(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射状に伸びるとともに円周方向に離間した複数のブレードを有するブレードアレイを含み、各ブレードが流体を流すための表面を形成する外表面と、該外表面の径方向内側に位置する内表面と、を有するプラットフォームを備えた軸流ガスタービンエンジンのファンにおいて、円周方向に隣り合うブレードプラットフォーム間のギャップを通して流れる流体を減少させるためのシールが、
大きな円周方向のギャップを有するプラットフォーム間をシーリングする時に遠心荷重に耐えるように補強材を挾持する多重層のエラストマーによって構成され、前記補強材が複数層のステンレススチールメッシュによって構成されていることを特徴とする、ファンブレードインタープラットフォームシール。
【請求項２】
放射状に伸びるとともに円周方向に離間した複数のブレードを有するブレードアレイを含み、各ブレードが流体を流すための表面を形成する外表面と、該外表面の径方向内側に位置する内表面と、を有するプラットフォームを備えた軸流ガスタービンエンジンのファンにおいて、円周方向に隣り合うブレードプラットフォーム間のギャップを通して流れる流体を減少させるためのシールが、
大きな円周方向のギャップを有するプラットフォーム間をシーリングする時に遠心荷重に耐えるように補強材を挾持する多重層のエラストマーによって構成され、前記エラストマーの各々が該エラストマーに設けられたファイバーグラス繊維で補強されていることを特徴とする、ファンブレードインタープラットフォームシール。
【請求項３】
放射状に伸びるとともに円周方向に離間した複数のブレードを有するブレードアレイを含み、各ブレードが流体を流すための表面を形成する外部表面と、該外部表面の径方向内側に位置する内表面と、ギャップを形成する隣り合うプラットフォームを含み、各プラットフォームが切り欠かれた前縁を含む軸流ガスタービンのファンにおいて、円周方向に隣り合うプラットフォーム間のギャップをシーリングするためのシールが、
前記プラットフォーム前縁の切り欠きによって形成される前記ギャップの拡大された前端内に配設された三角形状の立上り部によって構成され、前記シールが前記プラットフォームの内表面に取り付けられる時に前記シールはプラットフォームの外表面における流体流に対する連続する面を形成することを特徴とする、
ファンブレードインタープラットフォームシール。
【請求項４】
縦方向の軸のまわりに配設され、作動媒体ガス用の通路を形成する軸流路を含むガスタービンにおけるファンであって、該ファンが、
放射状に伸びるとともに円周方向に離れた複数のブレードを有するブレードアレイを含み、各ブレードはプラットフォームを有し、該プラットフォームは、
エアフォイル部分前縁の前方の前縁部分と、
エアフォイル部分後縁の後方の後縁部分と、
流路の流面を形成する外部表面、および
外表面の径方向内側の内部表面と、を含み、
隣り合うブレードプラットフォームがギャップによって分離され、かつシールが前方部と縦方向後方部を含み、前方部は、ファイバーグラス繊維によって強化された複数の弾性層と挾持された複数のステンレススチールメッシュを含み、後方部はファイバーグラス繊維によって強化された複数の弾性層を含み、
前記シールは、さらに、円周方向に離間された第１および第２の対向する側部を含む径方向の外表面を有し、第１の側部は前記プラットフォームの径方向内部面に接合され、第２の側部はどの面にも取り付けられておらず、
ファン動作中に、シールの第２の側部は、隣り合うプラットフォームの内表面と径方向に係合され、プラットフォーム間の前記ギャップにおいて流体流を減少させる、
ことを特徴とするファンブレードインタープラットフォームシール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンエンジンに係り、特にエンジンファン用のブレードのプラットフォーム間に配置されたシールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機用ターボファンエンジンのようなガスタービンエンジンは、ファンセクション，コンプレッサセクション，燃焼セクション，およびタービンセクションを含んでいる。エンジンの軸は、エンジン内の中央に配置されており、これらのセクションを通して縦方向に伸びている。作動媒体流ガスに対する主流路はエンジンのセクションを通して軸方向に伸びている。作動媒体ガスに対する２次の通路は、主流路に平行にして該主流路の外方に放射状に伸びている。
【０００３】
ファンセクションはロータアッセンブリーとステータアッセンブリーを含んでいる。ファンのロータアッセンブリーはロータディスクと複数の外方に伸びるロータブレードを含んでいる。各ロータブレードはエアフォイル部，ダブテール根本部，およびプラットフォームを含んでいる。エアフォイル部は、流路を通して伸びるとともに、作動媒体ガスと相互作用して、ロータブレードと作動媒体ガスとの間のエネルギーを移動させる。ダブテール根本部はロータディスクの取付け手段に係合する。プラットフォームは、典型的には、ロータブレードから隣り合うロータブレードのプラットフォームまで円周方向に伸びる。プラットフォームはエアフォイル部と根本部の間に放射状に配設されている。ステータアッセンブリーはファンケースを含み、このファンケースはロータアッセンブリーとロータブレードの先端の近くに境界を定める。
【０００４】
図５を参照すると、軸流ターボファンガスタービン１０は、ファンセクション１４，コンプレッサーセクション１６，燃焼器セクション１８およびタービンセクション２０によって構成されている。エンジンの軸Ａｒは、エンジン内の中央に配設され、かつこれらのセクションを通して縦方向に伸びる。作動媒体ガス用の主流路２２は軸Ａｒに沿って縦方向に伸びる。作動媒体ガス用の２次流路は、主流路２２に平行にして、かつ該主流路２２の外方に放射状に伸びる。
【０００５】
ファンセクション１４はステータアッセンブリー２７とロータアッセンブリー２８を含む。ステータアッセンブリーは縦方向に伸びるファンケース３０を有し、このファンケース３０は２次流路２４の外部壁を形成する。ファンケースは外部壁３１を有する。ロータアッセンブリー２８はロータディスク３２と複数のロータブレード３４を含んでいる。各ロータブレード３４は、作動媒体流路２２と２４を介して、ロータディスク３２からファンケース３０の近くまで外方に伸びている。各ロータブレード３４は、根本部３６，対向する先端３８，およびそれらの間に伸びるミッドスパン部４０を持っている。
【０００６】
図６は図５に示す軸流ガスタービンエンジン１０におけるファン用の従来技術のブレードを示す。ファンブレード３４は、根本部４４，プラットフォーム部４６，およびエアフォイル部４８を含んでいる。
【０００７】
動作中に、ファンは作動媒体ガス特に空気をエンジン内に引き付ける。ファンは、２次流路に沿って引きつけられた空気の圧力を上昇させ、有用な推力を生じる。主流路に沿ってコンプレッサセクションに引きつけられた空気は圧縮される。圧縮された空気は燃焼セクションに通され、燃料が圧縮された空気に添加され、空気−燃料混合物が燃焼される。燃焼の生成物はタービンセクションに放出される。タービンセクションはこれらの生成物からワークを引き抜きファンとコンプレッサを駆動する。ファンとコンプレッサを駆動するのに必要でない燃焼生成物からのエネルギーは、有用な推力として役に立つ。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ファン性能の改良は、多くの場合において、ファンのいかなる点での流体流漏れを減少させることに依存する。これらの場所の一つは隣り合うブレードプラットフォーム間である。ギャップは、典型的に、隣り合うブレードプラッフォーム間に存在し、適正なシールが設けられていなければ、ブレードプラッフォームはファンブレード空気ロスを生じる。ファンブレード間に存在するインタープラットフォームギャップは、通常、狭い空間であり、この狭い空間は、ギャップを通して進みかつ上昇するブレード後縁からファン流路内までの漏れの再循環を防ぐために、シールされなければならない。シールは、ファンブレードプラットフォームの一つの下側に取付けられたシールの一つの側部を有する薄くかつ狭いラバーストリップである。シールの他の側の部分は隣り合うプラットフォーム間のギャップのもとでゆるく保持し、ファンが回転を始めると、シールは遠心力によってギャップに対して外方放射状に押され、効果的なシールが得られる。
【０００９】
そのようなシールは一般的には有効なものであるが、ある種の適用にあたっては不満足である。例えば、現代の耐衝撃ファンブレードに関連するようなある種のファンブレードは大きなインタープラットフォームギャップを持っている。同様に、他のブレード構造が存在し、このブレード構造はプラットフォーム間の局部的なギャップを増す必要がある。従来技術におけるシールは、漏れを効果的にシールするか又は遠心力による大きなギャップをブリッジすることが出来ない。シールは、ギャップを介して押されるべきであり、シールする場合に効果のないものである。効果のないシーリングによる流体流の総合的な漏れはファン流路に入る。ファン流路における流体と漏れ流体流の混合により、ファンは効果のないものになる。
【００１０】
加えて、インタープラットフォームシールはファンブレードの保守ができるものでなければならない。シールは、ファンブレードの組立てと解体中に放射方向と周方向の運動を調節しなければならない。かくして、最良なタイプのシールは、関連するファンブレードの保守が容易なものでインタープラットフォームからの漏れ循環を防ぐものでなければならない。従来技術のシールは、可撓性のものであるけれども、現代の耐衝撃ファンブレードに関連する相対的に大きなインタープラットフォームギャップをブリッジするために充分な硬さではない。
【００１１】
本発明の目的は、隣り合うファンブレードプラットフォーム間の流体流を減少させると共に、ファンブレードの保守を容易にすることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のファンブレードインタープラットフォームシールは、放射状に伸びるとともに円周方向に離間した複数のブレードを有するブレードアレイを含み、各ブレードが流体を流すための表面を形成する外部表面と該外部表面の放射状内方に位置する内表面を有する軸流ガスタービンエンジンのファンにおいて、円周方向に隣り合うブレードプラットフォーム間のギャップを通して流れる流体を減らすためのシールが、大きな円周方向のギャップを有するプラットフォーム間をシーリングする時に遠心荷重に耐えるように補強材を挾持する多重層のエラストマーによって構成されていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明のファンブレード３４は、根本部３４，プラットフォーム４６およびエアフォイル部４８を含んでいる。エアフォイル部は、前縁５０，後縁５２，圧力側５４および吸引側５６を持っている。エアフォイル部は作動媒体ガスに対する流路２２，２４を介して伸びるように使用される。根本部４４は、エアフォイル部４８の内方に放射状に配置され、ダブテールネック６０とダブテール取付け部６２を含んでいる。プラットフォーム４６はエアフォイル部４８と根本部４４との間に放射状に配設されている。プラットフォーム４６はブレードから円周方向に伸びている。プラットフォーム４６は、エアフォイル部前縁５０の前方と、エアフォイル部後縁５２の後尾である前縁部６４を含んでいる。また、プラットフォーム４６は、流路の流面を形成する外面６８と、外面の内方に放射状である内面７０を、含んでいる。
【００１４】
本発明のファンブレード３４はくぼんだ領域を形成するアンダーカット７２を含んでおり、ファンブレードが破損すると、割れ口はダブテールネック６０内に位置する。アンダーカット７２は、プラットフォームの内面７０に配置されており、根本部４４のダブテールネック６０内に伸びる。このアンダーカット７２はプラットフォーム４６の内面とダブテールネック６０間の歯底の丸みを後続のブレードから周方向に動く。結果として、プラットフォーム４６が破損すると、割れ口の縁は根本部４４のダブテールネック６０内に位置する。
【００１５】
図１に示すように、本発明のファンブレード３４は、もちろん、プラットフォーム４６の外面６８上の溝７４を含んでおり、この溝７４は、プラットフォーム４６の内面７０とアンダーカット７２内のダブテールネック６０間の歯底丸みと一致する。溝７４は、プラットフォーム４６の破損がこの溝７４で起こることを確実にする弱い領域である。さらに、根本部４４におけるダブテールネック６０の前縁は、該ダブテールネック６０の前方コーナを鈍くするスパンワイズ部屋７６を含んでいる。部屋７６は、後続するブレードエアフォイル５０の前縁の衝撃でエアフォイル４８を損傷しないように鈍くされたコーナを提する。
【００１６】
図１を参照すると、プラットフォームの前縁６４には切欠き部７８が設けられており、鈍いコーナが得られる。前縁コーナがエアフォイル４８に衝撃を与える場合に、切欠き部７８は後続のブレードフォイル４８の前縁５０への損傷の危険性をさらに小さくする。さらに、プラットフォーム４６は、隣り合うプラットフォームで大きなギャップを形成するために、周方向に寸法どりされている。このギャップは隣り合うブレードプラットフォームの近くに形成される。ギャップを増すことにより、後続する隣り合ったブレードのプラットフォームが接触し合う可能性を減少させる。隣り合うプラットフォーム縁間の接触は、プラットフォーム４６への損傷を引き起こし、後続のブレードプラットフォーム４６を破損させる。
【００１７】
さらに、エアフォイル前縁５０はプラットフォームから径方向の間隔で厚み付けされており、エアフォイル４８は関連しないブレードによって最も衝撃が与えられる。増加した厚みは、強力な前縁を提する放射状の内部位置の前縁におけるリセス５１によって規定される。
【００１８】
図２は本発明のファンブレードに関連するシール８６を示す。シール８６は一般に弾性である。シールは隣り合うプラットフォーム間の局部的に大きなギャップをシールするために用いられる。シールは、プラットフォーム４６の前縁６４における切欠きによって規定されるギャップをシールするために使用される三角形状の立上り部８８を含んでいる。
【００１９】
図３を参照すると、シール８６は２つの隣り合うファンブレードプラットフォーム間に挿設されている。シールは径方向外部の表面を持っている。外表面は２つの対向する側部を含んでいる。弾性のシール８６の一側部は例えば接着剤接合によって一つのプラットフォーム４６の内面に固定されている。シール８６の第２の側部は、２つの隣り合うファンブレードプラットフォーム４６間の空間によって形成されるインタープラットフォーム４６の空間によって形成されるインタープラットフォームにおいて、ゆるく取り付けられている。
【００２０】
図４は、図１に示されている本発明のシール８６の拡大図を示す。シールは前方部９０と縦方向部９２を有する。前方部９０はプラットフォーム４６の前縁領域６４をシールする。縦方向後部９２は残りのインタープラットフォームギャップをシールする。
【００２１】
前方部９０は、ファイバーグラス繊維で強化された複数のシリコンゴム９４によって構成される。複数のステンレススチールメッシュ９８は弾性層間に挾持されている。図４に示されている特殊な実施例は、ファイバーグラスで強化された４層のシリコンゴム９４とこのシリコンゴムに埋設された２層のステンレススチールメッシュ９８を含んでいる。
【００２２】
シールの縦方向後部９２は、ファイバーグラス繊維で強化された複数層のシリコンゴム９４によって構成される。図４に示されている特殊な実施例は、ファイバーグラス繊維で強化された２層のシリコンゴム９４を含んでいる。
【００２３】
ガスタービンエンジンの動作中に、動作媒体ガスはファンセクション１４とコンプレッサセクション１６において圧縮される。ガスは燃焼セクション１８において燃料と共に燃焼され、ガスにエネルギーが加えられる。熱い高圧のガスはタービンセクション２０を通して膨張され、有用なワークにおいて推力を生ずる。ガスを膨張させることによってなされたワークは、例えば、回転Ａｒの軸のまわりのファンセクション１４まで伸びるロータアッセンブリー２８の如き、エンジンのロータアッセンブリーを駆動する。
【００２４】
ガスは、作動媒体流路に沿って高速度で、ファンセクションのロータアッセンブリー内に流れる。ロータアッセンブリーが高速で回転されるにつれて、ファンブレードは回転の軸のまわりに高速で移動し、作動媒体ガスはファン流路において圧縮される。結果として、ファンブレードプラットフォームの前縁６６の圧力は、前縁６４の圧力よりも高い。
【００２５】
プラットフォーム後縁６６からの流体流は、ファン流路におけるインタープラットフォームを通して前方と上方に循環する。この循環は本発明のインタープラットフォームギャップシールによって小さくされる。
【００２６】
シールの径方向外表面の一側部分はプラットフォーム４６の内表面７０に接合される。ファン動作中に、シールの径方向外表面の第２の対向する部分は、隣り合うプラットフォーム間のギャップに対して径方向外方に押圧され、有効なインタープラットフォームを提供する。
【００２７】
シールは近年の耐衝撃ファンブレードに関連するインタープラットフォームにとって有効であり、ファンブレードは相対的に狭いプラットフォームを持っている。好ましい実施例においては、プラットフォーム間のギャップは０．７５インチまで増加できる。このことは、インタープラットフォームギャップを、シールの所定の径方向位置とファン回転速度に対する従来のギャップよりも、１２倍まで増加できることを、示す。シール能力の測定は、シールがいかに大きなギャップと遠心力をブリッジしなければならないかということである。前述したシールの径方向位置とファン回転速度は、シールが耐えなければならない遠心力を供給する。
【００２８】
実施例におけるステンレススチールメッシュ９８のような強化物質はシールを補強する。このことは、シールがファン動作による遠心力に耐えることが出来るので、インタープラットフォームギャップが増加された時に重要である。さらに、シールがブレードプラットフォームから分離される場合に、ステンレススチールメッシュ９８はエンジンを損傷することがない。さらに、ファンブレードの組立と分解を容易にするために、ステンレススチールメッシュは、シールによって必要とされる屈曲性を提する。シールは、ファンブレード保守中の径方向および円周方向の運動を供給する。
【００２９】
発明は詳細な説明について開示されているけれども、発明の精神と範囲から逸脱することなく、種々な変形がなされることは、当業者にとって明白である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、軸流ガスタービンエンジンにおけるファン用の隣り合うプラットフォーム間の大きなギャップを介しての流体流を減らすために、シールは強化される。大きなインタープラットフォームギャップは現代の耐衝撃ファンブレードに関連する。増加したギャップにより、シールは、ファンが回転する時に大きなシーリング面を介しての遠心力に耐えなければならない。
【００３１】
本発明の主な特徴は、隣り合うブレードのプラットフォーム間の大きなギャップをシールするために用いられるシールである。シールは、このシールを強化する物質の溝片を含んでいる。他の特徴は、シールが、弾性層間に挾設された強化物質を含むシールであることである。本発明の特殊な実施例によれば、強化物質が複数のステンレススチールメッシュ層によって構成されている。他の特徴は立上り部を含むシールである。
【００３２】
本発明の主な利点は、円周状に隣り合うファンブレードプラットフォーム間のインタープラットフォームを通しての流体流を減少させることである。他の利点は、放射状のブレードの組立てと解体中に非干渉であるブレードプラットフォームの屈曲性である。このことはファンブレード保守を容易にする。
【００３３】
前述のおよび他の目的，特徴および利点は、発明を実施するための上述の最良な形態の説明と発明の実施例を示す添付図面からより明白になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図５に示されているエンジンにおけるファン用の本発明のブレードの斜視図。
【図２】関連するシールを有するファンブレードを示す斜視図。
【図３】２つの隣り合うファンブレード間で使用されるシールの斜視図。
【図４】図２に示す本発明のシールの拡大図。
【図５】軸流ターボファンガスタービンエンジンの斜視図。
【図６】図５のエンジンにおけるファン用の従来技術のブレードの斜視図。
【符号の説明】
１０…ターボファンガスタービンエンジン
１４…ファンセクション
１６…コンプレッサセクション
１８…燃焼器セクション
２０…タービンセクション
２２…一次流路
２４…二次流路
２７…ステータアッセンブリー
２８…ロータアッセンブリー
３０…ファンケース
３１…外部表面
３２…ロータディスク
３４…ロータブレード
３４…ファンブレード
４４…根本部
４６…プラットフォーム
４８…エアフォイル部
５０…前縁
５１…リセス
５２…後縁
５４…圧力側
５６…吸引側
６０…ダブテールネック
６２…ダブテールアタッチメント
６４…前縁
６６…後縁
６８…外表面
７０…内表面
７２…アンダーカット
７４…溝
７６…部屋
７８…切り欠き
８６…シール
８８…立上り部
９０…前方部
９２…縦方向後部
９４…シリコンゴム
９８…メッシュ
【図１】
0004098395.tif 000002
【図２】
0004098395.tif 000003
【図３】
0004098395.tif 000004
【図４】
0004098395.tif 000005
【図５】
0004098395.tif 000006
【図６】
0004098395.tif 000007