JP3779760B2 - 軸流タービンエンジン用ロータ組立体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、一般にはタービンエンジンロータ組立体に関し、更に詳細には、タービンエンジンロータ組立体の隣接するロータブレード間の隙間を密封すると共に振動を減衰する装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
軸流タービンエンジンにおけるタービンセクション及び圧縮機セクションは一般にロータ組立体を包含し、このロータ組立体は回転ディスク及びこのディスクの外周まわりに取付けられている複数のロータブレードを包含する。そして、各ロータブレードは、エアフォイル、根元及びこれら根元とエアフォイルとの間の移行部に設けられているプラットフォームを包含する。各ブレードの根元は、ディスクにこのブレード根元と補形し合う形状に形成されているくぼみの中に受入れられる。また、各ブレードのプラットフォームは横方向外向きに延び、集合してタービンを通過する流体のための流路を形成する。当業者であれば、流体が隣接するブレードプラットフォーム間の隙間を通してプラットフォームの一方の側から他方の側へ通過するのを防止することは優れた利益であることをわかるであろう。この目的のために、従来、隣接するブレードプラットフォーム間にシールを設けて流体の漏れを防止することが知られている。
【０００３】
しかして、タービンエンジンの作動中、ロータ組立体は温度、圧力及び密度が変化する流体によって多様の速度で回転する。その結果として、ブレードはディスクに関して振動を生じる。このようなロータブレードの振動を阻止しないと、エンジンの効率のみならず、その構成部材の許容寿命に悪い影響を及ぼす。
【０００４】
このため、当業者であれば、従来、タービンエンジンロータ組立体のロータブレードの振動を減衰する装置を設けることが知られていることはわかっているであろう。その幾つかの例によれば、ダンピング装置は、また、隣接するブレードプラットフォーム間のシールとしても作動する。しかしながら、このような解決方法は、最適なシーリング材料が最適なダンピング材料ではないという欠点がある。したがって、シーリング機能及びダンピング機能のいずれか一方又は両方の性能が弱められる。また、他の例として、ダンピング装置及びシーリング装置がお互いに独立しているものがある。この例によれば、ダンピング装置はブレードプラットフォームの根元側表面に対して作用するように設けられ、一方シーリング装置はダンピング装置とブレードプラットフォームとの間で該ブレードプラットフォームの下側を滑動させられる。しかしながら、このような解決方法は、一対の隣接するブレードをディスクに取付けた後に、シール部材を盲目的に取付けなければならない欠点がある。そして、シール部材は盲目的に滑動させられるので、その滑動を案内する手段、通常はロータブレードに鋳造された追加の表面の形の案内手段が必要とされる。
【０００５】
以上述べたことから、前述した従来の欠点を除去する、タービンエンジンロータ組立体の振動を減衰する装置及び隣接するロータブレード間の隙間を密封する装置が要望されている。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、このような要望に応じてなされたものである。したがって、本発明の目的は、まず、タービンエンジンロータ組立体の振動を減衰する装置を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、隣接するロータブレード間の隙間を密封する装置を提供することにある。
【０００８】
更に、本発明の更に他の目的は、タービンエンジンロータ組立体の組立を容易にするダンピング装置及びシーリング装置を提供することにある。
【０００９】
更に他に、本発明の更に他の目的は、シーリング装置の不正確な取付けを防止するシーリング装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の更に他の目的は、各鋳造タービンエンジンロータブレードの形状を簡単にすることにある。
【００１１】
更に、本発明の更に他の目的は、各鋳造タービンロータブレードの質量を減少することにある。
【００１２】
更に他に、本発明の更に他の目的は、各鋳造タービンロータブレードに発生する応力の回数を減少することにある。
【００１３】
最後に、本発明の更に他の目的は、取付け位置が各ロータブレードのエアフォイルから独立しているタービンエンジンブレードダンピング装置を提供することにある。
【００１４】
以上述べた目的を達成するために、本発明によれば、次に述べるようなタービンエンジンロータ組立体の隣接するロータブレード間の隙間を密封すると共にロータブレードの振動を減衰する装置が提供される。すなわち、本装置はプラットフォームシールとダンピングブロックとを包含する。ダンピングブロックは、プラットフォームシールから独立していて、プラットフォームシールとダンピングブロックとを連結する手段を包含する。このダンピングブロックは、プラットフォームシールの前方でタービンエンジンロータ組立体の一対の隣接するロータブレードに対して選択的に作用し、それ故プラットフォームシールに干渉されることはない。そして、連結されたダンピングブロックとプラットフォームシールは、一対の隣接するロータブレードがロータディスクに取付けられる前にディスクに取付けられ、これによりプラットフォームシールが盲目的に取付けられることはなくなる。
【００１５】
このような構成の本発明の利益は、隣接するブレード間の隙間を密封する装置及びブレード振動を減衰する装置の取付けが非常に容易になることである。
【００１６】
また、本発明の他の利益は、隣接するブレード間の隙間を密封するシール部材の正確な取付けが容易になることである。すなわち、盲目的な取付けがなくされ、シール部材を正確に位置決めする手段が提供される。
【００１７】
更に、本発明の更に他の利益は、本発明のダンピング装置及びシーリング装置によれば、各鋳造ロータブレードの形状を単純にすることができることである。“単純形状（クリーナ：ｃｌｅａｎｅｒ）”の鋳造はそのコストが安く、また後で機械加工するのが容易である。更に、本発明のダンピング及びシーリング装置によれば、ダンパ部材をシール部材に対して作用させる又はシール部材を案内する追加の表面を設ける必要がなくなる。その結果として、各ロータブレードは小さい応力を発生させるだけである。当業者であれば、ロータブレードの応力発生の回数を減少させ、それ故ブレードの許容寿命を長くすることは優れた利益であることをわかるであろう。
【００１８】
更に他に、本発明の更に他の利益は、本発明の“単純形状”鋳造ロータブレードは従来知られている多くの同種の鋳造ロータブレードよりも小さい質量を有することである。そして、質量の減少により、ブレードに発生する応力及びひずみが減少する。
【００１９】
更に他に、本発明の更に他の利益は、ダンピング装置の前方位置が各ロータブレードのエアフォイルから独立していることである。多くのロータブレードにおいては、そのエアフォイルの凸面側はプラットフォームの一方の縁に接近している。その結果として、従来は、ダンピング装置をロータブレードのエアフォイルを避けて横に変えた位置で作動するように設計するか、又はダンピング装置を受入れるポケットを鋳造ロータブレードに形成するようにしている。しかしながら、このような方法はどちらもロータブレード又はダンピング機能に悪い影響を及ぼすものである。
【００２０】
本発明の以上述べた目的、特徴及び利益は添付図面を参照して詳述する下記の好適な実施例についての説明から一層明らかになるであろう。
【００２１】
【発明を実施するための最良の形態】
図１は、本発明の好適な実施例にしたがって、タービンブレード１０が、タービンブレードロータ組立体の隣接するブレード１０間の隙間を密封すると共に隣接するブレード１０の振動を減衰するシール及びダンパ装置１２を備えている構成を示している。このシール及びダンパ装置１２は、プラットフォームシール１４とダンピングブロック１６とを包含する。プラットフォームシール１４は、幅１８、及び第１の端２２と第２の端２４とにより限定されている長さを有する薄い板状体から成っている。そして、プラットフォームシール１４の第１の端２２はフック状に形成されている。
【００２２】
また、ダンピングブロック１６は、特に図２に良く示されているように、本体２６と、一対のフランジ２８と、ロッド３０と、気擦（ウインデイジ）表面３２とを包含する。本体２６は、一対の隣接するブレード１０に接触するための一対の摩擦表面３４を包含する（特に、後述する図３を参照）。一対のフランジ２８は、本体２６の両側に形成され、各々本体２６から外へ延びる突出部分３６を包含する。そして、ロッド３０が本体２６から外へ延びるこれらフランジ２８の突出部分３６間に設けられている。また、気擦表面３２は、図１及び図２に示されるように、ダンピングブロック１６の前方側に形成されている。この気擦表面３２は、空気をタービン内の特定通路に沿って導くような外形にされている。なお、ダンピングブロック１６は前述したような一体構造物として形成することができるけれども、選択的に、そのブロック要素２６，２８，３０，３２をそれぞれ独立するピースとして作り、これらのピースを従来公知の適当な締結手段を用いて組立てることもできる。
【００２３】
再び図１を参照するに、各タービンブレード１０はエアフォイル４０と、根元４２と、プラットフォーム４４とを包含する。プラットフォーム４４は、根元４２とエアフォイル４０との間の移行部で横方向外向きに延びて、ブレードエアフォイル側４６と、ブレード根元側４８と、幅５０と、前方縁５４から後方縁５６に延びる長さ５２とを有する。そして、長さ方向の両側の各々において、プラットフォーム４４は、一対の位置決め表面５８と、シールポケット６０と、ダンピングブロック１６の摩擦表面３４を受入れるダンピング棚６２とを包含する。すなわち、一対の位置決め表面５８は、プラットフォーム４４の長さ方向の両側の各々から横方向外向きに延びてプラットフォーム４４のブレード根元側４８に延びている。また、シールポケット６０は、プラットフォーム４４のブレード根元側４８においてプラットフォーム４４の後方部分に形成され、このシールポケット６０の開口が前方縁５４に向かって面している。更に、ダンピング棚６２は、プラットフォーム４４のブレード根元側４８においてプラットフォーム４４の前方部分に形成されている。
【００２４】
次に図３を参照するに、タービンブレードロータ組立体６６の一部分はディスク６８に取付けられている一対の隣接するタービンブレード１０を包含する。ディスク６８は、その外表面７２の周りに配列されて各タービンブレード１０の根元４２を受入れる複数のくぼみ７０を包含する。この図３は、従来のクリスマスツリー形状を有するブレード根元４２及びくぼみ７０を示している。選択的に、これらブレード根元及びくぼみの形状は他の形状とすることができる。ディスク６８は、更に、ディスク６８の外表面７２に形成されてダンピングブロック１６を受入れる環状スロット７４を包含する。図５及び図６は、側面から見た環状スロット７４を示している。
【００２５】
次に図４、図５及び図６を参照するに、タービンブレードロータ組立体６６は、図４に示されているように、まず、プラットフォームシール１４とダンピングブロック１６とを連結することにより組立てられる。すなわち、ダンピングブロック１６のロッド３０はプラットフォームシール１４のフック状の第１の端２２内に受入れられ、それからシール１４はダンピングブロック１６がシール１４とブロック１６とが外れるのを防止する位置にまで回転させられる。選択的に、前述したフックとロッドの手段に代えて、他の補形し合う一対の部材を用いることもできる。
【００２６】
それから、一対の隣接するタービンブレードの一方、すなわち第１のタービンブレード１０がまずディスク６８に取付けられる。すなわち、上述の如く連結されたプラットフォームシール１４とダンピングブロック１６とがディスク６８の環状スロット７４内に置かれ、それから、図５に矢印で示されるように、第１のブレード１０が横方向からディスク６８に組付けられる。これにより、図１及び図６に示されるように、プラットフォームシール１４の第２の端２４はシールポケット６０内に受入れられ、またプラットフォームシール１４は横方向位置決め表面５８に接触させられる。この状態において、（１）プラットフォームシール１４の第２の端２４がシールポケット６０によって所定の半径方向位置に維持され、また（２）ダンピングブロック１６の重さによりプラットフォームシール１４の第１の端２２とダンピングブロック１６とが環状スロット７４内の最も下方の半径方向位置に維持され（図５を参照）、更に（３）横方向位置決め表面５８がプラットフォームシール１４の幅１８（図１を参照）のほぼ半分をプラットフォーム４４の長さ方向側縁７６の横方向外側に維持する。そして、環状スロット７４の深さ７８は、連結しているプラットフォームシール１４とダンピングブロック１６とを、第２のタービンブレード、すなわち他方の隣接するタービンブレードの取付けに邪魔にならないような位置に置くことができるようにする。位置決め表面５８による横方向位置決めは、プラットフォームシール１４の幅の他のほぼ半分が他方の隣接するタービンブレードにさらされることを確実にする。他方の隣接するタービンブレードは、その後、上記プラットフォームシール１４の幅の他のほぼ半分上に位置するようにディスクに横方向から組付けられる。この場合、第１のタービンブレード１０のシールポケット６０は、プラットフォームシール１４の第２の端２４を第２の、すなわち他方の隣接するタービンブレードのシールポケット６０により受入れられるのに適当な位置に維持する。そして、以上述べた取付け手順が各タービンブレード１０ごとに繰り返される。
【００２７】
次に再び図６を参照するに、各タービンブレード１０の取付けを完了した後、そのタービンブレードロータ組立体６６がタービンエンジン（図示せず）内で回転させられると、図３及び図６に示されるように、遠心力が連結されているダンピングブロック１６とプラットフォームシール１４とを半径方向外向きに付勢して、タービンブレード１０に接触させる。この状態において、各ダンピングブロック１６の摩擦表面３４は一対の隣接するタービンブレード１０のダンピング棚６２に接触し、またプラットフォームシール１４はプラットフォーム４４のブレード根元側４８に接触してブレード１０間の隙間を密封する。そして、ダンピングブロック１６の質量及びこのダンピングブロックに加えられた遠心力が、各プラットフォーム４４のダンピング棚６２に対して実質的に垂直な方向で各プラットフォーム４４に向けられる。その結果として、ブレード１０の振動運動はダンピングブロック１６とプラットフォーム４４との間の摩擦力により減衰させられる。
【００２８】
以上本発明の好適な実施例について詳述したけれども、当業者であれば、本発明は決してこの好適な実施例に限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱することなしに種々の変形をなし得ることを理解されよう。例えば、前述した本発明の好適な実施例は本発明をタービンブレード及びディスク組立体に適用したものであるが、本発明によるタービンエンジンロータ組立体はガスタービンの圧縮器の部分にも等しく適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例によるシール及びダンパ装置がブレードに取付けられている状態を示す斜視図である。
【図２】図１中のダンピングブロックの斜視図である。
【図３】本発明の好適な実施例によるシール及びダンパ装置が一対の隣接するブレード間に取付けられている状態を示す、ロータ組立体のブレード及びディスクの断面図である。
【図４】図３中のシールとダンピングブロックとがどのようにして連結されるかを示す図である。
【図５】本発明の好適な実施例によるシール及びダンパ装置を示すものであって、矢印はブレードがディスクにどのような方向から組付けられるかを示している。
【図６】本発明の好適な実施例によるシール及びダンパ装置とブレードとがディスクに組付けられている状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ タービンブレード
１２ シール及びダンパ装置
１４ プラットフォームシール（板状体）
１６ ダンピングブロック
１８ プラットフォームシールの幅
１９ ブレード根元側表面
２２ 第１の端
２４ 第２の端
２６ 本体
２８ フランジ
３０ ロッド
３２ 気擦表面
３４ 摩擦表面
３６ 突出部分
４０ エアフォイル
４２ 根元
４４ プラットフォーム
４６ ブレードエアフォイル側
４８ ブレード根元側
５０ プラットフォームの幅
５２ プラットフォームの長さ
５４ 前方縁
５６ 後方縁
５８ 位置決め表面
６０ シールポケット
６２ ダンピング棚
６６ タービンブレードロータ組立体
６８ ディスク
７０ くぼみ
７２ 外表面
７４ 環状スロット
７６ 側縁
７８ スロットの深さ

Claims (7)

1. 軸流タービンエンジン用ロータ組立体において、
   （１）各々、根元、エアフォイル、及びこれら根元とエアフォイルとの間で横方向外向きに延びるプラットフォームを有する複数のブレードと、
   （２）周方向に配列されて前記ブレード根元の各々を受入れる複数のくぼみを有する外表面、この外表面に形成された環状スロット、及びロータ組立体がまわりを回転する回転軸線を有するディスクと、
   （３）各々、第１の端及び第２の端を有する複数のプラットフォームシールと、
   （４）各々、前記プラットフォームシールのひとつに連結されている複数のダンピングブロックと
   を包含し、
   各連結されたダンピングブロック及びプラットフォームシールは前記スロット内に位置され、該連結されたダンピングブロック及びプラットフォームシールから干渉されることなしに一対の隣接するブレードの各々を前記ディスクに取付けることができるようにし、
   また、ロータ組立体の十分な速度での回転により前記ダンピングブロックが前記スロット内で半径方向外向きに動かされ、前記プラットフォームシールの前方で一対の隣接するブレードに対して作用するようにしたことを特徴とするロータ組立体。
2. 請求項１記載のロータ組立体において、前記ダンピングブロックは実質的に前記ブレードのエアフォイルの前方で一対の隣接するブレードのプラットフォームに対して作用する、ロータ組立体。
3. 請求項１記載のロータ組立体において、前記ブレードの各々は更に前記プラットフォームシールのひとつの第２の端を受入れるシールポケットを包含し、このシールポケットは組立中に前記プラットフォームシールを他の隣接するブレードにより受入れようとする位置に維持してプラットフォームシールの不整列を防止する、ロータ組立体。
4. 請求項１記載のロータ組立体において、前記ブレードの各々は、更に、
   前記ブレードの根元とプラットフォームとの間に形成されて前記ブレードの両側から横方向外向きに延び、組立中は前記プラットフォームシールを一対の隣接するブレード間に横に置くが、組立後は前記プラットフォームシールを前記一対の隣接するブレード間に維持する一対の表面と、
   前記プラットフォームシールのひとつの第２の端を受入れ、組立中はこのプラットフォームシールを他の隣接するブレードにより受入れようとする位置に維持してプラットフォームシールの不整列を防止するシールポケットと
   を包含する、ロータ組立体。
5. 請求項４記載のロータ組立体において、前記ダンピングブロックは実質的に前記ブレードのエアフォイルの前方で一対の隣接するブレードのプラットフォームに対して作用する、ロータ組立体。
6. タービンブレードにおいて、
   タービンブレードをディスクに取付ける手段を有する根元と、
   エアフォイルと、
   これら根元とエアフォイルとの間の移行部でタービンブレードから外方へ延びるプラットフォームと
   を包含し、前方プラットフォームが、
   長さと、
   幅と、
   タービンブレードの長さ方向の両側から横方向外向きに延び、組立中はプラットフォームシールを一対の隣接するタービンブレード間に横に置くが、組立後は前記プラットフォームシールを前記一対の隣接するタービンブレード間に維持する一対の表面と、
   前記プラットフォームシールの一端を受入れ、組立中はこのプラットフォームシールを他の隣接するタービンブレードにより受入れようとする位置に維持してプラットフォームシールの不整列を防止するシールポケットと
   を包含することを特徴とするタービンブレード。
7. 請求項６記載のタービンブレードにおいて、更に、前記プラットフォームの前方部分に形成されて、ダンピング手段の摩擦表面を受入れるダンピング棚を包含する、タービンブレード。

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