JP2011127441A - 翼構造体及びブレードリング - Google Patents

Abstract

【課題】翼構造体において、空力性能を低下させることなくプラットフォームの短縮化を図る。
【解決手段】プラットフォーム３の翼４の設置面の一部であって翼４の前縁部４ａが設置されると共に流路壁の壁面Ｆよりも下方に向けて落ち込む前縁部設置領域３ｂと、前縁部設置領域３ｂに形成される前端部切落し領域３ｃとを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、翼構造体及びブレードリングに関するものである。
ここでいう翼構造体とは、ブレードリング、ブリスクのように翼とプラットフォームが一体で成形されるものと、支持構造によって別体の翼がディスクに支持されるものを含むものとする。なお、以下の説明においては、翼の高さ方向を上下方向とし、翼構造体における外径側方向を上方向、内径側方向を下方向とする。

従来から、例えばターボファンエンジンやターボジェット等に備えられる圧縮機においては、特許文献１に示すように、応力緩和や加工作業の負担軽減を目的としてプラットフォーム上にフィレットアール部を介して翼が設置されている。
このようなフィレットアール部が形成されることによって、翼面とプラットフォームの設置面が連続するため、翼とプラットフォームとを接合部にかかる応力を緩和することができる。また、翼及びプラットフォームは、単一の材料を削り加工あるいは電界加工することによって一体的に形成される。そして、フィレットアール部を形成することによって屈曲する領域がなくなるため、加工が容易となる。

米国特許第６４７８５３９号明細書

ところで、フィレットアール部を形成する場合には、当該フィレットアール部が翼の全周に亘って形成されることとなり、当然ながら前縁から前方に向けてもフィレットアール部が形成される。このため、フィレットアール部を形成する場合には、フィレットアール部を受けるためにプラットフォームを前方に延ばす必要がある。
しかしながら、プラットフォームを前方に延ばすことは、圧縮機等の全長が延びることと等しく、圧縮機等の大型化及び重量化を招くこととなる。

例えば、特許文献１には、フィレットアール部の曲率を段階的に変更することによってフィレットアール部の前縁からの突出距離を縮め、プラットフォームの短縮化を図ることによって圧縮機等の小型化及び軽量化を図る方法が提案されているが、さらなるプラットフォームの短縮化が求められている。

一方で、プラットフォームを短縮化するために、前縁から延びるフィレットアール部を切断することも考えられる。しかしながら、前縁から前方に延在するフィレットアール部を切断した場合には、フィレットアール部の切断面が流体の流路中に位置することとなり、空力性能が低下する。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、流路壁の一部を構成するプラットフォームと、該プラットフォームから上方に向けて立設すると共にフィレットアール部を介して上記プラットフォームと一体化する翼とを備える翼構造体において、空力性能を低下させることなくプラットフォームの短縮化を図ることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、流路壁の一部を構成するプラットフォームと、該プラットフォームから上方に向けて立設すると共にフィレットアール部を介して上記プラットフォームと一体化する翼とを備える翼構造体であって、上記プラットフォームの上記翼の設置面の一部であって上記翼の前縁部が設置されると共に上記流路壁の壁面よりも下方に向けて落ち込む前縁部設置領域と、該前縁部設置領域における上記翼の前縁部を切欠く切落し領域とを備えるという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記前端部切落し領域が、上記プラットフォームの前端が上記翼の前縁よりも後方となる深さで形成されているという構成を採用する。

第３の発明は、流路壁の一部を構成するプラットフォームと、該プラットフォームから上方に向けて立設すると共にフィレットアール部を介して上記プラットフォームと一体化する翼とを備える翼構造体であって、上記プラットフォームの上記翼の設置面の一部であって上記翼の後縁部が設置されると共に上記流路壁の壁面よりも下方に向けて落ち込む後縁部設置領域と、該後縁部設置領域における上記翼の後縁部を切欠く切落し領域とを備えるという構成を採用する。

第４の発明は、上記第３の発明において、上記後端部切落し領域が、上記プラットフォームの後端が上記翼の後縁よりも前方となる深さで形成されているという構成を採用する。

第５の発明は、ブレードリングであって、上記第１〜第４いずれかの発明である翼構造体からなるという構成を採用する。

本発明においては、プラットフォームの前縁部設置領域が流体の流れる流路壁の壁面よりも下方に向けて落ち込んでいる。このため、プラットフォームと翼の前縁部とを接続するフィレットアール部も、プラットフォームに連れて流路壁の壁面よりも下方に向けて落ち込んでいる。
一方で、本発明においては、流路壁の壁面よりも下方に落ち込む前縁部設置領域に切落し領域が形成される。
そして、まず、切落し領域が形成されることによってプラットフォームの短縮化が図れる。また、切落し領域によってプラットフォームと翼の前縁部とを接続するフィレットアール部が切断される場合であっても、その断面は、前縁部設置領域が流体の流れる流路壁の壁面よりも下方に向けて落ち込んでいるため、流路の外部に位置することとなる。よって、流路内にフィレットアール部の断面が存在することによる空力性能の低下を防止することができる。
したがって、本発明によれば、流路壁の一部を構成するプラットフォームと、該プラットフォームから上方に向けて立設すると共にフィレットアール部を介して上記プラットフォームと一体化する翼とを備える翼構造体において、空力性能を低下させることなくプラットフォームの短縮化を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態におけるブレードリングの斜視図である。 本発明の一実施形態におけるブレードリングが備える複数の翼のうち一枚を含んで拡大した斜視図である。 本発明の一実施形態におけるブレードリングが備える翼を側方から見た模式図である。 従来のブレードリングが備える翼を側方から見た模式図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る翼構造体の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、本発明の翼構造体の一例であるブレードリング１である。また、図２は、ブレードリング１が備える複数の翼４のうち１つを含んで拡大した斜視図である。また、図３は、翼２を側方から見た模式図である。
なお、本実施形態の説明においては、本発明の翼構造体を図１に示すブレードリング１に適用した例について説明する。

本実施形態のブレードリング１は、例えばターボファンエンジンやターボジェットエンジンが備える圧縮機に設置されるものであり、図１に示すように、ディスク２と、プラットフォーム３と、翼４と、図２に拡大して示すようなフィレットアール部５とを一体的に備えるものである。

ディスク２は、中央が圧縮機の軸に対して連結される円板状部材である。プラットフォーム３は、ディスク２の周縁部を構成するものである。翼４は、圧縮機の動翼として機能するものであり、フィレットアール部５を介してプラットフォーム３と一体化されている。フィレットアール部５は、翼４の翼面とプラットフォーム３の上面とを連続して接続するものである。
なお、一般的に翼４の高さ方向は、ディスク２の半径方向である。そして、以下の説明においては、翼の高さ方向を上下方向とし、圧縮機の軸から離れる方向（外形側方向）を上方向、圧縮機の軸に向かう方向（内径側方向）を下方向とする。つまり、本実施形態のブレードリング１において、全ての翼４は、プラットフォーム３から上方に向けて立設されている。

このようなブレードリング１は、ディスク２が圧縮機の軸と連結され、例えば静翼列と静翼列との間に配置される。そして、プラットフォーム３の上面３ａ（後述する前縁部設置領域３ｂを除く）は、図３に示すように、静翼列の静翼が設置される流体流路の軸側の面と略面一とされている。つまり、プラットフォーム３は、流体流路の流路壁の一部を構成している。
このようなブレードリング１は、圧縮機の軸の回転によってディスク２が回転し、これに伴って翼２も回転する。そして、翼２の回転よって流体が圧縮される。

そして、本実施形態のブレードリング１においては、特に図３に示すように、前縁部設置領域３ｂと、前端部切落し領域３ｃと、後縁部設置領域３ｄと、後端部切落し領域３ｅとを有している。

前縁部設置領域３ｂは、プラットフォーム３の上面（翼４の設置面）の一部であって翼４の前縁部４ａが設置されると共に流路壁の壁面Ｆよりも下方に向けて落ち込む領域である。なお、ここで言う、前縁部４ａとは、前縁４ａ１を含む翼４の前縁４ａ１側の部位を示す。また、ここで言う、流路壁の壁面Ｆは、圧縮機の軸側の壁面であり、プラットフォーム３の上面３ａと、図３に示す静翼１０が設置される設置面によって構成される面である。

前端部切落し領域３ｃは、流路壁の壁面Ｆよりも下方に形成されると共に、プラットフォーム３及び翼４の前縁部４ａに形成される切落された領域である。より詳細には、翼４の前縁部４ａ及びプラットフォーム３の前端部を翼４の前縁４ａ１から後縁４ｂ１に向けてプラットフォーム３の前端３ｆ（前縁）まで切欠くことによって前端部切落し領域３ｃが形成されている。
そして、本実施形態のブレードリング１において前端部切落し領域３ｃは、プラットフォーム３の前端３ｆが翼４の前縁４ａ１よりも後方となる深さで形成されている。なお、ここでは、流体の流れ方向における上流側を前方、下流側を後方とする。

また、後縁部設置領域３ｄは、プラットフォーム３の上面（翼４の設置面）の一部であって翼４の後縁部４ｂが設置されると共に流路壁の壁面Ｆよりも下方に向けて落ち込む領域である。なお、ここで言う、後縁部４ｂとは、後縁４ｂ１を含む翼４の後縁４ｂ１側の部位を示す。

後端部切落し領域３ｅは、流路壁の壁面Ｆよりも下方に形成されると共に、プラットフォーム３及び翼４の後縁部４ｂに形成される切落された領域である。より詳細には、翼４の後縁部４ｂ及びプラットフォーム３の後端部を翼４の後縁４ｂ１から前縁４ａ１に向けて切欠くことによって後端部切落し領域３ｅが形成されている。
そして、本実施形態のブレードリング１において後端部切落し領域３ｅは、プラットフォーム３の後端３ｇが翼４の後縁４ｂ１よりも前方となる深さで形成されている。

なお、このような本実施形態のブレードリング１は、例えば、ブレードリング１より一回り大きなブロックから削りだし加工や電界加工を行うことによって製造される。
例えば、上記ブロックの前端部切落し領域３ｃを形成し、その後、プラットフォーム３翼４及びフィレットアール部５を形成することによって容易に製造することが可能である。

以上のような、本実施形態のブレードリング１においては、プラットフォーム３の前縁部設置領域３ｂが流体の流れる流路壁の壁面Ｆよりも下方に向けて落ち込んでいる。このため、プラットフォーム３と翼４の前縁部４ａとを接続するフィレットアール部５も、プラットフォーム３に連れて流路壁の壁面Ｆよりも下方に向けて落ち込んでいる。
一方で、本実施形態のブレードリング１においては、流路壁の壁面Ｆよりも下方に落ち込む前縁部設置領域３ｂに前端部切落し領域３ｃが形成される。
そして、本実施形態のブレードリング１によれば、前端部切落し領域３ｃが形成されることによってプラットフォーム３の短縮化が図れる。また、前端部切落し領域３ｃによってプラットフォーム３と翼４の前縁部４ａとを接続するフィレットアール部５が切断される場合であっても、その断面は、前縁部設置領域３ｂが流体の流れる流路壁の壁面Ｆよりも下方に向けて落ち込んでいるため、流路の外部に位置することとなる。よって、流路内にフィレットアール部５の断面が存在することによる空力性能の低下を防止することができる。
したがって、本実施形態のブレードリング１によれば、流路壁の一部を構成するプラットフォーム３と、該プラットフォーム３から上方に向けて立設すると共にフィレットアール部５を介してプラットフォーム３と一体化する翼４とを備えるブレードリングにおいて、空力性能を低下させることなくプラットフォーム３の短縮化を図ることが可能となる。

なお、比較例として、図４に従来のブレードリングの翼を示す。従来のブレードリングは、上面が略平坦なプラットフォーム３００上に、フィレットアール部５００を介して翼４００が立設されている。
そして、図４から明らかなように、従来のブレードリングにおいては、プラットフォーム３００の前端３００ｆが前縁４００ａよりも前方に位置し、プラットフォーム３００の後端３００ｇが前縁４００ｂよりも後方に位置している。
そして、図３と図４とを比較することによって、本実施形態のブレードリング１は、プラットフォーム３の短縮化が図れていることが容易に理解できる。

また、本実施形態のブレードリング１においては、前端部切落し領域３ｃが、プラットフォーム３の前端３ｆが翼４の前縁４ａ１よりも後方となる深さで形成されている。このため、翼４を前方の静翼１０により近づけることが可能となる。

また、本実施形態のブレードリング１においては、プラットフォーム３の後縁部設置領域３ｄが流体の流れる流路壁の壁面Ｆよりも下方に向けて落ち込んでいる。このため、プラットフォーム３と翼４の後縁部４ｂとを接続するフィレットアール部５も、プラットフォーム３に連れて流路壁の壁面Ｆよりも下方に向けて落ち込んでいる。
一方で、本実施形態のブレードリング１においては、後端部切落し領域３ｅが流路壁の壁面Ｆよりも下方に落ち込む後縁部設置領域３ｄに後端部切落し領域３ｅが形成される。
そして、本実施形態のブレードリング１によれば、後端部切落し領域３ｅが形成されることによってプラットフォーム３の短縮化が図れる。また、後端部切落し領域３ｅによってプラットフォーム３と翼４の後縁部４ｂとを接続するフィレットアール部５が切断される場合であっても、その断面は、後端部設置領域３ｄが流体の流れる流路壁の壁面Ｆよりも下方に向けて落ち込んでいるため、流路の外部に位置することとなる。よって、流路内にフィレットアール部５の断面が存在することによる空力性能の低下を防止することができる。
したがって、本実施形態のブレードリング１によれば、さらに、空力性能を低下させることなくプラットフォーム３の短縮化を図ることが可能となる。

また、本実施形態のブレードリング１においては、後端部切落し領域３ｅが、プラットフォーム３の後端３ｇが翼４の後縁４ｂ１よりも前方となる深さで形成されている。このため、翼４を後方の静翼１０により近づけることが可能となる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、本発明の翼構造体をブレードリング１に適用した例について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、他の翼構造体に適用することもできる。例えば、ブレードリング１が備えるプラットフォーム３が一枚の翼４分に分割され、この分割された１つのプラットフォームと１枚の翼とがフィレットアール部を介して接続される翼構造体に適用することもできる。また、静翼とバンド部とがフィレットアール部を介して接続される翼構造体に適用することも可能である。また、翼は、圧縮機の翼である必要はなく、例えばファンやタービン等の翼とすることも可能である。

また、上記実施形態においては、プラットフォーム３の後縁部設置領域３ｄが流体の流れる流路壁の壁面Ｆよりも下方に向けて落ち込んでいる構成について説明した。
しかしながら、後縁部を仮に壁面Ｆよりも下方に落し込まずに後縁部切落し領域を形成し、これによって壁面Ｆよりも上方にフィレットアール部の断面が存在したとしても、当該断面は流体の流れ方向における下流側を向く。このため、当該断面の空力性能への影響はあまりない。よって、壁面Ｆによりも下方に落ち込む後縁部設置領域３ｄを必ずしも形成する必要はない。

また、前端部切落し領域３ｃと後端部切落し領域３ｅとの形状は、壁面Ｆから下方であれば任意である。このため、前端部切落し領域３ｃと後端部切落し領域３ｅは、プラットフォーム３のみを切落す形状であっても良いし、翼４を含めてプラットフォーム３を切り落とす形状であっても良い。

また、少しでも前端部切落し領域３ｃと後端部切落し領域３ｅを形成することによってブレードリング１の軽量化及び小型化が図れるため、前端部切落し領域３ｃと後端部切落し領域３ｅの深さは上記実施形態に限定されるものではない。

１……ブレードリング（翼構造体）、２……ディスク、３……プラットフォーム、３ａ……上面、３ｂ……前縁部設置領域、３ｃ……前端切落し領域、３ｄ……後縁部設置領域、３ｅ……後端部切落し領域、３ｆ……前端（前縁）、３ｇ……後端、４……翼、４ａ……前縁部、４ａ１……前縁、４ｂ……後縁部、４ｂ１……後縁、５……フィレットアール部、Ｆ……壁面

Claims (5)

1. 流路壁の一部を構成するプラットフォームと、該プラットフォームから上方に向けて立設すると共にフィレットアール部を介して前記プラットフォームと一体化する翼とを備える翼構造体であって、
   前記プラットフォームの前記翼の設置面の一部であって前記翼の前縁部が設置されると共に前記流路壁の壁面よりも下方に向けて落ち込む前縁部設置領域と、
   該前縁部設置領域における前記翼の前縁部を切欠く切落し領域と
   を備えることを特徴とする翼構造体。
2. 前記前端部切落し領域は、前記プラットフォームの前端が前記翼の前縁よりも後方となる深さで形成されていることを特徴とする請求項１記載の翼構造体。
3. 流路壁の一部を構成するプラットフォームと、該プラットフォームから上方に向けて立設すると共にフィレットアール部を介して前記プラットフォームと一体化する翼とを備える翼構造体であって、
   前記プラットフォームの前記翼の設置面の一部であって前記翼の後縁部が設置されると共に前記流路壁の壁面よりも下方に向けて落ち込む後縁部設置領域と、
   該後縁部設置領域における前記翼の後縁部を切欠く切落し領域と
   を備えることを特徴とする翼構造体。
4. 前記後端部切落し領域は、前記プラットフォームの後端が前記翼の後縁よりも前方となる深さで形成されていることを特徴とする請求項３記載の翼構造体。
5. 請求項１〜４いずれかに記載の翼構造体からなることを特徴とするブレードリング。

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