JP2006077759A - タービンブレード用ダンパ／シールアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】 ダンパ（３４）およびシール（３０）に最も有利な材料を使用するとともに、ダンパおよびシールの最も有利な配置を有するシール／ダンパアセンブリを提供する。
【解決手段】 タービンブレード用ダンパ／シールアセンブリは、共に最も径方向外側の非ガス流路面と接触するシール（３０）およびダンパ（３４）を含む。シールは、塑性変形可能な材料から製造されるとともにダンパのリセス（３８）内に入れ子式に設けられる。ダンパは、動作時に発生する振動エネルギを吸収する剛性材料から製造される。ダンパ内のリセスは、ダンパとシールとを共に最も径方向外側の非ガス通路面に配置することを可能にする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、タービンのシール／ダンパアセンブリに関し、特に、入れ子式のシール／ダンパアセンブリに関する。

従来のガスタービンエンジンは、タービンロータの周辺部に沿って複数のタービンブレードが取り付けられたタービンアセンブリを含む。各々のタービンブレードは、動作時の移動や膨張に対応するために隣接するタービンブレードから一定距離で離間されている。ブレードは、典型的にロータに取り付けられる根部と、プラットフォームと、このプラットフォームから径方向外向きに延在するエアフォイルを含む。

熱ガスがタービンブレードのプラットフォームの下側に達すると問題が生じる。プラットフォーム上を流れる熱ガスは、シールによって隣接するタービンブレードの間から漏れないようになっている。このようにしているのは、プラットフォームの下側の部品が、一般に熱ガスの高い温度で長期間動作するように設計されていないからである。このシールは、典型的に隣接するタービンブレード間でかつプラットフォームの内側面に入れ子式に設けられた金属製シートである。また、このシールは、プラットフォームの内側面と一致してタービンブレードのプラットフォームの下に熱ガスが侵入するのを防ぐために典型的に可撓性を有する。一般的に、シールは、径方向外側に位置するタービンブレードのプラットフォームの内側面に接して配置される。

シールに加えて、隣接するタービンブレードの間にダンパを設けて潜在的に有害な振動を散逸させることが一般的である。ダンパは、タービンブレードからの振動を散逸させるために十分な質量および剛性を提供する寸法に設けられる。タービンブレードの振動は、ダンパとタービンブレードのプラットフォームの内側面との摩擦接触によって伝達される。ダンパは、プラットフォームの内側面の最も径方向外側部分に配置された場合に最大の利点および減衰を提供する。

不都合なことに、ダンパとシールは、両方ともプラットフォームの内側面に接して配置された場合に最大の利点を提供するように機能する。しかし、内側面に直接隣接して配置することができるのはシールとダンパのいずれか一方のみであることは明らかである。

現在提案されている解決策では、シールおよびダンパの両方として機能する単一部品が提供されている。このような装置では、ダンパとシールの両方の所望位置が得られる。しかし、シールとダンパの材料特性は、異なる機能に対応するように妥協して設定される。すなわち、シール材料は、要求される減衰特性を提供するために所望の可撓性を有さず、ダンパ材料は、シールの可撓性をいくらか提供するために最も有利な減衰特性を提供しない。好適な減衰特性と好適なシール特性との間の妥協によって、両方の機能の性能が所望よりも低くなっている。

従って、それぞれの機能に最も有利な材料を使用するとともに、ダンパおよびシールの最も有利な配置を提供するシール／ダンパアセンブリの開発が求められている。

本発明は、タービンブレード用のダンパ／シールアセンブリであり、このダンパ／シールアセンブリは、シールとダンパの両方がタービンブレードの内部における最も径方向外側の面に配置されるようにダンパ内に入れ子式に設けられたシールを含む。

ダンパ／シールアセンブリは、隣接するタービンブレードの間の間隙に熱ガスが侵入するのを防止するシールを含む。このシールは、プラットフォームの内側面に接触して熱ガスの流れを遮断するように間隙にわたって延在する。ダンパは、シールが入れ子式に設けられるリセスを含む。ダンパのリセスの両側には、タービンブレードの最も内側の面と接触する面がそれぞれ含まれる。ダンパの面は、動作時にタービンブレードより発生する振動エネルギを吸収する摩擦接触を提供する。

ダンパ／シールアセンブリは、ダンパとシールの両方が内側面に隣接するようにタービンブレードのキャビティ内に組み付けられる。ダンパとシールは、キャビティ内の最も径方向外側位置に設けられることで共に最大の利点を提供する。

本発明のダンパ／シールアセンブリは、シールとダンパに異なる材料を使用することを可能にし、かつシールとダンパの両方の最適配置を提供する。シールは、熱ガスの侵入を防止する所望のシールを提供する塑性変形可能な材料を含み、ダンパは、動作時に発生する振動エネルギを吸収するために必要な高密度の剛構造体を提供する。

従って、本発明のダンパ／シールアセンブリは、それぞれの機能に最も有効な材料、およびダンパおよびシールの最も有効な配置を提供する。

本発明の上述およびその他の特徴は、以下の実施形態および図面によって最もよく理解することができる。

図１を参照すると、タービンアセンブリ１０は、複数の隣接するタービンブレード１２を含む。各々のタービンブレード１２は、タービンロータ（図示省略）の径方向スロットに嵌め込まれる根部１４を含む。根部１４の径方向外側にはプラットフォーム１６があり、プラットフォーム１６は、外側面１８と内側面２０とを有する。内側面２０は、外側面１８の径方向内側に配置される。エアフォイル２２が、プラットフォーム１６から上向きに延在する。

熱ガス２４が、エアフォイル２２の周囲および外側面１８にわたって流れる。隣接するタービンブレード１２の間には、間隙２６が延びている。間隙２６は、タービンブレード１２の間の接触を防止する。ダンパ／シールアセンブリ２８は、熱ガス２４が間隙２６に入り込んでプラットフォーム１６の下面に達するのを防ぐシール３０を含む。シール３０は、隣接するタービンブレード１２の間に形成されるキャビティ３２内に配置される。シール３０は、プラットフォーム１６の内側面２０と接して熱ガスの流れを遮断するように間隙２６にわたって延在する。タービンブレード１２のキャビティ３２は、ダンパ／シールアセンブリ２８を整列および位置決めするナブ（ｎｕｂ）３６を含む。

図２では、ダンパ／シールアセンブリ２８が、ダンパ３４とシール３０の両方が内側面２０に隣接するようにタービンブレード１２のキャビティ３２内に組み付けられている。ダンパ３４とシール３０は、共にキャビティ３２内の最も径方向外側位置に設けられることで最大の利点を提供する。最も径方向外側位置は、ダンパ３４が内側面２０と摩擦接触する位置である。ダンパ３４と内側面２０との間の摩擦接触は、運転時に発生する振動エネルギを吸収して散逸させる。ダンパ３４の軸方向配置は、振動減衰性能を実質的に最大化する。好ましくは、ダンパ３４は振動減衰性能が最大となるようにキャビティ３２内に配置される。ダンパ３４は、最も前方位置で図示されているが、当業者であれば本明細書の開示から分かるようにダンパ３４の他の配置も本発明に含まれる。

図３，図４を参照すると、シール３０がダンパ３４のリセス３８内に入れ子式に収容されている。リセス３８は、シール３０およびダンパ３４の一部が共にプラットフォーム１６の内側面２０に接することを可能にする。リセス３８は、ダンパ３４の頂面に沿って軸方向に延びる。シール３０は、ダンパ３４に嵌合してシール３０とダンパ３４を互いに対して固定するフィンガ４４を含む。シール３０は、ダンパ３４との嵌合によってダンパに対して位置決めされ、これにより隣接するタービンブレード１２の間の間隙２６に対して位置決めされる。

ダンパ３４は、本体部５０と、この本体部５０の前方に延在してシール３０の前部を支持するシール保持アーム５２と、を含む。ダンパ３４には、リセス３８の両側に摩擦面４６が設けられている。摩擦面４６は、シール３０と共通の平面に沿って内側面２０と摩擦接触している。ダンパ３４は、内側面２０に対してダンパ／シールアセンブリ２８を配置および固定するためにキャビティ３２に対応する保持特徴部５４を含む。ダンパ３４の両側で本体５０から突出する整列特徴部５６も含まれる。補強部５８が、ダンパ３４の両側で摩擦面４６を延在させており、これらの補強部５８は摩擦面４６を補強する。

ダンパ３４は、動作時に発生する熱負荷および遠心荷重によって塑性変形しない材料から製造される。さらに、ダンパ３４に使用される材料は、熱容量に加えて所望の振動減衰性能を提供するように選択される。ダンパ３４は、プラットフォーム１６の内側面２０に接した状態で遠心荷重を受ける。ダンパの所望の形状が開示されているが、当業者であれば本明細書の開示によってダンパ３４の異なる形状および特徴部も本発明に含まれるとともに特定用途の必要条件によって決まることが分かるであろう。

シール３０は、ダンパ３４の保持アーム５２に嵌まる前部６０を含む金属製の薄いシートである。フィンガ４４は、ダンパ３４に嵌合してシール３０をリセス３８内に入れ子式に保持する。シール３０は、熱ガス２４がタービンブレード１２の下側に侵入するのを防止する所望のシールを提供するために、可撓性を有して内側面２０に一致することが好ましい。後部６２が、軸方向後方に延在するとともに、軸方向に延びる間隙２６の形状と一致してこれを密閉するように内側に延在する。シール３０に使用される材料は、特定用途に関連する圧力および温度に耐えるように、かついくらかの塑性変形を許容するように選択される。シールは、熱負荷および遠心荷重に応じて塑性変形して内側面２０の形状に一致してこれに嵌る。塑性変形は、熱ガス２４の侵入に対する所望のシールを提供する。

図５には、隣接するタービンブレード１２によって画成されるキャビティ３２内に設けられたダンパ／シールアセンブリ２８が示されている。摩擦面４６が内側面２０と接触する。ダンパ３４は、タービンブレード１２の非ガス流路側の最も径方向外側部分において最も有効に機能する。ダンパ３４とタービンブレード１２の内側面２０との間の摩擦接触により、動作時に発生する振動が減衰される。シール３０は、軸方向の間隙２６に沿って内側面２０に配置される。リセス３８は、軸方向の間隙２６の全長にわたって、隣接するタービンブレード１２の内側面２０に沿ってシール３０の連続的な接触を可能にするとともに、ダンパ３４の有効な最も径方向外側位置を提供する。

本発明のダンパ／シールアセンブリ２８は、シール３０とダンパ３４に異なる材料を使用することを可能にし、かつシール３０とダンパ３４の両方の最適配置を提供する。シール３０は、熱ガス２４の侵入を防止する所望のシールを提供する塑性変形可能な材料を含み、ダンパ３４は、動作時に発生する振動エネルギを吸収するために必要な高密度の剛構造体を提供する。

本発明の好適実施例を開示したが、当業者であれば分かるように、所定の改良も本発明の範囲内である。よって、本発明の真の範囲および内容を判断するためには請求項の検討が必要である。

隣接するタービンブレードアセンブリの斜視図である。 タービンブレード内のダンパ／シールアセンブリの側面図である。 ダンパ／シールアセンブリの分解図である。 ダンパ／シールアセンブリの斜視図である。 ダンパ／シールアセンブリの配置の概略説明図である。

符号の説明

３０…シール
３４…ダンパ
３８…リセス
４４…フィンガ
４６…摩擦面
５０…本体部
５２…シール保持アーム
５４…保持特徴部
５６…整列特徴部
５８…補強部
６０…前部
６２…後部

Claims (30)

1. 互いに離間されているとともに、外側面の径方向内側に設けられた内側面をそれぞれ含む複数のタービンブレードと、
   前記内側面に隣接して配置された部分を含むダンパと、
   前記ダンパに入れ子式に設けられるとともに前記内側面に隣接して配置されたシールと、を含むことを特徴とするタービンアセンブリ。
2. 前記ダンパは、前記シールが内部に入れ子式に設けられたリセスを含むことを特徴とする請求項１記載のタービンアセンブリ。
3. 前記シールは、前記ダンパに嵌まるタブ部分を含むことを特徴とする請求項１記載のタービンアセンブリ。
4. 前記ダンパは、前記複数の各タービンブレードに対して該ダンパを整列させる整列特徴部を含むことを特徴とする請求項３記載のタービンアセンブリ。
5. 前記整列特徴部は、外向きに突出するナブを含むことを特徴とする請求項４記載のタービンアセンブリ。
6. 前記複数のタービンブレードは、それぞれ前部と後部とを含み、前記の内側面と外側面とはこれらの部分の間に延在しており、前記ダンパは前記前部に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１記載のタービンアセンブリ。
7. 前記シールは、金属製の薄いシートを含むことを特徴とする請求項１記載のタービンアセンブリ。
8. 前記ダンパは、成形された質量部を含むことを特徴とする請求項１記載のタービンアセンブリ。
9. 前記のダンパとシールとは、両方とも最も径方向外側位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載のタービンアセンブリ。
10. 隣接するタービンブレードは、前記ダンパとシールとが内部に配置されるキャビティを画成していることを特徴とする請求項１記載のタービンアセンブリ。
11. 前記ダンパは、前記キャビティの最も前方部分に配置されていることを特徴とする請求項１０記載のタービンアセンブリ。
12. 前記複数のタービンブレードは、前記キャビティ内で前記ダンパを位置決めする整列特徴部をそれぞれ含むことを特徴とする請求項１１記載のタービンアセンブリ。
13. タービンブレードの内側面と接する接触面を含むダンパと、
    前記ダンパに入れ子式に設けられるとともにタービンブレードの内側面と接するシールと、を含むことを特徴とするタービンブレード用ダンパ／シールアセンブリ。
14. 前記ダンパは、前記シールが内部に入れ子式に設けられた凹部を含むことを特徴とする請求項１３記載のタービンブレード用ダンパ／シールアセンブリ。
15. 前記接触面によって前記ダンパにわたって画定される平面を含み、前記シールの面が前記平面内に配置されていることを特徴とする請求項１３記載のタービンブレード用ダンパ／シールアセンブリ。
16. 前記ダンパは、前記タービンブレードの内側面に対応する保持特徴部を含むことを特徴とする請求項１３記載のタービンブレード用ダンパ／シールアセンブリ。
17. 前記シールの面と前記ダンパの接触面とは、前記タービンブレードの最も径方向外側の非ガス流路面と接していることを特徴とする請求項１３記載のタービンブレード用ダンパ／シールアセンブリ。
18. 本体と、該本体から延在するとともにリセスによって互いに離間された少なくとも２つの摩擦面と、を有するダンパと、
    フィンガが突出する前部と、少なくとも部分的に前記フィンガと同方向に突出する後部と、を有するシールと、を含むことを特徴とするダンパ／シールアセンブリ。
19. 前記シールは、前記ダンパに嵌るタブ部分を含むことを特徴とする請求項１８記載のダンパ／シールアセンブリ。
20. 前記シールは、前記本体のリセス内に嵌るように設けられていることを特徴とする請求項１９記載のダンパ／シールアセンブリ。
21. 前記少なくとも２つの摩擦面と前記シールの面とは共通の平面を成すことを特徴とする請求項２０記載のダンパ／シールアセンブリ。
22. 本体と、
    前記本体から延在するとともにリセスによって互いに離間された少なくとも２つの摩擦面と、を含むことを特徴とするダンパ。
23. 前記本体から長手方向に延在する少なくとも１つのフィンガを含むことを特徴とする請求項２２記載のダンパ。
24. 前記少なくとも２つの摩擦面は、前記本体に沿って長手方向に延在していることを特徴とする請求項２２記載のダンパ。
25. 前記本体から側方に延在する少なくとも１つのラグを含むことを特徴とする請求項２２記載のダンパ。
26. 前記本体の両側にそれぞれ配置された少なくとも２つのラグを含むことを特徴とする請求項２２記載のダンパ。
27. フィンガが突出する前部と、
    少なくとも部分的に前記フィンガと同方向に突出する後部と、を含むことを特徴とするシール。
28. 平面を画定する本体部を含み、前記フィンガが該平面に対して少なくとも部分的に横向きに突出していることを特徴とする請求項２７記載のシール。
29. 前記本体部の共通の側から横向きに突出する少なくとも２つのフィンガを含むことを特徴とする請求項２８記載のシール。
30. 前記少なくとも２つのフィンガは、一定距離で離間されていることを特徴とする請求項２９記載のシール。

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