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JP2017008938A - タービンエンジン用のトラニオン保持 - Google Patents

タービンエンジン用のトラニオン保持 Download PDF

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JP2017008938A JP2016122199A JP2016122199A JP2017008938A JP 2017008938 A JP2017008938 A JP 2017008938A JP 2016122199 A JP2016122199 A JP 2016122199A JP 2016122199 A JP2016122199 A JP 2016122199A JP 2017008938 A JP2017008938 A JP 2017008938A
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Wayne Miller Brandon
ダニエル・アラン・ニアーガース
Alan Niergarth Daniel
イアン・フランシス・プレンティス
Ian Francis Prentice
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General Electric Co
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Abstract

【課題】トラニオンをディスクに取り付ける取付システムが壊れた場合に、トラニオンおよびトラニオンに取り付けられたブレードを受け止めるための機構を有するガスタービンエンジン用のファンを提供する。
【解決手段】ガスタービンエンジン用のファン(38)は、複数のファンブレード(40)と、ディスク(42)と、ファンブレード(40)をディスク(42)に取り付けるためのトラニオン機構(90)とを含む。ディスク(42)は、複数の個々のディスクセグメント(92)で形成することができ、トラニオン機構(90)は、複数のファンブレード(40)のうちの1つを各ディスクセグメント(92)に取り付ける。保持部材(102)もまた提供される。保持部材(102)は、万一、トラニオン機構(90)の主取付システム(96)が壊れた場合にトラニオン機構(90)の一部分を受け止めるための手段を含む。
【選択図】図2

Description

本発明の主題は一般に、ガスタービンエンジン用のファンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジン用のファンのための冗長性のあるファンブレード保持機構に関する。
ガスタービンエンジンは一般に、互いに流れ連通して配置されたファンおよびコアを含む。ガスタービンエンジンのコアは一般に、直列流れ順に、圧縮機セクション、燃焼セクション、タービンセクション、および排気セクションを含む。作動時、空気流は、ファンから圧縮機セクションの入口に供給され、そこで、空気は1つまたは複数の軸流圧縮機によって漸進的に圧縮された後、燃焼セクションに達する。燃料は圧縮空気と混合され、燃焼セクション内で燃焼して燃焼ガスを発生する。燃焼ガスは燃焼セクションからタービンセクションへ送られる。燃焼セクションを通った燃焼ガスの流れは、タービンセクションを駆動し、その後、排気セクションを通って、例えば大気へ流れる。特定の構成では、タービンセクションは、ガスタービンエンジンの軸方向に沿って延在するシャフトによって、圧縮機セクションに機械的に結合される。
ファンは、ガスタービンエンジンのコアよりも大きな半径の複数のブレードを含む。ファンおよび複数のブレードは典型的にはシャフトによって駆動される。複数のブレードの各ブレードは、トラニオン機構に取り付けることができ、トラニオン機構はディスクに取り付けることができる。トラニオン機構は、ディスクに対して回転可能で、複数のブレードのピッチを変えることができる。したがって、トラニオン機構は、様々な軸受および他の付随する構造物を使ってディスクに取り付けることができる。
ガスタービンエンジンの安全性を向上させるために、ファンの下流の構成部品は、ディスクにトラニオンを取り付ける取付システムが壊れる可能性を考慮して設計される。しかしながら、そのような構成は、ガスタービンエンジンの効率を低下させることがある。例えば、ガスタービンエンジンの胴体に外装を付け加えて重量が重くなると、ガスタービンエンジンの効率が低下することがある。
したがって、トラニオンをディスクに取り付ける取付システムが壊れた場合に、トラニオンおよびトラニオンに取り付けられたブレードを受け止めるための1つまたは複数の機構を有するガスタービンエンジン用のファンは有益となろう。さらに、より冗長性のある、ファンの作動または組立の妨げにならないトラニオンおよびブレードを受け止めるための取付機構を有するガスタービンエンジン用のファンは、特に有用となろう。
本発明の態様および利点は、以下の説明で部分的に明らかにされ、またはその説明から理解することができ、または本発明の実施を通じて学ぶことができる。
本開示の1つの例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン用のファンが提供される。ファンは、ファンブレードと、トラニオンおよび主取付システムを含むトラニオン機構とを含む。ファンブレードはトラニオンに取り付けられる。ファンはまたディスクを含み、ディスクは、概ね環状の形状を有し、ディスクセグメントを含む。ディスクセグメントはカラーを有する。トラニオンは、ディスクセグメントを少なくとも部分的に通って延在し、主取付システムを用いてディスクセグメントに取り付けられる。ファンはまた保持部材を含み、保持部材はディスクセグメントのカラーに取り付けられ、万一、主取付システムが壊れた場合にトラニオンを受け止めるための手段を含む。
本開示の別の例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン用のファンが提供される。ファンは、ファンブレードおよびトラニオン機構を含む。トラニオン機構は、トラニオンおよび主取付システムを含む。トラニオンは、ファンブレードに取り付けるためのプラットフォームを含み、プラットフォームは外面を有する。ファンはまたディスクを含み、ディスクは概ね環状の形状を有し、ディスクセグメントを含む。トラニオンは、ディスクセグメントを少なくとも部分的に通って延在し、主取付システムを用いてディスクセグメントに取り付けられる。ファンはまた保持リングを含み、保持リングは概ね環状の形状を有し、保持部材を含み、保持部材は各トラニオンのプラットフォームの外面とともに補助支持溝を画定する。ファンはまた、補助支持溝内に配置された少なくとも1つの保持機構を含む。
本開示のさらに別の例示的な実施形態では、ガスタービンエンジンが提供される。ガスタービンエンジンは、コアエンジンおよびコアエンジンと機械的に連通した可変ピッチファンを含む。ファンは、ファンブレード、ならびにトラニオンおよび主取付システムを有するトラニオン機構を含む。ファンブレードはトラニオンに取り付けられる。ファンはまたディスクを含み、ディスクは概ね環状の形状を有し、ディスクセグメントを含む。ディスクセグメントはカラーを含み、トラニオンは、ディスクセグメントを少なくとも部分的に通って延在し、主取付システムを用いてディスクセグメントに取り付けられる。ファンはまた保持部材を含み、保持部材は、ディスクセグメントのカラーに取り付けられ、万一、主取付システムが壊れた場合にトラニオンを受け止めるための手段を含む。
本発明のこれらのおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照すればよりよく理解できるであろう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、その一部を構成するものであり、本記述と併せて本発明の実施形態を例示して本発明の原理を説明する役割を果たしている。
当業者を対象として、最良の態様を含む本発明の完全かつ有効な開示を、添付の図を参照して本明細書で説明する。
本発明の主題の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンの概略断面図である。 本開示の例示的な実施形態による、図1の例示的なガスタービンエンジンの可変ピッチファンの斜視図である。 本開示の例示的な実施形態によるディスクセグメント、トラニオン機構、および保持部材の分解斜視図である。 図3の例示的なディスクセグメントおよびトラニオン機構の斜視図である。 図3の例示的な保持部材を取り付けた状態の、図3の例示的なディスクセグメントおよびトラニオン機構の斜視図である。 図3の例示的な保持部材を取り付けた状態の、図3の例示的なディスクセグメントおよびトラニオン機構の側面断面図である。 図3の例示的なディスクセグメントと図3の例示的な保持部材との取付部分の平面断面図である。 本開示の別の例示的な実施形態によるディスクセグメントおよびトラニオン機構の斜視図である。 本開示の別の例示的な実施形態による保持部材を取り付けた状態の、図8の例示的なディスクセグメントおよびトラニオン機構の斜視図である。 図9の例示的な保持部材を取り付けた状態の、図8の例示的なディスクセグメントおよびトラニオン機構の側面断面図である。 本開示の例示的な実施形態による保持リングの前面図である。 図11の例示的な保持リングの断面斜視図である。 本開示のさらに別の例示的な実施形態によるディスクセグメントおよびトラニオン機構の斜視図である。 図11および12の例示的な保持リングを取り付けた状態の、図13の例示的なディスクセグメントおよびトラニオン機構の側面断面図である。 図11および12の例示的な保持リングの装着スロットの概略断面図である。
次に、本発明の実施形態を詳細に参照するが、それらのうちの1つまたは複数の例が添付図面に示されている。詳細な説明では、図面内の要素を指すために数字表示および文字表示が使用されている。図面および記述における類似または同様の表示は、本発明の類似または同様の部品を指すために使用されている。本明細書で使用するとき、用語「上流」および「下流」は、流体経路での流体の流れに対する相対的な方向を指す。例えば、「上流」は流体が流れて来る元の方向を指し、「下流」は流体が流れて行く先の方向を指す。
次に、図面を参照するが、ここでは、図面全体を通して同一の数字が同じ要素を示している。図1は、本開示の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンの概略断面図である。より詳細には、図1の実施形態では、ガスタービンエンジンは高バイパスターボファンジェットエンジンであり、本明細書では、これを「ターボファンエンジン10」と称する。しかしながら、図1に示し、下記で説明するターボファンエンジン10は単なる一例であり、本開示の実施形態は、他のガスタービンエンジン(アンダクテッドターボファンエンジンなど)にも同様に組み入れることができることを理解されたい。
図1に示すように、例示的なターボファンエンジン10は、軸方向A1(参考のために示した長手方向中心線12に平行に延在する)、および半径方向R1を定める。一般に、ターボファン10は、ファンセクション14、およびファンセクション14の下流に配置されたコアタービンエンジン16を含む。
図示の例示的なコアタービンエンジン16は一般に、環状の入口20を画定する実質的に管状の外側ケーシング18を含む。外側ケーシング18内には、直列流れ関係で、ブースタまたは低圧(LP:low pressure)圧縮機22、および高圧(HP:high pressure)圧縮機24を含む圧縮機セクション、燃焼セクション26、高圧(HP)タービン28および低圧(LP)タービン30を含むタービンセクション、ならびにジェット排気ノズルセクション32が収まっている。高圧(HP)シャフトまたはスプール34は、HPタービン28をHP圧縮機24に駆動可能に接続する。低圧(LP)シャフトまたはスプール36は、LPタービン30をLP圧縮機22に駆動可能に接続する。
さらに、図示の実施形態では、ファンセクション14は、間隔を置くようにしてディスク42に結合された複数のファンブレード40を有する可変ピッチファン38を含む。ディスク42は、下記で論じるように、軸方向A1の周りの概ね環状の形状とすることができる。ファンブレード40は、半径方向R1に概ね沿ってディスク42から外向きに延在する。ファンブレード40のピッチを同時にまとめて変えるように構成された適切な作動部材44にファンブレード40が動作可能に結合されることによって、各ファンブレード40は、ディスク42に対してピッチ軸Pの周りを回転することもできる。ファンブレード40、ディスク42、および作動部材44は、動力歯車装置46を通るLPシャフト36によって、長手方向軸12の周りを一緒に回転することができる。動力歯車装置46は、LPシャフト36の回転速度をより効率的なファン38の回転速度に下げるための複数の歯車を含む。
さらに、ファンブレード40は、ピッチ補正装置48が複数のファンブレード40から離れていると言われる(すなわち、直接には結合されない)ように、作動部材44を通じてピッチ補正装置48(例えば、釣合い錘装置、または適切なピッチ固定装置)に動作可能に結合される。釣合い錘装置48は、釣合い錘装置48が本明細書で説明するように機能する(例えば、ファンブレード40には直接には結合されない)ことを可能にする任意の適切な構成を有することができる。しかしながら、他の例示的な実施形態では、任意の他の適切なピッチ補正/釣合い錘装置48を使用することができる。
可変ピッチファン38を含む図1の例示的なターボファンエンジン10をさらに参照すると、可変ピッチファン38のディスク42は、空気流が複数のファンブレード40を通りやすくなるように空気力学的な輪郭をもつ回転可能なフロントハブ50によって覆われる。例示的なファンセクション14はさらに、ファン38、および/またはコアタービンエンジン16の少なくとも一部分を周方向に取り囲む環状のファンケーシングまたは外側ナセル52を含む。ナセル52は、周方向に離間した複数の出口案内翼54によって、コアタービンエンジン16に対して支持されるように構成することができることを理解されたい。さらに、ナセル52の下流セクション56は、コアタービンエンジン16の外側部分を覆って延在して、それらの間にバイパス空気流通路58を画定することができる。
ターボファンエンジン10の作動中、ある量の空気60が、ナセル52および/またはファンセクション14に付随する入口62を通ってターボファン10に入る。その量の空気60がファンブレード40を通りすぎると、矢印64で示した空気の第1の部分はバイパス空気流通路58内に向けられ、または送られ、矢印66で示した空気の第2の部分はLP圧縮機22内に向けられ、または送られる。空気の第1の部分64と空気の第2の部分66との比は通常、バイパス比として知られている。次いで、空気の第2の部分66は、高圧(HP)圧縮機24を通ってその圧力が上昇し、燃焼器セクション26内に送られて、そこで燃料と混合されて燃焼して燃焼ガス68が発生する。
燃焼ガス68はHPタービン28を通るように向けられ、そこで、燃焼ガス68からの熱エネルギーおよび/または運動エネルギーの一部分が、外側ケーシング18に結合されたHPタービンステータベーン70と、HPシャフトまたはスプール34に結合されたHPタービンロータブレード72との連続した段によって取り出され、したがって、HPシャフトまたはスプール34が回転させられ、それによって、HP圧縮機24の作動が維持される。次いで、燃焼ガス68はLPタービン30を通るように送られ、そこで、燃焼ガス68から、熱エネルギーおよび運動エネルギーの第2の部分が、外側ケーシング18に結合されたLPタービンステータベーン74と、LPシャフトまたはスプール36に結合されたLPタービンロータブレード76との連続した段によって取り出され、したがって、LPシャフトまたはスプール36が回転させられ、それによって、LP圧縮機22の作動および/またはファン38の回転が維持される。
続いて、燃焼ガス68はコアタービンエンジン16のジェット排気ノズルセクション32を通るように送られて推進力を与える。同時に、空気の第1の部分64がバイパス空気流通路58を通るように送られると、空気の第1の部分64の圧力が実質的に上昇し、その後、ターボファン10のファンノズル排気セクション78から排出されてこれも推進力を与える。HPタービン28、LPタービン30、およびジェット排気ノズルセクション32は、燃焼ガス68を、コアタービンエンジン16を通るように送るための高温ガス通路80を少なくとも部分的に画定する。
次に図2を参照すると、ファン38がより詳細に示されている。図2は、図1の例示的なターボファンエンジン10のファン38の斜視図である。図示の例示的な実施形態では、ファン38は12枚のファンブレード40を含む。しかしながら、他の実施形態では、ファン38は任意の適切な枚数のブレードを有することができる。例えば、他の適切な実施形態では、ファン38は少なくとも8枚のファンブレード40、少なくとも12枚のファンブレード40、または少なくとも18枚のファンブレード40を有することができる。各ファンブレード40は、トラニオン機構90を用いてディスク42に取り付けられる。より詳細には、ディスク42は、一緒に強固に結合され、または一緒に一体で成形されて概ね環状の形状(例えば、多角形)になる複数のディスクセグメント92を含む。各ファンブレード40は、各トラニオン機構90を用いて各ディスクセグメント92に結合される。図示の実施形態では、各トラニオン機構90は、トラニオン94および主取付システム96を含む。さらに、各トラニオン94は、ファンブレード40のうちのそれぞれ1つに取り付けるためのプラットフォーム98、およびディスクセグメント92のうちのそれぞれ1つを少なくとも部分的に通って延在するシャフト100(図3、6参照)を含む。図5および6を参照して下記でより詳細に論じるように、トラニオン94は主取付システム96を用いてディスクセグメント92に取り付けられる。
ファン38の作動中、およびディスク42の回転中、トラニオン機構90は、それが関係するファンブレード40をディスク42またはディスクセグメント92に保持することを容易にする。より具体的には、各トラニオン機構90は、エンジン中心線軸12の周りを回転しているときにファンブレード40によって生じる遠心力に対して、各ファンブレード40から各ディスクセグメント92への荷重経路を与えることを容易にする。さらに、トラニオン機構90、または、むしろその主取付システム96は、ディスク42に対する各ファンブレード40のピッチ軸P周りの回転を容易にする。
次に、図3を参照すると、個々のディスクセグメント92およびトラニオン機構90が、本開示の例示的な実施形態による保持部材102とともに示されている。より詳細には、図3には、本開示の例示的な実施形態による保持部材102とともに、例示的なディスクセグメント92およびトラニオン機構90の分解斜視図が示されている。
各トラニオン機構90は、軸方向A2、半径方向R2、および周方向C2を概ね定める。トラニオン機構90の軸方向A2は、上記のピッチ軸Pに実質的に平行とすることができ、したがって、図1の例示的なターボファンエンジン10によって定められた半径方向R1に実質的に平行とすることができる。さらに、上記にように、トラニオン機構90は全体としてトラニオン94および主取付システム96を含み、トラニオン94は全体としてプラットフォーム98およびシャフト100を含む。トラニオン94のプラットフォーム98は、トラニオン機構90の半径方向R2に概ね沿って延在する、ダブテール106を受け入れるための軸方向のダブテールスロット104を画定する。ダブテール106は、説明を明瞭にするため、個別の構成部品として描かれているが、実際には、ダブテール106は、ファンブレード40に作り付けられた一体の部分(すなわち、ファンブレード40の翼根)の場合がある。さらに詳細には、図示の実施形態では、ダブテール106がプラットフォーム98に画定されたスロット104に滑り込むことができるように、スロット104はトラニオン機構90の半径方向R2に沿って外側端105を画定する。しかしながら、他の例示的な実施形態では、ファンブレード40は、任意の他の適切な態様で、ディスク42またはディスクセグメント92に取り付けることができることを理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態では、トラニオン機構90は、スパー型のトラニオンを含むことができ、ここでは、トラニオンのシャフトは本質的に、ファンブレード40のフレーム内に延在して、ファンブレード40のフレームを形成する。このような例示的な実施形態では、トラニオンのシャフトは、ファンブレード40の少なくとも一部分と一体で形成される場合がある。これに加えて、またはこれに代えて、トラニオン機構90は、ピン結合のファンブレード40の翼根を受け入れることができるトラニオンを含む場合がある。このような実施形態では、ファンブレード40の翼根の開口と位置が合うトラニオン94の開口を通ってピンを延在させることができる。
図3の実施形態をさらに参照すると、主取付システム96は全体として、カップリングナット108、下部軸受支持体110、第1の線接触軸受112(例えば、内輪114、外輪116、および複数のころ118を有する)、止め輪120、キーフープリテーナ122、セグメントキー124、軸受支持体126、および第2の線接触軸受128(例えば、内輪130、外輪132、および複数のころ134を有する)を含む。下記でより詳細に論じる図6でも分かるように、図示の例示的な実施形態では、第1の線接触軸受112の向き(軸方向A2に対してころ118の中心軸線から測って)は、第2の線接触軸受128の向き(軸方向A2に対してころ134の中心線軸から測って)とは異なる角度である。より具体的には、線接触軸受112、128は、ここでは、中心線軸の向きが互いに対して実質的に垂直である、対面(または、二重)配置で互いに対して予荷重が加えられている。しかしながら、他の例示的な実施形態では、線接触軸受112、128は、この代わりに、実質的に互いに平行な向きになるようにタンデム配置とすることができることを理解されたい。
さらに、軸受112、128として使用するために、少なくとも以下のタイプの線接触型転動体軸受が考えられる。すなわち、円筒ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、円すいころ軸受、球面軌道ころ軸受、スラスト球面軌道ころ軸受、針状ころ軸受、および円すいころ針状軸受が考えられる。組み立てられると、カップリングナット108は、トラニオン機構90の残りの構成部品、または、むしろ主取付システム96をカップリングナット108とディスクセグメント92との間に挟むように、ディスクセグメント92と螺着可能に係合され、それによって、ディスクセグメント92に取り付けられたトラニオン機構90を保持する。しかしながら、他の例示的な実施形態では、これに加えて、またはこれに代えて、トラニオン機構90の主取付システム96が任意の他の適切なタイプの軸受を含むことを理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態では、トラニオン機構90は、転がり玉軸受または任意の他の適切な軸受を含むことができる。そのうえ、さらに他の例示的な実施形態では、トラニオン94をディスクセグメント92に取り付けるために、任意の他の適切な主取付システム96を提供することができる。
次に、図4から6もまた参照すると、ファン38はまた、ディスクセグメント92のカラー140に取り付けられた保持部材102を含むことができる(図5および6参照)。図4は、例示的なディスクセグメント92およびトラニオン機構90の斜視図であり、図5は、本開示の例示的な実施形態による保持部材102を取り付けた状態での、例示的なディスクセグメント92およびトラニオン機構90の斜視図であり、図6は、例示的なディスクセグメント92、トラニオン機構90、および保持部材102の側面断面図である。
保持部材102は、ディスクセグメント92のカラー140に取り付けられるように構成され、カラー140はディスクセグメント92の本体141から離れるように軸方向A2に概ね沿って延在する。より詳細には、図示の実施形態では、ディスクセグメント92のカラー140は、概ね、トラニオン機構90の軸方向A2に沿って、かつトラニオン機構90の半径方向R2に沿って内向きに延在する複数の取付スロット142を含む。さらに、ディスクセグメント92のカラー140は、同じく、概ね、トラニオン機構90の軸方向A2に沿って、かつトラニオン機構90の半径方向R2に沿って内向きに延在する複数の装着スロット144を画定する。装着スロット144は、軸方向A2に沿って、ディスクセグメント92のカラー140の全長に実質的に沿って延在するが、取付スロット142は、軸方向A2に沿って、ディスクセグメント92のカラー140の全長よりも短い距離を延在する。さらに、装着スロット144と取付スロット142とは、周方向C2に概ね沿って、カラー140の周りを間隔を置いて配置される。
例えば、図3で分かるように、例示的な保持部材102は、トラニオン機構90の半径方向R2に沿って内向きに延在する複数の歯146を含む。歯146のそれぞれは、取付スロット142および装着スロット144に相補的な幾何形状を有し、その結果、歯146のそれぞれは、軸方向A2に概ね沿って、装着スロット144を滑って通り抜けて、取付スロット142に滑って入ることができる。したがって、保持部材102をディスクセグメント92のカラー140に対して軸方向および周方向に動かすことによって、保持部材102は、ディスクセグメント92のカラー140に取り付けることができる。より詳細には、保持部材102は、以下の態様でディスクセグメント92のカラー140に取り付けることができる。まず、保持部材102の歯146は、ディスクセグメント92のカラー140の装着スロット144と位置合わせすることができる。次いで、保持部材102を軸方向A2に沿って動かすことができ、その結果、保持部材102の歯146は、ディスクセグメント92のカラー140の装着スロット144を滑って通り抜ける。次いで、保持部材102を周方向C2の周りに回転させることができ、その結果、歯146は、次いで、ディスクセグメント92のカラー140の取付スロット142と位置が合う。次いで、保持部材102を軸方向A2に沿っては反対方向に動かすことができ、その結果、歯146は、取付スロット142内に少なくとも部分的に配置される。所定の位置につくと、ディスクセグメント92のカラー140の外側面の少なくとも一部分の周りに固定キー148を配置して、保持部材102を所定の位置に固定することができる(図6参照)。
次に、ディスクセグメント92のカラー140および保持部材102の平面断面を示す図7を簡単に参照すると、保持部材102が取り付けられたとき、複数の歯146のそれぞれは、複数の取付スロット142のそれぞれ1つの中に配置されて、保持部材102がディスクセグメント92のカラー140に取り付けられる。しかしながら、他の例示的な実施形態では、保持部材102は、任意の他の適切な態様でディスクセグメント92のカラー140に取り付けることができることを理解されたい。例えば、特定の例示的な実施形態では、各装着スロット144と隣接の取付スロット142とは、概ね「J字形」スロットを形成するように接続することができる。これに加えて、またはこれに代えて、保持部材102は、ディスクセグメント92のカラー140と回転可能に係合することができる。例えば、保持部材102と、ディスクセグメント92のカラー140とは、対応するねじ部分をそれぞれ画定することができる。
図3から6に示す保持部材102はまた、万一、主取付システム96が壊れた場合、またはトラニオンシャフト100が壊れた場合、トラニオン94を受け止めるための手段を含む。したがって、図3から6に示す保持部材102は、トラニオン機構90のトラニオン94をディスク42に、またはより詳細には、ディスクセグメント92のカラー140に取り付けるための冗長性のある取付機構として構成される。
図3から6の例示的な実施形態では、保持部材102に含まれる、トラニオン94を受け止めるための手段は、トラニオン94のプラットフォーム98を覆うように半径方向R2に沿って内向きに延在するリップ150である。より詳細には、トラニオン94のプラットフォーム98は、半径方向R2に沿って外縁152を画定する。保持部材102のリップ150は、トラニオン94のプラットフォーム98の外縁152の周りを、半径方向R2に沿ってトラニオン94のプラットフォーム98の外縁152を覆うように内向きに延在する。図示の実施形態では、リップ150は、保持部材102によって画定された開口154を除いて、トラニオン94のプラットフォーム98の外縁152の周り全体に延在する単一の連続したリップ150である(図5を参照して下記で論じる)。しかしながら、他の例示的な実施形態では、リップ150は、任意の他の適切な構成を有することができる。例えば、他の例示的な実施形態では、リップ150は、この代わりに、トラニオン94のプラットフォーム98の外縁152の周りを、半径方向R2に沿ってトラニオン94のプラットフォーム98の外縁152を覆うように内向きに延在する複数の個々のリップ150とすることができる。
図示の実施形態では、保持部材102のリップ150は、主取付システム96が適切に作動しているときは、トラニオン94の部材のプラットフォーム98に接触しない。したがって、保持部材102は、主取付システム96またはトラニオンシャフト100が壊れなければ、トラニオン機構90のトラニオン94を実質的に支えない。例えば、万一、ファン38の作動中に、主取付システム96の1つまたは複数の構成部品、あるいはトラニオンシャフト100が壊れた場合、トラニオン94およびそれに取り付けられたファンブレード40は、(ファンブレード40にかかる遠心力に少なくとも部分的によって)ディスクセグメント92からトラニオン機構90の軸方向A2に沿って外向きに動く。保持部材102のリップ150は、そのとき、トラニオン94のプラットフォーム98の外縁152に接触し、トラニオン94を受け止めて、トラニオン94がディスクセグメント92のカラー140からそれ以上離れないようにする。本明細書で使用するとき、「トラニオン94を実質的には支えていない」は、ファン38の正常な作動中(例えば、主取付システム96またはトラニオンシャフト100に何らかの損傷が生じる前)、支えている力がトラニオン94にかかるすべて力の10パーセントより小さいことを指すことを理解されたい。
図示の例示的な保持部材102は、ファン38の正常な作動または組立には邪魔にならないことに留意されたい。例えば、図示の保持部材102は、保持部材102を取り付けた後に、ファンブレード40をトラニオン94のプラットフォーム98に取り付けることを可能にする機構を含む。より詳細には、保持部材102は、トラニオン機構90の軸方向A2の周りに非対称である。例えば、図示の保持部材102が延在するのは、トラニオン機構90の軸方向A2の周りのトラニオン94のプラットフォーム98の周囲の360度より小さい。したがって、保持部材102は、トラニオン機構90のプラットフォーム98に画定されたスロット104の外側端105にわたって開口154を画定する。図3から6に示したダブテール106は、特定の例示的な実施形態では、ファンブレード40の翼根の場合があるが、ダブテール106は、保持部材102が取り付けられた後に、保持部材102の開口154を通して、トラニオン94のプラットフォーム98に画定されたスロット104に取り付けることができる。
しかしながら、図3から6を参照して上記した、保持部材102に含まれるトラニオン94を受け止めるための例示的な手段は、単なる一例であることを理解されたい。例えば、次に図8から10を参照すると、保持部材102に含まれるトラニオン94を受け止めるための別の例示的な手段が提供される。
図8から10に示す例示的なトラニオン機構90、ディスクセグメント92、および保持部材102は、図3から6で示し、上記した例示的なトラニオン機構90、ディスクセグメント92、および保持部材102と実質的に同じ態様で構成することができる。したがって、同じまたは同様の符号は、同じまたは同様の構成部品を指す。例えば、図示の例示的な保持部材102は、トラニオン機構90の軸方向A2の周りに非対称であり、ファンブレード40の翼根などのダブテール106を取り付けることを可能にする開口154を画定する。さらに、図示の実施形態では、例示的な保持部材102は、ディスクセグメント92のカラー140に画定された複数の取付スロット142内に保持部材102の複数の歯146を配置することによって、ディスクセグメント92のカラー140に取り付けられる。さらに、例示的なトラニオン94は、主取付システム96を用いてディスクセグメント92に取り付けられる。
しかしながら、図8から10に示す例示的な実施形態では、トラニオン94のプラットフォーム98は、トラニオン機構90の半径方向R2に沿って外面156を含む。トラニオン94のプラットフォーム98の外面156は、概ね、トラニオン機構90の周方向C2に沿って、かつトラニオン機構90の半径方向R2に沿って内向きに延在する第1の凹部158を画定する。さらに、図示の実施形態では、保持部材102に含まれるトラニオン94を受け止めるための手段は、保持部材102の内面162によって画定された第2の凹部160、ならびに第1の凹部158内に少なくとも部分的に配置され、かつ第2の凹部160内に少なくとも部分的に配置された少なくとも1つの保持機構である。第2の凹部160は第1の凹部158に相補的に延在する。さらに詳細には、保持部材102の内面162によって画定された第2の凹部160は、概ね、トラニオン機構90の周方向C2に沿って、かつトラニオン機構90の半径方向R2に沿って外向きに延在する。例えば図10で最も明瞭に分かるように、プラットフォーム98の外面156に画定された第1の凹部158と保持部材102の内面162に画定された第2の凹部160とは、半径方向R2に沿って互いに隣接し、かつ軸方向A2に沿って互いに位置合わせされる。第1の凹部158と第2の凹部160とは、補助支持溝164を一緒に画定する。
さらに、図示の実施形態では、少なくとも1つの保持機構は複数の玉軸受166を含む。補助支持溝164内に配置される複数の玉軸受166は、適切なエラストマまたはプラスチック膜すなわち保持器などの膜によって接続されて、例えば、玉軸受166を補助支持溝164内に取り付ける助けとなり、かつ玉軸受166が補助支持溝164内の所望の位置に確実に留まるようにすることができる。複数の玉軸受166は、保持部材102を取り付けた後、補助支持溝164内に配置することができる。さらに詳細には、保持部材102がディスクセグメント92のカラー140に取り付けられると、複数の玉軸受166は、保持部材102によって画定された開口154を通して、補助支持溝164内に挿入することができる。ふた、または同様な機構(図示せず)が、開口154に隣接して補助支持溝164内に配置されて、ファン38の作動中、複数の玉軸受166を補助支持溝164内に確実にその位置に留めることができる。
玉軸受166は、半径方向R2に沿った補助支持溝164の幅と実質的に等しい半径方向R2に沿った直径を定めることができる。本明細書で使用するとき、「約」または「実質的に」などの近似の用語は、10パーセントの誤差内であることを指すことを理解されたい。図3から6を参照して上記した例示的な実施形態に関しては、保持部材102に含まれる、トラニオン94を受け止めるための例示的な手段は、トラニオン機構90の主取付システム96またはトラニオン94のシャフト100が壊れなければ、保持部材102がトラニオン94を実質的に支えないように構成される。
しかしながら、他の例示的な実施形態では、任意の他の適切な保持機構が、保持部材102とトラニオン94のプラットフォーム98とによって画定された補助支持溝164内に配置することができることを理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態では、保持機構は、補助支持溝164内に配置された半硬質の円筒状部材とすることができる。さらに、保持機構は、金属材料、あるいはセタミックまたは非金属の複合材料などの非金属材料で形成することができる。セラミックまたは非金属複合材料は、鋼に比べて軽量であることなどの特定の機械的特性によって、特定の実施形態では望ましいことがある。さらに、図示の実施形態では、補助支持溝164は円形の断面形状を画定しているが、他の例示的な実施形態では、補助支持溝164は、これに加えて、またはこれに代えて、四角形または他の多角形などの円形でない断面形状を画定することができる。
さらに、他の例示的な実施形態では、保持部材102に含まれるトラニオン94を受け止めるための他の手段を提供することができることを理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態では、プラットフォーム98の外面156は、実質的に直線方向に、例えば半径方向R2に実質的に直角に延在する第1の凹部を画定することができる(外面156の周りを周方向に延在するのとは対照的に)。このような実施形態では、保持部材102に含まれるトラニオン94を受け止めるための手段は、保持部材の少なくとも一部分を通って画定される第2の凹部、および第1の凹部と第2の凹部に少なくとも部分的に配置される実質的に円筒状のピンとすることができる。より詳細には、このような実施形態では、第1の凹部は、第2の凹部とともに実質的に円筒状の溝を画定することができ、ピンを溝内に配置することができる。
これに加えて、またはこれに代えて、さらなる他の例示的な実施形態では、保持部材102に含まれるトラニオン94を受け止めるための手段は、上記の実施形態のうちの1つまたは複数の組合せとすることができる。例えば、保持部材102に含まれるトラニオン94を受け止めるための手段は、図3から6を参照して上記した実施形態と、図8から10を参照して上記した実施形態との組合せとすることができる。例えば、保持部材102は、リップ150を含むことができ、かつトラニオン94のプラットフォーム98で画定された補助支持溝164に配置された1つまたは複数の保持機構もまた含むことができる。
次に、本開示の別の例示的な実施形態による保持部材102、または、より詳細には、複数の保持部材102を含む保持リング168を示している図11から14を全体的に参照する。図11は、例示的な保持リング168の前面図を示し、図12は、例示的な保持リング168の断面斜視図を示し、図13は、本開示の例示的な実施形態によるトラニオン機構90およびディスクセグメント92の斜視図を示し、図14は、図11および図12に示した例示的な保持リング168を取り付けた状態の、図13の例示的なトラニオン機構90およびディスクセグメント92の側面断面図を示す。
図13および14に示す例示的なトラニオン機構90およびディスクセグメント92は、図8から10で示し、上記した例示的なトラニオン機構90、ディスクセグメント92、および保持部材102と実質的に同じ態様で構成することができる。したがって、同じまたは同様の符号は、同じまたは同様の構成部品を指す。例えば、例示的なトラニオン機構90は全体としてトラニオン94および主取付システム96を含み、主取付システム96はトラニオン94をディスクセグメント92に取り付ける。さらに、図示の例示的なトラニオン機構90のトラニオン94は、特定の例示的な実施形態では、ファンブレード40などのファンブレードの翼根の場合があるダブテール106に取り付けるために、トラニオン機構90の半径方向R2に概ね沿って延在するスロット104を画定するプラットフォーム98を含む。
しかしながら、図示の実施形態では、例示的な保持部材102は、複数の保持部材102を有する保持リング168の一部分として構成される。図示の例示的な保持リング168は、ディスク42に相補的な形状である。さらに詳細には、図11に示すように、保持リング168は、例えば、ターボファンエンジン10の軸方向A1(図1参照)の周りに概ね環状の形状をしている。さらに、図14で分かるように、保持リング168の保持部材102のそれぞれは、例えば、ターボファンエンジン10の半径方向R1(図1)に沿って、またはトラニオン機構90の軸方向A2に沿って、各ディスクセグメント92の外側に配置される。
保持リング168の保持部材102のそれぞれは、万一、このようなトラニオン機構90の主取付システム96またはトラニオン94のシャフト100が壊れた場合、トラニオン機構90の各トラニオン94を受け止めるように構成される。より詳細には、図示の実施形態では、各保持部材102は、各トラニオン94のプラットフォーム98の外面156とともに補助支持溝164を画定する。より詳細には、トラニオン94のプラットフォーム98の外面156は第1の凹部158を画定し、保持部材102の内面162は、第2の凹部160を画定する。第1の凹部158と第2の凹部160とは、補助支持溝164を一緒に画定する。さらに、少なくとも1つの保持機構が、保持リング168の保持部材102と各トラニオン94のプラットフォーム98との間に画定された補助支持溝164内に配置される。特定の例示的な実施形態では、少なくとも1つの保持機構および補助支持溝164は、図8から10を参照して上記した少なくとも1つの保持機構および補助支持溝164と実質的に同じ態様で構成することができる。例えば、図示の実施形態では、少なくとも1つの保持機構は、プラスチックまたはエラストマ膜などの膜に接続された複数の玉軸受166として構成される。しかしながら、他の実施形態では、少なくとも1つの保持機構および補助支持溝164は、これに代えて、任意の他の適切な構成を有することができる。
図示の例示的な実施形態では、保持リング168の各保持部材102は、単体として一体で形成される、すなわち、ボルト結合または他の取外し可能な接続ではない。さらに、図示の実施形態では、保持リング168全体は、単体として一体で形成される、すなわち、ボルト結合または他の取外し可能な接続ではない。例えば、保持部材102のそれぞれを含む保持リング168は、鋳造、ミリング加工などによって単体として一体で形成することができる。このような構成では、保持リング168は、それらの中に画定された継ぎ目またはつなぎ線がないように形成することができる。あるいは、保持リング168の部分の1つまたは複数は溶接によって一体で形成することができる。上記の構成によって、より耐久性のある強い保持リング168とすることができる。
本開示による保持リング168は、トラニオン機構90のトラニオン94がディスクセグメント92に取り付けられる前、または取り付けられた後に、取り付けることができる。例えば、本開示による保持リング168は、ディスク42の前方側から完全に取り付けることができる。このような構成によって、保持リング168をディスク42が取り付けられた後に取り付けることができる、または保持リングを、ディスク42を取り外すことなく取り付ける、または修理することができる。より詳細には、特定の実施形態では、保持リング168は、まず、各保持部材102が各ディスクセグメント92の外側に配置されるように、ディスク42の周りに配置することができる。次いで、各トラニオン機構90のトラニオン94は、各主取付システム96を用いて各ディスクセグメント92に取り付けることができる。次いで、各ファンブレード40の翼根(例えば、ダブテール106)は、各トラニオン94のプラットフォーム98のスロット104内に配置することができる。この時点では、1つまたは複数の保持機構は補助支持溝164内に配置されていないので、各保持部材102は、各トラニオン機構90の軸方向A2に沿って移動することができて、トラニオン94のプラットフォーム98のスロット104が露出しており、ダブテール106を挿入することができることに留意されたい。
ダブテール106が挿入されると、1つまたは複数の保持機構を補助支持溝164内に取り付けることができる。次に、図15もまた簡単に参照すると、各保持部材102は、少なくとも1つの保持機構を例示的な支持溝内に挿入するための装着スロット170を含む。例えば、装着スロット170は、保持部材102の内面162の第2の凹部160から、トラニオン機構90の半径方向R2に沿って外向きに、保持リング168の各保持部材102の外側面172まで延在することができる。ふた、または他の同様な構造体(図示せず)を、1つまたは複数の保持機構を取り付けた後、装着スロット170に配置することができる。
さらに、1つまたは複数の保持機構が各補助支持溝164に取り付けられる前、または取り付けられた後に、保持リング168をディスク42に取り付けることができる。例えば、図示の例示的な保持リング168は、ディスク42に、詳細には、各ディスクセグメント92に取り付けるために、トラニオン機構90の軸方向A2に概ね沿って延在する支持アーム174を含む(図14参照)。例えば、図示の保持リング168の例示的な支持アーム174は、支持アーム174をディスクセグメント92に取り付けるボルトまたは他の機械的な取付機構を受け入れるために複数の開口176を含む。特定の実施形態では、保持リング168は、ディスク42のディスクセグメント92の1つにつき少なくとも1つの開口176を含むことができる。
しかしながら、他の例示的な実施形態では、保持リング168を直接ディスク42に取り付けることはできないことを理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態では、複数の保持部材102は、各主取付システム96が壊れた場合に、個々の保持部材102を(トラニオン94およびこれに取り付けられたファンブレード40とともに)支持するように構成することができる。
本開示による保持リングは、トラニオン機構の主取付システムが壊れた場合に、トラニオン機構のトラニオンを受け止めることができる。さらに、本開示による保持リングは、本開示のディスクのディスクセグメントの一部分が壊れた場合に、トラニオン機構のトラニオンをさらに受け止めることができる。
本明細書では、最良の態様を含む例を用いて本発明を開示し、また、任意の装置またはシステムの作製および使用、ならびに任意の組み入れられた方法の実施を含め、当業者が本発明を実施できるように本発明を開示している。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の例も含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違ない構成要素を含む場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図されている。
10 ターボファンエンジン
12 エンジン中心線軸
14 ファンセクション
16 コアタービンエンジン
18 外側ケーシング
20 入口
22 低圧(LP)圧縮機
24 高圧(HP)圧縮機
26 燃焼セクション
28 高圧(HP)タービン
30 低圧(LP)タービン
32 ジェット排気ノズルセクション
34 高圧(HP)シャフトまたはスプール
36 低圧(LP)シャフトまたはスプール
38 ファン
40 ファンブレード
42 ディスク
44 作動部材
46 動力歯車装置
48 ピッチ補正装置、釣合い錘装置
50 フロントハブ
52 ファンケーシング、ナセル
54 出口案内翼
56 ナセルの下流セクション
58 バイパス空気流通路
60 空気
62 入口
64 空気の第1の部分
66 空気の第2の部分
68 燃焼ガス
70 HPタービンステータベーン
72 HPタービンロータブレード
74 LPタービンステータベーン
76 LPタービンロータブレード
78 ファンノズル排気セクション
80 高温ガス通路
90 トラニオン機構
92 ディスクセグメント
94 トラニオン
96 主取付システム
98 プラットフォーム
100 シャフト
102 保持部材
104 スロット
105 外側端
106 ダブテール
108 カップリングナット
110 下部軸受支持体
112 第1の線接触軸受
114 内輪
116 外輪
118 ころ
120 止め輪
122 キーフープリテーナ
124 セグメントキー
126 軸受支持体
128 第2の線接触軸受
130 内輪
132 外輪
134 ころ
140 カラー
141 ディスクセグメントの本体
142 取付スロット
144 装着スロット
146 歯
148 固定キー
150 リップ
152 外縁
154 開口
156 外面
158 第1の凹部
160 第2の凹部
162 内面
164 補助支持溝
166 玉軸受
168 内面
170 装着スロット
174 支持アーム
176 開口
1 ターボファンエンジンの軸方向
2 トラニオン機構の軸方向
2 トラニオン機構9の周方向
P ピッチ軸
1 ターボファンエンジンの半径方向
2 トラニオン機構90の半径方向

Claims (10)

  1. ガスタービンエンジン用のファン(38)であって、
    ファンブレード(40)と、
    トラニオン(94)および主取付システム(96)を備えるトラニオン機構(90)であって、前記ファンブレード(40)が前記トラニオン(94)に取り付けられた、トラニオン機構(90)と、
    概ね環状の形状を有し、ディスクセグメント(92)を備えるディスク(42)であって、前記ディスクセグメント(92)がカラー(140)を有し、前記トラニオン(94)が、前記ディスクセグメント(92)を少なくとも部分的に通って延在し、前記主取付システム(96)を用いて前記ディスクセグメント(92)に取り付けられた、ディスク(42)と、
    前記ディスクセグメント(92)の前記カラー(140)に取り付けられ、万一、前記主取付システム(96)が壊れた場合に前記トラニオン(94)を受け止めるための手段を含む保持部材(102)と
    を備えるファン(38)。
  2. 前記トラニオン機構(90)が軸方向(A2)を定め、前記トラニオン(94)が前記ファンブレード(40)に取り付けるためのプラットフォーム(98)を含み、前記保持部材(102)が延在するのが、前記軸方向(A2)の周りの前記トラニオン(94)の前記プラットフォーム(98)の周囲の360度より小さい、請求項1記載のファン(38)。
  3. 前記トラニオン機構(90)が半径方向(R2)を定め、前記トラニオン(94)が前記ファンブレード(40)に取り付けるためのプラットフォーム(98)を含み、前記トラニオン(94)の前記プラットフォーム(98)が前記半径方向(R2)に沿って外縁(152)を画定し、前記保持部材(102)に含まれる前記トラニオン(94)を受け止めるための前記手段が、前記トラニオン(94)の前記プラットフォーム(98)の前記外縁(152)の周りを延在し、かつ前記半径方向(R2)に沿って、前記トラニオン(94)の前記プラットフォーム(98)の前記外縁(152)の内向きに延在するリップ(150)である、請求項1記載のファン(38)。
  4. 前記主取付システム(96)が適切に作動しているときには、前記リップが前記トラニオン(94)部材の前記プラットフォーム(98)に接触しない、請求項3記載のファン(38)。
  5. 前記トラニオン機構(90)が半径方向(R2)および周方向(C2)を定め、前記トラニオン(94)が前記ファンブレード(40)に取り付けるためのプラットフォーム(98)を含み、前記トラニオン(94)の前記プラットフォーム(98)が、前記周方向(C2)に概ね沿って延在する第1の凹部(158)を画定する外面(156)を含み、前記保持部材(102)に含まれる前記トラニオン(94)を受け止めるための前記手段が、前記周方向(C2)に沿って延在する前記保持部材(102)の内面(162)に画定された第2の凹部(160)、および前記第1の凹部(158)および前記第2の凹部(160)に少なくとも部分的に配置された少なくとも1つの保持機構である、請求項1記載のファン(38)。
  6. 前記トラニオン機構(90)がさらに軸方向(A2)を定め、前記第1の凹部(158)と前記第2の凹部(160)とが互いに隣接し、かつ前記軸方向(A2)に沿って位置合わせされ、前記第1の凹部(158)と第2の凹部(160)とが補助支持溝(164)を一緒に画定する、請求項5記載のファン(38)。
  7. 前記主取付システム(96)が壊れなければ、前記保持部材(102)が前記トラニオン(94)を実質的に支えない、請求項1記載のファン(38)。
  8. ガスタービンエンジン用のファン(38)であって、
    ファンブレード(40)と、
    トラニオン(94)および主取付システム(96)を備えるトラニオン機構(90)であって、前記トラニオン(94)が、前記ファンブレード(40)に取り付けるためのプラットフォーム(98)を含み、前記プラットフォーム(98)が外面(156)を有する、トラニオン機構(90)と、
    概ね環状の形状を有し、ディスクセグメント(92)を備えるディスク(42)であって、前記トラニオン(94)が、前記ディスクセグメント(92)を少なくとも部分的に通って延在し、前記主取付システム(96)を用いて前記ディスクセグメント(92)に取り付けられた、ディスク(42)と、
    概ね環状の形状を有し、保持部材(102)を備える保持リング(168)であって、前記保持部材(102)が、前記各トラニオン(94)の前記プラットフォーム(98)の前記外面(156)とともに補助支持溝(164)を画定する、保持リング(168)と、
    前記補助支持溝(164)内に配置された少なくとも1つの保持機構と
    を備えるファン(38)。
  9. 前記トラニオン(94)の前記プラットフォーム(98)の前記外面(156)が第1の凹部(158)を画定し、前記保持部材(102)が、第2の凹部(160)を画定する内面(162)を含み、前記第1の凹部(158)と前記第2の凹部(160)とが互いに隣接し、かつ互いに位置合わせされ、前記第1の凹部(158)と前記第2の凹部(160)とが補助支持溝(164)を一緒に画定する、請求項8記載のファン(38)。
  10. 前記ファン(38)が半径方向(R1)を定め、前記ディスク(42)がさらに複数のディスクセグメント(92)を含み、前記保持リング(168)がさらに複数の保持部材(102)を含み、かつ、前記保持部材(102)のそれぞれが、前記半径方向(R1)に沿って各ディスクセグメント(92)の外側に配置される、請求項8又は9記載のファン(38)。
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