JP2016509648A - ターボ機械の入口カウルのためのエンジンバランス装置用のバランスねじ - Google Patents

Abstract

本発明は、タービンエンジンの回転部（２０）のためのバランス装置（２２）に関し、このタービンエンジンは、複数の開口（２５）が延在するシュラウド（２３）を備え、各開口（２５）は、それを通過するバランスねじ（２７、２７’）を有し、各バランスねじ（２７、２７’）は、本体（３０）および頭部（２９）を備え、凹部が、各バランスねじ（２７、２７’）の頭部（２９）に形成され、バランスねじ（２７、２７’）は、少なくとも第１のタイプ（２７）から成り、第１のタイプのねじ（２７）の凹部（３２）は、追加の凹部（３４）によって延在される締付け凹部（３３）によって形成される。また、関連しているバランス方法およびねじが開示される。

Description

本発明は、ターボ機械の入口カウルのためのエンジンバランス装置用のバランスねじ、ならびにターボ機械の入口カウルのためのエンジンバランス装置、ならびにこの種のバランス装置を含むターボ機械に関する。また、本発明は、この種のバランス装置を含む入口カウル、ならびにこの種のバランス装置を用いるバランス方法に関する。

航空機ターボ機械の回転入口カウル１０は、通常、図１に示されるように、互いに取り付けられる２つの部分を含んでいる。すなわち、
− フロントコーン１１と呼ばれる円錐形の前部。フロントコーン１１は、同じくターボ機械全体の長手方向軸に一致する、入口カウル１０の回転軸Ｘ上で心出しされるコーン先端形状前方端部１３を有する。また、フロントコーン１１は、円環形状であって軸Ｘに対して半径方向に延在する後方端部１４を有する。
− ターボ機械の長手方向軸Ｘに沿って延在し、フロントコーン１１から延在する、バックフェルール１２と呼ばれる後方部分。バックフェルール１２は、円環形状であて軸Ｘに対して半径方向に延在する前方端部１５を有する。従来、フロントコーン１１およびバックフェルール１２は、前部から後部にフロントコーン１１の後方端部１４およびバックフェルール１２の前方端部１５を通過するボルト１６によって取り付けられる。

用語「前部」および「後部」は、矢印１００によって図式的に示されるように、前部から後部へ、ターボ機械を通る流体流の全体的な方向に対して考えられるべきであることに留意されたい。

知られている方法では、ターボ機械は、それ自体いわゆる副モジュールを含む、いわゆる主要モジュールを含む。このモジュール配置は、サブエレメントにつき容易な組立システムを可能にするが、またモジュラーバランシングによってアンバランスの分散も可能にする。実際、各副回転モジュールは、そのアンバランスを低減し、かつそれによっていったん組み立てられるとエンジンに対する衝撃を制限するために、動的にバランスされる。アンバランスは、回転部の不均衡の原因となる寄生質量である。

次いで、いったん組み立てられると、ターボ機械は、それ自体バランスされる。従来、バックフェルール１２は、その周縁に配置される３６個の孔１７を有し、その中にナット１８がかしめられる。かしめられたナット１８は、ターボ機械のアンバランス全体を制限できるようになる、いわゆるバランスねじを受け入れることができる。実際、ナット１８に螺合されるべきバランスねじの重量を正しく選択することによって、ターボ機械はバランスされる。

しかし、小さなエンジンにおいては、異なる長さおよび質量のバランスねじを嵌め込むことによるエンジンバランス機能は、作るのが困難である。実際、小さなエンジンにおいては、フロントコーンは、ねじの重心がその結果としてエンジン軸に非常に接近して配置されるような小さな直径を有し、それによりそれらの全体のバランス能力が減少される。さらにまた、直径および空間全体の減少は、無理に使用されるねじの数を減少させ、かつ小さな直径のねじ直径を有するねじを使用させ、それにより、ねじの全質量の、および全体のバランス能力の減少がもたらされる。さらにまた、小さなエンジンにおいては、バランスねじは、ターボ機械をより重くする。

本発明は、バランス装置が小さなエンジンにおいて使用され得るようになる、バランス装置用のバランスねじを提供することによって現時点での技術的水準の欠点を克服することを目的としており、これは、先行技術のバランスねじに対して質量という観点から最適化される。

本発明の第１の態様によれば、本体および頭部を含み、頭部が凹部によって突き通される、ターボ機械のバランス装置用のバランスねじであって、凹部が、駆動凹部によって、および追加の凹部によって形成され、駆動凹部が底部を有し、駆動凹部の底部が追加の凹部によって突き通されるバランスねじ、が提供される。

実際に駆動凹部から延在する追加の凹部を有すると、より軽いバランスねじが提供される。実際、ねじの質量は、このようにそれらの外部寸法を変更することなく低減されることができ、このことは、たとえこれらのねじのいくつかがバランス調整に有用でなくても、ねじを受け入れることを目的としているフェルールのポートがすべてねじによって必然的に遮られなければならないので有利であり、なぜなら、これらのポートは流れをもたらすからである。したがって、重すぎないようにターボ機械のための低質量のねじを有することが有利である。この場合は、螺合頭部は、駆動凹部によって、および駆動凹部から延在する追加の凹部によって形成される凹部によって突き通される。追加の凹部は、その製作を容易にするように円筒形状を有することが好ましい。さらにまた、追加の凹部は、駆動凹部に挿入されるスパニングツールが追加の凹部の境界において駆動凹部の底部に当接し得るように、駆動凹部の寸法よりも小さな寸法を有することが好ましい。

本発明の第２の態様は、複数のポートによって突き通されるフェルールを含む、ターボ機械の回転部のためのバランス装置であって、本発明の第１の態様によるバランスねじが各ポートを通過する、バランス装置に関する。

また、本発明によるバランス装置は、単独に、または技術的に可能な任意の組み合わせによって、後で挙げられる特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。

有利なことに、バランスねじは、少なくとも第１および第２のタイプから成り、第１のタイプのねじの凹部は、深さｐ１を有し、第２のタイプのバランスねじは、凹部深さｐ２を有し、ｐ２が、ｐ１よりも厳密に浅く、第２のタイプの、および第１のタイプのバランスねじは、回転部をバランスさせるように、フェルールを中心に半径方向に配置される。

ねじ頭部の凹部の深さがアンバランスを補償するように変更されるバランス装置を有すると、これが小さな寸法を有する場合を含めて、ターボ機械をバランスさせるより多くの可能性が提供される。実際、凹部の深さを変更すると、質量の、およびバランスねじの重心の位置の、より大きな変更が可能となり、それにより、このエンジンが減少された寸法を有する場合を含めて、エンジンをバランスさせるより多くの可能性が提供される。したがって、バランスねじの質量は、それらの外部寸法を変更することなく変更され得る。

有利なことに、第１および第２のタイプのバランスねじは、スパニングツールを受け入れるのに適した駆動凹部を含む。

第２のタイプのバランスねじの凹部は、第２のタイプのバランスねじの駆動凹部に対応することが好ましい。したがって、第２のタイプのバランスねじは、最小限の凹部を有することが好ましく、それにより、このバランスねじがより高質量を有することができるようになる。この場合は、駆動凹部に対応する凹部は、駆動凹部に挿入されることを目的としているスパニングツールの形状に適応する形状を有することが好ましい。

１つの実施形態によれば、
− 第１のタイプのバランスねじは、第１の密度ｍ１を有する材料で作られ、
− 第２のタイプのバランスねじは、第２の密度ｍ２を有する材料で作られ、ｍ２は、ｍ１よりも厳密に高い。

バランスねじのために異なる材料を用いると、回転部をバランスさせるより多くの可能性が提供され、これは、フェルールが小さな寸法を有する場合、およびバランスねじの外部寸法の変更によるバランス可能性が制限される場合に有利である。

有利なことに、第１のタイプのバランスねじは、チタンで作られる。

有利なことに、第２のタイプのバランスねじは、鋼で作られる。

１つの実施形態によれば、
− 第１のタイプのねじは、長さｌ１を有し、
− 第２のタイプのねじは、長さｌ２を有し、ｌ２＞ｌ１である。

これにより、第１のタイプねじと第２のタイプのねじとの間の質量変更をさらに増大できるようになる。

バランスねじは、円筒状のねじ頭部を有することが好ましく、それにより、バランスねじの製作を容易にすることができるようになる。さらにまた、第２のタイプのバランスねじの場合は、これにより、それらの頭部の質量をさらに増加できるようになる。第２のタイプのねじ頭部の質量を増加すると、それらの重心が前記ねじの頭部の方へ移動され、したがってエンジン軸から離れて移動されることができるようになり、それにより、ねじのバランス能力を増大できるようになる。

異なる実施形態によれば、
− 第１のタイプの各バランスねじの頭部は、前記バランスねじの全質量の少なくとも６０％に等しい質量を有し、
− 第２のタイプの各バランスねじの頭部は、前記バランスねじの全質量の少なくとも４０％に等しい質量を有する。

ねじの全重量に対して比較的重い頭部を有すると、ねじの重心を前記頭部の方へ移動することができるようになり、それにより、ねじのバランス能力を増大できるようになる。

より一般的には、多少大きなねじ頭部を有するバランスねじは、ねじ本体の長さを補償するために使用され得る。したがって、空間がフェルールにおいて制限され、かつしたがって、ねじ本体のサイズが制限される場合は、ねじ本体のサイズは、ねじ頭部のサイズによって補償され得る。

第１のタイプのバランスねじはすべて、バランス装置の製作を簡単にするように互いに同一であることが考えられ得る。

同じ理由で、また、第２のタイプのバランスねじはすべて、装置の製作を簡単にするように互いに同一であることが考えられ得る。

この場合は、前記グループの各々の内部の同一のバランスねじの２つのグループの使用が回転機械のアンバランスを補償するために十分でない場合には、バランス装置はまた、中間のバランスねじをさらに含むことができ、各中間のねじは、第１のタイプのねじの１つの質量と、第２のタイプのねじの１つの質量との間の質量を有する。これらの中間のバランスねじにより、バランス基準をすべて満たすことができるようになり、バランスの微妙な差異をつけることができるようになる。

中間のバランスねじは、たとえば、
− 同じ材料で作られねじであって、第１のタイプのバランスねじと同じ外部寸法を有するが、それらの駆動凹部の範囲を越えていかなる追加の凹部も含まない、ねじ、
− 第１のタイプのねじの寸法に等しい寸法を有するが、その密度が第１のタイプのねじの材料の密度よりも高い材料で作られる、ねじ、
− 第１のタイプのねじと同じ材料で作られるが、より小さな寸法を有する、ねじ...であってもよい。

ねじ頭部の寸法は、特に、回転部をバランスさせるように変更され得る。

本発明の第３の態様は、本発明の第２の態様によるバランス装置を含むターボ機械の入口カウルに関する。

本発明の第４の態様は、本発明の第２の態様によるバランス装置を含むターボ機械に関する。

本発明の第５の態様は、本発明の第２の態様によるバランス装置が設けられるターボ機械の回転部をバランスさせる方法に関し、本方法は、回転部をバランスさせるようにねじ頭部の凹部の深さを調整するステップを含む。

有利なことに、本バランス方法は、回転部をバランスさせるように次のパラメータ、すなわち、
− ねじ頭部の各々の外部寸法、
− ねじ頭部の形状、
− バランスねじの材料
のうちの１つまたは複数を調整するステップをさらに含む。

また、本方法は、次のステップ、すなわち、
− 第１のタイプのバランスねじをフェルールの各ポートに挿入するステップと、
− アンバランスの存在を検出するように回転部を回転させるステップと、
− アンバランスの検出の場合には、アンバランスを補償するように、第１のタイプのバランスねじのいくつかを第２のタイプのバランスねじ、および／または中間のバランスねじと取り替えるステップと
を含むことができる。

このために、本方法は、回転部のアンバランスを補償するために、第２のタイプのねじ頭部および／または中間のバランスねじの質量を調整するステップを含むことができる。

ねじ頭部の質量は、特に、
− 多少深い凹部を前記頭部に作ることによって、
− 前記頭部の外部寸法、および特にその高さを増加させることによって、
− 前記頭部の形状を変更することによって
したがって、等価的な全体空間については、円筒状のねじ頭部は、六角ねじ頭部よりも高い質量を有することになり、
− 前記頭部の材料を変更することによって
調整され得る。

したがって、各頭部の質量の変更は、ねじ本体の質量の変更を補償するために使用され得る。実際、ねじ本体の質量は、フェルールの内部の使用できる空間によって制限される。したがって、ねじ頭部は、回転機械をバランスさせるより多くの可能性を有するように使用され得る。

本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図と関連して後に続く詳細な説明を読むと明らかになるであろう。

先行技術のターボ機械の入口カウルの断面図である。 本発明の１つの実施形態によるターボ機械の入口カウルの斜視図である。 図２の入口カウルの断面図である。 図２の入口カウルの一部の拡大した断面図である。 図２の入口カウルの一部の別の断面図である。 図２の入口カウルの別の一部のもう１つの断面図である。 図２の入口カウルのねじのうちの１つの断面図である。 図２の入口カウルの別のねじの断面図である。

明瞭にするために、同一または類似の要素は、図全体にわたって同一の参照符号で標示されている。

図２および図４〜図６は、本発明の１つの実施形態によるバランス装置を含むターボ機械の入口カウル２０を示している。

この入口カウル２０は、バランス装置２２が設けられるコーン２１を含む。バランス装置２２は、フェルール２３を含む。フェルール２３は、この場合は円錐形状を有する。この実施形態においては、フェルール２３は、コーン２１の後方部分によって形成される。しかし、図３の実施形態においては、フェルール２３は、回転対称を有しコーン２１に接続される追加部分２４によって形成される。

フェルール２３は、フェルール２３の外周全体にわたって半径方向に配置されるポート２５によって突き通される。この実施形態においては、フェルール２３は、２０個のポート２５によって突き通される。しかし、ポートの数は、特に、フェルール２３の直径および所望のバランス精度によって決まる。

また、バランス装置は、ナット２６を含み、各ナット２６は、ポート２５のうちの１つにかしめられる。かしめられたナット２６は、ターボ機械のアンバランスを低減し、またはそれを除去さえするように、いわゆるバランスねじ２７、２７’を受け入れることができる。

このために、第１のタイプのバランスねじ２７は、ポート２５の各々に初めに挿入され、ナットの各々に螺合される。

次いで、ターボ機械は、起こり得るアンバランスの存在を検出するように回転される。

アンバランスが検出される場合には、第１のタイプのいくつかのねじ２７は、この場合、アンバランスを低減するように第２のタイプのバランスねじ２７’と取り替えられる。第１のタイプのバランスねじ２７、および第２のタイプのバランスねじ２７’は、ターボ機械のアンバランスを低減するようにフェルールを中心に半径方向に配置される。この例示的な実施形態においては、第１のタイプの５つのねじ２７が第２のタイプの５つのねじ２７’と取り替えられているが、しかし、第１のタイプの、および第２のタイプのねじの半径方向配置およびそれぞれの数は、アンバランスによって決まる。

第２のタイプのバランスねじ２７’は、第１のタイプのねじ２７の質量よりも高い質量を有する。

第１のタイプのねじ２７は、より正確には図７に示されている。

第１のタイプのバランスねじ２７は、基準軸３１に沿って延在する。第１のタイプのバランスねじ２７は、チタンで作られることが好ましい。第１のタイプのバランスねじ２７は、頭部２９および本体３０を含む。第１のタイプのバランスねじ２７の本体３０は、その外表面に、第１のタイプのバランスねじ２７がナット２６に螺合されることができるようになるねじ山３５を含む。第１のタイプのバランスねじ３０の本体３０は、ナット２６に完全に螺合されることができるのに十分な長さｌ1を有する。しかし、長さｌ1は、ターボ機械を重くしすぎないように、本体３０がナット２６から過度に突出しないように選択されることが好ましい。第１のタイプのねじの頭部２９は、凹部３２によって突き通される。凹部３２は、駆動凹部３３によって、および駆動凹部３３の軸方向延長部分に配置される追加の凹部３４によって形成される。駆動凹部３３は、追加の凹部３４によって突き通される底部４０を有する。駆動凹部３３は、ねじが対応するナット２６に螺合されることができるようになるスパニングツールを受け入れることができる。このために、駆動凹部３３は、六角形断面を有することが好ましい。追加の凹部３４は、その機械加工を容易にするように円筒形状を有することが好ましい。そのうえ、これは、駆動凹部３３に挿入されるスパニングツール３１が駆動凹部３３と追加の凹部３４との間の境界において底部４０に当接するように、駆動凹部３３の横断寸法よりも小さい基準軸３１に関する横断寸法を有することが好ましい。凹部３２の深さｐ１は、ねじとしての、より正確にはこのねじの頭部としての所望の質量に応じて調整される。同じように、追加の凹部の横断寸法は、ねじとしての、より正確にはねじの頭部としての所望の質量に応じて調整され得る。頭部２９は、その製作を容易にするように円筒形であることが好ましい。

第１のタイプのねじ２７の寸法は、ターボ機械をバランスさせるために有さなければならない質量に応じて変更され得る。したがって、第１のタイプのねじ２７の本体３０の長さｌ1が、初めに変更され得る。また、頭部２９の質量は、所望のバランスを達成するように変更され得る。このために、頭部２９の寸法および特にその高さｈ３が、特に変更され得る。また、凹部３２の深さｐ１ならびにその形状が、変更され得る。また、頭部２９の形状を変更することが考えられ得る。

第２のタイプのねじ２７’は、より正確には図８に示されている。

第２のタイプのバランスねじ２７’は、ターボ機械のアンバランスを低減するように第１のタイプのバランスねじ２７のいくつかの代わりに使われる。

第２のタイプのバランスねじ２７’は、鋼で作られることが好ましい。また、第２のタイプのバランスねじ２７’は、基準軸３１’に沿って延在し、これはまた、頭部２９’および本体３０’を有する。また、第２のタイプのバランスねじ２７’の本体３０’は、その外表面に、第２のタイプのバランスねじ２７’がナット２６に螺合されることができるようになるねじ山３５’を含む。本体３０’は、第１のタイプのバランスねじ２７の本体３０の長さｌ1よりも高い長さｌ２を有することが好ましい。頭部２９’は、凹部３２’によって突き通される。凹部３２’は、この例示的な実施形態においては、スパニングツール３３’によって形成される。この実施形態においては、凹部３２’は、駆動凹部３３’の範囲を越えて延在しない。その結果として、この実施例においては、凹部３２’の深さｐ２は、駆動凹部３３’の深さに一致する。したがって、深さｐ２は、深さｐ１よりも浅い。したがって、第２のタイプのバランスねじ２７’の凹部３２’は、頭部の質量、およびしたがってねじのバランス能力を最大化するように、この実施形態においては最小限である。同様に、頭部は、その質量を最大化するように円筒形であることが好ましい。

第２のタイプのねじ２７’の寸法は、ターボ機械をバランスさせるために有さなければならない質量に応じて変更され得る。したがって、第２のタイプのねじ２７’の本体３０’の長さｌ２が、初めに変更され得る。しかし、この長さｌ２は、フェルールの内部の空間によって制限される。その結果として、所望のバランスを得るように頭部２９’の質量を変更することが有利である。このために、頭部２９’の寸法、および特にその高さｌ４が、特に変更され得る。また、凹部の深さｐ２、ならびにその形状が変更され得る。また、頭部２９’の形状を変更することが考えられ得る。

そのうえ、この例示的な実施形態においては、第１のタイプのバランスねじ２７はすべて、互いに同一であり、ならびに第２のタイプのバランスねじ２７’はすべて、互いに同一であった。しかしまた、互いに異なっている第１のタイプのバランスねじ２７、および／または互いに異なっている第２のタイプのバランスねじ２７’を使用することが考えられることもある。

そのうえ、ねじの２つのタイプの使用がターボ機械のアンバランスをバランスさせるのに十分でない場合、および所望のバランス精度に応じて、第１のタイプのねじ２７と第２のタイプのねじ２７’との間の質量を有する中間のねじが使用され得る。

もちろん、本発明は、図と関連して説明された実施形態に限定されるものではなく、代替案が、本発明の範囲から逸脱することなく考えられ得る。したがって、ねじの半径方向配置は、バランスされるべきアンバランスに応じて変更され得る。また、他の材料がバランスねじを作るために使用され得る。

Claims (11)

1. 本体（３０、３０’）および頭部（２９、２９’）を含み、頭部（２９、２９’）が凹部（３２、３２’）によって突き通される、ターボ機械のバランス装置用のバランスねじ（２７、２７’）であって、凹部（３２）が、駆動凹部（３３）によって、および追加の凹部（３４）によって形成され、駆動凹部（３３）が、底部（４０）を有し、駆動凹部（３３）の底部（４０）が、追加の凹部（３４）によって突き通されることを特徴とする、バランスねじ。
2. 複数のポート（２５）によって突き通されるフェルール（２３）を含む、ターボ機械の回転部（２０）のためのバランス装置（２２）であって、請求項１に記載のバランスねじ（２７、２７’）が、各ポート（２５）を通過する、バランス装置。
3. バランスねじが、少なくとも第１および第２のタイプから成り、第１のタイプのねじ（２７）の凹部（３２）が、深さｐ１を有し、第２のタイプのねじ（２７’）の凹部が、深さｐ２を有し、ｐ２が、ｐ１よりも厳密に浅く、第２のタイプのバランスねじ（２７’）、および第１のタイプのバランスねじ（２７）が、回転部（２０）をバランスさせるように、フェルール（２３）を中心に半径方向に配置される、請求項２に記載のバランス装置。
4. 第１のタイプのバランスねじ（２７）が、第１の密度ｍ１を有する材料で作られ、
   第２のタイプのバランスねじ（２７’）が、第２の密度ｍ２を有する材料で作られ、ｍ２が、ｍ１よりも厳密に高い、請求項３に記載のバランス装置。
5. 第１のタイプのバランスねじ（２７）が、チタンで作られ、
   第２のタイプのバランスねじ（２７’）が、鋼で作られる、請求項４に記載のバランス装置（２２）。
6. 第１のタイプのねじ（２７）が、長さｌ１を有し、
   第２のタイプのねじ（２７’）が、長さｌ２を有し、ｌ２＞ｌ１である、請求項３から５のいずれか一項に記載のバランス装置。
7. バランスねじ（２７、２７’）が、円筒状のねじ頭部（２９’）を有する、請求項２から６のいずれか一項に記載のバランス装置。
8. 第１のタイプの各バランスねじ（２７）の頭部（２９）が、前記バランスねじ（２７）の全質量の少なくとも６０％に等しい質量を有し、
   第２のタイプの各バランスねじ（２７’）の頭部（２９）が、前記バランスねじ（２７）の全質量の少なくとも４０％に等しい質量を有する
   請求項３から７のいずれか一項に記載のバランス装置。
9. 追加のバランスねじをさらに含み、各追加のねじが、第１のタイプのねじ（２７）の１つの質量と、第２のタイプのねじ（２７’）の１つの質量との間の質量を有する、請求項２から８のいずれか一項に記載のバランス装置（２２）。
10. 請求項２から９のいずれか一項に記載のバランス装置（２２）が設けられるターボ機械の回転部（２０）をバランスさせるための方法であって、回転部（２０）をバランスさせるように凹部（３２、３２’）の深さを調整するステップを含む、バランス方法。
11. 回転部（２０）をバランスさせるように次のパラメータ、すなわち、
    頭部（２０、２９’）の各々の外部寸法（ｄ１、ｌ３、ｄ２、ｌ４）、
    ねじ頭部（２９、２９’）の形状、
    バランスねじ（２７、２７’）の材料
    のうちの１つまたは複数を調整するステップをさらに含む、請求項１０に記載のバランス方法。

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