JP2011226475A

JP2011226475A - 円周方向取付部品用係止アセンブリ

Info

Publication number: JP2011226475A
Application number: JP2011084136A
Authority: JP
Inventors: Brian Denver Potter; ブライアン・デンヴァー・ポッター
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2011-11-10
Also published as: CN102220885A; US20110255978A1; EP2378080A3; EP2378080A2

Abstract

【課題】ロータブレードアセンブリ（２００）とともに使用する係止スペーサアセンブリ（２１８）を提供する。
【解決手段】係止スペーサアセンブリは、第１の端部（４０２）と、第２の端部（４０４）と、少なくとも１つの固定装置（４２２、４２４）と、第１の端部および第２の端部の少なくとも一方との間に開口（４１８、４２０）が画定されるように第１の端部（４０２）と第２の端部（４０４）の間に位置する中央部（４０６）であり、開口が、その中に固定装置を受けるように寸法設定される、中央部（４０６）とを備える。
【選択図】図４

Description

本明細書で開示する主題は、一般に、タービンエンジンに関し、より詳細には、タービンエンジンとともに使用し得るブレードアセンブリに関する。

少なくともある種の既知のタービンエンジンは、軸流圧縮機ロータなどのロータを備え、このロータにはロータブレードアセンブリが結合される。既知のロータブレードアセンブリは、円周方向に離間した複数のロータブレードを備え、これらのロータブレードは、ロータに沿って軸方向に離間して配置され、ロータブレード列を形成する。さらに、既知のロータブレードアセンブリには、これら複数のロータブレードがホイールに着脱可能に結合しているものがある。より具体的には、少なくともある種の既知のホイールは、その中に画定される溝を有する。この溝は、その中に複数のロータブレードを受けるように寸法および形状が設定され、それによって、各ロータブレードのブレード基部が溝に挿入される。

各列のロータブレードがすべてブレード基部を使ってホイールに結合された後で、溝に結合しているが円周方向に離間した最初と最後のブレード間の溝の隙間を塞ぐようにスペーサが溝に挿入される。少なくともある種の既知のスペーサは複数の構成要素を含み、それらが組み合わさって定位置に係止される。

米国特許第７，４３５，０５５号公報

しかし、既知のスペーサは、タービンエンジンの動作中に生じる遠心力により互いに離れることがあり、それによってブレードが溝内で円周方向にずれることがあるので望ましくない。ロータブレードは絶え間なく動いているので、時間が経つとロータブレードアセンブリが損傷することがあり、かつ／または、タービンエンジンの効率が低下することがある。

一態様では、ロータブレードアセンブリとともに使用する係止スペーサアセンブリが提供される。係止スペーサアセンブリは、第１の端部と、第２の端部と、少なくとも１つの固定装置と、第１の端部と第２の端部の間に位置する中央部とを備える。中央部と第１の端部および第２の端部の少なくとも一方との間に開口が画定される。開口は、固定装置を受けるように構成される。

別の態様では、タービンエンジンとともに使用するロータブレードアセンブリが提供される。ロータブレードアセンブリは、ホイールと、ホイールに結合する複数のロータブレードと、ホイールに結合する係止スペーサアセンブリとを備える。係止スペーサアセンブリは、第１の端部と、第２の端部と、少なくとも１つの固定装置と、第１の端部と第２の端部の間に位置する中央部とを備える。中央部と第１の端部および第２の端部の少なくとも一方との間に開口が画定される。開口は、固定装置を受けるように構成される。

別の態様では、タービンエンジンが提供される。タービンエンジンは、ロータおよびロータブレードアセンブリを備える。ロータブレードアセンブリは、ホイールと、ホイールに結合する複数のロータブレードと、ホイールに結合する係止スペーサアセンブリとを備える。係止スペーサアセンブリは、第１の端部と、第２の端部と、少なくとも１つの固定装置と、第１の端部と第２の端部の間に位置する中央部とを備える。中央部と第１の端部および第２の端部の少なくとも一方との間に開口が画定される。開口は、固定装置を受けるように構成される。

ガスタービンエンジンシステムの例を示す概略図である。図１に示すタービンエンジンとともに使用し得るブレードアセンブリの例を示す斜視図である。図２に示すブレードアセンブリの詳細斜視図である。図２に示すブレードアセンブリとともに使用し得る係止スペーサアセンブリの例を示す分解図である。図４に示す係止スペーサアセンブリの上面図である。

本明細書に記載の主題は、一般に、タービンエンジンに関するものである。より詳細には、本明細書に記載の主題は、ロータホイール内に画定される溝内で複数のロータブレードを保持するのに使用する機構に関するものである。一実施形態では、ロータブレードアセンブリとともに使用される係止スペーサアセンブリが提供される。このような実施形態では、係止スペーサアセンブリは、第１の端部と、第２の端部と、少なくとも１つの固定装置と、第１端部と第２端部の間に位置する中央部とを備える。中央部と第１端部または第２端部の間、あるいは中央部と第１端部および中央部と第２端部の間に開口が画定される。この開口は、その中に固定装置を受けるように寸法および形状が設定される。係止スペーサアセンブリは、装填用溝の有無に関わらず、円周方向取付部品とともに使用することができる。特に、本明細書に記載の係止スペーサアセンブリは、ロータブレードアセンブリを組み立てるために装填用のスロットを備えることや、ブレードを改変することを必要としない。

本明細書では、「ａ」または「ａｎ」に続けて単数形で記載される要素またはステップがあっても、複数の要素またはステップは除外されると理解すべきではない。ただし、要素またはステップが複数ではないと明記されている場合はその限りではない。さらに、本発明の「一実施形態」と記載している場合も、本明細書に記載の特徴を備えた追加の実施形態の存在を除外するものではない。

図１は、ガスタービンエンジンシステム１００の例を示す概略図である。この実施形態の例では、ガスタービンエンジンシステム１００は、フィルタハウジング１０２、圧縮機１０４、燃焼器アセンブリ１０６、およびタービン１０８を備え、これらの構成要素が直列に配置されており、タービン１０８は、ロータシャフト１１０を介して圧縮機１０４に回転可能に結合されている。

この実施形態の例では、動作中に、大気がフィルタハウジング１０２を通って濾過される。より具体的には、この実施形態の例では、濾過された空気は、（図示しない）吸気口を通って流れ、下流の圧縮機１０４に向かう。濾過された空気は圧縮機１０４で圧縮され、次いで、燃焼器アセンブリ１０６に向けて排出される。圧縮された空気は燃料と混合され、得られた混合気は、燃焼器アセンブリ１０６内で発火して燃焼ガスが生成され、燃焼ガスはタービン１０８に向かって流れる。この実施形態の例では、タービン１０８は、燃焼ガスから回転エネルギーを受け取り、ロータシャフト１１０を回転させ、ロータシャフト１１０は圧縮機１０４を駆動する。さらに、この実施形態の例では、ガスタービンエンジンシステム１００は、ロータシャフト１１０に結合した発電機などの負荷１１２を駆動する。

図２および図３は、（図１に示す）ロータシャフト１１０に結合したロータブレードアセンブリ２００の例を示す斜視図である。この実施形態の例では、ロータブレードアセンブリ２００は、ホイール２０２と、ホイール２０２の外周２０６から外向きに延びる複数のロータブレード２０４を備える。より具体的には、この実施形態の例では、各ロータブレード２０４は、外周２０６に沿って延びる溝２１０に挿入されるロータ基部２０８を有する。溝２１０は、ホイール２０２の外周２０６全体とほぼ相似している。この実施形態の例では、ブレード２０４の形状および／または寸法は、互いにほぼ相似している。

この実施形態の例では、ホイール２０２は、溝２１０内に位置する一対のフランジ２１２を有する。フランジ２１２は、ロータブレード基部２０８と協働してロータブレード２０４を溝２１０内にしっかりと保持する。より具体的には、各ブレード基部２０８は、その一部として画定されフランジ２１２と係合するように形状および／または寸法が設定される陥凹部２１４を有し、それによって、少なくともフランジ２１２の一部が陥凹部２１４内に保持される。あるいは、各ロータブレード２０４がフランジを有し、ホイール２０２がその一部として画定される陥凹部を有してもよい。

この実施形態の例では、ロータブレードアセンブリ２００は、円周方向に離間した隣り合うブレード２０４間の溝２１０内に配置される複数のスペーサ２１６も備え、それによって、隣り合うブレード２０４間の距離がうまく維持される。このように、この実施形態の例では、複数のブレード基部２０８とスペーサ２１６が交互に溝２１０内に保持される。この実施形態の例では、スペーサ２１６は、以下でより詳細に説明する少なくとも１つの係止スペーサアセンブリ２１８を有する。さらに、この実施形態の例では、各スペーサ２１６は、その一部として画定されフランジ２１２と係合するように形状および／または寸法が設定される（図示しない）陥凹部を有し、それによって、フランジ２１２の少なくとも一部が陥凹部内に保持される。特に、この実施形態の例では、スペーサ２１６内に画定された陥凹部は、陥凹部２１４と形状および寸法がほぼ相似している。

この実施形態の例では、ブレード２０４は、ブレード基部２０８が溝２１０に挿入され、陥凹部２１４がフランジ２１２と係合するまでブレード２０４を回転することによってホイール２０２に結合する。同様に、この実施形態の例では、スペーサ２１６は、スペーサ２１６が溝２１０に挿入され、スペーサ２１６内に画定された陥凹部がフランジ２１２と係合するまでスペーサ２１６を回転することによってホイール２０２に結合する。各ブレード２０４がホイール２０２に結合すると、係止スペーサアセンブリ２１８を受ける間隙２２２がホイール２０２内に画定される。

図４および図５は、係止スペーサアセンブリ２１８の例を示す図である。この実施形態の例では、係止スペーサアセンブリ２１８は、第１の端部４０２、第２の端部４０４、および中央部４０６を有する。中央部４０６は、第１端部４０２と係合するように形状および／または寸法が設定される第１の側面４０８と、第２端部４０４と係合するように形状および／または寸法が設定される第２の側面４１０と有する。

この実施形態の例では、端部４０２および４０４はそれぞれ、第１の輪郭（ｐｒｏｆｉｌｅ）４１２で形成され、側面４０８および４１０はそれぞれ、第１の輪郭４１２と相補形の第２の輪郭４１４で形成される。より具体的には、この実施形態の例では、第１の輪郭４１２はスライド式雌ダブテールであり、第２の輪郭４１４は第１の輪郭４１２と相補形のスライド式雄ダブテールである。このように、第１の輪郭４１２は第２の輪郭４１４と対合し、それによって、端部４０２および４０４がしっかりと中央部４０６に連結されて、軸方向応力がホイール２０２の長手方向軸４１６に沿って伝達され、かつ／または、円周方向応力すなわちフープ応力が外周２０６に沿って伝達される。

この実施形態の例では、端部４０２と端部４０４は互いに形状および寸法がほぼ相似であり、そのため、端部４０２と端部４０４は相互に交換可能である。より具体的には、この実施形態の例では、第１側面４０８は第２側面４１０とほぼ相似である。あるいは、第１端部４０２は第１の構成を有し、第１側面４０８は第１の相補的構成を有し、第２端部４０４は第１の構成と異なる第２の構成を有し、第２側面４１０は第１側面４０８と異なる第２の相補的構成を有してもよい。第１端部４０２、第２端部４０４、第１側面４０８、および／または第２側面４１０はいずれも、係止スペーサアセンブリ２１８が本明細書に記載の機能を果たし得る任意の適切な形状および／または寸法とし得ることを理解されたい。

この実施形態の例では、第１端部４０２と中央部４０６の間で第１の開口４１８が画定され、第２端部４０４と中央部４０６の間で第２開口４２０が画定される。さらに、この実施形態の例では、第１開口４１８は、その中に第１の固定装置４２２を受けるように形状および／または寸法が設定され、第２開口４２０は、その中に第２の固定装置４２４を受けるように形状および／または寸法が設定される。より具体的には、この実施形態の例では、固定装置４２２および４２４はそれぞれ、端部４０２および４０４を中央部４０６にしっかりと結合するだぼ（ｄｏｗｅｌ）であり、それによって、各部４０２、４０４、および／または４０６が互いに対して相対的に動かないようになっている。固定装置４２２および４２４は、それらの上面４２６が各部４０２、４０４、および／または４０６の上面よりも上に出ないように挿入することができる。あるいは、固定装置４２２および４２４は、ソケット頭部を有する止めネジおよび／またはグラブネジ（ｓｅｔｓｃｒｅｗ／ｇｒｕｂｓｃｒｅｗ）であり、その場合、固定装置４２２および４２４の上面は各部４０２、４０４、および／または４０６の上面よりも上に出ないようになっている。

この実施形態の例では、開口４１８および開口４２０は、形状および寸法がほぼ相似している。そのため、第１固定装置４２２と第２固定装置４２４は交換可能である。あるいは、第１開口４１８は第１の構成を有し、第２開口４２０は第１の構成と異なる第２の構成を有し、そのため、第１固定装置４２２が第２固定装置４２４と異なるようにしてもよい。第１開口４１８、第２開口４２０、第１固定装置４２２、および／または第２固定装置４２４はいずれも、係止スペーサアセンブリ２１８が本明細書に記載の機能を果たし得る任意の適切な形状および／または寸法とし得ることを理解されたい。この実施形態の例では、開口４１８および４２０はそれぞれ、固定装置４２２および４２４を受け、それによって、半径方向応力がホイール２０２の半径方向４２８に沿って伝達される。

この実施形態の例では、端部４０２および４０４はそれぞれ、その中に画定され第１の輪郭４１２の反対側に位置する陥凹部４３０を有する。より具体的には、この実施形態の例では、陥凹部４３０は、フランジ２１２と係合するように形状および／または寸法が設定され、それによって、少なくともフランジ２１２の一部が陥凹部４３０内に保持される。特に、この実施形態の例では、陥凹部４３０は、陥凹部２１４およびスペーサ２１６内に画定される陥凹部とほぼ相似になるように形状および寸法が設定される。

この実施形態の例では、端部４０２および４０４は、空隙２２２に挿入され、外周２０６に沿って互いに反対方向に動かされ、それによって、陥凹部４３０がフランジ２１２と係合する。さらに、この実施形態の例では、中央部４０６が端部４０２と端部４０４の間に挿入され、それによって、第１側面４０８が第１端部４０２と係合し、第２側面４１０が第２端部４０４と係合する。このように、第１の輪郭４１２が第２の輪郭４１４と係合すると、端部４０２および４０４は中央部４０６と連結され、それによって、軸方向応力がホイール２０２の長手方向軸４１６に沿って伝達され、かつ／または、円周方向応力すなわちフープ応力が外周２０６に沿って伝達される。

この実施形態の例では、組立ての際に、第１固定装置４２２が第１開口４１８に挿入され、第２固定装置４２２が第２開口４２０に挿入され、それによって、端部４０２および４０４が中央部４０６にしっかりと結合して、各部４０２、４０４、および／または４０６が互いに対して相対的に動かないようになっている。この実施形態の例では、開口４１８および４２０はそれぞれ、固定装置４２２および４２４を受け、それによって、半径方向応力がホイール２０２の半径方向４２８に沿って伝達される。係止スペーサアセンブリ２１８が完全に組み込まれると、ロータブレード２０４が溝２１０内でしっかりと保持される。

本明細書では、実施形態の例の方法およびシステムを詳細に説明かつ／または図示した。ここで例示した方法およびシステムによれば、ブレード基部および／またはスペーサがホイールの外周とほぼ相似の溝にうまく挿入されるブレードアセンブリが提供される。このように、ここで説明した方法およびシステムによれば、隣り合うタービンブレードが動かないようにブレードアセンブリを係止することができ、そのため、１つのタービンブレードを、他のタービンブレードが影響を受けることなく修理かつ／または交換することができる。さらに、この係止アセンブリを実装することにより、タービンエンジンの組立てに関連する時間および／またはコストがうまく低減される。ここで例示したシステムおよび方法は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されるものではなく、各システムの構成要素および／または各方法のステップは、本明細書に記載の他の構成要素および／または方法ステップとは独立かつ別々に使用し得る。各構成要素および各方法ステップは、他の構成要素および／または方法ステップと組み合わせて使用することもできる。

ここに記載した説明で参照している実施例は、最良の形態を含めて本発明のある種の実施形態を開示するものであり、かつ、これらの実施例を参照して、当業者は、これらの実施形態を実施することができる。これには、任意の装置またはシステムを製作かつ使用し、それらに組み込まれた任意の方法を実施することも含まれる。特許性のある本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義されるが、当業者が想起する他の実施例も含み得る。このような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言から逸脱しない構造的要素を有するか、あるいは、それらが特許請求の範囲の文言から実質的に異ならない等価な構造的要素を含むものであれば、特許請求の範囲に含まれるものとする。

１００ガスタービンエンジンシステム
１０２フィルタハウジング
１０４圧縮機
１０６燃焼器アセンブリ
１０８タービン
１１０ロータシャフト
１１２負荷
２００ロータブレードアセンブリ
２０２ホイール
２０４ロータブレード
２０６外周
２０８ブレード基部
２１０溝
２１２フランジ
２１４陥凹部
２１６スペーサ
２１８係止スペーサアセンブリ
２２２空隙
４０２第１の端部
４０４第２の端部
４０６中央部
４０８第１の側面
４１０第２の側面
４１２第１の輪郭
４１４第２の輪郭
４１６長手方向軸
４１８第１の開口
４２０第２の開口
４２２第１の固定装置
４２４第２の固定装置
４２６上面
４２８半径方向
４３０陥凹部

Claims

ロータブレードアセンブリ（２００）とともに使用する係止スペーサアセンブリ（２１８）であって、
第１の端部（４０２）と、
第２の端部（４０４）と、
少なくとも１つの固定装置（４２２、４２４）と、
前記第１の端部および前記第２の端部の少なくとも一方との間に開口（４１８、４２０）が画定されるように前記第１の端部（４０２）と前記第２の端部（４０４）の間に位置する中央部（４０６）であり、前記開口が、その中に前記固定装置を受けるように寸法設定される、中央部（４０６）と
を備える係止スペーサアセンブリ。
前記中央部（４０６）が、前記第１の端部（４０２）と係合するように構成された第１の側面（４０８）と、前記第２の端部（４０４）と係合するように構成された第２の側面（４１０）とを有する、請求項１記載の係止スペーサアセンブリ（２１８）。
前記第１の端部（４０２）および前記第２の端部（４０４）の少なくとも一方が第１の輪郭（４１２）を有し、前記第１の側面（４０８）および前記第２の側面（４１０）の少なくとも一方が前記第１の輪郭とほぼ相補形の第２の輪郭（４１４）を有する、請求項２記載の係止スペーサアセンブリ（２１８）。
前記第１の輪郭（４１２）および前記第２の輪郭（４１４）の一方が雄ダブテールであり、前記第１の輪郭および前記第２の輪郭の他方が雌ダブテールである、請求項３記載の係止スペーサアセンブリ（２１８）。
前記第１の端部（４０２）が前記第２の端部（４０４）とほぼ相似である、請求項１記載の係止スペーサアセンブリ（２１８）。
前記固定装置（４２２、４２４）の上面が、前記第１の端部（４０２）、前記第２の端部（４０４）、および前記中央部（４０６）の少なくとも１つの上面よりも上に出ない、請求項１記載の係止スペーサアセンブリ（２１８）。
前記第１の端部（４０２）、前記第２の端部（４０４）、および前記中央部（４０６）が、円周方向負荷および軸方向負荷の少なくとも一方を伝達するように構成され、前記固定装置（４２２、４２４）が、半径方向負荷を伝達するように構成される、請求項１記載の係止スペーサアセンブリ（２１８）。
タービンエンジン（１００）とともに使用するロータブレードアセンブリ（２００）であって、
ホイール（２０２）と、
前記ホイールに結合する複数のロータブレード（２０４）と、
前記ホイールに結合する係止スペーサアセンブリ（２１８）とを備え、
前記係止スペーサアセンブリが、第１の端部（４０２）と、第２の端部（４０４）と、少なくとも１つの固定装置（４２２、４２４）と、前記第１の端部および前記第２の端部の少なくとも一方との間に開口（４１８、４２０）が画定されるように前記第１の端部と前記第２の端部の間に位置する中央部（４０６）であり、前記開口が、その中に前記固定装置を受けるように寸法設定される、中央部（４０６）とを備える、ロータブレードアセンブリ。
前記複数のロータブレード（２０４）は互いに相似である、請求項８記載のロータブレードアセンブリ（２００）。
前記係止スペーサアセンブリ（２１８）は、隣り合うロータブレード（２０４）間に位置する、請求項８記載のロータブレードアセンブリ（２００）。