JP2001182502A - 回転機械動翼の保持装置及び保持方法 - Google Patents
回転機械動翼の保持装置及び保持方法Info
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Abstract
を防止するための動翼用の保持装置及び保持方法の提
供。 【解決手段】 機械ハブ(10)の周沿いに周方向ハブ
スロット(16)を形成する。動翼を機械加工して、動
翼をハブの対応形状の開口(12)内に収容したときに
周方向ハブスロットと整合するような動翼保持スロット
(18)を設ける。1以上のリングセグメント(22)
を動翼保持スロット及び周方向ハブスロットに固定し
て、動翼の軸方向移動を防ぐ。キーアセンブリ(30)
を用いて、リングセグメントを収容するフック部(3
4)とナット(50)によって半径方向外方に押し込ま
れるねじ部(38)とを介して、整合スロットにリング
セグメントを固定する。キャップ(52)を、キーに加
わる遠心荷重用の冗長補助負荷路として設けることがで
きる。別法として、キーアセンブリを動翼ダブテール内
に設けてもよい。
Description
造に関し、特に、ターボ機械のロータディスクに動翼を
軸方向に保持するための構造に関する。
ンジン)は圧縮機とタービンを有しており、それらは各
々1以上の環状列をなす軸方向に離隔した固定静翼を有
し、静翼列は複数の回転可能な動翼列の間に配置され
る。各動翼は動翼先端と、翼形部と、ダブテール形の基
部又は根元からなり、根元はロータディスクのウェブ上
の隣合うダブテールポスト間に形成された概ね軸方向の
対応スロットに装着される。
なわち、ロータディスクとエンジンの縦軸線に沿う移動
を防止するため、1以上の動翼保持体がロータディスク
の軸方向スロットに隣接して装着される。しかし、従来
の保持装置の保持能力は、例えば、圧縮機失速、動翼摩
擦、物体侵入等によって動翼に大きな軸方向空力負荷の
加わるガスタービンには不適当である。
は、ハブを有する回転機械用の動翼保持装置が提供され
るが、ハブはその周囲の周方向に離隔した位置に複数の
所定形状の概ね軸方向に延在する開口を有する。相補形
状の基部を有する複数の動翼が開口内に収容され、各動
翼には動翼保持スロットが設けられる。周方向ハブスロ
ットがハブの周沿いに形成され、動翼を上記開口内に収
容したときに、動翼保持スロットは周方向ハブスロット
と実質的に整合する。1以上のリングセグメントが動翼
保持スロット及び周方向ハブスロットに固定される。周
方向ハブスロットは好ましくは実質的にU字形でその開
放端はハブの中心に面しており、また動翼保持スロット
は同様に実質的にU字形でその開放端はハブの中心に面
している。リングセグメントは、好ましくは20〜36
0°延在し、好ましくは一実施形態では24°、別の実
施形態では180°延在する。
周方向ハブスロット内に固定するためにキーを設け得
る。キーは、その一端にリングセグメントと係合し得る
フック部を有し、その反対側端部にねじ部を有する。こ
れに関して、動翼保持装置は、キーのねじ部と協働的に
係合し得るナットをさらに含んでいる。キーは、好まし
くはハブの穴の中に配置され、この穴はキーを収容する
第1直径のキー収容部と、ナットを収容する第2直径の
ナット収容部とを含んでいて、第2直径は第1直径より
も大きく、かくして肩を画成する。ナットは肩で構造的
に支持され、キーを引張ってリングセグメントに係止す
る。ナット収容部の内径にねじを形成してもよく、動翼
保持装置はさらにハブの穴にねじ込まれたキャップを含
み得る。別の構成では、キーは複数の動翼の相補形状基
部の少なくとも1つに設けられた穴の中に配置される。
心として回転し得るようにハブ内の相補形状開口内には
まり込むように形成されたダブテール部を有するターボ
機械動翼を含む回転機械用の動翼保持装置が提供され
る。この動翼保持装置は固定スロットを含み、この固定
スロットは、(1)ターボ機械動翼の動翼保持スロット
と、(2)ハブの周沿いに形成されるとともにダブテー
ル部をハブの相補形状開口にはめ込んだときに動翼保持
スロットと実質的に整合する周方向ハブスロットとで画
成される。動翼保持装置は、固定スロットと係合して動
翼が軸方向に移動しないように保持する1以上のリング
セグメントも含んでいる。
いて動翼を保持する方法は、(a)複数の動翼の各々に
動翼スロットを機械加工する段階、(b)動翼を上記開
口内に収容したときに動翼保持スロットが周方向ハブス
ロットと実質的に整合するようにハブの周沿いに周方向
ハブスロットを機械加工する段階、(c)動翼を開口内
に配置する段階、及び(d)1以上のリングセグメント
を複数の動翼保持スロット及び周方向ハブスロットに固
定する段階を含んでなる。段階(d)は、動翼保持スロ
ット及び周方向ハブスロットに近接したキー開口を有す
る1以上のキーを挿入し、1以上のリングセグメントを
キー開口にはめ込み、キーを動翼保持スロット及び周方
向ハブスロットの方に押圧することによって実施し得
る。段階(d)は、さらに、ハブ又は動翼の基部のいず
れかに穴を形成し、キーを穴に挿入した後で1以上のリ
ングセグメントをキー開口にはめ込むことによって実施
し得る。段階(d)は、さらに、穴の内径位置にねじを
形成し、キャップを穴にねじ込むことによっても実施し
得る。
タ又は回転機械のハブ10には、ターボ機械動翼のダブ
テール又は基部14を収容するダブテール又はそれに似
た形の開口12が設けられている。ダブテール14とハ
ブ10の相補形状開口12は、ターボ機械動翼を半径方
向に保持するのに役立つ。前述の通り、ダブテールは軸
方向に向いているので、動翼が軸方向に移動するのを防
ぐには、本発明の保持装置のような保持装置が必要とさ
れる。通例、ダブテール軸線はエンジン中心線と0°〜
約50°の角度をなすが、本発明の保持装置はあらゆる
ダブテール角度に有用である。
まれる段のロータ構造体の前面又は後面にハブの周に沿
って機械加工等で形成された周方向溝又はスロット16
を含んでいる。周方向ハブスロット16は好ましくはU
字形で図示の通りその開放端はハブ10の中心に面して
いる。それに対応するU字形の動翼保持スロット18タ
ーボ機械動翼のダブテール部14に機械加工等で形成さ
れる。動翼保持スロット18は同じ向きをしていて、そ
の開放端はハブ10の中心に面している。ターボ機械動
翼のダブテール部14をハブ10の相補形状開口12に
はめ込んだときに、動翼保持スロット18は周方向ハブ
スロット16と実質的に整合してハブ10の全周にわた
って固定スロット20を画成する。
ングセグメント22が、整合した動翼保持スロット18
と周方向ハブスロット16、すなわち固定スロット20
に固定される。好ましくは、各リングセグメント22の
スパンはハブ周囲の20°〜360°にわたる。無論、
各動翼は軸方向に移動しないように保持しなければなら
ず、そのため、例えば周囲に均等に離隔した15個の動
翼を設けたロータの場合、最小限15個のリングセグメ
ント22が必要であり、各セグメントのスパンは約24
°となる。典型的ロータ段は100個もの動翼を含み得
る。しかし、好ましい構成では、保持装置には2つのリ
ングセグメント22が設けられ、各セグメントのスパン
は180°となる。
に固定するため、少なくとも各リングセグメント22に
一つのキーアセンブリ30を設ける。(比較的長いリン
グセグメントの場合、2以上のキーアセンブリが望まし
いかもしれない。)キーアセンブリ30にはキー32が
含まれるが、キーはその一端にフック部34、その中間
部にキー開口36、その反対側端部にねじ部38を有す
る。第1直径のドリル等でハブに穴を穿孔することでキ
ー収容部40が画成される。次いで、第1直径よりも大
きな第2直径のドリルを用いて、穴のナット収容部42
を穿孔する。ナット収容部42はキー収容部40よりも
大きな直径を有するので、肩44が穴内に画成される。
に固定するため、周方向ハブスロット16及び動翼保持
スロット18を機械加工し、かつキー収容部40とナッ
ト収容部42を穿孔した後、キー32を穴の中に延長キ
ー収容域40aの中までできるだけ深く挿入する。次い
で、リングセグメント22をフック部34に載せてキー
32のキー開口36に入れ、部分的に固定スロット20
に入れる。リングセグメント22の配置を容易にするた
めに、各リングセグメント、又は少なくとも、キーアセ
ンブリ30を収容するためのリングセグメントの各部分
に、スロット48を含むタブ域46を設けて、リングセ
グメント22の着座を容易にする。
を穴のナット収容部42内に挿入してキー32のねじ部
38に被せる。ナット50を回してキーが肩44で支持
されると、キー32はねじの作用によって半径方向外方
(図2の上方)に動き、リングセグメント22が固定ス
ロット20内にはまり込んで固定される。
械の運転温度に応じて強い材料(例えば、鋼又はニッケ
ル鋼)で作られる。キー32の担う荷重はリングセグメ
ント22よりもかなり小さいので、キー32の好ましい
材料はチタンである。無論、当業者であれば個々の用途
に適した他の材料に想到し得るであろう。本発明は特定
の材料に限定されるものではない。
す。この実施形態では、キー32のねじ部38aは第1
の実施形態におけるねじ部38よりも若干短い。加え
て、ナット収容穴42aは雌ねじを有するように改変さ
れている。この実施形態では、キー32に加わる遠心荷
重用の冗長補助負荷路を設けるため、キャップ52をナ
ット収容穴42aにねじ込む。その他の点では、この実
施形態の構成の機能形状は第1実施形態と同じであり、
これ以上の説明は省略する。
は、ロータ構造体に前もって形成されるキーアセンブリ
用の穴は、動翼のダブテール部14に形成される。この
実施形態では、改変キー32aにはねじ部38は設けら
れていないが、キー開口36とフック部34を含んでい
る。キー延長部54がキー32aの半径方向内端に設け
られ、キー32aを穴53内に固定する。すなわち、組
立ての際、リングセグメント22をキー32aのキー開
口36内に挿入した後、キー32aを手で又は専用工具
を用いて半径方向外方に動かし、キー延長部54を曲げ
て穴延長部40aに入れることでキーとリングセグメン
トを固定する。この形状はキーに一体補助負荷路を与え
る。
有する保持セグメントを容易に着脱することができる。
各保持セグメントとそのキーアセンブリは、1段の動翼
の半数以下の動翼を保持するように形成することができ
る。こうすると、一つの保持セグメントを、当該段の全
周に接近しなくても取り外して、再び装着することがで
きる。さらに、本装置は軸方向における段間の機械加工
を必要とせず、着脱には、ピン挿入も、軸方向の段間の
ステーキングもボルト止めも必要としない。
しいと思料される実施形態について説明してきたが、本
発明は、開示した実施形態のみに限定されるものではな
く、請求項に記載された技術的思想及び技術的範囲に属
する様々な修正及び均等な構成にも及ぶものである。
ある。
図である。
Claims (19)
- 【請求項1】 ハブ周囲の周方向に離隔した位置に複数
の所定形状の概ね軸方向に延在する開口(12)を有す
るハブ(10)、 上記開口内に収容される相補形状の基部(14)を有す
るとともに各々動翼保持スロット(18)を有する複数
の動翼、 ハブの周沿いに形成された周方向ハブスロット(16)
であって、動翼を上記開口内に収容したときに上記動翼
保持スロットが該周方向ハブスロットと実質的に整合す
る周方向ハブスロット(16)、及び上記複数の動翼保
持スロット及び周方向ハブスロットの中に固定される1
以上のリングセグメント(22)を含んでなる回転機械
用動翼保持装置。 - 【請求項2】 周方向ハブスロット(16)が実質的に
U字形でその開放端がハブ(10)の中心に面するよう
になっており、かつ動翼保持スロット(18)が実質的
にU字形でその開放端がハブの中心に面している、請求
項1記載の動翼保持装置。 - 【請求項3】 1以上のリングセグメント(22)が2
0〜360°延在する、請求項1記載の動翼保持装置。 - 【請求項4】 1以上のリングセグメント(22)が2
4°延在する、請求項3記載の動翼保持装置。 - 【請求項5】 1以上のリングセグメント(22)が1
80°延在する、請求項3記載の動翼保持装置。 - 【請求項6】 当該動翼保持装置がリングセグメント
(22)を複数の動翼保持スロット(18)及び周方向
ハブスロット(16)の中に固定するキー(32)をさ
らに含んでいて、該キーはその一端にリングセグメント
と係合し得るフック部(34)を有するとともにその反
対側端部にねじ部(38)を有していて、当該動翼保持
装置はキーのねじ部と協働的に係合し得るナット(5
0)をさらに含んでいる、請求項1記載の動翼保持装
置。 - 【請求項7】 キー(32)がハブ(10)の穴の中に
配置され、該穴がキーを収容する第1直径のキー収容部
(40)と、ナットを収容する第2直径のナット収容部
(42)とを含み、第2直径が第1直径よりも大きく、
もって肩(44)を画成し、ナットが肩で支持されてキ
ーを引張ってリングセグメント(22)に係止する、請
求項6記載の動翼保持装置。 - 【請求項8】 ナット収容部(42)の内径にねじが設
けられており、当該動翼保持装置がハブ(10)の穴に
ねじ込まれたキャップ(52)をさらに含む、請求項7
記載の動翼保持装置。 - 【請求項9】 キー(32)が前記複数の動翼の相補形
状基部(14)の少なくとも1つに設けられた穴の中に
配置されている、請求項6記載の動翼保持装置。 - 【請求項10】 ターボ機械動翼がハブ軸線を中心とし
て回転し得るようにハブ(10)内の相補形状開口(1
2)内にはまり込む形状のダブテール部(14)を有し
ている、回転機械用の動翼保持装置であって、 ターボ機械動翼の動翼保持スロット(18)と、ハブの
周沿いに形成された周方向ハブスロット(16)でしか
も動翼をハブの相補形状開口にはめ込んだときに動翼保
持スロットと実質的に整合する周方向ハブスロット(1
6)とで画成される固定スロット(20)、及び固定ス
ロットと係合して動翼が軸方向に移動しないように保持
する1以上のリングセグメント(22)を含む動翼保持
装置。 - 【請求項11】 1以上のリングセグメント(22)と
係合可能であり固定スロット(20)内に1以上のリン
グセグメントを固定する1以上のキー(32)をさらに
含む、請求項10記載の動翼保持装置。 - 【請求項12】 キー(32)がその一端にリングセグ
メント(22)と係合し得るフック部(34)を有する
とともにその反対側端部にねじ部(38)を有してい
て、当該動翼保持装置がキーのねじ部と協働的に係合し
得るナット(50)をさらに含んでいる、請求項11記
載の動翼保持装置。 - 【請求項13】 キー(32)がハブ(10)の穴の中
に配置され、該穴がキーを収容する第1直径のキー収容
部(40)と、ナットを収容する第2直径のナット収容
部(42)とを含み、第2直径が第1直径よりも大き
く、もって肩(44)を画成し、ナットが肩で支持され
てキーを引張ってリングセグメント(22)に係止す
る、請求項12記載の動翼保持装置。 - 【請求項14】 ナット収容部(42)の内径にねじが
設けられており、当該動翼保持装置がハブ(10)の穴
にねじ込まれたキャップ(52)をさらに含む、請求項
13記載の動翼保持装置。 - 【請求項15】 キー(32)が動翼のダブテール部
(14)の穴の中に配置されている、請求項11記載の
動翼保持装置。 - 【請求項16】 ハブ(10)と、該ハブ周囲の周方向
に離隔した位置にある複数の所定形状の概ね軸方向に延
在する開口(12)と、該開口内に収容される相補形状
の基部(14)を有する複数の動翼とを有する回転機械
に動翼を保持する方法であって、 (a)複数の動翼の各々に動翼スロット(18)を機械
加工する段階、 (b)動翼を上記開口内に収容したときに動翼保持スロ
ットが周方向ハブスロットと実質的に整合するようにハ
ブの周沿いに周方向ハブスロット(16)を機械加工す
る段階、 (c)動翼を開口内に配置する段階、及び (d)1以上のリングセグメント(22)を前記複数の
動翼保持スロット及び周方向ハブスロットに固定する段
階を含んでなる方法。 - 【請求項17】 段階(d)が、動翼保持スロット(1
8)及び周方向ハブスロット(16)に近接したキー開
口(36)を有する1以上のキー(32)を挿入し、1
以上のリングセグメント(22)をキー開口にはめ込
み、キーを動翼保持スロット及び周方向ハブスロットの
方に押圧することによって実施される、請求項16記載
の方法。 - 【請求項18】 段階(d)が、さらに、ハブ(10)
又は動翼の基部(14)のいずれかに穴を形成し、キー
(32)を穴に挿入した後で1以上のリングセグメント
(22)をキー開口(36)にはめ込むことによって実
施される、請求項17記載の方法。 - 【請求項19】 段階(d)が、さらに、前記穴の内径
位置にねじを形成し、キャップ(52)を穴にねじ込む
ことによって実施される、請求項18記載の方法。
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