(57)【要約】【課題】本発明の様々な実施形態は、タービンバケットおよびそのようなバケットを採用するシステムを提供する。【解決手段】様々な特定の実施形態が、基部と、エーロフォイルの第１の端部で基部に結合されているエーロフォイルであって、吸込み側と、吸込み側の反対側にある圧迫側と、圧迫側と吸込み側との間に広がる前縁と、前縁の反対側にあり、圧迫側と吸込み側との間に広がる後縁とを備えるケーシングであって、前縁上に穴を含むケーシングと、ケーシング内のコアであって、ケーシングを支持するための蛇形状と、ケーシングの前縁上の穴と流体連通する前縁通路とを備えるコアとを備えるエーロフォイルとを備えるタービンバケットを含む。【選択図】図１
2015081603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部（２１２）と、
エーロフォイル（２０２）の第１の端部（２１５）で前記基部（２１２）に結合されているエーロフォイル（２０２）であって、吸込み側（２０４）と、前記吸込み側（２０４）の反対側の圧迫側（２０６）と、前記圧迫側（２０６）と前記吸込み側（２０４）との間に広がる前縁（２０８）と、前記前縁（２０８）の反対側にあり、前記圧迫側（２０６）と前記吸込み側（２０４）との間に広がる後縁（２１０）とを備えるケーシングで（２０３）あって、前記前縁（２０８）上に穴（２１８）を含むケーシング（２０３）と、前記ケーシング（２０３）内のコア（３００）であって、前記ケーシング（２０３）を支持するための蛇形状（３０２）と、前記ケーシング（２０３）の前記前縁（２０８）上の前記穴（２１８）と流体連通する前縁通路（３０４）とを含むコア（３００）とを備えるエーロフォイル（２０２）と
を備えるタービンバケット（２０、２００）。
【請求項２】
前記蛇形状コア（３００）が、前記ケーシング（２０３）内に略半径方向に延在する１組の隣接する補強部材（３１０）と、
支持部材（３１６）を保持するための前記１組の隣接する補強部材（３１０）の１端部に近接する１組の支持部材シュート（３１４）と
を備える、請求項１に記載のタービンバケット（２０、２００）。
【請求項３】
各支持部材シュート（３１４）の中に支持部材（３１６）を更に備え、前記支持部材（３１６）がロウ付けまたは溶接支持ボール（３１６）を含む、請求項２に記載のタービンバケット（２０、２００）。
【請求項４】
前記１組の支持部材シュート（３１４）が、前記１組の隣接する補強部材（３１０）の半径方向内周側に配置される、請求項２に記載のタービンバケット（２０、２００）。
【請求項５】
前記１組の隣接する補強部材（３１０）が、複数の補強フィンガ（３２０）と、
隣接する補強フィンガ（３２０）の間の１組の半径方向内側折返し（３２２）と、
隣接する補強フィンガ（３２０）の間の１組の半径方向外側折返し（３２４）と
を備え、前記１組の半径方向外側折返し（３２４）の中の少なくとも１つの半径方向外側折返し（３２４）が、対称的弓形状（３２６）を含み、前記隣接する補強フィンガ（３２０）が、前記折返し（３２４）の半径方向に最外側部分（３２８）で第１の距離で分離され、前記折返し（３２４）の半径方向の内側部分（３３０）で、第１の距離よりも小さい第２の距離で分離されている、請求項２に記載のタービンバケット（２０、２００）。
【請求項６】
前記１組の隣接する補強部材（３１０）が、実質的に単一構造である、請求項２に記載のタービンバケット（２０、２００）。
【請求項７】
前記タービンバケット（２０、２００）が、表Ｉに記載のＸ、ＹおよびＺのデカルト座標値に実質的に一致する基準内部コア輪郭を含み、Ｚ値は、前記Ｚ値にインチ単位で表したバケット（２０、２００）の高さを乗じることによって、インチ単位で表したＺ距離に換算可能な０から１までの無次元値であり、ＸおよびＹは、無次元値であり、滑らかな連続円弧で結ぶと、前記バケット（２０、２００）に沿って各距離Ｚにおける内部コア輪郭断面を画定し、前記Ｚ距離における輪郭断面を互いに滑らかに結ぶと前記バケット内部コア輪郭を形成する、請求項１に記載のタービンバケット（２０、２００）。
【請求項８】
前記前縁（２０８）上の前記穴（２１８）および前記コア（３００）内の前記前縁通路（３０４）が、前記エーロフォイル（２０２）の半径方向の先端（３３４）よりも前記基部（２１２）により接近して配置される、請求項１に記載のタービンバケット（２０、２００）。
【請求項９】
前記基部（２１２）が、前記エーロフォイル（２０２）の半径方向内周側にある、請求項８に記載のタービンバケット（２０、２００）。
【請求項１０】
前記コア（３００）が、前記エーロフォイル（２０２）の前記基部（２１２）から延在する、請求項９に記載のタービンバケット（２０、２００）。
【請求項１１】
前記コア（３００）が、前記前縁（２０８）上の前記穴（２１８）と流体連通する、少なくとも部分的に半径方向に延在する通路（３３６）を更に含む、請求項１に記載のタービンバケット（２０、２００）。
【請求項１２】
前記少なくとも部分的に半径方向に延在する通路（３３６）が、前記前縁（２０８）上の前記穴（２１８）および前記後縁通路（３０４）に入る作動流体の量を調節するための１組の調量形態（３３８）を含む、請求項１１に記載のタービンバケット（２０、２００）。
【請求項１３】
１組のバケット（２０、２００）を備えるタービンロータ区分（１２）であって、
前記１組のバケット（２０、２００）が、基部（２１２）と、
エーロフォイル（２０２）の第１の端部（２１５）で前記基部（２１２）に結合されているエーロフォイル（２０２）であって、吸込み側（２０４）と、前記吸込み側（２０４）の反対側の圧迫側（２０６）と、前記圧迫側（２０６）と前記吸込み側（２０４）との間に広がる前縁（２０８）と、前記前縁（２０８）の反対側にあり、前記圧迫側（２０６）と前記吸込み側（２０４）との間に広がる後縁（２１０）とを備えるケーシング（２０３）であって、前記前縁（２０８）上に穴（２１８）を含むケーシング（２０３）と、前記ケーシング（２０３）内のコア（３００）であって、前記ケーシング（２０３）を支持するための蛇形状（３０２）と、前記ケーシング（２０３）の前記前縁（２０８）上の前記穴（２１８）と流体連通する前縁通路（３０４）とを含むコア（３００）とを備えるエーロフォイル（２０２）と
を備える少なくとも１つのバケット（２０、２００）を含む、タービンロータ区分（１２）。
【請求項１４】
前記蛇形状コア（３００）が、前記ケーシング（２０３）内に略半径方向に延在する１組の隣接する補強部材（３１０）と、
支持部材（３１６）を保持するための前記１組の隣接する補強部材（３１０）の１端部に近接する１組の支持部材シュート（３１４）と
を備える、請求項１３に記載のタービンロータ区分（１２）。
【請求項１５】
各支持部材シュート（３１４）の中に支持部材（３１６）を更に備え、前記支持部材（３１６）がロウ付けまたは溶接された支持ボール（３１６）を含む、請求項１４に記載のタービンロータ区分（１２）。
【請求項１６】
前記１組の隣接する補強部材（３１０）が、複数の補強フィンガ（３２０）と、
隣接する補強フィンガ（３２０）の間の１組の半径方向内側折返し（３２２）と、
隣接する補強フィンガ（３２０）の間の１組の半径方向外側折返し（３２４）と
を備え、前記１組の半径方向外側折返し（３２４）の少なくとも１つが、対称的弓形状（３２６）を含み、前記隣接する補強フィンガ（３２０）が、前記折返し（３２４）の半径方向に最外側部分（３２８）で第１の距離で分離され、前記折返し（３２４）の半径方向の内側部分（３３０）で、第１の距離よりも小さい第２の距離で分離されている、請求項１４に記載のタービンロータ区分（１２）。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのバケット（２０、２００）が、表Ｉに記載のＸ、ＹおよびＺの組のデカルト座標値に実質的に一致する基準内部コア輪郭を含み、Ｚ値は、前記Ｚ値にインチ単位で表したバケット（２０、２００）の高さを乗じることによってインチ単位で表したＺ距離に換算可能な０から１までの無次元値であり、ＸおよびＹは、無次元値であり、滑らかな連続円弧で結ぶと、前記バケット（２０、２００）に沿って各距離Ｚにおける内部コア輪郭断面を画定し、前記Ｚ距離における輪郭断面を互いに滑らかに結ぶと前記バケット内部コア輪郭を形成する、請求項１４に記載のタービンロータ区分（１２）。
【請求項１８】
前記前縁（２０８）上の前記穴（２１８）および前記コア（３００）内の前記前縁通路（３０４）が、前記エーロフォイル（２０２）の半径方向の先端（３３４）よりも前記基部（２１２）により接近して配置される、前記基部（２１２）が、前記エーロフォイル（２０２）の半径方向に内周側にある、請求項１３に記載のタービンロータ区分（１２）。
【請求項１９】
前記コア（３００）が、前記前縁（２０８）上の前記穴（２１８）と流体連通する、少なくとも部分的に半径方向に延在する通路（３３６）を更に含み、前記少なくとも部分的に半径方向に延在する通路（３３６）が、前記前縁（２０８）上の前記穴（２１８）および前記前縁通路（３０４）に入る作動流体の量を調節するための１組の調量形態（３３８）を含む、請求項１３に記載のタービンロータ区分（１２）。
【請求項２０】
隔壁区分（２１）と、
前記隔壁区分（２１）内に少なくとも部分的に含まれ、少なくとも１つのバケット（２０、２００）備える１組のバケット（２０、２００）を含むロータ区分（１２）であって、少なくとも１つのバケット（２０、２００）が、基部（２１２）と、エーロフォイル（２０２）の第１の端部（２１５）で前記基部（２１２）に結合されているエーロフォイル（２０２）であって、吸込み側（２０４）と、前記吸込み側（２０４）の反対側にある圧迫側（２０６）と、前記圧迫側（２０６）と前記吸込み側（２０４）との間に広がる前縁（２０８）と、前記前縁（２０８）の反対側にあり、前記圧迫側（２０６）と前記吸込み側（２０４）との間に広がる後縁（２１０）とを備えるケーシング（２０３）であって、前記前縁（２０８）上に穴（２１８）を含むケーシング（２０３）と、前記ケーシング（２０３）内のコア（３００）であって、前記ケーシング（２０３）を支持するための蛇形状（３０２）と、前記ケーシング（２０３）の前記前縁（２０８）上の前記穴（２１８）と流体連通する前縁通路（３０４）とを含むコア（３００）とを備えるエーロフォイル（２０２）とを備える、ロータ区分（１２）と
を備えるタービン（１０）において、
前記少なくとも１つのバケット（２０、２００）が、表Ｉに記載のＸ、ＹおよびＺの組のデカルト座標値に実質的に一致する基準内部コア輪郭を含み、Ｚ値は、前記Ｚ値にインチ単位で表したバケット（２０、２００）の高さを乗じることによって、インチ単位で表したＺ距離に換算可能な０から１までの無次元値であり、ＸおよびＹは、無次元値であり、滑らかな連続円弧で結ぶと、前記バケット（２０、２００）に沿って各距離Ｚにおける内部コア輪郭断面を画定し、前記Ｚ距離における輪郭断面を互いに滑らかに結ぶと前記バケット内部コア輪郭を形成する、タービン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する主題は、ターボ機械に関する。より詳細には、本明細書に開示する主題は、ガスタービンおよび／または蒸気タービンなどのターボ機械内の構成要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンシステムは、発電などの分野で広く利用されるターボ機械の一実施例である。従来のガスタービンシステムは、圧縮機区分、燃焼器区分およびタービン区分を含む。ガスタービンシステムの作動中に、システム内の様々な構成要素が高温流を受け、それによって構成要素が損傷する原因になる可能性がある。より高温の流れが、一般的にガスタービンシステムの性能、効率および出力の増加をもたらすので、ガスタービンシステムが上昇した温度で作動することができるために、高温流を受ける構成要素を冷却することが望ましい可能性がある。
【０００３】
全体的に改善した効率およびエーロフォイル装填を含む設計目標を満たすために、ガスタービンシステムのタービン区分、または高温ガス通路区分の各段に対して多くのシステム要求が設けられている。詳細には、タービン区分の第１段のバケットは、特定の段に対する作動要求を満たすように設計され、更に、バケット冷却領域および壁厚に対する要求を満たすように設計される。しかし、従来の設計は、いくつかの場合にこれらの作動要求を満たすことができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８，３７１，８１５号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明の様々な実施形態は、タービンバケットおよびそのようなバケットを採用するシステムを含む。様々な特定の実施形態が、基部と、エーロフォイルの第１の端部で基部に結合されているエーロフォイルであって、吸込み側と、吸込み側の反対側にある圧迫側と、圧迫側と吸込み側との間に広がる前縁と、前縁の反対側にあり、圧迫側と吸込み側との間に広がる後縁とを備えるケーシングであって、前縁上に穴を含むケーシングと、ケーシング内のコアであって、ケーシングを支持するための蛇形状と、ケーシングの前縁上の穴と流体連通する前縁通路とを備えるコアとを備えるエーロフォイルとを備えるタービンバケットを含む。
【０００６】
本発明の第１の態様が、基部と、エーロフォイルの第１の端部で基部に結合されているエーロフォイルであって、吸込み側と、吸込み側の反対側にある圧迫側と、圧迫側と吸込み側との間に広がる前縁と、前縁の反対側にあり、圧迫側と吸込み側との間に広がる後縁とを備えるケーシングであって、前縁上に穴を含むケーシングと、ケーシング内のコアであって、ケーシングを支持するための蛇形状と、ケーシングの前縁上の穴と流体連通する前縁通路とを備えるコアとを備えるエーロフォイルとを備えるタービンバケットを含む。
【０００７】
本発明の第２の態様が、１組のバケットを備えるタービンロータ区分であって、１組のバケットが、基部と、エーロフォイルの第１の端部で基部に結合されているエーロフォイルであって、吸込み側と、吸込み側の反対側にある圧迫側と、圧迫側と吸込み側との間に広がる前縁と、前縁の反対側にあり、圧迫側と吸込み側との間に広がる後縁とを備えるケーシングであって、前縁上に穴を含むケーシングと、ケーシング内のコアであって、ケーシングを支持するための蛇形状と、ケーシングの前縁上の穴と流体連通する前縁通路とを備えるコアとを備えるエーロフォイルとを備える、タービンロータ区分を含む。
【０００８】
本発明の第３の態様が、隔壁区分と、隔壁区分内に少なくとも部分的に含まれ、少なくとも１つのバケットを備える１組のバケットを含むロータ区分であって、少なくとも１つのバケットが、基部と、エーロフォイルの第１の端部で基部に結合されているエーロフォイルであって、吸込み側と、吸込み側の反対側にある圧迫側と、圧迫側と吸込み側との間に広がる前縁と、前縁の反対側にあり、圧迫側と前記吸込み側との間に広がる後縁とを備えるケーシングであって、前縁上に穴を含むケーシングと、ケーシング内のコアであって、ケーシングを支持するための蛇形状と、ケーシングの前縁上の穴と流体連通する前縁通路とを備えるコアとを備えるエーロフォイルとを備える、ロータ区分とを備えるタービンにおいて、少なくとも１つのバケットが、表Ｉに記載のＸ、ＹおよびＺのデカルト座標値に実質的に一致する基準内部コア輪郭を含み、Ｚ値は、Ｚ値にインチ単位で表したバケットの高さを乗じることによって、インチ単位で表したＺ距離に換算可能な０から１までの無次元値であり、ＸおよびＹは、無次元値であり、滑らかな連続円弧で結ぶと、バケットに沿って各距離Ｚにおける内部コア輪郭断面を画定し、Ｚ距離における輪郭断面を互いに滑らかに結ぶとバケット内部コア輪郭を形成する、タービンを含む。
【０００９】
本発明のこれらおよび他の特徴は、添付の図面と併せて考察する本発明の様々な態様の以下の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。添付の図面は、本発明の様々な実施形態を描いている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態によるタービンの部分の三次元部分切欠き斜視図である。
【図２】本発明の様々な実施形態によるエーロフォイルおよび基部を含むタービンバケットの三次元概略図である。
【図３】本発明の様々な実施形態による図２のタービンバケットのコアの斜視図である。
【図４】図３のコアの基部部分の近接斜視図である。
【図５】図３のコアの調量された入口部分の近接斜視図である。
【図６】図３のコアの対称的折返し部分の近接斜視図である。
【図７】本発明の実施形態による多軸式複合サイクル発電装置システムの部分を図示する概略ブロック図である。
【図８】本発明の実施形態による単軸式複合サイクル発電装置システムの部分を図示する概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の図面は、必ずしも縮尺通りではないことに留意されたい。図面は、本発明の典型的な態様だけを描くことを意図しており、したがって、本発明の範囲を限定すると考えるべきではない。図面間で同じ符号の付いた要素は、互いに関連して記載されている要素と実質的に同じである可能性があると理解されたい。更に、図１〜図９に関連して図示され、記載された実施形態の中で、同じ符号は同じ要素を表すことができる。これらの要素の冗長な説明は、分かりやすいように省いてある。最後に、図１〜図９の構成要素およびそれらに付随する説明は、本明細書に記載する任意の実施形態に適用可能であると理解されたい。
【００１２】
本明細書で特に言及するように、本発明の様々な態様は、タービンバケットに向けられている。本発明の特定の態様は、蛇状コア構造を有するタービンバケットを含む。
【００１３】
従来のタービンバケットとは対照的に、本発明の態様は、そのケーシング内に蛇状コア補強構造を有するタービンバケット（例えば、タービンシャフトを駆動する動的バケット）を含む。バケットは、バケットの前縁上の穴と流体連通する前縁通路を更に含むことができる。蛇状コア補強構造は、バケットケーシングを補強することができ、従来の補強構造と比較すると安定性の向上をもたらすことができる。加えて、前縁通路は、バケットを採用するタービン内で流れに関連する非効率性を低減することができる。更に、本明細書で説明するように、蛇状コア補強構造は、そのような補強構造を採用する１つまたは複数のバケット内部の、および／または１つまたは複数のバケットを横切る熱伝達の向上をもたらすことができる。
【００１４】
本明細書で使用する場合、「軸方向の」および／または「軸方向に」という用語は、ターボ機械（詳細には、ロータ区分）の回転軸に略平行である軸Ａに沿った相対的な位置／方向を指示する。更に本明細書で使用する場合、「半径方向の」および／または「半径方向に」という用語は、軸Ａに略垂直であり、１つの位置でのみ軸Ａに交差する、軸Ａに沿った相対的な物体の位置／方向を指示する。加えて、「円周方向の」および／または「円周方向に」という用語は、軸Ａを取り囲むが、任意の位置で軸Ａに交差しない、円周に沿った相対的な物体の位置／方向を指示する。更に、前縁／圧迫側という用語は、システムの流体流に対して上流に配向された構成要素および／または面を指示し、後縁／吸込み側という用語は、システムの流体流に対して下流に配向された構成要素および／または面を指示する。蛇状コア補強構造の形状を画定するために使用されるデカルト座標システムが、本明細書で更に定義され、軸方向、半径方向などの方向指示用語から独立して機能することができる。
【００１５】
以下の説明の中で、部分を形成する添付の図面を参照するが、図面では、本教示が実施され得る特定の実施形態の実施例として示されている。当業者が本教示を実施することができるようにこれらの実施形態を十分詳細に説明しており、本教示の範囲から逸脱せずに他の実施形態を利用することができ、変形形態を作製することができることを理解されたい。したがって、以下の説明は単に例示的に過ぎない。
【００１６】
図面を参照すると、図１は、本発明の様々な実施形態によるタービン１０（例えば、ガスタービンまたは蒸気タービン）の部分切欠き斜視図を示す。タービン１０は、回転シャフト１４および複数の軸方向に離隔されたロータホイール１８を含むロータ１２を含む。複数の回転バケット２０（動的バケット）は、各ロータホイール１８に機械的に結合されている。より具体的には、バケット２０は、各ロータホイール１８の周りに円周方向に延在する列に配置される。シャフト１４を中心として円周方向に配置されている複数の静止ブレード（または、静翼）２２を含む隔壁２１が示され、ブレード２２は隣接するバケット２０の列の間に軸方向に配置されている。静止ブレード２２は、バケット２０と協働してタービン１０の段を形成し、タービン１０を通る流路の部分を画定する。図示のように、隔壁２１は、少なくとも部分的にロータ１２を取り囲む（この切欠き図参照）。図示のタービン１０は、２組のタービン段に供給する軸方向に心合わせされ入口開口を含むデュアルフロー型タービン１０であることを理解されたい。第１の軸方向の端部から燃焼ガスを吸気し、ガスがタービン上で機械的な仕事を実施した後、第２の軸方向の端部から燃焼ガスを排出する軸方向入口のガスタービンなど、軸方向のタービンに様々な教示を応用できることを理解されたい。
【００１７】
図１に戻ると、作動中ガス２４は、タービン１０の入口２６に入り、静止ブレード２２を通って導かれる。ブレード２２は、ガス２４をバケット２０に向ける。ガス２４は、残りの段を通過し、バケット２０に力を伝えてシャフト１４を回転させる。タービン１０の少なくとも１つの端部が、回転シャフト１２から離れて軸方向に延在することができ、限定しないが、発電機および／または他のタービンなどの負荷または機械（図示せず）に取り付け可能である。
【００１８】
一実施形態では、タービン１０が、５つの段を含むことができる。５つの段は、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３およびＬ４と呼ばれる。段Ｌ４は、第１段であり、５つの段の中で最も小さい（半径方向で）。段Ｌ３は、第２段であり、軸方向の次の段である。段Ｌ２は、第３段であり、５つの段の中で中間である。段Ｌ１は、第４段であり、最後から２番目の段である。段Ｌ０は、最後の段であり、最も大きい（半径方向で）。５つの段は１つの実施例としてのみ示され、各タービンは５段より多い、または少ない段を有することができることを理解されたい。更に、本明細書で説明するように、本発明の教示は多段タービンを必要としない。別の実施形態では、タービン１０は、推力を生成するために使用される航空機エンジンを備えることができる。
【００１９】
図２を参照すると、タービンバケット（または、単にバケット）２００の三次元概略図が、様々な実施形態によって示される。バケット２００は、タービン（例えば、タービン１０）の段の中にロータシャフトを中心として円周方向に分配配置された１組のバケットの部分である回転可能な（動的）バケットである。様々な実施形態では、バケット２００がタービン（例えば、図１のタービン１０）の中で、図１に関して図示し、説明するバケット２０として実施可能であることを理解されたい。すなわち、タービン（例えば、タービン１０）の作動中、バケット２００は、作動流体（例えば、ガスまたは蒸気）がバケットのエーロフォイルを横切って導かれ、ロータシャフト（例えば、シャフト１４）の回転を始動する場合に、軸Ａを中心として回転することになる。バケット２００は、複数の類似のまたは別個のバケット（例えば、バケット２００または他のバケット）と結合して（締め具、溶接、スロット／溝などによる機械的結合）、タービン段の１組のバケットを形成するように構成されることを理解されたい。
【００２０】
図２に戻ると、タービンバケット２００は、吸込み側２０４（この図では遮られている）、および吸込み側２０４の反対側の圧迫側２０６を有するエーロフォイル２０２を含むことができる。バケット２００は、圧迫側２０６と吸込み側２０４との間に広がる前縁２０８、および前縁２０８の反対側にあり、圧迫側２０６と吸込み側２０４との間に広がる後縁２１０を更に含むことができる。この図では、エーロフォイル２０２のケーシング２０３だけが見えており、そのコア構造（３００、図３）がケーシング２０３によって遮られている。本明細書ではコア構造（３００、図３）をより詳細に説明することになる。様々な実施形態の中でバケット２００は、後の段（例えば、Ｌ３〜Ｌ０）に配置されるバケットよりも高温および高圧作動流体（例えば、ガスまたは蒸気）にさらされる第１段（Ｌ４）のバケットであり得ることを理解されたい。本明細書で記載するように、タービンバケット２００の様々な態様が、そのようなバケットを利用するタービン内における改良された製品寿命および性能を可能にする。
【００２１】
図示のように、バケット２００は、エーロフォイル２０２に結合された基部２１２を更に含むことができる。基部２１２は、吸込み側２０４、圧迫側２０６、後縁２１０および前縁２０８に沿ってエーロフォイル２０２と結合され得る。様々な実施形態の中で、バケット２００は、エーロフォイル２０２の第１の端部２１５に近接する隅肉部２１４を含み、隅肉部２１４は、エーロフォイル２０２と基部２１２とを結合する。隅肉部２１４は、鋳造される（鋳放し形態）ことができ、あるいは溶接またはロウ接隅肉部を含むことができ、それは従来のミグ溶接、ティグ溶接、ロウ付けなどによって形成され得る。  当技術分野で公知のように、基部２１２は、タービンロータシャフト（例えば、シャフト１４）内の対合スロット内に嵌合し、他のバケット２００の隣接する基部構成要素と対合するように設計されている。基部２１２は、エーロフォイル２０２の半径方向内周側に配置されるように設計されている。当技術分野で公知のように、基部２１２は、ダブテールまたはもみの木型結合部を経て、溶接または任意の他の機械的または物理的結合によってロータのホイールに結合することができる（例えば、ロータシャフト１４に結合される）。
【００２２】
様々な実施形態の中で、本明細書で説明するように、エーロフォイル２０２は、エーロフォイル２０２のコアからエーロフォイル２０２の外部に冷却流体の排気を可能にするために、前縁２０８に沿って穴２１８を含むことができる。本明細書で説明するように、穴２１８は、エーロフォイル２０２のコア内の通路と流体連通することができ、穴２１８および通路は共に、作動流体をエーロフォイル２０２のコアからエーロフォイル２０２の外部に排気することを可能にする。冷媒流は、基部区分２１２を経てコア（コア構造体３００、図３）に入ることができ、１つまたは複数の穴２１８を経てコアを出ることができる。様々な実施形態の中で、１つまたは複数の穴２１８が、前縁２０８、後縁２１０またはエーロフォイル２０２の他の面に沿って配置可能であることを理解されたい。
【００２３】
図３は、エーロフォイル２０２のケーシング２０３内のコア構造体３００の三次元概略図を示す。コア構造体（または、簡単にコア）３００は、本明細書で更に説明する蛇形状３０２を有することができる。コア３００は、エーロフォイル２０２のケーシング２０３を支持することができ、基部２１２（図２）から半径方向にエーロフォイル２０２の長さに沿って延在することができる。本明細書で説明するように、蛇形状３０２は、例えば、タービン（例えば、本明細書で説明するガスタービンまたは蒸気タービン）の作動中バケット２００の利用中に、ケーシング２０３（図２）を機械的に支持することができる。図３に示すように、コア３００は、エーロフォイルケーシング２０３の前縁２０８上の穴２１８と流体連通する前縁通路３０４を含むことができる。前縁通路３０４は、例えば、冷却液体などの冷媒流体が穴２１８を通ってエーロフォイル２０２の外部に排出するように、前縁２０８上の穴２１８と流体連通することができる。
【００２４】
図３、ならびに図４および図５では、図示の本体は、エーロフォイル２０２内に形成された空洞の外形であることができて、コア３００またはその部分の外面と見えるものが、事実上、空洞とバケット２００および／またはエーロフォイル２０２の固体材料との間に本体が表す、または境界を接する空洞の壁であることができる。概念的に助けるために、そうではなくて、コア３００またはその部分の表示が、バケット２００および／またはエーロフォイル２０２を鋳造する際に含まれているが、コア３００を形成する空洞を残すために後に除去される形態であると考えることができる。鋳造は、バケット２００、エーロフォイル２０２および／またはコア３００が作製および／または形成され得る多くの方法の１つに過ぎないことに留意すべきである。コア３００の代替の概念は、内側および外側を画定する金属の薄いシートを用いて形成することを含むことができる。
【００２５】
様々な実施形態の中で、蛇形状コア３０２は、ケーシング（２０３）内に略半径方向に延在する１組の隣接する補強部材３１０を含む。本明細書で説明するように、１組の隣接する補強部材３１０は、１つまたは複数の実質的に単一の材料部品、例えば、鋼鉄、アルミニウムおよび／またはそれらの金属の合金などの金属から形成可能である。様々な実施形態の中で、隣接する補強部材３１０の組は、実質的に単一構造として形成され、例えば、一体型鋳造および／または鍛造によって一体的に形成され得る。いくつかの代替実施形態の中で、隣接する補強部材３１０は、別々の補強部材から形成可能であり、補強部材はこれら別々の部材間の継目または不連続性をなくすように一体に接合される。いくつかの特定の場合では、これら別々の部材は一体に溶接および／またはロウ付けされる。他の実施形態では、当技術分野で公知のように、形状は、バケット２００および／またはエーロフォイル２０２の鋳造中に、バケット２００および／またはエーロフォイル２０２用の鋳型の中に配置され得る犠牲材料から作製され得る。そのような犠牲材料は、鋳造に付随する状態に耐えるように選択されることが可能であるが、後に取り除かれてコア３００を形成する空洞を残すことができるが、そうでなければ実質的に固体のバケット２００および／またはエーロフォイル２０２である。
【００２６】
蛇形状コア３０２は、１組の隣接する補強部材３１０の１端部３１２（半径方向内側端部）近傍の１組の支持部材シュート（またはスロット）３１４を更に含むことができる。１組の支持部材シュート３１４は、支持部材（図４）を保持する寸法に形成可能である。図４は、支持部材シュート３１４に結合された複数の補強部材の半径方向内側端部３１２の近接図を示す。支持部材シュート３１４の半透明の図で示されるように、支持部材３１６は、各支持部材シュート３１４内に（隣接する補強部材３１０の半径方向内周側に）格納され得る。様々な実施形態の中で、各支持部材３１６は、ロウ付けまたは溶接された支持ボールまたは類似の幾何形状、例えば、銀、金、パラジウム、銅、亜鉛、コバルト、ニッケルおよび／または１つまたは複数のこれらの金属の合金から形成される、略円形のロウ付けまたは溶接要素などを含むことができる。  更に本明細書で説明するように、少なくとも１つの支持部材３１６は、調量形態（例えば、図５に関連して図示し、説明する調量形態３３８）を含むことができる。
【００２７】
図３に戻ると（続いて図４を参照して）、１組の隣接する補強部材３１０は、複数の補強フィンガ３２０、隣接する補強フィンガ３２０の間の１組の半径方向内側折返し３２２、および隣接する補強フィンガ３２０の間の１組の半径方向外側折返し３２４を含むことができる。補強部材３１０の蛇状性質に起因して、いくつかの場合では、半径方向内側折返し３２２は、半径方向外側折返し３２４と同じ補強フィンガ３２０に結合することがまったくないことを理解されたい。すなわち、各補強フィンガ３２０は、単一の半径方向内側折返し３２２および単一の半径方向外側折返し３２４に結合されることになる。
【００２８】
いずれの場合でも、図３および図６に示すように、いくつかの場合、半径方向外側折返し３２４の組の中の少なくとも１つの半径方向外側折返し３２４が、対称的弓形状３２６を含むことができて、隣接する補強フィンガ３２０が、折返し（外側折返し３２４）の半径方向の最外側部分３２８で第１の距離（ｄ１）によって分離され、折返し（同じ外側折返し３２４）の半径方向内側部分３３０で、第１の距離よりも小さい第２の距離によって分離される。対称的弓形状３２６が、従来のバケットコア支持構造に比較すると、追加の機械的強度を提供することができる。様々な実施形態によって、少なくとも１つの半径方向内側折返し３２２が、半径方向外側折返し３２４に関して本明細書で説明するように、対称的弓形状３２６を含むことができることを更に理解されたい。
【００２９】
図５は、前縁通路３０４を含むコア構造体３００の断面の近接斜視図である。続いて図３を参照すると、様々な実施形態の中で、前縁２０８上の穴２１８および前縁通路３０４は、エーロフォイル２０２の半径方向の先端３３４よりも基部２１２により接近して配置されている。本明細書で説明するように、基部２１２はエーロフォイル２０２の半径方向内周側であり、いくつかの場合、前縁通路３０４および穴２１８は、エーロフォイル２０２の半径方向中心線（ＭＬｒ）の半径方向内周側である。
【００３０】
図５に示すように、コア３００は、前縁２０８上の穴２１８および前縁通路３０４と流体連通する、少なくとも部分的に半径方向に延在する通路３３６を更に含むことができる。すなわち、半径方向内側端部３１２（基部２１２に近接する）を経てコア３００に入る冷却流体は、半径方向に延在する通路３３６および前縁通路３０４を通って流れることができて、前縁２０８上の穴２１８を通って排出することができる。少なくとも部分的に半径方向に延在する通路３３６は、前縁２０８上の穴２１８を出る冷却流体の量（および前縁通路３０４通る冷却流体の流量）を調節する１組の調量形態３３８を更に含むことができる。これらの調量形態３３８は、少なくとも部分的に半径方向に延在する通路３３６を通る冷却流体の流れを妨げるための突起、穴、スロットなどを含むことができる。いくつかの場合、これらの調量形態３３８は、少なくとも部分的に半径方向に延在する通路３３６を横切って延在する１つまたは複数の隅肉付き、または先細になった支柱を含むことができる。様々な実施形態の中で、これらの調量形態３３８は、少なくとも部分的に半径方向に延在する通路３３６を横切って少なくとも部分的に軸方向に延在する。様々な実施形態の中で、間隙３４０が、少なくとも部分的に半径方向に延在する通路３３６に沿って隣接する調量形態３３８の間に半径方向に分配配置される。
【００３１】
本明細書で説明するように、バケット２００は更に、バケット２００を採用するタービン内、例えばガスタービン内の入口温度の上昇を可能にする。バケット２００は更に、そのコア３００を通る流体流の調量を可能にする。
【００３２】
バケット内部コア輪郭は、改良されたタービン性能が得られる必要な構造上および冷却要求を達成することができる固有の点の軌跡によって画定される。この固有の点の軌跡は、内部基準コア輪郭を画定し、以下の表ＩのＸ、ＹおよびＺデカルト座標によって識別される。表Ｉに示す座標値に対する３７００の点は、バケットのその長さに沿った様々な横断面での低温、すなわち常温のバケットに対するものである。正のＸ方向は、軸方向にタービンの排出端部に向かう方向であり、正のＹ方向は、後方から見たエンジンの回転方向の接線方向であり、および正のＺ方向は、半径方向外側にバケット先端に向かう方向である。Ｘ座標およびＹ座標は、例えばインチ単位の距離寸法で示され、各Ｚ位置で滑らかに結合されて、滑らかな連続的内部コア輪郭横断面を形成する。Ｚ座標は、０から１の無次元形態で示される。表Ｉの無次元Ｚ値にインチ単位で表したエーロフォイルの高さ寸法を乗じることによって、バケットの内部コア輪郭が得られる。Ｘ，Ｙ平面の各画定された内部コア輪郭断面をＺ方向の隣接する輪郭断面と滑らかに接続することによって、完全な内部バケットコア輪郭を形成する。
【００３３】
表Ｉの値は、バケットの内部コア輪郭を決定するために小数点以下５桁まで作成され、示されている。実際のバケットの内部輪郭には、考慮すべき一般的な製造公差ならびに被覆が存在する。したがって、表Ｉに示す輪郭のための値は、基準内部バケットコア輪郭に対するものである。したがって、任意の被覆厚さを含む一般的な±製造公差、すなわち±値は、以下の表Ｉに示すＸおよびＹ値に対して加算されることが理解されよう。したがって、内部コア輪郭に沿った任意の表面位置に対して標準の方向における±０．００５（無次元値）の製造公差は、この特定のバケット設計およびタービンについての内部コア輪郭包絡面、すなわち基準の低温または常温での実際の内部コア輪郭上の測定点と同一温度での以下の表Ｉに示すこれらの点の理想の位置との間における差異の範囲を定める。内部コア輪郭は、差異のこの範囲に対して安定した状態であり、機械的および冷却機能を損なうことがない。
【００３４】
図３に示す最も前方、または最も上流の、または前縁入口３６０の底部を基点とし、Ｘ軸はエーロフォイル２０２の、および／またはコア３００の翼弦に沿って、および／または線Ｃ−Ｃに略平行に延在することができ、Ｙ軸は、図３で略円周方向に配置されたＸ軸に対して直交方向にあることができ、したがってＺ軸はＸ軸とＹ軸との交点から離れて略半径方向に延在することができる。結果として得られる座標値においてそのような配向を斟酌する限り、エーロフォイル２０２に対して任意の他の適切な配向を使用することができる。実施形態の中で、輪郭を画定する座標システムは、それ自体の幾何形状に基づくことができ、したがってその配置に関係なく、描かれた輪郭を有するエーロフォイルを製造するために使用され得る。
【００３５】
以下の表Ｉに示す座標値は、好適な基準内部コア輪郭包絡線を提供する。
【００３６】
【表１】
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上記の表の中で開示するバケットは、他の類似のタービン設計で使用するために幾何形状的に拡大し、または縮小することができることも更に理解されよう。その結果、表Ｉに記載する座標値は、バケットの内部コア輪郭形状が変化しない状態で維持されるように、拡大し、または縮小することができる。表Ｉにおける座標の拡大縮小したものが、表ＩのＸ、ＹおよびＺ座標値によって表されることになり、無次元Ｘ、ＹおよびＺ座標値は、例えば、定数によって乗算および／または除算されたインチに換算された状態になる。
【００３７】
図７に戻ると、多軸式複合サイクル発電装置９００の部分の概略図が示されている。複合サイクル発電装置９００は、例えば発電機９７０に作動可能に結合されたガスタービン９８０を含むことができる。発電機９７０およびガスタービン９８０は、シャフト９１５によって機械的に結合されることができ、それによって、ガスタービン９８０の駆動シャフト（図示せず）と発電機９７０との間にエネルギーを伝達することができる。図７に更に示すように、熱交換器９８６がガスタービン９８０および蒸気タービン９９２に作動可能に結合されている。熱交換器９８６は、従来の導管（符号は省略されている）を経てガスタービン９８０および蒸気タービン９９２の両方に流体連通することができる。ガスタービン９８０および／または蒸気タービン９９２は、図２および／または本明細書で説明する他の実施形態に関連して図示し、説明する１つまたは複数のバケット２００を含むことができる。熱交換器９８６は、従来の複合サイクル発電装置の中で使用されるものなど、従来の熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）であることができる。発電の技術分野で公知のように、ＨＲＳＧ９８６は、ガスタービン９８０からの高温排気を利用して、水供給源と結合されて、蒸気タービン９９２に供給する蒸気を生成することができる。蒸気タービン９９２は、選択的に第２の発電機システム９７０に結合され得る（第２のシャフト９１５を経て）。発電機９７０およびシャフト９１５は当分野で公知の任意の寸法または種類であることができ、それらが結合される用途またはシステムに応じて異なることができることを理解されたい。発電機およびシャフトの共通の符号は、見やすいためのものであり、これらの発電機またはシャフトが必ずしも同一であることを示すものではない。別の実施形態では、図８に示すように、単一シャフトの複合サイクル発電装置９９０が、単一のシャフト９１５を経てガスタービン９８０および蒸気タービン９９２の両方に結合されている単一の発電機９７０を含むことができる。蒸気タービン９９２および／またはガスタービン９８０は、図２および／または本明細書で説明する他の実施形態に関連して図示し、説明する１つまたは複数のバケット２００を含むことができる。
【００３８】
本開示の装置または機器は、任意の特定の１つのエンジン、タービン、ジェットエンジン、発電機、発電システムまたは他のシステムに限定されるのではなく、他の航空機システム、発電システムおよび／またはシステム（例えば、複合サイクル、単一サイクル、原子炉など）と共に使用可能である。加えて、本発明の装置は、本明細書で説明する向上した先端での漏出の減少、ならびに装置および機器の向上した効率から恩恵を受けることができる、本明細書で説明しない他のシステムと共に使用されることが可能である。
【００３９】
様々な実施形態の中で、互いに「結合されている」と説明する構成要素は、１つまたは複数の境界面に沿って結合され得る。いくつかの実施形態では、これらの境界面は、別個の構成要素間の接合を含むことができ、他の場合には、これらの境界面は、頑丈におよび／または一体的に形成された相互結合を含むことができる。すなわち、いくつかの場合、互いに「結合されている」構成要素は、同時に形成されて、単一の連続的な部材を画定することができる。しかし、他の実施形態では、これらの結合された構成要素は、別個の部材として形成され、次いで公知の工程（例えば、締め付け、超音波溶接、接着）によって接合され得る。
【００４０】
本明細書で使用する用語は、特定の実施例だけを説明するためであり、限定することを意図しない。本明細書で使用する場合、単数形態の「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈でそうではないと明確に示さない限り、複数の形態も含むと意図する可能性がある。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「有している（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は包括的であり、したがって記載した形態、整数、ステップ、操作、要素および／または構成要素の存在を特定するが、しかし、１つまたは複数の他の形態、整数、ステップ、操作、要素、構成要素および／またはその群の存在または追加を排除するのではない。本明細書に説明する方法ステップ、工程および操作は、実施の順番として特に識別されない場合は、考察し、図示する特定の順番でそれらを実施することを必ずしも要求してはいないと考えるべきである。更に、追加または代替ステップを採用することもできると理解されたい。
【００４１】
要素または層が他の要素または層「の上に（ｏｎ）」、「に係合して（ｅｎｇａｇｅｄ  ｔｏ）」、「に連結されて（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｔｏ）」または「に結合されて（ｃｏｕｐｌｅｄ  ｔｏ）」いると呼ばれる場合、それが他の要素または層の直接上にあり、係合している、または結合されている可能性があり、あるいは介在する要素または層が存在する可能性がある。対照的に、要素が他の要素または層に「直接上に」、「直接係合して」、「直接連結されて」または「直接結合されて」いると呼ばれる場合、介在する要素または層は存在しない可能性がある。要素間の関係を説明するために使用する他の語を同様に解釈するべきである（例えば、「間に」対「直接間に」、「隣接する」対「直接隣接する」など）。本明細書で使用する場合、「および／または」は、関連して列挙する項目の１つまたは複数の任意およびすべての組合せを含む。
【００４２】
本明細書では、「内側（ｉｎｎｅｒ）」、「外側（ｏｕｔｅｒ）」、「下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「より下に（ｂｅｌｏｗ）」、「下方に（ｌｏｗｅｒ）」「上に（ａｂｏｖｅ）」、「上方に（ｕｐｐｅｒ）」などの空間的関係の用語は、図面に図示されたように、１つの要素または形態の他の要素または形態に対する関係を説明するために、説明を簡単にする目的で使用され得る。空間的関係の用語は、図面の中で描かれた配向に加えて、装置を使用または操作する際の異なる配向を包含するように意図され得る。例えば、図面の中の装置が回転置換される場合、他の要素または形態の「より下に」または「下に」と説明される要素は、その場合他の要素または形態の「上に」配向されることになろう。したがって、実施例の用語「より下に」は、上方および下方の両方の配向を包含することができる。装置は別の状態に配向される（９０°回転されて、または他の配向で）ことができ、本明細書で使用する空間の相対的記述語を適宜に解釈することができる。
【００４３】
本発明の様々な態様の上記の記載は、例示および説明の目的で提示された。開示する詳細な形態に限定的であり、または開示する詳細な形態に本発明を限定することを意図するのではなく、明らかに多くの修正形態および変形形態が可能である。そのような修正形態および変形形態が、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内に含まれるということは、当業者にとって明らかである可能性がある。
【００４４】
ここに記載する説明は、最良の形態を含む本発明を開示するための実施例を使用しており、更に当業者が、任意の装置またはシステムを作製し、使用し、かつ任意の組み込まれた方法を実施することを可能にする実施例を使用する。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者に思い当たる他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言とは異ならない構造的要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言とは実質的には異ならない均等な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあると意図するものである。
【符号の説明】
【００４５】
１０  タービン
１２  ロータ
１４  回転シャフト
１８  ロータホイール
２０  バケット
２１  隔壁
２２  ブレード（または、静翼）
２４  ガス
２６  入口
２００  タービンバケット
２０２  エーロフォイル
２０３  ケーシング
２０４  吸込み側
２０６  圧迫側
２０８  前縁
２１０  後縁
２１２  基部
２１４  隅肉部
２１５  第１の端部
２１８  穴
３００  コア構造体
３０２  蛇形状
３０４  前縁通路
３１０  補強部材
３１２  半径方向内側端部
３１４  支持部材シュート（または、スロット）
３１６  支持部材
３２０  補強フィンガ
３２２  内側折返し
３２４  外側折返し
３２６  弓形状
３２８  最外側部分
３３０  内側部分
３３４  半径方向の先端
３３６  通路
３３８  調量形態
３６０  入口
９００  複合サイクル発電装置
９１５  シャフト
９７０  発電機
９８０  ガスタービン
９８６  熱交換器
９９２  蒸気タービン
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
2015081603000001.pdf