(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械用のエアスタータ（１０）であって、
前記ターボ機械の起動段階においてのみ動作する非オーバーラン要素が配置されている第一室（１）と、
前記起動段階を含む前記ターボ機械の動作時を通じて動作するオーバーラン要素が配置されている第二室（２）と、
前記第一室（１）と前記第二室（２）を隔てる中間壁（６）と、
を備えており、
前記第一室（１）は、前記非オーバーラン要素をオイル噴射潤滑するための潤滑オイルが貯留されるオイル受け（３）を備えており、
前記第二室（２）は、前記オーバーラン要素からの戻り潤滑オイルが貯留されるＡＷＣ（Assisted Wet Cavity）型のオイルキャビティ（４）を備えており、
前記戻り潤滑オイルは、前記オーバーラン要素を潤滑するために前記ターボ機械から供給される加圧オイル（Ｈｐ）である、
エアスタータ。
【請求項２】
前記第一室（１）の前記オイル受け（３）は、前記第二室（２）の前記オイルキャビティ（４）と第一開口（５）を介して連通しており、
前記第一開口（５）は、前記オイル受け（３）と前記オイルキャビティ（４）の間でオイルの液面高さの平衡をとることを可能にしている、
請求項１に記載のエアスタータ。
【請求項３】
前記第一開口（５）は、前記オイル受け（３）において前記エアスタータ（１０）によって生成される虞のある汚れから前記ターボ機械のオイル回路を保護するためにストレーナを備えている、
請求項２に記載のエアスタータ。
【請求項４】
前記第一室（１）と前記第二室（２）は、両室の間で気圧の平衡をとるために第二開口（７）を介して互いに連通している、
請求項２または３に記載のエアスタータ。
【請求項５】
前記第二室（２）の前記オーバーラン要素は、当該第二室（２）の遠心圧力場を制限するようにベル（２１）内に収容されている、
請求項１から４のいずれか一項に記載のエアスタータ。
【請求項６】
前記第一開口（５）と前記第二開口（７）は、前記中間壁（６）に形成されている、
請求項４に記載のエアスタータ。
【請求項７】
前記第二室（２）は、前記オイルキャビティ（４）内に配置された排出口（９）を備えており、
前記排出口（９）は、前記オイルキャビティ（４）におけるオイルの液面高さを規定するとともに、前記ターボ機械のオイル回収回路へのオイルの戻り（Ｒ）を許容する、
請求項１から６のいずれか一項に記載のエアスタータ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載のエアスタータを備えているターボ機械。
【請求項９】
回転駆動軸と、
前記回転駆動軸と機械的に結合されたＡＧＢ（２０）と、
を備えており、
前記エアスタータ（１０）は、前記ＡＧＢ（２０）に搭載されており、
前記ＡＧＢ（２０）は、加圧オイル（Ｈｐ）の前記エアスタータ（１０）への伝達供給を可能にする、
請求項８に記載のターボ機械。
【請求項１０】
請求項１から７のいずれか一項に記載のエアスタータのオイル潤滑を行なう方法であって、
前記第一室（１）に収容された前記非オーバーラン要素の潤滑を、オイル噴射潤滑によって行ない、
前記第二室（２）に収容された前記オーバーラン要素の潤滑を、前記ターボ機械のオイル回路から加圧オイル（Ｈｐ）を供給することにより行なう、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ機械の分野に関連し、より具体的には、エアスタータからエンジンへ動力を伝達するためのギアボックスに搭載された当該スタータの潤滑一般に関連する。
【０００２】
本発明は、あらゆる種類の陸上用あるいは航空用ターボ機械に適用される。本発明は、特にターボジェットやターボプロップのような航空機用ターボ機械に適用される。
【０００３】
特に本発明は、第一循環室と第二循環室を備えたターボ機械用エアスタータ、当該エアスタータを備えたターボ機械、および当該スタータをオイルで潤滑する方法に関連する。
【背景技術】
【０００４】
ターボ機械の分野一般において、エアスタータ（エアタービンスタータ；ＡＴＳとしても知られる）は、航空機エンジンなどのタービンエンジンを起動させるために使用される機械である。エアスタータは、動力伝達ギアボックス（アクセサリギアボックス；ＡＧＢとしても知られる）に搭載されることが一般的である。動力伝達ギアボックスは、エアスタータからエンジンへ動力を伝達する。
【０００５】
特許文献１と特許文献２は、ガスタービンエンジンに使用されるエアスタータの例を記載している。
【０００６】
エアスタータは、タービン、減速ギア、フリーホイール、および接続シャフトを備えていることが一般的であり、これら全体が軸受に保持されている。
【０００７】
起動中において、タービンには圧縮空気が供給され、空気エネルギーがエンジンを動作させるための機械エネルギーに変換される。
【０００８】
フリーホイールは、タービンと減速ギアによるエンジンの動作を可能にするだけでなく、動作させないようにもできる。
【０００９】
一旦エンジンが起動されると、スタータへの空気の供給が絶たれ、タービンと減速ギアが停止する。しかしながら、エアスタータとエンジンの間の接続シャフトは、エンジンにより駆動されて動作を継続する。
【００１０】
接続シャフト、フリーホイール、およびこれらに対応する軸受は、エンジンが動いている限り（すなわち、航空機の飛行中は）動作し続けるエアスタータの一部を形成している。この部分は、「被駆動部」あるいは「オーバーラン部」と称される。
【００１１】
他方、タービン、減速ギア、およびこれらに対応する軸受は、エンジンの起動時のみ動作するエアスタータの一部を形成している。この部分は、「駆動部」あるいは「非オーバーラン部」と称される。
【００１２】
エアスタータ、より具体的にはオーバーラン部を機能させるためには、潤滑が必要である。
【００１３】
非常に長い間、エアスタータは、エンジンオイル回路とは独立したオイルバスを用いるオイル噴射潤滑によって潤滑されており、ラチェットクラッチが設けられていた。しかしながら、この手法は、二つの要因により満足のいくものではなかった。一つは、エアスタータの破損を招く予期せぬオイル漏れの虞である。もう一つは、いわゆる「ランニングエンゲージメント」状態におけるフリーホイールの耐久性が低く、いわゆる「クラッシュエンゲージメント」状態におけるシステム破壊の虞である。
【００１４】
これら二つの大きな短所を個別に改善するための考案がなされている。
【００１５】
一方では、エアスタータによって生じる虞がある汚れからエンジンを保護しつつ、エアスタータのオイルバスをエンジンオイル回路と組み合わせる提案がなされている。この手法は、ＡＷＣ（Assisted Wet Cavity）として広く知られており、特許文献１に記載されている。ＡＷＣは、エアスタータとエンジンの中間に位置するキャビティであり、エンジンオイルの供給を受け、オイル漏れが生じたエアスタータにオイルを補填する。
【００１６】
他方、「ランニングエンゲージメント」や「クラッシュエンゲージメント」状態に対してエアスタータを反応しないようにするために、いわゆるローラクラッチを使用することが提案されている。この手法は、フリーホイールの加圧潤滑が特に必要とされる。
【００１７】
図１は、特に上記の手法に基づいたエアスタータ１０の潤滑回路の構成を模式的に例示している。
【００１８】
エアスタータ１０は、ＡＧＢ２０に搭載されている。エアスタータ１０の接続シャフト１１は、クラッチの連続的に動作する部品とともに、軸受１２によってエアスタータ１０の筐体に支持されている。
【００１９】
エアスタータ１０の潤滑オイルＨは、エアスタータ１０の潤滑を可能にするために、内部オイル受け１３に収容されている。このため、エアスタータ１０は、内部オイルポンプ１４を備えている。内部オイルポンプ１４は、エアスタータ１０のオーバーラン部に潤滑をもたらす。
【００２０】
図１に例示された潤滑オイル回路は、エアスタータ１０の外部にＡＷＣ１５をさらに備えている。ＡＷＣ１５にはエンジンオイルＨｍが供給され、オイル漏れが生じたエアスタータ１０にオイルが補填される。この場合、オイル受け１３は、開口１６を介してＡＷＣ１５と連通している。開口１６は、エアスタータ１０の筐体の壁１７に形成されている。
【００２１】
開口１６は、ストレーナによって保護されている。これにより、エアスタータ１０によって生じる虞がある汚れからエンジンを保護する。また、ＡＷＣ１５、ひいてはオイル受け１３におけるオイルの液面は、排出口１８によって定められる。排出口１８は、エンジンオイル回収回路へのオイル戻りＲを許容する。エアスタータ１０のキャビティとＡＧＢ２０のキャビティ間の圧力平衡は、エアスタータ１０の筐体の壁１７の上部に形成された開口１９によってなされる。
【００２２】
この連通管の原理を用いることにより、エアスタータ１０のオイルレベルＨの管理は、エンジンオイル回路のリアルタイム管理と関連付けられる。また、エアスタータ１０のチョーキングとエアスタータ１０からのオイルＨによるエンジンの汚れの虞の双方を防止できる。
【００２３】
しかしながら、上記の手法がオイル漏れやフリーホイールのエンゲージメントに係る問題を解決できる一方で、以下に述べる多くの短所を有している。
【００２４】
第一に、圧力下のエアスタータの要素は、小容量のオイル受け１３に収容された少量のオイルで潤滑される。当該オイル受け１３内のオイルは補充されず、その質も劣化しうる。しかしながら、エアスタータの減速ギアは、複数のギアからなる。動作中の当該ギアの歯同士の金属摩擦により粒子が発生し、汚れを生じる虞がある。よって、圧力下で潤滑される要素は、減圧ギアから生じる虞がある汚れにさらされる。他方、このオイルの温度は管理も規制もされておらず、少量であり、ポンプのほぼ閉じた回路内を連続的に再循環されているため、害をもたらす虞のある過熱にさらされる。
【００２５】
第二に、内部オイルポンプの使用はコストとエアスタータの質量を増加させ、管理されていないポンプの故障に係る非信頼性の原因になりうる。そして、潤滑不足によるエアスタータの破損をもたらしうる。
【００２６】
第三に、航空機が極端な姿勢をとると、エアスタータからオイルが漏れ出す虞がある。例えば、オイル受け１３の底が排出口１８の高さよりも上になる場合である。この場合、ポンプ１４に供給されるオイル受け１３内のオイルの量を十分に保つことが問題になる。ポンプにオイルが供給されないと、エアスタータのオーバーラン部１２の確実な潤滑が損なわれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】米国特許第４７７９４１３号明細書
【特許文献２】仏国特許第２９１１９１６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
よって、本発明は、先行技術の構成に係る上記の問題と短所の少なくとも一部を解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明の一態様は、ターボ機械用のエアスタータに関連する。当該エアスタータは、
前記ターボ機械の起動段階においてのみ動作する非オーバーラン要素が配置されている第一室と、
前記起動段階を含む前記ターボ機械の動作時を通じて動作するオーバーラン要素が配置されている第二室と、
を備えており、
前記第一室は、前記非オーバーラン要素をオイル噴射潤滑するためのオイル受けを備えており、
前記第二室は、前記オーバーラン要素を潤滑するためのＡＷＣを備えており、
前記ＡＷＣは、前記オーバーラン要素からの戻りオイルの供給を受け、前記ターボ機械から供給される加圧オイルの供給を受け、
前記オイル受けと前記ＡＷＣは、前記エアスタータに内蔵されている。
【００３０】
本発明によれば、エアスタータにおける繊細な部品（特にオーバーラン要素の部品）に対する最適な潤滑を得ることが可能である。オーバーラン要素の部品は、非常に長い稼働時間（エンジンと同等）に耐えることを必要とされる。潤滑オイルは、外部条件（温度、高度、姿勢など）によらず供給されうる。また、オイルポンプを用いる先行技術に係る手法は、極端な姿勢においてエアスタータ内の十分なオイルの液面レベルを維持する必要があるが、遂行困難である。これに対して本発明に係る仕組みにおいては、姿勢によらずオーバーラン要素の十分な潤滑を可能にできる。なお、エンジンが起動済みであれば、シャットダウン済みであるエアスタータの非オーバーラン要素が姿勢に応じて潤滑される必要はない。さらに、オイル温度がエンジン潤滑システムによって制御されうる。潤滑オイルは、エンジンによって連続的に濾過および補充され、クリーンでもある。
【００３１】
また、本発明は、ＡＷＣの原理に関連する利点（具体的には、エアスタータの減速ギアによって生じる汚れを封じ込める）を得ることができるため、ＡＧＢを汚さない。オーバーラン要素は、エンジンオイル回路による圧力の供給を受け、汚れが生じないか、生じても実用上問題のない程度である。
【００３２】
そして、本発明の手法によれば、エアスタータから内部オイルポンプを不要にできるため、コストと質量を低減可能であるだけでなく、エアスタータの信頼性を高めることができる。
【００３３】
本発明に係るエアスタータは、以下の特徴の少なくとも一つを、個別に、あるいは組み合わせて備えうる。
【００３４】
エアスタータは、少なくともタービン、減速ギア、フリークラッチホイール、および接続シャフトを備えており、これら全体が軸受に保持されている。
【００３５】
エアスタータのオーバーラン要素は、接続シャフト、フリークラッチホイール、およびこれらに対応する軸受を含む。
【００３６】
エアスタータの非オーバーラン要素は、タービン、減速ギア、およびこれらに対応する軸受を含む。
【００３７】
第一室におけるオイル噴射潤滑用のオイル受けは、ＡＷＣと第一開口を介して連通していることが好ましい。第一開口は、オイル受けとＡＷＣの間でオイルの液面高さの平衡をとることを可能にしている。
【００３８】
第一開口は、エアスタータの下部に配置されうる。第一開口は、エアスタータの筐体の中間壁に形成されうる。中間壁は、第一室と第二室の隔離を可能にしている。
【００３９】
第一開口は、オイル受けにおいてエアスタータによって生成される虞のある汚れからターボ機械のオイル回路を保護するためにストレーナを備えうる。
【００４０】
第一室と第二室は、両室の間で気圧の平衡をとるために第二開口を介して互いに連通していることが好ましい。
【００４１】
この第二開口は、エアスタータの上部に配置されうる。第二開口は、エアスタータの筐体の中間壁に形成されうる。中間壁は、第一室と第二室の隔離を可能にしている。この第二開口は、第二室のＡＷＣと第一室のオイル受けの間でオイルの液面高さを同一にすることを可能にする。このオイルの液面高さは、後述する排出口により規制される。
【００４２】
第二室のオーバーラン要素は、第二室の遠心圧力場を制限するようにベル内に収容されうる。
【００４３】
第一開口と第二開口は、エアスタータの筐体における同じ中間壁に形成されうる。中間壁は、第一室と第二室を区画している。
【００４４】
第二室は、ＡＷＣ内に配置された排出口を備えうる。排出口は、ＡＷＣにおけるオイルの液面高さを規定するとともに、ターボ機械のオイル回収回路へのオイルの戻りを許容する。
【００４５】
外部への漏れがないため、エアスタータは、第一開口を通過する連続的なオイル流が不在である点において有利である。前述のように、第一開口は、ストレーナを備えており、第一室のオイル受けと第二室のＡＷＣの間に配置されている。オイル漏れが生じた場合、エンジンによって供給されるオイル流が生じるが、流れの方向は、第一室において生じる虞がある汚れによって汚染されるリスクからエンジンが保護されることを意味している。
【００４６】
また、別態様によれば、本発明は、上記のエアスタータを備えているターボ機械にも関連する。
【００４７】
ターボ機械は、少なくとも回転駆動軸と、当該回転駆動軸と機械的に結合されたＡＧＢと、を備えている。エアスタータは、ＡＧＢに搭載されうる。ＡＧＢは、加圧オイルのエアスタータへの伝達供給を可能にする。
【００４８】
また、ＡＧＢとエアスタータの間の動的な封止を不要にできる点において有利である。エアスタータ内にＡＷＣを用いるため、エアスタータの接続シャフトとＡＧＢの間のロータリーシールを不要にできる。
【００４９】
別態様によれば、本発明は、上記のエアスタータのオイル潤滑を行なう方法にも関連する。当該方法においては、第一室に収容された非オーバーラン要素の潤滑を、オイル噴射潤滑によって行ない、第二室に収容されたオーバーラン要素の潤滑を、ターボ機械のオイル回路から加圧オイルを供給することにより行なう。
【００５０】
本発明に係る方法は、前述の特徴のいずれか一つを、個別に、あるいは他の特徴と組み合わせて備えうる。
【００５１】
本発明は、実施形態の非限定的な例に係る以降の詳細な説明を読み、添付の図面における模式図や部分図を参照することによってより明確に理解されうる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】先行技術に係るエアスタータのオイル潤滑回路の例を示している。
【図２】ターボ機械のＡＧＢへの搭載に適した本発明に係るエアスタータの例を示している。
【図３】図２に模式的に例示されたエアスタータの断面図である。
【００５３】
各図を通じて、同じ参照番号は同一または同等の要素を示しうる。
【００５４】
また、図中に示される複数の部品は、必ずしも同一の縮尺に基づいているわけではなく、図の見やすさを優先している。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図１については、先行技術に関して説明済みである。
【００５６】
図２と図３には、ターボ機械用ＡＧＢ２０への搭載に適した本発明に係るエアスタータ１０の例が示されている。
【００５７】
図２は、図１と同様に、エンジンのＡＧＢ２０に搭載されたエアスタータ１０を模式的に例示している。図３は、当該エアスタータ１０の断面図である。
【００５８】
図２と図３に示されるように、エアスタータ１０は、第一室１を備えている。エアスタータ１０の「非オーバーラン」要素は、第一室１に配置されている。「非オーバーラン」要素は、エンジン起動段階においてのみ動作する要素に対応する。エアスタータ１０は、第二室２も備えている。エアスタータ１０の「オーバーラン」要素は、第二室２に配置されている。「オーバーラン」要素は、ターボ機械の起動段階とエンジンの動作中に動作するように構成された要素に対応する。
【００５９】
第一室１は、非オーバーラン要素をオイル噴射潤滑するためのオイル受け３を備えている。第二室２は、ＡＷＣ型のオイルキャビティ４を備えている。ＡＷＣ４には、エンジンによる圧力の下でオーバーラン要素からの戻り潤滑オイルＨｐが供給される。オイル受け３とＡＷＣ４は、エアスタータ１０の内部に位置している。
【００６０】
本発明の有利な提案は、エアスタータ１０の第二室２において、エンジンによって供給された加圧オイルＨｐをオーバーラン要素の潤滑オイルとして使用することである。当該加圧オイルＨｐは、フィルタを通過し、温度が規制・管理されたものである。他方、本発明は、エアスタータ１０の第一室１において、オーバーラン要素から供給された戻り潤滑オイルをＡＷＣ４と組み合わせられたオイルバスに保持することを提案する。
【００６１】
この構成は、非オーバーラン要素とオーバーラン要素を分離可能にする点において有利である。非オーバーラン要素は、起動時にのみ動作するためオイル噴射潤滑が適している。オーバーラン要素は、前述のように起動時のみならずその後も動作するため、質の高い加圧潤滑が必要である。この手法により、先行技術において使用されていた内部ポンプを不要にできる。また、オーバーラン要素の潤滑の質を向上できる。これにより、コストと質量を低減し、信頼性を向上できる。
【００６２】
第一室１と第二室２の間には二つの通路が設けられている。
【００６３】
第一に、第一室１の噴射潤滑用オイル受け３は、第一開口５を通じて第二室２のＡＷＣ４と連通している。第一開口５は、オイル受け３とＡＷＣ４のオイル液面高さの平衡をとることを可能にする。この第一開口５は、エアスタータ１０の下部に配置されており、エアスタータ１０の筐体の中間壁６に形成されている。中間壁６は、第一室１と第二室２を隔てている。第一開口５にはストレーナが設けられていることが好ましい。エアスタータ１０によってオイル受け３内に生じうる汚れからエンジンのオイル回路を保護するためである。この場合、エアスタータ１０のオイルバス全体が二つのキャビティから隔離される。一方のキャビティは、オイル受け３を区画して非オーバーラン要素のオイル噴射潤滑を可能にしている。他方のキャビティは、オーバーラン要素からの戻りオイルの連続的供給を受けるＡＷＣ４を形成している。ＡＷＣ４は、潤滑のためにエンジンから加圧オイルＨｐの供給を受ける。
【００６４】
空気圧は、通気によって第一室１と第二室２の間で等しく保たれる。第一室１と第二室２は、両者の間で空気圧の平衡をとるために、第二開口７を通じて互いに連通されることが好ましい。この第二開口７は、エアスタータ１０の上部に配置されており、エアスタータ１０の筐体の中間壁６に形成されている。
【００６５】
第二室２において動作している（駆動されている）要素によって生成される若干の正圧のオイルの液面高さに対する影響を抑制するために、これらはベル２１内に収容されている。
【００６６】
第一室１に配置されている非オーバーラン要素のオイル噴射潤滑は、周知の手法により行なわれる。
【００６７】
第二室２に配置されているオーバーラン要素の潤滑は、以下のように行なわれる。エンジンは、加圧オイルＨｐをエアスタータ１０の適当なインターフェース８に供給する。次いで、このオイルＨｐは、より念入りな潤滑が必要とされるオーバーラン要素へ運ばれ、さらにＡＷＣ４へ流入する。第二室２は、排出口９をさらに備えている。排出口９は、エアスタータ１０の筐体の外壁１７に形成された開口であり、ＡＷＣ４へ排出された戻りオイルＲのエンジンのオイル回収回路への通過を許容する。
【００６８】
本発明が上述した実施形態の例に限定されないことは明らかである。様々な改変が当業者によってなされうる。
【００６９】
「〜を備えている」という表現は、特に断りのない限り「〜を少なくとも一つ備えている」という意味である。
【図１】
0006570532.tif 000002
【図２】
0006570532.tif 000003
【図３】
0006570532.tif 000004