(57)【要約】  本発明は、超音波パルス波の反射経路を変えるように適合された表面不整を含む超音波散乱特徴部２０を含むプラットフォーム縁部表面１７を含むタービンブレード１０に関する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部表面（１４）と、前記上部表面（１４）の外側境界を形成して縁部表面（１７）を有する縁部（１６）と、を備えるプラットフォーム（１２）を有する、ロータと係合するための根元セクション（１１）と、
前記上部表面（１４）から延びるエーロフォイル（１９）と、を含むタービンブレード（１０）であって、
超音波パルス波の反射経路を変えるように適合された表面不整を含む超音波散乱特徴部（２０）を含む前記縁部表面（１７）の少なくとも一部分を特徴とする、タービンブレード（１０）。
【請求項２】
前記超音波散乱特徴部（２０）は、個々が谷（２６）と共に相互離隔された複数のリッジ（２４）を形成するように配置される複数の鋸歯状歯（２２）を含む、請求項１記載のタービンブレード（１０）。
【請求項３】
前記複数の鋸歯状歯（２２）のうちの少なくとも１つは、前記リッジ（２４）と隣接する谷（２６）との間に延びる、０．４ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の、前記縁部表面（１７）に垂直な高さ（２８）を有する、請求項２記載のタービンブレード（１０）。
【請求項４】
前記複数の鋸歯状歯（２２）のうちの少なくとも１つは、前記リッジ（２４）と隣接する谷（２６）との間に延びる、前記縁部表面（１７）に垂直な、０．５ｍｍの高さ（２８）を有する、請求項２記載のタービンブレード（１０）。
【請求項５】
前記複数の鋸歯状歯（２２）のうちの少なくとも１つは、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲のピッチ（３０）を有する、請求項２記載のタービンブレード（１０）。
【請求項６】
前記複数の鋸歯状歯（２２）のうちの少なくとも１つは、１ｍｍのピッチを有する、請求項２記載のタービンブレード（１０）。
【請求項７】
前記リッジ（２４）の個々は、前記縁部表面（１７）を横切って延びるように整列される、請求項２乃至６のいずれか１項記載のタービンブレード（１０）。
【請求項８】
多段蒸気タービンブレードとして構成される、請求項１乃至７のいずれか１項記載のタービンブレード（１０）。
【請求項９】
最終段蒸気タービンブレードとして構成される、請求項８記載のタービンブレード（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全般的に、使用中のメンテナンスまたはその次のブレード交換／修正の一部としてブレードの製造中か製造後のいずれかの欠陥の存在に関するタービンブレードプラットフォームの非破壊試験に関する。本開示は、さらに、超音波非破壊試験を行う試験方法を用いて欠陥検出を改善するように適合されたブレードの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
高および低サイクル疲労を含むブレード根元の欠陥の発現の原因となり得る様々な機構が存在する。欠陥の存在は、ブレードの機械的健全性を損なうことがあり、このため、欠陥を識別して定量化するために確固たる検査方法を持つことが重要である。それは通常、ブレード列の分解を避ける非破壊試験（ＮＤＴ）方法によって現場検査を実行することにより行われる。
【０００３】
多段蒸気タービンは、完全な適用範囲を得るのに要する大量のスキャンにより、最終段ブレードの現場での超音波ＮＤＴ検査が、タービン毎に数日のオーダーで続く場合がある。時間の長さが必要とされる理由の１つは、フットプラットフォームの特徴部からのフェーズドアレイプローブからの超音波信号のエコーが、最終段ブレードの関連する場所での起こり得る欠陥からの信号と干渉／隠蔽することである。その結果として、繰り返しのスキャンは、多くの場合、実行される。しかしながら、スキャンを繰り返すことは、ブレードの組み立て状態が検査角度をかなり制限するので、既に隠れた欠陥が表されるであろうことを保証せず、その結果として、すべてのブレード特徴部からの信号エコーを避けることは、今までは可能でないことがある。かなりの疑いが残る場合、ブレード列の分解を避けることは、可能でないことがあり、磁粉探傷検査などの他のＮＤＴ技術の使用は、必要とされることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】英国特許第８３６０３０号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
欠陥を確実に識別するための超音波ＮＤＴ方法の能力を低下させる欠陥の超音波エコーをマスクするブレードプラットフォームジオメトリという課題を、少なくとも部分的に克服する最終段蒸気タービンブレードの根元プラットフォームが提供される。
【０００６】
独立請求項の主題によって、この課題を扱うことを試みている。有利な実施形態は、従属請求項で与えられる。
【０００７】
本発明は、信号の散乱によって超音波エコーを最小化するブレードプラットフォームの関連のある点に表面特徴部を設けるという考えに基づいている。このように欠陥から派生するエコーはマスクされない。
【０００８】
１つの一般的な態様は、上部表面と、上部表面の外側境界を形成する縁部と、を備える、プラットフォームを有する、ロータと係合するための根元セクションを含むタービンブレードを含む。縁部は、縁部表面を有し、その一方、タービンブレードは、上部表面から延びるエーロフォイルをさらに含む。縁部表面の少なくとも一部分は、超音波パルス波の反射経路を変えるように適合された表面不整を含む超音波散乱特徴部を含む。
【０００９】
別の態様では、超音波散乱特徴部は、個々が谷と共に相互離隔された複数のリッジを形成するように配置される複数の鋸歯状歯を含む。
【００１０】
さらに別の態様では、複数の鋸歯状歯のうちの少なくとも１つは、０．４ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の約０．５ｍｍの、リッジと相互離隔された谷との間の縁部表面に垂直な高さを有する。
【００１１】
他の態様では、複数の鋸歯状歯のうちの少なくとも１つは、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の１ｍｍのピッチを有する。
【００１２】
他の態様では、リッジは、縁部表面を横切って延びるように整列される。
【００１３】
さらに別の態様では、タービンブレードは、最終段蒸気タービンブレードを含む多段蒸気タービンブレードとして構成される。
【００１４】
本開示の他の態様および利点については、本発明の例示的な実施形態を一例として例証する添付の図面に関連して解釈される以下の説明から明らかになるであろう。
【００１５】
一例として本開示の実施形態を、添付の図面を参照して、以下にさらに十分に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１ａ】超音波散乱特徴部を含む例示的なブレードの平面図である。
【図１ｂ】図１ａの超音波散乱特徴部の一部分の拡大図である。
【図２】図１ａの例示的なブレードの側面図である。
【図３ａ】超音波パルス反射に対する超音波散乱特徴部の効果を示す図である。
【図３ｂ】超音波パルス反射に対する超音波散乱特徴部の効果を示す図である。
【図３ｃ】超音波パルス反射に対する超音波散乱特徴部の効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本開示の例示的な実施形態は、ここで図面を参照して説明するが、同様の参照数字は、同様の要素を指すために一貫して使用される。以下の説明では、解説する目的のため、多数の特定の詳細が記載され、開示内容の完全な理解を提供する。しかしながら、本開示は、それらの特定の詳細を備えずに実施されてもよく、本明細書に開示した例示的な実施形態に限定されない。
【００１８】
図１ａに示す例示的な実施形態は、ロータ（図示せず）と係合するための根元セクション１１を備えたタービンブレード１０を含む。この文脈では、係合するとは、根元セクション１１がロータに固定式に取り付けられるように構成されることを意味する。それは、根元セクション１１をロータ中に保持するように適合される適切な根元セクション１１構成を含む任意の公知の手段によって存続することがある。そういった構成は、もみの木配置、Ｔ根元配置、またはピン根元配置を含む。
【００１９】
根元セクション１１は、上部表面１４と、上部表面１４の外側境界を形成する縁部１６と、を有するプラットフォーム１２をさらに含む。すなわち、ロータの設置位置では、縁部１６は、プラットフォーム１２の軸方向および周方向の限界を画定する。例示的な実施形態では、縁部１６は、縁部表面１７を含む。そういった縁部表面１７は、プラットフォーム１２の上部表面１４に概ね直交し且つプラットフォーム１２をさらに囲む表面である。
【００２０】
図１ａに示すように、縁部表面１７の少なくとも一部分は、超音波パルス波の反射経路を変えるように適合された超音波散乱特徴部２０を含む。根元セクション１１の標準的特徴部は、超音波を限定的な程度まで散乱させることができると認識されるが、この仕様の範囲内で、超音波散乱特徴部２０は、超音波散乱の唯一の機能を有することによって、それ自体を特徴部などから差別化する。この理由のため、根元セクション１１をロータの中に固定する機能を有するもみの木の湾曲と、プラットフォーム１２の形状を画定する機能を有すると共にロータ溝および／または隣接して装着されるタービンブレードとのシールおよび／または嵌合の便宜をさらに提供する縁部１６および縁部表面１７と、タービンブレードの構造的、機能的、および流動的な性能を画定する他のそういった特徴部とは、超音波散乱特徴部２０ではない。
【００２１】
図１ａおよび拡大した図１ｂに示す例示的な実施形態では、超音波散乱特徴部２０は、谷２６と共に相互離隔されたリッジ２４を形成するために配置された複数の鋸歯状歯２２を含む。例示的な実施形態では、リッジ２４は、縁部表面１７を横切って延びるように整列され、これによって、リッジ２４および谷２６が、上部表面１４に本質的に垂直に整列される。代替の例示的な実施形態（図示せず）では、リッジ２４および谷２６は、上部表面１４に本質的に平行であるように縁部表面に沿って整列される。別の例示的な実施形態では、リッジ２４および谷２６は、これらの２つの両極端の間で整列される。さらに別の例示的な実施形態では、リッジ２４および谷２６は、線形ではなく、両極端の特徴を含むことがあるように湾曲している。
【００２２】
図１ｂに示す例示的な実施形態では、複数の鋸歯状歯２２のうちの少なくとも幾つかは、リッジ２４と隣接する谷２６との間の測定時に、０．４ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の、縁部表面１７に垂直な高さ２８を有する。別の例示的な実施形態では、高さ２８は、０．５ｍｍである。この文脈では、リッジ２４の領域の高さ２８の方向は、縁部表面１７が形成するであろう表面欠陥および波動散乱特徴部２０の無い平面に基づいている。
【００２３】
図１ｂに示す例示的な実施形態では、複数の鋸歯状歯２２のうちの少なくとも１つは、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲のピッチ３０を有する。別の例示的な実施形態では、複数の鋸歯状歯２２のうちの少なくとも１つは、１ｍｍのピッチを有し、ピッチは、水平面における各リッジ２４から隣接する谷２６の間の距離として画定される。
【００２４】
例示的な実施形態では、タービンブレード１０は、多段蒸気タービンブレードとして構成されており、さらには最終段蒸気タービンブレードとして構成されることもある。
【００２５】
図２は、図１ａおよび１ｂのタービンブレードの別の斜視図を示す。
【００２６】
図３ａ、３ｂ、および３ｃは、根元輪郭１８と対照して示された標準ブレード根元特徴部の超音波パルスエコー３２に対する超音波散乱特徴部２０の効果を示す。
【００２７】
図３ａで提供される例では、根元セクション１１は、超音波散乱特徴部を何ら含まず、したがって、基部ケースと判断される場合がある。図３ａから理解され得るように、縁部表面１７の領域には、強力な超音波パルスエコー３２が発生する。
【００２８】
図３ｂに示す例では、縁部表面１７は、０．５ｍｍの高さを有する図１ａ、１ｂおよび図２に示す超音波散乱特徴部２０を含む。図３ａと比べて、縁部表面１７は、かなり小さく測定された超音波パルスエコー３２を示している。
【００２９】
図３ｃに示す例では、図３ｂの超音波散乱特徴部２０の高さは、２．０ｍｍまで増加されている。図３ｂと比べて、縁部表面１７は、殆ど無い超音波パルスエコー３２の点までの超音波パルスエコー３２のさらなる減少を示している。与えられた例に関して、２．０ｍｍより大きく、例えば、インターブレードプラットフォームのシールに影響を及ぼすことによって波動散乱特徴部２０がブレードの特徴に影響する点までの高さを有する波動散乱特徴部２０を含むことができるであろう。したがって、上側の限界は、試験の限界に関係しないブレード構成上の制約に依存する。
【００３０】
標準のブレード特徴部のエコーが減少した結果、超音波散乱特徴部２０の領域の欠陥は、潜在的に隠れる機会がより小さくなる。
【００３１】
波動散乱特徴部２０の最適な配置および構成は、湾曲付き領域および縁部付き領域の場所と、それらの超音波を反射しその結果欠陥の反射をマスクする能力と、に関して、根元セクション１１の構成に依存している。したがって、本開示する実施形態は、あらゆる点で、例証であり、限定されない、と考えられる。本開示の範囲は、前記説明ではなくて、添付の特許請求の範囲によって示され、その意味および範囲ならびに等価なものの範囲内にある変更はすべて、本明細書に包含されることが意図されている。
【符号の説明】
【００３２】
１０  タービンブレード
１１  根元セクション
１２  プラットフォーム
１４  上部表面
１６  縁部
１７  縁部表面
１８  根元輪郭
１９  エーロフォイル
２０  超音波散乱特徴部
２２  鋸歯状歯
２４  リッジ
２６  谷
２８  高さ
３０  ピッチ
３２  超音波パルスエコー
【図１ａ】
2018532062.tif 000003
【図１ｂ】
2018532062.tif 000004
【図２】
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【図３ａ】
2018532062.tif 000006
【図３ｂ】
2018532062.tif 000007
【図３ｃ】
2018532062.tif 000008
【国際調査報告】
2018532062.tif 000009
2018532062.tif 000010
2018532062.tif 000011