JP2014517218A - 分離装置を有するデュアルフロータービンエンジン - Google Patents

Abstract

本発明は、それぞれ上流軸受ブラケット（４）および下流軸受ブラケット（６）を介して上流軸受（５）および下流軸受（７）において互いに接続されているファンシャフト（１）および固定的構造要素（２）上に回転可能に実装されたファンと、前記ファンシャフト（１）を包囲し、下流軸受ブラケット（６）を前記構造要素（２）に接合する１組の取り付けネジ、および上流軸受ブラケット（４）を前記下流軸受ブラケット（６）に接合する１組の可溶ネジを含む分離装置（３）とを含むデュアルフロータービンエンジンに関する。装置の前記可溶ネジのうちの少なくともいくつかは、ファンシャフトを包囲する単一の円周にわたって、前記取り付けネジのうちの少なくともいくつかの間に配置されている。

Description

本発明は、デュアルフロータービンエンジンに関する。

デュアルフロータービンエンジンは、異なるロータ（ファン、圧縮機など）を支持するシャフトを支持するハブを含む、中間ケーシングと称される固定構造要素（ステータ）、一次流れ（高温）を二次流れ（低温）から分離する外部環状ケーシング、ならびにハブと外部環状ケーシングとの間の複数の半径方向接続アームを含むことが知られている。

ファンシャフトおよび前記構造要素は、上流軸受および下流軸受によって互いに接続されている。

結果的に、ファンのブレードが破壊した場合、ファンシャフト上に大きな不均衡が生じ、これは上流軸受が構造要素に伝達する周期的な負荷および振動を発生させて、無視できない損傷の危険に曝す。

このようなブレードの損失の際に航空機の固定構造に伝達される応力を制限するために、ＳＮＥＣＭＡ社の文献仏国特許第２８３１６２４号明細書により、ファンシャフトおよび固定構造要素上に回転可能に実装されたファンを含むデュアルフロータービンエンジン用の分離装置が知られており、前記ファンシャフトおよび前記構造要素は、それぞれ上流軸受支持部および下流軸受支持部によって、上流軸受および下流軸受において互いに接続されており、前記分離装置は、前記ファンシャフトを包囲し、
−固定接続を用いて下流軸受支持部を前記構造要素に接合する１組の固定ネジと、
−破断接続を用いて上流軸受支持部を前記下流軸受支持部に接合する１組の破断ネジと、を含む。

前記いわゆる「破断」ネジは、その動作が前述の文献に十分に記載されているが、所定の機械的引張応力を超えると破断することができ、こうして上流軸受および下流軸受の分離を実現することが可能な、縮小断面を備える部分を有する。

このため、２つのネジリング（固定ネジのリングが１つと張力がかかった破断ネジのリングが１つ）が形成され、ファンシャフトの周りで半径方向に重ねられている。これに続いて、（たとえば１つのファンブレードの破断の結果として）不均衡が存在するとすぐに、張力のかかった破断ネジの破断は、ファンシャフトの限られた回数の回転の後に（それが固定されている下流軸受支持部によって）構造要素に対する上流軸受支持部の分離を生じさせる。

しかしながら前記構成において、張力のかかった破断ネジが破断したとき、低圧圧縮機シャフト系のフロントエンドはもはや構造に接続されておらず、その新たな重心の周りの軌道を回り始める。これは低圧タービンシャフトを曲げさせ、これにより、これに対して同軸であり明らかにより高い速度で回転する高圧圧縮機シャフト系に対して擦りやすくして、２つのエンジンシャフト系を損傷する無視できない可能性が生じる。

前記問題を緩和するために、上述の文献仏国特許第２８３１６２４号明細書は、下流軸受と固定構造要素との間に第２の分離装置を配置することを提案しており、前記第２の装置は１組のせん断状態の破断ネジを含む。その結果、下流軸受における解放された追加の遊びは、低圧タービンシャフトと高圧圧縮機シャフトとの間の擦れが制限される−または回避されることを、可能にする。

しかしながら、いくつかのタイプのタービンエンジンでは、タービンエンジンの軸スラストは大きくてもよく、これは大型のスラスト軸受の取り付けを必要とする。これを行うために必要とされる大量の空間は一般的に、前記スラスト軸受が下流に取り付けられることを意味する。

その結果、構造要素とファンシャフトとの間で、スラスト軸受によって必要とされる半径方向空間は、上記で言及された第１の分離装置に利用可能な空間を著しく制限し、これはさらに、潤滑回路が前記領域内を適切に通ること、ならびに前記領域内の良好な換気に必要とされる開口部が下流軸受支持部に取り付けられることを妨害する。

さらには、破断ネジの上述の構成は前記ネジが封止されることを必要とし、これは専用のカバーの追加を暗示し、したがって占有される空間の増加に寄与する。

仏国特許第２８３１６２４号明細書

本発明の一目的は、タービンエンジンの適切な動作に必要なダクトおよび換気手段の取り付けのために、構造要素とファンシャフトとの間に、より大きい利用可能な空間が割り当てられ得るように、文献仏国特許第２８３１６２４号明細書からの取り外し可能分離装置によって必要とされる空間を、縮小することである。

この目的のために、本発明において特許請求されているように、上記で定義された分離装置を備えるタービンエンジンは、ファンシャフトを包囲する同じ円周にわたって、前記固定ネジのうちの少なくともいくつかの間に、装置の前記破断ネジのうちの少なくともいくつかが挿入されているということによって、際立っている。

このため、本発明のおかげで、ネジの２つのリング（固定ネジおよび張力がかかった易破壊ネジ）が同じ（または類似の）セットアップ直径で取り付けられているので、ネジの前記リングの半径方向の重なりが軸方向の重なりになり、これは本発明において特許請求されている分離装置によって占有される半径方向空間を著しく減少させ、したがってダクトおよび換気手段に利用可能な空間が増加することができる。

さらに、本発明のおかげで、固定ネジおよび張力がかかった破断ネジが同じフランジ上に挿入されているので、封止されたカバーおよびそのＯリングはもはや前記破断ネジを封止するために必要ではなく、こうして構造要素のフランジの厚さを減少させること、ひいてはダクトおよび換気手段に利用可能な空間をもう少し増加させることを可能にする。

また、ネジのリングの前記新構成が、分離装置の実装シーケンスに何ら影響しないことに留意されたい。

さらに、本発明は、本発明において特許請求されている分離装置がタービンエンジン上に実装されたときに、ファンシャフトと固定構造要素との間の破断接続のアクセス不可能性が保存され得る。

さらに、やはり本発明のおかげで、張力がかかった破断ネジをファンシャフトと構造要素との間の領域の外側に配置することが今や可能であり、これにより、破断後に前記領域内にスクラップ（とりわけ破断したネジの頭およびワッシャ）が位置しない限り、回転要素が保護され得、さらに破断ネジのネジ部および残り部分が構造要素の空洞内で捕捉可能となる。

好ましくは、分離装置の破断ネジの全ては固定ネジの間に挿入されている。

特定の実施形態において特許請求されているように、本発明において特許請求されている分離装置によって占有される空間を最大限に制限するために、破断ネジのうちの少なくとも１つが、２つの固定ネジの間に挿入されている。

別の特定の実施形態において特許請求されているように、破断ネジのうちの少なくとも１つは、ｎ個組固定ネジの間に挿入されている。この場合、破断ネジは、たとえば２対の固定ネジの間に挿入されていてよい。

その結果、全ての固定ネジおよび全ての破断ネジが、ファンシャフトを包囲する単一の円周にわたって、有利に分布していることが可能である。

好ましくは、やはり前記ファンシャフトを包囲する上述の円周にわたって、固定ネジおよび破断ネジは、ネジのリングにおける対称性および均衡を促進するように交互に配置されており、各破断ネジは２つの固定ネジまたは２つのｎ個組固定ネジの間に挿入されている。

特定の実施形態において特許請求されているように、下流軸受は、タービンエンジンの軸スラストを受けるスラスト軸受である。前記下流軸受はまた、分離の後に、低圧および高圧シャフトの間の擦れを制限（または回避）できる。

一次経路のダクトおよび換気手段に必要な空間を考慮するように、下流軸受支持部は、ダクトおよび換気手段の収容に適した寸法を有する。

装置の固定ネジの取り付けを可能にするように、上流軸受支持部は、少なくとも１つの固定ネジの領域において、前記ネジ用の締め付け工具の通過のためのオリフィスを有する。

本発明の別の特徴において特許請求されているように、少なくとも１つの易破壊ネジは、前記ネジの締め付け、したがって分離装置の較正を保護するように、いかなる外部干渉も回避するようになされた形態のネジ頭を有することができる。

また、張力がかかった破断ネジのうちの少なくとも１つは、ワッシャによって上流軸受支持部に対して当てて配置されていてよい。さらに、破断ネジのうちの少なくとも１つのネジ山部は、構造要素の内部に配置された空洞内に収容されているナットによって締め付けられていてよい。

対応する破断ネジのための回転防止機構は、下流軸受支持部の少なくとも１つの空洞の内部に挿入されていてよい。

有利には、固定ネジの少なくとも一部が座ぐり内に埋め込まれてよいように、下流軸受支持部内に前記座ぐりが配置されており、これにより、ブレードが失われたときに、破断ネジの破断後に固定ネジの対応する部分が保護され得る。

添付図面の図は、本発明がどのようにして実現可能であるかを理解しやすくする。前記図において、同一の参照符号は類似の技術的要素を示す。

本発明において特許請求されている分離装置が設けられたデュアルフロータービンエンジンのファンシャフトと固定構造要素との間の領域の、半径方向半断面図である。 固定ネジを含む半径方向断面平面における、本発明の第１の実施形態において特許請求されている分離装置の図である。 張力がかかった破断ネジを含む半径方向断面平面における、図２の取り外し可能結合装置の図である。 連続的な軸断面平面における、図２および図３の分離装置を形成するネジのリングの一部分の部分斜視図である。 連続的な軸断面平面における、図２および図３の分離装置を形成するネジのリングの一部分の部分斜視図である。 連続的な軸断面平面における、図２および図３の分離装置を形成するネジのリングの一部分の部分斜視図である。 本発明の第２の実施形態において特許請求されている分離装置の上面図である。

図１に示されているデュアルフロータービンエンジンの部分は、エンジンの軸Ｘ−Ｘ’の周りを回転することが可能なファンシャフト１（ロータ）の一部分、およびたとえば中間ケーシングのハブなどの構造要素２（ステータ）の一部分に対応する。前記シャフト１は、（ガスの流れという意味で）その上流部において、ガスの流れの内部（または一次）経路、および希釈用空気に使用されるものを包囲する外部（または二次）経路の入口の前に延在するブレード（図示せず）が設けられたファンを、支持する。

ファンシャフト１および構造要素２は、それぞれ上流軸受支持部４および下流軸受支持部６によって、上流軸受５および下流軸受７において互いに接続されており、これらは全てファンの下流に配置されている。

また、分離装置３は、一方では構造要素２と、他方では上流軸受支持部４および下流軸受支持部６とを結合するように、配置されている。この目的のために、同心状にファンシャフト１を包囲する分離装置３は、まず第一に、固定接続を用いて下流軸受支持部６を構造要素２に接合する１組の固定ネジ１０（図２）を含む。同様に、分離装置３はまた、破断接続を用いて上流軸受支持部４を下流軸受支持部６に接合する、たとえば張力がかかった１組の破断ネジ２０（図３）も含む。

また、下流軸受７は、追加下流軸受支持部８によって、ファンシャフト１に接続されている。

分離装置３は、図２および図３により詳細に示されている。これは、前述の固定ネジ１０（図２）の組および破断ネジ２０（図３）の組によって構成されており、前記ネジは、タービンエンジンの縦軸Ｘ−Ｘ’の周りの回転によって、ファンシャフト１を包囲するリング（その一部が図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃにおいて見ることができる）上に分布している。

図２に示されているタイプの固定ネジ１０は、構造要素２に対して下流軸受支持部６を維持するように意図されている。この目的のために、各ネジ１０はネジ頭１１およびネジ山部１２によって構成されている。前記ネジ１０用の締め付け工具の通過を可能にするように、ネジ１０が固定されるように意図されていない上流軸受支持部４内にオリフィス１３が形成されている。ネジ１１の頭が止め部１４Ａまで座ぐり１４内に埋め込まれることが可能なように、下流軸受支持部６内に前記座ぐり１４も配置されており、これにより、ブレードが失われたときに、破断ネジ２０の破断後に前記頭１１が保護され得る。また、ネジ山部１２をそこにねじ込むように、構造要素２内にねじ込み空洞１５が配置されている。

図３に示されているタイプの破断ネジ２０は、ファン上に−ファンブレードの損失によって生じる−不均衡が現れていない限り、下流軸受支持部６に対して上流軸受支持部４を維持するように意図されている。この目的のために、各ネジ２０はネジ頭２１およびネジ山部２２によって構成されている。ネジ２０の破断性は、張力の下での破断のための解放として役立つように、頭２１とネジ山部２２との間に配置された、縮小断面２３を備える平滑な部分によって示される（このため、図３の破断ネジは張力がかかった破断ネジである）。

このため、ファンブレードのうちの１つがファンから外れると、ファンシャフト１および上流軸受５に伝達される周期的な半径方向応力は、各破断ネジ２０に対する周期的な軸方向応力に変換され、したがってネジ２０は、前記応力が十分になったときにそれらの縮小断面部２３における張力によって破断される。前述の円周の周りに配置された破断ネジ２０は通常、ファンシャフト１の単一の回転において次々に破断されることになり、アセンブリの機械抵抗がすでに発生した破断に沿って連続的に低下するときはさらに容易に全てが破断されることになる。すると上流軸受支持部４は、下流軸受支持部６から外れ、したがってもはや構造要素２に応力を伝達することはない。

上流軸受支持部４が破断するような状況において、上流軸受５がもはやファンを支持することができないことに留意されたい。したがってファンシャフト１は下流軸受７によって支持されるのみであり、次いでこれが周期的な応力を伝達し始める。前記応力を制御するように、せん断状態の破断ネジは構造要素２と下流軸受７との間に配置されていてよい。しかしながら、前記応力が大きくなりすぎると、図１に示されているような、スラスト軸受（可能であれば大型の）の形態の下流軸受７が好ましく、ファンシャフト１および固定構造要素２を分離する領域９（図１において見ることができる）で利用可能な少量の空間の結果として、これはせん断状態の破断ネジの使用を不必要に、あるいは有害にさえする。

いかなる外部干渉も回避するようになされた形態のネジ頭２１は、ワッシャ２３によって上流軸受支持部４に対して当てられる。また、破断ネジ２０のネジ山部２２は、構造要素２内に配置された空洞２５の内部に実装されているため、エンジン上のアクセス不可能なナット２６によって締め付けられている。これにより、ネジの破断応力に対して直接的な影響を及ぼす破断ネジの締め付けトルクの保護を完成させる。また、易破壊ネジ２０の回転防止装置２８は、下流軸受支持部６のフランジ内の逃げ孔の内部に挿入されている。有利には、前記回転防止装置は、破断ネジ２０の六角部分３０の回転を停止させる六角オリフィス２８によって、実現される。

本発明において特許請求されているように、固定ネジ１０および破断ネジ２０は、ファンシャフト１を包囲する同じ単一の円周Ｙ−Ｙ’上に分布している（図４Ａから図４Ｃ）。より正確には、前記ネジ１０および２０は交互に取り付けられており、１つの固定ネジ１０（または１つのｎ個組固定ネジ１０）は２つの破断ネジ２０の間に挿入されている。前記配置は、異なる半径方向断面平面を用いて、図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃに示されている。

図４Ａにおいて、上流軸受支持部４のフランジは、上流から見たときに、下流軸受支持部６および構造要素２上に実装されているように見える。構造要素２のフランジ−本発明において特許請求されている分離装置３がその上に位置する−には、複数のオリフィスが設けられており、固定ネジ１０および破断ネジ２０がこれを通過する。ネジ１０および２０に対応するオリフィスは、円周Ｙ−Ｙ’上に等距離で交互に分布している。

また、前記同図面において、固定ネジ１０用のオリフィスは、前記ネジ用の締め付け工具の通過のために設けられたオリフィス１３を含み、その一方で易破壊ネジ２０用のオリフィスは逃げ開口部２７を含む（図３も参照されたい）。

図４Ｂにおいて、下流軸受支持部６のフランジは、上流から見たときに、構造要素２のフランジ上に実装されているように見える。固定ネジ１０用のオリフィスは、前記ネジ１０が埋め込まれることを可能にする上述の座ぐり１４を含み、その一方で破断ネジ２０用のオリフィスは、六角形の断面を備える回転防止機構２８（図３には示さず）を含む。

図４Ｃは、上流から見たときの構造要素２のフランジを示すのみである。固定ネジ１０用のオリフィスは、ネジ山部１２のねじ込みのためのねじ込み空洞１５−またはソケット−を含み、その一方で破断ネジ２０に関しては、前記ネジ２０のネジ山部２２上に締め付けられており、破断ネジの右側の封止にも役立つナット２６をアクセス不可能にする目的のために、構造要素２のフランジ内に空洞２５が配置されている。

このため、本発明において特許請求されている分離装置３内の固定ネジ１０および破断ネジ２０の実装は、占有される空間を最小限にし、これにより、下流軸受支持部６を通してのタービンエンジンの適切な動作に必要なダクトおよび換気手段の収容のために、十分に大きい空間を残すことができる。

さらに、構造要素２内に実現される空洞２５はまた、破断ネジ２０の右側の封止を保証することも可能にし、これにより、前記封止に専用のカバーへの依存を回避する。前記封止は、それぞれ軸受支持部４と軸受支持部６との間、および下流軸受支持部６と構造要素２との間に位置する、２つのＯリング３１および３２によって実現される。

図１に示されているエンジンの部分は半径方向断面平面図に対応するものの、先に示された構成は、上述の要素がエンジンの軸Ｘ−Ｘ’の周りで、ファンシャフト１を包囲するように、タービンエンジンの全周にわたって形成されることが、理解されるであろう。

場合により、ネジの各リングが受けなければならない応力に応じて固定ネジの数および破断ネジの数を適合させる必要があり得ることに留意されたい。また、固定ネジの数を破断ネジの数と等しくしないことが、賢明であり得る。前記の場合、破断ネジは、図５に示されているように、２つのｎ個組固定ネジの間に挿入されていてよく、ここで１つの破断ネジ１０は２対の固定ネジ２０および２０’の間に挿入されており、このため分離装置は破断ネジ１０の２倍の数の固定ネジ２０および２０’を含む。

この目的のために、本発明において特許請求されているように、上記で定義された分離装置を備えるタービンエンジンは、ファンシャフトを包囲する同じ円周にわたって、固定ネジの間に、装置の破断ネジが挿入されているということによって、際立っている。

いかなる外部干渉も回避するようになされた形態のネジ頭２１は、ワッシャ２４によって上流軸受支持部４に対して当てられる。また、破断ネジ２０のネジ山２２は、構造要素２内に配置された空洞２５の内部に実装されているため、エンジン上のアクセス不可能なナット２６によって締め付けられている。これにより、ネジの破断応力に対して直接的な影響を及ぼす破断ネジの締め付けトルクの保護を完成させる。また、易破壊ネジ２０の回転防止装置２８は、下流軸受支持部６のフランジ内の逃げ孔の内部に挿入されている。有利には、前記回転防止装置は、破断ネジ２０の六角部分３０の回転を停止させる六角オリフィス２８によって、実現される。

場合により、ネジの各リングが受けなければならない応力に応じて固定ネジの数および破断ネジの数を適合させる必要があり得ることに留意されたい。また、固定ネジの数を破断ネジの数と等しくしないことが、賢明であり得る。前記の場合、破断ネジは、図５に示されているように、２つのｎ個組固定ネジの間に挿入されていてよく、ここで１つの破断ネジ２０は２対の固定ネジ１０および１０’の間に挿入されており、このため分離装置は破断ネジ２０の２倍の数の固定ネジ１０および１０’を含む。

Claims (9)

1. それぞれ上流軸受支持部（４）および下流軸受支持部（６）によって上流軸受（５）および下流軸受（７）において互いに接続されているファンシャフト（１）および固定構造要素（２）上に回転可能に実装されたファンと、前記ファンシャフト（１）を包囲し、
   固定接続を用いて下流軸受支持部（６）を前記構造要素（２）に接合する１組の固定ネジ（１０）、および
   破断接続を用いて上流軸受支持部（４）を前記下流軸受支持部（６）に接合する１組の破断ネジ（２０）
   を含む分離装置（３）とを含むデュアルフロータービンエンジンであって、
   装置の前記破断ネジ（２０）のうちの少なくともいくつかは、ファンシャフトを包囲する同じ円周にわたって前記固定ネジ（１０）のうちの少なくともいくつかの間に挿入されていることを特徴とする、デュアルフロータービンエンジン。
2. 分離装置の破断ネジ（２０）が固定ネジ（１０）の間に挿入されている、請求項１に記載のタービンエンジン。
3. 破断ネジ（２０）のうちの少なくとも１つが２つの固定ネジ（１０）の間に挿入されている、請求項２に記載のタービンエンジン。
4. 破断ネジ（２０）のうちの少なくとも１つが、２つのｎ個組固定ネジ（１０）の間に挿入されている、請求項２または３に記載のタービンエンジン。
5. 分離装置の全ての固定ネジ（１０）および全ての破断ネジ（２０）が、ファンシャフト（１）を包囲する単一の円周（Ｙ−Ｙ’）にわたって分布している、請求項１から４のいずれか一項に記載のタービンエンジン。
6. 下流軸受支持部（６）が、ダクトおよび換気手段の収容に適した寸法を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のタービンエンジン。
7. 上流軸受支持部（４）が、少なくとも１つの固定ネジ（１０）の領域において、前記ネジ用の締め付け工具の通過のためのオリフィス（１３）を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載のタービンエンジン。
8. 破断ネジ（２０）のうちの少なくとも１つが、いかなる外部干渉も回避するようになされた形態のネジ頭（２１）を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載のタービンエンジン。
9. 固定ネジ（１０）の少なくとも一部が座ぐり（１４）内に埋め込まれてよいように、下流軸受支持部（６）内に前記座ぐり（１４）が配置されている、請求項１から８のいずれか一項に記載のタービンエンジン。

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