JP2010159748A

JP2010159748A - 非一体形タービンブレードプラットフォーム及びそのシステム

Info

Publication number: JP2010159748A
Application number: JP2010000295A
Authority: JP
Inventors: Luke J Ammann; ルーク・ジェイ・アムマン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2009-01-06
Filing date: 2010-01-05
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2030-01-05
Also published as: US8382436B2; EP2204544B1; JP5848864B2; EP2204544A2; US20100172760A1; EP2204544A3

Abstract

【課題】非一体形タービンブレードプラットフォーム及びそのシステムを提供する。
【解決手段】１つの実施形態では、タービンブレードプラットフォーム３８は、２つのタービンブレード３６間に配置することができる。プラットフォーム３８は、第１のタービンブレード３６と接合するように構成された第１の外部側面を含むことができる。プラットフォーム３８はまた、第１の外部側面とほぼ対向して配置されかつ第２のタービンブレード３６と接合するように構成された第２の外部側面を含むことができる。
【選択図】図３

Description

本明細書に開示した主題は、ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、タービンブレードのためのプラットフォームに関する。

一般的に、ガスタービンエンジンは、加圧空気及び燃料の混合気を燃焼させて高温の燃焼ガスを発生させる。燃焼ガスは、タービンブレードの１つ又はそれ以上の段を通って流れて、負荷及び／又は圧縮機のための動力を発生させることができる。タービンブレード間のプラットフォームは、高温燃焼ガスとタービンホイールとの間の熱障壁を構成しかつガスタービンの内側流路を形成することができる。タービン内の高温及び燃焼ガスにより作用する原動力のために、プラットフォームは、高い温度及び応力に耐えるように設計する必要があることになる。

米国特許第３，５６３，６６９号公報米国特許第３，５８８，２６９号公報米国特許第３，６０１，９９１号公報米国特許第３，６０４，２１０号公報米国特許第３，６３８，４２２号公報米国特許第３，６３９，０７６号公報米国特許第３，６７４，３３７号公報米国特許第３，６７４，３７７号公報米国特許第３，６８０，３０９号公報米国特許第３，７１９，０４１号公報米国特許第３，７１９，４２７号公報米国特許第３，７８６，９９２号公報米国特許第３，７９０，２９８号公報米国特許第３，９６６，３５２号公報米国特許第４，００３，６７５号公報米国特許第４，００５，５７２号公報米国特許第４，０２５，２２７号公報米国特許第４，０５３，２５６号公報米国特許第４，０６７，６６１号公報米国特許第４，１３５，３６２号公報米国特許第４，１４５，８７５号公報米国特許第４，１５０，９１５号公報米国特許第４，１６３，６２９号公報米国特許第４，１６９，６９２号公報米国特許第４，１７３，１２１号公報米国特許第４，１８７，０５４号公報米国特許第４，１９３，７３８号公報米国特許第４，２１４，８５０号公報米国特許第４，２１４，８５１号公報米国特許第４，２１４，８５２号公報米国特許第４，２２２，２３５号公報米国特許第４，２６４，２７０号公報米国特許第４，２７０，３４４号公報米国特許第４，４０６，１１７号公報米国特許第４，５４１，５６７号公報米国特許第５，２６９，１３９号公報米国特許第５，２７３，２１３号公報米国特許第５，５１７，８１７号公報米国特許第５，６２０，３０１号公報米国特許第５，６３０，７０１号公報米国特許第５，６８３，２２５号公報米国特許第５，７６８，８８４号公報米国特許第５，８０６，０５２号公報米国特許第５，８３２，７１４号公報米国特許第５，８５４，１５４号公報米国特許第５，９１１，６７９号公報米国特許第５，９３１，６３６号公報米国特許第５，９４１，５３７号公報米国特許第６，０１３，５９２号公報米国特許第６，０３９，５３７号公報米国特許第６，０９２，３６１号公報米国特許第６，０９９，２５２号公報米国特許第６，１１１，５９９号公報米国特許第６，１９０，１３３号公報米国特許第６，１９７，４２４号公報米国特許第６，２３５，３７０号公報米国特許第６，２８７，５１１号公報米国特許第６，３０５，１５６号公報米国特許第６，３２４，８２８号公報米国特許第６，３２５，５９３号公報米国特許第６，３３２，３１３号公報米国特許第６，３８２，９２０号公報米国特許第６，３８７，５３９号公報米国特許第６，４３１，８３３号公報米国特許第６，４４１，３４１号公報米国特許第６，５１２，３７９号公報米国特許第６，５１４，０４６号公報米国特許第６，５１６，６０３号公報米国特許第６，５１７，９５９号公報米国特許第６，５２８，１９０号公報米国特許第６，６０２，０５３号公報米国特許第６，６１７，０１３号公報米国特許第６，６４１，９０７号公報米国特許第６，６４８，５９７号公報米国特許第６，６７０，０２６号公報米国特許第６，６７０，０４６号公報米国特許第６，６７６，７８３号公報米国特許第６，６７７，０６４号公報米国特許第６，６８２，３００号公報米国特許第６，７０３，１３７号公報米国特許第６，７０９，２３０号公報米国特許第６，７３３，９０７号公報米国特許第６，７４６，７５５号公報米国特許第６，７５１，９４０号公報米国特許第６，７５８，６５３号公報米国特許第６，７６７，６５９号公報米国特許第６，８３８，１５７号公報米国特許第６，８７８，０４１号公報米国特許第６，８８４，３８４号公報米国特許第６，９１３，４４０号公報米国特許第６，９２９，８５２号公報米国特許第６，９３８，４０４号公報米国特許第６，９３９，６０３号公報米国特許第６，９７７，０６０号公報米国特許第６，９８１，８４１号公報米国特許第６，９８４，１１２号公報米国特許第６，９８４，２７７号公報米国特許第７，００１，６７９号公報米国特許第７，０１７，４１５号公報米国特許第７，０４４，７０９号公報米国特許第７，０５７，１７６号公報米国特許第７，０６６，７１７号公報米国特許第７，０６７，１８１号公報米国特許第７，０６７，４４７号公報米国特許第７，０８０，５１３号公報米国特許第７，０９３，３５９号公報米国特許第７，１２３，０３１号公報米国特許第７，１５３，０９６号公報米国特許第７，１７６，６８１号公報米国特許第７，１７９，５２４号公報米国特許第７，１８２，５８０号公報米国特許第７，１８２，５８１号公報米国特許第７，１９８，４５８号公報米国特許第７，１９８，４６２号公報米国特許第７，１９８，８６０号公報米国特許第７，２１７，０８８号公報米国特許第７，２２３，４６５号公報米国特許第７，２２９，２５４号公報米国特許第７，２３０，２０５号公報米国特許第７，２３７，３８９号公報米国特許第７，２３８，００２号公報米国特許第７，２４７，００２号公報米国特許第７，２４７，００３号公報米国特許第７，２５０，７７６号公報米国特許第７，２５８，５３０号公報米国特許第７，２７０，８９０号公報米国特許第７，２７８，８２０号公報米国特許第７，２９１，４０７号公報米国特許第７，３００，６２１号公報米国特許第７，３０６，８２６号公報米国特許第７，３１１，７９０号公報米国特許第７，３１６，５３９号公報米国特許第７，３２６，０３０号公報米国特許第７，３２９，０８７号公報米国特許第７，３３４，３３０号公報米国特許第７，３４１，４２８号公報米国特許第７，３５１，３６４号公報米国特許第７，３７１，０４３号公報米国特許第７，３８７，７５８号公報米国特許第７，３９３，１８３号公報米国特許第７，４０２，３４７号公報米国特許第７，４３４，６７０号公報米国特許出願公開第２００５／００６４２４５号公報米国特許出願公開第２００５／０１５８１７１号公報米国特許出願公開第２００５／０１８６０６９号公報米国特許出願公開第２００５／０１９８９６７号公報米国特許出願公開第２００５／０２３５４９３号公報米国特許出願公開第２００５／０２４１３１８号公報米国特許出願公開第２００５／０２５４９４２号公報米国特許出願公開第２００５／０２８７３８６号公報米国特許出願公開第２００６／００１９０８７号公報米国特許出願公開第２００６／００５６９５９号公報米国特許出願公開第２００６／００５６９６０号公報米国特許出願公開第２００６／０２２５４３２号公報米国特許出願公開第２００６／０２２８２１１号公報米国特許出願公開第２００６／０２４５９８４号公報米国特許出願公開第２００６／０２８３０１４号公報米国特許出願公開第２００６／０２８４３３７号公報米国特許出願公開第２００６／０２９２００１号公報米国特許出願公開第２００６／００１８６７０号公報米国特許出願公開第２００７／００３１２５８号公報米国特許出願公開第２００７／００４８１４４号公報米国特許出願公開第２００７／００６５２８５号公報米国特許出願公開第２００７／００７２００７号公報米国特許出願公開第２００７／００７５４５５号公報米国特許出願公開第２００７／００８２２０１号公報米国特許出願公開第２００７／００９６３７１公報米国特許出願公開第２００７／００９８５４６号公報米国特許出願公開第２００７／０１２８４４７号公報米国特許出願公開第２００７／０１４０８３５号公報米国特許出願公開第２００７／０１４１３６７号公報米国特許出願公開第２００７／０１４１３６９号公報米国特許出願公開第２００７／０１４７９９６号公報米国特許出願公開第２００７／０１７２６７６号公報米国特許出願公開第２００７／０１９６６９３号公報米国特許出願公開第２００７／０２３７６３０号公報米国特許出願公開第２００７／０２３７６６７号公報米国特許出願公開第２００７／０２４０４２３号公報米国特許出願公開第２００７／０２５８８０９号公報米国特許出願公開第２００７／０２７５２１０号公米国特許出願公開第２００８／０００５８５４号公報米国特許出願公開第２００８／００２５８３８号公報米国特許出願公開第２００８／００２５８４２号公報米国特許出願公開第２００８／００２５８４６号公報米国特許出願公開第２００８／００８７０２１号公報米国特許出願公開第２００８／０１０１６８３号公報米国特許出願公開第２００８／０１０７５２１号公報米国特許出願公開第２００８／０１１６６１４号公報米国特許出願公開第２００８／０１２４５１２号公報米国特許出願公開第２００８／０１３１６９９号公報米国特許出願公開第２００８／０１７９４６５号公報米国特許出願公開第２００８／０１８１７６６号公報米国特許出願公開第２００８／０１９９３０７号公報米国特許出願公開第２００８／０１９９６６１号公報米国特許出願公開第２００８／０２０２８７７号公報米国特許出願公開第２００８／０２０３２３６号公報米国特許出願公開第２００８／０２０６５４２号公報米国特許出願公開第２００８／０２０７０７５号公報カナダ特許出願第２６０３１３０号公報欧州特許出願第９７８７７２号公報欧州特許出願第１１２６２２１号公報欧州特許出願第１２７７９１８号公報欧州特許出願第１３１８２１５号公報欧州特許出願第１３２９５９２号公報欧州特許出願第１５２８３４３号公報欧州特許出願第１７３９３５６号公報欧州特許出願第１７８７９６７号公報欧州特許出願第１８８４７１４号公報欧州特許出願第１９０３１８４号公報国際特許出願第９９３６６８８号公報国際特許出願第９９４８８３７号公報国際特許出願第００５２３０７号公報国際特許出願第０１４６０８４号公報国際特許出願第０１６４２５０号公報国際特許出願第０２０９２５３６号公報国際特許出願第０２１８６７４号公報国際特許出願第０５０４３０５８号公報国際特許出願第０５０７０６１３号公報国際特許出願第０６０４０２２０号公報国際特許出願第０６０４０２３５号公報国際特許出願第０６１２１５７０号公報国際特許出願第０７０１４００５号公報国際特許出願第０７０２５８４２号公報国際特許出願第０７１４５６０７号公報国際特許出願第０８０９１２８９号公報

従って、高い温度及び応力に耐える非一体形タービンブレードプラットフォーム及びそのシステムを提供することが求められる。

独自性をもって特許請求した本発明に技術的範囲において相応する一部の実施形態について、下記に概説する。これらの実施形態は、特許請求した本発明の技術的範囲を限定することを意図するものではなく、むしろそれらの実施形態は、本発明の実施可能な形態の簡潔な概要を示すことのみを意図している。当然のことながら、本発明は、下記に説明した実施形態と同様のもの又は該実施形態と異なるものとすることができる様々な形態を含むことができる。

１つの実施形態では、本システムは、第１の外部側面及び第２の外部側面を備えたタービンブレードプラットフォームを含む。第１の外部側面は、第１の角度位置に配置された第１のタービンブレードと接合するように構成される。第２の外部側面は、第１の外部側面とほぼ対向して配置されかつ第２の角度位置に配置された第２のタービンブレードと接合するように構成される。

別の実施形態では、本システムは、軸線の周りに円周方向に間隔を置いて配置された複数のタービンブレードと、複数のタービンブレードの第１及び第２のタービンブレード間に配置されかつ該第１及び第２のタービンブレードによって支持された少なくとも１つのタービンブレードプラットフォームとを含む。少なくとも１つのタービンブレードプラットフォームは、第１及び第２のタービンブレードの各々を部分的に取り囲む。

さらに別の実施形態では、タービンロータを組立てる方法は、ロータホイールの周りに円周方向に配置された開口部内にタービンブレードを配置するステップと、タービンブレードの各々間にタービンブレードプラットフォームを配置するステップと、ロータホイール内にタービンブレードを挿入して該ロータホイール内にタービンブレードを固定するステップと、タービンブレードプラットフォームの各々が隣接するタービンブレードプラットフォームと接合してタービンブレードの１つを取り囲むように、タービンブレードプラットフォームをロータホイールに向けて取付けるステップとを含む。

本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読む時、より良好に理解されるようになるであろう。

タービンブレードプラットフォームを使用することができるガスタービンエンジンの実施形態の概略流れ図。長手方向軸線に沿って切断した図１のガスタービンエンジンの断面図。図２に示すロータホイールの実施形態の斜視図。図３に示すロータホイールの分解図。例示的なロータホイールを組立てる方法を示すフローチャート。

本発明の１つ又はそれ以上の特定の実施形態について、以下に説明する。これら実施形態の簡潔な説明を行うために、本明細書では、実際の実施態様の全ての特徴については説明しないことにする。あらゆる工学技術又は設計プロジェクトにおけるのと同様にあらゆるそのような実際の実施態様の開発では、多数の実施態様仕様の決定を行って、実施態様間で変化する可能性があるシステム関連及びビジネス関連制約条件の順守のような開発者の特定の目標を達成するようにしなければならないことを理解されたい。さらに、そのような開発努力は、複雑なものとなりかつ時間がかかる可能性があるが、それにも拘わらず、本開示の利点を有する当業者には、設計、組立及び製造の定型業務であることになることを理解されたい。

本発明の様々な実施形態の要素を紹介する場合に、数詞のない表現は、その要素の１つ又はそれ以上が存在することを意味しようとしている。「含む」、「備える」及び「有する」という用語は、記載した要素以外の付加的要素が存在し得ることを包含しかつ意味することを意図している。

本発明は、高温及び／又は高応力に耐えるように設計したタービンブレードプラットフォームを備えたガスタービンエンジンに関する。ガスタービン内を流れる燃焼ガスの温度が上昇すると、タービンブレードとプラットフォームとの間の温度差が増大する可能性があり、このことにより次に、プラットフォーム上に応力が加わる可能性がある。一体形ブレード及びプラットフォームのための従来型の冷却方法は、温度による影響を減少させることができるが、タービン性能を低下させる可能性もある。従って、一部の実施形態によると、各プラットフォームは、タービンロータブレード及びプラットフォームの両方を組み込んだ単一構造体としてではなく、タービンロータブレードから分離した構成要素として存在させることができる。非一体形プラットフォームは、タービンブレード及びプラットフォームにおいて別個の温度プロフィールが存在するのを可能にすることができ、それにより、プラットフォーム及びタービンブレードの両方における応力を低下させることができる。さらに、非一体形プラットフォームは、冷却の軽減を可能にすることができ、そのことにより次に、ガスタービンエンジンの効率を高めることができる。

各プラットフォームは、２つのタービンロータブレード間に配置しかつそれら隣接するタービンロータブレードによって支持することができる。さらに、各プラットフォームは、タービンロータブレードの位置において隣接するプラットフォームと接合することができる。２つのプラットフォームが一体に接合すると、プラットフォームは、タービンロータブレードのための開口部を形成し、それによって、プラットフォームがタービンロータブレードを取り囲みかつタービンロータブレード位置において接合部を形成するのを可能にすることができる。タービンロータブレードにおいてプラットフォーム接合部を配置する（タービンロータブレード間に代えて）ことにより、運転時にプラットフォーム上に作用する応力を軽減させることができる。一部の実施形態では、タービンブレードプラットフォームは、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）で製作することができる。ＣＭＣ材料は、プラットフォームが運転時に高温に耐えかつそれらの形状を維持するのを可能にすることができる。別の実施形態では、タービンロータブレードプラットフォームは、金属、ニッケル基超合金のような金属合金、或いはその他の好適な材料で製作又は構成することができる。さらに、非一体形プラットフォームは、プラットフォーム及びタービンブレードとして異なる材料を使用するのを可能にすることができる。例えば、一部の実施形態では、プラットフォームは、ＣＭＣで製作することができ、一方、タービンブレードは、ニッケル基超合金で製作することができる。

図１は、タービンロータブレードにおいて又は該タービンロータブレード近傍において接合するように設計されたプラットフォームを使用することができるガスタービンエンジン１２を備えた例示的なシステム１０の概略図である。一部の実施形態では、本システム１０は、航空機、船舶、機関車、発電システム又はそれらの組合せを含むことができる。この図示したガスタービンエンジン１２は、吸気セクション１６、圧縮機１８、燃焼器セクション２０、タービン２２及び排気セクション２４を含む。タービン２２は、シャフト２６を介して圧縮機１８に駆動結合される。

矢印で示すように、空気は、吸気セクション１６を通してガスタービンエンジン１２に流入しかつ圧縮機１８内に流れ、圧縮機１８は、燃焼器セクション２０内に流入するのに先立って空気を加圧することができる。この図示した燃焼器セクション２０は、圧縮機１８とタービン２２との間でシャフト２６と同心に又は該シャフト２６の周りに環状に配置された燃焼器ハウジング２８を含む。圧縮機１８からの加圧空気は、燃焼器３０に流入し、燃焼器において、加圧空気は燃料と混合されかつ燃焼してタービン２２を駆動することができる。

燃焼器セクション２０から、高温燃焼ガスは、タービン２２を通って流れて、シャフト２６を介して圧縮機１８を駆動する。例えば、燃焼ガスは、タービン２２内のタービンロータブレードに原動力を与えて、シャフト２６を回転させることができる。タービン２２を通って流れた後、高温燃焼ガスは、排気セクション２４を通してガスタービンエンジン１２から流出することができる。

図２は、長手方向軸線に沿って取った、図１のガスタービンエンジン１２の実施形態の側面図である。図示するように、ガスタービン２２は、３つの別個のタービンロータ３１を含む。各ロータ３１は、ロータホイール３４に結合されたロータ組立体３２を含み、ロータホイール３４は、シャフト２６（図１）に対して回転可能に取付けることができる。ロータ組立体３２は、ロータホイール３４から半径方向外向きに延びるブレードを含むことができ、ブレードは、その一部を高温燃焼ガスの通路内に配置することができる。下記にさらに説明するように、ロータ組立体３２は、そのようなタービンブレード及びタービンブレードプラットフォームを含むことができる。ガスタービン２２は３つのロータ３１を備えた３段タービンとして図示しているが、本明細書に記載したタービンブレードプラットフォームは、あらゆる数の段及びシャフトを備えたタービンのあらゆる好適な形式で使用することができる。例えば、プラットフォームは、単一段ガスタービン内に、低圧タービン及び高圧タービンを備えた複式タービンシステム内に、或いは蒸気タービン内に設けることができる。

図１に関して上述したように、空気は、吸気セクション１６を通して流入しかつ圧縮機１８によって加圧することができる。圧縮機１８からの加圧空気は次に、燃焼器セクション２０内に導くことができ、燃焼器セクション２０において、加圧空気は燃料ガスと混合することができる。加圧空気及び燃料ガスの混合気は一般的に、燃焼器セクション２０内で燃焼して、高温高圧燃焼ガスを発生し、この燃焼ガスは、タービン２２内でトルクを発生させるために使用することができる。具体的には、燃焼ガスは、ロータ組立体３２に原動力を加えてホイール３４を回転させ、従ってロータ組立体３２を様々な機械的負荷及び／又は応力に曝すことになる。例えば、燃焼ガスは、ロータ組立体３２内のタービンブレード上に原動力を加えることになる。原動力における変動は、振動を引き起し、この振動によりロータ組立体３２上に応力が生じる可能性がある。さらに、内部温度は、約６５０°Ｃ又はそれ以上に達する可能性があり、この温度により、構成要素は腐食、酸化、クリープ及び／又は材料疲労を生じ易くなる可能性がある。従って、ロータ組立体３２のプラットフォームは、ＣＭＣで構成又は製作してより高い温度能力を備えるようにすることができる。さらに、プラットフォームをタービンブレードから分離することにより、ブレードとプラットフォームとの間の熱勾配による該ブレード及び／又はプラットフォーム内における熱応力を低下させることができる。熱応力の低下により、ＣＭＣを用いた構成を可能にすることができる。

図３は、図２に示すロータホイール３１の１つの一部分の斜視図である。説明し易くするために、ロータホイール３１の一部分のみを示している。しかしながら、ホイール３１は一般的に、該ホイールの円周部に沿って半径方向外向きに延びるロータ組立体３２を備えた円形構造を含むことができる。ロータ組立体３２は、タービンブレード３６とタービンブレードプラットフォーム３８とを含み、それらはまとめて、ロータ組立体３２として理解することができる。一部の実施形態では、約６０〜９２個のロータ組立体３２を取付けかつホイール３４及び対応する回転軸線の周りに円周方向に間隔を置いて配置することができる。

ロータ組立体３２のブレード３６及びプラットフォーム３８は、金属、金属合金、ＣＭＣ、又はその他の好適な材料で製作することができる。各ブレード３６は、ロータホイール３４の対応する開口部４２内に挿入することができるダブテール４０を含む。開口部４２は、ロータホイール３４の周りの角度位置において円周方向に間隔を置いて配置することができる。ブレード３６はまた、ダブテール４０から半径方向外向きに延びるシャンク部４４を含む。一部の実施形態では、ブレード３６は、プラットフォーム３８を支持するようになった隆起部、出張り又はその他の支持構造体を含むことができる。例えば、隆起部は、シャンク部４４上又は該シャンク部４４から半径方向外向きに延びる翼形部４５上に設置することができる。翼形部４５は、高温燃焼ガスの通路内に配置することができる。運転中に、高温燃焼ガスは、翼形部４５上に原動力を加えてタービン２２（図１）を駆動することができる。

プラットフォーム３８は、その全体をブレード３６のシャンク部４４間に配置することができかつロータホイール３４内の開口部４２間に半径方向に配置することができる。ブレード３６は、ホイール３４から半径方向外向きに延びかつ該ホイール３４の周りに円周方向に間隔を置いて配置されて該ブレード３６間に空間を形成する。プラットフォーム３８は、ブレード３６間のこれらの円周方向空間内に配置することができる。言い換えれば、プラットフォーム３８は、ブレード３６の単なる一体形延長部ではなく、むしろ、プラットフォーム３８は、ホイール３４からの半径方向位置において延びる空間又は該空間の一部分を埋めて、ブレード３６を分離する。さらに、プラットフォーム３８は、ほぼブレード３６間に配置して、各プラットフォーム３８の大部分が同じ２つの隣接するブレード３６間に設置されるようにすることができる。例えば、それらの間の少なくとも約６０、７０、８０、９０又は１００％の部分範囲及び全部分範囲を同じ２つの隣接するブレード３６間に設置することができる。プラットフォーム３８は、シャンク部４４間、翼形部４５間、ダブテール４０間、又はそれらの組合せ間で延びることができる。一部の実施形態では、プラットフォーム３８は、シャンク部４４上に設置された隆起部によって取付けかつ支持することができる。別の実施形態では、プラットフォーム３８は、ブレード３６の側面によって支持することができる。プラットフォーム３８はまた、シャンク部の側面から延びる一体形スカート部又はカバープレートを含むことができる。

上述したように、プラットフォーム３８は、ブレード３６とは独立しかつ／又は分離した（別個の）構成要素として設けることができる。言い換えれば、プラットフォーム３８は、ブレード３６と一体形ではない。一部の実施形態では、プラットフォーム３８は、ＣＭＣ材料で鋳造するか又は該ＣＭＣ材料で別の方法で形成することができる。プラットフォーム３８の別個の構成要素の構成は、長くかつ連続したセラミックファイバをＣＭＣ材料として使用するのを可能にすることができる。一部の実施形態では、プラットフォーム３８は、ほぼＣＭＣで又は完全にＣＭＣで製作することができる。例えば、プラットフォーム３８は、少なくとも約５０、６０、７０、８０、９０又は１００％のＣＭＣ材料で構成又は製作することができる。別の実施形態では、プラットフォーム３８は、ＣＭＣ皮膜又は層を備えた金属、金属合金或いはその他の好適な材料で製作することができる。

ＣＭＣ材料は、あらゆる好適なタイプの繊維強化セラミック材料を含むことができる。例えば、ＣＭＣ材料は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素及び窒化アルミニウムのような繊維強化非酸化物セラミックスを含むことができる。ＣＭＣ材料はまた、アルミナ、シリカ、ムライト、アルミノ珪酸バリウム、アルミノ珪酸リチウム又はアルミノ珪酸カルシウムのような繊維強化酸化物マトリックスセラミックスを含むことができる。ＣＭＣ材料は、炭化ケイ素、炭素、ガラス、ムライト、アルミナ又はそれらの組合せのようなあらゆる好適なタイプの酸化物或いは非酸化物強化繊維を含むことができる。例えば、ＣＭＣ材料は、炭化ケイ素繊維−炭化ケイ素マトリックス、ガラス繊維−窒化ケイ素マトリックス又はその他の好適なＣＭＣを含むことができる。上述したように、ＣＭＣ材料は、より高い温度能力を備えることができかつプラットフォーム３８上の応力を低下させるように機能することができる。例えば、一部の実施形態では、炭化ケイ素繊維−炭化ケイ素マトリックスＣＭＣ構成要素は、約１２０４°Ｃ〜約１３１６°Ｃの温度に耐える能力を有することができる。別の実施例では、炭素繊維−炭化ケイ素マトリックスＣＭＣ構成要素は、約１５３８°Ｃ〜約２４８２°Ｃの温度に耐える能力を有することができる。

プラットフォーム３８間に接合部４６を設置することによりまた、プラットフォーム３８上の応力を低下させることができる。上述したように、接合部４６は、ブレード３６間の中ほどにおける中間角度位置にではなく、該ブレード３６の角度位置に設置される。プラットフォーム３８は一般的に、接合部４６において互いに接合される時にブレード３６のための開口部を形成するように設計される。具体的には、プラットフォーム３８の各側面は、タービンブレード３６の一部分のための開口部を含むことができる。２つのプラットフォーム３８が互いに隣接して配置されると、プラットフォーム３８は、タービンブレード３６のプロフィールに対応する開口部を形成することができる。言い換えれば、各プラットフォーム３８は単独では、タービンブレード３６の全周辺部を取り囲むようになった開口部を含まない。代わりに、各プラットフォーム３８は、隣接するプラットフォーム３８の部分開口部と接合した時にタービンブレード３６を取り囲むことができる開口部を形成する該タービンブレード３６のための部分開口部を有する。このようにして、プラットフォーム３８間の接合部４６は、タービンブレード３６に隣接して又は該タービンブレード３６近傍に配置される。タービンブレード３６上に接合部４６を設置することにより、ブレード３６のシャンク部４４間での燃焼ガス及び／又は冷却流体の漏洩を減少させるか又は排除することができる。一部の実施形態では、プラットフォーム３８は、互いに当接させて配置することができる。しかしながら、別の実施形態では、プラットフォーム３８は、一方のプラットフォーム３８を他方のプラットフォーム３８に連結するようになったコネクタ、タブ、シール及び同様なもののような取付け機構を含むことができる。

本明細書に説明したプラットフォームは、多くのタイプ及び構成のプラットフォーム及びタービンブレードで使用することができる。例えば、ブレード３６及びプラットフォーム３８のプロフィール、形状及び相対的寸法は、変更することができる。一部の実施形態では、ブレード３６は、一体形冷却通路を有することができ、かつ／或いは例えば、ＣＭＣ、オーバレイ皮膜、拡散皮膜又はその他の断熱皮膜で被覆して、高温腐食及び高温酸化を防止することができる。さらに、ブレード３６は、翼形部４５から半径方向に延びる先端シュラウドを設けて振動制御を行うようにすることができる。プラットフォーム３８は、該プラットフォーム３８と一体形に鋳造するか又は該プラットフォーム３８に対して別個の構成要素として取付けることができるシーリング構造体のような付加的構成要素を含むことができる。さらに、プラットフォーム３８に当接させてシールピンを配置して高温燃焼ガスからシャンク部４４をシールすることができる。

図４は、図３に示すロータホイール３１の分解図である。各プラットフォーム３８は、ホイールスペース空洞からブレード３６のシャンク部４４をシールするように構成された２つの一体形スカート部又はカバープレート４８を含むことができる。一部の実施形態では、一体形カバープレート４８は、プラットフォーム３８の両側面上に配置することができる。プラットフォーム３８はまた、ホイールスペース空洞のシーリングを行うように構成されたエンゼル翼５０を含むことができる。一部の実施形態では、スカート部４８及びエンゼル翼５０は、プラットフォーム３８と一体形に鋳造しかつＣＭＣで製作することができる。しかしながら、別の実施形態では、スカート部４８及び／又はエンゼル翼５０は、その他の材料で製作することができかつ別個の構成要素として設けることができる。さらに、スカート部４８及び／又はエンゼル翼５０は、省略することができる。

各プラットフォーム３８は、互いにほぼ対向して配置されかつタービンブレード３６の輪郭とほぼ一致した２つの外部側面５２及び５４を含む。具体的には、外部側面５２は、タービンブレード３６の負圧側面５６と整合（接合）するように設計することができる。外部側面５４は、タービンブレードの正圧側面５８と整合（接合）するように設計することができる。図示するように、外部側面５２は、タービンブレード３６の負圧側面５６のほぼ凸面形プロフィールと一致するように設計されたほぼ凹面形表面を含む。外部側面５４は、タービンブレード３６の正圧側面５８のほぼ凹面形プロフィールと一致するように設計されたほぼ凸面形表面を含む。ロータホイール３４の周りに配置されると、外部側面５２は、ホイール３４上の角度位置に設置された１つのタービンブレード３６の負圧側面５６と接合することができる。他方の外部側面５４は、ホイール３４上の隣接する角度位置に設置されたもう１つのタービンブレード３６の正圧側面５８と接合することができる。１つのタービンブレード３６の負圧側面５６は、１つのプラットフォーム３８の外部側面５２と隣接することができ、また正圧側面５８は、もう１つのプラットフォーム３８の外部側面５４と隣接することができる。理解できるように、別の実施形態では、外部側面５２及び５４のプロフィールは、様々なタービンブレードプロフィールと一致するように変更することができる。例えば、各外部側面５２及び５４は、凸面形、凹面形、平面形又はその他の好適な幾何学形状を有することができる。上述したように、プラットフォーム３８は一般的に、タービンブレード３６によって外部側面５２及び５４上に支持することができる。一部の実施形態では、隣接するブレード３６による支持は、プラットフォーム上の応力を低下させることができかつプラットフォームクリープを減少させることができる。

各プラットフォーム３８は、隣接する同様のプラットフォーム３８と接合してタービンブレード３６を取り囲むか又は包囲するように設計された中間開口部を形成するように設計することができる。具体的には、表面５２は、開口部の一方の部分を形成することができ、また表面５４は、開口部の他方の部分を形成することができる。２つのプラットフォーム３８が互いに隣接して配置されると、２つのプラットフォーム間の接合部４６（図３）は、タービンブレード３６のための開口部の位置に生じるようにすることができる。上述したように、接合部４６を設置することにより、プラットフォーム３８上の応力を軽減させることができかつタービンブレード３６のシャンク部４４間における流体の漏洩を減少させることができる。

図５は、ロータホイール３１を組立てる例示的な方法６０を示している。本方法６０は、浅い深さでロータホイール３４内にタービンブレード３６（図４）を配置するステップ（ブロック６２）によって開始することができる。例えば、タービンブレード３６のダブテール４０は、例えばホイール３４の開口部４２（図４）内に約０．１インチの深さまで部分的に挿入することができる。別の実施形態では、ブレード３６は、約０．００１インチ〜０．５インチの範囲及びそれらの範囲の全ての部分範囲にある深さまで挿入することができる。より具体的には、ブレード３６は、約０．０５インチ〜０．２５インチの深さまで挿入することができる。

ホイール３４内に１つ又はそれ以上のブレード３６を配置した後に、ブレード３６に隣接してプラットフォーム３８を配置すること（ブロック６４）ができる。例えば、プラットフォーム３８の１つの側面５２は、タービンブレード３６の負圧側面５６と整列させることができ、一方、別のプラットフォーム３８の側面５４は、同じタービンブレード３６の正圧側面５８と整列させることができる。従って、タービンブレード３６は、２つの隣接するプラットフォーム３８間に配置することができる。隣接するプラットフォーム３８は、該隣接するプラットフォーム３８に隣接させてホイール内に別のタービンブレード３６を挿入した状態で所定の位置に保持することができる。このようにして、ブレード３６及びプラットフォーム３８は、全てのブレード３６及びプラットフォーム３８の据付けを終えるまで、ロータホイール３１内に交互に配置することができる。別の実施形態では、全てのブレード３６は、該ブレード３６間にプラットフォーム３８を配置した状態で、を所定の位置に部分的に挿入しかつ保持することができる。

ホイール３４内にブレード３６及びプラットフォーム３８を配置した後に、プラットフォーム３８及びブレード３６は、ホイール３４内に挿入すること（ブロック６６）ができる。例えば、ブレード３６は、ホイール開口部４２内にさらに叩き込むか又はその他の方法で挿入して該ブレード３６をホイール３４に固定することができる。プラットフォーム３８もまた、ホイール３４に向けてさらに挿入して、隣接するプラットフォーム３８と接合しかつタービンブレード３６を取り囲むようにすることができる。一部の実施形態では、挿入プロセスは、隣接するブレード３６及びプラットフォーム３８をホイール３４内にさらに少しずつ深く挿入するステップを含むことができる。この挿入プロセスは、プラットフォーム３８及びブレード３６の全てがホイール３４内に完全に挿入され終わるまで、ホイールの周りで円周方向に少しずつ進めることができる。

本明細書は最良の形態を含む実施例を使用して、本発明を開示し、また当業者が、あらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の実施を行うことを可能にする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって定まり、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになることを意図している。

１０システム
１２ガスタービンエンジン
１６吸気セクション
１８圧縮機
２０燃焼器セクション
２２タービン
２４排気セクション
２６シャフト
２８燃焼器ハウジング
３０燃焼器
３１タービンロータ
３２ロータ組立体
３４ロータホイール
３６ブレード
３８プラットフォーム
４０ダブテール
４２開口部
４４シャンク部
４５翼形部
４６接合部
４８カバープレート
５０エンゼル翼
５２外部側面
５４外部側面
５６負圧側面
５８正圧側面
６０方法
６２ブロック
６４ブロック
６６ブロック

Claims

第１のタービンブレードプラットフォーム（３８）、
を含み、前記第１のタービンブレードプラットフォーム（３８）が、
第１の角度位置に配置された第１のタービンブレード（３６）と接合するように構成された第１の外部側面（５２）と、
前記第１の外部側面（５２）とほぼ対向して配置されかつ第２の角度位置に配置された第２のタービンブレード（３６）と接合するように構成された第２の外部側面（５４）と、を含む、
システム。
前記第１のタービンブレードプラットフォーム（３８）が、セラミックマトリックス複合材料を含む、請求項１記載のシステム。
前記第１のタービンブレードプラットフォーム（３８）が、
互いにほぼ対向しかつ前記第１及び第２の外部側面（５２、５４）に対してほぼ直交するように配置された一対の一体形カバープレート（４８）と、
前記一体形カバープレート（４８）上に配置された一体形エンゼル翼（５０）と、を含む、
請求項１記載のシステム。
前記第１のタービンブレードプラットフォーム（３８）に各々が相当しかつ円周方向構成として配置されて前記タービンブレード（３６）を取り囲むように構成された複数の中間開口部を形成した複数のタービンブレードプラットフォーム（３８）を含む、請求項１記載のシステム。
その周りの角度位置において前記タービンブレードを受けるように構成された複数の円周方向に間隔を置いて配置された開口部（４２）を備えたロータホイール（３４）を含み、
前記複数のタービンブレードプラットフォーム（３８）が、前記円周方向に間隔を置いて配置された開口部間において半径方向に配置される、
請求項４記載のシステム。
軸線の周りに円周方向に間隔を置いて配置された複数のタービンブレード（３６）と、
前記複数のタービンブレード（３６）の第１及び第２のタービンブレード（３６）間に配置されかつ該第１及び第２のタービンブレード（３６）によって支持された少なくとも１つのタービンブレードプラットフォーム（３８）と、を含み、
前記少なくとも１つのタービンブレードプラットフォーム（３８）が、前記第１及び第２のタービンブレード（３６）の各々を部分的に取り囲む、
システム。
前記複数のタービンブレード（３６）の各々が、凹面形正圧側面（５８）と凸面形負圧側面（５６）とを含み、
前記少なくとも１つのタービンブレードプラットフォーム（３８）が、前記第１のタービンブレード（３６）の凹面形正圧側面（５８）上に隣接して配置された凸面形外部側面（５４）と前記第２のタービンブレード（３６）の凸面形負圧側面（５６）上に隣接して配置された凹面形外部側面（５２）とを含む、
請求項６記載のシステム。
前記複数のタービンブレードの各々が、翼形部（４６）、シャンク部（４４）、及びダブテール（４０）を含む、請求項６記載のシステム。
前記少なくとも１つのタービンブレードプラットフォーム（３８）が、セラミックマトリックス複合材を含み、
前記複数のタービンブレード（３６）の各々が、金属を含む、
請求項６記載のシステム。
前記タービンブレード（３６）及び少なくとも１つのタービンブレードプラットフォーム（３８）を有するタービンエンジン（１２）を含む、請求項６記載のシステム。