(57)【要約】【課題】相互はめ込み形状を備えないアセンブリを実現し、それによりラビリンスディスクの変形を抑制する解決方法を提供する。【解決手段】冷却空気の強制流れにより、内部を冷却される中空ブレードを有するホイールを備えるターボ機械である。本発明の重要な特性によれば、フック形の環状体７０が、ラビリンスディスク５２の外側縁部とロータディスク３６との間に配置され、このフック形の環状体は、ラビリンスディスクの外側縁部に係合する外側環状フックを構成する保持ショルダ７２と、ロータディスクの周辺周りの溝に係合するフック形環状体の内側フックを形成する支持ショルダ７４とを有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却空気の強制流れにより内部が冷却される中空ブレードを有するブレードホイール（１４）を備え、各ブレード（２２）が、ロータディスクの周辺部に取り付けられ、ブレードホイールは、前記ブレード内に形成された空気流空洞（４８）と連通し、かつ前記ロータリディスクに接続されたブレードルート（４４）の先端で開いている冷却空気供給路を形成するために、ラビリンスディスク（５２）が前記ロータディスクに結合されるタイプであり、前記ラビリンスディスクは、前記ブレードルートに向けて空気を流す、ターボ機械であって、
フック形環状体（７０）が、前記ラビリンスディスクの外側縁部と前記ロータディスクとの間に配置され、前記フック形環状体は、ラビリンスディスクの外側縁部が係合される外側環状フックを構成する保持ショルダ（７２）と、前記ロータディスクの周辺周りの軸方向溝に係合される内側環状フックを構成する支持ショルダ（７４）とを有し、さらに、前記フック形環状体が、空気流通路（７８）を含み、空気が、ブレードルートに向かって流れることができることを特徴とする、ターボ機械。
【請求項２】
フック形環状体（７０）が、前記ロータディスクの周辺部に画定されたソケット（４０）に面して配置され、かつ前記ブレードのそれぞれ１つを受ける孔（７８）を有することを特徴とする、請求項１に記載のターボ機械。
【請求項３】
前記フック形環状体（７０ａ）が、径方向内側に前記支持ショルダを越え、前記ラビリンスディスク（５２）に面することを特徴とする、請求項１または２に記載のターボ機械。
【請求項４】
前記ラビリンスディスク（５２）が、軸方向のプレストレスにより、前記フック形環状体の周辺部に対して押し付けて取り付けられていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のターボ機械。
【請求項５】
ガスケット（８０）が、前記ラビリンスディスクと前記フック形環状体との間の、前記周辺支持領域内に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載のターボ機械。
【請求項６】
前記フック形環状体に設けられる各孔（７８）は、対応するブレードルートの下で面するソケットに画定された空気流通路（４６）の断面の外形と類似する外形を有することを特徴とする、請求項２から５のいずれか一項に記載のターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば航空機用ターボジェットなどのターボ機械に関する。さらに詳細には、本発明は、環状燃焼室から流出される燃焼ガスのエネルギーにより回転する、高圧タービンのロータブレードの冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来ターボジェットは、複数のタービン、詳細には高圧タービンを備え、ブレードホイールは、燃焼室からの環状排出ノズルの下流側に配置されており、この燃焼室に、加圧燃料および空気を連続的に噴射して、燃焼を維持する。ブレードホイールは、空気を前記燃焼室に供給する空気コンプレッサを駆動する役割を果たす。
【０００３】
ホイールのブレードは冷却される必要がある。これを実行するために、中空ブレードを使用することは知られている。各ブレードは空洞を有し、その空洞内部に、冷却空気を強制的に流し込む。コンプレッサにより送られた空気の一部は、燃焼室を迂回して、ブレードに入り、このブレードによりブレードホイールから下流側の燃焼ガス流に放出される。
【０００４】
ブレードホイールは、コンプレッサを駆動するシャフトに連結されたロータリディスク（ロータディスクとも呼ばれる）から成る。ブレードは、前記ロータリディスクの周辺部に画定されるソケットに係合される。従来は、このようなソケットのプロファイルは、「モミの木（ｆｉｒ−ｔｒｅｅ）」形状と言われており、各ブレードは、「ブレードルート（ｂｌａｄｅ  ｒｏｏｔ）」と言われる形状の拡大部を有する。この拡大部の形状は、ソケットの形状に一致し、このソケットに係合される。空気流通路は、ソケットの底部とブレードルートの先端との間に残されている。ブレードの内部に画定される空洞は、前記空気流通路と連通している。
【０００５】
空気を強制して空気流通路に引き込ませるために、いわゆる「ラビリンス」ディスクをロータリディスクに結合させることが知られている。前記ラビリンスディスクは、ロータリディスクの前面に対向して取り付けられ、コンプレッサにより送られる空気の一部を、ブレードルートの下方に形成される空気流通路に向けて送るように形成される。
【０００６】
ラビリンスディスクおよびロータディスクを、相互はめ込み（ｉｎｔｅｒｆｉｔｔｉｎｇ）形状によりブレードルートの近傍に固定することは知られているが、このことが両方のディスクの作製を複雑にしている。実際に、これら形状の機械加工およびばり取りは、時間と費用を要する作業である。さらに、可能であれば、不連続性または小さい曲率半径を有する全ての幾何形状を取り除くことが好ましい。なぜなら、これら形状は、局部的な応力集中を生じ、部品の寿命を短くするからである。詳細には、これは相互はめ込み形状の接続に関連する。
【０００７】
米国特許第６，５４０，４７７号は、ラビリンスディスク軸受をロータリディスクの周辺に接触させて取り付けるアセンブリを記載しているが、この解決方法は、相互はめ込み形状を備えず、遠心力と熱とが組み合わされた作用を受けて、ラビリンスディスクが変形するのを防止できないため、空気漏れを発生させる原因となる可能性があり、結果的に冷却システムの効率を低下させる。
【特許文献１】米国特許第６，５４０，４７７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、相互はめ込み形状を備えないアセンブリを実現し、それによりラビリンスディスクの変形を抑制することにより、これら問題点のすべてに対する解決方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
さらに詳細には、本発明は、冷却空気の強制流れにより内部が冷却される中空ブレードを有するブレードホイールを備え、各ブレードが、ロータディスクの周辺部に取り付けられ、ブレードホイールは、前記ブレード内に形成された空気流空洞と連通し、かつ前記ロータリディスクに接続されたブレードルートの先端で開いている冷却空気供給路を形成するために、ラビリンスディスクが前記ロータディスクに結合されるタイプであり、前記ラビリンスディスクは、前記ブレードルートに向けて空気を流す、ターボ機械であって、
フック形環状体が、前記ラビリンスディスクの外側縁部と前記ロータディスクとの間に配置され、前記フック形環状体は、ラビリンスディスクの外側縁部が係合される外側環状フックを構成する保持ショルダと、前記ロータディスクの周辺周りの軸方向溝に係合される内側環状フックを構成する支持ショルダとを有し、さらに、前記フック形環状体が、空気流通路を含み、空気が、ブレードルートに向かって流れることができることを特徴とするターボ機械を提供する。
【００１０】
フック形環状体は、ロータディスクの周辺部に画定されたソケットに面して配置された孔を有し、この孔に前記ブレードルートが係合される。
【００１１】
有利には、ラビリンスディスクは、軸方向のプレストレスにより、前記フック形環状体の周辺部に対して押し付けて取り付けられる。
【００１２】
単に例として与えられる本発明のターボ機械の以下の説明を読み、添付図面を参照することにより、本発明は詳細に理解され、また本発明のその他の利点も明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
各図面において、図示される全ての部品は、軸Ｙ’−Ｙに対して軸対称であり、可動部品は、回転軸として前記軸を有する。さらに詳細には、図１から図３を参照して、ターボジェット１１の一部、詳細には環状燃焼室１６に結合される高圧タービン１２が示される。タービンは、本質的に、燃焼室１６から流出されるガスにより回転されるブレードホイール１４を備える。前記燃焼室の環状排出ノズル１８は、ガスを前記ブレードホイールのブレード２２に向けるステータブレード２０を備える。インジェクタ２６は、燃焼室１６の端壁にリング状に配置される。前記燃焼室は、コンプレッサ（図示せず）から送られる加圧空気を受け入れる空気吸入口３０のリングを含む、環状ケーシング２８の内側に取り付けられ、前記コンプレッサは、ブレードホイール１４が取り付けられる中空シャフト３４により軸Ｙ’−Ｙによって駆動される。ケーシング２８内に導入される加圧空気の大部分は、燃焼室に入り、燃焼室で酸化剤として作用する。
【００１４】
ブレードホイール１４は、ボルト３８を用いてシャフト３４に固定されたロータディスク３６を有する。このロータディスクの外側周辺部に、前記ディスクは、知られているいわゆる「モミの木（ｆｉｒ−ｔｒｅｅ）」輪郭と呼ばれる、一定の横断面の細長いソケット４０を有する。前記ソケットは、ロータディスク３６の周辺部の周りに均一に分配される。ブレード２２は、前記ソケットに固定される。この目的のために、各ブレードは、前記ブレードが係合される、ソケットの径方向最外側部分の輪郭に一致する輪郭の拡大部分またはブレードルート４４を有する。それでもなお、空気流通路４６は、各ソケットの底部と前記ソケットに係合されるブレードルート４４との間に存在する。以下に説明するとおり、空気流通路４６を利用して、冷却空気を、燃焼室１６の環状排出ノズル１８に面して配置されたブレードまで通過させる。
【００１５】
実際、知られている方法においては、各ブレードは、内部を冷却空気が強制的に流れる空洞４８を有し、前記空気はケーシング２８から引き出される。したがって、コンプレッサから送られる空気の一部は、燃焼室１６を迂回して、ブレード２２に入り、ブレード２２を通過して流れた後、前記ブレードから、このブレードの後縁部に沿って延びる開口を主に通して放出される。放出された空気は、ブレードホイール１４を通過した燃焼ガス流と混合し、前記ガス流は、別のタービン（図示せず）に向けて導かれる。各空気流れ空洞４８は、ブレードルート４４の先端で、前述の空気流通路４６内に開いている。ブレードホイールの下流側では、ソケットの軸方向端部（したがって、空気流通路４６の端部）が、環状体５０により覆われている。上流側では、ラビリンスディスク５２が、ロータディスク３６に固定されており、このラビリンスディスクは前記ロータディスクと協働して、ブレードルートの下に位置する一組の空気流通路４６と連通する冷却空気供給回路を画定する。
【００１６】
ラビリンスディスク５２は、ロータディスク３６およびシャフト３４に、同じ組のボルト３８により取り付けられる。前記ラビリンスディスクは、ロータディスクに面して径方向に延びる補強リブ５４を有する。ケーシング２８に固定された対応する環状表面６０、６２と協働する環状の歯５６、５８により、ガスケットが画定される。環状構造のノズルが、ケーシングの壁を貫通して作られた連続した放出口６６と、ラビリンスディスクの壁を貫通して作られた一連の吸入口６８との間に延びて、ケーシング２８内に噴射される空気の一部を取り込む。このように、加圧空気は、ラビリンスディスクとロータディスクとの間に画定された環状空間内に一様に噴射される。以下に説明するとおり、前記環状空間は、空気流通路４６と連通する。
【００１７】
本発明の注目すべき特徴によれば、フック形の環状体７０を、ラビリンスディスク５２の外側縁部７１と前記ロータディスク１４との間に配置することにより、前記ラビリンスディスクが、遠心力と熱の効果により変形するときに、ラビリンスディスクの前記外側縁部７１の位置を安定にする。この目的のために、フック形環状体７０は、ラビリンスディスクの外側縁部が係合される外側環状フック７１を構成する保持ショルダ７２と、ロータディスク３６の周辺周りの軸方向の溝７６に係合する内側環状フック７５を形成する支持ショルダ７４とを有する。さらに、フック形環状体は、空気が、ブレードルートに向かって流れることを可能にする空気流通路を有する。さらに詳細には、フック形環状体は、ロータディスクの周辺部に画定され、それぞれブレードルートを受けるソケット４０の端部に面して配置された孔７８を有する。フック形環状体７０は、ロータディスク３６に対するインデクシングを備え、これにより、孔７８は、ソケットに正しく位置合わせして配置される。さらに、有利には、フック形環状体７０に設けられる各孔７８は、対応するブレードルートの下で面するソケットに画定された空気流通路４６の断面の外形と同一外形を有する。この特徴は、特に図３に見られる。したがって、空気流路のこの部分におけるヘッドロスが低減される。
【００１８】
図４に示されるとおり、ショルダ７２により形成される支持点において、ラビリンスディスクによりフック形環状体に作用する遠心力Ｂは、ショルダ７４により形成される支持点において反作用Ａを生じる。ｇが、ＡとＢとの間の軸方向ずれを表す場合、偶力ｇＡは、ロータディスク３６に向う方向のフック形環状体の径方向最外側部分により、作用ｆ＝Ａｇ／Ｌを発生する。ここでＬは、ショルダ７４と支持点ｆとの間の径方向距離である。したがって、前記作用ｆは、前記フック形環状体をロータディスクにさら強く押し付けることにより、ロータディスクとフック形環状体との間の空気漏れを防止する。
【００１９】
さらに、ラビリンスディスク５２は、軸方向のプレストレスにより、フック形環状体７０の周辺部に対して押し付けられて取り付けられる。任意に、ラビリンスディスクとフック形環状体との間の周辺支持領域における、前記ラビリンスディスクと前記フック形環状体との間にガスケット８０を配置できる。ラビリンスディスク５８は、このディスクがフック形環状体の保持ショルダ７２に係合するのに役立つ周辺補強部分を有する。
【００２０】
図５に示される変形形態においては、図１から図３に示される実施形態の構造素子と同一の構造素子は、同一参照符号を有しており、ここでは繰り返して説明しない。この変形形態は、フック形環状体７０ａが、径方向内側に支持ショルダ７４を越えて延び、ラビリンスディスク５２に面する点で異なっている。前記フック環状体の形状は、前記支持ショルダのリブ５４に実質的に押し付けられたままであるように形状形成される。このように、冷却空気流回路は、ラビリンスディスク５２に沿って、前記ラビリンスディスクのリブ５４の間に一層明瞭に画定される。
【００２１】
動作においては、ケーシング２８内に噴射される圧縮空気の一部は、前記ケーシングの穴６６から漏れ出し、燃焼室１６内の酸化剤として作用する代わりに、ブレードホイールを冷却するために、ブレードホイールの中空ブレード２２に向けられる。フック形ディスク７０または７０ａは、ラビリンスディスクの外側縁部を所定の位置に保持し、ラビリンスディスクの周辺部におけるあらゆる空気漏れを防止する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明によるターボジェットの部分概略図であり、詳細には高圧タービンとそれの冷却システムとを示す図である。
【図２】図１の一部を拡大した詳細図である。
【図３】図２の矢印ＩＩＩから見た、部分分解斜視図である。
【図４】本発明により組み立てられた部分間の相互作用を示す図である。
【図５】変形形態を示す、図２と類似の図である。
【符号の説明】
【００２３】
１１  ターボジェット
１２  高圧タービン
１４  ブレードホイール
１６  環状燃焼室
１８  環状噴射ノズル
２０  ステータブレード
２２  ブレード
２６  インジェクタ
２８  環状ケーシング
３０  空気吸入口
３４  中空シャフト
３６  ロータディスク
３８  ボルト
４０  ソケット
４４  ブレードルート
４６  空気流通路
４８  空洞
５０  環状体
５２  ラビリンスディスク
５４  補強リブ
５６、５８  環状の歯
６０、６２  環状表面
６６  放出口
６８  吸入口
７０  フック形の環状体
７１  外側縁部
７２  保持ショルダ
７４  支持ショルダ
７５  フックの内側部
７６  軸方向の溝
７８  孔
８０  ガスケット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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