ガスタービンエンジン
【課題】歯車構成要素の位置関係のずれを緩和するようにエンジンのケース構造体を構成する。
【解決手段】エンジン１０が、ケース構造体１６０、中間ケース構造体１６２、低圧圧縮機１４４、第１、第２、第３の軸受システム１３８−１，１３８−２，１３８−３、低圧圧縮機ハブ１８４を備える。軸受システム１３８−２は内側シャフト１４０を支持するようにケース構造体１６０に取り付けられ、軸受システム１３８−３は外側シャフト１５０を支持するように中間ケース構造体１６２に取り付けられる。低圧圧縮機ハブ１８４は、軸受システム１３８−２，３の間で低圧圧縮機１４４へと延びるように内側シャフト１４０に取り付けられる。歯車装置１４８が、軸継手１７４を介して軸受システム１３８−２に取り付けられる。軸受システム１３８−２，３の間に低圧圧縮機ハブ１８４を配置することにより、歯車装置１４８の変形が小さくなる。
【解決手段】エンジン１０が、ケース構造体１６０、中間ケース構造体１６２、低圧圧縮機１４４、第１、第２、第３の軸受システム１３８−１，１３８−２，１３８−３、低圧圧縮機ハブ１８４を備える。軸受システム１３８−２は内側シャフト１４０を支持するようにケース構造体１６０に取り付けられ、軸受システム１３８−３は外側シャフト１５０を支持するように中間ケース構造体１６２に取り付けられる。低圧圧縮機ハブ１８４は、軸受システム１３８−２，３の間で低圧圧縮機１４４へと延びるように内側シャフト１４０に取り付けられる。歯車装置１４８が、軸継手１７４を介して軸受システム１３８−２に取り付けられる。軸受システム１３８−２，３の間に低圧圧縮機ハブ１８４を配置することにより、歯車装置１４８の変形が小さくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、特に、ガスタービンエンジンのケース構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
遊星または星形歯車列を有した遊星歯車箱が、ガスタービンエンジンの小型の設計や歯車の効率的な高減速能力のためにガスタービンエンジンで用いられ得る。遊星・星形歯車列は、一般に、３つの歯車列構成要素、つまり、中心の太陽歯車と、内周側に歯を有した外周側の輪歯車と、太陽歯車および輪歯車の双方と噛み合うように太陽歯車と輪歯車との間に配置された複数の遊星歯車とを備えている。上記歯車列構成要素は、共通の長手方向中心軸を共有しており、３つの歯車列構成要素のうち少なくとも２つの構成要素が、長手方向中心軸を中心に回転する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
飛行時には、軽量の構造的ケースが、空気力学的な荷重（ａｅｒｏ ｌｏａｄ）および操作による荷重（ｍａｎｅｕｖｅｒ ｌｏａｄ）により変形し、これらの荷重は、一般にエンジンのバックボーンベンディングとして知られている大きな変形（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を生じさせることがある。この変形は、歯車列構成要素の位置関係のずれ（ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を生じさせることがあり、この位置関係のずれにより、効率や潜在的な寿命が減少し得る。静止構成要素および回転構成要素の変形を管理するとともに、熱負荷を最小化することにより、良好なエンジン構成物を達成することが容易となる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の例示的な特徴に従うガスタービンエンジンが、軸に沿って配置された低圧圧縮機と、軸に沿って内側シャフトを少なくとも部分的に支持する第１の軸受システムと、軸に沿って外側シャフトを少なくとも部分的に支持する第２の軸受システムと、第１の軸受システムと第２の軸受支持部との間で低圧圧縮機へと延びるように内側シャフトに取り付けられた低圧圧縮機ハブとを備えている。
【０００５】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、低圧圧縮機ハブは、第１の軸受システムと第２の軸受支持部との間に延びる円錐形ウェブを備える。
【０００６】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、円錐形ウェブは、第１の軸受システムの周囲に少なくとも部分的に延びる。
【０００７】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、低圧圧縮機は、第１の軸受システムの半径方向外周側に配置される。付加的にまたは代替的に、低圧圧縮機ハブは、低圧圧縮機に向かって傾斜している。
【０００８】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、低圧圧縮機ハブは、低圧圧縮機の第２の段のディスクに取り付けられる。付加的にまたは代替的に、低圧圧縮機は３つの段を備える。
【０００９】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、内側シャフトは、歯車装置を介してファンを駆動する。
【００１０】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、第１の軸受システムは、前方側中央ボディケース構造体に取り付けられ、該前方側中央ボディケース構造体は、コア空気流用のコア流路を画定する。
【００１１】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、第２の軸受システムは、中間ケース構造体に取り付けられ、該中間ケース構造体は、コア流路を連続させるように前方側中央ボディケース構造体に取り付けられる。
【００１２】
本発明の他の例示的な特徴に従うガスタービンエンジンが、前方側中央ボディケース構造体と、該前方側中央ボディケース構造体によって少なくとも部分的に支持された歯車構造体と、内側シャフトを回転可能に支持するように前方側中央ボディケース構造体に取り付けられた第１の軸受システムと、内側シャフトおよび歯車構造体に取り付けられる、第１の軸受システムによって少なくとも部分的に支持された軸継手とを備えている。
【００１３】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、内側シャフトは、歯車装置を介してファンを駆動する。
【００１４】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、外側シャフトが、内側シャフトの少なくとも一部を取り囲むとともに高圧圧縮機を駆動する。
【００１５】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、第２の軸受システムが、少なくとも部分的に外側シャフトを支持する。
【００１６】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、低圧圧縮機ハブが、内側シャフトに取り付けられ、第１の軸受システムと第２の軸受支持部との間で低圧圧縮機へと延びる。
【００１７】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、低圧圧縮機は、３つの段を備え、低圧圧縮機ハブは、低圧圧縮機の第２の段のディスクに取り付けられる。
【００１８】
本発明の他の例示的な特徴に従うガスタービンエンジンが、コア流路を画定するようにエンジン軸に沿って配置された前方側中央ボディケース構造体と、コア流路に沿って配置された低圧圧縮機と、エンジン軸に沿って前方側中央ボディケース構造体の後方に取り付けられた中間ケース構造体と、エンジン軸を中心に回転する内側シャフトを少なくとも部分的に支持するように、前方側中央ボディケース構造体に取り付けられた第１の軸受システムと、エンジン軸を中心に回転する外側シャフトを少なくとも部分的に支持するように、中間ケース構造体に取り付けられた第２の軸受システムと、第１の軸受システムと第２の軸受支持部との間で低圧圧縮機へと延びるように内側シャフトに取り付けられた低圧圧縮機ハブとを備えている。
【００１９】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、前方側中央ボディケース構造体が、ファンの下流側に配置される。
【００２０】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、内側シャフトは、歯車装置を介してファンを駆動する。
【００２１】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、歯車装置は、前方側中央ボディケース構造体によって少なくとも部分的に支持される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ガスタービンエンジンの前方部分を示した概略的な断面図である。
【図２】第１の円錐ころ軸受、第２の円錐ころ軸受およびベロースプリングを有した軸受コンパートメントの断面斜視図である。
【図３】図２のベロースプリングの拡大断面図である。
【図４】ガスタービンエンジンの概略的な断面図である。
【図５】前方側中央ボディケース構造体を示すガスタービンエンジンの部分の概略的な拡大断面図である。
【図６】本発明の構成体を有したガスタービンエンジンの概略的なブロック図である。
【図７】構成体を有した従来技術のガスタービンエンジンの概略的なブロック図である。
【図８】前方側中央ボディケース構造体内の荷重経路を示す、ガスタービンエンジンの図５の部分の概略的な拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１には、ガスタービンエンジン１０のエンジン中心線ＣLの上方におけるガスタービンエンジン１０の前方部分が示されている。ガスタービンエンジン１０は、軸受コンパートメント１２、第１の円錐ころ軸受１４Ａ、第２の円錐ころ軸受１４Ｂ、ファンシャフト１６、軸受システム１８、ベロースプリング２０、ファンハブ２２、ナット２３、ファンブレード２４、ファンノーズ部２６、エンジンシャフト２８、ファン駆動歯車システム３０、圧縮機セクション３２、ガイドベーン３４およびエンジンケース３６を備えている。
【００２４】
軸受コンパートメント１２は、ファンシャフト１６に隣接して配置されており、また、内部に第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂを備えている。ファンシャフト１６は、エンジン中心軸ＣLと整列した軸を中心に回転し、第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂ上に支持されている。軸受コンパートメント１２は、ファンシャフト１６と、第１の円錐ころ軸受１４Ａと第２の円錐ころ軸受１４Ｂとを互いに接続する軸受システム１８とによって境界が形成されている。軸受システム１８は、非回転フレーム、例えば、ガスタービンエンジン１０のエンジンケースに接続されるように延びる。ベロースプリング２０は、軸受コンパートメント１２内において、第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂに隣接して配置されている。ベロースプリング２０は、第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂの双方に予荷重を与える。ナット２３は、ファンハブ２２に隣接して配置されており、また、第１の円錐ころ軸受１４Ａの半径方向内周側レース部および第２の円錐ころ軸受１４Ｂの内周側レース部にクランプ力を与える。
【００２５】
ファンハブ２２は、ファンシャフト１６に接続されており、ファンシャフト１６は、該ファンハブ２２を介してファンブレード２４を回転させる。また、ファンハブ２２は、ファンノーズ部２６にも接続されている。ファンシャフト１６は、ファン駆動歯車システム３０を介してエンジンシャフト２８に接続されている。圧縮機セクション３２は、エンジン中心線ＣLの半径方向外側に配置されるとともに、エンジンシャフト２８に接続されている。ガイドベーン３４は、エンジンケース３６に対し回転可能となるように圧縮機セクション３２の半径方向外周側に配置されている。
【００２６】
ガスタービンエンジン１０の動作原理は、本技術分野で周知であるため、非常に詳細には説明されない。図１に示したように、ガスタービンエンジン１０は、高バイパス比の歯車駆動式ターボファンエンジンを備えている。他の実施例においては、ガスタービンエンジン１０は、航空機推進や発電に用いられる他の形式のガスタービンエンジンを備えることができる。同様に、軸受コンパートメント１２は、エンジン１０の任意の軸受コンパートメントを備えることができる。
【００２７】
ファンシャフト１６および圧縮機セクション３２は、エンジンシャフト２８を介してタービンセクション（図示せず）に接続されている。入口空気Ａがエンジン１０へ流入し、ファンブレード２４を通流した後に、一次空気ＡPの流れと二次空気ＡSの流れとに分割される。ファンブレード２４は、エンジンシャフト２８を介してエンジン１０のタービンセクション（図示せず）によって回転し、そして、出口ガイドベーン３４を通して（バイパス空気としても知られている）二次空気ＡSを加速させ、これにより、エンジン１０の推力（ｔｈｒｕｓｔ ｏｕｔｐｕｔ）の大部分を生じさせる。また、（ガス通路空気としても知られている）一次空気ＡPは、圧縮機セクション３２へと案内される。圧縮機セクション３２は、一次空気ＡPの圧力および温度を段階的に上昇させるように機能する。
【００２８】
図２には、軸受コンパートメント１２の断面斜視図が示されており、軸受コンパートメント１２は、第１の円錐ころ軸受１４Ａ、第２の円錐ころ軸受１４Ｂおよびベロースプリング２０を備えている。さらに、軸受コンパートメント１２は、シールプレート３８、軸受スペーサ４０、ギア（ｇｅａｒ）４２、二次スリーブ４４およびスクイズフィルムダンパ（ｓｑｕｅｅｚｅ ｆｉｌｍ ｄａｍｐｅｒ）システム４６を備えている。第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂは、内周側レース４８Ａ，４８Ｂ、ローラ構成要素５０Ａ，５０Ｂおよび外周側レース５２Ａ，５２Ｂをそれぞれ備えている。また、図２には、軸受システム１８の肩部５４およびくさび（ｓｈｉｍ）５６も示されている。
【００２９】
軸受コンパートメント１２内において、シールプレート３８は、第１の円錐ころ軸受１４Ａの（ガスタービンエンジン１０内の一次空気ＡPの流れ方向によって画定される）前方部分に当接する。シールプレート３８は、炭素シールシステムの一部を備えており、また、内周側レース４８Ａに隣接して配置されている。軸受スペーサ４０は、第１の円錐ころ軸受１４Ａと第２の円錐ころ軸受１４Ｂとの間に必要な空間を提供するように内周側レース４８Ａ，４８Ｂの双方に当接する。ギア４２は、第２の円錐ころ軸受１４Ｂの内周側レース４８Ｂと接触し、また、ファンシャフト１６の肩部に接続される。図２に示した実施例においては、二次スリーブ４４は、第１の円錐ころ軸受１４Ａの外周側レース５２Ａと軸受システム１８との間に配置されている。第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂを、１つまたは複数の第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂと軸受システム１８との間に配置されたスクイズフィルムダンパシステム４６（シールのみを図示）によって支持することもできる。本明細書で開示したようなスクイズフィルムダンパシステムは、周知であり、また、限界速度を変更する、および／またはロータ軸受システムの動安定を向上させるように用いられる。
【００３０】
特に、第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂは、内周側レース４８Ａ，４８Ｂを備えており、内周側レース４８Ａ，４８Ｂは、ファンシャフト１６にクランプされるか、または固定されている。内周側レース４８Ａ，４８Ｂは、半径方向外周側面（レース通路）を備えており、この半径方向外周側面は、ローラ構成要素５０Ａ，５０Ｂとそれぞれ接触する。外周側レース５２Ａ，５２Ｂは、ローラ構成要素５０Ａ，５０Ｂとそれぞれ接触し、また、軸受システム１８に取り付けられている。図２に示した実施例においては、第１の円錐ころ軸受１４Ａの外周側レース５２Ａは、半径方向および接線方向に拘束されているが、二次スリーブ４４と、軸受システム１８と、スクイズフィルムダンパシステム４６の部分とに対し軸方向に移動することができる。これにより、ローラ構成要素５０Ａは、外周側レース５２Ａの内周側レース通路と接触したままとなる。第２の円錐ころ軸受１４Ｂの外周側レース５２Ｂは、軸受システム１８に固定されている。第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂは、軸受システム１８によって保持されており、軸受システム１８は、エンジンケース３６に荷重を作用させる。
【００３１】
一実施例においては、ベロースプリング２０の前方側端部が外周側レース５２Ａに締まりばめされており、ベロースプリング２０の後方側端部が軸受システム１８の肩部５４に締まりばめされている。したがって、ベロースプリング２０は、一般に、第１の円錐ころ軸受１４Ａと第２の円錐ころ軸受１４Ｂとの間に位置決めされている。また、少なくとも１つのくさび５６を、ベロースプリング２０の後方側端部と肩部５４との間に位置決めすることができる。くさび５６は、ベロースプリング２０、軸受システム１８または他の構成要素の製造公差を制限することなく、スプリングの予荷重を望ましいレベルに正確に設定することを許容する。
【００３２】
ナット２３（図１）は、ファンシャフト１６上において、第１の円錐ころ軸受１４Ａの内周側レース４８Ａ、軸受スペーサ４０および第２の円錐ころ軸受１４Ｂの内周側レース４８Ｂを介してギア４２に対しクランプ力を与える。ベロースプリング２０は、第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂの双方に予荷重を与える。特に、ベロースプリング２０は、外周側レース５２Ａに予荷重を与え、また、ベロースプリング２０は、軸受システム１８に予荷重を与え、軸受システム１８は、この予荷重を第２の円錐ころ軸受１４Ｂの外周側レース５２Ｂに伝達する。
【００３３】
図３には、ベロースプリング２０の一実施例の拡大断面図が示されている。図３に示した実施例においては、ベロースプリング２０は、単一の部品からなる波形環状リングとして形状づけられた弾性部材である。ベロースプリング２０は、焼き入れしたステンレス鋼から構成されている。ベロースプリング２０は、図示した波形状を生じさせるように旋削される。図３に示したように、ベロースプリング２０は、エンジン中心線ＣLに沿って軸方向に延びる（図１）ときに可変の断面厚さを備えることができる。
【００３４】
ベロースプリング２０が軸受コンパートメント１２内の構成要素の異なる公差にさらに適応することができるように、（軸受コンパートメント１２の大きさおよび製造上の実用性によって制限される）ベロースプリング２０の折り返し（回旋（ｃｏｎｖｏｌｕｔｅ））の数を最大化すべきである。ベロースプリング２０の外径（折り返しの数、断面厚さ等）および性能を最適化するために、ベロースプリング２０にかかる応力をシュミレートするように解析ツール、例えば、商業的に利用可能な有限要素解析ソフトウェアを用いることができる。一実施例においては、ベロースプリング２０の折り返しは、オメガ（ｏｍｅｇａ）を修正した形状を備えており、つまり、ベロースプリング２０の回旋部５８の各々が、隣接した部分６０の前方および後方に延びる（即ち、ベロースプリング２０は、隣接した相互接続部６０に対し前方または後方に曲がる部分５８を備えている）。また、他の実施例においては、ベロースプリング２０の製造を簡潔化するために、互いに平行な回旋部を用いることができる。
【００３５】
第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂに予荷重を与えるようにベロースプリング２０を用いることにより、軸受コンパートメント１２の限られた空間において単一の構成要素を使用することができ、これにより、空間が節約され、製造コストが減少する。ベロースプリング２０は、第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂに対しエンジン中心線ＣL（図１）に沿って軸方向に予荷重を与えるとともに、スクイズフィルムダンパシステム４６（図２）の心出しスプリング（ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ ｓｐｒｉｎｇ）（つまり、エンジン中心線ＣLに対し半径方向の剛性を備えたスプリング）として機能するように適応される。ベロースプリング２０が第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂの面上で過度に摩耗しないように、ベロースプリング２０は、第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂによって半径方向の曲げを吸収する。
【００３６】
図４には、他の例示的なガスタービンエンジン１２０が概略的に示されている。ここで、ガスタービンエンジン１２０は、一般に、ファンセクション１２２、圧縮機セクション１２４、燃焼器セクション１２６およびタービンセクション１２８を組み込んでなる２−スプールターボファンとして開示されている。代替的なエンジンが、他のシステムや特徴部の間にオグメンタセクション（ａｕｇｍｅｎｔｏｒ ｓｅｃｔｉｏｎ）（図示せず）を備え得る。ファンセクション１２２は、バイパス通路に沿って空気を移動させ、圧縮機セクション１２４は、圧縮のためにコア流路に沿って空気を移動させてから、この空気を燃焼器セクション１２６へと通流させ、そして、この空気は、タービンセクション１２８を通して膨張する。これに限定されない開示した実施例においてターボファンガスタービンエンジンとして図示したが、他の形式のタービンエンジン、例えば、低圧圧縮機（ＬＰＣ）と高圧圧縮機（ＨＰＣ）との間に配置された中間圧圧縮機（ＩＰＣ）と、高圧タービン（ＨＰＴ）と低圧タービン（ＬＰＴ）との間に配置された中間圧タービン（ＩＰＴ）とを中間スプールが有してなる３−スプール（ファンを加えた）エンジンに教示が適用され得るので、本明細書で説明した概念はターボファンと共に用いることに限定されないことを理解されたい。
【００３７】
エンジン１２０は、一般に、低スプール１３０および高スプール１３２を備えており、低スプール１３０および高スプール１３２は、エンジン静止構造体１３６に対しエンジンの中心長手方向軸Ａを中心に回転するように種々の軸受支持部１３８によって取り付けられている。低スプール１３０は、一般に、ファン１４２、低圧圧縮機１４４および低圧タービン１４６を相互接続する内側シャフト１４０を備えている。低スプール１３０よりも低速でファン１４２を駆動するために、内側シャフト１４０は、歯車装置１４８を介してファン１４２を駆動する。例示的な減速装置は、遊星変速装置、つまり、遊星または星形歯車システムである。
【００３８】
高スプール１３２は、高圧圧縮機１５２と高圧タービン１５４とを相互接続する外側シャフト１５０を備えている。燃焼器１５６が、高圧圧縮機１５２と高圧タービン１５４との間に配置されている。内側シャフト１４０および外側シャフト１５０は同心であり、これらのシャフトの長手方向軸と同一直線上にあるエンジンの中心長手方向軸Ａを中心に回転する。
【００３９】
コア空気流が、低圧圧縮機１４４によって加圧されてから高圧圧縮機１５２によってさらに加圧され、燃焼器１５６において燃料と混合されてから燃焼され、そして、燃焼ガスが、高圧タービン１５４および低圧タービン１４６にわたって膨張する。タービン１５４，１４６は、膨張に応答して低スプール１３０および高スプール１３２の各々を回転させる。
【００４０】
主エンジンシャフト１４０，１５０は、軸受支持部１３８によって、静止構造体１３６内において複数の箇所で支持されている。これに限定されない一実施例においては、軸受支持部１３８は、圧縮機セクション１２４の半径方向内周側に配置された第２の軸受システム１３８−２を備えている。
【００４１】
図５を参照すると、圧縮機セクション１２４の近くのエンジン静止構造体１３６は、一般に、前方側中央ボディケース構造体１６０と、該前方側中央ボディケース構造体１６０の後方部分を取り付ける中央ケース構造体１６２とを備えている。代替的または付加的に種々のケース構造体を設けることができ、これらのケース構造体は、本明細書で説明された構造体から依然として恩恵を受けることを理解されたい。
【００４２】
前方側中央ボディケース構造体１６０は、一般に、低圧圧縮機１４４へとコア空気流を通流させるための環状コア流路１６４Ａを画定する。中央ケース構造体１６２は、コア空気流をコア流路１６４Ａからコア流路１６４Ｃの高圧圧縮機１５２へと連続的に通流させるコア流路１６４Ｂを画定する。コア流路１６４Ｂは、一般に、半径方向のより小さな直径からなるコア流路１６４Ｃへと移行するように、コア流路１６４Ａの半径方向内周側に延びる。つまり、コア流路１６４Ｂは、「細くくびれたウエスト（ｗａｓｐ ｗａｉｓｔ）」型ガスタービンエンジン構造体を画定する。
【００４３】
第２の軸受システム１３８−２は、前方側中央ボディケース構造体１６０に対し内側シャフト１４０を少なくとも部分的に支持する。また、第３の軸受システム１３８−３は、一般に、中央ケース構造体１６２に対し外側シャフト１５０を支持する。つまり、第２の軸受システム１３８−２は、低スプール１３０を少なくとも部分的に支持し、第３の軸受システム１３８−３は、一般に、高スプール１３２を支持する。種々の軸受システム、例えば、スラスト軸受および取付配置が、本明細書で説明された軸受システムから恩恵を受けることを理解されたい。
【００４４】
可撓性支持部１６８が、前方側中央ボディケース構造体１６０内の歯車装置１４８の可撓性取付部を提供する。可撓性支持部１６８は、歯車装置１４８からのねじり荷重に作用するとともに、振動の吸収や他の支持機能を容易にする。心出しスプリング１７０は、フランジ端部構成体の間に延びる複数のビームを有してなる概ね円筒形のかご型構造的構成要素であり、低スプール１３０に対し第２の軸受システム１３８−２を弾性的に位置決めする。一実施例においては、ビームは、二重傾斜ビーム（ｄｏｕｂｌｅ−ｔａｐｅｒｅｄ ｂｅａｍｓ）であり、この二重傾斜ビームは、軸受にかかる荷重、軸受の寿命、ロータの力学およびロータの変形についての検討事項を含むがこれらに限定されない複数の検討事項に基づいて選択され得る半径方向のばね率（ｓｐｒｉｎｇ ｒａｔｅ）を制御するように周方向に整列される。
【００４５】
歯車装置１４８の歯車箱１７２が、これに限定されない開示した実施例の低スプール１３０によって、軸継手１７４を介して駆動される。軸継手１７４は、軸受システムから歯車箱１７２へトルクを伝達する。第２の軸受システム１３８−２は、歯車箱１７２からの振動や他の過渡現象（ｔｒａｎｓｉｅｎｔｓ）の分離を容易にする。これに限定されない開示した実施例の軸継手１７４は、前方側軸継手部１７６および後方側軸継手部１７８を備えている。前方側軸継手部１７６は、歯車箱１７２と噛み合う接続スプライン（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｓｐｌｉｎｅ）１８０を備えている。後方側軸継手部１７８の接続スプライン１８２が、これに限定されない実施例において、低圧圧縮機１４４の低圧圧縮機ハブ１８４を介して軸継手１７４を低スプール１３０に接続する。
【００４６】
ファン１４２の後方に位置したファンロータ軸受システム構造体１８６が、前方側中央ボディケース構造体１６０から半径方向内周側に延びる。ファンロータ軸受システム構造体１８６および前方側中央ボディケース構造体１６０は、軸受コンパートメントＢを画定する。オイルを内包し、また、ファン１４２を駆動するように歯車装置１４８に接続される出力シャフト２００の回転を補助するために、種々の軸受支持部１３８−１および（図５に概略的に示した）シール１８８がファンロータ軸受システム構造体１８６によって支持され得ることを理解されたい。
【００４７】
低圧圧縮機１４４の低圧圧縮機ハブ１８４が、管状ハブ１９０および円錐形ウェブ（ｆｒｕｓｔｒｏ−ｃｏｎｉｃａｌ ｗｅｂ）１９２を備えている。管状ハブ１９０は、例えば、スプライン接続を介して内側シャフト１４０に取り付けられている。管状ハブ１９０は、第２の軸受システム１３８−２に隣接して配置されている。円錐形ウェブ１９２は、（図６にも示したように）第２の軸受システム１３８−２と第３の軸受システム１３８−３との間に軸方向に延びた管状ハブ１９０から前方向に延びる。つまり、円錐形ウェブ１９２は、第２の軸受システム１３８−２と第３の軸受システム１３８−３との間に軸方向に配置される。
【００４８】
円錐形ウェブ１９２は、低圧圧縮機１４４の低圧圧縮機ロータ１９４に取り付けられる。これに限定されない開示した実施例においては、円錐形ウェブ１９２は、第２の軸受システム１３８−２と第３の軸受システム１３８−３との間に延びており、また、三段低圧圧縮機ロータ１９４の第２の段に取り付けられている。他のエンジン構成物の他の段に円錐形ウェブ１９２を取り付けることができ、上記エンジン構成物は、異なる数の段を備えることができることを理解されたい。
【００４９】
第２の軸受システム１３８−２と第３の軸受システム１３８−３との間に低圧圧縮機ハブ１８４を配置することにより、図７つまり従来技術に示した例のような従来技術の構造体と比較して、歯車装置１４８の変形を減少させるのに大きな利点がもたらされる。つまり、軸継手１７４の両端部は、これらの両端部の間の相対的な変形が大いに減少するように前方側中央ボディケース構造体１６０に連結されている。これにより、基本的なトルク、運航支援事業者（ＦＢＯ）によるトルクおよび操作による変形のより効率的な均衡を得ること、および歯車装置１４８へと伝達される荷重全体を最小化することが容易となる。
【００５０】
さらに、製造公差の増加を促進する、比較的複雑でない軸受コンパートメントＢが、例えば、潜在的なオイル漏れの原因を最小化し、かつ重量を削減するシールをより少なくするように画定される。
【００５１】
この構造体は、歯車装置の荷重経路（図８のＬ）を効率的なものとすることや、発熱およびオイル流れの全てを全体的に減少させることをさらに補助する。つまり、より小型の荷重経路Ｌが、前方側中央ボディケース構造体１６０のみによって画定される。二次的な恩恵としては、オイルタンクの大きさを減少させること、冷却器の大きさを減少させること、およびエンジンの潤滑システムにおけるオイルの量を減少させることが挙げられる。
【００５２】
種々の図の全てについて、同様の符号が対応する構成要素または同様の構成要素を示すことを理解されたい。また、特定の構成要素配置が、図示した実施例に開示されているが、他の配置も、上記特定の構成要素配置から恩恵を受けることを理解されたい。
【００５３】
特定のステップの順序が示され、説明され、特許請求されているが、特に指示がない限り、ステップは、任意の順序で実施され、分離され、または組み合わされるものであり、本発明から恩恵を受けたままであることを理解されたい。
【００５４】
異なる例が、図示した特定の構成要素を備えているが、本発明の実施例は、これらの特定な組み合わせに限定されない。１つの例のいくつかの構成要素や特徴部を他の例の構成要素や特徴部と組み合わせて用いることが可能である。
【００５５】
上記の説明は例示的なものであって、限定的なものではない。これらに限定されない種々の実施例について説明してきたが、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更がなされ得ることを理解されたい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、特に、ガスタービンエンジンのケース構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
遊星または星形歯車列を有した遊星歯車箱が、ガスタービンエンジンの小型の設計や歯車の効率的な高減速能力のためにガスタービンエンジンで用いられ得る。遊星・星形歯車列は、一般に、３つの歯車列構成要素、つまり、中心の太陽歯車と、内周側に歯を有した外周側の輪歯車と、太陽歯車および輪歯車の双方と噛み合うように太陽歯車と輪歯車との間に配置された複数の遊星歯車とを備えている。上記歯車列構成要素は、共通の長手方向中心軸を共有しており、３つの歯車列構成要素のうち少なくとも２つの構成要素が、長手方向中心軸を中心に回転する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
飛行時には、軽量の構造的ケースが、空気力学的な荷重（ａｅｒｏ ｌｏａｄ）および操作による荷重（ｍａｎｅｕｖｅｒ ｌｏａｄ）により変形し、これらの荷重は、一般にエンジンのバックボーンベンディングとして知られている大きな変形（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を生じさせることがある。この変形は、歯車列構成要素の位置関係のずれ（ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を生じさせることがあり、この位置関係のずれにより、効率や潜在的な寿命が減少し得る。静止構成要素および回転構成要素の変形を管理するとともに、熱負荷を最小化することにより、良好なエンジン構成物を達成することが容易となる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の例示的な特徴に従うガスタービンエンジンが、軸に沿って配置された低圧圧縮機と、軸に沿って内側シャフトを少なくとも部分的に支持する第１の軸受システムと、軸に沿って外側シャフトを少なくとも部分的に支持する第２の軸受システムと、第１の軸受システムと第２の軸受支持部との間で低圧圧縮機へと延びるように内側シャフトに取り付けられた低圧圧縮機ハブとを備えている。
【０００５】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、低圧圧縮機ハブは、第１の軸受システムと第２の軸受支持部との間に延びる円錐形ウェブを備える。
【０００６】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、円錐形ウェブは、第１の軸受システムの周囲に少なくとも部分的に延びる。
【０００７】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、低圧圧縮機は、第１の軸受システムの半径方向外周側に配置される。付加的にまたは代替的に、低圧圧縮機ハブは、低圧圧縮機に向かって傾斜している。
【０００８】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、低圧圧縮機ハブは、低圧圧縮機の第２の段のディスクに取り付けられる。付加的にまたは代替的に、低圧圧縮機は３つの段を備える。
【０００９】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、内側シャフトは、歯車装置を介してファンを駆動する。
【００１０】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、第１の軸受システムは、前方側中央ボディケース構造体に取り付けられ、該前方側中央ボディケース構造体は、コア空気流用のコア流路を画定する。
【００１１】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、第２の軸受システムは、中間ケース構造体に取り付けられ、該中間ケース構造体は、コア流路を連続させるように前方側中央ボディケース構造体に取り付けられる。
【００１２】
本発明の他の例示的な特徴に従うガスタービンエンジンが、前方側中央ボディケース構造体と、該前方側中央ボディケース構造体によって少なくとも部分的に支持された歯車構造体と、内側シャフトを回転可能に支持するように前方側中央ボディケース構造体に取り付けられた第１の軸受システムと、内側シャフトおよび歯車構造体に取り付けられる、第１の軸受システムによって少なくとも部分的に支持された軸継手とを備えている。
【００１３】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、内側シャフトは、歯車装置を介してファンを駆動する。
【００１４】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、外側シャフトが、内側シャフトの少なくとも一部を取り囲むとともに高圧圧縮機を駆動する。
【００１５】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、第２の軸受システムが、少なくとも部分的に外側シャフトを支持する。
【００１６】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、低圧圧縮機ハブが、内側シャフトに取り付けられ、第１の軸受システムと第２の軸受支持部との間で低圧圧縮機へと延びる。
【００１７】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、低圧圧縮機は、３つの段を備え、低圧圧縮機ハブは、低圧圧縮機の第２の段のディスクに取り付けられる。
【００１８】
本発明の他の例示的な特徴に従うガスタービンエンジンが、コア流路を画定するようにエンジン軸に沿って配置された前方側中央ボディケース構造体と、コア流路に沿って配置された低圧圧縮機と、エンジン軸に沿って前方側中央ボディケース構造体の後方に取り付けられた中間ケース構造体と、エンジン軸を中心に回転する内側シャフトを少なくとも部分的に支持するように、前方側中央ボディケース構造体に取り付けられた第１の軸受システムと、エンジン軸を中心に回転する外側シャフトを少なくとも部分的に支持するように、中間ケース構造体に取り付けられた第２の軸受システムと、第１の軸受システムと第２の軸受支持部との間で低圧圧縮機へと延びるように内側シャフトに取り付けられた低圧圧縮機ハブとを備えている。
【００１９】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、前方側中央ボディケース構造体が、ファンの下流側に配置される。
【００２０】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、内側シャフトは、歯車装置を介してファンを駆動する。
【００２１】
上記ガスタービンエンジンの実施例のいずれかのうち、これに限定されない他の実施例においては、歯車装置は、前方側中央ボディケース構造体によって少なくとも部分的に支持される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ガスタービンエンジンの前方部分を示した概略的な断面図である。
【図２】第１の円錐ころ軸受、第２の円錐ころ軸受およびベロースプリングを有した軸受コンパートメントの断面斜視図である。
【図３】図２のベロースプリングの拡大断面図である。
【図４】ガスタービンエンジンの概略的な断面図である。
【図５】前方側中央ボディケース構造体を示すガスタービンエンジンの部分の概略的な拡大断面図である。
【図６】本発明の構成体を有したガスタービンエンジンの概略的なブロック図である。
【図７】構成体を有した従来技術のガスタービンエンジンの概略的なブロック図である。
【図８】前方側中央ボディケース構造体内の荷重経路を示す、ガスタービンエンジンの図５の部分の概略的な拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１には、ガスタービンエンジン１０のエンジン中心線ＣLの上方におけるガスタービンエンジン１０の前方部分が示されている。ガスタービンエンジン１０は、軸受コンパートメント１２、第１の円錐ころ軸受１４Ａ、第２の円錐ころ軸受１４Ｂ、ファンシャフト１６、軸受システム１８、ベロースプリング２０、ファンハブ２２、ナット２３、ファンブレード２４、ファンノーズ部２６、エンジンシャフト２８、ファン駆動歯車システム３０、圧縮機セクション３２、ガイドベーン３４およびエンジンケース３６を備えている。
【００２４】
軸受コンパートメント１２は、ファンシャフト１６に隣接して配置されており、また、内部に第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂを備えている。ファンシャフト１６は、エンジン中心軸ＣLと整列した軸を中心に回転し、第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂ上に支持されている。軸受コンパートメント１２は、ファンシャフト１６と、第１の円錐ころ軸受１４Ａと第２の円錐ころ軸受１４Ｂとを互いに接続する軸受システム１８とによって境界が形成されている。軸受システム１８は、非回転フレーム、例えば、ガスタービンエンジン１０のエンジンケースに接続されるように延びる。ベロースプリング２０は、軸受コンパートメント１２内において、第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂに隣接して配置されている。ベロースプリング２０は、第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂの双方に予荷重を与える。ナット２３は、ファンハブ２２に隣接して配置されており、また、第１の円錐ころ軸受１４Ａの半径方向内周側レース部および第２の円錐ころ軸受１４Ｂの内周側レース部にクランプ力を与える。
【００２５】
ファンハブ２２は、ファンシャフト１６に接続されており、ファンシャフト１６は、該ファンハブ２２を介してファンブレード２４を回転させる。また、ファンハブ２２は、ファンノーズ部２６にも接続されている。ファンシャフト１６は、ファン駆動歯車システム３０を介してエンジンシャフト２８に接続されている。圧縮機セクション３２は、エンジン中心線ＣLの半径方向外側に配置されるとともに、エンジンシャフト２８に接続されている。ガイドベーン３４は、エンジンケース３６に対し回転可能となるように圧縮機セクション３２の半径方向外周側に配置されている。
【００２６】
ガスタービンエンジン１０の動作原理は、本技術分野で周知であるため、非常に詳細には説明されない。図１に示したように、ガスタービンエンジン１０は、高バイパス比の歯車駆動式ターボファンエンジンを備えている。他の実施例においては、ガスタービンエンジン１０は、航空機推進や発電に用いられる他の形式のガスタービンエンジンを備えることができる。同様に、軸受コンパートメント１２は、エンジン１０の任意の軸受コンパートメントを備えることができる。
【００２７】
ファンシャフト１６および圧縮機セクション３２は、エンジンシャフト２８を介してタービンセクション（図示せず）に接続されている。入口空気Ａがエンジン１０へ流入し、ファンブレード２４を通流した後に、一次空気ＡPの流れと二次空気ＡSの流れとに分割される。ファンブレード２４は、エンジンシャフト２８を介してエンジン１０のタービンセクション（図示せず）によって回転し、そして、出口ガイドベーン３４を通して（バイパス空気としても知られている）二次空気ＡSを加速させ、これにより、エンジン１０の推力（ｔｈｒｕｓｔ ｏｕｔｐｕｔ）の大部分を生じさせる。また、（ガス通路空気としても知られている）一次空気ＡPは、圧縮機セクション３２へと案内される。圧縮機セクション３２は、一次空気ＡPの圧力および温度を段階的に上昇させるように機能する。
【００２８】
図２には、軸受コンパートメント１２の断面斜視図が示されており、軸受コンパートメント１２は、第１の円錐ころ軸受１４Ａ、第２の円錐ころ軸受１４Ｂおよびベロースプリング２０を備えている。さらに、軸受コンパートメント１２は、シールプレート３８、軸受スペーサ４０、ギア（ｇｅａｒ）４２、二次スリーブ４４およびスクイズフィルムダンパ（ｓｑｕｅｅｚｅ ｆｉｌｍ ｄａｍｐｅｒ）システム４６を備えている。第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂは、内周側レース４８Ａ，４８Ｂ、ローラ構成要素５０Ａ，５０Ｂおよび外周側レース５２Ａ，５２Ｂをそれぞれ備えている。また、図２には、軸受システム１８の肩部５４およびくさび（ｓｈｉｍ）５６も示されている。
【００２９】
軸受コンパートメント１２内において、シールプレート３８は、第１の円錐ころ軸受１４Ａの（ガスタービンエンジン１０内の一次空気ＡPの流れ方向によって画定される）前方部分に当接する。シールプレート３８は、炭素シールシステムの一部を備えており、また、内周側レース４８Ａに隣接して配置されている。軸受スペーサ４０は、第１の円錐ころ軸受１４Ａと第２の円錐ころ軸受１４Ｂとの間に必要な空間を提供するように内周側レース４８Ａ，４８Ｂの双方に当接する。ギア４２は、第２の円錐ころ軸受１４Ｂの内周側レース４８Ｂと接触し、また、ファンシャフト１６の肩部に接続される。図２に示した実施例においては、二次スリーブ４４は、第１の円錐ころ軸受１４Ａの外周側レース５２Ａと軸受システム１８との間に配置されている。第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂを、１つまたは複数の第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂと軸受システム１８との間に配置されたスクイズフィルムダンパシステム４６（シールのみを図示）によって支持することもできる。本明細書で開示したようなスクイズフィルムダンパシステムは、周知であり、また、限界速度を変更する、および／またはロータ軸受システムの動安定を向上させるように用いられる。
【００３０】
特に、第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂは、内周側レース４８Ａ，４８Ｂを備えており、内周側レース４８Ａ，４８Ｂは、ファンシャフト１６にクランプされるか、または固定されている。内周側レース４８Ａ，４８Ｂは、半径方向外周側面（レース通路）を備えており、この半径方向外周側面は、ローラ構成要素５０Ａ，５０Ｂとそれぞれ接触する。外周側レース５２Ａ，５２Ｂは、ローラ構成要素５０Ａ，５０Ｂとそれぞれ接触し、また、軸受システム１８に取り付けられている。図２に示した実施例においては、第１の円錐ころ軸受１４Ａの外周側レース５２Ａは、半径方向および接線方向に拘束されているが、二次スリーブ４４と、軸受システム１８と、スクイズフィルムダンパシステム４６の部分とに対し軸方向に移動することができる。これにより、ローラ構成要素５０Ａは、外周側レース５２Ａの内周側レース通路と接触したままとなる。第２の円錐ころ軸受１４Ｂの外周側レース５２Ｂは、軸受システム１８に固定されている。第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂは、軸受システム１８によって保持されており、軸受システム１８は、エンジンケース３６に荷重を作用させる。
【００３１】
一実施例においては、ベロースプリング２０の前方側端部が外周側レース５２Ａに締まりばめされており、ベロースプリング２０の後方側端部が軸受システム１８の肩部５４に締まりばめされている。したがって、ベロースプリング２０は、一般に、第１の円錐ころ軸受１４Ａと第２の円錐ころ軸受１４Ｂとの間に位置決めされている。また、少なくとも１つのくさび５６を、ベロースプリング２０の後方側端部と肩部５４との間に位置決めすることができる。くさび５６は、ベロースプリング２０、軸受システム１８または他の構成要素の製造公差を制限することなく、スプリングの予荷重を望ましいレベルに正確に設定することを許容する。
【００３２】
ナット２３（図１）は、ファンシャフト１６上において、第１の円錐ころ軸受１４Ａの内周側レース４８Ａ、軸受スペーサ４０および第２の円錐ころ軸受１４Ｂの内周側レース４８Ｂを介してギア４２に対しクランプ力を与える。ベロースプリング２０は、第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂの双方に予荷重を与える。特に、ベロースプリング２０は、外周側レース５２Ａに予荷重を与え、また、ベロースプリング２０は、軸受システム１８に予荷重を与え、軸受システム１８は、この予荷重を第２の円錐ころ軸受１４Ｂの外周側レース５２Ｂに伝達する。
【００３３】
図３には、ベロースプリング２０の一実施例の拡大断面図が示されている。図３に示した実施例においては、ベロースプリング２０は、単一の部品からなる波形環状リングとして形状づけられた弾性部材である。ベロースプリング２０は、焼き入れしたステンレス鋼から構成されている。ベロースプリング２０は、図示した波形状を生じさせるように旋削される。図３に示したように、ベロースプリング２０は、エンジン中心線ＣLに沿って軸方向に延びる（図１）ときに可変の断面厚さを備えることができる。
【００３４】
ベロースプリング２０が軸受コンパートメント１２内の構成要素の異なる公差にさらに適応することができるように、（軸受コンパートメント１２の大きさおよび製造上の実用性によって制限される）ベロースプリング２０の折り返し（回旋（ｃｏｎｖｏｌｕｔｅ））の数を最大化すべきである。ベロースプリング２０の外径（折り返しの数、断面厚さ等）および性能を最適化するために、ベロースプリング２０にかかる応力をシュミレートするように解析ツール、例えば、商業的に利用可能な有限要素解析ソフトウェアを用いることができる。一実施例においては、ベロースプリング２０の折り返しは、オメガ（ｏｍｅｇａ）を修正した形状を備えており、つまり、ベロースプリング２０の回旋部５８の各々が、隣接した部分６０の前方および後方に延びる（即ち、ベロースプリング２０は、隣接した相互接続部６０に対し前方または後方に曲がる部分５８を備えている）。また、他の実施例においては、ベロースプリング２０の製造を簡潔化するために、互いに平行な回旋部を用いることができる。
【００３５】
第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂに予荷重を与えるようにベロースプリング２０を用いることにより、軸受コンパートメント１２の限られた空間において単一の構成要素を使用することができ、これにより、空間が節約され、製造コストが減少する。ベロースプリング２０は、第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂに対しエンジン中心線ＣL（図１）に沿って軸方向に予荷重を与えるとともに、スクイズフィルムダンパシステム４６（図２）の心出しスプリング（ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ ｓｐｒｉｎｇ）（つまり、エンジン中心線ＣLに対し半径方向の剛性を備えたスプリング）として機能するように適応される。ベロースプリング２０が第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂの面上で過度に摩耗しないように、ベロースプリング２０は、第１の円錐ころ軸受１４Ａおよび第２の円錐ころ軸受１４Ｂによって半径方向の曲げを吸収する。
【００３６】
図４には、他の例示的なガスタービンエンジン１２０が概略的に示されている。ここで、ガスタービンエンジン１２０は、一般に、ファンセクション１２２、圧縮機セクション１２４、燃焼器セクション１２６およびタービンセクション１２８を組み込んでなる２−スプールターボファンとして開示されている。代替的なエンジンが、他のシステムや特徴部の間にオグメンタセクション（ａｕｇｍｅｎｔｏｒ ｓｅｃｔｉｏｎ）（図示せず）を備え得る。ファンセクション１２２は、バイパス通路に沿って空気を移動させ、圧縮機セクション１２４は、圧縮のためにコア流路に沿って空気を移動させてから、この空気を燃焼器セクション１２６へと通流させ、そして、この空気は、タービンセクション１２８を通して膨張する。これに限定されない開示した実施例においてターボファンガスタービンエンジンとして図示したが、他の形式のタービンエンジン、例えば、低圧圧縮機（ＬＰＣ）と高圧圧縮機（ＨＰＣ）との間に配置された中間圧圧縮機（ＩＰＣ）と、高圧タービン（ＨＰＴ）と低圧タービン（ＬＰＴ）との間に配置された中間圧タービン（ＩＰＴ）とを中間スプールが有してなる３−スプール（ファンを加えた）エンジンに教示が適用され得るので、本明細書で説明した概念はターボファンと共に用いることに限定されないことを理解されたい。
【００３７】
エンジン１２０は、一般に、低スプール１３０および高スプール１３２を備えており、低スプール１３０および高スプール１３２は、エンジン静止構造体１３６に対しエンジンの中心長手方向軸Ａを中心に回転するように種々の軸受支持部１３８によって取り付けられている。低スプール１３０は、一般に、ファン１４２、低圧圧縮機１４４および低圧タービン１４６を相互接続する内側シャフト１４０を備えている。低スプール１３０よりも低速でファン１４２を駆動するために、内側シャフト１４０は、歯車装置１４８を介してファン１４２を駆動する。例示的な減速装置は、遊星変速装置、つまり、遊星または星形歯車システムである。
【００３８】
高スプール１３２は、高圧圧縮機１５２と高圧タービン１５４とを相互接続する外側シャフト１５０を備えている。燃焼器１５６が、高圧圧縮機１５２と高圧タービン１５４との間に配置されている。内側シャフト１４０および外側シャフト１５０は同心であり、これらのシャフトの長手方向軸と同一直線上にあるエンジンの中心長手方向軸Ａを中心に回転する。
【００３９】
コア空気流が、低圧圧縮機１４４によって加圧されてから高圧圧縮機１５２によってさらに加圧され、燃焼器１５６において燃料と混合されてから燃焼され、そして、燃焼ガスが、高圧タービン１５４および低圧タービン１４６にわたって膨張する。タービン１５４，１４６は、膨張に応答して低スプール１３０および高スプール１３２の各々を回転させる。
【００４０】
主エンジンシャフト１４０，１５０は、軸受支持部１３８によって、静止構造体１３６内において複数の箇所で支持されている。これに限定されない一実施例においては、軸受支持部１３８は、圧縮機セクション１２４の半径方向内周側に配置された第２の軸受システム１３８−２を備えている。
【００４１】
図５を参照すると、圧縮機セクション１２４の近くのエンジン静止構造体１３６は、一般に、前方側中央ボディケース構造体１６０と、該前方側中央ボディケース構造体１６０の後方部分を取り付ける中央ケース構造体１６２とを備えている。代替的または付加的に種々のケース構造体を設けることができ、これらのケース構造体は、本明細書で説明された構造体から依然として恩恵を受けることを理解されたい。
【００４２】
前方側中央ボディケース構造体１６０は、一般に、低圧圧縮機１４４へとコア空気流を通流させるための環状コア流路１６４Ａを画定する。中央ケース構造体１６２は、コア空気流をコア流路１６４Ａからコア流路１６４Ｃの高圧圧縮機１５２へと連続的に通流させるコア流路１６４Ｂを画定する。コア流路１６４Ｂは、一般に、半径方向のより小さな直径からなるコア流路１６４Ｃへと移行するように、コア流路１６４Ａの半径方向内周側に延びる。つまり、コア流路１６４Ｂは、「細くくびれたウエスト（ｗａｓｐ ｗａｉｓｔ）」型ガスタービンエンジン構造体を画定する。
【００４３】
第２の軸受システム１３８−２は、前方側中央ボディケース構造体１６０に対し内側シャフト１４０を少なくとも部分的に支持する。また、第３の軸受システム１３８−３は、一般に、中央ケース構造体１６２に対し外側シャフト１５０を支持する。つまり、第２の軸受システム１３８−２は、低スプール１３０を少なくとも部分的に支持し、第３の軸受システム１３８−３は、一般に、高スプール１３２を支持する。種々の軸受システム、例えば、スラスト軸受および取付配置が、本明細書で説明された軸受システムから恩恵を受けることを理解されたい。
【００４４】
可撓性支持部１６８が、前方側中央ボディケース構造体１６０内の歯車装置１４８の可撓性取付部を提供する。可撓性支持部１６８は、歯車装置１４８からのねじり荷重に作用するとともに、振動の吸収や他の支持機能を容易にする。心出しスプリング１７０は、フランジ端部構成体の間に延びる複数のビームを有してなる概ね円筒形のかご型構造的構成要素であり、低スプール１３０に対し第２の軸受システム１３８−２を弾性的に位置決めする。一実施例においては、ビームは、二重傾斜ビーム（ｄｏｕｂｌｅ−ｔａｐｅｒｅｄ ｂｅａｍｓ）であり、この二重傾斜ビームは、軸受にかかる荷重、軸受の寿命、ロータの力学およびロータの変形についての検討事項を含むがこれらに限定されない複数の検討事項に基づいて選択され得る半径方向のばね率（ｓｐｒｉｎｇ ｒａｔｅ）を制御するように周方向に整列される。
【００４５】
歯車装置１４８の歯車箱１７２が、これに限定されない開示した実施例の低スプール１３０によって、軸継手１７４を介して駆動される。軸継手１７４は、軸受システムから歯車箱１７２へトルクを伝達する。第２の軸受システム１３８−２は、歯車箱１７２からの振動や他の過渡現象（ｔｒａｎｓｉｅｎｔｓ）の分離を容易にする。これに限定されない開示した実施例の軸継手１７４は、前方側軸継手部１７６および後方側軸継手部１７８を備えている。前方側軸継手部１７６は、歯車箱１７２と噛み合う接続スプライン（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｓｐｌｉｎｅ）１８０を備えている。後方側軸継手部１７８の接続スプライン１８２が、これに限定されない実施例において、低圧圧縮機１４４の低圧圧縮機ハブ１８４を介して軸継手１７４を低スプール１３０に接続する。
【００４６】
ファン１４２の後方に位置したファンロータ軸受システム構造体１８６が、前方側中央ボディケース構造体１６０から半径方向内周側に延びる。ファンロータ軸受システム構造体１８６および前方側中央ボディケース構造体１６０は、軸受コンパートメントＢを画定する。オイルを内包し、また、ファン１４２を駆動するように歯車装置１４８に接続される出力シャフト２００の回転を補助するために、種々の軸受支持部１３８−１および（図５に概略的に示した）シール１８８がファンロータ軸受システム構造体１８６によって支持され得ることを理解されたい。
【００４７】
低圧圧縮機１４４の低圧圧縮機ハブ１８４が、管状ハブ１９０および円錐形ウェブ（ｆｒｕｓｔｒｏ−ｃｏｎｉｃａｌ ｗｅｂ）１９２を備えている。管状ハブ１９０は、例えば、スプライン接続を介して内側シャフト１４０に取り付けられている。管状ハブ１９０は、第２の軸受システム１３８−２に隣接して配置されている。円錐形ウェブ１９２は、（図６にも示したように）第２の軸受システム１３８−２と第３の軸受システム１３８−３との間に軸方向に延びた管状ハブ１９０から前方向に延びる。つまり、円錐形ウェブ１９２は、第２の軸受システム１３８−２と第３の軸受システム１３８−３との間に軸方向に配置される。
【００４８】
円錐形ウェブ１９２は、低圧圧縮機１４４の低圧圧縮機ロータ１９４に取り付けられる。これに限定されない開示した実施例においては、円錐形ウェブ１９２は、第２の軸受システム１３８−２と第３の軸受システム１３８−３との間に延びており、また、三段低圧圧縮機ロータ１９４の第２の段に取り付けられている。他のエンジン構成物の他の段に円錐形ウェブ１９２を取り付けることができ、上記エンジン構成物は、異なる数の段を備えることができることを理解されたい。
【００４９】
第２の軸受システム１３８−２と第３の軸受システム１３８−３との間に低圧圧縮機ハブ１８４を配置することにより、図７つまり従来技術に示した例のような従来技術の構造体と比較して、歯車装置１４８の変形を減少させるのに大きな利点がもたらされる。つまり、軸継手１７４の両端部は、これらの両端部の間の相対的な変形が大いに減少するように前方側中央ボディケース構造体１６０に連結されている。これにより、基本的なトルク、運航支援事業者（ＦＢＯ）によるトルクおよび操作による変形のより効率的な均衡を得ること、および歯車装置１４８へと伝達される荷重全体を最小化することが容易となる。
【００５０】
さらに、製造公差の増加を促進する、比較的複雑でない軸受コンパートメントＢが、例えば、潜在的なオイル漏れの原因を最小化し、かつ重量を削減するシールをより少なくするように画定される。
【００５１】
この構造体は、歯車装置の荷重経路（図８のＬ）を効率的なものとすることや、発熱およびオイル流れの全てを全体的に減少させることをさらに補助する。つまり、より小型の荷重経路Ｌが、前方側中央ボディケース構造体１６０のみによって画定される。二次的な恩恵としては、オイルタンクの大きさを減少させること、冷却器の大きさを減少させること、およびエンジンの潤滑システムにおけるオイルの量を減少させることが挙げられる。
【００５２】
種々の図の全てについて、同様の符号が対応する構成要素または同様の構成要素を示すことを理解されたい。また、特定の構成要素配置が、図示した実施例に開示されているが、他の配置も、上記特定の構成要素配置から恩恵を受けることを理解されたい。
【００５３】
特定のステップの順序が示され、説明され、特許請求されているが、特に指示がない限り、ステップは、任意の順序で実施され、分離され、または組み合わされるものであり、本発明から恩恵を受けたままであることを理解されたい。
【００５４】
異なる例が、図示した特定の構成要素を備えているが、本発明の実施例は、これらの特定な組み合わせに限定されない。１つの例のいくつかの構成要素や特徴部を他の例の構成要素や特徴部と組み合わせて用いることが可能である。
【００５５】
上記の説明は例示的なものであって、限定的なものではない。これらに限定されない種々の実施例について説明してきたが、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更がなされ得ることを理解されたい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸に沿って配置された低圧圧縮機と、
前記軸に沿って内側シャフトを少なくとも部分的に支持する第１の軸受システムと、
前記軸に沿って外側シャフトを少なくとも部分的に支持する第２の軸受システムと、
前記第１の軸受システムと前記第２の軸受システムとの間で前記低圧圧縮機へと延びるように前記内側シャフトに取り付けられた低圧圧縮機ハブと、
を備えたガスタービンエンジン。
【請求項２】
前記低圧圧縮機ハブは、前記第１の軸受システムと前記第２の軸受システムとの間に延びる円錐形ウェブを備えることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項３】
前記円錐形ウェブは、前記第１の軸受システムの周囲に少なくとも部分的に延びることを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン。
【請求項４】
前記低圧圧縮機は、前記第１の軸受システムの半径方向外周側に配置されることを特徴とする請求項３に記載のガスタービンエンジン。
【請求項５】
前記低圧圧縮機ハブは、前記低圧圧縮機に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項６】
前記低圧圧縮機ハブは、前記低圧圧縮機の第２の段のディスクに取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項７】
前記低圧圧縮機は、３つの段を備えることを特徴とする請求項６に記載のガスタービンエンジン。
【請求項８】
前記内側シャフトは、歯車装置を介してファンを駆動することを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項９】
前記第１の軸受システムは、前方側中央ボディケース構造体に取り付けられ、該前方側中央ボディケース構造体は、コア空気流用のコア流路を画定することを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１０】
前記第２の軸受システムは、中間ケース構造体に取り付けられ、該中間ケース構造体は、前記コア流路を連続させるように前記前方側中央ボディケース構造体に取り付けられることを特徴とする請求項９に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１１】
前方側中央ボディケース構造体と、
前記前方側中央ボディケース構造体によって少なくとも部分的に支持された歯車装置と、
内側シャフトを回転可能に支持するように前記前方側中央ボディケース構造体に取り付けられた第１の軸受システムと、
前記内側シャフトおよび前記歯車装置に取り付けられる、前記第１の軸受システムによって少なくとも部分的に支持された軸継手と、
を備えたガスタービンエンジン。
【請求項１２】
前記内側シャフトは、前記歯車装置を介してファンを駆動することを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１３】
前記内側シャフトの少なくとも一部を取り囲む外側シャフトをさらに備え、該外側シャフトは、高圧圧縮機を駆動することを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１４】
前記外側シャフトを少なくとも部分的に支持する第２の軸受システムをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１５】
前記内側シャフトに取り付けられた低圧圧縮機ハブをさらに備え、該低圧圧縮機ハブは、前記第１の軸受システムと前記第２の軸受システムとの間で低圧圧縮機へと延びることを特徴とする請求項１４に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１６】
前記低圧圧縮機は、３つの段を備え、前記低圧圧縮機ハブは、前記低圧圧縮機の第２の段のディスクに取り付けられることを特徴とする請求項１５に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１７】
コア流路を画定するようにエンジン軸に沿って配置された前方側中央ボディケース構造体と、
前記コア流路に沿って配置された低圧圧縮機と、
前記エンジン軸に沿って前記前方側中央ボディケース構造体の後方に取り付けられた中間ケース構造体と、
前記エンジン軸を中心に回転する内側シャフトを少なくとも部分的に支持するように、前記前方側中央ボディケース構造体に取り付けられた第１の軸受システムと、
前記エンジン軸を中心に回転する外側シャフトを少なくとも部分的に支持するように、前記中間ケース構造体に取り付けられた第２の軸受システムと、
前記第１の軸受システムと前記第２の軸受システムとの間で前記低圧圧縮機へと延びるように前記内側シャフトに取り付けられた低圧圧縮機ハブと、
を備えたガスタービンエンジン。
【請求項１８】
前記前方側中央ボディケース構造体は、ファンの下流側に配置されることを特徴とする請求項１７に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１９】
前記内側シャフトは、歯車装置を介して前記ファンを駆動することを特徴とする請求項１８に記載のガスタービンエンジン。
【請求項２０】
前記歯車装置は、前記前方側中央ボディケース構造体によって少なくとも部分的に支持されることを特徴とする請求項１９に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１】
軸に沿って配置された低圧圧縮機と、
前記軸に沿って内側シャフトを少なくとも部分的に支持する第１の軸受システムと、
前記軸に沿って外側シャフトを少なくとも部分的に支持する第２の軸受システムと、
前記第１の軸受システムと前記第２の軸受システムとの間で前記低圧圧縮機へと延びるように前記内側シャフトに取り付けられた低圧圧縮機ハブと、
を備えたガスタービンエンジン。
【請求項２】
前記低圧圧縮機ハブは、前記第１の軸受システムと前記第２の軸受システムとの間に延びる円錐形ウェブを備えることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項３】
前記円錐形ウェブは、前記第１の軸受システムの周囲に少なくとも部分的に延びることを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン。
【請求項４】
前記低圧圧縮機は、前記第１の軸受システムの半径方向外周側に配置されることを特徴とする請求項３に記載のガスタービンエンジン。
【請求項５】
前記低圧圧縮機ハブは、前記低圧圧縮機に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項６】
前記低圧圧縮機ハブは、前記低圧圧縮機の第２の段のディスクに取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項７】
前記低圧圧縮機は、３つの段を備えることを特徴とする請求項６に記載のガスタービンエンジン。
【請求項８】
前記内側シャフトは、歯車装置を介してファンを駆動することを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項９】
前記第１の軸受システムは、前方側中央ボディケース構造体に取り付けられ、該前方側中央ボディケース構造体は、コア空気流用のコア流路を画定することを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１０】
前記第２の軸受システムは、中間ケース構造体に取り付けられ、該中間ケース構造体は、前記コア流路を連続させるように前記前方側中央ボディケース構造体に取り付けられることを特徴とする請求項９に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１１】
前方側中央ボディケース構造体と、
前記前方側中央ボディケース構造体によって少なくとも部分的に支持された歯車装置と、
内側シャフトを回転可能に支持するように前記前方側中央ボディケース構造体に取り付けられた第１の軸受システムと、
前記内側シャフトおよび前記歯車装置に取り付けられる、前記第１の軸受システムによって少なくとも部分的に支持された軸継手と、
を備えたガスタービンエンジン。
【請求項１２】
前記内側シャフトは、前記歯車装置を介してファンを駆動することを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１３】
前記内側シャフトの少なくとも一部を取り囲む外側シャフトをさらに備え、該外側シャフトは、高圧圧縮機を駆動することを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１４】
前記外側シャフトを少なくとも部分的に支持する第２の軸受システムをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１５】
前記内側シャフトに取り付けられた低圧圧縮機ハブをさらに備え、該低圧圧縮機ハブは、前記第１の軸受システムと前記第２の軸受システムとの間で低圧圧縮機へと延びることを特徴とする請求項１４に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１６】
前記低圧圧縮機は、３つの段を備え、前記低圧圧縮機ハブは、前記低圧圧縮機の第２の段のディスクに取り付けられることを特徴とする請求項１５に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１７】
コア流路を画定するようにエンジン軸に沿って配置された前方側中央ボディケース構造体と、
前記コア流路に沿って配置された低圧圧縮機と、
前記エンジン軸に沿って前記前方側中央ボディケース構造体の後方に取り付けられた中間ケース構造体と、
前記エンジン軸を中心に回転する内側シャフトを少なくとも部分的に支持するように、前記前方側中央ボディケース構造体に取り付けられた第１の軸受システムと、
前記エンジン軸を中心に回転する外側シャフトを少なくとも部分的に支持するように、前記中間ケース構造体に取り付けられた第２の軸受システムと、
前記第１の軸受システムと前記第２の軸受システムとの間で前記低圧圧縮機へと延びるように前記内側シャフトに取り付けられた低圧圧縮機ハブと、
を備えたガスタービンエンジン。
【請求項１８】
前記前方側中央ボディケース構造体は、ファンの下流側に配置されることを特徴とする請求項１７に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１９】
前記内側シャフトは、歯車装置を介して前記ファンを駆動することを特徴とする請求項１８に記載のガスタービンエンジン。
【請求項２０】
前記歯車装置は、前記前方側中央ボディケース構造体によって少なくとも部分的に支持されることを特徴とする請求項１９に記載のガスタービンエンジン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１０８５００（Ｐ２０１３−１０８５００Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５５７８１（Ｐ２０１２−２５５７８１）
【出願日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【出願人】（５９０００５４４９）ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション (581)
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＴＥＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【出願人】（５９０００５４４９）ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション (581)
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＴＥＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
[ Back to top ]