JP2012102735A - タービンブレード組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】タービンブレード組立体を提供する。
【解決手段】タービンは、ロータの周りに配置されたブレード組立体１０を有する。ブレード組立体１０の各々は、翼形部１４とバケット１２とを有する。ポケット２２が、バケット１２の後側面及び前側面に成され、その端部にダンパピンスロット９６を有する。後側面におけるダンパピンスロットは、ダンパピンを完全に受けるのに十分な深さを有する。第１の隣接するブレード組立体１０の後側面におけるダンパピンスロットは、第２の隣接するブレード組立体１０の前側面におけるダンパピンスロット９６に対して、ダンパピンが移動するのを可能にするように配置される。後側面におけるポケットの各側部には、その中にシールピンを有するシールピンスロットが設けられる。シールピンスロットは、後側面におけるダンパピンスロットの内側端縁部と整列した線を越えて延び、シールピンが、ダンパピンとオーバラップする。
【選択図】図２

Description

本明細書に開示した主題は、タービンに関し、より具体的には、タービン内における振動を減衰させかつ円周方向に間隔を置いて配置されたブレード組立体の隣接するブレード組立体間の空間をシールするメカニズムに関する。

タービンエンジンは一般的に、ロータ上に取付けられてロータ軸線の周りで該ロータと共に回転する複数の円周方向に間隔を置いて配置されたブレード組立体を有する。これらのブレード組立体は、多数の異なる形状及び構成として存在するが、一般的に最内側ダブテール部分、そこから垂下したシャンク部分を有するプラットフォーム部分を備えた中間部分、及び最外側翼形部分を有し、ダブテール部分は、ロータ内に設けられた相補形構成の凹部内に摺動可能に受けられる。シャンク部分は、ダブテール及びプラットフォーム部分を分離すると共に、また冷却流体用のポケットを形成している。隣接するブレード組立体間に通常は空気である冷却流体を導入して、高い入口温度下で作動するブレード組立体の金属学的限界を高めることが一般的手法となっている。ラットフォーム部分は、シャンク及び翼形部分を分離する。翼形部分は一般的に、半径方向に通路内に垂下して作動流体と相互作用する。しかしながら同時に、これら翼形部分は、高調波励振を受ける。そのようなブレード振動の振源及び性質は、特定しかつ排除するのが困難である。そのような振動を減衰させる一般的必要性及び願望が存在する。従って、タービンエンジンの高調波励振を効果的に減少させることがダンパ組立体における一般的手法となっている。

これら公知のダンパ組立体は、概して適切なものとすることができるが、冷却流体がダンパ組立体を通って作動流体内に漏洩して、タービンエンジンの性能を低下させる。従って、隣接するブレード組立体の周りのシール作用を向上させることができるダンパ組立体を使用することが、特に有益である。

米国特許第７６２８５８８号明細書

本発明の１つの態様によると、タービンは、該タービンのロータの周りに円周方向に配置された少なくとも２つの隣接するブレード組立体を有する。少なくとも２つの隣接するブレード組立体の各々は、バケットを有し、バケットは、該バケットの後側面に形成された第１のポケット及び該バケットの前側面に形成された第２のポケットを備えたプラットフォームを有する。バケットはさらに、第１のポケットの一端部における第１のダンパピンスロット及び第２のポケットの一端部における第２のダンパピンスロットを有する。少なくとも２つの隣接するブレード組立体の各々はさらに、タービンのストリーム内に突出し、それによってロータの回転を通して該ストリームの運動エネルギーを機械的エネルギーに変換する翼形部を有する。翼形部は、プラットフォームから外向きに延びる。ダンパピンが、（ｉ）少なくとも２つの隣接するブレード組立体の第１のものの第１のダンパピンスロット及び（ｉｉ）少なくとも２つの隣接するブレード組立体の第２のものの第２のダンパピンスロットの少なくとも１つ内に受けられる。少なくとも２つの隣接するブレード組立体の第１のものの第１のダンパピンスロットは、少なくとも２つの隣接するブレード組立体の第２のものの第２のダンパピンスロットに対して、ダンパピンが該少なくとも２つの隣接するブレード組立体の第１のものの第１のダンパピンスロット及び該少なくとも２つの隣接するブレード組立体の第２のものの第２のダンパピンスロット内で移動するのを可能にするように配置される。第１のダンパピンスロットは、その中にダンパピンを完全に受けるのに十分な深さを有する。

本発明の別の態様によると、ブレード組立体は、バケットを有し、バケットは、該バケットの１つの側面に形成されたポケットを備えたプラットフォームを有する。バケットはさらに、ポケットの一端部におけるダンパピンスロット及びポケットの各側部におけるシールピンスロットを有する。シールピンスロットは、ダンパピンスロットの端縁部と整列した線を越えて延びる。ブレード組立体はさらに、プラットフォームから外向きに延びる翼形部を有する。シールピンが、シールピンスロット内に受けられる。ダンパピンが、ダンパピンスロット内に受けられ、シールピンがダンパピンとオーバラップする。

本発明のさらに別の態様によると、タービンは、該タービンのロータの周りに円周方向に配置された少なくとも２つの隣接するブレード組立体を有する。少なくとも２つの隣接するブレード組立体の各々は、タービンのストリーム内に突出し、それによってロータの回転を通して該ストリームの運動エネルギーを機械的エネルギーに変換する翼形部と、翼形部がそれから外向きに延びるプラットフォームを備えたバケットとを有する。ポケットが、少なくとも２つの隣接するブレード組立体の少なくとも一方のバケットの１つの側面に形成される。ダンパピンスロットが、ポケットの一端部に設置される。（ｉ）ポケットの１つの側部及び（ｉｉ）少なくとも２つの隣接するブレード組立体の他方のもののポケットの１つの側部の各々に、シールピンスロットが設けられる。シールピンスロットは、２つのブレード組立体が隣接すると、ポケットの両側部に配置される。シールピンスロットは、ダンパピンスロットの端縁部と整列した線を越えて延びる。シールピンが、シールピンスロット内に受けられる。ダンパピンが、ダンパピンスロット内に受けられ、シールピンがダンパピンとオーバラップする。

これらの及びその他の利点並びに特徴は、図面と関連させて行った以下の説明から一層明らかになるであろう。

本発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の前述の及びその他の特徴並びに利点は、添付図面と関連させて行った以下の説明から明らかである。

本発明の実施形態によるタービンブレード組立体のその後側面における部分側面図。 本発明の実施形態によるタービンブレード組立体のその前側面における部分側面図。 本発明の実施形態による、シール及びダンパピンを備えたタービンブレード組立体のその後側面における部分側面図。 本発明の実施形態による隣接するタービンブレード組立体のダンパピンスロット及びダンパピンの部分側面断面図。 本発明の実施形態による隣接するタービンブレード組立体のシールピンスロット及びシールピンの部分端面断面図。 本発明の実施形態による隣接するタービンブレード組立体の一部断面にした部分側面図。

詳細な説明では、図面を参照しながら実施例によって、本発明の実施形態をその利点及び特徴と共に説明する。

図１及び図２を参照すると、ブレード組立体１０の部分図を概略的に示している。ブレード組立体１０は、タービンのロータ（図示せず）の周りに円周方向に配置された複数のブレード組立体の１つである。ブレード組立体１０は、翼形部１４を有するバケット１２を含み、翼形部１４は、タービンのストリーム内に突出してロータの回転を通して該ストリームの運動エネルギーを機械的エネルギーに変換するのを可能にする。プラットフォーム１６が、該プラットフォーム１６から垂下して、バケット１２の後側面にポケット２０をまたバケット１２の前側面にポケット２２を形成したシャンク部分１８を有する。ポケット２０及び２２は、壁部分２４によって分離される。バケット１２の後側面におけるプラットフォーム１６は、隣接するバケット（図示せず）の前側面におけるプラットフォームに対してシールされかつ減衰される。バケット１２の前側面におけるプラットフォーム１６は、別の隣接するバケット（図示せず）の後側面におけるプラットフォームに対してシールされかつ減衰される。翼形部１４は、プラットフォーム１６から外向きに延びる。シャンク部分１８は、軸方向に間隔をおいて配置された支持体２６を含む。ダブテール２８のような相互連結コネクタ部分が、シャンク部分１８から延びる。ダブテール２８は、タービンのロータ（図示せず）の協働する開口部内に受けられるように構成される。これらロータ内の開口部は、軸方向に整列するか又は僅かに軸方向からずれて整列している。

さらに図３、図４及び図５を参照すると、後側面におけるポケット２０は、その形状が側方延長部３０及び３２を有するほぼ矩形である。側方延長部３０及び３２の上方には、外側レッジ３４及び３６が形成され、また側方延長部３０及び３２の下方には、内側レッジ３８及び４０が形成される。ポケット２０の一端部には、ダンパピンスロット４２が設けられる。ダンパピンスロット４２は、外側レッジ３４及び３６内に延びてダンパピン４８を受ける端部４４及び４６を有する。ダンパピンスロット４２は、外側端部における端縁部５０並びに内側端部における端縁部５２及び５４によって境界付けられて、内側端部の一部分が、ポケット２０内に開口する。ダンパピンスロット４２は、ほぼＵ字形状でありかつその端部から見た時に内向きに傾斜しているが、その他の形状、例えば半円形でも十分なものとなることができる。ダンパピンスロット４２は、ダンパピン４８を完全に受けるのに十分な深さを有し、完全に受けられたダンパピン４８は、重要な特徴である。ポケット２０の各側部には、シールピンスロット５６及び５８が設けられる。シールピンスロット５６は、それぞれ外側レッジ３４及び内側レッジ３８内に延びてシールピン６４を受ける端部６０及び６２を有する。シールピンスロット５６は、一側部における端縁部６６並びに他側部における端縁部６８及び７０によって境界付けられて、この他側部の一部分が、ポケット２０の延長部３０内に開口する。シールピンスロット５６は、ほぼＵ字形状でありかつその端部から見た時にほぼ円周方向に傾斜しているが、その他の形状、例えば半円形でも十分なものとなることができる。シールピンスロット５６は、シールピン６４を完全に受けるのに十分な深さを有する。シールピンスロット５８は、それぞれ外側レッジ３６及び内側レッジ４０内に延びてシールピン７６を受ける端部７２及び７４を有する。シールピンスロット５８は、一側部における端縁部７８並びに他側部における端縁部８０及び８２によって境界付けられて、この他側部の一部分が、ポケット２０の延長部３２内に開口する。シールピンスロット５８は、ほぼＵ字形状でありかつその端部から見た時にほぼ円周方向に傾斜しているが、その他の形状、例えば半円形でも十分なものとなることができる。シールピンスロット５８は、シールピン７６を完全に受けるのに十分な深さを有する。端部６０は、ダンパピンスロット４２の端縁部５２と整列した線を越えて延びて、端面図（図６）で見た時にシールピン６４のダンパピン４８とのオーバラップを生じる。端部７２は、ダンパピンスロット４２の端縁部５４と整列した線を越えて延びて、端面図（図６）で見た時にシールピン７６のダンパピン４８とのオーバラップを生じる。このようにオーバラップすることは、重要な特徴である。

前側面におけるポケット２２は、その形状がそれぞれ端縁部１１６及び１２６によって境界付けられた側方延長部８４及び８６を有するほぼ矩形である。側方延長部８４及び８６の上方には、外側レッジ８８及び９０が形成され、また側方延長部８４及び８６の下方には、内側レッジ９２及び９４が形成される。ポケット２２の一端部には、ダンパピンスロット９６が設けられる。ダンパピンスロット９６は、外側レッジ８８及び９０内に延びて隣接するバケット（図示せず）からダンパピンを受ける端部９８及び１００を有する。ダンパピンスロット９６は、外側端部における端縁部１０２並びに内側端部における端縁部１０４及び１０６によって境界付けられて、内側端部の一部分が、ポケット２２内に開口する。ダンパピンスロット９６は、ほぼＵ字形状でありかつその端部から見た時にＵ字形状の開口部において拡大している。ダンパピンスロット９６は、タービンの回転により生じる遠心力によってダンパピンが十分な荷重を受けた時に隣接するバケット（図示せず）からダンパピンを部分的に受けるのに十分な深さを有する。無荷重受け時におけるダンパピンスロット４２内での完全な凹接状態から全荷重受け時における隣接するバケット１２’のダンパピンスロット９６’へのバケット１２内におけるダンパピン４８の移動は、重要な特徴でありかつ以下にさらに説明する。

最新式の高効率燃焼タービンエンジンでは、漏洩する冷却流れは本質的に廃棄エネルギーとなるので、隣接するブレード組立体１０、１０’の周りのシールが非常に重要なものとなる。図６を参照すると、本発明は、オーバラップしたシールピン６４、７６と組合せてダンパピン４８を支持する協働したダンパピンスロット４２、９６’を利用して、隣接するブレード組立体１０、１０’の周りに均一なギャップ１４６を形成し、それによって隣接するポケット２０及び２２’並びに隣接するブレード組立体１０、１０’によって該ポケット２０及び２２’の内側に形成された領域１４７から隣接する翼形部１４、１４’を通って流れる作動流体の領域１３２への冷却空気の損失を防止する。一方、ダンパピンスロット４２、９６’は、内側流路角度（つまり、作動流体が流れる角度）又は燃焼タービンエンジンの効率を向上させるその他の角度のような角度（つまり、ロータの周りの回転に接線方向である線に対して０°〜９０°の角度）で傾斜している。再び図４を参照すると、スロット４２、９６’内でのダンパピン４８の静止位置は、ブレード組立体１０、１０’の回転位置に応じて決まる。しかしながら、回転時に、ダンパピン４８は、外向きにかつスロット９６’に向けて（破線表示で示すように）その全荷重受け位置（実線表示で示す）に移動する。タービンの回転によりダンパピン４８上に生じる遠心力は、該ダンパピン４８に対して外向きであって、ダンパピン４８を初期位置１３４から該ダンパピン４８がスロット４２の表面１３８に衝突する第２の位置１３６に移動させる。表面１３８の角度及び外向き遠心力は、ダンパピン４８を位置１４０により示すようにスロット９６’に向けて移動させる。ダンパピン４８は、該ダンパピン４８の全荷重受け位置である位置１４２により示すようにスロット９６’内に受けられるまで表面１３８に沿って移動し続ける。全荷重受け位置では、ダンパピン４８は、スロット４２の表面１３８及びそれらスロットが出会うギャップ１４６を横切ってスロット９６’の表面１４４と接触して、本明細書で説明するようにオーバラップしたシールピンとの組合せでシール作用を行なう。ダンパピン４８はまた、運転時にタービンの隣接するブレード組立体１０、１０’間の高調波励振を除去する。ブレード組立体１０、１０’間の高調波励振を減少させることは、タービン内の応力を低下させる。再び図５を参照すると、スロット５６内でのシールピン６４の静止位置は、ブレード組立体１０、１０’の回転位置に応じて決まる。シールピン６４について説明しているが、シールピン７６についても同じことが同様に適用されることが分かるであろう。しかしながら、回転時に、シールピン６４は、円周方向にレッジ９０’、９４’及び端縁部１２６’に向けて（破線表示で示すように）その全荷重受け位置（実線表示で示す）に移動する。タービンの回転によりシールピン６４上に生じる遠心力は、該シールピン６４に対してほぼ軸方向かつほぼ円周方向であって、シールピン６４を初期位置１４６からスロット５６の表面１４８及び１５０に沿ってシールピン６４が該シールピン６４の全荷重受け位置であるレッジ９０’、９４’及び端縁部１２６’に接触するまで移動させる。全荷重受け位置では、シールピン６４は、スロット５６の表面１４８及び１５０、レッジ９０’、９４’並びに端縁部１２６’と接触して均一なシール作用を行なう。それに代えて、シールピンスロット５６及び５８は、バケットの反対側面上に設置することができる。

限られた数の実施形態に関してのみ本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきではなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。

１０ ブレード組立体
１０’ ブレード組立体
１２ バケット
１２’ バケット
１４ 翼形部
１４’ 翼形部
１６ プラットフォーム
１８ シャンク部分
２０ ポケット
２２ ポケット
２２’ ポケット
２４ 壁部分
２６ 支持体
２８ ダブテール
３０ 側方延長部
３２ 側方延長部
３４ 外側レッジ
３６ 外側レッジ
３８ 内側レッジ
４０ 内側レッジ
４２ ダンパピンスロット
４４ 端部
４６ 端部
４８ ダンパピン
５０ 端縁部
５２ 端縁部
５４ 端縁部
５６ シールピンスロット
５８ シールピンスロット
６０ 端部
６２ 端部
６４ シールピン
６６ 端縁部
６８ 端縁部
７０ 端縁部
７２ 端部
７４ 端部
７６ シールピン
７８ 端縁部
８０ 端縁部
８２ 端縁部
８４ 側方延長部
８６ 側方延長部
８８ 外側レッジ
９０ 外側レッジ
９０’ 外側レッジ
９２ 内側レッジ
９４ 内側レッジ
９４’ 内側レッジ
９６ ダンパピンスロット
９６’ ダンパピンスロット
９８ 端部
１００ 端部
１０２ 端縁部
１０４ 端縁部
１０６ 端縁部
１２６ 端縁部
１２６’ 端縁部
１２８ 端縁部
１３４ 初期位置
１３６ 第２の位置
１３８ 表面
１４０ 位置
１４２ 位置
１４４ 表面
１４６ ギャップ
１４７ 領域
１４８ 表面
１５０ 表面

Claims (10)

1. そのロータの周りに円周方向に配置された少なくとも２つの隣接するブレード組立体（１０、１０’）を有するタービンであって、
   前記少なくとも２つの隣接するブレード組立体（１０、１０’）の各々が、
   その後側面に形成された第１のポケット（２０）及びその前側面に形成された第２のポケット（２２）を備えたプラットフォーム（１６）を有しかつ前記第１のポケット（２０）の一端部における第１のダンパピンスロット（４２）及び前記第２のポケット（２２）の一端部における第２のダンパピンスロット（９６）をさらに有するバケット（１２）と、
   前記プラットフォーム（１６）から外向きに延びかつ該タービンのストリーム内に突出し、それによって前記ロータの回転を通して該ストリームの運動エネルギーを機械的エネルギーに変換する翼形部（１４）と
   を備えており、当該タービンがさらに、
   （ｉ）前記少なくとも２つの隣接するブレード組立体の第１のもの（１０）の第１のダンパピンスロット（４２）及び（ｉｉ）前記少なくとも２つの隣接するブレード組立体の第２のもの（１０’）の第２のダンパピンスロット（９６’）の少なくとも１つ内に受けられたダンパピン（４８）
   を備えており、前記少なくとも２つの隣接するブレード組立体の第１のもの（１０）の第１のダンパピンスロット（４２）が、前記少なくとも２つの隣接するブレード組立体の第２のもの（１０’）の第２のダンパピンスロット（９６’）に対して、前記ダンパピン（４８）が該少なくとも２つの隣接するブレード組立体の第１のもの（１０）の第１のダンパピンスロット（４２）及び該少なくとも２つの隣接するブレード組立体の第２のもの（１０’）の第２のダンパピンスロット（９６’）内で移動するのを可能にするように配置され、前記第１のダンパピンスロット（４２）が、その中に前記ダンパピン（４８）を完全に受けるのに十分な深さを有する、タービン。
2. 前記第２のダンパピンスロット（９６’）が、その中に前記ダンパピン（４８）を部分的に受けるのに十分な深さを有する、請求項１記載のタービン。
3. （ｉ）前記少なくとも２つの隣接するブレード組立体の第１のもの（１０）の第１のポケット（２０）及び（ｉｉ）前記少なくとも２つの隣接するブレード組立体の第２のもの（１０’）の第２のポケット（２２’）の少なくとも１つの各側部に設けられたシールピンスロット（５６、５８）と、
   前記シールピンスロット（５６、５８）内に受けられたシールピン（６４、７６）と
   をさらに含む、請求項１記載のタービン。
4. 前記シールピンスロット（５６、５８）の各々が、その中に前記シールピン（６４、７６）の１つを完全に受けるのに十分な深さを有する、請求項３記載のタービン。
5. 前記シールピンスロット（５６、５８）が、前記第１のダンパピンスロット（４２）及び第２のダンパピンスロット（９６）の少なくとも１つの端縁部と整列した線を越えて延び、前記シールピン（６４、７６）が前記ダンパピン（４８）とオーバラップする、請求項３記載のタービン。
6. 前記少なくとも２つの隣接するブレード組立体（１０、１０’）の各々が、前記プラットフォーム（１６）から垂下したシャンク部分（１８）をさらに有し、前記シャンク部分（１８）が、前記第１及び第２のポケット（２０、２２）を形成する、請求項１記載のタービン。
7. 前記少なくとも２つの隣接するブレード組立体（１０、１０’）の各々が、前記シャンク部分（１８）から延びる相互連結コネクタ部分を含み、前記相互連結コネクタ部分が、前記ロータの開口部内に受けられるように構成される、請求項６記載のタービン。
8. 前記相互連結コネクタ部分がダブテール（２８）である、請求項７記載のタービン。
9. 前記少なくとも２つの隣接するブレード組立体の第１のもの（１０）の第１のダンパピンスロット（４２）が、前記少なくとも２つの隣接するブレード組立体の第２のもの（１０’）の第２のダンパピンスロット（９６’）に対して、ある角度傾斜して配置される、請求項１記載のタービン。
10. 前記角度が該タービンの内側流路角度とほぼ同じである、請求項９記載のタービン。

Images