(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジンのロータ（２６）のための軸受組立体（４６）であって、
外レース（５４）と内レース（５６）を備える対をなすレース（５０）と、
前記内レースと外レースの間にあり、円錐状シャフト（８６）に接続されて支持フレーム（４４）上に前記ロータ（４２）を支持するように構成された回転要素（５２）と、
上流側面（１１４）、下流側面（１１６）並びに該上流側及び下流側面の間で延びる球状の面（１００）を備え、ガスタービンエンジン構造への動的荷重と前記ロータへの静的曲げ荷重を減少させるように構成された取り付けレース（１０２）と、
前記取り付けレースの前記上流側及び下流側面（１１４、１１６）を固定するリテーナ（１０４、１０５）と
を備え、
前記リテーナが、前記取り付けレースに軸方向の初期荷重を与えることを特徴とする軸受組立体（４６）。
【請求項２】
前記リテーナは、前記軸受組立体の中に前記取り付けレースを維持するように構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の軸受組立体（４６）。
【請求項３】
前記リテーナ（１０４、１０５）が、通常作動中において前記ロータ（２６）に対する前記取り付けレース（１０２）の位置を維持するようにさらに構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の軸受組立体（４６）。
【請求項４】
前記取り付けレース（１０２）は、前記軸受組立体（４６）と前記ロータシャフトの間にある、請求項２に記載の軸受組立体（４６）。
【請求項５】
前記外及び内レース（５４、５６）の少なくとも１つは、前記前記取り付けレース（１０２）と前記支持フレーム（４４）との間にある、請求項２に記載の軸受組立体（４６）。
【請求項６】
前記軸受組立体のリテーナ（１０４、１０５）が、予め定められたモーメント荷重において破壊するように構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の軸受組立体（４６）。
【請求項７】
前記内レース（５６）は、分割レース合わせ体からなる、請求項２に記載の軸受組立体（４６）。
【請求項８】
前記外レース（５４）は、分割レース合わせ体からなる、請求項２に記載の軸受組立体（４６）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にガスタービンエンジンのロータ組立体に関し、より具体的にはガスタービンエンジンのロータ組立体の軸受組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンは、一般的にロータ組立体と、圧縮機と、タービンとを含む。ロータ組立体は、ロータシャフトから半径方向外方に延びるファンブレードの列を備えたファンを含む。ロータシャフトは、動力と回転運動をタービンから圧縮機とファンへ伝達するもので、複数の軸受組立体により縦方向に支持されている。さらに、ロータ組立体は、ロータ組立体の重力中心を通る回転軸を持つ。公知の軸受組立体は、回転要素と、対をなすレースとを含み、回転要素は、対をなすレースの中に支持される。ロータの臨界速度に余裕を持たせるために、ロータ組立体は３つの軸受組立体に支持されており、そのうちの１つはスラスト軸受組立体で、２つはローラ軸受組立体である。スラスト軸受組立体はロータシャフトを支持し、ロータシャフト組立体の軸方向と半径方向の動きを最小限にする。残りのローラ軸受組立体は、ロータシャフトの半径方向の動きを支持する。
【０００３】
エンジンの作動中、ファンブレードの破片がブレードの残部から分離することがある。それに応じて、大きな回転不釣合荷重は、損傷したファンの中で発生し、ファンシャフト軸受、ファン軸受支持体、及びファン支持体フレームによって実質的に支持されることになる。
【０００４】
損傷を与える可能性がある異常な不釣合荷重の影響を最小にするために、公知のエンジンは、ファンの支持システムに付加的な強度を与える寸法にされたファンロータ支持システムのための支持部品を含む。しかしながら、支持部品の強度を増すことは、望ましくない形でエンジン全体の重量を増大させ、実質的なロータの不釣合なしでエンジンが作動する場合には、エンジン全体の効率を低下させることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
他の公知のエンジンは、ファンの支持システムからファンロータを切り離す、機械的に弱められた部分、すなわち１次ヒューズを備えた軸受支持体を含む。そのような過程で、ファンシャフトはその不釣合になった重心に近い、新しい回転中心を探す。このヒューズ部は、ロータ空隙余裕と組み合わされて、荷重削減装置又はＬＲＤと呼ばれる。ＬＲＤは、ファン支持システムに対する回転動的荷重を減少させる。
【０００６】
１次ヒューズが破壊した後、縦揺れするファンロータは、しばしば次の最も近い軸受に大きなモーメントを誘起する。次の最も近い軸受は、第２軸受位置として知られている。第２軸受に誘起されたモーメントは、ファンロータに局所的な高い曲げ荷重及び応力荷重を誘起する。高い曲げ応力を緩和するために、第２軸受位置の半径方向剛性及び縦揺れ回転方向剛性が柔らかくされ、又は除かれる。しかしながら、エンジンの安全な停止と航空機を着陸させるのに要する時間の間において、その後のエンジンのウィンドミルを維持するためには、残る軸受組立体は機能を保たなければならず、帰投時のウィンドミル速度以上のファン臨界速度の余裕を得るために半径方向の剛性を維持しなければならない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
例示的な実施形態では、ガスタービンエンジンのロータ組立体は、エンジン構造全体に対する動的荷重を減少させるロータ組立体支持システムを含む。ロータ組立体支持システムは、ファンに連結され、複数の軸受組立体と支持体により縦方向に支持されたロータシャフトを含む。具体的に述べると、第１軸受ハウジングは、１次ヒューズを含み、これはファンの不釣合の結果として、予め定められた荷重にさらされると破壊する。第１軸受組立体の後方で、かつ第１軸受組立体に続いて下流側にある第２軸受組立体が、さらに支持フレームへの動的荷重を減少させ、従って、軸受に局所的に誘起される静的シャフト曲げ応力を減少させることを助ける。
【０００８】
第２軸受組立体は、対をなすレース、回転要素、及び取り付けレースを含む。対をなすレースは、内レースと外レースを含み、それぞれその中に回転要素を受ける寸法にされている。取り付けレースは球状の面を含み、リテーナによって軸受組立体に固定される。リテーナは予め定められたモーメント荷重に曝されると破壊するが、通常のエンジン作動荷重には耐える。これらのリテーナは、以下２次ヒューズと呼ばれる。
【０００９】
作動中、１次ヒューズが破壊し、予め定められたレベル以上のモーメント荷重が第２軸受組立体に伝達されると、第２軸受組立体のリテーナが破壊する。第２ヒューズが破壊した後、第２軸受のモーメント剛性が除かれ、ファンシャフトが球状の面上でさらなる縦揺れ回転を行うことができるようにする。結果として、軸受組立体は、ロータへの静的曲げ荷重と、支持フレーム構造へ伝達される動的荷重を減少させることを助ける。そして、軸受位置の半径方向支持が維持され、ファンのウィンドミル速度以上の臨界速度の余裕を与える。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、ファン組立体１２、高圧圧縮機１４、及び燃焼器１６を含むガスタービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０はまた、高圧タービン１８、低圧タービン２０、及びブースタ２２を含む。ファン組立体１２は、ロータディスク２６から半径方向外方に延びるファンブレード２４の列を持つ。エンジン１０は吸気側２８と排気側３０を持つ。
【００１１】
作動中、空気はファン組立体１２を通り、加圧空気は高圧圧縮機１４に供給される。高度に加圧された空気は、燃焼器１６に供給される。燃焼器１６からの空気流（図１には示さず）は、タービン１８、２０を駆動し、タービン２０はファン組立体１２を駆動する。
【００１２】
図２は、図１に示すエンジン１０のようなガスタービンエンジンと共に使用することができるロータ軸受組立体４０の断面図である。一実施形態では、ガスタービンエンジンは、オハイオ州シンシナティ所在のジェネラル・エレクトリック・カンパニーから入手できるＧＥ９０である。ロータ軸受組立体４０は、ロータディスク２６（図１に示す）とロータシャフト４２を含み、ロータシャフト４２はロータディスク２６から半径方向外方に延びるファンブレード２４の列（図１に示す）を支持する。ロータシャフト４２は、該ロータシャフト４２を構造的支持フレーム４４に支持するための縦方向に離れて位置する軸受組立体４６、４８によって、構造的支持フレーム４４上に回転可能に固定されている。一実施形態では、軸受組立体４８は、第１軸受４６の後方の第２軸受位置に配置されており、ファンスラスト軸受である。
【００１３】
例示的な実施形態では、各軸受組立体４８は、対をなすレース５０と回転要素５２を含む。対をなすレース５０は、外レース５４と該外レース５４から半径方向内方にある内レース５６を含む。回転要素５２は、内レース５６と外レース５４との間に配置されている。軸受組立体４８は、ロータシャフト４２と支持フレーム４４によって半径方向に境界された、密閉環状室５８の中に囲われている。回転要素５２は、複数個の要素からなるものとすることができ、これはボール軸受又はローラ軸受を含むが、それだけに限定されるものではない。
【００１４】
支持フレーム４４は、軸受支持体７２の中に形成され、外レース５４を受ける寸法にされた凹部７０を含む。外レース５４は、該外レース５４の外面７４が軸受支持体７２の内面７６に隣接するように、スパナナット７３により軸受支持体の中に固定されている。他の実施形態では、外レース５４は、スパナナット７３により支持体フレーム凹部７０の中に固定される。ファスナ７８が、軸受支持体７２と外レース５４を凹部７０の中に固定する。一実施形態では、軸受支持体７２は半径方向に可撓性である。外レース５４の面７９は、回転可能な接触状態に回転要素５２を受けるような外形及び寸法にされている。
【００１５】
内レース５６は面８０と内面８２を含む。内レースの面８０は、回転可能な接触状態で回転要素５２を受けるような外形及び寸法にされている。内レース５６は、該内レースの内面８２が凹部８４の外面８８に隣接するように、円錐状シャフト８６中の凹部８４の中に固定されている。一実施形態では、内レース５６は分割レース合わせ体で、回転要素５２はボール軸受である。別の実施形態では、外レース５４は分割レース合わせ体で、回転要素５２はボール軸受である。
【００１６】
円錐状シャフト８６は、ファンロータシャフト４２から半径方向外方に延び、外部分９０及び内部分９２と、それらの間を延びる本体９４を含む。凹部８４は円錐状シャフトの外部分９０の中を延び、内レース５６を受ける寸法にされている。軸受スパナナット９６が円錐状シャフトの凹部８４の中に内レース５６を固定する。本体９４は、軸受組立体４８に対して軸方向スラストの支持と半径方向の支持とを与える。円錐状シャフトの内部分９２は、内面９８を含む。内面９８は、取り付けレース１０２の面１００に対して、スライド可能な接触状態で嵌合するような形状にされている。
【００１７】
取り付けレース１０２は、ロータ組立体４０に対する静的荷重と、支持フレーム４４に対する動的荷重を減少させる。取り付けレース１０２は、対のリテーナ１０４、１０５により、ファンのロータシャフト４２に固定されている。一実施形態では、リテーナ１０４、１０５は、ばねクランプであり、シャフトの内部分９２に軸方向の初期荷重を与えることができる。したがって、取り付けレース１０２は、ロータシャフト４２と同時に回転する。ファンロータシャフト４２は、リテーナ１０４の内面１１４とリテーナ１０５の内面１１６の間にギャップ（図示せず）が存在するような状態で取り付けレース１０２とリテーナ１０４、１０５を受ける寸法にされた、凹部１１０を含む。取り付けレースの面１００は球上の面である。一実施形態では、取り付けレースの面１００は半径方向に薄く、取り付けレース１０２に組み付けるために、弾性的に卵形にされる。
【００１８】
取り付けレース１０２は、円錐状シャフトの内部分９２の幅１２２と実質的に等しい幅１２０を持ち、組み立てられたとき、円錐状シャフトの内部分９２の上流側１２４は、リテーナの内面１１４と実質的に同一平面上にあり、かつ円錐状シャフトの内部分９２の下流側１２６はリテーナの内面１１６と実質的に同一平面上にある。軸方向の初期荷重は、円錐状シャフトの内部分９２が取り付けレース１０２と実質的に同一平面上に取り付けられていない場合には、取り付けレース１０２に対して円錐状シャフトの内部分９２が回転するのを制限しない。
【００１９】
ロータ組立体４０の組み立て中、軸受組立体４８と取り付けレース１０２を、ファンロータシャフト４２の上に予め組み立てることができる。軸受組立体４８と取り付けレース１０２とをロータシャフト４２に予め組み付けることは、主エンジンの組み立て中における組立体の損傷と軸受の汚染を最小限にする。さらに、取り付けレース１０２は、リテーナ１０４、１０５によりファンロータシャフト４２に固定されているので、各リテーナ１０４、１０５と取り付けレース１０２との間のギャップが除かれる。ギャップは、リテーナ１０４、１０５が、取り付けレース１０２に制御された量の軸方向の初期荷重を与え得る寸法にされている。また、リテーナ１０４、１０５は、組み立て中と通常の作動中、シャフト４２に対して、取り付けレース１０２を実質的にスクエアに維持する。
【００２０】
エンジン１０の作動中、エンジン１０の不釣合は、ファン組立体１２（図１に示す）と最も前方のエンジン軸受に加わる、高い半径方向の力を引き起こすことになる。高い半径方向の力は、エンジンの第１軸受位置で、１次ヒューズ部分１２８の破壊を引き起こすことがある。１次ヒューズの破壊は、ファン組立体１２が新しい回転軸の周りを回転することを可能にするので、従って、ロータシャフト４２の重心は変わり、ロータシャフト４２に曲げ荷重が誘起され、この曲げ荷重が第２エンジン軸受位置の軸受組立体４８にモーメント荷重を誘起する。リテーナ１０４、１０５は、ロータシャフト４２に加わる予め定められたモーメント荷重で破壊する材料から作られている。リテーナ１０４、１０５が破壊した後、取り付けレースの球状の面１００は、シャフトの回転中心（図示せず）がその新しいロータの重心の回転中心へ近づくように、シャフト４２の縦揺れを可能にする。
【００２１】
不釣合な半径方向荷重はシャフト４２に対する回転を伴わないので、縦揺れ回転は一度起こる。不釣合な半径方向荷重は単一の場所にあるので、ロータシャフト４２は、単一の曲げ位置のままである。結果として、取り付けレースの球状の面１００は振動せず、軸受組立体の面７９、８０は、ロータシャフト４２が回転する間、軸受組立体の回転要素５２に対して同一平面状態を保つ。従って、リテーナ１０４、１０５が破壊した後は、軸受５２を通して誘起されるモーメント荷重がないので、ロータ組立体４０に伝達される静的曲げ荷重が減少する。さらに、表面９８、１００を通して伝達されるモーメント荷重がないため、軸受組立体４８は半径方向と軸方向の荷重負担能力を維持する。
【００２２】
拘束モーメントが解除されるため、ロータ組立体４０はロータの重心に接近することが可能となり、支持フレーム４４に誘起される動的荷重は減少する。さらに、球状の取り付け面１００と回転要素５２は、ロータシャフト４２を支持フレーム４４に対する軸方向位置に維持するので、ロータ組立体４０とステータ組立体（図示せず）の間のタービンの衝突は、実質的に排除される。
【００２３】
図３は、図１に示すエンジン１０のような、ガスタービンエンジンと共に使用できる、ロータ組立体の断面図である。ロータ組立体２００は実質的に図２に示すロータ組立体４０と類似しており、ロータ組立体４０の部品と同一のロータ組立体２００の部品は、図３においても図２と同じ参照符号を使用して示している。ロータ組立体２００は、支持フレーム４４上にロータシャフト４２を支持するための縦方向に離れて位置する軸受組立体４６、４８（それぞれ図2に示す）により、支持フレーム４４に回転可能に支持された、ロータシャフト４２を含む。一実施形態では、軸受組立体４６または軸受組立体４８（図２に示す）は、第１軸受位置にあり、軸受組立体２０２は、第１軸受位置の後方の第２軸受位置にある。
【００２４】
軸受組立体２０２は、対をなすレース２０４と回転要素２０６を含む。対をなすレース２０４は、外レース２０８と該外レース２０８から半径方向内方にある内レース２１０を含む。回転要素２０６は、内レース２１０と外レース２０８の間に配置されている。一実施形態では、軸受２０６はローラ軸受である。
【００２５】
支持フレーム４４は、複数のファスナ２２４により１次ヒューズ部分１２８（図２に示す）と軸受ハウジング２２２とに接続されている。軸受ハウジング２２２は、支持フレーム４４から半径方向内方に、ファンのロータシャフト４２に向かって延び、内部分２３０を含む。内部分２３０は、軸受組立体の外レース２０８を受けるための凹部２３２を含む。外レース２０８は、該外レース２０８の外面２３４が凹部２３２の内面に隣接するように、ロックプレート７２により軸受ハウジングの凹部２３２の中に固定されている。他の実施形態では、外レース２０８は、スパナナット７３（図２に示す）と同様なスパナナットにより軸受ハウジングの凹部２３２の中に固定されている。外レース２０８の内面２３８は、回転可能な接触状態で回転要素２０６を受ける。
【００２６】
内レース２１０は面２４０と内面２４２を含む。内レースの面２４０は凹部２４４を含み、それは回転可能な接触状態で回転要素２０６を受ける寸法にされている。取り付けレース２５０は、１次ヒューズが破壊した後、ロータ組立体２００への静的曲げ荷重を減少させ、内レースの内面２４２が回転するのを可能にする。
【００２７】
ファンのロータシャフト４２は、取り付けレース２５０を受ける寸法にされた凹部２５２を含む。取り付けレース２５０は、ロータシャフト４２に取り付けられたスパナナット２５６で適切な位置に固定されたリテーナ２５４、２５５により、凹部２５２の中に固定されている。従って、取り付けレース２５０は、ロータシャフト４２と同時に回転する。リテーナ２５４、２５５は、ギャップ（図示せず）がリテーナ２５４の内面２５８とリテーナ２５５の内面２６０の間に存在するように凹部２５２の中へ取り付けレース２５０を固定する。ギャップは、リテーナ２５４、２５５がばねクランプとして働くことを可能にする。スパナナット２５６が回転力を与えられ、取り付けられると、リテーナ２５４、２５５の一部分が、内レース２１０をクランプし、リテーナの残りの部分が、取り付けレース２５０をクランプし、通常の作動中の回転防止を行う。また、リテーナ２５４、２５５は、組み立て中と通常の作動中に、内レース２１０を、シャフト４２に対して実質的にスクエアに保つ。
【００２８】
取り付けレース２５０の面２６４は、軸受組立体の内レースの内面２４２に隣接しており、それは球状の面である。一実施形態では、取り付けレースの面２６４は半径方向に薄く、取り付けレース１０２に組み付けるために、弾性的に卵形にされる。内レースの内面２４２は、取り付けレースの面２６４に対して、スライド可能な接触状態で嵌合するような形状にされている。面２６４は、取り付けレース２５０の、それぞれ上流側と下流側２５８、２６０の間を、取り付けレース２５０の幅２６６を越えて延びる。
【００２９】
エンジン１０の作動中、エンジン１０の不釣合は、ファン組立体１２（図１に示す）と最も前方のエンジン軸受に加わる、高い半径方向の力を引き起こすことになる。高い半径方向の力は、エンジンの第１軸受位置で、１次ヒューズの部分１２８（図２に示す）の破壊を引き起こすことがある。１次ヒューズの部分１２８の破壊は、第２エンジン軸受位置で、軸受組立体２０２にモーメント荷重を誘起する。リテーナ２５４、２５５は、軸受組立体２０２に加わる予め定められたモーメント荷重のもとで、塑性的に破壊する材料から作られている。リテーナ２５４、２５５が破壊すると、取り付けレースの球状の面２６４が回転し、シャフト４２の縦揺れを可能にする。シャフト４２は、シャフトの回転中心がシャフト４２の重心に接近するように縦揺れする。不釣合な半径方向の荷重はシャフト４２に対する回転を伴わないので、この縦揺れ回転は一度起こる。結果として、取り付けレースの球状の面２４２は振動せず、軸受組立体の面２３８、２４０は、ロータシャフト４２が回転する間、軸受組立体の軸受要素２０６に対して、同一平面状態を保つ。従って、リテーナ２５４が破壊し、シャフト４２が縦揺れした後は、軸受２０６を通して伝達されるモーメント荷重がないので、ロータ組立体２００に伝達される静的曲げ荷重は減少する。
【００３０】
シャフトの回転中心がシャフトの重心に接近するので、フレーム４４を支持する動的荷重もまた減少する。１次ヒューズは、スラスト軸受またはロータの軸方向位置を保っている軸受内に収められている。第２軸受はローラ軸受であり、ローラ軸受は軸方向荷重を伝達しないので、１次ヒューズが破壊すると、ロータシャフト４２は自由に軸方向に移動することができるようになる。結果として、軸方向の運動は、タービン２０に摩擦を通して回転エネルギーを放出させることになる。
【００３１】
図４は、図１で示すエンジン１０のような、ガスタービンエンジンと共に使用できるロータ組立体３００の断面図である。さらに具体的に述べると、図４は、ロータ組立体３００が破壊した位置にある状態を示している。ロータ組立体３００は、実質的に図２に示すロータ組立体４０と類似しており、ロータ組立体４０の部品と同一のロータ組立体３００の部品は、図４においても図２と同じ参照符号を使用して示している。ロータ組立体３００は、支持フレーム４４上にロータシャフト４２を支持するための縦方向に離れて位置する軸受組立体４６、４８（それぞれ図2に示す）により、支持フレーム４４に回転可能に支持されたロータシャフト４２を含む。具体的に述べると、軸受組立体３０２は、ロータ組立体３００内においてシャフト４２を支持する。一実施形態では、軸受組立体４６はローラ軸受で、それは第１軸受位置にあり、軸受組立体３０２はファンスラスト軸受で、第１軸受位置より後方の第２軸受位置にある。
【００３２】
軸受組立体３０２は、対をなすレース３０４と回転要素３０６を含む。対をなすレース３０４は、外レース３０８と該外レース３０８から半径方向内方にある内レース３１０を含む。一実施形態では、外レース３０８は分割レース合わせ体である。回転要素３０６は、内レース３１０と外レース３０８の間に配置されている。一実施形態では、回転要素３０６は、ボール軸受である。
【００３３】
支持フレーム４４は、軸受組立体の外レース３０８を受ける寸法にされている凹部３３２を含む。外レース３０８は、凹部３３２の内面３３４が外レース３０８の外面３３６に隣接するように、スパナナット３３３により軸受ハウジングの凹部３３２の中に固定されている。他の実施形態では、外レース３０８はロックプレートにより軸受ハウジングの凹部３３２の中に固定される。外レース３０８の面３３８は、回転可能な接触状態で回転要素３０６を受けるような形状にされている。
【００３４】
内レース３１０は面３４０と内面３４２を含む。内レースの面３４０は、回転可能な接触状態で回転要素３０６を受ける形状にされている。内レース３１０は取り付けレース３５０に対してスライド可能な接触状態に保たれている。取り付けレース３５０は、ロータ組立体３００に対する静的曲げ荷重と支持フレーム４４に対する動的荷重を減少させる。
【００３５】
ファンのロータシャフト４２は、取り付けレース３５０とリテーナ３５４、３５５を受ける寸法にされた凹部３５２を含む。取り付けレース３５０は、リテーナ３５４、３５５により、凹部３５２の中に固定されている。リテーナ３５４、３５５は、ロータシャフト４２に取り付けられたスパナナット３５６により、取り付けレース３５０に対し接触状態に保たれている。従って、取り付けレース３５０は、ロータシャフト４２と同時に回転する。リテーナ３５４、３５５は、ギャップ（図示せず）がリテーナ３５４の内面３５８とリテーナ３５５の内面３６０との間に存在するように、凹部３５２の中に取り付けレース３５０を固定する。
【００３６】
取り付けレース３５０の面３６４は、軸受組立体の内レースの内面３４２に隣接しており、それは球状の面である。一実施形態では、取り付けレースの面３６４は半径方向に薄く、内レース３１０に組み付けるために、弾性的に卵形にされる。面３６４は、リテーナ３５４、３５５のそれぞれ上流側と下流側３５８、３６０の間を、取り付けレース３５０の幅３６６にわたって延びる。
【００３７】
ロータ組立体３００の組み立て中、リテーナ３５４、３５５は内レース３１０を固定するために締められるので、リテーナ３５４、３５５と、取り付けレース３５０の間のギャップは除かれる。ギャップは、リテーナ３５４、３５５が、取り付けレース３５０に制御された量の軸方向の初期荷重を与え得る寸法にされている。また、リテーナ３５４、３５５は、組み立て中と通常の作動中、シャフト４２に対して、内レース３１０を実質的にスクエアに維持する。
【００３８】
エンジン１０の作動中、ロータシャフト４２の重心が移動すると、ロータシャフト４２の縦揺れ運動が、エンジンの第１軸受支持体において、１次ヒューズ部分を破壊させる。１次ヒューズ部分の破壊は、第２エンジン軸受位置において、軸受組立体３０２にモーメント荷重を誘起する。リテーナ３５４、３５５は、ロータシャフト４２に加わる予め定められたモーメント荷重により破壊する材料から作られている。リテーナ３５４、３５５が破壊した後は、取り付けレースの球状の面３６４は、シャフト４２の縦揺れを可能にするので、シャフトの回転中心は、新しいロータシャフトの重心の回転中心に接近する。不釣合な半径方向荷重はシャフト４２に対する回転を伴わないので、縦揺れ回転は一度起こる。結果として、取り付けレースの球状の面３６４は振動せず、軸受組立体の面３３８、３４０は、ロータシャフト４２の回転の間、軸受組立体の回転要素３０６に対して、同一平面状態を保つ。従って、リテーナ３５４が破壊した後、回転要素３０６を通して誘起されるモーメント荷重はないので、ロータ組立体３００に伝達される動的荷重は減少する。
【００３９】
図５は、ロータ組立体４０（図２に示す）と、図１で示すエンジン１０のようなガスタービンエンジンと共に使用できる軸受組立体４０２の断面図である。軸受組立体４０２は、ロータ組立体４０のシャフト４２を支持する。一実施形態では、軸受組立体４６は、第１軸受位置にあり、軸受組立体４０２は、ファンスラスト軸受で、第１軸受位置より後方の第２軸受位置にある。
【００４０】
軸受組立体４０２は、対をなすレース４０４と回転要素４０６を含む。対をなすレース４０４は、外レース４０８と、該外レース４０８から半径方向内方にある内レース４１０を含む。回転要素４０６は、内レース４１０と外レース４０８の間に配置されている。一実施形態では、回転要素４０６は、ボール軸受である。他の実施形態では、回転要素４０６はローラ軸受であり、内レース４１０は凹状の表面を含む（図示せず）。
【００４１】
支持フレーム４４は、第１軸受位置に隣接した１次ヒューズ部分４２０を含むハウジング４１９に結合されている。１次ヒューズ部分４２０は、ロータシャフト４２の重心が中心軸６０から変位し、その結果生じるロータシャフト４２の縦揺れ運動が、ハウジング４１９に予め定められた荷重を引き起こした場合に、破壊するように作られている。
【００４２】
支持フレーム４４は凹部４３２を含み、それは軸受組立体の外レース４０８と取り付けレース４３４を受ける寸法にされている。取り付けレース４３４は、支持フレーム４４への動的荷重とロータシャフト４２への静的曲げ荷重を減少させる。外レース４０８は、外レース４０８の外面４３８が取り付けレース４３４の面４４０に隣接するように、ロックプレート７２により軸受ハウジングの凹部４３２の中に固定されている。一実施形態では、ロックプレート７２は、可撓性がある。別の実施形態では、ロックプレート７２は、脆いタブを含む。外レース４０８の外面４３８は、取り付けレースの面４４０の形状に適合するように、形状が定められる。
【００４３】
取り付けレースの面４４０は、外レース４０８をスライド可能な接触状態で受ける形状とされており、それは球状の面である。一実施形態では、取り付けレースの面４４０は半径方向に薄く、外レースに組み付けるために、弾性的に卵形にされる。面４４０は、取り付けレース４３４のそれぞれ上流側と下流側４４４、４４６の間を、取り付けレース４３４の幅４４２にわたって延びる。取り付けレース４３４は、ロックプレート７２により凹部４３２の中に固定されている。従って、取り付けレース４３４は、外レース４０８と支持フレーム４４と共に静止状態にある。
【００４４】
ファスナ４５０が、ロックプレート７２を貫いて延び、外レース４０８と取り付けレース４３４を凹部４３２の中に固定する。ロックプレート７２は、リテーナタブ４５２を含み、該リテーナタブ４５２はロータシャフト４２の重心が中心軸６０から変位し、その結果生じたロータシャフト４２の縦揺れ運動が、予め定められたモーメント荷重を越えた場合に、破壊するように作られている。一実施形態では、ロックプレート７２は、該ロックプレート７２から前方に延び、限界ストップを与えながらも、外レース４０８が支持フレームに対してより自由に回転できるようにする第２ショルダー（図示せず）を含む。
【００４５】
第２リテーナタブ４５４は、リテーナタブ４５２と実質的に類似しており、凹部４３２の下流側４５６に隣接した支持フレーム４４から延びている。他の実施形態では、リテーナタブ４５４は、凹部の下流側４５６と外レースの下流側４４６の間の支持フレームの凹部４３２内にある。
【００４６】
内レース４１０は、面４６０と内面４６２を含む。内レースの面４６０は、回転可能な接触状態で回転要素４０６を受ける形状にされ、内レース４１０は、ファンのロータシャフト４２により回転要素４０６に対して回転可能な接触状態に保持されている。ファンロータシャフト４２は、内レース４１０を受ける寸法にされた凹部４７０を含む。内レース４１０は、スパナナット４７２により凹部４７０の中に固定されている。一実施形態では、内レース４１０は、分割レース合わせ体である。
【００４７】
エンジン１０の作動中、ロータシャフト４２の重心が中心軸６０から変位すると、ロータシャフト４２の縦揺れ運動が、１次ヒューズ部分４２０を、エンジンの第１軸受位置で破壊させる。１次ヒューズ部分４２０の破壊は、第２エンジン軸受位置においてモーメント荷重を軸受組立体４０２に誘起する。リテーナタブ４５２、４５４は、軸受組立体４０２に加わる予め定められたモーメント荷重のもとで、塑性的に破壊する材料から作られている。リテーナ４５２、４５４が破壊した後、シャフト４２が縦揺れしたとき取り付けレース４４０が揺動し、半径方向荷重が球状の面４４０に関して回転する。シャフトの縦揺れが増えることは、シャフトの曲げ荷重応力と支持構造４４に伝達される動的応力を減少させることを助ける。
【００４８】
球状の当接面での振動周波数とロータ速度の半径方向不釣合サイクルは熱発生の原因となり、それは取り付けレースの球状の面４４０を横切る当接圧力を増加させる。当接圧力が予め定められた値に到達し、それが加わるモーメント荷重よりも大きくなったとき、球状の面４３８、４４０は共にインターロック状態となる。このインターロック状態は、ロータシャフト４２が低速度まで減速してから起こる。面４３８、４４０がインターロックされた後は、軸受の球状の面４３８、４４０内での唯一の拘束モーメントは、摩擦の結果であり、それは摩擦係数と嵌合圧力と半径方向荷重の関数である。この摩擦に打ち勝つモーメント荷重は、面４４０がインターロックしたときに減少するので、回転要素４０６とシャフト４２が過大応力を受けることはない。従って、シャフトの回転中心が新しいシャフトの重心に接近するので、支持構造４４に伝達された動的荷重は減少する。
【００４９】
さらに、第２軸受がボール軸受であれば、１次及び２次ヒューズの破壊の後、ロータは軸方向に保持される。第２軸受がローラ軸受であれば、ロータはヒューズの破壊後には、軸方向には保持されず、タービンは摩擦を通して、エネルギーを放出する。
【００５０】
上述のロータ組立体は費用面で効果があり、かつ信頼性が高い。ロータ組立体は、対をなすレースと取り付けレースとを含む軸受組立体を含む。取り付けレースは、リテーナによりロータ組立体の中に配置され、リテーナは予め定められたモーメント荷重が軸受組立体に作用したとき、塑性的に破壊する。作動中、リテーナが破壊すると、リテーナが破壊した後には軸受組立体を通して伝達されるモーメント荷重がないので、ロータ組立体に伝達される静的曲げ荷重は減少する。結果として、回転中心がロータシャフトの重心に接近するため、ロータ組立体は、ロータシャフトを支持する構造フレームに対し損傷を与える可能性がある動的荷重を伝達しない。さらに、不釣合なロータ組立体を支持する軸受が維持されるので、ロータ組立体は、ファンのウィンドミル周波数以上で回転周波数を維持する。
【００５１】
本発明を、種々の具体的な実施形態について説明してきたが、当業者には、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することができことが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】  図１に示すガスタービンエンジンで使用されるロータ組立体の断面図。
【図３】  図２に示すロータ軸受組立体の他の実施形態による断面図。
【図４】  図２に示すロータ軸受組立体の別の実施形態による断面図。
【図５】  図２に示すロータ軸受組立体のさらに別の実施形態による断面図。
【符号の説明】
４０  ロータ軸受組立体
４２  ロータシャフト
４４  支持フレーム
４６  第１軸受組立体
４８  第２軸受組立体
５２  回転要素
５４  外レース
５６  内レース
７２  軸受支持体
７３、９６  スパナナット
７８  ファスナ
８６  円錐状シャフト
９０  円錐状シャフトの外部分
９２  円錐状シャフトの内部分
１００  取り付けレースの面
１０２  取り付けレース
１０４、１０５  リテーナ
１２８  １次ヒューズ部分
【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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