JPS60256502A - 羽根の先端 - Google Patents

羽根の先端

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JPS60256502A
JPS60256502A JP60087668A JP8766885A JPS60256502A JP S60256502 A JPS60256502 A JP S60256502A JP 60087668 A JP60087668 A JP 60087668A JP 8766885 A JP8766885 A JP 8766885A JP S60256502 A JPS60256502 A JP S60256502A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tip
vane
blade
end wall
conduit
Prior art date
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Pending
Application number
JP60087668A
Other languages
English (en)
Inventor
ウイリアム・ケリー・コツフエル
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/20Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は全般的に夕・−ボ流体機械の羽根、更に具体
的に云えば、磨耗性被覆を持つ改良された羽根の先端に
関する。 ・ 11匹11 軸流ターボ流体機械は、1つ又は更に多くの回転集成体
又は円板を持っているのが典型的である。
各々の円板が半径方向の向きの多数の羽根を持つでいる
。この様な羽根が付いた各々の円板が、各々の円板を円
周方向に取囲む不動面又はシュラウドに対して回転自在
である。各々の羽根の半径方内外側の端又は先端が、シ
ュラウドとの間に狭いすき間を形成する。こういうすき
間が存在しないのが理想的である。然し、実際には、羽
根つきロータ及び同心のシュラウドは不変の完全な円形
を形成していない。それらに作用する種々の力によって
、歪みが生ずる。例えば温度変化によってロータとシュ
ラウドの熱による膨張及び収縮の割合が異なり、その結
果、羽根の先端とシュラウドの間に擦れ合いが生ずるこ
とがある。更に、羽根に作用する遠心力とシュラウドに
作用する構造的な力によって歪みが生じ、この結果擦れ
合いが起ることがある。
この様な擦れによって羽根の先端並びに/又はシュラウ
ドの面が劣化し、以下先端ずき間と呼ぶ平均のすき間が
大きくなる。先端すき間が増加すると、その結果、ガス
タービン機関の効率、従って燃焼燃料が目立って低下す
る。
一般的に、ケーシング内に組立てる前の羽根の先端は、
先端すき間に影響する羽根の長さの点で、非常に狭い許
容公差内に整形することが出来る。
これと対照的に、特に1機関の運転中、ケーシングの真
円からのずれ、並びにロータとシュラウドの軸線の間の
偏心は避けるのが困難である。この為機関の成る運転期
間中、羽根の先端が、成る干渉領域でシュラウドと接触
することがある。羽根の先端を犠牲にして、この領域に
於ける接触によって磨耗するようにすると、干渉の、起
っていない領域に於ける平均の先端すき間が増加し、機
関の効率が低下する。然し、羽根の先端が磨耗性被覆を
持っていれば、干渉領域でシュラウドを削ることが出来
、干渉の起っていない領域のすき間には影響がない。
何れの場合も、羽根の先端の成る程度の磨耗は避けられ
ない。羽根の擦れ合いがあっても、との擦れ合いの羽根
に対する悪影響がない様にする為、羽根の半径方向外側
の端に「スクイーラ」を利用 ゛することが知られてい
る。「スクイーラ」は典型的には翼の細長い延長部であ
って、実質的に長く 1□(て薄いひれであり、これは
容易にひず割れを生じ、冷めにくい。
上に述べた様に、羽根の先端に磨耗性被覆を使うことも
知られている。例えば米国特許第4.232.995号
及び同第4.390.320号には、磨耗性被覆を持つ
羽根の先端が記載されている。こういう羽根の先端は所
期の目的に有効であることが証明されている。然し、磨
耗性被覆と羽根の先端の間に良好な結合を保証すること
が重要である。羽根の先端の擦れは急速に起る傾向があ
り、被覆に対する剪断力を発生する。従来の羽根は、こ
の力に抵抗するのに、磨耗性被覆と羽根の先端の間の結
合強度に頼っている。
発明の目的 この発明の目的は新規で改良されたロータ羽根の先端を
提供することである。
この発明の別の目的は、剪断力に対する抵抗を強めた、
磨耗性被覆を持つロータ羽根の先端を提供することであ
る。
この発明の別の目的は、その冷却作用を改善する様な形
にしたロータ羽根の先端を提供することである。
発明の要約 この発明では、ロータ羽根が、磨耗性被覆を有する改良
された羽根の先端を持っている。羽根は不動面に対して
回転自在である。先端は、この先端が回転中に面と接触
した場合、被覆に対して法線方向の荷重成分を発生する
様な効果を持つ輪郭を有する。
、この発明の1形式では、羽根の先端が、羽根の外側の
端から半径方向外向きに伸びて、全体的に平坦な面で終
端する端壁を持っている。更に先端がこの端壁によって
区切られた凹面を持っている。
3、発明の詳細な説明 第1図はこの発明の1形式のロータ羽根10を示す。羽
根10の半径方向外側の端に磨耗性被覆14を持つ羽根
の先端12が配置されている。種々の磨耗性材料が知ら
れており、この被覆に有利に用いることが出来る。例え
ば立方晶の窒化硼素又は酸化アルミニウムを使うことが
出来る。
第2図は第1図に示した羽根10の部分断面図である。
羽根の先端12が羽根10の外側の端2Oより半径方向
外側に配置されていて、半径方向外側の端20の周縁1
8から半径方向外向きに伸びる端壁16を持っている。
端壁′16が羽根10の周縁に沿って伸び、全体的に平
坦な−22で終端する。羽根の先端12には、端壁16
によって区切られていて、半径方向内向きに伸びる凹面
24をも有する。凹面24は平坦な面2゛2と連続して
いる。ターボ流体機械に取付けた時、羽根10がシュラ
ウド又は不動面(図に示してない)に対して回転自在で
あり、羽根の先端12がそれと接近している。
平坦な面22を含む基準平面より下方に測った、凹[1
24の最大の深さdは、特定の用途と、羽根の先端12
及びその周囲のシュラウドの間で予想される擦れ合いの
程度とに応じて、変えること・が出来る。一般的に、凹
面24と界面26の間の大啼 きな温度差8防ぐ為ゝ・
磨耗性被覆14f)厚8rtJは比較的小さくする。磨
耗性被覆14に用いる厚さも、選んだ磨耗性材料と5、
それを羽根の先端に結合するのに使う方法とに応じて、
変わり得る。被覆14の実効熱転導度が小さい場合、厚
さを厚くしすぎると、熱応力によってかけ落ちたり又は
薄片状に離れることがある。被覆が薄すぎると、過度の
温度によって、界面26に於ける結合が弱くなる惧れが
ある。この発明の好ましい実施例では、被覆14の厚さ
rtJは5乃至30ミル(11)である。
この発明の別の特徴は、羽根の先端12を冷却する手段
である。図示の様に、羽根10が内部冷却通路28を持
っており、この中を流体が循環して羽根を冷却する。羽
根の先端12を冷却する手段は導管30を含む。導管3
0は、通路28からの冷却流体の一部分を端壁16に通
し、平坦な面22から出る。従来の羽根の先端では、例
えば「スクィーラ形」と呼ばれるものでは、端壁領域は
細長くて、一般的には細すぎて、この発明の様 “な導
管を受入れることが出来ない。冷却通路2・8・11′ と界面26の間の最小限の厚さTは、冷却通路218に
於ける強力な対流冷却を活用する為に、比較的薄い。好
ましい実施例では、この寸法は50乃至65ミルである
この発明の別の形式が第3図に示されている。
導管30が冷却通路28から端壁16の外面32まで伸
びている。導管30が、被覆14の直ぐ下の点で、端壁
16から出て行くことが好ましい。
第3図に示す実施例は、羽根の先端12の全体にわたっ
て対流゛冷却を行なう点では幾分効果が低くなることが
あるが、シュラウドとの擦れ合いの間、汚れによって閉
じる傾向が小さくなることがある。
第2図に示す実施例に戻って説明すると、導管30は、
矢印34で示す方向を持ち、これは平坦な面22に対し
て殆んど法線方向である。この角度の結果、導管の出口
に於ける応力集中が、第3図に示す場合よりも小さくな
る。
動作について説明すると、羽根10が矢印2.7で示す
方向に回転する。羽根の先端12が周囲のシュラウドと
接触すると、磨耗性被覆14がシュラウドに溝を切込む
。同時に、磨耗性被覆14が磨耗する。この磨耗が起る
につれて、シュラウドが凹面24と接触し、被覆14に
対し、矢印36で示す法線方向の荷重成分を発生する。
この為、被覆14が剪断を生ずる傾向が減少する。
当業者であれば、この発明がこ)に図示し且つ説明した
特定の実施例に制約されないことは明らかであろう。こ
の発明はタービン又は圧縮器の羽根にも制限されない。
むしろこの発明は円周方向に配置された固定の面に対し
て回転するあらゆる羽根に同じ様1用いることが出来る
図面に示した寸法、割合及び構造的な関係は例にすぎず
、これらの例示がこの発明の羽根の先端で使われる実際
の寸法又は割合や構造関係であると解してはならない。
特許請求の範囲に記載されたこの発明の範囲内で、いろ
いろな変更を加えること並びに全面的或いは部分的に均
等物を用いることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の1形式のターボ流体機械の羽根の先
端の部分的な斜視図、第2図は第1図の線2−2で切っ
た断面図、第3図はこの発明の別の形の羽根の先端の断
面図である。 主な符号の説明 10 : 羽根 14 : 磨耗性被覆 16 : 端壁 24 : 凹面 特許出願人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)不動面に対して回転自在のロータ羽根の羽根の先端
    に於て、磨耗性被覆を有し、該先端は、該先端が回転中
    に前記面に接触する場合、前記被覆に対して法、線方向
    ・の荷重成分を発生するのに有効な、輪郭を持っている
    羽根の外端。 ・2)半径方向外側の端を持、つ口、−夕羽根の羽根の
    先端に於て、磨耗性被覆を有し、前記外側の端の周縁か
    ら半径方向外向きに伸びる端壁と、該端、壁によって区
    切られていて、一端壁から半径方向・内・向きに伸びる
    凹面とを有する羽根の先端。 3)半径方向外側の端及び内部流体通路を持つロータ、
    羽、根の羽根の先端に於て、磨耗性被覆を有し、更に、
    前記4側の・端の周縁から半径方向外向きに伸びて全体
    的に平坦な面で終端する端壁と、轄端壁によって区切ら
    れていて、該端壁から半径方向、内向きに伸び、る凹面
    とを、有する羽根の先端。 4)特許請求の範囲3)に記載した羽根の先端に於てミ
    前記通路からの流体の一部分を前記端壁に通す導管を有
    する羽根の先端。 5)特許請求の範囲3)に記載した羽根の先端に於て、
    前記通路からの流体の一部分を前記平坦 □な面に通す
    導管を有する羽根の先端。 6)特許請求の範囲5)に記載した羽根の先端に於て□
    、前記導管が前記平坦な面に対して法線方向に近い方向
    を定めている羽根の先端。
JP60087668A 1984-04-27 1985-04-25 羽根の先端 Pending JPS60256502A (ja)

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US06/604,671 US4589823A (en) 1984-04-27 1984-04-27 Rotor blade tip
US604671 1996-02-21

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