JP2013536910A - ロータコンポーネントのテーパコレット接続 - Google Patents
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Abstract
ガスタービンエンジンの第１のロータコンポーネント（３４）上の環状スリーブ（５２）間の接続は、環状開口から軸方向に内側に向かってスリーブの中へ延在している、開口からスリーブの中へ軸方向に先細りになっている環状テーパ円錐スロット（５３）を含む。第２のロータコンポーネント（１２）の環状リム（６４）は円錐スロットの中に受け取られ、部分的に円錐スロットを画定するスリーブ内部円錐表面（５６）と整合し、接触するリム内部円錐表面（７０）を含む。スリーブ円筒状外部表面（６０）は、部分的にスリーブ内の円錐スロットを画定し、環状リム上のリム外部円筒状表面（７２）は、スリーブ円筒状外部表面と接触している。環状リップ（８０）は、スリーブおよび環状開口部のスリーブ内部円錐表面から半径方向に内側に向かって円錐スロットまで延在することができる。接続は、第１段ディスクと段間シール（１２）の間で使用することができる。
【選択図】図２
【選択図】図２
Description
本発明は、航空機ガスタービンエンジンのロータコンポーネントの接続に関する。
ガスタービンエンジンは、しばしば、隣接する第１段タービンディスクと第２段タービンディスクの間に位置している段間シールなどの隣接する共回転コンポーネントを有する多段タービンロータを有している。段間シールは、ボルト無し接続によって第１段ディスクおよび第２段ディスクに接続することができ、それにより、時間を要する、ボルトに適切にトルクを加えるためのタスクが除去され、また、ボルト接続に関連する応力集中の問題が除去される。１９９４年６月１４日に発行された、Ｍｅａｄｅらによる「Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｄｉｓｋ Ｉｎｔｅｒｓｔａｇｅ Ｓｅａｌ Ａｎｔｉｒｏｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許第５３２０４８８号にこのような接続の一例が開示されている。
航空機エンジンのロータは大きいトルク荷重を担っており、また、コンポーネントを分離するために加えられる分離トルク荷重は、コンポーネントのすべりを回避するために、コンポーネントを接続している界面または接続を介して担わなければならない。コンポーネントが接続界面または整合界面ですべると、ハードウェアが損傷する可能性があり、擦過の対象になる。
トルクを担うためのキー、タブまたはスプラインなどの対回転すなわちトルクおよびすべり防止特徴は当分野でよく知られている。また、ボルト無し接続には、すべりを回避するために、摩擦を使用したさねはぎおよびそれらの界面荷重が組み込まれている。これらの特徴はコストのかかる三次元特徴であり、また、スプラインおよびタブに大きい応力がかかる。
したがって、ロータコンポーネント間には、改善された対回転すなわちトルクおよびすべり有効性を提供し、かつ、さねはぎよりも頑丈な回転および関連する回転すべりの防止を提供するタービンエンジンロータボルト無し接続が必要である。また、スプラインおよびタブなどの三次元特徴よりも安価で、かつ、複雑性が少ないボルト無し接続が必要である。
ガスタービンエンジンロータアセンブリは、接続によって第２のロータコンポーネントに接続された第１のロータコンポーネントを含む。接続は、第１のロータコンポーネント上の環状スリーブと、環状テーパ円錐スロットであって、該スロットの環状開口から軸方向に内側に向かってスリーブの中へ延在し、開口からスリーブの中へ軸方向に先細りになっているテーパ円錐スロットと、部分的に円錐スロットを画定しているスリーブ内部円錐表面とを含む。第２のロータコンポーネントは、円錐スロットの中に受け取られた環状リムを含み、環状リムは、スリーブ内部円錐表面と整合し、かつ、スリーブ内部円錐表面に押し付けられるリム内部円錐表面を含む。
アセンブリは、部分的にスリーブ内の円錐スロットを画定しているスリーブ円筒状外部表面と、環状リム上のリム外部円筒状表面をさらに含むことができる。環状リム外部円筒状表面はスリーブ円筒状外部表面と整合し、かつ、接触する。
スリーブおよび環状開口部のスリーブ内部円錐表面から半径方向に内側に向かって円錐スロットまで延在している環状リップを組み込むことができる。
この接続は、中心線軸の周囲を囲んでいる第１段ディスクと第２段ディスクの間に軸方向に配置され、かつ、これらのディスクに接続された段間シールを含んだガスタービンエンジンロータアセンブリに使用することができる。環状スリーブは第１段ディスクおよび段間シールの上であってもよく、また、環状リムは段間シールの上であってもよい。
環状リムは、段間シールの環状外部シェルから第１段ディスクに向かって軸方向に延在している前腕の上であってもよい。スリーブは、第１段ディスク上に取り付けられた後部ボルト無しブレードリテーナの上であってもよい。
本発明の新規な特徴と思われる特性は、特許請求の範囲に示されており、かつ、区別されている。以下、本発明について、添付の図面に関連して、本発明の他の目的および利点と共により詳細に説明する。
図１は、ガスタービンエンジンロータコンポーネントのためのコレットボルト無し接続８の一例示的実施形態を示したものである。ガスタービンエンジンの中心線軸１１の周囲を囲んでいるガスタービンエンジンロータアセンブリ１０は、第１段ディスク１４と第２段ディスク１６の間に軸方向に配置され、かつ、それらに接続された段間シール１２を含む。第１段ディスクおよび第２段ディスク１４、１６の第１および第２のウェブ１８、２０は、それぞれ第１および第２の穴２２、２４から半径方向に外側に向かって延在している。第１および第２のウェブ１８、２０は、それぞれ第１段ディスクおよび第２段ディスク１４、１６の第１および第２のディスクリム２７、２９内の第１および第２のスロット２６、２８の中に受け取られた複数の第１および第２のタービンブレード２３、２５を有する外部周囲でそれぞれ終わっている。
図２および３を参照すると、第１のディスクリム２７の上に取り付けられた前部および後部ボルト無しブレードリテーナ３２、３４は、第１のタービンブレード２３を第１のスロット２６の中に保持している。前部および後部ボルト無しブレードリテーナ３２、３４は、それぞれワイヤシール３６を含むための前部および後部凹所３３、３５を含む。第１のロータコンポーネント４０は、第１段ディスク１４およびそのブレードならびにボルト無しブレードリテーナを含んだ第１段ディスクアセンブリ４１によって例示されている。第２のロータコンポーネント４２は、段間シール１２によって例示されている。コレットボルト無し接続８は、第１および第２のロータコンポーネント４０、４２を接続している。さねはぎ接続４５を使用して段間シール１２が第２段ディスク１６に接続されている。
図１、２および３を参照すると、段間シール１２は、外部シェル３８およびシールディスク４６を含み、シールディスク４６はシールウェブ４７およびシール穴４８を有している。前腕４９は、外部シェル３８から軸方向に前方へ第１段ディスク１４に向かって延在しており、コレットボルト無し接続８によって第１段ディスク１４上の後部ボルト無しブレードリテーナ３４に接続されている。後腕５０は、外部シェル３８から軸方向に後方へ第２段ディスク１６に向かって延在しており、さねはぎ接続４５によって第２段ディスク１６の第２のディスクリム２９に接続されている。
シェル３８は、通常、円筒状の形をしており、前腕および後腕４９、５０は、それぞれ内側に向かう凸状の形を有している。より具体的には、前腕および後腕４９、５０は、それぞれ、シェル３８からそれぞれ第１段ディスクおよび第２段ディスク１４、１６まで延在しているカテナリー曲線５１を有している。
図３および４を参照すると、コレットボルト無し接続８は、後部ボルト無しブレードリテーナ３４の上に環状スリーブ５２を含む。環状スリーブ５２は、環状開口５４から軸方向に内側に向かってスリーブの中へ延在しているテーパ円錐スロット５３を含む。円錐スロット５３は、開口５４からスリーブ５２の中へ軸方向に先細りになっている。スリーブ５２は、部分的に円錐スロット５３を画定しているスリーブ半径方向内部円錐表面５６を含む。本明細書において示されているスリーブ５２の実施形態は、スリーブ内部円錐表面５６と並置されたスリーブ円筒状外部表面６０をさらに含む。スリーブ円筒状外部表面６０は、部分的にスリーブ５２内の円錐スロット５３を画定している。
コレットボルト無し接続８は、前腕４９の前方端６６の上に環状リム６４をさらに含む。リム６４は、スリーブ５２内の円錐スロット５３の中に受け取られている。リム６４は、リム内部円錐表面７０およびリム外部円筒状表面７２を含む。リム内部円錐表面７０は、スリーブ内部円錐表面５６と整合し、接触し、かつ、スリーブ内部円錐表面５６に押し付けられている。
リム内部円錐表面７０およびスリーブ内部円錐表面５６は、中心線軸１１に対して実質的に同じ円錐角ＡＣを有している。半径方向の偏向に適応するために、リム内部円錐表面７０の円錐角とスリーブ内部円錐表面５６の間には若干の差が存在していてもよい。リム外部円筒状表面７２は、スリーブ円筒状外部表面６０と整合し、かつ、接触している。接続８によって段間シール１２の前腕４９上の環状リム６４が第１段ディスクアセンブリ４１のスリーブ５２内の円錐スロット５３の中にロックまたは固着され、それにより整合する表面と表面の間の円周方向のすべりおよび関連する擦過が防止され、あるいは阻止される。
環状リップ８０は、スリーブ５２および環状開口５４部のスリーブ内部円錐表面５６から半径方向に内側に向かって円錐スロット５３まで延在している。環状リップ８０は、第１および第２のロータコンポーネント４０、４２、より詳細にはリム６４をスリーブ５２から分解および分離するための工具の使用を可能にするために提供されている。
以上、本明細書において、本発明の好ましく、かつ、例示的と思われる実施形態について説明したが、当業者には、本明細書における教示から本発明の他の修正が明らかであり、したがってすべてのこのような修正は、本発明の真の精神および範囲に包含されるものとして特許請求の範囲内で保証されることが望ましい。
したがって以下の特許請求の範囲で定義され、かつ、区別されている本発明は、米国特許証によって保証されることが望ましい。
８ コレットボルト無し接続
１０ ガスタービンエンジンロータアセンブリ
１１ ガスタービンエンジンの中心線軸
１２ 段間シール
１４ 第１段ディスク
１６ 第２段ディスク
１８ 第１のウェブ
２０ 第２のウェブ
２２ 第１の穴
２３ 第１のタービンブレード
２４ 第２の穴
２５ 第２のタービンブレード
２６ 第１のスロット
２７ 第１のディスクリム
２８ 第２のスロット
２９ 第２のディスクリム
３２ 前部ボルト無しブレードリテーナ
３３ 前部凹所
３４ 後部ボルト無しブレードリテーナ
３５ 後部凹所
３６ ワイヤシール
３８ 外部シェル
４０ 第１のロータコンポーネント
４１ 第１段ディスクアセンブリ
４２ 第２のロータコンポーネント
４５ さねはぎ接続
４６ シールディスク
４７ シールウェブ
４８ シール穴
４９ 前腕
５０ 後腕
５１ カテナリー曲線
５２ 環状スリーブ
５３ テーパ円錐スロット
５４ 環状開口
５６ スリーブ半径方向内部円錐表面
６０ スリーブ円筒状外部表面
６４ 環状リム
６６ 前腕の前方端
７０ リム内部円錐表面
７２ リム外部円筒状表面
８０ 環状リップ
１０ ガスタービンエンジンロータアセンブリ
１１ ガスタービンエンジンの中心線軸
１２ 段間シール
１４ 第１段ディスク
１６ 第２段ディスク
１８ 第１のウェブ
２０ 第２のウェブ
２２ 第１の穴
２３ 第１のタービンブレード
２４ 第２の穴
２５ 第２のタービンブレード
２６ 第１のスロット
２７ 第１のディスクリム
２８ 第２のスロット
２９ 第２のディスクリム
３２ 前部ボルト無しブレードリテーナ
３３ 前部凹所
３４ 後部ボルト無しブレードリテーナ
３５ 後部凹所
３６ ワイヤシール
３８ 外部シェル
４０ 第１のロータコンポーネント
４１ 第１段ディスクアセンブリ
４２ 第２のロータコンポーネント
４５ さねはぎ接続
４６ シールディスク
４７ シールウェブ
４８ シール穴
４９ 前腕
５０ 後腕
５１ カテナリー曲線
５２ 環状スリーブ
５３ テーパ円錐スロット
５４ 環状開口
５６ スリーブ半径方向内部円錐表面
６０ スリーブ円筒状外部表面
６４ 環状リム
６６ 前腕の前方端
７０ リム内部円錐表面
７２ リム外部円筒状表面
８０ 環状リップ
Claims (15)
- 中心線軸の周囲を囲んでいる第１および第２のロータコンポーネントであって、
前記第１のロータコンポーネントがその上に環状スリーブを含む第１および第２のロータコンポーネントと、
環状テーパ円錐スロットであって、前記スロットの環状開口から軸方向に内側に向かって前記スリーブの中へ延在している環状テーパ円錐スロットと
を備え、
前記テーパ円錐スロットが前記開口から前記スリーブの中へ軸方向に先細りになり、
前記スリーブが、部分的に前記円錐スロットを画定しているスリーブ内部円錐表面を含み、
前記第２のロータコンポーネントが、前記円錐スロットの中に受け取られた環状リムを含み、
前記環状リムが、前記スリーブ内部円錐表面と整合し、かつ、前記スリーブ内部円錐表面に押し付けられるリム内部円錐表面を含む
ガスタービンエンジンロータアセンブリ。 - 部分的に前記スリーブ内の前記円錐スロットを画定しているスリーブ円筒状外部表面と、
前記環状リム上のリム外部円筒状表面と
をさらに備え、前記環状リム外部円筒状表面が前記スリーブ円筒状外部表面と整合し、かつ、接触する、請求項１記載のアセンブリ。 - 前記スリーブおよび前記環状開口部のスリーブ内部円錐表面から半径方向に内側に向かって前記円錐スロットまで延在する環状リップをさらに備える、請求項２記載のアセンブリ。
- 中心線軸の周囲を囲んでいる第１段ディスクと第２段ディスクの間に軸方向に配置され、かつ、前記第１段ディスクおよび前記第２段ディスクに接続された段間シールと、
前記第１段ディスク上の環状スリーブと、
環状テーパ円錐スロットであって、前記スロットの環状開口から軸方向に内側に向かって前記スリーブの中へ延在している環状テーパ円錐スロットと
を備え、
前記テーパ円錐スロットが前記開口から前記スリーブの中へ軸方向に先細りになり、
前記スリーブが、部分的に前記円錐スロットを画定しているスリーブ内部円錐表面を含み、
前記段間シールが、前記円錐スロットの中に受け取られた環状リムを含み、
前記環状リムが、前記スリーブ内部円錐表面と整合し、かつ、前記スリーブ内部円錐表面に押し付けられるリム内部円錐表面を含む
ガスタービンエンジンロータアセンブリ。 - 部分的に前記スリーブ内の前記円錐スロットを画定しているスリーブ円筒状外部表面と、
前記環状リム上のリム外部円筒状表面と
をさらに備え、前記環状リム外部円筒状表面が前記スリーブ円筒状外部表面と整合し、かつ、接触する、請求項４記載のアセンブリ。 - 前記スリーブおよび前記環状開口部のスリーブ内部円錐表面から半径方向に内側に向かって前記円錐スロットまで延在する環状リップをさらに備える、請求項５記載のアセンブリ。
- 前記段間シールの環状外部シェルから軸方向に前記第１段ディスクに向かって延在する前腕の上に前記環状リムをさらに備える、請求項４記載のアセンブリ。
- 前記第１段ディスクの上に取り付けられた後部ボルト無しブレードリテーナをさらに備え、前記ブレードリテーナが前記スリーブを含む、請求項７記載のアセンブリ。
- 部分的に前記スリーブ内の前記円錐スロットを画定しているスリーブ円筒状外部表面と、
前記環状リム上のリム外部円筒状表面と
をさらに備え、前記環状リム外部円筒状表面が前記スリーブ円筒状外部表面と整合し、かつ、接触する、請求項８記載のアセンブリ。 - 前記スリーブおよび前記環状開口部のスリーブ内部円錐表面から半径方向に内側に向かって前記円錐スロットまで延在する環状リップをさらに備える、請求項９記載のアセンブリ。
- ガスタービンエンジンタービンディスク環状ブレードリテーナであって、
中心線軸の周囲を囲んでいる前記ブレードリテーナと、
前記ブレードリテーナ上の環状スリーブと、
環状テーパ円錐スロットであって、前記スロットの環状開口から軸方向に内側に向かって前記スリーブの中へ延在している環状テーパ円錐スロットと
を備え、
前記テーパ円錐スロットが前記開口から前記スリーブの中へ軸方向に先細りになり、
前記スリーブが、部分的に前記円錐スロットを画定しているスリーブ内部円錐表面を含む
ガスタービンエンジンタービンディスク環状ブレードリテーナ。 - 部分的に前記スリーブ内の前記円錐スロットを画定しているスリーブ円筒状外部表面をさらに備える、請求項１１記載のブレードリテーナ。
- 前記スリーブおよび前記環状開口部のスリーブ内部円錐表面から半径方向に内側に向かって前記円錐スロットまで延在する環状リップをさらに備える、請求項１１記載のブレードリテーナ。
- 段間シールであって、
中心線軸の周囲を囲んでいる前記段間シールと、
前記段間シールの環状外部シェルから軸方向に延在している前腕と
を備え、
前記前腕が環状リムを含み、
前記環状リムがリム内部円錐表面を含む
段間シール。 - 前記環状リムの上にリム外部円筒状表面をさらに備える、請求項１４記載の段間シール。
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