(57)【要約】【課題】  ロータブレード（１４）における応力集中を減少させるとともに、クリープに対する許容できる耐性を示すロータブレード用のシュラウド（３０）を提供する。【解決手段】  先端シュラウド（３０）用のウィングとビーム（４２）の構成を有するロータブレード（１４）を提供する。シュラウドの流路面を提供するために、エアフォイル（１８）の負圧面および正圧面（２４）から延在する遷移領域を設けるように構成の種々の詳細が設けられる。１つの詳細な実施例では、遷移領域は、前縁領域（３６）と後縁領域（３８）との間のその実質的に全範囲にわたって、ウィングの側面まで延在するように形状づけられてウィングの側面まで延在する翼幅方向のテーパを提供する。【選択図】  図１
2005214207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動媒体ガス用の流路を有する回転機械用のロータブレードであって、このロータブレードは、軸Ａｒと、横方向に延在するシールランドを備える先端領域と、を有し、
エアフォイルを有し、このエアフォイルは、径方向に延びるスタッキングラインと、このスタッキングラインに垂直に延在してエアフォイルの形状を画成する複数のエアフォイル断面と、を含み、各々のエアフォイル断面は、前縁と、前縁から翼弦方向に離間された後縁と、前縁領域と、後縁領域と、前縁から後縁までそれぞれ延在する負圧面および正圧面と、を備えており、
先端シュラウドを有し、この先端シュラウドは、
前記エアフォイルの側面からそれぞれ延在するとともに、実質的に横方向に面する面をそれぞれ備える負圧側ウィングおよび正圧側ウィングと、
ビームから径方向外向きに延在する前記シールランドを支持するとともに、前記ウィングと一体に設けられて各々のウィングを前部と後部とに分割するようにこれらのウィングの間に延在するビームと、
前記エアフォイルの側面から延在して、前記シュラウドの流路面を提供するとともにエアフォイルの材料からシュラウドの材料への遷移部を提供する遷移領域と、を含み、
ロータブレードは、前記遷移領域と前記エアフォイルとの接合部における点を通る基準となる垂直な切断平面Ｐを有し、この切断平面Ｐは、前記接合点においてエアフォイル断面の側面に垂直な第１の線と、前記接合点を通るとともに第１の線に垂直でかつ前記エアフォイルのスタッキングラインに平行な第２の線と、を含み、
前記遷移領域は、前記前縁領域と前記後縁領域との間のその実質的に全範囲にわたって前記ウィングの側面まで延在しており、垂直な切断平面に沿った位置における各々のウィングの断面形状は、該ウィングの側面に向かって翼幅方向に先細となっているとともに、前記ビームの下方で少なくとも前記ウィングが隣接する部分まで翼幅方向に先細となっており、
前記遷移領域の断面形状は、１つの曲率を有する遷移領域に比べてロータブレードの応力を減少させるように１つ以上の曲率を有することを特徴とする回転機械用のロータブレード。
【請求項２】
前記遷移領域は、前記前縁領域と前記後縁領域の間に位置するウィング部分の流路面積の９０％にわたって延在していることを特徴とする請求項１記載の回転機械用のロータブレード。
【請求項３】
前記遷移領域は、前記前縁領域と前記後縁領域の間に位置するウィング部分の流路面積の９９％にわたって延在していることを特徴とする請求項１記載の回転機械用のロータブレード。
【請求項４】
前記遷移領域は、前記ビームの側面まで延在せず、該ビームは、前記遷移領域から横方向に片持ちばり式に延在していることを特徴とする請求項１記載の回転機械用のロータブレード。
【請求項５】
前記ビームおよびシールランドは、横方向に面する逆Ｔ字型断面形状を有することを特徴とする請求項４記載の回転機械用のロータブレード。
【請求項６】
前記ビームの軸方向の幅は、前記シールランドの軸方向の幅の４倍よりも大きく、前記シールランドの径方向高さは、前記ビームの高さの２倍よりも大きく、フィレット半径が前記シールランドの前面から前記ビームの前面まで延びており、フィレット半径が前記シールランドの背面から前記ビームの背面まで延びていることを特徴とする請求項５記載の回転機械用のロータブレード。
【請求項７】
作動媒体ガス用の流路を有する回転機械用のロータブレードであって、このロータブレードは、ロータブレードを回転構造体と接続可能にするように設けられた基部を含む内側端部と、軸Ａｒを中心に周方向に配置されるとともに軸Ａｒを中心とする曲率半径を有する横方向に延在する面を含む外側端部と、エアフォイルと、を有し、このエアフォイルは、前縁および後縁と、前縁から後縁まで翼弦方向にそれぞれ延在する負圧面および正圧面と、前記外側端部を含む先端領域と、を備えており、
前記エアフォイルのスタッキングラインを中心に翼幅方向でかつスタッキングラインに対して垂直に配置されて、該エアフォイルの外面を画成する複数のエアフォイル断面を含み、前記エアフォイルのスタッキングラインは、翼幅方向に延びているとともに径方向の線およびロータブレードのエアフォイルの前記外面の１つから離れるように周方向に傾斜しており、各々のエアフォイル断面は、
前縁と、
前縁から翼弦方向に離間された後縁と、
前縁から後縁まで延在する負圧面と、
前縁から後縁まで延在する正圧面と、
長さＣを有する翼弦線と、
負圧面と正圧面とのほぼ中間で前縁から後縁まで延びる平均翼弦線と、
前縁における平均翼弦線に正接する線に沿って、翼弦線の長さの約３％にわたって延在する前縁領域と、
後縁における平均翼弦線に正接する線に沿って、翼弦線の長さの約３％にわたって延在する後縁領域と、を有し、
前記先端領域に配置されたロータブレード用の先端シュラウドを含み、この先端シュラウドは、前記エアフォイルの負圧面と鈍角を成すとともに、前記エアフォイルの正圧面と鋭角を成すように周方向に傾斜しており、該先端シュラウドは、
前記エアフォイルの実質的に外側で、かつ該エアフォイルの正圧面および負圧面の先端領域の湾曲部に実質的に沿って前記前縁領域から前記後縁領域まで延びるように設けられた凹部と、
前記エアフォイルの正圧面から延在するとともに前記凹部の面と連続する前部と後部とを有し、かつ横方向に面する正圧面と、前記エアフォイルの正圧面から延在する遷移領域の一部と、を有する正圧側ウィングと、前記エアフォイルの負圧面から延在するとともに前記凹部の面と連続する前部と後部とを有し、かつ横方向に面する負圧面と、前記エアフォイルの負圧面から延在する遷移領域の一部と、を有する負圧側ウィングと、を含む、前記エアフォイルの側面から延在するウィングと、
前記ウィングと一体の前面と背面とを備えるとともに、各々のウィングを前部と後部とに分割するように該ウィングの間に横方向に延在し、かつ前記凹部を前部と後部とに分割するように該凹部にわたって横方向に延在するビームと、
前記ウィングの前部と後部との間で前記エアフォイルの側面を通過して前記ビームから径方向外向きに延在するとともに、回転機械の隣接する構造体と協働してロータブレードの先端領域からの作動媒体ガスの漏れを防止するように、軸Ａｒに対して周方向に延在する前記外向きに面する面を備えるシールランドと、
前記ウィングおよび前記ビームの遷移領域部分によって構成されるとともに、滑らかな形状を有するシュラウドの流路面を提供するように前記エアフォイルの負圧面との接合部および前記エアフォイルの正圧面との接合部から延在する遷移領域と、を有し、
前記ビームは、
前記エアフォイルの先端領域において、該エアフォイルの正圧面を横方向に通過して延在するとともに、前記ビームを隣接するエアフォイルのビームの負圧面と係合可能とするように設けられた横方向に面する正圧面と、前記ビームの正圧面まで延在する内側に面する面と、を有する正圧側領域と、
前記エアフォイルの正圧面から延在する遷移領域の一部と、
前記エアフォイルの先端領域において、該エアフォイルの負圧面を横方向に通過して延在するとともに、前記ビームを隣接するエアフォイルのビームの正圧面と係合可能とするように設けられた横方向に面する負圧面と、前記ビームの負圧面まで延在する内側に面する面と、を有する負圧側領域と、
前記エアフォイルの負圧面から延在する遷移領域の一部と、を含み、
ロータブレードは、前記遷移領域と前記エアフォイルとの接合部における点を通る基準となる垂直な切断平面Ｐを有し、この切断平面Ｐは、前記接合点においてエアフォイル断面の側面に垂直な第１の線と、前記接合点を通るとともに第１の線に垂直でかつ前記エアフォイルのスタッキングラインに平行な第２の線と、を含み、
遷移線は、接合点における平面Ｐと遷移領域との交線であり、かつ特定の位置における遷移領域の外面形状を定めており、
各々の遷移線は、エアフォイル断面の側面に垂直な平面Ｐの第１の線に沿った遷移線の突出距離であるエアフォイルからのオフセット距離Ａと、スタッキング線に平行な切断平面の第２の線に沿った遷移線の突出距離であるシュラウドからのオフセット距離Ｂと、エアフォイルからのオフセット距離Ａをシュラウドからのオフセット距離Ｂで割ったオフセット比と、を有し、
各々の遷移線は、接合点における第１の端部と、遷移領域が終端となる点における第２の端部と、を有し、これらの遷移線は、遷移線の端部を結んだ直線から滑らかに凹んでおり、
前記エアフォイルの少なくとも１つの側面において、前記ビームの下方に延びる遷移線は、該遷移線上で前記シュラウドの側面に近接する領域よりも前記エアフォイルに近接する領域において、エアフォイルからより大きく離れるように湾曲し、前記ビームの下方に延びる遷移線のオフセット比Ｒｂの平均は、１より大きく、かつ前記ウィング後部の下方でのみ延びる遷移線のオフセット比Ｒｗの平均よりも大きくなっており、
前記遷移領域は、前記前縁領域と前記後縁領域との間のその実質的に全範囲にわたって前記ウィングの側面まで延在しており、垂直な切断平面に沿った位置における各々のウィングの断面形状は、該ウィングの側面に向かって翼幅方向に先細となっているとともに、前記ビームの下方で少なくとも前記ウィングが隣接する部分まで翼幅方向に先細となっており、
前記遷移領域の断面形状は、１つの曲率を有する遷移領域に比べてロータブレードの応力を減少させるように１つ以上の曲率を有することを特徴とする回転機械用のロータブレード。
【請求項８】
前記ウィングと前記ビームとの遷移領域における前記シュラウドの流路面形状を画成する遷移線は、円錐状の断面形状の一部に沿っているとともに、前記エアフォイルの負圧面におけるビームのオフセット比Ｒｂおよびウィング前部のオフセット比Ｒｗが、前記エアフォイルの正圧面におけるビームのオフセット比Ｒｂおよびウィング後部のオフセット比Ｒｗよりも平均が大きく、これにより、負圧面のビーム−ウィング前部領域において比較的楕円形状の流路面が提供されて、この領域における応力集中係数が減少するとともに、正圧面のビーム−ウィング後部領域において比較的円状の流路面が提供されて、前記シュラウド上で横方向に延在する材料の長さであるオフセット距離Ａの少なくとも８０％のオフセット距離Ｂにわたって前記エアフォイル上で下方に延在する遷移領域材料が提供され、このような長さのシュラウド材料を含まないエアフォイルに比べてエアフォイルの表面応力が減少することを特徴とする請求項７記載の回転機械用のロータブレード。
【請求項９】
負圧面のビーム−ウィング前部領域におけるオフセット比は、約１．２〜１．５であり、ビーム−ウィング後部領域におけるオフセット比は、約１．０〜１．２であることを特徴とする請求項８記載の回転機械用のロータブレード。
【請求項１０】
前記シュラウドは、前記エアフォイルの負圧面と鈍角を成すとともに、該エアフォイルの正圧面と鋭角を成すことを特徴とする請求項９記載の回転機械用のロータブレード。
【請求項１１】
前記ビームの下方に延在する遷移領域は、前記エアフォイルの正圧面と前記ビームの正圧面との間でかつ該ビームの正圧側領域の内向きに面する面上の位置まで延在するとともに、前記エアフォイルの負圧面と前記ビームの負圧面との間でかつ該ビームの負圧側領域の内向きに面する面上の位置まで延在していることを特徴とする請求項８記載の回転機械用のロータブレード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ガスタービンエンジンで使用される種類のロータブレードに関し、特に、このようなロータブレードの先端領域に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機用のガスタービンエンジンは、蒸気を作動媒体として使用する産業用ガスタービンのタービンなどで使用されるロータブレードよりも一般的に小さいロータブレードを有する。
【０００３】
ロータアセンブリは、回転軸と複数の外向きに延在するブレードを有するロータディスクなどの回転構造体とともにこのようなブレードを使用する。各々のブレードは、径方向に延在する翼幅方向軸に沿って配置される。一般に、翼幅方向軸は、ロータブレードの軸から径方向外向きに延びるスタッキングラインと呼ばれる径方向の線である。ロータブレードは、一般に根部と呼ばれる基部を有し、この根部はブレードの内側端部において回転構造体と係合する。
【０００４】
各々のロータブレードは、作動媒体流路にわたって根部から外向きに延在するエアフォイルをそれぞれ有する。ロータブレードは、一般に、ロータブレードの先端領域において隣接するロータブレードのエアフォイルの間に延在するシュラウドを有する。このシュラウドは、隣接するロータブレードの間で横方向（周方向）に延在する片持ウィングを有する。これらのウィングは、エアフォイルとの接合部から延在するとともに作動媒体流路を境界づける内側に面する面を有する遷移領域の一部を含む。シュラウドは、さらに、流路からの作動媒体ガスの漏れを防止するために、隣接するステータ構造に近接して周方向に延在するシールランドを有する。シールランドを支持して遷移領域の一部を提供するように、さらに剛性のある部材がウィングの前部と後部の間に延在する構成もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
隣接するロータブレードのシュラウドは、シュラウドの横方向に面する面上の接触領域で接触する。接触するシュラウドは、翼幅方向軸を中心とするブレードのたわみを減少させるとともにロータブレードの振動を最小に抑える。ブレードの減衰は、隣接するシュラウドの接触面の摩擦によって行われる。シュラウドのないロータブレードに比べると、シュラウドの質量によって追加の回転負荷が生じる。このような回転負荷は、材料の断面の変化が急なシュラウドとエアフォイルとの境界面における応力を増加させるとともに、ロータブレードとディスクとの間の根部−ディスク境界面における応力を増加させる。ロータブレードのエアフォイルおよびシュラウドにおける応力によって、同等の回転疲労寿命を有するシュラウドのないブレードよりも重い設計が必要となる。さらに、運転状態で生じる回転力のために、シュラウドの質量によってエアフォイルおよびシュラウドの部分に径方向でクリープが生じるおそれがある。
【０００６】
よって、ロータブレードにおける応力集中を減少させるとともに、ロータブレードの質量の増加によってエアフォイルに追加のクリープを発生させずに、クリープに対する許容できる耐性を示すロータブレード用のシュラウドが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
遷移領域によってエアフォイルに取り付けられたロータブレードシュラウドの先端シュラウドは、エアフォイルの側面から延在するウィングと、ビームと、を含み、上記ビームは、エアフォイルを通過するように延在してシールランドを支持するとともに、ウィングの間に延在して各々のウィングを前部と後部とに分割する。
【０００８】
特定の位置におけるロータブレードシュラウドの遷移領域の外面形状は、基準平面Ｐと遷移領域の表面との交線によって定められる。基準平面は、垂直な切断平面と呼ばれる。この基準平面は、遷移領域とエアフォイルとの接合部における点を通る。この接合点は、通常は遷移領域とエアフォイルとの接点である。基準平面Ｐは、接合点においてエアフォイル面（エアフォイル断面の外面）に垂直な第１の線と、エアフォイルのスタッキングラインに平行な第２の線と、を含む。
【０００９】
従って、垂直な切断平面Ｐは、接合点を通過するとともに、接合点を通る２つの直線によって定められる。これにより、図示のように、例えば、エアフォイル断面の外面に垂直でかつエアフォイル断面の平面に含まれる第１の直線である“Ｘ軸”が提供され、第１の直線に垂直でかつエアフォイルのスタッキングラインに平行な“Ｙ軸”が提供される。
【００１０】
垂直な切断平面と遷移領域との交線は、遷移線と呼ばれる。平面と外面との間の交線は、外面に対する平面の配置によって直線状または曲線状となりうる。よって、“遷移線”は、直線および曲線を含む。本明細書では、遷移線は、切断平面に対して垂直に見ている。遷移線の“オフセット比”の定義は、切断平面のＸ軸に沿った遷移線の突出部の長さつまり距離“Ａ”を、翼幅方向のＹ軸に沿った遷移線の突出部の長さつまり距離“Ｂ”で割った値である。長さＡは、遷移線（または遷移領域）のエアフォイルからのオフセット距離とも呼ばれ、長さＢは、遷移線のシュラウドからのオフセット距離とも呼ばれる。
【００１１】
遷移線の曲がりは、遷移線がエアフォイル面から離れるように延びるに従って、遷移線の単位長さ当たりの傾きの変化の判断基準である。よって、どの位置においても、遷移線（遷移領域）は、エアフォイルとの接合点において第１の端部を有するとともに、シュラウド上の位置に第２の端部を有し、シュラウドの残りの部分が遷移領域から片持ちばり式に延在する。この位置は、関連する遷移線がシュラウドの残りの部分となめらかに接続される位置であり、接点またはシュラウド上の遷移線の延長部の湾曲方向が逆転して外向きに曲がる箇所のように瞬間的な傾きの変化がゼロである。
【００１２】
本発明は、前縁領域と後縁領域とを備えるエアフォイルと、エアフォイルの側面から延在するウィングを有する先端シュラウドと、シールランドを支持するとともにウィングと一体でかつ各々のウィングを前部と後部とに分割するようにウィングの間に延在するビームと、を有するロータブレードは、ビームによって、ウィングに作用する回転力に対してウィングを部分的に支持することができるとともに、エアフォイルの側面から延在する遷移領域によって、シュラウドの流路面の一部を提供するとともにエアフォイルに対してシュラウドを支持することができ、シュラウドの支持において１つの曲率を有する遷移領域に比べてロータブレードの応力を減少させるように調整可能となっているという認識に一部基づいている。
【００１３】
本発明によれば、ウィングとビームの構成を有する先端シュラウドは、エアフォイルの側面から延在してシュラウドの流路面を提供する遷移領域をさらに含む。この遷移領域は、前縁領域と後縁領域との間のその実質的に全範囲にわたってウィングの側面まで延在し、垂直の切断平面に沿った各々のウィングの断面形状は、該ウィングの側面に対して翼幅方向に先細となっているとともに、ビームの下方で少なくともウィングが隣接する部分まで翼幅方向に先細となっている。
【００１４】
詳細な一実施例では、遷移領域は、前縁領域と後縁領域との間に位置するウィング部分の流路面積の９９％にわたって延在している。
【００１５】
他の実施例では、遷移領域は、ビームの側面まで延在せず、該ビームは、遷移領域から横方向に片持ちばり式に延在している。
【００１６】
また他の実施例では、ビームは、ビームの残りの部分に追加の支持を提供するために、逆Ｔ字型の横方向に垂直な断面形状を有する。
【００１７】
詳細な一実施例では、ウィングとビームとの遷移領域におけるシュラウドの流路面形状を画成する遷移線は、１）円錐状の断面形状の一部に沿っているとともに、２）エアフォイルの負圧面におけるビームのオフセット比Ｒｂおよびウィング前部のオフセット比Ｒｗが、エアフォイルの正圧面におけるビームのオフセット比Ｒｂおよびウィング後部のオフセット比Ｒｗよりも平均が大きく、これにより、負圧面のビーム−ウィング前部領域において比較的楕円形状の流路面が提供されて、この領域における応力集中係数が減少するとともに、正圧面のビーム−ウィング後部領域において比較的円状の流路面が提供されて、シュラウド上で横方向に延在する材料の長さ（オフセット距離Ａ）の少なくとも８０％にわたってエアフォイル上で下方に延在する遷移領域材料（オフセット距離Ｂ）が提供され、このような長さのシュラウド材料を含まないエアフォイルに比べて該エアフォイルの表面応力が減少する。
【００１８】
他の詳細な実施例では、負圧面のビーム−ウィング前部領域におけるオフセット比は、約１．２〜１．５であり、ビーム−ウィング後部領域におけるオフセット比は、約１．０〜１．２である。
【００１９】
本発明の他の実施例では、エアフォイルのスタッキングラインは、ロータブレードの径方向線から離れるように回転方向で傾斜しており、シュラウドは、エアフォイルの負圧面と鈍角を成すとともに、エアフォイルの正圧面と鋭角を成している。遷移領域は、エアフォイル側面の関連する各々のエアフォイル断面との滑らかな接合部から翼幅方向に延在し、遷移線に沿って垂直な切断平面と交差する滑らかな流路面を有する。
【００２０】
本発明の主な利点は、ロータブレードのシュラウドのクリープ耐性であり、これは、前縁領域と後縁領域との間でシュラウドの流路面の実質的に全てにわたって延在する遷移領域により、シュラウドのウィングを確実に支持することによって得られる。
【００２１】
他の利点は、エアフォイルの負圧面におけるビームの下方および前方の遷移領域によって生じる応力集中係数に関連する応力集中レベルの結果として生じるロータブレードの疲労寿命であり、これは、これらの位置において応力集中係数を減少させるように１より大きいオフセット比を提供するとともに、ウィングに作用する回転負荷の一部をビームに移動させることによって得られ、これにより、ウィング後部に隣接するエアフォイルの正圧面に沿って円の一部または円に近似する形状を有する遷移領域を用いることができ、エアフォイルの正圧面における表面応力を減少させるためにより多くの遷移領域材料を提供することができる。
【００２２】
１つの実施例における利点は、エアフォイルの横方向に薄い部分に隣接する後方遷移領域における応力レベルによる疲労寿命であり、これは、ウィング後部に作用する負荷の一部をビームの逆Ｔ字型を通して、円形の遷移領域に比べて応力集中係数を減少させるオフセット比を提供するように形状づけられたビームの下方の遷移領域に移動させることによって得られる。
【００２３】
本発明の上述の特徴および利点は、本発明の以下の詳細な説明および添付図面によってさらに明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、軸Ａｒを有する回転機械用のロータアセンブリ１０の簡略化された正面図である。このロータアセンブリは、ディスク１２として示される回転構造と、外向きに延在する複数のロータブレード１４と、を含む。各々のロータブレードは、根部１６と、一般にスタッキングラインＳと呼ばれる翼幅方向に延在する軸Ｓを中心に配置されたエアフォイル１８と、を有する。エアフォイルは、図３に示すように、正圧面２４と負圧面２６とを備える。作動媒体ガス用の流路２２が、エアフォイルの側面の間でロータブレードを通って延びている。
【００２５】
ロータブレードは、先端シュラウド３０を備える先端領域２８を有する。先端シュラウド３０は、軸Ａｒを中心とする曲率半径を有する面であるシールランド３２を含む。先端シュラウドは、図１，図４，図５の正圧面２４、および図４，図６の負圧面２６として示されているエアフォイル１８の側面２４，２６から延在する遷移領域３４を含む。遷移領域は、エアフォイルの正圧面および負圧面に対する接線から接合部Ｊに沿って延在する流路面の一部を含んでいる。
【００２６】
図２は、図１のロータブレードの側面図である。エアフォイル１８は、前縁３６と後縁３８とを有する。先端シュラウド３０は、シールランド３２を支持する横方向（周方向）に延在するビーム４２を有する。
【００２７】
図３は、一対の隣接する先端シュラウド３０の上面図である。各々の先端シュラウドは、前縁領域と後縁領域とを有する。先端シュラウドは、エアフォイルの実質的に径方向外側で、かつエアフォイルの正圧面および負圧面の先端領域の湾曲部に実質的に沿って、前縁領域から後縁領域に延びる凹部４８を含む。
【００２８】
先端シュラウドは、エアフォイルの正圧面から延在するとともに前部５２ｆと後部５２ｒとを有する正圧側ウィング５２を含む。ウィングの部分は、凹部の面と連続している。正圧側ウィング５２は、横方向に面する正圧面５６を有する。先端シュラウドは、エアフォイルの負圧面から延在するとともに前部５４ｆと後部５４ｒとを有する負圧側ウィング５４を含む。ウィングの部分は、凹部の面と連続している。負圧側ウィング５４は、横方向に面する負圧面５８を有する。
【００２９】
先端シュラウドは、さらに、各々のウィングと一体の前面４２ｆと背面４２ｒとを有するビーム４２を備える。このビーム４２は、各々のウィングを前部と後部とに分割するようにウィングの間で横方向に延在するとともに、凹部を前部４８ｆと後部４８ｒとに分割するように凹部にわたって横方向に延在する。ビームは、さらに、エアフォイルの先端領域において、エアフォイルの正圧面を横方向に横切って延在する正圧側領域６２と、横方向に面する正圧面６３と、を有し、この正圧面６３によってビームが隣接するエアフォイルのビームの負圧面６５と係合可能となっている。また、ビームは、負圧側に同様の領域を有する。負圧側領域６４は、エアフォイルの先端領域において、エアフォイルの負圧面を横方向に横切って延在するとともに、横方向に面する負圧面を有し、この負圧面によってビームが隣接するエアフォイルのビームの正圧面と係合可能となっている。
【００３０】
図４は、図３のロータブレードの上面図である。図５，図６は、図４のロータブレードのエアフォイル１８の正圧面２４および負圧面２６のそれぞれの側面図である。上述したように、シールランド３２は、ビーム４２から径方向外向きに延在する。シールランド３２は、ビーム４２を補強している。シールランド３２とビーム４２との組合せは、ウィング５２，５４の前部および後部を支持するように延在して、運転状態においてウィングに作用する回転力に対して必要な支持の一部を提供する。この端部に向かって、ビームとシールランドとは、逆Ｔ字形の断面形状を有する。ビームの軸方向の幅Ｗｂは、シールランドの軸方向の幅Ｗｓの４倍よりも大きく、シールランドの径方向高さＨｓは、ビームの高さＨｂの２倍よりも大きい。シールランドの前面からビームの前面までフィレット半径が延びており、シールランドの背面からビームの背面までフィレット半径が延びている。
【００３１】
上述したように、図５，図６は、エアフォイルの正圧面２４および負圧面２６と遷移領域との接合部Ｊも示している。この接合部は、それぞれ遷移領域３４とエアフォイルとの接点に位置する無数の接合点によって構成されている。接線は、滑らかな遷移部を提供する。滑らな変化のために接線が好ましいが、他の種類の滑らかな遷移部を設けることもできる。垂直な切断平面Ｐが示されている。垂直な切断平面は、接点（接合点）においてエアフォイルの側面に垂直な第１の線Ｌａと、接合点を通るとともに上述したスタッキングラインに平行な第２の線Ｌｂと、を含む。オフセット距離Ａ，Ｂが示されている。接合部Ｊから分かるように、遷移領域は、エアフォイルの負圧面よりも正圧面において下方まで延在している。
【００３２】
図７は、代表的なエアフォイル断面の上面図である。エアフォイルの外面は、スタッキングラインＳに対してそれぞれ垂直に延在する複数のエアフォイル断面によって画成される。図７は、前縁と後縁とを結んだ長さＣを有する翼弦線に対する前縁と後縁との関係を示している。平均翼弦線が、負圧面と正圧面とのほぼ中間において前縁から後縁まで延びている。前縁領域は、翼弦線の長さの約３％にわたって前縁における平均翼弦線の接線に沿って延在している。後縁領域は、翼弦線の長さの約３％にわたって後縁における平均翼弦線の接線に沿って延在している。
【００３３】
図７は、さらに、１３箇所で遷移領域に交差する垂直な切断平面を示しており、各々の切断平面は遷移領域の面との交線を含む。オフセット距離Ａの長さがそれぞれ示されている。各々の切断平面は、遷移領域が平面１（Ｂ１）と平面８（Ｂ８）の近傍の曲線によって示される範囲までビームの下方でかつウィングの側面まで延びていることを示している。
【００３４】
表１（図７Ａ）は、例として図４，図５などに示したオフセット距離Ａ，Ｂと、オフセット比Ｒ＝Ａ／Ｂのリストである。オフセット比は、小数点以下第２位までの概数としても示されている。この表から分かるように、オフセット比は、負圧側ウィングの前部と負圧面のビームの下方においてかなり大きく、１よりも大きい（Ａ／Ｂ＞１）。正圧面のビームの下方におけるオフセット比は比較的小さいものの、１よりも大きい（Ａ／Ｂ＞１）。これは、一部分、図５，図６に示すように負圧面側よりもエアフォイルの正圧面側で径方向下向きに延在する材料、すなわちオフセットＢが多く含まれる遷移領域の断面のためである。
【００３５】
図８〜図１１には、遷移線のオフセット比の関係の例が示されている。例えば、図８は、エアフォイルの正圧面の円形の遷移線を示す前方からの概略的な断面図である。垂直な切断平面Ｐは、接合点Ｊを通る。この図は、垂直な切断平面に対して平行ではない。図９は、正圧面の前方ウィング上の楕円形の遷移線を示す同様の前方からの断面図である。図１０は、図９と同様の別の前面図である。図１１は、図９の前面図と同様の背面図であり、ビームの下方に延在する楕円形の遷移線を示している。
【００３６】
図４〜５、図７、および図１１に示すように、遷移領域は、エアフォイルの正圧面２４の接合部Ｊからビームの下方の線Ｂ８まで延びている。従って、ビームの下方で延在する遷移領域は、エアフォイルの正圧面２４とビームの正圧面６３との間の位置まで延在する。同様に、遷移領域は、ビームの負圧側領域の内向きの面上の線Ｂ１に沿った位置で、かつエアフォイルの負圧面２６とビームの負圧面６４との間で終端となる。
【００３７】
これらの図から分かるように、遷移領域は、前縁領域と後縁領域との間でその実質的に全範囲にわたってウィングの側面まで延在している。各々のウィングは、垂直な切断平面に沿って断面形状を有し、この断面形状は、ウィングの側面に向かって翼幅方向に先細となっているとともに、ビームの下方でウィングの少なくとも近接する部分まで翼幅方向に先細となっている。１つの特定の実施例では、ウィングの下方のみに延びる遷移領域における遷移線は、遷移領域を有するウィングの下方の表面積（流路面積）の９９％以上にわたって延びていた。他の実施例では、遷移領域におけるウィング面積の９５％以上にわたって遷移線が延びる場合に良好な結果が期待される。表から分かるように、遷移領域の断面形状は、遷移領域に１つの曲率しか含まない遷移領域に比べて、ロータブレードの応力を減少させるために１つ以上の曲率を含んでいる。例えば、１に等しいオフセット比は円形の遷移線を提供し、この円形の遷移線は、エアフォイルの正圧面において正圧側ウィングの後部のエアフォイル表面応力を減少させる。１より大きいオフセット比は、楕円形状または真の楕円形状の遷移線を提供し、これらの遷移線は、円形の断面よりも応力集中係数を減少させる。楕円形状の遷移線では、軸Ａｒから比較的大きい径方向距離により多くの材料がシュラウドに比較的近接して配置されるので、類似する円状の遷移線よりも重い構成となる。
【００３８】
直円錐と平面との交線である円錐状の断面の線は、応力集中係数を減少させる利点を有する遷移線を構成する。これらの曲線は、遷移線を構成するために使用可能である。楕円形の遷移線は一例である。他の例は、楕円形の遷移線などの円錐状断面の線に沿った複数の半径を有する曲線で構成される遷移線であり、図１２に示すように構成することができる。このような曲線は、エアフォイルの少なくとも１つの上記側面に使用され、ビームの下方に延びるとともに、遷移線上でシュラウドの面に近接する領域よりもエアフォイルにより近接する領域において、エアフォイルからより大きく離れるように湾曲する遷移線を示す。この結果、図７および表１に示すように、ビームの下方に延びる遷移線のオフセット比Ｒｂの平均は、１より大きく、かつウィングの後部の下方でのみ延びる遷移線のオフセット比Ｒｗの平均よりも大きい。実際には、実施例に示すように、オフセット比Ｒｂの絶対値がオフセット比Ｒｗよりも大きい。
【００３９】
よって、ウィングおよびビームの遷移領域におけるシュラウドの流路面形状を画成する遷移線は、円錐状断面の一部となっている。また、これらの遷移線では、エアフォイル負圧面におけるビームのオフセット比Ｒｂおよびウィング前部のオフセット比Ｒｗが、エアフォイルの正圧面におけるビームのオフセット比Ｒｂおよびウィング後部のオフセット比Ｒｗよりも平均が大きく、これにより、負圧面のビーム−ウィング前方領域において比較的楕円形状の流路面が提供されてこの領域における応力集中係数が減少する。また、これらの遷移線は、正圧面におけるビーム−ウィング後部において、比較的円状の流路面を提供し、シュラウド上で横方向に延在する材料の長さ、すなわちオフセット距離Ａの少なくとも８０％にわたって下方に延在する遷移領域材料、すなわちオフセット距離Ｂが提供され、このような長さのシュラウド材料を含まないエアフォイルに比べてエアフォイル表面応力が減少する。
【００４０】
一定の半径を有する湾曲部すなわち一定の半径を有する領域の点検は比較的容易なので、このような形状は比較的容易に製造可能である。よって、ある領域からいくらかの負荷を移動させるとともに、応力集中係数が比較的重要でないこれらの領域（ウィングの後部）に円状の湾曲部を使用することが有利である。応力集中係数が比較的重要な領域では、円錐状またはほぼ円錐状の湾曲部を有する遷移線が生じるように複数の半径を有する湾曲部を使用することができる。製造時には、遷移線の曲線は点検が必要であるとともに断面公差を有する必要があるので、有利である。公差を適用するときは、最小半径寸法を犯してはならない。しかし、円錐状断面に垂直方向の公差が適用された場合には、湾曲部が最小半径公差寸法を犯しているかどうか判断することが難しい場合がある。湾曲した複合遷移線が使用されれば、このことは重要でなくなり無視することもできる。この場合には、設定される点検基準は、各々の半径に限定寸法を適用することで半径寸法を制御することができる。
【００４１】
図１２，図１３は、円錐状の遷移線と、円錐状の遷移線に沿った２つの半径を有する曲線の例である。同様の遷移線を構成するために２つ以上の湾曲部を使用することもできる。
【００４２】
本発明をその詳細な実施例に従って開示および説明したが、当業者には明らかなように、請求項に記載した本発明の趣旨および範囲から逸脱せずにその形態および詳細に種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ロータアセンブリの正面図である。
【図２】ロータブレードの正圧面の側面図である。
【図３】図１のロータアセンブリにおける２つの隣接する先端シュラウドを示す上面図である。
【図４】図３の先端シュラウドの上面図である。
【図５】ロータブレード先端領域の正圧面の側面図である。
【図６】ロータブレード先端領域の負圧面の側面図である。
【図７】先端シュラウドの１３箇所の垂直な切断平面の位置を示すシュラウドの上面図である。
【図７Ａ】シュラウド上に延在する遷移領域の範囲を示す表である。
【図８】図２の先端シュラウドの前方からの斜視図である。
【図９】図２の先端シュラウドの前方からの斜視図である。
【図１０】図２の先端シュラウドの前方からの斜視図である。
【図１１】図２の先端シュラウドの後方からの斜視図である。
【図１２】円錐状断面の曲線を示す説明図である。
【図１３】円錐状断面の曲線に近い２つの曲率半径を有する曲線を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０…ロータアセンブリ
１２…ディスク
１４…ロータブレード
１６…根部
１８…エアフォイル
２２…作動媒体ガス用の流路
２４…正圧面
２８…先端領域
３０…先端シュラウド
３２…シールランド
３６…前縁
３８…後縁
４２…ビーム
Ａｒ…軸
Ｊ…接合部
Ｓ…スタッキングライン
【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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【図７Ａ】
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【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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【外国語明細書】
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【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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【図７Ａ】
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【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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