(57)【要約】軸流タービンのロータ段は、軸（Ａ）の周囲で回転するように適合されたシャフト（１）と、軸（Ａ）に対し垂直な実質的に半径方向（Ｒ）へ延びた少なくとも１つのエーロフォイル部を設けている複数のブレードとを備えており、軸（Ａ）からの第１半径方向距離（Ｒ１）には、軸（Ａ）からの第２半径距離（Ｒ２）に配設されたエーロフォイル部よりも少ない枚数の複数のエーロフォイル部が配設されており、ここで、第１半径方向距離（Ｒ１）は第２半径距離（Ｒ２）よりも短く、上記のロータ段は、複数のベアリングブレード（２、２０）および複数の追加ブレード（６）を備え、ベアリングブレード（２、２０）は第１および第２載置要素（１１、１２）を備え、追加ブレード（６）は前記２つの連続するベアリングブレード（２、２０）に接続している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸流タービンのロータ段であって、軸（Ａ）の周囲で回転するように適合されたシャフト（１）と、前記軸（Ａ）に垂直な略半径方向（Ｒ）へ延びる少なくとも１つのブレードを有する複数のブレードとを備え、前記軸（Ａ）から第１半径距離（Ｒ１）には、前記軸（Ａ）から第２半径距離（Ｒ２）において配置されているエーロフォイル部の数よりも少ない数の複数のエーロフォイル部が配置されており、前記第１半径距離（Ｒ１）は前記第２半径距離（Ｒ２）よりも短く、前記ロータ段は、複数のベアリングブレード（２、２０）を備え、各ベアリングブレード（２、２０）は、当該ベアリングブレードを前記シャフト（１）に拘束するように適合された基部（３、３０）と、ブレード先端部（４、４０）と、吸引側（１６）および圧力側（１７）を有し、前記基部の上端（１３、１３０）から前記ブレード先端部（４、４０）まで略半径方向（Ｒ）へ延びるエーロフォイル部（５、５０）とを備え、前記ロータ段は、複数の追加ブレード（６）を備え、各追加ブレード（６）は、ブレード先端部（８）と、基部（７）と、前記基部（７）から前記ブレード先端部（８）まで略半径方向（Ｒ）に延びるエーロフォイル部（９）と、前記軸（Ａ）および前記半径方向（Ｒ）に垂直な略接線方向へ前記基部（７）から延びる脚部（１０）とを備え、前記ベアリングブレード（２、２０）は、前記エーロフォイル部の前記吸引側および前記圧力側から略接線方向（Ｔ）へそれぞれ延びる第１および第２載置要素（１１、１２）を備えており、前記脚部（１０）は、２つの連続するベアリングブレードの前記載置要素（１１、１２０）に拘束されるよう適合されていると共に、前記追加ブレード（６）を前記２つの連続するベアリングブレード（２、２０）に接続するように適合されている、軸流タービンのロータ段。
【請求項２】
軸（Ａ）に垂直な平面内に内側円形クラウン部（Ｃ１）および外側円形クラウン部（Ｃ２）を有し、前記内側円形クラウン部（Ｃ１）および前記外側円形クラウン部（Ｃ２）の両方は前記軸（Ａ）を中心とし、かつ、円周要素（２３）によって離間されており、前記内側円形クラウン部（Ｃ１）は、前記外側円形クラウン部（Ｃ２）に含まれるエーロフォイル部の数よりも少ない数の複数のエーロフォイル部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のロータ段。
【請求項３】
前記追加ブレード（６）の各々は、前記ベアリングブレード（２、２０）の前記エーロフォイル部（５、５０）の高さ（Ｋ）よりも低い前記エーロフォイル部（９）の高さ（Ｈ）を有することを特徴とする請求項２に記載の軸流タービンのロータ段。
【請求項４】
前記脚部（１０）は、前記軸（Ａ）に垂直な平面により得られる断面が、少なくとも長さについて、前記軸（Ａ）から離れる方向に先細りする断面を有することを特徴とする請求項３に記載の軸流タービンのロータ段。
【請求項５】
少なくとも２つの第２エーロフォイル部（１１５Ａ、１１５Ｂ）に分岐している第１エーロフォイル部（１１４）を有する少なくとも１つのマルチプルブレード（１０６）を備え、前記第２エーロフォイル部（１１５Ａ、１１５Ｂ）は、前記第１エーロフォイル部（１１４）から略接線方向（Ｔ）に二手に延びた基部（１０７）によって接続されており、前記基部（１０７）の両端部の少なくとも一方は、接線方向（Ｔ）へ前記対応する第２エーロフォイル（１１５Ａ、１１５Ｂ）を超えて延びていることを特徴とする請求項１または２に記載の軸流タービンのロータ段。
【請求項６】
前記軸（Ａ）から出る前記半径方向（Ｒ）に関し、２つの前記第２エーロフォイル部（２１５Ａ、２１５Ｂ）が、略接線方向（Ｔ）に延び、かつ、前記第２エーロフォイル部（２１５Ａ、２１５Ｂ）と共に閉鎖四辺形を形成する底部基部（２０７Ａ）および上部基部（２０７Ｂ）によって接続されているマルチプルブレード（２０６）を備えることを特徴とする請求項５に記載の軸流タービンのロータ段。
【請求項７】
前記追加ブレード（６）は、前記ベアリングブレード（２、２０）の製造材料よりも低密度の材料で製造されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の軸流タービンのロータ段。
【請求項８】
前記追加ブレード（６）はアルミニウム合金製であり、前記ベアリングブレード（２、２０）は鋼合金製であることを特徴とする請求項７に記載の軸流タービンのロータ段。
【請求項９】
前記追加ブレード（６）は複合材料製であることを特徴とする請求項７に記載の軸流タービンのロータ段。
【請求項１０】
請求項１に記載の軸流タービンのロータ段のベアリングブレードであって、
基部（３）と、ブレード先端部（４）と、エーロフォイル部（５）とを備え、前記エーロフォイル部（５）は前記基部（３）の前記上端（１３）から前記ブレード先端部（４）へ略半径方向（Ｒ）に延び、前記エーロフォイル部は吸引側（１６）および圧力側（１７）を有し、前記基部（３）は前記ブレードを前記シャフト（１）に拘束するように適合されている、ベアリングブレードにおいて、
前記エーロフォイル部（５）の前記吸引側（１６）および前記圧力側（１７）からそれぞれ延びる第１および第２載置要素（１１、１２）を備え、前記第１および第２載置要素（１１、１２）は両方とも請求項１に記載の追加ブレードの脚部の一端に拘束されるように適合されていることを特徴とするベアリングブレード。
【請求項１１】
軸流タービンのロータ段のマルチプルブレード（１０６；２０６）であって、
前記マルチプルブレード（１０６；２０６）は、前記基部（１０３、２０３）の上端から略半径方向（Ｒ）へ延びる第１エーロフォイル部（１１４；２１４）を備え、前記第１エーロフォイル部（１１４；２１４）は少なくとも２つの第２エーロフォイル部（１１５Ａ、１１５Ｂ；２１５Ａ、２１５Ｂ）に分岐しており、前記２つの第２エーロフォイル部（１１５Ａ、１１５Ｂ；２１５Ａ、２１５Ｂ）が、前記第１エーロフォイル部（１１４；２１４）から略接線方向（Ｔ）へ二手に延びる基部（１０７、２０７Ａ）によって接続されている、マルチプルブレード（１０６；２０６）において、
前記基部（１０７；２０７）の両端部の少なくとも一方は、接線方向（Ｔ）へ前記対応する第２エーロフォイル部（１１５Ａ、１１５Ｂ）を超えて延びていることを特徴とするマルチプルブレード。
【請求項１２】
前記軸（Ａ）から出る前記半径方向（Ｒ）に関し、略接線方向（Ｔ）に延び、かつ、前記第２エーロフォイル部（２１５Ａ、２１５Ｂ）および前記底部基部と共に閉鎖四辺形を形成する上部基部（２０７Ｂ）を備える請求項１１に記載の軸流タービンのロータ段のマルチプルブレード（２０６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の前提部分による軸流タービンのロータ段と、前記ロータ段のブレードとに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンまたは蒸気タービンのブレード付きロータ段は、軸周囲で回転するように適合されたシャフト周囲に配置された一連のブレードによって形成されている。遠心力に対抗するために、半径方向への動きを阻止されたブレード基部を受容するように各々適合された複数のハウジングが形成されている。ブレードは、基部と、エーロフォイル部の上端のブレードの先端部で終端するエーロフォイル部とを備えている。次に、ブレードは通常凹型の圧力（押圧）側と、通常凸型の吸引側とを有している。流体がブレードに当たる方向および向きに関連し、ブレードのエーロフォイル部は前縁および後縁を有しており、円周部上で識別されたその距離はコード（翼弦；ｃｈｏｒｄ）と呼ばれる。この円周部を用いて、機械軸と一致した軸を有する円形準線を持つ円筒面との交差によって断面が得られる。シャフト上に作動位置にて配置されたブレードのエーロフォイル部は、主に半径方向に延びている。半径方向および軸に対して垂直な接線方向で計測した、２つの連続するブレードの円周断面の距離はピッチと呼ばれる。コードとピッチの比は「ソリディティ（ｓｏｌｉｄｉｔｙ）」の名称を持つ。圧力の降下と共に下方に向かう流体膨張を考慮するために、各種ロータ段は、下方へ行くほど次第に長くなるエーロフォイル部を有している。ブレード先端部には、連続するブレード間に形成されたロータダクトの外における流体の流れを制限するためのストラップを設けることができる。
【０００３】
ソリディティの最適値は、タービンのタイプと、タービンが処理する流体とによって異なる。
【０００４】
軸流タービンにおいて、ブレードは主に半径方向に延びており、連続するブレードの２つの円形断面は互いに離れているので、ロータブレードのピッチは軸からの距離が長くなるほど増加する。これは、ソリディティを最適値範囲内に保つためには、軸からの半径方向距離が長くなるにつれてコードを増加させる必要があることを意味する。このようなコードの増加は、構造的観点において負担を増加させ、多くの場合、容認できないものとなる。
【０００５】
遠心力場による応力を低減するために、ソリディティの最適値をロータブレード組立体の中心部に持たせ、基部と先端部にソリディティの最適値を持たせることをやめるというトレードオフが受け入れられている。
【０００６】
問題は、ソリディティが高過ぎる、および、ソリディティが低過ぎると、本来であれば、消費量を変えずにパワー（出力）を増加させるために、または、パワーを変えずに消費量を低減させるために、他のパラメータを固定させることによって最大化させなければならないタービンパワー量が低下してしまう点である。
【０００７】
この問題を解決するために、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４では、より少ない枚数のエーロフォイル部を設けた内側円形クラウン部と、より多い枚数のエーロフォイル部を設けた外側円形クラウン部とに分割したロータ段が見られる。特許文献５では、分岐ブレードを備えたロータ段を記述している。
【０００８】
軸流タービンの別の問題は、遠心力によって高い応力を受ける材料の強度である。実際に、回転速度は材料強度の限界に達するものであるため、ブレード断面も、耐えなければならない遠心力に耐えるように計算される。
【０００９】
軸流タービンに共通するさらなる問題は、動的応力が、タービンの保全性を危険に晒し得る振動を生じさせることである。概して、低周波は高周波よりも危険である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＵＳ１２６３４７３Ａ
【特許文献２】ＥＰ１２０１８７８Ａ２
【特許文献３】ＵＳ２４０７２２３Ａ
【特許文献４】ＥＰ１８９５１４２Ａ２
【特許文献５】ＵＳ２００９０２８７１７Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、上述した欠点を克服できる軸流タービンのロータ段と、このロータ段のブレードとを実現させることである。
【００１２】
特に、１つの目的は、ロータ段のソリディティ全体を向上させ、その出力量を高めることである。
【００１３】
別の目的は、材料上の遠心応力を制限することである。
【００１４】
さらなる目的は、動的応力の影響を制限することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的は、発明の特徴が特許請求の範囲によって指摘された、ロータ段、および上記ロータを構成するブレードによって達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明は、添付の図面で例証された３つの好ましい実施形態のほんの一例として提供された、したがって限定ではない、以下の詳細な説明によってさらに理解される。
【００１７】
【図１】本発明による軸流タービンのロータ段の斜視図を示す。
【図２】ブレードの第１実施形態のロータ段の一部の斜視図を示す。
【図３】図２の実施形態によるロータ段の、上記一部の軸方向に対して垂直な平面での断面図を示す。
【図４】ブレードの第２実施形態を示す。
【図５】ブレードの第３実施形態を示す。
【図６】本発明の設計の場合および従来設計の場合での、ブレードの２つの円周断面の間の比較を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、軸Ａ、半径方向Ｒおよび接線Ｔを示す。軸Ａはロータ段の回転軸と一致し、半径方向Ｒは軸Ａに対し垂直な平面上にあり、同じ軸Ａから出ている。接線方向Ｔは、軸Ａ周囲で回転するブレードの移動方向であり、接線方向Ｔは、ロータ段の所定点を通過し軸Ａおよび半径方向Ｒを含む平面に対して垂直である。この基準フレームは、様々な実施形態でブレードがロータ段のシャフト上の作動位置に配置されていると仮定して、これ以降および特許請求の範囲において、使用される。
【００１９】
図１を参照すると、軸流タービンのロータ段は、軸周囲で回転するように適合されたシャフト１と、軸Ａに対し垂直な略半径方向Ｒへ延びる少なくとも１つのエーロフォイル（エアフォイル；ａｉｒｆｏｉｌ）部を有する複数のブレードとを備えていることがわかる。軸Ａからの第１半径方向距離Ｒ１には、軸Ａからの第２半径方向距離Ｒ２に配置されたエーロフォイル部の数よりも少ない数の複数のエーロフォイル部が配置されており、第１半径方向距離Ｒ１は第２半径方向距離Ｒ２よりも短い。第２半径方向距離Ｒ２に配置されたエーロフォイル部は、第１半径方向距離Ｒ１に配置されたエーロフォイル部から、このエーロフォイル部の延長部または分岐部として延びると共に、このエーロフォイル部と一体形成されているか、または、このエーロフォイル部と分離可能に形成されている。
【００２０】
ロータ段の少なくともいくつかのブレードは、中心から外周まで分岐していることにより、半径方向距離Ｒ１よりも長い半径方向距離Ｒ２に存在する翼の枚数を増加させている。
【００２１】
すべての分岐部が、軸Ａに対して垂直な平面内のロータ上に、軸Ａから同じ半径方向距離で存在する場合には、軸Ａ上に中心を有し、円周要素２３によって離隔された内側円形クラウン部Ｃ１と外側円形クラウン部Ｃ２とを区別することができる。上記内側円形クラウン部Ｃ１は、外側円形クラウン部Ｃ２が備えるエーロフォイル部の数よりも少ない数の複数のエーロフォイル部を備えている。
【００２２】
最も外側の外側円形クラウン部に配置されたエーロフォイル部の数を増やすことで、コード／ピッチ比が増加し、最適値に近い値に戻る。図２、図３の第１実施形態を参照すると、軸流タービンのロータ段は、複数のベアリングブレード（支持ブレード；ｂｅａｒｉｎｇ  ｂｌａｄｅｓ）２、２０を備え、この複数のベアリングブレード２、２０はそれぞれ、シャフト１に形成されたハウジング内に挿入されるよう適合されると共に、ベアリングブレードをシャフト１に拘束するように適合された基部３、３０と、先端部４、４０と、さらに、基部３、３０の上端（上面）１３、１３０から先端部４、４０まで略半径方向Ｒに延びるエーロフォイル部５、５０とを備えている。
【００２３】
ベアリングブレードの各対間には追加ブレード６が挿入されており、追加ブレード６は先端部８と、基部７と、基部部７から先端部８まで略半径方向Ｒに延びるエーロフォイル部９とを備えている。通常、追加ブレードはシャフト１に直接接続されるようには適合されておらず、反対に、追加ブレードの両サイドに位置したベアリングブレードに接続されるように適合されている。そのため、追加ブレードは、基部７から、軸Ａおよび半径方向Ｒに対し垂直な略接線方向Ｔへ延びる脚部１０を有している。
【００２４】
各ベアリングブレード２、２０は、ブレードの吸引側および圧力側から略接線方向（Ｔ）に、または先端部から略接線方向Ｔにそれぞれ出る第１載置要素１１、第２載置要素１２をさらに備えている。
【００２５】
脚部１０は、２つのベアリングブレード２、２０間に配置された追加ブレード６を、２つのベアリングブレード２、２０に接続するために、２つの連続するブレードの載置要素１１、１２０に拘束されるよう適合されている。
【００２６】
図３を参照すると、追加ブレード６は、ベアリングブレード２、２０のエーロフォイル部５、５０の高さＫよりも低いブレード９の高さＨを有する。
【００２７】
追加ブレードが、２つ以上のエーロフォイル部を備えることも可能であり、ベアリングブレードのエーロフォイル部が、第１、第２載置要素を超えて延びないことも可能である。この場合には、追加ブレードのエーロフォイル部をベアリングブレードのエーロフォイル部よりも長くすることができる。
【００２８】
有利なことに、追加ブレード６の脚部１０は、軸Ａに対して垂直な平面での断面が、少なくとも長さに関し、軸Ａから離れるにつれて先細り（テーパ）する断面を有する。
【００２９】
２つの連続するブレードの２つの載置要素は互いに接線方向に延びているため、追加ブレードの脚部の先細り形または楔形によって、遠心力が脚部を２つの連続するブレードの載置要素間に強制的に押し込ませ（楔留めし）、追加ブレードの一連の複数の脚部とベアリングブレードの載置要素とによって構成された円周要素２３に沿って、ブレードアセンブリ全体の高剛性を生み出している。これにより、ブレードの固有振動数が増加し、動的応力に対する感度が低下される。
【００３０】
ベアリングブレード２、２０間に追加ブレード６を介在させることによって得られる、外側円形クラウン部におけるエーロフォイル部の数の増加は、外側のソリディティを大きくし、所望の値に近い値へと戻すことができる。
【００３１】
軸に近いところのエーロフォイル部の数と比較して、外周のエーロフォイル部の数は増加しているにも関わらず、追加ブレードのエーロフォイル部と載置要素１１、１２を超えて外向きに延びるベアリングブレードのエーロフォイル部とは、全体として、軸に近いところに配置された少数のエーロフォイル部よりも小さな面積を示す円周断面を有することができる。
【００３２】
実際、ベアリングブレードの、軸から載置要素よりも長い距離にあるエーロフォイル部断面は、エーロフォイル部自体の質量がいくらか軽減され、遠心力下で作動中に移動する。
【００３３】
さらなる重量削減は、追加ブレード６を、ベアリングブレード２、２０の製造材料よりも低密度の材料で実現することによって可能である。例えば、追加ブレード６はアルミニウム合金または複合材料で製造することができ、一方、ベアリングブレード２、２０は鋼鉄またはチタン合金で製造することができる。
【００３４】
図４における本発明の第２実施形態を参照すると、ロータ段はマルチプル（複数）ブレード１０６を備え、このマルチプルブレード１０６は、基部１０３の上端（上面）に直接接続された第１エーロフォイル部１１４と、第１エーロフォイル部１１４からずれてロータ段の外周に向かう２つ以上の第２エーロフォイル部１１５Ａ、１１５Ｂとを有している。２つの第２エーロフォイル部１１５Ａ、１１５Ｂは、第１エーロフォイル部１１４から略接線方向Ｔに二手（両向き）に延びた基部１０７によって接続されている。
【００３５】
当然、第１エーロフォイル部１１４が基部１０７を超えて延び、３つの第２エーロフォイル部を有するブレード形状を形成することもできる（簡素化の目的から図示はしていない）。
【００３６】
基部１０７の少なくとも一端または両端は、接線方向へ第２エーロフォイル部を超えて延びており、ロータ内に連続した円周要素２３を形成するよう、別の基部の端部か、または、この第２実施形態のロータ段では交互に設けられている単一のエーロフォイル部を備えたベアリングブレードの載置要素で連結されるよう形状化されている。円周要素は、互いに載置または拘束された多くのパーツ（部分、部品）で形成されているため、小さな動きによって、動的応力により誘発された振動を減衰することが可能である。
【００３７】
図５に示す本発明の第３実施形態では、ロータ段はマルチプルブレード２０６を備え、２つの第２エーロフォイル部２１５Ａ、２１５Ｂは、軸Ａから出る半径方向Ｒに関する名称（ｄｅｎｏｍｉｎａｔｉｏｎ）を使用すると、略接線方向Ｔに延びる底部基部２０７Ａおよび上部基部２０７Ｂまたはストラップによって接続されており、底部基部２０７Ａおよび上部基部２０７Ｂまたはストラップは第２エーロフォイル部２１５Ａ、２１５Ｂと共に、閉鎖四辺形を形成している。上部基部２０７Ｂと閉鎖四辺形形状との存在が底部基部２０７Ａの曲げ変形に対抗して、作動中に大きな遠心力に耐えなければならない構造の強化を確実にしている。
【００３８】
ロータ段では、マルチプルベアリングブレードと単一エーロフォイル部を備えたベアリングブレードとが同時に存在することができ（交互配置がより好ましい）、または、マルチプルブレードと追加ブレードとが同時に存在することができ、基部が設けられたマルチプルブレードはベアリングブレードの特殊な例である。単一エーロフォイル部を備えたブレードが、遠心力の作用に対抗してマルチプルブレードの基部の端部を支持するための載置要素を備えていれば、好ましい。
【００３９】
次に、追加ブレードはマルチプルエーロフォイル部を有することができる。
【００４０】
図６を参照すると、本発明の解決法を使用せず従来どおり設計された軸流ロータ段のエーロフォイル部の円周断面の輪郭３０６と、本発明によるエーロフォイル部の円周断面の輪郭４０６とが見られる。この２つの断面は、ロータ段の軸Ａから同一距離で、本発明のエーロフォイル部がすでに分岐されている極めて外周の領域にて取得したものである。図面では、前縁４２１、後縁４２２、ピッチＬ、コードＭを識別することができる。図６では、従来設計によるブレードのピッチおよびコードをＬ’、Ｍ’で示している。
【００４１】
ブレードを設計すると、ソリディティと呼ばれるコード／ピッチ比が、軸Ａからの半径距離の関数として計算できる。
【００４２】
従来のブレードと同じ「ソリディティ」を維持した本発明のブレードを導入すると仮定すると、エーロフォイル部の数を２倍にしたことでコードは半分になるはずであり、すなわち、輪郭は平面上で１／２（０．５）に縮小されるはずであることが明白である。ブレード枚数を２倍にして輪郭を１／２に縮小することにより、従来設計のブレードアレイ（列）の入口および出口にて同一の速度三角形を維持することが可能になり、それは流体力学的等価にある（すなわち、２つのアレイが同方向に働く）ことを意味する。
【００４３】
輪郭を１／２に縮小し、輪郭の数を２倍にすることで、縮小寸法の二乗に比例する１つ（単一）の断面の面積が、未縮小の輪郭に対して１／４になることが容易に観察される。ブレードを倍にしたと考えると、その結果、１つの輪郭を置き換える２つの輪郭の面積は従来の解決法による輪郭の半分となる。
【００４４】
ソリディティを維持し、輪郭の数を２倍にすることで、２倍の数のエーロフォイル部を持つ領域において、質量を５０％削減できる。実際に、１つの輪郭と同じ働きを実行する２つの輪郭の総質量は半分になる。その結果、ベアリングブレードに作用する遠心力が低減し、これにより基部の付近の断面も小さくできるという顕著な構造上の利点が得られる。
【００４５】
従来のブレードアレイと同一の質量を得るために、縮小比０．７０７を使用すればよいことが観察される。実際に、０．７０７の二乗は０．５であり、その２倍は１（輪郭の２倍数）である。
【００４６】
しかし、縮小比０．７０７を用いることで、ソリディティの著しい増加が得られる。
【００４７】
縮小比を０．５〜０．７０７の間で変更することで、流体力学と構造的な効率との間の適正なトレードオフを発見できる。
【００４８】
したがって、縮小比０．５では、応力に関する最大の構造的利点と、最小の流体力学的利点とが得られる。縮小比０．７０７では、最大の流体力学的利点と、応力に関する最小の構造的利点とが得られる。
【００４９】
さらなる利点は、第１実施形態の追加ブレード用の軽量材料を使用することで導入できる。
【００５０】
この概念をさらに明瞭にするために、図６を参照した次の数値例が可能である。
輪郭３０６＝同一ロータ段における、標準のブレードアレイ、およびＮ枚の翼；
輪郭４０６＝本発明による分岐したブレードアレイ、および１／２に縮小した輪郭を持つ２Ｎ枚のブレード。
【００５１】
標準または従来の輪郭３０６において、ピッチＬ’：１１８．３５ｍｍ、コードＭ’：１６１．８７ｍｍと仮定すると、従来の輪郭３０６は、ソリディティ（１６１．８７／１１８．３５）＝１．３７と、標準断面積＝１３０５．８ｍｍ２とを有する。
【００５２】
分岐後、１／２に縮小した本発明による輪郭４０６について、５９．１ｍｍのピッチＬと８１．０７ｍｍのコードＭが得られ、さらに、輪郭４０６について、ソリディティは、（８１．０７／５９．１）＝１．３７であり、エーロフォイル部の断面積＝２３６．５ｍｍ２である。
【００５３】
輪郭を１／２に縮小することで同一のソリディティが保たれる一方で、分岐後のエーロフォイル部の総断面積は遥かに小さくなり、質量および遠心力による応力も同様に小さい。
【００５４】
従来の設計に対して、ブレードの総質量、さらに結果的に遠心応力を減少させる縮小率を選択することで、分岐前のエーロフォイル部の断面も減少させることができる。
【００５５】
本発明は、第１実施形態によるロータ段の追加ブレードのみも同様に保護したい。
【００５６】
軸流タービンのこのような追加ブレードは、その両端に基部７と先端部８とを備えている。追加ブレードは、基部７から先端部８まで略半径方向Ｒへ延びるエーロフォイル部９も備える。本発明による追加ブレードは、通常、シャフトに直接拘束されるのには適さないが、解除可能な拘束手段と溶接との両方によって、軸Ａおよび半径方向Ｒに対して直交する略接線方向Ｔに基部７で延びる脚部１０によって、別のロータブレードに拘束されるのに適している。上記脚部は、追加ブレードを、ロータ段に配置された２つの連続するベアリングブレードの第１載置要素１１または第２載置要素１２の少なくとも一方に拘束するように適合されている。
【００５７】
本発明は、第１実施形態によるロータ段のベアリングブレードのみも同様に保護したい。
【００５８】
本発明による軸流タービンのロータ段のこのようなベアリングブレードは、基部３と、先端部４と、基部３の上端（上面）１３から先端部４へ略半径方向Ｒに延びるエーロフォイル部５とを備えている。ブレードは、通常凸型の吸引側１６と通常凹型の圧力側１７とを有している。前記基部３はブレードをシャフト１に拘束するよう適合されている。本発明によるベアリングブレードは、エーロフォイル５の吸引側１６および圧力側１７から略接線方向Ｔにそれぞれ延びる第１載置要素１１および第２載置要素１２を備えている。上記の第１載置要素１１および第２載置要素１２の両方は、追加ブレードの脚部の一端に拘束されるよう適合されている。
【００５９】
本発明は、第２および第３実施形態によるロータ段のマルチプルベアリングブレードのみも同様に保護したい。
【００６０】
図４に示した、本発明の第２実施形態による上記ロータ段のマルチプルブレード１０６は、略半径方向Ｒに延びる第１エーロフォイル部１１４と、第１エーロフォイル部１１４からずれている少なくとも２つの第２エーロフォイル部１１５Ａおよび第１エーロフォイル部１１５Ｂとを備える。
【００６１】
図５に示す第３実施形態によるマルチプルブレード２０６は、２つの第２エーロフォイル部２１５Ａ、２１５Ｂを備えている。この２つの第２エーロフォイル部２１５Ａ、２１５Ｂは、第１エーロフォイル部２１４からずれており、さらに、軸Ａから出る半径方向Ｒに関して、略接線方向Ｔに延びる底部基部２０７Ａおよび上部基部２０７Ｂによって接続されている。底部基部２０７Ａおよび上部基部２０７Ｂは、第２エーロフォイル部２１５Ａ、２１５Ｂと共に閉鎖四辺形を形成している。上部基部にストラップを備えることができるこの閉鎖四辺形形状は、遠心力による底部基部２０７Ａの過剰な曲げを避ける、高剛性を有した構造を提供する。
【００６２】
当然ながら、第２実施形態によるマルチプルブレードが３つ以上の第２エーロフォイル部を備えることも可能であり、第３実施形態によるマルチプルブレードが、２つ以上の閉鎖四辺形を形成する３つ以上の第２エーロフォイル部を備えることも可能である。
【００６３】
また、当然ながら、本発明によるロータ段では、ブレードが、周方向へ向かっていくつかに分岐していてよい。
【００６４】
例えば、中央円形クラウン部、中間円形クラウン部およびより外周にある第３の円形クラウン部に、それぞれＮ枚のブレード、２Ｎ枚のブレードおよび３Ｎ枚のブレードを設けることができる。
【００６５】
これは、第１エーロフォイル部が２つ以上の第２エーロフォイル部に分かれており、次に、この第２エーロフォイル部が２つ以上の第３エーロフォイル部に分かれている、複数の分岐部を備えたマルチプルブレード、または、マルチプルエーロフォイル部を有した追加ブレードを備えたマルチプルブレードを使用することによって得られる。
【００６６】
Ｒ１よりも大きい半径方向Ｒ２においてブレード枚数を増やすことによって、ロータ段の少なくともいくつかのブレードが中心から外周へ分岐しているという事実により、「ソリディティ」と呼ばれるコード／ピッチ比を、半径距離Ｒ変動の最適値周辺に保つことができる。これにより、ロータ段の出力を向上させ、ブレードの総質量を減少させることができる。
【００６７】
シャフトに接続されたベアリングブレードと、ベアリングブレードに接続されており分離可能である追加ブレードとを存在させることができるという事実により、組み立てが大幅に容易化する。
【００６８】
追加ブレードを、ベアリングブレードよりも低密度の材料で実現することにより、ベアリングブレードの遠心応力を小さくすることができる。
【００６９】
連続するベアリングブレード間に突出している載置要素間に押し込まれた追加ブレードの脚部によってロータ段の剛性を高くすることができ、これにより、動的応力によって生じた振動に対する感度が低下し、より優れた振動減衰が可能になる。
【００７０】
マルチプルエーロフォイル部を備えたブレードにより、より簡単で、より早い組み立てが可能になる。
【００７１】
さらに、四辺形構造を持つマルチプルブレードにより、際立った剛性が得られ、これにより、遠心力による変形に対し効果的に対抗できるようになる。
【００７２】
特に重要な点は、外周エーロフォイル部の枚数を増やすことで、従来のロータ段に対してブレードの総断面積を減少させることができ、これにより、材料を節約でき、経済的利点と構造的利点の両方を得られることである。この利点に流体力学的な別の利点を追加すれば、同時にアレイソリディティを最適化できる。あるいは、設計者の選択により、ブレードの総断面積、したがって遠心応力を維持することができ、ソリディティを著しく向上させることが可能である。
【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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【国際調査報告】
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