(57)【要約】【課題】  各ブレード付きロータ内の不均衡を最小にするための、回転機械（１０）を組立てるための方法及び装置を提供する。【解決手段】  この機械は、ロータ（１１）から半径方向外向きに延びる複数のブレード（１００）を含む。ソフトウェア・プロダクト・コード・セグメントを備えたコンピュータシステム（４００）で行うこの方法（３００）は、ブレード列内の各ブレードのモーメント荷重を求める段階（３０２）と、同じブレード列内の各ブレードの幾何学的形状パラメータを求める段階（３０４）と、モーメント荷重及び幾何学的形状パラメータを用いて各ブレードのマッピング順序を決定する段階（３０６）とを含む。【選択図】      図２
2004308660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の円周方向に間隔を置いたブレード根元スロット（１０４）がその中に形成されたディスク（１０２）と、
その各々が、根元（１０８）と、先端（１１０）と、それらの間の翼形部（１０６）とを含み、かつ予め定められたスロット内にブレードマップに基づいて配置された複数のブレード（１００）と、
を含み、前記ブレードマップが、
各ブレードについてのモーメント荷重値を入手し、
各ブレードについての幾何学的形状パラメータ値を入手し、かつ、
前記モーメント荷重値及び前記幾何学的形状パラメータ値に基づいてブレードマップを決定する、
ように構成にされたコンピュータシステム（４００）により作成される、
ことを特徴とするロータ組立体（１１）。
【請求項２】
前記幾何学的形状パラメータが、各ブレードの空気力学的均衡であることを特徴とする、請求項１に記載のロータ組立体。
【請求項３】
前記複数のブレードが、複合ファンブレードであることを特徴とする、請求項１に記載のロータ組立体。
【請求項４】
前記コンピュータシステムが、各ブレードについて入手した前記モーメント荷重値を用いて、前記ロータのモーメント荷重ベクトル和を計算するように更に構成にされていることを特徴とする、請求項１に記載のロータ組立体。
【請求項５】
前記コンピュータシステムが、各ブレードについて入手した前記モーメント荷重値を用いて、前記ロータのモーメント荷重ベクトル和を最小にするのを可能にするように更に構成にされていることを特徴とする、請求項１に記載のロータ組立体。
【請求項６】
前記コンピュータシステムが、各ブレードについて入手した前記幾何学的形状パラメータ値を用いて、前記ロータの幾何学的形状パラメータベクトル和を計算するように更に構成にされていることを特徴とする、請求項１に記載のロータ組立体。
【請求項７】
前記コンピュータシステムが、各ブレードについて入手した前記幾何学的形状パラメータ値を用いて、前記ロータの幾何学的形状パラメータベクトル和を最小にするのを可能にするように更に構成にされていることを特徴とする、請求項６に記載のロータ組立体。
【請求項８】
前記コンピュータシステムが、計算されたモーメント荷重ベクトル和及び計算された幾何学的形状パラメータベクトル和に基づいて前記ロータのブレードマップを決定するように更に構成にされており、前記マップが、各前記ブレードと各前記スロットとの間の一対一対応を示していることを特徴とする、請求項１に記載のロータ組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に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の回転構成部品の組立てに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも一部の公知のガスタービンエンジンは、直列流れ配置の状態でファン組立体とエンジンに流入する空気流を加圧する高圧圧縮機とを有するコアエンジンを含む。燃焼器により、燃料空気混合物が点火され、該混合物は、次にタービンノズル組立体を通って低圧及び高圧タービンに向かって導かれ、該低圧及び高圧タービンの各々は、燃焼器を流出する空気流から回転エネルギーを取り出す複数のロータブレードを含む。ガスタービンは、航空機に推力を供給するための及び／又は地上設置及び海上輸送の両方の動力システムにおいて動力を発生するためのような異なる運転環境において用いられる。
【０００３】
正常運転時、ガスタービンエンジンは、高回転速度になることができる。ロータの不均衡により、ロータの振動が生じ、ロータ軸受及び支持構造体に応力を生じさせる可能性がある。長期間にわたって、このような応力を伴った状態で連続運転すると、軸受、軸受支持構造体、及び／又はロータ構成部品に破損を招くおそれがある。エンジンシステム内の構成部品の破損は、該システム及び／又は該システム内の他の構成部品を損傷させる可能性があり、また破損した構成部品が交換又は修理される間、システムの運転を一時停止することを必要とする可能性がある。より具体的には、この構成部品がターボファン式ガスタービンエンジンのファンブレードである場合には、ブレードが外れた状態になると、離脱したブレードの下流にあるブレードに損傷を引き起こすおそれがある。
【０００４】
少なくとも一部の公知のターボファン式ガスタービンエンジンは、複数のファンブレードがそれから半径方向外向きに延びているファン基部を含む。運転の間、ファンの不均衡を最小にするのを可能にするために、公知のファン組立体は、管理された方法で組立てられる。例えば、ファンロータを組立てる際に用いることができる１つの管理は、ファンの各ブレードをファン基部内の特定のスロット内にマッピングすることである。他の公知のファン組立体内部では、各ブレードのモーメント量（荷重）が求められ、その求められたモーメント量（荷重）を用いて各ブレードを特定のファン基部スロット内にマッピングする。しかしながら、隣接するブレードの幾何学的形状が異なる場合があるので、ロータは、運転の間に各ブレードのモーメント荷重とは関連しない均衡の変動（シフト）を依然として受ける可能性がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの態様では、回転機械を組立てる方法が提供される。この機械は、ロータから半径方向外向きに延びる複数のブレードを含む。この方法は、ブレード列の各ブレードのモーメント荷重を求める段階と、同じブレード列内の各ブレードの幾何学的形状パラメータを求める段階と、モーメント荷重及び幾何学的形状パラメータを用いて各ブレードのマッピング順序を決定する段階とを含む。
【０００６】
別の態様では、ロータ組立体が提供される。このロータは、複数の円周方向に間隔を置いたブレード根元スロットがその中に形成されたディスクと、その各々が、根元と、先端と、それらの間の翼形部とを含み、かつ予め定められたスロット内にブレードマップに基づいて配置された複数のブレードとを含む。ブレードマップは、各ブレードについてのモーメント荷重値を入手し、各ブレードについての幾何学的形状パラメータ値を入手し、かつモーメント荷重値及び幾何学的形状パラメータ値に基づいてブレードマップを決定するように構成にされたコンピュータシステムにより作成される。
【０００７】
更に別の態様では、ブレード付きロータ内の不均衡を最小にするためのソフトウェア・プロダクト・コード・セグメントを含むコンピュータシステムが提供される。セグメントは、ロータ内に取付けられる各ブレードについてのモーメント荷重値を入手し、ロータ内に取付けられる各ブレードについての幾何学的形状パラメータ値を入手し、その入手した値に基づいてロータ上のブレード位置を計算し、かつその計算した位置に基づいてブレードマップを作成するように構成にされている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、低圧圧縮機１２と、高圧圧縮機１４と、燃焼器１６とを備えたロータ１１を含む例示的なガスタービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０は更に、高圧タービン１８と、低圧タービン２０と、排気フレーム２２と、ケーシング２４とを含む。第1のシャフト２６が、低圧圧縮機１２と低圧タービン２０とを結合し、また第2のシャフト２８が、高圧圧縮機１４と高圧タービン１８とを結合する。エンジン１０は、該エンジン１０の上流側３４から後方に該エンジン１０の下流側３６まで延びる対称軸線３２を有する。１つの実施形態では、ガスタービンエンジン１０は、オハイオ州シンシナチ所在のGeneral Electric Companyから市販されているＧＥ９０型エンジンである。
【０００９】
運転中、空気は低圧圧縮機１２を通って流れ、加圧された空気が高圧圧縮機１４に供給される。高度に加圧された空気は、燃焼器１６に送られる。燃焼器１６からの燃焼ガス３８は、タービン１８及び２０を駆動する。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。
【００１０】
図２は、ガスタービンエンジン１０に用いることができる例示的な複合ブレード１００及びファンロータディスク１０２の分解斜視図である。複数の円周方向に間隔を置いて配置されたブレード１００は、ダブテールスロット１０４を介してロータディスクすなわちドラム１０２により支持される。各ブレード１００は、ダブテール根元１０８とブレード先端１１０との間で延びる翼形部１０６を含み、各ブレード１００は、ダブテール根元１０８及びダブテールスロット１０４を介してロータ１０２によって支持されるようになっている。ブレード１００は、該ブレード１００の測定されたパラメータに基づいて各々が特定のスロット１０４内にマッピングされた複数の円周方向に間隔を置いて配置されたブレード１００の代表的なものを示す。この例示的な実施形態では、各ブレード１００は、複数の層状複合プライ（図示せず）を備えた複合翼形部１０６を含む。より具体的には、各ブレード１００は、翼形部１０６における第１の複数の構造及び荷重支持翼形部プライと根元１０８における第２の複数の根元プライとを含む。
【００１１】
図３は、タービン１０（図１に示す）のような回転機械を組立てる例示的な方法３００の工程フロー図である。この例示的な実施形態では、この機械は、エンジンの長手方向の対称軸線を中心に回転可能である、図１に示すロータ１１のようなロータを含むガスタービンエンジンである。ロータは、ブレードを受けるための円周方向に間隔を置いて配置されたスロットを含み、ブレードがスロットから半径方向にブレード根元とブレード先端との間で延びるようになっている。
【００１２】
方法３００は、ロータ内に取付けられることになる各ブレードのモーメント荷重を求める段階３０２を含む。モーメント荷重は、モーメント荷重を測定するように設計された装置内にブレードの根元で該ブレードを水平方向に支持することによって求めることができる。モーメント荷重は、ブレードの総重量に基づくだけでなくブレード根元とブレード先端との間で延びる半径方向距離に沿ったブレードの重量分布にも基づくものである。回転機械では、ロータの周りで間隔を置いて配置された各ブレードのモーメント荷重の一様でない分布は、ロータの均衡状態に影響を及ぼすことになる。
【００１３】
一部の公知のロータは、高速回転においてファン不均衡の突然のシフトを受ける可能性がある。ロータによっては、このようなシフトは、特定のファンの修正速度で生じる場合があり、またブレード間の翼形部幾何学的形状の差異及び／又は空気力学的均衡と関連する可能性がある。具体的には、高回転速度におけるファン不均衡の突然のシフトは、エンジン運転に悪影響を及ぼす可能性がある。時の経過と共に、このような不均衡により生じる振動は、エンジン内部の構成部品を過早に摩耗させ、整備の必要が高まる原因になる可能性がある。ブレード間の翼形部差異の影響による不均衡を最小にするのを可能にするために、ロータ内に取付けられる各ブレードの幾何学的形状パラメータの測定値が求められる３０４。この例示的な実施形態では、このような測定は、ロータ組立ての間に直接なされる。別の実施形態では、この測定は、ブレードのパラメータを検出及び／又は推測するセンサを含む測定装置を用いることにより間接的に行うこともできる。更に別の実施形態では、ブレードの幾何学的形状パラメータの測定は、組立て後に試験段階の間に行うことができる。
【００１４】
ロータディスク上にブレードを配置するのに先だって、マッピング順序が決定される３０６。マッピング順序は、ロータ内に組立てられることになる各ブレードに対する特定のスロットを示す。マッピング順序、すなわちブレードマップを決定する３０６ために、各ブレードのモーメント荷重値のベクトル和と幾何学的形状パラメータ値のベクトル和とが組合わされる。この例示的な実施形態では、ブレードは、各ブレードが特定のスロット位置に対して個々に評価された状態で、モーメント荷重のベクトル和と空気力学的又は幾何学的形状パラメータのベクトル和とを最小にするのを可能にするように、ロータスロットに対して選択されマッピングされる。別の実施形態では、ベクトル和の組合せに基づいて、ロータディスク上で１８０°離れて配置される各ブレード対に対してオフセット補正を行うようにブレードを選択する。更に、空気力学的又は幾何学的形状パラメータをオフセットする状態のブレードは、相補的な空気力学的又は幾何学的形状パラメータを有するブレードに隣接して配置されて、高回転速度による均衡の望ましくないシフトを減少させるのを可能にすることができる。更に、均衡のシフトを更に悪化させる可能性があるブレードの空気力学的又は幾何学的形状パラメータを、ロータディスク上で更に遠く離して配置して、このような影響を軽減するのを可能にすることができる。マッピング順序を決定する３０６のを可能にするために、ブレードを選択及び選択解除するように構成にされたプログラム・コード・セグメントを含むコンピュータを利用することができる。具体的には、ブレードが相補的な対として選択される場合に、第1のブレードは、モーメント荷重と空気力学的又は幾何学的形状パラメータとに基づいて特定のスロット内に配置されるものとして選択されることができる。次に相補的な第2のブレードが、第1のブレードから１８０°離れて設置されたスロットに対するものとして選択されることができる。コンピュータプログラムは、利用可能なブレードを順次インタラクティブに選択し、それらを各選択されたブレードから１８０°離れて配置されることになる相補的なブレードと対にする。コンピュータは、ロータディスク上に配置される全ブレードのモーメント荷重のベクトル和とロータディスク上に配置される全ブレードの幾何学的形状パラメータのベクトル和との組合せを最小にするのを可能にする順序になるようにブレードを選択する。ベクトル和の組合せを最小にする過程の間に、ブレードの対からブレードを選択解除して、選択したブレードを配列し直す必要がある場合がある。その時、コンピュータシステムは、得られたブレードマップを表示し、選択過程を詳細に示す報告を作成することができる。その上、ブレードパラメータの手入力及びブレードマップの再計算が、サポートされる。
【００１５】
図４は、ブレードマッピング・コンピュータシステム４００の簡略ブロック図である。本明細書で用いる場合、「コンピュータ」という用語には、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、及び本明細書に記載する機能を実行することができるあらゆる他の回路又はプロセッサを用いるシステムを含む、任意のプロセッサベース又はマイクロプロセッサベースのシステムが含まれることができる。上述の例は、単に例示しただけであり、「コンピュータ」という用語の定義及び／又は意味を決して限定することを意図するものではない。コンピュータシステム４００は、データ記憶用のディスク記憶ユニット４１３を含むサーバシステム４１２と、該サーバシステム４１２に接続された、クライアントシステム４１４とも呼ばれる複数のクライアントサブシステムとを含む。１つの実施形態では、クライアントシステム４１４は、ウェブブラウザを含むコンピュータであり、サーバシステム４１２がインターネットを介して該クライアントシステム４１４にアクセス可能になるようなっている。クライアントシステム４１４は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又は広域ネットワーク（ＷＡＮ）、ダイアルイン接続、ケーブルモデム、及び専用の高速ＩＳＤＮラインのようなネットワークを含む多くのインターフェースを介してインターネットに相互接続される。クライアントシステム４１４は、ウェブベース電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、又は他のウェブベース接続可能機器を含むインターネットに相互接続することができる任意の装置とすることができる。データベース・サーバ４１６が、エンジン構成部品に関する情報を含むデータベース４１８に接続される。１つの実施形態では、集中データベース４１８は、サーバシステム４１２に格納され、クライアントシステム４１４の１つを介してサーバシステム４１２にログインすることにより該クライアントシステム４１４の１つにおいて潜在的ユーザがアクセス可能である。別の実施形態では、データベース４１８は、サーバシステム４１２から遠く離れて格納され、分散式とすることができる。
【００１６】
上述のブレードマッピングシステムは、１つより多いパラメータを用いてブレードマップを決定して回転機械を組立てるのを可能にするための、費用効果がありかつ高い信頼性がある手段である。各システムは、各ブレードについてのモーメント荷重値を入手し、各ブレードについての幾何学的形状パラメータ値を入手し、その入手した値に基づいてロータ上のブレード位置を計算し、かつその計算した位置に基づいてブレードマップを作成するように構成にされている。従って、本発明のブレードマッピングシステムは、機械、特にガスタービンエンジンの組立て、運転、及び整備を費用効果がありかつ信頼性がある方法で可能にする。
【００１７】
ブレードマッピングシステム構成要素の例示的な実施形態を、上に詳細に説明している。この構成要素は、本明細書中に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ各システムの構成要素は、本明細書中に記載した他の構成要素とは独立してかつ別個に用いることができる。各ブレードマッピングシステム構成要素はまた、他のブレードマッピングシステム構成要素と組合せて用いることも可能である。
【００１８】
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、本発明は、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可能であることは、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】
【００１９】
【図１】例示的なガスタービンエンジンの概略図である。
【図２】図１に示すガスタービンエンジンに用いることができる例示的なファンロータ及びブレード配列組立体の斜視図である。
【図３】図２に示すファンロータ及びブレード配列組立体に用いることができる例示的な工程のブロック図である。
【図４】例示的なブレードマッピング・コンピュータシステムの簡略ブロック図である。
【符号の説明】
【００２０】
１００  ブレード
１０２  ファンロータディスク
１０４  ダブテールスロット
１０６  ブレード翼形部
１０８  ブレード根元
１１０  ブレード先端
【図１】
2004308660.tif 000003
【図２】
2004308660.tif 000004
【図３】
2004308660.tif 000005
【図４】
2004308660.tif 000006