特許 6625315 ターボ機械のブレードアセンブリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6625315

(24)【登録日】2019年12月6日

(45)【発行日】2019年12月25日

(54)【発明の名称】ターボ機械のブレードアセンブリ

(51)【国際特許分類】

   F01D 5/28 20060101AFI20191216BHJP

【ＦＩ】

   F01D5/28

【請求項の数】14

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-16276(P2014-16276)

(22)【出願日】2014年1月31日

(65)【公開番号】特開2014-202207(P2014-202207A)

(43)【公開日】2014年10月27日

【審査請求日】2017年1月25日

(31)【優先権主張番号】13/856,303

(32)【優先日】2013年4月3日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100113974

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 拓人

(72)【発明者】

【氏名】アンドレス・ホセ・ガルシア−クレスポ

【審査官】 中村 大輔

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１２−５１４１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２４０７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１５９３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１２７２１７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特公昭４５−００３８４１（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 実開平０３−０３７２０４（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ ５／２８

Ｆ０２Ｃ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

開口の無い外部表面を有するブレード部分と、シャンク部分と、取り付け部分とを備えるブレードと、
前記シャンク部分、および前記取り付け部分の周りに配置されたプラットフォームアーチと、
を備えたターボ機械ブレードアセンブリを備えており、
前記ブレード部分、前記シャンク部分及び、前記取り付け部分は、前記ブレード部分の先端から前記取り付け部分の底部まで延長する第１の複数の層を備え、
前記ブレード部分が、前記ターボ機械ブレードアセンブリのシャンク空洞からの加圧されたフローを含むように構成されたブレード空洞を備え、
前記プラットフォームアーチは、第１及び第２のダブテール部分とプラットフォーム表面とを備え、
前記第１及び第２のダブテール部分が前記プラットフォーム表面から前記ターボ機械ブレードアセンブリを備えるターボ機械の半径方向の反対方向に延び、前記取り付け部分に接し、
前記プラットフォームアーチが第２の複数の層を備えている、システム。

【請求項2】

前記第１の複数の層のそれぞれが、第１のセラミックマトリックス材料の全体に分布する第１の複数のセラミックファイバを備え、前記第２の複数の層のそれぞれが、第２のセラミックマトリックス材料の全体に分布する第２の複数のセラミックファイバを備えている、請求項１記載のシステム。

【請求項3】

前記第１の複数のセラミックファイバが、前記第１の複数の層のそれぞれの軸に沿った向きを有している、請求項２記載のシステム。

【請求項4】

前記ターボ機械ブレードアセンブリが、前記ブレード部分と前記シャンク部分との外側表面上に配置された少なくとも１つのシャンクアーチを備えており、前記シャンクアーチは第３の複数の層を備え、前記第３の複数の層のそれぞれは、第３のセラミックマトリックス材料の全体に分布する第３の複数のセラミックファイバを備えている、請求項２記載のシステム。

【請求項5】

前記第１及び第２のダブテール部分に接する第３及び第４のダブテール部分を有する第１及び第２のエンゼルウィングを備える、請求項１乃至４のいずれかに記載のシステム。

【請求項6】

前記シャンク部分が、前記ブレード空洞と前記シャンク空洞とを流体的に結合する加圧ポートを備えている、請求項１乃至５のいずれかに記載のシステム。

【請求項7】

第１のターボ機械ブレードであって、
開口の無い外部表面と、中空の空洞を備えたブレード部分と、
前記中空の空洞に流体的に結合された加圧ポートを備えたシャンク部分と、
前記第１のターボ機械ブレードをロータに結合するように構成された取り付け部分と、
前記シャンク部分の周りに配置されたプラットフォーム表面を備えるプラットフォームアーチと、
を備えている第１のターボ機械ブレード
を備え、
前記第１のターボ機械ブレードは、前記ブレード部分の先端から前記取り付け部分の底部まで延長する第１の複数の層を備え、
前記ブレード部分が、前記第１のターボ機械ブレードのシャンク空洞からの加圧されたフローを含むように構成されたブレード空洞を備えるシステム。

【請求項8】

前記加圧ポートが、前記中空の空洞から前記第１のターボ機械ブレードのシャンク空洞まで延長する、請求項７記載のシステム。

【請求項9】

前記第１のターボ機械ブレードと隣接して配置された第２のターボ機械ブレードと、前記第１のターボ機械ブレードと前記第２のターボ機械ブレードとの間に配置された複数の封着ピンと、を備え、前記プラットフォームアーチは、少なくとも１つの封着ピンを支持する溝を含んでいる、請求項８記載のシステム。

【請求項10】

前記複数の封着ピンが、前記第１のターボ機械ブレードの軸方向に関して、少なくとも１つの垂直封着ピンと少なくとも１つの水平封着ピンとを備えている、請求項９記載のシステム。

【請求項11】

前記第１のターボ機械ブレードが、前記プラットフォーム表面に配置されたプラットフォームを備えている、請求項７乃至１０のいずれかに記載のシステム。

【請求項12】

前記ブレード部分、前記シャンク部分、および前記取り付け部分が第１の複数の層を備え、前記プラットフォームアーチが第２の複数の層を備え、かつ前記プラットフォームが第３の複数の層を備えている、請求項１１に記載のシステム。

【請求項13】

ターボ機械ブレードアセンブリであって、
開口の無い外部表面を有するエアフォイル部分と、シャンク部分と、ダブテール部分とを備え、第１の複数の層を備えている第１の部分と、
前記第１の部分の回りに配置されたプラットフォームアーチを備えており、前記プラットフォームアーチが第２の複数の層を備えている第２の部分と、
前記プラットフォームアーチに隣接して配置された複数のエンゼルウィングを備えており、前記複数のエンゼルウィングが第３の複数の層を備えている第３の部分と、
前記エアフォイル部分と前記プラットフォームアーチとの上に延長するフィレット部分を備えており、前記フィレット部分が第４の複数の層を備えている第４の部分と
を備えており、
前記エアフォイル部分が、前記ターボ機械ブレードアセンブリのシャンク空洞からの加圧されたフローを含むように構成されたブレード空洞を備える、ターボ機械ブレードアセンブリ。

【請求項14】

前記第１、第２、第３、および第４の複数の層のそれぞれが、セラミックマトリックス材料の全体に分布する複数のセラミックファイバを備えている、請求項１３に記載のターボ機械ブレードアセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示されている主題は、ターボ機械に関し、更に詳しくは、ターボ機械ブレードを製造して用いるシステムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ターボ機械は、コンプレッサとタービンとを含む。タービンには、ガスタービン、蒸気タービン、ジェットエンジン、およびハイドロタービンなどがある。一般に、ターボ機械はロータを含むが、ロータはシャフトまたはドラムであり、これらがターボ機械ブレードを支持する。例えば、ターボ機械ブレードは、取り付けセグメントによりロータに付着されることがあり、取り付けセグメントは、ロータにおけるスロットに嵌合する。更に、ターボ機械のブレードは、プラットフォーム、シール、回転防止装置、シャンク、およびそれ以外のコンポーネントなど、他のコンポーネントを含むことがある。残念なことに、ターボ機械のブレードは、温度上昇や応力の影響を受けやすい材料から形成される場合があり、それによって、早期の摩耗および劣化が生じることがある。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

元々の特許請求の範囲に記載された発明と範囲が一致するいくつかの実施形態が、以下にまとめられている。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の範囲を限定することを意図するものではなく、むしろ、これらの実施形態は、本発明の可能性のある諸形式の簡単な概要を提供することだけを意図するものである。実際、本発明は、以下で述べる複数の実施形態と類似するまたはそれらと異なる様々な形式を含みうる。

【0004】

第１の実施形態では、システムが、ブレード部分とシャンク部分と取り付け部分とを有するターボ機械ブレードアセンブリを含み、ブレード部分、シャンク部分、および取り付け部分は、ブレード部分の先端から取り付け部分の底部まで延長する第１の複数の重なりから構成されている。

【0005】

第２の実施形態では、システムは第１のターボ機械ブレードを含んでおり、第１のターボ機械ブレードが、中空の空洞を含むブレード部分と、中空の空洞に流体的に結合された加圧ポートを含むシャンク部分と、この第１のターボ機械ブレードをロータに結合するように構成されている取り付け部分とを有する。

【0006】

第３の実施形態では、ターボ機械ブレードアセンブリは、第１の部分と、第２の部分と、第３の部分と、第４の部分とを備えている。第１の部分は、エアフォイル部分と、シャンク部分と、ダブテール部分とを含んでおり、この第１の部分は、第１の複数の重なりで構成されている。第２の部分は、第１の部分の周囲に配置されているプラットフォームアーチを含んでおり、このプラットフォームアーチは、第２の複数の重なりで構成されている。第３の部分は、プラットフォームアーチに隣接して配置されている複数のエンゼルウィングを含んでおり、これら複数のエンゼルウィングは第３の複数の重なりで構成されている。第４の部分は、エアフォイル部分とプラットフォームアーチとの上に延長するフィレット部分を含んでおり、このフィレット部分は第４の複数の重なりを含み、第１、第２、第３、および第４の複数の重なりは、相互に積層されて、単一の部材が形成される。

【0007】

本発明のこれらのおよびそれ以外の特徴、態様、および効果は、後続する詳細な説明を添付の図面を参照して読むことで、よりよく理解されるであろう。なお、添付の図面においては、図面の全体を通じて、類似の参照記号は類似の部材を表す。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】ガスタービンシステムと蒸気タービンと廃熱回収蒸気発生（ＨＲＳＧ）システムとを有するコンバインドサイクル発電システムのある実施形態の概略である。

【図2】ターボ機械の部分的な軸方向断面図であり、本開示の実施形態による、取り付けセグメントを有し軸方向に取り付けられたターボ機械ブレードを図解している。

【図3】ターボ機械の部分的な軸方向断面図であり、本開示の実施形態による、取り付けセグメントを有し軸方向に取り付けられたターボ機械ブレードを図解している。

【図4】本開示の実施形態によるターボ機械ブレードアセンブリの分解斜視図である。

【図5】本開示の実施形態によるターボ機械ブレードの断面である。

【図6】ターボ機械ブレードアセンブリのコンポーネントを形成するのに用いられる複数の積層の材料組成を図解している概略図である。

【図7】ターボ機械ブレードアセンブリを組み立てるプロセスのステップを図解している、部分的なターボ機械ブレードアセンブリの斜視図である。

【図8】ターボ機械ブレードアセンブリを組み立てるプロセスのステップを図解している、部分的なターボ機械ブレードアセンブリの斜視図である。

【図9】ターボ機械ブレードアセンブリを組み立てるプロセスのステップを図解している、部分的なターボ機械ブレードアセンブリの斜視図である。

【図10】ターボ機械ブレードアセンブリを組み立てるプロセスのステップを図解している、部分的なターボ機械ブレードアセンブリの斜視図である。

【図11】ターボ機械ブレードアセンブリを組み立てるプロセスのステップを図解している、部分的なターボ機械ブレードアセンブリの斜視図である。

【図12】ターボ機械ブレードアセンブリを組み立てるプロセスのステップを図解している、部分的なターボ機械ブレードアセンブリの斜視図である。

【図13】ターボ機械ブレードアセンブリを組み立てるプロセスのステップを図解している、部分的なターボ機械ブレードアセンブリの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の１つまたは複数の特定の実施形態について、以下で説明する。これらの実施形態の簡明な説明を提供しようとするため、実際の実装例の特徴のすべてを、この明細書で説明することはできない。そのような実際の実装例の開発においては、どんな場合でも、すべての工学的または設計上のプロジェクトにおけるように、実装例ごとに変動する可能性があるシステム関連のおよび業務関連の制約に従うことなど、開発者の特定の目標を達成するために、実装例に特有の多数の決定を行わなければならないことを理解すべきである。更に、そのような開発上の試みは複雑であると共に時間を要するものではあるが、本開示を参照することができる当業者にとっては、設計、作成、および製造に関する日常的な行為であることも理解すべきである。

【0010】

本発明の様々な実施形態の要素を導入する際には、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」などの冠詞は、これらの要素が１つまたは複数存在していることを意味することを意図している。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」などの語は、非排他的であり、かつ列挙された構成要素以外の追加的な要素が存在しうることを意味することを意図している。

【0011】

開示されている実施形態は、改良されたターボ機械ブレードアセンブリと、その改良されたターボ機械ブレードアセンブリを形成するプロセスまたは方法とを含む。更に詳しくは、ある実施形態は、そのターボ機械ブレードアセンブリの１つまたは複数のコンポーネントが、複数の連続的で繊維強化された重なりまたは層から形成されているターボ機械ブレードアセンブリを含む。以下で詳細に説明されるように、このターボ機械ブレードアセンブリおよび／またはターボ機械ブレードアセンブリのコンポーネントは、複数の連続的で繊維強化された重なりまたは層をモールドの中に配置することによって形成され、次に、これらの重なりまたは層を、ツーリングプロセス、機械加工プロセス、化学プロセス、冶金プロセス、またはこれらの組み合わせを用いて、相互に積層化することができる。例えば、ターボ機械ブレードアセンブリは、それぞれが、セラミックベースの複合材料またはそれ以外の複合材料（例えば、マトリックス材料の全体にファイバが分布している材料）など、複合材料の積層による単一の部材として形成することができる。例えば、セラミックベースの複合材料は、このマトリックス材の全体に分散しているセラミックファイバ（例えば、シリコンカーバイド、炭素、または酸化物のファイバ）を備えたセラミックマトリックス材（例えば、シリコンカーバイドまたはシリコン酸化物のマトリックス）を含みうる。結果的に、このターボ機械ブレードアセンブリは、冷却なしで、温度の上昇に耐えることができる。

【0012】

更に、ある実施形態では、ターボ機械ブレードアセンブリは、中空のブレード部分（例えば、中空のエアフォイル）を含むことがある。例えば、中空のエアフォイルは、エアフォイルの中空の内部をターボ機械のシャンク空洞に接続する経路またはポートを含みうる。このようにして、シャンク空洞の内部にある加圧フロー（例えば、空気フロー）は、ターボ機械ブレードのエアフォイルの中空の内部に流れることができる。それぞれのターボ機械ブレードアセンブリのエアフォイルの中空の内部は加圧されているために、ターボ機械ブレードアセンブリを、外部の物体による損傷や衝撃に起因する劣化から保護することができる。更に、シャンク空洞内部のフローとエアフォイルの中空の内部との加圧を維持するために、ターボ機械ブレードの間に封着ピンを設けて、加圧フローがシャンク空洞から周囲の大気に漏れることを防止できる。以下で開示される実施形態はタービン（例えば、蒸気、水、またはガスタービン）のコンテキストにおいて説明されるが、開示されるターボ機械ブレードアセンブリは、コンプレッサやポンプなど他のターボ機械と共に用いることが可能である。

【0013】

ここで図面を参照すると、図１は、改良型のターボ機械ブレードアセンブリと共に設置される様々なターボ機械を有するコンバインドサイクルシステム１０の実施形態に関する概略的なブロック図である。特に、このターボ機械はターボ機械ブレードアセンブリを含むが、このターボ機械ブレードアセンブリは、セラミックベースの複合材などの材料の複数の重なりまたは層から形成することができる。例えば、材料のこれら複数の重なりまたは層は、相互に積層させることが可能である。ある実施形態では、それぞれのターボ機械ブレードアセンブリは、ブレード部分（例えば、エアフォイル）、プラットフォーム、取り付け部分（ダブテール接合部）など複数のコンポーネントを含みうる。これらのコンポーネントの一部または全部は、材料の複数の積層された重なりまたは層から形成することができる。示されているように、コンバインドサイクルシステム１０は、コンプレッサ１２を有するガスタービンシステム１１と、燃料ノズル１６を有する燃焼器１４と、ガスタービン１８とを含む。燃料ノズル１６は、天然ガスまたは合成ガスなどの液体燃料および／または気体燃料を燃焼器１４に導く。燃焼器１４は、燃料−空気の混合物に点火して燃焼させ、次に、高温の加圧された燃料ガス２０（例えば、排気）をガスタービン１８の中に送る。図解されているように、タービンブレード２２（例えば、ターボ機械ブレードアセンブリ）はロータ２４に結合されており、ロータ２４は更にコンバインドサイクルシステム１０の全体にわたる複数の他のコンポーネントに結合されている。例えば、タービンブレード２２は、詳細に後述するように、複数の積層された重なりまたは層から形成された改良型のタービンブレード２２でありうる。燃焼ガス２０がガスタービン１８におけるタービンブレード２２を通過すると、ガスタービン１８が駆動されて回転を生じ、それによって、ロータ２４が回転軸２５に沿って回転する。最終的には、燃焼ガス２０が排気口２６（例えば、排気ダクト、排気スタック、サイレンサなど）経由でガスタービン１８の外に排出される。

【0014】

図解されている実施形態では、コンプレッサ１２は、コンプレッサブレード２８を含む。コンプレッサ１２内部のコンプレッサブレード２８は、またロータ２４に結合されており、後述するように、ガスタービン１８によってロータ２４が駆動され回転を生じると、回転する。更に、コンプレッサブレード２２もまた、複数の積層された重なりまたは層から形成することができる。コンプレッサブレード２８は、コンプレッサ１２の内部で回転するときに、空気取り入れ口からの空気を圧縮空気３０に圧縮するが、この圧縮空気３０は、燃焼器１４、燃料ノズル１６、およびコンバインドサイクルシステム１０のそれ以外の部分に送られる。燃料ノズル１６は、すると、加圧空気と燃料とを混合して適切な燃料−空気混合物を生じさせ、この混合物が燃焼器１４において燃焼し、燃焼ガス２０を発生して、タービン１８を駆動する。更に、ロータ２４は、第１の負荷３１に結合されている場合もあり、第１の負荷はロータ２４の回転を介して動力を供給されうる。例えば、第１の負荷３１は、発電プラントまたは外部の機械的負荷など、コンバインドサイクルシステム１０の回転出力を経由して発電を行うことができる任意の適切なデバイスでありうる。例えば、第１の負荷３１は、発電機、航空機のプロペラなどを含みうる。

【0015】

システム１０は、また、（例えば、シャフト２７の回転を介して）第２の負荷２３を駆動する蒸気タービン２１を含む。第２の負荷２３は、また、電力を発生する発電機でもありうる。しかし、第１および第２の両方の負荷３１および２３は、ガスタービンシステム１１および蒸気タービン２１によって駆動することが可能な他のタイプの負荷でもよい。更に、ガスタービンシステム１１および蒸気タービン２１は図解されている実施形態では別々の負荷（例えば、第１および第２の負荷３１および２３）を駆動するが、ガスタービンシステム１１と蒸気タービン２３とを直列で用いて、単一のシャフト経由で単一の負荷を駆動することも可能である。

【0016】

システム１０は、更に、ＨＲＳＧシステム３５を含む。タービン１８からの加熱された排気ガス２９は、ＨＲＳＧシステム３５に移動され、水を加熱して、蒸気タービン２１に動力を与えるのに用いられる蒸気３３を生じさせる。理解されるように、ＨＲＳＧシステム３５は、様々なエコノマイザ、復水器、蒸発器、ヒータなどを含み、蒸気タービン２１に動力を与えるのに用いられる蒸気３３を発生させ加熱する。ＨＲＳＧシステム３５によって生じる蒸気３３は、蒸気タービン２１のタービンブレードを通過する。蒸気３３が蒸気タービン２１における複数の積層された重なりや層から形成されているタービンブレードを通過すると、蒸気タービン２１は駆動されて回転を生じ、それにより、シャフト２７が回転し、よって、第２の負荷２３に動力が与えられる。

【0017】

以下の議論では、様々な方向または軸への言及がなされる場合がある。例えば、軸２５に沿った軸方向３２、軸２５から遠ざかる半径方向３４、および蒸気タービン２１の軸２５を中心とする円周方向３６、などである。更に、既に言及したように、後述する改良型のターボ機械ブレードは様々なターボ機械（例えば、コンプレッサ１２、ガスタービン１８、または蒸気タービン２１）の内の任意のものと共に用いることが可能であるが、以下の議論では、タービン１８（例えば、ガスタービン）のコンテキストにおける改良型ターボ機械ブレードについて述べる。

【0018】

図２は、ロータ２４に結合されたタービンブレード２２を備えたタービン１８の部分的な軸方向３２断面図である。図解されている実施形態では、タービンブレード２２はそれぞれが、複数のコンポーネントを含んでおり、それらのコンポーネントは、詳細に後述するように、複数の積層された重なりまたは層から形成することができる。例えば、それぞれのタービンブレード２２は、ブレード部分５０（例えば、エアフォイル）、プラットフォーム５２、および取り付け挿入部分５６（例えば、ダブテール接合部、取り付けセグメント部分、またはダブテール挿入）を含みうる。特に、それぞれのタービンブレード２２のダブテール５６は、ロータ２４の外側表面６０に形成されている軸方向または円周方向スロットなどの溝またはスロット５８と係合するように構成されている。例えば、ダブテール５６は、ロータ２４に形成された第２のダブテール部分またはダブテールスロットと係合することができる。ある実施形態では、スロット５８は、ロータ２４を完全に包囲する（例えば、一周する）円周方向３６に延長する場合がある。別の実施形態では、ロータ２４が、ロータ２４の周りの円周方向３６に、相互に離間した複数の軸方向スロット５８を含む場合がある。図解された実施形態は、ロータ２４に結合された単一段６０のタービンブレード２２を示している。ここで用いている「一段」のタービンブレード２２とは、ロータ２４に沿ったある軸方向３２の位置においてロータ２４の周囲の円周方向３６に延長するタービンブレード２２を指す。更に、既に述べたように、図解されている実施形態におけるタービンブレード２２は、スロット５８において軸方向３２に取り付けられている（例えば、ダブテール５６によって）。換言すると、ロータ２４におけるスロット５８は、ロータ２４に沿って軸方向３２に延長している。理解されるように、それぞれの対応するタービンブレード２２のダブテール５６は、ダブテール５６をスロット５８の内の１つの中に軸方向３２に挿入することによって、ロータ２４に結合されうる。

【0019】

既に述べたように、それぞれのタービンブレード２２は、エアフォイル５０、プラットフォーム５２、およびダブテール５６を含みうる。エアフォイル５０はブレード２２のブレード部分を形成し、他方で、プラットフォーム５４、ダブテール５６、および後述するタービンブレード２２のそれ以外のコンポーネントが、ブレード２２のベース部分または取り付け部分を画定する。後述するように、それぞれのタービンブレード２２は、複数の積層された層（例えば、重なり）から、単一の部材として形成することができる。更に詳しくは、タービンブレード２２のコンポーネント（例えば、エアフォイル５０、プラットフォーム５２、ダブテール５６など）は、それぞれが、複数の積層された重なりまたは層から形成することができる。また、タービンブレード２２のコンポーネント（例えば、エアフォイル５０、プラットフォーム５２、ダブテール５６など）は、それぞれを相互に結合しまたは積層することにより、単一の部材であるタービンブレード２２を形成することができる。更に、それぞれの積層された層は、セラミックマトリックス複合材料などの複合材料で構成することができ、マトリックス材（例えば、シリコンカーバイドまたは酸化物マトリックスなどのセラミックマトリックス材）に埋め込まれた複数のファイバ（例えば、シリコンカーバイド、酸化物、またはカーボンファイバなどのセラミックファイバ）を有することがある。特に、ある実施形態では、それぞれの層または重なり（図６を参照のこと）のセラミックマトリックス複合材料の全体に分散しているセラミックファイバの量は、ほぼ同一でありうる。他の実施形態では、層のセラミックマトリックス複合材料の全体に分散している複数のセラミックファイバは、その層または重なりから形成されているコンポーネントに作用する振動性負荷に対する耐性を増加または減少させるように変動することがありうる。理解されるように、複合材料は、金属材料よりも、更なる高温に耐えることができ、更に長い寿命を有する。更に、複合材料は、金属材料ほどには、冷却を必要としない場合がある。更に、複合材料は、より軽量であることがあり、それにより、タービン１８の応答性を改善することが可能になりうる。

【0020】

更に、図解されている実施形態では、封着ピン７０が、タービンブレード２２のそれぞれの間に配置されている。更に詳しくは、水平封着ピン７２と垂直封着ピン７４とが、タービンブレード２２のそれぞれの間に配置されている。例えば、封着ピン７０は、隣接するタービンブレード２２の対応するプラットフォーム、プラットフォームアーチ、エンゼルウィング、またはそれ以外のコンポーネントの間に配置されることがありうる。ある実施形態では、タービンブレード２２の１つまたは複数のコンポーネントが、封着ピン７０を受け取り束縛するように構成されている溝７５を含むことがある。このようにして、封着ピン７０は、シャンク空洞７６を、それぞれのタービンブレード２２のプラットフォーム５２の下に封着することができる。例えば、溝７５は、機械加工プロセスによって形成することができるし、または、溝７５は、溝７５の周りに層または重なりを配置して溝７５を形成することによって、形成することができる。理解されるように、シャンク空洞７６は、コンプレッサ１２、燃焼器１４、またはコンバインドサイクルシステム１０のそれ以外のコンポーネントによって供給されうる加圧流体（例えば、空気、窒素、ＣＯ₂など）で充填することができる。例えば、この加圧流体は、ロータ２４内部でのパージフローとなりうる。後述する態様で、加圧流体は、それぞれのタービンブレード２２のエアフォイル５０のエアフォイル空洞に露出されうる。こうして加圧流体がタービンブレード２２の内部に圧力を加えることにより、タービンブレード２２の弾力性を向上させ、タービン１８を通過して移動する破片やそれ以外の外部の物体からの衝撃に対するタービンブレード２２の耐性を増加させる。

【0021】

図３は、ロータ２４に結合されたタービンブレード２２を備えたタービン１８の部分的な軸方向断面図であり、それぞれのタービンブレード２２が、それぞれのタービンブレード２２のプラットフォーム５２の下側にあるシャンク空洞７６に露出されている様子が図解されている。特に、この図解されている実施形態では、それぞれのタービンブレード２２のエアフォイル５０が中空であることにより、それぞれのタービンブレード２２のエアフォイル空洞１００が形成されている。更に、それぞれのエアフォイル空洞１００は、それぞれのタービンブレード２２のシャンク１０４に形成されている加圧ポート１０２によって、シャンク空洞７６と流体的に結合されている。すなわち、加圧ポート１０２は、エアフォイル空洞１００からシャンク空洞７６まで延長している。結果的に、シャンク空洞７６の内部にある加圧された流体（例えば、加圧空気、窒素、ＣＯ₂）が、矢印１０６によって示されているように、それぞれのタービンブレード２２のエアフォイル空洞１００の中に流れ込むことがありうる。エアフォイル空洞１００の内部では、加圧された流体が、矢印１０８で示されているように、エアフォイル５０の内部表面１１０に対して、外側方向の圧力を生じさせることがある。このようにして、加圧された流体は、外部の物体の衝撃による劣化からエアフォイルを保護するのに役立つことができる。すなわち、この加圧された流体は、エアフォイル空洞１００の内部からのエアフォイル５０に対する外向きの圧力を維持することができ、これにより、エアフォイル５０の外部表面１１２への外部の物体による衝撃に対する耐性とタービンブレード２２の弾力性とが可能になる。更に、このような実施形態では、タービンブレード２２を冷却しなくてもかまわない。ただし、他の実施形態では、タービンブレード２２が冷却される場合もありうる。

【0022】

図４は、タービンブレード２２（例えば、ターボ機械ブレードアセンブリ）の分解斜視図であり、組み立てられてタービンブレード２２を形成する様々なコンポーネントが図解されている。既に述べたように、タービンブレード２２は、エアフォイル５０、プラットフォーム５２、ダブテール５６、およびシャンク１０４を含む。しかし、ある実施形態では、タービンブレード２２がプラットフォーム５２を含まない場合もある。更に、タービンブレード２２は、プラットフォームアーチ１２０、シャンクアーチ１２２、エンゼルウィング１２４、フィラ１２６、およびフィレット層１２８を含みうる。既に述べたように、タービンブレード２２の様々なコンポーネントの任意のものまたはすべてを、複数の積層された重なりまたは層（例えば、セラミックベースの複合重なりまたは層）から形成することが可能である。更に、タービンブレード２２の様々なコンポーネントは、相互に対し、更に積層し、処理し、および／または機械加工することにより、単一部材のタービンブレード２２を形成することが可能である。

【0023】

詳しく後述するように、タービンブレード２２のコンポーネントの１つまたは複数を形成するのに用いられる重なりまたは層は、それぞれが、セラミックベースの複合層でありうる。例えば、これらの層は、そのセラミックマトリックスの全体にセラミックファイバが分布しているようなセラミックマトリックスで作ることが可能である。ある実施形態では、セラミックマトリックスの全体に分布しているセラミックファイバの量（例えば、単位体積当たりのパーセンテージまたは重量）は、タービンブレード２２のコンポーネントを形成するのに用いられるすべての層に対して同一でありうる。他の実施形態では、いくつかの層が、それ以外の層よりも、セラミックマトリックスの全体に分布しているセラミックファイバをより多く含むことがありうる。例えば、シャンクの重なりを作るのに用いられる層または重なりが、エアフォイル５０を作るのに用いられる層または重なりよりも、セラミックマトリックスの内部にセラミックファイバをより多く含むことがありうるし、その逆もありうる。理解されるように、タービンブレード２２の他のコンポーネント（例えば、プラットフォームアーチ１２０、エンゼルウィング１２４、フィラ１２６、および／またはフィレット層１２８）を作るのに用いられるセラミックベースの複合材の他の層または重なりが、他の量（例えば、単位体積当たりのパーセンテージまたは重量）のセラミックマトリックスの全体に分布しているセラミックファイバを含む場合もありうる。

【0024】

図５は、タービンブレード２２の様々なコンポーネントの側面図であり、タービンブレード２２の様々なコンポーネントは複数の積層された層または重なり２００によって形成することができる。特に、図解されている実施形態では、タービンブレード２２の、エアフォイル５０、シャンク１０４、およびダブテール５６が示されている。エアフォイル５０、シャンク１０４、およびダブテール５６は、重なり２００の同一の組によって相互に形成されている。別の表現をすると、ある１つの重なり２００が、エアフォイル５０の先端２０２からダブテール５６の底部２０４まで延長している。示されているように、重なり２００は、相互に隣接して配置され、単一部材であるエアフォイル５０、シャンク１０４、およびダブテール５６を形成している。例えば、ある実施形態では、重なり２００は、モールド２００またはそれ以外のツーリングもしくは機械加工構造の内部に配置されることにより、所望の形状または構成の重なり２００を形成することができる。モールド構造の内部では、重なり２００は、相互に対して圧縮および／またはプレス加工されうる。後述する態様で、追加的な重なり２００を、エアフォイル５０、シャンク１０４、およびダブテール５６を形成している重なり２００に加えることにより、タービンブレード２２の他のコンポーネントを形成することができる。更に、タービンブレード２２の他の様々なコンポーネントを形成するこれらの重なり２００を、更に積層し機械加工することが可能である。更にまた、他のツーリングプロセスを用いることで、重なり２００を相互に付着させることが可能である。

【0025】

任意の数の重なり２００を用いて、タービンブレード２２の様々なコンポーネント（例えば、エアフォイル５０、シャンク１０４、およびダブテール５６）を形成することができる。例えば、図解されている実施形態における組み合わされたエアフォイル５０、シャンク１０４、およびダブテール５６は、重なり２００を、１０から１０００、５０から５００、１００から４００、または２００から３００用いることで形成が可能である。更に、エアフォイル５０の図解されている実施形態は中身が詰まっているが、エアフォイル５０は、上述したように、中空である場合もある。特に、重なり２００を用いて、エアフォイル空洞１００を有するエアフォイル５０と加圧ポート１０２を有するシャンク１０４とを形成することが可能である。このようにして、加圧された流体を、タービン１８のシャンク空洞７６からエアフォイル空洞１００に供給することができる。

【0026】

既に述べたように、重なり２００は、セラミックベースの複合材料で構成することが可能である。例えば、図６に示されているように、それぞれの重なり２００が、マトリックス材料２２２（例えば、セラミックマトリックス材料）の全体に分散されている複数のファイバ２２０（例えば、セラミックファイバ）を含むことがありうる。ファイバ２２０は、マトリックス材料２２２の内部で、重なり２００に対して軸方向２２４に配置されている。更に、ある実施形態では、ファイバ２２０が、重なり２００の長さの全体に延長していることもある。他の実施形態では、ファイバ２２０は分割されている場合もある。すなわち、ファイバ２２０は、それぞれの重なり２００の全体の長さの一部だけに延長している場合もありうる。しかし、タービンブレード２２のコンポーネントの１つを形成するときには、重なり２００を、マトリックス２２２の内部のファイバ２２０がタービン１８に対して任意の所望の方向に向くように、向けることが可能である。例えば、エアフォイル５０、シャンク１０４、およびダブテール５６を形成する重なり２００では、ファイバ２２０は、マトリックス材料２２２の内部で半径方向３４に延長することが可能である。しかし、プラットフォーム５２を形成するのに用いられている重なり２００では、ファイバ２２０は、マトリックス材料２２２の内部で円周方向３６に延長することが可能である。更に、既に述べたように、マトリックス材料２２２の全体で分布しているファイバ２２０の量（例えば、単位体積当たりのパーセンテージまたは重量）は、タービンブレード２２のコンポーネントを形成するのに用いられているすべての重なり２００に対して同一の場合も異なる場合もありうる。

【0027】

図７〜１３は、タービンブレード２２の斜視図であり、タービンブレード２２の様々なコンポーネントのアセンブリを図解している。しかし、以下の議論は複数の重なり２００からタービンブレード２２とそのコンポーネントとを形成して組み立てる非限定的な一例に過ぎないことを理解すべきである。例えば、図７は、エアフォイル５０、シャンク１０４、およびダブテール５６の斜視図である。既に論じたように、エアフォイル５０、シャンク１０４、およびダブテール５６は、単一の部材を形成することがある。更に、エアフォイル５０、シャンク１０４、およびダブテール５６は、上述した重なり２００から形成することができる。すなわち、セラミックベースの複合的な重なり２００を用いて、エアフォイル５０、シャンク１０４、およびダブテール５６を形成することが可能である。例えば、重なり２００は、モールド構造またはそれ以外のツーリングコンポーネントに配置することができる。モールド構造またはそれ以外のツーリングコンポーネントの内部において、重なり２００は、相互に押し付けられ積層されて、単一のコンポーネント（例えば、組み合わせられたエアフォイル５０、シャンク１０４、およびダブテール５６）を形成することができる。

【0028】

図８は、組み合わせられたエアフォイル５０、シャンク１０４、およびダブテール５６上に形成されたプラットフォームアーチ１２０の斜視図である。上述したのと同様に、プラットフォームアーチ１２０もまた、複数の積層された重なり２００を用いて形成することができる。例えば、組み合わせられたエアフォイル５０、シャンク１０４、およびダブテール５６が形成された後で、追加的な重なり２００を、モールド構造またはそれ以外のツーリングコンポーネント（例えば、これは、組み合わされたエアフォイル５０、シャンク１０４、およびダブテール５６を形成するのに用いられるモールド構造またはツーリングコンポーネントと同一の場合も、異なる場合もありうる）の内部でありシャンク１０４およびダブテール５６の周りに配置することができる。その後で、プラットフォームアーチ１２０を形成する重なり２００は、押し付けられ積層されうる。このようにして、エアフォイル５０、シャンク１０４、ダブテール５６、およびプラットフォームアーチ１２０を結合して単一の部材を形成することが可能になる。

【0029】

理解されるように、プラットフォームアーチ１２０は、プラットフォーム５２（または、フロー経路）上の負荷をロータ２４まで運ぶまたは移動させるように構成されうる。更に、プラットフォーム１２０のアーチの幾何学的構成により、プラットフォームアーチ１２０およびタービンブレード２２の剛性および／または堅牢性を増加させることが可能になる。示されているように、プラットフォームアーチ１２０は、タービンブレード２２のダブテール５６に接しており類似の幾何学的構成を有するダブテール部分２４０を含む。結果的に、プラットフォームアーチ１２０のダブテール部分２４０は、ロータ２４のスロット５８の内部でロータ２４と結合することができる。更に、プラットフォームアーチ１２０のダブテール部分２４０は、プラットフォームアーチ１２０のプラットフォーム表面２４２から延長する。ある実施形態では、プラットフォーム５２（図４を参照のこと）は、プラットフォームアーチ１２０の上にまたはその頂部に配置されうる。他の実施形態では、タービンブレード２２がプラットフォーム５２を含まないこともあるが、プラットフォームアーチ１２０のプラットフォーム表面２４２は、タービン１８を通過して流れる（例えば、燃焼ガス２０のための）フロー経路を少なくとも部分的に画定することができる。更に、ある実施形態では、プラットフォームアーチ１２０は、封着ピン７０を支持する溝７５（図２を参照のこと）を含みうる。

【0030】

図９は、組み合わせられたエアフォイル５０、シャンク１０４、ダブテール５６、およびプラットフォームアーチ１２０の上に形成されたエンゼルウィング１２４の斜視図である。特に、エンゼルウィング１２４は、タービンブレード２２の上流側２５０と下流側２５２とにおいてプラットフォームアーチ１２０と接するように配置されている。換言すると、タービンブレード２２は、上流または前方エンゼルウィング２５４と、下流または後方エンゼルウィング２５６とを含む。更に、それぞれのエンゼルウィング１２４は、プラットフォームアーチ１２０のダブテール部分２４０と接するダブテール部分２５８を含んでいる。上述したのと同様に、ダブテール部分２５８は、ロータ２４に形成されているスロット５８の１つと係合することにより、負荷をタービンブレード２２からロータ２４に運ぶことができる。理解されるように、エンゼルウィング１２４は、エンゼルウィング１２４から外向きに横方向に延長する横向きプラットフォーム２６０など、タービンブレード２２を相互に、そしてタービン１８の他のコンポーネントに少なくとも部分的に封着するように構成された特徴を含みうる。例えば、横向きプラットフォーム２６０は、タービン内部にフロー経路を更に画定することにより、タービン１８内部でガスフロー（例えば、燃焼ガス２０のフロー）を導くおよび／または方向付けることができる。

【0031】

上述したのと同様に、エンゼルウィング１２４もまた、複数の重なり２００から形成することができる。例えば、組み合わせられたエアフォイル５０、シャンク１０４、ダブテール５６、およびプラットフォームアーチ１２０が形成された後で、追加的な重なり２００をモールド構造またはそれ以外のツーリングコンポーネント（例えば、エアフォイル５０、シャンク１０４、ダブテール５６、およびプラットフォームアーチ１２０を形成するのに用いられるモールド構造またはツーリングコンポーネントと同一の場合も異なる場合もありうる）の内部に配置することにより、エンゼルウィング１２４を形成することができる。その後で、エンゼルウィング１２４を形成する重なり２００は、押し付けられ積層されうる。このようにして、エアフォイル５０、シャンク１０４、ダブテール５６、プラットフォームアーチ１２０、およびエンゼルウィング１２４を結合して単一の部材を形成することが可能になる。

【0032】

図１０は、組み合わせられたエアフォイル５０、シャンク１０４、ダブテール５６、プラットフォームアーチ１２０、およびエンゼルウィング１２４の上に形成されたプラットフォーム５２の斜視図である。既に述べたように、プラットフォーム５２は、プラットフォームアーチ１２０のプラットフォーム表面２４２の上に形成することができる。理解されるように、プラットフォーム５２は、タービン１８を通過して流れるガス（例えば、燃焼ガス２０）のためのフロー経路を少なくとも部分的に画定する。更に、プラットフォーム５２もまた、複数の重なり２００（例えば、半径方向３４の態様または配列でスタックされている）から形成することができる。例えば、組み合わせられたエアフォイル５０、シャンク１０４、ダブテール５６、プラットフォームアーチ１２０、およびエンゼルウィング１２４が形成された後で、追加的な重なり２００をモールド構造またはそれ以外のツーリングコンポーネント（例えば、組み合わされたエアフォイル５０、シャンク１０４、ダブテール５６、プラットフォームアーチ１２０、およびエンゼルウィング１２４を形成するのに用いられるモールド構造またはツーリングコンポーネントと同一の場合と異なる場合がありうる）の内部に配置することにより、プラットフォーム５２を形成することができる。その後で、プラットフォーム５２を形成する重なり２００は、押し付けられ積層されうる。このようにして、エアフォイル５０、シャンク１０４、ダブテール５６、プラットフォームアーチ１２０、エンゼルウィング１２４、およびプラットフォーム５２を結合して単一の部材を形成することが可能になる。

【0033】

更に、図解されている実施形態では、タービンブレード２２は、プラットフォーム５２とプラットフォームアーチ１２０との間に配置されるフィラ２６２（例えば、プラットフォーム表面２４２）を含む。理解されるように、フィラ２６２は、プラットフォームアーチ１２０とプラットフォーム５２との間のギャップを充填することができる。ある実施形態では、フィラ２６２もまた、重なり２００（例えば、セラミックベースの複合的な重なり２００）から形成することができる。例えば、フィラ２６２は、平坦に置かれるまたはロールアップされる重なり２００を含むことがある。他の実施形態では、フィラ２６２を形成する重なり２００は、マトリックス材料２２２において浮かんでいる切断されたファイバ２２０（例えば、単一の方向に割り当てられていない可能性があるファイバ２２０）を含むことがある。フィラ２６２もまた、他の材料で作られている場合がありうる。

【0034】

図１１は、タービンブレード２２のシャンク１０４とエアフォイル５０との上に形成されたシャンクアーチ１２２の斜視図である。シャンクアーチ１２２は、タービンブレード２２のシャンク１０４とエアフォイル５０とに対する追加的な支持および／または強化を提供するように構成することができる。更に、シャンクアーチ１２２もまた、複数の重なり２００から形成することが可能である。例えば、組み合わせられたエアフォイル５０、シャンク１０４、ダブテール５６、プラットフォームアーチ１２０、エンゼルウィング１２４、およびプラットフォーム５２が形成された後で、追加的な重なり２００をモールド構造またはそれ以外のツーリングコンポーネント（例えば、組み合わされたエアフォイル５０、シャンク１０４、ダブテール５６、プラットフォームアーチ１２０、エンゼルウィング１２４、およびプラットフォーム５２を形成するのに用いられるモールド構造またはツーリングコンポーネントと同一の場合または異なる場合がありうる）の内部に配置することにより、シャンクアーチ１２２を形成することができる。その後で、シャンクアーチ１２２を形成する重なり２００は、押し付けられ積層されうる。このようにして、エアフォイル５０、シャンク１０４、ダブテール５６、プラットフォームアーチ１２０、エンゼルウィング１２４、プラットフォーム５２、およびシャンクアーチ１２２を結合して単一の部材を形成することが可能になる。

【0035】

更に、シャンクアーチ１２２をシャンク１０４とエアフォイル５０とに対する追加的な支持および／または強化を提供するように構成することが可能であるから、シャンクアーチ１２２を形成する重なり２００は、マトリックス材料２２２の全体により高い濃度で分布されているファイバ２２０を有することにより、シャンクアーチ１２２を形成する重なり２００の強度および／または剛性を増加させることができる。すなわち、シャンクアーチ１２２を形成するのに用いられる重なり２００は、他のコンポーネント（例えば、エアフォイル５０、シャンク１０４、ダブテール５６、プラットフォームアーチ１２０、エンゼルウィング１２４など）の内のいくつかを形成するのに用いられる重なり２００よりも、マトリックス材料２２２においてより多くのファイバ２２０を含みうる。

【0036】

図１２は、タービンブレード２２のエアフォイル５０とプラットフォーム５２とを挟んでおよびそれらの間に形成されるフィラ材料３００の斜視図である。特に、フィラ材料３００は、エアフォイル５０とプラットフォーム５２との間の結合部を挟んで配置されておりエアフォイル５０とプラットフォーム５２との間の移動を滑らかにする重なり２００を含みうる。フィラ２６２に関して既に述べたのと同様に、フィラ材料３００は、平坦に置かれているまたはロールアップされている重なり２００でありうる。他の実施形態では、フィラ材料３００は、マトリックス材料２２２において浮かんでいる切断されたファイバ２２０（例えば、単一の方向に割り当てられていない可能性があるファイバ２２０）を含むことがある。更に、ある実施形態では、フィラ材料３００は、エアフォイル５０とプラットフォーム５２との間の交点に適合するように形成（例えば、切断）されているセラミックベースの複合材料（例えば、セラミックファイバ２２０がその中に分布しているセラミックマトリックス材料２２２）でありうる。例えば、フィラ材料３００は、エアフォイル５０とプラットフォーム５２との間の滑らかな変化を生じさせるほぼ三角形の形状を有しうる。

【0037】

図１３は、タービンブレード２２のエアフォイル５０とプラットフォーム５２とを挟んだその上に、そしてそれらの間に形成されるフィレット層１２８の斜視図である。特に、フィレット層１２８は重なり２００から形成することができ、エアフォイル５０とプラットフォーム５２との間に滑らかな表面移動（例えば、フィレット移動３２０）を生じさせることができる。

【0038】

ある実施形態では、タービンブレード２２の一部のまたは全部のコンポーネントの重なり２００がいったん配置され相互に積層されると、タービンブレード２２には、１つまたは複数の機械加工プロセスがなされる。例えば、タービンブレード２２は、加圧のために、モールド構造またはツール（例えば、オートクレーブ）の内部に配置されることがある。ツールの内部で、重なり２００の容積を縮小させることができる。重なり２００の容積を縮小させた後で、重なり２００の有機揮発物を除去し、重なり２００を樹脂（例えば、溶融シリコン）に浸透させることができる。浸透した重なり２００は、凝固して最終的なタービンブレード２２となる。

【0039】

理解されるように、以上で説明したタービンブレード２２の構築により、タービン１８の運転寿命を延ばすことが可能になる。例えば、重なり２００を形成するのに用いられるセラミックベースの複合材料は、温度の上昇に対してより強い耐性を有しうる。結果的に、タービンブレード２２の強制的な冷却を減らすことが可能になる。更に、セラミックベースの複合材から形成されるタービンブレード２２および／またはエアフォイル空洞１００を有するタービンブレード２２は、伝統的なタービンブレード２２よりも軽量にすることが可能である。したがって、ロータ２４を使用可能な寿命が長くなることによって、コスト（例えば、維持コスト）を低下させることができる。更に詳しくは、タービンブレード２２の軽量構成および設計により、ロータ２４の負荷または引っ張りが減少する。結果的に、ロータ２４を、より安価な合金により、よりコスト効率のよい形状または構成で、またはそれらを組み合わせて作成することが可能になる。更に、セラミックベースの複合材から形成されたタービンブレード２２は伝統的なタービンブレード２２よりも軽量であるために、ロータ２４の速度上昇をより早く行うことが可能になり、応答時間をより短くすることが可能になる。

【0040】

以上で詳細に論じたように、開示されている実施形態は、改良型のターボ機械ブレードアセンブリ（例えば、タービンブレード２２）と、そのような改良型ターボ機械ブレードアセンブリ（例えば、タービンブレード２２）を形成するプロセスまたは方法とを含む。更に詳しくは、ある実施形態にはターボ機械ブレードアセンブリが含まれ、このターボ機械ブレードアセンブリの１つまたは複数のコンポーネントは、複数の連続的な繊維強化された重なりまたは層（例えば、重なり２００）から形成される。例えば、ターボ機械ブレードアセンブリおよび／またはターボ機械ブレードアセンブリのコンポーネント（例えば、エアフォイル５０、シャンク１０４、ダブテール５６、プラットフォームアーチ１２０など）は、複数の連続的な繊維強化された重なりまたは層（例えば、重なり２００）をモールドまたはそれ以外のツールに配置することによって形成することができ、これらの重なりまたは層は、次に、ツーリングプロセス、機械加工プロセス、化学的プロセス、冶金的プロセス、またはこれらの組み合わせを用いることにより、相互に積層させることができる。例えば、ターボ機械ブレードアセンブリは、それぞれを、セラミックベースの複合材料などの複合材の積層された層から、単一の部材として形成することが可能である。セラミックベースの複合材料は、セラミックファイバ（例えば、ファイバ２２０）がこのセラミックマトリックス材料の全体に分散されているセラミックマトリックス材料（例えば、マトリックス材料２２２）を含みうる。結果的に、このターボ機械ブレードアセンブリは、冷却なしでも、温度上昇に耐えることができる。更に、セラミックベースの複合材の重なりによって形成されたターボ機械ブレードアセンブリは、より軽量にすることが可能であり、より長いライフサイクルを有することができる。

【0041】

更に、ある実施形態では、ターボ機械ブレードアセンブリは、中空のエアフォイルを含むことがある。すなわち、このエアフォイル（例えば、エアフォイル５０）は、エアフォイル空洞（例えば、エアフォイル空洞１００）を含むことがある。中空のエアフォイルは、このエアフォイル自体の中空の内部を、ターボ機械のシャンク空洞（例えば、シャンク空洞７６）に露出する経路またはポート（例えば、加圧ポート１０２）を有しうる。このようにして、シャンク空洞の内部の加圧フロー（例えば、空気、窒素、ＣＯ₂など）が、ターボ機械ブレードのエアフォイルの中空の内部に流れ込むことができる。それぞれのターボ機械ブレードアセンブリのエアフォイルの中空の内部が加圧されているため、ターボ機械ブレードアセンブリを、外部の物体による損傷および衝撃による劣化から保護することができる。更に、シャンク空洞の内部のフローとエアフォイルの中空の内部との加圧を維持するために、ターボ機械ブレードの間に封着ピン（例えば、封着ピン７０）を配置することにより、加圧フローのシャンク空洞から周囲の大気への漏れを防止することができる。

【0042】

この書面による説明では、最良の方式を含めて本発明を開示するために、更には、任意のデバイスまたはシステムを作成しかつ使用すること、ならびに任意の組み込まれた方法を実行することを含め、当業者であれば誰でも本発明を実施できるようにするための例が用いられている。本発明の特許が与えられるべき範囲は、特許請求の範囲によって定義され、かつ当業者が想到する他の例も含みうる。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と差異のない構造的要素を持つ場合、または特許請求の範囲の文言との実質的差異がない同等の構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲内に入るものとする。

【符号の説明】

【0043】

１０ コンバインドサイクルシステム
１１ ガスタービンシステム
１２ コンプレッサ
１４ 燃焼器
１６ 燃料ノズル
１８ ガスタービン
２０ 燃料ガス
２１ 蒸気タービン
２２ タービンブレード
２３ 第２の負荷
２４ ロータ
２５ 軸
２６ 排気口
２７ シャフト
２８ コンプレッサブレード
２９ 排気ガス
３０ 圧縮空気
３１ 第１の負荷
３２ 軸方向
３３ 蒸気
３４ 半径方向
３５ ＨＲＳＧシステム
３６ 円周方向
５０ エアフォイル
５２ プラットフォーム
５６ ダブテール
５８ スロット
６０ ロータの外側表面
７０ 封着ピン
７２ 水平封着ピン
７４ 垂直封着ピン
７５ 溝
７６ シャンク空洞
１００ エアフォイル空洞
１０２ 加圧ポート
１０４ シャンク
１０６ 加圧流体が流れる方向を示す矢印
１０８ 加圧流体による外向き圧力の方向を示す矢印
１１０ 内部表面
１１２ エアフォイルの外部表面
１２０ プラットフォームアーチ
１２２ シャンクアーチ
１２４ エンゼルウィング
１２６ フィラ
１２８ フィレット層
２００ 重なり
２０２ エアフォイルの先端
２０４ ダブテールの底部
２２０ ファイバ
２２２ マトリックス材料
２２４ 軸方向
２４０ ダブテール部分
２４２ プラットフォーム表面
２５０ 上流側
２５２ 下流側
２５４ 上流または前方エンゼルウィング
２５６ 下流または後方エンゼルウィング
２５８ ダブテール部分
２６０ 横向きプラットフォーム
２６２ フィラ
３００ フィラ材料
３２０ フィレット移動

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】