(57)【要約】  ガスタービンディスク上のブレード負荷経路をわきに逸らして、ディスク疲労寿命の大幅な利点を得ることができる。ガスタービンディスクに対して複数のガスタービンブレードが取付け可能であり、ガスタービンブレードの各々は、ガスタービンディスクの対応する形状のダブテールスロット内に係合可能なブレードダブテールを含む。ガスタービンディスク応力を低減するために、最適な材料除去区域が、ガスタービンディスクにおける応力低減と、ガスタービンブレードの有効寿命と、ガスタービンブレードの空気力学的作用の維持又は改善との間のバランスを最大にするように、ブレード及び／又はディスクジオメトリに従って定められる。材料除去区域から材料を除去することにより、最大のバランスが得られる。【選択図】      図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンディスク及びタービンブレードの少なくとも１つにおける応力を低減する方法であって、複数のタービンブレードがディスクに取付け可能であり、前記タービンブレードの各々が、前記ディスクの対応する形状のダブテールスロット内に係合可能なブレードダブテールを含み、また前記ブレードダブテールが、幅広タング、中間タング及び幅狭タングとして３つのタングを含んでおり、当該方法が、
（ａ）ダブテール軸線に沿ったダブテールバックカットの長さを定める該ダブテールバックカットの開始点を基準線に対して決定するステップと、
（ｂ）前記ダブテールバックカットの切込み角度を決定するステップと、
（ｃ）前記開始点及び切込み角度に従って前記ブレードダブテール又はディスクダブテールスロットの少なくとも１つから材料を除去して、前記ダブテールバックカットを形成するステップと
を含んでおり、前記開始点及び切込み角度が、前記ディスクにおける応力低減と、前記ブレードにおける応力低減と、前記タービンブレードの有効寿命と、前記タービンブレードの空気力学的作用の維持又は改善との間のバランスを最大にするように、ブレード及びディスクジオメトリに従って最適化され、
前記基準線が、前記ダブテール軸線の中心線に沿って前記ブレードダブテールの前面から一定の距離に置かれ、
前記ダブテールバックカットの開始点が、前記幅広タングに対しては前記基準線から後方方向に少なくとも０．９２３インチでありまた前記中間タングに対しては前記基準線から後方方向に少なくとも１．６５４インチであるように、前記ステップ（ａ）が行われる、方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｂ）が、前記切込み角度が最大５°であるように行われる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記開始点及び切込み角度を最適化することが、前記ブレード及びディスクジオメトリに対して有限要素解析を実行することによって行われる、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｂ）が、非平面表面で前記ダブテールバックカットを定めるように複数の切込み角度を決定することによって行われる、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記ステップ（ｃ）が、前記ブレードダブテールから材料を除去することによって行われる、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ（ｃ）が、前記ディスクダブテールスロットから材料を除去することによって行われる、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記ステップ（ｃ）が、前記ブレードダブテール及びディスクダブテールスロットから材料を除去することによって行われる、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記ステップ（ｃ）が、前記ブレードダブテール及びディスクダブテールスロットから除去する材料に基づいて得られる角度が前記切込み角度を越えないようにさらに行われる、請求項７記載の方法。
【請求項９】
タービンブレードであって、
翼形部とブレードダブテールとを含み、
前記ブレードダブテールが、タービンディスク内のダブテールスロットに対応する形状にされ、かつ幅広タング、中間タング及び幅狭タングとして３つのタングを含み、
前記ブレードダブテールが、前記ディスクにおける応力低減と、該タービンブレードにおける応力低減と、該タービンブレードの有効寿命と、該タービンブレードの空気力学的作用の維持又は改善との間のバランスを最大にするようなブレードジオメトリに従った寸法及び配置にされたダブテールバックカットを含み、
ダブテール軸線に沿った前記ダブテールバックカットの長さを定める該ダブテールバックカットの開始点が、該ダブテール軸線の中心線に沿って前記ブレードダブテールの前面から一定の距離に置かれた基準線に対して決定され、
前記ダブテールバックカットの開始点が、前記幅広タングに対しては前記基準線から後方方向に少なくとも０．９２３インチでありまた前記中間タングに対しては前記基準線から後方方向に少なくとも１．６５４インチである、
タービンブレード。
【請求項１０】
前記ダブテールバックカットの切込み角度が、最大５°である、請求項９記載のタービンブレード。
【請求項１１】
前記ダブテールバックカットが、非平面表面を有する、請求項９記載のタービンブレード。
【請求項１２】
タービンロータであって
ロータディスクに結合された複数のタービンブレードを含み、
各ブレードが、翼形部とブレードダブテールとを含み、
前記ロータディスクが、前記ブレードダブテールに対応する形状にされた複数のダブテールスロットを含み、
前記ブレードダブテールが、幅広タング、中間タング及び幅狭タングとして３つのタングを含み、
前記ブレードダブテール及びダブテールスロットの少なくとも１つが、前記ロータディスクにおける応力低減と、前記タービンブレードにおける応力低減と、前記タービンブレードの有効寿命と、前記タービンブレードの空気力学的作用の維持又は改善との間のバランスを最大にするようなブレード及びディスクジオメトリに従った寸法及び配置にされたダブテールバックカットを含み、
ダブテール軸線に沿った前記ダブテールバックカットの長さを定める該ダブテールバックカットの開始点が、該ダブテール軸線の中心線に沿って前記ブレードダブテールの前面から一定の距離に置かれた基準線に対して決定され、
前記ダブテールバックカットの開始点が、前記幅広タングに対しては前記基準線から後方方向に少なくとも０．９２３インチでありまた前記中間タングに対しては前記基準線から後方方向に少なくとも１．６５４インチである、
タービンロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン技術に関し、より具体的には、その上にブレードが取付けられたディスク内の応力集中形状部及び／又はブレード自体内の応力集中形状部の周りでブレード負荷経路をわきに逸らすように設計した改良型のブレード及び／又はディスクダブテールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一部のガスタービンディスクは、該ディスクの外周部の周りに複数の円周方向に間隔をおいて配置されたダブテールを含み、それらダブテール間にダブテールスロットが形成されている。ダブテールスロットの各々は、翼形部分と該ダブテールスロットに対して相補的形状を有するブレードダブテールとが形成されたブレードを軸方向に受ける。
【０００３】
ブレードは、ディスク内の冷却スロットを通してまた該ブレードのダブテール部分内に形成された溝又はスロットを通して流入する空気によって冷却することができる。一般的に、冷却スロットは、交互になったダブテール及びダブテールスロットを通って円周方向に３６０°延びる。
【０００４】
ブレードダブテールとダブテールスロットとの間の接触面部位は、過剰ブレード負荷及び応力集中ジオメトリにより寿命制限部位となる可能性がある。過去において、一部のタービンエンジンでは、応力を緩和するためにダブテールバックカットが使用されてきた。しかしながら、これらのバックカットは、実際には微小なものであって、ここで扱う問題とは関係がなかった。さらに、位置及び除去材料の量は、ディスクにおける応力低減と、ブレードにおける応力低減と、ブレードの有効寿命との間のバランスを最大にするようには最適化されなかった。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の例示的な実施形態では、タービンブレード又はタービンディスクの少なくとも１つにおける応力を低減する方法を提供する。複数のタービンブレードがディスクに取付け可能であり、またタービンブレードの各々は、ディスクの対応する形状のダブテールスロット内に係合可能なブレードダブテールを含む。本方法は、（ａ）ダブテール軸線に沿ったダブテールバックカットの長さを定める該ダブテールバックカットの開始点を基準線に対して決定するステップと、（ｂ）ダブテールバックカットの切込み角度を決定するステップと、（ｃ）開始点及び切込み角度に従ってブレードダブテール又はディスクダブテールスロットの少なくとも１つから材料を除去して、ダブテールバックカットを形成するステップとを含む。開始点及び切込み角度は、ディスクにおける応力低減と、ブレードにおける応力低減と、タービンブレードの有効寿命と、タービンブレードの空気力学的作用の維持又は改善との間のバランスを最大にするように、ブレード及びディスクジオメトリに従って最適化される。加えて、基準線は、ダブテール軸線の中心線に沿ってブレードダブテールの前面から一定の距離に置かれ、ステップ（ａ）は、ダブテールバックカットの開始点が、幅広タングに対しては基準線から後方方向に少なくとも０．９２３インチでありまた中間タングに対しては基準線から後方方向に少なくとも１．６５４インチであるように行われる。
【０００６】
本発明の別の例示的な実施形態では、タービンブレードを提供し、本タービンブレードは、翼形部とブレードダブテールとを含み、ブレードダブテールは、タービンディスク内のダブテールスロットに対応する形状にされる。ブレードダブテールは、ロータディスクにおける応力低減と、タービンブレードにおける応力低減と、タービンブレードの有効寿命と、タービンブレードの空気力学的作用の維持又は改善との間のバランスを最大にするようなブレードジオメトリに従った寸法及び配置にされたダブテールバックカットを含む。ダブテール軸線に沿ったダブテールバックカットの長さを定める該ダブテールバックカットの開始点は、該ダブテール軸線の中心線に沿ってブレードダブテールの前面から一定の距離に置かれた基準線に対して決定される。ダブテールバックカットの開始点は、幅広タングに対しては基準線から後方方向に少なくとも０．９２３インチでありまた中間タングに対しては基準線から後方方向に少なくとも１．６５４インチである。
【０００７】
本発明のさらに別の実施形態では、タービンロータを提供し、本タービンロータは、ロータディスクに結合された複数のタービンブレードを含み、各ブレードは、翼形部とブレードダブテールとを含み、またロータディスクは、ブレードダブテールに対応する形状にされた複数のダブテールスロットを含む。ブレードダブテール及びダブテールスロットの少なくとも１つは、ロータディスクにおける応力低減と、タービンブレードにおける応力低減と、タービンブレードの有効寿命と、タービンブレードの空気力学的作用の維持又は改善との間のバランスを最大にするようなブレード及びディスクジオメトリに従った寸法及び配置にされたダブテールバックカットを含む。ダブテール軸線に沿ったダブテールバックカットの長さを定める該ダブテールバックカットの開始点は、該ダブテール軸線の中心線に沿ってブレードダブテールの前面から一定の距離に置かれた基準線に対して決定される。ダブテールバックカットの開始点は、幅広タングに対しては基準線から後方方向に少なくとも０．９２３インチでありまた中間タングに対しては基準線から後方方向に少なくとも１．６５４インチである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、その中にガスタービンブレード１２が固定された例示的なガスタービンディスクセグメント１０の斜視図である。ガスタービンディスク１０は、対応する形状のブレードダブテール１６を受けてガスタービンブレード１２をディスク１０に固定するダブテールスロット１４を含む。図２及び図３は、翼形部１８とブレードダブテール１６とを含むガスタービンブレード１２の底部セクションの両側面を示している。図２は、ガスタービンブレード１２のいわゆる正圧側を示しており、また図３は、ガスタービンブレード１２のいわゆる負圧側を示している。
【０００９】
ダブテールスロット１４は一般的に、「軸方向挿入」スロットと呼ばれ、ブレード１２のダブテール１６は、このダブテールスロット１４内にほぼ軸方向に、つまりディスク１０の軸線とほぼ平行であるが傾斜した方向に挿入される。
【００１０】
ガスタービンディスクの応力集中形状部の実例は、冷却スロットである。ブレード及びディスク１０の上流又は下流面には、各ダブテール１６及びダブテールスロット１４の半径方向内側部分を貫通して円周方向に完全に３６０°延びる環状冷却スロットを設けることができる。ブレードがロータディスク１０上に取付けられると、冷却空気（例えば、圧縮機吐出空気）が冷却スロットに供給され、冷却スロットは次に、冷却空気をダブテールスロット１４の半径方向内側部分内に供給して、ブレード１２の基部を貫通して開口した溝又はスロット（図示せず）を通して送給し、ブレード翼形部部分１８の内部を冷却するようにすることが分かるであろう。
【００１１】
ガスタービンディスクの応力集中形状部の第２の実例は、ブレード保持ワイヤスロットである。ブレード１２及びディスク１０の上流又は下流面には、各ダブテール１６及びダブテールスロット１４の半径方向内側部分を貫通して円周方向に完全に３６０°延びる環状保持スロットを設けることができる。ブレードがロータディスク１０上に取付けられると、ブレード保持ワイヤが保持ワイヤスロット内に挿入され、ブレード保持ワイヤは次に、ブレードを軸方向に保持することが分かるであろう。
【００１２】
本明細書に記載した形状部は一般的に、あらゆる翼形部及びディスク接触面に適用可能である。図１〜図３に示す構造は、異なるクラスのタービンにわたる多くの異なるディスク及びブレード設計を単に表しているに過ぎない。例えば、異なる寸法及び構成のディスク及びブレードを含む少なくとも３つのクラスのガスタービンが、ニューヨーク州スケネクタディ所在のＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社によって製造されており、それらは、例えばＧＥ  ６ＦＡ（及び６ＦＡ＋ｅ）、７ＦＡ＋ｅ並びに９ＦＡ＋ｅ型タービンである。さらに、各タービンは、該タービン内に様々なブレード及びディスクジオメトリを有する複数の段を含んでいる。
【００１３】
ブレードダブテール１６とディスクダブテールスロット１４との間の接触面は、応力集中を受け、それによりタービンディスク１０及び／又はタービンブレード１２の寿命制限部位となる可能性があることが判明した。そのような応力集中を低減して、ガスタービンブレードの寿命又は空気力学的作用に悪影響を与えずにディスク及び／又はブレードの寿命を最大にすることが望ましいと言える。
【００１４】
図４〜図７を参照すると、ガスタービンブレードダブテール１６は、ダブテール正圧側に幾つかの圧力面つまりタング２０を含み、またダブテール負圧側に幾つかの圧力面つまりタング２０を含む。タービンクラス並びにブレード及びディスク段に応じて、ブレードダブテールタング２０又はディスクダブテールタング２１（図１参照）の負圧側後端部及び正圧側前端部のいずれか又は両方上にバックカット２２を作ることができる。特に図６及び図７を参照すると、バックカット２２は、ブレードダブテール１６又はディスクダブテールスロット１４の正圧面から材料を除去することによって形成される。材料は、研削又はフライス加工又はこれらに類した加工のようなあらゆる適当な方法を用いて除去することができ、これらの方法は、ブレードダブテール１６又はディスクダブテールスロット１４を形成するために使用した対応する方法と同一又は同様なものとすることができる。
【００１５】
除去するべき材料の量、従ってまたバックカット２２の寸法が、ダブテール軸線に沿ったダブテールバックカットの長さを定める該ダブテールバックカットの開始点を基準線に対して最初に決めることによって決定される。ダブテールバックカットに対する切込み角度も決定され、図６及び図７に示す例示的な角度は、最大３°である。開始点及び切込み角度は、ガスタービンディスク１０における応力低減と、ガスタービンブレード１２における応力低減と、ガスタービンブレード１２の有効寿命と、ガスタービンブレードの空気力学的作用の維持又は改善との間のバランスを最大にするように、ブレード及びディスクジオメトリに従って最適化される。従って、ダブテールバックカット２２が大き過ぎる場合には、バックカットは、タービンブレード１２の寿命に悪影響を有する。ダブテールバックカットが小さ過ぎる場合には、タービンブレードの寿命は最大化されるが、タービンブレード及びディスク間の接触面における応力集中が最小化されないことになり、ディスクは、最大になった寿命による利点が得られない。
【００１６】
バックカット２２は、平面とすることができ、或いは図６に破線で示すようにバックカット２２’は、それに代えて非平面とすることができる。これに関連して、切込み角度は、開始切込み角度として定められる。幾つかのタービンクラスの場合には、切込み角度は、開始点から、ブレードダブテール１６のブレード負荷面がディスクダブテールスロット１４と接触しなくなるのに十分なほどバックカット２２、２２’が深くなるまで適切である。ディスクスロット１４と接触しなくなると、規定エンベロープの範囲外のあらゆる深さ又は形状のあらゆる切込みが許容可能となる。
【００１７】
上に述べたように、ブレードダブテール１６及びディスクダブテールスロット１４が幾つかのタング２０、２１を含む場合には、ダブテールバックカットの開始点及び／又は切込み角度は、幾つかのタングの各々に対して別個に決定することができる。これに関連して、これまた上に述べたように、ダブテールバックカットは、タービンブレード及び／又はディスクの正圧側及び負圧側の１つ又は両方内に形成することができる。
【００１８】
ダブテールバックカットの開始点及び切込み角度の最適化は、ブレード及びディスクジオメトリについて有限要素解析を実行することによって決定される。ブレード及びディスクの有限要素格子に対してエンジンデータに基づいた仮想熱負荷及び構造負荷を加えて、エンジン運転状態をシミュレートする。バックカットのないジオメトリ及び一連の可変バックカットジオメトリは、有限要素モデルを使用して解析される。バックカットギオメトリとブレード及びディスク応力との間の伝達関数は、有限要素解析から推測される。予測応力は次に、各バックカットジオメトリに対するブレード及びディスク寿命並びにブレードの空気力学的作用を予測するために、独自仕様の材料データを使用して現場データと相関される。最適バックカットジオメトリ及び許容可能バックカットジオメトリ範囲は、ブレード及びディスク寿命とブレードの空気力学的作用との両方を考慮することによって決定される。
【００１９】
基準線Ｗもまた、ブレード又はディスクジオメトリに従って変化する。基準線Ｗは、ダブテール軸線の中心線に沿ってブレード又はディスクダブテールの前面から一定の距離に置かれる。図２１〜図２７は、前述したＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社のタービンクラスの各々に対する並びに各ブレード及びディスク段に対する基準線Ｗの定義を示している。例えば、図２１は、第１のタイプの第１のタービンクラス（６ＦＡ）における第１段ブレード及びディスクに対する基準線Ｗの定義を示しており、基準線Ｗは、ダブテール軸線の中心線（基準線Ｓ）に沿ってブレード及びディスクダブテールの前面から１．７０４インチに置かれる。図２２は、第２のタイプの第１のタービンクラス（６ＦＡ＋ｅ）における第１段ブレード及びディスクに対する基準線Ｗの定義を示しており、基準線Ｗは、ダブテール軸線の中心線（基準線Ｓ）に沿ってブレード及びディスクダブテールの前面から１．６９８インチに置かれる。図２３は、第２のタイプの第１のタービンクラスにおける第２段ブレード及びディスクに対する基準線Ｗの定義を示しており、基準線Ｗは、ダブテール軸線の中心線（基準線Ｓ）に沿ってブレード及びディスクダブテールの前面から１．９３６インチに置かれる。図２４は、第２のタービンクラス（７ＦＡ＋ｅ）における第１段ブレード及びディスクに対する２．４７０インチの寸法を示し、また図２５は、第２のタービンクラスにおける第２段ブレード及びディスクに対する２．８１７インチの寸法を示している。図２６は、第３のタービンクラス（９ＦＡ＋ｅ）における第１段ブレード及びディスクに対する２．９６４インチの寸法を示し、また図２７は、第３のタービンクラスにおける第２段ブレード及びディスクに対する３．３７９インチの寸法を示している。基準線Ｗは、最適化ダブテールバックカット開始点を定位するための各タービンクラスの各段ブレード及びディスクに対する同定可能な基準点をもたらす。
【００２０】
各タービンクラスにおける各それぞれのブレード及びディスク段に対する最適化開始点及び切込み角度の詳細については、図８〜図２０を参照しながら説明する。上述したように、各ダブテールバックカットの最適化開始点及び切込み角度は、ガスタービンディスクにおける応力低減と、ガスタービンブレードにおける応力低減と、ガスタービンブレードの有効寿命と、ガスタービンブレードの空気力学的作用の維持又は改善との間のバランスを最大にするように、有限要素解析を用いて決定された。特定の寸法を記述するが、本発明は、必ずしもそのような特定の寸法に限定しようとするものではない。最大ダブテールバックカットは、基準線Ｗから示した開始点までの公称距離によって測定される。より大きなダブテールバックカットがガスタービンブレードの許容可能寿命に対して犠牲を生じるかは、有限要素解析によって確認した。最適寸法を記述するのに、ブレードダブテール１６及び／又はディスクダブテールスロット１４の幾つかのタング２０、２１に対して別個の値を決定することができる。
【００２１】
図８及び図９は、第１のタイプの第１のタービンクラスの第１段ブレード及びディスクであって、ここではタングの組間の一般的な幅によって識別された３つのダブテールタングの組を含む第１段ブレード及びディスクに対する値を示しており、この場合に、ダブテールバックカットの開始点は、幅広タングに対しては基準線Ｗから後方方向に少なくとも１．６４９インチであり、中間タングに対しては基準線Ｗから後方方向に少なくとも１．５５２インチであり、また幅狭タングに対しては基準線Ｗから後方方向に少なくとも１．５１９インチである。切込み角度は、最大３°である。
【００２２】
図１０及び図１１は、第２のタイプの第１のタービンクラスの第１段ブレード及びディスクであって、ここではタングの組間の一般的な幅によって識別された３つのダブテールタングの組を含む第１段ブレード及びディスクに対する値を示しており、この場合に、ダブテールバックカットの開始点は、幅広タング及び中間タングに対しては基準線Ｗから後方方向に少なくとも１．５４９インチであり、また幅狭タングに対しては基準線Ｗから後方方向に少なくとも１．４６６インチである。切込み角度は、最大３°である。図１２には、ここではタングの組間の一般的な幅によって識別された３つのダブテールタングの組を含む第２のタイプの第１のタービンクラスの第２段ブレード及びディスクを示しており、この図は、ダブテールバックカットの開始点が、幅広タングに対しては基準線Ｗから後方方向に少なくとも０．９２３インチであり、また中間タングに対しては基準線Ｗから後方方向に少なくとも１．６５４インチであることを示している。切込み角度は、最大５°である。
【００２３】
図１３及び図１４は、３つのダブテールタングの組を含む第２のタービンクラスにおける第１段ブレード及びディスクに対する値を示している。ダブテールバックカットの開始点は、基準線Ｗから後方方向に少なくとも１．９４５インチであり、切込み角度は、最大３°である。タングの組間の一般的な幅によって識別された３つのダブテールタングの組を含む第２のタービンクラスにおける第２段ブレード及びディスクの正圧側の場合に、図１５は、ダブテールバックカットの開始点が、幅広タングに対しては基準線Ｗから前方方向に少なくとも１．５７４インチであり、中間タングに対しては基準線Ｗから前方方向に少なくとも１．４００インチであり、また幅狭タングに対しては基準線Ｗから前方方向に少なくとも１．２２６インチであることを示している。切込み角度は、最大５°である。３つのダブテールタングの組を含む第２のタービンクラスにおける第２段ブレード及びディスクの負圧側の場合には、図１６に示すように、ダブテールバックカットの開始点は、基準線Ｗから後方方向に少なくとも１．７２５インチであり、また切込み角度は、最大５°である。
【００２４】
図１７及び図１８は、３つのダブテールタングの組を含む第３のタービンクラスの第１段ブレード及びディスクを示しており、この場合に、ダブテールバックカットの開始点は、基準線Ｗから後方方向に少なくとも１．８３９インチである。切込み角度は、最大３°である。図１９には、３つのダブテールタングの組を含む第３のタービンクラスにおける第２段ブレードの正圧側を示している。ダブテールバックカットの開始点は、基準線Ｗから前方方向に少なくとも１．８４８インチであり、また切込み角度は、最大５°である。図２０には、３つのダブテールタングの組を含む第３のタービンクラスにおける第２段ブレード及びディスクの負圧側を示している。ダブテールバックカットの開始点は、基準線Ｗから後方方向に少なくとも２．１５３インチであり、また切込み角度は、最大５°である。
【００２５】
ダブテールバックカットは、通常の高温ガス通路検査作業中にユニット内に形成することができることを理解されたい。この構成の場合には、ブレード負荷経路は、ディスク及び／又はブレードの応力集中形状部内の高い応力領域の周りでわきに逸らすべきである。基準線に対する最適化開始点及び最適化切込み角度を含む応力緩和切込みのパラメータにより、ガスタービンディスクにおける応力低減と、ガスタービンブレードにおける応力低減と、ガスタービンブレードの有効寿命と、ガスタービンブレードの空気力学的作用の維持又は改善との間のバランスを最大にするダブテールバックカットが定まる。応力集中の低減は、ガスタービンディスクにおける過酷な状況を軽減させ、それによって全体的ディスク疲労寿命の大幅な改善を実現する働きをする。
【００２６】
現時点で最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ガスタービンブレードを取付けた例示的なガスタービンディスクセグメントの斜視図。
【図２】その例示的なガスタービンブレードの正圧側の斜視図。
【図３】その例示的なガスタービンブレードの負圧側の斜視図。
【図４】材料が除去されるブレード又はディスクダブテール区域の拡大図。
【図５】材料が除去されるブレード又はディスクダブテール区域の拡大図。
【図６】材料が除去されるブレード又はディスクダブテール区域の拡大図。
【図７】材料が除去されるブレード又はディスクダブテール区域の拡大図。
【図８】第１のタイプの第１のタービンクラスにおける第１段ブレード又はディスクに対する材料除去区域を示す図。
【図９】第１のタイプの第１のタービンクラスにおける第１段ブレード又はディスクに対する材料除去区域を示す図。
【図１０】第２のタイプの第１のタービンクラスにおける第１段ブレード又はディスクに対する材料除去区域を示す図。
【図１１】第２のタイプの第１のタービンクラスにおける第１段ブレード又はディスクに対する材料除去区域を示す図。
【図１２】第１のタービンクラスにおける第２段ブレード又はディスクに対する材料除去区域を示す図。
【図１３】第２のタービンクラスにおける第１段ブレード又はディスクに対する材料除去区域を示す図。
【図１４】第２のタービンクラスにおける第１段ブレード又はディスクに対する材料除去区域を示す図。
【図１５】第２のタービンクラスにおける第２段ブレード又はディスクの正圧側に対する材料除去区域を示す図。
【図１６】第２のタービンクラスにおける第２段ブレード又はディスクの負圧側に対する材料除去区域を示す図。
【図１７】第３のタービンクラスにおける第１段ブレード又はディスクに対する材料除去区域を示す図。
【図１８】第３のタービンクラスにおける第１段ブレード又はディスクに対する材料除去区域を示す図。
【図１９】第３のタービンクラスにおける第２段ブレード又はディスクの正圧側に対する材料除去区域を示す図。
【図２０】第３のタービンクラスにおける第２段ブレード又はディスクの負圧側に対する材料除去区域を示す図。
【図２１】各タービンクラスの各段ブレード又はディスクに対する基準線Ｗの決定を示す図。
【図２２】各タービンクラスの各段ブレード又はディスクに対する基準線Ｗの決定を示す図。
【図２３】各タービンクラスの各段ブレード又はディスクに対する基準線Ｗの決定を示す図。
【図２４】各タービンクラスの各段ブレード又はディスクに対する基準線Ｗの決定を示す図。
【図２５】各タービンクラスの各段ブレード又はディスクに対する基準線Ｗの決定を示す図。
【図２６】各タービンクラスの各段ブレード又はディスクに対する基準線Ｗの決定を示す図。
【図２７】各タービンクラスの各段ブレード又はディスクに対する基準線Ｗの決定を示す図。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ガスタービンディスク
１２  ガスタービンブレード
１４  ダブテールスロット
１６  ブレードダブテール
１８  翼形部
２０  タング
２１  ディスクダブテールタング
２２  バックカット
【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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【図６】
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【図７】
2009536994.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年5月11日(2009.5.11)
【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】
タービンディスク及びタービンブレードの少なくとも１つにおける応力を低減する方法であって、複数のタービンブレードがディスクに取付け可能であり、前記タービンブレードの各々が、前記ディスクの対応する形状のダブテールスロット内に係合可能なブレードダブテールを含み、また前記ブレードダブテールが、幅広タング、中間タング及び幅狭タングとして３つのタングを含んでおり、当該方法が、
（ａ）ダブテール軸線に沿ったダブテールバックカットの長さを定める該ダブテールバックカットの開始点を基準線に対して決定するステップと、
（ｂ）前記ダブテールバックカットの切込み角度を決定するステップと、
（ｃ）前記開始点及び切込み角度に従って前記ブレードダブテール又はディスクダブテールスロットの少なくとも１つから材料を除去して、前記ダブテールバックカットを形成するステップと
を含んでおり、前記開始点及び切込み角度が、前記ディスクにおける応力低減と、前記ブレードにおける応力低減と、前記タービンブレードの有効寿命と、前記タービンブレードの空気力学的作用の維持又は改善との間のバランスを最大にするように、ブレード及びディスクジオメトリに従って最適化され、
前記基準線が、前記ダブテール軸線の中心線に沿って前記ブレードダブテールの前面から１．９３６インチ（４．９１７ｃｍ）に位置し、
前記ダブテールバックカットの開始点が、前記幅広タングに対しては前記基準線から後方方向に少なくとも０．９２３インチ（２．３４４ｃｍ）でありまた前記中間タングに対しては前記基準線から後方方向に少なくとも１．６５４インチ（４．２０１ｃｍ）であるように、前記ステップ（ａ）が行われる、方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｂ）が、前記切込み角度が最大５°であるように行われる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記開始点及び切込み角度を最適化することが、前記ブレード及びディスクジオメトリに対して有限要素解析を実行することによって行われる、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｂ）が、非平面表面で前記ダブテールバックカットを定めるように複数の切込み角度を決定することによって行われる、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記ステップ（ｃ）が、前記ブレードダブテールから材料を除去することによって行われる、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ（ｃ）が、前記ディスクダブテールスロットから材料を除去することによって行われる、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記ステップ（ｃ）が、前記ブレードダブテール及びディスクダブテールスロットから材料を除去することによって行われる、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記ステップ（ｃ）が、前記ブレードダブテール及びディスクダブテールスロットから除去する材料に基づいて得られる角度が前記切込み角度を越えないようにさらに行われる、請求項７記載の方法。
【請求項９】
タービンブレードであって、
翼形部とブレードダブテールとを含み、
前記ブレードダブテールが、タービンディスク内のダブテールスロットに対応する形状にされ、かつ幅広タング、中間タング及び幅狭タングとして３つのタングを含み、
前記ブレードダブテールが、前記ディスクにおける応力低減と、該タービンブレードにおける応力低減と、該タービンブレードの有効寿命と、該タービンブレードの空気力学的作用の維持又は改善との間のバランスを最大にするようなブレードジオメトリに従った寸法及び配置にされたダブテールバックカットを含み、
ダブテール軸線に沿った前記ダブテールバックカットの長さを定める該ダブテールバックカットの開始点が、該ダブテール軸線の中心線に沿って前記ブレードダブテールの前面から１．９３６インチ（４．９１７ｃｍ）に位置した基準線に対して決定され、
前記ダブテールバックカットの開始点が、前記幅広タングに対しては前記基準線から後方方向に少なくとも０．９２３インチ（２．３４４ｃｍ）でありまた前記中間タングに対しては前記基準線から後方方向に少なくとも１．６５４インチ（４．２０１ｃｍ）である、タービンブレード。
【請求項１０】
前記ダブテールバックカットの切込み角度が、最大５°である、請求項９記載のタービンブレード。
【請求項１１】
前記ダブテールバックカットが、非平面表面を有する、請求項９記載のタービンブレード。
【請求項１２】
タービンロータであって
ロータディスクに結合された複数のタービンブレードを含み、
各ブレードが、翼形部とブレードダブテールとを含み、
前記ロータディスクが、前記ブレードダブテールに対応する形状にされた複数のダブテールスロットを含み、
前記ブレードダブテールが、幅広タング、中間タング及び幅狭タングとして３つのタングを含み、
前記ブレードダブテール及びダブテールスロットの少なくとも１つが、前記ロータディスクにおける応力低減と、前記タービンブレードにおける応力低減と、前記タービンブレードの有効寿命と、前記タービンブレードの空気力学的作用の維持又は改善との間のバランスを最大にするようなブレード及びディスクジオメトリに従った寸法及び配置にされたダブテールバックカットを含み、
ダブテール軸線に沿った前記ダブテールバックカットの長さを定める該ダブテールバックカットの開始点が、該ダブテール軸線の中心線に沿って前記ブレードダブテールの前面から１．９３６インチ（４．９１７ｃｍ）に位置した基準線に対して決定され、
前記ダブテールバックカットの開始点が、前記幅広タングに対しては前記基準線から後方方向に少なくとも０．９２３インチ（２．３４４ｃｍ）でありまた前記中間タングに対しては前記基準線から後方方向に少なくとも１．６５４インチ（４．２０１ｃｍ）である、タービンロータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
ブレードダブテールとダブテールスロットとの間の接触面部位は、過剰ブレード負荷及び応力集中ジオメトリにより寿命制限部位となる可能性がある。過去において、一部のタービンエンジンでは、応力を緩和するためにダブテールバックカットが使用されてきた。しかしながら、これらのバックカットは、実際には微小なものであって、ここで扱う問題とは関係がなかった。さらに、位置及び除去材料の量は、ディスクにおける応力低減と、ブレードにおける応力低減と、ブレードの有効寿命との間のバランスを最大にするようには最適化されなかった。
【特許文献１】    米国特許第４９４０３８８号明細書
【特許文献２】    米国特許第５５７３３７７号明細書
【特許文献３】    米国特許第６０３３１８５号明細書
【特許文献４】    米国特許第６０５９５２５号明細書
【特許文献５】    米国特許第６１８３２０２号明細書
【特許文献６】    米国特許第６３７５４２３号明細書
【特許文献７】    米国特許第６３９０７７５号明細書
【特許文献８】    米国特許第６４３９８５１号明細書
【特許文献９】    米国特許第６５２０８３６号明細書
【特許文献１０】    米国特許出願公開第２００２／００８１２０５号明細書
【特許文献１１】    米国特許出願公開第２００３／０１９４３２１号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【国際調査報告】
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