JP4094893B2 - スペーサによって分けられた２個の羽根付き円板を有するターボマシン回転子アセンブリ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、冷却またはシーリングのためのスペーサによって分けられた、２個の羽根付き円板を含むターボ機械回転子のアセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転子の従来構造は、互いに接触し、ボルト締め方式を用いて連結されたフランジを備えた、連続する複数の円板を備える。これらのフランジの周囲には環状のスペーサが存在する。円板のための冷却空気は、これらのスペーサの内側を流れることができ、これらの外面は、固定子の固定羽根でシールを保証する装置を担持することができる。特許ＵＳ−４，７３０，９８２−Ａは、こういった例である。通常、スペーサは、フランジにボルト締めされているが、この構成は、円板がフランジを不要とする単一のブランク、または溶接されたブランクから製造されるように構成されている場合には、実行に適さない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、２個の連続する円板と中間スペーサとを備える回転子の新しいアセンブリ構成に関し、中間スペーサは、スペーサの取付けのために異なるシステムの構成を必要とするボルト締めされるフランジを不要とする、恒久的に連結された円板に適応している。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
一つの解決方法は、既に、文献ＵＳ−４，２７７，２２５−Ａに提案されている。スペーサは、羽根の基部の断面に似た断面を有する、羽根の基部のセレーション（ｓｅｒｒａｔｉｏｎ）に溝付けした取付けピンを備えている。羽根の数段階の軸方向ロックは、羽根の基部の端部に突き当たるスペーサの取付けピンで、スペーサと羽根のスタックを圧縮することによって達成される。
【０００５】
この構成は、本明細書では説明しない。複合スタックの圧縮が、振動の存在する場合でも十分であるかは明らかでなく、特に、スペーサの取付けピンが、どちらかの端部に配置された円板で正確に調整されるように、正確なアセンブリを達成するためには、部品の極めて精確な製造が必要である。これらの取付けピンは、非常に複雑な断面を持っている。これらの円板が同じものであることと、したがって回転子が円筒形であることも必要である。最後に、発明者は、各スペーサが各側面にただ一つずつの取付けピンを有する、複数のスペーサの角度方向での連続性を無視している。隣接する複数のスペーサは、単にリブの通過を可能にするための追加のセレーションを形成する必要がある、円板の前面をカバーするリブの内側ランドを介して、互いに接している。
【０００６】
本発明の最も一般的な規定では、スペーサは、複数の円板の一つ（羽根の基部のための位置決めセレーションが形成されている）を取り囲むカバーと、これらのセレーションに滑り込み可能な舌片と、舌片に配置され、円板の一つに形成された整合面に対する内側径方向スラスト面と、外側径方向スラスト面とを備える。更に、本発明は、外側軸方向スラスト面が、一方の円板を押圧する一次面と、他方の円板に結合されるシールを押圧する、前記一次面と反対側の二次面とを備えることにおいて独創的である。
【０００７】
このスペーサが、ボルト締めがないにも関わらず、またシーリング機能を損なうことなく、また円板冷却の能力の改善までをも行うような、剛性的なアセンブリの要件を如何にして満たすかは、後に示すことにする。もう一つの本質的利点は、円板の接合と、ボルトの配置と、別個ユニットの形状の精密性の改善とによる、アセンブリの単純化および重量の軽減、ならびに恐らくより高い強度が達成されることである。
【０００８】
舌片は、文献ＵＳ−４，２７７，２２５−Ａにおける、スペーサを円のセクションとして結合するリブに類似してはいるが、他の機能も持っており、特に舌片が、円板でスペーサの径方向スラストの代わりをするために使われるので、同様には配置されていないことに留意すべきである。これらの舌片は、円板のセレーション内で滑動可能でなくてはならないが、実際には組立てが完了したときには、円板のセレーションには置かれていない。スペーサを位置決めするために円板のセレーション内のスラスト荷重を受ける、取付けピンと同等の方法が無い場合、スペーサは完全に円板間に配置される。これらのスペーサは、一つの円の周りに連続しており、複数の円板の中の一つ円板の側面に配置された単一のカラーによって、適所に保持できるようになっている。
【０００９】
好適な実施形態では、前述の構成は改良されており、舌片とカバーは、円板の冷却路の境界を形成し、これらの冷却路は、セレーション内で羽根の基部の下を延びており、また舌片は、セレーション間を延びており、外側軸方向スラスト一次面は、これら舌片に在り、相補的な面は、第１の円板の側面に形成されたクラウンに位置している。このようにして、前述のものとは全く異なって、思いがけなくも同じ機能を達成するために、カバーと舌片とセレーションとを組み合せる。すなわち、舌片が、セレーションの反対側ではなくセレーションの間に存在するように、スペーサが、２個の円板間に挿入された後にスペーサが回転することを利用し、かくしてセレーション全面に亘って空気流を分割することによって、回転子冷却という機能を達成する。
【００１０】
スペーサは、それが押圧される他の部品の組立て時には何の役割もしておらず、また円板への接続だけが、カラー上の環状の荷重とシールに対する軸方向スラストとを介して行われることのために、通常のスペーサよりも機械的応力が少ないので、このスペーサは、軽い構造材料で製造可能であり、冷却が適当であれば複合材料から作ることもできる。
【００１１】
本発明の他の態様と特性と利点は、下記の図面と説明とを検討すれば明らかになるであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１において、回転子の２個の連続した各円板１、２は、羽根５の基部４がはめ込まれる軸方向または斜め方向のセレーション３を含んでいる。基部４は、基部４の最も厚い部分によって、セレーション３内の適所に保持され、また円板１または２の一部をカバーする羽根５の位置決めラグ内の適所に保持された、スプリットシール７によって軸方向に保持されている。それは、一方では羽根５を保持しており、他方ではシール７を押し返す羽根５の反対方向の動きを防止している。羽根５は、円板１、２間に載置しシール７が押圧するスペーサ１１のエッジで、カラー９または１０によって停止される。スペーサ１１は本質的に、カラー９、１０を接続するカバー１２と、カバー１２の長さに沿って中間までその下に延びているフランジ１３とを備える。フランジ１３は、それぞれのフランジ１４、１５間に挿入され、ボルト１６を使って円板１、２に結合されている。最後に、カバー１２は、その外面に、固定羽根１９の段のリムに取り付けられた研磨可能な材料から作られたリング１８に係合できる円形リッジである、一対の舌片１７を持っている。
【００１３】
円板１、２は、機械の他の部分から発生するガス流で冷却できるが、通常は、各円板ごとに固有のアセンブリを確立することが必要であろう。したがってスペーサ１１のフランジ１３を、半月形のスカロップ２０を明確にするために、二対のボルト１６間に配置することができる。半月形のスカロップ２０は、回転子のチャンバー２１に噴射された冷却ガスが、円板２にフランジ１５を接合する接続バンドとスペーサ１１の外カバー１２との間を走る環状路２２内を流れることを可能にする。冷却ガスは、機械内の主要な流れに合流するのを避ける前に、円板２に突き当たって円板２を冷却する。フランジ１３が、円板１、２の共通の冷却を妨げることは明らかである。
【００１４】
本発明を理解するために図２を参照すると、円板１、２は、接合部３５で互いに溶接されたバンド３３、３４を使って直接連結された、円板３１、３２に置き換えられていることが分かる。ここでもまた、円板３１、３２は、羽根５の基部４を位置決めするために使われるセレーション３を持っている。スペーサ１１は、その取付けフランジを除いて、スペーサ３６に置き換えられている。スペーサ３６は、特に、円板３１の最小直径よりも常に大きい直径を有する外カバー３７と、角度ピッチが、円板３１のセレーション３の角度ピッチと同じかその倍数である、図３、４に見られるような軸方向舌片３８と、円板３１、３２にそれぞれ結合したストップ３９、４０の先端とを備える。
【００１５】
ストップ３９の第１のこれら部分は（図５を参照）、舌片３８で、円板３１側に形成されたカラー４２の外面上の内側スラスト面４１と、円板３１とカバー３７とに突き当たる軸方向スラスト面４３と、羽根５の軸方向停止面４４と、羽根５の突き出たラグの下方に位置する外側スラスト面４５とを備える。ストップ４０のその他の部分は、両者とも円板３２の羽根５の保持シール７に接触している、軸方向の面４７と外側スラスト面４８とを備える。これら二つの外側スラスト面を所有しない舌片３８は、円板３１に隣接するエッジから、スペーサ３６の外側エッジまたは中間部分まで延びることのできるということが分かるであろうが、後述するように、これらの舌片は、完全な冷却路を作るために出来るだけ遠くにまで延びることが好ましい。
【００１６】
クラウン４２に対する内面４１のスラストは、スペーサ３６が、回転子で中心合わせ出来ることと、軸方向スラスト面４３、４７が、シール７の圧力のせいで適当な柔軟性を与えながら、スペーサ３６の軸方向の動きを限定していることと、最後に面４５、４８に対する外向き径方向スラストが、本質的ではなく、アセンブリの荷重の均一性に寄与し、振動を減少させ得ることとを意味する。
【００１７】
組立ての方法は、図３に示すように、シール７を取り付けてから、セレーション３に舌片３８を滑り込ませることにより、スペーサ３６を他の円板３１内に滑り込ませることによって、羽根５を円板３２に取り付けることを必要とし、それからスペーサ３６は、図４に示すように、セレーション３に対して舌片３８を位置合わせするように回転させられ、それから円板３１の羽根５を取付けて、前述の構成とは反対に、スペーサ３６の反対側に配置されたシール７を使って、これらの羽根５を設置することが可能となる。
【００１８】
スペーサ３６は、フランジ１３の省略によって、従来のタイプよりも熱的、機械的に応力が少なく、非金属カーボン系の複合材料から製造できる利点があるが、例外的に舌片１７は、カバー３７に隣接するそれらの部品と共に、依然として金属での製造することができる。
【００１９】
スペーサ３６は、下記（図２）のように完成される類似のシステムを使って、円板３１、３２の冷却を助ける。すなわちシール７を保持するために、スペーサ３６の反対側の円板３１のフランジ５０に側板４９をボルト締めする。それは、側板４９とフランジ５０との間を流れる入口冷却空気のための半月形スカロップ５１を備える。それからこの空気は、舌片３８間のスペーサ３６のカバー３７の下の通路を通り抜ける前に、羽根の基部４の下のセレーション３を流れて、円板３１を冷却する。それからこの空気は、舌片３８によって作られた通路を妨害なしに流れて、空気が、羽根の基部４の下のセレーション３を通り抜けながら冷却するように円板３２に突き当たる。
【００２０】
ボルト締めフランジの代わりをするカバー３７の円錐形状は、より良い機械的強度特性を持っていて、固定子羽根の舌片１７に近接しており、これが研磨可能な支持リング１８の更なる薄型化を可能にしている。舌片３８は、スペーサ３６を堅固にするという更なる作用をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に比較的類似した従来技術の形の実施形態の図。
【図２】本発明による特定の組立て品の一般的な図。
【図３】継続した二つの時点で軸方向に見たアセンブリの部分図。
【図４】継続した二つの時点で軸方向に見たアセンブリの部分図。
【図５】スペーサと円板との接合部の端部を示す図。
【符号の説明】
１、２ 円板
３ セレーション
４ 基部
５ 羽根
７ シール
９、１０ カラー
１１、３６ スペーサ
１２ カバー
１３、１４、１５、５０ フランジ
１６ ボルト
１７、３８ 舌片
１８ リング
１９ 固定羽根
２０ スカロップ
２１ チャンバー
２２ 環状路
３１、３２ 羽根付き円板
３３、３４ バンド
３５ 接合部
３７ 外カバー
３９、４０ ストップ
４１ 位置合わせ面
４２ 整合面
４３、４７ 外側軸方向スラスト面
４４ 軸方向ストップ面
４５、４８ 外側径方向スラスト
４９ 側板
５１ 半月形スカロップ

Claims (5)

1. ２個の羽根付き円板（３１、３２）とスペーサ（３６）とを備えるターボマシンの回転子アセンブリであって、
   少なくとも１つの円板（３１）が、羽根（５）の基部（４）を収容するセレーション（３）を備え、
   前記スペーサ（３６）は、セレーション形成された円板（３１）を取り囲むカバー（３７）と、前記セレーション（３）に挿入される舌片（３８）と、前記円板（３１）の一つに形成された整合面（４２）に対する内側径方向スラスト面（４１）と、外側軸方向スラスト面（４３、４７）とを備え、前記内側径方向スラスト面（４１）が前記舌片（３８）に配置され、
   前記外側軸方向スラスト面は、前記円板の一つ（３１）を押圧する一次面（４３）と、他方の円板（３２）に結合され、該他方の円板（３２）の羽根（５）を保持するためのシールである、シール（７）を押圧する、前記一次面（４３）と反対側の二次面（４７）とを備えることを特徴とする、ターボマシン回転子アセンブリ。
2. 前記舌片とカバーとが、前記円板の冷却路の境界を形成することと、前記冷却路が、前記セレーション（３）内で前記羽根の基部の下を延びていることと、前記舌片（３８）が、前記セレーション（３）間に延びていることと、前記外側軸方向スラスト一次面が、前記舌片に位置することと、前記整合面（４２）が、第１の円板（３１）の側面に形成されたクラウンに位置することとを特徴とする、請求項１に記載のターボマシン回転子アセンブリ。
3. 前記円板（３１、３２）が一体化されており、前記スペーサ（３６）が環状であることを特徴とする、請求項１または２に記載の回転子アセンブリ。
4. スペーサの外側径方向スラスト面（４５、４８）が、前記複数の円板の中の一つ円板の羽根と、前記シールとに設けられてい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ターボマシン回転子アセンブリ。
5. 前記スペーサが複合材料であり、研磨可能な整合リング（１８）を研磨するシーリング舌片（１７）は複合材料ではないことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のターボマシン回転子アセンブリ。

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