JP2003148104A - タービンエンジン用のブレードおよびロータアセンブリ - Google Patents
タービンエンジン用のブレードおよびロータアセンブリInfo
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Abstract
る。 【解決手段】 中心線を有するタービンエンジン用のブ
レード(203)は、上記中心線に対してある角度で延
在する根部と、この根部から延在するエアフォイル部
(215)とを含む。根部は、エアフォイル部(21
5)に直接隣接している。すなわち、ブレード(20
3)は、ネック部を有していない。ブレード(203)
は、ロータアセンブリの一部であり、好ましくはファン
ブレードである。
Description
用のブレードに関し、特に、ガスターボファンエンジン
用のファンブレードに関する。
ーボファンエンジン50の断面図を示している。簡単に
説明すると、空気は、ナセルNの入口51から流入す
る。ファン部53は、入口51から流入する空気を圧縮
する。ファン部53は、また、主要なエンジン流れすな
わちコアエンジン流れCと、2次的な流れすなわちバイ
パス流れBへと空気を分離する。これらの流れは、この
地点からエンジンの異なる流路を通って移動する。
に流入する。圧縮部は、一般に低圧圧縮機55と高圧圧
縮機57とを含む。圧縮部では、空気の圧力を上昇させ
て、燃焼サイクルを促進する。
ディフューザ/燃焼部59に流入する。ディフューザ
は、コアエンジン流れCの速度を減少させて、圧力をさ
らに上昇させる。燃焼部59では、コアエンジン流れC
が燃料(図示省略)と混合され、この混合物が燃焼され
る。
に流入する。一般に、タービン部は、高圧圧縮機57に
接続された高圧タービン61と、低圧圧縮機55とファ
ンとに接続された低圧タービン63とを含む。
と低圧タービン63を駆動した後に、ノズル65を通っ
てエンジン50から流出する。ノズル65を通るコアエ
ンジン流れCは、推力を発生させる。
る。その代わりに、バイパス流れBは、ファン部53を
通ってノズル67から流出し、コアエンジンの周囲を移
動する。ノズル67を通るバイパス流れBも、推力を発
生させる。高バイパス比のターボファンでは、バイパス
流れBによって発生する推力がエンジンの総推力の大き
な部分(例えば75パーセント)を占めうる。
が増すに従って、一般にエンジン50の直径を増加させ
る。エンジンが大きくなると、より大きい推力が発生す
る一方で、航空機の重量が増加する。重量増加の一部分
は、エンジン内で直接生じる。例えば、より大きいエン
ジンは、より大きくかつ重いファンブレードを有し、こ
のようなファンブレードは、比較的重いディスク、ベア
リング、および支持部を必要とする。また、重量増加の
一部分は、間接的に生じる。例えば、より大きいファン
ブレードは、破断したブレードの破片を吸収するより強
固な封じ込め構造体を必要とする。さらに、より大きい
エンジンでは、より強固なパイロンを航空機に設けると
ともに、比較的大きい支柱、フランジ、支持部、および
取付部をナセルに設けることが必要となる。
められている。実際には、可能な限り重量を減少させる
ことが好ましい。
ることである。
量を減少させることである。
ンブレードを固定する保持構造体の寸法を減少させるこ
とである。
法を減少させることである。
一定に保ちながらファンを通る質量流量を増加させるこ
とである。
質量流量を一定に保ちながらブレード長さを短縮するこ
とである。
時にブレードの破片の運動エネルギを減少させることで
ある。
ードの破片を閉じ込めるために使用される封じ込め構造
体の寸法を減少させることである。
後にロータにかかる不均衡負荷を減少させることであ
る。
ス、支柱、フランジ、支持部、取付部、およびエンジン
パイロンの寸法などのエンジンおよび航空機の構造的な
必要条件を減少させることである。
他の目的は、1つの形態では、中心線を有するタービン
エンジン用のブレードによって達成される。このブレー
ドは、上記中心線に対してある角度で延在する根部と、
この根部から延在するエアフォイル部と、を含む。上記
根部は、上記エアフォイル部に直接隣接している。
形態では、軸方向を有するタービンエンジン用のブレー
ドによって達成される。このブレードは、軸方向に設け
られた根部と、この根部から延在するエアフォイル部と
を含む。ブレードは、根部とエアフォイル部との間にネ
ック部を有していない。
他の形態では、軸方向を有するタービンエンジン用のロ
ータアセンブリによって達成される。このロータアセン
ブリは、軸方向に設けられた複数の溝と、複数のネック
部を含まないブレードと、を有する。これらのブレード
は、連続するとともに拡大されたヘッド部を備える根部
を有し、この拡大されたヘッド部は、対応する溝に配置
されるように設けられる。
に他の形態では、流路を有するターボファンエンジンに
よって達成される。このエンジンは、ファン部、圧縮
部、燃焼部、タービン部、および排気部を含む。ファン
部は、ディスクと、このディスクに固定された複数のブ
レードと、を含む。上記ディスクの外側面と、上記ブレ
ードの一部と、が上記流路の内側境界を画成する。
タアセンブリを示している。図2では、ロータアセンブ
リ100は、複数の溝103を備えるディスク101を
含む。これらの溝103は、タービンエンジンの軸方向
中心線Aに実質的に平行に延びている。各々の溝103
は、対応するブレード111をそれぞれ収容する。
わち外側領域は、エアフォイル113を含み、ブレード
111の基部に近い領域すなわち内側領域は、ダブテー
ル115を備える根部を含んでいる。ダブテール115
は、対応する溝103と係合するように、エンジンの軸
方向中心線Aに対して実質的に平行に延在する。ダブテ
ール115は、ノッチ117を備えている。
の間で、ブレード111からプラットフォーム119が
延在している。このプラットフォーム119は、エンジ
ンの軸方向中心線Aに対してある角度で径方向に延在す
る。また、プラットフォーム119は、隣接するブレー
ドのプラットフォームとそれぞれ接触してコアエンジン
流路の内側境界を画成する。ダブテール115とプラッ
トフォーム119との間には、ネック部121が設けら
れている。
1にブレード111を固定するのを補助する。分割ロッ
クリング131は、ブレード111を溝103内に配置
した後でダブテール115のノッチ117内に配置され
る。
1’とを有する同様のロータアセンブリ100’を示し
ている。図2のノッチ117と分割リング131を含む
保持機構を使用する代わりに、ダブテール115’は、
ディスク101’の面に接触するタブ133’を備えて
いる。円錐状セグメント(図示省略)がロータ100’
の前方面に固定されると、タブ133’は、ロータ10
0’と円錐状セグメントとの間に締結される。
15’は、エンジンの軸方向中心軸Aに対して実質的に
平行に延在する。
示している。ロータ100と同様に、ロータアセンブリ
100”は、ディスク101”にブレード111”を保
持するのを補助するために、分割ロックリング131”
を使用する。図2,図3のブレードとは異なり、ブレー
ド111”では、コアエンジン流路の内側境界を画成す
るためにプラットフォームが使用されない。その代わり
に、インサート135”が隣接するブレード111”の
間に配置される。これらのインサート135”が、コア
エンジン流路の内側境界を画成する。
15”は、エンジンの軸方向中心線Aに対して実質的に
平行に延在する。
アセンブリの共通の特徴を概略的に示している。これら
のロータアセンブリでは、ダブテール115,11
5’,115”は、軸方向に対して実質的に平行な線D
に沿って延びている。ダブテール115は、軸方向に対
して実質的に平行であるが、径方向成分を僅かに有する
こともできる。角度αが、線Dの軸方向中心線に対する
径方向のずれを示している。角度αは、約0°〜10°
でありうる。
流路の内側境界は、線Iに沿って延在している。線I
は、実質的に軸方向に延びているが、径方向成分も有し
ている。角度βが、線Iの軸方向中心線Aに対する径方
向のずれを示している。角度βは、約10°〜25°の
範囲でありうる。
の角度差は、約25°に達しうる。一般に、遷移領域す
なわちネック部が、ダブテールとコアエンジン流路の内
側境界との間の領域を占めている。しかし、ネック部
は、ブレードの“機能する”部分ではない。このネック
部は、ディスク内でのブレードの保持を補助する機能も
コアエンジン流れCを圧縮する機能も有していない。こ
のように機能しない部品は、エンジン重量を増加させる
だけである。
ちネック部を使用していない。残りの図面は、本発明の
種々の異なる実施例を示している。
実施例を示す説明図である。ロータアセンブリ200
は、ディスク201とブレード203とを含む。図9
は、ディスク201の一部を示す斜視図である。
つ前方面205、後方面207、および外側面209を
備える。図7に明瞭に示されているように、ディスク2
01の外径は、前方面205から後方面207に向かっ
て拡大している。(例えば図11などの)図では、ディ
スク201の外側面209が、前方面205と後方面2
07との間で曲線状に設けられているが、外側面は直線
状などの他の適切な形状を有することができる。
境界を実質的に画成する。外側面209は、実質的に前
方面205と後方面207との間に延在する複数の溝2
11を備える。ショルダ部213が、溝211に隣接し
て前方面205に沿って設けられている。これらの溝2
11は、ディスク201にブレード203を固定する保
持構造体の一方側を定める。
211は、軸方向中心線Aに対してある角度で延在して
いる。また、溝211は、前方面205から後方面20
7まで直線状に延びることが好ましい。これらの溝21
1は、実質的にディスク201の外側面209に沿って
設けられる。外側面209は、曲線状とすることができ
るので、直線状の溝211は、(例えば約5°までの)
僅かに非平行な局部領域を有してもよい。
ることもできる。この形状は、ブレードのエアフォイル
部215の複雑な形状に対応する。図10は、ブレード
203の一部を示している。
基部から離れた領域即ち外側領域に設けられている。ブ
レード203は、さらにダブテール217を有する根部
を含み、このダブテール217は、対応する1つの溝2
11に挿入される。ブレード203の根部は、さらにタ
ブ219を備えている。
ィスク201に固定するために使用される保持構造体の
他方側を定めている。図では、保持構造体を溝211/
ダブテール217として示しているが、ディスク201
にブレード203を固定するのに適した他の機構を使用
することもできる。例えば、保持構造体は、ダブテール
217の代わりにもみの木形の機構を使用してもよい。
15との間にプラットフォーム221を含む。プラット
フォーム221は、ブレード203をディスク201の
溝211に設置した後に、間隙を塞ぐように機能する。
換言すると、プラットフォーム221は、コアエンジン
流路の内側境界の小さな部分を画成する。図8に示すよ
うに、プラットフォーム221は、ディスク201の外
側面209と面一となっている。
のブレードのプラットフォームに比べて幅が狭い。概し
て言えば、プラットフォーム221の幅が狭くなってい
るのは、ディスク201の外側面209がコアエンジン
流路の内側境界の大部分を画成しているためである。ブ
レード203の根部がエアフォイル部へと直接遷移して
いるので、ブレード203はネック部がないと見なされ
る。
態のロータアセンブリを示している。この状態に達する
には、以下のように組立が行われる。各々のブレード2
03は、タブ219がショルダ部213に接する位置ま
で、ディスク201の溝211内にそれぞれ連続的に配
置される。次に、ブレード203の前方移動を防止する
ために、分割ロックリング223が、ブレード203と
ディスク201との間に形成される間隙内に配置され
る。従来のブレードとは異なり、本発明のタブ219
は、回転によるブレードの後方移動を防止する。後方移
動は、溝211が軸方向と径方向の両方向に延びている
ために生じる。
技術を用いて低圧コンプレッサ225と円錐状セグメン
ト227に固定される。
る。本発明を使用することによる主な利点は、ファンブ
レード重量の減少である。この主な利点は、多くの他の
利点をもたらす。
ィスクにブレードを保持するために比較的小さい保持構
造体を使用することができる。保持構造体が比較的小さ
いと、直径が比較的小さいディスクの使用が可能とな
る。ディスクの直径が小さいと、(エンジン直径が一定
であると仮定すると)ファンを通る質量流量が増加す
る。また、直径が小さいディスクは、ファンを通る同じ
質量流量を提供しながらエンジン直径を縮小することを
可能とする。
レードの破断時におけるブレードの破片の運動エネルギ
を減少させる。このエネルギの減少により、破断したブ
レードの破片を閉じ込めるために使用される封じ込め構
造体の寸法を縮小することができる。
レード破断後にロータにかかる不均衡負荷を減少させ
る。不均衡負荷が比較的小さいことによって、エンジン
ケース、支柱、フランジ、支持部、取付部、およびエン
ジンパイロンの寸法などの構造的な必要条件が減少す
る。
の実施例を示している。このロータアセンブリは、ロー
タアセンブリ200と類似しているので、異なる点のみ
について説明する。同様の特徴部には同様の符号が付さ
れているが、百の位が変更されている。
このディスク301は、ディスク201と同様の特徴を
有する。しかし、ディスク301は、追加の特徴部を有
している。すなわち、ディスク301は、後方面307
と外側面309との間に延びる開口部329を含んでい
る。これらの開口部は、隣接する溝311の間に位置す
る。
ブレード303は、ダブテール217に設けられたタブ
219を除いてブレード203と同様の特徴を有する。
ブレード303は、ダブテール319のみを有してい
る。
態のロータアセンブリを示している。ロータアセンブリ
200に関して上述したように、ブレード303のダブ
テール319は、ディスク301の溝311に挿入され
る。次に、分割ロックリングが、ロータアセンブリの前
方で、かつディスク301とブレード303との間の間
隙に配置される。
後方端部においてロータアセンブリ200とは異なる保
持機構を使用する。具体的には、エンジンは、ディスク
301を低圧コンプレッサ325の環状のフランジ33
1に固定するために締結具Fを使用する。環状のフラン
ジ331は、溝311の後部にわたって延在して、ブレ
ード303の後方移動を防止する。締結具Fは、ディス
ク301の開口部329を通って延在する。これらの開
口部は、コアエンジン流れの乱れを防止するために、続
いて適切なシール材で充填される。
施例を示している。このロータアセンブリは、上述のロ
ータアセンブリと類似しているので、異なる点のみにつ
いて説明する。同様の特徴部には同様の符号が付されて
いるが、百の位が変更されている。
な違いは、後方保持機構にある。図15に示すように、
このロータアセンブリは、第2の分割ロックリング43
3を使用する。ロックリング433を収容するために、
ディスク401の後部には複数の延長部435が含まれ
ており、これらの延長部は、ディスク401の前方でロ
ックリング423を保持するために使用されるものと同
様である。延長部435は、溝411の側方に位置する
とともに、ディスク401の後部とブレード403との
間に間隙を提供する。ロックリング433は、ブレード
401の後方移動を防止するためにこの間隙に配置され
る。
らに他の実施例を示している。このロータアセンブリ
は、他のロータアセンブリと類似しているので、異なる
点のみについて説明する。同様の特徴部には同様の符号
が付されているが、百の位が変更されている。
な違いは、保持機構にある。図17に示すように、ディ
スク501の溝511は、前方面505に隣接して拡大
された部分537を含んでいる。この拡大された部分5
37は、ブレード503のプラットフォーム521に設
けられた延長部539を収容する。プラットフォーム5
21と延長部539とは、ブレードの前方でウェッジ形
状を成す。図18は、プラットフォーム521に設けら
れた延長部539を示している。
固定されたブレード503を示している。ブレード50
3のウェッジ形状部分は、対応する形状を有するディス
ク501の溝511の拡大された部分537と接する。
このウェッジ形状は、ブレード503の後方移動を防止
する。他の実施例と同様に、ディスク501とブレード
503との間に配置された分割ロックリング(図示省
略)がブレード503の前方移動を防止する。
て説明した。しかし、本発明から逸脱せずに本発明と同
様の機能を実行するために、他の同様の実施例を使用す
ることができるとともに、説明した実施例に変更や追加
を行うことができる。よって、本発明は、1つの実施例
に限定されるものではなく、請求項に記載された範囲に
よって定められる。
る。
である。
視図である。
を使用するタービンエンジンの種々の部品の配置を示す
説明図である。
の正面図である。
の部分説明図である。
ドの部分説明図である。
ジンの部分断面図である。
ディスクの部分説明図である。
で使用されるブレードの前方からの説明図である。図1
3Bは、ロータアセンブリの他の実施例で使用されるブ
レードの後方からの説明図である。
ンエンジンの部分断面図である。
ービンエンジンの部分断面図である。
図である。
スクの部分説明図である。
ードの部分説明図である。
る。
Claims (20)
- 【請求項1】 中心線を有するタービンエンジン用のブ
レードであって、このブレードは、 前記中心線に対してある角度で延在する根部と、 前記根部から延在するエアフォイル部と、を有し、 前記根部は、前記エアフォイル部に直接隣接しているこ
とを特徴とするタービンエンジン用のブレード。 - 【請求項2】 前記ブレードは、ファンブレードである
ことを特徴とする請求項1記載のタービンエンジン用の
ブレード。 - 【請求項3】 前記根部は、連続していることを特徴と
する請求項1記載のタービンエンジン用のブレード。 - 【請求項4】 前記根部は、拡大されたヘッド部を含む
ことを特徴とする請求項3記載のタービンエンジン用の
ブレード。 - 【請求項5】 前記拡大されたヘッド部は、ダブテール
もしくはもみの木形状を有することを特徴とする請求項
4記載のタービンエンジン用のブレード。 - 【請求項6】 前記ブレードをディスクに取り付けたと
きに、このブレードの後方移動を防止する手段をさらに
含むことを特徴とする請求項1記載のタービンエンジン
用のブレード。 - 【請求項7】 軸方向を有するタービンエンジン用のブ
レードであって、このブレードは、 軸方向に設けられた根部と、 前記根部から延在するエアフォイル部と、を有し、 前記ブレードは、前記根部と前記エアフォイル部との間
にネック部を有していないことを特徴とするタービンエ
ンジン用のブレード。 - 【請求項8】 前記ブレードは、ファンブレードである
ことを特徴とする請求項7記載のタービンエンジン用の
ブレード。 - 【請求項9】 前記根部は、連続していることを特徴と
する請求項7記載のタービンエンジン用のブレード。 - 【請求項10】 前記根部は、拡大されたヘッド部を含
むことを特徴とする請求項9記載のタービンエンジン用
のブレード。 - 【請求項11】 前記拡大されたヘッド部は、ダブテー
ルもしくはもみの木形状を有することを特徴とする請求
項10記載のタービンエンジン用のブレード。 - 【請求項12】 前記ブレードをディスクに取り付けた
ときに、このブレードの後方移動を防止する手段をさら
に含むことを特徴とする請求項7記載のタービンエンジ
ン用のブレード。 - 【請求項13】 軸方向を有するタービンエンジン用の
ロータアセンブリであって、 軸方向に設けられた複数の溝を備えるディスクと、 ネック部を含まない複数のブレードと、を有し、前記ブ
レードは、連続するとともに拡大されたヘッド部を有す
る根部をそれぞれ含み、前記ヘッド部は、対応する前記
溝の1つに配置されるように設けられていることを特徴
とするタービンエンジン用のロータアセンブリ。 - 【請求項14】 前記ブレードは、ファンブレードであ
ることを特徴とする請求項13記載のタービンエンジン
用のロータアセンブリ。 - 【請求項15】 前記拡大されたヘッド部は、ダブテー
ルもしくはもみの木形状を有することを特徴とする請求
項13記載のタービンエンジン用のロータアセンブリ。 - 【請求項16】 前記ブレードを前記ディスクに取り付
けたときに、このブレードの後方移動を防止する手段を
さらに含むことを特徴とする請求項13記載のタービン
エンジン用のロータアセンブリ。 - 【請求項17】 流路を有するターボファンエンジンで
あって、 ディスクと、このディスクに固定された複数のブレード
と、を含むファン部と、 圧縮部と、 燃焼部と、 タービン部と、 排気部と、を有し、 前記ディスクの外側面と、前記ブレードの一部と、によ
って前記流路の内側境界が画成されていることを特徴と
するターボファンエンジン。 - 【請求項18】 前記ブレードの一部は、前記ディスク
の外側面と面一となっていることを特徴とする請求項1
7記載のターボファンエンジン。 - 【請求項19】 前記ブレードの一部は、プラットフォ
ームであることを特徴とする請求項18記載のターボフ
ァンエンジン。 - 【請求項20】 前記ブレードは、前記ディスクの対応
する溝に収容される保持部をそれぞれ有し、この保持部
は、前記流路の内側境界に対して平行に延在しているこ
とを特徴とする請求項17記載のターボファンエンジ
ン。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/991149 | 2001-11-14 | ||
US09/991,149 US6764282B2 (en) | 2001-11-14 | 2001-11-14 | Blade for turbine engine |
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Family Applications (1)
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