JP2009236060A - 翼回転装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転駆動されるディスクの回転方向回りに動翼が複数配列された翼回転装置において、装置の大型化及び重量増加を抑制しながら動翼のディスクに対するずれを防止する。
【解決手段】スロット２３に差し込まれた動翼２２の一部２２ａに差し込み方向から当接されて固定されることで動翼２２のディスク２１の回転軸方向への移動を規制する規制部材２４と、ディスク２１に一体に形成され、規制部材２４をディスク２１の半径方向外側から及び差し込み方向から支持する支持部２５とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転駆動されるディスクの回転方向回りに動翼が複数配列された翼回転装置に関するものである。

回転駆動されるディスクと、このディスクの回転方向周りに複数配列される動翼とを備える翼回転装置は、例えば、ターボファンエンジンのファンや圧縮機に用いられている。

このような翼回転装置では、特許文献１に示すように、一般的にディスクの周面部に形成されたスロットに動翼の根元部分であるダブテールをディスクの回転軸方向から差し込むことによって、動翼をディスクに対して固定している。
そして、動翼がディスクに対して回転軸方向にずれないように、動翼の根元部分には、動翼の差し込み方向から保持リング（規制部材）が当接されている。
特開２００７−３２５６４号公報

ところで、翼回転装置が駆動されると、ディスクが高速回転するため、保持リングには大きな遠心力が作用することとなる。また、翼回転装置が緊急停止した場合等には、動翼にディスクのスロットから抜け出す方向に力が作用し、保持リングには回転軸方向に大きな力が作用することとなる。
そこで、従来の翼回転装置では、特許文献１に示すように、保持リングが上記力により外れ、動翼がディスクに対してずれてしまわないように、保持リングを別の部材（環状体２６及び大型のネジ２８）を用いてディスクに対して強固に固定している。

しかしながら、保持リングをディスクに対して強固に固定するためには、固定するための部材を頑丈に形成する必要があり、装置の大型化及び重量増加を招くこととなる。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、回転駆動されるディスクの回転方向回りに動翼が複数配列された翼回転装置において、装置の大型化及び重量増加を抑制しながら動翼のディスクに対するずれを防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、回転駆動されるディスクと、該ディスクの回転方向周りに複数配列されると共に個々が該ディスクの周面部に回転軸方向に延在して形成されたスロットに対して上記回転軸方向から一部が差し込まれることで上記ディスクに対して固定される動翼とを備える翼回転装置であって、上記スロットに差し込まれた上記動翼の上記一部に上記差し込み方向から当接されて固定されることで上記動翼の上記ディスクの回転軸方向への移動を規制する規制部材と、上記ディスクに一体に形成され、上記規制部材を上記ディスクの半径方向外側から及び上記差し込み方向から支持する支持部とを備えることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明によれば、ディスクに一体に形成される支持部によって、動翼の位置を規制する規制部材がディスクの半径方向外側から及び差し込み方向から支持される。

また、本発明においては、上記支持部を複数備え、各上記支持部は、上記スロット間において上記ディスクから上記回転軸方向に突設されると共に上記規制部材に対して上記半径方向外側から当接する突設部と、該突設部から上記回転軸に向けて突出すると共に上記規制部材に対して上記差し込み方向から当接する爪部とを有するという構成を採用する。

また、本発明においては、単体の材料体を削り出すことによって上記ディスクと上記支持部とが一体とされているという構成を採用する。

また、本発明においては、上記規制部材を複数備え、複数の上記規制部材が全体としてリング状に配列されているという構成を採用する。

また、本発明においては、単一の上記規制部材が、複数の上記動翼の上記一部に対して当接されているという構成を採用する。

本発明によれば、ディスクに一体に形成される支持部によって、動翼の位置を規制する規制部材がディスクの半径方向外側から及び差し込み方向から支持される。
つまり、ディスクと一体に形成されることによってディスクに対して強固に固定された支持部によって、規制部材に作用する遠心力及び動翼がディスクのスロットから抜け出そうとする力を受けることができる。よって、規制部材は、落下しない程度にディスクに対して固定すれば良い。
このように本発明によれば、規制部材をディスクに対して強固に固定するための別部材を必要とすることなく、規制部材に作用する遠心力及び動翼がディスクのスロットから抜け出そうとする力を受けることができる。したがって、回転駆動されるディスクの回転方向回りに動翼が複数配列された翼回転装置において、装置の大型化及び重量増加を抑制しながら動翼のディスクに対するずれを防止することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る翼回転装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
また、以下の説明においては、本発明の翼回転装置をターボファンエンジンのファンに適用して例について説明する。

図１は、本実施形態におけるターボファンエンジンの概略構成を示す断面図である。この図に示すように、本実施形態のターボファンエンジン１は、ファン２と、圧縮機３と、燃焼器４と、タービン５とを備えている。

ファン２は、ターボファンエンジン１の内部に外気を取り込むためのものであり、回転駆動されるディスク２１の回転軸Ｌ周りに配列された複数の動翼２２を有している。
圧縮機３は、ファン２によって取り込まれた空気を圧縮するものであり、回転駆動される動翼と固定された静翼とが空気の流れ方向に交互に複数段配列された構成を有する。
燃焼器４は、圧縮機３によって圧縮された空気を燃料と共に燃焼するものであり、不図示の燃料供給機構と着火装置とを備えている。
タービン５は、燃焼器４にて空気及び燃料が燃焼されることによって生じた燃焼ガスが有する速度エネルギの一部を回転エネルギに変換するものであり、当該回転エネルギによってファン２及び圧縮機３を駆動するものである。
また、ターボファンエンジン１は、ファン２にて取り込まれた外気の一部を圧縮機３に送り込むことなく排気するためのバイパス流路６を備えている。

このような構成を有するターボファンエンジン１において、空気は、ファン２によってターボファンエンジン１の内部に取り込まれ、一部が圧縮機３に供給され、残部がバイパス流路６を介して排気される。そして、圧縮機３に供給された空気は、圧縮機３にて圧縮された後、燃焼器４にて燃料と共に燃焼される。そして、燃焼によって発生した燃焼ガスの速度エネルギの一部は、タービン５にて回転エネルギに変換されてファン２及び圧縮機３の駆動に用いられる。一方、燃焼ガスの残りの速度エネルギは、燃焼ガスがターボファンエンジン１の後部から排気される際にターボファンエンジン１に推進力を付与するのに用いられる。この結果、ターボファンエンジン１が推進する。

そして、本実施形態においては、ターボファンエンジン１のファン２に本発明の翼回転装置が用いられている。
ファン２は、図２に示すように、上述のように回転駆動されるディスク２１と、該ディスク２１に対して固定される動翼２２とを有している。なお、動翼２２は、ディスク２１の回転方向周りに複数配列されているが、図２においては、説明の便宜上、１つの動翼２２の一部のみを図示している。また、図２においては、ディスク２１も一部のみが図示されている。
そして、動翼２２は、ディスク２１の周面部に回転軸方向に延在して形成されたスロット２３に対して、回転軸方向からダブテール２２ａ（一部）が差し込まれることでディスク２１に対して固定されている。

また、ファン２は、動翼２２の回転軸方向の移動を規制する規制部材２４と、該規制部材２４を支持する支持部２５とを備えている。

規制部材２４は、図３に示すように、ディスク２１のスロット２３に差し込まれた動翼２２のダブテール２２ａに差し込み方向から当接される円弧形状の当接部２４ａと、ディスク２１に対してネジやボルトにて固定されると共に当接部２４ａと接続される固定部２４ｂとを有している。そして、規制部材２４は、当接部２４ａが動翼２２のダブテール２２ａに差し込み方向から当接されて固定されることによって動翼２２のディスク２１の回転軸方向への移動を規制する。
ファン２は、この規制部材２４を複数備えている。そして、これらの規制部材２４は、当接部２４ａがリング状に繋がるように配列されて固定されている。
また、１つの規制部材２４が備える当接部２４ａは、複数の動翼２２のダブテール２２ａと当接可能な長さに設定されている。

支持部２５は、図２に示すように、ディスク２１に一体に形成され、規制部材２４の当接部２４ａをディスク２１の半径方向外側から及び差し込み方向から支持するものである。
より詳細には、ファン２は、支持部２５を複数有している。そして、各支持部２５は、図４に示すように、スロット２３間においてディスク２１から回転軸方向に突設されると共に規制部材２４の当接部２４ａに対して半径方向外側から当接する突設部２５ａと、該突設部２５ａから回転軸に向けて突出すると共に規制部材２４の当接部２４ａに対して差し込み方向から当接する爪部２５ｂとを有する。
なお、ディスク２１と支持部２５とは、単体の材料体を削り出すことによって一体とされている。

そして、ファン２を組み立てる場合には、例えば単一の材料体を削りだすことによって、ディスク２１と支持部２５とを一体に形成する。具体的には、例えば略円筒形の材料体の周面部にスロット２３と、支持部２５に相当する突出部を複数形成する。その後、支持部２５に相当する複数の突出部の内側を旋盤にて一度に削ることによって、突設部２５ａ及び爪部２５ｂを形成する。このように支持部２５の成形は、旋盤による加工で一度に容易に行うことができる。
続いて、このように形成されたディスク２１のスロット２３に、動翼２２のダブテール２２ａを回転軸方向から差し込む。その後、支持部２５の突設部２５ａ及び爪部２５ｂに当接部２４ａが当接するように規制部材２４をディスク２１の内径側から差し込む。ここで、ファン２においては、複数の規制部材２４を備えている、つまり動翼２２のダブテール２２ａを抑える部材が複数に分割されている。このため、複数の規制部材２４を、当接部２４ａがリング状に繋がるように容易に配列することができる。
このようにして全ての規制部材２４を配置したら、規制部材２４の固定部２４ｂをディスク２１に対して固定することによって、図１に示すように、規制部材２４の当接部２４ａを動翼２２のダブテール２２ａに差し込み方向から当接させた状態にて固定することができる。
以上の工程にてファン２が組み立てられる。なお、このファン２の組み立て工程には、必要に応じて、規制部材２４の固定部２４ｂが露出するディスク２１の面を覆うスピナーを配置する工程を含む。

このような本実施形態のファン２においては、ディスク２１に一体に形成される支持部２５によって、動翼２２の位置を規制する規制部材２４がディスク２１の半径方向外側から及び差し込み方向から支持される。
つまり、ディスク２１と一体に形成されることによってディスク２１に対して強固に固定された支持部２５によって、規制部材２４に作用する遠心力及び動翼２２がディスク２１のスロットから抜け出そうとする力を受けることができる。よって、規制部材２４は、落下しない程度にディスク２１に対して固定すれば良い。
このように本実施形態のファン２によれば、規制部材２４をディスク２１に対して強固に固定するための別部材を必要とすることなく、規制部材２４に作用する遠心力及び動翼がディスク２１のスロット２３から抜け出そうとする力を受けることができる。したがって、回転駆動されるディスク２１の回転方向回りに動翼２２が複数配列された翼回転装置において、装置の大型化及び重量増加を抑制しながら動翼２２のディスク２１に対するずれを防止することが可能となる。

また、本実施形態のファン２においては、複数の規制部材２４を備えている、つまり動翼２２のダブテール２２ａを抑える部材が複数に分割されている。このため、複数の規制部材２４を、当接部２４ａがリング状に繋がるように容易に配列することができる。
一方で、１つの規制部材２４が備える当接部２４ａは、複数の動翼２２のダブテール２２ａと当接可能な長さに設定されている。このため、１つの規制部材２４を配置することによって複数の動翼２２のダブテール２２ａを抑えることができ、１つ１つの動翼２２のダブテール２２ａに対して規制部材を配置する場合と比較して、配置工程を容易にすることができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、本発明の翼回転装置をファン２に適用する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ターボファンエンジン１の圧縮機３及びタービン５に適用することもできる。
また、ターボファンエンジン１のみでなく、ディスク周りに配列された動翼を回転させる翼回転装置を備える全ての装置に本発明を適用することができる。

また、上記実施形態においては、規制部材２４が、円弧形状の当接部２４ａと、該当接部２４ａと接続される固定部２４ｂとを有している構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、規制部材２４が円弧形状の当接部２４ａのみからなる構成を採用することもできる。このような場合であっても、規制部材２４は、落下しない程度にディスク２１に対して固定すればよく、装置の大型化及び重量増加を抑制しながら動翼２２のディスク２１に対するずれを防止することが可能となる。

本発明の一実施形態におけるターボファンエンジンの概略構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態のファンの構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態のファンが備える規制部材の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態のファンが備えるディスクの構成を示す斜視図である。

符号の説明

１……ターボファンエンジン、２……ファン（翼回転装置）、２１……ディスク、２２……動翼、２２ａ……ダブテール（一部）、２３……スロット、２４……規制部材、２４ａ……当接部、２４ｂ……固定部、２５……支持部、２５ａ……突設部、２５ｂ……爪部、Ｌ……回転軸

Claims (5)

1. 回転駆動されるディスクと、該ディスクの回転方向周りに複数配列されると共に個々が該ディスクの周面部に回転軸方向に延在して形成されたスロットに対して前記回転軸方向から一部が差し込まれることで前記ディスクに対して固定される動翼とを備える翼回転装置であって、
   前記スロットに差し込まれた前記動翼の前記一部に前記差し込み方向から当接されて固定されることで前記動翼の前記ディスクの回転軸方向への移動を規制する規制部材と、
   前記ディスクに一体に形成され、前記規制部材を前記ディスクの半径方向外側から及び前記差し込み方向から支持する支持部と
   を備えることを特徴とする翼回転装置。
2. 前記支持部を複数備え、各前記支持部は、
   前記スロット間において前記ディスクから前記回転軸方向に突設されると共に前記規制部材に対して前記半径方向外側から当接する突設部と、
   該突設部から前記回転軸に向けて突出すると共に前記規制部材に対して前記差し込み方向から当接する爪部と
   を有することを特徴とする請求項１記載の翼回転装置。
3. 単体の材料体を削り出すことによって前記ディスクと前記支持部とが一体とされていることを特徴とする請求項１または２記載の翼回転装置。
4. 前記規制部材を複数備え、複数の前記規制部材が全体としてリング状に配列されていることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の翼回転装置。
5. 単一の前記規制部材が、複数の前記動翼の前記一部に対して当接されていることを特徴とする請求項４記載の翼回転装置。
   
   

Images