JP2003314205A

JP2003314205A - タービンディスクからのタービン翼抜け防止構造

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Publication number: JP2003314205A
Application number: JP2002122087A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Yanagiya; 信孝柳谷
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2003-11-06

Abstract

(57)【要約】【課題】シール部品の先端部がストッパーと半径方向
に強く当たる場合でも、ストッパーおよびタービンディ
スクに発生する応力を低く抑えることができ、これによ
り、ストッパーおよびタービンディスクの損傷を防止す
ることができるタービン翼の抜け防止構造を提供する。【解決手段】植込溝８ａと引掛け部８ｂを有するター
ビンディスク８と、引掛け部の内面と嵌合して一体化す
るリング状のストッパー１２と、タービンディスクとス
トッパーの間をシールするリング状のワイヤシール１３
と、ストッパーを軸方向に把持して位置決めするシール
部品１５とを備える。シール部品１５が、ストッパー１
２と半径方向に当接する半径方向当接位置Ｘを有し、こ
の軸方向位置が引掛け部８ｂの内面とほぼ同一位置に設
定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、航空機用ジェットエン
ジンのタービンディスクからのタービン翼抜け防止構造
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２はターボジェットエンジンの模式的
構成図であり、空気取入口１、圧縮機２、燃焼器３、ガ
スタービン４、アフターバーナ５、ジェットノズル６、
等を備えている。かかるターボジェットエンジンでは、
空気を空気取入口１から導入し、圧縮機２でこの空気を
圧縮し、燃焼器３内で燃料を燃焼させて高温の燃焼ガス
を発生させ、発生した燃焼ガスでガスタービン４を駆動
し、このガスタービン４で圧縮機２を駆動し、アフター
バーナ５でタービンを出た排ガスにより燃料を再度燃焼
させ、高温の燃焼排ガスをジェットノズル６で膨張させ
て後方に噴出し、推力を発生するようになっている。こ
の構成は、ターボジェットエンジン以外のジェットエン
ジンでも同様である。

【０００３】図３は、図２のガスタービン４の部分拡大
断面図である。この図に示すように、ジェットエンジン
のガスタービンは、軸７と共に回転する動翼列４ａと、
その前後に位置する静翼列４ｂとからなり、燃焼器３で
発生した燃焼ガス（主流ガス９ａ）の流れ方向を静翼列
４ｂで動翼列に適した方向に向け、この燃焼ガスで動翼
列４ａを回転駆動する。また、冷却空気９ｂ（パージエ
ア）がタービンディスク８と動翼列４ａの隙間を介して
各動翼内に流入し、タービンディスク８と動翼を冷却す
るようになっている。なお、この図では、１組の動翼列
４ａとその前後に位置する２組の静翼列４ｂを示してい
るが、通常最上段を含めて２組以上の静翼列を備える。
最上段の静翼列は、単にノズルと呼ぶ場合もある。更
に、上流側の高圧タービンと下流側の低圧タービンを備
え、それぞれ別個に動翼列と静翼列を有する場合もあ
る。

【０００４】図４（Ａ）は、図３のＡ部拡大図、図４
（Ｂ）はＢ−Ｂ矢視図、図４（Ｃ）は（Ａ）の分解図で
ある。これらの図に示すように、動翼列４ａを構成する
タービン翼１０は、その取付け部分に植込部１０ａを有
し、タービンディスク８はその周囲に植込部１０ａが軸
方向（この図で左右）に嵌合する植込溝８ａを有する。
植込溝８ａに植込部１０ａを挿入するとその間に空間１
１が形成され、この空間を通して冷却空気９ｂが各ター
ビン翼１０に流入するようになっている。また、タービ
ンディスク８は、軸方向（図で左側）に突出した引掛け
部８ｂを有し、この内面とストッパー１２が締り嵌め等
で強固に嵌合して一体化し、植込部１０ａの抜け出しを
防止している。さらに、タービンディスク８とストッパ
ー１２の間には、リング状のワイヤシール１３が把持さ
れ、冷却空気９ｂがこの隙間から漏れるのを防止してい
る。なおこの図で、１４は後部シール部品、１５は前部
シール部品であり、共に軸７と共に回転し、その間でタ
ービンディスク８及びストッパー１２を軸方向に位置決
めしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、ター
ビンディスク８に設けられた植込溝８ａにはストッパー
と呼ぶタービン翼の植込部１０ａを覆う部品１２が設置
され、さらに前部シール部品１５でストッパー１２をエ
ンジン軸方向に押し付けることでタービン翼が軸方向に
抜けることを防止している。また、前部シール部品１５
がストッパー１２から外れることがないように、前部シ
ール部品１５の先端部１５ａを後端面と外周面が平らな
矩形断面形状にし、この後端面と外周面をストッパー１
２と軸方向および半径方向に接触させている。

【０００６】タービンディスク８は、動翼列４ａの遠心
力により外方に伸びると共に運転時の昇温により熱膨張
する。また、その伸び量はエンジンの運転状態（回転速
度、温度等）により変化し、前部シール部品１５の先端
部１５ａの外周面とストッパー１２とは組み立て時には
隙間があるが、運転中には例えば減速時等に隙間は無く
なり、前部シール部品１５の先端部１５ａがストッパー
１２と半径方向に当たる状態となる。

【０００７】この先端部１５ａの外面とストッパー１２
との間の半径方向力Ｆは、遠心力及び熱膨張に起因する
ため相当に大きい。また、タービンディスク８の植込溝
８ａとタービン翼の植込部１０ａは、高温に曝されて高
速回転するため、許容応力が低く限界に近い状態にあ
る。更に、前部シール部品１５も冷却空気９ｂのための
空間１１の確保、タービンディスク８の引掛け部８ｂと
の締り嵌め、等のため、同様に限界に近い厳しい状態に
ある。そのため、この状態において、半径方向力Ｆの作
用点がタービンディスク８の引掛け部８ｂの位置から軸
方向に離れているため、ストッパー１２およびタービン
ディスクの引掛け部８ｂに図で時計方向のモーメントＭ
が働くことになり、ストッパーおよびタービンディスク
にモーメントＭに起因する応力が付加され、これらの応
力を許容値内に収める形状を設計するため、検討時間を
非常に要していた。

【０００８】本発明は、かかる問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、シ
ール部品の先端部がストッパー１２と半径方向に強く当
たる場合でも、ストッパーおよびタービンディスクに発
生する応力を低く抑えることができるタービン翼の抜け
防止構造を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、タービ
ン翼の植込部（１０ａ）が軸方向に嵌合する植込溝（８
ａ）と軸方向に突出した引掛け部（８ｂ）を有するター
ビンディスク（８）と、該タービンディスクの引掛け部
の内面と嵌合して一体化する全体がリング状のストッパ
ー（１２）と、タービンディスクとストッパーの間に把
持されその間を気密にシールするリング状のワイヤシー
ル（１３）と、ストッパーを軸方向に把持して位置決め
するシール部品（１５）とを備え、前記シール部品（１
５）は、ストッパー（１２）と半径方向に当接する半径
方向当接位置Ｘを有し、該半径方向当接位置Ｘの軸方向
位置が前記引掛け部の内面とほぼ同一位置に設定されて
いる、ことを特徴とするタービンディスクからのタービ
ン翼抜け防止構造が提供される。

【００１０】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
シール部品（１５）は、断面がＬ字状の先端部（１６）
を有し、該Ｌ字状先端部は、半径方向外方に延びストッ
パー（１２）と軸方向に当接する円板部（１６ａ）と、
軸方向に延びストッパー（１２）と半径方向に当接する
円筒部（１６ｂ）とからなる。

【００１１】上記本発明の構成によれば、前記シール部
品（１５）が、断面がＬ字状の先端部（１６）を有し、
その一部（円筒部１６ｂ）がストッパー（１２）と半径
方向に当接する半径方向当接位置Ｘを有する。さらに、
この半径方向当接位置Ｘの軸方向位置がタービンディス
ク（８）の引掛け部（８ｂ）の内面とほぼ同一位置に設
定されているので、半径方向当接位置Ｘに作用する半径
方向力Ｆと引掛け部（８ｂ）に発生する反作用力とが同
一線上に位置することになる。

【００１２】その結果、ストッパー（１２）およびター
ビンディスクの引掛け部（８ｂ）に半径方向力Ｆに起因
するモーメントＭは発生せず、ストッパーおよびタービ
ンディスクにモーメントＭに起因する応力は付加されず
発生応力が低減する。

【００１３】すなわちシール部品（１５）がストッパー
（１２）を半径方向へ押し付ける作用点（半径方向当接
位置Ｘ）をストッパー（１２）の引掛け部（８ｂ）との
当接位置に近い位置に移動することで、ストッパーにか
かる時計回りのモーメントは低下し、ストッパーおよび
タービンディスクに発生する応力を低く抑えることがで
き、これにより、ストッパーおよびタービンディスクの
損傷を防止することができる

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付して使用する。

【００１５】図１は、本発明によるタービン翼抜け防止
構造の説明図であり、（Ａ）は図４（Ａ）と同様の部分
側面図、（Ｂ）はその部分拡大図である。この図におい
て、本発明によるタービン翼抜け防止構造は、タービン
ディスク８、リング状のストッパー１２、リング状のワ
イヤシール１３、シール部品１５、シール兼ストッパー
部品１４を備える。

【００１６】タービンディスク８は、タービン翼１０の
植込部１０ａが軸方向に嵌合する植込溝８ａと、軸方向
に突出した引掛け部８ｂとを有する。タービン翼１０は
動翼列を構成する。

【００１７】全体がリング状のストッパー１２は、コの
字状のその断面を有し、タービンディスク８の引掛け部
８ｂの内面と締り嵌めで強固に嵌合し一体化するように
なっている。

【００１８】リング状のワイヤシール１３は、円形の断
面を有し、ストッパー１２に設けられた溝に嵌り、ター
ビンディスク８とストッパー１２の間に把持されてその
間を気密にシールする。

【００１９】シール兼ストッパー部品１４と前部シール
部品１５は、タービンディスク８及びストッパー１２を
軸方向に把持して位置決めする。

【００２０】上述した構成により、冷却空気９ｂ（パー
ジエア）がタービンディスク８とタービン翼１０の植込
部１０ａの隙間１１を介して各動翼内に流入し、タービ
ンディスク８と動翼を冷却することができる。

【００２１】また、タービンディスク８の引掛け部８ｂ
の内面とストッパー１２が強固に嵌合して一体化し、植
込部１０ａの抜け出しを防止する。さらに、タービンデ
ィスク８とストッパー１２の間のリング状のワイヤシー
ル１３により、冷却空気９ｂがこの隙間から漏れるのを
防止する。

【００２２】さらに本発明において、前部シール部品１
５は、断面がＬ字状の先端部１６を有する。この先端部
１６は、半径方向外方に延びストッパー１２と軸方向に
当接する円板部１６ａと、軸方向に延びストッパー１２
と半径方向に当接する円筒部１６ｂとからなる。円板部
１６ａは、ストッパー１２と半径方向に当接する半径方
向当接位置Ｘを有し、この半径方向当接位置Ｘの軸方向
位置がタービンディスク８の引掛け部８ｂの内面とほぼ
同一位置に設定されている。

【００２３】上述した本発明の構成によれば、前部シー
ル部品１５が、断面がＬ字状の先端部１６を有し、その
一部（円筒部１６ｂ）がストッパー１２と半径方向に当
接する半径方向当接位置Ｘを有する。さらに、この半径
方向当接位置Ｘの軸方向位置がタービンディスク８の引
掛け部８ｂの内面とほぼ同一位置に設定されているの
で、半径方向当接位置Ｘに作用する半径方向力Ｆと引掛
け部８ｂに発生する反作用力とが同一線上に位置するこ
とになる。

【００２４】その結果、ストッパー１２およびタービン
ディスクの引掛け部８ｂに半径方向力Ｆに起因するモー
メントＭは発生せず、ストッパーおよびタービンディス
クにモーメントＭに起因する応力は付加されず発生応力
が低減する。

【００２５】すなわちシール部品１５がストッパー１２
を半径方向へ押し付ける作用点（半径方向当接位置Ｘ）
をストッパー１２の引掛け部８ｂとの当接位置に近い位
置に移動することで、ストッパーにかかる時計回りのモ
ーメントは低下し、ストッパーおよびタービンディスク
に発生する応力を低く抑えることができる。

【００２６】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。例えば、上述した実施形態では、前
部シール部品１５にＬ字状先端部１６を設けたが、本発
明はこれに限定されず、前後を逆の構成にして後部シー
ル部品に設けてもよい。

【００２７】

【発明の効果】上述したように、本発明のタービンディ
スクからのタービン翼抜け防止構造は、シール部品の先
端部がストッパーと半径方向に強く当たる場合でも、ス
トッパーおよびタービンディスクに発生する応力を低く
抑えることができる、等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるタービンディスクからのタービン
翼抜け防止構造の説明図である。

【図２】ターボジェットエンジンの模式的構成図であ
る。

【図３】図２のガスタービンの部分拡大断面図である。

【図４】（Ａ）は、図３のＡ部拡大図、（Ｂ）はＢ−Ｂ
矢視図、（Ｃ）は（Ａ）の分解図である。

【符号の説明】

１空気取入口、２圧縮機、３燃焼器、４ガスタービン、４ａ動翼列、４ｂ静翼列、５アフターバーナ、６ジェットノズル、７軸、８タービンディスク、８ａ植込溝、８ｂ引掛け
部、９ａ主流ガス、９ｂ冷却空気、１０タービン翼、１０ａ植込部、１１空間（空気流路）、１２ストッパー、１３ワイヤシール、１４シール兼ストッパー部品、１５前部シール部
品、１５ａ先端部、１６Ｌ字状の先端部、１６ａ円板部、１６ｂ円筒部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タービン翼の植込部（１０ａ）が軸方向
に嵌合する植込溝（８ａ）と軸方向に突出した引掛け部
（８ｂ）を有するタービンディスク（８）と、該タービ
ンディスクの引掛け部の内面と嵌合して一体化する全体
がリング状のストッパー（１２）と、タービンディスク
とストッパーの間に把持されその間を気密にシールする
リング状のワイヤシール（１３）と、ストッパーを軸方
向に把持して位置決めするシール部品（１５）とを備
え、前記シール部品（１５）は、ストッパー（１２）と半径
方向に当接する半径方向当接位置Ｘを有し、該半径方向
当接位置Ｘの軸方向位置が前記引掛け部の内面とほぼ同
一位置に設定されている、ことを特徴とするタービンデ
ィスクからのタービン翼抜け防止構造。
【請求項２】前記シール部品（１５）は、断面がＬ字
状の先端部（１６）を有し、該Ｌ字状先端部は、半径方
向外方に延びストッパー（１２）と軸方向に当接する円
板部（１６ａ）と、軸方向に延びストッパー（１２）と
半径方向に当接する円筒部（１６ｂ）とからなる、こと
を特徴とする請求項１に記載のタービン翼抜け防止構
造。