(57)【要約】      （修正有）【課題】減速ギヤボックスおよびタービン部構成を提供する。【解決手段】ガスタービンエンジン（１０）は、長手方向に沿って第２のタービンロータアセンブリ（１２０）と互いに噛み合う第１のタービンロータアセンブリ（１１０）を含む動力タービン（１００）と、第１のタービンロータアセンブリおよび第２のタービンロータアセンブリに連結されたギヤアセンブリであって、第１のタービンロータアセンブリに連結された第１の入力インターフェース（３１０）と、第２のタービンロータアセンブリに連結された第２の入力インターフェース（３２０）と、第１の入力インターフェースと第２の入力インターフェースに連結された第３のギヤ（３３０）と、を含むギヤアセンブリと、第１の出力シャフト（１２１）および第２の出力シャフト（１２２）と、を含み、第１の出力シャフトおよび第２の出力シャフトの各々は、電気的負荷装置に連結する。【選択図】図１
2019052636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向、半径方向および円周方向を規定するガスタービンエンジン（１０）であって、
前記長手方向に沿って第２のタービンロータアセンブリ（１２０）と互いに噛み合う第１のタービンロータアセンブリ（１１０）を含む動力タービン（１００）と、
前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）および前記第２のタービンロータアセンブリ（１２０）に連結されたギヤアセンブリ（３００）であって、前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）に連結された第１の入力インターフェース（３１０）と、前記第２のタービンロータアセンブリ（１２０）に連結された第２の入力インターフェース（３２０）と、前記第１の入力インターフェース（３１０）と前記第２の入力インターフェース（３２０）に連結された１つまたは複数の第３のギヤ（３３０）と、を含むギヤアセンブリ（３００）と、
第１の出力シャフト（１２１）および第２の出力シャフト（１２２）であって、各々が電気的負荷装置に連結するように構成される、第１の出力シャフト（１２１）および第２の出力シャフト（１２２）と、
を含むガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２】
前記ギヤアセンブリ（３００）は出力インターフェース（３４０）をさらに含み、前記第１の出力シャフト（１２１）は、前記ギヤアセンブリ（３００）の前記出力インターフェース（３４０）に連結される、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項３】
前記第２のタービンロータアセンブリ（１２０）は、前記第２の出力シャフト（１２２）を介して前記第２の入力インターフェース（３２０）に連結される、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項４】
前記ギヤアセンブリ（３００）が少なくとも部分的に配置される静的支持構造体（２５５）を画定するタービンフレーム（２５０）
をさらに含む、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項５】
前記第３のギヤ（３３０）は、前記タービンフレーム（２５０）の前記静的支持構造体（２５５）に連結される、請求項４に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項６】
前記第３のギヤ（３３０）は出力インターフェース（３４０）にさらに連結され、前記第３のギヤ（３３０）は、前記第１の入力インターフェース（３１０）からの原動力を提供し、前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）は、前記第１の出力シャフト（１２１）とほぼ等しい回転速度で前記円周方向に回転する、請求項５に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項７】
前記ギヤアセンブリ（３００）は、前記第２のタービンロータアセンブリ（１２０）に連結された前記第２の入力インターフェース（３２０）に対する前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）に連結された前記第１の入力インターフェース（３１０）のギヤ比を５：６に規定する、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項８】
前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）は、約３０００回転／分の定常状態速度で回転するように構成され、前記第２のタービンロータアセンブリ（１２０）は、約３６００回転／分の定常状態速度で回転するように構成される、請求項７に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項９】
前記ギヤアセンブリ（３００）は、キャリア（３０５）をさらに含む、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１０】
前記第３のギヤ（３３０）は、前記第１の入力インターフェース（３１０）において前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）に連結され、かつ前記第２の入力インターフェース（３２０）において前記第２のタービンロータアセンブリ（１２０）に連結される遊星ギヤを画定し、前記キャリア（３０５）は前記第３のギヤ（３３０）に連結される、請求項９に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１１】
前記第１の出力シャフト（１２１）は前記キャリア（３０５）に連結され、前記第２の出力シャフト（１２２）は前記第３のギヤ（３３０）において出力インターフェース（３４０）に連結される、請求項１０に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１２】
前記ギヤアセンブリ（３００）は、前記第２の出力シャフト（１２２）に連結された前記出力インターフェース（３４０）に対する前記第１の出力シャフト（１２１）に連結された前記キャリア（３０５）のギヤ比を５：６に規定する、請求項１１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１３】
前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）および前記第２のタービンロータアセンブリ（１２０）は、約３６００ＲＰＭよりも高い速度で回転するように構成される、請求項９に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１４】
前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）は、第１の円周方向に回転するように構成され、前記第２のタービンロータアセンブリ（１２０）は、前記第１の円周方向とは反対の第２の円周方向に回転するように構成される、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１５】
出力シャフトアセンブリ（３６０）をさらに含み、前記出力シャフトアセンブリ（３６０）は、前記第１の出力シャフト（１２１）と前記第２の出力シャフト（１２２）とを交互に連結するように構成されたロック機構（３６５）を含む、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、一般にタービンエンジンアーキテクチャに関する。より詳細には、本主題は、タービンエンジン用の減速ギヤボックスおよびタービン部構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
送電網は、一般に、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚのいずれかの周波数で動作する。場合によっては、単一の国が両方の周波数で動作することもある（例えば、日本）。したがって、発電用のタービンエンジンは、異なる周波数に対応するように設計されている。１つの例では、タービンエンジンは、周波数ごとに別々の動力タービンで設計される。このように、ガス発生器コアは、所望の効率および性能を維持するために所望の周波数を出力する動力タービンと対にされる。しかし、そのような場合には、別の周波数出力で同様に所望の効率と性能を達成するには、それに応じて出力周波数を低減または増加させるために、別の動力タービンまたはギヤボックスの追加を必要とする。
【０００３】
他の例では、タービンエンジンは、ガス発生器と動力タービンとの単一の組み合わせで動作することができる。しかしながら、タービンエンジンは、一般に、最大の効率および性能が得られる設計点に設計される。したがって、動作が設計点から遠ざかると、効率と性能が低下する。したがって、６０Ｈｚ動作用に構成されたタービンエンジンを５０Ｈｚ出力（またはその逆）で動作させると、効率および性能が低下する。
【０００４】
したがって、両方の周波数で効率および性能を維持または改善しながら２つの周波数を出力するタービンエンジンが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第９２３９００４号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明の態様および利点は、その一部を以下の説明に記載しており、あるいはその説明から明らかになり、あるいは本発明の実施により学ぶことができる。
【０００７】
本開示は、長手方向、半径方向、および円周方向を規定するタービンエンジンに関する。タービンエンジンは、長手方向に沿って第２のタービンロータアセンブリと互いに噛み合う第１のタービンロータアセンブリを含む動力タービンと、第１のタービンロータアセンブリおよび第２のタービンロータアセンブリに連結されたギヤアセンブリであって、第１のタービンロータアセンブリに連結された第１の入力インターフェースと、第２のタービンロータアセンブリに連結された第２の入力インターフェースと、第１の入力インターフェースと第２の入力インターフェースに連結された１つまたは複数の第３のギヤと、を含むギヤアセンブリと、第１の出力シャフトおよび第２の出力シャフトであって、各々が電気的負荷装置に連結するように構成される、第１の出力シャフトおよび第２の出力シャフトと、を含む。
【０００８】
一実施形態では、ギヤアセンブリは出力インターフェースをさらに含み、第１の出力シャフトは、ギヤアセンブリの出力インターフェースに連結される。
【０００９】
別の実施形態では、第２のタービンロータアセンブリは、第２の出力シャフトを介して第２の入力インターフェースに連結される。
【００１０】
様々な実施形態では、タービンエンジンは、ギヤアセンブリが少なくとも部分的に配置される静的支持構造体を画定するタービンフレームをさらに含む。一実施形態では、第３のギヤは、タービンフレームの静的支持構造体に連結される。別の実施形態では、第３のギヤは出力インターフェースにさらに連結され、第３のギヤは、第１の入力インターフェースからの原動力を提供し、第１のタービンロータアセンブリは、第１の出力シャフトとほぼ等しい回転速度で円周方向に回転する。
【００１１】
さらに様々な実施形態では、ギヤアセンブリは、第２のタービンロータアセンブリに連結された第２の入力インターフェースに対する第１のタービンロータアセンブリに連結された第１の入力インターフェースのギヤ比を５：６に規定する。一実施形態では、第１のタービンロータアセンブリは、約３０００回転／分の定常状態速度で回転するように構成され、第２のタービンロータアセンブリは、約３６００回転／分の定常状態速度で回転するように構成される。
【００１２】
様々な実施形態では、ギヤアセンブリは、キャリアをさらに含む。一実施形態では、第３のギヤは、第１の入力インターフェースにおいて第１のタービンロータアセンブリに連結され、かつ第２の入力インターフェースにおいて第２のタービンロータアセンブリに連結される遊星ギヤを画定し、キャリアは第３のギヤに連結される。一実施形態では、第１の出力シャフトはキャリアに連結され、第２の出力シャフトは第３のギヤにおいて出力インターフェースに連結される。別の実施形態では、ギヤアセンブリは、第２の出力シャフトに連結された出力インターフェースに対する第１の出力シャフトに連結されたキャリアのギヤ比を５：６に規定する。さらに別の実施形態では、第１のタービンロータアセンブリおよび第２のタービンロータアセンブリは、約３６００ＲＰＭよりも高い速度で回転するように構成される。
【００１３】
一実施形態では、第１のタービンロータアセンブリは、第１の円周方向に回転するように構成され、第２のタービンロータアセンブリは、第１の円周方向とは反対の第２の円周方向に回転するように構成される。
【００１４】
別の実施形態では、タービンエンジンは、第１の出力シャフトと第２の出力シャフトとを交互に連結するように構成されたロック機構を含む出力シャフトアセンブリをさらに含む。
【００１５】
様々な実施形態では、動力タービンの第１のタービンロータアセンブリは、半径方向に沿って内側に延在する複数の外側ロータ翼形部を含む外側ロータを含む。第１のタービンロータアセンブリは、外側ロータをギヤアセンブリに連結する１つまたは複数の回転フレームをさらに含む。一実施形態では、動力タービンの第２のタービンロータアセンブリは、半径方向に沿って外側に延在し、かつ第１のタービンロータアセンブリの複数の外側ロータ翼形部と長手方向に沿って交互に配置された複数の内側ロータ翼形部を含む内側ロータを含む。別の実施形態では、内側ロータは、ギヤアセンブリに連結された第２の出力シャフトに連結される。
【００１６】
さらに様々な実施形態では、第１のタービンロータアセンブリの１つまたは複数の回転フレームは、第１の出力シャフトにさらに連結される。
【００１７】
一実施形態では、タービンエンジンは、第１の出力シャフトおよびタービンフレームの１つまたは複数の間、第１のタービンロータアセンブリと第２のタービンロータアセンブリとの間、ならびにタービンフレームと第１のタービンロータアセンブリおよび第２のタービンロータアセンブリのうちの１つまたは複数との間に配置された１つまたは複数の軸受アセンブリをさらに含む。
【００１８】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照することによってよりよく理解されるであろう。添付の図面は、本明細書に組み込まれて、本明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を例示し、説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１９】
本発明の完全かつ可能な開示は、その最良の形態を含み、当業者に向けられて、本明細書に記載されており、それは以下の添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本開示の一態様による動力タービンの例示的な実施形態を組み込んだ例示的なタービンエンジンの概略断面図である。
【図２】本開示の一態様による動力タービンの別の例示的な実施形態を組み込んだ例示的なタービンエンジンの概略断面図である。
【図３】本開示の一態様による動力タービンの別の例示的な実施形態を組み込んだ例示的なタービンエンジンの一部の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本明細書および図面における符号の反復使用は、本発明の同じまたは類似の特徴もしくは要素を表すことを意図している。
【００２２】
ここで、本発明の実施形態を詳細に参照するが、その１つまたは複数の例が図面に示されている。各例は、本発明の限定としてではなく、本発明の例示として提示される。実際、本発明の範囲または趣旨を逸脱せずに、様々な修正および変更が本発明において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または記載する特徴は、別の実施形態と共に用いて、さらに別の実施形態を得ることができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にあるそのような修正および変更を包含することが意図されている。
【００２３】
本明細書において、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、１つの構成要素と別の構成要素とを区別するために交換可能に用いることができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図しない。
【００２４】
「上流」および「下流」という用語は、流体経路における流体の流れに対する相対的な方向を指す。例えば、「上流」は流体が流れてくる方向を指し、「下流」は流体が流れていく方向を指す。特に断らない限り、「下流」および「上流」は、圧縮機部の入口からタービン部の出口までのエンジンのコア流路を通る、空気または結果として生じる燃焼ガスの流体の流れの一般的な方向を指す。
【００２５】
両方の周波数で効率および性能を維持または改善しながら２つの周波数を出力することができるギヤアセンブリを備えた反回転動力タービンを含むタービンエンジンの実施形態が一般的に提供される。本明細書で提供されるタービンエンジンの実施形態は、発電タービンエンジンの効率および性能を向上させながら、単一の動力タービンおよびギヤアセンブリから二重周波数出力（例えば、５０Ｈｚおよび６０Ｈｚ）を可能にする。本明細書で提供される実施形態は、所望の設計点でのタービンエンジンの設計および動作を可能にし、効率および性能を最大にしつつ、動力タービンから二重周波数をさらに出力することができる。このように、タービンエンジンは、効率と性能を低下させる設計点外の動作を回避しながら、両方の周波数で効率的な動作を可能にする。さらに、互いに噛み合う動力タービンは、翼形部の数、重量、および長さを低減し、タービンエンジンの全体的な性能を改善する。
【００２６】
ここで図面を参照すると、ガス発生器５０、動力タービン１００、およびギヤアセンブリ３００を含むタービンエンジン１０の例示的な実施形態の概略断面図が図１〜図３に一般的に示されている。エンジン１０は、長手方向Ｌ、半径方向Ｒ、および長手方向Ｌに沿って延在し、参照のために示す軸方向中心線１２の周りの円周方向Ｃを規定する。図１〜図３に示すエンジン１０は、一般的に、ガスタービンおよび蒸気タービンを含む産業用または海洋用タービンエンジンなどの発電用タービンエンジンを一般的に規定しているが、これらに限定するものではない。
【００２７】
エンジン１０は、連続した流れの配置で、圧縮機部２１と、燃焼部２６と、タービン部３１と、動力タービン１００とを画定するガス発生器５０を含む。圧縮機部２１とタービン部３１とは、長手方向Ｌに沿って延在する駆動シャフト３５を介して互いに連結されて回転可能である。圧縮機部２１の上流またはその内部には、１つまたは複数の軸受アセンブリ２００を含む圧縮機フレーム２４０が配置される。１つまたは複数の軸受アセンブリ２００を含むタービンフレーム２５０が、タービン部３１の下流またはその内部に配置される。圧縮機部２１およびタービン部３１の回転部材を共に連結する駆動シャフト３５は、圧縮機フレーム２４０およびタービンフレーム２５０内の軸受アセンブリ２００によって支持される。
【００２８】
さらに詳細には示していないが、圧縮機部２１は、複数の回転ブレードおよび概ね静止したベーンをさらに含む１つまたは複数の圧縮機（例えば、低圧圧縮機、中圧圧縮機、高圧圧縮機）を含むことができることを理解されたい。圧縮機部２１は、エンジン性能を制御するため、あるいはエンジン１０およびサブシステムの他の部分に供給するために、軸受または流体ブリードの潤滑のための様々な流体サービスをさらに含むことができる。さらに、詳細には示していないが、タービン部３１は、複数の回転ブレードおよび概ね静止したベーン、ブリード、冷却、潤滑油供給などをさらに含む１つまたは複数のタービンを含むことができることを理解されたい。
【００２９】
ここで図１〜図２を参照すると、動力タービン１００は、長手方向Ｌに沿って第２のタービンロータアセンブリ１２０と互いに噛み合う第１のタービンロータアセンブリ１１０を含む。第１のタービンロータアセンブリ１１０は、外側ロータ１１４を含む。外側ロータ１１４は、半径方向Ｒに沿って内側に延在する複数の外側ロータ翼形部１１８を含む。第１のタービンロータアセンブリ１１０は、外側ロータ１１４をギヤアセンブリ３００に連結する１つまたは複数の回転フレーム１１６をさらに含む。
【００３０】
回転フレーム１１６は、円周方向Ｃに沿って配置された複数の翼形部を画定する。さらに、回転フレーム１１６は、図１に示すように、回転フレーム１１６に連結され、それから延在する外側ロータ１１４のオーバーハングまたは片持ち質量を可能にする構造支持体を画定する。図２に示すような他の実施形態では、回転フレーム１１６は、外側ロータ１１４を支持する構造部材を画定することができ、その外側ロータ１１４は、別の回転フレーム１１６にさらに連結される。
【００３１】
第２のタービンロータアセンブリ１２０は、半径方向Ｒに沿って外側に延在し、かつ第１のタービンロータアセンブリ１１０の複数の外側ロータ翼形部１１８と長手方向Ｌに沿って交互に配置された複数の内側ロータ翼形部１１９を含む内側ロータ１１２を含む。様々な実施形態では、第２のタービンロータアセンブリ１２０は、第２の出力シャフト１２２を介して第２の入力インターフェース３２０に連結される。一実施形態では、第２のタービンロータアセンブリ１２０の内側ロータ１１２は、第２の出力シャフト１２２を介してギヤアセンブリ３００に連結される（例えば、内側ロータ１１２は第２の出力シャフト１２２に連結される）。
【００３２】
様々な実施形態では、回転フレーム１１６、外側ロータ１１４、および内側ロータ１１２は、それぞれ、第１のタービンロータアセンブリ１１０および第２のタービンロータアセンブリ１２０の回転および支持を可能にする平衡面、冷却通路、および二次流路をそれぞれ画定することができる。さらに様々な実施形態では、第１のタービンロータアセンブリ１１０および第２のタービンロータアセンブリ１２０は、限定はしないが、回転フレーム１１６、外側ロータ１１４、および内側ロータ１１２を含み、それぞれディスク、ロータまたはドラムを画定することができ、これらは、ブレード付きディスクもしくは一体型ブレード付きロータ、ダブテール、スロット、およびそれらに組み立てられた翼形部、ならびに複数のシュラウドおよびシールを含む。
【００３３】
内側ロータ翼形部１１９の３つの段として示しているが、動力タービン１００は、一般に、内側ロータ翼形部１１９の１つまたは複数の段を画定することができることを理解されたい。さらに、第１のタービンロータアセンブリ１１０は、１つまたは複数の回転フレーム１１６および外側ロータ翼形部１１８の１つもしくは複数の段を含む、２つ以上の回転段を画定することができる。
【００３４】
エンジン１０の動作中、燃料の流れは燃焼部２６を通って導入され、空気または一般的には酸化剤と混合され、次いで燃焼ガスまたは一般的には高温ガスを生成するために燃焼される。燃焼ガスは、タービン部３１および動力タービン１００を横切る主流路を通って流れ、第１のタービンロータアセンブリ１１０および第２のタービンロータアセンブリ１２０を含むタービン部３１および動力タービン１００の回転部品の回転を引き起こす。タービン部３１の回転運動は、圧縮機部２１のさらなる動作を可能にし、燃焼部２６に圧縮空気を供給して、燃料とさらに混合し、増加するエネルギーの燃焼ガスを生成する。
【００３５】
引き続き図１〜図２を参照すると、ギヤアセンブリ３００は、第１のタービンロータアセンブリ１１０および第２のタービンロータアセンブリ１２０に連結される。ギヤアセンブリ３００は、動力タービン１００内に、またはその上流もしくは下流に配置される。様々な実施形態では、ギヤアセンブリ３００は、タービンフレーム２５０、より具体的には、タービンフレーム２５０の静的支持構造体２５５に連結され、タービンフレーム２５０は、動力タービン１００（図１を参照）または動力タービン１００の上流に配置される（図２を参照）。タービンフレーム２５０および静的支持構造体２５５は、軸方向中心線１２とほぼ同心に画定される。様々な実施形態では、ギヤアセンブリ３００は、一般に、複合ギヤアセンブリを画定する。
【００３６】
ギヤアセンブリ３００は、第１のタービンロータアセンブリ１１０に連結された第１の入力インターフェース３１０、第２のタービンロータアセンブリ１２０に連結された第２の入力インターフェース３２０、ならびに第１の入力インターフェース３１０および第２の入力インターフェース３２０に連結された１つまたは複数の第３のギヤ３３０を含む。第１の入力インターフェース３１０および第２の入力インターフェース３２０は、それぞれ、各入力インターフェース３１０、３２０とそれぞれのタービンロータアセンブリ１１０、１２０との間に、複数の歯などのギヤまたはギヤメッシュを画定することができる。さらに、各タービンロータアセンブリ１１０、１２０は、タービンロータアセンブリ１１０、１２０と、ギヤアセンブリ３００のそれぞれの入力インターフェース３１０、３２０との間のインターフェースにおいてギヤメッシュを画定することができる。様々な実施形態では、第２の入力インターフェース３２０は、第２の出力シャフト１２２に連結され、１つまたは複数の遊星ギヤを画定する１つまたは複数の第３のギヤ３３０から駆動される太陽ギヤを画定する。
【００３７】
さらに図１〜図２を参照すると、エンジン１０は、第１の出力シャフト１２１および第２の出力シャフト１２２をさらに含む。第１の出力シャフト１２１および第２の出力シャフト１２２のそれぞれは、電気的負荷装置に連結するように構成されている。例えば、電気的負荷装置は、発電機または他の発電および／または配電アセンブリである。様々な実施形態では、第１の出力シャフト１２１は、第２の出力シャフト１２２とほぼ同心である。例えば、第２の出力シャフト１２２は、第１の出力シャフト１２１のほぼ内側に配置され、各シャフト１２１、１２２は、概ね長手方向Ｌに沿って延在する。
【００３８】
エンジン１０の動作中に、燃焼ガスは第１および第２のタービンロータアセンブリ１１０、１２０の回転を引き起こし、それによって第１の出力シャフト１２１および第２の出力シャフト１２２の回転を引き起こす。各シャフト１２１、１２２は、電気的負荷装置に連結される。発電用タービンエンジンでは、エンジン１０は、一般に、定常状態条件で動作し、電気的負荷装置に出力される定常状態の電力を生成する。一般に、第１の出力シャフト１２１は、第１の定常状態速度（例えば、約３０００ＲＰＭまたは５０Ｈｚ）で回転するように構成され、第２の出力シャフト１２２は、第２の定常状態速度（例えば、約３６００ＲＰＭまたは６０Ｈｚ）で回転するように構成される。このように、動力タービン１００は、第１の出力シャフト１２１および第２の出力シャフト１２２を介して二重出力周波数を生成しながら、単一のより効率的な定常状態条件でガス発生器５０の動作を可能にする。エンジン１０は、第１の出力シャフト１２１からの第１の定常状態速度（例えば、約５０Ｈｚ出力）または第２の出力シャフト１２２からの第２の定常状態速度（例えば、約６０Ｈｚ出力）の二者択一選択を可能にしながら、単一設計点（例えば、最大効率条件）でのエンジン１０の定常状態動作を可能にする。
【００３９】
ここで図１に一般的に示す実施形態を参照すると、ギヤアセンブリ３００は、第１の出力シャフト１２１がエンジン１０から電気的負荷装置に連結される出力インターフェース３４０をさらに含む。出力インターフェース３４０は、一般に、第１の出力シャフト１２１上に画定されたインターフェースギヤメッシュまたは複数の歯に連結された、複数の歯などのギヤまたはギヤメッシュを画定する。
【００４０】
様々な実施形態では、第１の入力インターフェース３１０と第２の入力インターフェース３２０との間に画定された１つまたは複数の第３のギヤ３３０は共に、遊星ギヤセットを画定する。第３のギヤ３３０は、長手方向Ｌに沿って延在し、出力インターフェース３４０と同様に第１および第２の入力インターフェース３１０、３２０と共に連結する。原動力は、第１のタービンロータアセンブリ１１０および第２のタービンロータアセンブリ１２０のそれぞれから、それぞれの第１の入力インターフェース３１０および第２の入力インターフェース３２０を介して第３のギヤ３３０に供給される。第３のギヤ３３０は、第１の出力シャフト１２１に連結された出力インターフェース３４０に連結される。
【００４１】
さらに様々な実施形態では、静的支持構造体２５５は、ギヤアセンブリ３００がエンジン１０の軸方向中心線１２の周りで第３のギヤ３３０の回転を可能にする力を加える１つまたは複数の面を一般的に画定する。一実施形態では、静的支持構造体２５５は、第３のギヤ３３０が軸方向中心線１２の周りに乗ったり動いたりする複数の歯またはギヤメッシュを画定することができる。そのような実施形態では、ギヤアセンブリ３００は、第３のギヤ３３０が軸方向中心線１２の周りを回転し、機械的エネルギーを出力インターフェース３４０に伝達する遊星ギヤまたは複合遊星ギヤを画定する遊星ギヤセットを画定することができる。第３のギヤ３３０は、それ自体の中心軸の周りでさらに回転することができ、その中心軸は、軸方向中心線１２の周りで回転する。
【００４２】
様々な実施形態では、ギヤアセンブリ３００は、第２のタービンロータアセンブリ１２０に連結された第２の入力インターフェース３２０に対する第１のタービンロータアセンブリ１１０に連結された第１の入力インターフェース３１０のギヤ比を５：６に規定する。図１〜図２に一般的に示す実施形態では、第１の出力シャフト１２１は、第１のタービンロータアセンブリ１１０とほぼ同じ速度（例えば、約３０００ＲＰＭの定常状態条件）で回転する。さらに、第２の出力シャフト１２２は、第２の出力シャフト１２２とほぼ同じ速度（例えば、約３６００ＲＰＭの定常状態条件）で回転する。さらに様々な実施形態では、第１のタービンロータアセンブリ１１０は、第１の円周方向に回転するように構成され、第２のタービンロータアセンブリ１２０は、第１の円周方向とは反対の第２の円周方向に回転するように構成される。
【００４３】
ここで図２に概略的に示す実施形態を参照すると、エンジン１０は、出力シャフトアセンブリ３６０をさらに含む。出力シャフトアセンブリ３６０は、第１の出力シャフト１２１と第２の出力シャフト１２２とを交互に連結するように構成されたロック機構３６５を含む。様々な実施形態では、ロック機構は、電気的負荷装置への所望の出力周波数（例えば、約５０Ｈｚまたは約６０Ｈｚ）に基づいて、第１の出力シャフト１２１および第２の出力シャフト１２２を係合および解放するように構成されたクラッチを画定する。他の実施形態では、ロック機構は、第１のタービンロータアセンブリ１１０および第２のタービンロータアセンブリ１２０のそれぞれに係合する作動または引込み式のピンおよびスロットアセンブリを画定する。
【００４４】
図２に示す実施形態を引き続き参照すると、第１のタービンロータアセンブリ１１０の１つまたは複数の回転フレーム１１６は、第１の出力シャフト１２１にさらに連結される。第１の出力シャフト１２１は、第１のタービンロータアセンブリ１１０の回転フレーム１１６から出力シャフトアセンブリ３６０まで延在する。
【００４５】
図１〜図２を参照すると、エンジン１０は、第１の出力シャフト１２１の１つまたは複数とタービンフレーム２５０との間に配置された１つまたは複数の軸受アセンブリ２００をさらに含む。１つまたは複数の軸受アセンブリ２００は、第１のタービンロータアセンブリ１１０と第２のタービンロータアセンブリ１２０との間にさらに配置される。様々な実施形態では、１つまたは複数の軸受アセンブリ２００は、タービンフレーム２５０と、第１のタービンロータアセンブリ１１０および第２のタービンロータアセンブリ１２０のうちの１つまたは複数との間に配置される。
【００４６】
ここで図３を参照すると、図１〜図２に関して記載した様々な実施形態と関連して、ギヤアセンブリ３００はキャリア３０５をさらに含む。一般的に示す実施形態では、第３のギヤ３３０は、第１の入力インターフェース３１０において第１のタービンロータアセンブリ１１０に連結された遊星ギヤを画定する。第２のタービンロータアセンブリ１２０は、第２の入力インターフェース３２０において第３のギヤ３３０にさらに連結される。キャリア３０５は、長手方向Ｌに沿って延在するスプールに沿うように、第３のギヤ３３０に連結される。
【００４７】
図３に一般的に示す実施形態では、第１の出力シャフト１２１はキャリア３０５に連結され、第２の出力シャフト１２２は第３のギヤ３３０において出力インターフェース３４０に連結される。一実施形態では、出力インターフェース３４０は、第２の出力シャフト１２２が嵌合するギヤもしくはギヤメッシュ、または複数の歯を画定する。様々な実施形態では、ギヤアセンブリ３００は、第２の出力シャフト１２２に連結された出力インターフェース３４０に対する第１の出力シャフト１２１に連結されたキャリア３０５のギヤ比を５：６に規定する。
【００４８】
ギヤアセンブリ３００は、複数の第３のギヤ３３０が共に回転するように、単一の軸に沿って互いに連結された複数の第３のギヤ３３０によって画定される複合遊星ギヤを画定することができる。第３のギヤ３３０は、それ自体の中心軸の周りで回転することができ、その中心軸は、軸方向中心線１２の周りで回転する。一実施形態では、第１のタービンロータアセンブリ１１０および第２のタービンロータアセンブリ１２０は、共に約３６００ＲＰＭよりも速い速度で回転するように構成される。例えば、キャリア３０５を含むギヤアセンブリ３００は、第１のタービンロータアセンブリ１１０および第２のタービンロータアセンブリ１２０からの速度低下を可能にする。キャリア３０５は、第１の出力シャフト１２１に第１の速度（例えば約３０００ＲＰＭ）を出力し、出力インターフェース３４０は第２の出力シャフト１２２に第２の速度（例えば、約３６００ＲＰＭ）を出力する。
【００４９】
本明細書で提供されるギヤアセンブリ３００を有する反回転動力タービン１００を含むタービンエンジン１０の実施形態は、両方の周波数で効率および性能を維持または改善しながら、電気的負荷装置に２つの周波数を出力することができる。本明細書で提供されるタービンエンジン１０の実施形態は、ガス発生器５０と嵌合する単一の動力タービン１００およびギヤアセンブリ３００から二重周波数出力（例えば、５０Ｈｚおよび６０Ｈｚ）を可能にしながら、発電タービンエンジンの効率および性能を向上させることができる。本明細書で提供される実施形態は、所望の設計点でのタービンエンジンの設計および動作を可能にし、効率および性能を最大にしつつ、動力タービンから二重周波数をさらに出力することができる。このように、タービンエンジンは、効率と性能を低下させる設計点外の動作を回避しながら、両方の周波数で効率的な動作を可能にする。さらに、互いに噛み合う動力タービンは、翼形部の数、重量、および長さを低減し、タービンエンジンの全体的な性能を改善する。
【００５０】
本明細書は、本発明を最良の態様を含めて開示すると共に、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、または特許請求の範囲の文言と実質的な差異を有さない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
長手方向、半径方向および円周方向を規定するタービンエンジン（１０）であって、
前記長手方向に沿って第２のタービンロータアセンブリ（１２０）と互いに噛み合う第１のタービンロータアセンブリ（１１０）を含む動力タービン（１００）と、
前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）および前記第２のタービンロータアセンブリ（１２０）に連結されたギヤアセンブリ（３００）であって、前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）に連結された第１の入力インターフェース（３１０）と、前記第２のタービンロータアセンブリ（１２０）に連結された第２の入力インターフェース（３２０）と、前記第１の入力インターフェース（３１０）と前記第２の入力インターフェース（３２０）に連結された１つまたは複数の第３のギヤ（３３０）と、を含むギヤアセンブリ（３００）と、
第１の出力シャフト（１２１）および第２の出力シャフト（１２２）であって、各々が電気的負荷装置に連結するように構成される、第１の出力シャフト（１２１）および第２の出力シャフト（１２２）と、
を含むタービンエンジン（１０）。
［実施態様２］
前記ギヤアセンブリ（３００）は出力インターフェース（３４０）をさらに含み、前記第１の出力シャフト（１２１）は、前記ギヤアセンブリ（３００）の前記出力インターフェース（３４０）に連結される、実施態様１に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様３］
前記第２のタービンロータアセンブリ（１２０）は、前記第２の出力シャフト（１２２）を介して前記第２の入力インターフェース（３２０）に連結される、実施態様１に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様４］
前記ギヤアセンブリ（３００）が少なくとも部分的に配置される静的支持構造体（２５５）を画定するタービンフレーム（２５０）
をさらに含む、実施態様１に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様５］
前記第３のギヤ（３３０）は、前記タービンフレーム（２５０）の前記静的支持構造体（２５５）に連結される、実施態様４に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様６］
前記第３のギヤ（３３０）は出力インターフェース（３４０）にさらに連結され、前記第３のギヤ（３３０）は、前記第１の入力インターフェース（３１０）からの原動力を提供し、前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）は、前記第１の出力シャフト（１２１）とほぼ等しい回転速度で前記円周方向に回転する、実施態様５に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様７］
前記ギヤアセンブリ（３００）は、前記第２のタービンロータアセンブリ（１２０）に連結された前記第２の入力インターフェース（３２０）に対する前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）に連結された前記第１の入力インターフェース（３１０）のギヤ比を５：６に規定する、実施態様１に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様８］
前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）は、約３０００回転／分の定常状態速度で回転するように構成され、前記第２のタービンロータアセンブリ（１２０）は、約３６００回転／分の定常状態速度で回転するように構成される、実施態様７に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様９］
前記ギヤアセンブリ（３００）は、キャリア（３０５）をさらに含む、実施態様１に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様１０］
前記第３のギヤ（３３０）は、前記第１の入力インターフェース（３１０）において前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）に連結され、かつ前記第２の入力インターフェース（３２０）において前記第２のタービンロータアセンブリ（１２０）に連結される遊星ギヤを画定し、前記キャリア（３０５）は前記第３のギヤ（３３０）に連結される、実施態様９に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様１１］
前記第１の出力シャフト（１２１）は前記キャリア（３０５）に連結され、前記第２の出力シャフト（１２２）は前記第３のギヤ（３３０）において出力インターフェース（３４０）に連結される、実施態様１０に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様１２］
前記ギヤアセンブリ（３００）は、前記第２の出力シャフト（１２２）に連結された前記出力インターフェース（３４０）に対する前記第１の出力シャフト（１２１）に連結された前記キャリア（３０５）のギヤ比を５：６に規定する、実施態様１１に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様１３］
前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）および前記第２のタービンロータアセンブリ（１２０）は、約３６００ＲＰＭよりも高い速度で回転するように構成される、実施態様９に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様１４］
前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）は、第１の円周方向に回転するように構成され、前記第２のタービンロータアセンブリ（１２０）は、前記第１の円周方向とは反対の第２の円周方向に回転するように構成される、実施態様１に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様１５］
出力シャフトアセンブリ（３６０）をさらに含み、前記出力シャフトアセンブリ（３６０）は、前記第１の出力シャフト（１２１）と前記第２の出力シャフト（１２２）とを交互に連結するように構成されたロック機構（３６５）を含む、実施態様１に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様１６］
前記動力タービン（１００）の前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）は、前記半径方向に沿って内側に延在する複数の外側ロータ翼形部（１１８）を含む外側ロータ（１１４）を含み、前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）は、前記外側ロータ（１１４）を前記ギヤアセンブリ（３００）に連結する１つまたは複数の回転フレーム（１１６）をさらに含む、実施態様１に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様１７］
前記動力タービン（１００）の前記第２のタービンロータアセンブリ（１２０）は、前記半径方向に沿って外側に延在する複数の内側ロータ翼形部（１１９）を含む内側ロータ（１１２）を含み、前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）の複数の外側ロータ翼形部（１１８）と前記長手方向に沿って交互に配置される、実施態様１６に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様１８］
前記内側ロータ（１１２）は、前記ギヤアセンブリ（３００）に連結された前記第２の出力シャフト（１２２）に連結される、実施態様１７に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様１９］
前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）の前記１つまたは複数の回転フレーム（１１６）は、前記第１の出力シャフト（１２１）にさらに連結される、実施態様１１に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様２０］
前記第１の出力シャフト（１２１）およびタービンフレーム（２５０）の１つまたは複数の間、前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）と前記第２のタービンロータアセンブリ（１２０）との間、ならびに前記タービンフレーム（２５０）と前記第１のタービンロータアセンブリ（１１０）および前記第２のタービンロータアセンブリ（１２０）のうちの１つまたは複数との間に配置された１つまたは複数の軸受アセンブリ（２００）
をさらに含む、実施態様１に記載のタービンエンジン（１０）。
【符号の説明】
【００５１】
１０  タービンエンジン
１２  軸方向中心線
２１  圧縮機部
２６  燃焼部
３１  タービン部
３５  駆動シャフト
５０  ガス発生器
１００  反回転動力タービン
１１０  第１のタービンロータアセンブリ
１１２  内側ロータ
１１４  外側ロータ
１１６  回転フレーム
１１８  外側ロータ翼形部
１１９  内側ロータ翼形部
１２０  第２のタービンロータアセンブリ
１２１  第１の出力シャフト
１２２  第２の出力シャフト
２００  軸受アセンブリ
２４０  圧縮機フレーム
２５０  タービンフレーム
２５５  静的支持構造体
３００  ギヤアセンブリ
３０５  キャリア
３１０  第１の入力インターフェース
３２０  第２の入力インターフェース
３３０  第３のギヤ
３４０  出力インターフェース
３６０  出力シャフトアセンブリ
３６５  ロック機構
【図１】
2019052636.tif 000003
【図２】
2019052636.tif 000004
【図３】
2019052636.tif 000005
【外国語明細書】
2019052636000001.pdf