KR20060046685A - 베어링 지지부 - Google Patents

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KR20060046685A
KR20060046685A KR1020050034293A KR20050034293A KR20060046685A KR 20060046685 A KR20060046685 A KR 20060046685A KR 1020050034293 A KR1020050034293 A KR 1020050034293A KR 20050034293 A KR20050034293 A KR 20050034293A KR 20060046685 A KR20060046685 A KR 20060046685A
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bearing
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engine
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KR1020050034293A
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지. 반 듀인 케빈
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유나이티드 테크놀로지스 코포레이션
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Abstract

가스 터빈 엔진 등의 회전 구조부에서의 불균형을 더욱 격리시키도록, 2개의 베어링 사이의 유효 길이가 실제 길이를 초과할 수 있다. 이는 베어링 중 적어도 하나와 관련된 하나 이상의 테이퍼진 베어링 지지부를 통해 달성될 수 있다.
베어링, 지지부, 터빈 엔진, 불균형, 블레이드, 외부 레이스, 내부 레이스

Description

베어링 지지부 {BEARING SUPPORT}
도1은 본 발명의 원리에 따른 터빈 엔진의 종방향 부분 개략 단면도.
도2는 도1의 엔진의 2개 베어링 시스템의 확대도.
도3은 엔진이 FBO 불균형 조건에 있는 도2의 베어링 시스템의 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20: 터보팬 엔진
60: 제1 베어링 시스템
62: 저속 스풀 샤프트
70: 제2 베어링 시스템
126: 지지부
128: 기수측 케이스 부재
130: 기미측 케이스 부재
본 발명은 베어링에 관한 것으로, 특히 터보 기계 내의 베어링 지지부에 관한 것이다.
상대 회전하는 터보 기계 구조부를 지지하기 위해 베어링을 사용하는 것은 잘 개발된 분야이다. 통상적인 터보 기계 적용예에서, 일련의 동축 베어링 시스템은 정지 구조부(스테이터)에 대해 공통 축을 중심으로 정상 회전하기 위한 하나 이상의 회전 구조부(로터)를 지지한다. 베어링 시스템은 정상 및 비정상 하중을 받는다. 정상 하중은 운항 조건에서의 변화와 관련된 진동 및 과도 힘을 포함하는 일상적인 동적인 힘과 다양한 정적인 힘을 포함할 수 있다. 비정상 하중은 팬의 다양한 회전 블레이드, 압축기 섹션(들) 및 터빈 섹션(들) 중 임의의 것에의 이물 손상(FOD)을 포함하는 손상과 관련될 수 있다. 터보팬 엔진 내의 비정상 하중의 하나의 특히 심각한 원인은 팬 블레이드-아웃 또는 블레이드-오프(FBO) 사건이며, 전체 블레이드 또는 그 에어포일의 상당 부분이 탈피되어, 관련 로터에 불균형을 야기한다. FBO 조건은 탈피된 블레이드의 위치로부터 멀리 엔진 중심선으로부터 팬 중력 중심을 변위시킨다. 이러한 변위된 중심선을 중심으로 한 팬의 계속적인 회전은 하나 이상의 모드의 로터 진동을 여기시킬 수 있는 강제 함수를 제공한다. 공진 회전 속도 아래에서, 불균형은 변위된 중력 중심과 대체로 동일 위상(in-phase)으로 인접 베어링 상에 국부 압축을 제공한다. 공진에 접근하면, 압축력과 중력 중심의 회전 사이에 지연 각도가 있다. 공진에서, 이 각도는 약 90˚이다. (예컨대, 공진 주파수의 2배를 초과하는) 공진 훨씬 이상에서, 지연 각도는 180˚에 접근한다. 특정 모드의 엔진 속도와 공진 주파수가 정확히 동일하지 않더라도, 회전 주파수 대 고유 주파수의 비가 0.5 : 1 내지 거의 2 : 1까지의 넓은 범위일 때 공진력은 매우 극심할 수 있다.
전형적으로, FBO 사건 후에, 조작자는 엔진으로부터 동력을 더욱 추출하려고 하지 않을 것이다. 그러나, 엔진은 적어도 부분 스풀다운(spooldown)을 견디도록 구성될 필요가 있을 것이다. 항공기가 아닌 터보 기계(예컨대, 발전소 터빈)에서, 엔진은 전형적으로 완전히 정지하기 위해 스풀다운을 견딜 필요만이 있다. 전형적인 항공기 적용예에서, 이러한 스풀다운은 정지된 엔진이 극심한 공기역학적 항력의 원인이 되기 때문에 실용적이지 않다. 이러한 항력은 엔진이 날개 나셀에 장착된 쌍발 항공기(twin-engine aircraft)에서 특히 상당하다. 이는 많은 여객용 항공기에 대한 통상적인 구성이다. 따라서, 이러한 쌍발 항공기에서, 정지된 엔진으로부터의 항력과 나머지 엔진으로부터의 추력의 조합은 항공기 방향키에 의해 용이하게 극복되지 않는 지나친 요 모멘트를 생성할 것이다. 따라서, 손상된 엔진은 유리하게는 "윈드밀링(windmilling)"이라 하는 공정에서 항공기의 전방 속도로부터 야기된 기류에 의해 구동되어 회전하게 된다. 윈드밀링 엔진은 완전히 정지된 엔진보다 상당히 적은 공기역학적 항력을 갖는다.
쌍발 항공기 장거리 운항(Extended Range Twin-Engine Operations; ETOPS) 등급 시스템하에서, 특정 항공기는 180분에 이르는 기간 동안 윈드밀링 엔진으로 운항하는 것이 요구될 수 있다. 잠재적으로 손상을 주는 불균형 힘은 윈드밀링 로터로부터 베어링을 통해 지지 프레임에 전달된다. 윈드밀링을 유지하기 위해, 엔진은 적어도 ETOPS 등급 기간동안 베어링 시져(seizure) 등의 손상에 견뎌야 한다. 또한, 엔진은 바람직하게는 엔진이 항공기로부터 분리되거나 또는 날개에 손상을 줄 수 있는 지지 프레임에 대한 큰 손상을 피하도록 구성된다. 하나의 접근법은 엔진이 안전하게 정지되고 그 윈드밀링 속도를 달성하게 될 수 있을 때까지 초기의 불균형 힘을 견디기에 충분하도록 베어링과 지지 프레임을 강하게 제조하는 것이다. 불행히도, 이러한 베어링과 지지 프레임의 강화는 엔진 및 항공기에 바람직하지 않은 중량 및 부피를 추가한다.
베어링과 지지 프레임의 중량 및 부피를 최소화하고 베어링을 시져로부터 보호하는 하나의 가능한 방법은 소정값을 초과하는 반경방향 힘을 받을 때 우발적으로 이완되거나 (또는 완전히 손상된) 로터를 반경방향으로 제한할 수 있는 능력을 갖는 지지 배열체로 프레임 상에 로터를 지지하는 것이다. 반경방향 제한 능력이 이완되면, 로터는 통과 회전축을 중심으로 자유롭게 회전하거나 또는 변위된 중력 중심에 적어도 가까워진다. 결과로서, 지지 프레임에 불균형 힘이 전달되는 것이 최소화되어, 그 중량 및 부피가 대응하여 감소될 수 있다. 통상적으로, 이는 엔진 팬 부근의 베어링을 용융 가능하게 장착함으로써 달성된다. 베어링을 통해 전달된 반경방향 힘이 한계값을 초과할 때, 베어링은 로터 또는 지지 프레임으로부터 적어도 반경방향으로 커플링 해제되어 적어도 넓은 범위 내에서 엔진축으로부터의 로터의 국부적인 반경방향 변위에 대한 저항을 감소시킨다. 예컨대, 로터 지지 시스템의 용융(해제)은, 반경방향 회전이 엔진축에 대해 0.254 cm(1/10 인치) 훨씬 아래로 제한되면서 용융전에 몇 인치에 이르는 반경방향 편의를 허용할 수 있다. 매우 다양한 구조가 이러한 목표를 달성할 수 있다. 제한적이지 않은 예로서, 용융 가능하게 장착된 베어링은 프랫 & 휘트니(Pratt & Whitney)의 PW6000, 프랫 & 휘트니 캐나다 인크.(Pratt & Whitney Canada Inc.)의 PW305, 롤스-로이스 피엘씨.(Rolls- Royce plc.)의 TRENT 500 등의 엔진 상에서 통상적으로 보여진다. 또한, 본 명세서에 전체가 참조로서 포함된 미국 특허 제5,791,789호에 개시된 바와 같은 다른 구성이 가능하다.
FBO 사건 발생 즉시, 엔진은 전술된 바와 같은 엔진의 주요 고유 주파수(즉, "팬 변동" 주파수) 부근이지만 전형적으로는 이보다 낮은 초기 운항 속도(예컨대, 순항 속도)로 회전한다. 로터 지지 시스템의 용융이 없으면, 엔진 속도가 순항 속도에서 윈드밀링 속도로 감소함에 따라 불균형 힘과 로터 편향 사이의 위상각이 거의 0이될 수 있는 정상 상태 조건에 진입하기 전에, 로터는 스풀-다운 공정을 겪을 수 있다. 그러나, 스풀-다운 초기의 불균형 힘은 이러한 힘이 속도의 제곱에 비례하기 때문에 비교적 높은 초기 속도(예컨대, 2000 내지 2500 rpm의 순항 속도)로 과대하게 주어질 수 있다.
전술된 바와 같이, 불균형 힘이 지지 구조부에 전달되는 것을 방지하도록 용융될 수 있는 로터 지지 시스템을 이용하는 것이 공지되어 있다. 따라서, 샤프트 또는 비회전 지지 구조부에 베어링을 커플링하는 용융될 수 있는 장착부/지지부(이하, "베어링 지지부"라 함)가 제공된다. 용융될 수 있는 베어링 지지부의 한계 강도는 초기 과도 응답 동안에 용융(해제)되도록 설정될 수 있다. 해제시에, 지지된 로터의 고유 주파수는 급격히 하강한다. 예컨대, 로터 초기 고유 주파수의 약 1/5 내지 1/2 사이로 하강할 수 있다. 따라서, 해제시에, 초기 고유 주파수와 관련된 조건으로부터 감소된 고유 주파수와 관련된 조건으로 로터가 천이함에 따라 제2 과도 응답이 있을 수 있다. 이러한 제2 과도 응답 초기에, 엔진 속도 대 감소된 고 유 주파수의 비는 2 : 1(불균형 힘과 편향 사이의 위상각이 대략 180˚인 조건)을 훨씬 초과한다. 제2 과도 응답 동안에, 엔진은 순항 윈드밀링 엔진 속도(예컨대, 약 700 rpm)로 스풀 다운된다. 이어서, 항공기가 착륙을 위해 속도를 줄임에 따라, 윈드밀링 속도는 (예컨대, 대략 300 rpm으로) 유사하게 느려진다. 이러한 스풀다운 단계들 중 하나 동안에, 로터는 (위상각이 90 ˚인) 감소된 고유 주파수를 겪을 수 있고 0에 가까운 위상각을 달성할 수 있다. 엔진은 여전히 로터의 상당한 반경방향 변위와 샤프트의 관련 굽힘을 받을 수 있다.
감소된 고유 주파수에서, 엔진이 견고히 구성되고 공진 부근에서 장기간 운항을 피할 수 있다면 불균형 힘은 공진 부근에서도 용인될 수 있다. 다양한 천이동안 및 그 후에 불균형 힘 및 변위는 여전히 엔진 및 항공기에 지나친 하중과 심한 공명 진동을 줄 수 있다.
엔진 및 그 베어링 시스템의 엔지니어링에 있어 더욱 개선의 여지가 남아 있다.
본 발명의 일 태양은 복수의 베어링 시스템이 제1 스풀을 지지 구조부에 커플링하는 터빈 엔진을 포함한다. 제1 베어링 시스템은 제1 스풀의 샤프트에 커플링된 내부 레이스와, 지지 구조부에 커플링된 외부 레이스를 갖는다. 제1 베어링 시스템의 기미측에 있는 제2 베어링 시스템은 제1 스풀의 샤프트에 커플링된 내부 레이스와, 지지 구조부에 커플링된 외부 레이스를 갖는다. 제1 스풀 샤프트는 주요 본체부와, 전방 발산형 웨브를 갖는다. 웨브는 주요 본체부에 있는 기단 루트 (root)와, 제2 베어링 시스템 내부 레이스를 보유하는 말단부를 갖는다.
다양한 실시예에서, 지지 구조부의 엔진 케이스 덕트부는 전방 및 내향 연장 구조부에 의해 제1 및 제2 베어링 시스템의 외부 레이스들에 커플링된다. 이러한 구조부는 제2 베어링 시스템의 외부 레이스를 엔진 케이스 덕트부에 커플링하는 기미부와, 제1 베어링 시스템의 외부 레이스를 기미부에 용융 가능하게 커플링하는 기수부를 가질 수 있다. 기미부는 기미측 본체부에 있는 기단 루트와 제2 베어링 시스템 외부 레이스를 보유하는 말단부를 갖는 후방 수렴형 웨브에 의해 제2 베어링 시스템의 외부 레이스를 엔진 덕트부에 커플링할 수 있다. 제1 베어링 시스템은 최전방 베어링 시스템일 수 있고, 제2 베어링 시스템은 다음 기미측 베어링 시스템일 수 있다. 전방 발산형 웨브는 대체로 절두 원추형 슬리브일 수 있으며 샤프트의 본체부로 단일하게 형성될 수 있다. 웨브는 제1 및 제2 베어링 시스템 사이의 실제 길이를 초과하는 유효 후-용융 외팔보 길이를 제공할 수 있다. 유효 후-용융 외팔보 길이는 실제 길이의 110 %를 초과할 수 있다.
본 발명의 다른 태양은 고속 스풀 및 저속 스풀 중 제1 스풀을 비회전 구조부에 커플링하는 복수의 베어링 시스템을 갖는 터빈 엔진을 포함한다. 제1 베어링 시스템은 용융 가능한 커플링에 의해 비회전 구조부에 커플링된 외부 레이스와, 제1 스풀의 샤프트에 커플링된 내부 레이스를 갖는다. 제1 길이만큼 제1 베어링 시스템의 기미측에 있는 제2 베어링 시스템은 제1 길이를 초과하여 제2 베어링 시스템에 대해 제1 베어링 시스템의 후-용융 유효 외팔보 길이를 제공함으로써 제1 스풀의 샤프트에 커플링된 내부 레이스와, 비회전 구조부에 커플링된 외부 레이스를 갖는다.
다양한 실시예에서, 제1 스풀 샤프트는 주요 본체부를 가질 수 있다. 수단은 주요 본체부에 있는 기단 루트와 제2 베어링 시스템 내부 레이스를 보유하는 말단부를 갖는 전방 발산형 웨브를 포함할 수 있다. 제1 스풀은 저속 스풀일 수 있다. 저속 스풀은 제1 및 제2 베어링 시스템에 의해 비회전 구조부에 직접 커플링될 수 있다. 엔진은 터보팬 엔진일 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예의 상세한 사항은 첨부 도면 및 이하의 상세한 설명에 제시된다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 장점은 상세한 설명, 도면 및 특허청구범위로부터 명백해 질 것이다.
다양한 도면 내의 유사한 도면부호 및 표시는 유사한 요소를 지시한다.
도1은 종방향 중심축 또는 엔진 중심선(500)을 갖는 예시적인 터보팬 엔진(20)을 도시한다. 엔진은 대체로 환형의 바이패스 유동 경로(502)를 사이에 갖는 나셀(24) 내에 장착된 코어(22)를 포함한다. 코어는 나셀 내부 표면(28)과 코어 외부 표면(30) 사이에서 연장되는 지지대(26)의 원주방향 어레이에 의해 나셀에 대해 지지된다. 지지대(26)는 코어 비회전 엔진 케이스 구조부의 지지대 허브(32) 상에 지지된다.
바이패스 유동 경로(502)는 허브(42) 상에 다수의 블레이드(40)를 갖는 팬으로부터 하류로 연장된다. 예시적인 실시예에서, 팬은 2개-스풀 시스템의 저속 스풀 상에 장착된다. 코어 유동 경로(504)를 따라 팬으로부터 하류에는 블레이드가 저속 스풀 상에 있는 저속/저압 압축기 섹션(44)이 있다. 더욱 하류에는 블레이드가 고속 스풀 상에 있는 고속/고압 압축기 섹션(46)이 있다. 더욱 하류에는 연소기(48)가 있다. 더욱 하류에는 블레이드가 고속 스풀 상에 있는 고속/고압 터빈 섹션(50)이 있다. 더욱 하류에는 블레이드 저속 스풀 상에 있는 저속/저압 터빈 섹션(52)이 있다. 엔진 배기 노즐(54)은 더욱 하류에 있다.
예시적인 엔진은 비회전 엔진 케이스에 대해 직접 또는 간접적으로 샤프트 중 하나 또는 모두를 회전 가능하게 지지하기 위한 몇 개의 베어링 시스템을 갖는다. 예시적인 실시예는 저속 스풀을 지지하는 5개의 베어링 세트를 도시한다. 이들 중, 코어 유동 경로(504)의 동체측에서 지지대 허브(32)로부터 전방 및 내향으로 연장되는 엔진 케이스 조립체(64)의 전방 단부와 저속 스풀 샤프트 조립체(62) 사이에 최전방 제1 베어링(60)이 위치된다. 예시적인 실시예에서, 제1 베어링 시스템은 팬을 저속 스풀 샤프트(62)에 커플링하는 팬 허브(42)의 지지 웨브(팬 허브 웨브)(66)의 기미측에 있다. 예시적인 제2 베어링 시스템(70)은 저속 샤프트(62)로부터 전방 및 외향으로 연장되는 동체측 지지부(72)와, 케이스(64)로부터 기미측 및 내향으로 연장되는 날개측 지지부(74)를 갖는다. 제3 베어링 시스템(80)은 지지대 허브(32)의 기미측 단부를 따라 제3 베어링 지지부(82)의 동체측 단부 전방에 위치된다. 제4 베어링 시스템(90)은 기미측 고압 터빈 케이스 요소의 동체측에 위치된다. 제5 베어링 시스템(100)은 기미측 저압 터빈 케이스 요소의 동체측에 위치된다.
도2는 제1 및 제2 베어링 시스템(60, 70)을 더욱 상세히 도시한다. 예시적 인 제1 베어링 시스템은 저속 샤프트 조립체(62) 상에 내부 레이스(120)와, 케이스 조립체(64)의 제1 베어링 지지 부재(126)의 반경방향 내향 연장 웨브 부분(124)에 의해 지지되는 외부 레이스(122)를 갖는 롤러 베어링 시스템이다. 예시적인 케이스 조립체(64)는 지지부(126)와, 볼트 연결 플랜지에서 단부끼리 볼트 연결되며 플랜지들 사이에서 연장되는 비교적 얇고 거의 절두 원추형인 웨브를 갖는 기수측 케이스 부재 및 기미측 케이스 부재(128, 130)를 포함한다. 예시적인 부재(126, 128, 130)는 링 또는 환형으로서 형성될 수 있고, 원주방향으로 분할된, 함께 볼트 연결되거나 또는 고정된 세그먼트 등일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 이러한 부재(130)의 가장 기미측은 기미측 플랜지에서 지지대 허브(32)의 전방 및 내향 연장 부분(132)의 전방 플랜지에 고정된다. 예시적인 실시예에서, 제2 베어링 날개측 지지부(74)의 외부 플랜지는 이러한 기미측 플랜지와 전방 플랜지 사이에 고정된다. 지지부(74)의 내부 플랜지는 제2 베어링(70)의 외부 레이스에 고정된다. 지지부(74)는 근사 두께 및 근사 길이(제조 가능성 등을 위해 균일 절두 원추형으로부터의 다른 이탈 및 반경화와 관련된 근사)를 갖는 대체로 절두 원추형인 중심부(140)를 갖는다. 예시적인 제2 베어링 동체측 지지부(72)는 저속 스풀 샤프트 조립체(62)의 구조편들 중 하나로 단일하게 형성된다. 지지부(72)는 루트(170)를 갖는다. 구조편의 나머지 부분으로부터 반경방향 외향 및 전방으로 연장하여, 지지부(72)는 근사 두께 및 근사 길이를 갖는 대체로 절두 원추형인 중심부(150)를 갖는다. 중심부(150)는 제2 베어링(70)의 내부 레이스에 고정된 날개측부로 천이한다.
예시적인 실시예에서, 길이(L)는 제1 및 제2 베어링 각각의 중심(508, 510) 사이의 길이이다. 통상적인 실제-가동 운항에서, 이들 중심은 반경방향 평면을 횡단하여 베어링 중심을 통과하는 중심선(500)의 교차부에 있다. 도2는 플랜지(72)의 중심부(150)에 의해 대체로 형성된 가상 원추(520)를 도시한다. 예시적인 원추(520)는 이러한 부분의 이등분일 수 있다. 원추(520)는 중심선(500)을 따라 정점(521)을 갖는다. 지지부(74)의 중심부(140)는 유사하게 정점(523)을 갖는 가상 원추(522)를 형성한다. 원추(520, 522)는 반각(θ1, θ2)을 갖는다.
운항시, FBO 조건으로 인한 불균형은 제1 베어링(60)과 지지대 허브(32) 사이에 전달되는 동적인 힘으로 인해 케이스 조립체(64) 상에 초기에 매우 높은 응력을 가한다. 한계값 이상의 불균형에 대해 소정의 파괴 위치를 형성하도록 제1 베어링과 지지대 허브 사이의 힘 경로 내에 용융 가능한 링크가 제공될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 용융 가능한 링크는 케이스 조립체 부재들 사이의 접합부 중 하나와 연관될 수 있다. 도3은 기수측 부재(128)의 기미측 플랜지와 기미측 부재(130)의 기수측 플랜지 사이의 접합부(160) 부근의 예시적인 용융 가능한 링크를 도시한다. 볼트, (예컨대, 도3에 도시된) 부재들 중 하나, 중간 구조부 등의 파괴에 의해 용융 또는 파괴될 수 있다. 파괴로 인해, 엔진 중심선(500)(파선으로 도시된 편향되지 않은 위치)으로부터 샤프트 중심선(502)이 변위되어 샤프트 조립체는 반경방향으로 시프트될 수 있다.
제1 베어링 지지부의 용융은 샤프트의 전방부를 외팔보식으로 연결한다. 불 균형 로터의 변위는 로터 불균형 방향으로 주로 작용하는 반경방향 불균형 힘에 의한 것이어서, 샤프트(62), 샤프트 베어링 지지부(150)의 중심부, 및 베어링 날개측 지지부(74)와 관련된 반경방향 변위의 조합을 생성한다. 이는 샤프트 굽힘과 베어링 지지부 변위에 의한 것이다. 도3은 제2 과도 응답 후의 스풀다운 동안의 예시적인 조건을 도시한다. 가요성이 없는 가상의 반경방향 제2 베어링 지지부에 의해, 이제 자유로운 제1 베어링은 길이(L)만큼 외팔보식으로 연결될 수 있다. 그러나, 경사진 지지부(72)는 중심(510)의 기미측에 있는 새로운 유효 지지점(530)으로 기미측으로 연장되고 잠재적으로는 원래의 정점(521)에 근접하는 L2로 이러한 유효 길이를 증가시킨다. 유효 지지점(530)의 실제 위치는 각도(θ1, θ2)와, 지지부(72, 74)의 두께 및 길이와, 그 중심부 및 관련 재료 특성에 의존할 것이다.
L을 넘어 L2를 증가시키는 것은 기본 구성에 대해 실제 길이(L)을 증가시킬 필요없이 시스템의 고유 주파수를 낮춤으로써 불균형의 격리를 증가시킨다. 절두 원추형인 제2 베어링 지지부의 후방 수렴은 각도가 변하면서 L2를 증가시키는 경향이 있어서, 두께 및 길이가 편향 성분 기여도를 결정하여 최종 가상 L2 거리가 얻어진다. 또한, 최종 외형에 있어 일체성이 고려된다. 블레이드-오프 조건에서 발생하는 바와 같이 반경방향 하중이 인가될 때, 각각의 지지부(72, 74)는 지지 강성을 감소시키도록 함께 작용하는 2개 성분의 탄성 변형을 겪고, 이에 따라 가상 거리(L2)를 증가시킨다. 제1 성분 또는 반동은 지지부의 순수한 반경방향 강성으로 인 한 단순한 반경방향 중심선 편향 성분이다. 베어링 지지부가 방향에 있어 순수하게 반경방향이 아니고 오히려 절두 원추이기 때문에, 베어링 지지부는 엔진 중심선에 대해 베어링 지지부의 하중을 받는 단부의 수직성(통상 90˚)에 변화를 생성함으로써 제2 편향 응답을 생성할 수도 있다. 이들 2개의 응답은 동시에 발생한다. 편향의 반경방향 성분이 항상 하중 방향이더라도, 절두 원추형 지지부의 반경방향 하중에 의한 편향의 경사 도입 성분은 후방 수렴형 지지부가 상쇄 효과를 생성하고 (도시되지 않은) 전방 수렴형 지지부가 추가 효과를 생성하며 원추의 방향에 따라 전체 편향을 추가하거나 또는 상쇄할 수 있다. 회전 불균형을 약화시키고 이에 따라 더욱 격리시키도록, 지지부의 반경방향 및 경사 편향 성분은 추가적이어야 하며, 이에 따라 샤프트가 연성 지지부로서 나타나며 거리(L2)가 가상으로 증가된다. 중심부(140, 150) (및 관련 원추)는 유리하게는 L을 넘어 가상 거리(L2)를 약 10 %만큼(예컨대, 적어도 5 %, 구조 일체성을 고려하여 20 %를 넘지 않음) 증가시키도록 배향된다.
본 발명의 하나 이상의 실시예가 설명되었다. 그러나, 본 발명의 기술사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 변형될 수 있음을 이해하여야 한다. 예컨대, 본 발명의 원리는 다양한 터보 기계 및 엔진 형상에서 구현될 수 있다. 다양한 구성 요소의 다양한 태양이 조합될 수 있고 다양한 구성 요소가 분리될 수도 있다. 원리는 기존 터보 기계의 리엔지니어링 및 클린-시트 리디자인(clean-sheet redesign) 모두에 적용될 수 있다. 전자에서, 기존 구성의 상세한 사항은 임의의 특정 실시예의 상세한 사항을 지시하거나 영향을 줄 수 있다. 따라서, 다른 실시예는 이하의 특허청구범위 내에 있다.
상기 구성에 의해, 본 발명에 따르면 엔진 및 그 베어링 시스템을 더욱 개선할 수 있다.

Claims (12)

  1. 제1 스풀과,
    지지 구조부와,
    제1 스풀을 지지 구조부에 커플링하는 복수의 베어링 시스템을 포함하는 터빈 엔진이며,
    상기 복수의 베어링 시스템은,
    제1 스풀의 샤프트에 커플링된 내부 레이스와, 지지 구조부에 커플링된 외부 레이스를 갖는 제1 베어링 시스템과,
    제1 베어링 시스템의 기미측에 있으며, 제1 스풀의 샤프트에 커플링된 내부 레이스와, 지지 구조부에 커플링된 외부 레이스를 갖는 제2 베어링 시스템을 포함하며,
    제1 스풀 샤프트는 주요 본체부와, 주요 본체부에 있는 기단 루트와 제2 베어링 시스템 내부 레이스를 보유하는 말단부를 구비한 전방 발산형 웨브를 갖는 터빈 엔진.
  2. 제1항에 있어서, 전방 및 내향 연장 구조부에 의해 제1 및 제2 베어링 시스템의 외부 레이스에 지지 구조부의 엔진 케이스 덕트부가 커플링되며, 상기 전방 및 내향 연장 구조부는 제2 베어링 시스템의 외부 레이스를 엔진 케이스 덕트부에 커플링하는 기미부와, 제1 베어링 시스템의 외부 레이스를 기미부에 용융 가능하게 커플링하는 기수부를 갖는 터빈 엔진.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기미부는, 기미측 본체부에 있는 기단 루트와 제2 베어링 시스템 외부 레이스를 보유하는 말단부를 구비한 후방 수렴형 웨브에 의해, 제2 베어링 시스템의 외부 레이스를 엔진 케이스 덕트부에 커플링하는 터빈 엔진.
  4. 제1항에 있어서, 제1 베어링 시스템은 상기 복수의 베어링 시스템의 최전방에 있으며, 제2 베어링 시스템은 상기 복수의 베어링 시스템의 다음 기미측에 있는 터빈 엔진.
  5. 제1항에 있어서, 전방 발산형 웨브는 대체로 절두 원추형 슬리브인 터빈 엔진.
  6. 제5항에 있어서, 전방 발산형 웨브는 샤프트의 주요 본체부와 일체식으로 형성된 터빈 엔진.
  7. 제1항에 있어서, 웨브는 제1 및 제2 베어링 시스템 사이의 실제 길이를 초과하는 유효 후-용융 외팔보 길이를 제공하는 터빈 엔진.
  8. 제7항에 있어서, 상기 유효 후-용융 외팔보 길이는 상기 실제 길이의 110 % 를 초과하는 터빈 엔진.
  9. 고속 스풀과,
    저속 스풀과,
    비회전 구조부와,
    고속 스풀 및 저속 스풀 중 제1 스풀을 비회전 구조부에 커플링하는 복수의 베어링 시스템을 포함하는 터빈 엔진이며,
    상기 복수의 베어링 시스템은,
    용융 가능한 커플링에 의해 비회전 구조부에 커플링된 외부 레이스와, 제1 스풀의 샤프트에 커플링된 내부 레이스를 갖는 제1 베어링 시스템과,
    제1 길이만큼 제1 베어링 시스템의 기미측에 있으며, 제2 베어링 시스템에 비해 제1 길이를 초과하여 제1 베어링 시스템의 후-용융 유효 외팔보 길이를 제공함으로써 제1 스풀의 샤프트에 커플링된 내부 레이스와, 비회전 구조부에 커플링된 외부 레이스를 갖는 제2 베어링 시스템을 포함하는 터빈 엔진.
  10. 제9항에 있어서, 제1 스풀 샤프트는 주요 본체부를 가지며, 수단은 주요 본체부에 있는 기단 루트와 제2 베어링 시스템 내부 레이스를 보유하는 말단부를 구비한 전방 발산형 웨브를 포함하는 터빈 엔진.
  11. 제9항에 있어서, 제1 스풀은 고속 스풀인 터빈 엔진.
  12. 제9항에 있어서, 저속 스풀에 직접 또는 간접적으로 커플링된 팬을 갖는 터보팬 엔진인 터빈 엔진.
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