(57)【要約】【課題】  二軸型のガスタービンエンジンの低圧系シャフトおよび高圧系シャフトの振れ回りを簡単な構造で確実に防止する。【解決手段】  低圧系シャフト１５の軸方向中間部外周および高圧系シャフト１６の軸方向中間部内周間にスクイズフィルムダンパ４８を有する第３ベアリング３７を配置したので、低圧系シャフト１５の軸方向中間部および高圧系シャフト１６の軸方向中間部を第３ベアリング３７で相互に接続し、低圧系シャフト１５および高圧系シャフト１６の曲げ剛性を高めて振れ回りを抑制することで振動の発生を防止できるだけでなく、第３ベアリング３７のスクイズフィルムダンパ４８で低圧系シャフト１５および高圧系シャフト１６間の振動伝達を抑制し、ケーシング１２への振動伝達を最小限に抑えることができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧コンプレッサ（２２）および低圧タービン（３２）を支持する低圧系シャフト（１５）と、前記低圧系シャフト（１５）の軸方向中間部外周に嵌合して高圧コンプレッサ（２３）および高圧タービン（３１）を支持する高圧系シャフト（１６）と、前記低圧系シャフト（１５）の軸方向両端側をそれぞれケーシング（１２）に支持する前部第１ベアリング（１３）および後部第１ベアリング（１４）と、前記高圧系シャフト（１６）の軸方向両端側をそれぞれ前記ケーシング（１２）に支持する前部第２ベアリング（１７）および後部第２ベアリング（１８）とを備えるガスタービンエンジンであって、
前記低圧系シャフト（１５）の軸方向中間部外周および前記高圧系シャフト（１６）の軸方向中間部内周間にスクイズフィルムダンパ（４８）を有する第３ベアリング（３７）を配置したことを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項２】
前記高圧系シャフト（１６）は前記前部第２ベアリング（１７）および前記後部第２ベアリング（１８）の間で分割された前部高圧系シャフト（１６Ｆ）および後部高圧系シャフト（１６Ｒ）からなり、前記第３ベアリング（３７）は前記前部高圧系シャフト（１６Ｆ）および前記後部高圧系シャフト（１６Ｒ）の一方の内周に支持され、前記前部高圧系シャフト（１６Ｆ）および前記後部高圧系シャフト（１６Ｒ）は継ぎ手（４２，１６ｂ）より結合さ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧コンプレッサおよび低圧タービンを支持する低圧系シャフトと、前記低圧系シャフトの軸方向中間部外周に嵌合して高圧コンプレッサおよび高圧タービンを支持する高圧系シャフトと、前記低圧系シャフトの軸方向両端側をそれぞれケーシングに支持する前部第１ベアリングおよび後部第１ベアリングと、前記高圧系シャフトの軸方向両端側をそれぞれ前記ケーシングに支持する前部第２ベアリングおよび後部第２ベアリングとを備えるガスタービンエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
低圧コンプレッサおよび低圧タービンを支持する低圧系シャフトの外周に、高圧コンプレッサおよび高圧タービンを支持する高圧系シャフトを同軸に嵌合させた二軸型のガスタービンエンジンが、下記特許文献１により公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１５−５２０８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、かかる二軸型のガスタービンエンジンの低圧系シャフトおよび高圧系シャフトは何れも長軸であり、しかも低圧系シャフトは軸方向両端側の二カ所だけでベアリングによりケーシングに支持され、かつ高圧系シャフトは軸方向両端側の二カ所だけでベアリングによりケーシングに支持されているため、回転部分に重量アンバランスが発生すると低圧系シャフトや高圧系シャフトが振れ回りして振動が発生し、その振動が伝達されるケーシングを損傷させる可能性がある。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、二軸型のガスタービンエンジンの低圧系シャフトおよび高圧系シャフトの振れ回りを簡単な構造で確実に防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、低圧コンプレッサおよび低圧タービンを支持する低圧系シャフトと、前記低圧系シャフトの軸方向中間部外周に嵌合して高圧コンプレッサおよび高圧タービンを支持する高圧系シャフトと、前記低圧系シャフトの軸方向両端側をそれぞれケーシングに支持する前部第１ベアリングおよび後部第１ベアリングと、前記高圧系シャフトの軸方向両端側をそれぞれ前記ケーシングに支持する前部第２ベアリングおよび後部第２ベアリングとを備えるガスタービンエンジンであって、前記低圧系シャフトの軸方向中間部外周および前記高圧系シャフトの軸方向中間部内周間にスクイズフィルムダンパを有する第３ベアリングを配置したことを特徴とするガスタービンエンジンが提案される。
【０００７】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記高圧系シャフトは前記前部第２ベアリングおよび前記後部第２ベアリングの間で分割された前部高圧系シャフトおよび後部高圧系シャフトからなり、前記第３ベアリングは前記前部高圧系シャフトおよび前記後部高圧系シャフトの一方の内周に支持され、前記前部高圧系シャフトおよび前記後部高圧系シャフトは継ぎ手より結合されることを特徴とするガスタービンエンジンが提案される。
【０００８】
なお、実施の形態のインナーケーシング１２は本発明のケーシングに対応し、実施の形態の中間ベアリング３７は本発明の第３ベアリングに対応し、実施の形態の結合フランジ１６ｂおよびスプライン４２は本発明の継ぎ手に対応する。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の構成によれば、ガスタービンエンジンは、低圧コンプレッサおよび低圧タービンを支持する低圧系シャフトと、低圧系シャフトの軸方向中間部外周に嵌合して高圧コンプレッサおよび高圧タービンを支持する高圧系シャフトと、低圧系シャフトの軸方向両端側をそれぞれケーシングに支持する前部第１ベアリングおよび後部第１ベアリングと、高圧系シャフトの軸方向両端側をそれぞれケーシングに支持する前部第２ベアリングおよび後部第２ベアリングとを備える。低圧系シャフトの軸方向中間部外周および高圧系シャフトの軸方向中間部内周間にスクイズフィルムダンパを有する第３ベアリングを配置したので、低圧系シャフトの軸方向中間部および高圧系シャフトの軸方向中間部を第３ベアリングで相互に接続し、低圧系シャフトおよび高圧系シャフトの曲げ剛性を高めて振れ回りを抑制することで振動の発生を防止できるだけでなく、第３ベアリングのスクイズフィルムダンパで低圧系シャフトおよび高圧系シャフト間の振動伝達を抑制し、ケーシングへの振動伝達を最小限に抑えることができる。
【００１０】
また請求項２の構成によれば、高圧系シャフトは前部第２ベアリングおよび後部第２ベアリングの間で分割された前部高圧系シャフトおよび後部高圧系シャフトからなり、第３ベアリングは前部高圧系シャフトおよび後部高圧系シャフトの一方の内周に支持され、前部高圧系シャフトおよび後部高圧系シャフトは継ぎ手より結合されるので、低圧系シャフトの外周および高圧系シャフトの内周に挟まれた空間に第３ベアリングを容易に組み付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ガスタービンエンジンの全体構造を示す図である。（第１の実施の形態）
【図２】図１の２部拡大図である。（第１の実施の形態）
【図３】ガスタービンエンジンの組み立て時の作用説明図である。（第１の実施の形態）
【図４】図２に対応する図である。（第２の実施の形態）
【図５】ガスタービンエンジンの組み立て時の作用説明図である。（第２の実施の形態）
【発明を実施するための形態】
【第１の実施の形態】
【００１２】
以下、図１〜図３に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１に示すように、本発明が適用される航空機用のガスタービンエンジンは、アウターケーシング１１およびインナーケーシング１２を備えており、インナーケーシング１２の内部に前部第１ベアリング１３および後部第１ベアリング１４を介して低圧系シャフト１５の前部および後部がそれぞれ回転自在に支持される。低圧系シャフト１５の軸方向中間部の外周に筒状の高圧系シャフト１６が相対回転自在に嵌合し、高圧系シャフト１６の前部が前部第２ベアリング１７を介してインナーケーシング１２に回転自在に支持されるとともに、高圧系シャフト１６の後部が後部第２ベアリング１８を介して低圧系シャフト１５に相対回転自在に支持される。前部第２ベアリング１７および後部第２ベアリング１８に挟まれた位置において、低圧系シャフト１５の外周および高圧系シャフト１６の内周間に中間ベアリング３７が設けられる。
【００１４】
低圧系シャフト１５の前端には、翼端がアウターケーシング１１の内面に臨むフロントファン１９が固定されており、フロントファン１９が吸入した空気の一部はアウターケーシング１１およびインナーケーシング１２間に配置されたステータベーン２０を通過した後、その一部がアウターケーシング１１およびインナーケーシング１２間に形成された環状のバイパスダクト２１を通過して後方に噴射され、他の一部がインナーケーシング１２の内部に配置された軸流式の低圧コンプレッサ２２および遠心式の高圧コンプレッサ２３に供給される。
【００１５】
低圧コンプレッサ２２は、インナーケーシング１２の内部に固定されたステータベーン２４と、外周にコンプレッサブレードを備えて低圧系シャフト１５に固定される低圧コンプレッサホイール２５とを備える。高圧コンプレッサ２３は、インナーケーシング１２の内部に固定されたステータベーン２６と、外周にコンプレッサブレードを備えて高圧系シャフト１６に固定される高圧コンプレッサホイール２７とを備える。
【００１６】
高圧コンプレッサホイール２７の外周に接続されたデフューザ２８の後方には逆流燃焼室２９が配置されており、逆流燃焼室２９の内部に燃料噴射ノズル３０から燃料が噴射される。逆流燃焼室２９の内部で燃料および空気が混合して燃焼し、発生した燃焼ガスが高圧タービン３１および低圧タービン３２に供給される。
【００１７】
高圧タービン３１は、インナーケーシング１２の内部に固定されたノズルガイドベーン３３と、外周にタービンブレードを備えて高圧系シャフト１６に固定される高圧タービンホイール３４とを備える。低圧タービン３２は、インナーケーシング１２の内部に固定されたノズルガイドベーン３５と、外周にタービンブレードを備えて低圧系シャフト１５に固定される低圧タービンホイール３６とを備える。
【００１８】
従って、図示せぬスタータモータで高圧系シャフト１６を駆動すると、高圧コンプレッサホイール２７が吸い込んだ空気が逆流燃焼室２９に供給されて燃料と混合して燃焼し、発生した燃料ガスが高圧タービンホイール３４および低圧タービンホイール３６を駆動する。その結果、低圧系シャフト１５および高圧系シャフト１６が回転してフロントファン１９、低圧コンプレッサホイール２５および高圧コンプレッサホイール２７が空気を圧縮して逆流燃焼室２９に供給することで、スタータモータを停止させてもガスタービンエンジンの運転が継続される。
【００１９】
ガスタービンエンジンの運転中に、フロントファン１９が吸い込んだ空気の一部はバイパスダクト２１を通過して後方に噴射され、特に低速飛行時に主たる推力を発生する。またフロントファン１９が吸い込んだ空気の残部は逆流燃焼室２９に供給されて燃料と混合して燃焼し、低圧系シャフト１５および高圧系シャフト１６を駆動した後に後方に噴射されて推力を発生する。
【００２０】
次に、図２に基づいて中間ベアリング３７の周辺の構造を説明する。
【００２１】
低圧系シャフト１５は、前側の前部低圧系シャフト１５Ｆと後側の後部低圧系シャフト１５Ｒとに二分割されており、前部低圧系シャフト１５Ｆの後端から径方向外側に張り出す結合フランジ１５ａと、後部低圧系シャフト１５Ｒの前端から径方向外側に張り出す結合フランジ１５ａとを複数のボルト４１…で締結することで、前部低圧系シャフト１５Ｆおよび後部低圧系シャフト１５Ｒは一体に結合される。
【００２２】
また高圧系シャフト１６は、前側の前部高圧系シャフト１６Ｆと後側の後部高圧系シャフト１６Ｒとに二分割されており、前部高圧系シャフト１６Ｆの後端外周と後部高圧系シャフト１６Ｒの前端内周とをスプライン４２で連結することで、前部高圧系シャフト１６Ｆおよび後部高圧系シャフト１６Ｒは一体に結合される。
【００２３】
中間ベアリング３７は、インナーレース４３と、アウターレース４４と、インナーレース４３およびアウターレース４４間に配置された複数のボール４５…と、ボール４５…を周方向に等間隔で保持するリテーナ４６とを備える。中間ベアリング３７のアウターレース４４は前部高圧系シャフト１６Ｆの内周に嵌合し、段部１６ａおよびクリップ４７により軸方向に移動不能に係止される。
【００２４】
中間ベアリング３７に付随するスクイズフィルムダンパ４８は前部低圧系シャフト１５Ｆの径方向内側に配置された環状の静止部材５１を備えており、静止部材５１から後方に延びて低圧系シャフト１５の後端から外部に延出する連結部材５２をインナーケーシング１２等の静止部に固定することで、静止部材５１は前部低圧系シャフト１５Ｆの内部に移動不能に固定される。静止部材５１の外周に設けた一対のシールリング５３，５３を前部低圧系シャフト１５Ｆの内周に当接させることで、静止部材５１の外周および前部低圧系シャフト１５Ｆの内周間に環状の油室５４が区画される。連結部材５２および静止部材５１の内部に形成された油路５２ａ，５１ａと、静止部材５１を径方向に貫通する油孔５１ｂとを通して、図示せぬオイルポンプから油室５４にオイルが供給される。
【００２５】
さらにスクイズフィルムダンパ４８は、中間ベアリング３７のインナーレース４３の内周と前部低圧系シャフト１５Ｆの外周とに挟まれ、中間ベアリング３７のインナーレース４３の内周に設けた一対のシールリング５５，５５により区画された環状の油室５６を備える。この油室５６には、油室５４のオイルが前部低圧系シャフト１５Ｆを貫通する油孔１５ｂを介して供給される。
【００２６】
中間ベアリング３７は低圧系シャフト１５および高圧系シャフト１６間の狭い空間に配置されるため、その組み付けには工夫が必要である。以下、図３に基づいて中間ベアリング３７の組み付け手順を説明する。
【００２７】
先ず、前部高圧系シャフト１６Ｆの内周に中間ベアリング３７を後方から前方に向けて挿入し、アウターレース４４を前部高圧系シャフト１６Ｆの段部１６ａに当接させてクリップ４７で係止することで、前部高圧系シャフト１６Ｆに中間ベアリング３７を支持する（図３（Ａ）参照）。
【００２８】
続いて、中間ベアリング３７を一体に有する前部高圧系シャフト１６Ｆを、前部低圧系シャフト１５Ｆの外周に嵌合するように前方から後方に向けて挿入する（図３（Ｂ）参照）。続いて、予め一体に結合した静止部材５１および連結部材５２を前部低圧系シャフト１５Ｆの内部に後方から前方に向けて挿入する（図３（Ｃ）参照）。続いて、前部低圧系シャフト１５Ｆの後端に後部低圧系シャフト１５Ｒの前端をボルト４１…で締結し、前部高圧系シャフト１６Ｆの後端に後部高圧系シャフト１６Ｒの前端をスプライン４２により結合する（図３（Ｄ）参照）。そして最後に、後部低圧系シャフト１５Ｒの後端から突出する連結部材５２をインナーケーシング１２の適宜の固定部に固定する。
【００２９】
このようにして、低圧系シャフト１５および高圧系シャフト１６間の狭い空間に中間ベアリング３７を支障なく組み付けることが可能となるだけでなく、低圧系シャフト１５の奥深い位置に静止部材５１を容易に組み付けることが可能となる。
【００３０】
以上のように、本実施の形態によれば、低圧系シャフト１５の外周および高圧系シャフト１６の内周間に中間ベアリング３７を配置したことで、低圧系シャフト１５の剛性を高めて振れ回り振動の発生を抑制できるだけでなく、抑制しきれずに低圧系シャフト１５および高圧系シャフト１６に発生した振れ回り振動をスクイズフィルムダンパ４８で制振し、振動伝達によるインナーケーシング１２の損傷を確実に防止することができる。
【００３１】
すなわち、低圧系シャフト１５および高圧系シャフト１６が振動すると、スクイズフィルムダンパ４８の油室５６の径方向隙間の大きさが増減し、油室５６内のスクイズフィルムの粘性を有するオイルの流動および圧縮により発生する抵抗力で制振機能が発揮され、低圧系シャフト１５から高圧系シャフト１６への振動伝達と、高圧系シャフト１６から低圧系シャフト１５への振動伝達とが阻止される。
【００３２】
スクイズフィルムダンパ４８が制振効果を発揮すると、振動エネルギーを吸収したオイルは発熱して温度上昇するが、温度上昇したオイルはスクイズフィルムダンパ４８のシールリング５５，５５の合い口から逐次排出され、新たなオイルがオイルポンプから供給されることで、スクイズフィルムダンパ４８の制振機能が維持される。
【第２の実施の形態】
【００３３】
次に、図４および図５に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。前述した第１の実施の形態は、スクイズフィルムダンパ４８に対して低圧系シャフト１５の内部からオイルを供給するものであるが、第２の実施の形態は、スクイズフィルムダンパ４８に対して高圧系シャフト１６の外部からオイルを供給するものである。
【００３４】
図４に示すように、第２の実施の形態では、低圧系シャフト１５の内部に静止部材５１を配置する必要がないため、低圧系シャフト１５は二分割されずに一部材で構成される。一方、高圧系シャフト１６は前部高圧系シャフト１６Ｆおよび後部高圧系シャフト１６Ｒに二分割され、結合フランジ１６ｂ，１６ｂを貫通する複数のボルト５７…で一体に結合される。中間ベアリング３７は、そのインナーレース４３が低圧系シャフト１５の段部１５ｃおよびクリップ４７に挟まれて軸方向に移動不能に係止される。
【００３５】
スクイズフィルムダンパ４８は、前部高圧系シャフト１６Ｆの径方向外側に配置された環状の静止部材５１を備えており、静止部材５１から径方向外側方に延びる連結部材５２をインナーケーシング１２等の静止部に固定することで、静止部材５１は前部高圧系シャフト１６Ｆの外部に移動不能に固定される。静止部材５１の内周に設けた一対のシールリング５３，５３を前部高圧系シャフト１６Ｆの外周に当接させることで、静止部材５１の内周および前部高圧系シャフト１６Ｆの外周間に環状の油室５４が区画される。連結部材５２の内部に形成された油路５２ａと、静止部材５１を径方向に貫通する油孔５１ｂとを通して、図示せぬオイルポンプから油室５４にオイルが供給される。
【００３６】
さらにスクイズフィルムダンパ４８は、中間ベアリング３７のアウターレース４６の外周と前部高圧系シャフト１６Ｆの内周とに挟まれ、中間ベアリング３７のアウターレース４６の外周に設けた一対のシールリング５５，５５により区画された環状の油室５６を備える。この油室５６には、油室５４のオイルが前部高圧系シャフト１６Ｆを径方向に貫通する油孔１６ｃ介して供給される。
【００３７】
中間ベアリング３７を低圧系シャフト１５および高圧系シャフト１６間に組み付けるには、先ず、低圧系シャフト１５の外周に中間ベアリング３７を後方から前方に向けて挿入し、インナーレース４３を低圧系シャフト１５の段部１５ｃに当接させてクリップ４７で係止することで、低圧系シャフト１５に中間ベアリング３７を支持する（図５（Ａ）参照）。
【００３８】
続いて、中間ベアリング３７を一体に有する低圧系シャフト１５を、前部高圧系シャフト１６Ｆの内周に嵌合するように後方から前方に向けて挿入する（図５（Ｂ）参照）。続いて、予め一体に結合した静止部材５１および連結部材５２を前部高圧系シャフト１６Ｆの外周に前方から後方に向けて挿入し、連結部材５２の径方向外端をインナーケーシング１２の適宜の固定部に固定する（図５（Ｃ）参照）。そして最後に、前部高圧系シャフト１６Ｆの後端に後部高圧系シャフト１６Ｒの前端をボルト５７…で結合する（図５（Ｄ）参照）。
【００３９】
このようにして、低圧系シャフト１５および高圧系シャフト１６間の狭い空間に中間ベアリング３７を支障なく組み付けることが可能となる。
【００４０】
上述した第２の実施の形態によっても、低圧系シャフト１５の外周および高圧系シャフト１６の内周間に中間ベアリング３７を配置したことで、低圧系シャフト１５および高圧系シャフト１６の曲げ剛性を高めて振れ回り振動の発生を抑制できるだけでなく、抑制しきれずに低圧系シャフト１５および高圧系シャフト１６に発生した振れ回り振動をスクイズフィルムダンパ４８で制振し、振動伝達によるインナーケーシング１２の損傷を確実に防止することができる。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００４２】
例えば、本発明の第３ベアリングは実施の形態のボールベアリングに限定されず、ローラベアリングやニードルベアリングのような他種のベアリングであっても良い。
【００４３】
また実施の形態では中間ベアリング３７を前部高圧系シャフト１６Ｆの内周に支持しているが、それを後部高圧系シャフト１６Ｒの内周に支持しても良い。
【符号の説明】
【００４４】
１２        インナーケーシング（ケーシング）
１３        前部第１ベアリング
１４        後部第１ベアリング
１５        低圧系シャフト
１６        高圧系シャフト
１６Ｆ      前部高圧系シャフト
１６Ｒ      後部高圧系シャフト
１６ｂ      結合フランジ（継ぎ手）
１７        前部第２ベアリング
１８        後部第２ベアリング
２２        低圧コンプレッサ
２３        高圧コンプレッサ
３１        高圧タービン
３２        低圧タービン
３７        中間ベアリング（第３ベアリング）
４２        スプライン（継ぎ手）
４８        スクイズフィルムダンパ
【図１】
2019132240.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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