(57)【要約】動翼（１０）が、半径方向に配設された翼担体（１６）の軸方向溝（１４）内に挿入された翼足部（１２）によって半径方向及び周方向に固定されている軸流ターボ機械の動翼（１０）のための固定システムを紹介する。軸方向に、動翼（１０）は、その第１の端部領域（２６）により、作用する軸力に向かい合って位置する翼担体（１６）の裏側（４０）を背後から把持する、翼足端部（１３）と軸方向溝底部（１５）との間に配設された固定体（２２）によって固定されている。この軸方向及び半径方向の固定に加えて、本発明による固定システム（２０）は、固定体（２２）の第１の端部領域（２６）に軸方向に隣接するように配設されており、かつこの固定体のために軸方向のストッパ（３４）を構成する固定要素（２４）を備える。加えて、この固定システムのため、その端部領域（２６，２６’）が軸方向溝（１４）よりも広く、また組み込まれた状態で半径方向外方にのみこれらの端部領域を結ぶ基礎部分（２８）から突出している固定体を提案する。
2004532952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その第１の端部領域（２６）により、作用する軸力に向かい合って位置する翼担体（１６）の裏側（４０）を背後から把持する、翼足端部（１３）と軸方向溝底部（１５）との間に配設された固定体（２２）を有し、動翼（１０）が、半径方向及び周方向に、半径方向に配設された翼担体（１６）の軸方向溝（１４）内に挿入された翼足部（１２）によって固定されている軸流ターボ機械の動翼（１０）のための固定システムにおいて、
翼担体（１６）と一体的に形成された固定要素（２４）が、固定体（２２）の第１の端部領域（２６）に軸方向に隣接するように配設されており、かつこの固定体のために軸方向のストッパ（３４）を構成することを特徴とする固定システム。
【請求項２】
組み込まれた状態で、固定体（２２）の第１の端部領域（２６）が、ストッパ（３４）と翼担体（１６）との間の周方向溝（４２）内に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の固定システム。
【請求項３】
固定要素（２４）が、旋盤加工及び／又はフライス加工によって製造されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固定システム。
【請求項４】
固定要素（２４）が、独立した固定ディスク（３２）又は独立した固定リングとして製造され、かつ翼担体（１６）と一体的な物体へと溶接又は接着されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固定システム。
【請求項５】
固定体（２２）が、その両方の端部領域（２６，２６’）でもって軸方向に軸方向溝（１４）を超えて突出し、端部領域（２６，２６’）が、組み込まれた状態で、翼担体（１６）のそれぞれ１つの端面（３８，４０）を背後から把持することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の固定システム。
【請求項６】
端部領域（２６，２６’）が、これらの端部領域を結ぶ基礎部分（２８）よりも広く、かつ軸方向溝（１４）よりも広く、従って、これらの端部領域が、軸方向溝（１４）を超えて周方向に突出することを特徴とする請求項５に記載の固定システム。
【請求項７】
組み込まれた状態で、固定体（２２）の端部領域（２６，２６’）が、半径方向外方へと基礎部分（２８）から突出しており、またこれらの端部領域が、翼足部（１２）の端面（３８’，４０’）及び翼担体（１６）の端面（３８，４０）の部分を背後から把持することを特徴とする請求項５又は６に記載の固定システム。
【請求項８】
その基礎部分が、固定体（１０）を収容する翼担体（１６）内の軸方向溝（１４）の全ての軸方向の広がりにわたって延在し、その第１の端部領域（２６）が、作用する軸力に向かい合って位置する翼担体（１６）の裏側（４０）を背後から把持する、翼担体（１６）内に動翼（１０）を軸方向に固定するための固定体において、
この固定体が、第２の端部領域（２６’）を備え、両方の端部領域（２６，２６’）が、組み込まれた状態で、半径方向外方にだけ基礎部分（２８）から突出しており、これらの端部領域が、翼足部（１２）の端面（３８’，４０’）以外に、翼担体（１６）の端面（３８，４０）の部分も背後から把持することを特徴とする固定体。
【請求項９】
両方の端部領域（２６，２６’）が、これらの端部領域を結ぶ基礎部分（２８）よりも広く、かつ軸方向溝（１４）よりも広く、従って、これらの端部領域が、軸方向溝（１４）を超えて周方向に突出することを特徴とする請求項８に記載の固定体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求項１の上概念による軸流ターボ機械の動翼のための軸方向の固定システム及び特許請求項８の上位概念による固定システムのための固定体に関する。
【０００２】
軸流ターボ機械の動翼には、回転に基づいて遠心力が作用する。これらの力は、通常、樅の木もしくは燕の尻尾状の、半径方向に配設されかつ軸方向に延在する動翼と翼担体との間の溝−ばね結合部によって受け止められる。これに対し、流動媒体の軸方向の流動方向を経て生じる軸力は、別々の固定装置によって受け止めなければならない。
【背景技術】
【０００３】
軸方向に翼を固定するため、今日では通常、翼足端部と軸方向溝底部との間の半径方向間隙内に配設される固定体が使用される。
【０００４】
これは、例えば特許文献１から公知であるような、下流に配置された端部から、半径方向に配設された軸方向溝の部分にわたって延在する固定体である。これらの固定体は、一般的に、上流に配設された突出部を備え、この突出部は、翼足部の付属の溝内へと係合する。下流に位置する端部領域は、軸方向溝を越えて突出し、かつ動翼の軸方向の固定をするために、この端部領域が、下流に位置する翼担体の裏側を背後から把持するように折り曲げられる。翼足部における突出部は、翼足部の向かい合って位置する端部において翼担体の加圧側を背後から把持する。
【０００５】
軸方向の固定をするために使用される他の固定体は、軸方向溝の全長にわたって延在し、この軸方向溝を越えて両側に突出する。これは、例えば、特許文献２及び特許文献３に記載されている。特許文献３に記載された固定体の場合、突出する一方の端部領域が、翼担体の加圧側を背後から把持するショルダ様式の突出部として形成されているのに対し、突出する他方の端部領域は、組み込まれた状態で、折り曲げることによって、下流に位置する翼担体の端面を背後から把持する位置にもたらされる。特許文献２に開示された固定体は、薄板から成り、その突出する両方の端部領域は、折り曲げることによって、これらの端部領域が組み込まれた状態で翼担体の両方の端面を背後から把持するように形成されている。これら両方の場合でも、軸方向の支持をする翼足部との結合部は、突出部又は舌部によって形成されており、これらは、それぞれの固定体から突出しており、相応の翼足部の溝内に係合する。
【０００６】
説明した固定体の製造は、費用がかかる。何故なら、一方では、材料は、この材料が要求された形に曲げられるが、それにもかかわらず生じる力を吸収することができるように選択しなければならないからである。他方では、翼をその軸方向の位置に正確に固定するためには、薄板の端部領域を高い精度で曲げなければならないからである。このような固定体は、可能な推力及び剪断力に条件付けられてしか設計することができず、この場合、曲げることによって付加的な材料の弱体化がもたらされる。従って、今日適用される非常に高い回転数の場合、常に再び、折り曲げられた端部が負荷に耐えられず、大きな力によって広げられてしまうことになる。翼は、軸方向にその位置からずれ、ハウジングに擦れる。
【特許文献１】
米国特許第２，６４１，４４３号明細書
【特許文献２】
米国特許第２，９２８，６５１号明細書
【特許文献３】
英国特許第６４３，１９１４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の課題は、軸方向の推力及び剪断力を確実に吸収し、動翼をその位置に保持する、簡単で製造及び組立てが経済的な軸流ターボ機械の動翼のための固定システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これらの課題は、特許請求項１の特徴による固定システムが解決する。
【０００９】
本発明によれば、各動翼のための固定システムが、半径方向に配設される軸方向溝を翼担体内に備え、この軸方向溝内には、動翼を、その相手に見合うように形成された翼足部により挿入することができる。翼足端部と軸方向溝底部との間には、固定体が配設されており、この固定体は、その第１の端部領域でもって、作用する軸力に向かい合って位置する翼担体の裏側を背後から把持する。翼担体と一体的に形成されている固定要素は、固定体の第１の端部領域に軸方向に隣接するように配設されており、かつこの固定体のために軸方向のストッパを構成する。固定体の第１の端部領域は、ストッパと翼担体との間の周方向溝内に位置することになる。ストッパによって、固定体が生じる力によって軸方向にその位置からずらされるか、端部領域が広げられてしまうことが回避され、これにより、翼足部及びこの翼足部により動翼は、その正確な位置を保たれる。翼担体と固定要素を一体的に形成することによって、製造及び組立ては、特に最も簡単で安価である。
【００１０】
最も簡単なのは、翼担体と一体的に形成される固定要素が、旋盤加工及び／又はフライス加工によって製造することができることであり、材料が高価である場合には、研磨によって製造することができる。
【００１１】
この固定システムにおいて、その両方の端部領域でもって軸方向に軸方向溝を超えて突出し、その端部領域が、組み込まれた状態で、翼担体のそれぞれ１つの端面を背後から把持する固定体により作業することが、特に簡単で安価である。これは、翼足部が簡単に形成できるという利点を有する。何故なら、翼足部は、翼担体を加圧側では背後から把持する必要がないからである。しかしながらまた、下流に配置された端部から軸方向溝の一部分にわたってのみ延在する固定体及びこの固定体に適するように形成された翼足部を有する動翼を使用することもできる。
【００１２】
固定体の端部領域が、これらの端部領域を結ぶ固定体の基礎部分よりも広い場合は、端部領域に作用する力が大きな面に配分される。これは、固定要素によって構成される端部領域に付設されたストッパに関連した面毎の力の比を有利にする。
【００１３】
固定体の端部領域が、基礎部分よりも広く、また軸方向溝よりも広い場合は、固定体の端部領域が組み付けた状態で半径方向外方へと基礎部分から突出しており、翼足部の端面と翼担体の端面を背後から把持する場合が非常に有利である。これは、結合部を翼足部と固定体の間に形成するために、付加的な舌部及び翼足部の適当な溝内へと係合する突出部を何ら必要としない場合である。これは、翼足部の製造も固定体の製造も容易にする。本発明によるこのような固定体は、当然本発明による固定システムと関連してばかりでなく、公知の固定体の代わりにも、固定要素を用いずに使用することができる。
【００１４】
固定要素が独立した固定ディスク又は固定リングとして製造されている場合、その際、この固定リングは、翼担体と一体的な物体へと溶接又は接着されるが、現行のターボ機械は、固定システムにより増強することができる。
【００１５】
本発明の別の有利な形態の形は、従属する別の請求項の対象である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下で、本発明の対象を、添付図に図示した優れた実施例を基にして詳細に説明する。
【００１７】
図面で使用される符号及びその意味は、符号リストにまとめてリストアップされている。基本的に、図において同じ部分は、同じ符号を備えている。
【００１８】
図１及び３は、それぞれ１つの動翼１０を示し、この動翼は、その１２の部分でもって、半径方向に配設された翼担体１６の軸方向溝１４内に固定されている。より良好な理解のし易さの理由から、翼担体１６の一部分だけが、しかも軸方向溝１４に対する断面図に図示されている。翼足部１２は、樅の木の足として形成されており、軸方向溝１４は、相手に見合うような溝として形成されており、従って、翼足部１２は、半径方向及び周方向に溝１４内でズレのないようにアンカー固定されている。軸方向の固定をするため、翼足部１２に属する翼足端部１３と、軸方向溝１４を半径方向内方へと制限する軸方向溝底部１５との間に、固定体２２が配設されており、この固定体の両方の端部領域２６，２６’は、軸方向に軸方向溝１４を超えて突出する。図２から分かるように、両方の端部領域２６，２６’は、それぞれこれらの端部領域を結ぶ固定体２２の基礎部分２８よりも広い。組み込まれた状態で、端部領域２６，２６’は、それぞれ半径方向外方へと基礎部分２８から突出しており、それぞれ翼足部１２の端面３８’，４０’及び翼担体１６の端面３８，４０の部分を背後から把持する。固定体２２の端部領域２６，２６’が基礎部分２８よりも広く、かつ軸方向溝１４よりも広いことによって、これらの端部領域は、これらの端部領域が半径方向外方へと基礎部分２８から突出している場合でも、尚、翼単体１６の端面３８，４０の部分を背後から把持する。
【００１９】
翼担体１６の第１の端面３８は、翼担体１６の加圧側を構成する。この側には、流動方向Ａ（矢印参照）に基づいて、非常に大きな軸力が作用する。翼足部１２を経て、この軸方向に作用する力は、固定体２２の第１の端部領域２６にも伝達され、この端部領域は、向かい合って位置する翼担体の端面４０−裏側４０とも言うが−を背後から把持する。第１の端部領域２６を広げることを回避するために、翼担体１６の裏側４０に、固定要素２４が配設されており、この固定要素は、下流に軸方向に第１の端部領域２６のためのストッパ３４を構成し、従って、第１の端部領域２６は、もはや広げることができない。固定要素２４は、固定体２２、軸方向溝１４及び翼足部１２と共に、固定システム２０を構成し、この固定システムは、動翼１０を、回転数が非常に高い場合でも軸方向、半径方向及び周方向に位置を確実に翼担体１６と結合する。示された例では、固定体２２が、薄板から形成されており、両方の端部領域２６，２６’は、折り曲げることによって、半径方向外方へと基礎部分２８から突出しているその位置にもたらされる。当然、翼担体の裏側４０を背後から把持する第１の端部領域は、しかしながらまた中実の突出部としても形成することもでき、第２の端部領域２６’だけを、折り曲げることによって位置にもたらすことができる。
【００２０】
図３及び４は、固定要素２４が、翼担体１６と一体的に形成されているところを示す。この一体的な実施形の製造に際しては、先ず、軸方向溝１４が、翼担体１６の基体内にフライス加工されるか、ブローチ加工される。次に、翼担体１６の裏側４０が、おおよそ固定体２２の２倍の厚さでなくても済むストライプが旋盤加工され、しかも、残っているショルダ部が軸方向溝底部１５を超えて、半径方向外方へと突出している固定体２２の第１の端部領域２６よりも幾らか更に半径方向に内方へと突出する点に限れば、半径方向内方へと旋盤加工される。最後に、現行のショルダ部の軸方向溝１４に面した側では、旋盤加工によって、周方向溝４２が提供され、この周方向溝は、半径方向内方へとほぼ軸方向溝底部１５を超えて達し、その幅は、この幅が僅かな遊びと共に固定体２２の第１の端部領域２６を収容することができるように寸法設定されている。例えば約４０％のニッケルを含むニモニック（登録商標）９０１のような非常に高価な材料を使用する場合は、周方向溝４２は、研磨することによって形成しても良い。この措置によって、周方向溝４２の下流では、軸方向溝１４をフライス加工することによって生じた切り込みと、これらの間に残っている要素とが、元々旋盤加工されているショルダ部に残っている。残っている要素は、それぞれ、固定体２２の第１の端部領域２６のための軸方向のストッパ３４を構成し、この固定体は、確かにその幅に基づいて軸方向溝１４を超えて、従って切り込みも超えて突出し、従って、ストッパは、その作用を発揮することができる。各翼足部１２及び各固定体２２の基礎部分２８の軸方向の広がりは、旋盤加工のあとで残っている軸方向溝１４の軸方向の広がりに相当し、従って、組立ての後には、いかなる翼足部１２も、またいかなる基礎部分２８の部分も、周方向溝４２に内に突出しないか、翼担体の加圧側３８を超えて突出しない。
【００２１】
固定要素２４は、任意に形成された固定体と組み合わせることができ、その際には、本発明による固定システム２０を構成する。その際、周方向溝４２の相応の適合は、何ら問題ない。
【００２２】
しかしながらまた、固定要素２４は、図１に示されているように、独立した固定ディスク３２として形成することもでき、この固定ディスクは、例えば、翼担体１６との溶接結合３０によって、一体的な物体へと結合することができる。その際、固定ディスク３２は、その翼担体１６に面した側にショルダ部を備え、このショルダ部は、翼担体１６と結合する際に周方向溝４２が得られ、この周方向溝内には、動翼１０のための固定体２２のそれぞれ第１の端部領域２６が係合する。固定要素２４は、翼担体１６の形態に応じて、固定リングとしても形成することができる。溶接結合３０を用いる代わりに、固定要素２４を翼担体１６との接着結合によって一体的な物体へと結合することも考慮可能である。
【００２３】
固定要素２４の独立した形態においては、現行の翼担体１６が、この固定要素２４との軸方向溝／固定体−結合部によって増強され、固定要素と共に一体的な物体へと結合され得ることが有利である。この方法で、本発明による固定システム２０は、後から設置することができる。これは、固定体の形態に依存せずに可能である。何故なら、固定システム２０は、例えば冒頭で述べた特許文献から公知であるような他の固定体とでも機能するからである。このため、固定要素２４は、その際、場合によっては周方向溝４２又はストッパ３４の形態に応じて適合されなければならない。
【００２４】
本発明による固定システム２０により翼担体１６内に動翼１０を組み立てるために、先ず、固定体２２は、軸方向溝１４内に挿入され、しかも、既に半径方向に基本部分２８から突出している第１の端部領域２６が周方向溝４２によって収容されるように挿入される。次に、第１の端部領域２６は、僅かな遊びをもって、固定要素３２のストッパ３４と、翼担体１６の端面４０の相応の部分との間に延在する。引き続き、動翼は、その翼足部１４でもって、加圧側３８から固定体２２を介して翼担体１６の軸方向溝１４内へと挿入される。最後に、固定体２２の第２の端部領域２６’は、半径方向外方へと折り曲げられ、従って、翼足部１２は、両方の端部領域２６，２６’によって軸方向に固定されている。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による固定システムを、翼担体に固定された動翼を有する翼担体の一部分を基にして、透視図法により、また翼担体の軸方向溝底部に沿った断面図に概略的に示す。
【図２】透視図法により、本発明による固定システムの固定体を概略的に示す。
【図３】同様に本発明による固定システムを図１に類似した図に概略的に示す。
【図４】図３からの実施形を、動翼のない他の透視図に概略的に示す。
【符号の説明】
【００２６】
Ａ              軸方向の流動方向
１０            動翼
１２            翼足部
１３            翼足端部
１４            軸方向溝
１５            軸方向溝底部
１６            翼担体
２０            固定システム
２２            固定体
２４            固定要素
２６，２６’    端部領域
２８            基礎部分
３０            溶接シーム
３２            独立した固定ディスク
３４            ストッパ
３６            ネジ
３８            加圧側の翼担体の上流に整向された端面
３８’          加圧側の翼足部の上流に整向された端面
４０            裏側の翼担体の下流に整向された端面
４０’          裏側の翼足部の下流に整向された端面
４２            周方向溝
【国際公開パンフレット】
2004532952.tif 000003
2004532952.tif 000004
2004532952.tif 000005
2004532952.tif 000006
2004532952.tif 000007
2004532952.tif 000008
2004532952.tif 000009
2004532952.tif 000010
2004532952.tif 000011
2004532952.tif 000012
2004532952.tif 000013
2004532952.tif 000014
2004532952.tif 000015
2004532952.tif 000016
2004532952.tif 000017
2004532952.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月13日(2003.6.13)
【手続補正１】
【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】
それぞれ２つの端部領域の内の第１の端部領域（２６）により下流に整向された翼担体（１６）の裏側（４０）を背後から把持する、軸方向溝（１４）内で翼足部（１２）と翼担体（１６）との間に配設された固定体（２２）を有し、各動翼（１０）が翼足部（１２）を備え、この翼足部が翼担体（１６）の軸方向溝（１４）内に挿入されており、これにより、動翼（１０）が半径方向及び周方向に固定されている軸流ターボ機械の動翼（１０）のための固定システムにおいて、
翼担体（１６）と一体的に形成された固定要素（２４）が、固定体（２２）の第１の端部領域（２６）に軸方向に隣接するように配設されており、かつこの固定体のために軸方向のストッパ（３４）を構成することを特徴とする固定システム。
【請求項２】
組み込まれた状態で、固定体（２２）の第１の端部領域（２６）が、ストッパ（３４）と翼担体（１６）との間の周方向溝（４２）内に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の固定システム。
【請求項３】
固定要素（２４）が、旋盤加工及び／又はフライス加工によって製造されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固定システム。
【請求項４】
固定要素（２４）が、独立した固定ディスク（３２）又は独立した固定リングとして製造され、かつ翼担体（１６）と一体的な物体へと結合可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の固定システム。
【請求項５】
固定体（２２）が、その両方の端部領域（２６，２６’）でもって軸方向に軸方向溝（１４）を超えて突出し、端部領域（２６，２６’）が、組み込まれた状態で、翼担体（１６）のそれぞれ１つの端面（３８，４０）を背後から把持することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の固定システム。
【請求項６】
端部領域（２６，２６’）が、これらの端部領域を結ぶ基礎部分（２８）よりも広く、かつ軸方向溝（１４）よりも広く、従って、これらの端部領域が、軸方向溝（１４）を超えて周方向に突出することを特徴とする請求項５に記載の固定システム。
【請求項７】
組み込まれた状態で、固定体（２２）の端部領域（２６，２６’）が、半径方向外方へと基礎部分（２８）から突出しており、またこれらの端部領域が、翼足部（１２）の端面（３８’，４０’）及び翼担体（１６）の端面（３８，４０）の部分を背後から把持することを特徴とする請求項５又は６に記載の固定システム。
【請求項８】
各動翼（１０）が翼足部（１２）を備え、この翼足部が翼担体（１６）の軸方向溝（１４）内に挿入されており、これにより、動翼（１０）が半径方向及び周方向に固定されており、そして軸方向溝（１４）内で翼足部（１２）と翼担体（１６）との間に固定体（２２）が配設されており、これらの固定体が、それぞれ第１の端部領域（２６）により下流に整向された翼担体（１６）の裏側（４０）を背後から把持する軸流ターボ機械の動翼（１０）の軸方向の固定をするための固定ディスク（３２）であって、固定ディスク（３２）が、この固定ディスクが固定体（２２）の第１の端部領域（２６）のために軸方向のストッパ（３４）を構成するように形成されており、かつ翼担体（１６）と結合可能であることを特徴とする固定ディスク。
【請求項９】
固定ディスク（３２）が、リング状に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の固定ディスク。
【請求項１０】
固定ディスク（３２）が、第１の側で翼担体（１６）と結合可能であり、またこの第１の側にショルダ部を備えること、そして翼担体（１６）と固定ディスク（３２）を結合する際、固定ディスク（３２）と翼担体（１６）との間に周方向溝が構成され、この周方向溝内に、固定体（２２）の第１の端部領域（２６）が収容可能であることを特徴とする請求項８又は９に記載の固定ディスク。
【国際調査報告】
2004532952.tif 000019
2004532952.tif 000020
2004532952.tif 000021
2004532952.tif 000022
2004532952.tif 000023
2004532952.tif 000024