JP3352690B2 - プラットホームを有するロータブレードサポートおよびダンパの位置決め手段 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はガスタービンエンジンに関し、特に、隣接す
るロータブレードの間にダンパを具備したロータアセン
ブリに関する。

発明の背景 一般的なガスタービンエンジンは、圧縮機、燃焼室お
よびタービンを通って作動流体を連続的に供給するため
の軸方向に延在した環状流路を有する。圧縮機は、作動
流体にエネルギを加える複数の回転ブレードを具備す
る。作動流体は、圧縮機から流出して燃焼室に入る。燃
料は圧縮された作動流体と混合され、その混合物に点火
される。その結果、より多くのエネルギが作動流体に加
えられる。次に、燃焼によって生じた生成物はタービン
を通る時に膨張する。タービンは、膨張した流体からエ
ネルギを抽出する他の複数の回転ブレードを具備する。
この抽出されたエネルギの一部は圧縮機とタービンとを
相互に連結するロータシャフトを介して圧縮機に戻され
る。抽出されたエネルギの残りは、他の機能に利用でき
る。

圧縮機およびタービンのロータブレードは、ガスター
ビンエンジンのロータアセンブリ内に具備されている。
ロータアセンブリは、ロータ軸および複数の回転ディス
クを具備する。ディスクには、ロータブレードを取り付
けるための手段が備えられている。ガスタービンエンジ
ンの作動中に生じる回転力は、ロータアセンブリ構造内
に、大きな応力を発生させる。そのような力に対応する
ためには、回転部分すべてを半径方向に十分に支持しな
ければならない。しかしながら、この種のサポートを備
えると一般にエンジンは大型のものとなり、結果として
エンジンの作動効率が悪くなる。

ロータブレードは、それぞれ翼型部と、プラットホー
ムと、ルート部とを具備する。翼型部は流路を介して延
在し、作動流体と相互作用してロータブレードと作動流
体との間にエネルギを伝達する。プラットホームは、一
般にはロータブレードから横方向に延在し、半径方向に
見て翼型部とルート部との間に配置される。プラットホ
ームは、半径方向外向流れ面を具備する。これら複数の
プラットホームはガスタービンエンジンの長手方向の軸
を中心として円周方向に延在し、作動流体に対して半径
方向内側流れ面を規定する。この内側流れ面は、作動流
体をロータブレードの翼型部に閉じこめる。ルート部
は、ディスクの取り付け部と係合する。

プラットホームには一般に二種類ある。一つは、ロー
タブレードの翼形の形状に近くなるよう湾曲させた横エ
ッジを具備するシェブロンタイプである。この形状で
は、プラットホームのロータブレードからの横方向延在
長を最小限にする。プラットホームの横方向延在長すな
わち片持ち部を最小にすると、回転力によって引き起こ
されるプラットホーム内の曲げ応力も最小になる。

もう一種類のプラットホームは、直線的に延在する平
行な横エッジを具備する。平行エッジが設けられている
ことで製造が容易になるとともにロータブレードのディ
スクへの取り付けも容易になる。しかしながら、この種
のプラットホーム横方向への延在長が長いため、シェブ
ロンプラットホームよりも大きな曲げ応力を受ける。曲
げ応力はプラットホームをロータブレードのルート部お
よび翼型部に取り付ける領域で特に問題となる。この応
力に対応するために、平行エッジ・プラットホームで
は、一般に横エッジ方向に横テーパを付けて半径方向の
寸法をより厚くしている。プラットホームの厚さを増せ
ば、それだけブレードが嵩張る。

もう一つ重要な点は、ロータアセンブリ内の振動エネ
ルギである。振動エネルギは破壊的であってガスタービ
ンエンジンに関連する種々の構成要素に期待される寿命
を短くする場合がある。振動エネルギの大部分はロータ
ブレードと作動流体との相互作用が原因で発生する。こ
れに対する解決策として、各ブレードに接触するダンパ
を設けて、ロータブレード内の振動エネルギを軽減させ
ている。

代表的なダンパは、隣接したロータブレード間に配置
され、隣接したプラットホームの下面と係合している。
そのようなダンパの一つは、シュワルツマン外（Schwar
zmann et al.）に付与された米国特許第4,455,122号、
発明の名称「ブレードからブレードへの振動ダンパ」に
開示されている。開示されたダンパは、ロータブレード
の回転時は隣接したプラットホームの下面に対して遠心
的に押圧される。

そのようなダンパのもう一つの例は、ホーリンガー
（Hallinger）に付与された米国特許第4,457,668号、発
明の名称「タービンホイールディスクの空冷装置を備え
たターボジェットのガスタービンステージ」に開示され
ている。開示されたダンパは、ロータブレード間の流路
を横切って延在するような大きさおよび形状になってい
る。ダンパは、プラットホームと係合させて軸方向に保
持されるように、隣接したプラットホームの下面の輪郭
に合わせて形成された背面を具備している。

これらの開示されたダンパのいずれにおいても問題と
なるのは、ロータブレードのルート部との係合を防げな
いことである。ルート部とダンパとが係合すると、ルー
ト部とダンパの両方に、有害な摩耗が生じる場合があ
る。これは、ルート部とプラットホームが一方の端で鋭
角をなすような半径方向の強度なねじれを有するロータ
ブレードでは特に問題となる。その鋭角をなす端に沿っ
たルート部の表面は、接触により損傷を生じる可能性が
大きくなり易い。

上記の技術にもかかわらず、出願人の譲受人の指導の
下に、科学者や技術者は、組み立てが容易で、軽量で、
そして、耐久性のあるダンパを取り付けたロータブレー
ドアセンブリを開発すべく、職務を遂行している。

発明の開示 本発明によれば、ロータブレードは、ルート部とプラ
ットホームとの間に、半径方向および横方向に延在した
ガセットを具備する。そのガセットは、プラットホーム
に対する半径方向の支持部となり、ダンパをルート部か
ら離れるように作用させるのに適した横方向に丸みのあ
る外エッジを具備する。

本発明の特定の実施態様によれば、ロータブレードア
センブリは、円周上に間隔をあけて配置された複数のロ
ータブレードと、隣接するロータブレードの間に位置す
る複数のダンパを具備する。ロータブレードは、それぞ
れ翼型部、ルート部、それらの間で半径方向に配置され
たプラットホームおよびルート部とプラットホームの間
で半径方向および横方向に延在した、軸方向に間隔をあ
けて配置された一対のガセットを具備する。ガセット
は、それぞれプラットホームに対する半径方向の支持部
となり、また、ダンパを半径方向に見てルート部から外
側に向かって離れるように作用させるのに適した横方向
に丸みのある外エッジを具備する。更に、ガセットは、
それぞれ、横方向に延在した突出部を具備し、軸方向に
ダンパを保持するように、ダンパと係合している。

本発明の主な特長は、ルート部とプラットホームとの
間に延在したガセットである。もう一つの特長は、横方
向で外側に面したガセットの曲面である。特定の実施態
様の特長は、ガセット対が軸方向に間隔をあけて配置さ
れていることと、各ガセットから横方向に延在した突出
部である。

本発明の主な利点は、ガセットによってプラットホー
ムを軸方向に支持できるようにした結果、ロータアセン
ブリの組み立てが容易になったことである。ガセット
は、ロータアセンブリの回転によって生じるプラットホ
ーム内の曲げモーメントに抵抗できるよう半径方向に支
持することによって、平行な横エッジを有するプラット
ホームを使用できるようにする。本発明のもう一つの利
点は、ガセットを間隔をあけて配置してダンパの位置決
めをしたことで、ダンパとルート部との間での摩耗によ
る品質低下がなくなることである。ガセットは、ダンパ
の横方向の動きに伴うダンパとルート部との間の接触を
防ぐために、ルート部から延在している。更に、ガセッ
トは、ロータアセンブリの回転時ダンパを半径方向外向
きに押圧してルート部から横方向に離れさせるために、
ダンパに面した丸みのある表面を具備している。このよ
うな丸みのある表面を設けたことで、ダンパを隣接した
プラットホーム間に延在する位置に維持しやすくなる。
特定な実施態様の利点は、一対の突出部をガセットから
延在させ、ダンパとの係合状態を保持したことで、ダン
パを軸方向に適切な位置に保てることである。

本発明の前述の目的やその他の目的、特長、および利
点は、添付の図面で示されるように、次に示すその具体
的な実施例の詳細な説明からより一層明らかになろう。

図面の簡単な説明 図１は、ガスタービンエンジンの側断面図である。

図２は、ロータアセンブリおよびダンパの側面の部分
断面図である。

図３は、ガセットを有するロータブレード、および、
隣接したロータブレード間のダンパとダンパキャビティ
を示す軸方向断面図である。

図４は、横方向に延在した突出部を持つガセット対を
示すロータブレードの斜視図である。

発明を実施するための最良の形態 図１は、長手方向の軸16を中心として配置された、軸
向流路14を有し、圧縮機18と、燃焼器22と、タービン24
とを具備したガスタービンエンジン12を示す。圧縮機
は、複数の回転ディスク28（各ディスクは、円周上に間
隔をあけて配置され、ディスクから延在した複数のブレ
ード32を有する）を具備したロータアセンブリ26および
流路を介して延在した複数のベーン36を具備したステー
タアセンブリ34を具備する。圧縮機ブレードは、エネル
ギを作動流体に伝達するために、流路を通って流れる作
動流体に作用する。作動流体は、圧縮機から流出して燃
焼器に入り、そこで燃料と混合されて、点火される。燃
焼生成物は、タービンを通過する時に、膨張させられ
る。タービンは、複数のディスク42（各ディスクは、円
周上に間隔をあけて配置された流路を貫いて延在した複
数のブレード44を有する）を具備したタービンロータア
センブリ38および流路を介して延在した複数のベーン48
を有するステータアセンブリ46を具備する。タービンロ
ータブレードは、膨張した燃焼生成物に作用してエネル
ギを作動流体からブレードに伝達する。次にこのエネル
ギの一部は、タービンと圧縮機を相互に連結する一対の
ロータ軸52,54を経て圧縮機に伝達される。この方式に
より、タービンに伝達されたエネルギの一部は、流入す
る作動流体を圧縮するのに利用される。

ここで、図２および図３を参照すると、タービン・ロ
ータアセンブリの一部が示されている。ディスクは、タ
ービン・ロータブレードをそれぞれディスクに固定する
ための取り付け部分56を具備している。図３に示される
ように、取り付け部は、各ブレードと係合する標準的な
もみの木型のリテンションから成る。各ブレードは、翼
型部62と、プラットホーム64とルート部66とを具備す
る。翼型部は流路を介して半径方向に延在し、正圧面68
と負圧面72とを具備する。ルート部は、取り付け部と係
合してブレードをディスクに固定している。プラットホ
ームは、半径方向に見て翼型部とルート部との間に位置
しており、ブレードの周囲で横方向に延在している。プ
ラットホームは、他のプラットホームの外面と協働して
作動流体用の流れ面を規定する半径方向外面74および半
径方向内面76を具備する。

軸方向に間隔をあけて配置されたガセット対78,82
は、ネック83の正圧面側とプラットホームの半径方向内
面76との間に延在している。各ガセットは、ダンパ88と
係合してダンパを軸方向に保持する手段となる横方向に
突き出た突出部84,86を具備する。ネック92の負圧面側
も、ネックから直接延在した軸方向に間隔をあけて配置
された突出部対94を具備する。互いに協働する四つの突
出部は、ダンパを軸方向に保持するとともにダンパキャ
ビティ98内で半径方向に支持する。

図２乃至４に示されるように、ガセットは、ネックの
正圧面側からプラットホームの正圧面側の横方向でほぼ
中心点に向かって延在する。ガセット対は、片持ちプラ
ットホームを半径方向に支持する。ガセットは、プラッ
トホームとの接合部付近で丸みのある横エッジを具備す
る。横エッジの半径R1は、ダンパの外周コーナーの対応
する半径R2よりも大きい。ダンパの外周コーナーは、ダ
ンパ・キャビティ内で、ダンパが横方向に大きく動く
時、ガセットの横エッジと係合してもよい。横エッジと
ルート部との間の距離は、ダンパとルート部の正圧面側
との間が接触するのを防ぐために離してある。ガセット
がない場合、プラットホームとルート部との間のなす角
αが鋭角であるため、ダンパの側面とルート部の正圧面
側との間が、接触する場合もある。接合部の半径R3は、
そのような接触を防がない。

作動中は、ロータアセンブリが回転することで、ダン
パを半径方向外側に押圧し、隣接したプラットホームと
係合させる回転力が発生する。ダンパと隣接したプラッ
トホームとの間の係合により、ロータブレード内の振動
エネルギのレベルは減少する。ダンパの効率を最大にす
るためには、ダンパを、プラットホームの下面に対して
正しい位置におかなければならない。ダンパが、隣接す
るブレードの正圧面側に向かって横方向に動く場合、ダ
ンパの外エッジはガセットの横エッジと係合する。ダン
パの外エッジの半径よりもガセットの横エッジの半径の
方が大きいので、回転力と協働してダンパとガセットと
が係合すると、これによってダンパは横方向に押圧され
てブレードの正圧面から離れる。その結果、ダンパの位
置決め手段が提供されることになる。これにより、ダン
パがブレードのネックと擦れるのを防ぎ、ダンパエンド
やブレードのネック部の品質を落とすのを防ぐ。ダンパ
が、正圧面側のネックから横方向に離れて、負圧面側の
ネックに向かって動く場合、負圧面側のネックとプラッ
トホームの間の接合部にも、丸みを持たせ、ダンパの隣
接する外エッジの半径よりも大きい半径R4を持たせる。
回転力および負圧面側のネックとプラットホーム壁の間
の接合部の半径の組み合わせにより、ダンパが負圧面側
から横方向に離れるように作用する。更に、負圧面側と
プラットホームとの間のなす角βが鈍角なので、接触を
妨ぐことができる。

ダンパが軸方向に取り付け不良とならないように、突
出部が、ダンパを軸方向に保持する手段を提供する。図
２および図３に示されるように、突出部が半径方向に見
てダンパの上流端と下流端の下および間に延在してい
る。突出部は、ロータアセンブリの回転中、ダンパと突
出部の間の接触が、ほとんど、または全く生じないよう
ダンパを緩徐に保持する。ガスタービンエンジンが作動
していない状態では、突出部はダンパを半径方向に支持
する。更に、突出部は、ダンパが長手方向の軸を中心と
して回転せず、またダンパキャビティ内で取り付け不良
とならないように、ダンパを限られた空間に閉じこめ
る。

以上、本発明をタービンロータブレードとして説明し
たが、圧縮機ロータブレードのような他のロータブレー
ドにも同様に適用できることは当業者らによって容易に
理解できよう。更に、必要に応じてガセットの量を変え
てもよいことは当業者らにとっては明らかである。

フロントページの続き (56)参考文献 英国特許2223277（ＧＢ，Ｂ) 米国特許4455122（ＵＳ，Ａ) 米国特許4457668（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01D 5/26

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】長手方向の軸（16）を中心として配置され
   た環状流路（14）を有する軸流タービンエンジン（12）
   用のブレードアセンブリ（38）であって、該ブレードア
   センブリ（38）は、タービンエンジン（12）の動作時は
   長手方向の軸（16）を中心として回転するよう構成さ
   れ、長手方向の軸（16）の周囲に隔置された複数のブレ
   ード（44）を具備し、該ブレード（44）の各々は、翼型
   部（62）と、プラットホーム（64）と、ルート部（66）
   とを具備し、翼型部（62）は流路（14）を介して延在す
   ると共に正圧面（68）と負圧面（72）とを有し、プラッ
   トホーム（64）は翼型部（62）の半径方向内側に配置さ
   れると共にブレード（44）周囲に横方向に延在し、かつ
   半径方向内向面（76）を具備し、ルート部（66）はプラ
   ットホーム（64）および翼型部（62）の半径方向内側に
   配置されると共に該ルート部（66）の半径方向外端に配
   置されたネック（83）を有し、該ネック（83）は正圧側
   および複数のダンパ（88）を含み、各ダンパ（88）は隣
   接するルート部間に環状に配置されると共に、ブレード
   アセンブリ（38）が長手方向の軸（16）を中心として回
   転している間はプラットホーム（64）の半径方向内向面
   （76）と係合し、各ダンパ（88）は曲率半径R2の横エッ
   ジを有し、ブレードアセンブリ（38）の回転によってダ
   ンパ（88）が半径方向外側に押圧されてプラットホーム
   （64）の半径方向内向面（76）と係合するブレードセン
   ブリ（38）において、軸方向に隔置され、ネック（83）
   の正圧面側から延在する一対のガセット（78、82）であ
   って、各々ネック（83）からプラットホーム（64）の半
   径方向内向面（76）まで延在すると共にガセット（78、
   82）とプラットホーム（64）との接合部に曲率半径R1の
   横面を有し、ブレードアセンブリ（38）の回転時にプラ
   ットホーム（64）の正圧側を半径方向に支持する一対の
   ガセット（78、82）を具備し、ダンパ（88）と隣接する
   正圧側ネック（83）とが相対的に十分横方向に移動する
   とダンパ（88）とガセット（78、82）の横面とが係合
   し、ブレードアセンブリ（38）の回転時にダンパ（88）
   とガセット（78、82）とが係合することで、ダンパ（8
   8）が半径方向外側に移動して正圧側ネック（83）面か
   ら横方向に離れるようR1＞R2としたことを特徴とするブ
   レードアセンブリ（38）。
2. 【請求項２】ガセット（78、82）の各々は、該ガセット
   （78、82）から横方向に延在する突出部（84、86）を具
   備し、該突出部 （84、86）はダンパ（88）の一つと係合して該ダンパ
   （88）を軸方向に保持することを特徴とする請求項１記
   載のブレードアセンブリ（38）。
3. 【請求項３】プラットホーム（64）は直線的に延在す
   る、互いに平行な横エッジを有することを特徴とする請
   求項１記載のブレードアセンブリ。
4. 【請求項４】ネック（83）の正圧面側とプラットホーム
   （64）の半径方向内向面（76）とは角度αをなし、α＜
   90゜であることを特徴とする請求項１記載のブレードア
   センブリ（38）。
5. 【請求項５】プラットホーム（64）は直線的に延在す
   る、互いに平行な横エッジを有し、ネック（83）の正圧
   面側とプラットホーム（64）の半径方向内向面（76）と
   は角度αをなし、α＜90゜であることを特徴とする請求
   項２記載のブレードアセンブリ（38）。
6. 【請求項６】長手方向の軸（16）を中心として配置さ
   れ、ロータアセンブリ（38）を具備する環状流路（14）
   を有する軸流ガスタービンエンジン（12）用のロータブ
   レード（44）であって、ロータアセンブリ（38）は、複
   数のロータブレード（44）と複数のダンパ（88）とを具
   備し、複数のロータブレード（44）は長手方向の軸の周
   囲に隔置され、各ダンパ（88）は隣接したロータブレー
   ド（44）間に配置されると共に曲率半径R2の横エッジを
   有し、ロータブレード（44）は、翼型部（62）と、プラ
   ットホーム（64）と、ルート部（66）とを具備し、翼型
   部（63）は流路（14）を介して延在すると共に正圧面
   （68）および負圧面（72）を有し、プラットホーム（6
   4）は翼型部（62）の半径方向内側に配置されると共に
   ブレード（44）周囲に横方向に延在し、かつ半径方向内
   向面（76）を具備し、ルート部（66）はプラットホーム
   （64）の半径方向内側に配置されると共に該ルート部
   （66）の半径方向外端に配置されたネック（83）を有
   し、該ネック（83）は正圧側を具備するロータブレード
   （44）において、 軸方向に隔置され、ネック（83）の正圧面側から延在す
   る一対のガセット（78、82）であって、各々ネック（8
   3）からプラットホーム（64）の半径方向内向面（76）
   まで延在すると共にガセット（78、82）とプラットホー
   ム（64）との接合部に曲率半径R1の横面を有し、ブレー
   ドアセンブリ（38）の回転時にプラットホーム（64）の
   正圧側を半径方向に支持する一対のガセット（78、82）
   を具備し、ブレードアセンブリ（38）が回転するとダン
   パ（88）は半径方向外側に押圧されてプラットホーム
   （64）の半径方向内向面（76）と係合し、ダンパ（88）
   と隣接する正圧側ネック（83）とが相対的に十分横方向
   に移動するとダンパ（88）とガセット（78、82）の横面
   とが係合し、ブレードアセンブリ（38）の回転時にダン
   パ（88）とガセット（78、82）とが係合することで、ダ
   ンパ（88）が半径方向外側に移動して正圧側ネック（8
   3）面から横方向に離れるようR1＞R2としたことを特徴
   とするロータブレード（44）。
7. 【請求項７】ガセット（78、83）の各々は、該ガセット
   （78、82）から横方向に延在する突出部（84、86）を具
   備し、該突出部 （84、86）はダンパ（88）の一つと係合して該ダンパ
   （88）を軸方向に保持することを特徴とする請求項６記
   載のロータブレード（44）。
8. 【請求項８】プラットホーム（64）は直線的に延在す
   る、互いに平行な横エッジを有することを特徴とする請
   求項６記載のロータブレード（44）。
9. 【請求項９】ネック（83）の正圧面側とプラットホーム
   （64）の半径方向内向面（76）とは角度αをなし、α＜
   90゜であることを特徴とする請求項６記載のロータブレ
   ード（44）。
10. 【請求項１０】プラットホーム（64）は直線的に延在す
    る、互いに平行な横エッジを有し、ネック（83）の正圧
    面側とプラットホーム（64）の半径方向内向面（76）と
    は角度αをなし、α＜90゜であることを特徴とする請求
    項６記載のロータブレード（44）。