(57)【要約】【課題】複数の段（１７０、１７２、１７４）及び各それぞれの段に結合された複数のブレード（５８、６４）を有するガスタービンエンジン（１２）圧縮機（５０）を組み立てる方法を提供する。【解決手段】本方法は、圧縮機ブレードの少なくとも一部分上にシリコーンオキシム密封材（１５０）を被着させる段階と、シリコーンオキシム密封材が圧縮機ブレードと圧縮機ディスクとの間に位置するように圧縮機ブレードを圧縮機ディスク（５６）に結合する段階とを含む。【選択図】      図４
2007056874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータディスク（５６）と、
前記ロータディスクに結合された円周方向に間隔を置いて配置された複数のロータブレード（５８）と、
シリコーンオキシム密封材（１５０）が前記ロータブレードとディスクとの間に位置するように該ロータブレード又はロータディスクの少なくとも一部分上に被着されたシリコーンオキシム密封材（１５０）と、
を含むガスタービンエンジンロータ組立体（１０）。
【請求項２】
前記ロータディスク（５６）が圧縮機ロータディスクを含み、前記ロータブレード（５８、６４）が圧縮機ロータブレードを含む、請求項１記載のガスタービンエンジンロータ組立体（１０）。
【請求項３】
前記シリコーンオキシム密封材（１５０）が常温加硫シリコーンオキシム密封材を含む、請求項１記載のガスタービンエンジンロータ組立体（１０）。
【請求項４】
前記ロータディスク（５６）が、第１段（１７０）圧縮機ロータディスク、第２段（１７２）圧縮機ロータディスク及び第３段（１７４）圧縮機ロータディスクの少なくとも１つを含む、請求項１記載のガスタービンエンジンロータ組立体（１０）
【請求項５】
前記シリコーンオキシム密封材（１５０）が、３１５．６℃よりも高い温度で使用可能である、請求項１記載のガスタービンエンジンロータ組立体（１０）。
【請求項６】
前記ロータブレード（５８）がダブテールを含み、前記タービンロータディスク（６０）がダブテールスロット（６２）を含み、前記シリコーンオキシム密封材（１５０）が、前記ダブテールとダブテールスロットとの間に被着される、請求項１記載のガスタービンエンジンロータ組立体（１０）。
【請求項７】
ロータディスク（５６）と、
前記ロータディスクに結合された複数のロータブレード（５８）と、
シリコーンオキシム密封材（１５０）が前記ロータブレードとディスクとの間に位置するように該ロータブレード又はロータディスクの少なくとも１つの、少なくとも一部分上に被着されたシリコーンオキシム密封材（１５０）と、
を含むガスタービンエンジン（１２）。
【請求項８】
前記ロータディスク（５６）が圧縮機ロータディスク（５８）を含み、前記ロータブレードが圧縮機ロータブレードを含む、請求項７記載のガスタービンエンジン（１２）。
【請求項９】
前記シリコーンオキシム密封材（１５０）が常温加硫シリコーンオキシム密封材を含む、請求項７記載のガスタービンエンジン（１２）。
【請求項１０】
前記ロータディスク（５６）が、第１段（１７０）圧縮機ロータディスク、第２段（１７２）圧縮機ロータディスク及び第３段（１７４）圧縮機ロータディスクの少なくとも１つを含む、請求項７記載のガスタービンエンジン（１２）。
【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、ガスタービンエンジン構成部品を組み立てるための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
構成部品を精度良く製造することは、構成部品の組立時間を決定する上での重要な要因であると言える。特に、構成部品がガスタービンエンジンブレードである場合には、ブレードを精度良く製造することは、ガスタービンエンジンの全製造コスト並びにその後のブレードの改良、補修及び検査に影響を及ぼす最も重要な要因の１つとなる可能性がある。例えば、少なくとも一部の公知のガスタービンエンジンは、空気を加圧するための圧縮機を含み、加圧空気は、燃料と混合されかつ燃焼器に導かれ、燃焼器において、混合気は燃焼室内で点火されて高温の燃焼ガスを発生するようになる。少なくとも一部の公知の圧縮機は、円周方向に間隔を置いて配置された少なくとも１つの列のロータブレードを備えたロータ組立体を含む。各ロータブレードは、前縁及び後縁において互いに結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延びる。また各ロータブレードは、プラットフォームに結合され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む。ダブテールは、ロータ組立体内でロータブレードをロータディスク又はスプールに取り付けるために使用される。
【０００３】
運転中、圧縮機ブレード正圧側面と圧縮機ブレード負圧側面との間には圧力差が発生し、この圧力差により、ロータの上流及び下流部分間に望ましくない漏洩流が生じることになる。１つのそのような可能性のある漏洩通路は、各ロータブレードとロータディスクとの間の相互結合部に形成される可能性があり、そこでは、ブレード根元部材すなわち通常はダブテール設計部分とその中にロータブレードが支持されるロータディスク溝との間にギャップが形成されることになる。
【０００４】
従って、少なくとも公知のガスタービンエンジンは、ブレード根元とロータディスクとの間をシールするのを可能にするシリコーンアセトキシ密封材を含む。しかしながら、エンジン性能要件が増大し、その結果運転温度が高くなるにつれて、公知の密封材は、長期間にわたってその高い運転温度に耐えることができない。その結果、密封材が劣化してブレードとディスクとの間で漏洩が生じることになる。
【特許文献１】米国特許第４，５８０，９４６号公報
【特許文献２】米国特許第５，４６４，３２６号公報
【特許文献３】米国特許第５，５９９，１７０号公報
【特許文献４】米国特許第６，５１４，０４５Ｂ１号公報
【非特許文献１】ERIC BOUCHARD et al.; Methods and Apparatus for Machining Components; Serial No. 10/740,070; AT Dkt. No. 131823; Filed Dec. 18, 2003;20 pgs.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術の課題を解決することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様では、複数の段及び各それぞれの段に結合された複数のブレードを有するガスタービンエンジン圧縮機を組み立てる方法を提供する。本方法は、圧縮機ブレードの少なくとも一部分上にシリコーンオキシム密封材を被着させる段階と、シリコーンオキシム密封材が圧縮機ブレードと圧縮機ディスクとの間に位置するように圧縮機ブレードを圧縮機ディスクに結合する段階とを含む。
【０００７】
別の態様では、ガスタービンエンジンロータ組立体を提供する。本ガスタービンエンジンロータ組立体は、ロータディスクと、ロータディスク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、それがロータブレードとディスクとの間に位置するように該ロータブレードの少なくとも一部分上に被着されたシリコーンオキシム密封材とを含む。
【０００８】
さらに別の態様では、ガスタービンエンジンを提供する。本ガスタービンエンジンは、ロータディスクと、ロータディスク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、それがロータブレードとディスクとの間に位置するように該ロータブレードの少なくとも一部分上に被着されたシリコーンオキシム密封材とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本明細書で使用する場合、「製造」及び「製造すること」という用語は、あらゆる製造プロセスを含むことができる。例えば、製造プロセスは、研削、仕上げ、研磨、切断、機械加工、検査及び／又は鋳造を含むことができる。上記の実施例は、単に例示を意図するものであり、従って決して「製造」及び「製造すること」という用語の定義及び／又は意味を限定することを意図するものではない。また、本明細書で使用する場合、「構成部品」という用語は、製造プロセスを適用するあらゆる対象物を含むことができる。さらに、本明細書では本発明をガスタービンエンジン、より具体的にはガスタービンエンジン用の圧縮機ブレードでの使用に関連して説明するが、本発明はあらゆる構成部品及び／又はあらゆる製造プロセスに適用可能とすることができることを理解されたい。従って、本発明の実施は、ガスタービンエンジンの圧縮機ブレード又は他の構成部品の製造に限定されるものではない。
【００１０】
図１は、長手方向軸線１１を有するガスタービンエンジン１０の概略図であり、ガスタービンエンジン１０は、コアガスタービンエンジン１２と該コアエンジン１２の上流側に配置されたファンセクション１４とを含む。コアエンジン１２は、環状のコアエンジン入口１８を形成したほぼ管状の外側ケーシング１６を含む。ケーシング１６は、流入空気の圧力を第１の圧力レベルまで高める低圧ブースタ２０を囲む。１つの実施形態では、エンジン１０は、オハイオ州シンシナティ所在のゼネラル・エレクトリック・エアクラフトエンジンから入手可能なＣＦＭ５６型である。
【００１１】
高圧多段式軸流圧縮機２２は、ブースタ２０から加圧空気を受け、空気の圧力を第２のより高い圧力レベルまで高める。高圧空気は、燃焼器２４に流れて、燃料と混合される。燃料・空気混合気は、点火されてその加圧空気の温度及びエネルギーレベルが上昇する。高エネルギー燃焼生成物は、第１のタービン２６に流れて第１の駆動シャフト２８を介して圧縮機２２を駆動し、次に第２のタービン３０に流れて第１の駆動シャフト２８と同軸の第２の駆動シャフト３２を介してブースタ２０を駆動する。タービン２６及び３０の各々を駆動した後に、燃焼生成物は、排気ノズル３４を通してコアエンジン１２を出て推進ジェット推力をもたらす。
【００１２】
ファンセクション１４は、第２のタービン３０によって駆動される回転可能な軸流ファンロータ３６を含む。環状ファンケーシング３８は、ファンロータ３６を囲み、複数のほぼ半径方向に延びかつ円周方向に間隔を置いて配置された支持ストラット４４によりコアエンジン１２によって支持される。ファンロータ３６は、複数の半径方向に延びかつ円周方向に間隔を置いて配置されたファンブレード４２を支持する。ファンケーシング３８は、コアエンジン１２の外側部分を覆ってファンロータ３６から後向きに延びて第２のすなわちバイパス空気流管路を形成する。ファンケーシング３８の下流側に位置しかつ該ファンケーシング３８に結合されたケーシング要素３９は、複数のファンストリーム出口ガイドベーン４０を支持する。ファンセクション１４を通過した空気は、ファンブレード４２によって下流方向に推進されて、コアエンジンによって得られた推力を補足する付加的推進推力をもたらす。
【００１３】
図２は、コアガスタービン１２（図１に示す）で使用することができる圧縮機５０の一部分の断面図である。この例示的な実施形態では、圧縮機５０は、９つの段４５を含み、各段４６は、半径方向に延びかつ円周方向に間隔を置いて配置されたステータベーン４７の列と複数の周縁に沿って支持されかつ半径方向に延びかつ円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレード４８とを含む。圧縮機５０の第１段から第３段の入口ガイドベーン５１及びステータベーン５２は、それらが圧縮機の回転軸線に対して半径方向に延びる軸線の周りでピボット動可能であるという点で可変式である。第４段から第８段のステータベーン５４及び出口ガイドベーン５５は、所定の位置において固定式である。加えて、第１段から第３段では、それぞれのロータディスク５６は、一連の周縁に沿って間隔を置いて配置されかつ軸方向に延びるダブテールスロット４９を含み、このダブテールスロット４９内にロータブレード５８が挿入されまたこのダブテールスロット４９からロータブレード５８が軸方向に取り外される。これに対して、第４段から第９段のロータディスク６０は各々、その中にロータブレード６４がロータディスク６０に対してほぼ接線方向に挿入される単一の円周方向に延びるダブテールスロット６２を有する。
【００１４】
圧縮機５０は、比較的大きい流路面積を有する流路６７を形成した入口６６と、加圧空気が通過する比較的より小さい面積の流路６９を形成した出口６８とを含む。流路の外側境界は、外側環状ケーシング７０によって形成され、また流路の内側境界は、ロータ５６、６０により支持されたそれぞれのブレード５８、６４のブレードプラットフォームによって形成されると共にそれぞれのステータセクション５２、５４の各々の内周縁部に支持された固定環状シールリング７２によっても形成される。図示するように、それぞれのロータディスク５６、６０は、好適なディスク間継手装置（図示せず）によって互いにグループにまとめられ、また第３段ディスクは、タービンロータ（図示せず）に作動結合された駆動シャフト７４と結合される。
【００１５】
各ステータセクション５２、５４は、それぞれの環状シールリング７２によって支持され、かつディスク５６、６０によって支持されたそれぞれのラビリンスシールと係合するようになった環状のアブレイダブルシールを含み、それぞれのステータ５２、５４の周りでの空気漏洩を最少にする。シールリング７２はまた、外側ケーシング７０及びそれぞれのステータベーン４７の半径方向最内表面によって形成された流路に空気の流れを閉じ込める働きもする。
【００１６】
図３は、ロータディスク５６に結合された複数のロータブレード５８の端面図である。ロータディスク５６は、拡大外側リムで終るプレート状ディスク本体７６を含む。外側リム７８は、この例示的な実施形態ではほぼＵ字状であるロータブレード受け入れ用円周方向スロット８４を含む。スロット８４は、ダブテールの断面形状を有し、スロット底面８６を含む。スロット８４は、互いに軸方向に間隔を置いて配置されかつほぼ半径方向に延びる前方側壁８８及び後方側壁９０によって形成される。前方及び後方側壁８８、９０の各々は、スロット８４のほぼダブテール型形状を形成するそれぞれの内向き凸面形突出部９２、９４を有する。
【００１７】
ロータブレード６４は、円周方向スロット８４の形状にほぼ対応した形状を有する根元部材１００を含む。図示した根元部材１００は、ダブテールの形態であり、ロータスロット８４内に形成した横方向陥凹部１１２、１１４内に受けられる拡大根元部分１１０を含む。根元部材１００はまた、ロータスロット８４の内向きに延びる凸面形突出部９２、９４を受ける各側面上の凹部１１６、１１８を含む。ブレードプラットフォーム１２０は、根元部材１００上に支持され、根元部材１００の長手方向軸線に対してほぼ交差方向に延びる。翼形部分１２２は、ブレードプラットフォーム１２０の上面１１９から長手方向にかつ根元部材１００の上面と反対の方向に延びており、翼形部分１２２は、エンジン１０を通って流れる燃焼ガスと接触するようになっている。
【００１８】
図４は、図３に示すロータディスク５６に結合された複数のロータブレード５８の端面図である。この例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１０はまた、少なくとも１つのロータブレード５８とロータディスク５６との間に形成された密封材１５０を含む。より具体的には、密封材１５０は、ロータブレード５８の下面１６０上に被着されてブレードの下面１６０とダブテールスロット８４との間に形成されたギャップ１６２をシールするのを可能にする。幾つかだけのロータブレード５８を示しているが、この例示的な実施形態では、密封材１５０を利用して、それぞれのロータブレード５８とディスク６０との間の少なくとも１つのギャップ１６２をシールすることができることを理解されたい。これに代えて、密封材１５０を利用して、複数のロータブレード５８とディスク６０との間に形成された複数のギャップ１６２をシールすることができる。具体的には、密封材１５０を利用して、単一のディスク６０上の単一のブレード５８を或いは単一のディスク６０上の複数のブレード５８をシールすることができる。さらに、密封材１５０を利用して、複数のディスク６０に結合された複数のブレード５８をシールすることができる。この例示的な実施形態では、最初の３つの高圧圧縮機段１７０、１７２及び１７４（図２に示す）に対して密封材１５０を利用して、各ロータブレード５８とロータディスク６０との間に形成されたギャップ１６２をシールするのを可能にする。
【００１９】
この例示的な実施形態では、密封材１５０は、ブレードの下面１６０上に被着される。密封材１５０を硬化させるのに十分な所定量の時間が経過した後に、ブレード５８はディスク６０に結合される。従って、密封材１５０は、空気流がギャップ１６２を通って流れることができないように該ギャップ１６２を実質的にシールする。
【００２０】
この例示的な実施形態では、密封材１５０は、圧縮機ブレード５８の少なくとも一部分上に被着された常温加硫シリコーンオキシム密封材である。本明細書で使用する場合のオキシムは、一般化学式Ｒ１Ｒ２ＣＮＯＨ（ここで、Ｒ１は有機側鎖であり、Ｒ２はアルドキシムを形成する水素か又はケトキシムを形成する他の有機基かの何れかである）を有する化合物群における１つと定義され、ヒドロキシルアミンをアルデヒド類又はケトン類に作用させることによって形成することができる。
【００２１】
さらに、使用時には、密封材１５０は、チキソトロピックペーストとしてブレード５８の少なくとも一部分上に被着される。本明細書で使用する場合のチキソトロピックは、攪拌又は振とうの何れかを受けた時に流体になり、次ぎにそのままにして置いた時に半固体状態に戻るゲル状物質と定義される。従って、密封材１５０は、半流体状態でブレード５８の少なくとも一部分に施工される。密封材１５０は次に、ブレード５８上で硬化又は固化させることができる。密封材１５０が実質的に硬化した後に、ブレード５８はディスク６０に結合される。この例示的な実施形態では、密封材１５０は、例えばＬｏｃｔｉｔｅ（商標）５９２０のような常温オキシム硬化シリコン密封材である。従って、密封材１５０は、ギャップ１６２をシールしかつ少なくとも３１５．６℃（６００°Ｆ）の温度までその弾性特性を維持することができる。
【００２２】
本明細書で説明したのは、高圧圧縮機ロータディスクと圧縮機ロータブレードとの間の空気流を低減及び／又は排除するのを可能にする例示的な密封材である。より具体的には、密封材は、ガスタービンエンジン圧縮機組立体の最初の３つの段に結合された複数の圧縮機ブレードに施工される。本明細書で説明した密封材は、少なくとも３１５．６℃（６００°Ｆ）までの温度に耐えるように構成された常温加硫シリコーンオキシム密封材である。
【００２３】
より具体的には、本明細書で説明した密封材は、圧縮機ブレードと圧縮機ロータディスクとの間の空気流漏洩を防止することによってガスタービンエンジン性能を向上させるのを可能にする。例えば、そのような用途に使用する公知の材料は、およそ３１５．６℃（６００°Ｆ）よりも高い運転温度に長期間にわたって耐えることができない。その結果、公知の密封材材料は時間及び温度と共に劣化しまた事実上消失し、従って構成部品の周りでの空気流シールが消滅した時に、漏洩が発生する。それに対して、本明細書で説明した密封材は、３１５．６℃（６００°Ｆ）よりも高い温度に耐えるように構成されており、従って長期間にわたってエンジン性能を増大させる。
【００２４】
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することができることは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】図１に示す圧縮機の断面図。
【図３】例示的なディスクに結合された例示的なガスタービンエンジンブレードの端面図。
【図４】例示的な密封材を含む、図３に示す例示的なディスクに結合された例示的なガスタービンエンジンブレードの端面図。
【符号の説明】
【００２６】
１０  ガスタービンエンジン
１１  長手方向軸線
１２  コアガスタービンエンジン
１４  ファンセクション
１６  管状外側ケーシング
１８  コアエンジン入口
２０  低圧ブースタ
２２  圧縮機
２４  燃焼器
２６  第１のタービン
２８  第１の駆動シャフト
３０  第２のタービン
３２  第２の駆動シャフト
３４  排気ノズル
３６  ファンロータ
３８  ファンケーシング
３９  ケーシング要素
４０  ガイドベーン
４２  ファンブレード
４４  支持ストラット
４５  ９つの段
４６  段
４７  ステータベーン
４８  ロータブレード
４９  ダブテールスロット
５０  圧縮機
５１  ガイドベーン
５２  ステータベーン
５４  ステータベーン
５５  出口ガイドベーン
５６  ロータディスク
５８  ロータブレード
６０  ディスク
６２  ダブテールスロット
６４  ロータブレード
６６  入口
６７  流路
６８  出口
６９  流路
７０  外側ケーシング
７２  シールリング
７４  駆動シャフト
７６  ディスク本体
７８  外側リム
８４  ロータスロット
８６  スロット底面
８８  前方側壁
９０  後方側壁
９２  内向き凸面形突出部
９４  凸面形突出部
１００  根元部材
１１０  根元部分
１１２  横方向陥凹部
１１４  横方向陥凹部
１１６  凹部
１１８  凹部
１１９  上面
１２０  ブレードプラットフォーム
１２２  翼形部分
１５０  密封材
１６０  下面
１６２  シールギャップ
１７０  圧縮機段
１７２  圧縮機段
１７４  圧縮機段
【図１】
2007056874.tif 000003
【図２】
2007056874.tif 000004
【図３】
2007056874.tif 000005
【図４】
2007056874.tif 000006