(57)【要約】【課題】ポリマー又は複合材料をバケットに保持することを機械的に補助するタービンブレードの提供。【解決手段】タービンブレード（２０）を生成する方法は、タービンブレードに、バケットの壁（５２）全体を貫通する複数の窓空洞部（１１）を有するバケット（１０）を、窓空洞部が、窓空洞部にかかる応力集中を最小限化又は少なくとも削減する部位（５４）に位置するように設ける工程と、バケットに樹脂マトリックス（１８）と布地材料（４４）の層を有する複合材（１４）を鋳造する工程を含んでなる。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バケット（１０）を含むタービンブレード（２０）であって、前記バケット（１０）が、前記バケットの壁（５２）全体を貫通する複数の窓空洞部（１１）を含んでおり、前記複数の窓空洞部が、前記複数の窓空洞部の応力集中の削減を容易にする部位（５４）に配設され、更に、樹脂マトリックス（１８）と布地材料の複数の層（４０、４２）を有する複合材（１４）を含んでなる、タービンブレード（２０）。
【請求項２】
前記複数の窓空洞部が前記ブレード内の応力集中の最小限化を容易にする部位（５４）に配設される、請求項１記載のタービンブレード（２０）。
【請求項３】
前記複数の窓空洞部（１１）が前記複数の窓空洞部（１１）を有する前記バケット（１０）の有限要素解析に基づく位置に配設される、請求項２記載のタービンブレード（２０）。
【請求項４】
前記複合材が層（４２、４２）内に布地材料（４４）と樹脂結合材を含む、請求項１記載のタービンブレード（２０）。
【請求項５】
前記布地材料（４４）がガラス、炭素、及びガラス繊維（１６）を有する布地の少なくとも一つを含む、請求項４記載のタービンブレード（２０）。
【請求項６】
前記布地材料（４４）が、鋳造時に前記繊維（１６）に前記樹脂結合材を注入した、予め含浸された単方向性織物テープを少なくとも一つ含む、請求項４記載のタービンブレード（２０）。
【請求項７】
前記樹脂結合材が高温ポリマーを含む、請求項４記載のタービンブレード（２０）。
【請求項８】
前記高温ポリマーがポリイミドを含む、請求項７記載のタービンブレード（２０）。
【請求項９】
前記複数の窓空洞部（１１）が外縁部により画成され、前記複数の窓空洞部がそれぞれの縁部の周囲において凹状又は凸状の何れかの形状である、前記請求項１記載のタービンブレード（２０）。
【請求項１０】
前記複数の窓空洞部（１１）が、前記タービンブレードの前縁近傍に位置する、請求項１記載のタービンブレード（２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広義には蒸気タービンに関するものであり、具体的には、ハイブリッドバケットに形成された空洞部に部材を保持し、バケットにかかる応力を削減する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンバケット（ブレード）は、バケットへの蒸気の流入角度が変化する環境で動作し、強い遠心負荷及び振動応力を受ける。これらの負荷及び応力による振動がバケットに固有の共振振動数に近づくと振動応力は増加する。バケットが共振して振動する際の振動応力の大きさは、システムが有するダンピング量及び刺激レベルに比例する（ダンピングは、材料、空気力学及び機械的な要素などからなる）。連続結合されたバケットでは、振動数は、複数のブレードのシステム全体の関数となり、個々のブレードの関数とは限らない。
【特許文献１】米国特許第５，４２９，８７７号明細書
【特許文献２】米国特許第５，６５５，８８３号明細書
【特許文献３】米国特許第５，８３９，８８２号明細書
【特許文献４】米国特許第５，９３１，６４１号明細書
【特許文献５】米国特許第６，０３３，１８６号明細書
【特許文献６】米国特許第６，０３９，５４２号明細書
【特許文献７】米国特許第６，１３９，２７８号明細書
【特許文献８】米国特許第６，２４１，４７１号明細書
【特許文献９】米国特許第６，２８７，０８０号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，３６４，６１６号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，６０７，３５８号明細書
【特許文献１２】米国特許第６，８１４，５４３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ハイブリッドバケットは、主として金属製物質からなるが、少なくとも一つの非金属製複合充填材料で充填された「空洞部」を有したタービンバケット（例えば、蒸気タービンバケット又はガスタービンバケット）を含む。充填材料は、オリジナルの翼形部表面を形成する複合マトリックスに達する、ポリイミド、又は連続ガラス、炭素、ケブラー（登録商標）又はその他の繊維強化材とその他の種類のポリマー樹脂（又はそれらの組み合わせ）を含んでもよい。複合材料マトリックスは現在、気擦状態（バケットが高速で「風車状態」、低流動性）時に高温となったバケット温度の影響を受ける部位に使用するように設計されている。しかしながら、剛性が極めて高く、高温の複合材料は金属と良好に接合しない。
【０００４】
複合材料から製造されたタービンブレードについて多くの特許が発行されている。例えば、「ガスタービン用多構成翼」と題した米国特許第５７２０５９７号には、金属と泡から構成されるガスタービン用航空機翼が複合皮、壊食皮膜、又はその両方を備えたものが記載されており、更に、米国特許第５７２０５９７号と類似した構成ではあるが、蒸気タービン用のものが、「蒸気タービン用の多構成部翼」と題した米国特許第６１３９７２８号に記載されている。しかしながら、これらの出願においてはどちらも、バケット内に形成される空洞部の大きさ、形状及び位置は制限される。更に、「デチューンしたファンブレード装置及び方法」と題した米国特許第６０４２３３８号には、「推進エンジンファン」と、空洞位置の異なる様々な種類のブレードが記載されているが、異なるリブ構造を有した基本的に一つの空洞部のブレードについては開示していない。更に、ここに開示されたものは、空洞の位置が半径方向については先端部から５％〜３８％の距離で、翼弦方向については前縁から１５％〜３５％、後縁から２０％〜４５％に制限されており、同様の制限が第二又は代替の空洞部設計にも適用されている。更に、いずれの特許にも、ポリマー又は複合材料をバケットに保持することを機械的に補助するため、空洞部に通し窓部を生成することは記載されても示唆されてもいない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様において、本発明のいくつかの構成は、タービンブレードを生成する方法であって、タービンブレードに、バケットの壁全体を貫通する複数の窓空洞部を有するバケットを、複数の窓空洞部が、窓空洞部にかかる応力集中を最小限化又は少なくとも削減する部位に位置するように設ける工程と、バケットに樹脂マトリックスと布地材料の層を有する複合材を鋳造する工程を含んでなる方法を提供する。
【０００６】
別の態様において、本発明のいくつかの構成は、タービンブレードを生成する方法を提供する。この方法は、タービンブレードに、バケットの壁全体を貫通する複数の窓空洞部を有するバケットを、複数の窓空洞部が、窓空洞部にかかる応力集中を最小限化又は少なくとも削減する部位に位置するように設ける工程と、バケットに樹脂マトリックスと布地材料の層を有する複合材を鋳造する工程を含んでなる。
【０００７】
本発明の構成が、ポリマー又は複合材をバケットに保持することを機械的に補助することは明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本書で記載する、単数形の用語（及び特に「少なくとも一つ」）に続き、単数として表現される要素又はステップは、それとは異なることが明示的に記載されてない限り、前記要素又はステップが複数の場合を除外して理解してはならない。また、本発明の「一実施形態」について言及する際には、そこに列挙された特徴を盛り込んださらなる実施形態の存在、又は本発明と連結して説明されるその他の特徴を除外すると解釈されることを意図するものではない。更に、それとは異なることが明示的に記載されてない限り、特定の性質を有する一つまた複数の要素を「含む」又は「有する」実施の形態は、その特性を有しないかかる要素を更に含んでもよい。
【０００９】
図１及び図２を参照して、本発明のいくつかの構成である、振動及び／又はダンピング特性の振幅を削減する、連続結合された、又は独立型タービンブレード２０の列をチューニングする方法について説明する。この方法は、ハイブリッドバケット１０構成の方向性繊維１６の配向性の利用を含む。バケット１０は、ポリマー又は複合材で充填可能な一以上の空洞部１１を有する金属製母材から製造できる。ポリマー又は複合材料１４は、ポリイミドベースの樹脂、又はその他の適当な種類の材料とすることができる。複合材料１４は、例えば、ポリイミドベースの樹脂マトリックスなどの樹脂マトリックス１８内で結合した、ガラス、炭素、ケブラー（登録商標）又は、その他の繊維などの繊維１６を含む。繊維１６は単一の層、複数の層、一以上の布地の層に包含してもよく、或いはマトリックス１８内に分散してもよい。繊維１６の配向性は、バケット１０を特定の様式でチューニングするもの、及び／又はそのセットを「混合チューニング」するために使用するものから選択する。換言すれば、繊維の配向性は、事前に選択したバケット１０のチューニングに応じて決定する。本発明のいくつかの構成において、複合材料１４のレイアップ及び硬化時に繊維１６の配向性を調製することにより、振動数特性を制御する。繊維１６の配向性及び／又は布地１６の織り方を微調整することによって、本発明のいくつかの構成においてこれら繊維から生成された布地の様々な方向の強度及び弾性率を制御する。更に、複合充填材料及び繊維配向性を組み合わせることによって、通し窓部の設計とともに個別のバケットのチューニング及び／又はダンピングを容易にし、充填材とバケット間の構造的な改善を可能にする。
【００１０】
更に、  図３〜図７を参照して、本発明のいくつかの構成である、繊維１６の個別の配向性を用いた個々のバケット１０の振動数のチューニングについて説明する。「混合チューニング」は、一つの振動数特性を有する個別のグループ２２を、その他の振動数を有した一以上のその他のグループ２４と組み合わせる工程を含む。次に、ブレード２０のグループ２２及び２４を、一列に（例えば、交互に）組み合わせ、タービン２６（例えば、蒸気タービン又はガスタービン）の機械的なダンピングを改善する。最終目的とする所望の「混合チューニング」に応じて、一又は二以上の異なるグループのブレード２０を設けてもよい。
【００１１】
本発明の構成は、環境が可能であれば、その他の蒸気又はガスタービンのバケット又はブレード（例えば、ガスタービン前方段圧縮機翼）とともに使用できることに留意されたい。本発明のいくつかの構成は、空気力学的な形状及び効率性を変更することなく、連続結合された、又は独立型バケット１０の列の固有振動数及び動的応答のデチュニングを容易にする。更に、本発明のいくつかの構成は、空気力学的な形状及び効率性を変更することなく、バケット１０の列を個別にチューニングする、又は設計要件に合わない可能性のある個別のモードをチューニングすることを可能とする。
【００１２】
本発明のいくつかの構成は、空気力学的効率性を変更することなく、複合配向性を用いて個々のバケット振動数をチューニングして、ハイブリッドバケットの空洞領域の剛性を制御することを可能とする。繊維１６は、特定のバケットの固有振動数を制御する方向の剛性を制御するように、様々な方法で配向できる。複合材料１４は、繊維の種類、織り方及び配向性に基づいて、様々な方向に大きく異なる強度及び弾性率を有するように設計できる。
【００１３】
図４〜図６を参照して、（連続結合された、又は独立型）ブレード列内のブレード２０の固有振動数を混合チューニングして、ブレード列の空力弾性応答を抑圧することが可能な本発明のいくつかの構成について説明する。これら構成は、繊維１６を調整して剛性強化したハイブリッドの長いバケット１０の設計を用いる。繊維材料１６、織り方、及び配向性を様々に組み合わせ、様々な方向の剛性を制御することにより、この調整を行うことができる。更に、ブレードグループの固有振動数を変更するために、振動数及び特性を変更するバケット１０を用いることもできる。（上述した米国特許番号５９３１６４１には、ハイブリッドバケットをベースとした設計が記載されている。）これら本発明の構成によると、ブレード２０の少なくとも二つの別個のグループ２２及び２４（図３を参照）を設ける。各グループは、同一の空気力学的形状と外部プロフィールを有するが、空洞部を有するブレード２０内の複合充填材１４は異なるようにして、２つ（以上）のブレードグループ２２及び２４の固有振動数を意図的に変更する。例えば、本発明のいくつかの構成において、一つのグループ２２は強度又は「剛性」のより高い複合材料１４を用い、他のグループ２２は剛性のより低い又はダンピング量の多い材料１４を用いる。更に、例えば、いくつかの構成において、第１のグループ２２は、一方向に配向した繊維１６を用い（図４を参照）、第２のグループ２４は、第２の方向に配向した繊維１６を使用する。このようにして、二以上のブレード２０を意図的に製造し、論理的に組み立て、空気力学的特性に悪影響を与えることなく、それらの固有振動数の差異を利用して、同期又は非同期の振動に対するブレード応答をダンピングする。
【００１４】
本発明の様々な構成において、繊維の配向性、加工技術、又はその両方を用いて、個々のバケットの基本的な固有振動数、連続結合されたバケット列の個別のモードのチューニング、又はその両方を変更する。このように、いくつかの構成において、複合材のレイアップは、目的とする方向の剛性に影響を与えるために好ましい方向に配設された繊維をより多く有することにより、振動数を制御又は変更する。本発明のいくつかの構成は、別々の方向に配向された複数の異なる布地材料の層を用いて、二方向以上の方向の剛性に影響を与え、これらの方向の剛性をそれぞれ個別に制御する。
【００１５】
図６に示すように、本発明のいくつかの構成において、上述の「混合チューニング」の仕組みとして、準等方性レイアップ（例えば、［０度、４５度、９０度、−４５度］ｎ、ｎは積層配列の繰り返しの数）、又はマトリックス内に不規則に配向した長い繊維（例えば、「ＳＭＣ（ｓｈｅｅｔ  ｍｏｌｄｅｄ  ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）」）を用いる。バケット列の正味振動数応答を削減するように選択した様式で、少なくとも二つの異なるバケットのセットを配列し、対応する固有振動数応答を組み合わせる。
【００１６】
いくつかの構成において、繊維の配向性を用いて、バケット列を混合チューニングする。具体的には、基本的にブレードの加圧側に沿って凹状部及び／又は「空洞部」を有する二以上のブレードグループのセットを環状に組み立てる。これらブレードグループは、一タービン段のバケットのセットを含む。ブレードの一つのグループは、共振振動数又はダンピング特性が他の一以上のセットより高い。一つの構成例において、一つのグループのブレードは、２つの「一回転当たり」基準（例えば一回転当たり４分割及び５分割）の間で固有振動数が等しくなるように配設され、他のグループのブレードは「一回転当たり」刺激（例えば一回転当たり３分割及び一回転当たり４分割など）の他のセットに関して等しくなるように構成した代替の繊維レイアップ配向性を有する。繊維材料及び配向性の異なるものを複合樹脂マトリックスに用いた場合、発生するダンピング及び振動数応答は本質的に異なる。「空洞部生成」工程の前段階において所望の翼形部形状を形成するために、複合繊維布地は樹脂結合材とともに用いる。
【００１７】
各種ブレード／空洞部の幾何学的構成の例について図を参照して説明する。図７に、タービン構成の低圧側最終段バケットの代表的な位置を示す。本発明の構成は、実施可能な程度に十分に、低温で、バケットの大きさが大きいタービンの複数の段に使用できる。本発明の構成はまた、単流タービンでも使用できる。
【００１８】
本発明のいくつかの構成は、金属と複合材の間の接着層の剪断応力を削減すると同時に、及び複合材をバケットに機械的に確実に固定する方法を提供する。本発明の構成は、繊維又は織り方の配向性の異なる一以上の層の複合材マトリックスに適用可能である。
【００１９】
図８及び図９を参照して、本発明のいくつかの構成である、ハイブリッドバケット１０構造体用の、幾何学的に貫通した「窓部」１２を有する空洞部１１の構成について説明する。これら構成のいくつかで、空洞部１１は、流路表面５８の境界面５６まで緩やかな傾斜部を有する。窓部１２は、複合材料１４をバケット１０に確実に固定することを機械的に補助する。更に、窓部１２は、複合材料１４と金属製バケット１０の間の接着層の剪断応力を削減する。
【００２０】
本発明のいくつかの構成は、層状の複合材料１４とバケット１０の間の機械的境界面の改善を促進する複数の窓部１２構成を与える。複合材料１４は剛性が高いため、バケット１０壁を貫通できる（ハイブリッドバケットを有した少なくとも一つの従来技術の構成では、低温性能を有し、極めて剛性の小さいポリマーを用いる。この従来技術の構成の柔軟な低温ポリマーではバケット壁を貫通することは不可能である。）。
【００２１】
本発明のいくつかの構成では、ハイブリッドバケット１０用の空洞部１１の幾何学的構成は、バケット壁５２全体を貫通して形成される複数の「窓部」１２を有する。空洞部１１の縁部の周囲は凹状又は凸状である。どちらが複合材の積層処理時に有益であるか、及び／又はどちらが保持特性に優れているかに応じて、経験に基づいて凹状又は凸状の構成の何れかを選択できる。窓部１２は、空洞部１１及びバケット設計の応力集中を最小限化、又は少なくとも削減するように選択した領域５４に位置する。窓部１２は、窓部１２を有したバケットの有限要素解析による決定に応じて、様々な形状を有してもよい。いくつかの構成では、窓部１２は、経験及び試験による決定に基づいて、窓部の縁部の周囲に凹状及び凸状表面の両方を用いる。
【００２２】
本発明のいくつかの構成では、複合材料１４は、樹脂結合材／充填材１８を用いた層で構成される、ガラス、炭素、ケブラー、又はその他の材料などの布地１６を含む。層状の複合材料１４は、例えば、予め含浸した単方向性又は織物テープを用いて生成する。別の例として、層状の複合材を生成するための適当な方法は、鋳造時に繊維に樹脂を注入する工程を有する。いくつかの構成では、高温ポリイミドのベースを用いるが、高温性能を有したその他のポリマーも好適である。
【００２３】
金属と充填材の構成に関する本発明の縁部設計は、前縁における使用に制限されるものではなく、特に限定されないが、外側縁部、すなわち放射状外縁など、あらゆる縁部に適用可能である。内側縁部には、大きな流入角度を有した放射状の流れ場、又は遠心負荷による純粋に放射状の流れが発生することがあり、放射状外側へ「湿り」蒸気が流れるようになる。アンダーカットの半径は、対象とする縁部近傍の翼形部の厚さに応じて、大きく又は小さくする。応力集中が緩和されるように、アンダーカットは、空洞部の後部壁へ緩やかに調和してよい。
【００２４】
本発明のいくつかの構成は、空洞部で複合材料を硬化する際に、翼形部の両側に「当て板シート」を有する。当て板シートは、空洞部が機械的に切削された部位の翼形部の形状を形成する。「空洞部形成」前の翼形部形状を再形成するために樹脂充填材を用いる。
【００２５】
更に、本発明のいくつかの構成は、複合材料をバケット空洞部に更に機械的に装着することによって、複合材と金属製翼形部の間の接着層の剪断応力を削減する方法を提供する。更に、本発明のいくつかの構成は、自由端近傍のバケット長及び翼弦幅の長いバケットを形成できるように、バケットの応力レベルの改善を容易にする。
【００２６】
本発明のいくつかの構成は更に、複合マトリックスをバケットに機械的に確実に保持する。
【００２７】
図１及び図２を再び参照して、金属製部材を含むタービンバケット１０の応力を削減する方法を提供する本発明のいくつかの構成について簡単に説明する。この方法は、バケット１０の一以上の空洞部１１を、樹脂マトリックス１８内に連続繊維１６を有するポリマー又は複合材料１４で充填する工程を含む。繊維１６は事前に選択したバケットの振動数のチューニングに応じて決定される配向性を有する。
【００２８】
図３〜図７に示すように、ブレード２０の少なくとも第１のグループ２２とブレード２０の第２のグループ２４の間で事前に選択したバケット１０の振動数のチューニングが異なる場合、複数のタービンブレード２０の複数のタービンブレードバケット１０に、この方法を繰り返し行うことができる。更に、いくつかの方法は、ブレード２０の第１のグループ２２とブレード２０の第２のグループ２４を組み立てて、タービン２６の機械的ダンピングを実現する工程を含む。この方法は、第１のグループ２２のブレード２２０と第２のグループ２４のブレード２０を交互に組み合わせる工程も含む。更に、いくつかの構成において、複数のタービンブレード２０は、同一の空気力学的外部形状とプロフィールを有しながらも、ブレード２０は、少なくとも二つのグループ２２及び２４を含んでおり、一つのグループ２２は、バケット１０の複合材の強度及び剛性の何れか、或いは両方が、一以上のその他のグループ２４よりも大きい。複数のタービンブレード２０が同一の空気力学的外部形状とプロフィールを有しながらも、ブレード２０が少なくとも二つのグループ２２及び２４を含む本発明のいくつかの構成において、この方法は更に、樹脂マトリックス１８内の繊維１６を一つのグループ２２と一以上のその他のグループ２４とで異なる方向に配向する工程を含む。
【００２９】
図４〜図６に示すように、本発明のいくつかの構成は更に、少なくとも二つの方向に配向され、第１の好ましい方向３６に、それとは異なる第２の方向３８より多く配向された繊維を有する複合材料１４を充填する工程を含む。更に、図１０に示すように、本発明のいくつかの構成は、異なる方向に配向された異なる層に繊維１６を有する布地材料の複数の異なる層４０及び４２を有する複合材料１４を充填する工程を含む。複合材料１４は準等方性レイアップ４６を含んでもよく、この方法は更に、二つの別個のセットのバケット４８、５０を、バケット列の正味振動数応答を削減するような構成に配列する工程を含んでもよい。いくつかの構成において、複合材料は、マトリックス１８内に不規則に配向された長い繊維１６を含んでおり、この方法は、二つの別個のセットのバケットを、バケット列の正味振動数応答を削減するような構成に配列する工程を含んでもよい。
【００３０】
図１〜図７を再び参照して、別の態様において、チューニングされたタービンブレード２０を提供する本発明のいくつかの構成について説明する。このブレードは、一以上の空洞部１１を樹脂マトリックス１８内で結合された連続繊維１６を有するポリマー又は複合材料１４で充填した、金属製母材を含む少なくとも一つのバケット１０を有する。繊維１６は、事前に選択したバケットの振動数のチューニングに応じて決定される配向性を有する。本発明のいくつかの構成は、少なくとも、第１の振動数にチューニングされたバケット１０を有するブレード２０の第１のグループ２２と、それとは異なる第２の振動数にチューニングされたバケット１０を有するブレード２０の第２のグループ２４とを含む、複数のタービンブレード２０を含む。ブレード２０はガス又は蒸気タービン２６の機械的ダンピングを実現するように組み立てる。いくつかの構成において、複数のバケット１０は、第１のグループ２２及び第２のグループ２４のみから構成し、第１のグループ２２のバケット１０を有するブレード２０は、第２のグループ２４のバケット１０を有するブレード２０と交互に組み立てる。本発明のいくつかの構成は、同一の空気力学的外部形状とプロフィールを有した複数のタービンブレード２０を含んでおり、ブレード２０は、各々がバケット１０内に異なる複合材料１４を有する少なくとも二つのグループ２２及び２４を含む。更に、本発明の追加の構成は、同一の空気力学的外部形状とプロフィールを有する複数のタービンブレード２０を有しており、ブレードは少なくとも二つのグループ２２及び２４を含む。これら構成において、一つのグループ２２は、バケット１０内の複合材の強度及び／又は剛性の何れか、或いは両方が、一以上のその他のグループ２４よりも大きい。更に他の構成は、同一の空気力学的外部形状とプロフィールを有する複数のタービンブレード２０を含む。しかしながら、ブレード２０は少なくとも二つのグループ２２及び２４を含んでおり、一つのグループ２２が、他の一以上のグループ２４と異なる方向に配向された繊維１６を有する。
【００３１】
本発明のいくつかの構成は、複合材料１４が、第１の好ましい方向３６に、それとは異なる第２の方向３８より多く配向されるように、少なくとも二つの方向に配向された繊維１６を有するタービンブレード２０を提供する。更に、図１０に示すように、本発明のいくつかの構成は、複合材料１４が、異なる方向に配向された異なる層４０及び４２に繊維１６を有する布地材料の複数の異なる層４０及び４２を有する、タービンブレード２０を提供する。
【００３２】
更に他の本発明の構成は、複合材料１４が、マトリックス１８内に準等方性レイアップ４６、又は不規則に配向された長い繊維１６の何れかを含む複数のタービンブレード２０を提供する。少なくとも二つの別個のセットのバケットは、バケット列の正味振動数応答を削減するような構成に配列する。
【００３３】
本発明の更に他の構成は、バケット１０の壁５２全体を貫通する複数の窓空洞部１１を有するバケット１０を有するタービンブレード２０を提供する。窓部１２は、窓空洞部１１にかかる応力集中を最小限化、或いは少なくとも削減する部位５４に配設され、ブレード２０は更に、樹脂マトリックス１８と布地材料４４の層を含む複合材料１４を含む。
【００３４】
本発明の構成が、ポリマー又は複合材をバケットに保持することを機械的に補助することは明らかである。更に、本発明は、バケットの応力レベルの削減を容易にする、特にバケットのチューニング及びダンピングの構成を容易にするように、外部バケット部の強度を向上することも明らかであろう。
【００３５】
具体的な実施の形態について本発明を説明してきたが、本発明の実施に際して特許請求の範囲に記載された技術的思想及び技術的範囲内で様々な変更を加えることができることは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】タービンブレード内に複数の窓空洞部を設けた構成の斜視図。
【図２】図１に示すような空洞部を充填するために用いる複合材の部分斜視図。
【図３】本発明のいくつかの構成のタービンに組み込まれる複数のブレードグループの部分斜視図。
【図４】単軸配向性繊維の一例を示す図。
【図５】双軸配向性繊維の一例を示す図。
【図６】準等方性配向性繊維の一例を示す図。
【図７】最終段バケットの位置を示す双流式ＬＰ蒸気タービンの側方断面図。
【図８】複数の窓空洞部の構成を示す側面図。図８の点線は凹状境界面を表す。具体的には、通し窓部の一つを囲む実線は、凸状境界面を表し、通し窓部の二つを囲む点線は、凹状環境面を表す図。
【図９】複数の窓部を有するバケットの構成を示す断面上面図。
【図１０】複数の布地層を有した複合充填材の構成を示す部分側面図。
【符号の説明】
【００３７】
１０  バケット
１１  空洞部
１２  窓部
１４  複合材料
１６  繊維
１８  マトリックス
２０  ブレード
２２  第１のグループ
２４  第２のグループ
２６  ガス又は蒸気タービン
３６  好ましい方向
３８  第２の方向
４０  複数の異なる層
４２  複数の異なる層
４４  布地材料
４６  準等方性レイアップ
４８  バケット
５０  バケット
５２  バケット壁
５４  部位
５６  境界面
５８  流路面
【図１】
2007270839.tif 000003
【図２】
2007270839.tif 000004
【図３】
2007270839.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007270839.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007270839.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007270839.tif 000011
【図１０】
2007270839.tif 000012
【外国語明細書】
2007270839000001.pdf