JP5400329B2 - 吸気コーンによって隠されたバランス調整フランジを備える航空機ターボ機械ファン - Google Patents

Description

本発明は、一般に、ターボ機械ファンに関する。特に、本発明は、ターボ機械の最終的なバランス調整を可能としながらファンが装備されたバランス調整システムに関する。

本発明は、好ましくは航空機ターボジェットエンジンに適用される。

従来技術は、ターボジェットエンジンのバランス調整を最終的に行うために、注意深く配置されたウェイトを有する環状のバランス調整フランジを持つターボジェットエンジンのファンの装備を事実上教示している。

図１及び図２は、従来技術から知られている従来の実施形態を図示している。

これらの図は、長手軸又は結合されるターボジェットエンジンの長手軸にも対応する回転軸２を持つファン１を示している。このファンは、軸２上に中心があるファンディスク４と、ディスク４に取り付けられて円周又は接線方向（両矢じりの矢印８によって示されている）に離隔されたファンブレード６とを備える。

したがって、ブレード６は、回転軸２まわりにディスク４とともに回転駆動される。ブレード６はまた、知られている方法で、円周方向８において直接的に互いに続く２枚のブレード６の間でディスク４に固定的に取り付けられたプラットフォーム形成セクター（図示せず）を備え、これらのセクターは、ターボジェットエンジンの流れ区域としても知られている、ファンを通過して流れる環状の空気流が緊密に従うことが意図されるブレード間の表面を部分的に画定する。全体としてガスがターボジェットエンジンを通過して流れる主方向に対応するこの流れ又は流れ区域２２の方向は、矢印１４によって図示され、ファン１の軸方向にもたとえることができる。

さらに、ファン１は、上流側に、軸方向１４においてブレード６を保持する環状のブレード保持装置１６を用いて装備される。この点で、説明を通して、用語「上流」及び「下流」は、ガスがターボジェットエンジンを通過して流れる主方向１４に関して考慮されることになっていることに留意されたい。

ファンブレード６の上流において、ファン１は、軸２上に中心がある吸気コーン２０と、上述した流れ区域２２が緊密に従うことが意図される略円錐状の外表面１９とを有する。図１及び図２からわかるように、軸２まわりにファンディスク４とともに回転されるこのコーン２０は、１つ又はいくつかの隣接部品、例えば、コーンの頂点から始まる上流部品２０ａと、ファンブレードに隣接した下流部品２０ｂとで作ることができる。

カウルの後部シェルリングとしても知られている下流部品２０ｂはまた、流れ区域２２の境界となる外表面１９の一部を画定する機能は別として、ターボジェットエンジンのバランス調整を行うシステムとして機能する追加機能を組み込むことができる。

特に、この下流部品２０ｂは、回転軸２まわりにファンディスク４と一体となって回転し且つ円周方向に離隔された複数のウェイト固定孔２４が装備された環状のバランス調整フランジを形成する。例に限定されないが、例えば、バランス調整フランジ２０ｂに設けられた３６個の貫通孔２４がある。図１及び図２からわかるように、従来技術の実施形態において、ウェイト固定孔２４は、したがって、それらの半径方向の外側端で流れ区域２２に開口している。

動作の間、孔２４は、残存するいかなる不均衡をも補正するために、それぞれ、ネジ状のバランスウェイト２６を収容し、その寸法は、関連したウェイトがターボジェットエンジンの最適なバランス調整を可能とするような方法で指定される。したがって、当業者にとって知られているように、それは、所望の質量に合うように調整されたネジのシャンクの長さであり、これらのネジは、半径方向に外側に向いているネジ山を用いて、それらの関連する孔に収容される。

それにもかかわらず、この構成は、ターボジェットエンジンの最適なバランス調整を行うのを可能とするが、それは不都合がないわけではない。まず、それらが流れ区域２２に開口することを意味する貫通孔２４の性質は、吸気コーン２０の内部に向かう流れ区域のいかなる漏出をも防止するために、これらの孔のそれぞれがバランス調整ネジ２６を使用して閉塞されなければならないことを意味するのがわかる。結果的に、例えば３６本のネジという、この要件が引き起こすかなりの個数のバランス調整ネジ２６は、重さの観点で非常に不利益をもたらす。

その上、図１及び図２から明らかにわかるように、ネジ２６が適切にあるときでさえも、流れ区域２２の境界となる外表面１９は、空洞２８がウェイト固定孔の半径方向の外側端に残るのであれば、完全な空気力学的形状を有さない。その底面が関連するネジ山から構成されるこれらの空洞２８は、本質的には、表面１９の略円錐の性質とあいまってネジが半径方向に配列されているという事実に由来する。空洞２８による不利益があるこの空気力学的形状では、吸気コーン上の空気流は、明らかに最適化されない。これは、抗力を生じさせ、結果的に、ターボ機械の性能損失を生じさせる。

この不都合に対応するために、例えばＵＳ２００５／０２３１０５２から全く明らかなように、ウェイト固定孔がターボ機械の流れ区域から離隔されるように、環状のバランス調整フランジを吸気コーンの内部に配置することが提案されている。
米国特許出願公開第２００５／０２３１０５２号明細書 国際公開第０２／２０３４９号パンフレット

しかしながら、その構成は、特にこの領域が非常に乱されるという事実のために、完全に最適化されることを証明していない。

したがって、従来技術の実施形態に関する上述した不都合を少なくとも一部改善することが本発明の目的である。

この目的のために、本発明の第１の主題は、ターボ機械の流れ区域が緊密に従うことが意図される外表面を有するターボ機械吸気コーンと、ファンの回転軸まわりに回転するようにディスクに取り付けられたファンディスク及びファンブレードとを備え、上記ファンは、上記回転軸まわりにファンディスクと一体となって回転し且つ円周方向に離隔された複数のウェイト固定孔が装備された環状のバランス調整フランジを備え、上記ファンはまた、１つ又はいくつかの上記ウェイト固定孔を用いて上記環状のバランス調整フランジに固定的に取り付けられた１つ以上のバランスウェイトを備える、航空機ターボ機械ファンである。さらに、上記環状のバランス調整フランジは、そのウェイト固定孔がターボ機械の上記流れ区域から離隔されるように上記吸気コーンの内部に配置されている。本発明によれば、ファンは、上記ファンディスクに対して軸方向にこれらのブレードを保持するファンブレード保持リングをさらに備え、上記保持リング及び上記環状のバランス調整フランジは、単一品として形成されている。

したがって、提案された本発明は、単一品として形成される保持リングと環状のバランス調整フランジとを設置するのに同じ固定具を使用できるため、全体のサイズと重量を低減させるのを有利に可能とする。

さらに、この場合において、リングは、上記吸気コーンの下流部品を形成するように設計可能としてもよい。もちろん、代替手段は、リング及びフランジを形成する単一品が、完全にコーンの内部に配置されることにより、このコーンによってターボ機械の流れ区域から隠されるのを考案することである。

さらにまた、本発明によるファンにおいて、バランスウェイト固定孔は、これらの孔を有する環状のバランス調整フランジが流れ区域を画定する吸気コーンによって囲まれていることから、ターボ機械の流れ区域にはもはや開口していない。換言すれば、コーンは、バランス固定孔の外側に半径方向にあり、したがって、バランス固定孔は、コーンの外表面によって流れ区域から隠される。

したがって、吸気コーン上に設けるよりもむしろ吸気コーンによってウェイト固定孔を隠すという事実は、流れ区域を画定する外表面が従来技術の実施形態と関連して上述したウェイト収容空洞をもはや有さないことを有利に意味する。したがって、吸気コーン上の空気流は最適化され、これは、抗力の低減に全体的につながり、したがって、ターボ機械性能の向上につながる。

さらに、設けられたウェイト固定孔が流れ区域に開口していないという事実は、もはや各孔にウェイトを収容する必要が何らないことを意味する。結果として、バランス調整動作において、このために設けられた孔のいくつかだけで取り付けウェイトを予想するバランス調整動作を終えることが可能となる又はさらに好ましくなり、したがって、有利にはバランス調整システムとこのシステムを組み込んだファンの重量の大幅な低減につながる。

この点で、好ましくは、動作中に、少なくとも１つの上記ウェイト固定孔、さらに好ましくは、これらの複数の同じ孔を空いたままにされて提供される。

上記環状のバランス調整フランジは、本発明の範囲から逸脱しない限り、ファンの回転アセンブリの他の任意の部品に取り付け可能であるが、優先的に、上記ファンディスクに固定的に取り付けられる。

１つ以上の部品において、上記吸気コーンが上記ファンブレードまで下流方向に延在することに留意されたい。例えば、コーンの頂点から始まる上流部品と、ファンブレードに隣接する下流部品として吸気コーンを形成可能であり、そして、例えばこれらの部分が直面しやすい機械的／熱的なストレスのレベルに合うように独自にこれらの部品を最適化する可能性に利点がある。

最後に、本発明のさらなる主題は、上述したようなファンを備える航空機ターボ機械であり、このターボ機械は、好ましくはターボジェットエンジンである。

本発明の他の利点及び特徴は、以下に示される限定されない詳細な説明から明らかになるであろう。

この説明は、添付する図面を参照して与えられる。

まず、本発明の１つの好ましい実施形態による航空機ターボジェットエンジンについてのファン１の一部を示している図３及び図４を参照する。

このファンは、従来技術を例示する図１及び図２を参照して説明されたファンと類似性がある。そうした次第で、図面において、同じ参照符号を有する要素は、同一又は同様の要素に対応している。

したがって、本発明の好ましい実施形態によるファン１は、ファンディスク４と、長手軸２まわりに一体となって回転するファンブレード６とを有することがわかる。

これらの要素の上流において、ここでの吸気コーン２０は、その頂点３０と、それが延在する範囲までブレード６と同一平面にあるその反対側の縁部３２との間の単一部品として形成される。したがって、流れ区域２２の境界となるこのコーンの外表面１９自体はまた、連続的にファンブレードまで広がる。

本発明の特定の特徴の１つは、ターボジェットエンジンのバランス調整を最終的に行うために意図されるファンが装備されたバランス調整システムが、流れ区域２２から隠されるようにコーン２０の内部に配置されているという事実にある。

特に、システムは、コーンの内部に位置した環状のバランス調整フランジ３４を有する。このフランジ３４は、図３の破線３８によって概略的に図示されるように、このコーンに対して内側に向かって半径方向に配置され、ボルトや等価物によって下流部品のディスク４上及び上流部のコーンの内面上に固く取り付けられ得る。

この特別な位置決めは、フランジ３４で作られたウェイト固定孔２４が流れ区域２２から離隔されるように、すなわち、この流れ区域に開口していないように選択されるか、あるいはそれらから隠されるように選択される。特に、フランジ上で円周方向に離隔されて好ましくはファンの半径方向にそれぞれ向いているウェイト固定孔２４は、コーン２０の内部空間４０に対して半径方向に内側及び外側に開口しているが、それらが以前になしたように流れ区域２２にはもはや通じていない。

１つ以上のバランスウェイト２６は、所要のバランスにしたがって、孔を介してフランジ３４上に取り付けられる。本発明の利点の１つは、好ましくは付随的に採用されるのが、重量を節約するために、１つ又はいくつかの孔２４を空いたままにしながらターボジェットエンジンのバランス調整を最終的に行う可能性にある。そのような場合には、これらの孔がそこから離隔されたままであるならば、いかなるウェイトをも収容していない孔に栓がされていないという事実は、特に、外側で半径方向にオフセットされた外表面１９の効力により、流れ区域２２での漏出に関するいかなる問題ももたらさない。

バランスウェイト２６は、当業者にとって知られている構造を採用してもよい。図３及び図４において図示された例として、各ウェイト２６は、そのヘッド４２が外側に向けられ、その関連する孔２４の範囲内に設けられたショルダー４４に接触して内部に止まっており、フランジ３４を半径方向に通過している、半径方向に向けられたネジの構造を採用することができる。フランジの内部には、２つの対向する円周方向フランク面４６があり、その間にネジ２６を締めるためにナット４８が配置され、各ナットは、その関連する孔２４の内側半径方向に連続している。フランク面４６の間にナット４８を収容することは、これらの同じフランク面に係合する平坦部の存在の効力により、ナットがネジを締めている間に回転するのを防止する。

各バランス調整ネジ２６はまた、ナット４８から内部に向かって半径方向に延在するシャンク５０を有する。このシャンクの長さは、最適化された最終的なバランス調整のために与えられた点での所望の重量にしたがって決定される。

本発明の特別な特徴の１つは、ファンディスク４に対して軸方向にこれらのブレード６を保持するファンブレード保持リング１６が、環状のバランス調整フランジ３４と単一品として作られているという事実にある。したがって、これらの２つの要素１６、３４は、回転するファンアセンブリにそれらを固定するための同じ固定具３８を共有することができる。

図３に示されるように、コーン２０がまたファンブレード保持リング１６を隠すように提供されてもよい。しかしながら、図５に図示された好ましい実施形態によって示されるように、考えられる代替の解決策がある。この図において、ブレード保持リング１６が、２つの隣接部品２０ａ、２０ｂで作られているコーン２０の下流部品２０ｂを形成していることがわかり、したがって、それはまた、流れ区域２２がならう外表面１９を部分的に画定する部品としても機能する。当然ながら、ここでのリング１６はまた、フランジ３４と単一品として作られる。

もちろん、限定されない例を介して単に説明されただけである本発明の当業者によって様々な変形例をなすことができる。

従来技術から知られている従来の実施形態によるターボジェットエンジン用のファンの一部の縦断面図である。 図１に示されるファンの部分斜視図である。 本発明の好ましい実施形態によるターボジェットエンジン用のファンの一部の縦断面図である。 図３に示されるファンが取り付けられたバランス調整システムの部分斜視図である。 本発明の他の好ましい実施形態によるターボジェットエンジン用のファンの一部の斜視図である。

符号の説明

１ ファン
２ 長手軸
４ ファンディスク
６ ファンブレード
８、１４ 矢印
１６ ファンブレード保持リング
１９ 外表面
２０ 吸気コーン
２０ａ、２０ｂ 隣接部品
２２ 流れ区域
２４ ウェイト固定孔
２６ バランスウェイト
３０ 頂点
３２ 縁部
３４ バランス調整フランジ
４０ 内部空間
４２ ヘッド
４４ ショルダー
４６ フランク面
４８ ナット
５０ シャンク

Claims (6)

1. ターボ機械の流れ区域が緊密に従うことが意図される外表面を有するターボ機械吸気コーンと、ファンの回転軸まわりに回転するようにディスクに取り付けられたファンディスク及びファンブレードとを備え、前記ファンが、前記回転軸まわりにファンディスクと一体となって回転し且つ円周方向に離隔された複数のウェイト固定孔が装備された環状のバランス調整フランジを備え、前記ファンは、１つ又はいくつかの前記ウェイト固定孔を用いて前記環状のバランス調整フランジに固定的に取り付けられた１つ以上のバランスウェイトをさらに備え、前記環状のバランス調整フランジが、そのウェイト固定孔がターボ機械の前記流れ区域から離隔されるように前記吸気コーンの内部に配置されており、
   ファンが、前記ファンディスクに対して軸方向にこれらのブレードを保持するファンブレード保持リングをさらに備え、前記保持リング及び前記環状のバランス調整フランジが、単一品として形成されている、航空機ターボ機械ファン。
2. 動作の間、少なくとも１つの前記ウェイト固定孔が、空いたままとされる、請求項１に記載のファン。
3. 前記環状のバランス調整フランジが、前記ファンディスクに固定的に取り付けられる、請求項１又は２に記載のファン。
4. 前記吸気コーンが、前記ファンブレードまで下流方向に延在している、請求項１から３のいずれか一項に記載のファン。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のファンを備える、航空機ターボ機械。
6. ターボジェットエンジンである、請求項５に記載の航空機ターボ機械。

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