JP2019505720A - タービンブレード用の可撓性ダンパ - Google Patents

タービンブレード用の可撓性ダンパ Download PDF

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Abstract

タービンブレード(10)用の可撓性ダンパ(24)は、実質的に直線のパターンで一緒に配置された複数のセグメント(32)を有し、各セグメント(32)は、第1の側(46)と、第2の側(48)と、上側(50)と、下側(52)と、長さ(56)と、幅(54)と、厚さ(58)とを有する。

Description

本発明は、ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、タービンブレード用の可撓性ダンパに関する。
軸流工業用ガスタービンエンジンでは、高温圧縮ガスが発生する。高温ガス流は、タービンを通過し、膨張して、発電のための発電機を駆動するために使用される機械仕事を発生する。タービンは、一般的に、エネルギを、高温ガス流から、エンジンのロータ軸を駆動する機械的エネルギに変換するために、ステータベーンおよびロータブレードの複数の段を有する。
燃焼システムは、圧縮機から空気を受け取り、空気を燃料と混合しかつ混合物を燃焼させることによって高エネルギレベルへと上昇させ、その後、燃焼器の生成物がタービンを通じて膨張する。
ガスタービンは、より大型に、より効率的に、そしてより頑丈になっている。大型のブレードおよびベーンが、特にエンジンシステムの高温セクションにおいて利用されている。高温ガス通路タービンブレードは、作動中の振動励起を管理するために、何らかの減衰形式を採用してもよい。最も一般的な構成は、一定の横断面を備える直線的なピンである。
ダンパピンは、タービンブレードが所定の速度で回転していると、最終的な接触を行うために、適切に整列されかつ特定の公差範囲内で製造される必要がある。タービンダンパピンは、ブレードの機械的振動を減衰させるために使用される。ダンパピンは、ダンパピンスロット機械加工公差が表面仕上げおよび直線度に関して小さく、かつ隣接するブレードの間の相対位置公差が小さい場合に、十分に機能することができる。表面仕上げが不十分である、またはスロットが直線的ではない、または隣接するブレード位置がずれている場合、ダンパピンの減衰およびシーリング機能は低下する。
ダンパとブレードのスロットとの継続的な接触は、湾曲根元部取付けタービンブレードの場合には深刻な問題である。一片の中実湾曲ダンパは、その溝内で僅かにさえ回転すると、その端部と、中間における一点とにおいてのみブレードと接触することがあり、事実上、ダンパの全長のほとんどで接触を生じないという問題がある。湾曲ダンパに作用する遠心力は、直線内で分散されず、その代わり、曲線に沿って分散され、これにより、ダンパが傾斜し、ブレードとの接触のほとんどを失う傾向を有する可能性がある。
本発明の1つの態様では、タービンブレード用の可撓性ダンパは、実質的に直線のパターンで一緒に配置された複数のセグメントを有し、各セグメントは、第1の側と、第1の側と略反対側の第2の側と、上側と、下側と、長さと、幅と、厚さとを有する。
本発明の別の態様では、ロータアセンブリは、ディスクであって、ディスクに設けられディスク周囲に沿って離隔した複数の細長いチャネルと、それぞれが各チャネルの間に配置された複数のディスクポストとを有する、ディスクと、複数のタービンブレード翼であって、各タービンブレード翼は、正圧面と負圧面とによって接続されプラットフォームから半径方向に先端部まで延びる外面を提供する後縁および前縁を有し、各タービンブレード翼は、ディスク上で各細長いチャネル内に取り付けられている、複数のタービンブレード翼と、それぞれが複数のセグメントを有する複数の可撓性ダンパであって、各セグメントは、第1の側と、第1の側と略反対側の第2の側と、上側と、下側と、長さと、幅と、厚さとを有する、複数の可撓性ダンパと、を備え、各ダンパは、ブレードの各対の間のスロット内に取外し可能に配置されている。
本発明の別の態様では、ダンパをロータアセンブリに取り付ける方法は、複数のタービンブレードを、ディスクであって、ディスクに設けられかつディスク周囲に沿って離隔した複数の細長いチャネルを有するディスクに据え付け、複数のタービンブレードはそれぞれ、翼と、正圧面と負圧面とによって接続され半径方向に先端部まで延びる外面を提供する後縁および前縁とを有し、複数のタービンブレードは、ディスク上の細長いチャネルのそれぞれに据え付けられており、複数の可撓性ダンパであって、各ダンパは複数のセグメントを有し、各セグメントは、第1の側と、第2の側と、上側と、下側と、長さと、幅と、厚さとを有する、複数の可撓性ダンパを取外し可能に取り付けることを含む。
本発明のこれらのおよびその他の特徴、態様および利点は、以下の図面、説明および請求項を参照してさらによく理解されるであろう。
本発明は、図面の助けを借りてさらに詳細に示されている。図面は好適な構成を示しており、本発明の範囲を限定しない。
2つのブレード間における可撓性ダンパの上方斜視図である。 本発明の1つの実施の形態におけるブレード間の可撓性ダンパの断面図である。 本発明の1つの実施の形態の埋設されたワイヤを備える可撓性ダンパの斜視図である。 本発明の1つの典型的な実施の形態による翼アセンブリの側面図である。 図4中の線B−Bに沿って切断した可撓性ダンパおよびブレードの一部の断面図である。 本発明の1つの典型的な実施の形態による翼アセンブリの側面図である。 図6中の線C−Cに沿って切断した可撓性ダンパおよびブレードの一部の断面図である。 図7中の線D−Dに沿って切断した可撓性ダンパおよびブレードの一部の断面図である。 発明の1つの典型的な実施の形態による翼アセンブリの側面図である。 図9中の線E−Eに沿って切断した可撓性ダンパおよびブレードの一部の断面図である。
好適な実施の形態の以下の詳細な説明では、その一部を形成する添付の図面が参照され、図面には、例として、限定としてではなく、本発明を実施可能な特定の実施の形態が示されている。本発明の思想および範囲から逸脱することなく、その他の実施の形態が使用されてもよく、変更がなされてもよいことが理解されるべきである。
広くは、本発明の1つの実施の形態は、実質的に直線のパターンで一緒に配置された複数のセグメントを有し、各セグメントは、第1の側と、第2の側と、上側と、下側と、長さと、幅と、厚さとを有する、タービンブレード用の可撓性ダンパを提供する。
ガスタービンエンジンは、圧縮機セクションと、燃焼器と、タービンセクションとを備えてもよい。圧縮機セクションは、周囲空気を圧縮する。燃焼器は、圧縮された空気を燃料と組み合せ、混合物に点火し、作動流体を形成する高温ガスを含む燃焼生成物を生じる。作動流体はタービンセクションへ移動する。タービンセクションには、ベーンおよびブレードの周方向の列が設けられており、ブレードはロータに結合されている。ベーンおよびブレードの列の各対は、タービンセクションにおいて段を形成している。タービンセクションは、ベーン、ブレードおよびロータを収容した、固定されたタービンケーシングを有する。ガスタービンのブレードは、軸回転の機械仕事を発生するために、燃焼システムから高温ガスを受け取る。
ブレードの振動を減衰させ、ブレード間の漏れ流をシールすることを助けるために、ブレードの間にダンパが導入されてもよい。減衰は、ダンパがタービンブレードのために提供することができる重要な利点である。減衰は、隣接するブレードとダンパとの間に直接的な接触および相対移動が存在するときに生じる。減衰のレベルの1つの態様は、接触面である。接触面は、各構成部分の間の接触面積である。ブレードがある回転速度になると生じる別の現象は、翼の半径方向の伸び(growth)と、運転条件におけるねじり戻し(untwisting)である。このプロセスの間、隣接するブレード面の間の漏れ流は、制限される必要がある。ダンパは、この場合、ブレードのためのシーリング機能を提供してもよい。
ダンパとブレードとの継続的な接触は、湾曲根元部取付けタービンブレードの場合には深刻な問題である。一片の、中実湾曲ダンパは、その溝内で僅かにさえ回転すると、その端部と、中間における一点とにおいてのみブレードと接触することがあり、事実上、ダンパの全長のほとんどで接触を生じないという問題がある。湾曲ダンパに作用する遠心力は、直線内で均一に分散されず、その代わり、曲線に沿って分散され、これにより、ダンパが傾斜し、ブレードとの接触のほとんどを失う傾向を有することがある。
従来の中実ダンパは、湾曲した根元部のブレードと接触したままにならず、効果的でない。全ての構成部分との接触の増大が望ましい。本発明の実施の形態は、可撓性である分割されたダンパを提供する。以下で詳細に説明するように、可撓性のダンパは、ダンパの全長に沿った接触の増大によりブレード間に改良された接触を提供し、増大した減衰およびシーリング特徴を提供する。
図1〜図10に示すように、タービンブレード10は、翼を有していてもよい。タービンブレード10は、翼またはタービンブレード翼と呼ばれてもよい。タービンブレード翼10は、後縁14と前縁12とを有していてもよく、後縁14と前縁12とは、正圧面16と負圧面18とによって接続され、プラットフォーム28から半径方向に先端部(図示せず)まで延びる外面20を提供している。ダンパ24は、組み立てられたホイール(図示せず)内で隣接するブレード10の間に取外し可能に挿入されてもよい別個の構成部材であってもよく、ホイールは、取外し可能に挿入された複数のブレードを有している。ホイールは、ディスク周囲に沿って広がった複数の細長いチャネルを有するディスクを備えてもよい。ブレードは、これらのチャネル内に挿入されている。複数のチャネルの間に、複数のディスクポスト26が設けられていてもよい。スロット60は、隣接するブレードプラットフォーム28と、ブレード10の間に配置されたディスクポスト26とによって形成されていてもよい。
各タービンブレードは、プラットフォーム28と、翼と、ブレード根元部とを有する。特定の実施形態では、ブレード10は湾曲した根元部を有していてもよい。別の実施の形態では、ブレード10は、従来の直線的な根元部を有していてもよい。翼は、プラットフォーム28から第1の方向へ外方に延びており、前縁12と、後縁14と、正圧面16と、負圧面18とを形成している。次いで、各タービンブレード10がタービンディスクに取り付けられ、その際、翼は、プラットフォーム28から外方へ延びる。正圧面16は、凹面形状で前縁12と後縁14との間に延びている。負圧面18は、正圧面16の反対側にあり、凸面形状で前縁12と後縁14との間に延びている。
ダンパ24は、複数のセグメント32を有する。ダンパの可撓性は、実質的に直線のセグメントにおいてピース毎につなぎ合わされた複数のセグメント32によって提供されてもよい。各セグメント32は、第1の側46と、第2の側48と、上側50と、下側52と、長さ56と、厚さ58と、幅54とを有していてもよい。複数のセグメントは、2つの隣接するブレードプラットフォーム28とディスクポスト26との間に形成された、スロット60内に配置されてもよい。特定の実施形態では、各セグメント32は、セグメント(32)間リンク機構22を有していてもよい。リンク機構22は、少なくとも1つの埋設されたワイヤ30、半径方向ピンコネクタ38および半径方向ルーズフィットホール40、軸方向ピンコネクタ42および軸方向ルーズフィットホール44などであってもよい。特定の実施形態では、図4および図5に示したように、各セグメント32を接続するために複数の平行な埋設されたワイヤ30が使用されてもよい。リンク機構22は、さらに、スロット60内の各セグメント32を接続し、各セグメント32の間のシーリング機能を提供してもよい。
特定の実施形態では、各セグメントは、一方の側に沿って延長部分34を、反対側の端部における同じ側に沿って切欠部分36を有していてもよく、1つのセグメント32の延長部分34は、次の接続されたセグメント32の切欠部分36と重なり合う。
複数のセグメント32は、用途に適合するために、複数の異なる形状のうちの1つを有していてもよい。複数のセグメント32は、主に矩形であってもよく、両方の直線的な縁部を有していてもよく、曲線、管状または同様のものであってもよい。各セグメント32のサイズおよび形状は、スロット60のサイズ、減衰のための接触面、翼の半径方向成長および作動条件におけるねじり戻しなどの機械的および空力的要求によって決定されてもよい。複数のセグメント32が、列挙された図面を通じて複数の異なる形状を備えて示されている。ダンパ24の横断面は、図2においては円形であるが、ダンパ24は、スロット形状および減衰特性のために要求されてもよいあらゆる形状であることができる。
上述のように、複数のブレード10は、ホイールに配置されかつ据え付けられてもよい。ホイールは、回転するディスクを有していてもよい。ディスクは、ディスクに設けられかつディスク周囲に沿って離隔した複数の細長いチャネルを有していてもよい。各ブレード10は、ディスク上の細長いチャネルのそれぞれに据え付けられてもよい。複数のブレード10の間にスロット60が形成されてもよく、スロット60は、スロット長さと、各ブレード10の間のスロット幅とを有する。ディスクポスト26が各ブレード10の間に配置されてもよい。ディスクポスト26は、各ブレード10のプラットフォーム28の下側に位置してもよい。ダンパ24は、ディスクポスト26とブレード10とによって形成されたスロット60によって支持されていてもよい。ダンパ24は、周方向に沿ってスロット60内で可変の長さ56と、可変の厚さ58と、可変の幅54とを有していてもよい。ダンパ24は、スロット60内に可変の接線方向反りを有していてもよい。複数のセグメントはそれぞれ、ブレード10の形状に応じて、スロット60に沿って、異なる長さ56、異なる幅54または異なる厚さ58であってもよい。ダンパ厚さ58、ダンパ長さ56およびダンパ幅54は、ブレード10とディスクポスト26との間の空間によって規定されるスロット幅およびスロット長さの範囲内である。
各ダンパ24によって、ねじり戻しおよび半径方向の伸びなどのブレード移動の間の拘束を防止するための間隙66が存在してもよい。ブレード10は、ダンパ24から、いかなる制約または拘束もなく、自由にねじり戻りかつ半径方向に伸びることができる。
全ての実施の形態では、ブレード10対ブレード10の接触は、全ての作動速度のために維持される。適切な接触のために所定の位置に複数のダンパ24を適切にセットしかつ組み立てるために特別な工具の必要性はない。複数のブレード10がホイールに配置されてもよく、各ダンパ24は各ダンパスロット60内に配置されてもよい。各ダンパ24がダンパスロット60内に配置されると、ブレード10対ブレード10の接触が生じる。ブレード10対ブレード10の接触は、全ての作動速度で維持されてもよい。したがって、減衰は、全ての作動速度で利用可能であってもよい。これは、特に、湾曲した根元部によって取り付けられたタービンブレードに当てはまる。
ブレード10およびダンパ24の保守は、取外し可能に取り付けられたセグメント32を交換できることによって、改良されてもよい。タービンの性能を更新または改良するために、異なる形状のセグメント32が供用されてもよい。複数のセグメント32を備える可撓性ダンパ24は、既存の設計における標準的なダンパと交換することができる。セグメント32の容易な交換は、ブレード10の減衰およびシーリングの向上を可能にしてもよい。加えて、各セグメント32は、湾曲した経路に沿って減衰を最適化するために、異なる横断面を有していてもよい。
ダンパ24は、特定の実施形態ではスロット60内へ滑り込んでもよい。特定の実施形態では、ダンパ24は、ブレード10と共に取り付けられてもよく、次いで、次のブレード10が取り付けられてもよい。特定の実施形態では、両方の隣接するブレード10が取り付けられた時点で、ダンパ24が取り付けられてもよい。ダンパ24は、ブレード10が取り付けられる前に取り付けられてもよい。より十分に規定されたスロット60内に、複数のセグメント32のワイヤ接続などのリンク機構22を有する必要がなくてもよい。スロット60は、任意の形状であることができる。ダンパ24は、スロットの形状に最も良く合致する任意の形状であってもよい。
可撓性ダンパ24は、スロット機械加工公差、表面仕上げ、およびブレード対ブレードの位置決めにおける変動に対処する能力を有してもよい。スロットの機械加工公差は、ダンパ24がスロット60内に嵌まるために小さい必要はない。しかしながら、複数のセグメント32を備えるダンパ24は、リンク機構22なしにスロット60内に配置され、スロットが十分に規定されている場合、適切に機能してもよい。ダンパ24は、複数のセグメント32に沿って所定の位置におけるリンク機構22によって改良されてもよい。複数のセグメント32は、ブレード10に対する接触を提供しかつ漏れに対するシーリングを提供するために、局所的に嵌まりかつスロット60の全長に沿って調節することができてもよい。セグメント形状は、既存の設計に後から組み込まれてもよい。可撓性ダンパ24は、湾曲した根元部によって取り付けられたタービンブレード10を減衰させかつシールするための能力を高めてもよい。
複数のセグメント32は、スロット60の通路、従来の直線的なスロット内の位置公差ならびに湾曲した根元部によって取り付けられたブレード10によって要求される湾曲したスロットを扱うことができてもよい。
上述のように、各ダンパ24のサイズおよび形状は、機械的および空力的な要求によって決定されてもよい。ダンパ24の横断面の幅または直径は、より大きな(またはより小さな)接触面またはより大きな(またはより小さな)重量を提供するようにサイズ決めされてもよい、これは、より大きな(またはより小さな)遠心力/減衰摩擦を提供する。ダンパ24は複数のセグメント32に設けられているので、ダンパ24は、その全長に沿って異なる位置で異なる横断面寸法を有することができ、この結果、より大きな(またはより小さな)減衰が、異なる位置で達成されてもよく、これにより、減衰は、用途の必要性に合致するように調節されてもよい。一例は、エンジンランの後、後縁14ではなく前縁12でより大きな減衰が必要とされることが分かる場合であってもよい。減衰およびシーリングのための接触面は、ダンパスロットの間隔に合致することができる可撓性ダンパ24によって増大されてもよい。
タービンの適切な試験によって最適化が生じてもよい。可撓性ダンパは、作動中に減衰し、ブレード表面の間をシールするための複数の方法を提供してもよい。連結されたブレード対ブレード振動に干渉するために、スロット60内に分配された2つ以上のセグメント32の構成があってもよい。
特定の実施の形態について詳細に説明してきたが、全体的な開示内容を考慮して、これらの詳細に対する様々な変更および代替を開発できることを当業者は理解するであろう。したがって、開示された特定の構成は例示的でしかなく、添付の請求項およびそのあらゆる全ての均等物の全範囲が与えられるべき本発明の範囲に関して制限するものではないことが意図されている。

Claims (15)

  1. タービンブレード(10)用の可撓性ダンパ(24)であって、
    実質的に直線のパターンで一緒に配置された複数のセグメント(32)を有し、各セグメントは、第1の側(46)と、該第1の側(46)と略反対側の第2の側(48)と、上側(50)と、下側(52)と、長さ(56)と、幅(54)と、厚さ(58)とを有する、タービンブレード(10)用の可撓性ダンパ(24)。
  2. 各セグメント(32)は、第1の端部および第2の端部のうちの少なくとも一方にリンク機構(22)を有し、該リンク機構(22)は、接触面と、作動的なブレード移動のための間隙(66)とを提供するように構成されている、請求項1記載の可撓性ダンパ(24)。
  3. 各セグメント(24)は、一方の側に沿って延長部(34)と切欠部(36)とを有し、1つのセグメント(32)の前記延長部(34)は、次の近接するセグメント(32)の切欠部(36)と重なり合う、請求項1または2記載の可撓性ダンパ(24)。
  4. 前記延長部(34)は、半径方向ピンコネクタ(38)を有し、前記切欠部(36)は、半径方向ルーズフィットホール(40)を有し、1つのセグメント(32)の半径方向ピンコネクタ(38)は、別のセグメント(32)の前記半径方向ルーズフィットホール(40)と取外し可能に係合する、請求項3記載の可撓性ダンパ(24)。
  5. 各セグメント(32)は、前記第1の側(46)に軸方向ピンコネクタ(42)を、前記第2の側(48)に沿って軸方向ルーズフィットホール(44)を有し、1つのセグメント(32)の前記軸方向ピンコネクタ(42)は、別のセグメント(32)に沿った前記軸方向ルーズフィットホール(44)と係合する、請求項1から4までのいずれか1項記載の可撓性ダンパ(24)。
  6. 前記複数のセグメント(32)のそれぞれは、少なくとも1つの埋設されたワイヤ(30)によって接続されている、請求項1から4までのいずれか1項記載の可撓性ダンパ(24)。
  7. 前記複数のセグメント(32)の横断面寸法は、前記ダンパ(24)の全長に沿った異なる位置に沿って変化している、請求項1から6までのいずれか1項記載の可撓性ダンパ(24)。
  8. ロータアセンブリであって、
    ディスクであって、該ディスクに設けられディスク周囲に沿って離隔した複数の細長いチャネルと、それぞれが各チャネルの間に配置された複数のディスクポストとを有する、ディスクと、
    複数のタービンブレード翼であって、各タービンブレード翼は、正圧面(16)と負圧面(18)とによって接続されプラットフォーム(28)から半径方向に先端部まで延びる外面(20)を提供する後縁(14)および前縁(12)を有し、各タービンブレード翼は、ディスク上で各細長いチャネル内に取り付けられている、複数のタービンブレード翼と、
    それぞれが複数のセグメント(32)を有する複数の可撓性ダンパ(24)であって、各セグメント(32)は、第1の側(46)と、該第1の側(46)と略反対側の第2の側(48)と、上側(50)と、下側(52)と、長さ(56)と、幅(54)と、厚さ(58)とを有する、複数の可撓性ダンパ(24)と、を備え、
    各ダンパ(24)は、ブレード(10)の各対の間のスロット(60)内に取外し可能に配置されている、ロータアセンブリ。
  9. 各セグメント(32)は、前記第1の側(46)および前記第2の側(48)のうちの少なくとも一方にリンク機構(22)を有し、該リンク機構(22)は、接触面と、作動的なブレード移動のための間隙(66)とを提供するように構成されている、請求項8記載のロータアセンブリ。
  10. 各セグメント(32)は、一方の側に沿って延長部(34)と切欠部(36)とを有し、1つのセグメント(32)の前記延長部(34)は、次の近接するセグメント(32)の切欠部(36)と重なり合う、請求項8または9記載のロータアセンブリ。
  11. 前記延長部(34)は、半径方向ピンコネクタ(38)を有し、前記切欠部(36)は、半径方向ルーズフィットホール(40)を有し、1つのセグメント(32)の半径方向ピンコネクタ(38)は、別のセグメント(32)の前記半径方向ルーズフィットホール(40)と取外し可能に係合する、請求項10記載のロータアセンブリ。
  12. 前記セグメント(32)のそれぞれは、前記第1の側(46)に軸方向ピンコネクタ(42)を、前記第2の側(48)に沿って軸方向ルーズフィットホール(44)を有し、1つのセグメント(32)の前記軸方向ピンコネクタ(42)は、別のセグメント(32)に沿った前記軸方向ルーズフィットホール(44)と係合する、請求項8から11までのいずれか1項記載のロータアセンブリ。
  13. 前記複数のセグメント(32)のそれぞれは、少なくとも1つの埋設されたワイヤ(30)によって接続されている、請求項8から11までのいずれか1項記載のロータアセンブリ。
  14. 前記複数のセグメント(32)の横断面寸法は、前記ダンパ(24)の全長に沿った異なる位置に沿って変化している、請求項8から13までのいずれか1項記載のロータアセンブリ。
  15. ダンパ(24)をロータアセンブリに取り付ける方法であって、
    複数のタービンブレード(10)を、ディスクであって、該ディスクに設けられかつディスク周囲に沿って離隔した複数の細長いチャネルを有するディスクに据え付けることを含み、
    前記複数のタービンブレード(10)はそれぞれ、翼と、正圧面(16)と負圧面(18)とによって接続され半径方向に先端部まで延びる外面を提供する後縁(14)および前縁(12)とを有し、
    前記複数のタービンブレード(10)は、前記ディスク上の前記細長いチャネルのそれぞれに据え付けられており、
    複数のダンパ(24)であって、各ダンパ(24)は複数のセグメント(32)を有し、各セグメント(32)は、第1の側(46)と、該第1の側(46)と略反対側の第2の側(48)と、上側(50)と、下側(52)と、長さ(56)と、幅(54)と、厚さ(58)とを有する、複数のダンパ(24)を取外し可能に取り付けることを含む、
    ダンパ(24)をロータアセンブリに取り付ける方法。
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