JP2002201910A - ロータアセンブリ - Google Patents
ロータアセンブリInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
- F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ディスクおよびブレード内の応力をできる限
り低く保つ。 【解決手段】 ブレードを備えるロータディスクアセン
ブリは、ディスク軸の方向に対してある角度でディスク
を通って延びる周方向に離間した複数のブレード根部ス
ロット（１１８）を含む。各スロット（１１８）は、そ
の両側に径方向内側に面する負荷反作用面（１２４Ａ，
１２４Ｂ）を備え、これらの負荷反作用面は、スロット
（１１８）の全長（Ｌ）よりも短い長さにわたって、ス
ロット（１１８）内に配置されたブレード根部（１０
６）の対応する径方向外側に面するブレード根部負荷反
作用面（１２２Ａ，１２２Ｂ）と接触して連続的に延在
している。これにより、スロット（１１８）の端部の近
傍に反作用負荷が大きく集中することがなくなるととも
に、残る比較的小さい反作用表面積にわたってより均一
に負荷が配分され、最大応力が減少する。
り低く保つ。 【解決手段】 ブレードを備えるロータディスクアセン
ブリは、ディスク軸の方向に対してある角度でディスク
を通って延びる周方向に離間した複数のブレード根部ス
ロット（１１８）を含む。各スロット（１１８）は、そ
の両側に径方向内側に面する負荷反作用面（１２４Ａ，
１２４Ｂ）を備え、これらの負荷反作用面は、スロット
（１１８）の全長（Ｌ）よりも短い長さにわたって、ス
ロット（１１８）内に配置されたブレード根部（１０
６）の対応する径方向外側に面するブレード根部負荷反
作用面（１２２Ａ，１２２Ｂ）と接触して連続的に延在
している。これにより、スロット（１１８）の端部の近
傍に反作用負荷が大きく集中することがなくなるととも
に、残る比較的小さい反作用表面積にわたってより均一
に負荷が配分され、最大応力が減少する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ブレードを備える
ロータアセンブリに関し、特に、ガスタービンエンジン
用のブレードを備えるロータアセンブリに関する。
ロータアセンブリに関し、特に、ガスタービンエンジン
用のブレードを備えるロータアセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】ブレードを備えるロータアセンブリは、
ガスタービンエンジンの圧縮機やタービン用のものなど
が当該技術分野で周知である。このようなアセンブリで
は、各ブレードが、ブレードの最も径方向内側の端部と
一体となった根部によってロータディスクに取り付けら
れている。根部は、対応するブレード根部スロット内に
ぴったりとはまり、このスロットは、ディスクのリムを
通ってほぼ軸方向に延びているが、ディスク軸の真の方
向に対してある角度を有している。隣接する一対のスロ
ット間に周方向に設けられたディスク材料は、しばしば
ディスクラグと呼ばれる。ブレード根部は、径方向外側
に面する反作用面を含み、これが対応するブレード根部
スロットの径方向内側に面する反作用面と接触する。ロ
ータの動作中に、これらの接触面を通してディスクおよ
びディスクラグにブレード負荷が伝達される。典型的に
は、ブレード根部は、ディスクの前面から後面まで延在
し、接触する負荷反作用面も、ディスクの前面から後面
まで（すなわちスロットの全長にわたって）延在する。
これは、ブレードを備えるディスクで、従来設計のタブ
テール形状の根部およびスロットやもみの木形状の根部
およびスロットを有するものに当てはまる。
ガスタービンエンジンの圧縮機やタービン用のものなど
が当該技術分野で周知である。このようなアセンブリで
は、各ブレードが、ブレードの最も径方向内側の端部と
一体となった根部によってロータディスクに取り付けら
れている。根部は、対応するブレード根部スロット内に
ぴったりとはまり、このスロットは、ディスクのリムを
通ってほぼ軸方向に延びているが、ディスク軸の真の方
向に対してある角度を有している。隣接する一対のスロ
ット間に周方向に設けられたディスク材料は、しばしば
ディスクラグと呼ばれる。ブレード根部は、径方向外側
に面する反作用面を含み、これが対応するブレード根部
スロットの径方向内側に面する反作用面と接触する。ロ
ータの動作中に、これらの接触面を通してディスクおよ
びディスクラグにブレード負荷が伝達される。典型的に
は、ブレード根部は、ディスクの前面から後面まで延在
し、接触する負荷反作用面も、ディスクの前面から後面
まで（すなわちスロットの全長にわたって）延在する。
これは、ブレードを備えるディスクで、従来設計のタブ
テール形状の根部およびスロットやもみの木形状の根部
およびスロットを有するものに当てはまる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】部材寿命を延長するた
めには、一般に、ディスクおよびブレード内の応力をで
きる限り低く保つことが望ましい。また、飛行のために
設計されたガスタービンエンジンでは、効率的な動作、
長い寿命、および安全性を得るために、ディスクやブレ
ードなどの部材の重量を最小化することも望ましい。よ
り軽量なブレードによって、発生する遠心力が比較的小
さくなるので、ディスク内の応力も減少させることがで
きる。
めには、一般に、ディスクおよびブレード内の応力をで
きる限り低く保つことが望ましい。また、飛行のために
設計されたガスタービンエンジンでは、効率的な動作、
長い寿命、および安全性を得るために、ディスクやブレ
ードなどの部材の重量を最小化することも望ましい。よ
り軽量なブレードによって、発生する遠心力が比較的小
さくなるので、ディスク内の応力も減少させることがで
きる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によると、ブレー
ドを備えるロータディスクアセンブリは、複数の周方向
に離間されたブレード根部スロットを含み、これらのス
ロットは、ディスクの軸方向に対してある角度でディス
クを通って延びるとともに、スロットの全長よりも短い
距離にわたって、スロット内に配置されたブレード根部
の径方向外側に面する対応する負荷反作用面と接触して
連続的に延びる径方向内側に面する負荷反作用面を有す
る。
ドを備えるロータディスクアセンブリは、複数の周方向
に離間されたブレード根部スロットを含み、これらのス
ロットは、ディスクの軸方向に対してある角度でディス
クを通って延びるとともに、スロットの全長よりも短い
距離にわたって、スロット内に配置されたブレード根部
の径方向外側に面する対応する負荷反作用面と接触して
連続的に延びる径方向内側に面する負荷反作用面を有す
る。
【０００５】“負荷反作用面”とは、ロータの動作中に
ブレードからディスクに負荷を伝達するように互いに接
触または係合するブレード根部およびブレード根部スロ
ットの面である。これらの面は、接触時に“負荷伝達境
界面”を形成する。
ブレードからディスクに負荷を伝達するように互いに接
触または係合するブレード根部およびブレード根部スロ
ットの面である。これらの面は、接触時に“負荷伝達境
界面”を形成する。
【０００６】より詳細には、本発明では、従来技術にお
けるブレード根部スロットの端部の近傍の負荷伝達境界
面部分を除去し、残る負荷伝達境界面にわたる負荷によ
って、ディスクラグにかかるトルク負荷の減少につなが
るより対称的な負荷分布、ディスクラグやブレード根部
にかかる全負荷の減少、およびディスクラグおよびブレ
ード根部内の最大応力レベルの減少のうちの１つまたは
それ以上の利点が得られる。
けるブレード根部スロットの端部の近傍の負荷伝達境界
面部分を除去し、残る負荷伝達境界面にわたる負荷によ
って、ディスクラグにかかるトルク負荷の減少につなが
るより対称的な負荷分布、ディスクラグやブレード根部
にかかる全負荷の減少、およびディスクラグおよびブレ
ード根部内の最大応力レベルの減少のうちの１つまたは
それ以上の利点が得られる。
【０００７】これらの利点が得られる１つの理由は、従
来の根部およびスロット設計では、ブレード根部の一方
側の負荷反作用面がスロットの全長にわたって延在する
と、スロットのこの側において、最大でかつ最も集中し
た反作用負荷がスロットの一方の端部に隣接して生じる
とともに、スロットの同じ側において、比較的低くかつ
比較的集中していない（すなわちより均一な）反作用負
荷がスロットの他方の端部に隣接して生じる。従って、
反作用負荷がより低く、かつより均一なスロット端部で
は、負荷伝達境界面１平方インチ当たりのディスクラグ
材料がブレード負荷の比較的小さい部分を支持してお
り、高反作用負荷端部では、負荷伝達境界面１平方イン
チ当たりのディスクラグ材料がブレード負荷の比較的大
きい部分を支持している。スロットの両側の負荷が低い
端部における負荷伝達境界面領域を除去することによっ
て、スロットの両側における残りの負荷伝達境界面にわ
たる反作用負荷がより均一になるとともに最大応力が減
少する。
来の根部およびスロット設計では、ブレード根部の一方
側の負荷反作用面がスロットの全長にわたって延在する
と、スロットのこの側において、最大でかつ最も集中し
た反作用負荷がスロットの一方の端部に隣接して生じる
とともに、スロットの同じ側において、比較的低くかつ
比較的集中していない（すなわちより均一な）反作用負
荷がスロットの他方の端部に隣接して生じる。従って、
反作用負荷がより低く、かつより均一なスロット端部で
は、負荷伝達境界面１平方インチ当たりのディスクラグ
材料がブレード負荷の比較的小さい部分を支持してお
り、高反作用負荷端部では、負荷伝達境界面１平方イン
チ当たりのディスクラグ材料がブレード負荷の比較的大
きい部分を支持している。スロットの両側の負荷が低い
端部における負荷伝達境界面領域を除去することによっ
て、スロットの両側における残りの負荷伝達境界面にわ
たる反作用負荷がより均一になるとともに最大応力が減
少する。
【０００８】本発明の１つの実施例では、スロット端部
に隣接し、かつ一般に根部反作用面の低負荷部分に面す
るスロットの両側の小さな領域が、該領域にわたって根
部とスロットとの間に間隙が形成されるように上記低負
荷領域から離間されている。他の全ての面では、ブレー
ドおよびディスクアセンブリは、従来と同様であると見
なすことができる。根部の両側における小さくなった負
荷伝達境界面にわたる反作用負荷は、間隙がない場合よ
りも均一となるとともにディスクラグ内の最大応力が減
少する。
に隣接し、かつ一般に根部反作用面の低負荷部分に面す
るスロットの両側の小さな領域が、該領域にわたって根
部とスロットとの間に間隙が形成されるように上記低負
荷領域から離間されている。他の全ての面では、ブレー
ドおよびディスクアセンブリは、従来と同様であると見
なすことができる。根部の両側における小さくなった負
荷伝達境界面にわたる反作用負荷は、間隙がない場合よ
りも均一となるとともにディスクラグ内の最大応力が減
少する。
【０００９】本発明の他の実施例では、通常ディスクラ
グに比較的低い負荷を伝達する従来のブレード根部の端
部が除去され、ブレード根部の両側におけるより小さい
負荷伝達境界面の残りの長さに沿って反作用負荷がより
均一になることに加えて、ブレード重量の減少という利
点が提供される。これにより、ディスクラグにかかる全
反作用負荷、応力、および／またはトルクを減少させる
ことができる。トルク負荷の減少は、ブレードラグの捻
れが小さくなることを意味し、これに応じてブレードの
捻れも小さくなる。
グに比較的低い負荷を伝達する従来のブレード根部の端
部が除去され、ブレード根部の両側におけるより小さい
負荷伝達境界面の残りの長さに沿って反作用負荷がより
均一になることに加えて、ブレード重量の減少という利
点が提供される。これにより、ディスクラグにかかる全
反作用負荷、応力、および／またはトルクを減少させる
ことができる。トルク負荷の減少は、ブレードラグの捻
れが小さくなることを意味し、これに応じてブレードの
捻れも小さくなる。
【００１０】本発明の上述の特徴および利点は、例示的
な実施例に関する以下の詳細な説明および添付図面によ
ってより明らかとなる。
な実施例に関する以下の詳細な説明および添付図面によ
ってより明らかとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１，２を参照すると、本発明の
例示的な実施例を含むガスタービンエンジンのロータア
センブリ１００は、ロータディスク１０２と複数のロー
タブレード１０４を含むが、図では１つのロータブレー
ド１０４だけが示されている。各ブレード１０４は、根
部１０６、プラットフォーム１０８、およびエアフォイ
ル１１０を備える。ディスク１０２は、回転軸１１１、
後面１１２、前面１１４、およびリム１１６を備える。
複数のブレード根部スロット１１８が方向Ｄ（図３参
照）で後面１１２から前面１１４に延びている。隣接す
る対となったスロット１１８は、それぞれ間にディスク
ラグ１２０を定める。各ブレード１０４の根部１０６
は、対応する１つのスロット１１８内に配置される。
例示的な実施例を含むガスタービンエンジンのロータア
センブリ１００は、ロータディスク１０２と複数のロー
タブレード１０４を含むが、図では１つのロータブレー
ド１０４だけが示されている。各ブレード１０４は、根
部１０６、プラットフォーム１０８、およびエアフォイ
ル１１０を備える。ディスク１０２は、回転軸１１１、
後面１１２、前面１１４、およびリム１１６を備える。
複数のブレード根部スロット１１８が方向Ｄ（図３参
照）で後面１１２から前面１１４に延びている。隣接す
る対となったスロット１１８は、それぞれ間にディスク
ラグ１２０を定める。各ブレード１０４の根部１０６
は、対応する１つのスロット１１８内に配置される。
【００１２】図３を参照すると、各スロット１１８は、
ディスク軸１１１の方向に対して鋭角θの方向Ｄに延び
ている。この角度は、一般に約１０°〜３０°であり、
この例では、θは２４°である。図４で最もよく示され
ているように、ブレード根部１０６は、周知の“ダブテ
ール”形状であるが、本発明はダブテール形根部を備え
るブレードに限定されるものではない。各ブレードの根
部１０６は、平らでかつ径方向外側に面した一対の負荷
反作用面１２２Ａ，１２２Ｂを有し、これらの負荷反作
用面は、根部１０６の両側にそれぞれ１つずつ延びてい
る。面１２２Ａ，１２２Ｂは、平らでかつ径方向内側に
面した対応するスロット負荷反作用面１２４Ａ，１２４
Ｂとそれぞれ接触する。これらの対となった接触面によ
って形成される境界面は、ロータの動作中にこれらの境
界面にわたってブレード負荷がディスクラグに伝達され
るので、以下で負荷伝達境界面と呼ぶ。
ディスク軸１１１の方向に対して鋭角θの方向Ｄに延び
ている。この角度は、一般に約１０°〜３０°であり、
この例では、θは２４°である。図４で最もよく示され
ているように、ブレード根部１０６は、周知の“ダブテ
ール”形状であるが、本発明はダブテール形根部を備え
るブレードに限定されるものではない。各ブレードの根
部１０６は、平らでかつ径方向外側に面した一対の負荷
反作用面１２２Ａ，１２２Ｂを有し、これらの負荷反作
用面は、根部１０６の両側にそれぞれ１つずつ延びてい
る。面１２２Ａ，１２２Ｂは、平らでかつ径方向内側に
面した対応するスロット負荷反作用面１２４Ａ，１２４
Ｂとそれぞれ接触する。これらの対となった接触面によ
って形成される境界面は、ロータの動作中にこれらの境
界面にわたってブレード負荷がディスクラグに伝達され
るので、以下で負荷伝達境界面と呼ぶ。
【００１３】従来技術では、ブレードの根部、ディスク
スロット、および負荷伝達境界面は、同一の長さであ
り、この長さは、通常スロットの方向Ｄで測定されたス
ロットの全長Ｌ（図３参照）である。本発明では、ブレ
ード根部負荷反作用面１２２Ａ，１２２Ｂの少なくとも
１つ、好ましくは両方は、スロット１１８の長さよりも
短い。これは、図３に最もよく示されており、ブレード
根部１０６は、完全にスロット１１８内に位置している
一方で、スロットの方向Ｄに垂直でかつ反対向きの端面
１２６，１２８を有している。従って、図５，６に最も
よく示されているように、クロスハッチングされた負荷
伝達境界面１３０Ａ，１３０Ｂは、ブレード根部負荷反
作用面１２２Ａ，１２２Ｂの長さに対応する長さＭ，Ｎ
をそれぞれ有する。図７は、ブレード１０４を径方向外
側から見た図であり、ブレードプラットフォーム１０８
およびディスクの前面と後面１１４，１１２に対するブ
レード根部１０６の向きおよび位置を示している。
スロット、および負荷伝達境界面は、同一の長さであ
り、この長さは、通常スロットの方向Ｄで測定されたス
ロットの全長Ｌ（図３参照）である。本発明では、ブレ
ード根部負荷反作用面１２２Ａ，１２２Ｂの少なくとも
１つ、好ましくは両方は、スロット１１８の長さよりも
短い。これは、図３に最もよく示されており、ブレード
根部１０６は、完全にスロット１１８内に位置している
一方で、スロットの方向Ｄに垂直でかつ反対向きの端面
１２６，１２８を有している。従って、図５，６に最も
よく示されているように、クロスハッチングされた負荷
伝達境界面１３０Ａ，１３０Ｂは、ブレード根部負荷反
作用面１２２Ａ，１２２Ｂの長さに対応する長さＭ，Ｎ
をそれぞれ有する。図７は、ブレード１０４を径方向外
側から見た図であり、ブレードプラットフォーム１０８
およびディスクの前面と後面１１４，１１２に対するブ
レード根部１０６の向きおよび位置を示している。
【００１４】従来技術に対する本発明の特定の利点を理
解するために、図３，図５，図６も参照されたい。本発
明では、根部負荷反作用面１２２Ａ，１２２Ｂは、それ
ぞれ点Ｙと点Ｚ1の間、点Ｗと点Ｘ1の間でスロット負荷
反作用面１２４Ａ，１２４Ｂとそれぞれ接触する。説明
のために、従来技術のロータアセンブリで一般的である
ように、根部負荷反作用面の径方向範囲（すなわち図４
においてＲ1からＲ2）にわたって根部端面１２６，１２
８がディスクの前面と後面１１２，１１４と同一平面内
に実質的に位置するように、ブレード根部負荷反作用面
１２２Ａ，１２２Ｂとスロット負荷反作用面１２４Ａ，
１２４Ｂがスロット１１８の全長にわたって延びている
（すなわち角度αは、図３ではθと等しいが、この角度
αが０°である）と仮定する。この場合には、ブレード
負荷は、スロットの全長Ｌ、つまり一方側では点Ｘ2か
ら点Ｗ、そして他方側では点Ｚ2から点Ｙにわたってデ
ィスクラグに伝達される。このような従来技術の構成に
おけるそれぞれのブレード根部とスロットの反作用面の
長さＬに沿った反作用負荷の大きさは、曲線１３２，１
３４によって表されており、これらの曲線は、上述の構
成のコンピュータモデルによって生成されたものであ
る。図３の曲線１３６，１３８は、（図１に全体として
示した）本発明に従って改良された同じロータアセンブ
リのコンピュータモデルによって生成されたものであ
り、ブレード根部負荷反作用面１２２Ａ，１２２Ｂの全
長、つまり長さＭ（点Ｘ1から点Ｗ）および長さＮ（点
Ｚ1から点Ｙ）に沿った反作用負荷の大きさを表してい
る。曲線１３２，１３６から線Ｘ2−Ｗまでの垂直距離
と、曲線１３４，１３８から線Ｚ2−Ｙまでの垂直距離
は、反作用負荷の大きさを示している。
解するために、図３，図５，図６も参照されたい。本発
明では、根部負荷反作用面１２２Ａ，１２２Ｂは、それ
ぞれ点Ｙと点Ｚ1の間、点Ｗと点Ｘ1の間でスロット負荷
反作用面１２４Ａ，１２４Ｂとそれぞれ接触する。説明
のために、従来技術のロータアセンブリで一般的である
ように、根部負荷反作用面の径方向範囲（すなわち図４
においてＲ1からＲ2）にわたって根部端面１２６，１２
８がディスクの前面と後面１１２，１１４と同一平面内
に実質的に位置するように、ブレード根部負荷反作用面
１２２Ａ，１２２Ｂとスロット負荷反作用面１２４Ａ，
１２４Ｂがスロット１１８の全長にわたって延びている
（すなわち角度αは、図３ではθと等しいが、この角度
αが０°である）と仮定する。この場合には、ブレード
負荷は、スロットの全長Ｌ、つまり一方側では点Ｘ2か
ら点Ｗ、そして他方側では点Ｚ2から点Ｙにわたってデ
ィスクラグに伝達される。このような従来技術の構成に
おけるそれぞれのブレード根部とスロットの反作用面の
長さＬに沿った反作用負荷の大きさは、曲線１３２，１
３４によって表されており、これらの曲線は、上述の構
成のコンピュータモデルによって生成されたものであ
る。図３の曲線１３６，１３８は、（図１に全体として
示した）本発明に従って改良された同じロータアセンブ
リのコンピュータモデルによって生成されたものであ
り、ブレード根部負荷反作用面１２２Ａ，１２２Ｂの全
長、つまり長さＭ（点Ｘ1から点Ｗ）および長さＮ（点
Ｚ1から点Ｙ）に沿った反作用負荷の大きさを表してい
る。曲線１３２，１３６から線Ｘ2−Ｗまでの垂直距離
と、曲線１３４，１３８から線Ｚ2−Ｙまでの垂直距離
は、反作用負荷の大きさを示している。
【００１５】従来技術の曲線１３２，１３４と本発明の
曲線１３６，１３８とを比べると、従来技術のロータア
センブリ形状では、スロットの各側の長さに沿った負荷
は、スロットの一方の端部で大きく、次第に減少して他
方の端部で比較的低くなっている。これに反して、本発
明のロータアセンブリ形状では、ブレード根部１０６の
長さにわたって負荷がより均一であり、ブレード根部１
０６の各端部１２６，１２８の近傍で負荷が高くなって
いるとともに端部間で負荷が比較的低くなっていること
が曲線によって示されている。さらに、スロット１１８
の各側における最大反作用負荷が、本発明のロータアセ
ンブリにおいて相対的に低い。また、コンピュータモデ
リングにより、本発明のロータアセンブリにおけるディ
スクラグ１２０内の最大応力集中が、従来技術に比べて
低いことが示されている。
曲線１３６，１３８とを比べると、従来技術のロータア
センブリ形状では、スロットの各側の長さに沿った負荷
は、スロットの一方の端部で大きく、次第に減少して他
方の端部で比較的低くなっている。これに反して、本発
明のロータアセンブリ形状では、ブレード根部１０６の
長さにわたって負荷がより均一であり、ブレード根部１
０６の各端部１２６，１２８の近傍で負荷が高くなって
いるとともに端部間で負荷が比較的低くなっていること
が曲線によって示されている。さらに、スロット１１８
の各側における最大反作用負荷が、本発明のロータアセ
ンブリにおいて相対的に低い。また、コンピュータモデ
リングにより、本発明のロータアセンブリにおけるディ
スクラグ１２０内の最大応力集中が、従来技術に比べて
低いことが示されている。
【００１６】上述の実施例における主な利点は、ブレー
ド根部１０６の長さを減少させることによって得られる
ブレード重量の減少である。これにより、ディスクラグ
１２０にかかる全負荷および対応する応力レベルが減少
し、また、根部１０６の長さにわたる負荷がより均一に
なることによって応力集中がさらに減少する。一見した
ところでは、負荷反作用表面積の減少によって、このよ
うな利点が打ち消されるように思えるが、スロット１１
８端部の近傍における（図５，図６におけるクロスハッ
チングされていない部分である）従来の反作用面の除去
部分は、スロット１１８の全長にわたる単位表面積当た
りの平均負荷に対して、単位表面積当たり全負荷の比較
的小さい部分のみを支持していたので、負荷反作用表面
積の減少は特に悪影響を及ぼすものではない。
ド根部１０６の長さを減少させることによって得られる
ブレード重量の減少である。これにより、ディスクラグ
１２０にかかる全負荷および対応する応力レベルが減少
し、また、根部１０６の長さにわたる負荷がより均一に
なることによって応力集中がさらに減少する。一見した
ところでは、負荷反作用表面積の減少によって、このよ
うな利点が打ち消されるように思えるが、スロット１１
８端部の近傍における（図５，図６におけるクロスハッ
チングされていない部分である）従来の反作用面の除去
部分は、スロット１１８の全長にわたる単位表面積当た
りの平均負荷に対して、単位表面積当たり全負荷の比較
的小さい部分のみを支持していたので、負荷反作用表面
積の減少は特に悪影響を及ぼすものではない。
【００１７】上述の実施例では、ブレード根部端面１２
６，１２８は、ブレード根部負荷反作用面１２２Ａ，１
２２Ｂに垂直であるが、これは必要条件ではない。しか
し、対称性を保つためにブレード根部端面１２６，１２
８が互いに平行であることが好ましい。従って、（図３
に示すように）ブレード根部１０６が、（方向Ｄで）ス
ロット長さＬよりも短い長さを有する平行四辺形の断面
形状を有する場合に、ブレード重量の減少によって従来
技術に対して利点を有し得る。角度αは、好ましくは０
°〜θの間である。ブレード根部端面１２６，１２８
は、平行であることが好ましいが、必ずしも平行である
必要がない。つまり、長さＭ，Ｎは、等しくなくてもよ
いが、これらの少なくとも一方が長さＬよりも短くなく
てはならない。
６，１２８は、ブレード根部負荷反作用面１２２Ａ，１
２２Ｂに垂直であるが、これは必要条件ではない。しか
し、対称性を保つためにブレード根部端面１２６，１２
８が互いに平行であることが好ましい。従って、（図３
に示すように）ブレード根部１０６が、（方向Ｄで）ス
ロット長さＬよりも短い長さを有する平行四辺形の断面
形状を有する場合に、ブレード重量の減少によって従来
技術に対して利点を有し得る。角度αは、好ましくは０
°〜θの間である。ブレード根部端面１２６，１２８
は、平行であることが好ましいが、必ずしも平行である
必要がない。つまり、長さＭ，Ｎは、等しくなくてもよ
いが、これらの少なくとも一方が長さＬよりも短くなく
てはならない。
【００１８】図８，図９，図１０には、本発明の他の実
施例が示されている。ロータアセンブリ２００は、ディ
スク２０２と複数のブレード２０４を含むが、ここでは
１つのブレードのみを示している。ディスク軸には、参
照番号２１１が付されている。ディスク２０２は、その
リム２１６に近接して平行でかつ反対向きの前面および
後面２１４，２１２を備える。また、ディスク２０２
は、ディスクラグ２２０によってこれらのラグの間に定
められ、かつ前面２１４から後面２１２までディスクの
リム２１６を通って延びる複数の周方向に離間されたブ
レード根部スロット２１８を備える。前の実施例と同様
に、スロット２１８は、ディスク軸２１１に対してある
角度で切られている。各ブレード２０４は、ダブテール
形状の根部２０６、プラットフォーム２０８、およびエ
アフォイル２１０を含む。この実施例では、従来技術の
ロータアセンブリと同様に、ブレード根部２０６が対応
するスロットの全長にわたって延在しており、根部端面
２２６，２２８が、少なくとも根部負荷反作用面２２２
Ａ，２２２Ｂの径方向範囲にわたってディスクの対応す
る端面２１２，２１４と実質的に面一となっている。
施例が示されている。ロータアセンブリ２００は、ディ
スク２０２と複数のブレード２０４を含むが、ここでは
１つのブレードのみを示している。ディスク軸には、参
照番号２１１が付されている。ディスク２０２は、その
リム２１６に近接して平行でかつ反対向きの前面および
後面２１４，２１２を備える。また、ディスク２０２
は、ディスクラグ２２０によってこれらのラグの間に定
められ、かつ前面２１４から後面２１２までディスクの
リム２１６を通って延びる複数の周方向に離間されたブ
レード根部スロット２１８を備える。前の実施例と同様
に、スロット２１８は、ディスク軸２１１に対してある
角度で切られている。各ブレード２０４は、ダブテール
形状の根部２０６、プラットフォーム２０８、およびエ
アフォイル２１０を含む。この実施例では、従来技術の
ロータアセンブリと同様に、ブレード根部２０６が対応
するスロットの全長にわたって延在しており、根部端面
２２６，２２８が、少なくとも根部負荷反作用面２２２
Ａ，２２２Ｂの径方向範囲にわたってディスクの対応す
る端面２１２，２１４と実質的に面一となっている。
【００１９】本発明のこの実施例では、ブレード根部２
０６の両側のラグ２２０は、ブレード根部負荷反作用面
２２２Ａ，２２２Ｂと接触するスロット負荷反作用面２
２４Ａ，２２４Ｂの一部を形成する材料をカットバック
すなわち除去するように、反対側の端面２１２，２１４
のリム２１６に切られたポケット３００，３０２をそれ
ぞれ有する。
０６の両側のラグ２２０は、ブレード根部負荷反作用面
２２２Ａ，２２２Ｂと接触するスロット負荷反作用面２
２４Ａ，２２４Ｂの一部を形成する材料をカットバック
すなわち除去するように、反対側の端面２１２，２１４
のリム２１６に切られたポケット３００，３０２をそれ
ぞれ有する。
【００２０】従って、ブレード根部の断面がクロスハッ
チングされている図９に示すように、根部負荷反作用面
２２２Ａおよびスロット負荷反作用面２２４Ａは、共に
Ｅ１からＦまで延在している。同様に、スロットの反対
側の対応する反作用面２２２Ｂと２２４Ｂは、Ｇ１から
Ｈまで延在する。ポケット３００，３０２は、基本的
に、各ラグ２２０との間に間隙３０４，３０６と、以下
で根部負荷反作用面２２２Ａ，２２２Ｂの延長部（Ｅ1
からＥ2までの長さを有する）３０８，（Ｇ1からＧ2ま
での長さを有する）３１０と呼ばれる部分と、をそれぞ
れ形成する。
チングされている図９に示すように、根部負荷反作用面
２２２Ａおよびスロット負荷反作用面２２４Ａは、共に
Ｅ１からＦまで延在している。同様に、スロットの反対
側の対応する反作用面２２２Ｂと２２４Ｂは、Ｇ１から
Ｈまで延在する。ポケット３００，３０２は、基本的
に、各ラグ２２０との間に間隙３０４，３０６と、以下
で根部負荷反作用面２２２Ａ，２２２Ｂの延長部（Ｅ1
からＥ2までの長さを有する）３０８，（Ｇ1からＧ2ま
での長さを有する）３１０と呼ばれる部分と、をそれぞ
れ形成する。
【００２１】図１１，図１２は、上述した実施例の図
５，図６と類似し、図８の実施例におけるスロットの両
側の負荷伝達境界面２３０Ａ，２３０Ｂを示している。
Ｌ，Ｍ，Ｎは、図５，図６と同様の長さを指し示す。こ
れらの２つの実施例によって、同一の負荷伝達境界面を
得ることができることが直ちに分かる。図１の実施例
は、ブレード根部１０６の長さを実際に短くすることに
よってこれを達成し、図８の実施例は、スロット表面の
材料を除去してラグ２２０の一部とブレード根部２０６
の一部との間に間隙を形成することでこれを達成する。
いずれの場合でも、従来技術の負荷伝達境界面の“除去
された”部分は、従来技術において反作用負荷が比較的
低い領域に位置していた部分である。さらに、両方の実
施例において、負荷伝達境界面の長さに沿って伝達され
る負荷は、従来技術よりも均一であり、これにより、ラ
グの最大応力を低下させることができる。従って、図３
の曲線１３６，１３８の全体的な形状は、図８でも同様
に得られるが、図１の実施例は、ブレード重量の減少お
よびこれに対応してラグに伝達されるブレードの全負荷
が比較的低いという追加の利点を有する。
５，図６と類似し、図８の実施例におけるスロットの両
側の負荷伝達境界面２３０Ａ，２３０Ｂを示している。
Ｌ，Ｍ，Ｎは、図５，図６と同様の長さを指し示す。こ
れらの２つの実施例によって、同一の負荷伝達境界面を
得ることができることが直ちに分かる。図１の実施例
は、ブレード根部１０６の長さを実際に短くすることに
よってこれを達成し、図８の実施例は、スロット表面の
材料を除去してラグ２２０の一部とブレード根部２０６
の一部との間に間隙を形成することでこれを達成する。
いずれの場合でも、従来技術の負荷伝達境界面の“除去
された”部分は、従来技術において反作用負荷が比較的
低い領域に位置していた部分である。さらに、両方の実
施例において、負荷伝達境界面の長さに沿って伝達され
る負荷は、従来技術よりも均一であり、これにより、ラ
グの最大応力を低下させることができる。従って、図３
の曲線１３６，１３８の全体的な形状は、図８でも同様
に得られるが、図１の実施例は、ブレード重量の減少お
よびこれに対応してラグに伝達されるブレードの全負荷
が比較的低いという追加の利点を有する。
【００２２】本発明は、例示的な実施例に基づいて説明
および図示したが、当業者であれば分かるように、上述
および種々の他の変更、省略、および追加は、本発明の
趣旨および範囲から逸脱せずに行うことができる。例え
ば、ブレード根部とスロットとの間の間隙３０４，３０
６に類似する間隙を、ディスクラグではなくブレード根
部負荷反作用面から少量の材料を除去することによって
形成することができる。
および図示したが、当業者であれば分かるように、上述
および種々の他の変更、省略、および追加は、本発明の
趣旨および範囲から逸脱せずに行うことができる。例え
ば、ブレード根部とスロットとの間の間隙３０４，３０
６に類似する間隙を、ディスクラグではなくブレード根
部負荷反作用面から少量の材料を除去することによって
形成することができる。
【図１】本発明の一実施例に係るロータアセンブリの後
方からの部分説明図である。
方からの部分説明図である。
【図２】ロータディスク軸を含む、図１の２−２線に沿
ったロータディスクラグの断面図である。
ったロータディスクラグの断面図である。
【図３】従来技術のディスクアセンブリと本発明の一実
施例のディスクアセンブリにおけるスロットの長さに沿
った反作用負荷の変動を示す、図２の３−３線に沿った
断面図である。
施例のディスクアセンブリにおけるスロットの長さに沿
った反作用負荷の変動を示す、図２の３−３線に沿った
断面図である。
【図４】ブレード根部スロットの長さに平行な図３の方
向Ｄからの説明図である。
向Ｄからの説明図である。
【図５】図１の実施例におけるブレード根部スロットの
一方側に沿ったディスクおよびブレードの負荷伝達境界
面を示す図４の５−５線に沿った説明図である。
一方側に沿ったディスクおよびブレードの負荷伝達境界
面を示す図４の５−５線に沿った説明図である。
【図６】図１の実施例におけるブレード根部スロットの
一方側に沿ったディスクおよびブレードの負荷伝達境界
面を示す図４の６−６線に沿った説明図である。
一方側に沿ったディスクおよびブレードの負荷伝達境界
面を示す図４の６−６線に沿った説明図である。
【図７】図１の実施例におけるブレード根部の断面形状
とディスクの前面、後面およびブレードプラットフォー
ムに対する全体的な位置を示す、図２の７−７線に沿っ
た断面図である。
とディスクの前面、後面およびブレードプラットフォー
ムに対する全体的な位置を示す、図２の７−７線に沿っ
た断面図である。
【図８】本発明の他の実施例を含むロータアセンブリを
示す、図２の断面図と同様のロータアセンブリの断面図
である。
示す、図２の断面図と同様のロータアセンブリの断面図
である。
【図９】図８の９−９線に沿った概略断面図である。
【図１０】ディスクの後面に垂直な図９の方向Ｓから
の、ブレードを取り除いた状態の説明図である。
の、ブレードを取り除いた状態の説明図である。
【図１１】図８の実施例におけるブレード根部スロット
の一方側に沿ったディスクおよびブレードの負荷伝達境
界面を示す図９の１１−１１線に沿った説明図である。
の一方側に沿ったディスクおよびブレードの負荷伝達境
界面を示す図９の１１−１１線に沿った説明図である。
【図１２】図８の実施例におけるブレード根部スロット
の一方側に沿ったディスクおよびブレードの負荷伝達境
界面を示す図９の１２−１２線に沿った説明図である。
の一方側に沿ったディスクおよびブレードの負荷伝達境
界面を示す図９の１２−１２線に沿った説明図である。
１０６…ブレード根部 １１８…ブレード根部スロット １２２Ａ，１２２Ｂ…ブレード根部負荷反作用面 １２４Ａ，１２４Ｂ…スロット負荷反作用面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャールズ ケイ．ウォン アメリカ合衆国，コネチカット，マンチェ スター，バックランド ストリート 39, アパートメント ナンバー 621−２ Ｆターム(参考） 3G002 AA04 AB08 AB09 BA02 BB02 BB04 BB05
Claims (13)
- 【請求項１】 回転軸と、反対向きの前面および後面
と、リムと、前記ディスク軸と少なくとも１０°である
角度θを形成する方向Ｄで前記前面から前記後面まで前
記リムを通って延びるとともに周方向に離間された複数
のブレード保持スロットと、を備えるディスクを含み、
隣接するスロットの対は、それぞれ間にディスクラグを
定めており、前記各スロットは、前記前面から方向Ｄで
前記ラグのうちの第１のラグ上に距離Ｍだけ延在する第
１の径方向内側に面するスロット負荷反作用面と、前記
後面から方向Ｄで前記第１のラグに隣接する前記ラグの
うちの第２のラグ上に距離Ｎだけ延在する第２の径方向
内側に面するスロット負荷反作用面と、を有するととも
に、前記前面から前記後面まで方向Ｄで長さＬを有して
おり、 エアフォイルと該エアフォイルと一体の根部をそれぞれ
備える複数のブレードを有し、前記根部は、前記スロッ
トのうちの対応するスロット内に配置されるとともに、
方向Ｄに距離Ｍだけ延在する径方向外側に面する第１の
根部負荷反作用面と、方向Ｄに距離Ｎだけ延在する径方
向外側に面する第２の根部負荷反作用面と、を有し、前
記第１の根部負荷反作用面は、距離Ｍにわたって前記第
１のスロット負荷反作用面と接触するように設けられて
おり、前記第２の根部負荷反作用面は、距離Ｎにわたっ
て前記第２のスロット負荷反作用面と接触するように設
けられており、前記スロットの長さＬは、距離Ｍおよび
距離Ｎの少なくとも一方よりも長いことを特徴とするロ
ータアセンブリ。 - 【請求項２】 距離Ｍと距離Ｎは等しいことを特徴とす
る請求項１記載のロータアセンブリ。 - 【請求項３】 前記スロットの長さＬは、距離Ｍおよび
距離Ｎの両方の距離よりも長いことを特徴とする請求項
１記載のロータアセンブリ。 - 【請求項４】 前記ブレード根部は、前記方向Ｄに垂直
で、かつそれぞれ反対方向に面する端面を備えているこ
とを特徴とする請求項１記載のロータアセンブリ。 - 【請求項５】 前記ブレード根部は、それぞれ反対方向
に面し、かつ前記軸方向に対して垂直な端面を備えてい
ることを特徴とする請求項１記載のロータアセンブリ。 - 【請求項６】 前記ブレード根部のそれぞれの端面は、
少なくとも前記根部反作用面の径方向範囲にわたって径
方向の線と実質的に平行な平面部分を含み、前記各平面
部分と方向Ｄとの間の角度は、９０°と角度θの間であ
ることを特徴とする請求項２記載のロータアセンブリ。 - 【請求項７】 前記平面部分は、互いに平行であるとと
もに距離Ｐだけ離間されており、距離Ｐは、前記ブレー
ドスロットの長さＬよりも短いことを特徴とする請求項
６記載のロータアセンブリ。 - 【請求項８】 距離Ｐ、距離Ｍ、距離Ｎは、実質的に等
しいことを特徴とする請求項７記載のロータアセンブ
リ。 - 【請求項９】 前記ブレード根部の少なくとも１つの端
面は、前記根部反作用面の径方向範囲にわたって反対向
きの前記前面または前記後面の一方と実質的に同一平面
上にあり、前記根部負荷反作用面の少なくとも１つは、
方向Ｄで前記少なくとも１つの端面までの延長部を含
み、前記スロットは、前記負荷反作用面の延長部から離
間されて間に間隙が残されることを特徴とする請求項１
記載のロータアセンブリ。 - 【請求項１０】 前記根部の端面の一方が、前記根部負
荷反作用面の径方向範囲にわたって前記前面と実質的に
同一平面上にあり、前記根部の端面の他方が、前記根部
負荷反作用面の径方向範囲にわたって前記後面と実質的
に同一平面上にあり、前記根部負荷反作用面は、方向Ｄ
で対応する前記根部の端面までの延長部を含み、前記ス
ロットは、前記負荷反作用面の各延長部から離間されて
間にそれぞれ間隙が残されることを特徴とする請求項１
記載のロータアセンブリ。 - 【請求項１１】 距離Ｍと距離Ｎは、等しいことを特徴
とする請求項１０記載のロータアセンブリ。 - 【請求項１２】 前記根部は、ダブテール形の根部であ
ることを特徴とする請求項１０記載のロータアセンブ
リ。 - 【請求項１３】 前記根部は、ダブテール形の根部であ
ることを特徴とする請求項１記載のロータアセンブリ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/746,255 US6439851B1 (en) | 2000-12-21 | 2000-12-21 | Reduced stress rotor blade and disk assembly |
| US09/746255 | 2000-12-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002201910A true JP2002201910A (ja) | 2002-07-19 |
| JP4101508B2 JP4101508B2 (ja) | 2008-06-18 |
Family
ID=25000063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001386954A Expired - Fee Related JP4101508B2 (ja) | 2000-12-21 | 2001-12-20 | ロータアセンブリ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6439851B1 (ja) |
| EP (2) | EP1219782B1 (ja) |
| JP (1) | JP4101508B2 (ja) |
| DE (2) | DE60138579D1 (ja) |
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| JP2014005837A (ja) * | 2013-10-18 | 2014-01-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 軸流圧縮機用動翼および軸流圧縮機 |
| JP2017223224A (ja) * | 2016-06-13 | 2017-12-21 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | ブレードの応力を低減するロックワイヤタブバックカット |
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| US6902376B2 (en) * | 2002-12-26 | 2005-06-07 | General Electric Company | Compressor blade with dovetail slotted to reduce stress on the airfoil leading edge |
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| SE526255C2 (sv) * | 2003-03-14 | 2005-08-09 | Sandvik Intellectual Property | Verktyg och indexerbart skär för finsvarvning av rotationssymmetriska spår i arbetsstycken |
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