JP6702668B2 - タービンブレードのミッドスパンシュラウド - Google Patents

Description

本発明は、一般的にタービンブレードに関する。より詳細には、本発明は、タービンブレードのミッドスパンシュラウド組立体に関する。

タービンバケット又はタービンローターブレードとしても知られている回転タービンブレードは、ターボ機械のシャフトを回転させることによって高温燃焼ガス又は蒸気といった流動流体からのエネルギを機械的エネルギに変換する。ターボ機械は種々の作動モードに移行するので、タービンブレードは機械的応力及び熱的応力を受ける。

疲労等の機械的応力は、定常状態の力と一緒に変動力によって引き起こされる場合がある。より具体的には、タービンブレードは、ノズルとしても知られている、タービンブレードの隣接する列の間に配置される固定ベーンの下流で不均一な流体流によって回転する際に変動力を受ける場合がある。ターボ機械に関する基本的な設計検討事項は、タービンブレードの固有周波数での共振、並びに強制応答及び／又は空力弾性不安定性で引き起こされる動的応力を回避又は最小にすることである。

例えば、回転タービンディスク上の各タービンブレードは、固定ベーンからの不均一流で回転する際に動的外力を受ける。タービンブレードは、不均一流の領域で回転する際に、例えば、応力、変位等の動的応答を提示する場合がある。加えて、タービンブレード付きディスクは振動状態になることができ、エネルギ蓄積が最大になる。このことは、応力又は変位が最大レベルであるブレード又はディスク領域によって例証され、ブレード又はディスクの励振力に対する抵抗力は最小である。このような状態は、共振状態として知られている。

解析又は経験的テストが、ターボ機械の作動時にタービンブレード及び／又はローターディスクが共振状態に遭遇する可能性があることを示す場合、共振に遭遇する可能性を最小にするのを助長するステップを採用することができる。例えば、シュラウドのセットは、タービンブレードの各々のスパンに沿って形成することができる。各シュラウドセットは、一般的に、円周方向に延びる一対のシュラウド、タービンブレードの負圧側面から突出した１つのシュラウド、及び同じタービンブレードの正圧側面から突出した１つのシュラウドを含む。シュラウドは、各タービンブレードのブレード根元部分及びブレード先端部分の中間に配置されるので、ミッドスパンシュラウドと呼ばれ場合が多い。しかしながら、ミッドスパンシュラウドは、スパンの物理的中間点だけでなく、タービンブレードスパンに沿って任意の位置に配置することができる。

一般的に、ミッドスパンシュラウドは、タービンブレードの固有周波数での共振、及び／又は変動力又は「フラッタ」によって引き起こされる動的応力を回避又は最小にするのに有効である。しかしながら、一般に、ミッドスパンシュラウドは、タービンブレードの部品として鋳造され、最終タービンブレードを製作するために追加の機械加工又は他の仕上げ工程を必要とする場合がある。このことは、タービンブレードの設計段階でのみ費用効果がある。加えて、ミッドスパンシュラウドの鋳造品は、既存のタービンブレードデザインに組み込むことができない。

タービンブレードにミッドスパンシュラウドを形成する別の方法は、タービンブレードに形成されたボアホールに支持部材を圧入する段階と、各シュラウドを支持部材に結合する段階とを含む。しかしながら、この方法は、タービンブレード上に望ましくない応力をもたらす可能性、及び／又はターボ機械の作動時にタービンブレードと圧入された支持部材との間の熱膨張の差によって、支持部材がボアボールから外れる可能性がある。従って、新規の又は既存のタービンブレードに結合して、フラッタを軽減するために周波数及びモード形を変更するようになった、及び／又はブラケット振動特性を変更するようになった、非鋳造又は非一体式のミッドスパンシュラウド組立体は有用であろう。

本発明の態様及び利点は、以下の説明において部分的に記載され、又は、本説明から明らかになることができ、或いは、本発明を実施することによって理解することができる。

米国特許第８，７９０，０８２号明細書

本発明の１つの実施形態は、タービンブレードの翼形部のためのミッドスパンシュラウド組立体である。ミッドスパンシュラウド組立体は、第１のスパーを定める負圧側シュラウド本体を含む。第１のスパーは、翼形部内に定められたスパー開口部を通って少なくとも部分的に延びるように形成される。第１のスパーは、根元部分、先端部分、上面及び下面を含む。上面及び下面は、先端部分から根元部分に向かって収束する。ミッドスパンシュラウド組立体は、正圧側シュラウド本体をさらに含む。正圧側シュラウド本体は、翼形部のスパー開口部を通って少なくとも部分的に延びるように形成される。第２のスパーは、根元部分、先端部分、上面及び下面を含む。第２のスパーの上面の少なくとも一部は、例えば、第１及び第２のスパーの両方がスパー開口部の中に挿入される場合に、第１のスパーの下面と実質的に平行になるように形成される。

本発明の別の実施形態は、タービンブレードである。タービンブレードは、正圧側壁、正圧側壁の反対側の負圧側壁及びスパー開口部を有する翼形部を含む。スパー開口部は、圧力及び負圧側壁を通って延び、上側係合面及び下側係合面を定める。タービンブレードは、ミッドスパンシュラウド組立体をさらに含む。ミッドスパンシュラウド組立体は、第１のスパーを定める正圧側シュラウド本体を含む。第１のスパーは、翼形部内に定められたスパー開口部を通って少なくとも部分的に延びるように形成される。第１のスパーは、根元部分、先端部分、上面及び下面を含む。上面及び下面は、先端部分から根元部分に向かって収束する。ミッドスパンシュラウド組立体は、第２のスパーを定める負圧側シュラウド本体をさらに含む。第２のスパーは、スパー開口部を通って少なくとも部分的に延びるように形成される。第２のスパーは、根元部分、先端部分、上面及び下面を含み、第２のスパーの上面は、例えば、第１及び第２のスパーの両方がスパー開口部の中に挿入される場合に、第１のスパーの下面と実質的に平行になるように形成される。

本発明の別の実施形態は、ガスタービンである。ガスタービンは、圧縮機セクション、圧縮機セクションの下流の燃焼セクション、及び燃焼セクションの下流のタービンセクションを含む。タービンセクションは、ローターシャフトに結合された複数のタービンブレードを含む。各タービンブレードは、正圧側壁、負圧側壁、及びスパー開口部を有する翼形部を含む。各タービンブレードは、翼形部に結合されたミッドスパンシュラウド組立体を含む。ミッドスパンシュラウド組立体は、スパー開口部を通って少なくとも部分的に延びるように形成された第１のスパーを定める負圧側シュラウド本体を含む。第１のスパーは、根元部分、先端部分、上面及び下面を含む。上面及び下面は、先端部分から根元部分に向かって収束する。ミッドスパンシュラウド組立体は、スパー開口部を通って少なくとも部分的に延びるように形成された第２のスパーを定める正圧側シュラウド本体をさらに含む。第２のスパーは、根元部分、先端部分、上面及び下面を含む。第２のスパーの上面の少なくとも一部は、例えば、第１及び第２のスパーの両方がスパー開口部の中に挿入される場合に、第１のスパーの下面と実質的に平行になるように形成される。

当業者であれば、本明細書を精査するとこのような実施形態の特徴及び態様、並びにその他がより理解されるであろう。

添付図の参照を含む本明細書の残りの部分において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示をより詳細に説明する。

本発明の少なくとも１つの実施形態を組み込むことができる場合、例示的なガスタービンの概略図。 本発明の少なくとも１つの実施形態による、例示的なタービンブレードの斜視図。 本発明の少なくとも１つの実施形態による、例示的なタービンブレードの一部の斜視図。 本発明の少なくとも１つの実施形態による、例示的な負圧側シュラウド本体の斜視図。 本発明の少なくとも１つの実施形態による、例示的な正圧側シュラウド本体の斜視図。 本発明の少なくとも１つの実施形態による、例示的な翼形部の一部の断面正面図。 本発明の少なくとも１つの実施形態による、例示的な正圧側シュラウド本体及び例示的な負圧側シュラウド本体を含む、例示的な翼形部の一部の断面正面図。 本発明の少なくとも１つの実施形態による、例示的な翼形部の一部の断面正面図。 本発明の少なくとも１つの実施形態による、例示的な正圧側シュラウド本体及び例示的な負圧側シュラウド本体を含む、例示的な翼形部の一部の断面正面図。

ここで、その１つ又はそれ以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似した要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似した表示を使用している。本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。用語「上流」及び「下流」は、流体通路における流体流れに対する相対的方向を指す。例えば、「上流」は、流体がそこから流れる方向を指し、「下流」は流体がそこに向けて流れ込む方向を指す。用語「半径方向」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に垂直な相対方向を指し、用語「軸方向」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行な及び／又は同軸上に整列する相対方向を指す。

各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、種々の修正形態及び変形形態を本発明において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用してさらに別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。本明細書では産業用又は地上設置型のガスタービンが図示され説明されたが、本明細書で図示され説明される本発明は、請求項において特に指定のない限り、産業用又は地上設置型のガスタービンに限定されない。例えば、本明細書で説明する本発明は、限定されるものではないが、蒸気タービン、航空機ガスタービン、又は船舶ガスタービンを含む任意のタイプのターボ機械で使用することができる。

ここで図面を参照すると、図１は、本発明の種々の実施形態を組み込むことができる、例示的なガスタービン１０のターボ機械の概略図を示す。図示のように、ガスタービン１０は、一般的に、入口セクション１２、該入口セクション１２の下流に配置された圧縮機セクション１４、該圧縮機セクション１４の下流に配置された燃焼器セクション１６内の複数の燃焼器（図示せず）、該燃焼器セクション１６の下流に配置されたタービンセクション１８、及び該タービンセクション１８の下流に配置された排気セクション２０を含む。加えて、ガスタービン１０は、圧縮機セクション１４とタービンセクション１８との間に連結する１又はそれ以上のシャフト２２を含むことができる。

タービンセクション１８は、一般的に、複数のローターディスク２６（そのうちの１つが示されている）を有するローターシャフト２４と、半径方向外向きに延び、各ローターディスク２６に相互結合する複数の回転可能なタービンブレード２８とを含むことができる。さらに、各ローターディスク２６は、タービンセクション１８を通って延びるローターシャフト２４の一部に結合することができる。タービンセクション１８は、ローターシャフト２４及びタービンブレード２８を円周方向に取り囲む外側ケーシング３０をさらに含み、それによってタービンセクション１８を通る高温ガス経路３２を少なくとも部分的に定める。

作動時、空気等の作動流体は、入口セクション１２を通って圧縮機セクション１４に流入し、空気は徐々に圧縮され、燃焼セクション１６の燃焼器に加圧空気が供給される。加圧空気は、燃料と混合して各燃焼器内で燃焼し、高温燃焼ガス３４が発生する。高温燃焼ガス３４は、高温ガス経路３２を通って燃焼器セクション１６からタービンセクション１８に流れ、エネルギ（動力学的及び／又は熱的）が高温ガス３４からタービンブレード２８に伝達され、ローターシャフト２４を回転させる。機械的な回転エネルギは、圧縮機セクション１４に動力を供給する及び／又は発電する等の種々の目的に使用することができる。タービンセクション１８から流出する高温燃焼ガス３４は、ガスタービン１０から排気セクション２０を通って排出することができる。

図２は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、例示的なタービンブレード２８の斜視図である。図２に示すように、タービンブレード２８は、一般的に、取付け部分３６、プラットフォーム部分３８、及びプラットフォーム部分３８から実質的に半径方向外向きに延びる翼形部４０を含む。プラットフォーム部分３８は、一般的に、タービンセクション１８（図１）の高温ガス経路３２を通って流れる高温燃焼ガス３４に対する半径方向内側境界として機能する。図２に示すように、取付け部分３６は、プラットフォーム部分３８から実質的に半径方向内向きに延びることができ、ローター翼２８をローターディスク２６（図１）に相互結合又は固定するように形成されたダブテールのような根元構造を含むことができる。図２に示すように、翼形部４０は、プラットフォーム３８から実質的に半径方向外向きに、スパン方向で翼形部４０とプラットフォーム３８との間の交差点に定めることができる翼形部４０の根元４２から翼形部４０の先端部分４４まで延びる。先端部分４４は、根元４２の半径方向で反対側に配置される。従って、先端部分４４は、一般的に、ローター翼２８の半径方向の最も外側の部分を定めることができる。

図３は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、翼形部４０の一部を含むタービンブレード２８の一部の斜視図を提示する。図２及び３に示すように、翼形部４０は、高温ガス３４の流れに向かう又はその中に向けられる前縁４６と、前縁４６の下流の後縁４８とをさらに含む。前縁４６及び後縁は、根元４２と先端部分４４との間でスパン方向に延びる。

図３に示すように、翼形部４０は、反対側の一対の側壁５０を含む。特定の実施形態において、翼形部４０は、第１の又は正圧側壁５２及び反対側の第２の又は負圧側壁５４を含む。正圧側壁５２及び負圧側壁５４は、翼形部４０の前縁４６と後縁４８との間の翼弦方向に延びる。正圧側壁５２及び負圧側壁５４は、根元４２と先端部分４４との間でスパン方向に半径方向に延びる。正圧側壁５２は、一般的に、翼形部４０の空気力学的な略凹形面を含む。対照的に、負圧側壁５４は、一般的に、翼形部４０の空気力学的な略凸形面を定めることができる。

特定の実施形態において、図２及び３に示すように、ミッドスパンシュラウド組立体１００は、翼形部４０に結合される。ミッドスパンシュラウド組立体１００は、翼形部４０のスパンに沿って任意の位置に配置することができ、特許請求の範囲及び／又は明細書で規定されない限り、翼形部４０のスパンの物理的中間点に限定されない。ミッドスパンシュラウド組立体１００は、隣接するタービンブレード２８との間で、所定のタービンブレード２８の所望のスパン比率及び／又は所望の翼弦比率で、ローターシャフト２４及び／又はローターディスク２６の周りの全３６０度にわたる接触点をもたらす。この接触部は、翼形部４０の振動特性（固有周波数及びモード形）を変える。

図３に示すように、ミッドスパンシュラウド組立体１００は、一般的に、一対のシュラウド本体１０２を含む。１つの実施形態において、第１の又は正圧側シュラウド本体１０４は、翼形部４０の正圧側壁５２に関連し、第２の又は負圧側シュラウド本体１０６は、翼形部４０の負圧側壁５４に関連する。

図３に示すように、正圧側シュラウド本体１０４は、正圧側壁５２から外向きに延びるか又は突出する。正圧側シュラウド本体１０４は、正圧側壁５２に沿って前縁46と後縁4８の間で少なくとも部分的に延びる。１つの実施形態において、正圧側シュラウド本体１０４は、前縁及び後縁４６、４８の中間で、正圧側壁５２に沿って延びる。特定の実施形態において、正圧側シュラウド本体１０４は、正圧側壁５２の一部に実質的に沿うように形成された内側又は嵌合部分あるいは表面を含む。翼形部４０と接触する内側嵌合部分１０８は、翼形部４０と内側嵌合部分１０８との間の明確な接触を可能にするために、クラウン形状又は明確な隆起領域を有することができる。これは、翼形部４０が鋳造され、部品間で１００％再現可能であない場合に望ましい。

図３に示すように、負圧側シュラウド本体１０６は、負圧側壁５４から外向きに延びるか又は突出する。負圧側シュラウド本体１０６は、前縁44と後縁４８との間で少なくとも部分的に負圧側壁５４に沿って延びる。１つの実施形態において、負圧側シュラウド本体１０６は、前縁及び後縁４６、４８の実質的に中間で、負圧側壁５４に沿って延びる。

図４は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、負圧側シュラウド本体１０６の斜視図を提示する。１つの実施形態において、図４に示すように、負圧側シュラウド本体１０６は、負圧側壁（図３）の一部に実質的に沿うように形成された内側又は嵌合部分あるいは表面１１０を含む。翼形部４０と接触する内側嵌合表面又は部分１１０は、翼形部４０と内側嵌合部分１１０との間に明確な接触を可能にするために、クラウン形状又は明確な隆起領域を有することができる。この場合も同様に、これは、翼形部４０が鋳造され、部品間で１００％再現可能ではない場合に望ましい。

図６は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、明瞭化のために正圧側シュラウド本体１０４及び負圧側シュラウド本体１０６を取り外した、翼形部４０の一部の断面正面図を提示する。図７は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、翼形部４０内に及び／又はこれに組み込まれた又は取り付けられた、正圧側シュラウド本体１０４及び負圧側シュラウド本体１０６を含む翼形部４０の一部の断面正面図を提示する。

図６に示すように、翼形部４０は、内部に正圧側及び負圧側シュラウド１０４、１０６を受け取るための、翼形部４０の圧力及び負圧側壁５２、５４を貫通して延びるスパー開口部５６をさらに備える。スパー開口部５６は、上側係合面５８及び下側係合面６０を含む。１つの実施形態において、上側及び下側係合面５８、６０は、ダブテール形開口部を形成するように、負圧側壁５４から正圧側壁５２に向かって半径方向で反対方向に広がっている。

１つの実施形態において、図４及び７に示すように、負圧側シュラウド本体１０６は、少なくとも１つの第１のスパー又はラグ１１２を定める。第１のスパー１１２は、負圧側シュラウド本体１０６の内側嵌合表面１１０に沿って配置又は定められる。第１のスパー１１２は、内側嵌合表面１１０から外向きに延びるか又は突出する。図７に示すように、第１のスパー１１２は、翼形部４０に定められたスパー開口部５６を通って少なくとも部分的に延びるか又は突出するように形成される。第１のスパー１１２は、根元部分１１４及び先端部分１１６を含む。根元部分１１４は、一般的に、内側嵌合表面１１０との交差点に定められる。先端部分１１６は、根元部分１１４の遠位にある。

図４及び７に示すように、第１のスパー１１２は、上面又は表面１１８及び下面又は表面１２０をさらに含む、及び／又は定める。１つの実施形態において、図４及び７に示すように、上面及び下面１１８、１２０は、第１のスパー１１２の先端部分１１６から根元部分１１４に向かって半径方向で反対方向に収束する。換言すると、先端部分１１６は、第１のスパー１１２の根元部分１１４よりも半径方向に広い。１つの実施形態において、上面及び下面１１８、１２０は、楔又はダブテールを形成する。１つの実施形態において、図７に示すように、第１のスパー１１２の上面１１４は、スパー開口部５６の上側係合面５８と平行になるように形成される。他の実施形態において、図４に示すように、負圧側シュラウド本体１０６は、内側表面１１０に沿って配置又は定められた複数の第１のスパー１１２を定めることができる。

図５は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、例示的な正圧側シュラウド本体１０４の斜視図である。１つの実施形態において、図５及び７に示すように、正圧側シュラウド本体１０４は、少なくとも１つの第２のスパー又はラグ１２２を定める。第２のスパー１２２は、正圧側シュラウド本体１０４の内側嵌合表面１０８に沿って配置又は定められる。第２のスパー１２２は、内側嵌合表面１０８から外向きに延びるか又は突出する。図７に示すように、第２のスパー１２２は、翼形部４０内に定められたスパー開口部５６を通って少なくとも部分的に延びるか又は突出するように形成される。第２のスパー１２２は、根元部分１２４及び先端部分１２６を含む。根元部分１２４は、一般的に、内側嵌合表面１０８との交差点に定められる。先端部分１２６は、根元部分１２４の遠位にある。

図５及び７に示すように、第２のスパー１２２は、上面又は表面１２８及び下面又は表面１３０をさらに含む、及び／又は定める。１つの実施形態において、図４及び７に示すように、第２のスパー１２２の上面１２８は、正圧側シュラウド本体１０４の第１のスパー１１２の下面１２０と実質的に平行になるように形成される。１つの実施形態において、負圧側シュラウド本体１０６の第２のスパー１２２の下面１３０は、スパー開口部５６の下側係合面６０と実質的に平行になるように形成される。例えば、第２のスパー１２２の下面１３０は、先端部分１２６から根元部分１２４に向かって半径方向に広がる。

特定の実施形態において、図７に示すように、ミッドスパンシュラウド組立体は、正圧側シュラウド本体１０４、翼形部４０、及び負圧側シュラウド本体１０６に形成されたファスナ孔１３４、１３６、１３８をそれぞれ貫通して延びるファスナ１３２を含む。ファスナ１３２は、クランプ力を与えて、翼形部の正圧側壁５２に対して正圧側シュラウド本体１０４を、負圧側壁５４に対して負圧側シュラウド本体１０６を保持するようになっている。

ファスナ１３２は、ボルト、ピン、リベット等の任意の適切なファスナを含むことができる。ファスナ１３２は、ファスナ１３２の第１の端部に設けられたヘッド部分を含むことができる。ファスナ１３２の第２の端部は、外向きに広がってファスナ１３２を所定位置にロックするように形成することができる。追加的に又は代替的に、ファスナの第２の端部は、ネジ付きとすることができ、ナット又はネジ付きファスナを受けるようになっている。追加的に又は代替的に、ファスナ１３２は、溶接、ナット等の他の適切な手段で所定位置に溶接又は保持することができる。

１つの実施形態において、装着時、負圧側シュラウド本体１０６の第１のスパー１１２は、第１のスパー１１２の上面１１８が、スパー開口部５６の上側係合面５８と係合又はほぼ係合するように、スパー開口部５６の中に挿入され、負圧側壁５４に沿って所定位置に保持される。正圧側シュラウド本体１０４の第２のスパー１２２は、負圧側シュラウド本体の第１のスパー１１２の下面１３０とスパー開口部５６の下側係合面６０との間に挿入される。

解放されると、正圧側シュラウド本体１０４の第２のスパー１２２の下面１３０は、スパー開口部５６の下側係合面６０の上に又はこの近くに載ることができる。負圧側シュラウド本体１０６の第１のスパー１１２の下面１２０は、正圧側シュラウド本体１０４の第２のスパー１２２の上面１２８の上に載る。負圧側シュラウド本体のスパーの上面１１８は、スパー開口部５６の上側係合面５８と係合する。結果として、負圧側及び正圧側シュラウド本体１０６、１０４は、タービンブレード２８がローターシャフト２２と一緒の回転する場合のような特に遠心荷重を受ける場合に相互に及び翼形部に対してロックされる。遠心荷重は、翼形部４０の正圧側及び負圧側壁５２、５４に常用荷重をもたらす。また、第１及び第２のスパー１１２、１２２は、正圧側及び負圧側シュラウド本体１０４、１０６によって生じる遠心荷重を翼形部４０に伝達することができる。

図８は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、明瞭化のために正圧側シュラウド本体１０４及び負圧側シュラウド本体１０６を取り外した、翼形部４０の一部の断面正面図を提示する。図９は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、翼形部４０に組み込まれた又は取り付けられた、正圧側シュラウド本体１０４及び負圧側シュラウド本体１０６を含む翼形部４０の一部の断面正面図を提示する。

別の実施形態において、図８及び９に示すように、スパー開口部５６の上側及び下側係合面５８、６０は、ダブテール形開口部を形成するように、正圧側壁５２から負圧側壁５４に向かって半径方向で反対側に広がっている。図９に示すように、正圧側シュラウド本体１０４は、少なくとも１つの第１のスパー又はラグ２１２を定める。第１のスパー２１２は、正圧側シュラウド本体１０４の内側嵌合表面２０８に沿って配置又は定められる。第１のスパー２１２は、内側嵌合表面２０８から外向きに延びるか又は突出する。図９に示すように、第１のスパー２１２は、翼形部４０内に定められたスパー開口部５６を通って少なくとも部分的に延びるか又は突出するように形成される。第１のスパー２１２は、根元部分２１４及び先端部分２１６を含む。根元部分２１４は、一般的に、内側嵌合表面２０８との交差点に定められる。先端部分２１６は、根元部分２１４の遠位にある。

図９に示すように、第１のスパー２１２は、上面又は表面２１８及び下面又は表面２２０をさらに含む、及び／又は定める。１つの実施形態において、図９に示すように、上面及び下面２１８、２２０は、第１のスパー２１２の先端部分２１６から根元部分２１４に向かって半径方向で反対方向に収束する。換言すると、先端部分２１６は、第１のスパー２１２の根元部分２１４よりも半径方向に広い。１つの実施形態において、上面及び下面２１８、２２０は、楔又はダブテールを形成する。１つの実施形態において、図９に示すように、第１のスパー２１２の上面２１４は、特にスパー開口部５６内に挿入される場合、スパー開口部５６の上側係合面５８と平行になるように形成される。他の実施形態において、正圧側シュラウド本体１０４は、内側表面２０８に沿って配置又は定められた複数の第１のスパー２１２を定めることができる。

図９に示すように、負圧側シュラウド本体１０６は、少なくとも１つの第２のスパー又はラグ２２２を定める。第２のスパー２２２は、負圧側シュラウド本体１０６の内側嵌合表面２１０に沿って配置又は定められる。第２のスパー２２２は、内側嵌合表面２１０から外向きに延びるか又は突出する。図９に示すように、第２のスパー２２２は、翼形部４０内に定められたスパー開口部５６を通って少なくとも部分的に延びるか又は突出するように形成される。第２のスパー２２２は、根元部分２２４及び先端部分２２６を含む。根元部分２２４は、一般的に、内側嵌合表面２１０との交差点に定められる。先端部分２２６は、根元部分２２４の遠位にある。

図９に示すように、第２のスパー２２２は、上面又は表面２２８及び下面又は表面２３０をさらに含む、及び／又は定める。１つの実施形態において、図９に示すように、第２のスパー２２２の上面２２８は、特にスパー開口部５６内に挿入される場合、正圧側シュラウド本体１０６の第１のスパー２１２の下面２２０と実質的に平行になるように形成される。１つの実施形態において、負圧側シュラウド本体１０６の第２のスパー２２２の下面２３０は、スパー開口部５６の下側係合面６０と実質的に平行になるように形成される。例えば、第２のスパー２２２の下面２３０は、先端部分２２６から根元部分２２４に向かって半径方向に広がる。

図９に示すように、ファスナ１３２は、正圧側シュラウド本体１０４、翼形部４０、及び負圧側シュラウド本体１０６に形成されたファスナ孔１３４、１３６、１３８をそれぞれ貫通して延びる。ファスナ１３２は、クランプ力を与えて、翼形部の正圧側壁５２に対して正圧側シュラウド本体１０４、負圧側壁５４に対して負圧側シュラウド本体１０６を保持するようになっている。

本実施形態において、正圧側シュラウド本体１０４の第１のスパー２１２は、第１のスパー２１２の上面２１８が、スパー開口部５６の上側係合面５８と係合又はほぼ係合するように、スパー開口部５６の中に挿入され、正圧側壁５２に沿って所定位置に保持される、及び／又は半径方向上向きに押し付けられる。負圧側シュラウド本体１０６の第２のスパー２２２は、正圧側シュラウド本体の第１のスパー２１２の下面２２０とスパー開口部５６の下側係合面６０との間に挿入される。

解放されると、負圧側シュラウド本体１０６の第２のスパー２２２の下面２３０は、スパー開口部５６の下側係合面６０の上に又はこの近くに載ることができる。正圧側シュラウド本体１０４の第１のスパー２１２の下面２２０は、負圧側シュラウド本体１０６の第２のスパー２２２の上面２２８の上に載る。正圧側シュラウド本体１０４のスパーの上面２１８は、スパー開口部５６の上側係合面５８と係合する。結果として、正圧側及び負圧側シュラウド本体１０４、１０６は、タービンブレード２８がローターシャフト２２と一緒に回転する場合のような特に遠心荷重を受ける場合に相互に及び翼形部４０に対してロックされる。遠心荷重は、翼形部４０の正圧側及び負圧側壁５２、５４に常用荷重をもたらす。また、スパー２１２、２２２は、正圧側及び負圧側シュラウド本体１０４、１０６によって生じる遠心荷重を翼形部４０に伝達することができる。

本明細書で説明して図示するように、本発明は、既存のタービンブレードミッドスパンシュラウド技術よりも優れた種々の技術的利点をもたらす。例えば、このミッドスパンシュラウド組立体１００は、隣接するタービンブレード２８との間で、所定のタービンブレード２８の所望のスパン比率及び／又は所望の翼弦比率で、ローターシャフト２４及び／又はローターディスク２６の周りの全３６０度にわたる接触点をもたらす。この接触部は、翼形部４０の振動特性（固有周波数及びモード形）を変える。楔又はダブテール形スパー１１２、２１２は、遠心荷重を受けて正圧側及び負圧側シュラウド本体１０４、１０６を相互に及び翼形部４０に対してロックする。遠心荷重は、翼形部４０の正圧側及び負圧側壁５２、５４に常用荷重をもたらす。常用荷重は、スパーの個々の表面又は面、及び／又はスパー開口部５６の上側及び／又は下側係合面の角度を調整することによって調整することができる。

タービンブレード２８の回転時にクランプ力を正圧側及び負圧側シュラウド本体１０４、１０６に与えることに加えて、スパー１１２、２１２及び／又は１２２、２２２は、正圧側及び負圧側シュラウド本体１０４、１０６の遠心荷重を翼形部４０に伝達することができる。追加的に又は代替的に、遠心負荷が大きくなると、これに伴って常用荷重が大きくなるので、結果的にファスナ１３２の曲げが低減する。追加的に又は代替的に、本明細書に提示されるミッドスパンシュラウド組立体は、新規のＯＥＭ部品に組み込むことができる、及び／又は既存のタービンブレードデザインに適合するように構成することができる。

本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる組み込み方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起され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、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。

１０ ガスタービン
１２ 入口セクション
１４ 圧縮機セクション
１６ 燃焼器セクション
１８ タービンセクション
２０ 排気セクション
２２ シャフト
２４ ローターシャフト
２６ ローターディスク
２８ ローターブレード
３０ 外側ケーシング
３２ 高温ガス経路
３４ 高温ガス
３６ 取付け部分
３８ プラットフォーム部分
４０ 翼形部
４２ 根元部分
４４ 先端部分
４６ 前縁
４８ 後縁
５０ 側壁
５２ 第１の又は正圧側壁
５４ 第２の又は負圧側壁
５６ スパーオリフィス又は開口部
５８ 上側係合面
６０ 下側係合面
１００ ミッドスパンシュラウド組立体
１０２ シュラウド本体
１０４ 第１の又は正圧側シュラウド本体
１０６ 第２の又は負圧側シュラウド本体
１０８ 内側嵌合部分
１１０ 内側嵌合部分
１１２ 第１のスパー又はラグ
１１４ 根元部分
１１６ 先端部分
１１８ 上面又は表面
１２０ 下面又は表面
１２２ 第２のスパー又はラグ
１２４ 根元部分
１２６ 先端部分
１２８ 上面又は表面
１３０ 下面又は表面
１３２ ファスナ
１３４ ファスナ孔
１３６ ファスナ孔
１３８ ファスナ孔
２１２ 第１のスパー又はラグ
２１４ 根元部分
２１６ 先端部分
２１８ 上面又は表面
２２０ 下面又は表面
２２２ 第２のスパー又はラグ
２２４ 根元部分
２２６ 先端部分
２２８ 上面又は表面
２３０ 下面又は表面

Claims (18)

1. タービンブレードの翼形部（４０）のためのミッドスパンシュラウド組立体（１００）であって、
   前記翼形部（４０）は、根元（４２）から半径方向で外側の先端部分（４４）まで延び、
   前記翼形部内に定められたスパー開口部（５６）を通って少なくとも部分的に延びるように形成され、根元部分（１１４）、先端部分（１１６）、該先端部分から該根元部分に向かって収束する第１の面及び第２の面（１１８、１２０）を有する第１のスパー（１１２）を定め、前記第１の面が半径方向で外側を向き、前記第２の面が半径方向で内側を向く、負圧側シュラウド本体（１０６）と、
   前記スパー開口部を通って少なくとも部分的に延びるように形成され、根元部分（１２４）、先端部分（１２６）、第３の面及び第４の面（１２８、１３０）を有する第２のスパー（１２２）を定め、前記第３の面が半径方向で外側を向き、前記第４の面が半径方向で内側を向く、前記第２のスパーの前記第３の面が、前記第１のスパーの前記第２の面と実質的に平行になるように形成される、正圧側シュラウド本体（１０４）と、
   を備えるミッドスパンシュラウド組立体。
2. 前記正圧側シュラウド本体及び前記負圧側シュラウド本体は、ファスナ孔を定め、前記ミッドスパンシュラウド組立体は、前記ファスナ孔を貫通して延びるように形成されたファスナをさらに含み、前記ファスナは、クランプ力を与えて、前記翼形部の正圧側壁及び負圧側壁に対して前記正圧側シュラウド本体及び前記負圧側シュラウド本体を保持する、請求項１に記載のミッドスパンシュラウド組立体。
3. 前記第１のスパーの前記第１の面は、前記スパー開口部の第１の係合面と平行になるように形成され、前記スパー開口部の前記第１の係合面が半径方向で内側を向く、請求項１または２に記載のミッドスパンシュラウド組立体。
4. 前記第２のスパーの前記第４の面は、前記スパー開口部の第２の係合面と平行になるように形成され、前記スパー開口部の前記第２の係合面が半径方向で外側を向く、請求項１乃至３のいずれかに記載のミッドスパンシュラウド組立体。
5. 前記第２のスパーの前記第４の面は、前記先端部分から前記根元部分に向かって広がる、請求項１乃至４のいずれかに記載のミッドスパンシュラウド組立体。
6. 前記正圧側シュラウド本体は、前記翼形部の前記正圧側壁に沿うように形成された嵌合側部分を含み、前記負圧側シュラウド本体は、前記負圧側壁に沿うように形成された嵌合側部分を含む、請求項２に記載のミッドスパンシュラウド組立体。
7. 前記第１のスパーは、実質的に楔又はダブテール形である、請求項１乃至６のいずれかに記載のミッドスパンシュラウド組立体。
8. 前記スパー開口部は、ダブテール形である、請求項１乃至７のいずれかに記載のミッドスパンシュラウド組立体。
9. 根元（４２）から半径方向で外側の先端部分（４４）まで延びる翼形部（４０）であって、正圧側壁（５２）、該正圧側壁の反対側の負圧側壁（５４）、及び前記正圧側壁及び負圧側壁を通って延び、第１の係合面及び第２の係合面（５８、６０）を定めるスパー開口部（５６）を有し、前記第１の係合面が半径方向で内側を向き、前記第２の係合面が半径方向で外側を向く、前記翼形部（４０）と、
   ミッドスパンシュラウド組立体（１００）と、
   を備えるタービンブレードであって、該ミッドスパンシュラウド組立体は、
   前記翼形部内に定められた前記スパー開口部を通って少なくとも部分的に延びるように形成され、根元部分（２１４）、先端部分（２１６）、該先端部分から該根元部分に向かって収束する第１の面及び第２の面（２１８、２２０）を有する第１のスパー（２１２）を定め、前記第１の面が半径方向で外側を向き、前記第２の面が半径方向で内側を向く、正圧側シュラウド本体（１０４）と、
   前記スパー開口部を通って少なくとも部分的に延びるように形成され、根元部分（２２４）、先端部分（２２６）、第３の面及び第４の面（２２８、２３０）を有する第２のスパー（２２２）を定め、前記第３の面が半径方向で外側を向き、前記第４の面が半径方向で内側を向く、前記第２のスパーの前記第３の面が、前記第１のスパーの前記第２の面と実質的に平行になるように形成される、負圧側シュラウド本体（１０６）と、
   を備えるタービンブレード。
10. 前記負圧側シュラウド本体及び前記正圧側シュラウド本体は、ファスナ孔を定め、前記ミッドスパンシュラウド組立体は、前記ファスナ孔及び前記翼形部を貫通して延びるように形成されたファスナをさらに含み、前記ファスナは、クランプ力を与えて、前記正圧側壁及び負圧側壁に対して前記正圧側シュラウド本体及び前記負圧側シュラウド本体を保持する、請求項９に記載のタービンブレード。
11. 前記第１のスパーの前記第１の面は、前記スパー開口部の前記第１の係合面と平行になるように形成される、請求項９または１０に記載のタービンブレード。
12. 前記第２のスパーの前記第４の面は、前記スパー開口部の前記第２の係合面と平行になるように形成される、請求項９乃至１１のいずれかに記載のタービンブレード。
13. 前記第２のスパーの前記第４の面は、前記先端部分から前記根元部分に向かって広がる、請求項９乃至１２のいずれかに記載のタービンブレード。
14. 前記正圧側シュラウド本体は、前記翼形部の前記正圧側壁に沿うように形成された嵌合側部分を含み、前記負圧側シュラウド本体は、前記負圧側壁に沿うように形成された嵌合側部分を含む、請求項９乃至１３のいずれかに記載のタービンブレード。
15. 前記第１のスパーは、実質的に楔又はダブテール形である、請求項９乃至１４のいずれかに記載のタービンブレード。
16. 前記第１及び第２の係合面は、前記正圧側壁から前記負圧側壁に向かって半径方向で反対方向に広がる、ことを特徴とする請求項９に記載のタービンブレード。
17. 圧縮機セクション（１４）と、
    前記圧縮機セクションの下流の燃焼セクション（１６）と、
    前記燃焼セクション（１６）の下流のタービンセクション（１８）と、
    を備えるガスタービン（１０）であって、
    前記タービンセクションは、ローターシャフト（２４）に結合された複数のタービンブレードを含み、前記タービンブレードの各々が正圧側壁（５２）、負圧側壁（５４）、及びスパー開口部（５６）を有する翼形部（４０）を含み、前記翼形部（４０）は、根元（４２）から半径方向で外側の先端部分（４４）まで延び、前記タービンブレードの各々が前記翼形部に結合されたミッドスパンシュラウド組立体（１００）を含み、該ミッドスパンシュラウド組立体は、
    前記スパー開口部を通って少なくとも部分的に延びるように形成され、根元部分（１１３）、先端部分（１１６）、該先端部分から該根元部分に向かって収束する第１の面及び第２の面（１１８、１２０）を有する第１のスパー（１１２）を定め、前記第１の面が半径方向で外側を向き、前記第２の面が半径方向で内側を向く、負圧側シュラウド本体（１０６）と、
    前記スパー開口部を通って少なくとも部分的に延びるように形成され、根元部分（１２４）、先端部分（１２６）、第３の面及び第４の面（１２８、１３０）を有する第２のスパー（１２２）を定め、前記第３の面が半径方向で外側を向き、前記第４の面が半径方向で内側を向く、前記第２のスパーの前記第３の面が、前記第１のスパーの前記第２の面と実質的に平行になるように形成される、正圧側シュラウド本体（１０４）と、
    を備えるガスタービン。
18. 前記正圧側シュラウド本体及び前記負圧側シュラウド本体は、ファスナ孔を定め、前記ミッドスパンシュラウド組立体は、前記ファスナ孔を貫通して延びるように形成されたファスナをさらに含み、前記ファスナは、クランプ力を与えて、前記翼形部の正圧側壁及び負圧側壁に対して前記正圧側シュラウド本体及び前記負圧側シュラウド本体を保持する、請求項１７に記載のガスタービン。