(57)【要約】ガスタービンエンジン用ディスク（３０）に、ディスク（３０）における径方向応力の不均一な軸方向分布をなだらかにするためのアンダーカット（５０）が設けられる。アンダーカット（５０）は、ディスク（３０）の周囲に設けられたブレード取付け用スロット（４６）の径方向内側に画成される。好ましい実施形態では、ロータは、非対称であるために、ブレードルートおよび対応するブレード取付け用スロットに沿って径方向応力の不均一な軸方向分布を生じさせるブレードを有する後退翼ファンである。ガスタービンエンジン用ロータディスクにおける径方向応力の不均一な軸方向分布をなだらかにする、対応する方法も開示されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のブレード取付け用スロットがその周囲に周方向に配置されたディスク本体を備え、前記ブレード取付け用スロットの径方向内側にアンダーカットが設けられているガスタービンエンジン用ロータディスク。
【請求項２】
前記アンダーカットが前記ディスクの前面に画成されるとともに、環状の形状を有する請求項１に記載のガスタービンエンジン用ロータディスク。
【請求項３】
前記アンダーカットが前記ディスクの前部からその回転軸に向かって軸方向に湾曲している請求項１に記載のガスタービンエンジン用ロータディスク。
【請求項４】
前記アンダーカットが実質的に丸みのある形状を有する請求項３に記載のガスタービンエンジン用ロータディスク。
【請求項５】
複数のブレードを備え、前記各ブレードが、軸を中心に回転するように取り付けられるよう設けられたディスクに画成された対応するブレード取付け用スロットに収容されるルートを有し、前記ディスクにおける径方向応力の軸方向分布が、前記ブレード取付け用スロットの径方向内側で前記ディスクにアンダーカットを設けることによりなだらかにされているガスタービンエンジン用ロータ。
【請求項６】
前記アンダーカットが、比較的高い径方向応力を受ける軸方向位置に画成されている請求項５に記載のガスタービンエンジン用ロータ。
【請求項７】
前記アンダーカットが環状である請求項６に記載のガスタービンエンジン用ロータ。
【請求項８】
前記アンダーカットが前記ディスクの前部からその回転軸に向かって軸方向に湾曲している請求項６に記載のガスタービンエンジン用ロータ。
【請求項９】
前記アンダーカットが実質的に丸みのある形状を有する請求項７に記載のガスタービンエンジン用ロータ。
【請求項１０】
前記ロータが後退翼ファンであり、前記アンダーカットが前記ディスクの前側に画成されている請求項６に記載のガスタービンエンジン用ロータ。
【請求項１１】
前記ブレードが、該ブレードの重量のかなりの部分が前記ディスクの前側部分で片持支持されるように、対応する径方向軸に関して非対称であり、それにより前記ルートおよび対応するブレード取付け用スロットに沿って径方向負荷の不均一な軸方向分布が生じ、前記アンダーカットが前記ディスクの前側に画成されている請求項５に記載のガスタービンエンジン用ロータ。
【請求項１２】
対応する数のブレードを保持する複数のブレード取付け用スロットを有するガスタービンエンジン用ロータディスクにおける径方向応力の不均一な軸方向分布をなだらかにする方法であって、前記複数のブレード取付け用スロットの径方向内側にアンダーカットを設けるステップを含む方法。
【請求項１３】
比較的高い径方向応力を受ける前記ディスクの軸方向位置を決定し、前記軸方向位置に前記アンダーカットを画成するステップをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記アンダーカットが環状である請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記環状のアンダーカットが前記ディスクの前部から径方向内側に湾曲している請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ブレードが、該ブレードの重量のかなりの部分が前記ディスクの前側部分で片持支持されるように、対応する径方向軸に関して非対称であり、それにより前記ブレード取付け用スロットに沿って径方向負荷の不均一な軸方向分布が生じる請求項１２に記載の方法。
【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、より詳細には、ガスタービンエンジンのロータディスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
ファンロータは、一体的に、またはディスクの周りにブレードを取り付けた組立体として製造することができる。ロータを組み立てる場合、各ブレードとディスクの間の固定部は、非常に高い径方向負荷に対しても保持を提供しなければならない。これにより、ブレードを保持しているディスク中に高い径方向応力が生じる。
【０００３】
「後退翼（ｓｗｅｐｔ）」ファンの場合、ブレードは、その径方向軸に関して非対称である。これらのブレードの重量のかなりの部分が、固定部の前側部分で片持支持されており、そのため固定部およびディスクにかかる径方向負荷の軸方向分布が不均一になる。この負荷分布により、ディスク前部に高い局所的な径方向応力が生じ、ブレードとディスク前部の間に高い接触力が生じる。
【０００４】
熱応力および／または機械的応力を軽減するためのブレードプラットフォーム内の溝など、ブレードにおける応力の軸方向分布を均一にするための解決策がいくつか提供されてきたが、これらの解決策は、ブレードを支持しているディスクにおける高い局所的径方向応力の問題に対処していない。
【０００５】
したがって、径方向応力の軸方向分布がよりなだらかな、ガスタービンエンジンファン用のディスクが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、ガスタービンエンジン用の改良されたロータディスクを提供することが本発明の目的である。
【０００７】
ロータディスクにおける径方向応力の軸方向分布をなだらかにするための方法を提供することも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、本発明の一般的態様では、複数のブレード取付け用スロットがその周囲に周方向に配置されたディスク本体を備え、ブレード取付け用スロットの径方向内側にアンダーカットが設けられているガスタービンエンジン用ロータディスクが提供される。
【０００９】
本発明のさらなる一般的態様では、複数のブレードを備え、各ブレードが、軸を中心に回転するように取り付けられるよう設けられたディスクに画成された対応するブレード取付け用スロットに収容されるルートを有し、ディスクにおける径方向応力の軸方向分布が、ブレード取付け用スロットの径方向内側でディスクにアンダーカットを設けることによりなだらかにされているガスタービンエンジン用ロータが提供される。
【００１０】
本発明のさらなる一般的態様では、対応する数のブレードを保持する複数のブレード取付け用スロットを有するガスタービンエンジン用ロータディスクにおける径方向応力の不均一な軸方向分布をなだらかにする方法であって、複数のブレード取付け用スロットの径方向内側にアンダーカットを設けるステップを含む方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、好ましくは亜音速飛行で使用するために提供されるタイプの、ガスタービンエンジン１０を示し、エンジン１０は、一般に、周囲空気を推進するファン１２と、その空気を圧縮するための多段圧縮機１４と、圧縮空気を燃料と混合し、点火して高温の燃焼ガスの環状の流れを発生させるための燃焼器１６と、燃焼ガスからエネルギーを抽出するためのタービンセクション１８とを備えており、これらは順に流体的に連通するよう設けられている。
【００１２】
図２を参照すると、「後退翼」ファンであるファン１２の一部分が示されている。本発明は、有利にはそのようなファンに適用されるが、他のタイプのラジアルファンにも、また圧縮機およびタービンロータを含むがそれに限定されない、径方向応力のよりなだらかな軸方向分布を必要とするディスクを備える他のタイプの回転装置にも使用できることを理解されたい。
【００１３】
ファン１２は、回転シャフト３１に取り付けられるとともにその径方向軸に関して非対称な複数のブレード３２を支持する、ディスク３０を含む。各ブレード３２は、前側に前縁３６を、また後側に後縁３８を含むエアフォイル部３４を備える。エアフォイル部３４は、プラットフォーム４０から径方向外側に延びている。ブレードルート４２が、ブレード３２をディスク１０に連結するように、プラットフォーム４０からエアフォイル部３４の反対側に延びている。ブレードルート４２は、ディスク３０内の対応するダブテール溝４６に係合するように設計された、軸方向に延びるダブテール４４を含む。ディスク１０内の類似の形状のブレード取付け用スロットに係合する、「もみの木」として一般に知られているルート底部形状などを有する他のタイプの取付け部を、ダブテール４４およびダブテール溝４６の代わりに使用することもできる。エアフォイル部３４、プラットフォーム４０、およびルート４２は互いに一体となっていることが好ましい。
【００１４】
上述のように、ブレード３２が非対称なので、ブレードの重量のかなりの部分がダブテール４４の前側部分で片持支持される。このため、ダブテール４４およびディスク３０にかかる径方向負荷の軸方向分布が不均一になる。そのような負荷の分布により、ディスク３０の前部に許容できないほど高い局所的な径方向応力が生じ、ダブテール４４とダブテール溝４６前部の間に接触力が生じる。
【００１５】
本発明の一実施形態では、ディスク３０における径方向応力の軸方向分布は、ディスク３０前部でダブテール溝４６の径方向内側に設けられた、連続的な環状アンダーカット５０によってなだらかにされる。アンダーカット５０は、丸みのある形状で、回転シャフト３１の方向に実質的にわずかに湾曲していることが好ましい。
【００１６】
アンダーカット５０にはいくつかの異なる幾何形状が可能であるが、その幾何形状は、ディスク３０の負荷経路に有利な変化が生じるように、慎重に選択しなければならない。例えば、「後退翼」ファンの場合、単純な直線状のアンダーカットは、ディスクの前縁における応力を低減させるが、その後側で望ましくない急激なピークを生じさせてしまう。対照的に、図２に示される幾何形状を有するアンダーカット５０は、ディスク３０の中間のかなり大きな部分に沿って実質的に一定の最大値を有し、ディスクの前縁および後縁の両方に向かって徐々に実質的に低い値になる、径方向応力を生じさせる。適切なアンダーカットの幾何形状を決定する好ましいやり方は、当技術分野で公知の方法による三次元有限要素分析法によるものである。
【００１７】
すなわち、アンダーカット５０は、ディスク３０における径方向応力の軸方向分布を均一にすることにより、ディスク３０前部における許容できないほど高い局所的な径方向応力、およびダブテール４４とダブテール溝４６前部の間の接触力をなくすことができる。
【００１８】
アンダーカット５０は、とりわけ、「後退翼」ファンのディスク、ならびに類似の径方向応力の軸方向分布の平衡を必要とする他のタイプのディスクにおいて、径方向応力の軸方向分布を平衡させるための簡単なやり方を可能にする。
【００１９】
上記で説明した本発明の諸実施形態は、例示的なものであることを意図している。したがって、以上の説明が例示的なものにすぎず、本発明の趣旨から逸脱せずに、様々な代替形態および変更形態が考えられることが当業者には理解されよう。したがって、本発明は、請求の範囲に入るそのような代替形態、変更形態、および変形形態をすべて包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ガスタービンエンジンの部分側面断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態のディスクを示す、ファンの部分側面断面図である。
【図１】
2007537386.tif 000003
【図２】
2007537386.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成18年3月13日(2006.3.13)
【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】
複数のブレード取付け用スロットがその周囲に周方向に配置されたディスク本体を備え、前記ブレード取付け用スロットの径方向内側にアンダーカットが設けられており、該アンダーカットは、前記ディスクが高い径方向応力を受ける該ディスクの前方の径方向外側端部における剛性を大きく変更するように、前記ブレード取付け用スロットと重なるとともに該ブレード取付け用スロットに近接する径方向位置で前記ディスクの前面内に軸方向で深く延びているガスタービンエンジン用ロータディスク。
【請求項２】
前記アンダーカットが環状の形状を有する請求項１に記載のガスタービンエンジン用ロータディスク。
【請求項３】
前記アンダーカットが前記ディスクの前部からその回転軸に向かって軸方向に湾曲している請求項１に記載のガスタービンエンジン用ロータディスク。
【請求項４】
前記アンダーカットが実質的に丸みのある形状を有する請求項３に記載のガスタービンエンジン用ロータディスク。
【請求項５】
複数のブレードを備え、前記各ブレードが、軸を中心に回転するように取り付けられるよう設けられたディスクに画成された対応するブレード取付け用スロットに収容されるルートを有し、前記ディスクにおける径方向応力の軸方向分布が、前記ブレード取付け用スロットの径方向内側で前記ディスクにアンダーカットを設けることによりなだらかにされており、前記アンダーカットが、前記ディスク内の径方向応力が最大である既知の位置に直接画成されているガスタービンエンジン用ロータ。
【請求項６】
前記アンダーカットが環状である請求項５に記載のガスタービンエンジン用ロータ。
【請求項７】
前記アンダーカットが前記ディスクの前側から前記軸に向かって軸方向に湾曲している請求項５に記載のガスタービンエンジン用ロータ。
【請求項８】
前記アンダーカットが実質的に丸みのある形状を有する請求項６に記載のガスタービンエンジン用ロータ。
【請求項９】
前記ロータが後退翼ファンであり、前記アンダーカットが前記ディスクの前側に画成されている請求項５に記載のガスタービンエンジン用ロータ。
【請求項１０】
前記ブレードが、該ブレードの重量のかなりの部分が前記ディスクの前側部分で片持支持されるように、対応する径方向軸に関して非対称であり、それにより前記ルートおよび対応するブレード取付け用スロットに沿って径方向負荷の不均一な軸方向分布が生じ、前記アンダーカットが前記ディスクの前側に画成されている請求項５に記載のガスタービンエンジン用ロータ。
【請求項１１】
対応する数のブレードを保持する複数のブレード取付け用スロットを有するガスタービンエンジン用ロータディスクにおける径方向応力の不均一な軸方向分布をなだらかにする方法であって、高い径方向応力を受ける前記ディスクの軸方向位置を決定し、該軸方向位置でかつ前記複数のブレード取付け用スロットの径方向内側にアンダーカットを設けることを含む方法。
【請求項１２】
前記アンダーカットが環状である請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記環状のアンダーカットが前記ディスクの前部から径方向内側に湾曲している請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ブレードが、該ブレードの重量のかなりの部分が前記ディスクの前側部分で片持支持されるように、対応する径方向軸に関して非対称であり、それにより前記ブレード取付け用スロットに沿って径方向負荷の不均一な軸方向分布が生じる請求項１１に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
ファン１２は、回転シャフト３１に取り付けられるとともにその径方向軸に関して非対称な複数のブレード３２を支持する、ディスク３０を含む。各ブレード３２は、前側に前縁３６を、また後側に後縁３８を含むエアフォイル部３４を備える。エアフォイル部３４は、プラットフォーム４０から径方向外側に延びている。ブレードルート４２が、ブレード３２をディスク３０に連結するように、プラットフォーム４０からエアフォイル部３４の反対側に延びている。ブレードルート４２は、ディスク３０内の対応するダブテール溝４６に係合するように設計された、軸方向に延びるダブテール４４を含む。ディスク１０内の類似の形状のブレード取付け用スロットに係合する、「もみの木」として一般に知られているルート底部形状などを有する他のタイプの取付け部を、ダブテール４４およびダブテール溝４６の代わりに使用することもできる。エアフォイル部３４、プラットフォーム４０、およびルート４２は互いに一体となっていることが好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
上記で説明した本発明の諸実施形態は、例示的なものであることを意図している。したがって、以上の説明が例示的なものにすぎず、様々な代替形態および変更形態が考えられることが当業者には理解されよう。したがって、本発明は、請求の範囲に入るそのような代替形態、変更形態、および変形形態をすべて包含するものとする。
【国際調査報告】
2007537386.tif 000005
2007537386.tif 000006
2007537386.tif 000007