JP2005054781A - ターボ機械の低圧タービン - Google Patents

Abstract

【課題】分解を簡単化するターボ機械の低圧タービンを提案する。
【解決手段】
低圧タービン１２は、低圧トラニオン２０に固定されたロータ１６、１８と、低圧シャフト２８と、前記低圧シャフト２８に配置され、高圧タービン１０のロータ２２、２４が上に固締されている高圧トラニオン２６を支持する第１の転がり軸受３０と、前記第１の転がり軸受３０の下流で前記低圧トラニオン２０に配置され、前記低圧トラニオン２０を前記排気ケーシング１４に対して中心に置くことを可能にする第２の転がり軸受３２と、前記低圧トラニオン２０が前記低圧シャフト２８を駆動することを可能にするフルーティングシステム３４とを含み、前記フルーティングシステム３４は前記第１の転がり軸受３０と前記第２の転がり軸受３２の間に配置される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、航空ターボ機械の低圧タービンの一般的な分野に関する。本発明は、特に、組立及び分解を容易化するために低圧タービンのロータを低圧シャフトに組み込む具体的な方法に関する。

航空ターボ機械は、一般的に、燃焼室の出口に高圧タービンが設置されている。低圧タービンは、燃焼室から来るガスの流れ方向において高圧タービンの下流に配置される。ガス流れ用の排気ケースは、低圧タービンの下流に組み込まれている。このため、燃焼室から来るガスは、高圧タービン及び低圧タービンを回転駆動するためにこれらを通過し、次に、排気ケーシングを介して放出される。

ターボ機械の低圧タービンは、基本的に、低圧トラニオンに取り付けられたロータ（ブレード及びディスク）を含む。トラニオンは、低圧シャフトを回転駆動させることができるフルーティングシステムを介して、ターボ機械の低圧シャフト上に組み込まれている。同様に、高圧タービンは、高圧トラニオンに取り付けられたロータ（ブレード及びディスク）を含む。低圧トラニオンに設置された転がり軸受は、低圧シャフトに対して回転するように高圧トラニオンを支持することができる。

図２は、従来技術によるターボ機械の低圧シャフト上の低圧タービンロータの組立体の一部を表す図である。同図において、低圧タービン１０２のロータ１００は低圧トラニオン１０４に固定されている。この低圧トラニオン１０４は、第一に、軸方向で高圧タービン１０８のロータ１０６へ上流方向に延び、第二に、ターボ機械の排気ケーシング１１０へ下流に延びている。高圧タービン１０８のロータ１０６は、低圧トラニオン１１４の方へ軸方向に延びる高圧トラニオン１１２に固定される。

低圧タービン１０２は、低圧トラニオン１０４の上流端に設けられたフルーティング１１６により低圧シャフト１１４を回転駆動する。第１の転がり軸受１１８は、低圧タービン１０２を支持し、これをターボ機械の排気ケーシング１１０に対して中心に置くため、低圧トラニオン１１４の下流端に取り付けられる。第２の転がり軸受１２０は、また、回転する高圧トラニオン１１２を支持するため、低圧トラニオン１０４に取り付けられる。第２の軸受は、第１の軸受１１８とフルーティング１１６との間に設けられる。その上、シールガスケット１２２が第２の軸受１２０とフルーティング１１６との間で低圧トラニオン１０４に取り付けられている。プレート１２４と一体となって、このガスケットは、エア・エンクロージャ１２６ａとオイル・エンクロージャ１２６ｂとの間をシールする。

このような低圧タービン組立体には、特に、低圧タービンを分解する際に多数の欠点がある。

ターボ機械を（一部又は全部を問わず）分解しているとき、例えば、保守点検中に、各種の要素は、一般的に、ターボ機械の後部から、すなわち、上流から下流の向きに取り外される。具体的に、低圧タービンを分解するときには、特に、排気ケーシングを取り外すことから始める必要がある。高圧タービン（トラニオン及びロータ）は、次に、ターボ機械の下流端の方へ軸方向に動かされることにより引き出される。

図２に示された組立体の場合、排気ケーシング１１０が引き出されると、低圧タービン１０２の取り外しに問題が生じる。低圧タービン１０４が軸方向下流へ滑動させられるとき、低圧トラニオンによって支持された第２の軸受１２０とシールガスケット１２２とは、高圧トラニオン１１２から分離される。

第２の転がり軸受１２０を引き出すと、次に、低圧シャフト１１４は高圧トラニオン１１２に対して（したがって、高圧タービン１０８に対して）中心から外れるので、低圧シャフト１１４は低圧タービン１０２が取り外された後、軸方向で保持されなくなる。さらに、ガスケット１２２の取り出しは、エア・エンクロージャ１２６ａとオイル・エンクロージャ１２６ｂとの間のシールを破る作用があるので、オイルはエア・エンクロージャに広がり、オイル漏れの危険性の原因になる。

したがって、本発明は、高圧タービンが低圧タービンシャフトに対して中心から外れることを回避し、オイル・エンクロージャとエア・エンクロージャとの間のシールを破ることを回避して、分解を簡単化するターボ機械高圧タービンの新規な形状を提案することにより、このような欠点を軽減することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明は、内部を通るガスの流れ方向で低圧タービンの上流に配置された高圧タービンと、前記ガスの流れ方向で低圧タービンの下流に配置された排気ケーシングとを有するターボ機械における、低圧トラニオンに固締（締め付け固定）されたロータと、回転式の低圧シャフトとを含む低圧タービンであって、前記低圧タービンは、前記低圧シャフトに配置され、高圧タービンのロータが固締されている高圧トラニオンを支持する第１の転がり軸受と、前記第１の転がり軸受の下流で前記低圧トラニオンに配置され、前記低圧トラニオンが前記排気ケーシングに対して中心に置かれることを可能にする第２の転がり軸受と、前記第１の転がり軸受と前記第２の転がり軸受との間に配置され、前記低圧トラニオンが前記低圧シャフトを駆動することを可能にするフルーティングシステムとをさらに含むことを特徴とする、ターボ機械の低圧タービンである。

第１の転がり軸受は低圧シャフトに設置されるので、低圧トラニオンが取り外されたとき、第１の転がり軸受は高圧トラニオンから分離しない。その結果として、低圧タービンの分解中、高圧トラニオンは第１の転がり軸受によって支持されたままであり、これにより、低圧シャフトが高圧タービンに対して中心に置かれた状態を保つことが可能になる。したがって、低圧シャフトは径方向に保持されたままである。

本発明の有利な特徴によれば、低圧タービンは、高圧トラニオンと係合するシールガスケットをさらに含み、このシールガスケットは、第１の転がり軸受の上流で低圧タービンに配置される。

このように、シールガスケットもまたタービンの低圧シャフトに配置されているので、シールガスケットは、低圧トラニオンの分解中、高圧トラニオンから外れなくなる。その結果として、低圧タービンの分解中、ガスケットは引き出されないので、エア・エンクロージャとオイル・エンクロージャとの間のシールは破られない。

本発明のその他の特徴及び長所は、限定的な特徴を持つものではない一実施形態を表す添付図面を参照して記載された以下の説明から明らかになる。

図１はターボ機械用の本発明による低圧タービンの一部を示す。図示されたターボ機械は、（アフターバーナー型の）再燃（リヒート）システムに取り付けられている。それにもかかわらず、本発明は再燃システムを含まないターボ機械に同様に適用可能である。

一般的に、従来の方式では、長手軸Ｘ−Ｘを持つターボ機械は、特に、燃焼室（図示せず）からの出口に配置された高圧タービン１０を含む。低圧タービン１２は、燃焼室から来るガスの流れ方向において高圧タービン１０の下流に設けられる。ターボ機械は、また、低圧タービン１２の下流に配置された排気ケーシング１４を有する。

低圧タービン１２は、基本的に、ディスク１８に取り付けられた複数の動翼１６を含む。動翼１６及びディスク１８は、このようにして低圧タービンのロータを形成する。低圧タービンのディスク１８はまた、タービンロータを回転駆動する低圧トラニオン２０に固締されている。

同様に、高圧タービン１０は、ディスク２４に取り付けられた複数の動翼２２を含む。このディスクは、ターボ機械の長手軸Ｘ−Ｘに沿って高圧タービンのディスク２４の下端から低圧タービンのディスク１８まで延びる高圧トラニオン２６に固締されている。

低圧タービン１２のロータは、長手軸方向へ延びる低圧シャフト２８を回転駆動し、低圧シャフト２８は軸方向に排気ケーシング１４まで延びる下流端２８ａを有する。高圧タービン１０のロータは、低圧シャフト２８に対して同軸である高圧シャフト（図示せず）を回転駆動する。

本発明において、第１のシャフト中間転がり軸受３０が、回転する高圧トラニオン２６を支持するように低圧シャフト２８に取り付けられている。より詳細には、この第１の転がり軸受３０は、低圧トラニオン２０の上流端２０ａに当てて低圧シャフトに設けられる。

従来、第１の軸受３０は、低圧シャフト２８に装着される内輪３０ｂと、高圧トラニオン２６に固定される外輪３０ｃとの間に係合された複数のローラー３０ａから作られる。オイルは、軸受を潤滑し、冷却するため、内輪と外輪との間に注入される。

第２の転がり軸受３２がまた、低圧トラニオン２０の下流端２０ｂに取り付けられる。第２の軸受３２は、低圧トラニオン２０が支持され、且つ排気ケーシング１４に対して中心に置かれるように働く。

第１の軸受３０と同様に、第２の転がり軸受３２は、低圧トラニオン２０の下流端２０ｂに取り付けられた内輪３２ｂと、排気ケーシング１４に固定されたフランジ１４ａに固定された外輪３２ｃとの間に係合された複数のローラー３２ａを含む。潤滑及び冷却オイルは、同様に、軸受の内輪と外輪との間に注入できる。

さらに、低圧タービン１２は、低圧シャフト２８を低圧ロータによって駆動できるようにするフルーティングシステム３４を有する。例えば、このシステムは、低圧シャフト２８及び低圧トラニオン２０に形成された相補的なフルーティング（削り溝）から作られる。フルーティングは、第１の転がり軸受３０と第２の転がり軸受３２との間で軸方向へ延びる。

本発明の有利な特徴によれば、低圧タービン１２がまた、高圧トラニオン２６と係合するシールガスケット３６を含み、このガスケットは、第１の転がり軸受３０の上流で低圧シャフト２８に設けられている。シールガスケット３６は、例えば、カーボン製でもよい。

高圧トラニオン２６と低圧トラニオン２０との間で長手方向に配置されたプレート３８と協働して、このシールガスケット３６は、ターボ機械の上流エア・エンクロージャ４０ａと下流オイル・エンクロージャ４０ｂとの間でシールを行うように作用する。

シールガスケット３６、第１の転がり軸受３０、低圧トラニオン２０、及び第２の転がり軸受３２を含む組立体は、低圧シャフトの下流端２８ａにきつく係合されるナット４２によって、低圧シャフト２８上を長手方向に動くことが防止される。

以下では、上記の低圧タービンが、低圧ロータに関して実行される保守点検作業中、分解される方法を説明する。この分解作業は、ターボ機械の上流端から下流端の方向へ部品を移動することによって実行される。

最初に、排気ケーシング１４が、ターボ機械から引き出されるまで長手方向下流向きに滑動されることによって、取り外される。次に、低圧シャフト２８の下流端２８ａにきつく固締されたナット４２が取り外され、第２の転がり軸受３２が低圧トラニオン２０から外される。これらの要素が取り外されると、低圧タービン１２がそれ自体取り外されることが可能である。この作業は、低圧タービンを、低圧ロータ（動翼及びディスク１８）が固定されている低圧トラニオン２０の下流端へ向かって長手方向に移動させることによって実行される。

第１の転がり軸受３０は低圧トラニオン２０の上流で低圧シャフト２８に取り付けられているので、第１の転がり軸受は、低圧シャフト及び高圧トラニオン２６から外れない。その結果として、高圧トラニオン２６は、第１の転がり軸受によって支持されたままであり、したがって、高圧シャフト２８は、低圧タービンが分解されている間、高圧タービン１０に対して中心に置かれたままである。これにより、低圧タービンの分解が簡単化された。

同様に、シールガスケット３６は第１の転がり軸受３０から（及び、低圧トラニオン２０から）上流で低圧シャフト２８に取り付けられているので、シールガスケットも同様に低圧シャフト２８及び高圧トラニオン２６から外れず、したがって、シールを与え続ける。これは、オイル・エンクロージャ４０ｂから来るオイルが、低圧タービンの分解中、エア・エンクロージャ４０ａに広がることを阻止する。

低圧タービンの分解を容易化することに加えて、本発明は、同じ理由から、（例えば、保守点検作業がロータ上で実行された後）低圧タービンの組立を簡単化することが可能である。

低圧シャフト２８は予め高圧タービン上で中心に置かれているので（すなわち、径方向に保持されているので）、高圧タービンの要素に措置を講ずる必要なく、非常に簡単に低圧タービン１２を係合することができる。この作業を実行するため、低圧タービン１２は一定の距離を設けて高圧タービン１０と整列させられ、次に、タービンは、タービンのフルーティング３４が低圧シャフトの相補的なフルーティング３４と適切に係合されるように、低圧シャフト２８に結合される。低圧タービン１２は、次に、低圧トラニオン２０の上流端２０ａが第１の転がり軸受３０の内輪３０ｂに当接するまで、高圧タービン１０へ向かって長手方向に並進させられる。第２の転がり軸受３２のローラー３２ａは、このようにして、排気ケーシング１４のフランジ１４ａに固定された外輪３２ｃと適切に係合され、組立体は、次に、ナット４２を用いて所定の位置に固定される。

低圧タービンの組立及び分解の際に本発明によって提供される単純化は、特に、ターボ機械を保守点検するコストの削減をもたらす。

最後に、従来技術による低圧タービンと比較した場合に、本発明の低圧タービンは、より軽量であるという利点があるので、ターボ機械の全重量を軽減することができ、また、製造コストを削減することができる。

本発明による低圧タービンの長手方向部分断面図である。 従来技術による低圧タービンの長手方向部分断面図である。

符号の説明

１０ 高圧タービン
１２ 低圧タービン
１４ 排気ケーシング
１６、２２ 動翼
１８、２４ ディスク
２０ 低圧トラニオン
２６ 高圧トラニオン
２８ 低圧シャフト
３０、３２ 軸受
３４ フルーティングシステム
３６ シールガスケット

Claims (2)

1. ターボ機械の低圧タービン（１２）であって、前記ターボ機械は内部を通るガスの流れ方向で低圧タービン（１２）の上流に配置された高圧タービン（１０）と、前記ガスの流れ方向で低圧タービン（１２）の下流に配置された排気ケーシング（１４）とを備え、前記低圧タービン（１２）は、低圧トラニオン（２０）に固締されたロータ（１６、１８）と、回転式の低圧シャフト（２８）とを含み、前記低圧タービンは、前記低圧シャフト（２８）に配置され、高圧タービン（１０）のロータ（２２、２４）が固締されている高圧トラニオン（２６）を支持する第１の転がり軸受（３０）と、前記第１の転がり軸受（３０）の下流で前記低圧トラニオン（２０）に配置され、前記低圧トラニオン（２０）が前記排気ケーシング（１４）に対して中心に置かれることを可能にする第２の転がり軸受（３２）と、前記第１の転がり軸受（３０）と前記第２の転がり軸受（３２）との間に配置され、前記低圧トラニオン（２０）が前記低圧シャフト（２８）を駆動することを可能にするフルーティングシステム（３４）とをさらに備えることを特徴とする、ターボ機械の低圧タービン。
2. 第１の転がり軸受（３０）の上流で低圧シャフト（２８）に設けられ、高圧トラニオン（２６）と係合するシールガスケット（３６）をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のタービン。

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