(57)【要約】【課題】重量が低減され、それによりジェットタービンエンジンおよびジェット機自体の効率を向上させる中間タービンフレーム（１２）を提供する。【解決手段】中間タービンフレーム（１２）は予圧設計とされ、第１のベアリング（１８）からの第１の荷重と第２のベアリング（２０）からの第２の荷重とを分散させるようにジェットタービンエンジンのエンジンケーシング（１４）に連結される。中間タービンフレームは、少なくとも１つのトルクボックス、第１のベアリング、第２のベアリング、および少なくとも１つの支柱（２０８）を有する。トルクボックスは、第１および第２の荷重を吸収する。第１のベアリングコーン（２００）は、第１のベアリングをトルクボックスに連結し、第２のベアリングコーン（２０２）は、第２のベアリングをトルクボックスに連結する。支柱はトルクボックスをエンジンケーシングに連結する。【選択図】図６
2007303465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のベアリングからの第１の荷重と第２のベアリングからの第２の荷重とを平衡させるために、ジェットタービンエンジンのエンジンケーシングに連結された伸長可能な設計を有する中間タービンフレームであって、
前記第１および第２の荷重を吸収する少なくとも１つのトルクボックスと、
前記第１のベアリングを前記トルクボックスに連結する第１のベアリングコーンと、
前記第２のベアリングを前記トルクボックスに連結する第２のベアリングコーンと、
前記トルクボックスを前記エンジンケーシングに連結する少なくとも１つの支柱と、
を有する中間タービンフレーム。
【請求項２】
さらに、複数のトルクボックスおよび複数の支柱を有する請求項１に記載の中間タービンフレーム。
【請求項３】
前記トルクボックスは、
複数の予圧した支持ロッドと、
前記複数の予圧した支持ロッド内に配置された複数の予圧した支持ワイヤと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の中間タービンフレーム。
【請求項４】
前記トルクボックスは、
前記第１のベアリングコーンの一部と、
前記第２のベアリングコーンの一部と、
前記第１および第２のベアリングコーンに連結されたオレオ緩衝支柱と、
前記第１および第２のベアリングコーン間に連結されたスプリングと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の中間タービンフレーム。
【請求項５】
前記トルクボックスは、
前記第１のベアリングコーンの一部と、
前記第２のベアリングコーンの一部と、
前記第１および第２のベアリングコーンに連結された複数のオレオ緩衝支柱と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の中間タービンフレーム。
【請求項６】
第１のベアリングからの第１の荷重と第２のベアリングからの第２の荷重とをガスタービンエンジンの取付台に伝達するために、少なくとも１つの前記取付台に連結される伸長可能な支持フレームであって、
前記第１および第２の荷重を平衡状態にする複数の予圧した支持体を有する伸長可能な支持フレーム。
【請求項７】
前記予圧した支持体のそれぞれは、
少なくとも１つのフレームを形成するように配置された複数の予圧したロッドと、
前記フレーム内に配置された複数の予圧したワイヤと、
を有することを特徴とする請求項６に記載の支持フレーム。
【請求項８】
前記予圧したワイヤはシャータイであることを特徴とする請求項７に記載の支持フレーム。
【請求項９】
前記第１のベアリングからの前記第１の荷重は、第１のベアリングコーンを介して前記ガスタービンエンジンに伝達され、前記第２のベアリングからの前記第２の荷重は、第２のベアリングコーンを介して前記ガスタービンエンジンに伝達されることを特徴とする請求項６に記載の支持フレーム。
【請求項１０】
さらに、前記第１および第２のベアリングコーンに連結された少なくとも１つのオレオ緩衝支柱を有する請求項９に記載の支持フレーム。
【請求項１１】
さらに、前記第１および第２のベアリングコーンと前記エンジンケーシングの間に配置されたトルクボックスを有する請求項９に記載の支持フレーム。
【請求項１２】
前記複数の予圧した支持体は、前記第１および第２のベアリングで発生した荷重の不平衡を補正するために伸長することを特徴とする請求項６に記載の支持フレーム。
【請求項１３】
第１のベアリングからの第１の荷重と第２のベアリングからの第２の荷重とをガスタービンエンジンのエンジンケーシングに伝達するために前記ガスタービンエンジンに連結することができる支持構造体であって、
前記第１および第２のベアリングを前記エンジンケーシングに連結するフレームと、
前記第１および第２の荷重を吸収するために、前記フレームに連結された伸長手段と、
を有する支持構造体。
【請求項１４】
前記フレームは、複数の予圧したロッドを含むことを特徴とする請求項１３に記載の支持構造体。
【請求項１５】
前記伸長手段は、
Ｘ字形状を形成するように前記複数の予圧したロッド間に配置された複数の予圧したワイヤを含むことを特徴とする請求項１４に記載の支持構造体。
【請求項１６】
前記伸長手段は、少なくとも１つのオレオ緩衝支柱を含むことを特徴とする請求項１３に記載の支持構造体。
【請求項１７】
前記オレオ緩衝支柱は、前記フレームと前記第１および第２のベアリングとの間に配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の支持構造体。
【請求項１８】
さらにトルク変換器を有する支持構造体であって、このトルク変換器は、
前記第１のベアリングと前記フレームの間に連結された第１のベアリングコーンと、
前記第２のベアリングと前記フレームの間に連結された第２のベアリングコーンと、
前記第１および第２のベアリングコーンに連結されたオレオ緩衝支柱と、
前記第１および第２のベアリングコーン間に連結されたスプリングと、
を有することを特徴とする請求項１３に記載の支持構造体。
【請求項１９】
さらに統合したトルクボックスを有する支持構造体であって、この統合したトルクボックスは、
前記第１のベアリングと前記フレームの間に連結された第１のベアリングコーンと、
前記第２のベアリングと前記フレームの間に連結された第２のベアリングコーンと、
第１および第２のベアリングコーン間に連結された複数のオレオ緩衝支柱と、
を有することを特徴とする請求項１３に記載の支持構造体。
【請求項２０】
さらに、前記第１および第２のベアリングで生じた荷重の不平衡を平衡状態にするトルクボックスを有する請求項１３に記載の支持構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にガスタービンエンジンの分野に関する。特に、本発明は、ジェットタービンエンジン用の中間タービンフレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボファンは、ジェット機などの航空機で一般的に使用されるガスタービンエンジンの一種である。ターボファンは通常、高圧および低圧コンプレッサ、高圧および低圧タービン、高圧回転シャフト、低圧回転シャフト、ファン、および燃焼室を有する。高圧コンプレッサ（ＨＰＣ）は、高圧回転シャフトによって高圧タービン（ＨＰＴ）に連結され、高圧システムとして連携して動作する。同様に、低圧コンプレッサ（ＬＰＣ）は、低圧回転シャフトによって低圧タービン（ＬＰＴ）に連結され、低圧システムとして連携して動作する。低圧回転シャフトは、ＨＰＣ、ＨＰＴ、ＬＰＣ、ＬＰＴ、ならびに高圧および低圧シャフトが同軸上に整列されるように高圧シャフト内に収容され、ファンに連結される。
【０００３】
外部空気がファンおよびＨＰＣによってジェットタービンエンジンに引き込まれ、このＨＰＣは、システムに引き込まれた空気の圧力を上げる。次いで、高圧空気は燃焼室に入り、燃焼室は燃料を燃焼させ、排気ガスを排出する。ＨＰＴは、燃料を使用して高圧シャフトを回転させることでＨＰＣを直接駆動する。ＬＰＴは、燃焼室で発生する排出ガスを使用して低圧シャフトを回転させ、この低圧シャフトは、システム内に空気を連続的に取り入れるためにファンを駆動する。ファンによって取り入れられた空気はＨＰＴおよびＬＰＴを迂回し、ジェット機を前進させるエンジン推力を高めるように働く。
【０００４】
高圧および低圧システムを支持するために、ベアリングがジェットタービンエンジン内に配置されて、高圧および低圧システムによって発生した荷重の分散に寄与する。このベアリングは、例えば、ベアリングコーンなどのベアリング支持構造体によってＨＰＴとＬＰＴの間に配置された中間タービンフレームに連結される。中間タービンフレームは、ベアリング支持構造体からエンジンケーシングに荷重を伝達することにより、ベアリング支持構造体上の荷重を分散させるように働く。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
中間タービンフレームの重量を低減することにより、ジェットタービンエンジンおよびジェット機自体の効率を大幅に向上させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
中間タービンフレームは、予圧設計とされ、第１のベアリングからの第１の荷重と第２のベアリングからの第２の荷重とを分散させるように、ジェットタービンエンジンのエンジンケーシングに連結される。中間タービンフレームは、少なくとも１つのトルクボックス、第１のベアリング、第２のベアリング、および少なくとも１つの支柱を有する。トルクボックスは、第１および第２のベアリングからの第１および第２の荷重を吸収する。第１のベアリングコーンは、第１のベアリングをトルクボックスに連結し、第２のベアリングコーンは、第２のベアリングをトルクボックスに連結する。支柱は、トルクボックスをエンジンケーシングに連結する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、ガスタービンエンジン軸中心線を中心に設けられたガスタービンエンジン１０の代表的な断面図を示している。ガスタービンエンジン１０は通常、中間タービンフレーム１２、エンジンケーシング１４、取付台１６、第１のベアリング１８、および第２のベアリング２０を有する。ガスタービンエンジン１０の中間タービンフレーム１２は、第１のベアリング１８および第２のベアリング２０に荷重がかかったときに中間タービンフレーム１２が伸長できるようにするプレストレス（ｐｒｅ−ｓｔｒｅｓｓ）設計すなわち予圧設計とされる。
【０００８】
中間タービンフレーム１２は、ガスタービンエンジン１０のエンジンケーシング１４内に収容されている。中間タービンフレーム１２は、第１のベアリング１８および第２のベアリング２０に連結され、第１のベアリング１８および第２のベアリング２０からエンジンケーシング１４に荷重を伝達する。エンジンケーシング１４は、中間タービンフレーム１２をその周囲環境から保護し、中間タービンフレーム１２から取付台１６に荷重を伝達する。中間タービンフレーム１２は、第１のベアリング１８および第２のベアリング２０からの加荷重とは別のトルクを予めかけられるように設計されている。このプレトルク荷重は、中間タービンフレーム１２の組立時に中間タービンフレーム１２に加えられ、ガスタービンエンジン１０の稼働中に、第１のベアリング１８および第２のベアリング２０からの荷重がかかったときに効果をもたらす。第１のベアリング１８および第２のベアリング２０からの加荷重は、この加荷重が中間タービンフレーム１２にかかったときに、中間タービンフレーム１２のプレトルク荷重によって相殺され、中間タービンフレーム１２が平衡状態になる。
【０００９】
第１のベアリング１８および第２のベアリング２０は、それぞれガスタービンエンジン１０の前端部および後端部で中間タービンフレーム１２の下に配置されている。第１のベアリング１８および第２のベアリング２０は、ガスタービンエンジン１０内に配置された高圧および低圧ロータからの振動荷重だけでなく、スラスト荷重、垂直方向張力、側部ジャイロ荷重を支持する。第１のベアリング１８および第２のベアリング２０によって支持された荷重はすべて、中間タービンフレーム１２を通じてエンジンケーシング１４および取付台１６に伝達される。第２のベアリング２０は通常、第１のベアリング１８よりも大きな荷重を支持するように設計されており、そのため、中間タービンフレーム１２は、第２のベアリング２０に最大の荷重がかかっている状況を想定して、必要な剛性を有し、構造上適合できるように設計されている。
【００１０】
中間タービンフレーム１２は、ガスタービンエンジン１０内で複数のセグメントが円周方向に等間隔に離間している分割構造体である。各セグメントは、第１のベアリング１８、第２のベアリング２０、および中間タービンフレーム１２からの荷重をエンジンケーシング１４に垂直方向に伝達するように設計されたトルクボックス２２を有する。１つの実施形態では、９つのセグメントが中間タービンフレーム１２の周辺部に沿って互いに約４０°離間して配置される。別の実施形態では、全体で１２個のセグメントが中間タービンフレーム１２の周辺部に沿って互いに約３０°離間して配置される。
【００１１】
図２は、中間タービンフレーム１２ａの第１の実施形態の概略図を示している。説明を容易にするために、図２では、中間タービンフレーム１２ａの１つのセグメントに関して説明する。第１のベアリング１８および第２のベアリング２０は、第１のベアリングコーン２４および第２のベアリングコーン２６によってそれぞれ中間タービンフレーム１２ａに連結されている。第１のベアリングコーン２４および第２のベアリングコーン２６はそれぞれ、高圧ロータおよび低圧ロータとともに連続して回転する内側回転レースを有するベアリング装置に連結され、第１のベアリング１８および第２のベアリング２０から中間タービンフレーム１２ａに荷重を伝達する。
【００１２】
中間タービンフレーム１２ａの各トルクボックス２２ａは、第１および第２の垂直方向に予圧したロッド２８ａ、２８ｂ、第１および第２の水平方向に予圧したロッド３０ａ、３０ｂ、ならびに第１および第２の予圧したワイヤ３２ａ、３２ｂを有する。ロッド２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂは、約９０°の角度をなして互いに連結されて、方形の主フレーム３４を形成している。中間タービンフレーム１２ａは、主フレーム３４の第１の水平ロッド３０ａでエンジンケーシング１４および取付台１６に連結されている。ロッド２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂは、組立時に特定の量のトルクをかけられているので、主フレーム３４のロッド２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂは、第１のベアリングコーン２４および第２のベアリングコーン２６を介して第１のベアリング１８および第２のベアリング２０から中間タービンフレーム１２ａにかかる荷重の一部を相殺する。
【００１３】
第１の予圧ワイヤ３２ａおよび第２の予圧ワイヤ３２ｂは、Ｘ字形状を形成するように主フレーム３４内で連結されている。第１のワイヤ３２ａは、第１の端部３６で第１の垂直ロッド２８ａと第１の水平ロッド３０ａの連結部に近接して連結され、第２の端部３８で第２の垂直ロッド２８ｂと第２の水平ロッド３０ｂの連結部に近接して連結されている。第２のワイヤ３２ｂは、第１の端部４０で第１の垂直ロッド２８ａと第２の水平ロッド３０ｂの連結部に近接して連結され、第２の端部４２で第２の垂直ロッド２８ｂと第１の水平ロッド３０ａの連結部に近接して連結されている。第１のワイヤ３２ａおよび第２のワイヤ３２ｂは、荷重フロントすなわち荷重部材として働き、中間タービンフレーム１２ａにかかる剪断荷重を吸収する。ロッド２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂと同様に、ワイヤ３２ａ、３２ｂは組立時にある量のトルクをかけられているので、第１のベアリング１８および第２のベアリング２０から主フレーム３４にかかるトルクの一部を相殺する。ロッド２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂならびに第１のワイヤ３２ａおよび第２のワイヤ３２ｂは、協働して、中間タービンフレーム１２ａにかかるトルクを相殺し、中間タービンフレーム１２ａを平衡させる。１つの実施形態では、ワイヤ３２ａ、３２ｂはシャータイとされる。
【００１４】
図３は、中間タービンフレーム１２ｂの第２の実施形態の概略図を示している。第１のベアリング１８および第２のベアリング２０からの荷重を平衡させるように、組立時に中間タービンフレーム１２ｂに予めトルクがかけられており、このため、中間タービンフレーム１２ｂは中間タービンフレーム１２ａと同様に機能する。図２と同様に、図３では、中間タービンフレーム１２ｂの１つのセグメントに関して説明する。中間タービンフレーム１２ｂの各トルクボックス２２ｂは通常、第１および第２の垂直方向に予圧したロッド２８ａ、２８ｂと、第１、第２、第３、第４の水平方向に予圧したロッド３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄと、第１、第２、第３、第４、第５、第６の予圧したワイヤ４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆと、を有する。トルクボックス２２ｂは、トルクボックス２２ａと同様の態様で、第１のベアリング１８および第２のベアリング２０、ならびにエンジンケーシング１４と相互作用し、これらとともに機能する。中間タービンフレーム１２ｂのロッド２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂは、主フレーム３４を形成するために、中間タービンフレーム１２ａのロッド２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂと同様の態様で連結されるとともに機能する。第３の水平ロッド３０ｃおよび第４の水平ロッド３０ｄは、主フレーム３４内でかつ第１の水平ロッド３０ａと第２の水平ロッド３０ｂの間で第１の垂直ロッド２８ａおよび第２の垂直ロッド２８ｂに連結されている。
【００１５】
第１のワイヤ４４ａおよび第２のワイヤ４４ｂは、第１および第２の垂直ロッド２８ａ、２８ｂと第１および第３の水平ロッド３０ａ、３０ｃとの間にＸ字形状を形成するように連結されている。第１のワイヤ４４ａは、第１の端部４６で第１の垂直ロッド２８ａと第１の水平ロッド３０ａの連結部に近接して連結され、第２の端部４８で第２の垂直ロッド２８ｂと第３の水平ロッド３０ｃの連結部に近接して連結されている。第２のワイヤ４４ｂは、第１の端部５０で第１の垂直ロッド２８ａと第３の水平ロッド３０ｃの連結部に近接して連結され、第２の端部５２で第２の垂直ロッド２８ｂと第１の水平ロッド３０ａの連結部に近接して連結されている。
【００１６】
第３のワイヤ４４ｃおよび第４のワイヤ４４ｄは、第１および第２の垂直ロッド２８ａ、２８ｂと第３および第４の水平ロッド３０ｃ、３０ｄとの間にＸ字形状を形成するように連結されている。第３のワイヤ４４ｃは、第１の端部５４で第１の垂直ロッド２８ａと第３の水平ロッド３０ｃの連結部に近接して連結され、第２の端部５６で第２の垂直ロッド２８ｂと第４の水平ロッド３０ｄの連結部に近接して連結されている。第４のワイヤ４４ｄは、第１の端部５８で第１の垂直ロッド２８ａと第４の水平ロッド３０ｄの連結部に近接して連結され、第２の端部６０で第２の垂直ロッド２８ｂと第３の水平ロッド３０ｃの連結部に近接して連結されている。
【００１７】
第５のワイヤ４４ｅおよび第６のワイヤ４４ｆは、第１および第２の垂直ロッド２８ａ、２８ｂと第４および第２の水平ロッド３０ｄ、３０ｂとの間にＸ字形状を形成するように連結されている。第５のワイヤ４４ｅは、第１の端部６２で第１の垂直ロッド２８ａと第４の水平ロッド３０ｄの連結部に近接して連結され、第２の端部６４で第２の垂直ロッド２８ｂと第２の水平ロッド３０ｂの連結部に近接して連結されている。第６のワイヤ４４ｆは、第１の端部６６で第１の垂直ロッド２８ａと第２の水平ロッド３０ｂの連結部に近接して連結され、第２の端部６８で第２の垂直ロッド２８ｂと第４の水平ロッド３０ｄの連結部に近接して連結されている。
【００１８】
図４は、中間タービンフレーム１２ｃの第３の実施形態の概略図を示している。第１のベアリング１８および第２のベアリング２０からの荷重を平衡させるように、組立時に中間タービンフレーム１２ｃに予めトルクがかけられており、このため、中間タービンフレーム１２ｃは中間タービンフレーム１２ａと同様に機能する。図２と同様に、図４では、中間タービンフレーム１２ｃの１つのセグメントに関して説明する。中間タービンフレーム１２ｃの各トルクボックス２２ｃは通常、第１、第２、第３、および第４の垂直予圧ロッド７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄと、第１、第２、第３、および第４の水平予圧ロッド３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄと、第１、第２、第３、第４、第５、および第６の予圧ワイヤ４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆと、を有する。トルクボックス２２ｃは、トルクボックス２２ａと同様の態様で、第１のベアリング１８および第２のベアリング２０、ならびにエンジンケーシング１４と相互作用し、これらとともに機能する。第１の垂直ロッド７０ａおよび第２の垂直ロッド７０ｂと第１の水平ロッド３０ａおよび第３の水平ロッド３０ｃとは互いに連結されて第１の方形フレーム７２を形成し、第３の垂直ロッド７０ｃおよび第４の垂直ロッド７０ｄと第４の水平ロッド３０ｄおよび第２の水平ロッド３０ｂとは、互いに約９０°の角度をなして連結されて第２の方形フレーム７４を形成している。
【００１９】
第１のワイヤ４４ａおよび第２のワイヤ４４ｂは、第１の方形フレーム７２内でＸ形状を形成するように連結されている。第１のワイヤ４４ａは、第１の端部７６で第１の垂直ロッド７０ａと第１の水平ロッド３０ａの連結部に近接して連結され、第２の端部７８で第２の垂直ロッド７０ｂと第３の水平ロッド３０ｃの連結部に近接して連結されている。第２のワイヤ４４ｂは、第１の端部８０で第１の垂直ロッド７０ａと第３の水平ロッド３０ｃの連結部に近接して連結され、第２の端部８２で第２の垂直ロッド７０ｂと第１の水平ロッド３０ａの連結部に近接して連結されている。
【００２０】
第３のワイヤ４４ｃおよび第４のワイヤ４４ｄは、第３の水平ロッド３０ｃと第４の水平ロッド３０ｄの間にＸ形状を形成するように連結されている。第３のワイヤ４４ｃは、第１の端部８４で第１の垂直ロッド７０ａと第３の水平ロッド３０ｃの連結部に近接して連結され、第２の端部８６で第４の垂直ロッド７０ｄと第４の水平ロッド３０ｄの連結部に近接して連結されている。第４のワイヤ４４ｄは、第１の端部８８で第３の垂直ロッド７０ｃと第４の水平ロッド３０ｄの連結部に近接して連結され、第２の端部９０で第２の垂直ロッド７０ｂと第３の水平ロッド３０ｃの連結部に近接して連結されている。
【００２１】
第５のワイヤ４４ｅおよび第６のワイヤ４４ｆは、第２の方形フレーム７４内でＸ字形状を形成するように連結されている。第５のワイヤ４４ｅは、第１の端部９２で第３の垂直ロッド７０ｃと第４の水平ロッド３０ｄの連結部に近接して連結され、第２の端部９４で第４の垂直ロッド７０ｄと第２の水平ロッド３０ｂの連結部に近接して連結されている。第６のワイヤ４４ｆは、第１の端部９６で第３の垂直ロッド７０ｃと第２の水平ロッド３０ｂの連結部に近接して連結され、第２の端部９８で第４の垂直ロッド７０ｄと第４の水平ロッド３０ｄの連結部に近接して連結されている。
【００２２】
図５は、中間タービンフレーム１２ｄの第４の実施形態の概略図を示している。図２と同様に、図５では、中間タービンフレーム１２ｄの１つのセグメントに関して説明する。中間タービンフレーム１２ｄの各セグメントは通常、フレーム１００、第１のベアリングコーン１０２、および第２のベアリングコーン１０４を有する。中間タービンフレーム１２ｄのフレーム１００は、主トルクボックス１０６として、第１のベアリングコーン１０２および第２のベアリングコーン１０４からの荷重を伝達するように機能する。中間タービンフレーム１２ｄはまた、二重トルクボックスを追加した設計とされ、第１のベアリングコーン１０２および第２のベアリングコーン１０４が補助的なトルクボックスとして機能する。
【００２３】
補助的なトルクボックスは、第１のベアリング１８から荷重を受ける第１のベアリングコーン１０２と第２のベアリング２０から荷重を受ける第２のベアリングコーン１０４との２つの部分に分割されている。よって、第１のベアリング１８からの荷重は、第１のベアリングコーンに１０２伝達され、第２のベアリング２０からの荷重は、第２のベアリングコーン１０４に伝達される。第１のベアリングコーン１０２および第２のベアリングコーン１０４は、それぞれ第１のベアリング１８および第２のベアリング２０から荷重を受け、その荷重をトルクに変換し、次にそのトルクは、エンジンケーシング１４に到達する前にフレーム１００で相殺される。トルクボックス１０２、１０４、１０６は互いに相互作用して、第１のベアリング１８および第２のベアリング２０で生じた荷重の不平衡をバランスさせる。
【００２４】
図６は、中間タービンフレーム１２ｅの第５の実施形態の概略図を示している。図２と同様に、図６では、中間タービンフレーム１２ｅの１つのセグメントに関して説明する。中間タービンフレーム１２ｅの各セグメントは通常、第１のベアリングコーン２００、第２のベアリングコーン２０２、トルク変換器２０４、スプリング２０６、オレオ緩衝支柱２０８、およびフレーム２１０を有する。第１のベアリング１８および第２のベアリング２０は、トルク変換器２０４およびスプリング２０６に取り付けられた第１のベアリングコーン２００および第２のベアリングコーン２０２にそれぞれ連結されている。第１のベアリング１８および第２のベアリング２０からの荷重は、トルク変換器２０４とスプリング２０６で釣り合いをとられ、次いでオレオ緩衝支柱２０８を通ってフレーム２１０に伝達される。フレーム２１０は、第１のベアリング１８および第２のベアリング２０をエンジンケーシング１４および取付台１６に連結している。
【００２５】
第１のベアリング１８および第２のベアリング２０からの荷重は、それぞれ第１のベアリングコーン２００および第２のベアリングコーン２０２を通って伝達され、第１のベアリングコーン２００、第２のベアリングコーン２０２、およびスプリング２０６の相互連結によって形成されたトルク変換器２０４に達する。トルク変換器２０４は、第１のベアリング１８および第２のベアリング２０からの荷重が不平衡状態のときに、緩んで第１のベアリングコーン２００および第２のベアリングコーン２０２が動くことができるようにする。スプリング２０６により、第１のベアリングコーン２００および第２のベアリングコーン２０２からのトルクがバランスされるので、トルクコンバータ２０４は、トルクがオレオ緩衝支柱２０８にかかる前に、すべてのトルクを相殺する。この機構により、偏心荷重または衝撃によって生じた荷重の不平衡を簡単に平衡状態にすることができるようになる。
【００２６】
第１のベアリングコーン２００または第２のベアリングコーン２０２が動くと、オレオ緩衝支柱２０８は伸長してトルク変換器２０４からの荷重を平衡状態にする。オレオ緩衝支柱２０８は、弾性バンドと同様に機能するものであり、必要に応じて作動し、伸縮して第１のベアリング１８および第２のベアリング２０で生じた荷重の不平衡を平衡状態にするのに寄与する。次いで、トルク変換器２０４からの偏心トルクは、フレーム２１０に伝達され、このフレームは、第１のベアリング１８および第２のベアリング２０からエンジンケーシング１４に荷重を伝達する。したがって、第１のベアリング１８および第２のベアリング２０からのトルクの伝達は、トルク変換器２０４、オレオ緩衝支柱２０８、およびフレーム２１０の相互作用によって行われ、トルク変換器２０４およびフレーム２１０が第１のベアリング１８および第２のベアリング２０からのトルクを相殺する。
【００２７】
図７は、中間タービンフレーム１２ｆの第６の実施形態の概略図を示している。図２と同様に、図７では、中間タービンフレーム１２ｆの１つのセグメントに関して説明する。中間タービンフレーム１２ｆの各セグメントは通常、第１のベアリングコーン３００、第２のベアリングコーン３０２、統合トルクボックス３０４、第１、第２、第３のオレオ緩衝支柱３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃ（まとめて、オレオ緩衝支柱３０６）、および補強支柱３０８を有する。第１のベアリング１８および第２のベアリング２０は、それぞれ第１のベアリングコーン３００および第２のベアリングコーン３０２を介してエンジンケーシング１４に連結されている。次に、第１のベアリングコーン３００および第２のベアリングコーン３０２は、オレオ緩衝支柱３０６によって補強支柱３０８に連結されている。
【００２８】
統合トルクボックス３０４は、第１のベアリングコーン３００および第２のベアリングコーン３０２とオレオ緩衝支柱３０６との連結部を有する。中間タービンフレーム１２ｅのトルク変換器２０４と同様に、中間タービンフレーム１２ｆの統合トルクボックス３０４は、第１のベアリングコーン３００および第２のベアリングコーン３０２からの荷重を平衡状態にする。第１のベアリング１８および第２のベアリング２０からの荷重が不平衡な場合、統合トルクボックス３０４は、荷重が補強支柱３０８に伝達される前に、その荷重を平衡状態にする。
【００２９】
第１のベアリングコーン３００および第２のベアリングコーン３０２は、オレオ緩衝支柱３０６によって補強支柱３０８に連結されている。第１のベアリングコーン３００は、第１のオレオ緩衝支柱３０６ａおよび第２のオレオ緩衝支柱３０６ｂに取り付けられ、第２のベアリングコーン３０２は、第１のオレオ緩衝支柱３０６ａおよび第３のオレオ緩衝支柱３０６ｃに取り付けられている。中間タービンフレーム１２ｆのオレオ緩衝支柱３０６は弾性バンドとして働き、第１のベアリングコーン３００および第２のベアリングコーン３０２が偏心荷重または衝撃により動くことができるようにする。第１のベアリングコーン３００または第２のベアリングコーン３０２が動くと、オレオ緩衝支柱３０６は伸長し、荷重の不平衡を補正して、荷重が補強支柱３０８に伝わる前に中間タービンフレーム１２ｆを平衡状態に戻す。
【００３０】
補強支柱３０８は通常、第１の垂直予圧ロッド３１０ａおよび第２の垂直予圧ロッド３１０ｂと、エンジンケーシング１４に取り付けられた垂直ロッド３１２と、第１の予圧ワイヤ３１４ａおよび第２の予圧ワイヤ３１４ｂと、を有する。第１の垂直ロッド３１０ａおよび第２の垂直ロッド３１０ｂは、垂直ロッド３１２と第１のオレオ緩衝支柱３０６ａの間に連結されてフレーム３１６を形成している。第１のワイヤ３１４ａおよび第２のワイヤ３１４ｂは、Ｘ字形状を形成するようにフレーム３１６内に配置されている。第１のワイヤ３１４ａおよび第２のワイヤ３１４ｂはフレーム３１６内に配置されて、補強支柱３０８の補強材として働き、第１のロッド３１０ａおよび第２のロッド３１０ｂが互いの上に倒れ込むのを防止する。第１のワイヤ３１４ａおよび第２のワイヤ３１４ｂはまた、第１のベアリング１８および第２のベアリング２０からの剪断荷重を、第１のロッド３１０ａおよび第２のロッド３１０ｂに伝達し、第１のロッド３１０ａおよび第２のロッド３１０ｂの上部または底部のいずれかでバランスさせることで剪断荷重を利用する。このように、第１のワイヤ３１４ａおよび第２のワイヤ３１４ｂは、荷重伝達機能だけでなく構造上の機能も実行する。１つの実施形態では、第１のワイヤ３１４ａおよび第２のワイヤ３１４ｂはシャータイとされる。
【００３１】
本発明の中間タービンフレームは、第１のベアリングおよび第２のベアリングから中間タービンフレームを囲むエンジンケーシングに荷重を伝達する。図２〜図４に示す第１の構成群では、中間タービンフレームは、複数の予圧ロッドおよび予圧ワイヤを含む予圧設計とされ、これらのロッドおよびワイヤは、第１および第２のベアリングからの加荷重を相殺する。中間タービンフレームの第１の実施形態の予めトルクを加える設計は、第１および第２のベアリングからの加荷重とは切り離したものとされ、ガスタービンエンジンの稼働時に、第１および第２のベアリングからの荷重が加えられたときに効果を及ぼす。第１および第２のベアリングからの加荷重は、加荷重が中間タービンフレームにかかったときに、中間タービンフレームに予め加えられたトルク荷重によって相殺されて、中間タービンフレームが平衡状態になる。
【００３２】
図５〜図７に示す第２の構成群では、中間タービンフレームは、各種トルクボックス設計を含む。トルクボックス設計には、二重トルクボックス設計、トルク変換器、および統合トルクボックスがある。中間タービンフレームの第２の実施形態では、第１のベアリングおよび第２のベアリングをトルクボックスに連結する第１のベアリングコーンおよび第２のベアリングコーンが伸長できる。トルクボックス設計は、第１および第２のベアリングで生じた荷重の不平衡を補正することで偏心荷重または衝撃を打ち消すために、中間タービンフレームが伸長するのを可能にする。
【００３３】
好ましい実施形態に関連させて本発明を説明したが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、基本形態および細部にわたって変更が可能であると当業者には分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ガスタービンエンジンの代表的な断面図である。
【図２】中間タービンフレームの第１の実施形態の概略図である。
【図３】中間タービンフレームの第２の実施形態の概略図である。
【図４】中間タービンフレームの第３の実施形態の概略図である。
【図５】中間タービンフレームの第４の実施形態の概略図である。
【図６】中間タービンフレームの第５の実施形態の概略図である。
【図７】中間タービンフレームの第６の実施形態の概略図である。
【符号の説明】
【００３５】
１２ｅ…中間タービンフレーム
１４…エンジンケーシング
１８…第１のベアリング
２０…第２のベアリング
２００…第１のベアリングコーン
２０２…第２のベアリングコーン
２０４…トルク変換器
２０６…スプリング
２０８…オレオ緩衝支柱
２１０…フレーム
【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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【図６】
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【図７】
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