(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径方向外側リム（５０）と、該半径方向外側リムから半径方向外方に延びそれぞれが一対の対向する側壁（７６、７８）を備える翼形部（６４）を含む複数のロータブレード（５６）とを備えるガスタービンエンジン用ロータ組立体（４０）に誘起される振動を減衰することができるように該ロータ組立体を作製する方法であって、
各ロータブレード翼形部内に、前記翼形部の第１側壁から前記翼形部の第２側壁に向かって内方に延びる空洞（１００）を形成する段階と、
前記翼形部に隣接させて前記翼形部空洞内に減衰材料の第１の層（１３６）を埋設する段階と、
前記減衰材料の第１の層に隣接するように接着剤（１４０）で前記翼形部に抑制層（１３２）を取り付ける段階と、
前記翼形部にシール接触した状態で前記翼形部空洞の周辺部（１２８）の周りに延びるように接着剤（１４０）で前記翼形部にカバーシート（１４４）を取り付ける段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
各ロータブレード翼形部（６４）内に空洞（１００）を形成する前記段階は、各ロータブレード翼形部内に空洞を機械加工する段階を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記抑制層（１３２）が前記減衰材料の第１の層（１３６）と減衰材料の第２の層との間に位置するように、前記翼形部空洞（１００）内に減衰材料の第２の層（１３４）を埋設する段階を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
減衰材料の第１の層（１３６）を埋設する前記段階は、前記翼形部（６４）に隣接させて前記翼形部空洞（１００）内に粘弾性材料の第１の層（１３０）を埋設する段階を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ガスタービンエンジン（１０）用ロータ組立体（４０）であって、該ロータ組立体は、半径方向外側リム（５０）と、該半径方向外側リムから半径方向外方に延びる複数のロータブレード（５６）とを備えるロータ（４４）を含み、前記ロータブレードの各々は、翼形部（６４）とダンハ゜装置（９０）とを含み、該ダンハ゜装置は、減衰材料の少なくとも１つの層（１３０）とカバーシート（１４４）とを含み、該カバーシートは接着剤（１４０）で前記ロータブレード翼形部に取り付けられており、
前記ダンパ装置（９０）は、接着剤（１４０）で前記翼形部（６４）に取り付けられた抑制層（１３２）を更に含むことを特徴とするロータ組立体（４０）。
【請求項６】
ガスタービンエンジン（１０）用ロータ組立体（４０）であって、該ロータ組立体は、半径方向外側リム（５０）と、該半径方向外側リムから半径方向外方に延びる複数のロータブレード（５６）とを備えるロータ（４４）を含み、前記ロータブレードの各々は、翼形部（６４）とダンハ゜装置（９０）とを含み、該ダンハ゜装置は、減衰材料の少なくとも１つの層（１３０）とカバーシート（１４４）とを含み、該カバーシートは接着剤（１４０）で前記ロータブレード翼形部に取り付けられており、
前記減衰材料（１３０）は粘弾性材料を含み、前記ダンパ装置（９０）は、少なくとも１つの抑制層（１３２）を含むことを特徴とするロータ組立体（４０）。
【請求項７】
前記ロータブレード翼形部（６４）の各々は、第１側壁（７６）と、第２側壁（７８）と、その間の空洞（１００）とを含み、該空洞は、前記第１側壁から前記第２側壁に向かって部分的に延びており、前記ダンパ装置のカバーシート（１４４）は、前記側壁の空洞の外周よりも大きい外周を有することを特徴とする、請求項５又は６に記載のロータ組立体（４０）。
【請求項８】
前記減衰材料（１３０）は、前記カバーシート（１４４）により前記空洞（１００）内に固着されることを特徴とする、請求項７に記載のロータ組立体（４０）。
【請求項９】
半径方向外側リム（５０）と、該半径方向外側リムから半径方向外方に延びる複数のロータブレード（５６）とを備えるロータ（４４）を含むロータ組立体（４０）を含むガスタービンエンジン（１０）であって、前記ロータブレードの各々は、翼形部（６４）とダンハ゜装置（９０）とを含み、該ダンハ゜装置は、減衰材料の少なくとも１つの層（１３０）とカバーシート（１４４）とを含み、該カバーシートは、接着剤（１４０）で前記ロータブレード翼形部に取り付けられており、
前記ダンパ装置（９０）は、接着剤（１４０）で前記翼形部（６４）に取り付けられた抑制層（１３２）を更に含むことを特徴とするガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１０】
半径方向外側リム（５０）と、該半径方向外側リムから半径方向外方に延びる複数のロータブレード（５６）とを備えるロータ（４４）を含むロータ組立体（４０）を含むガスタービンエンジン（１０）であって、前記ロータブレードの各々は、翼形部（６４）とダンハ゜装置（９０）とを含み、該ダンハ゜装置は、減衰材料の少なくとも１つの層（１３０）とカバーシート（１４４）とを含み、該カバーシートは、接着剤（１４０）で前記ロータブレード翼形部に取り付けられており、
前記減衰材料（１３０）は粘弾性材料を含み、前記ダンパ装置（９０）は、少なくとも１つの抑制層（１３２）を含むことを特徴とするガスタービンエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にロータ組立体に関し、より具体的には、ロータ組立体に誘起される振動を減衰するためのダンパ装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
ガスタービンエンジンは、通常、共通の環状リムから半径方向外方に延びる複数のロータブレードを備える少なくとも１つのロータを含む。具体的には、ブリスクロータにおいては、ロータブレードは、ダブテール継手でリムに取り付けられるのではなくて、環状リムと一体に形成される。リムの外面は、通常、ロータ組立体を通る空気流の半径方向内方の流路面を構成する。
【０００３】
回転ブレードにより発生する遠心力は、ロータブレード下方のリムの部分により担持される。遠心力は、ブレードによって誘起される可能性がある、リムとブレードの間の円周方向のリム応力集中を発生させる。さらに、ブリスクロータ内では、作動中にダブテールとシュラウドが互いに接触し合うときに発生する摩擦減衰がないために、振動応力がロータ組立体に誘起される可能性がある。
【０００４】
振動の減衰を促進するために、ロータ組立体は、ダンパを備えることができる。少なくとも幾つかの公知のロータ組立体では、翼形部モードを減衰するためにリムの下に設置されたスリーブダンパを備える。スリーブダンパは、リムが著しく関与する翼形部モードに対して減衰を行う。
【０００５】
少なくとも幾つかの他の公知のロータ組立体では、ロータブレードはブレード内に形成されたポケットを備える。減衰材料の層がポケット内に埋設され、チタン抑制層で覆われる。ポケットは、ロータブレードに溶接されているチタン製カバーで覆われる。作動中、ロータブレード内に誘起された種々の力により、抑制層は、減衰材料から剥離して強制的にカバーに接触する可能性がある。時の経過と共に、抑制層とカバーシート間の継続的な接触により、カバーシートがロータ組立体から剥離する可能性がある。
【特許文献１】
特開2000-130102号公報
【特許文献２】
特開平11-287197号公報
【特許文献３】
特開平8-240101号公報
【０００６】
【発明の概要】
例示的実施形態では、ガスタービンエンジン用多段ロータ組立体は、ロータ組立体に誘起される振動を減衰することができるダンパ装置を備える。より具体的は、ロータ組立体は、複数のロータブレードと半径方向外側リムとを備えるブリスクロータを含む。ロータブレードは、外側リムと一体に形成され、リムから半径方向外方に延びる。ダンパ装置は、ロータ組立体の少なくとも１つの段を形成するロータブレードに取り付けられ、減衰材料の少なくとも１つの層とカバーシートとを備える。カバーシートは、ロータブレードに当てて減衰材料を固着するために接着剤でロータブレードに取り付けられる。
【０００７】
作動中、ロータ組立体が回転すると、カバーシートとロータブレードの間に配置された接着剤が、ロータブレードによって誘起される遠心荷重を担持する。振動の減衰は、ダンパ装置により促進される。より具体的は、ロータ組立体が回転すると、減衰材料内に誘起された剪断ひずみが振動の減衰を可能にする。その結果、ダンパ組立体は、信頼性がありかつコスト効率がよい方法で、ロータ組立体に誘起される振動を減衰することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、低圧圧縮器器１２、高圧圧縮器１４、及び燃焼室１６を備えるガスタービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０はまた、高圧タービン１８及び低圧タービン２０を備える。圧縮器１２及びタービン２０は、第１の軸２１により連結され、圧縮器１４及びタービン１８は、第２の軸２２により連結される。１つの実施形態では、ガスタービンエンジン１０は、オハイオ州シンシナティにあるＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ａｉｒｃｒａｆｔ  Ｅｎｇｉｎｅｓから市販されているＦ１１０エンジンである。
【０００９】
作動中、空気は低圧圧縮器１２を通って流れ、加圧された空気が低圧圧縮器１２から高圧圧縮器１４に供給される。高度に加圧された空気が、燃焼室１６に供給される。燃焼室１６からの空気流が、タービン１８及び２０を駆動し、ノズル２４を通ってガスタービンエンジン１０から流出する。
【００１０】
図２は、ガスタービンエンジン１０に使用することができるロータ組立体４０の部分断面図である。ロータ組立体４０は、カップリング４６により軸方向中心軸線４７周りに同軸に互いに結合された複数のロータ４４を備える。各ロータ４４は、１つ又はそれ以上のブリスク４８により形成され、各ブリスク４８は、環状の半径方向外側リム５０、半径方向内側ハブ５２、及びその間に半径方向に延びる一体ウェブ５４を備える。各ブリスク４８はまた、外側リム５０から半径方向外方に延びる複数のブレード５６を備える。図２に示す実施形態では、ブレード５６はそれぞれのリム５０と一体に結合されている。若しくは、少なくとも１つの段では、各ロータブレード５６は、それぞれのリム５０の相補形状のスロット（図示せず）に取り付けられるブレードダブテール（図示せず）を使用して公知の方法でリム５０に取り外し可能に係合されることができる。
【００１１】
ロータブレード５６は、空気などの原動つまり作動流体と協動するように構成される。図２に示す例示的な実施形態では、ロータ組立体４０は、ガスタービンエンジン１０の圧縮器であって、ロータブレード５６は、連続する段において原動流体空気を適切に加圧するように構成される。ロータリム５０の外面５８は、空気が段から段へ加圧されるとき、圧縮器の半径方向内方の流路面を構成する。
【００１２】
ブレード５６は、特定の最大設計回転速度まで軸方向中心軸線周りに回転し、回転構成部品内に遠心荷重を発生させる。回転するブレード５６により発生される遠心力は、各ロータブレード５６の真下のリム５０の部分により担持される。ロータ組立体４０及びブレード５６の回転により、エネルギーが空気に与えられ、空気は初めに加速され、次いでエネルギーを回復して空気を加圧すなわち圧縮するために拡散により減速される。半径方向内側流路は、隣り合うロータブレード５６が円周方向の境界となり、シュラウド（図示せず）が半径方向の境界となる。
【００１３】
ロータブレード５６の各々は、前縁６０、後縁６２、及びその間に延びる翼形部６４を備える。翼形部６４は、負圧側面７６及び円周方向に対向する正圧側面７８を備える。負圧及び正圧側７６及び７８は、それぞれ軸方向に間隔を置いた前縁６０と後縁６２の間に延び、またロータブレード先端８０及びロータブレード根元部８２の間の半径方向スパンにわたって延びる。翼弦８４は、それぞれロータブレードの前縁６０と後縁６２の間で測定される。
【００１４】
翼形部６４の各々はまた、ダンパ装置９０を備える。例示的な実施形態では、第１段のロータ４４のみがダンパ装置９０を備える。別の実施形態では、ロータ組立体４０を通って延びるロータ４４の更なる段のロータ４４が、ダンパ装置９０を備える。作動中、以下で更に詳しく説明するように、ダンパ装置９０は、ロータ組立体４０内の翼形部モードを減衰してロータ組立体４０に誘起される振動を減衰することができる。
【００１５】
図３は、ダンパ装置９０を備えるロータブレード翼形部６４の拡大正面図である。図４は、翼形部６４及びダンパ装置９０の側面図である。翼形部６４は、翼形部本体の負圧側面７６の外面１０２から翼形部本体の正圧側面７８に向かって延びるポケット空洞１００を備える。１つの実施形態では、空洞１００は、翼形部６４内に機械加工される。より具体的には、空洞１００は、翼形部外面１０２から内方に距離１０４だけ延びる。空洞深さ１０４は、翼形部の負圧側面７６と翼形部の正圧側面７８間で測定された翼形部６４の厚さ（図示せず）より小さい。
【００１６】
空洞１００は、前端縁１１２から後端縁１１４までで測定された幅１１０を有する。空洞の幅１１０は、空洞の前端縁１１２及び後端縁１１４がそれぞれ翼形部前縁６０及び後縁６２からのそれぞれの距離１１６及び１１８となるように、翼形部翼弦８４より小さい。更に、空洞１００は、翼形部６４の半径方向スパンより小さい、下端縁１２２から上端縁１２４までの高さ１２０を有する。例示的な実施形態では、空洞１００は、丸みのある角部１２６を備える実質的に矩形の形状を有する。あるいは、空洞１００は、非矩形の形状でもよい。空洞の前端縁１１２及び後端縁１１４はそれぞれ、角部１２６で、空洞の下端縁１２２及び上端縁１２４それぞれと接続され、空洞１００の外周を形成する。
【００１７】
ダンパ装置９０は、複数のダンパ減衰材料層１３０、抑制層１３２、及びカバーシート１４４を備える。１つの実施形態では、減衰材料層１３０は、粘弾性材料（ＶＥＭ）で作られる。第１の減衰材料層１３６は、空洞１００の後壁１３８に当てて、空洞１００内に埋設されている。より具体的には、減衰材料層１３６は、空洞後壁１３８に当てて空洞下端縁１２２から距離１３９のところに埋設される。減衰材料層１３６と空洞下端縁１２２の間には接着剤１４０が延びている。
【００１８】
抑制層１３２は、減衰材料層１３６に当てて空洞１００内に挿入される。１つの実施形態では、抑制層１３２は、チタンできている。より具体的には、抑制層１３２は、空洞の上端縁１２４と下端縁１２２それぞれの間に延び、接着剤１４０で減衰材料層１３６に当てて所定の位置に保持される。１つの実施形態では、接着剤１４０は、ミネソタ州５５１４４のセントポールの３Ｍ  ＢｏｎｄｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓから市販されているＡＦ１９１である。別の実施形態では、ダンパ装置９０は、互いに隣接して積層され、接着剤１４０で互いに保持される複数の抑制層１３２を備える。
【００１９】
第２の減衰材料層１３４は、抑制層１３２に当てて空洞１００内に埋設される。第２の減衰材料１４４は、空洞の上端縁１２４と下端縁１２２それぞれの間に延びる。従って、抑制層１３２は、各減衰材料１３０の間に延びる。
【００２０】
ダンパ装置のカバーシート１４４は、空洞の幅１１０よりも広く、翼形部翼弦８４（図２に示す）より狭い幅１５０を有する。１つの実施形態では、ダンパ装置のカバーシート１４４は、チタンで作られる。ダンパ装置のカバーシート１４４はまた、空洞の高さ１２０よりも大きく、翼形部６４の半径方向スパンよりも小さい高さ１５２を有する。例示的な実施形態では、ダンパ装置のカバーシート１４４は、実質的に矩形の外形を有し、丸みのある下部角部１５４を備える。別の実施形態では、ダンパ装置のカバーシート１４４は、非矩形の外形を有する。
【００２１】
ダンパ装置のカバーシート１４４は、空洞の周辺部１２８周りに延びて接着剤１４０でロータブレード翼形部６４にシール接触した状態で取り付けられる。より具体的には、ダンパ装置のカバーシート１４４は、カバーシート１４４の下端縁１６２と空洞の下端縁１２２の間の距離１６０がカバーシート１４４の上端縁１６６と空洞の上端縁１２４の間の距離１６４よりも大きくなるように、翼形部空洞１００に対して設置される。更に、カバーシート１４４は、カバーシート１４４の側端縁１７２の各々と空洞のそれぞれ前端縁１１２及び後端縁１１４の各々との間の距離１７０がほぼ等しいか、又はカバーシートの距離１６０より小さくなるように、翼形部の空洞１００に対して設置される。１つの実施形態では、距離１６０は、距離１６４のほぼ２倍である。ダンパ装置のカバーシート１４４は、翼形部６４にシール接触した状態で取り付けられるため、カバーシート１４４は、ロータ組立体４０を通る高温燃焼ガスに曝されないように減衰材料層１３０を遮蔽する。
【００２２】
接着剤１４０は、それぞれの空洞の端縁１１２、１１４、１２２、１２４の各々と、それぞれのカバーシートの端縁１７２、１７２、１６２、１６６の各々との間に延びる。従って、空洞の下端縁１２２とカバーシートの下端縁１６２との間の方が他の空洞の端縁１１２、１１４、１２４とそれぞれのカバーシートの端縁１７２、１７２、１６６との間よりも、多くの接着剤１４０が延びている。
【００２３】
作動中、ロータ組立体４０が回転すると、減衰材料層１３０により振動を減衰することが可能になる。より具体的には、翼形部６４と抑制層１３２の間の第１の減衰材料層１３６内、及び抑制層１３２とカバーシート１４４の間の第２の減衰材料層１３４内に誘起される剪断ひずみにより振動を減衰することができる。空洞の下端縁１２２とカバーシートの下端縁１６２の間に配置された接着剤１４０は、翼形部６４内に誘起された遠心力荷重を担持することができるが、弦方向の曲げ振動時に第１の減衰材料層１３６がひずむのは阻止しない。
【００２４】
更に、作動中、ダンパ装置のカバーシート１４４は、抑制層１３２が減衰材料層１３０から剥離するのを防止する。更に、ダンパ装置のカバーシート１４４は接着剤１４０で翼形部６４に取り付けられているので、ロータ組立体４０回転時には、カバーシート１４４は、第２の減衰材料層１３４内に剪断ひずみを誘起してダンパ装置９０内の振動減衰を促進する。
【００２５】
上記で説明したロータ組立体は、コスト効率がよく、高い信頼性がある。ロータ組立体は、各ロータブレードに誘起される振動を減衰することができるダンパ装置を備える。より具体的には、ダンパ装置は、減衰材料の少なくとも１つの層、抑制層、及びカバーシートを備える。抑制層は、接着剤で翼形部の空洞内に取り付けられる。カバーシートはまた、カバーシートが翼形部にシール接触した状態となるように、接着剤で空洞の周辺部周りに延びる翼形部に取り付けられる。作動中、接着剤は、ロータブレードに誘起される遠心力荷重を担持し、同時に、減衰材料内に発生した剪断ひずみは振動を減衰する。その結果、ダンパ装置は、ロータ組立体に誘起される振動力を減衰することができる。
【００２６】
本発明を様々な特定の実施形態に関して説明したが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変形形態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。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、なんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】  図１に示すガスタービンエンジンに使用することができる、ダンパ装置を備えるロータ組立体の部分断面図。
【図３】  図２に示すダンパ装置の一部の拡大正面図。
【図４】  図３に示すダンパ装置の側面図。
【符号の説明】
６０  翼形部前縁
６２  翼形部後縁
６４  翼形部
７６  翼形部負圧側面
７８  翼形部正圧側面
９０  ダンパ装置
１００  空洞
１０２  翼形部外面
１３０  減衰材料層
１３２  抑制層
１３４  カバーシート
１３６  第１の減衰材料層
１３８  空洞後壁
１４０  接着剤
１４４  第２の減衰材料層
【図１】
0004128373.tif 000002
【図２】
0004128373.tif 000003
【図３】
0004128373.tif 000004
【図４】
0004128373.tif 000005