JP5306721B2 - ターボ機械ロータディスクに装着されるブレードを軸方向に保持する装置 - Google Patents

Description

本発明は、低圧タービンの最終段のロータといった、ターボ機械ロータディスクに装着されるブレードを軸方向に保持する装置に関する。

知られている方式では、ターボ機械の低圧タービンは、静翼と交互に配置される複数段のロータブレードを備える。タービンの各段では、静翼は２つの同心シュラウドに固定され、ロータブレードはブレード根元部によってロータディスクに固定される。タービンのロータディスクのすべては、ボルト結合により互いに固定され、トラニオンによってターボ機械の低圧シャフトに固定される。

また、このような低圧タービンの最終段のディスクは周辺部に複数の軸方向のスロットを有し、各スロットはスロット内にタービンのロータブレードの１つの根元部を装着していることが知られている。タービンを通過するガスストリームはロータブレード上に軸方向力を加え、そのため保持装置によりブレードの軸方向の移動を防止することが必要である。このような装置の１つは、ディスクおよびブレード根元部の半径方向の支持面に押し付けられる環状の端板を用いてブレード根元部の移動を防止することにあり、端板は環状の保持リングによりこの位置に保持される。例として、ＥＰ１１８０５８０およびＥＰ１４９８５７９を参照できる。これは効果的ではあるが、このような装置は通常、いくつかの部品（特に、端板および端板保持リング）を利用するため、製造および装着が複雑である。

また、ターボ機械の低圧タービンのロータディスクは、これらの重心が回転軸上にないため、重量分布が不均衡になることが知られている。このような不均衡を補正するために、釣合い重りがディスクの特定位置に、詳細には、タービンのそれぞれのディスク間にボルト結合部に、およびこの目的のために特に追加されているフランジに固定される。

不都合なことは、低圧タービン構造によっては、タービン段の一部を事前に分解することなく、ボルト結合部にアクセスできないことである。さらに、釣合い重りを固定するために特定のフランジを追加することはタービンの総重量を増加する。
欧州特許第１１８０５８０号明細書 欧州特許第１４９８５７９号明細書

本発明は、ブレードを軸方向に保持する装置を提案することにより、上述の欠点を是正することを目的とし、この装置は製造および装着が簡単であり、またロータディスクの釣合いを保つのに役立ち得る。

この目的は、ターボ機械のロータディスクに装着されたブレードを軸方向に保持する装置により達成される。装置はロータディスクを備えることを特徴とし、ロータディスクは、装置の周辺部に、外向きに開いている実質的に軸方向の複数のスロットと、半径方向の支持面上に、半径方向の外向きに延在して上記支持面と協働して、半径方向に外向きに開いている環状溝を画定するフランジと、複数のブレードであって、各ブレードはロータディスクの対応するスロット内に装着される根元部を備え、各ブレード根元部は、ロータディスクの支持面に相当するロータディスクの半径方向支持面上に、少なくとも１つの尖端部を備え、この尖端部は半径方向の内向きに延びてブレード根元部の上記支持面と協働して、半径方向内向きに開いている環状のノッチを画定する、複数のブレードと、ロータディスクのおよびブレード根元部の支持面に接して装着される保持リングであって、上記保持リングはディスクの溝に収容され、ブレード根元部のノッチに外向きに保持され、端と端をつけて配置された複数の角度セグメントにより構成される、保持リングと、を備える。

本発明の装置は単一部品（すなわち保持リングであり、リング自体が分割されている）であるため、製造およびロータディスクへの装着が簡単である。さらに、保持リングは、端と端をつけて配置された複数の角度セグメントにより構成されているため、これらセグメントのそれぞれの重量を個々に変更することにより、ロータディスクに生じる不均衡を補正することができる。結果的に、不均衡の補正は構造的結合を分解することにより開始することを必要とせずに得られる。さらに、釣合い重りを固定するためのフランジを追加する必要がなく、全体重量を増すこともない。

本発明の有利な特徴によると、保持リングのセグメントの少なくとも１つは、他のセグメントより大きい重量を有する。

本発明の別の有利な特徴によると、保持リングの各セグメントは外向きに開いているカットアウトを含み、これにより、ブレード根元部の尖端部がカットアウトを通過できると同時に、保持リングをロータディスクの溝に装着できる。

本発明のさらに別の有利な特徴によると、保持リングは、リングがロータディスクの溝内に突き出るのを防止する手段を含む。この結果、保持リングのセグメントの少なくとも１つは、保持リングがロータディスクの溝内に突き出るのを防止するために、ブレード根元部の２つの隣接する尖端部間で展開するのに適している、折曲げタング（ｔｏｎｇｕｅ）を含んでもよい。

本発明はまた、ロータディスクに装着されるブレードを軸方向に保持するための、上に定義された少なくとも１つの装置を含むターボ機械を提供する。

本発明の他の特徴および利点は、非限定の特徴を有する実施形態を示す添付図面を参照して以下の説明から明らかである。

図１Ａおよび図１Ｂは本発明の実施形態を構成する装置を装備した航空ターボ機械の低圧タービンの断片的な長手方向断面図である。

当然、本発明は、軸方向に移動することにより装着されるブレードを有するロータディスクを備える任意の他のターボ機械アセンブリ（航空または陸上用途の）に適用する。

低圧タービンはターボ機械の長手軸Ｘ−Ｘ上に中心合わせされる。タービンの最終段はノズルを備え、このノズルは、複数の静翼２と、ノズルの後ろに配置され、およびロータディスク６上に軸方向に装着された複数のロータブレード４により形成されるロータホイールとにより形成される。タービンの最後から２番目の段はまた、ノズル（図示せず）と、ロータディスク６’上に装着された複数のロータブレード４’により形成されるロータホイールとを有する。

タービンの最後および最後から２番目の段のディスク６および６’はボルト結合８により相互に固定され、これらは、環状のトラニオン１０によりターボ機械の低圧シャフト（図示せず）に固定されている。トラニオンはまた同じボルト結合８によりディスク６および６’に固定されている。

図１Ｂに示されるとおり、タービンの最終段のディスク６は周辺部に、実質的に軸方向に延びる複数のスロット１２を有し、スロットはディスクの外側に通じ（すなわち長手軸Ｘ−Ｘから離れている）、各スロットはタービンのロータブレード４の根元部４ａ（例えば、クリスマスツリー形の）を軸方向に収容する（例えば、スロット内にはめ込むことにより）ように設計されている。

ディスク６はまた、ディスクの下流側の半径方向面１４にフランジ１６を有し（以下では、ディスクの支持面と称される）、このフランジ１６は、ディスクの外側に向かって半径方向に延在し、これにより支持面と協働して外向きに開いている環状の溝１８を画定する。

各ブレード根元部４ａはまた、ロータディスク６の下流側の半径方向面に対応する根元部の下流側の半径方向面に少なくとも１つの尖端部２０を備える。この尖端部２０はディスクの内側に向かって（すなわち長手軸Ｘ−Ｘに向かって）半径方向に延在し、これにより上記下流側面と協働して内向きに開いている環状のノッチ２２を画定する。

本発明の装置は、ロータディスク６の支持面１４に接しておよびブレード根元部４ａに接して装着されている、保持リング２４を含む。保持リング２４はディスクの溝１８内に収容され、外側をブレード根元部４ａのノッチ２２内に保持されている。

加えて、保持リング２４は、端と端をつけて配置された複数の角度セグメント（またはセクタ）２４ａにより構成され、各リングセグメント２４ａは同一角距離で円周に沿って延びる。

例として、最終段が９８のロータブレードを有するターボ機械の低圧タービンでは、セグメントのそれぞれが２５°にわたって延びるように、１４のリングセグメント２４ａを設けることができる。

セグメントをディスク６の溝１８内に装着することを可能にするために、各リングセグメント２４ａは外向きに開いているカットアウト２６を含む。図２Ａに示されるとおり、これらのカットアウトの大きさは、ブレード根元部４ａの尖端部２０を通過可能にすると同時に、保持リングがディスクの溝内に装着される寸法とされる。したがって、この位置では、リングセグメントはブレード根元部のノッチ２２内に外向きに保持されない。

さらに例として、ロータディスク６は９８のロータブレード４を有し、保持リング２４は１４のセグメント１４ａにより構成される場合、セグメント当たりのカットアウト２６の数は７つであり得る。

リングセグメント２４ａは、ディスクの溝１８内に装着されると、ターボ機械の長手軸Ｘ−Ｘ回りに回転して、ブレード根元部の尖端部２０がカットアウト２６の位置と一致しなくなる（図２Ｂ）。この位置では、次にリングセグメントはブレード根元部のノッチに外向きに保持される。

さらに例として、ロータディスク６は９８のロータブレード４を有し、保持リング２４は１４のセグメント２４ａで構成され、各セグメントは、７つのカットアウト２６を有し、１．８°で保持リングを回転する（いずれか一方の方向において）ことは、図２Ａに示されている位置から図２Ｂに示されている位置に通過するのに役立つ。

当然、保持リングは、ブレード根元部の尖端部をリングセグメントのカットアウトの位置と再度一致させるのに十分な角度で回転することにより、同じ方法で結合から外れる。

本発明の有利な配置では、リングセグメント２４ａの少なくとも１つは、ブレード根元部４ａの２つの隣接する尖端部２０間で展開する折曲げタングを含み、これにより、タングが尖端部の間に正しく位置すると、保持リングがロータディスク６の溝１８で回ることを防止する（図２Ｂ）。

このように、図２Ａおよび図２Ｂの実施形態では、タング２８はリングセグメント２４ａのカットアウト２６の１つと同じレベルに置かれ、折曲げられると２つの極限位置を占有するのに適する。２つの極限位置の一方の位置では、タングはリングセグメントの半径方向平面に対して傾斜する平面内に延びて、上記セグメントを回転可能にし（図２Ａ）、他方の位置では、タングはブレード根元部の尖端部２０と同一半径方向平面に置かれ、２つの隣接する尖端部２０の間で円周方向に延びて、上記セグメントが回転することを防止し、これにより保持リング全体が回転することを防止する（図２Ｂ）。

リングセグメントのすべてがこのようなタングを取り付ける必要がないことは留意されるべきであり、上記リングの回転を防止するには、セグメントのすべてに対する単一のタングで十分である。

本発明の別の有利な配置では、リングセグメント２４ａのうちの少なくとも１つが他のセグメントより大きい重量を有する。

このような配置は、低圧タービンにおいて見られる不均衡の補正を容易にする。保持リング２４はセグメントに分割されているため、リングセグメントのうちのいくつかに、他のセグメントの重量と異なる個別の重量を与えることにより、ロータディスクの重心がターボ機械の長手軸Ｘ−Ｘ上に正しく位置することを保証できる。リングセグメントの数が大きくなれば、ディスク全体にわたり正確に重量の釣合いが取れることは留意されるべきである。

図１Ａに示されるとおり、この配置は、タービンの最終段のディスク６の内端とトラニオン１０との間の環状の空間がボルト結合８への直接アクセスを妨害し、その結果、最終タービン段の分解を開始する必要なく、これらのボルト結合に釣合い重りを固定することを不可能にする場合に、特に有利である。

実際に、ロータディスクは、タービンが組み立てられた後に均衡を確認し、必要な場合は不均衡の補正が次に適用される。不均衡を補正する作業中、１つまたは複数のセグメントが、必要とされる補正に対して適切な変更された重量のセグメントに置き換えられる。変更された重量のセグメントは、他のセグメントより大きい重量のリングセグメントである。

図３Ａから図３Ｃは、本発明による装置の変形実施形態を示す長手方向断面図であり、リングセグメント２４ａの重量を変更する様々な方法を示している。

このように、図３Ｂの実施形態では、リングセグメント２４ａは図３Ａに示されているセグメントと比較して追加厚さ３０を有する。このような余分の厚さに加えて、図３Ｃのリングセグメント２４ａは、図３Ａのリングセグメントにも図３Ｂのリングセグメントにも示されていない突出部３２を有する。この余分な厚さ３０およびこの突出部３２はリングセグメントのすべてまたはセグメントの一部のみを超えて円周方向に延在し得る。これらは重量を追加することに相当する。

リングセグメントの重量を変更する他の方法もまた可能である。したがって、カットアウト２６の深さ、カットアウト２６の間のゾーンの高さおよび／または厚さを変更して、リングセグメントの重量を増加または低減することができる。

リングセグメントを事前に機械加工して、重量の分類（例えばグラムごとに）に適合することにより、必要な不均衡の補正を実行するのに適応されるセグメントの幅広い選択を提供できる。代替として、リングセグメントは要求に応じて機械加工できる。

軸方向保持ブレードに対する本発明の装置は、多数の利点を提示する。詳細には、単一の主部品（すなわち保持リング）により構成され、これにより、低コストで製造し、およびディスクの支持面に対する装着および／または除去を容易にする。加えて、リングセグメントを使用することにより、これらのセグメントのそれぞれの重量を変更することができ、したがってこの種の技術により観測される不均衡を補正することが容易になる。

本発明の実施形態を構成する装置を装備した、ターボ機械の低圧タービンの断片的な長手方向断面図である。 図１Ａのより大きい寸法の詳細図である。 保持リングが装着される方法を示す、図１Ａの装置の断片的な正面図である。 保持リングが装着される方法を示す、図１Ａの装置の断片的な正面図である。 本発明の他の実施形態を構成する装置の長手方向断面図である。 本発明の他の実施形態を構成する装置の長手方向断面図である。 本発明の他の実施形態を構成する装置の長手方向断面図である。

符号の説明

２ 静翼
４ ブレード
４ａ ブレード根元部
６ ロータディスク
８ ボルト結合
１０ トラニオン
１２ スロット
１４ 半径方向面
１６ フランジ
１８ 溝
２０ 尖端部
２２ ノッチ
２４ 保持リング
２４ａ リングセグメント
２６ カットアウト
２８ タング
３０ 追加厚さ
３２ 突出部

Claims (2)

1. ターボ機械のロータディスクに装着されるブレードを軸方向に保持する装置であって、装置がロータディスク（６）を備え、
   ロータディスク（６）が、
   ロータディスクの周辺部に、外向きに開いている実質的に軸方向の複数のスロット（１２）および、
   半径方向の支持面上（１４）に、前記支持面と協働して半径方向に外向きに開いている環状の溝（１８）を画定する、半径方向の外向きに延在するフランジ（１６）を備え、さらに前記装置が、
   複数のブレード（４）であって、各ブレードがロータディスクの対応するスロット内に装着される根元部（４ａ）を備え、各ブレード根元部が、ロータディスクの支持面に対応する半径方向支持面上に、少なくとも１つの尖端部（２０）を備え、尖端部が半径方向の内向きに延びてブレード根元部の上記支持面と協働して、半径方向内向きに開いている環状のノッチ（２２）を画定する、複数のブレードと、
   を備える、装置において、
   さらに、ロータディスクのおよびブレード根元部の支持面に接して装着される保持リング（２４）を備え、前記保持リングが、ディスクの溝（１８）に収容され、ブレード根元部のノッチ（２２）内に外向きに保持され、端と端をつけて配置される複数の角度セグメント（２４ａ）により構成され、保持リングの少なくとも１つのセグメントの重量は他のセグメントより大きく、
   保持リングの各セグメント（２４ａ）が外向きに開いているカットアウト（２６）を含み、これにより、ブレード根元部（４ａ）の尖端部（２０）がカットアウトを通過できると同時に、保持リング（２４）をロータディスクの溝（１８）に装着でき、
   保持リング（２４）が、リングがロータディスクの溝で回るのを防止するための手段（２８）を含み、
   保持リングのセグメント（２４ａ）のうちの少なくとも１つが、保持リング（２４）がロータディスクの溝（１８）で回るのを防止するために、ブレード根元部（４ａ）の２つの隣接する尖端部（２０）間で展開するのに適する、折曲げタング（２８）を含むことを特徴とする、装置。
2. ロータディスクに装着されるブレードを軸方向保持するために、請求項１に記載の装置を少なくとも１つ含むことを特徴とする、ターボ機械。

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