JP2008151141A - ロータアセンブリにおける荷重伝達のための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ロータアセンブリが提供される。
【解決手段】ロータアセンブリは第1のタービンバケット(100)を含み、第1のタービンバケットはその径方向外端部(254)から延びる第1の先端シュラウド(212)を含み、第1の先端シュラウドは第1の表面(244)を含み、ロータアセンブリはさらに第2のタービンバケット(101)を含み、第2のタービンバケットはその径方向外端部(255)から延びる第2の先端シュラウド(214)を含み、第2の先端シュラウドは第1の先端シュラウドに円周方向に隣接して配置され、第2の先端シュラウドは、第2の先端シュラウドに誘起される径方向荷重の少なくとも一部を第1の先端シュラウドに伝達し、第1の先端シュラウドに誘起される径方向荷重の少なくとも一部を第2の先端シュラウドに伝達するように構成された第2の表面(245)を含む。
【選択図】 図3
【解決手段】ロータアセンブリは第1のタービンバケット(100)を含み、第1のタービンバケットはその径方向外端部(254)から延びる第1の先端シュラウド(212)を含み、第1の先端シュラウドは第1の表面(244)を含み、ロータアセンブリはさらに第2のタービンバケット(101)を含み、第2のタービンバケットはその径方向外端部(255)から延びる第2の先端シュラウド(214)を含み、第2の先端シュラウドは第1の先端シュラウドに円周方向に隣接して配置され、第2の先端シュラウドは、第2の先端シュラウドに誘起される径方向荷重の少なくとも一部を第1の先端シュラウドに伝達し、第1の先端シュラウドに誘起される径方向荷重の少なくとも一部を第2の先端シュラウドに伝達するように構成された第2の表面(245)を含む。
【選択図】 図3
Description
本発明は、一般にタービンロータアセンブリに関し、より詳細にはタービンロータアセンブリで使用される回転翼形部の先端シュラウドにおける応力を軽減するための方法及び装置に関する。
少なくともいくつかの周知のタービンロータアセンブリは、根元部から先端シュラウドまで延びる複数のロータ動翼又はバケット(以下、用語「バケット」を、タービンのバケットや航空機のエンジン動翼を総称するために使用するものとする)を含む。一般的に、先端シュラウドはタービンロータアセンブリの性能を改善し易くする。動作中、先端シュラウドは、その先端シュラウド内に応力を誘起する大きな熱的・機械的負荷を受ける。動翼の有効寿命を維持するには、その応力に対処しなければならない。
少なくともいくつかの周知のバケット先端シュラウドは、先端シュラウドに誘起される応力を低減し易くするために、先端シュラウドの選択された部分が取り除かれるようにスカラップ加工される。例えば、スカラップ加工は、そのプロセス中に先端シュラウドの前縁及び/又は後縁に沿ってその一部分を取り除くことで知られている。
米国特許第3874139号明細書
米国特許第6701616号明細書
スカラップ加工された領域により、先端シュラウドに誘起される機械的負荷、したがって応力は低減し易くなるが、先端シュラウドにスカラップ加工を行うと、エンジンの性能に悪影響を及ぼす恐れがある。
一態様では、ロータアセンブリの組立て方法が提供される。この方法は、第1の表面を含んだ第1の先端シュラウドを備える第1のタービンバケットをロータディスクに結合し、第2の表面を含んだ第2の先端シュラウドを備える第2のタービンバケットを設け、第2のタービンバケットが第1のタービンバケットに円周方向に隣接するように、且つロータアセンブリの動作中、第1の先端シュラウドが第1及び第2の表面に沿って第2の先端シュラウドに接触して、第1の先端シュラウドに誘起される径方向荷重の少なくとも一部を第2の先端シュラウドに伝達し、第2の先端シュラウドに誘起される径方向荷重の一部分を第1の先端シュラウドに伝達可能となるように、第2のタービンバケットをロータディスクに結合することを含む。
他の態様では、ロータアセンブリが提供される。ロータアセンブリは第1のタービンバケットを含み、第1のタービンバケットはその径方向外端部から延びる第1の先端シュラウドを含む。第1の先端シュラウドは第1の表面を含む。ロータアセンブリはさらに第2のタービンバケットを含み、第2のタービンバケットはその径方向外端部から延びる第2の先端シュラウドを含む。第2の先端シュラウドは第1の先端シュラウドに円周方向に隣接して配置される。第2の先端シュラウドは、第2の先端シュラウドに誘起される径方向荷重の少なくとも一部を第1の先端シュラウドに伝達し、第1の先端シュラウドに誘起される径方向荷重の少なくとも一部を第2の先端シュラウドに伝達するように構成された第2の表面を含む。
他の態様では、タービンバケットアセンブリが提供される。タービンバケットアセンブリは、タービンバケットと、このタービンバケットの径方向外端部から延びる先端シュラウドを含む。先端シュラウドは、第1の外周側部とそれに対向する第2の外周側部がそれぞれ前縁と後縁の間に延びるような、前縁とそれに対向する後縁を含む。先端シュラウドはさらに、第1の外周側部と第2の外周側部の間に延びる、1本以上の先端レールを含む。タービンバケットアセンブリはまた、第1の外周側部、1本以上の先端レール、前縁、及び後縁のうちの1つ以上の一部分に沿ってそれぞれ広がる、第1の表面と第2の表面を含む。第1及び第2の表面は、第1の先端シュラウドからそれに隣接する第2の先端シュラウドへの径方向荷重の伝達を可能とするように構成される。
本明細書では、単数形で記載したものであっても、複数のものを除くと明示されていない限り、複数のものを包含する。さらに、本発明の「一実施形態」(又は「その他の実施形態」)に関する言及は、記載されている特徴をやはり組み入れている追加的な実施形態の存在を排除する、或いは本発明に関連して説明されているその他の特徴の存在を排除すると解釈されるためのものではない。さらに、明記されない限りは反対に、特定の特性を有する1以上の要素を「備える」又は「有する」実施形態は、その特性をもたない追加的なかかる要素を含むことができる。
図1は、軸流タービンで使用できるタービンバケット100の斜視図である。例示的な一実施形態では、各バケット100は、翼形部42と、翼形部42をロータディスク(図示せず)に取り付けるために使用する、一体形成されたダブテール43を含む。
翼形部42は、第1の側壁44及び第2の側壁46を含む。第1の側壁44は凹形で、翼形部42の正圧側を画成し、第2の側壁46は凸形で、翼形部42の負圧側を画成する。側壁44及び46は、翼形部42の前縁48と、前縁48より下流にある軸方向に隔置された後縁50で繋がる。
第1、第2の側壁44、46はそれぞれ、ダブテール43に隣接して配置された動翼根元部52から架け渡すように長手方向すなわち径方向外向きに延びる。この例示的な実施形態では、翼形部42と動翼根元部52は、単一の部品として製作される。一代替実施形態では、翼形部42と根元部52は、単一の部品としては製作されない。この例示的な実施形態では、バケット100は先端シュラウド212を含む。バケット100は、ロータシャフトに結合され、ロータシャフトから径方向外向きに延びる。一代替実施形態では、バケット100は、ブリスクなどの、バケットをロータシャフトに結合するように構成されたその他の装置で、ロータシャフトに結合してもよい。
図2は、タービンロータアセンブリ内部の定位置に結合された、円周方向に隣接するバケット100と101の対の一部分の斜視図である。図3は、先端シュラウド212の上面斜視図である。図4は、先端シュラウド212の下面斜視図である。
具体的には、この例示的な実施形態では、バケット100及び101は、ほぼ同一であり、それぞれ先端シュラウド212を含む。簡単にするために、第1のバケットをバケット100としてみなし、第2のバケットをバケット101とみなす。バケット100は第1の先端シュラウド212を含み、バケット101は第2の先端シュラウド214を含む。下記に詳細に示すように、先端シュラウド212は、製造時に、先端シュラウド214の一部分に対して協働し対合するようなサイズと向きに形成される。さらに、下記に詳細に示すように、この例示的な実施形態では、第1の先端シュラウド212の一部分は、それと円周方向に隣接する第2の先端シュラウド214からの径方向荷重を支持するように構成される。
図2に示されているように、先端シュラウド212、214はそれぞれ、前縁側部240とそれに対向する後縁側部242を介して繋ぎ合わされる、第1の側壁234と円周方向に対向して隔置される第2の側壁238を含む。この例示的な実施形態では、前縁側部240も後縁側部242もスカラップ加工されない。前縁側部240及び後縁側部242はそれぞれ、第1の側壁234と第2の側壁238の間に円周方向に延びる。この例示的な実施形態では、先端シュラウド212、214はそれぞれ、先端レール241と243の対を含む。一代替実施形態では、先端シュラウド212、214はそれぞれ、先端レールを1本含む。
図3に示されているように、この例示的な実施形態では、第1の側壁234は、その一部分に沿って画成される張出し部分250によって形成される。具体的には、この例示的な実施形態では、張出し部分250は、前縁側部240から後縁側部242の方に延びる。図4に示されているように、この例示的な実施形態では、張出し部分250は、前縁側部240から後縁側部242の方に距離D1だけ延びる。第1の側壁234はまた、切欠き252によって形成される。具体的には、この例示的な実施形態では、切欠き252は、頂点253で繋ぎ合わされる第1の端部254及び第2の端部255によって画成される。この例示的な実施形態では、切欠き252は、第1の端部254から第2の端部255まで連続的に延びるZ字形の切欠きである。したがって、この例示的な実施形態では、張出し部分250は、前縁側部240から切欠きの第1の端部254まで延びる。
張出し部分250は、第2の側壁238の方に径方向内側の表面251に沿って幅W1だけ延びる陥凹部257によって形成される。この例示的な実施形態では、径方向外側の表面245が、前縁240の径方向外側の表面244から外側へ一定の距離(図示せず)だけずれる。張出し部分の径方向内側の表面251は、下記に詳細に示すように円周方向に隣接する先端シュラウド212と214が互いに当接可能となるようにする対合表面を形成する。
第1の側壁234はまた、その一部分に沿って延びるアンダーカット部分260によって形成される。具体的には、この例示的な実施形態では、アンダーカット部分260は、後縁側部242から前縁側部240の方に延びる。より具体的には、この例示的な実施形態では、アンダーカット部分260は、後縁側部242から頂点253まで距離D3だけ延びる。一代替実施形態では、アンダーカット部分260は、後縁側部242から、切欠きの第2の端部255に隣接して位置する突出部261まで延びる。この例示的な実施形態では、距離D3は、距離D1とほぼ等しい。一代替実施形態では、距離D3は、距離D1と異なる。
アンダーカット部分260は、第1の側壁234から第2の側壁238の方へ、径方向外側の表面264に沿って幅W2だけ延びる陥凹領域263によって画成される。アンダーカット部分の径方向外側の表面264は、下記に詳細に示すように円周方向に隣接する先端シュラウド212と214が互いに当接可能となるにする対合表面を形成する。
第2の側壁238は、アンダーカット部分270、突出部271、切欠き272、及び張出し部分274を含む。この例示的な実施形態では、アンダーカット部分270、切欠き272、及び張出し部分274は、それぞれが、円周方向に隣接する張出し部分250、切欠き252、及びアンダーカット部分260に対合するようなサイズ、形状、及び向きに形成されるという点で、アンダーカット部分260、切欠き252、及び張出し部分250と同様に形成される。より具体的には、この例示的な実施形態では、アンダーカット部分270は、前縁側部240から後縁側部242の方に延びる。具体的には、アンダーカット部分270は、前縁側部240から後縁側部242の方に距離D5だけ延びる。具体的には、アンダーカット部分270は、前縁側部240から頂点279まで延びる。代替方法では、アンダーカット部分270は、前縁側部240から突出部271まで延びる。この例示的な実施形態では、距離D5は、アンダーカット部分260の距離D3とほぼ等しい。一代替実施形態では、距離D5は、アンダーカット部分の距離D3と異なる。第2の側壁238はまた、頂点279で繋ぎ合わされる第1の端部276及び第2の端部278によって画成される切欠き272によって形成される。この例示的な実施形態では、切欠き272は、第1の端部276から第2の端部278まで連続的に延びるZ字形の切欠きである。したがって、この例示的な実施形態では、アンダーカット部分270は、前縁側部240から、切欠きの第2の端部278に近接する突出部271まで延びる。
アンダーカット部分270は、第2の側壁238から第1の側壁234の方に、シュラウドの径方向外側の表面280に沿って幅W3だけ延びる陥凹領域273によって画成される。アンダーカット部分の径方向外側の表面280が、下記に詳細に示すように円周方向に隣接する先端シュラウド212と214が互いに当接可能となるようにする対合表面を形成する。
さらに、第2の側壁238は、その一部分に沿って延びる張出し部分274によって形成される。張出し部分274は、後縁側部242から前縁側部240の方に延びる。この例示的な実施形態では、張出し部分274は、後縁側部242から前縁側部240の方に距離D6だけ延びる。この例示的な実施形態では、距離D6は、張出し部分250の距離D1とほぼ等しい。一代替実施形態では、D6は、張出し部分の距離D1と異なる。具体的には、張出し部分274は、後縁側部242から切欠き272の第1の端部276まで延びる。張出し部分274は、第2の側壁238から第1の側壁234の方に、シュラウドの径方向内側の表面284に沿って幅W4だけ延びる陥凹部282によって形成される。張出し部分の径方向内側の表面284は、下記に詳細に示すように円周方向に隣接する先端シュラウドが互いに当接可能となるようにする対合表面を形成する。
この例示的な実施形態では、第1の側壁234は、先端シュラウド212に誘起される径方向荷重の一部分が先端シュラウド214に伝達されるように第2の側壁238に対して対合するように設計される。具体的には、張出し部分250は、アンダーカット部分270に対して対合するように設計され、張出し部分274は、アンダーカット部分260に対して対合するように設計される。この例示的な実施形態では、張出し部分250、274は、アンダーカット部分270、260とそれぞれ確実に重なり合うように設計される。先端シュラウド212及び214の向き及び構造は、例示的な実施形態であることに留意されたい。例えば、一代替実施形態では、先端シュラウド212も先端シュラウド214も、張出し部分250、274によって形成されない、或いはアンダーカット部分260、270によって形成されない。一代替実施形態では、先端シュラウドの第1の側壁234は、先端シュラウド212に誘起される径方向荷重の一部分が先端シュラウド214に伝達されるようにロータアセンブリの動作中に第1の表面と第2の表面が接触可能となるように先端シュラウドの第2の側壁238に対して配置可能な第1の表面によって形成される。別の代替実施形態では、例えば、先端シュラウド212及び/又は先端シュラウド214の少なくとも一方が、外周ピン、タブ、及び/又は先端シュラウド212に誘起される径方向荷重の一部分が先端シュラウド214に移すことができるその他の任意の適当な機構を含むが、これに限定されない。
一代替実施形態では、前縁240が張出し部分250及びアンダーカット部分260を含み、且つ/又は後縁242が張出し部分274及びアンダーカット部分270を含み、先端シュラウド212に誘起される径方向荷重の一部分が先端シュラウド214に伝達される。他の代替実施形態では、先端レール241が張出し部分250及びアンダーカット部分260を含み、且つ/又は先端レール243が張出し部分274及びアンダーカット部分270を含み、先端シュラウド212に誘起される径方向荷重の一部分が先端シュラウド214に伝達される。
組立中、この例示的な実施形態では、先端シュラウド212と214が互いに円周方向に隣接して配置されるように、バケット100と101が互いに円周方向に隣接して配置される。より具体的には、並べられたときに、先端シュラウド212の前縁側部240は先端シュラウド214の前縁側部240とほぼ円周方向に並ぶ。したがって、先端シュラウド212の第1の側壁234は、先端シュラウド214の第2の側壁238に円周方向に隣接して配置される。より具体的には、この例示的な実施形態では、先端シュラウド212と214が互いに隣接すると、張出し部分250の径方向内側の表面251はアンダーカット部分270の外側表面280と径方向に並び、突出部271は切欠き252内部の壁と並び、頂点279は突出部261を受ける。さらに、アンダーカット部分260の陥凹領域263の径方向外側の表面264が、張出し部分274の陥凹部282の径方向内側の表面284と並ぶ。アンダーカット部分260、270と張出し部分250、274を互いに対合関係で位置決めすることによって、先端シュラウド212、214の有効寿命の延長が容易になり、したがって、先端シュラウド212及び214がスカラップ及び/又はその他の脆弱な切り落とし部分を含まないようになる。バケット100及び101が熱膨張する前に、先端シュラウド212の第1の側壁234は、隣接する先端シュラウド214の第2の側壁238と並んでいる。先端シュラウド212及び214は、タービンの動作中互いに接触するように配置されている。
タービンの動作中は、空気が先端シュラウド212及び214に沿って前縁240から後縁側部242の方に流れる。先端シュラウド212及び214が熱的/機械的に膨張すると、タービンの動作中に先端シュラウド212及び214に誘起される応力を低減させるように、張出し部分250及び274によって、アンダーカット部分260及び270の径方向外向きの動きに耐え易くなる。動作中、この張出し部分250、274とアンダーカット部分260、270の組合せによって、先端シュラウドの遠心力による荷重がそれぞれ対応するバケット100、101に伝達される。具体的には、この例示的な実施形態では、先端シュラウド212に誘起される径方向荷重の一部分が先端シュラウド214に伝達される、或いは先端シュラウド214に誘起される径方向荷重の一部分が先端シュラウド212に伝達される。さらに、この例示的な実施形態では、先端シュラウド212に誘起される径方向荷重の一部分が先端シュラウド214に伝達され、同時に先端シュラウド214に誘起される径方向荷重の一部分が先端シュラウド212に伝達される。径方向の保持を強化したことによって、製造業者による先端シュラウドの前縁及び/又は後縁スカラップ加工の必要性が生じないようにすることができる。さらに、この径方向の保持によって、翼形部と先端シュラウド間にあるフィレット(図示せず)が先端シュラウドの荷重を担持する責任を単独で負うことがないようにすることが容易になる。先端シュラウド212及び214内の応力を低減し、引き下げることによって、先端シュラウドの有効寿命の延長が容易になる。
上記の発明は、先端シュラウド内部で誘起される応力の低減を容易にする、重なり合った先端シュラウドアセンブリを提供する。先端シュラウド内部の応力が低減されることによって、エンジン性能を維持しながら、先端シュラウドの有効寿命を延ばすことが容易になる。
タービンロータアセンブリの例示的な一実施形態が、上記に詳細に説明されている。例示されたアセンブリは、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されるのではなく、各アセンブリの構成部品を、本明細書に記載のその他の部品と独立して別個に利用することができる。
本発明を様々な特定の実施形態に関して説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲内の変更で本発明を実施できることは、当業者には認識されよう。
42 翼形部
43 ダブテール
44 第1の側壁
46 第2の側壁
48 前縁
50 後縁
52 根元部
100 タービンバケット
101 バケット
212 第1の先端シュラウド
214 第2の先端シュラウド
234 第1の側壁
238 第2の側壁
240 前縁側部
241 先端レール
242 後縁側部
243 先端レール
244 外側表面
245 外側表面
250 張出し部分
251 内側表面
252 切欠き
253 頂点
254 第1の端部
255 第2の端部
257 陥凹部
260 アンダーカット部分
261 突出部
263 陥凹領域
264 外側表面
270 アンダーカット部分
271 突出部
272 切欠き
273 陥凹領域
274 張出し部分
276 第1の端部
278 第2の端部
279 頂点
280 外側表面
282 陥凹部
284 内側表面
43 ダブテール
44 第1の側壁
46 第2の側壁
48 前縁
50 後縁
52 根元部
100 タービンバケット
101 バケット
212 第1の先端シュラウド
214 第2の先端シュラウド
234 第1の側壁
238 第2の側壁
240 前縁側部
241 先端レール
242 後縁側部
243 先端レール
244 外側表面
245 外側表面
250 張出し部分
251 内側表面
252 切欠き
253 頂点
254 第1の端部
255 第2の端部
257 陥凹部
260 アンダーカット部分
261 突出部
263 陥凹領域
264 外側表面
270 アンダーカット部分
271 突出部
272 切欠き
273 陥凹領域
274 張出し部分
276 第1の端部
278 第2の端部
279 頂点
280 外側表面
282 陥凹部
284 内側表面
Claims (10)
- 第1のタービンバケット(100)と第2のタービンバケット(101)とを備えるロータアセンブリであって、
第1のタービンバケットがその径方向外端部(254)から延びる第1の先端シュラウド(212)を備えていて、第1の先端シュラウドが第1の表面(244)を備えており、
第2のタービンバケットが、その径方向外端部(255)から延びる第2の先端シュラウド(214)を備えていて、第2の先端シュラウドが、第1の先端シュラウドに円周方向に隣接して配置され、第2の先端シュラウドが、第2の先端シュラウドに誘起される径方向荷重の少なくとも一部を第1の先端シュラウドに伝達し、第1の先端シュラウドに誘起される径方向荷重の少なくとも一部を第2の先端シュラウドに伝達するように構成された第2の表面(245)を備える、アセンブリ。 - 第1のタービンバケット(100)と第2のタービンバケット(101)がロータアセンブリ内部で結合されるときに、第2の表面(245)の少なくとも一部が、第1の表面(244)の少なくとも一部の径方向内向きに配置される、請求項1記載のアセンブリ。
- 第1の表面(244)が、第2の表面(245)の一部分の内部に配置されるように構成される、請求項1記載のアセンブリ。
- 第1の表面(244)が張出し部分(274)を備え、第2の表面(245)がアンダーカット部分(270)を備える、請求項1記載のアセンブリ。
- 第1の表面(244)と第2の表面(245)が、動作中に互いにほぼ重なって対合するように構成される、請求項1記載のアセンブリ。
- タービンバケット(100)と、
タービンバケットの径方向外端部(254、255)から延びる先端シュラウド(212、214)であって、先端シュラウドが前縁(240)とそれに対向する後縁(242)を有していて第1の外周側部とそれに対向する第2の外周側部がそれぞれ前縁と後縁の間に延びており、先端シュラウドがさらに、第1の外周側部と第2の外周側部の間に延びる1本以上の先端レール(241、243)を備えている先端シュラウド(212、214)と、
第1の外周側部、1本以上の先端レール、前縁、及び後縁のうちの1つ以上の一部分に沿ってそれぞれ広がる第1の表面(244)及び第2の表面(245)であって、径方向荷重の伝達を可能にするように構成される第1の表面(244)及び第2の表面(245)と
を備えるタービンバケットアセンブリ。 - 第1の表面(244)がアンダーカット部分(260、270)であり、第2の表面(245)が張出し部分(250、274)であり、アンダーカット及び張出し部分が径方向荷重伝達を容易にするようなものである、請求項6記載のアセンブリ。
- 第1及び第2の外周側部の少なくとも一方が、第1の表面及び第2の表面(244、245)を備える、請求項6記載のアセンブリ。
- 1本以上の先端レール(241、243)が、第1の表面(244)及び第2の表面(245)を備える、請求項6記載のアセンブリ。
- 前縁(240)及び後縁(242)の少なくとも一方が、第1の表面(244)及び第2の表面(245)を備える、請求項6記載のアセンブリ。
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