JPH08504015A - 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

Abstract

(57)【要約】 ルート部（６６）とプラットホーム（６４）との間で、軸方向に間隔をあけて配置されたガセット（７２，７８）を有するロータブレード（４４）が開示されている。プラットホームサポートおよびダンパの位置決めの両方の手段を与えるガセットを提供する、種々の詳細な構造が開発されている。特定の実施例では、ロータブレードアセンブリ（３８）は、隣接したブレード（４４）間に配置されたダンパ（８８）を有する、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（４４）を具備する。各ブレート（４４）は、ロータブレード（４４）から横方向に延在して軸方向に間隔をあけて配置されたガセット対（７８，８２）を具備する。ガセット（７８，８２）は、ロータブレード（４４）のルート部（６６）からプラットホーム（６４）に向かって延在し、ロータアセンブリ（３８）の回転時プラットホーム（６４）を半径方向に支持する。ガセット（７８，８２）は、ロータアセンブリ（３８）の回転時にダンパ（８８）をブレード（４４）のルート部（６６）から離れるように押圧する湾曲した横エッジを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】 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 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（ Schwarzmann 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１ ２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 コーナの対応する半径Ｒ２よりも大きい。ダンパの外周コーナは、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置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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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（６ ２）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Ｒ１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アゼンブリ（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（８８）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． 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． 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． 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． 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（７ ６）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． 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（４ ４）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（６ ６）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（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（６ ４）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（８ ３）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（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、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（７ ８、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（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 ロータブレード（４４）。 ７． 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６記載のロータブレード（４４）。 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． 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． 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）。