JP2016200015A - シールド部材及びそれを用いたジェットエンジン - Google Patents

シールド部材及びそれを用いたジェットエンジン Download PDF

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Abstract

【課題】シールド部材において、隣接するタービン動翼のプラットフォーム部の間の隙間をシールド可能なことである。【解決手段】シールド部材３０は、隣接するタービン動翼１０のプラットフォーム部２０の間の隙間に配置され、セラミックス基複合材料で形成されており、プラットフォーム部２０の間の隙間をシールドする。【選択図】図２

Description

本発明は、シールド部材及びそれを用いたジェットエンジンに係り、特に、航空機用ターボファンエンジン等のタービン動翼に用いられるシールド部材及びそれを用いたジェットエンジンに関する。
航空機用ターボファンエンジン等では、燃焼ガスからエネルギを取り出すべく複数段のタービンを備えている。各段のタービンは、複数のタービン動翼で構成されている。タービン動翼は、翼部と、チップシュラウドと、プラットフォーム部と、ダブテール部と、を備えている。特許文献１には、これらの構成を備えたタービン動翼が記載されている。
国際公開番号ＷＯ２０１４／１０９２４６号パンフレット
ところで、タービン動翼において、例えば低圧タービンでは、チップシュラウドとプラットフォーム部とにより囲まれた空間を燃焼ガスが流れ、翼部がこれを受けて回転エネルギに変換し、タービンディスクに伝達する。この際に、隣接するタービン動翼のプラットフォーム部の間の隙間から燃焼ガスが入り込むと、タービンディスクが燃焼ガスにより熱曝露されて損傷を受ける可能性がある。
また、高圧タービンでは、ケーシングに固定されたシュラウドとプラットフォーム部とにより囲まれた空間を燃焼ガスが流れ、翼部がこれを受けて回転エネルギに変換し、タービンディスクに伝達する。この際に、隣接するタービン動翼のプラットフォーム部の間の隙間から燃焼ガスが入り込むと、低圧タービンの場合と同様に、タービンディスクが燃焼ガスにより熱曝露されて損傷を受ける可能性がある。
そこで本発明の目的は、隣接するタービン動翼のプラットフォーム部の間の隙間をシールド可能なシールド部材及びそれを用いたジェットエンジンを提供することである。
本発明に係るシールド部材は、隣接するタービン動翼のプラットフォーム部の間の隙間に配置され、セラミックス基複合材料で形成されており、前記プラットフォーム部の間の隙間をシールドすることを特徴とする。
本発明に係るシールド部材において、前記プラットフォーム部は、前記タービン動翼の長手方向と交差する方向に延びて形成されているプラットフォーム部本体と、前記プラットフォーム部本体の前縁側に設けられる前方スカートと、を有し、前記シールド部材は、細長く形成されており、前記隣接するタービン動翼のプラットフォーム部と接続されたシャンク部の間において、前記隣接するタービン動翼のプラットフォーム部本体の内面に沿って、前記プラットフォーム部本体の内面に接触し、前記プラットフォーム部本体の間の隙間をシールドする第１シールド面を有するシールド部材本体と、細長く形成されており、前記シールド部材本体の長手方向の一端に、前記シールド部材本体に対して屈曲して長手方向の一端が一体的に設けられ、前記隣接するタービン動翼のシャンク部の間において、前記隣接するタービン動翼の前方スカートの内面に沿って、前記前方スカートの内面に接触し、前記前方スカートの間の隙間をシールドする第２シールド面を有する前縁側シールド部と、を備えることを特徴とする。
本発明に係るシールド部材は、前記シールド部材本体における長手方向の両側の一部に各々設けられ、前記シールド部材本体の長手方向と交差する幅方向に突出すると共に、前記第１シールド面の裏面側に向けて湾曲して形成され、前記隣接するタービン動翼のシャンク部の側面に接触し、前記幅方向の動きを規制する規制部を有していることを特徴とする。
本発明に係るシールド部材において、前記プラットフォーム部は、前記プラットフォーム部本体の後縁側に設けられる後方スカートを有し、前記後方スカートは、前記後方スカートの内面に設けられ、前記シールド部材本体の長手方向の他端を保持する保持部を含み、前記シールド部材は、前記シールド部材本体の長手方向の他端に設けられ、前記第１シールド面の裏面側に向けて湾曲して形成され、前記隣接するタービン動翼の前記後方スカートの保持部に接触する湾曲部を有していることを特徴とする。
本発明に係るシールド部材において、前記プラットフォーム部は、前記プラットフォーム部本体の後縁側に設けられる後方スカートを有し、前記後方スカートは、前記後方スカートの内面に設けられ、前記シールド部材本体の長手方向の他端を保持する保持部を含み、前記シールド部材は、前記シールド部材本体における長手方向の両側の全長に亘って設けられ、前記シールド部材本体の長手方向と交差する幅方向に突出すると共に、前記第１シールド面の裏面側へ向けて湾曲して形成され、前記隣接するタービン動翼におけるシャンク部の側面と、前記後方スカートの保持部とに接触する第１接触部と、前記前縁側シールド部における長手方向の両側の全長に亘って設けられ、前記前縁側シールド部の長手方向と交差する幅方向に突出すると共に、前記第２シールド面の裏面側へ向けて湾曲して形成され、前記隣接するタービン動翼におけるシャンク部の側面に接触する第２接触部と、を有することを特徴とする。
本発明に係るシールド部材において、前記シャンク部は、前記タービン動翼の翼部の形状に対応して湾曲して形成されており、前記シールド部材本体は、前記隣接するタービン動翼のシャンク部の側面に対応して平面内で湾曲して形成されていることを特徴とする。
本発明に係るシールド部材において、前記プラットフォーム部は、前記プラットフォーム部本体の内面に設けられるプラットフォーム部本体側嵌合溝と、前記前方スカートの内面に設けられる前方スカート側嵌合溝と、を有し、前記シールド部材本体は、前記シールド部材本体の長手方向の他端に設けられ、前記プラットフォーム部本体側嵌合溝と嵌合するシールド部材本体側嵌合部を有し、前記前縁側シールド部は、前記前縁側シールド部の長手方向の他端に設けられ、前記前方スカート側嵌合溝と嵌合する前縁側シールド部側嵌合部を有することを特徴とする。
本発明に係るシールド部材において、前記プラットフォーム部は、前記前方スカートの内面に設けられる前方スカート側嵌合溝を有しており、前記前縁側シールド部は、前記前縁側シールド部の長手方向の他端に設けられ、前記前方スカート側嵌合溝と嵌合する前縁側シールド部側嵌合部を有することを特徴とする。
本発明に係るジェットエンジンは、前記シールド部材を用いることを特徴とする。
上記構成のシールド部材及びそれを用いたジェットエンジンによれば、シールド部材は、隣接するタービン動翼のプラットフォーム部の間の隙間に配置され、セラミックス基複合材料で形成されていることから、燃焼ガスに対して耐熱性を有していると共に、プラットフォーム部の間の隙間から入り込む燃焼ガスをシールド可能であるので、タービンディスクの燃焼ガスによる損傷を抑制することができる。
本発明の第１実施形態において、航空機用ターボファンエンジンの構成を示す図である。 本発明の第１実施形態において、タービン動翼の構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態において、タービン動翼の主要部の構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態において、図３のＡ−Ａ方向の断面図である。 本発明の第１実施形態において、シールド部材の構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態において、シールド部材をタービン動翼に装着した状態を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態において、シールド部材をタービン動翼に装着した状態を示す上面図である。 本発明の第１実施形態において、シールド部材をタービン動翼に装着した状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態において、図２のＡ−Ａ方向の断面図である。 本発明の第１実施形態において、図２のＢ−Ｂ方向の断面図である。 本発明の第２実施形態において、シールド部材の構成を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態において、シールド部材をタービン動翼に装着した状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態において、隣接するタービン動翼のプラットフォーム部の間に、シールド部材を装着した状態を示す断面図である。 本発明の第３実施形態において、シールド部材の構成を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態において、シールド部材をタービン動翼に装着した状態を示す断面図である。 本発明の第４実施形態において、シールド部材の構成を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態において、シールド部材をタービン動翼に装着した状態を示す断面図である。 本発明の第５実施形態において、シールド部材の構成を示す斜視図である。 本発明の第５実施形態において、シールド部材をタービン動翼に装着した状態を示す断面図である。 本発明の第５実施形態において、隣接するタービン動翼のプラットフォーム部の間に、シールド部材を装着した状態を示す断面図である。 本発明の第５実施形態において、隣接するタービン動翼のプラットフォーム部の間に、シールド部材を装着した状態を示す断面図である。
以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
[第１実施形態]
本発明の第１実施形態について図面を用いて詳細に説明する。まず、航空機用ターボファンエンジン等のジェットエンジンに使用されるタービン動翼について説明する。図１は、航空機用ターボファンエンジン８の構成を示す図である。航空機用ターボファンエンジン８は、空気等の作動流体を燃焼させた燃焼ガスからエネルギを取り出すべく低圧タービン等の複数段のタービンを備えている。各段のタービンは、タービンディスクの周囲に配列された複数のタービン動翼で構成されている。
図２は、タービン動翼１０の構成を示す斜視図である。図３は、タービン動翼１０の主要部の構成を示す斜視図である。図４は、図３のＡ−Ａ方向の断面図である。なお、図２において、Ｆは、タービン軸方向における燃焼ガスの上流側を示しており、Ｒは、タービン軸方向における燃焼ガスの下流側を示しており、Ｘは、タービン動翼１０の回転方向を示している。なお、ここでは，低圧タービン動翼について説明しているが，高圧タービン動翼についても同様である。
タービン動翼１０は、翼部１２と、タービンディスク１４に取り付けるためのダブテール部１６と、翼部１２とダブテール部１６とを連結するシャンク部１８と、翼部１２とシャンク部１８との間に設けられるプラットフォーム部２０と、を備えている。
翼部１２は、タービン動翼１０の長手方向に延びて形成されている。翼部１２は、燃焼ガスの上流側となる前縁１２ａと、燃焼ガスの下流側となる後縁１２ｂとの間に、凹面状に形成された正圧面１２ｃと、凸面状に形成された負圧面１２ｄとを有している。翼部１２の上端側には、チップシュラウド２２が設けられている。
ダブテール部１６は、タービンディスク１４のディスク溝１４ａと嵌合し、タービン動翼１０をタービンディスク１４に取り付ける機能を有している。ダブテール部１６は、ディスク溝１４ａと相補的な形状を有している。
シャンク部１８は、翼部１２とダブテール部１６とを連結し、翼部１２からダブテール部１６へ荷重を伝達する機能を有している。シャンク部１８は、翼部１２の長手方向の基端側に設けられており、翼部１２の基端側からダブテール部１６へ延びて形成されている。
シャンク部１８は、翼部１２の形状に対応して湾曲して形成されている。シャンク部１８の側面については、翼部１２の正圧面側では凹状に形成されており、翼部１２の負圧面側では凸状に形成されている。シャンク部１８の両側には、軽量化等のために、窪み状に形成されたポケット２４が各々設けられている。
プラットフォーム部２０は、翼部１２とシャンク部１８との間に一体的に接続されて設けられており、タービン軸方向に流れる燃焼ガスをシールドする機能を有している。プラットフォーム部２０は、タービン動翼１０の長手方向に対して交差する方向に延びて形成されているプラットフォーム部本体２０ａを備えている。
プラットフォーム部２０は、プラットフォーム部本体２０ａの前縁側にタービン動翼１０の長手方向に沿って設けられた前方スカート２０ｂを有している。また、プラットフォーム部２０は、プラットフォーム部本体２０ａの後縁側にタービン動翼１０の長手方向に沿って設けられた後方スカート２０ｃを有している。後方スカート２０ｃの内面は、前縁側に向けて凸状に湾曲して形成された凸曲面で構成されている。なお、後方スカート２０ｃの内面については、凸曲面だけでなく、傾斜平面や垂直平面等で構成することも可能である。
プラットフォーム部本体２０ａの内面と、前方スカート２０ｂの内面とには、後述するシールド部材３０を嵌合するためのプラットフォーム部本体側嵌合溝２０ｄと、前方スカート側嵌合溝２０ｅとが設けられている。プラットフォーム部本体側嵌合溝２０ｄは、プラットフォーム部本体２０ａの長手方向と交差する幅方向に延びて形成されている。前方スカート側嵌合溝２０ｅは、前方スカート２０ｂの長手方向と交差する幅方向に延びて形成されている。
タービン動翼１０は、燃焼ガスにより高温に曝されるので、セラミックス基複合材料、Ｎｉ基超合金、ＴｉＡｌ合金等の軽量で高温強度に優れた材料で形成されている。タービン動翼１０は、例えば、一方向凝固鋳造や単結晶鋳造等により製造される。
次に、シールド部材について説明する。図５は、シールド部材３０の構成を示す斜視図である。図６は、シールド部材３０をタービン動翼１０に装着した状態を示す斜視図である。図７は、シールド部材３０をタービン動翼１０に装着した状態を示す上面図である。図８は、シールド部材３０をタービン動翼１０に装着した状態を示す断面図である。
シールド部材３０は、隣接するタービン動翼１０のプラットフォーム部２０の間の隙間に配置され、セラミックス基複合材料で形成されており、プラットフォーム部２０の間の隙間をシールドする機能を有している。シールド部材３０は、シールド部材本体３２と、シールド部材本体３２の長手方向の一端に設けられた前縁側シールド部３４と、を備えている。
シールド部材本体３２は、細長く形成されており、隣接するタービン動翼１０のプラットフォーム部２０と接続されたシャンク部１８の間において、隣接するタービン動翼１０のプラットフォーム部本体２０ａの内面に沿って、プラットフォーム部本体２０ａの内面に接触する第１シールド面３２ａを有している。
第１シールド面３２ａは、タービン動翼１０の回転時に遠心力が作用することで、隣接するタービン動翼１０の各プラットフォーム部本体２０ａの内面に沿って、各プラットフォーム部本体２０ａの内面に接触することにより、隣接するタービン動翼１０のプラットフォーム部本体２０ａの間の隙間をシールドする機能を有している。第１シールド面３２ａは、隣接するタービン動翼１０の各プラットフォーム部本体２０ａの内面に対応させて、略平面状に形成されている。
シールド部材本体３２は、隣接するタービン動翼１０のシャンク部１８の側面の形状に対応させるために、シールド部材本体３２の長手方向の平面内で湾曲して形成されている。より詳細には、シールド部材本体３２は、シールド部材本体３２の長手方向に対して交差する幅方向の一方の側縁３２ｂが凸状に湾曲して形成されており、他方の側縁３２ｃが凹状に湾曲して形成されている。
隣接するタービン動翼１０にシールド部材３０を装着する場合において、シールド部材本体３２の凸状の側縁３２ｂがシャンク部１８の凹状の側面に対応し、シールド部材本体３２の凹状の側縁３２ｃが、シャンク部１８の凸状の側面に対応している。これにより、シャンク部１８の側面が翼部１２の形状に対応して湾曲して形成されている場合でも、シールド部材本体３２とシャンク部１８との干渉を抑えられるので、シールド性能を向上させることができる。
シールド部材本体３２は、シールド部材本体３２の長手方向の他端に、プラットフォーム部本体側嵌合溝２０ｄと嵌合するシールド部材本体側嵌合部３２ｄを有している。シールド部材本体側嵌合部３２ｄをプラットフォーム部本体側嵌合溝２０ｄと嵌合することにより、シールド部材本体３２が容易に位置決めされる。
シールド部材本体３２の長手方向の長さについては、プラットフォーム部本体２０ａの前縁側から後縁側までの長さと略同じに設定され、例えば、５０ｍｍから６０ｍｍである。
シールド部材本体３２の幅については、隣接するタービン動翼１０のプラットフォーム部本体２０ａの間の隙間より大きく、隣接するタービン動翼１０のシャンク部１８の間の間隔より小さく設定される。シールド部材本体３２の幅については、シールド部材本体３２の長手方向で同じとしてもよいし、異なるようにしてもよい。シールド部材本体３２の幅については、例えば、２０ｍｍから３０ｍｍである。
シールド部材本体３２の厚みについては、シールド部材本体３２の形状を保持するために必要な剛性が得られる厚みに設定される。シールド部材本体３２の厚みについては、例えば、１ｍｍから２ｍｍである。
前縁側シールド部３４は、細長く形成されており、シールド部材本体３２の長手方向の一端に、シールド部材本体３２に対して屈曲して長手方向の一端が一体的に設けられている。前縁側シールド部３４は、隣接するタービン動翼１０のシャンク部１８の間において、隣接するタービン動翼１０の前方スカート２０ｂの内面に沿って、前方スカート２０ｂの内面に接触する第２シールド面３４ａを有している。
第２シールド面３４ａは、タービン動翼１０の回転時に遠心力が作用することで、隣接するタービン動翼１０の各前方スカート２０ｂの内面に沿って、各前方スカート２０ｂの内面に接触することにより、隣接するタービン動翼１０の前方スカート２０ｂの間の隙間をシールドする機能を有している。第２シールド面３４ａは、隣接するタービン動翼１０の前方スカート２０ｂの内面に対応して、平面状や曲面状等に形成されている。
前縁側シールド部３４では、前縁側シールド部３４の長手方向に対して交差する幅方向の一方の側縁３４ｂと他方の側縁３４ｃとが略直線状に形成されていてもよいし、湾曲して形成されていてもよい。
前縁側シールド部３４は、前縁側シールド部３４の長手方向の他端に、前方スカート側嵌合溝２０ｅと嵌合する前縁側シールド部側嵌合部３４ｄを有している。前縁側シールド部側嵌合部３４ｄを前方スカート側嵌合溝２０ｅに嵌合させることにより、前縁側シールド部３４が容易に位置決めされる。
前縁側シールド部３４の長手方向の長さについては、前方スカート２０ｂの翼部１２側からダブテール部１６側までの長さと略同じ長さに設定される。前縁側シールド部３４の長手方向の長さについては、例えば、２０ｍｍから３０ｍｍである。
前縁側シールド部３４の幅については、隣接するタービン動翼１０の前方スカート２０ｂの間の隙間より大きく、隣接するタービン動翼１０のシャンク部１８の間の間隔より小さく設定される。前縁側シールド部３４の幅については、前縁側シールド部３４の長手方向で同じとしてもよいし、異なるようにしてもよい。前縁側シールド部３４の幅については、例えば、２０ｍｍから３０ｍｍである。
前縁側シールド部３４の厚みについては、前縁側シールド部３４の形状を保持するために必要な剛性が得られる厚みに設定される。前縁側シールド部３４の厚みについては、例えば、１ｍｍから２ｍｍである。なお、前縁側シールド部３４の厚みについては、シールド部材本体３２と同じにしてもよい。
シールド部材３０は、セラミックス基複合材料で形成されている。セラミックス基複合材料は、セラミックスマトリックスをセラミックス繊維で強化したセラミックス繊維強化セラミックス複合材料である。セラミックス基複合材料には、例えば、ＳｉＣマトリックスをＳｉＣ繊維で強化したＳｉＣ／ＳｉＣ複合材料や、ＳｉＣマトリックスをＡｌ２Ｏ３繊維で強化したＳｉＣ／Ａｌ２Ｏ３複合材料等を用いることが可能である。セラミックス基複合材料は、耐熱性や耐酸化性に優れているので、シールド部材３０が燃焼ガスに曝露されても熱曝露による変形や酸化等の損傷を抑えることが可能となる。また、セラミックス基複合材料は、耐熱合金（例えば、Ｎｉ基超合金やＴｉＡｌ合金）等より軽量であるので、航空機用ターボファンエンジン８等を軽量化することができる。更に、セラミックス基複合材料は、セラミックス繊維により強化されており靱性等が優れているので、タービン動翼１０の回転等により衝撃を受ける場合でも、破壊が抑制される。
次に、シールド部材３０の製造方法について説明する。まず、セラミックス繊維からなる２次元織物や３次元織物をトリムやステッチング等して、シールド部材３０の形状に対応したプリフォームを形成する。セラミックス繊維には、ＳｉＣ繊維やＡｌ２Ｏ３繊維等を用いることが可能である。プリフォームを金型に入れ、マトリックス用のポリマー原料を金型に充填して、プリフォームにポリマー原料を含浸する。ポリマー原料を含浸したプリフォームを加熱して焼成することによりセラミック化し、ＳｉＣ等のセラミックスマトリックスを形成する。なお、マトリックス形成には、気相含浸法や固相含浸法等を用いてもよい。気相含浸法では原料ガスの熱分解反応等により、ＳｉＣ等のセラミックスマトリックスを形成可能である。固相含浸法では、プリフォームに、例えば、ＳｉとＣとの混合粉末を含浸した後に反応させることで、ＳｉＣ等のセラミックスマトリックスを形成可能である。このようにして、シールド部材３０をセラミックス基複合材料で形成することができる。
次に、シールド部材３０の作用について説明する。図９は、図２のＡ−Ａ方向の断面図である。図１０は、図２のＢ−Ｂ方向の断面図である。
まず、隣接するタービン動翼１０のプラットフォーム部２０の間の隙間３６、３８に、シールド部材３０を装着する。より詳細には、シールド部材本体側嵌合部３２ｄをプラットフォーム部本体側嵌合溝２０ｄに嵌合し、前縁側シールド部側嵌合部３４ｄを前方スカート側嵌合溝２０ｅに嵌合することにより、シールド部材３０を位置決めして装着する。これにより、シールド部材３０が、隣接するタービン動翼１０のプラットフォーム部２０の間の隙間３６、３８と対向して配置される。
タービン動翼１０がタービン軸方向を流れる燃焼ガス流を受けることにより、タービン動翼１０は、タービンディスク１４と一体的に回転運動をする。この回転運動により、タービン動翼１０に遠心力が作用する。この遠心力により、隣接するタービン動翼１０のプラットフォーム部２０の間の隙間３６、３８に配置されたシールド部材３０が、プラットフォーム部２０の内面に接触して密着するので、プラットフォーム部２０の間の隙間３６、３８がシールドされる。
より詳細には、隣接するタービン動翼１０におけるプラットフォーム部本体２０ａの間の隙間３６については、プラットフォーム部本体２０ａの内面に沿って、プラットフォーム部本体２０ａの内面にシールド部材本体３２の第１シールド面３２ａが接触して密着するので、プラットフォーム部本体２０ａの間の隙間３６がシールドされる。
また、隣接するタービン動翼１０における前方スカート２０ｂの間の隙間３８については、前方スカート２０ｂの内面に沿って、前方スカート２０ｂの内面に前縁側シールド部３４の第２シールド面３４ａが接触して密着するので、前方スカート２０ｂの間の隙間３８がシールドされる。
これにより、燃焼ガスがプラットフォーム部本体２０ａの間の隙間３６や前方スカート２０ｂの間の隙間３８から流れ込むことが抑制されるので、タービンディスク１４の燃焼ガスによる熱曝露を抑制することが可能となる。
以上、上記構成によれば、隣接するタービン動翼のプラットフォーム部の間の隙間に、セラミックス基複合材料で形成されたシールド部材を配置することにより、隣接するタービン動翼のプラットフォーム部の間の隙間からの燃焼ガスの流れ込みを抑制可能となるので、タービンディスクの熱曝露を抑えることができる。また、シールド部材がセラミックス基複合材料で形成されているので、シールド部材が燃焼ガスに曝露されても熱曝露による損傷を抑えることが可能となる。
上記構成によれば、シャンク部が翼部の形状に対応して湾曲して形成されている場合でも、シールド部材本体は、シャンク部の側面に対応して平面内で湾曲して形成されていることから、シールド部材本体とシャンク部との干渉が抑制され、シールド性能を向上させることが可能となる。
上記構成によれば、シールド部材本体側嵌合部をプラットフォーム部本体側嵌合溝に嵌合し、前縁側シールド部側嵌合部を前方スカート側嵌合溝に嵌合させることにより、隣接するタービン動翼のプラットフォーム部の間に、シールド部材を容易に装着することが可能となると共に、シールド部材を容易に精度よく位置決めして配置することができる。
[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１１は、第２実施形態のシールド部材４０の構成を示す斜視図である。図１２は、第２実施形態のシールド部材４０をタービン動翼１０に装着した状態を示す断面図である。図１３は、隣接するタービン動翼１０のプラットフォーム部２０の間に、第２実施形態のシールド部材４０を装着した状態を示す断面図である。なお、図１３は、第１実施形態の図９に対応する図であり、図２において第１実施形態のシールド部材３０に代えて第２実施形態のシールド部材４０を装着した場合におけるＡ−Ａ方向の断面図である。また、同一の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
第２実施形態のシールド部材４０は、シールド部材本体３２の長手方向の両側３２ｂ、３２ｃの一部に各々設けられ、シールド部材本体３２の長手方向に対して交差する幅方向に突出して形成され、隣接するタービン動翼１０におけるシャンク部１８の側面に接触し、幅方向の動きを規制する規制部４２を有している点において第１実施形態のシールド部材３０と相違している。
隣接するタービン動翼１０のプラットフォーム部２０の間の隙間にシールド部材４０を装着した時に、規制部４２は、隣接するタービン動翼１０の各シャンク部１８の側面に面接触または線接触してシールド部材４０を保持し、シールド部材４０の幅方向の動きを規制する機能を有している。これにより、シールド部材４０の幅方向の動きが規制されるので、タービン動翼１０の回転運動の初期段階等において、シールド部材４０の脱落が抑制されると共に、シールド部材４０の位置決め精度が向上する。
規制部４２は、シールド部材本体３２の長手方向に対して交差する幅方向に突出すると共に、第１シールド面３２ａの裏面側に向けて湾曲して形成されている。規制部４２の形状については、矩形状、三角形状、丸形状等にすることが可能である。
規制部４２は、シールド部材本体３２の長手方向の同じ位置に設けるようにしてもよく、異なる位置に設けるようにしてもよい。規制部４２は、両側縁３２ｂ、３２ｃに各々１箇所設けてもよいし、各々複数箇所設けるようにしてもよい。また、規制部４２については、一方の側縁３２ｂと他方の側縁３２ｃとにおいて設ける数量が異なるようにしてもよい。規制部４２を設ける位置については、シールド部材本体３２の長手方向の中央部でもよいし、長手方向の一端側でもよいし、他端側でもよい。
シールド部材４０をセラミックス基複合材料で形成する場合には、まず、セラミックス繊維からなる２次元織物や３次元織物をトリムやステッチング等して、シールド部材４０の形状に対応したプリフォームを形成する。プリフォームを金型に入れると共に、規制部４２に対応する箇所を湾曲させて金型にセットして形成する。セラミックスマトリックスの形成については、第１実施形態のシールド部材３０と同様であるので詳細な説明を省略する。
上記構成によれば、第１実施形態のシールド部材の効果を奏すると共に、隣接するタービン動翼のプラットフォーム部の間の隙間にシールド部材を装着した時に、シールド部材本体の規制部が、隣接するタービン動翼の各シャンク部の側面に接触してシールド部材を保持することから、シールド部材の幅方向の動きが規制されるので、シールド部材の脱落が抑制されると共に、シールド部材の位置決め精度が向上する。
[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１４は、第３実施形態のシールド部材５０の構成を示す斜視図である。図１５は、第３実施形態のシールド部材５０をタービン動翼１０に装着した状態を示す断面図である。なお、同一の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
プラットフォーム部２０の後方スカート２０ｃは、後方スカート２０ｃの内面に設けられ、第３実施形態のシールド部材５０におけるシールド部材本体３２の長手方向の他端を保持する保持部２０ｆを含んでいる。保持部２０ｆは、後方スカート２０ｃの内面の一部からなり、前縁側に向けて凸状に湾曲した凸曲面の保持面で構成されている。第３実施形態のシールド部材５０は、シールド部材本体３２の長手方向の他端に設けられ、第１シールド面３２ａの裏面側に向けて湾曲して形成され、隣接するタービン動翼１０の後方スカート２０ｃの保持部２０ｆに接触する湾曲部５２を有している点において、第１実施形態のシールド部材３０と相違している。
隣接するタービン動翼１０のプラットフォーム部２０の間の隙間にシールド部材５０を装着した時、シールド部材本体３２の他端に設けられた湾曲部５２が、後方スカート２０ｃの保持部２０ｆである保持面に沿って面接触または線接触することにより、シールド部材本体３２が保持される。これにより、シールド部材本体３２を保持するためにプラットフォーム部本体２０ａに設けられたプラットフォーム部本体側嵌合溝２０ｄが不要となるので、プラットフォーム部２０の構成がより簡素化されて、タービン動翼１０の製造を容易にすることができる。なお、保持部２０ｆについては、凸曲面からなる保持面だけでなく、傾斜平面からなる保持面で構成してもよいし、後方スカートの内面に突起を設けて構成してもよい。
シールド部材５０をセラミックス基複合材料で形成する場合には、まず、セラミックス繊維からなる２次元織物や３次元織物をトリムやステッチング等して、シールド部材５０の形状に対応したプリフォームを形成する。プリフォームを金型に入れると共に、湾曲部５２に対応する箇所を湾曲させて金型にセットして形成する。セラミックスマトリックスの形成については、第１実施形態のシールド部材３０と同様であるので詳細な説明を省略する。
上記構成によれば、第１実施形態のシールド部材の効果を奏すると共に、シールド部材本体を保持するためのプラットフォーム部本体に設けられたプラットフォーム部本体側嵌合溝が不要となるので、プラットフォーム部の構成がより簡素化されて、タービン動翼の製造を容易にすることが可能となる。
[第４実施形態]
次に、本発明の第４実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１６は、第４実施形態のシールド部材６０の構成を示す斜視図である。図１７は、第４実施形態のシールド部材６０をタービン動翼１０に装着した状態を示す断面図である。なお、同一の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
プラットフォーム部２０の後方スカート２０ｃは、後方スカート２０ｃの内面に設けられ、第４実施形態のシールド部材６０におけるシールド部材本体３２の長手方向の他端を保持する保持部２０ｆを含んでいる。第４実施形態のシールド部材６０は、第２実施形態のシールド部材４０の規制部４２と、第３実施形態のシールド部材５０の湾曲部５２と、を備えている点において、第１実施形態のシールド部材３０と相違している。
シールド部材６０をセラミックス基複合材料で形成する場合には、まず、セラミックス繊維からなる２次元織物や３次元織物をトリムやステッチング等して、シールド部材６０の形状に対応したプリフォームを形成する。プリフォームを金型に入れると共に、規制部４２と湾曲部５２とに対応する箇所を湾曲させて金型にセットして形成する。セラミックスマトリックスの形成については、第１実施形態のシールド部材３０と同様であるので詳細な説明を省略する。
上記構成によれば、第１実施形態のシールド部材の効果を奏すると共に、第２実施形態のシールド部材と、第３実施形態のシールド部材との効果も奏することが可能となる。
[第５実施形態]
次に、本発明の第５実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１８は、第５実施形態のシールド部材７０の構成を示す斜視図である。図１９は、第５実施形態のシールド部材７０をタービン動翼１０に装着した状態を示す断面図である。図２０は、隣接するタービン動翼１０のプラットフォーム部２０の間に、第５実施形態のシールド部材７０を装着した状態を示す断面図である。図２１は、隣接するタービン動翼１０のプラットフォーム部２０の間に、第５実施形態のシールド部材７０を装着した状態を示す断面図である。なお、図２０は、第１実施形態の図９に対応する図であり、図２において第１実施形態のシールド部材３０に代えて第５実施形態のシールド部材７０を装着した場合におけるＡ−Ａ方向の断面図である。図２１は、第１実施形態の図１０に対応する図であり、図２において第１実施形態のシールド部材３０に代えて第５実施形態のシールド部材７０を装着した場合におけるＢ−Ｂ方向の断面図である。また、同一の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
プラットフォーム部２０の後方スカート２０ｃは、後方スカート２０ｃの内面に設けられ、第５実施形態のシールド部材７０におけるシールド部材本体３２の長手方向の他端を保持する保持部２０ｆを含んでいる。第５実施形態のシールド部材７０は、シールド部材本体３２の長手方向の両側の全長に亘って設けられ、シールド部材本体３２の長手方向と交差する幅方向に突出すると共に、第１シールド面３２ａの裏面側へ向けて湾曲して形成され、隣接するタービン動翼１０におけるシャンク部１８の側面と、後方スカート２０ｃの保持部２０ｆとに接触する第１接触部７２を有している。また、シールド部材７０は、前縁側シールド部３４の長手方向の両側の全長に亘って設けられ、前縁側シールド部３４の長手方向と交差する幅方向に突出すると共に、第２シールド面３４ａの裏面側へ向けて湾曲して形成され、隣接するタービン動翼１０におけるシャンク部１８の側面に接触する第２接触部７４を有している。このように、第５実施形態のシールド部材７０は、第１接触部７２と、第２接触部７４とを有している点において、第１実施形態のシールド部材３０と相違している。
隣接するタービン動翼１０のプラットフォーム部２０の間の隙間３６、３８にシールド部材７０を装着して、シールド部材７０を隙間３６、３８と対向させて配置した時に、シールド部材本体３２に設けられた第１接触部７２が、隣接するタービン動翼１０の各シャンク部１８の側面に面接触または線接触し、前縁側シールド部３４に設けられた第２接触部７４が、隣接するタービン動翼１０の各シャンク部１８の側面に面接触または線接触してシールド部材７０を保持する。これにより、シールド部材７０の幅方向の動きが規制されるので、タービン動翼１０の回転運動の初期段階等において、シールド部材７０の脱落が抑制されると共に、シールド部材７０の位置決め精度が向上する。
また、隣接するタービン動翼１０のプラットフォーム部２０の間の隙間３６、３８にシールド部材７０を装着して、シールド部材７０を隙間３６、３８と対向させて配置した時に、シールド部材本体３２に設けられた第１接触部７２の後方が、後方スカート２０ｃの保持部２０ｆに接触することにより、シールド部材本体３２が保持される。これにより、シールド部材本体３２を保持するためにプラットフォーム部本体２０ａに設けられたプラットフォーム部本体側嵌合溝２０ｄが不要となるので、プラットフォーム部２０の構成がより簡素化されて、タービン動翼１０の製造を容易にすることができる。
また、シールド部材７０では、前縁側シールド部３４のダブテール部１６側となる他端に、前方スカート２０ｂの内面に設けられた前方スカート側嵌合溝２０ｅと嵌合させるために突出させて形成した前縁側シールド部側嵌合部７６が設けられている。
シールド部材７０をセラミックス基複合材料で形成する場合には、セラミックス繊維からなる２次元織物や３次元織物をトリムやステッチング等して、シールド部材７０の形状に対応したプリフォームを形成する。プリフォームを金型に入れると共に、第１接触部７２と第２接触部７４とに対応する箇所を湾曲させて金型にセットして形成する。セラミックスマトリックスの形成については、第１実施形態のシールド部材３０と同様であるので詳細な説明を省略する。
上記構成によれば、第１実施形態のシールド部材の効果を奏すると共に、隣接するタービン動翼のプラットフォーム部の間の隙間にシールド部材を装着した時に、シールド部材本体に設けられた第１接触部が、隣接するタービン動翼のシャンク部の側面に接触し、前縁側シールド部に設けられた第２接触部が、隣接するタービン動翼のシャンク部の側面に接触してシールド部材を保持する。これにより、シールド部材の幅方向の動きが規制されるので、シールド部材の脱落が抑制されると共に、シールド部材の位置決め精度が向上する。
上記構成によれば、隣接するタービン動翼のプラットフォーム部の間の隙間にシールド部材を装着した時に、シールド部材本体に設けられた第１接触部が、後方スカートの保持部と接触してシールド部材本体を保持することから、プラットフォーム部本体に設けられたプラットフォーム部本体側嵌合溝が不要となるので、タービン動翼の製造を容易にすることが可能となる。
８ 航空機用ターボファンエンジン、
１０ タービン動翼、
１２ 翼部、
１４ タービンディスク、
１６ ダブテール部、
１８ シャンク部、
２０ プラットフォーム部、
２２ チップシュラウド、
３０、４０、５０、６０、７０ シールド部材、
３２ シールド部材本体、
３４ 前縁側シールド部。

Claims (9)

  1. 隣接するタービン動翼のプラットフォーム部の間の隙間に配置され、
    セラミックス基複合材料で形成されており、前記プラットフォーム部の間の隙間をシールドすることを特徴とするシールド部材。
  2. 請求項１に記載のシールド部材であって、
    前記プラットフォーム部は、前記タービン動翼の長手方向と交差する方向に延びて形成されているプラットフォーム部本体と、前記プラットフォーム部本体の前縁側に設けられる前方スカートと、を有し、
    前記シールド部材は、
    細長く形成されており、前記隣接するタービン動翼のプラットフォーム部と接続されたシャンク部の間において、前記隣接するタービン動翼のプラットフォーム部本体の内面に沿って、前記プラットフォーム部本体の内面に接触し、前記プラットフォーム部本体の間の隙間をシールドする第１シールド面を有するシールド部材本体と、
    細長く形成されており、前記シールド部材本体の長手方向の一端に、前記シールド部材本体に対して屈曲して長手方向の一端が一体的に設けられ、前記隣接するタービン動翼のシャンク部の間において、前記隣接するタービン動翼の前方スカートの内面に沿って、前記前方スカートの内面に接触し、前記前方スカートの間の隙間をシールドする第２シールド面を有する前縁側シールド部と、
    を備えることを特徴とするシールド部材。
  3. 請求項２に記載のシールド部材であって、
    前記シールド部材本体における長手方向の両側の一部に各々設けられ、前記シールド部材本体の長手方向と交差する幅方向に突出すると共に、前記第１シールド面の裏面側に向けて湾曲して形成され、前記隣接するタービン動翼のシャンク部の側面に接触し、前記幅方向の動きを規制する規制部を有していることを特徴とするシールド部材。
  4. 請求項２または３に記載のシールド部材であって、
    前記プラットフォーム部は、前記プラットフォーム部本体の後縁側に設けられる後方スカートを有し、
    前記後方スカートは、前記後方スカートの内面に設けられ、前記シールド部材本体の長手方向の他端を保持する保持部を含み、
    前記シールド部材は、
    前記シールド部材本体の長手方向の他端に設けられ、前記第１シールド面の裏面側に向けて湾曲して形成され、前記隣接するタービン動翼の前記後方スカートの保持部に接触する湾曲部を有していることを特徴とするシールド部材。
  5. 請求項２に記載のシールド部材であって、
    前記プラットフォーム部は、前記プラットフォーム部本体の後縁側に設けられる後方スカートを有し、
    前記後方スカートは、前記後方スカートの内面に設けられ、前記シールド部材本体の長手方向の他端を保持する保持部を含み、
    前記シールド部材は、
    前記シールド部材本体における長手方向の両側の全長に亘って設けられ、前記シールド部材本体の長手方向と交差する幅方向に突出すると共に、前記第１シールド面の裏面側へ向けて湾曲して形成され、前記隣接するタービン動翼におけるシャンク部の側面と、前記後方スカートの保持部とに接触する第１接触部と、
    前記前縁側シールド部における長手方向の両側の全長に亘って設けられ、前記前縁側シールド部の長手方向と交差する幅方向に突出すると共に、前記第２シールド面の裏面側へ向けて湾曲して形成され、前記隣接するタービン動翼におけるシャンク部の側面に接触する第２接触部と、
    を有することを特徴とするシールド部材。
  6. 請求項２から５のいずれか１つに記載のシールド部材であって、
    前記シャンク部は、前記タービン動翼の翼部の形状に対応して湾曲して形成されており、
    前記シールド部材本体は、前記隣接するタービン動翼のシャンク部の側面に対応して平面内で湾曲して形成されていることを特徴とするシールド部材。
  7. 請求項２または３に記載のシールド部材であって、
    前記プラットフォーム部は、前記プラットフォーム部本体の内面に設けられるプラットフォーム部本体側嵌合溝と、前記前方スカートの内面に設けられる前方スカート側嵌合溝と、を有し、
    前記シールド部材本体は、前記シールド部材本体の長手方向の他端に設けられ、前記プラットフォーム部本体側嵌合溝と嵌合するシールド部材本体側嵌合部を有し、
    前記前縁側シールド部は、前記前縁側シールド部の長手方向の他端に設けられ、前記前方スカート側嵌合溝と嵌合する前縁側シールド部側嵌合部を有することを特徴とするシールド部材。
  8. 請求項４または５に記載のシールド部材であって、
    前記プラットフォーム部は、前記前方スカートの内面に設けられる前方スカート側嵌合溝を有しており、
    前記前縁側シールド部は、前記前縁側シールド部の長手方向の他端に設けられ、前記前方スカート側嵌合溝と嵌合する前縁側シールド部側嵌合部を有することを特徴とするシールド部材。
  9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の前記シールド部材を用いることを特徴とするジェットエンジン。
JP2015078430A 2015-04-07 2015-04-07 シールド部材及びそれを用いたジェットエンジン Active JP6554882B2 (ja)

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