JP2003269104A - 緩衝支持部を有するファン動翼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 翼高さの大きい動翼の翼剛性を高めるととも
に翼部に発生する翼振動を減衰し、さらに空力性能を向
上させるファン動翼を提供する。 【解決手段】 腹側翼面（４ａ）から突出する腹側緩衝
支持部（６ａ）と背側翼面（４ｂ）から突出する背側翼
面緩衝支持部（６ｂ）は、翼面の半径方向の異なる位置
から気流の上流側から下流側に向けて板状に突出し、か
つ隣接するファン動翼（２）の対向する腹側緩衝支持部
と背側翼面緩衝支持部とは周方向に対し傾斜した状態で
摺動可能に当接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は緩衝支持部を有する
ファン動翼に係るものであり、より詳しくは、ターボフ
ァンなどのファン動翼のように翼高さの大きい動翼の翼
剛性を高めるとともに、翼部に発生する翼振動を減衰
し、さらに空力性能を向上させうる緩衝支持部を有する
ファン動翼に関する。

【０００２】

【従来の技術】ファンやガスタービンなどに用いられる
動翼は、空気や蒸気などの作動流体の流れとその乱れ成
分による応力を受け様々な周波数範囲で絶えず加振され
る。様々な周波数のうち特にその動翼の固有振動数の振
動が動翼の翼部に作用した場合には、翼部に大きなたわ
みが発生するため、動翼に金属疲労が生じることがあっ
た。さらにターボファンや蒸気タービンなどに用いられ
る翼高さが大きい動翼では、振動によって大きなたわみ
が翼部に生じ易く、同様のおそれがあった。

【０００３】そこでかかる問題点を回避すべく、翼高さ
が大きいファン動翼等では、翼の端部以外の位置におい
てもタイワイヤや平板状のシュラウド等を用いて隣接す
る動翼同士を全周に渡って連結して翼車を構成する手段
が広く採用されている。これらは隣接する動翼を連結す
ることにより翼構造の剛性の増加を意図したものであ
る。

【０００４】また平板状のシュラウドを用いる場合には
翼振動を減衰させるべく、隣接する動翼のシュラウドを
連結するのではなく、隣接する動翼の対向するシュラウ
ドを面で当接させて相互に支え合わせ、シュラウド同士
が摺動可能とする構造も採用されている。かかる構造は
一般にスナッバー若しくはミッドスパン・サポートと呼
ばれている。以下、かかるスナッバーやミッドスパン・
サポートを本発明において「緩衝支持部」と呼ぶ。

【０００５】図３に上記の構造を採用した従来のファン
翼車の正面図を示す。この図に示した翼車は、エンジン
軸方向に対して傾斜角をもって放射状に並べられた複数
のファン動翼から構成され、各ファン動翼にはその腹側
および背側の翼面から円周方向に突出する平板状のシュ
ラウド１が形成されている。

【０００６】このシュラウド１は、隣接するファン動翼
の対向する翼面間で当接して隣接するファン動翼を相互
に支持するものであり、また、翼に振動によるたわみが
生じた場合には、シュラウド同士が当接する面において
摺動することにより、振動のエネルギを摩擦による熱エ
ネルギに変換して翼振動を緩衝し、これを減衰するもの
でもある。ここで平板状のシュラウド１は、各ファン動
翼の翼面の半径方向の同じ位置に形成されて同心円状に
並んでいる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
従来のシュラウドは、翼構造の剛性を増加させ翼振動を
減衰するものの、空力的には単に圧力損失を生じるだけ
のものであり、ファン効率や圧力比を稼ぐ上においては
マイナス要素となっていた。

【０００８】本発明は上記問題を解決するために発案さ
れたものであって、翼構造の剛性の増加させ、翼振動の
減衰の効果を有し、かつ空力性能を向上させることが可
能な緩衝支持部を有するファン動翼を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、翼車（１０）を構成し、翼面（４）から突出する
緩衝支持部を有するファン動翼であって、該緩衝支持部
（６）は、腹側翼面（４ａ）から突出する腹側緩衝支持
部（６ａ）と背側翼面（４ｂ）から突出する背側翼面緩
衝支持部（６ｂ）とからなり、該腹側緩衝支持部と該背
側翼面緩衝支持部は、翼面の半径方向の異なる位置から
気流の上流側から下流側に向けて板状に突出し、かつ隣
接するファン動翼（２）の対向する腹側緩衝支持部と背
側翼面緩衝支持部とは周方向に対し傾斜した状態で摺動
可能に当接する、ことを特徴とする緩衝支持部を有する
ファン動翼を提供する。

【００１０】ファン動翼に形成された緩衝支持部は翼面
から上流側から下流側に向けて板状に突出し、隣接する
ファン動翼間で当接することによって従来のシュラウド
と同様に翼構造の剛性を増加させ、また翼振動を減衰さ
せることができる。またこの緩衝支持部は、隣接するフ
ァン動翼を周方向に対し傾斜した状態で相互に支持する
ため、その傾斜角を最適化することによってこの緩衝支
持部もファン動翼の翼部と同様に機能して空力性能、特
に圧力上昇を稼ぐことができる。

【００１１】ここで、前記腹側緩衝支持部（６ａ）は半
径方向内側の位置より突出し、前記背側緩衝支持部（６
ｂ）は半径方向外側の位置より突出する、ことが好まし
い。

【００１２】ファン動翼の翼面から突出する板状の緩衝
支持部を翼車の回転方向に向かって傾斜させることで、
この緩衝支持部はファン動翼と同様に気体を取り込む機
能を有効に発揮するため、従来の同心円状に単に並べた
シュラウドが空力的に圧力損失を生じるだけのものであ
るのに比べて空力的に有利なものとなる。

【００１３】さらに、前記腹側緩衝支持部（６ａ）およ
び前記背側緩衝支持部（６ｂ）は、断面が翼形状をして
いる、ことも好ましい。

【００１４】通常の緩衝支持部は平らな板状に形成され
るが、その形状を若干湾曲させてその断面を翼形状とす
ることによって、気体の圧力を効率的に上昇させること
ができ、また、同じ断面積の平板状の緩衝支持部と比し
て、翼構造の剛性をより増加させることができる。さら
にこの傾斜して翼面に形成された緩衝支持部に迎え角を
つけることにより、より多くの気体を取り入れることが
できるようにすることも可能である。

【００１５】なお本発明の好ましい実施態様では、前記
腹側緩衝支持部（６ａ）と前記背側緩衝支持部（６ｂ）
とは段差なく当接し、かつ滑らかな面で支え合ってい
る、ものとする。

【００１６】各ファン動翼から突出し隣接するファン動
翼間で相互に支え合う緩衝支持部を、通常の状態、すな
わち翼に振動が生じていない状態で段差なく当接させる
ことにより緩衝支持部による圧力損失を最小限に抑え、
また滑らかな面で当接させることで当接面での摺動をス
ムーズに行わせて翼に生じる振動を適切に緩衝すること
ができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本願発
明について説明する。図１および図２に本発明の緩衝支
持部を有するファン動翼の好適な実施例を示す。ここで
図１は本発明の緩衝支持部を有するファン動翼を用いた
翼車の正面図、図２はファン動翼部分の拡大斜視図であ
る。

【００１８】図１に示した翼車１０は、ターボファンエ
ンジンの最前面に配置され、燃焼ガスによりエンジン下
流に設けられたタービンによって駆動されて回転し、エ
ンジン内部に大量の空気を送り込む。送り込まれた空気
の一部はコア流として圧縮機に送られて燃焼用に利用さ
れ、残りの空気は圧縮機／燃焼器の外側をバイパスして
後方へと排出され推力の一部として利用される。

【００１９】この翼車を構成するファン動翼はエンジン
前方からエンジン内部に大量の空気を送り込むために、
エンジン軸方向に対して傾斜した状態で円周状に並べら
れている。

【００２０】このファン動翼１０は翼高さが比較的大き
く、振動による空力的不安定を起こしやすいため、その
翼面には緩衝支持部６が設けられている。

【００２１】この緩衝支持部６は、ファン動翼と一体に
形成された腹側翼面４ａから突出する腹側緩衝支持部６
ａと背側翼面４ｂから突出する背側翼面緩衝支持部６ｂ
とからなり、腹側および背側の翼面の緩衝支持部６ａ，
６ｂは、翼面の半径方向の異なる位置から突出している
（図２参照）。一のファン動翼の腹側翼面４ａから突出
する腹側緩衝支持部６ａは、このファン動翼に隣接する
他のファン動翼の背側翼面４ｂから突出する背側緩衝支
持部６ｂと、対向する翼面間で当接し、隣接する動翼は
この緩衝支持部６によって相互に支え合っている。ここ
で当接する腹側緩衝支持部と背側翼面緩衝支持部とは周
方向に対して、翼車の回転方向に向かって傾斜した状態
で当接している。

【００２２】また、この腹側緩衝支持部と背側翼面緩衝
支持部とは、通常の状態、すなわち翼に空力的な荷重を
受けていない状態において段差なく、かつ滑らかな面で
当接している。さらに、腹側緩衝支持部と背側翼面緩衝
支持部とが当接する面は動翼の翼弦線が形成する面とほ
ぼ平行をなしている。

【００２３】ファン動翼から突出する緩衝支持部を上述
のように構成することにより、隣接する動翼は相互に支
え合うことによって翼構造の剛性を高め、また、翼に振
動によるたわみが生じた場合にも、当接する面が摺動す
ることによって振動のエネルギを摩擦による熱エネルギ
に変換し翼振動を緩衝し、これを減衰することができ
る。さらに、緩衝支持部を翼車の回転方向に向かって傾
斜させることで、この緩衝支持部は動翼の翼部と同様に
機能して気体を取り入れることができるため、空力性
能、特に圧力上昇を稼ぐことができる。ここで各動翼か
ら突出し隣接する動翼間で相互に支え合う緩衝支持部
を、通常の状態で段差なく当接させることで圧力損失を
最小限に抑え、また滑らかな面で当接させることで翼に
生じた振動をスムーズに緩衝することができる。

【００２４】なお、翼面から突出する緩衝支持部に迎え
角をつけることにより、より多くの気体を取り入れるこ
とができるようにすることも可能である。

【００２５】また、緩衝支持部６はその断面が若干湾曲
した翼形状をしており、その半径方向断面の曲率は動翼
の曲率とほぼ一致している。

【００２６】通常の緩衝支持部は平板状に形成される
が、その形状を若干湾曲させて翼形状とすることによっ
て、ファンにおいては気体の圧力を効率的に上昇させ、
タービンにおいては主流のエネルギを効率的に回転動力
へ変換することができ、また、同じ断面積の平板状の緩
衝支持部と比して、翼構造の剛性をより増加させること
ができる。

【００２７】なお、本発明は上述した実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できるこ
とは勿論である。例えば、主流のエネルギを回転動力へ
変換するタービン動翼について本発明の動翼を適用する
ことも可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、翼構
造の剛性の増加させ、また翼振動を減衰することがで
き、さらに空力性能を向上させうる緩衝支持部を有する
ファン動翼が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の緩衝支持部を有するファン動翼を用い
た翼車の正面図である。

【図２】本発明の緩衝支持部を有するファン動翼部分の
拡大斜視図である。

【図３】従来の平板状のシュラウドを有するファン翼車
の正面図である。

【符号の説明】

２ 動翼 ４ 翼面 ４ａ 腹側翼面 ４ｂ 背側翼面 ６ 緩衝支持部 ６ａ 腹側緩衝支持部 ６ｂ 背側翼面緩衝支持部 １０ 翼車

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 翼車（１０）を構成し、翼面（４）から
   突出する緩衝支持部を有するファン動翼であって、 該緩衝支持部（６）は、腹側翼面（４ａ）から突出する
   腹側緩衝支持部（６ａ）と背側翼面（４ｂ）から突出す
   る背側翼面緩衝支持部（６ｂ）とからなり、 該腹側緩衝支持部と該背側翼面緩衝支持部は、翼面の半
   径方向の異なる位置から気流の上流側から下流側に向け
   て板状に突出し、かつ隣接するファン動翼（２）の対向
   する腹側緩衝支持部と背側翼面緩衝支持部とは周方向に
   対し傾斜した状態で摺動可能に当接する、ことを特徴と
   する緩衝支持部を有するファン動翼。
2. 【請求項２】 前記腹側緩衝支持部（６ａ）は半径方向
   内側の位置より突出し、前記背側緩衝支持部（６ｂ）は
   半径方向外側の位置より突出する、ことを特徴とする請
   求項１に記載の緩衝支持部を有するファン動翼。
3. 【請求項３】 前記腹側緩衝支持部（６ａ）および前記
   背側緩衝支持部（６ｂ）は、断面が翼形状をしている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の緩衝支持部を
   有するファン動翼。
4. 【請求項４】 前記腹側緩衝支持部（６ａ）と前記背側
   緩衝支持部（６ｂ）とは段差なく当接し、かつ滑らかな
   面で支え合っている、ことを特徴とする請求項１乃至３
   に記載の緩衝支持部を有するファン動翼。