JPS61252802A

JPS61252802A - 梯子形ロツク装置

Info

Publication number: JPS61252802A
Application number: JP61102936A
Authority: JP
Inventors: ドナルド・エイ・ロビンス
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1985-05-01
Filing date: 1986-05-01
Publication date: 1986-11-10
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: JPH0713441B2; EP0203877A1; DE3661280D1; EP0203877B1; US4653984A

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】技術分野本発明は、多段ガスタービンエンジンに係り、特に二つ
のロータ段よりなるタービンロータ組立体に係る。

背景技術ツインスプール型ガスタービンエンジンに於ては、作動
媒体ガスがまず低圧圧縮セクション内に於て圧縮され、
しかる後高圧圧縮セクション内に於て圧縮され、高温流
体を発生させる際に酸化剤として使用される。高温の流
体は高圧タービンセクションに流され、しかる後低圧タ
ービンヒクションに流され、これらのセクション内に於
て膨張せしめられる。高圧タービンは高圧軸を介して高
圧圧縮機を駆動し、低圧圧縮機は高圧タービン軸内に配
置された低圧タービン軸を介して低圧タービンにより駆
動される。タービンセクション内に於ては、タービン軸
に取付けられたロータ段はハブとディスクと該ディスク
の周縁の周りに配設された複数個のブレードとよりなっ
ている。流路形状は二つのロータ段の間の周縁方向に延
在するエアーシールにより郭定され維持されている。複
数個のブレードが作動媒体ガスのための流路を横切って
半径方向外方へ延在しており、これによりブレードの間
を流れる作動媒体ガスよりエネルギが抽出される。かく
して抽出されたエネルギはディスク及びハブを介してタ
ービン軸に伝達される。

高圧タービンは通常二つのロータ段を含んでおり、各ロ
ータ段よりほぼ等量の仕事が抽出される。現代のターボ
ファンエンジンは６万ボンド（２７２１６Ｊｌ）以上の
推力を発生することができる。大型のターボファンエン
ジンに於ては、高圧タービンの各ロータ段より高圧ター
ビン軸へ伝達されるトルクは約５０万インチボンド（５
７６２ｋｕ）である。

複雑なターボファンエンジンの主要な設計上の目標は、
エンジンの構造的完全性を維持し、またエンジンの重量
を制限しつつ、エンジンの組立て及び分解を容易にする
ことである。タービンロータ組立体の構造的完全性を維
持しつつ、タービンロータ段のディスク部分の大きさ及
び重量を制限することは非常に有益である。また二つの
タービンロータ段を互いに接続するための孔やフランジ
を排除することも、これらにより高い遠心荷重及びその
変動に直面した場合に於ける材料強度を維持し得るので
有益である。

当技術分野に於ては、ボルト又は溶接の如き恒久的な手
段を用いて高圧タービンの二つのロータ段を互いに取付
けることが知られている。またボルト又は溶接によりロ
ータ段をタービン軸に固定することも知られている。二
つのロータ段を互いに取付けるためのこれらの方法によ
れば、ガスタービンエンジンは複雑で、また組立て及び
分解が困難なものになる。更に互いに隣接するロータ段
を互いに取付けるに必要なボルト孔をディスクに設けた
りフランジを設けたりすると、肉厚の大きいディスクや
重量の大きいロータ段が必要になる。

またボルト孔はディスクの耐荷重性及び構造的完全性を
低下させる。他方７ランジはロータ段の重量を増大させ
、また設計に際し注意が払われなければならない振動の
問題を発生させる。米国特許第３，９９７．９６２号の
如き従来技術に於ては、二つのロータ段を一つのタービ
ン軸に取付けるためにスプラインを使用することが示さ
れている。

また米国特許第４．００４．８６０号には、タービン軸
、第一のロータ段のハブ、及び第二のロータ段のハブが
全て同心になるよう、第一のロータ段のハブをタービン
軸にスプライン接続し、第二のロータ段のハブを第一の
ロータ段のハブにスプライン接続することが示されてい
る。本願発明者はかかる種類の設計に於ては、ハブとタ
ービン軸との間の同心性を維持することが困難であるこ
とを見出した。かかる取付手段によれば、スプラインに
過剰の摩耗が生じ、これによりハブとハブとの接続部及
びタービン軸とハブとの接続部の構造的完全性が損われ
る。またタービンロー９組立体をエンジン内に組込むべ
くタービンロータ組立体を容易に且安全に輸送し得るよ
う、タービンロータ組立体を一体に保持し得るようにす
ることが望ましい。

発明の開示本発明の一つの目的は、少なくとも二つのロータ段と一
つのステータ段とを含み、一体のものとして輸送しター
ビン軸上に組付けることのできるタービンモジュールを
提供することである。

本発明の他の一つの目的は、二つのロータ段よりなるタ
ービンロータ組立体を一体のものとして輸送し、またタ
ービン軸上に一体のものとして組付は得るよう、タービ
ンロータ組立体を一体に保持するための装置を提供する
ことである。

本発明の更に他の一つの目的は、二つのロータ段よりな
るタービンロータサブ組立体の構成要素を互いに一体に
固定するための装置であって、二つのロータ段の間の周
縁方向の整合性を適正に確保することのできる装置を提
供することである。

本発明によれば、ガスタービンエンジンは半径方向内方
へ延在する複数個の第一のラグを有する第一のハブを備
えた第一のロータ段と、第一のラグの数に等しく第一の
ラグと共働して突起を形成する半径方向内方へ延在する
複数個の第二のラグを有する第二のハブを備えた第二の
ロータ段と、前記突起にオーバーラツプして延在し、周
縁方向に配設された複数個の孔を有し、多孔に前記突起
が半径方向に嵌入され、これにより二つのタービンロー
タ段を互いに固定するスプリットを有する弾性金属バン
ドを含む梯子形ロック装置とを含んでいる。

本発明の一つの好ましい実施例によれば、第一及び第二
のロータ段は二ろのロータ段の間に配置された一段のス
テータベーンを含む大型のタービンモジュールの一部で
ある。

本発明の主要な利点は、タービンロータ組立体の二つの
ハブを互いに固定し、これによりタービンロータ組立体
の組立て及び分解、輸送、及びタービン軸上への装着を
容易にし得ることである。

また本発明の他の一つの利点は、二つのロータ段を互い
にボルト締結したり溶接したりする必要もなく、タービ
ンロータ組立体の二つのロータ段の間に段間シールを軸
線に沿って有効に捕捉し半径方向に支持し得ることであ
る。

二つのハブが同軸で互いに偏心したスラスト軸受の関係
にあることにより、それらのハブを個別に、又はロータ
組立体の一部として、又はステータ構造体を含むタービ
ンモジュールの一部としてタービン軸上に配置すること
ができる。二つのディスクをロータ組立体又はタービン
モジュールの如き一体のものとしてタービン軸上に配置
する必要がある場合には、取付具や後に詳細に説明する
他の型式のロック装置の如く、ロータ組立体をその装着
時に一体に保持する手段が設けられる。

本発明の一つの主要な利点は、二つのロータ段とタービ
ン軸との間の接続状態を有効な状態に維持しつつ、個々
のロータ段又は二つのロータ段よりなるロータ組立体を
タービン軸に容易に装着し得ることである。本発明の他
の利点は、二つのロータ段を互いにボルト締結し又は溶
接する必要もなく、二つのｏ−’９段の間に段間シール
を効宋的に捕捉し支持し得ることである。本発明の更に
他の一つの利点は、回転構造体及び静止構造体の両方を
含むタービンモジュールであって、タービン軸上に容易
に且有効に配置し得るタービンモジュールである。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

発明を実施するための最良の形態本発明に従って構成されたタービンモジュール　　　５
が、第１図に於てはガスタービンエンジンの高圧タービ
ン軸２０上に装着された状態にて図示されており、第２
図に於てはタービン軸より分離された状態にて図示され
ている。モジュール５はタービンロータ組立体１０とス
テータ組立体９４とを含んでいる。ロータ組立体１０は
第一のロータ段３０と第二のロータ段４０とを含んでい
る。第一のロータ段３０は第一のハブ３２と、該ハブよ
り片持支持された第一のディスク３４とを含んでいる。

第二のロータ段４０は第二のハブ４２と、該ハブよ゛り
片持支持された第二のディスク４４とを含んでいる。第
一のディスクリム３６が第一の複数個のタービンブレー
ド３８を支持している。

また第二のディスクリム４６が第二の複数個のタービン
ブレード４８を支持している。ディスク３４と４４との
間には環状の段間シール９２がこれらのディスクにより
半径方向に支持された状態にて配置されており、ディス
ク３４及び４４と共に“回転するようになっている。

ステータ組立体９４はブレード３８と４８との間に配置
された一段のステータベーン１０２と、ブレード３８を
囲繞する第一の環状のアウタエアシール９６と、ブレー
ド４８を囲繞する第二の環状のアウタエアシール９８と
を含んでいる。インナステータシュラウド１０４が段間
回転シール９２と共働するシールランド１０５を支持し
ている。

シール９６．９８及びステータベーン１０２は適当な手
段によりタービンケースセクション１０６に固定されて
おり、該セクションはステータ組立体９４の一部を構成
している。より詳細には第一のアウタエアシール９６及
びアウタシュラウド１００の前端部はタービンケースセ
クション１０６の第一の７ランジ１０８に取付けられて
おり、第二のアウタエアシール９８及びアウタシュラウ
ド１００の後端部はタービンケースセクション１０６の
第二の７ランジ１１０に取付けられている。　　゛ター
ビンブレード３８及び４８は作動流体よりエネルギを抽
出する。かくして抽出されたエネルギは第一の０−９段
ａＯ及び第二のロータ段４０を経てタービン軸２０へ伝
達される。タービン軸２０は第一の外歯スプライン５４
と第二の外歯スプライン６４とを有しており、これらの
外歯スプラインは互いに軸線方向に隔置されており、同
一の直径を有している。第一のハブ３２は第一の内歯ス
プライン５２を有しており、該内歯スプラインは第二の
ハブ４２に設けられた第二の内歯スプライン６２と同軸
であり且これに対し偏心している。内歯スプライン５２
及び６２も互いに同一の直径を有している。第一のハブ
３２に設けられた第一の内歯スプライン５２はタービン
軸２０に設けられた第一の外画スプライン５４に係合し
ており、これにより第一のロータ段３０よりタービン軸
２０ヘトルクを伝達し得るようになっている。

一方第二のハブ４２に設けられた第二の内歯スプライン
６２はタービン軸２０に設けられた第二の外歯スプライ
ン６４に係合しており、これにより第二のロータ段４０
よりタービン軸２０ヘトルクを伝達し得るようになって
いる。各ロータ段によりタービン軸２０へ伝達される大
きいトルクは、大型のターボファンエンジンに於ては約
５０万インチボンド（５７６２ｋｏ層）である。外歯ス
プライン５４及び６４の直径は互いに等しいので、ハブ
３２及び４２はタービン軸２０に沿って容易に前方へ摺
動することができる。またこのことによりタービン軸及
びハブにスプラインを機械加工することが容易にされて
いる。

各スプラインの直径は互いに等しいことが好ましいが、
本発明に於てはこれらのスプラインの直径は必ずしも互
いに等しくされる必要はない。第一の内歯スプライン５
２の内径が第二の内歯スプライン６２の内径と同−又は
それよりも大きい限り、第一のハブ３２及び第二のハブ
４２は個別にタービン軸２０に摺動により嵌込まれてよ
く、或いはサブ組立体、即ちタービンモジュールの一部
として互いに取付けられてよい。

円筒状の畝７２が、第二のハブ４２の前端部７３を受け
、これにより第一及び第二のハブが相対的に半径方向に
変位することを阻止するための環状リセス７４を第一の
ハブ３２の後端部に形成している。ハブ３２及び４２が
相互にスラスト軸受の関係をなすよう、ハブ４２の前端
部７３はハブ３２に対し軸線方向に当接している。内ね
じ１２２を有するナツト１２０が、タービン軸２０の後
端部に近接して第二の外歯スプライン６４の後方に設け
られたねじ２６にねじ込まれている。ナツト１２０は第
二のハブ４２とスラスト軸受の関係をなしており、ター
ビンロータ組立体１０をストッパ２４に対し締付けるた
めに使用されている。

ストッパ２４は図示の好ましい実施例に於てはタービン
のすぐ前方に配置された軸受（図示せず）の軸受シール
面である。環状のロック装置！１３０がナツト１２０に
設けられた第三の内歯スプライン１２４に係合する第三
の外歯スプライン１３４を有している。またロック１！
１１１３０はその前端部の周りに周縁方向に配設された
複数個の突部１３２を有しており、これらの突部はター
ビン軸２０の後端部に設けられた複数個の切欠２８に係
合し、これによりナツト１２０及びロック装置１３０が
タービン軸２０に対し相対的に回転することを阻止して
いる。またロック装＠１３０は複数個の後方突部１３６
を有しており、これらの突部はナツト１２０に設けられ
た内溝１２６内へ半径方向外方へ延在している。突部１
３６の両側にて内溝１２６内に配置された第一のロック
ソング１４０及び第二のロックリング１４２により、ロ
ック装置１３０が軸線方向に変位することが阻止される
ようになっている。

第２図及び第３図に於て、半径方向内方へ延在する複数
個の第一のラグ３５が第一のハブ３２の後端部の周りに
周縁方向に配設されており、半径方向内方へ延在する複
数個の第二のラグ４５が第二のハブ４２の前端部の周り
に周縁方向に配設されている。これら二組のラグは互い
に＃ｔ４！ＩＩＩの関係をなしており、また互いに当接
して半径方向内方へ延在する突起８０を形成している。

これら二組のラグ３５及び４５は、それらが軸線方向に
整合されると、内歯スプライン５２及び６２の歯も互い
に軸線方向に整合し、タービンブレード３８及び４８が
互いに他に対し所望の周縁方向の位置関係になるよう配
列されている。

ロータ段３０及び４０がロータ組立体やターピンモジュ
ールの如く一体のものとしてタービン軸２０上に配置さ
れる必要がある場合には、又はロータ組立体１０やター
ビンモジュール５を輸送する必要がある場合には、ター
ビン０−夕明立体等を輸送し得るよう第一のハブ３２を
第二のハブ４２に対し軸線方向に固定するために、周縁
方向に配設された長方形の孔６１及びスプリット６３を
有する環状の弾性金属バンドを含む梯子形ロック装置６
０が使用される。

梯子形ロック装ｆ１６０の非装着時の直径はそれが組付
けられた場合の所望の直径よりも大きく、従プてロック
装置ｌｌ１６０は突起８０が孔６１を貫通して延在する
所定の位置にある時には、半径方向外方へのばね力を発
生してハブ３２及び４２の内周面に当接する。突起８０
は孔６１に密に嵌合し、これによりロータ段３０及び４
０が互いに相対的に軸線方向又は周縁方向に大きく相対
変位することを阻止する。段間シール９２もロータ段３
０と４０との間の所定の位置にきつく保持される。

タービンモジュール５がタービン軸２０上に組付けられ
ると（第１図参照）、スプライン５２及び６２、ナツト
１２０、ロック装Ｍ１３０はロータ段３０及び４０の適
正な角方向及び軸線方向位置を維持する。従って梯子形
ロック装置６０はエンジンの運転中にはエンジンの運転
に関する機能を果さないが、エンジンの保守が行われる
時にはタービンモジュール５が一体のものとして除去さ
れることを可能にする。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能である
ことは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明が組込まれたガスタービンエンジンの高
圧タービンセクションを示す断面図である。第２図はタービン軸が除去された状態にて第１図の高圧
タービンセクションの一部を示す部分図である。第３図はロータ組立体をエンジン内に組込む場合にター
ビンの二つのロータ段を互いに保持するために使用され
るロック装置を示す斜視図である。５・・・タービンモジュール、１０・・・タービンロー
タ組立体、２０・・・タービン軸、２４・・・ストッパ
。２６・・・ねじ、３０・・・ロータ段、３２・・・ハブ
、３４・・・ディスク、３６・・・ディスクリム、３８
・・・タービンブレード、４０・・・ロータ段、４２・
・・ハブ、４４・・・ディスク、４６・・・ディスクリ
ム、４８・・・タービンブレード、５２・・・内歯スプ
ライン、５４・・・外歯スプライン、６０・・・梯子形
ロック装置、６１・・・孔。６２・・・内歯スプライン、６３・・・スプリット、６
４・・・外歯スプライン、７２・・・畝、７３・・・前
端部、７４・・・環状リセス、８０・・・突起、９２・
・・段間シール。９４・・・ステータ組立体、９６．９８・・・アウタエ
アシール、１００・・・アウタシュラウド、１０２・・
・ベーン、１０４・・・インナステータシュラウド、１
０５・・・シールランド、１０６・・・タービンケース
セクション、１１０・・・フランジ、１２０・・・ナツ
ト、１２２・・・内ねじ、１２４・・・内歯スプライン
、１２６・・・内溝、１３０・・・ロック装置、１３２
・・・突部、１３４・・・外歯スプライン、１３６・・
・突部、１４０．１４２・・・ロックリング特許出願人　　ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション

Claims

【特許請求の範囲】

（１）二つのタービンロータ段を軸線に沿って固定する
ための梯子形ロック装置にして、周縁方向に配設された
複数個の孔を有し、非装着時の直径が装着時の直径より
も大きいスプリットを有する環状の弾性金属バンドを含
む梯子形ロック装置。
（２）軸上に装着されるタービンロータ組立体にして、第一のハブと第一のディスクとを含み、前記第一のディ
スクは前記第一のハブに取付けられた第一のロータ段と
、前記第一のロータ段に近接して設けられ、第二のハブと
第二のディスクとを含み、前記第二のディスクは前記第
二のハブに取付けられており、前記第一のロータ段とス
ラスト軸受の関係をなすよう配置された第二のロータ段
と、前記第一のハブ上に周縁方向に配設され半径方向内方へ
延在する複数個の第一のラグと、前記第二のハブ上に周縁方向に配設され半径方向内方へ
延在する複数個の第二のラグであつて、対応する前記第
一のラグに近接して設けられ対応する前記第一のラグと
共働して周縁方向に配設された複数個の突起を形成する
複数個の第二のラグと、前記突起の数に等しい複数個の孔を有し、前記突起にオ
ーバーラップして延在するスプリットを有する環状のバ
ンドであつて、前記突起はそれぞれ対応する前記孔内に
配置され、前記バンドは前記第二のハブに対する第一の
ハブの角方向及び軸線方向の位置関係を雑持するよう構
成された環状のバンドと、を含むタービンロータ組立体。
（３）軸上に装着されるタービンモジュールにして、第一のハブと第一のディスクとを含み、前記第一のディ
スクは前記第一のハブに取付けられた第一のロータ段と
、前記第一のハブを前記軸に取付ける第一の取付手段と、前記第一のロータ段に近接して配置され、第二のハブと
第二のディスクとを含み、前記第二のディスクは前記第
二のハブに取付けられた第二のロータ段と、前記第二のロータ段が前記第一のロータ段とスラスト軸
受の関係にて配置されるよう前記第二のハブを前記軸に
取付ける第二の取付手段であって、前記第一の取付手段
と同軸であり且前記第一の取付手段より偏心した第二の
取付手段と、前記第一のハブ上に周縁方向に配設され半径方向内方へ
延在する複数個の第一のラグと、前記第二のハブ上に周縁方向に配設され半径方向内方へ
延在する複数個の第二のラグであって、それぞれ対応す
る前記第一のラグに近接して配置され、対応する前記第
一のラグと共働して周縁方向に配設された複数個の突起
を形成する複数個の第二のラグと、前記突起の数に等しい複数個の孔を有し、前記突起にオ
ーバーラップして延在するスプリットを有する環状のバ
ンドであって、前記突起はそれぞれ対応する前記孔内に
配置され、前記バンドは前記第二のハブに対する前記第
一のハブの角方向及び軸線方向の位置関係を維持するよ
う構成された環状のバンドと、前記第一のディスクに接続され且前記第一のディスクよ
り半径方向外方へ延在する複数個の第一のブレードと、前記第二のディスクに接続され且前記第二のディスクよ
り半径方向外方へ延在する複数個の第二のブレードと、前記第一及び第二のロータ段により半径方向に支持され
、前記第一のロータ段と前記第二のロータ段との間に軸
線に沿って捕捉された環状の段間シールと、インナシュラウドと、アウタシュラウドと、前記インナ
シュラウドと前記アウタシュラウドとの間に延在する複
数個のステータベーンとを含み、前記ステータベーンは
前記段間シールより半径方向外方にて前記段間シールと
シール関係をなすよう配置された環状のステータ段と、前記複数個の第一のブレードを囲繞する第一のアウタエ
アーシール手段と、前記複数個の第二のブレードを囲繞する第二のアウタエ
アーシール手段と、前記ステータ段を囲繞するケースであって、一体に形成
され軸線方向に互いに隔置された第一及び第二の環状取
付手段を有し、前記第一の環状取付手段は前記第一のア
ウタエアーシール手段に接続され、前記第二の環状取付
手段は前記第二のアウタエアーシール手段に接続された
ケースと、を含むタービンモジュール。