ターボファンエンジンアセンブリ
【課題】 ターボファンエンジンアセンブリおよびその組立方法を提供する。
【解決手段】 ターボファンエンジンアセンブリ（１０）は、高圧圧縮機（１４）、燃焼器（１６）および高圧タービン（１８）を有するコアガスタービンエンジン（１３）と、該コアガスタービンエンジンに連結された低圧タービン（２０）と、第１方向に回転するように構成された第１ロータ部分（５０）および反対の第２方向に回転するように構成された第２ロータ部分（６０）を有する逆回転昇圧圧縮機（２２）と、該低圧タービンに連結された入力端（１１０）と第１および第２ロータ部分の少なくとも一方に連結された出力端（１１１、１１２）を有するギアボックス（１００）とを含む。
【解決手段】 ターボファンエンジンアセンブリ（１０）は、高圧圧縮機（１４）、燃焼器（１６）および高圧タービン（１８）を有するコアガスタービンエンジン（１３）と、該コアガスタービンエンジンに連結された低圧タービン（２０）と、第１方向に回転するように構成された第１ロータ部分（５０）および反対の第２方向に回転するように構成された第２ロータ部分（６０）を有する逆回転昇圧圧縮機（２２）と、該低圧タービンに連結された入力端（１１０）と第１および第２ロータ部分の少なくとも一方に連結された出力端（１１１、１１２）を有するギアボックス（１００）とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してガスタービンエンジンに関し、より詳細には、逆回転昇圧圧縮機を含むターボファンエンジンアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくともいくつかの既知のターボファンエンジンアセンブリは、ファンアセンブリと、コアガスタービンエンジンと、低圧または出力タービンとを含む。該コアガスタービンエンジンは、直流関係で連結される、少なくとも１つの圧縮機と、燃焼器と、高圧タービンとを含む。さらに、少なくとも１つの既知のターボファンエンジンアセンブリは、該ファンアセンブリと該コアガスタービンエンジンとの間に配置される昇圧機を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７，１８６，０７３号公報
【特許文献２】米国特許第６，７６３，６５４号公報
【特許文献３】米国特許第６，７６３，６５３号公報
【特許文献４】米国特許第６，７６３，６５２号公報
【特許文献５】米国特許第６，７３９，１２０号公報
【特許文献６】米国特許第６，６８４，６２６号公報
【特許文献７】米国特許第６，３３９，９２７号公報
【特許文献８】米国特許第４，８２７，７１２号公報
【特許文献９】米国特許第４，７９０，１３３号公報
【特許文献１０】米国特許第４，７５１，８１６号公報
【発明の概要】
【０００４】
ターボファンエンジンアセンブリの効率を向上させるためには、ファンアセンブリを比較的低速で運転してファンの効率を高めるとともに、高圧タービンを比較的高速で運転して高圧タービンの効率を高めることが望ましい。しかしながら、ファンアセンブリを比較的低速で運転することは昇圧機の運転に支障を来たす可能性がある。そのため、昇圧機を最高効率で円滑に運転するためには、昇圧機にさらなる段が必要となり、ターボファンエンジンの総コストや設計の複雑さが増大する可能性がある。
【０００５】
一態様において、ターボファンエンジンアセンブリが提供される。該ターボファンエンジンアセンブリは、高圧圧縮機、燃焼器およびタービンを有するコアガスタービンエンジンを含む。該ターボファンエンジンアセンブリはまた、該コアガスタービンエンジンに連結された低圧タービンと、第１方向に回転するように構成された第１ロータ部分および反対の第２方向に回転するように構成された第２ロータ部分を有する逆回転昇圧圧縮機と、該低圧タービンに連結された入力端と該第１および第２ロータ部分の少なくとも一方に連結された出力端を有するギアボックスとを含む。
【０００６】
またここでは、ターボファンエンジンの組立方法が開示される。該方法は、高圧圧縮機、燃焼器およびタービンを有するコアガスタービンエンジンを用意し、第１方向に回転するように構成された第１ロータ部分および反対の第２方向に回転するように構成された第２ロータ部分を有する逆回転昇圧圧縮機を該コアガスタービンエンジンに連結し、ギアボックスを該第１および第２ロータ部分の少なくとも一方に連結し、低圧タービンを該ギアボックスに連結して、該ギアボックスを該低圧タービンによって駆動する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ギア駆動昇圧機を含む例示的なターボファンエンジンアセンブリの一部分の断面図である。
【図２】図１に示されるターボファンエンジンアセンブリで利用することのできる例示的な昇圧機構成の拡大断面図である。
【図３】図２に示されるギアボックスの一部分の断面図である。
【図４】図２に示されるギアボックスの端面図である。
【図５】図１に示されるターボファンエンジンアセンブリで利用することのできる例示的な昇圧機構成の拡大断面図である。
【図６】図１に示されるターボファンエンジンアセンブリで利用することのできる例示的な昇圧機構成の拡大断面図である。
【図７】図１に示されるターボファンエンジンアセンブリで利用することのできる例示的な昇圧機構成の拡大断面図である。
【図８】図１に示されるターボファンエンジンアセンブリで利用することのできる例示的な昇圧機構成の拡大断面図である。
【図９】図１に示されるターボファンエンジンアセンブリで利用することのできる例示的な昇圧機構成を単純化した概略図である。
【図１０】図１に示されるターボファンエンジンアセンブリで利用することのできる例示的な昇圧機構成を単純化した概略図である。
【図１１】図１に示されるターボファンエンジンアセンブリで利用することのできる例示的な昇圧機構成を単純化した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、長手方向軸１１を有する例示的なターボファンエンジンアセンブリ１０の概略図である。ターボファンエンジンアセンブリ１０は、ファンアセンブリ１２と、ファンアセンブリ１２の下流に配置されるコアガスタービンエンジン１３と、該コアガスタービンエンジンの下流に配置される低圧タービン２０とを含む。該コアガスタービンエンジンは、高圧圧縮機１４と、燃焼器１６と、高圧タービン１８とを含む。例示的実施形態において、ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた、多段昇圧圧縮機２２を含む。
【０００９】
ファンアセンブリ１２は、ロータディスク２６から半径方向外方に延在するファン羽根２４の配列を含む。ターボファンエンジンアセンブリ１０は、吸気側２８と排気側３０を有する。高圧圧縮機１４と高圧タービン１８は、第２の駆動軸３２によって連結される。
【００１０】
図２は、図１に示されるターボファンエンジンアセンブリ１０で利用することのできる第１の昇圧圧縮機構成の拡大断面図である。図２に示されるように、昇圧機２２は第１ロータ部分すなわちスプール５０を含む逆回転昇圧圧縮機２２であり、例示的実施形態では、各々が個別ディスク５４と個別ディスク５４にそれぞれ連結された複数の羽根５６を有する２つの段５２を含む。逆回転昇圧圧縮機２２はまた第２ロータ部分すなわちスプール６０を含み、例示的実施形態では、各々が個別ディスク６４と個別ディスク６４にそれぞれ連結された複数の羽根６６を有する３つの段６２を含む。例示的実施形態において、第２ロータ部分６０の第１段７０は回転入口案内翼（ＩＧＶ）として機能して、圧縮機２２の下流のターボファンエンジンアセンブリ１０に入るように空気流を円滑に導き、複数の固定羽根７２は出口案内翼（ＯＧＶ）として機能する。昇圧圧縮機２２は５つの段のみを有するように示されるが、昇圧圧縮機２２が任意の段数の動翼を有してもよいことを理解されたい。
【００１１】
例示的実施形態において、ターボファンエンジンアセンブリはまた、ギアボックスハウジング１０１を有するギアボックス１００を含む。ギアボックス１００はデュアル出力ギアボックスであり、入力端１１０と、第１出力端１１１と、第２ロータ部分６０に連結される第２出力端１１２とを含む。例示的実施形態において、入力端１１０は軸３１に連結されて、軸３１によって駆動される。第１ロータ部分５０はコーン１２２を使用してファンアセンブリ１２に連結され、ファンアセンブリ１２は延長軸１２１を使用してギアボックスの第１出力端１１１に連結される。第２ロータ部分６０は、コーン１２０を利用してギアボックスの第２出力端１１２に連結される。一実施形態において、ギアボックス１００は約２．０〜１のギア比を有しており、ファンアセンブリ１２と第１ロータ部分５０はそれぞれ第２ロータ部分６０の回転速度の約１／２の回転速度で回転する。別の実施形態において、ファンアセンブリ１２と第１ロータ部分５０はそれぞれ第２ロータ部分６０の回転速度の約２倍の回転速度で回転する。別の例示的実施形態において、ギアボックス１００は、ファンアセンブリ１２と第１ロータ部分５０がそれぞれ第２ロータ部分６０の回転速度の約０．６７〜約２．１倍の回転速度で回転するようなギア比を有する。
【００１２】
ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた第１軸受アセンブリ１３０を含み、例示的実施形態では、ギアボックスハウジング１０１とファンディスク２６との間に配置されて、ファンアセンブリ１２によって生じるスラスト荷重をアース、すなわちファンフレーム１５に円滑に伝達するスラスト軸受である。ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた第２軸受アセンブリ１４０を含み、例示的実施形態では、第２ロータ部分６０によって生じるスラスト荷重をアース、すなわちファンフレーム１５に円滑に伝達するように配置されるスラスト軸受である。ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた第３軸受アセンブリ１５０を含み、例示的実施形態では、駆動軸３１とギアボックスハウジング１０１との間に配置されて、低圧タービン２０によって生じるスラスト荷重のアースに対する平衡を円滑に保つスラスト軸受である。それにより、ギアボックスハウジング１０１は、スラスト軸受１３０、１４０および１５０をギアボックスのギアリングとは関係なくアースに結合する。
【００１３】
図３は、図２に示されるギアボックス１００の断面図である。図４は、図２に示されるギアボックス１００の端面図である。ここで前述したように、ギアボックス１００はターボファンエンジンアセンブリ１０の固定部品、図２に示されるように、例えばコアタービンエンジン１３のフレーム１５に連結される。例示的実施形態において、ギアボックス１００は略トロイダル断面形状を有する遊星ギアボックスであって、ギアボックス１００は駆動軸３１を実質的に囲む。ギアボックス１００は、協働して差動速度を生成する一連の遊星ギア１６０を含む。より詳細には、各遊星ギア１６０は、第１の直径１６３を有する第１ギア部分１６２と、第１の直径よりも大きな第２の直径１６５を有する第２ギア部分１６４とを含む。例示的実施形態において、第１および第２ギア部分１６２および１６４は一体に形成されて、ギア１６０が単一構造となる。任意的には、第１および第２ギア部分１６２および１６４は別個に形成され、例えば締結具、溶接技術またはろう付け技術を用いて連結される。
【００１４】
組み立ての際、ファンアセンブリ１２と第１ロータ部分５０は延長軸１２１を介して第１ギア部分１６２に係合し、第２ロータ部分６０はコーン１２０を介して第１ギア部分１６２に係合する。より詳細には、図４に示されるように、延長軸１２１は第１ギア部分１６２の半径方向内側に係合し、コーン１２０は第１ギア部分１６２の半径方向外側に係合して、コーン１２０と延長軸１２１はそれぞれ反対方向に回転する。
【００１５】
ここで説明されたターボファンエンジンアセンブリの各々は、遊星ギアボックスに連結される逆回転（ＣＲ）昇圧圧縮機を含んでいて、エンジンの最高効率を達成するような速度で昇圧圧縮機の各ロータ部分を運転することが可能になる。この実施形態において、ターボファンエンジンアセンブリは、ファンアセンブリと逆回転昇圧圧縮機を含んでおり、各々が低圧タービンによって駆動されるギアボックスによって駆動される。より詳細には、逆回転昇圧機は、ファンアセンブリと同じ速度で回転する段２および４、さらにファン速度以上にもなり得る速度で逆回転する段１、３および５を有する。この構成により、比較的少ない数の段を利用して昇圧圧縮機内に大幅な圧力上昇を生じさせることが可能になる。
【００１６】
図５は、図１に示されるターボファンエンジンアセンブリ１０で利用することのできる別の昇圧圧縮機構成の拡大断面図である。この構成において、逆回転昇圧圧縮機はまた、例示的実施形態では２つの段５２を含む第１ロータ部分すなわちスプール５０と、例示的実施形態では３つの段６２を含む第２ロータ部分すなわちスプール６０とを含む。この構成において、第２ロータ部分６０は、図２に示されるように、コーン１２０を利用してギアボックスの第２出力端１１２に連結される。しかしながら、この構成において、ファンアセンブリ１２は延長軸２０２を介して軸３１に直接連結されて、低圧タービン２０（図１に示される）がファンアセンブリ１２を駆動する。さらに、図２に示されるように、昇圧機２２をファンアセンブリ１２に連結するというよりも、昇圧機２２はコーン２０４を利用してギアボックスの第１出力端１１１に連結される。
【００１７】
そのようにして、この構成では、ターボファンエンジンアセンブリ１０は、延長軸２０２とコーン２０４との間に配置されるスラスト軸受２１０を含み、ファンアセンブリ１２と昇圧圧縮機のスプール５０によって生じるスラスト荷重の平衡を円滑に保つ。ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた、コーン２０４とコーン１２０との間に配置されて、コーン２０４の半径方向支持を円滑に提供するころ軸受２２０を含む。この構成において、ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた第２軸受アセンブリ１４０を含み、例示的実施形態では、第２ロータ部分６０によって生じるスラスト荷重をアース、すなわちファンフレーム１５に円滑に伝達するように配置されるスラスト軸受である。ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた第３軸受アセンブリ１５０を含み、例示的実施形態では、駆動軸３１とギアボックス１００との間に配置されて、ファンアセンブリ１２、昇圧機ロータ５０および低圧タービン２０によって生じる残留スラスト荷重をアースにギアボックスハウジング１０１を介して円滑に伝達するスラスト軸受である。
【００１８】
図６は、図１に示されるターボファンエンジンアセンブリ１０で利用することのできる別の昇圧圧縮機構成の拡大断面図である。この構成において、逆回転昇圧圧縮機２２はまた、例示的実施形態では２つの段５２を含む第１ロータ部分すなわちスプール５０と、例示的実施形態では３つの段６２を含む第２ロータ部分すなわちスプール６０とを含む。この構成において、第１ロータ部分５０はコーン１２２を使用してファンアセンブリ１２に連結され、ファンアセンブリ１２は延長軸２０２を介して軸３１に連結されて、低圧タービン２０（図１に示される）がファンアセンブリ１２と昇圧機ロータ５０を駆動するとともに、軸３１がギアボックス１００を駆動する。さらに、第２ロータ部分６０はギアボックスの出力端１１２に連結される。
【００１９】
この構成において、ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた第２軸受アセンブリ１４０を含み、例示的実施形態では、第２ロータ部分６０によって生じる残留スラスト荷重をアース、すなわちファンフレーム１５に円滑に伝達するように配置されるスラスト軸受である。ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた第３軸受アセンブリ１５０を含み、例示的実施形態では、駆動軸３１とギアボックス１００との間に配置されるスラスト軸受であり、ファンアセンブリ１２、昇圧機ロータ５０および低圧タービン２０によって生じる残留スラスト荷重をアースにギアボックスハウジング２０１を介して円滑に伝達する。この構成は、ファンアセンブリ１２、低圧タービン２０および昇圧圧縮機２２によって生じるスラスト荷重の平衡を保つために利用される２つのスラスト軸受のみを含むため、製造しやすい単純な逆回転昇圧圧縮機を提供し、より少ない軸受アセンブリを利用するため、ライフサイクルメンテナンスコストが減少する。
【００２０】
図７は、図１に示されるターボファンエンジンアセンブリ１０で利用することのできる別の昇圧圧縮機構成の拡大断面図である。この構成において、逆回転昇圧圧縮機２２はまた、例示的実施形態では２つの段５２を含む第１ロータ部分すなわちスプール５０と、例示的実施形態では３つの段６２を含む第２ロータ部分すなわちスプール６０とを含む。この構成において、第１ロータ部分５０はコーン１２２を使用してファンアセンブリ１２に連結され、ファンアセンブリ１２は延長軸２０２を使用して軸３１に連結され、第２ロータ部分６０はコーン３００を利用してギアボックスの第１出力端１１１に連結される。さらに、ターボファンエンジンアセンブリ１０は、複数の固定入口案内翼７０と、フレーム１５に連結される複数の固定出口案内翼７２とを含む。
【００２１】
より詳細には、この実施形態において、ターボファンエンジンアセンブリ１０は、コーン３００と延長軸２０２との間に配置される第１軸受アセンブリ３０２と、軸３１とフレーム１５との間に配置される第２軸受アセンブリ３０４とを含む。例示的実施形態において、軸受アセンブリ３０２および３０４はそれぞれ、ファンアセンブリ１２、昇圧機２２および低圧タービン２０によって生じるスラスト荷重の平衡を円滑に保つとともに、残留スラスト荷重をアースに円滑に伝達するスラスト軸受である。ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた軸受アセンブリ３０６と軸受アセンブリ３０８を含み、それぞれ第２ロータ部分６０の回転支持を円滑に提供する。したがって、軸受アセンブリ３０６および３０８は、第２ロータ部分６０を第１ロータ部分５０に対して比較的固定した半径方向位置に円滑に維持する。この実施形態において、軸３１、ひいては低圧タービン２０はギアボックスの入力端１１０に連結されて、ギアボックス１００を駆動する。さらに、軸３１はファンアセンブリ１２と第１ロータ部分５０に直接連結される。その結果、ギアボックス１００は、コーン３００を介して第２ロータ部分６０を駆動するために利用される１つの出力端、すなわち第１出力端１１１を含む。
【００２２】
図８は、図１に示されるターボファンエンジンアセンブリ１０で利用することのできる別の昇圧圧縮機構成の拡大断面図である。この構成は、図７に描かれた構成とほぼ同様である。しかしながら、この構成において、逆回転昇圧圧縮機２２は、例示的実施形態では２つの段５２を含む第１ロータ部分すなわちスプール５０と、例示的実施形態では３つの段６２を含む第２ロータ部分すなわちスプール６０とを含む。この構成において、第１ロータ部分５０は、コーン３００を使用してギアボックス１００に連結される。さらに、第２ロータ部分６０はコーン１２２を使用してファンアセンブリ１２に連結され、ファンアセンブリ１２は延長軸２０２を使用して軸３１に連結され、第２ロータ部分６０はコーン３００を利用してギアボックスの第１出力端１１１に連結される。そのため、ギアボックス１００は昇圧圧縮機２２の半径方向内側部分、すなわち第１ロータ部分５０を駆動するために利用され、低圧タービン２０はファンアセンブリ１２と昇圧圧縮機２２の半径方向外側部分、すなわち第２ロータ部分６０を駆動するために利用される。
【００２３】
図９は、図１に示されるターボファンエンジンアセンブリ１０で利用することのできる別の例示的な昇圧圧縮機構成を単純化した概略図である。この構成において、逆回転昇圧圧縮機２２は、例示的実施形態では２つの段５２を含む第１ロータ部分すなわちスプール５０と、例示的実施形態では段５２と互いに噛み合う２つの段６２を含む第２ロータ部分すなわちスプール６０とを含む。この構成において、第１ロータ部分５０はコーン１２２を使用してファンアセンブリ１２に連結され、ファンアセンブリ１２は延長軸２０２を使用して軸３１に連結される。さらに、第２ロータ部分６０はコーン３００を使用してギアボックス１００に連結される。そのため、ギアボックス１００は昇圧圧縮機２２の半径方向外側部分、すなわち第２ロータ部分６０を駆動するために利用され、低圧タービン２０はファンアセンブリ１２と昇圧圧縮機２２の半径方向内側部分、すなわち第１ロータ部分５０を駆動するために利用される。図のように、入口案内翼７０および出口案内翼７２は、フレーム１５に連結される固定案内翼である。さらに、この実施形態において、第１ロータ部分５０の第１段４００は第２ロータ部分６０の第１段４０２の上流に配置される。
【００２４】
図１０は、図１に示されるターボファンエンジンアセンブリ１０で利用することのできる別の例示的な昇圧圧縮機構成を単純化した概略図である。この構成において、逆回転昇圧圧縮機２２は、例示的実施形態では２つの段５２を含む第１ロータ部分すなわちスプール５０と、例示的実施形態では段５２と互いに噛み合う３つの段６２を含む第２ロータ部分すなわちスプール６０とを含む。この構成において、第１ロータ部分５０はコーン１２２を使用してファンアセンブリ１２に連結され、ファンアセンブリ１２は延長軸２０２を使用して軸３１に連結される。さらに、第２ロータ部分６０は、コーン３００を使用してギアボックス１００に連結される。そのため、ギアボックス１００は昇圧圧縮機２２の半径方向外側部分、すなわち第２ロータ部分６０を駆動するために利用され、低圧タービン２０はファンアセンブリ１２と昇圧圧縮機２２の半径方向内側部分、すなわち第１ロータ部分５０を駆動するために利用される。さらに、この実施形態において、第２ロータ部分６０の第１段５００は第１ロータ部分５０の第１段５０２の上流に配置される。加えて、この実施形態において、第１段５００が回転可能で入口案内翼として機能する一方、出口案内翼７２はフレーム１５に連結されたままで、それ自体は固定されたままである。
【００２５】
図１１は、図１に示されるターボファンエンジンアセンブリ１０で利用することのできる別の例示的な昇圧圧縮機構成を単純化した概略図である。この構成において、逆回転昇圧圧縮機２２は、例示的実施形態では２つの段５２を含む第１ロータ部分すなわちスプール５０と、例示的実施形態では段５２と互いに噛み合う２つの段６２を含む第２ロータ部分すなわちスプール６０とを含む。この構成において、第２ロータ部分６０はコーン１２２を使用してファンアセンブリ１２に連結され、ファンアセンブリ１２は延長軸２０２を使用して軸３１に連結される。さらに、第１ロータ部分５０は、コーン３００を使用してギアボックス１００に連結される。そのため、ギアボックス１００は昇圧圧縮機２２の半径方向内側部分、すなわち第１ロータ部分５０を駆動するために利用され、低圧タービン２０はファンアセンブリ１２と昇圧圧縮機２２の半径方向外側部分、すなわち第２ロータ部分６０を駆動するために利用される。図のように、入口案内翼７０および出口案内翼７２は、フレーム１５に連結される固定案内翼である。さらに、この実施形態において、第２ロータ部分６０の第１段６００は第１ロータ部分５０の第１段６０２の上流に配置される。
【００２６】
ここで説明されたターボファンエンジンアセンブリを組み立てるための方法は、高圧圧縮機、燃焼器およびタービンを有するコアガスタービンエンジンを用意し、第１方向に回転するように構成された第１ロータ部分および反対の第２方向に回転するように構成された第２ロータ部分を有する逆回転昇圧圧縮機を該コアガスタービンエンジンに連結し、ギアボックスを該第１および第２ロータ部分の少なくとも一方に連結し、低圧タービンを該ギアボックスに連結して、該ギアボックスを該低圧タービンによって駆動する。
【００２７】
ここで説明されたターボファンエンジンアセンブリは、単段ファンアセンブリと、低圧タービンと、逆回転昇圧圧縮機とを含む。そのため、ここで説明されたターボファンエンジンアセンブリは、該逆回転昇圧圧縮機を駆動するための複数の構成を含む。詳細には、例示的なターボファンエンジンアセンブリはギア式逆回転昇圧機を含み、各々が互いに噛み合って逆回転昇圧機を形成する複数の羽根を有する、回転する半径方向外側部分と回転する半径方向内側部分とを含む。
【００２８】
昇圧圧縮機による大幅な圧力上昇を維持しながら、昇圧機の段数を円滑に削減するために、説明された昇圧圧縮機は、ギアボックスによって、または低圧タービンから直接駆動することのできる回転内側部分を含んでおり、該昇圧圧縮機の第２の回転部分もまた該ギアボックスによって駆動することができる。そのため、ここで説明されたさまざまなギア式昇圧圧縮機構成はそれぞれ、高圧圧縮機にさらなる段を追加せずに、ファン圧力比が低く、バイパス比が高いという最大性能を達成するターボファンエンジンアセンブリを円滑に提供するため、コアガスタービンエンジンのサイズおよびコストが減少する。
【００２９】
本発明をさまざまな特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明が請求項の精神および範囲内で修正を加えて実施可能であることは当業者には理解できるであろう。
【符号の説明】
【００３０】
１０ ターボファンエンジンアセンブリ
１１ 長手方向軸
１２ ファンアセンブリ
１３ コアガスタービンエンジン
１４ 高圧圧縮機
１５ ファンフレーム
１６ 燃焼器
１８ 高圧タービン
２０ 低圧タービン
２２ 多段昇圧圧縮機
２４ ファン羽根
２６ ファンのロータディスク
２８ 吸気側
３０ 排気側
３１ 駆動軸
３２ 第２の駆動軸
５０ 第１ロータ部分すなわち昇圧圧縮機のスプール
５２ 段
５４ 個別ディスク
５６ 羽根
６０ 第２ロータ部分すなわちスプール
６２ 段
６４ 個別ディスク
６６ 羽根
７０ 第２ロータ部分の第１段すなわち入口案内翼
７２ 出口案内翼
１００ ギアボックス
１０１ ギアボックスハウジング
１１０ ギアボックスの入力端
１１１ ギアボックスの第１出力端
１１２ ギアボックスの第２出力端
１２０ コーン
１２１ 延長軸
１２２ コーン
１３０ スラスト軸受（第１軸受アセンブリ）
１４０ 第２軸受アセンブリ
１５０ 第３軸受アセンブリ
１６０ 遊星ギア
１６２ 第１ギア部分
１６３ 第１の直径
１６４ 第２ギア部分
１６５ 第２の直径
２０２ 延長軸
２０４ コーン
２１０ スラスト軸受
２２０ ころ軸受
３００ コーン
３０２ 第１軸受アセンブリ
３０４ 第２軸受アセンブリ
３０６ 軸受アセンブリ
３０８ 軸受アセンブリ
４００ 第１段
４０２ 第１段
５００ 第１段
５０２ 第１段
６００ 第１段
６０２ 第１段
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してガスタービンエンジンに関し、より詳細には、逆回転昇圧圧縮機を含むターボファンエンジンアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくともいくつかの既知のターボファンエンジンアセンブリは、ファンアセンブリと、コアガスタービンエンジンと、低圧または出力タービンとを含む。該コアガスタービンエンジンは、直流関係で連結される、少なくとも１つの圧縮機と、燃焼器と、高圧タービンとを含む。さらに、少なくとも１つの既知のターボファンエンジンアセンブリは、該ファンアセンブリと該コアガスタービンエンジンとの間に配置される昇圧機を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７，１８６，０７３号公報
【特許文献２】米国特許第６，７６３，６５４号公報
【特許文献３】米国特許第６，７６３，６５３号公報
【特許文献４】米国特許第６，７６３，６５２号公報
【特許文献５】米国特許第６，７３９，１２０号公報
【特許文献６】米国特許第６，６８４，６２６号公報
【特許文献７】米国特許第６，３３９，９２７号公報
【特許文献８】米国特許第４，８２７，７１２号公報
【特許文献９】米国特許第４，７９０，１３３号公報
【特許文献１０】米国特許第４，７５１，８１６号公報
【発明の概要】
【０００４】
ターボファンエンジンアセンブリの効率を向上させるためには、ファンアセンブリを比較的低速で運転してファンの効率を高めるとともに、高圧タービンを比較的高速で運転して高圧タービンの効率を高めることが望ましい。しかしながら、ファンアセンブリを比較的低速で運転することは昇圧機の運転に支障を来たす可能性がある。そのため、昇圧機を最高効率で円滑に運転するためには、昇圧機にさらなる段が必要となり、ターボファンエンジンの総コストや設計の複雑さが増大する可能性がある。
【０００５】
一態様において、ターボファンエンジンアセンブリが提供される。該ターボファンエンジンアセンブリは、高圧圧縮機、燃焼器およびタービンを有するコアガスタービンエンジンを含む。該ターボファンエンジンアセンブリはまた、該コアガスタービンエンジンに連結された低圧タービンと、第１方向に回転するように構成された第１ロータ部分および反対の第２方向に回転するように構成された第２ロータ部分を有する逆回転昇圧圧縮機と、該低圧タービンに連結された入力端と該第１および第２ロータ部分の少なくとも一方に連結された出力端を有するギアボックスとを含む。
【０００６】
またここでは、ターボファンエンジンの組立方法が開示される。該方法は、高圧圧縮機、燃焼器およびタービンを有するコアガスタービンエンジンを用意し、第１方向に回転するように構成された第１ロータ部分および反対の第２方向に回転するように構成された第２ロータ部分を有する逆回転昇圧圧縮機を該コアガスタービンエンジンに連結し、ギアボックスを該第１および第２ロータ部分の少なくとも一方に連結し、低圧タービンを該ギアボックスに連結して、該ギアボックスを該低圧タービンによって駆動する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ギア駆動昇圧機を含む例示的なターボファンエンジンアセンブリの一部分の断面図である。
【図２】図１に示されるターボファンエンジンアセンブリで利用することのできる例示的な昇圧機構成の拡大断面図である。
【図３】図２に示されるギアボックスの一部分の断面図である。
【図４】図２に示されるギアボックスの端面図である。
【図５】図１に示されるターボファンエンジンアセンブリで利用することのできる例示的な昇圧機構成の拡大断面図である。
【図６】図１に示されるターボファンエンジンアセンブリで利用することのできる例示的な昇圧機構成の拡大断面図である。
【図７】図１に示されるターボファンエンジンアセンブリで利用することのできる例示的な昇圧機構成の拡大断面図である。
【図８】図１に示されるターボファンエンジンアセンブリで利用することのできる例示的な昇圧機構成の拡大断面図である。
【図９】図１に示されるターボファンエンジンアセンブリで利用することのできる例示的な昇圧機構成を単純化した概略図である。
【図１０】図１に示されるターボファンエンジンアセンブリで利用することのできる例示的な昇圧機構成を単純化した概略図である。
【図１１】図１に示されるターボファンエンジンアセンブリで利用することのできる例示的な昇圧機構成を単純化した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、長手方向軸１１を有する例示的なターボファンエンジンアセンブリ１０の概略図である。ターボファンエンジンアセンブリ１０は、ファンアセンブリ１２と、ファンアセンブリ１２の下流に配置されるコアガスタービンエンジン１３と、該コアガスタービンエンジンの下流に配置される低圧タービン２０とを含む。該コアガスタービンエンジンは、高圧圧縮機１４と、燃焼器１６と、高圧タービン１８とを含む。例示的実施形態において、ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた、多段昇圧圧縮機２２を含む。
【０００９】
ファンアセンブリ１２は、ロータディスク２６から半径方向外方に延在するファン羽根２４の配列を含む。ターボファンエンジンアセンブリ１０は、吸気側２８と排気側３０を有する。高圧圧縮機１４と高圧タービン１８は、第２の駆動軸３２によって連結される。
【００１０】
図２は、図１に示されるターボファンエンジンアセンブリ１０で利用することのできる第１の昇圧圧縮機構成の拡大断面図である。図２に示されるように、昇圧機２２は第１ロータ部分すなわちスプール５０を含む逆回転昇圧圧縮機２２であり、例示的実施形態では、各々が個別ディスク５４と個別ディスク５４にそれぞれ連結された複数の羽根５６を有する２つの段５２を含む。逆回転昇圧圧縮機２２はまた第２ロータ部分すなわちスプール６０を含み、例示的実施形態では、各々が個別ディスク６４と個別ディスク６４にそれぞれ連結された複数の羽根６６を有する３つの段６２を含む。例示的実施形態において、第２ロータ部分６０の第１段７０は回転入口案内翼（ＩＧＶ）として機能して、圧縮機２２の下流のターボファンエンジンアセンブリ１０に入るように空気流を円滑に導き、複数の固定羽根７２は出口案内翼（ＯＧＶ）として機能する。昇圧圧縮機２２は５つの段のみを有するように示されるが、昇圧圧縮機２２が任意の段数の動翼を有してもよいことを理解されたい。
【００１１】
例示的実施形態において、ターボファンエンジンアセンブリはまた、ギアボックスハウジング１０１を有するギアボックス１００を含む。ギアボックス１００はデュアル出力ギアボックスであり、入力端１１０と、第１出力端１１１と、第２ロータ部分６０に連結される第２出力端１１２とを含む。例示的実施形態において、入力端１１０は軸３１に連結されて、軸３１によって駆動される。第１ロータ部分５０はコーン１２２を使用してファンアセンブリ１２に連結され、ファンアセンブリ１２は延長軸１２１を使用してギアボックスの第１出力端１１１に連結される。第２ロータ部分６０は、コーン１２０を利用してギアボックスの第２出力端１１２に連結される。一実施形態において、ギアボックス１００は約２．０〜１のギア比を有しており、ファンアセンブリ１２と第１ロータ部分５０はそれぞれ第２ロータ部分６０の回転速度の約１／２の回転速度で回転する。別の実施形態において、ファンアセンブリ１２と第１ロータ部分５０はそれぞれ第２ロータ部分６０の回転速度の約２倍の回転速度で回転する。別の例示的実施形態において、ギアボックス１００は、ファンアセンブリ１２と第１ロータ部分５０がそれぞれ第２ロータ部分６０の回転速度の約０．６７〜約２．１倍の回転速度で回転するようなギア比を有する。
【００１２】
ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた第１軸受アセンブリ１３０を含み、例示的実施形態では、ギアボックスハウジング１０１とファンディスク２６との間に配置されて、ファンアセンブリ１２によって生じるスラスト荷重をアース、すなわちファンフレーム１５に円滑に伝達するスラスト軸受である。ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた第２軸受アセンブリ１４０を含み、例示的実施形態では、第２ロータ部分６０によって生じるスラスト荷重をアース、すなわちファンフレーム１５に円滑に伝達するように配置されるスラスト軸受である。ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた第３軸受アセンブリ１５０を含み、例示的実施形態では、駆動軸３１とギアボックスハウジング１０１との間に配置されて、低圧タービン２０によって生じるスラスト荷重のアースに対する平衡を円滑に保つスラスト軸受である。それにより、ギアボックスハウジング１０１は、スラスト軸受１３０、１４０および１５０をギアボックスのギアリングとは関係なくアースに結合する。
【００１３】
図３は、図２に示されるギアボックス１００の断面図である。図４は、図２に示されるギアボックス１００の端面図である。ここで前述したように、ギアボックス１００はターボファンエンジンアセンブリ１０の固定部品、図２に示されるように、例えばコアタービンエンジン１３のフレーム１５に連結される。例示的実施形態において、ギアボックス１００は略トロイダル断面形状を有する遊星ギアボックスであって、ギアボックス１００は駆動軸３１を実質的に囲む。ギアボックス１００は、協働して差動速度を生成する一連の遊星ギア１６０を含む。より詳細には、各遊星ギア１６０は、第１の直径１６３を有する第１ギア部分１６２と、第１の直径よりも大きな第２の直径１６５を有する第２ギア部分１６４とを含む。例示的実施形態において、第１および第２ギア部分１６２および１６４は一体に形成されて、ギア１６０が単一構造となる。任意的には、第１および第２ギア部分１６２および１６４は別個に形成され、例えば締結具、溶接技術またはろう付け技術を用いて連結される。
【００１４】
組み立ての際、ファンアセンブリ１２と第１ロータ部分５０は延長軸１２１を介して第１ギア部分１６２に係合し、第２ロータ部分６０はコーン１２０を介して第１ギア部分１６２に係合する。より詳細には、図４に示されるように、延長軸１２１は第１ギア部分１６２の半径方向内側に係合し、コーン１２０は第１ギア部分１６２の半径方向外側に係合して、コーン１２０と延長軸１２１はそれぞれ反対方向に回転する。
【００１５】
ここで説明されたターボファンエンジンアセンブリの各々は、遊星ギアボックスに連結される逆回転（ＣＲ）昇圧圧縮機を含んでいて、エンジンの最高効率を達成するような速度で昇圧圧縮機の各ロータ部分を運転することが可能になる。この実施形態において、ターボファンエンジンアセンブリは、ファンアセンブリと逆回転昇圧圧縮機を含んでおり、各々が低圧タービンによって駆動されるギアボックスによって駆動される。より詳細には、逆回転昇圧機は、ファンアセンブリと同じ速度で回転する段２および４、さらにファン速度以上にもなり得る速度で逆回転する段１、３および５を有する。この構成により、比較的少ない数の段を利用して昇圧圧縮機内に大幅な圧力上昇を生じさせることが可能になる。
【００１６】
図５は、図１に示されるターボファンエンジンアセンブリ１０で利用することのできる別の昇圧圧縮機構成の拡大断面図である。この構成において、逆回転昇圧圧縮機はまた、例示的実施形態では２つの段５２を含む第１ロータ部分すなわちスプール５０と、例示的実施形態では３つの段６２を含む第２ロータ部分すなわちスプール６０とを含む。この構成において、第２ロータ部分６０は、図２に示されるように、コーン１２０を利用してギアボックスの第２出力端１１２に連結される。しかしながら、この構成において、ファンアセンブリ１２は延長軸２０２を介して軸３１に直接連結されて、低圧タービン２０（図１に示される）がファンアセンブリ１２を駆動する。さらに、図２に示されるように、昇圧機２２をファンアセンブリ１２に連結するというよりも、昇圧機２２はコーン２０４を利用してギアボックスの第１出力端１１１に連結される。
【００１７】
そのようにして、この構成では、ターボファンエンジンアセンブリ１０は、延長軸２０２とコーン２０４との間に配置されるスラスト軸受２１０を含み、ファンアセンブリ１２と昇圧圧縮機のスプール５０によって生じるスラスト荷重の平衡を円滑に保つ。ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた、コーン２０４とコーン１２０との間に配置されて、コーン２０４の半径方向支持を円滑に提供するころ軸受２２０を含む。この構成において、ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた第２軸受アセンブリ１４０を含み、例示的実施形態では、第２ロータ部分６０によって生じるスラスト荷重をアース、すなわちファンフレーム１５に円滑に伝達するように配置されるスラスト軸受である。ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた第３軸受アセンブリ１５０を含み、例示的実施形態では、駆動軸３１とギアボックス１００との間に配置されて、ファンアセンブリ１２、昇圧機ロータ５０および低圧タービン２０によって生じる残留スラスト荷重をアースにギアボックスハウジング１０１を介して円滑に伝達するスラスト軸受である。
【００１８】
図６は、図１に示されるターボファンエンジンアセンブリ１０で利用することのできる別の昇圧圧縮機構成の拡大断面図である。この構成において、逆回転昇圧圧縮機２２はまた、例示的実施形態では２つの段５２を含む第１ロータ部分すなわちスプール５０と、例示的実施形態では３つの段６２を含む第２ロータ部分すなわちスプール６０とを含む。この構成において、第１ロータ部分５０はコーン１２２を使用してファンアセンブリ１２に連結され、ファンアセンブリ１２は延長軸２０２を介して軸３１に連結されて、低圧タービン２０（図１に示される）がファンアセンブリ１２と昇圧機ロータ５０を駆動するとともに、軸３１がギアボックス１００を駆動する。さらに、第２ロータ部分６０はギアボックスの出力端１１２に連結される。
【００１９】
この構成において、ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた第２軸受アセンブリ１４０を含み、例示的実施形態では、第２ロータ部分６０によって生じる残留スラスト荷重をアース、すなわちファンフレーム１５に円滑に伝達するように配置されるスラスト軸受である。ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた第３軸受アセンブリ１５０を含み、例示的実施形態では、駆動軸３１とギアボックス１００との間に配置されるスラスト軸受であり、ファンアセンブリ１２、昇圧機ロータ５０および低圧タービン２０によって生じる残留スラスト荷重をアースにギアボックスハウジング２０１を介して円滑に伝達する。この構成は、ファンアセンブリ１２、低圧タービン２０および昇圧圧縮機２２によって生じるスラスト荷重の平衡を保つために利用される２つのスラスト軸受のみを含むため、製造しやすい単純な逆回転昇圧圧縮機を提供し、より少ない軸受アセンブリを利用するため、ライフサイクルメンテナンスコストが減少する。
【００２０】
図７は、図１に示されるターボファンエンジンアセンブリ１０で利用することのできる別の昇圧圧縮機構成の拡大断面図である。この構成において、逆回転昇圧圧縮機２２はまた、例示的実施形態では２つの段５２を含む第１ロータ部分すなわちスプール５０と、例示的実施形態では３つの段６２を含む第２ロータ部分すなわちスプール６０とを含む。この構成において、第１ロータ部分５０はコーン１２２を使用してファンアセンブリ１２に連結され、ファンアセンブリ１２は延長軸２０２を使用して軸３１に連結され、第２ロータ部分６０はコーン３００を利用してギアボックスの第１出力端１１１に連結される。さらに、ターボファンエンジンアセンブリ１０は、複数の固定入口案内翼７０と、フレーム１５に連結される複数の固定出口案内翼７２とを含む。
【００２１】
より詳細には、この実施形態において、ターボファンエンジンアセンブリ１０は、コーン３００と延長軸２０２との間に配置される第１軸受アセンブリ３０２と、軸３１とフレーム１５との間に配置される第２軸受アセンブリ３０４とを含む。例示的実施形態において、軸受アセンブリ３０２および３０４はそれぞれ、ファンアセンブリ１２、昇圧機２２および低圧タービン２０によって生じるスラスト荷重の平衡を円滑に保つとともに、残留スラスト荷重をアースに円滑に伝達するスラスト軸受である。ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた軸受アセンブリ３０６と軸受アセンブリ３０８を含み、それぞれ第２ロータ部分６０の回転支持を円滑に提供する。したがって、軸受アセンブリ３０６および３０８は、第２ロータ部分６０を第１ロータ部分５０に対して比較的固定した半径方向位置に円滑に維持する。この実施形態において、軸３１、ひいては低圧タービン２０はギアボックスの入力端１１０に連結されて、ギアボックス１００を駆動する。さらに、軸３１はファンアセンブリ１２と第１ロータ部分５０に直接連結される。その結果、ギアボックス１００は、コーン３００を介して第２ロータ部分６０を駆動するために利用される１つの出力端、すなわち第１出力端１１１を含む。
【００２２】
図８は、図１に示されるターボファンエンジンアセンブリ１０で利用することのできる別の昇圧圧縮機構成の拡大断面図である。この構成は、図７に描かれた構成とほぼ同様である。しかしながら、この構成において、逆回転昇圧圧縮機２２は、例示的実施形態では２つの段５２を含む第１ロータ部分すなわちスプール５０と、例示的実施形態では３つの段６２を含む第２ロータ部分すなわちスプール６０とを含む。この構成において、第１ロータ部分５０は、コーン３００を使用してギアボックス１００に連結される。さらに、第２ロータ部分６０はコーン１２２を使用してファンアセンブリ１２に連結され、ファンアセンブリ１２は延長軸２０２を使用して軸３１に連結され、第２ロータ部分６０はコーン３００を利用してギアボックスの第１出力端１１１に連結される。そのため、ギアボックス１００は昇圧圧縮機２２の半径方向内側部分、すなわち第１ロータ部分５０を駆動するために利用され、低圧タービン２０はファンアセンブリ１２と昇圧圧縮機２２の半径方向外側部分、すなわち第２ロータ部分６０を駆動するために利用される。
【００２３】
図９は、図１に示されるターボファンエンジンアセンブリ１０で利用することのできる別の例示的な昇圧圧縮機構成を単純化した概略図である。この構成において、逆回転昇圧圧縮機２２は、例示的実施形態では２つの段５２を含む第１ロータ部分すなわちスプール５０と、例示的実施形態では段５２と互いに噛み合う２つの段６２を含む第２ロータ部分すなわちスプール６０とを含む。この構成において、第１ロータ部分５０はコーン１２２を使用してファンアセンブリ１２に連結され、ファンアセンブリ１２は延長軸２０２を使用して軸３１に連結される。さらに、第２ロータ部分６０はコーン３００を使用してギアボックス１００に連結される。そのため、ギアボックス１００は昇圧圧縮機２２の半径方向外側部分、すなわち第２ロータ部分６０を駆動するために利用され、低圧タービン２０はファンアセンブリ１２と昇圧圧縮機２２の半径方向内側部分、すなわち第１ロータ部分５０を駆動するために利用される。図のように、入口案内翼７０および出口案内翼７２は、フレーム１５に連結される固定案内翼である。さらに、この実施形態において、第１ロータ部分５０の第１段４００は第２ロータ部分６０の第１段４０２の上流に配置される。
【００２４】
図１０は、図１に示されるターボファンエンジンアセンブリ１０で利用することのできる別の例示的な昇圧圧縮機構成を単純化した概略図である。この構成において、逆回転昇圧圧縮機２２は、例示的実施形態では２つの段５２を含む第１ロータ部分すなわちスプール５０と、例示的実施形態では段５２と互いに噛み合う３つの段６２を含む第２ロータ部分すなわちスプール６０とを含む。この構成において、第１ロータ部分５０はコーン１２２を使用してファンアセンブリ１２に連結され、ファンアセンブリ１２は延長軸２０２を使用して軸３１に連結される。さらに、第２ロータ部分６０は、コーン３００を使用してギアボックス１００に連結される。そのため、ギアボックス１００は昇圧圧縮機２２の半径方向外側部分、すなわち第２ロータ部分６０を駆動するために利用され、低圧タービン２０はファンアセンブリ１２と昇圧圧縮機２２の半径方向内側部分、すなわち第１ロータ部分５０を駆動するために利用される。さらに、この実施形態において、第２ロータ部分６０の第１段５００は第１ロータ部分５０の第１段５０２の上流に配置される。加えて、この実施形態において、第１段５００が回転可能で入口案内翼として機能する一方、出口案内翼７２はフレーム１５に連結されたままで、それ自体は固定されたままである。
【００２５】
図１１は、図１に示されるターボファンエンジンアセンブリ１０で利用することのできる別の例示的な昇圧圧縮機構成を単純化した概略図である。この構成において、逆回転昇圧圧縮機２２は、例示的実施形態では２つの段５２を含む第１ロータ部分すなわちスプール５０と、例示的実施形態では段５２と互いに噛み合う２つの段６２を含む第２ロータ部分すなわちスプール６０とを含む。この構成において、第２ロータ部分６０はコーン１２２を使用してファンアセンブリ１２に連結され、ファンアセンブリ１２は延長軸２０２を使用して軸３１に連結される。さらに、第１ロータ部分５０は、コーン３００を使用してギアボックス１００に連結される。そのため、ギアボックス１００は昇圧圧縮機２２の半径方向内側部分、すなわち第１ロータ部分５０を駆動するために利用され、低圧タービン２０はファンアセンブリ１２と昇圧圧縮機２２の半径方向外側部分、すなわち第２ロータ部分６０を駆動するために利用される。図のように、入口案内翼７０および出口案内翼７２は、フレーム１５に連結される固定案内翼である。さらに、この実施形態において、第２ロータ部分６０の第１段６００は第１ロータ部分５０の第１段６０２の上流に配置される。
【００２６】
ここで説明されたターボファンエンジンアセンブリを組み立てるための方法は、高圧圧縮機、燃焼器およびタービンを有するコアガスタービンエンジンを用意し、第１方向に回転するように構成された第１ロータ部分および反対の第２方向に回転するように構成された第２ロータ部分を有する逆回転昇圧圧縮機を該コアガスタービンエンジンに連結し、ギアボックスを該第１および第２ロータ部分の少なくとも一方に連結し、低圧タービンを該ギアボックスに連結して、該ギアボックスを該低圧タービンによって駆動する。
【００２７】
ここで説明されたターボファンエンジンアセンブリは、単段ファンアセンブリと、低圧タービンと、逆回転昇圧圧縮機とを含む。そのため、ここで説明されたターボファンエンジンアセンブリは、該逆回転昇圧圧縮機を駆動するための複数の構成を含む。詳細には、例示的なターボファンエンジンアセンブリはギア式逆回転昇圧機を含み、各々が互いに噛み合って逆回転昇圧機を形成する複数の羽根を有する、回転する半径方向外側部分と回転する半径方向内側部分とを含む。
【００２８】
昇圧圧縮機による大幅な圧力上昇を維持しながら、昇圧機の段数を円滑に削減するために、説明された昇圧圧縮機は、ギアボックスによって、または低圧タービンから直接駆動することのできる回転内側部分を含んでおり、該昇圧圧縮機の第２の回転部分もまた該ギアボックスによって駆動することができる。そのため、ここで説明されたさまざまなギア式昇圧圧縮機構成はそれぞれ、高圧圧縮機にさらなる段を追加せずに、ファン圧力比が低く、バイパス比が高いという最大性能を達成するターボファンエンジンアセンブリを円滑に提供するため、コアガスタービンエンジンのサイズおよびコストが減少する。
【００２９】
本発明をさまざまな特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明が請求項の精神および範囲内で修正を加えて実施可能であることは当業者には理解できるであろう。
【符号の説明】
【００３０】
１０ ターボファンエンジンアセンブリ
１１ 長手方向軸
１２ ファンアセンブリ
１３ コアガスタービンエンジン
１４ 高圧圧縮機
１５ ファンフレーム
１６ 燃焼器
１８ 高圧タービン
２０ 低圧タービン
２２ 多段昇圧圧縮機
２４ ファン羽根
２６ ファンのロータディスク
２８ 吸気側
３０ 排気側
３１ 駆動軸
３２ 第２の駆動軸
５０ 第１ロータ部分すなわち昇圧圧縮機のスプール
５２ 段
５４ 個別ディスク
５６ 羽根
６０ 第２ロータ部分すなわちスプール
６２ 段
６４ 個別ディスク
６６ 羽根
７０ 第２ロータ部分の第１段すなわち入口案内翼
７２ 出口案内翼
１００ ギアボックス
１０１ ギアボックスハウジング
１１０ ギアボックスの入力端
１１１ ギアボックスの第１出力端
１１２ ギアボックスの第２出力端
１２０ コーン
１２１ 延長軸
１２２ コーン
１３０ スラスト軸受（第１軸受アセンブリ）
１４０ 第２軸受アセンブリ
１５０ 第３軸受アセンブリ
１６０ 遊星ギア
１６２ 第１ギア部分
１６３ 第１の直径
１６４ 第２ギア部分
１６５ 第２の直径
２０２ 延長軸
２０４ コーン
２１０ スラスト軸受
２２０ ころ軸受
３００ コーン
３０２ 第１軸受アセンブリ
３０４ 第２軸受アセンブリ
３０６ 軸受アセンブリ
３０８ 軸受アセンブリ
４００ 第１段
４０２ 第１段
５００ 第１段
５０２ 第１段
６００ 第１段
６０２ 第１段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファンアセンブリと、
高圧圧縮機、燃焼器、および高圧タービンを有するコアガスタービンエンジンと、
前記コアガスタービンエンジンに連結された低圧タービンと、
第１方向に回転するように構成された第１ロータ部分、および反対の第２方向に回転するように構成された第２ロータ部分を有する逆回転昇圧圧縮機と、
前記低圧タービン、前記第１ロータ部分、前記第２ロータ部分、および前記ファンアセンブリに連結されたギアを備えたギアボックスと、
を備え、
前記第１ロータ部分、前記第２ロータ部分、および前記ファンアセンブリが、前記ギアボックスの前記ギアの出力を介して前記低圧タービンによって駆動される、
ターボファンエンジンアセンブリ。
【請求項２】
前記低圧タービンに連結された駆動軸をさらに備え、前記ギアボックスが前記駆動軸と前記第１ロータ部分との間に連結されて、前記第１ロータ部分が前記低圧タービンの回転速度と異なる回転速度で回転する、請求項１に記載のターボファンエンジンアセンブリ。
【請求項３】
前記低圧タービンに連結された駆動軸をさらに備え、前記ギアボックスが前記駆動軸と前記第２ロータ部分との間に連結されて、前記第２ロータ部分が前記低圧タービンの回転速度と異なる回転速度で回転する、請求項１に記載のターボファンエンジンアセンブリ。
【請求項４】
前記ファンアセンブリが前記ギアボックスに連結され、前記ファンアセンブリが前記低圧タービンの回転速度と異なる回転速度で回転する、請求項１に記載のターボファンエンジンアセンブリ。
【請求項５】
前記低圧タービンと前記ファンアセンブリとの間に連結されたスラスト軸受アセンブリをさらに備え、前記低圧タービンと前記ファンアセンブリによって生じるスラスト荷重を円滑に吸収するとともに、残留スラスト荷重をアースに円滑に伝達する、請求項１に記載のターボファンエンジンアセンブリ。
【請求項６】
前記ギアボックスが略トロイダル断面形状を有する遊星ギアボックスであり、駆動軸を実質的に囲む、請求項１に記載のターボファンエンジンアセンブリ。
【請求項７】
前記第２ロータ部分は前記ギアボックスに連結されて、前記第２ロータ部分がファンアセンブリの回転方向と反対の方向に回転する、請求項１に記載のターボファンエンジンアセンブリ。
【請求項８】
前記ギアボックスは、各々が第１の直径を有する第１ギア部分および第２の異なる直径を有する第２ギア部分からなる複数のギアと、前記第１ギア部分に連結された前記第１ロータ部分と、前記第２ギア部分に連結された前記第２ロータ部分とを有しており、前記第１ロータ部分が第１回転速度で回転するとともに、前記第２ロータ部分が第１回転速度未満の回転速度で回転する、請求項１に記載のターボファンエンジンアセンブリ。
【請求項１】
ファンアセンブリと、
高圧圧縮機、燃焼器、および高圧タービンを有するコアガスタービンエンジンと、
前記コアガスタービンエンジンに連結された低圧タービンと、
第１方向に回転するように構成された第１ロータ部分、および反対の第２方向に回転するように構成された第２ロータ部分を有する逆回転昇圧圧縮機と、
前記低圧タービン、前記第１ロータ部分、前記第２ロータ部分、および前記ファンアセンブリに連結されたギアを備えたギアボックスと、
を備え、
前記第１ロータ部分、前記第２ロータ部分、および前記ファンアセンブリが、前記ギアボックスの前記ギアの出力を介して前記低圧タービンによって駆動される、
ターボファンエンジンアセンブリ。
【請求項２】
前記低圧タービンに連結された駆動軸をさらに備え、前記ギアボックスが前記駆動軸と前記第１ロータ部分との間に連結されて、前記第１ロータ部分が前記低圧タービンの回転速度と異なる回転速度で回転する、請求項１に記載のターボファンエンジンアセンブリ。
【請求項３】
前記低圧タービンに連結された駆動軸をさらに備え、前記ギアボックスが前記駆動軸と前記第２ロータ部分との間に連結されて、前記第２ロータ部分が前記低圧タービンの回転速度と異なる回転速度で回転する、請求項１に記載のターボファンエンジンアセンブリ。
【請求項４】
前記ファンアセンブリが前記ギアボックスに連結され、前記ファンアセンブリが前記低圧タービンの回転速度と異なる回転速度で回転する、請求項１に記載のターボファンエンジンアセンブリ。
【請求項５】
前記低圧タービンと前記ファンアセンブリとの間に連結されたスラスト軸受アセンブリをさらに備え、前記低圧タービンと前記ファンアセンブリによって生じるスラスト荷重を円滑に吸収するとともに、残留スラスト荷重をアースに円滑に伝達する、請求項１に記載のターボファンエンジンアセンブリ。
【請求項６】
前記ギアボックスが略トロイダル断面形状を有する遊星ギアボックスであり、駆動軸を実質的に囲む、請求項１に記載のターボファンエンジンアセンブリ。
【請求項７】
前記第２ロータ部分は前記ギアボックスに連結されて、前記第２ロータ部分がファンアセンブリの回転方向と反対の方向に回転する、請求項１に記載のターボファンエンジンアセンブリ。
【請求項８】
前記ギアボックスは、各々が第１の直径を有する第１ギア部分および第２の異なる直径を有する第２ギア部分からなる複数のギアと、前記第１ギア部分に連結された前記第１ロータ部分と、前記第２ギア部分に連結された前記第２ロータ部分とを有しており、前記第１ロータ部分が第１回転速度で回転するとともに、前記第２ロータ部分が第１回転速度未満の回転速度で回転する、請求項１に記載のターボファンエンジンアセンブリ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１３２４６９（Ｐ２０１２−１３２４６９Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−７１１１０（Ｐ２０１２−７１１１０）
【出願日】平成２４年３月２７日（２０１２．３．２７）
【分割の表示】特願２００７−２７８７１４（Ｐ２００７−２７８７１４）の分割
【原出願日】平成１９年１０月２６日（２００７．１０．２６）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月２７日（２０１２．３．２７）
【分割の表示】特願２００７−２７８７１４（Ｐ２００７−２７８７１４）の分割
【原出願日】平成１９年１０月２６日（２００７．１０．２６）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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