(57)【要約】【課題】  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を支持する複数のベアリングに必要充分な量のオイルを供給できるようにする。【解決手段】  オイル供給源５５に近い第１ベアリング１４の要求オイル下限量をＡとし、オイル供給源５５から遠い第２ベアリング１８の要求オイル下限量および安全余剰オイル量をそれぞれＢおよびＣとしたとき、オイル供給源５５からＡ＋Ｂ＋Ｃに相当するオイル量を供給するとともに、第１ベアリング１４に供給されるオイル量が前記要求オイル下限量Ａとなるように第１油孔ｉの孔径および孔数を設定したので、第１ベアリング１４に要求オイル下限量Ａのオイルを確実に供給できるだけでなく、第２ベアリング１８に要求オイル下限量Ｂに安全余剰オイル量Ｃを加えた量のオイルを供給することで、オイル供給源５５から遠いためにオイル量が不足しがちな第２ベアリング１８に要求オイル下限量Ｂのオイルを確実に供給することができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧系シャフト（１５）と、前記低圧系シャフト（１５）の外周に相対回転自在に嵌合する高圧系シャフト（１６）とを備え、前記低圧系シャフト（１５）をケーシング（１２）に第１ベアリング（１４）を介して支持するとともに、前記高圧系シャフト（１６）を前記低圧系シャフト（１５）に第２ベアリング（１８）を介して支持し、オイル供給源（５５）から前記第１ベアリング（１４）および前記第２ベアリング（１８）にオイルを供給するガスタービンエンジンのベアリング潤滑構造であって、
前記オイル供給源（５５）から前記第１、第２ベアリング（１４，１８）の一方のベアリング（１４）に向けてオイルを供給する第１油路（Ｐ１）と、前記第１油路（Ｐ１）の下流側に接続されて前記一方のベアリング（１４）の径方向内側に形成された第１油溜（Ｒ１）と、前記第１油溜（Ｒ１）から径方向外側に延びて前記一方のベアリング（１４）に連通する第１油孔（ｉ）と、前記第１油溜（Ｒ１）から前記第１、第２ベアリング（１４，１８）の他方のベアリング（１８）に向けてオイルを供給する第２油路（Ｐ２）と、前記第２油路（Ｐ２）の下流側に接続されて前記他方のベアリング（１８）の径方向内側に形成された第２油溜（Ｒ２）と、前記第２油溜（Ｒ２）から径方向外側に延びて前記他方のベアリング（１８）に連通する第２油孔（ｊ）とを備え、
前記一方のベアリング（１４）の要求オイル下限量をＡとし、前記他方のベアリング（１８）の要求オイル下限量および安全余剰オイル量をそれぞれＢおよびＣとしたとき、前記オイル供給源（５５）からＡ＋Ｂ＋Ｃに相当するオイル量を供給するとともに、前記一方のベアリング（１４）に供給されるオイル量が前記要求オイル下限量Ａとなるように前記第１油孔（ｉ）の孔径および孔数を設定したことを特徴とするガスタービンエンジンのベアリング潤滑構造。
【請求項２】
前記低圧系シャフト（１５）および前記高圧系シャフト（１６）は相互に逆方向に回転し、前記他方のベアリング（１８）は前記第２ベアリング（１８）であ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のベアリング潤滑構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧系シャフトと、前記低圧系シャフトの外周に相対回転自在に嵌合する高圧系シャフトとを備え、前記低圧系シャフトをケーシングに第１ベアリングを介して支持するとともに、前記高圧系シャフトを前記低圧系シャフトに第２ベアリングを介して支持し、オイル供給源から前記第１ベアリングおよび前記第２ベアリングにオイルを供給するガスタービンエンジンのベアリング潤滑構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
低圧系シャフトの外周に高圧系シャフトを相対回転自在に配置したツインスプール型のガスタービンエンジンでは、低圧系シャフトおよび高圧系シャフトをケーシングに支持するベアリングに加えて、低圧系シャフトおよび高圧系シャフト間に配置された差動ベアリングを備える。コンプレッサやタービンの空力性能を高めるべく低圧系シャフトおよび高圧系シャフトは相互に逆回転するようになっているため、低圧系シャフトおよび高圧系シャフト間に配置した差動ベアリングのインナーレースおよびアウターレースの相対回転速度が大きくなり、その潤滑に必要なオイル量が増加することになる。そこでオイルジェットから噴射したオイルを油路、油溜および油孔を介して差動ベアリングに供給するものが、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】特開平１０−２９９４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のものは、オイルジェットから差動ベアリングへのオイルの供給経路に低圧系シャフトをケーシングに支持するベアリングが配置されているため、そのベアリングでオイルが消費されることで、より大量のオイルを必要とする差動ベアリングに充分な量のオイルを供給することができなくなる可能性があった。差動ベアリングに充分な量のオイルを供給するにはオイルポンプの容量を増加させれば良いが、そのようにするとオイルタンクやオイルポンプが大型化して重量やコストの増加を招く問題がある。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、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を支持する複数のベアリングに必要充分な量のオイルを供給できるように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、低圧系シャフトと、前記低圧系シャフトの外周に相対回転自在に嵌合する高圧系シャフトとを備え、前記低圧系シャフトをケーシングに第１ベアリングを介して支持するとともに、前記高圧系シャフトを前記低圧系シャフトに第２ベアリングを介して支持し、オイル供給源から前記第１ベアリングおよび前記第２ベアリングにオイルを供給するガスタービンエンジンのベアリング潤滑構造であって、前記オイル供給源から前記第１、第２ベアリングの一方のベアリングに向けてオイルを供給する第１油路と、前記第１油路の下流側に接続されて前記一方のベアリングの径方向内側に形成された第１油溜と、前記第１油溜から径方向外側に延びて前記一方のベアリングに連通する第１油孔と、前記第１油溜から前記第１、第２ベアリングの他方のベアリングに向けてオイルを供給する第２油路と、前記第２油路の下流側に接続されて前記他方のベアリングの径方向内側に形成された第２油溜と、前記第２油溜から径方向外側に延びて前記他方のベアリングに連通する第２油孔とを備え、前記一方のベアリングの要求オイル下限量をＡとし、前記他方のベアリングの要求オイル下限量および安全余剰オイル量をそれぞれＢおよびＣとしたとき、前記オイル供給源からＡ＋Ｂ＋Ｃに相当するオイル量を供給するとともに、前記一方のベアリングに供給されるオイル量が前記要求オイル下限量Ａとなるように、前記第１油孔の孔径および孔数を設定したことを特徴とするガスタービンエンジンのベアリング潤滑構造が提案される。
【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、前記低圧系シャフトおよび前記高圧系シャフトは相互に逆方向に回転し、前記他方のベアリングは前記第２ベアリングであることを特徴とするガスタービンエンジンのベアリング潤滑構造が提案される。
【０００８】
尚、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、実施の形態の後部第１ベアリング１４は本発明の一方のベアリングあるいは第１ベアリングに対応し、実施の形態の後部第２ベアリング１８は本発明の他方のベアリングあるいは第２ベアリングに対応し、実施の形態のオイルジェット５５は本発明のオイル供給源に対応する。
【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径方向内外に配置されて相対回転する低圧系シャフトおよび高圧系シャフトを備え、低圧系シャフトはケーシングに第１ベアリングを介して支持され、高圧系シャフトを低圧系シャフトに第２ベアリングを介して支持され、オイル供給源から第１ベアリングおよび第２ベアリングにオイルが供給される。オイル供給源からのオイルの一部は第１油路、第１油溜および第１油孔を介して第１、第２ベアリングの一方のベアリングに供給され、前記オイルの残部は第１油溜から第２油路、第２油溜および第２油孔を介して第１、第２ベアリングの他方のベアリングに供給される。
【００１０】
一方のベアリングの要求オイル下限量をＡとし、他方のベアリングの要求オイル下限量および安全余剰オイル量をそれぞれＢおよびＣとしたとき、オイル供給源からＡ＋Ｂ＋Ｃに相当するオイル量を供給するとともに、一方のベアリングに供給されるオイル量が前記要求オイル下限量Ａとなるように第１油孔の孔径および孔数を設定したので、一方のベアリングに要求オイル下限量Ａのオイルを確実に供給できるだけでなく、他方のベアリングに要求オイル下限量Ｂに安全余剰オイル量Ｃを加えた量のオイルを供給することで、オイル供給源から遠いためにオイル量が不足しがちな他方のベアリングに要求オイル下限量Ｂのオイルを確実に供給することができる。
【００１１】
また請求項２の構成によれば、低圧系シャフトおよび高圧系シャフトは相互に逆方向に回転するので、第２ベアリングの負荷が大きくなって要求オイル量が増加するが、オイル供給源から遠いためにオイル量が不足しがちな他方のベアリングである第２ベアリングに、要求オイル下限量Ｂに安全余剰オイル量Ｃを加えた量のオイルを供給することで、第２ベアリングの潤滑不良を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ツインスプール型ターボファンエンジンの全体構造を示す図。
【図２】図１の２部拡大図。
【図３】図２の３−３線断面図。
【図４】図２の４−４線断面図。
【図５】オイルの供給経路の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図１〜図５に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１に示すように、本発明が適用される航空機用のツインスプール型ターボファンエンジンは、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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ターボファンエンジンの運転が継続される。
【００２０】
ターボファ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。
【００２１】
次に、図２〜図５に基づいて、後部第１ベアリング１４および後部第２ベアリング１８へのオイルの供給経路を説明する。
【００２２】
２個の低圧タービンホイール３６，３６を支持するためのスリーブ４１が低圧系シャフト１５の外周にスプライン４２で嵌合し、低圧系シャフト１５の軸端外周に螺合するオイル案内部材４３により締結される。後部第１ベアリング１４は、スリーブ４１の外周に嵌合するインナーレース４５と、インナーケーシング１２のベアリング保持部材４４の内周に嵌合するアウターレース４６と、インナーレース４５およびアウターレース４６間に配置された複数のローラ４７…とを備える。ベアリング保持部材４４とアウターレース４６とはボルト４８でインナーケーシング１２に締結され、インナーレース４５はスリーブ４１の端部外周に螺合するナット４９で締結される。
【００２３】
後部第２ベアリング１８は、スリーブ４１の外周に相対回転自在に嵌合する高圧系シャフト１６の外周に嵌合してナット５０で締結されるインナーレース５２と、スリーブ４１にボルト５１で固定されるアウターレース５３と、インナーレース５２およびアウターレース５３間に配置された複数のローラ５４とを備える。
【００２４】
後部第１ベアリング１４は、低圧系シャフト１５のスリーブ４１およびインナーケーシング１２のベアリング保持部材４４間に配置され、インナーレース４５およびアウターレース４６間の相対回転数が小さいために比較的に低負荷である。一方、後部第２ベアリング１８は、相互に逆回転する低圧系シャフト１５のスリーブ４１および高圧系シャフト１６間に配置され、インナーレース５２およびアウターレース５３間の相対回転数が大きいために比較的に高負荷である。
【００２５】
図２および図５に示すように、インナーケーシング１２に設けたオイルジェット５５が指向するオイル案内部材４３にはオイル導入通路４３ａが形成されており、オイル導入通路４３ａの下流側に第１油路Ｐ１が連通する。第１油路Ｐ１は、オイル案内部材４３の内部に周方向に等間隔で配置されて軸方向に貫通する２０本の油孔ａ…と、オイル案内部材４３の端面およびスリーブ４１の端面間に形成された環状流路ｂとで構成される。第１油路Ｐ１の下流側に連通する第１油溜Ｒ１は、スリーブ４１の内部に周方向に等間隔で配置されて軸方向に貫通する１６本の油孔ｃ…で構成される。そして第１油溜Ｒ１と後部第１ベアリング１４のローラ４７…とは、第１油溜Ｒ１から径方向外側に延びる合計８本の第１油孔ｉ…により接続される。
【００２６】
図３に示すように、前記第１油孔ｉ…は、スリーブ４１の内部に形成した１６本の油孔ｃ…のうち、９０°間隔に配置された４本の油孔ｃ…からスリーブ４１および後部第１ベアリング１４のインナーレース４５を径方向に貫通してローラ４７…に連通する４本の第１油孔ｉ…と、前記１６本の油孔ｃ…のうち、９０°間隔に配置された他の４本の油孔ｃ…からスリーブ４１および後部第１ベアリング１４のインナーレース４５を径方向に貫通してローラ４７…に連通する他の４本の第１油孔ｉ…とで構成される。前者の４本の第１油孔ｉ…と後者の４本の第１油孔ｉ…とは、軸方向に離間するとともに周方向に４５°ずれている。
【００２７】
図２および図５に戻り、第１油溜Ｒ１の下流側に連通する第２油路Ｐ２は、低圧系シャフト１５の外周およびスリーブ４１の内周間に形成された環状流路ｄと、低圧系シャフト１５およびスリーブ４１を結合するスプライン４２の６個の欠歯部ｅ…とで構成される。第２油路Ｐ２の下流側に連通する第２油溜Ｒ２は、低圧系シャフト１５の外周およびスリーブ４１の内周間に形成された環状流路ｆと、スリーブ４１を径方向に貫通する４個の油孔ｇ…と、スリーブ４１の外周および高圧系シャフト１６の内周間に形成された環状流路ｈとで構成される。そして第２油溜Ｒ２の環状流路ｈと後部第２ベアリング１８のローラ５４…とは、環状流路ｈから径方向外側に延びる合計８本の第２油孔ｊ…により接続される。
【００２８】
図４に示すように、前記第２油孔ｊ…は、高圧系シャフト１６および後部第２ベアリング１８のインナーレース５２を９０°間隔で径方向に貫通してローラ５４…に連通する４本の第２油孔ｊ…と、高圧系シャフト１６および後部第２ベアリング１８のインナーレース５２を９０°間隔で径方向に貫通してローラ５４…に連通する他の４本の第２油孔ｊ…とで構成される。前者の４本の第２油孔ｊ…と後者の４本の第２油孔ｊ…とは、軸方向に離間するとともに周方向に４５°ずれている。
【００２９】
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。
【００３０】
オイルジェット５５から供給されたオイルは、オイル案内部材４３のオイル導入通路４３ａから、油孔ａ…および環状流路ｂよりなる第１油路Ｐ１を経て油孔ｃ…よりなる第１油溜Ｒ１に供給され、第１油溜Ｒ１から径方向外側に分岐する８本の第１油路ｉ…を経て後部第１ベアリング１４に供給され、インナーレース４５およびアウターレース４６とローラ４７…との転動面を潤滑する。
【００３１】
第１油溜Ｒ１の残りの８本の油孔ｃ…のオイルは、更に環状流路ｄおよびスプライン４２の欠歯部ｅ…よりなる第２油路Ｐ２を経て、環状流路ｆ、油孔ｇ…および環状流路ｈよりなる第２油溜Ｒ２に供給され、第２油溜Ｒ２から径方向外側に分岐する８本の第２油路ｊ…を経て後部第２ベアリング１８に供給され、インナーレース５２およびアウターレース５３とローラ５４…との転動面を潤滑する。
【００３２】
そして後部第１ベアリング１４および後部第２ベアリング１８を潤滑したオイルは、図２に破線矢印で示す経路を流れてオイルタンクに戻される。
【００３３】
ところで、後部第１ベアリング１４は、相対回転数が小さい低圧系シャフト１５およびインナーケーシング１２間に配置されているため、必要とするオイル量が少なくなるだけでなく、オイルジェット５５に近い位置にあるため、オイルの供給が容易である。一方、後部第２ベアリング１８は、相対回転数が大きい低圧系シャフト１５および高圧系シャフト１６間に配置されているため、必要とするオイル量が多くなるだけでなく、オイルジェット５５から遠い位置にあるため、オイルの供給が困難である。
【００３４】
本実施の形態では、後部第１ベアリング１４を充分に潤滑するのに必要な最小限のオイル量である要求オイル下限量をＡとし、後部第２ベアリング１８を充分に潤滑するのに必要な最小限のオイル量である要求オイル下限量をＢとし、後部第２ベアリング１８に安全のための余剰分として供給する安全余剰オイル量をＣとしたとき、オイルジェット５５から供給するオイルの総量をＡ＋Ｂ＋Ｃに設定する。
【００３５】
そしてオイルジェット５５から供給されるＡ＋Ｂ＋Ｃのオイルのうち、要求オイル下限量Ａに相当するオイルが後部第１ベアリング１４に供給されるように、その後部第１ベアリング１４に連通する第１油孔ｉ…の孔径や孔数を設定する。例えば、実施の形態では、第１油孔ｉ…の数は８本であるが、それで要求オイル下限量Ａに相当するオイルが供給できない場合には、第１油孔ｉ…の孔径や孔数を増加させ、逆に要求オイル下限量Ａを上回るオイルが供給されてしまう場合には、第１油孔ｉ…の孔径や孔数を減少させる。
【００３６】
このようにして後部第１ベアリング１４に要求オイル下限量Ａのオイルが供給されると、後部第２ベアリング１８には自動的に要求オイル下限量Ｂと安全余剰オイル量Ｃとの和に相当するオイルが供給されることになる。オイルジェット５５から後部第２ベアリング１８までのオイルの供給経路は長いため、その途中でオイルの一部が漏洩した場合であっても、また後部第１ベアリング１４に供給されるオイルと要求オイル下限量Ａとの間に多少の誤差が発生した場合であっても、それを見越して安全余剰オイル量Ｃを上乗せしてあるため、第１油孔ｉ…の孔径や孔数を調整するだけで、オイルジェット５５から供給するオイル量を無闇に増加することなく、潤滑条件が厳しい後部第２ベアリング１８に必要充分な量のオイルを供給して潤滑不良が発生するのを未然に防止することができる。
【００３７】
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。
【００３８】
例えば、実施の形態ではオイルジェット５５からのオイルを先ず後部第１ベアリング１４に供給し、そこで余剰となったオイルを後部第２ベアリング１８に供給しているが、その順番を入れ換えても良い。
【符号の説明】
【００３９】
１２        インナーケーシング（ケーシング）
１４        後部第１ベアリング（一方のベアリング、第１ベアリング）
１５        低圧系シャフト
１６        高圧系シャフト
１８        後部第２ベアリング（他方のベアリング、第２ベアリング）
５５        オイルジェット（オイル供給源）
Ｐ１        第１油路
Ｐ２        第２油路
Ｒ１        第１油溜
Ｒ２        第２油溜
ｉ          第１油孔
ｊ          第２油孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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