JP2004245220A - タービンエンジンのディスクおよびタービンディスクの再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 タービンディスク（２８）に設けられる釣合いおもり取付部の重量を減少させるとともに、この取付部の周方向応力を軽減する。
【解決手段】 タービンディスク（２８）は、少なくとも部分的に径方向に延在する第１の部分（４０）を有する。少なくとも部分的に軸方向に延在する周方向のフランジが、このフランジを第１の部分（４０）に連結する根部を有する。このフランジは、リムまで延在するとともに、第１および第２のおもり取付締結具用開口部の複数の対を有する。複数の第１のリセスが、関連する開口部対の関連する第１および第２の開口部の間でリムに設けられている。複数の第２のリセスが、隣接する２つの対の間でリムに設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、おもりの追加によるタービンロータのバランシングに関し、特におもりを取り付けるロータフランジに関する。

タービンロータのダイナミックバランシングは、よく発達した技術である。各々のロータは、１つまたはそれ以上の長手方向位置において、１つまたはそれ以上の釣合いおもりの設置を可能とする取付特徴部の周方向の列を有することができる。

例えば、コンピュータ制御の装置を使用して、回転軸を中心にロータを回転させるとともに、不釣り合いに関連する回転変位のパラメータを測定することでロータを釣り合わせることが知られている。コンピュータは、これらの測定値に基づいて、ロータを平衡させる釣合いおもりの特定の組み合わせを割り出して出力する。特に、コンピュータは、取付特徴部によって定められる１つまたはそれ以上（ｏｎｅ−ｔｏ−ａｌｌ）の個々の取付位置に設置されるおもりの特定の質量を割り出すことができる。

本発明の目的は、タービンディスクに設けられる釣合いおもり取付部の重量を減少させるとともに、この取付部の周方向応力を軽減することである。

本発明の１つの形態は、少なくとも部分的に径方向に延在する第１の部分を有するタービンディスクに関する。少なくとも部分的に軸方向に延在する周方向のフランジが、このフランジを上記第１の部分に連結する根部を有する。このフランジは、リムまで延在するとともに、第１および第２のおもり取付締結具用開口部の複数の対を有する。複数の第１のリセスが、関連する開口部対の関連する第１および第２の開口部の間でリムに設けられている。複数の第２のリセスが、隣接する２つの対の間でリムに設けられている。

本発明の他の形態は、タービンディスクの再生に関する。ディスクは、初期状態で釣合いフランジのリムに複数のリセスを有し、これらのリセスは、１つの開口部対の第１の開口部と、隣接する開口部対の隣接する第２の開口部と、の間にそれぞれ設けられている。本発明の方法は、このようなリセスを広げることを含みうる。また、この方法は、リムに複数の追加のリセスを設けることを含むことができ、これらの追加のリセスは、関連する取付開口部対の第１および第２の取付開口部の間にそれぞれ設けられる。さらに、この方法は、リムを長手方向に削ることを含みうる。

本発明の１つまたは複数の実施例の詳細は、添付図面および以下の実施形態に記載されている。本発明の他の特徴、目的、および利点は、実施形態、図面、および請求項により明らかとなる。

図１は、タービンエンジンの高圧圧縮部のロータ２０を示している。このロータは、前方から後方に向かって３つのブレードディスク２２，２４，２６と後方のディスクすなわちハブ２８を含み、これらのディスクは溶接などによって互いに固定されている。ロータは、エンジンの長手方向中心軸でもある長手方向中心軸５００を有し、この長手方向中心軸５００を中心に回転する。各々のブレードディスクの周辺部は、ブレードの周方向の列すなわち段（図示省略）を取り付けるための取付特徴部３０を備えている。

例示的な実施例では、後方ハブ２８は、後方のブレードディスク２６との連結部からハイスプール軸（図示省略）に取り付けられるフランジ４２まで後方でかつ径方向内向きに延在する円錐台状のウェブ４０を有する。また、後方ハブ２８は、ウェブ４０から実質的に長手方向後方に延在する釣合いフランジ５０を備える。例示的なフランジは、内側面５２と外側面５４とを有するとともに、ウェブ４０における比較的厚い根部５６から後方のリム５８まで延在する。比較的薄い遠位の取付部すなわち後方の取付部６０がリム５８まで延在しており、この取付部６０には、（リベットやねじ部品などの）締結具６４によっておもり６２を固定するための（以下で説明する）取付開口部が設けられている。例示的な実施例では、フランジの内側面５２は、ウェブ４０の外側面すなわち後方面まで連続的に湾曲する滑らかな遷移部を有するとともに、取付部６０に沿って遠位の長手方向部分まで滑らかに延在している。フランジの外側面５４は、取付部６０の前方の端部すなわち近位の端部にショルダ部すなわちステップ７０を有し、かつステップ７０の前後に実質的に長手方向に延在している。中間部７２が、ショルダ７０から前方に延在しており、この中間部７２は、最初は平行で上記のように遷移する内側面と外側面とを有する。例示的な根部５６では、外側面が浅いチャネル７４を定めており、このチャネル７４は、面５４の機械加工を容易にする。

図３は、おもりを取り外した状態における釣合いフランジ５０の他の細部を示している。取付開口部は、対として設けられている。図３は、第１および第２の開口部８０Ａ，８２Ａの第１の対と、第１および第２の開口部８０Ｂ，８２Ｂの第２の対と、を示している。各々の開口部は、径方向に延在する円筒形の穴として形成されているとともに、関連する締結具６４の（ヘッド部などの）端部を収容するために外側面５４において円錐台状に面取りされている。例示的なフランジリム５８は、断続的に平らな環状部８８から前方に延びるリセスの２つの群８４，８６を有し、環状部８８の途切れていない部分は、隣接するリセスの間の平らなアイランド部を形成する。各々のリセス８４は、所定のおもりを取り付けるための開口部対の間で周方向に設けられている。各々のリセス８６は、隣接する２つの対の間に設けられている。これらのリセスは、重量を減少させるとともに取付部６０の周方向応力を軽減するように機能しうる。

図４は、従来技術の例示的な釣合いフランジ１５０を示しており、フランジ５０の相当部は、対応する番号に１００を足した番号よって示されている。フランジは、リム１５８と、（例示的な実施例では同一である）同様の対となった取付開口部１８０Ａ，１８２Ａ，１８０Ｂ，１８２Ｂを有する。しかし、フランジは、隣接する開口部対の間のみにリセス１８６を有し、開口部対の各開口部の間にはリセスを有していない。従って、断続的な部分１８８のリムの平らな部分は、フランジ５０よりも周方向に長くなっている。さらに、リセス１８６は、リセス８６よりも幅が狭い。この幅は、開口部の中心線（すなわち開口部の中心線とフランジの外側面の突出部との交点）を通る共通の平面に対して種々の長手方向位置で測定することができる。また、リセス１８６は、後方から前方に向かって先細りが比較的大きく、断続的なリム部分１８８は、開口部のより後方に離間されている（つまり、フランジ１５０の取付部はフランジ５０に比べて大きい）。

フランジ１５０は、フランジ５０に類似するように、１つまたはそれ以上の方法で再生することができる。リセス１８６は、機械加工によって広げるとともにより鈍角に設けることができる。また、機械加工によってリムを削って（ｔｒｉｍ）断続的な環状部１８８を長手方向前方にシフトさせることができる。そして、各々の開口部対の各開口部の間に第２の複数のリセスを機械加工することができる。

図５は、フランジ５０の周方向外側面５４の説明図である。図５では、フランジに沿って１つのサイクルよりも僅かに多くの取付特徴部が示されており、具体的にはそれぞれ軸５１０を有する開口部８２Ａ，８０Ｂ，８２Ｂが示されている。開口部対の各開口部のそれぞれの軸の間には、周方向の離間距離Ｓ₂が設けられており、隣接する対における隣接する開口部のそれぞれの軸の間には、周方向の離間距離Ｓ₁が設けられている。これらの離間距離は、おもりが間違って隣接する対の開口部にそれぞれ固定されるのを防ぐように異なっていることが有利である。例示的な実施例では、離間距離Ｓ₂は、離間距離Ｓ₁よりも僅かに小さい。軸５１０は、リムの環状部８８から距離Ｓ₃だけ前方に位置する。例示的なリセス８４は、均一の曲率半径Ｒ₁を有するとともに、曲率中心が環状部８８から距離Ｓ₄だけ後方にずれており、これにより、環状部８８におけるリセスの幅Ｗ₁がＲ₁の２倍よりも僅かに小さく、かつ環状部８８の前方のリセス８４の深さＬ₁がＲ₁よりも僅かに小さくなっている。例示的なリセス８６は、より複雑な曲率を有する。リセス８６の中央底部２００は、比較的大きい曲率半径Ｒ₂を有する。面８８から前方に延びる外側後方部分２０２は、実質的に直線状でかつ長手方向に延びている。部分２００と部分２０２との間に位置する遷移部分２０４は、比較的小さい曲率半径Ｒ₃を有する。リセス８６は、面８８における幅Ｗ₂と深さＬ₂とを有する。リセス８６は、幅の広さの１つのパラメータとして、軸５１０の長手方向位置でＷ₂に比較的近い幅Ｗ₃を有する。例示的な実施例では、第１のリセスの深さＬ₁は、第２のリセスの深さＬ₂よりも僅かに浅く、これに応じて第１のリセスの前方には第２のリセスよりも大きい取付部が残される。

例示的な実施例では、取付部６０の外側面に沿ったフランジの半径は、９．５８インチ、取付部６０の厚みは、０．１３１インチ、取付部６０の長さは、０．５３７５インチであり、取付特徴部の対は、２０個ある。取付開口部は、０．１１インチの公称の直径を有し、面取部における直径は、０．１６インチである。離間距離Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃は、それぞれ０．７１９インチ、０．７８６インチ、０．１１７インチである。長手方向の長さＬ₃，Ｌ₄は、それぞれ０．１１５インチ、０．０７５インチである。半径Ｒ₁は、０．２１インチ、離間距離Ｓ₄は、０．０２５インチである。半径Ｒ₂，Ｒ₃は、それぞれ０．５７５インチ、０．１３インチである。幅Ｗ₁，Ｗ₂，Ｗ₃は、それぞれ０．４１７インチ、０．４９０インチ、０．４７８インチである。例示的な実施例では、リセス８６の深さおよび幅は、おもりの取付領域の周方向の端部における重量および周方向応力を減少させるように機能する。個々のおもり取付領域においては、周方向応力の減少はそれほど大きい問題ではないので、リセス８４は、主に重量を減少させるように機能する。リセス８４の形状が部分的に円形であることにより、（比較的単純、安価、または頑丈な機械加工カッタの使用が可能となるか、もしくはカッタの使用が少なくなるために）機械加工が容易になる。リセス８４をリセス８６と同様に形成することは、重量を減少させる観点からは有利であるが、これによって得られる利点は追加の製造コストに値しないおそれがある。

図５は、さらに、従来技術のフランジ１５０のリム１５８を破線で示している。このフランジの取付開口部およびショルダ部は、フランジ５０の取付開口部およびショルダ部と一致しているので、別に示されていない。リセス１８６の底部は、リセス８６の底部の前方に位置する。従って、製造工程では、リムの平らな部分８８と一致するまでリムの平らな部分１８８を機械加工するとともに、リセス８４と一致する追加のリセスを機械加工することができる。リセス１８６は、リセス８６’を提供するように機械加工可能である。リセス８６’は、もとのリセス１８６よりも幅が広く、かつ実質的により鈍角である。（Ｗ₂と同じ）リムにおける幅は、対応するもとの寸法Ｗ₄よりも（例えば、５〜１５％）僅かに大きくすることができる。（Ｗ₃と同様だが、図示の実施例ではＷ₂と等しい）開口部の間における幅は、もとの寸法Ｗ₅よりも実質的に（例えば、３０〜８０％）大きいことが有利である。例示的なリセス８６’は、リセス８６よりも深い。例示的な実施例では、リセス８６’の深さは、もとのリセス１８６の深さより僅かに深くなるように選択されている。例示的なリセス８６は、製造コストを制限するためにそれほど深く設けられていない。リセス８６をリセス８６’と同様に形成することは有利であるが、これによって得られる利点は追加の製造コストに値しないおそれがある。

本発明の１つまたはそれ以上の実施例を開示したが、本発明の趣旨および範囲から逸脱しないで種々の変更が可能である。例えば、本発明の原理を種々のタービン構造に適用することができる。従って、請求の範囲には他の実施例も含まれる。

タービンエンジンの高圧圧縮機ロータの長手方向の部分断面図である。 図１のロータの釣合いフランジの拡大説明図である。 本発明に係るロータハブと釣合いフランジの切り欠き部分説明図である。 従来技術のロータハブと釣合いフランジの切り欠き部分説明図である。 本発明に係る釣合いフランジの径方向の部分説明図である。

符号の説明

２０…ロータ
２２，２４，２６…ブレードディスク
２８…後方ハブ
３０…取付特徴部
４０…ウェブ
４２…フランジ
５００…長手方向中心軸

Claims (10)

1. 少なくとも部分的に径方向に延在する第１の部分と、少なくとも部分的に軸方向に延在する周方向のフランジと、を有するタービンエンジンのディスクであって、前記周方向のフランジは、
   前記フランジを前記第１の部分に連結する根部と、
   リムと、
   第１および第２のおもり取付締結具用開口部の複数の対と、
   関連する前記対の関連する第１および第２の開口部の間でそれぞれ前記リムに設けられた複数の第１のリセスと、
   関連する第１の前記対の関連する第１の開口部と、関連する第２の前記対の関連する第２の開口部と、の間でそれぞれ前記リムに設けられた複数の第２のリセスと、を備えることを特徴とするタービンエンジンのディスク。
2. 前記第２のリセスは、前記第１のリセスよりも深いことを特徴とする請求項１記載のタービンエンジンのディスク。
3. 前記開口部の軸方向位置において、前記第２のリセスは、前記フランジの内側面および外側面に沿って前記第１のリセスよりも幅が広くなっていることを特徴とする請求項１記載のタービンエンジンのディスク。
4. タービンディスクの再生方法であって、このタービンディスクは、
   少なくとも部分的に径方向に延在する第１の部分と、
   少なくとも部分的に軸方向に延在する周方向のフランジと、を有し、前記周方向のフランジは、
   前記フランジを前記第１の部分に連結する根部と、
   リムと、
   第１および第２のおもり取付締結具用開口部の複数の対と、
   関連する第１の前記対の関連する第１の開口部と、これに隣接する関連する第２の前記対の関連する第２の開口部と、の間でそれぞれ前記リムに設けられた複数の第１のリセスと、を備えており、
   前記再生方法は、関連する前記対の関連する第１および第２の開口部の間でそれぞれ前記リムに設けられる複数の第２のリセスを機械加工することを含むことを特徴とするタービンディスクの再生方法。
5. 前記機械加工の前に前記タービンディスクをタービンエンジンから取り外すことをさらに含むことを特徴とする請求項４記載のタービンディスクの再生方法。
6. 前記第１のリセスを拡大することをさらに含むことを特徴とする請求項４記載のタービンディスクの再生方法。
7. 前記リムを前記第１および第２のおもり取付締結具用開口部の軸に近づけるために、該リムを削ることをさらに含むことを特徴とする請求項４記載のタービンディスクの再生方法。
8. タービンディスクの再生方法であって、このタービンディスクは、
   少なくとも部分的に径方向に延在する第１の部分と、
   少なくとも部分的に軸方向に延在する周方向のフランジと、を有し、前記周方向のフランジは、
   前記フランジを前記第１の部分に連結する根部と、
   リムと、
   第１および第２のおもり取付締結具用開口部の複数の対と、
   関連する第１の前記対の関連する第１の開口部と、これに隣接する関連する第２の前記対の関連する第２の開口部と、の間でそれぞれ前記リムに設けられた複数の第１のリセスと、を備えており、
   前記再生方法は、前記第１のリセスを拡大することを含むことを特徴とするタービンディスクの再生方法。
9. 前記拡大は、前記おもり取付締結具用開口部のそれぞれの軸の間の長手方向位置で少なくとも行われることを特徴とする請求項８記載のタービンディスクの再生方法。
10. 前記拡大の前に前記タービンディスクからおもりを取り除くとともに、前記拡大の後に前記タービンディスクにおもりを設置することを特徴とする請求項８記載のタービンディスクの再生方法。

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