JP6518735B2 - ターボ機械ロータブレード - Google Patents

Description

本明細書は、ターボ機械ロータブレードに関する。

このようなブレードは、地上用であれ航空用であれ、いずれのタイプのターボ機械に取り付けられてもよく、具体的には航空機ターボジェットまたはヘリコプタターボシャフトエンジンに取り付けられてもよい。

本明細書において、「上流」および「下流」とは、ターボ機械を通るガスの通常の流れ方向（上流から下流へ）に対して定義される。

用語「ターボ機械軸」または「エンジン軸」は、ターボ機械のロータの回転軸を指定する。軸方向はエンジンの軸の方向に対応し、径方向は、エンジンの軸に対して直角であって、前記軸と交差する方向である。同様に、軸平面は、エンジンの軸を含む平面であり、径方向平面は前記軸に対して直角な平面である。

別途指定されない限り、形容詞「内側」および「外側」は、要素の内側部分が径方向において同じ要素の外側部分よりもエンジンの軸に近くなるように、径方向に対して使用される。

通常、ターボ機械のロータブレードは、ブレードの近位および遠位（すなわち、内側および外側）末端の間でブレードのスタッキング軸に沿って延在する、翼を含む。その近位末端において、ブレードは、エンジンのロータのディスクにこれを締結するための根元を含み、ディスクは複数のブレードに共通である。ブレードは、ロータディスクに力を伝達するために、ターボ機械を通るガスから力を回収するのに役立つ。その遠位末端において、ブレードは、外側部分と称される、横方向の要素を有してもよい。複数のロータブレードがロータディスクに締結されるとき、その外側部品は、特にターボ機械をガスが通過するための流路の外側を画定するのに役立つ周方向帯を形成するように隣り合って配置され、それによってその箇所でガスが漏れるのを制限する。ロータブレードは一般的に、予ねじり角度を備えて製造される。ブレードが組み立てられるとき、これらはこの予ねじり角度をゼロまで減少させる力を印加しながら組み立てられ、これによってブレードの外側部品が接触できるようにし、羽根車に剛性を付与して振動を制限する。

ブレードのスタッキング軸は、ブレードの翼の最も内側のセクション（すなわち、エンジンの軸に最も近いセクション）の重心を通るターボ機械の軸に対して直角な軸である。

ブレードの翼は、圧力側面および吸引側面を有する。ブレードの圧力および吸引側は、相応に定義される。

従来のロータブレードが、図１に示されている。このタイプのブレードは、フランス特許第２９２３５２４Ａ１号明細書に記載されている。ブレード１０は、ブレードの近位および遠位末端１０Ａおよび１０Ｂの間でブレードのスタッキング軸Ｘに沿って延在する、翼１６を含む。翼１６は、圧力側面１５Ａおよび吸引側面を有する。その近位末端１０Ａに、ブレードは根元１２を有し、それによってロータのディスク（図示せず）に締結されている。その遠位末端１０Ｂには、ブレード１０は外側部品１４を有する。複数のロータブレード１０がロータディスクに締結されるとき、その外側部品１４は、周方向帯を形成するように隣り合って配置される。

外側部品１４は：翼１６の間にガスを通すための流路の外側を画定し、ブレード１０の圧力側および吸引側に第一および第二対向側縁２１および２２をそれぞれ有する、プラットフォーム２０と；プラットフォーム２０の外面から半径方向外向きに延在する上流および下流封止ワイパー３１および３２と、を含む。プラットフォームの第一および第二側縁の各々は、上流および下流ワイパー３１および３２の間に実質的にＺ字型のプロファイルを有し、このプロファイルは上流ワイパー３１に近い第一部分２１Ａ、２２Ａ、中間の第二部分２１Ｂ、２２Ｂ、および下流ワイパー３２に近い第三部分２１Ｃ、２２Ｃを有し、第一および第三部分は互いに実質的に平行であり、第二部分は第一および第三部分の間で斜めに延在する。

運転中にブレード１０が受ける振動を減衰するために、ブレードはそのスタッキング軸Ｘを中心とするねじりに予応力を伴って、そのロータディスク上に実装される：外側部品１４の形状は，各ブレード１０が側縁２１および２２の第二部分２１Ｂ、２２Ｂに沿って隣り合うブレードに対して押圧することによってねじり応力を受けるようになっている。このため第二部分２１Ｂ、２２Ｂはブレード間接触表面を画定し、これらはターボ機械が運転している間に大量の摩擦を受ける。

これらを摩耗から保護するために、第二部分２１Ｂ、２２Ｂは、摩擦に耐えて「Ｓｔｅｌｌｉｔｅ」の商標名で販売されている材料で覆われている。従来、この耐摩耗性材料は、溶接によって第二部分２１Ｂ、２２Ｂ上に堆積される。これは手作業であり、堆積されている間、耐摩耗性材料は液状である。

このようなブレード１０を使用して直面する第一の問題は、外側部品１４の第二部分２１Ｂ、２２Ｂが細いとき（すなわちスタッキング軸Ｘに沿って限られた高さを有するとき）、使用される堆積法が十分に正確でなければ、これらの部分２１Ｂ、２２Ｂのみに耐摩耗性材料を堆積することが困難である（すなわち、これらの部分からのオーバーフローを回避することが困難である）ということに起因する。残念ながら、部分２１Ｂ、２２Ｂの外側、具体的には翼１６とプラットフォーム２０の内面との間に位置する隅肉上に耐摩耗性材料を堆積することは，部品にクラックを発生し、ガス流路内で空気力学的損失を生じる可能性があるので、有害である。

この問題の解決策は、第二部分２１Ｂ、２２Ｂの「過大寸法」、すなわちスタッキング軸Ｘに沿ったその高さを増加させることからなる。とは言うものの、外側部品１４の重量およびサイズを増加させるので、この解決策は満足のいくものではない。

このようなブレード１０を使用して直面する別の問題は、ターボ機械の運転の異なる段階の間に、隣り合うブレードの間で重複すること（すなわち、第一ブレードの側縁２１が、第一の隣の第二ブレードの側縁２２の上を通過すること）である。

仏国特許発明第２９２３５２４号明細書

別のタイプのロータブレードの需要が存在する。

本明細書は、その遠位末端に外側部品を有するターボ機械ロータブレードを提供し、外側部品は、ターボ機械を通るガスの通路の外部表面を画定するプラットフォームを含み、プラットフォームは第一および第二対向側縁を有する。外側部品はまた、前記プラットフォームから外向きに（高さ方向に）延在する上流および下流封止ワイパーも含み、各ワイパーは第一および第二側縁にそれぞれ位置する２つの側面の間に（長さ方向に）延在している。ブレードは、上流または下流ワイパーの側面が少なくとも部分的に耐摩耗性材料で覆われるようになっている。

この解決策において、上流または下流ワイパーの側面は耐摩耗性材料を担持するように構成されており、したがってこれらはブレード間接触表面の役割を果たす。

この解決策は、（重量に関して外側部品がブレードの最も重要な部分であることを考慮して）その重量およびサイズも低減しながら、外側部品に関する機能および製造基準に準拠することを可能にする。具体的には、もはやブレード間接触表面の役割を果たさないので、側縁の中間部分を過大寸法にする必要がない。したがって側縁は、可能な限り細くすることができる。さらに、新しいブレード間接触表面は、ワイパーを過大寸法にする必要を伴わずにワイパーを利用することができる。

この解決策は、ブレードの外側部品の重心を位置決めしやすくし、これによって振動的にも静的にもブレードの機械的挙動を改善するという、付加的な利点を有する。

加えて、提案された解決策は、かなり広い面積のブレード間接触表面を画定し、これによってその表面の摩耗を制限することができるようにする。

最後に、この解決策により、ブレード間接触表面の高さが増加するので、ブレードが重複する危険性が低減される。

使用される耐摩耗性材料はコバルトをベースとする合金であってもよく、具体的にはこれは、かなりの含有量のクロムを含む、「Ｓｔｅｌｌｉｔｅ」の商標名で販売されているタイプの合金であってもよい。

上流または下流ワイパーの側面は、全体または一部が耐摩耗性材料で覆われてもよい。これらが全体的に被覆されているとき、耐摩耗性材料の層は、プラットフォームの内面から（すなわち、耐摩耗性材料は、ワイパーと一致している、ワイパーの基部に位置する側縁の部分を覆う）ワイパーの外側（すなわち，遠位）末端まで、ワイパーに沿って高さ方向に延在する。ワイパーの外側末端における耐摩耗性材料の存在は、これを補強する利点を有する。部分的にのみ被覆されているとき、耐摩耗性材料の層は、たとえば、プラットフォームの内面から、ワイパーの外側末端から離間して戻る外側限界まで、高さ方向に延在してもよい。このような状況下で、ワイパーの外側末端部は、ワイパーの外縁の残部と同じ材料で作られてもよい。この解決策は、耐摩耗性材料が、ワイパーの外側を包囲する外部ケーシング上に存在する摩耗性材料と接触するために必要な結合を有していないときに、有利であろう。摩耗性材料は通常、たとえば金属など、ハニカム形状の材料である。ワイパーの外縁は、運転中に良好な封止を提供するために、（静止している）摩耗性材料に貫通する。

耐摩耗性材料はまた、ワイパーの基部に隣接している側縁の部分も被覆してもよい。

さらに、ブレード間接触表面を画定するために上流ワイパーおよび下流ワイパーを使用することで、重量およびサイズに関して外側部品の形状を最適化することを可能にする。

特定の実施形態において、ワイパーは、径方向に対して非ゼロ角で軸断面平面内で上流に傾斜している。これにより、運転中に流路からの空気の漏れを回避しながら、性能を改善できるようにする。

別の実施形態において、ワイパーは径方向に対して傾斜しておらず、すなわち軸断面平面内でワイパーは、径方向に対して実質的にゼロの角度を形成する：これらは実質的にこの方向に延在する。

このように、上流ワイパーの側面がブレード間接触表面として使用され、したがってこの目的のために耐摩耗性材料で覆われている、第一タイプの特定の実施形態において、プラットフォームのために以下の最適形状を使用することが可能である：第一および第二側縁の各々は上流および下流ワイパーの間にプロファイルを有し、このプロファイルは全体的にＵ字型であり、上流ワイパーに近くＵ字型の第一分岐部を形成する第一部分、Ｕ字型の基部を形成する中間の第二部分、および下流ワイパーに近くＵ字型の第二分岐部を形成する第三部分を備え、第一および第三部分は分岐している。

第一タイプの特定の実施形態において、上述の第二部分はワイパーに対して実質的に直角に延在している。

第一タイプの特定の実施形態において、第三部分は第一部分の少なくとも２倍長い。

第一タイプの特定の実施形態において、第二部分は第一部分よりも小さい。

上流ワイパーの側面がブレード間接触表面として使用され、したがってこの目的のために耐摩耗性材料で覆われている、第二タイプの特定の実施形態において、プラットフォームのために以下の最適形状を使用することが可能である：第一および第二側縁の各々は上流および下流ワイパーの間にプロファイルを有し、このプロファイルは、上流ワイパーに近い第一部分、中間の第二部分、および下流ワイパーに近い第三部分を有し、第一および第三部分は互いに実質的に平行であり、第二部分は上流から下流へ、およびブレードの吸引側から圧力側に向かって、第一および第三部分の間で斜めに延在している。

３つの平坦部分を備えるこのタイプのプロファイルは、第一および第二部分の間に形成された角度が鈍く（すなわち鋭くなく）、第二および第三部分の間に形成された角度も同様に鈍角であったとしても、Ｚ字型プロファイルと言われることがある。

外側部品のためのこの最適形状を用いると、ブレードの製造の間、翼の内側部品の重心に対して外側部品の重心を正確に位置決めしやすい。一般的には、径方向に沿ってこれら２つの重心を位置合わせしようとする。翼の根元部の重心に対してより良く外側部品の重心を位置決めすることで、運転中のブレードのより良い機械的挙動を得ること、ならびに特にメガサイクル疲労に耐えてクリープ破断に耐えるブレードの能力を改善することを、可能にする。

このような最適形状は、ワイパーが上流に向かって傾斜しているときに、特定の利点を有する。ワイパーの傾斜は、外側部品の重心を翼の内側部品の重心に位置合わせする特定の問題を生じる。

第二タイプの特定の実施形態において、第一および第二側縁の各々は、第一部分と一致している上流末端部分と、第三部分と一致している下流末端部分とを有する。

これら側縁の上流および下流末端部分はプラットフォームの上流および下流末端部分を横方向に画定し、これらの部分は上流および下流「リップ」と称されることがある。

このように、プラットフォームの側縁は、プラットフォームの上流縁から下流縁まで延在する３つの平坦部分を備えるプロファイルを有し、このため各側縁のプロファイルは３つのみの平坦部分を有する。製造の観点から、３つの平坦部分で構成されるこのようなプロファイルは、具体的には機械加工される面の数が制限されている（３つだけ）ので、機械加工しやすい。この設計はまた、機械加工の前に未完成部品の重量を制限すること、ならびに鋳造費用を制限することも、可能にする。最後に、この設計は、ブレードを操作するときに問題を生じる、鋭利な縁およびスパイクの形成を制限する。

第二タイプの特定の実施形態において、第一および第三部分はワイパーに対して実質的に直角に延在している。

第二タイプの特定の実施形態において、上流ワイパーは径方向に対して非ゼロ角で上流に流れ、上流ワイパーの側面の各々は、その中間部分においてプラットフォームの側縁と接合する。また、耐摩耗性材料は、ブレードの吸引側に位置する耐摩耗性材料が下流に露出し、その一方でブレードの圧力側に位置する耐摩耗性材料が上流に露出するように、少なくとも部分的に、上流ワイパーの側面の各々を被覆し、少なくとも部分的に各側縁の中間部分を被覆する。

耐摩耗性材料の露出方向は、現在存在する解決策に対して逆転していることがわかるはずである。結果的に、ブレードの予ねじり角度もまた、従来の解決策に対して逆転している。

本解決策はまた、上述のようなブレードを含むターボ機械も提供する。

添付図面は図式的であって必ずしも縮尺通りではなく、とりわけこれらは本発明の原理を図解しようと試みるものである。

図中、各図ごとに、同一の要素（または要素部分）は同じ参照記号を用いて特定される。

従来技術によるロータブレードの斜視図である。 本明細書のロータブレードの実施形態の斜視図である。 図２のブレードの外側部品の上面からの詳細図である。 図２のブレードの外側部品の側面からの詳細図である。 本明細書のロータブレードの別の実施形態を示す、図４と類似の図である。 ブレードの外側部品のみが示されている、本明細書のロータブレードの別の実施形態の斜視図である。 図６のブレードの外側部品の上面からの詳細図である。 図６のブレードの外側部品の側面からの詳細図である。 本明細書のロータブレードの別の実施形態を示す、図６と類似の図である。

外側部品を備えるロータブレードの実施形態が、添付図面を参照して以下に詳細に記載される。これらの実施形態は、本発明の特徴および利点を説明する。とは言うものの、本発明がこれらの実施形態に限定されるものではないことは、想起されるべきである。

図２は、ターボ機械ロータブレード１１０の実施形態を示す。このようなブレードは、航空機ターボジェットの低圧段で使用されてもよい。

ロータブレード１１０は、ブレードの近位および遠位末端１１０Ａおよび１１０Ｂ（すなわち、その内側および外側末端）の間でブレードのスタッキング軸Ｘに沿って延在する、翼１１６を含む。その近位末端１１０Ａに、ブレードは根元１１２を有し、これによってターボ機械（図示せず）のロータディスク（図示せず）に締結される。このディスクは、エンジンの軸Ａを中心に回転する。その遠位末端１１０Ｂに、ブレード１１０は外側部品１１４を有する。

複数のロータブレード１１０がロータディスク上に締結されているとき、その外側部品１１４は、ディスクの回転軸Ａを中心に回転面を画定する回転周方向帯を形成するように、隣り合って配置される。この帯の特定機能は、翼１１６の間を通るガスの流路の外部表面を画定し、これによりブレード１１０の遠位末端１１０Ｂを越えるガスの漏れを制限することである。

外側部品１１４は、翼１１６の間を通るガスの流路の外側を画定し、第一および第二対向側縁１５１および１５２を有する、プラットフォーム１２０を含む。外側部品１１４はまた、プラットフォーム１２０から半径方向外向きに延在する上流および下流封止ワイパー１３１および１３２も有する。各ワイパー１３１（１３２）は第一および第二側縁（１５１、１５２）にそれぞれ位置する２つの側面１３１Ｌ（１３２Ｌ）を有し、各ワイパー１３１（１３２）はその２つの側面１３１Ｌ（１３２Ｌ）の間で周方向に延在する。

複数のロータブレード１１０がロータディスク上に締結されているとき、ブレードの上流および下流封止ワイパー１３１および１３２は、軸Ａの回転リングを形成するように、末端同士を接して配置され、各リングは実質的に径方向平面内に包含されている。このようなリングの特定機能は、その箇所におけるガスの漏れを制限するために、ブレード１１０とこれらを包囲する被覆またはケーシングとの間に存在する隙間を制限することである。

プラットフォーム１２０の構成は、重量およびサイズに関して最適化されている。

プラットフォーム１２０は、上流ワイパー１３１から上流に突起する、上流「リップ」と称される上流部分１２４を有する。プラットフォーム１２０はまた、下流ワイパー１３２から下流に延在する、下流「リップ」と一般的に称される下流部分１２８も有する。最後に、プラットフォームは、上流および下流封止ワイパー１３１および１３２の間に延在する、中央部分１２６を有する。この実施形態において、中央部分１２６は、上流ワイパー１３１から下流ワイパー１３２まで延在し、ブレードを製造するために使用される鋳造プロセスの結果である、コンマ型リブ１２７を有する。

図３において明確にわかるように、中央部分１２６において、プラットフォーム１２０の第一および第二側縁１５１（１５２）の各々は、通常Ｕ字型であって、上流ワイパー１３１に近くてＵ字型の第一分岐部を形成する第一部分１５１Ａ（１５２Ａ）と、Ｕ字型の基部を形成する中間の第二部分１５１Ｂ（１５２Ｂ）と、下流ワイパー１３２に近くてＵ字型の第二分岐部を形成する第三部分１５１Ｃ（１５２Ｃ）とを有するプロファイルを有し、第一および第三部分１５１Ａ、１５１Ｃ（１５２Ａ、１５２Ｃ）は分岐しており、すなわちこれらの部分１５１Ａ、１５１Ｃ（１５２Ａ、１５２Ｃ）は第二部分１５１Ｂ（１５２Ｂ）から離れるに連れて互いに離れるように広がっている。この実施形態において、第二部分１５１Ｂ（１５２Ｂ）は、ワイパー１３１（１３２）に対して実質的に直角に延在している。とは言うものの、第二部分１５１Ｂ（１５２Ｂ）が異なる傾斜を有することも可能であること、またはこれは省略されてもよいことが、わかるはずである。このような状況下で、第一および第三部分１５１Ａ、１５１Ｃ（１５２Ａ、１５２Ｃ）は、互いに接合してＶ字型を形成するだろう。

第一および第二側縁１５１および１５２は相補的形状を有しており、第一ブレード１１０の側縁１５１は、前記第一ブレード１１０に隣接するブレードの側縁１５２内に受容されるのに適している。このため、側縁１５１および１５２の第一部分１５１Ａ、１５２Ａは、互いに実質的に平行である。第二部分１５１Ｂ、１５２Ｂおよび第三部分１５１Ｃ、１５２Ｃにも同じことが該当する。さらに、側縁１５１、１５２のＵ字型プロファイルは、Ｕ字型の分岐部がブレード１１０の圧力側の方を指すようになっている。

側縁１５１（１５２）の第三部分１５１Ｃ（１５２Ｃ）は、第一部分１５１Ａ（１５２Ａ）の少なくとも２倍の大きさであってもよい。この実施形態において、第三部分１５１Ｃ（１５２Ｃ）は、第一部分１５１Ａ（１５２Ａ）の約３倍の長さである。さらに、第二部分１５１Ｂ（１５２Ｂ）は第一部分１５１Ａ（１５２Ａ）よりも小さくてもよい。この実施形態において、この第二部分１５１Ｂ（１５２Ｂ）は、第一部分１５１Ａ（１５２Ａ）の約半分の長さである。さらに、第一および第三部分１５１Ａ、１５１Ｃ（１５２Ａ、１５２Ｃ）は、たとえば１５°から１５０°の範囲内の角度をその間に形成してもよい。図示される実施形態において、この角度は約６５°である。

運転中にブレード１１０が受ける振動を減衰するために、ブレード１１０は、そのスタッキング軸Ｘを中心にねじり予応力を備えるそのロータディスク（図示せず）上に実装される。このため、外側部品１１４は、主に上流ワイパー１３１の側面１３１Ｌに沿って、その隣のものに対して押圧することによって、各ブレード１１０がねじり応力を受けるように構成されている。

上流ワイパー１３１はその側面１３１Ｌ上に耐摩耗性材料１６０の層を担持するが、この層は、たとえば「Ｓｔｅｌｌｉｔｅ」の商標名で販売されているタイプの合金など、良好な耐摩耗性結合を有するコバルトベースの合金を用いてこれら側面１３１Ｌの各々を作り上げることによって、得られる。この耐摩耗性材料１６０は、図中で網掛けによって表されている。

図４において明確にわかるように、耐摩耗性材料１６０の層は、プラットフォーム１２０の内面１２０Ｉからワイパーの外側末端１３１Ｅまで、ワイパー１３１に沿って半径方向に延在している。このため上流ワイパー１３１の各側面１３１Ｌは下から上まで耐摩耗性材料１６０で覆われており、耐摩耗性材料１６０はまた、ワイパーの基部に隣接する側縁１５１の部分１５１Ｐも覆っている。この部分１５１Ｐは、ワイパーと一致して径方向に位置している縁部分を含み、また図示される構成のように、そこに隣接する縁部分も含んでよい。

別の実施形態において、図５に示されるように、上流ワイパー１３１の各側面１３１Ｌ、またはこれら側面１３１Ｌのうちの１つのみ（するとその他の面１３１Ｌは図２から図４の例のように下から上まで覆われている）が、耐摩耗性材料２６０によって部分的にのみ覆われている。より正確には、側面１３１Ｌの底部分のみが覆われている。耐摩耗性材料２６０の層は、プラットフォーム１２０の底面１２０Ｉから、ワイパーの外側末端１３１Ｅから離間している外側限界２６０Ｅまで、ワイパー１３１に沿って半径方向に延在している。たとえば、外側限界２６０Ｅは、ワイパーの外側末端１３１Ｅから２ミリメートル（ｍｍ）から３ｍｍだけ離間している。このため側面１３１Ｌの外側部分は耐摩耗性材料で覆われておらず、したがってワイパーの外縁は完全に単一の材料（すなわち、ブレードの材料）から作られることが可能である。耐摩耗性材料２６０はまた、ワイパーの基部に隣接する側縁１５１の部分１５１Ｂも被覆する。図２から図４の例と比較すると、この部分１５１Ｐは、下流ワイパー１３２に向かってさらに下流まで延在している。

図５の例において、材料２６０の層を担持する面１３１Ｌは、ブレードの間の接触面積を最大化するために、ワイパー１３１の残部と比較して、局所的に拡大されてもよい（すなわち、その軸方向厚が増加してもよい）。

図６は、ターボ機械ロータブレード３１０の実施形態を示す。このようなブレードは、航空機ターボジェットの低圧段で使用されてもよい。

ブレード３１０の外側（遠位）部分３１０Ｂのみが、図６に示されている。ブレード３１０の内側（近位）部分は、図１のブレードのものと類似であってもよい。

ロータブレード３１０は、ブレードの近位（すなわち内側）末端と遠位（すなわち外側）末端３１０Ｂとの間でブレードのスタッキング軸に沿って延在している、翼３１６を有する。翼３１６は、圧力側面３１５Ａおよび吸引側面（図６には示さず）を有する。その近位末端（図示せず）において、ブレード３１０は根元を有し、それによってターボ機械（図示せず）のロータディスク（図示せず）に締結される。ディスクは、エンジンの軸Ａを中心に回転する。その遠位末端３１０Ｂに、ブレード３１０は外側部品３１４を有する。

複数のロータブレード３１０がロータディスク上に締結されているとき、その外側部品３１４は、ディスクの回転軸Ａを中心に回転面を画定する回転周方向帯を形成するように、隣り合って配置される。帯の特定機能は、ブレード３１０の遠位末端３１０Ｂを越えるガスの漏れを制限するように、翼３１６の間を通るガスの流路の外部表面を画定することである。

外側部品３１４は、翼３１６の間を通るガスの流路の外側を画定し、ブレード３１０の圧力側および吸引側にそれぞれ位置する第一および第二対向側縁３５１、３５２を有する、プラットフォーム３２０を含む。外側部品３１４はまた、プラットフォーム３２０から外側方向に上向きに延在する、上流および下流封止ワイパー３３１および３３２も有する。この実施形態において、ワイパー３３１、３３２は、それぞれ非ゼロ角Ａ１およびＡ２だけ、径方向に対して上流に傾斜している。角度Ａ１およびＡ２は図８に示されており、これらの角度はそれぞれワイパー３３１、３３２の側面３３１Ｌおよび３３２Ｌを介して通過する軸断面平面内で測定される。

各ワイパー３３１（３３２）は、第一および第二側縁（３５１、３５２）にそれぞれ位置する２つの側面３３１Ｌ（３３２Ｌ）を有する。したがってワイパー３３１（３３２）の側面３３１Ｌ（３３２Ｌ）のうちの１つはブレード３１０の圧力側に位置し、他方の側面は吸引側に位置する。このため各ワイパー３３１（３３２）は、その２つの側面３３１Ｌ（３３２Ｌ）の間で圧力側から吸引側に向かって長さ方向に（すなわち周方向に）延在している。

複数のロータブレード３１０がロータディスク上に締結されているとき、ブレードの上流または下流ワイパー３３１または３３２は、軸Ａのそれぞれの回転リングを形成するように末端同士を接して配置され、各リングは実質的に径方向平面内に包含されている。このようなリングは具体的には、その箇所におけるガスの漏れを制限するために、ブレード３１０とこれらを包囲するカバーまたはケーシングとの間に存在する隙間を制限するのに、役立つ。

プラットフォーム３２０の構成は、重量およびサイズに関して最適化されている。

プラットフォーム３２０は、上流ワイパー３３１から上流に延在する、上流「リップ」と称される上流末端部分３２４を有する。プラットフォーム３２０はまた、下流ワイパー３３２から下流に延在する、下流「リップ」と称される下流末端部分３２８も有する。最後に、プラットフォームは、上流および下流ワイパー３３１および３３２の間に延在する、中央部分３２６を有する。この実施形態において、中央部分３２６は、上流ワイパー３３１から下流ワイパー３３２まで延在し、ブレード３１０を製造するために使用される鋳造プロセスの結果である、コンマ型リブ３２７を有する。

図７において明確にわかるように、中央部分３２６において、プラットフォーム３２０の第一および第二側縁３５１（３５２）の各々は、上流ワイパー３３１に近い第一部分３５１Ａ（３５２Ａ）と、中間第二部分３５１Ｂ（３５２Ｂ）と、下流ワイパー３３２に近い第三部分３５１Ｃ（３５２Ｃ）とを備える３つの平坦部分を有するプロファイルを有する。第二部分３５１Ｂ（３５２Ｂ）は、上流から下流まで、およびブレードの吸引側ＣＥから圧力側ＣＩに向かって、第一および第三部分の間で斜めに延在する（図７参照）。このため、平面図において、プラットフォーム３２０の中央部分３２６の平面内で、第二部分３５１Ｂ（３５２Ｂ）と軸方向（すなわち、上流−下流方向）との間の有向角Ｂ１（図７を参照）は、完全に０から＋９０°の間であり、好ましくは＋５０°より大きい。

この実施形態において、第一および第三部分３５１Ａ、３５１Ｃ（３５２Ａ、３５２Ｃ）は、互いに実質的に平行であり、軸方向に向けられている。これらはワイパー３３１および３３２に対してそれぞれ実質的に直角である。

加えて、第一および第二側方縁３５１、３５２は、第一部分３５１Ａ、３５２Ａと位置合わせされているそれぞれの上流末端部分３５１ＡＡ、３５２ＡＡと、第三部分３５１Ｃ、３５２Ｃと位置合わせされているそれぞれの下流末端部分３５１ＣＣ、３５２ＣＣとを有する。縁３５１、３５２の上流末端部分３５１ＡＡは上流リップ３２４を横方向に画定し、その一方で縁３５１、３５２の下流末端部分３５１ＣＣ、３５２ＣＣは下流リップ３２８を横方向に画定する。

第一および第二側縁３５１および３５２は相補的な形状であり、第一ブレード３１０の側縁３５１は、第一ブレード３１０に隣接するブレードの側縁３５２内に係合するのに適している。このため、側縁３５１および３５２の第一部分３５１Ａ、３５２Ａは、互いに実質的に平行である。第二部分３５１Ｂ、３５２Ｂおよび第三部分３５１Ｃ、３５２Ｃにも、同じことが該当する。

運転中にブレード３１０が受ける振動を減衰するために、ブレード３１０は、そのスタッキング軸を中心にねじり予応力を備えるそのロータディスク（図示せず）上に実装される。外側部品３１４は、各ブレード３１０が、主に上流ワイパー３３１の側面３３１Ｌに沿って、その隣のものに当接することによって各ブレード３１０がねじり予応力の下に置かれるように、構成されている。

このように、上流ワイパー３３１はその側面３３１Ｌ上に耐摩耗性材料３６０の層を担持するが、この層は、たとえば「Ｓｔｅｌｌｉｔｅ」の商標名で販売されているタイプの合金など、良好な耐摩耗性結合を有するコバルトベースの合金を用いて前記側面３３１Ｌを作り上げることによって、得られる。この耐摩耗性材料３６０は、図中で網掛けによって表されている。

例において、上流ワイパー３３１は、図８に示されるように、プラットフォーム３２０の側縁３５１まで近づくに連れてワイパーの側面３３１Ｌが広がるように、プラットフォーム３２０に近づくに連れて広がる（すなわち、その軸方向厚が増加する）。側面３３１Ｌは、その中間部分３５１Ｂにおいて、プラットフォームの側縁３５１と接合する（図６から図８参照）。

図８に示されるように、耐摩耗性材料３６０の層は、プラットフォーム３２０の内面３２０Ｉから外側限界３６０Ｅまで、ワイパー３３１に沿って上方に延在する。この実施形態において、外側限界３６０Ｅは、ワイパーの外側末端３３１Ｅから離間している。このため耐摩耗性材料は、側面３３１Ｌの内側領域のみを被覆する。耐摩耗性材料３６０はまた、側縁３５１の同じ部分３５１Ｂの領域も被覆するが、この領域はワイパー３３１の基部に隣接している。

この実施形態において、耐摩耗性材料３６０の層は、たとえワイパー３３１が径方向に対して傾斜していても、実質的に半径の方向に、ワイパー３３１の基部から外側限界３６０Ｅに向かって延在する。このため耐摩耗性材料３６０は、側面３３１Ｌの一部のみを被覆する。

図７に示されるようにブレードの吸引側ＣＥの側に位置する耐摩耗性材料３６０は下流に露出し、その一方でブレードの圧力側ＣＩの側に位置する耐摩耗性材料３６０は上流に露出する。このため耐摩耗性が露出される方向は、従来の解決策と比較して逆転している。

別の実施形態が図９に示されており、この実施形態は、基本的に耐摩耗性材料４６０を位置決めすることによって、図６から図８のものとは異なっており、その一方でプラットフォーム３２０、ワイパー３３１、３３２、および側縁３５１、３５２の全体的な形状は、両方の実施形態において類似である。

図９の実施形態において、耐摩耗性材料４６０の層は、下流ワイパー３３２に沿って延在する。加えて、耐摩耗性材料４６０は、プラットフォーム３２０の内面３２０Ｉからワイパーの外側末端３３２Ｅまで延在している。このため下流ワイパー３３２の各側面３３２Ｌは、耐摩耗性材料４６０で完全に覆われている。耐摩耗性材料４６０はまた、ワイパー３３２の基部に隣接している側縁３５１（３５２）の第三部分３５１Ｃ（３５２Ｃ）の領域も被覆する。

一般的に、耐摩耗性材料は、様々なやり方で堆積されてもよい。たとえば、耐摩耗性材料は、ワイパーの側面上にろう付けされるプレート（高い硬度を有する特定の合金で作られている）の形態であってもよい。別の手法において、保護される表面には、基材の最上層とともに溶解する耐摩耗性材料が漸進的に蓄積されている。堆積に必要とされる熱は、たとえば不活性ガス中に閉じ込められた電気アーク、または実際にはレーザビームなどの適切な熱源によって、送達される。

さらに、特定の方法において、耐摩耗性材料は、所定の深さまで研磨することによって基材から材料を局所的に除去した後で、基材（すなわちブレードの本体）上に堆積される。その他の方法では、外側部品を（たとえば鋳造によって）製造するときに、耐摩耗性材料で覆われる基材の領域が、所望の最終形状に対して「過小寸法」とされる。その後、耐摩耗性材料がこれらの領域上に堆積され、被覆された領域はその後、所望の最終形状を得るために機械加工される。

本明細書に記載された実施形態は非限定例を用いて示されており、本明細書の観点から、当業者は、本発明の範囲内のままで、これらの実施形態を容易に変更することができ、あるいは他のものを想起することができる。

さらにこれらの実施形態の様々な特徴は、単独で、または互いに組み合わせて、使用されてもよい。これらが組み合わせられるとき、これらの特徴は、上述のように、あるいは別のやり方で組み合わせられてもよく、本発明は、本明細書に記載される特定の組み合わせに限定されるものではない。具体的には、大きな技術的不適合性がない限り、いずれの実施形態に関連して記載されたいずれの特徴も、その他いずれの実施形態に同様に適用されてよい。

Claims (14)

1. その遠位末端（１１０Ｂ、３１０Ｂ）に外側部品（１１４、３１４）を有するターボ機械ロータブレードであって、外側部品は、
   ターボ機械を通るガスの通路の外部表面を画定し、第一および第二対向側縁（１５１、１５２、３５１、３５２）を有する、プラットフォーム（１２０、３２０）と、
   前記プラットフォーム（１２０、３２０）から外向きに延在する上流および下流封止ワイパー（１３１、１３２、３３１、３３２）であって、各上流および下流封止ワイパーは第一および第二対向側縁（１５１、１５２、３５１、３５２）にそれぞれ位置する２つの側面（１３１Ｌ、１３２Ｌ、３３１Ｌ、３３２Ｌ）の間に延在する、上流および下流封止ワイパーとを含み、
   ブレード（１１０、３１０）は、上流または下流封止ワイパー（１３１、１３２、３３１、３３２）の側面（１３１Ｌ、１３２Ｌ、３３１Ｌ、３３２Ｌ）が、少なくとも部分的に耐摩耗性材料（１６０、３６０、４６０）で覆われており、側面（１３１Ｌ、１３２Ｌ、３３１Ｌ、３３２Ｌ）のうちの少なくとも１つが耐摩耗性材料（１６０、３６０）で部分的に覆われており、前記側面（１３１Ｌ、３３１Ｌ）の内側領域のみが被覆されており、側面は、ブレード間接触表面の役割を果たすことを特徴とする、ターボ機械ロータブレード。
2. 第一および第二対向側縁（３５１、３５２）の各々が上流および下流封止ワイパー（３３１、３３２）の間にプロファイルを有し、このプロファイルは、上流封止ワイパー（３３１）に近い第一部分（３５１Ａ；３５２Ａ）と、中間の第二部分（３５１Ｂ；３５２Ｂ）と、下流封止ワイパー（３３２）に近い第三部分（３５１Ｃ；３５２Ｃ）とを有し、第一および第三部分（３５１Ａ、３５１Ｃ；３５２Ａ、３５２Ｃ）は互いに実質的に平行であり、第二部分（３５１Ｂ；３５２Ｂ）は上流から下流へ、およびブレードの吸引側から圧力側に向かって、第一および第三部分の間で斜めに延在している、請求項１に記載のブレード。
3. 第一および第二対向側縁（３５１、３５２）の各々が、第一部分（３５１Ａ；３５２Ａ）と一致している上流末端部分（３５１ＡＡ；３５２ＡＡ）、および第三部分（３５１Ｃ；３５２Ｃ）と一致している下流末端部分（３５１ＣＣ；３５２ＣＣ）を有する、請求項２に記載のブレード。
4. 第一および第三部分（３５１Ａ，３５１Ｃ；３５２Ａ、３５２Ｃ）が、上流および下流封止ワイパー（３３１、３３２）に対して実質的に直角に延在している、請求項２または３に記載のブレード。
5. 第一および第二対向側縁（１５１、１５２）の各々が上流および下流封止ワイパー（１３１、１３２）の間にプロファイルを有し、このプロファイルは全体的にＵ字型であって、上流封止ワイパー（１３１）に近くてＵ字型の第一分岐部を形成する第一部分（１５１Ａ；１５２Ａ）と、Ｕ字型の基部を形成する中間の第二部分（１５１Ｂ；１５２Ｂ）と、下流封止ワイパー（１３２）に近くてＵ字型の第二分岐部を形成する第三部分（１５１Ｃ；１５２Ｃ）とを備え、第一および第三部分（１５１Ａ、１５１Ｃ；１５２Ａ；１５２Ｃ）は分岐している、請求項１に記載のブレード。
6. 第二部分（１５１Ｂ；１５２Ｂ）が、上流および下流封止ワイパー（１３１、１３２）に対して実質的に直角に延在している、請求項５に記載のブレード。
7. 第三部分（１５１Ｃ；１５２Ｃ）が、第一部分（１５１Ａ；１５２Ａ）の少なくとも２倍の長さである、請求項５または６に記載のブレード。
8. 上流封止ワイパー（１３１、３３１）の側面（１３１Ｌ、３３１Ｌ）が、耐摩耗性材料（１６０、３６０）で覆われている、請求項１から７のいずれか一項に記載のブレード。
9. 上流および／または下流封止ワイパー（１３１、３３１；１３２、３３２）が、径方向に対して非ゼロ角（Ａ１、Ａ１）だけ軸断面平面内で上流に傾斜している、請求項１から８のいずれか一項に記載のブレード。
10. 上流および／または下流封止ワイパー（１３１、３３１；１３２、３３２）が、実質的に径方向に延在している、請求項１から８のいずれか一項に記載のブレード。
11. 耐摩耗性材料が、ワイパーの基部に隣接する側縁の部分を覆っている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のブレード。
12. 耐摩耗性材料は、プラットフォームの底面から、ワイパーの外側末端から離間している外側限界まで、ワイパーに沿って半径方向に延在している、請求項１から１１のいずれか一項に記載のブレード。
13. 耐摩耗性材料は、溶接によって堆積されている「Ｓｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）」である、請求項１から１２のいずれか一項に記載のブレード。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載のブレード（１１０、３１０）を含む、ターボ機械。

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