JP2005009492A - プラットフォーム補強材の利用による非対称ハンマーヘッド形ファスナを有するブレードの保持能力の改良 - Google Patents

Abstract

【課題】欠点を克服する改良されたブレードを提案する。
【解決手段】ターボマシン用のブレード形ディスクは円錐状流れ内に延び、かつハンマーヘッド形ファスナによりディスク（１２）の周辺溝（７）内に保持されるブレード（１）を含む。ブレードのそれぞれはさらにプラットフォーム（３０）を含み、このプラットフォームの半径方向外側面（３０ａ）が気体流の流れの境界面を画定し、また半径方向内側面（３０ｂ）が、上流側リブ（３２）および下流側リブ（３３）を有し、上流側リブ（３２）および下流側リブ（３３）はディスクの回転軸に垂直な平面内に配置され、かつ上記溝（７）の両側でディスク（１２）の周縁部に形成された上流側リング（２０）および下流側リング（２１）のそれぞれに、これらゾーンの気密性を維持するべく半径方向で近接している。ディスクは、下流側リブ（３）の軸方向の厚みが上流側リング（２１）の厚みより厚いことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はターボマシン用のブレードディスクに関するものであり、このディスクは円錐状の流れ内に延び、かつハンマーヘッド形ファスナにより上記ディスクの周辺溝内に保持されるブレードを含む。上記ブレードのそれぞれはさらにプラットフォームを含み、このプラットフォームの半径方向外側面が気体流の流れの境界面を画定し、また半径方向内側面が上流側リブおよび下流側リブを有し、上流側リブおよび下流側リブは上記ディスクの回転軸に垂直な平面内に配置され、かつ上記溝の両側で上記ディスクの周辺部に形成された上流側リングおよび下流側リングのそれぞれに、これらゾーンの気密性を維持するべく、半径方向で近接している。

大きい希釈率を有するターボジェットにおいては、主流れの半径は、低圧コンプレッサ内で、上流から下流の方向に向かって減少する。この流れはコンプレッサの最終段ではほぼ円錐形になる。これらの段のブレードは流れ内に、コンプレッサの回転軸に垂直な平面に対して斜めに、すなわち遠心力の半径方向に対して斜めに延びる。

さらに詳細には、本発明は、ブレードが、ディスクの周辺溝にはめ込まれるハンマーヘッド形ファスナで保持されるこの方式のブレードディスクに関するものであり、この溝は、ターボマシンが作動中に、ブレードの付根の側面を支承する支承面を形成する溝の底に結合された面を有する、上流側リップおよび下流側リップにより画定される。これら支承面は反力に耐え、合力はブレードが受ける遠心力の平面内にあることが望ましい。

この結果を得るために、ＥＰ０６９５８５６号明細書は非対称ハンマーヘッド形ファスナ（すなわち、回転軸に垂直な平面に対する、直径の大きい方のリップである上流側リップの支承面の角度が、下流側リップと上記平面との間に形成される角度より大きいもの）を用いる。前記文献の図４Ｂは、大きい軸方向応力、例えばターボマシンの吸入した破片からの衝撃による軸方向応力を受けたときに、下流側リップの支承面の上流側縁端の位置にある回転の中心Ｃのまわりでブレードが回転する傾向にある場合の、ブレードとディスクの結合を示す。溝およびブレードの根元の形状のため、大きい衝撃の場合には、ブレードが抜けてしまうことがある。

ＵＳ５２７１７１８号明細書は、プラットフォームを備えた非対称ハンマーヘッド形ファスナ方式のブレードを記載している。プラットフォームは、半径方向内側面上に周方向および軸方向に延びるリブを有しており、リブは振動共振を回避するように設計されている。この周方向リブの２つがディスクの周辺部に形成されたリングと協働してこのゾーンの気密性を維持する。リブの軸方向の厚みは、リングの軸方向の厚みにほぼ等しい。

この文献では、プラットフォームの半径方向内側面上に形成された軸方向リブの高さが、リングと協働するリブの高さより低いことを示している。大きな軸方向応力の場合、下流に位置するリブが発生した力の大部分を支え、リブは下流側リング上を軸方向に滑るかもしれない。このことは、ブレードの外れを引き起こしてしまうことがある。

さらに、接線方向応力の場合には、上記リブの縁端部がリング上を滑る可能性があり、ブレードが外れてしまはない場合でも、２つの隣接ブレードの隣接縁端部が重なることがある。

これらの問題点は特に、本明細書の冒頭部分で述べた、ブレードが高度に円錐形をした流れの内に延びる種類のブレードディスクに発生しやすい。
欧州特許出願公開第０６９５８５６号明細書 米国特許第５２７１７１８号明細書

本発明の目的は、欠点を克服する改良されたブレードを提案することである。

本発明によれば、この目的は、下流側リブの軸方向の厚みが、上流側リングの厚みに比べて厚いという事実により達成される。

この構成により、ディスクのリブと任意で密封ガスケットを収容する溝を有するリングとの間に平らで、均一な接触面を提供する。

別の有利な特徴によれば、上流側リブの軸方向の厚みが、上流側リングの厚みに比べて厚い。

好ましくは、リブの高さはプラットフォームの重なりの可能性を制限するのに十分に大きい。

本発明の他の特性および利点は、例として示された添付図面を参照する以下の説明を読めば明らかである。

図１はブレード１を示し、ダブテール形状のブレードの根元２は、上流側側面３ａおよび下流側側面３ｂを備え、上流側側面３ａおよび下流側側面３ｂは上流側リップ５および下流側リップ６の内側面上の支承面４ａおよび４ｂに支承される面を有する。上記上流側リップ５および下流側リップ６は合わさって、ディスク１２の周辺部に形成された溝７を画定し、この溝の底面８がそれぞれの丸い面９ａおよび９ｂにより支承面４ａおよび４ｂに結合されている。

ブレード１の空気力学的部分に対する破片からの衝撃による大きい軸方向の応力の場合、ブレードは、下流側リップ６の支承面４ｂの上流側縁端部Ｃのまわりに回転する傾向にある。ブレード１の根元のヒール１１の縁端部、すなわち、回転中心Ｃから最も遠い点が、破線Ｃで示される円を描くような作用を受ける。

ブレード１がほぼ円錐状の流れ内に延びており、すなわち上流側リップ５の直径が下流側リップ６の直径より大きいこと、および、軸受面４ａおよび４ｂがディスク２の回転軸に垂直な平面に対して異なる角度であることに注意すべきである。

上流側縁端部においては、ディスク１２は、本明細書では「上流側リング」と呼ばれる第１の半径方向延長部２０を備え、この延長部は軸方向厚みが薄く、下流側縁端部には、本明細書では「下流側リング」と呼ばれる第２の半径方向延長部２０を備え、この延長部は密封ガスケット（簡単化のために、図面では示していない）を収容する溝２２を有する。

上流側および下流側リング２０および２１は、ディスク１２の回転軸まわりに円対称である円筒形周辺面２０ａおよび２１ａを備える。

ブレードの根元２と流体力学的部分の間に、ブレード１は、半径方向外側面３０ａが円錐状流れの境界を決定し、かつ半径方向内側面３０ｂが上流側リブ３２および下流側リブを有するプラットフォーム３０を備える。これら両方のリブは、上流側リング２０および下流側リング２１の周辺表面２０ａおよび２１ａの直ぐ近くに円周方向に延びる。

詳細には、これらリブ３２および３３はそれぞれ円筒形表面部分３２ａおよび３２ｂを備え、これら円筒形表面部分は、ディスク１２の回転軸まわりに円対称であり、かつ上流側リング２１および下流側リング２２の周辺表面２０ａおよび２１ａを覆い、さらに、周辺表面２０ａおよび２１ａの幅より広い軸方向の幅を有する。

破片からの衝撃によりブレード１に軸方向の応力が加えられる場合、ブレード１は、点Ｃのまわりに回転する傾向にある。この応力は下流側リング２１に対する下流側リブ３３の正のスラストを発生する。

表面３２ｂは円筒形で、軸方向に広がっているため、この表面はリング２１の周辺表面２１ａの上に横すべりできない。この配置がブレード１の運動を制限するため、ブレードの根元２が溝７から外れることを防止する。

接線方向応力が強い場合、２つのリブ３２および３３の端部は、上流側および下流側リング２０および２１の周辺表面２０ａおよび２０ｂに対して正にスラストされる。

表面３２ａおよび３３ａの幅は、これら幅が、作動中のブレードの運動の全体範囲にわたり、リング２０および２１に対して常に十分な支承面積を提供するように計算される。

リブ３２および３３の高さの計算は、図２に示されるように、接線方向応力による隣接ブレードの移動に関係なく、２つの連続ブレード１ａおよび１ｂのプラットフォーム３０の隣接縁端部が重ならないように計算される。

図２は、上流側リブ３２および下流側リブ３３の間に配置された別の補強リブも備えるブレード１ａおよび１ｂを示す。

ブレードはまた、本発明の範囲を超えない軸方向に向けられたリブを有することができる。

回転軸を含む平面の断面図であり、本発明によるブレード−ディスク間の結合と、高度に円錐状の流れの内に延びているブレードと、非対称ハンマーヘッド形ファスナとを示している。 ２つの隣接ブレード１ａおよび１ｂの下方からの斜視図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ ブレード
２ 根元、
３、３３ 下流側リブ
３ａ 上流側側面
３ｂ 下流側側面
４ａ、４ｂ 支承面
５ 上流側リップ
６ 下流側リップ
７ 周辺溝
８ 底面
９ａ、９ｂ 面
１１ ヒール１１
１２ ディスク
２０ 半径方向延長部
２０ａ、２１ａ 周辺表面
２２ 溝
３０ プラットフォーム
３０ａ 半径方向外側面
３０ｂ 半径方向内側面
２０ 上流側リング
２１ 下流側リング
３２ 上流側リブ
３２ａ、３２ｂ 円筒形表面部分
Ｃ 流側縁端部

Claims (3)

1. 円錐状の流れ内に延び、かつハンマーヘッド形ファスナによりディスク（１２）の周辺溝（７）内に保持されるブレード（１）を含み、
   前記ブレードのそれぞれはさらにプラットフォーム（３０）を含み、
   プラットフォームの半径方向外側面（３０ａ）が気体流の流れの境界面を画定し、半径方向内側面（３０ｂ）が上流側リブ（３２）および下流側リブ（３３）を有し、上流側リブ（３２）および下流側リブ（３３）は前記ディスクの回転軸に垂直な平面内に配置され、かつ前記溝（７）の両側で前記ディスク（１２）の周辺部に形成された上流側リング（２０）および下流側リング（２１）のそれぞれに、これらゾーンの気密性を維持するべく、半径方向で近接している、ターボマシン用のブレードディスクであって、
   下流側リブ（３）の軸方向の厚みが上流側リング（２１）の厚みより厚いことを特徴とする、ターボマシン用のブレード形ディスク。
2. 上流側リブ（３２）の軸方向の厚みが、上流側リング（２０）の厚みより厚いことを特徴とする、請求項１に記載のディスク。
3. リブの高さが、プラットフォームが重なる可能性を制限するのに十分に大きいことを特徴とする、請求項１または２に記載のディスク。

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