JP2005121021A - ターボ機械におけるタービンロータディスクに可動ブレードを取り付けるための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボ機械が運転中である間、ブレードの軸が、ロータの回転軸に正確に垂直となることを可能とする取り付け装置を用いて、ターボ機械の欠点を軽減する。
【解決手段】ターボ機械におけるタービンロータディスク１１にブレード１２を取り付けるための取り付け装置であって、ブレード根元部３０は、ロータディスク１１における相補形状のキャビティ３１内に係合され且つ径方向に保持される雄部分を形成し、ブレード根元部３０がキャビティ３１内で軸方向に沿って移動するのを防止するための手段を有し、ブレード軸２４は、ロータの回転軸１０の垂直方向に対して、ターボ機械の動作の間にロータに印加される機械的および熱的応力に起因するブレード軸２４の変位について少なくとも部分的に補償すべく設計された方向および角度に、傾斜されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、航空機ターボジェットまたはターボプロップのような、ターボ機械におけるタービンロータディスクに可動ブレード（動翼）を取り付けるための装置（アッタチメント・デバイス）に関する。

そのようなターボ機械において、タービン段のロータブレードは、ブレード根元部によって形成された雄部分を、ロータディスクに形成されたキャビティ内に係合させることによってロータディスクに、例えばあり継ぎ（ダブテイル）またはクリスマスツリータイプからなるそのような雄／雌係合を用いて、ブレードがロータディスクに径方向に保持されるようにして、はめ込まれている。ディスクにおけるスロット内に、ブレード根元部が軸方向に動くのを防止するための手段が設けられている。

静止時に、ブレード軸は、ロータの回転軸に対して正確に垂直になっている。

ロータの構造は、軸方向、径方向および接線方向の力および温度勾配を受け、それゆえブレードの自由端の寄生的な（ｐａｒａｓｉｔｉｃ）軸方向の変位の原因となる変形に導くことがわかっている。したがって、ターボ機械が運転中である間に、ブレードは、ロータの回転軸に対して垂直でない形態をとる。この形態は、タービンの能率を低減させ、そしてそれゆえターボ機械の性能を減弱する。

本発明の目的とするところは、ターボ機械が運転中である間、ブレードの軸が、ロータの回転軸に正確に垂直となることを可能とする取り付け装置を用いて、それらの欠点を軽減することにある。

この目的は、ターボ機械におけるタービンロータディスクにブレードを取り付けるための取り付け装置であって、ブレード根元部は、ロータディスクにおける相補形状のキャビティ内に係合され且つ径方向に保持される雄部分を形成し、ブレード根元部がキャビティ内で軸方向に沿って移動するのを防止するための手段を有するものにおいて、静止し（ａｔ ｒｅｓｔ）且つ均一な温度条件下において、ブレードの軸は、ロータの回転軸の垂直方向に対して、ターボ機械の動作の間にロータに作用する機械的および熱的応力に起因するブレードの軸の変位について少なくとも部分的に補償（コンペンセート）されるべく設計された方向および角度で、上流または下流に傾斜されていることを特徴とする装置を用いて達成される。

本発明の第一実施形態においては、ブレードの軸に垂直でブレード根元部の表面と協働するキャビティの表面は、ロータの回転軸に対して角度αに傾斜している。

本発明の他の実施形態においては、ロータの回転軸に垂直でキャビティの表面と協働するブレード根元部の表面は、ブレード軸に垂直な方向に対して角度α’に傾斜している。

角度αおよびα’は、ブレードの軸が、動作中のロータの回転軸に対して実質的に垂直となるように、すなわち、角度αおよびα’が、静止時に且つその位置が動作中であるブレード軸の位置の間に補償が必要とされる角度の関数として定義されるように決定される。

角度αおよびα’は、−１．５°から＋１．５°の範囲内にある。

ブレードの寄生的な変位は、全て同一の方向に向けられてはおらず、そしてタービンの種々の段の大部分のブレードが動作中に下流方向に傾斜しているが、いくつかの他の段のブレードが上流方向に傾斜することがわかっている。

本発明の装置は、互いに独立な種々の段のブレードの寄生的な偏向を補償することを可能にする。

概して、本発明の利点は、タービンの有用性を改善し、且つそれゆえターボ機械が動作中である間に、ロータの回転軸に関して可動ブレードを実質的に垂直に維持させることによって、ターボ機械の能力を改善することにある。

本発明の他の利点および特徴は、添付図面を参照して非限定的な例によってなされる以下の記述を読むことによって明らかになるであろう。

最初に図１に対する参照がなされ、この図１は、ロータの回転軸１０を含む平面の断面でのターボ機械ロータの長手方向の概略図である。ロータは、相互連結されたタービンディスク１１、前記ディスクに取り付けられたブレード１２、およびディスクに対してブレードが軸方向に移動するのを防止するためのシステム１３を備えており、該システムは、シールド、およびブレードの間に配置され且つ図２により明確に見られるようにしてディスクに固定されているリテーニングリングからなっている。ロータは、駆動コーン１５を経由してタービンのシャフト１４に連結されている。

図２において、連続する二つのタービンディスク２０および２１がディスク２０と２１の間に垂直に且つ回転軸に沿って延びるシールド２２によって相互に連結されていることが確認され得る。リテーニングリング２３は、第１のロータディスク２０とシールド２２の間に配置され、且つ他のリテーニングリング２５は、シールド２２と他のロータディスク２１の間に配置される。

従来の技術においては、静止し且つ正常な温度にて、ブレード１２の軸２４がロータの回転軸１０に垂直に延びている。

図３は、ロータディスク１１上にブレード１２を径方向に保持するための既知の手段を示しており、該手段は、あり継ぎタイプからなり、ブレード１２の一端に形成され且つロータの対応するディスク１１に取り付けられた雄部分３０を備え、前記部分は、ブレード根元部３０またはバルブと称され、そしてスロットと称されるキャビティによってロータディスク１１の周囲に形成される雌部分３１と協働する。

ブレード根元部３０は、回転１０の軸と平行な平面３４を有しており、スロット３１の底部を形成する実質的に平坦な面３５に対峙している。

ターボ機械が動作中であるときは、ロータの構造は、軸方向、径方向、接線方向の力、および温度勾配を受け、ブレード１２の自由端の寄生的な軸方向の変位の原因となる変形に導く。図２において、ブレード軸２４が、ロータの回転軸１０に垂直でない方向２６をとり、ブレード軸の寄生的な傾斜を有し、それから下流かまたは上流に向けられることが確認され得る。加えて、温度勾配は、ブレード１２を構成する材料の膨張へ、そしてロータの回転軸１０に関する前記ブレード１２の寄生径方向変位に導く。

図４に示される、本発明の第一の実施形態において、ブレード軸２４に垂直なブレード根元部３０の表面３４に対応するキャビティ３１またはスロットの面３５は、ロータの回転軸１０に関して角度αだけ上流に傾斜している。

このことは、静止時に、軸２４が、図４に示されるように、上流に角度αだけ傾斜されていることを意味している。運転中に、軸方向、径方向、接線方向の応力、および温度勾配も、ロータの回転軸１０に実質的に垂直な適正位置へ戻すように軸２４の下流方向への傾斜の効果を有して、ブレード１２の自由端の軸方向の寄生的な変位の原因となる変形に導き、傾斜の角度αは、静止時に、ブレード１２の寄生的な偏向のために可能な限り正確に補償すべく決定される。

本発明の第二の実施形態においては、図５に示されるように、ロータの回転軸１０に平行なキャビティ３１の面３５またはスロットに対応するブレード根元部３０の表面３４が、ブレード２４の軸に垂直方向に対して、静止時に、角度α’だけ上流に傾斜されている。

このことは、静止時に、図５に示されるように、軸２４が角度α’だけ上流に傾斜されるという結果を有している。運転時には、上述された応力は、軸２４を、予めブレード１２の寄生的な偏向について可能な限り正確に補償するために決定された角度α’を伴って、それがロータの回転軸１０に実質的に垂直な適正位置に戻るように上昇させるという効果を有している。

ブレードの寄生的偏向は、異なる段においては、下流または上流に向けることができる。静止時に、そして通常の温度条件のもとでは、本発明の取り付け装置は、タービンの種々の段において、軸の寄生的傾斜について、そしてそれらを動作中にロータの回転軸１０に垂直な、適正位置に戻して、可能な限り補償するためにブレード２４の軸が角度αまたはα’だけ上流または下流に互いに独立に、傾斜されることを可能としている。

本装置は、各ターボ機械について単一の実施形態に限定されるものではない。ターボ機械は、本発明の両実施形態を含んでいても良い。すなわち、両方の一つまたはそれより多くの段におけるブレード根元部３０の面３４と協働するブレード２４の軸に垂直な、キャビティ３１の面３５はロータの回転軸１０に関して角度αだけ傾斜され、そして一つまたはそれより多くのディスクにおけるキャビティ３１の面３５と協働するロータの回転軸１０に平行なブレード根元部３０の面３４は、ブレード２４の軸に垂直な方向に対して角度α’だけ傾斜される。

本発明の結合装置は、キャビティまたはスロット３１がロータの回転軸１０に平行に配向される必要がない、ブレードとロータディスクの間の結合に利用され得る。図６は、キャビティまたはスロット３１の底面３５が、ロータの回転軸１０に関して角度βを作る方向に沿って、長手方向に配向されている構成を示している。

この配向は、キャビティまたはスロット３１において受け入れられるブレード根元部３０の配向でもある。より精密には、角度βは、第一にキャビティ３１およびブレード根元部３０の長手方向と、第二に回転軸１０に平行な線およびロータの回転軸１０に平行な平面である、図６の平面内位置間の角度である。

ロータの回転軸を含む平面の断面でのターボ機械ロータの長手方向の概略図であり、従来技術を示している。 図１の部分のより大きな縮尺図である。 ロータの回転軸に垂直な面を示す、ロータディスクへの可動ブレードを取り付けるための装置の長手方向の概略図である。 図１の一部分に対応するより大きな縮尺図であり、本発明の実施の形態の１つを示している。 図１の一部分に対応するより大きな縮尺図であり、本発明の実施の形態の他の１つを示している。 ロータの外側から径方向にのぞき込んで見られるキャビティの底部の断片的な概略図である。

符号の説明

１０ 回転軸
１１、２０、２１ タービンディスク
１２ ブレード
１３ システム
２２ シールド
２３、２５ リテーニングリング
３０ ブレード根元部（雄部分）
３１ スロット（キャビティ、雌部分）
２４ ブレードの軸
３５ 面

Claims (10)

1. ブレード根元部が、ロータディスクにおける相補形状のキャビティ内に係合され且つ径方向に保持される雄部分を形成し、ブレード根元部がキャビティ内で軸方向に沿って移動するのを防止するための手段を有する、ターボ機械におけるタービンロータディスクにブレードを取り付けるための取り付け装置であって、静止し且つ均一な温度条件下において、ブレードの軸は、ロータの回転軸の垂直方向に対して、ターボ機械の動作の間にロータに印加される機械的および熱的応力によって引き起こされるブレードの軸の変位を少なくとも部分的に補償すべくなされた方向および角度で、上流または下流に傾斜されている、前記取り付け装置。
2. ブレードの軸に垂直でブレード根元部の表面と協働するキャビティの表面は、ロータの回転軸に対して角度αだけ傾斜している、請求項１に記載の取り付け装置。
3. ロータの回転軸に垂直でキャビティの表面と協働するブレード根元部の表面は、ブレードの軸に垂直な方向に対して角度α’だけ傾斜している、請求項１に記載の取り付け装置。
4. 角度α、α’は、ブレードの軸が、動作中のロータの回転軸に対して実質的に垂直となるように決定される、請求項２または３に記載の取り付け装置。
5. 角度α、α’は、−１．５°から＋１．５°の範囲内にある、請求項２または３に記載の取り付け装置。
6. 静止時に、タービンの少なくとも一段のブレードの軸が上流に向けられている、請求項１に記載の取り付け装置。
7. 静止時に、タービンの少なくとも一段のブレードの軸が下流に向けられている、請求項１に記載の取り付け装置。
8. ブレード根元部がキャビティ内で軸方向に沿って移動するのを防止するための手段は、ロータディスクによって支持されるシールドによって所定の位置に押し込まれる、環状リテーニングリングを備える、請求項１に記載の取り付け装置。
9. キャビティおよびブレード根元部は、ロータの回転軸、または回転軸に平行な平面内に前記軸に対して角度βをなす長手方向を有する、請求項１に記載の取り付け装置。
10. ブレード根元部およびキャビティはあり継ぎタイプからなる、請求項１に記載の取り付け装置。

Images