JP5647975B2 - ロータまたはステータ要素を取り付けるための環状フランジ - Google Patents

Description

本発明は、ロータまたはステータ要素を一緒に固締するための環状フランジ、およびこのようなフランジの組立体を含むターボ機械に関する。

ターボ機械では、ロータディスク（例えば、タービンの）は、それらの半径方向内側周辺部に環状フランジによって一緒に連結され、これらのフランジは、互いに押し付けられ、ボルトで一緒に固締される。

また、アブレイダブル材料の環状軌道のための支持体などの他の要素は、それらの内側周辺部に環状フランジを有することができ、フランジは、ロータディスクの２つの環状フランジの間に締め付けられ、ロータディスクに使用されるのと同じボルトを用いて固締される。

これらの環状フランジは一般に花綱状に繋がれ、すなわち、これらは、重量を低減するために交互する中実部分および中空部分を備えている。締結ボルトを固締するための孔が、中実部分を通して形成される。

フランジが、ボルトによって他のフランジにもはや固締されないことになるような環境下で、しかしながら２つの他のフランジの間に単に締め付けられるということによって、運転時にこれが離脱することもあり、その結果深刻な影響が生じるので、複数の互いに積み重ねられたフランジを一緒に組み立てるために、いずれのフランジも、他のフランジの中実部分を通して形成されるボルト用の貫通孔と位置合わせするように角度的にオフセットされた中空部分を有さないことを確実にするために、フランジの中実部分に形成される貫通孔は、位置合わせすることが必要である。

本発明の特定の目的は、簡単で、効果的で、かつ経済的な方法でこれらの欠点を回避することである。

このために、本発明は、内側または外側周辺部に、交互する中実部分および中空部分を有し、中実部分が締結ボルトを通過させるためのオリフィスを含む、ロータ要素またはステータ要素の半径方向環状フランジであって、前記中実部分を通して締結ボルトを通過させることを阻み、したがってフランジが正確な角度位置にもう１つのフランジに固締されることを確実にするように、中実部分を通してボルトを通過させるためのオリフィスの外側／内側に接する円の半径よりも小さい／大きい、ターボ機械の軸に対する半径を有する、内側／外側周辺部の少なくとも１つの中空部分の底部によって構成される角度誤り防止手段を含むことを特徴とするフランジを提供する。

本発明によれば、オリフィスがもはや他のフランジのオリフィスと位置合わせされていないような方法でフランジが角度的にオフセットされる場合に、誤り防止手段は、前記フランジの中空部分のうちの少なくとも１つの底部が少なくとも１つの締結ボルトの通路に置かれていることを確実にし、締結ボルトが他のフランジのオリフィスを通して挿入されることを防止し、それによって、フランジが不正確に取り付けられるといういかなる危険も回避する。

本発明のもう１つの特徴によれば、より小さい／より大きい半径の前記底部は、２つの中実部分の間を全区間にわたって延在する。

フランジの少なくとも１つの中空部分の半径を改変することによって生じる重量の増加を制限するためには、少なくとも１つの中空部分の底部の半径が、中実部分のオリフィスの内側に接する円の半径と、中実部分のオリフィスの外側に接する円の半径との間にあれば十分である。

少なくとも１つの中空部分の底部の半径は、中実部分のオリフィスの外側／内側に接する円の半径よりも約１０％小さい／大きいことが有利である。

本発明の特定の実施形態では、フランジは、上で説明されたように決められた半径を有する中空部分のただ１つの底部を有し、前記中空部分の底部によって生じるアンバランスは、フランジに形成される回転バランスビードを機械加工することによって補償される。

本発明の変形例では、フランジは、上で説明されたように決められた半径の複数の中空部分の底部を有し、これらの底部は、フランジの内周または外周の周りに規則正しく分布され、それによって、いかなる回転のアンバランスも生じず、バランスビードを使用する必要はない。

また、本発明は、他の環状フランジのオリフィスを通してかつ前記環状フランジの中実部分のオリフィスを通して延在するボルトによって、他の環状フランジに固締される、上に記述したタイプの少なくとも１つの環状フランジを含み、より小さい／より大きい半径の前記底部が、前記環状フランジの２つの中実部分の間に、かつ他の環状フランジのうちの少なくとも１つに属する２つの中実部分の間に延在することを特徴とする、ターボ機械のロータまたはステータ要素の組立体を提供する。

本発明はまた、上で説明されたようなロータまたはステータ要素の組立体を含むことを特徴とする、ターボジェットまたはターボプロップなどのターボ機械を提供する。

非限定的な例示としてかつ添付の図面を参照して行われる次の説明を読むと、本発明はよりよく理解されることができ、本発明の他の詳細、利点、および特徴が明らかになる。

低圧タービンの軸方向断面の一部の概略半断面図である。 図１の破線によって画定された区域の拡大した概略斜視図であり、環状フランジが２つの他の環状フランジの間に正確に固締されている図である。 環状フランジが２つの他の環状フランジの間に角度的にオフセットされている、図２と同一の概略斜視図である。 正確な角度位置決めを示している、本発明の半径方向環状フランジの一部の概略正面図である。 不正確な角度位置決めを示している、本発明の半径方向環状フランジの一部の概略正面図である。 本発明の半径方向環状フランジのもう１つの実施形態についての概略の部分正面図である。

初めに、図１が参照される。図１は、外側ケーシング１６に収容される、交互するロータブレード１２およびステータベーン１４を備える、軸１０からなる低圧タービンロータを示している。ロータブレード１２の半径方向内側端部は、ロータディスク１８、２０、２２、２４の外側周辺部に固締される。各ディスク１８、２０、２２、２４は、半径方向内側に延在しかつボルト３３により互いに対して固締される環状フランジ３０、３２によって他のディスクに連結するために、外側周辺部に上流および下流の円錐台壁２６および２８を有する。ディスクの組は、ディスク２０および２２の環状フランジ３０、３２の間に締め付けられる環状フランジ３８を有する駆動コーン３６を介してタービンシャフト３４に連結される。

ステータベーン１４の列の内側周辺部と、ディスクの下流および上流の円錐台壁２８および２６との間の所望されていない空気流を回避するために、外側周辺部にラビリンスシール４０を担持する半径方向環状フランジ３８が、ディスクの下流および上流の円錐台壁２８および２６の半径方向フランジ３０、３２の間に挿入され、ラビリンスシール４０は、ステータベーン１４の列の内側周辺部に取り付けられるアブレイダブル材料の軌道４２と協働する。

図２に示されるように、上流および下流の円錐台壁２６および２８の半径方向環状フランジ３０、３２、ならびにラビリンスシール４０の半径方向フランジ３８は、花綱状に繋がれ、交互する中空部分４４および中実部分４６、４８、および５０をそれぞれ備え、締結ボルトを受け入れるためのオリフィス５２を含む中実部分４６、４８、および５０は、上流および下流の円錐台壁２６および２８の環状フランジが、ラビリンスシール４０の環状フランジ３８と一緒に固定されることを可能にする。

それにもかかわらず、ラビリンスシール４０の環状フランジ３８が上流および下流の円錐台壁２６および２８の環状フランジの間に置かれるときに、環状フランジ３８の角度的なオフセットが存在する場合があり、上流および下流の円錐台壁２６および２８の環状フランジ３０、３２の中実部分４６、５０が軸方向に位置合わせされることになり、同時にラビリンスシール４０の環状フランジ３８の中実部分４８が、上流および下流の円錐台壁２６および２８の環状フランジ３０、３２の中空部分４４と軸方向に位置合わせされる（図３）。このような位置決めによって、上流および下流の円錐台壁２６および２８のフランジ３０、３２のオリフィス５２に挿入される締結ボルトは、ラビリンスシール４０のフランジ３８のオリフィス５２を通して挿入されないことになる。したがって、ラビリンスシール４０のフランジ３８は、円錐台壁２６、２８のフランジ３０、３２の間に締め付けられることによってだけ所定の位置に保持され、これは、締結ボルトによって保持されていない。

本発明によれば、図４に示されるように、上で述べられたようなこれらに欠点は、フランジが、他のフランジと共にこれを組み立てる際に使用する角度誤り防止手段を有するということによって回避され、これらの誤り防止手段は、ラビリンスシール４０のフランジ３８の少なくとも１つの中空部分４４の底部５４によって構成され、底部５４は、中実部分４８のオリフィス５２の外側に接する円５６の半径よりも小さい、ターボ機械の軸１０に対する半径を有する。

中空部分４４がフランジ３０、３２の中実部分４６、５０と軸方向に位置合わせされるような角度的なオフセットを有する環状フランジ３０、３２の間に、ラビリンスシール４０の環状フランジ３８を組み立てる間中、上流および下流の円錐台壁２６および２８のフランジ３０、３２の中実部分４６、５０のオリフィス５２に締結ボルトを挿入することは、少なくとも１つの中空部分４４の底部５４がボルトの通路に置かれるので不可能にされる（図５）。したがって、本発明によって決められるような半径の単一の中空部分４４は、正確な組立てを保証するのに十分である。

少なくとも１つの中空部分４４の底部の半径は、中実部分４８のオリフィス５２の外側に接する円５６の半径と、同じオリフィスの内側に接する円５８の半径との間にあることが好ましい（図４）。すなわち、少なくとも１つの中空部分４４の底部が、ラビリンスシール４０の半径方向フランジ３８の不正確な組立てを防止するようにこれらの２つの円の間にあれば、十分である。

本発明の好ましい実施形態では、少なくとも１つの中空部分４４の底部の半径は、中実部分のオリフィスの外側に接する円の半径よりも約１０％小さく、すなわち、フランジの製造公差、およびフランジの中実部分に対して位置を合わせて配置されているオリフィスの影響を補償するのに十分であり、したがって、角度誤り防止が実現されることを常に確実にしている。

図６に示される本発明の変形例では、フランジの花綱は、それらの外側周辺部に形成される。このような環境下では、フランジの少なくとも１つの中空部分４４の底部６０は、中実部分４８を通してボルトを通過させるためのオリフィス５２の内側に接する円６２の半径よりも大きい半径を有する。

花綱がフランジ３８の内側周辺部に形成される場合と同様な方法で、少なくとも１つの中空部分４４の底部６０の半径は、中実部分４８のオリフィス５２の内側に接する円６２の半径と、同じオリフィスの外側に接する円６４の半径との間にあることが好ましい（図６）。

少なくとも１つの中空部分４４の底部６０の半径は、中実部分４８のオリフィス５２の内側に接する円６２の半径よりも約１０％大きいことが有利である。

環状フランジ３８が上で説明されたように決められた半径を有する中空部分４４のただ１つの底部５４、６０を有する実施形態では、中空部分４４のただ１つの底部５４、６０によって回転時に生じるアンバランスが機械加工で補償され得るように、フランジ３８の周りにバランスビードが作られる。

環状フランジ３８は、上で説明されたように決められたような半径を有し、かつ花綱がフランジの内側にまたは外側に半径方向に置かれるかどうかに応じてフランジの内側または外側周辺部の周りに角度的に分布される、複数の中空部分４４を有することができる。このような環境下では、本発明によって規定されるような半径を有する中空部分４４の底部５４、６０の規則的な分布がアンバランスを発生させないので、バランスビードを設ける必要は全くない。

また、本発明は、３つを超えるフランジの組立てにも適用することができる。より一般的には、ｎ個のロータまたはステータ要素の正確な組立てを保証するために、これらの要素のうちのｎ−１個がそれぞれ、上で説明されたように決められた半径を有する中空部分のすくなくとも１つの底部５４、６０を有する半径方向フランジを有すれば、十分である。上で説明されたような半径の中空部分４４の底部５４、６０を作ることは、フランジ３８において中空部分４４が機械加工される深さを減少させれば十分であるので、簡単である。さらに、底部５４、６０は、フランジを位置決めするための角度インデックスマークとして役立つことができる。

本発明は、花綱状に繋がれる環状フランジがボルトによって一緒に、特にターボ機械に固締されるときは必ず適用できる。

Claims (6)

1. 少なくとも２つすなわち第１および第２の半径方向環状フランジを含み、少なくとも第１のフランジが、内側／外側周辺部に、交互する中実部分（４８）および中空部分（４４）を有し、第１のフランジおよび第２のフランジの中実部分（４８）が、第１および第２のフランジを一緒に固締するためのボルトを通過させるオリフィス（５２）を含んでいる、ターボ機械の複数のロータ要素または複数のステータ要素からなる組立体であって、
   少なくとも前記第１のフランジが、前記中実部分を通して締結ボルトを通過させることを阻み、したがって第１のフランジが正確な角度位置で第２のフランジに固締されることを確実にするように、中実部分（４８）を通してボルトを通過させるためのオリフィス（５２）に対して外側／内側で接する円（５６、６２）の半径よりも小さい／大きい、ターボ機械の軸（１０）に対する半径を有する、内側／外側周辺部の単一の中空部分（４４）の底部（５４、６０）によって構成される角度誤り防止手段を含んでおり、
   組立体がさらに、回転バランスのためのビードを有し、ビードが、中空部分（４４）の前記底部（５４、６０）によって生じるアンバランスを補償するように機械加工可能であることを特徴とする、組立体。
2. より小さい／より大きい半径の底部（５４、６０）が、２つの中実部分（４８）の間を全区間にわたって延在することを特徴とする、請求項１に記載の組立体。
3. 前記単一の中空部分の底部（５４、６０）の半径が、中実部分（４８）のオリフィス（５２）の内側に接する円（５８、６２）の半径と、中実部分（４８）のオリフィス（５２）の外側に接する円（５６、６４）の半径との間にあることを特徴とする、請求項１または２に記載の組立体。
4. 前記単一の中空部分（４４）の底部（５４、６０）の半径が、中実部分（４８）のオリフィス（５２）の外側／内側に接する円（５６、６２）の半径よりも約１０％小さい／大きいことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の組立体。
5. 第２のフランジおよび第１のフランジと共に締め付けられる第３の環状フランジを含み、該第３の環状フランジが、前記第１、第２および第３のフランジを固締するための締結ボルトを通過させるオリフィスを備えることを特徴とする、請求項１に記載の組立体。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のロータ要素またはステータ要素の組立体を含むことを特徴とする、ターボジェットまたはターボプロップなどのターボ機械。

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