(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸流型ターボ機械のブレード(１０)のための固定アセンブリ(８)であって、
前記固定アセンブリは、中心軸線およびそれと同心状の側面を有するブレードサポート(２０)を備え、これには外面に沿って割り当てられた保持溝(２２)が設けられ、かつ、前記固定アセンブリはブレード(１０)を備え、そのブレード根部(１４)は前記保持溝(２２)内に挿入されており、
各保持溝(２２)は溝底(２４)を有し、この溝底(２４)はそれぞれの前記ブレード根部(１４)の下面(１６)と対向するように配置されており、かつ、
各保持溝(２２)は弾性テンション要素(２８)を有し、この弾性テンション要素(２８)は、各溝底(２４)と、前記対向する下面(１６)との間に配置されており、かつ、それぞれの下面(１６)において、かつ、それぞれの溝底(２４)において、付勢様式で支持されており、
前記下面(１６)にはチャネル(１８)が設けられており、その中には、前記テンション要素(２８)が、その長手方向広がりに沿って収まり、
さらなるチャネル(２６)が、前記溝底(２４)に設けられ、かつ、前記下面チャネル(１８)と向き合って配置され、
両チャネル(１８,２６)は、前記保持溝(２２)の長手方向広がりに対して斜めに延在することを特徴とする固定アセンブリ(８)。
【請求項２】
前記保持溝(２２)の長手方向広がりは前記中心軸線に対して傾斜しており、かつ、前記チャネル(１８,２６)は前記中心軸線に対して平行に延在していることを特徴とする請求項１に記載の固定アセンブリ(８)。
【請求項３】
前記溝底チャネル(２６)は、前記側面に隣接する、前記ブレードサポート(２０)の二つの端面の少なくとも一方内に開口し、
かつ／または、
前記下面チャネル(１８)は、前記下面(１６)に隣接する、前記ブレード根部(１４)の二つの端面の少なくとも一方内に開口することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固定アセンブリ(８)。
【請求項４】
対をなして互いに向き合って配置された二つの前記チャネル(１８,２６)は、円形リセスを形成することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の固定アセンブリ(８)。
【請求項５】
前記テンション要素(２８)はテンションピンとして形成され、その軸方向長さは、前記チャネル(１８,２６)の長さと等しいことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の固定アセンブリ(８)。
【請求項６】
前記テンション要素(２８)は、紛失が生じないように押し込まれていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の固定アセンブリ(８)。
【請求項７】
各ブレード(１０)は可動ブレードとして形成され、かつ、前記ブレードサポート(２０)はローター要素として形成され、
前記ローター要素の半径方向外側側面の少なくとも一部は、前記ブレードサポート(２０)のそれぞれの側面を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の固定アセンブリ(８)。
【請求項８】
各ブレード(１０)はガイドブレードとして形成され、かつ、前記ブレードサポート(２０)は環状ガイドブレードサポートとして形成され、
前記環状ガイドブレードサポートの半径方向内側側面の少なくとも一部は、前記ブレードサポート(２０)のそれぞれの側面を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の固定アセンブリ(８)。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の固定アセンブリ(８)を製造するための方法であって、
前記方法は、以下の連続したステップ、すなわち
・全ての保持溝(２２)を含む前記ブレード(１０)および前記ブレードサポート(２０)を形成するステップと、
・前記保持溝(２２)の一つの中にブレード(１０)を挿入するステップと、
・前記保持溝(２２)内に前記ブレード(１０)を一時的に固定するステップと、
・下面および溝底面のそれぞれに沿って、穿孔処理によって、二つの相互に対向するチャネル(１８,２６)を対をなすように形成するステップと、
・前記孔内にテンション要素(２８)を挿入するステップと、を備えることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記一時的な固定は、前記テンション要素(２８)の挿入前あるいは挿入後に解除されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の固定アセンブリ(８)を製造するための方法であって、
前記方法は、以下の連続したステップ、すなわち
・保持溝(２２)を持たない前記ブレードサポート(２０)を製造するステップと、
・前記ブレードサポート(２０)を穿孔するステップであって、前記穿孔によって形成された孔は、前記孔を取り囲む材の単に一部が、前記保持溝(２２)の一つが形成されるときに除去されるように、それぞれ配置されるようなステップと、
・前記保持溝(２２)を形成するステップであって、各場合に、個々の前記孔を取り囲む材の単に一部が、この処理の間に除去され、個々の前記孔を取り囲む材の残部が溝底チャネル(２６)を形成するようなステップと、
・それぞれ既に設けられた下面チャネル(１８)を有するブレード(１０)を挿入するステップと、
・相互に対向するチャネル(１８,２６)によって形成されるスペース内に前記テンション要素(２８)を挿入するステップと、を備えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプレアンブルに記載の固定アセンブリに関する。本発明は、さらに、そうした固定アセンブリを製造するために方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、軸流型ターボ機械の流路の、固定あるいは回転ブレードの機械的接続に関する。この例では、これらのブレードは、ガイドブレード(これは、ハウジングに対して、あるいは対応するガイドブレードサポートに対して固定される)であり、あるいは可動ブレード(これは、ターボ機械のローター上に配置される)である。従来技術に基づくステータシステムにおいては、ブレードリングのガイドブレードは、周方向に延びる溝内で組み合わされる。回転システムにおいては、可動ブレードは、それぞれ、軸方向に延びるそれぞれの溝内に挿入されることが知られている。たとえば、タービンローターの周囲溝内での可動ブレードの弾性固定は特許文献１から公知であるが、当該可動ブレードは、長手方向および横断方向にスリットが形成されたチューブ状スプリング要素の助けによって、公知のハンマー形状ラッチに対して押し付けられる。
【０００３】
ローターディスクに対するコンプレッサーの可動ブレードのさらなるタイプの固定は、特許文献２から公知である。その軸方向溝に沿ってコンプレッサー内で可動ブレードが動くのを阻止するために、軸方向溝の底とブレード根部の下面との間に双頭ボルト接続がなされる。にもかかわらず、保持溝内でのコンプレッサーの可動ブレードの僅かな動きを可能とするために、ボルトは、僅かな遊びを伴って、そのレセプタクル内に収まる。だが、稼働中、ブレードは、特にコンプレッサーが起動させられるとき、このタイプの構造においては、ガタガタ音を生じる傾向があり、これは損耗を引き起こす。
【０００４】
さらに、固定アセンブリは特許文献３から公知であるが、このものでは、可動ブレードを付勢するために、超弾性材料からなるシャフトが使用される。このシャフト(これは本質的に中空である)には低温で溶解する物質および電気加熱要素が封入される。電流によって生じた熱は、この場合、シャフトの半径方向の膨張を引き起こし、したがって圧力を発生させる。だが、このアセンブリは複雑であり、故障しやすく、使用コストがかさむ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第6,761,538号明細書
【特許文献２】米国特許第2,753,149号明細書
【特許文献３】米国特許第4,836,749号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、軸流型ターボ機械のブレード用の代替的固定アセンブリを提供することである。本発明のさらなる目的は、対応する製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
固定アセンブリに関する上記目的は、請求項１の特徴に基づいて具現化されるアセンブリによって達成される。製造方法に関する上記目的は、請求項１１に記載の方法によって、そして請求項１３に記載の方法によって達成される。
【０００８】
軸流型ターボ機械のブレードのための本発明に基づく固定アセンブリは、中心軸線およびそれと同心状の側面を有するブレードサポートを備え、これには外面に沿って割り当てられかつ軸方向に延在する保持溝が設けられ、かつ、固定アセンブリはブレードを備え、そのブレード根部は保持溝内に挿入されており、各保持溝は溝底を有し、この溝底はそれぞれのブレード根部の下面と対向するように配置されており、かつ、各保持溝は、それぞれ、弾性テンション要素を有し、この弾性テンション要素は、各溝底と、対向する下面との間に配置されており、かつ、それぞれの下面において、かつ、それぞれの溝底において、付勢様式で支持されており、ここで、ブレードの底面のそれぞれにはチャネルが設けられており、その中には、それぞれのテンション要素が、水平に、すなわち、その長手方向広がりに沿って収まる。テンション要素の案内のための好適なチャネルがまた、好ましくは、溝底に配置される。
【０００９】
本発明は、チャネルが少なくともブレード根部の下面に設けられるならば、ブレードを改良された様式で保持溝内へと押し込むことができ、テンション要素は遊びを伴わない嵌合状態で当該チャネル内に、その全長にわたって収まる、という知識に基づくものでる。ブレードは、それゆえ、アンダーカットのラッチ領域の長さにわたって均一に押し込まれるが、直近の従来技術においては、そうではない。同時に、ブレードが保持溝内に組み付けられるとき改善された処理品質が実現される。なぜなら、ブレードを押し込みかつそれを固定するために、ブレードの個々の適合は必要ないからである。
【００１０】
チャネルが、ブレード根部の下面および溝底に設けられる場合、これらのチャネルは、以下で説明する方法の助けによって特に容易に形成できる。第１の方法によれば、ブレードおよびブレードサポートが全ての保持溝を含めて形成される。ブレードは、続いて、そのそれぞれの保持溝内に挿入される。ブレードは、続いて、保持溝内で一時的に固定される。二つの相互に対向するチャネルが、続いて、一度の穿孔処理によって、対をなすように、すなわち同時に形成される。孔は、下面／溝底面に沿って延びると共に、それぞれの中間ポイントにおいて、ブレード根部内へと、そしてブレードサポート内へと食い込む。テンション要素が続いて孔内に挿入される。一時的な固定は、好ましくは、テンション要素の挿入の前あるいは後に再び解除される。両チャネルは、本発明に基づく、この第１の方法によって、比較的簡単な様式で、かつ、過大な労力を伴わずに、同時に形成できる。両チャネルはただ一度の穿孔処理で形成されるので、両チャネルの位置決めの非常に高い精度が実現でき、これによって、対応するチャネル内でのスプリング要素の特に信頼性の高い嵌合状態が得られる。これによって、既定のテンション力によって、ブレードを、(特にアンダーカットの全長にわたって)アンダーカットに当接するように、その保持溝内に押し込むことができるようになる。
【００１１】
本発明に基づく第２の方法は、以下のステップ、すなわちブレードサポートが、先ず、ただし個々の保持溝を伴わずに形成されることを備える。ブレードサポートは続いて穿孔されるが、ここで、孔は、それぞれの孔を取り囲む材の単に一部が、保持溝の一つの形成中に続いて除去されるように、それぞれ配置される。保持溝が続いてブレードサポートに形成されるが、ここで、各場合に、個々の孔を取り囲む材の単に一部が、この処理の間に除去され、個々の孔を取り囲む材の残部が溝底チャネルを形成する。ブレードが続いて挿入されるが、それぞれが既に設けられた下面チャネルを有しており、そしてテンション要素は、相互に対向するチャネルによって形成されたスペース内に挿入される。
【００１２】
この製造方法は、特に、チャネルおよび保持溝の長手方向が異なる場合に、ブレードサポート内に配置されたチャネルを、比較的簡単な様式でかつ特別な労力を伴わずに、予め製造できる、という利点を有する。
【００１３】
有利な実施形態は従属請求項に開示されている。
【００１４】
第１の有利な実施形態によれば、両方のチャネルは保持溝の長手方向広がりと平行に延在する。これに代えて、チャネルは、保持溝の長手方向広がりに対して傾斜するように延在してもよい。特に、後者の変形例は、ブレード根部と溝との間の遊びを伴わない嵌合状態が、(保持溝に沿った)可動ブレードの、そして(チャネルに沿った)テンション要素の変位の相互に傾斜した方向に起因するテンション要素の助けによって得られ、そして、保持溝に沿ったブレードの変位に抗する軸方向安全性を実現するために同時に使用される、という利点を有する。テンション要素は、それゆえ、同時に、軸方向変位セーフガードの機能を発揮する。同時に、テンション要素に対してブレードから作用する剪断力は、チャネルから、このテンション要素が脱落するのを阻止する。
【００１５】
保持溝の長手方向広がりは中心軸線に対して傾斜しているのが好都合であり、かつ、チャネルは中心軸線と平行に延びるのが好都合である。
【００１６】
ブレードおよびテンション要素の比較的簡単なアセンブリを可能とするために、溝底チャネルは、側面に隣接する、ブレードサポートの二つの端面の少なくとも一方内に開口している。これに加えて、あるいはこれに代えて、下側チャネルは、下面に隣接する、ブレード根部の二つの端面の少なくとも一方内に開口している。チャネルの側方アクセス容易性は、したがって、テンション要素(これは、好ましくは、テンションピンとして設計される)の組み付けのために付与することができる。
【００１７】
チャネルが保持溝の長手方向広がりと平行に延びるならば、一つ以上のチャネルの端面開口は、テンション要素を紛失しないように固定するために押し込まれる。
【００１８】
提案される固定アセンブリは、回転および静止システムのいずれに関しても使用可能である。回転システムにおいては、ブレードは軸方向根部を備えた可動ブレードとして形成され、かつ、ブレードサポートはローター要素として形成され、ここで、ローター要素の半径方向外側側面の少なくとも一部は、対応する保持溝を備えるブレードサポートのそれぞれの側面を形成する。静止システムにおいては、各ブレードは軸方向根部を備えたガイドブレードとして形成され、かつ、ブレードサポートは環状ガイドブレードサポート要素として形成され、ここで、ガイドブレードサポートの半径方向内側側面の少なくとも一部は、ブレードサポートのそれぞれの側面を形成する。
【００１９】
もちろん、上記固定アセンブリは、ブレードリングの全てのブレードのために使用される。
【００２０】
以下、本発明について、図面に基づいて、さらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に基づく固定アセンブリのためのブレードの根部の斜視図である。
【図２】保持溝およびその中に嵌め込まれたブレードを備えた、本発明に基づく固定アセンブリの一部分の斜視図である。
【図３】固定アセンブリのブレードサポートを通る断面図である。
【図４】第２実施形態に基づくブレードを示す図である。
【図５】図４に示すブレードを受けるのに適した、第２実施形態に基づくブレードサポートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、コンプレッサーブレードとして形成されたブレード１０の斜視図である。コンプレッサーブレードは(部分的に示された)ブレードフェース１２を備えるが、これに対してはブレード根部１４が隣接している。ブレード根部１４は、ブレードサポート(図１には示していない)内で嵌合状態で保持されるように、ダブテール形状外側輪郭を有する。この例では、ブレード根部は下面１６を有するが、そこにはチャネル１８が配置される。以下、チャネル１８はまた、下面チャネル１８とも呼ばれる。下面チャネル１８はブレードチャネル１４の長手方向広がり全体にわたって延在し、それはダブテール形状様式で輪郭取りされたブレード根部１４の端面において終端をなしている。チャネル１８は、この例では、Ｕ字形であり、すなわち半円形基礎輪郭を備えた溝形状であり、そしてテンションピン(図示せず)として形成されたテンション要素を、ほとんど収容できる(ただし完全にではない)ような深さのものである。したがって、テンションピンの助けによって、その底にチャネルを持たない保持溝内で付勢様式でブレード１０を固定することが可能である。
【００２３】
図２は、固定アセンブリ８のブレードサポート２０の斜視図である。保持溝２２は、ブレードサポート２０に設けられ、かつ、ブレード１０のブレード根部１４に対応する輪郭を有する。下側チャネル１８の領域においてのみ、保持溝２２の輪郭はブレード根部に対応しておらず、それとは異なっている。溝底チャネル２６が保持溝２２の底２４に設けられている。図２に示すブレード１０は、チャネル１８がＵ字形ではなく略円形である点で、図１に示すブレード１０とは異なっている。両チャネル１８,２６の開口は互いに向き合っている。断面で見て、両チャネル１８,２６は略円形輪郭を形成する。それらはまた、常に、その長手方向広がりに沿って互いに向き合って存在し、したがってテンション要素２８(これは概してテンションピンとして形成される)を収容するのに適している。
【００２４】
チャネル１８,２６内に配置されたテンションピン２８の助けによって、ブレード根部１４上に配置された支持フランク３０は、それぞれ、アンダーカットを形成する保持溝２２のフランク３２に対して押し付けられ、これによって、ブレード１０は意図したように放射状に保持される。両チャネル１８,２６は保持溝２２の軸方向広がり全体にわたって延在しており、テンション要素２８は端面において挿入可能となっている(図３)。図３にはテンション要素２８が大まかに示されているに過ぎず、当該テンションの断面は９０°だけ回転させた状態で示されていることに留意されたい。
【００２５】
代替固定アセンブリ８に基づいて(そのブレードサポート２０は図５に大まかに示されておりかつブレード根部１４は図４に大まかに示されている)、チャネル１８,２６は、保持溝２２の長手方向広がりに対して交差するように、すなわちそれに対して傾斜するように延在している。この結果、下側チャネル１８は、いまや、ブレード根部１４の端面において開口しておらず、支持フランクにおいて開口している(図４)。さらに、溝底チャネル２６は、いまや、孔開口の形態で、保持溝２２の輪郭の領域においては開口しておらず、当該領域の外側で開口している。これは図５に示されている。図５において、溝底チャネル２６の開口３４は保持溝２２の開口３８の外側である。特に、固定アセンブリ８の後者の実施形態において、保持溝２２が形成される前に、溝底チャネル２６が後に残るべきポイントにおいて、孔がブレードサポート２０に導入されるならば有利である。溝底チャネル２６と保持溝２２とは、このポイントにおいて、相互に傾斜した様式で配置されるので、保持溝２２内に配置された溝底チャネル２６は、この保持溝がいったん形成されてしまうと、特に複雑な様式で従来方法を用いてしか形成できない。
【００２６】
組み立てられた状態では、保持溝２２に沿ったブレード１０の長手方向変位は阻止される。というのは、テンション要素２８は、孔すなわちチャネル２６内に嵌合状態で収まり、そしてさらに、ブレード根部１４の下側チャネル１８内で係合しているからである。(保持溝２２に沿った)ブレード１０の、そして(チャネル１８,２６に沿った)テンション要素２８の変位の異なる方向に起因して、ブレード１０は、同時に、テンション要素の挿入によって保持溝２２に沿った変位に抗するように固定される。
【００２７】
概して、軸流型ターボ機械、好ましくはコンプレッサーのブレード１０のための固定アセンブリ８が本発明によって開示され、当該アセンブリは側面を備えたブレードサポート２０を備え、これには外面に沿って割り当てられた保持溝２２が設けられ、かつ、それにはブレード１０が挿入され、弾性テンション要素２８が、各溝底２４と、それぞれのブレード根部１４の対向する下面１６との間に設けられ、かつ、それぞれの溝底２４において付勢状態で支持され、チャネル１８,２６(この中にテンション要素２８が留まる)が溝底２４内および下面１６の両方に設けられる。
【符号の説明】
【００２８】
８  固定アセンブリ
１０  ブレード
１２  ブレードフェース
１４  ブレード根部
１６  下面
１８  チャネル
２０  ブレードサポート
２２  保持溝
２４  底
２６  溝底チャネル
２８  テンション要素
３０  支持フランク
３２  フランク
３４  開口
３８  開口
【図１】
0005596223.tif 000002
【図２】
0005596223.tif 000003
【図３】
0005596223.tif 000004
【図４】
0005596223.tif 000005
【図５】
0005596223.tif 000006