JP6093774B2 - タービンエンジンのロータホイール - Google Patents

Description

本発明は、航空機ターボプロップまたはターボジェットなどのタービンエンジンのロータホイール関する。

従来、たとえば低圧タービンのロータホイールは、歯を有する外周部を持つロータディスクを備え、歯は、ブレード根元を軸方向に取り付け、半径方向に保持するためのスロットを画定する。ブレードには、端と端を合わせて円周方向に配置され、かつ流体流れのための環状通路の内側を画定するプラットフォームが形成される。

また、ブレードは、環状通路から出て行く流体を制限するためにプラットフォームから実質的に軸方向上流側に延びる環状リップを含む。

金属ブレードは、鋳造によって一体に製作され、リップは、プラットフォームおよびブレード根元と共に形成される。

鋳造によってブレードを製作することにより、良好な寸法公差を得ることができるようになり、すなわち実質的に仕様に一致する正確な寸法を有する部品を得ることができるようになる。それにもかかわらず、この種のブレードは重い。

その欠点を改善するために、セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）から全部または一部のブレードを製作する提案が行われている。それにもかかわらず、ＣＭＣで製作されたブレードの製作公差は、鋳造によって製作された金属ブレードの公差よりも大きい。さらに、ＣＭＣからのブレードの製作は、これが、製織を利用し、プラットフォームレベルでブレードに形成されるべき織物の２つの層を必要とし、その一方が流路およびリップを形成する表面を構成し、その他方はブレードが傾くのを防止し、下流側オーバーラップを形成する働きをするので、複雑なプロセスである。特許出願仏国特許出願第１０／５４１６３号明細書においては、出願人は、ＣＭＣからのブレードの製作を簡単にするために、個別の嵌合の形でリップを製作することを既に提案している。シール手段は、漏れを回避するためにリップとブレードのプラットフォームとの間に配置され、同時にまたＣＭＣから製作されるブレードについて製作公差に適応させる。

その形状構成においては、タービンエンジンが運転中の間に、リップは、外側に遠心力を受け、ブレードのプラットフォームの上流端部に当たっているようになり、それによって、ブレードに加えられる半径方向力の増加がもたらされる。

本発明の特定の目的は、簡単で、効果的で、費用のかからないこの問題の解決策を提供することである。

本発明は、航空機ターボプロップまたはターボジェットなどのタービンエンジンのロータホイールにして、歯をその外周部に有するロータディスクを備え、歯は、ブレード根元を軸方向に取り付け、半径方向に保持するためのスロットを画定し、ブレードが、空気ストリームのための環状流路を画定するように端部と端部を合わせて円周方向に配置されるプラットフォームを含み、実質的に軸方向上流側に延びる環状リップが、環状通路から出て行く空気を制限するようにディスクの上流側の面に取り付けられ、シール手段が、環状リップとブレードのプラットフォームの上流端部との間に設けられる、ロータホイールであって、環状リップが、環状リップをディスクに保持するための半径方向保持手段の内側から軸方向下流側に、およびその内側に向かって半径方向に延びる環状リムを備え、これらの保持手段が、ディスクの上流側の面から軸方向に突出するように形成され、シール手段が、環状リップとブレードのプラットフォームの上流端部との内側に半径方向に配置されることを特徴とするロータホイール、を提案する。

運転中に、ディスクに形成される環状リップの半径方向保持手段は、環状リップが遠心力を受けることにより、ブレードの上流端部が追加の半径方向力を受けないことを確実にする。

リップは、３６０°にわたって連続的な環状形状から成ることができる。

これは、同様に適切に、リングを形成するように端部と端部を合わせて配置される複数の別個のセクタから成ることもでき、それによって、ディスクとリップとの間の伸び差を十分に補償することができるようになる。

本発明の特徴によれば、半径方向保持手段は、ディスクの歯の上流側および半径方向外側端部に形成される。

本発明のもう１つの特徴によれば、リップの環状リムが、半径方向保持手段に半径方向外側に当たっており、かつその下流端部において半径方向環状壁に接続される実質的に円筒状壁を備える。

本発明のさらにもう１つの特徴によれば、ラグが、実質的にディスクの歯の底部に、リップの半径方向環状リムの半径方向内側端部に対向して、ディスクの上流側の面から軸方向に突出して形成される。

リップがディスクに取り付けられている間に、またタービンエンジンが停止されている間に、ラグは、環状リップをディスクの上流側の面に位置付け、これを半径方向に保持する働きをする。このようにして、シール手段は、リップに対しておよびプラットフォームの上流端部に対して正確に位置づけられる。

有利なことに、リップのリムの半径方向環状壁は、半径方向内方に突出し、かつ２つの連続するラグの間に円周方向に係合される少なくとも１つの回転防止フィンガを含み、それによって、環状リップがディスク上で折れ曲がることを防止することを保証することができる。

本発明の特徴によれば、環状リップは、シール手段を収容するように下流側に開いている環状グルーブを含み、グルーブは、円筒状壁によって内部に、かつ下流側に向かうにつれて増加する部分の円錐台形環状壁によって外部に画定される。

本発明の特定の実施形態によれば、シール手段は、円錐台形壁とディスクの上流側の面から突出する半径方向保持手段との間で半径方向に挿置されるＯ−リングを備え、前記Ｏ−リングは、ロータホイールの回転中に遠心力の作用の下で半径方向外側に移動し、かつ円錐台形壁におよびプラットフォームの上流端部に押し当てるのに適している。

Ｏ−リングは、リップに対して半径方向に可動であり、したがって、Ｏ−リングに対する遠心力の作用によって、円錐台形壁およびプラットフォームの上流端部に適切に押し当てることができる。

Ｏ−リングは、実質的に三角形断面から成り、リップの円錐台形壁と接触するための円錐台形面と、ブレードのプラットフォームの上流端部の半径方向の面に軸方向に押し当てるための実質的に半径方向の面とを含むことが好ましい。

本発明のもう１つの特徴によれば、環状リップは、ロータディスクに固締される上流側チークプレートによってロータディスクに対して軸方向に固定される。

知られている方法では、チークプレートの内側端部は、上流に配置されるステータノズルのアブレイダブル材料のブロックと協働することによってラビリンスシールを形成するワイパーを担持する。

本発明の好ましい実施形態によれば、ブレードは、セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）で製作される。

また、本発明は、航空機ターボプロップまたはターボジェットなどのタービンエンジンを提供し、エンジンは、特に低圧タービンにおいて、上記に説明したように少なくとも１つのロータホイールを含む。

本発明の他の詳細、特徴、および利点は、非限定的な例として、および添付の図面を参照して行われる次の説明を読むと明らかになる。

先行技術のロータホイールの一部の斜視図である。 本発明のロータホイールの概略軸方向断面図である。 本発明の環状リップの概略斜視図である。 本発明の環状リップの上流側からの概略斜視図である。 図２の破線によって輪郭を描かれた領域の概略軸方向断面図である。

図１は、文献仏国特許出願第１０／５４１６３号明細書に説明されたロータホイール１０を示している。ロータホイール１０は、歯１４を担持するその外周部を持つロータディスク１２を備え、この歯１４は、ブレード根元１８を軸方向に取り付け、半径方向に保持するためのダブテールスロット１６を画定する（図３および図４）。歯１４の下流端部には、半径方向内方に折り曲げられるフック２０が設けられる。歯１４の頂部は、実質的に平面である。

また、タービンディスク１２には、スロット１６の底部とディスク１２の内周部との間に半径方向に位置している領域に軸方向下流側に延びる円筒状リム２２が設けられる。フック２０に実質的に対向して半径方向に位置しているグルーブ２４が、リム２２に形成される。グルーブ２４およびフック２０は、ブレードの根元１８を停止させるための軸方向停止手段（図示せず）を固締するのに使用される。

ブレード２６は、半径方向に延びるエーロフォイル２８と、環状流体流路の内側を画定するプラットフォーム３０とを有し、プラットフォームは、エーロフォイル２８の底部に形成され、ブレード２６の根元１８に接続される。

各プラットフォーム３０は、軸方向に対して傾斜する中央部分３２を有し、その部分は、半径方向内方に湾曲される上流部分３４によって延ばされる。

ブレード２６のプラットフォーム３０は、端と端を合わせて配置され、それらの互いに対向している円周方向側方縁部の間にシールを形成するための手段が設けられる。

ロータホイール１０は、ディスク１２の外周部においてロータのディスク１２の上流側の面に取り付けられる金属環状リップ３６を有する。リップ３６は、プラットフォーム３０の上流端部と同じ高さに実質的に軸方向上流側に延びる円筒状壁３８を有し、環状通路から出て行く任意の流体を制限する働きをする。また、リップ３６は、実質的に半径方向に延びる環状壁４０を有し、ロータディスク１２の上流側の面に押し当てる働きをする。シール手段４２が、リップ３６とブレード２６のプラットフォーム３０の上流端部との間に設けられる。

これらのシール手段は、リップ３６のグルーブ４４に取り付けられるＯ−リング４２を備え、そのグルーブは、Ｏ−リングが上流から下流にプラットフォーム３０の上流端縁３４に押し付けられるように下流側に向かうにつれて広がる部分の円錐台形状壁４６を含む。

タービンエンジンが運転中の間に、リップ３６は、外側に遠心力が作用し、Ｏ−リング４２を介してプラットフォーム３０の上流端縁３４に当たっているようになり、それによって、ブレード２６に加えられる半径方向力が増加する。

本発明は、運転中に、ディスク５０の上流側の面から突出するように形成される半径方向保持手段に半径方向外側に当たっているリップ４８によってこの問題の解決策を提供する。

示された実施形態においては、リップ４８は、半径方向内方に延びる環状壁５６にその下流端部において接続される実質的に円筒状の壁５４を備える環状リム５２を有する（図２および図３）。半径方向環状壁５６は、半径方向内方に突出する少なくとも１つの回転防止フィンガ５８を有する（図４）。また、リップ４８は、上流に配置されるステータノズル６６の２つの固定環状部分６２と固定環状部分６４との間に軸方向上流側に延びる第２の円筒状壁６０を有し、それによって、環状通路から出て行く空気が制限される（図２および図５）。

リップ４８の環状リム５２の円筒状壁５４は、下流側に向かうにつれて増加する部分の円錐台形壁６８と協働し、同時に、これらは、下流側に開いている環状グルーブを形成する。

半径方向保持手段は、ディスク５０の歯１４の上流側および半径方向外側端部に形成されるタブ７０を備える。これらのタブ７０は、ディスク５０の歯１４に余分の厚さを構成し、これらは、ディスク５０の上流側の面から軸方向に突出する。ディスク５０の各歯１４は、歯の底部に実質的に形成され、かつリップ４８の環状リム５２の半径方向環状壁５６の半径方向内側端部に面するラグ７２を有する。

リップ４８がディスク５０の上流側の面に下流側に軸方向に係合されると、環状リム５２は、タブ７０と、ディスク５０の上流側の面から突出するラグ７２との間に収容されるようになり、それによって、リップ４８をディスク５０に位置付ける。運転時に、リップ４８は、ディスク５０のタブ７０によって半径方向に保持され、もはやプラットフォームの上流端縁７４によって保持されるのではなく、それによって、ブレードに加えられる半径方向力を低減する働きをする。さらに、半径方向環状壁５６のフィンガ５８が、ディスク５０の２つの連続するラグ７２の間に円周方向に受け入れられ、それによって、リップ４８がディスク５０上で折れ曲がることを防止する。リップ４８は、チークプレート７６によってロータディスク５０の上流側の面に固定され、このチークプレート７６は、ディスク５０の半径方向フランジ７８にボルトで止め付けられる。その内側端部において、チークレート７６は、ノズル６６のアブレイダブル材料８２のブロックと共にラビリンスシールを形成するワイパー８０を有する（図２）。

シール手段８４が、ディスク５０の歯１４のタブ７０とリップ４８の円錐台形壁６８との間に挿置される。

示された実施形態においては、シール手段は、リップ４８の円錐台形壁６８に対向して実質的に半径方向に位置付けられる円錐台形面８６を有し、また放射状であり、プラットフォームの上流端縁７４の対応する半径方向の面に対向して位置付けられるもう１つの面８８を有する、実質的に三角形断面から成るＯ−リング８４を備える。

タービンエンジンが運転中の間に、Ｏ−リング８４は、これがプラットフォームの上流端縁７４に押し当てるようになるまで遠心力の作用の下で円錐台形壁６８に沿って移動する（図３および図５）。

Ｏ−リング８４は、ＣＭＣからブレードを製作する方法のため寸法公差に適合するように十分に変形可能である。

また、Ｏ−リングは、遠心力の作用の下でより容易に拡張することができるように分割されることもできる。

各プラットフォームの上流端縁７４は、実質的に半径方向内方に延び、かつプラットフォームの端縁７４の実質的に中間の部分に形成されるチップ９０を含む。ブレード根元１８がスロット１６に軸方向に取り付けられている間に、プラットフォームのチップ９０のそれぞれは、ディスク５０の２つの連続するタブ７０の間に軸方向に係合する。プラットフォームの各上流端縁は、プラットフォームのチップ９０のどちらの側にも２つの側方部分９２を有し、その部分は、所定のクリアランスでディスク５０のタブ７０に対向して半径方向に配置される。これらの側方部分９２は、円周方向にブレードの傾斜を制限するようにディスク５０のタブ７０に当たっているのに適する（図３）。

リップ４８がセクタ化されている場合には、各リップセクタは、ディスク５０のラグ７２と円周方向に協働する回転防止フィンガ５８を含むことができる。

Claims (10)

1. 航空機ターボプロップまたはターボジェットなどのタービンエンジンのロータホイールにして、歯（１４）をその外周部に有するロータディスク（５０）を備え、歯は、ブレード根元を軸方向に取り付け、半径方向に保持するためのスロット（１８）を画定し、ブレードが、空気ストリームのための環状流路を画定するように端部と端部を合わせて円周方向に配置されるプラットフォームを含み、実質的に軸方向上流側に延びる環状リップ（４８）が、環状通路から出て行く空気を制限するようにディスク（５０）の上流側の面に取り付けられ、シール手段（４８）が、環状リップ（４８）とブレードのプラットフォームの上流端部との間に設けられる、ロータホイールであって、環状リップ（４８）が、環状リップ（４８）をディスク（５０）に保持するための半径方向保持手段（７０）の内側から軸方向下流側に、およびそれの内側に向かって半径方向に延びる環状リム（５２）を備え、これらの保持手段（７０）が、ディスク（５０）の上流側の面から軸方向に突出するように形成され、シール手段（８４）が、環状リップ（４８）とブレードのプラットフォームの上流端部との内側に半径方向に配置され、半径方向保持手段（７０）が、ディスク（５０）の歯（１４）の上流側および半径方向外側端部に形成されることを特徴とする、ロータホイール。
2. リップ（４８）の環状リム（５２）が、半径方向保持手段（７０）に半径方向外側に当たっており、かつその下流端部において半径方向環状壁（５６）に接続される実質的に円筒状の壁（５４）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のロータホイール。
3. ラグ（７２）が、実質的にディスク（５０）の歯（１４）の底部に、リップ（４８）の半径方向環状リム（５２）の半径方向内側端部に対向して、ディスク（５０）の上流側の面から軸方向に突出して形成されることを特徴とする、請求項２に記載のロータホイール。
4. リップ（４８）のリム（５２）の半径方向環状壁（５６）が、半径方向内方に突出し、かつ２つの連続するラグ（７２）の間に円周方向に係合される少なくとも１つの回転防止フィンガ（５８）を含むことを特徴とする、請求項３に記載のロータホイール。
5. 環状リップ（４８）が、シール手段を収容するように下流側に開いている環状グルーブを含み、グルーブが、円筒状壁（５４）によって内部に、かつ下流側に向かうにつれて増加する部分の円錐台形環状壁（６８）によって外部に画定されることを特徴とする、請求項２から４のいずれか一項に記載のロータホイール。
6. シール手段が、円錐台形壁（６８）とディスクの上流側の面から突出する半径方向保持手段（７０）との間で半径方向に挿置されるＯ−リング（８４）を備え、前記Ｏ−リング（８４）が、ロータホイールの回転中に遠心力の作用の下で半径方向外側に移動し、かつ円錐台形壁（６８）におよびプラットフォームの上流端部に押し当てるのに適していることを特徴とする、請求項５に記載のロータホイール。
7. Ｏ−リング（８４）が、実質的に三角形の断面から成り、リップ（４８）の円錐台形壁（６８）と接触するための円錐台形面（８６）と、ブレードのプラットフォームの上流端部の半径方向の面に軸方向に押し当てるための実質的に半径方向の面（８８）とを含むことを特徴とする、請求項６に記載のロータホイール。
8. 環状リップ（４８）が、ロータディスクに固締される上流チークプレート（４６）によってロータディスク（５０）に対して軸方向に固定されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のロータホイール。
9. ブレードが、セラミックマトリックス複合材料で製作されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のロータホイール。
10. 特に低圧タービンにおいて、請求項の１から９いずれか一項に記載のロータホイールを少なくとも１つ含む航空機ターボプロップまたはターボジェットなどのタービンエンジン。

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