JP3864157B2 - 軸流型タービンホイール - Google Patents

Description

本発明は、軸流型タービンホイールに関し、特に、ロータディスクの外周部に複数のブレードを軸方向に沿って嵌着してなる軸流型タービンホイールに関するものである。

ガスタービンエンジンに設けられる軸流型タービンホイールとして、所謂クリスマスツリー部、或いはダブテール部を介してロータディスクの外周に多数のブレードを結合させたものが知られている。このような周知のブレード結合構造によると、高い径方向保持力が容易に得られる反面、別の軸方向保持手段が必要である上、クリスマスツリー部、或いはダブテール部の隙間から二次エアや主流エアが抜けると著しく効率が低下するので、ロータディスクとブレードとの結合部に何らかのシール手段が必要である。

このような問題に対処する技術として、ロータディスクに対するブレードの軸方向保持機能とシール機能とを兼ね備えたシールプレートを用いた構造が、特許文献１に提案されている。

本文献に記載の構造は、ロータディスクとブレードとの間に設けられた周方向溝に、幾つかのブレードを付け残しておいた部分からシールプレートを順次挿入し、その後に付け残しのブレードを取り付け、軸方向からの着脱が可能な一枚の別のシールプレートをこの最後に取り付けたブレードの部分に嵌め込む、といったものである。
特開平１１−２４７６１６号公報

しかるに、上記の構造によると、例えば破損したブレードを交換する場合には、軸方向からの着脱が可能な一枚のシールプレートを最初に取り外し、このシールプレートと交換したいブレードの位置に対応したシールプレートとの間にある全てのシールプレートを周方向にずらさなければならなかった。つまり、この従来の構造によると、任意の位置のシールプレートのみを着脱することは実質的に不可能であり、保守・整備の際の作業が厄介になりがちであった。

このような従来技術の欠点を解消し、任意の位置のシールプレート並びにブレードのみの着脱が可能な軸流型タービンホイールを提供するため、本発明は、ロータディスク（２）と、該ロータディスクの外周部に軸方向に沿って嵌着された複数のブレード（４）とを有する軸流型タービンホイール（１）において、ブレードの軸方向端部にて径方向内向きに開いた外周側周方向溝（５）と、ロータディスクの軸方向端部にて径方向外向きに開き且つ軸方向内側がより深くなる段違い部（７）を備えた内周側周方向溝（６）と、これら２つの周方向溝に係合する外周縁および内周縁を備え且つ軸方向についての反り面を備えた複数のシールプレート（８）とを有し、前記内周側周方向溝の段違い部からの深さ寸法（Ａ）を前記外周側周方向溝の深さ寸法（Ｂ）以上とし、シールプレートの外周縁が外周側周方向溝の底に当接した時に、シールプレートの内周縁が外周側周方向溝の段違い部に係合するようにした（請求項１）。また、上記構成に加えて、前記シールプレートの周方向中間位置に、複数の凸部（９）を径方向について列設するものとした（請求項２）。

このような本発明によれば、シールプレートの内周縁をロータディスクの深溝部に挿入すると、シールプレートの外周縁がブレードの溝の開口縁をすり抜けられるようになるので、この状態でシールプレートを径方向外向きにずらすことにより、シールプレートの外周縁をブレードの溝に係合させることができる。そしてシールプレートの内周縁をロータディスクの溝の段違い部に係合させれば、運転中は遠心力による径方向外向きの力がシールプレートに作用し、且つシールプレートの反りによる軸力で段違い部との係合が外れなくなるので、ブレードの保持機能を確保し得る。従って、全てのブレードをロータディスクに組み付けた状態での任意のシールプレートの着脱が可能となり、保守・整備性を高める上に大きな効果を奏することができる。しかもロータディスクに対するブレードの結合部がシールプレートで完全に覆われるので、ロータディスクとブレードとの結合部のシール機能をも確保することができ、エンジン効率の低下を招かずに済む。またシールプレートの周方向中間位置に設けた凸部により、シールプレートの着脱時にシールプレートをこじる手掛かりとなり、これを径方向に複数設けておくことにより、シールプレートの径方向位置が装着時と脱却時とで移動することに対応することができる。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１は、本発明が適用されたタービンホイールアセンブリの一部分を示している。このタービンホイールアセンブリ１は、ロータディスク２と、ロータディスク２の外周部にクリスマスツリー型結合部３をもって結合した多数のブレード４とからなっている。

ロータディスク２の吸気後流側端面におけるクリスマスツリー型結合部３のやや内周側並びにブレード４の翼根部には、後記するシールプレートを装着するための周方向溝５・６が形成されている。これらの周方向溝５・６は、図２に併せて示すように、ブレード４に形成された外周側周方向溝５は径方向内向きに開いており、ロータディスク２に形成された内周側周方向溝６は径方向外向きに開き且つ軸方向内側が深くなる段違い部７を備えている。そしてこれらの周方向溝５・６の深さ寸法の関係は、内周側周方向溝６の段違い部７からの深さ寸法Ａが、外周側周方向溝５の深さ寸法Ｂ以上となるようにされている（図２においてＡ≧Ｂ）。

これら２つの周方向溝５・６に装着されるシールプレート８は、図３に示すように、例えばブレード３枚分のクリスマスツリー型結合部３に対向するだけの周方向長さをもって円周を等分割する弧状をなすと共に、その径方向中間部が軸方向について反った形状（周方向端から見てくの字形に折曲するか、弓形に湾曲した形状）をなしており、高温での使用に耐えられるように、耐熱性の高いばね鋼材などで形成されている。そしてシールプレート８の外周縁が外周側周方向溝５の底に当接した時に、シールプレート８の内周縁が内周側周方向溝６の段違い部７に係合するようにしてある。またシールプレート８の周方向中間位置には、シールプレート８の着脱時に治具を係合させる凸部９が、外周寄りと径方向中間位置との２ヶ所にプレス加工にて形成されている。

このように、反り面が付けられたシールプレート８を、ロータディスク２に全てのブレード４が組み付けられたタービンホイールアセンブリ１に装着するには、シールプレート８の山折り側をクリスマスツリー型結合部３に向け、先ずその内周縁がロータディスク側の周方向溝６の底に当接するように挿入する（図４−ａ）。

次にシールプレート８の外周縁側を、クリスマスツリー型結合部３に押し付けるように倒す（図４−ｂ）。なお、この作業は、梃子を利用した治具を用いて行うと良い。これにより、シールプレート８の外周縁がブレード側の周方向溝５の開口に対向したら、凸部９を図示しない治具でこじり、シールプレート８全体を径方向外側へ移動させる（図４−ｃ）。そしてシールプレート８の外周縁がブレード側の周方向溝５の底に当接するまで移動させると、シールプレート８がばね作用を有しているので、シールプレート８の内周縁がロータディスク側の周方向溝６の段違い部７に打音を伴って嵌り込む（図２の状態）。

この状態では、シールプレート８の弾発力が両溝５・６に作用しているので、そのまでも外れ難いが、タービンホイールアセンブリ１の回転時の遠心力でシールプレート８には径方向外向きの力が作用するので、運転中にシールプレート８が両溝５・６から外れることはない。またシールプレート８は、図２に示したように、外周側周方向溝５、内周側周方向溝６、およびクリスマスツリー型結合部３の軸方向端面の３箇所で接し、ブレード４を軸方向について保持することができる。なお、シールプレート８は、シール性の確保のため、着脱時の径方向移動が可能な程度に互いに隣り合うプレート同士間の隙間を極力詰めてある。

シールプレート８の取り外しは上記の逆の手順で行えば良い。なお、シールプレート８の径方向位置は装着時と脱却時とで変化するが、２つの凸部９は径方向について列設されており、これにより、凸部９をこじる治具の係合に支障が生じないようにしている。

このようにして、本発明により、ロータディスク２に全てのブレード４を取り付けた状態のままで任意の位置にある個々のシールプレート８を単独で着脱することができるので、ブレード４の交換を要する場合は、所望のブレード４に対応した１つのシールプレート８を取り外すだけで済むので、保守・整備時の工数を低減することができる。

本発明が適用されたタービンホイールの一部分の斜視図である。 ロータディスクとブレードとの結合部の部分的な断面図である。 シールプレートの平面図である。 装着要領の説明図である。

符号の説明

１ タービンホイールアセンブリ
２ ロータディスク
３ ブレード
５ 外周（ブレード）側周方向溝
６ 内周（ロータディスク）側周方向溝
７ 段違い部
８ シールプレート
９ 凸部

Claims (2)

1. ロータディスクと、該ロータディスクの外周部に軸方向に沿って嵌着された複数のブレードとを有する軸流型タービンホイールであって、
   前記ブレードの軸方向端部にて径方向内向きに開いた外周側周方向溝と、
   前記ロータディスクの軸方向端部にて径方向外向きに開き且つ軸方向内側がより深くなる段違い部を備えた内周側周方向溝と、
   これら２つの周方向溝に係合する外周縁および内周縁を備え且つ軸方向についての反り面を備えた複数のシールプレートとを有し、
   前記内周側周方向溝の段違い部からの深さ寸法を前記外周側周方向溝の深さ寸法以上とし、
   前記シールプレートの外周縁が前記外周側周方向溝の底に当接した時に、前記シールプレートの内周縁が前記外周側周方向溝の段違い部に係合するようにしたことを特徴とする軸流型タービンホイール。
2. 前記シールプレートの周方向中間位置に、複数の凸部を径方向について列設したことを特徴とする請求項１に記載の軸流型タービンホイール。

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