JP4512377B2 - ブレードシムのスナップ嵌合 - Google Patents

Description

本発明は、ダブテール根元によりロータディスクのダブテールスロット内に保持された航空機用ガスタービンエンジンブレードに関し、具体的には、ダブテール根元の周りに配置されたシムに関する。

多くのガスタービンエンジンは、ロータのダブテールスロット内に配置されたブレードのダブテール根元を使用して、ディスク内にロータブレードを保持する。多くの場合、ディスク及びブレードは、低温及び中温におけるその良好な強度、低密度、及び好適な環境特性故に、チタン合金により製作される。ディスクと根元との間に配置された犠牲シムを使用して、より高価なディスク及び根元のフッレティング及び摩耗を減少させている。

圧縮機又はファンディスクは、その外周部にダブテールスロットの配列を有することができ、チタン製圧縮機又はファンブレードのダブテール根元が、各ダブテールスロット内に受けられる。静止状態で、ブレードのダブテールは、スロット内に保持される。1つの例示的なエンジンにおいて、シムは、前方に位置したブレードリテーナと後方に位置したブースタスプールフランジとにより、ディスク内で軸方向に保持される。エンジンについての過去の経験によると、作動中、ファンブレードシムはスロット内で軸方向に移動し、ブースタスプールフランジの前方の面又は表面を傷つける可能性があることを示してきた。ブースタスプールは、重要な回転部品であり、その表面に対する如何なる傷でも該ブースタスプールを使用不能にするおそれがある。

エンジンが作動しているとき、遠心力が、ブレードを半径方向外向きに移動させる。ブレードダブテールの側面は、ディスクのダブテールスロットの傾斜した側面に当接して滑動し、ブレードとロータディスクとの間の相対運動を生じる。チタン製のブレード根元とディスクとの間の摺動は、エンジンの始動、パワーアップ（離陸）、パワーダウン、及び停止のような過渡的作動条件の間に特に激しい。滑動により、ディスク及びブレード根元のフレッティングが発生し、チタン部品の耐疲労性能の低下を招く。また、そのような作動条件の間に、ダブテールスロットの近傍においてロータに作用する垂直力及び滑り力により、ディスク内の疲労クラックの発生及び伝播につながるかじりを生じる可能性がある。エンジンサイクル数が増加するのに応じて、クラックの発生或いは損傷の程度を予測することは困難である。従って、航空業者などのエンジンオペレータは、ロータダブテールスロットの内部を頻繁に点検しなければならず、それは非常に面倒な作業である。犠牲シムは、チタン製のディスク、ロータ、及びブレード根元の摩耗、フレッティング、及びかじりを排除するために、開発されてきた。

特許文献１及び特許文献２は、チタンブレード根元とチタンロータ内のその対応する溝との間に取り付けるように設計された、様々な単一層及び多層のシムを開示している。これらのシムの中で最も簡単なものは、ファンブレード根元を覆って滑動するように設計されたＵ字形シム（特許文献１の図３を参照）である。この種のシムの欠点は、該シムがエンジン作動中に緩む傾向を持ち、更に溝とファンブレード根元との間のフレッティングを完全には排除し得ないことであることを、特許文献３の発明者は見出した。

特許文献３は、ガスタービンファンブレードの根元とガスタービンロータディスク内のダブテール溝との間で使用して、それらの間のフレッティングを減少させるためのコンプライアント・シムを開示している。ブレード根元は、その前縁及び後縁において、該根元の窪んだ内側表面から半径方向内向きに延びるタブを有する。コンプライアント・シムは、タブと係合するための第１及び第２のスロットを有する。スロットとタブとは、協働して、エンジン作動中にシムを保持する。酸化層により、コンプライアント・シムは覆われている。

ブレードは、根元上にシムを滑り込ませ、次にシムを取り付けたブレードをダブテールスロット内に挿入することにより、ディスクに取り付けられる。そのようなシムの断面は、根元の断面とは一致しておらず、従って、根元上にシムを滑り込ませることは困難であり、シムを破壊するか又は弱体化させる可能性がある。
特開平５−７１３０４号 米国特許第５，２４０，３７５号 米国特許第６，４３１，８３５号

従って、ブレード根元上に容易に取り付けることができ、また該シムがブレード根元のダブテール部分を覆って嵌合しかつタブ間のスロット内で根元の窪んだ内部表面に対してスナップ嵌合するようにシムを押し広げることを必要とするようなシムを提供することが望まれている。

ガスタービンエンジンブレード根元シムは、ダブテール形状を有し、長手方向に延びるほぼ平坦な底面と末端の第１及び第２の長手方向に間隔を置いて配置された前端部及び後端部とを有するダブテールシム部分を含む。横方向に間隔を置いて配置された第１及び第２の壁が、底面から上向きに延び、該底面は少なくとも２つの長手方向に延びる細長い底面開口部を含む。底面開口部の各々は、主領域と長手方向に間隔を置いて配置された丸みのある端部領域とを含む。シムの例示的な実施形態において、底面開口部の主領域は、ほぼ平行かつ直線状の開口部側部を有する。底面開口部のより具体的な実施形態は、丸みのある端部領域が主領域よりも幅広になっているドッグボーン状の底面開口部を含み、また、丸みのある端部領域が主領域の幅と同じ幅である幅を有する半円形の丸みのある端部領域になっている丸みのある端部をもつ底面開口部を含む。

シムの例示的な実施形態において、第１及び第２の壁は、底面から上向きに、かつ、該底面から離れかつ互いから離れるような角度で延びる第１及び第２の下部分と、それぞれ第１及び第２の下部分から上向きにかつ互いに向かって延びる第１及び第２の上部分とを含む。シムの前端部及び後端部は、ダブテールシム部分の前端部及び後端部に前部及び後部スロットを含む。第１及び第２の壁の第１及び第２の下部分内に設けられたカットバックが、それぞれ前部及び後部スロットにおける底面から第１及び第２の下部分の前部及び後部垂直シム端縁まで延びる。カットバックの垂直方向カットバック端縁は、底面からそれぞれ第１及び第２の壁の第１及び第２の下部分の１部を通って上向きに延び、カットバックの長手方向カットバック端縁は、垂直方向カットバック端縁に向かってほぼ長手方向かつ下向きに延びる。フィレットが、長手方向カットバック端縁と垂直方向カットバック端縁との間に配置される。

ガスタービンエンジンブレード組立体は、ブレードダブテール根元と該ダブテール根元の底部にブローチ加工又はその他の方法で形成された根元スロットとを有するガスタービンエンジンブレードを含む。ダブテール形状を有するダブテールシム部分は、根元スロットにわたってダブテール根元の断面ダブテール形状の少なくとも1部にほぼ合致する。底面は、根元スロット内に配置される。

本発明の前述の態様及び他の特徴を、添付の図面と関連してなされた以下の記述において説明する。

図1に示すのは、ファンブレードとして示されたブレード１０を有する例示的なガスタービンエンジンブレード組立体１２である。ブレード１０は、ブレードプラットホーム１６から半径方向外向きに延び、かつブレード前縁２０からブレード後縁２２まで軸方向に延びる翼形部１４を含む。ブレードシャンク２６が、ブレードダブテール根元３０まで半径方向内向きに延びており、該ブレードダブテール根元３０は、ダブテール形状をしており、ガスタービンエンジンディスク又はロータ内のダブテール形状のディスクスロットにより受けられる。半径方向内側に面したスロット表面３３を有するクロスブローチ又は根元スロット３２が、根元前縁及び根元後縁４２及び４４における半径方向内向きに延びる前縁及び後縁タブ３６及び３８間でダブテール根元３０の底部３４内に延びる。

図１及び図２を参照すると、弾性根元シム５０が、根元スロット３２内において、ダブテール根元３０の周りに配置されており、該弾性根元シム５０は、該ダブテール根元３０にほぼ適合する。シム５０は、根元スロット３２にわたって、ダブテール根元３０の断面ダブテール形状５１にほぼ合致する。図３から図６を参照すると、シム５０は、長手方向に延びる平坦な底面５２と、該底面５２から上向きに延びる横方向に間隔を置いて配置された第１及び第２の壁５４及び６４とを有する。第１及び第２の壁５４及び６４は、底面５２から離れかつ互いから離れるような角度で延びる第１及び第２の下部分５６及び６６を有する。第１及び第２の壁５４及び６４は、互いに向かって延びる第１及び第２の上部分５８及び６８と、ブレードシャンク２６とブレードダブテール根元３０との間のブレード移行部分７１（図２に示す）にほぼ合致する第１及び第２の端部分６０及び７０を有する。シム５０は、薄い弾性金属シートから製作されており、該シムの内側及び／又は外側側面４８及び４９上に減摩擦皮膜又はフレッティング防止皮膜を有することができる。

シム５０は、前端部７２から後端部７６まで延びる。前縁タブ３６は、底面５２の前端部７２に形成された前部スロット７４内に受けられる。後縁タブ３８は、底面５２の後端部７６に形成された後部スロット７８内に受けられる。第１及び第２の壁５４及び６４の第１及び第２の下部分５６及び６６内に設けられたカットバック８０は、それぞれ前部及び後部スロット７４及び７８における平坦な底面５２から該第１及び第２の下部分５６及び６６の前部及び後部垂直シム端縁１０４及び１０６まで延びる。カットバック８０は、それぞれ、底面５２から第１及び第２の壁５４及び６４の第１及び第２の下部分５６及び６６の1部（約1／２として図示している）を通って上向きに延びる垂直方向カットバック端縁８２を含む。長手方向カットバック端縁８４は、垂直方向カットバック端縁８２に向かってほぼ長手方向かつ下向きに延びる。フィレット８６が、長手方向カットバック端縁８４と垂直方向カットバック端縁８２との間に設置される。フィレット８６は、水平方向の底面５２と、それぞれ第１及び第２の壁５４及び６４の第１及び第２の下部分５６及び６６の垂直方向カットバック端縁との間でのカットバック８０の滑らかな移行をもたらす。

図２を参照すると、シム５０は、シムダブテール高さ８８をもつダブテールシム部分８７を有し、このシムダブテール高さ８８は、ブレード１０のダブテール根元３０のブレード根元高さ８９よりも小さくて、根元スロット３２を収容しかつダブテール根元のダブテール形状に合致するようにする。ダブテール形状５１を有するダブテールシム部分８７は、根元スロット３２にわたってダブテール根元３０の断面ダブテール形状５１の少なくとも1部に合致する。底面５２は、根元スロット３２内に配置される。従って、シム５０は、該シム５０が破壊又は変形してその弾性とブレード根元に合致して該ブレード根元上へのスナップ嵌合を維持するその能力とを失うことなく、大きなブレードダブテール根元３０を覆って嵌合することができるように、押し広げられるのに十分な可撓性がなければならない。

底面５２内の２つの長手方向に延びる細長い底面開口部９０が、底面及びシム５０に可撓性を与える。２つより多い細長い底面開口部９０を、使用してもよい。底面開口部９０の各々は、図４、図７、図８、及び図９に示すように、主領域９２と長手方向に間隔を置いて配置された丸みのある端部領域９４とを有する。主領域９２の開口部側部９８は、ほぼ平行かつ直線状である。図４、図７、図８に示しているのは、２つのドッグボーン状の底面開口部９５であり、このドッグボーン状の底面開口部９５においては、丸みのある端部領域９４は、主領域９２よりも幅広になっている。図９は、同一の幅Ｗを持つ半円形の丸みのある端部領域１０２を有する２つの丸みのある端部をもつ底面開口部９９を示す。

本発明を例示的な方法により説明してきた。使用した専門用語は、限定というよりむしろ説明上の用語の性質として意図していることを理解されたい。本明細書では本発明の好ましくかつ例示的な実施形態であると考えられるものを説明したが、本発明のその他の変更が、本明細書における教示から同業者には明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。

シムスロットを有し、低い耐曲げ性ブレードシムを備えたブレード根元の斜視図。 図1に示したブレード及びシムの正面図。 図1に示したシムの斜視図。 図３に示したシムの平面図。 図３に示したシムの側面図。 図３に示したシムの拡大正面図。 図1に示したブレード根元及びシムを半径方向外向きかつ軸方向後向きに見た斜視図。 図７に示したシムを半径方向外向きに見た図。 別のシムを備えたブレード根元を半径方向外向きかつ軸方向後向きに見た斜視図。

符号の説明

１０ ブレード
１４ 翼形部
１６ プラットホーム
２６ シャンク
３０ ブレードダブテール根元
３２ 根元スロット
３４ ダブテール根元の底部
３６ 前縁タブ
３８ 後縁タブ
４２ 根元前縁
４４ 根元後縁
７２ シムの前端部
７６ シムの後端部

Claims (5)

1. ガスタービンエンジンブレード根元シム（５０）であって、
   長手方向に延びるほぼ平坦な底面（５２）と、末端の第１及び第２の長手方向に間隔を置いて配置された前端部及び後端部（７２及び７６）とを含む、ダブテール形状（５１）を有するダブテールシム部分（８７）と、
   前記底面（５２）から上向きに延びる、横方向に間隔を置いて配置された第１及び第２の壁（５４及び６４）と、
   前記底面（５２）内に設けられた、少なくとも２つの長手方向に延びる細長い底面開口部（９０）と、
   を含み、
   前記底面開口部（９０）の各々が、主領域（９２）と長手方向に間隔を置いて配置された丸みのある端部領域（９４）とを含み、
   前記第１及び第２の壁（５４及び６４）が、
   前記底面（５２）から上向きに、かつ、該底面（５２）から離れかつ互いから離れるような角度で延びる第１及び第２の下部分（５６及び６６）と、
   それぞれ前記第１及び第２の下部分（５６及び６６）から上向きにかつ互いに向かって延びる第１及び第２の上部分（５８及び６８）と、
   を有し、
   前記ブレード根元シム（５０）は、さらに、
   前記ダブテールシム部分（８７）の前端部及び後端部（７２及び７６）において前記底面（５２）内に設けられた前部及び後部スロット（７４及び７８）と、
   前記第１及び第２の壁（５４及び６４）の第１及び第２の下部分（５６及び６６）内に設けられた、それぞれ前記前部及び後部スロット（７４及び７８）における前記底面（５２）から該第１及び第２の下部分（５６及び６６）の前部及び後部垂直シム端縁（１０４及び１０６）まで延びるカットバック（８０）と、
   前記底面（５２）からそれぞれ前記第１及び第２の壁（５４及び６４）の前記第１及び第２の下部分（５６及び６６）の１部を通って上向きに延びる、前記カットバック（８０）の垂直方向カットバック端縁（８２）と、
   前記垂直方向カットバック端縁（８２）に向かってほぼ長手方向かつ下向きに延びる、前記カットバック（８０）の長手方向カットバック端縁（８４）と、
   前記長手方向カットバック端縁（８４）と前記垂直方向カットバック端縁（８２）との間に配置されたフィレット（８６）と
   を有することを特徴とするブレード根元シム（５０）。
2. 前記底面開口部（９０）の主領域（９２）が、ほぼ平行かつ直線状の開口部側部（９８）を有することを更に特徴とする、請求項１に記載のブレード根元シム（５０）。
3. 前記底面開口部（９０）が、ドッグボーン状の底面開口部（９５）であり、前記丸みのある端部領域（９４）が、前記主領域（９２）よりも幅広であることを特徴とする、請求項１に記載のブレード根元シム（５０）。
4. 前記底面開口部（９０）が、丸みのある端部をもつ底面開口部（９９）であり、前記丸みのある端部領域（９４）が、前記主領域（９２）の幅と同じ幅である幅（Ｗ）を有する半円形の丸みのある端部領域（１０２）であることを特徴とする、請求項１に記載のブレード根元シム（５０）。
5. ダブテール根元を備えるガスタービンファンブレードと、
   ダブテール溝を有するガスタービンロータディスクと、
   前記ダブテール根元と前記ダブテール溝との間に設けられた、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のブレード根元シム（５０）と
   を有するガスタービンエンジン。

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