JP2807884B2 - 回転子組立体 - Google Patents

回転子組立体

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は軸流回転機に係り、更に詳細にはエンジン等
の内部の羽根支持用円盤への羽根の取付けに係る。 この着想はガス・タービン・エンジンのファンと圧縮
機部とに於て使用されるべく開発されたが、ガス・ター
ビン・エンジン及び他の同様な機械に於ける広範な適用
性をも有する。 従来の技術 ガス・タービン・エンジン等の軸流回転機の主要な要
素は、回転組立体即ち回転子と、固定組立体即ち固定子
とである。流れを方向づける回転子の羽根は、媒質ガス
を固定子の傍へと進行させるため、流路を横切って外側
へと延在する。流れを方向づける固定子の羽根は、媒質
ガスから回転子の傍へと流路を横切って内側へ向けて延
在する。典型的構造に於ては回転子の羽根は、当該羽根
と前記羽根支持用円盤とに形成される連結構造により、
該羽根支持用円盤に取付けられる。 現代のガス・タービン・エンジンの圧縮機部に於ける
最も典型的な連結構造は、回転子の円盤を横断して軸方
向に延在する溝と、前記円盤の溝に噛み合うよう前記の
溝に対応する形状を有しており且各々の羽根の基部から
内側へと延在する単一の突起とを含む。かかる連結構造
は、ジェット・エンジンの設計者と製造者とにより永年
に亘り世界中で使用され、誠に良い結果を得てきた。 こうした設計の有効性と立証された成功にも拘らず、
ガス・タービン工業に携わる科学者及び技術者は、尚一
層改良された取付け構造を求め続けている。 発明の概要 本発明によれば、ガス・タービン・エンジンの回転子
の一つの段落の羽根の各々は、その段落の羽根支持用円
盤の複数の対応する数の溝に前記円盤の前面から後面ま
でに亘り噛み合うように形成された複数の羽根脚部突起
を有する。 本発明の主たる特色は、羽根が、前記支持用円盤との
多数の接続点を有することである。羽根の各々は、該羽
根の基部に沿って配置された複数の脚部突起を有する。
羽根支持用回転子の外面を囲んで延在する溝は、羽根の
脚部突起と噛み合わされる。同一寸法の羽根を保持する
場合には、単一の溝を使用した設計の溝の深さに比し、
溝の深さが減少する。 本発明による多数の脚部取付け点の使用は、比較的重
い羽根を保持するに特に好適である。円盤と羽根との組
立体の全重量は、環状無効部分に於ける円盤材料の量の
減少によって減少する。溝の深さの減少は、一定量の円
盤材料の荷重負担能力を最大にする。一方の各脚部突起
の曲げモーメントは反対側の脚部突起の対応するモーメ
ントと対向しているので、円盤と羽根との双方に於て応
力分布が改善される。一つの実施例に於ては、螺旋状の
取付け溝が羽根の組立てを容易にする。 他の特色と利点とは、明細書と特許請求の範囲と本発
明の実施例を図示した添付図面とから明白となるであろ
う。 実施例 第１図に示されている如く、ガス・タービン・エンジ
ンの回転子組立体の一つの段落10は、主として、羽根支
持用円盤14から外側へ放射状に延在する複数の羽根12に
より成り立っている。前記の円盤は、前面16と後面18と
を有する。提示された図は圧縮機に適用された場合の代
表例であるが、この創案はタービンの設計にも同様にし
て適用可能である。 更に詳細には、第２図に示されている如く、羽根12の
各々は翼部20とプラットホーム部22と脚部24とを有す
る。本発明に従って形成された羽根の脚部には、プラッ
トホーム部の下方に延在する複数の脚部突起26を含む。
図示された脚部突起は、鳩尾形に形成されている。各突
起は、羽根支持用円盤14内に対応する形状に形成された
溝28に噛み合う。図示された突起と溝とは、かかるエン
ジンの圧縮機に一般的に使用される「鳩尾」型の形状を
有する。その他の形状の溝も本発明の創案と共に使用さ
れて良く、タービンの組立てには殊に「樅の木」型の形
状が一層好適であることが知られている。 図示の如く溝は円盤の軸に沿った螺旋模様に従ってい
るので、羽根が図示された取付け位置へと円盤に沿って
移動するとき追加された突起が次々と隣りの溝に噛み合
うようにして、各羽根が円盤上に嵌め込まれることを可
能にする。円盤の前面16の上流側抑え板30と円盤後面18
の下流側抑え板32とは、これらの抑え板がひとたび取付
けられたならば円盤に対する羽根の軸方向移動を阻止す
るようにして組立てを完成させる。 第３図は円盤14外面の展開図であり、描かれた実施例
の溝28の螺旋のピッチを図示する。図示された実施例の
溝には、三十度（30°）の前進角即ち横風角Ａが使用さ
れている。本発明の創案が適用される構造物の構造如何
に依っては、一層大きな前進角若しくは小さめの前進角
が使用されてよい。各々の羽根の互いに対応する脚部突
起は、プラットホーム部の下方且羽根の翼弦線Ｃに沿っ
た各羽根の同一位置に配置されている。各羽根の脚部突
起が等しいことは有意義な利点を有しており、即ち、羽
根の各々は単一の部品番号のもとに同一形状に製造され
てよい。 羽根の円盤への取付け点を多数使用する上述の取付け
設計は、比較的長い翼弦長を有する低アスペクト比の翼
に使用するに特に好適である。羽根の翼弦に沿う多数の
取付け箇所は、エンジンの運転中に発生する羽根の遠心
性荷重の配分を円盤の材料に対し平均化する。 本発明の創案による円盤と羽根とのシステムの設計に
於ける二つの特色が、重量の大幅な減少を可能にする。
この双方、即ち材料のフープ応力向上と円盤材料の所要
量減少とが、円盤の環状無効部分の体積減少をもたら
す。この環状無効部分とは、円盤の、羽根脚部の為の溝
の底部より上の部分である。その領域の材料は、溝を跨
いで円周方向に連続しては居らず、それ故、円盤にフー
プ応力を持たせるには無力である。溝の深さの減少は、
環状無効材料の半径方向高さを減じ、円周方向に連続す
る材料の量を増大させる。この様にして、等しい直径を
有する円盤の耐荷重性が増強される。溝の深さは、各羽
根の突起数に反比例する適切な量に減少させられてよ
い。 その上、円盤の溝の半径方向位置を内側に移動させる
ことにより、円盤材料の量は一層減少し得る。かかる設
計に於ては、媒質の実効流路の直径を同一に維持するた
め羽根の突起の長さは必要に応じて延長されるけれど
も、それによる羽根の重量増加とこの重い羽根を引き止
めるに必要とされる円盤の幅の増大とは、付随する円盤
重量の減少により相殺して尚余り有る。羽根が重くなる
ことにより必要となる円盤の重量増加は幅の増加に対し
線形変化であるに対して、円盤直径の減少により可能と
なる円盤重量の減少は円盤の半径の二乗によって減少さ
せられる。 これまでの研究によると本発明の創案の最も効果的な
実施は、翼の翼弦線に対しできるだけ直角に近い横風角
を有する円盤の溝の設計を含むことが明らかとなった。
第３図を参照。見られる如く、このことは、多数の溝が
可能な限りの最大多数の脚部突起と各羽根の下にて交差
する結果をもたらす。歯の曲げ荷重を担うべき円盤材料
の非力等の実用上の制約が、横風角を三十度（30°）以
下の水準の値に制限するかも知れない。 大きな横風角に於ては、円盤の曲率への配慮を要す
る。もしも溝が希望通りの横風角にて縁を横切って真っ
すぐに機械加工されるならば、羽根が幅の広い円盤に取
付けられることは出来ないであろう。この問題は、ガス
・タービン・エンジンの圧縮機の圧力の低い最初の段落
に於て通常必要とされる短くてずんぐりした円盤に於て
殊に深刻である。かかる実施に於ける円盤の曲率は、溝
と突起とを図面に描かれた如き螺旋状に形成することに
より克服される。 本発明は、ここに図示され且記述された特定的実施例
に限られるものではなく、特許請求の範囲により定義さ
れるこの新規な創案の趣旨と範疇とから離脱することな
く多様な変形と修正とをなされて良いことが理解される
べきである。
【図面の簡単な説明】 第１図は、ガス・タービン・エンジンの回転子組立体の
一部分の単純化された正面図である。 第２図は、第１図の２−２線に沿って描かれた単純化さ
れた断面図であり、羽根支持用円盤の多数の取付け点を
有する羽根を示している。 第３図は、羽根を取付けられた羽根支持用円盤の外周の
展開図である。 10…回転子組立体の一つの段落,12…羽根,14…羽根支持
用円盤,16…前面,18…後面,20…翼部,22…プラットホー
ム部,24…脚部,26…脚部突起,28…溝,30…上流側抑え
板,32…下流側抑え板,A…前進角即ち横風角,C…羽根の
翼弦線

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 １．各々が翼弦線（Ｃ）と該翼弦線に対し実質的に垂直
    で螺旋形状をなす少なくとも３個の脚部突起（26）とを
    有する複数の羽根（12）と、周縁部に前記羽根の脚部突
    起（26）と係合する螺旋状の溝（28）を有する円盤（1
    4）とを含む回転子組立体にして、前記円盤の溝（28）
    は前記円盤（14）をその一方の面（16）より他方の面
    （18）まで横切って延在する複数の平行な螺旋溝（28）
    を含んでおり、前記羽根の各々の前記複数の脚部突起
    （26）の各々は前記溝（28）の各一つに係合しているこ
    とを特徴とする回転子組立体。 ２．前記円盤の溝（28）は実質的に30°の前進角を有す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項の回転子組立
    体。 ３．前記円盤の溝（28）と前記羽根の脚部突起（26）と
    は互いに係合する鳩尾型断面形状を有することを特徴と
    する特許請求の範囲第１項の回転子組立体。 ４．前記円盤の溝（28）と前記羽根の脚部突起（26）と
    は互いに係合する縦の木型断面形状を有することを特徴
    とする特許請求の範囲第１項の回転子組立体。
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