JP2005528550A - ブレードプラットフォームの下の漏洩ゾーンの制御 - Google Patents

Abstract

ターボ機関の翼車（３０）に属するブレード（３３）のプラットフォーム（３４）の下の漏洩ゾーンを制御するシステムが開示されており、径方向に内方へ広がっている縁部（１３、１４、１５、１８）を有するライナ（１０）を用いている。前記ライナは、プラットフォームと、ブレードの上流および下流の径方向壁部と、インペラのディスク（３１）の周囲とで画定される、ブレード間キャビティ（３７）内に配置される。本発明によれば、上流または下流の、広がった縁部の一つは、隣接する径方向壁部（３５）の面（３９）に対して載置されている弾性ゾーン（１８）を備えており、面（３９）は、遠心力の作用のもとで、ライナ（１０）が、前記ゾーンにおける封止を改善する目的で、対向する径方向壁（３６）に向かって軸方向に移動するように、径方向平面に対して傾斜されている。さらにまた、翼車が停止したとき、上述された弾性ゾーン（１８）は径方向内方に移動し、ライナ（１０）は、前記弾性ゾーン（１８）からある一定の距離において軸（４４）のまわりを旋回する。

Description

本発明は、ターボ機関におけるブレードホイール（翼車）のブレードのプラットフォームの下の漏洩ゾーンを制御することに関する。

より詳細には、本発明は、その周囲に複数の略軸方向のスロットを有するディスクと、前記スロット内に保持される根元部を有しており、径方向内側におけるガスの流れを規定するプラットフォーム、および前記プラットフォームから前記ディスクの周囲に向かって延びる上流および下流の径方向壁部を有する複数のブレードと、前記プラットフォームおよび前記ディスクの周囲により画定されるブレード間キャビティと、ブレード間空間を封止する封止装置とを備えており、封止装置が、径方向内方に広がり且つ二つの隣接するブレードのプラットフォームの壁部に接して前記キャビティ内に配置される縁部を有するライナの形態で作られている、ターボ機関のブレードホイールに関する。

図１は、径方向内方に広がる上流縁部２および下流縁部３を有し、そしてプラットフォームの下のブレードの側面に密に接して嵌合する、二つの湾曲する長手方向の広がり縁部をも有する、従来技術の封止ライナ１を示す斜視図である。上流および下流縁部２および３は、隣接する側壁部を分離する空間を通る漏れを制限する目的で、二つの隣接するブレードの隣接する上流および下流の径方向壁部の直ぐ近くに来るように設計される。各ライナの頂壁６は、ホイールが回転するときに遠心力の作用のもとで二つの隣接するプラットフォームの底面に当たって（支承されて）おり、そして隣接するプラットフォーム間のギャップを封止する。構成上、広がった縁部が遠心力の作用のもとで変形されることが事実上不可能となり、且つ上流および下流の広がった縁部（２および３）が、ブレードの上流および下流の径方向壁部に対して有効に押圧されるのを保証することが不可能となる。図２に示されるように、それらの縁部は、隣接する径方向壁部から間隔をあけていてもよく、そのことは結果として、プラットフォームの下のキャビティとこれらのゾーンにおけるガスの流れとの間に空気漏洩ｆを生じ、それはホイールの効率を損なう結果となる。

本発明の目的は、ブレードプラットフォームの下の、特にプラットフォーム下の径方向壁部の間のギャップにおける漏れゾーンに関してより良好な制御を得ることにある。

本発明は、各ライナが、その上流および下流の広がった縁部の一つに弾性ゾーンを有し、且つ前記縁部に隣接する径方向壁部は、径方向平面に対して傾斜されている内側面によってプラットフォームに結合されており、前記ホイールが回転するのを停止した場合には前記弾性ゾーンが径方向内方へスライドし、遠心力の作用のもとでは、前記ゾーンにおける封止を改善すべく、前記弾性ゾーンから離れた径方向壁部に向かって前記ライナを軸方向に移動させるために、径方向外方へスライドし得るように、前記弾性ゾーンが内側面の縁部に支承されるという事実によって、この目的を達成する。

ブレードホイールが回転を停止した場合には、弾性ゾーンは、径方向内方へスライドし、ライナは、二つのプラットフォームの底壁部から離れるように移動して、少なくとも弾性ゾーンに隣接した領域において弛緩する。ブレードホイールが回転を開始するとき、遠心力がライナをプラットフォームの底壁部に押し付け、弾性力が、弾性縁部に対峙する側壁部に向かって、この位置における封止を改善するために、対応する広がり縁部を押す。弾性ゾーンは、依然として、隣接する側壁部に支承されているから、このゾーンにおける封止は、保証される。

都合の良いことに、弾性ゾーンから間隔があけられている径方向壁部は、遠心力の作用のもとにおけるライナの軸方向の移動を制限するための当接部（アバットメント）を含んでいる。

弾性ゾーンに隣接している側壁も、前記弾性ゾーンの内方へのスライド移動を制限するための当接部を含んでいる。

本発明の有利な特性によれば、弾性ゾーンは、ライナの対応する広がり縁部に切り込まれた二つのノッチによって周囲が画定される。この配備は、付加的なコストなしで本発明の実施を促進する。

本発明は、特にタービンブレードホイールに適用される。

この特定の例において、弾性ゾーンは、上流縁部に設けられ、且つ径方向平面に関して傾斜される面の角度は、ターボマシンの回転の軸に関するプラットフォームの傾斜よりも大きい。

本発明の他の特徴および利点は、例として示され且つ添付図面を参照する以下の説明を読むことによって、明らかになる。

図１および図２は、本明細書において上述された従来技術を示している。

図３および図４は、径方向内方に広がる縁部、すなわち上流縁部１２、下流縁部１３、そして上流縁部１２と下流縁部１３の間において、二つの隣接するブレードの側面の形状に密に嵌合する二つの長手方向内方に湾曲して広がる縁部を有する、本発明の封止ライナ１０を示している。

上流縁部１２は、静止状態で、図１に示される従来技術のライナ１の上流縁部２から前方に突出する弾性ゾーン１８をそれらの間に画定する、二つのノッチ１６および１７を有する。すなわち、静止状態で、弾性ゾーン１８は、ノッチ１６および１７を越えて位置し凸面を経由して長手方向縁部１４および１５にそれぞれ結合される上流縁部１２の両端１２ａおよび１２ｂをなめらかに且つ連続的に結ぶ幾何学面の外側に位置する。

図５および図６は、複数の略軸方向に沿うスロット３２をその周囲に有し、前記スロットの各々がブレード３３の根元部を収容している、ディスク３１を備えるブレードホイール３０を示している。各ブレード３３は、根元部の上方にプラットフォーム３４を有し、このプラットフォームは、ブレードの列を通過するガスＦの流れの径方向内側を規定し、プラットフォーム３４は、ディスク３１の周囲に向かって延びる上流径方向壁部３５と下流径方向壁部３６に結合されている。ブレード間キャビティ３７は、そのようにして、プラットフォーム３４の下方のディスク３１の周囲に形成されている。ブレードの列が、ガスＦの流れの方向における軸方向に観測されるとき、各ブレード３３は、右側のプラットフォーム部そして左側のプラットフォーム部を有している。同様のことが、径方向壁部３５および３６に当てはまる。各プラットフォーム下キャビティ３７は、二つの隣接するブレードの右および左のプラットフォーム部分によって、ならびにそれらの右および左の上流および下流側壁部分によって画定される。構造上、そして組立の必要性のために、ギャップすなわちクリアランスが右側部分を左側部分から分離しており、ギャップは封止ライナによって封止される必要がある。

図５および図６に示されるように、上流径方向壁部３５とプラットフォーム３４との間の結合３８は、キャビティ３７のそばに、ブレードホイール３０の回転の軸に垂直な径方向平面に対して角度αをなす面３９を有する。下流径方向壁部３６は、キャビティ３７のそばで、湾曲面４１を有するゾーン４０によってプラットフォーム３４に結合され、前記湾曲面は、ライナ１０の上流縁部１３の広がりに対して相補的である。さらにまた、下流径方向壁部３６は、その内側面に突起部４２を有し、前記突起部はライナ１０の下流肩部のための当接部として役立つ。上流径方向壁部３５も、そのキャビティ３７のそばに位置する面に突起部４３を有する。

ライナ１０は、その下流縁部１３が突起部４２の上方に配置され、且つその弾性ゾーン１８が突起部４３の上方に配置されるような方法で、キャビティ３７内に取り付けられる。この位置において、ライナ１０の弾性ゾーン１８は、傾斜された面３９に支承されている。

いかなる遠心力もない、すなわちブレードホイール３０が静止しているとき、弾性ゾーン１８が、傾斜面３９を越えて径方向内方にスライドするようにするために、傾斜面３９の角度αは、ホイールの回転の軸に関するプラットフォーム３４の傾斜の関数として、そしてプラットフォーム３４の内側面に対するライナ１０の摩擦角φの関数として、計算される。

この位置において、ライナの頂壁部１９の大部分の面は、図５に見られるように、プラットフォーム３４の底面から間隔をあけており、ライナ１０は、４４で参照された点における図５の平面に交差する軸のまわりで傾いていて、前記軸は下流広がり縁部１３の近傍に配置される。上流径方向壁部３５上の突起部４３は、弾性ゾーン１８がスライドし過ぎるのを防止し、キャビティ３７の頂部ゾーンにライナ１０を保持するのに役立っている。

図６は、ブレードホイール３０が回転している間のライナ１０の位置を示している。この位置において、ライナ１０は、それをプラットフォーム３４の内側面に対して押し付けようとする遠心力を受ける。弾性ゾーン１８は、径方向外方に付勢され且つ傾斜壁部３９に対してスライドする。

角度αは、有利には、プラットフォーム３４の傾斜よりも大きい。弾性ゾーン１８が、ライナ１０が４４で参照された点によって規定される旋回軸のまわりで傾斜することにより、外方に移動するとき、弾性ゾーン１８によって作用される弾性力は増大し、ライナ１０を軸方向に下流径方向壁部３６に向かって移動させようとし、それによって結合ゾーン４０における封止を改善する。ライナ１０の軸方向移動は、当接部として機能する突起部４２によって制限される。

ブレードホイール３０が停止すると、ライナ１０は、遠心力が、弾性ゾーン１８が傾斜壁部３９上をスライドするのを妨げるのに不充分となるとすぐに、図５に示された位置に戻るであろう。

従来技術の封止ライナの下方からの斜視図である。 従来技術のライナ縁部およびブレードの径方向縁部の断面側面図である。 本発明の封止ライナの上方からの斜視図である。 図３における封止ライナの下方からの斜視図である。 組立後で遠心力がない状態での、プラットフォーム下のキャビティにおける本発明の封止ライナの配置を示す、ブレードホイールの軸を含む断面図である。 図５と同様であり、ブレードホイールの回転の結果として遠心力にさらされたときの、封止ライナの位置を示している。

Claims (7)

1. 周囲に複数の略軸方向のスロットを有するディスク（３１）と、前記スロット内に保持される根元部を有しており、ガス（Ｆ）の流れの径方向内側を規定するプラットフォーム（３４）、並びに該プラットフォーム（３４）から前記ディスクの周囲に向かって延びる上流および下流の径方向壁部（３５、３６）を有する複数のブレード（３３）と、前記プラットフォームおよび前記ディスクの周囲によって画定されるブレード間キャビティ（３７）と、ブレード間空間を封止する封止装置とを備えており、前記封止装置が、径方向内方に広がり且つ二つの隣接するブレードのプラットフォームの壁部に接して前記キャビティ（３７）内に配置される縁部（１２、１３、１４、１５）を有するライナ（１０）の形態で作られている、ターボ機関ブレードホイールであって、各ライナ（１０）が、その上流および下流の広がった縁部（１２）の一つに弾性ゾーン（１８）を有し、該縁部に隣接する径方向壁部（３５）が、径方向平面に対して傾斜している内側面（３９）によってプラットフォーム（３４）に結合されており、前記弾性ゾーン（１８）は、前記ホイールが回転するのを停止した場合には径方向内方へスライドし、遠心力下では、前記弾性ゾーン（１８）における封止を改善すべく、該弾性ゾーン（１８）から離れた径方向壁部（３６）に向かって前記ライナ（１０）を軸方向に移動させるために、径方向外方へスライドし得るように、前記内側面の縁部に支承されることを特徴とする、ターボ機関ブレードホイール。
2. 弾性ゾーンから離れている径方向壁部（３６）が、遠心力の作用下でライナ（１０）の軸方向の動きを制限するための当接部（４２）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のホイール。
3. 弾性ゾーン（１８）に隣接する側壁部（３６）が、前記弾性ゾーンの内方へのスライド移動を制限するための当接部（４２）を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のホイール。
4. 弾性ゾーン（１８）が、ライナ（１０）の同じ広がり縁部（１２）に切り込まれている二つのノッチ（１６、１７）によって周方向に画定されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のホイール。
5. 弾性ゾーン（１８）が、上流縁部に設けられていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のホイール。
6. タービンブレードホイールであることを特徴とする、請求項５に記載のホイール。
7. 傾斜面（３９）の角度αが、ターボ機関の回転軸に対するプラットフォームの傾斜よりも大きいことを特徴とする、請求項６に記載のホイール。

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