JP2015512486A - Modular turbine blade with platform - Google Patents
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Abstract
本発明は、タービン翼(10)の長手軸(11)に沿って連続する翼ブレード(12)とそれにモジュール式になっているプラットフォーム(13)とを備えるタービン翼(10)に関する。その際、一方では構成が特に容易で単純であり、他方では特に信頼性をもって長寿命で持続的に個々の部材を互いに接合することを保証する、モジュール式のタービン翼(10)を示すために提案されるのは、翼ブレード(12)は延長部(26)を備え、かつプラットフォーム(17)は外側プラットフォームパーツ(15)と少なくとも2つの部分から成る、長手軸(11)に対して半径方向に内側のプラットフォームパーツ(13)とを備え、これらのプラットフォームパーツ(13、15)は翼ブレード(12)の延長部(26)に側面で当接し、外側プラットフォームパーツ(15)は、内側プラットフォームパーツ(13)の外側縁辺部を取り巻くエンドレスのプラットフォームフレーム(18)として形成されているということである。The present invention relates to a turbine blade (10) comprising a blade blade (12) continuous along the longitudinal axis (11) of the turbine blade (10) and a modular platform (13). In order to show a modular turbine blade (10) which, on the one hand, is particularly easy and simple to construct, and on the other hand ensures particularly reliable and long-lasting and continuous joining of the individual parts together. It is proposed that the wing blade (12) comprises an extension (26) and the platform (17) is radial with respect to the longitudinal axis (11) consisting of an outer platform part (15) and at least two parts. With the inner platform parts (13), these platform parts (13, 15) abutting laterally against the extension (26) of the wing blade (12) and the outer platform parts (15) It is formed as an endless platform frame (18) surrounding the outer edge of (13). It is.
Description
本発明は、タービン翼の長手軸に沿って直接連続するプラットフォームと翼ブレードとを有するタービン翼に関する。 The present invention relates to a turbine blade having a platform and blade blades that are directly continuous along the longitudinal axis of the turbine blade.
タービン翼と、タービン翼の製造法は、広く存在する従来技術から、多岐にわたるやり方が知られている。たとえば、ガスタービン用のタービン翼は、しばしば鋳造法で製造される。鋳造の場合には、同時に翼根とプラットフォームと翼ブレードとが、鋳造材料から成形されるので、そのようなタービン翼は一体的である。続いて、タービンの高温ガスにさらされる面は、タービン翼の耐久年数を上げるために、さらに腐食保護層と熱保護層とを備える。鋳造されたタービン翼は、内部で翼材料を冷却する媒体が流れることができるように、たいてい中空に形成されてもいる。蒸気機関のタービン翼は、たいてい固体からフライス切削されるか、あるいは鍛造されている。 The turbine blades and the manufacturing method of the turbine blades are known in various ways from widely existing prior art. For example, turbine blades for gas turbines are often manufactured by a casting process. In the case of casting, such turbine blades are integral because at the same time the blade root, platform and blade blades are molded from the cast material. Subsequently, the surface exposed to the hot gas of the turbine further includes a corrosion protection layer and a thermal protection layer in order to increase the durability of the turbine blade. Cast turbine blades are often also hollow so that a medium that cools the blade material can flow therethrough. Steam engine turbine blades are often milled or forged from solids.
定置式ターボ機械において使われるタービン翼は、ターボ機械の駆動時に、予測可能なやり方でも予測不可能なやり方でも、タービン翼を経年劣化させかつ磨滅させる多くの負荷がかかる。 Turbine blades used in stationary turbomachines are subject to many loads that cause the turbine blades to age and wear out in both predictable and unpredictable ways when driving the turbomachine.
詳しく言えば、低サイクル疲労負荷も高サイクル疲労負荷も、および熱機械負荷も生じる。タービン翼はまた、酸化からもクリープからも保護されなくてはならない。前述の負荷は特に、高温ガスあるいは高温蒸気に直接さらされる、タービン翼の表面と部材とに関する。その上固定側でタービン翼は、いわゆる「軸受負荷」と「摩擦負荷」とにさらされている。これらの異なる負荷と要求とを踏まえて、一体的なタービン翼の材料は、タービン翼の予定より早い経年劣化あるいは予定より早い耐久年数終了に至ることなく、すべてでなくてもできるだけ多くの負荷を材料が受容するように、選択されなくてはならない。熱負荷と腐食負荷とに関してたとえば、ガスタービンのタービン翼に、その材料を腐食からも過度の入熱からも保護する層システムを装備することが知られている。 Specifically, both low and high cycle fatigue loads and thermomechanical loads occur. Turbine blades must also be protected from oxidation and creep. The aforementioned loads relate in particular to turbine blade surfaces and components that are directly exposed to hot gases or steam. Moreover, on the fixed side, the turbine blades are exposed to so-called “bearing loads” and “friction loads”. In light of these different loads and requirements, an integral turbine blade material will carry as much as possible, if not all, of the turbine blades without aging earlier than expected or end of service life earlier than planned. It must be chosen so that the material is acceptable. With regard to heat and corrosion loads, for example, it is known to equip turbine blades of gas turbines with a layer system that protects the material from corrosion and excessive heat input.
それにもかかわらず、タービン翼の様々な領域において、ターボ機械の駆動を危うくする亀裂のような摩耗現象が生じ得る。この理由から、予め決められた使用時間の後に、タービン翼のそのような欠陥を調査し、そのような調査結果があれば、該当するタービン翼を交換するかあるいは再び修繕することが知られている。 Nevertheless, wear phenomena such as cracks can occur in various areas of the turbine blade that compromise the drive of the turbomachine. For this reason, it is known to investigate such defects in turbine blades after a pre-determined time of use and to replace or repair the relevant turbine blades if such investigation results are available. Yes.
さらに、翼ブレードとプラットフォームとは別体に製造された部材であり、当該部材はまったく異なる構成あるいは継合接続によって1つのタービン翼に組み立てられている、モジュール式タービン翼が、従来技術から知られている。 Furthermore, modular turbine blades are known from the prior art, where the blade blades and the platform are manufactured separately, the members being assembled into one turbine blade by a completely different configuration or joint connection. ing.
その欠点はたとえば、おそらくモノリシックなタービン翼と比べて耐久年数が短いことにあり、この耐久年数の短さは、条件付きでのみ信頼性のある、個々の部材の構成もしくは接合によって生じる。同様に、モジュール式タービン翼はしばしば、構成と製造とにおいて、非常に費用がかかる。 The disadvantages are, for example, that they have a shorter service life than possibly monolithic turbine blades, and this short service life is caused by the configuration or joining of the individual parts, which is only conditionally reliable. Similarly, modular turbine blades are often very expensive to construct and manufacture.
本発明の課題は、特に容易であるが極めて信頼性のあるやり方で構成され継合されているモジュール式タービン翼を提供することである。 The object of the present invention is to provide a modular turbine blade that is constructed and joined in a particularly easy but extremely reliable manner.
タービン翼に向けられた本課題は、請求項1の特徴に従ったタービン翼によって解決される。 This problem directed to the turbine blade is solved by a turbine blade according to the features of claim 1.
本発明に従えば、タービン翼は、ターボ機械の半径方向に相当するタービン翼の長手軸に沿って直接連続する少なくとも1つのプラットフォームと翼ブレードとを備え、翼ブレードは長手方向に延長部を備え、かつプラットフォームは長手軸に対して半径方向に、外側プラットフォームパーツと少なくとも2つの部分から成る内側プラットフォームパーツと、を備え、内側プラットフォームパーツは翼ブレードの延長部に側面で当接し、かつ外側プラットフォームパーツは内側プラットフォームパーツの外側縁辺部を取り巻くエンドレスのプラットフォームフレームとして形成されている。内側プラットフォームパーツの主要部材は、ここではそれぞれ、プラットフォーム要素と呼ばれている。 According to the invention, the turbine blade comprises at least one platform and a blade blade which are directly continuous along the longitudinal axis of the turbine blade corresponding to the radial direction of the turbomachine, the blade blade comprising an extension in the longitudinal direction. And the platform includes an outer platform part and an at least two-part inner platform part, radially with respect to the longitudinal axis, the inner platform part laterally abutting the extension of the wing blade, and the outer platform part Is formed as an endless platform frame surrounding the outer edge of the inner platform part. The main members of the inner platform parts are each referred to herein as platform elements.
本発明の基になっているのは、タービン翼の別体に製造されたプラットフォーム要素は、これらが側面で、翼ブレードの端面側に長くなった部分つまりいわゆる延長部に当接し、クリップを使って両プラットフォーム要素を翼ブレードの延長部に押圧すれば、特に容易なやり方で、別体に製造された翼ブレードに固定され得るという認識である。たとえば翼ブレードの延長部の吸引側に第1プラットフォーム要素が設けられており、圧縮側に第2プラットフォーム要素が設けられていてよい。クリップは、エンドレスに周回するプラットフォームフレームとして構成されている。プラットフォームフレームの外形が環状でエンドレスであることにより、プラットフォームフレームは締まりばめでプラットフォーム要素を抱持できるので、場合によっては起こり得る損害からプラットフォームフレームを守るさらなる措置がもはや必ずしも必要ではない。 The basis of the present invention is that the platform elements manufactured separately from the turbine blades are in contact with the long side of the blade blade, that is, the so-called extension, using clips. The recognition is that if both platform elements are pressed against the extension of the wing blade, they can be fastened to the separately manufactured wing blade in a particularly easy manner. For example, a first platform element may be provided on the suction side of the extension of the wing blade and a second platform element may be provided on the compression side. The clip is configured as a platform frame that circulates endlessly. Due to the annular and endless shape of the platform frame, the platform frame can hold the platform elements with an interference fit, so that further measures to protect the platform frame from possible damage are no longer necessary.
翼ブレードの延長部は、圧縮側の翼ブレード面と吸引側の翼ブレード面とに対して、段状部を介して引っ込んでいるので、段状部に当接するプラットフォーム要素が、タービン翼の長手軸に対して平行にずれるのは不可能である。 The extension part of the blade blade is retracted through the stepped portion with respect to the blade blade surface on the compression side and the blade blade surface on the suction side. It is impossible to shift parallel to the axis.
プラットフォームフレームは、断面が異なる形状であってよい。しかしながら、内側プラットフォームパーツの縁辺部との形状接続をもたらす形状が好ましい。たとえば断面形状は、ひし形あるいはC字形に形成されていてよい。その際内側プラットフォームパーツの縁辺部は、常に断面形状に対応して実施されている。 The platform frame may have a shape with a different cross section. However, a shape that provides a shape connection with the edge of the inner platform part is preferred. For example, the cross-sectional shape may be formed in a diamond shape or a C shape. In that case, the edge part of the inner platform part is always implemented corresponding to the cross-sectional shape.
本発明に係るタービン翼の特別な利点は、特に2つの異なる材料も、プラットフォーム要素と翼ブレードとプラットフォームフレームとに用いることができることである。そうして付加的に、異なる局所的な負荷に配慮することができ、これによって場合によっては、タービン翼の耐久年数を延ばすことになる。 A particular advantage of the turbine blade according to the invention is that, in particular, two different materials can also be used for the platform elements, blade blades and platform frame. Thus, additionally, different local loads can be taken into account, which in some cases extends the service life of the turbine blades.
本発明に係るタービン翼のさらなる利点は、プラットフォームの外寸に関してより精密なことである。なぜならプラットフォームの外寸は、プラットフォームフレームを製造する場合、純粋にモノリシックなタービン翼を鋳造する場合よりも、容易にもたらされ得るからである。 A further advantage of the turbine blade according to the invention is that it is more precise with respect to the outer dimensions of the platform. This is because the outer dimensions of the platform can be provided more easily when manufacturing the platform frame than when casting purely monolithic turbine blades.
プラットフォームフレームをプラットフォーム要素と長期にわたって接合するために、異なる方法が使用可能である。プラットフォームフレームはエンドレスのフレームとして構成されているので、好適にはプラットフォームフレームを内側プラットフォームパーツの周回する縁辺部に締まりばめさせることが考えられ得る。締まりばめの前に、プラットフォームフレームを加熱および/またはプラットフォーム要素を冷却してよい。プラットフォームフレームとプラットフォーム要素とを組み立て、続いて温度を均等にした後、プラットフォームフレームは内側プラットフォームパーツの周回する縁辺部に固定される。内側プラットフォームパーツの縁辺部とプラットフォームフレームとの接合ラインに沿った点状のろう付けや溶接も可能である。 Different methods can be used to join the platform frame with the platform elements over time. Since the platform frame is configured as an endless frame, it may be conceivable to preferably fit the platform frame to the circumferential edge of the inner platform part. Prior to the interference fit, the platform frame may be heated and / or the platform elements may be cooled. After assembling the platform frame and platform elements and subsequently equalizing the temperature, the platform frame is secured to the circumferential edge of the inner platform part. Dots brazing or welding along the joint line between the edge of the inner platform part and the platform frame is also possible.
特に有利なのは、翼ブレードの延長部の自由端部に襟部が形成されており、当該襟部が段状部とともに、翼ブレードのプロファイルの円周方向にエンドレスの溝を作り、当該溝に内側プラットフォームパーツのプラットフォーム要素が形状接続的に嵌め込まれている様態である。それからプラットフォーム要素は、延長部近傍に、ほぼ溝幅に相当する壁厚を備える。 Particularly advantageous is the fact that a collar is formed at the free end of the extension of the wing blade, which, along with the stepped portion, forms an endless groove in the circumferential direction of the profile of the wing blade, and inside the groove The platform elements of the platform parts are fitted in a shape connection. The platform element is then provided with a wall thickness in the vicinity of the extension approximately corresponding to the groove width.
提案されるタービン翼で特別なことは、プラットフォーム要素が、長手軸に対して垂直な動きによって延長部に当接され、プラットフォームフレームの形状をした、戻り運動に対するその安全要素が、その動きに対して横向きのつまり長手軸に対して平行な動きで、プラットフォーム要素に被せられるということである。その後単に保証されるべきは、プラットフォームフレームのみが、外れないように守られているということである。プラットフォーム要素とプラットフォームフレームとを備えるプラットフォームの、長手軸に対して平行なずれは、本来の翼ブレードと延長部および延長部の襟部との間の段状部によって、同様にブロックされている。 What is special about the proposed turbine blade is that the platform element is abutted against the extension by movement perpendicular to the longitudinal axis, and its safety element against return movement, in the shape of the platform frame, against that movement. In other words, it is placed over the platform element in a sideways or parallel movement with respect to the longitudinal axis. Only then should it be guaranteed that only the platform frame is protected from being removed. The deviation parallel to the longitudinal axis of the platform comprising the platform element and the platform frame is likewise blocked by the step between the original wing blade and the extension and the collar of the extension.
合理的には、内側プラットフォームパーツは2つのプラットフォーム要素を備えるが、より多くのプラットフォーム要素が備わっていてもよい。 Reasonably, the inner platform part comprises two platform elements, but more platform elements may be provided.
本発明に係る構成によって、タービン翼の異なる部材のために異なる材料を用いることが可能になる。それによってたとえば、翼ブレードとプラットフォーム要素とを、冒頭で記述されたような、それぞれの局所的な要求や負荷に合わせられる、異なる材料から製造することができる。プラットフォームフレームも、その目的に最も適した材料から作られていてよい。それによって、異なる合金や鋳造材料が、タービン翼内部で用いられてよい。 The arrangement according to the invention makes it possible to use different materials for different members of the turbine blade. Thereby, for example, the wing blades and the platform elements can be manufactured from different materials that are adapted to the respective local requirements and loads as described at the outset. The platform frame may also be made from a material most suitable for that purpose. Thereby, different alloys and casting materials may be used inside the turbine blade.
タービン翼は、その第1翼ブレード端部にも、当該第1端部に向かい合う第2端部にも、複数のプラットフォーム要素を有する内側プラットフォームパーツと、プラットフォームフレームから形成される外側プラットフォームパーツとを有する前述のプラットフォームが装備されていてよい。この場合翼ブレードは、両端部側に、それぞれ1つの前述の延長部を備える。 The turbine blade includes an inner platform part having a plurality of platform elements at both a first blade blade end and a second end facing the first end, and an outer platform part formed from a platform frame. It may be equipped with the aforementioned platform. In this case, the wing blade is provided with one of the aforementioned extensions on both ends.
さらなる有利な一様態に従えば、複数のプラットフォーム要素が互いに重なり合って連結されていて、および/または翼ブレードを有する1つのプラットフォーム要素もしくは複数のプラットフォーム要素もしくはすべてのプラットフォーム要素がボルトを介して互いに連結されていてよい。たとえば、翼ブレードの延長部を取り巻くプラットフォーム要素が2つしか備わっていないならば、両プラットフォーム要素は、中にボルトが嵌め込まれている互いに向かい合い一直線に並んだ孔を備えてよい。これによって、両プラットフォーム要素間の機械的連結が改善され、個々の部材から組み立てられたタービン翼の強度が高まる。 According to a further advantageous embodiment, the plurality of platform elements are connected to each other in an overlapping manner and / or one platform element or a plurality of platform elements having wing blades or all the platform elements are connected to each other via bolts May have been. For example, if there are only two platform elements surrounding the extension of the wing blade, both platform elements may have oppositely aligned holes in which bolts are fitted. This improves the mechanical connection between the two platform elements and increases the strength of the turbine blades assembled from the individual parts.
さらに、プラットフォーム要素は、長手軸に対して平行に延伸する貫通穴および/または盲穴を備えてよく、延長部の襟部を通って延伸する開口部にも入っているボルトが、当該穴の中に嵌め込まれている。翼ブレードの延長部を、プラットフォーム要素とこのようにボルト固定すれば、プラットフォームフレームがなくても、プラットフォーム要素が翼ブレードから外れるのを防ぐ。組立てが簡単になるほかに、この処置は、プラットフォームフレームに裂け目ができるかまたはそれどころか裂けてしまうようなあり得ない場合でも、タービン翼の強度とタービン翼の駆動安全性とを高める。 Further, the platform element may comprise a through hole and / or a blind hole that extends parallel to the longitudinal axis, and a bolt that is also in an opening extending through the collar of the extension, It is inserted inside. Bolting the wing blade extension with the platform element in this way prevents the platform element from detaching from the wing blade without the platform frame. Besides being easy to assemble, this procedure increases the strength of the turbine blade and the driving safety of the turbine blade, even if the platform frame is not likely to rip or even tear.
プラットフォームフレームが内側プラットフォームパーツからずれるのを防ぐために、内側プラットフォームパーツと外側プラットフォームパーツとは、溝・バネ結合を介して連結されていてよい。 In order to prevent the platform frame from shifting from the inner platform part, the inner platform part and the outer platform part may be connected via a groove-spring connection.
第1の有利な様態に従えば、プラットフォームフレームは、平面で内側プラットフォームパーツに当接し、接触面は少なくとも部分的に、0度よりも大きく90度よりも小さい角度を長手軸とともに成す。このような配置は、少なくとも1つの方向で、プラットフォームフレームが長手軸に沿って平行にずれるのを防ぎ、このことは特に、本発明をタービン動翼で用いる際に有利である。この場合、ターボ機械の駆動中にプラットフォームフレームに作用する遠心力は、長手軸に対して傾斜している接触面による形状接続によって、内側プラットフォームパーツに伝達される。これによって、遠心力によるプラットフォームフレームの損傷を確実に防ぐ。 According to a first advantageous embodiment, the platform frame abuts the inner platform part in a plane and the contact surface forms at least partly with the longitudinal axis at an angle greater than 0 degrees and less than 90 degrees. Such an arrangement prevents the platform frame from shifting parallel along the longitudinal axis in at least one direction, which is particularly advantageous when the present invention is used with turbine blades. In this case, the centrifugal force acting on the platform frame during driving of the turbomachine is transmitted to the inner platform part by a geometric connection by means of a contact surface inclined with respect to the longitudinal axis. This ensures that the platform frame is not damaged by centrifugal force.
好適には、この角度は15度から35度の大きさであり、たとえばこの角度は20度である。 Preferably, this angle is between 15 and 35 degrees, for example, this angle is 20 degrees.
さらなる有利な一様態に従えば、プラットフォームフレームは、側面が外側に向いている少なくとも1つの面に、シール要素を受容するためのスリットを備える。そのような構造がもたらす利点は、プラットフォーム縁辺部にあるスリットが、その中にある板状のシール要素によって摩耗した際に、ここで提供された発明によって、駆動で酷使されたそのようなタービン翼を再び手入れできる容易かつ信頼できる可能性があるということである。その上、そのようなスリットは、純粋にモノリシックなタービン翼の場合よりも費用をかけずに製造できる。 According to a further advantageous embodiment, the platform frame comprises a slit for receiving a sealing element on at least one side whose side faces outwards. The advantage provided by such a structure is that such a turbine blade that has been overworked by the drive according to the invention provided herein when the slits at the platform edge are worn by the plate-like sealing elements therein. There is an easy and reliable possibility that it can be maintained again. Moreover, such slits can be manufactured less expensive than in the case of purely monolithic turbine blades.
合理的には、タービン翼は、静翼としても動翼としても形成されていてよい。 Reasonably, the turbine blades may be formed as either stationary blades or moving blades.
内側プラットフォームパーツと、当該内側プラットフォームパーツを取り巻くエンドレスのプラットフォームフレームの形状をした外側プラットフォームパーツとを有するタービン翼を、高温での適用時にも使うことができるようにするために、内側プラットフォームパーツとプラットフォームフレームとが、コーティングプロセスにおいてコーティングされれば有利である。それによって、シームレスの保護層が、両プラットフォームパーツに塗布され得る。 To enable a turbine blade having an inner platform part and an outer platform part in the shape of an endless platform frame surrounding the inner platform part to be used even at high temperatures, the inner platform part and the platform It is advantageous if the frame is coated in a coating process. Thereby, a seamless protective layer can be applied to both platform parts.
前述の発明は、以下において図の記述に基づいて、さらに説明される。本発明のさらなる利点と特徴とは、表わされる実施例に基づいてもたらされる。図に示されるのは以下である。 The foregoing invention is further explained below based on the description of the figures. Further advantages and features of the present invention result from the examples represented. The following is shown in the figure.
すべての図において、同一の特徴は、同一の符号が付けられている。 In all the figures, the same features have the same reference numerals.
図1において、タービン翼10の一部が、分解図で表わされている。タービン翼10はモジュール式に構成されており、それによってこの実施例に従えば、別体に製造された部材として、翼ブレード12と2つのプラットフォーム要素14、16とプラットフォームフレーム18とこれらの部材を互いに接合する複数のボルト20とを備える。さらにタービン翼10は、バーチャルの長手軸11を備える。
In FIG. 1, a part of the
翼ブレード12は空気力学的に湾曲しており、既知の手法に従って、圧縮側22と吸引側24とを備える。圧縮側22と吸引側24とは、前縁部23と後縁部25とで互いに接合している。ターボ機械内部での規定通りの使用において、作動媒体は、前縁部23から後縁部25へと流れる。
The
図1に表わされた翼ブレード12の上端部には、翼ブレード12のプロファイルと一体的に形成されている延長部26が備えられている。延長部26は側面で、圧縮側22と吸引側24とに類似して空気力学的に湾曲している。しかしながら、延長部26はそのプロファイル寸法が、翼ブレードの壁22、24によって設定される翼ブレード12のプロファイルよりもずっと小さく形成されているので、延長部は段状部28を介して翼ブレード12に接続する。延長部26はその自由端部30に、襟部32を備える。この襟部32は、長手軸11を横切ってプロファイルの周回全体に沿って延伸し、それゆえ当該襟部32は、段状部28とともに、周回溝34を形成する。
An
表わされた実施例において、延長部26の襟部32に、吸引側にも圧縮側にも、溝34の側壁面の1つに通じるそれぞれ3つの貫通穴36が備えられている。延長部26の側面に2つのプラットフォーム要素14、16が位置しており、より多数のプラットフォーム要素が備わっていてもよい。
In the illustrated embodiment, the
プラットフォーム要素14、16は、ほぼ溝34の幅に相当するプラットフォーム材料厚を備える。プラットフォーム要素14、16は、前縁部23の上流もしくは後縁部25の下流に、中に部分的にボルト20が嵌め込まれているそれぞれ1つまたは複数の盲穴38を備える。盲穴38の配向は、一方では長手軸11に対して垂直に選択され、他方では、ボルトが嵌め込まれると、両プラットフォーム要素14、16が溝34に嵌まって延長部26に当接するまで、両プラットフォーム要素14、16を互いに押しずらして閉めることができるように、選択されている。その上、プラットフォーム要素14、16は、以下において背面側40と呼ばれる、作動媒体に背向する側に、盲穴42を備え、当該盲穴42は、プラットフォーム要素14、16が溝34に嵌まった後に、襟部32の該当する貫通穴36と一直線に並ぶ。その後ピン状のボルトが、互いに一直線に並ぶ穴36、42に挿入されてよく、それによってプラットフォーム要素14、16は、初めて翼ブレード12と固定されて接合される。
続いて、プラットフォームフレーム18が、両プラットフォーム要素14、16を抱持するまで、タービン翼10の長手軸11に対して平行にずらされる。その際、プラットフォームフレーム18の締まりばめが好ましい。抱持することによって、両プラットフォーム要素14、16は、一方では互いに堅固に押し付けられ、他方では溝34の中に押し付けられるので、両プラットフォーム要素14、16は、生じた形状接続によって、もはや長手軸11に沿ってずれることができない。両プラットフォーム要素14、16はそれから、タービン翼10の内側プラットフォームパーツ13を形成し、プラットフォームフレーム18は、タービン翼10の外側プラットフォームパーツ15を形成する。内側プラットフォームパーツ13と外側プラットフォームパーツ15とは、プラットフォーム17を形成する(図2)。
Subsequently, the
プラットフォームフレーム18が両プラットフォーム要素14、16から外れるのを防ぐために、内側プラットフォームパーツ13の2つの長手縁部41とプラットフォームフレーム18の長手支持部材46とに、それぞれ1つの溝・バネ結合が形成されている。図1において、長手支持部材46の内側に、それに属するバネ48が表わされており、プラットフォーム要素14の長手縁部に、それに属する溝50が表わされている。当然ながら、それに加えてまたはその代わりに、横手縁部もしくは横手支持部材にそれぞれ1つの溝・バネ結合が備わっていてよい。
In order to prevent the
タービン翼10をタービン静翼支持体に挿入し、そこに固定するために、プラットフォーム要素14、16の背面側40には、流入側にも流出側にも、1つもしくは複数の鉤形部52が備わっている。それに従って、図1に表わされたタービン翼10は、静翼として形成されている。
For inserting and securing the
タービン翼10が動翼として形成されている場合は、固定のために備えられた、タービン翼10の手段は、好適にはモノリシックに延長部26に形成されているので、翼根と呼ばれる手段は、延長部26および翼ブレード12と一体的に接合されている。プラットフォーム要素14、16のための周回溝34は、動翼の場合でも備わっている。
If the
図2は、組み立てられた最終状態の図1に記載のタービン翼10の部分斜視断面図を概略的に示している。しかしながら、図2においては、襟部32に設けられた穴もその中にあるボルトも表わされていない。これに対して、図3の斜視図に従えば、内側プラットフォームパーツ13を圧縮側のプラットフォーム要素14と吸引側のプラットフォーム要素16とに分解することが認識できる。
FIG. 2 schematically shows a partial perspective sectional view of the
図1、図2、図3で表わされたタービン翼では、軸流ターボ機械内部での駆動位置において半径方向外側に、ひいては翼ブレード12の根元側に位置するプラットフォーム17が、本発明に従って構成されている。これに対して、図4は、ヘッド側端部55を有するタービン翼10を示しており、当該ヘッド側端部55は、根元側端部に類似したやり方で、2つのプラットフォーム要素14、16とプラットフォームフレーム18とを備えるモジュール式プラットフォーム17を備えてよい。ここではヘッド側端部55は、作動媒体に背向するプラットフォーム17の側に関してのみ、根元側端部と異なる。ふつうは、定置式ガスタービンで用いられるタービン静翼10では、ヘッド側端部55には、いわゆるUリングが取り付けられており、当該Uリングは、リング内に設けられた静翼をヘッド側で互いに連結し、接合する。付加的に図4において、プラットフォームフレーム18の、側面が外側に向いている面53にあるスリット54が示されている。スリット54は、板状のシール要素を受容するのに使われ、当該シール要素は、互いに隣り合う静翼の間で、それらの間にある間隙を密閉するために備わっていてよい。
In the turbine blade represented in FIGS. 1, 2 and 3, a
全体として本発明は、タービン翼10の長手軸11に沿って連続する翼ブレード12とそれにモジュール式になっているプラットフォーム17とを備えるタービン翼10に関する。その際、一方では構成が特に容易で単純であり、他方では特に信頼性をもって長寿命で持続的に個々の部材を互いに接合することを保証する、モジュール式のタービン翼10を示すために提案されるのは、翼ブレード12は延長部26を備え、かつプラットフォーム17は外側プラットフォームパーツ15と少なくとも2つの部分から成る、長手軸11に対して半径方向に内側のプラットフォームパーツ13とを備え、これらのプラットフォームパーツ13、15は翼ブレード12の延長部26に側面で当接し、外側プラットフォームパーツ15は、内側プラットフォームパーツ13の外側縁辺部を取り巻くエンドレスのプラットフォームフレーム18として形成されているということである。
In general, the present invention relates to a
10 タービン翼
11 長手軸
12 翼ブレード
13 内側プラットフォームパーツ
14 プラットフォーム要素
15 外側プラットフォームパーツ
16 プラットフォーム要素
17 プラットフォーム
18 プラットフォームフレーム
20 ボルト
22 圧縮側
23 前縁部
24 吸引側
25 後縁部
26 延長部
28 段状部
30 自由端部
32 襟部
34 溝
36 貫通穴
38 盲穴
40 背面側
41 長手縁部
42 盲穴
46 長手支持部材
48 バネ
50 溝
52 鉤形部
53 側面が外側に向いている面
54 スリット
55 ヘッド側端部
DESCRIPTION OF
本発明は、タービン翼の長手軸に沿って直接連続するプラットフォームと翼ブレードとを有するタービン翼に関する。 The present invention relates to a turbine blade having a platform and blade blades that are directly continuous along the longitudinal axis of the turbine blade.
タービン翼と、タービン翼の製造法は、広く存在する従来技術から、多岐にわたるやり方が知られている。たとえば、ガスタービン用のタービン翼は、しばしば鋳造法で製造される。鋳造の場合には、同時に翼根とプラットフォームと翼ブレードとが、鋳造材料から成形されるので、そのようなタービン翼は一体的である。続いて、タービンの高温ガスにさらされる面は、タービン翼の耐久年数を上げるために、さらに腐食保護層と熱保護層とを備える。鋳造されたタービン翼は、内部で翼材料を冷却する媒体が流れることができるように、たいてい中空に形成されてもいる。蒸気機関のタービン翼は、たいてい固体からフライス切削されるか、あるいは鍛造されている。 The turbine blades and the manufacturing method of the turbine blades are known in various ways from widely existing prior art. For example, turbine blades for gas turbines are often manufactured by a casting process. In the case of casting, such turbine blades are integral because at the same time the blade root, platform and blade blades are molded from the cast material. Subsequently, the surface exposed to the hot gas of the turbine further includes a corrosion protection layer and a thermal protection layer in order to increase the durability of the turbine blade. Cast turbine blades are often also hollow so that a medium that cools the blade material can flow therethrough. Steam engine turbine blades are often milled or forged from solids.
定置式ターボ機械において使われるタービン翼は、ターボ機械の駆動時に、予測可能なやり方でも予測不可能なやり方でも、タービン翼を経年劣化させかつ磨滅させる多くの負荷がかかる。 Turbine blades used in stationary turbomachines are subject to many loads that cause the turbine blades to age and wear out in both predictable and unpredictable ways when driving the turbomachine.
詳しく言えば、低サイクル疲労負荷も高サイクル疲労負荷も、および熱機械負荷も生じる。タービン翼はまた、酸化からもクリープからも保護されなくてはならない。前述の負荷は特に、高温ガスあるいは高温蒸気に直接さらされる、タービン翼の表面と部材とに関する。その上固定側でタービン翼は、いわゆる「軸受負荷」と「摩擦負荷」とにさらされている。これらの異なる負荷と要求とを踏まえて、一体的なタービン翼の材料は、タービン翼の予定より早い経年劣化あるいは予定より早い耐久年数終了に至ることなく、すべてでなくてもできるだけ多くの負荷を材料が受容するように、選択されなくてはならない。熱負荷と腐食負荷とに関してたとえば、ガスタービンのタービン翼に、その材料を腐食からも過度の入熱からも保護する層システムを装備することが知られている。 Specifically, both low and high cycle fatigue loads and thermomechanical loads occur. Turbine blades must also be protected from oxidation and creep. The aforementioned loads relate in particular to turbine blade surfaces and components that are directly exposed to hot gases or steam. Moreover, on the fixed side, the turbine blades are exposed to so-called “bearing loads” and “friction loads”. In light of these different loads and requirements, an integral turbine blade material will carry as much as possible, if not all, of the turbine blades without aging earlier than expected or end of service life earlier than planned. It must be chosen so that the material is acceptable. With regard to heat and corrosion loads, for example, it is known to equip turbine blades of gas turbines with a layer system that protects the material from corrosion and excessive heat input.
それにもかかわらず、タービン翼の様々な領域において、ターボ機械の駆動を危うくする亀裂のような摩耗現象が生じ得る。この理由から、予め決められた使用時間の後に、タービン翼のそのような欠陥を調査し、そのような調査結果があれば、該当するタービン翼を交換するかあるいは再び修繕することが知られている。 Nevertheless, wear phenomena such as cracks can occur in various areas of the turbine blade that compromise the drive of the turbomachine. For this reason, it is known to investigate such defects in turbine blades after a pre-determined time of use and to replace or repair the relevant turbine blades if such investigation results are available. Yes.
さらに、翼ブレードとプラットフォームとは別体に製造された部材であり、当該部材はまったく異なる構成あるいは継合接続によって1つのタービン翼に組み立てられている、モジュール式タービン翼が、従来技術から知られている。そのようなモジュール式タービン翼の例は、たとえば特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6、特許文献7に開示されている。一部は異なる材料から成る部材を固定するために、異なる解決法が記述されている。これらは、引張アンカーの張設(特許文献2)から、螺合(特許文献1)あるいはピン止め(特許文献5)を経て、ろう付けもしくは溶接(特許文献6)にまで及ぶ。従って、モジュール式タービン翼はしばしば、構成と製造とにおいて、非常に費用がかかる。 Furthermore, modular turbine blades are known from the prior art, where the blade blades and the platform are manufactured separately, the members being assembled into one turbine blade by a completely different configuration or joint connection. ing. Examples of such modular turbine blades are disclosed in, for example, Patent Literature 1, Patent Literature 2, Patent Literature 3, Patent Literature 4, Patent Literature 5, Patent Literature 6, and Patent Literature 7. Different solutions have been described for fixing parts made of different materials. These range from tension tension anchoring (Patent Document 2) to screwing (Patent Document 1) or pinning (Patent Document 5) to brazing or welding (Patent Document 6). Thus, modular turbine blades are often very expensive to construct and manufacture.
さらなる欠点はたとえば、おそらくモノリシックなタービン翼と比べて耐久年数がより短いことにあり、この耐久年数のより短さは、条件付きでのみ信頼性のある、個々の部材の構成もしくは接合によって生じる。 A further disadvantage, for example, perhaps lies in service life is shorter than a monolithic turbine blades, shorter of the service life is reliable only under certain conditions, caused by the construction or bonding of the individual members.
本発明の課題は、特に容易であるが極めて信頼性のあるやり方で構成され継合されているモジュール式タービン翼を提供することである。 The object of the present invention is to provide a modular turbine blade that is constructed and joined in a particularly easy but extremely reliable manner.
タービン翼に向けられた本課題は、請求項1の特徴に従ったタービン翼によって解決される。 This problem directed to the turbine blade is solved by a turbine blade according to the features of claim 1.
本発明に従えば、タービン翼は、ターボ機械の半径方向に相当するタービン翼の長手軸に沿って直接連続する少なくとも1つのプラットフォームと翼ブレードとを備え、翼ブレードは長手方向に延長部を備え、かつプラットフォームは長手軸に対して半径方向に、外側プラットフォームパーツと少なくとも2つの部分から成る内側プラットフォームパーツとを備え、内側プラットフォームパーツは翼ブレードの延長部に側面で当接し、かつ外側プラットフォームパーツは内側プラットフォームパーツの外側縁辺部を取り巻くエンドレスのプラットフォームフレームとして形成されている。内側プラットフォームパーツの主要部材は、ここではそれぞれ、プラットフォーム要素と呼ばれている。 According to the invention, the turbine blade comprises at least one platform and a blade blade which are directly continuous along the longitudinal axis of the turbine blade corresponding to the radial direction of the turbomachine, the blade blade comprising an extension in the longitudinal direction. And the platform comprises an outer platform part and an inner platform part comprising at least two parts, radially with respect to the longitudinal axis, the inner platform part abutting laterally against the extension of the wing blade, and the outer platform part is It is formed as an endless platform frame that surrounds the outer edge of the inner platform part. The main members of the inner platform parts are each referred to herein as platform elements.
本発明の基になっているのは、タービン翼の別体に製造されたプラットフォーム要素は、これらが側面で、翼ブレードの端面側に長くなった部分つまりいわゆる延長部に当接し、クリップを使って両プラットフォーム要素を翼ブレードの延長部に押圧すれば、特に容易なやり方で、別体に製造された翼ブレードに固定され得るという認識である。たとえば翼ブレードの延長部の吸引側に第1プラットフォーム要素が設けられており、圧縮側に第2プラットフォーム要素が設けられていてよい。クリップは、エンドレスに周回するプラットフォームフレームとして構成されている。プラットフォームフレームの外形が環状でエンドレスであることにより、プラットフォームフレームは締まりばめでプラットフォーム要素を抱持できるので、場合によっては起こり得る損害からプラットフォームフレームを守るさらなる措置がもはや必ずしも必要ではない。 The basis of the present invention is that the platform elements manufactured separately from the turbine blades are in contact with the long side of the blade blade, that is, the so-called extension, using clips. The recognition is that if both platform elements are pressed against the extension of the wing blade, they can be fastened to the separately manufactured wing blade in a particularly easy manner. For example, a first platform element may be provided on the suction side of the extension of the wing blade and a second platform element may be provided on the compression side. The clip is configured as a platform frame that circulates endlessly. Due to the annular and endless shape of the platform frame, the platform frame can hold the platform elements with an interference fit, so that further measures to protect the platform frame from possible damage are no longer necessary.
翼ブレードの延長部は、圧縮側の翼ブレード面と吸引側の翼ブレード面とに対して、段状部を介して引っ込んでいるので、段状部に当接するプラットフォーム要素が、タービン翼の長手軸に対して平行にずれるのは不可能である。 The extension part of the blade blade is retracted through the stepped portion with respect to the blade blade surface on the compression side and the blade blade surface on the suction side. It is impossible to shift parallel to the axis.
プラットフォームフレームは、断面が異なる形状であってよい。しかしながら、内側プラットフォームパーツの縁辺部との形状接続をもたらす形状が好ましい。たとえば断面形状は、ひし形あるいはC字形に形成されていてよい。その際内側プラットフォームパーツの縁辺部は、常に断面形状に対応して実施されている。 The platform frame may have a shape with a different cross section. However, a shape that provides a shape connection with the edge of the inner platform part is preferred. For example, the cross-sectional shape may be formed in a diamond shape or a C shape. In that case, the edge part of the inner platform part is always implemented corresponding to the cross-sectional shape.
本発明に係るタービン翼の特別な利点は、特に2つの異なる材料も、プラットフォーム要素と翼ブレードとプラットフォームフレームとに用いることができることである。そうして付加的に、異なる局所的な負荷に配慮することができ、これによって場合によっては、タービン翼の耐久年数を延ばすことになる。 A particular advantage of the turbine blade according to the invention is that, in particular, two different materials can also be used for the platform elements, blade blades and platform frame. Thus, additionally, different local loads can be taken into account, which in some cases extends the service life of the turbine blades.
本発明に係るタービン翼のさらなる利点は、プラットフォームの外寸に関してより精密なことである。なぜならプラットフォームの外寸は、プラットフォームフレームを製造する場合、純粋にモノリシックなタービン翼を鋳造する場合よりも、容易にもたらされ得るからである。 A further advantage of the turbine blade according to the invention is that it is more precise with respect to the outer dimensions of the platform. This is because the outer dimensions of the platform can be provided more easily when manufacturing the platform frame than when casting purely monolithic turbine blades.
プラットフォームフレームをプラットフォーム要素と長期にわたって接合するために、異なる方法が使用可能である。プラットフォームフレームはエンドレスのフレームとして構成されているので、好適にはプラットフォームフレームを内側プラットフォームパーツの周回する縁辺部に締まりばめさせることが考えられ得る。締まりばめの前に、プラットフォームフレームを加熱および/またはプラットフォーム要素を冷却してよい。プラットフォームフレームとプラットフォーム要素とを組み立て、続いて温度を均等にした後、プラットフォームフレームは内側プラットフォームパーツの周回する縁辺部に固定される。内側プラットフォームパーツの縁辺部とプラットフォームフレームとの接合ラインに沿った点状のろう付けや溶接も可能である。 Different methods can be used to join the platform frame with the platform elements over time. Since the platform frame is configured as an endless frame, it may be conceivable to preferably fit the platform frame to the circumferential edge of the inner platform part. Prior to the interference fit, the platform frame may be heated and / or the platform elements may be cooled. After assembling the platform frame and platform elements and subsequently equalizing the temperature, the platform frame is secured to the circumferential edge of the inner platform part. Dots brazing or welding along the joint line between the edge of the inner platform part and the platform frame is also possible.
特に有利なのは、翼ブレードの延長部の自由端部に襟部が形成されており、当該襟部が段状部とともに、翼ブレードのプロファイルの円周方向にエンドレスの溝を作り、当該溝に内側プラットフォームパーツのプラットフォーム要素が形状接続的に嵌め込まれている様態である。それからプラットフォーム要素は、延長部近傍に、ほぼ溝幅に相当する壁厚を備える。 Particularly advantageous is the fact that a collar is formed at the free end of the extension of the wing blade, which, along with the stepped portion, forms an endless groove in the circumferential direction of the profile of the wing blade, and inside the groove The platform elements of the platform parts are fitted in a shape connection. The platform element is then provided with a wall thickness in the vicinity of the extension approximately corresponding to the groove width.
提案されるタービン翼で特別なことは、プラットフォーム要素が、長手軸に対して垂直な動きによって延長部に当接され、プラットフォームフレームの形状をした、戻り運動に対するその安全要素が、その動きに対して横向きのつまり長手軸に対して平行な動きで、プラットフォーム要素に被せられるということである。その後単に保証されるべきは、プラットフォームフレームのみが、外れないように守られているということである。プラットフォーム要素とプラットフォームフレームとを備えるプラットフォームの、長手軸に対して平行なずれは、本来の翼ブレードと延長部および延長部の襟部との間の段状部によって、同様にブロックされている。 What is special about the proposed turbine blade is that the platform element is abutted against the extension by movement perpendicular to the longitudinal axis, and its safety element against return movement, in the shape of the platform frame, against that movement. In other words, it is placed over the platform element in a sideways or parallel movement with respect to the longitudinal axis. Only then should it be guaranteed that only the platform frame is protected from being removed. The deviation parallel to the longitudinal axis of the platform comprising the platform element and the platform frame is likewise blocked by the step between the original wing blade and the extension and the collar of the extension.
合理的には、内側プラットフォームパーツは2つのプラットフォーム要素を備えるが、より多くのプラットフォーム要素が備わっていてもよい。 Reasonably, the inner platform part comprises two platform elements, but more platform elements may be provided.
本発明に係る構成によって、タービン翼の異なる部材のために異なる材料を用いることが可能になる。それによってたとえば、翼ブレードとプラットフォーム要素とを、冒頭で記述されたような、それぞれの局所的な要求や負荷に合わせられる、異なる材料から製造することができる。プラットフォームフレームも、その目的に最も適した材料から作られていてよい。それによって、異なる合金や鋳造材料が、タービン翼内部で用いられてよい。 The arrangement according to the invention makes it possible to use different materials for different members of the turbine blade. Thereby, for example, the wing blades and the platform elements can be manufactured from different materials that are adapted to the respective local requirements and loads as described at the outset. The platform frame may also be made from a material most suitable for that purpose. Thereby, different alloys and casting materials may be used inside the turbine blade.
タービン翼は、その第1翼ブレード端部にも、当該第1端部に向かい合う第2端部にも、複数のプラットフォーム要素を有する内側プラットフォームパーツと、プラットフォームフレームから形成される外側プラットフォームパーツとを有する前述のプラットフォームが装備されていてよい。この場合翼ブレードは、両端部側に、それぞれ1つの前述の延長部を備える。 The turbine blade includes an inner platform part having a plurality of platform elements at both a first blade blade end and a second end facing the first end, and an outer platform part formed from a platform frame. It may be equipped with the aforementioned platform. In this case, the wing blade is provided with one of the aforementioned extensions on both ends.
さらなる有利な一様態に従えば、複数のプラットフォーム要素が互いに重なり合って連結されていて、および/または翼ブレードを有する1つのプラットフォーム要素もしくは複数のプラットフォーム要素もしくはすべてのプラットフォーム要素がボルトを介して互いに連結されていてよい。たとえば、翼ブレードの延長部を取り巻くプラットフォーム要素が2つしか備わっていないならば、両プラットフォーム要素は、中にボルトが嵌め込まれている互いに向かい合い一直線に並んだ孔を備えてよい。これによって、両プラットフォーム要素間の機械的連結が改善され、個々の部材から組み立てられたタービン翼の強度が高まる。 According to a further advantageous embodiment, the plurality of platform elements are connected to each other in an overlapping manner and / or one platform element or a plurality of platform elements having wing blades or all the platform elements are connected to each other via bolts May have been. For example, if there are only two platform elements surrounding the extension of the wing blade, both platform elements may have oppositely aligned holes in which bolts are fitted. This improves the mechanical connection between the two platform elements and increases the strength of the turbine blades assembled from the individual parts.
さらに、プラットフォーム要素は、長手軸に対して平行に延伸する貫通穴および/または盲穴を備えてよく、延長部の襟部を通って延伸する開口部にも入っているボルトが、当該穴の中に嵌め込まれている。翼ブレードの延長部を、プラットフォーム要素とこのようにボルト固定すれば、プラットフォームフレームがなくても、プラットフォーム要素が翼ブレードから外れるのを防ぐ。組立てが簡単になるほかに、この処置は、プラットフォームフレームに裂け目ができるかまたはそれどころか裂けてしまうようなあり得ない場合でも、タービン翼の強度とタービン翼の駆動安全性とを高める。 Further, the platform element may comprise a through hole and / or a blind hole that extends parallel to the longitudinal axis, and a bolt that is also in an opening extending through the collar of the extension, It is inserted inside. Bolting the wing blade extension with the platform element in this way prevents the platform element from detaching from the wing blade without the platform frame. Besides being easy to assemble, this procedure increases the strength of the turbine blade and the driving safety of the turbine blade, even if the platform frame is not likely to rip or even tear.
プラットフォームフレームが内側プラットフォームパーツからずれるのを防ぐために、内側プラットフォームパーツと外側プラットフォームパーツとは、溝・バネ結合を介して連結されていてよい。 In order to prevent the platform frame from shifting from the inner platform part, the inner platform part and the outer platform part may be connected via a groove-spring connection.
第1の有利な様態に従えば、プラットフォームフレームは、平面で内側プラットフォームパーツに当接し、接触面は少なくとも部分的に、0度よりも大きく90度よりも小さい角度を長手軸とともに成す。このような配置は、少なくとも1つの方向で、プラットフォームフレームが長手軸に沿って平行にずれるのを防ぎ、このことは特に、本発明をタービン動翼で用いる際に有利である。この場合、ターボ機械の駆動中にプラットフォームフレームに作用する遠心力は、長手軸に対して傾斜している接触面による形状接続によって、内側プラットフォームパーツに伝達される。これによって、遠心力によるプラットフォームフレームの損傷を確実に防ぐ。 According to a first advantageous embodiment, the platform frame abuts the inner platform part in a plane and the contact surface forms at least partly with the longitudinal axis at an angle greater than 0 degrees and less than 90 degrees. Such an arrangement prevents the platform frame from shifting parallel along the longitudinal axis in at least one direction, which is particularly advantageous when the present invention is used with turbine blades. In this case, the centrifugal force acting on the platform frame during driving of the turbomachine is transmitted to the inner platform part by a geometric connection by means of a contact surface inclined with respect to the longitudinal axis. This ensures that the platform frame is not damaged by centrifugal force.
好適には、この角度は15度から35度の大きさであり、たとえばこの角度は20度である。 Preferably, this angle is between 15 and 35 degrees, for example, this angle is 20 degrees.
さらなる有利な一様態に従えば、プラットフォームフレームは、側面が外側に向いている少なくとも1つの面に、シール要素を受容するためのスリットを備える。そのような構造がもたらす利点は、プラットフォーム縁辺部にあるスリットが、その中にある板状のシール要素によって摩耗した際に、ここで提供された発明によって、駆動で酷使されたそのようなタービン翼を再び手入れできる容易かつ信頼できる可能性があるということである。その上、そのようなスリットは、純粋にモノリシックなタービン翼の場合よりも費用をかけずに製造できる。 According to a further advantageous embodiment, the platform frame comprises a slit for receiving a sealing element on at least one side whose side faces outwards. The advantage provided by such a structure is that such a turbine blade that has been overworked by the drive according to the invention provided herein when the slits at the platform edge are worn by the plate-like sealing elements therein. There is an easy and reliable possibility that it can be maintained again. Moreover, such slits can be manufactured less expensive than in the case of purely monolithic turbine blades.
合理的には、タービン翼は、静翼としても動翼としても形成されていてよい。 Reasonably, the turbine blades may be formed as either stationary blades or moving blades.
内側プラットフォームパーツと、当該内側プラットフォームパーツを取り巻くエンドレスのプラットフォームフレームの形状をした外側プラットフォームパーツとを有するタービン翼を、高温での適用時にも使うことができるようにするために、内側プラットフォームパーツとプラットフォームフレームとが、コーティングプロセスにおいてコーティングされれば有利である。それによって、シームレスの保護層が、両プラットフォームパーツに塗布され得る。 To enable a turbine blade having an inner platform part and an outer platform part in the shape of an endless platform frame surrounding the inner platform part to be used even at high temperatures, the inner platform part and the platform It is advantageous if the frame is coated in a coating process. Thereby, a seamless protective layer can be applied to both platform parts.
前述の発明は、以下において図の記述に基づいて、さらに説明される。本発明のさらなる利点と特徴とは、表わされる実施例に基づいてもたらされる。図に示されるのは以下である。 The foregoing invention is further explained below based on the description of the figures. Further advantages and features of the present invention result from the examples represented. The following is shown in the figure.
すべての図において、同一の特徴は、同一の符号が付けられている。 In all the figures, the same features have the same reference numerals.
図1において、タービン翼10の一部が、分解図で表わされている。タービン翼10はモジュール式に構成されており、それによってこの実施例に従えば、別体に製造された部材として、翼ブレード12と2つのプラットフォーム要素14、16とプラットフォームフレーム18とこれらの部材を互いに接合する複数のボルト20とを備える。さらにタービン翼10は、バーチャルの長手軸11を備える。
In FIG. 1, a part of the
翼ブレード12は空気力学的に湾曲しており、既知の手法に従って、圧縮側22と吸引側24とを備える。圧縮側22と吸引側24とは、前縁部23と後縁部25とで互いに接合している。ターボ機械内部での規定通りの使用において、作動媒体は、前縁部23から後縁部25へと流れる。
The
図1に表わされた翼ブレード12の上端部には、翼ブレード12のプロファイルと一体的に形成されている延長部26が備えられている。延長部26は側面で、圧縮側22と吸引側24とに類似して空気力学的に湾曲している。しかしながら、延長部26はそのプロファイル寸法が、翼ブレードの壁22、24によって設定される翼ブレード12のプロファイルよりもずっと小さく形成されているので、延長部は段状部28を介して翼ブレード12に接続する。延長部26はその自由端部30に、襟部32を備える。この襟部32は、長手軸11を横切ってプロファイルの周回全体に沿って延伸し、それゆえ当該襟部32は、段状部28とともに、周回溝34を形成する。
An
表わされた実施例において、延長部26の襟部32に、吸引側にも圧縮側にも、溝34の側壁面の1つに通じるそれぞれ3つの貫通穴36が備えられている。延長部26の側面に2つのプラットフォーム要素14、16が位置しており、より多数のプラットフォーム要素が備わっていてもよい。
In the illustrated embodiment, the
プラットフォーム要素14、16は、ほぼ溝34の幅に相当するプラットフォーム材料厚を備える。プラットフォーム要素14、16は、前縁部23の上流もしくは後縁部25の下流に、中に部分的にボルト20が嵌め込まれているそれぞれ1つまたは複数の盲穴38を備える。盲穴38の配向は、一方では長手軸11に対して垂直に選択され、他方では、ボルトが嵌め込まれると、両プラットフォーム要素14、16が溝34に嵌まって延長部26に当接するまで、両プラットフォーム要素14、16を互いに押しずらして閉めることができるように、選択されている。その上、プラットフォーム要素14、16は、以下において背面側40と呼ばれる、作動媒体に背向する側に、盲穴42を備え、当該盲穴42は、プラットフォーム要素14、16が溝34に嵌まった後に、襟部32の該当する貫通穴36と一直線に並ぶ。その後ピン状のボルトが、互いに一直線に並ぶ穴36、42に挿入されてよく、それによってプラットフォーム要素14、16は、初めて翼ブレード12と固定されて接合される。
続いて、プラットフォームフレーム18が、両プラットフォーム要素14、16を抱持するまで、タービン翼10の長手軸11に対して平行にずらされる。その際、プラットフォームフレーム18の締まりばめが好ましい。抱持することによって、両プラットフォーム要素14、16は、一方では互いに堅固に押し付けられ、他方では溝34の中に押し付けられるので、両プラットフォーム要素14、16は、生じた形状接続によって、もはや長手軸11に沿ってずれることができない。両プラットフォーム要素14、16はそれから、タービン翼10の内側プラットフォームパーツ13を形成し、プラットフォームフレーム18は、タービン翼10の外側プラットフォームパーツ15を形成する。内側プラットフォームパーツ13と外側プラットフォームパーツ15とは、プラットフォーム17を形成する(図2)。
Subsequently, the
プラットフォームフレーム18が両プラットフォーム要素14、16から外れるのを防ぐために、内側プラットフォームパーツ13の2つの長手縁部41とプラットフォームフレーム18の長手支持部材46とに、それぞれ1つの溝・バネ結合が形成されている。図1において、長手支持部材46の内側に、それに属するバネ48が表わされており、プラットフォーム要素14の長手縁部に、それに属する溝50が表わされている。当然ながら、それに加えてまたはその代わりに、横手縁部もしくは横手支持部材にそれぞれ1つの溝・バネ結合が備わっていてよい。
In order to prevent the
タービン翼10をタービン静翼支持体に挿入し、そこに固定するために、プラットフォーム要素14、16の背面側40には、流入側にも流出側にも、1つもしくは複数の鉤形部52が備わっている。それに従って、図1に表わされたタービン翼10は、静翼として形成されている。
For inserting and securing the
タービン翼10が動翼として形成されている場合は、固定のために備えられた、タービン翼10の手段は、好適にはモノリシックに延長部26に形成されているので、翼根と呼ばれる手段は、延長部26および翼ブレード12と一体的に接合されている。プラットフォーム要素14、16のための周回溝34は、動翼の場合でも備わっている。
If the
図2は、組み立てられた最終状態の図1に記載のタービン翼10の部分斜視断面図を概略的に示している。しかしながら、図2においては、襟部32に設けられた穴もその中にあるボルトも表わされていない。これに対して、図3の斜視図に従えば、内側プラットフォームパーツ13を圧縮側のプラットフォーム要素14と吸引側のプラットフォーム要素16とに分解することが認識できる。
FIG. 2 schematically shows a partial perspective sectional view of the
図1、図2、図3で表わされたタービン翼では、軸流ターボ機械内部での駆動位置において半径方向外側に、ひいては翼ブレード12の根元側に位置するプラットフォーム17が、本発明に従って構成されている。これに対して、図4は、ヘッド側端部55を有するタービン翼10を示しており、当該ヘッド側端部55は、根元側端部に類似したやり方で、2つのプラットフォーム要素14、16とプラットフォームフレーム18とを備えるモジュール式プラットフォーム17を備えてよい。ここではヘッド側端部55は、作動媒体に背向するプラットフォーム17の側に関してのみ、根元側端部と異なる。ふつうは、定置式ガスタービンで用いられるタービン静翼10では、ヘッド側端部55には、いわゆるUリングが取り付けられており、当該Uリングは、リング内に設けられた静翼をヘッド側で互いに連結し、接合する。付加的に図4において、プラットフォームフレーム18の、側面が外側に向いている面53にあるスリット54が示されている。スリット54は、板状のシール要素を受容するのに使われ、当該シール要素は、互いに隣り合う静翼の間で、それらの間にある間隙を密閉するために備わっていてよい。
In the turbine blade represented in FIGS. 1, 2 and 3, a
全体として本発明は、タービン翼10の長手軸11に沿って連続する翼ブレード12とそれにモジュール式になっているプラットフォーム17とを備えるタービン翼10に関する。その際、一方では構成が特に容易で単純であり、他方では特に信頼性をもって長寿命で持続的に個々の部材を互いに接合することを保証する、モジュール式のタービン翼10を示すために提案されるのは、翼ブレード12は延長部26を備え、かつプラットフォーム17は外側プラットフォームパーツ15と少なくとも2つの部分から成る、長手軸11に対して半径方向に内側のプラットフォームパーツ13とを備え、これらのプラットフォームパーツ13、15は翼ブレード12の延長部26に側面で当接し、外側プラットフォームパーツ15は、内側プラットフォームパーツ13の外側縁辺部を取り巻くエンドレスのプラットフォームフレーム18として形成されているということである。
In general, the present invention relates to a
10 タービン翼
11 長手軸
12 翼ブレード
13 内側プラットフォームパーツ
14 プラットフォーム要素
15 外側プラットフォームパーツ
16 プラットフォーム要素
17 プラットフォーム
18 プラットフォームフレーム
20 ボルト
22 圧縮側
23 前縁部
24 吸引側
25 後縁部
26 延長部
28 段状部
30 自由端部
32 襟部
34 溝
36 貫通穴
38 盲穴
40 背面側
41 長手縁部
42 盲穴
46 長手支持部材
48 バネ
50 溝
52 鉤形部
53 側面が外側に向いている面
54 スリット
55 ヘッド側端部
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記翼ブレード(12)は長手方向に延長部(26)を備え、
かつ前記プラットフォーム(17)は前記長手軸(11)に対して半径方向に、外側プラットフォームパーツ(15)と、少なくとも2つのプラットフォーム要素(14、16)を有する内側プラットフォームパーツ(13)と、を備え、そのプラットフォーム要素(14、16)は前記翼ブレード(12)の前記延長部(26)に側面で当接し、前記外側プラットフォームパーツ(15)は前記内側プラットフォームパーツ(13)の外側縁辺部を取り巻くエンドレスのプラットフォームフレーム(18)として形成されていることを特徴とするタービン翼(10)。 In a turbine blade (10) having a platform (17) and blade blades (12) continuous along the longitudinal axis (11) of the turbine blade (10),
The wing blade (12) is provided with an extension (26) in the longitudinal direction;
And the platform (17) comprises an outer platform part (15) and an inner platform part (13) having at least two platform elements (14, 16) in a radial direction relative to the longitudinal axis (11). The platform element (14, 16) abuts the extension (26) of the wing blade (12) at the side and the outer platform part (15) surrounds the outer edge of the inner platform part (13). Turbine blade (10) characterized in that it is formed as an endless platform frame (18).
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