JP2009002339A - ドーム形先端キャップ及びその関連する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ドーム形先端キャップ及びその関連する方法を提供する。
【解決手段】タービン用バケット（１１０）は、ダブテール取付け部分（１２）と、半径方向外側端部のプラットフォームで画成されるシャンク部分（１４）と、プラットフォームから半径方向外側に延在する翼形部（１１８）とを含む。翼形部は、先端キャップ（１２０）で閉鎖された半径方向外側端部を有し、先端キャップは、使用時に先端キャップにおける応力を低下させる非平面形状を有する。タービンバケットの先端キャップにおける応力を低下させる関連する方法は、半径方向外側端部を備えたタービンバケットの翼形部（１１８）を準備するステップと、使用時に先端キャップ（１２０）における応力を低下させる非平面形状を有する先端キャップで半径方向外側端部を閉鎖するステップとを含む。
【選択図】 図５

Description

本発明は、タービン技術に関し、より具体的には、タービンバケット又はブレード用のキャップ構造に関する。

従来から一般的に、内部蛇行冷却回路を有するタービンバケットの翼形部の先端を覆うために、先端キャップが用いられてきた。これらの先端キャップは、平坦なプレート材で製造され、かつ一般的にバケットの翼形部の半径方向外側端部に溶接されるか又は翼形部と一体鋳造されるかのいずれかである。いずれにしても、平坦な先端キャップは、作動時に高い応力を受ける。
米国特許第３９８２８５１号明細書 米国特許第４０２０５３８号明細書 米国特許第４２１４３５５号明細書 米国特許第４２４７２５４号明細書 米国特許第４３９０３２０号明細書 米国特許第４７６１１１６号明細書 米国特許第５２６１７８９号明細書 米国特許第５５０３５２７号明細書 米国特許第５６７２２６１号明細書 米国特許第５７３３１０２号明細書 米国特許第５９９７２５１号明細書 米国特許第６０２７３０６号明細書 米国特許第６１７９５５６号明細書 米国特許第６２２４３３７号明細書 米国特許第６５０５８３７号明細書 米国特許第６５０６０２２号明細書 米国特許第６６３４８６０号明細書 米国特許第６９９１４３０号明細書 米国特許第７００１１５１号明細書 米国特許第７１３７７８２号明細書

ある例示的で非限定的な実施形態では、先端キャップインサートは、バケット翼形部の半径方向外側端部に溶接される。この実施形態では、先端キャップは、逆ドーム形であり、つまり半径方向内側に向かって実質的に凹形である（バケットの外部から見て）。

先端キャップにはまた、周辺フランジが形成され、周辺フランジは、先端キャップが溶接される翼形部内の内部ショルダに着座する。

別の例示的であるが非限定的な実施形態では、ドーム形先端キャップは、バケットの翼形部及びその他の翼形特徴形状部と一体形に鋳造される。

従って、１つの態様では、タービン用バケットを提供し、本バケットは、ダブテール取付け部分と、半径方向外側端部のプラットフォームで画成されるシャンク部分と、プラットフォームから半径方向外側に延在する翼形部とを含み、翼形部は、先端キャップで閉鎖された半径方向外側端部を有し、先端キャップの内面と外面の少なくとも一方は、使用時に先端キャップにおける応力を低下させる非平面形状に形成される。

別の態様では、タービン用バケットを提供し、本バケットは、ダブテール取付け部分と、半径方向外側端部のプラットフォームで画成されるシャンク部分と、プラットフォームから半径方向外側に延在する翼形部とを含み、翼形部は、先端キャップで閉鎖された半径方向外側端部を有し、先端キャップの少なくとも内面は、半径方向内側に向いたドーム形であり、また先端キャップには、１以上の内部リブが形成される。

さらに別の態様では、タービンバケットの先端キャップにおける応力を低下させる方法を提供し、本方法は、半径方向外側端部を備えたタービンバケットの翼形部を準備するステップと、使用時に先端キャップにおける応力を低下させる非平面形状を有する先端キャップで半径方向外側端部を閉鎖するステップとを含む。

次に明細書末尾で特定した図面に関連させて、より詳細な説明を行う。

図１〜図４を参照すると、従来型のタービンエンジン用の内部冷却式バケット１０は、取付けダブテール１２と、シャンク又はシャンク部分１４と、シャンクの頂上にあるプラットフォーム１６と、プラットフォームから半径方向外側に延在する翼形部又は翼形部１８とを含む。翼形部１８は、先端キャップ２０を備えたその最外端部で終わる。図１〜図４に示す先端キャップは、翼形部に溶接された平坦なプレートを含む。より具体的には、また図４に最もよく見られるように、平坦な先端キャップ２０は、内部周辺ショルダ又はフランジ２２上に着座し、従来通りの溶接法により該内部周辺ショルダ又はフランジ２２に溶接される。平坦な先端キャップはまた、翼形部と一体鋳造して、溶接の必要性を排除することができることが分かるであろう。内部リブ２４（破線で示す）は、必要に応じて先端キャップを補強するために使用することができる。

次に図５及び図６に移ると、本発明の例示的であるが非限定的な実施形態による先端キャップを示している。便宜上、図１〜図４で用いたものと一致する参照符号は、共通の構成要素を示すために図５及び図６においても用いるが、前に１を付加している。従って、バケット１１０は、その半径方向最外端部に固定された先端キャップ１２０を備えた翼形部１１８を含む。先端キャップ１２０は、逆ドーム形状を有するものとして記述することができ、すなわち先端キャップは、半径方向内向き方向に（すなわちバケットの外側から見た場合に）凹形である。換言すれば、先端キャップは、バケットの内部内に半径方向に突出する。先端キャップ１２０には、翼形部１１８の内部ショルダ又はフランジ１２２上に着座しかつこの場合も同様に従来通りの溶接法により該内部ショルダ又はフランジ１２２に溶接された周辺フランジ又は縁部２６が形成される。

図７に示す別の例示的であるが非限定的な実施形態では、翼形部２１８の先端キャップ２２０は、翼形部と一体鋳造され、図６の先端キャップと同様に逆ドームすなわち内向き凹形形状を有する。

その（すなわち平坦な）先端キャップに逆ドーム形状を付与することによって、平坦な先端キャップに通常付随する曲げ応力を低下させることができる。幾つかのケースでは、ドーム形キャップの応力低下の利点により、従来から一般的に先端キャップをそのそれぞれの翼形部に固定するのに用いられているリブ溶接部を全く問題なく排除することができる。先端キャップドームの湾曲は、覆う範囲に関係なく先端キャップの全領域に対して応力低下をもたらすように最適化されることが分かるであろう。加えて、ドーム形先端キャップには、対流を増強するために公知の表面特徴形状部（タービュレータのような）を設けることができる（例えば図３の内部リブ２４及び図５の内部リブ１２４を参照）。

図８は、バケット３１８の先端キャップ３２０がその外面３２１において内向きに湾曲する一方、その内面３２３において平坦なままである別の例示的であるが非限定的な実施形態を示している。この形状でもまた、所望の応力低下が得られる。従って、「ドーム形」という用語は、バケット先端キャップ（バケットの翼形部に溶接されていようが一体鋳造されていようが）の内面と外面の少なくとも一方のあらゆる数の形状を含むことを意図しており、それら形状には、円形、放物線、又は従来から一般的な平坦なプレート材から外れておりかつ応力を低下させる他の複合形状を含むことができることが分かるであろう。

先端キャップのドーム形状はまた、必要な材料性能及び／又は材料厚さを低下させることを可能にし、また材料組成を変更せずに先端キャップの作動温度を上昇させることを可能にすることができる。加えて、同じ材料及び厚さの平坦な設計の場合よりも広い開口部を覆うことができる。

現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関連して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。

従来型のタービンバケットの斜視図。 平坦な先端キャップを見ることができるように僅かに異なる角度で示した、図１に示す翼形部の先端キャップ部分の拡大詳細図。 図１及び図２に示す翼形部の平面図。 図３の線４−４に沿って取った断面図。 本明細書に開示した技法の例示的であるが非限定的な実施形態によるドーム形先端キャップを有するバケットの翼形部の平面図。 図５の線６−６に沿って取った部分断面図。 図６と同様であるが、別の例示的であるが非限定的な実施形態によるバケットの翼形部と一体鋳造されたドーム形先端キャップを示す断面図。 図６及び図７と同様の配向を有するが、本発明による別の先端キャップ形状を示す断面図。

符号の説明

１０、１１０ バケット
１２ ダブテール
１４ シャンク又はシャンク部分
１６ プラットフォーム
１８、１１８、２１８ 翼形部
２０、１２０、２２０、３２０ 先端キャップ
２２、１２２ フランジ
２４、１２３、１２４ リブ
３２１ 外面
３２３ 内面

Claims (10)

1. ダブテール取付け部分（１２）と、半径方向外側端部のプラットフォームで画成されるシャンク部分（１４）と、プラットフォームから半径方向外側に延在する翼形部（１１８）とを備えるタービン用バケット（１１０）であって、上記翼形部が、先端キャップ（１２０）で閉鎖された半径方向外側端部を有し、先端キャップの内面と外面の少なくとも一方が使用時に先端キャップにおける応力を低下させる非平面形状に形成されている、バケット。
2. 前記非平面形状が半径方向内側に向いたドーム形である、請求項１記載のバケット。
3. 前記先端キャップが翼形部と一体鋳造される、請求項２記載のバケット。
4. 前記先端キャップが翼形部に溶接される、請求項１記載のバケット。
5. 前記先端キャップに周辺フランジ（１２２）が形成され、該周辺フランジ（１２２）が翼形部に形成されたショルダ上に着座する、請求項４記載のバケット。
6. 前記先端キャップに１以上の内部リブ（１２３）が形成される、請求項１記載のバケット。
7. タービンバケットの先端キャップにおける応力を低下させる方法であって、
   半径方向外側端部を備えたタービンバケットの翼形部（１１８）を準備するステップと、
   使用時に先端キャップ（１２０）における応力を低下させる非平面形状を有する先端キャップで半径方向外側端部を閉鎖するステップと、
   を含む方法。
8. 前記先端キャップ（１２０）に１以上の内部リブ（１２３）が形成される、請求項７記載の方法。
9. 前記先端キャップ（１２０）の内面及び外面が半径方向内側に向いたドーム形である、請求項７記載の方法。
10. 前記先端キャップ（１２０）の外面が半径方向内側に向いたドーム形である、請求項７記載の方法。

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