JPH07103807B2 - ガスタ−ビンエンジンのロ−タ組立体 - 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係り、特にロータ組
立体のためのブレードルート用のシールに係る。

背景技術 ガスタービンエンジンは圧縮セクションと燃焼セクショ
ンとタービンセクションとを有している。圧縮セクショ
ン及びタービンセクションは少なくとも一つのロータ段
を有している。各ロータ段はエンジンの軸線の周りに回
転するディスクと、ディスクより作動媒体ガス流路内へ
半径方向外方へ延在し周縁方向の列として配列された複
数個のロータブレードとを含んでいる。各ブレードは作
動媒体ガス流路の境界を与えるプラットフォームを有し
ている。ブレードのプラットフォームより半径方向内方
にはディスクに設けられたブレード保持溝に係合するル
ートが設けられている。ロータ組立体によってはブレー
ド保持溝はディスクのリムの周りに周縁方向に延在して
いる。

隣接するブレードのプラットフォームは互いに周縁方向
に隔置されており、従って作動媒体ガスがその流路より
互いに隣接するプラットフォームの間の間隙を経て、し
かる後ブレード保持溝を経て漏洩することがある。また
プラットフォームはディスクのリムより半径方向に隔置
されており、従って作動媒体ガスが各プラットフォーム
の下方を経て、またブレード保持溝を経て漏洩すること
がある。かくして作動媒体ガスが高圧領域より低圧領域
へ漏洩することは、そのことによってエンジンの運転効
率が低下せしめられるので好ましくない。

ロータディスクの周縁方向に延在するブレード保持溝を
経て作動媒体ガスが漏洩することを制限するシールの幾
つかの例が、米国特許第3,972,645号及び同第4,464,096
号に開示されている。これらの米国特許に於ては、互い
に周縁方向に隔置された複数個のクロスバーと、周縁方
向に延在しクロスバーの両端に接続された一対のストリ
ップとを有し、クロスバー及びストリップが梯子形を成
す環状の梯子形シールが記載されている。これらの米国
特許に於けるブレード保持溝は互いに軸線方向に対向す
る側壁面を有する周縁方向に延在するリセスを含んでお
り、シールはブレードのプラットフォームの下方にて該
リセス内に配置されるようになっている。各ブレードの
ルートは互いに隣接するクロスバーの間の孔を貫通して
延在し、ブレード保持溝に係合している。特に米国特許
第3,972,645号に於ては、シールの軸線方向の幅は各ブ
レードのプラットフォームの軸線方向の幅に等しく、各
クロスバーは互いに隣接するブレードのプラットフォー
ムの間の間隙にオーバラップした状態にある。エンジン
の運転中には、遠心力によってシールが半径方向外方へ
移動せしめられてプラットフォームの下面と接触し、こ
れにより間隙がシールされると共に作動媒体ガスがプラ
ットフォームの間を経て漏洩することが制限される。ま
た米国特許第4,464,046号に於ては、梯子形シールは製
造されたままの状態に於ては、半径方向内方へ湾曲した
クロスバーを有している。エンジンが停止状態にある時
には、シールの軸線方向の幅はリセスの側壁面の間の距
離よりも小さい。これに対しエンジンの運転中には、シ
ールはブレードのプラットフォームの下面に接触するよ
う半径方向外方へ押し付けられる。このことにより湾曲
したクロスバーがプラットフォームに当接して平坦な状
態にされ、シールは軸線方向に伸張し、ついにはシール
の周縁方向に延在する端部がリセスの軸線方向に対向す
る側壁面に接触する。かかる接触によりプラットフォー
ムの下方及びブレード保持溝を経て作動媒体ガスが漏洩
することが制限される。シールの製造された状態に於け
る軸線方向の寸法及びクロスバーの湾曲度合は、エンジ
ンの運転中にシールの端部が対応する側壁面に接触する
ことを確保すべく、正確に制御されなければならない。

上述の二つの米国特許に於ては、エンジンの運転中にシ
ールが破損すると、シールの破片がガス流中に侵入し、
エンジンの構成要素が異物による損傷を受ける。かくし
てシールの破片がリセスより漏出することを制限するた
めには、ブレードのプラットフォームとディスクに設け
られたブレード保持溝との間の半径方向及び軸線方向の
間隙が最小限に抑えられなければならず、このことによ
りロータの機械加工及び組立が複雑になる。

ブレードのルート用シールの分野に於ける従来技術を開
示する他の特許として、米国特許第1,003,892号、同第
1,276,405号、同第2,299,429号、同第3,266,771号、同
第3,367,624号、同第3,700,354号、同第3,972,645号、
同第4,029,436号、同第4,101,245号、同第4,183,720
号、同第4,455,122号がある。

発明の開示 本発明の一つの目的は、ガスタービンエンジンの運転効
率を向上させることである。

本発明の他の一つの目的は、ロータディスクのブレード
取付領域を経て作動媒体ガスが漏洩することを制限する
改良されたシールを提供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、ロータ内に容易に装着
し得るブレードのルート及びプラットフォーム用シール
を提供することである。

本発明によれば、互いに周縁方向に隔置された複数個の
クロスバーと、該クロスバーと一体に形成され互いに軸
線方向に隔置され周縁方向に延在する一対のストリップ
とを含む環状の梯子形シールが、ブレードのプラットフ
ォームとロータディスクの周縁方向に延在するブレード
保持溝との間に配置される。ブレード保持溝は互いに軸
線方向に対向する側壁面を有するリセスを含み、各シー
ルのストリップは対応する側壁面に軸線方向に近接して
配置され周縁方向及び半径方向内方へ延在するフランジ
を有している。ブレードのプラットフォームは互いに周
縁方向に隔置され、またディスクのリムより半径方向に
隔置され、各プラットフォームの下面は軸線に沿ってブ
レードのルートより離れる両方向に半径方向外方へ傾斜
されており、これによりエンジンの運転中には遠心力に
よってクロスバーが湾曲せしめられて隣接するブレード
のプラットフォームの下面とシール接触し、これにより
プラットフォームの間の間隙がシールされ、また遠心力
によって各シールのフランジが半径方向外方へ移動せし
められてブレード保持溝の対応する側壁面とシール接触
し、これによりプラットフォームとディスクのリムとの
間の間隙がシールされる。

本発明の一つの主要な利点は、梯子形シールのシール性
が向上されることによりエンジンの運転効率が向上され
ることである。

本発明の他の一つの利点は、エンジンの運転中にはシー
ルのフランジが作動媒体ガス流路よりプラットフォーム
の下方を経て作動媒体ガスが漏洩することを阻止するの
で、ブレードのプラットフォームとディスクのリムとの
間の半径方向の間隙が増大されてよいということであ
る。かくしてプラットフォームとディスクのリムとの間
の半径方向の間隙が増大されてよいことにより、ディス
ク及びブレードの機械加工の公差が緩和されるので、こ
れらの構成要素の機械加工が単純になる。また上述の間
隙が増大されてよいことにより、ロータにシールを容易
に組付けることができるようになる。

本発明の更に他の一つの利点は、シールの何れかの部分
がエンジンの運転中に破損しても、リセスの側壁面に接
触するシールのフランジによってシールがブレード保持
溝内に捕捉され、これによりエンジンの構成要素が損傷
されることが防止されるということである。

以下に添付の図を参照しつつ本発明を実施例について詳
細に説明する。

発明を実施するための最良の形態 本発明の一つの例示的実施例として、第１図及び第２図
に於て符号10にて全体的に示されたガスタービンエンジ
ンのロータ組立体の一部について考える。ロータ組立体
10はロータディスク12と、該ディスクに取付けられ周縁
方向に配列された一列のロータブレード14とを含んでい
る。ロータ組立体10はエンジンの軸線と同心の軸線の周
りに回転するようになっている。

各ブレード14はルート16と、該ルートより半径方向外方
に設けられたプラットフォーム18と、該プラットフォー
ムより半径方向外方に設けられたエーロフォイル20とを
含んでいる。ルート16はディスク12に設けられた蟻溝22
に係合しており、また蟻溝22の底壁面26に接触し、これ
により各プラットフォーム18の下面34をディスクのリム
28より或る最小距離Ｄにて隔置するラグ24を有してい
る。プラットフォームの下面34は軸線に沿ってルート16
より離れる両方向に半径方向外方へ傾斜されている。第
２図に示されている如く、プラットフォームの下面34の
一方の側は軸線方向前方に半径方向外方へ傾斜されてお
り、他方の側は軸線方向後方へ半径方向外方へ傾斜され
ている。第４図に示されている如く、各ブレードのプラ
ットフォーム18は軸線方向に延在し且互いに対向し且互
いに隔置された端部30及び32を有している。互いに隣接
するブレード14のプラットフォームの端部30及び32は互
いに僅かに隔置されてそれらの間に軸線方向に延在する
狭い間隙Ｇを郭定している。

蟻溝22はリム28の周りに周縁方向に延在しており、周縁
方向に延在するシール保持リセス40を含んでいる。リセ
ス40は軸線方向に互いに対向する側壁面42及び44を有し
ている。各ブレードのプラットフォーム18はリセス40の
側壁面42及び44を越えて軸線方向前方及び後方へ延在し
ている。

リセス40内にはプラットフォーム18より半径方向内方に
て可撓性を有する環状シール46が配置されている。第３
図に示されている如く、シール46は周縁方向に延在し軸
線方向に隔置された前方ストリップ50及び後方ストリッ
プ52と、前方ストリップ50より後方ストリップ52まで延
在しこれらのストリップと一体に形成され周縁方向に互
いに隔置された複数個のクロスバー54とを有している。
互いに隣接するクロスバー54の間の孔56は各ブレード14
のルート16を受入れており、一つのクロスバー54が互い
に隣接するブレード14の間の間隙Ｇに重なって延在して
いる（第４図参照）。前方ストリップ50はリセス40の前
方側壁面42に軸線方向に近接して配置されており、後方
ストリップ52はリセス40の後方側壁面44に軸線方向に近
接して配置されている。各ストリップ50及び52はそれぞ
れ周縁方向に延在するフランジ58及び60を有しており、
これらのフランジは対応するストリップより半径方向内
方へ延在しており、リセス40の半径方向外向きの面48上
にシール46を支持している。静的条件下に於ては、各フ
ランジ58及び60は対応するリセスの側壁面42及び44より
軸線方向に僅かに隔置され、シール46はプラットフォー
ムの下面34より半径方向に隔置される。後に説明する如
く、エンジンの運転中には、シール46は第４図に於て矢
印62により示されている如くガス流路よりブレードのプ
ラットフォーム18の間（軸線方向に延在する間隙Ｇ）を
経て、また蟻溝22を経て生じることがある作動媒体ガス
の漏洩を制限する。またシール46は第２図に於て矢印64
により示されている如くブレードのプラットフォーム18
の下方を経て（周縁方向に延在する間隙Ｄを経て）、ま
た蟻溝22を経て生じることがある作動媒体ガスの漏洩を
制限する。

エンジンの運転中には、ロータ組立体10がエンジンの軸
線の周りに回転すると、各ブレード14及びシール46は遠
心力に応答して半径方向外方へ移動し、シール46は各プ
ラットフォーム18の下面34に対し密着した状態になる
（第５図及び第６図参照）。第５図は各クロスバー54が
隣接する下面34の形状に一致するようＶ形に湾曲した状
態を示している。クロスバー54と下面34とが密に接触す
ることにより、軸線方向に延在する間隙Ｇを経て作動媒
体ガスが漏洩することが制限される。また第６図はシー
ル46が半径方向外方へ移動し、クロスバー54が湾曲する
際に、フランジ58及び60が半径方向及び軸線方向へ運動
することを示している。フランジ58及び60はそれらが対
応する側壁面42及び44に密に接触する状態になるまで移
動する。かくしてフランジが対応する側壁面に密着する
ことにより、周縁方向に延在する間隙Ｄ′を経て作動媒
体ガスが漏洩することが制限される。

図示の例示的実施例に於ては、その製造されたままの状
態に於ては、シール46のフランジ58及び60はストリップ
50及び52に対し垂直であり、ストリップ50及び52及びク
ロスバー54の厚さに等しい厚さｔを有している（第３図
参照）。しかし本発明の範囲はかかる垂直の形状を有す
るシールに制限されるものではなく、他の形状のシール
（そのうちの幾つかが第7A図〜第7C図に示されている）
を含むものである。全ての実施例に於て、フランジ58及
び60（及び第7A図〜第7C図に対応するフランジ58a、58
b、58c、60a、60b、60c）の長さＬは、各シールのクロ
スバー54（及び対応するクロスバー54a、54b、54c）が
隣接するプラットフォーム18の下面34にシール接触した
場合に、フランジが対応する側壁面42及び44にもシール
係合するに十分な長さとなるよう、距離Ｄ′（第６図参
照）よりも大きい値でなければならない。シール46（及
び対応するシール46a、46b、46c）がエンジンの運転中
に破断しても、シールの破片はリセス40内より漏出せ
ず、側壁面42及び44に接触したフランジによりリセス内
に捕捉される。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
なく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能であ
ることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が組込まれたロータ組立体を示す簡略化
された正面図である。 第２図は第１図の線２−２に沿うロータ組立体の断面を
ロータ組立体が静止状態にある場合について示す拡大部
分断面図である。 第３図は本発明の梯子形シールを示す部分斜視図であ
る。 第４図は第２図の線４−４に沿う部分断面図である。 第５図はロータ組立体の断面をロータ組立体が運転状態
にある場合について示す第４図に対応する部分断面図で
ある。 第６図はロータ組立体の断面をロータ組立体が運転状態
にある場合について示す第２図に対応する部分断面図で
ある。 第7A図〜第7C図は本発明のシールの他の実施例を示す部
分斜視図である。 10…ロータ組立体,12…ロータディスク,14…ロータブレ
ード,16…ルート,18…プラットフォーム,20…エーロフ
ォイル,22…蟻溝,24…ラグ,26…底壁面,28…ディスクリ
ム,30、32…端部,34…下面,40…リセス,42、44…側壁
面,46…シール,48…半径方向外向き面,50、52…ストリ
ップ,54…クロスバー,56…孔,58、60…フランジ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−81201（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−13012（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−140715（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−155602（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−195903（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭61−142304（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスタービンエンジンのロータ組立体にし
   て、 リムと、該リムの周りに周縁方向に延在するブレード保
   持溝とを有する環状のロータディスクであって、軸線を
   有し、前記ブレード保持溝は底壁面と軸線方向に互いに
   隔置されて互いに対向する側壁面とを有する環状のロー
   タディスクと、 前記ロータディスクの前記リムの周りに周縁方向の列と
   して配列された複数個のロータブレードであって、各ロ
   ータブレードは前記ブレード保持溝内に配置されたルー
   トと、該ルートより半径方向外方に隔置されたプラット
   フォームとを有し、隣接するロータブレードの前記プラ
   ットフォームはそれらの間に軸線方向に延在する間隙を
   有しており、各プラットフォームは前記ルートより軸線
   方向両側へ離れるにつれて半径方向外方へ偏倚するよう
   傾斜した半径方向内向きの下面を有しており、前記下面
   は前記リムより半径方向に隔置されて前記リムとの間に
   周方向且実質的に軸線方向に延在する間隙を郭定する複
   数個のロータブレードと、 前記プラットフォームと前記リムの間に配置された環状
   の梯子形シールであって、軸線方向に互いに隔置され周
   縁方向に延在する一対のストリップと、互いに周縁方向
   に隔置され一方のストリップより他方のストリップまで
   軸線方向に延在し前記二つのストリップと一体に形成さ
   れた複数個のクロスバーとを有し、各ストリップは前記
   ブレード保持溝の前記側壁面に軸線方向に近接して配置
   され周縁方向及び半径方向内方へ延在するフランジを有
   する環状の梯子形シールと、 を含み、前記シールはエンジンの運転中に遠心力に起因
   して湾曲し、これにより各クロスバーが隣接する前記プ
   ラットフォームの前記下面に接触して前記プラットフォ
   ームの間に軸線方向に延在する前記間隙を封じ、各フラ
   ンジが半径方向外方へ移動して対応する前記ブレード保
   持溝の前記側壁面に接触し、前記リムと前記プラットフ
   ォームの前記下面との間に周縁方向に延在する前記間隙
   を封じるよう構成されたガスタービンエンジンのロータ
   組立体。