JP6183978B2 - ガスタービンエンジンのロータ軸を支持するための軸受組立体 - Google Patents

Description

本主題は一般に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジンのロータ軸を支持するための軸受組立体に関する。

ガスタービンエンジンは典型的には、ロータ組立体、圧縮機、およびタービンを含む。ロータ組立体は、ロータ軸から半径方向外向きに延在するファンブレードの列を有するファンを含む。ロータ軸は、動力および回転運動をタービンから圧縮機およびファンの両方に伝達し、また、ロータ軸は複数の軸受組立体を用いて長手方向に支持される。さらに、ロータ組立体はロータの重心を通る回転軸を有する。知られている軸受組立体は、転動体および一対のレースを含み、転動体は一対のレース内に支持される。ロータの危険速度に余裕をもたせるために、ロータ組立体は典型的には、３つの軸受組立体に支持されており、それらのうちの１つはスラスト軸受組立体で、２つはころ軸受組立体である。スラスト軸受組立体は、ロータ軸を支持して、ロータ軸組立体の軸方向および半径方向の動きを最小限にする。残りのころ軸受組立体は、ロータ軸の半径方向の動きを支持する。

エンジンの作動中、ファンブレードの断片がブレードの残りの部分から分離してしまうことがある。したがって、損傷したファンには実質的に不釣り合い回転荷重が生じ、それをファン軸軸受、ファン軸受支持体、およびファン支持フレームが実質的に担わなければならない。

損傷を与える可能性のある異常な不釣り合い荷重の影響を最小限にするために、知られているガスタービンエンジンは、強度を上げるように寸法形状にされたファンロータ支持システム用の支持構成部品を含む。しかしながら、支持構成部品の強度を上げると、エンジンの全体重量が望ましくなく増大し、エンジンが実質的にロータの不釣り合いなしに作動するときには、エンジンの全体効率が下がる。

他の知られているエンジンは、機械的に弱くした部分、すなわち一次フューズを含んで、ファンロータをファン支持システムから切り離す軸受支持体を含む。このような事象が生じている間、ファン軸は、不釣り合いとなった重心に近い新しい回転中心をさがす。このフューズ部分は、ロータ隙間許容量と組み合わせて、荷重低減装置またはＬＲＤ（ｌｏａｄ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）と呼ばれる。ＬＲＤは、ファン支持システムの回転動荷重を低減する。

一次フューズが破断した後、ピッチングするファンロータは、最も近い隣の軸受に大きなモーメントを引き起こすことが多い。多くの構成では、最も近い隣の軸受は、第２軸受位置として知られる。第２軸受に引き起こされたモーメントは、ファンロータに局所的に高い曲げおよびせん断荷重を引き起こす。この高いせん断応力を軽減するために、第２軸受位置の半径方向の剛性を柔らかくする、すなわち下げることが多い。しかしながら、エンジンで伝達される軸方向の荷重を受け入れるために、第２軸受支持体はまた、軸方向の剛性を高くしなければならない。

現在、半径方向の剛性を柔らかくしながら、軸方向の剛性を実質的に高くした軸受組立体を利用することができる。しかしながら、現代のガスタービンエンジンのバイパス比および熱効率は増大しており、その結果、このようなエンジンで伝達される軸方向および半径方向の荷重は、それに相応して増大している。したがって、現状の軸受組立体を、このように増大したタービン荷重を受け入れるように再設計しなければならない。

したがって、現代のガスタービンエンジンの増大した半径方向および／または軸方向の荷重を受け入れることの助けになるように、半径方向の剛性および／または軸方向の剛性が改善された軸受組立体は、当技術分野で歓迎されるであろう。

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。

１つの態様では、本主題は、ガスタービンエンジンの支持構造体に対してロータ軸を支持するための軸受組立体を対象とする。軸受組立体は全体として、外側レースおよび内側レースを含む軸受と、外側レースとガスタービンエンジンの支持構造体との間を半径方向に延在するように構成された外側軸受ハウジングとを含むことができる。さらに、軸受組立体は、軸受の内側レースに隣接して配置されるように構成された外側支持体端部と、ロータ軸に回転可能に結合されるように構成された内側支持体端部との間を半径方向に延在する内側軸受支持体を含むことができる。内側軸受支持体は、内側支持体端部と外側支持体端部との間を半径方向に延在する第１のばねアームおよび第２のばねアームを含むことができる。内側軸受支持体はまた、第１のばねアームが、補剛リブから外側支持体端部の方へ半径方向外向きに延在し、かつ第２のばねアームが、補剛リブから内側支持体端部の方へ半径方向内向きに延在するように、第１のばねアームを第２のばねアームから分ける補剛リブを含むことができる。

別の態様では、本主題は、ガスタービンエンジンの支持構造体に対してロータ軸を支持するための軸受組立体を対象とする。軸受組立体は全体として、外側レースおよび内側レースを含む軸受と、軸受の外側レースに隣接して配置されるように構成された内側ハウジング端部と、ガスタービンの支持構造体に結合されるように構成された外側軸受ハウジング端部との間を半径方向に延在する外側軸受ハウジングとを含む。外側軸受ハウジングは、内側ハウジング端部と外側ハウジング端部との間を延在する第１のばねアームおよび第２のばねアームを含むことができる。外側軸受ハウジングはまた、第１のばねアームが、補剛リングと外側ハウジング端部との間を延在し、かつ第２のばねアームが、補剛リングと内側ハウジング端部との間を延在するように、第１のばねアームを第２のばねアームから分ける補剛リングを含むことができる。さらに、軸受組立体は、軸受の内側レースとロータ軸との間を半径方向に延在するように構成された内側軸受支持体を含むことができる。

さらなる態様では、本主題は、ガスタービンエンジンの支持構造体に対してロータ軸を支持するための軸受組立体を対象とする。軸受組立体は全体として、外側レースおよび内側レースを含む軸受と、軸受の外側レースと、ガスタービンエンジンの支持構造体との間を半径方向に延在するように構成された外側軸受ハウジングと、軸受の内側レースとロータ軸との間を半径方向に延在するように構成された内側軸受支持体とを含む。さらに、外側軸受ハウジングおよび内側軸受支持体が全体として、支持構造体とロータ軸との間で直列に結合した２つのばねを形成するように、外側軸受ハウジングおよび内側軸受支持体はそれぞれ、少なくとも１つの半径方向に延在するばねアームを含む。

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働きをしている。

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。

本主題の態様による、航空機に使用することができるガスタービンエンジンの１つの実施形態の断面図である。 本主題の態様による、ガスタービンエンジンのロータ軸をエンジンの対応する支持構造体に対して支持するための軸受組立体の１つの実施形態の断面図である。 軸受組立体の外側軸受ハウジングを特に示している、図２に示した軸受組立体の部分断面図である。 軸受組立体の内側軸受支持体を特に示している、図２に示した軸受組立体の別の部分断面図である。

次に、１つまたは複数の例が図面に示されている、本発明の実施形態を詳細に参照する。それぞれの例は本発明を説明するために提示されており、本発明を限定するためではない。実際、本発明の範囲または精神から逸脱せずに、本発明において様々な修正および変更を行うことができることは、当業者には明らかであろう。例えば、１つの実施形態の一部分として図示または記述された特徴を、さらなる実施形態を得るために別の実施形態とともに使用することができる。したがって、本発明は、このような修正および変更を、添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内にあるものとして包含することが意図されている。

全体として、本主題は、ガスタービンエンジンのロータ軸をエンジンの対応する支持構造体に対して支持するための改善された軸受組立体を対象とする。詳細には、いくつかの実施形態では、軸受組立体は、外側軸受ハウジング、内側軸受支持体、および外側軸受ハウジングと内側軸受支持体との間で結合された軸受を含んで、外側軸受ハウジングは軸受からエンジンの支持構造体の方へ半径方向外向きに延在し、内側軸受支持体は軸受からロータ軸の方へ半径方向内向きに延在することができる。下記で説明するように、内側軸受支持体は、内側軸受支持体の対向する端部と、対応する内側軸受支持体の軸方向補剛リブとの間を半径方向および軸方向に延在する第１および第２のばねアームによって形成された「ダブルコーン」軸構成とすることができる。ばねアームは、全体として、内側軸受支持体の半径方向の剛性を比較的小さくすることを可能にし、一方、軸方向補剛リブは、所望のロータとステータ間の隙間に保つのに必要な軸方向の剛性を与えることができる。

さらに、下記で説明するように、外側軸受ハウジングは、内側軸受支持体と同様な「ダブルコーン」構成を含むことができる。例えば、外側軸受ハウジングはまた、外側軸受ハウジングの対向する端部と、対応するハウジングの軸方向補剛リングとの間を半径方向および軸方向に延在する第１および第２のばねアームを含むことができる。その結果、外側軸受ハウジングと内側軸受支持体とは全体として、支持構造体とロータ軸との間で直列に結合した２つの「ばね」を形成することができる。このような構成によって、開示する軸受組立体の半径方向の剛性をかなり低減することができ、それによって、本組立体は、他の隣接するエンジン構成部品へ伝達される半径方向の荷重を低減することができる。

次に、図面を参照すると、図１は、本主題の態様による、航空機で使用することができるガスタービンエンジン１０の１つの実施形態の断面図であり、ここでは、参考のため、エンジン１０は、これを通って延在する長手方向または軸方向の中心線軸１２を有して示されている。一般に、エンジン１０はコアガスタービンエンジン（全体を参照符号１４で示す）、およびその上流に配置されたファンセクション１６を含むことができる。コアエンジン１４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を含むことができる。これに加えて、外側ケーシング１８はさらに、コアエンジン１４に入る空気の圧力を第１の圧力レベルに上げるためのブースタ圧縮機２２を収め、かつ支持することができる。次いで、高圧多段軸流圧縮機２４は、ブースタ圧縮機２２からの加圧空気を受け入れ、この空気の圧力をさらに上げることができる。次いで、高圧圧縮機２４を出る加圧空気は、燃焼器２６に流れることができ、その中で燃料が加圧空気の流れの中に噴射され、その結果生じた混合気が燃焼器２６内で燃焼される。高エネルギーの燃焼生成物は、エンジン１０の高温ガス通路に沿って燃焼器２６から第１の（高圧）タービン２８に導かれ、第１の（高圧）駆動軸３０を介して高圧圧縮機２４を駆動し、次いで、第２の（低圧）タービン３２に導かれて、第１の駆動軸３０と一般に同軸である第２の（低圧）駆動軸３４を介してブースタ圧縮機２２およびファンセクション１６を駆動する。燃焼生成物は、タービン２８および３２のそれぞれを駆動した後、排気ノズル３６を経てコアエンジン１４から排出されて、ジェット推進力を与えることができる。

さらに、図１に示すように、エンジン１０のファンセクション１６は一般に、環状のファンケーシング４０によって取り囲まれるように構成された回転可能な軸流ファンロータ組立体３８を含むことができる。実質的に半径方向に延在して周方向に離間した複数の出口案内翼４２によって、ファンケーシング４０は、コアエンジン１４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当業者であれば理解されたい。さらに、軸受支持構造体１０８（図２）は、出口案内翼４２から半径方向内向きに延在することができる。このようにして、ファンケーシング４０は、ファンロータ組立体３８およびそれに対応するファンロータブレード４４を収めることができる。さらに、ファンケーシング４０の下流セクション４６はコアエンジン１４の外側部分を覆って延在して、二次またはバイパス空気流導管４８を画定して、ジェット推進力を追加することができる。

いくつかの実施形態では、第２の（低圧）駆動軸３４は、ファンロータ組立体３８に直接結合されて、直接駆動構成とすることができることを理解されたい。代わりに、第２の駆動軸３４は、減速装置３７（例えば、減速歯車または歯車箱）を介してファンロータ組立体３８に結合されて、間接駆動または歯車駆動構成とすることができる。このような減速装置もまた、望みに応じて、または必要に応じて、エンジン内の任意の他の適切な軸および／またはスプールの間に設けることができる。

エンジン１０の作動中、はじめに空気流（矢印５０で示す）はファンケーシング４０に付随する入口５２を通ってエンジン１０に入ることができることを理解されたい。次いで、空気流５０は、ファンブレード４４を通って、導管４８を通って移動する第１の圧縮空気流（矢印５４で示す）とブースタ圧縮機２２に入る第２の圧縮空気流（矢印５６で示す）に分かれる。次いで、第２の圧縮空気流５６の圧力は上昇させられて、高圧圧縮機２４に入る（矢印５８で示す）。燃焼器２６内で燃料と混合されて燃焼した後、燃焼生成物６０は燃焼器２６を出て第１のタービン２８を通って流れる。その後、燃焼生成物６０は第２のタービン３２を通って流れて、排気ノズル３６を出て、エンジン１０に推進力を与える。

次に、図２〜４を参照すると、ガスタービンエンジン１０内で使用するのに適した軸受組立体１００の１つの実施形態の様々な断面図が、本主題の態様に従って示されている。詳細には、図２は、ガスタービンエンジン１０のファンロータ組立体３８に対して取り付けられた軸受組立体１００の断面図である。図３は、図２で示した軸受組立体１００の部分断面図であり、特に、軸受組立体１００の外側軸受ハウジング１０２を示している。さらに、図４は、図２で示した軸受組立体１００の別の部分断面図であり、特に、軸受組立体１００の内側軸受支持体１０４を示している。

図２に示すように、ロータ組立体３８は一般に、対応するロータディスク（図示せず）から半径方向外向きに延在するロータ組立体３８のファンブレード４４（図１）の列を支持するように構成されたロータ軸１０６（例えば、図１に示す軸３４）を含むことができる。一般に理解されるように、ロータ軸１０６は、ガスタービンエンジン１０の構造支持フレーム１０８に対してロータ軸１０６を回転支持するように構成された１つまたは複数の軸方向に離間した軸受組立体１００、１０１を貫通してエンジン１０内で支持することができる。例えば、図２に示すように、第１の軸受組立体１００は、第２の軸受組立体１０１から軸方向後方の位置で、ロータ軸１０６と支持フレーム１０８との間に結合され得る。いくつかの実施形態では、第１の軸受組立体１００は、エンジン１０内の第２軸受位置に配置することができ、ファンスラスト軸受に相当することができ、一方、第２の軸受組立体１０１は、エンジン１０内の第１軸受位置に配置することができ、ころ軸受組立体に相当することができる。

図示の実施形態で示されるように、第１の軸受組立体１００（本明細書では単に軸受組立体１００と称する）は一般に、ロータ軸１０６と支持フレーム１０８との間に画定されたエンジン１０の環状の密閉された区画１１０内に配置することができる。いくつかの実施形態では、軸受組立体１００は、軸受１１２、軸受１１２と支持フレーム１０８との間を半径方向に延在する外側軸受ハウジング１０２、および軸受１１２とロータ軸１０６との間を半径方向に延在する内側軸受支持体１０４を含むことができる。図２に示すように、軸受１１２は一般に、内側レース１１４、内側レース１１４から半径方向外向きに配置された外側レース１１６、および内側レース１１４と外側レース１１６との間に配置された複数の転動体１１８（そのうちの１つのみを示している）を含むことができる。転動体１１８は一般に、玉またはころなどの任意の適切な軸受要素に相当することができる。

軸受１１２は一般に、本明細書で説明するように機能することができる任意の適切な軸受構成を有することができることを理解されたい。例えば、１つの実施形態では、内側レース１１４は、内側レース前方部１１４Ａ（図３）および内側レース後方部１１４Ｂ（図３）の両方を内側レース１１４が含むように、分割レース構成とすることができる。さらに、１つの実施形態では、分割内側レースに加えて（または、それに代えて）、外側レース１１６もまた分割レース構成とすることができる。

図２および３に示すように、外側軸受ハウジング１０２は、内側ハウジング端部１２０（図３）に配置された外側軸受リング１２４、および外側ハウジング端部１２２（図３）に配置された取付フランジ１２６を含んで、内側ハウジング端部１２０と外側ハウジング端部１２２との間を概ね半径方向に延在することができる。一般に、外側軸受リング１２４は、軸受１１２の外側レース１１６と接する、かつ／または外側レース１１６に結合されるように構成することができる。例えば、特に図３に示すように、外側軸受リング１２４は、軸受１１２の外周全体の周りで外側レース１１６に接触する、または外側レース１１６に隣接して配置されるように構成された軸受外周面１２８を画定することができる。

さらに、外側軸受リング１２４は、外側軸受ハウジング１０２に対して軸受１１２を軸方向に保持するための適切な保持機構を含む、または適切な保持機能を付随することができる。例えば、図３に示すように、外側軸受リング１２４は、軸受１１２が外側軸受ハウジング１０２に対して軸方向後方に動かないように、外側レース１１６の後側に沿って半径方向に延在するように構成されたリップ１３０を含むことができる。さらに、保持機構はまた、外側レース１１６の前側に沿って設けることができる。例えば、図３に示すように、１つの実施形態では、前方保持機構は、適切なボルトまたは他の締結具によって外側軸受リング１２４に結合されたスパナナット１３２に相当することができる。

図２および３に示すように、いくつかの実施形態では、外側軸受ハウジング１０２は、ハウジング１０２の外側ハウジング端部１２２に配置された取付フランジ１２６によってエンジン１０の支持フレーム１０８に結合することができる。一般に、取付フランジ１２６は、任意の適切な取付手段を用いて支持フレーム１０８に結合するように構成することができる。例えば、図示の実施形態で示すように、取付フランジ１２６は、軸方向に延在する複数のボルト穴１３４（図３）（そのうちの１つのみを示している）を画定して、取付フランジ１２６を支持フレーム１０８に結合するように構成されたボルト１３６または適切な締結具を受け入れることができる。他の実施形態では、外側軸受ハウジング１０２は、任意の他の適切な取付手段を用いて支持フレーム１０８に結合されるように構成することができる。

さらに、図２および３に示すように、外側軸受ハウジング１０２はまた、第１のハウジング端部１２０と第２のハウジング端部１２２との間を延在する第１および第２のばねアーム１３８、１４０を含むことができる。詳細には、図３に示すように、第１のばねアーム１３８は、取付フランジ１２６から外側軸受ハウジング１０２の軸方向補剛リング１４２まで、半径方向内向きに、かつ軸方向前方に延在するように構成することができる。さらに、第２のばねアーム１４０は、軸方向補剛リング１４２から外側軸受リング１２４まで、半径方向内向きに、かつ軸方向後方に延在するように構成することができる。一般に、ばねアーム１３８、１４０は、外側軸受ハウジング１０２が、半径方向にばねのような部材として機能して、それによって、外側軸受ハウジング１０２の半径方向の剛性を下げることができるように構成することができる。例えば、半径方向の荷重が外側軸受ハウジング１０２にかかるとき、ばねアーム１３８、１４０の一方、または両方は半径方向に変形するように構成され、それによって、ハウジング１０２は、軸受組立体１００で伝達される半径方向の荷重を受け入れることができる。

さらに、第１のばねアーム１３８と第２のばねアーム１４０との間に設けられた補剛リング１４２は全体として、外側軸受ハウジング１０２に軸方向の剛性を増大させるように構成することができる。その結果、補剛リング１４２は、軸方向の荷重がかかったときに、外側軸受ハウジング１０２の軸方向の変位を小さくするように働くことができる。図２および３に示すように、１つの実施形態では、軸方向補剛リング１４２が取付フランジ１２６および外側軸受リング１２４の両方の軸方向前方に配置されるように、ばねアーム１３８、１４０は、外側軸受ハウジング１０２の内側および外側ハウジング端部１２０、１２２に対して軸方向に延在するように構成することができる。しかしながら、他の実施形態では、補剛リング１４２は、取付フランジ１２６および／または外側軸受リング１２４に対して任意の他の適切な軸方向の配置をとることができる。

補剛リング１４２に加えて、第２のばねアーム１４０もまた、外側軸受ハウジング１０２に軸方向の剛性を加えるように構成することができることを理解されたい。詳細には、図３に示すように、第２のばねアーム１４０は、補剛リング１４２と外側軸受リング１２４との間でわずかに半径方向に延在するが、ばねアーム１４０は主に軸方向に延在する。したがって、補剛リング１４２と第２のばねアーム１４０が組み合わさると、外側軸受ハウジング１０２に対して軸方向の剛性を増大させるように働くことができる。

さらに、図２および４に示すように、内側軸受支持体１０４は、外側支持体端部１４６（図４）に配置された内側軸受リング１４８、および内側支持体端部１４４（図４）に配置された内側取付リング１５０を含んで、内側支持体端部１４４と外側支持体端部１４６との間を概ね半径方向に延在することができる。一般に、内側軸受リング１４８は、軸受１１２の内側レース１１４と接する、かつ／または内側レース１１４に結合されるように構成することができる。例えば、特に図４に示すように、内側軸受リング１４８は、軸受１１２の内周全体の周りで内側レース１１４に接触する、または内側レース１１４に隣接して配置されるように構成された軸受内周面１５２を画定することができる。

さらに、内側軸受リング１４８は、内側軸受支持体１０４に対して軸受１１２を軸方向に保持するための適切な保持機構を含む、または適切な保持機能を付随することができる。例えば、図４に示すように、内側軸受リング１４８は、軸受１１２が内側軸受支持体１０４に対して軸方向前方に動かないように、内側レース１１４の前側に沿って半径方向に延在するように構成されたリップ１５４を含むことができる。さらに、保持機構はまた、内側レース１１４の後側に沿って設けることができる。例えば、図４に示すように、１つの実施形態では、後方保持機構は、内側軸受支持体１０４に結合されたスパナナット１５６に相当することができる。

図２および４に示すように、いくつかの実施形態では、内側軸受支持体１０４は、支持体１０４の内側支持体端部１４４に配置された取付リング１５０によってロータ軸１０６に回転可能に結合されるように構成することができる。例えば、特に図４に示すように、取付リングは、ロータ軸１０６に回転可能に結合された取付レース１６２の外面１６０と接するように構成された内面１５８を画定することができる。詳細には、いくつかの実施形態では、取付リング１５０の内面１５８と取付レース１６２の外面１６０とは、取付リング１５０と取付レース１６２との間で摺動接触部が画定されるような輪郭にすることができる。例えば、１つの実施形態では、取付リング１５０の内面１５８と取付レース１６２の外面１６０の両方は、球状の合わせ面を画定することができる。下記で説明するように、取付レース１６２は、ピン接続によって取付リング１５０に結合することができ、このピン接続は、ロータ軸１０６を通じて過大なモーメント荷重がかかったときに破断し、その時点で、取付レース１６２と内側軸受支持体１０４との間で画定された摺動接触部が、ロータ軸１０６をその回転中心を調節するためにピッチングさせることができるように構成される。

さらに、図２および４に示すように、内側軸受支持体１０４はまた、第１の支持体端部１４４と第２の支持体端部１４６との間を延在する第１および第２のばねアーム１６４、１６６を含むことができる。詳細には、図４に示すように、第１のばねアーム１６４は、内側軸受リング１４８から内側軸受支持体１０４の軸方向補剛リブ１６８まで、半径方向内向きに、かつ軸方向前方に延在するように構成することができる。さらに、第２のばねアーム１６６は、軸方向補剛リブ１６８から取付リング１５０まで、半径方向内向きに、かつ軸方向後方に延在するように構成することができる。一般に、ばねアーム１６４、１６６は、内側軸受支持体１０４が、半径方向にばねのような部材として機能して、それによって、内側軸受支持体１０４の半径方向の剛性を下げることができるように構成することができる。例えば、半径方向の荷重が内側軸受支持体１０４にかかるとき、ばねアーム１６４、１６６は半径方向に変形するように構成され、それによって、支持体１０４は、軸受組立体１００で伝達される半径方向の荷重を受け入れることができる。

さらに、第１のばねアーム１６４と第２のばねアーム１６６との間に設けられた補剛リブ１６８は全体として、内側軸受支持体１０４に軸方向の剛性を増大させるように構成することができる。その結果、補剛リブ１６８は、軸方向の荷重がかかったときに、内側軸受支持体１０４の軸方向の変位を小さくするように働くことができる。図２および４に示すように、１つの実施形態では、軸方向補剛リブ１６８が内側軸受リング１４８および取付リング１５０の両方の軸方向前方に配置されるように、ばねアーム１６４、１６６は、内側軸受支持体１０４の内側および外側支持体端部１４４、１４６に対して軸方向に延在するように構成することができる。しかしながら、他の実施形態では、補剛リブ１６８は、内側軸受リング１４８および／または取付リング１５０に対して任意の他の適切な軸方向の配置をとることができる。

外側軸受ハウジング１０２および内側軸受支持体１０４のこの構成により、開示した軸受組立体１００は、全体として、２つの「ばね」がロータ軸１０６と支持フレーム１０８との間で直列に結合された二重のばね構成となっていることを理解されたい。詳細には、外側軸受ハウジング１０２のばねアーム１３８、１４０と内側軸受支持体１０４のばねアーム１６４、１６６とが組み合わさることによって、軸受組立体１００全体の半径方向の剛性は比較的低くなり、その結果、エンジン１０内に不釣り合いが生じた場合、ロータ軸１０６の回転中心は、新しいロータ重心に近づき、それにより、組立体１００を通って伝達される荷重が小さくなる。さらに、外側軸受ハウジング１０２および内側軸受支持体１０４のこの構成はまた、荷重がかかっている間、軸方向の変位を小さく維持するために必要な軸方向の剛性を提供することができ、それによって、開示した軸受組立体１００は、ロータとステータ間を所望の隙間となることを助ける。

上記のように、軸受組立体１００はまた、適切な荷重低減機構を含んで、またはそれを付随して、ファン支持システムの回転動荷重を低減することができることも理解されたい。具体的には、いくつかの実施形態では、外側軸受ハウジング１０２の軸方向補剛リング１４２は、補剛リング１４２と第２の軸受組立体１０１との間を延在する一次フューズ構造体１７０（図２）に結合されるように構成することができる。下記で説明するように、一次フューズ構造体１７０は、構造体１７０を通じて過大な半径方向の荷重がかかったときに破断するように構成することができる。

さらに、図４に示すように、内側軸受支持体１０４は、ピン接続によって取付レース１６２に結合されるように構成することができる。具体的には、複数の取付ピン１７２は、内側軸受支持体１０４と取付レース１６２との間に画定された接触部に沿って、これらの構成部品の間を半径方向に延在するように構成することができる。いくつかの実施形態では、取付ピン１７２は、内側軸受支持体１０４と取付レース１６２との間に画定された周方向の接触部に所与のせん断荷重がかかったときに破断するように構成されたシヤピンに相当することができる。

ガスタービンエンジン１０の作動中、エンジン１０内の不釣り合いによって、かなり高い半径方向の力が生じて、エンジン１０のファンセクション１６に、かつロータ組立体３８を支持する軸受組立体１００、１０１内にかかる場合がある。半径方向の力が所与の荷重閾値を超えた場合、一次フューズ構造体１７０は（例えば、第１軸受位置に隣接した位置で）破断することができる。このように破断すると、ファンは新しい回転軸の周りを回転することができ、したがって、ロータ軸１０６の重心が変わり、ロータ軸１０６に曲げ荷重がかかり、それによって、第２軸受位置に配置された軸受組立体１００にモーメント荷重が生じる。このモーメント荷重は、内側軸受支持体１０４と取付レース１６２との間に結合された取付ピン１７２にせん断荷重として働く場合がある。モーメント荷重が所定の閾値を超えた場合、取付ピン１７２は破断することができ、それによって、ロータ軸１０６は、内側軸受支持体１０４と取付レース１６２との間に画定された摺動接触部の周りでピッチングすることができ、その結果、軸の回転中心は、新しいロータの重心にさらに近づく。

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を含むことができる。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 ガスタービンエンジン
１２ 軸
１４ エンジン
１６ ファンセクション
１８ 外側ケーシング
２０ 環状の入口
２２ ブースタ圧縮機
２４ 軸流圧縮機
２６ 燃焼器
２８ タービン
３０ 高圧駆動軸
３２ 低圧タービン
３４ 低圧駆動軸
３６ 排気ノズル
３７ 減速装置
３８ ファンロータ組立体
４０ 環状のファンケーシング
４２ 出口案内翼
４４ ファンロータブレード
４６ 下流セクション
４８ 空気流導管
５０ 空気流
５２ 入口
５４ 矢印
５６ 空気流
５８ 矢印
６０ 燃焼生成物
１００ 第１の軸受組立体
１０１ 第２の軸受組立体
１０２ 外側軸受ハウジング
１０４ 内側軸受支持体
１０６ ロータ軸
１０８ 支持フレーム
１１０ 密閉された区画
１１２ 軸受
１１４ 内側レース
１１４Ａ 内側レース前方部
１１４Ｂ 内側レース後方部
１１６ 外側レース
１１８ 転動体
１２０ 内側ハウジング端部
１２２ 外側ハウジング端部
１２４ 外側軸受リング
１２６ フランジ
１２８ 軸受面
１３０ リップ
１３２ スパナナット
１３４ 穴
１３６ ボルト
１３８ 第１のばねアーム
１４０ 第２のばねアーム
１４２ 補剛リング
１４４ 内側支持体端部
１４６ 外側支持体端部
１４８ 軸受リング
１５０ 取付リング
１５２ 軸受面
１５４ リップ
１５６ スパナナット
１５８ 内面
１６０ 外面
１６２ 取付レース
１６４ 第１のばねアーム
１６６ 第２のばねアーム
１６８ 補剛リブ
１７０ フューズ構造体
１７２ 取付ピン

Claims (10)

1. ガスタービンエンジン（１０）の支持構造体（１０８）に対してロータ軸（１０６）を支持するための軸受組立体（１００）であって、
   外側レース（１１６）および内側レース（１１４）を含む軸受（１１２）と、
   前記外側レース（１１６）と前記ガスタービンエンジン（１０）の前記支持構造体（１０８）との間を半径方向に延在するように構成された外側軸受ハウジング（１０２）と、
   前記軸受（１１２）の前記内側レース（１１４）に隣接して配置されるように構成された外側支持体端部（１４６）と前記ロータ軸（１０６）に回転可能に結合されるように構成された内側支持体端部（１４４）との間を半径方向に延在する内側軸受支持体（１０４）であって、前記内側支持体端部（１４４）と前記外側支持体端部（１４６）との間を半径方向に延在する第１のばねアーム（１６４）および第２のばねアーム（１６６）を含み、前記第１のばねアーム（１６４）が、補剛リブ（１６８）から前記外側支持体端部（１４６）の方へ半径方向外向きに延在し、かつ前記第２のばねアーム（１６６）が、前記補剛リブ（１６８）から前記内側支持体端部（１４４）の方へ半径方向内向きに延在するように、前記第１のばねアーム（１６４）を前記第２のばねアーム（１６６）から分ける前記補剛リブ（１６８）をさらに含む内側軸受支持体（１０４）と
   を備える軸受組立体（１００）。
2. 前記補剛リブ（１６８）が、前記内側支持体端部（１４４）および前記外側支持体端部（１４６）から軸方向に離間するように、前記第１のばねアーム（１６４）および前記第２のばねアーム（１６６）が、前記内側支持体端部（１４４）および前記外側支持体端部（１４６）に対して軸方向に延在する、請求項１記載の軸受組立体（１００）。
3. 前記内側軸受支持体（１０４）が、前記外側支持体端部（１４６）に配置された内側軸受リング（１４８）を含み、前記内側軸受リング（１４８）が、前記軸受（１１２）の前記内側レース（１１４）に結合されるように構成される、請求項１記載の軸受組立体（１００）。
4. 前記内側軸受支持体（１０４）が、前記内側支持体端部（１４４）に配置された取付リング（１５０）を含み、前記取付リング（１５０）が、取付レース（１６２）によって前記ロータ軸（１０６）に回転可能に結合されるように構成される、請求項１記載の軸受組立体（１００）。
5. 前記取付リング（１５０）が、半径方向に延在する複数のピン（１７２）を用いて前記取付レース（１６２）に結合され、前記ピン（１７２）が、所定の荷重閾値を超えるモーメント荷重が前記ロータ軸（１０６）を通じて伝達されると、破断するように構成される、請求項４記載の軸受組立体（１００）。
   
6. 摺動接触部が、前記取付リング（１５０）と前記取付レース（１６２）との間に画定される、請求項４記載の軸受組立体（１００）。
7. 前記外側軸受ハウジング（１０２）が、前記支持構造体（１０８）に結合されるように構成された外側ハウジング端部（１２２）と、前記軸受（１１２）の前記外側レース（１１６）に隣接して配置されるように構成された内側ハウジング端部（１２０）との間を半径方向に延在し、前記外側軸受ハウジング（１０２）が、前記内側ハウジング端部（１２０）と前記外側ハウジング端部（１２２）との間を延在する第１のハウジングばねアーム（１３８）および第２のハウジングばねアーム（１４０）を含む、請求項１記載の軸受組立体（１００）。
8. 前記第１のハウジングばねアーム（１３８）が、補剛リング（１４２）と前記外側ハウジング端部（１２２）との間を延在し、かつ前記第２のハウジングばねアーム（１４０）が、前記補剛リング（１４２）と前記内側ハウジング端部（１２０）との間を延在するように、前記外側軸受ハウジング（１０２）が、前記第１のハウジングばねアーム（１３８）を前記第２のハウジングばねアーム（１４０）から分ける前記補剛リング（１４２）をさらに含む、請求項７記載の軸受組立体（１００）。
9. 前記補剛リング（１４２）が、前記内側ハウジング端部（１２０）および前記外側ハウジング端部（１２２）から軸方向に離間するように、前記第１のハウジングばねアーム（１３８）および前記第２のハウジングばねアーム（１４０）が、前記内側ハウジング端部（１２０）および前記外側ハウジング端部（１２２）に対して軸方向に延在する、請求項８記載の軸受組立体（１００）。
10. 前記外側軸受ハウジング（１０２）が、前記支持構造体（１０８）に結合されるように構成された前記外側ハウジング端部（１２２）に配置された取付フランジ（１２６）を含み、前記外側軸受ハウジング（１０２）が、前記軸受（１１２）の前記外側レース（１１６）に結合されるように構成された前記内側ハウジング端部（１２０）に配置された外側軸受リング（１２４）を含む、請求項７記載の軸受組立体（１００）。