JP2016089832A - 縁部防護部材を備えるロータブレード - Google Patents

Abstract

【課題】非可撓性のシースを単体部品としてブレードの湾曲した縁部に嵌め合わせるブレードシースを提供する。
【解決手段】縁部７の周りに形成され、第１の内面１４，２４を有しており、しかも、長手方向平面内でヘッド部分２０から離れる方向に、第１の内面１４，２４に対して接線方向に投影された第１の接線方向ベクトル１８が、回転軸線２に対して、シース１０の半径方向高さにわたって不変の第１の角度１６を形成すると同時に、シース１０の第２の内面１４，２４のあらゆる点からヘッド部分２０に向かう方向で接線方向に投影された第２の接線方向ベクトル２８が、第１の接線方向ベクトル１８，２８と交差しているシース１０により達成される。
【選択図】図２

Description

本開示は全般にわたり、ロータブレードの縁部防護部材の形成に関し、複合材料ブレードに適用され、より具体的には３次元成形されたブレード前縁とブレード後縁とを防護するために適用される縁部防護部材を包含する。

蒸気タービンでは、回転ブレードの前縁が水滴に晒されることがあり、特にブレードが複合材料等の材料から製造されている場合には、水滴により前縁がエロージョンの影響を受けやすくなる。このため、エロージョン耐性を向上させる材料で、縁部を被覆することが知られている。例えば米国特許第７８９６２２１号明細書には、エロージョン耐性が向上されたブレード翼の一部を提供する製造法が記載されている。このことは、チタン元素及びβ安定化材料の使用により達成される。チタン元素とβ安定化材料とは、β安定化材料がチタン元素に隣接するように組み合わされる。加熱されると、β安定化材料が隣接するチタン元素部分に拡散して、エロージョン耐性の向上をもたらすβ微細構造を有する１つ以上の元素の隣接部分を生ぜしめる。この解決手段は、エロージョン耐性を有するブレード縁部を形成するために、多数の元素の組合せを必要とする。

米国特許第５７８２６０７号明細書には、プロペラブレードの前縁の防護シース部分を形成する交換可能なセラミックインサートを用いて防護シースを提供する別の方法が記載されている。防護シースのメンテナンスや修理を容易にするために、シースは接着剤、ねじ、又はピン等の固定手段によって所定の位置に保持される。

特に周方向に湾曲した縁部を有するタービンブレードに関して、前記各解決手段は、縁部シースが互いに結合された複数の比較的小さな部品から成っている、ということを必要とする。

米国特許第７８９６２２１号明細書 米国特許第５７８２６０７号明細書

非可撓性のシースを単体部品としてブレードの湾曲した縁部に嵌め合わせる方法に関する課題を克服するように形成された、湾曲した縁部に嵌め合わされるブレードシースを提供する。

本開示は前記課題に、独立請求項に記載の特徴で以て対処しようとするものである。有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

本開示は、炭素繊維強化ポリマ又はエロージョンの影響を受けやすい他の材料から成っていてよいコアボデーを有するブレードに、一体の前縁又は後縁を設けるという、一般的な思想に基づいている。前縁／後縁取付け部の１つの特徴は、前縁／後縁とコアボデーとの間の界面の内側形状に関する幾何学形状にある。この幾何学形状は、シースがこのシースの半径方向高さにわたって同じ取付け方向を有するようになっており、直線的な、又は湾曲した軌跡であってよい。このことは、前縁又は後縁のいずれかを形成するようにコアの一部を被覆するシースが、被覆縁部の湾曲にも関わらず、シースがコアに対して一定の取付け角度を有するように形成されることよって達成される。

この構成の利点は、これにより一体の部品をブレードコアに取り付けることが可能になり、その結果、部品脱落のリスクが低下し、より高い製造精度及び界面強度の信頼性が得られると共に、取付け易さが向上して、ガイド工具が使えるようになることで、直線に沿った取付けが可能になる。

１つの一般的な態様には、ブレードがその周りを回転する回転軸線と、第１及び第２の表面とを有する回転ブレードが含まれる。ブレードは、第１の表面と第２の表面との、半径方向に見た合流点によって画定される縁部も有しており、この縁部は周方向に湾曲している。縁部の周りに形成されるシースは、シースの半径方向の両先端部間に、所定の半径方向高さを有しており、更に、ブレードの縁部を被覆するヘッド部分を有している。シースの半径方向高さは、ブレードの縁部の半径方向高さ全体にわたって延在しているか、又はブレードの縁部の部分的な半径方向高さにわたって延在していてよい。回転ブレードの第１の表面に沿ってヘッド部分から突出した第１の部分は、第１の内面を有しており、第１の内面は、回転軸線から一定の間隔を置いた断面として規定される周方向断面から見ると、半径方向高さのあらゆる点において実質的に直線的であり、これにより長手方向平面内でヘッド部分から離れる方向で、第１の内面に対して接線方向に投影された第１の接線方向ベクトルが、半径方向高さにわたって不変の、回転軸線に対する第１の角度を形成することになる。回転ブレードの第２の表面に沿ってヘッド部分から突出した第２の部分は、第２の内面を有しており、第２の内面のあらゆる点から接線方向に投影された第２の接線方向ベクトルは、第１の接線方向ベクトルから、第２の部分のヘッド部分からの延在方向に拡開している。

別の態様には、以下の１つ以上の特徴が含まれていてよい。第１の内面は、周方向断面で見ると、半径方向高さのあらゆる点において実質的に直線的である。回転ブレード縁部は、前縁である。第１の表面はブレードの正圧面であり、第２の表面はブレードの負圧面である。

本発明の別の課題は、従来技術の不都合及び欠点を克服すること、又は少なくとも改良すること、或いは有用な代替手段を提供することにある。

本開示の別の態様及び利点は、本発明の実施形態例を例示する添付の図面に関連して、以下の説明から明らかになる。

以下に例として、本開示の１つの実施形態を、添付図面を参照してより詳細に説明する。

本開示の実施形態の一例によるブレードを上から見た図である。 図１に示したブレードの一部を断面して上から見た図であって、ブレードの回転軸線に対する、シースの一例の内面の角度合わせを示したものである。 図１に示したブレードの側面図である。 図３に示した複数の部分的な軸方向断面を、それぞれ上から見た図である。

本開示の実施形態例を、それぞれ図面を参照して説明する。全体を通じて、同じ部材を参照するためには、同じ符号が用いられる。以下の記載では、説明の目的で多数の具体的な明細が、本開示を完全に理解するために挙げられている。しかしながら、本開示は、これらの具体的な明細無しでも実施され得るものであり且つここに記載された実施形態例に限定されるものではない。

図１に示した実施形態の一例は、回転ブレードであって、回転軸線２を中心として回転するように形成され且つ配置されており、半径方向に長手方向平面を形成している。ブレードは、前縁７と、後縁８と、正圧面５と、負圧面６とを有している。前縁７は、半径方向高さ３において、回転軸線２に対して周方向４に湾曲しており、且つ付加的に、ブレードのコア１１の一部をカバーすると共に、前縁７の少なくとも一部を形成するシース１０を有している。

実施形態の一例（図示せず）では、ブレードは、ブレードのコア１１の一部をカバーすると共に、ブレードの湾曲した後縁８の少なくとも一部を形成するシース１０を有しており、この場合、前記湾曲は、ブレードの半径方向高さ３において周方向４に施されている。

縁部７，８に対するシース１０の結合を補助するためには、シース１０と、ブレード本体との間の接触表面積を増大させることが有利である。このことは、それぞれブレードのヘッド部分２０から突出していて、負圧面６と正圧面５の部分をそれぞれ形成する負圧部分２２と正圧部分１２とを有するシース１０により達成される。エロージョン防護は主にブレードの負圧面において必要とされているが、正圧面５におけるシース１０の接触表面積を最大化することにより、シース１０とブレード本体との間の付着面が最大になり、付着面は、コア１１の一部を挿入可能に形成されたキャビティを互いの間に形成する正圧部分１２の内面と、負圧部分２２の内面とによって増大される。

図２に示すように、シース１０は、ブレードの縁部７，８の領域部分を形成することにより、周方向に湾曲したブレードの縁領域内のエロージョンからブレード本体を防護するように形成されている。

図２に示した実施形態の一例では、シース１０を単体部品として、湾曲した縁部７に嵌め合わせることができるようにするために、シース１０は、シース１０の半径方向高さ３にわたり、コア１１に対して一定の取付け角度を有するように構成されている。１つの実施形態例において、このことは、ブレードの如何なる周方向断面においても、正圧内面１４の全ての点の接線方向ベクトル１８が、回転軸線２に対して第１の角度１６を成すように、シース１０の正圧部分１２の正圧内面１４が形成されていることにより達成される。この第１の角度１６は、シース１０の半径方向高さ３にわたり不変である。つまり、第１の角度１６は、シース１０の半径方向高さ３全体にわたって同一である。正圧内面１４が各周方向断面内に平らな平面を形成している場合に、第１の角度１６が取付け角度１６となり、その結果、コア１１に対するシース１０の取付け方向を決定する。第１の角度１６を確定した結果、図４に見られるように、正圧部分１２の長さは、回転軸線２に対する正圧面５の角度変化をもたらすブレードの湾曲に基づき、半径方向高さ３と共に変化することになる。

更に、縁部７，８の湾曲にも関わらず、一定の取付け角度を可能にするために、負圧内面２４は、ヘッド部分２０から正圧内面１４に対して平行に、又は正圧内面１４から拡開するように延びている。拡開している場合には、負圧内面２４に対する接線方向ベクトル２８が、正圧内面１４の接線１８に対して第２の角度２６を形成する。この実施形態では、負圧内面は直線的であるか、又は湾曲していてよい。

２つの接線１８，２８の間に収束点が全く存在せず、且つ正圧内面１４又は負圧内面２４のいずれかに、一定の角度１６が形成されている限り、シース１０の半径方向高さ３全体にわたって一定の取付け方向を有することが可能であり、これにより、隆起した非可撓性のシース１０を単体部品として、ブレードの湾曲した縁部に嵌め合わせることができるようになっている。

本開示を図示して説明してきたが、これは最も実用的な実施形態例であり、本開示は、他の特定の形態で実施されてよい。例えば、図示の実施形態ではブレードの前縁にシース１０が適用されているが、本発明は、説明した実施形態例を用いて、ブレードの後縁にも同様に適用され得る。択一的に、実施形態例では正圧内面１４が一定の第１の角度１６を有しているが、正圧内面１４に代わり、又はむしろ正圧内面１４に加え、負圧内面２４が一定の角度を有していてよい。更に、正圧内面１４は、各周方向横断面において直線的に示されているが、正圧内面１４の一点が取付け角度１６を決定する、外側に向かって開いた内面を有する正圧内面１４を設けることが可能である。よって、説明した各実施形態は、全ての点において例示的図解であり、限定的なものではないと理解される。本開示の範囲は、上述した説明よりもむしろ添付請求項によって示されており、意味及び範囲及び均等におけるあらゆる変更が含まれることを意図したものである。

２ 回転軸線、 ３ 半径方向高さ、 ４ 周方向、 ５ 正圧面、 ６ 負圧面、 ７ 前縁、 ８ 後縁、 １０ シース、 １１ コア、 １２ 正圧部分、 １４ 正圧内面、 １６ （正圧内面に対する）第１の角度、取付け角度、 １８ （正圧内面に対する）接線方向ベクトル、 ２０ ヘッド部分、 ２２ 負圧部分、 ２４ 負圧内面、 ２６ 第２の角度、 ２８ （負圧内面に対する）接線方向ベクトル

Claims (6)

1. 回転ブレードであって、
   回転軸線に対して同心的な周方向を規定する回転軸線（２）と、
   第１の表面（５）と、
   該第１の表面（５）に正反対に向かい合った第２の表面（６）と、
   半径方向に見た、前記第１の表面（５）と前記第２の表面（６）との間の接合点により画定される、湾曲した縁部（７）であって、該湾曲した縁部（７）は、半径方向から周方向（４）に湾曲している、湾曲した縁部（７）と、
   当該回転ブレードの基本形状を決定するコア（１１）と、
   該コア（１１）の一部を、前記第１の表面（５）と、前記第２の表面（６）と、前記湾曲した縁部（７）の一部を形成するように被覆するシース（１０）と、を有しており、
   該シース（１０）は、
   第１の半径方向端部と、
   該第１の半径方向端部から半径方向遠位の第２の半径方向端部と、
   前記第１の半径方向端部と前記第２の半径方向端部との間の前記湾曲した縁部（７）の領域を形成するヘッド部分（２０）と、
   前記第１の表面（５）の一部を形成するように前記ヘッド部分（２０）から延び、且つ前記コア（１１）に面した第１の内面（１４）を有する第１の部分（１２）と、
   前記第２の表面（６）の一部を形成するように前記ヘッド部分（２０）から延び、且つ前記コア（１１）に面した第２の内面（２４）を有する第２の部分（１２，２２）と、を有するものにおいて、
   前記第１の表面（５）と前記第２の表面（６）とは、前記シース（１０）が、該シース（１０）の半径方向高さにわたり、前記コア（１１）に対して一定の取付け角度（１６）を有するように、互いに方向付けられていることを特徴とする、回転ブレード。
2. 前記回転軸線（２）は、該回転軸線（２）から半径方向に延在する長手方向平面を規定しており、前記第１の内面（１４）は、あらゆる周方向断面において一定の第１の接線方向ベクトル（１８）、即ち前記第１の内面（１４）が前記長手方向平面に対して一定の第１の角度（１６）を形成するようになっていると同時に、同じ周方向横断面で見た前記ヘッド部分（２０）からの前記第２の内面（２４）の延在部において、該第２の内面（２４）は一定に保たれ且つ／又は前記第１の内面（１４）から拡開している結果、取付け方向が一定になっている、請求項１記載の回転ブレード。
3. 前記第１の内面（１４，２４）は、前記第１の半径方向端部と前記第２の半径方向端部との間のあらゆる周方向断面において、実質的に直線的である、請求項１記載の回転ブレード。
4. 前記湾曲した縁部（７，８）は、前縁（７）である、請求項１記載の回転ブレード。
5. 前記第１の表面（５）は、前記ブレードの正圧面（５）であり、前記第２の表面（６）は、前記ブレードの負圧面（６）である、請求項１記載の回転ブレード。
6. 前記第１の表面（６）は、前記ブレードの負圧面（６）であり、前記第２の表面（５）は、前記回転ブレードの正圧面（５）である、請求項１記載の回転ブレード。

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