JP4718899B2 - タービンロータをバランスさせるための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的にはガスタービンエンジンロータを組立てるための方法及び装置に関する。

ガスタービンエンジンは、一般的に直列流れ配置で、エンジンを通って流れる空気を加圧するための低圧圧縮機及び高圧圧縮機と、その中で燃料が加圧空気と混合されかつ点火されて高温ガス流を形成する燃焼器と、高圧タービンとを含む。さらに、少なくとも１つの公知のガスタービンはまた、複数の段を備えた低圧タービンを含み、各それぞれの段は、固定タービンケースに取付けられた固定ノズルガイドベーンの列と、回転タービンディスクに結合された複数の円周方向に間隔をおいて配置されたロータブレードを含むロータとを含む。タービンロータブレードの少なくとも幾つかは、ロータブレードをタービンディスクに結合するブレード根元と、ブレード根元からブレード先端シュラウドまで半径方向外向きに延びる翼形部とを含む。

運転中、ガスタービンエンジンは、比較的高い回転速度で回転する。従って、小さなロータアンバランスでさえエンジン運転に悪影響を与えるので、ガスタービンロータを適切にバランスさせることにより、タービンエンジンの運転を高めることが可能になる。

従って、タービンロータをバランスさせることを可能にするために、少なくとも１つの公知のガスタービン組立体は、少なくとも１つのタービンロータブレードに結合されたほぼＵ字形状のクリップを含む。しかしながら、Ｕ字形状クリップを組立てかつ取付けることは、クリップの構成により該クリップをタービンロータブレードに結合するのが妨げられるおそれがあるので、時間が掛かることになる。より具体的には、Ｕ字形状クリップを取付けるのに先立って、技術者は、取付け方法について訓練を受けなければならず、またその取付けに続いて、タービンロータは、各Ｕ字形状クリップが正しく取付けられたことを保証するために検査される必要がある。従って、生産費及び人件費の増加は、このようなクリップを用いることで得られる利益を上回る可能性がある。
米国特許５，３２０，４８７号公報

１つの態様では、ガスタービンロータを組立てる方法を提供する。本方法は、少なくとも１つのタービンブレードが前縁から対向する後縁まで延びるブレード先端シュラウドを備えた複数のタービンブレードを含むガスタービンロータを準備する段階と、バランスクリップを少なくとも１つのタービンブレードに結合する段階とを含む。バランスクリップは、該クリップが先端シュラウド前縁及び後縁間で延びるのを可能にする第１の長さを有しかつ先端シュラウド前縁に結合するように構成された第１のフックを含む第１の部分と、先端シュラウド後縁及び前縁の少なくとも１つから対向するシュラウド端縁に向かって部分的にのみ延びるような、第１の長さよりも短い第２の長さを有する第２の部分と、第１及び第２の部分間で延びかつ先端シュラウド前縁及び後縁の少なくとも１つに結合するように構成された第２のフックとを含む。

別の態様では、ガスタービンロータ用のバランスクリップを提供する。ガスタービンロータは、複数のタービンブレードを含み、タービンブレードの少なくとも１つが前縁から対向する後縁まで延びるブレード先端シュラウドを含む。本バランスクリップは、該バランスクリップが先端シュラウド前縁及び後縁間で延びるのを可能にする第１の長さを有しかつ先端シュラウド前縁に結合するように構成された第１のフックを含む第１の部分と、先端シュラウド後縁及び前縁の少なくとも１つから対向するシュラウド端縁に向かって部分的にのみ延びるような、第１の長さよりも短い第２の長さを有する第２の部分と、第１及び第２の部分間で延びる、該クリップを先端シュラウド前縁及び後縁の少なくとも１つに結合するための第２のフックとを含む。

さらに別の態様では、ガスタービンエンジンを提供する。本ガスタービンエンジンは、複数のロータブレードを含み、かつロータブレードの少なくとも１つが前縁から対向する後縁まで延びるブレード先端シュラウドを備えたロータ組立体を含む。本ガスタービンエンジンはまた、バランスクリップを含み、バランスクリップは、該バランスクリップが先端シュラウド前縁及び後縁間で延びるのを可能にする第１の長さを有しかつシュラウド前縁に結合するように構成された第１のフックを含む第１の部分と、先端シュラウド後縁及び前縁の少なくとも１つから対向するシュラウド端縁に向かって部分的にのみ延びるような、第１の長さよりも短い第２の長さを有する第２の部分と、第１及び第２の部分間で延びかつ先端シュラウド前縁及び後縁の少なくとも１つに結合するように構成された第２のフックとを含む。

図１は、例示的な公知のバランスクリップ５００の斜視図である。バランスクリップ５００は、ほぼＵ字形状であり、第１のフック５０４を有する第１の部材５０２と、第２のフック５０８を有する第２の部材５０６とを含む。バランスクリップ５００はまた、第１及び第２の部材５０２及び５０６間で延びる第３のフック５１０を含む。第１及び第２の部材５０２及び５０６は、それぞれバランスクリップ５００がタービンロータブレード（図示せず）を少なくとも部分的に囲むように、互いに単体構造として形成される。第１の部材５０２は長さ５１２を有し、また第２の部材５０６は、長さ５１２とほぼ等しい長さ５１４を有する。さらに、第１のフック５０４及び第２のフック５０８は、クリップ５００をタービンロータブレード先端シュラウド（図１には図示せず）の外周部に結合するのを可能にする。しかしながら、組立て時、バランスクリップ５００をタービンロータブレードに結合することは、第２のフック５０８がタービンロータブレード先端シュラウドに正しく結合されることを保証するために、特殊工具を必要とする。より具体的には、長さ５１２が長さ５１４とほぼ等しいので、第２のフック５０８をタービンロータブレードに結合することは、技術者が特殊工具を使用して第２のフック５０８を結合することを必要とする。さらに、第２のフック５０８をタービンロータブレードに結合した後に、バランスクリップ５００が正しく取付けられたことを保証するために、検査が行われる。従って、第２のフック５０８が正しく取付けられることを保証するためには、特別な作業者の訓練と特殊工具とを必要とする。

図２は、低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１４及び燃焼器１６を含む例示的なガスタービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０はまた、高圧タービン１８及び低圧タービン２０を含む。

運転中、空気は低圧圧縮機１２を通って流れ、加圧された空気は低圧圧縮機１２から高圧圧縮機１４に供給される。高度に加圧された空気は燃焼器１６に送給される。燃焼器１６からの空気流（図１には図示せず）がタービン１８及び２０を駆動する。１つの実施形態では、ガスタービンエンジン１０は、オハイオ州シンシナチ所在のゼネラル・エレクトリック社から購入可能なＬＭ２５００型エンジンである。別の実施形態では、ガスタービンエンジン１０は、オハイオ州シンシナチ所在のゼネラル・エレクトリック社から購入可能なＬＭ６０００型エンジンである。さらに別の実施形態では、ガスタービンエンジン１０は、オハイオ州シンシナチ所在のゼネラル・エレクトリック社から購入可能なＬＭ１６００型エンジンである。

図３は、低圧タービン２０（図２に示す）の一部分の拡大断面図である。この例示的な実施形態では、低圧タービン２０は、５つの段３０を含み、各段３２、３４、３６、３８及び４０は、それぞれ複数の円周方向に間隔をおいて配置されたステータベーン４２と、それぞれのロータディスク４６から延びる複数の円周方向に間隔をおいて配置されたロータブレード４４と含む。

図４は、低圧タービン２０で用いることができる例示的なロータブレード５０の拡大斜視図である。各ブレード５０は、翼形部５２と、公知の方法でブレード５０をロータディスク４６（図３に示す）のようなロータディスクに取付けるために用いる一体形のダブテール５４とを含む。

各翼形部５２は、第１の成形側壁５６と第２の成形側壁５８とを含む。第１の側壁５６は凸形であり、翼形部５２の負圧側面を形成し、また第２の側壁５８は凹形であり、翼形部５２の正圧側面を形成する。側壁５６及び５８は、翼形部５２の前縁６０と軸方向に間隔をおいて配置された後縁６２とにおいて接合される。より具体的には、翼形部後縁６２は、翼形部前縁６０から翼弦方向にかつ下流側に間隔をおいて配置されている。第１及び第２の側壁５６及び５８は、それぞれダブテール５４に隣接して位置するブレード根元６４から翼形部先端６６までスパンにわたって長手方向又は半径方向外向きに延びる。この例示的な実施形態では、翼形部先端６６は、翼形部５２から離れる方向に該翼形部先端から半径方向外向きに延びる先端シュラウド６８を含む。先端シュラウド６８は、下面７０と、シール（図示せず）に摺動可能に接触するように構成された上面７２と、前縁７４と、後縁７６とを含む。

図５は、バランスクリップ１００の上面斜視図である。図６は、バランスクリップ１００の下面斜視図である。この例示的な実施形態では、バランスクリップ１００は、ほぼＬ字形状であり、第１の長さ１０４を有する第１の部分１０２と第１の長さ１０４よりも短い第２の長さ１０８を有する第２の部分１０６とを含む。第１の部分１０２は、該第１の部分１０２と単体構造に形成された第１のタブ１１０を含み、また第２の部分１０６は、該第２の部分１０６と単体構造に形成された第２のタブ１１２を含む。バランスクリップ１００は、第１の部分１０２の第１の端部１１６に結合された第１のフック１１４と、第１の部分１０２の第２の端部１２０及び第２の部分１０６の第１の端部１２２に結合された第２のフック１１８とを含む。この例示的な実施形態では、第１の部分１０２、第２の部分１０６、第１のタブ１１０、第２のタブ１１２、第１のフック１１４及び第２のフック１１８は、互いに一体形に形成されて、単体構造のバランスクリップ１００を形成する。この例示的な実施形態では、バランスクリップ１００は、それに限定されないが、インコネル７１８及び／又はＡＭＳ５５９６のような金属材料で製作される。

図７は、ロータブレード５０に結合された、図５に示すバランスクリップ１００の上面斜視図である。図８は、ロータブレード５０に結合されたバランスクリップ１００の下面斜視図である。組立て時、バランスクリップ１００は、例示的なタービンロータブレードに結合される。ＬＭ６０００型で使用する第５段タービンロータブレードに関して本発明を説明しているが、本明細書に記載したバランスクリップは、先端シュラウドを有する少なくとも１つのタービンロータブレードを含む任意のタービンロータに使用可能であることを理解されたい。より具体的には、第１の部分１０２は、該第１の部分１０２が第１の形成側壁５６に隣接して位置しかつ第２の部分１０６が第２の形成側壁５８に隣接して位置するように、先端シュラウド６８に隣接して位置決めされる。次に、第１のフック１１４が前縁７４に結合するように、第１のフック１１４を先端シュラウド６８に対して結合する。次に、第２のフック１１８が後縁７６に結合するように、第２のフック１１８を先端シュラウド６８に対して結合する。この例示的な実施形態では、複数のバランスクリップ１００が、低圧タービン２０の第５段目４０における複数のタービンロータブレードに結合される。

作業において、低圧タービン２０の第５段４０におけるロータブレード５０に複数のバランスクリップ１００を結合し、次に、第５段４０が正しくバランスされていることを保証するのに十分な速度で低圧タービン２０を回転させる。バランス作業の間、所望のバランスが得られるまで、バランスクリップ１００を低圧タービン２０に結合するか、又はバランスクリップ１００を低圧タービン２０から取外すかのいずれかを行う。その後、各バランスクリップ１００をかしめるか又は強制的に押し込んで、バランスクリップ１００をタービンブレード５０に恒久的に結合することを可能にする。より具体的には、各それぞれのバランスクリップ１００上の第２のフック１１８を後縁７６に対してかしめて、バランスクリップ１００を各それぞれのロータブレード５０に固定するのを可能にする。

この例示的な態様では、第１のフック１１４及び第２のフック１１８は、先端シュラウド６８に摩擦で結合されて、バランスクリップ１００を先端シュラウド上で軸方向に拘束することを可能にし、一方、第１のタブ１１０及び第２のタブ１１２は、バランスクリップ１００を円周方向に拘束し、バランスクリップ１００が翼形部５２の周りで「回転」するのを制限することを可能にする。

上述したタービンロータ組立体を組立てるための方法及び装置は、タービンロータをバランスさせるのを可能にし、エンジン運転中に公知のバランスクリップがタービンロータから外れた場合に生じる可能性があったエンジン故障を防止するのを可能にするのにコスト効果がありかつ高い信頼性がある。例えば、従来技術のバランスクリップは３つのフックを含むので、バランスクリップをタービンロータに結合するために特殊の工具と訓練とが必要である。しかしながら、本明細書で説明したバランスクリップは２つのフックのみを含むので、バランスクリップを取付けるのに特殊な工具又は訓練を必要としない。その結果、本明細書で説明した方法及び装置は、コスト効果がありかつ信頼性がある方法でガスタービンロータを組立てかつバランスさせることを可能にする。

以上、ガスタービンロータをバランスさせるための方法及び装置の例示的な実施形態を詳細に説明している。本バランスクリップは本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、本バランスクリップは本明細書に記載した他のコンポーネントとは独立してかつ別個に利用することができる。例えば、本バランスクリップは２つのみのフックを含むので、本バランスクリップは、ブレードシュラウトを含む各種のロータブレードに取付けることができる。

本発明を様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明が技術的範囲内の変更で実施することができることは、当業者には明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。

例示的な公知のバランスクリップの斜視図。 例示的なガスタービンエンジンの斜視図。 図２に示す低圧タービンの一部分の拡大断面図。 図３に示す低圧タービンで用いることができる例示的なロータブレードの拡大斜視図。 バランスクリップの上面斜視図。 図５に示すバランスクリップの下面斜視図。 図４に示すロータブレードに結合した、図５に示すバランスクリップの上面斜視図。 図７に示すバランスクリップの下面斜視図。

符号の説明

５０ タービンブレード
６８ 先端シュラウド
７４ 先端シュラウドの前縁
７６ 先端シュラウドの後縁
１００ バランスクリップ
１０２ 第１の部分
１０６ 第２の部分
１１０ 第１のタブ
１１２ 第２のタブ
１１４ 第１のフック
１１８ 第２のフック

Claims (9)

1. 複数のタービンブレード（５０）を含み、かつ前記タービンブレードの少なくとも１つが前縁（７４）から対向する後縁（７６）まで延びるブレード先端シュラウド（６８）を含むガスタービンロータのためのバランスクリップ（１００）であって、
   該バランスクリップが前記先端シュラウド前縁及び後縁間で延びるのを可能にする第１の長さ（１０４）を有し、かつ前記先端シュラウド前縁に結合するように構成された第１のフック（１１４）を含む第１の部分（１０２）と、
   前記先端シュラウド後縁及び前縁の少なくとも１つから対向するシュラウド端縁に向かって部分的にのみ延びるような、前記第１の長さよりも短い第２の長さ（１０８）を有する第２の部分（１０６）と、
   前記第１及び第２の部分間で延びる、該クリップを前記先端シュラウド前縁及び後縁の少なくとも１つに結合するための第２のフック（１１８）と、
   を含み、
   前記第１の部分（１０２）が第１のタブ（１１０）をさらに含み、前記第２の部分（１０６）が第２のタブ（１１２）を含み、前記第１及び第２のタブが、前記先端シュラウド（６８）から半径方向に延びる翼形部（５２）の外周部の周りで円周方向に該バランスクリップを拘束するように構成されていることを特徴とする、バランスクリップ（１００）。
2. 該バランスクリップが、前記第１及び第２のフック（１１４、１１８）のみを用いて第５段（４０）低圧タービンロータブレード（５０）に結合されている、請求項１記載のバランスクリップ（１００）。
3. 前記第２のフック（１１８）が、前記先端シュラウド前縁及び後縁（７４、７６）の少なくとも１つに対して強制的に押し込まれている、請求項１記載のバランスクリップ（１００）。
4. 前記バランスクリップが、ほぼＬ字形状の外形をさらに含む、請求項１記載のバランスクリップ（１００）。
5. 前記第１及び第２のフック（１１４、１１８）が、前記先端シュラウド（６８）に摩擦によって結合されている、請求項１記載のバランスクリップ（１００）。
6. 複数の円周方向に間隔をおいて配置されたロータブレード（５０）を含み、かつ前記ロータブレード（５０）の少なくとも１つが前縁（７４）と対向する後縁（７６）との間で延びるブレード先端シュラウド（６８）を含むロータ組立体と、
   前記少なくとも１つのロータブレードに結合されたバランスクリップ（１００）と、
   を含み、前記バランスクリップが、
   前記先端シュラウド前縁及び後縁間で延びるのを可能にする第１の長さ（１０４）を有し、かつ該クリップをシュラウド前縁に結合するように構成された第１のフック（１１４）を含む第１の部分（１０２）と、
   前記第１の長さよりも短い第２の長さ（１０８）を有し、かつ前記先端シュラウド後縁及び前縁の少なくとも１つから対向するシュラウド端縁に向かって部分的にのみ延びる第２の部分（１０６）と、を含み、
   前記第１の部分（１０２）が第１のタブ（１１０）をさらに含み、前記第２の部分（１０６）が第２のタブ（１１２）を含み、前記第１及び第２のタブが、前記先端シュラウド（６８）から半径方向に延びる翼形部（５２）の外周部の周りで円周方向に該バランスクリップを拘束するように構成されている、ことを特徴とする、ガスタービンエンジン（１０）。
7. 前記バランスクリップ（１００）が、前記第１及び第２の部分（１０２、１０６）間で延びる、該クリップを前記先端シュラウド前縁及び後縁（７４、７６）の少なくとも１つに結合するための第２のフック（１１８）をさらに含む、請求項６記載のガスタービンエンジン（１０）。
8. 前記バランスクリップ（１００）が、前記第１及び第２のフック（１１４、１１８）のみを用いて前記少なくとも１つのロータブレード（５０）に結合されている、請求項６記載のガスタービンエンジン（１０）。
9. 前記ロータ組立体（５０）が、その各々が前記ロータブレード（５０）のそれぞれの１つに結合された複数のバランスクリップ（１００）を含む、請求項６記載のガスタービンエンジン（１０）。

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