JP4656983B2 - ターボ機械のロータディスクに対してブレードを軸方向に保持する装置 - Google Patents

Description

本発明は、詳細には、ターボジェットなどのターボ機械の高圧コンプレッサまたは高圧タービン内のロータディスクに対して、ブレードを軸方向に保持する装置に関する。

この保持機能を実行するために、環状体（ａｎｎｕｌｕｓ）を用いることは知られており、この環状体の径方向内側縁部は、ロータディスクの下流側面の環状溝内に収容され、かつこの環状体の径方向外側縁部は、ディスク周辺の軸方向溝内に係合されるブレードの基部（ｒｏｏｔ）の下流側端部に押し付けられている。

ディスクの環状溝の径方向外側縁部および環状体の径方向内側縁部は、相補的なフェストゥーン（ｆｅｓｔｏｏｎｅｄ）形状または銃眼（ｃｒｅｎｅｌｌａｔｅｄ）形状であり、これにより、環状体のフェストゥーン形状縁部の中実部分を、環状溝のフェストゥーン形状縁部の空隙部分に位置合わせするときに、環状体を、軸方向に並進移動させてディスクの環状溝にはめ込み、環状体を回転させて環状溝内で軸方向に固定することにより、環状体のフェストゥーン形状縁部の中実部分が、ディスクの環状溝のフェストゥーン形状縁部の中実部分に位置合わせされて、環状体がディスクを押し付ける。

ブレードの基部に対向する環状体の面に、環状体の径方向外側部分はスタッドを有し、このスタッドは、ブレードの基部の対応する空洞に係合し、環状体が軸周りに回転するのを防止する。

係止位置では、環状体の各部分が、ブレードの基部、ディスクの下流側面、およびディスクの環状溝のフェストゥーン形状縁部に押し付けられることにより、環状体は軸方向に保持される。環状体を回転させて環状溝内のこの位置にはめ込むには、環状体の径方向外側部分を軸方向に引張り、環状体の径方向内側部分を軸方向に押すことにより環状体を変形させて、スタッドがスタッドを収容する空洞に位置合わせされるまで、前述のスタッドを、ブレード基部の端部から離れる方向にそれぞれ移動させ、環状体のフェストゥーン形状縁部の中実部分を、ディスクの環状溝に係合させる。

このようなアセンブリは、実施が複雑であり、かつ特殊なツールを使用する必要がある。環状体は非常に高い温度に耐える必要があり、さらに非常に傷の付きやすい焼結材料で作製されるため（このような傷は、ひび割れの原因となり、環状体の寿命を大幅に短くする可能性がある）、環状体をディスクに取り付ける際に、環状体への損傷を避けるために細心の注意が必要となる。

さらに、スタッドは、機械加工され、かつ環状体の材料で形成される必要があるため、時間を要しかつ極めてコスト高となる。さらに、スタッドをブレード基部の端部に収容するための空洞を機械加工する必要があり、これもコストを引き上げる。

本発明は、特に、従来技術のこれら欠点を回避する方法を見出すことである。

本発明の目的は、ロータディスクに対してブレード基部を軸方向に保持するための上記で特定される種類の装置を提供することであり、この装置は、環状体の特殊な機械加工を必要とせず、環状体のロータディスクへの取付けおよび取外しが容易であり、同時に、取付けの際に環状体を損傷する危険性を低減する。

この目的を達成するため、本発明は、ターボ機械のロータディスクに対してブレードを軸方向に保持する装置を提供し、この装置は、環状体を備え、この環状体は、径方向内側縁部によりディスクの環状溝内に取り付けられ、かつ半外方向縁部によりディスクの周辺の溝内に取り付けられたブレードの基部を押し付ける。この装置は、さらに環状ロックを備え、この環状ロックは、ディスクの環状溝内に収容され、前記環状溝における環状体の回転を防止し、前記ロックは、環状体の係止位置と環状溝内への取付けおよび取外し位置との間で、環状溝内で回転できる。

本発明の環状ロックにより、環状体のスタッドおよびブレード基部にスタッドを収容する空洞を機械加工する必要がなくなる。さらに、環状体を所定の位置にロックして、環状体を変形させることなくブレードロータを保持し、これにより環状体を損傷する危険性を低減させることができる。

本発明の別の特徴によれば、ロックは、フックを有し、このフックは、環状体の径方向内側縁部で環状体ロック位置の環状溝のフェストゥーン形状または銃眼形状縁部の中実部分の間に、弾性でスナップ留めすることにより係合する。

このように、ロックを環状体にスナップ留めする一回の操作だけで、環状体の回転を十分に防止でき、この操作は、簡単な手段を用いて実行可能である。

環状ロックのフックは、環状体のフェストゥーン形状の径方向内側部分の中実部分に形成される。

本発明の好ましい実施形態においては、ロックのフックは、ロックの径方向外側環状部分からロックの軸方向に向かって延びる径方向タブと、端部の１つで径方向タブに接続される軸方向タブとを備え、この軸方向タブは、他端で径方向外側に向くそれぞれのキャッチで終端し、環状体の径方向内側縁部を保持する部材を形成する。

ロックは、フックの軸方向タブと径方向タブを弾性変形させることにより、環状体にスナップ留めできる。

環状体のロック位置において、環状体のフェストゥーン形状または銃眼形状縁部の中実部分は、環状溝のフェストゥーン形状縁部の中実部分に自動的に位置合わせされる。この理由は、ロックのフックが、ディスクの溝のフェストゥーン形状の環状縁部の空隙部分に係合するためである。

有利には、フックの前述の軸方向タブは、タブの端部が延び、キャッチに対して反対方向に延びる第２の径方向タブによりキャッチを保持する。

これら径方向タブは、ディスクの環状溝の縁部の空隙部分内に正確に係合し、有利には、引張り力により係合を可能にするツールを受入れまたは係合する開口などの手段を有して、環状体を取り外すために、キャッチを環状体の縁部にスナップ留めし、推力により環状体の縁部からキャッチを解放する。

環状体ロック位置においては、環状ロックの径方向外側部分は、環状体の径方向内側部分に対し軸方向に押し付けられ、環状体の径方向内側部分は、環状溝のフェストゥーン形状縁部の中実部分に対して軸方向に押し付けられ、かつ環状ロックの径方向外側部分と前記ロックの径方向内側部分に形成されたフックのキャッチとの間に軸方向に締め付けられる。

本発明の他の詳細、特徴、および利点は、非限定の例および添付図面の参照によりなされる以下の説明を読むことにより明らかになる。

最初に、本発明に関する従来技術を示す図１を参照する。

ターボ機械のコンプレッサまたは高圧タービンのロータは、複数のロータディスクを備え、このロータディスクの１つの一部分を図１に示す。各ディスク１０は、ディスク１０の周辺部に軸方向溝、例えば、ありつぎ（ｄｏｖｅｔａｉｌ）形状の溝に係合する基部１４を有する、複数のほぼ径方向のブレード１２を担持する。

ディスク１０に取り付けられるブレード１２は、ディスクに取り付けられた上流側環状体１６および下流側環状体１８により、溝内での軸方向の移動を防止される。

上流側環状体１６は、径方向内側部分に、径方向内側に向きかつディスク１０の上流側面の環状溝２２内に収容される内側環状リム２０と、下流側に向きかつディスク１０の上流側面内の円筒形溝２６に挿入される円筒形リム２４とを有する。上流側環状体１６の径方向外側部分２８は、ディスク１０のブレード１２の基部１４の上流側端部を押し付け、これにより、ブレードを上流側方向において軸方向に保持する。

下流側環状体１８は、「フェストゥーン形状」または銃眼形状である縁部、すなわち、環状体１８の周辺周りに一様に分布している空隙部分と交互の中実部分を有し、かつディスク１０の下流側面の環状溝３２に収容される縁部を備える、径方向内側部分３０を有する。下流側環状体１８の径方向外側部分３４は、ブレード１２の基部１４の下流側端部を押し付け、これにより、ブレードを下流側方向において軸方向に保持する。

下流側環状体１８は、環状体の径方向外側部分３４の上流側面に設けられ、かつブレード１２の基部１４内の対応する空洞に係合するように構成された複数のスタッド３６により、ディスク１０の軸周りの回転を防止される。

溝３２の径方向内側環状縁部３８は、環状体１８の内側環状縁部３０と同様な「フェストゥーン形状」または銃眼形状であり、これにより、軸方向に並進移動することにより、環状体１８の内側縁部３０を溝３２に係合させることができ、その後、環状体１８の「フェストゥーン形状」または銃眼形状の内側縁部３０の中実部分が、溝３２の縁部３８の中実部分に位置合わせされるまで、環状体１８の内側縁部３０を溝３２内で回転することにより軸方向の所定の位置に保持して、前記中実部分を押し付けるようにすることができる。

図１に示す位置において、環状体１８は、その径方向外側部分３４が、ブレード１２の基部１４の端部に押し付けられているため、およびその径方向内側部分３０が、溝３２のリム３８に押し付けられているため、軸方向に制限される。

したがって、環状体１８を所定の位置に置くには、特殊なツールを用いて、環状体の外側部分３４に引張り力を加え、かつ環状体の内側部分３０に押付け力を加え、その後、環状体を回転させて溝３２に入れる必要があり、これには前述の通り、環状体１８に傷を付け、損傷を与える危険性が伴う。

図２以降に示す本発明の装置は、これら欠点を回避し、さらに環状体１８の外側部分にスタッド３６を機械加工する必要性、およびブレード１２の基部１４にスタッドを収容するための対応する空洞を機械加工する必要性を回避する。

装置は、環状ロック４２に結合された環状体４０を備え、環状ロック４２は、ディスク１０の溝３２内に取り付けられ、かつ任意の適正な材料、特に金属で作製される。

環状体４０は、図１の環状体１８と本質的には一致するが、異なる点は、スタッド３６が全く無いが、ディスク１０の環状溝３２内に収容される内側環状リム４４を備え、環状体の上流側面に形成された、環状溝３２の径方向外側周辺縁部の内側に対してわずかに隙間を空けて係合する円筒状支持面４６を有することにより、ディスク１０に対して環状体４０を中心合わせする点である。

さらに下流側環状体４０は、径方向外側部分に、上流側に向きかつブレード１２の基部１４の下流側端部に押し付けられる円筒状周辺リム４８を有することにより、ブレード１２の基部１４を下流側方向において軸方向に保持する役割を果たす。

図３および図４は、環状ロック４２を詳細に示す。これらの図では、ロック４２は、環状溝３２内に軸方向に並進移動させた後に係合されていることを示しており、環状溝の「フェストゥーン形状」または銃眼形状の径方向内側縁部５０が、溝３２の周辺部周りに一様に分布している空隙部分５４と交互の中実部分５２を有する。

ロック４２は、本質的に、環状体４０および溝３２の「フェストゥーン形状」または銃眼形状の内側縁部と協働する、ロックの一部であるフック５８を有する平坦な径方向リング５６を備える。フック５８の数は、縁部５０の空隙部分５４の数と等しいか、またはそれより少なくてよく、フック５８は、ロック４２の周辺部周りに分布している。

フック５８は、平坦なリング５６に対して下流側に延び、このリング５６からロック４２の軸方向に延びる第１の径方向タブ６０と、第１の径方向タブ６０の径方向内側端部に接続され、かつディスク１０に対して下流側に延びる軸方向タブ６２と、軸方向タブ６２の下流側端部に接続され、かつロック機構４２の軸に向かって延びる第２の径方向タブ６４とを備える。

フック５８の軸方向タブ６２は、環状体４０の内側縁部４４に接して係合するそれぞれのキャッチ６６を有し、各キャッチ６６は、上流側の径方向面６８と下流側の傾斜または面取り面７０とを有する。

フック５８の第２の径方向タブ６４は、開口７２を有し、この開口７２により、以下により詳細に説明するように、ツールを用いて前記タブ６４を捕らえまたは係合できる。

リング５６の径方向寸法は、ディスク１０の溝３２の寸法に比べて小さく、フック５８の第２の径方向タブ６４の形状および寸法は、溝３２の縁部５０の空隙部分５４の形状および寸法とほぼ相補的であって、これにより、図３に示す通り、ロックの第２の径方向タブ６４が、溝５２の縁部５０の空隙部分に位置合わせされたとき、変形することなく、ロック４２を軸方向に並進移動させて溝３２内に係合させることができる。

次に、環状溝３２内で、ロック４２を、ディスク１０の軸周りに、図３に示す位置から図５に示す環状体取付け位置に回転する。

この位置においては、フック５８の第２の径方向タブ６４は、溝３２の縁部５０の中実部分５２に位置合わせされ、この結果、図６に示す通り、溝３２の縁部５０の空隙部分５４は、環状体４０の径方向内側縁部４４の中実部分を収容できるようになる。

下流側環状体４０の径方向内側縁部４４は、「フェストゥーン形状」または銃眼形状であり、環状体４０の周辺周りに一様に分布している空隙部分７６と交互の中実部分７４を有する。

環状体４０の「フェストゥーン形状」縁部４４は、溝３２の「フェストゥーン形状」縁部５０と相補的であり、これにより、ロック４２が、図５に示す環状体取付け位置４０にあるとき、環状体４０を、軸方向に並進移動することにより溝３２内に挿入して、環状体４０の縁部４４の中実部分７４を、溝３２の縁部５０の空隙部分５４に位置合わせできる。

環状体４０のディスク１０方向への軸方向並進移動は、図７に示す通り、環状体４０の径方向内側縁部４４が、溝３２内に完全に係合し、環状体４０の円筒形受面４６が、溝３２の外側縁部に接して係合し、環状体４０の径方向外側部分が、ブレード１２の基部１４の端部を押し付けるまで続ける。 環状体４０の銃眼形状縁部４４の空隙部分７６の外径は、キャッチ６６の外径より小さく、これにより、環状体４０の縁部４４が溝３２内に係合する間、フック５８は、環状体４０の縁部４４の空隙部分７６の底部を押し付けるキャッチ６６により弾性変形する。フック５８の第１の径方向タブ６０および軸方向タブ６２は、変形し、それらの間の角度間隔は、変化し、例えば、約９０°から約１２０°に変化、第２の径方向タブ６４は、変形することなくディスク１０の軸方向に向かって押される。

キャッチ６６の下流側の傾斜または面取り面７０は、環状体４０をフック５８のキャッチ６６に係合するのを容易にし、かつフック５８のタブ６０および６２を図７の位置に変形させるのを容易にする。図７では、ロック４２は、溝３２の底部に向かって押されているのが分かる。

次に、環状体４０を環状溝３２内でディスク１０の軸周りに、図６に示す取付け位置から図８に示すロック位置に回転させることにより、環状体４０をロック４２と一緒に移動する。

このロック位置において、環状体４０の径方向内側縁部４４の中実部分７４は、溝３２の縁部５０の中実部分５２に位置合わせされる。ロック４２は、環状体４０と一緒に回転しており、環状体４０のロックは、図９および図１０に示す通り、ロック４２のフック５８の第２の径方向タブ６４を、下流側の溝３２の縁部５０の空隙部分５４内にはめ込み、フック５８のキャッチ６６を環状体４０の縁部４４の下流側面に係合させることである。

これを達成するために、キャッチ６６の上流側径方向面６８が、環状体４０の径方向内側縁部４４の空隙部分７６内の環状体４０の下流側に押し付けるまで、第２の径方向タブ６４を、順次にまたは全部を同時に下流側に軸方向に引っ張るために、適正なツールを、第２の径方向タブ６４に形成された前述の開口７２に挿入し、また第２の径方向タブ６４を、溝３２の縁部５０の中実部分５２と横方向に位置合わせする。

この位置において、環状体４０は、ブレード１２の基部１４を押し付ける径方向外側端部４８と、その下流側面がディスク１０の溝３２の縁部の中実部分５２を押し付ける環状体４０の内側縁部４４の上流側面を押し付ける、ロック４２の平坦なリング５６の下流側面と、環状体４０の下流側面を押し付けるロック４２のフック５８のキャッチ６６の上流側面６８とを有し、フック５８の径方向タブ６４を、ディスク１０の溝３２の縁部５０の中実部分５２の間に係合することにより、環状体４０およびロック４２を備えるアセンブリが、ディスク１０に対して回転および並進移動するのを防止される。

フック４２の解放は、前述のツールを用いて第２の径方向タブ６４を軸方向に上流側に押し、次に、環状体４０およびロック機構４２を図８に示されるロック位置から離して、図６に示される取外し位置に向かって回転させることによりなされる。

ブレード基部を保持するために従来技術の下流側環状体を担持している、ターボ機械のロータディスクの軸方向部分断面図である。 ブレード基部を軸方向に保持するために本発明の装置を有する、ターボ機械のロータディスクの軸方向部分断面図である。 ディスクの環状溝内に収容された、本発明の装置の環状ロックの部分斜視図である。 図３の軸方向部分断面図である。 ディスクの環状溝内に環状体を取り付けるために所定の位置にある環状ロックの部分斜視図である。 ディスクの環状溝内の環状ロックに取り付けた環状体の部分概略図である。 図６の軸方向部分断面図である。 中間のロック位置における環状体および環状体ロックの部分概略図である。 最終のロック位置における環状体および環状体ロックの部分斜視図である。 図９の軸方向部分断面図である。

符号の説明

１０ ディスク
１２ ブレード
１４ 基部
１６ 上流側環状体
１８ 下流側環状体
２０、４４ 内側環状リム
２２ 上流側面の環状溝
２４ 円筒形リム
２６ 円筒形溝
２８、３４ 径方向外側部分
３０ 径方向内側部分
３２ 溝
３６ スタッド
３８、５０ 径方向内側縁部
４０ 環状体
４２ 環状ロック
４６ 円筒状支持面
４８ 円筒状周辺リム
５２、７４ 中実部分
５４、７６ 空隙部分
５６ 平坦な径方向リング
５８ フック
６０ 第１の径方向タブ
６２ 軸方向タブ
６４ 第２の径方向タブ
６６ キャッチ
６８ 上流側の径方向面
７０ 下流側の傾斜または面取り面
７２ 開口

Claims (9)

1. ターボ機械のロータディスクに対してブレードを軸方向に保持する装置であって、装置が、環状体を備え、該環状体が、径方向内側縁部によりディスクの環状溝内に取り付けられ、かつ径方向外側縁部によりディスクの周辺の溝内に取り付けられたブレードの基部を押し付け、装置がさらに、ディスクの環状溝内に収容され、環状体が前記環状溝内で回転するのを防止する環状ロックを備え、前記環状ロックが、環状体ロック位置と環状溝内への取付けおよび取外し位置との間を環状溝内で回転でき、
   ディスクの環状溝の径方向外側縁部と、環状体および環状ロックの径方向内側部分とが、「フェストゥーン形状」または銃眼形状である、装置。
2. 環状ロックが、環状体の径方向内側縁部で、環状体ロック位置の環状溝のフェストゥーン形状または銃眼形状縁部の中実部分の間に、弾性でスナップ留めすることにより係合するフックを有する、請求項１に記載の装置。
3. 環状ロックが、環状体の径方向内側縁部で、環状体ロック位置の環状溝のフェストゥーン形状または銃眼形状縁部の中実部分の間に、弾性でスナップ留めすることにより係合するフックを有し、さらに環状ロックのフックが、環状ロックの径方向内側部分の中実部分に形成されている、請求項１に記載の装置。
4. 環状ロックのフックが、環状ロックの径方向外側環状部分から環状ロックの軸方向に向かって延びる径方向タブと、端部の１つで径方向タブに接続される軸方向タブとを備え、軸方向タブが、他端で径方向外側に向くそれぞれのキャッチ内で終端し、かつ環状体の径方向内側縁部を保持する部材を形成する、請求項２に記載の装置。
5. 環状ロックのフックのキャッチが、環状体を軸方向に並進移動することによりディスクの環状溝内の所定の位置に置く間、環状体のフェストゥーン形状または銃眼形状縁部の空隙部分の環状縁部に部分的に係合するように構成される、請求項４に記載の装置。
6. 環状体のロック位置において、環状体のフェストゥーン形状または銃眼形状縁部の中実部分が、環状溝のフェストゥーン形状縁部の中実部分に軸方向に位置合わせされ、環状体および環状ロックがディスクに対して軸方向に移動するのを防止し、環状体のフェストゥーン形状の環状縁部の空隙部分に係合された環状ロックのフェストゥーン形状の径方向内側部分の中実部分が、ディスクの溝のフェストゥーン形状の環状縁部の空隙部分に係合され、空隙部分に横方向に位置合わせされ、環状ロックおよび環状体がディスクに対して回転するのを防止する、請求項１に記載の装置。
7. フックの軸方向タブが、タブの端部で延び、キャッチから離れて延びるそれぞれの第２の径方向タブによりキャッチを担持し、該第２の径方向タブが、ツールにより捕らえられまたは係合される開口などの手段を備え、引張り力を加えてキャッチを環状体の縁部にスナップ留めし、かつ押す力を加えて環状体を取り外すためにキャッチを環状体の縁部から開放する、請求項４に記載の装置。
8. 環状体ロック位置にあるとき、環状溝のフェストゥーン形状縁部の空隙部分内に係合された環状ロックの第２の径方向タブの形状が、前記空隙部分の形状とほぼ相補的である、請求項７に記載の装置。
9. 環状体ロック位置において、環状ロックの径方向外側環状部分が、環状体の径方向内側縁部に軸方向に押し付けられ、環状体の径方向内側縁部が、環状溝のフェストゥーン形状縁部の中実部分に軸方向に押し付けられ、環状ロックの径方向外側部分と前記環状ロックの径方向内側部分に形成されたフックのキャッチとの間で軸方向に固定される、請求項１に記載の装置。

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