(57)【要約】【課題】  ガスタービンエンジン（１０）用のロータ組立体を組立てる方法を提供する。【解決手段】  本方法は、翼形部（６０）、プラットフォーム（６２）、シャンク（６４）及びダブテール（６６）を含み、翼形部がプラットフォームから半径方向外向きに延び、シャンクがプラットフォームから半径方向内向きに延び、またダブテールがシャンクから延びている第１のロータブレード（４０）を準備する段階と、シャンクの一部分内に陥凹部（１６０）を形成する段階と、ダブテールを用いて第１のロータブレードをロータシャフトに結合する段階と、第１のロータブレードシャンクとの間にシャンク空洞（１２８）が形成されるように第２のロータブレードをロータシャフトに結合し、それによって作動時に冷却空気が陥凹部分を通ってシャンク空洞に流入しかつ該シャンク空洞を加圧することができるようにする段階とを含む。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン（１０）用のロータ組立体を組立てる方法であって、
翼形部（６０）、プラットフォーム（６２）、シャンク（６４）及びダブテール（６６）を含み、前記翼形部がプラットフォームから半径方向外向きに延び、前記シャンクがプラットフォームから半径方向内向きに延び、また前記ダブテールがシャンクから延びている第１のロータブレード（４０）を準備する段階と、
前記シャンクの一部分内に陥凹部（１６０）を形成する段階と、
前記ダブテールを用いて前記第１のロータブレードをロータシャフト（１８）に結合する段階と、
前記第１のロータブレードシャンクとの間にシャンク空洞（１２８）が形成されるように第２のロータブレードを前記ロータシャフトに結合し、それによって作動時に冷却空気が前記陥凹部分を通って前記シャンク空洞に流入しかつ該シャンク空洞を加圧することができるようにする段階と、
を含む方法。
【請求項２】
第２のロータブレードを前記ロータシャフトに結合する前記段階が、前記第１及び第２のロータブレードプラットフォーム間に所定のプラットフォーム間隙（４８）が形成されるように第２のロータブレードを前記シャフトに結合する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１のロータブレードをロータシャフトに結合する前記段階が、作動時に前記シャンク空洞から前記プラットフォームの少なくとも一部分内に形成されたパージスロット（１７０）を通して冷却空気を流すことができるように前記第１のロータブレードをシャフトに結合する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第１のロータブレードをロータシャフトに結合する前記段階が、作動時に前記ロータブレードシャンクの上流側面（１２４）から外向きに延びるエンゼルウィング（１３４）の半径方向内側に形成された陥凹部分を通って前記シャンク空洞に流入する空気流によって該空洞を加圧するように前記第１のロータブレードをシャフトに結合する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記第１のロータブレードをロータシャフトに結合する前記段階が、作動時に前記エンゼルウィングとダブテールとの間に形成された陥凹部分を通って前記シャンク空洞に流入する空気流によって該空洞を加圧することができるように前記第１のロータブレードをシャフトに結合する段階をさらに含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記第１のロータブレードをロータシャフトに結合する前記段階が、作動時に前記シャンクの正圧側面内に形成された陥凹部分を通って前記シャンク空洞に流入する空気流によって該空洞を加圧することができるように前記第１のロータブレードをシャフトに結合する段階をさらに含む、請求項４記載の方法。
【請求項７】
翼形部（６０）、プラットフォーム（６２）、シャンク（６４）及びダブテール（６６）を含み、前記翼形部がプラットフォームから半径方向外向きに延び、前記シャンクがプラットフォームから半径方向内向きに延び、また前記ダブテールがシャンクから延びている、ガスタービンエンジン（１０）用のロータブレード（４０）を改造する方法であって、
前記シャンクを形成した側壁（１２４）の少なくとも上流部分内に陥凹部（１６０）を形成する段階と、
前記プラットフォームの少なくとも一部分内にパージスロット（１７０）を形成する段階と、
を含む方法。
【請求項８】
側壁の上流部分の少なくとも一部分内に陥凹部を形成する前記段階が、陥凹部をエンジン作動時にシャンク空洞内に所定の逆流マージンが維持されるような寸法にする段階を含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
側壁の上流部分の少なくとも一部分内に陥凹部を形成する前記段階が、前記ブレードをロータ上に取付けたときに陥凹部がロータシャフトの長手方向軸線（３０）にほぼ平行に配向されるように該陥凹部を形成する段階を含む、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記プラットフォームの半径方向内面の少なくとも一部分内にパージスロットを形成する段階をさらに含む、請求項７記載の方法。
【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、より具体的にはガスタービンエンジンロータ組立体を冷却するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも幾つかの公知のロータ組立体は、少なくとも１つの列の円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレードを含む。各ロータブレードは、前縁及び後縁において互いに接合された正圧側面及び負圧側面を備えた翼形部を含む。各翼形部は、ロータブレードプラットフォームから半径方向外向きに先端まで延び、またシャンクから半径方向内向きに延びるダブテールを含み、シャンクは、プラットフォームとダブテールとの間で延びる。ダブテールは、ロータ組立体内部でロータブレードをロータディスク又はスプールに取付けるのに使用される。少なくとも幾つかの公知のブレードは中空であり、内部冷却空洞が、翼形部、プラットフォーム、シャンク及びダブテールによって少なくとも部分的に形成されるようになる。
【０００３】
作動時に、ブレードの翼形部分はダブテール部分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／又はシャンクとプラットフォームとの間の接合部に温度勾配が生じる可能性がある。時の経過とともに、そのような温度勾配によって生じる熱歪みにより、ブレードプラットフォームに対して圧縮熱応力が発生する可能性がある。さらに、時の経過とともに、プラットフォームの高い作動温度は、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変形を引き起こす可能性があり、それによってロータブレードの有効寿命を縮めるおそれがある。
【０００４】
プラットフォーム領域における高い温度の影響を少なくするのを可能にするために、少なくとも幾つかの公知のロータブレードの列は、隣接するブレードプラットフォーム間に所定の間隙が形成されようにロータディスクに結合される。この間隙により、冷却空気の漏洩がプラットフォーム領域近くに循環することが可能になる。しかしながら、公知のロータブレード内では、このよう間隙は、ロータブレードプラットフォームに対して限られた冷却を行うことしかできない。
【特許文献１】特表２００４−５２１２１９号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの実施形態では、ガスタービンエンジン用のロータ組立体を組立てる方法を提供する。本方法は、翼形部、プラットフォーム、シャンク及びダブテールを含み、翼形部がプラットフォームから半径方向外向きに延び、シャンクがプラットフォームから半径方向内向きに延び、またダブテールがシャンクから延びている第１のロータブレードを準備する段階と、シャンクの一部分内に陥凹部を形成する段階と、ダブテールを用いて第１のロータブレードをロータシャフトに結合する段階と、第１のロータブレードシャンクとの間にシャンク空洞が形成されるように第２のロータブレードをロータシャフトに結合し、それによって作動時に冷却空気が陥凹部分を通ってシャンク空洞に流入しかつ該シャンク空洞を加圧することができるようにする段階とを含む。
【０００６】
別の実施形態では、ガスタービンエンジン用のロータブレードを提供する。本ロータブレードは、プラットフォームと、プラットフォームから半径方向外向きに延びる翼形部と、プラットフォームから半径方向内向きに延びるシャンクと、シャンクから半径方向内向きに延びるダブテールとを含み、シャンクの少なくとも一部分は、エンジン作動時にシャンクに隣接して形成されたシャンク空洞に供給される冷却空気の圧力を増大させるのを可能にするように陥凹している。
【０００７】
さらに別の実施形態では、ガスタービンエンジンロータ組立体を提供する。本ロータ組立体は、ロータシャフトと、ロータシャフトに結合された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を含み、各ロータブレードは、プラットフォームから半径方向外向きに延びる翼形部と、プラットフォームから半径方向内向きに延びるシャンクと、ロータブレードをロータシャフトに結合するようにシャンクから延びるダブテールとを含み、各シャンクは、上流側壁と下流側側壁との間で軸方向に延びる１対の対向する側壁を含み、複数のロータブレードは、隣接するロータブレードの各対間にシャンク空洞が形成されるように円周方向に間隔を置いて配置され、ロータブレードシャンク上流側壁の少なくとも一部分は、エンジン作動時にシャンク空洞を加圧することができるように陥凹している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、発電機１６に連結された例示的なガスタービンエンジン１０の概略図である。この例示的な実施形態では、ガスタービンシステム１０は、単一モノリシック構造のロータ又はシャフト１８の形態で配置された、圧縮機１２、タービン１４及び発電機１６を含む。別の実施形態では、シャフト１８は、複数のシャフトセグメントに分割され、各シャフトセグメントが隣接するシャフトセグメントに連結されてシャフト１８を形成する。圧縮機１２は、燃焼器２０に加圧空気を供給し、燃焼器２０において、空気は、該燃焼器に供給された燃料２２と混合される。１つの実施形態では、エンジン１０は、サウスカロライナ州グリーンビル所在のＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙから購入可能な７ＦＡ＋ｅ型ガスタービンエンジンである。
【０００９】
作動時には、空気は圧縮機１２を通って流れ、加圧空気が燃焼器２０に供給される。燃焼器２０からの燃焼ガス２８は、タービン１４を推進する。タービン１４は、長手方向軸線３０の周りで、シャフト１８、圧縮機１２及び発電機１６を回転させる。
【００１０】
図２は、ガスタービンエンジン１０（図１に示す）で用いることができるロータブレード４０の、該ロータブレード４０の第１の側４２から見た拡大斜視図である。図３は、ロータブレード４０の、該ロータブレード４０の下側から見た拡大斜視図である。図４は、前面図であり、ブレード４０がタービン１４（図１に示す）のようなロータ組立体内部に結合された時に円周方向に隣接するロータブレード４０間に形成された円周方向間隔の相対的配向を示す。この例示的な実施形態では、ブレード４０は、本明細書で説明する特徴を含むように改造されている。より具体的には、ロータブレード４０がロータ組立体内部に結合された時に、円周方向に隣接するロータブレード４０間に所定のプラットフォーム間隙４８が形成される。
【００１１】
ロータ組立体内部に結合された時に、各ロータブレード４０は、シャフト１８（図１に示す）のようなロータシャフトに回転可能に結合されたロータディスク（図示せず）に結合される。別の実施形態では、ブレード４０は、ロータスプール（図示せず）内に取付けられる。この例示的な実施形態では、円周方向に隣接するブレード４０は同一であり、各々がロータディスクから半径方向外向きに延びかつ翼形部６０、プラットフォーム６２、シャンク６４及びダブテール６６を含む。この例示的な実施形態では、翼形部６０、プラットフォーム６２、シャンク６４及びダブテール６６は、まとめてバケットとして知られている。
【００１２】
各翼形部６０は、第１の側壁７０及び第２の側壁７２を含む。第１の側壁７０は、凸面形であり翼形部６０の負圧側面を形成し、第２の側壁７２は、凹面形であり翼形部６０の正圧側面を形成する。側壁７０及び側壁７２は、翼形部６０の前縁７４及び軸方向に間隔を置いて配置された後縁７６において互いに接合される。より具体的には、翼形部の後縁７６は、翼形部の前縁７４から翼弦方向かつ下流方向に間隔を置いて配置される。
【００１３】
第１及び第２の側壁７０及び７２は、それぞれプラットフォーム６２に隣接して位置するブレード根元７８から翼形部先端８０までスパンにわたって長手方向すなわち半径方向外向きに延びる。翼形部先端８０は、ブレード４０内部に形成された内部冷却チャンバ８４の半径方向外側境界部を形成する。より具体的には、内部冷却チャンバ８４は、翼形部６０の内部で側壁７０及び７２間に境界付けられ、プラットフォーム６２を貫通し、シャンク６４を貫通してダブテール６６内に延びる。
【００１４】
プラットフォーム６２は、各翼形部６０が各それぞれのプラットフォーム６２から半径方向外向きに延びるように、翼形部６０とシャンク６４との間で延びる。シャンク６４は、プラットフォーム６２からダブテール６６まで半径方向内向きに延び、ダブテール６６は、シャンク６４から半径方向内向きに延びてロータブレード４０をロータディスクに固定するのを可能にする。プラットフォーム６２はまた、正圧側端縁９４及び対向する負圧側端縁９６と互いに接合された上流側面又はスカート９０及び下流側面又はスカート９２を含む。ロータブレード４０がロータ組立体内部に結合された時に、隣接するロータブレードプラットフォーム６２間に間隙４８が形成され、従って、この間隙はプラットフォーム間隙として知られている。
【００１５】
シャンク６４は、シャンク６４の上流側壁１２４及び下流側壁（図示せず）において互いに接合されたほぼ凹面状の側壁１２０及びほぼ凸面状の側壁（図示せず）を含む。従って、シャンク側壁１２０は、それぞれ上流及び下流側壁１２４及び１２６に対して陥凹しており、バケット４０がロータ組立体内部に結合された時に、隣接するロータブレードシャンク６４間にシャンク空洞１２８が形成されるようになる。
【００１６】
この例示的な実施形態では、前方エンゼルウィング１３０及び後方エンゼルウィング１３２は各々、それぞれのシャンク側面１２４及び１２６から外向きに延びて、ロータ組立体内部に形成された前方及び後方エンゼルウィングバッファ空洞（図示せず）をシールするのを可能にする。加えて、前方下部エンゼルウィング１３４もまた、シャンク側面１２４から外向きに延びて、バケット４０とロータディスク間をシールするのを可能にする。より具体的には、前方下部エンゼルウィング１３４は、ダブテール６６と前方エンゼルウィング１３０との間でシャンク６４から外向きに延びる。
【００１７】
シャンク空洞１２８内の圧力を増大させるのを可能にするために、この例示的な実施形態では、シャンク側壁１２４は、前方下部エンゼルウィング１３４の半径方向内側に形成された陥凹又はスカラップ状部分１６０を含むように改造することができる。陥凹部分１６０は、所定量の冷却空気流がシャンク空洞内に入るのを可能にするような寸法及び配向にされる。この例示的な実施形態では、陥凹部分１６０は長手方向軸線３０にほぼ平行である。従って、隣接するロータブレード４０がロータ組立体内部に結合された時に、陥凹部分１６０は、付加的な冷却空気がシャンク空洞１２８内に流入してシャンク空洞１２８内の作動圧力を増大させるの可能にすることができる。従って、陥凹部分１６０は、プラットフォーム間隙を用いるプラットフォーム冷却における十分な逆流マージンを維持するのを可能にする。
【００１８】
通常、エンジン作動時に、バケット正圧側面４２は一般的に、ロータブレード負圧側面４４よりも高い温度で作動する。シャンク側壁陥凹部分１６０を通ってシャンク空洞１２８に流入する冷却空気により、プラットフォーム切込みパージスロット１７０を通してまたプラットフォーム間隙４８を通してシャンク１２８内の冷却空気の少なくとも一部分を流すことができるような十分な逆流マージンをシャンク空洞１２８内に維持することが可能になる。冷却空気がスロット１７０及びプラットフォーム間隙４８を通って強制的に外部に流れるので、プラットフォーム６２を対流冷却して、プラットフォーム６２の作動温度を低下させ、それによりプラットフォーム６２に生じる熱歪みもまた低減するのを可能にする。
【００１９】
上記のロータブレードは、ロータブレードプラットフォームの作動温度を低下させるのを可能にするように冷却空気を供給する、コスト効果がありかつ信頼性がある方法を提供する。より具体的には、冷却流によって、プラットフォーム内部に発生する熱応力及びプラットフォームの作動温度を低下させることを可能にする。従って、プラットフォームの酸化、プラットフォームの割れ及びプラットフォームのクリープ変形もまた低減することが可能になる。その結果、ロータブレード冷却回路によって、コスト効果がありかつ信頼性がある方法で、ロータ組立体の有効寿命を延ばしかつガスタービンエンジンの作動効率を改善することが可能になる。
【００２０】
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要素は、本明細書に記載した他の構成要素から独立してかつ別個に利用することができる。例えば、各ロータブレード冷却回路構成要素はさらに、他のロータブレードと組合せて使用することができ、本明細書で説明したロータブレード４０のみでの実施に限定されるものではない。むしろ、本発明は、他の多くのブレード及び冷却回路構成に関して実施しかつ利用することができる。
【００２１】
本発明を様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施できることは、当業者には明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】図１に示すガスタービンエンジンで用いることができるロータブレードの拡大斜視図。
【図３】ロータブレードの下側から見た、図２に示すロータブレードの拡大斜視図。
【図４】図１に示すガスタービンエンジン内部に結合した時の、図２に示すロータブレードと他のロータブレードとの間の円周方向間隔の相対的配向を示す前面図。
【符号の説明】
【００２３】
１０  ガスタービンエンジン
４０  ロータブレード
４８  プラットフォーム間隙
６０  翼形部
６２  プラットフォーム
６４  シャンク
６６  ダブテール
８４  内部冷却チャンバ
１２０  シャンク凹面状側壁
１２２  シャンク凸面状側壁
１２４  シャンク上流側壁
１２６  シャンク下流側壁
１２８  シャンク空洞
１３０  前方エンゼルウィング
１３２  後方エンゼルウィング
１３４  前方下部エンゼルウィング
１６０  陥凹部分
１７０  パージスロット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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