(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧ＬＰスプール（９Ｃ）と高圧ＨＰスプール（１０Ｃ）とを備え、これらのスプールが、固定ケーシング（２）内で同じ軸を中心として回転することができるように取り付けられたツインスプール式ガスタービンエンジン（１）であって、低圧ＬＰスプール（９Ｃ）が、低圧ＬＰシャフト（９）によって接続されたファン、圧縮機およびタービンを有し、４つの軸受によって支持され、前記ファンが、低圧シャフトに取り付けられると共にファン軸受（Ｐ１）によって支持され、前記低圧ＬＰシャフト（９）が、上流側ＬＰ軸受（Ｐ２）と、この上流側ＬＰ軸受（Ｐ２）の下流側に位置する第１の下流側ＬＰ軸受（Ｐ５’）と、固定ケーシング（２）によって支持された追加の下流側ＬＰ軸受（Ｐ６）とによって支持され、高圧ＨＰスプール（１０Ｃ）が、上流側ＨＰ軸受（Ｐ３）と下流側ＨＰ軸受（Ｐ４）とによって支持され、下流側ＨＰ軸受（Ｐ４）が、ＨＰタービンロータ（１０Ｃ）に固定された内側軌道とＬＰシャフト（９）に固定された外側軌道とを備えるシャフト間軸受であり、追加の下流側ＬＰ軸受（Ｐ６）が、前記第１の下流側ＬＰ軸受（Ｐ５’）の上流側に位置することを特徴とする、前記エンジン。
【請求項２】
追加の下流側ＬＰ軸受（Ｐ６）の直径が、前記第１の下流側ＬＰ軸受（Ｐ５’）の直径より大きい、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
追加の下流側ＬＰ軸受（Ｐ６）の直径が、下流側ＨＰ軸受（Ｐ４）の直径より大きい、請求項２に記載のエンジン。
【請求項４】
追加の下流側ＬＰ軸受（Ｐ６）が、下流側ＨＰ軸受（Ｐ４）と第１の下流側ＬＰ軸受（Ｐ５’）との間で軸方向に位置決めされる、請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
下流側ＨＰ軸受（Ｐ４）および追加の下流側ＬＰ軸受（Ｐ６）が、エンジンの軸に対する横断面の互いに近接したそれぞれの面内に位置決めされる、請求項３または４に記載のエンジン。
【請求項６】
第１の下流側ＬＰ軸受（Ｐ５’）および追加の下流側ＬＰ軸受（Ｐ６）が同じ構造ケーシング要素（２Ｅ）によって支持されるので、前記構造ケーシングが半径方向補強手段（２Ｅ２、２Ｅ３）を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のエンジン。
【請求項７】
前記構造ケーシング要素が、構造排気ケーシング（２Ｅ）を形成する、請求項６に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧スプールと高圧スプールとを備える、特に、航空機用ガスタービンエンジンに関する。本発明は、エンジンケーシング内で、ＬＰシャフトおよびＨＰシャフトを支持する軸受のレイアウト、特に、下流側軸受を目的とする。
【背景技術】
【０００２】
ツインスプール式または２体型ガスタービンエンジンは、上流側端部のＬＰ圧縮機と下流側端部のＬＰタービンとを接続するシャフトで形成される低圧（ＢＰ）スプールとして知られている第１の回転アセンブリを備える（上流側および下流側はマシンを通る空気流に対して定義される）。圧縮機およびタービン要素のそれぞれは、１つまたは複数の段で構成されてよい。２つのＬＰ要素は、軸方向に離間しており、ＬＰ圧縮機の下流側に位置するＨＰ圧縮機とＬＰタービンの上流側に位置するＨＰタービンとで形成される高圧（ＨＰ）スプールとして知られている第２の回転アセンブリのための間隔を置く。ＨＰ圧縮機およびＨＰタービンは、ドラム形状の接続部材によって互いに機械的に接続される。エンジンの燃焼室は、２つのスプールに対して固定しており、環状であり、前記ドラムの周囲に収容される。燃焼室は、ＬＰ段の圧縮機およびＨＰ段の圧縮機から圧縮空気を受け取り、次に、高エネルギーの燃焼ガスをＨＰタービン段およびＬＰタービン段に送る。エンジンは、前方に、ＬＰスプールのシャフトによって駆動されるファンロータを備えることができる。他のレイアウトも知られている。
【０００３】
ＣＦＭ５６のような知られているエンジンは、特に、軸受を介して回転アセンブリを支持する構造ケーシング要素を備える。上流側では、中間ケーシングとして知られているケーシング要素は、上流側ＬＰ軸受を介してＬＰシャフトを支持するハブを備える。下流側では、排気ケーシングとして知られているケーシング要素も同様に、下流側ＬＰ軸受を介してＬＰシャフトを支持するハブを備える。ＨＰスプールは、シャフト間軸受を使用して下流側のＬＰシャフトによって支持される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
航空機に取り付けられたエンジンは、航空機が方向転換操作を行うと、横方向の動的荷重を受ける。このような軸受レイアウトで、特に、低圧ＬＰスプールのシャフトが細長いのに対して非常に長いエンジンの形態に関して、本出願人は、エンジンが上記のような操作荷重を受けた場合のＨＰロータおよびＬＰロータの挙動を分析した。エンジン軸に沿ったロータの横方向の移動は、この移動がブレードの先端とステータリングとの間の間隙がどのように取られるかに直接影響を及ぼすので重要なパラメータである。これらの間隙が、最適な性能が維持されれば、小さく保たれなければならない。
【０００５】
したがって、本出願人は、操作荷重下における圧縮機の先端とタービンロータブレードの先端との半径方向間隙を低減することを目的とした。
【０００６】
特に、本出願人は、航空機に取り付けられたエンジンが操作荷重を受けた時のエンジン軸に沿った横方向の移動を低減することを視野に入れて、ツインスプール式ガスタービンエンジン内のロータを支持する軸受のレイアウトを改良することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的は、本発明によれば、低圧ＬＰスプールと高圧ＨＰスプールとを備え、これらのスプールはエンジンの固定ケーシングの同じ軸を中心として回転することができるように取り付けられ、低圧スプールは低圧ＬＰシャフトに接続されるＬＰ圧縮機とＬＰタービンとを有し、前記ＬＰシャフトは上流側ＬＰ軸受と構造ケーシング要素内の第１の下流側ＬＰ軸受とによって支持され、ＨＰスプールは上流側ＨＰ軸受と下流側ＨＰ軸受とによって支持されるツインスプール式ガスタービンエンジンであって、ＬＰシャフトは、追加の下流側ＬＰ軸受によって、構造ケーシング要素内の下流側で支持されることを特徴とするエンジンによって達成される。
【０００８】
追加の下流側ＬＰ軸受は、下流側ＬＰ軸受と協働して、下流側ケーシング要素に対してＬＰシャフトをよりよい入れ子型にすることができる。
【０００９】
別の特徴によれば、追加の下流側ＬＰ軸受は、前記下流側ＬＰ軸受の上流側に位置する。したがって、追加の下流側ＬＰ軸受の直径は、前記下流側ＬＰ軸受の直径より大きい。
【００１０】
特に、追加の下流側ＬＰ軸受の直径は下流側ＨＰ軸受の直径より大きく、下流側ＨＰ軸受は、ＬＰシャフトとＨＰロータとの間に取り付けられるシャフト間軸受であり、ＨＰスプールはＬＰシャフトによって支持される。
【００１１】
一実施形態によれば、追加の下流側ＬＰ軸受は、下流側ＨＰ軸受と下流側ＬＰ軸受との間で軸方向に位置決めされる。
【００１２】
別の実施形態によれば、下流側ＨＰ軸受および追加の下流側ＬＰ軸受は、互いに近接したそれぞれの横断面内に位置決めされる。
【００１３】
有利には、下流側ＬＰ軸受および追加の下流側ＬＰ軸受は同じ構造ケーシング要素によって支持されるので、前記構造ケーシングは半径方向補強手段を有する。特に、前記構造ケーシング要素は、構造排気ケーシングを形成する。
【００１４】
本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照して単に非限定的な例として示された本発明の一実施形態の以下の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】先行技術のフロントファン付きガスタービンエンジンの概略軸方向片側断面図である。
【図２】図１のエンジンの下流側部分をより詳細に示した図である。
【図３】本発明の追加の下流側ＬＰ軸受を備えるエンジンの後方部分の軸方向片側断面図である。
【図４】本発明の軸受チャンバ通気空気の循環を示す図である。
【図５】本発明の軸受の代替レイアウトを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１のガスタービンエンジン１は、ケーシングの内側に、上流側から下流側に向けて、フロントファン３を備え、フロントファン３が圧縮する空気流の一部は大気中に放出され、半径方向内側部分はエンジンの中に案内される。エンジンは、続けて、低圧（ＬＰ）圧縮機４を形成する複数の圧縮機段、その次に、高圧（ＨＰ）圧縮機５の段を備える。空気はディフューザに入り、空気はディフューザを通って燃焼室６に入る。燃焼室の下流側では、燃焼ガスは高圧ＨＰタービン７内に案内され、その後、低圧ＬＰタービン８の段内に案内され、最後に、ガスはジェットパイプノズル（図示せず）を通って大気中に放出される。
【００１７】
構造的に、ＬＰ圧縮機４のロータとＬＰタービン８のロータとは、ＬＰシャフト９によって機械的に接続されてＬＰスプール９Ｃを形成する。ＨＰ圧縮機５のロータとＨＰタービン７のロータとは、これらを機械的に接続するドラム１０と共に、ＨＰスプール１０Ｃを形成する。２つのＬＰスプール９ＣとＨＰスプール１０Ｃとが取り付けられるケーシング２は、本発明に関する限り、中間ケーシング２Ｉとして知られている上流側ケーシング要素と、排気ケーシング２Ｅとして知られている下流側ケーシング要素を含む複数の要素を備える。これらの２つのケーシング要素は、エンジンと航空機の構造体との間の力がこれらの要素を通過するので、構造要素である。これらの要素は、中央ハブと、ハブを外側シェルリングに接続するガスダクトを横断する半径方向アームとから成る。
【００１８】
回転アセンブリは、１組の軸受によってハブ内で支持される。この場合、ＬＰシャフト９は軸受Ｐ１によって支持されるファンシャフトに接続される。ＬＰシャフト９は、軸受２によって上流側で支持される。これらの２つの軸受Ｐ１、Ｐ２自体は、中間ケーシング２Ｉによって支持される。ＬＰシャフトは、下流側で、排気ケーシング２Ｅに取り付けられたＰ５の軸受によって支持される。ＨＰスプール１０Ｃは、下流側で、シャフト間軸受Ｐ４を介してＬＰシャフト９によって支持される。ＨＰスプール１０Ｃは、上流側で、中間ケーシング内に取り付けられた軸受Ｐ３によって支持される。
【００１９】
図２は、エンジンの後方部をより詳細に示した図である。ＬＰスプール９Ｃのシャフト９は、ＨＰタービン７のディスクを通過する。シャフト９は、排気ケーシング２Ｅのハブの円錐台形状の要素２Ｅ１内の軸受Ｐ５によって支持される。軸受Ｐ５は、ＬＰシャフト９の端部ジャーナル９Ｃ１に固定された内側軌道と円錐台形ハブ要素２Ｅ１に固定された外側軌道との間で保持される転がり軸受を有するケージを備える。ＬＰタービン８のロータは、ＬＰシャフト９に固定される。
【００２０】
さらに上流側では、シャフト間軸受Ｐ４は、ＬＰシャフト９に固定された内側軌道とＨＰスプール１０Ｃの端部のジャーナル１０Ｃ１に固定された、より詳細には、ＨＰタービンディスク７のフランジに取り付けられた外側軌道との間に取り付けられた転がり軸受を有するケージを備える。
【００２１】
図２に示された先行技術の軸受構造を基にした本発明の一実施形態について、図３を参照しながら説明する。
【００２２】
図３では、ＨＰタービン７およびＬＰタービン８は、それぞれ図２と変わりがない。ＬＰシャフトは、１９で示されている。ＬＰシャフト１９は、下流側端部では、ジャーナル１９Ｃ１を有する（この場合は取付式ジャーナルであるが、ＬＰシャフトと一体部品にすることも可能である）。ジャーナルは、ＬＰシャフト１９の延長上にあり、ほぼ同じ直径の部品１９Ｃ１Ａを備える。ジャーナルは、それより大きい直径を有し、半径方向部品１９Ｃ１Ｃによってジャーナルの第１の部分１９Ｃ１Ａに取り付けられる別の部品１９Ｃ１Ｂを備える。
【００２３】
排気ケーシング１２Ｅのハブは、２つの軸受Ｐ５’と軸受Ｐ６とをそれぞれ支持するための支持体を形成する２つの円錐台形状部分１２Ｅ１と１２Ｅ２とを備える。軸受Ｐ５’は、ＬＰシャフト１９のジャーナルの部品１９Ｃ１Ａと、円錐台形状部分１２Ｅ２との間に位置決めされる。軸受Ｐ５’は、ジャーナル部品１９Ｃ１Ａに固定された内側軌道または内輪と、排気ケーシングハブの円錐台形状部分１２Ｅ１の円筒状延長部１２Ｅ１０に固定された外側軌道または外輪との間に取り付けられた転がり軸受ケージを備える。
【００２４】
軸受Ｐ６は、ジャーナル１９Ｃ１の大きい直径の円筒状部品１９Ｃ１Ｂと、排気ケーシングハブの円錐台形状部分１２Ｅ２の円筒状延長部１２Ｅ２０との間に取り付けられる。半径方向縦断面１２Ｅ３内でエンジンの軸を中心に分布する補強リブが２つの円錐台形状部分の間に形成されて、これらの２つの円錐台形状部分が上流側端部で受ける半径方向の力に対する耐性を向上させる。ハブはさらに、エンジンの軸を中心に分布する長手方向半径方向リブ１２Ｅ４を備える。
【００２５】
ジャーナル１９Ｃ１は、円筒状部分１９Ｃ１Ａの上流側に伸びて、シャフト１９の外側軸受表面上を滑る円筒状部分１９Ｃ１Ｄを備える。シャフト間軸受Ｐ４は、２つの円筒状部分１９Ｃ１Ｂと１９Ｃ１Ｄとの間の環状空間に収容される。この軸受は、ＨＰロータ１０Ｃの下流側端部に位置するジャーナル１０Ｃ１に固定された軌道または輪と、円筒状部分１９Ｃ１Ｂの内側でジャーナル１９Ｃ１に取り付けられるリング１９Ｃ１Ｅに固定された外側軌道または外輪との間に取り付けられた転がり軸受ケージを備える。
【００２６】
図３に見られるように、ジャーナル１０Ｃ１は、ＨＰタービンディスク７の下流側フランジに固定される。ＬＰシャフト１９のジャーナル１９Ｃ１は、円筒状部分１９Ｃ１Ｂの外側の半径方向フランジによって、ＬＰタービンロータ８のディスクの１つに取り付けられたコーン８Ｃにボルト締めされる。この場合、ＬＰタービンロータは、１つのタービンユニットに組み立てられる４つのタービンディスクから成る。
【００２７】
図４は、潤滑について示されている。潤滑油のためのチャンバは、互いに対して動く部品間に位置決めされたラビリンス領域によって形成される。
【００２８】
したがって、軸受Ｐ４、Ｐ５’、Ｐ６の組の上流側には、ＨＰロータのジャーナル１０Ｃ１とＨＰシャフト１０との間のラビリンスシールＬ１、ジャーナル１０Ｃ１とＬＰシャフト１９のジャーナル１９Ｃ１との間のラビリンスシールＬ２、ＬＰタービンロータのコーン８Ｃと排気ケーシング１２Ｅのハブとの間のラビリンスシールＬ３がある。下流側では、ラビリンスシールＬ４が、ＬＰシャフト１９と排気ケーシング１２Ｅのハブとの間のチャンバを閉鎖する。
【００２９】
矢印Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５は、上流側から抽気される加圧空気の流れを示し、その流れを利用して、軸受チャンバは低圧タービン段で生じる圧力との関連で加圧された状態に保たれる。適切なダクトによって入れられる油は、それ自体知られている方法で転がり軸受に噴霧され、油分離器（図示せず）を備えるＬＰシャフト１９の内部を通って除去される。
【００３０】
この型は、先行技術のエンジンに既存の構成部品で必要となる変更が最も少なくなるようにしたものである。特に、シャフト間軸受Ｐ４は、変更されていないジャーナル１０Ｃ１に取り付けられる。したがって、軸受Ｐ４は、軸受Ｐ６の上流側に位置する。
【００３１】
図５に示された実施形態の代替形態によれば、軸受Ｐ４は、軸受Ｐ６と同じ横断面内にほぼ位置するようにさらに下流側に移動される。このためには、ＨＰロータの端部のジャーナルが長くなる。このジャーナルは、図５では１１０Ｃ１で示されている。また、ＬＰシャフトのジャーナルも図３の解決策と比べれば変更されている。
【００３２】
本発明の解決策は、ＨＰタービンジャーナルがシャフト間軸受に対して外側に位置決めされているという点で先行技術よりも有利である。
【００３３】
この場合、ＨＰタービンの運転速度は内側に取り付けられたＬＰタービンシャフトの運転速度より速いので、この部品は膨張される。
【００３４】
シャフト間転がり軸受の正常な動作間隙を保証するために、この軸受はＬＰタービンシャフトとＨＰタービンジャーナルとの間で拘束されて取り付けられる必要がある。
【００３５】
組立て時に、ＬＰタービンはシャフトがＨＰスプールモジュールに合わせられるので、転がり軸受の外輪を取り付けられたＨＰタービンジャーナルは加熱されて膨張され、同じ転がり軸受の内輪および転動体を取り付けられたＬＰタービンシャフトが適合できるようにする必要がある。組立ては厄介である。
【００３６】
本発明の解決策によって、ＨＰタービンジャーナルはシャフト間軸受よりもさらに内側に位置決めされ、ＬＰタービンシャフトはこの同じ転がり軸受のさらに外側に位置決めされる。
【００３７】
したがって、先行技術で使用されたタイプのアセンブリとは違って、シャフト間転がり軸受の外輪を取り付けられたシャフトを備えるＬＰタービンは、その軸受の内輪および転動体を取り付けられたＨＰタービンと、間隙を空けて合わせられる。したがって、ＨＰタービンジャーナルを加熱する必要がなくなる。そのことで、組立てがより容易になる。低温状態での間隙は、全体の機械的応力および熱応力に応じて、またＨＰタービンジャーナルの運転速度がＬＰタービンシャフトの運転速度より速いことを考慮に入れて、転がり軸受の正確な動作を保証するように計算される。
【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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