JP4860963B2 - 二重反転タービンエンジン及びそれを組立てる方法 - Google Patents

Description

本発明は、総括的には航空機ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、二重反転ガスタービンエンジンに関する。

少なくとも１つの公知のガスタービンエンジンは、直列流れ配置で、前方ファン組立体と、後方ファン組立体と、エンジン内を流れる空気を加圧するための高圧圧縮機と、燃料を圧縮空気と混合して混合気を燃焼させることができるようにするための燃焼器と、高圧タービンとを含む。高圧圧縮機、燃焼器及び高圧タービンは、まとめてコアエンジンと呼ばれることもある。作動中、コアエンジンは燃焼ガスを発生し、この燃焼ガスは、下流方向に吐出されて二重反転低圧タービンに流れ、二重反転低圧タービンは、燃焼ガスからエネルギーを取り出して前方及び後方ファン組立体に動力を供給する。少なくとも幾つかの公知のガスタービンエンジンでは、少なくとも１つのタービンが、そのエンジン内のその他の回転構成部品とは逆方向に回転する。

少なくとも１つの公知の二重反転低圧タービンは、高圧タービン吐出口の半径よりも大きい入口半径を有する。入口半径の大きな寸法により、低圧タービンが付加的段を収容することが可能になる。具体的には、少なくとも１つの公知の二重反転低圧タービンは、前方ファン組立体に回転可能に結合された第１の数の低圧段を有する外側タービンと、後方ファン組立体に回転可能に結合された同数の段を有する内側タービンとを含む。

作動中、比較的複雑な潤滑システムを利用して、前方及び後方ファン組立体に対して潤滑が行われる。このような潤滑システムは、例えば前方及び後方ファン組立体を支持する複数の軸受に潤滑流体を供給するように設計される。しかしながら、前方及び後方ファン組立体を潤滑するために、少なくとも１つの公知のガスタービンエンジンは、互いに逆回転方向に回転する（二重反転する）複数の回転構成部品の周りに潤滑流体を流すように構成される。従って、二重反転ガスタービンエンジン内部の前方及び後方ファン組立体を潤滑することができる潤滑システムを設計しかつ実施することは、ガスタービンエンジンの全体重量の増大を招くことになり、そのことに付随してガスタービンエンジンの製造及び組立コストを増大させることになる。
米国特許第5272868号明細書

１つの態様では、ガスタービンエンジンを組立てる方法を提供する。本方法は、第１の回転方向に回転するように構成された第１のファン組立体を設ける段階と、第１の回転方向とは逆の第２の回転方向に回転するように構成された第２のファン組立体を第１のファン組立体に回転可能に結合する段階と、潤滑流体が第２のファン組立体の少なくとも一部分を通して流れるように潤滑システムをガスタービンエンジンに結合する段階とを含む。

別の態様では、ガスタービンエンジンを提供する。本ガスタービンエンジンは、第１の回転方向に回転するように構成された第１のファン組立体と、第１の回転方向とは逆の第２の回転方向に回転するように構成された第２のファン組立体と、第２のファン組立体の少なくとも一部分を通して潤滑流体を流すように構成された潤滑システムとを含む。

図１は、長手方向中心軸線１３の周りに配置された前方ファン組立体１２と後方ファン組立体１４とを含む例示的なガスタービンエンジン１０の一部分の断面図である。本明細書においては、「前方ファン」及び「後方ファン」という用語は、一方のファン１２が、他方のファン１４の軸方向上流に結合されていることを示すのに使用する。１つの実施形態では、ファン組立体１２及び１４は、図示するように、ガスタービンエンジン１０の前方端部に配置される。別の形実施形態では、ファン組立体１２及び１４は、ガスタービンエンジン１０の後方端部に配置される。ファン組立体１２及び１４は各々、それぞれ固定外側ケース１７内に配置された複数の列のファンブレード１５及び１６を含む。ブレード１５及び１６は、それぞれのロータディスク１８及び１９に結合され、これらのロータディスク１８及び１９は、それぞれファンシャフト２０を介して前方ファン組立体１２に、またファンシャフト２２を介して後方ファン組立体１４に回転可能に結合される。

ガスタービンエンジン１０はまた、ファン組立体１２及び１４の下流にあるコアエンジン２４を含む。コアエンジン２４は、高圧圧縮機（ＨＰＣ）２６と、燃焼器２８と、コアロータ又はシャフト３２を介してＨＰＣ２６に結合された高圧タービン（ＨＰＴ）３０とを含む。作動中、コアエンジン２４は、燃焼ガスを発生し、この燃焼ガスは、下流方向に導かれて二重反転低圧タービン３４に流れ、二重反転低圧タービン３４は、ガスからエネルギーを取り出して、それぞれのファンシャフト２０及び２２を介してこれらのファン組立体１２及び１４に動力を供給する。

低圧タービン３４は、高圧タービン３０の下流でコアエンジン２４に結合された固定外側ケーシング３６を含む（図１に示す）。低圧タービン３４は、外側ケーシング３６の半径方向内側に配置された半径方向外側ロータ３８を含む。外側ロータ３８は、ほぼ切頭円錐形状を有し、半径方向内向きに延びる複数の円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレード４０を含む。ブレード４０は、軸方向に間隔を置いて配置されたブレード列又は段４１の形態で配置される。この例示的な実施形態には４つの段４１のみを示しているが、外側ロータ３８は、本明細書に記載した方法及び装置の技術的範囲に影響を与えずに、任意の数の段４１を有することができることを理解されたい。

低圧タービン３４はまた、外側ロータ３８に対してほぼ同軸に整列しかつ該外側ロータ３８の半径方向内側に配置された半径方向内側ロータ４２を含む。内側ロータ４２は、半径方向外向きに延びかつ軸方向に間隔を置いた列又は段４３の形態で配置された複数の円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレード４４を含む。この例示的な実施形態には４つの段のみを示しているが、内側ロータ４２は、本明細書に記載した方法及び装置の技術的範囲に影響を与えずに、任意の数の列４３のブレード４４を有することができることを理解されたい。

この例示的な実施形態では、段４３から延びる内側ロータブレード４４は、内側ロータ段４３がそれぞれのロータ段４１の間で延びるように、段４１から延びる外側ロータブレード４０と軸方向に交差指状（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ）に組合さる。従って、ブレード４０及び４４は、ロータ３８及び４２が二重反転する（互いに逆回転する）ように構成される。

図２は、ガスタービンエンジン１０の一部分の断面図である。この例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１０はまた、第１のファン軸受組立体５０と第２のファン軸受組立体５２とを含む。第１のファン軸受組立体５０は、軸受レース６０と軸受レース６０に組合せた転動体６２とを含む。第２のファン軸受組立体５２は、軸受レース６４と軸受レース６４に組合せた転動体６６とを含む。この例示的な実施形態では、ファン軸受組立体５０及び５２は、それぞれ前方ファン１２及び後方ファン１４の比較的一定の軸方向位置を維持するように構成されたスラスト軸受である。ガスタービン１０はまた、第３のファン軸受組立体５４と第４のファン軸受組立体５６とを含む。第３のファン軸受組立体は、軸受レース７０と軸受レース７０に組合せた転動体７２とを含む。第４のファン軸受組立体５６は、軸受レース７４と軸受レース７４に組合せた転動体７６とを含む。この例示的な実施形態では、ファン軸受組立体５４及び５６は、それぞれ前方及び後方ファン組立体１２及び１４の比較的一定の半径方向位置を維持するように構成されたローラ軸受である。

ガスタービンエンジン１０はまた、サンプ与圧システム８０とサンプ通気システム８２とを含む。サンプ与圧システム８０は、圧縮機２６とファンフレーム支柱支持体８４との間で延びる第１のマニホルド８３と、ファンフレーム支柱支持体８４と軸受レース６４との間で延びる第２のマニホルド８６とを含む。より具体的には、マニホルド８３は、圧縮機２６及びファンフレーム支柱支持体８４に結合されて、圧縮機２６から吐出された加圧空気がファンフレーム支柱８８を通ってマニホルド８６内に流れるようになる。次に加圧空気は、第２のマニホルド８６を通って、軸受レース６４と第２のファン組立体シールマニホルド９２との間に形成された空洞９０内に流れる。次に加圧空気は、それぞれ軸受レース６０内に形成された開口９４と軸受レース６４内に形成された開口９６とを通って流れて、軸受組立体５０及び５２を加圧するのを可能にする。より具体的には、ガスタービンエンジン１０は、ロータディスク１９と軸受レース６０との間に結合された構造部材９８を含む。この例示的な実施形態では、構造部材９８は、ガスタービンエンジン１０の内側部分の周りでほぼ円周方向に延びる。

作動中、圧縮機２６から吐出された加圧空気は、ファンフレーム支柱８８を通り抜けてマニホルド８６内に流れる。次に加圧空気は、第２のマニホルド８６を通って空洞９０内に流れる。次に加圧空気の一部分は、構造部材９８と構造部材１００との間に形成された通路１０２を通りかつ開口９４を通って流れて、軸受組立体５０を加圧するのを可能にする。残りの加圧空気は、開口９６を通って流れて、軸受組立体５２を加圧するのを可能にする。この例示的な実施形態では、加圧空気はまた、軸受組立体５０に近接して配置された一組のラビリンスシール１３０と軸受組立体５２に近接して配置された一組のラビリンスシール１３２とを加圧する。

この例示的な実施形態では、サンプ通気システム８２は、第１のファン軸受組立体５０を通気するのを可能にする第１のサンプ通気空洞１１０と、第２のファン軸受組立体５２を通気するのを可能にする第２のサンプ通気空洞１１２とを含む。より具体的には、ガスタービンエンジン１０は、軸受組立体５０と軸受組立体５４との間に結合された回転コーン部１１４を含み、コーン部１１４と第１のファンシャフト２０との間に空洞１１６が形成されるようになる。この例示的な実施形態では、コーン部１１４は、該コーン部を貫通して形成された少なくとも１つの開口１１８を含み、第１のサンプ通気空洞１１０が空洞１１６と流れ連通状態で結合されるようになる。

作動中、各それぞれの軸受組立体５０及び５２から排出された空気は、それぞれ空洞１１０及び１１２内に流れる。次にこの排出空気は、開口１１８を通って空洞１１０及び１１２から空洞１１６内に流れる。次にこの使用済み空気は、空洞１１６からシャフト２０内に形成された少なくとも１つの開口１２０を通って流れた後に、タービン後方フレーム（図１に示す）を通して吐出される。

図３は、ガスタービンエンジン１０の一部分の断面図である。この例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１０は、軸受潤滑システム１５０と軸受潤滑ドレンシステム１５２とを含む。軸受潤滑システム１５０は、潤滑ポンプ（図示せず）に結合された供給マニホルド１６０を含む。供給マニホルド１６０は、軸受組立体５０、５２、５４及び５６に潤滑油を供給する複数の噴出口１６２に結合される。この例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１０はまた、第１の噴出口１６４と第２の噴出口１６６とを含む。

作動中、潤滑油は、潤滑ポンプからマニホルド１６０を通って噴出口１６４及び１６４に流れ、そこで潤滑油は各噴出口１６４及び１６６から外部に噴射される。より具体的には、この例示的な実施形態では、噴出口１６４から吐出された潤滑油は、軸受組立体５２の方向に向けられて軸受組立体５２を潤滑するのを可能にし、また噴出口１６２から吐出された潤滑油は、軸受組立体５２に結合されたほぼＬ字形構造部材１７０の方向に向けられる。

ガスタービンエンジン１０が回転すると、潤滑油は、遠心力により強制的に半径方向外向きに流される。潤滑油はＬ字形構造部材１７０内部に集積又は溜まり、溜まった潤滑油は、軸受レース６４内の開口１６８を通って流れて、軸受組立体５２を潤滑するのを可能にする。ほぼ同時に、潤滑油は、噴出口１６６からシャフト２２内の開口１７２を通って空洞１１６内に流れる。潤滑油の一部は、軸受組立体５４を潤滑するのを可能にし、一方、残りの潤滑油は、回転コーン部１１４の内面に沿って流れる。コーン部１１４が回転すると、潤滑油は、回転コーン部１１４の内側部分１７６に対して半径方向外向きに押付けられる。コーン部１１４は軸受組立体５４から軸受組立体５０までテーパが付いているので、潤滑油は、軸受組立体５４から軸受組立体５０に向かって軸方向前向きに流れて、シャフト２０に結合された構造部材１７４内部に集積又は溜まる。次に溜まった潤滑油は、内側レース６０内の開口１７８を通って流れて、軸受転動体６２を潤滑するのを可能にする。

軸受組立体５０を潤滑した後に、使用済み潤滑油は、構造部材９８内に形成された開口１８０を通って空洞１１０内に流れる。ガスタービンエンジン１０は回転しているので、遠心力により、潤滑油は構造部材９８の内面に向かって半径方向外向きに押付けられ、潤滑油は、構造部材９８に沿って後方に流れてシャフト２２を貫通する開口１８２を通る。次に潤滑油は、軸受組立体５２の周りに流れ、エンジンケーシング３６を通って外部に流出する。

軸受組立体５４を潤滑した後に、潤滑油の一部は空洞１１０の内側部分に沿って流れて、エンジン１０の回転により、潤滑油はシャフト２２の内面に向かって半径方向外向きに押付けられるようになる。次に潤滑油は、開口１８２を通って軸受組立体５２の周りに流れた後に、エンジンケーシング３６を通って外部に流出する。残りの潤滑油は、空洞１１２内に流れ、そこで遠心力により、潤滑油はケーシング３６に沿って半径方向外向きに流れるようになる。軸受組立体５２を潤滑した後に、潤滑油は、軸受転動体６６の両側面から流出してケーシング３６に沿って流れる。

本明細書に記載したガスタービンエンジンは、二重反転低圧タービンと、第１のファン組立体と、第１のファン組立体とは逆の回転方向に回転する第２のファン組立体とを含む。ガスタービンエンジンはさらに、潤滑システムとサンプ与圧システムとを含む。潤滑システムは、回転するファン組立体の一部分を通して潤滑油を流して、第１及び第２のファン組立体を支持するのに使用する様々な軸受組立体に対して潤滑油を供給するのを可能にするように構成される。ガスタービンエンジンはさらに、二重反転ファン組立体の少なくとも１つの段を通して圧縮機からの加圧空気を流すことによって様々な軸受サンプを加圧するように構成されたサンプ与圧システムを含む。従って、本明細書に記載した潤滑及び与圧システムにより、ベーンレス二重反転ファン組立体を通して潤滑油及び加圧空気を流すようにし、それによりファン軸受組立体の潤滑及び与圧の両方を行うのに必要な配管の数量を減少させることが可能になる。

以上、ガスタービンシステムの例示的な実施形態を詳細に説明している。ガスタービンシステムは、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、システムの様々な構成要素は、本明細書に記載したその他の構成要素と独立してかつ別個に利用することができる。各ガス通路構成要素はまた、その他のガス通路構成要素と組合せて使用することもできる。

本発明を様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することができることは、当業者には明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。

例示的なガスタービンエンジンの一部分の断面図。 図１に示すガスタービンエンジンで使用することができるサンプ与圧システムの断面図。 図１に示すガスタービンエンジンで使用することができる潤滑システムの断面図。

符号の説明

１０ ガスタービンエンジン
１２、１４ ファン組立体
２０、２２ ファンシャフト
３４ 二重反転低圧タービン
３６ 外側ケーシング
３８、４２ タービンロータ
５０、５２、５４、５６ ファン軸受組立体
８０ サンプ与圧システム
８２ サンプ通気システム
８８ ファンフレーム支柱
９８、１００ 構造部材
１１０、１１２ サンプ通気空洞
１１４ 回転コーン部
１３０、１３２ ラビリンスシール
１５０ 軸受潤滑システム
１５２ 軸受潤滑ドレンシステム
１６０ 供給マニホルド

Claims (7)

1. ガスタービンエンジン（１０）であって、
   第１の回転方向に回転するように構成された第１のファン組立体（１２）と、
   前記第１の回転方向とは逆の第２の回転方向に回転するように構成された第２のファン組立体（１４）と、
   前記第２のファン組立体の少なくとも一部分を通して潤滑流体を流すように構成された潤滑システム（１５０）と、
   前記第１のファン組立体（１２）に回転可能に結合された第１の軸受組立体（５０）と、
   前記第２のファン組立体（１４）に回転可能に結合された第２の軸受組立体（５２）と、
   を含み、
   前記潤滑システム（１５０）が、前記第１及び第２の軸受組立体に前記潤滑流体を流すように構成されており、
   前記ガスタービンエンジン（１０）が、前記第２のファン組立体（１４）の少なくとも一部分を通して空気を流して前記第１及び第２の軸受組立体（５０、５２）を加圧するのを可能にするように構成されたサンプ与圧システム（８０）をさらに含み、
   前記第２のシャフト（２２）が、該シャフトを貫通する第１の開口（９４）と該シャフトを貫通する第２の開口（９６）とを含み、潤滑油が、前記第１の軸受組立体（５０）から前記第１の開口を通って流れかつ潤滑油が、前記第２の軸受組立体（５２）から前記第２の開口を通って油だめに流れるようになっている
   ことを特徴とする、ガスタービンエンジン（１０）。
2. 前記第１のファン組立体（１２）と第１の回転方向に回転するように構成された第１のタービンロータ（３８）とに結合された第１のシャフト（２０）と、
   前記第２のファン組立体（１４）と前記第１の回転方向とは逆の第２の回転方向に回転するように構成された第２のタービンロータ（４２）とに結合された第２のシャフト（２２）と、
   前記第２のシャフトに結合されかつ該第２のシャフトと共に回転するように構成されたコーン部（１１４）と、
   をさらに含む、請求項１記載のガスタービンエンジン（１０）。
3. 潤滑マニホルド（１６０）と、
   前記マニホルドに結合された複数の噴出口（１６２）と、
   前記マニホルドに結合されかつ前記複数の噴出口を通して潤滑油を流して前記第１及び第２の軸受組立体（５０、５２）を潤滑するのを可能にするように構成されたポンプと、
   をさらに含む、請求項１記載のガスタービンエンジン（１０）。
4. 前記コーン部（１１４）と前記第１のシャフト（２０）との間に形成された空洞（１１６）をさらに含み、ポンプが、前記空洞を通して潤滑油を前記第１の軸受組立体（５０）に流すようになっている、請求項１記載のガスタービンエンジン（１０）。
5. 前記サンプ与圧システム（８０）が、
   ガスタービンエンジン圧縮機出口（２６）に結合されかつ少なくとも１つのファンフレーム支柱（８８）を貫通する供給マニホルド（８３）と、
   前記供給マニホルドに結合されかつ前記第１及び前記第２の軸受組立体（５０、５２）に対して空気を流すように構成された第２のマニホルド（８６）と、を含む、
   請求項１記載のガスタービンエンジン（１０）。
6. 前記第２のファン組立体（１４）の少なくとも一部分を通して空気を流して前記第１及び第２の軸受組立体（５０、５２）を通気するのを可能にするように構成されたサンプ通気システム（８２）をさらに含む、請求項１記載のガスタービンエンジン（１０）。
7. 前記コーン部（１１４）が、該コーン部を貫通する第１の開口（１１８）を含み、かつ前記第１のシャフト（２０）が、該シャフトを貫通する少なくとも１つの開口（１２０）を含み、空気が、前記コーン部の第１の開口を通ってかつ前記第１のシャフトの少なくとも１つの開口を通って前記第１のシャフト内に流れるようになっている、請求項６記載のガスタービンエンジン（１０）。
   

Images