JP6916217B2 - 羽根付きホイール用の整形リング - Google Patents

Description

本発明は、羽根付きホイール（翼車輪）用の整形リングと、その様な整形リングが取り付けられた羽根付きホイールと、当該羽根付きホイールが取り付けられたターボ機械と、に関する。特には、羽根付きホイールは、ターボジェットファンであってもよいが、しかしターボジェットファンに限定されない。

羽根付きホイール内の羽根根元におけるガス用通路を耐漏洩性状態に画定するための構造は、一般的に、羽根間プラットフォームと、特に羽根の前縁部と後縁部とにおいて、各プラットフォームにより支持されていて且つ羽根と接触する、ガスケットと、を具備する。当該構造は、ある特許文献に記載されている（例えば、特許文献１参照。）。

それにもかかわらず、幾何学的形状が特に複雑である羽根の前縁部及び／又は後縁部における封止は、依然として改善され得る。

仏国特許出願公開第２９８７０８６号明細書

従って、この意味において必要性が存在する。一実施の形態は、羽根付きホイール用の整形リング（輪）を提供しており、整形リングは、軸線方向に延びる環状壁を具備しており、前記壁は、軸線方向に延びる複数の切欠きを提示しており、各切欠きは、羽根の前縁部又は後縁部を受容するように構成される。

用語「軸線方向に延びる」は、当然に、問題の要素が軸線方向に対して厳密に平行に、又は実際には軸線方向に対して４５度未満の角度で延びることを意味するように使用される。従って、本開示の意味において、円錐台形の環状壁は「軸線方向に延びる」と言われる。

リングが、軸線方向と、半径方向と、円周方向とに延びることが理解され得る。一般的な状態において、軸線方向は、羽根付きホイールの回転軸線の方向（又は整形リングの軸線方向）に対応しており、半径方向は、軸線方向に垂直な方向である。円周方向は、軸線方向の周りのリングを描く方向に対応する。軸線方向、半径方向及び円周方向はそれぞれ、円筒座標系の高さと、半径と、角度と、により定義される方向に対応する。

軸線方向において考慮する場合に、全ての切欠きがリングの同じ側に配置されていることも理解できる。

従って、各前縁部又は後縁部が切欠き内に受容された状態で、羽根付きホイールの羽根の前縁部又は後縁部の周りにリングを配置することにより、各羽根と整形リングとの間で漏れが生じることなく、ガス通路は、羽根付きホイールの入口又は出口のいずれかにおいて、確実に画定される。当然に、羽根の前縁部は、羽根付きホイールの（上流）入口側にある一方で、羽根の後縁部は、羽根付きホイールの（下流）出口側に配置される。

幾つかの実施の形態において、各切欠きは、羽根の前縁部又は後縁部の輪郭の形状を提示する。

当該形状の切欠きは、リングが羽根の形状にできるだけ密着して適合することを可能にし、それにより封止を改善する。

幾つかの実施の形態において、切欠き間部分は、複合材料により製作される一方で、リングの残りの部分は、金属材料により製作される。

複合材料は、混和性ではない少なくとも２つの異なる材料のアセンブリ（組立体）である一方で、金属材料は、金属又は金属系の合金であることが理解されるべきである。

当然に、切欠き間部分は、２つの隣接する切欠きの間において伸張する、リングの部分である。例えば、切欠き間切欠きは、ポリウレタンフォーム（泡状物質）により、あるいはアルミニウム製又はポリ（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）製（又は一般的な商品名Ｎｏｍｅｘ（登録商標）で既知の）の気泡体を有していて且つ層（又は表皮）で覆われたハニカム（ハチの巣状）構造により、製作されており、層は、金属製（例えば、チタン製又はアルミニウム製）又は炭素繊維複合材料製である。例として、リングの残りの部分はチタン又はアルミニウム製である。

羽根が、例えば固体要素（例えば鳥）を吸い込んだ結果として変形する場合に、固体要素は、切欠き間部分に接触してもよく、更に固体要素は、その切欠き間部分を、円周方向において変形させてもよい。この接触は、羽根に負荷をかけず更に羽根の任意の撓みを制限するように作用し、それにより羽根への潜在的な損傷を制限する。更に、重い鳥の吸い込み又は羽根を失うこと等の、より重大な事象の場合に、その接触は、もはや、羽根への損傷を制限することに十分ではない。その様な状況下において、切欠き間部分の塑性変形を可能にすることは、羽根から切欠き間部分へエネルギを散逸するように作用し、それにより羽根への損傷を制限する。切欠き間部分用の複合材料とリングの残りの部分用の金属材料とのその様な組み合わせは、設計者が、切欠き間部分が塑性的に変形する、応力閾値（即ち、可塑性閾値）を正確に調整することを可能にする。

幾つかの実施の形態において、各切欠き間部分は、４０ｋＮ±３０％（４０キロニュートンプラス又はマイナス３０パーセント）以上の円周方向力を受けた時に、塑性変形するように構成される。

これにより、当該円周方向の力を生成する、特定の事前決定された強制的運動を超えると、大きな振幅により自身が変形していて且つ羽根に隣接する、切欠き間部分が、塑性変形することが確保される。これにより、この切欠き間部分がエネルギ散逸機能を果たすことが可能になり、それにより、羽根の変形から生じるエネルギを散逸させ、更に羽根の変形の振幅を制限する。これにより、羽根内の変形の伝播を制限するように作用する。

幾つかの実施の形態において、整形リングは、羽根に面して配置されるように構成された少なくとも１つの摩耗部分を具備する。

磨耗部分は、磨耗部分と接触している別の部分、具体的には羽根のために磨耗するように構成される部分であることが理解可能である。当然に、磨耗部分は一般的に、磨耗部分の磨耗が過剰になる時に、磨耗部分が交換できるように、取り外し可能な状態で設置される。例えば、ガスケットが、摩耗部分を構成してもよい。

一例として、切欠きを画定するリングの表面は、それぞれの摩耗部分を備える。当該摩耗部分により、整形リングを羽根の前縁部又は後縁部に接触させて設置することが可能であり、それにより、封止を最大化する一方で、摩耗部分は、使用中に摩耗することにより羽根の完全性を確保する。

幾つかの実施の形態において、整形リングは、半径方向に伸張していて且つ羽根付きホイールの円板に前記整形リングを設置するように構成される、環状壁を具備する。

当該半径方向の環状壁は、整形リングを羽根付きホイールに設置するために使用される全ての手段、例えば孔、タッピング（タップ加工）、フック等が、ガス通路を画定するために使用されない、リングの部分に対して偏倚することを可能にする。これにより、より良好な封止を確保することが可能になる。

幾つかの実施の形態において、整形リングは、羽根付きホイールの入口円錐体又は出口円錐体が取り付けられるように構成される。

羽根付きホイール用の当該入口円錐体又は出口円錐体は、ガス流及びホイールの入口又は出口を案内するように作用する。

一実施の形態はまた、本開示に記載の実施の形態のいずれかによる少なくとも１つの整形リングが取り付けられた羽根付きホイールを提供する。

例えば、羽根付きホイールは、複数の羽根間プラットフォームと共に、その周囲に設置された複数の羽根を有する円板を具備しており、羽根間プラットフォームは、羽根の前縁部及び／又は後縁部を拘束しないように構成される。従って、整形リングは、前縁部及び／又は後縁部に密着して適合する（羽根付きホイールは、ホイールの入口又は出口に配置された単一の整形リング、さもなければ一方がホイールの入口に配置されていて且つもう一方がホイールの出口に配置される、２つの整形リングを有してもよい）。従って、前縁部及び／又は後縁部が、リングの切欠き内に受容される一方で、リングの切欠き間部分の軸線方向端部は、羽根間プラットフォームの対応する軸線方向端部と協働する。

幾つかの実施の形態において、整形リングの切欠き間部分は、羽根の軸線方向長さの１５％以下にわたって延びる。

羽根の長さは、軸線方向への投影において測定される。羽根が羽根の前縁部又は後縁部から羽根の長さの１５％にわたって受容されるように切欠きを構成することにより、整形リングが、封止を提供することが最も困難である、最も複雑な形状を呈する羽根の部分を覆うことが確保される。従って、当該構成は、羽根と整形リングの間の封止を最適化するように作用する。

一実施の形態はまた、本開示に記載された実施の形態のいずれかによる羽根付きホイールを装着したターボ機械を提供する。

当該羽根付きホイールは、ターボ機械内での使用に特に適する。例えば、一実施の形態は、ターボジェットを提供しており、そして前記羽根付きホイールは、当該ターボジェットのファンを構成する。

本発明及びその利点は、非限定的な例として与えられた本発明の様々な実施の形態の以下の詳細な説明を読むことで、より良好に理解できる。説明は添付の複数枚の図面を参照する。

図１は、ファンを有するターボジェットを示す。 図２は、図１のターボジェットのファンに取り付けられた整形リングを示す。 図３は、図２の整形リングを装着した図１のターボジェットのファンの部分斜視図である。 図４は、部分的に組み立てられた状態のファンの側面図である。

図１は、ターボ機械１００を示しており、具体的には、羽根付きホイール８０、具体的にはファン８０を有する、ターボジェット１００を示しており、羽根付きホイール８０には、そこ（整形リング１０）に設置された入口円錐体５０を有する、整形リング（輪）１０がその入口に取り付けられる。

整形リング１０は、軸線方向Ｘと、半径方向Ｒと、円周方向Ｃと、において伸張する。
リング１０は、その中に形成された複数の切欠き１２を有する軸線方向に伸張する環状壁１０Ａ（又は軸線方向壁１０Ａ）を提示する。リング１０はまた、半径方向に延びる環状壁１０Ｂ（又は半径方向壁１０Ｂ）を提示する。当然のことながら、軸線方向壁１０Ａは、軸線方向Ｘに対して０度から４５度の範囲の角度を形成してもよい一方で、半径方向壁１０Ｂは、軸線方向Ｘに対して４５度から９０度の範囲の角度を形成してもよい。

半径方向壁１０Ｂは、リング１０をファン８０の円板に固定するための第１の一連の固定孔１０Ｂ１を提示する。半径方向壁１０Ｂは、円錐体５０をリング１０に固定するための第２の一連の固定孔１０Ｂ２を提示する。最後に、半径方向壁１０Ｂは、長円形の第３の一連の孔１０Ｂ３を提示する。これらの孔１０Ｂ３は、リング１０を軽くするように設けられる。

全ての切欠き１２は、軸線方向Ｘにおいてリング１０の同じ側に形成される。各切欠き１２は、ファン８０の羽根８２の前縁部８２Ａの輪郭の形状を提示する。図３に示すように、各切欠き１２は、羽根８２の前縁部８２Ａを受容する。

図４に示すように、整形リング１０は、ファン８０の円板８３に設置されており、円板は、羽根８２が羽根８２の根元を受容するように構成された長穴８３Ａ内に挿入される状態で、その周囲に設置された、羽根８２を有しており、羽根間プラットフォーム８４がまた、円板の周囲に設置されており、これらの羽根間プラットフォーム８４は、円板８３の歯８３Ｂに設置される。

この例において、整形リング１０は、羽根８２の根元において、羽根８２間において連続的状態でガス通路を画定するように、羽根間プラットフォーム８４と軸線方向に接触して協働する。より特別にはこの例において、切欠き１２の間において延びるリング１０の壁１０Ａの部分は、切欠き間部分１４を形成する一方で、切欠き間部分１４の軸線方向端部は、羽根間プラットフォーム８４の対面する軸線方向端部に接触する。

この例における切欠き間部分１４の軸線方向長さＬ１は、羽根８２の軸線方向長さＬの約８％である。従って、一般的には、切欠き間部分１４は、最大で、羽根８２の軸線方向長さＬの１５％にわたって延びる。

更に、各切欠き１２を画定する切欠き間部分１４の表面は、羽根８２と接触する摩耗部分１２Ａを提示しており、切欠き間部分１４の表面は、羽根８２、より特別には羽根８２の前縁部８２Ａに面して配置される。

一部を切断して示される、切欠き間部分１４において示されるように、各切欠き間切欠き１４は、この例においてチタンにより製作される金属カバーにより覆われる、ポリ（ｍ-フェニレンイソフタルアミド）製のハニカム内部構造を提示する。リング１０の残りの部分は、金属製、この例においてはチタン製である。

本発明は、特定の実施の形態を参照して説明されたが、特許請求の範囲により定義される本発明の一般的な範囲を逸脱することなく、これらの実施例に修正及び変更が、実施されてもよいことは明らかである。特に、図示及び／又は示される様々な実施の形態の個々の特徴は、更なる実施の形態において組み合わされてもよい。従って、説明及び図面は、限定的であるよりもむしろ例示的であるという意味で考慮されるべきである。

Claims (9)

1. 羽根付きホイール（８０）用の整形リング（１０）であって、前記整形リング（１０）は、軸線方向に延びる環状壁（１０Ａ）を具備しており、前記環状壁（１０Ａ）が、軸線方向に延びる複数の切欠き（１２）を提示しており、各切欠き（１２）が、羽根（８２）の前縁部（８２Ａ）又は後縁部（８２）を受容するように構成されており、前記複数の切欠き（１２）の間において延びる前記整形リング（１０）の前記環状壁（１０Ａ）の部分は、複数の切欠き間部分（１４）を形成している、整形リング（１０）において、
   前記切欠き間部分（１４）は、複合材料により製作され、前記複合材料は、混和性ではない少なくとも２つの異なる材料のアセンブリである一方で、前記整形リング（１０）の残りの部分は、金属材料により製作され、前記金属材料は、金属又は金属系の合金である、ことを特徴とする整形リング（１０）。
2. 各切欠き（１２）は、羽根（８２）の前縁部（８２Ａ）又は後縁部の輪郭の形状を提示する、ことを特徴とする請求項１に記載の整形リング（１０）。
3. 各切欠き間部分（１４）が、４０ｋＮ±３０％以上の円周方向力を受けた時に、塑性的に変形するように構成される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の整形リング（１０）。
4. 羽根（８２）に面して配置されるように構成された、少なくとも１つの摩耗部分（１２Ａ）を具備する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の整形リング（１０）。
5. 半径方向に延びていて且つ前記整形リングを前記羽根付きホイール（８０）の円板（８３）に設置するように構成された、環状壁（１０Ｂ）を具備する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の整形リング（１０）。
6. 前記羽根付きホイール（８０）の入口円錐体（５０）又は出口円錐体が取り付けられるように構成される、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の整形リング（１０）。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の整形リング（１０）が取り付けられる、ことを特徴とする羽根付きホイール（８０）。
8. 前記整形リング（１０）の前記切欠き間部分（１４）が、前記羽根（８２）の軸線方向長さ（Ｌ）の１５％以下にわたって延びる、ことを特徴とする請求項７に記載の羽根付きホイール（８０）。
9. 請求項７又は８に記載の羽根付きホイール（８０）を具備することを特徴とするターボ機械（１００）。

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