JP2002349205A - シュラウド付きタービンブレード - Google Patents

シュラウド付きタービンブレード

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JP2002349205A JP2002113376A JP2002113376A JP2002349205A JP 2002349205 A JP2002349205 A JP 2002349205A JP 2002113376 A JP2002113376 A JP 2002113376A JP 2002113376 A JP2002113376 A JP 2002113376A JP 2002349205 A JP2002349205 A JP 2002349205A
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バルクカム ザ サード ジェイ．タイソン
George Liang
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Timothy J Remley
ジェイ．レムリー テモシィ
Christopher Charles Williams
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アール． プルジレンベル ハンス
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 中空で軽量のシュラウド付きタービンブレー
ドを提供する。 【解決手段】 タービンブレード１０は、エアフォイル
部１６と、エアフォイル部１６に結合された中空のブレ
ード先端シュラウド１８とを有している。中空の先端シ
ュラウド１８は、好ましくは鋳造による区画化された構
造になっており、かつ複数のリブ２２を有している。こ
れらリブ２２、は荷重支承構造として機能すると共に、
複数のシュラウドコア部４２，４４，４６，４８，５
０，５２を画定する。各々のシュラウドコア部は冷却用
流体の供給源と連通しており、かつ冷却用流体をシュラ
ウドの外面部に供給するための複数の開口を有してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄壁形冷却式で中
空の先端シュラウドを有する構成である、ガスタービン
用の軽量のシュラウド付きタービンブレードに関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】シュラウド付きガスタービンブレードを
使用することは当業分野においては公知である。これら
のブレードにおいて、各ブレードの先端シュラウド（ti
p shroud）は中実構造で形成されている。その結果、ブ
レードは非常に重くなる。さらに、先端シュラウドの冷
却は非常に困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、中
空で軽量のシュラウド付きタービンブレードを提供する
ことを目的とする。本発明の他の目的は、先端シュラウ
ドを冷却するための改良されたシステムを有する上述の
タービンブレードを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の各目的は、本発明
のシュラウド付きタービンブレードによって達成され
る。本発明によれば、シュラウド付きタービンブレード
は、エアフォイル部と、このエアフォイル部に結合され
た、芯抜きされた中空のブレード先端シュラウドとを有
してなるものである。中空の先端シュラウドは、好まし
くは鋳造構造（鋳造組織）であり、また、荷重支承構造
体として機能し且つシュラウドコア部を画定する複数の
リブを有している。各々のシュラウドコア部は冷却用流
体の供給源と連通しており、かつ冷却用流体をシュラウ
ドの外面部に供給するための複数の開口を有している。
【０００５】本発明の軽量シュラウド付きタービンブレ
ードのその他の詳細、およびその他の目的およびそれに
伴う利点は、以下の詳細な説明および添付図面に示され
ている。図中において、同様な構成要素は同様な符号で
表されている。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照して、本
発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に
よるシュラウド付きタービンブレード１０を示したもの
である。タービンブレード１０は、ルート部１２と、プ
ラットフォーム１４と、エアフォイル部１６と、エアフ
ォイル部１６の端部近傍の中空の先端シュラウド１８と
を有している。エアフォイル部１６は複数の冷却孔２０
を有し、これら冷却孔２０によって空気などの冷却用流
体がエアフォイル部の表面上に供給されて、エアフォイ
ル部が冷却される。シュラウド１８は、好ましくは、鋳
造による、区画化された構造のものである。
【０００７】図１および図２から分かるように、複数の
リブ２２は、タービンブレード１０のエアフォイル部１
６の内部において、中空の先端シュラウド１８まで延在
している。これらのリブ２２は、複数の中空のエアフォ
イルコア部２４、２６、２８、３０、および３２を形成
している。これら中空のコア部２４、２６、２８、３
０、および３２のそれぞれは、冷却用流体源（図示せ
ず）からの冷却用流体が流れる通路３４に連通してい
る。各々のエアフォイルコア部２４、２６、２８、３
０、および３２は、冷却用通路として働き、それ自身の
１セットの冷却孔２０と連通している。コア部２４、２
６、２８、３０、および３２を通って流れる冷却用流体
の一部は冷却孔２０を通って流出し、冷却用流体の残り
の部分は中空先端シュラウド１８に送られる。
【０００８】次に、図２を参照して、中空の先端シュラ
ウド１８は区画化された構造を有し、複数のリブ４０が
複数の中空シュラウドコア部または区画４２、４４、４
６、４８、５０、および５２を形成している。リブ４０
は、荷重ないし負荷を支承ないし支えるための構造体、
つまり荷重支承構造体として機能ないし動作する。
【０００９】各々のシュラウドコア部４２、４４、４
６、４８、５０、および５２は、エアフォイルコア部２
４、２６、２８、３０および３２のうちの一つと、少な
くとも一つの流量調整孔を経由して、流体連通関係にあ
る。例えば、シュラウドコア部４２および４４は流量調
整孔５４および５６を経由してエアフォイルコア部２４
と連通している。同様に、シュラウドコア部４６は流量
調整孔５８を経由してエアフォイルコア部２６と連通し
ており、シュラウドコア部４８は流量調整孔６０を経由
してエアフォイルコア部２８と連通しており、シュラウ
ドコア部５０は流量調整孔６２を経由してエアフォイル
コア部３０と連通しており、シュラウドコア部５２は流
量調整孔６４を経由してエアフォイルコア部３２と連通
している。
【００１０】なお、上記においては、各々のシュラウド
コア部とエアフォイルコア部との間に一つだけの流量調
整孔がある場合の実施例について説明したが、各々のシ
ュラウドコア部を各々のエアフォイルコア部と流体連通
関係にするのに、一つ以上の流量調整孔を用いても良
い。さらに、各々のエアフォイルコア部から各々のシュ
ラウドコア部に供給される冷却用流体の量は、流量調整
孔の大きさおよび／または流量調整孔の密度（単位面積
当たりの流量調整孔の数）を調整することによって制御
できることは勿論である。
【００１１】図２からわかるように、各々のシュラウド
コア部は複数の開口つまり冷却孔６６を備えている。各
々のシュラウドコア部の開口（冷却孔）６６の大きさ、
形状、および密度は、１種以上の所望の外部表面冷却効
果を達成するために、異ならせることができる。例え
ば、開口つまり冷却孔６６は、シュラウド１８の外面の
冷却を、フィルム（フィルム冷却ないし膜冷却）、蒸散
（吹出し冷却）、局部的なインピジメント（インピンジ
メント冷却）、および対流などの技術によって行うよう
に適宜設計できる。シュラウドコア部は冷却設計の柔軟
性が非常に大きいと言える。
【００１２】本発明のタービンブレード設計は多くの利
点をもたらす。例えば中空の先端シュラウド１８は、非
常に効率的であり、重量による不利益を低く抑えつつ中
実の先端シュラウドと同じ強度を与えるものである。シ
ュラウド１８の重量低減によってエアフォイルのステー
ジ数、つまり分離可能部分の数を減らすことができ、こ
の結果、コスト節減が図れ、またブレードをより強固な
ものに構成できる。中空のシュラウド１８は、それを通
るリブの形状が荷重支承構造として機能するので、従来
の中実形状のシュラウドと代替できる。さらに、シュラ
ウドの中空構造により、シュラウドのフィレット６８へ
伸びるエアフォイルを増加することが可能となり、これ
によって、重量を増加することなく応力集中が低減され
る。
【００１３】シュラウドの局所化された区画、つまりシ
ュラウドコア部により、冷却設計に柔軟性を与えること
ができる。局所的なエアフォイルおよびシュラウドの金
属温度は、（１）各々のシュラウドコア部つまり区画中
における冷却媒体の流れ（冷媒流）の再配分、または
（２）流量調整孔の大きさおよび／または密度の変更に
よって、エンジンの熱的環境に合致させることができ
る。これに加えて、シュラウドコア部がもたらす冷却チ
ャンバーの区画化によって、ガス側の大きな圧力勾配に
より通常必要とされる冷媒流の所要量が最小化される。
さらに、シュラウドが区画化されていることによって、
異なる区画を異なる圧力に加圧することもでき、また冷
却用流体を異なる流量で各区画に流入および流出させる
こともできる。区画を形成するリブは、流体がシュラウ
ドの前縁部から後縁部へ連続して流れるのを防止する。
【００１４】本発明により提供される他の利点は、コア
部４６および４８の冷却孔６６によるシュラウド接触面
７０の冷却を、特定の表面硬化材料に合致させ、最適化
させることができることである。このことは、温度によ
り材料の磨耗および押出し特性（extrusion property）
が促進されることから、非常に望ましい。使用に際して
は、一つまたは二つ以上のシュラウドコア部のフィルム
冷却孔の大きさは、孔詰まりから来る大きさの限度より
も直径が４０％小さい。これは、ガス流路へ出て行く冷
却用流体が粒子の遠心分離によって清浄化されることで
可能になる。フィルム冷却孔が小さいことで、冷却効果
を維持しつつ合計冷媒流量が低減される。
【００１５】本発明の中空シュラウド構造においては、
先端シュラウドの高温ガス流路側に存在する速度および
圧力勾配の大きな変動を克服するために、吹出し冷却を
利用できる。この冷却方法により非常に高い冷却能力が
与えられることから、背面側の対流を過度に大きくする
必要がない。このことがまた冷却方式を単純にし、シュ
ラウドの重量およびそれに伴うエアフォイルの荷重を低
減する。本発明のシュラウド構造は、ベーンのプラット
フォームおよび取付部の後部の、冷却用流体でパージさ
れたポケット部で機能するものである。
【００１６】上記の説明から、十分な冷却によってター
ビンの過酷な温度に耐え得る、軽量シュラウド付タービ
ンブレード１０が提供されることが理解できるものであ
る。
【００１７】以上の通り、本発明によれば、上述の目
的、手段、および利点を完全に満足する、薄壁の冷却付
き中空シュラウドが提供される。なお、上記では、本発
明をその特定の実施例を例に挙げて説明したが、上記説
明から、当業者にはその他の変更、代替え、および変形
は自明である。よって、本発明は、添付の特許請求の範
囲内のこれら変更、代替え、および変形を包含するもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による中空先端シュラウドを有するター
ビンブレードの断面図である。
【図２】図１中の線２−２における、中空の先端シュラ
ウドの断面図である。
【符号の説明】
１０ タービンブレード １２ ルート部 １４ プラットフォーム １６ エアフォイル部 １８ 中空の先端シュラウド ２０ 冷却孔 ２２ リブ ２４、２６、２８、３０、３２ エアフォイルコア部 ４０ リブ ４２、４４、４６、４８、５０、５２ シュラウドコ
ア部 ５４、５６ 流量調整孔 ６６ 冷却孔 ６８ フィレット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイ．タイソン バルクカム ザ サー ド アメリカ合衆国，サウスカロライナ 29687，テイラーズ， ボギー コート 103 (72)発明者 ジョージ リャン アメリカ合衆国，フロリダ 34990，パー ム シテイ， エスダブリュ イーグル ネスト 1431 (72)発明者 テモシィ ジェイ．レムリー アメリカ合衆国，フロリダ 33478，ジュ ピター，158ス ストリート エヌ．13966 (72)発明者 クリストファー チャールズ ウイリアム ス アメリカ合衆国，フロリダ 33467，レイ ク ワース，ペンウッド シーティ． 7816 (72)発明者 ハンス アール． プルジレンベル アメリカ合衆国，テネシー 38574，モン テレー，エイチダブリュワイ．70 ノース 15719 Ｆターム(参考） 3G002 CA05 CA07 CB02 DA02

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エアフォイル部と、前記エアフォイル部
    に結合された中空のブレード先端シュラウドとを有して
    なる、ことを特徴とするシュラウド付きタービンブレー
    ド。
  2. 【請求項２】 前記中空のブレード先端シュラウドが、
    鋳造され、区画化された構造のものである、ことを特徴
    とする請求項１記載のシュラウド付きタービンブレー
    ド。
  3. 【請求項３】 前記中空のブレード先端シュラウドが、
    荷重支承構造として機能すると共に複数の中空のシュラ
    ウドコア部を画定する複数のリブを有してなる、ことを
    特徴とする請求項１記載のシュラウド付きタービンブレ
    ード。
  4. 【請求項４】 各々の前記シュラウドコア部に冷却用流
    体を供給するための手段をさらに有してなり、および、
    各々の前記シュラウドコア部は前記冷却用流体を前記シ
    ュラウドの外面部に流出させるための少なくとも一つの
    開口を有する、ことを特徴とする請求項３記載のシュラ
    ウド付きタービンブレード。
  5. 【請求項５】 各々の前記シュラウドコア部は、所要の
    冷却効果を発揮するのに十分な密度で複数の開口を有す
    る、ことを特徴とする請求項４記載のシュラウド付きタ
    ービンブレード。
  6. 【請求項６】 前記の冷却用流体を供給するための手段
    は、前記シュラウドコア部に冷却用空気を供給する手段
    からなる、ことを特徴とする請求項４記載のシュラウド
    付きタービンブレード。
  7. 【請求項７】 前記エアフォイルは複数の中空のエアフ
    ォイルコア部を有し、また前記コア部を通って前記冷却
    用流体が流れ、さらに各々の前記シュラウドコア部は少
    なくとも一つの流量調整孔を通じて前記エアフォイルコ
    ア部の個々の一つと連通している、ことを特徴とする請
    求項４記載のシュラウド付きタービンブレード。
  8. 【請求項８】 応力集中を低減するための、シュラウド
    のフィレット部へ伸びるエアフォイルをさらに有してな
    る、ことを特徴とする請求項１記載のシュラウド付きタ
    ービンブレード。
JP2002113376A 2001-04-16 2002-04-16 シュラウド付きタービンブレード Pending JP2002349205A (ja)

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US09/835,426 US6471480B1 (en) 2001-04-16 2001-04-16 Thin walled cooled hollow tip shroud

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