JPS6155302A - ガスタ−ビンのブレ−ド付きデイスク組立体 - Google Patents
ガスタ−ビンのブレ−ド付きデイスク組立体Info
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- JPS6155302A JPS6155302A JP60164263A JP16426385A JPS6155302A JP S6155302 A JPS6155302 A JP S6155302A JP 60164263 A JP60164263 A JP 60164263A JP 16426385 A JP16426385 A JP 16426385A JP S6155302 A JPS6155302 A JP S6155302A
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- shank portion
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/80—Platforms for stationary or moving blades
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背理
本発明は一般にガスタービンエンジンのロータブレード
に関し、詳しくはガスタービンエンジンのファンおよび
圧縮礪部分のブレードおよびブレード付きディスク組立
体に関する。
に関し、詳しくはガスタービンエンジンのファンおよび
圧縮礪部分のブレードおよびブレード付きディスク組立
体に関する。
ブレード付きディスク組立体、即ち個々のブレードのダ
ブティル部分をロータディスクの相補形のスロットに取
り付けた組立体は当業界でよく知られている。一体のブ
レードとディスクを有するブリスフ（ｂｌｉｓｋ ）組
立体も、例えば米国特許第４．３６３．６０２号に見ら
れるように、当業界でよく知られている。ブレード付き
ディスク組立体の代りにブリスフ組立体を用いることは
、構造的強度が増し、空力学的性能が改良されるなどの
多数の利点がある。特に、ブリスフは半径比（入口ハブ
半径をブレード先端半径でｖｌっだ商として定義される
）を比較的低い約０．５未満の値となるように、かつブ
レード付根のソリディティ（ブレード付根の弦長を隣り
合うブレード間の距離で削った商として定義される）を
比較的高い約２゜３より大きい値となるように設計でき
、空力学的性能の著しい改良をはかることができる。
ブティル部分をロータディスクの相補形のスロットに取
り付けた組立体は当業界でよく知られている。一体のブ
レードとディスクを有するブリスフ（ｂｌｉｓｋ ）組
立体も、例えば米国特許第４．３６３．６０２号に見ら
れるように、当業界でよく知られている。ブレード付き
ディスク組立体の代りにブリスフ組立体を用いることは
、構造的強度が増し、空力学的性能が改良されるなどの
多数の利点がある。特に、ブリスフは半径比（入口ハブ
半径をブレード先端半径でｖｌっだ商として定義される
）を比較的低い約０．５未満の値となるように、かつブ
レード付根のソリディティ（ブレード付根の弦長を隣り
合うブレード間の距離で削った商として定義される）を
比較的高い約２゜３より大きい値となるように設計でき
、空力学的性能の著しい改良をはかることができる。
例えば、ゼネラル・エレクトリック・カンバニイが開発
したエンジンでは、第１段チタン製圧縮機ブリスクは約
０．４２の半径比および約３．１のソリディティを有す
る。このブリスフには性能上の実質的な効果があるが、
ブレードの異物による損傷をもっと簡単に修理できるよ
うにするために、交換可能なブレードを設けるのが望ま
しい。
したエンジンでは、第１段チタン製圧縮機ブリスクは約
０．４２の半径比および約３．１のソリディティを有す
る。このブリスフには性能上の実質的な効果があるが、
ブレードの異物による損傷をもっと簡単に修理できるよ
うにするために、交換可能なブレードを設けるのが望ま
しい。
さらに、普通のブレード用のスチール材料を用いる方が
コスト低減の上で望ましいと考えられる。
コスト低減の上で望ましいと考えられる。
しかし、経験によれば、通常のスチール製ブレード付き
ディスク組立体では、低サイクル疲労（ＬＣＦ）および
高サイクル疲労（ト１ｃＦ）を含めた寿命および強度条
件に基づいて、半径比が約０．５より大ぎい値、ソリデ
ィティが約２．２未満の値に制限される。任意の所定の
圧縮機段において、必要山の仕事を行わせるのに必要な
ブレードの数と寸法についての要件は一般に定まってい
る。この所定数のブレードでは、空力学的性能を向上さ
せるために半径比を小さくするには、ディスクの外周を
それに応じて小さくしなければならず、そのようにする
と、ブレードを取り付けるための円周方向のスペースが
小さくなり、これによりソリディティが増加する。
ディスク組立体では、低サイクル疲労（ＬＣＦ）および
高サイクル疲労（ト１ｃＦ）を含めた寿命および強度条
件に基づいて、半径比が約０．５より大ぎい値、ソリデ
ィティが約２．２未満の値に制限される。任意の所定の
圧縮機段において、必要山の仕事を行わせるのに必要な
ブレードの数と寸法についての要件は一般に定まってい
る。この所定数のブレードでは、空力学的性能を向上さ
せるために半径比を小さくするには、ディスクの外周を
それに応じて小さくしなければならず、そのようにする
と、ブレードを取り付けるための円周方向のスペースが
小さくなり、これによりソリディティが増加する。
従って、小さな半径比を実現するためには、外周が減少
するという物理的制約から、ブレードのシャンク部分お
よびダブティル部分を小さくする必要がある。しかし、
ブレードの翼形部分の寸法が基本的に変わらないので、
このように必要とされるだけ一層小さくした従来のダブ
ティル部分およびシャンク部分は、ブレードをディスク
に適切に取り付けるのに構造的に不適当である。例えば
、従来のシャンクおよびダブティル部分は比較的可撓性
が大きく、荷重伝達表面積が小さく、従ってダブテイル
部分およびディスク組立体に望ましくないＬＣＦおよび
ＨＣＦの問題を惹き起す。
するという物理的制約から、ブレードのシャンク部分お
よびダブティル部分を小さくする必要がある。しかし、
ブレードの翼形部分の寸法が基本的に変わらないので、
このように必要とされるだけ一層小さくした従来のダブ
ティル部分およびシャンク部分は、ブレードをディスク
に適切に取り付けるのに構造的に不適当である。例えば
、従来のシャンクおよびダブティル部分は比較的可撓性
が大きく、荷重伝達表面積が小さく、従ってダブテイル
部分およびディスク組立体に望ましくないＬＣＦおよび
ＨＣＦの問題を惹き起す。
従って本発明の目的は、新しい改良されたブレード付き
ディスク組立体を提供することにある。
ディスク組立体を提供することにある。
本発明の他の目的は、比較的小さい半径比および比較的
大ぎいソリディティを有するブリスフ組立体と置き換え
ることの出来るブレード付きディスフ組立体を提供する
ことにある。
大ぎいソリディティを有するブリスフ組立体と置き換え
ることの出来るブレード付きディスフ組立体を提供する
ことにある。
本発明の別の目的は、シャンク部分を改良した新しい改
良されたロータブレードを提供することにある。
良されたロータブレードを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、曲げこわさく５ｔｉｒｒｎ
ｅｓｓ ）および荷重伝速能力を許容範囲内に維持しな
がら、シャンク部分およびダブテイル部分を従来のもの
より軽くした改良ロータブレードを提供することにある
。
ｅｓｓ ）および荷重伝速能力を許容範囲内に維持しな
がら、シャンク部分およびダブテイル部分を従来のもの
より軽くした改良ロータブレードを提供することにある
。
本発明のさらに他の目的は、重量を軽くして応力集中作
用を最小にした改良ロータブレードを提供することにあ
る。
用を最小にした改良ロータブレードを提供することにあ
る。
発明の開示
本発明は、新しい改良されたロータブレードを有するブ
レード付きディスク組立体を提供する。
レード付きディスク組立体を提供する。
ブレードはその翼形部分から延在するシャンク部分およ
びダブテイル部分を含む。シャンク部分にはその端面か
らシーン９部分内に延在するポケットを設ける。シャン
ク部分のボケツＩ−は、ブレードの曲げこわさを許容範
囲内に維持しながらブレードの重囲を減少させる。本発
明の代表的な例では、スチール製ブレード付きディスク
組立体は、入口半径比が約０．５未満およびソリディテ
ィが約２．２より大きいチク２１フ９２９組立体と置き
換えることのできる効果を持つ。
びダブテイル部分を含む。シャンク部分にはその端面か
らシーン９部分内に延在するポケットを設ける。シャン
ク部分のボケツＩ−は、ブレードの曲げこわさを許容範
囲内に維持しながらブレードの重囲を減少させる。本発
明の代表的な例では、スチール製ブレード付きディスク
組立体は、入口半径比が約０．５未満およびソリディテ
ィが約２．２より大きいチク２１フ９２９組立体と置き
換えることのできる効果を持つ。
及１υＬ旦至ｍ
本発明に特有の新しい特徴は特許請求の範囲に記載した
通りである。本発明の構成およびその目的と利点を以下
に図面と関連させて詳しく説明する。
通りである。本発明の構成およびその目的と利点を以下
に図面と関連させて詳しく説明する。
第１図にガスタービンエンジンの圧縮機１０の一部を示
す。この圧縮１１０には、入口側第１段ブレード付きデ
ィスク組立体１２が、多数の円周方向に間隔をおいて設
けられた静翼１４より上流でかつそれと同軸に、エンジ
ンまたは圧縮機の長さ方向中心線１６のまわりに配置さ
れている。ブレード付きディスク組立体１２は、多数の
円周方向に間隔をおいて設けられたロータブレード１８
をロータディスク２０に取り付けた組立体である。
す。この圧縮１１０には、入口側第１段ブレード付きデ
ィスク組立体１２が、多数の円周方向に間隔をおいて設
けられた静翼１４より上流でかつそれと同軸に、エンジ
ンまたは圧縮機の長さ方向中心線１６のまわりに配置さ
れている。ブレード付きディスク組立体１２は、多数の
円周方向に間隔をおいて設けられたロータブレード１８
をロータディスク２０に取り付けた組立体である。
第１図および第２図を参照してさらに詳述すると、ブレ
ード１８は比較的薄い中実の翼形部分２２を含み、この
翼形部分２２は先端２４、付根２６、前縁２８および後
縁３ｏを有する。ブレード１８はさらに、翼形部分の付
ｌｌＩ！２６から横外方へ張り出すほぼ長方形のプラッ
トホーム３２を含む。
ード１８は比較的薄い中実の翼形部分２２を含み、この
翼形部分２２は先端２４、付根２６、前縁２８および後
縁３ｏを有する。ブレード１８はさらに、翼形部分の付
ｌｌＩ！２６から横外方へ張り出すほぼ長方形のプラッ
トホーム３２を含む。
プラットホーム３２は、前縁２８から後縁３０まで、先
端２４に向って上向きに、約２０−７３５゜の範囲で比
較的大ぎく傾斜しており、圧縮機１０の内側空気流境界
を限定している。プラットホーム３２は上流側の前端３
４と下流側の後９ａ３６を含み、後端３６は前＠３４の
半径より大きな半径の所に位置する。ブレード１８はさ
らに、プラットホーム３２の所の翼形部分２２から同軸
的に延在するシャンク部分３８と、このシャンク部分３
８から延在する通常の形状の軸線方向差込式のダブテイ
ル部分４０を含む。
端２４に向って上向きに、約２０−７３５゜の範囲で比
較的大ぎく傾斜しており、圧縮機１０の内側空気流境界
を限定している。プラットホーム３２は上流側の前端３
４と下流側の後９ａ３６を含み、後端３６は前＠３４の
半径より大きな半径の所に位置する。ブレード１８はさ
らに、プラットホーム３２の所の翼形部分２２から同軸
的に延在するシャンク部分３８と、このシャンク部分３
８から延在する通常の形状の軸線方向差込式のダブテイ
ル部分４０を含む。
ディスク２０には、その外周４４に多数の軸線方向スロ
ット４２が円周方向に間隔をおいて設けられており、こ
れらのスロット４２はブレードのダブテイル部分４０に
対して相補形の形状をもち、ブレード１８をディスク２
０に取り付けるためにダブテイル部分４０を受は入れる
。空気４６はブレード１８および静翼１４の適当な通路
を通り抜けて、これにより圧縮される。
ット４２が円周方向に間隔をおいて設けられており、こ
れらのスロット４２はブレードのダブテイル部分４０に
対して相補形の形状をもち、ブレード１８をディスク２
０に取り付けるためにダブテイル部分４０を受は入れる
。空気４６はブレード１８および静翼１４の適当な通路
を通り抜けて、これにより圧縮される。
ブレード１８は中心線１６に対して定義された入口ハブ
半径比Ｒ１／Ｒ２を有する。この半径比は、ブレード前
縁２８とプラットホーム３２との交点で定められるブレ
ード１８のハブ半径Ｒ１を、前縁２８で定められるブレ
ード先端２４の半径Ｒ２で割った商に等しい。ディスク
外周４４の半径Ｒ３は、プラットホーム３２、シャンク
部分３８およびダブテイル部分４ｏを収容するのに適当
な分だけハブ半径Ｒ１より小さい。
半径比Ｒ１／Ｒ２を有する。この半径比は、ブレード前
縁２８とプラットホーム３２との交点で定められるブレ
ード１８のハブ半径Ｒ１を、前縁２８で定められるブレ
ード先端２４の半径Ｒ２で割った商に等しい。ディスク
外周４４の半径Ｒ３は、プラットホーム３２、シャンク
部分３８およびダブテイル部分４ｏを収容するのに適当
な分だけハブ半径Ｒ１より小さい。
ブレード１８は、付根２６の所において隣り合う前縁２
８が距１１１１Ｄだけ円周方向に離間するように配置さ
れている。各ブレード１８は付根２６の所における前縁
２８から後縁３０までの弦長Ｃを有する。ブレード付根
のソリディティ（ｓｏｌｉｄｉｔｙ）は比Ｃ／Ｄとして
定義され、これはディスクの各スロット４２によって適
当に対処しなければならない遠心荷重を無次元で表わす
ものであり、該荷重に正比例する。比較的大きな値のソ
リディティは、ディスクの各スロット４２がダブテイル
部分４０を介してブレード１８から比較的大きな遠心荷
重を受けることを意味している。経験によれば、シャン
ク部分３８、ダブテイル部分４０およびスロット４２に
十分なＬＣＦおよびＨＣＦ寿命限界を維持するためには
、従来のブレード付きディスク組立体を用いると、ソリ
ディティは約２．４までの値に制限されている。
８が距１１１１Ｄだけ円周方向に離間するように配置さ
れている。各ブレード１８は付根２６の所における前縁
２８から後縁３０までの弦長Ｃを有する。ブレード付根
のソリディティ（ｓｏｌｉｄｉｔｙ）は比Ｃ／Ｄとして
定義され、これはディスクの各スロット４２によって適
当に対処しなければならない遠心荷重を無次元で表わす
ものであり、該荷重に正比例する。比較的大きな値のソ
リディティは、ディスクの各スロット４２がダブテイル
部分４０を介してブレード１８から比較的大きな遠心荷
重を受けることを意味している。経験によれば、シャン
ク部分３８、ダブテイル部分４０およびスロット４２に
十分なＬＣＦおよびＨＣＦ寿命限界を維持するためには
、従来のブレード付きディスク組立体を用いると、ソリ
ディティは約２．４までの値に制限されている。
本発明の１実施例においては、ブレード付きディスク組
立体１２に施こした新しい改良によって、従来のブレー
ド付きディスク組立体と較べて入口半径比を減らしかつ
ソリディティを増すことができ、これにより組立体に許
容範囲内の寿命および応力レベルを保ちながら、優れた
空力学的性能が得られる。さらに具体的にいうと、スチ
ール製ブレード付きディスク組立体１２は、プラットホ
ーム２６の傾斜が約２０’以上でソリディティが約２．
２より大きい場合、約０．５未満の半径比を有するのが
好ましい。これらの値が得られれば、スチール製ブレー
ド付きディスク組立体１２を同様の寸法のブリスフ組立
体の代りに用いることができ、これによりチタン製ブリ
スク組立体と同様のりぐれた空力学的性能の利点が得ら
れるとともに、起り得る異物による損傷を修理するため
に個々のブレードを取り外すことができる。
立体１２に施こした新しい改良によって、従来のブレー
ド付きディスク組立体と較べて入口半径比を減らしかつ
ソリディティを増すことができ、これにより組立体に許
容範囲内の寿命および応力レベルを保ちながら、優れた
空力学的性能が得られる。さらに具体的にいうと、スチ
ール製ブレード付きディスク組立体１２は、プラットホ
ーム２６の傾斜が約２０’以上でソリディティが約２．
２より大きい場合、約０．５未満の半径比を有するのが
好ましい。これらの値が得られれば、スチール製ブレー
ド付きディスク組立体１２を同様の寸法のブリスフ組立
体の代りに用いることができ、これによりチタン製ブリ
スク組立体と同様のりぐれた空力学的性能の利点が得ら
れるとともに、起り得る異物による損傷を修理するため
に個々のブレードを取り外すことができる。
従来のファンおよび圧縮機のブレード付きディスク−組
立体の例が、米国特許第４．２６５．５９５号および米
国特許第３，３９５，８９１号に開示されている。これ
らの従来のロータブレードは翼形部分、傾斜したプラッ
トホーム、シャンク部分およびダブテイル部分を含む。
立体の例が、米国特許第４．２６５．５９５号および米
国特許第３，３９５，８９１号に開示されている。これ
らの従来のロータブレードは翼形部分、傾斜したプラッ
トホーム、シャンク部分およびダブテイル部分を含む。
従来のシャンク部分は断面が実質的に長方形の中実（ｓ
ｏｌｉｄ ）部材である。
ｏｌｉｄ ）部材である。
約０．５未満の半径比および約２．２より大きいソリデ
ィティを有しかつ約２０〜３５°の急傾斜のプラットホ
ームを有するスチール製ブレード′付きディスク組立体
に通常のブレードを用いるためには、ブレードをディス
クに適切に取り付けるためにシャンク部分を半径方向に
比較的長く、特 □にその後端で長くしなければならず
、この結果シャンク部分の重量と可撓性が増加し望まし
くない。
ィティを有しかつ約２０〜３５°の急傾斜のプラットホ
ームを有するスチール製ブレード′付きディスク組立体
に通常のブレードを用いるためには、ブレードをディス
クに適切に取り付けるためにシャンク部分を半径方向に
比較的長く、特 □にその後端で長くしなければならず
、この結果シャンク部分の重量と可撓性が増加し望まし
くない。
またシャンク部分およびダプテイル部分は、減少させた
ディスク外周に取り付けるため、またｆｌｆｆｌを減ら
してダプテイル領域でのＬＣＦ＊命限界を回避するため
に、より薄くより小さく作られる。
ディスク外周に取り付けるため、またｆｌｆｆｌを減ら
してダプテイル領域でのＬＣＦ＊命限界を回避するため
に、より薄くより小さく作られる。
しかし、通常のシャンク部分の厚さを減らずど、シャン
ク部分の慣性モーメントまたは曲げこわさが減少し、こ
れにより回転周波数の２倍の励振周波数での周知の第１
曲げ撮動モードにより望ましくないＨＣＦ寿命限界が生
じる。
ク部分の慣性モーメントまたは曲げこわさが減少し、こ
れにより回転周波数の２倍の励振周波数での周知の第１
曲げ撮動モードにより望ましくないＨＣＦ寿命限界が生
じる。
本発明の１実施例によれば、第３Ａ、３Ｂおよび３Ｃ図
に詳しく示すように、ブレード１８は許容可能な曲げ剛
性を維持しながら重量を減じた改良シャンク部分３８を
含む。
に詳しく示すように、ブレード１８は許容可能な曲げ剛
性を維持しながら重量を減じた改良シャンク部分３８を
含む。
具体的にいうと、シャンク部分３８は、第１図のディス
ク２０に対して実質的に接線方向に配置された２つの互
に反対向きの側面４８と、互に反対向きの第１および第
２端面５０および５２を含む。第１端面５０は上流方向
に面し、第２端面５２は下流方向に面する。第１端面５
０および第２端面５２はそれぞれ前縁２８および後縁３
０とほぼ整列する。
ク２０に対して実質的に接線方向に配置された２つの互
に反対向きの側面４８と、互に反対向きの第１および第
２端面５０および５２を含む。第１端面５０は上流方向
に面し、第２端面５２は下流方向に面する。第１端面５
０および第２端面５２はそれぞれ前縁２８および後縁３
０とほぼ整列する。
シャンク部分３日は断面がほぼ長方形で、側面４８が端
面５０，５２より長く、従ってシャンク部分３８は軸線
方向の長さが接線方向の幅より大きい。シャンク゛部分
３８の半径方向外端５４はプラットホーム３２に固定接
合され、プラットホーム３２に平行に傾斜している。シ
ャンク部分３８の半径方向内端５６はダブティル部分４
０に固定接合されている。
面５０，５２より長く、従ってシャンク部分３８は軸線
方向の長さが接線方向の幅より大きい。シャンク゛部分
３８の半径方向外端５４はプラットホーム３２に固定接
合され、プラットホーム３２に平行に傾斜している。シ
ャンク部分３８の半径方向内端５６はダブティル部分４
０に固定接合されている。
本発明の代表的な実施例では、シャンク部分３８の上流
側の第１端面５０よりも半径方向の長さが長い下流側の
第２端面５２には、第１端面５０に向ってシャンク部分
３８の中まで延在する凹所またはポケット５８が設けら
れている。詳しく説明すると、ポケット５８は第２端面
５２の中心部５９から第１端面５０に向って、ダブティ
ル部分４０とプラットホーム３２の所の翼形部分の付根
２６との間に延在する（第３Ｂ図参照）。ポケット５８
はほぼ三角形とするのが好ましく、その底辺をシャンク
部分の第２端面５２に配置し、頂点をシャンク部分の第
１端面５０の方へ向けるようにする。このポケット５８
によりシャンク部分の第２端面５２において横方向に離
間した第１脚部６０と第２脚部６２が形成される。脚部
６０．６２はプラットホーム３２からダブテイル部分４
８までほぼその長さ方向、即ち半径方向に延在する。
側の第１端面５０よりも半径方向の長さが長い下流側の
第２端面５２には、第１端面５０に向ってシャンク部分
３８の中まで延在する凹所またはポケット５８が設けら
れている。詳しく説明すると、ポケット５８は第２端面
５２の中心部５９から第１端面５０に向って、ダブティ
ル部分４０とプラットホーム３２の所の翼形部分の付根
２６との間に延在する（第３Ｂ図参照）。ポケット５８
はほぼ三角形とするのが好ましく、その底辺をシャンク
部分の第２端面５２に配置し、頂点をシャンク部分の第
１端面５０の方へ向けるようにする。このポケット５８
によりシャンク部分の第２端面５２において横方向に離
間した第１脚部６０と第２脚部６２が形成される。脚部
６０．６２はプラットホーム３２からダブテイル部分４
８までほぼその長さ方向、即ち半径方向に延在する。
ポケット５８を設ければ、シャンク部分３８の曲げこわ
さをたいして減少することなくシャンク部分３８の重量
を減少させることができる。特に、ポケット５８を設け
ることにより、第１脚部６０および第２脚部６２は、プ
ラットホーム３２に近いシャンク部分の半径方向外端５
４において、ダブテイル部分４０に近いシャンク部分の
半径方向内端５６におけるよりも遠く離すことができ、
またそのように遠く離すのが好ましい。
さをたいして減少することなくシャンク部分３８の重量
を減少させることができる。特に、ポケット５８を設け
ることにより、第１脚部６０および第２脚部６２は、プ
ラットホーム３２に近いシャンク部分の半径方向外端５
４において、ダブテイル部分４０に近いシャンク部分の
半径方向内端５６におけるよりも遠く離すことができ、
またそのように遠く離すのが好ましい。
この構成により、重量を増す不都合なしにシャンク部分
３８の曲げこわさを増加することができる。ＬＣＦによ
る損傷が重ωに正比例するので、シャンク部分３８の重
ωを減じることは有意義である。曲げこわさを維持もし
くは増加することは、ブレード１８の周波数応答、特に
回転周波数の２倍の周波数での応答を制御するため、そ
して許容可能なｌ−１０Ｆ寿命限界を得るように許容可
能な周波数余裕（マージン）を維持するために、有意義
である。さらに、通常の軽發化のための孔を設けた場合
に生じるような応力集中が何ら実質的に生じない比較的
簡単なポケット５８を用いることにより、シャンク部分
３８の重量は小さくなる。
３８の曲げこわさを増加することができる。ＬＣＦによ
る損傷が重ωに正比例するので、シャンク部分３８の重
ωを減じることは有意義である。曲げこわさを維持もし
くは増加することは、ブレード１８の周波数応答、特に
回転周波数の２倍の周波数での応答を制御するため、そ
して許容可能なｌ−１０Ｆ寿命限界を得るように許容可
能な周波数余裕（マージン）を維持するために、有意義
である。さらに、通常の軽發化のための孔を設けた場合
に生じるような応力集中が何ら実質的に生じない比較的
簡単なポケット５８を用いることにより、シャンク部分
３８の重量は小さくなる。
シャンク部分３８の曲げこわさをほとんど減少させるこ
となくシャンク部分３８のｆｆ１ｆｆｉをさらに減らす
ために、シャンク部分の第２端面５２を凹状の形状にし
て、その中心部５つがシャンク部分の第１端面５０によ
り近くなるようにする。このようにすると、第２端面５
２が実質的にまっすぐだった場合に第１脚部６０および
第２脚部６２に存在する材料分の重量が除かれる。
となくシャンク部分３８のｆｆ１ｆｆｉをさらに減らす
ために、シャンク部分の第２端面５２を凹状の形状にし
て、その中心部５つがシャンク部分の第１端面５０によ
り近くなるようにする。このようにすると、第２端面５
２が実質的にまっすぐだった場合に第１脚部６０および
第２脚部６２に存在する材料分の重量が除かれる。
勿論、ポケット５８はシャンク部分３８Ｊ５よびダブテ
イル部分４０の全体的寸法を小さくし、ＨＣＦおよびＬ
ＣＦ寿命限界を許容範囲内に保ちながら、入口半径比を
小さくできることを理解されたい。
イル部分４０の全体的寸法を小さくし、ＨＣＦおよびＬ
ＣＦ寿命限界を許容範囲内に保ちながら、入口半径比を
小さくできることを理解されたい。
第４図にシャンク部分３８に対する翼形部分２２の適切
な位置合わせを示す。具体的にいうと、三日月形の翼形
部分２２はブレードの長さ方向、即ち半径方向軸線６４
（第３Ｂおよび３Ｃ図参照）に対してほぼ位置合わせさ
れており、従って翼形部分２２は実質的にシャンク部分
３８の内の第１脚部６０および中実の前側部分６６の半
径方向外方にのみ位置する。この配置により翼形部分２
２からダブテイル部分４０までほぼ直線の荷重経路が得
られ、翼形部分２２が第１脚部６０に対して位置合わせ
されていない場合に生じるおそれのある余分な望ましく
ない曲げ応力が生じない。
な位置合わせを示す。具体的にいうと、三日月形の翼形
部分２２はブレードの長さ方向、即ち半径方向軸線６４
（第３Ｂおよび３Ｃ図参照）に対してほぼ位置合わせさ
れており、従って翼形部分２２は実質的にシャンク部分
３８の内の第１脚部６０および中実の前側部分６６の半
径方向外方にのみ位置する。この配置により翼形部分２
２からダブテイル部分４０までほぼ直線の荷重経路が得
られ、翼形部分２２が第１脚部６０に対して位置合わせ
されていない場合に生じるおそれのある余分な望ましく
ない曲げ応力が生じない。
ポケット５８はシャンク部分３８内に部分的にしか延在
しないので、シャンク部分の前側部分６６および第１脚
部６０には、翼形部分２２およびプラットホーム３２の
遠心Ｍｆｊをダブテイル部分４０まで伝えるのに適切な
断面積がｌｔ１持される。
しないので、シャンク部分の前側部分６６および第１脚
部６０には、翼形部分２２およびプラットホーム３２の
遠心Ｍｆｊをダブテイル部分４０まで伝えるのに適切な
断面積がｌｔ１持される。
第２ｗＪ部６２はこの荷重の一部を伝えるが、−ｆｆ重
要なことはシャンク部分３８の曲げこわざを許容範囲内
に維持する作用をなす。
要なことはシャンク部分３８の曲げこわざを許容範囲内
に維持する作用をなす。
勿論、ブレード付きディスク組立体１２についての許容
可能な半径比Ｒ１／Ｒ２およびソリディティＣ／Ｄは、
選んだ材料およびその強度対Ｍ最沈の関数である。例え
ば、ファンまたは圧縮機ブレード用に用いられているス
チール、例えばＡＭ３５７４３を使用した場合、従来の
シャンク／ダブディル部分の設計では、許容可能な半径
比Ｒ１／ Ｒ２が約０．５以上に制限され、ブレード付
根のソリディティは約２．２未満である。しかし、本発
明によれば、スチール製ブレード付きディスク組立体１
２において、約２．２より大きい、特に約３．１のブレ
ード付根のソリディティおよび約３０°のプラットホー
ムの傾斜では、約０．５未満、特に約０．４２の半径比
Ｒ１／Ｒ２が得られた。
可能な半径比Ｒ１／Ｒ２およびソリディティＣ／Ｄは、
選んだ材料およびその強度対Ｍ最沈の関数である。例え
ば、ファンまたは圧縮機ブレード用に用いられているス
チール、例えばＡＭ３５７４３を使用した場合、従来の
シャンク／ダブディル部分の設計では、許容可能な半径
比Ｒ１／ Ｒ２が約０．５以上に制限され、ブレード付
根のソリディティは約２．２未満である。しかし、本発
明によれば、スチール製ブレード付きディスク組立体１
２において、約２．２より大きい、特に約３．１のブレ
ード付根のソリディティおよび約３０°のプラットホー
ムの傾斜では、約０．５未満、特に約０．４２の半径比
Ｒ１／Ｒ２が得られた。
チタン、例えばＡＭ３４９２８から製造した従来のファ
ンおよび圧縮機ブレードでは、半径比Ｒ１／Ｒ２は約０
．３４以上およびソリディティに約２．３未満になる。
ンおよび圧縮機ブレードでは、半径比Ｒ１／Ｒ２は約０
．３４以上およびソリディティに約２．３未満になる。
しかし、本発明を適用すれば、チタンから製造した場合
には約２．３より大きい、特に約３．５ソリデイテイを
有するブレード付きディスク組立体１２では、０．３４
より著しく低い半径比Ｒ１／Ｒ２を得ることができる。
には約２．３より大きい、特に約３．５ソリデイテイを
有するブレード付きディスク組立体１２では、０．３４
より著しく低い半径比Ｒ１／Ｒ２を得ることができる。
第５図に本発明の別の実施例を示す。この例ではポケッ
ト６８が下流側の第２端面５２がらシャンク部分３８内
に延在し、次いでブラン１−ホーム３２を貫通して付根
２６の近くにある翼形部分２２の一部の中まで延在する
。翼形部分２２は一般に比較的薄い構造体であるので、
典型的には肉厚であり、あるいはポケット６８を組入れ
るために厚（することのできる翼形部分の半径方向下端
部に、ポケット６８が設けられても、空力学的性能に悪
影響を与えず、しかもさらに重量節減をはかることかで
きる。
ト６８が下流側の第２端面５２がらシャンク部分３８内
に延在し、次いでブラン１−ホーム３２を貫通して付根
２６の近くにある翼形部分２２の一部の中まで延在する
。翼形部分２２は一般に比較的薄い構造体であるので、
典型的には肉厚であり、あるいはポケット６８を組入れ
るために厚（することのできる翼形部分の半径方向下端
部に、ポケット６８が設けられても、空力学的性能に悪
影響を与えず、しかもさらに重量節減をはかることかで
きる。
従って、上述した説明から理解できるように、ブレード
のシャンク部分３８にポケット５８を設けたブレード付
ディスク組立体１２では、ポケット５８なしの場合に実
現できる曲げこわさにほぼ等しいかそれより大きい曲げ
こわさを有する一層軽石のブレード１８が得られる。従
って、多くの用途で、本発明によるブレード付きディス
ク組立体１２を同様の寸法の従来のブリスフ組立体に代
えて用いることができ、この結果小さい半径比に基づく
すぐれた空力学的性能が得られ、しかも起り（ｑる異物
による損傷を煤理するために比較的容易にブレードを取
り外すことができる。本発明はその他の従来のブレード
付きディスク組立体にも適用して、曲げこわさを維持し
ながら型口を減じて、ＬＣＦおよびＨＣＦ＊命を改良す
ることができる。 本発明の好適な実施例を説明したが
、当業者であれば以上の説明から他の変更例が想起でき
るであろう。
のシャンク部分３８にポケット５８を設けたブレード付
ディスク組立体１２では、ポケット５８なしの場合に実
現できる曲げこわさにほぼ等しいかそれより大きい曲げ
こわさを有する一層軽石のブレード１８が得られる。従
って、多くの用途で、本発明によるブレード付きディス
ク組立体１２を同様の寸法の従来のブリスフ組立体に代
えて用いることができ、この結果小さい半径比に基づく
すぐれた空力学的性能が得られ、しかも起り（ｑる異物
による損傷を煤理するために比較的容易にブレードを取
り外すことができる。本発明はその他の従来のブレード
付きディスク組立体にも適用して、曲げこわさを維持し
ながら型口を減じて、ＬＣＦおよびＨＣＦ＊命を改良す
ることができる。 本発明の好適な実施例を説明したが
、当業者であれば以上の説明から他の変更例が想起でき
るであろう。
第１図は本発明の１実施例によるガスタービンエンジン
圧縮機の部分断面図、 第２図は第１図に示す圧縮機のブレード付きディスク組
立体を第１図の矢印２の方向に見た正面図、 第３Ａ図は第１図に示すロータブレードの１つを下流側
から見た斜視図、 第３Ｂ図は第３Ａ図のブレードの側面図、第３Ｃ図は第
３Ａ図のブレードの後側喘面図、第４図は第３Ａ図のブ
レードを第３Ａ図の４−４ａ方向に見た平面図、そして 第５図は本発明の伯の実施例によるロータブレードの側
面図である。 １２・・・ブレード付ディスク組立体、１６・・・中心
線、１８・・・ブレード、２０・・・ロータディスク、
２２・・・翼形部分、２４・・・ブレードの先端、２６
・・・付根、２８・・・前縁、３０・・・後縁、３２・
・・プラットホーム、３８・・・シャンク部分、４０・
・・ダブティル部分、４２・・・スロット、４４・・・
ディスク外周、４８・・・シャンク部分の側面、５０．
５２・・・シャンク部分の端面、５４・・・シャンク部
分の半径方向外端、５６・・・シャンク部分の半径方向
内端、５８・・・ポケット、６０．６２・・・脚部、６
４・・・ブレードの軸線、６８・・・ポケット。 Ｂ１１ すｊｚ
圧縮機の部分断面図、 第２図は第１図に示す圧縮機のブレード付きディスク組
立体を第１図の矢印２の方向に見た正面図、 第３Ａ図は第１図に示すロータブレードの１つを下流側
から見た斜視図、 第３Ｂ図は第３Ａ図のブレードの側面図、第３Ｃ図は第
３Ａ図のブレードの後側喘面図、第４図は第３Ａ図のブ
レードを第３Ａ図の４−４ａ方向に見た平面図、そして 第５図は本発明の伯の実施例によるロータブレードの側
面図である。 １２・・・ブレード付ディスク組立体、１６・・・中心
線、１８・・・ブレード、２０・・・ロータディスク、
２２・・・翼形部分、２４・・・ブレードの先端、２６
・・・付根、２８・・・前縁、３０・・・後縁、３２・
・・プラットホーム、３８・・・シャンク部分、４０・
・・ダブティル部分、４２・・・スロット、４４・・・
ディスク外周、４８・・・シャンク部分の側面、５０．
５２・・・シャンク部分の端面、５４・・・シャンク部
分の半径方向外端、５６・・・シャンク部分の半径方向
内端、５８・・・ポケット、６０．６２・・・脚部、６
４・・・ブレードの軸線、６８・・・ポケット。 Ｂ１１ すｊｚ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、付根を有する翼形部分、この翼形部分から延在する
シャンク部分、およびこのシャンク部分から延在するダ
ブテイル部分を備えるガスタービンエンジンのブレード
において、 上記シャンク部分が互に反対向きの２つの側面および互
に反対向きの第１および第２端面を有し、上記側面が上
記端面より長く、上記シャンク部分の第２端面には、上
記シャンク部分の第１端面に向って上記シャンク部分の
中にかつ上記ダブテイル部分と上記翼形部分との間に延
在するポケットが設けられていることを特徴とするブレ
ード。 ２、上記翼形部分が先端、前縁および後縁を有し、上記
ブレードがプラットホームを含み、このプラットホーム
が上記翼形部分の付根から外方に延在しかつ上記前縁か
ら上記後縁まで上記先端に向って上方に傾斜しており、
上記シャンク部分が上記プラットホームに接合しかつ上
記プラットホームに平行に傾斜した外端を有し、上記シ
ャンク部分の上記ポケットが上記後縁から上記前縁へ向
う方向に延在する特許請求の範囲第１項記載のブレード
。 ３、先端、付根、前縁および後縁を有する翼形部分、 上記翼形部分の上記付根に接合され、上記翼形部分の上
記前縁から上記後縁まで上記先端に向って上方に傾斜し
たほぼ長方形の、空気流の境界を定めるプラットホーム
、 このプラットホームから延在するシャンク部分、および このシャンク部分から延在するダブテイル部分を備える
ガスタービンエンジンのロータブレードにおいて、 上記シャンク部分が互に反対向きの２つの側面および互
に反対向きの第１および第２端面を有し、上記第１およ
び第２端面がそれぞれ上記翼形部分の上記前縁および上
記後縁とほぼ整列されており、上記シャンク部分の上記
第２端面には、上記シャンク部分の上記第１端面に向っ
て上記シャンク部分の中にかつ上記プラットホームと上
記ダブテイル部分との間に延在するポケットが設けられ
ていることを特徴とするロータブレード。 ４、上記ポケットがほぼ三角形状であり、上記シャンク
部分の上記第２端面が上記プラットホームから上記ダブ
テイル部分まで延在する互に離間した第１および第２脚
部を含んでいる特許請求の範囲第３項記載のロータブレ
ード。 ５、上記第１および第２脚部の間隔が上記ダブテイル部
分の所におけるよりも上記プラットホームの所において
大きくなっていて、上記シャンク部分の曲げこわさを増
加した特許請求の範囲第４項記載のロータブレード。 ６、上記シャンク部分の上記第２端面が凹状の形状であ
って、その中心部が上記シャンク部分の上記第１端面に
一層近くなるように形成されている特許請求の範囲第４
項記載のロータブレード。 ７、上記翼形部分が上記ロータブレードの長さ方向軸線
に関して実質的に上記シャンク部分の上記第１端面およ
び第１脚部にのみ沿うように位置合わせされていて、上
記翼形部分から上記ダブテイル部分への荷重伝達経路を
ほぼ直線とした特許請求の範囲第４項記載のロータブレ
ード。 ８、上記ポケットがさらに上記プラットホームを貫通し
て上記翼形部分の中まで延在する特許請求の範囲第３項
記載のロータブレード。 ９、複数個の軸線方向のスロットが円周方向に間隔をお
いて設けられたディスク、および それぞれが翼形部分、プラットホーム、シャンク部分お
よびダブテイル部分を含む複数個のロータブレードを備
え、上記ダブテイル部分を上記ディスクのスロット内に
配置して上記ブレードを上記ディスクに取り付けたガス
タービンエンジン用のブレード付きディスク組立体にお
いて、 上記ブレードの上記シャンク部分の各々が、該シャンク
部分の中にその下流側端面から上流方向へ延在するポケ
ットを含んでいることを特徴とするブレード付きディス
ク組立体。 １０、上記プラットホームの前端が上記エンジンの長さ
方向中心線からの半径Ｒ＿１をもち、上記翼形部分の先
端が上記中心線からの半径Ｒ＿２をもち、半径比Ｒ＿１
／Ｒ＿２が約０．５未満であり、隣り合う上記ブレード
がその付根間で距離Ｄだけ離れており、各々の上記ブレ
ードがその付根の弦長Ｃをもち、比Ｃ／Ｄがブレード付
根のソリディティを規定する特許請求の範囲第９項記載
のブレード付きディスク組立体。 １１、上記プラットホームが上記長さ方向中心線に対し
て約２０〜３５°の角度で傾斜している特許請求の範囲
第１０項記載のブレード付きディスク組立体。 １２、上記ブレードがスチール製ブレードであり、上記
半径比が約０．４２である特許請求の範囲第１０項記載
のブレード付きディスク組立体。 １３、上記ブレードがスチール製ブレードであり、上記
ブレード付根のソリディティが約２．２より大きい特許
請求の範囲第１０項記載のブレード付きディスク組立体
。 １４、上記ブレードがスチール製ブレードであり、上記
半径比が約０．４２であり、上記ブレード付根のソリデ
ィティが約３．１に等しい特許請求の範囲第１０項記載
のブレード付きディスク組立体。 １５、上記ブレードがチタン製ブレードであり、上記半
径比が約０．３４未満である特許請求の範囲第１０項記
載のブレード付きディスク組立体。 １６、上記ブレードがチタン製ブレードであり、上記半
径比が約０．３４未満であり、上記ブレード付根のソリ
ディティが約２．３より大きい特許請求の範囲第１０項
記載のブレード付きディスク組立体。 １７、上記翼形部分が先端、付根、前縁および後縁を含
み、 上記シャンク部分が互に反対向きの２つの側面および互
に反対向きの第１および第２端面を有し、上記第１およ
び第２端面がそれぞれ上記翼形部分の上記前縁および上
記後縁とほぼ整列しており、上記ポケットが上記シャン
ク部分の上記第２端面から上記第１端面に向つてかつ上
記プラットホームと上記ダブテイル部分との間に延在し
、上記ポケットがほぼ三角形状であり、上記シャンク部
分の上記第２端面が上記プラットホームから上記ダブテ
イル部分まで延在する互に離間した第１および第２脚部
を含む特許請求の範囲第１０項記載ののブレード付きデ
ィスク組立体。 １８、上記第１および第２脚部の間隔が上記ダブテイル
部分の所におけるよりも上記プラットホームの所におい
て一層大きくなっていて、上記シャンク部分の曲げこわ
さを増加した特許請求の範囲第１７項記載のブレード付
きディスク組立体。 １９、上記シャンク部分の上記第２端面が凹状の形状で
あって、その中心部が上記シャンク部分の上記第１端面
に一層近くなるように形成されている特許請求の範囲第
１７項記載のブレード付きディスク組立体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/635,958 US4595340A (en) | 1984-07-30 | 1984-07-30 | Gas turbine bladed disk assembly |
| US635958 | 1984-07-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6155302A true JPS6155302A (ja) | 1986-03-19 |
Family
ID=24549810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60164263A Pending JPS6155302A (ja) | 1984-07-30 | 1985-07-26 | ガスタ−ビンのブレ−ド付きデイスク組立体 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4595340A (ja) |
| JP (1) | JPS6155302A (ja) |
| CA (1) | CA1233126A (ja) |
| DE (1) | DE3527122A1 (ja) |
| FR (1) | FR2568308B1 (ja) |
| IT (1) | IT1185308B (ja) |
| SE (1) | SE8503614L (ja) |
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