JPH03182603A - タービンロータディスクへのガスタービンエンジンブレードの改良型アタッチメント - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はタービンロータディスクへのガスタービンエン
ジンブレードの改良アタッチメントに関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来よ
く知られているように、ガスタービンエンジンの翼ブレ
ードは通常、圧縮機及びタービンのいずれにおいても、
ディスクやドラムその他の同様のロータ構造から径方向
に延在している。ブレードとそれを支持するロータディ
スク間の保合部はそうしたブレード付きロータの設計上
重要な部分である。それはブレードからロータへ伝えら
れる荷重を確実に支持しなければならないし、ブレード
の根元部とデイスクリムの寸法を最小限にするために、
できるだけ全体的に小さくなくてはならない。

従来、種々の根元部アタッチメントが開発され使用され
てきた。これらは通常、ロータディスクの周縁部の対応
するスロットや溝のアンダーカット表面と係合する突起
を、根元部に備えた一般的な型のものであった。スロッ
トはディスクの向かい合った面の間に延在してもよいし
、ディスク周縁部に沿って伸延してもよい。

前者の部類に属する部材として広範に用いられてきたも
のの一つが、ブレードの断面がモミの木に似ていること
に因んで「モミの木型」根元部アタッチメントと呼ばれ
る部材である。そうしたモミの木形の根元部は我々の英
国特許第２．０３０．６５７Ｂ号に開示されている。本
発明は特にモミの木形の根元部アタッチメントに関する
。

現代の航空機、特に軍用機において、ガスタービンエン
ジンに要求される性能が高まるにつれて、タービンブレ
ードにかかる荷重も非常に高くなり、それに応じてモミ
の木形の根元部アタッチメントにも高荷重がかかるよう
になった。

数千時間に及ぶ高性能荷重の後で、モミの木形の根元部
内に鋸刃状のひび割れが生じる可能性がある。評価され
たひび割れの応力のうち、半分以上が歯の曲がりに起因
するものと思われる。高性能高圧タービンにむいて、タ
ービンディスクによって支持される荷重合計の５０９６
１までがブレードのモミの木型部とその関連したディス
クのモミの木型部にかかる。−層高性能化されたタービ
ンにおいては、ディスクにより支持される荷重合計の上
記割合は更に高まる。高性能化の諸条件により根元歯部
に生じる応力が高まる問題は、根元部に対する歯の数を
例えば４から２に減らし、それに応じて歯のアスペクト
比を減らすことにより解決できる。歯のアスペクト比と
は、歯の頂部と隣接する谷部の間の垂直距離と、隣接す
る谷部間の歯の幅との比である。

歯のアスペクト比の減少は、歯をより固くし曲げ応力を
低下させる。しかしながら、この有益な効果は径方向に
配設された歯の対の間の荷重分布を悪化させるという別
の問題を提起する。これは歯の歪みが減少した分だけ隣
接する歯の対の間の径方向許容差を収容できる余地が少
なくなるからである。この問題を緩和することが本発明
の目的である。

〔課題を解決するための手段〕

従って一般的な表現で、本発明は歯のフランクと、根元
部が取り付けられるロータディスク内の対応するスロッ
トの隣接するアンダーカット表面との間でのみ局部的に
接触をすることにより、モミの木形の根元部の歯肉の好
ましくない荷重分布を軽減することを目指している。

特にガスタービンエンジンのブレード用の根元部アタッ
チメントを提供しており、 前記ブレード用の根元部アタッチメントは、前記ブレー
ドが取り付けられるディスク内に形成された成形溝内で
ノツチと係合する少なくとも１つの歯を有するブレード
上にモミの木形の根元部を備え、前記少なくとも１つの
歯のフランクに隣接するノツチのアンダーカット表面が
略平坦であり、前記フランクが、歯の先端と隣接するト
ラフの基部との間に引かれた直線に関して最大の高さを
有する凸状の湾曲部を備え、それにより、荷重のかから
ない状態でのアンダーカット表面とフランクとの間の初
期接触位置が単に前記最大の高さの位置にあり、荷重が
増すに連れてフランクは前記位置でおしつぶされ、前記
位置の周りに荷重の拡散された接触部を形成している、
ことを特徴としている。

最大高さの位置は根元部とディスクノツチの応力間の最
適なバランスを与える点であり、歯のフランクの中点か
若しくはその近傍にあることが望ましい。

モミの木形の根元部は少なくとも２つの対向する歯の対
を有することが望ましい。

フランクのうち、ディスクの軸に対して歯の径方向最も
外側のただ１つのフランクのみが凸状に湾曲し、他のフ
ランクは略平坦であることが望ましい。

本発明は非縮尺の添付図面を参照して、以下単に一例と
して説明していく。

〔実施例〕

第１図にケーシング１０を備えた航空機用ガスターヒン
エンジンを示す。ケーシング１ｏ内には圧縮機１１、燃
焼室１２、タービン１３、及び最終ノズル１４が設けら
れている。エンジン全体の作動は従来と同様であるので
ここでは説明を省く。

タービンロータディスク１５とそれに係るロータブレー
ド１６を示すために、ケーシング１０はタービン１３の
近くで破断されている。ガスタービンでは一般的なこと
であるが、ブレード１６はロータディスク１５と一体に
なっておらず、軸方向に伸延する（しかしディスク軸と
平行ではない）スロット即ち溝１７内に、対応する形状
の根元部１８の保合を介して保持されている。ブレード
１６はディスク１５の円周列上に角方向に離隔して取り
付けられている。

第２図はブレード１６の１枚の中間部とディスク１５の
対応部分を通る拡大断面図であり、切断面はディスクの
軸と垂直になっている。翼１９、プラットホーム２０、
根元部シャンク２１、及び根元部１８本体が断面で示さ
れている。根元部１８は図示したように６個の歯２２を
有し、それらはブレードの中央平面２５に対して対称的
に配置されたそれぞれ３個の歯よりなる２つの対向する
平面配列２３．２４内に配設されている。

各歯２２は中央平面２５に対して垂直方向に伸延するそ
れぞれのノツチ２６内に位置している。

各ノツチ２６はその中に位置する歯２２の形状と略対応
する形状を有し、ノツチのアンダーカット表面２７即ち
ディスクの径方向外側の表面の近くの表面は、ノツチの
トラフからそのノツチと次のノツチとの間のピークまで
の範囲で平面である。

しかしながら後述するように、各ノツチ２６の形状は対
応する歯２２の形状と同一ではない。

歯２２が長手方向に根元部全体の長さと等しい長さを有
し、換言すれば、それらが第２図の方向で紙面の内外へ
延びていることは理解されよう。しかしながら、第３図
の拡大図を見れば容易に分かるように、歯の形状は長平
方向に亘って一定である。第３図に関して１個の歯だけ
が記載されているが、他の全ての歯が事実上等しいよう
に、全部の歯が概して同一の形状を有していることが理
解されよう。

第３図に示されているように、歯２２の径方向最も外側
に位置するフランク２８は凸状に湾曲しているので、ノ
ツチ２６の対向するアンダーカット表面２７とその表面
の接触点２９で接触している。歯のフランクのこの湾曲
を、ここでは「バレリング」と呼ぶことにする。フラン
ク２８のバレリングは、歯の先端と隣接するトラフの基
部との間に引かれた直線に関して、点３０で最高の高さ
を得るように選定される。この点３０は荷重時における
ブレードの根元部とディスクのノツチの応力間の最適な
バランスを提供する歯の位置として選定されるとともに
、ノツチ表面２７との接触点２９に対応する。点３０は
通常、歯のフランクの中心またはその近傍に位置する。

歯のフランク２８のバレリングがノツチ２６の平坦なア
ンダーカット表面２７に与える効果は、荷重時に歯の支
持面がピッチの許容差内にあり荷重分布を平均化するよ
うに点３０の周辺部分で潰れて押し広げられることであ
る。その結果、ひび割れの発生は最小限に抑えられる。

第３図に引かれた多数の一点鎖線は、歯２２の寸法と、
歯がノツチ２６のアンダーカット表面に対して荷重をか
けられるとき発生する歪みとを示している。従って、ａ
は隣接するトラフ間のその基部を亘る歯２２の幅、ｂは
歯の高さを表し、そして上述したように比ｂ　／　ａは
歯のアスペクト比である。ｈは歯のフランク２８のバレ
ルの高さ、ｄは荷重時のバレリングの表面変形の最大深
さである。Ｌ　（ｔｏｔ）は支持面の接触幅、Ｌ　（ｅ
ｌ）は弾性変形のみを受ける支持面の部分、及びＬ　（
ｅｌ＋ｐＩ）は塑性変形と弾性変形の組み合わされたも
のを受ける支持面の部分を示している。

３対の歯２２が図示されているが、本発明の他の実施例
において、３対より少ない或いはそれより多い歯を本発
明の範囲から逸脱することなく使用し得ることは明らか
である。更に別の実施例において、歯のフランクの湾曲
部における最高位の点３０は、２つの歯の間のトラフ内
にあるブレードのピーク応力の位置の方へ、或いはディ
スクのノツチのトラフにあるディスクのピーク応力の位
置の方へ、種々の応力間のバランスを移動したい場合に
は、歯のフランクの中心点と一致する必要はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従った根元部アタッチメントを有する
航空機用ガスタービンエンジンの一部破断図、 第２図は第１図のエンジンの本発明に従ったブレードと
根元部を通る拡大断面図、 第３図は第２図の断面の■部分を更に拡大して本発明を
一層詳細に示す図である。 １０・・・ケーシング、　　　　１１・・・圧縮機、１
２・・・燃焼室、　　　　　　１３・・・タービン、１
５・・・ロータディスク、　　１６・・・ブレード１７
・・・溝、　　　　　　　　１８・・・根元部２・・・
歯、 ６・・・ノツチ ７・・・アンダーカッ ト表面、 ８・・・フランク

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロータディスクに取り付けられた複数の翼ブレード
   を有するガスタービンエンジンにおいて、前記ブレード
   用の根元部のアタッチメントは、前記ブレードが取り付
   けられるディスク内に形成された成形溝内でノッチと係
   合する少なくとも１つの歯を有するブレード上にモミの
   木形の根元部を備え、前記少なくとも１つの歯のフラン
   クに隣接するノッチのアンダーカット表面が略平坦であ
   り、 前記フランクが、歯の先端と隣接するトラフの基部との
   間に引かれた直線に関して最大の高さを有する凸状の湾
   曲部を備え、それにより、荷重のかからない状態でのア
   ンダーカット表面とフランクとの間の初期接触位置が単
   に前記最大の高さの位置にあり、荷重が増すに連れてフ
   ランクは前記位置でおしつぶされ、前記位置の周りに荷
   重の拡散された接触部を形成している、ことを特徴とす
   る根元部アタッチメント。 ２、前記最大の高さの位置が、根元部とディスクのノッ
   チの応力との間の最適なバランスを付与する点にある、
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の根元部ア
   タッチメント。 ３、前記位置が歯のフランクの中点又はその近傍にある
   、ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の根元部
   アタッチメント。 ４、前記モミの木形の根元部が少なくとも２つの対向す
   る歯の対を有する、ことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の根元部アタッチメント。 ５、前記フランクのうち、ロータの軸に対して歯の径方
   向最も外側のただ１つのフランクのみが凸状に湾曲し、
   他のフランクは略平坦である、ことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の根元部アタッチメント。