JP2005113916A - ターボ機械のブレードダンパおよびターボ機械のブレードダンパの組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ターボ機械の改善されたダンパシールアセンブリ（５０）を提供する。
【解決手段】 ターボ機械のダンパシールアセンブリ（５０）は、隣接する第１および第２のブレードの第１および第２の面とそれぞれ係合する第１および第２の減衰面（５８，６０）を備えるダンパ部材（５２）を有する。ダンパ部材（５２）は、シール（７０）を有し、このシール（７０）は、ダンパ部材（５２）と係合して少なくとも一方向でシールの位置決めを提供する第１の部分（７２）と、少なくとも１つのブレードと係合して上流のガスの侵入を防止するシールを形成する第２の部分（７４）と、を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ターボ機械に関し、特に、ターボ機械のロータにおける隣接ブレードの相対運動を減衰するダンパに関する。

典型的なガスタービンエンジンは、その圧縮部およびタービン部に複数のブレード保持ディスクを有し、これらのディスクはエンジン軸を中心に回転するとともに回転しないベーンの列と交互に設けられている。各々のディスクの周辺部は、関連するブレードの相補的な根部を受け入れる入り組んだブレード保持スロットの周方向の列を有しうる。ブレードのネック部は、エンジンを通るコア流路の内側面を局部的に画成する外側面を備えるプラットフォーム部まで外向きに延在する。ブレードのエアフォイルは、プラットフォームの外側面における根部から外側先端部まで延在する。
米国特許第４８７２８１２号明細書

熱応力および機械的応力や摩耗は、隣接するブレードの相対運動を引き起こすおそれがある。よって、隣接するブレードのプラットフォームの間にダンパを設けることが知られている。例示的なダンパは、特許文献１に開示されている。ブレードダンパ技術の改善が引き続き求められている。

従って、本発明の１つの形態は、ターボ機械のブレードダンパに関する。ダンパ部材が、隣接する第１および第２のブレードの第１および第２の面とそれぞれ係合する第１および第２の減衰面を備える。シールが、ダンパ部材と係合して少なくとも一方向でシールの位置決めを提供する第１の部分と、少なくとも一方のブレードを通過するガス流れを制限する第２の部分と、を有する。

種々の実施例では、シールは、実質的にシートメタルからなり、ダンパ部材は実質的に鋳造または機械加工された金属からなる。各々の部材は、実質的にニッケル基またはコバルト基の超合金からなってもよい。シールは、ダンパによって少なくとも一方向における軸方向移動および内向きの径方向移動に対して保持されうる。減衰面の１つは、丸みのある横断面を有しうる。他方の減衰面は、比較的平らに設けることができる。シールの第２の部分は、少なくとも部分的にダンパ部材よりも幅が広くてもよい。この第２の部分は、少なくとも２．０ｍｍの径方向翼幅と少なくとも４．０ｍｍの周方向翼幅とを有しうる。周方向翼幅は、第２の部分の第１および第２の面部分が隣接するブレードのポケット内に収容されるように設けることができる。第２の部分の大部分は、ダンパ部材の径方向内側に位置してもよい。ダンパ部材は、これから下方に延在するＴ字型突出部を有しうる。シールは、突出部のレッグ部を収容する閉じた開口部を有し、シールの隣接部が突出部のヘッド部の下面に捕捉される。隣接部は、レッグ部を中心として開口部から突出するヘッド部を引き抜くことができる位置まで相対的に回転させることによって外すことができる。組立方法では、ダンパ部材とシールは、突出部が開口部を通る第１の位置で組み合わされる。続いて、ダンパ部材とシールは、突出部が保持装置の隣接部分を捕捉する第２の位置まで相対的に回転される。

本発明の他の形態は、ターボ機械のブレードの組み合わせに関する。第１および第２のブレードは、根部と、根部の外側に位置するエアフォイルと、根部とエアフォイルとの間のプラットフォームとネック部と、を有する。プラットフォームとネック部との組み合わせは、第１および第２の面を有し、一方のブレードの第１の面は、他方のブレードの第２の面に対向する。対向する第１および第２の面の少なくとも一方の少なくとも１つのポケットには、第１および第２のブレードの相対運動を減衰するとともに上流の燃焼ガスの侵入をシールする手段が取り付けられている。

種々の実施例では、上記手段は、一体型のシール部材と、このシール部材の保持をさらに提供する一体型のダンパ部材と、を含むことができる。

本発明の１つまたは複数の実施例の詳細は、添付図面および以下の最良の形態に記載されている。本発明の他の特徴、目的、および利点は、詳細な説明、図面、および請求項によって明らかになる。

図１は、凹状の正圧面２４と凸状の負圧面２６とを備えるとともに、前縁３２と後縁３４との間でエアフォイル根部２８からエアフォイル先端部３０まで延在するエアフォイル２２を有するブレード２０を示している。エアフォイル根部２８は、第１の面４０と第２の面４２とを備えるプラットフォーム３８の外側面３６に形成されている。プラットフォーム３８は、入り組んだ根部４４の外側に位置するとともにネック部４６によって根部４４から分離されている。ウェッジ式ダンパ／シールアセンブリ５０がプラットフォーム３８とネック４６との組み合わせにおける区画内に一部収容されている。

図２は、例示的なダンパ／シールアセンブリ５０の特徴部を示している。ダンパ部材５２の本体部分が上流端５４から下流端５６まで延在するとともに、第１および第２の減衰面５８，６０を有している。懸吊式質量部（ｕｎｄｅｒｈｕｎｇ ｍａｓｓ）６２がダンパ部材５２の本体部分から内側に延在している。シール部材７０は、ダンパ部材５２と係合する外側棚部７２を有する。下側延在部（ｄｅｐｅｎｄｉｎｇ ｐｏｒｔｉｏｎ）７４が、棚部７２から実質的に内側に延在しており、下側に折り曲げたタブ７６で終端となっている。三つ折りのタブ７８が、下側延在部７４の第２の側から延在しているとともに、一部上流に向かって曲げられている。例示的な実施例では、ダンパ部材５２とシール部材７０とはそれぞれ一体の金属片として形成されている。例示的なダンパ部材５２は、鋳造または機械加工することができ、例示的なシール部材７０は、シートストックを打ち抜き加工してから曲げることができる。これらの部材の例示的材料は、ニッケル基またはコバルト基の超合金である。特に、好適なダンパ材料は、ウェストバージニア州、ハンティントン所在のスペシャル メタルズ コーポレイション（Ｓｐｅｃｉａｌ Ｍｅｔａｌｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）のインコネル合金１００（Ｉｎｃｏｎｅｌ Ａｌｌｏｙ １００）などの等軸ニッケル基超合金であり、好適なシール材料は、インディアナ州、ココモ所在のヘインズ インターナショナル インコーポレイテッド（Ｈａｙｎｅｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．）のヘインズ １８８（Ｈａｙｎｅｓ １８８）などのコバルト基超合金である。例示的なシール部材７０の厚さは０．２０ｍｍから１．５ｍｍであり、より狭くは０．２５ｍｍ〜０．８０ｍｍである。シール７０およびダンパ部材５２の材料は、共に少なくとも６５０℃を超える、好ましくは１１００℃に近いかこれを超える高温における信頼性を有することが有利である。ダンパ部材５２およびシール部材７０は、ダンパ部材５２によってシール部材７０が保持可能となるようにはめ合い面を備える互いに係合可能な特徴部をそれぞれ有しうる。図２の実施例では、協働する面は棚部７２の外側面部分と懸吊式質量部６２の下流側の内側面部分とを含む。図３は、棚部７２の一部が、Ｔ字型突出部のレッグ部８２を収容する長手方向に細長いスロット様の開口部８０を有することを示している。Ｔ字型突出部は、懸吊式質量部６２の下面から下方に延在しているとともに、横方向に延在するヘッド部８４を有し、このヘッド部８４の外側に面する下面が、ダンパ部材５２に対するシール部材７０の内向きの相対運動を防止するように開口部８０の側部に沿って棚部７２の一部を捕捉する。図３は、さらに、懸吊式質量部６２の下流方向に突出する舌部８６を示しており、この舌部８６は、棚部７２の前縁部分の下側に位置するとともに上述のような移動をさらに防止するために外側面がシール棚部７２の上流部分の下面と係合する。棚部７２は、さらに、その第２の面に沿って外側に延在するタブ８８を含み、このタブ８８は、シール部材７０がレッグ部８２の軸を中心に第１の方向で相対的に回転することを防止するために懸吊式質量部６２の隣接する第２の側面と接触する面を備える。上述のことを念頭において、ダンパとシールのアセンブリ５０は、突出ヘッド部８４（図３参照）が開口部８０と一致してこれを通過するように、まずこれらの２つの部材を組立後の位置に対して横向きに合わせるように移動させることによって組み立てることができる。続いて、棚部７２の上流部分が舌部８６の外側のチャネル９０内に配置されるように、タブ８８がダンパ部材５２の隣接面と接触するまでレッグ部８２を中心にシール７０を第１の方向に回転させる。

図５は、ダンパ／シールアセンブリ５０を収容する第１の側方ポケット１００の詳細を示している。このポケットは、実質的にプラットフォーム３８内に位置する第１の部分１０２を有し、この第１の部分１０２は、上流端１０４から下流端１０６まで延びており、かつダンパ部材５２の本体の第２の面６０と係合する支持面１０８を備える。面１０８は、ポケット１００の第１の部分１０２の外側端部に沿って連続的に延在する。ポケット１００は、端部１０４，１０６に隣接して、内側面部分１１０，１１２によっても境界づけられており、これらの内側面部分１１０，１１２は、所定の範囲を超える内側移動を防止するようにダンパ部材５２の本体の上流および下流の端部を捕捉するのを補助する。ポケット１００の第２の部分１２０が、実質的にネック部４６の後方下流バットレス１２２内に形成されているとともに、上流に面する面１２４を備える。この第２の部分１２０は、関連するタブ７８を含むシール７０の下側延在部７４の第２の面部分を収容する。ポケット部１２０とタブ７８との相互作用によって、隣接するブレードポケットの間におけるシールの周方向の位置決めが補助される。

図６は、隣接ブレードの第１の面４０に対して近接して面するとともに離間した関係で配置することができるブレードの第２の面４２を示している。後方バットレスにポケット１４０が形成されており、このポケット１４０は、シール部材７０の下側延在部７４の第１の部分を収容する。プラットフォーム３８は、ダンパ部材５２の本体部分の第１の面と係合するように配置された面１４２を含む。面１４２は、実質的にダンパ部材５２の長さにわたって長手方向に延在するとともに、下方に延在する中央突出部１４４に沿った部分を有する。突出部１４４は、第１の減衰面５８と接触したときに、ブレードとダンパとの間に追加の接触面積を提供してダンパの回転に対抗する。ブレードを組み付けた状態では、シール部材７０の下側延在部７４および棚部７２の下流部分は、隣接するブレードのポケットの間に延在して、上流の高温ガスの侵入を防ぐように隣接するブレードの間にシールを形成するのを補助する。

図７は、設置された状態において隣接するブレードの面１４２，１０８にそれぞれ係合する面５８，６０を示している。例示的な実施例では、面５８は、エンジン軸に対して実質的に径方向に配置されており、かつはめ合い面１４２と同様に実質的に平らである。しかし、面６０は、多少平らでなくてもよく、すなわち横断面が１つまたは複数の値の曲率半径を有するように僅かに凸状であってもよい。このような曲率半径の例示的範囲は、約５〜３０ｍｍ、より好適には１０〜２５ｍｍ、最も好適には１２〜２０ｍｍである。面５８，６０の間の遷移部１５０と、面６０とダンパ部材５２の隣接する面のより径方向内側部分１５４との間の遷移部１５２と、は、より鋭角をなすような曲率半径を有してもよい。例えば、前者は、０．２〜１．０ｍｍ、後者は０．７〜１．５ｍｍの曲率半径とすることができる。

図８は、停止位置（破線）と運転位置（実線）との間でブレードの移動に対応するダンパの動作を示している。ウェッジ式ダンパをはめ合い面の間に押し込むようにウェッジ式ダンパにかかる遠心力により、ウェッジ式の係合が維持される。面６０および面５８の（中間部、中央部、中心正接部などの）特徴部の間の例示的な角度θは、２０°〜８０°である。図示のダンパ本体は、“フルレングス”ダンパとして機能し、これは、関連する接触面が製造上の制約を受けるプラットフォーム３８のほぼ全長にわたって延在することを意味する。例えば、ダンパ本体は、プラットフォーム３８の約６０％〜８０％にわたって延在することができる。

図９，図１０は、ダンパ部材２０２とシール部材２０４とを有する他のダンパ／シールアセンブリ２００を示している。例示的な実施例では、シール部材２０４は、第１の実施例よりもさらに上流に延在しており、関連するブレードプラットフォーム／ネック部の第１の面および第２の面の前方ポケット２０８（図５参照），２１０（図６参照）内に捕捉されうる突出した上流部分２０６を有する。図示の実施例では、２つの部材を連結するために同様のＴ字型突出部およびスロットの構成が設けられている。シール部材２０４の延長された長さによって、プラットフォーム３８の長さにわたって上流の高温ガスの侵入をさらに防止することができる。

図１１，図１２は、ダンパ部材２２２とシール部材２２４とを有する第３のダンパ／シールアセンブリ２２０を示している。（図１２に部分的に組み立てた状態で示した）棚の両側から外向きに延在する一対の突出部２２６，２２８が、シール２２４の両側で区画２２９内に収容されているとともに区画２２９の間に設けられたウェブ２３０を挟んでいる。突出部２２６，２２８の前方に位置する棚の上流部分は、舌部２４０とダンパ部材２２２の残りの部分との間に捕捉される。２つの部品の組立時には、棚の上流部分をチャネル内に僅かな角度で挿入してから、シール２２４を外向きに回転させてさらに挿入することによって突出部２２６，２２８を関連するリセス内に配置する。

本発明の１つまたは複数の実施例を説明したが、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに種々の改良を行うことができる。例えば、既存のタービンエンジンの改修として適用する場合には、既存のエンジンの詳細によって特定の実施例の詳細が影響されうる。よって、他の実施例も請求項の範囲に含まれる。

本発明に係るブレードとダンパアセンブリの組み合わせを示す斜視図である。 図１のダンパアセンブリの上方からの斜視図である。 図２のダンパアセンブリの下方からの斜視図である。 図２のダンパアセンブリの組立または分解の中間段階を示す斜視図である。 図２のダンパアセンブリの一方側と係合するブレードの正圧面側のプラットフォームおよびネック領域の説明図である。 図２のダンパアセンブリの他方側と係合するブレードの負圧面側のプラットフォームおよびネック領域の説明図である。 図２のダンパアセンブリと係合する隣接ブレード対の断面図である。 図７のブレードの組み合わせの停止位置および動作位置とを示す概略断面図である。 ダンパアセンブリの第２の実施例の斜視図である。 図９のダンパアセンブリの組立または分解の中間段階を示す斜視図である。 ダンパアセンブリの第３の実施例の説明図である。 図１１のダンパアセンブリの組立または分解の中間段階を示す説明図である。

符号の説明

５２…ダンパ部材
５４…上流端
５６…下流端
５８…第１の減衰面
６０…第２の減衰面
６２…懸吊式質量部
７０…シール部材
７４…下側延在部
７６，７８…タブ

Claims (12)

1. 隣接する第１および第２のブレードの第１および第２の面とそれぞれ係合する第１および第２の減衰面を備えるダンパ部材と、
   少なくとも一方向におけるシールの移動を防止するように前記ダンパ部材と係合する第１の部分と、少なくとも一方のブレードを通過するガス流れを制限する第２の部分と、を含むシールと、を有することを特徴とするターボ機械のブレードダンパ。
2. 前記シールは、実質的にシートメタルからなり、前記ダンパは、実質的に鋳造または機械加工された金属からなることを特徴とする請求項１記載のターボ機械のブレードダンパ。
3. 前記シールは、実質的にニッケル基またはコバルト基の超合金からなり、前記ダンパ部材も、実質的にニッケル基またはコバルト基の超合金からなることを特徴とする請求項２記載のターボ機械のブレードダンパ。
4. 前記ダンパ部材は、少なくとも一方向における軸方向移動と内向きの径方向移動に対してシールを保持していることを特徴とする請求項１記載のターボ機械のブレードダンパ。
5. 前記第１および第２の減衰面の一方は、丸みのある横断面を有し、前記第１および第２の減衰面の他方は、前記一方に比べて平らであることを特徴とする請求項１記載のターボ機械のブレードダンパ。
6. 前記シールの第２の部分は、前記ダンパ部材よりも少なくとも部分的に幅が広いことを特徴とする請求項１記載のターボ機械のブレードダンパ。
7. 前記シールの第２の部分は、少なくとも２．０ｍｍの径方向翼幅と、少なくとも４．０ｍｍの周方向翼幅と、を有することを特徴とする請求項１記載のターボ機械のブレードダンパ。
8. 前記シールの第２の部分の大部分は、前記ダンパ部材の径方向内側に位置していることを特徴とする請求項１記載のターボ機械のブレードダンパ。
9. 前記ダンパ部材は、これから下方に延在するＴ字型突出部を有し、前記シールは、前記突出部のレッグ部を収容する閉じた開口部を有し、前記シールの隣接部分が、前記突出部のヘッド部の下面によって捕捉され、この隣接部分は、前記突出部のヘッド部を前記開口部から引き抜くことができる位置まで前記レッグ部の軸を中心に相対的に回転させることで開放することができることを特徴とする請求項１記載のターボ機械のブレードダンパ。
10. 前記ダンパ部材の突出部が前記シールの開口部を通るように、該ダンパ部材と該シールとを第１の位置で組み合わせて、
    前記突出部が保持装置の隣接部を捕捉するように、前記ダンパ部材と前記シールとを第２の位置まで相対的に回転させることを含むことを特徴とする請求項１のターボ機械のブレードダンパの組立方法。
11. 根部と、前記根部の外側に位置するエアフォイル部と、前記根部と前記エアフォイル部との間に設けられたプラットフォームおよびネック部と、をそれぞれ含むとともに、第１の面と第２の面とをそれぞれ有し、一方のブレードの第１の面が他方のブレードの第２の面に対向する第１および第２のブレードと、
    対向する第１の面および第２の面の少なくとも一方の少なくとも１つのポケットに取り付けられ、前記第１および第２のブレードの相対運動を減衰するとともに上流の燃焼ガスの侵入を防止する手段と、を有することを特徴とするターボ機械のブレードの組み合わせ。
12. 前記手段は、一体型のシールと、前記シール部材をさらに保持する一体型のダンパ部材と、を有することを特徴とする請求項１１記載のターボ機械のブレードの組み合わせ。

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