(57)【要約】【課題】ファン動翼に発生する引張応力を低減すると共に、タービン効率を向上させることができるチップタービンファンの回転体を提供する。【解決手段】シュラウドリング７をタービン動翼６に嵌め合い結合で取り付けることによって、タービン動翼６に径方向内側へ向かう内部応力を発生させる。この内部応力でファン動翼２を圧縮することによって、ファン動翼２に作用する引張応力を低減する。また、ロウ付けや溶接することなく、嵌め合い結合でシュラウドリング７を取り付けることによって、シュラウドリング７とタービン動翼６の連結部にフィレットや段差ができることを防止するこれによって、作動流体の流れを円滑にすることを可能とし、タービン効率を向上させる。【選択図】図２
2010031801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸線周りに複数並設されるファン動翼と、
前記ファン動翼の外周側で前記中心軸線周りに複数並設されるタービン動翼と、
複数の前記タービン動翼の外周側の端部に取り付けられるシュラウドリングと、を備えるチップタービンファンの回転体であって、
前記タービン動翼に対して嵌め合い結合によって取り付けられることを特徴とするチップタービンファンの回転体。
【請求項２】
前記シュラウドリングは、取り付け前において、前記タービン動翼の外径より小さい内径を有することを特徴とする請求項１記載のチップタービンファンの回転体。
【請求項３】
複数の前記タービン動翼のうち、前記ファン動翼と径方向に隣接する前記タービン動翼は、他の前記タービン動翼よりも大きな前記外径を有していることを特徴とする請求項１又は２記載のチップタービンファンの回転体。
【請求項４】
前記シュラウドリングは、前記ファン動翼と径方向に隣接する位置に、他の位置よりも内径が小さい小径部を有していることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載のチップタービンファンの回転体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外周側にタービン動翼が設けられたチップタービンファンの回転体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、チップタービンファンの回転体として、ファン動翼の外周側に設けられるタービン動翼同士を互いに一体的に形成すると共に、それらのタービン動翼の外周にシュラウドリングを一体的に取り付けることによって構成されたものが知られている。このようなチップタービンファンの回転体では、遠心力による翼根部の応力を緩和すると共に変形を抑制することができる。
【特許文献１】特開平１０−１８４３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このようなチップタービンファンの回転体にあっては、回転時に外周側のタービン動翼に高温の作動流体が供給されるため、外周側のみが高温となってしまう。従って、ファン動翼の外周に設けられたシュラウドが熱膨張することによって、ファン動翼に引張応力が発生してしまう。また、外周側にタービン動翼やシュラウドリングが設けられ、外周側に質量が偏るため、ファン動翼に大きな遠心力が作用してしまう。このように、回転による遠心力と熱応力が重畳することによって、ファン動翼に大きな引張応力が発生してしまうという問題がある。
【０００４】
また、タービン動翼に対してシュラウドリングを一体的に取り付けた場合は、機械加工、溶接、あるいはロウ付けなどを行うため、タービン動翼とシュラウドリングとの連結部にフィレットや段差ができてしまう。チップタービンファンのタービン動翼は、一般的なタービン動翼に比して径方向の大きさが小さくて枚数が多いため、フィレットや段差により作動流体の流れが阻害されてしまうという影響が顕著に現れてしまい、タービン効率が低下してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ファン動翼に発生する引張応力を低減すると共に、タービン効率を向上させることができるチップタービンファンの回転体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るチップタービンファンの回転体は、中心軸線周りに複数並設されるファン動翼と、ファン動翼の外周側で中心軸線周りに複数並設されるタービン動翼と、複数のタービン動翼の外周側の端部に取り付けられるシュラウドリングと、を備えるチップタービンファンの回転体であって、シュラウドリングは、取り付け前において、タービン動翼の外径より小さい内径を有し、タービン動翼に対して嵌め合い結合によって取り付けられることを特徴とする。
【０００７】
このチップタービンファンの回転体では、シュラウドリングをタービン動翼に嵌め合い結合で取り付けることによって、タービン動翼に内周側へ向かう内部応力を発生させることができる。この内部応力がファン動翼を圧縮することによって、ファン動翼に作用する引張応力を低減することができる。また、ロウ付けや溶接をすることなく、嵌め合い結合でシュラウドリングを取り付けることによって、シュラウドリングとタービン動翼の連結部にフィレットや段差ができることを防止することができる。これによって、作動流体の流れを円滑にすることが可能となり、タービン効率を向上させることができる。
【０００８】
本発明に係るチップタービンファンの回転体において、シュラウドリングは、取り付け前において、タービン動翼の外径より小さい内径を有することが好ましい。取り付け前におけるシュラウドリングの内径をタービン動翼の外径より小さくすることによって大きな内部応力を発生させることができる。
【０００９】
本発明に係るチップタービンファンの回転体において、複数のタービン動翼のうち、ファン動翼と径方向に隣接するタービン動翼は、他のタービン動翼よりも大きな外径を有していることが好ましい。ファン動翼と径方向に隣接するタービン動翼の外径を大きくすることによって、隣接しない他のタービン動翼に大きな内部応力が作用して変形してしまうことを防止すると共に、内部応力を効率よくファン動翼に伝達することができる。
【００１０】
本発明に係るチップタービンファンの回転体において、シュラウドリングは、ファン動翼と径方向に隣接する位置に、他の位置よりも内径が小さい小径部を有していることが好ましい。シュラウドリングが、ファン動翼と径方向に隣接する位置に小径部を有しているため、ファン動翼と径方向に隣接するタービン動翼に大きな内部応力を発生させることができる。これによって、隣接しない他のタービン動翼に大きな内部応力が作用して変形してしまうことを防止すると共に、内部応力を効率よくファン動翼に伝達することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ファン動翼に発生する引張応力を低減すると共に、タービン効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明に係るチップタービンファンの回転体の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係るチップタービンファンの回転体の斜視図である。チップタービンファンの回転体１は、例えば、航空機などに用いられるチップタービンファンに組み込まれるものであり、エンジンやコンプレッサなどの供給装置（不図示）からの作動流体の供給を受けて回転することによって推進力を発生するものである。回転体１は、図１に示すように、中心軸線周りに複数並設されるファン動翼２と、ファン動翼２の内周側の端部を支持するハブ３と、ファン動翼２の外周側の端部を支持するシュラウド４と、ファン動翼２の外周側に複数並設されるタービン動翼６と、タービン動翼６の外周側の端部を支持するシュラウドリング７とを備えて構成されている。
【００１４】
ファン動翼２は、中心軸線周りに所定の間隔で複数並設される流線形の動翼であり、推進方向の前側から取り込んだ空気を回転によって加速させて、後方へ排出することによって推進力を得る機能を有している。
【００１５】
シュラウド４は、複数のファン動翼２を中心軸線周りに取り囲むと共に、その内周面が複数のファン動翼２の外周側の端部に固定されるリング状の支持部材である。このシュラウド４は、回転時に遠心力を受けるファン動翼２を支持する機能を有している。
【００１６】
タービン動翼６は、シュラウド４の外周面に、中心軸線周りに所定の間隔で複数並設される流線形の動翼である。このタービン動翼６は、動翼同士の間に形成された隙間を流路として作動流体を通過させ、それぞれの動翼に作動流体を作用させることによって回転力を得る機能を有している。この回転に伴い、シュラウド４及びファン動翼２も回転する。なお、このタービン動翼６には高温の作動流体が供給されるため、タービン動翼６が固定されているシュラウド４及びシュラウドリング７も高温となる。
【００１７】
シュラウドリング７は、複数のタービン動翼６を中心軸線周りに取り囲むと共に、その内周面で複数のタービン動翼６の外周側の端部を支持するリング状の支持部材である。このシュラウドリング７は、回転時に遠心力を受けるタービン動翼６の変形を防止し、翼根部の応力を緩和する機能を有しており、タービン動翼６に対して嵌め合い結合によって取り付けられている。このシュラウドリング７は、機械加工によってタービン動翼６と一体的に形成したものではなく、タービン動翼６に溶接やロウ付けなどによって固定したものでもない。
【００１８】
ここで、シュラウドリング７のタービン動翼６に対する嵌め合い結合について、図２を参照して詳細に説明する。図２は、中心軸線の延在方向から見たときの回転体１の概略図であり、（ａ）はシュラウドリング７の取り付け前の様子を示し、（ｂ）はシュラウドリング７の取り付け後の様子を示している。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、取り付け前において、シュラウドリング７の内径ＩＲは、タービン動翼６の外径Ｒよりも小さくされている。取り付けの際は、シュラウドリング７を加熱させることによって膨張させると共に、タービン動翼６を冷却することによって収縮させた状態で、タービン動翼６に対してシュラウドリング７の嵌め合い結合を行う。
【００２０】
取り付け後においては、時間が経過してシュラウドリング７とタービン動翼６が元の大きさに戻ろうとすると、図２（ｂ）に示すように、タービン動翼６に内周側へ向かう内部応力ＩＦが作用する。
【００２１】
このように、本実施形態に係るチップタービンファンの回転体１では、タービン動翼６に作用する内部応力ＩＦが、内周側へ伝達されてファン動翼２を圧縮することによって、ファン動翼２に作用する引張応力ＴＦを低減することができる。
【００２２】
ファン動翼２の引張応力を低減することによって、高強度の材料でファン動翼２を構成する必要がなくなり、コストを低減することができる。また、引張応力を低減することができるためファン動翼２を薄くでき、軽量化を図ってタービン効率を向上させることができる。
【００２３】
また、従来のように、機械加工、溶接、あるいはロウ付けなどを行ってシュラウドリングを取り付けた場合は、図３に示すように、タービン動翼１６とシュラウドリング１７との連結部にフィレットＦができてしまう。このフィレットＦによって、作動流体の流れが阻害されてしまい、タービン効率が低下してしまう。
【００２４】
しかし、本実施形態に係るチップタービンファンの回転体１では、ロウ付けや溶接することなく、嵌め合い結合でシュラウドリング７を取り付けることによって、シュラウドリング７とタービン動翼６の連結部にフィレットや段差ができることを防止することができる。これによって、作動流体の流れを円滑にすることが可能となり、タービン効率を向上させることができる。更に、タービン効率を向上させることによって、空気の供給負荷を低減することができる。
【００２５】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００２６】
例えば、本実施形態に係るチップタービンファンの回転体１では、すべてのタービン動翼６が同一の外径を有していたが、タービン動翼同士の外径が異なるものであってもよい。具体的には、図４（ａ）に示すように、複数のタービン動翼のうち、ファン動翼２２と径方向に隣接するタービン動翼２５が、隣接しない他のタービン動翼２６よりも大きな外径を有していてもよい。
【００２７】
このような回転体によれば、図４（ｂ）に示すように、ファン動翼２２と径方向に隣接するタービン動翼２５の外径を大きくすることによって、隣接しない他のタービン動翼２６に大きな内部応力が作用して変形してしまうことを防止すると共に、内部応力を効率よくファン動翼２２に伝達することができる。特に、タービン動翼２６に大きな内部応力が作用する場合は、部分的な変形を防止するためシュラウド２４の断面積を大きくして剛性を上げる必要がある。従って、重量増加や内部応力がファン動翼２２に効率よく伝達されないという問題が生じる可能性がある。しかし、タービン動翼２５の外径を大きくして部分的な変形を防止することによって、シュラウド２４の断面積を小さくして軽量化を図ることができる。更に、内部応力を効率よくファン動翼２２に伝達できるため、嵌め合い結合の嵌め合い代を小さくでき、シュラウドリング２７の軽量化を図ることもできる。
【００２８】
また、本実施形態に係るチップタービンファンの回転体１では、シュラウドリング７が同一の内径を有していたが、位置によって内径を異なるものとしても良い。具体的には、図５に示すように、シュラウドリング３７は、ファン動翼３２と径方向に隣接する小径部３７ａが、隣接しない他の大径部３７ｂよりも小さい内径を有してもよい。
【００２９】
シュラウドリング３７が、ファン動翼３２と径方向に隣接する位置に小径部３７ａを有することによって、ファン動翼３２と径方向に隣接するタービン動翼３５に大きな内部応力を発生させることができる。これによって、隣接しない他のタービン動翼３６に大きな内部応力が作用してシュラウド３４が部分的に変形してしまうことを防止すると共に、内部応力を効率よくファン動翼３２に伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係るチップタービンファンの回転体の斜視図である。
【図２】中心軸線の延在方向から見たときの回転体の概略図であり、（ａ）はシュラウドリングの取り付け前の様子を示す図、（ｂ）はシュラウドリングの取り付け後の様子を示す図である。
【図３】従来のチップタービンファンの回転体の拡大図である。
【図４】変形例に係るチップタービンファンの回転体を示す概略図であり、（ａ）はシュラウドリングの取り付け前の様子を示す図、（ｂ）はシュラウドリングの取り付け後の様子を示す図である。
【図５】変形例に係るチップタービンファンの回転体を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…チップタービンファンの回転体、２，２２，３２…ファン動翼、６，２５，２６，３５，３６…タービン動翼、７，２７，３７…シュラウドリング、３７ａ…小径部。
【図１】
2010031801.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2010031801.tif 000006
【図５】
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