JPH0571305A

JPH0571305A - ロータブレードをロータデイスクに取付けるプラツトホームアセンブリ

Info

Publication number: JPH0571305A
Application number: JP3831292A
Authority: JP
Inventors: Robert J Corsmeier; ロバート・ジエイムス・コースメイアー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1991-03-04
Filing date: 1992-02-26
Publication date: 1993-03-23
Also published as: CA2061983A1; EP0502660A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】現代のガスタービンエンジンのロータブレード
に存在する作動応力レベルを簡単に吸収し、かつ冷却空
気の漏れの少ない、ロータブレードをロータディスクに
取付けるプラットホームアッセンブリを提供する。【構成】複数の非金属製ロータブレード８４ををロータ
ディスク３８に、円周方向に間隔をあけて配列した金属
製プラットホーム６６を介して装着する。まず１対の円
周方向に離れた円弧状またはエアホイール形状のダブテ
ール係合面をもつプラットホーム６６を、ロータディス
ク３８にまっすぐなクリスマスツリー形ダブテール６８
を介して固定し、ついでロータブレード８４をプラット
ホーム６６にエアーホイル形状のダブテールを介して固
定する。プラットホーム６６には冷却空気３９をロータ
ブレード８４に案内するための中空な部分８０を設ける
と有利である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、一般にタービンロー
タに関し、特に、エアーホイル形ダブテールを有する非
金属製ロータブレードをロータディスクに、ロータブレ
ードのエアーホイル形ダブテールに対応するロータブレ
ード支持面を有する複数の円周方向に間隔をあけて配置
した金属製プラットホーム部材を介して装着した構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】タービンの性能を向上させるために、金
属、非金属を含めて新しいロータブレード材料が開発さ
れている。炭素／炭素及びセラミックのような非金属は
金属より軽く、冷却をほとんどまたはまったく必要とし
ない。残念ながら、炭素／炭素やセラミックのような耐
熱非金属材料のほとんどは、金属の曲げ能力を持たな
い。

【０００３】大きな曲げ荷重に耐えられないことは、非
金属製ロータブレードの形状に関する限り、設計上の問
題となる。具体的には、ロータブレードは通常、ガス流
の内側流路を形成するプラットホームを有する。たとえ
ば、図１および図２に示すように、金属製ロータブレー
ド１０のプラットホーム１２は、エアーホイル１５のエ
アーホイル付け根（ルート）部分１４の両側に片持ち式
に円周方向外向きに延在する。使用中に回転したとき、
プラットホーム１２は原動排気ガスからの曲げ荷重と遠
心曲げ荷重を受ける。

【０００４】金属製プラットホームはこのような曲げ荷
重に耐えるように設計できるが、炭素／炭素やセラミッ
クのような非金属材料のプラットホームは通常、このよ
うな荷重を信頼性よく支えることができないとみなされ
ている。この結果、プラットホームには金属材料が用い
られてきた。プラットホームの曲げおよび荷重問題を解
決しようして、従来、非金属製ブレードから非金属製プ
ラットホームを取り除き、それを金属製プラットホーム
に変えることが試みられた。

【０００５】具体的には、図３−図６に示すように、図
１−図２に示した形式の従来のロータブレード設計にし
たがって均質に形成された一体の非金属製プラットホー
ム１２に代えて、別個の金属製プラットホーム１６を作
製する。金属製プラットホーム１６に一体の前部レッグ
１８および後部レッグ２０を取付け、各レッグにダブテ
ール２２を形成する。各レッグ１８、２０のダブテール
２２がロータブレード１０と同じディスクダブテール溝
２４（図５および図６）にはまる。

【０００６】プラットホーム１６にはエアーホイル形状
の穴２６があいており、この穴２６は寸法がブレードエ
アーホイルの付け根部分１４より大きく、プラットホー
ム１６を非金属製エアーホイル３０の上にかぶせること
ができる。このように寸法を大きくする必要があるの
は、通常、ブレードエアーホイルの先端部分３２（図
５）が位置によっては付け根部分１４より大きいからで
ある。

【０００７】プラットホーム１６をブレードエアーホイ
ルの先端部分３２にかぶせ、下方へエアーホイル付け根
部分１４まで下げる。つぎに、ブレード−プラットホー
ム組立体をディスクダブテール溝２４に挿入し、ブレー
ドダブテール３３とプラットホームダブテール２２とに
よりダブテール溝２４内に固定する。最後に、図５に示
すように、前部ブレードシール兼リテイナ３４を、つぎ
に後部ブレードシール兼リテイナ３６をロータディスク
３８に装着する。

【０００８】上述した形式の非金属製エアーホイル３０
に別体の金属製プラットホーム１６を用いることにとも
なう重大な問題は、貴重な冷却空気３９が過度に失われ
ることである。すなわち、冷却空気３９が、エアーホイ
ル付け根部分１４とプラットホーム１６のエアーホイル
形穴２６との間の組立クリアランス隙間４０から漏れ出
る。この漏れは図４および図５からよくわかる。冷却空
気３９は、流路表面４４（図５および図６）で隣接する
プラットホーム端縁４２間、それに前部レッグ１８およ
び後部レッグ２０間でも漏れ出る。

【０００９】別個の金属製プラットホーム１６を用いる
ことで遭遇するもう一つの問題は、その支持されていな
い中心部分４５が過剰な曲げをうけることである。すな
わち、プラットホーム１６は、前部レッグ１８および後
部レッグ２０でしか支持されていないので、中心部で曲
がる。再び図１および図２を参照すると、曲げ応力が重
大な設計問題を呈する、ブレードプラットホーム以外の
別の区域は、エアーホイル付け根部分１４がまっすぐな
ダブテールネック４８に移行するまでのブレードシャン
ク区域４６にある。臨界的な高応力区域が前縁５０およ
び後縁５２に位置し、ここではエアーホイルブレード１
５がまっすぐなダブテールネック４８を越えて円周方向
に延在して、大きなオフセット角５４を形成する。オフ
セット角５４が大きければ大きいほど、シャンク区域４
６における曲げ荷重が大きくなる。小さなオフセット角
であっても、その結果生じる応力レベルは炭素／炭素お
よびセラミックのような非金属材料にとって受け入れが
たいものであることを確かめた。

【００１０】図１および図２の設計に関連するシャンク
曲げ問題および荷重問題を改良するために、図７および
図８に示すように、ロータブレード１０の形状に２つの
変更を施した。第一に、高価な湾曲ダブテール５６を導
入して、図１のまっすぐなダブテール５８に隣接するシ
ャンク区域４６のオフセット角５４を減少させた。

【００１１】つぎに、エアーホイル１５を高キャンバ形
状から低キャンバ形状に変更した。このキャンバの減少
もシャンク区域４６のオフセット角５４を減少させるの
に役立った。残念ながら、エアーホイル１５を高キャン
バプロフィールから低キャンバプロフィールに変える
と、その結果として性能が大幅に失われる。湾曲したダ
ブテール５６および湾曲したダブテールネック６２を有
する非金属製ロータブレードを用いることに関連したも
う一つの問題が、ディスクダブテールポスト６０（図
６）の幅にある。すなわち、ディスクダブテールポスト
６０の幅は、必然的に、後縁５２で極端に薄い。この薄
い断面には、エンジン運転中に比較的高い応力レベルが
かかる。このような応力はロータディスクの寿命の短縮
につながるおそれがある。

【００１２】薄いダブテールポストが必要なのは、炭素
／炭素またはセラミック製ブレードは、通常の多重***
または「クリスマスツリー」形ダブテールより幅が広い
大きな単一***ダブテールでのみ良好に働くからであ
る。さらに、非金属製エアーホイル１５は、エアーホイ
ル１５と湾曲したダブテール５６との間に必要な支持を
なす比較的大きなダブテールネック６２に移行しなけれ
ばならない。もしも可能なら、その結果としての薄いダ
ブテールポストを避けるべきである。

【００１３】したがって、通常の金属製ブレードプラッ
トホームと関連した問題を回避し、現代のガスタービン
エンジン・ロータブレードに存在する作動応力レベルを
簡単に吸収する、ロータブレード装着アセンブリが必要
とされている。

【００１４】

【発明の目的】この発明は、前述した問題を克服し、前
述した必要を満たすために開発されたものであり、した
がって、その目的は、従来のオフセットブレードシャン
ク部分により支持された形式の均質形成プラットホーム
を使用しない、最適な高キャンバエアーホイル輪郭の、
非金属またはセラミック製エアーホイルブレードを提供
することにある。

【００１５】この発明の別の目的は、ブレード付け根部
分およびダブテール区域にこぶや、ねじれや、オフセッ
トなしで、エアーホイルがまっすぐにかつ直接ブレード
ダブテールにつながる、実質的にシャンクのない形状の
非金属またはセラミック製エアーホイルブレードを提供
することにある。この発明の他の目的は、非金属または
セラミック製エアーホイルブレードをロータディスクに
装着する金属製プラットホームであって、その装着を、
ブレードとプラットホームとの間のブレード冷却空気の
漏れを注意深く制御するようなやり方で、かつ衝突冷却
および／または気膜冷却を必要なところでのみプラット
ホームおよびブレードに適用するように行う、金属製プ
ラットホームを提供することにある。

【００１６】この発明のさらに他の目的は、望ましくな
いプラットホームの曲げを最小にするよう全周にわたっ
て支持されたエアーホイルブレード・プラットホームを
提供することにある。この発明のさらに他の目的は、ロ
ータディスクのリムに形成した大きな、幅広い、低応力
ダブテールポストを使用可能にするエアーホイルブレー
ドおよびプラットホームアセンブリを提供することにあ
る。

【００１７】この発明のさらに他の目的は、ロータディ
スクにまっすぐなダブテール溝を使用可能にするまっす
ぐなダブテールを有する非金属またはセラミック製エア
ーホイルブレード装着用プラットホームを提供すること
にある。このような溝はロータディスクに簡単にブロー
チ加工または放電加工（ＥＤＭ）装置で形成することが
できる。

【００１８】

【発明の概要】簡潔に説明すると、この発明が提供する
エアーホイルブレードおよびプラットホームアセンブリ
では、エアーホイルブレードがディスクにダブテールは
めこみやピン連結などにより直接連結していない。特別
な設計の空冷金属製プラットホームを用いて、非金属ま
たはセラミック製ロータブレードを支持する。ブレード
エアーホイルの付け根端は、エアーホイル輪郭を変えず
に、なめらかに特別な設計のダブテールに終端、移行す
る。

【００１９】プラットホームは、ブレードエアーホイル
および特別なエアーホイル形状のダブテールを受け入
れ、相補する輪郭となっている。隣接するプラットホー
ムがブレードエアーホイル付け根部およびダブテールを
包囲し、それを軸線方向、円周方向および半径方向に固
定する。プラットホームは、ロータディスクにダブテー
ル相互連結部を介して装着され、通常のブレードシール
／リテイナによりディスク内に軸線方向に保持される。

【００２０】各プラットホームは圧力室を含み、ここに
冷却空気を案内してプラットホームをまず対流冷却によ
り、ついで気膜冷却により冷却する。冷却空気がプラッ
トホームのガス流側の計量穴または工夫して配置された
穴を通過するにつれて、気膜冷却が生起し、プラットホ
ーム、ディスクリムおよびブレード付け根区域を許容範
囲内の温度に冷却する。

【００２１】この発明の前述した目的、特徴および効果
は、一部は特に指摘するが、一部は添付の図面に関連す
るこの発明の具体的な説明から明らかになるはずであ
る。なお図面中同一記号は同一部品を示す。

【００２２】

【具体的な構成】以下に、この発明の実施例を図面を参
照しながら説明する。まず、図９および図１０におい
て、金属製プラットホーム６６は、ロータディスク３８
にクリスマスツリー形ダブテール６８により連結されて
いる。ダブテール６８はプラットホーム６６上で湾曲な
しに軸線方向に延在し、その寸法はロータディスク３８
の適合するまっすぐなダブテール溝７０に挿入できる寸
法である。

【００２３】ダブテール６８およびダブテール溝７０が
ロータディスクリム７２の全長に及ぶのが好ましい。図
１１および図１６に、ダブテール６８の中心線７３がロ
ータディスク３８の中心線７７に対して約２０°の角度
７５をなすことが示されている。冷却空気３９、たとえ
ば圧縮機排出圧力空気を用いて、プラットホーム６６お
よびロータディスクリム７２を冷却する。冷却空気３９
は、前部ブレードシール兼リテイナ３４およびロータデ
ィスク３８により形成されたプレナム７４に入り、ディ
スクダブテール溝７０の底部とプラットホームダブテー
ル６８の基部との間に形成された空所７６に流れ込む。
空所７６から冷却空気３９は、プラットホームダブテー
ル６８に形成されたボアまたはチャンネル７８内を上向
きに流れ、ついでプラットホーム室８０に流れ込む。

【００２４】冷却空気を用いてプラットホーム６６を対
流冷却した後、冷却空気３９は、ガス流通路の内面を画
定するプラットホーム６６の頂壁またはルーフ８１に形
成した気膜冷却穴８２を通過する。気膜冷却穴８２は、
プラットホーム６６、ロータブレード８４またはディス
クリム７２の冷却を助ける必要があると認められるとこ
ろならどこに配置してもよい。

【００２５】ディスクリム７２は従来の設計より低温で
作動する。その理由は、ロータブレード８４がディスク
リム７２から分離されており、高熱ガス流からブレード
エアーホイルまたはブレードダブテールを介して熱を伝
達しないからである。ロータブレード８４は、通常のエ
アーホイルがダブテールネックに移行する通常のシャン
ク部分をもたない。その代わりに、エアーホイル８６が
なめらかにかつ直接ダブテール８８につながる。このこ
とは、図１２、１３、１４、１７〜２２からよくわか
る。なお、エアーホイル８６がダブテール８８につなが
るところで、エアーホイル８６の連続な、なめらかな、
均一な輪郭にこぶや、ねじれや、オフセット角がない。

【００２６】さらに図１７〜２２からわかるように、プ
ラットホーム６６には、湾曲した（エアーホイル形状
の）ブレードダブテール８８とつがい、相補する、傾斜
した円弧状（エアーホイル形状）の軸線方向に延在する
支持表面９０および９２が設けられている。これらの支
持表面９０および９２は、前述したようにロータブレー
ド８４を保持する。プラットホーム６６には、傾斜表面
９０および９２の支持を助けるのに必要であれば、図
９、１５、１８および１９に示すように、横断支持柱状
部９４も設けられている。

【００２７】図１６、１７および１８からわかるよう
に、直立凹状側壁９６および凸状側壁９８は、平坦な
（平面状）前壁１００および平坦な（平面状）後壁１０
２とともに、わずかにアーチ状のプラットホームルーフ
８１用の全体的（オールラウンド）支持をなし、冷却空
気３９を入れるのに必要な圧力室を形成するのを助け
る。

【００２８】ブレードを傾斜表面９０および９２で支持
し、位置決めするので、プラットホーム６６上の凹状エ
ッジ１０４および凸状エッジ１０６（図１６）を、それ
より繊細な非金属製ブレードエアーホイル８６に近接す
るが、接触しないような寸法にするのが簡単である。こ
うして、摩擦によるブレードの擦過を防止する。

【００２９】以上、この発明の現在のところ最良と考え
られる実施例を開示した。しかし、この発明の範囲から
逸脱することなく、種々の変更や改変を加えることがで
きる。たとえば、プラットホーム６６に蛇行冷却通路を
設けることができる。さらに、プラットホーム６６は必
ずしも金属でのみ形成する必要はなく、その場合冷却空
気は任意とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２のＡ−Ａ線方向に見た従来の金属製ロータ
ブレードの後面図である。

【図２】図１の従来のロータブレードの部分的に切断し
た頂面図で、まっすぐなダブテールネックを仮想線で示
す。

【図３】非金属製ロータブレードとともに使用するよう
設計した従来の金属製プラットホームの斜視図である。

【図４】図３の金属製プラットホームを従来技術にした
がって非金属製ロータブレードエアーホイルのまわりに
装着した状態を、図５のＢ−Ｂ線方向に見た部分的に切
断した頂面図である。

【図５】図３の金属製プラットホームを非金属製ロータ
ブレードエアーホイルに装着し、そのエアーホイルを金
属製プラットホームとともにガスタービンエンジンのロ
ータディスクに装着した構造の部分的側面図である。

【図６】図５のロータディスクリムの後縁および金属製
プラットホームダブテールの部分的側面図で、図示の便
宜上図５のエアーホイルおよび後部ブレードシール兼リ
テイナを取り除いてある。

【図７】図８のＣ−Ｃ線方向に見た従来の非金属製ロー
タブレードの後縁の後面図である。

【図８】図７のロータブレードの頂面図で、湾曲したダ
ブテールネックを仮想線で示す。

【図９】非金属またはセラミック製ロータブレードをこ
の発明にしたがって設計した金属製プラットホームを介
してロータディスクに装着したアセンブリを、図１１の
Ｄ−Ｄ線方向に見た側面図である。

【図１０】図９のアセンブリをＥ−Ｅ線方向に見た前面
の部分図である。

【図１１】複数のロータブレードをロータディスクに装
着したアセンブリを、図９のＦ−Ｆ線方向に見た頂面図
である。

【図１２】図９のＧ−Ｇ線方向に見た断面図である。

【図１３】図１２のＨ−Ｈ線方向に見た断面図である。

【図１４】図１２のＪ−Ｊ線方向に見た断面図である。

【図１５】図９のＫ−Ｋ線方向に見た断面図である。

【図１６】図９のＬ−Ｌ線方向に見た断面図である。

【図１７】図１１のＭ−Ｍ線方向に見た断面図である。

【図１８】図１１のＮ−Ｎ線方向に見た断面図である。

【図１９】図１１のＯ−Ｏ線方向に見た断面図である。

【図２０】図１１のＰ−Ｐ線方向に見た断面図である。

【図２１】図１１のＱ−Ｑ線方向に見た断面図である。

【図２２】図１１のＲ−Ｒ線方向に見た断面図である。

【符号の説明】

３８ロータディスク６６プラットホーム６８ダブテール７０ダブテール溝７２ロータディスクリム８１頂壁８２気膜冷却穴８４ロータブレード８６エアーホイル８８ダブテール９０、９２支持表面９４カラム９６凹状側壁９８凸状側壁１００前壁１０２後壁１０４凹状エッジ１０６凸状エッジ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のエアーホイルブレードをロータディ
スクに取付けるプラットホーム部材において、上記ディ
スクに係合するテール部分と、上記テール部分に連結さ
れ、１つのエアーホイルブレードを支持する第１円弧状
ブレード支持表面と、上記テール部分に連結され、別の
エアーホイルブレードを支持する第２円弧状ブレード支
持表面とを備えるプラットホーム部材。
【請求項２】上記第１円弧状ブレード支持表面が凹状表
面からなり、上記第２円弧状ブレード支持表面が凸状表
面からなる請求項１に記載のプラットホーム。
【請求項３】上記ダブテール部分に、冷却空気を上記ブ
レードに運ぶための内部チャンネルが設けられた請求項
１に記載のプラットホーム。
【請求項４】さらに、上記第１および第２支持表面間に
延在する支持手段を備える請求項２に記載のプラットホ
ーム。
【請求項５】上記支持手段が複数の柱状部を含む請求項
４に記載のプラットホーム。
【請求項６】上記第１および第２ブレード支持表面が上
記テール部分から上記エアーホイルブレードに向かって
発散する請求項１に記載のプラットホーム。
【請求項７】さらに、上記第１ブレード支持表面に連結
した第１円弧状側壁と、上記第２ブレード支持表面に連
結した第２円弧状側壁と、これらの第１および第２側壁
間に延在する頂壁とを備える請求項１に記載のプラット
ホーム。
【請求項８】さらに、前壁および後壁がそれぞれ上記第
１および第２側壁および頂壁に連結されて上記プラット
ホーム内に室を形成する請求項７に記載のプラットホー
ム。
【請求項９】上記前壁および後壁がそれぞれ平面状壁部
分を含む請求項８に記載のプラットホーム。
【請求項１０】上記頂壁に複数の冷却空気穴が形成され
ている請求項８に記載のプラットホーム。
【請求項１１】複数の非金属またはセラミック製エアー
ホイルブレードをロータディスクに装着するプラットホ
ームアセンブリにおいて、このアセンブリは上記ディス
クに固着された複数のプラットホーム部材を備え、上記
プラットホーム部材が上記エアーホイルブレードに係合
しブレードをディスクに固着する円弧状支持表面を有す
ることを特徴とするプラットホームアセンブリ。
【請求項１２】上記エアーホイルブレードが円弧状ダブ
テールを含み、上記プラットホーム部材の円弧状支持表
面が上記円弧状ダブテールと相補し係合する請求項１１
に記載のプラットホームアセンブリ。
【請求項１３】上記エアーホイルブレードが、上記円弧
状ダブテールに直接かつなめらかに移行するエアーホイ
ル部分を含む請求項１２に記載のプラットホームアセン
ブリ。
【請求項１４】上記エアーホイルブレードがプラットホ
ームなしで形成された請求項１３に記載のプラットホー
ムアセンブリ。
【請求項１５】上記エアーホイルブレードには、上記円
弧状ダブテールまでの全長にわたって連続ななめらかな
プロフィールが形成されている請求項１３に記載のプラ
ットホームアセンブリ。
【請求項１６】上記プラットホーム部材はまっすぐな軸
線方向に延在するダブテールを含む請求項１１に記載の
プラットホームアセンブリ。
【請求項１７】先端部分および付け根部分を有するエア
ーホイル部分と、上記エアーホイル部分に上記付け根部分で直接連結され
たダブテール部分とを備え、上記エアーホイル部分は上記先端部分から上記ダブテー
ル部分までなめらかな連続な輪郭を有し、これによりロ
ータブレードが上記エアーホイル部分とダブテール部分
との間にオフセット角を形成するのを実質的に回避する
ことを特徴とするプラットホームなしの非金属製ロータ
ブレード。
【請求項１８】上記ダブテール部分は軸線方向に延在す
る円弧状表面部分を含む請求項１７に記載のロータブレ
ード。
【請求項１９】上記ダブテール部分が単一のダブテール
からなる請求項１８に記載のロータブレード。