JPH10299415A - ロータ用支持装置 - Google Patents
ロータ用支持装置Info
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- JPH10299415A JPH10299415A JP10111737A JP11173798A JPH10299415A JP H10299415 A JPH10299415 A JP H10299415A JP 10111737 A JP10111737 A JP 10111737A JP 11173798 A JP11173798 A JP 11173798A JP H10299415 A JPH10299415 A JP H10299415A
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Abstract
させない軸受けを提供する。 【解決手段】 ロータのシャフト10用支持装置は、シ
ャフトと支持フレーム26との間に半径方向に設けられ
た軸受28を含む。軸受は、耐久性のある支持部100
と変形可能な支持部104とを有する。変形可能な支持
部は三次元曲面82,84を有する円周方向へ延びるチ
ャンネル78に収容される。油シール44は同様の三次
元曲面52,54を有する。作動中ロータが不均衡にな
った場合、変形可能な支持部は、そのハウジング76か
ら離脱しチャンネル内を半径方向へ摺動して、不均衡な
力をロータからフレームへ伝達しないようにし、ロータ
を長手方向へ保持する。シール面が曲面なので、シール
の一体性が維持され、油がなくなってもロータを低速度
で連続運転することが可能となる。選択的に設けられ、
一時的に動作するダンパ148が設けられている。再心
出しシステム164を選択的して設け、適正な回復力を
加えて変位されたロータを再心出しし、その自然周波数
を変更して低回転周波数での共振振動を阻止する。
Description
ビンエンジン内のロータを支持するための装置に関し、
特に、ロータの長手方向支持を維持し、損傷を与える可
能性のある不均衡力がエンジンの他の部分へ伝達される
ことを最小限にしながら不均衡にされたロータの振動性
のある振れを受ける支持装置に関する。
ービンエンジンは、典型的には、半径方向へ延びるファ
ン・ブレードのアレーを有するファンと、コンプレッサ
と、タービンと、タービンからコンプレッサ及びファン
へ動力を伝達するためのシャフトとを含む。ロータは、
各々がシールされた軸受室に収容される2以上の長手方
向へ離間された軸受によって非回転の支持フレームに半
径方向及び長手方向に支持されている。通常の運転条件
では、ロータは軸受の中心を通る中心軸に半径方向に一
致する重心を有する。ロータは、また、設計により、ロ
ータの最大回転周波数よりも高い自然振動周波数を有し
ている。
ラグメントは、ロータの重心が中心軸からずれるように
ブレードの残りのブレードから分離されるようにしても
よい。軸受はロータを半径方向へ規制するから、このロ
ータは変位された重心を通る軸の周りよりは中心軸の周
りに回転する。従って、減衰する可能性のある不均衡な
力は軸受を介して支持フレームへ伝達される。ブレード
・フラグメントの分離は非常に望ましくないが、エンジ
ンが安全に停止されるまで不均衡力に耐えられるように
支持フレームを十分に丈夫にすることが共通するやり方
である。具合が悪いことに、このように支持フレームを
丈夫にすると、望ましくない重量が増加し、エンジンを
大型にする。
る1つの可能な方法は、所定の値を超える半径方向の力
が作用した時に、ロータを半径方向に拘束する能力が突
然小さくなる(又は完全になくなる)支持装置を持つフ
レームにロータを支持することである。半径方向に拘束
する能力が低下すると、ロータは、変位された重心を通
るかそれに接近している回転軸の周りに自由に回転す
る。この結果、不均衡な力の支持フレームへの伝達は最
小になり、その重量と大きさとをこれに対応させて減少
することができる。
衡な力の支持フレームへの伝達を最小にするためには完
全に満足できる方法ではない。ロータの支持装置がロー
タを半径方向同様長手方向へも拘束する場合、半径方向
の拘束は、ロータの長手方向の支持と妥協しないやり方
で行われなければならない。更に、半径方向に拘束が解
かれたロータは、軸受室シールを容易に損傷する可能性
のある振動性の半径方向の振れを受け、これによって室
から潤滑及び冷却用の油を漏れさせる。油の損失は、た
とえエンジンがブレード・フラグメントの分離に続いて
停止されても、航空機のタービンエンジンにおいては重
要でない。止められたエンジンのロータは航空機の前進
速度に基づいて低回転周波数で回転し続けるが、この場
合、「風車」運動を行う。このような保持された回転
は、止められたエンジンのファン・ブレードによって発
生された空動抗力を最小にするから、望ましいものであ
る。潤滑油の損失が生じると、軸受がオーバーヒートと
付着を起こし、ロータが風車運転をすることができなく
なる。これに伴って抗力が増加し、特に問題になってい
るエンジンが航空機の中心線からずれている場合には、
航空機の運航を困難にする。
の他の潜在的な欠点は、ロータとその支持機構との動力
学に関連している。ロータの回転振動数が自然振動数よ
りも小さい場合には、不均衡な力とロータの振れとの間
の位相角が、高回転周波数で90°より幾分少なくな
る。ロータとその支持構造が依然変わらないままである
限りは、不均衡な力は振れの振幅を増加させるように作
用する。半径方向の拘束が突然にゆるめられると、不均
衡な力と振れとの間の位相角は約180°に変わる。こ
の変更が適当な緩衝によって適切に制御されないと、ロ
ータの中心線が変位して変形が生じ得ることになる。非
常に少なくみても、これらの変位はエンジンの損傷を受
けていない軸受支持部に大きな大きさの力を掛けること
になる。
不都合は、損傷されたロータの回転周波数がその風車回
転数に近づいて行くにつれてはっきりしてくる。ロータ
システムのこの低下された自然周波数が風車周波数に類
似した値になると、風車運転をしているロータの振動
は、ロータを更に損傷し得る共振レベルへと増幅され得
ることになる。
るめるだけでは不均衡にされたロータを受け入れる完全
に満足な手段が得られない。
は、ロータの長手方向の支持を維持しながら、ロータの
不均衡な力をフレームに伝達するようにガスタービンエ
ンジンのロータを支持フレームに支持することにある。
ている間及びこれに続いて油シールに生じる損傷を最小
にすることである。
生じた直後に生じる厳しいロータ振動を減衰することに
ある。
風車回転周波数で回転している間に損傷したロータの共
振振動に対して保護を与えることにある。
ンエンジンのロータを支持フレームに支持するための装
置は、不均衡な力に応答して離脱し、不均衡な力を支持
フレームに伝達することが無くかつロータの長手方向の
支持に妥協することが無く円周方向へ延びるチャンネル
内で半径方向へ摺動する変形可能な軸受支持部を含む。
互に対して半径方向へ変位可能なシールリングと当接す
るシールランドによって部分的に仕切られた、シールさ
れた軸受室に収容されている。シールランドとシールリ
ングとの当接面は、三次元曲面であり軸方向の相対変位
がシールの一体性を損なわないようになっている。
置は、過度のロータ振動を減衰するために一時的に作動
するダンパを含む。
置は、不均衡にされたロータを再心出ししその自然周波
数を変更して風車速度における振動性の同調振れを抑制
する心出しシステムを含む。
ータによって作用されて減衰を行うことがある振動によ
る力から支持フレームを分離することにより、重量が軽
減されることである。他の利点は、軸受室のシールの損
傷を最小にして潤滑剤の損失及びこの結果生じ次のファ
ン・ブレード・フラグメントの分離を起こすローラの取
り付きを阻止することである。他の利点は、風車回転周
波数で同調振動を阻止することができることである。
の、本発明を実施するための最良の態様及び添付図面の
説明から明らかになるであろう。
ービンは、ロータ10を有しており、このロータ10
は、シャフト12と、代表的に14で示されており、ハ
ブ16から半径方向外側へ延び、ラブストリップ18を
有するファンケース17によって囲繞されるファン・ブ
レードのアレーとを有する。スプライン20及び接続ナ
ット22は、ハブをシャフトの前端24に固定する。ロ
ータは、玉軸受28のような長手方向へ離間された軸
受、転がり軸受32及びシャフトの後端近傍の図示しな
い他の軸受によって支持フレーム26に回転可能に支持
されている。軸受28,32は、シャフト12と支持フ
レーム26とによって半径方向に区画されシールされた
環状室34に収容されている。シャフトは長手方向へ延
びる中心軸36の周りに回転出来るようになっており、
この中心軸は軸受の中心を通って、動力及び回転運動
を、図示しないタービンからこれも図示しないコンプレ
ッサ及びファンへ伝達する。
ールキャリア42とシール44によって仕切られてい
る。シール44は、キャリア42に設けられた非回転シ
ールリング46と、シャフトに固定されたシールランド
48とを含む。シールリングとシールランドは、軸受室
の前端をシールするために互いに当接する面52,54
を有する。図示しないが、同様のシール装置が転がり軸
受32の後部で上記室の他端を仕切っている。
滑油66を室内へ噴射するために円周方向に分配された
複数の噴射ノズル64とを含む。支持フレーム内の吐出
し路72,74は、使用済みの油を潤滑システムのディ
ーエアレータ、フィルタ及びポンプへ戻すための通路を
規定する。シール44は、望まない油の漏れが室から生
じるのを防止する。
4を有し円周方向へ延びるチャンネル78を具備するハ
ウジング76である。ハウジング76は、フレームの一
体物の延長部86と、ボルト92及びナット94によっ
て延長部に固定されるキャップ88とから成る。ハウジ
ング全体がフレームと一体に製造出来るが、説明した構
造が望ましい。それは製造と組立を容易にするからであ
る。
されたインナーレース102のような耐久性のある支持
部100と、変形可能な支持部104とを有する。この
実施形態において、変形可能な支持部は、半体108,
110がボルトで結合し合う2体物の支持リング106
と軸受アウターレース114から成る。変形可能な支持
部は、支持リングから長手方向へ延びる前後の犠牲フラ
ンジ116,118を有する。各フランジは、ハウジン
グ上の対応の対応の突起部122,124上にあって、
支持リングがその前後面126,128でチャンネルの
前後面82,84に当接した状態でチャンネル内に収容
されるように、支持リングを位置・支持している。チャ
ンネル及び支持リングの面82,84,126及び12
8とシールリングとシールランドの面52,54は、実
質的に中心軸に一致する共通中心Cを有する球面のよう
な三次元曲面である。球面と面との意義は、次に述べる
本発明の作動の説明に照らして明らかになるであろう。
でもよい。外周シール136と円周方向へ配分されたス
ロット138(図2、図3(A)及び図3(B))を有
する環状ピストン134は凹部内に配設されて、これと
共働して、油が充填された減衰チャンバ142を規定す
る。ピストンは、支持リングの対応する斜面146に接
触する斜面144を有する。以下に十分に説明するよう
に、ピストンは、凹部内で前方へ変位して、ロータが不
均衡になった時に、ピストンと減衰チャンバとが一時的
な振動ダンパ148として作用するようになっている。
チャンネルの底部154に設けられたスペーサ152
は、組立中ピストンの前方への移動を制限する。スペー
サは、又、ダンパの一時的な作動中にピストンの周方向
に限定された前方への移動に抗し、ダンパの減衰容量を
弱める。
滑油の一部を減衰チャンバ内へ向ける。通気孔158は
油をチャンバから流出させて、通常のエンジンの運転中
は、ピストンが実質的に釣り合いがとれた状態にある、
−即ち、スペーサ152及び支持リング106に対して
前側へ付勢されたり、凹部132内後方へ付勢されたり
しないようにしている。
質的に中心軸に一致しており、軸受はロータを軸中心と
して回転させるように制約する。ロータが不均衡になっ
て続いてファン・ブレード・フラグメントの分離が生じ
た場合、ロータの重心は中心線からずらされる。軸受が
ロータを変位された重心(又は少なくともその近く)を
通る回転軸の周りよりは軸36の周りに回すように制約
をしている限り、実質的に不均衡な力が支持フレームに
伝達される。
ームに伝達されるのを最小にする。ファン・ブレード・
フラグメントの分離に一致する大きさの半径方向の力を
受けた時、支持リングの犠牲フランジ116,118が
突然に変形して、変形可能な支持部がハウジングから離
脱するようになる。即ち、支持リングは、最早、ハウジ
ング内で半径方向に拘束されなくて、その代わりに、チ
ャンネル内で半径方向へ自由に摺動する。変形可能な支
持部の離脱に続いて、ロータは回転し続け、ロータの転
がり軸受32の前方の部分が半径方向へ変位し振動す
る。ロータの回転と振動による変位との組み合わせによ
って転がり軸受の前方のロータの任意の点が三次元曲面
を描くことになる。このように描かれた曲面の各々は曲
率中心Cを中心とする球面に近いものであり、ここで、
Cの正確な位置は、ロータのジャイロスコープ効果、ロ
ータの剛性及びロータを半径方向に規制する他の無傷の
軸受の位置のようなファクタによって決まる。チャンネ
ルと支持リングとの面82,84,126及び128は
描かれた面をなぞり、従って、支持リングはチャンネル
内を円滑に摺動して、半径方向の不均衡な力をフレーム
へ伝達する事なしに異常な振動性の変位を受けるように
なっている。更に、支持リングはチャンネルに収容さ
れ、ロータを長手方向へ拘束し続ける。
48がシールリング46に対して半径方向へ変位され
る。従って、シールリングとシールランドとの面52,
54もCを中心とする球面であって、これらの面の相対
変位が非破壊的に生じる、即ち、ランドとリングとに最
小の損傷しか与えないようになっている。その結果、シ
ールを通過する潤滑油の漏れが最小になって、ロータの
取り付きとそれに伴う空動抗力の増加を防ぐことにな
る。
均衡な力の瞬間方向とロータ変位の瞬間方向との間の位
相角が約90°になって、特に厳しいロータ振動を生じ
る。これらの振動のいくらかは振動しているロータとフ
ァン・ケース・ラブストリップ18とが接触するために
減衰される。それにも拘わらず、さらに減衰させること
が望ましいこともある。振動ダンパ148が一時的に操
作して、不均衡な力と変位との間の位相関係をより好都
合な約180°に変える。ロータのこの厳しい半径方向
の変位によって支持リングの傾斜面146がピストン1
34の傾斜面144に強制的に押圧され、これによって
ピストンは更に凹部へ押入される。ピストンが長手方向
へ変位すると、油が支線156及び通気孔(これは、ピ
ストンが凹部に押入された時に測定装置として作動す
る)を介して減衰チャンバから押し出され、過度なロー
タ変位を減衰する。変位が厳格さの少なくなった振幅で
安定し、ロータの回転が変位された重心の周りで安定す
ると、これ以上の減衰は必要でなくなる。従って、ピス
トンを凹部の開放端の方へ強制的に押して支持リングと
接触するように押し戻すためにピストンに掛ける回復力
は要らない。従って、ダンパの作用は一時的で、開始時
間は変形可能な支持部が突然ハウジングから離脱する時
間より早くなく、終了時間はロータ回転が変位された重
心の周りに安定する時間よりも遅くなくなっていること
が分かる。これと同様に重要なことであるが、ピストン
と不均衡な力との間の接触が継続しなくなると、不均衡
な力が、振動しているロータから支持フレームへ確実に
伝達されなくすることができる。
持リングによってピストンに作用する力は、ピストンに
円周方向に均等に係る力であるよりは、ピストンの円周
に沿って大きくなって行く円周方向に偏在した力であ
る。駆動力が円周方向に偏在している性質を有するため
に、ピストンを縦軸162の周りに傾けさせて凹部内へ
円滑に摺動させるよりは動かなくさせようとする。ピス
トンが動かなくなると、意図されている減衰作用が生じ
なくなる。それ故に、ピストンは、スロット138を含
んで、その変形前の状態(図3(A))から偏在的に変
形した状態(図3(B))へ弾性的に変形するように、
十分に可撓性あるものになっている。従って、ピストン
は、円周方向へ順次進んだ状態で凹部に押入され、停滞
を生じる可能性を最小限にする。
回転周波数にほぼ等しい自然周波数を有する場合、風車
運動をしているロータは変形を行う可能性のある共振振
動を受ける。従って、ロータの自然周波数をわずか変え
て大きな振幅の同調変位を押さえることが望ましい。こ
のような調整を行うためのシステムが図4に示された再
心出しステム164である。このシステムは、1つのば
ね166又は減衰チャンバ142の円周の周りに離間さ
れた複数のばね166を用いる。このばねは、ピストン
134の斜面144を支持リング106の斜面146に
接触させるように付勢する回復力を作用させる。回復力
は、また、例えば、油を減衰チャンバ内へ押圧すること
による等の他の任意の便利な手段によって与えられても
良い。その由来は何であれ、回復力はロータの再心出し
を行い、更に重要なことは、ロータの剛性を高め、その
自然周波数を風車周波数から僅かにずらす。回復力は、
また、通常の均衡のとれた操作中にピストンを支持リン
グに接触させておいて、ダンパがロータの不均衡に応答
して遅れを生じることがなく確実に操作するようにす
る。回復力は、支持フレームを通して再度作用し、それ
故にフレームに不均衡な力を伝達するが、風車運転中に
不均衡な力はフレームの構造的な一体性を崩すには十分
な大きさになっていない。更に回復力の大きさは、不均
衡な力のフレームへの伝達を最小にする一方、ロータの
自然周波数を同調振動を十分に阻止するように変更する
という衝突し合う条件を満足するように選択される。
る。この実施形態は、チャンネルの底部154に設けら
れたバンパ172の形態の変位制御部材を含む。このバ
ンパはゴム又は他の弾性材製であり、金属の衝撃防止部
材174によって衝撃力から保護されている。この実施
形態は、基本的には先に説明された実施形態と同様に作
動する。フランジ116,118は過度の不均衡な力に
よって変形され、変形可能な支持部はチャンネル78内
へ円滑に摺動する。高い振幅での変位は、支持リング1
06とバンパとが接触して衝撃防止部材174がバンパ
に衝撃による損傷を与えないようにすることによって制
約される。ロータ振動の振幅が低下すると、支持リング
とバンパとの間に更には接触が生ぜず、不均衡な力がフ
レームにで伝達されないようになる。この実施形態に
は、一時的に作用するダンパや選択的に備えられる再心
出しシステムは含まれない。従って、この特別の形状
は、ロータの減衰されていない振動が許容範囲内にあ
り、ファン・ブレード・フラグメントの損失を伴うその
自然周波数がロータの風車回転周波数と異なるようなほ
とんどのロータに適用できる。
な材料の層176によってチャンネル78内に支持され
る一体物の支持リング106から成る、簡略化された別
の実施形態を示している。変形可能な層は、図7に示さ
れたハニカム・セル178の壁付きアレーのような変形
を受け得る多細胞状アレーであってもよい。過度な半径
方向の不均衡な力を受けると、変形可能な層に降伏が生
じ、支持リング106がハウジングから離脱してチャン
ネル内に自由に摺動して行き、これによって不均衡な力
をフレーム26へ伝達することを阻止するようになって
いる。しかし、この実施形態は、一時的に作動するダン
パも再心出しシステムも含まず、従って、その用途は、
風車条件で減衰周波数と自然周波数との変更が不必要と
判断される適用例に制限される。
改良が出来る。例えば、変形可能な支持部と耐久性のあ
る支持部については、変形可能な支持部はシャフトに固
定されたハウジング内に内蔵され、耐久性のある支持部
は支持フレームに固定されている。これら及び他の変化
及び変形は本発明の精神及び範囲から逸脱せずに行うこ
とができる。
減衰するための減衰ピストンとを備えた、本発明のガス
タービンエンジンのロータ支持装置の横断面図である。
る減衰ピストンの展開図であり、図3(B)は、図2に
おいて変形された状態にある減衰ピストンの展開図であ
る。
不均衡にされたロータを再心出しするための心出しシス
テムを含む支持装置の拡大図である。
的なダンパとして機能する、本発明の他の実施形態の横
断面図である。
ーである、本発明の他の実施形態の横断面図である。
アレーの図である。
Claims (11)
- 【請求項1】 長手方向へ延びる軸の周りに回転可能な
シャフトを有する支持装置であって、この支持装置は、 非回転の支持フレームと、 前記シャフトと前記フレームとの間に半径方向に設けら
れ、該フレームに該シャフトを保持するためのものであ
って、該シャフト及び該フレームの一方に固定される耐
久性のある支持部と該シャフト及び該フレームの他方に
固定されたハウジング内で円周方向へ延びるチャンネル
内に収容された変形可能な支持部とを有し、所定のしき
い値を超える半径方向の力が作用した時に、前記主軸を
長手方向へ支持しながら前記変形可能な支持部が離脱し
て該シャフトの異常な振れを受ける軸受とを有するロー
タ用支持装置。 - 【請求項2】 前記軸受は、シールランドとシールリン
グとから成るシールによって部分的に仕切られるシール
された軸受室内に収容され、該シールランド及び該シー
ルリングは当接シール面を有して前記シャフトの異常な
振れに応答して変位可能にされ、 前記チャンネルは前記ハウジングの前後面によって部分
的に規定され、前記変形可能な支持部も前記チャンネル
の前記前後面のそれぞれに当接する当接前後面を有し、 該当接面、前記チャンネルの面及び前記変形可能な支持
部の面は、前記シャフトが異常に振れている間、前記シ
ール面の相対変位が非破壊的に生じて前記シールの一体
性を保持し、前記変形可能な支持部が前記チャンネル内
を摺動して不均衡な力を前記フレームに伝達せずに前記
シャフトの異常な振れを受けるように、三次元曲面にな
っている請求項1に記載のロータ用支持装置。 - 【請求項3】 前記三次元曲面は、共通中心を有する球
面である請求項2に記載のロータ用支持装置。 - 【請求項4】 前記変形可能な支持部は支持リングから
成り、該支持リングはそれから延びる犠牲フランジを有
し、前記ハウジングは、通常運転のために前記支持リン
グを前記チャンネル内に位置決めすべく各フランジに対
応する突起部を含み、該フランジは、過剰な半径方向の
力を掛けると変形され得るようになっており、前記変形
可能な支持部が離脱して前記シャフトの異常な振れを受
ける請求項1又は2に記載のロータ用支持装置。 - 【請求項5】 前記変形可能な支持部は、支持リングと
変形可能な層とから成り、該変形可能な層は前記過剰の
半径方向に力が作用した時に永久変形をする請求項1又
は2に記載のロータ用支持装置。 - 【請求項6】 前記変形可能な層は細胞状アレーである
請求項5に記載のロータ用支持装置。 - 【請求項7】 前記過剰な半径方向の力は、前記ロータ
の変位された重心から生じるロータの不均衡に起因し、
前記支持装置は、限定された時間間隔以上は作動せず、
該時間間隔は、開始時間が前記変形可能な支持部の離脱
時よりも早くなく、終了時が前記ロータの回転が変位さ
れた重心の周りで安定化する時よりも後でないように設
定されたダンパを有する請求項1又は2に記載のロータ
用支持装置。 - 【請求項8】 前記ハウジングは凹部を含み、前記ダン
パは、該凹部内にあって該凹部と共働して減衰チャンバ
を規定するピストンを有し、該ピストンは前記ロータの
振れに応答して該凹部内に変位可能になっていて、前記
チャンバ内の流体が前記ロータの振動を一時的に減衰す
るようになっている請求項7に記載のロータ用支持装
置。 - 【請求項9】 前記ピストン及び前記変形可能な支持部
は、該変形可能な支持部の半径方向への変位が該ピスト
ンの長手方向への変位とこれに伴うロータ振動の減衰と
を含むようにロータの振れに応答して協働する傾斜面を
有する請求項8に記載のロータ用支持装置。 - 【請求項10】 前記変形可能な支持部の離脱に続いて
前記シャフトに回復力を掛けるための心出しシステムを
有し、心出し力は前記ロータの剛性を十分に高め、不均
衡な力を前記フレームに伝達する事が無く、前記ロータ
の風車運転の間同調振動を無くするように前記ロータの
自然周波数を変更する請求項7に記載のロータ用支持装
置。 - 【請求項11】 前記心出し装置はばねを含む請求項1
0に記載のロータ用支持装置。
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