JPH0520570B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービンエンジンに関し、特にエ
ンジンの回転要素と静止要素の間、例えば動翼と
各種シールの間のすき間に及ぼすエンジン・ケー
シングのひずみの影響を減ずることに関する。パ
イロンにより機体主翼に取付けられている航空機
エンジンにおいて、エンジン推力に対する反力が
同一直線上にないことから生ずる曲げモーメント
がエンジンの曲げを生じてケーシングをひずませ
る。

前記すき間の値をできる限り小さく保つことが
大切である。すき間の変化は、すき間が増す場合
にはエンジン効率の低下および性能損失をもたら
し、すき間が減ずる場合には回転要素と静止要素
の間にこすれを生ずることにもなり得る。

エンジン設計段階において、上記の理由からロ
ーター呼称すき間を最少限に保つことにかなりの
重点が置かれる。

ケーシングが主エンジン胴殻の中に同心に取付
けられ、主軸軸受の近くで支持されるならば、ケ
ーシングのひずみによるすき間の変化を避けるこ
とができることは明らかである。静止要素、例え
ばケーシングを円形に保ち、回転要素、例えば動
翼およびシール要素を担持する主軸と同心にケー
シングを保つことにより、回転要素と静止要素の
間のすき間を保つことができる。

直径の大きなケーシングはケーシングの各端に
支柱付き構造を用いて円形を保つことができる。
従つて、内側ケースはその前、後端をできるだけ
これらの支柱付き構造に近付けて取付けられるべ
きである。軸方向の温度勾配は良いが、円周方向
の温度勾配は避けなければならない。ケーシング
と主軸の同心度を保つために、内側ケーシングの
両端は主軸軸受を通る横断面にできるだけ近付け
て配置されなければならない。そこで、エンジン
搭載方法によつて外側ケーシングに存在するひず
みに影響されることなく外側ケーシングにトルク
および軸方向荷重を伝達することができるように
内側ケーシングを取付けるという問題が生ずる。

本発明は、内側ケーシングが受けた荷重を外側
ケーシングに伝達することができ、外側ケーシン
グのひずみが内側ケーシングに最少限の影響しか
与えないように、内側および外側ケーシングが相
互に対して据付けられるガスタービンエンジンを
与えることを目的とする。

よつて本発明によるガスタービンエンジンは、
主エンジン胴殻すなわち外側ケーシングと、少な
くとも部分的に静翼と動翼の配列を含む内側ケー
シングと、該内側ケーシングに取付けられる静翼
と、軸受に乗る主軸に取付けられる動翼と、を有
し、該内側ケーシングは荷重伝達・隔離構造によ
り外側ケーシングの内部に取付けられ、該隔離構
造は内側ケーシングの各端において、内側および
外側ケーシングを相互に同心に主軸軸受面内また
はその近くで位置決めして相互の相対的軸方向運
動を可能にする取付け装置を含んでおり、さらに
内側ケーシングが受けたトルクを外側ケーシング
に伝え得るように内側および外側ケーシングの間
にあるトルク反応装置と、内側ケーシングが受け
た推力を外側ケーシングに伝え得るように内側ケ
ーシングの両端の間に配置される推力反応装置
と、を有する。

内側ケーシングの両端における取付け装置は外
側ケーシングに取付けられた円筒形スリーブと、
内側ケーシングの円筒形表面とを含むことがで
き、内側ケーシングの円筒形表面が外側ケーシン
グのスリーブの内面に係合する。

トルクはケーシングの長手にそう任意の個所に
て、例えば、エンジン回転軸線を含む垂直面内に
あるケーシング上のドグ（つかみ）を介して内側
ケーシングから外側ケーシングに伝達されること
ができる。外側ケーシングの曲げはドグ面の滑動
を生ずるが、ひずみはほとんど、または全く内側
ケーシングに伝わらない。

代りに、主軸位置決め軸受の面にできるだけ近
く、内側ケーシングと外側ケーシングに半径方向
の相対運動が生じない個所でトルク反応装置をケ
ーシングの何れか一端に配置することができる。
このような配置においては、滑動ドグを省いて、
取付け装置とトルク反応装置を一体化することが
できる。例えば、外側ケーシングの前端における
円筒形スリーブの代りに主軸前方位置決め軸受と
同心であつて該軸受面内にあるダウエル（位置決
めピン）のリングを用いることができる。ダウエ
ルは内側ケーシングに取付けられたリングにある
対応する孔に係合する。

内側ケーシングはエンジン圧縮機を含むことが
でき、圧縮機の各端における取付け装置は圧縮機
ロータの軸受の近くにあることが望ましい。

以下に添付図面を参照しつつ本発明の実施例を
説明する。

図面を参照するに、ガスタービンエンジン１０
は、低圧タービン１４により駆動されるフアン１
２、中圧タービン１８により駆動される中圧圧縮
機１６、高圧タービン２２により軸２４を介して
駆動される高圧圧縮機２０、および円環形燃焼器
２６を有する。エンジンは従来の仕方で作動し、
燃焼生成物はタービンを駆動してノズルから排出
され、フアンは吐出空気は円環形出口３０から排
出される。

第２図で明らかなように、高圧圧縮機２０は６
段の静翼３２および動翼３４を有する。動翼はデ
イスク３６に連結され、デイスクは軸２４に固定
される。単段タービンである高圧タービン２２も
軸２４に取付けられ、軸は上流軸受３８および下
流軸受４０に据付けられる。

軸受３８，４０は、エンジン・ケーシングすな
わち胴殻４６に延びて取付けられる放射構造４
２，４４の中に固定される。

エンジンの回転要素と静止要素の間に気体シー
ル４７が設けられる。これらのシールは、圧縮機
各段の間、軸２４と燃焼器２６の外側ケーシング
との間、またはタービン２２と燃焼器の下流端と
の間から圧縮空気が漏れるのを防ぐことができ
る。

エンジン１０は、静翼３２の大部分が取付けら
れる上流円筒部分５０を有する内側ケーシング４
８を有する。最下流の静翼列は内側ケーシングの
下流延長部５２に取付けられ、内側ケーシングは
高圧タービン２６の領域に延びる、さらに下流の
延長部５４をも有する。図には細部が示されない
が、ケーシング部分５０はボルト結合された多数
のリング状部材から成る。これらのリングの一つ
置きに静翼列が担持され、残りのリングは動翼３
４の領域におけるケーシングの内面を画成する。
本発明は、動翼翼端とケーシングのすき間、およ
びエンジンの回転部品と静止部品のすき間、に関
係する。

内側ケーシングは気体荷重伝達兼ひずみ隔離構
造により外側ケーシングの内部に支持される。２
つのケーシングに対する様々な軸方向、半径方向
および円周方向の位置において多数の構成部品を
有するこの構造は、内側ケーシングにかかる気体
荷重を外側ケーシングに伝えることができるけれ
ども、外側ケーシングに生じたひずみが内側ケー
シングに伝達されるのを防ぐ。この構造は、内側
ケーシングの両端の間に在ることが望ましい推力
反応装置を含み、該装置は第３図乃至第６図に細
部が示される。これらの図面中では、第１図およ
び第２図と同じ構成要素を示すのに同じ参照番号
が用いられる。第３図において、推力反応装置５
６は内側および外側ハウジングに据付けられ、外
側ケーシング４６は環状フランジ５８を有し、そ
れに２個のみぞ形断面形の推力板６０がボルト止
めされる。第４図に示されるように、各推力板６
０（左側の板のみを図示）の中心はエンジンの水
平中心線上に配設される。

内側ケーシング４８は１個の共通フランジ６２
を含み、それに内側ケーシング部分５２，５４
と、内側ケーシング５０に個所６８において固定
される環状位置決めコーン６６のフランジ６４
と、２個の推力パツド７０と、が固定される。

推力パツド７０はそれぞれのみぞ形断面推力板
６０の中に入り、第５図および第６図に示される
ように推力パツドもエンジン水平中心線上にあ
る。各推力パツドは直径が大きな円弧状の接触面
７２（第６図）を有しているので、推力パツドと
推力板の接触が生ずる時、面接触よりも線接触が
生ずることになる。

内側ケーシングはその両端にて外側ケーシング
に対して同心となるように、また外側ケーシング
に対して相対的な軸方向運動が可能なように取付
けられる。第７図を参照するに、内側ケーシング
部分５０の上流端はみぞ７６の中にある環状シー
ル７４に係合する。みぞ７６は、一部はトルク反
応装置８０の部分を形成する環状フランジ７８に
より、また一部は外側ケーシング４６に取付けら
れた放射構造４２により、画成される。トルク反
応装置８０はまた内側ケーシング部分５０の上流
端を軸２４の回転軸線に対して心出しする役目も
果す。環状フランジ７８はさらに外方の環状フラ
ンジ７８と一体となり、共に前部支持パネルを形
成する。

複数の軸方向に延在する支持ピン８４がフラン
ジ８２の円周回りに等間隔に配置されてフランジ
８２に取付けられる。各ピン８４は環状位置決め
リング８８にある窓８６にブツシ９０を介して係
合する。位置決めリング８８はボルト９２により
内側ケーシング部分５０のフランジに取付けら
れ、支持ピン８４上を軸方向に自由に動く。よつ
て支持ピンおよび位置決めリングは内側ケーシン
グを上流端にて軸４０に対して同心に支持し、内
側ケーシングの軸方向の動きを許すと同時に内側
ケーシングから外側ケーシングへのトルクの伝達
を可能にする。

内側ケーシング４８はその下流方向延在部の下
流端において取付け装置９２により支持される。
取付け装置９２は、外側ケーシング４６に取付け
られた後部位置決めリング９４と、リング９４に
滑りばめされる内側ケーシングのスカート９６
と、を含む。リングとスカートの組合せは内側ケ
ーシングの下流端を軸２４に対して心出しすると
共に空気シールを与える。

エンジン１０が運転されている時、空気は圧縮
機２０の中で圧縮され円環形燃焼器２６に流れ
て、そこで燃料流を受ける。燃焼生成物はノズル
案内翼を通つて流れ、高圧タービン２２を駆動
し、次に中、低圧タービン１８，１４を駆動す
る。タービン２２の回転は軸２４および圧縮機２
０のデイスク３６と動翼３４の回転を生ずる。

エンジン運転により内側ケーシングにかかる内
部荷重は前方への推力と、圧縮機の回転方向によ
り決まる時計廻わりまたは反時計廻わりのトルク
と、を含む。

推力荷重はエンジン横方向中心線上にあつて内
側ケーシングに取付けられた２個の推力パツドに
より内側ケーシングから外側ケーシングに伝えら
れる。推力パツドは外側ケーシングに取付けられ
たそれぞれの推力板５８に衝接しているからであ
る。

トルクは内側ケーシング部分に取付けられた位
置決めリング８８により、外側ケーシングに取付
けられた支持ピン８４に伝えられる。先に述べた
ようにこの構造はまた軸２４に対して内側ケーシ
ングの上流端を心出しして、ケーシング５０を円
形に保つ。

航空機の飛行サイクル中のエンジン運転の間、
外側ケーシング４６は曲げモーメントをも受け、
これがケーシングに曲げひずみを生ずる。曲げが
生じても、それはエンジン中心線を通る垂直面内
に閉じ込められ、推力パツドがエンジン水平中心
線上に取付けられていてそこでは内側ケーシング
に伝わり得るような動きは無いので、外側ケーシ
ングの動きが推力反応装置５６により内側ケーシ
ングに伝えられることはない。曲げは軸受支持構
造４２，４４の間に生じ、取付け装置９２の領域
では外側ケーシングはあまり大きな量のひずみを
生じない。従つて、内側ケーシング、特に内側ケ
ーシング部分５０は円形および軸２４との同心度
を保ち、動翼３４の先端とケーシング内面との間
のすき間はエンジン運転の全範囲を通じてできる
限り小さく保たれる。エンジンの気体シールも同
心度とすき間を維持する。

もしも外側ケーシングのひずみが内側ケーシン
グに伝わり得たとするならば、圧縮機の回転要素
と静止要素の間のすき間は内側ケーシングのひず
みを可能にする程充分に大きくして、例えば動翼
３４とケーシング内面の接触を避けるようにしな
ければならないであろう。

エンジン運転の或る部分で、これらのすき間は
過大となり、圧縮機効率を下げ、サージおよびス
トール（失速）の余裕幅に悪影響を与え、燃料消
費量を増すであろう。

第９図および第１０図は、単に線図の形ではあ
るが、トルク反応装置が第１図乃至第７図に示さ
れるものと異なる配置となつている。ガスタービ
ンエンジンの圧縮機と外側ケーシングを示す。ま
た判り易いように、推力反応装置は省略してあ
る。先の図面と類似の要素および組立体には対応
する要素および組立体と同じ参照番号を付与して
ある。

この配置において、圧縮機ケーシング５０はそ
の上流端および下流端の双方において取付け装置
９２により外側ケーシング４６の中に同心的に支
持される。トルク反応装置はケーシングの頂部お
よび底部にある１対の突起を含み、突起のそれぞ
れの間の接触面はエンジン回転軸線をも含む垂直
面Ｚ−Ｚの中に在る。第９図に誇張して示される
ように外側ケーシングが曲る時に、外側ケーシン
グの中心はＺ−Ｚ面内で動き、突起の面は相互に
滑動して、内側ケーシングはほとんどまたは全く
ひずみが伝わらないであろう。

内側ケーシングの両端にある代替の推力反応装
置が第１１図に、より詳細に示される。推力反応
装置１００が内側および外側ケーシングに取付け
られ、外側ケーシング４６は内方に延びる環状フ
ランジ１０２を有する。

内側ケーシング４８から半径方向外方に延びる
フランジ１０８と円錐形部材１０４から半径方向
外方に延びるフランジ１０６との間に軸方向に形
成される環状みぞ１１０の中にフランジ１０２が
半径方向内方に延びて入る。円錐形部材１０４は
上流端が個所１１２にて内側ケーシング部分５０
に固定され、下流端にてフランジ１０６が内側ケ
ーシング部分５２に固定される。

フランジ１０２はみぞ１１０の中に滑動自在に
配置され、推力は内側ケーシングのフランジ１０
６，１０８からフランジ１０２および外側ケーシ
ングに伝えられる。フランジ１０２はみぞの中に
滑動自在に配置されているから、内側および外側
ケーシングの間の半径方向の動きが可能である。

推力反応装置１００の理想的な軸方向位置はエ
ンジン推力の影響により曲げ生じた時に外側ケー
シングの勾配が内側ケーシング中心線、すなわち
エンジン中心線に平行となる位置である。この位
置では、内側ケーシングと外側ケーシングの間の
相対運動は垂直面内のみに生じ、第１２図で判る
ように半径方向の滑動のみにより処理されること
ができる。第１２図は推力反応装置１００と図の
上半部における外側ケーシングの誇張された曲げ
とを示す。

第１２図において、エンジン推力により曲げが
生じた時、内側ケーシングの中心線、そしてエン
ジン中心線は数字１２０で示され、外側ケーシン
グ中心線は数字１２２で示される。数字１４４が
示す軸方向位置にて、外側ケーシング中心線１２
２の勾配は内側ケーシング中心線１２０に平行で
ある。

フランジ１０２とみぞ１１０は、エンジンのほ
ぼ軸方向中間点にある理想位置に配置される必要
はなくて、実際には、外側ケーシングの勾配がほ
ぼ内側ケーシング中心線に平行になる、エンジン
中間点付近の広い軸方向長さの範囲に配置される
ことができる。

フランジは完全に環状である必要はなく円周方
向に不連続な性質のものでもよいが、エンジン中
間点にて完全円周回わりで推力荷重を受けること
ができるように環状フランジとすることが望まし
い。

内側ケーシングの単一フランジを外側ケーシン
グのみぞに滑動自在に取付けることも可能であろ
う。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されたフロントフアン、
高バイパス比のガスタービンエンジンの上半部の
線図、第２図は第１図のエンジンの２−２線にそ
う部分断面図、第３図は荷重伝達・隔離構造の推
力反応装置を示す、第２図のエンジンの拡大詳細
図、第４図は第２図の矢印Ａの向きに見た図、第
５図は第２図の矢印Ｂの向きに見た図、第６図は
第５図の矢印Ｃの向きに見た図、第７図は荷重伝
達・隔離構造のトルク反応装置および上流取付け
装置を図解する、第２図のエンジンの拡大詳細
図、第８図は荷重伝達・隔離構造の下流取付け装
置を図解する、第２図のエンジンの拡大詳細図、
第９図は改造型トルク反応装置を有するガスター
ビンエンジンの内側および外側ケーシングの、線
図形式の側面図、第１０図は第９図のＸ−Ｘ線に
そう断面図、第１１図は荷重伝達・隔離装置構造
の代替推力反応装置の詳細図、第１２図は代替推
力反応装置を有するガスタービンエンジンの内側
および外側ケーシングの、線図形式の側面図。 ３８，４０……軸受、４６……外側ケーシン
グ、４８，５０……内側ケーシング、５６……推
力反応装置、６０……推力板、７０……推力パツ
ド、８０……トルク反応装置、８４……支持ピ
ン、８６……窓、８８……窓付きリング、９２…
…取付け装置、９４……円筒形スリーブ、９６…
…円筒形表面、１００……推力反応装置、１０２
……フランジ、１０６，１０８……フランジ、１
１０……みぞ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外側ケーシングと、静翼および動翼の配列を
   少なくとも部分的に含む内側ケーシングと、該内
   側ケーシングに取付けられた静翼と、軸受に取付
   けられた軸に取付けられた動翼と、を有するガス
   タービンエンジンであつて、前記内側ケーシング
   の各端に隣接して前記内側および外側ケーシング
   を相互に同心的に位置決めし相互間の相対的軸方
   向運動を許す取付け装置９２と、前記内側および
   外側ケーシングの間にあつて前記外側ケーシング
   へトルクを伝達させるトルク反応装置８０と、前
   記内側ケーシングの両端の間に配置されて前記内
   側ケーシングにかかつた推力を前記外側ケーシン
   グに伝達させる推力反応装置５６と、を含む荷重
   伝達・隔離構造によつて前記内側ケーシングが前
   記外側ケーシングの中に据付けられ、該荷重伝
   達・隔離構造は前記外側ケーシングから前記内側
   ケーシングへの荷重の伝達を最少限にすること、 を特徴とするガスタービンエンジン。 ２ 前記内側ケーシング取付け装置９２の各々が
   前記軸の軸受３８，４０のそれぞれに隣接する位
   置にあることを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項に記載のエンジン。 ３ 前記内側ケーシングの少なくとも一端におけ
   る前記取付け装置９２が前記外側ケーシングに取
   付けられた円筒形スリーブ９４と、前記外側ケー
   シングの該円筒形スリーブに係合する前記内側ケ
   ーシングの円筒形表面９６と、を有して、前記内
   側および外側ケーシングの間の相対的軸方向運動
   を可能にしていることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１項または第２項に記載のエンジン。 ４ 前記トルク反応装置８０が前記内側ケーシン
   グに取付けられた窓付きリング８８と、前記外側
   ケーシングに取付けられた複数の支持ピン８４と
   を含み、該ピン８４が前記窓付きリング８８の対
   応する窓８６に係合していることを特徴とする、
   特許請求の範囲第１項から第３項までのいづれか
   １項に記載のエンジン。 ５ 前記トルク反応装置８０はまた前記内側ケー
   シングの前記取付け装置の一つをも構成して前記
   内側ケーシングの上流端に在ることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１項に記載のエンジン。 ６ 前記トルク反応装置８０が前記内側ケーシン
   グ上の対応する１対の突起に係合する前記外側ケ
   ーシング上の１対の突起を含み、該突起のそれぞ
   れの間の接触面がエンジン回転軸線を含む垂直面
   内に含まれることを特徴とする、特許請求の範囲
   第１項から第３項までのいづれか１項に記載のエ
   ンジン。 ７ 前記推力反応装置５６がエンジン縦軸線を含
   む水平面内にあることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１項から第６項までのいづれか１項に記載
   のエンジン。 ８ 前記推力反応装置５６が、エンジン縦軸線を
   含む水平面内において前記内側ケーシング４８に
   取付けられて直径上の相互に対向する位置にある
   ２個の推力パツド７０と、該２個の推力パツド７
   ０に対応して前記外側ケーシングに取付けられ前
   記推力パツドのそれぞれにより係合されるように
   配設されている２個の推力板６０と、を含むこと
   を特徴とする、特許請求の範囲第７項に記載のエ
   ンジン。 ９ エンジン推力の影響による曲げが生じた時に
   前記外側ケーシングの勾配がエンジン縦軸線にほ
   ぼ平行となるような軸方向位置にある垂平面内に
   前記推力反応装置１００が配置されることを特徴
   とする、特許請求の範囲第１項に記載のエンジ
   ン。 １０ 前記推力反応装置１００が、前記外側ケー
   シング４６に取付けられ前記内側ケーシングに滑
   動自在に据付けられて推力を前記外側ケーシング
   に伝える、半径方向内方に延在するフランジ１０
   ２、を含み、前記内側ケーシング５０と該フラン
   ジ１０２の半径方向の滑動により前記外側および
   内側ケーシングの相対的半径方向運動が許容され
   ること、を特徴とする特許請求の範囲第９項に記
   載のエンジン。 １１ 前記内側ケーシング５０上の軸方向に隔置
   された２個のフランジ１０６，１０８の間に形成
   されたみぞ１１０に前記フランジ１０２が滑動自
   在に据付けられることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１０項に記載のエンジン。 １２ 前記推力反応装置１００が、前記内側ケー
   シングに取付けられ前記外側ケーシングに滑動自
   在に据付けられて前記外側ケーシングに推力を伝
   える、半径方向外方に延在するフランジ、を含
   み、前記外側および内側ケーシングの相対的半径
   方向運動が前記外側ケーシングと前記フランジの
   半径方向滑動により許容されること、を特徴とす
   る、特許請求の範囲第９項に記載のエンジン。 １３ 前記外側フランジ上の軸方向に隔置された
   ２個のフランジの間に形成されるみぞの中に前記
   フランジが滑動自在に据付けられること、を特徴
   とする、特許請求の範囲第１２項に記載のエンジ
   ン。 １４ 前記静翼および動翼がエンジンの高圧圧縮
   機を構成することを特徴とする、特許請求の範囲
   第１項に記載のエンジン。