(57)【要約】  本発明は、ブレードエレメントが、少なくとも１つのブレード翼と、少なくとも１つのフットボード取付け部分とを含む、モジュール構造に基づく発電プラントのブレードアセンブリに関する。ブレードエレメントは、一方の端部において、互いの互換性接続のための手段を有する。他のエレメントに関する翼の接続は、ガスタービンの軸線に対して半径方向またはほぼ半径方向の延在部における固定に基づき、フットボード取付け部分に関するブレード翼の組立ては、密着相互接続により作動される摩擦ロック結合に基づき、またはフットボード取付け部分に関するブレード翼の組立ては、ブレードエレメントを互いに固定する金属および／またはセラミック面の使用に基づき、またはフットボード取付け部分に関するブレード翼の組立ては、分離可能、永久的または半永久的な固定による閉鎖手段に基づく。フットボード取付け部分は、少なくとも２つのエレメントから成り、ブレード翼のフット側延在部分に関する、分離されたフットボード取付け部分の組立ては、相互の軸方向で案内されるカップリングによって行われる。
2016538470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュール構造に基づくターボ機械用のロータブレードアセンブリにおいて、
ブレードエレメントは、少なくとも１つのブレード翼と、少なくとも１つのフットボード取付け部分とを含み、前記ブレードエレメントは、一方の端部において、互いの互換性接続のための手段を有しており、他のエレメントに関する翼の接続は、前記ターボ機械のロータの軸線に対して半径方向またはほぼ半径方向の延在部における固定に基づき、フットボード取付け部分に関する前記ブレード翼の組立ては、密着相互接続により作動される摩擦ロック結合に基づき、または前記フットボード取付け部分に関する前記ブレード翼の組立ては、前記ブレードエレメントを互いに固定する金属および／またはセラミックの面の使用に基づき、または前記フットボード取付け部分に関する前記ブレード翼の組立ては、分離可能、永久的または半永久的に固定された閉鎖手段に基づき、前記フットボード取付け部分は、少なくとも２つのエレメントから成り、前記ブレード翼のフット側延在部分に関する、分離されたフットボード取付け部分の組立ては、互いに軸方向で案内されるカップリング（１４０，１４１）によって行われ、前記フットボード取付け部分（１２０，１３０）は、シャンク下部構造（１５０）の延在部分の軸方向に延びる輪郭に対応した、軸方向で向き合ったき裂またはクラッチ（１２１，１３１）を有しており、前記シャンク下部構造の前記延在部分の前記軸方向に延びる輪郭は、ほぼ、前記翼の軸方向流入平面に対応していることを特徴とする、モジュール構造に基づくターボ機械用のロータブレードアセンブリ。
【請求項２】
モジュール構造に基づく発電プラントのブレードアセンブリにおいて、ブレードエレメントは、少なくとも１つのブレード翼と、少なくとも１つのフットボード取付け部分とを含み、前記ブレードエレメントは、一方の端部において、互いの互換性接続のための手段を有しており、他のエレメントに関する翼の接続は、ターボ機械の軸線に対して半径方向またはほぼ半径方向の延在部における固定に基づき、前記フットボード取付け部分に関する前記ブレード翼の組立ては、密着相互接続によって作動される摩擦ロック結合に基づき、または前記フットボード取付け部分に関する前記ブレード翼の組立ては、前記ブレードエレメントを互いに固定する金属および／またはセラミック面の使用に基づき、または前記フットボード取付け部分に関する前記ブレード翼の組立ては、分離可能、永久的または半永久的な固定による閉鎖手段に基づき、前記フットボード取付け部分は、少なくとも２つのエレメントから成り、前記ブレード翼のフット側延在部分に関する、分離されたフットボード取付け部分の組立ては、相互に軸方向で案内されるカップリング（１４０，１４１）によって行われ、前記ブレード翼または桁の内部キャビティは、部分的または全体的に適切な材料で充填されていることを特徴とする、モジュール構造に基づく発電プラントのブレードアセンブリ。
【請求項３】
モジュール構造に基づく発電プラントのブレードアセンブリにおいて、ブレードエレメントは、少なくとも１つのブレード翼と、少なくとも１つのフットボード取付け部分とを含み、前記ブレードエレメントは、一方の端部において、互いの互換性接続ための手段を有しており、他のエレメントに関する翼の接続は、ターボ機械のロータの軸線に対して半径方向またはほぼ半径方向の延在部における固定に基づき、前記フットボード取付け部分に関する前記ブレード翼の組立ては、密着相互接続によって作動される摩擦ロック結合に基づき、または前記フットボード取付け部分に関する前記ブレード翼の組立ては、前記ブレードエレメントを互いに固定する金属および／またはセラミック面の使用に基づき、または前記フットボード取付け部分に関する前記ブレード翼の組立ては、分離可能、永久的または半永久的な固定による閉鎖手段に基づき、前記フットボード取付け部分は、少なくとも２つのエレメントから成り、前記ブレード翼のフット側延在部分に関する、分離された前記フットボード取付け部分の組立ては、相互に軸方向に案内されるカップリング（１４０，１４１）によって行われ、前記ブレード翼の先端部の範囲における外側シェルの組立ては、熱拡張を集中させるための少なくとも１つの補償装置を含むことを特徴とする、モジュール構造に基づく発電プラントのブレードアセンブリ。
【請求項４】
前記フットボード取付け部分は、少なくとも１つの内側プラットフォームと、シャンクと、もみの木形断面輪郭を有する根元部分とを含む、請求項１から３までのいずれか１項記載のブレードアセンブリ。
【請求項５】
前記ブレード翼の前記延在部分と、前記フットボード取付け部分との間の組立ては、シーリング構造を含む、請求項１から３までのいずれか１項記載のブレードアセンブリ。
【請求項６】
前記ブレード翼は、ブレードの空力態様に従った、前記ブレード翼の少なくとも１つの部分を包囲する、流れが提供される少なくとも１つの外側シェルを含む、請求項１から５までのいずれか１項記載のブレードアセンブリ。
【請求項７】
流れが提供される外側シェルが、前記ブレード翼の外側輪郭または下部構造を全体的に包囲している、請求項１から６までのいずれか１項記載のブレードアセンブリ。
【請求項８】
前記ブレード翼の前記下部構造は、前記ブレードの前記フットボード取付け部分から前記ブレード翼の先端部まで延びる桁から成る、請求項７記載のブレードアセンブリ。
【請求項９】
流れが提供される外側シェルが、ターボ機械の作動媒体の流れ方向で前記ブレード翼の外側輪郭を少なくとも部分的に包囲している、請求項１から８までのいずれか１項記載のブレードアセンブリ。
【請求項１０】
部分的に提供された、流れが提供される前記外側シェルは、前記ブレード翼の前縁に能動的に接続されている、請求項９記載のブレードアセンブリ。
【請求項１１】
流れが提供される外側シェルが、前記ブレード翼の外側輪郭を全体的に包囲しており、前記外側シェルは、単独のボディから成る、請求項１から１０までのいずれか１項記載のブレードアセンブリ。
【請求項１２】
流れが提供される外側シェルが、内側において、中間に配置された、流れが提供されないまたは部分的に流れが提供されるシェルを有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載のブレードアセンブリ。
【請求項１３】
両シェルは、互いに隣接してまたは互いから離れて配置されている、請求項１２記載のブレードアセンブリ。
【請求項１４】
流れが提供される少なくとも１つの前記外側シェルは、前記ブレード翼の外側輪郭を全体的に包囲しており、前記外側シェルは、前記ブレード翼の前記外側輪郭を部分的または全体的に形成する少なくとも２つのボディを有する、請求項１から１３までのいずれか１項記載のブレードアセンブリ。
【請求項１５】
前記外側シェルを部分的または全体的に形成する前記ボディは、半径方向または周方向の境界面に沿ってろう付けまたは溶接されている、請求項１４記載のブレードアセンブリ。
【請求項１６】
前記外側シェルを部分的または全体的に形成する前記ボディは、半径方向またはほぼ半径方向の間隙を有しており、該間隙は、シールおよび／またはセラミック材料によって充填されている、請求項１４記載のブレードアセンブリ。
【請求項１７】
流れが提供される外側シェルが、収縮継手を使用して、前記ブレード翼または翼の下部構造に接続されている、請求項１から１６までのいずれか１項記載のブレード。
【請求項１８】
ブレードエレメント／モジュールの互換性接続、すなわちブレード翼と、内側プラットフォームと、シャンクと、根元部分と、ヒートシールドとの間の互換性接続、または相互の突出部または凹部を含むブレード翼とフットボード取付けエレメントとの間の互換性接続のための手段は、摩擦ロック式結合または永久接続に基づく、請求項１から１７までのいずれか１項記載のブレードアセンブリ。
【請求項１９】
前記内側プラットフォームおよびヒートシールドは、熱応力領域に沿って少なくとも１つの挿入体および／または付加的なサーマルバリヤコーティングを有する、請求項１から１８までのいずれか１項記載のブレードアセンブリ。
【請求項２０】
前記内側プラットフォームおよびヒートシールドは、熱応力領域において少なくとも１つの挿入体および／または機械的インターロックを有し、前記挿入体および／または前記機械的インターロックは、プラットフォームまたはヒートシールドの空力態様に従う、請求項１から１９までのいずれか１項記載のブレードアセンブリ。
【請求項２１】
挿入エレメントおよび／または機械的インターロックは、少なくとも圧力ばめ形式で、ブレードのエレメントのスペースまたはブレードのエレメント内のスペースにおける適切に設計された凹所内へ、付加的な固定手段を含むプッシュローディングドロワの形式で挿入され、前記挿入エレメントおよび／または前記機械的インターロックの上面は、流れが提供されるそれぞれのゾーンを形成する、請求項１から２０までのいずれか１項記載のブレードアセンブリ。
【請求項２２】
前記挿入エレメントまたは前記機械的インターロックおよび／または付加的なサーマルバリヤコーティングは、熱応力領域に沿って配置されている、請求項２１記載のブレードアセンブリ。
【請求項２３】
前記ブレード翼の内部冷却通路は、流れが提供される外側シェルおよび／または流れが提供される中間シェルおよび／または内側プラットフォームおよび／またはヒートシールドの冷却構造に能動的に接続されている、請求項１から２２までのいずれか１項記載のブレードアセンブリ。
【請求項２４】
前記冷却構造は、対流冷却法および／またはフィルム冷却法および／またはしみ出し冷却法および／またはインピンジ冷却法に対応する、請求項２３記載のブレードアセンブリ。
【請求項２５】
前記ブレード翼は、半径方向で、顕著なまたは旋回した空力輪郭を有する、請求項１から２４までのいずれか１項記載のブレードアセンブリ。
【請求項２６】
請求項１から２５までのいずれか１項記載のモジュール構造に基づくブレードを組み立てる方法において、
ブレードエレメントは、少なくとも１つのブレード翼と、少なくとも１つのフットボード取付け部分とを含み、前記ブレードエレメントは、一方の端部において、互いの互換性接続のための手段を有しており、他のエレメントに関する翼の接続は、ガスタービンの軸線に対して半径方向またはほぼ半径方向の延在部における固定に基づき、前記フットボード取付け部分に関する前記ブレード翼の組立ては、密着相互接続により作動される摩擦ロック結合に基づき、または前記フットボード取付け部分に関する前記ブレード翼の組立ては、前記ブレードエレメントを互いに固定する金属および／またはセラミック面の使用に基づき、または前記フットボード取付け部分に関する前記ブレード翼の組立ては、分離可能、永久的または半永久的な固定による閉鎖手段に基づき、前記フットボード取付け部分は、少なくとも２つのエレメントから成り、前記ブレード翼のフット側延在部分に関する、分離された前記フットボード取付け部分の組立ては、相互の軸方向に案内されるカップリング（１４０，１４１）によって行われ、前記フットボード取付け部分（１２０，１３０）は、シャンク下部構造（１５０）の延在部分の軸方向に延びる輪郭に対応した、軸方向で向き合ったき裂またはクラッチ（１２１，１３１）を有しており、前記シャンク下部構造の前記延在部分の前記軸方向に延びる輪郭は、ほぼ、前記翼の軸方向流入平面に対応していることを特徴とする、請求項１から２５までのいずれか１項記載のモジュール構造に基づくブレードを組み立てる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ機械、好適にはガスタービンエンジン用のブレードアセンブリに関し、特に、１つまたは複数の取外し可能なエレメントまたはモジュールを備えるモジュール式ブレードに関する。ブレードという用語は、広い意味で定義するものである。本発明は、好適にはロータブレードに関するが、本発明は、このカテゴリに限定されるのではなく、付加的に、ターボ機械のガイドベーンおよび類似の構成部品に関する。
【０００２】
基本的に、本発明のモジュール式ブレードアセンブリは、様々な互換性のモジュールまたはエレメントを含み、前記部品は代替可能、準代替可能または代替不能である。
【０００３】
本発明によれば、モジュール構造に基づくブレードアセンブリは、少なくとも、ブレード翼と、フットボード取付け部分とを有しており、ブレードのモジュール構造のエレメントは、その一方の端部において、互いの互換性接続のための手段を有している。他のエレメントに関する翼の接続は、ターボ機械のロータ軸線に関して半径方向または準半径方向での固定に基づき、フットボード取付け部分に関連したブレード翼の組立ては、密着相互接続によって作動される摩擦ロックされた結合（摩擦力による結合）に基づく、またはフットボード取付け部分に関連したブレード翼の組立ては、ブレードエレメントを互いに固定する金属および／またはセラミックの面の使用に基づく、またはフットボード取付け部分に関連するブレード翼の組立ては、取外し可能、永久的または半永久的な固定による力拘束手段に基づく。
【０００４】
冷却通路は、冷却のためにブレード翼内に延びており、側部においてシャンクに配置された供給穴を介してまたは直接にブレード根元部分を介して、冷却媒体、特に冷却空気が供給される。
【０００５】
力拘束手段を含むモジュールの間の取外し可能なまたは永久的な接続は、ボルトまたはリベットから成り、またはＨＴろう付け、アクティブろう付け、はんだ付けなどによって行われる。
【０００６】
発明の背景
米国特許出願公開第２０１１／０１４２６８４号明細書によれば、ロータブレード翼は、第１の材料を使用する第１のプロセスによって形成される。プラットフォームは、第１の材料とは異なってもよい第２の材料を使用する第２のプロセスによって形成される。前記プラットフォームは、翼のシャンクの周囲に組み立てられる。１つまたは複数のピンがプラットフォームからシャンクの穴へ延びている。プラットフォームは、２つの部分に形成され、シャンクの周囲に配置され、シャンクを包囲してもよい。２つのプラットフォーム部分は互いに結合されてもよい。これに代えて、プラットフォームは、熱的許容度のために特殊化されてもよい、ブレードおよびシャンクの可鋳性よりも優れた可鋳性を有する合金を使用して、シャンクの周囲に鋳造されてもよい。ピンは、翼の下側セクションからの荷重を支持する。
【０００７】
米国特許出願公開第２０１１／０１４２６３９号明細書によれば、タービン翼はシャンクから延びている。プラットフォームは、シャンクの第１の部分を受け持つまたは包囲する。反対向きの歯がプラットフォームから横方向へ延びており、ディスクにおけるそれぞれのスロットに係合している。反対向きの歯が、プラットフォームの下方に延びるシャンクの第２の部分から横方向へ延びており、ディスクにおける別のスロットに係合している。これにより、プラットフォームとシャンクは、そのそれぞれの歯を介して自己の遠心荷重を独立して支持する。プラットフォームは、２つの部分から形成されていてもよく、これらの部分は、適合する端部壁においておよび／またはシャンクを貫通するピンを介して互いに結合される。冷却チャネルが、ピンの側方においてシャンクを貫通していてもよい。
【０００８】
欧州特許第２１８９６２６号明細書は、特にガスタービン用のロータブレード配列に関し、このロータブレード配列は、ブレードキャリヤに固定することができ、それぞれブレード翼エレメントとプラットフォームエレメントとを有しており、１つのブレード列のプラットフォームエレメントは連続した内側シュラウドを形成する。このようなブレード配列により、寿命を延長する機械的な分離が、ブレード翼エレメントとプラットフォームエレメントとが別個のエレメントとして形成されることによっておよびそれぞれがブレードキャリヤに別個に固定することができることによって、達成される。
【０００９】
米国特許出願公開第２０１１／２６８５８２号明細書は、長手方向軸線に沿ってブレードの長手方向に延びるブレード翼を含むブレードに関する。流れ方向で前縁と後縁とによって画定されたブレード翼は、高温ガス通路の内壁を形成するプラットフォームの下方の下端部においてシャンクへ移行しており、このシャンクは、ファーツリー（もみの木）形の断面輪郭を有する慣用のブレード根元部分において終わっており、このブレード根元部分によって、対応する軸方向スロットに挿入することによって、ブレードを、特にロータディスクにおけるブレードキャリヤに固定することができる（例えば、米国特許第４９４０３８８号明細書の図１を参照）。
【００１０】
ブレードを冷却するためにブレード翼内に延びた、冷却媒体、特に冷却空気が供給される冷却通路を有するロータブレードは、周知であり、従来技術である。
【００１１】
引用した米国の文献を参照すると、冷却通路（図示せず）は、ブレードを冷却するためにブレード翼内に延びており、側面においてシャンクに配置された供給穴を介して、冷却媒体、特に冷却空気が供給される。シャンクは、ブレード翼と同様に、凹面側と凸面側とを有する。ブレード翼の内部へ斜め上方に延びた供給穴は、シャンクの凸面側において外部空間へ開口している。供給穴の入口に関連した機械的な応力を減じ、それと同時に、ブレードの振動挙動に有利に影響するために、供給穴の入口の周囲に、平坦なまたは実質的に平坦な（すなわち表面全体にわたって一貫して平坦に形成されてない）補強エレメントが設けられている。補強エレメントは、供給穴のすぐ近傍を越えて到達しており、この補強エレメントは、シャンクと一体に形成されており、ブレードと同じ材料から成る。図３に示された補強エレメントの断面図から分かるように、補強エレメントは、大きな面積の台として形成されており、中央平面の左側に配置された供給穴の開口から、ブレードの中央平面を大幅に超えて到達しており、これにより、補強エレメントは中央平面に対して対称的に形成されており、供給穴の開口も包囲している。
【００１２】
米国特許出願公開第２０１３／００８９４３１号明細書を参照すると、タービンシステム用のブレード翼が開示されている。ブレード翼は、第１のボディを有しており、この第１のボディは、ブレード翼の空力輪郭の第１の部分を規定する外面を有し、第１の材料から形成されている。ブレード翼は、さらに、第２のボディを有しており、この第２のボディは、ブレード翼の空力輪郭の第２の部分を規定する外面を有しており、第２のボディは、第１のボディに接続されていて、第１の材料と比較して異なる温度安定性を有する第２の材料から形成されている。別の実施の形態では、タービンシステムのタービンセクション用のノズルが開示されている。ノズルは、空力輪郭を規定する外面を有するブレード翼を有しており、空力輪郭は、前縁と後縁との間に延びる圧力側と吸込側とを有する。ブレード翼は、第１のボディを有しており、この第１のボディは、ブレード翼の空力輪郭の第１の部分を規定する外面を有し、第１の材料から形成されている。ブレード翼は、さらに、第２のボディを有しており、この第２のボディは、ブレード翼の空力輪郭の第２の部分を規定する外面を有しており、第２のボディは、第１のボディに接続されていて、第１の材料と比較して異なる温度安定性を有する第２の材料から形成されている。この米国の文献の添付図面、特に図３〜図６は、詳細な説明とともに、複数の実施の形態を例示しており、この従来技術の原理を説明している。
【００１３】
米国特許第５７００１３１号明細書は、ガスタービンエンジン用の内部冷却式タービンブレードを示している。このタービンブレードは、ダイナミック冷却空気半径方向通路を有するように前縁および後縁において変更されていて、この通路は、根元部分における入口と、ブレード翼表面における複数の半径方向に間隔を置かれたフィルム冷却穴に供給する、先端部における排出部とを備える。半径方向通路の内壁において半径方向に間隔を置かれた蛇行した通路と連通した補充穴は、フィルム冷却穴へ損失される冷却空気を補充する。排出オリフィスは、半径方向長さ全体にわたって一定のフィルム穴の存在を達成するために、逆流マージンに合致するようにサイズ決めされている。圧力降下分配を増大するために、トリップストリップが使用されてもよい。当該技術分野における当業者によってもよく知られているように、タービンの圧力比が増大し、タービンの重量が減少すると、エンジン効率が増大する。いうまでもなく、これらのパラメータは限界を有する。タービン速度を増大させることは、ブレード翼荷重をも増大させ、もちろん、タービンの十分な作動は、任意のブレード翼荷重の範囲にとどまる。ブレード翼荷重は、タービンの断面積にタービンの先端部の速度を乗じたものの二乗、またはＡＮ＜２＞によって決まる。明らかに、タービンの回転速度は荷重に著しい影響を与える。本発明によって熟慮された桁／シェル構造は、タービンエンジン設計者に、あらゆる任意のエンジン設計において必要とされる冷却空気の量を減じるという選択肢を与える。加えて、設計者は、シェルを、これまでブレード翼セクションの表面輪郭を規定するために鋳造または鍛造することができなかった新たな高温材料から製造することができる。言い換えれば、本発明により、シェルを、ニオビウム、モリブデンまたはそれらの合金から形成することができ、形状は、公知の放電加工（ＥＤＭ）プロセスまたはワイヤＥＤＭプロセスによって形成される。加えて、本発明の効果的な冷却方式により、シェル部分は、セラミックまたはより慣用的な材料から形成することができ、設計者に対してさらに利点を提供する。なぜならば、より少ない量の冷却空気が必要とされるからである。
【００１４】
欧州特許第２６４２０７６号明細書は、金属構成部品およびＣＭＣ構成部品用の接続システムを示しており、タービンブレード保持システムおよび回転構成部品保持システムが設けられている。接続システムは、保持ピンと、金属発泡材ブシュと、金属構成部品に配置された第１の開口と、セラミックマトリックス複合構成部品に配置された第２の開口とを有する。第１の開口および第２の開口は、金属構成部品とセラミックマトリックス複合構成部品とが係合させられたときに貫通孔を形成するように構成されている。保持ピンおよび金属発泡材ブシュは、金属構成部品とセラミックマトリックス複合構成部品とを接続するために、貫通孔内に作動的に配置される。
【００１５】
米国特許第７９７２１１３号明細書は、翼部分１１を示しており、図２に示したように、湾曲部を有しており、この湾曲部において、翼部分は、プラットフォームからブレード先端部まで延びる湾曲およびねじれを有する。翼１１は、ブレード用の冷却空気を提供するための１つまたは複数の冷却空気通路１５も有することができる。冷却空気通路１５は、半径方向の通路または一連の蛇行した流れ通路であることができる。鳩尾状部分１２を備える翼根元部は、２つのプラットフォーム半部２１および２２によって挟持されており、ブレードアセンブリ１０を形成する。プラットフォーム半部２１および２２のそれぞれは、翼１１の鳩尾状部分１２を受け入れるためのスロットを形成する、内面における開口２５と、上面または流れ形成面２３とを有する。図２に示したように、プラットフォーム半部２１および２２における開口２５は、前縁および後縁の両方においてかつ圧力側および吸込側の両方において翼１１の周囲に延びている。翼１１における鳩尾状部分１２は、図２における点線の形状も有しており、この形状は、プラットフォーム半部２１および２２内に形成されたスロット２５を表している。鳩尾状部分１２およびスロット２５は、プラットフォーム半部が互いに固定されたときに鳩尾状部分１２がプラットフォーム半部２１および２２の間のスロット２５内に隙間なく嵌まるような形状およびサイズを有している。各プラットフォーム半部２１および２２は、図１および図３に示したように、ねじ山つきボルトなどの締結具を受け入れる少なくとも１つの穴２４と、上部または流れ形成面２３とを有する。プラットフォーム半部を互いに固定するためにねじ山付きボルトが使用される場合、ボルトヘッドと向かい合った少なくとも１つの穴２４もねじ山を有する。フットボード取付けエレメント（１２０，１３０）の開口は、前縁および後縁の両方においてかつ圧力側および吸込側の両方において翼の周囲に延びているのではなく、ガスタービンの軸線において延びている。
【００１６】
発明の概要
本発明は、ターボ機械の様々な作動方式に合わせて最適化された複数の互換性のモジュールまたはエレメントから組み立てられた、ターボ機械用のブレードの構造または構成を提供する。別個のプロセスにおいて、様々なモジュールまたはエレメントは修理および／または再調整され得る。
【００１７】
請求項に基づき：
特に、少なくとも２つの別個の部材、すなわち別個のブレード翼と、フットボード取付け部分とによって組み立てることができるブレードを使用することによって、ブレード全体を交換せずに、特定された別個の部品、モジュール、エレメントの互換性または修理および／または再調整を提供するために、適切な前提条件を生ぜしめることができる。
【００１８】
通常、内側プラットフォームは、ブレードの一体部分を形成している。高温での作動中に、熱応力が、ブレードのブレード翼から内側プラットフォームへの移行エレメント内へ生ぜしめられることによる。これは、ブレード翼の前縁および後縁において生じる熱応力が、使用された材料において局所的な損傷を生じるか、または少なくとも再調整労力を増大する可能性があることを意味する。
【００１９】
したがって、本発明によるモジュール構造に基づくモジュール式ブレードアセンブリは、実質的に、ヒートシールドと、ブレード翼と、内側プラットフォームと、シャンクと、フットボード取付け部分とを含む。ブレード翼および／または内側プラットフォームおよび／またはヒートシールドおよび／またはシャンクおよび／またはフットボード取付け部分は、その一方の端部において、互いに対する前記モジュールの互換性接続のための手段を有しており、互いのブレードモジュールの使用された接続は、ターボ機械ロータの軸線に関して半径方向またはほぼ半径方向の延在におけるブレード翼の永久的または半永久的な固定を有する。他のモジュールに関連する、特に分離された内側プラットフォームに関するブレード翼の組立ては、直接的または間接的に、密着相互接続によって作動される摩擦ロック結合に基づくか、または圧力ばめまたは形状ばめ接続に基づくか、または収縮継手を使用することに基づく。
【００２０】
すなわち、ブレードの構造は、実質的に、ブレード翼と、内側プラットフォームと、もみの木形断面輪郭とを有しており、このもみの木形断面輪郭によって、ブレードをブレードキャリヤにまたは直接にロータディスクに、付加的なサブモジュールを備えるメインモジュールとして固定することができる。このサブモジュールは、特に、内側プラットフォームとフットボード取付け部分との間の中間シャンクであって、根元部分とも呼ばれるものであり、好適には、もみの木形の断面輪郭を有している。ブレード翼の付加的なサブモジュールとして、先端部は、シール手段を備えるヒートシールドを有する。
【００２１】
分離された内側プラットフォームとブレード翼とのメインモジュールは、もみの木形根元部分を取り付ける前に、内側プラットフォームの少なくとも２つの部分を、これらの間にブレード翼を配置することによって接続することによって、組み立てられる。モジュールは、セラミック、シールロープまたは類似の実施の形態によって互いにシールされてもよい。
【００２２】
ブレードプラットフォームは軸方向に分離されている。対照的に、従来技術は、プラットフォームを圧力側部分と吸込側部分とに分離することを提案している。
【００２３】
特に、従来技術、すなわち米国特許出願公開第２０１１／０１４２６３９号明細書によるこの実施の形態は、ブレードまたはブレード翼を含むブレードアセンブリが、圧力側と、吸込側と、シャンクと、プラットフォームとを有し、プラットフォームは、圧力側部分と、吸込側部分とを有し、それぞれ、ロータディスクに係合する少なくとも１つの横方向に延びる歯を備える根元部分を含む。組立て後、プラットフォームは、シャンクの第１の部分を包囲するまたは受け持つ。シャンクの第２の部分は、タービンディスクに取り付けられたとき、プラットフォームの外側またはプラットフォームの半径方向内方へ延びる。プラットフォームの外側のシャンクの部分は、ロータディスクに係合する少なくとも２つの反対向きの横方向に延びる歯を有している。
【００２４】
特定された実施の形態は、シャンクの内側のピン穴を貫通する、一方または両方のプラットフォーム部分におけるピンを有する。ピンは、組立て後に、反対側のプラットフォーム部分に結合されてもよい。ピンは、２つのプラットフォーム部分を接続する。ピンは、穴を充填してもよく、これにより、シャンクとプラットフォームとの間の荷重共有を提供する。
【００２５】
すなわち、本発明による軸方向でのプラットフォームの分離は、それらの荷重を支持し、翼はその荷重を支持し、ブレードのモジュール構造に関する全く新たな思想を伴う。
【００２６】
本発明によれば、ブレードシャンク下部構造は、翼の半径方向において、延在した、比較的薄く形成された部分から成る。延在した部分は、１つまたは複数のフットボード取付け部分の全高にわたって延びており、延在した部分のフット側端部は、延在した部分の軸方向広がりの両側に関して、歯構成の形状を有しており、シャンク下部構造の延在した部分の底部は、もみの木形断面輪郭の最終部分として形成されていてもよい。シャンク下部構造の延在した部分の歯は、延在した部分の歯のための空間を提供するために、二重フットボード取付け部分の凹所と整列していてもよい。
【００２７】
ここで使用される“半径方向の”または“半径方向に”という用語は、ブレードアセンブリがその作動位置に取り付けられているときのガスタービンロータ軸線に対する半径方向を意味するものである。
【００２８】
さらに、フットボード取付け部分は、相互軸方向カップリングのためのシャンク下部構造の延在した部分の軸方向に延びる輪郭に対応する、軸方向で向き合ったき裂またはクラッチを有する。
【００２９】
溝などの付加的な幾何学的特徴は、両方のフットボード取付け部分とインターロックするためにシャンク下部構造の延在した部分に設けられていてもよい。
【００３０】
前記エレメントの組立ては、概して、密着相互接続によって作動される摩擦ロック結合に基づくか、または、互いにブレードエレメントを固定する金属および／またはセラミックの面の使用に基づくか、または、圧力ばめまたは形状ばめまたは収縮継手接続に基づくか、または、取外し可能または永久的な接続を備える力拘束手段に基づく。付加的に、１つまたは複数の機械的な固定手段は、接続領域に挿入されてもよく、機械的な固定手段は、別個の部材として提供されており、完全ばめ接続によって接続領域内へ鋳造することができる。
【００３１】
シーリング構造用の補助手段に関する発明の別の態様において、シーリング構造は、ブレード翼と、１つまたは複数のプラットフォームエレメントとの間の力伝達なしの継手として好適に設計されなければならず、１つまたは複数のプラットフォームエレメントは、付加的なサブモジュールを含む。異なるタイプのシーリング構造が考慮される：
１．米国特許第７３４７４２４号明細書に記載されているような“ロープシール”。しかしながら、この場合、漏れ損失が生じる。
２．“ブラシシール”。この場合にも、漏れ損失が考慮されなければならない。
３．例えば超塑性材料によって、力伝達の同時回避を備える漏れ損失なしの１００％シーリングを保証するための耐熱充填材料。
４．この適用目的に適したその他のシールも考えられる。
【００３２】
特に、少なくとも２つの別個の部材、すなわち一方ではシャンク下部構造の延在した部分を含むブレード翼と、他方では分離された連結フットボード取付けエレメントと、によって組み立てることができるブレードを使用することによって、ブレード全体を交換せずに、特定された別個の部品、モジュール、エレメントの互換性または修理および／または再調整を提供するために、前提条件が生ぜしめられる。
【００３３】
基本的に、様々な別個のエレメントまたはモジュールにおいて、すなわち、ヒートシールド、ブレード翼、内側プラットフォームおよびフットボード取付け部分に関して、ブレードを分配することも可能である。ブレードが、内側プラットフォームとフットボード取付け部分との間に中間シャンクを有する場合、同じ態様を適用することができる。
【００３４】
ブレード翼およびブレードシャンク下部構造の延在した部分から軸方向に、分離した連結フットボード取付け部分を切り離すことによって、著しい熱応力集中を回避することができる。
【００３５】
加えて、これらの部分を切り離すことにより、種々の劣化メカニズムも分離することができ、例えば、内側プラットフォームの酸化をブレード翼部分の低サイクル疲労から分離することができる。部分を互いに切り離すことにより、両者は、それ自体を対応するキャリヤにおいて支持しなければならない。同じやり方を、ヒートシールドに関して採用することができる。
【００３６】
ブレードの固定された位置の場合、ブレード翼の内側端部における少なくとも１つの固定手段によって、ブレード翼は、内側プラットフォームと密接しているか、または内側プラットフォームと一体に結合されており、内側プラットフォームは、タービン段の高温ガス流路の内径に向かって、タービン段を通る高温ガス流の境界を定めている。他方で、同一平面形式でブレード翼と直接的または間接的に接続された内側プラットフォームは、ブレード翼と一体に製造されており、半径方向外側で高温ガス流路の境界を定めている。
【００３７】
これに代えて、前記の相互に依存するモジュールに関するブレード翼の組立ては、ブレードモジュールを互いに固定する金属および／またはセラミックの面の使用に基づく。さらに、これに代えて、他のモジュールに関するブレード翼の組立ては、圧力ばめまたは形状ばめまたは収縮継手、または取外し可能な接続または永久の接続による力拘束手段に基づき、少なくとも１つのブレード翼は、以下ではシェルと称する少なくとも１つの外側高温ガス通路ライナを有し、このライナはブレード翼の少なくとも１つの部分を収容している。
【００３８】
シェル自体は、ブレード翼の空力輪郭を有しており、ターボ機械、例えばガスタービンの種々の作動方式に適応された様々な冷却構成および／または材料構成および／または物質的配合を備える、互換性モジュールから成っている。
【００３９】
したがって、ブレードは、一方の端部において半径方向またはほぼ半径方向の手段を有するブレード翼を含み、この手段は、取外し可能または半取外し可能または永久的または半永久的な接続もしくは固定の目的のために、内側プラットフォームの凹所および／またはブーストにブレード翼を挿入するための手段であり、シャンク下部構造の延在した部分およびフットボード取付け部分から独立している。
【００４０】
この固定は、密着によって作動される摩擦ロッキングによって、または金属および／またはセラミックの表面コーティングの使用によって、またはボルトまたはリベットから成る力拘束手段によって、またはＨＴろう付け、アクティブろう付けまたははんだ付けによって、行うことができる。
【００４１】
同じやり方が、ヒートシールドに関してブレード翼にも適用され、内側および外側のモジュールは、１つのピースまたは複合構造から成ることができる。
【００４２】
ターボ機械、例えばガスタービンの個々の作動要求または個々の作動方式によれば、特に、１つまたは複数のフットボード取付け部分、内側プラットフォームまたは１つまたは複数のフットボード取付け部分は、一体化された内側プラットフォームと、ブレード翼と、付加的な手段および／または挿入体を含むヒートシールドとを有し、これらは、熱的および物理的な応力に耐えることができ、前記手段および挿入体は、全体的にまたは部分的に互換性である。
【００４３】
しかしながら、第１の列のブレードの内側プラットフォームおよびヒートシールドが、周方向で互いに隣接して整列させられ、タービン段の入口の領域において環状の高温ガス流を限定することが保証されなければならない。
【００４４】
好適な実施の形態に関して前述したように、ブレード翼の内側端部と内側プラットフォームとの間の単独で取外し可能な固定の場合、内側プラットフォームは、１つまたは複数の半径方向端部において、ブレード翼の延長部または突起などのフックの挿入のための少なくとも１つの凹所を提供し、これにより、ブレード翼は、少なくともタービン段の軸方向および周方向で固定される。また、このような場合において、両フットボード取付け部分と、シャンクの延在した部分との間の軸方向カップリングを、据え付けることができる。
【００４５】
付加的な幾何学的特徴、すなわち様々に設計された溝は、両方のフットボード取付け部分とインターロックするために、シャンク下部構造の延在した部分に設けられてもよい。
【００４６】
フック状延長部は、内側プラットフォーム内の溝に適応された十字形の断面を有する。内側プラットフォーム内の凹所は、挿入または取外しのための少なくとも１つの位置を提供し、この位置において、凹所は開口を提供し、この開口を通って、ブレード翼のフック状延長部を、完全に、半径方向移動のみによって挿入することができる。ブレード翼の延長部の形状および内側プラットフォームにおける凹所の形状は、好適には、ばねナット接続のように互いに適応されている。
【００４７】
挿入または取出し目的のために、ブレード翼を、半径方向外方に向けられた端部においてのみ取り扱うことができ、これは、タービン段におけるメンテナンス作業を行うための顕著な特徴である。
【００４８】
内側プラットフォームが、中間ピース、例えばシャンクに、または直接にフットボード取付け部分に分離可能に取り付けられることが可能であり、フットボード取付け部分もまた、タービン段の内側構造もしくは内側構成部品に分離可能に取り付けられている。そのために、中間ピースは、内側プラットフォームの軸方向、半径方向および周方向の固定のために内側プラットフォームのフック状延長部を挿入するための少なくとも１つの凹所を提供する。
【００４９】
前記中間ピースは、両フットボード取付け部分のカップリングのような、軸方向に方向付けられたカップリングのために構成されていてもよい。
【００５０】
基本的に、中間ピースは、軸方向、周方向および半径方向での内側プラットフォームの幾らかの移動を許容する。内側プラットフォームの制限されない移動を防止するために、中間ピースに軸方向、周方向および半径方向の停止機構が設けられている。軸方向および周方向の停止機構により、ブレードのブレード翼は片持ちされるのではなく、外側および内側のプラットフォームにおいて支持される。付加的なばねタイプの装置が、内側プラットフォームを中間ピース内の半径方向停止機構に対して押し付け、これにより、ブレード翼をヒートシールドライナの上方の空間から半径方向内方に滑らせることによって、ブレード翼を外側プラットフォームおよび内側プラットフォーム内へ取り付けることができる。
【００５１】
さらに、ブレード翼および外側シェルまたは外側シェル部分を内側プラットフォームもしくはヒートシールドに取り付ける形式は、ヒートシールドに設けられた凹所から成る。
【００５２】
同様に、ブレード翼の半径方向端部を、内側プラットフォームの凹所に導入することができる。前記凹所は、実質的に、ブレード翼またはブレード翼アセンブリの外側輪郭に対応する、ブレード翼形状であることができる。すなわち、ブレード翼およびブレード翼アセンブリは、内側プラットフォームとヒートシールドとの間に捕捉することができる少なくとも１つの外側シェル配列を含む。
【００５３】
さらに、「発明の背景」のセクションにおける前記従来技術による既存の解決手段は、本発明の課題の一部のみをカバーしている。ブレード翼の作動態様に関する発明の別の重要な特徴は、少なくとも１つの外側シェルと、必要であれば、元のブレード翼のモジュール式代替のための少なくとも１つの、流れが提供されない（流れに晒されない）中間シェルと、を含む。
【００５４】
ブレード翼キャリヤの機能は、ブレード翼モジュールからの機械的荷重を支持することに適している。ブレード翼キャリヤを高温に関して保護し、熱変形をブレード翼モジュールから分離するために、外側シェルと、付加的に、中間シェルとも呼ばれる中間高温ガス通路シェルとが導入される。
【００５５】
したがって、中間シェルは、いずれの場合にもブレードの作動態様に関して選択的である。外側シェルおよび桁下部構造の潜在的に異なる熱膨張のための補償装置および／または桁の付加的な保護のための冷却被覆体として要求されることがある。外側シェルは、概して締りばめまたは圧力ばめまたは形状ばめによって選択的な中間シェルに接続されており、中間シェルも、締りばめ、圧力ばめ、形状ばめによってまたは収縮継手を使用して桁に接続されている。
【００５６】
先端キャップを有する桁は、付加製造法によって製造され、付加的に桁を冷却する冷却構成を有する。さらに、中間シェルは、付加的に、外側シェルの損傷の場合に桁下部構造または翼輪郭に対する保護を提供する。基本的に、中間シェルは、１つまたは複数のシェルがガスタービンの様々な作動方式に適応させられるという目的で、冷却方法および／または材料構成に関する多くの変更を有する互換性のモジュールである。
【００５７】
複数の重ね合わされたシェルが提供される場合、シェルは、それらの間にスペースを備えてまたは備えずに構成されてもよい。
【００５８】
シェルの内部冷却を個々に提供することができるか、または冷却はブレード翼の内部冷却と作動的に接続されている。
【００５９】
前記シェルは、少なくとも２つのセグメントから成ってもよい。好適には、シェルを形成するセグメントは、シェル、シェル構成部品、ブレード翼およびブレードの様々なその他の構成部品の組立ておよび分解を可能にするように互いに接続されている。
【００６０】
基本的に、完成したシェルは、ブレード翼の構造および空力輪郭と一致する前縁および後縁を有する。
【００６１】
それぞれのブレード列の特定の位置決めに基づき個々のブレードへの適用される流れおよび流入する流れの局所的な差を補償または低減することができる。特に、これにより、ブレード領域における振動の励起を低減することが可能である。
【００６２】
あらゆる損傷時、流れが適用される外側シェルの修理は、１つの損傷したサブコンポーネントの交換を伴うが、ブレード翼全体の交換は伴わない。モジュール式の設計により、様々な物理的値を備える材料を含む、シェルにおける様々な材料の使用が促進される。これにより、構成部材の寿命、冷却空気の使用、空力性能およびコストを最適化するように適切な材料を選択することができる。
【００６３】
流れが適用されるシェルアセンブリは、さらに、凹所と、翼の半径方向終端部および半径方向端部に近いブレード翼の外周面のうちの少なくとも一方との間に設けられたシールを有することができる。その結果、間隙を閉鎖するためにシェルセグメントが外周面においてまたは外周面の近傍でそれらの半径方向インターフェースに沿ってろう付けまたは溶接することができるならば、しみ出し冷却が提供されるときを除く高温ガス侵入または冷却空気漏れを排除することができる。これに代えて、間隙を通る高温ガスの進入および移動を防止するために、間隙を、柔軟な挿入体またはその他のシール（ロープシール、さねはぎシール、スライディング・ダブテールなど）によって充填することができる。全ての場合において、１つのシェルまたはシェル構成部品の交換可能性または修理および／または再調整は、維持される。
【００６４】
複数の単一シェル構成部品の半径方向インターフェースの間隙または溝をセラミックロープによって充填することができるおよび／またはセメント混合物を使用することができる。代替手段は、ブレード翼における収縮シェルまたはシェル構成部品から成る。このような場合にシェルまたはシェル構成部品の交換可能性または修理および／または再調整が保証されない場合、ブレード翼配列全体を交換することができることが保証されなければならない。
【００６５】
内側プラットフォームおよびヒートシールドの両方を、ブレード翼の構成部品またはサブコンポーネントと同様に形成することができる。
【００６６】
特に、前記内側プラットフォームは、少なくとも２つのセグメントから成ることができる。好適には、内側プラットフォームを形成する構成部品は、この内側プラットフォームの組立ておよび分解を可能にするために、互いに接続されているまたはブレード翼および／またはシェル構成部品に接続されている。
【００６７】
プラットフォームの、高温ガスが接触する（流れが提供される）側には、１つまたは複数の固定されたまたは取外し可能な挿入体が装備されている。挿入体設備は、高温ガス負荷領域に関して一体的なカバーまたはキャップを形成している。
【００６８】
前記挿入体設備は、熱的および物理的応力に耐えることができるコーティング面を有しており、前記設備は、全体としてまたは部分的に交換可能な挿入体を含む。
【００６９】
外側および内側プラットフォーム内の複数の単一シェルの軸方向および／または半径方向インターフェースの間隙または溝をセラミックロープによって充填することができるおよび／またはセメント混合物を使用することができる。代替手段は、前記プラットフォームにおける収縮キャップ構成部品から成る。このような場合に挿入体の交換可能性または修理および／または再調整が保証されない場合、プラットフォーム全体を交換することができることが保証されなければならない。
【００７０】
ブレード翼またはシェルが内側プラットフォームおよびヒートシールドに取り付けられる特定の形式にかかわらず、望ましくない熱入力を防止し、流れ損失を最小限に減じるために、タービンにおける高温ガスが、前記エレメントにおける凹所と、ブレード翼もしくはブレード翼シェルとの間のあらゆる空間に進入することを防止しなければならない。
【００７１】
ブレード翼が、高温燃焼ガスよりも高圧で冷却媒体により内部で冷却されるならば、高温ガス通路内への過剰な冷却媒体漏れが生じる恐れがある。このような懸念をできるだけ減じるために、シェル配列に関連して１つまたは複数の付加的なシールを設けることができる。シール手段は、１つのロープシール、Ｗ字形シール、Ｃ字形シール、Ｅ字形シール、フラットプレートまたはラビリンスシールを含むことができる。シール手段は、例えば金属および／またはセラミックスを含む様々な材料から成ることができる。
【００７２】
加えて、ブレードアセンブリの様々な部分に断熱材料またはサーマルバリヤコーティング（ＴＢＣ）を提供することができる。
【００７３】
本発明の主な利点および特徴は以下の通りである。
−モジュールの熱機械的な切断は、一体設計と比較して部品寿命を改善する。
−冷却およびまたは材料構成における様々な態様を有するモジュールは、ガスタービンもしくは発電プラントの様々な作動方式に最も良く適応するように選択することができる。
−ブレードの根元部分からブレード翼の先端部までの延在を含む内側桁を導入することができ、内側桁を様々な接続手段によって根元部分におけるアタッチメントに固定することができる。
−ブレードの根元部分からブレード翼の先端部までの延在を含む内側桁を導入することができ、桁は、シャンクの領域において、フットボード取付け部分の互いに反対側のき裂またはクラッチの輪郭に従って特別な輪郭を有している。
−ブレードシャンク下部構造は、翼の半径方向で、延在した、比較的スリムに形成された部分から成る。延在した部分は、１つまたは複数のフットボード取付け部分の全高にわたって延びており、延在した部分のフット側端部は、この延在した部分の軸方向広がりの両側に沿って、歯構成の形状を有しており、延在した部分の底部は、もみの木形断面輪郭として形成されていてもよい。延在した部分の歯は、延在した部分の歯のための空間を提供するために、二部構成のフットボード取付け部分の凹所と整列していてもよい。フットボード取付け部分は、往復軸方向カップリングのための延在した部分の軸方向に延びる輪郭に対応する、軸方向で反対側のき裂またはクラッチを有する。
−ブレード翼は、構成部材寿命、冷却利用、空力性能を最適化し、かつ高温応力および熱的変形に対する抵抗の能力を増大するような形式で選択することができる単一の外側シェル、または相互依存したシェル、または中間シェル構成部品を含む。
−シェルは、様々な択一例において分割されており、個々の部分は、適切な材料から成ってもよい。
−内側プラットフォームおよびヒートシールドに関する様々なインサートの被せはめまたは導入は、構成部材寿命、冷却利用、空力性能を最適化し、かつ高温応力および熱的変形に対する抵抗の能力を増大するような形式で選択することができる。
−根元部分、内側プラットフォーム、ブレード翼、ヒートシールドおよび付加的な一体化されたエレメントは、選択された断熱材料またはサーマルバリヤコーティングによって完成させることができる。
−桁は、ブレードを通して冷却媒体を供給するための様々な通路を有する。
−ブレードの全ての上述のエレメント／モジュールの冷却は、選択されたインピンジメント冷却および／またはしみ出し冷却とともに、主に対流冷却から成る。
−互いに対する全てのエレメント／モジュールの交換可能性または修理および／または再調整は、原則として与えられる。
−互いに対する様々なエレメント／モジュールの固定は、密着によって作動される摩擦ロック接続の手段、または金属および／またはセラミックの表面コーティングの使用によって、またはボルトまたはリベットによって、またはＨＴろう付け、アクティブろう付けまたははんだ付けによるものであることができる。
−プラットフォームは、一方ではブレード翼およびシェルエレメントに能動的に結合され、他方ではロータおよびステータに能動的に結合された個々の部材から成っていてよい。
−ブレード翼のモジュール設計は、ガスタービンもしくは発電プラントの様々な作動方式に従って、異なる材料を含む、シェルの構造における様々な材料の使用を促進する。
−モジュールブレードアセンブリは、交換可能なエレメントおよび交換不能なエレメントから成り、それ以外に、モジュール式のブレードアセンブリは、代替可能なおよび／または代替不能なエレメントを含む。
【００７４】
加えて、以下の要約は、この詳細な説明の一体的な部分を形成する。
−第１の要約：ブレード翼は、半径方向で顕著なまたは旋回した空力プロフィルを有し、鋳造、機械加工または鍛造され、付加的に、冷却または剛性改善のための内部局所ウェブ構造を備える付加的な特徴を含む。さらに、ブレード翼は、コーティングされてよく、ガスタービンもしくは発電プラントのベース負荷、ピークモード、部分負荷などの作動要求に対する調節のためのフレキシブルな冷却構成を有する。
−第２の要約：ブレード翼に関し、本発明の好適な解決手段は、翼の半径方向において、延在した、比較的スリムに形成された部分から成るブレードシャンク下部構造を有する。延在した部分は、１つまたは複数のフットボード取付け部分の全高にわたって伸びており、延在した部分のフット側端部は、延在した部分の軸方向広がりの両側に沿って、歯の形状を有しており、シャンク下部構造の延在した部分の底部は、もみの木形断面輪郭の最終部分として形成されていてもよい。シャンク下部構造の延在した部分の歯は、延在した部分の歯のための空間を提供するために、二部構成のフットボード取付け部分の凹所と整列していてもよい。
−第３の要約：内側プラットフォームは、金属シートまたはプレートにおいて鋳造、鍛造または製造される。内側プラットフォームは、所定のサイクルに関して消費可能であり、特定のメンテナンス期間として頻繁に交換され、他の機械的設備の下でブレード翼から切り離されてもよく、補足的に、内側プラットフォームは、閉鎖エレメント、すなわちボルトまたはリベットを使用してよくキャリヤに機械的に接続されてもよい。内側プラットフォームは、ＣＭＣまたはセラミック材料によって被覆されてもよい。
−第４の要約：シャンクは、金属シートまたはプレートにおいて鋳造、鍛造または製造される。シャンクは、通常、所定のサイクルに関して消費可能ではなく、特定のメンテナンス期間として頻繁に交換され、他の下でブレード翼から機械的に切り離されてもよく、シャンクは、閉鎖エレメント、すなわちボルトまたはリベットを使用してよくキャリヤに補足的に機械的に接続されてもよい。内側プラットフォームは、ＣＭＣまたはセラミック材料によって被覆されてもよい。
−第５の要約：フットボード取付け部分は、基本的に、往復軸方向カップリングのためのシャンク下部構造の延在した部分の軸方向に延びる輪郭に対応する、軸方向で反対側のき裂またはクラッチを有する、内側プラットフォーム、シャンクおよびもみの木形断面部分から成る。
−第６の要約：第２および第５の要約によるモジュールの組み立ては以下の通りである：分離された取付け部分（第５の要約を参照）と、延在したブレード翼（第２の要約を参照）とは、ロータのもみの木形の凹所への組付けの前に、ロータブレード翼の下側延在部分をフットボード取付け部分の２つの対応するピースの間に配置してこれらのピースを接合することによって組み立てられる。モジュールは、セラミックシール手段または類似のものによって互いに対してシールされてもよい。
−第７の要約：ステータの側においてブレード翼に外側プラットフォームが設けられている場合、このエレメントは、金属シートまたはプレートにおいて鋳造、鍛造または製造される。外側プラットフォームは、所定のサイクルに関して消費可能であり、特定のメンテナンス期間として頻繁に交換され、他の下でブレード翼から機械的に切り離されてもよく、補足的に、外側プラットフォームは、閉鎖エレメント、すなわちボルトまたはリベットを使用してブレード翼に機械的に接続されてもよい。外側プラットフォームは、ＣＭＣまたはセラミック材料によって被覆されてもよい。
−第８の要約：冷却または剛性改善のためのウェブ構造を有する、対流および／またはフィルムおよび／またはしみ出しおよび／またはインピンジ冷却構造を使用して冷却される場合、冷却されないまたは冷却される、１つのまたは複数のピースにおいて、交換可能、予備製造または製造される、シェルアセンブリの下部構造として直接的に作動する、流れが適用されるブレード翼の下部構造としての桁。
−第９の要約：外側シェルは、選択的な実施の形態であり、ブレード翼の空力輪郭を示している。外側シェルは、半径方向または周方向のパッチを備える１つまたは複数のピースを使用して、交換可能、消費可能、予備製造されており、ガスタービンもしくは発電プラントの様々な作動方式に合わせて適応された冷却およびまたは材料構成における変更を含む。外側シェルは、中間シェルまたは桁に接合されており、収縮アセンブリとして使用されてもよい。
−第１０の要約：中間シェルは選択的な実施の形態であり、外側シェルおよび桁の潜在的に異なる熱膨張のためのコンペンセータとしておよび／または桁の付加的な熱的保護のための冷却シャツとして要求されることがある。また、外側シェルが、障害物、機械的または熱的応力または酸化によって損傷を受ける場合、桁の付加的な保護を提供する。中間シェルは、半径方向または周方向のパッチを備える１つまたは複数のピースを使用して、交換可能、消費可能、予備製造されており、ガスタービンもしくは発電プラントの様々な作動方式に合わせて適応された冷却およびまたは材料構成における変更を含む。中間外側シェルは、桁に接合されており、収縮アセンブリとして使用されてもよい。
−第１１の要約：挿入エレメントおよび／または機械的インターロックは、付加的な固定手段を含む、押付け負荷ドロワの形式で、ブレードのモジュールの空間におけるまたはブレードのモジュール内の適切に設計された凹所に少なくとも圧力ばめ形式で挿入される。
−第１２の要約：選択的な閉鎖部品は、全ての部品のアセンブリを固定するために様々なモジュールに圧着または溶接されてもよく、潜在的に、関連するモジュールの熱的保護を提供してもよい。
【００７５】
本発明の前記特徴およびその他の特徴は、以下の詳細な説明および添付の図面からさらに明らかになるであろう。
【００７６】
図面の簡単な説明
引き続き図面に関連した典型的な実施の形態に基づいて発明をさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】ロータブレードの軸方向アセンブリを示している。
【図２】図１による平面図を示している。
【図２ａ】フットボード取付け部分またはエレメントの三次元図を示している。
【図２ｂ】フットボード取付け部分またはエレメントの別の三次元図を示している。
【図３】典型的な組み立てられたロータブレードを示している。
【図４】組み立てられたロータブレードの縦断面図を示している。
【図５】ロータブレード翼の上端部の部分的な縦断面図を示している。
【図６】ロータブレードの根元部分の部分的な縦断面図を示している。
【図７】ロータブレード翼の断面図を示している。
【図８】ＨＴセラミックによって選択的にシールされた挿入体または機械的なインターロックを備えるプラットフォームを示している。
【図９】ロータブレード翼の先端部の範囲における接合技術を示している。
【図１０】ロータブレード翼の先端部の範囲における別の接合技術を示している。
【００７８】
典型的な実施の形態の詳細な説明
図１は、ロータブレードアセンブリ１００を示している。ロータブレードアセンブリ１００は、圧力側および吸込側を有する翼１１０と、ロータブレードシャンク下部構造とを含む。ロータブレードシャンク下部構造は、翼の半径方向で、延在した比較的薄く形成された部分１５０から成る。延在した部分１５０は、フットボード取付け部分の全高にわたって延びている。フットボード取付け部分は、内側プラットフォーム１２２，１３２と、シャンク部分１２３，１３３と、本発明による、もみの木形断面輪郭を有する根元部分１６０とを含む。すなわち、フットボード取付け部分は、少なくとも２つのフットボード取付けエレメント１２０，１３０に分割されている。フットボード取付け部分は、複数のエレメントから成ってもよい。
【００７９】
延在した部分１５０のフット側端部は、互いに反対側に延びる歯１５２を有しており、シャンク下部構造の延在した部分の底部は、もみの木形断面輪郭１６０の最終部分１５１として形成されていてもよい。シャンク下部構造１５０の延在した部分の歯１５２は、延在した部分１５０の歯のための空間を提供するために、両方の別個のフットボード取付けエレメント１２０，１３０の凹所と整列していてもよい。
【００８０】
図２によれば、フットボード取付けエレメント１２０，１３０は、軸方向で向き合ったき裂またはクラッチ１２１，１３１を有する。き裂またはクラッチ１２１，１３１は、相互軸方向カップリング１４０，１４１のために、シャンク下部構造１５０の延在した部分の軸方向に延びた輪郭に対応している。溝などの付加的な幾何学的特徴が、両方のフットボード取付けエレメントとインターロックするために、シャンク下部構造の延在した部分に設けられていてもよい。
【００８１】
シーリング構造に関する、フットボード取付けエレメント１２０，１３０のアセンブリに関する別の改良点において、シーリングは、好適には、ロータブレード翼とフットボード取付け部分のエレメント１２０，１３０との間に力伝達を生じない接続部として設計されなければならない。これに関して、図２ａおよび図２ｂが参照される。これらの図面から当業者にはこれらの部材のジオメトリが明らかになる。
【００８２】
種々のタイプのシールが関係する。すなわち、
−ロープシール
−ブラシシール
−例えば超塑性材料によって、力の伝達を同時に回避しながら漏れ損失なしに１００％のシーリングを保証するための、耐熱充填材料
−この用途目的に適したその他のシールも考えられる。
【００８３】
図３には、発明の１つの典型的な実施の形態による組み立てられたロータブレード１００が再現されている。ロータブレード１００は、長手方向軸線１１１に沿ってロータブレードの長手方向に延びるブレード翼１１０を含む。
【００８４】
流れ方向で前縁１１２と後縁１１３とによって画定されたブレード翼１１０は、高温ガス通路の内壁を形成する内側プラットフォーム１２２，１３２の下方の下端部においてシャンク１２０，１３０へ移行しており、このシャンクは、いわゆるもみの木形の断面輪郭を有する慣用のブレード根元部分１６０において終わっており、このブレード根元部分によって、対応する軸方向スロットに挿入することによって、ロータブレード１００を、特にロータディスクにおけるブレードキャリヤに固定することができる。
【００８５】
内側プラットフォームは、隣接するブレードのプラットフォームと当接し、タービン用のガス通路内壁の形成に寄与する。ブレード翼１１０の先端部１１４における、外側の、特別に示されていないヒートシールドは、やはり、示された形式において、隣接するヒートシールドと協働し、タービンのガス通路の外壁の形成に寄与している。
【００８６】
冷却通路（図示せず）は、ロータブレード１００を冷却するためにブレード翼１１０内に延びており、側部においてシャンク１２３に配置された供給穴１２４も介して、冷却媒体、特に冷却空気が供給される（図４参照）。シャンク１２３，１３３は、ブレード翼１１０と同様に、凹面側と、凸面側とから成ってもよい。図３において、凸面側が手前に面している。ブレード翼１１０の内部へ斜め上方に延びた供給穴１２４は、シャンク１２０の凸面側において外部空間へ開口している。
【００８７】
図４は、図３の断面線ＩＶ−ＩＶに沿った断面を示している。概して参照符号２００で示されたロータブレード１００の実施の形態は、外側シェルアセンブリ２２０と、中間シェル２３０と、概してだ円形の桁２１０とを有する。桁２１０は、根元部分１６０から先端部２４０まで長手方向すなわち半径方向へ延びており、下方へ延びる第１の部分２１１と第２の部分２１２とを備える。第１の部分２１１および第２の部分２１２は、アタッチメントに嵌合するように適応された矩形の突出部２１３に形成されている。アタッチメントは、最終的な相補的な部分２１４に係止されており、もみの木形断面輪郭１６０と比較して同じ外側輪郭を備えている。
【００８８】
シャンク１２０，１３０は内側プラットフォーム１２２，１３２を備えて形成されている。内側プラットフォーム１２２，１３２は、別個に形成され、シャンクに結合されてもよい。内側プラットフォーム１２２，１３２は、周方向へ突出しており、タービンディスク（図示せず）において隣接するロータブレードにおける内側プラットフォームに対して当接するようになっている。個々のロータブレードの周囲における漏れを最小限に減じるまたは排除するために、隣接するロータブレードのプラットフォームの間にシール（図示せず）が取り付けられてもよい。
【００８９】
ロータブレード１００の先端部１１４は、実施の形態２４０によってシールされていてもよい。実施の形態２４０は、桁２１０と一体に形成されていてもよいか、または桁２１０の上端部に適切に結合される別個のピースであってもよい。外側シェル２２０は、桁２１０の表面上に延びており、中央部分２２１に配置されており、桁２１０の外面から間隔を置かれている。
【００９０】
外側シェル２２０は、圧力側（図７参照）と、吸込側（図７参照）と、前縁１１２と、後縁１１３（図３も参照）とを形成している。上述のように、外側シェル２２０は、ガスタービンの異なる作動方式に応じて、種々の材料から成ってもよい。外側シェル２２０は、単独のユニットから成ることができるか、または、桁２１０と同様に、長手方向軸線（図３参照）に沿って様々な部分に分割することができる。
【００９１】
図４に示したように、冷却空気２１５は、さらに（符号１２４参照）、入口２１６と、最終的な相補的な部分２１４における入口に形成された中央開口と、その後、桁２１０において通過させられ、半径方向またはほぼ半径方向に、直線的な通路または内部キャビティ２１７において流れる。
【００９２】
図４によれば、中間シェル２３０が導入されてもよい。中間シェル２３０は、発明の重要な特徴のうちの１つを構成する。中間シェル２３０は、外側シェル２２０と桁２１０との潜在的に異なる熱膨張のための補償装置および／または桁の付加的な保護のための冷却被覆体として要求されることがある。外側シェル２２０は、締りばめによって、中間シェル２３０または概して桁２１０に接続されており、中間シェル２３０も、締りばめによって、または概して収縮継手によって、桁に接続されている。
【００９３】
さらに、中間シェル２３０は、外側シェル２２０が損傷した場合に桁２１０に対する付加的な保護を提供する。基本的に、中間シェル２３０は、ガスタービンの種々の作動方式に適応させられた様々な冷却構成および／または材料構成を有する互換性のモジュールである。複数の重ねらされたシェルが提供される場合、シェルは、互いの間にスペースを備えてまたはスペースを備えずに構成されてもよい。
【００９４】
シェルの内部冷却が個々に提供されてもよいか、または冷却はブレード翼の内部冷却と作動的に接続されている。
【００９５】
加えて、図４を参照すると、矩形の突出部２１３に付加的な保持スリーブ（明示的に示されていない）を導入することができる。
【００９６】
図５は、ブレード翼の上端部の部分的な縦断面図を示している。ロータブレード１００の先端部１１４は、実施の形態２４０によってシールされていてもよい。実施の形態２４０は、桁２１０と一体に形成されていてもよいか、または桁の上端部に適切に結合される別個のピースであってもよい。外側シェル２２０は、桁２１０の表面上に延びている。図５によれば、中間シェル２３０が形成されてもよい。中間シェル２３０は、発明の重要な特徴のうちの１つを構成する。中間シェル２３０は、外側シェル２２０と桁２１０との潜在的に異なる熱膨張のための補償装置および／または桁の付加的な保護のための冷却被覆体として必要とされることがある。外側シェル２２０は、概して締りばめによって、中間シェル２３０または概して桁２１０に接続されており、中間シェル２３０も、締りばめによって桁に接続されている。
【００９７】
加えて、図５は、部分的または全体的な形式で、ロータブレード翼のエレメントを貫通する冷却穴２５１，２５２の様々な構成を示している。さらに、図５は、中間シェル２３０における供給キャビティ２６０を示している。桁２１０および様々なシェル２２０，２３０は、流れおよび周囲方向に設けられており、複数の規則的にまたは不規則に分配された冷却穴２５１，２５２を備えており、これらの冷却穴２５１，２５２は、冷却媒体の流れ方向と比較して、最も変化させられた断面および方向を有する。冷却穴２５１，２５２を通って、冷却媒体量はロータブレードの外側を流れ、速度の増大はロータブレードの表面に沿って誘発される。
【００９８】
図６は、ロータブレードの根元部分の部分的な縦断面図を示している。ロータブレード翼の内部キャビティ（図４参照、符号２１７）は、様々な機能を果たすことができる適切な充填材料２７０によって全体的または部分的に充填されている。
【００９９】
図７は、ロータブレード翼の断面図を示しており、このロータブレード翼は、内側プラットフォーム１２２，１２３と、圧力側２８０と、吸込側２９０と、前縁１１２と、後縁１１３と、外側シェル２２０（詳細な中間シェルは図４および図５に示されている）と、桁と、充填材料２７０（図６も参照）と、供給キャビティ２６０，２６１と、ロータブレード翼１１０の後縁１１３の領域に配置されたリブ２７１と、を有する。
【０１００】
図８は、ＨＴセラミックによって選択的にシールされた、挿入体および／または機械的なインターロック３０１〜３０３を備える、ロータブレードアセンブリのプラットフォーム１２２，１２３を示している。この配列は、内側および／または外側プラットフォーム、および／または翼、および／または外側高温ガス通路ライナを含んでよく、熱量応力領域に沿ってまたはその中に、すなわちロータブレードの流れが適用されるゾーンに沿ってまたはその中に配置されている。流れが提供されるそれぞれのゾーンを形成する、挿入エレメントおよび／または機械的インターロックは、少なくとも圧力ばめ形式で、適切に設計された凹所内へ、または付加的な固定手段３０４を備えるプッシュローディングドロワの形式で挿入される。加えて、挿入エレメントおよび／または機械的インターロックは、ＨＴセラミックによってシールされてもよい。
【０１０１】
図９は、ロータブレード翼の先端部の範囲における接合技術を示している。特に、図８は、桁２１０と外側シェル２２０との間の接続を示している。前記エレメント２１０，２２０は、軸方向で金属クランプ３１０に作用する力Ｆを用いて組み立てられる。ばね３１１は結果的に、金属クランプ３１０および桁２１０に能動的に接続されており、間接的に外側シェル２２０に接続されている。
【０１０２】
図１０は、ロータブレードの先端部の範囲における別の接合技術を示している。桁６００に関する外側シェル４０１に関連するアセンブリは、ばね３１２および金属カバーエレメント３１３を有する。
【０１０３】
図９および図１０に関する示された接続の重要な態様は、以下のとおりである：ＣＭＣまたは金属外側シェルは、敏感な金属桁を保護するために必要である。特にＣＭＣにおける、機械的点荷重の回避は、故障のリスクを減じる。概して、良好な機械的挙動は、幅広い表面における圧縮下でＣＭＣに関して待機している。ろう付け、はんだ付けまたはＨＴセラミック接着剤を使用することによるＣＭＣまたは金属外側シェルを固定することに関する。概念は、セラミックブシュとの締りばめ、補償装置（ばね）、金属クランプおよびばねによるＣＭＣまたは金属シェルの固定（図９）またはばねおよび金属カバーによる（図１０）ことを含む。
【０１０４】
本発明は、発明の詳細な実施の形態に関して示されかつ説明されているが、請求項に記載の発明の思想および範囲から逸脱することなく、発明の形式および詳細における様々な変更がなされてもよいことが当業者によって認識および理解されるであろう。
【符号の説明】
【０１０５】
１００  ロータブレード
１１０  ロータブレード翼
１１１  長手方向軸線
１１２  ブレード翼の前縁
１１３  ブレード翼の後縁
１１４  ブレード翼の先端部
１２０  フットボード取付けエレメント
１２１  き裂またはクラッチ
１２２  内側プラットフォーム
１２３  シャンク部分
１２４  供給穴
１３０  フットボード取付けエレメント
１３１  き裂またはクラッチ
１３２  内側プラットフォーム
１３３  シャンク部分
１４０  相互軸方向カップリング
１４１  相互軸方向カップリング
１５０  ロータブレード翼の延長部分
１５２  反対側に延長する歯
１６０  もみの木形の断面輪郭を有する根元部分
２００  ロータブレードの実施の形態
２１０  桁
２１１  下方へ延びる第１の部分
２１２  下方へ延びる第２の部分
２１３  矩形部分
２１４  最終的な相補的部分
２１５  冷却空気または冷却媒体
２１６  入口
２１７  内部キャビティ
２２０  外側シェル
２２１  中央部分
２３０  中間シェル
２４０  先端部
２５１  冷却穴
２５２  冷却穴
２６０  供給キャビティ
２６１  供給キャビティ
２７０  充填材料
２７１  リブ
２８０  圧力側
２９０  吸込側
３０１  挿入体、機械的インターロック
３０２  挿入体、機械的インターロック
３０３  挿入体、機械的インターロック
３０４  固定手段
３１０  金属クランプ
３１１  ばね
３１２  ばね
３１３  カバーエレメント
【図１】
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【図２】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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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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