(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径方向外側のリム（２０２）、半径方向内側のハブ（２２０）、及びそれらの間に延びるウェブ（２２）を含むロータ（２００）を備え、
円周方向に間隔を空けて設けられた複数のロータブレード（２０６）が前記リムから半径方向外方に延びており、
前記外側のリムの外側表面（２０４）が、前記ブレードの各々と前記リムとの間の円周方向のリム応力の集中を減少させるように、複数の半径からなる凹面（２１０）を有して少なくとも１つの頂点（２０８）を形成しており、
前記凹面（２１０）は隣接するブレード間に形成され、前記頂点（２０８）は前記ブレードと前記リムとの間の接合界面にある
ことを特徴とする、ガスタービンエンジンのロータ組立体。
【請求項２】
前記頂点は、前記外側リムの前記外側表面の前縁に形成されており、該外側リムの前縁から前記ブレードが延びていることを特徴とする、請求項１に記載のガスタービンエンジンのロータ組立体。
【請求項３】
前記複数の半径のうちの第１の半径は、０．１０２ｃｍから１．２７ｃｍ（０．０４インチから０．５インチ）の間である、請求項１又は２に記載のガスタービンエンジンのロータ組立体。
【請求項４】
前記外側リム（１８）の前記外側表面（２０４）の前記複数の半径のうちの第２の半径は、円周方向に間隔を空けて設けられたロータブレード間の前記外側のリムにおける距離の約２倍ないし１０倍である、請求項３に記載のガスタービンエンジンのロータ組立体。
【請求項５】
前記空気流を前記ブレード及びリムの接合界面の直近から遠のけることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスタービンエンジンのロータ組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概してガスタービンエンジンに関し、より具体的には圧縮機ロータを通る流れ通路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、ガスタービンエンジンは、共通の環状リムから半径方向外方へ延びる幾つもの圧縮機ブレード即ち翼形の列を有する多数段の軸流圧縮機を含む。空気が段から段へと圧縮されていくとき、ロータリムの外側表面が一般的には圧縮機の半径方向内側の流れ通路の表面を画成する。ブレードの回転によって発生する遠心力は、ブレード直下のリムの部分で担持される。その遠心力がリムとブレードとの間に円周方向のリム応力の集中を発生させる。
【０００３】
さらに、過渡運転中の環状リムと圧縮機ボアとの間の温度勾配が、リムの低サイクル疲労（ＬＣＦ）寿命に悪影響を及ぼす熱応力を発生する。加えて一体にブレードを配置したブリスクディスク構成においては、リムは流れ通路の空気に直接曝され、そのことが温度勾配とリム応力を増大させる。また、ブレード根元に局部的な力が発生し、このことがさらにリム応力を増大させる。
【０００４】
【発明の概要】
１つの形態において、本発明は、外側のリムとブレードとの間のリム応力を減少させ、かつ空気の流れをブレードとリムの接合界面から離れるように導きこれにより空気力学的性能の損失を減少するような形状をした外側表面を備えた半径方向外側のリムを持つロータを含むガスタービンエンジンのロータ組立体である。より具体的には、かつ例示的実施形態においては、ディスクは半径方向内側のハブ、及びハブとリムの間に延びるウェブを含み、また円周方向に間隔を空けて設けられた複数のロータブレードがリムから半径方向外方に延びている。この例示的実施形態では、リムの外側表面は隣接するブレード間に凹面形状を持ちその頂点はブレードとリムとの間の接合界面にある。
【０００５】
ロータリムの外側表面は、空気が段から段へと圧縮されていくとき、圧縮機の半径方向内側の流れ通路表面を画成する。リムの外側表面に隣接するブレードの間で凹面形状を持たせることによって、ブレードとリムとの間のリム応力が減少される。さらに、この凹面形状は概して空気の流れをブレード／リムの接合界面の直近から遠のけ、隣合うブレード間の流れ通路の中心部へと導く。その結果、空気力学的性能の損失は減少される。このようなリム応力を減少させることはリムの低サイクル疲労寿命の増大を助ける。
【０００６】
【発明の実施の形態】
第１図は圧縮機ロータ組立体１０の一部の概略図である。ロータ組立体１０は、軸方向センターライン軸線（図示せず）の周りに同軸的にカップリング１４で結合された複数のロータ１２を含む。各ロータ１２は１つまたはそれ以上のブリスク１６で構成され、各ブリスク１６は、半径方向外側のリム１８、半径方向内側のハブ２０、およびそれらの間に延びる一体ウェブ２２を含む。リム１８の内側の区域は時に、圧縮機ボアと呼ばれる。各ブリスク１６はまたリム１６から半径方向外方へ延びる複数のブレード２４を含む。第１図に示される実施形態では、複数のブレード２４はそれぞれのリム１８に一体的に結合されている。それとは別に、少なくとも複数段のうちの１段では、各ロータブレードを、それぞれのリムにある対応する差込孔に取り付けられるブレードダブテールを用いる公知の方法で、取り外しできるようにリムに結合させることもできる。
【０００７】
図１に示す例示的実施形態には、５つのロータ段が図示され、ロータブレード２４が例えば空気といった動力流体即ち作動流体と協働するように構成されている。図１の例示的実施形態では、ロータ組立体１０はガスタービンエンジンの圧縮機であって、そのロータブレード２４は動力流体である空気を続く段で適切に圧縮するよう構成されている。空気が段から段へと圧縮されていくときに、ロータリム１８の外側表面２６が圧縮機の半径方向内側の流れ通路表面を画成する。
【０００８】
ブレード２４は軸方向センターライン軸線のまわりを所定の最高設計回転速度まで回転し、回転部品に遠心力荷重を発生する。ブレード２４の回転によって発生する遠心力荷重は、各々のブレード２４直下のリム１８の部分で担持される。
【０００９】
第２図は公知の圧縮機の段のロータ１００の部分の前面図である。ロータ１００はリム１０４から延びる複数のブレード１０２を含む。リム１０４の半径方向外側の表面１０６が半径方向内側の流れ通路を画成し、空気は隣接するブレード１０２の間を流れる。環状リム１０４と圧縮機ボア１０８との間の特に過渡運転中の温度勾配は、リム１０４の低サイクル疲労寿命（ＬＣＦ）に悪影響を及ぼす熱応力を発生する。さらに、また第１図に関連して説明したようなブリスク構成においては、リム１０４は流れ通路の空気に直接曝され、そのことがりリム１０４とボア１０８の間の温度勾配を増大させる。この温度勾配の増大が円周方向のリム応力を増大させる。また、ブレード１０２の根元１１０に局部的な力と応力集中を発生させ、このことがさらにリム応力を増大させる。
【００１０】
本発明のある実施形態によると、リムの外側表面はひいらぎの葉の形に構成されている。それぞれのブレードは、ひいらぎの葉の形状をしたリムの各頂点に位置しており、これによりリムの応力のピークはブレードとリムとの接合部には位置しないという利点が得られ、応力集中が減少し、それがリムの低サイクル疲労寿命の延長を助長する。
【００１１】
より具体的には、第３図は本発明のある実施形態による圧縮機段のロータ２００の一部の前面図である。ロータ２００は外側リム表面２０４を持つリム２０２を含む。複数のブレード２０６がリム表面２０４から延びている。リム表面２０４は、該表面２０４が隣合った頂点２０８間の凹面形状曲面２１０によって隔てられている複数の頂点２０８を含むことから、ひいらぎ葉の形状である。
【００１２】
リム表面２０４の所定の寸法形状は、具体的な適用用途と所望のエンジンの運転性能に基づいて選定される。第１の実施形態では、ひいらぎの葉の形状は第１の半径Ａと第２の半径Ｂとをもつ複合半径として形成されている。第１の半径Ａは約０．０４インチから０．５インチの間であり、典型的には、第２の半径Ｂは隣合うブレード２０６間の間隔の約２倍から１０倍の間である。第２の実施形態では、第１の半径Ａは約０．０６インチであり、第２の半径Ｂは約２．０インチである。
【００１３】
第４図は圧縮機段のロータ２００の一部の後面図である。ここでもまた、リム表面２０４はひいらぎの葉の形状になっており、隣合う頂点２１４間の凹面形状曲面２１６によって隔てられている複数の頂点２１４を含む。第１の実施形態では、ひいらぎの葉の形状は、第１の半径Ｃと第２の半径Ｄとをもつ複合半径として形成されている。第１の半径Ｃは約０．０４インチから０．５インチの間で、典型的には第２の半径Ｄは隣合うブレード２０６間の間隔の約２倍から１０倍の間である。第２の実施形態では、第１の半径Ｃは約０．０６インチであり、第２の半径Ｄは約２．０インチである。
【００１４】
リムの表面２０４は上記の形状を備えるように鋳造することも機械加工することもできる。また、リム表面２０４は、リム２０２の製作後、例えばブレード２０６をリム２０２に隅肉溶接で取り付けることによって形成することができる。さらに、ブレード２０６をリム２０２に摩擦溶接あるいは他の方法で固定する。具体的には、隣合うブレード２０６間が流れ通路として望ましい形状になるように溶接を施すことができる。
【００１５】
運転中、空気が段から段へと圧縮されているとき、ロータリム２０２の外側表面２０４が圧縮機の半径方向内側の流れ通路表面を画成する。外側表面２０４を隣合うブレード２０６間で凹面形状にすることによって、空気の流れは概してブレード／リムの接合部の直近から遠のき、隣合うブレード２０６間の流れ通路の中心へと導かれ、このことにより空気力学的性能の損失を減少させる。さらに、ブレードとリムの接合界面の個所でリム２０２とブレード２０６の間に発生する円周方向のリム応力の集中が減少される。接合界面でのそれらの減少は、リム２０２の低サイクル疲労寿命の延長を助長する。
【００１６】
上記の実施形態には種々の変更が可能である。例えば、隣合うブレード間のリム外側表面を、凹面複合半径の形状よりもっと複雑な形状とすることができる。一般的に、外側表面の形状は、リムに生じる円周方向のリム応力の集中を効果的に減少させるように選定される。さらに、リムを望ましい形状を持つように製作したり、隅肉溶接を用いて形状を成形するかわりに、ブレード自体をブレード／リムの接合界面の箇所で望ましい形状になるように製作することもできる。リムの内側表面の形状もリムの応力を減少するような輪郭にすることができる。
【００１７】
本発明を種々の具体的な実施形態により説明してきたが、当業者には本発明がその精神及び請求の範囲内において変形形態で実施できることが解るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  圧縮機ロータ組立体の一部の概略図。
【図２】  公知の圧縮機段ロータ組立体の一部の前面図。
【図３】  本発明の１つの実施形態による圧縮機段ロータ組立体の一部の前面図。
【図４】  第３図に示す圧縮機段ロータ組立体の一部の後面図。
【符号の説明】
１０    圧縮機ロータ組立体
１２    ロータ
１４    カップリング
１６    ブリスク
１８    半径方向外側リム
２０    半径方向内側ハブ
２２    一体ウェブ
２４    複数のロータブレード
２６    ロータリムの外側表面
１００  公知の圧縮機段ロータ
１０２  複数のブレード
１０４  リム
１０６  リムの半径方向外側の表面
１０８  圧縮機ボア
１１０  ブレード根元
２００  圧縮機段ロータ
２０２  リム
２０４  外側リム表面
２０６  複数のブレード
２０８  複数の頂点
２１０  凹面形状曲面
２１４  複数の頂点
２１６  凹面形状曲面
【図１】
0004856302.tif 000002
【図２】
0004856302.tif 000003
【図３】
0004856302.tif 000004
【図４】
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