JP4856879B2 - ロータディスク平衡装置、そのような装置が取り付けられたディスク、およびそのようなディスクが取り付けられたロータ - Google Patents

Description

本発明は、ターボ機械ロータの技術分野に関する。

本発明は、特に、ロータディスク平衡装置に適用することができる。本発明は、また、そのような装置が備え付けられたロータディスクと、そのようなディスクが備え付けられたロータとに適用することもできる。

米国特許第３８８８６０１号明細書には、平衡装置が取り付けられたターボ機械が記載されている。この特許には、周縁の周りに可動ブレードが設けられたロータディスクが開示されている。各可動ブレードには、エアフォイル、ルート、およびエアフォイルとルートとの間に配置されたプラットフォームが取り付けられている。ディスクは、ブレードのルートがはめ込まれる軸方向に沿って構成された、その周縁の周りの溝を備える。ブレードがディスクに組み入れられると、そのプラットフォームは、ディスクのそれぞれの側面に側方に突出する。ディスクに単一片の形態で形成されたいくつかのフックが、互いに間隔を置いてディスクの一方の側面に周方向へ配置される。これらフックは、ブレードアセンブリの溝の側壁と、同一平面で整列して径方向へ配置された２つの対向する側壁を備える。ディスクあるいはロータは、平衡マスを使って平衡が保たれ、該平衡マスは、主本体と互いに逆向きの２つのタブとを備え、各タブは、フックの２つのアーム間に挿入される。この文献によれば、ブレードは、ディスクにおけるブレードに対応する溝に挿入される。各平衡マスは、タブをディスクのフックに挿入するようにその後挿入され、タブが、ブレードのプラットフォームに接触して止まるまで、ディスクと接触した状態で径方向に沿って外側へタブを摺動させる。このように組み入れられた平衡マスは、その後、移動不能にされる。すなわち、それら平衡マスは、平衡マスのタブが、フックの定位置に保持されており、平衡マスの外側径方向への変位が、当たり止めとして作用するプラットフォームによって防止され、また平衡マスの内側径方向への変位が、ディスクの対応する面に接触して配置された保持弾性リングによって防止されるので、軸方向に移動することができない。平衡マスを取り替えなければならないときには、保持弾性リングが取り出され、マスが取り出されて、それらマスを取り替えるために新しいマスが組み入れられる。

これまでに記載された平衡装置は、一体のブレード付きディスク型のロータディスクには適していないという欠点がある。それには、ディスク平衡マスのこの構成によって、軸方向におけるディスクの寸法がかなり増大するという別の欠点がある。フックの厚さ、マスおよびそれらマスの上方のプラットフォームの寸法によって、ディスクの軸方向寸法がいずれも増大する。さらにまた、いくつかのディスクの組があるときには、ターボ機械の軸方向に沿う寸法は、大きくなり過ぎることがある。

米国特許第４８４８１８２号明細書および米国特許第４９２６７１０号明細書には、一体のブレードアセンブリを有するマルチディスクロータのための平衡方法およびシステムとが説明されている。平衡リングは、その周縁表面が、ディスクの一側面におけるディスクの接触面に接触し、かつディスクの内へ径方内側を向くように、焼き嵌めによってディスクに取り付けらる。リングは、接触面から径方向外側へ延びるディスクのリップに対して、ディスクの内側に接触して側方に止められる。それは、弾性保持リングによってディスクから外向きに定位置に側方に保持される。リングは、外周縁の周囲に径方向外側へ延びる歯を備えており、それらの歯は、開口によって隔てられている。リングがディスクに取り付けられると、その歯は、ディスクの接触面に接触する。その結果、開口は、ディスクの接触面とリップとともに空洞を形成し、空洞は、周縁の周囲に配置され、ディスクの外側へ向かって側方に開口する。平衡リングがそれぞれ備え付けられたいくつかのディスクが、互いに組み合わされて、ロータを形成する。ディスクあるいはロータの平衡プロセスは、平衡マスを、周縁に周囲に配置されたいくつかの空洞に挿入することからなる。平衡マスは、それらが空洞から抜け出すのを防止するために、弾性保持リングによってディスクから外側へ向けて側方に定位置に保持されている。
米国特許第３８８８６０１号明細書 米国特許第４８４８１８２号明細書 米国特許第４９２６７１０号明細書 米国特許第５３７３９２２号明細書 米国特許第５０１８９４３号明細書 米国特許第３７４８０６０号明細書

前述された平衡装置は、平衡マスが平衡リングに組み入れられるという欠点がある。これによって、リングの存在と、その平衡リングの焼き嵌めによるディスクへの取り付け操作とが必要になる。

本発明における１つの目的は、前述した従来技術の欠点がない、平衡マスを使うディスクおよび／またはロータのための平衡装置を提供することである。

第１の態様によれば、本発明は、一体のブレード付き型であってリムが設けられているロータディスクに、好適に適用することができる平衡装置に関するものである。これは、前記リムに形成されたハウジングと、前記ハウジングに収納された平衡マスとを備えている。

これらのハウジングは、リムの側面において、ブレードを支持するディスクのプラットフォームの下方に位置決めされ、かつ、リムの周縁の周りに配置されているのが好ましい。

第１の実施形態によれば、ハウジングは、リムを通過せず、かつリムの側面に開口するオリフィスを有する止まり穴の形態にある。第２の実施形態によれば、これらのハウジングは、リムを通過し、かつそれらのオリフィスが、リムの第１および第２の反対方向の側面に開口している。

ハウジングおよびマスの形状は、その対応するハウジングにおける各マスの回転あるいは傾斜を防止するように構成されている。

平衡装置は、ハウジングの対応するオリフィスを少なくとも部分的に閉鎖するように、リムに対して側方に配置されるように構成された、１つあるいは２つのばね保持リングをさらに備えている。１つの変形例では、ばね保持リングは、オリフィスの少なくとも半分を閉鎖している。別の変形例によれば、ばね保持リングは、オリフィスを完全に閉鎖している。ばね保持リングは、それが軸方向に回転しないように、ハウジングの１つの中に嵌まる少なくとも１つの突出部を備えている。

１つの変形例によれば、平衡装置は、プラットフォームの下方に形成されて、ばね保持リングの周縁が嵌め込まれる、１つあるいは２つの周縁スリットを備えている。

第２の態様によれば、本発明は、本発明の第１の態様による平衡装置が備え付けられる一体のブレード付きロータディスクに関する。

第３の態様によれば、本発明は、本発明の第２の態様による少なくとも１つのディスクを備えているロータに関するものである。

本発明に係る平衡装置の１つの利点は、マスハウジングが、平衡マスが嵌まる追加部分の必要性を省くリムの一体部分を形成するという事実にある。その結果、製造コストとロータ組立時間とが減少する。

本発明に係る平衡システムの別の利点は、このように配置されたマスに容易に接近することができるという事実と、ディスクあるいはロータの平衡を、ロータ全体を分解する必要なく平衡マスの配置の変更によって修正することができるという事実とにある。

別の利点は、このような平衡装置によって、平衡から外れたロータの補正を改善することができるという事実にある。

本発明は、添付図面を参照しながら、例示として提供されかつ決して限定的なものではない、本発明の特定の実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことで、いっそう明らかになる。

初めに図１を参照すると、この図は、全体的に６つのディスク１２、１４を備えているロータ１０を示している。図示されたこの例では、３つのディスク（図において右側）は、それぞれディスクのリム１８に取り付けられた着脱可能なブレード１６を有するディスク１２である。他の３つのディスク（図において左側）は、それぞれディスクのリム１８と一体に作られているブレード２０を有する一体のブレード付きディスク１４である。

図２から図４は、リム１８と、該リム１８に一体に作られたブレード２０とを備える、一体のブレード付きディスク１４を図示している。図２は、連結フランジ２４を示しており、この連結フランジ２４は、例えばリムのドリル穴２６と連結フランジ２４のドリル穴２８とを通過するねじなどの取付手段によって、ディスク１４を、ディスク１４に取り付けられる隣接するディスク（図示せず）に組み付けるために使われる。

リム１８は、厚さがより厚い領域であり、径方向外側へ向けられた面が、そこからブレード２０が径方向外側へ延びるプラットフォーム３２として作用する。

リム１８には、より詳しくはプラットフォーム３２の下方には、ハウジング３６が形成され、またハウジング３６は、リム１８の周囲で周方向に配置されている。本発明に係る平衡装置の第１の実施形態によれば、これらのハウジング３６は、リム１８の片方側面１８０に開口する止まり穴の形態にある。

ディスクおよび／またはロータは、ハウジング３６に平衡マス４０を配置することによって平衡にされる。平衡プロセスの間に明らかになる必要性に応じて、いくつかのハウジング３６にマス４０が配置され、他のハウジング３６の中には平衡マスは配置されない。

図示された例では、ハウジング３６は、軸平面および／または横断方向平面に、丸隅のあるほぼ矩形断面を有している。平衡マス４０は、それぞれの平衡マス４０が、そのハウジング３６へその内部で回転可能になることなく嵌め込まれるように、ハウジング３６の寸法に対応する寸法を有するほぼ平行六面体の形状にある。矩形の平行六面体の縁は、そのハウジング３６における平衡マス４０の全ての回転運動あるいは傾斜運動をさらに制限するためには、平衡マス４０に付加的な縁を形成するように切断されているのが好ましい。

プラットフォーム３２とハウジング３６との間に位置するリム１８の領域は、ハウジング３６の上方でわずかに張り出しているのが好ましい。ハウジング３６の上方でリム１８を超えて側方に突出しているこの張出部において、リム１８は、周方向のスリット４２を備え、周方向のスリット４２は、プラットフォーム３２とは実質的に反対側にある１つの面に構成され、かつハウジング３６に沿って延びる。

スリット４２には、ばね保持リング４４が配置されているが、このリング４４には、平衡マス４０を定位置に保持するように、ハウジング３６を少なくとも部分的に閉鎖するような幅がある。

ばね保持リング４４は、それを容易に組み入れかつ取り外すことができるように、横断方向に切断されているのが好ましい。

ばね保持リング４４は、それがリム１８のスリット４２に組み入れられたときに、横断方向平面で回転するのを防止するために、回転防止部材４６が設けられているのが好ましい。この回転防止部材は、例えば、ハウジング３６が平衡マス４０によって占められていないとき（図３）に、１つのハウジング３６へ挿入される保持リング４４の突出部４６によって具体化されるのが好ましい。

図５は、ハウジング３６の一部拡大正面図を図示している。図示された例では、ばね保持リング４４は、ハウジング３６のほぼ半分を閉鎖している。ばね保持リング４４は、ハウジング３６の３分の２あるいはハウジング３６の全部を閉鎖することもできるであろう。平衡マス４０が、ハウジング３６から抜け出し可能になるのを防止するためには、ばね保持リングが、ハウジング３６の少なくとも半分を覆うのが好ましい。

別の異なる実施形態によれば、平衡マス４０が、それらのハウジング３６から出て来ないことを保証するために、平衡マス４０は、平衡マス４０をハウジングの中に組み入れる前に、ハウジングの底に少量の接着剤を提供することで、ハウジング３６に取り付けることもできる。

図６に図示された本発明に係る平衡装置の第２の実施形態によれば、ハウジング３８は、リム１８の両側面に開口する通り穴の形態にある。これらのハウジング３８には、第１の実施形態におけるハウジング３６に類似し、かつリム１８の第１の側面１８２に開口する、第１の空洞３８２が設けられるのが好ましい。これらハウジング３８は、リム１８の中央平面に対して第１の空洞３８２にほぼ対称であり、かつリムの第１の側面に対向するリム１８の第２の側面１８４に開口する、第２の空洞３８４も有する。２つの空洞３８２、３８４は、図示された例では、２つの空洞３８２、３８４の対応する断面積よりも小さい断面積を有する中間チャネル３８６によって互いに連結されている。

ディスクおよび／またはロータは、上述された平衡装置の第１の実施形態でなされた平衡にする方法に類似した方法で平衡が保たれている。その結果、平衡マス４０が、いくつかの第１の空洞３８２に配置され、かつ第１のばね保持リング４４２が、第１の空洞３８２を少なくとも部分的に閉鎖するとともに平衡マス４０を定位置に保持するように、リム１８の第１の面１８２から張り出している第１の部分に形成された第１のスリット４２２に組み入れられる。

ディスクおよび／またはロータは、追加の平衡マス３０をいくつかの中間チャネル３８６に配置することで、いっそう正確に平衡を保つことさえも可能である。図６において破線で示されたこれらの追加の平衡マスは、平衡マス４０の形状に類似した形状と、中間チャネル３８６の寸法に適合した寸法とを有している。

さらに、第２の実施形態によれば、ディスク１４の漏れを封止するために、シーリングフランジ４８が設けられている。これらシーリングフランジ４８は、第２の空洞３８４の底に配置され、かつ第２の空洞とより小さい中間チャネル３８６との連通を防止するのが好ましい。リム１８の第２の面１８４から張り出している第２の部分に形成された第２スリット４２４には、第２の空洞３８４を少なくとも部分的に閉鎖するとともにシーリングフランジ４８を定位置に保持するために、第２のばね保持リング４４４が組み入れられる。

第１のばね保持リング４４２および第２のばね保持リング４４４は、それらを容易に組み入れかつ取り外すことができるように、横断方向に切断されているのが好ましい。

第１のばね保持リング４４２および第２のばね保持リング４４４には、装置の第１の実施形態に係るばね保持リング４４における回転防止部材に類似した、回転防止部材（図示せず）が設けられるのが好ましい。

平衡装置の第１の実施形態についての、図５を参照して記載されたばね保持リング４４によってハウジング３６を閉鎖することは、平衡装置の第２の実施形態に等しく適用することができる。

これまで説明されてきた発明は、上述された実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲から逸脱することなく当業者の能力の範囲内で、これらの実施形態に改良および修正を行なうことは可能である。

一体のブレード付きディスクと着脱可能ブレード付きディスクとを備えている、ロータの部分軸方向断面図である。 本発明に係る第１の実施形態の平衡装置が設けられた、ディスクの部分軸方向断面図である。 別の軸方向断面における、図２に類似する図である。 本発明に係る平衡装置が取り付けられたディスクの部分斜視図である。 本発明に係る平衡装置の第１の実施形態の部分正面図である。 本発明に係る平衡装置の第２の実施形態についての、図３に類似する図である。

符号の説明

１０ ロータ
１２、１４ ディスク
１６、２０ ブレード
１８ リム
２４ 連結フランジ
２６、２８ ドリル穴
３０、４０ 平衡マス
３２ プラットフォーム
３６、３８ ハウジング
４２ スリット
４４ ばね保持リング
４６ 回転防止部材
４８ シーリングフランジ
１８０ 片方側面
１８２ 第１の側面
１８４ 第２の側面
３８２ 第１の空洞
３８４ 第２の空洞
３８６ 中間チャネル
４２２ 第１のスリット
４２４ 第２のスリット
４４２ 第１のばね保持リング
４４４ 第２のばね保持リング

Claims (18)

1. ロータ（１０）のディスク（１４）の平衡装置であって、ディスク（１４）が、一体のブレード付き型であり、ディスク（１４）にリム（１８）が設けられ、前記平衡装置が、前記リム（１８）に形成された複数のハウジング（３６、３８）と、前記複数のハウジング（３６、３８）に収容された複数の平衡マス（４０、３０）とを備え、
   平衡装置が、ばね保持リング（４４）をさらに備え、該ばね保持リング（４４）が、ハウジング（３６）のオリフィスを少なくとも部分的に閉鎖するように、リム（１８）に対して側方に配置されるように構成され、
   ばね保持リング（４４）が、ばね保持リング（４４）が軸方向に回転するのを防止するために、ハウジング（３６）の１つの中に嵌め込まれるように構成された突出部（４６）を備えていることを特徴とする、平衡装置。
2. ハウジング（３６、３８）が、ブレード（２０）を支持するプラットフォーム（３２）の下方に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の平衡装置。
3. ハウジング（３６、３８）が、リム（１８）の周縁の周囲に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の平衡装置。
4. ハウジング（３６）が、リム（１８）を通過しないことと、ハウジングのオリフィスが、リム（１８）の側面（１８０）に開口し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平衡装置。
5. 平衡装置が、ばね保持リング（４４）が嵌め込まれる周縁スリット（４２）をさらに備えていることを特徴とする、請求項１に記載の平衡装置。
6. ハウジング（３８）が、第１の側面（１８２）と該第１の側面の反対側にあるリムの第２の側面（１８４）との間で、リム（１８）を通過し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平衡装置。
7. ハウジング（３８）が、リムを貫通し、かつハウジング（３８）が、オリフィスがリム（１８）の第１の側面（１８２）に開口する第１の空洞（３８２）と、中間チャネル（３８６）と、オリフィスがリム（１８）の第２の側面（１８４）に開口する第２の空洞（３８４）とを備え、中間チャネル（３８６）が、２つの空洞（３８２、３８４）を連結することを特徴とする、請求項６に記載の平衡装置。
8. 平衡マス（４０）が、第１の空洞（３８２）に配置されていることを特徴とする、請求項７に記載の平衡装置。
9. 追加の平衡マス（３０）が、中間チャネル（３８６）に配置されていることを特徴とする、請求項８に記載の平衡装置。
10. 平衡装置が、第２の空洞（３８４）に配置されたシーリングフランジ（４８）をさらに備えていることを特徴とする、請求項７から９のいずれか一項に記載の平衡装置。
11. 平衡装置が、第１のばね保持リング（４４２）および第２のばね保持リング（４４４）をさらに備え、前記第１のばね保持リング（４４２）が、第１の空洞（３８２）のオリフィスを少なくとも部分的に閉鎖するように、リム（１８）に対して側方に配置されるように構成され、前記第２のばね保持リング（４４４）が、第２の空洞（３８４）のオリフィスを閉鎖するように、リム（１８）に対して側方に配置されるように構成されたことを特徴とする、請求項７から１０のいずれか一項に記載の平衡装置。
12. 第１のばね保持リング（４４２）が、第１の空洞（３８２）の１つに嵌め込まれる突出部を備え、第２のばね保持リング（４４４）が、軸方向に回転するのを防止するために、第２の空洞（３８４）の１つに嵌め込まれる突出部を備えていることを特徴とする、請求項１１に記載の平衡装置。
13. 平衡装置が、第１のばね保持リング（４４２）が嵌め込まれる第１の周縁スリット（４２２）と、第２のばね保持リング（４４４）が嵌め込まれる第２の周縁スリット（４２４）とをさらに備えていることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の平衡装置。
14. 各ばね保持リング（４４、４４２、４４４）が、対応するオリフィスの少なくとも半分を閉鎖していることを特徴とする、請求項１、５または１１から１３のいずれか一項に記載の平衡装置。
15. 各ばね保持リング（４４、４４２、４４４）が、対応するオリフィスを完全に閉鎖していることを特徴とする、請求項１４に記載の平衡装置。
16. ハウジング（３６、３８）および平衡マス（４０、３０）の形状が、平衡マス（４０、３０）に対応するハウジング（３６、３８）における、平衡マス（４０、３０）の回転あるいは傾斜を防止するように構成されていることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載の平衡装置。
17. 請求項１から１６のいずれか一項に記載の平衡装置が備え付けられていることを特徴とする、一体のブレード付きロータディスク（１４）。
18. 請求項１７に記載のディスクを少なくとも１つ備えていることを特徴とする、ロータ（１０）。

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