JP7486942B2 - タービンエンジン用のハイブリッドロータブレード - Google Patents

Description

本出願は、ガスタービンエンジンのロータブレードに関する。より詳細には、限定するものではないが、本出願はタービンエンジン内で使用するための、ハイブリッド翼形部を有するロータブレードの設計および製造に関する。

一般に、内燃機関またはガスタービンエンジン（以後「ガスタービン」とする）は、ブレードの列が軸線方向に階段状に積み重なった圧縮機部およびタービン部とを備える。各段は、通常は円周方向に間隔をおいて配置される固定されたステータブレードの列、および中心タービン軸またはシャフトの周りを回転するロータブレードの列を含む。動作中、一般に、圧縮機ロータブレードは、シャフトの周りで回転され、ステータブレードと協働して空気流を圧縮する。このようにして供給された圧縮空気は、その後、供給された燃料を燃焼させるために燃焼器内で使用される。しばしば作動流体と呼ばれる燃焼により生じた高温膨張燃焼ガスの流れは、その後、エンジンのタービン部を通って膨張する。タービン内では作動流体がステータブレードによってロータブレードに向け直され、回転力を与える。ロータブレードの回転によりシャフトが回転するように、ロータブレードは中心シャフトに接続される。このようにして、燃料に含まれるエネルギーは回転シャフトの機械エネルギーに変換され、例えば、圧縮機のロータブレードを回転させるために用いることができ、これによって燃焼のために必要な圧縮空気の供給が生じるだけでなく、例えば、発電機のコイルを回転させて電力を生成することができる。動作中、高温ガス経路の温度、作動流体の速度、およびエンジンの回転速度のために、タービン内のロータブレードは極度の機械的負荷および熱的負荷によってかなりの応力を受けるようになる。

発電および航空機を含む、多くの産業用途が今なおガスタービンに大きく依存しており、このためより効率的なエンジンの設計は依然として重要な目標である。機械の性能、効率、または費用対効果が少しずつでも向上すれば、この技術の影響によって、ますます競争が激しくなる市場において大幅に有利になる。ガスタービンの効率を向上させるために、エンジンを大型化する、高温ガス経路全体の温度を上昇させる、あるいはロータブレードの回転速度を上げるなどいくつかの方策が知られているが、これらはそれぞれ、通常はブレードその他の高温ガス経路部品に追加の負荷をかけ、これはすでに従来設計の限界に近づいている。その結果、このような作動応力を軽減できる、あるいは応力によく耐えるように構成部品の耐久性を高めるための、装置、方法、および／またはシステムの改善がなお必要とされている。この必要性は、市場競争が非常に激しく、多くの設計上の配慮が相互に関係し合って複雑化しているタービンロータブレードに関して特に顕著である。したがって、本明細書で提示されるような新しいロータブレード設計は、１つ以上の望ましい性能基準を最適化する、または高めるやり方でこれらの考慮事項の釣り合いをとる一方で、構造の堅牢性、部品寿命、費用対効果の良いエンジン動作、および／または冷却剤の効率的な使用をなお充分に促進し、大きな価値ある技術的進歩を示す。

本願は、したがって翼形部を有するロータブレードを備える、ガスタービンについて述べる。翼形部は、正圧面と、横方向に対向する負圧面との間で画定され、正圧面および負圧面は、対向する前縁と後縁との間に軸線方向に延在し、かつ外側先端部と、ロータブレードの根元部との結合部との間に半径方向に延在している。翼形部は非一体型部分を含んでもよく、翼形部の基部は第１の材料で作成され、翼形部の上部は第２の材料で作成される。翼形部は、翼形部の基部を上部に固定するコネクタを含んでもよく、コネクタは、基部および上部の一方から延びるタブと、基部および上部の他方に形成された、タブを受ける相補的なスロットと、タブの側面に形成された第１の溝と、スロットの側面に形成された第２の溝と、タブがスロットの中に受けられる際に第１の溝と第２の溝との位置を合わせることによって協働的に形成される保持穴と、保持穴内に収容される保持ワイヤとを有する、ワイヤロックコネクタを含む。

本出願のこれらのおよびその他の特徴は、図面および添付した特許請求の範囲と併せて、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を検討することにより明らかになろう。

本発明のこれらのおよびその他の特徴は、以下の添付の図面と併せて、本発明の例示的な実施形態についての以下のより詳細な説明を慎重に検討することによって、より完全に理解され認識されよう。

本願の可能な態様および実施形態によるタービンブレードを備え得る、例示的なガスタービンの概略図である。 図１のガスタービンの圧縮機部の断面図である。 図１のガスタービンのタービン部の断面図である。 本願の可能な態様および実施形態による内部冷却構成および構造配置を備える、例示的なタービンロータブレードの側面図である。 図４の視線５－５に沿った断面図である。 図４の視線６－６に沿った断面図である。 図４の視線７－７に沿った断面図である。 本願の可能な態様および実施形態による構成を含むパートスパンシュラウドを有する、例示的なタービンロータブレードの斜視図である。 本願の可能な態様および実施形態によるハイブリッド翼形部およびダブテールコネクタを有する、例示的なロータブレードの分解斜視図である。 ダブテールコネクタの実施形態を伴ったハイブリッド翼形部を有する、例示的なロータブレードの斜視図であり、組み立て方法を示す。 本願の可能な態様および実施形態による、ダブテールコネクタを伴ったハイブリッド翼形部を有する、例示的なロータブレードの斜視図である。 本願の可能な態様および実施形態による、ワイヤロックコネクタを伴ったハイブリッド翼形部を有する、例示的なロータブレードの分解側面図である。 本願の可能な態様および実施形態による、ワイヤロックコネクタを伴ったハイブリッド翼形部を有する、例示的なロータブレードの分解側面図である。 本願の可能な態様および実施形態による、ワイヤロックコネクタを伴ったハイブリッド翼形部を有する、例示的なロータブレードの正断面図である。 本願の可能な態様および実施形態による、ピンコネクタを伴ったハイブリッド翼形部を有する、例示的なロータブレードの分解斜視図である。 本願の可能な態様および実施形態による、ピンコネクタを伴ったハイブリッド翼形部を有する、例示的なロータブレードの組立透明図である。 本願の可能な態様および実施形態による、ピンコネクタを伴ったハイブリッド翼形部を有する、例示的なロータブレードの分解斜視図である。 本願の可能な態様および実施形態による、ピンコネクタを伴ったハイブリッド翼形部を有する、例示的なロータブレードの斜視図である。

本願の態様および利点は、以下の説明において後述され、あるいは本明細書から自明となり、もしくは本開示を実施することによって習得され得る。次に、本開示の現在の実施形態を詳しく参照するが、それらの１つ以上の例が、添付の図面に示されている。詳細な説明は、図面中の特徴を指すために、数字の符号を用いる。図面および説明の同様のまたは類似の符号は、本開示の実施形態の同様のまたは類似の部品を指すために用いることができる。理解されるように、各実施例は説明のために提供するものであって、本開示を限定するものではない。実際、本開示の範囲または趣旨を逸脱せずに、修正および変更が本開示において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または説明された特徴を別の実施形態で使用し、さらに別の実施形態を得ることができる。本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にある修正および変更を包含することが意図されている。本明細書で述べる範囲および限界は、特に断らない限り、その限界自体を含み、所定の限界内にある全ての下位範囲を含むことを理解されたい。さらに、特定の用語は、本発明ならびにその構成要素のサブシステムおよび部品を説明するために選択されている。可能な範囲で、これらの用語は、当該技術分野に共通する専門用語に基づいて選択されている。それにもかかわらず、そのような用語は、しばしば異なる解釈を受けることが理解されよう。例えば、本明細書で単一の構成要素として言及することができるものが、他では複数の構成要素から成るものとして言及されることがあり、あるいは、本明細書で複数の構成要素を含むものとして言及することができるものが、他では単一の構成要素として言及されることがある。このように、本開示の範囲を理解する際には、使用される特定の専門用語だけでなく、用語がいくつかの図面に関係するようにして、添付の明細書および文脈、ならびに構成、機能、および／または参照され説明される構成要素の使用についても注意を払うべきであり、そして当然のことながら、添付の特許請求の範囲における専門用語の使用についても注意を払うべきである。以下の例は、特定の種類のタービンエンジンンに関して示されている。しかしながら、本願の技術は、当業者に理解されるように、制限なく他のカテゴリのタービンエンジンに適用可能なことを理解されたい。したがって、特に明記しない限り、本明細書で使用する「タービンエンジン」という用語は、特許請求する発明が、さまざまな種類の内燃機関またはガスタービンエンジン、ならびに蒸気タービンエンジンを含む異なる種類のタービンエンジンに対して、広範かつ制限なく使用されることが意図される。

タービンエンジンの運転方法の性質上、その機能のいくつかの態様を説明するうえで、いくつかの用語が特に有用であろう。例えば、本明細書では「下流側」および「上流側」という用語は、特定の導管または流路を通って移動する流体の流れの方向、または「流れ方向」に対するその導管または流路内の位置を示すために用いられる。このように、「下流側」という用語は、流体が指定された導管を通って流れる方向を示し、「上流側」はそれと反対の方向を示す。これらの用語は、所与の通常の動作または予想される動作で、導管を通る流れ方向を指すと解釈されるべきである。タービンエンジンの構成、特に、共通する、または中心にある軸または軸線の周囲の構成部品の配置を考慮して、軸線に対する位置を説明する用語が常時使用されてもよい。これに関連して、「半径方向」という用語は、軸に垂直な動きまたは位置を示すことが理解されよう。これと関連して、中心軸からの相対的な距離を記述することが必要となる場合がある。このような場合には、例えば、第１の構成要素が第２の構成要素よりも中心軸に近接して存在する場合には、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向内側」または「内側」のいずれかにあると記述する。一方、第１の構成要素が第２の構成要素よりも中心軸から遠くに存在する場合には、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向外側」または「外側」のいずれかにあると記述する。本明細書で用いられる「軸線方向」という用語は、軸線と平行な動きまたは位置を指し、「円周方向」という用語は、軸線の周囲の動きまたは位置を指す。特に明記しない限り、または前後関係によって明確にならない限り、これらの用語がその中で機能するロータまたはステータブレードなどの非一体型部品の特性を説明している、または特許請求しているときであっても、これらの用語は、そこを通って延在するシャフトによって画定される、タービンの中心軸に関するものと解釈されるべきである。最後に、「ロータブレード」という用語は、動作中にタービンエンジンの中心軸の周囲で回転するブレードを指し、「ステータブレード」という用語は固定されたままのブレードを指す。

背景として、ここで特に図面を参照すると、図１から図３は、本発明による、あるいは本発明が使用され得る、例示的なガスタービンエンジン（または「ガスタービン」）を示す。図１に示すように、ガスタービン１０は、共通シャフトまたはロータによって下流タービン部（または「タービン」）１２に機械的に結合された、上流圧縮機部（または「圧縮機」）１１を備える。燃焼器１３は、圧縮機１１とタービン１２との間に配置される。ガスタービン１０は、共通中心軸１９の周りに形成される。

図２は、図１のガスタービンで用いることができる例示的な多段軸流圧縮機１１を示す。図示されているように、圧縮機１１は複数の段を有してもよく、そのそれぞれが圧縮機ロータブレード１４の列と、圧縮機ステータブレード１５の列と、を含む。このように、第１段は、中心シャフトの周りに回転する圧縮機ロータブレード１４の列と、それに続いて動作中に固定されたままの圧縮機ステータブレード１５の列と、を含むことができる。

図３は、図１のガスタービンで用いることができる例示的なタービン部すなわちタービン１２の部分図である。タービン１２もまた、複数の段を含むことができる。３つの例示的な段を示しているが、これより多くの段またはこれより少ない段が存在してもよい。各段は、動作中に固定されたままの複数のタービンノズルまたはステータブレード１７を含んでもよく、その後ろに、動作中にシャフトの周りで回転する複数のタービンバケットまたはロータブレード１６を含んでもよい。タービンステータブレード１７は、一般に、互いに円周方向に間隔をおいて配置され、かつ回転軸の周りで外側ケーシングに固定されている。タービンロータブレード１６は、中心軸の周りで回転するようにタービンホイールまたはロータディスク（図示せず）に取り付けることができる。タービンステータブレード１７およびタービンロータブレード１６は、タービン１２を通る高温ガス経路または作動流体流路内にあることが理解されよう。作動流体流路内における燃焼ガスまたは作動流体の流れの方向が矢印で示されている。

ガスタービン１０の動作の一例では、軸流圧縮機１１内の圧縮機ロータブレード１４の回転が、流れる空気を圧縮することができる。燃焼器１３では、圧縮空気が燃料と混合され、点火されて、エネルギーが放出される。次いで、結果として生じる、燃焼器１３からの高温ガスまたは作動流体の流れがロータブレード１６上に導かれ、タービンロータブレード１６をシャフトの周りで回転させる。このようにして、作動流体の流れのエネルギーは、回転するブレードの機械的エネルギーに変換され、さらにロータブレードとシャフトとの間の接続により、回転するシャフトの機械的エネルギーに変換される。シャフトの機械的エネルギーは、次に圧縮機ロータブレード１４の回転を駆動して必要な圧縮空気を供給することができ、また、例えば、発電機を駆動して電気を生成することもできる。

図４～図７は、本発明の態様による、または本発明の態様を実施することができるタービンロータブレード１６を示す。理解されるように、これらの図はロータブレードの一般的な構成を図示し、後の参照に備えてこのようなブレード内の構成部品と領域との間の空間的関係を描写するために提供され、その一方で、ロータブレードの内部および外部の設計に影響を及ぼす幾何学的制約その他の基準についても描写する。この実施例のブレードはロータブレードであるが、特に明記しない限り、本発明はガスタービン内の他のタイプのブレードにも適用できることを理解されたい。前述したように、このような構成部品の説明は、ガスタービンエンジンの配向および機能、そしてより詳細には、作動流体流路内の配向および機能に基づいた意味を持つ専門用語を含み得る。このように、例えば、文脈上適用可能な箇所では、ロータブレードに関する説明は、予想される動作条件または通常の動作条件下で、エンジン内にロータブレードが適切に取り付けられて機能しているとみなして理解されてもよい。

ロータブレード１６は、図示されているように、ロータディスクに取り付けるように構成された根元部２１を有してもよい。例えば、根元部２１は、ロータディスクの外周部の対応するダブテールスロットに取り付けるように構成された、コネクタ２２を含むことができる。根元部２１は、コネクタ２２とプラットフォーム２４との間に延在するシャンク２３をさらに含むことができる。プラットフォーム２４は、図示されているように、通常は根元部２１と翼形部２５との間の接合部を形成し、翼形部２５は、タービン１２を通る作動流体の流れを遮断して所望の回転を誘発する、ロータブレード１６の能動部品である。プラットフォーム２４は、このように翼形部２５の内側端部を画定し得る。プラットフォームは、タービン１２を通る作動流体流路の内側境界部分をさらに画定し得る。

ロータブレードの翼形部２５は通常、凹状の正圧面２６と、円周方向または横方向に対向する凸状の負圧面２７と、を含む。正圧面２６および負圧面２７はそれぞれ、対向する前縁２８と後縁２９との間に軸線方向に延びてもよく、かつ半径方向に、プラットフォーム２４との接合部で画定され得る内側端部と、外側先端部３１との間に延びてもよい。翼形部２５は、所望の空力性能を促進するように設計された、湾曲した、または曲面形状の形状を有してもよい。図４および図５に示すように、翼形部２５の形状は、プラットフォーム２４と外側先端部３１との間に延びるにつれて徐々にテーパを付けることができる。テーパは、図４に示すように、翼形部２５の前縁２８と後縁２９との間の距離が狭くなる軸方向テーパ、および、図５に示すように、正圧面２６と負圧面２７との間に画定される翼形部２５の厚さが減少する円周方向テーパを含むことができる。図６および図７に示すように、翼形部２５の成形された形状は、プラットフォーム２４から延びるにつれて、翼形部２５の長手方向軸の周りの捻れをさらに含むことができる。理解されるように、捻れは、内側端部と外側先端部３１との間で翼形部２５のスタガ角を徐々に変化させるために含まれ得る。

説明する目的で、図４に示すように、ロータブレード１６の翼形部２５は、軸線方向中央線３２の両側に画定された、前縁部または半部と、後縁部または半部を有するものとしてさらに説明されてもよい。軸線方向中央線３２は、本明細書におけるその用途によれば、プラットフォーム２４と外側先端部３１との間にある翼形部２５の、反り曲線３５の中央点３４を結ぶことによって形成されてもよい。また、翼形部２５は、翼形部２５の半径方向中央線３３の内側と外側とに画定された、２つの半径方向に積み重ねられた部分を含むものとして説明されてもよい。したがって本明細書で使用されるように、翼形部２５の内側部または半部は、プラットフォーム２４と半径方向中央線３３との間に延在し、外側部または半部は、半径方向中央線３３と外側先端部３１との間に延在する。最後に、翼形部２５は、正圧面部分または半部と、負圧面部分または半部とを含むものとして説明されてもよく、理解されるように、これは翼形部２５の反り曲線３５の両側、および翼形部２５の対応する表面２６、２７に画定される。

ロータブレード１６は、１つ以上の冷却チャネル３７を有する内部冷却構成３６をさらに含んでもよく、動作中は冷却剤が冷却チャネル３７を通って循環する。このような冷却チャネル３７は、ロータブレード１６の根元部２１を貫通して形成された供給源への接続部から、半径方向外側に延在することができる。冷却チャネル３７は、直線、曲線、またはこれらの組み合わせであってもよく、また１つ以上の出口または表面ポートを有してもよく、ここを通ってロータブレード１６からきた冷却剤が作動流体流路の中に排出される。

図８は、本発明による、または本発明の態様が実施され得るミッドスパンまたはパートスパンシュラウドを有する、例示的なタービンロータブレードの図を示す。具体的には、ロータブレード１６の斜視図が提供され、翼形部２５は例示的なパートスパンシュラウド７５を備える。一般に、パートスパンシュラウド７５は、取り付けられているロータブレード１６の列内の、隣接する翼形部同士の間に掛け渡されるように構成される。パートスパンシュラウドは通常、翼形部２５の中央領域と、半径方向に一致するように配置される。したがって、パートスパンシュラウド７５は、図４に示す翼形部２５の半径方向中央線３３の近くに配置されてもよい。本明細書で使用される定義によれば、パートスパンシュラウド７５は、翼形部２５の外側先端部３１の内側かつプラットフォーム２４の外側に配置されるシュラウドとして広義に定義されてもよい。本明細書で使用される別の定義によれば、パートスパンシュラウド７５は、翼形部２５の半径方向範囲内に配置されるものとして定義されてもよい。このように、いくつかの実施形態によれば、この半径方向範囲は、翼形部２５の半径方向高さの約２５％の内側境界と、翼形部２５の半径方向高さの約８５％の外側境界との間にあるものと定義されてもよい。他のより具体的な実施形態によれば、パートスパンシュラウド７５の位置の範囲は、翼形部２５の半径方向高さの約３３％の内側境界と、翼形部２５の半径方向高さの約６６％の外側境界との間にあるものと定義されてもよい。

パートスパンシュラウド７５は、翼形部２５の側面から延びる、翼に似た突出部を有していてもよい。これらの翼に似た突出部はそれぞれ、翼形部２５の突出部が延出する表面２６、２７に応じて呼称されてもよい。したがって、本明細書の説明上の目的で、パートスパンシュラウド７５は、翼形部２５の正圧面２６から突出する正圧側翼７６と、翼形部２５の負圧面２７から突出する負圧側翼７７とを備えるものとして参照される。図示されているように、各翼７６、７７は、軸線方向かつ円周方向に突出している構成部品として構成されてもよく、翼形部２５の半径方向高さと比較して、半径方向寸法において比較的薄い。パートスパンシュラウド７５の各翼７６、７７は、ブレード列内で隣に配置された、隣接するロータブレードの翼７６、７７のうちの対向する翼と、機能的に協働するように構成されてもよい。具体的には、第１のロータブレード１６の正圧面２６から延びる正圧側翼７６は、第１のロータブレード１６の片側にある第２のロータブレード１６の負圧面２７から延びる、負圧側翼７７と協働するように構成されてもよい。同様に、第１のロータブレード１６の負圧面２７から延びる負圧側翼７７は、第１のロータブレード１６のもう一方の側にある第３のロータブレード１６の正圧面２６から延びる、正圧側翼７６と協働するように構成されてもよい。このようにして、パートスパンシュラウド７５は、動作中に、隣接するロータブレード１６の翼形部２５間の接触点を生成するために使用されてもよい。この接触は断続的または一定であってもよく、ガスタービンの運転モードに依存してもよい。理解されるように、ロータブレード１６の翼形部２５のこのような結合は、組立体の固有振動数を増加させ、動作振動を減衰するために行われてもよく、ロータブレード１６全体の機械的応力を低減し、耐用寿命を延長し得る。本明細書で使用されるように、正圧側翼の遠位端は、正圧側翼円周面８６として設計され、負圧側翼の遠位端は、負圧側翼円周面８７として設計される。

次に本開示の例示的な実施形態を参照すると、図９～図１８は、翼形部の上部が翼形部の基部とは別の材料でできている、ハイブリッド翼形部の設計を有するタービンロータブレードを示す。好ましい実施形態では、上部は複合材料などの軽い材料で作られ、基部はやはり金属などの重い材料で作られる。理解されるように、従来のロータブレードのほとんどは全体が金属で作られており、その結果生じる重さのため、構成部品の寿命要件を満たすためにかなりの量の冷却空気と、堅牢な根元部構造とが必要になる。本明細書に示す方法で、翼形部の上部を軽量な材料に置き換えることによって、ロータブレードにかかる遠心引っ張り負荷を大幅に低減することができる。この低減を利用して、ロータブレードの寿命を長くし、冷却空気への依存を低減し、かつ／または燃焼温度を高くでき、この全てがガスタービンの出力および効率性を容易に高め得る。また、このハイブリッド翼形部構成によって上部の幾何学形状を単純化することができ、特にロータブレード全体を複合材料で作成するのに比べて、製造工程全体を大幅に簡素化することができる、ことが理解されよう。このようにして、一体成型などの従来の工程によって、ロータブレードの基部および根元部のより複雑な幾何学形状を金属で構築できる一方で、本開示によれば、上部の幾何学形状を単純化することにより、複合材料およびこれに関連する従来の製造工程で効率的に構築することが可能になる。

本開示に従って、翼形部の複合材の上部は、中実部品として、または重さをさらに低減するために中空部品として構築されてもよく、コネクタを介してブレードの金属の基部に固定される、ことが理解されよう。以下に示す例示的な実施形態によれば、このコネクタはいくつかの異なる形態をとってもよく、そのそれぞれが、構造の堅牢性を高め、応力拡散特性を向上させ、構成部品の寿命を延長する方法で、材料の種類が異なる翼形部の上部と基部とを効果的に結合し、さらに製造する際の費用対効果が高くなることがわかっている。図９～図１１で参照される例示的な実施形態によれば、コネクタは、翼形部の基部と上部との間にインターロック嵌合を生成するダブテール継手を含む。この例の中の代替実施形態は、軸線方向または円周方向に係合するダブテール継手を含む。図１２～図１４で参照される別の実施形態によれば、コネクタは、翼形部の上部を基部に固定するために、本明細書で「ワイヤロック」と呼ばれるものを含む。最後に、図１５～図１８を参照すると、コネクタはピンコネクタを含み、１本以上のピンが翼形部の上部を基部に固定する。以下で説明するように、この種の構成における代替は、１本または２本のピン構成を含む。

また、例示的な実施形態によれば、ハイブリッド翼形部は、２つの翼形部部分を分離する分割線または境界線の近くに、またはこれに隣接して配置された、パートスパンシュラウドを含んでもよい。パートスパンシュラウドをハイブリッド翼形部に組み込む設計にはいくつかの利点があることがわかっている。例えば、パートスパンシュラウドは隣接する翼形部同士の間に接触点を設けるので、ハイブリッド翼形部とともにこれを用いることによって、異なる材料の境界、または境界に非常に近い重要な箇所に付加的な支持を与えるのに活用でき、接合部で生じる特定の応力集中を緩和し、耐用寿命を延長し得る。パートスパンシュラウドは、翼形部を支持するとともに、ハイブリッド翼形部のコネクタを早期に摩耗させる可能性がある、振動を低減するために使用することもできる。パートスパンシュラウドを使用することの別の利益として、ハイブリッド翼形部コネクタに空間的な利点をもたらすことが含まれる。特にピンコネクタに関しては、後述するように、コネクタのいくつかの特徴を、パートスパンシュラウドによって与えられた追加の空間に機能または性能を損なうことなく統合することができる。

ここで、本開示のハイブリッド翼形部に関する、いくつかの一般的な特徴および特性について説明する。特に明記しない限り、これらはそれぞれ、図９～図１８に図示され、以下で説明する各実施形態に適用可能なことが意図されている。また、本開示を理解するうえで、ロータブレードおよび翼形部の構成部品が方向または配向特性との関連で説明されるとき、これらは構成部品が使用されるタービンエンジンに関連していることを理解されたい。このように、特に明記しない限り、この種の説明は、構成部品がガスタービンなどのタービンエンジン内に適切に取り付けられて機能しているとみなしている。本明細書で使用されるように、このようなガスタービンの配向特性は、圧縮機およびタービンを貫通するガスタービンの中心軸に関連して定義される、半径方向、軸線方向、および円周方向の相対的な配置を含み得る。また、前方および後方は、ガスタービンの前端に配置される圧縮機、およびガスタービンの後端に配置されるタービンに関連して定義される。

第１に、図９～図１８の例示的な実施形態を全般的に参照すると、翼形部２５は、タービンエンジン内で使用される翼形部またはブレードであってもよい。より詳細には、翼形部２５は、ロータブレード１６、例えば、ガスタービン内のタービンロータブレードの翼形部であってもよい。すでに述べたように、翼形部２５は、一般にロータブレードの根元部２１との結合部と、翼形部２５の外側先端部３１との間に延在してもよい。

後述するように、翼形部２５は、翼形部の非一体型部分を結合することによって形成される、ハイブリッド翼形部であってもよい。本明細書で使用されるように、非一体型部分は、基部１０１と上部１０２とを含む。基部１０１および上部１０２はそれぞれ、翼形部２５の半径方向部分として画定されてもよい。翼形部２５の表面に沿って、基部１０１および上部１０２は、境界線１０６に沿って当接または接合してもよい（図１１および図１６に示す）。翼形部２５の基部１０１は外側表面１０７を有してもよく、これは理解されるように、組み立て時に上部１０２に当接する面である。このように基部１０１は、翼形部２５が根元部２１とともに作る結合部と、外側表面１０７との間に延在する、翼形部２５の半径部分として説明されてもよい。翼形部２５の上部１０２は内側表面１０８を有してもよく、これは理解されるように、組み立て時に基部１０１に当接する面である。このように上部１０２は、外側先端部３１と、内側表面１０８との間に延在する、翼形部２５の半径部分として説明されてもよい。理解されるように、基部１０１の外側表面１０７の周辺部と、上部１０２の内側表面１０８の周辺部とは、当接して境界線１０６を形成する。

第２に、引き続き図９～図１８を全般的に参照すると、基部１０１と上部１０２とは、境界線１０６が翼形部２５の中間部分の近く、またはこの範囲内に生じるように構成されてもよい。例えば、例示的な実施形態によれば、上部１０２の半径方向高さは、翼形部２５（すなわち、基部１０１および上部１０２の両方の高さ）の半径方向高さの２５％～５５％である。また、翼形部２５がパートスパンシュラウド７５を備えるときは、翼形部２５は境界線１０６がパートスパンシュラウド７５の近くに、またはこれに隣接して配置されるように構成されてもよい。好ましい実施形態によれば、例えば、翼形部２５の基部１０１および上部１０２は、境界線１０６がパートスパンシュラウド７５の近くまたはこれに隣接して配置されるだけでなく、パートスパンシュラウド７５の外側に配置されるように構成される。

第３に、引き続き図９～図１８を全般的に参照すると、翼形部２５の上部１０２は、中空のチャンバまたはポケット１０９を含んでもよい。例えば、好ましい実施形態によれば、中空ポケット１０９は、翼形部２５の外側先端部３１を通って形成された開口１１０から、上部１０２の中に延在してもよい。本開示によれば、中空ポケット１０９が中空である理由の１つは、翼形部２５の上部１０２から重さを取り除くためである。したがって中空ポケット１０９は、上部１０２の体積と比較して、かなり大きい体積を有するように構成されてもよい。例示的な実施形態によれば、例えば、中空ポケット１０９は、上部１０２の体積の１／４よりも大きい体積を有する。

最後に、引き続き図９～図１８を全般的に参照すると、例示的な実施形態によれば、翼形部２５の基部１０１および上部１０２は異なる材料で作成される。つまり、翼形部２５は非一体型部分を結合することによって構築されてもよく、基部１０１は第１の材料で作成され、上部１０２は第２の材料で作成される。一般に、基部１０１用に選択される材料は、上部１０２用に選択される材料より重い材料である。すでに述べたように、この構成にする理由の１つは、翼形部２５の外側半径部分から重さを取り除くためであり、これによって動作中の引っ張り負荷が大幅に低減される。例示的な実施形態によれば、基部１０１の第１の材料は、鋼またはニッケル合金などの金属である。例示的な実施形態によれば、上部１０２の第２の材料は、セラミックマトリックス複合材などの複合材料である。他の材料も可能である。

ここで特に図９～図１１を参照すると、翼形部２５の非一体型部分、すなわち基部１０１と上部１０２との間にインターロック嵌合を生成するコネクタ１００が示されている。この事例では、コネクタ１００はダブテール継手１０５であり、翼形部２５の上部１０２を基部１０１に固定する。

本開示によれば、ダブテール継手１０５は、基部１０１と上部１０２との両側に形成された、相補的なインターロック機能を有するものとして説明され、組み立て時に両者の間に結合部を形成する。ダブテール継手１０５の第１の特徴は、本明細書では「ダブテール」１１１と呼ばれる。しかしながらこの用語は限定を意図するものではなく、特に断らない限り、広くインターロックコネクタまたはダブテール継手の雄部品を指すことが意図される。このようにダブテール１１１は一般に、表面から延びる、成形された突起と定義されてもよく、その表面から離れて延びるにつれて広がる、または大きくなる（あるいは別の観点からは、その表面に近づくにつれて先細になる、または狭くなる）断面形状を有する。ダブテール継手１０５の第２の特徴は、本明細書では「ダブテール溝」１１２と呼ばれ、これは、ダブテール１１１を受けるように構成された相補的な特徴であり、これによってインターロック結合を形成する。この場合も、この用語は限定を意図するものではなく、特に断らない限り、広くインターロックコネクタまたはダブテール継手の雌部品を指すことが意図される。したがって、ダブテール溝１１２は、表面内に形成された成形溝として画定されてもよく、その表面の中に延びていくにつれて広くなる（あるいは別の観点からは、その表面に近づくにつれて狭くなる）。

したがって、本明細書で使用されるように、ダブテール継手１０５は、少なくとも１つのこのような相補的なダブテール溝１１２内で受けられて保持される、少なくとも１つのこのようなダブテール１１１を有するコネクタである。理解されるように、ダブテール１１１およびダブテール溝１１２は、翼形部２５の基部１０１および上部１０２の対向する側に形成されてもよい。例えば、ダブテール１１１は翼形部２５の基部１０１に形成されてもよく、あるいは図示の例で示されているように、ダブテール１１１は翼形部２５の上部１０２に形成されてもよい。ダブテール溝１１２は翼形部２５の上部１０２に形成されてもよく、あるいは図示されているように、ダブテール溝１１２は翼形部２５の基部１０１に形成されてもよい。

例えば、ダブテール１１１は、これが形成されている表面から離れて延びるにつれて大きくなる断面形状を有してもよく、基部１０１の外側表面１０７、または上部１０２の内側表面１０８のいずれかをそれぞれ含んでもよい。ダブテール溝１１２は、ダブテール１１１の断面形状に対応する断面形状を有してもよく、その結果、ダブテール溝１１２は、これが形成されている表面に近づくにつれて狭くなり、翼形部２５の基部１０１の外側表面１０７、または上部１０２の内側表面１０８のいずれかをそれぞれ含んでもよい。本明細書で使用されるように、ダブテール溝１１２が形成されている表面開口は、「口部」１１３と呼ばれてもよい。本開示によれば、ダブテール継手１０５は、ダブテール１１１がダブテール溝１１２の中に係合することによって、翼形部２５の上部１０２が、基部１０１から半径方向に分離しないよう制限されるように構成される。インターロック式のダブテール継手１０５は、いくつかの利点の中で、動作中に翼形部２５に加わる引っ張り応力に対して効果的な耐性を形成することがわかっている。

図９および図１０の例示的な実施形態で示すように、本開示のダブテール継手１０５は、軸線方向に係合するダブテール継手であってもよい。本明細書で使用されるように、軸線方向に係合するダブテール継手は、翼形部２５の上部１０２と基部１０１との間の（ガスタービンの軸線に対する）軸線方向の相対移動によって係合する接合部である。図示されているように、好ましい実施形態によれば、ダブテール１１１は、上部１０２の内側表面１０８に配置されてもよく、ダブテール溝１１２は、基部１０１の外側表面１０７に画定された口部１１３から基部１０１の中に延びてもよい。この配置を考慮すると、ダブテール１１１は、軸線方向に画定される、その長さにわたってほぼ一定となる断面形状を有し、その形状はダブテール１１１が上部１０２の内側表面１０８から離れて延びるにつれて円周方向に拡大するように成形される。ダブテール溝１１２は、ダブテール１１１の形状に対応する断面形状を有する。したがって、ダブテール溝１１２は、その長さにわたってほぼ一定となる断面形状を有し、これは軸線方向に画定され、その形状はダブテール溝１１２が基部１０１の外側表面１０７の中に延びていくにつれて円周方向に広がるように成形される。

ダブテール１１１は第１の端部と第２の端部との間に伸長し、これらの端部は、ダブテール１１１の軸線方向の配向を所与として、前端および後端と呼ばれてもよい。これらの端部の位置は異なっていてもよい。図９に示すように、好ましい実施形態によれば、ダブテール１１１の前端は、翼形部２５の前縁２８に配置される。このような事例では、ダブテール１１１の前端は、ダブテール１１１がダブテール溝１１２内に完全に係合すると、翼形部２５の前縁２８の半径方向部分を画定する。ダブテール１１１の長さは変化し得る。図９の例示的な実施形態によれば、ダブテール１１１の長さは、ダブテール１１１の後端が、翼形部２５の軸線方向中央線３２を越えて位置するような長さにされる。

図１０の例示的な実施形態が示すように、ダブテール１１１は、翼形部２５の前縁２８および後縁２９からそれぞれオフセットされた、前端と後端との間で伸長してもよい。つまり、前端は翼形部２５の前縁２８から一定の距離でオフセットされ、後端は翼形部２５の後縁２９から一定の距離でオフセットされる。このような事例では、ダブテール継手１０５を結合する目的で、ダブテール溝１１２に隣接して組立開口１１４が形成されてもよい。理解されるように、組立開口１１４は、ダブテール１１１を受け入れるように構成され、その結果、ダブテール１１１は取り付け中に、組立開口１１４を通してダブテール溝１１２との半径方向の位置合わせを達成することができる。この位置合わせが達成されると、ダブテール１１１はその後、軸線方向に移動することによって、ダブテール溝１１２にスライドさせて入れることができる。図１０に示すように、複数のダブテール１１１とダブテール溝１１２との対が提供されてもよい。このような事例では、各対に組立開口１１４のうちの１つが提供される。

図１１の例示的な実施形態で示すように、本開示のダブテール継手１０５は、円周方向に係合するダブテール継手であってもよい。本明細書で使用されるように、円周方向に係合するダブテール継手は、翼形部２５の上部１０２と基部１０１との間の（ガスタービンの軸線に対して）円周方向の相対移動を介して係合する継手である。この事例では、ダブテール継手１０５は、上部１０２から延びる複数のダブテール１１１と、基部１０１に形成された複数のダブテール溝１１２とを含んでもよい。複数のダブテール１１１の各々は、複数のダブテール溝１１２の対応する１つにそれぞれ保持されてもよい。いくつかのインターロック式のダブテール／ダブテール溝の対は、翼形部に加わる引っ張り応力に対する耐性を効果的に与えるために使用され得ると同時に、接合部内の応力拡散特性を向上させる。特に明記しない限り、インターロック式のダブテール／ダブテール溝の対の数および配置、ならびにその特定の形状は、特定の用途に関連する設計基準に依存し得ることは理解されよう。

特に図１２～図１４を参照すると、ハイブリッド翼形部で使用するための代替的なコネクタ１００が示されている。この事例では、翼形部２５の上部１０２を基部１０１に固定するために「ワイヤロックコネクタ」１１５が使用され、前述した任意の翼形部を含んでもよい。本開示によれば、ワイヤロックコネクタ１１５は、基部１０１および上部１０２の１つから延びるタブ１１７と、基部１０１および上部１０２の他方に形成された、タブ１１７を受けるための相補的なスロット１１８と、タブ１１７の側面１２３に形成された第１の溝１２１と、スロット１１８の側面１２４に形成された第２の溝１２２と、タブ１１７がスロット１１８の中に完全に受けられると、第１の溝１２１と第２の溝１２２との位置を合わせることによって協働的に形成される保持穴１２５（図１４を参照）と、（図１４に具体的に示すように）保持穴１２５内に収容される保持ワイヤ１２６とを含んでもよい。好ましくは、保持ワイヤ１２６は、保持穴１２５内に取り付けられたときに第１の溝１２１および第２の溝１２２を埋めるような大きさにされる。このようにして、保持ワイヤ１２６は、翼形部２５の上部１０２と基部１０１とが半径方向に相対移動するのを制限する、機械的な締まり嵌めを生成する。他の材料も可能であるが、保持ワイヤ１２６は、基部１０１の材料と同じ材料で作成されてもよい。

例示的な実施形態によれば、ワイヤロックコネクタ１１５は、取付穴１２８を有してもよい。取付穴１２８は、翼形部２５の表面に形成された開口１２９から、保持穴１２５の端部の１つと揃う位置まで、翼形部２５を通って延在してもよい。理解されるように、取付穴１２８は、第１の溝１２１と第２の溝１２２との位置が合うようにタブ１１７がスロット１１８の中に完全に挿入されているときに、保持穴１２５の中に保持ワイヤ１２６を挿入するために使用されてもよい。理解されるように、取り付けが完了したときに、保持ワイヤ１２６の延長部が取付穴１２８内に残っていてもよい。

例示的な実施形態によれば、タブ１１７は、翼形部２５の上部１０２の内側表面１０８に配置されてもよい。このような事例では、理解されるように、スロット１１８は翼形部２５の基部１０１に形成され、基部１０１の外側表面１０７に画定された口部または開口から基部１０１の中に延びる。タブ１１７とスロット１１８とを反対側に配置することも可能である。

例示的な実施形態によれば、タブ１１７は、第１の端部と第２の端部との間にほぼ軸線方向に伸長し、第１の端部および第２の端部は、その相対位置によってそれぞれ前端および後端と呼ばれてもよい。好ましくは、タブ１１７の前端は翼形部２５の軸線方向中央線３２の前方側に配置され、後端は軸線方向中央線３２の後方側に配置される。例示的な実施形態で示すように、タブ１１７の前端は、翼形部２５の前縁２８から一定の距離でオフセットされてもよく、タブ１１７の後端は、翼形部２５の後縁から一定の距離でオフセットされてもよい。

例示的な実施形態によれば、保持穴１２５、およびその中に収容される保持ワイヤ１２６は、タブ１１７の全長にわたって延在してもよく、あるいは代替実施形態では、タブ１１７の長さの一部にわたって延在してもよい。具体的には、図１３に示すように、保持穴１２５、およびその中に収容される保持ワイヤ１２６は、タブ１１７の全長にわたって延在してもよい。任意で、図１２の代替実施形態に示すように、保持穴１２５、およびその中に収容される保持ワイヤ１２６は、タブ１１７の長さの一部のみにわたって延在してもよい。例えば、保持穴１２５、およびその中に収容される保持ワイヤ１２６は、タブ１１７の前端から、タブ１１７の後端の手前の位置まで延びてもよい。このような事例では、保持穴１２５、およびその中に収容される保持ワイヤ１２６は、好ましくは（タブ１１７の前端から測定して）タブ１１７の軸線方向長さの４０％～８０％の範囲内に画定される位置まで延びる。

図１２および図１３に示すように、代替実施形態によれば、ワイヤロックコネクタ１１５とともに補助コネクタ１３０が含まれてもよい。例えば、補助コネクタ１３０は、翼形部２５の上部１０２と基部１０１との間に第２の結合部を形成するように構成された、半径方向ピン１３１および半径方向穴１３３を含んでもよい。図示されているように、半径方向ピン１３１は、基部１０１の外側表面１０７から半径方向に延びてもよく、相補的な半径方向穴１３３は、半径方向ピン１３１を受けるために、上部１０２の内側表面１０８に形成される。好ましい実施形態によれば、補助コネクタ１３０は、ワイヤロックコネクタ１１５のタブ１１７およびスロット１１８の後方に配置される。このようにして、補助コネクタ１３０は、動作中に翼形部２５に加わる捻り負荷に抵抗するために使用されてもよい。

図１２および図１３は１つのワイヤロックコネクタ１１５のみを示しているが、図１４は、複数のワイヤロックコネクタ１１５が使用されている代替実施形態を示す。図示されているように、この事例では、タブ１１７の第１のワイヤロックコネクタ１１５の反対側に、第２のワイヤロックコネクタ１１５が形成される。他の実施形態は、タブ１１７の第１のワイヤロックコネクタ１１５と同じ側に形成される、第２のワイヤロックコネクタ１１５を含んでもよい。

ワイヤロックコネクタ１１５の特徴は、翼形部２５に加わる引っ張り応力に対する抵抗を効果的に提供しながら、さらに効率的に構築されかつ修復されることである。例えば、保持ワイヤ１２６は、その単純な構成ゆえに容易に製造される、あるいは安価で入手され得る部品である。また、ワイヤロックコネクタ１１５の構成は、コネクタ内で生じる摩耗の大半を保持ワイヤ１２６に蓄積させる配置を可能にする。保持ワイヤ１２６は、この摩耗が蓄積すると都合よく取り換えられるので、ワイヤロックコネクタ１１５に関連付けられた他のより高価な部品の寿命を費用をかけずに延長できる一方で、翼形部の部分間の、結合部の堅牢性がなお維持される。

ここで特に図１５～図１８を参照すると、ハイブリッド翼形部２５の上部１０２を基部１０１に固定するためにピンコネクタ１４５が使用される実施形態が開示されており、これはすでに先に述べた任意の翼形部を含んでもよい。

例示的な実施形態によれば、ピンコネクタ１４５は、基部１０１および上部１０２の１つから延びるタブ１４７と、タブ１４７を受ける相補的なスロット１４８と（スロット１４８は基部１０１および上部１０２の他方に形成される）、スロット１４８に隣接する、翼形部２５の内部領域を通して形成された伸長したピンキャビティ１５０と（ピンキャビティ１５０はスロット１４８と交差し、その結果ピンキャビティ１５０は、第１のピンキャビティセグメントと第２のピンキャビティセグメントとに分割され、第１のピンキャビティセグメントおよび第２のピンキャビティセグメントはそれぞれ、スロット１４８の対向する第１の側壁および第２の側壁に画定された第１の開口および第２の開口から、スロット１４８から離れるように延びる）、タブ１４７を通して形成されたタブ穴１５１と（タブ穴１５１は、タブ１４７がスロット１４８内で受けられる際にピンキャビティ１５０と位置が合うように配置される）、ピンキャビティ１５０の第１のセグメントと、タブ穴１５１と、ピンキャビティ１５０の第２のセグメントとを連続的に通って延びるロックピン１５２とを備える。理解されるように、この構成を所与として、ロックピン１５２が係合すると、周囲構造（すなわち、ピンキャビティ１５０およびタブ穴１５１を形成する構造）となす接触によって、翼形部２５の上部１０２と基部１０１との半径方向の相対移動を制限する。

図１７の例に示すように、ピンコネクタ１４５は、１つのロックピン１５２で形成されてもよく、あるいは図１５および図１６に示すように、ピンコネクタ１４５は、２つのロックピン１５２を含んでもよい。後者の事例では、図示されているように、ピンコネクタ１４５は、２つのピンキャビティ１５０と、２つの各ロックピン１５２を含んでもよく、その一方で１つのタブ１４７を有し、これを通して２つのタブ穴１５１が形成される。第２のピンキャビティ１５０は、第１のピンキャビティ１５０から軸線方向にオフセットされてもよく、第２のタブ穴１５１は、第１のタブ穴１５１から軸線方向にオフセットされてもよい。理解されるように、タブ１４７をスロット１４８の中に挿入する際に、第１のタブ穴１５１は、第１のピンキャビティ１５０と位置が合うようにタブ１４７に配置され、第２のタブ穴１５１は、第２のピンキャビティ１５０と位置が合うようにタブ１４７に配置される。第１および第２のロックピン１５２は、次に、第１および第２のピンキャビティ１５０、ならびに第１および第２のタブ穴１５１とそれぞれ係合してもよい。他の材料も可能であるが、１本以上のロックピン１５２は、翼形部２５の基部１０１の材料と同じ材料で作成されてもよい。

本開示によれば、図１５～図１７に示すように、ピンコネクタ１４５の好ましい実施形態は、上部１０２の内側表面１０８に配置されるタブ１４７を含んでもよい。このような事例では、ピンキャビティ１５０は、翼形部２５の基部１０１の内部領域を通して形成され、スロット１４８は、基部１０１に形成される（すなわちスロット１４８は、基部１０１の外側表面１０７に画定された口部から基部１０１の中に延びている）。図示されているように、例示的な実施形態は、ほぼ軸線方向に伸長するように配向されるタブ１４７を含んでもよい。したがってタブ１４７は、第１および第２の端部を有してもよく、第１の端部は、第２の端部に対して前方位置をとる。

翼形部２５は、境界線１０６のすぐ内側に配置されたパートスパンシュラウド７５を含んでもよい。後述するように、本開示によれば、例示的な実施形態は好都合なことに、パートスパンシュラウド７５の態様にロックピン１５２およびピンキャビティ１５０を組み込むことを含んでもよい。前述したように、パートスパンシュラウド７５は、翼形部２５の正圧面から延びる正圧側翼７６と、翼形部２５の負圧面から延びる負圧側翼７７とを備えてもよい。また、正圧側翼７６の遠位端は、正圧側翼円周面８６を含んでもよく、負圧側翼７７の遠位端は、負圧側翼円周面８７を含んでもよい。例示的な実施形態によれば、ピンキャビティ１５０の少なくとも一部は、パートスパンシュラウド７５の正圧側翼７６および負圧側翼７７のうちの１つの中に画定される。より詳細には、ピンキャビティ１５０の第１のセグメントは、第１の表面開口１５５と、スロット１４８の第１の側壁に画定された第１の開口との間に延在してもよい。好ましい実施形態では、第１の表面開口１５５は、パートスパンシュラウド７５の正圧側翼円周面８６、または負圧側翼円周面８７のいずれかに形成される。

代替実施形態は、ロックピン１５２と、パートスパンシュラウド７５の翼７６、７７の両方を通って延在するピンキャビティ１５０とを含んでもよい。つまり、ピンキャビティ１５０の第１のセグメントは、第１の表面開口１５５と、スロット１４８の第１の側壁に画定された第１の開口との間に延在してもよく、ピンキャビティ１５０の第２のセグメントは、第２の表面開口１５５と、スロット１４８の第２の側壁に画定された第２の開口との間に延在してもよい。このような事例では、第１の表面開口１５５および第２の表面開口１５５は、パートスパンシュラウド７５の正圧側翼円周面８６、および負圧側翼円周面８７にそれぞれ形成される。理解されるように、これによりパートスパンシュラウド７５の翼７６、７７の両方の中に、ロックピン１５２とピンキャビティ１５０とが組み込まれる。このような事例では、ロックピン１５２の端部は、ピンキャビティ１５０の表面開口１５５に、またはこの近くに配置されてもよい。具体的には、ロックピン１５２は、第１の端部と第２の端部との間に伸長しているものとして説明されてもよく、第１の端部は第１の表面開口１５５に近接して存在し、第２の端部は、反対側にある第２の表面開口１５５に近接して存在する。

本開示によれば、例示的な実施形態は、より厚い中間部分から第１および第２の端部に向かって先細になる、さまざまな断面形状を有するロックピン１５２を含んでもよい。図１７および図１８の例に示すように、この形状はパートスパンシュラウド７５に効果的に組み込むことができ、その理由は、一般に正圧側翼７６および負圧側翼７７は、翼形部２５から離れて延びるにつれて、それぞれが厚い領域からどのように先細になるかを考えると、ともに同様の形状を形成するためである。したがって、ロックピン１５２は、パートスパンシュラウド７５の正圧側翼７６および負圧側翼７７のさまざまな断面形状と一致するように成形されてもよく、ロックピン１５２の中間部分はより厚くされ、かつピンコネクタにとって都合のよいことに、より強くされる。ピンキャビティ１５０は、可変の断面形状を有するように構成されてもよく、これはロックピン１５２の可変の断面形状と少なくとも部分的に一致する。好ましい実施形態では、ロックピン１５２の組み立てを補助する機械的な停止部を生成するように、ピンキャビティ１５０の可変の断面形状は一端が充分に狭くなっている、すなわち、機械的な停止部は、ロックピン１５２がピンキャビティ１５０内で完全に取り付けられた位置に達したときに、ロックピン１５２がそれ以上挿入されるのを防止する。

図１８に示すように、例示的な実施形態は、２つの分離したピンコネクタ１４５を有するコネクタを備えてもよい。好ましい実施形態によれば、２つのピンコネクタ１４５は、軸線方向に重ねられる。また、例示的な実施形態は、翼形部２５の基部１０１および上部１０２の両方に形成されるタブ１４７を備えてもよい。したがって、第１のピンコネクタ１４５ａは、上部１０２の内側表面１０８に配置されたタブ１４７と、基部１０１の外側表面１０７を通して形成された、対向するスロット１４８とを含んでもよく、第２のピンコネクタ１４５ｂは、基部１０１の外側表面１０７に配置されたタブ１４７と、上部１０２の内側表面１０８を通して形成された、対向するスロット１４８とを含む。

前述した他のコネクタと同様に、ピンコネクタ１４５の特徴は、翼形部２５に加わる引っ張り応力に対する抵抗を効果的に提供しながら、さらに効率的に構築され修復されることである。また、保持ワイヤ１２６に関連して説明したのと同じように、ピンコネクタ１４５のロックピン１５２は、コネクタの耐用寿命を延長するように、摩耗が蓄積すると都合よく置換され得る構成部品である。

当業者には認識されることとなるように、いくつかの例示的な実施形態に関して上述した多くのさまざまな特徴および構成は、本発明の他の可能な実施形態を形成するためにさらに選択的に適用することができる。簡潔にするため、および当業者の能力を考慮に入れるために、可能な繰り返しの全てについては詳細に提示または説明しないが、以下のまたはそれ以外のいくつかの請求項に包含される全ての組み合わせおよび可能な実施形態は本願の一部であることが意図されている。さらに、本発明のいくつかの例示的な実施形態の上記の説明から、当業者は、改良、変更、および変形を認識されよう。また当技術の範囲内のこのような改良、変更、および変形は、添付の特許請求の範囲に含まれることを意図している。さらに、前述の記載は本願の記載された実施形態のみに関係しており、以下の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される本願の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書において多くの変更および変形が可能であることは明らかである。

１０ ガスタービン
１１ 圧縮機
１２ タービン
１３ 燃焼器
１４ 圧縮機ロータブレード
１５ 圧縮機ステータブレード
１６ タービンロータブレード
１７ タービンステータブレード
１９ 共通中心軸
２１ 根元部
２２ コネクタ
２３ シャンク
２４ プラットフォーム
２５ 翼形部
２６ 正圧面、表面
２７ 負圧面、表面
２８ 前縁
２９ 後縁
３１ 外側先端部
３２ 軸線方向中央線
３３ 半径方向中央線
３４ 中央点
３５ 反り曲線
３６ 内部冷却構成
３７ 冷却チャネル
７５ スパン途中シュラウド
７６ 正圧側翼
７７ 負圧側翼
８６ 正圧側翼円周面
８７ 負圧側翼円周面
１００ コネクタ
１０１ 基部
１０２ 上部
１０５ ダブテール継手
１０６ 境界線
１０７ 外側表面
１０８ 内側表面
１０９ 中空ポケット
１１０ 開口
１１１ ダブテール
１１２ ダブテール溝
１１３ 口部
１１４ 組立開口
１１５ ワイヤロックコネクタ
１１７ タブ
１１８ スロット
１２１ 第１の溝
１２２ 第２の溝
１２３ タブの側面
１２４ スロットの側面
１２５ 保持穴
１２６ 保持ワイヤ
１２８ 取付穴
１２９ 開口
１３０ 補助コネクタ
１３１ 半径方向ピン
１３３ 半径方向穴
１４５ ピンコネクタ
１４５ａ 第１のピンコネクタ
１４５ｂ 第２のピンコネクタ
１４７ タブ
１４８ スロット
１５０ ピンキャビティ
１５１ タブ穴
１５２ ロックピン
１５５ 表面開口

Claims (12)

1. ガスタービン（１０）のタービン（１２）内で使用するロータブレード（１６）であって、
   根元部（２１）との結合部から外側先端部（３１）まで延在する翼形部（２５）であって、
   基部（１０１）が第１の材料を含み、前記第１の材料が金属であって、前記基部（１０１）は前記根元部（２１）との前記結合部から前記基部（１０１）の外側表面（１０７）まで延在し、
   上部（１０２）が第２の材料を含み、前記第２の材料が前記第１の材料よりも軽量の複合材料であって、前記上部（１０２）は前記上部（１０２）の内側表面（１０８）と、前記翼形部（２５）の前記外側先端部（３１）との間に延在し、
   前記基部（１０１）および前記上部（１０２）が境界線（１０６）に沿って接合して、対向する前縁（２８）と後縁（２９）との間に軸線方向に延在する、正圧面（２６）と、横方向に対向する負圧面（２７）とを集合的に画定する、非一体型部分を含む、翼形部（２５）と、
   前記翼形部（２５）の前記基部（１０１）を前記上部（１０２）に固定するコネクタ（１００）であって、
   前記上部（１０２）の前記内側表面（１０８）から延びる、タブ（１１７）と、
   前記基部（１０１）の前記外側表面（１０７）に形成される、前記タブ（１１７）を受けるための相補的なスロット（１１８）と、
   前記タブ（１１７）の側面（１２３）に形成される、第１の溝（１２１）と、
   前記スロット（１１８）の側面（１２４）に形成される、第２の溝（１２２）と、
   前記タブ（１１７）が前記スロット（１１８）の中で受けられる際に、前記第１の溝（１２１）と前記第２の溝（１２２）との位置を合わせることによって協働的に形成される、保持穴（１２５）と、
   前記翼形部（２５）の前記上部（１０２）と前記基部（１０１）との半径方向の移動を制限する機械的な締まり嵌めを生成するために、前記第１の溝（１２１）と前記第２の溝（１２２）とによって画定された前記保持穴（１２５）を埋める大きさにされた、保持ワイヤ（１２６）とを含む、ワイヤロックコネクタ（１１５）を含む、コネクタ（１００）とを備える、ロータブレード（１６）。
2. 前記上部（１０２）の半径方向高さが、前記翼形部（２５）の半径方向高さの２５％～５５％である、請求項１に記載のロータブレード（１６）。
3. 前記翼形部（２５）が、パートスパンシュラウド（７５）を備え、
   前記翼形部（２５）の前記上部（１０２）および前記基部（１０１）が、前記パートスパンシュラウド（７５）の外側に、かつ前記パートスパンシュラウド（７５）に隣接して前記境界線（１０６）が配置されるように構成される、請求項１に記載のロータブレード（１６）。
4. 前記基部（１０１）の前記第１の材料がニッケル合金を含み、
   前記上部（１０２）の前記第２の材料がセラミックマトリックス複合材を含む、請求項１に記載のロータブレード（１６）。
5. 前記上部（１０２）が、前記翼形部（２５）の前記外側先端部（３１）を通して形成された開口（１１０）から、前記上部（１０２）の中へ延在する中空ポケット（１０９）を含み、
   前記中空ポケット（１０９）が、前記翼形部（２５）の前記上部（１０２）の体積の１／４よりも大きい体積を有する、請求項１に記載のロータブレード（１６）。
6. 前記ワイヤロックコネクタ（１１５）が取付穴（１２８）をさらに含み、前記取付穴（１２８）が、前記翼形部（２５）の表面に形成された開口（１２９）から、前記保持穴（１２５）の第１の端部と揃う位置まで延び、
   前記保持ワイヤ（１２６）の延長部が前記取付穴（１２８）に収容される、
   請求項１に記載のロータブレード（１６）。
7. 前記タブ（１１７）が、第１の端部と第２の端部との間でほぼ軸線方向に伸長し、前記第１の端部は、前記第２の端部に対して前方位置をとり、
   前記タブ（１１７）の前記第１の端部が、前記翼形部（２５）の軸線方向中央線（３２）の前方側に配置され、
   前記タブ（１１７）の前記第２の端部が、前記軸線方向中央線（３２）の後方側に配置される、請求項１に記載のロータブレード（１６）。
8. 前記タブ（１１７）が、第１の端部と第２の端部との間でほぼ軸線方向に伸長し、前記第１の端部は、前記第２の端部に対して前方位置をとり、
   前記タブ（１１７）の前記第１の端部が、前記翼形部（２５）の前記前縁（２８）から一定の距離でオフセットされ、
   前記タブ（１１７）の前記第２の端部が、前記翼形部（２５）の前記後縁（２９）から一定の距離でオフセットされる、請求項１に記載のロータブレード（１６）。
9. 前記タブ（１１７）が、第１の端部と第２の端部との間でほぼ軸線方向に伸長し、前記第１の端部は、前記第２の端部に対して前方位置をとり、
   前記保持穴（１２５）、および前記保持穴（１２５）に収容される前記保持ワイヤ（１２６）が、前記タブ（１１７）の前記第１の端部から、前記タブ（１１７）の前記第２の端部に向かって延在する、請求項１に記載のロータブレード（１６）。
10. 前記保持穴（１２５）、および前記保持穴（１２５）内に収容される前記保持ワイヤ（１２６）が、前記タブ（１１７）の前記第１の端部から、前記タブ（１１７）の前記第２の端部の手前の第１の位置まで延び、前記第１の位置が、前記タブ（１１７）の前記第１の端部から測定した、前記タブ（１１７）の軸線方向長さの４０％～８０％の範囲内に画定される、請求項９に記載のロータブレード（１６）。
11. 前記翼形部（２５）が、前記翼形部（２５）の前記上部（１０２）を前記基部（１０１）に結合する補助コネクタ（１３０）をさらに備え、
    前記補助コネクタ（１３０）が、
    前記基部（１０１）および前記上部（１０２）の１つから延びる、半径方向ピン（１３１）と、
    前記基部（１０１）および前記上部（１０２）の他方に形成された、前記半径方向ピン（１３１）を受けるための相補的な半径方向穴（１３３）とを含み、
    前記補助コネクタ（１３０）が、前記ワイヤロックコネクタ（１１５）の後方に配置される、請求項１に記載のロータブレード（１６）。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の前記ロータブレード（１６）を備える、ガスタービン（１０）。

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