JPH11200813A - ガスタービンエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ファンブレードが損失された場合に、ロータ
軸の偏移を制限し、ロータ軸からファンケースにかかる
トルク負荷を最小にする。 【解決手段】 ガスタービンエンジン１０のファン収容
ケースアセンブリー３０は、その中に硬化ファンケース
ライナ４２が設けられている。ファンブレード損失状態
が生じた時には、硬化ファンケースライナによってファ
ンブレード頂部３８はファンケース４８の周辺部で円周
方向に回転可能となる。かくして、ライナは、ファンケ
ースが切断されて破壊されることを減少させ、ファンケ
ースの損傷を最小限にし、ロータ偏移によってファンケ
ースにかかるトルク負荷を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンエン
ジン、特に、ファンブレード損失状態が生じた場合にフ
ァンケースの損傷を最小にするためにエンジンのファン
ケース内に硬化ライナを設けたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】航空機用ターボファンエンジンのような
ガスタービンエンジンは、ファン部、圧縮部、燃焼部及
びタービン部を含む。エンジンの軸はエンジン内の中心
に配置され、これらの部分を通して長手方向へ延びてい
る。作動媒体ガス用の一次流路は、エンジンを通して軸
方向へ延びている。作動媒体ガス用の二次流路は、一次
流路に平行にかつその径方向外側で延びている。

【０００３】運転中、ファンは空気をエンジン内へ引き
込む。ファンは二次流路に沿って引かれる空気の圧力を
上げて、有用な推力を生じさせる。一次流路に沿って圧
縮部に吸入された空気は圧縮される。圧縮された空気は
燃焼部へ導かれ、そこで圧縮された空気に燃料が加えら
れて、空気燃料混合体が燃焼される。燃焼生成物はター
ビン部に吐出される。タービン部は、これらの生成物か
ら仕事を引き出し、ファンと圧縮機を作動する。ファン
と圧縮機とを駆動するのに使用されなかった生成物から
のエネルギは有用な推力を出すのに貢献する。

【０００４】ファン部は、ロータアセンブリーとステー
タアセンブリーとを含む。ファンのロータアセンブリー
は、ロータディスクと外側へ延びる複数のロータブレー
ドとを含む。各ロータブレードは、エアフォイル部と、
根部と頂部とを含む。エアフォイル部は、流路を通して
延び、作動媒体ガスと相互作用をなしてロータブレード
と作動媒体ガスとの間にエネルギを伝達する。ステータ
アセンブリーは、ロータブレードの頂部に極く近い位置
でロータアセンブリーを取り巻くファン収容ケースアセ
ンブリーを含む。ファン収容ケースアセンブリーはファ
ンケースを含み、このファンケースは、支持構造体と、
該ファンケースの半径方向外側に配置された複数のファ
ブリックラップ（ｆａｂｒｉｃ ｗｒａｐｓ）と、円周
方向に隣接している複数の吸音パネル（ａｃｏｕｓｔｉ
ｃ ｐａｎｅｌｓ）と、該ファンケースの半径方向内側
に配置され円周方向に隣接した複数のラブストリップ
（ｒｕｂ ｓｔｒｉｐｓ）を備えている。従来のファン
ケースは、一般的には、ファブリックラップを支持する
ために剛性の支持部を形成する剛体金属ケースである。
前記の複数のラブストリップは比較的柔軟な材料から形
成されている。ファンブレードの頂部がラブストリップ
に接触してしまった場合に、ラブストリップの柔軟性に
よって、ファンブレードに損傷が生じる危険性が最小と
なる。

【０００５】ファンブレード頂部とファン収容ケースと
の間には、重要性の高い２つの特定の隙間がある。第１
の隙間は、性能隙間として特徴付けられ、ブレード頂部
とファンケースの内面内の軟かいラブストリップとの間
の隙間として定義される。第２の隙間は、効果的構造隙
間として特徴付けられ、ブレード頂部とファンケース内
の硬質金属面との間の隙間として定義される。本発明
は、性能隙間ではなくてこの構造隙間に関するものであ
る。

【０００６】エンジンでは、特に、１つのファンブレー
ドが破損してロータアセンブリーから外れた後に、ロー
タの激しい不均衡が生じる。ファンブレード損失の１つ
の原因は、偶然にエンジン内に吸入される鳥や霰や他の
物体のような異物の衝突があることである。外れたファ
ンブレードは外側へ投げ出されてファンケースを通過す
るが、通常は、ファン収容ケースアセンブリー内のファ
ブリックラップによって捕えられる。ブレード損失はロ
ータ内で不均衡を生じ、ロータ軸を半径方向外側へ偏ら
せる。ロータがその長手方向軸から偏ると、ロータアセ
ンブリーを更に損傷してしまうおそれがある。ロータが
偏れば偏るほど、ロータ軸受支持部にかかる半径方向負
荷がますます大きくなる。

【０００７】ファンケース構造体はロータアセンブリー
の偏移を停止させる。軸の偏移はファンケースアセンブ
リーの近接部分によって制限されるから、ファン頂部と
ケースとの間の隙間を減少させることによって、ロータ
アセンブリの損傷が減少される。軸の半径方向の偏移を
最小にすると、軸、ロータ軸受及び軸受支持構造体に生
じる損傷のおそれが最小になる。

【０００８】今までは、軸の偏移は、ファンブレードが
ファンケース内に食い込むことによって制限されてい
た。そうすると、ブレードは、通常ファンケースよりも
固いから、ファンケースを急速に切り割いてこれを破壊
してしまう。ファンフレードは、回転し続けるに従っ
て、静的なファンケース構造体と接触して、ロータ軸の
機械エネルギをケースに伝達してしまい、ケースにねじ
りと損傷を起こす。ロータ軸がファンケースと接触する
ことによって、高トルク負荷がファンケースに伝達され
る。ファンブレード損失が生じている間に、ファンケー
スへのこのトルクが掛かると、非常に大きな負荷が関連
するエンジンの取付部及びエンジンケース構造体に掛か
る。

【０００９】従って、現代のガスタービンエンジンの問
題は、ファンブレード損失の場合、ロータ軸の偏移を制
限する一方、ロータ軸の動的部分からファンケースにか
かるトルク負荷を最小にすることである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる利点
は、ファンケースの損傷を最小限にして、ファンブレー
ド損失が生じた際に耐久力のあるファンケースを得るこ
とである。本発明の硬化ファンケースライナは、ファン
ケースがファンブレードによって切り割かれて破壊され
るのを減少させる。本発明のファンケースの別の利点
は、ファンブレード損失の間、ロータ軸の偏移を適切に
抑制する構造を備えることができることである。加え
て、硬化ライナは摩擦力、従って、ロータからエンジン
ケースへ伝達されるトルクを減少させる。他の利点は、
本発明のライナの製造及びこれをファンケースに組み込
むことが容易でありコストが掛からないことである。ラ
イナの構造が簡単であることと経済的な材料を使用する
ことで、コスト効率のよい製造工程が得られる。更に、
公知のファンケースを本発明を含むようにコスト効率の
よい方法で改造することができる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ガスタ
ービンエンジン内のファンケースはそれに取り付けられ
た硬化材料のライナを含み、ファンブレード損失の状態
にある間、ブレード頂部が硬化ライナ上を滑り、ファン
ケースを切り割いて破壊するのを減少させる。硬化材料
のこのライナは、ブレードが円周方向に滑るための滑り
面を備え、これにより、ファンケースに掛かるトルクを
最小にする。更に、本発明のファンケースの構造は、フ
ァンブレード損失が生じている間ロータ軸の偏移を制限
する。本発明の一実施形態において、硬化材のライナー
は複数のシングル（ｓｈｉｎｇｌｅｓ）から成る。

【００１２】本発明の上述の目的及び他の目的、特徴及
び利点は本発明を実施するための最良実施形態について
の以下の詳細な説明から及び本発明の一実施形態を説明
する添付の図面から明らかになるであろう。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１を参照して、軸流ターボガス
タービンエンジン１０は、ファン部１４と、圧縮部１
６、燃焼部１８及びタービン部２０とから成る。エンジ
ンの軸Ａ_r はエンジン内の中心にあり、これらの部分を
通して長手方向に延びている。作動媒体ガス用の一次流
路２２は軸Ａ_r に沿って長手方向に延びている。作動媒
体ガス用の二次流路２４は一次流路２２に平行にかつこ
れから半径方向外側で延びている。

【００１４】ファン部１４は、ステータアセンブリー２
７とロータアセンブリー２８とを含む。ステータアセン
ブリーは、二次流路２４の外壁を形成するファン収容ケ
ース３０を有する。ロータアセンブリー２８は、ロータ
ディスク３２と複数のロータブレード３４を含む。各ロ
ータブレード３４は、ロータディスク３２から外側へ延
び、作動媒体流路２２及び２４を横切ってファン収容ケ
ース３０の近傍に達している。各ロータブレード３４
は、根元部３６、これと反対側の頂部３８及びこれらの
間を延びる中間スパン部４０を有する。

【００１５】図３を参照して、本発明のファンケースラ
イナ４２がファン収容ケースアセンブリー３０内に設置
されている。ファン収容ケースアセンブリーは、ロータ
ブレード３４の頂部３８に極めて近接してロータアセン
ブリー２８を取り巻いている。ファン収容ケースアセン
ブリー３０は、ライナ４２と、円周方向に隣接した複数
のラブストリップ４４と、支持構造体又はファンケース
４８の半径方向内側に配置された複数の円周方向に隣接
した吸音パネル４６を含む。複数のファブリックラップ
５０がファンケースの半径方向外側に配置されている。
ファンケースは、一般的には、ファブリックラップを支
持するための剛体支持体を形成する剛性金属ケーシング
である。ファブリックラップ５０の「ファブリック（繊
維）」は、テープ、織られた材料又はこれらと同様のも
のを含むが、これらに限定されるものではなく、また、
ファンブレードの損失が生じた場合にファンブレードを
捕らえる。ラブストリップ４４は、比較的柔軟な材料か
ら形成されている。ラブストリップ４４を設けること
で、ブレード３４をファンケースの極く近くに配置し
て、ファンブレードの周りを流れる空気の量を最小にす
ることができ、これにより、ファンブレードの周りの流
体の流れの漏れを減少させてファン操作を改善すること
ができる。ファンブレード３４の頂部３８がラブストリ
ップ４４に接触してしまった場合、ラブストリップの柔
軟性はファンブレード３４が破損するおそれを最小にす
る。ファンケースライナ４２は、ステンレススティール
やニッケルの合金のような硬化材料製である。ニッケル
合金インコネル７１８（Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８）又はＡ
ＩＳＩ３２１若しくはＡＩＳＩ３４７のようなステンレ
ススティール合金はライナを製造するために使用され得
る合金の例である。従って、ライナは、例えばチタニウ
ム等のブレード頂部の材料よりも固い材料で製造され
る。組付けを容易にするために、ライナはファンケース
に接着できるアーク状のセグメント（部分）として製造
され得よう。

【００１６】図４を参照して、本発明の、セグメント化
されたファンケースライナ５２は、ファン収容ケースア
センブリー３０内において、ラブストリップ４４の半径
方向外側に配置されている。各セグメント５２つまりシ
ングル（ｓｈｉｎｇｌｅ）はそれに隣接しているシング
ルに対して偏っているが、図５に明示されているよう
に、隣接するシングル間に重複領域５４がある。図５に
示されているように、ファンケースライナ４２は、リベ
ット５６又は図４に示しているように接着剤によってフ
ァンケース４８に取り付けられる。リベット５６は隣接
するシングル間の重複領域５４内に設置される。

【００１７】エンジン操作中にブレード損失が生じる
と、外れたブレードが半径方向外側へ投げ出される。こ
のように投げ出されたブレードは、通常は、ファンケー
ス４８を通過してファン収容ケースアセンブリー３０内
のファブリックラップ５０によって捕えられる。

【００１８】ブレード損失によりロータ内に不均衡が生
じ、ロータが、ファンケースの極く近くまで半径方向外
側へ偏移される。近代的なエンジンでは、ファンブレー
ドとファンケースの内表面との間の間隔は、ロータアセ
ンブリーの半径方向の偏移を減少させるために最小にさ
れている。ロータが偏移しファンブレード及びファンケ
ース間の間隔が減少されていることによって、ファンブ
レード頂部は急速にファン収容ケースアセンブリーの内
表面の柔軟なラブスリップ４４に切り込む。鋼鉄又はニ
ッケル合金のような硬化材料製の薄いファンケースライ
ナ４２は比較的柔らかなブレードに対する滑り面（ｓｋ
ｉｄ ｓｕｒｆａｃｅ）を備えている。ファンブレード
はライナの滑り面に沿って円周方向へ移動する。ブレー
ドがファンケースに食い込むことが避けられるか減少さ
れ、その結果、ケースに望ましくないトルクがかかるこ
とが減少される。硬化ライナが無いと、ファンブレード
はファンケースに切り込み続け強固に食い込んでしま
う。従って、本発明は、ファンブレード損失が生じてい
る間ロータ偏移を制限する装置を提供し、かつ、ケース
にトルクが更に発生してしまうことを無くするか減少さ
せるスキッドプレートの機能を備える。

【００１９】上述の通り、シングル化された実施形態
は、また、ファンブレード用滑り面を備えており、ファ
ンブレードがその面上で円周方向に回転可能となってい
る。セグメント化されていることにより、ファンブレー
ドが損失された場合に、ライナ４２の損傷を１つまたは
それ以上の隣接するシングルに留めることができる。残
りのシングルは、ファンブレードがその上を滑るための
効果的な滑り面を引き続き提供する。

【００２０】本発明のファンケースライナ４２の主たる
利点は、ファンケースの損傷を最小にし、それでファン
ブレード損失が生じた場合に耐久力のあるファンが得ら
れることである。ライナ４２は、ファンケースがファン
ブレード４０によって切り割かれて破壊することを減少
させる。本発明の更なる利点は、ファンブレード損失が
生じた時にロータ軸の偏移を適切に抑制する構造を提供
することができることである。加えて、ライナ４２は摩
擦力を減少させ、その結果、ファンロータ２８からケー
スへ伝達されるトルク負荷を減少させる。他の利点は、
本発明の硬化ファンケースの製造・組立の容易さとコス
ト低減である。ライナの構造の単純さと経済的な材料を
使用することでコスト的に効率的な製造工程が得られ
る。更に、現在ある公知技術は、コス的に効率的な方法
でファンケースラインを含むように改良され得る。本発
明を取り入れることによって、現在のエンジンにおい
て、ファン収容ケースアセンブリー及びロータ軸に対す
る損傷を制限することができる。

【００２１】本発明をその詳細な実施形態に基づいて示
し説明してきたが、その形態及び詳細についての種々の
変更を請求項の発明の範囲及び趣旨を逸脱せずになし得
ることは当業者によって理解される通りである。

【図面の簡単な説明】

【図１】典型的な軸流ターボガスタービンエンジンの斜
視図である。

【図２】放出されたファンブレードを示す公知技術のロ
ータアセンブリーの斜視図である。

【図３】図２の線３−３に沿って切断した本発明のファ
ンケースを含むファン収容ケースアセンブリーの断面図
である。

【図４】操作状態における本発明のファンケースライナ
の図である。

【図５】本発明のファンケースライナの別の実施形態の
図である。

【符号の説明】

４４…ラブストリップ ４８…ファンケース ５０…ファブリックラップ ５２…ライナのセグメント（シングル）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長手方向軸の周りに配設され、ファンブ
   レードを有するファンを含むロータと、 該ファンの半径方向外側に配設されたファンケースを含
   むステータと、を有するガスタービンエンジンにおい
   て、 内表面を有する硬化ライナを、前記ファンブレードを取
   り囲むように前記ファンケース内に配設し、 ファンブレード損失状態が生じた場合、前記ライナは、
   前記ファンブレードが該ライナの内表面に沿って滑るよ
   うにすることによって前記ファンの損傷を最小限にし、
   かつ、前記ファンケース内に前記ファンブレードが食い
   込まないようにして前記ファンケースにかかる望ましく
   ないトルク負荷を最小にすることを特徴とするガスター
   ビンエンジン。
2. 【請求項２】 前記硬化ライナは、前記ファンケース内
   に円周方向に配設された薄いスキッドプレートであるこ
   とを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジン。
3. 【請求項３】 長手方向軸の周りに配設され、ファンブ
   レードを有するファンを含むロータと、 該ファンの半径方向外側に配設されたファンケースを含
   むステータと、を有するガスタービンエンジンにおい
   て、 セグメント化した硬化ライナを、前記ファンブレードを
   取り囲むように前記ファンケース内に配設し、 ファンブレード損失状態が生じた場合、前記ライナは、
   前記ファンブレードが該セグメント化したライナに沿っ
   て滑るようにすることによって前記ファンの損傷を最小
   限にし、かつ、前記ファンケース内に前記ファンブレー
   ドが食い込まないようにして前記ファンケースの望まし
   くないトルク負荷を最小にすることを特徴とするガスタ
   ービンエンジン。
4. 【請求項４】 前記セグメント化した硬化ライナは前記
   ファンケース内に円周方向に配設された複数の薄いスキ
   ッドプレートシングルであり、これらシングルは、隣接
   するシングルに対して偏っており、これら隣接するシン
   グル間に重なる領域を有することを特徴とする請求項３
   記載のガスタービンエンジン。