JPS6022164B2 - ガスタ−ビンエンジン - Google Patents

ガスタ−ビンエンジン

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JPS6022164B2
JPS6022164B2 JP56109545A JP10954581A JPS6022164B2 JP S6022164 B2 JPS6022164 B2 JP S6022164B2 JP 56109545 A JP56109545 A JP 56109545A JP 10954581 A JP10954581 A JP 10954581A JP S6022164 B2 JPS6022164 B2 JP S6022164B2
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rotor
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shaft
drive
sub
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ジヨン・マイクル・トレビ−
デレク・オ−ブリ−・ロバ−ツ
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Rolls Royce PLC
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Rolls Royce 1971 Ltd
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/04—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position
    • F01D21/045—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position special arrangements in stators or in rotors dealing with breaking-off of part of rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F05B2260/301—Retaining bolts or nuts
    • F05B2260/3011—Retaining bolts or nuts of the frangible or shear type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F05D2220/327—Application in turbines in gas turbines to drive shrouded, high solidity propeller

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガスタービソヱンジンのロー夕の保持および
駆動に関し、特に、ロータの質量がアンバランスになり
ロータが安定した回転を行なう回転モードへの切換えが
許された時の上記ロー夕の保持および駆動の問題に関す
る。
ガスタービンェンジンの大きなコンブレツサフアンの如
きロータのアンバランスは、エンジンが運転中にファン
の翼の一部または全部がファンのディスクから離脱した
場合に生ずる。
翼が離脱すると、ロータに大きなアンバランス荷重が生
じ、よって、ロータ全体が最初の回転軸心の周り‘こ旋
回させられる。
この本質的に不安定な状態における何回かの旋回の後に
ロー外ま安定した回転を行なう回転モードへ切換えられ
る。すなわち、ロータの新しい回転軸○がロータの新し
い重心を通るように回転のし方を変え、よって、安定化
された回転を行い始める。。
−夕が安定した回転を行なう回転モードへの切換えは、
ロータがその自然振動数より充分高い回転数で回転して
いる時にのみ生ずる。正常な運転の際には、ロータの自
然振動数は〜最高エンジン速度より相当高く（代表的に
は３０％高く）設計される。したがって、翼が離脱した
時には、ロータの転倒を許すためには何等かの方法によ
りロータの個有振動数を下げることが必要になる。
従来、ロータのアンバランス回転および安定回転モード
への切換えに対処するための種々な提案がなされた。
これらの提案の多くにおいては、ロータは、ロータがア
ンバランスになった時に切断する可破壊援手を経て主軸
により駆動される。通常、薮手が破壊した時にロー外こ
回転駆動を伝えるために副軸が設けられ、この副軸は通
常、曲げにおいては主軸に比して極めて可榛であり、ね
じり１こおいては強個であることが理想的である。これ
ら二つの要件を満たす提案もある。主駆動軸と異なる長
手方向およびねじり可擬性を有する副駆動軸を用いた場
合に生ずる問題の一つは、後手が破壊すると副駆動軸に
急激にトルクが加えられ、このトルクにより副駆動軸が
恒久的にねじられるかまたは努断応力を受けるか、また
は、ロータが安定した回転を行なう回転モードへ切換わ
る前に旋回を始める時にロータへのトルクが急激に増加
されることであり、この急激に加えられたトルクはアン
バランス力を強め、ロータを重心からさらに遠く動かし
て周囲の構造に衝突させることによりコータにさらに大
きな損傷を与える。
上述に加えて、可破壊嬢手を用いた場合に生ずる問題は
、鞍手が、例えば、ファンの翼が、吸引した鳥に衝突し
たことにより急激に加えられるトルクの変化に、アンバ
ランス回転による横方向荷重が予定値を超えない限り、
耐え得なければならないことである。
シアボルトを用いた援手においては、シアボルト上の敷
断応力は、翼が大きな鳥に衝突した場合には正常の応力
より１００％も大になり得ることが発見されている。発
明の目的は、副駆動軸および可破壊酸手上にチ急激に加
えられるトルク荷重の有害な影響を減少するにある。
本発明によるガスタービンェンジンは、主軸と、ロータ
と、主軸と。ータとを連結し一次ねじり駆動を主軸から
ロータへ伝えるための可破壊鞍手とを有し、上記嬢手は
、ロータへの横方向荷重が予定値を超えると主軸からロ
ータへの一次駆動を断つように設計され、エンジンはさ
らに、主軸およびロータに連結されて、上記援手が主軸
とロータとの間の一次駆動を断った時に主軸とロータと
の間に二次駆動路を形成する副駆動軸を有し、上記冨山
軸は、曲げにおいて上記主軸よりも可榛性が大であり、
よって、ロータが動力学的にアンバランスになった時に
はロータが安定した回転を行なう回転モードへ切換わる
ことを許し、されに特徴として、上記冨。軸は主軸の回
転方向と反対な方向に予ねじりされ、上記可破壊接手お
よび両一体回転結合手段によりこの接手がロータへの一
次駆動を断つま′では富。軸を予ねじりされた状態に拘
束し、よって、上記後手が上記一次駆動を断つと副駆動
軸はねじり戻ろうとする。以下、添付図面に従って説明
する。
第１図は、ダクト付きファンを有するエンジン１０を示
し、エンジン１０は、バイパスダクト１２中に可回転に
置かれた前方ファンロータ１１を有し、ファン１１は、
タービン１４により駆動される主駆動軸１３の一端に取
付けられ、タービン１４は、ガス発生器またはコアーェ
ンジン１５から噴出されるガスにより駆動され、上記ガ
ス発生器は通常の設計であり、一つ以上のコンブレッサ
１６、燃焼器１７およびタービン１８を有する。
第２図に示す如く、主駆動軸１６は、エンジンケースの
固定構造２１に取付けられた二つの主ベアリング１９，
２０中に保持され、前方ベアリング１９はポールレース
スラストベアリングであり、後方ベアリング２０はロー
ラレースジャーナルベアリングである。タービン１４（
第２図には図示なし）は、後方ベアリング２０の前方に
おいて主駆動軸１３に通常の如く連結される。富。
軸は、中空主軸の腔内に置かれ、その一端において主軸
に連結されることが望ましい。ファンロータ１１は、ハ
ブ２３周辺の周りに通常の「縦の根式固定法」（ｆｉｒ
ｔｒｅｅｒｅｏｔｆｉｘｉｎｇ）により取付けられた多
数の翼２２を有し、ハプ２３は二つの円筒形フランジ２
４，２５を有し、フランジ２４，２５の各々は、半径方
向に出るフランジを有する。
フアンロータ１１は、シアボルト２７によりフランジ２
５にボルト止めされた外体２６を介してベアリング１９
中に保持される。
シアボルト２７は可破壊隊手を構成し、この接手は、後
述する如く、ロータ１１への横方向荷重が予定の大きさ
を超した場合には破壊するように設計される。ハフ２３
の前方フランジ２４は円錐形前方外体２８にボルト止め
され、前方外体２８は内部スプラィン２９を有する。副
藤３川ま、主軸１３の腔内のスプラィン３１に固定され
、前方ベアリング１９を超えて前方に飛出す。
副軸３０はその前端にスプラインを有し、このスプラィ
ンは、前方外体２８のスプラィン中に鉄合し、ナット３
２によりスプラィン上に固定される。副軸３川まねじり
‘こ対して強固である。すなわち、タービン１４により
発生されたトルクは、シアボルト２７が切断した時には
劉軸３川こより前方ファンロータ１１に伝えられ得る。
組立ての際に、副軸３０の前端は、使用時のロータ１１
の回転方向と反対の方向に弾力的に予ねじりされる。冨
山軸３０は、シアボルト２７により構成された可破壊援
手が軸１３からの一次駆動力を外体２６を経てロータに
伝える全時間を通じて、予ねじりされた状態にとどまる
ように拘束される。すなわち、可破壊接手が富。軸３０
を、子ねじりされた状態にとどまるように有効に拘束す
る。前述した前方外体２８および副軸３０間の内部スプ
ラィン２９は、両者２８，３０が一体回転するように結
合するためのものであり、また主軸１３および副軸３０
間のスプラィン３１は、両者１３，３０が一体回転する
ように結合するためのものである。
したがって、これらのスプライン２９，３１は、それぞ
れ一体回転結合手段と称することができる。そして、こ
れらのスプライン２９，３１が上記可破壊懐手２７と相
挨つて副軸３０を予ねじり状態にとどまるように拘束す
る。冨山軸３０は、ねじりに対して強固であり、曲げに
おいては軸１３よりも可操であり、可破壊嬢手が切断さ
れた時には軸１３からロータ１１への一次駆動路を形成
する。副軸３０の可操性により、ロータがアンバランス
になった時に、ロータが旋回することおよび軸１３に対
して安定した回転を行なう回転モード‘こ切換えて回転
することが許される。たとえば、砕片（小石等）との衝
突により翼の一部または全体が損傷または脱落したこと
によってロータへの横方向荷重が予定値を超すと直ちに
、シアボルト２７が破壊し、髄３０が、軸１３から与え
られたトルクを伝えることが許される。急に与えられた
トルクは副軸３０のねじり戻りにより緩和される。所望
によっては、軸１３と軸３０との間に可榛弾力性パッド
３３を設け、ロータが安定した回転を行なう回転モード
に切換わった時に衝撃吸収および緩和を行うことが出来
る。
軸３０を軸１３の回転方向と逆の方向に予ねじりするこ
とにより、シアボルト２７は、バランス′した回転の間
常に荷重下に置かれ、よって、スプラィン２９，３１は
常に同じ面上に荷重を受ける。
これにより、一層バランスした組立てが与えられる。さ
らに、軸３０のねじり戻りによりシアボルトは、設計さ
れた応力のたとえば１００％に予荷重され、よって、ロ
ータが回転する時には、翼へのガス荷重が、この予荷重
を「設計された応力のたとえば２５％に減ずる。翼が、
ロー夕を完全にアンバランスするには不充分な鳥または
砕片の如き重い物に衝突すると、ボルト上のシア応力は
さらに減少され、逆に、設計された応力のたとえば７５
％になる。翼が、一つ以上の翼の一部または全体を破壊
し得る程の大きな衝突にすると、ロータの重心が変化し
、シアボルト２７は軸１３，３０に対して横方向の荷重
を受けて切断する。ボルト２７は横方向荷重が予定値を
超した時に鰍断するように設計される。実際の上記の値
は、接手により伝えられるトルク、ボルト２７の数、ロ
ータが甚だしくアンバランスにされる前にロータが耐え
得る損傷の度合、ロータの回転速度、軸３０中の予ねじ
りの度合および、軸３０および１３のねじり剛性の大小
により定められる。ターボン機械の回転体の設計に熟達
し、本発明を理解した人々にとっては、特殊な設計要求
を満足し得るターボ機械の回転体の設計を達成すること
は容易な筈である。
図面の簡単な説明第１図は本発明を用いたガスタービン
航空エンジンの説明図、第２図は第１図のエンジンの前
方ファンの一部断面拡大詳細立面図である。
１０……エンジン、１１……フアン、１３……主駆動軸
、１４・・・・・・タービン、１５．・・．・・コアー
ェンジン、１６・・・…コンブレツサ、１７……燃焼器
、２２・・・・・・翼、２７・・・・・・可破壊ボルト
、３０…・・・富』軸。
（り‐ァ‐ 〜 葦

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 主軸と；ロータと；主軸とロータとを連結し、一次
    ねじり駆動を主軸からロータへ伝え、ロータへの半径方
    向荷重が予定値を超えると主軸からロータへの一次駆動
    を断つように設計された可破壊接手と；主軸およびロー
    タとそれぞれ一体回転結合手段を介して連結され、上記
    接手が主軸とロータとの間の一次駆動を断つた時に主軸
    とロータとの間に二次駆動路を形成する副駆動軸とを有
    し、上記副軸が曲げにおいて主軸より大きな可撓性を有
    し、よつて、ロータが動力学的にアンバナンスになつた
    時にはロータが安定した回転を行なう回転モードへ切換
    わることが許されるように構成されたガスタービンエン
    ジンにおいて、上記ロータ■に連結された上記副軸３０
    の端は、上記主軸１３の回転方向と反対な方向に弾力的
    に予ねじりされ、上記可破壊接手２７および両一体回転
    結合手段２９，３１によりこの接手２７がロータ１１へ
    の一次駆動を断つまでは上記副軸■を予ねじりされた状
    態に拘束し、よつて、上記接手２７が上記一次駆動を断
    つと上記副駆動軸３０がねじり戻ろうとすることを特徴
    とするガスタービンエンジン。 ２ 上記副軸３０は、中空主軸１３の内腔内に置かれ、
    その一端において上記主軸１３に連結される特許請求範
    囲第１項に記載のガスタービンエンジン。
JP56109545A 1980-07-15 1981-07-15 ガスタ−ビンエンジン Expired JPS6022164B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB8023032 1980-07-15
GB8023032A GB2080486B (en) 1980-07-15 1980-07-15 Shafts

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5751901A JPS5751901A (en) 1982-03-27
JPS6022164B2 true JPS6022164B2 (ja) 1985-05-31

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ID=10514762

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP56109545A Expired JPS6022164B2 (ja) 1980-07-15 1981-07-15 ガスタ−ビンエンジン

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US (1) US4452567A (ja)
JP (1) JPS6022164B2 (ja)
DE (1) DE3126406C2 (ja)
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JPH0337387Y2 (ja) * 1985-10-30 1991-08-07
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