JP6027606B2 - ブレードの軸方向保持手段を備えたターボ機械ロータ - Google Patents

Description

本発明は、ターボ機械、特に、前方にファンを有するマルチフローターボファンエンジンの分野に関し、ロータディスクのリム上の軸方向ポケットまたは軸方向溝に収容されたブレードを軸方向に係止する手段に関する。本発明は、基本的には、ファンディスク上のハウジング内でファンブレードを係止する手段に関する。

マルチフローターボジェットエンジンは、一般的にエンジンの前方に位置するファンを駆動するガスタービンエンジンを備える。ファンは、通常、円周方向に互いに離間して、かつリムに形成された個々のポケット内で固定された複数の半径方向ファンブレードが取り付けられたロータディスクを備える。ポケットは、ほぼ軸方向に配向され、蟻溝断面を有する。ポケットの形状は、ブレードがディスクの回転による遠心力を受けた時にロータブレード根元部を定位置で保持するために、ブレード根元部の形状とぴったり一致する形状である。ブレードは、個々に、軸方向にポケットに挿入することによって取り付けられる。ブレードは、ポケットの底部とブレードの根元部との間に嵌め込まれる軸方向ウェッジによって半径方向に挟まれる。ブレードは、一般にファンディスク下流側に固定された低圧またはブーストロータのドラムで形成された当接部によって下流側方向で軸方向に保持され、係止部によって上流側方向で軸方向に保持される。上流側および下流側は、ガス流がエンジン内を流れる方向に従って定義される。

軸方向成分を含むことによりブレードをポケットに対してスライドしやすくする空気力学的な力を受けた時にブレードをハウジング内で軸方向に保持するための解決策を提案する。例えば、同出願人企業名義による仏国特許出願公開第２３４５６０５号明細書では、係止部は、軸方向ウェッジに垂直な半径方向面に位置決めされるＵ字形部品で形成され、係止部自体は、ブレード根元部とポケットの側壁との両方に形成された半径方向切欠部内で保持される。

仏国特許第２６９０９４７号明細書では、軸方向ブレード保持装置は、ポケットの底部でブレード根元部の下に位置決めされる軸方向ウェッジと、軸方向ウェッジに垂直な係止部であって、ブレード根元部が上流側で軸方向に当接する係止部とから形成される。係止部は、ディスクの歯（２つの隣接するポケット間のディスクのリムの一部を歯と呼ぶ）の側壁に形成された半径方向切欠部内に配置される。係止部とウェッジとは、軸方向ウェッジを上流側に伸ばす第１のラグと係止部に対して直角に固定される第２のラグとを半径方向に通り抜けるねじで接合される。該特許文献によれば、例えば、異物の吸込みによって引き起こされたファンブレードの衝撃損傷による軸方向負荷を軽減するために、係止部とブレード根元部との間にスペーサ片が挿置されることに留意されたい。スペーサ片は、衝撃のエネルギーを吸収できるように、例えば、ハニカム材料のような変形可能な材料で作られる。

ファンロータでは、ブレードは、ディスク上に取り付けるための翼および根元部を含むが、内蔵プラットフォームはブレードに含まれない。ブレード間プラットフォームは、ロータ内を流れる空気流路の半径方向内側面の連続性を確保するために、ブレードとブレードとの間に追加される。これらのブレード間プラットフォームは、金属製である場合、一方が歯に固定され他方がブレード間プラットフォームに固定された２つの軸方向のアイレットを通る軸方向ペグによってディスクのリムの歯に取り付けられる。

長い翼弦を有し複合材料製であるファンブレードは、特定のエンジンに装備されるものであるが、球状の根元部の下に配置された同様に複合材料製の軸方向ウェッジによって固定される。先行技術によれば、この種の実施形態では、軸方向ウェッジは上流側方向のブレードの軸方向保持のための係止部へのねじ接続によって固定される。この接続部は、図１に示されるように、ディスクの個々の歯の上流端の間にかなりのスペースを取る。したがって、ウェッジと係止部との間のねじ接続部が大きいということは、ロータのノーズカウルの後方シェルリングはこの領域を避けなければならないということである。ノーズカウルは、ファンロータの上流側外面を形成する流線型部片である。

図１に示されるように、係止部の上流側面に対するウェッジの張り出しは、カウルの後方シェルリングによって形成された下流側の容積内に張り出し用のスペースがあるので、特に問題はなく、許容可能である。

しかし、この解決策には、多少不利点がある。

ブレード間プラットフォームが複合箱型断面タイプのプラットフォームである場合、上述したカウルとは別個の前方シェルリングを使用してプラットフォームを定位置に保持する必要がある。これは、該カウルの後方部分には、このような保持機能を果たすことができる機械的強度がないためである。したがって、該シェルリングは、スカラップ状にする必要があり、軸方向ウェッジを妨げることなく該ウェッジを通すことができるように十分に開いていなければならない。

軸方向ウェッジはファンブレードと同様に複合材料製であるので、係止部とねじ接続するために、軸方向ウェッジに軽合金製の金属ヘッドを接合する必要がある。したがって、このウェッジの製造はより難しくなる。

したがって、ウェッジ／係止部アセンブリは、製造コストが高くなる。

仏国特許出願公開第２３４５６０５号明細書 仏国特許発明第２６９０９４７号明細書

本発明の１つの目的は、上述の解決策に見られる不利点のないファンロータを作成することである。

本発明によれば、リムおよびリム上の蟻溝断面のほぼ軸方向のポケットを有するディスクと、個々にポケット内に取り付けられるブレードと、ブレード根元部とポケット底部との間に配置される軸方向ウェッジと、ポケット内のブレードを上流側方向で軸方向にブロックする横方向係止部であって、ポケットの側壁に形成された半径方向切欠部に案内され、ウェッジに半径方向に当接する横方向係止部とを備えるターボファンロータは、軸方向ウェッジがディスクに固定された横方向環状部品に当接することで上流側方向に固定されることを特徴とする。

したがって、本発明の解決策は、軸方向ウェッジと係止部とのねじナット接続部を排除することにある。

この解決策により、単純な構造であると同時に、軸方向ウェッジおよび係止部の技術仕様を満たすという利点が得られる。すなわち、
−軸方向ウェッジはインラインで交換可能である。
−装着動作が容易になる。軸方向ウェッジは、槌を使用して装着し、慣性力を利用した工具を使用して引き抜くことができる。
−ブレードの球状部の下に位置する軸方向ウェッジの一部は、初期の解決策で使用されている軸方向ウェッジから変更はなく、形状はブレードの球状部とつながっている。
−軸方向ウェッジは、先行技術の解決策と同様の形でブレードの位置を合わせる。
−軸方向ウェッジは、エンジンが停止した時に、半径方向に係止部の位置を合わせる。
−ウェッジの軸方向の当接部は、先行技術と同様に、係止部または低圧圧縮機のドラムによって下流側方向に確保される。
−ロータが複合箱型断面のブレード間プラットフォームを備える場合、本発明の解決策は、プラットフォームを定位置に保持するためにチタン製の上流側シェルリングの存在に適合するものである。

したがって、第１の実施形態によれば、ロータがブレード間プラットフォームを保持するための上流側シェルリングを使用して定位置で保持されたブレード間プラットフォームを備える場合、このシェルリングは、軸方向ウェッジが当接することができる前記横方向環状部品を形成する。

有利には、軸方向ウェッジは、前記上流側シェルリングとの軸方向当接部を形成する半径方向タブを備え、より詳細には、係止部は、軸方向ウェッジとの軸方向当接部を形成する軸方向タブを備える。

別の特徴によれば、係止部は、係止部とブレード根元部との間の圧縮によって変形可能な材料で作られたスペーサ片を備える。

別の実施形態によれば、ロータがブレード間プラットフォーム保持シェルリングを使用して定位置で保持されたブレード間プラットフォームを備える場合、軸方向ウェッジを固定するための前記環状部品は、上流側方向のロータを保護するコーンを形成する。この実施形態では、プラットフォーム保持シェルリングは、ロータディスクに固定するための半径方向フランジであって、軸方向ウェッジが横方向環状部品に軸方向に当接するために通る開口部を形成するようにスカラップ状であるフランジを備える。

１つの特徴によれば、軸方向ウェッジは、軸方向ウェッジをポケットから引き抜く時に使用する半径方向オリフィスを有する軸方向ラグを備える。

さらに、本発明は、上記のように定義されたファンロータを備えるフロントファンのターボファンエンジンに関する。

さらに別の特徴および利点は、添付図面を参照しながら後述するいくつかの非限定的な実施形態についての詳細な説明から明らかになるであろう。

ツインフロー（バイパス）ターボジェットエンジンの軸方向断面図である。 先行技術の軸方向ウェッジとファンロータのブレードの保持係止部との接続部の斜視図である。 図２の係止部と軸方向ウェッジとの接続部を示したポケットの軸方向断面図である。 本発明の第１の実施形態の軸方向ウェッジと係止部との接続部を示したポケットの軸方向断面図である。 ブレード間プラットフォーム保持シェルリングを除去した状態（プラットフォームは図示せず）の上流側端部から見た図４の接続部の正面横からの等角投影図である。 本発明の第２の実施形態の接続部の側面斜視図である。 第２の実施形態のロータの正面横からの前面斜視図である。

図１のターボジェットエンジンは、リムに形成されたポケット内でファンブレード６が根元部で保持されたファンディスク４を備えるフロントファン２を有するツインフロー（バイパス）エンジンである。ディスクは、さらに、ディスクのすぐ下流側にある低圧圧縮機またはブースト圧縮機のドラム７を同様に支持して、ドラム７が固定される低圧シャフトに張り出して取り付けられる。全体が円錐形状の部品５の上流側はファンディスクに固定される。この部品は、基本的には、気流をエンジンの吸気口に案内するという空気力学的な機能を有する。

図２および図３は、先行技術によるファンディスクのポケット４１へのファンブレード６の取り付けを示した図である。軸方向ウェッジ４３は、ブレードをポケット内で半径方向に保持された状態で保つためにブレード根元部の下に嵌め込まれ、ウェッジ４３に垂直な係止部４４は、ディスクの上流側でポケットの側壁に形成された切欠部に嵌め込まれる。軸方向ウェッジは、ポケットに入り込む部分４３ａと、ディスク４から突出して係止部４４にディスク４を接続する働きをする上流側端部ラグ４３ｂとを備える。接続は、ラグ４３ｂと係止部にしっかりと固定されたラグ４４ａとの両方を通るねじ４５によって行われる。この取り付けは、軸方向ウェッジ４３および係止部４４の両方を固定し、このことによってブレードがポケット内で固定され、ブレードは、さらに、下流側端部でブーストドラムと軸方向に当接する。

図３に示されるように、この接続方法は、ある程度のスペースを占め、カウル５の取り付けの邪魔になる。カウル５は、ディスク４に固定するための半径方向フランジを有するリブ５１を備える。後方外縁部５２は、別の形で半径方向に保持されているブレード間プラットフォーム８をディスク上で軸方向にブロックする。

スペースを節約することができるウェッジ係止部アセンブリであって、ブレード間プラットフォームが金属製ではなく、先行技術の手段を使用して該プラットフォームを定位置で保持することができない場合に必要とされる、ブレード間プラットフォーム保持シェルリングをより簡単に設置することができるウェッジ係止部アセンブリの一実施形態について説明する。

図４および図５は、第１の実施形態を示している。ディスク４およびブレードは、変更がない。軸方向ウェッジ１４３は、ブレード６の根元部の下で、ブレード根元部とポケット底部との間のスペースに嵌め込まれる。ウェッジは、ブレードの下の軸方向部分１４３ａと、上流側方向に伸びるラグ１４３ｂとを備え、半径方向タブ１４３ｂはラグを上流側端部で終端させ、軸方向当接部を形成する。

横方向係止部１４４（この場合、軸方向ウェッジに垂直である）は、ポケットの側壁に形成された切欠部に嵌め込まれる。係止部に対して直角を成すラグ１４４ａは、軸方向ウェッジ１４３の半径方向タブ１４３ｃと当接するまで上流側方向に伸びる。ハニカム材料のスペーサ片１４４ｂは、先行技術でそれ自体周知の方法にしたがって、係止部４４とブレード根元部との間に挿置される。

ブレード間プラットフォーム８´は、シェルリング１４５によって遠心力に逆らった状態で定位置で保持される。シェルリング１４５は、ブレード間プラットフォーム８´に形成された対応する食い込みラグ８´ａに当接する環状部分１４５ｂを備える。シェルリング１４５の環状部分１４５ｂの外表面は、ブレード間プラットフォーム８´の表面に続く空気力学的表面を形成する。半径方向フランジ１４５ａは、オリフィスにより貫通されており（図示せず）、シェルリングはこのオリフィスを使用して歯４２の正面にボルト締めされる。さらに、この半径方向フランジは、タブ１４３ｃの軸端停止部を成す。

シェルリング１４５の上流側では、コーン５´がシェルリングの上流側面に当接し、シェルリングは適切な手段によってディスク４に固定される。

アセンブリの組み立て方法は、ブレードを取り付けるステップと、半径方向切欠部に嵌め込まれる係止部を使用してブレードを係止するステップと、締まり嵌めにする必要があるので、おそらく槌を使用して軸方向ウェッジ１４３をブレードの下に差し込むステップとを含む。タブ１４３ｂは、タブ１４４ａに当接する。係止部１４４は、ウェッジ１４３を押圧した時に、半径方向に食い込ませるために切欠部と協働するランドを備える。環状シェルリング１４５を取り付けると、タブ１４３ｂの上流側面に当接するようになることによりアセンブリを係止することができる。

図６および図７は、本発明の代替形態を示している。

軸方向ウェッジ２４３は、ブレード根元部とポケット底部との間に位置決めされる軸方向部分２４３ａと、上流側タブ２４３ｂ（この場合、半径方向の折り返し部分がなく直線状である）とを備える。係止部２４４は、上述の実施形態の係止部１４４と同様に、ブレードを軸方向に保持し、ブレード間プラットフォームを遠心力を利用して保持するための環状シェルリング２４５は、ブレード間プラットフォームに形成された上流側タブに当接する環状部分を備える。半径方向フランジ２４５ａは、ディスク４のリムの歯にボルト締めされて、ディスク上でシェルリングを保持する。このシェルリングは、ウェッジ２４３を軸方向に食い込ませる機能を果たさないという点で、上述の実施形態のシェルリングとは異なる。これらのウェッジは、半径方向フランジ２４５ａに形成された開口部２４５ａ´を通って、カウル５´´に固定された軸方向リブを軸方向に押圧する。カウルに固定された軸方向に支承されるリブ５´´ａは、カウルと一体部品としてもよいし、あるいは、カウルに取り付けられたものとしてもよい。

組み立て時には、ブレード６は、対応する軸方向保持係止部２４４を使用してそれぞれのポケット内に配置され、その後、軸方向ウェッジ２４３がブレード根元部とポケット底部との間に嵌め込まれる。シェルリング２４５は、リムの歯にボルト４６で留められる。開口部２４５ａ´は、図７に示されるように、ラグ２４３ｂの端部が通れるようにする。カウル５´´を取り付けた時に、リブ５´´ａはラグ２４３ｂに当接し、それによりラグ２４３ｂはエンジンの動作時に上流側方向には少しも動けない状態になる。

分解時には、ラグに形成されたオリフィスにより、周知の方法で引き抜き用の工具を使用することができる。

２つの実施形態のいずれも、軸方向ウェッジを複合材料製にすることができる。

Claims (9)

1. リム上の蟻溝断面のほぼ軸方向のポケット（４１）を有するディスク（４）と、個々にポケット内に取り付けられるブレード（６）およびポケット間に取り付けられるブレード間プラットフォーム（８´）と、ブレード根元部とポケット底部との間に配置される軸方向ウェッジ（１４３；２４３）と、ポケット内のブレードを上流側方向で軸方向にブロックする横方向係止部（１４４；２４４）であって、ポケットの側壁に形成された半径方向切欠部に案内され、ウェッジに半径方向に当接する横方向係止部（１４４；２４４）とを備えるターボジェットファンのようなターボ機械のロータであって、軸方向ウェッジ（１４３；２４３）は、ディスク（４）に固定された横方向環状部品（１４５；５´´ａ）に当接することで上流側方向に固定され、前記ブレード間プラットフォーム（８´）は、前記ブレード間プラットフォーム（８´）上に形成されたラグ（８´ａ）が当接することができる部分（１４５ｂ、２４５ｂ）を備える環状シェルリングによって定位置で保持されることを特徴とする、ロータ。
2. 前記ブレード間プラットフォームを定位置で保持する環状シェルリングはさらに、軸方向ウェッジ（１４３）が当接する前記横方向環状部品を形成する、請求項１に記載のロータ。
3. 軸方向ウェッジ（１４３）が、前記シェルリング（１４５）に対する軸端停止部を形成する半径方向タブ（１４３ｂ）を備える、請求項２に記載のロータ。
4. 横方向係止部（１４４）が、軸方向ウェッジ（１４３）の軸方向当接部を形成する軸方向ラグ（１４４ａ）を備える、請求項３に記載のロータ。
5. 係止部とブレード根元部との間の圧縮によって変形可能な材料で作られたスペーサ片（１４４ｂ）を備える、請求項１〜請求項４のうちの１項に記載のロータ。
6. 前記プラットフォームが、シェルリング（２４５）によって定位置で保持され、ウェッジを軸方向に固定するための前記環状部品（５´´ａ）は、ロータの上流側を保護するコーン（５´´）の一部を形成する、請求項１に記載のロータ。
7. プラットフォームを保持するシェルリング（２４５）が、ディスクに固定するための半径方向フランジ（２４５ａ）であって、軸方向ウェッジ（２４３）が横方向環状部品（５´´ａ）を軸方向に当接するために通る開口部（２４５ａ´）を形成するようにスカラップ状である半径方向フランジ（２４５ａ）を備える、請求項６に記載のロータ。
8. 軸方向ウェッジ（２４３）が、ウェッジをポケットから引き抜く時に使用する半径方向オリフィスを有する軸方向ラグ（２４３ｂ）を備える、請求項１〜請求項７に記載のロータ。
9. 請求項１〜請求項８のうちの１項に記載のファンロータを備える、ターボファンエンジン。

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