(57)【要約】【課題】タービンブレードの根元部分に識別部分を加えることによって、タービンブレードの識別を確実にする。【解決手段】識別部分４２は、異なる世代のタービンブレード２０Ａ’の設計において内部の特徴を間違いなく識別するために用いられる。識別部分４２は、タービンブレード２０Ａ’の根元部分３２に位置しており、また座標測定機によって判読可能で、視覚的に識別可能な部分を与えるように突出しているが、タービンブレード２０Ａ’の取り付けや動作を妨げない。識別部分４２の重さは、ガスタービンエンジン１０内で高速回転するタービンブレード２０Ａ’の動作を妨げないように、これらのブレード２０Ａ’の重さの０．１パーセント以下である。識別部分４２によって、タービンブレード２０Ａ’の内部の特徴を間違いなく識別できる。【選択図】図３Ｂ
2007051643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォイル部分と、
根元部分と、からなるタービンブレードであって、
上記根元部分は、
前縁面と、
後縁面と、
上記前縁面と上記後縁面との間に位置した複数の固定タングと、
タービンブレード内部の特徴を識別するために上記タービンブレードの上記根元部分に位置した突出している識別部分と、からなることを特徴とするタービンブレード。
【請求項２】
上記識別部分は、上記根元部分の凹面に位置することを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード。
【請求項３】
上記識別部分は、上記前縁面に位置することを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード。
【請求項４】
上記識別部分は、上記前縁面の一番前の部分を越えて延びていないことを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード。
【請求項５】
上記識別部分は、垂直なリブであることを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード。
【請求項６】
上記識別部分の重さは、上記タービンブレードの重さの約０．１パーセント以下であることを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード。
【請求項７】
上記識別部分は、座標測定機によって判読可能であることを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード。
【請求項８】
上記識別部分は、上記タービンブレードの特定の世代の内部の特徴に対応することを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード。
【請求項９】
ガスタービンエンジンのロータディスクに固定するための根元部分及び内部冷却機構を備えるエアフォイル部分を有するタービンブレードであって、
上記タービンブレードは、上記冷却機構の内部の特徴を識別するために上記根元部分に位置した突出している識別部分を有することを特徴とするタービンブレード。
【請求項１０】
上記識別部分は、上記根元部分の凹面に位置することを特徴とする請求項９に記載のタービンブレード。
【請求項１１】
上記識別部分は、上記根元部分の前縁面に位置することを特徴とする請求項９に記載のタービンブレード。
【請求項１２】
上記識別部分は、上記前縁面の一番前の部分を越えて延びていないことを特徴とする請求項１１に記載のタービンブレード。
【請求項１３】
上記識別部分は、垂直なリブであることを特徴とする請求項９に記載のタービンブレード。
【請求項１４】
上記識別部分の重さは、上記タービンブレードの重さの約０．１パーセント以下であることを特徴とする請求項９に記載のタービンブレード。
【請求項１５】
上記識別部分は、座標測定機によって判読可能であることを特徴とする請求項９に記載のタービンブレード。
【請求項１６】
上記識別部分は、上記タービンブレードの特定の世代の内部の特徴に対応することを特徴とする請求項９に記載のタービンブレード。
【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ており、特に内部の特徴を有するタービンブレードの識別に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンにおいて、燃料が、加熱されたガスを発生させるように圧縮機によって生み出された圧縮空気中で燃焼する。加熱されたガスは、回転力を発生させ、特に圧縮機を作動させるためにタービンブレードやエアフォイルを回転させるように用いられる。ガスタービンエンジンが作動している間、燃焼室内部の温度は、２５００°Ｆに達し、この結果、タービンブレードの温度は１７００°Ｆ以上になる。タービンブレードを冷却するために、燃焼室を迂回する比較的冷えた圧縮空気つまりブリードされた空気が、タービンブレードの内部通路を強制的に通る。タービンブレードの通路は、このブレードの内部全体に亘ってブリード空気を案内するように種々の形状を有する経路やチャネルを含む。タービンブレードの通路を通って流れるブリード空気によって、このブレード全体に亘る温度勾配が、このブレードが適切に機能するように維持される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
タービンブレードの性能や製造上の理由により、特定のタービンブレード内部の特徴を変更もしくは改良する必要が時としてある。その一方で、タービンブレードの外側を、このブレードを使用している特定のガスタービンエンジンの設計に対応するために、同じ形状に維持しておかなければならない。従来より、タービンブレード内部の特徴を識別する形式番号が、タービンブレード鋳造品の外側に鋳造される。鋳造された形式番号は、タービンブレードの面に浅く凹んだ文字で示される。浅く凹んだ形式番号により、回転中のタービンブレードのバランスを崩す突起やキャビティが生じない。たとえ小さくてもタービンブレードの長さに沿って重さの不釣合いが生じると、ガスタービンエンジン内でこのブレードが高速で回転している間に振動が発生する。
【０００４】
鋳造された形式番号は、タービンブレードの動作や取り付けを妨げない十分な小ささであるが、鋳造された数字は、多くの場合判読が難しく、かつ紛らわしい。例えば、鋳造された番号“９”は、“０”のように見えることもあり得る。故に、第２世代の内部の特徴を有するタービンブレードが、第１世代の内部の特徴を有するタービンブレードと同じように見える場合があり、どちらの世代の内部の特徴を有するタービンブレードであるか識別することができない。その結果、タービンブレードが生産ラインにおいて誤って組み込まれ、製造工程の後半になるまで気付くのが困難な間違った仕上げ工程を受ける可能性がある。生産コスト及び安全性を考慮すると、これらの間違いの可能性を完全に無くすことが望ましい。従って、タービンブレード自体の動作を妨げることなく視覚的に同一のタービンブレード内部の特徴を間違いなく識別できる識別部分を有するタービンブレードが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、タービンブレード内部の特徴を識別するのに用いられる明確な識別部分に関する。本発明は、タービンブレード内部の特徴を間違いなく識別できる突出している識別部分を備える。突出している識別部分は、座標測定機によって視覚的に識別可能であり、また判読可能である。突出している識別部分は、タービンブレードの取り付けを妨げないようにこのブレードの根元部分に位置する。突出している識別部分の重さは、タービンブレードの動作を妨げないようにこのブレードの約０．１パーセント以下になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、本発明で使用されるガスタービンエンジン１０のタービン部分１２を示す一部切り欠きの斜視図を示している。ガスタービンエンジン１０は、燃焼室１４とノズル１６との間に位置するタービン部分１２を備える。ケーシング１８によって、タービン部分１２、燃焼室１４、及びノズル１６が覆われる。タービン部分１２は、多段式タービンであり、タービンブレード２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと、ロータディスク２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃと、タービンシャフト２４と、を備える。タービンブレード２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、それぞれのロータディスク２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの周囲を囲むように放射状に整列している。ロータディスク２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃは、ガスタービンエンジン１０内で軸方向に延びているタービンシャフト２４に同軸状に取り付けられる。
【０００７】
高密度かつ高圧の加熱ガスを発生させるために、燃料が、燃焼室１４内部の高圧の空気中で燃焼される。加熱ガスが燃焼室１４を出ると、このガスが高速でタービン部分１２に入る。高密度のガスが、ロータディスク２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの回転運動を発生させるようにタービンブレード２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに衝突し、これによって、タービンシャフト２４が回転する。タービンシャフト２４の回転によって、ガスタービンエンジン１０の圧縮機部分を動かす動力が発生する。加熱ガスは、タービン部分１２を通って流れ続け、ノズル１６を通って強制的に排出される。航空機を推進させる推力を発生させるために、ノズル１６が、ガスタービンエンジン１０を出るときのガスの速度を加速させる。
【０００８】
図２は、タービンブレード２０Ａ及びロータディスク２２Ａのアセンブリを示す図１のタービン部分１２の部分分解斜視図を示している。タービンブレード２０Ａは、ロータディスク２２Ａの外周を囲むように放射状に配置される。タービンブレード２０Ａは、フォイル２６と、シュラウド２８と、プラットフォーム３０と、根元部分３２と、を備える。ロータディスク２２Ａは、このディスク２２Ａの外周に沿って整列したスロット３４を備える。スロット３４は、タービンブレード２０Ａの根元部分３２を受容する。スロット３４は、セレーション３６を含み、根元部分３２は、このセレーション３６に適合する形状を有するタング３８を含む。一般的な実施例では、根元部分３２は、従来技術で公知のように“もみの木”や“鳩尾”形状を有する。根元部分３２は、スロット３４に軸方向に挿入され、これによりタング３８がセレーション３６に固定される。タング３８及びセレーション３６によって、ロータディスク２２Ａが回転している間、タービンブレード２０Ａが半径方向に固定され、また回転するタービンブレード２０Ａの遠心力により生じる負荷が分散される。また、セレーション３６及びタング３８によって、ガスタービンエンジン１０における極度の温度下において、根元部分３２及びロータディスク２２Ａの熱膨張が許容される。さらに、リベットや別の締結手段が、タービンブレード２０Ａを軸方向に保持するために用いられる。
【０００９】
タービンブレード２０Ａがロータディスク２２Ａに挿入されると、各々のシュラウド２８が、タービンブレード先端部の周囲のガス漏れを防止する連続するバリアを形成するように整列する。また、シュラウド２８は、フォイル２６の振動及び屈曲を防止する。別の実施例においては、シュラウド２８が使用されず、またフォイル２６のブレード先端部が、ナイフエッジとしてカットされる。同様に、複数のプラットフォーム３０が、タービンブレード２０Ａと根元部分３２との間に連続する境界を形成するように整列する。
【００１０】
通常、タービンブレード２０Ａを冷却するのに用いられるブリード空気が、根元部分３２の底面に位置した開口部を通って取り入れられ、これによってこの空気が、内部冷却機構の通路に入る。内部冷却機構は、種々の特徴部及びブリード空気が流れる通路を備える。ブリード空気は、タービンブレード２０Ａの内側の通路を通って流れるとともに、熱をフォイル２６から離れて逃がす。通常、熱せられたブリード空気は、フォイル２６の後縁部もしくは凹部負圧面（図示せず）に配置された１つ或いは複数の小形オリフィス４０を通ってタービンブレード２０Ａの内側から出る。
【００１１】
図３Ａは、第１世代の内部の特徴を有するタービンブレード２０Ａの根元部分を示している。特定のタービンブレードの設計において、生産の途中で、タービンブレードの性能を向上させるように内部の特徴を変更することが生じる可能性がある。しかしながら、タービンブレード２０Ａの全世代の外形は互いに同一であり、これによって、ガスタービンエンジン１０に常に適合する取替え可能な部品が製造される。
【００１２】
図３Ｂは、本発明で用いられる第２世代つまり改良後の内部の特徴を有するタービンブレード２０Ａ’の根元部分３２を示している。タービンブレード２０Ａのようなタービンブレードの内部の設計を変更するときに、識別部分４２が、タービンブレード２０Ａ’を生み出すように根元部分３２に加えられる。識別部分４２によって、タービンブレード２０Ａとタービンブレード２０Ａ’を識別する間違い防止の手段がもたらされる。
【００１３】
識別部分４２は、目視による検査によって識別することができる明確な突起を備える。また、識別部分４２は、座標測定機（ＣＭＭ）で測定することができる部分を備える。タービンブレード２０Ａ’が製造されている間に、このブレード２０Ａ’は、更なる加工工程に送られる前に寸法公差が調べられる。識別部分４２は、寸法公差確認表に組み込むことができ、かつＣＭＭで確認することができる明確な部分となる。これによって、検査されたタービンブレードが、実際にタービンブレード２０Ａ’であると確認することができるとともに、第２世代の内部の特徴を有するタービンブレードの製作を目的とした加工工程を受けることが実現する。
【００１４】
識別部分４２の位置は、タービンブレード２０Ａ’の動作を妨げないように選択される。例えば、フォイル２６に識別マークを加えることは、このフォイル２６の熱気の衝突を妨げるとともに、このフォイル２６の振動を引き起こす要因になり得るので実行できない。同様の理由により、シュラウド２８もしくはプラットフォーム３０に識別部分４２を加えることも実行できない。また、根元部分３２の側面に識別部分４２を加えることは、セレーション３６及びタング３８の配列を妨げ得るので実行できない。これらの要因を鑑みて、識別部分４２は、根元部分３２の前面部４４に設けられる。別の実施例において、識別部分４２は、根元部分３２の裏面に設けられる。図３Ｂでは、識別部分４２は、根元部分３２の前面部４４の中心から外れた位置に設けられる。これにより、識別部分４２が、タービンブレード２０Ａ’の鋳造における分割線から離れるとともに、タービンブレード２０Ａ用の型を、ブレード２０Ａ’の形成に適合させることが可能になる。別の実施例において、識別部分４２は、根元部分３２の前面部４４の中心に設けられる。また、根元部分３２に識別部分４２を設けることによって、フォイル２６の識別部分４２により生じる振動の影響が最小限になる。
【００１５】
識別部分４２が、タービンブレード２０Ａ’の動作及び取り付けの更なる妨げにならないように、この部分４２は、根元部分３２の前面部４４に位置した凹部４６に設けられる。凹部４６は、タービンブレード２０Ａ’の重量軽減または別の実用的な目的のために、このブレード２０Ａ’の鋳造時に予め形成される。さらに凹部４６は、識別部分４２を受容するためにタービンブレード２０Ａ’に機械加工することができる。従って、タービンブレード２０Ａ’の取り付け及び動作における識別部分４２の干渉を最小限にするために、この識別部分４２は、根元部分３２の前縁部の一番前の部分を越えて延びていない。
【００１６】
ガスタービンエンジン１０が作動している間に、ロータディスク２２Ａは、約毎分１５０００回転の速度で回転する。ロータディスク２２Ａが高速で回転している間に、タービンブレード２０Ａ’の先端部の接線速度は、最大マッハ２の速度に到達する。従って、タービンブレード２０Ａ’に僅かな量の識別部分４２を設けても、ロータディスク２２Ａ及びフォイル２６の正しい回転を妨げる大きな力が発生する。識別部分４２の質量によって発生する遠心力は、タービンブレード２０Ａ’の回転において振動を発生させるポテンシャルを有する。遠心力によってタービンブレード２０Ａ’の応力限界を超えて応力が作用し、特に共振振動と重複すると、タービンブレード２０Ａ’の損壊が発生する。
【００１７】
標準的な力学の公式を用いることによって、タービンブレード２０Ａ’において過剰な応力をもたらさない識別部分４２の寸法及び質量を決定することができる。根元部分３２に識別部分４２を設けるときに、タービンブレード２０Ａの総重量の約０．１パーセント以下の重量である識別部分４２は、タービンブレード２０Ａ’において過剰な応力を生じさせない。故に、一実施例において、識別部分４２の重さは、タービンブレード２０Ａ’の０．１パーセントになる。例えば、タービンブレード２０Ａ’の重さが０．８４ポンドであると、識別部分４２の重さは、約０．０００８ポンドまたはそれ未満になる。これにより、ガスタービンエンジン１０が作動している間にロータディスク２２Ａが高速で回転している場合、タービンブレード２０Ａ’において過剰な応力が発生するのが防止されるとともに、このブレード２０Ａ’の振動が防止される。
【００１８】
識別部分４２の特定の形状は、種々の実施例を有する。図３Ｂにおいて、識別部分４２は垂直なリブである。更に付加的な垂直リブを有する識別部分４２や異なる形状の識別部分４２を、各々次世代のタービンブレード２０Ａを識別するために加えることができる。種々の実施例において、識別部分４２を円形、星形、または三角形にすることができる。各々の識別部分４２の寸法及び形状や、複数の識別部分４２の寸法及び形状は、ロータディスク２２Ａが回転している間にタービンブレード２０Ａ’が乱れないように、これらの識別部分４２の重さをタービンブレード２０Ａの重さの約０．１パーセント以下に維持することにより制限される。また、識別部分４２の寸法及び形状が、タービンブレード２０Ａ’の取り付けを妨げてはいけないので、この寸法及び形状が制限される。
【００１９】
本発明を、ガスタービンエンジン１０のタービン部分１２に用いられるタービンブレード２０Ａ’に適用されるものとして示したが、突出している識別部分４２を、ガスタービンエンジン１０の圧縮機部分に使用されるロータブレードもしくは、別の回転するフォイルや異なる内部の特徴を有するタービンブレードに用いることもできる。
【００２０】
本発明を好ましい実施例を参照して説明したが、当業者であれば、本発明の精神や範囲から逸脱することなく形状や詳細の変更が可能であることを理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明で使用されるガスタービンエンジンのタービン部分を示す一部切り欠きの斜視図。
【図２】タービンブレード及びロータディスクアセンブリを示す図１のタービン部分の部分分解斜視図。
【図３Ａ】第１世代の内部の特徴を有するタービンブレードの根元部分の図。
【図３Ｂ】本発明で使用される第２世代の内部の特徴を有するタービンブレードの根元部分の図。
【符号の説明】
【００２２】
２０Ａ’…タービンブレード
２６…フォイル
３０…プラットフォーム
３２…根元部分
３６…セレーション
４０…オリフィス
４２…識別部分
４４…前面部
４６…凹部
【図１】
2007051643.tif 000003
【図２】
2007051643.tif 000004
【図３Ａ】
2007051643.tif 000005
【図３Ｂ】
2007051643.tif 000006