JP4785256B2

JP4785256B2 - ピギーバック方式のロータブリスク

Info

Publication number: JP4785256B2
Application number: JP2001020890A
Authority: JP
Inventors: アンドリュー・ジョン・ラマス; ピリップ・ウォルフガン・ディーツ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2021-01-30
Also published as: JP2001254696A; US6375421B1; EP1122443A2; DE60121642D1; EP1122443A3; DE60121642T2; EP1122443B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的にガスタービンエンジンに関するものであり、具体的にはガスタービンエンジン内の圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボファンエンジンは、直列の流れ連通になっている、ファン、複数段の軸流圧縮機、燃焼器、高圧タービン（ＨＰＴ）、及び低圧タービン（ＬＰＴ）を備えている。空気は圧縮機内で圧縮され燃料と混合され燃焼器の中で点火されて、高温の燃焼ガスを生じ、燃焼ガスはＨＰＴとＬＰＴを通って下流に流れそこからエネルギーを抽出される。ＨＰＴはそれらの間のロータシャフトを介して圧縮機に動力を与え、ＬＰＴはそれらの間の他のロータシャフトを介してファンに動力を与える。
【０００３】
複数段の軸流圧縮機では、多くの列つまり段の圧縮機ロータブレードが用いられ、空気は段から段へと圧縮機内を下流に流れるにつれて空気圧を増大される。圧縮機ブレードは、適切に軸方向に一体結合された対応するロータディスクの外周に取付けられ、両端で適当な軸受に支持された共通のロータ組立体を形成するようにる。
【０００４】
一般的なロータディスクは軸方向のダブテールスロットをその外周に備え、対応する圧縮機ブレードの軸方向のダブテールがその中に保持される。或いは、ディスクの外周は円周方向のダブテールスロットを備え、円周方向差込みブレードのダブテールを受入れることもできる。いずれの場合おいても、回転作動中のブレードによる遠心荷重は、ディスクによって半径方向内方に薄いウェブへ伝わり、次ぎにブレードの荷重に対応できる実質的なフープ強さをもつより厚いハブに伝わる。
【０００５】
ディスクは個々のブレードとは別個に製作されるが、それら全ては軸方向の中心軸線の周りで円周方向にブレード及びディスクの均一性を最大限となるように精密な製作公差を以って製作されている。圧縮機ロータは高い回転速度で作動するので、最小限の中心軸線からの半径方向偏心量と最小限の中心軸線周りの質量アンバランスで製作されなけばならない。これによって、アンバランスとそれによる振動を最小にすることができ、エンジンの円滑な作動を得ることができる。
【０００６】
しかしながら、ブレード組付けディスクでは、支持ディスクが遠心荷重と相当する応力に耐えるのに十分な寸法と相当する質量をもつことが要求される。従って、ディスクは、一般的に薄いウェブによってディスクから吊下された、最小直径の穴を備える拡大ハブをもっている。
【０００７】
圧縮機ロータの設計は、１個又はそれ以上のブレード組付けディスクを、ブレード又は翼形部がダブテール無しで支持ディスクの周辺と一体に形成されるユニタリ或いは一体型ブリスクに置き換えることによって向上される。ブリスクにおける一体型の翼形部と支持ディスクの機械的強度が改善されることによって、ディスクのサイズ及びその重量を実質的に減少させることが可能になる。重量の減少は飛行中の航空機に動力を与える軽量ターボファンエンジンを製作するに当たっての重要な設計目的である。
【０００８】
しかしながら、ブリスクは長期の使用後に修理が必要となった場合に、それに相応する問題をもたらす。圧縮機翼形部の異物損傷は、損傷の度合いによる保証に従い修理か交換を必要とする。ブレード組付けディスク形態の場合は、個々のブレードをディスク内の対応するダブテールスロットから容易に取外すことができ、離れた場所で修理したり代替のブレードに簡単に交換することができる。
【０００９】
ブリスク翼形部は支持ディスクと一体に形成されているので、翼形部は個々にブリスクから取外し可能ではなく、従ってその修理又は交換にはブリスク全体を圧縮機から取外すことが必要となる。ブリスクの取外しには圧縮機の分解を必要とし、保全修理オーバホール中に時間も費用もかかる。
【００１０】
多段軸流圧縮機用の一般的な圧縮機ロータは、対応する放射方向フランジで軸方向に一体に結合された１つ又はそれ以上のロータ段をもつ幾つかのロータ構成部品を備えている。運転中に軸受に支持される対応する軸受座部をもつ集合ロータの両端間には幾つかの放射方向フランジが存在する。従って、幾つかのロータ構成部品は、エンジンの軸方向の中心軸線に関する偏心量を最小にするように組立てられ、また組立体としてアンバランスが減少になるようにバランスがとられなければならない。
【００１１】
各放射方向フランジは平らで環状の面をもち、環状の面は複数の円周方向に間隔を置いた半径方向の孔を備え、この孔を貫通して取付け締結具としてボルトが用いられ対応するナットで保持されて隣接するロータ構成部品を一体に結合している。各ロータ構成部品の両端は、製作上の寸法のばらつきが起きやすく、そのことが一般的に少量の相対的偏心量及び傾き或いは端部平面の非垂直性という結果をもたらす。ロータ構成部品が一体に組立られるとき、個々の構成部品の偏心量と傾きは積み重なる。このことが、ロータの支持軸受面における相対的偏心量を最小限にするために、構成部品の適切な事前検査と精密なインデクシング或いはクロッキングを必要とする。
【００１２】
さらに、組立てられたロータは、次ぎにその好ましくないアンバランスを最小限にするためにバランスとりの工程を経る。そのようにして組立てられバランスとりが行なわれたロータは、次ぎに圧縮機及びエンジンの組立て中に対応する圧縮機のケーシングの中に取付けられる。
【００１３】
個々のブレードは、圧縮機の分解を必要とすることなく、ブレード組付けディスクから取外すことが可能であるが、ブリスク翼形部ではできない。代わりに、ブリスク全体を取外さねばならず、エンジンと圧縮機の分解を必要とし、上記に述べた精密な工程で圧縮機ロータの再組立てとそのバランス取りを必要とする。
【００１４】
外径約３０ｃｍまでの小型圧縮機ブリスクは、この国でもまた他の国でも長年にわたって商業的に用いられてきた。そのような小型のブリスクは比較的小型のエンジンで用いられる。１つ又はそれ以上のブリスクを圧縮機ロータに用いることができ、それらは一般的に隣接するロータ構成部品上の対応するカップリングと接合する、ハブの軸方向の相対する面上にカービックカップリングを備えることができる。代わりに、ブリスクは、隣接するロータ構成部品に取付けられる対応する放射方向フランジをもつ一体の環状の取付けアームを備えることができる。
【００１５】
どちらの実施形態でも、ブリスクは集合圧縮機ロータの一体化した構成部品を形成し、その全体構造の一部となり、隣接するロータ構成部品間の一連のトルク荷重を伝達する必要がある。また、集合ロータは、支持軸受の間の連続した荷重経路となり、種々のロータの荷重を軸受に伝達する。従って、ブリスクは圧縮機ロータの分解無しでは取外しできない。
【００１６】
ブリスクがブレード組付けディスクよりも実質的な重量軽減ができることから、実質的により大きい、例えば９０ｃｍもあるほどのブリスクが実質的により大きい推力７０，０００ポンド級或いはそれ以上のガスタービンエンジン用に開発されつつある。これらの大型ブリスクは非常に高価である。そのような大型圧縮機内の大型ブリスクの修理に必要な対応する圧縮機とエンジンの分解には、それに相応する多額の保守費用を伴う。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、保守オーバホール中に完全な圧縮機ロータの分解を必要としないで修理が可能な１つ或いはそれ以上のブリスクを備えた改良された圧縮機ロータを提供することが望まれる。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
圧縮機ロータは、対応する列のロータブレードをもち、同軸に隣接しているディスクを含む。前方シャフトは前部ディスクに取付けられ、ロータをその前端で支持するように軸受に支持される環状座部を備えている。ブリスクは座部と前部ディスクとの間で軸方向にシャフトを同軸に囲繞して、シャフトにピギーバック方式で取外し可能に固定結合されている。修理の方法としては、ブリスクは圧縮機ロータ自体の分解なしに圧縮機ロータから取外しできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明を、好ましい例示的な実施形態により、その目的及び利点と併せて、添付の図面を参照しながら、以下の詳細な説明によって具体的に説明する。
【００２０】
図１に示されるのは、航空機の翼に取付けられた例示的なターボファンエンジン１０であり、運転中推進力を提供する。エンジンは長手方向即ち軸方向の中心軸線１２について軸対称であり、前方取入れ口を通して空気１４を受入れ、この空気はエンジンによって加圧されて推進力を作り出す。
【００２１】
エンジンは、その前端にファンモジュール１６を備え、その後方に順に多段軸流高圧圧縮機（ＨＰＣ）１８、環状燃焼器２０、高圧タービン（ＨＰＴ）２２、及び低圧タービン（ＬＰＴ）２４を備える。運転中、ファン空気の一部がＨＰＣ１８内で圧縮され燃焼器２０内で燃料と混合され点火されて、高温の燃焼ガスを生成し、この高温の燃焼ガスが順にＨＰＴとＬＰＴを通って下流に流れ対応するロータシャフトを介してＨＰＣとファンそれぞれに動力を与える。
【００２２】
ＨＰＣ１８は中心軸線１２の周りに同軸に配置されたロータ構成部品の組立体である環状の圧縮機ロータ２６を備えている。ロータ２６は両端で適当な軸受２８内に支持され運転中回転する。ファンモジュールは、圧縮機ロータ２６の内部で同心的に延びて後方端でＬＰＴ２４に結合されるファンシャフト或いはロータ３０を備えている。ファンシャフトはまた、その長さ方向に沿った対応する軸受２８に支持され、運転中圧縮機ロータから独立して回転する。
【００２３】
図２により詳細に示すように、ファンモジュール１６は支持ディスクから半径方向外方に延びる一列の大型ファンブレードをもつファン３２を備えており、ディスクは次ぎにファンシャフト３０の前端に結合されている。低圧或いはブースタ圧縮機３４は、ファンディスクに結合されそれと共に回転する幾つかの段の圧縮機ブレードを備えている。
【００２４】
環状の前側フレーム３６は部分組立体になっているファンモジュールの幾つかの構成部品を支持しており、ファンモジュールは保守の目的でエンジンのそれ以外の部分から取外し可能である。一列の可変取入れ口ガイドベーン３８がブースタと高圧圧縮機との接続部に配置されており、空気流れを圧縮機１８に導く。前部フレームはブースタ圧縮機３４の固定ベーンを支持し、またファン及び圧縮機ロータの前端を支持する３つの例示的な軸受２８を支持する。
【００２５】
ＨＰＣ１８の前方部分を図３により詳細に示す。圧縮機１８は環状の固定ケーシング４０を備えており、それから、所望に応じ可変でも一定でもよい幾つかの列或いは段の圧縮機固定ベーン４２が半径方向内方に延びている。ＨＰＣロータ２６は同軸に隣接する複数のロータディスク４４を備えており、ロータディスクの各々はそれから半径方向外方に延びる一列の圧縮機ロータブレード４６をもっている。これは、一般的に個々に取外し可能なブレードを、対応するダブテールでそれぞれのディスクの外周に形成した相補的な関係にあるダブテールスロットに取付けることによって得られる。
【００２６】
それに代えて、ブレードは、この分野でブリスク(図示せず）として知られているユニタリ或いは一体型形状に対応するディスクと一体形成することができる。図１に概略図として示し、図３により詳細に示す通り、圧縮機ベーン４２及びブレード４６は、軸方向下流即ち後方向に向けて順次交互になっており、また空気１４が圧縮機から燃焼器へと軸方向に流れるにつれてその圧力を増大させるようにその寸法が減少してる。
【００２７】
図１に示す通り、エンジン全体は多くの構成部品を備えそれらは厳密な公差で精密に組立てる必要がある。エンジンの回転構成部品は最小のアンバランスで高速回転作動を行なうように幾つかの軸受２８で支持れる。ＨＰＣ１８はエンジンの中央部に位置し、従ってエンジンの十分な分解なしでは保守のためにアクセスすることができない。
【００２８】
圧縮機ロータ２６は、その種々のディスクをロータ構成部品の集合組立体に軸方向に一体結合する複数のフランジ継手４８を備えている。これは図３により詳細に示してあるが、そこでは例示的な実施形態の最初の２つのロータディスク４４は、互いに一体の２段タンデム型ロータ構成部品として一体成形され、次いで１つのフランジ継手４８によって下流のロータ構成部品に接続されている。各ロータ構成部品は、単一のロータディスク或いは所望に応じタンデムに一体に溶接した複数のロータディスクとすることができる。これらのロータ構成部品は、種々のフランジ継手４８によって適当に一体に結合し、圧縮ロータ全体を構成する。
【００２９】
フランジ継手４８は通常のものであり、一般的に複数の円周方向に間隔を置いている軸方向貫通孔をもつ、一対の環状の放射方向フランジを備えており、その貫通孔を通して締結ボルトが配置されナットで固定され、必要に応じ組立て或いは分解することができる接続を得る。
【００３０】
例えば、図３に示す個々のフランジ継手４８の個々の接合面は、一般的な製作公差によって寸法のばらつきから免れない。従って、それらの面は一般的にはロータ構成部品の各々の両端間の相対的な偏心量をもっている。また各ロータ構成部品の両端フランジはまた非垂直即ち傾きをもつ可能性もある。各ロータ構成部品のこの偏心量と傾きは、構成部品が組立てられ一体にボルト止めされるときに積み重さなることを免れない。
【００３１】
それ故、圧縮機ロータの組立て工程は比較的複雑であり、相対的な偏心量及び傾きを求めるためにロータ構成部品の個々の検査や測定が必要であり、また組立てられたロータがその軸受面で相対的偏心量が最小になるようにするために構成部品の回転位置を精密にインデクシング或いはクロッキングすることが必要である。このような方法で、組立てられたロータの構造的アンバランスを最小にし、運転中の振動を最小にすることができる。
【００３２】
組立てられたロータはまた、運転中に円滑でバランスがとれた作動が達成できるように、固定ケーシングへの組立て前に組立体としてバランスをとる。
【００３３】
多くのロータ構成部品の固定ケーシングへの複雑な組立ての観点から、保守作業の間にエンジン及び圧縮機を分解することは、圧縮機及びエンジンの再組立ての複雑さとそれに伴う費用から見て好ましくない。従って、一般的な圧縮機ディスクは、その修理の保守作業中に個々に取外しできる個別の圧縮機ブレードをそれぞれ取付けるため外周にダブテールスロットを備えている。従って、圧縮機ロータは、そのような個別のブレードを修理するため分解する必要がない。
【００３４】
しかしながら、上記に示したように、翼形部がユニタリ即ち一体型として支持ディスクと一体に形成された圧縮機ブリスクは、従来のブレード組付けディスクよりも実質的な高性能と重量軽減という利点を享受する。小型の圧縮機ブリスクは商業的実用に使われておりまた圧縮機ロータの一体部品であり、修理や交換のためブリスクを取外すにはエンジンと圧縮機の分解を必要とする。小型タービンエンジンを分解するのは大型商用航空機エンジンの分解よりも伴う面倒が遥かに少ない。この理由により、それに伴う到底実行できない高額の保守費用から、大型商用ターボファンエンジン用大型ブリスクは現在のところその使用は知られていない。
【００３５】
図３に示す本発明の１つの実施形態によると、圧縮機ロータ２６は、圧縮機ロータ２６にピギーバック方式で或いは平行に取付けられたその相対的に大きい第1段としてのブリスク５０を備えている。これによりブリスクの独立した組立及び分解が可能となり、圧縮機及びブリスクの修理のための保守作業中に圧縮機を分解する必要がなく、圧縮機ロータ２６の構造的一体性を維持する。
【００３６】
ブリスク５０を圧縮機２６にその一体性を損なうことなく取付けるために、ロータは、例えば第２段ディスクのようなそのディスク４４の前方の１つに固定されている環状の前方シャフト５２を備えている。ある好ましい実施形態においては、前方シャフトは強度をもたせるためとブリスク５０の内径を減少させるために円錐形になっている。前方シャフト５２は、それと一体型形状に第２段ディスク４４と一体に形成されることが好ましいが、別の実施形態では適当なフランジ継手を用いてそれにボルト止めすることもできる。
【００３７】
前方シャフト５２は、軸方向前方向に向って直径が減少し、その前端で、前部フレーム３６に支持されている第３軸受２８に支持される環状又は円筒状のジャーナル部或いは座部５４で終わっている。このように、軸受は圧縮機ロータ２６をその前端で支持し、前方座部５４及び第２段ディスク４４との間に構造的な連続負荷経路を構成するがシャフト上にピギーバック方式で載置されているブリスクを通る連続負荷経路は構成しない。
【００３８】
従って、その前方シャフト５２をも含め、圧縮機ロータ２６全体は、その軸方向の軸受面間の偏心量を最小にするように先ず組立てられ、圧縮機内への組立てに先立ってバランスがとられる。従って、保守作業の間、圧縮機ロータ２６それ自体は、その個々のブレード４６の取外修理のために、さらにより重要なことはピギーバック方式のブリスク５０の修理や交換のために、分解を必要としない。
【００３９】
ブリスク５０は軸方向に座部５４と前部ディスク４４の間で前方シャフト５２を簡単に同軸に囲繞し、前方シャフトにその軸方向の一体性を妨げることなくピギーバック方式で取外し可能に固定結合される。
【００４０】
ピギーバック方式で取付けられたブリスク５０は改善された高圧圧縮機１８をもたらし圧縮機ロータ２６の分解を必要とすることなくブリスクの修理又は交換を可能にする。ロータはその前方シャフト５２及び幾つかのロータディスク４４をも含めた圧縮機ロータ２６を分解することなく、組立てた圧縮機１８中の元の位置のままの前方シャフト５２からブリスク５０を最初に取り出すことによって簡単に修理できる。交換ブリスクは元のブリスクを取外す反対の順序で前方シャフト５２上に簡単に取付けることができる。交換ブリスクは、適切に修理した元のブリスクでもよいし、新しく製造した代替用ブリスク或いはさもなければ他のエンジンからのもを修理したものでもよく、個々にバランスがとられる。
【００４１】
図３に最初に示した通り、ブリスク５０は前方シャフト５２を緊密に囲繞し、それとの間の隙間を小さく一定にするために例えば円錐形とするなどの相補的関係にあるセンタ穴をもつ管状ディスク又はハブ５６を備えている。一列の一体型翼形部５８がハブの外周から半径方向外方にユニタリ即ち一体型形状をなして延びている。
【００４２】
ブリスクはまた、好ましくはハブと一体の形状でハブから一体に延びている環状の支持アーム６０を備えている。ブリスクアームは好ましくは前方に延び、また好ましくはその下にある前方シャフト５２の円錐形形状にマッチするように部分的に円錐形をしている。
【００４３】
ブリスクを前方シャフトにピギーバック方式で取付ける好ましい実施形態を、より詳細に図４、図５に示す。ブリスクアーム６０は、アームの中間胴体内の部分から半径方向内方そして後方を向くコーナノッチ形状の環状ラベット６２を備えるのが好ましい。対応して、前方シャフト５２は環状のラグ６４を備え、これがラベット６２と相補的関係をなし、前方シャフト上のブリスクをエンジンの軸方向中心軸線について最小の偏心量で正確に同軸に位置合せする。
【００４４】
図３及び図４に示すように、ラグ６４の外側直径とラベット６２の内側直径は適当な製作公差内の共通の公称値Ａをもち、同心性を確保し偏心とそれに対応する回転アンバランスを最小限にするようなブリスクと前方シャフト間の正確なインタフェースをもたらす。
【００４５】
幾つかのフランジ継手４８は幾つかのディスク４４を軸方向に一体結合して、その前端に前方シャフト５２を備えたロータ構成部品の集合組立体とする。軸方向に隣接する圧縮機ロータの構成部品は、当初の組立て時にロータの中心軸線１２からの偏心量を最小にするように一体に積み重ねられる。ラベット６２とラグ６４は、独立してブリスク５０の中心軸線からの偏心量を最小にするように、中心軸線１２に対して同軸に配置されている。
【００４６】
このようにして、保守時に圧縮機ロータ組立体２６の一体性或いはバランスに悪影響を及ぼすことなく、ブリスクの独立した交換が可能なように圧縮機ロータ２６及びブリスク５０の同心性とバランスは独立して達成される。ブリスク５０は、前方シャフト５２の周りに組立てられたときロータとブリスクの集合組立体が適切にバランスがとれているように独立してバランスが取れているのが好ましい。
【００４７】
ブリスク５０はどのような従来のやり方ででもバランスを取ることができ、例えば図３に示すように、ブリスク５０は適当なバランス矯正具６６を備えることができ、これはディスク４４及び前方シャフト５２を集合的に含んだ圧縮機ロータ２６のバランスに対して独立している。バランス矯正具６６はブリスクのリムの下の対応するスロットの中に装着される従来型のバランスリングの形態であるのが好ましい。バランス矯正はまたブリスク全体の動的バランスのために翼形部の先端や翼形部の間のプラットフォーム(図示せず）の質量を部位的に機械加工で取り去って行なうこともできる。
【００４８】
図３及び図４に示すように、前方シャフト５２は円錐形をしており、最前端の第２段ディスク４４からシャフトの先端にある軸受座部５４まで前方に行くにつれて直径が減少しているのが好ましい。これに対応して、ブリスクアーム６０も円錐形をしており、ブリスクハブ５６から位置合せラベット６２まで前方に行くにつれて直径が減少するのが好ましい。
【００４９】
円錐形の前方シャフト５２とブリスクアーム６０は三次元的な構造上の剛性を高め、また前方シャフト周りに妨害のないブリスクの組立てと分解を可能にする。上記に示すように図３に示すブリスクハブ５６のセンタ穴は、内側に収められるシャフト５２の円錐形の形状に合わせて円錐形であり、センタ穴は位置合せラグ６４の外径６４よりも僅かだけ大きい最小の内径Ｂをもち、組立て分解時ブリスクが妨害されることなくラグ６４を超えて軸方向に動かすことを可能にすることが好ましい。
【００５０】
図３に示される圧縮機ロータ２６は運転中ＨＰＴによって動力が与えられ、ブリスク５０はブリスクにトルクを伝えるためにの前方シャフト５２に適切に結合されねばならない。従って、ラベット６２とラグ６４を位置合せして係合させてブリスクアーム６０を前方シャフト５２に固定結合し、トルクをロータとブリスクの間で伝えるための手段が設けられる。
【００５１】
図３〜図５に示す好ましい実施形態において、ブリスク結合手段は、ラグ６４の前方位置で前方シャフト５２の外側表面にその円筒形部分において形成された複数の円周方向に間隔を置いたスプライン６８を含んでいる。複数の円周方向に間隔を置いたスプライン溝７０はラベット６２の前方においてブリスクアーム６０の円筒状部分の内部に形成され、運転中にトルクを伝達するように相補的関係にあるスプライン６８と円周方向に係合する。
【００５２】
保持用ナット７２が、ブリスクアーム６０の前方末端に軸方向に当接してスプラインの前方の前方シャフトの外側ねじに螺合し、ラベット６２の軸方向の面をラグ６４の相補的関係にある軸方向の面に対して軸方向に保持する。
【００５３】
図３に最初に示したように、圧縮機の固定ケーシング４０は、その幾つかのディスク４４及びピギーバック方式のブリスク５０を含む圧縮機ロータ２６を、固定ベーン４２を軸方向にその間に配置して囲繞している。ファンモジュール１６は接合する放射方向フランジと締結用ボルト及びナットを備えた従来型フランジ継手７４で圧縮機ケーシング４０の前端に取外し可能に結合されるのが好ましい。フランジ継手７４を分解して、従来の方法でファンと圧縮機ロータを取外すことによって、ファンモジュール１６全体をエンジンの前部から取外すことができ、露出した前方シャフト５２からブリスク５０を取外すために直接にかつ前からそれにアクセスすることが可能になる。
【００５４】
ファンモジュール１６の取外しを図６に示す。ブリスク５０の直前にある取入れ口ガイドベーン３８は、分解されたフランジ継手７４の対応する部分の近くでファンモジュールの後端に接続したまま残る。第３軸受２８はファンモジュールの前部フレーム３６に接続したまま残る。
【００５５】
従って、ファンモジュールが高圧圧縮機から取外されるとき、第３軸受２８はファンモジュールと共に取外し可能で、ブリスク５０を取外すためにそれに直接アクセスすることを可能にしている。ファンを低圧圧縮機に接続するファンシャフト３０は、どのような従来のやり方でも取外しできてファンモジュール全体を圧縮機ケーシング４０から取外すことが可能となる。
【００５６】
次いで露出されたブリスク５０は前方シャフト５２から取外されて交換ブリスクを前方シャフトの周りの正しい場所に取付けることによって交換することができる。次いでファンモジュール１６は、取外した時と逆のやり方で再取付けできる。
【００５７】
図６に示す通り、最初に保持ナット７２をシャフト５２から取外し、これによってスプライン溝７０が内部のスプライン６８から引き出されるにつれてブリスク５０は簡単に軸方向前方へ位置合せラグ６４から取外すことが可能になり、ブリスク５０自体は前方シャフトから取外される。交換ブリスクは逆の順序で取付けられ、ラベット６２が位置合せラグ６４の周りに着座するにつれてスプライン６８と溝７０は係合する。次いでナット７２を前方シャフト５２に再取付けしてブリスクをシャフトに固定する。
【００５８】
圧縮機ロータ２６はブリスク５０の交換のために取外しをしないので、その同心性とバランスは変化することなく保たれる。ファンモジュールを再取付けするとき、第３軸受２８は前方シャフト５２の軸受座部５４を受入れ圧縮機ロータは軸受内での最初の位置合せされた状態に戻される。
図７及び図８はブリスク５０を前方シャフト５２に取付ける別の実施形態を示す。この実施形態においては、結合手段は、その中にラベット６２が形成されているブリスクアーム６０の最前端に配置された半径方向内方に延びる外側フランジ７６を含む。
【００５９】
位置合せラグは、シャフト５２と一体に形成された半径方向外方に延びる内側フランジ７８の形をとっている。複数の円周方向に間隔を置いた軸方向のボルト孔８０が、外側及び内側のフランジ７６、７８を貫通して延びて、対応するボルトという形をとる複数の締結具８２を受入れ、ボルトはブリスクアーム６０を前方シャフト５２に締付けるための対応するナットで保持される。２つのフランジ７６、７８の接合面が、運転中にトルクを伝達するための摩擦インタフェースとなり、一方ラベット６２とラグ６４は中心軸線１２周りのブリスクの精密な同心性を保持する。
【００６０】
図３及び図７に示す２つの実施形態は全般的に同様であるが、修理のためにその分解を可能にしながらそれらの間にトルクを伝達するためにブリスクを前方シャフトに結合する手段の具体的実施形態だけが異なる。前方シャフトは第２段ディスク４４及び前部軸受座部５４の間で連続を保ち、また取外し可能なブリスク５０によって中断されていない。
【００６１】
図３に示すスプラインの実施形態は、ブリスクハブ５６の内径Ｂを対応的に最小化することによって、ラグ６４の外径Ａも利用可能なスペースの範囲内において最小化することが可能であることからして、好ましい。
【００６２】
図７及び図８に示す実施形態におけるラグ６４は、内側フランジ７８と一体になっているので、トルクをフランジ継手を通して伝達するに十分の強度を可能にするには対応する大きい直径を必要とする。それに対応して、図７に示すブリスクハブ５６の内径も図３の実施形態のものよりも大きい。
【００６３】
ブリスクハブ５６の内径を可能な限り小さくすることによって、対応するハブの強度は増加する。ハブの強度の増加によってブリスクハブを運転中の応力の受容限界に対して小さい寸法にすることが可能となり、対応してその重量の減少がもたらされる。ブリスク５０の導入は、先ずその空気力学的性能及び機械的強度の向上のためであり、またそれらに役立つ対応する重量の減少のためである。
【００６４】
また、図３におけるブリスクのスプライン取付けは、ブリスクハブの寸法を最小化し、全体重量が図７の実施形態に比較してさらに減少する。
【００６５】
上記に示した幾つかの構成において、ブリスク５０は高圧圧縮機の第１の最大の段を構成し、エンジン特に大型商用ターボファンエンジンの実質的な重量軽減を可能にする。独立した圧縮機ロータ２６にブリスクをピギーバック方式で装着することで、エンジン及び高圧圧縮機１８の完全分解を必要としないでブリスクのみの便利な取外しを可能にする。このようにして、高圧圧縮機ロータ２６の構造的一体性が維持され、保守作業においてその分解と再組立てという複雑な工程が不要となる。
【００６６】
もし望むなら、高圧圧縮機の１つ或いはそれ以上の段をブレード組付けディスクに代えて圧縮機ロータの前端にピギーバック方式で取付けたブリスクを用いて構成し、圧縮機ロータの分解をすることなくブリスクを独立てきに取外すことを可能にできる。
【００６７】
本明細書では本発明の好ましい例示的な実施形態と思料するものについて説明してきたが、本発明のその他の変形形態は本明細書の教示内容から当業者には自明であり、従って本発明の技術思想及び技術的範囲に属するかかる形態すべてが特許請求の範囲で保護されることを望むものである。
【００６８】
従って、特許による保護を望むのは、請求項に規定され特徴付けられた発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】飛行中の航空機に動力を与える例示的なターボファンエンジンの軸方向概略断面図。
【図２】エンジンの多段軸流圧縮機から軸方向上流に配置された図１に示すファンモジュールの前方部分の軸方向拡大断面図。
【図３】本発明の例示的実施形態によるロータ及びそれに結合されたピギーバック方式のブリスクを含む、図１に示す高圧圧縮機の前面部分の軸方向拡大図。
【図４】例示的実施形態による圧縮機ロータの前方シャフトに結合している、図３に示すブリスクの支持アームの軸方向拡大断面図。
【図５】図４における線５−５による、ブリスクアーム及びシャフトの一部の半径方向断面図。
【図６】図３に示す圧縮機ロータの前部分の分解組立図及びその修理の方法のフローチャート。
【図７】本発明の別の実施形態によるピギーバック方式のブリスクをもつ、図１に示す高圧圧縮機ロータの前部分の軸方向断面図。
【図８】図７に示すブリスクアーム及びロータシャフトの軸方向拡大分解断面図。
【符号の説明】
１２中心軸線
１４空気
１６ファンモジュール
１８多段軸流高圧圧縮機（ＨＰＣ）
２６圧縮機ロータ
２８軸受
３０ファンシャフト
３６前側フレーム
３８可変取入れ口ガイドベーン
４０固定ケーシング４０
４２固定ベーン
４４ディスク
４６ブレード
４８フランジ継手
５０ブリスク
５２前方シャフト
５４環状座部
５６ブリスクハブ
５８一体型翼形部
６０ブリスクアーム
６２ラベット
６４ラグ

Claims

複数のディスク（４４）と、前方シャフト（５２）と、ブリスク（５０）とを含む圧縮機ロータ（２６）であって、
前記複数のディスク（４４）の各々は、各々のディスク（４４）から半径方向外方に延びている一列のロータブレード（４６）をもち、該複数のディスク（４４）は互いに同軸に隣接しており、
前記前方シャフト（５２）は、前記ディスクの前方の１つに取付けられ、該前方シャフト（５２）の前端で前記圧縮機ロータを支持するために軸受（２８）に支持される、該前方シャフト（５２）の前端にある環状座部（５４）をもち、
前記ブリスク（５０）は、軸方向に前記座部（５４）と前部ディスク（４４）の間で前記前方シャフト（５２）を同軸に囲繞し、前記前方シャフトに軸方向に平行に取外し可能に固定結合される
ことを特徴とする、圧縮機ロータ（２６）。
前記ブリスク（５０）が、前記前方シャフト（５２）を囲繞するハブ（５６）、前記ハブ（５６）から一体に延びている環状支持アーム（６０）、及び前記アームから半径方向内方に向くコーナノッチ形状の環状ラベット（６２）を含み、
前記前方シャフト（５２）が、前記ブリスクを前記前方シャフトと同軸に位置合せさせるために前記ラベット（６２）と相補的関係にある、半径方向外方に延びるフランジ形状の環状ラグ（６４）を含む、請求項１記載の圧縮機ロータ。
前記ラベット（６２）及びラグ（６４）を係合させるように前記ブリスクアーム（６０）を前記前方シャフト（５２）に固定結合させるための手段（６８，７６）をさらに含む、請求項２記載の圧縮機ロータ。
前記前方シャフト（５２）が円錐形をしており、前記前部ディスク（４４）から前記軸受座部（５４）まで前方に向けて直径が減少し、また前記ブリスクアーム（６０）が円錐形をしており、前記ハブ（５６）から前記ラベット（６２）まで前方に向けて直径が減少する、請求項３記載の圧縮機ロータ。
前記ブリスクハブ（５６）が前記ラグ（６４）よりも大きい直径をもつセンタ穴を含む、請求項４記載の圧縮機ロータ。
前記ブリスク（５０）を、前記シャフト（５２）及びディスク（４４）を分解することなく、前記シャフト（５２）から取外す段階と、交換ブリスク（５０）を前記シャフト（５２）に取付ける段階と、を含む、請求項５記載の前記圧縮機ロータの修理方法。
ケーシング（４０）及び請求項１に記載の圧縮機ロータ（２６）を含み、該圧縮機ロータが内部に配置されている高圧圧縮機（１８）と、前記ケーシング（４０）に取外し可能に結合されたファンモジュール（１６）とを含む、装置。
前記ファンモジュール（１６）が前記軸受（２８）を支持するフロントフレーム（３６）を含み、前記軸受が前記前方シャフトからの取外しのために前記ブリスク（５０）へのアクセスを提供するために前記ファンモジュールと共に取外し可能である、請求項７記載の装置。
前記ブリスク（５０）が、前記前方シャフト（５２）を囲繞するハブ（５６）、前記ハブ（５６）から一体に延びている環状支持アーム（６０）、及び前記アームから半径方向内方に向くコーナノッチ形状の環状ラベット（６２）を含み、前記前方シャフト（５２）が、前記ブリスクを前記前方シャフトと同軸に位置合せさせるために前記ラベット（６２）と相補的関係にある、半径方向外方に延びるフランジ形状の環状ラグ（６４）を含む、請求項８記載の装置。
前記ラベット（６２）及びラグ（６４）を係合させるように前記ブリスクアーム（６０）を前記前方シャフト（５２）に固定結合させるための手段（６８，７６）をさらに含む、請求項９記載の装置。