(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる速度で回転する同軸の内部低圧シャフト（１２）と外部高圧シャフト（１１）とを備え、故障後に低圧シャフト（１２）に釣合いはずれの質量が発生することがあり、低圧シャフト（１２）が、釣合いはずれの質量が存在する場合に釣合いはずれの質量に対して軸方向に近傍の区域で破損する軸受と、釣合いはずれの質量から軸方向に遠方の区域にある強力軸受（１６）とによって支持されるターボ機械であって、低圧シャフト（１２）は、強力軸受から釣合いはずれの質量へ向って軸方向に遠方の区域（１７）では熱伝導率が低く、研磨または同等の手段によって機械加工できるコーティング（２２）によって、高圧シャフト（１１）の前軸受（１４）に近接した高圧シャフト（１１）に面する表面が覆われることを特徴とするターボ機械。
【請求項２】
コーティングの組成が、イットリウムで被覆したジルコニウム、ジルコニウム、アルミニウム、ホウ化物およびカーバイドから選択されることを特徴とする請求項１に記載のターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、故障時に二つの同心シャフトが相互に制動されるターボ機械を扱う。
【０００２】
【従来の技術】
この状況の特定の例を、現在非常に広く使用されている航空機エンジンモデルを示す図１を参照して、説明することができる。エンジンは、ステータ２に囲まれ、環状断面を有する主トンネル３によって分離されたロータ１を備える。主トンネル３は、交互にロータとステータとに固定された多段翼に占有され、ガスを加速し、圧縮してから、燃料の燃焼後にガスが膨張するにつれ、ガスが放出するエネルギーを利用し、したがって、前方から後方に向かって、低圧コンプレッサ４の翼、高圧コンプレッサ５の翼、燃焼室６、高圧タービン７の翼および低圧タービン８の翼がある。ロータ１は、実際には二つの部品で構成される。高圧ロータ本体９は、高圧コンプレッサ５と高圧タービン７の移動翼を支持し、低圧ロータ本体１０は低圧コンプレッサ４と低圧タービン８の移動翼を支持する。さらに、高圧および低圧ロータ本体９および１０は、それぞれステータ２に接続された軸受によって支持された高圧シャフト１１および低圧シャフト１２を備え、したがって前方から後方に向かって、低圧シャフト１２の前軸受１３、高圧シャフト１１の前軸受１４、高圧シャフト１１の後軸受１５および低圧シャフトの後軸受１６がある。これらの軸受は、能動的要素として一つまたは二つの玉軸受またはころ軸受を含み、したがってシャフト１１および１２は互いに対して独立して高速で回転することができ、同心シャフト１１および１２は完全に分離されているが、高圧シャフト１１の前軸受１４に近接して位置する非常に長い近接区域１７にわたって、小さいクリアランスだけでしか分離されていないことが分かる。
【０００３】
多くの現代のエンジンは、燃焼ガスの圧縮比が高く、希釈率が高い。したがって、エンジンに主トンネル３を囲む補助トンネル１８を設け、補助トンネルを通過する空気が低圧タービン８の背後で燃焼ガスと混合する。この補助トンネル１８に沿って流れる空気は、低圧ロータ本体１０に固定されたファン１９の翼によって加速され、このロータ本体は低圧コンプレッサ４の前に延在する。ファン１８の翼の直径は非常に大きく、その結果、この翼の慣性は大きい。この翼は、鳥などの異物が偶発的にエンジンに入った場合に、最も破損しやすい箇所でもある。
【０００４】
ファン１９の翼の一枚が破損すると、すぐに低圧ロータ本体１０に大きい釣合いはずれの質量が現れ、ロータ本体に非常に大きい振動力を誘発し、前軸受１３を介して低圧シャフト１２およびステータ２に伝達される。これらの過剰な振動力によって生じた損傷は、エンジン全体に伝搬することがある。このタイプの故障が発生した場合に、低圧シャフト１２の前軸受１３がヒューズとして作用することがある、つまり壊れるか、何らかの他の方法で損傷するのは、このためである。例えば米国特許第5417501号および第5433584号に記載されているように、従来技術では多くのタイプの壊れやすい軸受が知られており、通常は前軸受１３の近傍のステータ２の初期破壊部を含み、この故障は前軸受１３をステータ２の残りの部分から分離する。この部分は通常は固定構造２の薄い部分または小径の接続ボルトで、この接続ボルトにあっては、ねじロッドにノッチが設けられていてよい。初期破壊部は、釣合いはずれの質量が発生した場合に、前軸受１３がステータ２から分離するように裂けるか破損するよう設計され、したがって、この前軸受は、低圧シャフト１２をもう支持せず、このシャフトはステータ２に過剰な力を発生することなく、後軸受１６の周囲にチッピングすることによって、自由に振動する。その間に、コントローラは故障を通知されてエンジンを停止し、したがってシャフト１１および１２は徐々に減速して停止することができる。その後のエンジンの修理は、損傷したファンの翼および壊れやすい軸受の交換に限定されることが望ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
シャフト１１および１２が図２で示すように近位区域１７付近で互いに接触すると、低圧シャフト１２が後軸受１６の周囲にチッピングすることにより、追加のさらにはるかに深刻な損傷が発生することがある。というのは、二本のシャフト１１および１２の回転速度が非常に高く、非常に異なる（例えば４５００ｒｐｍと１７０００ｒｐｍ）結果、摩擦により甚だしい過熱が生じるからである。接触区域２１に集中した熱がシャフトの周囲の非常に小さい角距離に散逸すると、最低速シャフト、つまり低圧シャフト１２がこの位置で損傷し、低圧シャフトの冶金学的状態が変化して低圧シャフトの強度が下がるか、破損したり、高圧シャフト１１に摩擦溶着したりする。そして、低圧シャフト１２が破損して、ファンが失われるか、あるいは少なくとも低圧シャフト１２を修理時に交換しなければならない危険がある。
【０００６】
より高い回転速度で接触区域２１を通過し、温度上昇をその周辺に分配するのに役立つので、高圧シャフトはそれほ壊れやすくはないようであるが、同様に、高圧シャフト１１も破損することがある。
【０００７】
本発明の目的は、シャフト１１および１２の近接区域１７にわたる摩擦によって生じるこれらの損傷の危険を克服することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
【発明の実施形態】
本発明は、図３に図示されているように、より高速の高圧シャフト１１に面する最低速シャフト（この場合は低圧シャフト１２）の外表面を、近接区域１７で熱伝導率の低いコーティング２２で覆うことで構成される。さらに、コーティング２２は、研磨または同様のプロセスによる機械加工性が良好でなければならず、または、言換えるならば、機械的部品で擦った場合に、高エネルギーを吸収できなければならず、この特性は、通常の軸受に使用する材料に必要な特性とは反対である。通常の軸受は、摩擦を低下させ、その軸受を擦る部品を減速させないため、摩擦係数が非常に小さくなければならない。このタイプの軸受は、釣合いはずれの質量を伴うシャフトを、それを減速させることなく支持するよう設計され、文献ＵＳ３８８０４７９Ａに記載されている。
【０００９】
この層に適した組成物または材料には、イットリウムで被覆したジルコニウム、ジルコニウム、アルミニウム、ホウ化物およびカーバイドが含まれる。文献ＵＳ４２６９９０３Ａは、このタイプの材料で形成された合金について記載しているが、これは用途が異なり、ステータとロータの翼の端部間のラビリンスシールであり、この位置のガス漏れを減少させるためのものである。これらのコーティングは、柔らかく、したがって機械の運転中に翼の端部によって簡単かつ急速に浸食され、その後はその形状が変化せず、もはや機械的効果、特に摩擦力を発揮しないと考えられているので、「アブレイダブル」と言われる。
【００１０】
シャフト１１と１２が、前軸受１３が破損する故障後に互いに擦り合うと、摩擦が高圧シャフト１１とコーティング２２との間にかかる。コーティングは熱伝導率が低いので、低圧シャフト１２の温度はわずかしか上昇せず、研磨によるコーティング２２の機械加工性が、シャフト１１と１２の速度を速やかに均等にし、したがって温度上昇を停止するのに寄与する。したがって、制御装置が故障の通知を受け、エンジンを停止した後に、シャフト１１および１２は即座に互いに対して固定され、その後、減速して、他の損傷をまったく生じることなく、停止する。最後に、コーティング２２または高圧シャフト１１が劣化することにより、摩擦によって生じる可能性がある損傷が発生しても、安全部品であるファンを保持する低圧シャフト１２は、無傷のまま所定の位置にある。
【００１１】
前軸受１３の近傍にあるステータ２の初期破壊部が図示され、参照符号２３でマークされている。この初期破壊部はステータ２が局所的に薄くなっている。
【００１２】
要するに、本発明は、異なる速度で回転する同心の内部低圧シャフト（１２）と外部高圧シャフト（１１）とを備え、故障後に低圧シャフト（１２）に釣合いはずれの質量が発生することがあり、低圧シャフト（１２）が、釣合いはずれの質量が存在する場合に、釣合いはずれの質量の近傍の区域で破損する軸受と、釣合いはずれの質量より遠方の区域にある強力軸受（１６）とによって支持されるターボ機械に関し、低圧シャフト（１２）は、強力軸受より遠方の区域（１７）では熱伝導率が低く研磨または同等の手段によって機械加工できるコーティング（２２）によって、高圧シャフト（１１）の前軸受（１４）に近接した高圧シャフト（１１）に面する表面が覆われることを特徴とする。
【００１３】
以下は、本発明に関するコメントに使用する図面類のリストの概要であり、これは十分に理解されるように、多くの他の方法で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を設置したターボ機械の縦方向断面図である。
【図２】故障状態を示す図である。
【図３】本発明を使用する区域を示す、図１の拡大図である。
【符号の説明】
１  ロータ
２  ステータ
３  主トンネル
４  低圧コンプレッサ
５  高圧コンプレッサ
６  燃焼室
７  高圧タービン
８  低圧タービン
９  高圧ロータ本体
１０  低圧ロータ本体
１１  高圧シャフト
１２  低圧シャフト
１３、１４  前軸受
１５、１６  後軸受
１７  近接区域
１８  補助トンネル
１９  ファン
２１  接触区域
２２  コーティング
２３  初期破壊部
【図１】
0003790056.tif 000002
【図２】
0003790056.tif 000003
【図３】
0003790056.tif 000004