JP2022063258A

JP2022063258A - デュアル部分スパンシュラウドおよび空気力学的特徴部を備えたタービンバケット

Info

Publication number: JP2022063258A
Application number: JP2021166898A
Authority: JP
Inventors: ウォンドラセク・マイケル; Wondrasek Michael
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2020-10-09
Filing date: 2021-10-11
Publication date: 2022-04-21
Also published as: CN114320481A; EP3981952A1; US11808168B2; US20220112814A1

Abstract

【課題】振動減衰の改善および／またはクリープ寿命の改善を通じて性能が強化されたバケットを提供する。【解決手段】バケット２２０はまた、ダブテール２３４と、翼形部２２４と、翼形部２２４とダブテール２３４との間に配置されたプラットフォーム２３６とを含む。翼形部２２４は、前縁と後縁２２６、２２８との間に延びる正圧側壁および反対側の負圧側壁を含む。半径方向内側の部分スパンシュラウド２３８、２４０および半径方向外側の部分スパンシュラウド２４２、２４４は、各々が前縁から一定の距離だけ、かつ後縁から一定の距離だけ間隔を置いて配置されるように、翼形部２２４から外側に延びる。翼形部２２４およびダブテール２３４の少なくとも１つは、バケット２２０のモード形状の調整を容易にする少なくとも１つの内部空気力学的特徴部を含む。【選択図】図２

Description

本開示の分野は、一般に、回転機械に関し、より詳細には、回転機械と共に使用されるバケットに関する。

少なくともいくつかの既知の回転機械は、ロータシャフトに結合された少なくとも１つのロータアセンブリを含む。ロータアセンブリは、回転機械を通る流路の一部を画定する固定ケーシングに向かって半径方向外側に延びる複数の円周方向に間隔を置いて配置されたブレードまたはバケットを含む。複数の固定ベーンが、固定ベーンが流路内に半径方向内側に延びるように、円周方向アレイでケーシングに結合される。固定ベーンおよび回転バケットは、ベーンの列およびブレードまたはバケットのすぐ下流の列が回転機械の「段」を形成するように、交互の列に配置される。ベーンは、バケットが流れからエネルギーを抽出するバケットの下流列に向かって流れを導き、それによってロータおよび／または取り付けられた負荷、例えば、発電機を駆動するために必要な電力を発生させる。例えば、限定はしないが、ロータアセンブリは、蒸気タービンの一部、またはガスタービンエンジンの圧縮機またはタービンセクションの一部であり得る。

少なくともいくつかの既知のブレードまたはバケットは、高速で回転するときに振動および／または軸方向のねじれを受ける可能性がある。例えば、少なくともいくつかの既知のバケットは、非一体型の振動に関連し得る非同期振動、または回転機械の動作中のバフェッティングに特に影響を受けやすい場合がある。そのようなブレードの動作ライフサイクルは、回転機械の動作中に誘発される振動応力に起因する疲労によって少なくとも部分的に制限される可能性がある。

振動応力の影響を低減することを容易にするために、いくつかの段における少なくともいくつかのブレードまたはバケットは、翼形部の先端セクションと根元セクションとの間で、各翼形部の正圧側および負圧側に沿って延びる部分スパンシュラウドを含み得る。隣接するブレードは互いに接触し、ロータの動作中に部分スパンシュラウドに沿ってスライドする。そのようなシュラウドは隣接するブレード間の結合を強化するが、シュラウドは、ブレードの形状およびサイズに応じて限られた利点しか提供しないことがある。その結果、他の既知のブレードは、翼形部の全体の重量を低減する中空の先端空洞で製作される。あるいは、他の既知のブレードは、ブレード先端部分またはブレードダブテール部分のいずれかに形成された一連の穴で製作される。そのような翼形部の質量の低減は、ロータの動作中にそのようなブレードに誘発される力を減少させるが、重量を低減してブレードを形成する利点は、負荷要件、ならびに／または機械的および／もしくは空力機械的性能の制限に応じて制限され得る。そのため、振動減衰の改善および／またはクリープ寿命の改善を通じて性能が強化されたバケット設計が必要である。

一態様では、回転機械と共に使用するためのバケットが提供される。バケットは、ダブテールと、翼形部と、一対の半径方向内側の部分スパンシュラウドと、一対の半径方向外側の部分スパンシュラウドと、翼形部とダブテールとの間に延びるプラットフォームとを含む。翼形部は、プラットフォームから先端に半径方向外側に延びる。翼形部は、正圧側、および反対側の負圧側を含む。正圧側および負圧側は各々、前縁から後縁に延びる。第１の前記半径方向内側の部分スパンシュラウドは、プラットフォームの上の第１の半径方向高さで翼形部負圧側から外側に延びる。第２の半径方向内側の部分スパンシュラウドは、プラットフォームの上の第１の半径方向高さで翼形部正圧側から外側に延びる。第１の半径方向外側の部分スパンシュラウドは、プラットフォームの上の第２の半径方向高さで翼形部負圧側から外側に延びる。第２の半径方向外側の部分スパンシュラウドは、プラットフォームの上の第２の半径方向高さで翼形部正圧側から外側に延び、第２の半径方向高さは、第１の半径方向高さよりも大きい。一対の半径方向内側の部分スパンシュラウドおよび一対の半径方向外側の部分スパンシュラウドの各々は、翼形部の前縁と後縁との間で部分的にのみ延びる。翼形部はまた、モード形状の調整を容易にする少なくとも１つの内部空気力学的特徴部を含む。

別の態様では、タービンと共に使用するためのロータホイールが提供される。ロータホイールは、ロータホイールの外周の周りに円周方向に間隔を置いて配置されたバケットの列と、一対の半径方向内側の部分スパンシュラウドと、一対の半径方向外側の部分スパンシュラウドとを含む。バケットの各々は、バケットの各々をロータホイールに結合するのに使用するためのダブテールを含む。バケットの各々はまた、翼形部と、翼形部とダブテールとの間に延びるプラットフォームとを含む。翼形部は、前縁および後縁に沿った正圧側および正圧側に結合された反対側の負圧側を含む。一対の半径方向内側の部分スパンシュラウドは、半径方向内側の部分スパンシュラウドの各々が前縁から一定の距離だけ、かつ翼形部後縁から一定の距離だけ間隔を置いて配置されるように、鏡像配向で翼形部から外側に延びる。一対の半径方向外側の部分スパンシュラウドは、半径方向外側の部分スパンシュラウドの各々が翼形部前縁から一定の距離だけ、かつ翼形部後縁から一定の距離だけ間隔を置いて配置されるように、また一対の半径方向内側の部分スパンシュラウドが一対の半径方向外側の部分スパンシュラウドとプラットフォームとの間にあるように、鏡像配向で翼形部から外側に延びる。翼形部およびダブテールの少なくとも１つは、バケットの各々のモード形状の調整を容易にする少なくとも１つの空気力学的特徴部を含む。

さらなる態様では、タービンバケットが提供される。タービンバケットは、バケットをタービンに結合するのに使用するためのダブテールと、翼形部と、一対の半径方向内側の部分スパンシュラウドと、一対の半径方向外側の部分スパンシュラウドと、翼形部とダブテールとの間に延びるプラットフォームとを含む。翼形部は、プラットフォームから先端に半径方向外側に延びる。翼形部は、前縁および後縁に沿って共に結合された正圧側および反対側の負圧側を含む。一対の半径方向内側の部分スパンシュラウドは、半径方向内側の部分スパンシュラウドの各々の前縁が翼形部前縁から一定の距離だけ間隔を置いて配置されるように、また半径方向内側の部分スパンシュラウドの各々の後縁が翼形部後縁から一定の距離にあるように、翼形部から外側に延びる。一対の半径方向外側の部分スパンシュラウドは、半径方向外側の部分スパンシュラウドの各々の前縁が翼形部前縁から一定の距離だけ間隔を置いて配置されるように、また半径方向外側の部分スパンシュラウドの各々の後縁が翼形部後縁から一定の距離だけ間隔を置いて配置されるように、翼形部から外側に延びる。一対の半径方向内側の部分スパンシュラウドは、一対の半径方向外側の部分スパンシュラウドとプラットフォームとの間にある。翼形部は、翼形部の先端からダブテールに向かって延びる先端止まり穴、および半径方向外側の部分スパンシュラウドと翼形部先端との間で翼形部内に形成された少なくとも１つの中空先端空洞の少なくとも１つをさらに含む。

例示的な回転機械の概略図である。図１に示す回転機械と共に使用され得る例示的なバケットの正面図である。図２に示され、バケットについての例示的な内部構成を示すバケットの側面立面図である。

本明細書に記載の実施形態は、既知の回転構成要素の欠点の少なくともいくつかを克服する。実施形態は、ダブテールと、翼形部と、一対の半径方向内側の部分スパンシュラウドと、一対の半径方向外側の部分スパンシュラウドと、翼形部とダブテールとの間に延びるプラットフォームとを含む、回転構成要素を含む。翼形部は、プラットフォームから先端に半径方向外側に延びる。翼形部は、正圧側、および反対側の負圧側を含む。正圧側および負圧側は各々、前縁から後縁に延びる。第１の前記半径方向内側の部分スパンシュラウドは、プラットフォームの上の第１の半径方向高さで翼形部負圧側から外側に延びる。第２の半径方向内側の部分スパンシュラウドは、プラットフォームの上の第１の半径方向高さで翼形部正圧側から外側に延びる。第１の半径方向外側の部分スパンシュラウドは、プラットフォームの上の第２の半径方向高さで翼形部負圧側から外側に延びる。第２の半径方向外側の部分スパンシュラウドは、プラットフォームの上の第２の半径方向高さで翼形部正圧側から外側に延び、第２の半径方向高さは、第１の半径方向高さよりも大きい。一対の半径方向内側の部分スパンシュラウドおよび一対の半径方向外側の部分スパンシュラウドの各々は、翼形部の前縁と後縁との間で部分的にのみ延びる。翼形部はまた、モード形状の調整を容易にする少なくとも１つの内部空気力学的特徴部を含む。

特に明記しない限り、本明細書で使用される「一般に」、「実質的に」、および「およそ」などの近似を表す文言は、そのように修飾された用語が、絶対的または完全な程度ではなく、当業者によって認識されるようなおおよその程度にのみ適用され得ることを示している。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。加えて、特に明記しない限り、「第１の」、「第２の」などの用語は、本明細書において単に標識として使用されているにすぎず、これらの用語が言及する項目について順序、位置、または階層上の要件を加えることを意図するものではない。さらに、例えば、「第２の」項目への言及は、例えば、「第１の」もしくはより小さい番号の項目、または「第３の」もしくはより大きい番号の項目の存在を要求するものではなく、または排除するものでもない。本明細書で使用する場合、「上流」という用語は、回転機械の前方または入口端部を指し、「下流」という用語は、回転機械の下流または排気端部を指す。

図１は、例示的な回転機械１１０の概略図である。例示的な実施形態では、回転機械１１０は、ガスタービンエンジンである。例えば、一実施形態では、機械１００は、ＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒから市販されているガスタービンエンジンである。あるいは、回転機械１１０は、限定はしないが、蒸気タービンエンジン、ガスターボファン航空機エンジン、他の航空機エンジン、風力タービン、圧縮機、および／またはポンプを含む、任意の他のタービンエンジンおよび／または回転機械であってもよい。例示的な実施形態では、ガスタービン１１０は、シャフト１１４と、複数の軸方向に間隔を置いて配置されたロータホイール１１８とを含むロータアセンブリ１１２を含む。

複数の回転バケットまたはブレード１２０が、各バケット１２０が各それぞれのロータホイール１１８から半径方向外側に延びるように、各ロータホイール１１８に結合される。より具体的には、バケット１２０は、各ホイール１１８の周りに円周方向に延びる列に配置される。複数の固定ベーン１２２が、固定ベーン１２２の各列がバケット１２０の一対の軸方向に隣接する列の間にあるように、シャフト１１４の周りに円周方向に延びる。例えば、タービン１１０は、固定ベーン１２２の列と、ロータホイール１１８から延びる回転ブレード１２０の列とを含む複数の段を含む。

圧縮機１２４が、吸気セクション１２３の下流に結合され、複数の燃焼器１２６が、各燃焼器１２６が圧縮機１２４と流れ連通するように、ロータアセンブリ１１２の周りに円周方向に結合される。排気セクション１３０が、タービン１１０の下流に結合される。タービン１１０は、シャフト１１４を介して圧縮機１２４に回転可能に結合される。

動作中、大気圧の空気は圧縮機１２４によって圧縮され、燃焼器１２６へと下流に送達される。圧縮機を出る空気は、燃料を空気に追加し、結果として生じる空気／燃料混合物を燃焼させることによって加熱される。次に、燃焼段階における燃料の燃焼から生じるガス流は、タービン１１０を通って膨張し、そのエネルギーの一部を送達してタービン１１０、および発電機などの負荷を駆動する。

必要な駆動トルクを発生させるために、タービン１１０は、１つまたは複数の段からなる。各段は、固定ベーン１２２の列と、ロータホイール１１８に装着された回転ブレード１２０の列とを含む。固定ベーン１２２は、流入するガスを燃焼段から回転ブレード１２０上に導き、それによってロータホイール１１８、およびロータシャフト１１４を駆動する。

図２は、回転機械１１０（図１に示す）と共に使用され得る例示的なバケット２２０の正面図である。図３は、バケット２２０の側面立面図であり、バケットについての例示的な内部構成２２２を示している。回転機械１１０はガスタービンエンジンであると説明されているが、バケット２２０は、限定はしないが、蒸気タービンエンジン、圧縮機、および／またはファンを含む、他の電気ターボ機械と共に使用されてもよいことを理解されたい。例示的な実施形態では、各円周方向列のバケット２２０は、同一である。代替の実施形態では、各列の少なくとも１つのバケット２２０は、その列の残りのバケット２２０とは異なり得る。

バケット２２０は、前縁２２６および反対側の後縁２２８で形成される翼形部部分または翼形部２２４を含む。正圧側壁２３０および負圧側壁２３２が、前縁２２６から後縁２２８に延びる。ダブテール２３４が、バケット２２０をタービンロータホイール１１８（図１に示す）に結合することを可能にする。ダブテール２３４および翼形部２２４は、「エンジェルウィング」シール（図示せず）を含み得るプラットフォーム２３６によって分離されている。

例示的な実施形態では、翼形部２２４は、翼形部２２４から離れて鏡像関係で外側に延びる一対の半径方向内側の部分スパンシュラウド２３８および２４０を含む。より具体的には、部分スパンシュラウド２３８は、翼形部正圧側壁２３０から外側に延び、部分スパンシュラウド２４０は、翼形部負圧側２３２から外側に延びる。例示的な実施形態では、シュラウド２３８および２４０は、各々が同じ半径方向スパンＳ_ｉで翼形部２２４から外側に延びるように、実質的に円周方向に整列している。あるいは、シュラウド２３８および２４０は、異なる半径方向スパンＳ_ｉの場所で翼形部２２４から外側に延びることができる。さらに、例示的な実施形態では、シュラウド２３８および２４０は実質的に同一であり、翼形部２２４に対して鏡像関係にある。代替の実施形態では、シュラウド２３８および２４０は、互いに異なる形状またはサイズにすることができる。

さらに、例示的な実施形態では、翼形部２２４はまた、一対の半径方向外側の部分スパンシュラウド２４２および２４４を含む。シュラウド２４２および２４４は、外側部分スパンシュラウド２４２が翼形部負圧側壁２３２から外側に延び、外側部分スパンシュラウド２４４が翼形部正圧側壁２３０から外側に延びるように、鏡像関係で翼形部２２４から円周方向に外側に延びる。例示的な実施形態では、シュラウド２４２および２４４は、各々が同じ半径方向スパンＳ_ｏで翼形部２２４から外側に延びるように、実質的に円周方向に整列している。あるいは、シュラウド２４２および２４４は、異なる半径方向スパンＳ_ｏの場所で翼形部２２４から外側に延びることができる。各実施形態では、半径方向外側の部分スパンシュラウド２４２および２４４は各々、半径方向内側の部分スパンシュラウド２３８および２４０から半径方向外側に位置し、各々がバケット２２０の先端２４６から半径方向内側にある。さらに、例示的な実施形態では、シュラウド２４２および２４４が実質的に同一であり、翼形部２２４に対して鏡像関係にあるが、あるいは、シュラウド２４２および２４４は、異なっていてもよい。

例示的な実施形態では、半径方向内側の部分スパンシュラウド２３８および２４０は、プラットフォーム２３６から測定して、翼形部２２４の半径方向スパンＳ_ｉの約２０％～約６０％の範囲内に位置し、半径方向外側の部分スパンシュラウド２４２および２４４は、翼形部２２４の半径方向スパンＳ_ｏの約６０％～９０％の間に位置する。さらに、内側部分スパンシュラウド２３８および２４０と外側部分スパンシュラウド２４２および２４４との間の最小半径方向距離は、翼形部２２４の半径方向長さＲ_ｌの約１０％である。

内側および外側部分スパンシュラウド２３８および２４０、ならびに２４２および２４４はそれぞれ、例示的な実施形態では、翼形部断面形状を有し、翼弦アスペクト比は、約１．０５～１．２である。あるいは、他の部分スパンシュラウド２３８および２４０ならびに／または２４２および２４４は、翼形部２２４が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の他の空気力学的断面形状および／または任意の他の翼弦アスペクト比を有し得る。例えば、各部分スパンシュラウド２３８および２４０ならびに／または２４２および２４４の後縁２４５は、部分スパンシュラウドの翼弦長さの約１０％～約９０％の距離で、バケット２２０の後縁２２８から間隔を置いて配置されてもよい。さらに、例えば、部分スパンシュラウドは、翼形部幅の約２０～７５％の長さ（すなわち、前縁２２６と後縁２２８との間で測定された距離）を有し得る。

内側および外側部分スパンシュラウド２３８および２４０、ならびに２４２および２４４はそれぞれ、強化された減衰およびモード形状の変更を通じて、バケット２２０に対する空力機械的利点の達成を可能にすることを容易にする。例えば、シュラウド２３８および２４０、ならびに２４２および２４４は、周波数および振動能力が増加したバケット２２０の動作、ハイコードバケット、および／または減衰ピンを必要としないショートシャンクバケットを容易にする。加えて、シュラウド２３８および２４０、ならびに２４２および２４４の使用は、少なくともいくつかの既知のバケットと共に一般的に使用されるブレード先端シュラウドを排除することによって、バケット２２０内のクリープ寿命を改善しながら、バケット２２０内のフラッタの可能性を低減することを容易にする。

図３に最もよく見られるように、例示的な実施形態では、バケット２２０は、正圧側壁２３０と負圧側壁２３２との間の翼形部２２４内に形成された中空領域３００を含む。中空領域３００は、バケット２２０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意のサイズまたは形状を有し得る。より具体的には、各実施形態では、領域３００は、先端２４６から半径方向内側に、かつ半径方向外側の部分スパンシュラウド２４２および２４４から半径方向外側に画定される。さらに、例示的な実施形態では、中空領域３００は、各々が先端領域２４６における翼形部２２４のプロファイルと同様の形状のプロファイルを有する一対の中空空洞３０２および３０４から形成される。あるいは、領域３００は、バケット２２０が本明細書に記載のように機能することを可能にする、単一の空洞を含む任意の数の空洞から形成されてもよい。さらに、他の実施形態では、空洞３０２および３０４は、さらに離れて間隔を置いて配置され得、ならびに／または空洞３０２および／もしくは３０４は、バケット２２０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の他の形状を有し得る。加えて、中空領域３００は、それぞれ正圧側壁および負圧側壁２３０および２３２の間に延びる構造コネクタ（図示せず）を含むことができる。別の実施形態では、中空領域３００は、バケット２２０のための内部ダンパ（図示せず）の少なくとも一部を含み得る。別の実施形態では、空洞３０２および／または３０４は、ブレード先端２４６に位置する上面を含む先端コアを含むことができる。

中空領域３００は、モード形状の変更を通じて、および翼形部２２４の質量を減少させることによって、バケット２２０に対する空力機械的利点の達成を可能にすることを容易にする。より具体的には、領域３００は、バケット２２０の全体の重量を低減し、したがって、領域３００の形状および位置は、モード形状の変更を容易にするために可変的に選択され得る。したがって、領域３００は、周波数および振動能力が増加したバケット２２０の動作を可能にすることを容易にする。

さらに、例示的な実施形態では、バケット２２０はまた、バケット先端領域２４６に隣接して形成された複数の穴３５０を含む。より具体的には、例示的な実施形態では、穴３５０は、空洞３０２および３０４から半径方向内側に延びる。穴３５０は、例示的な実施形態では、同一のサイズであり、各々がそれぞれの空洞３０２または３０４からダブテール２３４を通って延びる。あるいは、少なくとも１つの穴３５０は、残りの穴３５０とは異なるサイズにすることができる。さらに、代替の実施形態では、少なくとも１つの穴３５０は、それぞれの空洞３０２および／または３０４からダブテール２３４に向かって部分的にのみ延びてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、少なくとも１つの穴３５０は、空洞３０２または３０４から翼形部２２４を通って、他の穴３５０の深さＤとは異なる深さＤにわたって延びる。

例示的な実施形態では、隣接する穴３５０間の間隔Ｓは、穴３５０間で実質的に均一である。あるいは、穴３５０は、バケット２２０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の相対間隔Ｓで間隔を置いて配置されてもよい。そのため、穴３５０は、バケット２２０全体で変化し得るグループに配置され得る。さらに、例示的な実施形態では、各穴３５０は、それらの長さＬ全体にわたって実質的に一定の直径ｄで形成される。あるいは、穴３５０は、その長さＬ全体にわたって内側に先細り、外側に拡張、または変化する直径で形成されてもよい。したがって、それらの長さＬに沿った穴３５０の配向も同様に変化させることができる。例示的な実施形態では、各穴３５０の長さＬは、それぞれの空洞３０２または３０４からダブテール２３４を通って延びる。より具体的には、例示的な実施形態では、穴３５０は、ダブテール２３４の下面２３５からプラットフォーム２３６に向かってダブテール２３４内で内側に先細りになり、次いで、翼形部２２４を通って各それぞれの空洞３０２または３０４内に互いに実質的に平行に延びる。

穴３５０の間隔Ｓ、配向、深さＤ、直径ｄ、および数は、限定はしないが、タービン用途、所望のバケットモード形状の調整、ならびに／またはバケット２２０に対する質量および／もしくは重量の考慮事項を含む、いくつかの要因によって決定されてもよい。加えて、製造上の考慮事項は、限定はしないが、放電加工の制限などの要因である場合がある。さらに、最小の壁厚を維持することもまた、穴３５０の数、場所、サイズ、および配向を選択する際の要因となり得る。各実施形態では、穴３５０は、バケット２２０の重量および質量の低減を容易にし、これにより、タービンの動作中にバケット２２０が受ける力の低減が容易になる。加えて、穴３５０がダブテール２３４および翼形部２２４を通って延びるので、空気流は、穴３５０を通して導かれ、翼形部先端２４６に沿って流れを放出することができる。

穴３５０は、動作中にバケット２２０に誘発される力の影響を低減することを容易にする。より具体的には、穴は、バケット２２０の重量および質量を低減し、力が誘発され得る材料の量を低減する。穴３５０がバケット２２０を通って先端領域２４６内に延びるので、バケット２２０全体にわたって応力レベルを低減することが容易になり、その結果、バケット２２０は、既知のバケットと比較してより薄い厚さで製作することができる。

加えて、バケット２２０に誘発される応力の影響をさらに低減するために、例示的な実施形態では、バケット２２０はまた、複数のブレード先端止まり穴４００を含む。例示的な実施形態では、穴４００は、翼形部先端２４６からダブテール２３４に向かって半径方向内側に延びる。より具体的には、例示的な実施形態では、穴４００は、穴４００が半径方向外側の部分スパンシュラウド２４２および２４４から半径方向外側に終端することを確実にするように選択される深さＤにわたって延びる。例示的な実施形態では、穴４００は、同一のサイズである。あるいは、少なくとも１つの穴４００は、残りの穴４００とは異なるサイズにすることができる。さらに、代替の実施形態では、少なくとも１つの穴４００は、翼形部２２４を通って半径方向に、他の穴４００の深さＤとは異なる深さＤにわたって延びてもよい。

例示的な実施形態では、隣接する穴４００間の間隔Ｓは、実質的に均一である。あるいは、穴４００は、バケット２２０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の相対間隔Ｓで間隔を置いて配置されてもよい。さらに、例示的な実施形態では、各穴４００は、その長さＬ全体にわたって実質的に一定の直径ｄで形成される。あるいは、穴４００は、その長さＬに沿って内側に先細り、外側に拡張、または変化する直径で形成されてもよい。したがって、その長さＬに沿った穴４００の配向も同様に変化させることができる。

一般に、穴４００は、バケット２２０の外側先端端部に画定される。より具体的には、例示的な実施形態では、穴４００は、翼形部後縁２２８と中空空洞３０２および３０４との間に画定される。あるいは、穴４００の間隔Ｓ、配向、深さＤ、直径ｄ、および数は、限定はしないが、タービン用途、所望のバケットモード形状の調整、ならびに／またはバケット２２０に対する質量および／もしくは重量の考慮事項を含む、いくつかの要因によって決定されてもよい。加えて、製造上の考慮事項は、限定はしないが、放電加工の制限などの要因である場合がある。さらに、最小の壁厚を維持することもまた、穴４００の数、場所、サイズ、および配向を選択する際の要因となり得る。各実施形態では、穴４００は、バケット２２０の重量および質量の低減を容易にし、これにより、タービンの動作中にバケット２２０が受ける力の低減が容易になる。

加えて、バケット２２０に誘発される応力の影響をさらに低減するために、例示的な実施形態では、バケット２２０はまた、複数のダブテール止まり穴４４０を含む。いくつかの実施形態では、バケット２２０は、穴４４０および／または穴３５０を含まなくてもよい。他の実施形態では、動作環境に応じて、バケット２２０は、穴４４０または穴４００を含まなくてもよい。例示的な実施形態では、穴４４０は、バケット下面２３５からプラットフォーム２３６を通して、ダブテール２３４を通って半径方向外側に延びる。例示的な実施形態では、穴４４０は、同一のサイズである。あるいは、少なくとも１つの穴４４０は、残りの穴４４０とは異なるサイズにすることができる。さらに、代替の実施形態では、少なくとも１つの穴４４０は、プラットフォーム２３６から半径方向内側にダブテール２３４を通って部分的にのみ延びてもよい。さらなる代替の実施形態では、少なくとも１つの穴は、表面２３５から半径方向外側にダブテール２３４を通って部分的にのみ延びてもよい。

例示的な実施形態では、隣接する穴４４０間の間隔Ｓは、実質的に均一である。あるいは、穴４４０は、バケット２２０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の相対間隔Ｓで間隔を置いて配置されてもよい。さらに、例示的な実施形態では、各穴４４０は、ダブテール２３４を通して実質的に一定の直径ｄで形成される。あるいは、穴４４０は、その長さＬに沿って内側に先細り、外側に拡張、または変化する直径で形成されてもよい。したがって、その長さＬに沿った穴４４０の配向も同様に変化させることができる。

一般に、穴４４０は、ダブテール２３４の前縁側壁４４２と穴３５０との間、または穴３５０とダブテール２３４の後縁側壁４４４との間でダブテールに画定される。あるいは、穴４４０の間隔Ｓ、配向、深さＤ、直径ｄ、および数は、限定はしないが、タービン用途、所望のバケットモード形状の調整、ならびに／またはバケット２２０に対する質量および／もしくは重量の考慮事項を含む、いくつかの要因によって決定されてもよい。加えて、製造上の考慮事項は、限定はしないが、放電加工の制限などの要因である場合がある。さらに、最小の壁厚を維持することもまた、穴４４０の数、場所、サイズ、および配向を選択する際の要因となり得る。各実施形態では、穴４４０は、バケット２２０の重量および質量の低減を容易にし、これにより、タービンの動作中にバケット２２０が受ける力の低減が容易になる。

穴３５０、４００、４４０、ならびに空洞３０２および３０４の間隔Ｓ、サイズ、場所、および配向は、バケット２２０全体にわたる局所的な応力集中の低減を容易にするように選択される。さらに、穴３５０、４００、４４０、ならびに空洞３０２および３０４は、バケット２２０の質量を低減することを容易にし、したがって、動作中にバケット２２０が受ける力を低減する。したがって、モード形状が強化され、タービン性能の向上が容易になる。さらに、穴３５０を通る流れの放出は、タービンの動作中の先端負荷の安定化を容易にする。

回転構成要素の上述の実施形態は、既知の回転構成要素の少なくともいくつかの欠点を克服する。具体的には、例示的な実施形態では、回転構成要素、すなわち、バケットは、強化された振動減衰およびモード形状の調整を容易にするデュアル部分スパンシュラウドを含む。加えて、回転構成要素はまた、少なくとも１つの中空先端空洞、少なくとも１つのブレード先端止まり穴、および少なくとも１つのダブテール止まり穴のうちの１つを含む、少なくとも１つの他の空気力学的特徴部を含む。デュアル部分スパンシュラウドと少なくとも１つの追加の空気力学的特徴部の組み合わせにより、バケットの質量および重量を低減し、かつ動作中に所望の空気力学的、機械的、および空力機械的性能の特性を達成することを容易にする。さらに、バケット翼形部における穴は、翼形部先端に沿った流れの放出を可能にし、先端負荷の安定化を容易にする。

タービンエンジンで使用するための回転構成要素装置の例示的な実施形態は、上で詳細に説明されている。回転構成要素は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、システムの構成要素は、本明細書に記載の他の構成要素から独立して、かつ別々に利用することが可能である。例えば、回転構成要素は、他の回転機械および方法と組み合わせて使用することもでき、本明細書に記載の蒸気タービンエンジンアセンブリのみで実践することに限定されない。むしろ、例示的な実施形態は、多くの他の回転機械用途と関連して実現および利用することができる。

本発明の様々な実施形態の特定の特徴は、一部の図面に示され、他の図面には示されていない場合があるが、これは単に便宜上にすぎない。さらに、上記の説明における「一実施形態」への言及は、記載した特徴も組み込んだ付加的な実施形態の存在を除外するものと解釈されることを意図しない。本発明の原理によれば、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または特許請求することができる。

本明細書は、最良の態様を含む本発明を開示するため、およびどのような当業者も、任意の装置またはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込まれた方法の実施を含む本発明の実践を可能にするために、実施例を使用している。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。

１１０回転機械、ガスタービン
１１２ロータアセンブリ
１１４ロータシャフト
１１８ロータホイール
１２０バケット、回転ブレード
１２２固定ベーン
１２３吸気セクション
１２４圧縮機
１２６燃焼器
１３０排気セクション
２２０バケット
２２２内部構成
２２４翼形部
２２６前縁
２２８翼形部後縁
２３０翼形部正圧側壁
２３２翼形部負圧側壁
２３４ダブテール
２３５バケット下面、表面
２３６プラットフォーム
２３８半径方向内側の部分スパンシュラウド、内側部分スパンシュラウド
２４０部分スパンシュラウド
２４２外側部分スパンシュラウド
２４４外側部分スパンシュラウド
２４５後縁
２４６翼形部先端、先端領域、バケット先端領域、ブレード先端
３００中空領域
３０２中空空洞
３０４中空空洞
３５０穴
４００ブレード先端止まり穴
４４０ダブテール止まり穴
４４２前縁側壁
４４４後縁側壁
Ｄ深さ
Ｌ長さ
Ｓ間隔
ｄ直径
Ｒ_ｌ半径方向長さ
Ｓ_ｉ半径方向スパン
Ｓ_ｏ半径方向スパン

Claims

タービン（１１０）と共に使用するためのバケット（１２０、２２０）であって、
前記バケット（１２０、２２０）を前記タービン（１１０）のロータホイール（１１８）に結合するのに使用するためのダブテール（２３４）と、
前記ダブテール（２３４）に結合されたプラットフォーム（２３６）と、
前記プラットフォーム（２３６）から先端（２４６）に半径方向外側に延びる翼形部（２２４）と、
一対の半径方向内側の部分スパンシュラウド（２３８、２４０）と、
一対の半径方向外側の部分スパンシュラウド（２４２、２４４）と
を備え、
前記翼形部（２２４）は、正圧側壁（２３０）、および反対側の負圧側壁（２３２）を備え、前記正圧側壁および前記負圧側壁（２３０、２３２）は各々、前縁（２２６）から後縁（２２８）に延び、
第１の（２４０）前記半径方向内側の部分スパンシュラウド（２３８、２４０）は、前記プラットフォーム（２３６）の上の第１の半径方向高さ（Ｓ_ｉ）で前記翼形部（２２４）の前記負圧側壁（２３２）から外側に延び、第２の（２３８）前記半径方向内側の部分スパンシュラウド（２３８、２４０）は、前記プラットフォーム（２３６）の上の前記第１の半径方向高さ（Ｓ_ｉ）で前記翼形部（２２４）の前記正圧側壁（２３０）から外側に延び、
第１の（２４２）前記半径方向外側の部分スパンシュラウド（２４２、２４４）は、前記プラットフォーム（２３６）の上の第２の半径方向高さ（Ｓ_ｏ）で前記翼形部（２２４）の前記負圧側壁（２３２）から外側に延び、第２の（２４４）前記半径方向外側の部分スパンシュラウド（２４２、２４４）は、前記プラットフォーム（２３６）の上の前記第２の半径方向高さ（Ｓ_ｏ）で前記翼形部（２２４）の前記正圧側壁（２３０）から外側に延び、前記第２の半径方向高さ（Ｓ_ｏ）は、前記第１の半径方向高さ（Ｓ_ｉ）よりも大きく、
前記一対の半径方向内側の部分スパンシュラウド（２３８、２４０）および前記一対の半径方向外側の部分スパンシュラウド（２４２、２４４）の各々は、前記翼形部（２２４）の前記前縁と前記後縁（２２６、２２８）との間で部分的にのみ延び、
前記翼形部（２２４）は、モード形状の調整を容易にする少なくとも１つの内部空気力学的特徴部をさらに備える、
バケット（１２０、２２０）。
前記少なくとも１つの内部空気力学的特徴部は、前記半径方向外側の部分スパンシュラウド（２４２、２４４）と前記翼形部（２２４）の前記先端（２４６）との間に画定された少なくとも１つの中空先端空洞（３０２、３０４）を備える、請求項１に記載のバケット（１２０、２２０）。
前記少なくとも１つの中空先端空洞（３０２、３０４）は、各々が前記翼形部（２２４）の形状と実質的に一致するプロファイルで成形された一対の中空先端空洞（３０２、３０４）を備える、請求項２に記載のバケット（１２０、２２０）。
前記少なくとも１つの内部空気力学的特徴部は、前記翼形部（２２４）の前記先端（２４６）から前記プラットフォーム（２３６）に向かって半径方向内側に延びる少なくとも１つの先端止まり穴（４００）をさらに備える、請求項２に記載のバケット（１２０、２２０）。
前記少なくとも１つの先端止まり穴（４００）は、前記少なくとも１つの中空先端空洞（３０２、３０４）と前記翼形部（２２４）の前記後縁（２２８）との間に配置される、請求項４に記載のバケット（１２０、２２０）。
前記少なくとも１つの先端止まり穴（４００）は、前記一対の半径方向外側の部分スパンシュラウド（２４２、２４４）から半径方向外側に終端する、請求項４に記載のバケット（１２０、２２０）。
前記少なくとも１つの先端止まり穴（４００）は、各々が前記翼形部（２２４）の前記先端（２４６）から半径方向内側に延びる複数の先端止まり穴（４００）を備え、前記複数の先端止まり穴（４００）は、前記翼形部（２２４）の全体の重量および質量の低減を容易にする、請求項４に記載のバケット（１２０、２２０）。
前記ダブテール（２３４）の下面（２３５）から前記翼形部（２２４）の前記先端（２４６）に向かって延びる少なくとも１つのダブテール止まり穴（４４０）をさらに備える、請求項２に記載のバケット（１２０、２２０）。
前記少なくとも１つのダブテール止まり穴（４４０）は、前記ダブテール（２３４）の前記下面（２３５）から半径方向外側に延びる複数のダブテール止まり穴（４４０）を備え、少なくとも第１の前記複数のダブテール止まり穴（４４０）は、前記バケット（１２０、２２０）の前記プラットフォーム（２３６）までのみ延びる、請求項８に記載のバケット（１２０、２２０）。
少なくとも第２の前記複数のダブテール止まり穴（４４０）は、前記ダブテール（２３４）の前記下面（２３５）から前記翼形部（２２４）の前記先端（２４６）に延び、前記先端（２４６）での流れの放出を可能にする、請求項９に記載のバケット（１２０、２２０）。
タービン（１１０）と共に使用するためのロータホイール（１１８）であって、
前記ロータホイール（１１８）の外周の周りに円周方向に間隔を置いて配置されたバケット（１２０、２２０）の列であって、前記バケット（１２０、２２０）の各々は、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のように定義されるバケット（１２０、２２０）の列
を備える、ロータホイール（１１８）。
タービンバケット（１２０、２２０）であって、
前記バケット（１２０、２２０）をタービンロータホイール（１１８）に結合するのに使用するためのダブテール（２３４）と、
前記ダブテール（２３４）に結合されたプラットフォーム（２３６）と、
前記プラットフォーム（２３６）から先端（２４６）に半径方向外側に延びる翼形部（２２４）と、
一対の半径方向内側の部分スパンシュラウド（２３８、２４０）と、
一対の半径方向外側の部分スパンシュラウド（２４２、２４４）と
を備え、
前記翼形部（２２４）は、前縁（２２６）および後縁（２２８）に沿って共に結合された正圧側壁（２３０）および反対側の負圧側壁（２３２）を備え、
前記一対の半径方向内側の部分スパンシュラウド（２３８、２４０）は、前記一対の半径方向内側の部分スパンシュラウド（２３８、２４０）の各々の前縁が前記翼形部（２２４）の前記前縁（２２６）から一定の距離だけ間隔を置いて配置されるように、また前記一対の半径方向内側の部分スパンシュラウド（２３８、２４０）の各々の後縁（２４５）が前記翼形部（２２４）の前記後縁（２２８）から一定の距離にあるように、前記翼形部（２２４）から外側に延び、
前記一対の半径方向外側の部分スパンシュラウド（２４２、２４４）は、前記半径方向外側の部分スパンシュラウド（２４２、２４４）の各々の前縁が前記翼形部（２２４）の前記前縁（２２６）から一定の距離だけ間隔を置いて配置されるように、また前記半径方向外側の部分スパンシュラウド（２４２、２４４）の各々の後縁（２４５）が前記翼形部（２２４）の前記後縁（２２８）から一定の距離だけ間隔を置いて配置されるように、前記翼形部（２２４）から外側に延び、
前記一対の半径方向内側の部分スパンシュラウド（２３８、２４０）は、前記一対の半径方向外側の部分スパンシュラウド（２４２、２４４）と前記プラットフォーム（２３６）との間に位置決めされ、
前記翼形部（２２４）は、前記翼形部（２２４）の前記先端（２４６）から前記ダブテール（２３４）に向かって延びる先端止まり穴（４００）、および前記半径方向外側の部分スパンシュラウド（２４２、２４４）と前記翼形部（２２４）の前記先端（２４６）との間で前記翼形部（２２４）内に形成された少なくとも１つの中空先端空洞（３０２、３０４）の少なくとも１つをさらに備える、
タービンバケット（１２０、２２０）。
前記ダブテール（２３４）は、前記ダブテール（２３４）の下面（２３５）から前記プラットフォーム（２３６）に延びる少なくとも１つのダブテール止まり穴（４４０）と、前記ダブテール（２３４）の前記下面（２３５）から前記翼形部（２２４）の前記先端（２４６）に延びる少なくとも１つのダブテール止まり穴（４４０）とを備え、前記先端（２４６）に沿った流れの放出を容易にする、請求項１２に記載のタービンバケット（１２０、２２０）。
前記翼形部（２２４）は、前記翼形部（２２４）の前記先端（２４６）から前記ダブテール（２３４）に向かって延びる前記先端止まり穴（４００）と、前記半径方向外側の部分スパンシュラウド（２４２、２４４）と前記翼形部（２２４）の前記先端（２４６）との間で前記翼形部（２２４）内に形成された前記少なくとも１つの中空先端空洞（３０２、３０４）の両方を備える、請求項１２に記載のタービンバケット（１２０、２２０）。