タービンブレード組合せダンパ及びシールピン並びに関連する方法

【課題】タービンバケット用のダンパピンを提供する。
【解決手段】本ダンパピン（３８）は、第１のほぼ均一な断面形状を有する細長い本体部分（４０）を含み、細長い本体部分（４０）は、該本体部分の両端部において第２の相対的により小さい断面形状を有する軸方向整列前端部及び後端部部分（４２、４４）を有する。シール要素（４６、４８）が、対向する前端部及び後端部部分（４２、４４）の一方又は両方上に設けられかつ本体部分を越えて半径方向外向きに突出する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはターボ機械に関し、具体的には、隣接するバケット間においてロータホイール上に配置されてバケット振動を減衰させるダンパピンに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、タービンは一般的に、複数のロータホイールで構成されたロータを含み、ロータの各々には、複数の円周方向に間隔を置いて配置されたバケットが取付けられる。バケットは各々一般的に、翼形部、プラットフォーム、シャンク及びダブテールを含み、ダブテールは、ロータホイールの噛合いダブテールスロット内に受けられる。翼形部は、タービン燃焼器の下流において高温ガス通路内に突出しかつ運動エネルギーを機械的回転エネルギーに変換する。エンジン運転時に、バケット内に振動が生じ、またそれが消散されない場合にはバケットの早期損傷を引き起こす可能性がある。
【０００３】
振動を最小化又は排除するために、これ迄多くの異なる形態の振動ダンパが提案されてきた。多くの場合に、振動ダンパは、隣接するバケット間に取付けられかつ空気力学的負荷の変化の結果とし生じる高調波励振を吸収することによって減衰機能をもたらす細長いダンパピンの形態のものである。ダンパピンは一般的に、各対の隣接するバケットの１つのタービンブレードシャンク領域内の1つの円周方向配向「スラッシュ面」に沿って形成されたグルーブ内に保持される。この減衰ピンは、運転時に遠心荷重を受け、またバケット間結合を防止するために、グルーブは、該グルーブ内でピンが比較的自由に浮動するのを可能にするように機械加工しなければならない。
【０００４】
同時に、多くの場合に、高加圧空気が、タービン構成要素を冷却する目的で軸流タービンの圧縮機から抽気される。この冷却空気は、タービン構成要素の温度を作動許容レベルに維持するために必要であるが、タービン効率及び出力全体に対してマイナス要因となる。タービン構成要素から漏洩する冷却流れのいずれも、本質的に無駄になる。ダンパピングルーブによって形成されたポケットは、バケットシャンク領域から逸出する冷却流れの大きな漏洩通路を構成する。冷却効率はまた、高温ガス通路からバケットシャンク領域内への高温ガスの進入によって損なわれるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７６２８５８８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、それ以外は従来型であるダンパピンに対してシール機構を付加して、加圧シャンク空洞からの冷却流れの逸出を防止し、最小化し又は制御し、非加圧式シャンク空洞のケースでは流れが前方ホイールスペースからタービンブレードを横切り後方ホイールスペースに漏洩するのを防止し又は最小化し、並びに／或いは高温ガス通路空気のシャンク領域内への侵入を防止することが望ましいと言える。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の例示的であるが非限定的な実施形態によると、本発明はタービンバケット用のダンパピンを提供し、本ダンパピンは、第１のほぼ均一な断面形状を有する細長い本体部分を含み、細長い本体部分は、該本体部分の両端部において第２の相対的により小さい断面形状を有しかつそれぞれのショルダ部において該本体部分に接合された軸方向整列前端部及び後端部部分を有し、本ダンパピンはさらに、対向する前端部及び後端部部分の一方又は両方上に設けられかつ本体部分を越えて半径方向外向きに突出したシール要素を含む。
【０００８】
別の例示的であるが非限定的な実施形態では、本発明はタービンロータホイールを提供し、本タービンロータホイールは、複数の円周方向に配置されたバケットを含み、各隣接する対のバケットが、それらの間に挿入されたダンパピンを有し、ダンパピンは、第１のほぼ均一な断面形状でありかつ異なる断面形状の対向する軸方向整列前端部及び後端部部分を有する細長い本体部分と、対向する前端部及び後端部部分の一方又は両方上に設けられかつ本体部分を越えて半径方向外向きに突出したシール要素とを含む。
【０００９】
さらに別の例示的であるが非限定的な態様では、本発明は、複数の円周方向に配置されたバケットを含み、各隣接する対のバケットがそれらの間に挿入されたダンパピンを有し、またダンパピンが第１のほぼ均一な断面形状でありかつ異なる断面形状の対向する軸方向整列前端部及び後端部部分を有する細長い本体部分を備えたタービンロータホイールにおいて、バケットのシャンク部分内の空洞からのダンパピンに沿った冷却空気の逸出を制御する方法を提供し、本方法は、少なくとも１つのシール要素をダンパピン上に設けるステップと、少なくとも１つの凹部又はスロットをバケットのシャンク部分内に設けるステップと、少なくとも１つのシール要素が少なくとも１つの凹部内に嵌合するようにダンパピンを設置するステップとを含む。
【００１０】
次に、以下に特定した図面と関連して、本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ガスタービンバケット及びダンパピン組立体の斜視図。
【図２】それらの間に設置されたダンパピンを備えた一対の円周方向に隣接するバケットを示す部分側面図。
【図３】本発明の第１の例示的であるが非限定的な実施形態による、シール要素を取付けたダンパピンの斜視図。
【図４】ダンパピンから取外した状態の、図３に示す１つのシール要素の斜視図。
【図５】図３に示したものと同様であるが、シール要素をダンパピンと一体形に製作したダンパピンの側面図。
【図６】図５に示すピンの端面図。
【図７】図５に示すピンの平面図。
【図８】図３又は図５のダンパピンを受けるグルーブを示す、バケットシャンクの部分斜視図。
【図９】２つの隣接するバケット間に据付けられた、図４〜図６のダンパピン（破線で示す）の上面図。
【図１０】本発明の別の例示的であるが非限定的な実施形態による、シール要素を組入れた別のダンパピンの側面図。
【図１１】図１０に示すダンパピンの端面図。
【図１２】図１０に示すピンの上面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、翼形部１２、プラットフォーム１４、シャンク１６及びダブテール１８を備えた従来型のバケット１０を示している。ダブテール１８は、本技術分野では良く理解されているように、ロータホイール（図示せず）の外周部の周りにバケット１０を固定するために利用される。ダンパピン２０が、該ダンパピン２０の前端部２４がバケットの前縁のより近くに設置されまた該ダンパピンの後端部２６がバケットの後縁のより近くに設置された状態で、バケットプラットフォーム１４に隣接して（つまり、半径方向内側に）１つの軸方向端縁部（又はスラッシュ面）２２に沿って設置される。
【００１３】
同様のピン２０が、図２から明らかなように、各隣接する対のバケット１８、１１８間においてタービンホイール上に設置されることが分かるであろう。具体的には、ダンパピン２０は、バケット１１８のスラッシュ面２２全体に沿って延びるグルーブ２８内に設置される。ダンパピン２０は、ショルダ部３９において接合した一対のほぼ半円筒形の両端部（両端部）２４、２６間にほぼ円筒形本体部分３０を含む。この構成により、平坦支持表面３２、３４（図１で最も良く解る）が形成され、これら平坦支持表面３２、３４は、バケットスラッシュ面内に形成されたグルーブ２８の両端部における機械加工バケットプラットフォーム表面又はショルダ部（その１つを図２において参照符号３６で示す）上に載置され、それによって機械運転時における望ましくない過剰回転を防止しながらピンに対する良好な支持を行なう。
【００１４】
次に図３及び図４を参照すると、第１の例示的であるが非限定的な実施形態によるダンパピン３８を示している。上記の従来型のピンと同様に、ピン３８は、ほぼ円筒形本体部分４０及び一対の縮小断面のほぼ半円筒形の対向する（両）端部（部分）４２、４４を含む。なおダンパピン３８には、それぞれ円筒形本体部分４０及び両端部（部分）４２、４４間の接合部（又はショルダ部３９）に設けられた一対の取付けシール要素４６、４８の形態のシール機構が設けられる。鏡像の関係にあるシール要素の各々は、環状外周リム（表面）５２を有するほぼ円形ディスク５０として形成される。円形ディスク５０は、無孔半セクション５４及び開口半セクションを含み、後者の開口半セクションには、ダンパピン３８のそれぞれの端部（部分）４２又は４４上にシール要素を受けるのを可能にするほぼ半円形開口部又はアパーチャ５６が形成される。
【００１５】
シール要素４６、４８は、ダンパピン３８と同じ又は異なる合金材料から成るものとすることができる。例えば、ダンパピン３８及びシール要素４６、４８のいずれか又は両方は、Ｘ−７５０のようなニッケル基合金或いはＬ−６０５のようなコバルト基合金とすることができる。しかしながら、本発明は、ピン３８又はシール要素４６、４８のいずれかにおける合金材料の選択を限定するものではないことを理解されたい。
【００１６】
シール要素４６、４８は、ダンパピン３８の端部４２、４４上を幾分ゆるく摺動するような寸法にされており、シール要素は、以下にさらに説明するように、スラッシュ面においてバケットシャンク６２内に形成された噛合い機械加工スロット又は凹部内に容易に嵌合することができる（図８）。全てではないにせよ大半の機械運転時における半径方向荷重は、ダンパピン３８が遠心力によりそのスラッシュグルーブ６４（図８）内で半径方向に移動するのでまたそれがゆるい許容差によって可能になるので、ダンパピン３８によって受けられることを意図している。スロット又は凹部５８、６０及びグルーブ６４並びにダンパピン／シール要素４６、４８に関連する許容差もまた、機械運転時におけるダンパピンの幾らかの最小回転を可能にするが、遠心力は、シール要素自体によっては受けられない。
【００１７】
ダンパピン３８は、従来の設計におけるのと同様に隣接するバケット間の所望の減衰を行なうが、シール要素４６、４８は、特にバケットの前縁のより近くにおけるピンに沿った、シャンク部分内の加圧空洞からの冷却空気の逸出を防止し、最小化し又は制御するバリヤを構成する。非加圧式シャンク空洞のケースでは、シール要素はまた、前方ホイールスペースからバケットを横切り後方ホイールスペースに至る漏洩を防止し、最小化し又は制御する。加えて、シール要素はまた、特にバケットの後縁のより近くにおけるピンに沿った高温燃焼ガスのシャンク部分内へのいかなる進入も防止し又は最小化する働きをする。
【００１８】
図５〜図７は、図３及び図４に示すダンパピン３８変形形態を示している。ここでは、ダンパピン６８及びシール要素７０、７２は、１つの部品片として一体形に形成される。ダンパピンは、その他についてはダンパピン３８とほぼ同様である。ここでも同様に、シール要素７０、７２は、機械加工スロット又は凹部５８、６０内に比較的ゆるく嵌合される。
【００１９】
縮小断面端部７８、８０の端部面７４、７６は、図９で最も良く解るように、隣接するバケット前後縁に一致するように傾斜している。
【００２０】
図８は、バケットのスラッシュ面８２内に形成されたグルーブ６４を示している。グルーブ６４は、ダンパピン３８の半円形端部４２、４４の平坦表面８８、９０、或いはピン６８の半円筒形端部９６、９８の平坦表面９２、９４と係合する機械加工支持表面８４、８６を備えるような形状にされる。
【００２１】
図９は、２つの隣接するバケット１００、１０２間に嵌合されたダンパピン６８を示している。ダンパピンは、向い合ったバケットスラッシュ面にほぼ平行に延びており、ピン端部面７４、７６（上述したような）を該ダンパピンの長手方向軸線に対する非直角角度で切断して、バケットの前後縁面と同一平面を維持するようにすることを必要とする。
【００２２】
図１０〜図１２は、シール機構を備えたダンパピンの別の例示的であるが非限定的な実施形態を示している。ダンパピン１０４は、前述の実施形態におけるのと同様に、円筒形本体１０６及びほぼ半円形断面の両端部１０８、１１０を備えたものとして形成される。しかしながら、この実施形態では、一体形シール要素１１２、１１４が、両端部１０８、１１０の外側先端部に形成される。それらシール要素は、同一であるので、必要なのは、１つのみの説明である。シール要素１１２は、平坦支持表面１１６を越えることを含むピンの半円形端部の弓形セグメントを越えて半径方向に全ての方向に延びて、該平坦支持表面１１６にほぼ平行に延びる平坦面１１８を形成する。従って、シール要素の弓形範囲は、図１０及び図１１で最も良く解るように、１８０°よりも大きい。前述の実施形態におけるのと同様に、シール要素の端縁部表面１２０は、ダンパピン１０４の長手方向軸線に対する傾斜角度で機械加工されて、据付けられた時にシール要素端縁部表面が、上記のダンパピン６８の端部面７４、７６と同様に、隣接するバケット表面と同一面を維持する。シール要素の端縁部表面１２０上に、さらなる斜め端縁部分１２２（図１１）を形成し、斜め端縁部分１２２が、平坦面１１８に対して約６０°の角度で延びかつシール要素の外側又は外周表面と交差するようにする。シール要素の形状は、ここでも同様に、バケットシャンクに形成された対応する形状のスロット又は凹部内にゆるく係合或いは入れ子状態になって、必要なシール機構を構成するように設計される。
【００２３】
シール要素（並びに対応するピングルーブ及びシール受け凹部）の位置及び形状は、特定の用途によって決定されるように変化させることができることが分かるであろう。
【００２４】
上記したように、ダンパピンの断面形状は円筒形である必要がなくまた縮小直径端部の断面形状は半円筒形である必要がないことも分かるであろう。その他の非円形又は非均一形状ダンパピンも、本発明の技術的範囲内にある。加えて、ダンパピンは、１つのシール要素のみを受けることができ、或いはダンパピンには、１つのシール要素のみを形成することができる。加圧シャンクの場合には、２つのシール要素が好ましいが、非加圧シャンクの場合には、１つのシール要素で十分であると言える。
【００２５】
現時点で最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明が開示した実施形態に限定されるべきものではなく、逆に、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２６】
１０バケット
１２翼形部
１４プラットフォーム
１６シャンク
１８ダブテール
２０ダンパピン
２２軸方向端縁部（又はスラッシュ面）
２４前端部
２６後端部
２８グルーブ
３０円筒形本体部分
３２平坦支持表面
３４平坦支持表面
３６ショルダ部
３８ダンパピン
３９ショルダ部
４０本体部分
４２半円筒形端部（部分）
４４半円筒形端部（部分）
４６シール要素
４８シール要素
５０円形ディスク
５２環状外周リム（表面）
５４無孔半セクション
５６アパーチャ
５８スロット又は凹部
６０スロット又は凹部
６２バケットシャンク
６４スラッシュグルーブ
６８ダンパピン
７０シール要素
７２シール要素
７４ピン端部面
７６ピン端部面
７８縮小断面端部
８０縮小断面端部
８２スラッシュ面
８４機械加工支持表面
８６機械加工支持表面
８８平坦表面
９０平坦表面
９２平坦表面
９４平坦表面
９６半円筒形端部
９８半円筒形端部
１００バケット
１０２バケット
１０４ダンパピン
１０６円筒形本体
１０８端部
１１０端部
１１２シール要素
１１４シール要素
１１６平坦支持表面
１１８平坦面
１２０シール要素の端縁部表面
１２２斜め端縁部分

【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンバケット用のダンパピン（３８）であって、
第１のほぼ均一な断面形状を有する細長い本体部分（４０）であって、該本体部分の両端部において第２の相対的により小さい断面形状を有しかつそれぞれのショルダ部（３９）において該本体部分に接合された軸方向整列前端部及び後端部部分（４２、４４）を有する細長い本体部分（４０）と、
前記対向する前端部及び後端部部分の一方又は両方上に設けられかつ前記本体部分を越えて半径方向外向きに突出したシール要素（４６、４８）と
を備えるダンパピン。
【請求項２】
前記本体部分（４０）のほぼ均一な断面形状が、円形でありかつ第１の直径によって形成される、請求項１記載のダンパピン。
【請求項３】
各前記シール要素（４６、４８）が、その形状がほぼ円形でありかつ前記第１の直径よりも大きい直径の外周表面（５２）を有する、請求項２記載のダンパピン。
【請求項４】
前記軸方向整列前端部及び後端部部分（４２、４４）が各々、ほぼ半円形断面形状を有する、請求項２記載のダンパピン。
【請求項５】
前記シール要素（４６、４８）が、ニッケル又はコバルト基合金から成る、請求項１記載のダンパピン。
【請求項６】
前記シール要素（４６、４８）が、ほぼ円形ディスク形状を有して、アパーチャ（５６）が、前記軸方向整列前端部及び後端部部分（４２、４４）のそれぞれの端部部分上に該シール要素を受けることができる、請求項１記載のダンパピン。
【請求項７】
前記シール要素（１１２、１１４）が、前記本体部分（１０６）並びに軸方向整列前端部及び後端部部分（１０８、１１０）間のそれぞれの接合部の一方又は両方上において一体形に形成されて、該シール要素（１１２、１１４）が、前記ショルダ部のそれぞれのショルダ部を形成する、請求項１記載のダンパピン。
【請求項８】
前記シール要素（４６、４８）が、前記ショルダ部（３９）の１つと係合する、請求項１記載のダンパピン。
【請求項９】
前記シール要素（１１２、１１４）が、前記前端部及び後端部部分（１０８、１１０）の一方又は両方の自由端部に設置される、請求項１記載のダンパピン。
【請求項１０】
各前記対向する前端部及び後端部部分（４２、４４）の縮小断面形状が、約１８０〜２００°の弓形範囲を有する、請求項４記載のダンパピン。
【請求項１１】
複数の円周方向に配置されたバケット（１０）を備えるタービンロータホイールであって、各隣接する対のバケットが、それらの間に挿入されたダンパピン（３８）を有し、前記ダンパピンが、
第１のほぼ均一な断面形状でありかつ異なる断面形状の対向する前端部及び後端部部分（４２、４４）を有する細長い本体部分（４０）と、
前記対向する前端部及び後端部部分（４２、４４）の一方又は両方上に設けられかつ前記本体部分（４０）を越えて半径方向外向きに突出したシール要素（４６、４８）と
を含む、タービンロータホイール。
【請求項１２】
前記本体部分（４０）のほぼ均一な断面形状が、円形でありかつ第１の直径によって形成され、各前記シール要素（４６、４８）が、前記第１の直径よりも大きい直径の外周表面（５２）を有する、請求項１１記載のタービンロータホイール。
【請求項１３】
前記シール要素（４６、４８）が、ほぼ円形ディスク形状を有して、アパーチャ（５６）が、軸方向整列した前記前端部及び後端部部分（４２、４４）のそれぞれの端部部分上に該シール要素を受けることができる、請求項１１記載のタービンロータホイール。
【請求項１４】
前記シール要素（１１２、１１４）が、前記本体部分（１０６）並びに軸方向整列した前端部及び後端部部分（１０８、１１０）間のそれぞれの接合部の一方又は両方上において一体形に形成されて、該シール要素（１１２、１１４）が、前記ショルダ部のそれぞれのショルダ部を形成する、請求項１１記載のタービンロータホイール。
【請求項１５】
前記シール要素（１１２、１１４）が、前記前端部及び後端部部分（１０８、１１０）の一方又は両方の自由端部に設置される、請求項１１記載のタービンロータホイール。

【図１】