DE102007008769A1

DE102007008769A1 - Schwalbenschwanzstruktur einer Ansaugeinrichtung

Info

Publication number: DE102007008769A1
Application number: DE102007008769A
Authority: DE
Inventors: Tetsuji Fujimura
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2027-02-23
Also published as: US20070217914A1; GB2436131A; JP4911286B2; GB0702449D0; DE102007008769B4; US7918652B2; FR2898636B1; GB2436131B; JP2007247428A; FR2898636A1

Abstract

Die Erfindung schafft eine Schwalbenschwanzstruktur einer Ansaugeinrichtung, welche eine Ansaugeinrichtung 20, welche einen Eingangs-Nabendurchmesser aufweist, welcher kleiner als ein Ausgangs-Nabendurchmesser ist, an einem Abschnitt um eine scheibenförmige Rotorscheibe anbringt, welche durch eine Turbine drehend angetrieben wird. Die Rotorscheibe 10 weist eine Vielzahl von Schwalbenschwanznuten 12 auf, welche in einem festen Winkel Theta<SUB>1</SUB> zu einer Achse 1 einer Drehachse von einer Vorderkante 10a zu einer Hinterkante 10b davon verlaufen und in einer Umfangsrichtung in einem festen Winkel in Abstand angeordnet sind. Die Ansaugeinrichtung 20 weist einen Schwalbenschwanzabschnitt 22 auf, welcher in dem gleichen Winkel wie ein Winkel der Schwalbenschwanznut verläuft und geeignet ist, in einem inneren Ende davon an der Schwalbenschwanznut angebracht zu werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Doppelstromtriebwerk, welches ein hohes Nebenstromverhältnis aufweist und eine gute Streckenleistung und ein leises Geräusch erreichen kann, und genauer eine Schwalbenschwanzstruktur einer Ansaugeinrichtung, bei welcher ein Eingangs-Nabendurchmesser kleiner als ein Ausgangs-Nabendurchmesser ist.

Stand der Technik

1 ist eine schematische Ansicht eines Flugzeugtriebwerks 51 (eines Turbinen-Luftstrahltriebwerks). Wie in dieser Zeichnung dargestellt, ist das Turbinen-Luftstrahltriebwerk mit einer Ansaugeinrichtung 52, welche Luft ansaugt, einem Verdichter 53, welcher die Ansaugluft verdichtet, einer Verbrennungsvorrichtung 54, welche einen Kraftstoff durch die komprimierte Luft verbrennt, einer Turbine 55, welche die Ansaugeinrichtung 52 und den Verdichter 53 auf der Basis eines Verbrennungsgases der Verbrennungsvorrichtung 54 antreibt, eine Nachbrenneinrichtung 56, welche einen Nachbrennvorgang zur Verstärkung des Schubs durchführt, und ähnlichem versehen.

Die Nachbrenneinrichtung 56 ist durch einen Flammhalter 57 oder ähnliches, welcher einen dreieckigen Querschnitt aufweist und einen Zirkulationsbereich in einer Abstromseite ausbildet, um eine Flammhaltung zu erreichen, eine Kraftstoffdüse 58 zum Ausstoßen eines Kraftstoffs, eine Zündkerze 59 und ähnliches ausgebildet, führt einen Ausstoßvorgang durch, welcher von einer Ausstoßdüse 62 ausgehend durch eine Innenseite einer Aus kleidung 61 in einer Innenseite eines nachgeordneten Kanals 60 erfolgt, und verstärkt den Schub.

Bei dem oben erwähnten Turbinen-Luftstrahltriebwerk wird eine Struktur, bei welcher die Größe der Ansaugeinrichtung 52, welche die Luft ansaugt, vergrößert ist und ein Nebenstromverhältnis vergrößert ist, als „Doppelstromtriebwerk" bezeichnet. Das Nebenstromverhältnis entspricht einem Durchflußverhältnis (Nebenstrom/Kernstrom) eines Nebenstroms, welcher einen Triebwerkskern (den Verdichter 53, die Verbrennungsvorrichtung 54 und die Turbine 55, welche oben erwähnt wurden) umgeht, zu einem Luftstrom (einem Kernstrom), welcher in den Triebwerkskern fließt. Je größer das Nebenstromverhältnis ist, desto stärker wird die Durchflußgeschwindigkeit des Abgasstrahls vermindert, so daß eine Wirkung der Verminderung des Geräuschs und des spezifischen Kraftstoffverbrauchs erreicht wird.

Bei dem oben erwähnten Turbinentriebwerk werden, wenn das Nebenstromverhältnis vergrößert wird, eine Ansaugeinrichtungs-Rotorschaufel der ersten Stufe (eine Ansaugeinrichtungsschaufel in der vorderen Reihe) und der Innendurchmesser eines Gehäuses, welches diese umgibt, vergrößert, und es besteht das Problem, daß das Gewicht des Triebwerks erhöht wird.

Anders ausgedrückt, ist aufgrund der Tatsache, daß eine Ansaugeinrichtungs-Rotorschaufel 52a der ersten Stufe, welche eine Struktur aufweist, welche in einer Rotornabe 63 des Doppelstromtriebwerks eingebettet ist, eine eingebettete Struktur aufweist, ein bestimmter Wert des Naben-Schaufelspitzen-Verhältnisses (Eingangs-Nabendurchmesser/Schaufeldurchmesser, dargestellt in 2: normalerweise etwa 0,3) notwendig, und ein Ansaugeinrichtungs-Eingangsbereich wird in einem Bereich, welcher dem Eingangs-Nabendurchmesser entspricht, schmaler.

Demgemäß werden, wenn es beabsichtigt ist, das Nebenstromverhältnis zu vergrößern, um die gute Streckenleistung und das leise Geräusch zu erreichen, der Ansaugeinrichtungsdurchmesser und der Eingangs-Nabendurchmesser noch größer, und das Gewicht des Triebwerks wird erhöht.

Sodann schlug der Anmelder der vorliegenden Erfindung, um das Problem zu lösen, bereits ein „Doppelstromtriebwerk" in Patentschrift 1 vor.

Das Doppelstromtriebwerk ist mit einer Ansaugeinrichtungs-Rotorschaufel 65 der ersten Stufe zum Ansaugen von Luft und einer Rotornabe 64, welche die Ansaugeinrichtungs-Rotorschaufel der ersten Stufe drehend antreibt, versehen, wie in 3 dargestellt, und die Rotornabe weist eine spiralförmige Schaufel 66 auf, welche von einer Achse davon ausgehend in einer Radialrichtung spiralförmig zu einer äußeren Seite verläuft und die Luft von einer vorderen Fläche der Rotornabe ansaugt, um diese in die Ansaugeinrichtungs-Rotorschaufel der ersten Stufe einzuspeisen.

In diesem Fall bezeichnen die Bezugsziffern 67 und 67' einen Gehäuseinnendurchmesser, und die Bezugsziffer 68 bezeichnet einen einfließenden Luftstrom.

Gemäß der Struktur der Patentschrift 1 ist es aufgrund der Tatsache, daß die Rotornabe 64 die spiralförmige Schaufel 66 aufweist, welche von der Achse davon ausgehend in der Radialrichtung spiralförmig zu der äußeren Seite verläuft und die Luft von der vorderen Fläche der Rotornabe ansaugt, um diese in die Ansaugeinrichtungs-Rotorschaufel 65 der ersten Stufe einzuspeisen, möglich, die Luft von der vorderen Fläche der Rotornabe, welche dem Eingangs-Nabendurchmesser entspricht, anzusaugen, um die Luft zu verdichten und in die Ansaugeinrichtungs-Rotorschaufel 65 der ersten Stufe einzuspeisen.

Daher ist es aufgrund der Tatsache, daß ein vollständiger Bereich in der vorderen Seite des Triebwerks zu dem Luftzuflußbereich der Ansaugeinrichtungs-Rotorschaufel 65 der ersten Stufe wird, möglich, den Ansaugeinrichtungsdurchmesser klein zu machen, und es ist möglich, das Triebwerksgewicht zu vermindern.

Ferner ist es aufgrund der Tatsache, daß die Ansaugeinrichtungs-Rotorschaufel 65 der ersten Stufe und die spiralförmige Schaufel 66 des Doppelstromtriebwerks, welche oben erwähnt wurden, einstückig verbunden sind, möglich, die jeweiligen Schaufeloberflächen glatt zu verbinden, und es ist möglich, die Luft wirksam anzusaugen und zu verdichten. Im folgenden kann bei der Ansaugeinrichtung, bei welcher die Ansaugeinrichtungs-Rotorschaufel 65 der ersten Stufe und die spiralförmige Schaufel einstückig ausgebildet sind, die Luft von der vorderen Fläche der Rotornabe angesaugt werden, und das eigentliche Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis kann gleich 0 gesetzt werden, wobei dies als „Ansaugeinrichtung mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null" bezeichnet wird.

Patentschrift 1: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2004-27854, „TURBOFAN ENGINE"
Patentschrift 2: U.S.P. Nr. 6 764 282, „BLADE FOR TURBINE ENGINE"

Es ist notwendig, die Ansaugeinrichtungsschaufel des Doppelstromtriebwerks an einem Abschnitt um eine scheibenförmige Rotorscheibe (bzw. eine Rotornabe) anzubringen, welche durch eine Turbine drehend angetrieben wird. Demgemäß wurde herkömmlicherweise generell eine Schwalbenschwanzstruktur verwendet, bei welcher ein Schwalbenschwanzabschnitt, welcher in einer Längsrichtung verläuft, in einem Basisabschnitt der Ansaugein richtungsschaufel vorgesehen ist und der Schwalbenschwanzabschnitt an einer Schwalbenschwanznut angebracht ist, welche um die Rotorscheibe ausgebildet ist.

Bei der oben erwähnten herkömmlichen Schwalbenschwanzstruktur sind der Schwalbenschwanzabschnitt und die Schwalbenschwanznut parallel zu einer Drehachse Z-Z der Rotorscheibe vorgesehen, wodurch verhindert wird, daß eine Zentrifugalkraft, welche auf die Ansaugeinrichtungsschaufel ausgeübt wird, eine Kraftkomponente in einer Axialrichtung erzeugt. Im folgenden wird diese Struktur als „parallele Schwalbenschwanzstruktur" bezeichnet.

In dem Fall, daß eine Durchmesseränderung einer Innenseite eines torusförmigen Strömungskanals, woran die Ansaugeinrichtungsschaufel angebracht ist, groß ist, ist es, wenn die parallele Schwalbenschwanzstruktur verwendet wird, jedoch notwendig, einen Durchmesser des Schwalbenschwanzabschnitts und der Schwalbenschwanznut gleich oder kleiner als einen minimalen Durchmesser des Strömungskanals zu machen, und es besteht das Problem, daß eine Spannung, welche in dem Schwalbenschwanzabschnitt und der Schwalbenschwanznut erzeugt wird, zu groß wird.

Demgemäß wurde eine Schwalbenschwanzstruktur vorgeschlagen, bei welcher der Schwalbenschwanzabschnitt und die Schwalbenschwanznut, welche in 4 dargestellt sind, gegen die Drehachse geneigt sind (beispielsweise Patentschrift 2). In dieser Zeichnung bezeichnet die Bezugsziffer 71 eine Rotorscheibe, Bezugsziffer 73 bezeichnet eine Schaufel, Bezugsziffer 77 bezeichnet einen Schwalbenschwanz und Bezugsziffer 79 bezeichnet einen Vorsprung.

Im folgenden wird diese Struktur als „geneigte Schwalbenschwanzstruktur" bezeichnet.

In dem Fall der oben erwähnten Ansaugeinrichtung mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null besteht aufgrund der Tatsache, daß das Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis zwischen 0 und 0,35 beträgt und der Durchmesser der inneren Seite des torusförmigen Strömungskanals, woran die Ansaugeinrichtung mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null angebracht ist, null ist oder sich nahe bei null befindet, jedoch das Problem, daß die parallele Schwalbenschwanzstruktur nicht entscheidend angewandt werden kann.

Ferner ist es selbst in dem Fall, daß die geneigte Schwalbenschwanzstruktur angewandt wird, unmöglich, die Zentrifugalkraft des vorderen Seitenabschnitts (des Abschnitts, welcher der oben erwähnten spiralförmigen Schaufel entspricht) der Ansaugeinrichtung mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null durch die Rotorscheibe (bzw. die Rotornabe) aufzunehmen.

Ferner besteht in dem Fall, daß die geneigte Schwalbenschwanzstruktur auf die Ansaugeinrichtung mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null angewandt wird, aufgrund der Tatsache, daß die Kraftkomponente, welche auf die Ansaugeinrichtungsschaufel ausgeübt wird, groß ist, die Gefahr, daß die erzeugte Spannung in der Struktur, welche einen kleinen Verspreizungsbereich aufweist, wie etwa den Vorsprung, welcher in der Patentschrift 2 offenbart ist, zu groß wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung dient zum Lösen der oben erwähnten Probleme. Anders ausgedrückt, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schwalbenschwanzstruktur einer Ansaugeinrichtung zu schaffen, welche eine Ansaugeinrichtung, welche einen Eingangs-Nabendurchmesser aufweist, welcher kleiner als ein Ausgangs-Nabendurchmesser ist, sicher an einem Ab schnitt um eine Rotorscheibe, welche durch eine Turbine drehend angetrieben wird, anbringen kann und Kraftkomponenten einer Zentrifugalkraft, welche auf die Ansaugeinrichtung ausgeübt wird, welche den Eingangs-Nabendurchmesser aufweist, welcher kleiner als der Ausgangs-Nabendurchmesser ist, in einer Radialrichtung und einer Axialrichtung durch eine niedrige Spannung sicher aufnehmen kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Schwalbenschwanzstruktur einer Ansaugeinrichtung geschaffen, welche die Ansaugeinrichtung, welche einen Eingangs-Nabendurchmesser aufweist, welcher kleiner als ein Ausgangs-Nabendurchmesser ist, an einem Abschnitt um eine scheibenförmige Rotorscheibe, welche durch eine Turbine drehend angetrieben wird, anbringt,
wobei die Rotorscheibe eine Vielzahl von Schwalbenschwanznuten aufweist, welche in einem festen Winkel zu einer Achse einer Drehachse von einer Vorderkante zu einer Hinterkante davon verlaufen und in einer Umfangsrichtung in einem festen Winkel in Abstand angeordnet sind, und
wobei die Ansaugeinrichtung einen Schwalbenschwanzabschnitt, welcher in dem gleichen Winkel wie ein Winkel der Schwalbenschwanznut verläuft und geeignet ist, an der Schwalbenschwanznut angebracht zu werden, in einem inneren Ende davon aufweist.

Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Ansaugeinrichtung durch eine Ansaugeinrichtung mit einem Nabenverhältnis von null ausgebildet, welche in der Lage ist, Luft nahe bei einem Drehungsmittelpunkt anzusaugen, und bei welcher ein eigentlicher Eingangsdurchmesser null beträgt bzw. sich nahe bei null befindet und ein Naben-Schaufelspitzenverhältnis zwischen 0 und 0,35 beträgt.

Ferner ist der Schwalbenschwanzabschnitt der Ansaugeinrichtung durch einen Haupt-Schwalbenschwanzabschnitt, welcher von einem Zwischenabschnitt zu der Hinterkante verläuft und geeignet ist, an der Schwalbenschwanznut angebracht zu werden, und einen Neben-Schwalbenschwanzabschnitt, welcher von der Vorderkante zu dem Zwischenabschnitt verläuft, ausgebildet, und
ein Nabenkonus, welcher geeignet ist, an der Rotorscheibe befestigt zu werden, ist in einer vorderen Seite der Ansaugeinrichtung vorgesehen, und der Nabenkonus weist eine Vielzahl von Neben-Schwalbenschwanznuten auf, welche an einer Vielzahl von Neben-Schwalbenschwanzabschnitten in einem inneren Umfangsabschnitt davon angebracht sind.

Ferner ist die Struktur vorzugsweise derart hergestellt, daß der Haupt-Schwalbenschwanzabschnitt einen verjüngten Seitenabschnitt aufweist, welcher eine feste Neigung aufweist, wobei eine Breite in einer Umfangsrichtung in einer hinteren Seite schmaler als in einer vorderen Seite ist, und
die Schwalbenschwanznut einen verjüngten Nutseitenabschnitt aufweist, welcher an dem verjüngten Seitenabschnitt des Haupt-Schwalbenschwanzabschnitts angebracht ist.

Ferner ist die Struktur vorzugsweise derart hergestellt, daß der Haupt-Schwalbenschwanzabschnitt einen verjüngten Bodenabschnitt aufweist, welcher eine feste Neigung aufweist, wobei eine Bodenfläche in einer Radialrichtung in einer Hinterseite flacher als in einer Vorderseite ist, und
die Schwalbenschwanznut einen verjüngten Nutbodenabschnitt aufweist, welcher an dem verjüngten Seitenabschnitt des Haupt-Schwalbenschwanzabschnitts angebracht ist.

Ferner ist die Struktur vorzugsweise derart hergestellt, daß ein Plattformabschnitt, welcher eine innere Umfangsfläche eines Luftströmungskanals der Ansaugeinrichtung bildet, einen verjüngten Seitenabschnitt aufweist, welcher eine feste Neigung aufweist, wobei eine Breite in einer Umfangsrichtung in einer hinteren Seite schmaler als in einer vorderen Seite ist,
wobei die Rotorscheibe einen verjüngten Vorsprungsabschnitt aufweist, welcher an dem verjüngten Seitenabschnitt angebracht ist.

Ferner ist die Struktur vorzugsweise derart hergestellt, daß der Schwalbenschwanzabschnitt der Ansaugeinrichtung eine vertikale hintere Fläche, welche lotrecht zu der Schwalbenschwanznut verläuft, in einem hinteren Ende davon aufweist,
wobei die Schwalbenschwanzstruktur eine hintere Halterung aufweist, welche an einer hinteren Endfläche der Rotorscheibe befestigt und dicht an der vertikalen hinteren Fläche angebracht ist, um zu verhindern, daß sich die vertikale hintere Fläche nach hinten bewegt.

Gemäß der oben erwähnten Struktur der vorliegenden Erfindung ist es aufgrund der Tatsache, daß die Rotorscheibe die Schwalbenschwanznut aufweist, welche in dem festen Winkel zu der Achse der Drehachse von der Vorderkante zu der Hinterkante verläuft, und die Ansaugeinrichtung, welche den Eingangs-Nabendurchmesser aufweist, welcher kleiner als der Ausgangs-Nabendurchmesser ist, den Schwalbenschwanzabschnitt aufweist, welcher in dem gleichen Winkel wie der Winkel der Schwalbenschwanznut verläuft und geeignet ist, an der Schwalbenschwanznut angebracht zu werden, möglich, die Ansaugeinrichtung sicher an dem Abschnitt um die Rotorscheibe anzubringen, und es ist möglich, die Zentrifugalkraft, welche auf die Ansaugeinrichtung ausgeübt wird, über den Schwalbenschwanzab schnitt und die Schwalbenschwanznut sicher auf die Rotorscheibe zu übertragen.

Ferner ist es aufgrund der Tatsache, daß der Schwalbenschwanzabschnitt und die Schwalbenschwanznut in dem festen Winkel zu der Achse der Drehachse verlaufen, selbst in dem Fall eines Anbringens der Ansaugeinrichtung, welche den Eingangs-Nabendurchmesser, welcher kleiner als der Ausgangs-Nabendurchmesser ist, aufweist, möglich, eine ausreichend lange Schwalbenschwanznut einzurichten, und es ist möglich, die Spannung, welche in dem Schwalbenschwanzabschnitt und der Schwalbenschwanznut erzeugt wird, zu vermindern.

Ferner ist es auf der Basis der Struktur, bei welcher der Schwalbenschwanzabschnitt der Ansaugeinrichtung durch den Haupt-Schwalbenschwanzabschnitt und den Neben-Schwalbenschwanzabschnitt gebildet wird, der Nabenkonus, welcher geeignet ist, an der Rotorscheibe befestigt zu werden, in der vorderen Seite der Ansaugeinrichtung vorgesehen ist und der Neben-Schwalbenschwanzabschnitt durch die Neben-Schwalbenschwanznut des Nabenkonus gelagert wird, möglich, die Zentrifugalkraft, welche auf den Abschnitt ausgeübt wird, welcher den kleinen Nabendurchmesser der Ansaugeinrichtung aufweist, wobei der Eingangs-Nabendurchmesser kleiner als der Ausgangs-Nabendurchmesser ist, sicher aufzunehmen, um diese sicher auf die Rotorscheibe zu übertragen.

Ferner ist es aufgrund der Tatsache, daß die verjüngte Aufnahmefläche, welche der Schwalbenschwanznut der Rotorscheibe entspricht, durch Festlegen der Breite in der Umfangsrichtung des Haupt-Schwalbenschwanzabschnitts, der Bodenfläche in der Radialrichtung des Haupt-Schwalbenschwanzabschnitts oder der Breite in der Umfangsrichtung des Plattformabschnitts auf die verjüngte Gestalt, welche die feste Neigung aufweist, vorgesehen ist, möglich, die Kraftkomponente der Zentrifugal kraft, welche auf die Ansaugeinrichtung ausgeübt wird, welche den Eingangs-Nabendurchmesser aufweist, welcher kleiner als der Ausgangs-Nabendurchmesser ist, entlang der Schwalbenschwanznut durch die niedrige Spannung, welche durch den breiten Bereich bewirkt wird, sicher aufzunehmen.

Ferner ist es auf der Basis der Struktur, bei welcher die vertikale hintere Fläche, welche lotrecht zu der Schwalbenschwanznut verläuft, in dem hinteren Ende des Schwalbenschwanzabschnitts der Ansaugeinrichtung vorgesehen ist und die hintere Halterung, welche an der hinteren Endfläche der Rotorscheibe befestigt ist, dicht an der vertikalen hinteren Fläche davon angebracht ist, möglich, eine innere Spannung, welche in der hinteren Halterung erzeugt wird, zu vermindern.
Die weiteren Aufgaben und vorteilhaften Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter Verweis auf die beigefügte Zeichnung ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Doppelstromtriebwerks;
2 ist eine Erläuterungsansicht eines Naben-Schaufelspitzen-Verhältnisses;
3 ist eine schematische Ansicht eines „Doppelstromtriebwerks" gemäß Patentschrift 1;
4 ist eine schematische Ansicht einer „geneigten Schwalbenschwanzstruktur" gemäß Patentschrift 2;
5 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer Ansaugeinrichtung, welche mit einer erfindungsgemäßen Schwalbenschwanzstruktur versehen ist;
6 ist eine Querschnittsansicht gemäß einer Linie A-A in 5;
7 ist eine Querschnittsansicht gemäß einer Linie B-B in 5;
8 ist eine Querschnittsansicht gemäß einer Linie C-C in 5;
die 9A, 9B und 9C sind schematische Ansichten eines Haupt-Schwalbenschwanzabschnitts; und
10 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Ansaugeinrichtung und eine Rotorscheibe in einer getrennten Weise darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachfolgend wird eine Beschreibung eines vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels unter Verweis auf die beigefügte Zeichnung angegeben. In diesem Fall sind in jeder der Zeichnungen die gleichen Bezugsziffern einem gemeinsamen Abschnitt zugeordnet, und eine überlappende Beschreibung wird weggelassen.
10 ist eine schematische Ansicht, welche eine Ansaugeinrichtung und eine Rotorscheibe in einer getrennten Weise darstellt, und stellt eine Anbringungsstruktur schematisch dar.
Eine erfindungsgemäße Schwalbenschwanzstruktur ist derart strukturiert, daß ein Schwalbenschwanzabschnitt einer Ansaugeinrichtung 20 an einer Schwalbenschwanznut angebracht wird, welche um eine Rotorscheibe 10 vorgesehen ist, welche durch eine Turbine (nicht dargestellt) drehend angetrieben wird.
5 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer Ansaugeinrichtung, welche mit einer erfindungsgemäßen Schwalbenschwanzstruktur versehen ist, und stellt lediglich eine obere Seite einer Achse 1 einer Drehwelle dar.
Ferner ist 6 eine Querschnittsansicht gemäß einer Linie A-A in 5, 7 ist eine Querschnittsansicht gemäß einer Linie B-B in 5, und 8 ist eine Querschnittsansicht gemäß einer Linie C-C in 5.
Ferner ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Ansaugeinrichtung 20 durch eine Ansaugeinrichtung mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null ausgebildet, welche Luft nahe bei einem Drehmittelpunkt ansaugen kann und bei welcher ein eigentlicher Eingangs-Nabendurchmesser null beträgt bzw. sich nahe bei null befindet und ein Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis zwischen 0 und 0,35 beträgt.
In diesem Fall bezeichnet Bezugsziffer 1 in 5 eine Achse einer Drehwelle einer Rotorscheibe 10 und der Ansaugeinrichtung 20 mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null, Bezugsziffer 2 bezeichnet einen Luftströmungskanal, Bezugsziffer 3 bezeichnet eine innere Umfangsfläche des Luftströmungskanals, Bezugsziffer 4 bezeichnet ein Lager, welches die Rotorscheibe 10 drehbar lagert, und Bezugsziffer 5 bezeichnet einen Strom einfließender Luft.
Die Ansaugeinrichtung 20 mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null ist derart ausgebildet, daß eine Ansau geinrichtungs-Rotorschaufel 20a der ersten Stufe zum Ansaugen der Luft und eine spiralförmige Schaufel 20b, welche die Luft von dem Abschnitt nahe bei dem Drehungsmittelpunkt ansaugt, um diese zu verdichten und in die Ansaugeinrichtungs-Rotorschaufel der ersten Stufe einzuspeisen, einstückig verbunden sind und jeweilige Schaufeloberflächen glatt verbunden sind. In diesem Fall beträgt das eigentliche Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis der Ansaugeinrichtung 20 mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null nicht 0, kann jedoch gleich 0 gesetzt werden.
In den 5 und 6 weist die Rotorscheibe 10 eine Vielzahl (beispielsweise zwölf bei diesem Ausführungsbeispiel) von Schwalbenschwanznuten 12 auf, welche in einem Abstand eines festen Winkels (beispielsweise 30 Grad bei diesem Ausführungsbeispiel) in einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Ferner verläuft die Schwalbenschwanznut 12 in einem festen Winkel θ₁ zu der Achse 1 der Drehwelle von einer Vorderkante 10a der Rotorscheibe 10 zu einer Hinterkante 10b.
Der feste Winkel θ₁ entspricht einem Winkel, bei welchem eine vordere Seite nahe bei der Achse 1 angeordnet ist und eine hintere Seite in Entfernung von der Achse 1 angeordnet ist, und entspricht vorzugsweise einem Winkel entlang der inneren Umfangsfläche 3 des Luftströmungskanals 2. In diesem Fall beträgt der Winkel θ₁ bei diesem Ausführungsbeispiel etwa 30 Grad.
Die Ansaugeinrichtung 20 mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null weist einen Schwalbenschwanzabschnitt 22 in einem inneren Ende davon auf. Der Schwalbenschwanzabschnitt 22 verläuft in dem gleichen Winkel θ₁ wie der Winkel der Schwalbenschwanznut 12 der Rotorscheibe 10 und ist derart strukturiert, daß dieser geeignet ist, an der Schwalbenschwanznut 12 angebracht zu werden.
In 5 ist der Schwalbenschwanzabschnitt 22 der Ansaugeinrichtung 20 mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null durch einen Haupt-Schwalbenschwanzabschnitt 22a, welcher von dem Zwischenabschnitt zu der Hinterkante verläuft und geeignet ist, direkt an der Schwalbenschwanznut 12 angebracht zu werden, und einen Neben-Schwalbenschwanzabschnitt 22b, welcher von der Vorderkante zu dem Zwischenabschnitt verläuft, ausgebildet. Es ist vorteilhaft, daß der Haupt-Schwalbenschwanzabschnitt 22a bei einer Position vorgesehen ist, welche der Ansaugeinrichtungs-Rotorschaufel 20a der ersten Stufe entspricht, und der Neben-Schwalbenschwanzabschnitt 22b bei einer Position vorgesehen ist, welche der spiralförmigen Schaufel 20b entspricht.
Der Winkel θ₂ des Schwalbenschwanzabschnitts 22b zu der Achse 1 der Drehwelle verläuft vorzugsweise in dem gleichen Winkel θ₁ wie der des Haupt-Schwalbenschwanzabschnitts 22a.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern der Winkel θ₂ kann auf einen Winkel festgelegt werden, welcher von dem Winkel θ₁ verschieden ist. Ferner ist der Winkel θ₂ des Neben-Schwalbenschwanzabschnitts 22b nicht wesentlich, sondern kann derart strukturiert sein, daß dieser parallel zu der Achse 1 der Drehwelle verläuft.
In 5 ist die erfindungsgemäße Schwalbenschwanzstruktur ferner mit einem Nabenkonus 30, welcher durch eine Verbindungshalterung 15 an der Rotorscheibe 10 befestigt werden kann, in einer vorderen Seite (einer linken Seite in der Zeichnung) der Ansaugeinrichtung 20 mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null versehen.
Der Nabenkonus 30 weist eine Vielzahl (beispielsweise zwölf bei diesem Ausführungsbeispiel) von Neben- Schwalbenschwanznuten 32 auf, welche an einer Vielzahl von Schwalbenschwanzabschnitten 22b in einem inneren Umfangsabschnitt davon angebracht sind. Die Neben-Schwalbenschwanznuten 32 sind bei Positionen in einer Umfangsrichtung in Übereinstimmung mit den Schwalbenschwanznuten 12 derart vorgesehen, daß diese in einem Abstand eines festen Winkels (beispielsweise 30 Grad bei diesem Ausführungsbeispiel) angeordnet sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Nabenkonus 30 ferner einen Konuskopf 36 auf, welcher durch eine Verbindungshalterung 35 an einem vorderen Ende davon angebracht ist.
In dem Fall der Ansaugeinrichtung 20 mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null, bei welcher der wesentliche Eingangsdurchmesser null beträgt bzw. sich nahe bei null befindet, wird ein Strömungskanaldurchmesser der inneren Umfangsfläche 3 des Luftströmungskanals 2 von null bzw. einem kleinen Durchmesser nahe bei null stark zu einem großen Durchmesser, welcher das Dreifache davon oder mehr (etwa das Dreifache bei diesem Ausführungsbeispiel) erreicht, geändert. Demgemäß wird ein Durchmesser eines Montageabschnitts des Neben-Schwalbenschwanzabschnitts 22b gleich oder kleiner als ein Drittel des maximalen Durchmessers des Montageabschnitts des Haupt-Schwalbenschwanzabschnitts 22a.
Ferner entspricht die Zentrifugalkraft, welche auf den Neben-Schwalbenschwanzabschnitt 22b ausgeübt wird, einer Zentrifugalkraft, welche auf die spiralförmige Schaufel 20b ausgeübt wird, welche in einer äußeren Seite davon angeordnet ist, und ist in Vergleich mit einer Zentrifugalkraft der Ansaugeinrichtungs-Rotorschaufel 20a der ersten Stufe, welche auf den Haupt-Schwalbenschwanzabschnitt 22a ausgeübt wird, klein.
Demgemäß ist es vorteilhaft, daß eine Größe des Neben-Schwalbenschwanzabschnitts 22b derart festgelegt wird, daß diese in ausreichendem Maß kleiner als eine Größe des Haupt-Schwalbenschwanzabschnitts 22a ist.
Gemäß der oben erwähnten Struktur ist es aufgrund der Tatsache, daß die Rotorscheibe 10 die Schwalbenschwanznut 12 aufweist, welche in dem festen Winkel θ₁ zu der Achse 1 der Drehwelle von der Vorderkante 10 zu der Hinterkante 10b verläuft, und die Ansaugeinrichtung 20 mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null den Schwalbenschwanzabschnitt 22 (den Haupt-Schwalbenschwanzabschnitt 22a) aufweist, welcher in dem gleichen Winkel θ₁ wie der Winkel der Schwalbenschwanznut 12 verläuft und geeignet ist, an der Schwalbenschwanznut angebracht zu werden, möglich, die Ansaugeinrichtung 20 mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null sicher an dem Abschnitt um die Rotorscheibe 10 anzubringen, und es ist möglich, die Zentrifugalkraft, welche auf die Ansaugeinrichtung 20 mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null ausgeübt wird, über den Schwalbenschwanzabschnitt (den Haupt-Schwalbenschwanzabschnitt 22a) und die Schwalbenschwanznut 12 sicher auf die Rotorscheibe 10 zu übertragen.
Ferner ist es aufgrund der Tatsache, daß der Schwalbenschwanzabschnitt 22 und die Schwalbenschwanznut 12 in einem festen Winkel zu der Achse 1 der Drehwelle verlaufen, möglich, die ausreichend lange Schwalbenschwanznut 12 selbst in dem Fall eines Anbringens der Ansaugeinrichtung mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null, wobei der wesentliche Eingangs-Nabendurchmesser null beträgt bzw. sich nahe bei null befindet, einzurichten, und es ist möglich, die Spannung, welche in dem Schwalbenschwanzabschnitt und der Schwalbenschwanznut erzeugt wird, auf einen ausreichend kleinen Wert zu vermindern.
Ferner ist es gemäß der Struktur, bei welcher der Schwalbenschwanzabschnitt 22 der Ansaugeinrichtung 20 mit einem Na ben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null durch den Haupt-Schwalbenschwanzabschnitt 22a und den Neben-Schwalbenschwanzabschnitt 22b ausgebildet ist, der Nabenkonus 30, welcher geeignet ist, an der Rotorscheibe 10 angebracht zu werden, in der vorderen Seite der Ansaugeinrichtung 20 mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null vorgesehen ist und der Neben-Schwalbenschwanzabschnitt 22b durch die Neben-Schwalbenschwanznut 32 des Nabenkonus gelagert wird, möglich, die Zentrifugalkraft, welche auf den Abschnitt ausgeübt wird, bei welchem der Nabendurchmesser der Ansaugeinrichtung 20 mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null null beträgt bzw. sich nahe bei null befindet, über den Nabenkonus 30 aufzunehmen, um diese sicher auf die Rotorscheibe 10 zu übertragen.
In 5 weist der Schwalbenschwanzabschnitt 22 (bei diesem Ausführungsbeispiel der Haupt-Schwalbenschwanzabschnitt 22a) der Ansaugeinrichtung 20 mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null bei der erfindungsgemäßen Schwalbenschwanzstruktur ferner eine vertikale hintere Fläche 23, welche lotrecht zu der Schwalbenschwanznut 12 verläuft, in einem hinteren Ende davon auf.
Ferner weist die erfindungsgemäße Schwalbenschwanzstruktur eine hintere Halterung 16 auf, welche durch eine Verbindungshalterung (beispielsweise eine Schraube und eine Mutter) (nicht dargestellt) an einer hinteren Endfläche (einer Hinterkante 10b) der Rotorscheibe 10 befestigt ist.
Ein Abschnitt der hinteren Halterung 16 ist entlang der vertikalen hinteren Fläche 23 gebogen, und eine vordere Fläche davon ist dicht an der vertikalen hinteren Fläche angebracht, um zu verhindern, daß sich der Haupt-Schwalbenschwanzabschnitt 22a nach hinten bewegt.
Gemäß dieser Struktur ist es im Vergleich mit dem Fall, daß die hintere Fläche des Haupt-Schwalbenschwanzabschnitts 22a auf die Fläche festgelegt wird, welche lotrecht zu der Achse 1 der Drehwelle verläuft, möglich, einen Flächendruck einer Kontaktfläche im wesentlichen konstant zu machen, und es ist möglich, die innere Spannung, welche in der hinteren Halterung erzeugt wird, zu vermindern.
9A ist eine seitliche Draufsicht des Haupt-Schwalbenschwanzabschnitts, 9B ist eine Ansicht gemäß einem Pfeil B-B von 9A und 9C ist eine Querschnittsansicht gemäß einer Linie C-C.
In den 6, 7, 9A, 9B und 9C weist der Haupt-Schwalbenschwanzabschnitt 22a einen verjüngten Seitenabschnitt 24a auf, welcher eine feste Neigung aufweist, wobei eine Breite B in einer Umfangsrichtung in einer hinteren Seite (6) schmaler als in einer vorderen Seite (7) ist. Ferner weist die Schwalbenschwanznut 12 einen verjüngten Nutseitenabschnitt 12a auf, welcher an dem verjüngten Seitenabschnitt 24a des Haupt-Schwalbenschwanzabschnitts 22a angebracht ist.
Gemäß dieser Struktur ist es aufgrund der Tatsache, daß sich der verjüngte Seitenabschnitt 24a und der verjüngte Nutseitenabschnitt 12a an einem keilförmigen breiten Bereich in Kontakt befinden und eine Kraftkomponente F der Zentrifugalkraft, welche auf die Ansaugeinrichtung 20 mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null ausgeübt wird, entlang der Schwalbenschwanznut 12 in eine Kompressionskraft in der Umfangsrichtung der Rotorscheibe 10 überführt wird, möglich, die Kraftkomponente F der Zentrifugalkraft durch eine niedrige Spannung durch den breiten Bereich sicher aufzunehmen.
Ferner weist der Haupt-Schwalbenschwanzabschnitt 22a in den 6, 7, 9A, 9B und 9C einen verjüngten Bodenab schnitt 24b auf, welcher eine feste Neigung aufweist, wobei eine Bodenfläche (eine Tiefe H) in einer Radialrichtung in der hinteren Seite (6) flacher als in der vorderen Seite (7) ist. Ferner weist die Schwalbenschwanznut 12 einen verjüngten Nutbodenabschnitt 12b auf, welcher an dem verjüngten Bodenabschnitt 24b des Haupt-Schwalbenschwanzabschnitts 22a angebracht ist.
Gemäß dieser Struktur ist es aufgrund der Tatsache, daß sich der verjüngte Bodenabschnitt 24b und der verjüngte Nutbodenabschnitt 12b an dem keilförmigen breiten Bereich in Kontakt befinden und die Kraftkomponente F der Zentrifugalkraft, welche auf die Ansaugeinrichtung 20 mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null ausgeübt wird, entlang der Schwalbenschwanznut 12 in die Kraft in der Radialrichtung der Rotorscheibe 10 überführt wird, möglich, die Kraftkomponente F der Zentrifugalkraft durch die niedrige Spannung, welche durch den breiten Bereich bewirkt wird, sicher aufzunehmen.
Ferner weist in den 6 und 7 ein Plattformabschnitt 26, welcher die innere Umfangsfläche 3 des Luftströmungskanals 2 der Ansaugeinrichtung 20 mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null bildet, einen verjüngten Seitenabschnitt 26a auf, welcher eine feste Neigung aufweist, wobei eine Breite L in einer Umfangsrichtung in der hinteren Seite (6) schmaler als in der vorderen Seite (7) ist. Ferner weist die Rotorscheibe 10 einen verjüngten Vorsprungsabschnitt 11 auf, welcher an dem verjüngten Seitenabschnitt 26a angebracht ist. Es ist vorteilhaft, daß der verjüngte Vorsprungsabschnitt 11 einstückig mit der Rotorscheibe 10 ausgebildet ist.
Gemäß dieser Struktur ist es aufgrund der Tatsache, daß sich der verjüngte Seitenabschnitt 26a und der verjüngte Vorsprungsabschnitt 11 an dem keilförmigen breiten Bereich in Kontakt befinden und die Kraftkomponente F der Zentrifugal kraft, welche auf die Ansaugeinrichtung 20 mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null ausgeübt wird, entlang der Schwalbenschwanznut 12 in die Kompressionskraft in der Umfangsrichtung der Rotorscheibe 10 überführt wird, möglich, die Kraftkomponente F der Zentrifugalkraft durch die niedrige Spannung, welche durch den breiten Bereich bewirkt wird, sicher aufzunehmen.
In diesem Fall sind sämtliche Elemente aus der Gruppe der vertikalen hinteren Fläche 23 und der hinteren Halterung 16, des verjüngten Seitenabschnitts 24a und des verjüngten Nutseitenabschnitts 12a, des verjüngten Bodenabschnitts 24b und des verjüngten Nutbodenabschnitts 12b sowie des verjüngten Seitenabschnitts 26a und des verjüngten Vorsprungsabschnitts 11 nicht wesentlich, doch ist es möglich, die Kraftkomponente F der Zentrifugalkraft durch die niedrige Spannung, welche durch den breiten Bereich bewirkt wird, auf der Basis einer beliebigen Hilfseinrichtung bzw. einer Kombination mehrerer sicher aufzunehmen.
In diesem Fall ist die vorliegende Erfindung selbstverständlich nicht auf das oben erwähnte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann in einem Bereich innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung vielfältig abgewandelt werden.

Claims

Schwalbenschwanzstruktur einer Ansaugeinrichtung, welche die Ansaugeinrichtung, welche einen Eingangs-Nabendurchmesser aufweist, welcher kleiner als ein Ausgangs-Nabendurchmesser ist, an einem Abschnitt um eine scheibenförmige Rotorscheibe anbringt, welche durch eine Turbine drehend angetrieben wird, wobei die Rotorscheibe eine Vielzahl von Schwalbenschwanznuten aufweist, welche in einem festen Winkel zu einer Achse einer Drehachse von einer Vorderkante zu einer Hinterkante davon verlaufen und in einer Umfangsrichtung in einem festen Winkel in Abstand angeordnet sind, und wobei die Ansaugeinrichtung einen Schwalbenschwanzabschnitt aufweist, welcher in dem gleichen Winkel wie ein Winkel der Schwalbenschwanznut verläuft und geeignet ist, an der Schwalbenschwanznut in einem inneren Ende davon angebracht zu werden.
Schwalbenschwanzstruktur der Ansaugeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ansaugeinrichtung durch eine Ansaugeinrichtung mit einem Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis von null ausgebildet ist, welche in der Lage ist, Luft nahe bei einem Drehungsmittelpunkt anzusaugen, und bei welcher ein wesentlicher Eingangs-Nabendurchmesser null beträgt bzw. sich nahe bei null befindet und ein Naben-Schaufelspitzen-Verhältnis zwischen 0 und 0,35 beträgt.
Schwalbenschwanzstruktur der Ansaugeinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schwalbenschwanzabschnitt der Ansaugeinrichtung durch einen Haupt-Schwalbenschwanzabschnitt, welcher von einem Zwischenabschnitt zu der Hinterkante verläuft und geeignet ist, an der Schwalbenschwanznut angebracht zu werden, und einen Neben-Schwalbenschwanzabschnitt, welcher von der Vorderkante zu dem Zwischenabschnitt verläuft, ausgebildet ist, und ein Nabenkonus, welcher geeignet ist, an der Rotorscheibe angebracht zu werden, in einer vorderen Seite der Ansaugeinrichtung vorgesehen ist und der Nabenkonus eine Vielzahl von Neben-Schwalbenschwanznuten aufweist, welche an einer Vielzahl von Neben-Schwalbenschwanzabschnitten in einem inneren Umfangsabschnitt davon angebracht sind.
Schwalbenschwanzstruktur der Ansaugeinrichtung nach Anspruch 3, wobei der Haupt-Schwalbenschwanzabschnitt einen verjüngten Seitenabschnitt aufweist, welcher eine feste Neigung aufweist, wobei eine Breite in einer Umfangsrichtung in einer hinteren Seite schmaler als in einer vorderen Seite ist, und die Schwalbenschwanznut einen verjüngten Nutseitenabschnitt aufweist, welcher an dem verjüngten Seitenabschnitt des Haupt-Schwalbenschwanzabschnitts angebracht ist.
Schwalbenschwanzstruktur der Ansaugeinrichtung nach Anspruch 3, wobei der Haupt-Schwalbenschwanzabschnitt einen verjüngten Bodenabschnitt aufweist, welcher eine feste Neigung aufweist, wobei eine Bodenfläche in einer Radialrichtung in einer hinteren Seite flacher als in einer vorderen Seite ist, und die Schwalbenschwanznut einen verjüngten Nutbodenabschnitt aufweist, welcher an dem verjüngten Seitenabschnitt des Haupt-Schwalbenschwanzabschnitts angebracht ist.
Schwalbenschwanzstruktur der Ansaugeinrichtung nach Anspruch 3, wobei ein Plattformabschnitt, welcher eine innere Umfangsfläche eines Luftströmungskanals der Ansaugeinrichtung bildet, einen verjüngten Seitenabschnitt aufweist, welcher eine feste Neigung aufweist, wobei eine Breite in einer Umfangsrichtung in einer hinteren Seite schmaler als in einer vorderen Seite ist, wobei die Rotorscheibe einen verjüngten Vorsprungsabschnitt aufweist, welcher an dem verjüngten Seitenabschnitt angebracht ist.
Schwalbenschwanzstruktur der Ansaugeinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schwalbenschwanzabschnitt der Ansaugeinrichtung eine vertikale hintere Fläche, welche lotrecht zu der Schwalbenschwanznut verläuft, in einem hinteren Ende davon aufweist, wobei die Schwalbenschwanzstruktur eine hintere Halterung aufweist, welche an einer hinteren Endfläche der Rotorscheibe befestigt und dicht an der vertikalen hinteren Fläche angebracht ist, um zu verhindern, daß sich die vertikale hintere Fläche nach hinten bewegt.