(57)【要約】本発明は、翼脚と翼台座と翼形部（３）とを備えた流体機械用の翼（１）であって、翼形部（３）が翼前縁（４）から翼後縁（５）迄の翼長と、翼台座から翼先端迄の翼高を有し、翼形部（３）が少なくとも１つの本体セグメント（３ｂ）と、翼前後縁（４、５）の少なくとも一方の翼縁の範囲において本体セグメント（３ｂ）にかみ合い結合された縁セグメント（３ａ、３ｃ）とから形成された翼（１）に関する。長寿命で、モジュール構造翼の択一的で単純化された構造を提供すべく、かみ合い結合継手が、前記セグメント（３ａ、３ｂ、３ｃ）の１つに一体形成され、翼高の方向にわたって間隔を隔てた複数の突出部（７）を介して形成され、該突出部（７）間に少なくとも部分的に他のセグメント（３ａ、３ｂ、３ｃ）が突出して配置される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼脚と翼台座と翼形部（３）とを備えた流体機械用の翼（１）であって、翼形部（３）が翼前縁（４）から翼後縁（５）迄の翼長と、翼台座から翼先端迄の翼高とを有し、翼形部（３）が少なくとも１つの本体セグメント（３ｂ）と、翼前後縁（４、５）の少なくとも一方の翼縁の範囲において本体セグメント（３ｂ）にかみ合い結合された縁セグメント（３ａ、３ｃ）とから形成されている翼（１）において、
かみ合い結合継手が、前記セグメント（３ａ、３ｂ、３ｃ）の１つに一体形成され、翼高の方向において互いに間隔を隔てた複数の突出部（７）により形成され、該突出部（７）間に少なくとも部分的に他のセグメント（３ａ、３ｂ、３ｃ）が突出して配置されたことを特徴とする翼。
【請求項２】
本体セグメント（３ｂ）および縁セグメント（３ａ、３ｃ）が各々複数の突出部（７）と該突出部（７）間の凹所（８）とを有し、前記セグメント（３ａ、３ｂ、３ｃ）の１つに配置された突出部（７）が、かみ合い結合歯を形成した状態で、それに対向して位置する他のセグメント（３ａ、３ｂ、３ｃ）の凹所（８）内に突出してかみ合っていることを特徴とする請求項１記載の翼。
【請求項３】
翼縁（４、５、１２）の方向に延びるピン状保持要素が、２つのセグメント（３ａ、３ｂ、３ｃ）の突出部（７）を横に貫通することで、前記セグメント（３ａ、３ｂ、３ｃ）の相対運動を防止することを特徴とする請求項１又は２記載の翼。
【請求項４】
前記セグメント（３ａ、３ｂ、３ｃ）が異なる材料で形成されたことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の翼。
【請求項５】
少なくとも１つの前記セグメント（３ａ、３ｂ、３ｃ）が特に熱良導性材料で形成されたことを特徴とする請求項１から４の１つに記載の翼。
【請求項６】
少なくとも１つの前記セグメント（３ａ、３ｂ、３ｃ）が耐熱性材料で形成されたことを特徴とする請求項１から５の１つに記載の翼。
【請求項７】
少なくとも１つの前記セグメント（３ａ、３ｂ、３ｃ）がセラミックス材料で形成されたことを特徴とする請求項１から６の１つに記載の翼。
【請求項８】
少なくとも１つの前記セグメント（３ａ、３ｂ、３ｃ）が金属および／又は合金で形成されたことを特徴とする請求項１から７の１つに記載の翼。
【請求項９】
少なくとも１つの前記セグメント（３ａ、３ｂ、３ｃ）がプラスチック材料で形成されたことを特徴とする請求項１から８の１つに記載の翼。
【請求項１０】
前記セグメント（３ａ、３ｂ、３ｃ）が被覆されたことを特徴とする請求項１から９の１つに記載の翼。
【請求項１１】
少なくとも１つの前記セグメント（３ａ、３ｂ、３ｃ）が空洞を有することを特徴とする請求項１から１０の１つに記載の翼。
【請求項１２】
空洞（６）が別種のセグメント材料で充填されたことを特徴とする請求項１１記載の翼。
【請求項１３】
静翼又は動翼として形成されたことを特徴とする請求項１から１２の１つに記載の翼。
【請求項１４】
請求項１から１３の１つに記載の翼を備えることを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、翼脚と翼台座と翼形部とを備えた流体機械用の翼であって、翼形部が翼前縁から翼後縁迄の翼長と、翼台座から翼先端迄の翼高とを有し、翼形部が少なくとも１つの本体セグメントと、翼前後縁の少なくとも一方の翼縁の範囲において本体セグメントにかみ合い結合した縁セグメントとから形成された翼に関する。
【０００２】
かかるモジュール構造のタービン翼は、米国特許第４７８６２３４号明細書で公知である。そこに開示された翼形部は、複数の構成要素ないしセグメントからなる。その種々のセグメントは、翼高にわたり分割されている。米国特許第４７８６２３４号明細書に、変形例として、翼長の方向に分割された翼形部が示され、該翼形部の特に前縁および後縁が、半径方向に移動可能な別個の部品として形成されている。
【０００３】
米国特許第４７８６２３４号明細書に記載の最後の実施例を、例えば本体セグメントとその両側に一体鋳造された翼台座とを備えた静翼に利用すべく、少なくとも片側の翼台座は、半径方向に移動可能な翼縁がそれを通して翼形部上に移動する開口を有さねばならない。その場合、例えば翼形部と翼台座との移行範囲におけるシール処置のような、特別な構造的処置が必要であり、これは製造上および運転上不利である。
【０００４】
本発明の課題は、寿命が長く、モジュール構造翼の択一的で単純化された構造を提供することにある。また、点検費と製造費が安価な流体機械を提供することにある。
【０００５】
翼に関する課題は請求項１の特徴事項、もう１つの課題は請求項１４の特徴事項により解決される。本発明の有利な実施態様を、それらの従属請求項に示す。
【０００６】
本発明の課題を解決すべく、セグメントの１つに一体形成され、翼高の方向にわたり互いに間隔を隔てた複数の突出部によりかみ合い結合継手を形成し、前記突出部間に少なくとも部分的に他のセグメントを突出して配置する。
【０００７】
この継手は、縁セグメントを翼縁に対し直角に移動可能に形成したので、翼後縁ないし翼前縁の特に単純な組立が可能になる。従って、本発明に基づく翼の場合、翼を分解する必要なしに、縁セグメントの交換が行え、修理時間を短縮できる。また、モジュール構造によって、翼形部の大きく負荷され、従って傷み易い翼縁が目的に応じて交換できる。これは損耗の少ない本体セグメントの使用期間を長くする。また、交換可能な部分は機械的および熱的要件に的確に合わせられ、これによって、コスト削減を図れる。
【０００８】
更に、セグメント化により、個々の大きさの翼に対する標準セグメントが製造でき、この結果、採用期間および摩耗に関し、標準化によりコストを一層低減できる。その際、セグメントが種々の寸法を有するとよく、これに伴い、個々の摩耗度の部分を最良にまとめられる。結合は、圧力ばめ、ろう付け、溶接、接着又はピン継手によって行える。その際セグメント結合面が水平および／又は垂直に延びているとよい。
【０００９】
有利な実施態様では、本体セグメントと縁セグメントが各々複数の突出部とその突出部間の凹所とを有し、特に有効な継手が生ずる。セグメントの１つに配置された突出部が、かみ合い結合歯を形成した状態で、それに対向して位置する他のセグメントの凹所内に突出してかみ合う。この結果特に動翼において、運転中に半径方向に縁セグメントに作用する遠心力が、それに対し直角に延びる本体セグメントのセグメント結合面で受けられるので、翼縁の確実な固定が可能となる。
【００１０】
特に有利な実施態様では、翼縁の方向に延びるピン状保持要素が、該要素が２つのセグメントの突出部を横に貫通することで、セグメントの相対運動を防止する。両突出部のかみ合わせによって、相互にかみ合う重なり範囲が生じ、この範囲を通して、保持ピンがはめ込まれる一直線の孔が延びる。
【００１１】
他の有利な実施態様では、翼形部を形成するセグメントを別の材料で形成する。これは機械的に強く負荷される部分と熱的に強く負荷される部分が存在するので有利であり、従って異なる材料により、翼形部はそのセグメント状構成において、個々の摩耗条件に良好に適合する。本発明の他の教示に応じ、一部のセグメントを特に熱良導性材料で形成し、他の部分を耐熱性材料で形成できる。
【００１２】
その材料として、セラミックス材料、金属、合金および／又はプラスチック材料が挙げられる。また本発明の他の教示に従い、セグメントを被覆するとよい。これに伴い、セグメントの特性を、所定の目的に合わせて一層改善できる。
【００１３】
軽量化のため、セグメントに空洞を設け、該空洞をセグメント材料と異なる材料で充填するとよい。充填材料は例えば発泡材である。かくして、セグメントの強度特性に的確に影響を及ぼせる。
【００１４】
本発明の翼は、静翼又は動翼として適する。この翼をガスタービンに採用すると特に好ましい。
【００１５】
本発明の他の特徴と利点を、以下の流体機械の翼形部のモジュール構造翼縁の実施例についての図を参照した説明から明らかにする。
【００１６】
流体機械は、流れエネルギを回転エネルギに変換し又はその逆の変換のため、隣り合って配置された動翼と静翼から成る翼段を利用する。静翼は流体機械の車室に固定され、動翼はロータに直結される。
【００１７】
図１〜３は、別個に形成したセグメント状後縁を備えた本発明による翼１を示す。翼１自体は翼台座２ａと翼形部３を有し、翼形部３は前縁４と後縁５を備える。翼形部３の上端５ａに一体形成した第２翼台座２ｂを破線で示す。翼形部３は本体セグメント３ｂと後縁セグメント３ｃからなる。翼形部３の上端５ａにおいて、本体セグメント３ｂは複数の空洞６を備える。これら空洞６は、十分な強度で、運転中の機械的および熱的負荷を減少すべく翼質量を低減するために設けられる。その１つ又は複数の空洞６は、翼形部３の強度を高めるために発泡材で充填されている。
【００１８】
後縁セグメント３ｃは、翼後縁５の部分に翼高Ｈにわたり分布した複数の突起７を有し、該突起７は本体セグメント３ｂにそれらに対向して位置する凹所８にはまり込み、この結果両セグメント３ｂ、３ｃは互いにかみ合い結合する。突起７と凹所８は、翼高の一部にわたってのみ延びている。その永続的結合は、圧力ばめ、組立後のろう付け又は溶接により行える。この配置構造は、場合によっては動翼に対しても適用される。これは、遠心力に対し直角に延びるセグメント結合面１１が、組立可能な後縁セグメント３ｃに対し存在し、該セグメント結合面１１が、運転時後縁セグメント３ｃに作用する遠心力に対する対抗支持体として用いられるからである。
【００１９】
図２は、後縁セグメント３ｃと本体セグメント３ｂとのピン継手を部分断面図で示す。本体セグメント３ｂに凹所８があり、該凹所８は後縁セグメント３ｃに配置された凹所９に対向し、これら両凹所８、９にピン状保持要素１０がはまり込んでいる。組立のため、この保持要素１０は、例えば圧力ばめとして後縁セグメント３ｃにはめ込まれ、続いて翼後縁５に対し垂直方向の移動により本体セグメント３ｂに同じように固定される。
【００２０】
図３は、翼形部３の両端に翼台座２ａ、２ｂを配置したタービン静翼の実施例を示す。翼後縁５に、翼形部３の一部が交換可能な後縁セグメント３ｃとして形成されている。翼１の本体セグメント３ｂは上下の両突出部７間にわたって延びる凹所８を有し、該凹所８内に後縁セグメント３ｃが完全にはまり込んでいる。突出部７と後縁セグメント３ｃを、その固定および／又は確保のためピン状保持要素１０が翼後縁５の方向に貫通し、保持要素１０は第２翼台座２ｂの背面から入れられ、続いて第２翼台座２ｂに溶接される。この結果、第２翼台座２ｂが翼後縁５の範囲で本体セグメント３ｂに突出部７として移行し、これに伴いその移行範囲において高価な構造が防止され、例えばシール手段が省ける。かかる構造は、翼１の大きく負荷される翼前縁４に対しても勿論利用できる。また、翼１の前後両縁１２の両方をセグメント状に形成してもよい。
【００２１】
図４と５は、図１および２と同じく、翼形部３に関する翼前縁４のセグメント状構造を示す。その場合、前縁セグメント３ａと本体セグメント３ｃとの結合は、図４では、突出部７と凹所８で形成されたかみ合い歯によって生じ、図５では、ピン状保持要素１０を備えたピン継手で生じている。
【００２２】
翼を複数の構成要素に分割することで、鋳造精度を低減でき、これはコスト削減に貢献する。また、静翼の再処理時に摩耗した翼縁を交換するだけで足りる。
【００２３】
特に翼を局所的要件に経済的に適合させるべく、各セグメントを、異なる強度特性と熱伝導特性を持つ種々の材料で形成するとよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に基づく後縁セグメント付き翼の斜視図。
【図２】本発明に基づく後縁セグメント付き翼の部分概略断面図。
【図３】異なった形状の後縁セグメントを備えた翼の概略側面図。
【図４】本発明に基づく前縁セグメント付き翼の斜視図。
【図５】本発明に基づく前縁セグメント付き翼の部分概略断面図。
【符号の説明】
【００２５】
１  翼、２ａ、２ｂ  翼台座、３  翼形部、３ａ  前縁セグメント、３ｂ  後縁セグメント、３ｃ  本体セグメント、４  前縁、５  後縁、７  突出部、８  凹所、１２  前後両縁
【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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【国際調査報告】
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