(57)【要約】【課題】ブレードダブテール用のアンダカットフィレット半径を提供する。【解決手段】タービン又は圧縮機ブレード組立体は、ホイールに取付け可能なダブテールセクションに固定されたブレードを含む。本ダブテールセクションは、ホイール（３０）の対応する形状のスロット内に嵌合するような形状にされたダブテール（１４）を有する。ダブテールプラットフォーム（２２）は、ブレードとダブテールとの間の接合部として働く。アンダカットフィレット半径（２６）は、ダブテールプラットフォームとダブテール圧力面（１６）との交差部に形成され、アンダカット半径は、接触端縁部応力を減弱させるように構成された複数パート輪郭形状を有する。付加的な特徴形状は、アンダカット半径がダブテールの前端部（前縁）におけるＰカット領域（２４）内に移行する領域である。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それに固定されたブレードを含むタービン又は圧縮機ブレード組立体における、ホイールに取付け可能なダブテールセクションであって、
前記ホイールの対応する形状のスロット内に嵌合するような形状にされたダブテール（１４）と、
前記ブレード（１２）と前記ダブテールとの間の接合部として働くダブテールプラットフォーム（２２）と、
前記ダブテールプラットフォームとダブテール圧力面（１６）との交差部に形成されたアンダカットフィレット半径（２６）と、を含み、
前記アンダカット半径が、接触端縁部（３８）応力を減弱させるように構成された複数パート輪郭形状を有する、
ダブテールセクション。
【請求項２】
前記アンダカット半径（２６）が、３パート輪郭形状を含む、請求項１記載のダブテールセクション。
【請求項３】
前記３パートが、大半径部分（３２）、小半径部分（３４）及び平坦部分（３６）を含む、請求項２記載のダブテールセクション。
【請求項４】
前記平坦部分（３６）と前記圧力面（１６）との間の角度が、４０度である、請求項３記載のダブテールセクション。
【請求項５】
前端部に隣接して形成されたＰカット（２４）をさらに含み、
前記アンダカットフィレット半径終端部の軸方向位置が、前記Ｐカットにより生じた応力プロフィールに適応するための該Ｐカットから所定の距離（２８）に定められる、
請求項１記載のダブテールセクション。
【請求項６】
複数のスロットを含むロータホイール（３０）と、
その各々がブレード（１２）と前記ロータホイールスロットのそれぞれの１つに係合可能であるダブテールセクション（１４）とを含む複数のブレード組立体と、
を含み、前記ブレード組立体の各々のダブテールセクションが、
前記ホイールの対応する形状のスロット内に嵌合するような形状にされたダブテール（１４）と、
前記ブレードと前記ダブテールとの間の接合部として働くダブテールプラットフォーム（２２）と、
前記ダブテールプラットフォームとダブテール圧力面（１６）との交差部に形成されかつ接触端縁部（３８）応力を減弱させるように構成された複数パート輪郭形状を有するアンダカットフィレット半径（２６）と、を含む、
ロータ組立体。
【請求項７】
前記アンダカット半径（２６）が、３パート輪郭形状を含む、請求項６記載のロータ組立体。
【請求項８】
前記３パートが、大半径部分（３２）、小半径部分（３４）及び平坦部分（３６）を含む、請求項７記載のロータ組立体。
【請求項９】
前記平坦部分（３６）と前記圧力面（１６）との間の角度が、約４０度である、請求項８記載のロータ組立体。
【請求項１０】
前記ダブテールセクション（１４）が、前端部に隣接して形成されたＰカット（２４）をさらに含み、
前記アンダカットフィレット半径終端部の軸方向位置が、前記Ｐカットにより生じた応力プロフィールに適応するための該Ｐカットから所定の距離（２８）に定められる、
請求項６記載のロータ組立体。
【請求項１１】
ロータホイール内のホイールスロットに係合可能である圧縮機又はタービンブレード組立体用のダブテールセクションを製造する方法であって、
前記ホイールスロット内に嵌合するような形状にされたダブテール（１４）を準備する段階と、
ダブテールプラットフォーム（２２）とダブテール圧力面（１６）との交差部に、接触端縁部応力を減弱させるように構成されかつ少なくとも大半径部分（３２）、小半径部分（３４）及び平坦部分（３６）を含む複数パート輪郭形状に形成されたアンダカットフィレット半径（２６）を形成する段階と、
を含む方法。
【請求項１２】
前記平坦部分（３６）と前記圧力面（１６）との間の角度が、約４０度である、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記ダブテールセクション（１４）が、前端部に隣接して形成されたＰカット（２４）を含み、
前記形成する段階が、前記Ｐカットにより生じた応力プロフィールに適応するための該Ｐカットから所定の距離（２８）の軸方向位置において前記アンダカットフィレット半径（２６）の前端部を終端させる段階を含む、
請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレードダブテールとホイールスロットとの間の接合部における応力低減に関し、より具体的には、ダブテールプラットフォームとダブテール圧力面との交差部に形成された、複数パート輪郭形状を有するアンダカットフィレット半径を含むダブテールセクションに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１及び図２は、ダブテールセクション１４に固定されたブレード１２を含む従来型の圧縮機ブレード組立体を示し、ダブテールセクション１４は、圧縮機ホイール（図示せず）に取付け可能である。破損ブレードの解析によると、ブレードネック２０からダブテールプラットフォーム２２に移行する小フィレット半径１８付近のダブテール圧力面１６上のフレッティングにより破損が生じたことを示している。この解析は、小さい０．０２２フィレット半径１８における応力が、フレッティングを受けた領域内に微小クラックを成長させるのに十分なほど大きくなり、最終的に決定的破損（ブレードの離脱）を引き起こすことを示した。その後の数百の部分の検査では、観察したほぼ全ての部品のこれら領域においてフレッティングが広く生じていることを示した。
【０００３】
これ迄に、圧縮機ブレードダブテールのアンダカット半径概念が、既に提案されている。例えば米国特許第６，７６９，８７７号を参照されたい。この特許以後のダブテールセクションの設計では、図２に示すような「Ｐカット」特徴形状２４が組み込まれている。ダブテール１４内のＰカット特徴形状２４により、一般的な圧縮機ブレードダブテールに見られる応力プロフィールとは異なる応力プロフィールの変化が生じる。従来のアンダカット半径概念は、この特有の応力プロフィールに適応しておらず、Ｐカットセクション２４の設計応力パラメータに悪影響を及ぼしていた。
【特許文献１】米国特許第６，７６９，８７７号公報
【特許文献２】米国特許第５，９８８，９８０号公報
【特許文献３】米国特許第６，９０２，３７６号公報
【特許文献４】米国特許第７，１２１，８０３号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の例示的な実施形態では、それに固定されたブレードを含むタービン又は圧縮機ブレード組立体における、ホイールに取付け可能なダブテールセクションを提供し、本ダブテールセクションは、ホイールの対応する形状のスロット内に嵌合するような形状にされたダブテールと、ブレードとダブテールとの間の接合部として働くダブテールプラットフォームと、ダブテールプラットフォームとダブテール圧力面との交差部に形成されたアンダカットフィレット半径とを含む。アンダカット半径は、接触端縁部応力を減弱させるように構成された複数の異なる形状部分からなる輪郭形状（複数パート輪郭形状）を有する。
【０００５】
本発明の別の例示的な実施形態では、ロータ組立体を提供し、本ロータ組立体は、複数のスロットを含むロータホイールと、その各々がブレードとロータホイールスロットのそれぞれの１つに係合可能であるダブテールセクションとを含む複数のブレード組立体とを含む。ブレード組立体の各々のダブテールセクションは、ホイールの対応する形状のスロット内に嵌合するような形状にされたダブテールと、ブレードとダブテールとの間の接合部として働くダブテールプラットフォームと、ダブテールプラットフォームとダブテール圧力面との交差部に形成されたアンダカットフィレット半径とを含む。アンダカット半径は、接触端縁部応力を減弱させるように構成された複数パート輪郭形状を有する。
【０００６】
本発明のさらに別の例示的な実施形態では、ロータホイール内のホイールスロットに係合可能である圧縮機又はタービンブレード組立体用のダブテールセクションを製造する方法を提供し、本方法は、ホイールスロット内に嵌合するような形状にされたダブテールを準備する段階と、ダブテールプラットフォームとダブテール圧力面との交差部にアンダカットフィレット半径を形成する段階とを含む。アンダカット半径は、接触端縁部応力を減弱させるように構成された複数パート輪郭形状で形成され、複数パート輪郭形状は、少なくとも大半径部分、小半径部分及び平坦部分を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図３は、改良型のダブテールセクションを含むタービン又は圧縮機ブレード組立体の斜視図である。ブレード組立体は、ブレード１２（翼形部分）と、ダブテールプラットフォーム２２と、一般的にはダブテール構成で形成された取付け又は根元部分（ダブテールセクション）１４とを含み、このダブテール構成は、ブレード組立体を圧縮機ホイール又はロータ３０（図４〜図６参照）上に装着するのを可能にする。
【０００８】
ダブテールセクション１４の前端部には、Ｐカット２４逃げスロットが形成される。この特徴形状は、翼形部前縁応力を低減して、ブレードが前縁で損傷を受け難くする。
【０００９】
ダブテール圧力面１６の前面からかつ該前面に沿って、材料を取り除いて、ダブテールプラットフォーム２２とダブテール圧力面１６との交差部にアンダカットフィレット半径２６を形成する。アンダカット半径２６は、ダブテール１４の前端部に向かって延び、この場合、アンダカットフィレット半径終端部の軸方向位置は、Ｐカットから所定の距離２８に定められる。
【００１０】
図４〜図６を参照すると、図４は、ダブテールセクション１４と圧縮機ホイール３０との間の関心のある接合部表面を示す。図６は、従来技術の設計の０．０２２フィレット半径の拡大図である。上述したように、ネックからダブテールプラットフォームに移行する小フィレット半径付近のダブテール圧力面上のフレッティングが圧縮機ブレード破損を引き起こすことが発見された。図５は、この問題の好ましい解決法を示しており、その解決法は、プラットフォーム２２交差部までの圧力面１６に、接触端縁部応力を減弱するように構成された複数パート輪郭形状を備えたより大きなフィレット半径を含む。
【００１１】
好ましい複数パート輪郭は、大半径部分３２、小半径部分３４及び平坦部分３６を備えた少なくとも３つの異なる形状部分からなる輪郭形状（３パート輪郭形状）を含む。この３パート設計は、単一半径設計（例えば図６）に比べてアンダカット２６における応力状態の改善をもたらす。従来技術及びアンダカット概念（それぞれ図６及び図５）の両方について、有限要素解析を実行した。従来技術の図６の結果は、エンジン測定応力に較正され、従って解析法を確認した。アンダカット概念の図５の結果は、およそ４０％定常応力及びおよそ５０％振動応力の作動条件において応力の低減を示した。
【００１２】
平坦部分３６及びそのダブテール圧力面１６に対する角度関係は、図７に示すように、接触端縁部３８とアンダカット半径３２、３４との間の応力の分離における領域において重要である。好ましい構成では、平坦部分３６と圧力面１６との間の角度Φは、約４０度である。他のアンダカット角度も可能であるが、慎重に評価しなければならない。実験有限要素モデルの設計により、４０度が最大応力低減及び最大応力分離をもたらしたと判定された。
【００１３】
上述のように、アンダカットフィレット半径終端部の軸方向位置は、Ｐカット２４により生じた応力プロフィールに適応するための該Ｐカット２４から所定の距離２８に定められる。この所定の距離２８は、有限要素解析などを用いて決定することができ、またブレード組立体の寸法に応じて変化させることができる。アンダカット消滅部／終端部は、製造と所望の応力状態との間の妥協に適合するように位置決めしなければならない。Ｐカット逃げスロットに近すぎるアンダカットは、Ｐカット逃げスロット内に高い応力を発生することになる。Ｐカット逃げスロットから離れすぎたアンダカットは、従来の圧力面０．０２２フィレット半径１８を完全には一掃しない（これは許容されない状態である）ことになる。
【００１４】
本明細書で説明した複数パート輪郭アンダカットフィレット半径は、フレッティング関連のブレード破損の可能性を低減する。アンダカット半径の輪郭形状は、接触端縁部応力を減弱させて接触端縁部と大アンダカット半径との間に低応力ゾーンを生成する働きをする。さらに、Ｐカット特徴形状に対するアンダカット半径終端部の軸方向位置は、応力基準を満たすのに役立つ。この設計は、Ｐカット特徴形状の特有の応力プロフィールを考慮し、アンダカット半径へのＰカット特徴形状の移行領域がその設計応力パラメータを満たすことが可能になる解決法をもたらす。アンダカット半径の３パート輪郭形状は、単一半径設計に比べて、アンダカットにおける応力状態の改善をもたらす。
【００１５】
現在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、逆に提出の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】
【００１６】
【図１】従来型の圧縮機ブレード組立体の斜視図。
【図２】従来型の圧縮機ブレード組立体ダブテールセクションの拡大図。
【図３】本明細書で説明した本発明の特徴形状を組み込んだダブテールセクションの斜視図。
【図４】ブレードダブテールと圧縮機ホイールとの間の関心のある接合部セクションを示す図。
【図５】本明細書で説明した本発明の特徴形状を組み込んだダブテール／ホイール接合部の拡大図。
【図６】従来型のダブテール／ホイール接合部の拡大図。
【図７】本発明の複数パートアンダカット半径及びダブテール圧力面に対する平坦部分の相対位置を示す図。
【符号の説明】
【００１７】
１２  ブレード
１４  ダブテールセクション
１６  ダブテール圧力面
１８  フィレット半径
２０  ブレードネック
２２  ダブテールプラットフォーム
２４  Ｐカット特徴形状
２６  アンダカットフィレット半径
２８  所定の距離
３０  圧縮機ホイール又はロータ
３２  大半径部分
３４  小半径部分
３６  平坦部分
３８  接触端縁部
【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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