JPH02153203A - ロータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧縮機、ファン及びタービンにおいて使用さ
れるようなロータに関し、特に、かかるロータ内に側入
式の翼もしくは羽根（以下、動翼という）をロックする
装置に関するものである。

九昆技恵辺１割 圧縮機、ファン、タービン等の機械はロータを有してお
り、該ロータには複数の動翼が取着されている。かかる
動翼は、１列になって又はロータに沿って軸方向に離間
した複数列になって配列されており、各列の動翼は、ロ
ータの周囲の周りに円周方向に並へられている。

運転中に動翼に作用する定常的な力及び振動力が大きい
ために、動翼をロータに取着する方法をにとって、注意
深い構想が必要である。ある１つの取着方法では、ロー
タの周囲に形成されたほぼ軸方向に延びる溝を採用して
いる。溝の形状は、ヒノキ（檜）形、半円形、逆Ｔ字形
、或はそれ等の変形である。各動翼はその基部に根部を
有し、同根部はロータの溝の形状に適合する外形に正確
に作られている。この動翼は、その根部をロータの溝に
滑入させることによりロータ内に保持される。

このようにしてロータに取着された動翼は側大翼もしく
は羽根と呼ばれている。動翼の根部及びロータの溝は、
寸法及び形状の点で正確に適合するので、その結果、接
線方向及び半径方向への動翼の運動は厳格に規制される
。しかし、ロックと呼ばれる軸方向における動翼の規制
のためには、別の装置が必要である。今まで、多種のロ
ック装置が案出されてきた。一般的に、それ等のロック
装置は、固定点の場所もしくは位置に応して２つのカテ
ゴリーに分類することができる。

ロック装置の第１のカテゴリーに属する動翼は、その翼
状部の基部にプラットフォームが形成されていて、隣接
する動翼の該プラットフォームが互いに当接して、ロー
タの周囲を囲むリングを形成するものである。このよう
な構造の場合、ロック装置はロータの周囲のところで用
いられるのが普通である。米国特許第４，６７６．７２
３号明細書に開示された１つの提案によると、接線方向
のロックビンがロータの周囲に形成された溝と動翼プラ
・ントフォームの下側に形成された溝とに跨がっている
。

米国特許第ｚ、ｓａ７，４ｏｓ号及び第２，８４３，３
５６号並びにスイス特許第３１３，０２７号各明細書に
開示された解決策によると、そのロック板の下側部分は
、ロータの周囲に形成された接線方向のスロット内にあ
り、同ロック板の上側部分は、プラ・ソＩ・フオームの
縁部に形成されたスロット内にある。米国特許第３，２
０２，３９８号明細書に開示された第３の解決策が採用
しているロック板は、ロータの周囲に形成された軸方向
のチャンネル内にあり、同口・ツク板の端部に設けられ
たタブもしくは突起部に特徴を有していて、同タブはプ
ラットフォームの前面又は後面に向かって曲げることが
できる。米国特許第３，００１．．７６０号明細書に開
示された第４の解決策て用いているばねクリップは、そ
の基部が、ロータの周囲に形成された接線方向のスロッ
ト内にあり、その上側部分が、動翼プラットフォームの
縁部に形成され半径方向に整列したスロット内にある。

これ等の解決策のいずれにおいても、隣接する動翼のプ
ラットフォームが当接し協働することによって、単純な
溝もしくはスロット内へのロック装置の保持が可能にな
る。

第２のカテゴリーに属するロック装置は、翼状部の基部
に、当接するプラットフォームがない動翼に適用されて
おり、従って、第２のカテゴリーはロック装置を保持す
るためにプラットフォームに頼ることができない。日本
国の特許に関する公報（Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｐａｔｅｎ
ｔ　Ｎｏ、　５４−１３０７１０）に開示された１つの
解決策によるロック板は、溝の底部に形成された軸方向
のチャンネル内にあり、同ロック板の両端に設けられた
タブもしくは突起部に特徴を有していて、これ等のタブ
は、動翼根部の上流面及び下流面に向かって曲げること
ができる。米国特許第２，７５３，１４９号明細書に開
示された第２の解決策で用いる１本のリベットは、動翼
根部の基部とロータ溝の底部とに形成されて組み合う軸
方向の溝内に配置される。米国特許第３，７５９，６３
３号明細書に開示された第３の解決策は、動翼根部の基
部とロータ溝の底部とに形成されて組み合う半球形の凹
所内に配置されるボールもしくは球体を用いている。米
国特許第４，４６６．７６６号明細書に開示された第４
の解決策は、動翼根部の基部の前方及び後方に形成され
た２つのスロット内に配置される２つの接戦方向のキー
を用いており、同キーは、その両端から延びて根部の側
面に向かって曲げられるタブ状の突起部によって保持さ
れている。

本発明の出願人により製作されているガスタービンにお
ける圧縮機部のロータは、翼状部がプラットフォームを
介在することなく動翼根部から直接始まっている動翼を
用いている。従って、第１のカテゴリーのロック装置で
は、同ロック装置を保持するためにプラットフォームの
協働に依存しているので、第１のカテゴリーのロック装
置を用いることはできない。代わりに、今までは、半径
方向に指向されたばね及びピンによって軸方向の運動を
抑止していた。この解決策においては、ロータ溝の底部
に形成された穴の中にばねを最初に入れてから、ピンを
穴に押し込んてばねの頂部に力をかけてばねを縮めるこ
とにより、動翼を装着している。動翼根部は、溝内に滑
入され、そして根部の底部に形成されたスロットかピン
を越えた時に、ロックされ、これによりばね力でピンを
部分的に穴の外に出しスロッ１〜内に入れる。動翼を引
き抜けるようにピンを半分に剪断するのに十分な軸方向
の力を動翼根部に加えることにより、動翼が除去される
。

しかし、この解決策は幾つかの欠点に苦しんている。第
１に、−旦動翼を溝内に装着すると、ロック装置は隠れ
てしまって見えず、その正確な装着状態を目視により確
認できない。各ロータには１０００を遥かに超える動翼
が存在するので、この欠点は、適切にロックされている
か否か１つ−２を検査することを困難にすると共に時間
のかかるものにする。しかしながら、ロックされていな
い圧縮機動翼が使用中に緩んてくれば、圧縮機の回転し
ている動翼及び静止している静翼に対して相当な損傷を
及ぼすことになり得るし、また、それを修理するまでガ
スタービンを使用できなくなる。先行技術のロック装置
の多くは同様の欠点に苦しんでいる。

第２の欠点は、溝の根部がロータの応力の高い領域にあ
って、穴の存在がこれ等の応力を集中させて、割れの可
能性を増大さぜるために起こる。

第３の欠点は、ロック装置の強度である。後で説明する
ように、ピンは使用中に無くなることが知られており、
その場合、動翼のアンロックになる。

全速運転中、動翼は動翼列を横断する方向の圧力上昇に
よって軸方向前方に押される。動翼にかかる遠心力は非
常に大きい。従って、動翼根部が前方に滑動するのを防
止するのに十分な摩擦抵抗が動翼根部に働く。しかし、
ガスタービンが停止する時、そのロータは、直ぐ停止で
きるわけではなく、高温のロータに重力による湾曲が生
じると、次の始動中に高振動か起きるので、湾曲を防止
するのに十分なほどロータが冷却するまで、ロータを低
速て回転させておくのが普通である。この冷却期間は数
日のオーダーである。冷却期間中、圧ａ機シリンタ内の
温度分布が一様でないために、回転している動翼の先端
がシリンダに接触して、動翼先端の擦つとして知られて
いる現象を生じさせ、シリンダに変形が起きることがあ
る。空気が圧縮されるように空気の流路面積を減少させ
るため、圧縮機シリンダは下流側に進むほど若干狭くな
っているのて、先端の擦りは動翼を上流側Ｉ＼押す軸方
向の力を起こすことになる。冷却期間中、動翼に作用す
る遠心力は実質的にないので、溝内での滑動に対しては
摩擦抵抗は殆とない。その結果、先端の擦りによる軸方
向の力がピンに伝えられる。しかし、前述のように、ロ
ータの溝に形成された穴又は動翼根部に形成されたメロ
１１畳それ等の中にピンがある）を損傷することなく動
翼を除去できるように、ピンは剪断が可能なほど十分に
弱くなければならない。従って、先端の擦りが激しけれ
ば、ピンが半分に剪断される結果となり、従って、動翼
はアンロックされる。前述のように、アンロックされた
動翼は圧縮機に大きな損傷を生じさせることになる。

この第３の欠点は、動翼に作用する振動による負荷の結
果として動翼根部又はロータ溝に生じるフレッチング疲
労による割れを避けるために、最近設計された圧縮機に
おいては、動翼根部を潤滑剤て被覆する必要性があるの
で、同圧縮機に屡々見られる。潤滑剤による被覆は、根
部と溝との間の摩擦係数を減少させるので、ロックピン
を剪断するのに必要な先端の擦りの激しさを減少させる
。

第２のカテゴリーに属するものとして上に述べたその他
のロック装置、即ち動翼がプラットフォームに当接する
という特徴を有していないロータに適用可能なその他の
ロック装置は、先端の擦りにより招来される大きな軸方
向の力に耐えるロック装置の能力における同様の制限に
苦しんでいる。

最後に、上述したような米国特許第４，６７６．７２３
号、第４，６７６．７２３号及び第４，６７６．７２３
号明細書、スイス国特許第３１３，０２７号明細書並び
に日本国の特許に関する昭５４−１．３０７１０号公報
等に開示された先行技術で用いられているロック装置の
多くは、最後に装着される動翼が特別の形式のものであ
ることを必要としている。このような必要性は、工場に
保管もしくはストックしておかねばならない動翼の量を
増加させるので、避けるべきである。

従って、プラットフォームに当接しない形式の側入式動
翼をロックするための装置としては、同ロック装置の目
視検査が可能であり、ロック作用を喪失することなく大
きな軸方向の力に耐えることができ、そして動翼又はロ
ータを損傷することなく動翼を除去可能なことが望まし
い。

九匪例見Ｉ 従って、本発明の目的は一般的には、側入式動翼をロッ
クするための装置を提供することである。

また、本発明の目的は具体的には、プラットフォームに
当接しない側入式動翼をロックするための装置を提供す
ることである。

本発明の目的は、目視検査が可能であり、ロック作用を
喪失することなく大きな軸方向の力に耐えることができ
、動翼又はロータを損傷することなく動翼を除去可能で
あり、そして動翼のどれでも特別な形式のものであるこ
とを必要としないロック装置を提供することである。

この目的は、周辺の回りに離間してほぼ軸方向に延びる
複数の溝を有し、該溝の中に動翼が保持されるロータに
おいて、達成される。本発明によると、横断面が逆Ｔ字
形に形成されて円周方向に延びるスロットがロータ周辺
に設けられ、弓状のロック装置は各対の隣接する溝間の
該スロット内に配設される。ロック装置の端部にあるキ
ーが動翼の柄部にある切欠きに係合することにより、軸
方向の運動が防止される。キーの脱出は隣接する動翼根
部の柄部によって防止される。ピッチ幅が広い動翼を有
するロータにおいては、弓状のスペーサがロック装置に
隣接する円周方向のスロ・ント内に挿入され、ロック装
置と隣接する動翼根部の柄部との間のスロット部分に跨
る。

本発明の重要な側面によると、最後に装着された動翼を
ロックするために、変形可能な突起部を有する、２部品
からなる特別なロック装置が使用されている。従って、
最後の動翼は通常の形式のものでよい。

ｔ　　　の；日 同一部材を同一数字です図面を参照すると、第１図には
、ガスタービンで使用されるような軸流圧縮機が示され
ており、この圧縮機で圧縮されている流体の流れの方向
が矢印で表されている。圧縮機はシリンダ２０を備えて
おり、同シリンダ２０内には中央にロータが配置されて
いる。このロータの軸２６には、複数の動翼ディスク２
４が軸方向に離間して設けられている。最初の動翼ディ
スクについて第２図に代表的に示すように、複数の動翼
２２がディスク２４の周囲に列状に取着されていて、各
動翼列がシリンダ２０内で軸と共に回転する。従って、
各動翼の先端とシリンダ２０の内面との間には半径方向
に僅かな隙間２１が存在する。また、シリンダの内面に
は複数の静翼２８が列状に取着されており、同静翼２８
の列は、第１図に示すように動翼２２の列の間に配設さ
れている。

第３図に示すように、各動翼２２は、翼状部３０と根部
３４とを有し、翼状部３０は根部３４から直ちに延びて
いて、動翼の基部には台部もしくはプラットフォームは
ない。根部の上側部分は、はぼ軸方向に延びる第１及び
第２の側辺もしくは側面３２．３３を有する柄部４７を
形成している。根部３４の寸法及び形状は、第４図に示
すようにディスク２４の周囲に離間して設けられた軸方
向に延びる溝３８の寸法及び形状にぴったり適合してい
る。各動翼２２は、その根部３４を第５図に示すように
それぞれの溝３８内に滑入させることによって、ディス
ク内に保持される。

運転中には、動翼が回転される結果、該動翼には、遠心
力により半径方向に作用する力がかかり、また、生じる
空気流のために動翼に作用する空気力学的な力により接
線方向の力がかかる。しかし、根部及び溝の寸法と形状
とがぴったり適合しているために、動翼が半径方向及び
接線方向に運動することは防止されている。また、動翼
列を横断する方向の圧力上昇のために比較的に小さな軸
力が動翼に作用し、これにより、動翼は軸方向前方に押
される。この軸力は、動翼に作用する遠心力の結果とし
て根部及び講の接触面間に発生する摩擦力によって相殺
される。従って、軸方向の運動は起きない。しかし、前
述したような冷却期間中のように、ロータを非常に低速
で回転させている時には、加工公差のために必要な根部
及び温間の僅かな隙間の存在により、動翼が側面方向に
振れる。

従って、動翼が側面方向に振れるにつれて溝外に漸次移
動するのを防止するために、動翼を軸方向に保持即ちロ
ックする必要がある。前に説明したように、冷却期間中
のシリンダの熱変形により半径方向の隙間２１がなくな
るため、翼状部の先端がシリンダの内面を擦るようにな
る。第１図に示すようにシリンダは後方に進むにつれて
直径か縮小するので、上述の″擦り°′により大きな軸
方向の力が発生し、これが動翼に作用する。従って、口
・ンク装置は大きな軸方向の力に耐えうるちのてなけれ
ばならない。

本発明によれば、第３図に示すように、根部の柄部４７
の側面３２に切欠きもしくはキー溝３６を加工すると共
に、第４図に示すように、ディスクＺ４の周囲に円周方
向のスロット（規制手段）４２をその一部が隣接する溝
３８間に形成されるように加工することによって、上述
のようなロックを可能にしている。スロワ１〜は、逆Ｔ
字形の断面形状を有しているか、ロック装置の保持を容
易にするためにスロワ１への基部における幅かスロット
の周囲における幅よりも太きけれは、その他の適当な形
状を有することができる。弧状部材からなるロック装置
は各根部について設けられ、その−例が第７図に符号４
０て表されている。ロック装置（規制手段）４０の中央
部４８の外面の曲率半径はディスク周囲の曲率半径に適
合しているのて、第５図に示したように装着した場合、
空気力学的に滑らかな表面が得られる。ロック装着４０
の一端に形成されたキー４４は、動翼根部にあるキー溝
３６に挿入可能である。

ロック装置の断面形状は円周方向のスロ・ｙトル２と同
様てあり、また、第８図に示すようにロック装置の側面
４１から延ひる突出レール部４６は、スロワ１〜４２と
組み合ってロック装置に働く遠心力を支持すると共に半
径方向の運動を抑止する。

これ等の動翼は次々とロータに装着されロックされる５
即ち、１つの動翼の根部が溝内に滑入され、そして１つ
のロック装置４０が、キー溝３６を有する根部柄部の側
面３２に隣接する空きのスロワ１〜内に挿入される。第
７図に示ずレール部４６の長さ４９は、溝３８の上側部
分の幅３７（第４図）よりも小さい。従って、ロック装
置をスロット内に挿入し円周方向に滑動させて溝内に入
れ、そのキー４４を第５図及び第６図に示すように根部
のキー溝３６に係合させることができる。その後、次の
動翼を前述した溝に隣接する溝内に装着し、最後の動翼
以外の全ての動翼が装着されるまで上述の手順を繰り返
す。各ロック装置４０は、その端部５４が第６図に示す
ように次の動翼根部の側面３３に当接するように、ロッ
クされた動翼のキー溝から隣接する動翼根部まで延びて
いる。従って、円周方向へのロック装置の運動を抑止す
ることによって、キーが外れることを防止している。

本発明の重要な特徴によると、最後の動翼を装着するた
めに、第１２図に示した特別なロック装置５６及びスペ
ーサ５８が使用される。特別なロック装置５６は、上に
述べたロック装置４０より短い点と、キー４４の反対側
の端部から延びる変形可能な突起部６０を有する点とを
除いて、ロック装置４０に類似している。変形可能な突
起部６０の幅は、ロック装置５６の中央部４８の厚さの
約半分である。スペーサ５８は、その中央部５３の対向
する端部側に位置付けられた同様の突起部６１を有する
。第１１図に示す最後の動翼６２を挿入する前に、スペ
ーサ５８を最後の溝に入れて円周方向のスロット４２に
滑入すると、突起部６１とは反対側のスペーサ５８の端
部は最初に装着された動翼６４の柄部の側面３３に当接
する。次に、特別のロック装置をスロット内に滑入させ
て、突起部６０及び６１が互いを越えて滑動するように
する。この状態では、特別のロック装置及びスペーサの
合計の長さは、最後の動翼６２の柄部と最初の動翼６４
の柄部との間の距離よりも短いので、最後の動翼６２は
最後の溝内に滑入てきる。次にロック装置を最後の動翼
に向かって滑動させれば、そのキーが最後の動翼にある
キー溝に係合すると共に、突起部６０及び６１は軸方向
の後方及び前方にそれぞれ湾曲もしくは変形し、互いに
当接する。この時には、特別のロック装置及びスペーサ
の合計の長さは、最後の動翼にあるキー溝と最初の動翼
の柄部との間の距離にほぼ等しいので、円周方向へのロ
ック装置の運動が抑止されることによってロック装置の
外れが防止される。

キー溝３６内へのキー４４の挿入を容易に目視てきるの
で、ロック装置が適切に装着されたか否か簡単に検査で
きる。また、ロック装置の強度、従ってロック装置が軸
方向の力に耐えうる能力は、キー４４の太さを増すこと
によって、必要に応じて大きくすることができる。更に
、最後の動翼も他のものと同様にしっかりロックされる
ので、最後の動翼に対して特別な改変を行う必要は全く
なく、在庫管理の要件が簡略化される。最後の動翼をロ
ックするのに使用された特別のロック装置とスペーサに
ある変形可能の突起部を曲けて戻し、上述の装着手順を
逆に遂行すれば、容易に分解することができる。従って
、動翼を除去するためにキーを破断もしくは切断しなけ
ればならないという従来の技術のように、そのためにロ
ック装置の強度が制限されることはない。

前述のロック装置４０は、間隔が詰まっている羽根もし
くは翼、即ち第６図に示すように隣接する翼間の円周方
向の距離が小さい翼に最も都合よく役に立つ。第９図に
示した翼のように翼の間隔が広い時には、隣接する翼間
の円周方向の間隔は大きくなり、その結果、ロック装置
の中央部４８の長さも大きくならざるを得ない。そのた
め、レール部４６に働く遠心力が増す。しかし、前に述
べたように、ロック装置の挿入を許容するために、レー
ル部４６の長さ４９は溝の上側部分の幅３７に制限され
ている。従って、レール部４６の長さがロック装置に作
用する遠心力を支持するには不十分となる事態が生ずる
かも知れない。、本発明の実施例によれば、この問題は
、第１０図に示すロック装置５０及びスペーサ５２を使
用して解決される。第９図に示すように、スペーサは円
周方向のスロット内に配置され、同スペーサ５２の一端
がロック装置に当接し他端が隣接する動翼根部の柄部に
当接する。従って、円周方向のスロットをロック装置と
隣接する動翼根部との間に跨らすことによって、前のよ
うに円周方向のロック装置の運動を抑止して、キーが外
れることを防止する。このようにロック装置を２つの部
材に分けることによって、レール部の長さは、それ等に
作用する力を支持するのには十分に長く、且つ溝の上側
部分内に挿入するのには十分に短くすることができる。

本発明をガスタービンの軸流圧縮機に適用するものとし
て説明してきたが、本発明は、個人式の動翼に特徴があ
る任意のロータに実施可能である。

上述の記載から考えて、本発明の種々の改変及び変形が
可能である。従って、本発明は、上述の実施例以外に、
特許請求の範囲内で実施可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ロータと圧縮機のシリンダとを示す、軸流圧
縮機の長手方向の断面図、第２図は、動翼列を示す、第
１図の■−■線に沿う断面図、第３図は、本発明に従っ
て根部の柄部に形成された切欠きを示す、動翼の斜視図
、第４図は、本発明による円周方向のスロットを示す、
ロータディスクの円周の一部の斜視図、第５図は、第４
図のディスクに装着された本発明に従って第３図に示す
ようにロックされた圧縮機動翼を示す斜視図、第６図は
、本発明に従ってロックされた小さいピッチで配設され
た２つの動翼を示す、第４図のディスクの周辺の一部の
平面図、第７図は、本発明に従って小さいピッチで配設
された動翼と一緒に使用するのに適するロック装置の斜
視図、第８図は、第７図に示したロック装置の垂直断面
図、第９図は、本発明に従ってロックされた大きいピッ
チで配設された２つの動翼を示す、第４図のディスクの
周辺の一部の平面図、第１０図は、本発明に従って大き
いピッチで配設された動翼と一緒に使用するのに適する
ロック装置及びスペーサの斜視図、第１１図は、最後に
装着された動翼を本発明に従ってロックする仕方を説明
するためのディスクの周辺の一部の平面図、第１２図は
、最後の動翼をロツりするための第１１図に示したロッ
ク装置及びスペーサの平面図である。 ２２・・動翼　　　　　　３０・翼状部３２・・第１の
側辺　　　３３・・・第２の側辺３４・・・根部　　　
　　　３８・・渦４０・・ロック装置（規制手段） ４２・・・スロット（規制手段） ５０・・・ロック装置（規制手段〉 ５６・・・ロック装置（規制手段） 出願人　　ウェスチングハウス・エレクｌ〜リック・コ
ーポレーション ＦＩＧ、　８ ＦＩＧ、　９ ＦＬＧ、ＩＣ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ロータであって、 （ａ）該ロータの周囲の周りに１列となって離間して設
   けられ、実質的に軸方向に延びる複数の溝と、 （ｂ）該溝の各々について設けられた動翼であって、各
   動翼が、根部と、該根部から直接延びる翼状部とを有し
   、実質的に軸方向に延びる第１の側辺及び第２の側辺を
   有する前記根部の各々が、前記溝が延びる軸方向を除く
   全ての方向への前記動翼の相対的運動を規制するような
   態様で前記溝内に滑入することによって前記ロータに装
   着されるようになっている、前記動翼と、 （ｃ）前記ロータの周囲に配置されて、前記溝内におけ
   る前記動翼の軸方向の運動を規制する規制手段と、 を備える、ロータ。