JP4315801B2 - Fixed system for axial flow turbomachinery blades - Google Patents
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Description
本発明は、特許請求項1の上概念による軸流ターボ機械の動翼のための軸方向の固定システム及び特許請求項8の上位概念による固定システムのための固定体に関する。 The invention relates to an axial fixing system for a rotor blade of an axial-flow turbomachine according to the upper concept of claim 1 and to a fixing body for the fixing system according to the superordinate concept of claim 8.
軸流ターボ機械の動翼には、回転に基づいて遠心力が作用する。これらの力は、通常、樅の木もしくは燕の尻尾状の、半径方向に配設されかつ軸方向に延在する動翼と翼担体との間の溝−ばね結合部によって受け止められる。これに対し、流動媒体の軸方向の流動方向を経て生じる軸力は、別々の固定装置によって受け止めなければならない。 Centrifugal force acts on the rotor blades of the axial flow turbomachine based on the rotation. These forces are usually received by a groove-spring connection between the blade and the blade carrier, which is arranged in the radial direction and extends axially, in the shape of an oak tree or an oak tail. On the other hand, the axial force generated through the axial flow direction of the flow medium must be received by a separate fixing device.
軸方向に翼を固定するため、今日では通常、翼足端部と軸方向溝底部との間の半径方向間隙内に配設される固定体が使用される。 In order to fix the wing in the axial direction, a fixed body is usually used which is arranged in a radial gap between the tip of the wing and the bottom of the axial groove.
これは、例えば特許文献1から公知であるような、下流に配置された端部から、半径方向に配設された軸方向溝の部分にわたって延在する固定体である。これらの固定体は、一般的に、上流に配設された突出部を備え、この突出部は、翼足部の付属の溝内へと係合する。下流に位置する端部領域は、軸方向溝を越えて突出し、かつ動翼の軸方向の固定をするために、この端部領域が、下流に位置する翼担体の裏側を背後から把持するように折り曲げられる。翼足部における突出部は、翼足部の向かい合って位置する端部において翼担体の加圧側を背後から把持する。 This is, for example, a fixed body that extends from the end arranged downstream to the axial groove part arranged in the radial direction, as is known from US Pat. These fixtures generally comprise a protrusion disposed upstream, which engages into an associated groove in the wing foot. The end region located downstream projects beyond the axial groove, and this end region grips the back side of the blade carrier located downstream from behind in order to fix the rotor blade in the axial direction. Can be folded. The projecting portion of the wing foot grips the pressure side of the wing carrier from the back at the end portion of the wing foot facing each other.
軸方向の固定をするために使用される他の固定体は、軸方向溝の全長にわたって延在し、この軸方向溝を越えて両側に突出する。これは、例えば、特許文献2及び特許文献3に記載されている。特許文献3に記載された固定体の場合、突出する一方の端部領域が、翼担体の加圧側を背後から把持するショルダ様式の突出部として形成されているのに対し、突出する他方の端部領域は、組み込まれた状態で、折り曲げることによって、下流に位置する翼担体の端面を背後から把持する位置にもたらされる。特許文献2に開示された固定体は、薄板から成り、その突出する両方の端部領域は、折り曲げることによって、これらの端部領域が組み込まれた状態で翼担体の両方の端面を背後から把持するように形成されている。これら両方の場合でも、軸方向の支持をする翼足部との結合部は、突出部又は舌部によって形成されており、これらは、それぞれの固定体から突出しており、相応の翼足部の溝内に係合する。 Other fixtures used for axial fixation extend over the entire length of the axial groove and project on both sides beyond this axial groove. This is described in Patent Document 2 and Patent Document 3, for example. In the case of the fixed body described in Patent Document 3, one protruding end region is formed as a shoulder-type protruding portion that grips the pressure side of the blade carrier from behind, whereas the other protruding end The partial region is brought into a position where the end surface of the blade carrier located downstream is gripped from behind by being folded in the assembled state. The fixed body disclosed in Patent Document 2 is made of a thin plate, and both end regions projecting from the fixed body are bent so that both end surfaces of the blade carrier are gripped from behind with these end regions being incorporated. It is formed to do. In both cases, the joint with the wing foot that supports in the axial direction is formed by a protrusion or tongue, which protrudes from the respective fixed body and has a corresponding wing foot. Engage in the groove.
説明した固定体の製造は、費用がかかる。何故なら、一方では、材料は、この材料が要求された形に曲げられるが、それにもかかわらず生じる力を吸収することができるように選択しなければならないからである。他方では、翼をその軸方向の位置に正確に固定するためには、薄板の端部領域を高い精度で曲げなければならないからである。このような固定体は、可能な推力及び剪断力に条件付けられてしか設計することができず、この場合、曲げることによって付加的な材料の弱体化がもたらされる。従って、今日適用される非常に高い回転数の場合、常に再び、折り曲げられた端部が負荷に耐えられず、大きな力によって広げられてしまうことになる。翼は、軸方向にその位置からずれ、ハウジングに擦れる。
従って、本発明の課題は、軸方向の推力及び剪断力を確実に吸収し、動翼をその位置に保持する、簡単で製造及び組立てが経済的な軸流ターボ機械の動翼のための固定システムを提供することである。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide a fixed for a blade of an axial flow turbomachine that is easy to manufacture and assemble, which absorbs axial thrust and shear forces reliably and holds the blade in place. Is to provide a system.
これらの課題は、特許請求項1の特徴による固定システムが解決する。 These problems are solved by the fastening system according to the features of claim 1.
本発明によれば、各動翼のための固定システムが、半径方向に配設される軸方向溝を翼担体内に備え、この軸方向溝内には、動翼を、その相手に見合うように形成された翼足部により挿入することができる。翼足端部と軸方向溝底部との間には、固定体が配設されており、この固定体は、その第1の端部領域でもって、作用する軸力に向かい合って位置する翼担体の裏側を背後から把持する。翼担体と一体的に形成されている固定要素は、固定体の第1の端部領域に軸方向に隣接するように配設されており、かつこの固定体のために軸方向のストッパを構成する。固定体の第1の端部領域は、ストッパと翼担体との間の周方向溝内に位置することになる。ストッパによって、固定体が生じる力によって軸方向にその位置からずらされるか、端部領域が広げられてしまうことが回避され、これにより、翼足部及びこの翼足部により動翼は、その正確な位置を保たれる。翼担体と固定要素を一体的に形成することによって、製造及び組立ては、特に最も簡単で安価である。 According to the invention, the fixing system for each blade comprises an axial groove arranged in the radial direction in the blade carrier, in which the blade is matched to its counterpart. It can be inserted by the wing foot part formed in. A fixed body is disposed between the wing foot end and the axial groove bottom, and this fixed body is located in the first end region of the wing carrier and faces the acting axial force. Grip the back of the back from behind. The fixing element formed integrally with the wing carrier is arranged axially adjacent to the first end region of the fixed body and constitutes an axial stopper for this fixed body To do. The first end region of the stationary body will be located in a circumferential groove between the stopper and the blade carrier. The stopper avoids that the fixed body is displaced from its position in the axial direction due to the force generated by the fixed body or that the end region is widened, so that the blades and the blades are accurately moved by the blades. The position is kept. By integrally forming the wing carrier and the fixing element, manufacture and assembly are particularly simple and cheap.
最も簡単なのは、翼担体と一体的に形成される固定要素が、旋盤加工及び/又はフライス加工によって製造することができることであり、材料が高価である場合には、研磨によって製造することができる。 The simplest is that the fixing element formed integrally with the wing carrier can be manufactured by lathing and / or milling, and if the material is expensive, it can be manufactured by polishing.
この固定システムにおいて、その両方の端部領域でもって軸方向に軸方向溝を超えて突出し、その端部領域が、組み込まれた状態で、翼担体のそれぞれ1つの端面を背後から把持する固定体により作業することが、特に簡単で安価である。これは、翼足部が簡単に形成できるという利点を有する。何故なら、翼足部は、翼担体を加圧側では背後から把持する必要がないからである。しかしながらまた、下流に配置された端部から軸方向溝の一部分にわたってのみ延在する固定体及びこの固定体に適するように形成された翼足部を有する動翼を使用することもできる。 In this fixing system, a fixed body that projects axially beyond the axial groove in both end regions and grips one end face of the wing carrier from the rear in the state in which the end regions are incorporated. It is particularly simple and inexpensive to work with. This has the advantage that the wing foot can be easily formed. This is because the wing foot portion does not need to grip the wing carrier from behind on the pressure side. However, it is also possible to use a rotor blade having a stationary body that extends only over a part of the axial groove from the downstream end and a blade foot that is shaped to be suitable for this stationary body.
固定体の端部領域が、これらの端部領域を結ぶ固定体の基礎部分よりも広い場合は、端部領域に作用する力が大きな面に配分される。これは、固定要素によって構成される端部領域に付設されたストッパに関連した面毎の力の比を有利にする。 When the end region of the fixed body is wider than the base portion of the fixed body connecting these end regions, the force acting on the end region is distributed to a large surface. This favors the ratio of forces per surface associated with the stopper attached to the end region constituted by the fixing element.
固定体の端部領域が、基礎部分よりも広く、また軸方向溝よりも広い場合は、固定体の端部領域が組み付けた状態で半径方向外方へと基礎部分から突出しており、翼足部の端面と翼担体の端面を背後から把持する場合が非常に有利である。これは、結合部を翼足部と固定体の間に形成するために、付加的な舌部及び翼足部の適当な溝内へと係合する突出部を何ら必要としない場合である。これは、翼足部の製造も固定体の製造も容易にする。本発明によるこのような固定体は、当然本発明による固定システムと関連してばかりでなく、公知の固定体の代わりにも、固定要素を用いずに使用することができる。 If the end region of the fixed body is wider than the base portion and wider than the axial groove, the end region of the fixed body projects from the base portion radially outward with the assembled end region. It is very advantageous to grip the end face of the part and the end face of the blade carrier from behind. This is the case when no additional tongues and protrusions that engage into the appropriate grooves in the wing foot are required to form the connection between the wing foot and the stationary body. This facilitates the manufacture of the wing foot and the manufacture of the stationary body. Such a fixing body according to the invention is of course not only associated with the fixing system according to the invention, but can also be used without a fixing element in place of a known fixing body.
固定要素が独立した固定ディスク又は固定リングとして製造されている場合、その際、この固定リングは、翼担体と一体的な物体へと溶接又は接着されるが、現行のターボ機械は、固定システムにより増強することができる。 If the fixing element is manufactured as an independent fixing disk or fixing ring, this fixing ring is then welded or glued to an object that is integral with the wing carrier, but current turbomachines use a fixing system. Can be enhanced.
本発明の別の有利な形態の形は、従属する別の請求項の対象である。 Another advantageous form of the invention is the subject of the other dependent claims.
以下で、本発明の対象を、添付図に図示した優れた実施例を基にして詳細に説明する。 In the following, the subject of the present invention will be described in detail on the basis of the exemplary embodiment illustrated in the accompanying drawings.
図面で使用される符号及びその意味は、符号リストにまとめてリストアップされている。基本的に、図において同じ部分は、同じ符号を備えている。 The symbols used in the drawings and their meanings are listed together in a symbol list. Basically, the same parts in the figures have the same reference numerals.
図1及び3は、それぞれ1つの動翼10を示し、この動翼は、その12の部分でもって、半径方向に配設された翼担体16の軸方向溝14内に固定されている。より良好な理解のし易さの理由から、翼担体16の一部分だけが、しかも軸方向溝14に対する断面図に図示されている。翼足部12は、樅の木の足として形成されており、軸方向溝14は、相手に見合うような溝として形成されており、従って、翼足部12は、半径方向及び周方向に溝14内でズレのないようにアンカー固定されている。軸方向の固定をするため、翼足部12に属する翼足端部13と、軸方向溝14を半径方向内方へと制限する軸方向溝底部15との間に、固定体22が配設されており、この固定体の両方の端部領域26,26’は、軸方向に軸方向溝14を超えて突出する。図2から分かるように、両方の端部領域26,26’は、それぞれこれらの端部領域を結ぶ固定体22の基礎部分28よりも広い。組み込まれた状態で、端部領域26,26’は、それぞれ半径方向外方へと基礎部分28から突出しており、それぞれ翼足部12の端面38’,40’及び翼担体16の端面38,40の部分を背後から把持する。固定体22の端部領域26,26’が基礎部分28よりも広く、かつ軸方向溝14よりも広いことによって、これらの端部領域は、これらの端部領域が半径方向外方へと基礎部分28から突出している場合でも、尚、翼単体16の端面38,40の部分を背後から把持する。
FIGS. 1 and 3 each show one
翼担体16の第1の端面38は、翼担体16の加圧側を構成する。この側には、流動方向A(矢印参照)に基づいて、非常に大きな軸力が作用する。翼足部12を経て、この軸方向に作用する力は、固定体22の第1の端部領域26にも伝達され、この端部領域は、向かい合って位置する翼担体の端面40−裏側40とも言うが−を背後から把持する。第1の端部領域26を広げることを回避するために、翼担体16の裏側40に、固定要素24が配設されており、この固定要素は、下流に軸方向に第1の端部領域26のためのストッパ34を構成し、従って、第1の端部領域26は、もはや広げることができない。固定要素24は、固定体22、軸方向溝14及び翼足部12と共に、固定システム20を構成し、この固定システムは、動翼10を、回転数が非常に高い場合でも軸方向、半径方向及び周方向に位置を確実に翼担体16と結合する。示された例では、固定体22が、薄板から形成されており、両方の端部領域26,26’は、折り曲げることによって、半径方向外方へと基礎部分28から突出しているその位置にもたらされる。当然、翼担体の裏側40を背後から把持する第1の端部領域は、しかしながらまた中実の突出部としても形成することもでき、第2の端部領域26’だけを、折り曲げることによって位置にもたらすことができる。
The
図3及び4は、固定要素24が、翼担体16と一体的に形成されているところを示す。この一体的な実施形の製造に際しては、先ず、軸方向溝14が、翼担体16の基体内にフライス加工されるか、ブローチ加工される。次に、翼担体16の裏側40が、おおよそ固定体22の2倍の厚さでなくても済むストライプが旋盤加工され、しかも、残っているショルダ部が軸方向溝底部15を超えて、半径方向外方へと突出している固定体22の第1の端部領域26よりも幾らか更に半径方向に内方へと突出する点に限れば、半径方向内方へと旋盤加工される。最後に、現行のショルダ部の軸方向溝14に面した側では、旋盤加工によって、周方向溝42が提供され、この周方向溝は、半径方向内方へとほぼ軸方向溝底部15を超えて達し、その幅は、この幅が僅かな遊びと共に固定体22の第1の端部領域26を収容することができるように寸法設定されている。例えば約40%のニッケルを含むニモニック(登録商標)901のような非常に高価な材料を使用する場合は、周方向溝42は、研磨することによって形成しても良い。この措置によって、周方向溝42の下流では、軸方向溝14をフライス加工することによって生じた切り込みと、これらの間に残っている要素とが、元々旋盤加工されているショルダ部に残っている。残っている要素は、それぞれ、固定体22の第1の端部領域26のための軸方向のストッパ34を構成し、この固定体は、確かにその幅に基づいて軸方向溝14を超えて、従って切り込みも超えて突出し、従って、ストッパは、その作用を発揮することができる。各翼足部12及び各固定体22の基礎部分28の軸方向の広がりは、旋盤加工のあとで残っている軸方向溝14の軸方向の広がりに相当し、従って、組立ての後には、いかなる翼足部12も、またいかなる基礎部分28の部分も、周方向溝42に内に突出しないか、翼担体の加圧側38を超えて突出しない。
3 and 4 show that the fixing
固定要素24は、任意に形成された固定体と組み合わせることができ、その際には、本発明による固定システム20を構成する。その際、周方向溝42の相応の適合は、何ら問題ない。
The fixing
しかしながらまた、固定要素24は、図1に示されているように、独立した固定ディスク32として形成することもでき、この固定ディスクは、例えば、翼担体16との溶接結合30によって、一体的な物体へと結合することができる。その際、固定ディスク32は、その翼担体16に面した側にショルダ部を備え、このショルダ部は、翼担体16と結合する際に周方向溝42が得られ、この周方向溝内には、動翼10のための固定体22のそれぞれ第1の端部領域26が係合する。固定要素24は、翼担体16の形態に応じて、固定リングとしても形成することができる。溶接結合30を用いる代わりに、固定要素24を翼担体16との接着結合によって一体的な物体へと結合することも考慮可能である。
However, the fixing
固定要素24の独立した形態においては、現行の翼担体16が、この固定要素24との軸方向溝/固定体−結合部によって増強され、固定要素と共に一体的な物体へと結合され得ることが有利である。この方法で、本発明による固定システム20は、後から設置することができる。これは、固定体の形態に依存せずに可能である。何故なら、固定システム20は、例えば冒頭で述べた特許文献から公知であるような他の固定体とでも機能するからである。このため、固定要素24は、その際、場合によっては周方向溝42又はストッパ34の形態に応じて適合されなければならない。
In an independent form of the fixing
本発明による固定システム20により翼担体16内に動翼10を組み立てるために、先ず、固定体22は、軸方向溝14内に挿入され、しかも、既に半径方向に基本部分28から突出している第1の端部領域26が周方向溝42によって収容されるように挿入される。次に、第1の端部領域26は、僅かな遊びをもって、固定要素32のストッパ34と、翼担体16の端面40の相応の部分との間に延在する。引き続き、動翼は、その翼足部14でもって、加圧側38から固定体22を介して翼担体16の軸方向溝14内へと挿入される。最後に、固定体22の第2の端部領域26’は、半径方向外方へと折り曲げられ、従って、翼足部12は、両方の端部領域26,26’によって軸方向に固定されている。
In order to assemble the
A 軸方向の流動方向
10 動翼
12 翼足部
13 翼足端部
14 軸方向溝
15 軸方向溝底部
16 翼担体
20 固定システム
22 固定体
24 固定要素
26,26’ 端部領域
28 基礎部分
30 溶接シーム
32 独立した固定ディスク
34 ストッパ
36 ネジ
38 加圧側の翼担体の上流に整向された端面
38’ 加圧側の翼足部の上流に整向された端面
40 裏側の翼担体の下流に整向された端面
40’ 裏側の翼足部の下流に整向された端面
42 周方向溝
A Direction of
Claims (10)
下流に整向された翼担体(16)の裏側(40)で翼担体(16)と一体的に形成された固定要素(24)が、固定体(22)の第1の端部領域(26)に軸方向に隣接するように配設されており、かつこの固定体のために、第1の端部領域(26)の広がりを防止するための軸方向のストッパ(34)を構成し、この軸方向のストッパ(34)が、半径方向外方へと延在し、半径方向外方へと突出する第1の端部領域(26)の軸方向の支持をすることを特徴とする固定システム。Each blade (10) is provided with a blade foot (12) which is inserted into an axial groove (14) of the blade carrier (16) so that the blade (10) has a radius. And a fixed body (22) is disposed between the wing foot (12) and the wing carrier (16) in the axial groove (14). Blades of an axial-flow turbomachine, each gripping the back side (40) of a blade carrier (16) oriented downstream by a first end region (26) of two end regions, respectively In the fixing system for (10),
A fixing element (24) integrally formed with the wing carrier (16) on the back side (40) of the wing carrier (16) oriented downstream is a first end region (26) of the fixing body (22). ) And an axial stopper (34) for preventing the spread of the first end region (26) for this fixed body, The axial stop (34) extends radially outward and supports the axial direction of the first end region (26) projecting radially outward. system.
固定ディスク(32)が、この固定ディスクが固定体(22)の第1の端部領域(26)のために、下流に整向された翼担体(16)の裏側(40)で、第1の端部領域(26)の広がりを防止するための軸方向のストッパ(34)を構成し、この軸方向のストッパ(34)が、半径方向外方へと延在し、半径方向外方へと突出する第1の端部領域(26)の軸方向の支持をするように形成されており、かつ翼担体(16)と結合可能であることを特徴とする固定ディスク。Each blade (10) is provided with a blade foot (12) which is inserted into an axial groove (14) of the blade carrier (16) so that the blade (10) has a radius. Fixed in the direction and circumferential direction, and a fixed body (22) is arranged between the wing foot (12) and the wing carrier (16) in the axial groove (14), and these fixed Dynamics of an axial-flow turbomachine in which the body grips from behind the back side (40) of a wing carrier (16) oriented downstream by a first end region (26) of two end regions, respectively. In the fixing disk (32) for axially fixing the wing (10),
A stationary disk (32) is located on the back side (40) of the wing carrier (16) oriented downstream for the first end region (26) of the stationary body (22) . An axial stopper (34) for preventing the end region (26) from spreading is formed, and the axial stopper (34) extends radially outward and radially outward. And a first end region (26) projecting in the axial direction, and fixed to the wing carrier (16).
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