JP5063034B2 - ブレードの固定を強化するためのブレード付きロータホイールの改良 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、たとえば、ターボジェットの低圧圧縮機のロータ等の１組のブレード付きホイールから構成されるロータを有するターボ機械に関する。さらに詳細には、本発明は、特に重大な事故の場合に、ブレードの保持が改良されることが可能な改良に関する。

本出願人名義で出願された欧州特許出願公開第１４９６２０６号明細書は、ブレード根元部を受けるための溝の形状の重要性を開示し、この溝は、ロータホイールの周縁に画定される。この課題は、２スプールバイパスターボジェットにおける低圧圧縮機の最後の段を形成するホイールの場合のように、円すい形の流れ内に配置されるブレードを有するホイールにとって、特に重要である。円すいの形状は、最後の段において極めて顕著であり、これらの段のブレードは、回転軸に対して垂直な平面に対して斜方に、すなわち遠心力方向に対して斜方に延びる。ブレードが緩められるリスクが事故の場合に増加するように、この向きによってブレードに応力が与えられる。

さらに詳細には、その従来の文献は、「ハンマーヘッド」タイプの固締具によってホイールの溝に保持されるブレードを支える課題に対処し、ブレード根元部の対応する部分が係合されるそれぞれの上流側および下流側の環状キャビティを画定するように、その底部が溝に連結される上流側リップおよび下流側リップによって、溝が画定される。その文献において提案されることは、より大きな体積のヒールを呈し、他は等しいままであり、したがって、上流側リップの下に斜方により深く、下にあるより深い環状キャビティに係合可能である、上流側逃げ面を有するブレードを設置できるように、上流側リップの座面と溝の底部との間の連結ゾーンを深くすることによって、ブレードの保持容積を改良することである。その修正によって、重大な衝撃の場合に、ブレードが溝から逃れるリスクを制限するのに役立つ。

オーバーホール作業を行う間に機械加工することによって、キャビティの形状に対する変更が、既存のホイールにも設けられることができる。

溝にブレードを取り付けることによりまた、挿入用切欠き部が、環状リップのうちの１つにその周縁部の個所に設けられることが必要となる。さらに詳細には、切欠き部は、上流側環状リップに設けられる、すなわち、ブレードがその最終位置に達するまで、前記溝に沿って前記ブレードがスライドするようになる前に、各ブレード根元部が受容溝に挿入可能になるのに役立つ。

組立後にブレードを安定させて円周方向に動くのを防止するため、切欠き部の両側の周縁において溝にラッチを取り付けることが必要である。それはホイールからブレードが取り出されることを導くために、ラッチにより、ブレードが切欠き部と位置合わせされて後退することができないことが保証される。

切欠き部の近傍に設置されたブレードに起こる事故の場合には、衝撃によって、上流側環状リップが局部的に変形する可能性があり、その結果、ラッチが逃げることのできるように、受容溝が拡大されることが認められてきた。このような状況では、ブレードが受容溝内で周囲に再び動くことが可能であり、挿入スロットの位置に達するとブレードは次々と逃げることができるため、このリスクは事故に至る可能性がある。
欧州特許出願公開第１４９６２０６号明細書

本発明は、ラッチの保持を改良することによって、その主要なリスクを防止しようとするものである。

本発明が基本とする考えは、溝におけるラッチの保持を強化するように、上流側環状リップに隣接するラッチ形状を変更することにあるので、溝が拡大される場合には、前記ラッチと溝との間のクリアランスは負のままで、したがってラッチが逃げることを防止する。

さらに詳細には、本発明は、ターボ機械のロータのためのブレード付きホイールを提供し、ホイールは、ホイールに結合されるブレード根元部を受けるための受容溝を含み、前記受容溝は、受容溝の端部で上流側環状キャビティおよび下流側環状キャビティをそれぞれ画定する、上流側環状リップおよび下流側環状リップを備え、ホイールは、このような環状リップが、ブレード根元部を前記受容溝に係合するための挿入用切欠き部を含み、ラッチは、前記受容溝に前記切欠き部の両側に設置されるタイプであり、各ラッチは、上流側および下流側環状キャビティの間を延びる基部を備え、溝の底部を越えるくぼみ部を含む前記上流側環状キャビティのために、各ラッチの基部は、上流側リブを含むことを特徴とする。

溝が拡大されるようになる場合であっても、上流側リブは、より深く上流側キャビティに係合して、ラッチを保持するのに役立つ。

組立の間、（切欠き部および切欠き部が取り付けられる位置の間を）スライドが出来るのに充分な径方向クリアランスを伴ってラッチが溝をスライドできるように、ラッチの厚さが構成されるにもかかわらず、従来の技術の構成にとってもまた事実であるように、受容溝の深さが前記上流側端部で径方向に増加するので、上流側リブが存在すると、組立の間、ラッチが周囲をスライドするのをいかなる形であれ防ぐことができない。

別の有利な特徴によって、前記ラッチは、基部の両側に形成される２つの重量減少切欠き部を有する。ラッチはまた、ねじ穴を含む。この穴は、ネジを受ける。組立のときに、ねじは、２つのリップ間のディスクの壁を支え、ラッチを持ち上げて、最終的に２つのブレード根元部間に設置されるような位置に配置するのに役立つ。２つのラッチ間の距離は、ラッチの間で２つのブレードが固定されて保持されるような距離である。

１つの考えられる実施形態において、ねじ穴は、実質的に基部の中心から延びる短柱に形成される。

単に一例として挙げられ、添付の図面を参照する以下の説明を参照して、本発明はより理解され、本発明の別の利点はより明らかになるであろう。

図面において、一般にホイール（または、ディスク）１１と呼ばれるターボ機械のロータドラム（この場合、飛行機ジェットの低圧圧縮機）の一部が示される（図１）。各ホイールは、複数のブレード１２（図３）を支える。ブレードは、ホイール１１の外表面周縁に延びる受容溝１４において保持される。ロータは、この種類の複数のブレード付きホイールから構成される。その基部で、ブレード１２は、圧縮機を通る円すい形の流れの境界線の一部分を画定するプラットフォーム１５と、ブレードの幅よりわずかに広い前記プラットフォームの下に延びる「ハンマーヘッドの固締具」と呼ばれるブレード根元部１９を備える。ブレード根元部１９は、ホイールの前記受容溝１４に係合されかつ保持される。図２において、ブレード根元部の位置は破線で示される。

受容溝１４には、上流側環状リップ１６および下流側環状リップ１８が設けられている。これらの２つのリップは、ブレード根元部の対応する部分が係合される、上流側環状キャビティ２０および下流側環状キャビティ２１をそれぞれ画定し、プラットフォーム１５は、キャビティ１４のセクタを覆うのに役立つ。いったんすべてのブレードが適所に配置されると、プラットフォーム１５は並んで配置され、圧縮機の流れのための環状の表面を構成する。

溝におけるブレードの保持を改良するために、溝の上流側環状キャビティ２０は、より深い環状くぼみ部２４を含む。記載される例において、このくぼみ部は、溝１４の底部２６を越えてホイール１１の壁の厚さにより深く延びる。このくぼみ部２４は、大きな体積のそれぞれ上流側ヒールを呈するブレード根元部を受けるのに役立ち、このことにより、事故の場合にはブレードの保持を強化する。

さらに、ブレードの組立には、ホイール１１の周縁の位置に、溝の環状リップ、この場合上流側リップのうちの１つに形成されるべき、少なくとも１つの挿入用切欠き部３０が必要となる。この切欠き部は、ブレード根元部１９を溝１４に次々と係合するのに役立つ。いったんブレード根元部が溝に係合されると、対応するブレードは、溝に沿って周囲にその最終位置までスライドすることになる。いったんブレードが取り付けられてしまうと、切欠き部３０に最も近傍した２つのブレードの根元部は、切欠き部の両側の周縁に設置される。

しかしながら、ブレードのうちの１つの根元部が、切欠き部と位置合わせされて、その結果、ブレードが逃げるようになる範囲まで、ブレードがその後円周方向に動くことができないことを保証するために、溝１４に２つのキーまたはラッチ３２を取り付ける準備がなされ、切欠き部３０の両側のそこから等しい距離にある選ばれた位置に、周縁にラッチが固定された状態で保持される。図１において、リップ１６および１８のそれぞれに形成される切抜き部３６および３８を切欠き部３０の両側に位置決めすることによって、ラッチ３２の位置が示される。

各ラッチは、受容溝によって画定される径方向にスライドする高さと実質的に等しい厚さの基部４０を備える。換言すれば、溝１４によって画定される位置から切抜き部３６および３８と位置が合うその最終位置にラッチを移動するために、溝１４の形状および寸法（径断面の、そして具体的にはキャビティ２０および２１の形状および寸法）と基部４０の形状および寸法は、前記基部が自由に、しかし可能な限りわずかな径方向クリアランス（必要とされる最小クリアランス）を伴って、挿入位置（切欠き部３０）から組立位置（切抜き部３６および３８）までスライドするように決められる。

基部は、切抜き部３６および３８それぞれの形状および大きさに対応する形状および大きさのガイド突出部をさらに備える。上流側ガイド突出部４６および下流側ガイド突出部４８が示される。ラッチが組立位置にある時、突出部４６および４８は、切抜き部３６および３８と協働する。この位置では、貫通するねじ５０によってラッチが動くことを防止され、基部の上流側および下流側の端部が、リップ１６および１８の底面を支えるようになるまで、基部が、切抜き部３６および３８によって案内されつつ溝１４に対して径方向に外側に立ち上がる。ねじ５０は、ラッチ自体の中にあるねじ穴５２に係合され、基部４０、および実質的に前記基部の中心から延びる短柱５４に形成される。

さらに、ラッチは、基部の両側に形成されその長手縁部から始まる２つの重量減少切欠き部５６を有する。

ラッチは、上流側リップ１６の下方を支える上流側ファセット５７、および下流側リップ１８の下方を支える下流側ファセット５８を呈するように成形される。突出部４６および４８は、これらのファセットから突出している。上流側ファセット５７は、平坦であり、基部全体の厚みをおおって傾斜している。

本発明の注目すべき特徴によれば、各ラッチの基部４０は、組立の間にくぼみ部２４内に係合するのに適する上流側リブ６０を含む。この上流側リブは、上流側ファセット５７の底部に延びる。上流側リブは、基部４０の底面を越えて延びる。このリブが存在するにもかかわらず、上流側キャビティ２０にくぼみ部２４が存在するため、ラッチは、組立の間、溝１４に難なく係合されることができる。

いったんラッチが適切な位置に置かれると（図２）、リブ６０があるため、上流側ファセットは、上流側リップの下でより深く係合する。それゆえに、たとえ近接したブレードの１つに与えられる力の効果で、溝１４が拡大しがちであるとしても、ラッチは、溝１４内で固定されたままである。

ラッチのための位置の両側に設置されるプラットフォームの端部１７には、切抜き部６２が設けられ、この切抜き部よって、ねじ５０を締着するために、短柱５４の頂部が分離可能となる。

本発明によるロータホイールの詳細な斜視図である。 ラッチおよび近接したブレードのそれぞれの位置を示す半径断面の詳細図である。 図２のブレードの根元部を示す下方からの断片斜視図である。 ラッチの正面図である。 図４の矢印Ｖに沿って見た図である。 図４の矢印ＶＩに沿って見た図である。

符号の説明

１１ ホイール
１２ ブレード
１４ 溝
１５ プラットフォーム
１６、１８ リップ
１７ 端部
１９ ブレード根元部
２０、２１ キャビティ
２４ くぼみ部
２６ 底部
３０、５６ 切欠き部
３２ ラッチ
３６、３８、６２ 切抜き部
４０ 基部
４６、４８ ガイド突出部
５０ ねじ
５２ ねじ穴
５４ 短柱
５７、５８ ファセット
６０ リブ

Claims (4)

1. ターボ機械のロータのためのブレード付きホイールであり、
   ホイールが、ホイールに結合されるブレード根元部を受けるための受容溝（１４）を含み、前記受容溝が、受容溝の端部で上流側環状キャビティ（２０）および下流側環状キャビティ（２１）をそれぞれ画定する、上流側環状リップおよび下流側環状リップを備え、ホイールは、前記環状リップが、ブレード根元部を前記受容溝に係合するための挿入用切欠き部（３０）を含み、前記受容溝の１周全体において、２つのラッチ（３２）が設置され、該２つのラッチ（３２）が、前記切欠き部の両側においてそれぞれ前記受容溝に設置されるタイプであり、各ラッチが、上流側および下流側環状キャビティの間を延びる基部を備える、ブレード付きホイールであって、
   前記上流側環状キャビティが、溝の底部を越えるくぼみ部（２４）を含み、各ラッチの基部の上流側リブ（６０）が、前記くぼみ部（２４）と係合し、前記基部が、中央にねじ穴（５２）を備え、ねじ（５０）が、前記ねじ穴に係合されることを特徴とする、ブレード付きホイール。
2. ラッチの位置決め切抜き部（３６、３８）が、前記切欠き部（３０）の両側において前記環状リップに設けられ、前記ラッチが、協働する位置決め切抜き部の形状および寸法と対応する形状および寸法のガイド突出部（４６、４８）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のブレード付きホイール。
3. 前記上流側リブ（６０）が、前記基部の傾斜した平坦なファセット（５７）を延ばすことによって画定されることを特徴とする、請求項１または２に記載のブレード付きホイール。
4. 前記ラッチが、前記基部の両側に形成される２つの重量減少切欠き部（５６）を有す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ブレード付きホイール。

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