JP2015524891A - ダンパシステムおよび対応するタービン - Google Patents

Abstract

ダンパシステムは、複数のＣＭＣブレードを含む。それぞれのＣＭＣブレードが、チップシュラウドの第２の部材の反対側にある、チップシュラウドの第１の部材と、チップシュラウドの第１の部材と第２の部材との間に延在する半径方向フランジと、互いに隣接しているＣＭＣブレード同士を接合し、互いの動きを緩衝する緩衝部材を受けるための、半径方向フランジの、少なくとも１つの開口とを含む。タービンは、複数のタービンブレードチップシュラウドセグメントを含み、それぞれのチップシュラウドセグメントが、第１の面を有し、この第１の面が、隣接しているチップシュラウドセグメントの前記第１の面と協働して第１の開口部を形成し、タービンブレードチップシュラウドセグメントのそれぞれが、第１の受け面を有する。タービンは、それぞれのチップシュラウドセグメントの第１の受け面に当接するダンパ部材を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、一般的に、タービンに関する。より詳細には、ダンパシステムおよびタービンに関する。

タービン組立体は、通常、燃料の燃焼により生成された、高温の圧縮ガスを膨張させることにより、回転軸動力を発生させる。ガスタービンのバケットまたはブレードは、通常、流路のガスの熱エネルギーおよび運動エネルギーを、ロータの機械的な回転へ変換するよう設計された、翼形状を有する。

ブレードの先端にシールを設けて、シールを設けなければブレードを迂回するであろう、ブレード上端を覆う空気、すなわちブレード周囲の空気の流れを遮ることにより、タービンの性能および効率を向上させることができる。例えば、チップシュラウドを、回転軸に取り付けられた端部とは反対側のブレードの端部に配置してもよい。

ＣＭＣブレードにより、設計上の特別な難題が生じる。ＣＭＣは、本質的に破断点歪みが低く、このため、強い遠心力および組立てのプレツイストによって必要とされる荷重支持能力が不足している。したがって、ＣＭＣ材料のシステムでは、組み立てられた締り嵌めを介して連動している、複数のチップシュラウドによって引き起こされる、大きな接触応力および大きなねじり応力に耐えるのが難しい。

さらに、対向して隣接しているＣＭＣチップシュラウド間の、耐久性の問題がある。耐損傷性の不足、高い摩耗率および衝撃損傷に対してもろいことが、ＣＭＣチップシュラウドの接触を、理想とはかけ離れたものとしている。

したがって、上述の欠点がないダンパシステムおよびタービンが、この技術分野において望ましい。

国際公開第２０１２／１５６６２６号パンフレット

本開示の例示的な実施形態により、ダンパシステムが提供される。このダンパシステムは、複数のＣＭＣブレードを含む。ＣＭＣブレードのそれぞれが、チップシュラウドの第２の部材の反対側にある、チップシュラウドの第１の部材と、チップシュラウドの第１の部材と第２の部材との間に延在する半径方向フランジと、互いに隣接しているＣＭＣブレード同士を接合し、互いの動きを緩衝する緩衝部材を受けるための、半径方向フランジの、少なくとも１つの開口とを含む。

本開示の別の例示的な実施形態により、タービンが提供される。このタービンは、複数のタービンブレードチップシュラウドセグメントを含む。チップシュラウドセグメントのそれぞれは、第１の面を有し、第１の面が、隣接しているチップシュラウドセグメントの第１の面と協働して第１の開口部を形成する。タービンチップシュラウドセグメントのそれぞれは、第１の受け面を有する。タービンは、それぞれのチップシュラウドセグメントの第１の受け面に当接するダンパ部材を含む。ダンパ部材は、互いに隣接しているＣＭＣブレード同士を接合し、互いの動きを緩衝する。

本発明の原理を例示的に示す添付の図面を用いた、好適な実施形態の、以下のより詳細な説明から、本発明の他の特徴および利点が明らかになるであろう。

本開示のダンパシステムの斜視概略図である。 本開示のチップシュラウドセグメントの概略側面図である。 本開示の金属コレットを含むチップシュラウドセグメントの概略側面図である。 本開示のチップシュラウドセグメントの部分斜視図である。 本開示のダンパの、図４の線５−５に沿って切り取った概略断面図である。 本開示のダンパの代替的な実施形態の図である。 本開示のダンパの代替的な実施形態の図である。 本開示のダンパの代替的な実施形態の図である。 本開示のダンパを含むタービンの上面図である。 本開示の図９のダンパの側面図である。

可能な場合は常に、複数の図面を通して、同じ参照番号を使用して同じ部分を表す。

ダンパシステムおよびタービンを提供する。

本開示の実施形態の１つの利点として、タービンの入口の温度性能が高いことが挙げられる。別の利点は、タービンの効率が向上することである。さらに別の利点は、エンジンの重量が減少することである。

一実施形態により、複数のセラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）のブレードを含むダンパシステムを提供する。図１は、本開示のダンパシステム１００の斜視概略図である。ダンパシステム１００は、ＣＭＣを含む複数のブレードを含んでもよい。ＣＭＣブレード１１０は、プラットフォームと、タービン（不図示）に取り付けるためのダブテールとを含んでもよい。ＣＭＣブレード１１０は、正圧面１１２および負圧面１１４を有していてもよい。それぞれのＣＭＣブレード１１０は、チップシュラウドチップシュラウド１４０の第１の部材１７０を含んでもよく、第１の部材は、チップシュラウド１４０の第２の部材１８０の反対側にある。それぞれのＣＭＣブレード１１０は、チップシュラウド１４０の、第１の部材１７０と、第２の部材１８０との間に延在する半径方向フランジ１５０を含んでもよい。それぞれのＣＭＣブレード１１０は、ダンパ部材１６０を受けるため、半径方向フランジ１５０に、少なくとも１つの開口２００、２１０を含んでもよい（図２を参照）。ダンパ部材１６０は、隣接しているＣＭＣブレード１１０同士を接合し、互いの動きを緩衝する。図１に示すように、ダンパ部材１６０は、それぞれのＣＭＣブレード１１０の、隣接している開口２００、２１０を通る金属線であってもよい。ダンパ部材１６０は、金属、金属合金、およびこれらの組み合わせ等の金属から選択してもよいが、これらに限られない。例えば、この合金の例として、ニッケル基超合金またはコバルト基合金が挙げられるが、これらに限定されない。ダンパ部材１６０は、任意の数のＣＭＣブレード１１０を接合してもよい。図示しない一実施形態において、ダンパ部材１６０は、複数のＣＭＣブレード１１０を、３６０度にわたり、円周方向に接合する。

一実施形態によれば、ＣＭＣブレードは、ダンパ部材を受けるための構成を有してもよい。例えば、図２に、ダンパ部材１６０を受けるための、半径方向フランジ１５０上の、第１の開口２００および第２の開口２１０を示す。半径方向フランジ１５０を、ＣＭＣブレード１１０のチップシュラウド１４０の、第１の部材１７０と、第２の部材１８０との間に配置してもよい。

一実施形態によれば、ＣＭＣブレードは、ダンパ部材を受けるための構成および追加の金具を有してもよい。例えば、図３は、ダンパ部材１６０を固定するための、第１の開口２００内にある金属コレット３００を示す。金属コレット３００を、金属、金属合金、およびこれらの組み合わせを含むが、これらに含まれない、いかなる適切な金属材料で作製してもよく、例えば、この合金の例として、ニッケル基超合金またはコバルト基合金が挙げられる。

一実施形態によれば、タービンは、チップシュラウドセグメントを有するＣＭＣブレードを含んでもよい。例えば、図４は、タービン１０２のチップシュラウドセグメントの部分斜視図である。タービン１０２は、複数のタービンブレードチップシュラウドセグメント１４０を含んでもよい。

一実施形態によれば、ダンパシステムにおける、互いに隣接しているＣＭＣブレードのチップシュラウドセグメントは、互いに協働して、ダンパ部材を受けて囲むための開口部を形成し得るいくつかの面を含んでもよい。例えば、図５〜図８に示すように、第１のＣＭＣブレード４１２および第２のＣＭＣブレード４１４のそれぞれのチップシュラウドセグメント１４０は、隣接しているチップシュラウドセグメント１４０の第１の面５０６と協働して、第１の開口部５０２を形成し得る、第１の面５０６を含んでもよい。それぞれのチップシュラウドセグメント１４０は、第１の受け面５１０を含んでもよい。ダンパ部材１６０は、それぞれのチップシュラウドセグメント１４０の、第１の受け面５１０に当接してもよい。一実施形態において、互いに隣接しているチップシュラウドセグメント１４０の、第１の面５０６同士は、相補的であってもよい。例えば、図５に示すように、タービンブレードチップシュラウドセグメント１４０は、第２の面５０８を含んでいてもよい。この第２の面５０８は、隣接しているチップシュラウドセグメント１４０の第２の面５０８と協働して、第２の開口部５０４を形成する。互いに隣接しているチップシュラウドセグメント１４０の、第１の受け面５１０および第２の受け面５１２は、ダンパ部材１６０を囲み得る。一実施形態において、図５に示すように、第２の受け面５１２は、ダンパ部材１６０に当接してもよい。図５に示すように、ダンパ部材１６０は、円形の金属製のインサートであってもよい。しかしながら、ダンパ部材１６０は、いかなる形状であってもよい。ダンパ部材１６０用の適切な材料の例として、金属、金属合金、およびこれらの組み合わせが挙げられ、例えば、この合金の例には、ニッケル基超合金またはコバルト基合金が含まれるが、これらに限定されるわけではない。

一実施形態によれば、ダンパシステムにおける、互いに隣接しているＣＭＣブレードのチップシュラウドセグメントは、協働して、ダンパ部材を受けるが保持しない開口部を形成し得るいくつかの面を含んでもよい。例えば、図６に示すように、ダンパ部材１６０は、ダンパ部材１６０の少なくとも１つの端部に取り付けられた、保持部材９００を含む。保持部材９００は、隣接しているチップシュラウドセグメント１４０の面５００と協働して、ダンパ部材１６０を所定の位置に保持してもよい。図７に示すように、ダンパ部材１６０は三角形であってもよい。一実施形態において、第１のＣＭＣブレード４１２は、第２のＣＭＣブレード４１４の第１の面５０６と協働し得る、第１の面５０６を有する。第１のＣＭＣブレード４１２の第２の面５０８は、第２のＣＭＣブレード４１４の第１の面５０６と協働してもよい。図７に示す実施形態において、第１の受け面５１０および第２の受け面５１２は、ダンパ部材１６０を囲み、隣接しているチップシュラウドセグメント１４０間の所定の位置にダンパ部材１６０を保持してもよい。対照的に、図８に示すように、ある実施形態は、第２の受け面５１２を含まない。代わりに、図８において、ダンパ部材１６０は、隣接しているチップシュラウドセグメントの面５００と協働してダンパ部材１６０を所定の位置に保持し得る、保持部材９００を含んでもよい。一実施形態において、保持部材９００は、ダンパ部材１６０を、チップシュラウドセグメント１４０に円周方向に固定してもよい。

一実施形態によれば、ダンパ部材は保持部材を含んでもよい。例えば、図９および図１０に示すように、ダンパ部材１６０の保持部材９００は、チップシュラウドセグメント１４０の、第１の部材１７０と、第２の部材１８０との近くにあってもよい。代替的な実施形態において、保持部材９００は、ダンパ部材１６０の長さ全体にわたっていなくてもよい。

好適な実施形態を参照して、本発明を説明てきたが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能であり、本発明の種々の要素を均等物に置き換えられることを、理解するであろう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるため、多くの修正を加えることもできる。したがって、本発明は、本発明を実行するために熟考された、最良の態様として開示する特定の実施形態に限定されず、添付の請求項の範囲内にあるすべての実施形態を含むことが意図されている。

１００ ダンパシステム
１０２ タービン
１１０ ＣＭＣブレード
１１２ 正圧面
１１４ 負圧面
１４０ チップシュラウド、チップシュラウドセグメント、タービンブレードチップシュラウドセグメント
１５０ 半径方向フランジ
１６０ ダンパ部材
１７０ 第１の部材
１８０ 第２の部材
２００、２１０ 開口
３００ 金属コレット
４１２ 第１のＣＭＣブレード
４１４ 第２のＣＭＣブレード
５００ 面
５０２ 第１の開口部
５０４ 第２の開口部
５０６ 第１の面
５０８ 第２の面
５１０ 第１の受け面
５１２ 第２の受け面
９００ 保持部材

Claims (13)

1. 複数のＣＭＣブレード（１１０）を備えるダンパシステム（１００）であって、
   前記ＣＭＣブレードのそれぞれが、
   チップシュラウド（１４０）の第２の部材（１８０）の反対側にある、前記チップシュラウド（１４０）の第１の部材（１７０）と、
   前記チップシュラウド（１４０）の前記第１の部材（１７０）と前記第２の部材（１８０）との間に延在する半径方向フランジ（１５０）と、
   互いに隣接しているＣＭＣブレード（１１０）同士を接合し、互いの動きを緩衝する緩衝部材を受けるための、前記半径方向フランジ（１５０）の、少なくとも１つの開口（２００、２１０）と
   を含む、ダンパシステム（１００）。
2. 前記緩衝部材が、前記ＣＭＣブレード（１１０）同士を、３６０度にわたり、円周方向に接合する、請求項１に記載のダンパシステム（１００）。
3. 前記緩衝部材が金属である、請求項１に記載のダンパシステム（１００）。
4. 前記緩衝部材が金属線である、請求項１に記載のダンパシステム（１００）。
5. 前記ダンパシステム（１００）が、前記開口（２００、２１０）に隣接している金属コレット（３００）をさらに含む、請求項１に記載のダンパシステム（１００）。
6. タービン（１０２）であって、
   複数のタービンブレードチップシュラウドセグメント（１４０）であって、それぞれが、第１の面（５０６）を有し、前記第１の面（５０６）が、隣接している前記チップシュラウドセグメントの前記第１の面（５０６）と協働して第１の開口部（５０２）を形成し、前記タービンブレードチップシュラウドセグメント（１４０）のそれぞれが第１の受け面（５１０）を有する、複数のタービンブレードチップシュラウドセグメント（１４０）と、
   それぞれの前記チップシュラウドセグメントの前記第１の受け面（５１０）に当接するダンパ部材（１６０）と
   を備えるタービン（１０２）。
7. 前記タービンブレードチップシュラウドセグメント（１４０）が、第２の面（５０８）を有し、前記第２の面（５０８）が、隣接している前記チップシュラウドセグメント（１４０）の前記第２の面（５０８）と協働して第２の開口部（５０４）を形成する、請求項６に記載のタービン（１０２）。
8. 前記タービンブレードチップシュラウドセグメント（１４０）が、前記ダンパ部材（１６０）に当接する第２の受け面（５１２）を有する、請求項６に記載のタービン（１０２）。
9. 前記ダンパが、前記ダンパ部材（１６０）の少なくとも１つの端部に取り付けた、少なくとも１つの保持部材（９００）を含む、請求項６に記載のタービン（１０２）。
10. 前記保持部材（９００）が、前記ダンパ部材（１６０）と一体的に形成されている、請求項９に記載のタービン（１０２）。
11. 前記保持部材（９００）が、前記ダンパ部材（１６０）を、前記チップシュラウドセグメント（１４０）に、円周方向に固定する、請求項９に記載のタービン（１０２）。
12. 前記ダンパ部材（１６０）が金属である、請求項６に記載のタービン（１０２）。
13. 前記複数のタービンブレードチップシュラウドセグメント（１４０）が、セラミックマトリックス複合材料である、請求項６に記載のタービン（１０２）。