(57)【要約】  ガスタービン用のインターロッキングモジュラー翼。この翼は、下部プレートから延在する少なくとも１つの支持コラムと、支持コラムを第１の横方向で収容する少なくとも１つの第１の側方開口を有している、少なくとも１つの第１のフィラメントと、を備える。この翼はまた、支持コラムを第２の横方向で収容する少なくとも１つの第２の側方開口を有し、かつ第１の側方開口を覆うためのフランジを有している、少なくとも１つの第２のフィラメントを備える。加えて、この翼は、支持コラムを貫通して延在する冷却通路を備え、支持コラムは、第１のフィラメントおよび第２のフィラメントを冷却するために、冷却通路を介して伝達された冷却流体を放出するための開口を有している。さらに、この翼は、第１のフィラメントおよび第２のフィラメントを圧縮状態に維持するために、第１のフィラメントおよび第２のフィラメントの上面に位置する上部プレートを備える。
2018529044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン用の翼であって、
バッキングプレートから延在する少なくとも１つの支持コラムと、
前記支持コラムを第１の横方向で収容する少なくとも１つの第１の側方開口を有している、少なくとも１つの第１のフィラメントと、
前記支持コラムを第２の横方向で収容する少なくとも１つの第２の側方開口を有し、かつ前記第１の側方開口を覆うためのフランジを有している、少なくとも１つの第２のフィラメントと、
を備えるタービン用の翼。
【請求項２】
前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントは、ベーンまたはブレードの形状を有している、請求項１記載の翼。
【請求項３】
前記第２のフィラメントは、少なくとも１つの上方および下方に延在するフランジを有している、請求項１記載の翼。
【請求項４】
前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントは、高耐熱性材料から製造される、請求項１記載の翼。
【請求項５】
前記高耐熱性材料は、セラミック基複合材料またはチタンアルミナイド材料である、請求項４記載の翼。
【請求項６】
前記フランジは、前記第２のフィラメントの側面から延在している、請求項１記載の翼。
【請求項７】
前記バッキングプレートを覆うシュラウドをさらに備える、請求項１記載の翼。
【請求項８】
タービン用の翼であって、
下部プレートから延在する少なくとも１つの支持コラムと、
前記支持コラムを第１の横方向で収容する少なくとも１つの第１の側方開口を有している、少なくとも１つの第１のフィラメントと、
前記支持コラムを前記第１の方向とは逆の第２の横方向で収容する少なくとも１つの第２の側方開口を有し、かつ前記第１の側方開口を覆うためのフランジを有している、少なくとも１つの第２のフィラメントと、
前記支持コラムを貫通して延在する冷却通路であって、前記支持コラムは、前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントを冷却するために、前記冷却通路を介して伝達された冷却流体を放出するための開口を有している、冷却通路と、
前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントを圧縮状態に維持するために、前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントの上面に位置する上部プレートと、
を備えるタービン用の翼。
【請求項９】
前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントは、ベーンまたはブレードの形状を有している、請求項８記載の翼。
【請求項１０】
前記第２のフィラメントは、少なくとも１つの上方および下方に延在するフランジを有している、請求項８記載の翼。
【請求項１１】
前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントは、高耐熱性材料から製造される、請求項８記載の翼。
【請求項１２】
前記高耐熱性材料は、セラミック基複合材料またはチタンアルミナイド材料である、請求項１１記載の翼。
【請求項１３】
前記フランジは、前記第２のフィラメントの側面から延在している、請求項８記載の翼。
【請求項１４】
前記上部プレートおよび下部プレートはそれぞれシュラウドを有している、請求項８記載の翼。
【請求項１５】
タービン用の翼の組み立て方法であって、
下部プレートから延在する少なくとも１つの支持コラムを設けるステップと、
前記支持コラムを第１の横方向で収容する少なくとも１つの第１の側方開口を有している、少なくとも１つの第１のフィラメントを設けるステップと、
前記支持コラムを前記第１の方向とは逆の第２の横方向で収容する少なくとも１つの第２の側方開口を有し、かつ前記第１の側方開口を覆うためのフランジを有している、少なくとも１つの第２のフィラメントを設けるステップと、
前記支持コラムを加熱して前記支持コラムを延伸させるステップと、
前記支持コラムに上部プレートを取り付けるステップと、
前記支持コラムを冷却して、前記支持コラムを収縮させ、前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントを圧縮状態に置くステップと、
を含む、タービン用の翼の組み立て方法。
【請求項１６】
前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントは、ベーンまたはブレードの形状を有している、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記第２のフィラメントは、少なくとも１つの上方および下方に延在するフランジを有している、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントは、高耐熱性材料から製造される、請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
前記高耐熱性材料は、セラミック基複合材料またはチタンアルミナイド材料である、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記フランジは、前記第２のフィラメントの側面から延在している、請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンで使用される、ベーンまたはブレードなどの翼に関し、より詳細には、支持コラムを第１の横方向で収容する少なくとも１つの第１の側方開口を有している、少なくとも１つの第１のフィラメントを備える翼に関する。この翼はまた、支持コラムを第２の横方向で収容する少なくとも１つの第２の側方開口を有している、少なくとも１つの第２のフィラメントを備える。第２のフィラメントは、第１の側方開口を覆うためのフランジも有している。さらに、この翼は、第１のフィラメントおよび第２のフィラメントを圧縮状態に維持するための上部プレートを備える。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンなどの、エネルギ変換のために使用される様々な多段式ターボ機械では、回転運動を生成するために流体が使用される。図１を参照すると、軸流ガスタービン１０は、中心軸線２０に沿って配置された多段圧縮機セクション１２と、燃焼セクション１４と、多段タービンセクション１６と、排気システム１８とを備える。大気圧にある空気は、タービン１０の軸方向長さに沿ってほぼ流れ、矢印Ｆの方向で圧縮機セクション１２内へと引き込まれる。吸入空気は、回転する圧縮機ブレードの列によって圧縮機セクション１２内で徐々に圧縮されて、これにより圧力を高め、適合する圧縮機ベーンにより燃焼セクション１４へと方向付けられ、燃焼セクションで、天然ガスなどの燃料と混合され、点火されて、燃焼ガスを生成する。もともとの吸入空気よりも高い圧力、高い温度、および高速の燃焼ガスがタービンセクション１６へと向けられる。タービンセクション１６は、軸線２０を中心として回転する軸２４上における複数の列Ｒ１，Ｒ２に配置されたタービンブレード２２の形状の複数の翼を有する。燃焼ガスは、タービンセクション１６を通って膨張し、タービンセクション１６でブレード２２の列を横切って、協働する定置ベーン２４の列によって燃焼流方向Ｆへと向けられる。ブレード２２の１つの列と、協働するベーン２４の列とが１つの段を形成する。特に、タービンセクション１６は４つの段を有していてよい。燃焼ガスがタービンセクション１６を通過するとき、燃焼ガスはブレード２２、したがって軸２４を、軸線２０を中心として回転させ、これにより流れからエネルギを抽出して機械的な仕事を生成する。
【０００３】
タービンの効率を上げる方法は、タービンの作動温度を上げることである。タービンを高温で繰り返し作動させるには、特別高い耐熱性のある材料を使用する必要があるが、このような材料は、ベーンおよび／またはブレードのようなタービン構成要素へと製造するのが困難である。高耐熱性材料を利用するタービンベーンおよび／またはブレードの製造性の向上が望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
タービン用のインターロッキングモジュラー翼が開示されている。この翼は、下部プレートから延在する少なくとも１つの支持コラムと、支持コラムを第１の横方向で収容する少なくとも１つの第１の側方開口を有している、少なくとも１つの第１のフィラメントと、を備える。この翼はまた、支持コラムを第２の横方向で収容する少なくとも１つの第２の側方開口を有し、かつ第１の側方開口を覆うためのフランジを有している、少なくとも１つの第２のフィラメントを備える。加えて、この翼は、支持コラムを貫通して延在する冷却通路を備え、支持コラムは、第１のフィラメントおよび第２のフィラメントを冷却するために、冷却通路を介して伝達された冷却流体を放出するための開口を有している。さらに、この翼は、第１のフィラメントおよび第２のフィラメントを圧縮状態に維持するために、第１のフィラメントおよび第２のフィラメントの上面に位置する上部プレートを備える。
【０００５】
さらに、本発明は、タービン用の翼を組み立てる方法を含む。この方法は、下部プレートから延在する少なくとも１つの支持コラムと、支持コラムを第１の横方向で収容する少なくとも１つの第１の側方開口を有している、少なくとも１つの第１のフィラメントと、を設けるステップを含む。この方法はまた、支持コラムを第１の方向とは逆の第２の横方向で収容する少なくとも１つの第２の側方開口を有し、かつ第１の側方開口を覆うためのフランジを有している、少なくとも１つの第２のフィラメントを設けるステップを含む。加えて、この方法は、支持コラムを加熱して支持コラムを延伸させるステップと、支持コラムに上部プレートを取り付けるステップと、を含む。さらに、この方法は、支持コラムを冷却して、支持コラムを収縮させ、第１のフィラメントおよび第２のフィラメントを圧縮状態に置くステップを含む。
【０００６】
当業者であれば、本発明のそれぞれの特徴を、任意の組み合わせまたはサブコンビネーションで、一緒にまたは別々に適用することができる。
【０００７】
本開示の教示は、添付の図面に関連した以下の詳細な説明を考察することによって容易に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】軸流ガスタービンの部分的な断面図である。
【図２】本発明の態様によるモジュラータービンベーンを示す図である。
【図３】フィラメントが挿入されていない状態でベーンの下部バッキングプレートを示す図である。
【図４】図２の４−４線に沿ったベーンの上部バッキングプレートを示す図である。
【図５】一例としてのベーンベースフィラメントの上面を示す図である。
【図６】一例としてのベーンベースフィラメントの底面を示す図である。
【図７】第１ベーンフィラメントの上面を示す図である。
【図８】第１ベーンフィラメントの底面を示す図である。
【図９】図７の９−９線に沿った第１フィラメントの斜視図である。
【図１０】図５の１０−１０線に沿った第１フィラメントを示す図である。
【図１１】ベーンを形成するためのフィラメント組み立てシーケンスを示す図である。
【図１２】ベーンを形成するためのフィラメント組み立てシーケンスを示す図である。
【図１３】ベーンを形成するためのフィラメント組み立てシーケンスを示す図である。
【図１４】本発明の選択的な態様によるモジュラータービンブレードを示す図である。
【図１５】フィラメントが挿入されていない状態でブレードのブレードハブを示す図である。
【図１６】フランジ付きフィラメントの下方フランジおよび上方フランジを示す図である。
【図１７】支持ビーム上に挿入された複数のフィラメントを示す図である。
【図１８】図１７の１８−１８線に沿った終端フィラメントの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
理解を容易にするため、複数の図面に共通の同一の要素を示すために、可能である場合には、同じ参照符号が使用されている。
【００１０】
本開示の教示を含んだ様々な態様がここに図示および説明されているが、当業者は、さらにこれらの教示を含んだ多くのその他の変更された態様を容易に考え出すことができる。本開示の範囲は、詳細な説明に示された、または図面に例示された構成部材の構造および配置の典型的な実施形態の詳細にその適用が制限されない。本開示は、他の態様が可能であり、様々な形式で実現または実施することができる。また、本明細書で使用される表現および用語は、説明のためであり、限定と見なされるべきではないことが理解されるべきである。すなわち、本明細書における「備える」、「含む」または「有する」という語、およびその変形の使用は、その後に挙げるアイテム、その均等物、および付加的なアイテムを内包することが意図されている。そうでないことが明示または限定されない限り、「取り付けられた」、「結合された」、「支持された」および「連結された」という用語、およびその変化形は、広く使用され、直接的および間接的な取付け、結合、支持および連結を包含する。さらに、「結合された」および「連結された」は、物理的または機械的な結合または連結に制限されない。
【００１１】
本発明は、向上された耐熱性を有し、かつ十分な構造的完全性も提供する、タービンセクション１６のベーンまたはブレードのような、ガスタービン１０で使用される翼の製造を可能にする。特に、本発明は、タービンの列１のようなタービンの高温領域での使用に適したベーンまたはブレードの製造を可能にする。さらに本発明は、大型ブレードの重量を低減し、したがって機械的応力を低減するような、比較的大型のブレードの製造において使用することもできる。
【００１２】
図２を参照すると、本発明の一実施形態によるモジュラーベーン３０が示されている。ベーン３０は、上部ベーンバッキングプレート３４と下部ベーンバッキングプレート３６との間に積層された構造として配置された複数のベーンフィラメント３２を含む。フィラメント３２は、タービンベーンおよび／またはブレードでの使用に適した高耐熱性材料からそれぞれ製造されている。例えば、この材料は、セラミック基複合（ＣＭＣ）材料またはチタンアルミナイド（ＴｉＡｌ）材料であってよい。代替的に、少なくとも１つのフィラメント３２は、所定の高耐熱性材料から製造されてよく、その他のフィラメント３２は、別の高耐熱性材料から製造されてよい。フィラメント３２はそれぞれ、これらのフィラメント３２が積層されたときに、または組み立てられたときに、適切なベーン翼形状が形成されるように、成形されている。フィラメント３２はそれぞれ第１の厚さ３７を有していてよい。別の態様では、ＣＭＣ材料から製造されたフィラメント３２の厚さ３７は、約１０〜１２ｍｍの厚さであってよい。代替的に、少なくとも１つのフィラメント３２は、第１の厚さ３７よりも大きいまたは小さい厚さを有していてよい。
【００１３】
図３を参照すると、フィラメント３２が挿入されていない状態で下部バッキングプレート３６が示されている。下部バッキングプレート３６は下部プラットフォーム３８を備え、下部プラットフォーム３８は、下部プラットフォーム３８から中心軸線２０に関して半径方向に延在する複数の支持ビーム４０を有している。一実施形態では、下部バッキングプレート３６は、第１の支持ビーム４２、第２の支持ビーム４４、および第３の支持ビーム４６を備え、これら支持ビームはそれぞれねじ山付き端部４８を有している。各支持ビーム４２，４４，４６は、（第１の支持ビーム４２の破断図に示したように）内部通路５０と、各支持ビーム４２，４４，４６の外面５４を貫通して延在する複数の開口５２とを有しており、各内部通路５０と協働する開口５２とが流体連通するようになっている。使用時は、各内部通路５０が冷却空気または冷却流体を受け取り、次いでこの冷却空気または冷却流体は開口５２から放出され、フィラメント３２に衝突してフィラメント３２を冷却する。プラットフォーム３８からは、複数の整列ピン５６も延在している。支持ビーム４２，４４，４６とピン５６とは、後述するようにフィラメント３２を支持し、整列させるために用いられる。下部バッキングプレート３６と、支持ビーム４２，４４，４６と、ピン５６とは、ワンピース構造を形成するように、鋳造プロセス等により、一体的に、または１つの構造体として形成されてよい。一実施形態では、下部バッキングプレート３６と、支持ビーム４２，４４，４６と、ピン５６とは、公知の普通鋳造（ＣＣ）合金、または方向性凝固（ＤＳ）合金から形成されてよい。下部プラットフォーム３８は、下部バッキングプレート３６の部分をカバーする下部シュラウドエレメント５８を貫通して延在している。下部シュラウド５８は、下部バッキングプレート３６が高温にさらされるのを減じるために役立つ耐熱性材料から製造されている。一実施形態では、下部シュラウド５８はＣＭＣ材料、または公知の熱バリヤコーティングから製造されている。
【００１４】
図４を参照すると、図２の４−４線に沿った上部バッキングプレート３４の図が示されている。 図２に関連して図４を参照すると、上部バッキングプレート３４は上部プラットフォーム６０を備えており、上部プラットフォーム６０は、支持ビーム４２，４４，４６を収容する穴６２を有している。上部プラットフォーム６０は後述するように、その下にあるフィラメントの整列ピンを収容するように構成された整列穴６４も有している。上部シュラウドエレメント６６は、上部バッキングプレート３４の部分をカバーする。上部シュラウド６６は、ＣＭＣ材料、または公知の熱バリヤコーティングなどの、上部バッキングプレート３４が高温にさらされるのを減じるために役立つ耐熱性材料から製造されている。
【００１５】
図５および図６には、一例としてのベーンベースフィラメント６８の上面図および底面図がそれぞれ示されている。ベースフィラメント６８は、前縁７０および後縁７２と、凹状プロファイルの高圧側の面７４と凸状プロファイルの低圧側の面７６とを備える。ベースフィラメント６８はさらに、ベースフィラメント６８の凹状側の面７４からベースフィラメント６８内へと延在する複数の側方開口７８を有している。一実施形態では、ベースフィラメント６８は、第１の支持ビーム４２、第２の支持ビーム４４、第３の支持ビーム４６をそれぞれ収容するために、第１の側方開口８０と、第２の側方開口８２と、第３の側方開口８４とを有している。ベースフィラメント６８はさらに、整列ピン５６（図５参照）を有する上面８６と、整列穴６４（図６参照）を有する底面８８とを有している。代替的に、ピン５６および整列穴６４は、それぞれベースフィラメント６８の底面８８および上面８６に形成されていてもよい。
【００１６】
図７および図８には、第１ベーンフィラメント９０の上面図および底面図がそれぞれ示されている。第１フィラメント９０は、上述したように、前縁７０および後縁７２と、凹状側の面７４と凸状側の面７６とを有している。第１フィラメント９０はさらに、第１フィラメント９０の凸状側の面７６から第１フィラメント９０内へと延在する複数の側方開口９２を有している。一実施形態では、第１フィラメント９０は、第１の支持ビーム４２、第２の支持ビーム４４、第３の支持ビーム４６を収容するために、第１の側方開口９４と、第２の側方開口９６と、第３の側方開口９８とを有する。第１フィラメント９０はさらに、整列ピン５６（図７参照）を有する上面１００と、整列穴６４（図８参照）を有する底面１０２とを備える。代替的に、ピン５６および整列穴６４は、それぞれ第１フィラメント９０の底面１０２および上面１００に形成されていてもよい。図９を参照すると、図７の９−９線に沿った第１フィラメント９０の斜視図が示されている。第１フィラメント９０はさらに、凹状側の面７４から下方へと延在する複数のフランジエレメント１０４を備える。フランジ１０４の位置と数とは、下にあるフィラメントの開口に対応しており、開口によって開かれている部分を閉鎖する役割を持つ。一実施形態では、第１フィラメント９０は、ベースフィラメント６８（図５参照）または後述するような第２フィラメント１０８の第１の側方開口８０、第２の側方開口８２、第３の側方開口８４に対応する第１のフランジ１１０、第２のフランジ１１２、第３のフランジ１１４（図１２参照）を備える。
【００１７】
図１０を参照すると、図５の１０−１０線に沿った第１フィラメント９０の図が示されている。代替実施形態では、ベースフィラメント６８が、凸状側の面７６から下方へと延在する複数のフランジエレメント１０６を備えており、第２フィラメント１０８を形成している。フランジ１０６の位置と数とは、下にあるフィラメントの開口に対応しており、開口によって開かれている部分を閉鎖する役割を持つ。一実施形態では、第２フィラメント１０８は、それぞれ第１フィラメント９０（図９参照）の第１の側方開口９４、第２の側方開口９６、第３の側方開口９８に対応する第１のフランジ１１６、第２のフランジ１１８、第３のフランジ１２０を備える。
【００１８】
図１１〜図１３を参照すると、ベーン３０を形成するためのフィラメント組み立てシーケンスが示されている。本発明の実施形態によると、各フィラメント６８，９０，１０８は、複雑な３次元（３Ｄ）形状または湾曲を有するベーンの形成または組み立てを容易にするために、支持ビームの向きに対して横方向に挿入される。一実施形態では、フィラメント６８，９０，１０８は、順次、交互の横方向で支持ビームへとスライドされる。図１１を参照すると、ベースフィラメント６８は、ベースフィラメント６８が下部プラットフォーム３８の上方に位置し、支持ビーム４２，４４，４６がそれぞれベースフィラメント６８の開口８０，８２，８４内に位置するまで、第１の横方向１２２（矢印参照）で移動またはスライドされる。次いで、ベースフィラメント６８は、下部プラットフォーム３８の整列ピン５６が、ベースフィラメント６８の整列穴６４によって収容されるように、下部プラットフォーム３８の上へと下降される。
【００１９】
図１２を参照すると、次いで、第１フィラメント９０が、第１の方向とはほぼ逆方向の第２の横方向１２４（矢印参照）で移動される。第１フィラメント９０は、第１フィラメント９０がベースフィラメント６８の上方に位置し、支持ビーム４２，４４，４６が第１フィラメント９０の開口９４，９６，９８内に位置するまで、移動される。次いで、第１フィラメント９０は、ベースフィラメント６８のピン５６が、第１フィラメント９０の整列穴６４によって収容されるように、ベースフィラメント６８の上へと下降または積層される。ベースフィラメント６８へ第１フィラメント９０を下降させる際に、第１フィラメント９０のフランジ１１０，１１２，１１４は、それぞれベースフィラメント６８の開口８０，８２，８４を覆い、これにより開口８０，８２，８４を閉鎖する。
【００２０】
次いで第２ベーンフィラメント１０８が、ベースフィラメント６８の関連で上述したように、第１の横方向１２２で移動またはスライドされる。次いで、第２フィラメント１０８は、第１フィラメント９０のピン５６が、第２フィラメント１０８の整列穴６４によって収容されるように、第１フィラメント９０の上へと下降される。第１フィラメント９０へ第２フィラメント１０８を下降させる際に、第２フィラメント１０８のフランジ１１６，１１８，１２０（図１０）は、それぞれ第１フィラメント９０の開口９４，９６，９８（図９）を覆い、これにより開口９４，９６，９８を閉鎖する。第１フィラメント９０および第２フィラメント１０８は、１つのフィラメント対を成す。次いで、付加的な第１フィラメント９０および第２フィラメント１０８の対が、上述したように、第１フィラメント９０のフランジ１１０，１１２，１１４がその下にある第２フィラメント１０８の開口８０，８２，８４を覆い、第２フィラメント１０８のフランジ１１６，１１８，１２０がその下にある第１フィラメント９０の開口９４，９６，９８を覆い、インターロッキング配置を形成するように、積層される。一実施形態では、本明細書で記載したようなフィラメントのインターロッキング配置を形成するために、付加造形技術および３Ｄプリント技術を用いることができる。
【００２１】
上述したように、フィラメント３２は、複雑な３Ｄ形状または湾曲を有するベーンの組み立てを容易にするために、支持ビーム４２，４４，４６の向きに対して横方向に挿入される。３Ｄ形状または湾曲を有するベーン３０の大部分が組み立てられると、側方開口ではなく貫通孔を有する少なくとも１つのフィラメントが使用されてよい。例えば、第１フィラメント９０の側方開口９４，９６，９８（図９参照）は、第１の支持ビーム４２、第２の支持ビーム４４、第３の支持ビーム４６を収容するように構成された対応する円形穴１２６，１２８，１３０に置き換えられて、それぞれ第３ベーンフィラメント１３２を形成する。第３フィラメント１３２は、第１の支持ビーム４２、第２の支持ビーム４４、第３の支持ビーム４６の上に半径方向で挿入され、ベーン３０に挿入される最後のフィラメントであってよい。
【００２２】
下部バッキングプレート３６、支持ビーム４２，４４，４６、フィラメント６８，９０，１０８，１３２は次いで、ビーム４２，４４，４６の所望の延伸を引き起こすのに十分な熱量によって加熱される。図２に戻って参照すると、次いで、上部バッキングプレート３４が第１の支持ビーム４２、第２の支持ビーム４４、第３の支持ビーム４６の上に挿入され、これにより支持ビーム４２，４４，４６は穴６２（図４参照）を貫通して延在し、端部４８は、上部バッキングプレート３４の上方に位置する。加えて、整列穴６４は第３フィラメント１３２の整列ピン５６を収容する。次いで、摩擦溶接のような公知の溶接技術を利用して上部バッキングプレート３４に端部４８が溶接されて、ベーン３０が形成される。ベーン３０は次いで室温まで冷却され、これにより支持ビーム４２，４４，４６は収縮する。結果としてベーン３０は、室温で圧縮状態に保持される。次いで、フィラメント６８，９０，１０８，１３２を、所望のベーンのプロファイルまたは形状を得るために機械加工することができる。
【００２３】
本発明は、タービン１０の多段タービンセクションのブレードの製造にも適用可能である。図１４を参照すると、本発明の代替実施形態によるモジュラーブレード１４０が示されている。ブレード１４０は、最終的に軸２４に取り付けられるブレードハブ１４４上に積層された構造として配置された複数のブレードフィラメント１４２を備える。フィラメント１４２は、上述したようにＣＭＣ材料またはＴｉＡｌ材料のような比較的軽量かつ高耐熱性の材料からそれぞれ製造されている。代替的に、少なくとも１つのフィラメント１４２は、ＣＭＣ材料などの所定の高耐熱性材料から製造されてよく、その他のフィラメント１４２は、ＴｉＡｌ材料のような別の高耐熱性材料から製造されてよい。フィラメント１４２はそれぞれ、これらのフィラメント１４２が積層されたときに、または組み立てられたときに、適切なブレード翼形状が形成されるように、形成されている。フィラメント１４２はそれぞれ第１の厚さ１４６を有していてよい。一実施形態では、ＣＭＣ材料から製造されたフィラメント１４２の厚さ１４６は、約１０〜１２ｍｍの厚さであってよい。代替的に、少なくとも１つのフィラメント１４２は、第１の厚さ１４６よりも大きいまたは小さい厚さを有していてよい。
【００２４】
図１５を参照すると、フィラメント１４２が挿入されていない状態でブレードハブ１４４が示されている。ブレードハブ１４４はプラットフォーム１４６を備え、プラットフォーム１４６は、プラットフォーム１４６から中心軸線２０に関して半径方向に延在する複数の支持ビーム１４８を有している。一実施形態では、ブレードハブ１４４は、第１の支持ビーム１５０、第２の支持ビーム１５２、第３の支持ビーム１５４、および第４の支持ビーム１５６を備え、これら支持ビームはそれぞれねじ山付き端部１５５を有している。各支持ビーム１５０，１５２，１５４，１５６は（第２の支持ビーム１５２の破断図に示したように）内部通路１５８と、各支持ビーム１５０，１５２，１５４，１５６の外面１６２を貫通して延在する複数の開口１６０とを有しており、各内部通路１５８と協働する開口１６０とが流体連通するようになっている。使用時は、各内部通路１５８が冷却空気または冷却流体を受け取り、次いで、この冷却空気または冷却流体は開口１６０から放出され、フィラメント１４２に衝突してフィラメント１４２を冷却する。プラットフォーム１４６からは、複数の整列ピン１６４も延在している。支持ビーム１５０，１５２，１５４，１５６とピン１６４とは、後述するようにフィラメント１４２を支持し、整列させるために用いられる。
【００２５】
ブレードハブ１４４と、支持ビーム１５０，１５２，１５４，１５６と、ピン１６４とは、ワンピース構造を形成するように、鋳造プロセス等により、一体的にまたは１つの構造体として形成されてよい。一実施形態では、ブレードハブ１４４と、支持ビーム１５０，１５２，１５４，１５６と、ピン１６４とは、公知の普通鋳造（ＣＣ）合金、または方向性凝固（ＤＳ）合金から形成されてよい。ハブシュラウドエレメント１６６は、ブレードハブ１４４の部分をカバーする。ハブシュラウド１６６は、ＣＭＣ材料、または公知の熱バリヤコーティングなどの、ブレードハブ１４４が高温にさらされるのを減じるために役立つ耐熱材料から製造されている。
【００２６】
図１１〜図１３に関連して上述したように、ブレード１４０用のフィラメント１４２は、複雑な３Ｄ形状または湾曲を有するブレードの組み立てを容易にするために、支持ビーム４２，４４，４６の向きに対して横方向に挿入される。図１６を参照すると、部分的に組み立てられたブレード１４０が示されている。ブレード１４０は、フィラメント開口１７２（覆われて示されている）を有するブレードフィラメント１６８と、フィラメント開口１７４を有するフランジ付きブレードフィラメント１７０とを備える。ブレードフィラメント１６８は、フィラメント開口１７２が支持ビーム１５０，１５２，１５４，１５６を収容するように第１の横方向１２２（矢印参照）でスライドされる。次いで、フランジ付きフィラメント１７０が、フィラメント開口１７４も支持ビーム１５０，１５２，１５４，１５６を収容するように第２の横方向１２４（矢印参照）でスライドされる。
【００２７】
代替的な実施形態では、フランジ付きフィラメント１７０は、フランジ付きフィラメント１７０の凹状面１８０からそれぞれ上方または下方に延在する第１のフランジエレメント１７６および第２のフランジエレメント１７８を備える。図１６には、ベースフィラメント１６８に設けられた対応する開口１７２を覆う第１の下方フランジ１８２、第２の下方フランジ１８４、第３の下方フランジ１８６、第４の下方フランジ１８８が示されている。図１６にはさらに、フランジ付きフィラメント１７０の上面に配置されるフィラメントの開口を覆うように構成された第１の上方フランジ１９０、第２の上方フランジ１９２、第３の上方フランジ１９４、第４の上方フランジ１９６も示されている。代替的に、フランジ付きフィラメント１７０は、第１の下方フランジ１８２、第２の下方フランジ１８４、第３の下方フランジ１８６、第４の下方フランジ１８８のみを有していてもよいし、または第１の上方フランジ１９０、第２の上方フランジ１９２、第３の上方フランジ１９４、第４の上方フランジ１９６のみを有していてもよい。
【００２８】
図１７を参照すると、所望の構造に達するまで、複数のフィラメント１６８，１７０が支持ビーム１５０，１５２，１５４，１５６上へと順次、交互に横方向でスライドされる。終端フィラメント１９８は、最後のフランジ付きフィラメント１７０の上方に位置する。図１８を参照すると、図１７の１８−１８線に沿った終端フィラメントの部分断面図が示されている。図１７に関連して図１８を参照すると、終端フィラメント１９８はベースフィラメント１６８と、ベースフィラメント１６８の上方で延在する側壁２００とを備え、この側壁は、ベースフィラメント１６８の形状に対応する形状を有するキャビティ２０２を形成する。ブレード１４０はさらに、キャビティ２０２に対応する形状を有する圧縮プレート２０４（図１４参照）を備える。ブレード１４０は、支持ビーム１５０，１５２，１５４，１５６を収容する穴２０６を有している。
【００２９】
ブレードハブ１４４、支持ビーム１５０，１５２，１５４，１５６、フィラメント１６８，１７０，１９８は、次いで、ビーム１５０，１５２，１５４，１５６の所望の延伸を引き起こすのに十分な熱量によって加熱される。次いで、支持ビーム１５０，１５２，１５４，１５６が穴２０６を通って延在し、端部１５５が圧縮プレート２０４の上方に、かつ側壁２００の上縁部２０６の下方に位置するように、圧縮プレート２０４が支持ビーム１５０，１５２，１５４，１５６の上に挿入される。次いで、摩擦溶接などの公知の溶接技術を利用して圧縮プレート２０４に端部１５５が溶接されて、ブレード１４０が形成される。ブレード１４０は次いで室温まで冷却され、これにより支持ビーム１５０，１５２，１５４，１５６は収縮する。結果としてブレード１４０は、室温で圧縮状態にある。次いで、フィラメント６８，９０，１０８，１３２を、所望のブレードのプロファイルまたは形状を得るために機械加工することができる。
【００３０】
本開示の特定の態様が例示および説明されているが、開示の思想および範囲から逸脱することなく様々なその他の変更および改変をなし得ることは当業者に明らかであろう。したがって、本開示の範囲に包含される全てのこのような変更および改変を添付の請求項において網羅しようとするものである。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年4月26日(2018.4.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン用の翼であって、
バッキングプレートから延在する少なくとも１つの支持コラムと、
前記支持コラムを第１の横方向で収容する少なくとも１つの第１の側方開口を有している、少なくとも１つの第１のフィラメントと、
前記支持コラムを第２の横方向で収容する少なくとも１つの第２の側方開口を有し、かつ前記第１の側方開口を覆うためのフランジを有している、少なくとも１つの第２のフィラメントと、
を備えるタービン用の翼。
【請求項２】
前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントは、ベーンまたはブレードの形状を有している、請求項１記載の翼。
【請求項３】
前記第２のフィラメントは、少なくとも１つの上方および下方に延在するフランジを有している、請求項１記載の翼。
【請求項４】
前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントは、高耐熱性材料から製造される、請求項１記載の翼。
【請求項５】
前記高耐熱性材料は、セラミック基複合材料またはチタンアルミナイド材料である、請求項４記載の翼。
【請求項６】
前記フランジは、前記第２のフィラメントの側面から延在している、請求項１記載の翼。
【請求項７】
前記バッキングプレートを覆うシュラウドをさらに備える、請求項１記載の翼。
【請求項８】
タービン用の翼の組み立て方法であって、
下部プレートから延在する少なくとも１つの支持コラムを設けるステップと、
前記支持コラムを第１の横方向で収容する少なくとも１つの第１の側方開口を有している、少なくとも１つの第１のフィラメントを設けるステップと、
前記支持コラムを前記第１の方向とは逆の第２の横方向で収容する少なくとも１つの第２の側方開口を有し、かつ前記第１の側方開口を覆うためのフランジを有している、少なくとも１つの第２のフィラメントを設けるステップと、
前記支持コラムを加熱して前記支持コラムを延伸させるステップと、
前記支持コラムに上部プレートを取り付けるステップと、
前記支持コラムを冷却して、前記支持コラムを収縮させ、前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントを圧縮状態に置くステップと、
を含む、タービン用の翼の組み立て方法。
【請求項９】
前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントは、ベーンまたはブレードの形状を有している、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記第２のフィラメントは、少なくとも１つの上方および下方に延在するフランジを有している、請求項８記載の方法。
【国際調査報告】
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