JP4146399B2 - コンプレッサのロータライン上のブレード付きディスク間の改良型接続 - Google Patents

Description

本発明は高圧ターボジェットコンプレッサの分野に関し、より具体的には、コンプレッサロータの第１のステージのブレード付きディスクとコンプレッサロータの第２のステージのブレード付きディスク間の接続の分野に関する。

航空機のターボジェットエンジンの場合、コンプレッサは吸気流を受容する。コンプレッサの吸気口のブレード付きディスクは、氷や鳥などの異物を取り込みやすい。コンプレッサの種々のブレード付きディスクのうちで、従って第１のディスクは異物によるダメージを最も被る。このため、これはまた、ブレード付きディスクの除去を要するメンテナンス動作を必要とするディスクでもある。種々のピースを備えているコンプレッサのロータラインの分解には、正規の設備の整ったメンテナンス工場での作業を要する調整および配列動作を必要とする。これらの分解動作時には、ロータラインが破損されないことが重要である。

一体鋳造のブレード付きディスク（ＭＢＤ）をコンプレッサの第１のブレード付きディスクとして使用するという解決策が、欧州特許公開第１１２２４４３号明細書に提案されている。このブレード付きディスクはフランジによってコンプレッサの吸気口の上流に固定されている。しかしながらこの解決策は、ブレード付きディスクに関する一定の基準、例えば振動安定性基準、耐用年数基準、またはブレード損失安定性基準を満たすことができないので、完全には満足できない。
欧州特許公開第１１２２４４３号明細書

本発明の目的はこの状況を改善することである。

本発明はコンプレッサロータの吸気口への取付用ピースに関し、このピースはコンプレッサロータの第１のピースの形成に適している。

本発明の本質的特徴によると、このピースは連続するホールおよびノッチを具備した第１のリングで終わる。

本発明の別の特徴によると、第１のリングの軸は、コンプレッサロータの吸気口に取付けられるためにコンプレッサロータの回転軸を中心とするのに適しており、第１のリングは、固定手段によってロータの軸対称の第３のピースに固定され、かつロータの第２のピース／第３のピースアセンブリを形成する、ロータの軸対称の第２のピースに対して配置されるのに適しており、ノッチはロータの第２のピース／第３のピースアセンブリを固定する手段の周りに嵌合するのに適しており、第１のリングのホールは、第１のリングを第２のピース／第３のピースアセンブリに固定するために第２のピース／第３のピースアセンブリのホールと整列して配置されることに適している。

第１のリングは好ましくは、ロータの回転軸に垂直な平面にある。

このピースは有利にはディスクと、その周辺に取付けられているブレードとを備えている。

このピースはさらに第１のリングに接続されているフランジを具備したディスクを備えており、フランジとリングはディスクの下流に配置されているために、第２のピース／第３のピースアセンブリへのディスクの固定は、流れがコンプレッサを通る方向に対して、ディスクの下流で実行可能である。

本発明は同様に、上記に定義されている第１のピースとアセンブリ間の接続に関し、第１のピースは連続するホールおよびノッチを具備した第１のリングで終わり、第１のリングの軸は、コンプレッサロータの吸気口に取付けられるためにコンプレッサロータの回転軸を中心としており、アセンブリは第３のロータピースに固定されている第２のロータピースによって形成されており、第２のピースはコンプレッサロータの吸気口を形成し、下流でホールを備える第２のリングで終わり、第３のピースは上流でホールを備える第３のリングで終わり、第２および第３のリングは、そのホールを整列させ、第１の固定手段によって共に固定されるように互いに向かい合って（ａｇａｉｎｓｔ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ）配置されており、第１の円形リングは第２のピース／第３のピースアセンブリの上流に、かつこれに対して配置されているため、ノッチはロータの第２のピース／第３のピースアセンブリを固定する第１の手段の周りに嵌合し、また第１のリングのホールの少なくとも一部は第２のピース／第３のピースアセンブリのホールと整列し、第２の固定手段は第１の円形リングを第２のピース／第３のピースアセンブリに固定する。

第２のリングおよび第３のリングは好ましくは、ロータの回転軸に垂直な平面にある。

ロータの第２のピース／第３のピースアセンブリを固定する手段は有利には、第２のピース／第３のピースアセンブリを固定する手段に第１のリングを固定する固定手段よりも短い。

固定手段はさらにスクリューナットシステムを備えている。

スクリューナットシステムのスクリューは好ましくは、ナットがない場合に、スクリューが持ちこたえることを可能にするワッシャによって保持されている。

本発明はとりわけ、上記に定義されている接続を具備した高圧コンプレッサを備えるタービンエンジンに関する。

本発明はまた、上記に定義されているような接続に嵌合するための方法であって、ホールを整列して配置するために第２および第３の円形リングを互いに向かい合って配置することと、ホールの一部を通過する第１の固定手段と共にこれらの第２および第３のリングを固定することと、第２のピース／第３のピースアセンブリを第１のピースに固定するのに適した第２の固定手段を残りのホールに配置することと、ノッチがロータの第２のピース／第３のピースアセンブリを固定する手段の周りに嵌合し、また第２の固定手段が、第２のピース／第３のピースアセンブリに第１の円形リングを固定するために、第１のリングのホールの一部を通過するように、第１の円形リングを第２のピース／第３のピースアセンブリの上流に、かつこれに対して配置することと、からなる方法に関する。

本発明はさらに、上記に定義されている接続を解除するための方法であって、コンプレッサロータの第１のピースを除去し、ロータの第２のピース／第３のピースアセンブリを保持するために第２の固定手段を除去することからなる方法に関する。

以下の図面はいかなる制限も含むことなく本発明の実施形態を図示している。

図面は基本的に特定のタイプの要素を含んでいる。従ってこれらは記述をより明確に説明するだけではなく、適宜本発明の定義に寄与する。

発明を実施するための最良の方法

図１は、各々がブレードＡ１からＡ５のリングを具備したディスクＤ１からＤ５を備える種々の圧縮ステージＥ１からＥ５からなる高圧ターボジェットコンプレッサのロータ部分の部分的断面を示している。各ブレード付きディスクの下流で、各圧縮ステージはまたコンプレッサのステータ部分のレクティファイア（ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）（図示せず）形成部分からなっている。各レクティファイアによって、次の圧縮ステージに入る前に、気流を整流することができる。コンプレッサのロータ部分とステータ部分は、圧縮する気流の「ストリーム」を画定する。ロータラインという用語は、このストリームの下部境界を形成するロータの連続外面を説明するために使用される。コンプレッサのブレード付きディスクＤ２からＤ５は、ディスクアセンブリと称される単一ピースに形成される。ブレード付きディスクＤ１は有利には、ディスクアセンブリの上流のロータに取付けられている一体鋳造のブレード付きディスクであるため、メンテナンスおよび修理作業のために容易に除去可能である。高圧コンプレッサの第１のステージを形成するこの一体鋳造の第１のブレード付きディスクは、氷および鳥などの異物を取り込み易い。コンプレッサのロータ部分は、コンプレッサの下流に配置されているタービンによる回転時にそれ自体が駆動されるシャフトＳによる回転時に駆動される。回転軸はＢと示されている。

ロータの要素の用語「上流」または「下流」は、コンプレッサの気流の方向ＳＦを参照して理解できる。ピースに終わる複数のリング（または１つのリング部分）を参照する用語「内側」は、ピース内部に向かって延びるリング、すなわちピースから始まりその半径は縮小するリングを意味するものとして理解され、また「外側」はピースの外部に向かって延びるリング、すなわちピースから始まりその半径が拡大するリングを意味するものとして理解される。

図２は、本発明に従ったブレード付きディスクＤ１とＤ２間の接続を示している。ロータラインは有利には、高圧コンプレッサの吸気口と連続している。コンプレッサの吸気口において、ロータは放射リング３２に終わる漏斗状の（ｆｌａｒｅｄ）ジャーナル３０を備えている。ディスクＤ２は、ジャーナルの方向に延び、放射リング２２に終わり、またその上流表面はジャーナルの放射リング３２の下流表面と接触する上流フランジ２０を備えている。一体鋳造のブレード付きディスクＤ１は、ジャーナルの放射リング３２の方向に延び、放射リング１２に終わり、またその下流表面は放射リング３２の上流表面と接触する下流フランジ１０を備えている。一体鋳造のブレード付きディスクＤ１と、ジャーナル３０と、ディスクＤ２は、リング１２、３２、および２２の相互に整列されているホールを通過する、図２に示されているスクリューナットシステム４０などの固定手段によって共に接合されている。一体鋳造のブレード付きディスクＤ１の軸対称下流フランジ１０によって、第１の圧縮ステージのこのディスクの振動耐性、耐用年数、およびブレード損失の基準を満たすために、ロータを有するこのディスクの下流接続を生成することが可能になる。

放射リングという用語は、放射状平面、すなわちロータの回転軸に垂直な平面にあるリングを意味している。しかしながら、リングは、その傾斜が上述のように、相互に対するリングの表面の相対的変位を許容する限り、放射状平面に対して傾斜可能である。

この接続の各要素またはピースの詳細を、図３、４、および５を参照してより具体的に説明する。

図３はブレードなしの一体鋳造のディスクＤ１を示しており、このディスクはブレードを収容するのに適している。ロータの第１のピースは、その上部にブレードを収容するのに適した円形プレート１８がある円形ベース１１を備えている。円形ベース１１は、一例として回転軸Ｂの方向に延び、連続するホール１４およびノッチ１６を具備した放射リング１２に終わる下流円形フランジ１０を備えている。例示的実施形態において、放射リング１２は３２個のホールと、この３２個のホールに対称的に分散されている８個のノッチとを備えている。この図の実施形態において、放射リング１２は外側リングである。

図４は、ロータの第２のピース、すなわち、下流で放射リング３２に終わる円錐部分３３に漏斗状に開いている上流円筒形の第１の部分３１を備えるジャーナル３０を示している。この放射リングはベースと称される内側放射部分３５と、上流方向および下流方向に軸方向に延びるリム３８となる外側放射部分とからなる。外側放射部分は、放射リング３２の上流表面側の上流ディスクＤ１の外側放射リング１２のホールおよびノッチと、放射リング３２の下流表面側の下流ディスクＤ２の放射リング２２のホールと整列して配置されることになるホール３４を備えている。

図５は、ブレードなしのディスクＤ２を示しており、このディスクはブレードを収容するのに適している。ロータのこの第２のピースは、その上部にブレードを収容するのに適した円形プレート２８がある円形ベース２１を備えている。円形ベース２１は、上流方向に円錐状に狭まり、連続するホールを具備した放射リング２２に終わる下流円形フランジ２０を備えている。例示的実施形態において、放射リング２２は内側であり、４０個のホールを備えている。ノッチ２６は、放射リング２２の材料の量を削減するためにホール２４に分散されている。これらのノッチはまたホール２４の位置を示す手段として使用されている。

図６および７は、本発明に従った接続への嵌合に伴うステップを示している。

図６によると、第１のステップにおいて、ジャーナルは、外側放射リング３２の下流表面を下流ディスクＤ２の内側放射リング２２の上流表面に対して配置する一方で、外側放射リング３２のホールと内側放射リング２２のホールとを整列させることによってディスクＤ２に接続されている。スクリューナットシステムなどの第１の固定手段は整列されているホールの一部に配置されており、これらのホールは例えば内側放射リング２２のノッチ２６に基づいて識別可能である。識別されたホールは、以下に説明される理由によって、ディスクＤ１のノッチ１６の分散に対応しているべきである。ジャーナルとディスクＤ２間の接続によって、ロータラインは上流ディスクＤ１がそこにない場合でさえ連続している、すなわち気流のストリームが維持されている。ジャーナル３０とディスクＤ２は第１の固定手段によって固定されているアセンブリを形成し、このアセンブリはロータの第２のピース／第３のピースアセンブリと称される。残りのホールは第２の固定手段の一部を具備しており、例えばナットなしのスクリューであり、このスクリューのヘッドはディスクＤ２の内側放射リング２２の下流表面に対して押圧されており、このスクリューのステムの端はジャーナル３０の外側放射リング３２の上流表面側に相当突出しているため、固定ナットが続くディスクＤ１の外側放射リング１２の厚さを収容することができる。第２の固定手段のスクリューは有利にはワッシャによって保持されているため、ナットがスクリューステムにまだ係合されていない場合に、スクリューがホールから抜け落ちることを防止する。

図７によると、第２のステップにおいて、ディスクＤ１の軸は、コンプレッサロータの吸気口に取付けられるためにコンプレッサロータの回転軸を中心としている。従って外側放射リング１２はジャーナルの外側放射リング３２の上流表面に対して配置されている。これを実行するために、外側放射リング１２が外側放射リング３２の上流表面に対して配置されていると、ノッチ１６はまず第１の固定手段と整列して配置され、次いで第１の固定手段の周りに嵌合され、第１のリング１２のホール１４はロータの第２のピース／第３のピースアセンブリの残りのホールと整列して配置される、すなわちディスクＤ１の外側放射リング１２の上流表面から突出している第２の固定手段のスクリューステムの端はホール１４を貫通する。

ナットはスクリューの端上にねじ止めされて、ディスクＤ１の外側放射リング１２の上流表面に対して固定される。ジャーナルの外側放射リング３２のリム３８は有利には、上流方向のディスクＤ１の外側放射リング１２の半径方向外側縁と、下流方向のディスクＤ２の内側放射リング２２の半径方向外側縁とを覆っている。従って軸リム３８によって、とりわけ動作時に、ディスクＤ１の外側放射リング１２とディスクＤ２の内側放射リング２２に半径方向の求心力を及ぼすことが可能になる。

ディスクＤ１とジャーナル／ディスクＤ２アセンブリ間の接続は以下の方法で解除される。図２の実施形態において、ステータは、ディスクＤ１の後ろに配置されている固定手段にアクセスするために部分的に除去される。

第２の固定手段のナットはねじを外され、除去される。そしてディスクＤ１は上流方向に軸方向に引くことによって引き出されることが可能である。ジャーナルとディスクＤ２は第１の固定手段、例えば８個のスクリューナットシステムによって共に固定されたままであり、第２の固定手段のスクリューステムの端はワッシャによって保持されたままである。従って一体鋳造のディスクＤ１は非常に容易に、かつロータラインを破る必要なくロータから除去可能である。一体鋳造のディスクＤ１は修繕または、良好な条件で別の一体鋳造のディスクＤ１と交換可能である。このディスクＤ１は、ノッチ１６を第１の固定手段と一致させ、ホール１４を第２の固定手段の一部、すなわちスクリューステムと一致させることによって上述のように嵌合される。

図６および７の実施形態に従った接続は、接続がセットアップされた後に設置されるステータなしで嵌合される。この実施形態の変形例によって接続は現存のステータに嵌合されることが可能となる。そしてスクリューナットシステムは反転される必要がある（ナットはスクリューのヘッドの代わりに置かれ、スクリューのヘッドはナットの代わりに置かれる）。

図８は、本発明に従った接続の代替実施形態を示している。

従ってディスクＤＤ１は、わずかに傾斜して軸方向に延び、ジャーナル１３０の外側放射リング１３２の上流表面に対して配置されるのに適している内側放射リング１１２に終わるフランジ１１０からなる。リング１１２はリング１２と同様に連続するホールおよびノッチを備えている。ディスクＤＤ２はディスクＤ２と同じで、その内側放射リング１２２は、ジャーナル１３０の外側放射リング１３２の下流表面に対して配置されるのに適している。リング１３２および１２２はリング３２および２２と同様に形成されている。ディスクＤＤ１は、ディスクＤ１の前述の実施形態と比較して短縮されているベースを備えており、ディスクＤＤ１のベースとジャーナル１３０間の通路を介して前述の実施形態の固定手段４０に類似の固定手段１４０にアクセス可能である。

とりわけ、この実施形態によって、ディスクＤＤ１を嵌合または除去する際にステータを除去する必要性を回避することができる。他の点において、嵌合方法と分解方法は上記のものに対応している。

一般的に、ジャーナル／ディスクＤ２アセンブリの第１の固定手段は、第１の円形リングをジャーナル／ディスクＤ２アセンブリに固定可能にする第２の固定手段よりも短い。

従って本発明によって、特別のメンテナンスや時間のロスなく、一体鋳造のブレード付きディスクを交換することができる。このピースはサービスの問題を最も被り、コンプレッサの性能に最も衝撃を与えるものである。

本発明は、第１のロータピースとしてのディスクと、第２および第３のロータピースの固定アセンブリ間のボルト止めされている接続に制限されず、共に固定されているピースのアセンブリとの接続からの分離除去を要する任意のピースに拡大適用する。

本発明はまた、例証としてのみ上述されている固定装置の実施形態に制限されず、以下に続く請求項の範囲内で当業者が想定できる全変形例をカバーしている。

種々のブレード付きディスクからなるターボジェットコンプレッサの回転軸に沿った半面の断面を示している。 本発明に従った接続によって共に接合されている、図１の第１および第２のブレード付きコンプレッサディスクを詳細に示している。 本発明に従った、ブレードなしの第１のディスクのセクタを特に示している。 本発明に従ったジャーナルのセクタを特に示している。 本発明に従った、ブレードなしの第２のディスクのセクタを特に示している。 ジャーナルと第２のディスクを組み立てることからなる、本発明に従った接続に嵌合する第１の段階を示している。 第１のディスクを、ジャーナルおよび第２のディスクによって形成されているアセンブリに組み付けることからなる、本発明に従った接続に嵌合する第２の段階を示している。 本発明に従った接続の代替実施形態を示している。

符号の説明

１０、１１０ フランジ
１１、２１ 円形ベース
１２、２２、３２、１２２、１３２ リング
１４、２４、３４ ホール
１６、２６ ノッチ
１８、２８ 円形プレート
２０ 下流円形フランジ
３０ ロータピース
３５ 内側放射部分
３８ リム
４０ 固定手段
１１２ 内側放射リング
１３０ ジャーナル
１３２ 外側放射リング
１４０ 固定手段
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５ ブレード
Ｂ 回転軸
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、ＤＤ１、ＤＤ２ ディスク
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５ 圧縮ステージ
Ｓ シャフト
ＳＦ 方向

Claims (11)

1. コンプレッサロータの吸気口に取り付ける第１のピース（Ｄ１）と、ロータの第３のピース（Ｄ２）に固定され、コンプレッサロータの吸気口を形成するロータの第２のピース（３０）によって形成されたアセンブリとの間の接続構造であって、
   第１のピース（Ｄ１）が、一連のホール（１４）およびノッチ（１６）を備える第１のリング（１２）で終端しており、第１のリングの軸は、コンプレッサロータの吸気口に取り付けるコンプレッサロータの回転軸（Ｂ）に中心が合わされており、第２のピース（３０）は、下流側が、ホールを備える第２のリング（３２）で終端しており、第３のピース（Ｄ２）は、上流側が、ホールを備える第３のリング（２２）で終端しており、第２のリングおよび第３のリングは、それらのホールを整列して配置するように互いに向かい合って配置されて、第１の固定手段によって共に固定されており、
   円形の第１のリング（１２）は、ノッチが、ロータの第２のピースおよび第３のピースからなるアセンブリを固定する第１の固定手段を囲んで嵌め込まれるように、かつ、第１のリング（１２）のホール（１４）の少なくともいくつかが第２のピースおよび第３のピースからなるアセンブリのホールと整列されるように、第２のピースおよび第３のピースからなるアセンブリの上流側でこのアセンブリに向かい合って配置されており、第２の固定手段が、円形の第１のリングを、第２のピースおよび第３のピースからなるアセンブリに対して固定する、前記接続構造。
2. 第１のリング（１２）がロータの回転軸（Ｂ）に垂直な平面上にある、請求項１に記載の接続構造。
3. ディスク（Ｄ１）と、その周辺に取り付けられた複数のブレードとを備えている、請求項１または２に記載の接続構造。
4. 第１のリング（１２）に接続されたフランジ（１０）を具備するディスク（Ｄ１）を備えており、フランジ（１０）および第１のリング（１２）がディスク（Ｄ１）の下流側に配置されて、第２のピースおよび第３のピースからなるアセンブリへのディスク（Ｄ１）の固定は、流れがコンプレッサを通る方向に対してディスク（Ｄ１）の下流側で実行可能である、請求項１から３のいずれか一項に記載の接続構造。
5. 第２のリング（３２）および第３のリング（Ｄ２）がロータの回転軸（Ｂ）に垂直な平面上にある、請求項４に記載の接続構造。
6. ロータの第２のピースおよび第３のピースからなるアセンブリを固定するための第１の固定手段は、第２のピースおよび第３のピースからなるアセンブリに第１のリングを固定するための第２の固定手段よりも短い、請求項１から５のいずれか一項に記載の接続構造。
7. 第１および第２の固定手段がスクリューナットシステムである、請求項１から６のいずれか一項に記載の接続構造。
8. スクリューナットシステムのスクリューは、ナットがない場合にスクリューがその位置を保つことができるようにワッシャによって保持されている、請求項７に記載の接続。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の接続構造を具備した高圧コンプレッサを備えるタービンエンジン。
10. 請求項１から８のいずれか一項に記載の接続構造を組み上げる方法であって、
    円形である第２のリング（３２）および第３のリング（２２）を、それらのホールが整列して配置されるように互いに向かい合わせて配置することと、第２のリング（３２）および第３のリング（２２）を、複数のホールのいくつかを通過する第１の固定手段で共に固定することと、第２のピースおよび第３のピースからなるアセンブリを第１のピースに固定する第２の固定手段を、残りのホールに配置することと、ノッチがロータの第２のピースおよび第３のピースからなるアセンブリを固定する第１の固定手段を囲んで嵌め込まれるように、かつ、第２の固定手段が、円形の第１のリングを第２のピースおよび第３のピースからなるアセンブリに固定するために、第１のリング（１２）の複数のホールのいくつかを通過するように、円形の第１のリング（１２）を第２のピースおよび第３のピースからなるアセンブリの上流側でこのアセンブリに向かい合わせて配置することとからなる、前記方法。
11. コンプレッサロータの第１のピースを取り除き、ロータの第２のピースおよび第３のピースからなるアセンブリはそのまま保持するために、第２の固定手段を取り外すことからなる、請求項１から８のいずれか一項に記載の接続構造を分解する方法。

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