(57)【要約】  回転軸を含むガスタービンエンジン内で使用するためのロータアセンブリが、複数のロータブレードを含む。各ロータブレードが、対向する側面の間に延在するプラットフォームと、プラットフォームから半径方向内側に延在するシャンクと、各対向する側面の中に少なくとも部分的に画定されるスロットとを含む。各封止部材の少なくとも部分が対向する側面の１つを越えて延在するように、封止部材が、複数のロータブレードの第１のロータブレードの各スロットの中に挿入されるように構成されている。１つの封止部材の少なくとも部分が第２のロータブレード上の対応する第２のスロットの中に挿入されるように、複数のロータブレードの第２のロータブレードが、隣接する第１のロータブレードに結合されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（５０）を含むガスタービンエンジン（１０）用のロータアセンブリ（４０）であって、
複数のロータブレード（２００）であって、各ロータブレード（２００）が、対向する側面（２１０、２１２）の間に延在するプラットフォーム（２０４）と、前記プラットフォーム（２０４）から半径方向内側に延在するシャンク（２０６）と、各前記対向する側面（２１０、２１２）の中に少なくとも部分的に画定されるスロット（２２２、６０８、８０２）とを含む複数のロータブレード（２００）と、
各封止部材（２２４、５００、６００、８００）の少なくとも一部が前記対向する側面（２１０、２１２）の１つを越えて延在するように、前記複数のロータブレード（２００）の第１のロータブレード（２００）の各スロット（２２２、６０８、８０２）の中に挿入されるように構成されている封止部材（２２４、５００、６００、８００）であって、１つの封止部材（２２４、５００、６００、８００）の少なくとも一部が前記第２のロータブレード（２００）上の対応する第２のスロット（２２２、６０８、８０２）の中に挿入されるように、前記複数のロータブレード（２００）の第２のロータブレード（２００）が、隣接する前記第１のロータブレード（２００）に結合されている、封止部材（２２４、５００、６００、８００）と
を備えるロータアセンブリ（４０）。
【請求項２】
前記プラットフォーム（２０４）が、各スロット（２２２、６０８、８０２）の半径方向外側部分（４０４、６１２）を含む、請求項１に記載のロータアセンブリ（４０）。
【請求項３】
前記シャンク（２０６）が、対向する封止支持部材（６０６、８０４）を含む、請求項１又は２に記載のロータアセンブリ（４０）。
【請求項４】
各前記対向する封止支持部材（６０６、８０４）が、各スロット（６０８、８０２）の半径方向内側部分（６０９）を含む、請求項１乃至３のいずれか1項に記載のロータアセンブリ（４０）。
【請求項５】
前記ガスタービンエンジン（１０）の作動中に、前記封止部材（２２４、５００、６００、８００）が各スロット（２２２、６０８、８０２）内で第１の位置から第２の位置に移動することを促進するように、各スロット（２２２、６０８、８０２）が配向されている、請求項１乃至４のいずれか1項に記載のロータアセンブリ（４０）。
【請求項６】
各封止部材（２２４、５００、６００、８００）が、隣接する第１のロータブレード（２００）と第２のロータブレード（２００）との間に画定される間隙（３００）を埋める、請求項１乃至５のいずれか1項に記載のロータアセンブリ（４０）。
【請求項７】
前記封止部材（２２４、５００、６００、８００）が、金属合金を備える、請求項１乃至６のいずれか1項に記載のロータアセンブリ（４０）。
【請求項８】
前記封止部材（２２４、５００、６００、８００）が、高さ０．３７１５インチ、幅０．１５インチおよび厚さ０．０１インチを有する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のロータアセンブリ（４０）。
【請求項９】
回転軸（５０）を含むガスタービンエンジン（１０）であって、
回転シャフト（５０）と、
前記シャフト（５０）に結合されたロータアセンブリ（４０）と
を含み、
前記ロータアセンブリ（４０）は、
複数のロータブレード（２００）であって、各ロータブレード（２００）が、対向する側面（２１０、２１２）の間に延在するプラットフォーム（２０４）と、前記プラットフォーム（２０４）から半径方向内側に延在するシャンク（２０６）と、各前記対向する側面（２１０、２１２）の中に少なくとも部分的に画定されるスロット（２２２、６０８、８０２）とを含む複数のロータブレード（２００）と、
封止部材（２２４、５００、６００、８００）であって、各封止部材（２２４、５００、６００、８００）の少なくとも一部が前記対向する側面（２１０、２１２）の１つを越えて延在するように、前記複数のロータブレード（２００）の第１のロータブレード（２００）の各スロット（２２２、６０８、８０２）の中に挿入されるように構成され、１つの封止部材（２２４、５００、６００、８００）の少なくとも一部が、前記第２のロータブレード（２００）上の対応する第２のスロット（２２２、６０８、８０２）の中に挿入されるように、前記複数のロータブレード（２００）の第２のロータブレード（２００）が、隣接する前記第１のロータブレード（２００）に結合される、封止部材（２２４、５００、６００、８００）と
を備える、
ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１０】
前記プラットフォーム（２０４）が、各スロット（２２２、６０８、８０２）の半径方向外側部分（４０４、６１２）を含む、請求項９に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１１】
前記シャンク（２０６）が、対向する封止支持部材（６０６、８０４）を含む、請求項９又は１０に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１２】
各前記対向する封止支持部材（６０６、８０４）が、各スロット（６０８、８０２）の半径方向内側部分（６０９）を含む、請求項１１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１３】
前記ガスタービンエンジン（１０）の作動中に、前記封止部材（２２４、５００、６００、８００）が各スロット（２２２、６０８、８０２）内で第１の位置から第２の位置に移動することを促進するように、各スロット（２２２、６０８、８０２）が配向されている、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１４】
各封止部材（２２４、５００、６００、８００）が、隣接する第１のロータブレード（２００）と第２のロータブレード（２００）との間に画定される間隙（３００）を埋める、請求項９に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１５】
回転軸（５０）を含むガスタービンエンジン（１０）と共に使用するためのロータアセンブリ（４０）を組み立てる方法であって、
複数のロータブレード（２００）を用意するステップであって、各ロータブレード（２００）が、対向する側面（２１０、２１２）の間に延在するプラットフォーム（２０４）と、前記プラットフォーム（２０４）から半径方向内側に延在するシャンク（２０６）と、前記シャンク（２０６）から半径方向内側に延在するダブテール（２０８）と、各前記対向する側面（２１０、２１２）の中に少なくとも部分的に画定されるスロット（２２２、６０８、８０２）とを含む、ステップと、
各封止部材（２２４、５００、６００、８００）の少なくとも一部が前記対向する側面（２１０、２１２）の１つを越えて延在するように、前記複数のロータブレード（２００）の第１のロータブレード（２００）の各スロット（２２２、６０８、８０２）の中に封止部材（２２４、５００、６００、８００）を挿入するステップと、
１つの封止部材（２２４、５００、６００、８００）の少なくとも一部が前記第２のロータブレード（２００）上の対応する第２のスロット（２２２、６０８、８０２）の中に挿入されるように、前記複数のロータブレード（２００）の第２のロータブレード（２００）を隣接する前記第１のロータブレード（２００）に結合するステップと
を含む方法。
【請求項１６】
前記プラットフォーム（２０４）が、各スロット（２２２、６０８、８０２）の半径方向外側部分（４０４、６１２）を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記シャンク（２０６）が、対向する封止支持部材（６０６、８０４）を含み、各前記対向する封止支持部材（６０６、８０４）が、各スロット（６０８、８０２）の半径方向内側部分（６０９）を含む、請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ガスタービンエンジン（１０）の作動中に、前記封止部材（２２４、５００、６００、８００）が各スロット（２２２、６０８、８０２）内で第１の位置から第２の位置に移動することを促進するように、各スロット（２２２、６０８、８０２）を配向するステップを更に含む、請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のロータブレード（２００）と前記第２のロータブレード（２００）との間に画定される間隙（３００）を画定するステップと、前記封止部材（２２４、５００、６００、８００）を使用して、前記間隙（３００）の少なくとも一部を封止するステップとを更に含む、請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記ダブテール（２０８）を使用して、各前記複数のロータブレード（２００）をロータディスクに結合するステップを更に含む、請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータアセンブリ、対応するガスタービンエンジンおよび組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書に説明する用途は、一般的にガスタービンエンジン構成要素に関し、より詳細には、隣接するタービンブレードプラットフォーム間の間隙を封止するための装置に関する。
【０００３】
典型的なガスタービンエンジンは、圧縮機区分、燃焼器区分およびタービン区分を通って、連続して空気を導くための軸方向に延在する環状の流路を有する。圧縮機区分は、空気にエネルギーを加える複数の回転ブレードを含む。空気は、圧縮機区分を出て、燃焼器区分に入る。燃料が圧縮空気と混合され、発生した燃焼ガス混合物が点火されて、システムにより大きいエネルギーを加える。次いで、発生した燃焼生成物は、タービン区分を通過して膨張する。タービン区分は、膨張空気からエネルギーを抽出する、別の複数の回転ブレードを含む。圧縮機区分、およびタービン区分を相互接続するロータシャフトが、この抽出されたエネルギーの一部を圧縮機区分に戻して移送する。抽出されたエネルギーの残りは、例えば、ファン、発電機またはポンプなどの負荷に動力を供給するために使用可能である。
【０００４】
少なくともいくつかの公知のロータアセンブリは、少なくとも１つの円周方向に離隔配置したロータブレードの列を含む。各ロータブレードは、前縁および後縁で一体に結合されている圧迫側および吸込み側を含むエーロフォイルを含む。各エーロフォイルは、ロータブレードプラットフォームから先端まで半径方向外側に延在し、プラットフォームとダブテールとの間に延在するシャンクから半径方向内側に延在するダブテールを更に含む。ダブテールは、ロータアセンブリ内のロータブレードに、ロータディスクまで結合されている。
【０００５】
ブレードの列内の隣接するブレードのプラットフォーム区分の側部が互いに当接して、空気および燃焼ガス用の流路を画定する境界の部分を形成する。隣接するプラットフォームを完全な封止関係に当接させることが望ましいが、熱膨張および機械加工公差を収容する必要性から、隣接するプラットフォーム間に小さい間隙が維持されることとなる。
【０００６】
ダブテールをロータディスクに結合するために、ダブテールは、それが挿入されるスロットよりもわずかに小さく機械加工されなければならない。これによって、ダブテールの前部および後部に小さいバッファ空洞が生じる。タービンの作動中に、冷却空気が、前部バッファ空洞から、ディスクの頂部を横切って、ダブテール後部のバッファ空洞まで、隣接するロータブレードの後方スカート間の間隙を通過して、燃焼ガスの流路の中に漏出する可能性がある。空気が高温燃焼ガスの流路内に漏出することによって、エンジンサイクル内の損失を招き、したがって、エンジン効率を低下させる。特定の燃料消費を低減し、したがって、エンジン効率を向上させるために、この漏出を低減することが望ましい。
【０００７】
したがって、ガスタービンエンジン内の隣接する回転ブレードのタービン・ロータブレード・プラットフォーム間の間隙を封止するための改良された装置を提供することが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／１１４４８０号明細書
【発明の概要】
【０００９】
一態様では、回転軸を含むガスタービンエンジン内で使用するためのロータアセンブリが提供される。ロータアセンブリは、複数のロータブレードを含む。各ロータブレードが、対向する側面の間に延在するプラットフォームと、プラットフォームから半径方向内側に延在するシャンクと、各対向する側面の中に少なくとも部分的に画定されるスロットとを含む。各封止部材の少なくとも部分が対向する側面の１つを越えて延在するように、封止部材が、複数のロータブレードの第１のロータブレードの各スロットの中に挿入されるように構成されている。１つの封止部材の少なくとも部分が第２のロータブレード上の対応する第２のスロットの中に挿入されるように、複数のロータブレードの第２のロータブレードが、隣接する第１のロータブレードに結合されている。
【００１０】
別の態様では、回転軸を含むガスタービンエンジンが提供される。ガスタービンエンジンが、回転シャフトと、シャフトに結合されたロータアセンブリとを備える。ロータアセンブリが、複数のロータブレードを含み、各ロータブレードが、対向する側面の間に延在するプラットフォームと、プラットフォームから半径方向内側に延在するシャンクと、各対向する側面の中に少なくとも部分的に画定されるスロットとを含む。各封止部材の少なくとも部分が対向する側面の１つを越えて延在するように、封止部材が、複数のロータブレードの第１のロータブレードの各スロットの中に挿入されるように構成されている。１つの封止部材の少なくとも部分が第２のロータブレード上の対応する第２のスロットの中に挿入されるように、複数のロータブレードの第２のロータブレードが、隣接する第１のロータブレードに結合されている。
【００１１】
やはり別の態様では、回転軸を含むガスタービンエンジンと共に使用するためのロータアセンブリを組み立てる方法が提供される。方法は、複数のロータブレードを用意するステップを含む。各ロータブレードが、対向する側面の間に延在するプラットフォームと、プラットフォームから半径方向内側に延在するシャンクと、シャンクから半径方向内側に延在するダブテールと、各対向する側面の中に少なくとも部分的に画定されるスロットとを含む。各封止部材の少なくとも部分が対向する側面の１つを越えて延在するように、封止部材が、複数のロータブレードの第１のロータブレードの各スロットの中に挿入される。１つの封止部材の少なくとも部分が第２のロータブレード上の対応する第２のスロットの中に挿入されるように、複数のロータブレードの第２のロータブレードが、隣接する第１のロータブレードに結合されている。
【００１２】
図１から図８は、本明細書に説明するタービンブレードプラットフォームの例示的な実施形態を図示する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】公知のガスタービンエンジンの構成要素の概略図である。
【図２Ａ】図１に示すガスタービンエンジンと共に使用され得るロータブレードの側面図である。
【図２Ｂ】図１に示すガスタービンエンジンと共に使用され得るロータブレードの軸方向の正面図である。
【図３】２つのロータブレード間の間隙を封止するシールピンの半径方向の上面図である。
【図４Ａ】２つのロータブレード間の間隙を封止するシールピンの軸方向前方から見た図である。
【図４Ｂ】２つのロータブレード間の間隙を封止するシールピンを図示する図４Ａの部分近接図である。
【図５】半径方向内側半径よりも大きい半径方向外側半径を有する先細型シールピンの図である。
【図６】スプラインシールが結合されたロータブレードの斜視図である。
【図７】ロータブレード間の間隙を封止するために隣接するロータブレードによって形成されたスロット内に格納されたスプラインシールの軸方向前方から見た横断面図である。
【図８】スプラインシールを受けるための開放型スロットを有するロータブレードの部分の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
燃焼ガスがガスタービンエンジンを通過して流れるとき、空気の圧力は、ロータブレードの下流よりもロータブレードの上流で相対的に高くなる。圧力差により、タービンを通過して流れる空気の一部分が、隣接するロータブレード間に存在する間隙を通って漏出し、間隙が漏出を防止するように封止された場合と比較して、エンジン性能の効率を低下させる原因になる可能性がある。他の応用でも類似の封止が存在するが、しかし本発明は、回転している環境の中で封止を使用することを応用する。
【００１５】
ここで図面を参照すると、いくつかの図面を通して同じ符号は同じ要素を参照し、図１は公知のガスタービンエンジン１０の構成要素の概略図を示す。ガスタービンエンジン１０は、燃焼器２５と流体連通して結合され、更にタービン４０と流体連通して結合されている圧縮機１５を含むことができる。圧縮機１５およびタービン４０は、それぞれロータシャフト５０に結合されている。タービン４０は更に、ロータシャフト５０または追加のロータシャフトを経て外部負荷４５に結合されている。シャフト５０は、エンジン１０のために回転軸を提供する。
【００１６】
作動中、圧縮機１５は、流入する空気流２０を圧縮する。圧縮機１５は、圧縮空気流２０を燃焼器２５に搬送する。燃焼器２５は圧縮空気流２０を燃料流３０と混合し、その混合物に点火して燃焼ガス流３５を生成する。単一の燃焼器２５だけが図示されているが、ガスタービンエンジン１０は、任意の数の燃焼器２５を含むことができる。次いで、燃焼ガス流３５は、タービン４０に搬送される。燃焼ガス流３５はタービン４０を駆動して、機械的仕事を生成する。タービン４０内で生成された機械的仕事は、ロータシャフト５０を駆動して、圧縮機１５、および発電機など、任意の追加の外部負荷４５に動力を供給する。
【００１７】
ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、様々な種類の合成ガスおよび他の種類の燃料を使用することができる。ガスタービンエンジン１０は、  ニューヨーク州、スケネクタディ（Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙ）のＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙまたは他社によって提供される任意の数の様々なガスタービンの１つであってよい。ガスタービンエンジン１０は、他の構成を有することができ、他の種類の構成要素を使用することができる。他の種類のガスタービンエンジンもまた、本明細書で使用され得る。多数のガスタービンエンジン１０、他の種類のタービンおよび他の種類の動力生成装置が、本明細書で共に使用され得る。
【００１８】
図２Ａは、ガスタービンエンジン１０（図１参照）と共に使用され得るロータブレード２００の側面図である。ブレード２００が、タービン４０（図１参照）などのロータアセンブリ内に結合される場合、所定のプラットフォーム間隙（図２に図示せず）が、円周方向に隣接するロータブレード２００の間に画定される。例示的な実施形態では、ブレード２００は、以下に詳細に説明するブレード２００の間の封止を提供する形状を含むように修正された。
【００１９】
ロータアセンブリ４０内に結合される場合、各ロータブレード２００は、シャフト５０（図１参照）などのロータシャフトに回転可能に結合されているロータディスク（図示せず）に結合される。代替の実施形態では、ブレード２００は、ロータスプール（図示せず）内に取り付けられる。例示的な実施形態では、円周方向に隣接するブレード２００は同一であり、それぞれがロータディスクから半径方向外側に延在し、エーロフォイル２０２、プラットフォーム２０４、シャンク２０６およびダブテール２０８を含む。例示的な実施形態では、エーロフォイル２０２、プラットフォーム２０４、シャンク２０６およびダブテール２０８は集合的にブレードとして公知である。
【００２０】
図２Ａおよび図２Ｂは、エーロフォイル２０２の前縁２１０および後縁２１２を図示する。前縁２１０はエーロフォイル２０２の前方側にあり、後縁２１２は後方側にある。本明細書で使用する場合、「前方」および「上流」は、ガスタービンエンジン内のタービンの入口端部を呼ぶために使用し、「後方」および「下流」は、ガスタービンエンジン内のタービンの反対側の出口端部を呼ぶために使用する。
【００２１】
各エーロフォイル２０２が各々のプラットフォーム２０４から半径方向外側に延在するように、プラットフォーム２０４はエーロフォイル２０２とシャンク２０６との間に延在する。シャンク２０６は、プラットフォーム２０４からダブテール２０８まで半径方向内側に延在し、ダブテール２０８はシャンク２０６から半径方向内側に延在して、ロータブレード２００をロータディスクに固定することを促進する。プラットフォーム２０４は、第１のスラッシュ面側部２１８および対抗する第２のスラッシュ面側部２２０を一体に結合する前方スカート２１４および後方スカート２１６を更に含む。シャンク２０６の第１のスラッシュ面側部２１８は、例えば、移動可能な封止等、移動可能な要素を受けるための空洞２２２を含むことができ、移動可能な封止はシールピン２２４であることができると考慮されたい。
【００２２】
図３から図４Ｂは、冷却空気が隣接するロータブレード２００の後方スカート２１６の間に漏出することを防止するように構成された封止を提供するように作動する、空洞２２２内のシールピン２２４を図示する。ロータブレード２００がロータアセンブリ４０内に結合される場合、プラットフォーム間隙３００が、隣接するロータブレードプラットフォーム２０４の間に画定される。回転するロータアセンブリ４０の遠心力によって、シールピン２２４が以下に更に詳細に説明するようにプラットフォーム間隙３００を封止する。空洞２２２は、背面３０２．前方側面３０６、後方側面３０４、半径方向内側面４０２および半径方向外側面４０４によって画定される。背面３０２および半径方向内側面４０２は、空洞２２２内でシールピン２２４の端部の移動が拘束されることを制限するために丸くなっている。側面３０４および３０６は、それらが背面３０２につながる地点よりも空洞２２２の開口部でより幅広くなるような角度になされている。シールピン２２４は、シールピン２２４上に作用する遠心力によって、背面３０２に接触する。上面４０４は、シールピン２２４を隣接するロータブレード２００の第２のスラッシュ面側部２２０の方に傾斜するように導くような角度になされている。
【００２３】
シールピン２２４は、横断面が略円形であり、半径方向に空洞２２２内に延在する。例示的な実施形態では、シールピン２２４は、約０．０４インチの直径を有する。しかし、ロータブレード２００の寸法は、そのロータブレードを中に使用するエンジンの寸法に応じて変化する可能性があるので、シールピン２２４は、本明細書に説明するようにロータアセンブリ４０が作動することを促進するために十分な任意の直径を有することができる。シールピン２２４は、第１の位置から第２の位置（図４Ａ参照）に移動中に、上面４０４および底面４０２によって拘束されることを低減するために各２つの端部で丸くなっている（図４Ａ参照）。
【００２４】
空洞２２２は、シールピン２２４が空洞２２２内に実質的に完全に格納されることができるように、シャンク２０６の中に十分な距離まで延在する。言い換えれば、シールピン２２４は、空洞２２２の最も深い部分とロータブレード１００の第１のスラッシュ面側部２１８に沿って延在する平面との間の距離よりも小さい最大外側直径を含むことができる。したがって、シールピン２２４は、空洞２２２内の十分深い凹所に配置されて、隣接するロータブレードをロータディスクの中に摺動させるための遊隙を提供することができる。
【００２５】
ロータブレード２００に対して単一のシールピン２２４だけが図示されているが、シールピン２２４は、タービン段の各対向するロータブレード２００の間に配置可能である。例えば、７２個のロータブレード２００を含む第１のタービン段は、７２個のシールピン２２４を含むことができる。
【００２６】
作動中、シールピン２２４の半径方向内側端部が底面４０２に隣接するように、最初はシールピン２２４が空洞２２２の底部に着座している。ロータアセンブリ４０が回転し始めると、遠心力によって、シールピン２２４が空洞２２２内の半径方向外側方向に摺動する。シールピン２２４が上面４０４と接触するようになると、上面４０４の角度が、シールピン２２４を隣接するロータブレード２００の平坦な第２のスラッシュ面側部２２０に対して傾斜させて、封止を形成する。この封止を促進するために、上面４０４は約１９°の角度を有する。しかし、ロータブレード２００を中に使用するエンジンの寸法に応じて、ロータブレード２００の寸法が異なる可能性があるので、上面４０４は、シールピン２２４を隣接するロータブレード２００の平坦な第２のスラッシュ面側部２２０に対して傾斜させるために十分な任意の角度を有することができる。空洞２２２、プラットフォーム２０４、シャンク２０６ならびにスラッシュ面側部２２０および２１８は、半径方向に垂直な方向から約４°傾斜して製造される。しかし、ロータブレード２００を中に使用するエンジンの寸法に応じて、ロータブレード２００の寸法が異なる可能性があるので、スラッシュ面側部２２０および２１８は、シールピン２２４が封止を形成することを促進するために十分な任意の角度を有することができる。このスラッシュ面の角度によって、シールピン２２４が隣接するロータブレード２００の平坦な第２のスラッシュ面側部２２０に対して傾斜して、シールピン２２４の全体の長さが第２のスラッシュ面側部２２０に接触して、連続的封止を提供する。スラッシュ面の角度が形成されない場合、回転するディスクによって生じるモーメントが、シールピン２２４の半径方向外側先端だけを隣接するロータブレード２００の第２のスラッシュ面側部２２０に接触させることになり、一方、シールピン２２４の半径方向内側端部は依然として空洞２２２の中にあり、封止が形成されないことになる。
【００２７】
別の実施形態では、図５が、半径方向内側半径よりも大きい半径方向外側半径を有する先細型シールピン５００を図示しており、シールピン５００はシールピン２２４と類似の態様で機能する。先細型シールピン５００は、図３から図４Ｂに示す同じ空洞内で使用可能である。
【００２８】
先細型シールピン５００は、横断面が略円形であり、空洞２２２内で半径方向に延在する。例示的な実施形態では、先細型シールピン５００は、約０．０８インチの半径方向外側直径、および約０．０４インチの半径方向内側直径を有する。しかし、ロータブレード２００を中に使用するエンジンの寸法に応じて、ロータブレード２００の寸法が異なる可能性があるので、先細型シールピン５００は、組立中に隣接するロータブレード２００の通過を許容するために十分な任意の直径を有することができる。先細型シールピン５００は、第１の位置から第２の位置に移動中に、例えば、上面４０４および底面４０２によって拘束されることを低減するために各２つの端部で丸くなっている（図４Ａ参照）。
【００２９】
中心軸線基準線５０２は、基準線５０２が半径方向外側先端の中心で先細型シールピン５００に入り、半径方向内側先端の中心でシールピン５００を出るように、先細型シールピン５００の重心５０６を通ってエンジン１０の中心線まで進む。第２の基準線５０４もまた、先細型シールピン５００の重心５０６を通って進むが、しかし基準線５０４はエンジン１０の中心線に対して垂直である。φは、先細型シールピン５００の重心５０６で、基準線５０２と基準線５０４との間で測定される。以下に更に詳細に説明するように、φがゼロよりも大きい場合の角度が、先細型シールピン５００を空洞２２２の上方に摺動させ、隣接するロータブレード２００に対して傾斜させるために必要とされる。φがゼロ未満である場合、そのとき回転するディスクによって生成されるモーメントによって、先細型シールピン５００の半径方向内側部分が隣接するブレードから離れて回転し、封止が形成されない。
【００３０】
ロータブレード２００に対して単一の先細型シールピン５００だけが図示されているが、先細型シールピン５００は、タービン段の各対向するロータブレード２００の間に配置可能であることを考慮されたい。例えば、７２個のロータブレード２００を含む第１のタービン段は、７２個の先細型シールピン５００を含むことができる。
【００３１】
作動中、先細型シールピン５００の半径方向内側端部が底面４０２に隣接するように、最初は先細型シールピン５００が、空洞２２２の底部に着座している。ロータアセンブリ４０が回転し始めると、遠心力によって、先細型シールピン５００が空洞２２２内の半径方向外側方向に摺動する。先細型シールピン５００が上面４０４と接触するようになると、上面４０４の角度が、先細型シールピン５００を隣接するロータブレード２００の平坦な第２のスラッシュ面側部２２０に対して傾斜させて、封止を形成する。先細型シールピン５００が封止を形成することを促進するために、上面４０４は約１９°の角度を有する。しかし、ロータブレード２００を中に使用するエンジンの寸法に応じて、ロータブレード２００の寸法が異なる可能性があるので、上面４０４は、先細型シールピン５００を隣接するロータブレード２００の平坦な第２のスラッシュ面側部２２０に対して傾斜させるために十分な任意の角度を有することができる。本実施形態では、先細型シールピン５００の先細部によって、プラットフォーム２０４、シャンク２０６ならびにスラッシュ面側部２２０および２１８がスラッシュ面角度を有して製造される必要がなく、隣接するロータブレード２００の第２のスラッシュ面側部２２０に対して封止が形成されることを可能にする。
【００３２】
先細型シールピン５００は、プラットフォーム２０４、シャンク２０６ならびにスラッシュ面側部２２０および２１８の角度を修正せずに、プラットフォーム間隙３００の中に封止が生成されることを可能にする。プラットフォーム２０４、シャンク２０６ならびにスラッシュ面側部２２０および２１８が略垂直な形態でも、プラットフォーム間隙３００の中にやはり封止が生成される。
【００３３】
図６は、本発明のやはり別の実施形態を図示し、スプラインシール６００が、ロータアセンブリ４０の隣接する円周方向のロータブレード２００の間の間隙３００を埋めている。例示的な実施形態では、ブレード２００は、以下に詳細に説明するブレード２００の間の封止を提供する形状を含むように修正された。スプラインシールは、隣接する静翼のシュラウドの間の間隙を封止するために、タービン内で使用されることで公知である。しかし、タービンの作動中、静翼はロータブレードが受けるように遠心力を受けない。本発明は、ロータアセンブリ４０など、回転する環境の中でスプラインシール６００の使用を応用する。例示的な実施形態では、スプラインシール６００は、高さ約０．３７１５インチ、幅約０．１５インチ、および軸方向の厚さ約０．０１インチを有する薄い矩形の部材であることが好ましい。しかし、ロータブレード２００を中に使用するエンジンの寸法に応じて、ロータブレード２００の寸法が異なる可能性があるので、スプラインシール６００は、隣接するロータブレード２００の間の間隙３００を通って空気が漏出することを防止するために十分な任意の寸法を有することができる。スプラインシール６００は、前方面６０２および後方面６０４を有する高温合金材料から形成されることが好ましい。
【００３４】
例示的な実施形態では、円周方向に隣接するブレード２００は同一であり、それぞれがロータディスクから半径方向外側に延在し、エーロフォイル２０２、プラットフォーム２０４、シャンク２０６およびダブテール２０８を含む。例示的な実施形態では、エーロフォイル２０２、プラットフォーム２０４、シャンク２０６およびダブテール２０８は集合的にブレードとして公知である。各エーロフォイル２０２が各々のプラットフォーム２０４から半径方向外側に延在するように、プラットフォーム２０４はエーロフォイル２０２とシャンク２０６との間に延在する。シャンク２０６は、プラットフォーム２０４からダブテール２０８まで半径方向内側に延在し、ダブテール２０８はシャンク２０６から半径方向内側に延在して、ロータブレード２００をロータディスクに固定することを促進する。
【００３５】
後方スカート２１６などのプラットフォーム２０４の後方部は、後方スカート２１６近傍のスプラインシール６００の半径方向外側部分を受けるように、プラットフォーム２０４の中に機械加工されたスロット６０８の半径方向外側部分を含む。封止支持構造体６０６が、シャンク２０６から外側に延在し、スプラインシール６００の半径方向内側部分を受けるように構成されたスロット６０８の半径方向内側部分を含む。スプラインシール６００が、封止支持構造体６０６およびプラットフォーム２０４によって画定されるスロット６０８の中に挿入され得るように、封止支持構造体６０６は、プラットフォーム２０４の半径方向内側に配置されている。
【００３６】
図７は、ロータブレード２００の間の間隙３００を封止するために、隣接するロータブレード２００によって形成されたスロット６０８内に格納されたスプラインシール６００を軸方向前方から見た図である。対向する側が両方とも、スロット６０８を画定する封止支持構造体６０６およびプラットフォーム２０４を含むように、ロータブレード２００は対向する側に同一の構造を含む。隣接するロータブレード２００がそれぞれ、スロット６０８を画定する封止支持構造体６０６およびプラットフォーム２０４を両方とも含む対向する側を含むように、隣接するロータブレード２００は同一である。スプラインシールの部分がプラットフォーム２０４の側部によって画定される垂直な平面を越えて延在するように、スプラインシール６００は、ロータブレード２００内のスロット６０８の中に挿入されている。次いで、間隙３００が隣接するロータブレード２００間に形成されるように、隣接するロータブレード２００が、スプラインシール６００を有するロータブレード２００に結合される。スプラインシール６００が間隙３００を埋め、スロット６０８の中に完全に含まれ、それによって隣接するロータブレード２００を連結するように、ロータブレードを越えて延在するスプラインシール６００の部分が、隣接するロータブレード２００上の同一のスロット６０８の中に挿入される。
【００３７】
作動中、スプラインシール６００の半径方向内側端部６１０が、隣接するロータブレード２００の支持構造体６０６上のスロット６０８の半径方向内側面６０９に隣接するように、最初はスプラインシール６００が、スロット６０８の半径方向内側部分に着座する。スロット６０８はφなどの角度に形成され、ロータアセンブリ４０が回転し始めると、遠心力によって、スプラインシール６００がスロット６０８内の半径方向外側方向に移動する。スプラインシール６００の半径方向外側端部６１２が、スロット６０８の半径方向外側面６１１に接触し、それによって、スプラインシール６００が更に移動することを制限し、スプラインシール６００がスロット６０８の中に配置されるように保つ働きをして、空気が隣接するロータブレード２００の間に漏出することを防止する。ロータブレード２００の前方側からの空気圧力が、スプラインシール６００をスロット６０８の後方面と接触するように押し込む場合に、封止が達成される。スプラインシール６００のこの最後の配置によって、漏出を防止するようにスプラインシール６００を配置し、更に、作動中に前方封止面６０２上に作用する高い負荷に耐えることによる座屈を防止するためにスプラインシール６００に対して支持を提供する。
【００３８】
図８は、スプラインシール８００を受けるための開放型スロット８０２を有するロータブレード２００の部分の斜視図である。スプラインシールは、隣接する静翼のシュラウドの間の間隙を封止するために、タービン内で使用されることで公知である。しかし、タービンの作動中、静翼はロータブレードが受けるように遠心力を受けない。本発明は、回転する環境の中でスプラインシール８００の使用を応用する。例示的な実施形態では、スプラインシール８００は、高さ約０．３７１５インチ、幅約０．１５インチ、および半径方向内側端部でよりも半径方向外側端部でより大きい厚さを有する薄い矩形の部材であることが好ましい。しかし、ロータブレード２００の寸法が異なる可能性があるので、スプラインシール８００は、隣接するロータブレード２００間の間隙３００を通って空気が漏出することを防止するために十分な任意の寸法を有することができる。スプラインシール８００は、前方面８０６および後方面８０８を有する高温合金材料から形成されることが好ましい。
【００３９】
例示的な実施形態では、円周方向に隣接するブレード２００は同一であり、それぞれがロータディスクから半径方向外側に延在し、エーロフォイル２０２、プラットフォーム２０４、シャンク２０６およびダブテール２０８を含む。例示的な実施形態では、エーロフォイル２０２、プラットフォーム２０４、シャンク２０６およびダブテール２０８は集合的にブレードとして公知である。各エーロフォイル２０２が各々のプラットフォーム２０４から半径方向外側に延在するように、プラットフォーム２０４はエーロフォイル２０２とシャンク２０６との間に延在する。シャンク２０６は、プラットフォーム２０４からダブテール２０８まで半径方向内側に延在し、ダブテール２０８はシャンク２０６から半径方向内側に延在して、ロータブレード２００をロータディスクに固定することを促進する。
【００４０】
半径方向外側部分に保持構造部８０４を有するスロット８０２は、スプラインシール８００の半径方向外側部分を受けるために、プラットフォーム２０４の後方部分の中に機械加工される。スプラインシール８００が定位置に係止されるように、スプラインシール８００の半径方向外側部分のより大きい厚さが、スロット８０２の保持構造部８０４の中に嵌合する。スロット８０２は、その半径方向内側部分で開放型になっており、保持構造部８０４がスプラインシール８００を定位置に固定する唯一の方法となる。スプラインシール８００は、スロット８０２の後方面と接触している後方封止面８０８によって支持されており、作動中に、燃焼ガスがスプラインシール８００の前方封止面８０６を押圧して、後方面８０８をスロット８０２の後方面に固定するようになる。スプラインシール８００のこの最後の配置によって、漏出を防止するようにスプラインシール８００を最適な位置に配置し、更に、作動中に前方封止面８０６上に作用する高い負荷に耐えることによる座屈を防止するようにスプラインシール８００に対して支持を提供する。
【００４１】
シールピン２２４、先細型シールピン５００、ならびにスプラインシール６００および８００がそれぞれ、隣接するロータブレード２００の間の間隙３００を跨ぐ効果的な封止を提供し、それによって、ブレードプラットフォーム２０４の下の空気の漏出を防止し、エンジンの効率を向上させる。
【００４２】
タービンブレードプラットフォーム封止の例示的な実施形態を上記に説明している。封止は本明細書に説明する特定の実施形態に限定されず、しかしむしろ、システムの構成要素は、本明細書に説明する他の構成要素から独立して、分離して、利用可能である。例えば、封止は他のタービンシステムと組み合わせて使用可能であり、本明細書に説明するタービンエンジンシステムだけと共に実施することに限定されない。むしろ、例示的な実施形態は、多くの他のタービンエンジン応用に関連して実施可能であり、利用可能である。
【００４３】
本発明の様々な実施形態の特定の形態をいくつかの図面の中で示し、他の図面の中では示さない場合があるが、これは便宜上によるものに過ぎない。本発明の原則に従って、図面の任意の形態が、参照され、および／または任意の他の図面の任意の形態と組み合わせて特許請求されることが可能である。
【００４４】
ここに記載する説明は、本発明を開示するための好適な形態を含む実施例を使用しており、更に、すべての当業者が、任意の装置またはシステムを作製および使用し、任意の組み込まれた方法を実施することを含めて、本発明を実施することを可能にする実施例を使用する。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者に思い当たる他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言とは異ならない構造的要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言とは実質的には異ならない均等な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあると意図するものである。
【符号の説明】
【００４５】
１０  ガスタービンエンジン
１５  圧縮機
２０  空気流
２５  燃焼器
３０  燃料流
３５  燃焼ガス流
４０  タービン（ロータアセンブリ）
４５  外部負荷
５０  回転シャフト（ロータシャフト）
２００  ロータブレード
２０２  エーロフォイル
２０４  プラットフォーム
２０６  シャンク
２０８  ダブテール
２１０  前縁
２１２  後縁
２１４  前方スカート
２１６  後方スカート
２１８  第１のスラッシュ面側部
２２０  第２のスラッシュ面側部
２２２  空洞
２２４  シールピン
３００  プラットフォーム間隙
３０２  背面
３０４  後方側面
３０６  前方側面
４０２  底面（半径方向内側面）
４０４  上面（半径方向外側面）
５００  先細型シールピン
５０２  中心軸線基準線
５０４  第２の基準線
５０６  重心
６００  スプラインシール
６０２  前方面
６０４  後方面
６０６  封止支持構造体
６０８  スロット
６０９  半径方向内側面
６１０  半径方向内側端部
６１１  半径方向外側面
６１２  半径方向外側端部
８００  スプラインシール
８０２  スロット
８０４  保持構造部
８０６  前方封止面
８０８  後方封止面
【図１】
2015519519.tif 000003
【図２Ａ】
2015519519.tif 000004
【図２Ｂ】
2015519519.tif 000005
【図３】
2015519519.tif 000006
【図４Ａ】
2015519519.tif 000007
【図４Ｂ】
2015519519.tif 000008
【図５】
2015519519.tif 000009
【図６】
2015519519.tif 000010
【図７】
2015519519.tif 000011
【図８】
2015519519.tif 000012
【国際調査報告】
2015519519.tif 000013
2015519519.tif 000014
2015519519.tif 000015