(57)【要約】ガスタービンエンジン用の多段圧縮機ロータ（１０）は、軸流ロータ（１２）とこれに続く遠心ロータ（１４）とを含む。軸流ロータ（１２）と遠心ロータ（１４）とは、連続する軸流段部分と遠心段部分を有するブレード（２２，９６）を備える一体型デュアルフローインペラを構成するように拡散接合される。軸流段と遠心段との間の間隙をなくすことで、連続するブレードの列の間の非同期の空気の偏向が防止され、これにより、圧縮機ロータ（１０）の空力的性能が改善される。
2004509290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸流ロータとこれに続く遠心ロータとを有し、前記軸流ロータと前記遠心ロータとは、軸流段部分と遠心段部分とが一体化されたブレードを備える一体型デュアルフローインペラを構成するように接合されていることを特徴とするガスタービンエンジン用の多段圧縮機ロータ。
【請求項２】
前記軸流ロータと前記遠心ロータには、それぞれ周方向に離間されたブレードの列が設けられており、前記軸流ロータの各々のブレードは、その後縁で前記遠心ロータの対応するブレードの前縁と接合されていることを特徴とする請求項１記載の多段圧縮機ロータ。
【請求項３】
前記軸流ロータと前記遠心ロータには、それぞれ後方および前方の相補的な接合面が設けられており、これらの接合面は、前記軸流ロータおよび前記遠心ロータのブレードの前記後縁および前記前縁によってそれぞれ構成された径方向に延在する接合ウェブ部を含むことを特徴とする請求項２記載の多段圧縮機ロータ。
【請求項４】
前記軸流ロータと前記遠心ロータとの境界面にキャビティが画成されていることを特徴とする請求項１記載の多段圧縮機ロータ。
【請求項５】
前記キャビティは、前記軸流ロータの後方接合面に設けられた第１のリセスと、前記遠心ロータの前方接合面に設けられた相補的な第２のリセスとによって画成されていることを特徴とする請求項４記載の多段圧縮機ロータ。
【請求項６】
前記キャビティは、連続的な環状形状を有することを特徴とする請求項５記載の多段圧縮機ロータ。
【請求項７】
軸流ロータとこれに続く遠心ロータとを含み、前記軸流ロータと前記遠心ロータには、それぞれ周方向に離間されたブレードの列が設けられており、前記遠心ロータの各々のブレードは、前記軸流ロータの対応するブレードから該遠心ロータの吐出端部まで連続的に延在していることを特徴とするガスタービンエンジン用の多段圧縮機ロータ。
【請求項８】
前記軸流ロータの各々のブレードは、その後縁で前記遠心ロータの対応するブレードの前縁と接合されていることを特徴とする請求項７記載の多段圧縮機ロータ。
【請求項９】
前記軸流ロータと前記遠心ロータには、それぞれ後方および前方の相補的な接合面が設けられており、これらの接合面は、前記軸流ロータおよび前記遠心ロータのブレードの前記後縁および前記前縁によってそれぞれ構成された径方向に延在する接合ウェブ部を含むことを特徴とする請求項７記載の多段圧縮機ロータ。
【請求項１０】
前記軸流ロータと前記遠心ロータとの境界面にキャビティが画成されていることを特徴とする請求項７記載の多段圧縮機ロータ。
【請求項１１】
前記キャビティは、前記軸流ロータの後方接合面に設けられた第１のリセスと、前記遠心ロータの前方接合面に設けられた相補的な第２のリセスとによって画成されていることを特徴とする請求項１０記載の多段圧縮機ロータ。
【請求項１２】
接合された前方部分および後方部分を有するディスク様部材を含み、前記前方部分および前記後方部分には、それぞれ周方向に離間されたブレードの列が設けられており、これらの各々のブレードは、軸流誘発段部分とこれに続く遠心流段部分とを含む連続的な翼形を有していることを特徴とするガスタービンエンジン用のデュアルフローインペラ。
【請求項１３】
前記前方部分および前記後方部分には、境界面にそれぞれ相補的なリセスが設けられており、これらの相補的なリセスは、共同して前記ディスク様部材の環状キャビティを画成していることを特徴とする請求項１２記載のデュアルフローインペラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、圧縮機に関し、特に、ガスタービンエンジン用の多段圧縮機ロータに関する。
【０００２】
【背景技術】
当該技術では、軸流段とこれに続く遠心段とを有する多段圧縮機が知られている。このような多段圧縮機は、一般に軸流ロータと遠心ロータすなわちインペラを含み、これらのロータは、ボルトなどによって互いに連結されたディスク様部分を有する。軸流ロータと遠心ロータは、別々に形成してから互いに連結され、これらのロータの周方向に離間されたそれぞれのブレード列の間には軸方向の間隙が存在する。軸流ロータと遠心ロータの形成には、相当の鍛造が必要である。また、それぞれのブレード列の間の軸方向の間隙によって、空気が１つの段から次の段に流れるときに非同期の偏向が生じるおそれがあり、多段圧縮機の総合的な空力性能に悪影響が及ぼされうる。
【０００３】
従って、必要な鍛造がより少なく、かつ改善された空力性能を有する新規の多段圧縮機ロータが求められている。
【０００４】
【発明の開示】
従って、本発明の目的は、空力的性能が改善された新規の多段圧縮機ロータを提供することである。
【０００５】
本発明の他の目的は、圧縮機ロータの潜在的膨張性を改善することである。
【０００６】
本発明のまた他の目的は、比較的軽量な構造を有する多段圧縮機ロータを提供することである。
【０００７】
本発明のさらに他の目的は、製造が比較的容易でかつ経済的な多段圧縮機を提供することである。
【０００８】
従って、本発明では、軸流ロータとこれに続く遠心ロータとを有するガスタービンエンジン用の多段圧縮機ロータが提供され、軸流ロータと遠心ロータとは、軸流段部分と遠心段部分とが一体化されたブレードを備える一体型デュアルフローインペラを構成するように接合されている。
【０００９】
本発明の他の一般的な形態では、軸流ロータとこれに続く遠心ロータとを含むガスタービンエンジン用の多段圧縮機ロータが提供され、軸流ロータと遠心ロータには、それぞれ周方向に離間されたブレードの列が設けられており、遠心ロータの各々のブレードは、軸流ロータの対応するブレードから該遠心ロータの吐出端部まで連続的に延在している。
【００１０】
本発明のさらに他の一般的な形態では、互いに接合された前方部分および後方部分を有するディスク様部材を含むガスタービンエンジン用のデュアルフローインペラが提供され、前方部分および後方部分には、それぞれ周方向に離間されたブレードの列が設けられており、これらの各々のブレードは、軸流誘発段部分とこれに続く遠心流段部分とを含む連続的な翼形を有している。
【００１１】
【発明を実施するための最良の形態】
図１を参照して、ガスタービンエンジンで使用される多段圧縮機ロータ１０について説明する。多段圧縮機ロータ１０は、一般に軸流ロータ１２とこれに続く遠心ロータ１４とを含む。軸流ロータ１２は、第１の圧縮段を提供し、遠心ロータ１４は、第１の圧縮段から受け入れた空気をさらに圧縮する第２の圧縮段を提供する。以下で説明するように、軸流ロータ１２と遠心ロータ１４とは、図１に示す一体型デュアルフローインペラを構成するように拡散接合処理によって密接に接合すなわち連結されている。
【００１２】
軸流ロータ１２は、シャフトと共に回転するようにこのシャフトに固定可能に設けられたディスク様の環状体１６を含む。ディスク様の環状体１６は、前方端部すなわちインデューサ端部１８と、反対側の後方端面２０と、を備える。（図１には１つしか示されていない）周方向に離間されたブレード２２の列が、ディスク様の環状体１６から径方向外向きに延在している。各々のブレード２２は、前縁２６と後縁２８との間に延在する先端部２４を有する。
【００１３】
遠心ロータ１４は、ディスク様の環状体１６と同じシャフト上に固定可能に設けられるとともに環状体１６と共に回転動作するディスク様の環状体３０を含む。ディスク様の環状体３０は、前方端面３２と反対側の後方端面３４とを備える。（図１には１つしか示されていない）周方向に離間されたブレード３６の列が、ディスク様の環状体３０から径方向外向きに延在しており、遠心圧縮機ブレード３６の数は、軸流圧縮機ブレード２２の数と一致する。各々のブレード３６は、前縁４０と吐出端部４２との間に延在する湾曲した先端部３８を有する。
【００１４】
図１に示すように、遠心ロータ１４の前方端面３２は、各々の遠心圧縮機ブレード３６の前縁４０が対応する軸流圧縮機ブレード２２の後縁２８に接合された状態で、軸流ロータ１２の後方端面２０に接合されている。これは、ブレード２２の後縁２８および軸流ロータ１２の後方端面２０によって構成される接合面と、ブレード３６の前縁４０および遠心ロータ１４の前方端面３２によって構成される相補的な接合面と、によって画成される境界面にわたって拡散接合を実現するように、軸流ロータ１２と遠心ロータ１４とを熱間等静圧圧縮成形することによって行うことができる。
【００１５】
上述のようにブレード２２とブレード３６とを接合することによって、このような２段のブレード間に一般に存在する間隙がなくなり、これにより、１つの段から次の段に空気が流れるときに非同期の空気の偏向が有利に防止される。これは、従来の多段圧縮機ロータに対する、多段圧縮機ロータ１０の総合的な空力性能の改善につながる。改善された空力性能によって、さらに多段圧縮機ロータ１０の動作時に発生する振動および騒音も結果として減少する。
【００１６】
図１に示すように、軸流ロータ１２と遠心流ロータ１４との接合部において、多段式圧縮機ロータ１０内で周方向に延びるキャビティ４４が画成される。このキャビティ４４は、軸流ロータ１２の後方面２０と遠心ロータ１４の前方面３２にそれぞれ設けられた２つの相補的な環状リセス４６，４８によって画成される。キャビティ４４は、多段圧縮機ロータ１０の重量そしてその慣性を減少させるのに貢献し、これにより圧縮機ロータ１０の動作マージンを改善する。キャビティ４４は、さらに多段圧縮機ロータの中央ボア５２における応力の減少にも貢献する。最後に、キャビティ４４は、拡散接合作業を容易にするとともにこれを改善する。実際に、キャビティ４４がなければ、接合部は、より大きくかつより高価になり、膨大なプロセス制御を要する。圧縮機ロータ１０が単一の材料片から製造される場合には、このようなキャビティを設けることはできない。多段圧縮機ロータ１０は、まず、２つの予備成形体、すなわち粗く予備成形したブレード２２，３６を有する予め鍛造した軸流ロータ１２および遠心流ロータ１４を提供することによって製造することができる。次に、２つの予備成形体は、一体となるように熱間等静圧圧縮成形によって密接に接合される。熱間等静圧圧縮成形の完了後、形成された鍛造予備成形体は、最終形状すなわち図１に示した多段圧縮機ロータとなるように機械加工される。
【００１７】
環状のディスク体１６，３０を予じめ接合することによって、圧縮機ロータの別々の段からなる従来の多段圧縮機に比べて、最終形状を形成するために必要な鍛造が減少する。これは、個々の環状のディスク１６，３０が、組み立てられた圧縮機ロータ１０と同様の寸法を有する一体型インペラに比べて厚みが小さいからである。従って、環状のディスク１６，３０をより容易に別々に鍛造してから接合することができる。これにより、固有の機械的特性がより良好で、速度特性がより高くかつバーストマージンが改善された多段圧縮機が得られる。さらに、多段圧縮機ロータ１０の高温部すなわち遠心ロータ１４を形成するために要求される鍛造の減少は、一般に高温部の鍛造による寸法によって制限される多段圧縮機ロータの総合的な潜在的膨張性の改善に貢献する。さらに、多段圧縮機ロータ１０を形成するのに必要な鍛造の減少は、その製造コストの減少に貢献する。
【００１８】
また、多段圧縮機ロータ１０の形成に必要な機械加工時間は、軸流圧縮機と遠心圧縮機が２つの別々の部品である従来の多段圧縮機ロータの形成に通常必要な時間よりも短い。最後に、軸流ロータ１２と遠心流ロータ１４とを接合することで、必要な部品が少なくなり、多段圧縮機ロータ１０の製造コストが減少するとともに、その故障モードが改善される。
【００１９】
２つの部品を接合することで、２つの異なる材料によって形成された一体型の本体を有利に得ることができる。従って、高温特性が比較的重要でない軸流ロータ１２により安価な材料を使用することができる。
【００２０】
軸流ロータ１２と遠心ロータ１４とを互いに固定する追加の締結手段としてボルト（図示省略）を使用することができる。この場合には、軸流ロータ１２と遠心ロータ１４との間の接合部の主な機能は、ブレード２２，３６の最終的な機械加工を可能にすることである。この製造における機能に加えて、上述の接合部は、軸流ロータ１２と遠心ロータ１４とを密接に接合された関係に保持するという構造的に重要な機能を果たすことができる。
【００２１】
動作時には、多段圧縮機ロータ１０を囲むハウジング（図示省略）によって案内される流入空気は、矢印５０で示すように、まずブレード２２の第１の列の前縁２６に向かって流れる。この空気は、ブレードの第１および第２の段によって提供される連続面に沿って、ブレード２２からブレード３６の第２の列に直接流れて、これらの段の間で生じる非同期の空気の偏向を防止する。空気は、最終的にブレード３６の吐出端部４２から吐出される。
【００２２】
本発明の他の実施例では、ディスク本体２０，３０は、先にブレードが形成されていない状態で接合される。続いて、これらのディスク本体２０，３０を接合した後に、ディスク本体にブレードが機械加工され、連続する軸部および遠心部を有する周方向に離間されたブレードの列が形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の好適実施例に従って拡散接合された軸流ロータと遠心ロータを有する多段圧縮機ロータの半分を示す長手方向部分断面図である。
【国際公開パンフレット】
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2004509290.tif 000004
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2004509290.tif 000006
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【手続補正書】
【提出日】平成14年7月3日(2002.7.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸流ロータ部とこれに続く遠心ロータ部とを有し、これらの部分は、それぞれ整列されたブレードの列を含み、これらのブレードの列は、軸流段部分と遠心段部分とが一体化されたブレードの列を構成するように、一体に接合されていることを特徴とするガスタービンエンジン用の一体型多段圧縮機ロータ。
【請求項２】
前記軸流ロータ部の前記ブレードは、その後縁で前記遠心ロータ部の対応するブレードの前縁とそれぞれ接合されていることを特徴とする請求項１記載の一体型多段圧縮機ロータ。
【請求項３】
前記軸流ロータ部と前記遠心ロータ部には、それぞれ後方および前方の相補的な接合面が設けられており、これらの接合面は、前記軸流ロータ部および前記遠心ロータ部のブレードの前記後縁および前記前縁によってそれぞれ構成された径方向に延在する接合ウェブ部を含むことを特徴とする請求項２記載の一体型多段圧縮機ロータ。
【請求項４】
前記軸流ロータ部と前記遠心ロータ部との境界面にキャビティが画成されていることを特徴とする請求項１記載の一体型多段圧縮機ロータ。
【請求項５】
前記キャビティは、前記軸流ロータ部の後方接合面に設けられた第１のリセスと、前記遠心ロータ部の前方接合面に設けられた相補的な第２のリセスとによって画成されていることを特徴とする請求項４記載の一体型多段圧縮機ロータ。
【請求項６】
前記キャビティは、連続的な環状形状を有することを特徴とする請求項５記載の一体型多段圧縮機ロータ。
【請求項７】
軸流ロータとこれに続く遠心ロータとを含み、前記軸流ロータと前記遠心ロータには、それぞれ周方向に離間されたブレードの列が設けられており、前記遠心ロータの各々のブレードは、軸流段部分と遠心段部分とが一体化されたブレードの列を構成するように、前記軸流ロータの対応するブレードと一体に接合されていることを特徴とするガスタービンエンジン用の多段圧縮機ロータ。
【請求項８】
前記軸流ロータの各々のブレードは、その後縁で前記遠心ロータの対応するブレードの前縁と接合されていることを特徴とする請求項７記載の多段圧縮機ロータ。
【請求項９】
前記軸流ロータと前記遠心ロータには、それぞれ後方および前方の相補的な接合面が設けられており、これらの接合面は、前記軸流ロータおよび前記遠心ロータのブレードの前記後縁および前記前縁によってそれぞれ構成された径方向に延在する接合ウェブ部を含むことを特徴とする請求項７記載の多段圧縮機ロータ。
【請求項１０】
前記軸流ロータと前記遠心ロータとの境界面にキャビティが画成されていることを特徴とする請求項７記載の多段圧縮機ロータ。
【請求項１１】
前記キャビティは、前記軸流ロータの後方面に設けられた第１のリセスと、前記遠心ロータの前方面に設けられた相補的な第２のリセスとによって画成されていることを特徴とする請求項１０記載の多段圧縮機ロータ。
【請求項１２】
接合された前方部分および後方部分を有するディスク様部材を含み、前記前方部分および前記後方部分には、それぞれ周方向に離間されたブレードの列が設けられており、これらの各々のブレードは、遠心段部分に一体に接合された軸流誘発段部分を含む連続的な翼形を有していることを特徴とするガスタービンエンジン用のデュアルフローインペラ。
【請求項１３】
前記前方部分および前記後方部分には、境界面にそれぞれ相補的なリセスが設けられており、これらの相補的なリセスは、共同して前記ディスク様部材の環状キャビティを画成していることを特徴とする請求項１２記載のデュアルフローインペラ。
【請求項１４】
ガスタービンエンジン用の圧縮機ロータ形成方法であって、
ａ）第１のロータ部と第２のロータ部とを用意し、これらの部分は、そこから延在するブレードの組をそれぞれ有しており、
ｂ）前記第１のロータ部と前記第２のロータ部とを密接に接合して一体化された単一体を形成し、これは、前記第１のロータ部のブレードの組に含まれるブレードと、前記第２のロータ部のブレードの組に含まれる対応するブレードと、をそれぞれ密接に接合することを含み、
ｃ）前記単一体を最終形状に形状づけて一体化されたブレードを有する複合ロータを形成するステップをそれぞれ含むことを特徴とする圧縮機ロータ形成方法。
【請求項１５】
ステップａ）は、前記第１のロータ部に含まれる第１のブレードの組を定めるとともに、前記第２のロータ部に含まれる第２のブレードの組を定めることを含み、前記第２のブレードの組は、前記第１のブレードの組と数および位置が対応しており、前記第１のロータと前記第２のロータとを接合する前にこれらのロータを組み合わせたときに、前記第１のブレードの組と前記第２のブレードの組とが実質的に接することを特徴とする請求項１４記載の圧縮機ロータ形成方法。
【請求項１６】
前記部分は、熱間等静圧圧縮成形によって密接に接合されることを特徴とする請求項１４記載の圧縮機ロータ形成方法。
【請求項１７】
ステップａ）は、前記第１のロータ部と前記第２のロータ部とを別々に鍛造することを含むことを特徴とする請求項１４記載の圧縮機ロータ形成方法。
【請求項１８】
ステップｃ）は、前記単一体を機械加工することを含むことを特徴とする請求項１４記載の圧縮機ロータ形成方法。
【請求項１９】
前記第１のロータ部と前記第２のロータ部とは、異なる材料から構成されていることを特徴とする請求項１４記載の圧縮機ロータ形成方法。
【請求項２０】
前記第１のブレードの組の後縁は、前記第２のブレードの組の前縁と密接に接合されることを特徴とする請求項１４記載の圧縮機ロータ形成方法。
【請求項２１】
ステップａ）は、前記第１のロータ部の後方面に第１のリセスを形成し、前記第２のロータ部に前記第１のリセスと相補的な第２のリセスを形成することを含み、ステップｂ）は、前記第１のロータ部と前記第２のロータ部が組み合わさったときに閉じたキャビティが画成されるように、前記第１のリセスと前記第２のリセスとを整列することを含むことを特徴とする請求項１４記載の圧縮機ロータ形成方法。
【国際調査報告】
2004509290.tif 000015
2004509290.tif 000016
2004509290.tif 000017