JPS59231141A - ガスタービンエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ｉ着された軸受を熱的に緩衝づるための
装置に係る。

近年当技術分野に於ては比推力燃利潤費１（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。かかる目的を達成づるためには、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
れていた湿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
燃焼セクションに配置されたエンジンに於て真実である
。

従来よりバッファゾーン及び断熱装置が組込まれている
が、かかるバッファ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ャビティ
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熟を放散し
た後キャピテイより排出させることであった。かかるバ
ッファ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ＩＣ空気がバッファシステム外及び
／又はタービンの低エネルギ段へ排出される。従ってか
かるバッファシステムに於ては、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ョ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ッファゾーンを設
けることにより、上述の如き問題を解決せんとづ゛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ッ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。

バッファ空気の圧力は高温の周囲空気の圧力よりも高く
、従っ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、高温の空気が軸受コンパートメ
ント内へ流入することはない。

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、コンプレッ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ァンジェットエンジンはファンセク
ションと、コンプレッサセクションと、バーナセクショ
ンと、タービンセクションと、排気セクションとを有し
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ッド・チク
ノロシーズ・コーポレイションの一つのディビジョンで
あるｐ　ｒａｔｔ　　＆　　Ｗｈｉｔｎｅｙ　　Ａ　１
ｒｃｒａｆｔ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
型のコンプレッ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、各組のコンプレッサ段及びタービン
段はシャフトにより互に接続されている。バーナセクシ
ョ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、コンプレッサセクショ
ンとタービンセクショ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（、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５− 示されたローラ軸受により適宜に支持されたシャフト１
２よりなっている。軸受１４は良く知られており、シャ
フト１２に近接して’ａＡ’ｆｌされたインナリング１
６と、アウタリング１８と、複数個のローラ２０と、ケ
ージ２２とよりなっており、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。軸受ハウジ
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、１
９８２年７月６日付にてＤ　、　Ｈ、Ｈ１ｂｎｅｒに付
与された米国特許第４．３３７．９８３号及び１９８３
年５月３１日付にてＰ　、　Ｆ　、　Ｂ　ｒｏｗｎ。

Ｊｒ、等に付与された米国特許第４．．３８５．７８８
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はシャフト
１２を囲繞するハウジング３６により郭６− 定されたキャビティ、即らコンパートメント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７′１０′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１
８日付にてＳ　ｈ　ｅ　ｖ　ｃ　ｈ　ｅ　ｎ　ｋ　ｏ等
に付与され本願出願人に譲渡された米国特許第２．９９
２．８４２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
たディフューザケース４６に支持されており、ディフュ
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
包するキャビティ４９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、また軸受コンバートメン［−を囲繞する既に加熱さ
れたコンプレッサ吐出空気に暉されるので、成る運転条
件下に於ては、１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１３
１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ッファゾーンが配置されて
いる。このバッファゾーンにはコンプレッサより抽気さ
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。従ってかかるシステムによれば、通常の運転条件下
に於ても、またシールが損傷した場合にも、高温の周囲
空気の一部がバッファ空気と混合することはするが、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
が阻止される。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１４の図にて左側に於
てはシャフト１２とシール支持ＩＭ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５
２１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ューブ６６及び６
４内に同心に装着されており、アウタチューブ６６及び
６４は導管６０及び６２を断熱し、バッファゾーンへ流
れる空気の温度を適正な温度−〇− 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ブレツサセクシミン内
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、ファン熱交換器７０を経て流れ、導管６
９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、例えばコンプレッサの吐出端に於ける空気
を使用し、その空気をそれがバッファゾーン内へ導入さ
れる前に冷却することにより、システムは適正な圧力及
び温度の空気にて充足される。適当なバッファゾーンに
必要なコンプレッサ抽気空気の量はカーボンシールの漏
洩要件を充足するに必要な最のみである。但し上述の如
き構成に於ては、間隙８０及び８０’がシールされてい
ない場合には、成る徂の空気が間隙８０及び８０１より
漏出する。

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ッファシス１０− テムとは対照的に、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下（２０４〜２６０℃）低下
さぼ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綴物すべく低温の空気が
高圧にて供給され、このバッファ空気の温度はコンプレ
ッサより直接導き出される空気よりも成る与えられた圧
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づるに十分なほど低温のバッファ
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
ッファゾーン内の圧力が通常の僅かな変化をしても、バ
ッファ空気のＦＩＬｍが大きく変化することはイｒ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
は当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はバッファ空気として戻される前にコンプレッサ
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・・・ファンジェットエンジン、１２・・・シャフ
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、３２．３
４・・・７ランジ、３６．３６′・・・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、４２．４２’・・・シールプレート
、４４・・・復帰Ｓ管、４６・・・ディフコーザケース
、４８．４８′・・・バッファゾーン、４つ・・・キャ
ビティ、５０・・・断熱覆い、５２．５２′・・・シー
ル支持構造体。 ５６・・・スリーブ、６０．６２・・・導管、６４．６
６・・・アウタチューブ、６８．６９・・・導管、７０
・・・熱交換器、７２・・・マニホルド、８０．８０’
・・・間隙特許出願人　　ユナイテッド・チクノロシー
ズ・コーポレイション 代　　理　　人　　　弁　　理　　士　　　　　明　　
石　　昌　　毅１３−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガスタービンパワープラントのコンプレッサを担持する
   シャフトを支持し内部にオイルが貯容された軸受コンパ
   ートメントを郭定するハウジング内に収容された軸受の
   ためのバッファ装置にして、前記ハウジングは前記シャ
   フトを囲繞しておりオイルが前記軸受コンパートメント
   より漏出し空気が前記軸受コンパートメント内へ侵入す
   ることを阻止すべく前記シャフトに隣接して前記ハウジ
   ングの両端に装着された回転式のカーボンシールを有し
   ており、前記ハウジングは前記軸受コンパートメント内
   の前記オイルの温度よりも高い温度の環境に曝されてお
   り、前記回転式のカーボンシールの内周面に隣接して前
   記シャフトを囲繞するバッファゾーンと、前記バッファ
   ゾーンへ高圧の空気を供給する手段と、前記高圧の空気
   の圧力は前記軸受コンパートメントに隣接する周囲空気
   の圧力よりも高いことと、高圧の空気をそれが前記バッ
   ファゾーン内へ導入される前に冷却する手段とを有する
   バッファ装置。