(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータブレードプラットフォーム（１３０）であって、
第１のプラットフォーム脚部（１４２）と、
第２のプラットフォーム脚部（１４４）と、
前記第１及び第２のプラットフォーム脚部に結合されたプラットフォーム部分（１４０）と、
を含み、
前記第１のプラットフォーム脚部が、第１のロータブレード（１０２）に結合された第１のリテーナ（１５０）によって前記プラットフォーム部分に保持され、
前記第２のプラットフォーム脚部が、第２のロータブレード（１０４）に結合された第２のリテーナ（１５２）によって前記プラットフォーム部分に保持され、
前記ロータブレードプラットフォーム（１３０）が、半径方向に移動可能に構成された
ことを特徴とする、ロータブレードプラットフォーム（１３０）。
【請求項２】
前記プラットフォーム部分（１４０）が、
前記第１のロータブレード（１０２）の輪郭に実質的に酷似した輪郭を有する第１の端縁部（１７０）と、
前記第２のロータブレード（１０４）の輪郭に実質的に酷似した輪郭を有する第２の端縁部（１７２）と、を含む、
請求項１に記載のロータブレードプラットフォーム（１３０）。
【請求項３】
前記第１及び第２のプラットフォーム脚部（１４２、１４４）が、前記プラットフォーム部分（１４０）と単体構造に形成される、請求項１又は２に記載のロータブレードプラットフォーム（１３０）。
【請求項４】
前記第１及び第２のプラットフォーム脚部（１４２、１４４）が各々、前記プラットフォーム部分（１４０）に結合された第１の端部（１４６）と第２の端部（１４８）とを含み、
前記第２の端部が第１の距離だけ隔たっており、
前記第１及び第２のリテーナ（１５０、１５２）が、前記第１の距離よりも小さい第２の距離だけ隔たっている、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロータブレードプラットフォーム（１３０）。
【請求項５】
前記第１及び第２のロータブレード（１０２、１０４）が各々、第１の金属材料を含み、
前記第１のプラットフォーム脚部（１４２）、第２のプラットフォーム脚部（１４４）及びプラットフォーム部分（１４０）が各々、前記金属材料を含む、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロータブレードプラットフォーム（１３０）。
【請求項６】
前記プラットフォーム部分（１４０）が、該プラットフォーム部分（１４０）と前記第１及び第２のロータブレード（１０２、１０４）との間をシールするラップジョイント（１８０）をさらに備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のロータブレードプラットフォーム（１３０）。
【請求項７】
ロータディスク（３０）と、
前記ロータディスクに結合された第１のロータブレード（１０２）と、
前記ロータディスクに結合された第２のロータブレード（１０４）と、
前記第１及び第２のロータブレード間に取外し可能に結合された、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のロータブレードプラットフォーム（１３０）と、
を含むロータ組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、タービンエンジンロータブレード及びタービンロータブレードを製作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、その各々が翼形部２、プラットフォーム４、及びシャンク部又はダブテール６を備えた一対の公知のロータブレードの斜視図である。製作時に、公知のロータブレードは、プラットフォームが翼形部及びシャンク部と一体形に形成されるように鋳造される。より具体的には、翼形部、プラットフォーム及びシャンク部は、単一の単体構造構成部品として鋳造される。
【０００３】
運転時に、翼形部は、ダブテールよりも高い温度に曝されるので、翼形部とプラットフォームとの間及び／又はシャンク部とプラットフォームとの間の接合面に温度勾配が発生する可能性がある。時間の経過と共に、そのような温度勾配によって生じた熱歪みが、プラットフォームに対して圧縮熱応力を誘起する可能性がある。時間の経過と共に、プラットフォームの高い作動温度により、プラットフォームの酸化、プラットフォームの割れ及び／又はプラットフォームのクリープ撓みが生じる可能性があり、これが、ロータブレードの有効寿命を短縮させるおそれがある。
【０００４】
プラットフォーム領域における高温の影響を減少させるのを可能にするために、冷却通路を使用してシャンク部空洞空気並びに／或いはブレード冷却空気及びシャンク部空洞空気の混合空気をプラットフォーム領域下方の領域内に導入して、プラットフォームを冷却するのを可能にしている。しかしながら、冷却通路は、プラットフォーム内に熱勾配を生じさせる可能性があり、そのことにより、プラットフォーム領域の上面上に圧縮応力が生じるおそれがある。さらに、プラットフォーム冷却孔は、プラットフォームの各領域にはアクセスできないので、冷却空気は、プラットフォームの全ての領域に一様に配向させることができない。
【０００５】
プラットフォームはダブテール及びシャンク部と一体形に形成されるので、プラットフォームに発生したあらゆる損傷により、一般的にロータ全体が廃棄されることになり、従ってガスタービンエンジンの全メンテナンス費用を増大させることになる
【特許文献１】米国特許第５，２８１，０９６号公報
【特許文献２】米国特許第５，２２２，８６５号公報
【特許文献３】米国特許第５，１９３，９８２号公報
【特許文献４】米国特許第４，４８３，６６１号公報
【特許文献５】米国特許第４，０１９，８３２号公報
【特許文献６】米国特許第３，８０１，２２２号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様では、ブレード組立体を組立てる方法を提供する。本方法は、シャンク部分と該シャンク部分と一体形に形成された翼形部とを有する第１のロータブレードを準備する段階と、シャンク部分と該シャンク部分と一体形に形成された翼形部とを有する第２のロータブレードを準備する段階と、第１及び第２のロータブレード間にプラットフォームを結合する段階とを含む。
【０００７】
別の態様では、ロータブレードプラットフォームを提供する。本ロータブレードプラットフォームは、第１のプラットフォーム脚部と、第２のプラットフォーム脚部と、第１及び第２のプラットフォーム脚部に結合されたプラットフォーム部分とを含み、第１のプラットフォーム脚部は、第１のロータブレードに結合された第１のリテーナによって保持されるように構成され、また第２のプラットフォーム脚部は、第２の隣接するロータブレードに結合された第２のリテーナによって保持されるように構成される。
【０００８】
さらに別の態様では、ロータ組立体を提供する。本ロータ組立体は、ロータディスクと、該ロータディスクに結合された第１のロータブレードと、該ロータディスクに結合された第２のロータブレードと、第１及び第２のロータブレード間に取外し可能に結合されたロータブレードプラットフォームとを含む。
【０００９】
さらに別の態様では、ガスタービンエンジン組立体を提供する。本ガスタービンエンジン組立体は、ロータと、該ロータに結合されかつその各々がダブテールと該ダブテールに結合されたシャンク部とを含む複数の円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレードと、該各ロータブレードの少なくとも２つ間に取外し可能に結合されたロータブレードプラットフォームとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図２は、例示的なガスタービンエンジン１０の概略図であり、エンジン１０は、ファン組立体１１、低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１４及び燃焼器１６を含む。エンジン１０はまた、高圧タービン（ＨＰＴ）１８、低圧タービン２０、排気フレーム２２及びケーシング２４を含む。第１のシャフト２６が、低圧圧縮機１２を低圧タービン２０に結合し、また第２のシャフト２８が、高圧圧縮機１４を高圧タービン１８に結合する。エンジン１０は、該エンジン１０の上流端部３４から後方に該エンジン１０の下流端部３６まで延びる対称軸線３２を有する。ファン組立体１１は、ファン３８を含み、ファン３８は、ハブ部材又はディスク４２に取付けられた少なくとも１つの翼形形状ファンブレード４０の列を含む。
【００１１】
運転中に、空気は低圧圧縮機１２を通って流れ、加圧され空気は高圧圧縮機１４に供給される。高度に加圧された空気は、燃焼器１６に供給される。燃焼器１６からの燃焼ガスは、タービン１８及び２０を推進する。軸線３２の周りで、高圧タービン１８は、第２のシャフト２８及び高圧圧縮機１４を回転させ、一方、低圧タービン２０は、第１のシャフト２６及び低圧圧縮機１２を回転させる。
【００１２】
図３は、例示的なブレード組立体１００の拡大斜視図である。図４は、ブレード組立体１００の平面図である。図５は、図３及び図４に示す例示的なプラットフォームの平面図である。ブレード組立体１００は、その各々が例示的なガスタービンエンジン１０（図１に示す）で使用することができる少なくとも第１のロータブレード１０２と該第１のロータブレード１０２に隣接して結合された第２のロータブレード１０４とを含む。この例示的な実施形態では、ブレード１０２及び１０４の各々は、本明細書に記載した特徴形状部を含むように変更されている。ロータ組立体内部に結合した時に、各ロータブレード１０２及び１０４は、例えば高圧タービンロータディスク３０（図１に示す）のようなロータディスクに結合され、ロータディスクは、シャフト２８のようなロータシャフトに回転可能に結合される。別の実施形態では、ブレード１０２及び１０４は、ロータスプール（図示せず）内部に取付けられる。この例示的な実施形態では、隣接するロータブレード１０２及び１０４は、同一のものであり、かつその各々は、ロータディスク３０から半径方向外向きに延びる。各ロータブレード１０２及び１０４は、翼形部１１０と、該翼形部１１０と単体構造に形成されたシャンク部又はダブテール１１２とを含む。
【００１３】
各翼形部１１０は、第１の側壁１２０及び第２の側壁１２２を含む。第１の側壁１２０は、凸面形でありかつ翼形部１１０の負圧側面を形成し、また第２の側壁１２２は、凹面形でありかつ翼形部１１０の正圧側面を形成する。側壁１２０及び１２２は、翼形部１１０の前縁１２４及び軸方向に間隔を置いた後縁１２６において互いに接合される。図４に示すように、翼形部後縁１２６は、翼形部前縁１２４から翼弦方向にかつ下流方向に間隔を置いて配置される。
【００１４】
ブレード組立体１００はまた、第１及び第２のロータブレード１０２及び１０４間に配置された取外し可能なプラットフォーム１３０を含む。より具体的には、上述したように、公知のロータブレードは各々、ロータブレードを実質的に囲みかつ翼形部及びシャンク部の単体構造部分として形成又は鋳造されたプラットフォームを含む。しかしながら、この例示的な実施形態では、ロータブレード１０２及び１０４は、翼形部１１０と単体構造に形成されたプラットフォームを含まない。むしろ、図示するように、ブレード組立体１００は、ロータブレード１０２及び１０４間に配置されかつ該ロータブレード１０２及び１０４間に適当な間隔（距離）を維持するのを可能にする取外し可能なプラットフォーム１３０を含む。本明細書に記載する取外し可能というのは、プラットフォームを翼形部及びシャンク部に取り付けるのに、例えばプラットフォームを翼形部及びシャンク部と単体構造に鋳造するか或いは溶接法又はロウ付け法を使用するかのいずれかによってロータブレードに恒久的ではなく取付けられる構成部品と定義される。むしろ、構成部品、すなわち取外し可能なプラットフォーム１３０は、ロータブレード間に摩擦嵌合させるか或いはロータブレードに機械的に取付けて、ロータブレード１０２及び／又は１０４のいずれかの構造的一体性を除去、損傷、修正或いは変更せずに該取外し可能なプラットフォーム１３０をブレード組立体１００から取外すことを可能にする。
【００１５】
この例示的な実施形態では、取外し可能なプラットフォーム１３０は、プラットフォーム部分１４０と、第１のプラットフォーム脚部１４２と、第２のプラットフォーム脚部１４４とを含む。プラットフォーム脚部は一般的に、ほぼＣ字形状断面輪郭を有する。各プラットフォーム脚部１４２及び１４４は、プラットフォーム部分１４０に結合された第１の端部１４６と、ロータブレード１０２及び１０４間に取外し可能なプラットフォーム１３０を固定するために利用される第２の端部１４８とを含む。この例示的な実施形態では、第１及び第２のプラットフォーム脚部１４２及び１４４は、プラットフォーム部分１４０と単体構造に形成される。さらに、１つの実施形態では、取外し可能なプラットフォーム１３０は、ロータブレード１０２及び１０４を製作するために使用したものと同じ金属材料で製作される。任意選択的に、取外し可能なプラットフォーム１３０は、ロータブレード１０２及び１０４を製作するために使用した材料とは異なる材料を使用して製作することができる。
【００１６】
図３、図４及び図５に示すように、プラットフォーム部分１４０は、第１のロータブレード１０２の側壁１２０に近接して配置された第１の端縁部１７０を有する。従って、第１の端縁部１７０は、第１の側壁１２０の輪郭に実質的に酷似した輪郭（或いは重なり合って整合する輪郭）を有する。例えば、第１の側壁１２０は凸面形輪郭を有するので、プラットフォーム第１の端縁部１７０は、凹面形輪郭を有するように製作される。さらに、プラットフォーム部分１４０は、第２のロータブレード１０４の側壁１２２に近接して配置された第２の端縁部１７２を有する。従って、第２の端縁部１７２は、第２の側壁１２２の輪郭に実質的に酷似した輪郭を有する。例えば、第２の側壁１２２は凹面形輪郭を有するので、第２の端縁部１７２は、実質的に凸面形輪郭を有するように製作される。
【００１７】
図３に示すように、ロータブレード１０２及び１０４の各々は、第１のプラットフォームリテーナ１５０及び第２のプラットフォームリテーナ１５２を含む。この例示的な実施形態では、プラットフォームリテーナ１５０及び１５２は、ロータブレード１０２及び１０４と単体構造に形成される。任意選択的に、プラットフォームリテーナ１５０及び１５２は、例えば溶接法又はロウ付け法を使用してそれぞれのロータブレードに結合することができる。
【００１８】
使用中に、プラットフォームリテーナ１５０及び１５２は、取外し可能なプラットフォーム１３０と協働してロータブレード１０２及び１０４間に該取外し可能なプラットフォーム１３０を保持するように構成される。プラットフォームリテーナ１５０及び１５２は一般的に、各それぞれのロータブレード１０２及び１０４の側壁から延びるタブ又は突出部として実施される。例えば、ロータブレード１０２及び１０４は各々、第１の側壁１２０上に取付けられた第１のプラットフォームリテーナ１５０と、第２の側壁１２２上に取り付けられた第２のプラットフォームリテーナ１５２とを含む。図３に示すように、第１のロータブレード１０２上に取付けられた第１のプラットフォームリテーナ１５０及び第２のロータブレード１０４上に取付けられた第２のプラットフォームリテーナ１５２は、取外し可能なプラットフォーム１３０を支持するために利用される。従って、第１のプラットフォームリテーナ１５０が第１のロータブレード上に取付けられかつ第２のプラットフォームリテーナ１５２が第２の隣接するロータブレード上に取付けられて、隣接するロータブレード間に取外し可能なプラットフォーム１３０を支持する。
【００１９】
さらに、図３に示すように、ブレードをシールするのを可能にするためにまた空気流がブレードを通って流れるのを実質的に防止するために、取外し可能なプラットフォーム１３０は、その各々が各ロータブレード１１０及び１１２の一部として形成又は鋳造された端縁部又はラップ１８２と取外し可能なプラットフォーム１３０の一部として形成又は鋳造された端縁部又はラップ１８４とを含む一対のラップジョイント１８０を含む。従って、ラップジョイント１８０は、空気流がロータディスクを通り抜けないようにブレード１１０及び１１２をシールするのを可能にする。図６に示す別の例示的な実施形態では、ロータブレード１１０及び１１２のシールは、取外し可能なプラットフォーム２００を使用して達成される。取外し可能なプラットフォーム２００は、取外し可能なプラットフォーム１３０とほぼ同じであるが、この実施形態では、第１のプラットフォーム脚部１４２及び第２のプラットフォーム脚部１４４は各々、その幅にほぼ同じ長さ又はそれぞれのロータブレード１１０及び１１２を有する。より具体的には、図３に示すように、この実施形態では、プラットフォームリテーナ１５０及び１５２は、各それぞれのロータブレード１１０及び１１２の長さに沿って延び、また第１及び第２のプラットフォーム脚部１４２及び１４４は、プラットフォームリテーナ１５０及び１５２の長さとほぼ同じであり、従ってプラットフォームリテーナと取外し可能なプラットフォーム２００との間の表面又はシール領域が増大する長さを有する。この実施形態では、取外し可能なプラットフォーム２００もまた、図２に示すラップジョイント１８０を含むことができる。任意選択的に、取外し可能なプラットフォーム２００は、ラップジョイント１８０を含まない。
【００２０】
組立体１００を製作するために、第１のロータブレード１０２は、シャンク部分１１２と該シャンク部分と一体形に形成されたダブテール１１０とを含むように鋳造又は製作される。さらに、第２のロータブレード１０４は、シャンク部分１１２と該シャンク部分１１２と一体形に形成された翼形部１１０とを含むように鋳造又は製作される。上述したように、取外し可能なプラットフォーム１３０は、別個の構成部品として製作される。取外し可能なプラットフォームは次に、それぞれ第１及び第２のロータブレード１０２及び１０４間に結合される。
【００２１】
例えば、ロータ３０のような例示的なタービンロータを組立てることは、第１のロータブレード１０２を準備する段階と、第１のロータブレード１０２を第１のディスクスロット１６０内に据え付ける段階とを含む。本方法はまた、第２のロータブレード１０４を準備する段階と、第２のロータブレード１０４を隣接するディスクスロット１６２内に据え付ける段階とを含む。図３に示すように、スロット１６０及び１６２は、シャンク部１１２の輪郭にほぼ類似していて各それぞれのロータブレードを各それぞれのスロットの内部に保持するのを可能にする輪郭を含むように機械加工又は鋳造される。上述のように、取外し可能なプラットフォーム１３０は次に、プラットフォームリテーナを使用して、隣接するロータブレード間に結合されかつそれぞれのロータブレード間に保持される。
【００２２】
エンジン運転時に、取外し可能なプラットフォーム１３０は、ロータブレード１０２及び１０４間で移動可能になるように構成される。さらに、プラットフォーム脚部第２の端部１４８間の距離は、プラットフォームリテーナ１５０及び１５２間の距離よりも大きいので、ロータ組立体の遠心運動は、プラットフォーム脚部第２の端部１４８がプラットフォームリテーナ１５０及び１５２と接触するまで取外し可能なプラットフォーム１３０を半径方向外向き方向に移動させ、従ってエンジン運転時に取外し可能なプラットフォーム１３０がほぼ一定の位置に保持されるようにする。
【００２３】
本明細書に説明したのは、プラットフォーム設計の新規な方法である。説明したプラットフォームは、別個に製作されかつ２つの隣接するブレード間に組立てられる。プラットフォームは、ブレード材料と同じ材料で製作するか或いはより安価な材料及び／又はより軽量な材料を含む他のあらゆる好適な材料で製作することができる。プラットフォームは、シャンク部上に設置したブレードラグによって支持される。プラットフォームはまた、ダンパとして構成することができ、或いはダンパを支持するように構成することができる。
【００２４】
その結果、プラットフォームは、エンジン運転温度条件下で自由に膨脹及び収縮して、プラットフォーム及び翼形部のフィレット損傷の排除をもたらす。具体的には、プラットフォームは、エンジン運転温度条件下で自由に膨脹及び収縮して、プラットフォーム応力の低減をもたらし、またより安価な又はより軽量な材料或いは強度上の要件を持たない特殊な温度性能を有する材料の使用を可能にする。プラットフォームは、別個の部品でありまた分解整備時に交換可能かつ使い捨て可能であって安価なスクラップ及びメンテナンス費用をもたらし、また中空プラットフォーム冷却オプション形態を可能にする。
【００２５】
以上、ロータブレード及びロータ組立体の例示的な実施形態を詳細に説明している。ロータブレードは、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ各ロータブレードの構成部品は、本明細書に記載した他の構成部品から独立してかつ別個に利用することができる。例えば、本明細書に記載した取外し可能なプラットフォームは、広範な種類のロータブレード上において利用することができ、本明細書に記載したようなロータブレード１０２及び１０４のみでの実施に限定されるものではない。それどころか、本発明は、その他の多くのブレード構成と関連させて実施しかつ利用することができる。一例として、本方法及び装置は、例えば蒸気タービンで利用するステータベーン又はロータブレードに対しても同様に適用することができる。
【００２６】
様々な特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及びの技術的範囲内の変更で実施することができることは、当業者には分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】一対の公知のロータブレードの斜視図。
【図２】例示的なガスタービンエンジンの概略図。
【図３】図２に示すガスタービンエンジンで使用することができる一対の例示的なロータブレードの拡大斜視図。
【図４】図３に示す例示的なロータブレードの平面図。
【図５】図３及び図４に示す例示的なプラットフォームにおける斜視図。
【図６】図３に示すロータブレードで利用することができる別の例示的なプラットフォームの斜視図。
【符号の説明】
【００２８】
２  翼形部
４  プラットフォーム
６  ダブテール
１０  ガスタービンエンジン
１１  ファン組立体
１２  低圧圧縮機
１４  高圧圧縮機
１６  燃焼器
１８  高圧タービン
２０  低圧タービン
２２  排気フレーム
２４  ケーシング
２６  第１のシャフト
２８  第２のシャフト
３０  高圧タービンロータディスク
３２  対称軸線
３４  上流端部
３６  下流端部
３８  ファン
４０  翼形形状ファンブレード
４２  ハブ部材又はディスク
１００  ブレード組立体
１０２  第１のロータブレード
１０４  第２のロータブレード
１１０  翼形部
１１２  シャンク部又はダブテール
１２０  第１の側壁
１２２  第２の側壁
１２４  前縁
１２６  後縁
１３０  取外し可能なプラットフォーム
１４０  プラットフォーム部分
１４２  第１のプラットフォーム脚部
１４４  第２のプラットフォーム脚部
１４６  第１の端部
１４８  第２の端部
１５０  第１のプラットフォームリテーナ
１５２  第２のプラットフォームリテーナ
１６０  第１のディスクスロット
１６２  隣接するディスクスロット
１７０  第１の端縁部
１７２  第２の端縁部
１８０  ラップジョイント
１８２  端縁部又はラップ
１８４  端縁部又はラップ
２００  取外し可能なプラットフォーム
【図１】
0005414200.tif 000002
【図２】
0005414200.tif 000003
【図３】
0005414200.tif 000004
【図４】
0005414200.tif 000005
【図５】
0005414200.tif 000006
【図６】
0005414200.tif 000007