(57)【要約】      （修正有）【課題】高温で高速の作動条件において運転されるターボ機械翼を補強し、ターボ機械翼と、ターボ機械翼に連結されたターボ機械翼取付セグメントに長時間の耐久性を付与する。【解決手段】ターボ機械翼と、ターボ機械翼に連結されたターボ機械翼取付セグメントとを有するターボ機械翼セグメントを有しており、ターボ機械翼取付セグメントが、少なくとも部分的にターボ機械翼取付セグメントのネックを通って横方向に延在する複数の補強ピンを有するシステムを含む。【選択図】図１
2014084864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械翼セグメントを備えているシステムであって、
前記ターボ機械翼セグメントは、
翼と、
前記翼に連結された取付セグメントとを備えており、前記取付セグメントは、少なくとも部分的に前記取付セグメントのネックを通って横方向に延在する複数の補強ピンを有する、システム。
【請求項２】
前記ターボ機械翼セグメントは複数の積層された層から形成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数の積層された層は複合材料からなっており、前記複合材料は、セラミックマトリックス材料の全体にわたって分布する第１の複数のセラミック繊維からなる、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数の補強ピンは第２の複数のセラミック繊維からなる、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記複数の補強ピンの各々は前記複数の積層された層の２つ以上を通って延在する、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記複数の補強ピンはいずれも前記取付セグメントの外面を通って延在しない、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数の補強ピンは千鳥型配列を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記複数の補強ピンの各々は少なくとも部分的に隣接する補強ピンと重なり合う、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記取付セグメントの前記ネックは、前記取付セグメントの最小厚さを有する前記取付セグメントの部分からなっており、前記最小厚さは前記翼の正圧側から前記翼の負圧側まで延在する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
ロータを有するターボ機械を備えており、前記ターボ機械翼セグメントは前記取付セグメントを介して前記ロータに連結される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ターボ機械はタービンである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
ターボ機械翼取付セグメントを備えているシステムであって、
前記ターボ機械翼取り付けセグメントは、
相互に積層されてダブテール継手の第１の部分を形成する複数の層と、
複数の補強ピンとを備えており、前記複数の補強ピンの各々は、前記ターボ機械翼取付セグメントのシャンク領域内で前記複数の層の少なくとも２つを通って横方向に延在する、システム。
【請求項１３】
前記複数の層の各々はセラミックマトリックス材料内に埋め込まれた複数のセラミック繊維からなる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記複数の補強ピンの各々はセラミック繊維からなる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ターボ機械翼取付セグメントの前記シャンク領域は、前記ターボ機械翼取付セグメントの正圧側と負圧側の間に延在する最小厚さを有する前記ターボ機械翼取付セグメントの一部分からなる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記複数の補強ピンは、千鳥配置されるか、重なり合うか、十字交差するか、又はそれらの組み合わせで配置される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ダブテール継手の第２のダブテール部分を備えたロータを有するターボ機械を備えており、前記ターボ機械翼取付セグメントは、嵌合してダブテール継手を形成する前記第１及び第２のダブテール部分を備えた前記ロータに連結される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
複数の層を積層してターボ機械翼のターボ機械翼取付セグメントを形成するステップであって、前記複数の層の各々は、セラミックマトリックス材料中に分布する複数のセラミック繊維からなっているステップと、
前記ターボ機械翼取付セグメントのネック領域内に複数の補強ピンを配置するステップであって、前記ネック領域は、前記ターボ機械翼の正圧側から負圧側まで延在する最小厚さを有する前記ターボ機械翼取付セグメントの領域からなっており、前記複数の補強ピンの各々は前記複数の層の少なくとも２つを通って横方向に延在し、前記複数の補強ピンはいずれも前記複数の層の外層を通って延在しないステップとを含む、方法。
【請求項１９】
前記複数の補強ピンを、千鳥模様、重なり模様、十字模様、又はそれらの組み合わせで配設するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記複数の補強ピンの各々はセラミック繊維からなる、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はターボ機械に関し、より詳細には、ターボ機械翼をターボ機械ロータに装着するための取付システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械としては、圧縮機及びタービン（例えば、ガスタービン、蒸気タービン、及び水力タービン）が挙げられる。一般に、ターボ機械はロータを含んでいるが、それはシャフト又はドラムであってもよく、ターボ機械翼を支持するものである。例えば、ターボ機械翼は、ロータのスロットと嵌合する取付セグメントによってロータに装着することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７６００９７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
残念なことに、取付セグメントの特定の部分は高い応力の影響を受けやすい場合があり、それによって摩耗や劣化が早まる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
出願当初に請求された本発明に範囲が相応する特定の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は、請求された本発明の範囲を限定することを意図しておらず、ただ単に本発明が取り得る形態の概要を提供することを意図している。実際、本発明は、後述の実施形態と同様か又は異なってもよい様々な形態を包含することができる。
【０００６】
第１の実施形態におけるシステムは、翼と、該翼に連結された取付セグメントとを有するターボ機械翼セグメントを含んでおり、該取付セグメントは、少なくとも部分的に該取付セグメントのネックを通って横方向に延在する複数の補強ピンを有する。
【０００７】
第２の実施形態におけるシステムは、相互に積層されてダブテール継手の第１のダブテール部を形成する複数の層と、複数の補強ピンとを有するターボ機械翼取付セグメントを含んでおり、該複数の補強ピンの各々は、該ターボ機械翼取付セグメントのシャンク領域内で該複数の層の少なくとも２つを通って横方向に延在する。
【０００８】
第３の実施形態における方法は、複数の層を積層してターボ機械翼のターボ機械翼取付セグメントを形成するステップであって、該複数の層の各々は、セラミックマトリックス材料中に分布する複数のセラミック繊維からなっているステップと、該ターボ機械翼取付セグメントのネック領域内に複数の補強ピンを配置するステップであって、該ネック領域は、該ターボ機械翼の正圧側から負圧側まで延在する最小厚さを有する該ターボ機械翼取付セグメントの領域からなっており、該複数の補強ピンの各々は該複数の層の少なくとも２つを通って延在し、該複数の補強ピンのいずれも該複数の層の外層を通って延在しないステップとを含む。
【０００９】
本発明のこれら及びその他の特徴、態様、及び利点は、図面を通して同様の符号が同様の部品を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことによってより良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ガスタービンシステム、蒸気タービン、及び熱回収蒸気発生（ＨＲＳＧ）システムを有する複合サイクル発電システムの実施形態の概略図である。
【図２】ターボ機械の部分軸方向断面図であり、本発明の実施形態に従った、取付セグメントを有する円周方向に取り付けられたターボ機械翼を示している。
【図３】ターボ機械の円周方向断面図であり、本発明の実施形態に従った、取付セグメントを有する円周方向に取り付けられたターボ機械翼を示している。
【図４】ターボ機械の部分円周方向断面図であり、本発明の実施形態に従った、取付セグメントを有する円周方向に取り付けられたターボ機械翼を示している。
【図５】半径方向応力及び層間応力を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の１つ又は複数の特定の実施形態を以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供するため、実際の実装の全ての特徴が本明細書で説明されるわけではない。いずれのそのような実際の実装の開発においても、あらゆる技術的計画又は設計計画の場合と同様に、実装ごとに異なる可能性があるシステム関連の制約及びビジネス関連の制約との適合など、開発者の具体的な目標を実現するため、多数の実装固有の決定が行われなければならないことを理解されたい。更に、そのような開発努力は複雑で時間がかかる可能性があるが、それでも、本開示の恩恵を受ける当業者には設計、組立、及び製造の日常的な仕事であることを理解されたい。
【００１２】
本発明の様々な実施形態の要素を紹介する時、冠詞である「１つの（ａ、ａｎ）」、「その（該）（ｔｈｅ）」及び「前記（ｓａｉｄ）」は、その要素が１つ以上存在することを意味するものとする。「からなる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」といった用語は包括的であり、その用語には列挙した要素以外の追加要素が存在し得ることを意味するものとする。
【００１３】
開示された実施形態は、ターボ機械翼をターボ機械のホイールロータ又はドラムロータに連結するための改良されたターボ機械翼取付セグメントを含む。より詳細には、特定の実施形態は、ターボ機械翼の取付セグメント部分を含んでおり、取付セグメント部分のネック又はシャンク領域がネック領域の厚さを通って延在する複数の補強ピンで補強されている。以下で詳述されるように、ターボ機械翼及び取付セグメントは、複合材料（例えば、セラミック基複合材料）の積層された層から単一片として形成することができる。複合材料の層が相互に組み立てられて積層されるとき、同じくセラミック基複合材料から作られる補強ピンを層に略横（例えば、垂直）方向に挿入することができる。即ち、補強ピンは、層を同時に積み重ねて積層しながら、層にターボ機械翼の取付セグメント部分のネック領域の厚さを通る穴を開けることができる。更にまた、補強ピンは、ターボ機械翼の取付セグメント部分のネック領域の全体にわたって千鳥型配列又は構成で配置することができる。このようにして、補強ピンは、取付セグメント部分のネック領域を補強することによって、ターボ機械翼の取付セグメント部分内の層間剥離応力耐性を向上させることができる。以下に開示した実施形態はタービン（例えば、蒸気タービン、水力タービン、又はガスタービン）に関連して説明されているが、開示された取付セグメント（例えば、ダブテール継手の第１のダブテール部分）はその他のターボ機械（例えば、圧縮機又はポンプ）で使用してもよいことに注意しなくてはいけない。
【００１４】
次に図面を見てみると、図１は、改良された翼取付システムを備えた様々なターボ機械を有する複合サイクルシステム１０の実施形態の概略ブロック図である。具体的には、ターボ機械は、改良された取付セグメント部分を備えたターボ機械翼を含んでおり、この取付セグメント部分はロータのスロット又は凹部に連結することができる。図示するように、複合サイクルシステム１０は、圧縮機１２と、燃料ノズル１６を有する燃焼器１４と、ガスタービン１８とを有するガスタービンシステム１１を含む。燃料ノズル１６は、液体燃料及び／又は気体燃料（例えば、天然ガス又は合成ガス）を燃焼器１４に送る。燃焼器１４は、燃料−空気混合気を点火燃焼させて、高温の加圧燃焼ガス２０（例えば、排気）をガスタービン１８の中に入れる。タービン翼２２はロータ２４に連結され、図示するように、ロータ２４もまた複合サイクルシステム１０の全体にわたって他の幾つかの構成要素に連結される。例えば、タービン翼２２は、後述するように、改良された取付セグメントによってロータ２４に連結することができる。燃焼ガス２０がガスタービン１８内のタービン翼２２を通過するときに、ガスタービン１８が回転駆動され、この回転駆動がロータ２４を回転軸２５に沿って回転させる。最終的に、燃焼ガス２０は、排気出口２６（例えば、排気ダクト、排気筒、消音器等）を介してガスタービン１８から出る。
【００１５】
図示の実施形態において、圧縮機１２は圧縮機翼２８を含む。圧縮機１２内の圧縮機翼２８もまた（例えば、改良された取付セグメントによって）ロータ２４に連結され、上記のように、ガスタービン１８によってロータ２４が回転駆動されるときに回転する。圧縮機翼２８が圧縮機１２内で回転するときに、圧縮機翼２８は空気取入口からの空気を圧縮空気３０に圧縮し、この圧縮空気３０が燃焼器１４、燃料ノズル１６、及び複合サイクルシステム１０のその他の部分に送られる。そして、燃料ノズル１６は、加圧空気３０と燃料を混合して適切な燃料−空気混合気を発生させ、この燃料−空気混合気が燃焼器１４内で燃焼してタービン１８を駆動するための燃焼ガス２０が発生する。更に、ロータ２４は、ロータ２４の回転によって作動する第１の負荷３１に連結することができる。例えば、第１の負荷３１は、複合サイクルシステム１０の回転出力によって電力を発生させることができる任意の適切な装置（例えば、発電プラント又は外部機械負荷）であってよい。例として、第１の負荷３１は、発電機、航空機のプロペラなどを含むことができる。
【００１６】
システム１０は、（例えば、シャフト２７の回転によって）第２の負荷２３を駆動する蒸気タービン２１を更に含む。例えば、第２の負荷２３は、電力を発生させる発電機であってよい。しかしながら、第１及び第２の負荷３１及び２３は両方とも、ガスタービンシステム１１及び蒸気タービン２１によって駆動されることが可能な他の種類の負荷であってもよい。更に、ガスタービンシステム１１及び蒸気タービン２１は図示の実施形態では別々の負荷（例えば、第１及び第２の負荷３１及び２３）を駆動しているが、ガスタービンシステム１１及び蒸気タービン２３は、単一シャフトを介して単一負荷を連携して駆動するように利用することもできる。
【００１７】
システム１０は、ＨＲＳＧシステム３５を更に含む。タービン１８からの加熱された排気ガス２９はＨＲＳＧシステム３５内に移送されて水を加熱し、蒸気タービン２１を作動させるのに使用される蒸気３３を発生させる。周知のように、ＨＲＳＧシステム３５は、様々な節炭器、凝縮器、蒸発器、加熱器などを含んでいて、蒸気タービン２１を作動させるのに使用される蒸気３３を発生させて加熱する。ＨＲＳＧシステム３５によって発生した蒸気３３は、蒸気タービン２１のタービン翼を通過する。蒸気３３が蒸気タービン２１内のタービン翼を通過するときに、蒸気タービン２１が回転駆動され、この回転駆動がシャフト２７を回転させることによって、第２の負荷２３を作動させる。
【００１８】
以下の説明において、軸２５に沿った軸方向３２、軸２５から離れる半径方向３４、及びタービン１８の軸２５の周囲の円周方向３６のような様々な方向又は軸線について参照する。更に、上記のように、後述する取付セグメントは様々なターボ機械（例えば、圧縮機１２、ガスタービン１８、又は蒸気タービン２１）のいずれで使用してもよいが、以下の説明はタービン１８（例えば、ガスタービン）に関連して改良された取付セグメントを説明する。
【００１９】
図２は、ロータ２４に連結されたタービン翼２２を備えたタービン１８の実施形態の部分軸方向断面図であり、各々のタービン翼２２の取付セグメント部分５０を示しており、この取付セグメント部分５０は各タービン翼２２をロータ２４に連結するものである。例えば、各々のタービン翼２２の取付セグメント部分５０（例えば、第１のダブテール部分又はダブテールインサート）は、ロータ２４の外面５４に形成された凹部又はスロット５２（例えば、軸方向スロット又は円周方向スロット；第２のダブテール部分又はダブテールスロット）と係合するように構成されたダブテール構成又は設計を有する。例えば、一実施形態において、スロット５２は、ロータ２４を完全に囲む（例えば、取り囲む）円周方向３６に延在する。別の実施形態では、ロータ２４は、ロータ２４に関して円周方向に互いに離間配置された複数の軸方向スロット５２を含む。図示の実施形態は、ロータ２４に連結されたタービン翼２２の単一段６０を示している。ここで使用しているように、タービン翼２２の「段」は、ロータ２４に沿った特定の軸方向３２位置においてロータ２４の周囲の円周方向３６に延在するタービン翼２２を指している。更に、上記のように、図示の実施形態における取付セグメント部分５０は、スロット５２内に円周方向３６に取り付けられる。言い換えれば、ロータ２４に形成されたスロット５２はロータ２４の周囲の円周方向３６に延在する。周知のように、各々のタービン翼２２の取付セグメント部分５０は、取付セグメント部分５０をスロット５２に挿入することによってロータ２４に連結することができる。
【００２０】
特定の実施形態では、タービン翼２２及びその各取付セグメント部分５０は単一片を形成することができる。更に、タービン翼２２及びその各取付セグメント部分５０は複数の積層された層から形成してもよい。例えば、積層された層は、セラミック基複合材料等の複合材料から作ることができる。周知のように、複合材料は、高温に耐えることが可能で、金属材料よりも長い寿命を有する。更に、複合材料は、金属材料ほど冷却を必要としない。
【００２１】
以下で詳述されるように、各々のタービン翼２２の取付セグメント部分５０は、取付セグメント部分５０のネック又はシャンク領域５２内に配設された複数の補強ピン６０を含むことができる。更にまた、複数の補強ピン６０は、取付セグメント部分５０の厚さを少なくとも部分的に通って延在する。言い換えれば、複数の補強ピン６０は、積層されてタービン翼２２及びその取付セグメント部分５０を形成する層に対して略横方向（例えば、垂直）に配設される。特定の実施形態では、複数の補強ピン６０はセラミック繊維で作られる。実際、補強ピン６０を作るのに使用される同じセラミック繊維を使用して、半径方向にタービン翼２２及び各取付セグメント部分５０の両方の個々の層を補強することができる。更に、後述するように、複数の補強ピン６０は、取付セグメント部分５０のネック領域６２内に千鳥型配列で配置してもよい。
【００２２】
図３は、タービン１８の実施形態の円周方向断面図であり、タービン翼２２及びその取付セグメント部分５０を示しており、取付セグメント部分５０はそのネック又はシャンク領域６２内に配置された複数の補強ピン６０を有している。上記のように、タービン翼２２の取付セグメント部分５０（例えば、第１のダブテール部分又はダブテールインサート）はダブテール構成を有し、タービン１８のロータ２４のスロット又は凹部（例えば、図２に示す第２のダブテール部分又はダブテールスロット）内に配置されるように構成することによって、ダブテール継手５３を形成することができる。更に、１つ以上のプラットホーム層（例えば、外層）６４は、取付セグメント部分５０がロータ２４のスロット５２内に配置されている場合、取付セグメント部分５０の反対側に配置することができる。即ち、１つのプラットホーム層６４はタービン翼２２の正圧側６６に配置されることになり、１つのプラットホーム層６４はタービン翼２２の負圧側６８に配置されることになる。
【００２３】
上記のように、取付セグメント部分５０のネック領域６２は補強ピン６０を含む。具体的には、補強ピン６０は、横方向に且つネック領域６２の厚さ７０を少なくとも部分的に通って延在する。図示するように、厚さ７０は、タービン翼２２の取付セグメント部分５０の正圧側６６から負圧側６８まで延在する。特定の実施形態では、補強ピン６０は、取付セグメント部分５０の厚さ７０が減少した（例えば、最小の又は最も狭い部分）範囲（例えば、最小ネック６２部分）に集中させてもよい。このようにして、補強ピン６０は、ネック領域６２及び取付セグメント部分５０全体の強度及び層間引張応力耐性を向上させることができる。
【００２４】
図示の実施形態では、補強ピン６０は、取付セグメント部分５０の外面７２を超えて延在しない。言い換えれば、補強ピン６０は、取付セグメント部分５０の外面７２に穴を開けず、取付セグメント部分５０に当接するプラットホーム層６４に接触しない。後述するように、補強ピン６０は、タービン翼２２の取付セグメント部分５０を形成する１つ以上の層を通って横方向に延在することになる。しかしながら、図示の実施形態では、補強ピン６０は取付セグメント部分５０の厚さ７０全体を通って延在しない。特定の実施形態では、各々の補強ピン６０は、取付セグメント部分５０の厚さ７０の約５〜９５パーセント、１０〜７５パーセント、１５〜５５パーセント、又は２０〜３５パーセントを通って延在する。
【００２５】
更にまた、上述のように、補強ピン６０は千鳥状にネック領域６２内に配設してもよい。例えば、図示の実施形態では、補強ピン６０は、タービン翼２２の取付セグメント部分５０の基部７４から上部７６まで千鳥配置される。即ち、隣接する補強ピン６０は、取付セグメント部分５０のネック領域６２内で（例えば、負圧側６６から正圧側６８まで）交互の側又は位置になっている。図示するように、各々の補強ピン６０は、ネック領域６２の厚さ７０の約半分を通って延在する。しかしながら、各々の補強ピン６０は、以下で図４に関して述べるように、集合的に取付セグメント部分５０を形成する複数の積層された層を通って延在してもよい。補強ピン６０が千鳥配置されるときに、第１の補強ピン７８は取付セグメント部分５０の正圧側６６に向かって配置され、第１の補強ピン７８に隣接する第２の補強ピン８０は負圧側６８に向かって配置される。同様に、第２の補強ピン８０に隣接する第３の補強ピン８２は正圧側６６に向かって配置され、第３の補強ピン８２に隣接する第４の補強ピン８４は負圧側６８に向かって配置される。このように、補強ピン６０は、取付セグメント部分５０のネック領域６２内で千鳥型配列を有する。更に、補強ピン６０（例えば、隣接する補強ピン６０）は少なくとも部分的に互いと重なり合う。このようにして、補強ピン６０によってネック領域６２の良好な有効範囲が達成されるとともに、コストや製造上の困難性を低減することができる。
【００２６】
周知のように、取付セグメント部分５０のネック領域６２内に配置される補強ピン６０の数は異なってもよい。例えば、取付セグメント部分５０のネック領域６２は１〜１０００個、２〜８００個、３〜６００個、４〜４００個、又はそれ以上の補強ピン６０を有してもよい。更に、上記のように、補強ピン６０は様々な材料から作ることができる。特定の実施形態では、補強ピン６０は、タービン翼２２と同一又は同様の材料から作製される。例えば、補強ピン６０は、セラミック基複合材料（例えば、セラミック繊維が埋め込まれたセラミック）等の複合材料から作製してもよい。
【００２７】
図４は、タービン１８の実施形態の部分円周方向断面図であり、タービン翼２２及びその取付セグメント部分５０を示しており、取付セグメント部分５０はそのネック領域６２内に配置された補強ピン６０を有している。図示するように、取付セグメント部分５０及びタービン翼２２は、複数の積層された層１００から形成される。タービン翼２２及びその取付セグメント部分５０を形成する層１００は、複合材料等の様々な材料から作ることができる。特定の実施形態では、層１００は、セラミック繊維１０４がその中に埋め込まれたセラミック（例えば、セラミックマトリックス材料）１０２から作られる。セラミックマトリックス材料１０２とセラミック繊維１０４は、同一材料であってよい。しかしながら、セラミックマトリックス材料１０２とセラミック繊維１０４は、異なる材料から作ってもよい。図示するように、セラミック繊維１０４は、セラミックマトリックス材料１０２内で概して各層１００の方向に指向される。
【００２８】
タービン翼２２及びその取付セグメント部分５０は、任意の数の層１００を有することができる。例えば、タービン翼及び取付セグメント部分５０は、１０〜１０００個、５０〜５００個、１００〜４００個、又は２００〜３００個の層１００を有してもよい。上記のように、層１００が積層されて、タービン翼２２及びその取付セグメント部分５０を形成することができる。即ち、層１００は、翼２２及び取付セグメント部分５０に沿って縦方向（例えば、半径方向３４）に指向される。しかしながら、タービン１８の運転中、特にネック領域６２内の取付セグメント部分５０の層１００は、（例えば、方向１０６において）層間引張応力を受ける場合がある。層間引張応力（例えば、剥離応力）の影響を軽減し、且つネック領域６２の強度を向上させるように、取付セグメント部分５０は補強ピン６０を含んでいる。上記のように、補強ピン６０は、横方向（例えば、軸方向３２又は円周方向３６）に、且つ取付セグメント部分５０のネック領域６２の厚さ７０を少なくとも部分的に通って延在する。実際、各々の補強ピン６０は、取付セグメント部分５０のネック領域６２を形成する２つ以上の層１００を通って延在する。しかしながら、上述のように、補強ピン６０は、取付セグメント部分５０のネック領域６２の外面７２を超えて延在しない。その他の実施形態では、補強ピン６０はその他の横方向模様（例えば、格子模様、十字模様など）で配設してもよい。
【００２９】
更に、図示の実施形態の補強ピン６０は、上記したのと同様の方法で、取付セグメント部分５０のネック領域６２内で千鳥状に配設される。更にまた、隣接する千鳥状の補強ピン６０も同じく少なくとも部分的に互いと重なり合う。例えば、各々の補強ピン６０の長さの約１０〜９０パーセント、２０〜７０パーセント、又は３０〜５０パーセントが、隣接する千鳥状の補強ピン６０と重なり合うことになる。
【００３０】
補強ピン６０は、様々な異なる製造工程を用いて複数の層１００を通って横方向に配置することができる。例えば、複数の初期層１００が相互に積層され、補強ピン６０によって初期層１００に（例えば、初期層１００に対して横又は垂直方向に）穴が開けられる。その後、追加層１００が初期層１００及び補強ピン６０に積層され、それによって補強ピン６０に同様に追加層１００に穴を開けさせる。周期的に、更なる追加層１００が追加されるにつれて更なる補強ピン６０が追加されることによって、補強ピン６０の千鳥型配列が形成される。周知のように、補強ピン６０は、その他の方法でも同様にネック領域６２の層１００に対して垂直又は横に配置される。
【００３１】
図５は、タービン翼２２の取付セグメント部分５０のネック領域６２における半径方向３４及び層間（例えば、円周方向３６）の応力を示すグラフ１５０である。グラフ１５０で示すように、取付セグメント部分５０の半径方向応力１５２はタービン翼２２の翼中央部１５４（例えば、図３に示す厚さ７０の中間点）で最も低くなる。更に、取付セグメント部分５０の層間応力１５６は、タービン翼２２の翼中央部１５４で最も高くなる。従って、上記で詳述したように、補強ピン６０は、層間応力１５６が最も高く、半径方向応力１５２が最も低い場所（即ち、翼中央部１５４又は取付セグメント部分５０のネック領域６２の厚さ７０の中間地点）に配置される。更に、補強ピン６０は、半径方向応力１５２が最も高く、層間応力１５６が最も低い取付セグメント部分５０の外縁部又は外層には配置されない。実際、上記のように、補強ピン６０は取付セグメント部分５０の外層に穴を開けることはない。補強ピン６０は層間応力１５６が最も大きい場所に配置されるので、補強ピン６０はタービン翼２２の取付セグメント部分５０内の強度及び応力耐性を向上させるように働く。
【００３２】
上記で詳述したように、開示された実施形態は、ターボ機械翼（例えば、タービン翼２２）の改良された取付セグメント部分５０を対象にしている。例えば、取付セグメント部分５０のネック又はシャンク領域６２は、ネック領域６２の厚さ７０を通って延在する補強ピン６０で補強される。タービン翼２２及び各取付セグメント部分５０は積層された層１００から単一片として形成してもよく、各々の層は複合材料（例えば、セラミック基複合材料）で作られている。複合材料の層１００が相互に組み立てられて積層されるときに、タービン翼２２の取付セグメント部分５０のネック領域６２の層１００に、同じくセラミック基複合材料から作られる補強ピン６０を層１００に対して略垂直な方向で挿入することができる。更にまた、補強ピン６０は、タービン翼２２の取付セグメント部分５０のネック領域６２の全体にわたって千鳥型配列又は構成で配置することができる。このようにして、補強ピン６０は、取付セグメント部分５０のネック領域６２を補強することによって、タービン翼２２の取付セグメント部分５０内の強度及び層間剥離応力耐性を向上させることができる。
【００３３】
本明細書は、実施例を使用して、最良の形態を含む本発明を開示し、更にあらゆる装置又はシステムを製作且つ使用すること及びあらゆる組み込まれた方法を実行することを含む本発明の実施を当業者が行うのを可能にする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有する場合、又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する同等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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