(57)【要約】      （修正有）【課題】タービンブレード用のダンパピンを提供する。【解決手段】ロータ軸に結合された隣接するタービンブレードを制振するためのダンパピン１００が、第２の端部１０４に対して軸方向で整列しかつ軸方向に離間した第１の端部１０２と、第１の端部１０２及び第２の端部１０４に対して同軸に整列しかつ第１の端部１０２と第２の端部１０４との間に配置された保持ピンとを含む。保持ピンは、第１の端部を第２の端部に結合する。ダンパピンは、保持ピンに対して同軸に整列しかつ第１の端部１０２と第２の端部１０４との間で保持ピンに沿って配置された複数のリング１２２をさらに備える。第１の端部１０２、第２の端部１０４、及び複数のリング１２２は、隣接するタービンブレードの間に定められた溝と接触するように構成されたダンパピンの略弓形外面を定める。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ軸（２４）に結合された隣接するタービンブレード（２８）の制振のためのダンパピン（１００）であって、
第２の端部（１０４）に対して軸方向で整列しかつ軸方向に離間した第１の端部（１０２）と、
前記第１の端部及び前記第２の端部に対して同軸に整列しかつ前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置された、前記第１の端部を前記第２の端部に結合する保持ピン（１１６）と、
前記保持ピンに対して同軸に整列しかつ前記第１の端部と前記第２の端部との間に前記保持ピンに沿って配置された複数のリング（１２２）と、
を備え、
前記第１の端部、前記第２の端部、及び前記複数のリングは、前記隣接するタービンブレードの間に定められた溝と接触するように構成された前記ダンパピンの略弓形外面を定める、ダンパピン。
【請求項２】
前記複数のリングは、異なる材料で形成された２又は３以上のリングを含む、請求項１に記載のダンパピン。
【請求項３】
前記複数のリングの各リングは、前記保持ピンの周りで周方向に延びる、請求項１に記載のダンパピン。
【請求項４】
前記複数のリングは、第１の組のリング及び第２の組のリングを備え、前記第１の組のリングの各リングは、前記第１及び前記第２の端部の直径とほぼ同一の直径を有し、前記第２の組のリングの各リングは、前記第１及び前記第２の端部の直径よりも小さい直径を有する、請求項１に記載のダンパピン。
【請求項５】
前記保持ピンは、前記第１の端部により定められる開口部内に嵌装される、請求項１に記載のダンパピン。
【請求項６】
前記保持ピンは、前記第２の端部により定められる開口部内に嵌装される、請求項１に記載のダンパピン。
【請求項７】
前記細長い外側本体の前記第１の端部又は前記第２の端部の少なくとも一方は、半円筒形である、請求項１に記載のダンパピン。
【請求項８】
前記ダンパピンの前記外面の少なくとも一部に施工された低摩擦耐摩耗コーティングをさらに含む、請求項１に記載のダンパピン。
【請求項９】
タービンエンジン（１０）であって、
前記タービンエンジンの中で軸方向に延びるロータ軸（２４）と、
前記ロータ軸に結合された隣接する組のタービンブレード（２８）であって、前記タービンブレードの各々は、前記対応するタービンブレードのスラッシュ面に沿って延びる溝を少なくとも部分的に定める、隣接する組のタービンブレードと、
前記溝内に配置されたダンパピンと、
を備え、前記ダンパピンは、
第２の端部（１０４）に対して軸方向で整列しかつ軸方向に離間した第１の端部（１０２）と、
前記第１の端部及び前記第２の端部に対して同軸に整列しかつ前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置された、前記第１の端部を前記第２の端部に結合する保持ピン（１１６）と、
前記保持ピンに対して同軸に整列しかつ前記第１の端部と前記第２の端部との間に前記保持ピンに沿って配置された複数のリング（１２２）と、
を備え、
前記第１の端部、前記第２の端部、及び前記複数のリングは、前記隣接するタービンブレードの間に定められた溝と接触するように構成された前記ダンパピンの略弓形外面を定める、タービンエンジン。
【請求項１０】
前記複数のリングは、異なる材料で形成された２又は３以上のリングを備える、請求項９に記載のタービンエンジン。
【請求項１１】
前記複数のリングの各リングは、前記保持ピンの周りで周方向に延びる、請求項９に記載のタービンエンジン。
【請求項１２】
前記複数のリングは、第１の組のリング及び第２の組のリングを備え、前記第１の組のリングの各リングは、前記第１及び前記第２の端部の直径とほぼ同一の直径を有し、前記第２の組のリングの各リングは、前記第１及び前記第２の端部の直径よりも小さい直径を有する、請求項９に記載のタービンエンジン。
【請求項１３】
前記保持ピンは、前記第１の端部により定められる開口部内に嵌装される、請求項９に記載のタービンエンジン。
【請求項１４】
前記保持ピンは、前記第２の端部により定められる開口部内に嵌装される、請求項９に記載のタービンエンジン。
【請求項１５】
前記細長い外側本体の前記第１の端部又は前記第２の端部の少なくとも一方は、半円筒形である、請求項９に記載のタービンエンジン。
【請求項１６】
前記ダンパピンの前記外面の少なくとも一部に施工された低摩擦耐摩耗コーティングをさらに含む、請求項９に記載のタービンエンジン。
【請求項１７】
前記低摩擦耐摩耗コーティングは、前記第１の端部及び前記第２の端部に施工される、請求項１６に記載のタービンエンジン。
【請求項１８】
前記低摩擦耐摩耗コーティングは、前記リングの１又は２以上に施工される、請求項１６に記載のタービンエンジン。
【請求項１９】
前記タービンエンジンは、ガスタービンエンジンである、請求項９に記載のタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、複数の周方向に位置合わせされたタービンブレードを有するタービンエンジンに関する。より具体的には、本発明は、タービンエンジンの隣接するタービンブレード間の振動減衰をもたらすためのダンパピンに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンブレードは、タービンバケット又はタービンロータブレードとして知られ、高温燃焼ガス又は蒸気などの流体の流れのエネルギーをターボ機械のロータ軸を回転させることにより機械的エネルギーに変換する。ターボ機械が種々の運転モードを遷移する際に、タービンブレードは機械的及び熱応力の両方にさらされる。
【０００３】
タービンブレードは、一般的に、プラットフォームから半径方向外向きに延びる翼形部、プラットフォームから半径方向内向きに延びるシャンク、及びシャンクから半径方向内向きに延びるダブテールつまり取り付け部を含む。各タービンブレードのダブテールは、ロータホイールつまりディスクに定められた相補形スロット内に固定される。ロータホイールは、ロータ軸に結合される。
【０００４】
エンジンの運転の間、タービンブレードに振動が発生する場合がある。例えば、高温燃焼ガス又は蒸気の流れの変動が、タービンブレードを振動させることがある。ターボ機械設計者が考慮すべき基本的設計事項の１つは、タービンブレードの固有振動数での共振及び強制応答及び／又は空力弾性不安定性によって引き起こされる動的応力を回避又は最小化することにより、タービンブレードの高サイクル疲労を制御することである。タービンブレードの高サイクル疲労寿命を改善するために、一般的に、プラットフォームの下及び／又は間に制振ダンパを設けて振動エネルギーを、摩擦により散逸させ、運転中の対応する振動の振幅を低減させる。制振ダンパにより除去される振動エネルギーの量は、制振ダンパの動的重量と反動荷重との関数である。
【０００５】
公知のダンパは、通常の運転に対しては、十分適切であるものの、ダンパの全体的有効性を改善したいという要望がある。振動の減衰を達成するための従来の試みには、円形ダンパピン、金属薄板平型ダンパ、或いは複合楔形ダンパなどがあった。上記の形式のダンパの真の減衰性能は、最初のエンジン試験までわからないことが多い。しかしながら、その時は、タービンブレードのダンパポケット幾何学的形状は、激しい仕上げ作業によって閉じ込められてしまう。そのため、ダンパが初期の性能を発揮しない場合、費用のかかる仕上げ作業のやり直しが必要になる。従って、共振モードの励起を回避するための固有振動数調整ツールを提供し、かつ既存のタービンブレードの設計に対する変更を必要とせずに独立したモード調整機能を可能にするダンパピンに対する要求がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７７３１４８２号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の態様及び利点は、以下の説明において記載され、又は本説明から明らかになることができ、或いは、本発明を実施することによって理解することができる。
【０００８】
本発明の１つの実施形態は、ロータ軸に結合された隣接するタービンブレードを制振するためのダンパピンである。ダンパピンは、第２の側部と軸方向に整列しかつ軸方向に離間した第１の端部と、第１の端部及び第２の端部と同軸に整列しかつそれらの間に配置された保持ピンとを含む。保持ピンは、第１の端部を第２の端部に結合する。ダンパピンは、第１の端部及び第２の端部と同軸に整列しかつ第１の端部と第２の端部との間で保持ピンに沿って配置された複数のリングをさらに含む。第１の端部、第２の端部、及び複数のリングは、隣接するタービンブレードの間に定められた溝と接触するように構成されたダンパピンの略弓形外面を定める。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、タービンエンジンである。タービンエンジンは、タービンエンジン内を軸方向に延びるロータ軸と、ロータ軸に結合された隣接する対のタービンブレードとを含む。各タービンブレードは、対応するタービンブレードのスラッシュ面に沿って延びる溝を少なくとも部分的に定める。タービンエンジンは、隣接するブレードの間の溝内に配置されたダンパピンをさらに含む。ダンパピンは、第２の側部と軸方向に整列しかつ軸方向に離間した第１の端部と、第１の端部及び第２の端部と同軸に整列しかつそれらの間に配置された保持ピンとを含む。保持ピンは、第１の端部を第２の端部に結合する。ダンパピンは、第１の端部及び第２の端部と同軸に整列しかつ第１の端部と第２の端部との間で保持ピンに沿って配置された複数のリングをさらに含む。第１の端部、第２の端部、及び複数のリングは、隣接するタービンブレードの間に定められた溝と接触するように構成されたダンパピンの略弓形外面を定める。
【００１０】
当業者であれば、本明細書を検討することにより、上記実施形態の特徴及び態様、及び他の特徴及び態様をよりよく理解できる。
【００１１】
添付図の参照を含む本明細書の残りの部分において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の少なくとも１つの実施形態を組み込むことができる例示的なガスタービンの機能図。
【図２】本発明の少なくとも１つの実施形態による例示的なタービンブレードの斜視図。
【図３】本発明の少なくとも１つの実施形態による周方向に隣接するタービンブレードの間に配置されたダンパピンの概略図。
【図４】本発明の１つの実施形態による例示的なダンパピンの側面図。
【図５】本発明の１つの実施形態による図４に示した例示的なダンパピンの部分断面側面図。
【図６】本発明の１つの実施形態による図４に示した例示的なダンパピンの部分断面側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ここで、その１つ又はそれ以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似の要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似の記号表示を使用している。本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。
【００１４】
用語「上流」及び「下流」は、流体経路における流体流れに関する相対的方向を指す。例えば、「上流」は、流体がそこから流れる方向を指し、「下流」は流体がそこに向けて流れ込む方向を指す。用語「半径方向」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に垂直な相対方向を指し、用語「軸方向」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行な及び／又は同軸に整列された相対方向を指す。
【００１５】
各実施例は、説明の目的で提供され、本開示の実施形態を限定するものではない。実際に、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、修正形態及び変形形態を本発明において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。本明細書では産業用又は地上設置型のガスタービンが図示され説明されたが、本明細書で図示され説明される本発明は、請求項において特に指定のない限り、産業用又は地上設置型のガスタービンに限定されない。例えば、本明細書に説明する発明は、蒸気タービン、航空機用ガスタービン及び船舶用ガスタービン等を含むがこれらに限定されない、あらゆる形式のターボ機械において用いることができる。
【００１６】
ここで図面を参照すると、図１は、ガスタービン１０の１つの実施形態の概略図である。ガスタービン１０は、一般的に入口セクション１２、入口セクション１２の下流に配置された圧縮機セクション１４、圧縮機セクション１４の下流に配置された燃焼器セクション１６内の複数の燃焼器（図示せず）、燃焼器セクション１６の下流に配置されたタービンセクション１８、及びタービンセクション１８の下流に配置された排気セクション２０を含む。さらに、ガスタービン１０は、圧縮機セクション１４とタービンセクション１８との間に結合された１又は２以上の軸２２を含む場合がある。
【００１７】
タービンセクション１８は、一般的に複数のロータディスク２６（その内１つを示す）を有するロータ軸２４と、ロータディスク２６から半径方向外向きに延びかつロータディスク２６に相互結合された複数のロータブレード２８とを含む。次に各ロータディスク２６は、タービンセクション１８を通って延びるロータ軸２４の一部に結合することができる。タービンセクション１８は、ロータ軸２４とロータブレード２８とを周方向に囲み、それによりタービンセクション１８を通る高温ガス経路３２を少なくとも部分的に定める、外側ケーシング３０をさらに含む。
【００１８】
運転中、空気等の作動流体は、入口セクション１２を通って圧縮機セクション１４に流れ込み、そこで空気は漸次的に圧縮され、燃焼セクション１６の燃焼器に対して加圧された空気を供給する。加圧された空気は、各燃焼器内で燃料と混合され、燃焼して燃焼ガス３４を発生する。燃焼ガス３４は、燃焼器セクション１６からタービンセクション１８に向かって高温ガス経路３２を通って流れ、（運動及び／又は熱）エネルギーが、燃焼ガス３４からロータブレード２８に移転することにより、ロータ軸２４を回転させる。そして機械的回転エネルギーは、圧縮機セクション１４の動力及び／又は発電に用いることができる。次いでタービンセクション１８から出る燃焼ガス３４は、排気セクション２０を介してガスタービン１０から排出される。
【００１９】
図２は、翼形部３６、プラットフォーム３８、シャンク４０、及びダブテールつまり取り付け部４２を含む従来型タービンブレードつまりバケット２８を示す。図３は、１組の周方向に隣接するタービンブレード２８（ａ）、２８（ｂ）を下流からみた図である。図２に示すように、本技術分野では公知の通り、ダブテール４２を用いてタービンブレード２８をロータディスク２６（図１）の周縁に固定する。プラットフォーム３８は、タービンセクション１８（図１）の高温ガス経路３２を通って流れる燃焼ガス３４に対する内側の流れ境界を定める。本発明の種々の実施形態において、ダンパピン４４は、タービンブレードプラットフォーム３８に隣接する（つまり半径方向内側）の１つの軸方向縁部（つまりスラッシュ面）４６に沿って配置される。図３から明らかなように、ロータディスク２６（図１）のタービンブレード２８（ａ）、２８（ｂ）の各隣接する組の間に類似のダンパピン４４が配置される。特定の実施形態において、図２に示すように、ダンパピン４４は、タービンブレード２８のスラッシュ面４６全体に沿って延びる細長い溝４８（図２）に配置される。
【００２０】
ダンパピン４４は、制振ダンパとして機能する。図３に示すように、組み込まれると、ダンパピン４４は、隣接するタービンブレード２８（ａ）、２８（ｂ）の間に配置される。運転中は、ダンパピン４４は、振動エネルギーを摩擦により散逸させ、対応する振動の振幅を低減する。制振ダンパにより除去される振動エネルギーの量は、限定されるものではないが、ダンパピン４４の動的重量、ダンパピン４４の幾何学的形状、及び隣接するタービンブレード（ａ）、２８（ｂ）の間の反動荷重を含む、幾つかの因子の関数である。
【００２１】
図４は、本発明の１つの実施形態による例示的なダンパピン１００の側面図である。図５は、図４に示したダンパピン１００の部分断面側面図である。図６は、本発明の１つの実施形態による図４に示したダンパピン１００の部分断面側面図である。図４に示すダンパピン１００は、図２及び図３に示すダンパピン４４と置き換えることができることを理解されたい。
【００２２】
図４、図５、及び図６に集合的に示すように、１つの実施形態において、ダンパピン１００は、ダンパピン１００の軸方向中心線１０６に対して第２の端部１０４から軸方向に離間した第１の端部１０２を含む。特定の実施形態において、第１の端部１０２と第２の端部１０４とは、中心線１０６に対して同軸上に整列することができる。
【００２３】
特定の実施形態において、図４から図６に示すように、ダンパピン１００の第１の端部１０２及び／又は第２の端部１０４は、略半円筒形とすることができる。図４に示すように、第１の端部１０２及び／又は第２の端部１０４は、それぞれ肩部１０８、１１０を含むことができる。この構成は、タービンブレードスラッシュ面４６内に形成された溝４８の両端において機械加工されたタービンブレードプラットフォーム面つまり肩部に載るようになっている平坦支持表面１１２、１１４を形成し、それにより機械の運転中に望ましくない過度の回転を防止しながら、ダンパピン１００の支持を可能にする。
【００２４】
図５及び図６に示すように、ダンパピン１００は、保持ピン１１６をさらに含む。保持ピン１１６は、第１の端部１０２を第２の端部１０４に結合する。保持ピン１１６は、第１の端部１０２及び第２の端部１０４に同軸に整列しかつこれらの間に配置することができる。特定の実施形態において、図５に示すように、保持ピン１０８の一方又は両方の端部１１８（ａ）、１１８（ｂ）は、それぞれ第１の端部１０２及び第２の端部１０４により定められる開口部１２０（ａ）、１２０（ｂ）内に嵌装（ｓｅａｔ）することができる。例えば、１つの実施形態において、端部１１８（ａ）は開口部１２０（ａ）内に嵌装するが、他の端部１１８（ｂ）は第２の端部１０４に固定的に結合する。別の実施形態において、端部１１８（ｂ）は開口部１２０（ｂ）内に嵌装するが、他の端部１１８（ａ）は第１の端部１０２に固定的に結合する。これら構成のいずれにおいても、保持ピン１０８は、第１又は第２の端部１０２、１０４のいずれからも分離することができる。代替的に、図６に示すように、保持ピン１０８の両方の端部１１８（ａ）、１１８（ｂ）は、第１の端部１０２及び第２の端部１０４に固定的に結合することができる。
【００２５】
種々の実施形態において、図４から図６に集合的に示すように、ダンパピン１００は、保持ピン１０８を少なくとも部分的に周方向に囲む複数のリング１２２を含む。リング１２２は、保持ピン１０８と同軸に整列しかつ第１の端部１０２と第２の端部１０４との間で保持ピン１０８に沿って配置することができる。第１の端部１０２、第２の端部１０４、及び複数のリング１２２は、ダンパピン１００の略弓形外面１２４を定める。外面１２４の少なくとも一部は、隣接するタービンブレード２８（ａ）、２８（ｂ）の間に定められた溝４８の内面と接触するように構成される（寸法決め及び／又は形作られる）。１つの実施形態において、上部１２４の少なくとも一部は、低摩擦耐摩耗コーティングで被覆することができる。リング１２２の形状、寸法、及び材料は、解析結果又は試験結果に基づいて選択することができる。リング１２２は、特定の方向における剛性を調整しながら、他の方向における剛性を維持する能力を提供する。
【００２６】
１つの実施形態において、図４に示すように、複数のリング１２２は、異なる材料で形成された２又は３以上のリング１２２（ａ）、１２２（ｂ）を含むことができる。例えば、リング１２２（ａ）は金属材料で形成し、一方、リング１２２（ｂ）はリング１２２（ａ）とは異なる制振特性又は機械的特性を有する金属材料又は複合材料又は他の材料で形成することができる。リング１２２（ａ）及び１２２（ｂ）は、保持ピン１０８に沿って軸方向に隣接して又は互いに軸方向に離間して配置することができる。
【００２７】
１つの実施形態において、図６に示すように、複数のリング１２２は、第１の組のリング１２６及び第２の組のリング１２８を備えることができる。第１の組のリング１２６の各リング１２６は、第１及び第２の端部１０２、１０４の直径とほぼ等しい直径を有する。第２の組のリング１２８の各リング１２８は、第１及び第２の端部１０２、１０４及び／又は第１の組のリング１２６のリング１２６の直径より小さい直径を有する。
【００２８】
図４から図６に示し、本明細書で説明したダンパピン１００は、既存のダンパピンに対して種々の技術的な利点をもたらす。例えば、リングは、タービンブレードの共振モード励起を回避するための固有振動数調整ツールを提供し、かつタービンブレード自体への変更を必要とせずに、独立したモード調整の選択肢を提供することができる。
【００２９】
本明細書は、開示される主題の実施例を用いて、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本開示の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３０】
１０：ガスタービン
１２：入口セクション
１４：圧縮機セクション
１６：燃焼セクション
１８：タービンセクション
２０：排気セクション
２２：軸
２４：ロータ軸
２６：ロータディスク
２８：ロータブレード
３０：外側ケーシング
３２：高温ガス経路
３４：高温ガス
３６：翼形部
３８：基礎／プラットフォーム
４０：前縁
４２：後縁
４４：圧力側
４６：吸引側
４８：スラッシュ面
５０：スラッシュ面
５２：ルート部
５４：シャンク
５６：ルート構造
５８：ダンパピン
６０：溝／スロット
１００：ダンパピン
１０２：第１の端部
１０４：第２の端部
１０６：軸方向中心線
１０８：肩部
１１０：肩部
１１２：平坦支持表面
１１４：平坦支持表面
１１６：保持ピン
１１８（ａ）：端部
１１８（ｂ）：端部
１２０（ａ）：開口部
１２０（ｂ）：開口部
１２２：リング
１２２（ａ）：リング
１２２（ｂ）：リング
１２４：外面
１２６：第１の組のリング
１２８：第２の組のリング
【図１】
2017053346.tif 000003
【図２】
2017053346.tif 000004
【図３】
2017053346.tif 000005
【図４】
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【図５】
2017053346.tif 000007
【図６】
2017053346.tif 000008
【外国語明細書】
2017053346000001.pdf