受エンクロージャの適切な加圧を確保することができる。

作動時に、スリーブ１９は、低圧シャフト２の軸線３の周りに回転しており、後者の反対の方向に回転する。

ある一定の回転速度において、スリーブ１９は、共振に入り、振動する。

これらの振動は、それらがタービンエンジン１の作動範囲内で生じる場合は、タービンエンジン１に対してかなりの損傷のリスクを構成する。

特に、これが、小さなタービンエンジン１の実情であり、そこでは、スリーブ１９の直径はその長さに比べて小さく、そのためにスリーブ１９が共振に入ることがタービンエンジン１の作動範囲内で生じる。

本発明は、上述の問題を補償するという目的を有する。

この目的のために、本発明は、その目的として、
各段がタービンエンジンの軸線の周りに回転自在に移動可能な少なくとも１つのディスクを備える、圧縮機段およびタービン段と、タービンエンジンの軸線に沿って延在する管状シャフトスリーブとを備える、タービンエンジンであって、スリーブが、スリーブの外側半径方向表面から延在し、圧縮機段またはタービン段のディスクに面する少なくとも１つのタブを含み、スリーブがタービンエンジンの軸線の周りに回転している場合、タブがディスクと接触するように構成される、タービンエンジンを有する。

この種のタービンエンジンは、スリーブの振動による損傷のリスクを限定するという利点を有する。

好ましくは、タブは、スリーブの外側半径方向表面から実質的に半径方法に延在するベースと、タブの自由端に向かってベースから延在する接触部とを備え、接触部は、スリーブがタービンエンジンの軸線の周りに回転している場合、弾性的に変形し、ディスクと接触するように構成される。

より好ましくは、接触部は、ベースに隣接する領域で局所的に薄くされ、接触部は、ディスクに向かって延在し、タブの自由端においてスリーブの回転速度の第１の範囲にわたってディスクと接触するように設計される第１の接触領域を形成する外面を備え、接触部の外面は、第１の接触領域によって画定される第１の表面部分と、第１の表面部分の延長部に延在する第２の表面部分とを備え、ピークを画定するようにディスクに向かって半径方向にオフセットされ、前記ピークは、スリーブの回転速度の第２の範囲にわたってディスクと接触するように設計される第２の接触領域を形成する。

本発明の１つの実施形態によれば、タブの外面は、タブの摩耗を制限するように保護コーティングを備える。

本発明の１つの実施形態によれば、タブは、スリーブの外側半径方向表面から実質的に半径方向に延在するベースを備え、ベースは、スリーブが軸線の周りに回転中であり、前記軸線に対して半径方向に変形する場合に、ディスクと接触するように構成される。

本発明の１つの実施形態によれば、接触部は、スリーブに対して実質的に接線方向に延在する。１つの変形によれば、接触部は、タービンエンジンの軸線に平行に延在する。

本発明の１つの実施形態によれば、スリーブは、第１のチューブの一端部が第２のチューブの一端部と協働する第１のチューブを含み、タブは、前記第１のチューブの外側半径方向表面から第１のチューブの端部に延在する。

本発明の１つの実施形態によれば、ディスクは、ステップを含み、スリーブが軸線の周りに回転している場合、スリーブのタブは、ステップと接触するように構成される。

有利なことに、先に説明した本発明の実施形態は、組み合され得る。

また、本発明は、その目的として、軸線に沿って延在するシャフトスリーブであって、スリーブが、チューブの外側半径方向表面から延在する少なくとも１つのタブを含み、タブは、スリーブが軸線の周りに回転している場合、先に説明したようなタービンエンジンの圧縮機またはタービン段のディスクと接触するように構成されることを特徴とする、シャフトスリーブを有する。

本発明の他の特徴、目的、および利点は、単に例示であり限定するものではなく添付の図面を参照して読まれなければならない、後に続く説明によって明らかにされるであろう。

従来技術のスリーブを備えるタービンエンジンの部分図を長手方向断面で概略的に示す図である（既に説明している）。 本発明の実施形態によるスリーブを備えるタービンエンジンの部分図を長手方向断面で概略的に示す図である。 図２に示されるスリーブの詳細図である。 図２に示されるスリーブの斜視図である。 図２に示されるスリーブのタブの詳細図である。

図２は、低圧シャフト３１の回転軸線を画定するタービンエンジンの軸線３２に沿って延在する低圧シャフト３１を備えるタービンエンジン３０の長手方向断面による部分図を示している。

また、タービンエンジン３０は、タービンエンジンの軸線３２に沿って低圧シャフト３１の周囲に延在するスリーブ３３を含む。

スリーブ３３は、２つの部品になっている。スリーブ３３は、第１のチューブ３４を含み、その第１の端部は、高圧圧縮機３６のトラ二オン３５に連結されている。また、スリーブ３３は、第２のチューブ３７を含み、その第１の端部は、高圧タービン３９のトラ二オン３８に連結され、その第２の端部は、ねじ切りされ、第１のチューブ３４の第２の端部の内側に設けられる相補的ねじと協働する。

スリーブ３３は、第１のチューブ３４の外側半径方向表面４１から延在する少なくとも１つのタブ４０を含む。図２に示される実施例においては、タブ４０は、第１のチューブ３４の第２の端部に配置される。

タブ４０は、高圧圧縮機３６のインペラ４３に連結されるディスク４２に向かって延在する。インペラ４３のディスク４２は、インペラ４３のディスク４２からタービンエンジンの軸線３２に平行に延在する環状ステップ４４を含む。環状ステップ４４は、これに向かって延在するタブ４０に対して内側表面を含む。タブ４０およびステップ４４は、特に図２ａで視認できる。

図３は、スリーブ３３の第１のチューブ３４の斜視図を示している。スリーブ３３は、第１のチューブ３４の全周にわたって配置されるいくつかのタブ４０を含む。２つの隣接するタブ４０の間の距離は、一定であることが好ましい。

図４は、スリーブ３３の、横断面での詳細図であり、そこでタブ４０が明白である。

タブ４０は、一般に、Ｌ字形を有する。タブ４０は、外側半径方向表面４１からピーク４６まで、タービンエンジンの軸線３２に対して実質的に半径方向に延在するベース４５を含む。また、タブ４０は、ベース４５からタブ４０の自由端４８まで延在する接触部４７を含む。

図４に示される実施例においては、接触部４７は、第１のチューブ３４の円周に実質的に平行に延在する。図示されていない、変形によれば、接触部４７は、タービンエンジンの軸線３２に実質的に平行に延在することができる。

接触部４７は、ベース４５に隣接する領域で局所的に薄くされる。接触部４７は、接触部４７とベース４５との間で凹形状が接触部４７の変形性を増大させることができる、第１のチューブ３４の外側半径方向表面４１に面する内面４９を備える。

また、接触部４７は、インペラ４３のディスク４２に向かって延在する外面５０を備える。より正確には、外面５０は、インペラ４３のディスク４２の環状ステップ４４の内面に向かって延在する。接触部４７の外面５０は、タブ４０の自由端４８において、第１の表面部分５１を形成する。

接触部４７の外面５０は、第１の表面部分５１の延長部に延在する第２の表面部分５２を備える。第２の表面部分５１は、ピーク５３を画定するようにインペラ４３のディスク４２に向かって半径方向にオフセットされる。

第１の表面部分５１は、第１の接触領域Ａを画定する。第１の接触領域Ａは、スリーブ３３の回転速度の第１の範囲にわたってインペラ４３のディスク４２と接触するように設計される。より正確には、第１の接触領域Ａは、インペラ４３のディスク４２の環状ステップ４４の内面と接触するように設計される。接触部４７の第１の接触領域Ａは、スリーブ３３の回転速度の第１の範囲にわたってインペラ４３のディスク４２と連続的に接触しているままである。スリーブ３３の回転速度の第１の範囲は、スリーブ３３の、停止の近くの低い回転速度を包含することが好ましい。スリーブ３３の回転速度の第１の範囲は、たとえば、８，０００ｒｐｍと１２，０００ｒｐｍとの間の回転速度を含む。

外面５０のピーク５３は、スリーブ３３の回転速度の第２の範囲にわたってインペラ４３のディスク４２と接触するように設計される第２の接触領域Ｂを形成する。より正確には、第２の接触領域Ｂは、インペラ４３のディスク４２の環状ステップ４４の内面と接触するように設計される。接触部４７の第２の接触領域Ｂは、スリーブ３３の回転速度の第２の範囲にわたってインペラ４３のディスク４２と連続的に接触しているままである。スリーブ３３の回転速度の第２の範囲は、スリーブ３３の回転速度の第１の範囲の最も高い回転速度を含むことが好ましい。したがって、スリーブ３３の回転速度の第２の範囲においては、タブ４０は、第１の接触領域Ａにおいても第２の接触領域Ｂにおいてもインペラ４３のディスク４２と接触している。スリーブ３３の回転速度の第２の範囲は、たとえば、１２，０００ｒｐｍと２５，０００ｒｐｍとの間の回転速度を含む。

ベース４５は、ベース４５のピーク４６に配置され、かつスリーブ３３がタービンエンジンの軸線３２の周りに回転しており前記軸線に対して半径方向に変形している場合にインペラ４３のディスク４２と接触するように設計される、第３の接触領域Ｃを備える。スリーブ３３のこの種の半径方向の変形は、スリーブ３３が臨界回転速度に達し、振動し始める場合、あるいはタブ４０の強いアンバランス、共振、または破断の場合に生じる。より正確には、第３の接触領域Ｃは、インペラ４３のディスク４２の環状ステップ４４の内面と接触するように設計される。

スリーブ３３がタービンエンジンの軸線３２の周りに回転運動を与えられる限りは、接触部４７は、弾性的に変形され、タブ４０の自由端４８は、スリーブ３３の回転の影響を受けてインペラ４３のディスク４２の方向に上昇し、接触部４７の第１の接触領域Ａは、インペラ４３のディスク４２と接触する。第１の接触領域Ａとインペラ４３のディスク４２との間の接触は、スリーブ３３の臨界回転速度の値を増加する効果を有する。スリーブ３３の臨界回転速度は、スリーブ３３が共振に入り、振動し始める回転速度に対応する。

スリーブ３３の回転速度が増加し、スリーブ３３の回転速度の第２の範囲に入ると、接触部４７は、接触領域Ｂが同じくインペラ４３のディスク４２と接触するまでさらに変形する。第２の接触領域Ｂとインペラ４３のディスク４２との間の接触を加えることは、スリーブ３３の臨界回転速度の値をさらに増加する効果を有する。

最後に、タブ４０の第１および第２の接触領域ＡおよびＢとインペラ４３のディスク４２との間の接触がスリーブ３３の臨界回転速度の値を増加するのに十分でなく、その結果、臨界回転速度がタービンエンジン３０の作動範囲の外側に置き換えられ、スリーブ３３が共振に入り、振動し始め、スリーブ３３の半径方向の変形によって駆動されるタブ４０は、インペラ４３のディスク４２に向かって移動し、ベース４５の第３の接触領域Ｃがインペラ４３のディスク４２と接触する。第３の接触領域Ｃとインペラ４３のディスク４２との間の接触は、スリーブ３３の半径方向の変形を制限し、したがって振動を抑制する効果を有する。

そのうえ、接触部４７が破壊し、スリーブ３３が共振に入り、振動し始める場合は、タービンエンジンの軸線３２に対するスリーブ３３の半径方向の変形は、同じくタブ４０のベース４５によって制限される。

したがって、タブ４０は、スリーブ３３がタービンエンジンの軸線３２の周りに回転している場合は、インペラ４３のディスク４２と接触するように構成される。より正確には、タブ４０は、スリーブ３３がタービンエンジンの軸線３２の周りに回転している場合だけ、インペラ４３のディスク４２と接触するように構成される。換言すれば、スリーブ３３が停止される場合には、タブ４０は、インペラ４３のディスク４２と接触しておらず、スリーブ３３がタービンエンジンの軸線３２の周りに回転運動を有する場合に、タブ４０は、インペラ４３のディスク４２と接触している。

図４に示される実施例においては、接触部４７の外面５０は、第１、第２、および第３の接触領域Ａ、Ｂ、およびＣとインペラ４３のディスク４２との間の接触中に生じる摩擦からタブ４０を保護するように設計される保護コーティングを備える。

変形として、タブ４０は、高圧圧縮機３６のディスク５４の、または高圧タービン３９のディスク５５のうちの１つに向かって配置され、これが面するディスク５４または５５と接触するように構成される。また、タブ４０が接触するディスク５４または５５は、インペラ４３のディスク４２の環状ステップ４４に類似した補助ステップを含むことができる。

Claims (10)

1. −各段がタービンエンジンの軸線（３２）の周りに回転自在に移動可能な少なくとも１つのディスク（４２）を備える、圧縮機段およびタービン段と、
   −タービンエンジンの軸線（３２）に沿ってシャフトの周りに延在する管状シャフト（３１）スリーブ（３３）と
   を備える、タービンエンジン（３０）であって、
   スリーブ（３３）が、スリーブの外側半径方向表面（４１）から延在し、圧縮機段またはタービン段のディスク（４２）に面する少なくとも１つのタブ（４０）を含み、スリーブ（３３）がタービンエンジンの軸線（３２）の周りに回転している場合、それまで接触していなかったタブ（４０）がディスク（４２）と接触するように構成されることを特徴とする、タービンエンジン（３０）。
2. タブ（４０）が、スリーブの外側半径方向表面（４１）から実質的に半径方法に延在するベース（４５）と、タブの自由端（４８）に向かってベース（４５）から延在する接触部（４７）とを備え、スリーブ（３３）がタービンエンジンの軸線（３２）の周りに回転している場合、接触部（４７）が、弾性的に変形し、ディスク（４２）と接触するように構成される、請求項１に記載のタービンエンジン（３０）。
3. 接触部（４７）が、ベース（４５）に隣接する領域で局所的に薄くされ、接触部（４７）が、ディスク（４２）に向かって延在し、タブ（４０）の自由端（４８）においてスリーブ（３３）の回転速度の第１の範囲にわたってディスク（４２）と接触するように設計される第１の接触領域（Ａ）を形成する外面（５０）を備え、接触部（４７）の外面（５０）が、第１の接触領域（Ａ）によって画定される第１の表面部分（５１）と、第１の表面部分の延長部に延在する第２の表面部分（５２）とを備え、ピーク（５３）を画定するようにディスク（４２）に向かって半径方向にオフセットされ、前記ピークが、スリーブの回転速度の第２の範囲にわたってディスク（４２）と接触するように設計される第２の接触領域（Ｂ）を形成する、請求項２に記載のタービンエンジン（３０）。
4. タブ（４０）の外面（５０）が、保護コーティングを備える、請求項３に記載のタービンエンジン（３０）。
5. タブ（４０）が、スリーブ（３３）の外側半径方向表面（４１）から実質的に半径方向に延在するベース（４５）を備え、スリーブ（３３）が軸線（３２）の周りに回転しており、前記軸線に対して半径方向に変形する場合に、ベースが、ディスク（４２）と接触するように構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のタービンエンジン（３０）。
6. 接触部（４７）が、スリーブ（３３）に対して実質的に接線方向に延在する、請求項２から５のいずれか一項に記載のタービンエンジン（３０）。
7. 接触部（４７）が、タービンエンジンの軸線（３２）に平行に延在する、請求項２から５のいずれか一項に記載のタービンエンジン（３０）。
8. スリーブ（３３）は、第１のチューブ（３４）の一端部が第２のチューブ（３７）の一端部と協働する第１のチューブ（３４）を含み、タブ（４０）が、前記第１のチューブの外側半径方向表面（４１）から第１のチューブ（３４）の端部に延在する、請求項１から７のいずれか一項に記載のタービンエンジン（３０）。
9. ディスク（４２）が、ステップ（４４）を含み、スリーブ（３３）が軸線（３２）の周りに回転している場合、スリーブ（３３）のタブ（４０）が、ステップと接触するように構成される、請求項１から８のいずれか一項に記載のタービンエンジン（３０）。
10. 軸線（３２）に沿って延在するタービンエンジン（３０）のシャフト（３１）スリーブ（３３）のチューブであって、スリーブが、チューブの外側半径方向表面（４１）から延在する少なくとも１つのタブ（４０）を含み、スリーブ（３３）が軸線（３２）の周りに回転している場合、それまで接触していなかったタブ（４０）が、タービンエンジンの圧縮機またはタービン段のディスク（４２）と接触するように構成されることを特徴とする、シャフト（３１）スリーブ（３３）のチューブ。

Images