JPS6022172B2 - 三段式流量制御弁を具備したガスタ−ビンエンジン潤滑装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

明細書 本発明はガスタービンエンジンの軸受又は歯車箱組立
体用潤滑油供給装置に関するものであり、更に詳しく言
えば軸受部への潤滑油の流れをエンジン速度の関数とし
てプログラミングしそれによってガスタービンェンジン
の停止時に於る軸受箱からの油の洩れ及びエンジンから
の発煙を最小限にするために三段式の流量制御弁を具備
した潤滑油供給装置に関するものである。 更に又、本発明は、寸法及び重量が極めて重要な問題と
される航空機用ガスタービンェンジンに特に使用し得る
ようになされた一体の三段式制御弁に関するものであり
、又一つの弁ユニットにて三つの別個の機能を達成する
ことの出来る新規な流量制御装置に関するものである。
ガスタービンヱンジンの潤滑油は軸受及び歯車箱組立体
を冷却しそして潤滑するという二つの目的を有する。 加圧潤滑装置は例えば瓶のような潤滑剤を必要とされる
都所へと直接供給する。潤滑油は軸受ハウジング則ち軸
受箱へとポンプ送りされ、軸受へと蹟霧され「次で軸受
箱の底部に集められ適当な掃出導管を介して加圧潤滑油
源へと還流される。掃出排液作用は、用途に応じて、種
々の方法で、例えば重力の作用によって、又は他のポン
プによって「又は軸受箱のレール部を貫流して高圧空気
を流動せしめることによっても達成することができる。
一般に、エンジン内に全潤滑油を軸受箱から排出し得る
ための大きな排液領域を提供し得るに十分な室がある場
合には重力作用が用いられる。しかしながら、最も進歩
した高速のガスターピンェンジンにおいては「緋液則ち
婦出作用は断面積の小さい通路を使用せねばならないと
いう理由によってその機能が著しく損なわれ、従ってエ
ンジン速度が増大し、軸受箱への潤滑油の流量が漏出装
置の能力より大となるにつれて問題が起り始める。潤滑
油の流れを掃出する際の補助作用をなすために高圧空気
が使用される。該高圧空気は一般には軸受箱を加工する
ためにエンジンの圧縮機段から提供される。軸受箱には
排出油の流れを改良するための力が発生する。この方法
は高速時に有効であり、軸受箱に提供される加圧流体量
と関係して所望の排出流量を維持することができるとい
うことが分つた。しかしながら該方法は又、エンジンの
アィドリング時又は停止状態時に圧縮機から得られる加
圧空気は著しく減少するが、軸受箱への加圧潤滑油の流
れは相当高い流量で供聯合され続けているといった不利
益を有している。この状態は軸受箱内に潤滑油を蓄積せ
しめ望ましくない状態を生ぜしめる。本出願人に係る１
９７許王１０月１６日に発行された米国特許番号第４，
１７０，８７３号に開示される潤滑装置においては、確
勤容積型ポンプによって油は溜めから付属装置歯車部並
びにタービンエンジンの軸の軸受部及びスプライン部へ
と循環される。 軸受箱への油量が比較的高くなるエンジンアィドリング
時及び停止状態時に軸受箱にて得られる高圧空気の不足
分を補償するために迂回導管が提供され、過剰の油量を
溜め部へと戻すように構成される。導管のオリフィスは
ポンプ吐出圧力が増大するにつれて次第に閉鎖し、そし
てエンジンのアィドリングの状態に対応した加圧下にて
過剰の油量を吐出せしめるように設計されている。この
ような同様の過剰の油の流動状態はエンジンが停止した
後も起り、従ってこのような影響を回避するために、逆
止弁形態の第２の弁が主油導管内に挿入され、油圧が特
定の値以下になったときに全ての油の流動を袴止せしめ
る。従って、二つの異なる制御弁が設けられることとな
り、従ってこの種の装置は空間領域が問題とならないよ
うなガスタービンェンジンにとっては極めて有効であっ
た。しかしながら、このような装置は寸法及び重量が極
めて重要な問題となる飛行機のエンジンに使用するには
余りも嵩張るものであった。加うるに、二つの制御弁を
設けることはこのような潤滑装置を軍事用の航空機に使
用した場合には、潤滑装置が例えばりゆうさん弾のよう
な外力によって損傷を受ける可能性が増大する。従って
、本発明の目的は一つの制御弁において、エンジンの諸
作動条件の関数としてガスタ−ビンェンジンの軸受箱へ
の潤滑油の油量をプログラムするための機構を提供する
ことである。 本発明の更に他の特徴は一つのユニットにおいて‘ａ）
アィドリング時に軸受への潤滑油の流量を減少させるこ
と（プログラミング弁機構）；‘ｂ’エンジン速度が２
０％圧縮機速度以下の時に潤滑油の流れを遮断すること
（逆止弁機能）；及び

【ｃ１８５％圧縮機速度以上の時
に潤滑油の流れを調整すること（調整弁機能）の諸機能
を行なう新規な；閏滑装置を提供することである。上記
及び他の諸利益は、プログラム可能な三段式の制御弁が
加圧潤滑油源と潤滑される軸受箱との間に介設して構成
された本発明に係る装置によって達成される。 加圧潤滑油源は油溜めを備え、該油溜めの出力はガスタ
ービンェンジンによって駆動される確動容積型ポンプに
よって加圧される。バイパス導管は制御弁と油溜めとの
間にのびる。制御弁は同軸で配置された始動ポベットと
調整ポベットとから成る複数のポベット弁とされている
。ばね偏崎始動ポベットは油の加圧程度に、従ってエン
ジンの速度に応答して作動し、加圧源から第１閉口を通
り軸受箱へと至る油の流量を制御する。ばね偏僑調整ポ
べ・ソトの位置も又エンジン速度の関数とされ、制御弁
内に設けられ、バイパス導管と運通した第２及び第３閉
口を介して過剰油の流量を制御する。このような構成に
よって、三段式の弁はガスターピンェンジンが例えばエ
ンジン停止時のような２０％圧縮機速度以下で作動して
いるときには軸受箱への潤滑油の流れを完全に遮断する
働きをなす。２０％以上及びアィドリング出力時には、
始動ポベット及び調整ポベットは制御弁の第２関口と同
様に第１開□が開放されるように加圧潤滑油によって作
動され、それによって軸受箱への潤滑油の流れが制御さ
れ且つバイパス導管への流れが制限される。 最大作動速度において始動ポベットと調整ポベットは完
全に作動し第１及び第３開□を介して流れる。第３関口
を貫流する潤滑油の圧力解放流れによって軸受箱への潤
滑油の流れは所望の最大値に維持される。従って本装置
は、一個の三段式制御弁を設けることによって所望の制
御された流量の油を軸受箱に提供し、それによって油洩
れを防止し、且つ軸受箱からの発煙を防止し、と同時に
装置の寸法及び重量を減少し、更に例えばりゆうさん弾
のような外力からの損傷を受け易いという欠点を減少せ
しめる。本発明の上記及び他の目的及び利益は以下の詳
細な説明によって明らかとなるであろう。 第１図は本発明に係る潤滑油供聯合装置の簡略化された
流れ線図である。 第２図は本発明を使用した装置のガスタービンェンジン
の圧縮機速度の関数としての潤滑油の流動特性を示すグ
ラフである。 第３図は圧縮機速度が最大定格速度の２０％以下である
ガスタービンェンジンの作動態様時の本発明の弁制御手
段の横断面図である。 第４図は第３図と同機の図であるが、ガスタービンェン
ジンのアィドリング出力作動態様時の制御弁の状態を図
示する。 第５図は第３図と同様の図であるが、ガスタ−ビンェン
ジンの最大出力作動態様時の制御弁の状態を図示する。 第１図を参照すると、本発明に係る潤滑装置は棺斑宿し
て参照番号１０で表わされ、例えばエンジンの主軸（図
示せず）用の軸受箱１２を具備した最新のガスタービン
ェンジンにて具体化されている。潤滑油は装置１０内の
溜め１４から確動容積型ポンプ１６によって循環される
。該ポンプはガスタービンェンジンの軸によって駆動さ
れる。ポンプ１６は、第２図のグラフで破線Ａで示され
るようにガスタービンェンジンの圧縮機の速度に正比例
した油の流れ（ＰＰＨ）を生ぜしめる。第２図に図示さ
れるように、エンジンの速度に対応した圧縮機の速度ぱ
最大定格速度の百分率で記される。エンジンのアィドリ
ング状態時には全容量の概略５０％に相当する油量があ
ることが第２図のグラフから観察されるであろう。溜め
１４及びポンプ１６からの加圧潤滑油は導管１８を介し
て制御弁２０へと供給される。潤滑油は該制御弁２０か
ら導管２２及び／又は２４を介して軸受箱１２及び／又
は油溜め１４へと夫々供給される。軸受箱１２から掃出
された油は帯出導管２６を介して油溜め１４へと送出さ
れる。１９７９年１０月１６日発行の米国特許番号第４
，１７０，８７３号に記載されるように、軸受箱１２は
基本的にはハウジング「軸受及び適当な鞠シールから成
る。 ハウジングに流入した油は軸受上に滴下されるか又は贋
霧され、従ってハウジングの下方部分に集められ掃出導
管２６を介して排出される。潤滑油の排出を補助するた
めに〜高圧空気がガスタービンェンジンの圧縮機段から
軸受箱富滋へと流入され「それによって軸受箱内に正圧
が存在しト空気及び油を橋出導管２６を介して押し出す
ような状態が作り出される。このような手段によって軸
受箱電２内の潤滑油は所望レベルに有効に維持される。
しかしながら「上述のようにヱンジンのアイドｌｊング
時又は停止時には上記の如き掃出機能を提供するための
エンジン圧縮機から入手し得る高圧空気が全くないか又
は極めて少ないので、このようなエンジンのアィドリン
グ時又は停止時に問題が起る。 一例としても圧縮機はガスタービンェンジンの圧縮機の
最大定格速度において「概略１０的ｓｉの空気流を軸受
箱亀２に提供することができるが〜 エンジン停止時に
圧縮機速度が最大定格速度の２０％以下となったときに
は圧縮機はわずかにｌｏｐｓｉの空気流を軸受箱奪２に
提供するだけである。従って〜圧縮機の低い作動速度に
おいては「軸受箱から潤滑油を濠出するための空気圧力
は極めて少ないか又は全くなくも従って濠出作用は主と
して重力によって達成される。従ってもガスタービンェ
ンジンの低作動速度においては軸受箱竃２への潤滑油流
量は軸受箱内に油が溢れるのを防止するために対応して
減少させるか又は停止させるできである。圧縮機の低作
動速度時に軸受箱電２に潤滑油が過剰に供給されること
に関連した他の問題は浸出の問題である。 〜股に停止時には軸受には潤滑油をある流量で提供する
必要はなく〜エンジンが完全に停止するまでは油腰が存
在すればよい。停止作動時に〜もし多量の油が軸受箱竜
２内に捕捉されている場合には「油は焼成されて蒸発さ
れ〜それによって軸受箱の壁は炭化物で被覆されること
となる。該炭化物は結局は噴出口を閉塞することとなり
、ひいては軸受の油が欠乏し軸受の暁付が起ることとな
る。浸出はエンジンが停止したときに起る。例えば圧縮
機のようなガスターピンの様熱域は大略Ｌ ００００Ｆ
の温度となりＬ エンジン停止後圧縮機によって放散さ
れる熱は軸受箱１沙と導入される。正常作動状態下に於
る軸受箱は大略４００での温度となり「従って浸出状態
時には軸受箱の温度は熱伝導によって２０００Ｆにまで
増大するであろう。従って、軸受箱の温度は熱対流によ
って減少し得る時まで急激に増大することとなるであろ
う。麹受箱】２の油が酸化しそして劣化しそして壁を被
覆しそれによって軸受箱亀２の油噴出孔を閉塞するその
時期は正に温度が増大するこの時である。従って「本発
明の目的はエンジン作動の停止段階時に軸受箱１２内の
油の量を最小限とすることである。この目的のために、
潤滑油装置竜肌ま制御弁２８を具備し「該弁は基本的に
は第３図「第鰭図及び第５図にそれぞれ図示される三つ
の作動態様を有する。第３図を参照すると、制御弁２８
１ま軸方向穴３蜜を有した一般に管状のハウジング３Ｑ
を具備する。 軸万向穴３盈の一端は螺子付プラグ３蟹で閉鎖されｔ一
方他端は開放されている。確勤容積型ポンプ竃奪からの
びた導管亀８が関口端３奪‘こ連結される。ハウジング
登鰍ま軸受箱亀２へとのびる導管基２と蓮適している第
１横関口４Ｑを有する。ハウジング認肌ま又第２横開□
＆２及び第３横関口＆母を有し、関口母２は関口母０と
鶴亀との間に配置される。開口４愛と亀４は油溜め軍４
へとのびるバイパス導管２亀と運通する（第亀図を参照
せよ）。調整ポベット４８がハウジング３瞳の敵方向穴
３２に楢動自在に受容される。該ポベツトはばね４８尊
こよって桶俺されている。ばね豊穣の一端はプラグ３４
‘と衝接し、一方他端は調整ポベット亀６に当綾し、該
調整ポベット４６をハウジング３０の開□端の方へと偏
筒せしめている。調整ポベット４６は内周段５８及び中
間横孔Ｓ舞を有し、該中間横孔５２は第２及び第３横開
〇４２，４４と協働し、加圧油の流れをバイパス導管２
４から油溜め翼４へと迂回させる働きをなす。この点に
ついては更に詳しく後で説明する。調整ポベット４６の
前方縁部５４は始動ポベット８８の先行綾部分に当接し
ている。この点については更に詳しく後述する。始動ポ
ベット６０は調整ポベット亀６内に該調整ポベツト４６
と同軸で且つ摺動自在に受容されても、る。 始動ポベット６０‘まばね６２によって偏俺されており
「ばね６２の一端は調整ポベット４富の内周段蚤０１こ
当接し〜他端は始動ポベット６０の内周面６４に当接す
る。始動ポベット６川ま軸方向に延在するチャンネル６
６を有する。該チャンネルは中間横孔６８に運通し、該
中間横孔６８は又ばね６２が配設された空間と、調整ポ
ベット４６の孔５２とに蓮適する。ポベツト６０の前方
端部１２は傾斜ポベツト座７０が設けられる。該座は内
壁３７の円周方向内縁部と協働し、制御弁が第３図に例
示される位置にあるとき、ハウジング３０の閉口端３６
を閉鎖する。開ロ３６は加圧潤滑油源、即ち、油溜め及
び確動容積型ポンプ１６からのびる導管竃８（第１図を
見よ）と蓮適している。上述されるように「圧縮機速度
が最大定格速度の２０％以下となるエンジン始動時又は
停止作動時には、軸受箱１２への油の流れは「第２図に
破線Ａによって図示されるように例え加圧流体の分配能
力が線形的に増大していたとしても、中断されるのが望
ましい。加圧流体源から導管２２を介して軸受箱１２へ
と流動する油の流れを防止するためのに制御弁２０は第
１横開□４０を完全に閉鎖するように設計されている。
この状態は第３図に例示される。又始動ポベット６０の
正面壁６１に衝接する加圧流体によって発生する力はば
ね６２の拘束力に打ち勝つには不十分であり、それによ
って第１横関口４０を通る潤滑油の流動は防止されると
いうことに注目されたい。一方、加圧油は始動ポベット
のチャンネル６６を、従って横孔６８から第２の横開口
４２へと流動可能とされ、導管２４を介して溜め１４へ
と迂回して流動される。第３図に例示されるこの制御弁
２０の状態は圧縮機速度がガスタービンェンジンの最大
定格速度の概略２０％に達する時まで維持される。ガス
タービソェンジンの初期始動時及び停止時に加圧潤滑油
が軸受箱へと流れるのを阻止する機能の他に、第３図に
図示される状態の制御弁２０６ま加圧油をして潤滑装置
１０を一定流量で貫通せしめる働きをなし、従って制御
弁２０はこの時は静的逆止弁として機能する。この装置
において油溜め１４は第１図に図式的に例示されるよう
にエンジンの上方に配置することができ、油が溜め１４
から軸受箱１２へと漏洩する必酌はない。第２図を参照
すると、本発明の潤滑装置１０の作動において圧縮機速
度が２０％を超えた場合の軸受箱１２への潤滑油の実際
の流量は実線Ｂで示される。 圧縮機速度が最大定格速度の概略２０％を超えた場合、
始動ポベット６０の表面に衝接する加圧油によって発現
される力はばね６２の拘束力に打ち勝つだけの大きさと
なり、第３図に図示されるように、始動ポベット６０を
左側に作動せしめる。この時、ポベツト座７０‘ま関口
端３６の内壁３７から隔設され、それによって加圧油を
第１横閉口４０を介し導管２２へと流動せしめ軸受箱１
２へと分配せしめる。この時加圧流体は又チャンネル６
６及び横孔６８を介して、従って第２横閉口亀２を介し
て提供され、導管２４から油溜め１４へと迂回して流動
せられる。第２図に図示されるように「破線Ｂで示され
る主要素容量間に差圧が存在する。導管１８を流れる加
圧流体量が圧縮機速度と共に増大するにつれて、ばね６
２は更に圧縮され、同様にばね４８も圧縮され始める。
第５図はエンジンが高速運転さ、加圧潤滑油が軸受箱１
２へと最大流量にて供給されている制御弁の状態を図示
する。この時ばね６２及び４８は圧縮され、調整ポベッ
ト４６と始動ポベット６０とは第５図に図示されるよう
に左側に作動され、従って最大流体量の加圧油が導管１
８を介して第１横関口４０を通り導管２２へと流動し、
軸受箱１２へと分配される。同時に加圧流体はチャンネ
ル６６を介して「従って孔６８を介して第３横関口４４
へと流動し導管２４へと、従って油溜め１４へと導入さ
れる。制御弁２０の各閉口及びチャンネルは、制御弁２
０の諸要素が第５図に図示される状態に達したとき藤受
箱への流体量が第２図に「圧力解放流量制御」と表示さ
れるように一定値に維持されるように設計される。最大
定格速度からエンジン停止に至るまでの間の軸受箱１２
への加圧潤滑油の流量は実際に第２図に実線Ｂで図示さ
れるような流量をたどり且つ上記の態様とは反対の態様
をとるようにプログラムされている。 従って、潤滑油が所望態様で軸受箱１２へと流れるよう
にプログラムされた機能を有し、且つ一つの構造体で数
多〈の作動態様を有効に実現し得る一個の制御弁を具備
した潤滑装置が提供される。 制御弁２０Ｇまエンジンの初期始動時及びエンジンの停
止段階時に潤滑油が軸受箱へと流れるのを防止するため
に制御弁として機能すると同様に静的逆止弁として機能
する。制御弁は軸受箱への流体量をエンジン速度がアィ
ドリング速度から最大速度へと増大するにつれて潤滑装
置の最大容量以下の所望流量に維持し、エンジンの最大
定格速度では制御弁は軸受箱への潤滑油の流量を一定流
量に維持しそれによって軸受箱からの望ましくなし、溢
出を防止するように機能する。本発明は特定の実施態様
に即して説明されたが、該実施態様は単に説明のためで
あって本発明の範囲内で種々の変更実施態様が可能であ
ろう。 ＦＩＧ．ｌＦＩＧ．２ ＦＩＧ．３ ＦＩＧ．４ ＦＩＧ．５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガスタービンエンジンの被潤滑部分にガスタービン
   エンジンの速度の関数とされるプログラムされた流量の
   潤滑剤を提供する為のガスタービンエンジンの潤滑装置
   にして、エンジン速度の関数として加圧される潤滑剤源
   と、該加圧潤滑剤源を前記被潤滑部分に連結する弁手段
   と、該弁手段と前記加圧潤滑剤源とを直接連通するバイ
   パス導管手段とを具備し、前記弁手段が、前記潤滑剤源
   と連通する一端と閉成された他端を具備するハウジング
   を包含する複ポペツト弁であり、該ハウジングが前記閉
   成した端部及び調整ポペツト部材に当接して該調整ポペ
   ツト部材を前記閉成した端部から離間する方向に押しや
   るバネを内蔵し、更に前記ハウジングが始動ポペツト部
   材と前記調整ポペツト部材との間にあつて前記始動ポペ
   ツト部材をハウジングの前記開放された一端部側に偏倚
   させて置くバネを収納し、ハウジングの前記開放された
   端部に隣接し、前記被潤滑部分に連通する第１横断開口
   手段にして、該手段を通しての潤滑剤の流量が前記始動
   ポペツトの位置の関数である様な第１横断開口手段と、
   ハウジングの長さの中間に位置しそして前記バイパス導
   管と連通する第２及び第３横断開口手段にして、該第２
   及び第３横断開口手段を通しての潤滑剤の流量が、前記
   始動ポペツト及び調整ポペツトの位置の関数である様な
   第２及び第３横断開口手段とを備え、前記始動ポペツト
   が、一端が閉成され他方の端が開放された該開放された
   端に於て前記ハウジングの開放端と連通する、軸方向に
   伸延するチヤンネルと、前記第２及び第３横開口手段と
   交互に連通する横断穴とを有し、それによつて（i）
   エンジンの始動時及び停止時段階に於て、潤滑剤源から
   の潤滑剤を始動ポペツトのチヤンネルを通し、そして後
   、第２横断開口手段を通してバイパス導管手段に導入し
   、（ii） エンジンのアイドリング運転段階に於て、潤
   滑剤源からの潤滑剤によつて始動ポペツトを起動せしめ
   て、潤滑剤を第１横断開口手段を通して被潤滑部分へ導
   入し、同時に第２横断開口手段を通してバイパス導管手
   段へと導入せしめ、（iii） エンジンの高速運転時に
   於て、潤滑剤源からの潤滑剤によつて始動ポペツト及び
   調整ポペツト両方を起動せしめて、潤滑剤を第１横断開
   口手段を通して被潤滑部へ導入し、同時に第３横断開口
   手段を通してバイパス導管手段へと導入せしめることを
   特徴とする潤滑装置。 ２ 加圧潤滑剤源は、所定量の潤滑剤を貯蔵する溜めと
   、ガスタービンエンジンの軸によつて駆動されそして潤
   滑剤を装置内に循環させるべく前記溜めに連結された容
   積型ポンプとを具備して成る請求の範囲第１項記載の潤
   滑装置。 ３ 被潤滑部分と加圧潤滑剤源との間に掃出手段が設け
   られて成る請求の範囲第１項記載の潤滑装置。