(57)【要約】      （修正有）【課題】取付領域における応力を減じるブレード・軸接合部を提供する。【解決手段】モミの木型根元部は、翼高さ方向で延在する少なくとも２つの通路（３１，３２，３３）を有しており、これら各通路は縦方向に沿って測定される通路長さ（ｌ１，ｌ２，ｌ３）を有していて、根元部はさらに、隣接する通路の各対の間に挿入されたウェブ（３４，３５）を有していて、少なくとも１つのウェブはそれぞれ縦方向に沿って測定されるウェブ長さを有している。少なくとも、根元部幅が、モミの木型根元部の力支持区分における最小の力支持根元部幅となる位置で、各ウェブについて、ウェブ長さと、２つの隣接する通路それぞれの通路長さとの間の局所的なウェブ対通路の比が０．５以上かつ０．８５以下であるように選択されている。【選択図】図３
2016156378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼（１１）とモミの木型根元部（１２）とを有したタービンブレード（１）であって、前記モミの木型根元部は縦方向（ｌ）と、前記モミの木型根元部の２つの側面（２０，２１）の間に延在する横方向（ｂ）と、根元部基部（１３）から翼先端に向かって延在する翼高さ方向（ｓ）とを有し、前記モミの木型根元部は、前記各側面（２０，２１）に配置されていてかつ前記縦方向に沿って延在し前記縦方向を規定する少なくとも１つの縦溝（１４，１５，１６）を備えていて、前記モミの木型根元部は前記２つの側面の間で測定される根元部幅（ｗ）を有していて、該幅は前記翼高さ方向で変化し、前記モミの木型根元部は前記翼高さ方向で延在する少なくとも２つの通路（３１，３２，３３）を備えていて、前記通路はそれぞれ、前記縦方向に沿って測定される通路長さ（ｌ１，ｌ２，ｌ３）を有していて、前記根元部はさらに、隣接する前記通路の各対の間に挿入されたウェブ（３４，３５）を備えていて、少なくとも１つの前記ウェブはそれぞれ前記縦方向に沿って測定されたウェブ長さ（ｌ４，ｌ５）を有している、タービンブレード（１）において、
少なくとも、前記根元部幅（ｗ）が、前記モミの木型根元部の力支持区分（２６）における最小の力支持根元部幅となる位置で、各ウェブ（３４，３５）について、前記ウェブ長さ（ｌ４，ｌ５）と、２つの隣接する前記通路（３１，３２，３３）それぞれの通路長さ（ｌ１，ｌ２，ｌ３）との間の局所的なウェブ対通路の比（ｌ４／ｌ１；ｌ４／ｌ２；ｌ５／ｌ２；ｌ５／ｌ３）が０．５以上かつ０．８５以下であることを特徴とする、タービンブレード（１）。
【請求項２】
少なくとも、溝基部（１４，１５，１６）の翼高さ方向位置で、各ウェブ（３４，３５）について、前記ウェブ長さ（ｌ４，ｌ５）と、２つの隣接する前記通路（３１，３２，３３）それぞれの通路長さ（ｌ１，ｌ２，ｌ３）との間の局所的なウェブ対通路の比（ｌ４／ｌ１；ｌ４／ｌ２；ｌ５／ｌ２；ｌ５／ｌ３）が０．５以上かつ０．８５以下であることを特徴とする、請求項１記載のタービンブレード。
【請求項３】
前記根元部が各側面に配置された少なくとも２つの溝（１４，１５，１６）を有していて、各側の底部溝（１４）が、前記根元部基部（１３）に最も近く位置している、請求項１又は２記載のタービンブレードであって、
少なくとも、前記底部溝基部（１４）のうちの１つの翼高さ方向位置で、各ウェブ（３４，３５）について、前記ウェブ長さ（ｌ４，ｌ５）と、２つの隣接する前記通路（３１，３２，３３）それぞれの通路長さ（ｌ１，ｌ２，ｌ３）との間の局所的なウェブ対通路の比（ｌ４／ｌ１；ｌ４／ｌ２；ｌ５／ｌ２；ｌ５／ｌ３）が０．５以上かつ０．８５以下であることを特徴とする、請求項１又は２記載のタービンブレード。
【請求項４】
各溝基部（１４，１５，１６）の翼高さ方向位置で、各ウェブ（３４，３５）について、前記ウェブ長さ（ｌ４，ｌ５）と、２つの隣接する前記通路（３１，３２，３３）それぞれの通路長さ（ｌ１，ｌ２，ｌ３）との間の局所的なウェブ対通路の比（ｌ４／ｌ１；ｌ４／ｌ２；ｌ５／ｌ２；ｌ５／ｌ３）が０．５以上かつ０．８５以下である、請求項１から３までのいずれか１項記載のタービンブレード。
【請求項５】
前記根元部内の又は前記根元部の前記力支持区分内の少なくともほぼ前記通路延在全体に沿ってそれぞれ、各ウェブ（３４，３５）について、前記ウェブ長さ（ｌ４，ｌ５）と、２つの隣接する前記通路（３１，３２，３３）それぞれの通路長さ（ｌ１，ｌ２，ｌ３）との間の局所的なウェブ対通路の比（ｌ４／ｌ１；ｌ４／ｌ２；ｌ５／ｌ２；ｌ５／ｌ３）が０．５以上かつ０．８５以下である、請求項１から４までのいずれか１項記載のタービンブレード。
【請求項６】
前記通路（３１，３２，３３）のうちの少なくとも１つが前記根元部基部（１３）における入口扇形部分（３６，３７，３８）とダクト部分とを備えており、前記根元部内の又は前記根元部の前記力支持区分内の少なくともほぼ前記ダクト延在全体に沿ってそれぞれ、各ウェブ（３４，３５）について、前記ウェブ長さ（ｌ４，ｌ５）と、２つの隣接する前記通路（３１，３２，３３）それぞれの通路長さ（ｌ１，ｌ２，ｌ３）との間の局所的なウェブ対通路の比（ｌ４／ｌ１；ｌ４／ｌ２；ｌ５／ｌ２；ｌ５／ｌ３）が０．５以上かつ０．８５以下である、請求項１から４までのいずれか１項記載のタービンブレード。
【請求項７】
翼（１１）とモミの木型根元部（１２）とを有したタービンブレード（１）であって、前記モミの木型根元部は縦方向（ｌ）と、前記モミの木型根元部の２つの側面（２０，２１）の間に延在する横方向（ｂ）と、根元部基部（１３）から翼先端に向かって延在する翼高さ方向（ｓ）とを有し、前記モミの木型根元部は、前記各側面（２０，２１）に配置されていてかつ前記縦方向に沿って延在し前記縦方向を規定する少なくとも１つの縦溝（１４，１５，１６）を備えていて、前記モミの木型根元部は前記２つの側面の間で測定される根元部幅（ｗ）を有していて、該幅は前記翼高さ方向で変化し、前記モミの木型根元部は前記翼高さ方向で延在する少なくとも２つの通路（３１，３２，３３）を備えていて、前記通路はそれぞれ、前記縦方向に沿って測定される通路長さ（ｌ１，ｌ２，ｌ３）を有していて、前記根元部はさらに、隣接する前記通路の各対の間に挿入されたウェブ（３４，３５）を備えていて、少なくとも１つの前記ウェブはそれぞれ前記縦方向に沿って測定されたウェブ長さ（ｌ４，ｌ５）を有している、タービンブレード（１）において、
少なくとも、前記根元部幅（ｗ）が、前記モミの木型根元部の力支持区分（２６）における最小の力支持根元部幅となる位置で、全てのウェブ長さ（ｌ４，ｌ５）の合計と全ての通路長さ（ｌ１，ｌ２，ｌ３）の合計との比として規定される総合的なウェブ対通路の比が、０．３以上かつ０．６以下であることを特徴とする、タービンブレード（１）。
【請求項８】
少なくとも、溝基部（１４，１５，１６）の翼高さ方向位置で、前記総合的なウェブ対通路の比が０．３以上かつ０．６以下であることを特徴とする、請求項７記載のタービンブレード。
【請求項９】
前記根元部が各側面に配置された少なくとも２つの溝を有していて、各側の底部溝（１４）が前記溝基部（１３）に最も近く位置している、請求項７又は８記載のタービンブレードであって、
少なくとも、前記底部溝基部（１４）のうちの１つの翼高さ方向位置で、前記総合的なウェブ対通路の比が０．３以上かつ０．６以下であることを特徴とする、請求項７又は８記載のタービンブレード。
【請求項１０】
前記根元部が各側面に配置された少なくとも２つの溝を有していて、各側の底部溝（１４）が前記溝基部（１３）に最も近く位置している、請求項７から９までのいずれか１項記載のタービンブレードであって、
少なくとも、前記底部溝基部（１４）のそれぞれの翼高さ方向位置で、前記総合的なウェブ対通路の比が０．３以上かつ０．６以下であることを特徴とする、請求項７から９までのいずれか１項記載のタービンブレード。
【請求項１１】
前記根元部内の又は前記根元部の前記力支持区分内の少なくともほぼ前記通路延在全体に沿ってそれぞれ、前記総合的なウェブ対通路の比が０．３以上かつ０．６以下である、請求項７から１０までのいずれか１項記載のタービンブレード。
【請求項１２】
前記通路（３１，３２，３３）のうちの少なくとも１つが前記根元部基部における入口扇形部分（３６，３７，３８）とダクト部分とを備えており、前記根元部内の又は前記根元部の前記力支持区分内の少なくともほぼ前記ダクト延在全体に沿ってそれぞれ、前記総合的なウェブ対通路の比が０．３以上かつ０．６以下である、請求項７から１０までのいずれか１項記載のタービンブレード。
【請求項１３】
異なる翼長の翼を有する少なくとも２つのブレードを有している、請求項１から１２までのいずれか１項記載のタービンブレードのセットであって、
総合的なウェブ対通路の比及び／又はウェブ長さと隣接する通路の長さとの間の比のうち少なくとも一方が、大きい翼長を有しているブレードの場合の方が、小さい翼長を有しているブレードの場合よりも大きいことを特徴とする、タービンブレードのセット。
【請求項１４】
請求項１から１２までのいずれか１項記載のブレード用のモミの木型根元部。
【請求項１５】
請求項１３記載のブレードのセット用のモミの木型根元部のセット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、請求項１の上位概念部に記載のタービンブレードに関する。本開示はさらに、タービンブレードセットに関する。本開示はさらに、モミの木型根元部及びモミの木型根元部セットに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンブレードをモミの木型ブレード根元部によってロータ軸に取り付けることが公知である。このようなブレード根元部は、根元部基部を始点として複数の山部と溝を交互に有している。前記根元部は、軸に設けられた対応するスロット内に滑り入れられて収容されている。例えば遠心力により負荷されると、根元部は上に向かって、つまり翼の方に向かって、山部の支持面を圧迫する。
【０００３】
ブレードの翼は典型的には、ブレード根元部の縦方向におけるブレードの中央領域に配置されている。従って、翼の遠心力は前記中央領域でより激しく作用し、結果として根元部を縦方向に曲げる曲げひずみが生じる。さらに翼とブレード根元部との間の異なる熱膨張率も前記曲げの一因となっている。
【０００４】
典型的にガスタービンのブレードは冷却される。クーラント流は、翼の所定の縦方向位置においてブレード根元部に設けられた開口及び通路を通って中空のブレード翼内へと導入される。しかしながら、これらの通路があることにより、負荷時に生じるブレード根元部の弾性変形が、これら通路が配置されている領域でさらに大きくなる。つまり、曲げずれが生じる領域では、支持面は、軸のその対応部分に対してより激しく押し付けられる。その結果、クーラント通路の領域におけるブレード根元部及び軸の対応部分において局所的に高められた応力が生じる。従って早期の疲労が生じる恐れがあり、部品をより頻繁に交換しなければならなくなる場合がある。
【０００５】
この問題を考慮したこの技術分野において公知の手段は、材料の機械特性を改善するために取り付け領域おいて軸を冷却することである。しかしながらこれにより冷却空気が消費されるが、冷却空気は効率と出力を下げ、また、スペース、複雑性、コスト、寿命といった別の制約により、容易に可能なものではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示の課題は、ブレード根元部及び軸の取り付け領域における応力を減じるブレード・軸接合部を提供することにある。
【０００７】
本開示のさらなる課題は、力支持部材に対してより均等に力を分散するブレード・軸接合部を提供することにある。
【０００８】
本開示のより特別な課題は、上述した状況を改善し、構成部材の耐用期間を向上させるブレード・軸接合部を提供することにある。
【０００９】
これらの課題は、以下の説明により当業者には容易にわかるであろうその他の効果のもとで達成され、この場合、ブレード根元部を堅固にするためにブレード根元部の通路間に挿入される複数のウェブを設け、これらウェブを、１つ以上のウェブの縦方向延在に対する１つ以上の通路の縦方向の延在として規定されるウェブ対通路の比が、一方では十分な強化作用を提供し、他方では必要量のクーラントを翼に供給するのに十分な通路横断面を提供する良好に規定された特別な範囲内に維持されるように設計しており、前記条件は少なくとも、根元部幅が、モミの木型根元部の力支持区分における最小の力支持根元部幅となる位置で満たされる。当業者には容易に判ることであるが、本出願の文脈において幅とは横方向の延在を意味し、これについては以下で説明する。縦方向の延在も、その意味はやはり容易にわかるだろうが、以下でより詳しく規定する。上述したように、モミの木型根元部は、例えばエンジンの運転中に遠心力により生じる力を、交互に配置された山部と溝の翼に向いた支持面で支持する。従って、モミの木型根元部の力支持区分は、根元部基部から見て第１の山部の後方から始まる。これらの山部、特に翼に向いた面又は上面は、モミの木型根元部の実際に力を支持する取り付け機能を提供する。換言すると、根元部基部と前記第１の山部又は底部山部との間に配置された根元部の区分は実質的に応力がかけられず、従って、この開示の考慮の対象とする必要はない。一方、第１の山部又は底部山部と翼との間に配置される根元部の部分は、本明細書で説明する特徴が機能する根元部の主要な力支持区分である。
【００１０】
上記要求を満たすタービンブレードは請求項１から７までに記載されている。
【００１１】
本開示によるタービンブレードは翼とモミの木型根元部とを備えている。モミの木型根元部は縦方向と、前記モミの木型根元部の２つの側面の間に延在する横方向と、根元部基部から翼先端に向かって延在する翼高さ方向とを有している。前記モミの木型根元部は、前記各側面に配置された少なくとも１つの縦溝を備えていて、該縦溝は前記縦方向に沿って延在し前記縦方向を規定している。モミの木型根元部は、翼高さ方向で見たとき縦方向に沿って曲がっている又はカーブしていて良いことに注意されたい。即ち、翼高さ方向に沿って見たとき、前記縦方向は曲線に沿って延在していると言える。しかしながら勿論、モミの木型根元部はまっすぐに延在していても良く、この場合は結果として前記縦方向は直線に沿って延在する。モミの木型根元部は２つの側面の間で測定した根元部幅又は横方向の延在を有していて、この幅は、この開示の冒頭で説明したように山部と溝が交互に配置されていることにより、翼高さ方向に沿って変化する。本開示によるモミの木型根元部は、翼高さ方向に延在する少なくとも２つの内部通路を有しており、これらの通路は特にブレード根元部の基部で開かれていて、翼にクーラントを供給するために翼の内側に設けられた冷却通路と流体接続されている。前記各通路は、縦方向に沿って測定された通路長さを有している。根元部はさらに、隣接する通路対それぞれの間に挿入されたウェブを備え、少なくとも１つの前記ウェブのそれぞれが、縦方向に沿って測定されたウェブ長さを有している。本開示の第１の態様では、少なくとも、前記根元部幅が、前記モミの木型根元部の力支持区分における最小の力支持根元部幅となる位置で、前記ウェブ長さと、２つの隣接する前記通路それぞれの通路長さとの間の局所的なウェブ対通路の比が、通路間に挿入された各ウェブについて、０．５以上かつ０．８５以下である。換言すると、各ウェブについて、いずれの隣接する通路の縦方向の延在も、ウェブの縦方向の延在を１００％よりも超えるものではなく、従って、弾性変形が生じる方向のレバー（てこ）は限定され、従って、根元部及び結果として取り付け機構の最大の総合的な変形は減じられる。別の態様では、少なくとも、前記根元部幅が、前記モミの木型根元部の力支持区分における最小の力支持根元部幅となる位置で、全てのウェブ長さの合計と全ての通路長さの合計との比として規定される総合的なウェブ対通路の比が、０．３以上かつ０．６以下である。この条件は、１つの同じ実施態様において、局所的なウェブ対通路の比に関して、特に各ウェブについての比に関して、及び総合的なウェブ対通路の比に関して満たされて良いことがわかる。
【００１２】
本開示の別の態様では、各通路長さと、最小の力支持部根元部幅又は横方向延在との比は、１．０以上かつ１．４以下であって良い。機械的安全性だけでなく製造誤差も考慮して最小の壁厚さを維持するために、最小の力支持部根元部幅又は横方向延在と通路幅又は横方向延在との比は３．０以上であって良い。
【００１３】
良好に規定された所定のウェブ対通路の比を特徴とするウェブの配置の技術的効果は、総合的な材料横断面積を増加させて機械強度を付加することが第一ではないことを理解されたい。明らかであるように、このようなことは、本開示で設けられた少なくとも２つの通路の横断面積と同等の横断面積を有する単一の通路を設けるという簡単な方法で達成されただろう。この場合材料は単純にモミの木型根元部の縦方向の端部区分に追加されただろう。実際には、通路は所定の横断面積を提供しなければならず、従って単純に材料を追加することは不可能、又は極めて限られた延在でしか可能ではない。この場合、根元部は縦方向端部では剛性となろうが、根元部の縦方向中央部には殆ど材料がないだろう。従って、負荷の際の材料単位面積あたりのひずみは、この根元部の縦方向中央部分において高く、結果として大きなレバーに沿って高い弾性変形が生じる。変形された領域におけるモミの木型根元部の領域は、軸に設けられた対応部分とより強く接触する。軸に設けられた対応部分である支持面との相互作用により、この結果、モミの木型根元部取り付け機構に沿った不均一な力の分散が生じ、このような力は主に変形領域で支持され、応力ピークを発生させ、結果としてさらに、殆ど材料がない根元部領域に応力が集中する。軸の対応部分取り付け機構における応力も局所的に増大するだろう。従ってブレード根元部も軸も早期の疲労を受ける恐れがある。これに対し、本開示の重要な態様は、少なくとも２つの複数の通路と、これら通路の間に配置されたウェブとを設けることである。つまり、材料が、モミの木型根元部の縦方向中央領域に設けられていて、その結果、モミの木型根元部が堅固になっている。負荷による変形はより短いレバーに沿って作用するようになるので、総合的な変形は減じられ、従って力は、支持機能を有する取り付け機構に沿ってより均等に分散され、結果としてピーク応力を回避する又は少なくとも著しく減じることになる。従って構成部分の耐用期間は著しく向上されるが、総合的な材料横断面積は、上述した簡単な方法と比較して一定に保たれている。
【００１４】
ウェブ対通路の比を特定する範囲は任意に選択されたものではなく、一方では剛性が著しく向上し、他方ではクーラント流のために十分大きな横断面が提供されるように選択されている。
【００１５】
局所的なウェブ対通路の比の範囲は、所定の態様では０．５３以上かつ０．８５以下であるように選択されて良い。より特別な態様では、局所的なウェブ対通路の比は０．５５以上であって良い。別のより特別な態様では、局所的なウェブ対通路の比は、０．８以下であるように選択されて良い。さらにより特別な態様では、局所的なウェブ対通路の比は、０．５５以上かつ０．８以下であって良い。所定の態様では、総合的なウェブ対通路の比の範囲は、０．３５以上かつ０．６以下であるように選択されて良い。より特別な態様では、総合的なウェブ対通路の比は、０．４以上であって良い。別のより特別な態様では、総合的なウェブ対通路の比は、０．５５以下であるように選択されて良い。さらにより特別な態様では、総合的なウェブ対通路の比は、０．４以上かつ０．５５以下であって良い。これらのさらに厳密な範囲を以下に記載する本開示による全てのさらなる態様及びブレードの態様に適用して良い。
【００１６】
山部と溝とが交互に配置されていることにより、溝基部は、根元部の翼高さ方向に沿って１つ以上の位置に位置していて良い。力支持根元部幅は、溝基部の所定の翼高さ方向位置で最小となって良い。従って、本開示のさらなる態様では、少なくとも、溝基部の翼高さ方向位置で、前記総合的なウェブ対通路の比が０．３以上かつ０．６以下である。本開示のさらに別の態様では、少なくとも、溝基部の翼高さ方向位置で、各ウェブについて、前記ウェブ長さと、２つの隣接する前記通路それぞれの通路長さとの間の局所的なウェブ対通路の比が０．５以上かつ０．８５以下である。
【００１７】
本開示によるタービンブレードのさらなる態様では、根元部は、各側面に配置された少なくとも２つの溝を有していて良い。この場合、各側の底部溝は、溝基部に最も近くにある溝として規定されて良い。本開示の１つの態様では、少なくとも、底部溝基部のうちの１つの翼高さ方向位置で、前記総合的なウェブ対通路の比が０．３以上かつ０．６以下である。同様に、少なくとも、前記底部溝基部のうちの１つの翼高さ方向位置で、各ウェブについて、前記ウェブ長さと、２つの隣接する前記通路それぞれの通路長さとの間の局所的なウェブ対通路の比が０．５以上かつ０．８５以下であって良い。
【００１８】
さらに、本開示によるタービンブレードのより特別な態様では、各溝基部の翼高さ方向位置で、前記総合的なウェブ対通路の比が０．５以上かつ０．８５以下であり、かつ／又は各溝基部の翼高さ方向位置で、各ウェブについて、前記ウェブ長さと、２つの隣接する前記通路それぞれの通路長さとの間の比が０．５以上かつ０．８５以下である。
【００１９】
本開示によるタービンブレードのさらにより特別な態様では、根元部内の又は根元部の全力支持区分内の少なくともほぼ通路延在全体に沿ってそれぞれ、総合的なウェブ対通路の比が０．３以上かつ０．６以下であって良く、かつ／又は根元部内の又は根元部の全力支持区分内の少なくともほぼ通路延在全体に沿ってそれぞれ、各ウェブについて、前記ウェブ長さと、２つの隣接する前記通路それぞれの通路長さとの間の局所的なウェブ対通路の比が０．５以上かつ０．８５以下である。
【００２０】
上述したように、根元部の力支持区分は、根元部基部又は底部山部から見て第１のモミの木型根元部山部の後方に配置されている。結果として、底部山部と根元部基部との間の領域は力を支持せず、かつ／又は最小の力支持根元部幅は、根元部基部から見て底部山部の後方の翼高さ方向位置に位置している。いずれにせよ、最小の力支持根元部幅は、根元部基部から翼高さ方向で所定の間隔を置いて位置している。従って通路は基部に、入口扇形部分を有していて良く、該入口扇形部分は通路のダクト部分よりも大きな横断面を有していて、ダクト部分横断面に滑らかに移行する。この入口扇形部分は、一方では通路へのクーラントのより滑らかな流入を達成し、他方では、ロータ軸クーラントダクトと根元部に設けられた通路との間の接合部におけるロータ軸におけるブレード根元部の熱により生じるずれと製造誤差とを補償するために機能することができる。従って、本開示の１つの態様では、タービンブレードは、前記通路のうちの少なくとも１つが前記根元部基部における入口扇形部分とダクト部分とを有しており、根元部内の又は根元部の力支持区分内の少なくともほぼ前記ダクト延在全体に沿ってそれぞれ、全体的なウェブ対通路の比が０．３以上かつ０．６以下である。さらに別の態様では、本開示によるタービンブレードは、前記通路のうちの少なくとも１つが前記根元部基部における入口扇形部分とダクト部分とを有しており、根元部内の又は根元部の力支持区分内の少なくともほぼ前記ダクト部分延在全体に沿ってそれぞれ、各ウェブについて、前記ウェブ長さと、２つの隣接する前記通路それぞれの通路長さとの間の比が０．５以上かつ０．８５以下であることを特徴として良い。
【００２１】
タービンは通常、異なる翼長のブレードを有する複数のタービン段を備えていて、翼の長さは、圧縮作動流体が膨張する方向の通路に沿って１つのタービン段からそれに続くタービン段へと増大する。第１のタービン段では作動流体温度が高いのでより多くの冷却が必要であり、後続のタービン段では作動流体の温度は低くなるが、比較的長い翼はより重たく、従ってブレード根元部への機械的負荷は、前方のタービン段のブレードと比較して増大している。従って、異なる翼長の翼を有する少なくとも２つのブレードを有している、上述したようなタービンブレードのセットであって、総合的なウェブ対通路の比及び／又はウェブ長さと隣接する通路の長さとの間の比のうち少なくとも一方が、大きい翼長を有しているブレードの場合の方が、小さい翼長を有しているブレードの場合よりも大きいものが開示されている。つまり、比較的高い作動流体温度を有するタービン段での使用に適した短い翼長のブレードの根元部には、比較的大きなクーラント通路が設けられており、比較的高いクーラント流が供給される。比較的低い作動流体温度を有するタービン段での使用に適した長い翼長のブレードの根元部には、比較的小さなクーラント通路と比較的大きなウェブとが設けられており、従ってより高い機械的負荷を支持するために増強された剛性が提供される。
【００２２】
さらに、上述したブレード用のモミの木型根元部であって、複数のクーラント通路と挿入されたウェブとを有し、少なくとも、１つの上記特定した翼高さ方向の位置において、総合的なウェブ対通路の比及び／又は各ウェブについてウェブ長さと２つの隣接する通路それぞれの通路長さとの間の比が、上記特定した範囲のうちの１つ内にあるモミの木型根元部が開示されている。
【００２３】
さらにまた、上述したブレードセット用のモミの木型根元部のセットであって、総合的なウェブ対通路の比及び／又は各ウェブについてウェブ長さと２つの隣接する通路それぞれの通路長さとの間の比の少なくとも１つが、意図する翼長に応じて変化する根元部セットが開示されている。
【００２４】
上述の様々な態様又はその特徴は、それぞれ互いに組み合わされてもよいことが理解される。ここに開示した発明のさらなる変更及び態様は、上記説明及び以下の態様の説明により当業者には容易に明らかであろう。
【００２５】
図面の簡単な説明
ここで選択的な実施の形態によって、添付の図面を参照しながら本開示の主題をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】翼とモミの木型根元部とを備えたブレードを示す図である。
【図２】ロータ軸に収容されたモミの木型根元部を有したブレードを別の方向から示した図である。
【図３】本開示によるブレードのモミの木型根元部の実施態様を示す断面図である。
【００２７】
図面は極めて概略的であり、説明に不要な詳細は、理解と説明を簡略にするために省かれて良いことを理解されたい。さらに、図面は選択的な実施態様例のみを示すものであり、図示されていない実施態様も本明細書の請求の範囲に記載した主題の範囲内にあって良いことを理解されたい。
【００２８】
本開示の教示を実行する実施態様例
図１は、翼１１とモミの木型根元部１２とを備えたタービンブレード１の典型的な実施の形態を示している。ブレード及び根元部は、縦方向ｌと翼高さ方向ｓとに沿って延在している。横方向ｂはこの図では見えておらず、図２に示されている。ブレード根元部１２は基部１３を有している。さらに、溝基部１４，１５，１６を備えた溝は根元部の側面に配置されていて、縦方向に沿って延在している。
【００２９】
図２には、縦方向に沿った視線方向で見た、ロータ軸２内に収容されたモミの木型根元部１２を備えたブレード１が概略的に示されている。この図では、ブレード１は、翼高さ方向ｓと横方向ｂとに沿って延在している。この図から明らかであるように、モミの木型根元部１２は側面２０と２１とを有している。各側面には、溝基部１４，１５，１６を有した溝と山部１７，１８，１９とが交互に配置されている。ブレード根元部は、ロータ軸に設けられた対応するスロット内に滑り入れられて収容されている。運転時には、遠心力が翼高さ方向ｓに沿って、ブレード根元部からブレード先端へと加えられる。力は支持面２２，２３，２４によって支持される。明らかであるように、第１の山部の下方の根元部の部分２５、又は換言すると、第１の山部又は底部山部１７と基部１３との間の部分２５は力を支持せず、ブレード根元部の部分２６は力を支持する。根元部幅ｗは、側面２０，２１の間で横方向に沿って測定され、山部と溝とが交互に配置されていることにより翼高さ方向に沿って変化する。最小の力支持根元部幅は、この実施態様では下方の又は底部溝基部１４に位置していて、つまり根元部基部１３に最も近い溝基部に位置している。材料のひずみは、この最小の力支持根元部幅において高いことがわかる。さらに、臨界的な横断面部分は溝基部１５，１６の位置に位置している場合がある。溝基部における応力は、ノッチ効果によりさらに高まるだろう。
【００３０】
例えばガスタービンのタービンブレードのように、熱的に高度に負荷されるタービンブレードにはしばしば、又は実際には殆ど、内部のクーラントダクト及び冷却機能が設けられている。従って、クーラント通路は、軸から翼へとクーラントを供給できるようにブレード根元部に設けられていて良い。ブレード根元部にクーラント通路が存在していることにより構造が弱められることは明らかである。これらのクーラント通路は通常、ブレード根元部の長手方向中央部分に設けられている。従って、ブレード根元部は真ん中部分で機械的により柔軟になり、負荷がかけられた場合、縦方向に沿って曲げられる、又はねじられる傾向にある。このようなブレード根元部の弾性変形により、力は支持面２２，２３，２４の長手方向延在に沿って、また、軸に設けられた対応部分である支持面に沿って不均一に分散される。
【００３１】
従って本開示は、ブレード根元部に１つのクーラント通路を設けるのではなく、ブレード根元部の縦方向中央部分を堅固にする挿入されたウェブを備えた複数のクーラント通路を設けることを提案している。このことは図３の断面図に示されている。ブレード根元部１２には、この実施態様では３つのクーラント通路３１，３２，３３が設けられている。ウェブ３４，３５はクーラント通路の間に挿入されている。クーラント通路３１，３２，３３は、翼１１に設けられた内部の冷却構造にクーラントを供給するために用いられる。クーラント通路３１，３２，３３には、基部１３に配置された入口扇形部分３６，３７，３８が設けられている。前記入口扇形部分は、ブレード根元部１２の非力支持区分（力を受けない区分）２５に設けられており、翼高さ方向に延在していて、翼１１へと向かうクーラント通路のダクト部分内へと滑らかに合流する。第１通路３１のダクト部分は、通路長さを規定する縦方向の延在ｌ１を有している。第２通路３２のダクト部分は、各通路長さを規定する縦方向の延在ｌ２を有している。第３通路３３のダクト部分は、各通路長さを規定する縦方向の延在ｌ３を有している。第１のウェブ３４は、各ウェブ長さを規定する縦方向の延在ｌ４を有している。第２のウェブ３５は、各ウェブ長さを規定する縦方向の延在ｌ５を有している。ウェブがあるので、曲げひずみが作用する方向のレバーは、匹敵する横断面の単一の通路が設けられた場合と比較して大きく減じられ、ブレード根元部は、運転中の遠心力による曲げに抗して剛性である。
【００３２】
この実施態様では（ｌ４＋ｌ５）／（ｌ１＋ｌ２＋ｌ３）によって規定される総合的なウェブ対通路の比を所定の範囲内に維持することが有利であることがわかった。本開示によれば前記比は、０．３以上であり、０．６以下であるように選択されている。別の態様では、総合的なウェブ対通路の比の範囲は、０．３５以上であり、０．６以下であるように選択されて良い。より特別な態様では、総合的なウェブ対通路の比は、０．４以上であって良い。別のより特別な態様では、総合的なウェブ対通路の比は、０．５５以下であるように選択されて良い。さらにより特別な態様では、総合的なウェブ対通路の比は、０．４以上かつ０．５５以下であって良い。入口扇形部分は根元部の非力支持区分に配置されているので、入口扇形部分のところでこれらの条件が満たされる必要はない。しかしながら本開示によればこれらの条件は、通路のダクト部分において、横方向で２つの側面間で測定された根元部幅が最小の力支持根元部幅である位置で少なくとも満たされる。本開示のさらなる側面では、ウェブ３４と３５のそれぞれについて、ウェブ長さとそれぞれ隣接する通路の長さとの比は、０．５以上かつ０．８５以下に選択されている。さらに前記比は、０．５３以上かつ０．８５以下であるように選択されて良い。より特別な態様では、局所的なウェブ対通路の比は０．５５以上であって良い。別のより特別な態様では、局所的なウェブ対通路の比は、０．８以下であるように選択されて良い。さらにより特別な態様では、局所的なウェブ対通路の比は、０．５５以上かつ０．８以下であって良い。即ち、ｌ４／ｌ１、ｌ４／ｌ２、ｌ５／ｌ２及びｌ５／ｌ３の比それぞれが、指定範囲の１つ内にあるように選択されている。
【００３３】
さらに、各通路長さｌ１、ｌ２、ｌ３と、図２にｗと記載した最小の力支持根元部幅又は横方向延在との比は、１．０以上かつ１．４以下であって良い。機械的安全性だけでなく製造誤差も考慮して最小の壁厚さを維持するために、最小の力支持根元部幅又は横方向延在ｗと各通路の通路幅又は横方向延在との比は３．０以上であって良い。
【００３４】
本開示の主題を、例としての複数の態様につき説明したが、これらの態様は請求項に記載した主題の範囲を限定しようとするものではない。当然のことながら、請求の範囲は、ここに詳しく示されていない又は開示されていない態様も含み、本開示の教示を実施する実施態様として開示されたものではない実施態様も請求の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１  ブレード
２  ロータ軸
１１  翼
１２  モミの木型根元部
１３  根元部基部
１４  溝基部
１５  溝基部
１６  溝基部
１７  山部
１８  山部
１９  山部
２０  側面
２１  側面
２２  支持面
２３  支持面
２４  支持面
２５  非力支持区分
２６  力支持区分
３１  クーラント通路
３２  クーラント通路
３３  クーラント通路
３４  ウェブ
３５  ウェブ
３６  入口扇形部分
３７  入口扇形部分
３８  入口扇形部分
ｌ１  通路長さ
ｌ２  通路長さ
ｌ３  通路長さ
ｌ４  ウェブ長さ
ｌ５  ウェブ長さ
ｂ  横方向
ｌ  縦方向
ｓ  スパン方向
ｗ  根元部幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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