JPH0772486B2 - 羽根付ターボマシンホイール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内部に軸方向に開口
し、羽根の脚部を収める開口部を持つ環状周辺クラウン
ギアを含むロータ上に、複数の羽根を備えた、羽根付タ
ーボマシンホイールに係る。

【０００２】

【従来の技術】この種の羽根付ターボマシンホイールに
おいて、各々の羽根は、その開口部で半径方向に固定さ
れ、遠心力効果に抵抗するため、開口部はロータ軸と平
行に羽根脚部と噛み合うような相互補完的形体が施さ
れ、各々の羽根脚部は、半径方向で、いわゆる“モミの
木”のような歯状の断面を呈する。

【０００３】各々の羽根脚部は、その対応する開口部
に、２枚の環状側板で軸方向に固定され、この環状側板
は、双方ともロータの対応側面に配置され、この環状側
板により少なくとも部分的には羽根脚部開口部の先端を
塞ぎ、これら開口部を閉じて蓋をする機能を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようなターボマシ
ンホイールの設計、特に飛行機やヘリコプタのターボマ
シンホイールの設計においては、あらゆる振動、殊に前
記適用例において達成される高速度回転による遠心力効
果の下では、タービンの羽根または翼のできるだけ完全
な位置の保持を保証することが当然必要である。従っ
て、蓋の形をした側板がタービンに不可欠の機能を保証
し、側板は、羽根付ロータ上に、正確で高い信頼度をも
って直接または間接的に固定されなければならない。

【０００５】このため、側板固定手段は、その重量をで
きる限り最小にする必要がある。また、例えばボルト、
ピン、ナットなどのあらゆるねじ状の固定手段は取り除
く必要がある。これらの固定手段は、特に重量があり、
振動効果の下で分解事故を起こす危険が大きいからであ
る。

【０００６】同様に、固定手段は、最良条件でその機能
を保証し続ける必要がある。ターボマシンの諸機構は大
きな温度衝撃に晒されるものであり、ターボマシンの種
々の動作温度に応じて要求される高い信頼度が必要であ
る。

【０００７】本発明は、従って、上記条件のうち１つま
たは複数を満たす、羽根脚部を軸方向固定側板の固定手
段を備えたターボマシンホイールの設計を提示するもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的のため、本発明
によるターボマシンホイールは、第１側板がバヨネット
式で、その突起部は側板上に形成され、ロータの環状ク
ラウンギア上に切り込みがなされ、その先端部は、羽根
脚部を収める開口部横断内面に通じることを特徴とす
る。

【０００９】本発明のその他の特徴によれば、各々の切
り込みは、ロータの環状周辺クラウンギア円筒外面上の
半径方向の溝の１部分であり、バヨネット式固定具であ
る各々の突起は、ロータの軸方向に半径方向に伸びる先
端リブを持ち、このリブは溝に嵌め込まれ、連結リブが
先端リブを側板に連結する；この第１側板は、その１側
面から軸方向に突出したセンタリング用リングを含み、
これと協働すべく、ロータに向き合う第１側面内に対応
センタリング部分が形成される；第２側板は、平らな環
状部分を含み、これはロータに向き合う第２側面内の対
応平面部分によって軸方向に支えられているが、これら
２つの平面環状部分は、ロータ軸に向かい半径方向に、
ディスク部分形状で軸締め付けリングにより互いに締め
付け保持される２枚の内部の薄板により境界付けられ
る；２つのディスクに向き合う２外側面は、各々異なる
角度の円錐表面の部分をなし、締め付けリングは弾力的
に変形可能で、前記円錐表面に適合するＶ型切断面の外
部の溝を持ち、締め付けリングは前記環状支持平面部分
への軸方向締め付けを与えるよう半径方向にプレストレ
スを加えてあり；第２側板は、その一側面から軸方向か
ら軸方向に突出するセンタリング用リングを持ち、これ
に対応するロータ上に形成されたセンタリング部分と協
働する。ロータに対する第２側板の回転の固定方法が予
定されている；そして、この固定方法は、例えば、側板
の側面から軸方向に突出する、少なくとも１つの足を持
ち、羽根のうちの１つの対応部分と協働して、ロータに
対する側板の回転を阻止するよう構成し得る。

【００１０】以下の詳細な説明は、例示・非限定的に添
付図面を照らし合わせて行われ、本発明がいかに実用化
され得るかを理解する助けとなる。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の情報通り実現された方法に
より固定された２側板を持つ羽根付ターボマシンホイー
ルの一実施例を軸に沿って切断した図の半分である。

【００１２】図２は、図１に示されるホイールを拡大
し、分解した部分的斜視図であり、羽根とこれが収まる
ロータ、そして定位置に固定すべき側板が示されてい
る。

【００１３】これらの図により、本質的には、回転軸を
Ｘ−Ｘとするロータ１０と、羽根１２によって構成され
るターボマシンホイールまたはディスクの一例が示され
る。

【００１４】ロータ１０は、軸心１４を形成する中心部
を含み、この軸心は、半径方向外側に向かって伸び、く
びれた中間部分１６に続き、周辺環状円筒１８となる。

【００１５】周辺クラウンギア１８は、羽根１２の脚部
２２が収まる一連の開口部２０を含む。

【００１６】開口部２０と脚部２２の横断面は、相互補
完的な“モミの木”状を示す。

【００１７】タービン設計上通常使用されるこのような
凹凸による噛み合わせ構造はロータ１０上の羽根１２の
正確な位置調整を可能とし、モミの木状の歯面に蓄えら
れる遠心力による応力に対抗し、半径方向の固定化を可
能とする。

【００１８】各々の開口部２０は軸方向に開口し、すな
わちロータ１０上の周辺クラウンギアの２側面２４，２
６に開口する。

【００１９】当然知られることとして、各々の羽根１２
の組み立ては、対応する開口部２０に軸方向に脚部２２
を導入して行う。

【００２０】次に、脚部２２の開口部２０への軸方向固
定手段について示す。

【００２１】羽根１２は蓋状の第１の側板２８と、蓋状
の第２の側板３０により、軸方向に固定される。

【００２２】図に示される設計では、ターボマシン内の
液体流動方向を参照すれば、側板２８は上流側板で、側
板３０は下流側板となる。

【００２３】側板２８の、クラウンギア１８の側面２４
への固定は、バヨネット式固定具によりなされ、これ
は、ロータの第１側面２４と協働する側板２８の側面３
４上に形成される一連の突起３２として構成される。

【００２４】各々の突起３２は、軸切断面では、逆Ｌ字
型を呈し、半径方向、ロータ軸Ｘ−Ｘ方向に伸びる先端
リブ３６を持つ。先端リブ３６は、軸とほぼ平行の継手
３８により、側板の側面上で連結される。

【００２５】バヨネット式固定具の切り込みは、クラウ
ンギア１８の周辺円筒外面４２上の半径方向の溝４０に
より形成される。

【００２６】溝４０の切断面は、突起の先端リブが収ま
るよう予定され、先端リブは、羽根脚部２０の収容され
る開口部内壁面に通じる溝４０の先端開口部４４から導
かれる。

【００２７】バヨネット式固定具の従来の設計によれ
ば、側板２８の組み立ては、ロータ１０に対する側板２
８の回転を促し、突起３２を溝４０に嵌め込み、先端リ
ブ３６に対応する形体のおかげで、側板のクラウンギア
第１側面への軸方向の締め付けをもたらすことでなされ
る。

【００２８】側板２８は、内部方向に伸び、つまり、図
１によれば、羽根脚部のレベル以下に伸び、部位４６と
なり、この上に冷却用ファン４８が形成され、これは半
径面に伸び、またはこの面と角度を持たせることもでき
る。

【００２９】ファン４８は、側面３４からディスク１０
の方向に軸方向に突出する環状部分として形成されたセ
ンタリング用リング５０により、外部半径方向の縁を形
作り、ディスクのくびれた部分１６のこれを補足する形
体部分５２と協働する。このようにして、ロータ上への
側板２８の組立て時に、ロータ１０に対する側板２８の
センタリングを保証することができる。

【００３０】側板２８の側面３４は、また、軸方向に突
出する環状の縁５４を含み、クラウンギア１８の第１側
面２４と、羽根１２脚部２２の軸方向先端面とを支えと
する。

【００３１】次に説明するように、側板２８の、ロータ
１０に対する回転は、羽根脚部２２により固定され、組
立後は、これにより溝４０の突起３２、導入開口部４４
は塞がり、従って側板２８のあらゆる分解事故を防ぐこ
とができる。

【００３２】下流第２側板３０は、クラウンギア１８の
第２側面２６に面した側面６０上に、羽根１２の対応面
部分部分に接する上部支持縁６２を含む。

【００３３】ロータ１０上への側板３０の固定は、次の
方法で行われる。

【００３４】２つの環状支持部分６４，６６がそれぞ
れ、クラウンギア１８と側板３０の２つの延長部６８と
７０上に形成される。

【００３５】延長部６８と７０の各々は、ロータの軸Ｘ
−Ｘに向かって半径方向に伸びるディスクの王冠の形体
をした部分である。

【００３６】ディスク６８と７０の外部側面７２と７４
は、隣り合った角度を持つ円錐表面の部分で、図１に示
される組立て後は、全体でほぼＶ型の外形を呈する。

【００３７】ディスク状部分６８と７０は、軸締め付け
リング７８の外部半径方向の溝７６に収められる。

【００３８】溝７６は、同様に、軸切断面で、面７２及
び７４の形体を補足するＶ型の断面を呈する。

【００３９】溝７６は、部分６８及び７０の内側半径方
向の縁が溝７６の底につかえない程度の十分の深さを持
つ。

【００４０】締め付けリング７８は、シリンダの内部半
径方向の溝を上っていく弾力リングの様に、弾力的に変
形可能な開かれたリングである。

【００４１】リングは、部分６８及び７０上に組み立て
られ、弾力的にプレストレスを施される。すなわち、平
面支持部分６４及び６６の軸方向締め付け効果を、溝７
６の傾いた歯面と円錐部分７２及び７４とのコーナー効
果と相俟って保証するように、増加する内部応力に従っ
て、半径を増大されるようなプレストレスである。

【００４２】側板３０のロータ１０に対するセンタリン
グは、突出環状部分８０により行われ、この部分は、ロ
ータの対応する溝８２に収まる。

【００４３】側板３０のロータ１０に対する回転を固定
するため、側板３０の側面６０は１または複数の軸方向
ロータに向かって突出する足を持ち、これと対応する羽
根１２の部分と協働する。

【００４４】本発明の情報に従ったターボマシンホイー
ルの組み立ては、次のようになされる。

【００４５】操作者は、まず、バヨネット式固定具を使
って上流側板２８を組み立てる。Ｎは羽根１２の数とし
て、２π／２Ｎラジアンの角度で、突起３２を溝４０に
導入することができる。

【００４６】この操作が終了した後、側板２８を軸方向
に固定し、ロータ１０に対して中心が決定される。

【００４７】次に、操作者は、羽根１２の脚部２２を開
口部２０に導入する。これにより、溝４０の先端開口部
４４が塞がれ、側板２８全体の分解が防げる。

【００４８】そして、下流側板３０の中心を合わせ、ロ
ータ１０の第２側面２６に被せ、締め付けリング７８を
取付けて、軸方向に固定する。

【００４９】これらの操作が終われば、羽根１２の脚部
２２を、蓋の形をした２つの側板２８，３０で軸方向に
固定し、これら側板が開口部２０の先端部分を塞ぐ。

【００５０】機能的には、ターボマシンホイールが高速
度で回転すると、第１側板の分解事故はバヨネット式組
み立てのため起こり得ず、リング７８にかかる遠心力は
下流第２側板３０をロータ１０の側面に軸方向に締め付
ける力を増加させる結果となる。

【００５１】図１に示されるように、上流・下流２つの
側板２８，３０は、空気の流れの方に軸方向に延長し、
ターボマシン内の機密性を高める。

【００５２】冷空用内部サーキュラを備えたタービン羽
根の場合は、上流側板２８内の圧縮冷気は、センタリン
グ用リング５０付近に設けられた通路を通ることができ
る。圧縮冷気は、それから羽根の上流部に設けた小孔ま
たは羽根の下部を通ってタービンの羽根を通過する。羽
根の下部を通る場合、各々の羽根のもみの木状の最後の
歯の部分に通路を設ける必要がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る羽根付ターボマシンホイールの一
実施例を示す要部断面図である。

【図２】図１に示すターボマシンホイールの拡大分解斜
視図である。

【符号の説明】

１０ ロータ １２ 羽根 １４ 軸心 １６ ディスクく
びれ １８ 環状周辺クラウンギア ２０ 開口部 ２２ 脚部 ２４，２６ クラ
ウンギア側面 ２５ 相互補完的凹凸体 ２８，３０ 側板 ３２ 突起 ３４ 側板側面 ３６ 先端リブ ３８ 継手 ４０，７６ 溝 ４４ 先端開口部 ４６ 部位 ４８ 冷却用ファ
ン ５０，８０ センタリング用リング ５２ 形体部分 ５４ 環状縁 ６０ ２６側面 ６２ 上部支持縁 ６４，６６ 支持
環状部分 ６８，７０ ディスク ７２，７４ 外側
面 ７８ 締め付けリング ８２ センタリン
グ部分 ８３ 足

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の羽根（１２）はロータ（１０）上
   に備えられ、ロータは環状周辺クラウンギア（１８）を
   含み、その内部には、軸方向に開口し、各々の羽根の脚
   部（２２）を収める開口部（２０）を持ち、羽根（１
   ２）脚部（２２）は、開口部と相互補完的凹凸形体（２
   ５）と協働し、半径方向に収まり、そこで軸方向にロー
   タの向かい合う２側面（２４，２６）を２つの側板（２
   ８，３０）でそれぞれ固定し、これにより少なくとも部
   分的には、羽根（１２）脚部（２２）の開口部（２０）
   両端は軸方向に塞がれる、羽根（１２）付ターボマシン
   ホイールで、第１側板（２８）は、ロータ（１０）にバ
   ヨネット式で固定され、その突起（３２）は側板（２
   ８）上に形成され、ロータ（１０）の環状クラウンギア
   （１８）に形成された切り込み（４０）に嵌め込まれ、
   突起（３２）の嵌め込まれる先端開口部（４４）は羽根
   （１２）の脚部開口部（２０）の内壁面に通じることを
   特徴とする羽根付ターボマシンホイール。
2. 【請求項２】 各々の切り込みがロータ（１０）の環状
   クラウンギア（１８）の円筒外表面（４２）に形成され
   た半径方向の溝（４０）の一部分であり、各々の突起
   （３２）はロータの軸（Ｘ−Ｘ）に向かって半径方向に
   伸びる先端リブ（３６）を持ち、これは溝（４０）に嵌
   め込まれ、継手リブ（３８）が先端リブを側板（２８）
   に連結することを特徴とする請求項１記載のターボマシ
   ンホイール。
3. 【請求項３】 第１側板（２８）は、その１側面（３
   ４）から軸方向に突出するセンタリング用リング（５
   ０）を持ち、これと協働すべく、ロータ（１０）に向き
   合う第１側面にこれに対応するセンタリング部分（５
   ２）が形成されていることを特徴とする請求項１または
   ２記載のターボマシンホイール。
4. 【請求項４】 第２側板（３０）は、平面環状部分（６
   ６）を持ち、これはロータ（１０）に向き合う第２側面
   の対応平面部分（６４）に対し軸方向に支えられ、これ
   らの２つの平面環状部分（６４，６６）は、半径方向ロ
   ータ軸に向かって、ディスク部分の形状（６８，７０）
   をした、締め付けリングでお互いに締め付け保持されて
   いる２枚の薄板と境界をなすことを特徴とする請求項１
   〜３のいずれかに記載のターボマシンホイール。
5. 【請求項５】 向き合う外側面（７２，７４）とディス
   クの２部分が各々の角度を持った円錐表面で、締め付け
   リング（７８）が、前記円錐表面と相互補完的なＶ型切
   断面の外部半径方向の溝を持ち、弾力性のある変形可能
   な開かれたリングで、締め付けリングは、前記支持環状
   部分（６４，６６）に軸方向に締め付ける力を加えるた
   めプレストレスが半径方向に与えられていることを特徴
   とする請求項４記載のターボマシンホイール。
6. 【請求項６】 第２側板（３０）が、その１側面（６
   ０）から軸方向に突出するセンタリング用リング（８
   ０）を持ち、これと協働すべく、ロータに向き合う第２
   側面内に対応センタリング部分（８２）が形成されてい
   ることを特徴とする請求項４または５記載のターボマシ
   ンホイール。
7. 【請求項７】 ロータ（１０）に対する第２側板（３
   ０）の回転固定方法が予定されている請求項４〜６のい
   ずれかに記載のターボマシンホイール。
8. 【請求項８】 当該回転固定方法には、側板（３０）か
   ら軸方向に突出する少なくとも１つの足（８３）を持
   ち、この足が、ロータ（１０）に対する側板（３０）の
   回転を防ぐため、羽根の１つの対応部分と協働すること
   を特徴とする請求項７記載のターボマシンホイール。