JP2007040295A - ガスタービンエンジン用のブレード - Google Patents

Abstract

【課題】バットレス（１１６）にかかる応力を減少させるために、バットレスから離れるように荷重伝達経路を再分配する方法を提供する。
【解決手段】ガスタービンエンジンで使用されるブレード（１００）が提供される。このブレードは、プラットフォーム（１０２）、プラットフォームの第１の面（１０６）から径方向に延在するエアフォイル部（１０４）、およびプラットフォームの第２の面（１１０）すなわち下面から延在する取付部（１０８）を有する。取付部は、プラットフォームの第２の面と隣接するバットレス（１１６）を含む。ブレードには、バットレスから離れるように荷重を再分配するために、プラットフォームの第２の面に追加材料（１４０）が設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、タービンブレードのバットレスから離れるように荷重を分配してブレードに作用する応力を減少させるために、追加の材料が設けられたプラットフォームを有するタービンブレードに関する。

米国政府は、米空軍から与えられた契約番号第Ｆ３３６５７−９９−Ｄ−２０５１−００１４号による権利を本発明に有する。

図１〜図３を参照すると、ガスタービンエンジンで使用されるタービンブレード構造が示されている。タービンブレード３０は、プラットフォーム３２、プラットフォーム３２から径方向に延在する（一部のみが示された）エアフォイル部３４、および取付部３６を有する。取付部は、一般に、ブレード３０を回転ディスク（図示省略）に連結するダブテール部３８、ネック部４０、およびネック部４０とプラットフォーム３２の後縁側下面４４との間に延在するバットレス４２を含む。特定のブレードが受ける速度および温度が比較的低ければ、エアフォイル部は鋸歯状部分に隣接して短いルートネック部やバットレスを有してもよい。バットレス４２は、二次流れの漏れを最少化するように機能する。比較的高い応力および温度を受けるブレードは、バットレスと鋸歯状部分との間の漏れ領域を覆う側面プレートを使用するエアフォイルを有する。

タービンブレードには、ブレードとベーンとの間の流路の漏れを最少化するために必要な比較的大きい前縁プラットフォームを有するものがある。プラットフォームの大きい張出部、高いロータ速度、短いルートネック部、および比較的高い温度によって、鋸歯状部分の上部と負圧側面および正圧側面のバットレスとの接合部で応力集中が生じる。

バットレスにかかる応力を減少させるために、バットレスから離れるように荷重伝達経路を再分配する方法が求められている。

本発明のタービンブレードには、タービンブレードのバットレスから離れるように荷重伝達経路を再分配するシステムが設けられている。

本発明によると、プラットフォーム、プラットフォームの第１の面から径方向に延在するエアフォイル部、およびプラットフォームの第２の面から延在する取付部を含むブレードが提供される。取付部は、プラットフォームの第２の面に隣接するバットレスを含む。ブレードには、バットレスから離れるように荷重を再分配する手段が設けられている。

バットレスの応力を低下させるカモノハシの鼻口部形状（ｐｌａｔｙｐｕｓ）のタービンエアフォイルプラットフォームの他の詳細、およびこれに関する他の目的や利点は、以下の実施形態および添付図面に記載されている。なお、これらの図面では対応部および相当部には同一番号を付している。

図４〜図８を参照すると、本発明に係るタービンブレード１００の一部が示されている。タービンブレード１００は、プラットフォーム１０２、プラットフォーム１０２の第１の面１０６から径方向に延在するエアフォイル部１０４、およびプラットフォーム１０２の第２の面すなわち下面１１０から延在する取付部１０８を有する。取付部１０８は、タービンブレード１００をディスクなどのロータ(図示省略)のスロット（図示省略）に固定するダブテール部１１２を含む。取付部１０８は、ダブテール部１１２とプラットフォーム１０２の第２の面１１０との間にネック部１１４をさらに含む。また、取付部１０８は、プラットフォーム１０２の第２の面１１０とネック部１１４の前縁端との間にバットレス１１６を有する。動作時には、バットレス１１６が上述のように応力にさらされる。

プラットフォーム１０２は、前縁１２０、負圧側面１２２、前縁側ルート面１２３、および正圧側面１２４を備える。プラットフォームの前縁１２０は、厚さＴ１を有する。負圧側面１２２と正圧側面１２４とは、それぞれ厚さＴ２を有する。プラットフォームは、さらに長手方向中心軸１２６を有する。

本発明によると、プラットフォーム１０２の前縁には、荷重をバットレス１１６から離れて前縁側ルート面１２３の中心に向かって再分配するように、追加材料１４０が設けられている。この追加材料１４０は、プラットフォーム１０２およびタービンブレード１００の形成に使用されるのと同じ材料であることが好ましい。追加材料１４０は、タービンブレード１００の鋳造時に形成可能である。本発明の好適実施例では、追加材料１４０は、カモノハシの鼻口部と同様の形状を有する。

次に、特に図８を参照すると、バットレス１１６から離れるように荷重を再分配するシステムを含む例示的な追加材料の形態の曲面形状を示す断面図が示されている。図８に示した種々の点１〜点２４における追加材料１４０の厚さが、表Ｉに記載されている。厚さは、正規化した割合として示されており、最も厚い点５における最大厚さが１００％となっている。

厚さ１〜厚さ２４は、前方ルート面１２１と前縁１２０との間の領域において３本の線Ａ，Ｂ，Ｃに沿って測定されている。線Ａは、バットレス１１６に最も近接しており、前方ルート面１２１から約１３．５１％の正規化した距離に位置する。線Ｂは、前方ルート面１２１から約４７．３０％の正規化した距離に位置し、線Ｃは、前方ルート面１２１から約８８．５９％の正規化した距離に位置する。

図８からわかるように、第２の面１１０上の追加材料１４０の厚さは、負圧側面１２２と正圧側面１２４の両面から（線Ａ上の）最大点５、（線Ｂ上の）最大点１２、および（線Ｃ上の）最大点２０に向かって徐々に増加し、これらの最大点は、好ましくは長手方向中心軸１２６からオフセットされている。さらに、図８からわかるように、第２の面１１０におけるプラットフォーム１０２の厚さは、前縁１２０に最も近接する線Ｃに沿った点から点５に向かって徐々に増加する。

追加材料１４０は、応力およびひずみの両方の荷重をバットレス１１６から離れて前縁側ルート面１２３の中心に向かって分配する点で有利である。これは、荷重が中間部に集中してから、プラットフォームの前縁の全幅にわたって分配される従来のブレードとは異なる。

従来技術に係るタービンブレードの部分側面図である。 従来技術に係るタービンブレードのプラットフォームおよびバットレスの前縁部分底部の斜視図である。 従来技術に係るタービンブレードの荷重伝達経路を示す説明図である。 本発明に係るタービンブレードの底部の斜視図である。 本発明に係るタービンブレードの側面図である。 本発明に係るタービンブレードの側面図である。 本発明に係る図４〜図６に示すタービンブレードの荷重伝達経路の分配を示す底部の斜視図である。 タービンブレードの荷重伝達経路を分配する例示的なシステムの曲面形状を示す断面図である。

符号の説明

１００…タービンブレード
１０２…プラットフォーム
１０４…エアフォイル部
１０６…プラットフォームの第１の面
１０８…取付部
１１０…プラットフォームの第２の面
１１２…ダブテール部
１１４…ネック部
１１６…バットレス
１２０…前縁
１２２…負圧側面
１２３…前縁側ルート面
１２４…正圧側面
１２６…長手方向中心軸
１４０…追加材料

Claims (16)

1. プラットフォームと、プラットフォームの第１の面から径方向に延在するエアフォイル部と、プラットフォームの第２の面から延在する取付部と、を有し、
   前記取付部は、プラットフォームの第２の面に隣接するバットレスを含み、
   バットレスから離れるように荷重を再分配する荷重再分配手段をさらに有することを特徴とするガスタービンエンジン用のブレード。
2. 前記プラットフォームは、負圧側面と正圧側面とを有し、前記荷重再分配手段は、前縁側ルート面の中心に向かって荷重を外側に導く手段を含むことを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジン用のブレード。
3. 前記プラットフォームは、前縁と該前縁における厚さを有し、前記荷重再分配手段は、前記前縁における厚さよりも大きい第１の厚さを有する第１の領域と、第１の厚さよりも大きい第２の厚さを有する第２の領域と、を含むことを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジン用のブレード。
4. 前記プラットフォームは、長手方向中心軸を有し、前記の第１の領域および第２の領域は、前記長手方向中心軸からオフセットされていることを特徴とする請求項３記載のガスタービンエンジン用のブレード。
5. 第１の領域は、前記プラットフォームの前縁に近接しており、第２の領域は前記バットレスに隣接していることを特徴とする請求項４記載のガスタービンエンジン用のブレード。
6. 前記プラットフォームは、厚さを有する負圧側面を有し、前記荷重再分配手段は、前記バットレスの中心点からオフセットされた第３の領域を含み、第３の領域における厚さは、前記負圧側面における厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジン用のブレード。
7. 前記プラットフォームは、前記負圧側面から第３の領域へ向かって増加する厚さを有することを特徴とする請求項６記載のガスタービンエンジン用のブレード。
8. 前記プラットフォームは、厚さを有する正圧側面を有し、第３の領域における厚さは、前記正圧側面における厚さよりも大きいことを特徴とする請求項６記載のガスタービンエンジン用のブレード。
9. 前記プラットフォームの厚さは、前記正圧側面から第３の領域に向かって増加していることを特徴とする請求項８記載のガスタービンエンジン用のブレード。
10. 前記荷重再分配手段は、前記プラットフォームの第２の面に設けられた追加材料を含むことを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジン用のブレード。
11. 第２の面は前記プラットフォームの下面であることを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジン用のブレード。
12. 第１の面、第２の面、正圧側面、負圧側面、および前縁を有するプラットフォームと、
    前記プラットフォームの第１の面から径方向に延在するエアフォイル部と、
    前記プラットフォームの第２の面から延在するネック部を含む取付部と、
    前記ネック部と第２の面との交差部に隣接して配置されたバットレスと、
    前記バットレスから離れるように荷重を分配するとともに、前記プラットフォームの第２の面に形成された追加材料を含む荷重分配システムと、を有することを特徴とするタービンブレード。
13. 前記追加材料は、前記前縁に隣接する第１の点から始まり、前記バットレスに隣接する第２の点まで厚さが増加し、
    前記追加材料は、前記負圧側面に隣接する第３の点から始まり、第３の点から第２の点まで厚さが増加し、
    前記追加材料は、さらに前記正圧側面に隣接する第４の点から始まり、第４の点から第２の点まで増加する厚さを有することを特徴とする請求項１２記載のタービンブレード。
14. 前記プラットフォームは、長手方向中心軸を有し、第２の点は、該長手方向中心軸からオフセットされていることを特徴とする請求項１３記載のタービンブレード。
15. 第１の点は、前記長手方向中心軸からオフセットされていることを特徴とする請求項１４記載のタービンブレード。
16. 前記エアフォイル部は、片持式エアフォイル部であることを特徴とする請求項１２記載のタービンブレード。

Images