(57)【要約】  タービンエンジンのケーシング（１２）の開口におけるシャフト（１８）の案内／シール装置であって、シャフトの周囲に取り付けられたカーボンガスケット（１４０）を備えており、カーボンガスケット（１４０）が、シャフトへと固定されたリング（１４２）を備え、リング（１４２）が、ケーシングに固定された支持ブシュ（１５２）に取り付けられたカーボン環（１４６）と擦れ合う環状の摩擦面を有するとともに、シャフトを案内するためのスムーズベアリングを形成すべく、支持ブシュの円筒形の壁（１６２）において心出しおよび回転可能に案内される円筒形の壁（１６０）を有している案内／シール装置。
2013534584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジンにおいてシャフト（１８）が通過するケーシング（１２）の開口（３６）に取り付けられ、ケーシングの開口においてシャフトの周囲に取り付けられたカーボンガスケット（１４０）を備えており、カーボンガスケット（１４０）が、シャフトによって保持されたリング（１４２）を備え、リング（１４２）が、ケーシングに固定された支持ブシュ（１５２）に取り付けられてリングに向かって軸方向に付勢されるカーボン環（１４６）と擦れ合う環状の摩擦面を有している案内／シール装置であって、リングが、シャフトを案内するためのスムーズベアリングを形成すべく、支持ブシュの円筒形の壁（１６２）において心出しおよび回転可能に案内される円筒形の壁（１６０）を有することを特徴とする、装置。
【請求項２】
リング（１４２）の円筒形の壁（１６０）が、リングと一体に形成され、あるいはリングに固定された部品であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
リング（１４２）の円筒形の壁（１６０）が、薄い層でコートされた外側円筒面またはたがによって囲まれた外側円筒面を有し、薄い層またはたがが、硬くかつ低い摩擦係数を有する材料で作られていることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
リング（１４２）の円筒形の壁（１６０）の内側円筒面が、カーボン環（１４６）から軸方向に遠ざかる方向に開いた環状溝（１６４）を定めており、環状溝（１６４）へと冷却用の油が注入されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
支持ブシュ（１５２）の円筒形の壁（１６２）が、支持ブシュと一体に作られ、あるいはブシュへと固定された部品であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
支持ブシュ（１５２）の円筒形の壁（１６２）が、薄い層でコートされた内側円筒面またはたがが取り付けられた内側円筒面を有し、薄い層またはたがが、硬くかつ低い摩擦係数を有する材料で作られていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
支持ブシュ（１５２）の円筒形の壁（１６２）の内側円筒面が、リング（１４２）と支持ブシュに案内された粒子保持部（１４８）に固定されたカーボン環（１４６）とが取り付けられるハウジングを定めていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
少なくとも１つの回転機器へと回転駆動をもたらすためのタービンエンジンギアボックスであって、伝動シャフト（１８）を通す開口（３６）を有しているケーシング（１２）と、ケーシングの開口においてシャフトの周囲に取り付けられた請求項１から７のいずれか一項に記載の案内／シール装置とを備えることを特徴とする、ギアボックス。
【請求項９】
伝動シャフト（１１８）が、通常の動作においては機能しない非常用のスムーズベアリングを形成すべく、ケーシング（１２）の円筒形の壁（１８４）によってすき間を有しつつ囲まれた円筒形の壁（１８２）を保持していることを特徴とする、請求項８に記載のギアボックス。
【請求項１０】
請求項１から７のいずれか一項に記載の案内／シール装置を少なくとも１つ備えることを特徴とするターボプロップまたはターボジェットなどのタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトを通すケーシングの開口におけるタービンエンジンシャフトの案内／シール装置に関し、そのような装置を備えるギアボックスにさらに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジンにおいては、種々の機器（とくには、油圧エネルギの生成、燃料の供給、および潤滑の提供のためのポンプ、ならびに電力を生成するための発電機、など）が、エンジンのシャフトへと接続されたギアボックスによって回転駆動する。
【０００３】
各々の機器が、ギアボックスの伝動シャフトに回転可能に接続される回転シャフトを有している。伝動シャフトが、ギアボックスの内部に歯車を保持しており、この歯車が、歯車列によってエンジンの圧縮機のシャフトへと接続された駆動歯車に噛合している。
【０００４】
伝動シャフトは、端部において転がり軸受に回転可能に案内され、転がり軸受は、伝動シャフトに固定されたインナリングと、ギアボックスのケーシングに取り付けられたアウタリングとを有している。伝動シャフトの一端が、ギアボックスのケーシングの開口を通過し、機器の回転シャフトに回転可能に接続されている。
【０００５】
ギアボックスの軸受へと潤滑するために注入される油が空気と混ざり合い、ギアボックスの内部に油の霧が生じる。この油の霧が伝動シャフトとケーシングの開口の縁との間から漏れることがないよう、開口においてシャフトとケーシングとの間にシール手段を取り付けることが公知である。
【０００６】
先行技術においては、シール手段が、カーボンガスケット形式の動的ガスケットによって形成され、ガスケットが、シャフトに固定されたリングを有しており、リングが、カーボンの粒子で作られた低い摩擦係数を有する多孔質材料の環と擦れ合う環状の摩擦面を有している。カーボン環は、ケーシングに固定された支持ブシュに取り付けられた粒子保持部に取り付けられ、粒子保持部が、カーボン環をリングに対して軸方向に押し付けられた状態に保つために、リングに向かって軸方向に付勢されている。このように、カーボンガスケットは、回転しない部分（支持ブシュ、粒子保持部、およびカーボン環）と、回転運動する部分（リング）とを有している。伝動シャフトの回転時のカーボン環とリングとの間の摩擦が、シャフトとケーシングとの間に良好なシールをもたらす。
【０００７】
カーボンガスケットは、ギアボックスの上述の転がり軸受の一方の傍らに取り付けられる。軸受のアウタリングをケーシングへと取り付ける手段が、カーボンガスケットの支持ブシュをケーシングへと取り付けるための手段とは別個独立であるため、全体としての構成のかなりの軸方向の広がりおよび重量につながっている。さらに、カーボンガスケットの潤滑および／または冷却のための手段が、転がり軸受に作用する潤滑および／または冷却のための手段とは別であり、高価である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の特定の目的は、先行技術のこれらの問題に対する技術的解決策であって、単純、効果的、かつ安価な技術的解決策を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的のため、本発明は、タービンエンジンにおいてシャフトが通過するケーシングの開口に取り付けられ、ケーシングの開口においてシャフトの周囲に取り付けられたカーボンガスケットを備えており、カーボンガスケットが、シャフトによって保持されたリングを備え、リングが、ケーシングに固定された支持ブシュに取り付けられてリングに向かって軸方向に付勢されるカーボン環と擦れ合う環状の摩擦面を有している案内／シール装置であって、リングが、シャフトを案内するためのスムーズベアリングを形成すべく、支持ブシュの円筒形の壁において心出しおよび回転可能に案内される円筒形の壁を有することを特徴とする装置を提供する。
【００１０】
本発明においては、スムーズベアリングが、本発明の装置のカーボンガスケットに一体化される。このスムーズベアリングが、先行技術の転がり軸受を置き換え、したがって先行技術の転がり軸受を省略できる。スムーズベアリングをカーボンガスケットと一体化させることで、カーボンガスケットおよび軸受に共通の支持／固定手段を有することが可能になり、カーボンガスケットおよび軸受に共通の潤滑／冷却手段を有することも可能になる。カーボンガスケットをスムーズベアリングと組み合わせることで、案内／シール装置の部品数および重量を減らすことも可能になる。
【００１１】
リングの円筒形の壁を、リングと一体に形成でき、あるいはリングの円筒形の壁が、リングに固定された部品であってよい。同じ方法で、支持ブシュの円筒形の壁を、支持ブシュと一体に形成でき、あるいは支持ブシュの円筒形の壁が、ブシュに固定された部品であってよい。
【００１２】
リングの円筒形の壁の外側円筒面および／または支持ブシュの円筒形の壁の内側円筒面を、薄い層またはたがで覆うことができ、薄い層またはたがが、硬くかつ低い摩擦係数を有する材料で作られる。
【００１３】
リングの円筒形の壁の内側円筒面が、カーボン環から軸方向に遠ざかる方向に開いた環状溝を定めることができ、動作時にスムーズベアリングおよびカーボンガスケットによって生成される熱を消散させる目的で、環状溝へと冷却用の油が注入される。
【００１４】
好都合には、支持ブシュの円筒形の壁の内側円筒面が、リングと支持ブシュに案内された粒子保持部に固定されたカーボン環とが取り付けられるハウジングを定める。このようにして、本発明の装置は比較的コンパクトであり、したがってエンジン全体の組み立ておよび分解がより簡単になる。
【００１５】
さらに本発明は、少なくとも１つの回転機器へと回転駆動をもたらすためのタービンエンジンギアボックスであって、伝動シャフトを通す開口を有しているケーシングと、ケーシングの開口においてシャフトの周囲に取り付けられた上述の形式の案内／シール装置とを備えることを特徴とするギアボックスを提供する。
【００１６】
好都合には、シャフトが、通常の動作においては機能しない非常用のスムーズベアリングを形成すべく、ケーシングの円筒形の壁によってすき間を有しつつ囲まれた円筒形の壁を有することができる。この非常用のスムーズベアリングは、シール装置のスムーズベアリングの破損の場合に一時的に伝動シャフトを心出しおよび案内するように意図されている。したがって、シャフトおよびケーシングの円筒形の壁の間の径方向のすき間は、これらの壁が通常の動作において互いに協働することがないように決定される。非常用の軸受は、本発明の装置の組み立ておよび分解の作業の際に伝動シャフトを径方向の所定の位置に保持するようにも機能する。
【００１７】
さらに本発明は、上述のとおりの案内／シール装置を備えるターボプロップまたはターボジェットなどのタービンエンジンを提供する。
【００１８】
あくまでも本発明を限定するものではない例として添付の図面を参照しつつ行われる以下の説明を検討することによって、本発明をよりよく理解することができ、本発明の他の詳細、利点、および特徴が明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】先行技術のタービンエンジンギアボックスの一部分の概略の軸方向断面図である。
【図２】図１の一部分の拡大図である。
【図３】図２に相当する図であり、本発明を示している図である。
【図４】図２に相当する別の図であり、本発明の変形実施形態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
最初に先行技術のタービンエンジンギアボックス１０の一部分を示している図１および図２を参照すると、ギアボックス１０が、エンジンの圧縮機の駆動シャフトへと接続された入力部材（図示されていない）と、複数の機器（例えば、オイルポンプ、油圧ポンプ、燃料ポンプ、スタータ、発電機、など）を駆動する歯車とを有している。
【００２１】
ギアボックス１０は、前部ケーシング１２および後部ケーシング１４を有しており、前部ケーシング１２と後部ケーシング１４との間を回転機器への結合のための複数の伝動シャフト１８が延びている。
【００２２】
図示の伝動シャフト１８は、端部において２つの転がり軸受にて回転可能に案内されており、一方の転がり軸受２０が玉軸受であり、他方の転がり軸受２２がころ軸受である。各々の軸受２０、２２が、伝動シャフト１８によって保持されたインナリング２４と、ねじ２８によって前部ケーシング１２および後部ケーシング１４のそれぞれのボス３０へと固定されたアウタリング２６とを有している。各々の軸受２０、２２に個別の潤滑回路によって油が供給される。
【００２３】
伝動シャフト１８が、２つの転がり軸受２０および２２の間に配置され、駆動歯車３４と噛合する歯車３２を保持している。
【００２４】
図２によりよく見て取ることができるとおり、伝動シャフト１８の前端部がケーシングのボス３０に形成された開口３６を貫いており、この開口において上述の玉軸受２０によって心出しおよび案内されている。
【００２５】
玉軸受２０が、ケーシングの開口３６の後端部に係合し、カーボンガスケット４０などのシール用ガスケットが、開口３６の前端部において伝動シャフト１８の周囲に取り付けられている。カーボンガスケット４０が、ギアボックス内に含まれる空気／油の混合物の漏れ出しを防止する（油は、潤滑のために軸受２０および２２へと注入され、冷却のためにカーボンガスケット４０にも注入される）。
【００２６】
カーボンガスケット４０は、軸受２０のインナリング２４をシャフト１８と回転可能に拘束すべく、軸受２０のインナリング２４の相補手段と協働する相互接続手段４４を後端に備えるリング４２を、伝動シャフト１８に取り付けて有している。
【００２７】
リング４２は、その前端に、カーボン環４６と擦れ合う径方向の摩擦面を有しており、カーボン環４６は、粒子保持部４８に固定され、粒子保持部とケーシング１２に取り付けられた支持ブシュ５２との間において粒子保持部の前方に取り付けられたばね手段５０によってリング４２に向かって軸方向に押し付けられている。
【００２８】
カーボン環４６は、結合剤と混合され、潤滑剤で含浸されたカーボンの粒子で作られている。このリングは、低い動摩擦係数を有する。
【００２９】
支持ブシュ５２は、粒子保持部４８の回転を防止、および軸方向の後方への移動を制限するために、粒子保持部４８と協働する固定手段５８を保持している。また、支持ブシュ５２は、ねじ５４による前部ケーシング１２への固定のための外側環状フランジを有している（図１）。
【００３０】
上述のように、軸受２０およびカーボンガスケット４０の固定手段（ねじ２８および５４）は別個であることで、カーボンガスケットと軸受とを含む集合体にかなりの軸方向の広がりＥが生じている（図１）。この技術は、上述のとおりの他の欠点も有する。
【００３１】
本発明は、それらの欠点に対する技術的解決策を、スムーズベアリング（ｓｍｏｏｔｈ  ｂｅａｒｉｎｇ）をカーボンガスケットに一体化させることによって先行技術の転がり軸受およびその固定手段を省略することを可能にすることで、カーボンガスケットと軸受とで形成される案内／シール装置の軸方向の広がりＥ’を先行技術における広がりＥよりも小さくすることによって提供する。
【００３２】
図３に示されるとおり、カーボンガスケット１４０は、そのリング１４２が前記スムーズベアリング１５６を形成するように支持ブシュ１５２の円筒形の壁１６２に係合して案内される円筒形の壁１６０を有する点で、上述のガスケットから相違する。
【００３３】
図示の例では、リング１４２の円筒形の壁１６０が、リングの外周から後方へと延びている。壁１６０の内側円筒面が、スムーズベアリング１５６およびカーボンガスケット１４０における摩擦によって生じる熱を消散させるために、油が注入（矢印１６６）される環状溝１６４を定めている。
【００３４】
支持ブシュ１５２の円筒形の壁１６２が、シャフトに沿って延び、ばね手段１５０、粒子保持部１４８、カーボン環１４６、およびリング１４２を囲んでいる。
【００３５】
円筒形の壁１６０および１６２の接触する円筒形の表面を、タングステンまたは炭化クロムなどの硬質材料の薄い層でコートすることができる。
【００３６】
壁１６２の外側円筒面が、ケーシング１２の開口１３６の内側円筒面と協働し、組み立ての際に開口においてカーボンガスケット１４０を心出しする。
【００３７】
支持ブシュ１５２は、ケーシング１２の前面にねじによって固定される前部の環状フランジを保持している。
【００３８】
さらに支持ブシュ１５２は、内側に向かって径方向に開いた環状溝を内周に有しており、この環状溝に、粒子保持部１４８の前部の円筒形の壁１７２（後端において径方向の壁１７４につながっている）と協働するシール用のＯリング１７０が収容される。
【００３９】
支持ブシュ１５２およびリング１４２は、例えば鋼で製作される。
【００４０】
ばね手段１５０は、支持ブシュ１５２の後方を向いた径方向の面と、粒子保持部１４８の径方向の壁１７４の前方を向いた径方向の面との間に取り付けられている。例えば、これらの手段１５０は、波形のワッシャによって形成される。
【００４１】
粒子保持部１４８の軸方向の行程（例えば、おおよそ１０分の数ミリメートルに等しい）は、粒子保持部の背後に取り付けられ、支持ブシュ１５２によって保持され、当接部を構成する固定手段１５８によって制限される。これらの固定手段１５８は、粒子保持部１４８が支持ブシュ１５２において回転することを防止する。
【００４２】
カーボン環１４６が、粒子保持部１４８の後ろ側の径方向の面に取り付けられ、カーボン環の摩耗の程度にかかわらずシャフトの周囲の軸シールが確実にもたらされるよう、伝動シャフト１８の回転時にリング１４２の前側の径方向の面１４５に軸方向に当接した状態に保持される。
【００４３】
リング１４２は、その内周に、径方向の内側へと開いた環状溝を有しており、この環状溝に、伝動シャフト１８の外側円筒面と協働するシール用のＯリング１７５が収容される。さらに、リング１４２は、リング１４２を伝動シャフト１８と一緒に回転するように拘束するために、この例ではシャフトの相補手段と協働する相互接続手段１４４を備えている。
【００４４】
動作時、伝動シャフト１８がスムーズベアリング１５６によって回転可能に案内され、カーボン環１４６が、開口３６を通過するギアボックスの内側から外側への空気／油混合物の漏れを抑えるために、リング１４２に擦り合わせる。冷却用の油が、スムーズベアリング１５６およびカーボンガスケット１４０における摩擦によって生じる熱を取り除くために、溝１６４へと注入される（矢印１６６）。
【００４５】
図４の変形実施形態においては、カーボンガスケット１４０およびスムーズベアリング１５６が、上述したカーボンガスケットおよびスムーズベアリングと同一であり、伝動シャフト１１８およびケーシング１２だけが、通常の動作においては機能しない非常用のスムーズベアリング１７８を生み出すように変更されている。
【００４６】
カーボンガスケット１４０およびスムーズベアリング１５６の後方において、伝動シャフト１１８が、円すい台形の壁１８０を有しており、この円すい台形の壁１８０が、その大径の前端において、ケーシング１２の円筒形の壁１８４（この例では、ケーシングのボス３０からシャフトに沿って延びている）によって径方向のすき間Ｒにて囲まれた円筒形の壁１８２へとつながっている。
【００４７】
すき間Ｒ（おおよそ１０分の数ミリメートル程度）は、円筒形の壁１８２および１８４がエンジンの通常の動作においては互いに協働することがないように計算される。カーボンガスケット１４０に一体化されたスムーズベアリング１５６の破損の場合に、スムーズベアリング１７８が、伝動シャフト１１８に非常時の一時的な案内を提供することができる。さらに、カーボンガスケット１４０が分解され、ギアボックスから取り外されるとき、伝動シャフト１１８の端部が非常時用のベアリングによって径方向について依然として保持される。
【００４８】
この例では、伝動シャフト１１８の円すい台形の壁１８０が、カーボンガスケットのリング１４２の円筒形の壁１６０によって形成される溝１６４へと注入される油を通過させるための開口１８６を有している。
【図１】
2013534584.tif 000003
【図２】
2013534584.tif 000004
【図３】
2013534584.tif 000005
【図４】
2013534584.tif 000006
【国際調査報告】
2013534584.tif 000007
2013534584.tif 000008
2013534584.tif 000009
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