(57)【要約】【課題】  応力腐食、割れ、および熱的機械疲労の可能性が低減するタービンブレードを提供する。【解決手段】  本タービンブレードは、後縁部においてそのプラットフォームの下にアンダーカットを有する。アンダーカットは、プラットフォームから熱応力集中が離れるようそれを移動させるような複雑な形状を有する。好ましいアンダーカット形状は、中間直線部と共に、アンダーカットの上側および下側範囲に1対の湾曲隅肉を有する。中間直線部は、プラットフォームの主要応力領域に平行であることが好ましい。【選択図】  図４
2005180431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラットフォーム、および前記プラットフォームの外側に延びると共に、前縁部および後縁部を有する翼形部と、
前記プラットフォームの下側に形成され、前記翼形部から間隔を置いて配置され、前記翼形部の前記後縁部に隣接して前記プラットフォームの一端部上にあり、前記ブレードの基部に前記プラットフォームの前記下側を連結させると共に、3つの個別の部分を備える形状を有するアンダーカットであって、第1の部分は前記プラットフォームの前記下側に隣接し、第2の部分は前記第1の部分を前記基部に隣接する第3の部分に連結し、前記第1および第3の部分は湾曲部に沿って延び、前記第2の部分は前記第1および第3の部分より小さな曲率を有するアンダーカットと、を備えることを特徴とするタービンブレード。
【請求項２】
前記第2の部分は基本的に直線状であることを特徴とする請求項1に記載のブレード。
【請求項３】
前記第2の部分は前記プラットフォームの主要応力領域に平行に延びることを特徴とする請求項2に記載のブレード。
【請求項４】
前記第2の部分は、前記アンダーカットの中心線から測定すると、40度から60度の間の角度で延びることを特徴とする請求項2に記載のブレード。
【請求項５】
前記第3の部分は、半径が変わる複合湾曲部であることを特徴とする請求項1に記載のブレード。
【請求項６】
前記変化する半径は、前記第2の部分に連結された点から前記基部と一つになる点まで、より大きな半径から小さな半径に推移することを特徴とする請求項5に記載のブレード。
【請求項７】
前記第1の部分は、前記第3の部分の前記変化する半径より大きな曲率半径を有することを特徴とする請求項6に記載のブレード。
【請求項８】
前記第2の部分に連結された前記点での前記第3の部分の前記曲率半径と比較した前記第1の部分の前記曲率半径の比が、1から1.25の間にあることを特徴とする請求項7に記載のブレード。
【請求項９】
前記基部と一つになる前記点での前記第3の部分の前記曲率半径と比較した前記第1の部分の前記曲率半径の比が、1.5から2.0の間にあることを特徴とする請求項7に記載のブレード。
【請求項１０】
プラットフォーム、および前記プラットフォームの外側に延び、前縁部および後縁部を有する翼形部と、
前記プラットフォームの下側に形成され、前記翼形部から間隔を置いて配置され、前記翼形部の前記後縁部に隣接して前記プラットフォームの端部上にあり、前記プラットフォームの前記下側を前記ブレードの基部に連結すると共に、3つの個別の部分を備える形状を有するアンダーカットであって、第1の部分は前記プラットフォームの前記下側に隣接し、第2の部分は前記第1の部分を前記基部に隣接する第3の部分に連結させ、前記第1の部分の曲率半径を有する湾曲部に沿って延びる前記第1および第3の部分は前記第2の部分の曲率半径より大きく、前記第2の部分は直線であり、前記プラットフォームの主要応力領域に平行に延びるアンダーカットと、を備えることを特徴とするタービンブレード。
【請求項１１】
前記第3の部分は半径が変化する複合湾曲部であることを特徴とする請求項10に記載のブレード。
【請求項１２】
前記変化する半径が、前記第2の部分に連結された点から前記基部と一つになる点まで、より大きな半径からより小さな半径まで推移することを特徴とする請求項11に記載のブレード。
【請求項１３】
前記第2の部分に連結された前記点での前記第3の部分の前記曲率半径と比較した前記第1の部分の前記曲率半径の比が、1から1.25の間にあることを特徴とする請求項12に記載のブレード。
【請求項１４】
前記基部と一つになる前記点での前記第3の部分の前記曲率半径と比較した前記第1の部分の前記曲率半径の比が、1.5から2.0の間にあることを特徴とする請求項12に記載のブレード。
【請求項１５】
前記第2の部分が、前記アンダーカットの中心線から測定して、40度から60度の間の角度で延びることを特徴とする請求項10に記載のブレード。
【請求項１６】
ファンと、
圧縮器と、
燃焼部と、
前記圧縮器および前記ファンを駆動するローターを含むタービンであって、前記ローターはブレードを含み、前記ブレードはプラットフォームおよび前記プラットフォームの外側に延びる翼形部を含み、前記翼形部は前縁部および後縁部を有し、アンダーカットは前記プラットフォームの下側に形成され、前記翼形部から間隔を置いて配置され、前記翼形部の前記後縁部に隣接した前記プラットフォームの端部にあり、前記プラットフォームの前記下側を前記ブレードの基部に連結させると共に、3つの個別の部分を備える形状を有し、第1の部分は前記プラットフォームの前記下側に隣接し、第2の部分は前記第1の部分を前記基部に隣接する第3の部分に連結させ、前記第1および第3の部分は湾曲部に沿って延び、前記第2の部分は前記第1または第3の部分のいずれかより小さく湾曲しているタービンと、を備えることを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項１７】
前記第2の部分は基本的に直線状であることを特徴とする請求項16に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１８】
前記第2の部分が前記プラットフォーム内の主要応力領域と平行に延びることを特徴とする請求項17に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１９】
前記第3の部分は半径が変化する複合湾曲部であることを特徴とする請求項18に記載のガスタービンエンジン。
【請求項２０】
前記変化する半径は、前記第2の部分に連結された点から前記基部と一つになる点まで、より大きな半径からより小さな半径に推移することを特徴とする請求項19に記載のガスタービンエンジン。
【請求項２１】
前記第2の部分に連結された前記点での前記第3の部分の前記曲率半径と比較した前記第1の部分の前記曲率半径の比が、1から1.25の間にあることを特徴とする請求項20に記載のブレード。
【請求項２２】
前記基部と一つになる前記点での前記第3の部分の前記曲率半径と比較した前記第1の部分の前記曲率半径の比が、1.5から2.0の間にあることを特徴とする請求項20に記載のブレード。
【請求項２３】
前記第2の部分が、前記アンダーカットの中心線から測定して、40度から60度の間の角度で延びることを特徴とする請求項17に記載のブレード。
【請求項２４】
タービンブレードを刷新する方法であって、
(1)刷新するタービンブレードを得るステップであって、前記タービンブレードはプラットフォーム、および前記プラットフォームの外側に延びる翼形部を有し、前記翼形部は前縁部および後縁部を有するものであるステップと、
(2)前記翼形部から間隔を置いて配置された、前記プラットフォームの下側にアンダーカットを形成するステップであって、前記アンダーカットは前記翼形部の前記後縁部に隣接する前記プラットフォームの端部に形成され、前記ブレードの基部に前記プラットフォームの前記下側を連結させるように形成されると共に、3つの個別の部分を備える形状を有するように形成され、第1の部分は前記プラットフォームの前記下側に隣接して形成され、第2の部分は前記第1の部分を前記基部に隣接して形成された第3の部分に連結させるように形成され、前記第1および第2の部分は、前記第1および第3の部分より小さな曲率を有するように形成された前記第2の部分を備える湾曲部に沿って延びるように切断されるステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
前記第2の部分が本質的に直線状に切断されることを特徴とする請求項24に記載の方法。
【請求項２６】
前記第2の部分が、前記プラットフォームの主要応力領域に本質的に平行に切断されることを特徴とする請求項25に記載の方法。
【請求項２７】
アンダーカットが、ステップ(2)の形成の前に前記ブレードに存在することを特徴とする請求項24に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンブレードの後縁部のプラットフォームの下のアンダーカットに関し、アンダーカットは応力集中をプラットフォームから離れるよう移動させるように設計された形状を有する。
【背景技術】
【０００２】
タービンブレードは、通常、プラットフォームの外側に延びる翼形部を備えるプラットフォームを備える。翼形部およびプラットフォームは、高温ガスに接触するので熱応力にさらされる。熱応力はプラットフォームに関する設計上の問題を生じさせる。
【特許文献１】米国特許第6,490,791号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
プラットフォームでの応力を小さくする1つの方法は、プラットフォームの後縁部にアンダーカットを形成することである。従来技術のアンダーカットは、通常、単一の半径上にあった。公知のアンダーカットは応力集中を確かに低減するが、単一の半径はプラットフォームと一つになる半径の一部に隣接する高い応力領域を残す。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の開示する実施形態では、タービンブレードプラットフォーム用のアンダーカットが、熱応力をアンダーカットのインターフェースから離してプラットフォームまで移動させるような形状で形成されている。より好ましい実施形態では、アンダーカットの形状は上側隅肉および下側隅肉を含み、中間部は上側または下側隅肉のいずれかよりも小さな曲率を有する。最も好ましい実施形態では、この中間部は本質的に直線状であり、2つの隅肉を連結させる。直線部は、プラットフォーム内の最も高い応力位置で主要応力領域に平行に形成されていることが好ましい。これにより相当量の応力が下側隅肉に移される。このようにアンダーカットがプラットフォームと一つになる領域からこのように応力を取り除くことにより、応力腐食、割れ、および熱的機械疲労の可能性が低くなる。
【０００５】
本発明の上記およびその他の特徴は、以下の説明および図面から最もよく理解できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図1に示すように、動力発生または推進に使用されるガスタービンなどのガスタービンエンジン10は、エンジン中心線すなわち軸方向中心線軸12の周りで周方向に配置される。エンジン10は、ファン14と、圧縮器16と、燃焼部18と、タービン11とを備える。当業界でよく知られているように、圧縮器16内で圧縮された空気は、燃焼部18内で燃焼させられかつタービン11内で膨張する燃料と混合される。圧縮器内で圧縮された空気、およびタービン11内で膨張した燃料混合気は両方とも、ホットガス流と呼ぶことができる。タービン11は、膨張によって回転し、圧縮器16およびファン14を駆動するローター13および15を備える。タービン11は、交互に並んだローターブレード20および固定翼形部すなわちベーン19の列を備える。図1は、例示する目的のみで、いくらか略図であり、発電に使用されるガスタービンおよび航空機で使用することができる本発明を限定するものではない。
【０００７】
図2に示すように、タービンブレード20は、前縁部22から後縁部24まで延びる翼形部21を有する。プラットフォーム26は翼形部21を支持する。アンダーカット33は、図では、後縁部24におけるプラットフォーム26の下にある。従来技術のアンダーカット29は、図3では、プラットフォーム26の下側表面23およびブレード20の基部の上側表面27を連結する単一半径部25を有する。従来技術のアンダーカットの目的は、プラットフォーム内の熱応力集中を低減することである。しかし、単一半径25がプラットフォーム26の下側表面23と一つになる領域は、熱応力が高いままであり、この従来技術のブレードにおいて最も高い熱応力領域である可能性もある。したがって、アンダーカット29はプラットフォームにおける熱応力を低減する利点を確かに提供するが、応力腐食割れおよび熱的機械疲労の可能性が依然として残る。
【０００８】
図4は本発明のアンダーカット33を示す。ここで、表面23および27を連結するアンダーカットは3つの主な領域を含む。第1の湾曲隅肉32は第1の半径で形成されている。第2の本質的に平坦すなわち直線状部34が形成されており、第1の隅肉32を第2の複合隅肉36に連結する。複合隅肉36は点37で始まり、表面27と一つになる。複合隅肉は、推移半径に沿って延びていることが好ましい。表面34は同等に直線状であることが好ましいが、直線からのいくらか小さな偏差も本発明の範囲に含まれる。広い意味では、表面34は隅肉32または36より曲率が小さく、2つの隅肉間に配置されていると言うことができる。
【０００９】
最も好ましい実施形態では、隅肉32の半径は複合隅肉36の最も大きな半径より大きい。
【００１０】
直線状表面34は、アンダーカット33の中心線Cに対して角度Xで形成されている。角度Xは、プラットフォームの主要応力領域に平行に規定されることが好ましい。ある実施形態では、この角度は47度である。この同じ実施形態では、隅肉32の半径は0.115であり、隅肉36の半径は端部37における0.1から表面27に隣接する0.065まで変化する。
【００１１】
隅肉32に関する曲率半径と端部37での隅肉36に関する曲率半径との間の比は、1から1.5の間にあることが好ましい。隅肉32の曲率半径と、それに対向するすなわち底端部に隣接する隅肉36の曲率半径との間の比は、1.5から2であることが好ましい。
【００１２】
角度Xおよび主要応力領域は、プラットフォーム内に切り込まれたアンダーカットスロットの深さを含む、いくつかの特徴により変化する。アンダーカットが深くなるにつれて、角度Xはより浅くなる。一方、浅いスロットにより角度は急になる。角度の範囲は40度から60度の間であることが望まれる。軸方向プラットフォームの合計長さとアンダーカットの深さとの間で比を画定することができる。この比の適当な範囲は約7から12であり、1つの例示的なアンダーカットは、プラットフォーム長さのアンダーカット深さに対する比が8.8である。
【００１３】
本発明は、複合アンダーカット形状で、上側隅肉32から離れるように最も高い熱応力領域を移動させ、点37に隣接するように移動させる。これはブレード20のより冷たい領域であるので、応力腐食、割れ、または熱的機械疲労の可能性が低くなる。
【００１４】
本発明のアンダーカットはまた、他のタイプのアンダーカットを有する翼形部、または潜在的にアンダーカットがない翼形部を刷新するのに使用することができる。アンダーカットはブレードに機械加工されることが好ましく、図4に示すような形状を有する。コンピュータ制御フライス加工装置を使用することができる。このように機械加工する場合、アンダーカットは図4の平面内へまたはそこから平坦となるようにでき、これは従来のアンダーカットとは異なる。新しいブレードに形成されるようなアンダーカットは、ブレードの深さを通して(すなわち図4の平面内に)、ある小さな曲率を有する。しかし、機械加工を簡単にするため、アンダーカットを切り込む場合にはこの曲率を無視することがよい。
【００１５】
翼形部を刷新する方法は、既存のブレードが既存の割れを合せるように切り戻される既存の方法を組み込むことができる。すなわち、使用したブレードを刷新する場合、本発明のアンダーカットをあらゆる既存の割れを合せる過程と共にブレード内に切り込むことができる。この方法は、「タービンブレード根部後縁部の割れを修理する方法」という名称の米国特許第6,490,791号に概ね説明されている。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態を開示したが、当業界の通常の技術者なら特定の変更形態が本発明の範囲内にあることが分かるだろう。この理由から、特許請求の範囲を、本発明の真の範囲および内容を決定するために検討すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ガスタービンエンジンを示す図である。
【図２】タービンブレードを示す図である。
【図３】従来技術のアンダーカットを示す図である。
【図４】本発明のアンダーカットを示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
10  ガスタービンエンジン
11  タービン
12  軸方向中心線軸
13  ローター
14  ファン
15  ローター
16  圧縮器
18  燃焼部
19  固定翼形部（ベーン）
20  ローターブレード
21  翼形部
22  前縁部
23  下側表面
24  後縁部
25  半径部
26  プラットフォーム
27  上側表面
29  アンダーカット
32  第1の湾曲隅肉
33  アンダーカット
34  直線状表面
36  第2の複合隅肉
37  端部（点）
【図１】
2005180431.tif 000003
【図２】
2005180431.tif 000004
【図３】
2005180431.tif 000005
【図４】
2005180431.tif 000006