(57)【要約】【課題】インペラチューブ組立体を提供する。【解決手段】減衰ブラケットが提供されており、第１の貫通孔を画定している環状減衰アームと第２の貫通孔を画定している環状基部とを有する環状本体を含む。減衰アームの横断面が、フランジと、フランジの反対側にあるコネクタと、フランジとコネクタとの間に延在している曲線部とを含む。基部の横断面が、フランジと対応している第１の側と、第１の側の反対側にありかつコネクタと対応している第２の側とを含む。第２の側は、第１の貫通孔の各々が第２の貫通孔の対応する１つと位置合わせして画定されているように、コネクタと接続可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラチューブ組立体であって、
第１の貫通孔を画定している環状減衰アームと、第２の貫通孔を画定している環状基部とを有する環状本体を含み、
前記減衰アームの横断面が、フランジと、前記フランジの反対側にあるコネクタと、前記フランジと前記コネクタとの間に延在している曲線部とを含み、
前記基部の横断面が、前記フランジと対応している第１の側および前記第１の側の反対側にありかつ前記コネクタと対応している第２の側を含み、
前記第２の側には、前記第１の貫通孔の各々が前記第２の貫通孔の対応する１つと位置合わせして画定されているように、前記コネクタを取り付けられている、
インペラチューブ組立体。
【請求項２】
前記第１の貫通孔は円筒形であり、前記第２の貫通孔は円錐台形である、請求項１記載のインペラチューブ組立体。
【請求項３】
前記基部は環状凹部を画定するように形成されている、請求項１記載のインペラチューブ組立体。
【請求項４】
前記第１の貫通孔および前記第２の貫通孔は円筒形である、請求項１記載のインペラチューブ組立体。
【請求項５】
前記第１の貫通孔は円筒形であり、前記第２の貫通孔は西洋ナシ形状でありかつそこに画定されている切欠きを含み、
前記減衰ブラケットは圧入機構をさらに含み、前記第２の貫通孔の前記切欠きの内部に嵌合する、
請求項１記載のインペラチューブ組立体。
【請求項６】
前記第１の貫通孔は円筒形であり、前記第２の貫通孔は西洋ナシ形状であり、
前記減衰ブラケットは、第３の貫通孔を画定している冷し嵌めリングと、
前記第３の貫通孔の各々が前記第１の貫通孔の対応する１つおよび前記第２の貫通孔の対応する１つと位置合わせして画定されているように、前記冷し嵌めリングを位置合わせする位置合わせピンと
をさらに含む、
請求項１記載のインペラチューブ組立体。
【請求項７】
ターボ機械構成要素であって、
ロータ軸を中心に回転可能であり、かつ本体およびその反対側にあるホイール面を有するホイールと、
前記ロータ軸に対して径方向寸法に配向されておりかつ前記ロータ軸を中心に環状アレイ状に配列されている複数のチューブと、
前記ホイールの前記面の１つに結合されており、回転モードおよび非回転モードで前記複数のチューブを径方向に支持する減衰ブラケットであって、
第１の貫通孔を画定している環状減衰アームおよび第２の貫通孔を画定している環状基部を有する環状本体を含む減衰ブラケットとを含み、
前記減衰アームは、前記第１の貫通孔の各々が前記第２の貫通孔の対応する１つと位置合わせして画定されているように、前記基部と接続可能であり、
前記複数のチューブの各々が前記第１の貫通孔の１つおよび前記第２の貫通孔の前記対応する１つを貫通して延長可能である、
ターボ機械構成要素。
【請求項８】
前記減衰ブラケットは、その内径において前記ホイールの前記ホイール面の前記１つに結合されており、前記複数のチューブは、前記減衰ブラケットから径方向外側に延在している、請求項７記載のターボ機械構成要素。
【請求項９】
前記複数のチューブが前記径方向寸法を中心に回転するのを防止する回転防止機構をさらに含む、請求項７記載のターボ機械構成要素。
【請求項１０】
前記複数のチューブの各々が、
外側チューブと、
前記外側チューブの振動を制限する減衰機構を含む内側チューブと
を含む、請求項７記載のターボ機械構成要素。
【請求項１１】
機械的結合が、前記外側チューブと前記減衰ブラケットおよび前記内側チューブと前記外側チューブの少なくとも１つまたは複数を接続する、請求項１０記載のターボ機械構成要素。
【請求項１２】
前記内側チューブと前記外側チューブとは、前記減衰ブラケットに圧力で固定される、請求項１０記載のターボ機械構成要素。
【請求項１３】
前記内側チューブと前記外側チューブとは螺合される、請求項１０記載のターボ機械構成要素。
【請求項１４】
前記内側チューブと前記外側チューブとは、前記減衰ブラケットの内部に圧力で嵌め込まれる、請求項１０記載のターボ機械構成要素。
【請求項１５】
前記減衰ブラケット内に圧入されて、前記内側チューブおよび前記外側チューブを前記減衰ブラケットの内部に圧力で嵌め込む圧入リングをさらに含む、請求項１０記載のターボ機械構成要素。
【請求項１６】
第３の貫通孔を画定しており、前記内側チューブおよび前記外側チューブを前記減衰ブラケットの内部に圧力で嵌め込む冷し嵌めリングと、
前記第３の貫通孔の各々が前記第１の貫通孔の対応する１つおよび第２の貫通孔の対応する１つと位置合わせして画定されているように、前記冷し嵌めリングを位置合わせする位置合わせピンと
をさらに含む、請求項１０記載のターボ機械構成要素。
【請求項１７】
ターボ機械構成要素であって、
ロータ軸を中心に回転可能であり、かつ本体およびその反対側にあるホイール面を有するホイールと、
前記ロータ軸に対して径方向寸法に配向されておりかつ前記ロータ軸を中心に環状アレイ状に配列されている複数のチューブと、
前記ホイールの前記ホイール面の１つの内径に連結されており、回転モードおよび非回転モードで前記複数のチューブを径方向に支持する減衰ブラケットであり、
第１の円筒形貫通孔を画定している環状減衰アームおよび第２の円錐台形貫通孔を画定している環状基部を有する環状本体
を含み、
前記減衰アームは、前記第１の貫通孔の各々が前記第２の貫通孔の対応する１つと位置合わせして画定されているように、前記基部と接続可能である減衰ブラケットとを含み、
前記複数のチューブの各々が前記減衰アームに機械的に結合されており、かつ前記第１の貫通孔の１つおよび前記第２の貫通孔の前記対応する１つを貫通して径方向外側に延長可能である、ターボ機械構成要素。
【請求項１８】
前記第２の貫通孔の各々の円錐台形角度が約３〜２０度（始めと終わりの数値を含む）である、請求項１７記載のターボ機械構成要素。
【請求項１９】
前記第２の貫通孔の各々の円錐台形角度が約１０度である、請求項１７記載のターボ機械構成要素。
【請求項２０】
前記第２の貫通孔の各々の円錐台形角度が約１６度である、請求項１７記載のターボ機械構成要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示されている主題は、インペラチューブ組立体に関し、減衰ブラケットを有するインペラチューブ組立体を含む圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンなどの最新のターボ機械では、回転軸に対する最初の径方向位置から二次的な径方向位置まで、インペラ構成要素に沿って流体流を方向付ける必要があることが多い。これは、時として、支持ブラケット、インペラチューブおよびダンパチューブを含むことが多いインペラチューブ組立体を用いて達成される。支持ブラケットは、チューブが径方向寸法に流体流経路をもたらしかつターボ機械の動作中にダンパチューブがインペラチューブの振動を減衰する働きをするように、圧縮機ホイールに対してチューブを保持する。
【０００３】
そのような組立体が適正に動作するためには、インペラチューブおよびダンパチューブは、非常に高い回転速度下で、ブラケットに対して保持されかつブラケットにより中心に置かれなければならない。両チューブはまた、ノイズを発生し、摩耗につながる可能性があると考えられるガタガタ音を立てないように、確実に低速動作に保たれなければならない。チューブをブラケット内に保持するために多数のコンセプトが開発されてきたが、ほとんどの設計では、低速動作中に部品を定位置に保持する付加的な保持機構が必要とされる。これらの部品は誤って組み付けられる可能性があり、チューブがガチャガチャ鳴ることまたは摩耗することを防止しないことが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７８７０７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
減衰ブラケットを有するインペラチューブ組立体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
インペラチューブ組立体が提供されており、第１の貫通孔を画定している環状減衰アームと第２の貫通孔を画定している環状基部とを有する環状本体を含む。減衰アームの横断面が、フランジと、フランジの反対側にあるコネクタと、フランジとコネクタとの間に延在している曲線部とを含む。基部の横断面が、フランジと対応している第１の側と、第１の側の反対側にありかつコネクタと対応している第２の側とを含む。第２の側には、第１の貫通孔の各々が第２の貫通孔の対応する１つと位置合わせして画定されているように、コネクタが取り付けられている。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、ターボ機械構成要素が提供されており、ロータ軸を中心に回転可能であり、かつ本体およびその反対側にあるホイール面を有するホイールと、ロータ軸に対して径方向寸法に配向されておりかつロータ軸を中心に環状アレイ状に配列される複数のチューブと、ホイールの面の１つに結合されており、回転モードおよび非回転モードで複数のチューブを径方向に支持している減衰ブラケットとが含まれる。減衰ブラケットは、第１の貫通孔を画定している環状減衰アームと第２の貫通孔を画定している環状基部とを有する環状本体を含み、減衰アームは、第１の貫通孔の各々が第２の貫通孔の対応する１つと位置合わせして画定されているように、かつ複数のチューブの各々が第１の貫通孔の１つおよび第２の貫通孔の対応する１つを貫通して延長可能であるように、基部と接続可能である。
【０００８】
本発明のさらに別の態様によれば、ターボ機械構成要素が提供されており、ロータ軸を中心に回転可能であり、かつ本体およびその反対側にあるホイール面を有するホイールと、ロータ軸に対して径方向寸法に配向されておりかつロータ軸を中心に環状アレイ状に配列されている複数のチューブと、ホイールのホイール面の１つの内径に結合されており、複数のチューブを回転モードおよび非回転モードで径方向に支持する減衰ブラケットとを含み、減衰ブラケットは、第１の円筒形貫通孔を画定している環状減衰アームと第２の円錐台形貫通孔を画定している環状基部とを有する環状本体を含み、減衰アームは、第１の貫通孔の各々が第２の貫通孔の対応する１つと位置合わせして画定されているように、かつ複数のチューブの各々が減衰アームに機械的に結合されており、第１の貫通孔の１つおよび第２の貫通孔の対応する１つを貫通して、径方向外側に延長可能であるように、基部と接続可能である。
【０００９】
これらのかつ他の利点および特徴は、図面と併用されている以下の記載からより明らかになるであろう。
【００１０】
本発明と見なされる主題は、本明細書の最後に、特許請求の範囲において詳細に指摘され、明確に特許請求されている。本発明の前述の特徴および他の特徴ならびに利点は、添付図面と併用されている以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態による減衰ブラケットの斜視図である。
【図２】図１の減衰ブラケットの側面図である。
【図３】代替の実施形態による減衰ブラケットの側面図である。
【図４】代替の実施形態による減衰ブラケットの側面図である。
【図５】代替の実施形態による減衰ブラケットの側面図である。
【図６】代替の実施形態による減衰ブラケットの側面図である。
【図７】位置合わせピンの斜視図である。
【図８】回転防止機構の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
詳細な説明は、図面を参照して、例として、利点および特徴と共に本発明の実施形態を説明している。
【００１３】
図１および図２を参照して、減衰ブラケット１０が提供されており、環状減衰アーム３０と環状基部４０とを有する環状本体２０を含む。環状減衰アーム３０は、第１の貫通孔３１の環状アレイを画定するように形成されており、環状基部４０は、第２の貫通孔４１の環状アレイを画定するように形成されている。減衰アーム３０の横断面が、その第１の端部にフランジ３２と、その第２の端部にフランジ３２の反対側にあるコネクタ３３と、フランジ３２とコネクタ３３との間に延在している曲線部３４とを含む。実施形態によれば、フランジ３２とコネクタ３３とは、径方向外側に延在するように配向されていてもよく、曲線部３４は、フランジ３２に連結されている外側に湾曲した端部と、コネクタ３３に連結されている内側に湾曲した端部と、湾曲した端部間に延在している軸方向部とを有していてもよい。
【００１４】
基部４０の横断面が、フランジ３２と位置的に対応している第１の側４２と、第１の側４２の反対側にありかつコネクタ３３と位置的に対応している第２の側４３と、第１の側４２と第２の側４３との間に延在している面４４とを含む。第２の側４３は、面４４が曲線部３４から変位されているように、かつ第１の貫通孔３１の各々が第２の貫通孔４１の対応する１つと位置合わせして画定されているように、コネクタ３３と接続可能である。
【００１５】
減衰ブラケット１０は、ガスタービンエンジンの例えばその１０段目に、圧縮機１００などのターボ機械またはターボ機械構成要素の内部に取り付けられていてもよい。圧縮機１００は、ホイール１１０と、複数のチューブ１３０と、減衰ブラケット１０とを含んでいてもよい。ホイール１１０は、ロータ軸１１１を中心に回転可能であり、前面１２１と反対側の後面１２２とを有する本体１２０を有する。複数のチューブ１３０には、ロータ軸１１１に対して径方向寸法に配向されている各個々のチューブ１３１が設けられており、複数のチューブ１３０は、ロータ軸１１１を中心に環状アレイ状に配列されている。減衰ブラケット１０は、例えば後面１２２などのホイール面の１つに結合されており、回転モードおよび非回転モードで複数のチューブ１３０を径方向に支持する。すなわち、減衰ブラケット１０は、ホイール１１０が最高速度で回転している場合、およびホイール１１０が部分負荷速度で回転している場合、およびホイール１１０が回転していない場合に、各チューブ１３１を径方向、円周方向および軸方向に固定するように構成されている。
【００１６】
実施形態によれば、減衰ブラケット１０は、基部４０の第１の側４２が後面１２２に隣接して配設されている状態で、例えば、減衰アーム３０のフランジ３２を貫通して径方向または軸方向寸法に延在しているボルト−ナット締結要素により、ホイール１１０の後面１２２の内径に締結されていてもよい（図８のボルト２０１参照）。減衰ブラケット１０の輪状は、その変形を制限し、ホイール１１０と減衰ブラケット１０との間の熱膨張差を可能にする。このように、ホイール１１０と減衰ブラケット１０とが熱膨張差を経験したとしても、回転モードおよび非回転モードの間に各個々のチューブ１３１が減衰ブラケット１０から径方向外側に延在しているように、複数のチューブ１３０の各個々のチューブ１３１の径方向配向は維持される。
【００１７】
ホイール１１０と減衰ブラケット１０との間の熱膨張差は、減衰ブラケット１０が減衰アーム３０のフランジ３２においてホイール１１０に締結されていることおよび基部４０がホイール１１０に締結されていないことにより可能になる。この構成により、ホイール１１０および減衰ブラケット１０の相対的熱膨張が、基部４０とホイール１１０との相対的変位として示され、減衰ブラケット１０、より詳細には減衰アーム３０の少なくとも曲線部３４の相対的可撓性により吸収される。
【００１８】
第１の貫通孔３１は円筒形であってもよく、第２の貫通孔４１は円錐台形であってもよい。これらの実施形態では、第２の貫通孔４１の各々の直径が、基部４０の面４４において第１の貫通孔３１の直径と類似している。第２の貫通孔４１の直径は、（径方向線または径方向寸法に対して測定されている）約３〜２０度（始めと終わりの数値を含む）、またはさらに詳細には約１０または１６度の角度で径方向距離が減少するのに伴い増大する。同様に、各個々のチューブ１３１は、円筒形部分１３２と、第２の貫通孔４１の角度を補完する角度を有する先細部分１３３とを有する。この構成により、各個々のチューブ１３１は、先細部分１３３が第２の貫通孔４１の側壁とぴったり合うように、円筒形部分１３２が先導する状態で、第２の貫通孔４１と第１の貫通孔３１との対を貫通して挿入される。
【００１９】
複数のチューブ１３０の各個々のチューブ１３１は、外側チューブ１３０１と内側チューブ１３０２とを含む。外側チューブ１３０１は、円筒形部分１３２と一致して略円筒形であってもよく、先細部分１３３と一致して先細になっていてもよい。内側チューブ１３０２は、外側チューブ１３０１の内部に嵌合する大きさに作製されており、円筒形部分１３２と一致して略円筒形であってもよく、先細部分１３３と一致して先細になっていてもよい。内側チューブ１３０２はまた、減衰機構１３０３を含んでいてもよい。減衰機構１３０３は、内側チューブ１３０２が少なくとも外側チューブ１３０１の振動を減衰するかまたは別途制限することを可能にするように構成されている鍵穴形状を有して形成されていてもよい。組み立てられると、外側チューブ１３０１と内側チューブ１３０２とがインペラチューブ組立体を形成する。
【００２０】
個々のチューブ１３１の各々は、最初の圧縮荷重を加えられて、各先細部分１３３の外面と第２の貫通孔４１の側壁との間に一時的な結合を作り出してもよい。その後、ホイール１１０は、通常の圧縮機動作およびガスタービンエンジン動作と関連する速度などの高速で、ロータ軸１１１を中心に回転させられる。各先細部分１３３の外面と第２の貫通孔４１の側壁とは、それにより、ホイール１１０が回転している時、かつホイール１１０が減速し最終的に回転を停止する時に、個々のチューブ１３１が定位置に留まっているように、機械的結合を形成する。詳細には、先細部分１３３における個々のチューブ１３１に関して、内側チューブ１３０２の外面が、外側チューブ１３０１の内面と機械的結合を形成してもよく、外側チューブ１３０１の外面が対応する第２の貫通孔４１の内面と機械的結合を形成してもよい。本明細書において言及されている機械的結合は、２つの円錐特徴が共通の浅い角度に沿って強制的に合わせられる場合に生じる摩擦剪断結合であってもよい。
【００２１】
前述の円錐取付けは、付加的な部品の必要を無くすかまたは実質的に低減し、局所的な応力集中をほとんど乃至全く示さない。実際、先細部分１３３の比較的浅い角度（すなわち、約３〜２０度（始めと終わりの数値を含む））に起因して、外側チューブ１３０１および内側チューブ１３０２は、低い応力集中で、大きな段階的フィレット半径を有し得る。
【００２２】
代替的実施形態によれば、図３を参照すると、減衰ブラケット１０の基部４０は、環状凹部４０１を画定するように形成されていてもよい。図３に示されている通り、減衰ブラケット１０は、外側チューブ１３０１の外側チューブ基部５０をさらに含んでいてもよく、該基部は、内側チューブ１３０２とボルト−ナットの組合せ５２との間で、機械的干渉により環状凹部内に保持されている。
【００２３】
代替的実施形態によれば、図４を参照すると、第１の貫通孔３１および第２の貫通孔４１は円筒形であってもよい。そのような場合には、外側チューブ１３０１は、その内面上に形成されているねじ切り部１３０４を有していてもよく、内側チューブ１３０２は、内側チューブ１３０２が外側チューブ１３０１とねじ係合され得るように、その外面上に形成されている相補ねじ切り部１３０５を有していてもよい。さらに、内側チューブ１３０２は、内側チューブ１３０２と外側チューブ１３０１とがねじ係合されると個々のチューブ１３１の各々が径方向に固定され得るように、内部突出部１３０６を含んでいてもよい。外側チューブ１３０１は、外側チューブ１３０１と内側チューブ１３０２とに一緒にトルクを与えるレンチ機構１３０７を含んでいてもよい。
【００２４】
代替的実施形態によれば、図５を参照すると、第１の貫通孔３１は円筒形であってもよく、第２の貫通孔４１は部分的に円筒形で部分的に西洋ナシ形状であってもよくかつそこに画定されている切欠きを含む。そのような場合には、外側チューブ１３０１と内側チューブ１３０２とは各々、第２の貫通孔４１の部分的な円筒形および部分的な西洋ナシ形を補完する機構を有していてもよい。さらに、減衰ブラケット１０は、個々のチューブ１３１の各々が径方向に固定され得るように、圧縮性リング機構４２０をさらに含んでおり、切欠きの内部に嵌合してもよい。
【００２５】
図６および図７を参照すると、そこでは第２の貫通孔４１が部分的に西洋ナシ形状であり、減衰ブラケット１０は、第３の貫通孔４３１を画定しているリング４３０およびリング４３０を位置合わせする位置合わせピン４３２をさらに含んでおり、第３の貫通孔４３１の各々が第１の貫通孔３１の対応する１つおよび第２の貫通孔４１の対応する１つと位置合わせして画定されている。
【００２６】
図８を参照すると、また、複数のチューブ１３０の各個々のチューブ１３１が各個々のチューブ１３１の径方向寸法の周囲で回転するのを防止するために、回転防止機構２００が設けられていてもよい。実施形態によれば、回転防止機構２００は、ボルト２０１によりホイール１１０に結合されるかまたは固定されている回転制限器を含んでいてもよく、少なくとも外側チューブ１３０１の回転を妨げるように配置されていてもよい。
【００２７】
本発明を限られた数の実施形態のみに関連して詳細に記載したが、本発明はそのような開示された実施形態に限定されないことが容易に理解されるはずである。むしろ、本発明は、任意の数の変形形態、代替案、置換形態またはこれまでに記載されていない等価の装置を組み込むように修正することができるが、それらは、本発明の精神および範囲に相応するものである。さらに、本発明の種々の実施形態を記載したが、当然のことながら、本発明の態様は、記載された実施形態のいくつかのみを含んでいてもよい。したがって、本発明は、前述により限定されると見なされるべきではなく、添付の特許請求の範囲の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２８】
１０  減衰ブラケット
２０  環状本体
３０  環状減衰アーム
３１  第１の貫通孔
３２  フランジ
３３  コネクタ
３４  曲線部
４０  環状基部
４１  第２の貫通孔
４２  第１の側
４３  第２の側
４４  （基部の）面
５０  外側チューブ基部
５２  ボルト−ナットの組合せ
１００  圧縮機
１１０  ホイール
１１１  ロータ軸
１２０  本体
１２１  前面
１２２  後面
１３０  複数のチューブ
１３１  各個々のチューブ
１３２  （各個々のチューブの）円筒形部分
１３３  （各個々のチューブの）先細部分
２００  回転防止機構
２０１  ボルト
４０１  環状凹部
４２０  圧縮性リング機構
４３０  リング
４３１  第３の貫通孔
４３２  位置合わせピン
１３０１  外側チューブ
１３０２  内側チューブ
１３０３  減衰機構
１３０４  （外側チューブの）ねじ切り部
１３０５  （内側チューブの）相補ねじ切り部
１３０６  （内側チューブの）内部突出部
１３０７  （外側チューブの）レンチ機構
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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