JPH06105054B2 - ボルト保持兼シールド装置、ガスタービンエンジンロータ取り付けアセンブリ、ガスタービンエンジンセクション及びタービン支持アセンブリ - Google Patents

ボルト保持兼シールド装置、ガスタービンエンジンロータ取り付けアセンブリ、ガスタービンエンジンセクション及びタービン支持アセンブリ

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JPH06105054B2
JPH06105054B2 JP4338238A JP33823892A JPH06105054B2 JP H06105054 B2 JPH06105054 B2 JP H06105054B2 JP 4338238 A JP4338238 A JP 4338238A JP 33823892 A JP33823892 A JP 33823892A JP H06105054 B2 JPH06105054 B2 JP H06105054B2
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/243Flange connections; Bolting arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/06Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
    • F01D5/066Connecting means for joining rotor-discs or rotor-elements together, e.g. by a central bolt, by clamps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05B2260/30Retaining components in desired mutual position
    • F05B2260/301Retaining bolts or nuts
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般にガスタービンエ
ンジンに関し、特にガスタービンエンジンのタービン支
持アセンブリ、ガスタービンエンジンロータ取り付けア
センブリ、及びタービンシャフトの連結に用いるボルト
を熱から遮蔽し軸線方向に保持する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】通常のターボファンガスタービンエンジ
ンでは、圧縮機を高圧タービンによって両者間に延在し
ている駆動シャフトを介して駆動する。そして、ファン
を低圧タービンによって、両者間に延在しており、高圧
タービン駆動シャフトと同軸に配置されているファンシ
ャフトを介して駆動する。ファンシャフトは代表的に
は、ファンフレーム及びタービン後部フレーム等のフレ
ームによって静止ケーシングに支持されており、これら
のフレームは、ファンシャフトから伝達される半径方向
荷重を支えているローラ軸受を有している。低圧タービ
ンを適切に支持して、そのブレード先端と、ブレード先
端を囲んでいるケーシングとの間のクリアランスが余り
に大きくなるのを防止し、こうして、ブレード先端を越
えて燃焼ガスが漏れることによる性能低下を軽減する必
要がある。低圧タービンに作用する軸線方向及び半径方
向の力の両方を適切に吸収して、ブレードの先端クリア
ランスの望ましくない変動を防止する必要がある。
【0003】具体的には、低圧タービンは通常、単独の
ディスクを含んでおり、ロータブレードはこのディスク
から延在している。ディスクは、例えばボルトによっ
て、ファンシャフトに着脱自在に固定連結されている。
他の例では、低圧タービンが複数の段を含んでおり、こ
れらの段はディスクと、ディスクから延在しているブレ
ードとをそれぞれ有しており、これらのディスクをボル
ト止めか、又は溶接により互いに適当に連結している。
複数の段をファンシャフトに一緒に連結するのに、2つ
の軸線方向に離間している支持シャフト、又は代表的に
は低圧タービンの中間付近に配置されている単一の支持
シャフトのいずれかを用いる。2つの支持シャフトを用
いる構造は、タービン荷重をファンシャフトに2つの軸
線方向に離間している平面を通して分配し、従って、低
圧タービンを一層効果的に支持し、ブレードの先端クリ
アランスの変動を少なくするのに有効である。しかしな
がら、単一の支持シャフトを用いる構造は、必然的に、
2つの支持シャフトを用いる構造より可撓性が高く、加
えられた力が単一支持シャフトの周りに曲げモーメント
を発揮するのを許し、このような曲げモーメントのた
め、低圧タービンが弾性的に反り、従って、種々の段の
ブレードの先端クリアランスが変動する。単一支持シャ
フトが可撓性であるため、種々の段のブレードの先端ク
リアランスは、段から段へ軸線方向に、又、各段の周り
に円周方向に変動するおそれがある。
【0004】更に、一構成例では、単一支持シャフトを
ファンシャフトに着脱自在にボルト止めすることがで
き、ファンシャフトを2つ以上の平面で軸受によって支
持している。エンジンの製造時に、最初はファンシャフ
トから切り離されている低圧タービンモジュールを、代
表的には、ファンシャフトへの組み立て前に、モジュー
ルとしてバランスさせる。支持シャフトは、組み立て時
にファンシャフトにボルト止めされていると共に、その
他には他の軸受サポートを有していないので、バランス
用アーバを用いて、ファンシャフトの後端及びその軸受
の代わりとし、低圧タービンをバランス用装置に支持し
なければならない。バランスをとったら、低圧タービン
をファンシャフト及びその軸受にボルト止めし、それに
より支持することができる。
【0005】同様に、ここに例示した構成例では、低圧
タービンを取り外す必要のあるエンジンのメインテナン
ス時に、ファンシャフトを低圧タービンから取り外した
ら、他のアーバで低圧タービンを支持する必要がある。
ガスタービンエンジンは、通常、エンジンのタービンセ
クションからファン及び圧縮機セクションへシャフトア
センブリを介して、回転の機械的エネルギを伝達する
が、シャフトアセンブリは組み立て、分解を簡単にする
ため、互いにボルトで止められている。組み立て、分解
が簡単であれば、コストの観点から多くの利点が得ら
れ、ガスタービンエンジンの輸送及び設置を容易にする
ために開発されたモジュラ設計が促進される。このよう
なモジュラエンジンの例が、本出願人に譲渡された、ス
ミス(Smith )等の米国特許番号第3842595号
「モジュラガスタービンエンジン」及びスミスの米国特
許番号第3823553号「パワータービンモジュール
の内蔵されたガスタービン」に開示されている。
【0006】現代の高バイパス比ファンジェットエンジ
ン、特にそのファンセクションは大型であるので、エン
ジン設計にモジュール思想を取り入れることは有効にな
っている。モジュール化すると、エンジンの組み立て、
分解性が高まり、エンジン及びその部品を最初の設置、
オーバホール、修理及びレトロフィッティングのために
輸送するのが容易になる。
【0007】低圧タービンの複数のシャフトセクション
を固定するボルトアセンブリは、多くの場合、組み立て
中に後ろ側から接近(アクセス)できない。ボルトヘッ
ドが閉空間内にあるので、組み立て中に軸線方向にボル
トを保持する手段が必要である。低圧タービンの後段を
通過する高熱ガスからボルトを熱シールドすることも、
しばしばではないにしろ、アセンブリの有効寿命を長く
し、エンジンの信頼性を高めるために、極めて望まし
い。
【0008】従来のエンジン設計を具体的に示すと、図
1に示す設計例では、前部ロータ要素5を後部ロータ要
素7に取り付けるのに用いるボルト8を保持するため
に、スプリットリングリテイナ2がボルト8のシャンク
6に形成されている円周方向溝4に配置されている。図
2に示す他の従来の設計例では、前部ロータ要素5を後
部ロータ要素7に取り付けるボルト8を保持するのに、
個別のボルトフック14を用いている。従来から知られ
ている他の装置としては、ディミック ザ サード(Di
mmick, III)等の米国特許番号第4887949号「ボ
ルト保持装置」に開示された保持クリップがある。これ
らの設計はすべて、重量を増加し、エンジン部品の数を
増加し、エンジン自体及びその組み立て、分解方法の複
雑さを増加する。円周方向溝はシャンクの荷重担持能力
を低減し、スプリットリング及びクリップは振動を受
け、又、望ましくないエンジン振動を導入する。
【0009】
【発明の目的】従って、本発明の目的は、新規な改良さ
れたタービン支持アセンブリを提供することにある。本
発明の他の目的は、単一の支持シャフトをファンシャフ
トに大きなスチッフネスを有している形状にて連結し
て、運転中のブレードの先端クリアランスを減少させる
ようにしたタービン支持アセンブリを提供することにあ
る。
【0010】本発明の他の目的は、支持用アーバを用い
る必要なしに、ファンシャフトから分離できるタービン
支持アセンブリを提供することにある。本発明の更に他
の目的は、部品の総数、重量及びコストを減少させるよ
う一体のコンポーネントを有しているタービン支持アセ
ンブリを提供することにある。本発明の更に他の目的
は、改良したタービン熱シールド兼ボルトリテイナアセ
ンブリを提供することにある。
【0011】
【発明の概要】タービン支持アセンブリは、支持シャフ
トを介してファンシャフトに連結されているタービンロ
ータを含んでいる。支持シャフトはファンシャフトにV
形状にて連結されている。V形状は、頂点で互いに接合
されていると共に軸線方向に離れる方向に傾斜している
第1及び第2の脚部を有しており、少なくとも第1の脚
部はファンシャフトの一体部分を形成している。第2の
脚部はフレームに回転自在に支持することができる。
【0012】本発明は、ボルト熱シールド兼軸線方向保
持装置も提供し、この装置なしではボルトが組み立て済
みエンジン又はそのモジュールの一つの閉キャビティに
滑り落ちるおそれがある場合に、組み立て時に2つのエ
ンジン要素を互いに保持するために用いるボルトを軸線
方向に保持する。本発明の好適な実施例では、2つのロ
ータ要素を互いに取り付けているボルト止めアセンブリ
用の一部材型環状熱シールドが提供され、この一部材型
環状熱シールドでは、ボルトが熱シールドによって熱か
ら遮蔽されており、一方、ボルトヘッドをシールドと第
1のロータ要素との間に捕捉、保持するための、熱シー
ルドは第1のロータ要素に装着されている。
【0013】本発明の他の好適な実施例では、低圧ター
ビンモジュールの低圧タービンロータシャフトアセンブ
リが提供され、この低圧タービンロータシャフトアセン
ブリでは、前部シャフトと後部シャフトとがボルトによ
って取り付けられており、ボルトは、ボルトヘッドが後
部シャフトの後方に配置されるように、各シャフトの対
応するボルト穴に摺動自在に挿設されている。ボルトヘ
ッドをシールドと後部シャフトとの間に捕捉、保持する
ように、環状熱シールドはボルトヘッドの後方で後部シ
ャフトに装着されている。
【0014】
【効果】本発明によれば、多数の利点の中でも特に、ス
チッフネスの大きな改良タービン支持アセンブリが得ら
れる。又、本発明によれば、ボルトの軸線方向保持を、
それと一体の熱シールド装置の部品以上の追加の部品を
必要とせずに、行うことができる。従って、組み立て、
分解が簡単であり、ボルト止め構造及び低圧タービンモ
ジュールを組み立てる上でのミスの防止を図ることがで
きる。本発明によれば、エンジン内での振動及び振動応
力を受ける多数の小さな部品をなくして、適切なボルト
保持を達成することができる。
【0015】
【具体的な構成】本発明は、本出願人であるGE(ゼネ
ラルエレクトリック)社のCFM、CF6及びGE90
シリーズのエンジン等の高バイパス比のファン−ジェッ
トガスタービンエンジンに特に適するが、それらに限定
されるものではない。図3に、ファン−ジェットガスタ
ービンエンジン(全体を示さず)の低圧タービン(LP
T=Low Pressure Turbine)セクション10を示す。L
PTセクション10は参照番号11で総称される低圧ロ
ータ(LPR)アセンブリを有しており、LPRアセン
ブリ11はエンジンの中心線12の周りに円周方向に配
置されている。LPRアセンブリ11は2本のLPRシ
ャフト、即ち互いに複数のボルト22によって連結され
ている前部シャフト18及び後部シャフト20を含んで
いる。これらのボルト22は、本発明の好適な実施例に
従って、後部シャフト20に装着されている一体の熱シ
ールド兼軸線方向ボルトリテイナ(保持部)26によっ
て、組み立て時に後部シャフトのボルト穴24に適切に
配置され、保持されている。
【0016】後部シャフト20は、ほぼ後方に開いてい
る円錐ウェブ30を有しており、円錐ウェブ30は、フ
ランジ状リム34でほぼ後方に閉じている円錐ハブ32
に取り付けられている。前部シャフト18の後部フラン
ジ36が、複数のボルト22及び対応するナット38に
よって後部シャフト20のリム34にボルト止めされて
いる。ウェブ30はその半径方向外周40で、一連のL
PTディスク42間の連結部にボルト止めされている。
一連のLPTディスク42は、半径方向外向きに延在し
ているLPTブレード44を支持している。LPTブレ
ード44間には、LPTケーシング54から半径方向内
向きに垂下しているLPTステータベーン52を含んで
いるステータアセンブリ50が配列されている。LPT
ステータベーン52はステータシール60のところで、
LPTロータ11と回転密封(シーリング)係合関係に
あり、LPTブレード44はロータブレードシール64
のところで、ケーシング54と回転密封係合関係にあ
る。
【0017】ケーシング54に半径方向外端72で取り
付けられているLPTフレーム70が、LPTシャフト
20をLPT軸受アセンブリ74を介して回転自在に支
持している。LPTフレーム70は円錐ウェブ状ストラ
ット78を含んでおり、円錐ウェブ状ストラット78
は、内側、中間及び外側シールアセンブリ80、82及
び84をそれぞれ介して、後部シャフト20のウェブ3
0と回転密封係合関係にある。モジュールを組み立てる
場合、他の型式と同様、後部シャフト20を前部シャフ
ト18に取り付けずに、LPRアセンブリ11をLPT
フレーム70に組み込む。しかしながら、ボルト22を
対応するボルト穴24に挿入し、一体の熱シールド兼リ
テイナ26によって所定位置に保持し、前部シャフト1
8の後部シャフト20への組み立て及び分解時に、ボル
ト22がキャビティ88に落下しないようにする。
【0018】図4に、前部シャフト18をボルト22に
よって後部シャフト20に取り付けている状態を示す。
ボルト22は組み立て時に、一部材から成っている環状
一体熱シールド兼軸線方向ボルトリテイナ26によっ
て、後部シャフトのボルト穴24内に収容され、所定位
置に保持されており、一方、シールド兼リテイナ26
は、第2の一組のボルト100及びナット102によっ
て後部シャフト20に装着されている。本発明の好適な
実施例によれば、第2の一組のボルト100及びナット
102は、回転可能な内側ナイフエッジシール94をロ
ータアセンブリ11に取り付けている。内側ナイフエッ
ジシール94は、内側シールアセンブリ80のシールラ
ンド96に対するシールを形成している。他の実施例で
は、一体熱シールド兼軸線方向ボルトリテイナ26を、
内側ナイフエッジシール94とも一体の一部材要素とし
てもよい。
【0019】一体熱シールド兼軸線方向ボルトリテイナ
26は、外側逆L形リテイナ部92を有している円錐形
状シールド部90を含んでいる。シールド部90は、ボ
ルトを熱から保護するのに十分な距離だけボルト22か
ら離れている。リテイナ部92は、後部シャフト20の
穴24内でボルト22を軸線方向に保持するよう、ボル
ト22から離れており、そしてボルト22を水平に保つ
のに用いられている。従って、組み立て中に、前部シャ
フト18及びそのボルト穴24を後部シャフト20と簡
単に心合わせし、はめ合わせることができる。本発明の
好適な実施例では、回転防止リム120がボルト22の
ボルトヘッド25とヘッド部の平坦側面に沿って係合す
るように後部シャフト20に形成されており、こうし
て、ナット38を締め付けるときにボルト22が空転す
るのを防止すると共に、ボルト22を水平に、中心線1
2にほぼ平行に保つのを助ける。
【0020】図5及び図6に示す他の実施例では、後部
シャフト20上の回転防止リムを用いず、その代わりに
回転防止ボルトヘッド25′を用いている。図6に示す
ように、隣接している回転防止ボルトヘッド25′の形
状と円周方向間隔とは、ナット38を締め付けるときに
ボルトヘッド25′が互いにぶつかり、ボルト22が回
転するのを防止するように調節されている。
【0021】図7にターボファンガスタービンエンジン
の一例を参照番号210で示す。エンジン210は、長
手方向中心軸線212を有しており、直流連通関係に
て、普通のファン214と、普通の圧縮機216と、普
通の環状燃焼器218と、普通の高圧タービン(HPT
=High Pressure Turbine )220と、低圧タービン
(LPT=Low Pressure Turbine)222とを含んでい
る。LPT222は本発明の好適な実施例に従って支持
されている。LPT222は後で詳しく説明するよう
に、ファンシャフト224によってファン214に着脱
自在に固定連結されている。HPT220は通常通りに
駆動シャフト226を介して、圧縮機216に連結され
ている。
【0022】LPT222は、前述したLPT10の他
の実施例であり、前部シャフト18の他の実施例である
ファンシャフト224に連結されている。図7及び図8
は共に、前述した構成要素の種々の他の実施例を開示し
ており、このタービン支持例の構造的及び機能的作用を
区別するために、前述の実施例とは異なる記号を付して
ある。
【0023】エンジン210の運転中、外部空気228
が回転するファン214を通過し、空気の外側部分はス
ラストを生成し、内側部分は圧縮機216に案内され、
そこで圧縮され、燃焼器218に排出される。通常の燃
料供給手段230によって、燃焼器218内の圧縮空気
に燃料を導入する。導入された燃料を通常の手段で点火
して、燃焼ガス232を発生する。燃焼ガス232をH
PT220へ下流に案内し、HPT220は燃焼ガスか
ら圧縮機216を駆動するためのエネルギを抽出する。
LPT222も又、燃焼ガス232からファン214を
駆動するためのエネルギを抽出する。
【0024】本発明の一実施例に従ってLPT222を
支持するアセンブリを図8に詳細に示す。LPT222
は環状ケーシング234を含んでおり、環状ケーシング
234は半径方向フランジ236のところで、HPT2
20を囲んでいるケーシングに通常通りに着脱自在に固
定連結されている。ケーシング234は、そこから半径
方向内向きに延在している普通のステータベーン238
の複数の段又は列を含んでいる(図面では6段を示
す)。LPT222は環状タービンロータ240も含ん
でおり、環状タービンロータ240は、そこから半径方
向外向きに延在しているロータブレード242の複数の
段又は列を含んでいる(図面では6段を示す)。ベーン
段とロータ段とは交互になっているので、ステータベー
ン238の各段は対応するロータブレード242の段の
上流に、ロータブレードの段と流通関係で配置されてお
り、燃焼ガス232をロータブレードの段に案内する。
各ブレード242の半径方向外側先端(チップ)242
aは、ケーシング234の内面又はシュラウドから半径
方向内方に離れており、半径方向外側先端242aとケ
ーシング234との間に先端クリアランスTを画定して
いる。先端クリアランスTは、できる限り小さくして、
LPT222の性能を劣化させる先端クリアランスTを
通しての燃焼ガス232の漏れを防止するのが好ましい
が、適当に大きくして、ケーシング234とブレード先
端242aとの間の熱膨張−収縮の差により、ブレード
先端242aが擦れるのを防止する必要がある。
【0025】ロータ240は6つの個別のディスクを有
しているドラムロータの形態を成しており、ディスクか
らそれぞれのロータブレード242が半径方向外向きに
延在しており、ディスク同士は通常通りにボルト又は溶
接により互いに接合されている。本発明によれば、ター
ビンロータ240は単一の管状支持シャフト244のみ
によって支持されている。シャフト244は円錐形部又
は台形部246を含んでいる。台形部246は半径方向
フランジの形態の環状第1又は底端246aを有してお
り、底端246aは通常通り、例えばボルト止め等によ
り、タービンロータ240に固定連結されている。台形
部246は又、底端246aとは反対側にそれより小さ
い環状第2又は頂端246bも含んでおり、頂端246
bは、例えば普通のボルト264によって、ファンシャ
フト224に着脱自在に固定連結されている。この実施
例では、頂端246bは台形底端246aより上流に設
けられており、台形部246は中心軸線212に対して
約50°の傾斜角又は円錐角Aを有している。
【0026】図7に示すように、ファンシャフト224
はその中間付近で通常通りに分割されている2つの通常
の部分から成っており、ファン214にそれと一緒に回
転するように通常通りに固定連結されている第1又は前
端224aと、支持シャフト244に固定連結されてい
る第2又は後端224bとを有している。ロータブレー
ド242が発生するトルクを支持シャフト244及びフ
ァンシャフト224を介してファン214に伝達し、フ
ァン214を回転する。
【0027】ここで使用する用語「前」及び「後」は、
エンジン210内での相対位置を指しており、ファン2
14からエンジン210内を下流に進む空気228及び
燃焼ガス232の流れに対して、用語「前」は上流方向
を指し、「後」は下流方向を指す。尚、燃焼ガス232
は最終的にLPT222から下流に排出される。図7に
示す実施例では、普通の前部又はファンフレーム248
がファン214と圧縮機216との間に配置されてお
り、普通の第1のローラ軸受250を含んでいる。第1
のローラ軸受250は、ファンシャフト224にその前
端224a付近で固定されており、半径方向荷重を支え
ている。普通の静止後部フレーム252が、LPT22
2及びタービンロータ240の下流に配置されており、
台形部246に向かって上流に延在している円錐ハブ2
54を含んでいると共に、普通の第2のローラ軸受25
6を含んでいる。第2のローラ軸受256は、LPT2
22から支持シャフト244を介してファンシャフト2
24に伝達される半径方向荷重を支持している。
【0028】例えば、燃焼ガス232は、LPT222
を通過する際、通常通り膨張し圧力を失い、従って、矢
印Fで線図的に示されるように、下流方向に軸線方向
力を発生する。そして、エンジン210が飛行中に航空
機に推力を与える動作をなす際、矢印Fで線図的に示
される半径方向荷重がLPT222に対して作用する。
軸線方向力Fの軸線方向成分は、普通のスラスト軸受
(図示せず)によって吸収される。しかしながら、軸線
方向力F及び半径方向力Fのいずれか又は両方が、
図7に示す長手方向平面において、LPT222に支持
シャフト244に対して加わると、両方向円形矢印Mに
よって線図的に示される通常の曲げモーメントが発生す
る。曲げモーメントMと半径方向力Fとは、前部軸受
250及び後部軸受256を介して、半径方向に向いた
反力F及びFによりそれぞれ対抗される。しかしな
がら、LPT222は単一の支持シャフト244によっ
てのみ支持されているので、曲げモーメントMによりL
PT222は、支持シャフト244の周りに弾性的に回
転するか、片寄るかし、この結果、ブレードの先端クリ
アランスTが変動する。
【0029】更に詳しく述べると、図8において、図示
の長手方向平面から直角に外向きに延在している軸線の
周りの曲げモーメントMが加わると、支持シャフト24
4及びファンシャフト224に固有の可撓性のせいで、
ブレード先端242aとファンシャフト224との間に
弾性的な片寄りが生じる。従来の単一支持LPTでは、
台形の形状の支持シャフト244のみが、普通のスプラ
イン又はボルト止めアセンブリのいずれかを介して、直
円筒の形状のファンシャフト224に直接に固定連結さ
れている。その結果得られるアセンブリが有する可撓性
は、通常通りに決定可能であり、加えられる曲げモーメ
ントに応じて、ブレードの先端クリアランスTが段から
段へ軸線方向に、又、中心軸線212の周りに円周方向
に両方へ変化するのを許す。尚、ファンシャフト224
は環状であり、普通の支持シャフトの台形部は円錐であ
り、従って、それらのスチッフネス値は先端クリアラン
スTを大きく支配するが、ファンシャフト及び支持シャ
フトの両方共、比較的剛性である。更に、両者は三次元
で動くので、例えば、円周方向局部半径方向力Fに起
因する曲げモーメントMが加わると、半径方向力F
加えられた付近の先端クリアランスTが増加し、一方、
ケーシング234の円周の周りの他の位置では、先端ク
リアランスTが減少し、これは望ましくない先端こすれ
と、空気力学的性能の低下とにつながる。
【0030】本発明の特徴によれば、図8に具体的に示
すように、ファンシャフト224の後端224bは、支
持シャフト244と共に、第1及び第2の円錐脚部25
8及び260をそれぞれ含んでいる半径方向に延在して
いる環状のY形又はV形に成形されており、こうして、
ファンシャフト224とタービンロータ240との間の
スチッフネスを増加し、支持シャフト244をファンシ
ャフト224に一層剛固に連結し、加えられた曲げモー
メントMに基づく先端クリアランスTを減少させる。タ
ービンロータ240を単一支持シャフト244を介して
ファンシャフト224に一層剛固に装着することによ
り、段から段への軸線方向及び各段の周りの円周方向の
両方向において、先端クリアランスTを減少させる。
【0031】第1の脚部258は頂部又は第1の端25
8aと、底部又は第2の端258bとを有している。第
2の脚部260は頂部又は第1の端260aと、底部又
は第2の端260bとを有している。第1の脚部258
及び第2の脚部260は、頂端258a及び260aの
ところで互いに接合されており、頂点262を画定して
いる。頂点262は両底端258b及び260bより半
径方向外側に配置されている。第1の脚部258及び第
2の脚部260は、頂点262から離れる方向に両者間
の頂点開先角度Bにて軸線方向に傾斜しており、従っ
て、底端258bと260bとは、軸線方向に距離Sだ
け離れており、ファンシャフト224と支持シャフト2
46との間のスチッフネスを増加させ、先端クリアラン
スTを小さくする。この実施例では、頂点角度Bは約9
0°であるが、第1の脚部258及び第2の脚部260
を軸線方向に適当に広げて離し、そのスチッフネスを増
加させ、先端クリアランスTを小さくするのに適当であ
れば、好ましくは0°より大きく180°より小さい、
他の適当な値であってもよい。
【0032】好適な実施例では、少なくとも第1の脚部
258は、ファンシャフト224の一体部分として形成
されており、第1の脚部の底端258bは、ファンシャ
フトの後端224bと一体に形成されている。ここで、
用語「一体」は好ましくは、例えばスプライン又はボル
ト等によって選択的に着脱自在に互いに接合されている
のではなくて、好ましくは普通の鍛造又は鋳造品を用い
るか、互いに溶接する等により得られるような一体であ
ることを意味する。従って、一体の要素は、メインテナ
ンス作業中に組み立てたり分解したりする個別の部品の
数を減らし、従って、コスト及び重量を減らすと共に、
一体要素間の相互接続を連続且つ剛固なものとする。
【0033】図8に示すように、第1の脚部258はフ
ァンシャフト224から軸線方向へ外向きに傾斜してお
り、中心軸線212に対して、例えば約50°の第1の
傾斜角Cにて傾斜している。第2の脚部260を第1の
脚部258と一体に形成し、台形部246を頂点262
にボルト止めすることもできるが、本発明の好適な実施
例では、第2の脚部260は支持シャフト244の一体
部分を成しており、その頂端260aは頂点262で台
形部の頂端246bと一体に接合されており、又、頂点
262のところで台形部の頂端246bは、円周方向に
間隔をあけた複数のボルト264によって、第1の脚部
258にその頂端258aで通常通りに着脱自在に固定
連結されている。第2の脚部260は、台形部の頂端2
46bから下流に延在しており、軸線方向に内方へ中心
軸線212に向かって、第2の脚部260と台形部24
6との間で測って発散角度Dにて傾斜しているのが好ま
しい。この実施例では、発散角度Dは約90°である
が、第2の脚部260を介して台形部246と円錐ハブ
254との間のスチッフネスを増加するのに適当であれ
ば、0°より大きく180°より小さい他の適当な値で
あってもよい。第2の脚部260は又、軸線方向へ内向
きに中心軸線212に対して、第2の傾斜角Eにて傾斜
している。第2の傾斜角Eは、この実施例では約40°
である。
【0034】支持シャフト244は更に、円筒形ジャー
ナルシャフト266を含んでいるのが好ましい。ジャー
ナルシャフト266は、第2の脚部底端260bから下
流への延長部として、第2の脚部260に固定、好まし
くは一体に連結されており、第2の脚部260をタービ
ンフレーム252に回転自在に支持している。第2のロ
ーラ軸受256は、ジャーナルシャフト266をタービ
ンフレームハブ254に回転自在に連結しており、ター
ビンロータ240から支持シャフト244を介してジャ
ーナルシャフト266に伝達される半径方向荷重、又、
第2のローラ軸受256を介してタービンフレーム25
2の円錐ハブ254に伝達される半径方向荷重を支持し
ている。従って、第2の脚部260はタービン後部フレ
ーム252に回転自在に支持されていることが好まし
く、こうして、タービンロータ240は支持シャフト2
44及び少なくとも第2の脚部260によって、そして
好ましくは第1の脚部258によっても支持されてい
る。このようにして、2つの接合している円錐状の第1
及び第2の脚部258及び260によって、底と底とを
合わせた円錐台形が構成されており、これらが協動し
て、台形部246と、ファンシャフト224及びジャー
ナルシャフト266との間に比較的大きなスチッフネス
を与える。このようにスチッフネスを増加すると、加え
られた曲げモーメントMと半径方向荷重Fとが、台形
部246から前方へ第1の脚部258及びファンシャフ
ト224を介して、第1の軸受250及びファンフレー
ム248(図7参照)に伝達され、又、後方へ第2の脚
部260及びジャーナルシャフト266を介して、第2
の軸受256及び後部フレーム252に伝達される結果
として、ブレード先端242aとケーシング234との
間の相対移動が減少し、従って、先端クリアランスTが
減少し、LPT222の空気力学的性能が改良される。
【0035】角度B、C及びEや軸線方向間隔Sを含め
た第1及び第2の脚部258及び260の特定の寸法、
並びに角度A及びDの特定の値は、各例ごとに、脚部2
58及び260、並びに支持シャフト244からのスチ
ッフネスの増加を最大にし、曲げモーメントMがかかる
ことによる先端クリアランスTの変動を小さくするよう
に、通常の通りに決めることができる。
【0036】本発明の他の利点として、台形部246、
第2の脚部260及びジャーナルシャフト266の一体
アセンブリが挙げられる。ジャーナルシャフト266を
タービン後部フレーム252と共に第2の軸受256に
組み立てるので、従って、タービンロータ240はそれ
によって支持されており、そして、メインテナンス作業
中に支持シャフト244をアーバで一時的に支持する必
要なしに、ファンシャフト224を支持シャフト244
から取り外すことができる。更に、LPT222の最初
の製作時にも、一時的なバランス用アーバは必要ない。
なぜなら、やはりタービンロータ240を支持シャフト
244と共に組み立てることができるからであり、ジャ
ーナルシャフト266を単に普通のバランス装置に装着
するだけでよい。一時的なバランス用アーバを省くこと
により、バランスの反復性と正確さとが向上するはずで
ある。
【0037】更に、支持シャフト244は図8に示すよ
うに、第2の軸受256を取り囲んでおり、衛生的な軸
受/油溜め構造を形成しているので、LPT222をエ
ンジンの残りの部分に対して組み立てたり分解する際
に、第2の軸受256は汚染されるおそれから免れてお
り、このことも第2の軸受256及びそれと関連した潤
滑系統の信頼性を増す。
【0038】以上、本発明の好適な実施例と考えられる
ものを説明したが、以上の説明から当業者には他の変更
例も明らかである。従って、このような変更例もすべて
特許請求の範囲内に包含される。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のスプリットリングボルト保持手段の断面
図である。
【図2】従来のフックボルト保持手段の断面図である。
【図3】本発明の好適な実施例による一体の熱シールド
兼ボルト保持手段を含んでいるモジュラファン−ジェッ
トエンジンの一部を示す断面図である。
【図4】図3の熱シールド兼ボルト保持手段を詳細に示
すシャフト取り付け部の拡大断面図である。
【図5】ボルト回転防止手段の他の実施例を示す図3の
熱シールド兼ボルト保持手段のシャフト取り付け部の拡
大断面図である。
【図6】図5のボルト回転防止手段の後面図である。
【図7】本発明の好適な一実施例によるタービン支持ア
センブリを含んでいるターボファンエンジンの線図的長
手方向断面図である。
【図8】図7の低圧タービンの一部を示す拡大長手方向
断面図である。
【符号の説明】
10 低圧タービン 11 低圧ロータ 12 エンジン中心線 18 前部シャフト 20 後部シャフト 22 ボルト 24 ボルト穴 26 一体の熱シールド兼ボルトリテイナ 30 ウェブ 38 ナット 44 ブレード 52 ステータベーン 90 シールド部 92 リテイナ部 94 ナイフエッジシール 210 ターボファンガスタービンエンジン 214 ファン 220 HPT 222 LPT 224 ファンシャフト 240 ロータ 244 支持シャフト 246 台形部 250 前部軸受 252 タービンフレーム 256 後部軸受 258 第1の脚部 260 第2の脚部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シドニイ・ベイカー・エルストン,ザ・サ ード アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナテ ィ、フィルソン・プレイス、4番 (72)発明者 アラン・レイモンド・ギルクリスト アメリカ合衆国、オハイオ州、フェアフィ ールド、チェリーヒル・ドライブ、3414番 (72)発明者 アンブローズ・アンドリアス・ハウザー アメリカ合衆国、オハイオ州、ワイオミン グ、ワーシントン・アベニュー、27番 (56)参考文献 実開 平3−125996(JP,U) 実開 昭57−47733(JP,U)

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスタービンエンジンロータのボルト穴
    内のボルトを熱から保護すると共に軸線方向に保持する
    ボルト保持兼シールド装置であって、 環状熱シールドと、 該熱シールドの一端で前記ボルトを前記ボルト穴内に軸
    線方向に保持する保持手段と、 前記熱シールドの他の位置で前記熱シールドを前記ロー
    タに装着する手段とを備えたボルト保持兼シールド装
    置。
  2. 【請求項2】 前記熱シールドの前記装着手段の位置
    は、前記熱シールドの他端にある請求項1に記載のボル
    ト保持兼シールド装置。
  3. 【請求項3】 更に、前記熱シールドから延在している
    回転可能な空気シールを含んでいる請求項1に記載のボ
    ルト保持兼シールド装置。
  4. 【請求項4】 貫通して円周方向に設けられている複数
    のボルト穴を有している第1のロータ要素と、 前記複数のボルト穴に挿設されていると共に第1の軸線
    方向に面しているボルトヘッドを有している複数のボル
    トと、 前記第1のロータ要素に取り付けられており、前記複数
    のボルト穴内の前記複数のボルトを熱から保護すると共
    に軸線方向に保持する一体のボルトリテイナ兼熱シール
    ド手段とを備えたガスタービンエンジンロータ取り付け
    アセンブリ。
  5. 【請求項5】 更に、前記第1のロータ要素に形成され
    ている環状リムを含んでおり、該環状リムは、対応する
    ナットの締めつけ作業中に前記ボルトヘッドが回転する
    のを防止すべく複数の前記ボルトヘッドの平坦面と係合
    するように形成されており、前記一体のボルトリテイナ
    兼熱シールド手段は、前記ボルトヘッドの平坦面を前記
    リムと係合関係に軸線方向に保持するように形成されて
    いる請求項4に記載のガスタービンエンジンロータ取り
    付けアセンブリ。
  6. 【請求項6】 更に、前記熱シールドから延在している
    回転可能な空気シールを含んでいる請求項5に記載のガ
    スタービンエンジンロータ取り付けアセンブリ。
  7. 【請求項7】 半径方向内方へ垂下しているステータベ
    ーンの列を有しているケーシングと、 前記ベーンと交互に配列されているロータブレードを有
    しているロータと、 前記ケーシングに装着されており、前記ロータを軸受ア
    センブリと共に少なくとも部分的に回転自在に支持して
    いるフレームと、 該フレームと前記ロータとの間に形成されているほぼ閉
    じているキャビティと、 前記ロータに角度を成して挿設されており、円周方向に
    設けられている複数のボルト穴と、 該複数のボルト穴に挿設されていると共に第1の軸線方
    向に面しているボルトヘッドを有している複数のボルト
    と、 前記ロータに取り付けられており、前記複数のボルト穴
    内の前記複数のボルトを熱から保護すると共に軸線方向
    に保持する一体のボルトリテイナ兼熱シールド手段とを
    備えたガスタービンエンジンセクション。
  8. 【請求項8】 前端と後端とを有しているファンシャフ
    トと、 半径方向外方へ延在している複数段のロータブレードを
    有しているタービンロータと、 該タービンロータに固定連結されている底端と、前記フ
    ァンシャフトの後端に着脱自在に固定連結されている頂
    端とを有している台形部を含んでいる支持シャフトとを
    備えており、 前記ファンシャフトの後端は第1及び第2の脚部を含ん
    でいる半径方向に延在しているV形状に前記支持シャフ
    トと共に成形されており、前記第1及び第2の脚部は頂
    端と底端とをそれぞれ有しており、該頂端で互いに連結
    されて頂点を画定しており、前記第1及び第2の脚部は
    各々の前記底端が軸線方向に離れるように両脚部間に頂
    角を挟さんで軸線方向に傾斜しており、少なくとも前記
    第1の脚部は前記ファンシャフトの一体部分を形成して
    おり、前記第1の脚部の底端は前記ファンシャフトと一
    体であり、前記タービンロータは前記支持シャフト及び
    前記第2の脚部により支持されているタービン支持アセ
    ンブリ。
  9. 【請求項9】 前記第2の脚部は前記支持シャフトの一
    体部分であり、その前記頂端は前記台形部の頂端に一体
    に連結されており、前記第2の脚部はそこから両者間に
    発散角を挟んで軸線方向へ内向きに傾斜しており、前記
    支持シャフトは更に、前記第2の脚部の底端に固定連結
    されていると共に前記第2の脚部を回転自在に支持して
    いる円筒形ジャーナルシャフトを含んでいる請求項8に
    記載のタービン支持アセンブリ。
  10. 【請求項10】 前記台形部の頂端は、該台形部の底端
    より上流に設けられており、 前記第2の脚部は、前記台形部分の頂端から下流に延在
    している請求項9に記載のタービン支持アセンブリ。
  11. 【請求項11】 更に、前記ファンシャフトの前端に固
    定連結されているファンと、 半径方向内方へ延在していると共に前記ロータ段の対応
    する段の上流にそれと流通関係で設けられている複数段
    のステータベーンを有している環状ケーシングと、 前記タービンロータの下流に設けられていると共に上流
    に前記台形部に向かって延在している円錐ハブを含んで
    おり、前記タービンロータを前記支持シャフトにより前
    記ジャーナルシャフトのところで回転自在に支持してい
    るタービンフレームとを含んでいる請求項10に記載の
    タービン支持アセンブリ。
  12. 【請求項12】 更に、前記ファンシャフトに連結され
    ている第1の軸受を有しており、そこからの半径方向荷
    重を支えているファンフレームを含んでおり、 前記タービンフレームは、前記ジャーナルシャフトを前
    記タービンフレームに連結していると共にそこからの半
    径方向荷重を支えている第2の軸受を有している請求項
    11に記載のタービン支持アセンブリ。
JP4338238A 1991-12-23 1992-12-18 ボルト保持兼シールド装置、ガスタービンエンジンロータ取り付けアセンブリ、ガスタービンエンジンセクション及びタービン支持アセンブリ Expired - Fee Related JPH06105054B2 (ja)

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US07/812,476 US5226788A (en) 1991-12-23 1991-12-23 Turbine heat shield and bolt retainer assembly
US841154 1992-02-25
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