JP5561461B2 - Rotor blade holding structure - Google Patents
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Description
本発明は、動翼保持構造に関し、特に、耐久性に優れた動翼保持構造に関する。 The present invention relates to a moving blade holding structure, and more particularly to a moving blade holding structure having excellent durability.
動翼を有する流体機械には、例えば、コンプレッサやタービン等が存在し、これらの流体機械は、タービンエンジンの主たる構成要素として使用されている。タービンエンジンは、コンプレッサ、燃焼器及びタービンの構成によって、ターボジェットエンジン、ターボファンエンジン、ターボプロップエンジン、ターボシャフトエンジン等に分類される。これらのタービンエンジンのファン、コンプレッサ及びタービンに使用される動翼は、一般に、流体を送る翼形部と、該翼形部から周方向に延設され流路面を構成するプラットホームと、該プラットホームの下方に配置され端部に膨らんだ部分（膨出部）が形成されたダブテールと、を有する。また、かかるファン、コンプレッサ及びタービンは、回転軸に接続されたロータディスクを有し、該ロータディスクは周面に略軸方向に形成された複数の溝部を有する。該溝部は、周面の開口部よりも径方向内方に向かって広くなるように形成されている。したがって、ロータディスクの溝部に動翼のダブテールを挿入すると、ロータディスクの開口部にダブテールの膨出部が係止され、動翼は径方向に拘束される（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。 For example, a compressor, a turbine, or the like exists in a fluid machine having a moving blade, and these fluid machines are used as main components of a turbine engine. Turbine engines are classified into turbojet engines, turbofan engines, turboprop engines, turboshaft engines, etc., depending on the configuration of the compressor, combustor, and turbine. In general, a rotor blade used in a fan, a compressor, and a turbine of these turbine engines includes an airfoil portion that sends a fluid, a platform that extends in a circumferential direction from the airfoil portion and forms a flow path surface, And a dovetail that is disposed below and has a bulging portion (bulging portion) formed at an end thereof. Such a fan, a compressor, and a turbine have a rotor disk connected to a rotating shaft, and the rotor disk has a plurality of grooves formed in a substantially axial direction on a circumferential surface. The groove is formed so as to be wider inward in the radial direction than the opening on the peripheral surface. Therefore, when the dovetail of the rotor blade is inserted into the groove of the rotor disk, the bulge of the dovetail is locked in the opening of the rotor disk, and the rotor blade is restrained in the radial direction (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). reference).
また、ロータディスクの溝部にダブテールが挿入された動翼は、軸方向にも拘束されなければならない。特許文献１〜特許文献３に記載された動翼保持構造は、溝部の一端側をロータディスクに略径方向に形成された保持溝に挿入される板状の動翼保持部材（例えば、リテーナ、保持板、キー等）により塞ぎ、溝部の他端側をロータディスクに隣接して固定される環状のリング部材（例えば、コーンやプレート等）により塞いでいる。ここで、動翼保持部材は、ダブテールの押さえ面を構成する本体部と、本体部の背面（押さえ面の裏側）に配置されたフランジ部と、を有しており、特許文献１及び特許文献２に記載された動翼保持部材では、フランジ部にボルト孔が形成され、ダブテールと溝部の隙間に挿入されるスペーサや板バネとボルト・ナット等の締結具により連結されて位置決めされている。また、特許文献３に記載された動翼保持部材では、フランジ部に薄肉部が形成され、ディスクに連結される留め部材（タペット）の薄肉部が係合されて位置決めされている。 In addition, the rotor blade in which the dovetail is inserted into the groove portion of the rotor disk must also be restrained in the axial direction. The blade holding structure described in Patent Literature 1 to Patent Literature 3 is a plate-like blade holding member (for example, a retainer, for example) that is inserted into a holding groove formed in the rotor disk in a substantially radial direction at one end side of the groove portion. The other end of the groove is closed by an annular ring member (for example, a cone or a plate) that is fixed adjacent to the rotor disk. Here, the moving blade holding member has a main body portion that constitutes a pressing surface of the dovetail, and a flange portion that is disposed on the back surface of the main body portion (the back side of the pressing surface). In the rotor blade holding member described in No. 2, a bolt hole is formed in the flange portion, and the spacer is inserted into a gap between the dovetail and the groove portion, a leaf spring, and a fastener such as a bolt and a nut to be positioned. Moreover, in the moving blade holding member described in Patent Document 3, a thin portion is formed in the flange portion, and the thin portion of the fastening member (tapet) connected to the disk is engaged and positioned.
上述したタービンエンジンは、鳥等の異物を吸い込む場合があり、その衝撃に耐えられるように設計されている。特に、動翼が１枚破損した場合であっても動力を供給できるか否かを確認するための試験をブレードアウト試験と称している。例えば、ターボファンエンジンのファンに特許文献１〜特許文献３に記載された動翼保持構造を採用した場合、上流の空気取入口側に動翼保持部材が配置されることが多い。また、ブレードアウト試験において、飛散した動翼が隣接した正常な動翼と接触した場合、流体を下流へ送るための翼形部の形状から、固定された正常な動翼は上流側に大きな荷重を受けることとなる。この現象は、鳥等の異物を吸い込んだ場合も同様である。したがって、異物の吸い込みに強いエンジンを設計したり、ブレードアウト試験をパスしたりするためには、動翼保持部材の強度が重要になってくる。 The turbine engine described above may inhale foreign objects such as birds and is designed to withstand the impact. In particular, a test for confirming whether power can be supplied even when one blade is damaged is referred to as a blade-out test. For example, when the moving blade holding structure described in Patent Documents 1 to 3 is adopted for a fan of a turbofan engine, a moving blade holding member is often arranged on the upstream air intake side. Also, in the blade-out test, when a scattered moving blade comes into contact with an adjacent normal moving blade, the fixed normal moving blade has a large load on the upstream side due to the shape of the airfoil for sending fluid downstream. Will receive. This phenomenon is the same when foreign objects such as birds are sucked. Therefore, the strength of the moving blade holding member becomes important in designing an engine that is resistant to foreign matter suction and passing the blade-out test.
ところが、上述した特許文献１や特許文献２に記載された動翼保持部材は、本体部の両端がロータディスクの保持溝に挿入されて支持されているため、ダブテールとの接触により本体部が上流側に大きな荷重を受けた場合に、剪断力だけでなく、ロータディスクからの反力による曲げモーメントも生じることとなり、強度的に弱い部分となり易い。したがって、動翼保持部材を厚くしなければならず、そのため重量が大きくなってしまう、動翼保持部材を厚くするための空間の確保が難しい形状には適用できない等の問題がある。 However, the moving blade holding members described in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above are supported by being inserted into the holding grooves of the rotor disk at both ends of the main body portion. When a large load is applied to the side, not only a shearing force but also a bending moment due to a reaction force from the rotor disk is generated, which tends to be a weak portion. Therefore, there is a problem that the moving blade holding member has to be thick, and therefore the weight increases, and it cannot be applied to a shape in which it is difficult to secure a space for increasing the moving blade holding member.
また、特許文献３に記載された動翼保持部材は、ダブテールに形成されたヒールがディスクの上流側に支承された動翼を保持していることから、異物吸い込み時やブレードアウト試験時にはヒールと動翼保持部材とが接触することとなり、かかる接触部に衝撃力が集中し易いため、上述した問題がより顕著となってしまう。
本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、軽量で強度に優れた動翼保持構造を提供することを目的とする。
Further, the moving blade holding member described in Patent Document 3 has a heel formed on the dovetail holding the moving blade supported on the upstream side of the disk. Since the moving blade holding member comes into contact with each other, and the impact force tends to concentrate on the contact portion, the above-described problem becomes more remarkable.
The present invention has been developed in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a moving blade holding structure that is lightweight and excellent in strength.
本発明によれば、動翼のダブテールをロータディスクの周面に形成された溝部に挿入し、該溝部の両端部を塞ぐことにより前記動翼を前記ロータディスクに固定する動翼保持構造であって、前記溝部の少なくとも一端側に配置される動翼保持部材と、前記ダブテールと前記ロータディスクの隙間に挿入されるとともに前記動翼保持部材と結合されるスペーサと、を有し、前記動翼保持部材は、異物の吸い込み又は飛散した動翼の衝突によって、前記ダブテールとの接触により形成される剪断力を受ける面に前記ダブテールと前記動翼保持部材との接触により生じる曲げモーメントに基づいて形成された凸部を有し、前記動翼保持部材は、前記ロータディスクの略径方向に形成された保持溝に挿入され前記ダブテールの押さえ面を構成する本体部と、該本体部の背面に配置されるとともに前記スペーサとの結合部を有するフランジ部と、を備え、前記凸部は、前記本体部が前記保持溝よりも径方向外方に突出するとともに補強リブを備えた突出部により形成される、ことを特徴とする動翼保持構造が提供される。 According to the present invention, there is provided a moving blade holding structure for fixing the moving blade to the rotor disk by inserting a dovetail of the moving blade into a groove formed on the circumferential surface of the rotor disk and closing both ends of the groove. A moving blade holding member disposed on at least one end side of the groove, and a spacer inserted into a gap between the dovetail and the rotor disk and coupled to the moving blade holding member. The holding member is formed based on a bending moment generated by contact between the dovetail and the moving blade holding member on a surface that receives a shearing force formed by contact with the dovetail due to collision of the moving blade that sucks or scatters foreign matter. A main body that is inserted into a holding groove formed in a substantially radial direction of the rotor disk and constitutes a pressing surface of the dovetail. When, and a flange portion having a coupling portion with the spacer while being disposed on the rear surface of the body portion, the convex portion, with the previous SL body portion protrudes radially outward from the holding groove A moving blade holding structure is provided which is formed by a protrusion having a reinforcing rib.
また、前記溝部の他端側には、前記ロータディスクに固定される環状のリング部材が配置されていてもよい。 An annular ring member fixed to the rotor disk may be disposed on the other end side of the groove portion .
上述した本発明に係る動翼保持構造によれば、ダブテールと動翼保持部材との接触により形成される剪断力を受ける面に凸部を形成したことにより、動翼保持部材の断面２次モーメントを大きくすることができ、ブレードアウト試験や異物の吸い込み等により動翼保持部材に生じる曲げモーメントに対して動翼保持部材を曲がり難くすることができ、動翼保持構造の軽量化及び強度の向上を図ることができる。 According to the above-described moving blade holding structure according to the present invention, the convex portion is formed on the surface that receives the shearing force formed by the contact between the dovetail and the moving blade holding member, so that the secondary moment of inertia of the moving blade holding member is obtained. The blade holding member can be made difficult to bend with respect to the bending moment generated in the blade holding member due to the blade-out test or the suction of foreign matters, and the weight and strength of the blade holding structure are improved. Can be achieved.
以下、本発明の実施形態について図１〜図５を用いて説明する。ここで、図１は、本発明に係る動翼保持構造の一実施形態を示す図であり、（Ａ）は外観図、（Ｂ）は動翼保持部材の外観図、である。また、図２は、動翼保持構造の断面図を示す図であり、（Ａ）は図１に示した動翼保持構造の略周方向平面における断面図、（Ｂ）は図２（Ａ）における動翼保持部材のＺ−Ｚ断面図、（Ｃ）は従来の動翼保持構造の略周方向平面における断面図、（Ｂ）は図２（Ｃ）における動翼保持部材のＺ−Ｚ断面図、である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 1 is a view showing an embodiment of a moving blade holding structure according to the present invention, where (A) is an external view, and (B) is an external view of a moving blade holding member. 2 is a cross-sectional view of the moving blade holding structure, (A) is a cross-sectional view of the moving blade holding structure shown in FIG. 1 in a substantially circumferential plane, and (B) is FIG. 2 (A). ZZ sectional view of the blade holding member in Fig. 2, (C) is a sectional view in a substantially circumferential plane of the conventional blade holding structure, and (B) is a ZZ section of the blade holding member in Fig. 2 (C). Figure.
図１及び図２に示した動翼保持構造は、動翼１のダブテール１１をロータディスク２の周面に形成された溝部２１に挿入し、溝部２１の両端部を塞ぐことにより動翼１をロータディスク２に固定する動翼保持構造であって、溝部２１の一端側に配置される動翼保持部材３を有し、動翼保持部材３は、ダブテール１１との接触により形成される剪断力を受ける面にダブテール１１と動翼保持部材３との接触により生じる曲げモーメントに基づいて形成された凸部３５（図２参照）を有する。ここで、動翼保持部材３は、ロータディスク２の略径方向に形成された保持溝２５に挿入されダブテール１１の押さえ面を構成する本体部３１と、本体部３１の背面に配置されるとともにスペーサ４との結合部（ボルト孔３４）を有するフランジ部３２と、を備えており、フランジ部３２の略周方向の幅Ｆｘがダブテール１１の略周方向の幅Ｄｘよりも大きく形成することにより凸部３５が形成されている。なお、本発明において、略周方向とは、ロータディスク２の周面に沿った方向又はその接線方向を意味するものとする。 The moving blade holding structure shown in FIGS. 1 and 2 inserts the dovetail 11 of the moving blade 1 into the groove portion 21 formed on the peripheral surface of the rotor disk 2 and closes both ends of the groove portion 21 to thereby close the moving blade 1. A moving blade holding structure that is fixed to the rotor disk 2 and has a moving blade holding member 3 disposed on one end side of the groove portion 21, and the moving blade holding member 3 is a shear force formed by contact with the dovetail 11. The receiving surface has a convex portion 35 (see FIG. 2) formed on the basis of a bending moment generated by contact between the dovetail 11 and the blade holding member 3. Here, the moving blade holding member 3 is inserted into the holding groove 25 formed in the substantially radial direction of the rotor disk 2 and is disposed on the back surface of the main body 31 and the main body 31 constituting the pressing surface of the dovetail 11. A flange portion 32 having a coupling portion (bolt hole 34) with the spacer 4, and the substantially circumferential width Fx of the flange portion 32 is formed larger than the substantially circumferential width Dx of the dovetail 11. A convex portion 35 is formed. In the present invention, the substantially circumferential direction means a direction along the circumferential surface of the rotor disk 2 or a tangential direction thereof.
前記動翼１は、ターボジェットエンジン、ターボファンエンジン、ターボプロップエンジン、ターボシャフトエンジン等のタービンエンジンを構成するコンプレッサ又はタービンに使用される動翼１であり、流体を送る翼形部１２と、翼形部１２から周方向に延設され流路面を構成するプラットホーム１３と、プラットホーム１３の下方に配置され端部に膨らんだ部分（膨出部１４）が形成されたダブテール１１と、を有する。 The moving blade 1 is a moving blade 1 used for a compressor or a turbine constituting a turbine engine such as a turbojet engine, a turbofan engine, a turboprop engine, a turboshaft engine, etc., and an airfoil portion 12 for sending a fluid; A platform 13 extending in the circumferential direction from the airfoil portion 12 and constituting a flow path surface, and a dovetail 11 disposed below the platform 13 and formed with a bulging portion (a bulging portion 14) at an end portion.
前記ロータディスク２は、コンプレッサ又はタービンの回転軸に接続されており、ロータディスク２の周面には軸方向に複数の溝部２１が形成されている。溝部２１は、周面の開口部２２よりも内側が広くなるように形成されている。したがって、溝部２１の間に位置し、溝部２１の側面を構成する柱状部２３は略Ｔ字状の断面を有する。かかる溝部２１に動翼１のダブテール１１を挿入すると、ダブテール１１の膨出部１４が係止され、動翼１は径方向に拘束される。なお、説明の便宜上、図１（Ａ）において、ダブテール１１の膨出部１４は点線で図示している。 The rotor disk 2 is connected to a rotating shaft of a compressor or turbine, and a plurality of grooves 21 are formed in the axial direction on the circumferential surface of the rotor disk 2. The groove 21 is formed so that the inner side is wider than the opening 22 on the peripheral surface. Therefore, the columnar part 23 located between the groove parts 21 and constituting the side surface of the groove part 21 has a substantially T-shaped cross section. When the dovetail 11 of the moving blade 1 is inserted into the groove portion 21, the bulging portion 14 of the dovetail 11 is locked, and the moving blade 1 is restrained in the radial direction. For convenience of explanation, in FIG. 1A, the bulging portion 14 of the dovetail 11 is shown by a dotted line.
また、ロータディスク２の柱状部２３は、ロータディスク２の軸方向に突出した突出部２４を有し、突出部２４の溝部２１と隣接した部分に略径方向に形成された保持溝２５が形成されている。そして、隣接した突出部２４に形成された保持溝２５と対になって動翼保持部材３を挿入可能なスロット部２６を形成している。かかるスロット部２６は、柱状部２３が略Ｔ字状の断面を有することから、ここでは径方向外方に向かって間隔が狭くなるように形成されている。 The columnar portion 23 of the rotor disk 2 has a protruding portion 24 protruding in the axial direction of the rotor disk 2, and a holding groove 25 formed in a substantially radial direction is formed in a portion adjacent to the groove portion 21 of the protruding portion 24. Has been. And the slot part 26 which can insert the moving blade holding | maintenance member 3 is formed in a pair with the holding groove 25 formed in the adjacent protrusion part 24. As shown in FIG. Since the columnar portion 23 has a substantially T-shaped cross section, the slot portion 26 is formed so that the interval is narrowed outward in the radial direction here.
前記動翼保持部材３は、図１（Ａ）に示したように、一対の保持溝２５（すなわち、スロット部２６）に挿入されダブテール１１の端面を押えるプレート状の部材であり、リテーナや保持板と称されることもある。図１（Ｂ）に示したように、動翼保持部材３は本体部３１とフランジ部３２を有し、本体部３１は、スロット部２６に挿入可能な形状をなしている。例えば、本体部３１は、スロット部２６が径方向外方に向かって間隔が狭くなるように形成されている場合には、上部の間隔が狭くなるように両肩部にテーパ部３３が形成される。なお、本体部３１の外形はスロット部２６の形状に適合するように形成されるものであり、図示した形状に限定されるものではなく、長方形状や半円形状であってもよい。 As shown in FIG. 1A, the moving blade holding member 3 is a plate-like member that is inserted into a pair of holding grooves 25 (that is, the slot portions 26) and presses the end face of the dovetail 11, and is used as a retainer or holding member. Sometimes called a board. As shown in FIG. 1B, the moving blade holding member 3 has a main body portion 31 and a flange portion 32, and the main body portion 31 has a shape that can be inserted into the slot portion 26. For example, when the slot portion 26 is formed so that the interval becomes narrower radially outward, the main body portion 31 is formed with the tapered portions 33 on both shoulders so that the interval between the upper portions becomes narrow. The Note that the outer shape of the main body 31 is formed so as to conform to the shape of the slot portion 26 and is not limited to the illustrated shape, and may be rectangular or semicircular.
また、フランジ部３２は、本体部３１の背面（押さえ面の裏側）の下部に略垂直に配置されている。かかるフランジ部３２には、ボルト孔３４が形成されており、ダブテール１１と溝部２１の隙間に挿入されるスペーサ４とボルト・ナット等の締結具５により連結できるように構成されている。なお、説明の便宜上、図１（Ａ）において、締結具５は図を省略してある。 Further, the flange portion 32 is disposed substantially perpendicularly to the lower portion of the back surface of the main body portion 31 (the back side of the pressing surface). Bolt holes 34 are formed in the flange portion 32 so that the flange 4 can be connected to the spacer 4 inserted into the gap between the dovetail 11 and the groove portion 21 by a fastener 5 such as a bolt / nut. For convenience of explanation, the illustration of the fastener 5 is omitted in FIG.
そして、フランジ部３２の略周方向の幅をＦｘ、ダブテール１１（膨出部１４）の略周方向の幅をＤｘとすれば、図２（Ａ）に示すように、幅Ｆｘ＞幅Ｄｘの関係を有している。したがって、図２（Ａ）におけるＺ−Ｚ断面は、図２（Ｂ）に示すように、略Ｌ字形状をなす。ここで、Ｚ−Ｚ断面は、ダブテール１１（膨出部１４）の側端部が本体部３１の押さえ面と接触する部分の断面、すなわち、剪断力を受ける面を構成している。よって、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示した動翼保持部材３は、ダブテール１１と本体部３１との接触により形成される剪断力を受ける面にダブテール１１と本体部３１との接触により生じる曲げモーメントに基づいて形成された凸部３５が形成されるように、本体部３１及びフランジ部３２の形状が構成されていると言い換えることができる。 If the substantially circumferential width of the flange portion 32 is Fx and the substantially circumferential width of the dovetail 11 (the bulging portion 14) is Dx, as shown in FIG. 2A, the width Fx> the width Dx. Have a relationship. Therefore, the ZZ cross section in FIG. 2 (A) is substantially L-shaped as shown in FIG. 2 (B). Here, the ZZ cross section constitutes a cross section of a portion where the side end portion of the dovetail 11 (the bulging portion 14) contacts the pressing surface of the main body portion 31, that is, a surface that receives a shearing force. Therefore, the moving blade holding member 3 shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B) is brought into contact with the dovetail 11 and the main body 31 on the surface receiving the shearing force formed by the contact between the dovetail 11 and the main body 31. In other words, the shapes of the main body portion 31 and the flange portion 32 are configured so that the convex portion 35 formed based on the generated bending moment is formed.
また、本体部３１の両端がスロット部２６に挿入されて支持されているため、ダブテール１１（膨出部１４）との接触により本体部３１が大きな荷重を受けた場合、剪断力を受ける面には、剪断力だけでなく、ロータディスク２からの反力による曲げモーメントも生じる。本発明は、この曲げモーメントに対する強度を向上させる発明である。かかる曲げモーメントは、例えば、鳥等の異物の吸い込みや飛散した動翼の衝突等により生ずる。 In addition, since both ends of the main body 31 are inserted into and supported by the slot portion 26, when the main body 31 receives a large load due to contact with the dovetail 11 (the bulging portion 14), the surface receives a shearing force. Causes not only a shearing force but also a bending moment due to a reaction force from the rotor disk 2. The present invention is an invention that improves the strength against this bending moment. Such a bending moment is generated, for example, by sucking in a foreign object such as a bird or colliding with a scattered moving blade.
ところで、従来の動翼保持構造は、図２（Ｃ）に示したように、幅Ｆｘ＜幅Ｄｘの関係を有している。したがって、Ｚ−Ｚ断面は本体部のみの断面となり、図２（Ｄ）に示したように、長方形状をなす。一般に、物体の曲がり難さは断面２次モーメントで表現することができ、長方形状よりもＬ字形状の方が断面２次モーメントを大きくすることができる。すなわち、フランジ部の幅Ｆｘをダブテール１１の幅Ｄｘよりも大きく形成することにより、動翼保持部材３の断面２次モーメントを大きくすることができ、剪断力を受ける面に生じる曲げモーメントに対する剛性を向上させることができる。 By the way, the conventional moving blade holding structure has a relationship of width Fx <width Dx, as shown in FIG. Therefore, the ZZ cross section is a cross section of only the main body, and has a rectangular shape as shown in FIG. In general, the difficulty of bending of an object can be expressed by a second moment of section, and the second moment of section can be increased in the L shape rather than the rectangular shape. That is, by forming the width Fx of the flange portion larger than the width Dx of the dovetail 11, the cross-section secondary moment of the moving blade holding member 3 can be increased, and the rigidity against the bending moment generated on the surface receiving the shearing force can be increased. Can be improved.
また、本発明では剪断力を受ける面を略Ｌ字形状となるように構成しているため、ダブテール１１と本体部３１との接触により動翼保持部材３に生じる曲げモーメントを算出して本体部３１又はフランジ部３２の最適な形状を容易に選定することができる。例えば、フランジ部３２の軸方向長さＦｚ、本体部３１の軸方向長さＲｚ、本体部３１の径方向長さＲｙ等の条件を容易に設定することができる。特に、本発明では、本体部３１の軸方向長さＲｚやフランジ部３２の軸方向長さＦｚを従来の動翼保持部材よりも短くすることができるため、ロータディスク２の突出部２４の長さも短くすることができ、軸方向に接近して翼列が配置されるコンプレッサやタービンに適した動翼保持構造を提供することができる。特に、高性能なゼロハブチップレシオファンに有利である。 Further, in the present invention, the surface that receives the shearing force is configured to have a substantially L shape, and therefore the bending moment generated in the moving blade holding member 3 due to the contact between the dovetail 11 and the main body 31 is calculated. The optimal shape of 31 or the flange part 32 can be selected easily. For example, conditions such as the axial length Fz of the flange portion 32, the axial length Rz of the main body portion 31, and the radial length Ry of the main body portion 31 can be easily set. In particular, in the present invention, the axial length Rz of the main body 31 and the axial length Fz of the flange 32 can be made shorter than those of the conventional moving blade holding member. Further, it is possible to provide a moving blade holding structure suitable for a compressor or turbine in which blade rows are arranged close to each other in the axial direction. This is particularly advantageous for high performance zero hub chip ratio fans.
例えば、ダブテール１１の周長Ｌが５４．１ｍｍ、動翼保持部材３のＺ−Ｚ断面積（剪断面積）Ｓが３０４．２ｍｍ２、モーメントアームの長さＡが２．４ｍｍ、動翼保持部材３及びロータディスク２の高さＨが２４．７ｍｍとし、ブレードアウト試験等の飛散した動翼の衝突により生ずる曲げモーメントを動翼保持部材３に負荷させた場合、図２（Ｃ）及び（Ｄ）に示した従来の動翼保持部材では本体部の軸方向長さＲｚが９．２ｍｍも必要であったが、本発明で用いる動翼保持部材３では本体部３１の軸方向長さＲｚを７．６ｍｍに縮めることができた。このように、本体部３１の軸方向長さＲｚを１８％も縮めることができることは、同様に、ロータディスク２の突出部２４の長さも短くすることができることを意味し、動翼１を有するコンプレッサやタービンの設計上の自由度を向上させることができ、大型化や高性能化にも容易に対応させることができる。 For example, the circumferential length L of the dovetail 11 is 54.1 mm, the ZZ cross-sectional area (shear area) S of the moving blade holding member 3 is 304.2 mm 2 , the moment arm length A is 2.4 mm, the moving blade holding member 3 and the rotor disk 2 have a height H of 24.7 mm, and when the blade holding member 3 is loaded with a bending moment generated by the collision of scattered blades in a blade-out test or the like, FIG. In the conventional moving blade holding member shown in FIG. 4, the axial length Rz of the main body portion is required to be 9.2 mm. However, in the moving blade holding member 3 used in the present invention, the axial length Rz of the main body portion 31 is set to be lower. It was able to shrink to 7.6 mm. As described above, the fact that the axial length Rz of the main body 31 can be reduced by 18% means that the length of the protruding portion 24 of the rotor disk 2 can be shortened, and the moving blade 1 is provided. The degree of freedom in designing the compressor and turbine can be improved, and it is possible to easily cope with the increase in size and performance.
次に、動翼保持構造の全体構成について説明する。ここで、図３は、本発明に係る動翼保持構造の全体構成を示す図である。なお、図１及び図２に示した実施形態と同じ構成部品については同じ符号を付し、重複した説明を省略する。
図３に示したように、本発明に係る動翼保持構造は、動翼１のダブテール１１をロータディスク２の周面に形成された軸方向の溝部２１に挿入し、溝部２１の両端部を塞ぐことにより動翼１をロータディスクに固定する動翼保持構造であって、溝部２１の一端側に動翼保持部材３が配置され、溝部２１の他端側にロータディスク２に固定される環状のリング部材６が配置されている。ここでは、動翼保持部材３が上流側に配置され、リング部材６が下流側に配置されている場合を図示している。なお、図中、ロータディスク２の軸芯Ｌを一点鎖線で表示している。
Next, the overall configuration of the moving blade holding structure will be described. Here, FIG. 3 is a diagram showing an overall configuration of the moving blade holding structure according to the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same component as embodiment shown in FIG.1 and FIG.2, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
As shown in FIG. 3, in the moving blade holding structure according to the present invention, the dovetail 11 of the moving blade 1 is inserted into the axial groove portion 21 formed on the circumferential surface of the rotor disk 2, and both end portions of the groove portion 21 are inserted. A moving blade holding structure for fixing the moving blade 1 to the rotor disk by closing, the moving blade holding member 3 being disposed on one end side of the groove portion 21, and an annular shape fixed to the rotor disk 2 on the other end side of the groove portion 21. The ring member 6 is arranged. Here, the case where the moving blade holding member 3 is disposed on the upstream side and the ring member 6 is disposed on the downstream side is illustrated. In the figure, the axis L of the rotor disk 2 is indicated by a one-dot chain line.
図３に示したように、ダブテール１１と溝部２１の隙間には板状のスペーサ４が挿入されており、動翼１の径方向の移動を抑制している。かかるスペーサ４は、単に隙間を埋める板状の部材であってもよいし、動翼１を径方向外方に付勢する板バネにより構成してもよい。また、スペーサ４は、端部にボルト孔が形成されており、動翼保持部材３のフランジ部３２に形成されたボルト孔３４と位置合わせされて、ボルト・ナット等の締結具５によりフランジ部３２に結合される。 As shown in FIG. 3, a plate-like spacer 4 is inserted in the gap between the dovetail 11 and the groove portion 21 to suppress the movement of the rotor blade 1 in the radial direction. The spacer 4 may be a plate-like member that simply fills the gap, or may be constituted by a leaf spring that urges the rotor blade 1 radially outward. Further, the spacer 4 has a bolt hole formed at an end thereof, and is aligned with a bolt hole 34 formed in the flange portion 32 of the rotor blade holding member 3, and the flange portion is fastened by a fastener 5 such as a bolt / nut. 32.
また、リング部材６は、少なくとも溝部２１を覆う面を有し、柱状部２３に相当する部分や溝部２１よりも径方向内方の部分に複数のボルト孔が形成されており、ボルト等の締結具６１により、ロータディスク２に固定されている。かかるリング部材６は、溝部２１を覆う環状のプレートを有するものであれば、専用部品であってもよいし、コーン等の他の部品の一部を構成する部分であってもよい。 Further, the ring member 6 has a surface covering at least the groove portion 21, and a plurality of bolt holes are formed in a portion corresponding to the columnar portion 23 or a portion radially inward of the groove portion 21, and fastening of bolts or the like The tool 61 is fixed to the rotor disk 2. As long as the ring member 6 has an annular plate that covers the groove 21, the ring member 6 may be a dedicated part or may be a part that constitutes a part of another part such as a cone.
次に、本発明に係る動翼保持構造で用いる動翼保持部材３の変形例について説明する。ここで、図４は、動翼保持部材の変形例を示す図であり、（Ａ）は動翼保持構造の略周方向平面における断面図、（Ｂ）は図４（Ａ）における動翼保持部材のＺ−Ｚ断面図、である。なお、図１及び図２に示した実施形態と同じ構成部品については同じ符号を付し、重複した説明を省略する。 Next, a modified example of the moving blade holding member 3 used in the moving blade holding structure according to the present invention will be described. Here, FIG. 4 is a view showing a modified example of the blade holding member, (A) is a sectional view of the blade holding structure in a substantially circumferential plane, and (B) is the blade holding in FIG. 4 (A). It is ZZ sectional drawing of a member. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same component as embodiment shown in FIG.1 and FIG.2, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示した動翼保持部材３の変形例は、本体部３１が保持溝２５よりも径方向外方に突出した突出部３６を有し、突出部３６に補強リブ３７が形成されている。具体的には、本体部３１の径方向長さＲｙを保持溝２５よりも長くすることにより突出部３６を形成する。かかる構成によれば、図４（Ｂ）に示したように、剪断力を受ける面を略ト字形状に構成することができる。また、かかる動翼保持部材３は、ダブテール１１と本体部３１との接触により形成される剪断力を受ける面に凸部３５が形成されていると言い換えることができる。補強リブ３７は、図示した位置や形状に限定されるものではなく、本体部３１の最上部に配置してもよいし、複数個配置してもよい。また、補強リブ３７を形成したことにより、径方向内方から動翼保持部材３をスロット部２６に挿入できない場合には、フランジ部３２の幅Ｆｘを柱状部２３の隙間よりも小さく形成し、径方向外方から動翼保持部材３をスロット部２６に挿入させるようにすればよい。 4 (A) and 4 (B), the modified example of the moving blade holding member 3 has a protruding portion 36 in which the main body portion 31 protrudes radially outward from the holding groove 25, and the protruding portion 36 is reinforced. Ribs 37 are formed. Specifically, the protruding portion 36 is formed by making the radial length Ry of the main body portion 31 longer than the holding groove 25. According to such a configuration, as shown in FIG. 4B, the surface that receives the shearing force can be configured to have a substantially toroidal shape. In other words, the moving blade holding member 3 can be said to have a convex portion 35 formed on a surface that receives a shearing force formed by contact between the dovetail 11 and the main body portion 31. The reinforcing ribs 37 are not limited to the illustrated positions and shapes, and may be arranged at the uppermost part of the main body 31 or a plurality of reinforcing ribs 37. Further, when the moving blade holding member 3 cannot be inserted into the slot portion 26 from the inside in the radial direction by forming the reinforcing rib 37, the width Fx of the flange portion 32 is formed to be smaller than the gap between the columnar portions 23, The blade holding member 3 may be inserted into the slot portion 26 from the outside in the radial direction.
さらに、柱状部２３の隙間がダブテール１１（膨出部１４）の幅Ｄｘよりも大きい場合には、フランジ部３２の幅Ｆｘをダブテール１１（膨出部１４）の幅Ｄｘよりも大きく形成して、図１に示した実施形態と図４に示した変形例を組み合わせるようにしてもよい。
最後に、上述した本発明に係る動翼保持構造を備えたタービンエンジンについて説明する。ここで、図５は、本発明に係る動翼保持構造を備えたターボファンエンジンを示す概略構成図である。なお、図１及び図２に示した実施形態と同じ構成部品については同じ符号を付し、重複した説明を省略する。
Further, when the gap between the columnar portions 23 is larger than the width Dx of the dovetail 11 (the bulging portion 14), the width Fx of the flange portion 32 is formed larger than the width Dx of the dovetail 11 (the bulging portion 14). The embodiment shown in FIG. 1 and the modification shown in FIG. 4 may be combined.
Finally, the turbine engine provided with the moving blade holding structure according to the present invention described above will be described. Here, FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a turbofan engine provided with a moving blade holding structure according to the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same component as embodiment shown in FIG.1 and FIG.2, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図５に示したターボファンエンジン７は、ファン７１、コンプレッサ７２、燃焼器７３、及びタービン７４を主たる構成要素としている。ここで、タービン７４は、前段に高圧タービン、後段に低圧タービンを備え、高圧タービンによりコンプレッサ７２を駆動させ、低圧タービンによりファン７１を駆動させている。なお、図中、ターボファンエンジン７の軸芯Ｌを一点鎖線で表示している。 The turbofan engine 7 shown in FIG. 5 includes a fan 71, a compressor 72, a combustor 73, and a turbine 74 as main components. Here, the turbine 74 includes a high-pressure turbine in the front stage and a low-pressure turbine in the rear stage, and the compressor 72 is driven by the high-pressure turbine and the fan 71 is driven by the low-pressure turbine. In the figure, the axis L of the turbofan engine 7 is indicated by a one-dot chain line.
前記ファン７１は、タービン７４（低圧タービン）により駆動されるスピナー７５に埋め込まれて固定された動翼７１ａを有する。より具体的には、動翼７１ａは、スピナー７５の一部を構成するロータディスク（図示せず）に固定されており、この固定手段として上述した本発明に係る動翼保持構造が適用されている。また、ファン７１は、その駆動により前面の空気取入口７６から空気をエンジンカウル７７内に取り入れ、流入空気の一部をバイパスノズル７８から噴出させ、残りの流入空気をコンプレッサ７２に供給している。 The fan 71 has a moving blade 71a embedded and fixed in a spinner 75 driven by a turbine 74 (low pressure turbine). More specifically, the moving blade 71a is fixed to a rotor disk (not shown) constituting a part of the spinner 75, and the moving blade holding structure according to the present invention described above is applied as this fixing means. Yes. Further, the fan 71 is driven to take air from the front air intake 76 into the engine cowl 77, and a part of the inflow air is ejected from the bypass nozzle 78, and the remaining inflow air is supplied to the compressor 72. .
前記コンプレッサ７２は、タービン７４（高圧タービン）により駆動されるロータディスク（図示せず）に固定された複数の動翼７２ａを有する。かかる動翼７２ａの固定手段として上述した本発明に係る動翼保持構造を適用してもよい。また、コンプレッサ７２は、ファン７１から供給された空気を圧縮して燃焼器７３に圧縮空気を供給する。
前記燃焼器７３は、コンプレッサ７２から供給された圧縮空気に燃料を供給して点火して燃料を燃焼させる。そして、かかる燃焼により生じた高速の排気ジェットは、タービン７４に供給されてタービン７４を駆動し、最終的にコアノズル７９から噴出される。
The compressor 72 has a plurality of rotor blades 72a fixed to a rotor disk (not shown) driven by a turbine 74 (high pressure turbine). The above-described moving blade holding structure according to the present invention may be applied as means for fixing the moving blade 72a. The compressor 72 compresses the air supplied from the fan 71 and supplies the compressed air to the combustor 73.
The combustor 73 supplies fuel to the compressed air supplied from the compressor 72 and ignites it to burn the fuel. Then, the high-speed exhaust jet generated by the combustion is supplied to the turbine 74 to drive the turbine 74 and is finally ejected from the core nozzle 79.
前記タービン７４は、燃焼器７３から排出された排気ジェットにより駆動されるロータディスク（図示せず）に固定された複数の動翼７４ａを有する。かかる動翼７４ａの固定手段として上述した本発明に係る動翼保持構造を適用してもよい。
かかるターボファンエンジン７におけるファン７１の動翼７１ａ等に本発明に係る動翼保持構造を適用することにより、動翼保持部材３の断面２次モーメントを大きくすることができ、ブレードアウト試験や異物の吸い込み等により動翼保持部材３に生じる曲げモーメントに対して動翼保持部材３を曲がり難くすることができ、動翼保持構造の軽量化及び強度の向上を図ることができ、ひいてはターボファンエンジン７の性能を向上させることができる。
The turbine 74 has a plurality of rotor blades 74 a fixed to a rotor disk (not shown) driven by an exhaust jet discharged from the combustor 73. The above-described moving blade holding structure according to the present invention may be applied as means for fixing the moving blade 74a.
By applying the moving blade holding structure according to the present invention to the moving blade 71a of the fan 71 in the turbofan engine 7, the secondary moment of the section of the moving blade holding member 3 can be increased. The blade holding member 3 can be made difficult to bend with respect to the bending moment generated in the blade holding member 3 due to suction of the blade, and the weight and strength of the blade holding structure can be reduced. 7 performance can be improved.
特に、ファン７１のハブ側の動翼を上流側に向かって迫り出した構成のゼロハブチップレシオファンのように、せり出した部分を構成するスピナー動翼とその直後に配置されるファン動翼のように近接して配置される動翼を備えた構成の後側の動翼（ファン動翼）の固定手段として、本発明に係る動翼保持構造を適用すると効果的である。
本発明は上述した実施形態に限定されず、ターボジェットエンジン、ターボプロップエンジン、ターボシャフトエンジン等の動翼に適用することができる等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
In particular, the spinner rotor blade constituting the protruding portion and the fan rotor blade disposed immediately after the rotor blade on the hub side of the fan 71, such as a zero hub tip ratio fan configured to protrude toward the upstream side, are provided. Thus, it is effective to apply the moving blade holding structure according to the present invention as a fixing means for the rear moving blade (fan moving blade) having the moving blades arranged close to each other.
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention, such as being applicable to moving blades of turbojet engines, turboprop engines, turboshaft engines, and the like. Of course.
１…動翼
２…ロータディスク
３…動翼保持部材
４…スペーサ
５…締結具
６…リング部材
７…ターボファンエンジン
１１…ダブテール
１２…翼形部
１３…プラットホーム
１４…膨出部
２１…溝部
２２…開口部
２３…柱状部
２４…突出部
２５…保持溝
２６…スロット部
３１…本体部
３２…フランジ部
３３…テーパ部
３４…ボルト孔
３５…凸部
３６…突出部
３７…補強リブ
６１…締結具
７１…ファン
７１ａ…動翼
７２…コンプレッサ
７２ａ…動翼
７３…燃焼器
７４…タービン
７４ａ…動翼
７５…スピナー
７６…空気取入口
７７…エンジンカウル
７８…バイパスノズル
７９…コアノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotor blade 2 ... Rotor disk 3 ... Rotor blade holding member 4 ... Spacer 5 ... Fastener 6 ... Ring member 7 ... Turbofan engine 11 ... Dovetail 12 ... Airfoil part 13 ... Platform 14 ... Swelling part 21 ... Groove part 22 ... Opening part 23 ... Columnar part 24 ... Protrusion part 25 ... Holding groove 26 ... Slot part 31 ... Main body part 32 ... Flange part 33 ... Taper part 34 ... Bolt hole 35 ... Convex part 36 ... Protrusion part 37 ... Reinforcement rib 61 ... Conclusion Tool 71 ... Fan 71a ... Rotor blade 72 ... Compressor 72a ... Rotor blade 73 ... Combustor 74 ... Turbine 74a ... Rotor blade 75 ... Spinner 76 ... Air intake 77 ... Engine cowl 78 ... Bypass nozzle 79 ... Core nozzle
Claims (2)
前記溝部の少なくとも一端側に配置される動翼保持部材と、前記ダブテールと前記ロータディスクの隙間に挿入されるとともに前記動翼保持部材と結合されるスペーサと、を有し、
前記動翼保持部材は、異物の吸い込み又は飛散した動翼の衝突によって、前記ダブテールとの接触により形成される剪断力を受ける面に前記ダブテールと前記動翼保持部材との接触により生じる曲げモーメントに基づいて形成された凸部を有し、
前記動翼保持部材は、前記ロータディスクの略径方向に形成された保持溝に挿入され前記ダブテールの押さえ面を構成する本体部と、該本体部の背面に配置されるとともに前記スペーサとの結合部を有するフランジ部と、を備え、
前記凸部は、前記本体部が前記保持溝よりも径方向外方に突出するとともに補強リブを備えた突出部により形成される、
ことを特徴とする動翼保持構造。 A blade holding structure for fixing the blade to the rotor disk by inserting a dovetail of the blade into a groove formed on the circumferential surface of the rotor disk and closing both ends of the groove,
A blade holding member disposed on at least one end of the groove, and a spacer inserted into a gap between the dovetail and the rotor disk and coupled to the blade holding member,
The moving blade holding member is subjected to a bending moment generated by contact between the dovetail and the moving blade holding member on a surface that receives a shearing force formed by contact with the dovetail due to suction or scattering of moving blades. Having a convex portion formed on the basis of,
The moving blade holding member is inserted into a holding groove formed in a substantially radial direction of the rotor disk and constitutes a pressing surface of the dovetail, and is disposed on the back surface of the main body portion and coupled to the spacer A flange portion having a portion,
The convex portion is formed by a protruding portion with a stiffening rib with the previous SL body portion protrudes radially outward from the retaining groove,
A moving blade holding structure characterized by that.
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