(57)【要約】【課題】  ブレード及び／又はディスク応力を低減するための改良されたブレード及び／又はディスクダブテールを提供する。【解決手段】  ガスタービン用タービン部分（８）は、複数のダブテールスロット（７０）を含む第１段ローターディスク（５０）と、第１段ローターディスク（５０）に結合する複数の翼形部（５４）とを有する。複数の翼形部（５４）の各々は、半径方向中心線（９０）と、複数のダブテールスロット（７０）の対応する１つに取り付けられたブレードダブテール（８４）とを含む。複数のダブテールスロット（７０）及び複数の翼形部（５４）のうちの１つのブレードダブテール（８４）の少なくとも１つは、半径方向中心線（９０）から約１．７３３インチ（４．４０２ｃｍ）から約２．２３３インチ（５．６７ｃｍ）の間で離間した応力低減バックカット（１０４−１０６）を含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のダブテールスロット（７０）を含む第１段ローターディスク（５０）と、
前記第１段ローターディスク（５０）に結合して、各々が半径方向中心線（９０）と、前記複数のダブテールスロット（７０）の対応する１つに取り付けられたブレードダブテール（８４）とを含む複数の翼形部（５４）と、
を備えるガスタービン用タービン部分（８）であって、
前記複数のダブテールスロット（７０）及び前記複数の翼形部（５４）のうちの１つのブレードダブテール（８４）の少なくとも１つは、前記半径方向中心線（９０）から約１．７３３インチ（４．４０２ｃｍ）から約２．２３３インチ（５．６７ｃｍ）の間で離間した応力低減バックカット（１０４−１０６）を含む、
タービン部分（８）。
【請求項２】
前記バックカット（１０４−１０６）は、半径方向中心線（９０）から約２．１３３インチ（５．４２ｃｍ）だけ離間する、請求項１に記載のタービン部分（８）。
【請求項３】
前記バックカット（１０４−１０６）は、前記ブレードダブテール（８４）に形成される、請求項１に記載のタービン部分（８）。
【請求項４】
前記バックカット（１０４−１０６）は、約０．４°から約３．０°の角度を含む、請求項１に記載のタービン部分（８）。
【請求項５】
前記バックカット（１０４−１０６）は、約０．７°の角度を含む、請求項４に記載のタービン部分（８）。
【請求項６】
圧縮機部分（６）と、
前記圧縮機部分（６）に作動的に結合したタービン部分（８）であって、該タービン部分（８）は、複数のダブテールスロット（７０）を含む第１段ローターディスク（５０）と、前記第１段ローターディスク（５０）に結合する複数の翼形部（５４）とを有し、前記複数の翼形部（５４）の各々は、半径方向中心線（９０）と、前記複数のダブテールスロット（７０）のうちの対応する１つに取り付けられたブレードダブテール（８４）とを含む、タービン部分（８）と、
圧縮機部分（６）及び前記タービン部分（８）に流体的に接続した燃焼器組立体（１８）と、
を備えるターボ機械（４）であって、
前記複数のダブテールスロット（７０）及び前記複数の翼形部（５４）のうちの１つのブレードダブテール（８４）の少なくとも１つは、前記半径方向中心線（９０）から約１．７３３インチ（４．４０２ｃｍ）から約２．２３３インチ（５．６７ｃｍ）の間で離間した応力低減バックカット（１０４−１０６）を含む、ターボ機械（４）。
【請求項７】
前記バックカット（１０４−１０６）は、前記半径方向中心線（９０）から約２．１３３インチだけ離間する、請求項６に記載のターボ機械（４）。
【請求項８】
前記バックカット（１０４−１０６）は、前記ブレードダブテール（８４）に形成される、請求項６に記載のターボ機械（４）。
【請求項９】
前記バックカット（１０４−１０６）は、約０．４°から約３．０°の間の角度を含む、請求項６に記載のターボ機械（４）。
【請求項１０】
前記バックカット（１０４−１０６）は、約０．７°の角度を含む、請求項９に記載のターボ機械（４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する主題は、ガスターボ機械の分野に関し、より具体的には、ブレード及び／又はディスク応力を低減するための改良されたブレード及び／又はディスクダブテールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスターボ機械は、圧縮機部分、タービン部分、及び燃焼器組立体を含む。燃焼器組立体は、圧縮機部分からの流体を燃料と混合して可燃混合気を生成する。可燃混合気は燃焼して高温ガスを生成し、高温ガスは、タービン部分に沿って流れる。タービン部分は、高温ガスの熱エネルギを機械的な回転エネルギに変換する。より具体的には、タービン部分は複数の段を含み、各段は、関連するローターディスク及び翼形部を含む。圧縮機からの付加的な流体は、冷却目的で翼形部を通過する。一般に、翼形部は、ダブテール及びダブテールスロット構成によってローターディスクに取り付けられる。作動時、ダブテール及び／又はダブテールスロットに応力が生じる場合がある。この応力は望ましいものではなく、疲労につながる場合があり、これは翼形部及び／又はローターディスクの全体的な耐用期間を短くする可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７４７６０８３号明細書
【発明の概要】
【０００４】
例示的な実施形態の１つの態様では、ガスタービン用タービン部分は、複数のダブテールスロットを含む第１段ローターディスクと、第１段ローターディスクに結合した複数の翼形部とを含む。複数の翼形部の各々は、半径方向中心線と、複数のダブテールスロットの対応する１つに取り付けられたブレードダブテールとを含む。複数のダブテールスロット及び複数の翼形部のうちの１つのブレードダブテールの少なくとも１つは、半径方向中心線から約１．７３３インチ（４．４０２ｃｍ）から約２．２３３インチ（５．６７ｃｍ）の間で離間した応力低減バックカットを含む。
【０００５】
例示的な実施形態の別の態様では、ターボ機械は、圧縮機部分と、該圧縮機部分に作動的に結合したタービン部分とを含む。タービン部分は、複数のダブテールスロットを含む第１段ローターディスクと、該第１段ローターディスクに結合した複数の翼形部とを有する。複数の翼形部の各々は、半径方向中心線と、複数のダブテールスロットのうちの対応する１つに取り付けられたブレードダブテールとを含む。燃焼器組立体は、圧縮機部分及びタービン部分に流体的に接続する。複数のダブテールスロット及び複数の翼形部のうちの１つのブレードダブテールの少なくとも１つは、半径方向中心線から約１．７３３インチ（４．４０２ｃｍ）から約２．２３３インチ（５．６７ｃｍ）の間で離間した応力低減バックカットを含む。
【０００６】
例示的な実施形態の別の態様では、ターボ機械は、圧縮機部分と、該圧縮機部分に作動的に結合したタービン部分とを含む。タービン部分は、複数のダブテールスロットを含む第１段ローターディスクと、該第１段ローターディスクに結合した複数の翼形部とを有する。複数の翼形部の各々は、半径方向中心線と、複数のダブテールスロットのうちの対応する１つに取り付けられたブレードダブテールとを含む。燃焼器組立体は、圧縮機部分及びタービン部分に流体的に接続する。吸気システムは、圧縮機部分に流体的に接続し、排気システムは、タービン部分に流体的に接続し、負荷は、圧縮機部分及びタービン部分の少なくとも１つに作動的に接続する。複数のダブテールスロット及び複数の翼形部のうちの１つのブレードダブテールの少なくとも１つは、半径方向中心線から約１．７３３インチ（４．４０２ｃｍ）から約２．２３３インチ（５．６７ｃｍ）の間で離間した応力低減バックカットを含む。
【０００７】
これら及び他の利点並びに特徴は、図面を参照しながら以下の説明から明らかになるであろう。
【０００８】
本発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘し且つ明確に特許請求している。本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な実施形態による、ガスターボ機械の概略図。
【図２】図１のターボ機械の第１段ロータ及び翼形部の部分図。
【図３】図２の翼形部の上面図。
【図４】例示的な実施形態の態様による、バックカットを示す図３の翼形部の部分斜視図。
【図５】図３の翼形部の側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この詳細な説明は、例証として図面を参照しながら、本発明の利点及び特徴と共に例示的な実施形態を説明している。
【００１１】
図１において、例示的な実施形態によるターボ機械システムは、全体として２で示される。ターボ機械システム２は、共通の圧縮機／タービンシャフト１０によってタービン部分８に作動的に連結された圧縮機部分６を有する８３６ＭＷターボ機械４を含む。燃焼器組立体１８は、圧縮機部分６及びタービン部分８に流体的に接続する少なくとも１つの燃焼器２０を含む。吸気システム３０は、圧縮機部分６の入口（別途符号付けされていない）に流体的に接続し、排気システム３２は、タービン部分８の出口（別途符号付けされていない）に流体的に接続する。加えて、タービン部分８は、負荷３４に作動的に接続する。しかしながら、負荷３４は、圧縮機部分６にも接続できることを理解されたい。負荷３４は、ターボ機械４に対して機械的に連結すること、及び／又は流体的に接続することができるシステムを含む種々の形態をとることができる。
【００１２】
作動時、空気は吸気システム３０を通って圧縮機部分６に流入する。吸気システム３０は、例えば、湿度を低減する、温度を変更する等によって空気を調和することができる。空気は、圧縮機部分６の複数の段で加圧されてタービン部分８及び燃焼器組立体１８に送られる。空気は、燃焼器２０内で燃料、希釈剤等と混合されて可燃混合気を生成する。可燃混合気は、燃焼器２０で燃焼して、高温ガスとしてタービン部分８に流入する。高温ガスは、タービン部分８の高温ガス経路（別途符号付けされていない）に沿って流れる。
【００１３】
以下に詳細に説明するように、タービン部分８は、高温ガスからの熱エネルギ及び運動エネルギを機械的な回転エネルギに変換し、この回転エネルギは負荷３４を駆動するために使用することができる。また、負荷３４は、排気システム３２を通過する排気ガスに取り込まれた熱エネルギによって駆動することができる。冷却流体として付加的な空気を燃焼器部分６からタービン部分８へ送ることができる。タービン部分８は、高温ガス経路を定める複数の段４０を含む。複数の段４０は、少なくとも複数の固定ノズル４６を含む第１段４４と複数のベーン又は翼形部５４を支持するローターディスク５０とを有する。ノズル４６は、高温ガスを高温ガス経路に沿って翼形部５４に流入するよう案内する。高温ガスは翼形部５４と相互作用してローターディスク５０を回転させる。
【００１４】
図２に示すように、ローターディスク５０は、第１の面又は上流面６２、第２の面又は下流面６４、及び外周端６６を有する本体６０を含む。ローターディスク５０は、第１及び第２の面６２及び６４を貫通して延びかつ外周端６６で露出した複数のダブテールスロット７０を含む。ダブテールスロット７０の各々は、第１の下流溝７３、第２の下流溝７４、及び第３の下流溝７５を含む。第１の下流溝７３は、第２の下流溝７４の半径方向外側に配置され、第２の下流溝７４は、第３の下流溝７５の半径方向外側に配置される。また、ダブテールスロット７０の各々は、第１の上流溝７６、第２の上流溝７７、及び第３の上流溝７８を含む。第１の上流溝７６は、第２の上流溝７７の半径方向外側に配置され、第２の上流溝７７は第３の上流溝７８の半径方向外側に配置される。現段階で、用語「下流」はローターディスク５０の回転方向と反対の方向を指し、用語「上流」はローターディスク５０の回転方向を指すことを理解されたい。ダブテールスロット７０の各々は、対応する翼形部５４のうちの１つを受け入れる。
【００１５】
図３−５に示す例示的な実施形態によれば、各翼形部５４は基部８０を含み、この基部から翼形部分８２が第１の方向に延びると共にブレードダブテール８４が反対方向の第２の方向に延びる。また、翼形部５４は、図５に示すように、ローターディスク５０の半径方向軸に沿って基部８０の中点を通って延びる半径方向の中心線９０を含む。ブレードダブテール８４は、ダブテールスロット７０と係合するようになっている。より具体的には、ブレードダブテール８４は、第１の下流溝７３に収容される第１の下流タング９２、第２の下流溝７４に収容される第２の下流タング９３、及び第３の下流溝７５に収容される第３の下流タング９４を含む。加えて、ブレードダブテール８４は、第１の上流溝７６に収容される第１の上流タング９６、第２の上流溝７７に収容される第２の上流タング９７、及び第３の上流溝７８に収容される第３の上流タング９８を含む。
【００１６】
例示的な実施形態の態様によれば、ブレードダブテール８４は、金属除去領域１００を含む。例示的な実施形態の態様によれば、金属除去領域１００は、第１、第２、及び第３の上流タング９６−９８の各々の外向き面（別途符号付けされていない）に沿って、半径方向中心線９０から約１．７３３インチ（４．４０２ｃｍ）から約２．２３３インチ（５．６７ｃｍ）の間の位置からブレードダブテール８４の軸方向外縁（別途符号付けされていない）まで延びる。例示的な実施形態の他の態様によれば、金属除去領域１００は、半径方向の中心線９０から約２．１３３インチの位置からブレードダブテール８４の軸方向外縁まで延びる。しかしながら、金属除去領域は、単一のタングにのみ又は２つのタングに存在できることを理解されたい。
【００１７】
さらに例示的な実施形態によれば、ブレードダブテール８４は、第１の上流タング９６で金属除去領域１００に形成された第１のバックカット１０４、第２の上流タング９７で金属除去領域１００に形成された第２のバックカット１０５、及び第３の上流タング９８で金属除去領域１００に形成された第３のバックカット１０６を含む。例示的な実施形態の態様によれば、各バックカット１０４−１０６は、約０．４°から約１．０°の角度で形成される。例示的な実施形態の他の態様では、各バックカット１０４−１０６は、約０．７°の角度で形成される。
【００１８】
例示的な実施形態の別の態様では、各バックカット１０４−１０６の詳細な位置及びサイズは、翼形部及び／又はディスクの幾何形状で決まり、ローターディスク５０の応力低減、全体的な耐用期間の増大、及び／又は翼形部５４の改善された流体力学の提供の間の所望のバランスを得るようになっている。このために、バックカット１０４−１０６は、全体的な疲労寿命を延ばし、ブレードダブテール８４の応力分散を助ける。また、バックカット１０４−１０６は、ローターディスク５０の全体的な疲労寿命を延ばす。詳細には、バックカット１０４−１０６は、各翼形部５４の局部応力を増大させるので、ローターディスク５０の応力が低下する。このようにして、例示的な実施形態は、タービン部分８の複数の段４０の第１段の全体的な疲労寿命の増大をもたらす。
【００１９】
現段階で、ブレードダブテール８４上にあると記載されるが、別の金属除去領域をローターディスク５０上に設けることができることを理解されたい。さらに、バックカットは、新しい民生用（ＣＯＴＳ）構成要素に設けること、又は保守活動の一部として既に配置された構成要素の形成することができることを理解されたい。また、３６ＭＷターボ機械の出力は、負荷や周辺温度等を含む種々の条件及び／又はパラメータに応じて変更できることを理解されたい。加えて、例示的な実施形態の態様では、本開示のバックカットは、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ９ＦＡ０４  Ｓ１Ｂ  ブレードダブテールに適用できることを理解されたい。また、９ＦＡ０４  ターボ機械は、経時的に異なる記号表示が提示されることを理解されたい。
【００２０】
本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り複数形態も含む。）更に、本明細書内で使用する場合に、用語「備える」及び／又は「備えている」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の他の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。
【００２１】
用語「約」は、本出願の出願時に入手できる機器に基づいた特定の量の測定値に関してある程度の誤差を含むことが意図される。例えば「約」は、与えられた値の±８％又は５％、又は２％の範囲を含むことができる。
【００２２】
本開示は、限られた数の実施形態だけに関して詳細に記載されるが、本開示はこのような記載された実施形態に限定されないことを容易に理解できるはずである。むしろ、本開示は、前述されていない任意の数の変形例、変更例、置換例、又は均等物を包含するように変更することができるが、これらは本開示の精神及び範囲に見合っている。加えて、本開示の種々の実施形態が記載されるが、例示的な実施形態は、記載された例示的な態様の一部だけを含み得ることを理解されたい。従って、本開示は、前記の説明によって限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【００２３】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
複数のダブテールスロットを含む第１段ローターディスクと、
前記第１段ローターディスクに結合して、各々が半径方向中心線と、前記複数のダブテールスロットの対応する１つに取り付けられたブレードダブテールとを含む複数の翼形部と、
を備えるガスタービン用タービン部分であって、
前記複数のダブテールスロット及び前記複数の翼形部のうちの１つのブレードダブテールの少なくとも１つは、前記半径方向中心線から約１．７３３インチ（４．４０２ｃｍ）から約２．２３３インチ（５．６７ｃｍ）の間で離間した応力低減バックカットを含む、タービン部分。
［実施態様２］
前記バックカットは、半径方向中心線から約２．１３３インチ（５．４２ｃｍ）だけ離間する、実施形態１に記載のタービン部分。
［実施態様３］
前記バックカットは、前記ブレードダブテールに形成される、実施形態１に記載のタービン部分。
［実施態様４］
前記バックカットは、約０．４°から約３．０°の角度を含む、実施形態１に記載のタービン部分。
［実施態様５］
前記バックカット（１０４−１０６）は、約０．７°の角度を含む、実施形態４に記載のタービン部分。
［実施態様６］
圧縮機部分と、
前記圧縮機部分に作動的に結合したタービン部分であって、該タービン部分は、複数のダブテールスロットを含む第１段ローターディスクと、前記第１段ローターディスクに結合する複数の翼形部とを有し、前記複数の翼形部の各々は、半径方向中心線と、前記複数のダブテールスロットのうちの対応する１つに取り付けられたブレードダブテールとを含む、タービン部分と、
圧縮機部分及び前記タービン部分に流体的に接続した燃焼器組立体と、
を備えるターボ機械であって、
前記複数のダブテールスロット及び前記複数の翼形部のうちの１つのブレードダブテールの少なくとも１つは、前記半径方向中心線から約１．７３３インチ（４．４０２ｃｍ）から約２．２３３インチ（５．６７ｃｍ）の間で離間した応力低減バックカットを含む、ターボ機械。
［実施態様７］
前記バックカットは、前記半径方向中心線から約２．１３３インチだけ離間する、実施形態６に記載のターボ機械。
［実施態様８］
前記バックカットは、前記ブレードダブテールに形成される、実施形態６に記載のターボ機械。
［実施態様９］
前記バックカットは、約０．４°から約３．０°の間の角度を含む、実施形態６に記載のターボ機械。
［実施態様１０］
前記バックカットは、約０．７°の角度を含む、実施形態９に記載のターボ機械。
［実施態様１１］
圧縮機部分と、
前記圧縮機部分に作動的に結合したタービン部分であって、該タービン部分は、複数のダブテールスロットを含む第１段ローターディスクと、前記第１段ローターディスクに結合する複数の翼形部とを有し、前記複数の翼形部の各々は、半径方向中心線と、前記複数のダブテールスロットのうちの対応する１つに取り付けられたブレードダブテールとを含む、タービン部分と、
圧縮機部分及び前記タービン部分に流体的に接続した燃焼器組立体と、
前記圧縮機部分に流体的に接続した吸気システムと、
前記タービン部分に流体的に接続した排気システムと、
前記圧縮機部分及び前記タービン部分の少なくとも１つに作動的に接続した負荷と、
を備えるターボ機械システムであって、
前記複数のダブテールスロット及び前記複数の翼形部のうちの１つのブレードダブテールの少なくとも１つは、前記半径方向中心線から約１．７３３インチ（４．４０２ｃｍ）から約２．２３３インチ（５．６７ｃｍ）の間で離間した応力低減バックカットを含む、ターボ機械システム。
［実施態様１２］
前記バックカットは、前記半径方向中心線から約２．１３３インチだけ離間する、請求項１１に記載のターボ機械システム。
［実施態様１３］
前記バックカットは、前記ブレードダブテールに形成される、請求項１１に記載のターボ機械システム。
［実施態様１４］
前記バックカットは、約０．４°から約３．０°の間の角度を含む、請求項１１に記載のターボ機械システム。
［実施態様１５］
前記バックカットは、約０．７°の角度を含む、請求項１１に記載のターボ機械システム。
【符号の説明】
【００２４】
２  ターボ機械システム
４  ターボ機械
６  圧縮機部分
８  タービン部分
１０  共通圧縮機／タービンシャフト
１８  燃焼器組立体
２０  燃焼器
３０  吸気システム
３２  排気システム
３４  負荷
４０  複数の段
４４  第１段
４６  複数の  固定ノズル
５０  ローターディスク
５４  複数のベーン又は翼形部
６０  本体
６２  第１の又は上流面
６４  第２の又は下流面
６６  外周端
７０  複数のダブテールスロット
７３  第１の下流溝
７４  第２の下流溝
７５  第３の下流溝
７６  第１の上流溝
７７  第２の上流溝
７８  第３の上流溝
８０  基部
８２  翼形部分
８４  ブレードダブテール
９０  半径方向中心線
９２  第１の下流タング
９３  第２の下流タング
９４  第３の下流タング
９６  第１の上流タング
９７  第２の上流タング
９８  第３の上流タング
１００  金属除去領域
１０４  第１のバックカット
１０５  第２のバックカット
１０６  第３のバックカット
【図１】
2016211544.tif 000003
【図２】
2016211544.tif 000004
【図３】
2016211544.tif 000005
【図４】
2016211544.tif 000006
【図５】
2016211544.tif 000007
【外国語明細書】
2016211544000001.pdf