(57)【要約】ロータディスク（３０）のブレード保持スロット（４６）に取り付け可能なガスタービンエンジン用ロータブレード（３２）は、プラットフォーム（４０）と、プラットフォームから上方に延びるエアフォイル部（３４）と、プラットフォームから下方に延び、ロータディスクのブレード保持スロットに係合するように適合されたルート部（４２）と、を備える。ルート部は、ルート部とスロットとの間の接触応力が高くなる領域において、ルート部の長さの一部に沿って局部的に減少した幅、あるいは寸法的な不整合（５０）を有する。これは、特にスウェプトファンブレードのダブテール部（４４）に適しており、このような不整合（５０）は、ダブテール部（４４）とダブテール溝（４６）との間の接触を最小化または回避することにより、許容できないほど高いディスク（３０）の前縁部（３６）における局部的な半径方向応力およびダブテール部（４４）とダブテール溝（４６）との間の接触力を除去する。また、対応する方法およびガスタービンエンジン用ロータアッセンブリを開示する。
2007537384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン用ロータアッセンブリであって、
前記ロータアッセンブリは、複数のブレード取付スロットを備えたロータディスクを備え、
前記複数のブレード取付スロットは、ロータブレードの相補的なブレード固定部分を受けるように前記ローテディスクの外周に沿って円周方向に配設され、
前記ブレード取付スロットの各々は、前記ロータディスクの前方から後方まで長手方向に延びた一対の対向する側壁によって境界づけられ、
前記スロットの各々の前記側壁と、対応する一つのロータブレードのブレード固定部分との間で、接触応力が最大となる長手方向の部分に沿って局部的な横方向の遊びが付与され、
前記長手方向の部分が、前記ブレード取付スロットおよび前記ブレード固定部分の長さよりも短いことを特徴とするガスタービンエンジン用ロータアッセンブリ。
【請求項２】
前記局部的な横方向の遊びは、前記ブレード固定部分の幅が減少した領域によって少なくとも部分的に付与されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン用ロータアッセンブリ。
【請求項３】
前記幅が減少した領域は、前記ブレード固定部分の前方部分に付与されることを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン用ロータアッセンブリ。
【請求項４】
前記ロータブレードの重量の一部分は、前記ブレード固定部の前方部分に亘って片持ち式に支持されることを特徴とする請求項３に記載のガスタービンエンジン用ロータアッセンブリ。
【請求項５】
前記ロータアッセンブリがスウェプトファンであることを特徴とする請求項４に記載のガスタービンエンジン用ロータアッセンブリ。
【請求項６】
前記ロータブレードの前記ブレード固定部が、該ブレード固定部における他の長手方向部分よりも狭い前方部分を有することを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン用ロータアッセンブリ。
【請求項７】
ロータディスクのブレード保持スロットに取り付け可能なガスタービンエンジン用ロータブレードであって、
プラットフォームと、
前記プラットフォームから上方に延びるエアフォイル部と、
前記プラットフォームから下方に延びるとともに、前記ロータディスクの前記ブレード保持スロットに係合するように適合したルート部と、
を備え、
前記ルート部は、前記ルート部の前方から後方まで延びる長さを有し、
前記ルート部は、前記ルート部と前記スロットとの間の接触応力が高くなる領域において、前記長さの一部に亘って局部的に幅が減少していることを特徴とするガスタービンエンジン用ロータブレード。
【請求項８】
前記局部的に幅が減少した部分は、前記ルート部の前方部分にあることを特徴とする請求項７に記載のガスタービンエンジン用ロータブレード。
【請求項９】
前記局部的に幅が減少した部分は、前記ルート部の対向する側面に画定された二つの切欠きによって付与されることを特徴とする請求項７に記載のガスタービンエンジン用ロータブレード。
【請求項１０】
ガスタービンエンジンのブレード固定部とロータディスクのブレード取付スロットとの間の高い局部的な応力伝達を低減させる方法であって、
（ａ）前記ブレード固定部および前記ブレード取付スロットの全長における最大接触応力を受ける部分を判断するステップと、
（ｂ）前記最大応力を受ける部分に不整合嵌合部を付与するステップと、
を含む局部的応力伝達低減方法。
【請求項１１】
前記ブレード取付スロットは、一対の側壁を有し、
前記ステップ（ｂ）は、前記最大応力を受ける部分において前記ブレード固定部と、前記ブレード取付スロットの前記一対の側壁との間に横方向の遊びを付与することによって達成されることを特徴とする請求項１０に記載の局部的応力伝達低減方法。
【請求項１２】
前記横方向の遊びを付与することは、前記最大応力を受ける部分において前記ブレード固定部の幅を減少させるステップからなることを特徴とする請求項１１に記載の局部的応力伝達低減方法。
【請求項１３】
前記横方向の遊びを付与することは、前記ブレード固定部の前方領域において前記ブレード固定部の幅を減少させるステップからなることを特徴とする請求項１１に記載の局部的応力伝達低減方法。
【請求項１４】
前記ブレード固定部の幅を機械加工によって減少させることを特徴とする請求項１２に記載の局部的応力伝達低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、このようなエンジンのブレードとディスクとの接合部に関する。
【背景技術】
【０００２】
ファンロータは、一体的に製造されるか、あるいはディスクの周囲にブレードを組み付けたアッセンブリとして製造され得る。ロータが組み付けられる場合、各々のディスクとブレードとの間の固定部分は、極度に高い半径方向の負荷に抵抗するように保持しなければならない。これに応じて、ブレードを保持するディスクに高い半径方向の負荷が生じ得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
「スウェプト（ｓｗｅｐｔ）」ファンの場合は、ブレードは半径方向の軸に対して非対称である。これらのブレードの重量の大部分は固定部の前方部分に亘って片持ち式に支持され、これにより、固定部およびディスクにおける半径方向の負荷が軸方向に不均一に配分される。この負荷の配分により、ディスクの前方部分に高い局部的な半径方向の応力が生じるとともに、ブレードとディスクの前方部分との間に高い接触力が生じてしまう。
【０００４】
ブレードにかかる応力を軸方向に均一に配分するために、熱的および／または機械的応力を軽減するブレードプラットフォームの溝など、いくつかの解決法が提案されてきたが、これらの解決法ではブレードを支持するディスクにおける高い局部的な半径方向応力の問題に対処することができない。
【０００５】
また、ブレードのゼロではないブローチ角をもたらす接触応力の増加を低減させるいくつかの解決法も提案されており、例えば、応力のより少ない負荷伝達接合部の対角線上において対向する部分を除去することが挙げられる。しかし、このような解決法を用いて、非対称である「スウェプト」ファンによって生じる局部的な接触応力の増加を低減させることはできない。さらに、このような解決法では、ブレードを支持するディスクにおける高い局部的な半径方向応力の問題に対処することができない。
【０００６】
したがって、局部的な接触応力の低減、およびディスクにおける局部的な半径方向応力の低減をもたらすことができるガスタービンエンジンのブレードとディスクとの接合が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、ガスタービンエンジン用の改善されたブレードとディスクとの接合を提供することである。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、ディスクとブレードとの間の局部的な接触応力を低減させる方法を提供することである。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、ブレード付きロータディスクアッセンブリにおける局部的な半径方向応力を低減させる方法を提供することである。
【００１０】
したがって、本発明の一般的な態様によると、ガスタービンエンジン用のロータアッセンブリが提供され、このロータアッセンブリは、ロータブレードの相補的なブレード固定部分を受ける複数のブレード取付スロットを備えたロータディスクを有し、複数のブレード取付スロットは、ローテディスクの外周に沿って円周方向に配設され、ブレード取付スロットの各々は、ロータディスクの前方側から後方側まで長手方向に延びた対向する一対の側壁によって境界づけられ、スロット側壁の各々と、対応する一つのロータブレードのブレード固定部分との間に、接触応力が最大となる長手方向の部分に沿って局部的な横方向の遊びが付与され、長手方向の部分は、ブレード取付スロットおよびブレード固定部分の長さよりも短い。
【００１１】
本発明の他の一般的な態様によれば、ロータディスクのブレード保持スロットに取り付け可能なガスタービンエンジン用ロータブレードが提供され、ロータブレードは、プラットフォームと、プラットフォームから上方に延びるエアフォイル部と、プラットフォームから下方に延びるとともに、ロータディスクのブレード保持スロットに係合するように適合したルート部と、を備え、ルート部は、ルート部の前方側から後方側まで延びる長さを有し、ルート部は、ルート部とスロットとの間の接触応力が高くなる領域において、前記長さの一部に沿って局部的に幅が減少している。
【００１２】
本発明の他の一般的な態様によれば、ガスタービンエンジンのブレード固定部とロータディスクのブレード取り付けスロットとの間の高い局部的な応力伝達を低減する方法が提供され、この低減方法は、ａ）ブレード固定部およびブレード取付スロットの全長における最大接触応力を受ける部分を判断するステップと、ｂ）最大応力の部分に不整合嵌合部を付与するステップと、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、好ましくは亜音速飛行に用いられる形式のタービンエンジン１０を図示しており、タービンエンジン１０は、直列の流れ連通関係で、環境空気を推進させるファン１２と、この空気を圧縮する多段圧縮機１４と、高温の燃焼ガスの環状流を生じさせるように圧縮空気を燃料と混合して点火する燃焼器１６と、燃焼ガスからエネルギーを抽出するタービン部分１８と、を備える。
【００１４】
図２を参照すると、「スウェプト」ファンであるファン１２のブレード３２の一部が図示されている。本発明はこのようなファンに有利に適用されるが、従来型の他の形式のファンにも適用可能であり、また圧縮機やタービンロータ（これに限定されない）など、ディスク内およびディスクとブレードとの接合部における半径方向応力のより円滑な軸方向の分布が要求される他の形式の回転機器にも適用可能であることを理解されたい。
【００１５】
図２および図３を参照すると、ファン１２は、半径方向の軸に対して非対称である複数のブレード３２を支持するディスク３０を備える。各ブレード３２は、前方の前縁部３６と、後方の後縁部３８と、を有するエアフォイル部３４を備える。エアフォイル部３４は、プラットフォーム４０から半径方向外側に延びている。ブレードルート部４２は、ブレード３２をディスク１０に接続するように、エアフォイル部３４とは反対の方向に向かってプラットフォーム４０から延びている。ブレードルート部４２は、軸方向に延びるダブテール部４４を備えており、このダブテール部は、ディスク１０の対応するダブテール溝４６に係合するように構成されている。エアフォイル部３４、プラットフォーム４０およびルート部４２は互いに一体的であることが好ましい。
【００１６】
上述のように、ブレード３２が非対称であるために、ブレードの重量の大部分はダブテール部４４の前方部分に亘って片持ち状態となる。これにより、ダブテール部４４およびディスク３０に、半径方向の負荷が軸方向に不均一に分配される。このような負荷の分配により、許容できないほど高い、ディスク３０の前方部分における局部的な半径方向応力およびダブテール部４４とダブテール溝４６の前方部分との間における接触応力が生じる。
【００１７】
図３および図４、ならびに本発明の好ましい実施例によると、ディスク３０の前方部分の高い局部的応力、およびダブテール部４４とダブテール溝４６の前方部分との間の接触応力が、前縁部におけるダブテール部４４とダブテール溝４６との間の不整合つまり遊び５０によって、最小化あるいは除去される。ダブテール部４４は、前方部分において幅が狭くなっており、ダブテール溝４６は、一定幅の区間を有する。このため前方部分に不整合５０が生じ、これにより、この部分において、ダブテール部４４とダブテール溝４６との間の接触が最小化または除去される。図３に示されるように、不整合５０は、好ましくはダブテール部４４の胴体部分だけに存在する。このダブテール前方部分の以外の他の部分は、より厚くなっている。不整合５０によって生じる最小限の接触により、局部的な接触応力が低減されるとともに、前縁部においてディスク３０の局部的な半径方向応力が低減される。したがって、半径方向応力は、残りの接触面に沿って軸方向に再分配される。
【００１８】
好ましい実施例においては、ダブテール部４４の幅の狭い前方部分の厚さとダブテール部４４の残りの部分の厚さとの差は、約０．０１０インチである。
【００１９】
局部的な不整合５０を他の方法によって生じさせてもよいことを理解されたい。例えば、ダブテール溝４６の幅を前方部分において厚くし、この区間のダブテール部４４の幅を一定にしてもよい。「もみの木形状」として知られるルート部の外形状がディスク３０の同じ形状の溝に係合する他の取付構造においても不整合５０を同様に設けることができる。
【００２０】
このように、不整合５０は、応力が最大となる領域においてダブテール部４４とダブテール溝４６との間の接触を最小化または回避することによって、許容できないほど高い、ディスク３０の前方部分における局部的な半径方向応力、およびダブテール部４４とダブテール溝４６との間の接触力を除去する。
【００２１】
前述した本発明の実施例は単に例示的なものである。したがって、当業者であれば、前述の説明が単に説明的なものであって、種々の変更形態および修正形態が本発明の主旨から逸脱することなく考案されることを理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲は、これら全ての変更形態、修正形態代替および改良形態を包含するように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ガスタービンエンジンの側方断面図。
【図２】本発明の好ましい実施例によるダブテール部を示すファンブレードの部分斜視図。
【図３】ファンディスクのダブテール溝に係合した図２のダブテール部の正面断面図。
【図４】図３のダブテール部およびダブテール溝の上面断面図。
【図１】
2007537384.tif 000003
【図２】
2007537384.tif 000004
【図３】
2007537384.tif 000005
【図４】
2007537384.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成18年7月14日(2006.7.14)
【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】
ガスタービンエンジン用ロータアッセンブリであって、
前記ロータアッセンブリは、複数のブレード取付スロットを備えたロータディスクを備え、
前記複数のブレード取付スロットは、スウェプトブレードの相補的なルート部を受けるように前記ローテディスクの外周に沿って円周方向に配設され、
前記ブレード取付スロットの各々は、前記ロータディスクの前方から後方まで長手方向に延びた一対の対向する側壁によって境界づけられ、
前記スウェプトブレードの重量の一部分は、前記ルート部の前方部分に亘って片持ち式に支持され、前記スウェプトブレードの各々は、前記ルート部の中心に対して軸方向前方にオフセットしている重心を有するエアフォイル部を備え、
前記スロットの各々の前記側壁と、対応する一つのスウェプトブレードのルート部との間で、接触応力が最大となる長手方向の前方部分のみに沿って局部的な横方向の遊びが付与され、
前記長手方向の前方部分が、前記ブレード取付スロットおよび前記ブレードルート部の長さよりも短く、
前記局所的な横方向の遊びが、前記側壁および前記スウェプトブレードの前記ルート部の少なくとも一方における直線的な切欠きによって付与された段差形状を有することを特徴とするガスタービンエンジン用ロータアッセンブリ。
【請求項２】
前記局部的な横方向の遊びは、前記ブレードルート部の幅が減少した領域によって少なくとも部分的に付与され、
前記幅が減少した領域は、前記スウェプトブレードの前記ルート部の半径方向の高さの一部分のみに付与されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン用ロータアッセンブリ。
【請求項３】
前記幅が減少した領域は、前記ルート部の前方部分に付与されることを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン用ロータアッセンブリ。
【請求項４】
前記ロータアッセンブリがスウェプトファンであることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン用ロータアッセンブリ。
【請求項５】
前記スウェプトブレードの前記ルート部が、該ルート部における他の長手方向部分よりも狭い前方部分を有することを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン用ロータアッセンブリ。
【請求項６】
ロータディスクのブレード保持スロットに取り付け可能なガスタービンエンジン用ロータブレードであって、
プラットフォームと、
前記プラットフォームから上方に延びるエアフォイル部と、
前記プラットフォームから下方に延びるとともに、前記ロータディスクの前記ブレード保持スロットに係合するように適合したルート部と、
を備え、
前記エアフォイル部は、重量の大部分が前記ルート部の前方部分に亘って片持ち式に支持される非対称の外形状を有し、
前記ルート部は、前記ルート部の前方から後方まで延びる長さを有し、
前記ルート部は、前記ルート部と前記スロットとの間の接触応力が高くなる前方端部に沿って局部的に幅が減少しており、
前記前方端部の長さは、前記ルート部の全長よりも短く、
前記ルート部の両側部において段差形状を備えた切欠きが付与されることを特徴とするガスタービンエンジン用ロータブレード。
【請求項７】
前記局部的に幅が減少した部分は、前記ルート部の前方部分にあり、
前記段差は、前記ルート部の半径方向の高さの一部分だけに沿って付与されることを特徴とする請求項６に記載のガスタービンエンジン用ロータブレード。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
図２および図３を参照すると、ファン１２は、半径方向の軸に対して非対称である複数のブレード３２を支持するディスク３０を備える。各ブレード３２は、前方の前縁部３６と、後方の後縁部３８と、を有するエアフォイル部３４を備える。エアフォイル部３４は、プラットフォーム４０から半径方向外側に延びている。ブレードルート部４２は、ブレード３２をディスク３０に接続するように、エアフォイル部３４とは反対の方向に向かってプラットフォーム４０から延びている。ブレードルート部４２は、軸方向に延びるダブテール部４４を備えており、このダブテール部は、ディスク１０の対応するダブテール溝４６に係合するように構成されている。エアフォイル部３４、プラットフォーム４０およびルート部４２は互いに一体的であることが好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
図３および図４、ならびに本発明の好ましい実施例によると、ディスク３０の前方部分の高い局部的応力、およびダブテール部４４とダブテール溝４６の前方部分との間の接触応力が、前縁部におけるダブテール部４４とダブテール溝４６との間の不整合つまり遊び５０によって、最小化あるいは除去される。ダブテール部４４は、前方部分において幅が狭くなっており、ダブテール溝４６は、一定幅の区間を有する。このため前方部分に不整合５０が生じ、これにより、この部分において、ダブテール部４４とダブテール溝４６との間の接触が最小化または除去される。図４に示されているように、局所的な不整合５０は、ブレードルート部の対向する側部に画定された２つの直線的な切欠きつまり段差部によって付与される。図３に示されるように、不整合５０は、好ましくはダブテール部４４の胴体部分だけに存在する。このダブテール前方部分の以外の他の部分は、より厚くなっている。不整合５０によって生じる最小限の接触により、局部的な接触応力が低減されるとともに、前縁部においてディスク３０の局部的な半径方向応力が低減される。したがって、半径方向応力は、残りの接触面に沿って軸方向に再分配される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
前述した本発明の実施例は単に例示的なものである。したがって、当業者であれば、前述の説明が単に説明的なものであって、種々の変更形態および修正形態が考案されることを理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲は、これら全ての変更形態、修正形態代替および改良形態を包含するように意図されている。
【国際調査報告】
2007537384.tif 000007
2007537384.tif 000008
2007537384.tif 000009