特表 2022-522089 分散した入れ子状セルの減衰システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-04-14

(54)【発明の名称】分散した入れ子状セルの減衰システム

(51)【国際特許分類】

   F01D 5/16 20060101AFI20220407BHJP

   F16F 15/02 20060101ALI20220407BHJP

   F01D 5/26 20060101ALI20220407BHJP

   F01D 5/10 20060101ALI20220407BHJP

   F01D 25/06 20060101ALI20220407BHJP

【ＦＩ】

F01D5/16

F16F15/02 E

F01D5/26

F01D5/10

F01D25/06

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021531311

(86)(22)【出願日】2018-12-11

(85)【翻訳文提出日】2021-07-28

(86)【国際出願番号】 US2018065052

(87)【国際公開番号】W WO2020122886

(87)【国際公開日】2020-06-18

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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

(72)【発明者】

【氏名】チャクラバルティ、スルヤーギア

(72)【発明者】

【氏名】スン、チャンチー

【テーマコード（参考）】

3G202

3J048

【Ｆターム（参考）】

3G202BA10

3G202BB03

3G202CA07

3G202CA15

3J048AB01

3J048AC01

3J048BE11

3J048EA07

(57)【要約】

減衰システムで使用するための入れ子状格子構造２９が第１の格子構造２６を含み、第１の格子構造２６は、中空内部４５を含む第１の外側通路３０と、中空内部を含む第２の外側通路３２と、中空内部を含み、第１の外側通路３０と第２の外側通路３２との交差部を形成する外側ノード４２と、を含む。入れ子状格子構造２９は、第１の格子構造２６の中空内部に入れ子状になった第２の格子構造２８を含み、第２の格子構造２８は、第１の内側通路４４と、第２の内側通路４６と、第１の内側通路４４と第２の内側通路４６との交差部を形成する内側ノード５０と、を含む。第１の内側通路４４、第２の内側通路４６および内側ノード５０の各々は、それぞれの第１の外側通路３０、第２の外側通路３２および外側ノード４２内に入れ子になっている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

減衰システム（２４）で使用するための入れ子状格子構造（２９）が、
第１の格子構造（２６）であって、
中空内部（４５）を含む第１の外側通路（３０）と、
中空内部（４５）を含む第２の外側通路（３２）と、
中空内部（４５）を含む外側ノード（４２）であって、前記外側ノード（４２）は前記第１の外側通路（３０）と前記第２の外側通路（３２）との交差部を形成する、外側ノード（４２）と、
を備える、第１の格子構造（２６）と、
前記第１の格子構造（２６）の前記中空内部（４５）に入れ子状になった第２の格子構造（２８）であって、
第１の内側通路（４４）と、
第２の内側通路（４６）と、
内側ノード（５０）であって、前記内側ノード（５０）は前記第１の内側通路（４４）と前記第２の内側通路（４６）との交差部を形成する、内側ノード（５０）と、
を備える、第２の格子構造（２８）と、
を備え、
前記第１の内側通路（４４）、前記第２の内側通路（４６）、および前記内側ノード（５０）の各々は、それぞれの前記第１の外側通路（３０）、前記第２の外側通路（３２）、および前記外側ノード（４２）内に入れ子になっている、入れ子状格子構造（２９）。

【請求項2】

前記第１の格子構造（２６）が、中空内部（４５）を含む第３の外側通路（３４）をさらに備え、前記第３の外側通路（３４）は、前記外側ノード（４２）から外側に延在し、前記外側ノード（４２）、ならびに前記第１、第２、および第３の外側通路（３０，３２，３４）は、三次元外側格子構造（２６）を集合的に画定する、請求項１に記載の入れ子状格子構造（２９）。

【請求項3】

前記第２の格子構造（２８）が、第３の内側通路（４８）をさらに備え、前記内側ノード（５０）、ならびに前記第１、第２、および第３の内側通路（４４，４６，４８）は、三次元内側格子構造（２８）を集合的に画定する、請求項１に記載の入れ子状格子構造（２９）。

【請求項4】

前記第１および第２の外側通路（３０，３２）が、互いに直交している、請求項１に記載の入れ子状格子構造（２９）。

【請求項5】

前記第３の外側通路（３４）が、前記第１および第２の外側通路（３０，３２）の各々に直交している、請求項２に記載の入れ子状格子構造（２９）。

【請求項6】

前記第１および第２の内側通路（４４，４６）が中実である、請求項１に記載の入れ子状格子構造（２９）。

【請求項7】

前記内側ノード（５０）、ならびに前記第１および第２の内側通路（４４，４６）が中空である、請求項１に記載の入れ子状格子構造（２９）。

【請求項8】

前記第２の格子構造（２８）内に入れ子状になった第３の格子構造（６０）をさらに含む、請求項７に記載の入れ子状格子構造（２９）。

【請求項9】

前記第３の格子構造（６０）が、
第１の三次通路と、
第２の三次通路と、
をさらに備え、
前記第１および第２の三次通路は、前記第３の格子構造（６０）の二次元平面内に整列している、請求項８に記載の入れ子状格子構造（２９）。

【請求項10】

前記第１の格子構造（２６）が、構成要素の第１の部分に結合される、請求項１に記載の入れ子状格子構造（２９）。

【請求項11】

前記第２の格子構造（２８）が前記構成要素の第２の部分に結合され、
前記第１の格子構造（２６）と前記第２の格子構造（２８）との間の相対運動がそれらの間の摩擦を引き起こし、それによって少なくとも１つの振動を散逸させる、請求項１０に記載の入れ子状格子構造（２９）。

【請求項12】

前記第１の外側通路（３０）の外径が、前記第１の内側通路（４４）の外径の約２倍～約４倍である、請求項１に記載の入れ子状格子構造（２９）。

【請求項13】

前記第１の外側通路（３０）の内径が、前記第１の内側通路（４４）の外径の約１．５倍～約３．５倍である、請求項１に記載の入れ子状格子構造（２９）。

【請求項14】

前記第１の格子構造（２６）と前記第２の格子構造（２８）との間に配置された少なくとも１つの液体をさらに含む、請求項１に記載の入れ子状格子構造（２９）。

【請求項15】

前記第１の格子構造（２６）が、中空内部（４５）を含む第３の外側通路（３４）をさらに備え、前記外側ノード（４２）、ならびに前記第１、第２、および第３の外側通路（３０，３２，３４）は、三次元外側格子構造（２６）を集合的に画定し、
前記第２の格子構造（２８）が、第３の内側通路（４８）をさらに備え、前記内側ノード（５０）、ならびに前記第１、第２、および第３の内側通路（４４，４６，４８）は、三次元内側格子構造（２８）を集合的に画定し、
前記第１および第２の外側通路（３０，３２）は互いに直交し、
前記第３の外側通路（３４）は、前記第１および第２の外側通路（３０，３２）のそれぞれと直交している、
請求項９に記載の入れ子状格子構造（２９）。

【請求項16】

振動減衰システム（２４）が、
互いに接続された複数の入れ子状ノードを備え、前記複数の入れ子状ノードの各入れ子状ノード（２９）は、
第１の格子構造（２６）であって、
中空内部（４５）を含む第１の外側通路（３０）と、
中空内部（４５）を含む第２の外側通路（３２）と、
中空内部（４５）を含む外側ノード（４２）であって、前記外側ノード（４２）は前記第１の外側通路（３０）と前記第２の外側通路（３２）との交差部を形成する、外側ノード（４２）と、
を備える、第１の格子構造（２６）と、
前記第１の格子構造（２６）の前記中空内部（４５）に入れ子状になった第２の格子構造（２８）であって、
第１の内側通路（４４）と、
第２の内側通路（４６）と、
内側ノード（５０）であって、前記内側ノード（５０）は前記第１の内側通路（４４）と前記第２の内側通路（４６）との交差部を形成する、内側ノード（５０）と、
を備える、第２の格子構造（２８）と、
を備え、
前記第１の内側通路（４４）、前記第２の内側通路（４６）、および前記内側ノード（５０）の各々は、それぞれの前記第１の外側通路（３０）、前記第２の外側通路（３２）、および前記外側ノード（４２）内に入れ子になっており、
前記各入れ子状ノード（２９）の前記第１の外側通路（３０）および前記第２の外側通路（３２）の少なくとも一方は、隣接する入れ子状ノード（２９）の少なくとも一方の通路に結合される、
振動減衰システム（２４）。

【請求項17】

前記第１の格子構造（２６）と前記第２の格子構造（２８）との間に配置された流体および粉末の少なくとも一方をさらに含む、請求項１６に記載の振動減衰システム（２４）。

【請求項18】

タービンブレード（１０）が、
ブレード部分（１０）であって、前記ブレード（１０）は、
根元部分（１２）から先端部分（１４）まで、および前縁（１６）から後縁（１８）まで延在する翼形部
を備える、ブレード部分（１０）と、
前記ブレード部分（１０）内に配置された減衰システム（２４）であって、前記減衰システム（２４）は、
中空内部（４５）を含む第１の格子構造（２６）と、
前記第１の格子構造（２６）の前記中空内部（４５）に入れ子になった第２の格子構造（２８）と、
を備える、減衰システム（２４）と、
を備え、
前記第１および第２の格子構造（２６，２８）の各々は、前記ブレード部分（１０）からの振動を減衰させる、タービンブレード（１０）。

【請求項19】

前記第１の格子構造（２６）が、前記ブレード部分（１０）の前記根元部分（１２）に結合され、
前記第２の格子構造（２８）が、前記ブレード部分（１０）の前記先端部分（１４）に結合されている、
請求項１８に記載のタービンブレード（１０）。

【請求項20】

前記第１の格子構造（２６）が、前記ブレード部分（１０）の前記前縁（１６）に結合され、
前記第２の格子構造（２８）が、前記ブレード部分（１０）の前記後縁（１８）に結合されている、
請求項１８に記載のタービンブレード（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本主題は、一般に、振動減衰のためのシステムおよび機構に関し、より具体的には、入れ子状格子振動減衰システムに関する。

【背景技術】

【0002】

大型の産業用ガスタービン（ＩＧＴ）ブレードは、非定常の空力荷重を受け、ブレードを振動させる。これらの振動が適切に減衰されない場合、高サイクル疲労および早期ブレード故障を引き起こす場合がある。最終段ブレード（ＬＳＢ）は一番高さがあり、したがって、タービンの最も振動が課題となる構成要素である。従来のタービンブレードに対する振動減衰方法には、プラットフォームダンパ、減衰ワイヤ、シュラウドなどが挙げられる。

【0003】

プラットフォームダンパはブレードプラットフォームの下にあり、ブレードプラットフォームで動きのある中型および長型のシャンクブレードに効果的である。ＩＧＴ後段ブレードは短いシャンクを有し、ブレードの重量を減少させることで、プラットフォームダンパを無効にするロータに対する引張荷重を低減する。

【0004】

ＩＧＴのＬＳＢｓは、主にシュラウドを介して減衰されることが多い。シュラウドは、ブレード先端にあってもよく（先端シュラウド）、またはハブと先端との間の部分スパンにあってもよい（部分スパンシュラウド）。部分スパンおよび先端シュラウドは、隣接するブレードに接触し、それらが互いに擦れ合うときに減衰を提供する。シュラウドはまた、ブレード固有振動数を調整または調節する効率的な方法を提供する。

【0005】

シュラウドは、翼形部に減衰および剛性を提供するが、それらはブレードをより重くし、それによってロータへの引っ張り荷重が増加し、それによってロータの重量およびコストが増加する。したがって、後段ブレードのための軽量の解決策は魅力的であり、機械の全体的な出力の増加を推進することができる。シュラウドはまた、航空性能デビットを生成することができる。先端シュラウドは、応力集中を低減するために大きな先端フィレットを必要とし、先端損失をもたらす。部分スパンシュラウドは、流路に追加の閉塞を作り出し、空気力学的効率を低下させる。最後に、先端シュラウドは、ブレードの振動モード形状に大きなねじれを誘発し、高い航空弾性フラッタ不安定性を引き起こすことが示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１８－０３３４９０９号明細書

【発明の概要】

【0007】

本実施形態の態様を、以下に要約する。これらの実施形態は特許請求する実施形態の範囲を限定しようとするものではなく、むしろ、これらの実施形態は、実施形態について可能性がある形式の概要を提供しようとするものにすぎない。さらに、実施形態は、特許請求の範囲と同等の、以下に記載の実施形態と同様または異なり得る様々な形態を包含してもよい。

【0008】

一態様では、減衰システムで使用するための入れ子状格子構造２９は第１の格子構造２６を含み、第１の格子構造２６は、中空内部４５を含む第１の外側通路３０と、中空内部を含む第２の外側通路３２と、中空内部を含み、第１の外側通路３０と第２の外側通路３２との交差部を形成する外側ノード４２と、を含む。入れ子状格子構造２９は、第１の格子構造２６の中空内部に入れ子状になった第２の格子構造２８を含み、第２の格子構造２８は、第１の内側通路４４と、第２の内側通路４６と、第１の内側通路４４と第２の内側通路４６との交差部を形成する内側ノード５０と、を含む。第１の内側通路４４、第２の内側通路４６および内側ノード５０の各々は、それぞれの第１の外側通路３０、第２の外側通路３２および外側ノード４２内に入れ子になっている。

【0009】

別の態様では、振動減衰システム２４は、互いに接続された複数の入れ子状ノードを含み、各入れ子状ノードは第１の格子構造２６を含み、第１の格子構造２６は、中空内部４５を含む第１の外側通路３０と、中空内部を含む第２の外側通路３２と、中空内部を含む外側ノード４２と、を含む。外側ノード４２は、第１の外側通路３０と第２の外側通路３２との交差部を形成する。複数の入れ子状ノードは、第１の格子構造２６の中空内部に入れ子状になった第２の格子構造２８を含む。第２の格子構造２８は、第１の内側通路４４と、第２の内側通路４６と、第１の内側通路４４と第２の内側通路４６との交差部を形成する内側ノード５０と、を含む。第１の内側通路４４、第２の内側通路４６および内側ノード５０の各々は、それぞれの第１の外側通路３０、第２の外側通路３２および外側ノード４２内に入れ子になっている。各入れ子状ノードの第１の外側通路３０および第２の外側通路３２の少なくとも一方は、隣接する入れ子状ノード２９の少なくとも一方の通路に結合される。

【0010】

別の態様では、タービンブレードは、根元部分１２から先端部分１４まで、および前縁１６から後縁１８まで延在する翼形部を含むブレード部分１０を含む。タービンブレード１０は、ブレード部分１０内に配置された減衰システム２４を含む。減衰システム２４は、中空内部を含む第１の格子構造２６と、第１の格子構造２６の中空内部に入れ子状になった第２の格子構造２８とを含む。第１および第２の格子構造２６，２８の各々は、ブレード部分１０からの振動を減衰させる。

【0011】

本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】ミッドスパンシュラウドおよび先端シュラウドを有するタービンブレードの斜視図である。

【図2】内部減衰システムを有するタービンブレードの側面図である。

【図3】入れ子状ノードの斜視図である。

【図4】入れ子状ノードの側面図である。

【図5】入れ子状格子構造の側面図である。

【図6】本明細書に開示された実施形態の態様によるタービンブレードの半径方向内側の図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

特に明記しない限り、本明細書において提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を図示するものである。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を含む多種多様なシステムで適用可能であると考えられる。したがって、図面は、本明細書に開示する実施形態の実践のために必要とされる当業者に知られている従来の特徴をすべて含むことを意味しない。

【0014】

以下の明細書および特許請求の範囲において、いくつかの用語に言及するが、それらは以下の意味を有すると規定する。

【0015】

単数形「１つの（ａ、ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、文脈が特に明確に指示しない限り、複数の言及を含む。

【0016】

「任意の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」または「任意に（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、続いて記載された事象または状況が生じてもよいし、また生じなくてもよいことを意味し、かつ、その説明が、事象が起こる場合と、それが起こらない場合と、を含むことを意味する。

【0017】

本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、近似を表す文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動し得る任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「約」および「実質的に」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲の全体を通して、範囲の限定は組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。

【0018】

本明細書で使用する場合、「軸方向の」という用語は、ガスタービンエンジンの中心軸またはシャフトと整列した方向を指す。

【0019】

本明細書で使用する場合、「円周方向の」という用語は、ガスタービンエンジンの外周の周りの（および接線方向の）方向、または例えば、ガスタービンエンジンのロータの掃引領域によって画定された円を指す。本明細書で使用する場合、「円周方向の」および「接線方向の」という用語は、同義語である場合がある。

【0020】

本明細書で使用する場合、「半径方向の」という用語は、ガスタービンエンジンの中心軸から離れて外向きに移動する方向を指す。「半径方向内向き」の方向は、中心軸に向かって整列し、半径が減少する方向に向かって移動する。「半径方向外向き」の方向は、中心軸から離れて整列し、半径が増加する方向に向かって移動する。

【0021】

本明細書に記載の実施形態は、他の適用可能な構成要素の中でも、大型の後段の産業用ガスタービンブレードの内部に分散した振動減衰構造を含む。これらのダンパ構造は、入れ子状格子構造の原理に基づいて機能する。適切に設計されている場合、これらのダンパはタービンブレードシュラウドの必要性を排除することができ、後段のＡＮ^２のエンタイトルメント、ならびに大型産業用ガスタービンの出力を大幅に増加させる（ＡＮ^２は、ロータ速度（ＲＰＭ）の２乗を乗じた流路環状面積である）。

【0022】

図１は、根元部分１２から先端部分１４まで、および前縁１６から先端縁１８まで延在する例示的なタービンブレード１０を示している。図１に示すタービンブレードはまた、部分スパンシュラウド２０および先端シュラウド２２を含む。

【0023】

図２は、第１の格子構造２６と、第１の格子構造２６内に入れ子状になった第２の格子構造２８とを含む内部減衰システム２４を含む、本明細書に開示された実施形態によるタービンブレード１０を示している。図２の実施形態は、図１の部分スパンシュラウド２０および／または先端シュラウド２２ではなく、内部減衰システム２４を利用する。

【0024】

図３は、第１の格子構造２６の一部内に入れ子状になった第２の格子構造２８の一部の拡大斜視図を示している。図３に示す第１の格子構造２６の部分は、円周方向３６に整列した第１の外側通路３０と、半径方向３８に整列した第２の外側通路３２と、軸方向４０に整列した第３の外側通路３４とを含む。第１、第２、および第３の外側通路３０，３２，３４は、外側ノード４２で交差する。第１の格子構造２６の一部内に入れ子になっているのは、円周方向３６に整列した第１の内側通路４４と、半径方向３８に整列した第２の内側通路４６と、軸方向４０に整列した第３の内側通路４８と、を含む第２の格子構造２８の一部である。第１、第２、および第３の内側通路４４，４６，４８は、外側ノード４２の中心に位置する内側ノード５０（図示せず）で交差する。第１、第２、および第３の内側通路４４，４６，４８の各々は、それぞれの第１、第２、および第３の外側通路３０，３２，３４内の中央に配置される。したがって、第１および第２の格子構造２６，２８の各々は、円周方向、半径方向および軸方向３６，３８，４０に実質的に整列した内側および／または外側通路４４，４６，４８，３０，３２，３４の交差部を形成する内側および／または外側ノード５０，４２で構成された三次元フレームワークを含むことができる。外側ノード４２および内側ノード５０は、一対の入れ子状ノード２９（または入れ子状セル２９）を集合的に画定する。

【0025】

さらに図３を参照すると、第１の格子構造２６はまた、円周方向に整列し、第１の外側通路３０の方向とは反対の方向に外側ノード４２から離れるように延在する第４の外側通路５２を含むことができる。第１の格子構造２６はまた、半径方向に整列し、第２の外側通路３２の方向とは反対の方向に外側ノード４２から離れるように延在する第５の外側通路５４を含むことができる。第１の格子構造２６はまた、軸方向に整列し、第３の外側通路３４の方向とは反対の方向に外側ノード４２から離れるように延在する第６の外側通路５６を含むことができる。同様に、第２の格子構造２８はまた、それぞれ第１、第２、および第３の内側通路４４，４６，４８から内側ノード５０の対向する側に延びる第４、第５、および第６の内側通路（図示せず）を含むことができる。さらに、第４、第５、および第６の内側通路（図示せず）は、それぞれの第４、第５、および第６の外側通路５２，５４，５６内の中央に配置されてもよい。少なくとも１つの環状部４５は、各外側通路の内径とそれぞれの入れ子状内側通路の外径との間の空間内に画定されてもよい。

【0026】

さらに図３を参照すると、第１から第６の外側通路３０，３２，３４，５２，５４，５６の各々は、内側通路４４，４６，４８が外側通路３０，３２，３４，５２，５４，５６内に嵌合することを可能にするために、第１から第６の内側通路４４，４６，４８の各々よりも大きい断面積を含むことができる。第１から第６の外側通路３０，３２，３４，５２，５４，５６の各々は、実質的に中空であってもよく、それによって内側通路４４，４６，４８のための空間を含んでもよい。内側通路４４，４６，４８は、実質的に中実および／または実質的に中空であってもよい。内側通路４４，４６，４８が実質的に中実である実施形態では、実質的に中実の内側通路材料の断面積は、内側通路が実質的に中空である実施形態と比較して、強化された機械的応力特性を提供することができる。内側通路４４，４６，４８が実質的に中空である実施形態では、内側通路４４，４６，４８の内部の空間は、第３の入れ子状格子構造のための場所を提供するのに役立ち得る。内側通路４４，４６，４８が実質的に中空である他の実施形態では、内側通路４４，４６，４８の内部の空間は、第１および／または第２の格子構造２６，２８を内部冷却する目的で、および／またはタービンブレード１０の別の構造もしくは表面に冷却を送達する目的で、流体を冷却するための導管として機能することができる。内側および外側通路４４，４６，４８，３０，３２，３４，５２，５４，５６の各々は、隣接する内側および／または外側ノード４２，５０の対応する内側および外側通路と接続することができ、それによって入れ子状の三次元グリッドおよび／または格子構造を形成する。内側および外側通路４４，４６，４８，３０，３２，３４，５２，５４，５６の各々は、それらが他の内側および外側通路と実質的に直交する、直線状である、および／または平行であるように向けられてもよい。他の実施形態では、内側および外側通路４４，４６，４８，３０，３２，３４，５２，５４，５６の各々は、他の内側および／または外側通路と他の角度（すなわち、非直交）を形成するように向けられてもよい。第１および第２の格子構造２６，２８の各々は、隣接する内側および外側通路４４，４６，４８，３０，３２，３４，５２，５４，５６の間に漸進的な移行部を形成する少なくとも１つの輪郭部分４３を含むことができる。

【0027】

図４は、一対の入れ子状ノード（または入れ子状セル）２９を画定する、第１の格子構造２６の一部内に入れ子状になった第２の格子構造２８の一部の拡大側面図を示している。図３の実施形態と同様に、第１の格子構造２６は、円周方向３６および／または半径方向３８に沿って整列した第１、第２、第４、および第５の外側通路３０，３２，５２，５４を含む。図４の実施形態では、軸方向４０は、ページの内外に（すなわち、図４の平面内または平面外に）向けられ、したがって視界から隠される。図４はまた、内側通路の交差部を形成する内側ノード５０を示している。

【0028】

図５は、減衰システム２４（またはその一部）を画定する、第１の格子構造２６の一部内に入れ子状になった第２の格子構造２８の一部の拡大側面図を示している。図５の減衰システム２４は、複数の外側ノード４２内に入れ子になった複数の内側ノード５０を含む。第１および第２の格子構造２６，２８の各々は、円周方向３６および半径方向３８の各々に整列した複数の外側および／または内側通路を含む。第１および第２の格子構造２６，２８の各々はまた、図５の側面図には示されていない、軸方向４０に整列した複数の外側および／または内側通路を含むことができる。第１および第２の格子構造２６，２８はまた、外側および内側通路によっても、外側および／または内側ノード４２，５０によっても占有されない容積および／または空間内に複数の間隙空間６６を画定することができる。

【0029】

さらに図５を参照すると、減衰システム２４はまた、第２の格子構造２８内に入れ子状になった第３の格子構造６０を含むことができる。第３の格子構造６０は、複数の半径方向三次通路５８（半径方向３８に整列）、ならびに複数の円周方向三次通路６２（円周方向３６に整列）を含むことができる。第３の格子構造６０はまた、複数の軸方向三次通路（図５の側面図には示されていない）を含むことができ、複数の軸方向三次通路は、軸方向４０に整列している。第３の格子構造６０はまた、内側ノード５０内に入れ子状になった複数の三次ノード６４を含むことができ、これは外側ノード４２内に入れ子になっている。複数の三次ノード６４の各々は、円周方向、半径方向、および／または軸方向の三次通路６２，５８の交差部によって画定されてもよい。第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０の各々は、それぞれの入れ子が生じ得るように、また第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０の各々の間の相対運動が生じるのに十分な空間を可能にするように寸法決めされてもよい。したがって、各外側通路の内径は、各内側通路の外径よりも大きくなければならない。同様に、第３の格子構造６０を含む実施形態では、内側通路の各々の内径は、三次通路の各々の外径よりも大きくなければならない。同様に、外側ノード４２、内側ノード５０、および三次ノード６４は、入れ子と、それらの間の相対運動を可能にするのに十分な空間の両方を可能にするように適切に寸法決めされなければならない。例えば、一実施形態では、外側通路３０，３２，３４，５２，５４，５６の各々の外径は、内側通路４４，４６，４８の各々の外径の約２倍～約４倍であってもよい。別の実施形態では、外側通路３０，３２，３４，５２，５４，５６の各々の内径は、内側通路４４，４６，４８の各々の外径の約１．５倍～約３．５倍であってもよい。他の実施形態では、第２および第３の格子構造は、同様の相対寸法を含むことができる。

【0030】

図６は、第１の格子構造２６、第２の格子構造２８、および第３の格子構造６０を含むタービンブレード１０の上面図（すなわち、半径方向内側に向いている）を示している。第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０の各々は、翼形部前縁１６、後縁１８、正圧側面６８、および／または負圧側面７０に結合されてもよい。さらに、第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０の各々は、前縁１６および／または後縁１８に近接するタービンブレードの一部において正圧側面６８および／または負圧側面７０に結合されてもよい。例えば、第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０の各々は、前縁１６および／または後縁１８から翼弦長の約０％～約１５％以内の位置で正圧側面６８および／または負圧側面７０に結合されてもよい。他の実施形態では、第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０の各々は、前縁１６および／または後縁１８から翼弦長の約４０％～約６０％である翼弦中間位置で正圧側面６８および／または負圧側面７０に結合されてもよい。第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０の各々はまた、翼形部根元部分１２（図２に示す）および／または翼形部先端部分１４（図２に示す）に、またはそれに近接して結合されてもよい。本明細書に記載の各実施形態では、第１、第２、および／または第３の格子構造２６，２８，６０は、ブレードの異なる部分に結合されなければならず、それによって各格子構造２６，２８，６０がブレードの一部分から振動を吸収し、それらを１つまたは複数の他の格子構造２６，２８，６０に伝達することを可能にする。換言すれば、第１、第２、および／または第３の格子構造２６，２８，６０のそれぞれをブレード１０の内部の異なる部分に結合することによって、格子構造２６，２８，６０間の相対運動が発生することができ、それによってブレード１０の様々な部分からの吸収された振動を損失機構（例えば、他の格子構造２６，２８，６０との摩擦、粘性減衰など）によって減衰させることができる。

【0031】

さらに図６を参照すると、一実施形態では、第１の格子構造２６は、前縁１６から翼弦長の約１５％以内で負圧側面７０に結合され、第２の格子構造２８は、後縁１８から翼弦長の約１５％以内で正圧側面６０に結合される。この実施形態はまた、前縁１６および／または後縁１８から翼弦長の約４０％～約６０％の位置で負圧側面７０に結合された第３の格子構造６０を含むことができる。この実施形態では、第１の格子構造２６は、第２の格子構造２８が結合されるブレード１０の部分とは異なる振動モードおよび／または特性を示すブレード１０の部分に取り付けられてもよい（第３の格子構造６０についても同様）。別の実施形態では、第１の格子構造２６は、タービンブレード１０の根元部分１２に結合され（任意選択的に、その振動モードに一致するように寸法決めされ）、第２の格子構造２８は、タービンブレード１０の先端部分１４に結合され（任意選択的に、その振動モードに一致するように寸法決めされ）てもよい。

【0032】

第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０の各々をタービンブレード１０の単一部分（異なる部分ではあるが）のみに結合することによって、および第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０を寸法決めしてそれらの間の相対運動を可能にすることによって、減衰システム２４はタービンブレード１０上の複数の位置から複数の振動モードを同時に減衰させることができる。格子構造間の相対運動はまた、各格子構造２６，２８，６０が結合されるブレードの異なる部分の結果として起こり得る。加えて、第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０の各々が互いに対して移動するとき、それぞれの外側、内側、および三次通路ならびにノードは互いに接触することができ、それによって各格子構造が少なくとも１つの他の格子構造に振動を伝達および／または分配することを可能にする。したがって、デュアルモード減衰システムは、本明細書に開示された実施形態で達成され得る。減衰の第１のモードは、第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０の各々がそれらの間の相対運動の結果として互いに接触し、それによって摩擦を引き起こし、それによって吸収された振動を減衰させるときに生じる。第２の減衰モード（すなわち、粘性減衰）は、第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０のいずれかが移動し、格子構造２６，２８，６０間の空間および／または容積に配置され得る１つまたは複数の流体および／または粉末を変位させるときに生じ得る。

【0033】

動作中、ガスタービン最終段ブレードは、ブレード１０が遠心荷重、ガス荷重、および／または熱荷重を受けると、大きな静的変形を受ける可能性がある。格子構造は、ブレードが静的変形を受けると、低温条件では互いに接触せず、動作条件下で互いに接触するように設計されてもよく、それによって、２つ以上の格子構造２６，２８，６０の間に接触予圧が生じる。格子構造間のＣＴＥ（熱膨張係数）不整合（すなわち、示差熱成長）を使用して、格子構造２６，２８，６０間の摩擦および／または相対運動を生成することもできる。ブレードの任意の振動、したがって格子構造間の相対運動は、格子構造間の接触位置で生成される摩擦力によって対抗することができる。これらの摩擦力は、ブレードの振動を減衰させるのに役立ち得る。

【0034】

本明細書に開示される実施形態の一態様では、第１、第２、および／または第３の格子構造２６，２８，６０は、エンジン動作状態中に接触しないように設計されてもよい。代わりに、ブレード振動が格子２６，２８，６０間の相対運動を引き起こすと、流体が単位セル内の狭い通路および／または流体内の粘性エネルギー散逸（および減衰）を提供する入れ子状ノードを通って流れるように、２つ以上の格子構造２６，２８，６０間の空間を流体で満たすことができる。したがって、本明細書に記載の実施形態による減衰システム２４は、第１、第２、および／または第３の格子構造２６，２８，６０の間に（すなわち、例えば、図３に示す少なくとも１つの環状部４３内に）配置された少なくとも１つの流体および／または液体を含んでもよい。別の実施形態では、第１、第２、および／または第３の格子構造２６，２８，６０の間の空間は、格子構造がそれらの間の相対運動中に粉末に力を加えることを強いられ、それによって振動および／またはエネルギーを散逸させるように、金属粉末で充填されてもよい。

【0035】

第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０は、付加製造およびインベストメント鋳造を含む任意の適切な製造プロセスによって製造されてもよい。いくつかの製造様式を使用して、格子構造はより少ないトポロジーに制限され得る。いくつかの実施形態では、格子構造および／またはその特徴を別々に形成し、その後、溶接などの１つまたは複数の接合技術を介して部品を組み立てて接合することが望ましい場合がある。他の実施形態では、第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０は、単一および／または複数の連続および／または非連続付加製造構築プロセスを使用して同時に形成されてもよい。第１、第２、および／または第３の格子構造２６，２８，６０が異なる材料から構成される実施形態では、それにもかかわらず、複数の印刷ヘッドを含む付加製造システムを使用して第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０を同時に形成することが可能であり得、複数の印刷ヘッドの各印刷ヘッドは、他の印刷ヘッドのものとは異なる材料を使用して印刷するように構成可能である。第１、第２、および／または第３の入れ子状格子構造２６，２８，６０は、タービンブレード１０と同じ付加製造および／またはインベストメント鋳造プロセス中に形成されてもよい。他の実施形態では、第１、第２、および／または第３の入れ子状格子構造２６，２８，６０は、タービンブレード１０とは別個に形成され得（二等分に形成されてもよい）、次いで、上述したように、溶接、ろう付け、および／または他の適切なプロセスを介してタービンブレード１０の内部の１つまたは複数の部分に接合されてもよい。他の実施形態では、ブレード１０は、ブレードスパンの約６０％～８０％まで鋳造および／または印刷されてもよく、ブレード先端（１つまたは複数の内側格子構造２６，２８，６０を含む）は、鋳造、付加製造、および／または他の適切なプロセスによって別々に形成されてもよい。次いで、ブレード先端は、溶接、ろう付け、および／または他の適切な接合プロセスを介して根元部分に接合されてもよい。他の実施形態では、第１、第２、および／または第３の格子構造２６，２８，６０は、格子構造が配置され得る鋳造キャビティを含む鋳造ブレード内、その上、またはその中に直接印刷されてもよい。

【0036】

本開示は主にタービンブレード用途を対象としているが、本明細書に開示される減衰技術および実施形態は、ガスタービンの他の振動構成要素、他の機械、および／または従来の外部ダンパが実現不可能である（または好ましくない）他の構成要素に適用することができる。本明細書に開示される減衰システム２４および格子構造２６，２８，６０は、タービン先端シュラウド２２および／または部分スパンシュラウド２０に関連して使用されてもよい。例えば、タービンブレードは、先端シュラウド２２の代わりに本明細書に開示された実施形態による部分スパンシュラウド２０ならびに減衰システム２４を含むことができる。他の実施形態では、タービンブレード１０は、部分スパンシュラウド２０の代わりに、本明細書に開示された実施形態による先端シュラウド２２ならびに減衰システム２４を含むことができる。

【0037】

第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０の各々は、振動構造の第１の固有振動数が、減衰されるタービンブレード１０の特定の固有振動数を目標とするように設計されてもよい。このようにして、第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０およびそれらの特徴の異なるサイズは、すべての対象モードを目標とすることができる。しかしながら、タービンブレード１０の異なる部分が格子構造間の相対運動を引き起こす異なる振動モードを含むように、第１、第２、および／または第３の格子構造２６，２８，６０がタービンブレード１０の異なる部分に結合されている限り、特定の幾何学的形状で調整または設計される必要はない。第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０の各々は、インコネル７３８、インコネル６２５、および／または１０００°Ｆの温度性能を有する他の適切なニッケル基超合金、ならびに同等の熱膨張係数で少なくとも部分的に構成されてもよい。一実施形態では、第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０の材料は、基板材料（すなわち、タービンブレード１０の材料）の熱膨張係数と実質的に一致するように選択されてもよい。他の実施形態では、第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０の材料は、それらが異なるＣＴＥを有するように選択されてもよく、それによって熱成長差による接触予圧を引き起こす。接触予圧は、ブレード１０の異なる部分が互いに対して振動するために、格子構造間の摩擦によるエネルギー散逸を助けることができる。第１、第２、および第３の格子構造２６，２８，６０の各々は、同じ材料および／または異なる材料から構成されてもよく、各々が耐衝撃性コーティングを含んでもよい。本明細書に開示する実施形態は、２つの入れ子状格子構造、３つの入れ子状格子構造、ならびに４つの入れ子状格子構造およびさらに多数の入れ子状格子構造を含むことができる。さらに、各格子構造は、三次元以下の構造を含むことができる。例えば、二次元内側格子構造２８は、三次元外側格子構造２６内に入れ子にされてもよい。同様に、三次元内側格子構造２８は、二次元外側格子構造２６内に少なくとも部分的に入れ子にされてもよい。別の実施形態では、（タービンブレード１０の内部の第１の部分に取り付けられた）二次元の第３の格子構造６０は、（タービンブレード１０の内部の第２の部分に取り付けられた）二次元の第２の格子構造２８内に入れ子にされてもよく、これは次に三次元の第１の格子構造２６内に入れ子にされる。本明細書で使用される場合、「二次元格子構造」という用語は、単一の幾何学的平面内に含まれる三次元格子構造の特徴を含み得る。

【0038】

本実施形態の例示的な用途は、蒸気タービンブレード、ガスタービンブレード、回転エンジンブレードおよび構成要素、圧縮機ブレードおよびインペラ、燃焼器モジュール、燃焼器ライナ、排気ノズルパネル、航空機制御面、往復エンジン構成要素、空冷コンデンサファンブレード、ブリッジ、航空機エンジンファンブレード、航空機の構造および表面、自動車の構造および表面、機関車の構造および表面、機械の構造、構成要素および表面、ならびに／または振動を減衰させることが望まれる他の構成要素を含むことができる。

【0039】

本開示の様々な実施形態の特定の特徴は、一部の図面に示され、他の図面には示されていないかもしれないが、これは単に便宜上にすぎない。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または特許請求することができる。

【0040】

本明細書は、本開示の実施形態を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本開示を実施することができるように実施例を用いており、任意の装置またはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本明細書に記載した実施形態の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者が想到す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、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図されている。

【符号の説明】

【0041】

１０ タービンブレード、ブレード部分
１２ 翼形部根元部分
１４ 翼形部先端部分
１６ 翼形部前縁
１８ 後縁、先端縁
２０ 部分スパンシュラウド
２２ タービン先端シュラウド
２４ 減衰システム
２６ 第１の格子構造、内側格子構造、入れ子状格子構造、三次元外側格子構造
２８ 第２の格子構造、内側格子構造、入れ子状格子構造
２９ 入れ子状格子構造、入れ子状セル、入れ子状ノード
３０ 第１の外側通路
３２ 第２の外側通路
３４ 第３の外側通路
３６ 円周方向
３８ 半径方向
４０ 軸方向
４２ 外側ノード
４３ 輪郭部分、環状部
４４ 第１の内側通路
４５ 中空内部、環状部
４６ 第２の内側通路
４８ 第３の内側通路
５０ 内側ノード
５２ 第４の外側通路
５４ 第５の外側通路
５６ 第６の外側通路
５８ 三次通路
６０ 第３の格子構造、正圧側面
６２ 三次通路
６４ 三次ノード
６６ 間隙空間
６８ 正圧側面
７０ 負圧側面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】