(57)【要約】  本発明のターボ機械ロータ（１）は、翼根（４）を備える動翼（２）と、溝（１７）を備えるホイールディスク（１７）と、プリロード機構（７〜１４、１９〜２８）を有し、前記溝には前記翼根（４）が係合する。これにより動翼（２）は溝（１７）の中で形状結合して半径方向に保持され、前記プリロード機構（７〜１４、１９〜２８）は、ホイールディスク（１６）と翼根（４）の両方に支持されており、該翼根（４）にプリロード力を半径方向に及ぼす。前記プリロード機構（７〜１４、１９〜２８）は、プリロード力がターボ機械ロータ（１）の組立て状態で調整可能であるように構成されている。
2011511896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に沿って分散された溝（１７）と、該溝内に配置されたそれぞれ１つの動翼（２）とを備えるターボ機械ロータ（１）であって、
前記溝（１７）は、ターボ機械ロータ（１）の軸方向に伸長しており、
前記動翼（２）の翼根（４）が、それぞれ前記溝（１７）の１つに係合しており、
これにより前記動翼（２）は前記溝（１７）内に形状結合して半径方向に保持され、
さらに前記溝（１７）の溝底部（１８）と、前記翼根（４）の両方に支持されており、該翼根（４）にプリロード力を半径方向に及ぼすプリロード機構（７〜１４、１９〜２８）が設けられており、
前記プリロード機構（７〜１４、１９〜２８）は、プリロード力がターボ機械ロータ（１）の組立て状態で調整可能であるように構成されており、
前記プリロード機構（７〜１４、１９〜２８）は少なくとも１つの調整ネジ（１０、１１）を有し、
該調整ネジにより、所定の締め付けトルクをもたらすことによってターボ機械ロータ（１）の組立て状態でプリロード力が調整可能であるターボ機械ロータにおいて、
前記翼根（４）には少なくとも１つのねじ穴（７、８）が設けられており、
該ねじ穴は、前記翼根下側（１５）において前記溝（１７）の溝底部（１８）に向いて該溝（１７）に開口しており、
前記少なくとも１つの調整ネジ（９、１０）は少なくとも１つのねじ穴（７、８）に、該調整ネジのネジ端部（１１、１２）が前記翼根（４）を突き出て、前記溝底部（１８）に支持されるようにねじ込まれていることを特徴とするターボ機械ロータ。
【請求項２】
周方向に沿って分散された前記溝（１７）は、ホイールディスク（１６）内に配置されていることを特徴とする請求項１記載のターボ機械ロータ。
【請求項３】
前記プリロード機構（７〜１４、１９〜２８）は支持プレート（１９）を有し、
該支持プレートは、前記溝底部（１８）上に少なくとも１つの調整ネジ（９、１０）の領域で配置されており、これにより前記調整ネジ（９、１０）は前記支持プレート（１９）と接触することを特徴とする請求項１または２記載のターボ機械ロータ。
【請求項４】
前記少なくとも１つのねじ穴（７、８）が、前記翼根下側（１５）とは反対側の端部において、該翼根（４）の端面の一方において外側に開口しており、したがって前記ねじ穴（７、８）は、ターボ機械ロータ（１）の長手軸から鋭角（１３、１４）に離れるように傾斜していることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載のターボ機械ロータ。
【請求項５】
前記支持プレート（１９）は、フランジ（２３、２４）を備える少なくとも１つの屈曲部（２１、２２）を有し、
該屈曲部は、前記調整ネジ（９、１０）のネジ端部（１１、１２）が端面側で、前記フランジ（２３、２４）に平面状に当接するように成形されていることを特徴とする請求項４記載のターボ機械ロータ。
【請求項６】
前記翼根（４）が、第１の調整ネジ（９）を備える第１のねじ穴（７）と、第２の調整ネジ（１０）を備える第２のねじ穴（８）を有し、
前記第１のねじ穴（７）は前記翼根（４）の一方の端面において、前記第２のねじ穴（８）は他方の端面において外側に開口し、第１のねじ穴（７）は第１の鋭角（１３）だけ、第２のねじ穴（８）は第２の鋭角（１４）だけ、ターボ機械ロータ（１）の長手軸から離れるように傾斜することを特徴とする請求項４または５記載のターボ機械ロータ。
【請求項７】
前記支持プレート（１９）は、第１のフランジ（２３）を備える第１の屈曲部（２１）と、第２のフランジ（２４）を備える第２の屈曲部（２２）を有し、
前記第１の屈曲部（２１）には、第１の調整ネジ（９）のネジ端部（１１）が当接し、前記第２の屈曲部（２２）には第２の調整ネジ（１０）のネジ端部（１２）が当接することを特徴とする請求項６記載のターボ機械ロータ。
【請求項８】
前記第１の角度（１３）と第２の角度（１４）は、同じ大きさを有することを特徴とする請求項６または７記載のターボ機械ロータ。
【請求項９】
前記支持プレート（１９）は、前記２つの屈曲部（２１、２２）の間に１つの裏側部分（２０）を有し、該裏側部分の凸側が前記翼根（４）に向いていることを特徴とする請求項８記載のターボ機械ロータ。
【請求項１０】
前記裏側部分（２０）はその取付け前に事前に湾曲され、これにより前記裏側部分（２０）はターボ機械ロータ（１）の組立て状態で前記翼根下側を押圧することを特徴とする請求項９記載のターボ機械ロータ。
【請求項１１】
前記支持プレート（１９）は、前記第１の屈曲部（２１）において、前記裏側部分（２０）から離れるように伸長する第１の脚部分（２５）を有し、前記第２の屈曲部（２２）において、前記裏側部分（２０）から離れるように伸長する第２の脚部分（２６）を有することを特徴とする請求項９または１０記載のターボ機械ロータ。
【請求項１２】
前記第１の脚部分（２５）は第１の突起部（２７）を、前記第２の脚部分（２６）は第２の突起部（２８）を有し、当該突起部（２１、２８）は前記溝（１７）から突き出ていることを特徴とする請求項１１記載のターボ機械ロータ。
【請求項１３】
前記突起部（２７、２８）が、前記脚部分（２５、２６）に対して曲げられて配置されており、これによりターボ機械ロータ（１）は前記支持プレート（１９）と係合し、これによりターボ機械ロータ（１）の軸方向に強固に保持されることを特徴とする請求項１２記載のターボ機械ロータ。
【請求項１４】
少なくとも１つの調整ネジ（９、１０）がロック手段により、意図しないねじれに対して確保されていることを特徴とする請求項１から１３までのいずれか１項記載のターボ機械ロータ。
【請求項１５】
動翼（２）を取り付けるために、ターボ機械ロータ（１）の外周に存在する溝（１７）内に押し込むことのできる翼根（４）を備える動翼（２）であって、
該翼根（４）は、互いに対向して配置され、当該翼根（４）の長手軸に対して垂直に配置された２つの端面と、当該端面の間を伸長する翼根下側（１５）とを有する動翼（２）において、
前記翼根（４）は、第１のねじ穴（７）と第２のねじ穴（８）を有し、
前記ねじ穴（７、８）は、一方で前記翼根下側（１５）において外側に開口し、他方で前記第１のねじ穴（７）は前記翼根（４）の一方の端面において、第２のねじ穴（８）は他方の端面において外側に開口していることを特徴とする動翼。
【請求項１６】
第１の角度（１３）と第２の角度（１４）は同じ大きさを有する請求項１５記載の動翼。
【請求項１７】
ターボ機械ロータ（１）の動翼（２）をプリロードするための支持プレートであって、
該支持プレート（１９）は、その長手方向に沿って逆向きに配置された２つの屈曲部（２１、２２）を有し、
当該屈曲部はそれぞれ１つの平坦なフランジ（２３、２４）を有し、当該フランジ間に裏側部分（２０）を有する支持プレート。
【請求項１８】
ターボ機械ロータ（１）を組み立てるための方法であって、
・ターボ機械ロータ（１）に、周囲に沿って分散され、ターボ機械ロータ（１）の軸方向に伸長する溝（１７）と、それぞれ溝の中に配置された請求項１５または１６による動翼（２）と、請求項１７による支持プレート（１９）とを設けるステップ；
・前記動翼（２）を前記溝（１７）の中に押し込み、これにより前記翼根（４）が該溝（１７）に係合し、動翼（２）が溝（１７）の中で形状結合して、ターボ機械ロータ（１）の半径方向に保持されるようにするステップ；
・前記支持プレート（１９）を溝（１７）の中に、前記翼根下側（１５）と溝底部（１８）との間で押し込むステップ；
・第１の調整ネジ（１０）を第１のねじ穴（７）に、第２の調整ネジ（１０）を第２のねじ穴（８）に、当該調整ネジ（９、１０）が対応する屈曲部（２１、２２）に接触するまでねじ込むステップ；
・２つの調整ネジ（９、１０）を規定の締め付けトルクにより締め付け、前記動翼（２）が半径方向で所定のプリロード力を以て前記溝（１７）の中でプリロードされるようにするステップ；
を有する組立て方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動翼をプリロードするためのプリロード機構を備えるターボ装置ロータ、プリロード機構を備える動翼、プリロード機構としての支持プレート、およびターボ装置ロータの組立て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは熱的ターボ装置であり、ここでは従来の化石燃料、例えば天然ガスが燃焼される。ガスタービンは例えば、ガス発電所または蒸気発電所で使用することができ、電流網でのピーク負荷をカバーするために設けられている。そのためガスタービンは可変の負荷状態で運転され、これによりガスタービンの個々のコンポーネントおよび構成部品も不安定な負荷に曝される。ガスタービンの出力密度が高いため、高負荷される構成部品の強度に関して高い要求を満たさなければならない。これはこの構成部品の長寿命、長期の保守サイクルを保証し、ならびに交換部品の必要性を低くするためである。
【０００３】
ガスタービンは、コンプレッサロータを備えるコンプレッサと、タービンロータを備えるタービンとを有する。ここでコンプレッサロータとタービンロータとは、シャフトを介して回動不能に互いに結合されている。従来、コンプレッサロータおよび／またはタービンロータは軸構造で実施されている。すなわちシャフトに複数のホイールディスクが順次、数珠繋ぎになっている。ホイールディスクの外周囲にはそれぞれ１つの動翼列が固定されている。各動翼列は多数の動翼を有し、これらの動翼はそれぞれ空力学的に作用するパドルと翼根を有する。翼根は、ホイールディスクの外周にある溝にはめ込まれており、したがって動翼は翼根に、とりわけガスタービンローラの半径方向に形状結合で保持されている。
【０００４】
動翼を形状結合して保持するために、翼根と溝は相互に対応するダブテール形プロフィールまたはクリスマスツリー形プロフィールを有する。これらのプロフィールはガスタービンロータの軸方向に延在して配置されており、動翼の組立てのためにこれらの翼根はガスタービンロータの軸方向で溝に押し込まれる。翼根と溝のプロフィールとの間には遊びが設けられており、これにより翼根を摩擦なしで溝の押し込むことができる。遊びによって、動翼はガスタービンの運転中に運動することがある。このことは動翼の特徴的なフラップ運動を引き起こす。このことはとりわけ大きくて重量のある動翼に当てはまる。このような動翼は、例えば高出力ガスタービンのコンプレッサの第１の動翼列に設けられている。
【０００５】
従来、動翼は、フラップ運動を回避するためにプリロードされて溝に取り付けられている。しかしとりわけ大きくて重量のある動翼の場合、プリロードがあるため取付けが困難となる。
【０００６】
さらにプリロードは、ホイールディスクと翼根内の機械的負荷の原因となる。この機械的負荷は従来、ホイールディスクと翼根を大きく重要があり、安定するように構成することによって補償されている。溝には軸方向固定プレートを設けることができ、この軸方向固定プレートにより動翼は軸方向のずれに対して確保され、加えてプリロードされる。しかし大きく重量のある動翼に対しては、軸方向固定プレートの強度が足りないことがある。
【０００７】
この種の軸方向固定プレートは、特許文献１および特許文献２から公知である。ここで、プレートのスリット端部は、溝の端部を越えて突き出ている。各端部では、スリットにより発生した歯が外側および内側にそれぞれ交互に湾曲しており、これにより溝に沿った動翼の軸方向のずれが回避される。とりわけプレートは中央が膨らんでおり、これにより動翼がプリロードされて溝内に保持される。
【０００８】
さらに特許文献３から、プリロードされたプレートの代わりに、ネジ付きのだぼ形の構造体を、保持溝の溝底部と翼根の下側との間に、プリロードを形成するために設けることが公知である。さらなる変形実施形態を特許文献４が示す。ここでは、タービンの動翼のためのプリロード装置がねじ留め可能な二重楔によって形成され、この二重楔は溝底部と翼根との間に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許２７８６６４８号
【特許文献２】米国特許第４１０２６０２号
【特許文献３】米国特許第５１２３８１３号
【特許文献４】ドイツ連邦共和国特許第８３４４０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、ターボ機械ロータ、動翼、支持プレート、およびターボ機械ロータを組み立てるための方法を提供することであり、ターボ機械ロータは、動翼がフラップ運動することなく、強度と効率の高いものにする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
ターボ機械ロータは、周囲に沿って均等に分散された溝と、プリロード機構とを有し、前記溝にはそれぞれ１つの動翼が翼根を以て装填されており、これにより動翼は溝と形状結合して、半径方向に保持され、前記プリロード機構は、溝の溝底部と翼根の両方に支持されており、翼根にプリロード力を半径方向に及ぼし、前記プリロード機構は、プリロード力がターボ機械ロータの組立て状態で調整可能であるように構成されている。
【００１２】
これによってターボ機械ロータの組立て時に、すなわち翼根を溝に軸方向に押し込む際に、わずかなプリロード力が発生し、ターボ機械ロータの組立て状態ではプリロード力が所定のように大きく調整される。したがって有利には翼根を溝に押し込む際にはプリロード力が小さく、動翼の組立てに起因する翼根および溝内での摩擦が阻止される。
【００１３】
さらに有利には、翼根を溝に押し込む際の力の消耗が小さく、したがって動翼の組立て時にわずかな応力ピークしか翼根およびホイールディスク内に発生しない。これによりこの応力ピークは、翼根およびターボ機械ロータの強度設計の際に考慮しなくて良いほどのものとなり、動翼をターボ機械ロータに取り付けることが簡単になる。
【００１４】
とりわけプリロード機構は少なくとも１つの調整ネジを有する。この調整ネジにより、規定の締め付けトルクをもたらすことによってプリロード力を、ターボ機械ロータの組立て状態で調整することができる。
【００１５】
調整ネジを用いることにより規定のプリロード力を、調整ネジの締め付けトルクの設定によって調整することができる。これによりプリロード力を、締め付けトルクを介して動翼にもたらすことができる。好ましくは調整ネジには微細なねじ山が設けられている。これにより、調整ネジの締め付けトルクをプリロード力に、正確に力伝達することができる。
【００１６】
さらに調整ネジを設けることによって、動翼の分解が調整ネジの解除によって可能となる。したがって動翼の分解が簡単である。このようにして材質を損耗しない、動翼の迅速な再取付けが可能である。
【００１７】
さらに翼根には少なくとも１つのねじ穴が設けられており、このねじ穴は溝の溝底部に向いた翼根下側でこの溝に開口している。ここで少なくとも１つの調整ネジは少なくとも１つのねじ穴に、この調整ネジのネジ端部が翼根を突き出て、溝底部に支持されるようにねじ込まれている。
【００１８】
これにより、調整ネジはねじ穴を通って翼根に進入し、その中に固定される。したがってネジ端部が翼根上のネジ底部に、半径方向に支持されることによってプリロード力がもたらされる。
【００１９】
好ましくは、周方向に沿って分散された溝はターボ機械ロータのホイールディスク内に配置される。これにより、モジュール形のターボ機械ロータが得られる。
【００２０】
好ましくはプリロード機構は支持プレートを有し、この支持プレートは、１つの調整ネジの領域において溝底部上に配置される。これにより調整ネジと支持プレートとか接触するようになる。
【００２１】
支持プレートは、溝にある溝底部に直接載置される。したがって支持プレートのために、溝底部に追加の溝を設ける必要はない。
【００２２】
さらに溝底部は、調整ネジの領域で支持プレートにより覆われている。したがって溝底部は、調整ネジのネジ端部と支持プレートを介して間接的にだけ接触する。これにより、調整ネジのネジ端部が、とりわけ調整ネジの回転の際にネジ底部を損傷することが阻止される。
【００２３】
さらに好ましくは、少なくとも１つのねじ穴が、翼根下側とは反対側の端部において、翼根の端面の１つで外側に開口している。したがってねじ穴は、ターボ機械ロータの長手軸から鋭角に離れるように傾斜している。
【００２４】
これにより、翼根の端面にあるねじ穴にアクセスすることができる。そしてそこから、動翼をホイールディスクに取り付けた後、調整ネジを調整することができる。さらにねじ穴は翼根の端面側から、翼根底部に向かって伸長しているから、ねじ穴は、機械的に負荷の小さい領域で翼根を突き抜ける。このようにすれば、ねじ穴を翼根に設けることによって翼根の強度に悪影響が及ぼされることがない。
【００２５】
調整ネジが鋭角に傾斜しているので、調整ネジからもたらされるプリロード力は、軸方向成分と半径方向成分を有する。これが有利であるのは、これにより半径方向のプリロード力と軸方向の力の両者が、動翼をホイールディスクに固定するためにもたらされるからである。このようにして、動翼の半径方向の固定と軸方向の固定の両方が保証される。調整ネジの傾斜の度合いにより、調整ネジにより伝達される力の、軸方向の固定と半径方向の固定への分配を調整することができる。
【００２６】
支持プレートが、偏平なフランジを備える少なくとも１つの屈曲部を有し、この屈曲部が、調整ネジのネジ端部が端面側で偏平なフランジに当接するように成形されていると好ましい同様に、調整ネジのネジ端部の端面が偏平に形成されており、ネジ端部がフランジに偏平に当接する際の接触面圧力が小さいと好ましい。これにより調整ネジから支持プレートへの極端な機械的負荷が阻止され、したがって調整ネジの作用によって支持プレートが不所望に歪められることがなく、調整ネジが引っかかることもない。
【００２７】
好ましくは、翼根が第１の調整ネジを備える第１のねじ穴と、第２の調整ネジを備える第２のねじ穴を有する。ここで第１のねじ穴は翼根の一方の端面において、第２のねじ穴は他方の端面において外側に開口し、第１のねじ穴は第１の鋭角だけ、第２のねじ穴は第２の鋭角だけ、ターボ機械ロータの長手軸から離れるように傾斜する。
【００２８】
これにより両方の調整ネジは相互に反対方向に傾斜して配置され、支持プレートにもたらされる軸方向の力成分が互いに打ち消し合う。これにより有利には翼根が溝に安定して固定されるようになり、翼根には無視できるほどの軸方向の力しか作用しない。
【００２９】
さらに好ましくは、支持プレートは、第１のフランジを備える第１の屈曲部と、第２のフランジを備える第２の屈曲部を有する。第１の屈曲部には、第１の調整ネジのネジ端部が当接し、第２の屈曲部には第２の調整ネジのネジ端部が当接する。
【００３０】
このようにして動翼の翼根は、支持プレートの屈曲部のフランジに、軸方向に形状結合してロックされる。
【００３１】
好ましくは第１の角度と第２の角度は、同じ大きさを有する。
【００３２】
これによりプリロード機構が、ターボ機械ロータの軸方向に対して垂直の平面内に形成され、プリロード機構でのプリロード力の配分が対称となる。したがってプリロード機構、翼根およびホイールディスクは均等に負荷される。
【００３３】
さらに好ましくは、支持プレートは２つの屈曲部の間に裏側部分を有し、この裏側部分の凸側が翼根に向いている。
【００３４】
好ましくは支持プレートは、弾性材料から作製される。調整ネジから屈曲部のフランジに及ぼされるプリロード力によって、屈曲部は溝底部の方向に押し付けられる。これにより裏側部分は湾曲し、裏側部分の凸側が翼根下側を押圧する。このようにして、調整ネジから支持プレートに及ぼされるプリロード力が翼根に伝達される。これにより動翼のプリロードが高められる。
【００３５】
さらに好ましくは、裏側部分はその取付け前に事前に湾曲され、裏側部分はターボ機械ロータとの組立て状態で翼根下側を押圧する。
【００３６】
これにより支持プレートは、翼根下側の方向にバネ作用を有し、運転時に翼根下側と溝底部との間隔が拡大した場合、すなわち設置時にプリロードのリザーブが形成される。さらに組立て状態で裏側部分を事前湾曲することによって、調整ネジにより形成された面接触を介した良好な力結合が可能になる。支持プレートの強度と厚さにより、プリロードリザーブを事前に規定することができる。調整ネジを調整することによって、組立て状態でのプリロードリザーブをさらに変化することができる。
【００３７】
好ましくは支持プレートは、第１の屈曲部に、裏側部分から離れるように伸長する第１の脚部分を有し、第２の屈曲部に、裏側部分から離れるように伸長する第２の脚部分を有する。
【００３８】
これにより、支持プレートが偏平であり、したがい小さな接触面圧力を以て溝底部に支持されることが達成される。
【００３９】
好ましくは第１の脚部分は第１の突起部を、第２の脚部分は第２の突起部を有し、これらの突起部は溝からホイールディスクを越えて突き出ている。これによって支持プレートの組立て状態で、外側から突起部により掴むことができ、動翼の分解および再組立てを簡単に実行することができる。
【００４０】
さらに突起部が脚部分に対して曲げられて配置されていると好ましい。これによりターボ機械ロータまたはホイールディスクは支持プレートと係合し、これによりターボ機械ロータの軸方向に強固に保持される。
【００４１】
これにより支持プレートはホイールディスクに軸方向で固定されるが、ターボ機械ロータの組立て時に動翼はまだホイールディスクの溝にはめ込まれていない。したがってターボ機械ロータの組立て時に、支持プレートを翼根の溝に押し込むとき、溝の中の溝底部に収まる支持プレートを外側から保持する必要がない。好ましくは突起部は曲げられるか、または交差される。
【００４２】
少なくとも１つの調整ネジがロック手段により、意図しないねじれに対して確保されていると好ましい。
【００４３】
これにより、調整ネジが、ターボ機械ロータの運転時に誤って緩むことが阻止される。このロック手段は好ましくは接着剤とすることができる。その代わりに、またはそれに加えて、調整ネジを目打ちにより動翼内にかしめることもできる。
【００４４】
支持プレート、調整ネジの幾何形状、および締め付けトルクは動翼の質量に適合すべきである。
【００４５】
ターボ機械ロータの外周にあって、軸方向に伸長する溝に組み込むために設けられた本発明の動翼は翼根を有し、この翼根は、相互に対向し、翼根の長手軸に対して垂直に配置された２つの端面と、この２つの端面の間を伸長する１つの翼根下側を備える。ここで翼根は第１のねじ穴と第２のねじ穴を有する。２つのねじ穴は一方では翼根下側で外側に開口しており、他方で第１のねじ穴は翼根の一方の端面において、第２のねじ穴は他方の端面において外側に開口し、第１のねじ穴は第１の鋭角だけ、第２のねじ穴は第２の鋭角だけ、ターボ機械ロータの長手軸から離れるように傾斜している。
【００４６】
ターボ機械ロータの動翼をプリロードするための本発明の支持プレートは、長手方向に沿って逆向きに配置された２つの屈曲部を有し、この２つの屈曲部はそれぞれ偏平のフランジを備え、これらのフランジの間に支持プレートは１つの裏側部分を有する。
【００４７】
ターボ機械ロータを組み立てるための本発明の方法は次のステップを有する。ターボ機械ロータに、周囲に沿って分散され、ターボ機械ロータの軸方向に伸長する溝と、それぞれ溝の中に配置された動翼と、支持プレートとを設けるステップ；
動翼を溝の中に押し込み、これにより翼根が溝に係合し、動翼が溝の中で形状結合して半径方向に保持されるようにするステップ；
支持プレートを溝の中に、翼根下側と溝底部との間で押し込むステップ；
第１の調整ネジを第１のねじ穴に、第２の調整ネジを第２のねじ穴に、調整ネジが対応する屈曲部に接触するまでねじ込むステップ；
２つの調整ネジを規定の締め付けトルクにより締め付け、動翼が半径方向で規定のプリロード力を以て溝の中でプリロードされるようにするステップ。
【００４８】
以下、本発明のターボ機械ロータと本発明の支持プレートの好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】翼根の領域におけるターボ機械ロータの断面図である。
【図２】翼根の領域におけるターボ機械ロータの縦断面図である。
【図３】取り付けられていない状態の支持プレートを示す概略図である。
【図４】取り付けられた状態の支持プレートを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図１と２から分かるように、ターボ機械ロータ１は複数の動翼２と１つのホイールディスク１６を有する。動翼２はホイールディスク１６の周囲に固定されており、ターボ機械ロータ１のロータ段を形成する。
【００５１】
動翼２は一体的に作製されており、パドル３と翼根４を有する。パドル３は、例えばコンプレッサまたはターボ機械のタービン内で空気力学的に作用する。翼根４は、パドル３をホイールディスク１６に固定するために用いられる。
【００５２】
翼根４は、ターボ機械ロータの回転軸に対して垂直の平面内にクリスマスツリー形プロフィールの横断面を有し、ターボ機械ロータの回転軸のある平面内に矩形の横断面を有する。翼根４の矩形横断面は、パドル３が接する長手側と、ターボ機械ロータ１の回転軸に対してそれぞれ垂直であり、相互に対向する２つの端面と、ターボ機械ロータ１の回転軸に対して実質的に平行であり、パドル３に対向して配置された翼根下側１５とによって形成されている。端面と翼根下側１５によって形成された辺のある翼根４の角領域に、翼根４は機械的負荷の小さい領域５と６を有する。
【００５３】
翼根４の機械的負荷の小さい第１の領域５は第１のねじ穴７により、翼根４の機械的負荷の小さい第２の領域６は第２のねじ穴８により貫通されており、２つのねじ穴７、８は翼根下側１５で外に向かって開口しており、第１のねじ穴７は翼根４の一方の端面で、第２のねじ穴８は翼根の他方の端面で外に向かって開口している。第１のねじ穴７には第１の調整ネジ９が、第２のねじ穴８には第２の調整ネジ１０がねじ込まれる。第１の調整ネジ９は第１のネジ端部１１を、第２の調整ネジ１０は第２のネジ端部１２を有し、２つのネジ端部１１、１２はそれぞれ翼根外側１５において翼根４の外側に配置されている。
【００５４】
２つのねじ穴７、８ならびに２つの調整ネジ９、１０は互いに旋回するように配置されており、したがって第１のねじ穴７はターボ機械ロータ１の回転軸と第１の角度１３を、第２のねじ穴８はターボ機械ロータ１の回転軸と第２の角度１４を成す。２つのねじ穴１、８は、２つの調整ネジ９、１０の２つネジ端部１１、１２が互いに向き合うように配置されている。第１の角度１３と第２の角度１４は鋭角であり、同じ大きさである。
【００５５】
ホイールディスク１６は、溝底部１８を備える溝１７を有し、この溝は翼根４と係合する。溝１７の形状は、溝が翼根４の長手側および翼根下側１５を、形状結合して包囲するように形成されている。したがって動翼２は、翼根４のクリスマスツリー形プロフィールによって、溝内に半径方向と、ターボ機械ロータ１の周方向で形状結合して保持される。溝１７と翼根４は、ターボ機械ロータ１を組み立てる際に、動翼２の翼根がターボ機械ロータ１の軸方向に押し込み可能であるように構成されている。ターボ機械ロータ１を組み立てる際に、翼根４の端面はホイールディスク１６の端面と実質的に平坦に閉鎖する。
【００５６】
溝１７は、溝底部１８と翼根下側１５との間にスリットが形成されるように寸法設定されている。このスリットには支持プレート１９がはめ込まれる。支持プレートはその中央に裏側部分２０を有し、裏側部分２０は第１の屈曲部２１および第２の屈曲部２２により形成されている。第１の屈曲部２１には第１の脚部分２５が、第２の屈曲部２２には第２の脚部分２６が続いており、脚部分２５、２６は溝底部１８に当接し、裏側部分２０は翼根下側１５に当接する。裏側部分２０と脚部分２５、２６は相互に面一に配置されている。
【００５７】
第１の屈曲部２１は第１のフランジ２３を、第２の屈曲部２２は第２のフランジ２４を有する。ここで第１のネジ端部１１は第１の屈曲部２１に、第２のネジ端部１２は第２の屈曲部２４に当接する。第１のネジ端部１１と第１のフランジ２３の両方、また第２のネジ端部１２と第２のフランジの両方は平坦に形成されており、調整ネジ１０、１１と支持プレート１９とは、接触面を介して接触される。
【００５８】
２つの調整ネジ９、１０は、それらのねじ穴７、８の中にねじ込まれており、所定の締め付けトルクにより締め付けられている。これにより調整ネジ９、１０からフランジ２３、２４へ、そして支持プレート１９へ、それぞれ規定の力が及ぼされる。この力は、半径方向成分と軸方向成分を有する。２つの調整ネジ９、１０が同じ締め付けトルクにより締め付けられる場合、軸方向成分は相互に相殺される。半径方向成分は規定のプリロード力を形成し、このプリロード力により翼根４は溝１７内に所定のようにプリロードされる。
【００５９】
第１の脚部分２５には第１の突起部２７が、第２の脚部分２６には第２の突起部２８が設けられている。ここで突起部２７、２８は、溝１７からホイールディスク１６を越えて伸長している。２つの突起部２７、２８は、ターボ機械ロータ１の中心に向かう方向で脚部分２５、２６の方に曲げられて配置されている。このようにして突起部２７、２８により支持プレート１９は、溝底部１８上で、ターボ機械ロータ１の軸方向に固定されて配置されている。
【００６０】
図３と４には支持プレート１９が図示されている。ここで第１の突起部２７は第１の脚部分２５の延長部として、第２の突起部２８は第２の脚部分２６の延長部として配置されている。
【００６１】
図３には支持プレート１９の取り付けられていない状態が、図４には取り付けられた状態が図示されている。支持プレート１９は事前に湾曲して作製されており、したがって支持プレート１９は取り付けられていない状態で凸状の輪郭を有する。支持プレート１９が、図４に図示のように溝１７内に、翼根４とともに組み込まれると、支持プレート１９は直線状に押圧され、これにより支持プレート１９はバネ作用に基づいてバネ力を翼根４に及ぼす。
【００６２】
ターボ機械ロータ１を組み立てるための方法では、動翼２が溝１７内に、実質的にターボ機械ロータ１の軸方向に、翼根４の端面がホイールディスク１６の端面と面一に配置されるまで押し込まれる。翼根下側１５と溝底部１８の間に形成されたスリットには、図３の実施形態に示された支持プレート１９が、両方の突起部２７と２８がホイールディスク１６から突き出るまで押し込まれる。次に第１の調整ネジ９が第１のねじ穴７に、第２の調整ネジ１２が第２のねじ穴８に、第１のネジ端部１０が第１のフランジ２３に、第２のネジ端部１２が第２のフランジ２４に接触するまでねじ込まれる。続いて調整ネジ９、１０が、所定の締め付けトルで締め付けられる。次に、突起部２７、２８がホイールディスク１６の中央の方向に曲げられ、突起部２７、２８はホイールディスク１６に当接する。
【図１】
2011511896.tif 000003
【図２】
2011511896.tif 000004
【図３】
2011511896.tif 000005
【図４】
2011511896.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月4日(2009.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、動翼をプリロードするためのプリロード機構を備えるターボ装置ロータ、プリロード機構を備える動翼、およびターボ装置ロータの組立て方法に関する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
さらに特許文献３から、プリロードされたプレートの代わりに、ネジ付きのだぼ形の構造体を、保持溝の溝底部と翼根の下側との間に、プリロードを形成するために設けることが公知である。さらなる変形実施形態を特許文献４が示す。ここでは、タービンの動翼のためのプリロード装置がねじ留め可能な二重楔によって形成され、この二重楔は溝底部と翼根との間に設けられている。
特許文献５から、羽根が周囲溝の中に後部断面フランジを以て充填開口部にはめ込まれた動翼クラウンの接続羽根の固定が公知である。接続羽根を固定するために複数の半径方向のヘッドレスボルトが設けられており、これらのヘッドレスボルトはそれぞれねじ山にねじ込まれてる。ねじ山はそれぞれ半分が、一方で接続羽根の翼根の一方の端面に、他方で充填開口部のフランジに配置されている。択一的な構成によれば、半分ずつ存在する孔部に挿入されるフィッティングピンが使用される。すなわちこの孔部は接続羽根の端面と、この接続羽根に隣接する動翼の端面に存在する。
特許文献６から、軸方向に保持溝に押し込まれた動翼のための固定板が公知である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
【特許文献１】米国特許２７８６６４８号
【特許文献２】米国特許第４１０２６０２号
【特許文献３】米国特許第５１２３８１３号
【特許文献４】ドイツ連邦共和国特許第８３４４０８号
【特許文献５】ドイツ連邦共和国特許第１１５６４１９号
【特許文献６】英国特許第２０２６１０１号
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の課題は、ターボ機械ロータ、動翼、およびターボ機械ロータを組み立てるための方法を提供することであり、ターボ機械ロータは、動翼がフラップ運動することなく駆動することができ、強度と効率の高いものにする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
これにより、調整ネジはねじ穴を通って翼根に進入し、その中に固定される。したがってネジ端部が翼根上のネジ底部に間接的に、半径方向に支持されることによってプリロード力がもたらされる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
ターボ機械ロータの動翼をプリロードするための支持プレートは、長手方向に沿って逆向きに配置された２つの屈曲部を有し、この２つの屈曲部はそれぞれ偏平のフランジを備え、これらのフランジの間に支持プレートは１つの裏側部分を有する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
以下、本発明のターボ機械ロータと支持プレートの好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に沿って分散された溝（１７）と、該溝内に配置されたそれぞれ１つの動翼（２）とを備えるターボ機械ロータ（１）であって、
前記溝（１７）は、ターボ機械ロータ（１）の軸方向に伸長しており、
前記動翼（２）の翼根（４）が、それぞれ前記溝（１７）の１つに係合しており、
これにより前記動翼（２）は前記溝（１７）内に形状結合して半径方向に保持され、
さらに前記溝（１７）の溝底部（１８）と、前記翼根（４）の両方に支持されており、該翼根（４）にプリロード力を半径方向に及ぼすプリロード機構（７〜１４、１９〜２８）が設けられており、
前記プリロード機構（７〜１４、１９〜２８）は、プリロード力がターボ機械ロータ（１）の組立て状態で調整可能であるように構成されており、
前記プリロード機構（７〜１４、１９〜２８）は少なくとも１つの調整ネジ（１０、１１）を有し、
該調整ネジにより、所定の締め付けトルクをもたらすことによってターボ機械ロータ（１）の組立て状態でプリロード力が調整可能であるターボ機械ロータにおいて、
前記翼根（４）には少なくとも１つのねじ穴（７、８）が設けられており、
該ねじ穴は、前記翼根下側（１５）において前記溝（１７）の溝底部（１８）に向いて該溝（１７）に開口しており、
前記少なくとも１つの調整ネジ（９、１０）は少なくとも１つのねじ穴（７、８）に、該調整ネジのネジ端部（１１、１２）が前記翼根（４）を突き出て、前記溝底部（１８）に間接的に支持されるようにねじ込まれていることを特徴とするターボ機械ロータ。
【請求項２】
周方向に沿って分散された前記溝（１７）は、ホイールディスク（１６）内に配置されていることを特徴とする請求項１記載のターボ機械ロータ。
【請求項３】
前記プリロード機構（７〜１４、１９〜２８）は支持プレート（１９）を有し、
該支持プレートは、前記溝底部（１８）上に少なくとも１つの調整ネジ（９、１０）の領域で配置されており、これにより前記調整ネジ（９、１０）と前記支持プレート（１９）とは接触することを特徴とする請求項１または２記載のターボ機械ロータ。
【請求項４】
前記少なくとも１つのねじ穴（７、８）が、前記翼根下側（１５）とは反対側の端部において、該翼根（４）の端面の一方において外側に開口しており、したがって前記ねじ穴（７、８）は、ターボ機械ロータ（１）の長手軸から鋭角（１３、１４）に離れるように傾斜していることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載のターボ機械ロータ。
【請求項５】
前記支持プレート（１９）は、フランジ（２３、２４）を備える少なくとも１つの屈曲部（２１、２２）を有し、
該屈曲部は、前記調整ネジ（９、１０）のネジ端部（１１、１２）が端面側で、前記フランジ（２３、２４）に平面状に当接するように成形されていることを特徴とする請求項４記載のターボ機械ロータ。
【請求項６】
前記翼根（４）が、第１の調整ネジ（９）を備える第１のねじ穴（７）と、第２の調整ネジ（１０）を備える第２のねじ穴（８）を有し、
前記第１のねじ穴（７）は前記翼根（４）の一方の端面において、前記第２のねじ穴（８）は他方の端面において外側に開口し、第１のねじ穴（７）は第１の鋭角（１３）だけ、第２のねじ穴（８）は第２の鋭角（１４）だけ、ターボ機械ロータ（１）の長手軸から離れるように傾斜することを特徴とする請求項１または５記載のターボ機械ロータ。
【請求項７】
前記支持プレート（１９）は、第１のフランジ（２３）を備える第１の屈曲部（２１）と、第２のフランジ（２４）を備える第２の屈曲部（２２）を有し、
前記第１の屈曲部（２１）には、第１の調整ネジ（９）のネジ端部（１１）が当接し、前記第２の屈曲部（２２）には第２の調整ネジ（１０）のネジ端部（１２）が当接することを特徴とする請求項６記載のターボ機械ロータ。
【請求項８】
第１の角度（１３）と第２の角度（１４）は同じ大きさを有することを特徴とする請求項６または７記載のターボ機械ロータ。
【請求項９】
前記支持プレート（１９）は、前記２つの屈曲部（２１、２２）の間に１つの裏側部分（２０）を有し、該裏側部分の凸側が前記翼根（４）に向いていることを特徴とする請求項８記載のターボ機械ロータ。
【請求項１０】
前記裏側部分（２０）はその取り付け前に事前に湾曲され、これにより前記裏側部分（２０）はターボ機械ロータ（１）の組み立て状態で前記翼根下側を押圧することを特徴とする請求項９記載のターボ機械ロータ。
【請求項１１】
前記支持プレート（１９）は、前記第１の屈曲部（２１）において、前記裏側部分（２０）から離れるように伸長する第１の脚部分（２５）を有し、前記第２の屈曲部（２２）において、前記裏側部分（２０）から離れるように伸長する第２の脚部分（２６）を有することを特徴とする請求項９または１０記載のターボ機械ロータ。
【請求項１２】
前記第１の脚部分（２５）は第１の突起部（２７）を、前記第２の脚部分（２６）は第２の突起部（２８）を有し、当該突起部（２７、２８）は前記溝（１７）から突き出ていることを特徴とする請求項１１記載のターボ機械ロータ。
【請求項１３】
前記突起部（２７、２８）が、前記脚部分（２５、２６）に対して曲げられて配置されており、これによりターボ機械ロータ（１）は前記支持プレート（１９）と係合し、これによりターボ機械ロータ（１）の軸方向に強固に保持されることを特徴とする請求項１２記載のターボ機械ロータ。
【請求項１４】
少なくとも１つの調整ネジ（９、１０）がロック手段により、意図しないねじれに対して確保されていることを特徴とする請求項１から１３までのいずれか１項記載のターボ機械ロータ。
【請求項１５】
動翼（２）を取り付けるために、ターボ機械ロータ（１）の外周に存在する溝（１７）内に押し込むことのできる翼根（４）を備える動翼（２）であって、
該翼根（４）は、互いに対向して配置され、当該翼根（４）の長手軸に対して垂直に配置された２つの端面と、当該端面の間を伸長する翼根下側（１５）とを有する動翼（２）において、
前記翼根（４）は、第１のねじ穴（７）と第２のねじ穴（８）を有し、
前記ねじ穴（７、８）は、一方で前記翼根下側（１５）において外側に開口し、他方で前記第１のねじ穴（７）は前記翼根（４）の一方の端面において、第２のねじ穴（８）は他方の端面において外側に開口していることを特徴とする動翼。
【請求項１６】
前記第１のねじ穴（７）は第１の鋭角（１３）だけ、前記第２のねじ穴（８）は第２の鋭角（１４）だけターボ機械ロータの長手軸から離れるように傾斜しており、前記第１の角度（１３）と第２の角度（１４）は同じ大きさである請求項１５記載の動翼。
【請求項１７】
ターボ機械ロータ（１）を組み立てるための方法であって、
・ターボ機械ロータ（１）に、周囲に沿って分散され、ターボ機械ロータ（１）の軸方向に伸長しており、その中に請求項１５または１６による動翼（２）がはめ込み可能である溝（１７）と、支持プレート（１９）とを設けるステップ；
ただし前記支持プレート（１９）は、その長手方向に沿って逆向きに配置された２つの屈曲部（２１、２２）を有し、当該屈曲部はそれぞれ１つの平坦なフランジ（２３、２４）を有し、当該フランジ間に１つの裏側部分（２０）を有し、
・前記動翼（２）を前記溝（１７）の中に押し込み、これにより前記翼根（４）が該溝（１７）に係合し、動翼（２）が溝（１７）の中で形状結合して、ターボ機械ロータ（１）の半径方向に保持されるようにするステップ；
・前記支持プレート（１９）を溝（１７）の中に、前記翼根下側（１５）と溝底部（１８）との間で押し込むステップ；
・第１の調整ネジ（１０）を第１のねじ穴（７）に、第２の調整ネジ（１０）を第２のねじ穴（８）に、当該調整ネジ（９、１０）が対応する屈曲部（２１、２２）に接触するまでねじ込むステップ；
・２つの調整ネジ（９、１０）を規定の締め付けトルクにより締め付け、前記動翼（２）が半径方向で所定のプリロード力を以て前記溝（１７）の中でプリロードされるようにするステップ；
を有する組立て方法。
【国際調査報告】
2011511896.tif 000007
2011511896.tif 000008
2011511896.tif 000009
2011511896.tif 000010