JPH11247616A - ガスタービンエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】流量が多いガスタービンエンジの運転時におけ
る翼の移動脱落を確実に防止するとともに、取付部にお
ける上下流間のシール性能を確保する。 【解決手段】ロータディスクの上流側面または下流側面
に円周方向の溝を設け、圧縮機動翼ダブテール部とロー
タディスク取付溝の上下流面を覆うことが可能なシール
プレートをロータディスクの側面に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスタービンエンジ
ンに関し、特に流体力、振動等による圧縮機動翼のロー
タディスクからの移動や脱落を防止する取付構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンエンジンの圧縮機動翼のロ
ータディスクへの取付は、通常、ロータディスクの外周
部の軸方向または周方向に設けた動翼の嵌合溝に圧縮機
動翼の取付部を植え込むことにより行い、回転による遠
心力を支える構造となっている。また、取付溝に沿う方
向に対しては、遠心力ほどの大きな力は作用しないが、
流体力による軸方向の力や振動による力などが作用する
ため、ガスタービン運転時に圧縮機動翼が嵌合溝より抜
け出す可能性があり適切な抜け止めが必要となる。

【０００３】従来、翼の抜け止めを主とした取付構造に
関しては、「ジェットエンジン（構造編） （p .74〜7
5）（社団法人 日本航空技術協会、1991/5/20）」に記
載されている。これには、圧縮機動翼取付部底部にリテ
イナを差し込んでロータディスクに固定するダブテール
ロック方式や、翼とロータディスクをピンで固定するピ
ンジョイント方式などが示されている。これらは主とし
て流量が小さく、翼に作用する流体力が比較的小さいジ
ェットエンジンに用いられることが多い方法である。

【０００４】また、特開平2-153203号公報に示される従
来技術では、ロータディスク及び圧縮機動翼のダブテー
ル部の外周に円周方向に溝を設け、両者の位置を合わせ
てキーを挿入することにより抜けを防止している。ま
た、特開平7-26905号公報の従来技術では、ロータディ
スクの側面に円周方向に溝を設け、その溝に翼保持具を
通して動翼のダブテール端面を固定することにより抜け
を防止することを可能としている。後者二つの従来技術
は前記のダブテールロック方式やピンジョイント方式と
比べて保持力が強く、激しい振動を受けても相互に外れ
ることがなくより確実な抜け止めが実現できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記技
術は圧縮機動翼のロータディスクからの抜け止めは可能
となるが、以下の課題を残している。すなわち、ダブテ
ールロック方式、ピンジョイント方式は比較的簡単に翼
の着脱ができ、流量が小さく、翼に作用する流体力が比
較的小さいジェットエンジンに対しては適しているが、
流量が大きく、翼に作用する流体力が大きい産業用ガス
タービンに対しては抜け止めとして信頼性に欠ける。ま
た、特開平2-153203号公報の技術は、流体力が大きな動
翼においても抜け止めとしては有効であるが、嵌合部の
動翼ダブテール底とロータディスクの取付溝間に間隙が
存在し、間隙を通じて空気の逆流が生じるため、シール
性能の確保が困難となり効率の低下をもたらす。上記従
来技術では、このシール性能に対する配慮が不十分であ
った。

【０００６】本発明は、ガスタービンエンジンにおける
圧縮機動翼のロータディスクからの抜け止め構造に関し
て、特に流量が大きく、大きい流体力を受けるガスター
ビンエンジンの翼の運転時における翼の移動脱落を確実
に防止するとともに、取付部における上下流間のシール
性能を確保することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明のガスタービンエンジンは、ロータディス
クと、前記ロータディスクの外周面に前記ロータディス
クの回転軸方向に形成された複数の第１の溝と、前記第
１の溝に嵌合され前記ロータディスクと共に回転する翼
とを備えたガスタービンエンジンにおいて以下の構成を
備えたことを特徴とする。

【０００８】（１）：前記ロータディスクの側面には前
記第１の溝による開口部が形成されており、前記開口部
が前記ロータディスクの側面に設けられた第２の溝によ
って支持された板状部材で覆われていること。

【０００９】（２）：前記ロータディスクの側面には前
記第１の溝による開口部が形成されており、前記開口部
が前記ロータディスクの側面に設けられた第２の溝によ
って支持された板状部材で覆われており、前記第２の溝
は前記ロータディスクの外周と同心円状に形成された前
記板状部材の２辺を嵌合するように形成された溝であ
り、前記第２の溝には前記板状部材の挿入口が形成され
ていること。

【００１０】（３）：（１）または（２）において、前
記板状部材は複数あり、前記板状部材同士は面接触した
状態で前記ロータディスクの側面に支持されており、前
記複数の板状部材のうち少なくとも一対は円周方向に沿
う面で接触していること。

【００１１】（４）：（１）乃至（３）のいづれかにお
いて、前記板状部材は複数あり、前記板状部材同士は面
接触した状態で前記ロータディスクの側面に支持されて
おり、前記ロータディスクの側面は全面が前記板状部材
で覆われていること。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の一実
施例について説明する。◆図２にガスタービンの一般的
な構造断面図を示す。ガスタービンは基本的に圧縮機3
6、燃焼器37およびタービン38から構成されている。圧
縮機36は大気からガスパス39へ吸い込んだ空気を断熱圧
縮し、燃焼器37は圧縮機36から供給された圧縮空気に燃
料を混合し燃焼することで高温高圧のガスを生成し、そ
してタービン38は燃焼器36から導入した燃焼ガスの膨張
の際に回転動力を発生する。タービンからの排気は大気
中に放出される。タービン38にて発生した回転動力から
圧縮機36を駆動する動力を差し引いた残りの動力が、ガ
スタービンの発生動力となり発電機を駆動する。

【００１３】図3はガスタービンエンジンの圧縮機の軸
方向断面図の例を示す。図3において、1はガスタービン
エンジンの圧縮機のロータ、2は該ロータの一部で、圧
縮機動翼が取り付けられるロータデイスク部位、3はロ
ータデイスクに固定されてロータデイスクとともに回転
する動翼である。圧縮機は主として動翼3を含めたロー
タ1と、ケーシング4、および、ケーシング4に固定され
た静翼5によって構成される。ロータ1は圧縮機後方に配
設されるタービンにより軸動力を受けて回転する。その
仕事により、入口側6より取り入れられた低圧の空気は
動翼3、静翼5で圧縮され、出口側7で高圧となる。この
場合、翼には高圧側から低圧側に向かう方向に流体力が
作用する。これに伴って、翼の取付部にも出口側7から
入口側6に向けて流体力が作用することになる。また、
ロータディスク2のうち一部の外周面は、2aのように、
流路の関係でテーパ、すなわち、入口側より出口側の方
がディスク径が大きくなる形状を有することがある。こ
のような部位では、動翼3の取付部には遠心力の分力と
して、後方へ向かう力を受けることになる。以上のよう
に、動翼3の取付部には運転時には、流体力によって前
方に向かう力を、また、テーパを持つようなディスクの
場合には遠心力によって後方に向かう力を受けることに
なる。動翼3の取付においては、このような流体力や遠
心力の分力および振動による力などに対して、翼を確実
に保持することが必要である。

【００１４】なお、5aは静翼5の先端とロータ1の外周面
との間の空気の漏れを防止するシールなどがついたシュ
ラウドが取り付けられる空間であり、組立、着脱時には
動翼3を着脱する空間となる。

【００１５】図４はガスタービンエンジンのロータにお
ける翼取付構造の例である。図４に示すように、ガスタ
ービンエンジンのロータのロータディスク２と翼３の取
付は、通常、ロータディスク２の外周部に設けた軸方向
に沿う翼の嵌合溝9に翼３の嵌合部10(ダブテール)を植
え込むことにより、回転による遠心力を支える構造にな
っている。図４のようにディスク側面より着脱する構造
をアクシャルエントリー型の取付構造と呼ぶ。

【００１６】図5は従来技術の動翼の固定方法を示す。
圧縮機動翼3は、通常ブレードロックと呼ばれる翼固定
部品11によりロータディスク2に固定し、抜け止め防止
を図る。動翼の固定部品11は支持部12とその両端に抜け
止め板13、14を有し、組み立て前に抜け止め板の一方13
のみ支持部12に対して折曲した形状に加工してある。組
み立ては、本翼部品を予め動翼の嵌合溝9に外周部15よ
り配設し、その後固定部品6の折曲していない側より圧
縮機動翼3のダブテール部10を挿入し、挿入後抜け止め
板14を折曲することより圧縮機動翼3を固定する。

【００１７】上記の従来技術では嵌合部の動翼ダブテー
ル底とロータディスクの取付溝間に間隙が存在し、間隙
を通じて空気の逆流が生じるため、シール性能の確保が
困難となり効率の低下をもたらす。すなわち、圧縮機動
翼のロータディスクからの抜け止め構造にはなるが、シ
ール性能に対する配慮が不十分である。

【００１８】図１を用いて本発明の一実施例を詳細に説
明する。10はロータディスク2の外周に設けられた軸方
向に沿う動翼の嵌合溝9に挿入した動翼3の取付部のダブ
テールを示す。本実施例ではロータディスクの上下流側
面16に円周方向に溝17を配設し、この溝17に嵌合部18を
有する板状部材（以下、シ−ルプレ−トという）19を矢
印19a方向に挿入することにより圧縮機動翼3が動翼の嵌
合溝9より抜けることを防止することができる。また、
動翼の嵌合溝9と動翼のダブテール部10間空間をシール
プレート19が覆うことにより運転時に間隙20を通じた作
動流体の漏れを防止することができる。このシールプレ
ート19は少なくともロータディスクの上下流側面16の開
口部を塞ぐように配設すれば良い。また、ロータディス
クの上下流側面16の全周にシールプレート19を配設すれ
ばロータディスクの側面に起伏が無くなり、静翼のシュ
ラウドとロータディスクとのシールが容易になる。

【００１９】次に、図6を用いて本発明の他の実施例を
説明する。本実施例は、図6に示すように複数枚の平板
状シールプレート22をロータディスクの上下流側面の一
部に設けた開口部から、順次シールプレートの嵌合溝21
に矢印22a方向に挿入するため、圧縮機動翼3が動翼の嵌
合溝9より抜けることを防止できる。また、シール性能
の確保ができる。

【００２０】図7にはシールプレート19の嵌合部18の形
状の例を示す。この形状はロータディスクに嵌合する形
状であれば図7の形状に制約されるものではない。ま
た、これらの嵌合部を複数有する形状も有効である。特
に、図7の中の(h)のシールプレートのように外周側と内
周側で形状を変え異なる機能を持たせることは有効であ
る。この形状は外周側の嵌合部が主に回転による遠心力
を支え、内周側がロータディスクとの固定を行う構造と
なっている。また、本実施例は遠心力による応力の集中
を防ぐ観点からも有効である。

【００２１】本実施例では複数枚のシールプレート19を
ロータディスク2の上下流側面の一部に設けた開口部か
ら順次シールプレートの嵌合溝17に沿って挿入すること
により、抜け止め構造を完成させる。しかしながら、本
実施例では最後にこの開口部におけるシールプレートの
固定方法が必要となる。

【００２２】図8、図9、図10にその開口部におけるシー
ルプレートの固定方法の一例を示す。図8は、挿入する
シールプレート群の最初と最後にそれぞれ異なった形状
のシールプレート26、24を用いて固定する方法を示す。
まず、図8(a)のようにロータディスク2の上下流側面の
一部に設けた開口部23から最後シールプレート24を差し
込んで対向面27を一致させた後、シールプレート群全体
を嵌合溝17に沿ってシールプレート周長の約半長分ずら
すことにより最初と最後のシールプレートがディスク面
から脱離することを防止可能とした。本実施例におい
て、沿う面27は円周方向に平行な面として図示されてい
るが、沿う面はシールプレート24,26が接することが必
要条件であり、凸凹等のある曲面であっても可能であ
る。

【００２３】図9は、シールプレート19を順次シールプ
レートの嵌合溝17に沿って挿入後のローターディスクの
斜視図を示す。シールプレートが逆に元に戻らない方法
としては、最後のシールプレートの寸法を大きめにして
冷やしばめで止める、シールプレート群の１個所をかし
める、シールプレートとシールプレートの間にボルトの
穴を設けボルトで止める等の方法により可能となる。

【００２４】図10は、シールプレート固定方法の他の実
施例で、シールプレート28の下面に溝29を設け、開口部
30にシールプレートの下面を固定する突起溝31を設ける
ことでシールプレートを開口部30に矢印28a方向に差し
込む。ここで該シールプレート外周部にはディスクとの
固定溝35が設けられている。また、ロータディスクの外
面部にも相対する位置にシールプレートを固定する溝32
が設けられており、両者にまたがる止め部品33を矢印33
a方向に差し込み、次に止め部品の前部34をシールプレ
ートに打ち込んで固定することができる。

【００２５】以上の翼抜け止め構造は、圧縮機動翼を提
案して考案されているが、圧縮機静翼、タービン動静翼
の固定にも適用可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明は、ガ
スタービンエンジンにおける圧縮機動翼のロータディス
クからの抜け止め構造に関して、特に流量が大きく、大
きい流体力を受けるガスタービンエンジの動翼の運転時
における翼の移動脱落を確実に防止するとともに、取付
部における上下流間のシール性能を確保することができ
る。また、シールプレートを挿入後のロータディスクの
側面に起伏がないことにより静翼のシュラウドとロータ
ディスクとのシールを取付やすい構造である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係るガスタービンエンジ
ンのロータのシールプレート保持構造の部分斜視図であ
る。

【図２】 ガスタービン断面図である。

【図３】 本発明の一実施例に係るガスタービン圧縮機
の断面図である。

【図４】 軸方向の翼の嵌合溝を有する翼取付構造を示
す図である。

【図５】 従来の翼の抜止構造の一例である。

【図６】 本発明の一実施例に係るガスタービンエンジ
ンの翼の抜止構造を示す図である。

【図7】 本発明の一実施例に係るガスタービンエンジ
ンのシールプレートの嵌合部形断面図である。

【図8】 本発明の他の実施例に係るガスタービンエン
ジンの翼の抜止構造を示す図である。

【図9】 本発明の他の実施例に係るガスタービンエン
ジンのシールプレート保持構造の部分斜視図である。

【図10】 本発明のさらに他の実施例に係るガスタービ
ンエンジンのシールプレート保持構造の部分斜視図であ
る。

【符号の説明】

１・・・ロータ、２・・・ロータディスク、３・・・動翼、４・・・
ケーシング、５・・・静翼、5a・・シュラウド取付部、６・・・
圧縮機入口側(上流側)、７・・・圧縮機出口側（下流
側）、9・・・動翼の嵌合溝、10・・・動翼の嵌合(ダブテー
ル)、11・・・翼固定部品、12・・・翼固定部品の支持部、17・
・・シールプレートの嵌合溝、18・・・シールプレートの嵌
合部、19・・・嵌合部を有するシールプレート、20・・・間
隙、23・・・開口部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータディスクと、前記ロータディスク
   の外周面に前記ロータディスクの回転軸方向に形成され
   た複数の第１の溝と、前記第１の溝に嵌合され前記ロー
   タディスクと共に回転する翼とを備えたガスタービンエ
   ンジンにおいて、前記ロータディスクの側面には前記第
   １の溝による開口部が形成されており、前記開口部が前
   記ロータディスクの側面に設けられた第２の溝によって
   支持された板状部材で覆われていることを特徴とするガ
   スタービンエンジン。
2. 【請求項２】 ロータディスクと、前記ロータディスク
   の外周面に前記ロータディスクの回転軸方向に形成され
   た複数の第１の溝と、前記第１の溝に嵌合され前記ロー
   タディスクと共に回転する翼とを備えたガスタービンエ
   ンジンにおいて、前記ロータディスクの側面には前記第
   １の溝による開口部が形成されており、前記開口部が前
   記ロータディスクの側面に設けられた第２の溝によって
   支持された板状部材で覆われており、前記第２の溝は前
   記ロータディスクの外周と同心円状に形成された前記板
   状部材の２辺を嵌合するように形成された溝であり、前
   記第２の溝には前記板状部材の挿入口が形成されている
   ことを特徴とするガスタービンエンジン。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記板状部
   材は複数あり、前記板状部材同士は面接触した状態で前
   記ロータディスクの側面に支持されており、前記複数の
   板状部材のうち少なくとも一対は円周方向に沿う面で接
   触していることを特徴とするガスタービンエンジン。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいづれかにおいて、前
   記板状部材は複数あり、前記板状部材同士は面接触した
   状態で前記ロータディスクの側面に支持されており、前
   記ロータディスクの側面は全面が前記板状部材で覆われ
   ていることを特徴とするガスタービンエンジン。