JP5112126B2 - ターボ機械ファン用のロータリアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、ターボ機械ファン用のロータリアセンブリに関する。本発明は、陸上または航空用に関係なく、任意のタイプのターボ機械に適用され得、さらに詳細には、航空機ターボジェットに適用され得る。

さらに正確には、本発明は、ファン用のロータリアセンブリであって、軸を中心にして回転可能なディスクと、上記ディスクにそれらの根元部によって固着され、上記ディスクから半径方向の外向きに延在する複数のブレードと、それぞれが２つの隣接ブレードの間で延在し、ファンを通過する流体のための流れ断面の内部プロファイルを画定する複数のブレード間プラットフォームと、を備えるタイプのアセンブリに関する。

本出願において、「上流」および「下流」は、ターボ機械を流れる流体の通常の方向（上流から下流へ）に対して定義される。さらに、軸方向は、ファンディスクの回転軸Ａの方向に対応し、半径方向は、軸Ａに対して垂直な方向である。最後に、別途記載のない限り、形容詞の「内側の」および「外側の」は、半径方向に対して用いられ、したがって、要素の内側部分（すなわち半径方向において内側部分）は、同要素の外側部分（すなわち半径方向において外側部分）より軸Ａに近い。

本発明が適用するブレード間プラットフォームは、「嵌合型（ｆｉｔｔｅｄ）」プラットフォーム、すなわち、ロータリアセンブリの他の要素とは異なる要素によって構成されるプラットフォームであり、それに組み立てられたプラットフォームであることを明確にすべきである。特に、プラットフォームはブレードの一体部分を形成するわけではなく、したがって、いわゆる「一体型（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）」プラットフォームではない。

可能である場合には常に、ターボ機械設計者は、「一体型」プラットフォームではなく、「嵌合型」プラットフォームを用いることを好む。嵌合型プラットフォームは、以下の利点を示すためである。

ファンのブレードの設計を簡素化することを可能にする。

ブレードの破損の場合には、「嵌合型」プラットフォームは、ブレードの破片に連結（ｔｉｅｄ）されることはなく、したがって、飛散物は、サイズにおいて減少される。したがって、ブレードの外側に位置するケーシング（保持ケーシングと呼ぶ）は、飛散物トラップ（飛散物トラップは、破壊の場合において、他のブレードの破損を避けるために、ブレードおよびその「一体型」プラットフォームを収容するように機能する空洞である）を必要としない。

ブレードのために用いられる材料とは異なる材料からプラットフォームを構成することが可能である。したがって、プラットフォームは一般に、複合材料から構成されるのに対し、ブレードは、金属合金から構成される。

当然のことながら、「一体型」プラットフォームは、保持される必要がある。そうでなければ、遠心力の影響下で、ロータリアセンブリのディスクから半径方向の外側に移動すると推測されるためである。

上述のタイプの「嵌合型」プラットフォームを有するファン用のロータリアセンブリは、以下の文献、すなわちＵＳ４６５５６８７、ＵＳ５４６６１２５、ＵＳ５２１８０９６およびＵＳ６２１７２８３Ｂ１に記載されている。

ＵＳ４６５５６８７は、各ブレード間プラットフォームがディスクに向かって半径方向に延在する複数のタブを提供するロータリアセンブリについて記載している。これらのタブは、ディスクの外面に形成される他のフックと係合するフックによって成端される。そのようなフックシステムは、回転時に、プラットフォームに作用する遠心力に対抗することによって、半径方向において各プラットフォームを保持するように機能する。そのシステムは、上記タブを製作するコストおよび上記フックを機械加工するコストのために、高い製作コストを示す。

ＵＳ５５４６１２５は、各ブレード間プラットフォームが、ディスクに向かって半径方向に延在し、ダブテイル型ほぞによって成端されるタブを提供するロータリアセンブリについて記載している。ほぞは、ディスクにおいて機械加工されるほぞ穴に組み込まれる。くさびが、ほぞ穴とほぞとの間に挿入される必要がある。そのシステムは、高い製作コストという欠点と、特に上記くさびのために組み立てることが困難であるという欠点と、を被る。

ＵＳ５２１８０９６およびＵＳ６２１７２８３Ｂ１は、２つの環状フランジが、ブレード間プラットフォームの上流および下流のそれぞれに設けられるロータリアセンブリについて記載している。フランジは、ボルト締めによってファンディスクに固着される。各プラットフォームの軸方向の移動を制限し、半径方向においてプラットフォームを保持するために、それらのファンは、プラットフォームの上流および下流の縁を重ねる。
米国特許第４６５５６８７号明細書 米国特許第５４６６１２５号明細書 米国特許第５２１８０９６号明細書 米国特許第６２１７２８３Ｂ１号明細書

したがって、それらのフランジは、ディスクに十分に強力に固着され、それ自体を回転時に、プラットフォームに作用する遠心半径方向力に対抗するほど十分に強力にする。したがって、そのようなフランジは一般に、製作に費用が嵩む。さらに、フランジの取り付は、各フランジ（上流または下流）がプラットフォームの全ての（上流または下流）の縁の外側を重ねなければならないという事実と、各フランジがディスクに強力に固着される必要があるという事実と、によって複雑になる。

本発明の目的は、従来技術のシステムに対する別法を構成し、組み立てやすい半径方向においてプラットフォームを保持するためのシステムを備えた上述のタイプのロータリアセンブリを提供することである。

この目的を達成するために、本発明は、ターボ機械ファン用のロータリアセンブリであって、軸を中心にして回転可能なディスクと、上記ディスクにそれらの根元部によって固着され、上記ディスクから半径方向の外向きに延在する複数のブレードと、それぞれが２つの隣接ブレードの間で延在し、ファンを通過する流体のための流れ断面の内部プロファイルを画定する複数のブレード間プラットフォームと、を備え、
上記隣接するブレードは、スライドを提供し、その間の上記プラットフォームが摺動することができ、これらのスライドは、上記プラットフォームの外側への半径方向の移動を制限することを特徴としているアセンブリを提供する。

さらに正確には、上記スライドは、摺動時に上記プラットフォームを案内するために用いられ、各プラットフォームのための当接部を形成し、ファンが回転中であるときに、上記プラットフォームに作用する遠心半径方向力（外側に向けられた力）に対抗することによって、プラットフォームを保持するようになっている。

スライドが、プラットフォームの外側半径方向の移動を制限するという事実は、プラットフォームの全ての半径方向の動きを妨げることを必ずしも意味しているわけではないことを観察すべきである。したがって、本発明はまた、プラットフォームが半径方向の遊びを提供するロータリアセンブリも網羅する。

本発明のロータリアセンブリは、プラットフォームがブレード間を摺動することによって取り付けられるため、アセンブリを構成する部品の数が依然として制限されているため、組み立てやすいという利点を有する。

具体的な実施形態において、本発明のロータリアセンブリは、上記プラットフォームの上流および下流の縁が当接し、上記プラットフォームの軸方向の移動を制限するようになっているフランジを有する。

ＵＳ５２１８０９６およびＵＳ６２１７２８３Ｂ１のフランジと異なり、これらのフランジは、プラットフォームに作用する遠心半径方向力に対抗するように作用しない。この機能はスライドによって提供されるためである。結果として、フランジは、プラットフォームの外側を重ねる必要がなく、したがって、フランジをより小さく、より軽量にし、フランジをより取り付けやすくすることを可能にする。

ブレード間プラットフォームおよび上記フランジのコンパクトさは、小さなサイズのエンジン（例えば、４０インチ、すなわち約１ｍ未満のファンの直径を有するエンジン）に特に適した位置にする。

本発明およびその利点は、本発明の実施形態についての以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解され得る。この説明は、添付図面について言及する。

図２と図４および図５との間で類似である要素は、それぞれ１００および２００を加えた同一の参照符号によって識別される。

図１は、航空機用の２スプール型バイパスターボジェット１０の上流部分を示す。この上流部分は、外側ケーシング１４によって包囲されるファン１２を備える。ファン１２から下流に、ターボジェットの低圧圧縮機１６または「ブースタ」がある。

ファン１２は、本発明のロータリアセンブリを含み、その一例が、図２および図３に示される。

このロータリアセンブリは、ターボジェットの回転軸に対応する軸Ａを中心にして回転可能なディスク１８を備える。ディスク１８の周囲に、ディスク１８による回転において移動し、互いから規則的に離隔されているブレード２０が取り付けられる。

各ブレード２０は、その根元部２２によってディスク１８に固着される。根元部２２は、ダブテイル型ほぞの形であり、ディスク１８の外面１８Ｅにおいてこの目的のために設けられるほぞ穴２４に収容される。ディスクの円周方向において、ディスク１８に対してブレード２０をわずかに枢動可能にするように、ブレード根元部２２は、ほぞ穴２４に少量のクリアランスを有するように取り付けられる。この少量の枢動幅Ｐは、図２において二重矢印によって象徴される。

ブレード間プラットフォーム３０は、各組の隣接ブレード２０の間に延在する。プラットフォーム３０は、さまざまな機能を実行し、特に以下の機能、すなわちファンを通過する流体の流れ断面のための空気力学的内部プロファイルを画定することと、ブレード２０の枢動幅Ｐを制限することと、ファンを通過し得る発射体に対してディスク１８を保護することと、を実行する。

ターボ機械を通過する流体のための流れ断面は、上記流体が流れる空間の包絡線であるものとして画定され得ることを観察すべきである。ファン１２において、この断面のプロファイル（または形状）は、内側ではプラットフォーム３０によって、外側ではファンケーシング１４によって画定される。

プラットフォーム３０は好ましくは、ブレード２０を構成する材料より軽い材料から構成される。例えば、プラットフォーム３０は、複合材料から構成され得るのに対し、ブレード２０は、金属合金から構成される。

本発明によれば、２つの隣接するブレード２０は、それらの面する側面２０Ａにスライド２５を提供し、スライド間をプラットフォーム３０が摺動することができる。示された実施形態において、スライド２５は、側面２０Ａの残りの部分から突出する。他の実施形態（図示せず）において、スライド２５は、側面２０Ａの残りの部分に対して後退する。

スライド２５およびロータリディスク１８の外面１８Ｅは、それらの間にプラットフォーム３０を摺動することができるハウジングを画定する。示された実施形態において、プラットフォーム３０の外形および上記ハウジングの外形の半径方向断面（すなわち、図２の平面における断面）は、形状が相補的である。

プラットフォーム３０は、円筒形であり、Ｃ字形状の断面である。したがって、プラットフォーム３０は、中空であり、それによって、その重量を制限することを可能にする。プラットフォーム３０は、外壁３０Ｅと、２つの側壁３０Ｌと、側壁３０Ｌを延在して、プラットフォームの中間に向かって折り畳まれた２つの内壁３０Ｉと、を備える。外壁３０Ｅおよび内壁３０Ｉは、ディスク１８に対して円周方向に延在するのに対し、側壁３０Ｌは、むしろ半径方向に延在する。内壁３０Ｉが遭遇せず、連続内壁を形成しないという事実は、円周方向においてプラットフォーム３０に対してよりよい自由度を与える。

本発明の具体的な実施形態において、プラットフォーム３０は、その側面に沿って溝３２を提供し、各溝３２は、スライド２５を少なくとも部分的に収容する。

さらに正確には、溝３２は、プラットフォーム３０の側面と外面との間の交差点、すなわち外壁３０Ｅと側壁３０Ｌとの間の交差点に位置し、各溝３２は、スライド２５の一部を収容する。

各溝３２は、スライド２５の内側部分を収容し、その結果、プラットフォーム３０の外面がスライド２５の外面を延在するようになっている。これは、ファンを通過する流体の流れ断面のための最良の可能な空気力学的内部プロファイルを画定するために、スライド２５とプラットフォーム３０との間の外面連続性を提供するように機能する。

プラットフォーム３０が半径方向の外側に向かって移動され得る範囲は、プラットフォームの外面が当接するスライド２５によって制限される（ここでは妨げられる）。さらに正確には、スライド２５に対して当接するのは溝３２の壁である。

さらに、プラットフォーム３０の半径方向の内向きの移動は、プラットフォーム３０の内面が当接するロータリディスク１８の外面１８Ｅによって制限される（ここでは妨げられる）。さらに正確には、外面１８Ｅに対して当接するのは内壁３０Ｉである。

プラットフォーム３０の軸方向の（軸Ａに沿った）移動に関して、その上流および下流の縁が、図３に示されるフランジ４０に対して当接している。この実施形態において、これらのフランジ４０は、環状であり、したがって、ディスク１８上にプラットフォーム３０の全てを係合する。フランジ４０は、ボルト締め、ねじ締め付けまたは任意の他の適切な手段によって、ディスク１８の上に固着される。

フランジ４０は、プラットフォーム３０の外側を重ねないことを観察すべきである。言い換えれば、フランジ４０は、プラットフォーム３０の外壁３０Ｅと接触しない。フランジは、プラットフォームの上流および下流の縁とだけ接触する。したがって、フランジを組み立てることは、簡単な動作である。

図４を参照して、本発明のロータリアセンブリの別の実施形態の説明をする。

この実施形態において、２つの隣接するブレード１２０に面する側面１２０Ａのそれぞれは、外側スライド１２５および内側スライド１２６を担持する。したがって、２つの隣接ブレード１２０の間には、４つのスライド、すなわち２つの外側スライド１２５および２つの内側スライド１２６が存在する。

２つの外側スライド１２５は、プラットフォーム３０の半径方向の外向きの移動を制限する。したがって、これらのスライド１２５は、図２の実施形態におけるスライド２５と同一の機能を有する。さらに、プラットフォーム１３０は、スライド１２５の下部部分を収容するために機能する溝３２と類似の溝１３２を提供し、プラットフォーム１３０の外面がスライド１２５の外面に延在するようになっている。

２つの内側スライド１２６は、プラットフォーム１３０の半径方向の内向きの移動を制限するように機能する（ここでは妨げる）。

言い換えれば、ブレード１２０の１つについて考えれば、外側スライド１２５および内側スライド１２６は、その間にプラットフォーム１３０の側壁の少なくとも一部が内部を摺動することができる溝１５０を画定する。

図５は、本発明のロータリアセンブリの別の実施形態を示す。この実施形態において、隣接するブレード２２０は、それらの面する側面２２０Ａに突出する個別のスライド２２５を提供する。さらに、プラットフォーム２３０は、その側面に沿って延在する溝２４５を提供し、各溝２４５は、スライド１２５の１つを完全に収容する。

したがって、プラットフォーム２３０が半径方向の外向きに移動する傾向がある場合には、溝２４５の内壁２４５Ｉが、スライド２２５に対して当接する。さらに、プラットフォーム２３０が半径方向の内向きに移動する傾向がある場合には、溝２４５の外壁２４５Ｅが、スライド２２５に対して当接する。したがって、スライド２２５は、内向きおよび外向きの両方にプラットフォーム２３０の半径方向の移動を制限するように機能する。

航空機ターボジェットの一例の上流部分を示す図である。 図１の（軸Ａに対して垂直である）平面ＩＩ−ＩＩにおける断面図であり、ブレード間プラットフォームが組み当てられる領域において、本発明のロータリアセンブリの一例の一部を示す。 図２の半径方向平面ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。 本発明のロータリアセンブリの別の例を示す図２に類似の図である。 本発明のロータリアセンブリの別の例を示す図２に類似の図である。

符号の説明

１０ ２スプール型バイパスターボジェット
１２ ファン
１４ 外側ケーシング
１６ 低圧圧縮機
１８ ロータリディスク
１８Ｅ ディスクの外面
２０、１２０、２２０ ブレード
２０Ａ、１２０Ａ、２２０Ａ ブレード側面
２２ 根元部
２４ ほぞ穴
２５、１２５、１２６、２２５ スライド
３０、１３０、２３０ ブレード間プラットフォーム
３０Ｅ プラットフォームの外壁
３０Ｉ プラットフォームの内壁
３０Ｌ プラットフォームの側壁
３２、１３２、１５０、２４５ 溝
２４５Ｅ 溝の外壁
２４５Ｉ 溝の内壁
Ａ 回転軸
Ｐ 枢動幅

Claims (10)

1. ターボ機械ファン（１２）用のロータリアセンブリであって、
   軸（Ａ）を中心にして回転可能なディスク（１８）と、
   前記ディスクにそれらの根元部（２２）によって固着され、前記ディスクから半径方向の外向きに延在する複数のブレード（２０）と、
   それぞれが２つの隣接ブレード（２０）の間で延在し、ファンを通過する流体のための流れ断面の内部プロファイルを画定する複数のブレード間プラットフォーム（３０）と、を備え、
   前記隣接するブレード（２０）は、それらの面する側面（２０Ａ）にスライド（２５）を提供し、これらのスライドは、ディスク（１８）の外側に位置し、前記プラットフォーム（３０）の半径方向の外向きの移動を制限するアセンブリにおいて、前記プラットフォーム（３０）は、Ｃ字型断面の円筒形状であり、外壁（３０Ｅ）と、２つの側壁（３０Ｌ）と、側壁（３０Ｌ）を延在して、プラットフォームの中間に向かって折り畳まれた２つの内壁（３０Ｉ）と、を備えることを特徴とする、ロータリアセンブリ。
2. 前記プラットフォーム（３０）の上流および下流の縁が当接し、前記プラットフォームの軸方向の移動を制限するようになっているフランジ（４０）を含む、請求項１に記載のロータリアセンブリ。
3. 前記スライド（２５）が、突出する、請求項１または２に記載のロータリアセンブリ。
4. 前記プラットフォーム（３０）の内向きの半径方向の移動が、ディスク（１８）の外面（１８Ｅ）によって制限される、請求項１から３のいずれか一項に記載のロータリアセンブリ。
5. 前記スライド（２５）およびロータリディスク（１８）の外面（１８Ｅ）が、それらの間に、前記プラットフォーム（３０）が内部を摺動することができるハウジングを画定し、半径方向断面において、プラットフォーム（３０）の外形および前記ハウジングの外形が、相補的である形状を提供する、請求項４に記載のロータリアセンブリ。
6. 前記面する側面（１２０Ａ）のそれぞれが、外側スライド（１２５）および内側スライド（１２６）を担持し、２つの外側スライドが、前記プラットフォーム（１３０）の外向きの半径方向の移動を制限し、２つの内側スライド（１２６）が、前記プラットフォーム（１３０）の内向きの半径方向の移動を制限する、請求項１から３のいずれか一項に記載のロータリアセンブリ。
7. 前記プラットフォーム（３０）は、その側面に沿って延在する溝（３２）を提供し、各溝（３２）は、スライド（２５）を少なくとも部分的に収容する、請求項１から６のいずれか一項に記載のロータリアセンブリ。
8. 前記溝（３２）は、前記プラットフォーム（３０）の側面と外面との間の交差点に位置し、各溝（３２）は、スライド（２５）の内側部分を収容し、前記プラットフォームの外面がスライドの外面に延在するようになっている、請求項７に記載のロータリアセンブリ。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のロータリアセンブリを含む、ターボ機械ファン。
10. 請求項９に記載のファンを含む、ターボ機械。

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