JP5496476B2 - ブレード根元部とブレードが取り付けられるディスクにおけるスロットの底部との間に介在されるスペーサに対する改善 - Google Patents

Description

本発明は一般に、ターボ機械ロータに関し、さらに詳細には、その周囲にスロットを備えたディスクを備えるファンロータに関し、個別のブレードが上記ロータに取り付けられ、各ブレードは対応するスロットに係合されるブレード根元部を有する。本発明は、ブレード根元部とスロット底部との間に介在される細長いスペーサの改善に関する。本発明は、特に３次元織り複合材料から構成され、ファンにおいてますます用いられるようになっている類の取り付けブレードに適用される。本発明は、このタイプのブレードによく適合される（但し、それに限られているわけではない）スペーサに関し、スペーサ自体は場合によっては同一または類似の材料から構成される。本発明の目的の１つは、たとえば、鳥を取り込んだ結果として深刻な事故の場合には、ロータ、特にファンロータのブレードの挙動を改善することである。

スロットの底部と上記スロットに保持されるブレード根元部の内側に面する面との間との間で、ロータディスクの各スロットに変形可能なスペーサを挿入することが知られている。たとえば、仏国特許第２８４１６０９号明細書は、金属部分と、半剛性エラストマから構成される部分と、を備えるスペーサを示している。そのようなスペーサの形状は、上述の危険な事象の発生時にブレードの根元部の移動に適合するように機能する。そのような状況下で、ファンブレードは、衝撃を受けて枢動し、ブレード根元部が結果としてディスクにおけるスロットの中で枢動する。枢動移動を受けていることに加えて、ブレードはまた、反作用として、前方へ、次に後方への突っ込み移動（ｐｌｕｎｇｉｎｇ ｍｏｖｅｍｅｎｔ）も被る。ブレードの前部部分、中央部分および後部部分は、部分のそれぞれに関して異なる振幅のねじれ移動（ｔｗｉｓｔｉｎｇ ｍｏｖｅｍｅｎｔ）および軸方向の突っ込み移動を受ける。
仏国特許第２８４１６０９号明細書

ブレードが３次元で織られた織物（以下では「３次元織り」と呼ぶ）を含む複合材料から構成されるとき、そのような衝撃は、ブレード根元部の亀裂の危険性が及び、その破損をつながり、結果としてファンブレードの完全な損失につながる可能性がある。

本発明は、ブレードとスロットとの間で接触が生じた場合の衝撃を緩和し、衝撃によって生成されたエネルギの一部を吸収し、損傷するブレードの危険性を低減するように画定された形状を有する新規なタイプのスペーサを提案する。

このために、本発明は最初に、その周囲にスロットを有するディスクを備えるファンロータを提供し、個別のブレードが上記ロータに取り付けられ、各ブレードは、対応するスロットに係合されるブレード根元部を含み、各スロットは、ブレード根元部とスロットの底部との間に介在される細長いスペーサを収容し、ロータは、上記スペーサが弾性的に変形可能な材料から構成されることと、上記スペーサの少なくとも１つの長手方向のセグメントが、ブレード根元部の対応する横領域と接触し且つスロットの底部から離隔される２つの横領域と、スロットの底部の対応する中央領域に面する中央領域とを画定するように、弓形の横断輪郭を有することを特徴とする。

有利な特徴によれば、セグメントの中央領域は、ブレード根元部の対応する中央領域から離隔される。言い換えれば、スペーサセグメントの中央領域とブレード根元部の面する中央領域との間に小さな間隙が残る。

別の有利な特徴によれば、スペーサは、より狭い接合部によって相互接続される複数のセグメントによって構成される。

別の有利な特徴によれば、スペーサは、それ自体の長手方向において、波状の輪郭を有する。

さらに正確に言えば、上記スペーサは、スロットの底部と接触している中央領域と、（長手方向で中央領域の両側にある）ブレード根元部と接触している２つの端部領域と、を長手方向に呈することができる。

さらに、正常動作において、スペーサの断面は、周囲の部品（ファンディスクおよびファンブレードにおけるスロット）の形状に適合し、ブレード根元部とスロットの底部との間で小量の応力によって取り付けが行われる。したがって、ブレード根元部は、その支持面に対して押し付けられ、支持面は、（中央部分における）スロットの底部に対して押し付けられ、ブレード根元部の下で、その横支持面に対して押し付けられる。上述の波状の輪郭は、スペーサの端部と中心との間のほか、ブレードとディスクとの間の接触を最適化するように機能する。

その柔軟性のために、スペーサは、重大な事象中に生じるねじれ移動および突っ込み移動を組み合わせた移動を辿る。ブレード根元部とディスクのスロットとの間の衝撃を制限するために、スペーサは介在される。さらに、スペーサとブレード根元部の下面との間の接触領域は、曲線形状であり、ブレードが枢動する場合に、それらの２つの部品が、互いに対して摺動することを可能にする。

スペーサは、ブレード根元部の組み合わせた移動に対して個別に反応する３つの断面に分割されることが好ましく、したがって、ブレード根元部の部分のそれぞれに対して特定の移動および変形を可能な限り良好に同時に生じることを可能にする。

ポリウレタンフィルムタイプなどのコーティングは、スペーサの上および／または下に配置され、衝撃エネルギの一部を消失させ、したがって、スペーサの破損およびブレード根元部の亀裂のいかなる危険性も制限するようになっている。

有利なことに、スペーサは、弾性複合材料の１つの構成要素から構成され、好ましくは、３次元織り複合材料である。

ブレード自体が同種の複合材料から構成されるときには、結果は特に有利である。

当然のことながら、本発明はまた、ファンロータにおけるスロットに挿入するためのスペーサも提供し、スペーサは、弾性的に変形可能な材料から構成されることと、少なくとも１つの長手方向のセグメントが弓形形状の横断輪郭を呈することを含むことと、を特徴とする。

添付図面を参照して一例としてのみ与えられる以下の説明に照らせば、本発明はよりよく理解され、その他の利点がより明白となる。

図面において、ファンロータのディスク１５のスロット１３に挿入するためのスペーサ１１を見てとることができる。そのようなディスクは、図２から図４にのみ部分的に示されている。スペーサ１１は、弾性的に変形可能な材料の１つのブロックによって構成され、さらに詳細にはこの実施例において、従来の３次元織り複合材料のブロックによって構成される。部品の芯を画定する３次元織物はそれ自体は、樹脂によってコーティングされる。

図示されているように、スペーサは、弓形の形状の少なくとも１つの長手方向のセグメント横断輪郭を含む。図示された実施例において、この種の３つのセグメント１７ａ、１７ｂ、１７ｃ（そのようなセグメントの数は、異なっていてもよい）が設けられ、セグメントは、同一の材料のより狭い接合部１８によって結合されており、セグメントおよび接合部は、１つの部品を共に形成する。

そのようなスペーサは、ロータディスク１５の周囲に形成される接線方向のスロット１３に挿入されるように設計される。この実施例において、ディスクは、それに取り付けられるブレード２０を有するファンロータディスクである。各ブレードは、対応するスロット１３に係合されるブレード根元部２１を有する。図１から図３に示される類のスペーサは、ブレード根元部２１とスロット１３の底部１３ａとの間に介在されることによって、各スロット１３に収容される。

上述したように、スペーサ１１は好ましくは、３次元織り複合材料から構成される。さらに一般的には、スペーサは、弾性的に変形可能な材料から構成される。

本発明の重要な特徴によれば、スペーサの各長手方向のセグメント１７ａから１７ｃは、弓形形状の横断輪郭を呈し、スロットの底部から離隔されている間に、ブレード２０の根元部の対応する横領域２６ａ、２６ｂと接触する２つの横領域２５ａ、２５ｂを画定する。さらに、スペーサセグメントの中央領域２９は、スロットの底部の対応する中央領域３０に面するように位置決めされる。図３において分かるように、スペーサセグメントのこの中央領域は、スロットの底部と接触していてもよい。

さらに、上記セグメントの中央領域は、ブレード根元部の対応する中央領域から離隔されてもよく、それらの間には小さな間隙３２が残る。

図２において分かるように、スペーサ１１は、その長手方向においてうねる波状の輪郭を有する。図示された実施例において、スペーサは、スロットの底部と接触する中央領域１１ａと、ブレード根元部と接触するがスロットの底部から離隔して配置される２つの端部領域１１ｂと、を長手方向に呈する。図２に図示されているように、スペーサは、ブレード根元部とスロットの底部との間で応力を受けて取り付けられ、中央と端部との間のその長手方向の曲率は、取付前の応力のない状態では、より小さい。

ポリウレタンフィルムタイプなどのコーティングは、スペーサの上および／または下に配置される。事象が起きた場合には、これは、衝撃のエネルギの一部を消失させることを可能にし、したがって、スペーサの破損およびブレード根元部の亀裂の危険性を制限することを可能にする。

上述したように、このタイプのスペーサは、静止時または正常動作において、そのスロットに３次元織り複合材料からなるブレードを維持するのによく適合している。

長楕円形の孔３５はまた、セグメントの少なくとも一部の中央領域に形成され、スペーサの種々の部分の柔軟性および変形可能性をさらに増大させる。図３において分かるように、スペーサは、ブレード根元部の従来の形状に対して相補的な形状であり、この形状は、ブレードの端部と中央との間の接触を最適化するように機能し、さらに、ブレード根元部とスロットの壁との間の接触を最適化するようにも機能する。スペーサセグメントはまた、ブレード根元部と接触する横部分と、スロットの底部に面している中間部分との間に２つの狭い部分３６を呈することが観察されるべきである。

さらに、２つの隣接するセグメント１７ａから１７ｃを相互に接続する各接合部１８は、統合する２つのセグメントの中央領域と実質的に一直線を成して中央部分から続くように位置決めされる。さらに、上記接合部は、上述のセグメントの中央領域と実質的に同一である横断輪郭を呈する。

したがって、スペーサに対して適切な形状を与えることと、好ましくは、複合ブレードの材料と同一である可撓性材料からスペーサを構成することと、にある提案された解決策は、ブレード根元部の亀裂のいかなる危険性も低減するように機能する。

取り付けにおける予備応力は、ディスクのスロットの底部に対して押し付けることによって、ブレード根元部をその支持面に対して確実に押し付けるように機能する。

軸方向におけるスペーサの波形状は、スペーサの端部と中央との間のほか、ブレードとディスクとの間の接触を最適化するように機能する。

図４において図示されているように、スペーサは可撓性であるために、重大な事象の発生時にブレード根元部のねじれ移動および突っ込み移動の組み合わせを辿る。スペーサは、ブレード根元部とディスクのスロットとの間の衝撃を制限するように介在される。さらに、スペーサとブレード根元部の下側の接触領域は、曲線形状であり、それによって、大量の枢動が生じる場合に、これらの２つの部品が、互いに対して摺動することを可能にする。

スペーサの３つのセグメントは、ブレードの移動に対して個別に反応し、したがって、ブレード根元部の部分のそれぞれの移動を可能な限り良好に同時に生じることを可能にする。

ブレード根元部とロータディスクの周囲に画定されるスロットの底部との間に挿入するためのスペーサの一般的な斜視図である。 ブレード根元部とスロットの底部との間の位置にあり、長手断面における同スペーサを示す。 ロータディスクスロットにおけるスペーサとブレード根元部との間の相対的な位置を示す概略断面図であり、断面は、図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに対応している。 重大な事象中のこれらの要素の挙動を示す図３に類似の図である。

符号の説明

１１ スペーサ
１１ａ スペーサの中央領域
１１ｂ スペーサの端部領域
１３ スロット
１３ａ スロットの底部
１５ ディスク
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ スペーサセグメント
１８ 接合部
２０ ブレード
２１ ブレード根元部
２５ａ、２５ｂ スペーサセグメントの横領域
２６ａ、２６ｂ ブレードの横領域
２９ スペーサセグメントの中央領域
３０ スロットの底部の中央領域
３２ 間隙
３５ 長楕円形の孔
３６ スペーサセグメントの狭い部分

Claims (19)

1. ファンロータであって、
   周囲にスロットを有するディスクと、前記ロータに取り付けられる個々のブレードとを備えており、各ブレード（２０）が、対応するスロット（１３）に係合されるブレード根元部（２１）を含んでおり、各スロットが、ブレード根元部とスロットの底部との間に介在される細長いスペーサ（１１）を収容しており、
   前記スペーサが、弾性的に変形可能な材料から作られており、
   前記スペーサの少なくとも１つの長手方向のセグメント（１７ａから１７ｃ）が、ブレード根元部の対応する横領域と接触し且つスロットの底部から離隔される２つの横領域と、スロットの底部の対応する中央領域に面する中央領域とを画定するように、弓形の横断輪郭を呈しており、
   前記スペーサ（１１）が、その長手方向において波状の輪郭を呈しており、
   前記スペーサが、スロットの底部と接触する中央部分（１１ａ）と、ブレード根元部と接触する２つの端部部分（１１ｂ）とを、その長手方向に呈している、前記ファンロータ。
2. 前記セグメントの前記中央領域（２９）が、ブレード根元部の対応する中央領域から離隔されることを特徴とする、請求項１に記載のロータ。
3. 前記スペーサが、より狭い接合部（１８）によって相互接続される複数のセグメント（１７ａから１７ｃ）によって構成されることを特徴とする、請求項１に記載のロータ。
4. 各接合部（１８）が、接合部によって統合される２つのセグメントの中央領域まで実質的に延在して中央領域と連続するように位置決めされることを特徴とする、請求項３に記載のロータ。
5. 前記接合部（１８）が、前記セグメントの中央領域の横断輪郭と実質的に同一である横断輪郭を有することを特徴とする、請求項４に記載のロータ。
6. 前記スペーサ（１１）が、ブレード根元部（２１）とスロットの底部（１３ａ）との間で応力を受けて取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載のロータ。
7. 前記スペーサが、３次元織り複合材料から構成されることを特徴とする、請求項１に記載のロータ。
8. ブレード（２０）が、３次元織り複合材料から構成されることを特徴とする、請求項１に記載のロータ。
9. ファンロータにおけるスロットに挿入されるスペーサ（１１）であって、
   スペーサは、弾性的に変形可能な材料から作られると共に、スロットの底部から離隔される２つの横領域と該２つの横領域の間に設けられた中央領域とを画定するように弓形の横断輪郭を呈する、少なくとも１つの長手方向のセグメント（１７ａから１７ｃ）を含んでおり、
   スペーサが、その長手方向において波状の輪郭を有しており、
   スペーサが、スロットの底部と接触する中央部分（１１ａ）と、中央部分よりも高く配置される２つの端部部分（１１ｂ）とを、その長手方向に呈している、前記スペーサ。
10. スペーサが、狭い接合部（１８）によって統合される複数の前記セグメント（１７ａから１７ｃ）から構成されることを特徴とする、請求項９に記載のスペーサ。
11. スペーサが、３次元織り複合材料から構成されることを特徴とする、請求項９に記載のスペーサ。
12. 請求項１に記載のロータを含むことを特徴とする、ターボ機械。
13. 前記セグメントの前記中央領域が、楕円孔を含んでいる、請求項１に記載のロータ。
14. 前記スペーサにおける前記横領域の間の外面が、横断方向に連続しており、前記スペーサにおける前記横領域の間の内面も、横断方向に連続している、請求項１に記載のロータ。
15. 前記スペーサの前記内面の形状が、前記ブレード根元部の形状と相補的である、請求項１４に記載のロータ。
16. 前記横断輪郭が、前記横領域が前記中央領域よりも高くなるような弓形である、請求項１に記載のロータ。
17. 前記２つの端部部分（１１ｂ）が、前記中央部分（１１ａ）よりも高くなっている、請求項１に記載のロータ。
18. 前記スペーサが、スロットの底部と接触するだけの中央部分（１１ａ）と、ブレード根元部と接触するだけの２つの端部部分（１１ｂ）とを、その長手方向に呈している、請求項１に記載のロータ。
19. スペーサの両端部が、前記スペーサの前記横断輪郭が最も高く位置する箇所である、請求項１に記載のロータ。

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