JP2006329187A - ロータの周囲に取り付けられるべき部品の質量の較正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の欠点のすべてを回避し、部品の質量を較正するための簡潔で、効果的であって、かつ経済的である解決策を提供する。
【解決手段】ロータの周囲へと取り付けられるように意図された部品（２３）の質量を較正する方法であって、部品のそれぞれについて、部品の質量を所定の値とするため、部品の慣性軸の１つ（４４）に位置する部品（２３）の領域において、ある量の材料（４６）を機械加工によって除去することからなる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ロータ、特にターボジェットまたはターボプロップなどのターボ機械のファンのロータの周囲に取り付けられるべき、同一かつ交換可能な部品の質量の較正方法に関する。

空気流の経路が、ファンの入り口において内側については、ファンブレードの根元の間に配置されてファンのロータへと固定される細長いプラットフォームによって境界が画定されている。

これらのプラットフォームは、例えば１グラム未満でありうる小さな公差で同じ質量を有していなければならない、同一かつ交換可能な部品である。

これらのプラットフォームの製造は、比較的大きな質量のばらつきを生み、したがってこのばらつきを補償するため、質量の較正が必要である。

実際において、１つの解決策は、プラットフォームの重量をそれぞれ測定し、所定の値に対する質量の不足を補うため、少なくとも１つの樹脂製おもりまたはエラストマー製おもりをプラットフォームの内面の長手方向の空洞に接着することからなる。

プラットフォームの形状は複雑であり、おもりを接着する作業は、手作業によって実行される。１つ以上のおもりを追加することで、プラットフォームの重心の位置が変化し、このためにロータへの固定点を中心として動作時にプラットフォームが傾きを生じ、空気流の剥離をもたらしてエンジン性能を低下させる可能性がある。

また、このようなおもりを使用することは、それら部品の調達および保管を必要とするとともに、それらを接着剤を使用して注意深く取り付ける必要がある。

本発明の特有の主題は、これらの欠点のすべてを回避し、この種の部品の質量を較正するための簡潔で、効果的であって、かつ経済的である解決策を提供することにある。

この目的のため、本発明は、ロータの周囲へと取り付けられるように意図され、慣性軸の位置が既知である部品について、質量を較正する方法であって、部品のそれぞれについて、部品の質量を所定の公差で所定の値とするため、部品の慣性軸の１つに位置する部品の領域において、ある量（ボリューム）の材料を機械加工によって除去することからなる方法を提案する。

いかなる形状の部品も、互いに直交しかつ当該部品の重心を通過する３つの慣性軸を備える。これらの慣性軸の位置は、特に部品の寸法、形状、および質量の幾何学的分布に基づき、例えばモデリングソフトウェアによる計算によって決定される。

部品の慣性軸の１つに位置する領域において材料を除去することで、この軸を中心とする部品の静的な平衡を維持することができ、したがって動作時に部品がこの軸を中心として傾くことがないようにできる。

本発明は、多くの利点を有する。部品の質量、したがってターボ機械の質量を増加させ、エンジンの性能を低下させるおもりの使用を避けることができる。また、おもりの使用は、本発明による方法の機械加工作業にくらべ、きわめて高価でもある。さらに、おもりおよび接着剤を調達して保管することもなくなる。

材料の除去は、好ましくは、部品の長手方向の慣性軸に位置する部品の領域において実行され、例えば、部品の実質的に半径方向の端面から材料が除去される。部品の長手方向の慣性軸とは、部品の最大寸法において延びている慣性軸である。

材料の除去は、好ましくは、座ぐり、フライス加工、またはドリル加工によって実行され、有利には、部品の製造プロセスに統合される。

本発明の好ましい実施の形態においては、除去すべき材料の量が、部品において機械加工すべき穴の直径および深さへと変換され、この穴は、好ましくは平坦な底部を有する円柱形である。

機械加工すべき穴の直径および深さは、作業者が自由に選択するのではなく、好ましくは、材料の除去が実行される部品の領域に関する種々の要因を考慮した、所定の最大および最小値の間にある。

本発明による方法は、これに限られるわけではないが、特に、ターボ機械のファンのブレードの間に配置されて、ファンに進入する空気流の経路の内側境界を画定するように意図されている複雑な形状の細長いプラットフォームについて、その質量を較正するために適している。これらのプラットフォームにおいて、取り除かれるべきある量の材料が、プラットフォームの長手方向の慣性軸に中心を有する領域において、各プラットフォームの端部フランジから機械加工される。

さらに本発明は、ロータの周囲へと取り付けられるように意図された部品であって、自身の慣性軸の１つ、好ましくは自身の長手方向の慣性軸に中心を有する質量較正用の穴を備える部品に関する。この部品は、例えば、ターボ機械のファンのブレードの翼の間を流れる（循環する）空気流の経路の内側境界を画定するプラットフォームである。

さらに本発明は、ターボジェットまたはターボプロップなどのターボ機械であって、部品が周囲に取り付けされるロータを備え、これら部品のそれぞれが、部品の慣性軸の１つに質量較正用の穴を備える、ターボ機械に関する。これらの質量較正用の穴は、好ましくは、部品の長手方向の慣性軸に中心を有する。

本発明の他の詳細、特徴および利点は、添付の図面を参照しつつ、あくまで限定的でない例として示される以下の説明を検討することによって、明らかになるであろう。

図１は、ターボジェットまたはターボプロップなどのターボ機械のファンのロータ１０を示しており、ディスク１６によって支えられてファンの軸１４を中心として径方向に延びる複数のブレード１２を備えている。

ディスク１６は、ターボ機械のシャフトへの固定のため、下流側の環状フランジ１８を備える。

半径方向内側の端部において、ブレード１２はそれぞれ、ディスク１６の外周に設けられた対応する溝２０（図２）へと嵌め込まれる根元（図示せず）を有している。

ターボ機械の動作時、ねじられたブレードの翼２２の間を流れる空気流の経路は、外側においてはケーシングの内壁によって境界が画定され、内側においてはファンブレード１２の根元の間に広がるプラットフォーム２３によって境界が画定される。

プラットフォーム２３はそれぞれ、隣接する２つのブレードの間で空気流の経路の内側の境界を画定する壁体２４、ならびに固定フランジ２６、２８、および３０を備える。固定フランジは、この場合には３個であるが、ほぼ回転軸の方向に向かって延びており、空気流の方向に対して壁体２４の上流部、下流部、および中間部に位置している（図３）。

壁体２４の長手縁３２および３４は、間にプラットフォーム２３が取り付けられてなるブレード１２の前進面および後進面に沿うよう、一方が凸状に湾曲し、他方が凹状に湾曲している。

さらに、壁体２４の半径方向内側の面は、壁体２４からほぼ内向きに延びて固定フランジ２６、２８、および３０を互いに接続する補強リブ３６を有しており、これにより壁体２４の下方においてフランジ２６、２８、および３０の間に、２つの空洞３８および４０の境界がそれぞれ画定されている。

上述の従来技術においては、これらの空洞３８、４０が、図３において参照符号４２で表わされているような質量較正用のおもりを、接着によって固定して収容している。

図４において参照符号４４で表わされているプラットフォームの長手方向の慣性軸は、部分的にはこれらの空洞３８、４０の外側を通過しており、この軸４４上に位置するプラットフォームの重心Ｇが、プラットフォーム２３の外にある。

従来技術によってプラットフォームの空洞３８、４０に接着される１つまたは複数のおもり４２は、実際のところ、プラットフォームの質量の較正を可能にするものの、プラットフォームの静的な平衡を変化させてしまい、かつ高い回転速度および高い回転速度がもたらす大きな遠心力ゆえ、動作時にプラットフォームに変形を生じさせ、プラットフォームが片側において外側へと浮き上がり、ディスク１６の周囲の翼の間の空気流の状態を変化させてしまう可能性がある。

すでに示したように、本発明は、従来技術の１つまたは複数のおもり４２を、プラットフォームの長手方向の慣性軸４４に中心を有する穴４６を下流側フランジ２６の領域に機械加工することによって置き換えて、これらの欠点を回避する。

本発明による方法の準備段階は、プラットフォーム２３のそれぞれの重量を測定し、すべてのプラットフォームについての最小の値である所定の値に対して、それぞれの超過の重量を割り出すことからなる。

この質量の差が、取り除くべき材料の量へと変換され、すなわちプラットフォームの長手方向の慣性軸４４に中心を位置させてフランジ２６の下流側の面に機械加工される穴４６の直径および深さに変換される。

図示の例、および好ましいやり方においては、機械加工による穴４６は、平坦な底部を有する円柱形である。

長手方向の慣性軸４４の位置は、寸法、質量、形状、および質量の幾何学的分布などのプラットフォーム２３に関するデータに基づき、適切なソフトウェアの助けによって決定される。

長手方向の慣性軸４４は、中央のフランジ２８および下流側のフランジ２６を通過しており、下流側フランジにおいて実行される材料の除去は、この軸を中心とするプラットフォームの静的な平衡を変化させることなく、プラットフォーム２３の重心をプラットフォームの長手方向の慣性軸４４に沿って移動させる。

実際においては、数値の表が、取り除くべき材料の質量にもとづいて、機械加工すべき穴４６の深さおよび直径について直接の情報を提示する。この表は、前もって制定されており、直径が大きすぎて深さが浅すぎる穴４６またはその反対の穴４６が形成されることがないよう、所定の最大および最小値の間の深さおよび直径の値を与える。

材料の除去は、適切な工具を使用して、座ぐり（ｓｐｏｔｆａｃｉｎｇ）、フライス加工（ｍｉｌｌｉｎｇ）、またはドリル加工（ｄｒｉｌｌｉｎｇ）によって実行することができる。

次いで、本発明による方法においては、所定の値に対する所望の公差が順守されていることを確認するため、プラットフォーム２３の重量が測定される。

材料の除去は、ここに提示した例のように、部品を固定するために使用される手段について行なうことができ、あるいは部品において、部品の長手方向の慣性軸に中心を有しかつ工具を接近させることができる他の任意の部分について行なうことができる。

材料の除去は、一般に、部品の慣性軸のうち、動作時にその軸を中心とする部品の静的な平衡を維持することが望まれる、１つの慣性軸について行なわれる。例えば、部品の最大の寸法が、回転軸に対して円周方向である場合には、材料の除去は、この円周方向の寸法について延びる部品の慣性軸について実行される。

本発明による質量較正方法は、回転部分へと取り付けられるべき任意の部品に適用可能である。本発明による質量較正方法は、単純な形状の部品にも、複雑な形状の部品にも、等しく適用可能である。

ターボ機械のファンについて、下流方向から見た概略の斜視図である。 図１に示したファンのディスクについて、下流方向から見た拡大の概略の斜視図である。 従来技術の方法を使用して質量を較正してなるファンのプラットフォームの概略の斜視図である。 本発明による方法を使用して質量を較正してなるファンのプラットフォームの概略の斜視図である。

符号の説明

１０ ロータ
１２ ブレード
１４ ファンの軸
１６ ディスク
１８ 環状フランジ
２０ 溝
２２ 翼
２３ プラットフォーム
２４ 壁体
２６、２８、３０ 固定フランジ
３２、３４ 長手縁
３６ 補強リブ
３８、４０ 空洞
４２ おもり
４４ プラットフォームの長手方向の慣性軸
４６ 穴

Claims (13)

1. ロータの周囲に取り付けるように意図された部品であり、慣性軸の位置が既知である部品の質量を較正する方法であって、
   部品のそれぞれについて、該部品の質量を所定の公差で所定の値とするため、部品の慣性軸の１つに位置する部品の領域において、ある量の材料を機械加工によって除去することからなる、方法。
2. ある量の材料が、部品の長手方向の慣性軸に位置する部品の領域において除去される、請求項１に記載の方法。
3. ある量の材料が、部品のほぼ半径方向の端面から除去され、部品の長手方向の慣性軸に中心を有する、請求項１または２に記載の方法。
4. 材料の除去が、座ぐり、フライス加工、またはドリル加工によって実行される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. ある量の除去される材料が円柱形である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 除去される材料の量が、除去前の部品の質量と所定の値との間の差によって決定され、部品に機械加工すべき穴の直径および深さへと変換される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 機械加工すべき穴の直径および深さが、それぞれ所定の最大値および最小値の間にある、請求項６に記載の方法。
8. 部品が、ターボ機械のファンのブレードの間に配置されて、ブレードの翼の間を循環する空気流の経路の内側境界を画定するように意図された、複雑な形状の細長いプラットフォームであり、
   前記方法が、プラットフォームの長手方向の慣性軸に中心を有する領域において、各プラットフォームの端部フランジからある量の材料を除去することからなる、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. ロータの周囲へと取り付けられるように意図された部品であって、自身の慣性軸の１つに中心を有する質量較正用の穴を備える、部品。
10. 質量較正用の穴が、部品の長手方向の慣性軸に中心を有する、請求項９に記載の部品。
11. ターボ機械のファンのブレードの翼の間を循環する空気流の経路の内側境界を画定するプラットフォームを構成している、請求項９または１０に記載の部品。
12. ターボジェットまたはターボプロップのようなターボ機械であって、
    周囲に部品が取り付けられるロータを備えており、部品のそれぞれは、部品の慣性軸の１つに質量較正用の穴を備えている、ターボ機械。
13. 部品の質量較正用の穴が、部品の長手方向の慣性軸に中心を有している、請求項１２に記載のターボ機械。

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