JP2007032564A - ターボ機械のファンブレードを軸方向に保持するリングの振動を減衰する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ファンブレードを軸方向に保持するリングが受ける振動を減衰する装置を提供する。
【解決手段】ファンブレードは、ブレードの根元部１４によって環状フランジ１８を有する回転ディスク１０に装着されるように構成され、環状フランジ１８は、軸方向に延び、かつ複数の径方向の鋸歯状体２０を備え、該鋸歯状体２０は、ディスクのフランジの周りに装着される保持リング３０の相補的な径方向の複数の鋸歯状体３２と接触する。装置は、エラストマー材料の当接素子３８を備え、当接素子は、フランジの２つの近接する鋸歯状体２０と保持リングの２つの近接する相補的な鋸歯状体３２との間で軸方向に、および回転ディスクのフランジ１８と保持リング３０の間で径方向に、収容され当接素子は、近接する鋸歯状体、保持リング、および回転ディスクのフランジと接触する接触表面４０、４４を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボ機械の回転ディスクにファンブレードを装着する一般分野に関する。本発明は、さらに詳細には、ファンブレードを軸方向に保持するリングが受ける振動を減衰する役割を果たす装置に関する。

ターボ機械のファンは、一般に、回転ディスクのスロットに収容されるブレードの根元部によって、回転ディスクに装着される複数のブレードを備える。ファンブレードを装着するための特定の技術では、リングもまた、回転ディスクの上流側から軸方向に延びる環状フランジの周りに配置される。このようなリングは、円周全体の周りに形成される鋸歯状体（ｃｒｅｎｅｌｌａｔｉｏｎ）によって、フランジに接触して軸方向に保持される。リングはまた、前記根元部を軸方向に保持するように、ブレードの根元部に接触する軸方向の当接部（ａｂｕｔｍｅｎｔ）に装着される。

実際には、この種類のファンブレードの装着には、多数の問題が生じる。特に、軸方向保持リングおよび回転ディスクに磨耗が見られる。磨耗は、主に、ディスクの回転中に軸方向保持リングが受ける振動により発生する。詳細には、ディスクの回転が、軸方向保持リングのわずかな移動を引き起こし、ディスクにリングを保持する環状フランジの鋸歯状体の上部に磨耗を生じる。加えて、ディスクの回転中に、軸方向保持リングが、ディスクのフランジの周囲で接線方向に移動する傾向がある。

本発明の主目的は、ファンブレードを軸方向に保持するリングが受ける振動を減衰する装置を提案することにより、上述の欠点を軽減することである。

この目的を達成するために、本発明は、ターボ機械のファンブレードを保持する軸方向保持リングの振動を減衰する装置を提供し、前記ファンブレードは、ファンブレードの根元部によって環状フランジを含む回転ディスクに装着されるように構成され、環状フランジは、軸方向に延び、かつ径方向の複数の鋸歯状体を備え、該複数の鋸歯状体は、回転ディスクの前記フランジの周りに装着される保持リングの相補的な径方向の複数の鋸歯状体と接触する。前記装置は、エラストマー材料の当接素子から形成され、当接素子は、フランジの２つの近接する鋸歯状体と保持リングの２つの近接する相補的な鋸歯状体との間に軸方向に、および回転ディスクのフランジと保持リングとの間に径方向に収容され、前記当接素子は、前記近接する鋸歯状体、保持リング、および回転ディスクのフランジと接触する接触表面を備えることを特徴とする。

軸方向保持リングとディスクフランジとの接触表面を増加することにより、本発明の装置は、保持リングの振動の固有モードを変化させるのに役立つ。加えて、装置は、エラストマー材料から形成される素子により構成されるため、保持リングおよびディスクフランジに接触するその表面は、遠心力効果によって、保持リングおよびフランジに対して押し付けられる傾向にある。このようにして、保持リングが受ける振動は減衰し、磨耗のあらゆる危険性が避けられる。そのような制振装置の使用は、また、保持リングがディスクフランジの周りに接することも防ぐことができる。

制振装置の当接素子は、実質的には平坦な矩形ブロックの形状であり得る。さらに、当接素子は、ディスクに装着される間、エラー回避のために幾何学的形状を有することもできる。

好ましくは、当接素子のエラストマー材料は、ショア硬度で５０から９０の範囲の硬度を呈する。このエラストマー材料は、好ましくはシリコーン、フルオロシリコーンまたは、フルオロカーボンである。

本発明はさらに、ターボ機械のファンブレードを軸方向に保持するリングを備え、リングは、上に特定されたような振動制振装置の少なくとも１つを含む。

本発明はさらに、ファンのブレードを装着するためのターボ機械の回転ディスクを提供し、ディスクは、軸方向に延び、かつ径方向の複数の鋸歯状体を備える環状フランジを含み、複数の鋸歯状体は、保持リングの相補的な径方向の複数の鋸歯状体と接触し、保持リングは、ファンブレードを軸方向に保持し、かつディスクのフランジの周りに装着されるように構成される。ディスクはさらに、上述のような少なくとも２つの制振装置を備える。最終的に、本発明は、上で規定されたような少なくとも１つの回転ディスクを含むターボ機械を提供する。

本発明の他の特徴および利点は、限定を意図しない実施形態を示す、添付図面を参照して与えられる以下の説明から明らかになる。

図１および図２は、ターボ機械のファンのディスク１０の一部を示す。ディスク１０は、ターボ機械の長手軸Ｘ−Ｘの周りを回転するのに適している。

回転ディスク１０は、その外周の周りに規則的に分配される複数のスロット１２を含み、各スロットは、ファンブレード１６の根元部１４を収容するように構成される（１つのブレードのみ、図１に部分的に示されている）。さらに詳細には、各ブレード１６の根元部１４は、ダブテール形状であり、この目的のために設けられる対応するスロット１２の１つに軸方向に係合される。

回転ディスク１０はさらに、軸方向の上流側に延びる環状のフランジ１８を有する。フランジ１８は、ディスクから離れた端部に、外側の複数の鋸歯状体（または歯）２０を備え、複数の鋸歯状体２０は、ディスクに対して径方向外側に延び、ディスクの円周全体の周囲に規則的に分配される。

フランジ１８上の外側鋸歯状体２０の数は、ファンブレード１６を収容するために、ディスクのスロット１２の数と等しいことが分かる。さらに、外側鋸歯状体２０は、スロット１２のそれぞれ１つと（軸方向に）ほぼ整列している。

フランジ１８は、さらに、ディスク１０から離れた端部に、ディスクに対して径方向内側に（すなわち、ディスクの回転軸Ｘ−Ｘの方向に）に延びる環状のカラー２２を備える。カラー２２は、その円周全体の周囲に分配されたオリフィス２４を有する。カラー２２は、オリフィス２４内に挿入されるネジ２８により、カラーに接触して保持される環状体２６を収容することが望ましい。このような環状体の機能は、リングが接線方向に移動するのを防止し、ターボ機械のファン内での他の機能（特に、ブレード間プラットフォームを保持する）を実行する。

ブレード１６を軸方向に保持する保持リング３０は、ディスク１０のフランジ１８の周りに装着されるように構成される。この保持リング３０は、ディスクに対して径方向内側に延びる複数の内側鋸歯状体（または歯）３２を有し、この鋸歯状体３２は、リングがフランジの周りに装着されると、フランジ１８の外側鋸歯状体２０と軸方向に接触するように構成されている。このように、フランジの鋸歯状体の数は、保持リングの鋸歯状体の数と等しい。

さらに、保持リング３０は、外側鋸歯状体（または歯）３４を備え、外側鋸歯状体３４は、ディスクに対して径方向外側に突き出て、かつリングの内側鋸歯状体３２と径方向に整列する。保持リング３０がフランジに装着されると、これらの外側鋸歯状体３４は、ブレードの根元部１４のそれぞれに接触して装着される当接素子３６に対して、軸方向の当接部になるように構成される。

図３および図４に示されているとおり、保持リング３０は、フランジの内側鋸歯状体３２と外側鋸歯状体２０との間の接触により、ディスクのフランジ１８に軸方向に接触して保持される。当接素子３６に対して軸方向の当接部となるこれらの外側鋸歯状体３４により、保持リングは、それぞれのスロット１２内でブレードの根元部１４を軸方向に保持することができる。

保持リング３０は、以下のようにディスクフランジ１８に装着される。すなわち、リングは、ターボ機械の長手軸Ｘ−Ｘに中心合わせされ、リングの内側鋸歯状体３２は、ディスクフランジ１８の外側鋸歯状体２０から軸方向に偏っている。軸方向に並進移動されることにより、リングは、フランジの近接する２つの外側の鋸歯状体２０の間に挿入される内側鋸歯状体３２のそれぞれで、フランジを取り囲む。装着されると、リングは、ターボ機械の長手軸Ｘ−Ｘの周りを回転することにより、リングの内側鋸歯状体３２が、フランジの外側鋸歯状体２０と軸方向に接触する。

ファンディスク１０のこの種類のアセンブリには、ある欠点が存在する。第１は、ディスク１０の回転が、保持リング３０のわずかな移動を引き起こし、ディスクフランジ１８の外側の鋸歯状体２０の上部に磨耗を生じる。加えて、ディスクの回転中に、保持リング３０が、ディスクフランジの周りに旋回し、リングが分離される危険性を伴う傾向がある。

本発明においては、装置は、保持リング３０が受ける振動を減衰するために提供され、それによりこれらの欠点を取り除くことができる。

このような装置は、第１に、ディスク１０のフランジ１８に近接する２つの外側鋸歯状体２０と、保持リング３０の相補的な近接する２つの内側鋸歯状体３２との間に軸方向に、第２に、フランジ１８と保持リング３０の間に径方向に、収容されるように構成されたエラストマー材料の当接素子３８を備える。

図５に示されているとおり、このような当接素子３８は、実質的に平坦な矩形ブロック形状であって、第１に、その間に当接素子が装着される、近接する鋸歯状体２０および３２と接触し、第２に、次に、保持リング３０の内部面、および回転ディスク１０のフランジ１８と接触するように構成された、接触表面４０を呈する。

ディスク１０の回転による遠心力作用により、エラストマー材料から作製される当接素子３８の接触表面４０が変形し、保持リング３０およびディスクフランジ１８を押し付けて、それらの外形輪郭を密接に合わせる。接触表面４０のこの変形は、図６の矢印Ｆ１により示されている。

当接素子３８と保持リング３０およびディスク１０のフランジ１８との接触表面を追加することは、保持リングの振動の固有モードを変更させるのに役立つ。加えて、当接素子３８の接触表面４０が変形し、これにより、保持リングが受ける振動を減衰する。結果として、あらゆる磨耗の危険性が避けられる。

接触表面４０の変形により、当接素子３８は、さらに、図６の矢印Ｆ２により表されるとおり、ディスク１０のフランジ１８の周りにおいて保持リング３０の接線方向の動きを阻止するのに役立つ。

図７Ａおよび図７Ｂは、振動制振装置を形成する当接素子の様々な実施形態を示している。

図７Ａの例においては、エラストマー材料の当接素子３８’は、その材料の縦方向に延びる２つの溝４２を有する以外は、実質的に図５の当接素子と同一である。これらの溝４２は、当接素子を引き抜くのをより簡単にするのに役立つ。

図７Ａの実施形態と比較すると、図７Ｂの当接素子３８”は、さらに、保持リングの内面と接触する２つの平面４４を呈する。この実施形態の特定の幾何学的形状は、当接素子がディスクに誤って装着されるのを防止するエラー回避機能を提供するように作用する。すなわち、この形状により、当接素子が一方向だけでディスクに装着可能になる。

当接素子３８、３８’、および３８”のエラストマー材料は、シリコーン（５０Ｄ６／５０Ｄ７、５０Ｄ８）、フルオロシリコーン、またはフルオロカーボン、あるいは同等の特性を有する任意の他の材料であり得る。

当接素子３８、３８’、または３８”のエラストマー材料は、好ましくは、ショア硬度で５０から９０の範囲の硬度を呈する。

ディスクに装着される振動制振装置の数および角度配置は、様々であってよい。ディスクの９０°の扇形部分を示す図１および図２の例においては、７個のブレードに対して３個の制振装置が設けられ、合計２８個のブレードを支持するディスク全体に対して１２個の装置を備える。

しかし、ディスクにより多くの、または少ない個数の制振装置を装着することも可能である。最小数は２個であり、最大数はディスク上の利用可能な位置の数（すなわち、ディスクにより支持されるブレードの数）に対応する。制振装置の数がブレード数より少ない場合、これらの装置は、等距離で分配される必要はない。

振動を減衰するために本発明の装置を装着したファンディスクの断片的な斜視図および分解組立図である。 図１のディスクが組み立てられた図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ面の断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ面の断面図である。 図１の振動制振装置の斜視図である。 図２の詳細を示す拡大図である。 本発明の別の実施形態における振動制振装置の斜視図である。 本発明の別の実施形態における振動制振装置の斜視図である。

符号の説明

１０ ディスク
１２ スロット
１４ 根元部
１６ ファンブレード
１８ フランジ
２０ 鋸歯状体
２２ カラー
２４ オリフィス
２６ 環状体
２８ ネジ
３０ 保持リング
３２ 内側鋸歯状体
３４ 外側鋸歯状体
３６、３８、３８’、３８” 当接素子
４０ 接触表面
４２ 溝
４４ 平面

Claims (9)

1. ターボ機械のファンブレードを保持する軸方向保持リングの振動を減衰する装置であって、前記ファンブレード（１６）が、ファンブレードの根元部（１４）によって環状フランジ（１８）を含む回転ディスク（１０）に装着されるように構成され、環状フランジ（１８）が、軸方向に延び、かつ径方向の複数の鋸歯状体（２０）を備え、該複数の鋸歯状体（２０）が、回転ディスク（１０）の前記環状フランジ（１８）の周りに装着される保持リング（３０）の相補的な径方向の複数の鋸歯状体（３２）と接触し、
   前記装置が、エラストマー材料の当接素子（３８、３８’、３８”）から形成され、接合素子（３８、３８’、３８”）が、環状フランジ（１８）の２つの近接する鋸歯状体（２０）と保持リング（３０）の２つの近接する相補的な鋸歯状体（３２）との間に軸方向に、および回転ディスクの環状フランジ（１８）と保持リング（３０）との間に径方向に収容され、前記当接素子（３８、３８’、３８”）が、前記近接する鋸歯状体（２０、３２）、保持リング（３０）、および回転ディスク（１０）の環状フランジ（１８）と接触する接触表面（４０、４４）を備えることを特徴とする、装置。
2. 当接素子（３８、３８’、３８”）が、実質的に平坦な矩形ブロック形状である、請求項１に記載の装置。
3. 当接素子（３８、３８’、３８”）が、回転ディスク（１０）に装着される間、エラーを防止するように構成された幾何学的形状を呈する、請求項１または２に記載の装置。
4. 当接素子（３８、３８’、３８”）のエラストマー材料が、ショア硬度で５０から９０の範囲の硬度を呈する、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 当接素子（３８、３８’、３８”）のエラストマー材料が、シリコーン、フルオロシリコーン、またはフルオロカーボンである、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. ファンのブレード（１６）を装着するためのターボ機械の回転ディスク（１０）であって、
   回転ディスクが、軸方向に延び、かつ径方向の複数の鋸歯状体（２０）を備える環状フランジ（１８）を含み、該複数の鋸歯状体（２０）が、保持リング（３０）の相補的な径方向の複数の鋸歯状体（３２）と接触し、保持リング（３０）が、ファンブレードを軸方向に保持し、かつ回転ディスクの環状フランジ（１８）の周りに装着されるように構成され、
   回転ディスクが、請求項１から５のいずれか一項に記載の少なくとも２つの制振装置を含むことを特徴とする、回転ディスク（１０）。
7. 制振装置が、互いに等距離である、請求項６に記載のディスク。
8. ターボ機械のファンブレードを軸方向に保持するための保持リングであって、
   保持リングが、請求項１から５のいずれか一項に記載の少なくとも１つの振動制振装置を含む、保持リング。
9. 請求項６または７に記載の少なくとも１つの回転ディスクを含む、ターボ機械。

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