(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却性能、重量への悪影響の少ないダンパの提供。【解決手段】タービンロータブレード１０の主流路６は、ブレード１０を通してスパンにわたって長手方向に延びかつ翼形部１２の対向する側壁２０、２２を翼厚方向に橋絡した対向する隔壁３４によって翼弦方向に境界付けられる。ダンパリブ４４及び翼厚方向に対向するダンパパッドは共に、翼形部１２内で長手方向に間隔を置いて配置されかつ隔壁３４の翼弦方向中間に配置された複数の対として構成されて、それを通して冷却媒体３２を送るための主流路６の無妨害前方及び後方部分を形成する。ダンパリブ４４及びパッドは、流路６を通してワイヤダンパ４２を受けるように構成されて、該流路６を通る冷却媒体３２流れへの妨害を最少にしながら振動を局所的に制振する。【選択図】図１
2008261326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラットフォーム（１４）及びダブテール（１６）に接合された中空の翼形部（１２）と、
前記ダブテール（１６）内の入口（３６）から前記翼形部（１２）の先端（２６）までスパンにわたって長手方向に延びかつ該翼形部（１２）の対向する側壁（２０、２２）を翼厚方向に橋絡した対向する前方及び後方隔壁（３４）によって翼弦方向に境界付けられた主流路（６）と、を含み、
前記主流路（６）が、翼厚方向に対向するダンパパッド（４８）と共に後方に収束するダンパリブ（４４）を含み、
前記ダンパリブ及びダンパパッドが共に、前記翼形部（１２）内で長手方向に間隔を置いて配置されかつ前記隔壁（３４）の翼弦方向中間に配置された複数の対として構成されて、それを通して冷却媒体（３２）を送るための前記主流路（６）の無妨害前方及び後方部分を形成する、
タービンブレード（１０）。
【請求項２】
前記ダンパパッド（４８）が、前記対向するダンパリブ（４４）とその寸法が適合し、かつ該パッド（４８）間におけるよりも局所的に厚い前記側壁（２０、２２）の部分である、請求項１記載のブレード。
【請求項３】
前記主流路（６）が、前記翼形部（１２）の下方で前記隔壁（３４）の翼弦方向間に配置されて該主流路（６）の無妨害前方及び後方部分を連続させる反作用パッド（５０）をさらに含む、請求項２記載のブレード。
【請求項４】
前記主流路（６）が、前記ダンパリブ（４４）及びパッド（４８）対の長手方向間で前記両側壁（２０、２２）内面が滑らかであって、前記冷却媒体（３２）への妨害を防止する、請求項３記載のブレード。
【請求項５】
前記入口（３６）から前記主流路（６）を通して長手方向に延びて前記翼形部先端（２６）付近で終端するワイヤダンパ（４２）をさらに含み、
前記ダンパリブ（４４）が、前記翼形部（１２）内部で前記ダンパ（４２）に翼弦方向に隣接し、
前記反作用パッド（５０）が、前記翼形部（１２）の下方で前記ダンパ（４２）に翼弦方向に隣接する、
請求項４記載のブレード。
【請求項６】
前記ダンパパッド（４８）が、前記主流路（６）内において後方に配置されかつ長手方向に整列して、前記ダンパ（４２）を受けた前記主流路（６）内に長手方向無妨害前方部分を形成する、請求項５記載のブレード。
【請求項７】
前記ダンパリブ（４４）の１つが、両側壁（２０、２２）と一体形になって、前記主流路（６）を完全に橋絡する、請求項６記載のブレード。
【請求項８】
前記ダンパリブ（４４）の１つが、一方の側壁（２２）と一体形になりかつ他方の側壁（２０）の手前で終端して、前記主流路（６）を部分的に橋絡し、
前記反作用パッド（５０）が、前記主流路（６）を部分的に橋絡する、
請求項６記載のブレード。
【請求項９】
前記主流路（６）が、長手方向に前記ブレード（１０）にわたって捩れ、
前記ダンパ（４２）が、長手方向に前記主流路（６）にわたって捩れ、
前記反作用パッド（５０）が、前記入口（３６）及び翼形部（１２）の長手方向間で前記ダンパ（４２）に当接する、
請求項６記載のタービンブレード（１０）。
【請求項１０】
前記ダンパ（４２）及びダンパパッド（４８）が共に、前記主流路（６）内において対向する隔壁（３４）の間で翼弦方向に間隔を置いて配置されて、前記隣接するダンパ（４２）及びパッド（４８）の前方及び後方の両方に前記主流路（６）を通る冷却媒体（３２）の無妨害長手方向流れをもたらし、
前記主流路（６）が、前記ダンパリブ（４４）及びパッド（４８）対の長手方向間で両側壁（２０、２２）の内面が滑らかであって、前記冷却媒体（３２）への妨害を防止し、
前記ダンパ（４２）が、前記入口（３６）の一部分内においてのみ固定取付けされて該入口（３６）を通る前記冷却媒体（３２）の流れを前記主流路（６）に供給するのを可能にする該ダンパ（４２）の遠位端部における取付けブロック（５２）を含む、
請求項６記載のブレード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、タービンロータブレード振動に関する。
【０００２】
米合衆国政府は、米国海軍省によって授与された契約番号Ｎ０００１９−０４−Ｃ−０１０２に従って本発明に一定の権利を有することができる。
【背景技術】
【０００３】
ガスタービンエンジンでは、空気は、圧縮機内で加圧されかつ燃焼器内で燃料と混合されて高温燃焼ガスを発生させる。高圧タービン（ＨＰＴ）内においてガスからエネルギーが抽出され、ＨＰＴは、１つの駆動シャフトを通して圧縮機に動力を供給し、また低圧タービン（ＬＰＴ）内においてガスから付加的なエネルギーが抽出され、ＬＰＴは、ＨＰＴに後続しかつターボファン航空機エンジン用途における上流ファンに動力を供給する別のシャフトを駆動する。
【０００４】
各タービン段は、固定タービンノズルを含み、固定タービンノズルは、支持ロータディスクから半径方向外向きに延びる対応するタービンロータブレードの列を通して燃焼ガスを導くノズルベーンの列を有する。ロータブレードは、ガスからエネルギーを抽出して、それらの支持ディスク及び該ディスクに連結された対応する駆動シャフトを回転させる。
【０００５】
従って、各タービンブレードは、燃焼ガスによる大きな空気力学的圧力荷重、燃焼ガスの熱による熱負荷、及びそれらの支持回転ディスク上でのブレードの回転による遠心荷重を受ける。タービンブレードは一般的に、最初のタービン段においては中空であり、高温燃焼ガスへの暴露からブレードを冷却するために、圧縮機から抽気した空気を送る対応する内部冷却回路を含む。
【０００６】
従って、各タービンロータブレードには、作動中に大きな荷重が加わり、それに起因した振動を生じる。振動は、励振周波数及び励振力に応じた異なるモードで発生し、ロータブレードの高サイクル疲労（ＨＣＦ）寿命に悪影響を与える。
【０００７】
従って、タービンロータブレードは、異なる振動モードでの振動を最小にし、それに対応してブレードのＨＣＦ寿命を最大にするように、それらの特定のタービン段及び特定の作動環境に合わせて特殊な設計がなされる。
【０００８】
多くの設計において、個々のロータブレードは、付加的な対応措置がない状態で許容可能なＨＣＦ寿命を得るのに十分な構成にすることができる。
【０００９】
その他の設計では、作動時におけるブレードの振動を摩擦減衰（摩擦制振）させてブレードの寿命を高めるために、個別のダンパが使用される。しかしながら、ダンパは一般的に、それらダンパがエンジンに必要な部品の数を増加させ、重量を増大させ、またエンジンの製作費用及び維持費用を増大させるので、望ましくない。
【００１０】
ブレード振動ダンパは、特にブレードの外部に取付けるように構成されたもの及び特にブレード内部に取付けるように構成されたものを含む様々な構成のものが見られる。異なる設計は、共通の摩擦制振（減衰）の使用を除いて、異なる構成を必要とし、また異なる利点及び欠点並びに異なる作動モードを有する。
【００１１】
摩擦ダンパは、振動中に隣接する構成要素が相対運動を生じた時に、作動時における遠心荷重を付勢して摩擦制振を行うようになった接触面を導入する。振動のエネルギーは、摩擦によって分散され、従ってそれにより、振動の大きさが低減される。
【００１２】
しかしながら、摩擦制振は、構成要素及びダンパ間の摩擦磨耗を伴って起こり、ダンパ及び関連する制振対象のブレードもまた、摩擦磨耗を最少にしてブレード及び協働するダンパの所望の有効寿命を保証するように適当に設計されなくてはならない。
【００１３】
一部のタービンロータブレードの開発試験は、プラットフォームの下方のダンパは、特定の振動モード下において振動を減衰するのに好適には有効でないことを示している。しかしながら、内部制振は、生じた振動モードをより効果的に減衰させるために使用することができるが、設計の難しさを大幅に増大させる。
【００１４】
典型的なタービンロータブレードは、空気力学的、熱力学的及び機械的性能を得るための設計が最適化されているので、付加的な制振性能を得るためにそれを設計し直すことは、必然的に元の最適設計に悪影響を及ぼす。
【００１５】
例えば、典型的なタービンブレードの翼形部分は、中空であって比較的薄い側壁を有し、該翼形部分の対向する正圧及び負圧側面上に生じる異なる熱負荷に合わせて異なる構成にされた複雑な内部冷却回路を含む。生じた熱負荷は、最初に高温燃焼ガスを受ける翼形部前縁からそれを越えてガスが吐出される比較的薄い後縁まで変化する。
【００１６】
翼形部の正圧側面は、ほぼ凹面形であり、また負圧側面は、ほぼ凸面形であり、これら正圧及び負圧側面上において翼形部の前縁及び後縁間でかつ根元から先端まで異なる速度及び圧力分布を生じる。
【００１７】
従って、翼形部内部への付加的なダンパの導入は、内部冷却回路の冷却性能に悪影響を与えると共に、ブレードの重量及び支持ロータディスク上でのブレードの回転作動時に発生する対応する遠心荷重及び応力を増大させる。
【特許文献１】米国特許第２，４６０，３５１号公報
【特許文献２】米国特許第２，６８９，１０７号公報
【特許文献３】米国特許第２，８０９，８０２号公報
【特許文献４】米国特許第２，８２８，９４１号公報
【特許文献５】米国特許第２，９２０，８６８号公報
【特許文献６】米国特許第２，９８４，４５３号公報
【特許文献７】米国特許第３，０２７，１３８号公報
【特許文献８】米国特許第３，９７３，８７４号公報
【特許文献９】米国特許第４，１８８，１７１号公報
【特許文献１０】米国特許第４，４３７，８１０号公報
【特許文献１１】米国特許第４，４４１，８５９号公報
【特許文献１２】米国特許第４，４８４，８５９号公報
【特許文献１３】米国特許第４，５２６，５１２号公報
【特許文献１４】米国特許第５，１６５，８６０号公報
【特許文献１５】米国特許第５，２３２，３４４号公報
【特許文献１６】米国特許第５，４０７，３２１号公報
【特許文献１７】米国特許第５，８２０，３４３号公報
【特許文献１８】米国特許第６，１５５，７８９号公報
【特許文献１９】米国特許第６，９２９，４５１  Ｂ２号公報
【特許文献２０】米国特許出願公開第２００６／０２８０６０６  Ａ１号公報
【非特許文献１】GARAY, G., "Design, Analysis, and Testing of an Intermal Damper for Turbine Airfoils," 10th National Turbine HCF Conference, USA, 03-08-2005, pp: 1-23
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
従って、作動時にブレード設計全体における悪影響を最少にしながらブレード振動を減少させるようになったダンパを有するタービンロータブレードを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
タービンロータブレードは、プラットフォーム及びダブテールに接合された中空の翼形部を含む。主流路は、ブレードを通してスパンにわたって長手方向に延びかつ翼形部の対向する側壁を翼厚方向に橋絡した対向する隔壁によって翼弦方向に境界付けられる。ダンパリブ及び翼厚方向に対向するダンパパッドは共に、翼形部内で長手方向に間隔を置いて配置されかつ隔壁の翼弦方向中間に配置された複数の対として構成されて、それを通して冷却媒体を送るための主流路の無妨害前方及び後方部分を形成する。ダンパリブ及びパッドは、流路を通してワイヤダンパを受けるように構成されて、該流路を通る冷却媒体流れへの妨害を最少にしながら振動を局所的に制振する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、好ましくかつ例示的な実施形態によりその更なる目的及び利点と共に、添付図面に関連させて行った以下の詳細な記述においてより具体的に説明する。
【００２１】
図１に示すのは、航空機エンジン又は船舶及び産業（Ｍ＆Ｓ）用途などのようなあらゆる適当な用途のためのガスタービンエンジン内で使用するように構成された例示的なタービンロータブレード１０である。図１に示す特定のブレードは、エンジンのＬＰＴ内での使用のための比較的高いアスペクト比つまり長さを有するが、このブレードは、ＨＰＴを含むあらゆる適当なタービンロータブレードも同様に表している。
【００２２】
ガスタービンエンジン内の様々なタービン段は一般的に、エンジンの連続した下流段においてその寸法つまり半径方向スパンが増大し、ブレードは、ＨＰＴ内で最も短く、またＬＰＴを通してその長さが増大する。より長いブレードは、より可撓性があり、従って作動時により短くかつより剛性があるＨＰＴブレードとは異なる振動応答を生じる。
【００２３】
図１及び図２に示す基本的タービンブレード１０は、本明細書で後述する変更を除けば、あらゆる従来型の構成を有することができる。ブレードは、半径方向内側つまり下部プラットフォーム１４に一体形に接合された翼形部１２を含み、プラットフォーム１４は次に、シャンクによって支持ダブテール１６に一体形に接合される。ブレードは一般的に、高強度超合金金属を用いてその部分の単体構造組立体として鋳造することによって製造される。
【００２４】
この例示的な軸方向挿入型ダブテール１６は、タービンブレードを支持ロータディスク（図示せず）の周縁部の対応するダブテールスロット内に取付けるような特別な構成にされ、そのようなブレードの完全列が、ディスクの周縁部全体に取付けられて単一のタービン段になる。
【００２５】
個々のブレードプラットフォーム１４は、流路の半径方向内側境界面を形成し、半径方向外側境界面は、懸架したタービンシュラウド（図示せず）によって形成され、エンジンの燃焼器（図示せず）内で発生した高温燃焼ガス１８が、これら両境界面間で従来通りの方法で流れる。
【００２６】
翼形部１２は、中空であり、プラットフォーム１４における根元２４から翼形部の遠位端部における対向する先端２６まで半径方向スパンにわたって長手方向に延びる翼厚方向つまり円周方向に対向する正圧及び負圧側壁２０、２２を含む。正圧側壁は、ほぼ凹面形であり、また対向する負圧側壁は、ほぼ凸面形であり、両側壁は、対向する前縁２８及び後縁３０間で翼弦にわたって軸方向に延びる。
【００２７】
個々のブレード１０は、支持ロータブレード（図示せず）から半径方向外向きに延び、作動時に高温燃焼ガス１８からエネルギーを抽出する。作動時にブレードを冷却するために、加圧空気３２が、エンジンの高圧圧縮機（図示せず）から適当に抽気され、ブレードを通して循環してブレードから熱を取り去るための冷却媒体として使用される。
【００２８】
図１は、ブレードの例示的な内部冷却回路を示しており、この冷却回路は、対向する正圧及び負圧側壁２０、２２を翼厚方向に橋絡しかつそれら両側壁を互いに一体形に接合した対応する長手方向隔壁３４によって翼弦方向に分離された複数の長手方向冷却流路１〜７を含む。
【００２９】
図１に示す７つの冷却流路１〜７は、３つの区別された部分として配置されて、前縁から後縁までまた根元から先端まで翼形部の異なる部分を別々に冷却するようにする。
【００３０】
例えば、第１の流路１は、前縁の直ぐ背後に配置され、その直ぐ後方に配置された第２の流路２から冷却媒体３２を受け、第２の流路２は、プラットフォーム及びダブテールを貫通して該ダブテールの底面まで延びる専用入口を有する。最初の２つの流路を分離する隔壁は、冷却媒体を前縁の内表面に対して衝突（インピンジメント）状態で導いてその冷却を高めるインピンジメント孔の列を含む。
【００３１】
中間の３つの流路３、４、５は、３経路蛇行回路として配置され、翼形部の第５の流路５は、プラットフォーム及びダブテールを貫通して該ダブテールの底面まで延びる専用入口を含む。冷却媒体３２は、最初に第５の流路５を通って翼形部先端まで半径方向外向きに流れ、翼形部先端において冷却媒体３２は、第４の流路４を通るように半径方向内向きに方向転換され、プラットフォームまで下向きに流れ、プラットフォームにおいて再び上向きに方向転換されて、翼形部先端にて終端する第３の流路３に流入する。
【００３２】
第６及び第７の流路６、７は、翼形部の後方端部において該翼形部の薄い後縁領域を冷却するような特別な構成にされる。第６の流路６は、プラットフォーム及びダブテールを貫通して長手方向内向きに延び、ダブテールの後方端部において該ダブテールの底面内に専用の開口入口３６を有する。冷却媒体３２は、第６の流路６を通って半径方向外向きに送られ、次に第６及び第７の流路を分離する隔壁内に見られる別のインピンジメント孔の列を通して後方へ送られて、第７の流路７の内表面をインピンジメント冷却するようになる。
【００３３】
翼形部は、該翼形部の側壁を貫通してその内部の様々な流路から使用済み冷却空気を吐出するようになった様々な出口孔を含む。例えば、翼形部前縁及び正圧側面の周りに従来型のフィルム冷却孔３８を配置して、使用済み冷却空気を対応する薄いフィルムの形態で翼形部の外表面上に吐出して断熱層を形成するようにする。また、最後のつまり第７の流路７と薄い後縁３０に直接隣接する終端部との間には、後縁出口孔４０の列が翼形部正圧側面を突破して設けられる。
【００３４】
図１に示すようなタービンロータブレードは、その構成及び作動が従来型のものであり、根元から先端までのまた前縁及び後縁間の対向する正圧及び負圧側面は、従来方式で冷却されている。
【００３５】
しかしながら、その他の従来型のブレード１０は、以下に述べるように、図示した比較的長いＬＰＴブレードに関連する特定の振動作動モードを効果的に制振するような特別な構成にした内部ワイヤ又はスティックダンパ４２を特殊な方法で導入するように変更する。
【００３６】
ワイヤダンパ４２は別個の構成要素であるので、ワイヤダンパ４２は、タービンブレード内部に適当に取付けられなくてはならず、また作動時に支えなくてはならない遠心荷重を増大させる。従って、ダンパは、特にその付加的なボリューム及び重量によるブレードにおける悪影響を最少にしながら制振効果を最大にするような特殊な方法で導入される。
【００３７】
ダンパ４２は、冷却設計上許されまた悪影響を最少にしながら最大の制振効果を得ることができるようなブレード内のあらゆる適当な流路内に導入することができる。例えば、ダンパ４２は、後方の第７の流路７の直前にある最後から二番目の流路である第６の流路６内に導入されるのが好ましく、その場合に、第６の流路は、ブレードの全高にわたって延びて長手方向に細長いワイヤダンパ４２を受けるようになった主流路になる。
【００３８】
図１は、ダンパと翼形部の後端部においてその中にダンパが取付けられた主流路６との例示的な構成を示している。図２は、例示的な構成におけるブレード及びダンパの翼厚方向つまり円周方向の輪郭を示している。また、例えば図３は、ダンパ４２の好ましい位置を半径断面図で示しており、この図において、翼形部は、その幅つまり厚さが前縁２８の直ぐ後方において急激に増大しかつ次にその厚さが後縁３０において終端する翼形部の比較的薄い後縁部分まで徐々に減少する典型的な三日月状輪郭を有する。
【００３９】
対向する正圧及び負圧側壁２０、２２の対応する部分と共に個々の流路を境界付ける幾つかの隔壁３４は、両側壁間に剛体を形成し、それによって、翼形部のより薄くかつより可撓性がある後方部分と比べて該翼形部の厚い前半部の剛性を大幅に増大させる。従って、中間流路２〜６の各々は、流路の前縁側の隔壁の前方の１つと該流路の後縁側の後方隔壁とによって形成される。また、側壁の翼厚方向に対向する部分は、各流路の全周境界面を完成させる。
【００４０】
初めに図１及び図２に示した第６のつまり主流路６は、その中にワイヤダンパ４２を取付けて性能を高めるような特別な構成にされる。この主流路は、長手方向に間隔を置いて配置されかつ対向する側壁２０、２２間で翼厚方向に延びて、該流路内に取付けられた時に制振ワイヤ４２を翼弦方向に当接させかつそれによって該制振ワイヤ４２を拘束するようになった複数のダンパリブつまりキャッチリブ４４を含む。
【００４１】
図１及び図２に示す例示的な実施形態では、根元から先端まで翼形部１２の全長手方向スパンにわたって長手方向に間隔を置いて配置された６つのダンパリブ４４が設けられている。ダンパ自体は、流路内へのその新たな導入により本来的に冷却媒体の流れを妨げるので、比較的少数のダンパリブ４４を設けて、流れの妨害を最少にしながら適当な制振を行うようにする。
【００４２】
別の実施形態では、翼形部の長さ及び該翼形部の振動応答に応じて、より少い又はより多い数のダンパリブ４４を設けることができるが、ダンパリブの数は、図示した基準の６つのリブから例えば１つ又は２つだけのように非常に僅かだけ変更することになると予測される。
【００４３】
図３〜図５は、ダンパリブ４４の様々な形態を示しており、ダンパリブ４４は普通、対向する側壁２０、２２間で翼弦方向後方に傾斜して、対応する斜面４６を形成し、この斜面４６上にダンパが当接して、作動時に該ダンパの翼弦方向の運動を摩擦で抑制するようにする。各斜面４６は、約１２０°の挟角で凸面形負圧側壁２２の内表面から翼弦方向後方に傾斜している。
【００４４】
それに代えて、各斜面４６は、負圧側壁の内表面に対する垂直線から対応する６０°の挟角だけ翼厚方向後方に傾斜している。いずれの場合にも、ダンパ斜面４６は、翼形部の対向する側壁が後縁３０に向って収束するにつれて後方向に収束し、これらがまとまって、斜面及び対向する側壁間で後方向にダンパを楔係止させる作用を生じる。
【００４５】
より具体的には、図３〜図５に示す斜面の各々は、対向する側壁と共に後方向に収束し、負圧側壁２２のような一方の側壁から正圧側壁２０のような反対側の側壁に向って延び、この反対側の側壁は、局所的により厚くなって、ダンパ４２を翼厚方向に当接させるようになった協働する厚いダンパ摩擦ランドつまりパッド４８を形成する。
【００４６】
翼形部の対向する側壁２０、２２は、標準的設計慣行に従って、初めは基準厚さが得られるように設計される。しかしながら、翼形部内部にダンパ４２を導入することによって、その上にダンパが当接する側壁の局所部分は、より厚く作くってダンパパッド４８の局所領域を形成するのが好ましい。
【００４７】
第６の流路６のための正圧側壁２０の基準厚さは、リブ及びパッド対の長手方向間で約３０ミル（０．７６ｍｍ）とすることができ、またダンパパッド４８に局所的に対応したその増大させた厚さは、約４０ミル（１．０ｍｍ）とすることができる。このようにして、負圧側壁から内向きに延びるダンパリブ４４及び反対側の正圧側壁から内向きに延びる協働するダンパパッド４８の両方は、作動時にワイヤダンパ４２がその上に楔係止して制振効果を最大にするようになった２つの支持面を形成する。
【００４８】
それに対応して、ダンパリブ４４及びダンパパッド４８によってもたらされた付加的材料は、ブレード自体の強度又は構造一体性を悪化させずに、ブレードの寿命期間にわたってこれらの表面の磨耗を許容可能なものにするのを可能にする。
【００４９】
図１及び図２に示すように、個々のダンパリブ４４は、長手方向に細長く、実質的に一定の厚さ又は寸法を有するようにする。協働するダンパパッド４８は、それに対応して協働するダンパリブ４４の長手方向長さつまり範囲と一致するように長手方向に延び、また例えば図３に示すようにそれぞれのダンパ斜面４６から翼厚方向に対向してダンパ４２を支持するように翼弦方向にも延びるように両方向に延びる。
【００５０】
従って、ダンパリブ４４及びパッド４８は共に、主流路６内で互いに翼厚方向に対向しかつ翼形部１２内で長手方向に間隔を置いて配置された複数の対として配置される。図３に示すように、ダンパリブ４４及びパッド４８の各対は、境界となる前方及び後方流路隔壁３４間つまり翼弦方向中間に配置されて、それを通して冷却媒体３２を流すようになった主流路６の非妨害前方及び後方部分を形成する。
【００５１】
ダンパパッド４８及び斜面４６は、それらの二次元的表面区域及び輪郭にわたって実質的に平坦かつ滑らかであり、後縁３０に向って互いに後方向に収束して、作動時にダンパ上に発生する遠心荷重によりダンパをリブ及びパッド間に形成された楔つまりＶ字状輪郭内に楔係止した状態でダンパの後方への運動を抑制するようにするのが好ましい。
【００５２】
図１に最もよく示すように、ワイヤダンパ４２自体は、翼形部１２内で比較的直線的でありかつ僅かに前方に傾いたつまり角度がある配向を有し、作動時にダンパに作用する遠心荷重によりダンパが後縁に向かって後方に付勢されてダンパリブ４４の長手方向列と当接接触した状態になり、それによってダンパリブ４４が、ダンパの運動を抑制して、それに対応して両者間の相対的振動運動による摩擦制振を行うことになるようにする。
【００５３】
好ましい実施形態では、ダンパ４２は、平坦なダンパパッド４８及び斜面４６と単一の線接触で摩擦係合するようになった滑らかな円柱状ワイヤの形態になっている。ダンパは、金属製タービンブレード内部の環境に耐えるようになったあらゆる従来通りの金属ダンパ組成物で作ることができ、また必要に応じて同一の又は同様な超合金金属で形成することもできる。
【００５４】
ダンパは、その両端部間でほぼ一定のつまり一様な外径を有することができ、或いは翼形部が根元から先端まで厚さが減少するにつれて小さな直径へとテーパさせることができる。また、ダンパは、翼形部内部に設けられた特殊な構成にされた該ダンパ用の着座部内で所望通りの制振を行うようなその他の断面輪郭を有することができる。
【００５５】
図３〜図５に示す翼形部及びダンパの断面図は、それぞれの着座部を形成したダンパ斜面４６及びパッド４８の両方に対して翼弦方向後方に押付けられるダンパの遠心楔作用を示している。ダンパの直径は、主流路６の周囲部分の広がりよりも十分に小さくなっていて、着座部内におけるダンパの拘束されない摩擦運動を可能にすると同時に該ダンパの周りで冷却媒体３２を長手方向に送るのに適した流れ面積を形成する。
【００５６】
ダンパの着座部内における線接触はまた、その位置において有効な流体シールを形成するが、それらの着座部は、図１及び図２に示すように長手方向に適当に隔てられていて、冷却媒体が主流路６内部の利用可能な流れ面積内でダンパの周りで翼弦方向に自由に流れるのを可能にする。具体的には、第６及び第７の流路間のインピンジメント孔の後方列への自由なアクセスにより、後縁領域の全スパンにわたるインピンジメント冷却の維持が得られる。
【００５７】
上述のように、翼形部の半径方向スパンにわたり長手方向に間隔を置いて配置された比較的少ない数のダンパリブ４４を設けて、ダンパリブ及びパッドによって形成された協働する着座部と共にダンパ自体の導入による主流路６内の流れの妨害を最少にしながら有効な振動制振を可能にする。従って、冷却媒体３２は、主流路内部でダンパの長手方向スパンに沿って、またダンパの周りでかつ幾つかのダンパ着座部間で翼弦方向に自由に流れることが可能になる。
【００５８】
図３〜図５は、主流路６内におけるダンパ４２及びダンパパッド４８の中心又は中間位置を示している。隣接するダンパ及びパッドは共に、主流路６を境界付ける対向する隔壁３４の間で翼弦方向に間隔を置いて配置されて、隣接するダンパ及びパッドの前方及び後方の両方に主流路６を通る冷却媒体３２の無妨害長手方向流れをもたらす。
【００５９】
この図示した例示的な実施形態では、ダンパパッド４８は、ダンパ４２の背後で主流路６内の後方にかつ後縁３０に近接して配置されかつ長手方向に整列して、ダンパ４２自体を受けないだけでなくそれを通して冷却媒体が流れることができる無妨害部分をも含む主流路６の長手方向無妨害前方部分を形成するようになる。
【００６０】
それに対応して、ダンパリブ４４の中間位置もまた、それを通して冷却媒体を長手方向に送るようになった主流路６の長手方向無妨害後方部分を形成する。
【００６１】
主流路６は、特にダンパ及びその取付け着座部を含むように変更されているので、流路は、ダンパリブ４４及びパッド４８対の長手方向間での両側壁２０、２２内面に並びに該流路の前方及び後方部分の長手方向範囲に沿ってそれ以外には乱流発生体（タービュレータ）がない状態で滑らかにして、該流路を通る冷却媒体流れへの妨害を防止することができる。冷却媒体の自由な流れを局所的に遮断する限られた数のダンパ着座部を除けば、ダンパ及び着座部の周りの主流路の残余部分は、それを通る冷却媒体の無妨害の流れをもたらして、この局所領域における翼形部の意図した冷却作用を行うようになる。
【００６２】
別の実施形態では、主流路６内部で、好ましくはダンパリブ及びパッド自体の半径方向上方の滑らかな状態を維持した部位ではないいずれかの側壁上に、従来型のタービュレータリブ又はピンを使用することができる。また、タービュレータは、ダンパ外側の主流路６の前方又は後方部分のいずれかにおいて使用することができる。
【００６３】
図４において、ダンパリブ４４の１つは、両側壁２０、２２と一体形になって主流路６を完全に橋絡つまり横断している。従って、完全なリブ４４が、主流路６を明確に区別された前方及び後方部分に局所的に二分し、対向する側壁を互いに剛性的に橋絡している。
【００６４】
図３において、ダンパリブ４４の１つは、例えば負圧側壁２２のような側壁の一方と一体形になって主流路６を部分的に橋絡つまり横断し、例えば正圧側壁２０のような他方の側壁の手前で終端することができる。この構成では、部分的リブ４４は、該リブ４４が好ましくは主流路６の翼厚方向幅の半分よりも大きく延びた状態で主流路６を部分的に二分して、ダンパのための着座部を形成する。
【００６５】
この２つの形態のダンパリブ４４を使用して、タービンブレードの振動応答性の調整、ブレードの冷却の制御、及びブレードの強度の維持を有利に行うことができる。完全な橋絡部つまりリブ４４は、翼形部の剛性を増大させるが冷却媒体の流れを局所的に遮断し、他方、部分的な橋絡部つまりリブは、翼形部の可撓性を局所的に増大させるが流れの遮断を減少させる。
【００６６】
図１及び図２は、ダンパリブ４４の幾つかの可能な構成を示している。全てのリブ４４は、翼形部の剛性を増大させるような完全な橋絡部とすることができる。それに代えて、翼形部の上方スパン内のリブの１つ又はそれ以上は、翼形部の可撓性を増大させるような部分的な橋絡部とすることができる。
【００６７】
翼形部自体は一般的に、その先端付近よりもプラットフォームにおけるその根元付近において大きな厚さを有するので、下方スパンにおいては、翼形部の強度及び剛性を維持するために完全な橋絡リブが好ましく、他方、より薄くかつより可撓性の大きい翼形部の外側スパンにおいては、部分的な橋絡リブを使用することができる。
【００６８】
橋絡部の形状、寸法及び位置は、翼形部の振動応答性を調整し、振動を最少にし、また同時にブレードの強度を高めて所望のＨＣＦ寿命を保証するような特別な設計に合わせて選択することができる。
【００６９】
図１及び図２に示す例示的な実施形態では、ダンパリブ４４は、翼形部の下半部スパンにおいてはその上半部スパンにおけるよりも互いに近接させて長手方向に間隔を置いて配置される。下半部スパンのダンパリブはまた、対向する側壁を高い剛性で相互連結しかつ翼形部の下半支持部の強度を増大させる完全橋絡部とするのが好ましい。また、上半部スパンのダンパリブは、同様に完全橋絡部とすることができ、或いは必要に応じて一般的に翼形部のより可撓性のある上半部として部分的橋絡部とすることができる。
【００７０】
上方リブ間の間隔は、その着座部内におけるダンパの制振効果を最大にするために、下方リブよりも大きい。ダンパは、その振動変位の大きさが一般的に根元から先端に向かって増大する状態になった、その半径方向スパン周りでの捩れ並びに長手方向及び翼弦方向の両方向での曲げを含む様々な振動モードを受ける。従って、翼形部の大きな制振は、上述したように翼形部の上方スパン内にダンパ着座部を特殊な方式で配置することによって行うことができる。
【００７１】
流れへの妨害を最少にするために、主流路内には限られた数のダンパリブ４４が設けられるので、ダンパリブ４４の寸法は最小にし、同時にそれに対応してダンパ４２による制振効果を最大にすべきである。
【００７２】
例えば、図１及び図２に示すダンパリブ４４の長手方向高さは、該ダンパリブ４４間の長手方向間隔と比べて比較的小さくなっており、翼形部のより厚い部分内にある下方リブは、翼形部のより薄い先端部分内にある上方リブよりも互いにより近接した間隔で配置される。リブは、特に翼形部の可撓性の上半部スパン内にあるリブの長手方向高さよりも大きく長手方向に間隔を置いて翼形部内に配置されるのが好ましい。
【００７３】
限られた数のダンパリブ４４は、それに起因する付加的重量を最小にし、それに対応して作動時にタービンブレードが支えなくてはならない遠心荷重を最小にする。
【００７４】
それらの間に大きな長手方向間隔を備えた限られた数のダンパリブは、幾つかの着座部の各々におけるダンパ及びリブ間の実質的に完全な線接触を保証して作動時に制振効果を最大化するようにし、その場合に、分散配置した着座部間のダンパの部分は、自由な宙吊り状態つまり支持されていない状態になっていて、複数のダンパ用の着座部との間でのダンパの形状の適合性を改善する。
【００７５】
より具体的には、幾つかの図に示した例示的なタービンブレードは、翼形部の根元から先端まで捩れていて、ブレードの空気力学的性能を最大にするようになっている。従って、主流路６は、根元から先端まで翼形部１２を通して長手方向に延びると共に捩れ、またプラットフォーム１４及びダブテール１６を貫通してダブテールの底面内の開口入口３６まで下方に延びている。流路入口３６は、本来は作動時に冷却媒体３２を受けるために設けられているが、ワイヤダンパ４２をブレード内に取付けかつ支持するための便利なアクセス孔をも提供する。
【００７６】
従って、ダンパ４２は、それに対応して主流路６を通して入口３６から先端２６まで屈曲し又は捩れて、長手方向にブレードを通る主流路６の捩れに一致し又は適合する。
【００７７】
図１及び図２に示す翼形部は、プラットフォーム１４及び支持ダブテール１６から片持ち支持されている。一体形シャンクが、プラットフォームをダブテールに接合し、かつ支持ロータディスクの周縁部の周りでのプラットフォーム１４の高さ又は隆起を制御する。
【００７８】
ダンパリブ４４は、ダンパ４２自体とのそれらの制振協働作用を最大にするように、プラットフォーム１４の上方で翼形部１２の主流路６内に配置される。従って、ダンパの下端部は、流路のより大きな入口部分内に何らかの横方向支持体を設ける場合には、プラットフォーム及びダブテールを貫通して僅かに下方に延びていなければならない。
【００７９】
従って、図１、図２及び図６に示すような主流路６はまた、反作用パッド５０を含むのが好ましく、反作用パッド５０は、翼形部の下方でかつプラットフォーム１４の平面付近に又は平面に配置されて、ダンパパッド４８と入口３６との長手方向間におけるそれ以外のより大きな主流路６内でこのダンパの下方部分に対し翼弦方向に当接しかつそれを支持するのが好ましい。
【００８０】
それに対応して、ダンパ４２は、その遠位つまり下端部に一体形取付けブロック５２を含み、この取付けブロック５２は、例えばろう付けによって主流路６への共通入口３６の後方部分内だけに固定取付けされて、冷却媒体３２がブロックによる妨害がない状態で流路内を通って流れるのを可能にする。
【００８１】
従って、ワイヤダンパ４２自体は、比較的長くかつ細く、入口３６におけるその取付けブロック５２から主流路６を通して長手方向に延びて、翼形部先端２６付近かつ該翼形部先端２６の手前で終端部する。ワイヤダンパは、その直径が主流路の断面流れ面積よりも実質的に小さく、従って比較的薄くかつ可撓性であり、ブレード内での作動時に該ワイヤダンパに加わる大きな遠心荷重による曲げを受ける。
【００８２】
上述のように、ワイヤダンパは、初めに小さな角度だけ半径方向に傾けてブレード内に導入されて、遠心荷重がダンパを通して横方向に作用して、ダンパがその支持着座部内に摩擦係止するようになる。従って、ダンパは、該ダンパを通ってその取付けブロック５２内に支持される遠心荷重により、その中に曲げ応力と共に引張応力を受ける。
【００８３】
ダンパ４２は、翼形部内の最下方のダンパリブ４４とダブテールの底面におけるその取付けブロック５２との間で他の方法では支持されていないので、特に設置した小さな反作用パッド５０の導入は、ダンパのこの部分における曲げ応力を最小にしてその有効寿命を延ばすために有利に使用することができる。
【００８４】
作動時におけるダンパ４２内の曲げ応力を減少させることによって、ダンパ自体の直径つまり断面寸法を最小にして、その制振性能を損なわずに、その重量、遠心荷重、及び主流路に対する妨害をさらに減少させるようにすることができる。
【００８５】
反作用パッド５０はダンパの下方部分の曲がりを制限するので、反作用パッド５０はまた、ダンパの上方部分がリブ４４及びパッド４８によって形成された制振着座部との間で最適な接触を維持するのを可能にする。
【００８６】
上述のように、ダンパリブ４４は、翼形部１２の内部つまり該翼形部１２の比較的薄い後縁部分内でダンパ４２の後方側面に翼弦方向に隣接する。それに対応して、単一の反作用パッド５０は、翼形部の下方においてつまりプラットフォーム又はシャンク領域内において、ダンパの取付けブロック５２の上方でダンパの中間部分つまり他の方法では支持されていない下方部分を形成しているダンパに翼弦方向に隣接する。
【００８７】
図６に示すように、反作用パッド５０は、負圧側壁２２と一体形になって該負圧側壁２２から主流路６の幅を部分的に横切って延びかつダンパの前方側面側に設置され、ダンパが主流路６の後方部分を占有するようにする。
【００８８】
言い換えると、反作用パッド５０は、隔壁間でかつダンパ４２の前方で主流路６の翼弦方向中間部分に配置されて、それに対応して主流路の長手方向無妨害前方及び後方部分を形成し、この実施形態では、後方部分がダンパ４２を受けるようにする。
【００８９】
反作用パッド５０の具体的な位置は、ブレード設計によってまたそれを通してダンパを取付ける主流路の具体的な三次元構成によって、変化させることができる。翼形部は一般的に、取付けダブテールの上方で根元から先端まで捩れているので、それに対応する流路１〜７は、ダブテール内のそれらのそれぞれの入口に対して異なる構成を有する。
【００９０】
しかしながら、ダンパの好ましい実施形態は、ダブテールの底面からプラットフォームを貫通して翼形部先端まで延びているので、プラットフォームの下方のダンパの下方部分は、特に設置した反作用パッド５０の導入を除けば、他の方法では支持はされていない。ブレードの特定の構成の設計解析によると、ダンパ内の予測曲げ荷重が求められ、ダンパの下方部分内に中間支持を与えてダンパの下方部分の曲げ及びその曲げに関連する応力を低減するための反作用パッド５０の好ましい位置が決定されるようになる。
【００９１】
従って、元から設けられている冷却流路の１つに比較的単純なワイヤダンパ４２を特殊な方式で導入することによって、有効な制振作用を、新規設計のタービンブレード内に導入することができ、或いは既存設計のタービンブレード内に改造として組み込むことができる。ワイヤダンパは、完全に滑らかな外表面を有し、取付けブロック５２、反作用パッド５０及び複数のダンパリブ４４において定められたその個別の位置においてその全長にわたって支持された、それ以外はその構成が従来型のものとすることができる。
【００９２】
ワイヤダンパは、それを通して該ワイヤダンパを取付ける主流路の三次元構成に適合する適当な三次元（３Ｄ）構成を有することができる。ダンパリブ４４及び協働するダンパパッド４８は、ダンパ自体のそれぞれの部分を同時に着座させるように、翼形部を通して各長手方向に適当に整列している。反作用パッド５０は、ダンパパッド及び取付けブロック間でダンパの下方部分を選択的に支持する。また、ダンパ着座部の主流路内における翼弦方向中間位置は、作動時に流路の前方及び後方の両部分内で冷却媒体の無妨害の流れを可能にする。
【００９３】
個別のダンパ着座部及びダンパの構造的な協働は、ブレードの空気力学的性能及び冷却性能並びにブレードの強度及び寿命に悪影響を与えずに、関心のある特定の振動モードの振動を最小にするようにタービンブレードを効果的に調整するのを可能にする。
【００９４】
本明細書では、本発明の好ましくかつ例示的な実施形態であると考えられるものについて説明してきたが、本明細書の教示から本発明のその他の変更が当業者には明らかになる筈であり、従って、全てのそのような変更は、本発明の技術思想及び技術的範囲内に属するものとして特許請求の範囲で保護されることを切望する。
【００９５】
従って、本特許出願によって保護されることを望むものは、特許請求の範囲に記載しかつ特定した発明である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】例示的なガスタービンエンジンタービンロータブレードの部分断面半径方向側面図。
【図２】線２−２に沿って取りかつ翼形部後縁に向って後方に面した、図１に示すブレードの翼厚方向断面図。
【図３】線３−３に沿って取った、図１に示す翼形部の翼厚方向半径断面図。
【図４】線４−４に沿って取った、図１に示す翼形部の翼厚方向半径断面図。
【図５】線５−５に沿って取った、図１に示す翼形部の翼厚方向半径断面図。
【図６】線６−６に沿って取った、図１に示す翼形部の翼厚方向半径断面図。
【符号の説明】
【００９７】
１〜７  流路
１０  ロータブレード
１２  翼形部
１４  プラットフォーム
１６  ダブテール
１８  燃焼ガス
２０  正圧側壁
２２  負圧側壁
２４  根元
２６  先端
２８  前縁
３０  後縁
３２  空気
３４  長手方向隔壁
３６  開口入口
３８  フィルム冷却孔
４０  出口孔
４２  スティックダンパ
４４  キャッチリブ
４６  斜面
４８  ダンパパッド
５０  反作用パッド
５２  取付けブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008261326.tif 000006
【図５】
2008261326.tif 000007
【図６】
2008261326.tif 000008
【外国語明細書】
2008261326000001.pdf