JPH0475374B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、航空機を推進駆動するためのガスタ
ービンパワープラントに係り、更に詳細にはパワ
ープラントの高温部に近接して装着された軸受を
熱的に緩衝するための装置に係る。

近年当技術分野に於ては比推力燃焼消費量
（TSFC）の高いパワープラントを設計し開発し
製造する多大の努力が払われている。かかる目的
を達成するためには、エンジンの運転包囲線の少
なくとも一部に於て従来達成されていた温度より
も高い温度にてエンジンを運転することが望まし
い。かくして高温度にて運転されるエンジンに於
ては、回転要素を支持する軸受は他のエンジンの
同様の部分に於けるよりも高温度の環境に配置さ
れる。このことは特に軸受がエンジンの最も高温
の部分、即ち燃焼セクシヨンに配置されたエンジ
ンに於て真実である。

従来よりバツフアゾーン及び断熱装置が組込ま
れているが、かかるバツフアシステムの典型的な
方法は、軸受を囲繞し又はそれに間近に近接して
設けられたキヤビテイ内へ低温の空気を比較的低
い圧力にて連続的に流し、その空気をそれが軸受
を囲繞する環境内に於て熱を放散した後キヤビテ
イより排出させることであつた。かかるバツフア
システムには二つの欠点があり、第一には軸受に
関連する熱を除去するためには多量の空気が必要
であり、第二には加熱された空気が機外及び／又
はタービンの低エネルギ段へ排出されることであ
る。従つてかかるバツフアシステムに於ては、上
述の如く導かれる空気が高圧タービンを迂回する
のでエンジンの性能が低下される。

本発明は燃焼セクシヨンに隣接してハウジング
内に収容された軸受に対し高圧且低温の空気バツ
フアゾーンを設けることにより、上述の如き問題
を解決せんとするものである。本願発明者は、軸
受冷却／潤滑装置に於て発生するオイルと空気と
の混合気の発火点よりも低い温度に冷却された高
圧のコンプレツサ吐出空気を軸受コンパートメン
トのシールに近接した領域に導くことにより、軸
受の領域に於て不用意に火災が生じる虞れを低減
する好ましい環境を形成し得ることを見出した。
バツフア空気の圧力は高温の周囲空気の圧力より
も高く、従つてエンジンの正常な運転中にもまた
シールが正常に機能しない場合にも、高温の周囲
空気が軸受コンパートメント内へ流入することは
ない。即ち、正常時には高温の周囲空気は高圧の
バツフア空気に抗されてシール近傍へ到達し得
ず、またシール破損時にはバツフア空気が軸受コ
ンパートメント内へ流入することによつて同時に
流入し得る周囲空気の温度を安全圏にまで低下さ
せる。

本発明の目的は、軸受コンパートメントに近接
する高温の環境より軸受コンパートメントを断熱
すべく、軸受コンパートメントを熱的に緩衝する
手段をガスタービンエンジンに設けることであ
る。本発明の一つの特徴は、コンプレツサよりの
高圧の空気を先ず熱交換器に通して冷却した後、
その空気をそれが軸受コンパートメントのシール
を囲繞し熱的に緩衝するよう供給することであ
る。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。

添付の第１図及び第２図に於て、符号１０にて
全体的に示された典型的なフアンジエツトエンジ
ンはフアンセクシヨンと、コンプレツサセクシヨ
ンと、バーナセクシヨンと、タービンセクシヨン
と、排気セクシヨンとを有している。簡明化及び
便宜の目的で、ガスタービンエンジンの詳細な点
は省略されているが、かかるエンジンの詳細な点
については本願出願人であるユナイテツド・テク
ノロジーズ・コーポレイシヨンの一つのデイビジ
ヨンであるPratt ＆ Whitney Aircraftにより
製造されているJT−9Dエンジンを参照された
い。

かかるパワープラント（ガスタービンエンジ
ン）は軸流型のコンプレツサ段及びタービン段を
有するツインスプールを含んでおり、各組のコン
プレツサ段及びタービン段はシヤフトにより互に
接続されている。バーナセクシヨンはタービンを
駆動し推進用の推力を発生させるに十分なエネル
ギを発生させるべく、コンプレツサセクシヨンと
タービンセクシヨンとの間に配置されている。第
２図に詳細に示されている如く、高圧スプール、
即ちガス発生器（図示せず）は符号１４にて全体
的に示されたローラ軸受により適宜に支持された
シヤフト１２よりなつている。軸受１４は良く知
られており、シヤフト１２に近接して装着された
インナリング１６と、アウタリング１８と、複数
個のローラ２０と、ケージ２２とよりなつてお
り、図示の実施例に於ては流体ダンパ２６により
囲繞されている。流体ダンパ及び軸受は環状の支
持部材３０に支持され且これに接続されており、
支持部材３０は軸受ハウジング３６及び３６′の
フランジ３２と３４との間に支持されている。時
受ハウジング３６及び３６′は軸受１４を収容し
ている。かかる軸受及び流体ダンパの構造の詳細
については、1982年７月６日付にてD.H.Hibner
に付与された米国特許第4337983号及び1983年５
月31日付にてP.F.Brown，Jr.等に付与された米
国特許第4385788号（これら何れの米国特許も本
願出願人に譲渡された）を参照されたい。

以上の説明より明らかである如く、軸受１４は
シヤフト１２を囲繞するハウジング３６により郭
定されたキヤビテイ、即ちコンパートメント３８
内に収容されている。コンパートメント３８の両
端は適当なカーボンシール４０及び４０′により
シールされており、カーボンシール４０及び４
０′はそれぞれシールプレート４２及び４２′の表
面に対しばね（図示せず）により押付けられてい
る。カーボンシールの構造は良く知られており、
その適当な構造の一例が1961年７月18日付にて
Shevchenko等に付与され本願出願人に譲渡され
た米国特許第2992842号に開示されている。

周知の如く、コンパートメント３８は軸受を潤
滑し冷却する作用をなすオイルの流れに連続的に
曝され、オイルはハウジング３６の底部に装着さ
れた復帰導管４４を経て戻される。

かかる構造に於ては、軸受ハウジングは部分的
に示されたデイフユーザケース４６に支持されて
おり、デイフユーザケースはバーナライナ（図示
せず）を囲繞しており、該バーナライナと共働し
てバーナライナを囲繞し且被包するキヤビテイ４
９を郭定している。軸受コンパートメント３８は
バーナに対し半径方向内方に配置されており、ま
た軸受コンパートメントを囲繞する既に加熱され
たコンプレツサ吐出空気に曝されるので、或る運
転条件下に於ては、エンジンのかかる領域は非常
に高い温度になる傾向を有している。このことは
上述の空気の一部が軸受コンパートメントを加圧
するために使用される場合に特に顕著である。

かかる過剰な熱より軸受コンパートメント３８
を断熱する一つの方法は、ハウジング３６の周り
を適当な材料よりなる断熱覆い５０（部分的に図
示されている）にて包むことである。

上述の如き断熱方法に加えて、又はその代替手
段として、カーボンシールの内側にバツフアゾー
ンが配置されている。このバツフアゾーンにはコ
ンプレツサより抽気された低温の高圧空気が供給
される。この空気は軸受コンパートメントを囲繞
する周囲空気よりも低温且高圧である。この空気
のうち極く一部は、オイルの漏出を阻止すべくカ
ーボンシールから軸受コンパートメント内へ侵入
するが、実質的には前記空気は周囲空気を排除す
べく間〓８０，８０′から周囲の環境へ流出する。
従つてかかるシステムによれば、通常の運転条件
下に於ては、高温の周囲空気はバツフア空気に押
し戻されて軸受コンパートメント内に流入するこ
とが阻止され、またシールが損傷した場合にも、
高温の周囲空気の一部がバツフア空気と混合して
安全な程度までの温度低下を伴つて軸受コンパー
トメント内に流出することがあつても、高温の周
囲空気が直線に軸受コンパートメント内へ流入す
ることは阻止される。第２図に示された実施例に
於ては、比較的低温の加圧された空気が、軸受１
４の図にて左側に於てはシヤフト１２とシール支
持構造体５２とシールプレート４２との間の空間
を充填すべく、また軸受１４の図にて右側に於て
はスリーブ５６とシール支持構造体５２′とシー
ルプレート４２′との間の空間を充填すべく、導
管６０及び６２により環状空間４８及び４８′内
へカーボンシールの内周面に対応する位置に於て
導入される。第２図に於ては軸受１４の両側にそ
れぞれ一つの供給導管しか図示されていないが、
軸受の両側にそれぞれ一つ以上の導管が設けられ
て良く、図示の実施例に於ては二つの導管が180°
互に隔置されていることが好ましい。

導管６０及び６２はそれぞれアウタチユーブ６
６及び６４内に同心に装着されており、アウタチ
ユーブ６６及び６４は導管６０及び６２を断熱
し、バツフアゾーンへ流れる空気の温度を適正な
温度レベルに維持する作用をなす。第１図より解
る如く、比較的低温の加圧された空気はコンプレ
ツサセクシヨン内の適当な位置より抽気され、導
管６８を経てエンジンの外部へ導かれ、フアン熱
交換器７０を経て流れ、導管６９を経てエンジン
の内部に戻され、マニホルド７２（第２図参照）
を経て導管６０及び６２へ導かれる。

高圧の空気、例えばコンプレツサの吐出端に於
ける空気を使用し、その空気をそれがバツフアゾ
ーン内へ導入される前に冷却することにより、シ
ステムは適正な圧力及び温度の比較的少量の空気
にて充足される。

冷却及び熱的緩衝作用を維持すべく加圧されて
いない低温の空気を連続的に供給しまた軸受上を
流れる多量の空気に依存する従来のバツフアシス
テムとは対照的に、比較的少量の抽気空気を使用
するという利点に加えて、上述のシステムによれ
ば以下の如き他の利点（これらに限定されるもの
ではない）が得られる。

上述のシステムによれば、カーボンシールを漏
洩する空気の温度を400〜500〓（204〜260℃）低
下させることにより軸受コンパートメントの火災
の可能性が低減される。

軸受コンパートメントを熱的に緩衝すべく低温
の空気が高圧にて供給され、このバツフア空気の
温度はコンプレツサより直接導き出される空気よ
りも或る与えられた圧力レベルに於て低温であ
る。

軸受コンパートメントを安全に作動させ得るコ
ンパートメントの周囲圧力及び温度が増大され
る。

カーボンシールが損傷した場合にもコンパート
メント内のオイルの火災を防止するに十分なほど
低温のバツフア空気が供給される。

高圧の空気源及び空気の流量を計量することに
より、バツフアゾーン内の圧力が通常の僅かな変
化をしても、バツフア空気の流量が大きく変化す
ることはない。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて種々の実
施例が可能であることは当業者にとつて明らかで
あろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はバツフア空気として戻される前にコン
プレツサ空気を冷却するために使用される熱交換
器を有するガスタービンエンジンを示す解図的斜
視図である。第２図は本発明の一つの実施例を示
す拡大部分断面図である。 １０……フアンジエツトエンジン、１２……シ
ヤフト、１４……ローラ軸受、１６……インナリ
ング、１８……アウタリング、２０……ローラ、
２２……ケージ、２６……流体ダンパ、３０……
支持部材、３２，３４……フランジ、３６，３
６′……軸受ハウジング、３８……軸受コンパー
トメント、４０，４０′……カーボンシール、４
２，４２′……シールプレート、４４……復帰導
管、４６……デイフユーザケース、４８，４８′
……バツフアゾーン、４９……キヤビテイ、５０
……断熱覆い、５２，５２′……シール支持構造
体、５６……スリーブ、６０，６２……導管、６
４，６６……アウタチユーブ、６８，６９……導
管、７０……熱交換器、７２……マニホルド、８
０，８０′……間隙。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ガスタービンエンジンのシヤフトを支持する
   軸受と、前記シヤフトを囲繞し前記軸受を収容し
   内部にオイルを貯容し軸受コンパートメントを郭
   定するハウジングと、前記ハウジングの両端にて
   前記シヤフトに近接して設けられ前記オイルが前
   記軸受コンパートメントから漏出すること及び空
   気が前記軸受コンパートメント内へ流入すること
   を実質的に阻止するカーボンシールと、高温の周
   囲環境に連通する間〓を有し前記カーボンシール
   の内周に近接して前記シヤフトを囲繞しバツフア
   ゾーンを郭定する手段と、前記バツフアゾーンに
   高圧空気を供給する手段と、前記高圧空気を前記
   バツフアゾーンへ導く前に冷却する手段と、を含
   み、前記ハウジングはその内部のオイルの温度よ
   り高温で前記軸受コンパートメント内へ流入する
   ならばオイルに引火するに足る高温空気の周囲環
   境に曝されており、前記バツフアゾーンへ供給さ
   れる前記高圧空気のほとんどは前記間〓を経て前
   記周囲環境へ流出し前記カーボンシール内に流入
   する量は極く少量であり、前記高圧空気の圧力は
   高温の前記周囲環境内の前記軸受コンパートメン
   ト近傍の空気より高圧であることを特徴とするガ
   スタービンエンジン。