JP6882819B2 - スロット付きピンを有するタービンブレードダンパーシステム - Google Patents

Description

本開示は、部品寿命要件に適合するようバケット振動を減衰させるために、タービンバケットプラットフォームの隣接スラッシュ面間にスロット付きダンパーピンを配置したダンパーシステムに関する。

ガスタービンのような産業用タービンは、入口燃焼温度の上昇及び出力増大の傾向にある。出力が増大すると、ガス経路の温度及び作動振動が増大する。そのため、バケットプラットフォームのスラッシュ面は、酸化、クリープ、及び低サイクル疲労亀裂形成を含む損傷を益々示している。バケットプラットフォームのスラッシュ面の損傷は、プラットフォームに損傷をもたらし、減衰の喪失を引き起こし、エンジン効率の低下につながる圧縮機吐出流漏洩のような損害を招く可能性がある。

現行のタービン装置は、振動を減衰させるためにスラッシュ面間にダンパーピンを利用している。現行のほとんどのピンは、ラインに沿ってタービンプラットフォームのスラッシュ面を係合する均一な外面を有する。冷却及び幾らかの減衰をもたらす１つの手法は、冷却媒体を連通させるように複数のチャンネルを形成させた略円筒形ピンを利用している。チャンネルは、ピンの両側に沿って延びて互い違いになっている。現行の手法におけるチャンネル配置は冷却を提供するものであるが、十分な減衰又は減衰のカスタマイズを提供してない可能性がある。

米国特許第７，１６３，３７６号明細書

本開示の第１の態様は、対向溝を有した対向スラッシュ面を含む隣接するタービンバケットプラットフォームを備えたタービン用のダンパーシステムを提供し、該システムは、対向溝に位置付けるよう構成された実質的に円筒形状の本体を有するピンと、ピンの外表面において軸方向に離間した位置にあり、タービンバケットプラットフォームに対して半径方向外向きの方向に面したスロットのセットと、を備える。

本開示の第２の態様は、対向溝を有した対向スラッシュ面を含む隣接するタービンバケットプラットフォームを備えたタービン用のダンパーシステムのためのダンパーピンを提供し、該ダンパーピンは、対向溝に位置付けるよう構成された実質的に円筒形状の本体と、該本体の外表面において軸方向に離間した位置にあり、タービンバケットプラットフォームに対して半径方向外向きの方向に面したスロットのセットと、を備える。

本開示の例示した態様は、本明細書に記載した問題点及び／又は記載していないその他の問題点を解決するように設計されている。

本開示のこれらの及びその他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付図面と関連させてなした本開示の様々な態様の以下の詳細な説明から一層容易に理解されるようになるであろう。

翼形部、プラットフォーム及び根元を含むタービンバケットと本発明の実施形態による減衰システムの斜視図。 タービンバケットプラットフォームのスラッシュ面に沿った本発明の実施形態によるダンパーピンを示す部分斜視図。 隣接するスラッシュ面間にある本発明の実施形態によるダンパーピンの位置を示す軸方向端面図。 隣接するスラッシュ面間にあるダンパーピンを示す、図１の線４−４に沿った断面図。 １つの実施形態による振動を減衰させるためのダンパーピンにおけるスロットを示す拡大断面図。 別の実施形態による振動を減衰させるためのダンパーピンにおけるスロットを示す側面図。 別の実施形態による振動を減衰させるためのダンパーピンにおけるスロットを示す拡大断面図。 ダンパーピンの１つの実施形態を示す側面図。 ダンパーピンの１つの実施形態を示す断面図。 ダンパーピンの別の実施形態を示す底面図。 ダンパーピンの別の実施形態を示す断面図。 ダンパーピンの別の実施形態を示す側面図。 ダンパーピンの別の実施形態を示す断面図。 ダンパーピンの別の実施形態を示す側面図。 ダンパーピンの別の実施形態を示す断面図。 ダンパーピンの別の実施形態を示す側断面図。 ダンパーピンの別の実施形態を示す側断面図。

本発明の図面は必ずしも縮尺通りではない点に留意されたい。当該図面は、本発明の典型的な態様のみを描くことを意図しており、従って、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面では、同じ参照符号は、複数の図面にわたり同じ要素を示している。

上記で示したように、本開示は、部品寿命要件に適合するのに必要とされるタービンバケットプラットフォームのバケット振動を減衰させるためにタービンバケットプラットフォームの隣接スラッシュ面間にスロット付きダンパーピンを配置したダンパーシステムを提供する。スロットは、タービンバケットプラットフォームに対して半径方向外向きの方向に面しており、所望の減衰をもたらすようにカスタマイズすることができる。

ここで図１を参照すると、対向溝を有した対向スラッシュ面を含む隣接するタービンバケットプラットフォームを有するタービン用のダンパーシステム９０が示される。より具体的には、ダンパーシステム９０は、全体的に符号１００で示され、翼形部１０２、バケットプラットフォーム１０４、シャンク１０８を含む根元部分１０６、及びダブテール１２０を有するタービンバケットと共に示されている。タービンバケット１００は、タービンホイール（図示せず）に配置されたときには、タービンホイールの外周の周りに固定されるタービンバケットの環状アレイのうちの１つであることは、理解されるであろう。軸方向嵌め込み式のバケットが開示されているが、ここでの減衰システムは、接線方向嵌め込み式のバケットにも適用することができることは理解されるであろう。図４に最もよく示されるように、隣接するタービンバケットプラットフォーム１１４は、スラッシュ面（図２）間にギャップ１２４を含む。図１及び２に示すように、各スラッシュ面１２２はまた、ダンパーピン１２８を受けるための溝１２６（図１及び４）の一部を含む。

ダンパーピン１２８は、隣接するプラットフォーム間の振動を減衰させるために隣接するプラットフォーム１１４の溝１２６に位置付けられる。図１、１６及び１７に例示されるように、ピン１２８の両端は、加工セクション１２７を有し、スラッシュ面１２２の端部に沿って対応する加工セクションと協働して、溝１２６内で向きを維持するようにすることができる。加工セクション１２７は、平坦部を有する半円セクションとして例示されているが、様々な嵌合形状の何れを利用してもよい。減衰を達成するために、ダンパーピン１２８は、溝１２６を定めるプラットフォーム１１４の面と協働して、溝１２６とダンパーピン１２８の様々な接触構成を提供する。本発明の実施形態は、ダンパーピンの振動減衰機能のカスタマイズを可能にする様々なダンパーピン１２８構成を提供する。

本発明の１つの実施形態において、ダンパーピン１２８は、本明細書で記載されるように、対向する溝１２６（図４）に位置付けるよう構成された実質的に円筒形本体１２９（図１）を有するピンを含む。加えて、従来のダンパーピンと対照的に、図５〜６に示すように、ダンパーピン１２８は、ピンの外表面１３２で且つこれに沿って軸方向に離間した位置にてスロット１３０のセットを含む。図５に示すように、スロット１３０のセットは、タービンバケットプラットフォーム１１４に対して半径方向外向きの方向（図１０を除き、全て紙面で上向き）に面している。図４において矢印で示されるように、半径方向外向きの方向は、プラットフォーム１１４から離れて翼形部を通過する方向である。このようにして、スロット１３０のセットは、溝１２６と係合して、スロット１３０のカスタマイズが振動減衰のカスタマイズとして機能するようにする。以下で検討するように、本発明の実施形態に従って、スロット１３０の様々な配置が実施可能である。

図５〜６及び８〜１７に示す一部の実施形態において、各スロット１３０は、外向きに向いた面１４０を含むことができる。図５〜６及び８〜１７に示す一部の実施形態において、外向きに向いた面は、実質的に円筒形のピンに対してその弦をなして延びるように平坦である。或いは、図７に示すように、外向きに向いた面２４０は、内向きに凹面状に、すなわち、弦をなして内向きに窪む又は湾曲することができる。外向きに向いた面１４０，２４０は、別個に用いるものとして示されているが、これらは、単一のピン１２８上で一緒に用いることもできる。

例えば、図６及び１０に示す一部の実施形態において、スロット１３０は、ピン１２８に沿って一定間隔で配置することができる。すなわち、各隣接するピン間のスペースは、実質的に同じ、例えば、±０．１ｍｍである。しかしながら、例えば、図８、１２、及び１４に示す他の実施形態において、スロット１３０は、ピン１２８に沿って非一定の間隔で配置することができる。すなわち、各隣接するピン間のスペースは、ピン１２８の長手方向の長さに沿って異なる。何れの場合においても、スペース取りは、減衰問題に対処するようユーザ定義とすることができる。加えて、一部の実施形態において、スロット１３０は、ピン１２８への均一な深さを有することができる。均一な深さを有するスロットは、図５〜１３、１６及び１７の実施形態に示されている。図１４及び１５に示す代替の実施形態において、少なくとも２つのスロット２３０は、ピン１２８内への異なる深さを有することができる。異なる深さを有するあらゆる数のスロット２３０を、例えば、２つの深さを交互に、連続して、全て異なる深さでなど、あらゆる方式で軸方向に設けて配列することができる。

更にスロットの深さに関して、スロット１３０，２３０の平均深さとピンの直径との比（図６のｄ／Ｄ）は、約４０％〜約８０％（例えば、±１％で）の範囲とすることができる。この範囲内のあらゆるパーセンテージが実施可能であるが、例えば、図５〜６は約４５％を示し、図８〜９は約２０％を示し、図１１は約８０％を示し（但し、図１０は図１２及び１４の側面図ではなく底面図を示している）、図１２〜１３は約６０％、及び図１４〜１５は、上述の範囲内で変化する深さのスロットを示している。スロット１３０はまた、異なる角度でピン１２８のほぼ外表面１３２にて延びるように説明することができる。例えば、スロット１３０は、約９０度（図９）から約３２０度（図１１）（例えば、±２度で）まで延びることができる。例えば、図７に示すように、各スロット１３０は、ピン１２８の外表面１３２の周りに約１５０度で延びることができる。図１０及び１１において、ピン１２８の外表面１３２の周りに約３２０度で延びることができる。後者の事例に関して、図１１は、スロット１３０がタービンバケットプラットフォーム１１４（図５）に対して半径方向上向き方向（紙面の上方）に面した状態で、作動中に位置付けられるピン１２８を示している（図５及び７を参照）。ここで、ピン１２８のスロットの無い残りの部分１５０は、タービンバケットプラットフォーム１１４に対して半径方向内向きの方向（図１１において紙面の下方）に面している。（図１０では、スロットの無い残りの部分１５０は読み手に面している）。

図１６に示す他の実施形態において、スロット１３０は、ピン１２８の軸に垂直に延びる側面を有する必要はない。例えば、図１６に示すように、各スロット３３０は、ピンの軸に対して非垂直の角度が付けられた内面１５２を有することができる。角度は、ユーザ定義とすることができる（例えば、４５度〜６０度）。図７に示す別の実施形態において、各スロット４３０は、軸方向に湾曲した底面１５４を有することができる。

様々な実施形態を特定の方式で示してきたが、上述の形態の何れかを共に用いることができる。すなわち、ユーザは、実施形態の何れかの何らかの部分を選択し、必要に応じてこれらを組み合わせ、減衰システム１００及び減衰ピン１２８によりもたらされる減衰をカスタマイズすることができる。何れの場合においても、システム１００及びピン１２８は、均一な表面のピンと比べてより多くの接触面を得ることができ、その結果、ピン１２８により極めて良好な減衰を得ることが可能となる。減衰ピン１２８は、ダンパーピンが唯一の減衰要因とすることができるシュラウド無しのバケットに特に有効であることが分かった。スロット１３０は、新規ピン又は従来使用していたピン１２８に機械加工することができる。そのため、スロット１３０は、スロット１３０を形成するために既存のダンパーピンから材料を除去することにより、容易に後形成することができる。

本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、「含む」及び／又は「備える」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。

以下の請求項における全ての全ての手段又はステッププラス機能要素の対応する内部構造、材料、動作、及びその均等物は、明確に特許請求される他の特許請求された要素と組み合わせて機能を実行するあらゆる構造、材料又は作用を含むことを意図している。本開示の説明は、例示及び説明の目的で提示されており、開示された形態の開示内容に対して排他的又は限定することを意図するものではない。本開示の範囲及び技術的思想から逸脱することなく、多くの修正及び変形が当業者には明らかであろう。本実施形態は、本開示の原理及び実施可能な用途を最もよく説明するように、また、企図される特定の用途に適するような様々な修正を含む様々な実施形態の開示を当業者が理解できるように選択し説明された。

１０４ バケットプラットフォーム
１０６ 根元部分
１０８ シャンク
１２０ ダブテール
１２２ スラッシュ面
１２４ ギャップ
１２６ 溝
１２８ ダンパーピン
１２８ 減衰ピン
１２７ 加工セクション
１１４ プラットフォーム
１２９ 円筒形本体
１３０，２３０ スロット
１３２ 外表面
１４０，２４０ 外向きに向いた面
１５０ スロット無しの残りの部分
１５２ 内面
１５４ 軸方向に湾曲した底面

Claims (8)

1. 対向溝（１２６）を有した対向スラッシュ面（１２２）を含む隣接するタービンバケットプラットフォーム（１０４）を備え、半径方向外向きに延びるタービンバケット（１００）用のダンパーシステム（９０）であって、
   前記対向溝（１２６）に位置付けるよう構成された実質的に円筒形状の本体（１２９）を有するピン（１２８）と、
   前記ピンの外表面（１３２）において軸方向に離間した位置にあり、前記タービンバケットプラットフォーム（１０４）に対して前記半径方向外向きの方向に面したスロット（１３０，２３０）のセットと、
   を備え、
   前記ピンは、前記ピンの長手方向に垂直な実質的に円形の断面を有し、
   前記実質的に円形の断面は、前記半径方向外向きの側に位置する半円と、前記半径方向外向きとは反対の側に位置する半円とを含み、
   前記スロットは、前記半径方向外向きとは反対の側に位置する半円の位置に形成されない、ダンパーシステム（９０）。
2. 対向溝（１２６）を有した対向スラッシュ面（１２２）を含む隣接するタービンバケットプラットフォーム（１０４）を備え、半径方向外向きに延びるタービンバケット（１００）用のダンパーシステム（９０）であって、
   前記対向溝（１２６）に位置付けるよう構成された実質的に円筒形状の本体（１２９）を有するピン（１２８）と、
   前記ピンの外表面（１３２）において軸方向に離間した位置にあり、前記タービンバケットプラットフォーム（１０４）に対して前記半径方向外向きの方向に面したスロット（１３０，２３０）のセットと、
   を備え、
   前記ピンは、前記ピンの長手方向に垂直な実質的に円形の断面を有し、
   前記実質的に円形の断面は、前記半径方向外向きの側に位置する第１の半円と、前記半径方向外向きとは反対の側に位置する第２の半円とを含み、
   前記第１の半円と前記第２の半円との間に、３時の方向から９時の方向に延びる直径が存在し、
   前記３時の位置と前記９時の位置で、前記外表面（１３２）が、スロットの無い残りの部分（１５０）を有し、
   前記３時の位置と前記９時の位置で、前記スロットの無い残りの部分（１５０）が、前記対向スラッシュ面（１２２）に接する、ダンパーシステム（９０）。
3. 前記スロット（１３０，２３０）のセットが、前記ピンに沿って一定間隔または非一定の間隔で配置されている、請求項１または２に記載のダンパーシステム（９０）。
4. 前記スロットの各々が、外向きに向いた面（１４０，２４０）を含み、該外向きに向いた面（１４０，２４０）は、実質的に円筒形の本体（１２９）を有する前記ピンに対してその弦をなして延びるように平坦である、請求項１乃至３のいずれかに記載のダンパーシステム（９０）。
5. 前記スロット（１３０，２３０）のセットは各々、外向きに向いた面（１４０，２４０）を含み、該外向きに向いた面（１４０，２４０）が内向きに凹面状である、請求項１乃至３のいずれかに記載のダンパーシステム（９０）。
6. 前記スロットの各々は、前記ピンの軸に対して非垂直の角度が付けられた内面（１５２）を有する、請求項１乃至３のいずれかに記載のダンパーシステム（９０）。
7. 前記スロットの各々は、軸方向に湾曲した底面（１５４）を有する、請求項１乃至６のいずれかに記載のダンパーシステム（９０）。
8. 前記スロット（１３０，２３０）のセットが、前記ピン内への異なる深さを有する少なくとも２つのスロット（１３０，２３０）を含む、請求項１乃至７のいずれかに記載のダンパーシステム（９０）。

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