JP2007278292A - ターボ機械のロータディスクフランジを軸方向に保持するための保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータディスクフランジを軸方向に保持する保持装置に関し、分割環状保持リング（７）を含む装置を提案する。
【解決手段】リングは、リム（１１）の内部面（２２）に対面してそれによって第１軸方向力（Ｆ１）をもたらす外部面（１９）と、基底（１５）の外部面（１７）に対面してそれによって第２軸方向力（Ｆ２）をもたらす内部面（２０）と、フランジの基部（１３）の内方面（２５）に対面してそれによって放射方向力（Ｆ３）をもたらす外方面（２１）とを有し、軸方向力（Ｆ１、Ｆ２）は互いに放射方向に偏る。リングの外方面（２１）は、上記リング上に作用する力（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）間の機械的平衡を得るために、放射方向力（Ｆ３）がリングの重心（Ｇ）を通過する放射面（２８）に対して軸方向に偏る面（２７）に位置するように、環状後退部（２６）を与える。
【選択図】図１

Description

本発明は、環状フランジをターボ機械のロータディスクの放射面に対して軸方向に保持するための保持装置に関する。

さらに詳細には、本発明は本出願人によって出願された欧州特許出願公開第１４９８５７９号明細書に記載された保持装置の改善に関する。そのような装置は、環状フランジをロータディスクの放射面に対して保持することを可能にし、上記ディスクは放射面中に複数の壁によって画定された環状窪みを与え、その１つは放射方向に外側へ展延するリムの内部面によって形成され、上記フランジは、その放射内方部分中に窪みの放射外方壁に対面する環状基部と、ディスクの窪み中に放射方向内側へ基部から展延する基底とを与える。その発明によれば、保持装置は、ロータディスクの窪みに配置された分割リングによって構成された保持リングをさらに含み、保持リングはリムの軸方向内部面に対面する軸方向外部面と、基底の軸方向外部面に対面する軸方向内部面と、フランジの基部の放射内方面に対面する放射外方面とを有する。
欧州特許出願公開第１４９８５７９号明細書

その保持装置、詳細には保持リングは、製造が簡単であり、安価であり、部品の取り付けと取り外しが容易である。しかし、それはいくつかの欠点を有する。詳細には、フランジは運転中に軸方向推力を受け、ロータディスクの窪みから保持リングを外側へ傾ける危険性を生じる。保持リングのそのような傾きはロータディスクの激しい磨耗を招くことがあり、それが破裂する危険性がある。また、激しい磨耗の後、保持リングの傾きによってそれは窪みから外れ、したがってフランジはそのハウジングから離脱することになる。

したがって、本発明の主目的は、保持リングが傾く危険性を回避することの可能な、ロータディスクフランジを軸方向に保持するための保持装置を提案することによって、それらの欠点を取り除くことである。

この目的は、ロータディスクの窪みに配置された分割環状保持リングが、リムの軸方向内部面に対面してそれによって実質上軸方向に作用する第１軸方向力をもたらす軸方向外部面と、基底の軸方向外部面に対面してそれによって実質上軸方向であり第１の軸方向力に対向する方向に作用する第２軸方向力をもたらす軸方向内部面と、フランジの基部の放射内方面に対面してそれによって実質上放射方向に作用する放射方向力をもたらす放射外方面とを有し、軸方向力は互いに放射方向に偏る保持装置によって達成され、本発明によれば、保持リングの放射外方面は、上記保持リング上に作用する力の間に機械的な平衡を得るために、フランジの基部の放射内方面に対面する上記面から由来する放射方向力が保持リングの重心を通る放射面に対して軸方向に偏る面内に位置するように、環状後退部を与える。

保持リング上に作用する軸方向力は、ロータディスクにプレストレスで取り付けられたフランジに起因する。これらの力の間の放射方向の偏りは、フランジの取り付け中および取り外し中の両方において、フランジの基底をディスクのリム上に通過させる必要があるためである。リングの放射外方面上に作用する放射方向力は、ロータディスクの回転による遠心力から由来する。保持リングの放射外方面中に環状後退部を作ることによって、上記面に作用する放射方向力の方向を軸方向に偏らせ、軸方向力の間の放射方向偏りによって発生したトルクを補償することが可能である。結果として、保持リングの様々な面上に作用する力の間に機械的な平衡を得ることが可能であり、それによって運転中の傾きが防止される。

フランジの基部の放射内方面に対面する保持リングの放射外方面から由来する放射方向力は、保持リングの軸方向外部面および内部面の間に位置する放射面内にあることが好ましい。

基底の軸方向外部面に対面するリングの軸方向内部面から由来する第２軸方向力が、フランジの軸方向内部面に対面するリングの軸方向外部面から由来する第１軸方向力に対して放射方向に外側へ偏るとき、保持リングの放射外方面中の環状後退部は、放射方向力が、リングの重心を通過する放射面に対してリングの内部面に向かって放射方向に偏る面内にあるように配置されることが有利である。

保持リングの放射内方部分は、ロータディスクのリムの後方に形成された溝中に受容されることが好ましい。

本発明はまた、上で定義した保持装置を少なくとも１個を含むタービンおよびターボ機械も提供する。

本発明の他の特徴および利点は、それに限定されることのない一実施形態を示す添付の図面を参照して行われる以下の説明から明らかになる。

図面はターボ機械ディスク１の部分、例えば、高圧タービンのロータディスクを示す。

ディスク１は、複数の実質上軸方向スロット２を含み、各々ブレード（図示せず）の基底を受容することが意図される。ディスクの面４に対面して取り付けられた環状フランジ３は、ブレードがディスクに対して軸方向に動くことを防止する働きをする。フランジ３の放射内方部分５はディスクの面４に形成された環状窪み６中に受容され、分割リング７の形の保持リングによってその中に保持される。

以下の説明において、用語「内方」および「外方」はそれぞれディスク１の回転軸から近いまたは遠い壁または面を指し、用語「内部」および「外部」はそれぞれディスクの中間面に近いまたは遠い壁または面を指す。

図２に示すように、環状窪み６は、実質上円筒状であり凹状の表面９によってディスクの環状リム１１の後方に配置されたチャンネル部分の環状溝１０に接続された壁８によって放射方向に外側へ画定される。リム１１は放射方向に外側へ展延し、凹状表面９と溝１０の底部の間に形成された肩１２の直径よりもわずかに大きな直径を与える。

図に示した実施例において、溝１０およびリム１１はディスク１の面４から現れる。しかし、この構成は本発明を実施する上で重要ではない。

フランジ３の放射内方部分５は、ディスクの窪み６中に展延して円筒状でありディスクの円筒状壁８に対面する外方表面１４を与える環状基部１３を有する。

フランジ３の放射内方部分５はまた、基部１３の下部に配置されて放射方向内側に展延する基底１５を有する。フランジ３の放射内方部分５が組み立て中に窪み６中に挿入可能とするために、またはそれを分解可能とするために、基底１５の孔直径１６はリム１１の外径と実質上等しいか、またはわずかに大きい。

フランジ３の放射内方部分５の基底１５は、肩１２の近傍の溝１０を通過する放射面内にある軸方向外部面１７を与える。この外部面１７は基部１３の放射内方面２５に接続され、それと一緒にさねはぎ溝１８を形成する。

保持リング７は、その放射外方部分がさねはぎ溝１８中に受容され、その放射内方部分が溝１０中に部分的に受容されるように窪み６中に配置される。

保持リング７は実質上矩形の横断面を与える。それはディスク１の回転軸に垂直な２個の互いに平行な軸方向面、すなわち、軸方向外部面１９および軸方向内部面２０を有する。さらに、さねはぎ溝１８中に受容されたその放射外方部分中に、保持リングは放射外方面２１を与える。

図２に示すように、保持リング７の軸方向外部面１９はリム１１の軸方向内部面２２に対面する。この軸方向接触は、その合力が矢Ｆ１で表される反作用力の結果である。この軸方向力Ｆ１は実質上軸方向に展延し、内部へ導かれる。

同様に、保持リング７の軸方向内部面２０はフランジ３の基底１５の軸方向外部面１７に対面し、得られる反作用力は矢Ｆ２で表される。この他の軸方向力Ｆ２は、軸方向力Ｆ１の方向に実質上軸方向であり反対の方向に作用する、すなわち、それは外部に導かれる。

以下に説明するように、リング７の軸方向面に作用している軸方向力Ｆ１、Ｆ２は、ディスク１の軸方向面４に対してプレストレスで取り付けられているフランジ３に起因する。

フランジの取り付けと取り外しを可能にするために必要な保持装置の様々な要素の特別な配置のため、軸方向力Ｆ１は他の軸方向力Ｆ２に対して放射方向に外側へ偏っている（この放射方向偏りは図２において長さＬで表されている）ことが観察されるはずである。上記フランジを取り付けまたは取り外すときに、そのような放射方向偏りＬがないとフランジ３の基底１５をリム１１の上に通すことは不可能であろう。

また、軸方向力Ｆ１とＦ２は、図２の点Ｇで表された、リングの重心を通過する軸方向幾何形状構造線２４のいずれかの側に放射方向に配置された線に沿って、保持リング７の軸方向面１９、２０に対面することが観察されるはずである。

保持リング７の放射外方面２１は、フランジ３の基部１３の放射内方面２５（この面２５はさねはぎ溝１８中に形成される）に対面する。この放射方向接触は、図２において矢３で表される合力を有する反作用力を送達する。この放射方向力Ｆ３は実質上内側に導かれる放射方向に作用し、その軸の回りを回転しているディスク１から由来する遠心力によるものである。

保持リング７の形状およびディスク上のフランジ３とリム１１に対するその特別な配置のために、放射方向力Ｆ３は、保持リングの２つの平行な軸方向面１９と２０との間にある放射面で好ましく作用することが観察されるはずである。

保持リング７の軸方向面１９と２０上に作用する軸方向力Ｆ１とＦ２との間に放射方向偏りが存在し、保持リングの重心Ｇを通過する軸方向線２４回りの配分方法のため、保持リングはその重心の回りで傾く危険性がある。

この危険性を回避するために、保持リング７の放射外方面２１は、基部１３の放射内方面２５に対面する上記面２１から由来する放射方向力Ｆ３が、保持リングの重心Ｇを通過する放射面２８に対して軸方向に偏った面２７内にあるように、環状後退部（または谷）２６を与えることが本発明によって提供される。

したがって、保持リング７の放射外方面２１と基部１３の放射内方面２５との間の接触表面の位置を調節することによって、保持リング上に作用する力Ｆ１からＦ３間の機械的平衡を得ることが可能である。この調節は保持リング７の放射外方面２１中により深いまたはより浅い深さ（軸方向に）の環状後退部２６を作ることによって達成される。

図２に示すように、軸方向力Ｆ２が軸方向力Ｆ１に対して放射方向に外側へ偏るとき、環状切断部２６は、放射方向力Ｆ３が保持リング７の軸方向内部面２０に向かって保持リングの重心Ｇを通過する放射面２８に対して軸方向に偏る面２７内にあるように作られる。これは、保持リングに対面する力Ｆ１からＦ３間に機械的平衡を確立することを可能にする。

無論、逆の状況において、すなわち、軸方向力Ｆ２が軸方向力Ｆ１に対して放射方向に内側へ偏っていたならば、環状切断部は、同様に保持リング上に作用する力Ｆ１からＦ３間の機械的平衡を確立する目的のために、放射方向力Ｆ３がその放射面２８に対して保持リングの軸方向外部面１９に向かって軸方向に偏った面内にあるように作られるであろう。

保持リング７の放射外方面２１上にそのような環状切断部２６が存在することによって、他の利点、すなわち、切断部の中に隙間ゲージを通すことによって、フランジの組み立て後に保持リングが適切に配置されているかどうかのチェックが可能になることが観察されるはずである。

また、フランジ３は欧州特許出願公開第１４９８５７９号明細書に記載された保持装置と同じようにして取り付けと取り外しが行われることを観察すべきである。

フランジの取り付けと取り外しの間に、保持リング７は圧縮工具を用いて溝１０中に簡単に格納される。この目的のために、図１に見ることができるように、リム１１および保持リング７は圧縮工具の爪が配置される複数の組み合わせ切り欠き（リム１１中の２９および保持リング中の３０）を与える。

フランジ３を配置する前に保持リング７が窪み６中に置かれ、その放射内方部分が溝１０中に受容されることが好ましい。圧縮工具を用いて、保持リング７が溝１０の中に格納され、次いで、フランジ３が位置に動かされて、その基底１５をリム１１、保持リング７、および爪上を通過させる。次いで、フランジ３は、そこに軸方向圧力を加えることによってディスク１の軸方向面４に対して押圧される。次いで、保持リング７をその放射外方面２１が基部１３に対面するように膨張させる。最終的に、フランジ３上に加えられた軸方向圧力が取り除かれ、次いで、保持リング７は基底１５とリム１１との間に圧縮される（この圧縮は図２に示した軸方向力Ｆ１およびＦ２を発生させる）。フランジは同じ行程の逆で取り外される。

ターボ機械のロータディスクフランジを保持する本発明の装置の部分斜視図である。 図１の装置のロータディスクの回転軸を含む面上の部分断面図である。

符号の説明

１ ターボ機械ディスク
２ 軸方向スロット
３ 環状フランジ
４ 面
５ 放射内方部分
６ 環状窪み
７ 保持リング
８ 円筒状壁
９ 凹状の表面
１０ 環状溝
１１ 環状リム
１２ 肩
１３ 環状基部
１４ 外方表面
１５ 基底
１６ 孔直径
１７、１９ 軸方向外部面
１８ さねはぎ溝
２０ 軸方向内部面
２１ 放射外方面
２４ 軸方向線
２５ 放射内方面
２６ 環状後退部
２７ 軸方向に偏った面
２８ 放射面
２９、３０ 組み合わせ切り欠き

Claims (6)

1. ロータディスク（１）のフランジ（３）を軸方向に保持する装置であって、装置は
   複数の壁によって画定される環状窪み（６）を与える放射面（４）を有し、その１つが放射方向に外側へ展延するリム（１１）の内部面によって形成されるロータディスク（１）と、
   その放射内方部分に、窪み（６）の放射外方壁に対して押圧する環状基部（１３）と、基部から放射方向に内側へディスクの窪みの中に展延する基底（１５）とを与える環状フランジ（３）と、
   リム（１１）の軸方向内部面（２２）に対面してそれによって実質上軸方向に作用する第１軸方向力（Ｆ１）をもたらす軸方向外部面（１９）と、基底（１５）の軸方向外部面（１７）に対面してそれによって実質上軸方向であり第１の軸方向力に対向する方向に作用する第２軸方向力（Ｆ２）をもたらす軸方向内部面（２０）と、フランジ（３）の基部（１３）の軸方向内方面（２５）に対面してそれによって実質上軸方向に作用する放射方向力（Ｆ３）をもたらす放射外方面（２１）とを有し、軸方向力（Ｆ１、Ｆ２）が互いに放射方向に偏る、ロータディスクの窪み（６）中に配置された分割環状保持リング（７）とを含み、
   前記保持リング上に作用する力（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）間の機械的平衡を得るために、フランジの基部（１３）の放射内方面（２５）に対面する前記面（２１）から由来する放射方向力（Ｆ３）が保持リングの重心（Ｇ）を通過する放射面（２８）に対して軸方向に偏る面（２７）内に位置するように、保持リング（７）の放射外方面（２１）が環状後退部（２６）を与えることを特徴とする、装置。
2. フランジの基部（１３）の放射内方面（２５）に対面する保持リング（７）の放射外方面（２１）から由来する放射方向力（Ｆ３）が、保持リングの軸方向外部および内部面（１９および２０）間に位置する放射面（２７）内にあることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 保持リング（７）の放射外方面（２１）中の環状後退部（２６）が、翼根部（１５）の軸方向外部面（１７）に対面するリングの軸方向内部面（２０）から由来する第２軸方向力（Ｆ２）がリム（１１）の軸方向内部面（２２）に対面するリングの軸方向外部面（１９）から由来する第１軸方向力（Ｆ１）に対して放射方向外側へ偏るとき、放射方向力（Ｆ３）がリングの重心（Ｇ）を通過する放射面（２８）に対してリングの内部面（２０）に向かって放射方向に偏る面（２７）内にあるように配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 保持リング（７）の放射内方部分がロータディスク（１）のリム（１１）の後方に形成された溝（１０）に受容され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装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の少なくとも１つの保持装置を含む、ターボ機械タービン。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載の少なくとも１つの保持装置を含む、ターボ機械。

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