JP4837203B2 - 偏心によりバランスされたブリスク - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、一般的にガスタービンエンジンに関し、より具体的には、その中のロータをバランスさせることに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンは、ブレードの付いたディスクの典型的な形状をした様々なロータを含む。各ロータディスクは、半径方向外側のリムを備え、リムからブレードの列が延びている特別な形状にされる。軸方向により薄いウェブが、リムから半径方向内方に延びて、その中に中央のボアを有する軸方向により厚いハブで終わる。
【０００３】
ディスクは、円周方向に連続し、ブレードが運転中にディスクの長手方向すなわち軸方向中心軸線の周りを回転するとき、ブレードにより生じる遠心荷重に耐えるためのかなりのフープ強度を有する。ディスク形状は、かなりの耐用年数にわたってブレードを有効的に支持するために望ましくない重量を極力少なくしながら、その強度を最大にする。
【０００４】
ロータディスクは、比較的に大きいファンロータブレードと運転中に空気を圧縮するために大きさが減少していく多数列の圧縮機ブレードを支持するために、多様の形状を有する。空気は燃料と混合され点火されて、高温燃焼ガスを発生し、高温燃焼ガスは、対応するロータディスク上で大きさが増大していく多様の列のタービンブレードを通って下流に流れる。
【０００５】
１つの一般的な構成では、ロータディスクは、そのリムを貫通する軸方向挿入式のダブテールスロットか、またはディスクに保持するための相補形のブレードダブテールを対応して受け入れる、通常の円周方向挿入式のダブテールスロットかのどちらかを含む。別の一般的な構成では、ブレードは、ディスクのリムと一体に形成され、単体または単一部品構造にすることが可能であり、この構造は一般的に単体のブレードが付いたディスク「ｂｌ（ａｄｅｄ−ｄ）ｉｓｋ」に対する頭字語であるブリスクと呼ばれる。
【０００６】
ダブテール構造の利点は、ブレードとディスクを個別に製造することができ、またブレードをディスクから取り外してそれを簡単に修理することができることである。しかしながら、ダブテール構造は、運転中に受ける様々な圧力及び遠心荷重に耐えるために相応してより大きいディスクを必要とする。
【０００７】
ブリスク構造の特別な利点は、ダブテールが全く用いられず、ブレードはディスクリムの周りに一体に形成されるので、一体型のディスクがより小型にできることである。しかしながら、ブレードはディスクから容易に個別には取り外せないので、この構造は、修理の難しさを増すことになる。ブレードの軽微な修理はブリスク内ですることが可能であるが、その大きな修理は、損傷したブレードの相当する部分を切除して取り外すかまたはブレード全体を取り外す必要があり、その取り換えは、ブリスクの当初の強度を得るために溶接または他の冶金学的接合処理によりなされる。
【０００８】
ブリスクの製造を余計に難しくするのは、それをバランスさせることである。ガスタービンエンジン内の全てのロータ構成部品は、振動を少なくするために運転中に回転のアンバランス荷重を最小にするために静的にかつ動的に適切にバランスさせなければならない。ダブテールディスク構造は、それを組立てた結果として起こるアンバランスを最小にするために、個々のブレードは、別々に製造されてディスクの然るべき位置に嵌合されるので、ロータを製造中に最初からバランスさせることができる。組み立てられたディスクは、次いで、様々な形態のバランス補正を用いて通常の方法でバランスさせることができる。
【０００９】
これとは対照的に、ブリスクの個々のブレードの製造の際の一般的な製作公差は、ブレードのそれぞれの質量すなわち重量における対応する変動を生じる。このことが、次に、適切に補正されなければならないブリスクの全体的なアンバランスを生じる。
【００１０】
従来のバランス試験機は、質量及び半径の大きさを有するアンバランス力ベクトルに関して、また任意の適当な基準点に対するブリスクの円周の周りの測定される円周方向の角度位置について、適当な速度でブリスクのアンバランスを測定する。測定されたアンバランスは、アンバランスベクトルの角度位置におけるブリスク材料を取り除くかまたは例えば１８０度のようなその角度位置から直径方向正反対の位置に追加の材料を添加するかして補正可能である。
【００１１】
材料は、確認されたブレードから、またはブレードの間のプラットホーム領域から取り除くことができる。材料はまた、ブリスクに動力を与えるエンジンの低圧タービンからブリスクへトルク荷重を伝達するために用いられる、ブリスクの対応する延張シャフト上のフランジから取り除くこともできる。
【００１２】
しかしながら、材料を取り除くことは、適当な耐用年数を保証するために適当な高いレベルに維持されなければならない、ブリスクの極限強度を低下させる可能性があるので、十分な質量の材料を取り除くための適当な位置を確認することは、バランス処理の難しさを増すことになる。
【００１３】
ブリスクをバランスさせるために適当な量の材料を添加することは、それ自体の難点を呈する。その強度に悪影響を及ぼすことなく、ブレードまたはディスク自体に材料を添加することは、一般的には実用できない。その代わりに、個別のバランスウェートの形でバランス補正することは、ブリスクの係合フランジにおいて添加することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、改良されたバランス機能を有するブリスクを提供することが望まれる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
ブリスクは、それからブレードの列が延びるリムを有するディスクを含む。リムは、軸方向に対向する張出部を有し、張出部の１つはブリスクをバランスさせるためにディスクの中心軸線に対して偏心して配置された円弧状のバランスランド部を含む。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明を、好ましくかつ例示的な実施形態に従って、そのさらなる目的及び利点と共に、添付の図面と関連してなされる以下の詳細な説明の中でより詳細に述べる。
【００１７】
図１に示すのは、その長手方向すなわち軸方向中心軸線１２の周りに軸対称である３段からなるファンロータ１０である。この例示的な実施形態は、軍事用途のターボファン航空機ガスタービンエンジン用の形状にされていて、それに適当に結合された低圧タービン（図示せず）により動力を供給される。
【００１８】
ファンロータ１０は、第１、第２及び第３のブリスク１４、１６、１８を含み、それらは互いに結合され、それを通して下流に流れる外気２０を圧縮するための低圧タービンにより動力を供給される。
【００１９】
３つのブリスクは、構造がほぼ類似しており、第１段のブリスク１４を詳細に述べるが、第２及び第３段のブリスク１６、１８は特に述べるものを除いて同様に構成される。
【００２０】
ブリスク１４は、拡大した半径方向外側リム２４、リム２４から半径方向内方に延びるより狭いウェブ２６、及び中央のボア３０を形成するより幅広の半径方向内側ハブ２８を有する環状のロータディスク２２を含む。ディスクは、そのリム、ウェブ及びハブが、中心軸線１２の周りに同心に配置されている、一体型すなわち単体構成部品である。
【００２１】
複数のロータブレードすなわち翼形部３２が、リム２４と単体すなわち単一部品組立体としてリム２４の外側表面から半径方向外方に列になって延びる。このような一体型ブリスクは、ガスタービンエンジンのファンに一般的に用いられる高強度の超合金材料の鍛造ブランクから製造され、多軸数値制御切削機械または電解加工（ＥＣＭ）により適当に機械加工されることができる。
【００２２】
図１に示すブリスク構造の特別の利点は、回転運転の間にブレードが受けるかなりの圧力及び遠心荷重を担持するのに十分なフープ強度耐力を依然として維持しながらも、ディスク２２の大きさを最小にすることができることである。リム２４は、前縁３４と後縁３６の間のそれらの根元端部でブレード３２を支持するのに軸方向の幅が十分に長く、またより狭いウェブ２６では軸方向の幅が狭くなり、次いでハブ２８は、ブリスクの適当な耐用年数を保証するために、受容できる応力限界の範囲内で運転荷重を受け止めるために、軸方向の幅を増大している。
【００２３】
この有効な構造構成において、リム２４は、ウェブの軸方向に対向する側面にそれから軸方向に自由に片持ち梁状に張り出す第１及び第２の軸方向張出部３８、４０を含む。
【００２４】
本発明に従って、この２つの張出部３８、４０のうちの少なくとも１つは、ブリスク全体をバランスさせるために、張出部の下面から半径方向内方に突出し、かつディスク中心軸線１２に対して偏心して配置される円弧状のバランスランド部４２を含む。
【００２５】
図１に示す例示的な実施形態において、リム２４は、ディスクの前方端の第１張出部３８からディスクの後方端の第２張出部への間で直径が増大する外側表面を有する円錐形である。２つの張出部の直径は、それに応じて互いに異なり、後方の張出部のほうが前方の張出部よりも大きい。
【００２６】
ブリスクはまた、ハブ２８の前方側面から半径方向内方に、すなわちリムの第１張出部３８から内側寄りに延びる環状の第１すなわち前方シャフト４４を含む。環状の第２すなわち後方シャフト４６は、リムの第２張出部４０の半径方向内側寄りにハブ２８の軸方向反対側の後方側面から延びる。２つのシャフト４４、４６は、単体構造としてディスクに一体に結合されて、ガスタービンエンジン内に取り付けられるような適当な形状にされる。
【００２７】
例えば、前方シャフト４４は、ディスクから前方に延び、次いでエンジン内の通常の軸受４８に適当に支持される円筒形部分に移行するので、部分的に円錐形である。相応じて、後方シャフト４６は、ほぼ円筒形であり、その後端に環状のフランジを含み、この環状のフランジは、第２段ブリスク１６の支持円錐形の前方シャフトの対応する前方フランジに固締ボルトのような何らかの適当な方法で取り付けられる。後方シャフト４６はまた、図１に示すように３段からなるブリスクを駆動するために後方ファンシャフトに結合される。
【００２８】
第２及び第３ブリスク１６、１８の対応する前方及び後方シャフトは、対応する接尾辞ｂ、ｃを付して表わされて、互いに直列に結合されるように適当な形状にされ、低圧タービンにより適当に駆動される集合的な３段ファンロータを形成する。
【００２９】
図１に示す例示的な実施形態において、バランスランド部４２は、リムの第１張出部３８の下に配置され、前方シャフト４４は、バランスランド部から半径方向内方に間隔を置いて配置される。前方シャフト４４は、ブレードからの反力を軸受４８中に伝えるための荷重支持アームを形成する。バランスランド部４２は、ディスク中心軸線１２及び前方シャフト４４の両方のまわりで偏心しており、前方シャフトの直接荷重経路から構造的に切り離されているが、そのバランスさせる効果を最大にするためにバランスランド部の半径方向の直径は局部的に最大になっている。
【００３０】
この実施形態において、バランスランド部４２は、その間のウェブ２６により両シャフト４４、４６から間隔を置いて配置され、かつその間の一体のディスクにより生じるブレードとシャフトの間の荷重経路からバランスランド部を実効があるように構造的に切り離している。
【００３１】
図１に示すように、リムの前方張出部３８は、ブレード前縁３４のすぐ下方に配置され、それと半径方向に整列されている。第２張出部４０は、ブレード後縁３６のすぐ下方に配置され、それと半径方向に整列されている。また、後方に傾斜する円錐形のリム２４は、前方張出部より後方張出部の方がより大きい外径を有する。
【００３２】
バランスランド部４２は、前方張出部３８または後方張出部４０のどちらか一方の下にまたは両方の下に配置されることが可能であり、その大部分はブレードの対応する前縁及び後縁の半径方向の下方に配置される。このように、バランスランド部は、構造的な荷重経路と干渉することなく、効果的なバランス力をもたらす。また、バランスランド部は、どちらかの張出部の下かまたはスペースが許す場合でかつその効果を最大にすることができる場合には両方の下に設置することができる。
【００３３】
バランスランド部４２の特別の利点は、リム張出部の下面の周りでその円周方向に延びており、従って、そのバランス効果を、いかなる１つの局部領域にも集中することなしに、拡散させることである。その上に、バランスランド部は、リム２４を含む支持シャフト４４または４６の強度もディスク自体の強度をも損なうことがない。しかも、バランスランド部４２は、運転中にディスク２２が担持しなければならない最小限の自重及びそれからの遠心力を生じるのみである。
【００３４】
第１ブリスク１４は、図２に分離して示すが、前方張出部３８の下面の周りに連続するバランスランド部４２を含む。図３は、その半径方向の厚さＡの最大値で形成されたバランスランド部４２の１部分を示す。図４は、ディスクリム２４の周りで円周方向に半径方向の厚さが変化するバランスランド部４２の正面図を示し、また図５は、前方張出部３８の下面とほぼ同じ平面に移行するところで機械加工されているバランスランド部４２の最小の厚さを示す。
【００３５】
図１、図３及び図５に示すように、リム２４及び対応するシャフト４４、４６は、そこでの応力集中を減らすために比較的大きい半径を有する対応するフィレット５０のところで、その対向する軸方向側面で共通のウェブ２６に結合される。バランスランド部４２自体を追加することがなければ、前方張出部３８の下面は、その間に切れ目も段差もない状態で対応するフィレットと滑らかに連続するように、より大きい内径を有するはずである。
【００３６】
図３から図５までに示すように、前方張出部は、バランスランド部４２を形成するために材料を全く追加していない状態の前方張出部の下面を表わす基準内径Ｂを有する。この基準直径Ｂは、ディスクにフープ強度を与える円周方向に連続するフープ材料を有する前方張出部の最小の直径を表わす。
【００３７】
バランスランド部４２は、図４に概略的に示すように、ブリスクの特別のアンバランス力ベクトルＦをバランスさせるような特別な形状にされた、前方張出部の下面から半径方向内方に突出する追加の材料を備えることにより得られる。
【００３８】
従って、図４に示す偏心したバランスランド部４２は、バランスさせられるアンバランス力Ｆと直径方向に正反対の最大の厚さから、好ましい実施形態においてアンバランス力Ｆの領域のフィレットとほぼ同じ平面に移行する最小の厚さまで、半径方向の厚さＡが変化する。
【００３９】
図４に概略的に示す通常のバランス試験機５２を、ブリスクを回転させるのに用いて、ディスク中心軸線からの特定の半径での質量の大きさ、例えばグラム・インチで、また適当な基準点からの特定の角度位置Ｃでの質量の大きさにより表わされるものとして、そのアンバランス力Ｆを測定することができる。バランスランド部４２に偏心性を導入することにより、測定されたアンバランスを、直径方向に移動させてブリスク全体をバランスさせることができる。
【００４０】
図３は、６時の位置にある測定されたアンバランス力Ｆの直径方向で正反対の図４の１２時の位置にあるバランスランド部４２を示し、そこでバランスランド部の厚さＡが、基準直径Ｂから測定されたものとして最大であり、従って、フィレット５０のこの位置で半径方向内方に突出する段差５４を生じる。図５は、測定されたアンバランス力Ｆの角度位置と対応する図４の６時の位置のバランスランド部４２を示し、そこでバランスランド部の厚さは最小であり、また好ましくはゼロであり、ランド部をアンバランス位置でほぼ同じ平面に移行させ、かつその円周方向の両側で厚さが滑らかに増大するようにする。
【００４１】
このように、バランスランド部４２は、その最小の厚さの位置の両側の周りで円周方向に連続し、バランスランド部は全くなしで作られたとした場合の前方張出部３８の基準下面と一致してそこで効果的に終わる。
【００４２】
バランスランド部は、測定されたアンバランスを最小の追加質量で移動させる能力を最大にするために、ディスク中心軸線に関して最大の実施可能な直径でブリスク内に設けられるのが好ましい。図１に示すバランスランド部は、代わりにより大きい直径の後方張出部４０の下に設けることもできるはずであるが、この領域に設置された通常の振動ダンパを考慮すると、これはこの特定の設計では実施できない。従って、バランスランド部４２は、より小さい直径の前方張出部３８の下に設けられ、ディスク中心軸線にほぼ平行に延びる構成で円筒形であることが好ましい。
【００４３】
図３に示すように、バランスランド部４２の効果は、リム張出部によりもたらされる限られた空間の範囲内でその面積を最大にすることで、最大にすることができる。この好ましい位置で、バランスランド部は、前方張出部の下でディスクリムの露出した前方端縁すなわち端面から軸方向に連続して延びて、ウェブ２６に隣接するフィレット５０の前方端に接続する。また、図４に示すように、バランスランド部はまた、その最大の厚さから、それが終わり、下に横たわるリム張出部に移行するその最小の厚さまで円周方向に連続して延びる。
【００４４】
図３から図５までは、偏心したバランスランド部４２の好ましい形態を用いてブリスクをバランスさせる例示的な方法を示す。ブリスク自体は、一般的な製作公差の範囲内で、完全なブレードの列と、支持ディスクおよび一体シャフトを含むその最終形状に初めに製作される。初期ブリスクはまた、偏心したバランスランド部を作るために、張出部の下に追加の材料を備える。多軸数値制御工作機械のような、任意の通常の工作機械５６が用いられ、その特定の偏心した形状を作り出すのに先立ち、バランスランド部を最初に形成する。
【００４５】
より具体的には、ブリスクは、最初に機械加工されて、環状で好ましくはディスクリムの張出部と同心である初期バランスランド部４２ｂを作られる。初期バランスランド部４２ｂは、図３から図５までに様々に詳細に示す。初期バランスランド部は、バランスランド部の追加なしに形成されたとした場合のリム張出部の基準内径Ｂに関して測定された半径方向の厚さＡを有する。
【００４６】
初期バランスランド部４２ｂは、その初期形態でブリスク全体にアンバランスがあったとしてもそれが殆どないように、ディスク中心軸線と同心に機械加工されるのが好ましい。
【００４７】
次に、ブリスクは、バランス試験機５２に取り付けられ、特定の角度位置Ｃにおいてグラム・インチで一般的に表わされる、図４に示す結果として生じるアンバランスベクトルＦにより表わされるものとして、そのアンバランスを測定するための速度まで回転される。図４に示す例示的な実施形態において、測定されたアンバランスＦは、ブリスクの６時の位置に位置付けられるので、それとは直径方向に正反対の１２時の位置において効果的に補正される必要がある。
【００４８】
ディスク中心軸線に対して初期環状バランスランド部４２ｂを偏心させて機械加工することによって、偏心したバランスランド部４２の残りの質量は、測定されたアンバランス力Ｆに対して直径方向にオフセットされ、そのアンバランスを移動させてブリスク全体を効果的にバランスさせることができる。
【００４９】
図４に示す好ましい実施形態において、初期バランスランド部４２ｂは、初期の内径Ｄを有し、また偏心したバランスランド部は、ディスク中心軸線から所定の偏心オフセット量Ｇだけ偏心してオフセットする最終の内径Ｅを有する。
【００５０】
同心の初期バランスランド部４２ｂをより大きい直径に機械加工して、偏心したバランスランド部４２を形成することにより、残りの偏心したバランスランド部の質量の中心は、測定されたアンバランス力ベクトルＦから正確に直径方向に移動されてブリスクをバランスさせることができる。偏心したバランスランド部は、リム張出部の内径の内側を円周方向に延び、フープ応力集中を持ち込まず、回転運転中にブレードを支持するためのその完全なフープ強度を維持するためにリム張出部の完全な円周上の周方向連続性を維持する。
【００５１】
図３から図５までに示す好ましい実施形態において、バランスランド部の内径は、その初期の同心の直径Ｄからその最終のより大きい直径Ｅに増大し、偏心オフセット量Ｇは、内径の増加分の約半分、すなわちＥとＤの差の半分に等しいことが好ましい。このように、図３に示す段差５４は、バランスランド部４２の最大の厚さのところで生じ、また段差は、図５に示すバランスランド部の最小の厚さのところで除去され、そこでバランスランド部は終わってリム張出部３８の下面と同じ平面に移行する。図４に示すように、バランスランド部４２の厚さＡは、１２時の位置のその最大の厚さから、バランスランド部の円周方向の対向する両側面に沿って、６時の位置のゼロの最小の厚さまで変化、つまり減少する。
【００５２】
この形状構成は、その下にバランスランド部が設けられるリム張出部のフープ強度を維持することを含む多くの利点をもたらす。バランスランド部を最小のゼロの厚さに漸減させることにより、回転運転中にディスクにより担持されなければならないその自重を減らすために、残りのバランスランド部の最も軽い形状構成が確保される。
【００５３】
その低圧タービンにおける作動に比較して、ガスタービンエンジンファンにおける作動のための特別の形状にされたブリスクにおいては、図５に示す段差のない移行により、リム張出部の下のポケットの内部に溜まる如何なる湿気または他の流体のための排水流路を提供し、遠心力によりそれらの排出が可能になる。
【００５４】
偏心したバランスランド部４２はまた、リム張出部の下面に沿って覆い隠されるので、リムの外側表面の空気力学的性能に影響を及ぼさず、またディスクリムの構造一体性に影響を及ぼさず、しかもディスクを通り支持シャフトへ至る荷重経路に影響を及ぼさない。さらに、リム張出部の両方の下にバランスランド部を設けることにより、バランス機能を、アンバランス面に比較的近接して位置させ、従ってブリスク内の最小の力のモーメントでアンバランスを補正する。
【００５５】
図３及び図５に示すように、前方フィレット５０は、リムの第１張出部３８と前方シャフトとの結合個所の間のウェブ２６において機械加工される。初期バランスランド部４２ｂは、フィレット５０のところで半径方向内方に面する段差５４を生じるほぼ一定の半径方向の厚さＡでディスク中心軸線の周りに同心に初めに機械加工される。次いで、初期バランスランド部４２ｂは、そのより大きい直径Ｅに、また図４及び図５に示す６時の位置のような、フィレットの１つの円周方向の部分で半径方向の段差５４を実質的に除去するように偏心オフセット量Ｇで機械加工される。
【００５６】
好ましい実施形態において、偏心したバランスランド部の効果的なバランス補正は、バランスランド部の最大厚さの範囲で予め分析的に決定することが可能である。例えば、バランスランド部の厚さＡの最大値は、約５０ミル（１．２７ｍｍ）までの範囲とすることができ、また協働する偏心オフセット量Ｇは、この実施例ではその最大厚さの半分、すなわち２５ミル（０．６４mm）とすることができる。偏心したバランスランド部は、その対称平面により表わされる角度位置でのグラム・インチのようなアンバランス力と同じ単位で表わすことができるオフセット質量を与える。
【００５７】
典型的な実施例において、測定されるアンバランスベクトルは、初期バランスランド部のバランス性能の範囲内の大きさを有するであろう。例えば、アンバランス力Ｆは、図４に示す６時の位置で１００グラム・インチの値を持ち得る。また、５０ミルのバランスランド部は、アンバランス力よりかなり大きいバランスさせる値を有することができる。
【００５８】
従って、図３及び図５に示す好ましい実施形態においては、初期環状バランスランド部４２ｂは、半径方向の厚さＨを有する余分な材料を初めに取り除くことによりその適当により大きい値の直径Ｄに初めに機械加工することができる。このように、環状の初期バランスランド部４２ｂの残りの最大厚さＡは、得られるバランス補正が測定されたアンバランス力Ｆに適合するように、最初に縮小される。次に、アンバランス力Ｆは、初期バランスランド部の厚さが縮小された後にその精度を確保するために、バランス試験機で再測定することができる。
【００５９】
その後、初期バランスランド部は、そのより大きい値の直径Ｄからバランスランド部の内径の増加分の半分を表わす対応するオフセット量Ｇを有する、対応するより大きい直径Ｅに再機械加工される。得られた偏心したバランスランド部４２は、次に、測定されたアンバランス力Ｆに実質的に適合する補正力を与えられて、そのアンバランスを直径方向に移動させてブリスク全体を効果的にバランスさせるであろう。
【００６０】
図１から図５までに示す例示的な実施形態において、バランスランド部４２は、第１段ブリスク１４全体を効果的にバランスさせるために、前方張出部３８の下に設けられる。
【００６１】
代わりに、バランスランド部は、スペースが許せばブリスクの後方張出部４０の下に設けることができる。ブレードダンパ（図示せず）が第１ブリスク１４のこの領域に設置されるので、バランスランド部４２は、代わりに前方張出部の下に設置される。しかしながら、図１に示す第２段ブリスク１６では、後方張出部４０は、その下方に４２ｃで示すバランスランド部を設けることが可能である。
【００６２】
図６は、後方張出部４０が、その外側表面及び内側表面の両方で円錐形である本発明の別の実施形態をより詳細に示す。また、バランスランド部４２ｃは、その軸方向の広がりにわたってバランスランド部の実質的に一定の厚さを維持するために、後方張出部の内側表面の輪郭に一致するように、相応して円錐形である。しかしながら、円錐形のバランスランド部４２ｃは、上述の円筒形のバランスランド部４２に他の点では類似していて、補正バランス力を導入して第２段ブリスク１６の測定されたアンバランスを移動させるために、ディスク中心軸線に対して同様に偏心して配置される。
【００６３】
円錐形のバランスランド部４２ｃは、そのより小さい直径の前方張出部に比較して第２ブリスク１６内のより大きい直径の後方張出部４０に設けられるので、ランド部のバランス効果はより大きくなり、その寸法は相応して縮小することが可能で、ブリスクに設けられた場合には、バランスランド部形状自体の自重をさらに最小にすることができる。
【００６４】
図１はまた、第３段ブリスク１８の後方張出部４０の下に、４２ｄで示す別の円筒形形状の偏心したバランスランド部を示す。第３ブリスク１８のより大きいフィレット構造の点から、円筒形のバランスランド部４２ｄは、ディスクの全円周の周りのフィレットのところで如何なる段差もなしに、ディスク中心軸線から偏心させて形成されることができる。
【００６５】
ディスクの前方張出部または後方張出部のいずれか一方の下面に沿ってその様々な形状でバランスランド部を設けることの別の利点は、長い耐用年数の後にブリスクをより容易に修理でき、修理されたブリスクブリスクの強度を悪化させることなく、再バランスさせるためにバランスランド部を再生することができることである。
【００６６】
図７は、本発明の別の実施形態に従って修理工程を受けている図５に示す第１段ブリスクの同じ部分を示す。ブレード３２のうちの１つ又はそれ以上が、実用時に、例えば異物損傷（ＦＯＤ）により損傷される可能性がある。ブレード３２の少なくとも１つを、ブレードの１部分または全部を取り外し、そのような部分またはブレード全体を溶接または他の適当な技法により、然るべき位置に適当に冶金学的に接合された代替品と取り換えることによるなどのなんらかの適当な方法で修理することが可能である。そのように修理されたブリスクは、それから再び使用に供する前に適当に再バランスされなければならない。
【００６７】
偏心したバランスランド部の新しい形状が再び得られるように、対応する張出部３８でディスクリムと同心にバランスランド部４２を再生することにより、このことは成し遂げることができる。
【００６８】
再生された同心の初期バランスランド部４２ｂを有する修理されたブリスクは、次に、偏心の補正を行なうために、アンバランスを測定してそのあと再生されたバランスランド部４２を機械加工することにより、上述の同じ方法でバランスされることができる。
【００６９】
図７に示す好ましい実施形態において、バランスランド部は、その内径を小さくするためにリム張出部の下面に沿って追加の金属材料５８をプラズマ溶射堆積により適当な厚さの初期の大きさに再生することができる。任意の方式の通常のプラズマ溶射堆積を用いて、ディスクの材料特性あるいは強度に悪影響を及ぼすことはなく、バランスランド部を再生することができる。また、必要に応じ、ブリスクの適当な熱処理を用いて材料特性を改善することができる。
【００７０】
次に、再生されたバランスランド部は、修理されたブリスクを再バランスさせるのに先立って、リムと同心に機械加工して、適当な環状の初期バランスランド部形状４２ｂにすることができる。
【００７１】
また、再生された初期バランスランド部４２ｂを有するそのように修理されたブリスクは、次に、アンバランス力を測定し、初期バランスランド部を必要とされる偏心した形状に機械加工して、測定されたアンバランスを移動させることにより、上述の同じ方法で再バランスさせることができる。
【００７２】
様々な形状の上述の偏心したバランスランド部は、ガスタービンエンジン内の任意の適当な位置で使用するための別の従来のブリスクに容易に導入される。偏心したバランスランド部は、バランス補正を行なうために必要とされる質量の量を最少にしながら、その有効性を最大にするためにどちらか一方のリム張出部の下面に沿って、比較的に大きい直径のところに設置される。
【００７３】
バランスランド部は、最大値から最小値まで変化する厚さでリムの周りに円周方向に延びて、リムの下面に滑らかに移行し、ブリスク内にフープ応力集中を全く生じない。しかも、バランスランド部は、ブレードと支持シャフトの間の荷重経路から構造的に切り離されているので、その強度を低下させない。バランスランド部自体を設けることにより生じる追加の荷重は、回転運転の間にその中に応力の著しい増加なしに、ディスクによって容易に担持される。
【００７４】
本明細書では、本発明の好ましくまた例示的な実施形態であると考えられるものを説明してきたが、本発明の他の変形形態が、本明細書の教示から当業者には明らかになるはずであり、従って、本発明の技術思想及び技術的範囲内の全てのかかる変形形態は別添の特許請求の範囲で保護されることを望む。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の対応する実施形態に従った偏心したバランスランド部を有する３段ファンブリスクロータの部分断面軸方向正面図。
【図２】 その中に偏心したバランスランド部の１つの形状を含む図１に示す第１段ブリスクの斜視図。
【図３】 図１に３と標記された破線の円内に示され、また偏心したバランスランド部の１つの実施形態の構成を示す図４の切断線３−３に沿うブリスクリムの前方張出部の拡大軸方向断面図。
【図４】 図１に示され、かつブリスクをバランスさせる例示的な方法を概略的にフローチャート形式で示す線４−４に沿った第１段ブリスクの１部分の前方から後方に向く正面図。
【図５】 例示的な６時の位置で測定されたブリスクアンバランスベクトルの角度位置に対応する、線５−５に沿った図４に示す偏心したバランスランド部の拡大軸方向断面図。
【図６】 本発明の別の実施形態に従った、図１に６と標記された破線の円内に示す第２段ブリスクのためのリム後方張出部の拡大軸方向断面図。
【図７】 本発明の別の形状に従ったブリスクを修理する例示的な方法の、図５と同様の拡大断面図。
【符号の説明】
２６ ウェブ
３２ ブレード
３４ ブレード３２の前縁
３８ リム第１張出部
４２ 円弧状のバランスランド部
４２ｂ 環状の初期バランスランド部
５０ フィレット
５２ バランス試験器（アンバランスの測定）
５４ 半径方向の段差
５６ 工作機械（機械加工）
Ａ バランスランド部の厚さ
Ｂ 基準直径
Ｄ 初期同心の直径
Ｅ 最終のより大きい直径
Ｈ 半径方向の厚さ

Claims (10)

1. ブリスク１４であって、
   軸方向中心軸線１２の周りに同心に配置された、リム２４、ウェブ２６及びハブ２８を含む環状のディスク２２と、
   前記リムから半径方向外方に延びるブレード３２の列と、
   を含み、前記リムは、前記ウェブの軸方向に対向する側面に第１及び第２張出部３８、４０を含み、該張出部のうちの１つのは、前記ブリスクをバランスさせるために、該張出部から半径方向内方に突出しかつ前記ディスクの中心軸線に対して偏心して配置された円弧状のバランスランド部４２を含む、
   ことを特徴とするブリスク１４。
2. 前記リム２４から半径方向内方に位置しかつ前記バランスランド部４２から間隔を置いて配置され、前記ディスク２２に一体に結合された環状のシャフト４４をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のブリスク。
3. 前記バランスランド部４２は、前記リム２４の周りで円周方向に半径方向の厚さが変化することを特徴とする、請求項２に記載のブリスク。
4. 前記ブリスクは、
   全てが軸方向中心軸線１２の周りに同心に配置された、円錐形のリム２４、該ハブの第１の側面から延びる第１シャフト４４、及び該ハブの反対側の側面から延びる第２シャフト４６を含む環状のディスク２２と、
   その各々が前縁３４及び後縁３６を含むブレードと
   を含み、
   前記リム２４は、前記第１張出部３８が前記第１シャフトを囲み、前記第２張出部４０が前記第２シャフトを囲むことを特徴とする、請求項１に記載のブリスク。
5. 前記バランスランド部４２は、前記リム２４の周りで円周方向に半径方向の厚さが変化することを特徴とする、請求項４に記載のブリスク。
6. 前記リム２４及び前記シャフト４４、４６は、対応するフィレット５０のところで前記ウェブ２６に結合し、また前記バランスランド部４２は、前記フィレットにより半径方向の段差５４を形成していることを特徴とする、請求項５に記載のブリスク。
7. 請求項１に記載のブリスクをバランスさせる方法であって、
   前記ブリスク１4を、前記リム２４の下の環状のバランスランド部４２ｂに初期に適合させる段階と、
   前記ブリスクのアンバランスを測定する段階と、
   前記測定されたアンバランスに基づき前記初期のバランスランド部が偏心するよう適合させて前記ブリスクをバランスさせる段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
8. 前記リム２４と同心に前記初期のバランスランド部４２ｂを最初に適合させる段階と、
   内径の増加分の約半分に等しい偏心オフセット量をもつように、前記初期のバランスランド部４２ｂをより大きい内径に次に適合させる段階と、
   をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 請求項１に記載の前記ブリスクを修理する方法であって、
   前記ブレード３２の少なくとも１つを修理する段階と、
   前記リム２４と同心の前記バランスランド部４２ｂを再生する段階と、
   前記修理されたブリスクのアンバランスを測定する段階と、
   前記測定されたアンバランスに基づき前記再生されたバランスランド部が偏心するよう適合させて前記修理されたブリスクをバランスさせる段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
10. その内径を小さくするために、その上に追加の材料５８のプラズマ溶射堆積をすることにより前記バランスランド部４２ｂを再生する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。

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