JP2002213205A - プラットフォーム逃げ溝を有するガスタービンブレード - Google Patents
プラットフォーム逃げ溝を有するガスタービンブレードInfo
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Abstract
生する熱応力及び機械的応力を低減することによって、
翼形部の翼根元後縁領域における亀裂発生の可能性を低
減する。 【解決手段】 ガスタービン動翼は、溝46が切り取られ
ているプラットフォーム38を備えている。溝部はプラッ
トフォームの凹側から後縁側まで延び、そこで溝部はプ
ラットフォームから出ていく。溝部46は、応力線70内に
入る深さを有し、負荷経路を後縁から離れた方向に変更
する。溝部の位置及び深さは、定常状態、全速状態、及
び全負荷状態のみならずエンジンの過渡運転中にもガス
タービン空冷式動翼のブレード後縁とプラットフォーム
との接続部で発生する高い熱応力と機械的応力の両方を
低減するようになっている。
Description
に関し、さらに詳細には、熱応力除去を改善するための
プラットフォーム逃げ溝を有するガスタービンブレード
に関する。
は、高温の燃焼ガスに曝され、結果として高い熱応力を
被ることになる。ブレードを冷却して熱応力を低減する
方法は従来から知られている。図1から図3は、従来技
術における空冷式動翼の1つの例を示す。圧縮機から吐
出される高圧空気2は、翼根元4から空冷式ブレードの
内部に導入される。高圧空気は、シャンク部6、プラッ
トフォーム8及びブレード輪郭部(すなわち翼形部)1
0を冷却した後、ブレード表面に設けられた小孔12か
ら流出し、又はブレード先端部に設けられた小孔14か
ら流出する。また、小孔穴12は、ブレード後縁部13
に設けられており、そこを通って高圧空気が流れてブレ
ード後縁部を冷却する。従って、高圧空気は動翼の金属
温度を下げる。
温の翼形部と、動翼プラットフォームの相対的に冷たい
シャンク部との境界面で高い温度不整合に遭遇する。こ
の高い温度差は動翼プラットフォームで熱変形を引き起
こすが、この熱変形は翼形部の熱変形と矛盾するもので
ある。従来技術において、翼形部は、該翼形部より剛性
の高い動翼プラットフォームに取り付けられている。翼
形部をシャンク部及びプラットフォームの変位に無理に
追随させると、高い熱応力が翼形部、特に薄い後縁領域
で発生する。この高い熱応力は、定常状態、全速状態、
全負荷状態のみならずエンジンの過渡運転中にも発生
し、亀裂の発生及び亀裂の拡大を引き起こす。これらの
亀裂は、最終的には構成部品の致命的な故障を引き起こ
す場合もある。
ビンブレードのプラットフォームの後縁側18に溝部1
6を設けたガスタービン動翼(図1から図3)を開示し
ており、タービンの過渡運転状態中、すなわち始動時及
び停止時に翼形部後縁とプラットフォームの取付け点で
発生する高い熱応力を抑制するよう設計されている。し
かし、溝部は、翼形部にかかる負荷によって発生するプ
ラットフォームの応力線内に入らない深さを有してい
る。溝部は、応力線内に入らないので翼形部後縁を通る
負荷経路に影響を及ぼさず、従って、溝部は高い応力を
受けない。また、この溝部は、タービンの回転面に平行
に、タービンの円周に沿って、ブレードの凹側20から
凸側24まで、プラットフォームの全長に沿って延びて
いる。この構成において、溝部は、ブレードの固有振動
数に影響を及ぼし、ブレードの更なる機械的振動応力を
引き起こす場合もある。
ンク部との間の不適合により発生する熱応力及び機械的
応力を低減することによって、翼形部の翼根元後縁領域
における亀裂発生の可能性を低減することが望まれる。
ットフォームの凹側で始まり動翼シャンクカバープレー
トの後縁側のプラットフォームで終了するように、溝部
が、翼形部の平均キャンバ線に対して所定角度で動翼プ
ラットフォーム内に導入されたガスタービン動翼を提供
する。他の実施形態において、溝部の断面は、単一また
は複数の半径を備える円形、楕円形、又は正方形、もし
くは矩形、又は多角形であってもよく、溝部は2つ又は
それ以上の平面で形成される。この溝部は、ブレードに
かかる負荷によって発生するプラットフォームの応力線
に入る深さを有し、負荷経路方向を後縁から離れた方向
に変更し得る。
て翼根元後縁の熱応力状態及び溝部の高応力状態のみな
らず機械的応力も低減する。溝部は、高い材料疲労強度
を有する冷えた金属温度領域に位置するので、構成部品
のこの領域での疲労性能を高めることが可能になる。更
に、この溝部は、翼形部の負荷経路を遮ることによって
後縁の機械的応力を低減するので、この領域の疲れ寿命
について全体として多くの利点をもたらすことになる。
て、図4から図5に示すように、タービンブレード30
は翼根元部34、シャンク部36、ブレードプラットフ
ォーム38及びブレード輪郭部(すなわち翼形部)40
を有する。プラットフォームは、後縁側48、凹側5
0、前縁側52、及び凸側54を有し、各々の側は翼形
部40に対する位置に従って分類される。溝部46は、
プラットフォーム38に設けられており、溝部46は、
プラットフォーム38の凹側50から溝部が終了する後
縁側48まで延びている。
向は、翼形部40の後縁43において平均キャンバ線6
0から約90°の角度である。図7に示す従来技術のタ
ービンブレード28は、ブレード28又はブレード負荷
によって受ける応力線26を有し、翼根元後縁18に沿
う応力分布を備える。図8に示すように、溝部46は、
ブレード30によって受ける負荷又はブレード負荷によ
って発生するタービンブレード30の応力線70(溝部
46による変更後を示す)に入る深さ68を有する。従
って、溝部46は、負荷経路を後縁48から離れた方向
に変更する。結果として、溝部の位置及び深さは、翼根
元後縁48の熱応力状態及び溝部46の高応力状態のみ
ならず機械的応力も低減する。溝部46が高い材料疲労
強度を有する冷たい金属温度の領域に位置するので、構
成部品のこの領域での疲労性能を高めることが可能にな
る。更に、この溝部は、翼形部の負荷経路を遮ることに
よって後縁の機械的応力を低減するので、この領域の疲
れ寿命について全体として多くの利点をもたらすことに
なる。また、溝部46は、プラットフォームの凹側50
で始まり動翼シャンクカバープレート56の後縁側48
で終了するよう角度が付けられている。この溝部の方向
は、ブレードの凹側から凸側まで完全に延びる溝部より
もブレード固有振動数に対する影響が非常に小さく、翼
形部の増大した機械的振動応力を更に低減する。
形状のいずれであってもよく、例えば、溝部の断面は、
円形、楕円形、正方形、矩形、又は多角形であってもよ
く、溝部は2つ又はそれ以上の平面で形成される。本発
明の好ましい実施形態において、溝部の形状は楕円形の
断面である。図9に示すように、最も好ましい実施形態
において、楕円形の溝部46は、5.60インチ(14.2c
m)の高さの翼形部40の場合、0.237インチ(6.02m
m)の長半径寸法62と、0.160インチ(4.06mm)の長
半径寸法64を有する。本実施形態は、0.085イン
チ(2.16mm)のブレードプラットフォーム38の溝部46
から頂点39までの好適な半径方向の距離66を有し、
その深さ68は1.050インチ(26.67mm)である。溝
部46の深さ68は特定用途向けであり、溝部と翼形部
後縁48との間の負荷分布を制御する。深さ68が大き
くなると、後縁応力は低下するが溝部応力は増大し、逆
も同様である。
当業者には、請求の範囲に記載されている本発明の概念
の技術的範囲内で種々の変更が可能であることが分かる
はずである。
図。
の右側面図。
施形態を示す正面図。
−Aに沿って切った断面図。
を示す正面図。
施形態における応力線を示す正面図。
施形態の正面図。
Claims (2)
- 【請求項1】 ブレード後縁側、ブレード凸側、ブレー
ド凹側、及びブレード前縁側を有するブレードプラット
フォームと、 前記ブレードプラットフォームに連結される翼形部と、
を備えるガスタービンブレードであって、 前記ブレードプラットフォームに形成される溝部は、楕
円形の断面を有し、前記翼形部の後縁の平均キャンバ線
に対して90°の角度で、前記ブレード凹側から前記後
縁側へ延びることを特徴とするガスタービンブレード。 - 【請求項2】 前記溝部は、ブレード負荷によって引き
起こされる応力線内に入る深さを有することを特徴とす
る請求項1に記載のガスタービンブレード。
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