JP5608634B2 - 摩耗防止栓を備えるターボ機械のロータおよび摩耗防止栓 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンエンジンの分野に関し、特に前部ファンを有するターボジェットエンジンに関する。

民間の航空機に取り付けられるエンジンのターボファンのロータは、低圧シャフトによって駆動されるディスクを備えている。複数のブレードが、ディスクの外周から放射状に延びており、ブレードは、根元を形成しているブレードの端部によって保持されている。一般的な形式の構造においては、ブレードの根元が蟻継ぎの断面を有しており、ブレードが、ディスクのリムへと軸方向に機械加工された凹所に収容される。低圧コンプレッサが、ファンディスクのすぐ下流に位置し、同じロータを形成している。低圧コンプレッサは、ドラムの形態であって、いくつかのブレード段を備えている。ファンディスクが、低圧コンプレッサドラムの半径方向のフランジへとボルトで取り付けられることで、低圧コンプレッサドラムへと固定されている。さらにフランジには、ファンディスクのブレードを軸方向について保持するための手段を形成する切り欠きが設けられている。各々のブレードの根元が、２つの半径方向の溝を有する軸方向の延長部を下流に備えており、軸方向について固定されるように溝において切り欠きへと挿入される。

欧州特許第１６５８６０号明細書

通常の動作において、ファンのブレードに作用する空気力学的な力は、上流へと向いた軸方向の合力を有する。しかしながら、エンジンがオートローテーションにて駆動されるとき、ブレードに作用する力が逆になる。上述の軸方向の固定にもかかわらず、すき間が存在し、下流への動きが生じる。その結果、蟻継ぎの根元とプラットフォームとの間のシャンクを形成しているブレードの部分の下流側の横方向のエッジが、低圧コンプレッサドラムの上流側フランジに押し付けられる。このフランジの上流側の面において、ファンディスクの凹所に一致して位置する領域に、摩耗が観察されている。

この摩耗現象に関する問題は、フランジの応力を緩和するために形成されたドリル穴が、この領域に存在することに起因する。穴のある領域においてフランジに押し付けられるブレードは、それ自体が摩滅する。したがって、シャンクの摩耗が一様でない。シャンクの下流側の面の表面が、フランジと接触する範囲においてのみ摩耗し、ドリル穴に一致した表面部分は摩耗せず、最終的に周囲より突き出すようになる。結果として、ブレードとフランジとの間に望ましくないすき間が広がる。

この問題が、本発明によれば、リムと、ブレードを個々に収容するためにリムに加工された軸方向に延びる凹所とを有しているディスク、およびリムの１つの面へと取り付けられるリングを備えており、リングが、凹所に軸方向に位置合わせされた穴によって貫かれており、凹所に位置合わせされた前記穴の少なくとも一部が、栓を備えているターボ機械のロータであって、栓が、第１の耐摩耗材料で製作された第１の栓半分と、第２の材料で製作された第２の栓半分とによって形成されており、２つの栓半分の一方がリングの一方の面に押し付けられ、他方がリングの他方の面に押し付けられ、一方が穴を通って他方へと接続されていることを特徴とするターボ機械のロータによって解決される。

さらに栓は、下流の空洞を密閉する。

耐摩耗性材料の栓を凹所の側に配置することによって、ブレードのための当接面が生成され、結果として摩耗がより一様になる。この摩耗の問題が、容易に装着することができるきわめて低コストの部品によってきわめて簡潔に解決される。この装置は、新規なターボ機械にすでに使用されているターボ機械とちょうど同じように簡単に適用することができる。

有利な実施形態によれば、第１の栓半分が、カラーを有するディスクの形態の部分と、ファスナとを備えており、第２の栓半分が、カラーを有するディスクの形態の部分と、ファスナとを備えており、２つのファスナが、互いに係合するための相補的な形態を有している。ファスナは、例えばねじ式のファスナであってもよく、またはクリップの形態であってもよく、第１の栓半分のファスナが雄であって、第２の栓半分のファスナが雌であってもよい。

栓は、好ましくは、ドラムの金属を傷めることがないように配置される。具体的には、このことは、技術者による介入の過程において初期の割れの形成を防止することを含む。

介入は、ファスナを係合させるための駆動手段を備えている第１の栓半分のカラーを有するディスクによって、容易にされる。この手段は、例えば第１の栓半分をねじ込みおよびねじ抜きによって取り付け、またはスナップ式の固定によって取り付けるための工具を配置するためのマーキングによって形成される。

第２の栓半分に、第２の栓半分のファスナの軸を中心とする回転を防止する手段を備えることによって、取り扱いがさらに容易になる。

有利には、第１の栓半分が、例えば鋼などの金属で製作され、第２の栓半分が、プラスチックで製作される。他の材料も可能である。それらは、同一であっても、同一でなくてもよい。

さらに本発明は、摩耗防止装置を形成するように構成された栓に関する。

さらに本発明は、ガスタービンエンジンのコンプレッサのロータであって、リムを有するロータディスクをリングへと固定して備えており、ディスクのリムが、ブレードを収容するための軸方向の凹所を有しており、リングが、凹所の下流側のエッジを少なくとも部分的に覆うとともに、応力緩和用のドリル穴を有しており、ドリル穴のいくつかが、前記凹所に軸方向に位置合わせされており、上述したような栓を備えているロータに関する。

より詳しくは、ターボ機械のロータディスクが、前部ファンを低圧コンプレッサドラムへと取り付けて有しているターボジェットエンジンのファンディスクである。リングが、コンプレッサドラムへと固定され、ロータディスクが、リングへとボルトで固定されることによってドラムへと取り付けられる。穴は、応力緩和用の穴である。

本発明は、原理的には、前部ファンとファンの下流の低圧コンプレッサとを備えており、ファンディスクおよびコンプレッサドラムが本発明のロータを形成しているターボジェットエンジンに適用される。

他の特徴および利点が、添付の図面を参照して、以下の実施形態の説明から明らかになる。

本発明の摩耗防止装置が適用されるターボジェットエンジンの側面図を示している。 低圧コンプレッサの上流側フランジの側に位置するターボジェットエンジンのファンロータの詳細を斜視図にて示している。 図２に示したフランジの詳細を示しており、摩耗防止装置を備えている。 本発明による栓の構成の穴を通過する軸方向断面を示している。 凹所の側に位置する栓半分の頭部を示している。 凹所の側とは反対の側に位置する栓半分の頭部を示している。

図１は、ターボジェットエンジン１を軸方向断面にて示している。ターボジェットエンジン１が、二次流の流れを画定するファンケーシング３へと位置合わせされたロータを有する前部ファン２を備えている。ファンのロータ２は、低圧コンプレッサ４へと固定されている。ファン２と低圧コンプレッサとからなるアセンブリが、中心軸を介して、低圧タービン８を形成するタービンアセンブリへと固定されている。

低圧コンプレッサ４の下流において、空気は、高圧コンプレッサ５によってさらに圧縮される。高圧コンプレッサ５は、高圧コンプレッサ５を駆動する高圧タービン段７へと、回転に関して固定されている。圧縮された空気が、燃焼室６に進入し、タービン段を駆動するための高温のガスが生成される。

本発明は、この例において、エンジンのうちのファンのロータ２と低圧コンプレッサのロータ４との間に位置する部分に関する。

図２が、この領域の内部を斜視図にて示しているが、ファンのブレードは省略されている。

ファンディスク２０が、そのリムに、おおむね軸方向に位置合わせされた凹所２１を備えており、この場合には、曲線をなす形態を有している。凹所は、蟻継ぎの断面を有している。リムは、ブレード間のプラットフォームを固定するための凹所の間の半径方向のフランジ２２を備えている。ディスク２０は、下流に位置する低圧コンプレッサ４へと固定される。コンプレッサは、コンプレッサのブレード４２（その一部のみを見て取ることができる）が取り付けられる円柱形のドラム４１を備えている。上流において、ドラムは、半径方向のフランジ４３へと固定され、ディスク２０のリムが、フランジ４３へとボルトで取り付けられる。リムが、凹所２１の間に半径方向の固定フランジ２３を備えている。半径方向のフランジ２３の各々が、ボルト２４によってコンプレッサの上流側フランジ４３へと取り付けられる。

上流側フランジ４３は、半径方向のエッジを有しており、機械の軸に向かって開いている保持用の切り欠き４３ａを有している。これらの切り欠きは、向かい合うブレードの根元を導入することによって、ブレードを軸方向について保持するように機能する。このようなブレードの保持の方法は、本出願人の名義の欧州特許第１６５８６０号明細書に記載されている。固定フランジ２３の間で、同じ直径の円上に、ドリル穴４４が上流側フランジ４３に形成されている。これらのドリル穴の機能は、この部品に加わる応力を軽減することである。封止栓が、ドラム４１の内側の下流の空気が、圧力がより低い上流へと逃げ出すことがないようにする。これらの封止栓は、合成材料で作られ、他の機能は有していない。

動作時、エンジンが、ブレードへの力が逆になるオートローテーションに入る可能性がある。そのような場合には、ブレードのシャンクの下流側の面が、フランジ４３に当接する。ブレードの圧力および移動が、ブレードおよび上流側フランジの両者の摩耗につながる。ブレードのシャンクによってフランジに残される摩耗の痕跡Ｔを、このロータに見て取ることができる。この痕跡は、凹所に位置合わせされており、ドリル穴４４に重なっている。シャンクの非一様な摩耗が生じ、ドリル穴の軸に位置する領域の付近の材料がえぐられる。

本発明は、この問題を、摩耗防止栓を配置することによって解決する。図３が、エンジンの図２と同じ領域を示しており、やはりブレードは省略されている。ファンディスク２０の一部分だけが示されている。ファンディスク２０が、下流の低圧コンプレッサの上流側フランジ４３へと接続されている。凹所２１に向かい合い、凹所２１に位置合わせされているドリル穴４４が、栓５０によって閉じられている。この栓は、この凹所に位置するブレード（ただし、図には示されていない）のための当接面を形成するように配置されている。

図４、図５、および図６が、本発明の技術的解決策を示している。

栓５０が、ドリル穴４４の各側に１つずつ、２つの栓半分５１および５２を備えている。ブレードＡの側の栓半分５１は、ドリル穴の直径よりも幅広い頭部５１ａを有している。頭部５１ａは、カラーを有するディスクの形態である。その表面は、ブレードＡのシャンクのために幅広い当接面を形成するように、平坦である。栓半分５１は、栓半分５１を栓半分５２へと接続するファスナ５１ｂを備えている。栓半分５１は、例えば金属など、耐摩耗性の材料で製作される。

栓５０の正面図である図５に見られるように、頭部５１ａは、他の手段も可能であるが、栓半分を例えばねじ込みによってロッドへと固定することができる工具を導入するための３つのマーク５１ｃをさらに有している。

プラスチックで製作される栓半分５２が、上流側フランジ４３の反対側の面に当接する頭部５２ａを備えている。頭部５２ａも、カラーを有するディスクの形態である。栓半分が、接続を形成して２つの栓半分を上流側フランジ４３の各側に締め付けられた状態に保つために、栓半分５１のファスナ５１ｂと係合するファスナ５２ｂによってドリル穴４４へと延びている。例として、ファスナ５１ｂは、ねじ込みによって雌のファスナ５２ｂと係合するねじ山付きのロッドの形態である。栓半分５２の正面図である図６に見られるように、頭部５２ａは、上流側フランジ４３に機械加工された段差４３’に当接することによって回転防止手段を形成するエッジ５２ａ’を有している。

栓は、以下のように装着される。

エンジンの組み立てにおける初期の段階において、栓半分５２が、ドラムの内側からドリル穴に配置される。雌のファスナ５２ｂの外径ゆえに、雌のファスナ５２ｂをドリル穴４４へと導入することによる栓半分５２の締まりばめが可能である。

次いで、栓半分５１が、他方の側から配置され、頭部５１ａのマーク５１ｃに位置する３本アームの工具の助けによって固定される。ドリル穴を超えて広がることによって、頭部５１ａが、力を分散させるための充分な当接面を形成する。また、頭部５１ａの強度は、金属がドリル穴へと通過することがないようするために充分である。

栓を交換する必要がある場合には、栓半分５１を取り外すだけでよく、他方の栓半分はその場に残すことができる。これにより、上流側フランジの他方の面へのアクセスの問題が、回避される。

このようにして、エンジンの安全性、コスト、および性能にきわめて有害な結果をもたらす可能性がある摩耗の問題が、きわめて簡潔かつ安価な方法で解決された。

Claims (15)

1. リムと、ブレードを個々に収容するためにリムに加工された軸方向に延びる凹所（２１）と、を有しているディスク（２０）と、リムの１つの面へと取り付けられるリング（４３）とを備えており、リングが、凹所に軸方向に位置合わせされた穴（４４）によって貫かれており、凹所に位置合わせされた前記穴（４４）の少なくとも一部が、栓（５０）を備えているターボ機械のロータであって、栓が、第１の耐摩耗材料で製作された第１の栓半分（５１）と、第２の材料で製作された第２の栓半分（５２）とによって形成されており、２つの栓半分の一方がリング（４３）の一方の面に押し付けられ、他方がリング（４３）の他方の面に押し付けられ、一方が穴（４４）を通って他方へと接続されていることを特徴とする、ターボ機械のロータ。
2. 前記栓（５０）が、前記穴（４４）を通じた空気の流通を阻害するシールも形成する、請求項１に記載のターボ機械のロータ。
3. 第１の栓半分（５１）が、カラーを有するディスクの形態の頭部（５１ａ）と、ファスナ（５１ｂ）とを備えており、第２の栓半分（５２）が、カラーを有するディスク（５２ａ）の形態の頭部と、ファスナ（５２ｂ）とを備えており、２つのファスナ（５１ｂ、５２ｂ）が、互いに係合するための相補的な形態を有している、請求項１に記載のターボ機械のロータ。
4. ファスナ（５１ｂ、５２ｂ）が、ねじ式のファスナまたはスナップ式のファスナである、請求項３に記載のターボ機械のロータ。
5. 第１の栓半分（５１）のファスナ（５１ｂ）が雄であり、第２の栓半分（５２）のファスナ（５２ｂ）が雌である、請求項３または４に記載のターボ機械のロータ。
6. 第１の栓半分（５１）の頭部（５１ａ）に、第１の栓半分（５１）を穴の軸に沿って取り付けるための工具を導入できるようにする外側のマーキング（５１ｃ）が設けられている、請求項３または４に記載のターボ機械のロータ。
7. 第２の栓半分（５２）が、第２の栓半分（５２）のファスナの軸を中心とする回転を防止する手段を備えている、請求項３から６のいずれか一項に記載のターボ機械のロータ。
8. 第１の栓半分（５１）が金属で作られ、および／または第２の栓半分（５２）がプラスチックで作られている、請求項２から７のいずれか一項に記載のターボ機械のロータ。
9. 前部ファンと、ファンの下流の低圧コンプレッサドラムと、を備えているターボジェットエンジンであって、ファンディスク（２０）および低圧コンプレッサドラムが、請求項１から８のいずれか一項に記載のロータを形成しており、リング（４３）が、コンプレッサドラムへと固定され、ファンディスク（２０）が、リングへとボルトで固定されることによってドラムに取り付けられている、ターボジェットエンジン。
10. 請求項１に記載のターボ機械のロータのための摩耗防止手段を形成する栓であって、第１の耐摩耗材料で製作された第１の栓半分（５１）と、第１の材料と同一または異なる第２の材料で製作された第２の栓半分（５２）とを含んでおり、２つの栓半分が、一方がリング（４３）の一方の面に押し付けられ、他方がリングの他方の面に押し付けられるように、かつ一方が穴を通って他方へと接続されるように構成されていることを特徴とする、栓。
11. 第１の栓半分（５１）が、カラーを有するディスクの形態の頭部（５１ａ）と、ファスナ（５１ｂ）とを備えており、第２の栓半分（５２）が、カラーを有するディスクの形態の頭部（５２ａ）と、ファスナ（５２ｂ）とを備えており、２つのファスナが、相補的な形態を有している、請求項１０に記載の栓。
12. ファスナ（５１ｂ、５２ｂ）が、ねじ式のファスナまたはスナップ式のファスナである、請求項１１に記載の栓。
13. 第１の栓半分（５１）のファスナが雄であり、第２の栓半分（５２）のファスナが雌である、請求項１１または１２に記載の栓。
14. 第１の栓半分（５１）の頭部に、第１の栓半分（５１）を穴の軸を中心とする回転などによって取り付けるための工具を導入できるようにする外側のマーキングが設けられている、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の栓。
15. 第１の栓半分（５１）が金属で作られ、および／または第２の栓半分（５２）がプラスチックで作られている、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の栓。

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