JPH11315729A - 同心シャフトの相互制動を備えるターボ機械 - Google Patents

同心シャフトの相互制動を備えるターボ機械

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JPH11315729A
JPH11315729A JP10366850A JP36685098A JPH11315729A JP H11315729 A JPH11315729 A JP H11315729A JP 10366850 A JP10366850 A JP 10366850A JP 36685098 A JP36685098 A JP 36685098A JP H11315729 A JPH11315729 A JP H11315729A
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クロード・マルセル・モンス
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ターボ機械の高圧シャフト１１および低圧シ
ャフト１２の摩擦によって生じる損傷の危険を克服す
る。 【解決手段】 摩擦係数が高く熱伝導率が低いコーティ
ング（２２）が、同心高圧シャフト（１１）の近傍（１
７）において、外観上釣合いはずれの質量を生じる故障
の後に、低圧シャフト（１２）の軸受（１３）が破損し
たとき、二つのシャフトが摩擦を伴って互いに接触する
区域で、ターボ機械の低圧シャフト（１２）を覆う。ま
た、摩擦は、より迅速に二つのシャフト速度を均等に
し、二つのシャフト内の過熱を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、故障時に二つの同
心シャフトが相互に制動されるターボ機械を扱う。
【０００２】
【従来の技術】この状況の特定の例を、現在非常に広く
使用されている航空機エンジンモデルを示す図１を参照
して、説明することができる。エンジンは、ステータ２
に囲まれ、環状断面を有する主トンネル３によって分離
されたロータ１を備える。主トンネル３は、交互にロー
タとステータとに固定された多段翼に占有され、ガスを
加速し、圧縮してから、燃料の燃焼後にガスが膨張する
につれ、ガスが放出するエネルギーを利用し、したがっ
て、前方から後方に向かって、低圧コンプレッサ４の
翼、高圧コンプレッサ５の翼、燃焼室６、高圧タービン
７の翼および低圧タービン８の翼がある。ロータ１は、
実際には二つの部品で構成される。高圧ロータ本体９
は、高圧コンプレッサ５と高圧タービン７の移動翼を支
持し、低圧ロータ本体１０は低圧コンプレッサ４と低圧
タービン８の移動翼を支持する。さらに、高圧および低
圧ロータ本体９および１０は、それぞれステータ２に接
続された軸受によって支持された高圧シャフト１１およ
び低圧シャフト１２を備え、したがって前方から後方に
向かって、低圧シャフト１２の前軸受１３、高圧シャフ
ト１１の前軸受１４、高圧シャフト１１の後軸受１５お
よび低圧シャフトの後軸受１６がある。これらの軸受
は、能動的要素として一つまたは二つの玉軸受またはこ
ろ軸受を含み、したがってシャフト１１および１２は互
いに対して独立して高速で回転することができ、同心シ
ャフト１１および１２は完全に分離されているが、高圧
シャフト１１の前軸受１４に近接して位置する非常に長
い近接区域１７にわたって、小さいクリアランスだけで
しか分離されていないことが分かる。
【０００３】多くの現代のエンジンは、燃焼ガスの圧縮
比が高く、希釈率が高い。したがって、エンジンに主ト
ンネル３を囲む補助トンネル１８を設け、補助トンネル
を通過する空気が低圧タービン８の背後で燃焼ガスと混
合する。この補助トンネル１８に沿って流れる空気は、
低圧ロータ本体１０に固定されたファン１９の翼によっ
て加速され、このロータ本体は低圧コンプレッサ４の前
に延在する。ファン１８の翼の直径は非常に大きく、そ
の結果、この翼の慣性は大きい。この翼は、鳥などの異
物が偶発的にエンジンに入った場合に、最も破損しやす
い箇所でもある。
【０００４】ファン１９の翼の一枚が破損すると、すぐ
に低圧ロータ本体１０に大きい釣合いはずれの質量が現
れ、ロータ本体に非常に大きい振動力を誘発し、前軸受
１３を介して低圧シャフト１２およびステータ２に伝達
される。これらの過剰な振動力によって生じた損傷は、
エンジン全体に伝搬することがある。このタイプの故障
が発生した場合に、低圧シャフト１２の前軸受１３がヒ
ューズとして作用することがある、つまり壊れるか、何
らかの他の方法で損傷するのは、このためである。例え
ば米国特許第5417501号および第5433584号に記載されて
いるように、従来技術では多くのタイプの壊れやすい軸
受が知られており、通常は前軸受１３の近傍のステータ
２の初期破壊部を含み、この故障は前軸受１３をステー
タ２の残りの部分から分離する。この部分は通常は固定
構造２の薄い部分または小径の接続ボルトで、この接続
ボルトにあっては、ねじロッドにノッチが設けられてい
てよい。初期破壊部は、釣合いはずれの質量が発生した
場合に、前軸受１３がステータ２から分離するように裂
けるか破損するよう設計され、したがって、この前軸受
は、低圧シャフト１２をもう支持せず、このシャフトは
ステータ２に過剰な力を発生することなく、後軸受１６
の周囲にチッピングすることによって、自由に振動す
る。その間に、コントローラは故障を通知されてエンジ
ンを停止し、したがってシャフト１１および１２は徐々
に減速して停止することができる。その後のエンジンの
修理は、損傷したファンの翼および壊れやすい軸受の交
換に限定されることが望ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】シャフト１１および１
２が図２で示すように近位区域１７付近で互いに接触す
ると、低圧シャフト１２が後軸受１６の周囲にチッピン
グすることにより、追加のさらにはるかに深刻な損傷が
発生することがある。というのは、二本のシャフト１１
および１２の回転速度が非常に高く、非常に異なる（例
えば４５００ｒｐｍと１７０００ｒｐｍ）結果、摩擦に
より甚だしい過熱が生じるからである。接触区域２１に
集中した熱がシャフトの周囲の非常に小さい角距離に散
逸すると、最低速シャフト、つまり低圧シャフト１２が
この位置で損傷し、低圧シャフトの冶金学的状態が変化
して低圧シャフトの強度が下がるか、破損したり、高圧
シャフト１１に摩擦溶着したりする。そして、低圧シャ
フト１２が破損して、ファンが失われるか、あるいは少
なくとも低圧シャフト１２を修理時に交換しなければな
らない危険がある。
【０００６】より高い回転速度で接触区域２１を通過
し、温度上昇をその周辺に分配するのに役立つので、高
圧シャフトはそれほ壊れやすくはないようであるが、同
様に、高圧シャフト１１も破損することがある。
【０００７】本発明の目的は、シャフト１１および１２
の近接区域１７にわたる摩擦によって生じるこれらの損
傷の危険を克服することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
【発明の実施形態】本発明は、図３に図示されているよ
うに、より高速の高圧シャフト１１に面する最低速シャ
フト（この場合は低圧シャフト１２）の外表面を、近接
区域１７で熱伝導率の低いコーティング２２で覆うこと
で構成される。さらに、コーティング２２は、研磨また
は同様のプロセスによる機械加工性が良好でなければな
らず、または、言換えるならば、機械的部品で擦った場
合に、高エネルギーを吸収できなければならず、この特
性は、通常の軸受に使用する材料に必要な特性とは反対
である。通常の軸受は、摩擦を低下させ、その軸受を擦
る部品を減速させないため、摩擦係数が非常に小さくな
ければならない。このタイプの軸受は、釣合いはずれの
質量を伴うシャフトを、それを減速させることなく支持
するよう設計され、文献ＵＳ３８８０４７９Ａに記載さ
れている。
【０００９】この層に適した組成物または材料には、イ
ットリウムで被覆したジルコニウム、ジルコニウム、ア
ルミニウム、ホウ化物およびカーバイドが含まれる。文
献ＵＳ４２６９９０３Ａは、このタイプの材料で形成さ
れた合金について記載しているが、これは用途が異な
り、ステータとロータの翼の端部間のラビリンスシール
であり、この位置のガス漏れを減少させるためのもので
ある。これらのコーティングは、柔らかく、したがって
機械の運転中に翼の端部によって簡単かつ急速に浸食さ
れ、その後はその形状が変化せず、もはや機械的効果、
特に摩擦力を発揮しないと考えられているので、「アブ
レイダブル」と言われる。
【００１０】シャフト１１と１２が、前軸受１３が破損
する故障後に互いに擦り合うと、摩擦が高圧シャフト１
１とコーティング２２との間にかかる。コーティングは
熱伝導率が低いので、低圧シャフト１２の温度はわずか
しか上昇せず、研磨によるコーティング２２の機械加工
性が、シャフト１１と１２の速度を速やかに均等にし、
したがって温度上昇を停止するのに寄与する。したがっ
て、制御装置が故障の通知を受け、エンジンを停止した
後に、シャフト１１および１２は即座に互いに対して固
定され、その後、減速して、他の損傷をまったく生じる
ことなく、停止する。最後に、コーティング２２または
高圧シャフト１１が劣化することにより、摩擦によって
生じる可能性がある損傷が発生しても、安全部品である
ファンを保持する低圧シャフト１２は、無傷のまま所定
の位置にある。
【００１１】前軸受１３の近傍にあるステータ２の初期
破壊部が図示され、参照符号２３でマークされている。
この初期破壊部はステータ２が局所的に薄くなってい
る。
【００１２】要するに、本発明は、異なる速度で回転す
る同心の内部低圧シャフト（１２）と外部高圧シャフト
（１１）とを備え、故障後に低圧シャフト（１２）に釣
合いはずれの質量が発生することがあり、低圧シャフト
（１２）が、釣合いはずれの質量が存在する場合に、釣
合いはずれの質量の近傍の区域で破損する軸受と、釣合
いはずれの質量より遠方の区域にある強力軸受（１６）
とによって支持されるターボ機械に関し、低圧シャフト
（１２）は、強力軸受より遠方の区域（１７）では熱伝
導率が低く研磨または同等の手段によって機械加工でき
るコーティング（２２）によって、高圧シャフト（１
１）の前軸受（１４）に近接した高圧シャフト（１１）
に面する表面が覆われることを特徴とする。
【００１３】以下は、本発明に関するコメントに使用す
る図面類のリストの概要であり、これは十分に理解され
るように、多くの他の方法で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を設置したターボ機械の縦方向断面図で
ある。
【図２】故障状態を示す図である。
【図３】本発明を使用する区域を示す、図１の拡大図で
ある。
【符号の説明】
１ ロータ ２ ステータ ３ 主トンネル ４ 低圧コンプレッサ ５ 高圧コンプレッサ ６ 燃焼室 ７ 高圧タービン ８ 低圧タービン ９ 高圧ロータ本体 １０ 低圧ロータ本体 １１ 高圧シャフト １２ 低圧シャフト １３、１４ 前軸受 １５、１６ 後軸受 １７ 近接区域 １８ 補助トンネル １９ ファン ２１ 接触区域 ２２ コーティング ２３ 初期破壊部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フイリツプ・シヤルル・アラン・ルビエ フランス国、91210・ドラベイユ、リユ・ タンポネツト・３ (72)発明者 クロード・マルセル・モンス フランス国、77176・サビニー・ル・タン プル、ロン・ポワン・ドウ・ラ・コレー ズ・１ (72)発明者 ピエール・エテイエンヌ・モセ フランス国、92170・バンブ、アブニユ・ ギイ・モケ・３

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 異なる速度で回転する同心の内部低圧シ
    ャフト（１２）と外部高圧シャフト（１１）とを備え、
    故障後に低圧シャフト（１２）に釣合いはずれの質量が
    発生することがあり、低圧シャフト（１２）が、存在す
    る場合に釣合いはずれの質量の近傍の区域で破損する軸
    受と、釣合いはずれの質量より遠方の区域にある強力軸
    受（１６）とによって支持されるターボ機械であって、
    低圧シャフト（１２）は、強力軸受より遠方の区域（１
    ７）では熱伝導率が低く、研磨または同等の手段によっ
    て機械加工できるコーティング（２２）によって、高圧
    シャフト（１１）の前軸受（１４）に近接した高圧シャ
    フト（１１）に面する表面が覆われることを特徴とする
    ターボ機械。
  2. 【請求項２】 コーティングの組成が、イットリウムで
    被覆したジルコニウム、ジルコニウム、アルミニウム、
    ホウ化物およびカーバイドから選択されることを特徴と
    する請求項１に記載のターボ機械。
JP36685098A 1998-01-09 1998-12-24 同心シャフトの相互制動を備えるターボ機械 Expired - Lifetime JP3790056B2 (ja)

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FR9800145 1998-01-09

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EP (1) EP0928881B1 (ja)
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DE (1) DE69916343T2 (ja)
ES (1) ES2215363T3 (ja)
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