(57)【要約】      （修正有）【課題】エンジンコアを駆動させることによってガスタービンエンジンを始動させ、次いで、その他すべての動作中は低圧システムを用いてＰＴＯ負荷に動力を供給する方法を提供する。【解決手段】ＰＴＯ装置は、第１駆動シャフト２８に結合される第１リングギア４６と、ＰＴＯシャフト３６に結合された第１ベベルギア４４とを含む。第２駆動シャフト２６に結合される第２リングギア５２が設けられる。第２ベベルギア４８が、第２リングギアと係合され、一方向クラッチ５０によってＰＴＯシャフト３６に結合される。ガスタービンエンジンを動作させる方法は、ＰＴＯシャフト３６を第１および第２駆動シャフト２８、２６に動作可能に結合し、シャフト３６を介して前記第１および第２駆動シャフト２８、２６に始動トルクを供給することを含む。始動後は、第１駆動シャフト２８からＰＴＯシャフト３６に動力が伝達され、第２シャフト２６が切り離される。【選択図】図２
2007040302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２駆動シャフト（２８、２６）を有するガスタービンエンジン（１０）用の動力取出し装置であって、
前記第１駆動シャフト（２８）に結合される第１リングギア（４６）と、
前記第１リングギアと係合され、動力取出しシャフト（３６）に結合された第１ベベルギア（４４）と、
前記第２駆動シャフト（２６）に結合される第２リングギア（５２）と、
前記第２リングギアと係合され、一方向クラッチ（５０）によって前記動力取出しシャフト（３６）に結合される第２ベベルギア（４８）とを備える装置。
【請求項２】
前記動力取出しシャフト（３６）に動作可能に結合された補機歯車装置（４０）と、
前記補機歯車装置（４０）に取り付けられ、前記動力取出しシャフト（３６）に動作可能に結合された、少なくとも１つの動力を吸収する補機とをさらに備える、請求項１記載の動力取出し装置。
【請求項３】
前記動力取出しシャフト（３６）に動作可能に結合された補機歯車装置（４０）と、
前記補機歯車装置（４０）に取り付けられ、前記動力取出しシャフト（３６）に動作可能に結合された、エンジン始動装置（４２）とをさらに備える、請求項１記載の動力取出し装置。
【請求項４】
第１駆動シャフト（２８Ａ、２８Ｂ）によって第１タービン（２４）に連結された第１圧縮機（１４、１５）と、
前記第１駆動シャフト（２８Ａ、２８Ｂ）と同心の第２駆動シャフト（２６）によって第２タービン（２２）に連結された第２圧縮機（１８）と、
前記第１駆動シャフト（２８Ａ、２８Ｂ）に結合された第１リングギア（４６）と、
前記第１リングギア（４６）と係合され、動力取出しシャフト（３６）に連結された第１ベベルギア（４４）と、
前記第２駆動シャフト（２６）に結合された第２リングギア（５２）と、
前記第２リングギア（５２）と係合された第２ベベルギア（４８）と、
前記第２ベベルギア（４８）を前記動力取出しシャフト（３６）に結合する一方向クラッチ（５０）とを備え、前記一方向クラッチ（５０）が、前記第２ベベルギア（４８）の、前記動力取出しシャフト（３６）に対する第１の方向への自由回転を許し、前記第２ベベルギア（４８）の、前記動力取出しシャフト（３６）に対する逆方向の相対的な回転を防止するように構成されている、ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項５】
前記動力取出しシャフト（３６）に動作可能に結合された補機歯車装置（４０）と、
前記補機歯車装置（４０）に取り付けられ、前記動力取出しシャフト（３６）に動作可能に結合されたエンジン始動装置（４２）とをさらに備える、請求項４記載のガスタービンエンジン。
【請求項６】
前記第１および第２駆動シャフト（２８、２６）が、エンジンの動作中、同方向に回転するようになっている、請求項４記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項７】
前記第１および第２駆動シャフト（２８、２６）が、エンジンの動作中、逆回転するようになっている、請求項４記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項８】
前記第１駆動シャフト（２８Ａ、２８Ｂ）が低圧圧縮機（１４、１５、１６）を低圧タービン（２４）に連結し、前記第２駆動シャフト（２６）が高圧圧縮機（１８）を高圧タービン（２２）に連結する、請求項４記載のガスタービンエンジン。
【請求項９】
前記第１ベベルギア（４４）が、前記第２ベベルギア（４８）と同軸に配置される、請求項４記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１０】
第１および第２駆動シャフト（２８、２６）を有するガスタービンエンジン（１０）を動作させる方法であって、
動力取出しシャフト（３６）を前記第１および第２駆動シャフト（２８、２６）に動作可能に結合し、前記エンジンを始動させるために、前記動力取出しシャフト（３６）を介して前記第１および第２駆動シャフト（２８、２６）に始動トルクを供給するステップと、
前記第１シャフト（２８）を第１の動作回転数で第１の方向に回転させるステップと、
前記第２シャフト（２６）を第２の動作回転数で第２の方向に回転させるステップと、 
前記第１駆動シャフト（２８）から前記動力取出しシャフト（３６）に動力を伝達するステップと、
前記第２駆動シャフト（２６）から前記動力取出しシャフト（３６）に実質的に動力が伝達されないように、前記第２シャフト（２６）を前記動力取出しシャフト（３６）から切り離すステップとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的にガスタービンに関し、より詳細には、ガスタービン用の動力取出し（ＰＴＯ）駆動アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、圧縮空気を燃焼器に供給する圧縮機を含み、燃焼器内では、高温の燃焼ガスを発生させるために空気が燃料と混合され点火される。これらのガスは、下流側へ１つまたは複数のタービンまで流れ、タービンは、ガスからエネルギーを取り出して圧縮機に動力供給し、飛行中の航空機に動力供給するなどの有益な仕事をする。コアエンジンの前側に配置されたファンを通常含む、ターボファンエンジンでは、高圧タービンがコアエンジンの圧縮機に動力供給する。ファンに動力供給するために、低圧タービンが高圧タービンの下流側に設けられる。
【０００３】
ガスタービンエンジンは、飛行のための推力を提供することに加えて、発電機、燃料ポンプ、油圧ポンプなど、追加の動力を吸収する補機を動作させなければならない。したがって、動力取出し、すなわち「ＰＴＯ」駆動装置が必要である。通常これは、ＰＴＯシャフトをエンジンの高圧シャフト、すなわち「コア」シャフトに、一連のギアを介して連結することによって実施される。その後、ＰＴＯシャフトは、補機歯車装置を介して補機を駆動する。エンジンを、ＰＴＯシャフトを介してエンジンコアを駆動させることによって始動させることもできる。ＰＴＯ負荷に、低圧システムではなくエンジンコアを介して動力を供給するのは、エンジン効率の面からすると理想的とはいえない。さらに、高圧シャフトは、オフテーク（ｏｆｆｔａｋｅ）負荷がなければ、ずっと速く加速することができる。残念ながら、エンジンを始動させる最良の手段は、高圧シャフトを介してである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、エンジンコアを駆動させることによってガスタービンエンジンを始動させ、次いで、その他すべての動作中は低圧システムを用いてＰＴＯ負荷に動力を供給する方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の必要は本発明によって満たされる。本発明の一態様では、第１および第２駆動シャフトを有するガスタービンエンジン用の動力取出し装置であって、第１駆動シャフトに結合される第１リングギアと、第１リングギアと係合され、動力取出しシャフトに結合された第１ベベルギアと、第２駆動シャフトに結合される第２リングギアと、第２リングギアと係合され、一方向クラッチによって動力取出しシャフトに結合される第２ベベルギアを含む装置が提供される。
【０００６】
本発明の別の態様によると、ガスタービンエンジンは、第１駆動シャフトによって第１タービンに連結された第１圧縮機と、第１駆動シャフトと同心の第２駆動シャフトによって第２タービンに連結された第２圧縮機と、第１駆動シャフトに結合された第１リングギアと、第１リングギアと係合され、動力取出しシャフトに連結された第１ベベルギアと、第２駆動シャフトに結合された第２リングギアと、第２リングギアと係合された第２ベベルギアと、第２ベベルギアを動力取出しシャフトに結合する一方向クラッチとを含む。一方向クラッチは、第２ベベルギアが、動力取出しシャフトに対して第１の方向へ自由回転するのを許し、第２ベベルギアが、動力取出しシャフトに対して相対的に逆方向へ回転するのを防止するように形成されている。
【０００７】
本発明の別の態様によると、第１および第２駆動シャフトを有するガスタービンエンジンを動作させる方法は、動力取出しシャフトを第１および第２駆動シャフトに動作可能に結合し、エンジンを始動させるために動力取出しシャフトを介して第１および第２駆動シャフトに始動トルクを供給するステップと、第１シャフトを第１の動作回転数で第１の方向に回転させるステップと、第２シャフトを第２の動作回転数で第２の方向に回転させるステップと、第１駆動シャフトから動力取出しシャフトに動力を伝達するステップと、第２駆動シャフトから動力取出しシャフトに実質的に動力が伝達されないように、第２シャフトを動力取出しシャフトから切り離すステップとを含む。
【０００８】
本発明は、添付の図面に即した以下の説明を参照することにより、最もよく理解できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図面を参照すると、いくつかの図を通して、同じ参照番号は同じ要素を示すが、図１は、全体を１０で示す代表的なガスタービンエンジンを示している。エンジン１０は、長手方向の中心線または軸Ａ、および軸Ａの周りに同心に、かつ軸Ａと同軸に配置された外側固定環状ケーシング１２を有する。エンジン１０は、流れの順に配設された、前側ファン１４、後側ファン１５、昇圧器１６、圧縮機１８、燃焼器２０、高圧タービン２２、および逆回転低圧タービン２４を有する。動作中、圧縮機１８からの圧縮空気が、燃焼器２０内で燃料と混合され点火され、それにより燃焼ガスが発生する。高圧駆動シャフト、すなわち「ＨＰ」シャフト２６を介して圧縮機１８を駆動する高圧タービン２２によって、いくらかの仕事がこれらのガスから取り出される。燃焼ガスは次いで、第１および第２逆回転低圧駆動シャフト、すなわち「ＬＰ」シャフト２８Ａおよび２８Ｂを介して前側ファン１４、後側ファン１５、および昇圧器１６を駆動する、低圧タービン２４に流れ込む。「ＬＰ」シャフト２８Ａおよび２８Ｂは、ＨＰシャフト２６と同心に配置されている。ファン１４および１５が、エンジン１０によって生み出される推力の大部分を供給し、昇圧器１６は、圧縮機１８に入る空気を過給するために使用される。ＨＰシャフト２６、ＬＰシャフト２８Ａ、およびＬＰシャフト２８Ｂは、１つまたは複数の構造フレーム３２および３４に取り付けられた軸受３０に、回転可能に取り付けられる。
【００１０】
動力取出しシャフト、すなわち「ＰＴＯ」シャフト３６は、構造フレーム３２内に回転可能に取り付けられる。シャフト３６は、エンジンの中心部分から径方向外側に延びている。シャフト３６の内側端部は、ＰＴＯアセンブリ３８を介してエンジンに結合され、外側端部は、公知のタイプの補機歯車装置４０に結合される。補機歯車装置４０は、ＰＴＯシャフト３６からエンジントルクを受け取り、それを発電機またはオルタネータ、油圧ポンプ、燃料ポンプなど、「補機」と呼ばれる１つまたは複数の構成部品に伝達するギアを含む。ＰＴＯシャフト３６は、補機歯車装置４０に取り付けられたエンジン始動装置４２からエンジン１０にトルクを伝達するために使用することもできる。
【００１１】
図２は、ＰＴＯアセンブリ３８をより詳細に示している。ＰＴＯシャフト３６は、ＬＰベベルギア４４を担持している。ＬＰベベルギア４４は、第１ＬＰシャフト２８Ａに結合された補助ＬＰリングギア４６と係合する。ＰＴＯシャフト３６は、ＨＰベベルギア４８も担持しており、ベベルギア４８は、スプラグやローラクラッチなど公知のタイプの一方向クラッチ５０によってシャフト３６に結合される。図２の矢印「Ｂ」の方向から見ると、一方向クラッチ５０の向きは、ＰＴＯシャフト３６が、ＨＰベベルギア４８に対して反時計回りの方向に自由回転するのを許し、ＰＴＯシャフト３６が時計回りに回転するときは、ＨＰベベルギアと係合、すなわち「ロックアップ」するような向きとなっている。ＨＰベベルギア４８は、ＨＰシャフト２６に結合された補助ＨＰリングギア５２と係合する。図示の例では、ＨＰシャフト２６が第１の方向（例えば、後側から前方を見たときに時計方向）に回転し、第１ＬＰシャフト２８Ａが逆方向に回転する。言い換えると、ＨＰシャフト２６とＬＰシャフト２８Ａは「逆回転」する。ＰＴＯアセンブリ３８は、同方向に回転する高圧および低圧シャフト（図示せず）を有するエンジンで使用できるように構成することもでき、それは、例えば、ＬＰリングギアの向きを逆転させ、ＬＰベベルギア４４の後側に移動させることによって可能となる。本発明は、ＬＰシャフト２８Ａ、２８Ｂ、およびＨＰシャフト２６を有する２スプールエンジンに関して説明しているが、その概念は、ＰＴＯシャフト３６を中圧シャフト（図示せず）に連結することにより、３つ以上のスプールを有するエンジンにも適用できることに留意されたい。本発明は、ファンおよびＬＰシャフトを１つしかもたないエンジンにも同様に適用可能である。
【００１２】
ＰＴＯアセンブリ３８は、以下のように動作する。エンジン１０を始動させるために、電流や圧縮空気などの動力源が始動装置４２に供給され、それにより、始動装置がＰＴＯシャフト３６を第１の方向（本例では時計回り）に回転させる。クラッチ５０が係合し、それによりＨＰベベルギア４８がＨＰリングギア５２を回転させ、それによりＨＰシャフト２６を時計回りの方向に回転させる。それと同時に、ＬＰベベルギア４４がＬＰリングギア４６を回転させ、それにより第１ＬＰシャフト２８Ａを逆方向に回転させる。シャフトのこの回転が、後側ファン１５、昇圧器１６、および圧縮機１８を回転させて、空気流をエンジン１０内に誘導する。
【００１３】
燃焼が開始し、エンジン１０が自らトルクを発生し始めると、ＬＰシャフト２８およびＨＰシャフト２６はどちらも、始動回転数よりも十分速く、互いに逆方向に加速するようになる。始動後、ＨＰシャフト２６は、実質上すべての動作条件のもとで、ＬＰシャフト２８よりも実質的に高速で動作する。この条件のもとで、一方向クラッチ５０は、ＨＰシャフト２６が加速し、ＰＴＯシャフト３６からの負荷から解放されて回転することができるようにする。第１ＬＰシャフト２８Ａが、ＬＰリングギア４６およびＬＰベベルギア４４を介してＰＴＯシャフト３６にトルクを伝達する。したがって、ＰＴＯの必要動力のすべてが第１ＬＰシャフト２８Ａによって供給されるようになる。
【００１４】
以上、ガスタービンエンジン用のＰＴＯアセンブリ、および、エンジンを始動させ、それに続いてＰＴＯアセンブリを使用してエンジンから動力を取り出す方法を説明してきた。本発明の具体的な実施形態を説明してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えることができることが当業者には明らかであろう。例えば、このＰＴＯアセンブリを２シャフトまたは３シャフトのガスタービンの広範囲の適用例に使用することができる。ＰＴＯは、２つのロータへのアクセスが可能な場所であれば、圧縮機間またはタービン間のどちらに設けてもよい。したがって、本発明の好ましい実施形態、および本発明を実施するための最良の形態についての上記の説明は、限定の目的ではなく、例示の目的で示したものにすぎず、本発明は、特許請求の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に従って作成された動力取出しアセンブリを組み込んだ例示的なガスタービンエンジンの断面図である。
【図２】動力取出しアセンブリをより詳細に示す、図１のエンジンの一部分の断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１０  ガスタービンエンジン
１２  外側固定環状ケーシング
１４  前側ファン
１５  後側ファン
１６  昇圧器
１８  圧縮機
２０  燃焼器
２２  高圧タービン
２４  逆回転低圧タービン
２６  高圧駆動シャフト
２８Ａ  第１逆回転低圧駆動シャフト
２８Ｂ  第２逆回転低圧駆動シャフト
３０  軸受
３２  構造フレーム
３４  構造フレーム
３６  動力取出しシャフト
３８  動力取出しアセンブリ
４０  補機歯車装置
４２  エンジン始動装置
４４  低圧ベベルギア
４６  低圧リングギア
４８  高圧ベベルギア
５０  一方向クラッチ
５２  補助高圧リングギア
【図１】
2007040302.tif 000003
【図２】
2007040302.tif 000004
【外国語明細書】
2007040302000001.pdf