JPH09512606A - ロータブレードアッセンブリ用の傾斜したあり継ぎレール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ガスタービンエンジン１０のファンブレード３４は、あり継ぎ型基部４４の下面５６に配置された一対の基部レール５４を備えている。一対の基部レール５４は、ウエッジ型の外形を有し、前縁５０から後縁５２へ向かって断面積が小さくなるようにテーパをなしている。この基部レール５４は、気流による回転中の接線方向の動きを最小とするように、広く安定した基礎を構成する。ブレード３４のあり継ぎ型基部４４を保持するあり継ぎ型スロット４０の底面７０上には、一対のスロットレール７６が設けられている。あり継ぎ型スロット４０のスロットレール７６は、あり継ぎ型基部４４の基部レール５４と合致する。

Description

【発明の詳細な説明】 ロータブレードアッセンブリ用の傾斜したあり継ぎレール 技術分野 この発明は、ガスタービンエンジンに関し、特に、そのロータブレードに関す る。 背景技術 ガスタービンエンジンの広く使われている一形式として、ターボファンがある 。このターボファンの本質的な特徴は、エンジンの前部における開ロダクト内に 、軸流ファンが配設されていることである。このファンは、回転ブレードと固定 ベーンとを備えている。個々のファンブレードは、翼部と、ファンディスクに保 持されるあり継ぎ形状の基部と、を有している。ファンディスクには、このブレ ードのあり継ぎ型基部と係合するように、あり継ぎ形状をなすスロットが、周方 向に複数個配列されている。このディスクとブレードは、一般に、合金にて形成 されている。 気流による回転（windmilling）は、ガスタービンエンジンが晒される種々の 条件の中の一つであり、不都合な結果をもたらす。この気流による回転は、航空 機がエンジンを停止した状態で地上に駐機しているときに起こるものであり、風 がエンジンの前部もしくは後部に流入し、接線方向（ディスクに対して）の動き をファンアッセンブリに伝え、これにより、ファンブレードがディスクのスロッ ト内で揺動させられる。ファンブレードおよびディスクが回転すると、重力によ る力が、ブレードがエンジンのどちら側に配置されているかによって、各ブレー ドを接線方向反対側へ交互に引っ張ろうとする。気流による回転によってブレー ドが接線方向に往復動すると、ブレードはスロットの一側部からスロットの反対 側の側部へ揺れ動き、このスロットの側部に衝突する。このように繰り返される 衝撃は、ディスクとブレードの摩耗を引き起こす。ディスクおよびブレードは、 いずれも摩耗防止用コーティングによって被覆されているが、それにも拘わらず 、ディスクおよびブレードは、長い期間の間に、徐々に損傷を受ける。 あり継ぎ形状の基部は、その頂部がエンジン運転中の遠心力による荷重によっ て付加的に摩耗を生じるので、最も損傷を受けるのであるが、このあり継ぎ部の 下面も、やはり摩耗する。このあり継ぎ部の下面における摩耗の問題は、ここに 排出用開口部が位置することによって、さらに悪化する。この排出用開口部は、 中空ファンブレードに特有でかつその製造上必要なものである。さらに、上記排 出用開口部は、砂、塵埃、油等潜在的な汚染物質がブレードの中空キャビティ内 に侵入しないように、シールしなければならない。この排出用開口部を塞ぐため に用いられるシール材も、スロット内でのブレードの動きによる摩耗から保護さ れなければならない。 摩耗したブレードやディスクは、いずれも定期的に、補修、あるいは修理でき ないほどの損傷であれば、交換しなければならない。これらはいずれもコストが 嵩む。気流による回転の際の接線方向の動きという問題は、翼幅中間部のシュラ ウド（mid-span shroud） を具備しない最近のブレードにおいて特に厳しいものとなる。この翼幅中間部の シュラウドは、構造的な支持を与え、かつ直立位置にある分離したブレードを保 持しようとする。 Honda らに付与され、かつ United Technologies Corporationに譲渡された“ ロータブレードアッセンブリ”という名称の米国再発行特許第３３，９５４号に は、各ディスクスロットの底面から外側へ延びた単一のウエッジ型突出部を有す るとともに、対応するブレード基部の下面にテーパ面を備えたファンアッセンブ リが開示されている。この構成は、ディスクからブレードを分解することを容易 にするが、上述した気流による回転の際のブレードの接線方向の往復動を最小限 にできるものではない。 エンジンの運転中に、ディスクは、周方向の（輪になった）応力を含め、最大 の応力を受ける。このディスクにおける周方向の応力は、略円形をなし、ディス クの切れ目なく連続した外縁として画定される“有効な縁（live rim）”におい て、連続したものとして発生する。この周方向の応力は、ディスクスロットの底 面における上述したウエッジ型突出部のような位置で発生すると、特に好ましく ないものとなる。 このように、ディスクスロット内でのファンブレードの接線方向の往復動によ って引き起こされる可能性があるファンブレードおよびディスクの損傷を、重量 的な欠点を伴わずに、最小にする必要がある。さらに、ディスクスロットの底面 近傍での環状応力（hoopｓtress）を低減する必要がある。 発明の開示 この発明によれば、一対の基部レールが、ガスタービンエンジンのブレードの あり継ぎ型基部の下面に設けられ、このブレード基部が保持されるあり継ぎ形状 のスロットの中でのブレードの接線方向の往復動を最小にしようとしている。各 基部レールは、ブレードの前縁から後縁へ向かって断面積が減少するようにテー パとなったウエッジ型をなしている。これらの基部レールによって、ブレードに 広くかつ安定した基礎が与えられ、気流による回転の際におけるスロット内での ブレードの接線方向の往復動が最小限のものとなる。これらの基部レールの間に 形成される基部溝によって、ブレードの重量は少なくなり、かつこの基部溝が、 ブレードに形成されている複数の排出用開口部を、該開口部用のシール材ととも に、スロット内でのブレードの接線方向の動きによる摩耗から保護している。 本発明の一つの面によれば、ディスクスロットの底面における一対のスロット レールが、ブレードの上記基部レールと合致する。各スロットレールは、ウエッ ジ型をなし、かつ対応するブレードの基部レールと逆のテーパ状をなしている。 上記スロットレールの間に形成されるスロット溝によって、周方向の応力が、ス ロットレールの外側のへり（edge）から半径方向内側へ移動し、ディスクの疲労 寿命が改善される。 本発明の上記の利点ならびに他の利点は、添付図面に示した実施例についての 後述する詳細な説明によって、一層明確となる。 図面の簡単な説明 図１は、本発明のロータブレードアッセンブリが用いられる形式のガスタービ ンエンジンの概略の部分断面図である。 図２は、本発明の一対の基部レールを有するファンブレードと、一対のスロッ トレールを有するファンディスクとを拡大して示す分解斜視図である。 図３は、図２のファンブレードおよびファンディスクの要部を前方から見た拡 大断面図である。 図４は、図３の４−４線に沿った方向の部分断面図である。 発明を実施するための最良の形態 図１に示すように、ガスタービンエンジン１０は、ファン部１２と、コンプレ ッサ部１４と、燃焼器部１６と、タービン部１８と、を備えている。空気２０は 、エンジン１０の各部１２〜１８を、軸方向に沿って流れる。ファン部１２は、 エンジンによって生成される全体の推力に寄与するように、空気を加速する。こ の分野において良く知られているように、コンプレッサ部１４で圧縮された空気 は、燃料と混合されて燃焼器部１６において燃焼し、かつタービン部１８で膨張 する。これにより、タービン部１８が回転し、かつファン部１２およびコンプレ ッサ部１４が駆動される。 ファン部１２は、１つのファンディスク３２と、複数のファンブレード３４と を、開口ダクト３６内に備えている。ディスク３２は、図２に示すように、ファ ンブレード３４を保持するために、該ディスクの外周部に形成された複数のあり 継ぎ型スロット４０を有している。 各ファンブレード３４は、翼型部４２と、あり継ぎ型基部４４と、を有してい る。上記翼型部４２は、前縁５０から後縁５２へ翼弦方向に延びた凹面の壁面４ ６と凸面の壁面４８とを有している。上記あり継ぎ型基部４４は、該基部４４の 下面５６から突出した一対のウエッジ型の基部レール５４を有している。上記基 部レール５４は、ブレード３４の前縁５０から後縁５２へ向かって断面積が減少 するようにテーパとなっている。この一対の基部レール５４の間には、基部溝５ ８が形成されている。上記ブレード３４の内部には、図３に示すように、中空キ ャビティ６０が設けられている。キャビティ６０とあり継ぎ型基部４４の下面５ ６上の基部溝５８とを連通するように、複数の排出用開口部６２（これは製造上 の理由で必要なものである）が、あり継ぎ型基部４４内部に形成されている。基 部溝５８内で開口部６２を覆うように設けられたシール材６４が、該開口部６２ を閉塞するために用いられており、汚染物質が中空キャビティ６０内に侵入する ことを防止している。 上記あり継ぎ型スロット４０のそれぞれは、底面７０を有している。そして、 スロット４０がブレード３４のあり継ぎ型基部４４に完全に係合したときに、図 ４に示されているように、ブレード３４の前縁５０がディスク３２の前端面７３ に揃い、かつブレード３４の後縁５２がディスク３２の後端面７４に揃うように 、各スロット４０は、ディスク３２の前端面７２から後端面７４に延びている。 ウエッジ型の一対のスロットレール７６が、スロット４０の底面７０から突出し ている。上記スロットレール７６は、上記基部レール５４と合致するようにテー パとなっている。従って、上記スロット レール７６の断面形状は、基部レール５４のテーパとは逆に、前端面７２から後 端面７４へ向かって徐々に増大している。このスロットレールの間には、スロッ ト溝７８が形成されている。 エンジン１０の運転中に、ディスク３２には、スロットレール７６の外側のへ り（edge）８０の領域における周方向（環状）の高い応力を含めて、最大の応力 が加わる。一対のスロットレール７６の間のスロット溝７８は、ディスク３２内 部の障害物となるので、環状応力の位置が、スロット底面の半径方向内側に移動 する。このように、上記溝７８は、スロットレール７６のへり８０における高い 応力が集中する領域よりも半径方向内側に、周方向応力を移動させるので、ディ スク３２の疲労寿命を改善し、かつディスク３２を、スロット溝７８を具備しな いディスクよりも多くの回数使用できるようにする。 気流による回転は、航空機がエンジンを停止した状態で地上に駐機していると きに起こるものであり、風がエンジンの前部もしくは後部に流入し、接線方向（ ディスク３２に対して）の動きをファン１２に与える。ファン１２が回転すると 、重力による力が、ブレードがエンジンのどちら側に配置されているかによって 、各ブレード３４を接線方向反対側へ交互に引っ張ろうとする。一対の基部レー ル５４によって、一層広く安定した基礎が与えられることによりスロット４０内 で再調整作用が得られ、ブレード３４の接線方向の往復揺動が最小化する。基部 溝５８によって、材料が除去されるため、ブレード３４全体の重量が少なくなり 、かつ開口部６２およびシール材６４が、エンジンの気流による回転中における スロット４０と の接触から保護される。上述した着想は、ファンブレードに限定されず、ファン 以外のブレードにも適用できるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スマート，ハロルド アール．ジュニア アメリカ合衆国，コネチカット 06248, ヒーブロン，ブライトン ロード 40

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ガスタービンエンジンに使用するためのブレードであって、上記ブレードが 、翼部と該翼部と一体となったあり継ぎ型基部とを有し、かつ上記翼部が前縁と 後縁とを有するものにおいて、 気流による回転の際のブレードの動きを最小にするように、上記あり継ぎ型基 部の下面に一対の基部レールが設けられていることを特徴とするブレード。 ２．上記の一対の基部レールは、ウエッジ型の外形を有し、かつ上記前縁から上 記後縁へ向かって断面積が小さくなる方向にテーパをなしていることを特徴とす る請求項１記載のブレード。 ３．上記の一対の基部レールの間に、基部溝が画定されていることを特徴とする 請求項１記載のブレード。 ４．上記基部溝内に複数の排出用開口部が配置されていることを特徴とする請求 項３記載のブレード。 ５．複数のファンブレードと、この複数のファンブレードを受容する複数のあり 継ぎ型スロットを備えたファンディスクと、を有し、かつガスタービンエンジン に使用するためのファンであって、各ファンブレードが、翼部と該翼部と一体と なったあり継ぎ型基部とを有し、上記翼部が、前縁と後縁とを有し、上記ファン ディスクが、上 記ブレードの上記前縁に対応する前端面と上記ブレードの上記後縁に対応する後 端面とを有し、さらに、上記あり継ぎ型基部が上記あり継ぎ型スロットに保持さ れているファンにおいて、 気流による回転の際のブレードの動きを最小にするように、上記ブレードの上 記あり継ぎ型基部の下面に一対の基部レールが設けられているとともに、 上記あり継ぎ型スロットの底面に一対のスロットレールが設けられ、上記一対 のスロットレールが上記一対の基部レールに合致することを特徴とするファン。 ６．上記の一対の基部レールは、ウエッジ型の外形を有し、かつ上記翼部の上記 前縁から上記後縁へ延びているとともに、上記ブレードの上記前縁から上記後縁 へ向かって断面積が小さくなる方向にテーパをなしており、 上記の一対のスロットレールは、ウエッジ型の外形を有し、かつ上記ディスク の上記前端面から上記後端面へ延びているとともに、上記ファンディスクの上記 前端面から上記後端面へ向かって断面積が大きくなる方向にテーパをなしている ことを特徴とする請求項５記載のファン。 ７．上記の一対の基部レールの間に、基部溝が画定されていることを特徴とする 請求項５記載のファン。 ８．高い環状応力が半径方向内側に位置するように、上記一対のス ロットレールの間に、スロット溝が画定されていることを特徴とする請求項５記 載のファン。