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JPH0921301A - ロータ - Google Patents

ロータ

Info

Publication number
JPH0921301A
JPH0921301A JP8143107A JP14310796A JPH0921301A JP H0921301 A JPH0921301 A JP H0921301A JP 8143107 A JP8143107 A JP 8143107A JP 14310796 A JP14310796 A JP 14310796A JP H0921301 A JPH0921301 A JP H0921301A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotor
ring
centrifugal force
rings
airfoil
Prior art date
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Granted
Application number
JP8143107A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3153764B2 (ja
Inventor
Robert A Ress Jr
ロバート・エイ・レス，ジュニアー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Corp
Original Assignee
Allison Engine Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Allison Engine Co Inc filed Critical Allison Engine Co Inc
Publication of JPH0921301A publication Critical patent/JPH0921301A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3153764B2 publication Critical patent/JP3153764B2/ja
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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
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • 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
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/025—Fixing blade carrying members on shafts
    • 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
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/06—Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
    • 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
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • 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
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced
    • 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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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービンエンジンの改善したロータを提
供する。 【解決手段】 軽量ガスタービンロータ（１７）は中央
ハブ部材（２０）の前後に位置した高比強度支持材料の
一対の支持リング（１８、１９）を有する。中央ハブ部
材は半径方向外方へ延びる複数個のエアフォイル即ちブ
レード（１５、１６）を担持する。一対の支持リング
は、回転するロータにより発生する遠心力を支持リング
の半径方向内側位置に圧縮伝達するような位置で、ブレ
ード担持部材に連結される。支持リングはロータにより
発生する遠心力の大半の部分に抵抗する。中央ハブ部材
及び支持リングは異なる材料で作られる。詳細には、支
持リングは金属マトリックス複合体で形成され、コンプ
レッサに使用する場合の中央ハブ部材は高温チタン合金
で形成され、タービンに使用する場合の中央ハブ部材は
ニッケル合金で形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガスタービンエンジ
ンに使用するブレード（羽根）付きロータディスクに関
する。特に、本発明は一対の高比強度材料の遠方支持リ
ングを使用してロータディスクのブレード担持部材を支
持し、回転素子により発生する遠心荷重に抵抗するよう
な応用に供することができる。本発明はガスタービンエ
ンジンに使用するものとして開発されたが、この技術分
野外の応用にも供することができる。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンは超高速で回転す
る素子を有するコンプレッサ及びタービンで構成される
ことが知られている。典型的には、ガスタービンエンジ
ン内の回転素子はロータディスクであり、このロータデ
ィスクはそこから半径方向外方へ延びる複数個の円周方
向で離間したブレード（羽根）を有する。ガスタービン
エンジンの作動中、ロータディスク及びブレードが回転
し、それ故、回転により生じる遠心力が回転素子に対し
て半径方向に作用する。
【０００３】従来のロータディスクは半径方向に延びる
ウエブにより連結された外側のリムと内側のハブとを有
する。外側のリムは、回転素子による遠心荷重即ち遠心
力がリムに作用したときに小さな応力しか発生しないよ
うに十分な軸方向の幅を有する。半径方向に延びるウエ
ブはロータディスクの重量を最小化するために外側リム
の軸方向の幅より小さな軸方向の幅を有し、内側ハブは
ロータディスクの必要な構造上の一体性を提供するため
に外側リムとほぼ同じ軸方向の幅を有する。
【０００４】ガスタービンエンジンのロータディスクは
通常運転中に発生する遠心力即ち遠心荷重に関連して比
較的大きな回転エネルギを有する。ガスタービンエンジ
ン内の素子の回転速度及びロータディスクやブレードの
寸法は回転組立体により発生する遠心力に密接に関連す
る。ガスタービンエンジンの設計者は、性能上の要求を
満たし、必要な寿命を維持し、作動中の突然の故障の可
能性を最小化するロータを提供するために多くのパラメ
ータを平衡させてきた。
【０００５】従来のロータディスクは比較的大きな遠心
荷重の下で成長するクラック即ちひび割れにより故障を
生じることが知られている。典型的には、このようなひ
び割れは、例えば、ディスク内の未検出包含物の如きデ
ィスク内の応力集中部又はディスク内の穴の如き応力上
昇部において発生する。ある故障の態様においては、ひ
び割れがディスクの円周方向に沿って成長（伝播）し、
リムをウエブから分離する。別の故障の態様において
は、ひび割れがハブ、ウエブ及びリムを通って半径方向
に成長（伝播）し、ディスクを分断し、故障を生じさせ
る。ロータディスクは厳しい環境下で作動するので、遠
心荷重による応力に耐えるように設計しなければならな
い。
【０００６】図１には、ガスタービンエンジンに使用す
るように設計した従来のロータディスクを示す。ガスタ
ービンエンジンのロータ組立体ａは支持ハブｃに機械的
に取り付けられるか又は一体的に形成されたブレード
（羽根）ｂを有する。支持ハブｃは肉厚のリム部分ｄ
と、比較的肉薄のウエブ部分ｅと、肉厚のボア部分ｆと
を有する。肉厚ボア部分ｆは回転するディスク組立体ａ
により発生する遠心力に抵抗する機能を果たす。この十
年間の間に、ガスタービンエンジンの信頼性、燃料効率
及び性能を改善するために多くの努力が払われてきた。
最近のガスタービンエンジンの設計者は高比強度(high
specific strength)支持材料系を使用することによりロ
ータ組立体の重量を減少させる努力をしている。
【０００７】高比強度支持系は有機マトリックス複合
体、金属マトリックス複合体及びセラミックマトリック
ス複合体を含む。図２には、ガスタービンエンジンに積
極的に用いられてきた金属マトリックス複合体でできた
ブレード付きリングを示す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】円周方向で補強された
金属マトリックス複合体製のブレード付きリングに関連
する問題点は、リングの外周における横断方向（半径方
向）に関する荷重支持能力に制限があることである。繊
維とマトリックスとの間の対接面（インターフェイス）
における接着強度が弱いため、横断方向の引張り荷重を
繊維を介して伝達することができず、それ故、このよう
な引張り荷重をマトリックスのみによって支えなければ
ならない。円周方向で補強された金属マトリックス複合
体製のリングは、そのベース部分に荷重が作用したとき
に極めて優れた荷重支持能力を有する。その理由は、繊
維が横断方向の圧縮荷重を伝達できるからである。金属
マトリックス複合体製のブレード付きリングに関連する
更なる問題点は、製造能力、メンテナンス能力及び購入
コストについての制限である。
【０００９】軽減した重量のロータディスクを製造する
従来の技術は正しい方向に進展していたが、更に改善す
る必要性が依然として存在する。本発明は新規な方法で
この必要性を満足させる。
【００１０】本発明の目的は、ガスタービンエンジンの
ための改善したロータを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段並びに作用効果】本発明の
１つの実施の形態は回転時に遠心力を受けるロータに関
連する。ロータはエアフォイルと、このエアフォイルを
担持する部材と、この部材に連結し、ロータに作用する
遠心力に抵抗する支持リングとを有し、部材はリングと
は異なる材料で作られ、リング上の半径方向内側の位置
に大半の遠心力を圧縮伝達するような位置でエアフォイ
ルをリングに連結する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づき
説明する。
【００１３】図３に示すガスタービンエンジン１０はコ
ンプレッサ１１と、燃焼器１２と、タービン１３とを有
する。これら３つの素子は一緒に結合されて航空機の推
進エンジンを形成する。これらの素子を一緒に結合でき
る多数の方法を実現することが重要である。付加的なコ
ンプレッサ及びタービンを追加することができるが、こ
の場合、コンプレッサとタービン間に追加すべき再加熱
燃焼室との間を接続する冷却器を設ける。更に、ガスタ
ービンエンジンは種々の産業上の応用に対して使用でき
る。従来から、ガスタービンエンジンは、ガス又はオイ
ル移送ラインのためのポンプセット、発電及び軍艦推進
エンジンの如き産業上の（ガスタービンエンジンについ
ての）種々の応用に供されてきた。
【００１４】ガスタービンエンジン１０内に位置したロ
ータ組立体はエンジンに回転可能な状態で装着されたシ
ャフトに連結するタービンロータディスク１７を有す
る。ロータディスク１７には、複数個の円周方向で離間
したタービンブレード（羽根）１５が取り付けてある。
別の複数個のタービンブレード１６はガスタービンエン
ジン１０内でノズルの一部を構成する。また、円周方向
で離間したブレードを備えたロータディスクをガスター
ビンエンジン１０のコンプレッサ部分１１内で使用する
ことは、当業者にとって既知である。本明細書におい
て、「エアフォイル」なる用語は「ブレード」（羽根）
なる用語と同じ意味で用いられる。
【００１５】図４はロータディスク１７の断面図であ
る。ロータディスク１７はガスタービンエンジン１０の
軸方向の中心線ｘのまわりで対称的になっている。好ま
しい発明の実施の形態においては、ロータディスク１７
は中央のハブ部分２０を有し、このハブ部分はこれに隣
接して位置した一対の環状の支持リング部材１８、１９
に連結している。支持リング部材１８、１９は中央のハ
ブ部分２０の前後に位置し、中央のハブ部分２０は支持
リング部材の実質上中間に位置する。
【００１６】中央のハブ部分２０は、軸方向において肉
厚のリム部分２１と、半径方向内側のベース部分２４
と、これらの部分２１、２４間で半径方向に延びる比較
的肉薄の実質上孔の無いウエブ部分２２とを有する。好
ましい発明の実施の形態においては、リム部分２１の軸
方向の幅は少なくともエアフォイル即ちタービンブレー
ド１５の軸方向の幅と同じである。本発明の一形態にお
いては、ウエブ部分２２はリム部分２１の軸方向の幅の
約１／５の軸方向の幅を有する。好ましい発明の実施の
形態においては、複数個のエアフォイル１５をリム部分
２１に一体的に連結する。しかし、別の発明の実施の形
態においては、エアフォイル１５はリム部分２１に機械
的に取り付けられる。複数個のエアフォイル１５は中央
のハブ部分２０のリム部分２１から半径方向外方に延
び、中央のハブ部分２０に担持される。
【００１７】好ましい発明の実施の形態においては、中
央のハブ部分２０はリム部分２１と、ウエブ部分２２
と、ベース部分２４とを有する単一の環状ディスクであ
る。好ましくは、コンプレッサのための中央ハブ部分は
鍛造で形成され、タービンのための中央ハブ部材は鋳造
で形成される。中央ハブ部材は複数個の副素子から一体
の素子として形成される。好ましくは、コンプレッサに
利用する場合の中央ハブ部材２０は高温チタン合金で形
成され、タービンに利用する場合の中央ハブ部材２０は
粉末ニッケル超合金で形成される。中央ハブ部材２０は
上述の材料と同様の特性を有する他の材料で形成するこ
ともできる。
【００１８】中央ハブ部材２０のベース部分２４は軸方
向の中心線ｘに実質上平行に形成された一対の環状フラ
ンジ２５、２６を有し、これらのフランジは中央ハブ部
材２０から軸方向に延びている。好ましい発明の実施の
形態においては、ベース部分はリム部分の軸方向の幅よ
り小さな軸方向の幅を有するが、他の軸方向の幅を有す
るベース部分を使用することもできる。フランジ２５、
２６は中央ハブ部材２０からの遠心荷重を一対のインタ
ーステージスペーサ３０、３１を介して支持リング部材
１８、１９のベース１８ａ、１９ａに圧縮伝達する機能
を果たす。駆動ハブ／インターステージスペーサ３０、
３１の少なくとも一部はフランジ２５、２６に接触す
る。ウエブ部分２２はファスナーを収容するようになっ
た複数個の円周方向で離間した開口２７を有する。好ま
しい発明の実施の形態においては、ファスナーはネジボ
ルト２８とナット２９との組み合わせからなる。複数個
の相互係合するボルト２８及びナット２９が駆動ハブ／
インターステージスペーサ３０、３１を中央ハブ部材２
０に取り付ける。
【００１９】対をなす駆動ハブ／インターステージスペ
ーサ３０、３１は中央ハブ部材２０に隣接して位置した
Ｌ字状の環状本体部材部分を３２を有する。好ましい発
明の実施の形態においては、駆動ハブ／インターステー
ジスペーサ３０、３１は中央ハブ部材２０の前後にそれ
ぞれ位置する。コンプレッサ内に位置する駆動ハブ／イ
ンターステージスペーサ３０、３１は高温チタン合金で
形成され、タービン内に位置する駆動ハブ／インタース
テージスペーサは粉末ニッケル超合金で形成される。ハ
ブ／インターステージスペーサ３０、３１は上述の材料
と同様の特性を有する他の材料で形成することもでき
る。各駆動ハブ／インターステージスペーサ３０、３１
の環状リング部分３３は中央ハブ部材２０のベース部分
２４のフランジ２５、２６に接触する。駆動ハブ／イン
ターステージスペーサ３０、３１の環状フランジ部分３
４は支持リング部材１８、１９を受け入れる。フランジ
部分３４はガスタービンエンジン２０の軸方向中心線ｘ
に実質上平行な方向に向いている。
【００２０】好ましい発明の実施の形態においては、駆
動ハブ／インターステージスペーサ３０、３１は支持リ
ング部材１８、１９の軸方向の運動を阻止するための一
体的に形成された直立の円周方向肩部３５を有する。静
的なクランプ荷重は複数個のボルト及びナット組み合わ
せ体（ファスナー）から駆動ハブ／インターステージス
ペーサ３０、３１へ伝達され、支持リング部材１８、１
９を適所に保持する。
【００２１】好ましい発明の実施の形態においては、支
持リング部材１８、１９は中央ハブ部材２０とは異なる
材料で作られ、ウエブ部分２２に当接する軸方向に延び
た円周方向の位置決め平坦部分３６が支持リング部材と
一体的に形成されている。円周方向の位置決め平坦部分
３６は支持リング部材１８、１９を中央ハブ部材２０か
ら軸方向に所定距離だけ離間させる役目を果たす。環状
のシールランド部９９が各支持リング部材１８、１９上
に形成され、ランド部９９は中央ハブ部材２０から離れ
るように軸方向に延びる。更に、一対の円周方向のドロ
ップレール３７がリム部分２１の軸方向端部２１ａ、２
１ｂに位置している。ドロップレール３７は支持リング
部材１８、１９に向かうように半径方向内方に延び、デ
ィスクのリム部分とロータディスク内の隣接する構造体
（図示せず）との間に小さなリムキャビティ（リム空
所）３８を形成することにより、インステージキャビテ
ィ(instage cavity)循環損失を最小限に抑える。好まし
い発明の実施の形態においては、ドロップレール３７と
支持リング部材１８、１９の頂部との間に間隙（クリア
ランス）が存在する。
【００２２】好ましい発明の実施の形態においては、ロ
ータディスク１７は、回転する組立体により発生する遠
心力（Ｆｃ）に抵抗するように支持リング部材１８、１
９が中央ハブ部材２０に連結されるように構成されてい
る。ロータディスク１７を構成する素子は、その回転時
に、遠心力を発生させ、支持リング部材１８、１９がこ
の遠心力に抵抗する。大半の遠心力Ｆｃは中央ハブ部材
２０のフランジ２５、２６から駆動ハブ／インターステ
ージスペーサ３０、３１を介して支持リング部材１８、
１９上の半径方向内側の位置へ伝達される。好ましい発
明の実施の形態においては、遠心力は支持リング部材１
８、１９の半径方向内側（詳細には、そのベース１８
ａ、１９ａ）に伝達される。支持リング部材１８、１９
のベースに作用するように半径方向の荷重を移行（移
動）させるこよにより、リング部材は（引張り応力では
なく）圧縮応力を生じさせる圧縮荷重を受ける。好まし
い発明の実施の形態においては、支持リング部材１８、
１９は中央ハブ部材２０から伝達される遠心力を分担す
る。一層好ましい発明の実施の形態においては、各支持
リング部材１８、１９は中央ハブ部材２０から伝達され
る遠心力Ｆｃの１／２をそれぞれ分担する（抵抗す
る）。
【００２３】ロータディスク１７の組立てにおいては、
最初に、ハブ／インターステージスペーサ３０、３１の
対応する環状フランジ部分３４上で各支持リング部材１
８、１９を位置決めする。次いで、このようにして組立
てたものを中央ハブ部材２０に隣接して配置し、支持リ
ング部材の平坦部分３６をウエブ部分２２に接触させ
る。複数個のボルト２８を開口２７に挿通し、次いで、
ナット２９で締め付ける。
【００２４】図５は好ましい発明の実施の形態に係る支
持リング部材の１つを示す断面図である。好ましい発明
の実施の形態においては、支持リング部材は複合材料、
詳細には、高比強度材料系で作られる。一層好ましい発
明の実施の形態においては、支持リング部材は、支持リ
ング部材を円周方向に延びる複数の繊維（ファイバ）４
０を含む高比強度金属マトリックス複合体（ＭＭＣ）で
作られる。図示した繊維４０の量、寸法及び間隔は単な
る例示にすぎず、繊維の量、寸法及び間隔を限定するも
のではない。複数の円周方向に延びる繊維４０は軸方向
及び半径方向において互いに離間している。最も好まし
い発明の実施の形態においては、繊維４０は炭化ケイ素
組成物で作られ、複数の繊維４０はチタン合金４１によ
り一緒に保持される。更に、チタン合金４１は炭化ケイ
素繊維４０のマトリックスのための外側カバーを形成
し、チタン合金４１は支持リング部材１８、１９を構成
する。
【００２５】支持リング部材１８、１９はチタン合金フ
ォイルにより分離された円周方向に延びる炭化ケイ素繊
維４０のネットワークを形成することにより製造でき
る。次いで、炭化ケイ素繊維４０のネットワーク及びチ
タン合金フォイルを熱間静水圧圧縮成形し、本発明の支
持リングを形成する。金属マトリックス複合体製の支持
リング部材は圧縮荷重及びそれに付随する圧縮応力に対
する究極の抵抗を行う特性を有する。なお、金属マトリ
ックス複合体製の部品を製造する方法は当業者にとって
既知である。更に、本発明の別の形態においては、支持
リング部材は有機マトリックス複合体やセラミックマト
リックス複合体の如き他の高比強度材料系で作ることが
できる。
【００２６】図６は支持リング部材１８、１９に連結し
た一対のロータディスク１７を有する多段（マルチステ
ージ）ロータ組立体３０３の２つのステージ３００、３
０１を示す。更に、別の本発明の形態においては、ロー
タ組立体３０３の各ステージは高比強度材料系の１つで
作られた支持リング部材を有する。異なる高比強度材料
系で構成された支持リング部材を有するロータディスク
を組み込むことのできる能力により、ロータ組立体の各
ステージに対する最適の材料を選択することができる。
【００２７】駆動ハブ／インターステージスペーサ５０
は駆動ハブ／インターステージスペーサ３１と実質上同
様の機能を果たし、また、第１ステージ３００のロータ
ディスク１７を第２ステージ３０１のロータディスク１
７に連結する機能をも果たす。多数の駆動ハブ／インタ
ーステージスペーサ５０を用いて多数のロータを一緒に
連結することができる。第２ステージ３０１はロータ組
立体３０３の一端をガスタービンエンジン１０内の回転
シャフトに連結する実質上円錐形の駆動ハブ５１を有す
る。円錐形の駆動ハブ５１は任意数のステージを有する
複数のロータに類似の態様で連結でき、ロータ組立体の
他端においても対応する連結が行われ、組立体の両端で
の取り付け部を提供する。駆動ハブ／インターステージ
スペーサはボルト連結手段により中央ハブ部材２０に連
結される。
【００２８】図７は支持リング部材１８、１９を有する
複数個のロータディスク１７０を組み込んだ多段（マル
チステージ）ロータ組立体３５０を示す。ロータディス
ク１７０及び支持リング部材１８、１９はロータディス
ク１７及びこれに関連する支持リング部材１８、１９と
実質上同じである。本発明のこの実施の形態では、ロー
タ組立体を流体冷却することにより、比較的高温での作
動を可能にする。各中央ハブ部材２０の円周方向に沿っ
て複数個の冷却開口３５５を設け、冷却流体の通過を可
能にする。
【００２９】好ましい発明の実施の形態においては、冷
却流体はコンプレッサの作業流体から抽出された空気で
ある。本発明のこの形態においては、中央ハブ部材２０
のリム部分３６０は循環損失を最小限に抑えるための一
対のドロップレール３７を使用しない。更に、ロータ組
立体３５０は冷却空気を通過させるための環状の流体流
れチャンネル３７０を形成する二重分水嶺構造を提供す
る。環状の流体流れチャンネル３７０は組立体を通って
軸方向に延び、チャンネルはガスタービンエンジンの軸
方向中心線ｘと実質上平行になっている。二重分水嶺構
造の環状チャンネル３７０は駆動ハブ／インターステー
ジスペーサ３７１、３７２と、中央ハブ部材のリム部分
３６０と、ラビリンスシール３８０との組み合わせによ
り形成される。この発明の実施の形態におけるロータデ
ィスク１７０及び支持リング部材は、上述のように、ロ
ータディスク１７と実質的に類似しているが、異なる点
は、この発明の実施の形態では、中央ハブ部材２００を
貫通する複数個の冷却開口を備え、一体のドロップレー
ル３７を有さないことである。
【００３０】以上、図示の特定の発明の実施の形態につ
き本発明を詳細に説明したが、これらは単なる例示にす
ぎず、発明の特徴を限定するものではなく、本発明の要
旨内で種々の変形、修正が可能であることは言うまでも
ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】肉厚ボア部分を有する従来のロータディスクの
断面側立面図である。
【図２】金属マトリックス製のブレード付きリングを有
するロータディスクの断面側立面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るロータディスクを有
するガスタービンエンジンの部分破断断面側立面図であ
る。
【図４】本発明の一実施形態に係る支持リング部材を有
するロータディスク組立体の断面側立面図である。
【図５】図４のロータディスクの一部を構成する支持リ
ング部材の１つを示す断面図である。
【図６】多段ロータ組立体に組み込んだ支持リング部材
を有する一対の図４のロータディスクの断面側立面図で
ある。
【図７】ロータを高温状態で作動できるようにする冷却
回路を備えた本発明の別の実施の形態に係る支持リング
部材を有するロータディスクの断面側立面図である。
【符号の説明】
１０ ガスタービンエンジン １５、１６ エアフォイル（ブレード） １７、１７０ ロータディスク １８、１９ 支持リング ２０、２００ 中央ハブ部材 ２１、３６０ リム部分 ２２ ウエブ部分 ２４ ベース部分 ２５、２６ フランジ ３０、３１ インターステージスペーサ ３５ 円周方向肩部 ４０ 繊維 ４１ チタン合金 ５０、３７１、３７２ 駆動ハブ／インターステージス
ペーサ ５１ 駆動ハブ ９９ シールランド部 ３００、３０１ ステージ ３０３、３５０ ロータ組立体 ３５５ 冷却開口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｃ 7/16 7/16 Ａ (71)出願人 594201032 Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ 420，Ｉｎｄｉａｎａｐ ｏｌｉｓ，Ｉｎｄｉａｎａ 46206，Ｕｎ ｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒ ｉｃａ

Claims (52)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転時に遠心力を受けるロータにおい
    て、 エアフォイルと；上記エアフォイルを担持する部材と；
    上記部材に連結され、ロータに作用する遠心力に抵抗す
    る支持リングと；を備え、上記部材が、上記リングとは
    異なる材料で作られ、当該リング上の半径方向内側の位
    置に大半の遠心力を圧縮伝達するような位置で上記エア
    フォイルを該リングに連結していることを特徴とするロ
    ータ。
  2. 【請求項２】 上記部材が大半の遠心力を上記リングの
    ベースに伝達することを特徴とする請求項１のロータ。
  3. 【請求項３】 上記リングを高比強度材料系で作ったこ
    とを特徴とする請求項２のロータ。
  4. 【請求項４】 上記リングが金属マトリックス複合体で
    形成されていることを特徴とする請求項３のロータ。
  5. 【請求項５】 上記リングが炭化ケイ素繊維とチタンと
    の合金でできていることを特徴とする請求項４のロー
    タ。
  6. 【請求項６】 上記部材を環状ディスクとしたことを特
    徴とする請求項５のロータ。
  7. 【請求項７】 上記部材が更に、大半の遠心力を上記支
    持リングに伝達するための軸方向に延びたフランジを有
    することを特徴とする請求項６のロータ。
  8. 【請求項８】 上記リングが軸方向で上記部材から離れ
    ていることを特徴とする請求項７のロータ。
  9. 【請求項９】 上記部材に連結する第２のリングを有す
    ることを特徴とする請求項８のロータ。
  10. 【請求項１０】 上記２つのリングが上記部材の前後に
    位置することを特徴とする請求項９のロータ。
  11. 【請求項１１】 上記第２のリングが金属マトリックス
    複合体で形成されていることを特徴とする請求項１０の
    ロータ。
  12. 【請求項１２】 上記２つのリングが上記部材を介して
    伝達される遠心力を分担することを特徴とする請求項１
    １のロータ。
  13. 【請求項１３】 上記各リングが上記部材を当該リング
    から離間させるために当該部材に当接する軸方向に延び
    た位置決め部分を有することを特徴とする請求項１２の
    ロータ。
  14. 【請求項１４】 上記部材が冷却流体の通過を許容する
    複数個の冷却開口を有することを特徴とする請求項１３
    のロータ。
  15. 【請求項１５】 上記部材がニッケル合金でできている
    ことを特徴とする請求項１４のロータ。
  16. 【請求項１６】 上記部材がチタン合金でできているこ
    とを特徴とする請求項１４のロータ。
  17. 【請求項１７】 上記部材に連結する第２の支持リング
    を有することを特徴とする請求項１のロータ。
  18. 【請求項１８】 上記２つのリングのうちの一方のリン
    グが上記部材の前方に位置し、他方のリングが当該部材
    の後方に位置することを特徴とする請求項１７のロー
    タ。
  19. 【請求項１９】 上記２つのリングが金属マトリックス
    複合体で形成され、上記部材がニッケル合金で形成され
    ていることを特徴とする請求項１８のロータ。
  20. 【請求項２０】 上記２つのリングが金属マトリックス
    複合体で形成され、上記部材がチタン合金で形成されて
    いることを特徴とする請求項１８のロータ。
  21. 【請求項２１】 回転時に遠心力を受けるロータにおい
    て、 エアフォイルと；上記エアフォイルを担持する部材と；
    上記部材に連結され、ロータに作用する遠心力に抵抗す
    る支持リングと；を備え、上記部材が上記支持リングの
    半径方向内側へ遠心力を伝達するようになっていること
    を特徴とするロータ。
  22. 【請求項２２】 上記部材及び上記リングが互いに異な
    る材料で形成されていることを特徴とする請求項２１の
    ロータ。
  23. 【請求項２３】 上記リングが複合体で形成されている
    ことを特徴とする請求項２２のロータ。
  24. 【請求項２４】 上記リングが金属マトリックス複合体
    で形成されていることを特徴とする請求項２３のロー
    タ。
  25. 【請求項２５】 上記リングが軸方向で上記部材から離
    れていることを特徴とする請求項２４のロータ。
  26. 【請求項２６】 金属マトリックス複合体で形成され、
    軸方向で上記部材から離れている第２のリングを有する
    ことを特徴とする請求項２５のロータ。
  27. 【請求項２７】 上記２つのリングのうちの一方のリン
    グが上記部材の前方に位置し、他方のリングが当該部材
    の後方に位置することを特徴とする請求項２６のロー
    タ。
  28. 【請求項２８】 上記部材がチタン合金でできているこ
    とを特徴とする請求項２７のロータ。
  29. 【請求項２９】 上記部材がニッケル合金でできている
    ことを特徴とする請求項２７のロータ。
  30. 【請求項３０】 ロータにおいて、 エアフォイルと；第１の材料で形成され、上記エアフォ
    イルを担持する部材と；第２の材料で形成され、上記部
    材に隣接して位置決めされて同部材に連結された一対の
    支持リングであって、一方の支持リングが当該部材の前
    方に位置し、他方の支持リングが同部材の後方に位置す
    る一対の支持リングと；を有することを特徴とするロー
    タ。
  31. 【請求項３１】 上記部材が上記一対のリングの実質上
    中間に位置していることを特徴とする請求項２１のロー
    タ。
  32. 【請求項３２】 上記リングを高比強度材料系で作った
    ことを特徴とする請求項３１のロータ。
  33. 【請求項３３】 上記一対のリングが複数個のファスナ
    ーにより上記部材に連結されていることを特徴とする請
    求項３２のロータ。
  34. 【請求項３４】 上記部材が上記エアフォイルの軸方向
    の幅と少なくとも同じ長さの軸方向の幅を有するリム部
    分と、ベース部分とを備え、上記リム部分が半径方向に
    延びたウエブ部分により上記ベース部分に連結されてい
    ることを特徴とする請求項３３のロータ。
  35. 【請求項３５】 上記ベース部分が上記リム部分の軸方
    向の幅より小さな軸方向の幅を有することを特徴とする
    請求項３４のロータ。
  36. 【請求項３６】 上記リングを上記部材に連結するため
    の一対の駆動ハブを備えたことを特徴とする請求項３５
    のロータ。
  37. 【請求項３７】 上記駆動ハブが上記リングを収容する
    ためのＬ字状の環状部材を形成し、このＬ字状の環状部
    材がロータの軸方向の中心線に平行なフランジ部分を有
    することを特徴とする請求項３６のロータ。
  38. 【請求項３８】 上記Ｌ字状の環状部材が上記リングを
    装着するためのフランジ部分を有することを特徴とする
    請求項３７のロータ。
  39. 【請求項３９】 上記駆動ハブが上記リングの軸方向運
    動を阻止するための直立した円周方向の肩部を有するこ
    とを特徴とする請求項３８のロータ。
  40. 【請求項４０】 組み合わせ体において、 ガスタービンエンジンと；上記ガスタービンエンジン内
    に位置し、回転時に遠心力を受けるロータであって、エ
    アフォイルと、上記エアフォイルを担持する部材と、上
    記部材に連結され、上記ロータに作用する遠心力に抵抗
    する支持リングと、を備え、当該部材が、上記リングと
    は異なる材料で作られ、当該リング上の半径方向内側の
    位置に遠心力を伝達するように当該エアフォイルを該リ
    ングに連結しているロータと；を備えたことを特徴とす
    る組み合わせ体。
  41. 【請求項４１】 上記部材に連結する第２のリングを有
    することを特徴とする請求項４０の組み合わせ体。
  42. 【請求項４２】 上記２つのリングを高比強度材料系で
    作ったことを特徴とする請求項４０の組み合わせ体。
  43. 【請求項４３】 多数の上記ロータを一緒に連結するた
    めの少なくとも１つのインターステージスペーサを有す
    ることを特徴とする請求項４２の組み合わせ体。
  44. 【請求項４４】 上記インターステージスペーサが上記
    支持リングを受け入れることを特徴とする請求項４３の
    組み合わせ体。
  45. 【請求項４５】 上記インターステージスペーサの一部
    が遠心力を上記リング上の半径方向内側の位置に伝達す
    ることを特徴とする請求項４４の組み合わせ体。
  46. 【請求項４６】 上記インターステージスペーサがボル
    トにより上記部材に連結されることを特徴とする請求項
    ４５の組み合わせ体。
  47. 【請求項４７】 ロータにおいて、 第１の材料で作られ、リム部分、半径方向内側のベース
    部分、これらリム部分とベース部分との間を延びるウエ
    ブ部分を備えた中央のハブ部材であって、上記ベース部
    分が上記中央ハブ部材から軸方向に延びる一対の環状フ
    ランジを有する中央のハブ部材と；上記リム部分に連結
    され、同リム部分から半径方向に延びる複数個のエアフ
    ォイルと；上記中央ハブ部材に連結した一対の駆動ハブ
    部材であって、一方の駆動ハブ部材が当該中央ハブ部材
    の前方に位置していて一方の上記フランジに連結され、
    他方の駆動ハブ部材が該中央ハブ部材の後方に位置して
    いて他方の上記フランジに連結されている一対の駆動ハ
    ブ部材と；第２の材料で作られ、ロータに作用する遠心
    力に抵抗する一対の支持リングであって、上記中央ハブ
    部材の前後に位置し、上記一対のフランジから圧縮伝達
    された遠心力を受け取る一対の支持リングと；を有する
    ことを特徴とするロータ。
  48. 【請求項４８】 上記流体の循環損失を最小限に抑える
    ために上記リム部分から半径方向内方に延びる一対のレ
    ールを有することを特徴とする請求項４７のロータ。
  49. 【請求項４９】 上記リングがそこから軸方向に延びる
    シールランド部を有することを特徴とする請求項４８の
    ロータ。
  50. 【請求項５０】 上記リングが上記中央ハブ部材から離
    れていることを特徴とする請求項４９のロータ。
  51. 【請求項５１】 上記リングが複合材料で形成され、上
    記中央ハブ部材がニッケル合金で形成されていることを
    特徴とする請求項５０のロータ。
  52. 【請求項５２】 上記リングが複合材料で形成され、上
    記中央ハブ部材がチタン合金で形成されていることを特
    徴とする請求項５０のロータ。
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