JP6211690B2 - タービンブレードおよびガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、タービンブレードエアフォイルと、タービンブレードルートと、タービンブレードエアフォイルとタービンブレードルートとの間に配置されたタービンブレードプラットフォームとを有するタービンブレードに関し、タービンブレードプラットフォームは、その下面に、シールプレートを挿入するための挿入スロットを有しており、シールプレートは、タービンブレードプラットフォームによって支持された固定要素によって固定することができる。

本発明はまた、多数のタービンブレードを有すると共に、各場合にタービンブレードルートによってそれに対してタービンブレードが取り付けられるタービンローターを有するガスタービンに関する。

一般的なタービンブレードは従来技術から公知である。各タービンブレードは、タービンブレードエアフォイルおよびタービンブレードルートを有する。後者は、タービンローターに形成された対応するタービンロータースロット内でそれが固定されることを可能とする。このため、タービンブレードルートを備えた各タービンブレードは、タービンローターの回転の軸線と整列させられた軸方向挿入方向に、対応するタービンローターのスロット内に押し込まれ、その中で保持される。タービンブレードルートとタービンブレードエアフォイルとの間の移行領域において、タービンブレードは、タービンローター上でタービンブレードを支持するためのタービンブレードプラットフォームを有する。タービンローターの挿入側において、タービンブレードルートおよびタービンロータースロットは、タービンブレードルート側における冷却空気領域を、特にガスタービンの外側高温空気領域から分離するためにシールプレートで被覆される。このコンテクストにおいて、これらシールプレートは、一方で、各タービンブレードプラットフォームに設けられた挿入スロットに対して、そして他方で、タービンローター内に機械加工された保持スロットに対して固定される。特に、これらのシールプレートの周方向位置を固定するために、シールプレートはさらにまた、固定手段によってタービンブレードプラットフォームに対して固定される。この固定手段は、それが相応に曲げられた場合に二つの直接隣接するタービンブレードによって協働で形成される隙間内に、その端部の一つを用いて係合することができる少なくとも一つのフレキシブルな固定プレート要素を備える。この固定手段は、続いて、タービンローターの周方向におけるシールプレートの意図しない回転を防止する。

本発明は一般的なタービンブレードをさらに発展させることを目的とする。

本発明の目的は、タービンブレードであって、タービンブレードエアフォイルと、タービンブレードルートと、タービンブレードエアフォイルとタービンブレードルートとの間に配置されたタービンブレードプラットフォームとを有し、タービンブレードプラットフォームは、その下面に、シールプレートを挿入するための挿入スロットを有しており、シールプレートは、タービンブレードプラットフォームによって支持された固定要素によって固定することができ、かつ、タービンブレードプラットフォームは、二つのサポートエッジを備えた切り欠きを有しており、二つのサポートエッジは、固定要素がタービンブレードの両側においてタービンブレードルートの軸方向範囲に対して交差する方向に固定できるように互いに対向して存在するタービンブレードによって達成される。

本発明によれば、タービンブレードは、固定要素が切り欠きのサポートエッジに対して両方向に不動化されるように、タービンローターの、あるいはタービンブレードプラットフォームの下面、特に少なくとも部分的にタービンローターに向って配向されたタービンブレードプラットフォームのウェブ上に構成されたプラットフォームリング要素の周方向に、固定要素を両側において不動化するための、したがってまた両側においてそれを固定するための切り欠きをタービンブレードプラットフォーム上に有する。

このようなプラットフォームリング要素は、タービンローターの回転軸線周りに互いに隣接して配置された多数のタービンブレードからなる。

従来、固定要素は、本発明の趣旨の中で二つの互いに対応するタービンブレードがタービンブレードプラットフォームに対して両側において周方向に固定要素を固定することを可能とするために常に必要であるように、タービンブレードプラットフォームの横方向リム輪郭に対して片側においてのみ固定可能であった。これによって課される公差のために、固定要素は、多くの場合、タービンブレードのタービンブレードプラットフォーム上で不正確にしか固定することができなかった。

固定要素は、好ましくは、シールプレートに設けられた長手方向スリットを経て周知の方法で一方側において曲げられたフレキシブルプレートストリップ要素を備える。シールプレートが適切に搭載された場合、このフレキシブルプレートストリップ要素の一方の端部は、この端部が周方向に関して両側においてタービンブレードプラットフォームに対してフレキシブルプレートストリップ要素を固定するように、切り欠き内へと曲げられる。

直接、タービンブレード上に、特にタービンブレードプラットフォームの下面の領域において、それを不動化することが、したがって固定することができるならば、固定要素を最も有利に設置できることが判明した。

特に正確には、目下の場合には、（維持されなければならない）冷間隙間は固定要素とタービンブレードプラットフォームとの間に設定されることが可能である。なぜなら、この冷間間隙は、各場合に、単一のタービンブレードに関してのみ設定される必要があり、二つのそうしたタービンブレードに関してはもはや必要がないからである。正しく設定さ冷間間隙は、これに関して、ガスタービン等の動作中に固定要素がシールプレートに圧接しないようにするために重要である。

これに関して、本発明に係る切り欠きがタービンブレードのプラットフォームの上に形成される場合、固定要素はより高い精度で固定することができ、その結果、ガスタービン等をより高い運用上の信頼性を伴って動作させることができる。

したがって、本発明の目的はまた、複数のタービンブレードと、各場合にそれに対してタービンブレードルートによってタービンブレードが取り付けられるタービンローターとを有するガスタービンによって達成され、当該ガスタービンは、上記特徴の一つに基づくタービンブレードを備える。

好ましい実施形態の変形例は、したがって、切り欠きがタービンブレードプラットフォームに形成されることをもたらす。

代替的に、タービンブレードプラットフォームの下面に、切り欠きが形成された追加の材料堆積が配置される場合、切り欠きはまた、タービンブレードプラットフォーム上に形成できる。さらに、そうした材料堆積がタービンブレードプラットフォームの下面に付加される場合、タービンブレードプラットフォームの構造体は、有利なことに、切り欠きによって引き起こされる材料の弱体化による負の影響を受けない。

材料堆積は、鋳込むことにより構造的に簡単な方式でタービンブレードプラットフォームに対して付加することができる。

切り欠きは、材料堆積が挿入スロットの半径方向下方でかつ軸方向にそれに隣接して配置されるならば、材料堆積の助けによって、構造的に簡単な様式で構成することができる。このコンテクストでは、切り欠きは、少なくとも部分的に、半径方向に見たときこの挿入スロットの下方に、そして軸方向に見たときこの挿入スロットに隣接して配置される。

本発明の趣旨の範囲内で、半径方向はタービンブレードエアフォイルの長手方向範囲の方向に延在し、一方、軸方向は、タービンブレードルートの長手方向範囲の方向に、あるいはタービンローターの回転軸線と整列状態で延在する。

切り欠きがタービンブレードルートの軸方向範囲に対して交差するようにかつタービンブレードプラットフォーム上で中央に配置される場合、切り欠きはタービンブレードエアフォイルの直下に配置することができ、タービンブレードプラットフォームのこの領域は特に安定である。

切欠きが、それによって固定要素を用いた運用上安全なカバリングを保証できる幅を有する場合、切り欠きは、施工に関してより簡単に、タービンブレードプラットフォーム上に形成することができる。

切り欠きがタービンブレードプラットフォームから最も遠いタービンブレードルート端部の端部上に配置される場合、固定要素は特に容易に切り欠き内に曲げることができる。

このコンテクストにおいて、最も遠い端部は、概して、タービンブレードの下端である。

もちろん、切り欠きは、ほぼ、任意の形状を有することができる。だが、切り欠きが三角形状である場合が有利である。これは、製造の観点から、切り欠きの形成を容易にする。

二つのサポートエッジが下向きに開口するリセス空間を形成する場合、固定要素の簡単な設置を実現することができる。

好ましくは、二つのサポートエッジは、タービンブレードプラットフォーム上の固定要素から作用する力を十分良好に伝達することができるように、１７０°未満または１００°未満の開き角度をなす。

この理由から、サポートエッジが３０°超の開き角度をなす場合も有利である。

サポートエッジがタービンブレードエアフォイルの方向へ点へと狭まるリセス空間を与えるように配置される場合、切り欠きは、タービンブレードプラットフォームの下面に、製造技術の観点から簡単に形成することができる。

サポートエッジが機械加工される場合、固定要素は非常に正確にタービンブレードプラットフォーム上で不動化することができる。

サポートエッジが固定要素による運用上安全なカバリングを保証することが可能であるよう十分に幅広に形成される場合、タービンブレードプラットフォーム上での固定要素の運用上安全な不動化をさらに改善することができる。

このコンテクストにおいて、サポートエッジの幅はタービンブレードルートの軸方向に広がる。

好ましくは、このコンテクストにおいて、サポートエッジは少なくとも、固定要素の固定プレート要素の厚みと同じ幅を有する。したがって、その端部を備えた固定要素は、切り欠きを越えて軸方向に突出することなく、切り欠きによって良好に取り込まれることが可能である。

本発明は、特にシールプレートの周方向変位に対して特に良好に、タービンブレード、シールプレート、そして固定要素の配置状態を固定することを可能とする。

このコンテクストにおいて、既に公知であってかつ実績のある固定方法が固定要素と共に使用できる。

以下、本発明に係るタービンブレードの好ましい実施形態について図面を参照して説明する。

そのタービンブレードプラットフォームの領域に配置された、両側において固定プレートを固定するための二つの相互に対向するサポートエッジを備えた切り欠きを有する本発明に係る第１のタービンブレードの概略斜視図である。 図１に示す切り欠きの概略拡大図である。 そのタービンブレードプラットフォームの領域に設けられた、材料堆積を有する別な本発明に係るタービンブレードの概略斜視図であり、この材料堆積上には両側において固定プレートを固定するための二つの相互に対向するサポートエッジを備えた切り欠きが形成される。 材料堆積に形成された図３に示す切り欠きの概略拡大図である。 図３および図４に示すタービンブレードの概略側面図である。 それに対して付加された固定要素を有するシールプレートの概略図である。 固定要素の概略組立図であり、その端部は、タービンブレードプラットフォームの下面に形成された切り欠き内で固定される。

図１および図２に示す第１の例示的実施形態は、タービンブレードエアフォイル２と、タービンブレードルート３と、タービンブレードエアフォイル２およびタービンブレードルート３間に配置されたタービンブレードプラットフォーム４とを有する部分的に図示されたタービンブレード１を示している。

タービンブレードプラットフォーム４は、その下面５に、シールプレート７を挿入するための挿入スロット６（図６参照）を有しており、本発明によれば、タービンブレードプラットフォーム４は、シールプレート７を固定するための固定要素１１がタービンブレード１の両側においてタービンブレードルート３の軸方向範囲１２に対して交差する方向に不動化できるように、互いに対向して存在する二つのサポートエッジ９および１０を備えた切り欠き８を有する。これによって、シールプレート７を、まさに単一のタービンブレード１の両側において周方向１３に固定することが可能となる。

さらに、二つのリム領域１４および１５をタービンブレードプラットフォーム４に機械加工するよりも、そうした切り欠き８を形成することは実質的に容易である（領域１４および１５のそれぞれは、しかしながら、まさに一方側において固定要素１１を支持することができる）。これまで、正確かつ運用上安全な様式で固定要素１１を固定することを可能とするために、そのそれぞれのタービンブレードプラットフォーム４において、対応する精度レベルを伴って機械加工される必要がある二つの直接隣接するタービンブレード１を有することが常に必要であった。

もちろん、この切り欠き８は、さまざまな形状を有することができる。

図１および図２によれば、切り欠き８はタービンブレードプラットフォーム４に直接形成される。これは、切り欠き８が完全にタービンブレードプラットフォーム４の下側外縁１６の後方またはウェブ１７の下側外縁の後方に配置されて、タービンブレードプラットフォーム４のリム領域１４からリム領域１５へと延在し、そして特にこの外縁１６において終端することを意味する。このコンテクストにおいて、切り欠き８は、適切な組み立ての場合にその中にシールプレート７が挿入される挿入スロット６と、少なくとも部分的に同じ高さであり、したがって軸方向範囲において見たとき、それと直接軸方向に隣接する。

図３ないし図５によれば、切り欠き８は、タービンブレードプラットフォーム４の下方に付加的に付加させられた材料堆積２０に形成される。この例示的実施形態では、材料堆積２０は、タービンブレードプラットフォーム４が切り欠き８Ａによって構造的に弱められないように、挿入スロット６の半径方向下方であってかつそれに軸方向に隣接して配置される。

材料堆積２０は、タービンブレードプラットフォーム４の下方に部分的に存在する隆起部分であり、そして距離２１だけリム領域１４および１５から両側において離間されており、したがって、リム領域１４からリム領域１５へとあるいはその逆に連続的にタービンブレードプラットフォーム４の下面５において延在するウェブ１７と取り違えるべきではない。

材料堆積２０とリム領域１４あるいは１５の一つとの間の（ただしまた、切り欠き８あるいは８Ａとリム領域１４あるいは１５の一つとの間の）各距離２１（ここでは単に実例として図示しかつ付番される）は、実質的に、タービンブレードルート３の軸方向範囲１２に対して交差する方向に、材料堆積２０の長さ２２あるいは切り欠き８あるいは８Ａの開口長さ２２Ａよりも大きく、好ましくはその２倍である。

このコンテクストでは、切り欠き８Ａはウェブ１７内まで機械加工できる。しかしながら、これは必ずしもそうである必要はなく、後者の変形例においては、ウェブ１７は切り欠き８Ａの先端によって弱体化されない。

実施例としてここに示す例示的実施形態では、両方の切り欠き８または８Ａは三角形状である。

さらに、切り欠き８または８Ａは、タービンブレードルート３が依然としてその軸方向範囲１２に関して交差方向に対称であることが可能であるように、タービンブレードルート３の軸方向範囲１２に対して交差するように、かつ、タービンブレードプラットフォーム４上で中央に、各場合において配置される。

さらに、切り欠き８または８Ａはそれぞれ幅２３を有しており、これによって、固定要素１１を用いた運用上安全なカバリングを保証することができる（例えば図５参照）。

これに関して、切り欠き８または８Ａはまたそれぞれ二つのサポートエッジ９および１０を有しており、それに対して固定要素１１が両側で当接でき、かつ、それは固定要素１１を用いた運用上安全なカバリングを保証することができるよう十分に幅広に形成される。

二つのサポートエッジ９および１０は開き角度２６を囲み、かつ、このコンテクストにおいては、下方に、すなわちタービンブレードルート３に向かって半径方向２７に開口したリセス空間２９を形成し、そしてこれは上向きに、すなわちタービンブレードプラットフォーム４に向って反対の半径方向２８に、点になるまで狭くなり、そしてその中に固定要素１１の先端３０（図６あるいは７参照）を曲げ入れることができる。

切り欠き８または８Ａは、各場合に、シールプレート７を、固定要素１１の助けによって、構造的に簡単な方式で、タービンブレードプラットフォーム４の関連する切り欠き８または８Ａに固定することができるように、タービンブレードプラットフォーム４から最も遠いタービンブレードルート端部３の端部３１の上方に配置することができる。

そうしたシールプレート７は、実施例として、図６に示されている。その上側領域３２において、それは二つのスリット３３および３４を有しており、これは互いに離間させられ、かつ、それを通ってプレート部材３５として構成された固定要素１１がそれ自体公知の様式で挿入される。このコンテクストにおいて、スリット３３および３４は、固定要素１１がタービンブレードエアフォイル２と整列して半径方向に延在するように、互いに上下に配置され、かつ、タービンブレードルート３の軸方向範囲１２に対して交差するように、そのそれぞれの長辺（ここでは明示的に付番されていない）と共に延在する。

これに関して、固定要素１１の先端３０は、下向きに開口するリセス空間２９内に容易に曲げることができ、そしてタービンブレードプラットフォーム４上で不動化あるいは固定することができる。

これに関連する組み立て状態３６は図７に示されており、ここでは、固定要素１１の先端３０は最終組み立てにおいて切り欠き８または８Ａ内に配置される。

本発明について好ましい例示的実施形態を用いて詳しく図示説明してきたが、本発明はこれらの開示された例示的実施形態によって限定されるものではなく、当業者は、本発明の保護の範囲から逸脱することなく、その他の変形例をここから得ることができる。

１ タービンブレード
２ タービンブレードエアフォイル
３ タービンブレードルート
４ タービンブレードプラットフォーム
５ 下面
６ 挿入スロット
７ シールプレート
８ 切り欠き
９ サポートエッジ
１０ サポートエッジ
１１ 固定要素
１２ 軸方向範囲
１３ 周方向
１４ リム領域
１５ リム領域
１６ 下側外縁
１７ ウェブ
２０ 材料堆積
２１ 距離
２３ 幅
２６ 角度
２７ 半径方向
２８ 半径方向
２９ リセス空間
３０ 先端
３１ 端部
３２ 上側領域
３３ スリット
３５ プレート部材
３６ 組み立て状態

Claims (12)

1. タービンブレード（１）であって、タービンブレードエアフォイル（２）と、タービンブレードルート（３）と、前記タービンブレードエアフォイル（２）と前記タービンブレードルート（３）との間に配置されたタービンブレードプラットフォーム（４）と、を有し、前記タービンブレードプラットフォーム（４）は、その下面（５）に、シールプレート（７）を挿入するための挿入スロット（６）を有しており、前記シールプレート（７）は、前記タービンブレードプラットフォーム（４）によって支持された固定要素（１１）によって固定することができ、かつ、
   前記タービンブレードプラットフォーム（４）は、二つのサポートエッジ（９，１０）を備えた切り欠き（８；８Ａ）を有しており、前記二つのサポートエッジ（９，１０）は、前記固定要素（１１）が前記タービンブレード（１）の両側において前記タービンブレードルート（３）の軸方向範囲（１２）に対して交差する方向に固定できるように、互いに対向して存在し、
   前記タービンブレードプラットフォーム（４）の前記下面（５）には、そこに前記切り欠き（８Ａ）が形成される追加的な材料堆積（２０）が配置される、タービンブレード（１）。
2. 前記切り欠き（８）は前記タービンブレードプラットフォーム（４）に形成される、請求項１に記載のタービンブレード（１）。
3. 前記材料堆積（２０）は、前記挿入スロット（６）の半径方向下方で、かつ、前記挿入スロット（６）に対して軸方向に隣接して配置される、請求項１に記載のタービンブレード（１）。
4. 前記切り欠き（８；８Ａ）は前記タービンブレードルート（３）の前記軸方向範囲（１２）に対して交差するように、かつ、前記タービンブレードプラットフォーム（４）上で中央に配置される、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のタービンブレード（１）。
5. 前記切り欠き（８；８Ａ）は、前記タービンブレードプラットフォーム（４）から最も遠い前記タービンブレードルート（３）の端部（３１）の上方に配置される、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のタービンブレード（１）。
6. 前記切り欠き（８；８Ａ）は三角形状である、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のタービンブレード（１）。
7. 前記二つのサポートエッジ（９，１０）は下方に開口するリセス空間（２９）を形成する、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のタービンブレード（１）。
8. 前記二つのサポートエッジ（９，１０）は１７０°未満または１００°未満の開き角度（２６）を囲む、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のタービンブレード（１）。
9. 前記サポートエッジ（９，１０）は３０°超の開き角度（２６）を囲む、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のタービンブレード（１）。
10. 前記サポートエッジ（９，１０）は、前記タービンブレードエアフォイル（２）の方向（２８）に、点へと狭くなるリセス空間（２９）を与えるよう配置される、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のタービンブレード（１）。
11. 前記サポートエッジ（９，１０）は機械加工される、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のタービンブレード（１）。
12. 複数のタービンブレード（１）を有し、かつ、各場合にタービンブレードルート（３）によって前記タービンブレード（１）が取り付けられるタービンローターを有するガスタービンであって、
    前記ガスタービンは、請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載のタービンブレード（１）を具備する、ガスタービン。

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