JPS5840001B2 - ガスタ−ビンエンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガスタービンエンジンに係り、更に詳細には
、高温ガスタービンに用いるタービンディスク・ブレー
ド組立体の構造に係る。

ガスタービンエンジンのためのディスク・ブレード組立
体の構造は、エンジンの作動中側々の構成部品の構造的
一体性を確保するために正確な技術を要求している。

各エンジン構成要素にしばしば生ずる高い遠心力と熱応
力を下げ、又、タービンブレード取付は領域より低圧段
へ向けて高温のガスが漏洩することにより生ずる性能の
低下を避けるべくかなりの努力が払われてきている。

同様に冷却空気をより有効に使用するための努力も払わ
れてきている。

ガスタービンエンジンに於けるタービンローフ組立体は
一段あるいは数段のディスク・ブレード組立体よりなっ
ており、この場合各ブレードはタービンディスクの縁部
に取り付けられ、半径方向外方へ向けて延びている。

ディスクの回転中ブレードには遠心力によって引張り応
力が作用する。

かかる応力の大きさはブレードの根本部に於て最も大き
く、かかる応力を低減するため複雑な取付は形状が採用
されていた。

典型的な取付は装置は米国特許第３６６６３７６号に示
されている如きもみの木彫の接続装置である。

最も高温のガスに曝されるタービンディスクは、しばし
ば、前記米国特許に示されている如く、もみの木彫のス
ロットの基部に冷却空気室を形成される。

冷却空気は任意の分配装置によって前記冷却室へ導入さ
れ、該冷却室を出た後、ブレードの根本部を通って半径
方向へ流へ最後にタービンブレードの翼部に形成された
冷却孔を通って流出する。

タービンブレード及びタービンブレードプラットフォー
ムの接線方向熱膨張を許容するため、最新のエンジンは
、隣接するタービンブレードのブレードプラットフォー
ム間に接線方向空隙を有するよう構成されている。

かかる空隙はエンジンに於ける熱サイクルを許容するも
のであるが、これによってブレードはもし減衰されない
時は振動する傾向にある。

前記米国特許はタービンブレードの根本部とタービンデ
ィスクと隣接するタービンブレードプラットフォームに
より郭定されたほぼ軸線方向の空隙内にタービンブレー
ドダンパを用いることを示している。

減衰部材はタブとスロットの組合せの如き種々の装置に
よりプラットフォーム内に保持されて良い。

ディスク・ブレード組立体の高圧側より低圧側に向かう
軸線方向のガス洩れは珍しくない。

かかる漏洩はタービン根本部の空隙、タービンブレード
減衰空隙、もみの木彫接続部に於けるタービンブレード
根本部とディスクの間の係合部を通って生ずる。

かかる漏洩を阻止すべく種々の構造が案出されている。

例えば、前記米国特許は、タービンディスクに環状の側
板が録音めされている如き典型的な構造を示している。

米国特許第３０９６０７４号に於ては、タービンディス
クの両面に環状の側板をディスクと側根上に設けられた
互に係合するドッグにより固定することが示されている
。

側板が半径方向に整合するピンにより取り付けられる如
き同様の構造が米国特許第３４５５５３７号に於て開示
されている。

米国特許第３２９５８２５号に於てはパイヨネット型接
続構造によりタービンディスクに取り付けられた側板を
用い、各側板がディスクの各側にタービンブレード根本
部より延びるＬ字型ラグにより取り付けられる構造が開
示されている。

上記の如き構造は各々有用であるが、ガスタービンの作
動温度が次第に上昇するにつれ、熱応力及び遠心力によ
り側板が曲がる傾向が強くなり、これによって側板とタ
ービンディスクの間の面接触を阻害する。

タービンディスクを横切るガス漏洩の量はかかる表面接
触が損われる度合に直接関係している。

更に環状側板は熱負荷及び遠心力により応力集中を生じ
、側板あるいはその取付は部材の破壊を起こす恐れがあ
る。

側板を片に分け、各片の間に十分な隙間を残すことによ
り遠心力及び熱応力により生ずる側板の変形を減するこ
とができる。

しかし側板の撓みとガス漏洩は尚過剰である。

本発明の主たる目的は、タービンディスクを横切って軸
線方向に生ずるガス漏洩を防止し、又冷却空気がディス
ク・ブレード組立体に於ける冷却空気通路及び冷却空気
室より高温のガス流中へ早期に漏出することを防止する
ことである。

本発明のその他の目的は、ディスク・ブレード組立体に
於ける熱と遠心力に基く応力集中を減じ、又ブレードの
除去あるいは取替えを簡単にすることである。

本発明によれば、分割された側板がタービンディスクの
各面にディスクの周状トラックに嵌め込まれた複数個の
スタッドによって取り付けられる。

各側板片はタービンブレード根本部空隙、タービンブレ
ード減衰空隙及びタービンブレード根本部とディスクの
間の係合部を通って軸線方向に流れる高温ガスの漏洩を
阻止する。

本発明の一つの特徴は、各側板がＬ字型断面を有するこ
とであり、その基部はディスクと係合し、タービンの回
転中、側板よりディスクへ遠心力を伝える。

本発明の他の一つの特徴は、ディスクの側部に設けられ
た周状トラックであり、これは側板取付は装置を保持す
るものである。

一つの実施例に於ては、第二の側板取付は装置がディス
クの縁部に配置さへ この取付は装置は各側板の除去に
際し軸線方向移動を阻止する肩部を有している。

本発明の主たる利点は、側板とディスクの間に周方向の
延びが生じた場合、ディスクの周状トラック内にて側板
保持装置が滑ることができることであり、これによって
側板及び保持部材に於ける応力集中を避ける。

側板保持荷重は側板の基部によりディスクへ伝えられ、
保持部材には高い応力集中は生じない。

本発明の他の一つの利点は、ディスクの縁部に接線方向
の力を保持するボルトを配置することによりディスクに
生ずる応力集中を低減することができることである。

本発明の上記の又その他の目的、特徴及び利点は、以下
に添付の図を参照して行われる本発明の好ましい実施例
についての説明より明らかとなるであろう。

第１図には単純化されたタービンディスク・ブレード組
立体１０が正面図にて示されている。

タービンディスク１４にはもみの木彫接続により複数個
のタービンブレード１２が取り付けられている。

第２図に示す如く、ディスクは高圧側に第一の周状トラ
ック１６と低圧側に第二の周状トラック１８を備えてい
る。

又ディスクは高圧及び低圧の両側に設けられた周状肩部
２０、各もみの木彫接続スロットの基部にてディスクの
全幅に互って延びる冷却空気充填室２２、高圧及び低圧
の両側に設けられたボルトトラック装填用スロット２４
を備えている。

冷却空気通路２６は冷却空気充填室を図には示されてい
ない冷却空気源に接続している。

タービンブレードは低圧側側板２８及び高圧側側板３０
により軸線方向に対し保持されている。

これらの側板は分割されており、斜めに切断されている
。

Ｔ型ヘッドを有する取付はスタッド３２は各々保持面３
４を備えており、前記トラック内に配置さへ前記側板は
これらのスタッドにより取外し可能にディスクに取り付
けられており、各スタッドの軸部３６は側板に設けられ
た対応するスタッド孔３８を通って突き出ている。

各側板はディスクの対応する周状肩部と共働する基部４
０を有する。

各側板は貫通ボルト４４によりデイスりと面接触状態に
保持される面４２を有する。

貫通ボルトの高圧側取付は部の断面が第３図に示されて
いる。

貫通ボルトはディスクの孔４６を通って延びており、貫
通ボルトに設けられた肩部４８が第４図に示す如くディ
スクに設けられた対応する溝５０と係合している。

貫通ボルトの各端部は側板に設けられた対応するボルト
孔５２を通って突き出ている。

第５図に示す如きタービンブレード振動減衰空隙５４が
、軸線方向は前記側板により、又半径方向は前記ディス
クとタービンブレードプラットフォーム５６により郭定
されている。

前記空隙内には振動減衰ダンパ５８が設けられている。

保持スタッドと貫通ボルトは保持ナツト６０と共働して
これら組立体の部材を固定している。

上述の如き各部材は次の要領にて順次組み立てらへ タ
ービンディスク・ブレード組立体を構成する。

複数個の取付はスタッドがディスクの低圧側にある前記
装着スロットを経て周状トラック１８内に嵌め込まれる
。

各スタッドはトラック内に滑らさヘ スタッド孔の間隔
に対応する位置へもたらされる。

貫通ボルトは各々ディスクの孔の一つに挿入さへ貫通ボ
ルト側の肩部がディスクのくぼみに係合し、保持ナツト
が取り付けられる際、貫通ボルトが回転しないようにさ
れる。

側板２８の一片がディスクに接触した状態に置かへ保持
スタッドの軸部が対応するスタッド孔に通され、側板は
保持ナツトによって固定される。

貫通ボルトは貫通ボルト孔を通って突き出、側板は保持
ナツトによってディスクに面接触した状態に保持される
。

タービンブレードがディスクに設けられたもみの木彫の
接続スロットに挿入され、振動減衰ダンパがダンパ空隙
内に挿入される。

保持スタッドがディスクの高圧側の装填スロットを経て
周状トラック１６内に嵌め込まれる。

各保持スタッドは周状トラック内にて対応するスタッド
孔３８の間隔に対応する位置へ滑ら′される。

側板２８の一片がディスクに対し接触状態に置かれ、保
持スタッドの軸部はスタッド孔を通って突き出され、側
板は保持ナツトによって固定される。

貫通ボルトは貫通ボルト孔を通って突き出、側板は保持
ナツトによりディスクと接触した状態に保持される。

ディスクの全周が側板片により覆われるまでかかる組立
工程が繰り返される。

分割された側板は斜めに切断されており、この斜めの切
り目はディスクの縁部とブレードの根本部に於ては冷却
空気充填室あるいは振動減衰空隙を横切らないように配
置されている。

ブレードは該ブレードの根本部を覆う高圧側の側板を除
去することにより取り代えられる。

斜めに切られた側板の縁がブレードの根本部を横切る場
所に於ては、隣接する二つの側板が除去されなければな
らない。

ディスクと側板の熱的性質によって、これら両部材の間
に延び差が生ずると、正常な運転状態に於てタービンに
重大な応力を生ずる恐れがある。

かかる延び差は材料の組合せと作動温度という二つの主
たる要件から生ずる。

ディスクと側板はしばしば異なった材料より作らへその
膨張係数の差がエンジンの熱的サイクルに従って不適当
な寸法的変化を生ずる。

更に膨張する高温ガスが組立体の表面に通され、冷却空
気が組立体の内部に通されることにより、これらの構成
部分は全ての作動状態に於て不均一な加熱と冷却に曝さ
れる。

本発明に於ては、側板の内周部に於ける熱膨張の差は応
力集中を生じない。

例数ならば、保持スタッドは（もし必要なら、 トラッ
ク内にて滑ることができるからである。

又側板の外周部に於ける延び差も応力集中を生じない。

例数ならば、貫通ボルトはディスクの孔内にてその位置
を変えるに十分なだけ半径方向に移動できる隙間を有す
るからである。

スタッドはトラック内に保持されており、側板をディス
クに対し軸線方向に位置決めしているが、スタッドのヘ
ッドはトラック内にて上記の如き熱膨張差を吸収するに
十分な移動空隙を与えられている。

同様に、ディスクの孔内に保持されて側板をディスクと
の面接触状態に保持している貫通ボルトは、対応するデ
ィスクと側板の孔内に熱膨張差を吸収するに十分な空隙
を与えられている。

タービンディスクの縁部は貫通ボルトより接線方向の側
板保持荷重を受けている。

貫通ボルトはナツトと共働して側板の面をディスクと面
接触した状態に保持しており、これによって冷却空気室
、ブレード根本部及び減衰空隙に於けるガスシールを行
っている。

冷却空気室、ブレード根本部及び減衰空隙は通路２６を
経て供給される冷却空気による圧力下にある。

側板を経て洩れてくる空気はこれら圧力室からの冷却気
体であり、高温のタービンガスではない。

上記の実施例は主として空冷式ブレードを有するタービ
ンに係る。

もし冷却が必要とされない時は、冷却空気室は省略され
て良く、もみの木彫接続部はエンジンの中心部に、より
近付けて配置されて良く、側板の半径方向深さは対応す
る量だけ減じられて良い。

この場合には、保持スタッドのみが側板の面をディスク
と面接触状態に保持し、ディスクからの接線方向保持力
を側板へ伝える。

【図面の簡単な説明】

第１図はタービン・ディスク・ブレード組立体の一部を
示す簡単化された正面図であり、該組立体の高圧側にあ
る側板の位置を示している。 第２図は第１図の線２−２による簡単化された断面図で
ある。 第３図はディスクの高圧側に於ける側板取付は貫通ボル
トの拡大図である。 第４図は第３図に於ける線４−４による断面図である。 第５図はタービンディスク・ブレード組立体の一部を示
す簡単化された正面図であり、該組立体の低圧側に於け
る側板の位置を示す。 １０・・・・・・タービン・ディスク・ブレード組立体
、１２・・・・・・タービンブレード、１４・・・・・
・タービンディスク、１６．１８・・・・・・周状トラ
ック、２０・・・・・・周状肩部、２２・・・・・・冷
却空気充填室、２４・・・・・・ボルトトラック装填ス
ロット、２６・・・・・・冷却空気通路、２８・・・・
・低圧側側板、３０・・・・・・高圧側側板、３２・・
・・・・もみの木彫ヘッド取付はスタッド、３４・・・
・・蘇持面、３６・・・・・・軸部、３８・・・・・・
スタッド几４０・・・・・・側板の基部、４２・・・・
・・側板の面、４４・・・・・・貫通ボルト、４８・・
・・・・貫通ボルトの肩部、５０・・・・・・くぼみ、
５２・・・・・・貫通ボルト孔、５４・・・・・・減衰
タンパ空隙、５６・・・・・・タービンブレードプラッ
トフォーム、５８・・・・・・減衰ダンパ、６０・・・
・・・保持ナツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転可能なディスク・ブレード組立体を有するガス
   タービンエンジンに於て、それ自身の回転軸線に実質的
   に垂直にして且それ自身に形成されたトラックを備えた
   側面を有するディスクと、前記ディスクに取り付けられ
   これより半径方向に延びる複数個のブレードと、前記デ
   ィスクの前記側面と面接触状態にある複数個の片に分け
   られた側板と、前記側板を前記ディスクに取り付ける複
   数個のスタッドとその軸端に係合するナツトとを有し、
   前記スタッドの各々は前記トラックに摺動可能に係合す
   るヘッド部を有しエンジンの熱的状態の変化に応じて前
   記トラック内にて位置を変えることができるようになっ
   ていることを特徴とするガスタービンエンジン。 ２ 回転可能なディスク・ブレード組立体を有するガス
   タービンエンジンに於て、タービンディスクにしてそれ
   自身の外周に沿って配置された複数個のブレード装填ス
   ロットとそれ自身の側面に設けられた環状トラックと前
   記複数個のブレード装填スロットの隣り合ったもの同士
   の間にてそれ自身を貫通する複数個の貫通孔とを有する
   タービンディスクと、複数個のタービンブレードにして
   各々が前記タービンディスクの対応する前記ブレード装
   填スロットに装着されているタービンブレードと、前記
   タービンディスクの前記側面に面接触された複数個の片
   に分けられた側板にして各々が少なくとも一つの取付は
   スタッド孔と少なくとも一つの貫通ボルト孔とを有する
   側板と、複数個の取付はスタッドにして各々がそのヘッ
   ド部にて前記環状トラック内に摺動可能に保持され且そ
   の軸部にて前記側板の前記取付はスタッド孔の一つを通
   って突出ており且これと共働する保持ナツトと共に前記
   側板を前記タービンディスクに保持する取付はスタッド
   と、複数個の貫通ボルトにして各各が前記タービンディ
   スクの前記貫通孔内に保持され且前記側板の前記貫通ボ
   ルト孔の一つを通って突出ており且これと共働する保持
   ナツトと共に前記側板を前記ディスクに保持する貫通ボ
   ルトとを有することを特徴とするガスタービンエンジン
   。 ３ 回転可能なディスク・ブレード組立体を有するガス
   タービンエンジンに於て、タービンディスりにしてそれ
   自身の外周に沿って配置された複数個のブレード装填ス
   ロットとそれ自身の側面に設けられた環状トラックと前
   記複数個のブレード装填スロットの隣り合ったもの同士
   の間にてそれ自身を貫通する複数個の貫通孔と前記ブレ
   ード装填スロットの各々の基部に設けられた冷却空気室
   とを有するタービンディスクと、複数個のタービンブレ
   ードにして各々が前記タービンディスクの対応する前記
   ブレード装填スロットに装着されており且前記タービン
   ディスクの周縁に沿って周方向に延び且これより隔置さ
   れたプラットフォーム部を有し隣接するタービンブレー
   ドのプラットフォーム部とタービンディスク周縁部との
   間にタービンディスクの軸線方向に延在するタービンブ
   レード振動減衰空隙を形成するタービンブレードと、各
   々が少なくとも一つの取付はスタット孔と貫通ボルト孔
   とを有する複数個の片に分けられた側板にして各々がタ
   ービンディスクの前記側面との面接触状態に保持され前
   記冷却空気室及び前記タービンブレード振動減衰空隙の
   両者に対する軸線方向覆いを与えている側板と、複数個
   の取付はスタッドにして各々がそのヘッド部にて前記環
   状トラック内に摺動可能に保持され且その軸部にて前記
   側板の前記取付はスタッド孔の一つを通って突出ており
   且これと共働する保持ナツトと共に前記側板をタービン
   ディスクに保持する取付はスタッドと、複数個の貫通ボ
   ルトにして各々が前記タービンディスクの前記貫通孔内
   に保持され且前記側板の前記貫通ボルト孔の一つを通っ
   て突出ており且これと共働する保持ナツトと共に前記側
   板を前記ディスクに保持する貫通ボルトと、前記冷却空
   気室を圧力空気源に接続する通路手段とを有することを
   特徴とするガスタービンエンジン。