JP4751172B2 - ターボ機械における構成要素を潤滑するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、ターボ機械における構成要素、特にターボジェットにおけるシャフトベアリングを潤滑するための装置に関する。

ターボ機械は、複数の固定ベーンステージおよびタービンシャフトに取り付けられたロータによって支持される複数の可動ブレードステージを有する、ガスタービンを備えている。タービンシャフトは、そのタービンシャフトの摩擦損耗を制限するために、オイルが連続的に供給されるようにする必要があるベアリングによって、中心位置決めされ且つ回転するようにガイドされる。

ターボ機械のベアリングを潤滑するための知られている装置は、
ターボ機械のステータに取り付けられ、且つベアリングのまわりに潤滑チャンバを画定する、環状のベアリング支持部品と、
ベアリングを潤滑するためのオイル入口を有する環状カバーとを備え、環状カバーは、環状のベアリング支持部品の径方向に延びる端面にシールされた態様で取り付けられ、シールは、環状のベアリング支持部品と環状カバーとの間に取り付けられる環状ガスケットによって提供され、前記環状カバーは、加圧および冷却空気の流れのための環状エンクロージャを含み、この環状エンクロージャは、その上流側端部にて、環状のベアリング支持部品に形成されたダクトによって供給され、且つ下流側端部にて、環状ガスケットのまわりの環状のベアリング支持部品の径方向に延びる端面に開口する。

ターボ機械の動作においては、支持部品のダクトおよびカバーの環状エンクロージャに流れる加圧および冷却空気の温度は、約２００℃である。この空気は、後部エンクロージャを加圧するために、また前記ダクトまたはカバーの環状エンクロージャに近接して配置された材料を冷却するために、本質的に役立ち、一方、支持部品およびカバーからさらに離れた部分、特に上述されたダクトの下流側端部の間に配置された支持部品の径方向に延びる端面の部分が、約３７０℃と同じ位高い温度に達し得る。

支持部品の径方向に延びる端面に近接して配置された環状ガスケットは、それゆえ、局部的に高温にさらされる。このガスケットは、一般に２００℃よりも高い温度に耐える限られた能力を有する、バイトン（Ｖｉｔｏｎ）（登録商標）タイプのエラストマーガスケットである。したがってこのガスケットは、ベアリングの潤滑チャンバをシールするのに効果的ではなく、そして、ターボ機械の作動中に、支持部品の径方向に延びる端面とカバーの環状エンクロージャの上流側端部との間に、オイル漏れが生じ得る。これらのオイル漏れは、潤滑装置のオイル消費を増加させ、且つ漏れに近接して配置されたターボ機械の構成要素に、コークスが堆積されるように導き得て、この堆積は、ホットポイントを形成し得且つ寿命を減縮し得る。

本発明の特定の目的は、この問題に対する簡単で、安価で、且つ効果的な解決策を提供することにある。

本発明は、ターボ機械の構成要素を潤滑するための上述において特定されたタイプの装置であって、ガスケット劣化の危険なしに、且つ潤滑チャンバからのオイル漏洩の危険なしに、環状ガスケットが使用され得る装置を提供する。

このために、本発明は、ターボ機械における構成要素、特にターボジェットにおけるシャフトベアリングを潤滑するための潤滑装置を提供し、この潤滑装置は、
固定エレメントに取り付けられ、且つ構成要素のまわりに潤滑チャンバを画定する、環状の構成要素支持部品と、
構成要素を潤滑するためのオイル入口を含む環状カバーとを備え、環状カバーは、前記環状の構成要素支持部品の径方向に延びる端面にシールされた態様で取り付けられ、シールは、環状の構成要素支持部品とカバーとの間に取り付けられる環状ガスケットによって提供され、前記カバーは、加圧および冷却空気を供給するための環状エンクロージャを含み、この環状エンクロージャは、その上流側端部において、環状の構成要素支持部品を通して形成されたダクトによって供給され、且つ上述された環状ガスケットのまわりに開口するそれらの下流側端部を有し、
潤滑装置は、加圧および冷却空気の流れを提供するための環状チャネルを含み、この環状チャネルは、環状の構成要素支持部品の径方向に延びる端面と前記エンクロージャの上流側端部との間に形成され、環状の構成要素支持部品におけるダクトの下流側端部を相互に連結している。

この環状の空気流チャネルは、上述されたダクトの下流側端部の間に配置される環状の構成要素支持部品端部の径方向に延びる面の部分に、加圧および冷却空気をもたらすように作用し、それによってガスケットをその全周にわたって冷却する。環状ガスケットは、したがって、もはや２００℃を充分に超える温度に局部的にさらされることがなくなり、それゆえ潤滑チャンバを確実にシールすることが可能である。

環状チャネルの内側を流れる加圧および冷却空気は、潤滑チャンバの内側における空気とオイルの混合物の圧力よりも、且つ潤滑チャンバの外側における空気の圧力よりも大きな圧力にあり、前記チャンバからの空気およびオイルの漏洩に対抗する。

有利には、環状チャネルは、環状ガスケットに近接する材料を効果的に冷却するように、ガスケット取り付け面の間の境界面におけるシール用ガスケットの近傍に開口する。例として、このチャネルは、環状の構成要素支持部品の径方向に延びる面の周囲縁部における面取りを介して、ガスケット取り付け面の間の境界面に開口する。

本発明の一実施形態において、環状チャネルは、環状の構成要素支持部品における上述されたダクトの下流端部に面して、カバーの上流側径方向に延びる端面に形成されるとともに、前記ダクトに整列し且つ前記エンクロージャ内に開口するオリフィスを含んでいる。このために、環状チャネルは、環状の構成要素支持部品の上述されたダクトにおける空気の通過を妨害することなしに、その全周囲にわたってガスケットを冷却する。

本発明の他の実施形態において、環状チャネルは、環状の構成要素支持部品の径方向に延びる端面の周縁において面取りによって形成され、且つ環状の構成要素支持部品の上述されたダクトの下流側端部の近傍における、前記径方向に延びる端面とエンクロージャの上流側端部との間に形成される軸方向環状ギャップから、環状ガスケット取り付け面間の境界面へ、径方向に延びる。

この実施形態において、環状チャネルは、前記エンクロージャの上流側端壁部を通る少なくとも１つの孔を介して、カバーのエンクロージャと連通しており、そして第２のシール用ガスケットは、有利には上述された軸方向環状ギャップ内に取り付けられ、且つ加圧および冷却空気を通過させるためのオリフィスを有し、これらのオリフィスは、環状の構成要素支持部品のダクトと整列されている。このことは、潤滑チャンバのシールを改善し、且つ第２のシール用ガスケットが劣化している場合にも、前記チャンバからの空気およびオイルの漏洩を回避させる。

本発明は、また、そのシャフトが、上述において特定されたタイプの環状チャネルを含む潤滑装置に取り付けられたベアリングによってガイドされるタービンを有する、ターボジェットも提供する。

本発明の他の利点および特徴は、非限定的な例を用い且つ添付図面を参照して作られる以下の詳細な説明を読むことによって、明確になる。

図面においては、左は、上流側または前部に向かい、一方、右が、下流側またはターボジェットの後部に向かっている。

図１を最初に参照し、図１は、ターボジェットの低圧タービンシャフト１４のベアリング１２を潤滑するための従来技術の装置１０の、タービンの回転軸１６を含む平面上の破断断面として示される、概略的縦方向半図である。

タービンロータは、一部が示されるタービンディスク１８を備え、タービンディスク１８は、互いに結合され且つそれらの周囲において可動ブレード（図示せず）のステージを支持し、ディスク１８は、固定ベーンステージ（図示せず）によって互いに分離され、そして一部が示される駆動コーン２０を介してタービンシャフト１４に結合される。

図示されている例においては、ベアリング１２は、転がりベアリングであり、転がりベアリングの内側キャップ２２が、シャフト１４によって支持され、転がりベアリングの外側キャップ２４が、環状部品２８によって支持され、この環状部品２８は、環状カバー３０が設けられ、且つシャフトベアリング１２と、シャフト１４およびその後部エンドピースの対応する部分とのまわりに環状潤滑チャンバ３２を画定する。

環状部品２８は、実質的にフラストコニカルな形状をなし、そのより小さな直径の上流側端部において、軸１６上にベアリング１２の外側キャップ２４が取り付けられる円筒状通路３４を含み、そのより大きな直径の下流側端部において、環状フランジ３６を有し、この環状フランジ３６は、タービンの固定エレメントの環状フランジ３８に対して押し付けられ、例えばネジおよびナットタイプ４０からなる、適切な手段によってそこに固定される。

環状部品２８の中間部分は、下流側に且つタービンの回転軸１６に向かって延びるフラストコニカル壁部４２を備えており、且つフラストコニカル壁部４２に、環状部品２８の上流側外側面に開口する上流側端部群、および壁部４２の径方向に延びる端面４６に開口する下流側端部を有する、空気流ダクト４４が形成される。

環状部品２８は、また、上流側に延びる２つの実質的に円筒状のスカート４７および４８を有しており、ダクト４４の上流側端部は、両スカートの間に開口している。両スカート４７および４８の上流側端部は、タービンロータのエレメントによって支持されるそれぞれのラビリンスシール４９、５０によってシールした態様で協働する。

環状カバー３０は、タービンシャフト１４のまわりにシールされた態様で取り付けられたその下流側端部において閉じられ、且つオイルが供給されるための少なくとも１つの管状エンドピース５１を有し、この管状エンドピース５１は、ベアリング１２の近傍において潤滑チャンバ３２内に開口しているダクト５２に結合される。環状カバー３０の上流側端部は、壁部４２の径方向に延びる端面４６に対してシールされた態様で取り付けられ、且つ径方向に延びる端面４６にネジ５４によって固定される環状の径方向に延びる面５３、および壁部４２の下流側端において、内方向き円筒状ベアリング面５８と協働する外方向き円筒状ベアリング面５６を有する。面取り６０は、径方向に延びる面４６の内側周囲縁部に形成され、カバーの上流側端部における円筒状ベアリング面５６を取り囲んでいる。

環状カバー３０は、加圧および冷却空気を通過させるための環状エンクロージャ６２を有し、この環状エンクロージャは、その下流側端部においてシャフト１４の周囲に開口し、且つその上流側端部においてカバー３０の上流側端面５３を通して形成された複数のオリフィス６４を介して、部品２８の壁部４２を通して形成された上述されたダクト４４の下流側端部に連通して、上流側から下流側に延びている。

潤滑チャンバ３２は、部品２８とカバー３０との間の接合部において、環状ガスケット６６によってシールされ、環状ガスケット６６は、それぞれ壁部４２およびカバー３０の円筒状ベアリング面５８および５６の間における、カバー３０の円筒状ベアリング面５６内に形成される環状溝６８に取り付けられる。他の環状ガスケット７０が、ダクト４４の下流側端部において、それぞれカバー３０および部品２８の径方向に延びる端面５３および４６の間に取り付けられていても良く、このガスケット７０は、壁部４２のダクト４４およびカバー３０のオリフィス６４と整列されて空気通過オリフィス７２を有している。

カバーの下流側端部における潤滑チャンバ３２は、シャフト１４によって支持され且つ環状エンクロージャ６２の下流側端の両側に配置される、ラビリンスシール７３によってシールされる。

ターボジェットが作動状態にあるときに、約２００℃の温度の加圧および冷却空気が、上流側から下流側へ、スカート４７と４８の間を通過して、そして部品２８におけるダクト４４内に、次にカバー３０のエンクロージャ６２内へ流れる。部品内のダクト４４内における、およびカバー３０のエンクロージャ６２内における空気の圧力は、潤滑チャンバ３２に収容される空気およびオイル混合物が、ラビリンスシール４９、５０、７３を通って漏れることができないように、潤滑チャンバ３２の内側および潤滑装置１０の外側における圧力よりも大きい。

加圧および冷却空気の供給は、温度を相当に低下させ、例えば、空気流ダクト４４に近いゾーンに、およびそれらのダクト４４に最も近いガスケット６６（またはガスケット７０）のそれらの部分において、加圧および冷却空気を通過させて、約３５０℃ないし３７０℃から約２００℃にさせる。それにもかかわらず、ダクト４４の下流側端部の間に配置されたこれらのガスケットのそれらの部分は、冷却されずそれゆえ高い温度のままとなる。環状ガスケット６６は、それゆえその劣化に導くその周囲においてかなりの温度差にさらされ、且つチャンバ３２の外側へ向かうそれぞれ部品２８およびカバー３０の径方向に延びる面４６と５３の間でオイル漏れをも導き得る。

本発明の目的は、ダクト４４の下流側端部を相互接続し、且つその周囲全体にわたって環状ガスケット６６を冷却するように、部品２８の径方向に延びる面４６とカバー３０の径方向に延びる面５３との間に形成される、環状加圧および冷却空気流チャネルを有する、上述したタイプの潤滑装置を提供することにある。

図２に一部が示されている実施形態において、環状チャネル８４は、カバー３０の上流側径方向に延びる端面５３に、エンクロージャ６２のオリフィス６４と同一高さにくりぬかれており、且つ部品２８におけるダクト４４の下流側端部に面している。

軸方向環状ギャップ８６は、有利には、部品２８の下流側径方向に延びる端面４６とカバー３０の上流側径方向に延びる端面５３との間に残されており、かつダクト４４の下流側端部から径方向内方に向かって延び、環状チャネル８４が、部品２８の下流側径方向に延びる端面４６の周縁部における上述された面取り６０を介して、それぞれ部品２８およびカバー３０の内側円筒状ベアリング面５８および外側円筒状ベアリング面５６の間の接触面Ｃ内に開口し得る。

図３に一部が示されている変形実施形態において、環状チャネル８８は、部品２８の径方向に延びる面４６の周縁部における環状面取り６０によって形成されており、環状チャネル８８は、上述された軸方向ギャップ８６を介して、またはカバー３０の上流側径方向に延びる端面５３を通して形成され、且つエンクロージャ６２内に開口している１つ以上の孔９０を介して、加圧および冷却空気を供給され得る。そのような状況のもとで、上述されたシール用ガスケット７０は、ダクト４４の下流側端部における、それぞれカバー３０のおよび部品２８の、上流側径方向に延びる端面５３および下流側径方向に延びる端面４６の間に取り付けられ得て、ガスケット７０のオリフィス７２は、冷却空気を通過させるためにダクト４４およびオリフィス６４と整列される。

その全周にわたってガスケット６６を冷却することによって、約２００℃を超えない温度範囲において、バイトン（Ｖｉｔｏｎ）（登録商標）等から作られるガスケットを使用することが可能となり、その温度範囲内において、ガスケットが、充分に有効であり且つ長い寿命を有する。

本発明は、さらに、そのシャフトが、上述において特定されたタイプの環状チャネルを有する潤滑装置に取り付けられたベアリングによってガイドされるタービンを含む、ターボジェットを提供する。

ターボジェットにおけるシャフトベアリングを潤滑するための従来技術の装置の縦方向断面における概略的半図である。 環状ガスケットによりシールされたゾーンを示す、本発明の潤滑装置の拡大された概略縦方向の破断断面図である。 本発明の潤滑装置の変形の概略縦方向の破断断面図である。

１０ 装置
１２ ベアリング
１４ 低圧タービンシャフト
１６ 軸
１８ ディスク
２０ 駆動コーン
２２ 内側キャップ
２４ 外側キャップ
２８ 環状部品
３０ 環状カバー
３２ 環状潤滑チャンバ
３４ 円筒状通路
３６、３８ 環状フランジ
４０ ネジおよびナット
４２ フラストコニカル壁部
４４ 空気流ダクト
４６ 径方向に延びる端面
４７、４８ 円筒状スカート
４９、５０、７３ ラビリンスシール
５２ ダクト
５３ 径方向に延びる面
５４ ネジ
５６、５８ 円筒状ベアリング面
６０ 面取り
６２ 環状エンクロージャ
６４、７２ オリフィス
６６、７０ 環状ガスケット
６８ 環状溝
８４ 環状チャネル
９０ 孔

Claims (8)

1. ターボ機械における構成要素を潤滑するための潤滑装置であって、
   固定エレメントに取り付けられ、且つ構成要素のまわりに潤滑チャンバを画定する、環状の構成要素支持部品と、
   構成要素を潤滑するためのオイル入口を含む環状カバーとを備え、環状カバーが、径方向に延びる端面を有し、前記環状の構成要素支持部品の径方向に延びる端面に取り付けられ、シールが、環状の構成要素支持部品と環状カバーとの間に取り付けられる環状ガスケットによって提供され、前記カバーは、加圧および冷却空気を供給するための環状エンクロージャを含み、該環状エンクロージャが、上流側端部においてダクトによって供給され、前記ダクトが、環状の構成要素支持部品を通して形成され、且つ前記環状ガスケットのまわりで環状の構成要素支持部品の前記端面に開口するそれらの下流側端部を有し、
   潤滑装置が、加圧および冷却空気の流れを提供するための環状チャネルを含み、前記環状チャネルが、環状の構成要素支持部品の前記端面と前記環状カバーの上流側端面との間に形成されて、ダクトと連通し、
   前記環状チャネルが、前記ガスケットの取り付け面の間の境界面におけるシール用ガスケットの近傍に開口している、潤滑装置。
2. 前記環状チャネルが、環状の構成要素支持部品における前記ダクトの下流側端部に面して、カバーの前記端面に形成されるとともに、前記ダクトと整列し且つ前記エンクロージャ内に開口するオリフィスを含んでいる、請求項１に記載の潤滑装置。
3. 前記環状チャネルが、環状の構成要素支持部品の前記端面の周縁における面取りを介して、ガスケットの取り付け面の間の境界面に開口している、請求項１に記載の潤滑装置。
4. 軸方向に延びる環状ギャップが、環状の構成要素支持部品の前記端面とエンクロージャの上流側端部との間に、環状の構成要素支持部品における前記ダクトの下流側端部と同一高さに形成される、請求項１に記載の潤滑装置。
5. 前記環状チャネルが、環状の構成要素支持部品の前記端面の周縁において面取りによって形成され、前記面取りが、前記軸方向に延びるギャップと環状ガスケットの取り付け面の境界面とを相互に連結する、請求項４に記載の潤滑装置。
6. 環状チャネルが、前記エンクロージャの上流側端壁における少なくとも１つの孔を介して、カバーの前記エンクロージャに連通する、請求項５に記載の潤滑装置。
7. 他のシール用ガスケットが、前記軸方向に延びる環状ギャップ内に取り付けられ、且つ加圧および冷却空気を通過させるためのオリフィスを含み、該オリフィスが、環状の構成要素支持部品における前記ダクトと整列される、請求項４に記載の潤滑装置。
8. タービンを備えるターボジェットであって、前記タービンのシャフトが、潤滑手段に取り付けられたベアリングによってガイドされ、潤滑手段が、請求項１に記載の潤滑装置を含んでいる、ターボジェット。

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