JP2004324648A

JP2004324648A - 圧縮機ブレードのアンダカットした前縁及びそれに関連する方法

Info

Publication number: JP2004324648A
Application number: JP2004127504A
Authority: JP
Inventors: James Charles Gautreau; ジェームズ・チャーズル・ガウトリュー; Nicholas Francis Martin; ニコラス・フランシス・マーティン; Chris A Rickert; クリス・エー・リカート
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2004-11-18
Also published as: GB0408867D0; GB2401657A; US20040213672A1

Abstract

【課題】本発明は、ブレードの翼形部前縁の半径方向内側に位置したアンダカットを設けることに関する。
【解決手段】圧縮機ブレード（１０）は、前縁（２０）を有する翼形部（１２）と、半径方向内側の取付け部（１６）と、翼形部と取付け部との間にあるプラットフォーム（１４）とを含み、アンダカット（１８）を取付け部の前面に形成するように該取付け部から材料を取り除き、それによってプラットフォーム及び翼形部前縁の半径方向内側にオーバハングを形成しており、アンダカット（１８）は、後方横溝（２４）に開口する狭い横入口スロット（２２）によって画成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、総括的には圧縮機ブレードに関し、具体的にはブレードの翼形部前縁の半径方向内側に位置したアンダカットを設けることに関する。

発電に使用する大型ガスタービンにおいては、電力会社は、恒常的に、何らかの性能低下が認められると直ちに機械を水洗浄する。水洗浄は圧縮機端部でハブ近くにおいて機械内部に吹き付けられ、流体が流路内に飛散して、圧縮機ブレードを清浄化する。この水洗浄の結果、水滴が第１段ブレードに衝突し、ブレード前縁に沿って、特に翼形部のハブ、即ち翼形部がプラットフォームと交わる部位において、大きな侵食を引き起こす。この前縁の侵食は、材料の高サイクル疲労耐性を低下させ、振動励起の存在下ではブレードの破損を招くおそれがある。

従って、ブレードの翼形部前縁における平均応力レベル及び振動応力レベルを低下させることによって、一層高い侵食耐性のあるブレードを製作する必要性がある。

本発明の例示的な実施形態によると、翼形部前縁の直ぐ下方の、即ち翼形部前縁の半径方向内側の取付け部材料（即ち、ブレードを圧縮機ロータ又はホイールに固定するために使用するブレード根元部の材料）が取り除かれる。これにより、ブレードハブの下方に、即ちブレードプラットフォーム及び翼形部前縁の下方にアンダカットが形成される。材料を取り除くことによって形成された空隙又はスペースは、必要に応じて、実質的に空隙と同一形状の個別の音響ダンパで充填することができる。アンダカットを配置することにより、翼形部前縁の荷重が効果的に軽減され、それによって前縁に沿った局所的平均応力及び局所的振動応力が減少し、従ってブレードは、水洗浄及び水滴衝突による一層大きい損傷に耐えることができるようになる。

例示的な実施形態では、アンダカットは、狭い横入口スロットを含み、この狭い横入口スロットが、該スロットの底面の半径方向内側に延びる全体的に丸い形状の後方横溝に開口するような形状になっている。換言すれば、溝は、半径方向にスロットよりも深く、「Ｐ」を横向にした様式形状をしている。スロット及び溝を「横」と記載したのは、スロット及び溝がシャンク部の幅全体にわたって横断する配向を意味する。「半径方向」というのは、タービンロータホイールの周辺上に取付けたバケットに関しての方向を意味する。

従って、より広い様態では、本発明は、圧縮機ブレードに関し、該圧縮機ブレードは、前縁を有する翼形部と、半径方向内側の取付け部と、翼形部と取付け部との間にあるプラットフォームとを含み、アンダカットを取付け部の前面に形成するように該取付け部から材料を取り除き、それによってプラットフォーム及び翼形部前縁の半径方向内側にオーバハングを形成しており、アンダカットが、後方横溝に開口する狭い横入口スロットによって画成されている。

他の様態では、本発明は、圧縮機ブレードに関し、該圧縮機ブレードは、前縁を有する翼形部と、半径方向内側の取付け部と、翼形部と取付け部との間にあるプラットフォームとを含み、後方横溝に開口する狭い横入口スロットを含むアンダカットを取付け部の前面に形成するように該取付け部から材料を取り除き、それによってプラットフォーム及び翼形部前縁の半径方向内側にオーバハングを形成し、圧縮機ホイール上に組立てられたときに、アンダカットによって形成された空隙スペースが、音響ダンパによって実質的に充填されている。

さらに別の様態では、本発明は、圧縮機ブレードの翼形部前縁の荷重を軽減する方法に関し、該方法は、ａ）前縁を備えた翼形部と、プラットフォームと、ブレードを圧縮機ホイールに固定するようになった取付け部とを有するブレードを準備する段階と、ｂ）翼形部の前縁の半径方向内側に位置しかつ後方横溝に開口する狭い横入口スロットによって画成されたアンダカットを形成するように、取付け部から材料を取り除く段階とを含む。

末尾に記載した図面の図と関連させて本発明を説明する。

図１及び図２を参照すると、圧縮機ブレード１０は、翼形部（又は単に、翼）１２と、プラットフォーム１４と、取付け部又は根元部１６とを含み、該取付け部又は根元部１６には、一般的に圧縮機ホイール又はロータ（図示せず）上の相補形溝内にブレードを装着できるようにするダブテール構成が形成される。取付け部１６の前端部から材料を取り除き、それによってプラットフォーム１４と翼形部１２の前縁２０との半径方向内側（ブレードが取付けられたロータホイールの中心に対して）にアンダカット１８を形成する。アンダカットは、スロット２２の底面２６の半径方向内側に延びる後方横溝２４（図２）に開口する狭い横入口スロット２２を含むような形状になっている。換言すれば、溝２４は、スロット２２よりも深く、「Ｐ」を横向にした様式形状をしている。アンダカットによって形成された空隙スペースは、音響ダンパ２８によって充填されることができる。ダンパ２８は、ブレードと同一組成の材料或いはナイロン又は他の適切な高強度プラスチックスのような他の材料で構成することができることを理解されたい。ダンパは、アンダカット１８によって形成された空隙スペースの形状に実質的に一致するのが好ましい。従って、ダンパ２８は、後方部分３２に結合した比較的薄いフランジ部分３０を有する。フランジ部分３０が狭い入口スロット２２内に嵌り、また丸い形状の後方部分３２が溝２４内に嵌ることのなるのが分かるであろう。記載したような構成は、丸い形状の溝２４が翼形部１２の前縁２０近傍の応力集中を減少させるのに役立つ一方で狭い入口スロット２２が風損を減少させる点で重要である。

この例示的な実施形態では、溝２４の直径は約１２．７mm（０．５インチ）インチとすることができ、スロット２２の高さは約３．１７５mm（０．１２５インチ）とすることができる。これらの寸法及びスロット２２の長さ（ブレードの前端部から溝２４まで測定した）は、ブレードサイズによって変えることができる。いずれにせよ、この寸法は、翼形部１２の前縁２０の荷重を軽減するに十分なものでなくてはならないが、全体としてのブレード１０の荷重支持に悪影響を与えるほど大きくてはならない。

翼形部１２の前縁２０の荷重を効果的に軽減するようにアンダカット１８を形成することによって、翼形部は、材料能力を超えずに水洗浄による一層大きい損傷に耐えることができるようになる。具体的には、侵食過程により翼形部１２の前縁内に小さな割れが発生する。割れの長さが割れ伝播閾値を越えると、ブレードは破損する。完全支持した前縁を有する従来型ブレードでは、前縁が寿命制限部位となる。本発明に従ってブレードをアンダカットすることにより、寿命制限部位が、翼形部の正圧側面上の根元において前縁からおよそ１インチ後方の領域に移動する。この部位は、水洗浄の水滴による常時打撃を受けない。従って、水洗浄によって発生した割れはもはや伝播せず機械を危険に曝すこともなくなる。翼形部１２の前縁２０は、単に経時的に侵食されるだけになる。

上記の配置とした場合、ブレードの前縁における平均応力及び振動応力を低下させることによって、一層高い侵食耐性のあるブレードを実現する。

現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるに関して本発明を説明してきたが、本発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、また特許請求の範囲に示した参照符号は本発明の範囲を狭めるためのものではなく本発明を容易に理解するためのものであることを理解されたい。

組合せる音響ダンパも同時に示す、アンダカットした前縁を備えた圧縮機ブレードの斜視図。図１から取出した一部の拡大詳細図。

符号の説明

１０圧縮機ブレード
１２翼形部
１４プラットフォーム
１６取付け部
１８アンダカット
２０前縁
２２横入口スロット
２４後方横溝
２８音響ダンパ
３０ダンパのフランジ部分
３２ダンパの後方部分

Claims

前縁（２０）を有する翼形部（１２）と、半径方向内側の取付け部（１６）と、前記翼形部と取付け部との間にあるプラットフォーム（１４）とを含み、アンダカット（１８）を前記取付け部の前面に形成するように該取付け部から材料を取り除き、それによって前記プラットフォーム及び前記翼形部前縁の半径方向内側にオーバハングを形成しており、前記アンダカット（１８）が、後方横溝（２４）に開口する狭い横入口スロット（２２）によって画成されている、圧縮機ブレード（１０）。
圧縮機ホイール上に組立てられたときに、前記アンダカット（１８）によって形成された空隙が、実質的に該空隙と同一形状をもつ音響ダンパ（２８）によって充填されている、請求項１記載の圧縮機ブレード。
前記溝（２４）が丸い形状でありかつ約１２．７mm（０．５インチ）の直径をもつ、請求項１記載の圧縮機ブレード。
前記アンダカット（１８）が、円周方向に少なくとも翼形部の前縁（２０）まで延びている、請求項１記載の圧縮機ブレード。
前縁（２０）を有する翼形部（１２）と、半径方向内側の取付け部（１６）と、前記翼形部と取付け部との間にあるプラットフォーム（１４）とを含み、少なくとも横溝（２４）を含むアンダカット（１８）を前記取付け部の前面に形成するように該取付け部から材料を取り除き、それによって前記プラットフォーム及び前記翼形部前縁の半径方向内側にオーバハングを形成し、圧縮機ホイール上に組立てられたときに、前記アンダカット（１８）によって形成された空隙スペースが、音響ダンパ（２８）によって実質的に充填されている、圧縮機ブレード（１０）。
前記音響ダンパ（２８）が高強度プラスチック材料で製作されている、請求項１又は請求項５記載の圧縮機ブレード。
前記音響ダンパ（２８）がナイロンで製作されている、請求項６記載の圧縮機ブレード。
圧縮機ブレード（１０）の翼形部（１２）の前縁（２０）の荷重を軽減する方法であって、
ａ）前縁（２０）を備えた翼形部（１２）と、プラットフォーム（１４）と、ブレード（１０）を圧縮機ホイールに固定するようになった取付け部（１６）とを有するブレード（１０）を準備する段階と、
ｂ）翼形部（１２）の前縁（２０）の半径方向内側に位置しかつ後方横溝（２４）に開口する狭い横入口スロット（２２）によって画成されたアンダカット（１８）を形成するように、前記取付け部から材料を取り除く段階と、
を含む方法。