JP2007100698A - 耐ダスト性プラットフォームブレード - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンエンジンのロータブレードを提供する。
【解決手段】本ロータブレード（１０）は、互いに一体形に接合された翼形部（１６）、プラットフォーム（１８）、シャンク（２０）及びダブテール（２２）を含む。ダスト逃がし孔（１〜３）は、プラットフォーム（１８）とシャンク（２０）とを橋絡するフィレット（４４）に隣接してプラットフォーム（１８）を貫通して延びて、作動中にシャンク（４４）からダスト（４６）を流し出す。
【選択図】 図３

Description

本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジンにおけるタービンロータブレードに関する。

ガスタービンエンジンにおいては、空気が、圧縮機内で加圧されかつ燃焼器内で燃料と混合されて高温燃焼ガスを発生するようになる。高圧タービン（ＨＰＴ）及び低圧タービン（ＬＰＴ）内の様々なタービン段において、エネルギーがガスから抽出される。

ＨＰＴは、支持ロータディスクから延びるロータブレードの１つ又はそれ以上の段を含み、それら支持ロータディスクは、圧縮機の対応するロータブレードを駆動する。また、ＬＰＴは一般的に、対応するディスクから延びるブレードの幾つかのロータ段を含み、それらディスクは、航空機エンジン用途においては上流のファンを駆動し、或いは船舶又は産業用途では外部駆動シャフトを駆動する。

航空機エンジンは、世界中の様々な場所において飛行中の航空機に動力を与えるために使用される。従って、そのエンジンは、吸入空気と共にダスト及びその他の汚染物質の吸込みを受ける。ダストというのは、その中を航空機が飛行する周囲空気内に見られまたエンジンの寿命に有害である可能性がある様々な粒子又は異物混入物の総称である。

例えば、周囲空気は、一般的に大都市の周りに集中した自動車及び工場により汚染される可能性があり、それらの大都市はまた、一般的にその地域の空港を有する。寒冷地の空港では一般的に、冬期の数ヶ月間において、飛行に先立って航空機を着氷防止するために氷結防止剤が使用される。また、火山の噴火は、さらに大量の汚染物質を大気中に放出する。

従って、世界中で見られる大気は、ガスタービンエンジンの寿命に悪影響を及ぼすおそれがある様々な汚染物質を含んでいる。本明細書では、ダストという用語は、エンジンの寿命に悪影響を及ぼすおそれがある空気中に見ることができる異物の様々な形態の総称として使用する。世界中の様々な航空機ルートにおいて見られる一般的な実例では、典型的なダストは、硫黄、ナトリウム、カリウム及びマグネシウムのような異物の微粒子の形態になっている。

ダストは、それが周囲空気と共に吸入されて高温の燃焼過程を受け、また高温エンジン構成部品を冷却するための一般的な使用において圧縮機から抽気される空気中に残留するので、ガスタービンエンジンにおいて問題となるおそれがある。

ＨＰＴは、最も高温の燃焼ガスに曝され、従って圧縮機からの加圧冷却空気を循環させる様々な冷却回路を有するように構成される。これらの冷却回路は、加圧空気が通過しなくてはならない小さなチャネルと一般的なフィルム冷却孔とを含む。

フィルム冷却孔は比較的小さいので、作動時におけるダストによるそれらの詰まりは、構成部品の有効寿命を大幅に短縮させることになる。例えば、一般的なタービンロータブレードでは、その先端は、望ましくないダストの排出のために好都合な位置を提供しかつ中空のブレード内部におけるダストの集積を最少にする比較的大きなダスト逃がし孔を含むことができる。

しかしながら、米国内及び外国において長年にわたり成功裏に商業的な民間公共使用に供されてきた例示的なガスタービンエンジンの最近の使用経験から、タービンブレードのプラットフォームの下方におけるダストの集積という新たな問題が明らかになってきた。

タービンロータブレードは一般的に、半径方向内側流路境界面を形成するプラットフォームから半径方向外向きに延びる中空の翼形部を含む。プラットフォームは次に、ブレードを支持ロータディスク周辺部の対応するスロット内に取付けるためのダブテールで終端する単純なシャンクに接合される。

エネルギーは、燃焼ガスが各段又は列内のタービンブレード間を下流方向に流れる時に燃焼ガスから抽出されるので、ブレードの前縁及び後縁間には対応する圧力低下が存在する。加圧冷却空気は、圧縮機から抽気されて、ブレードのダブテールの底面における入口を通ってブレードに流れる。ブレードのシャンク領域には一般的に、該シャンク領域内への燃焼ガスの進入を防止するために加圧パージ空気が供給される。

従って、ダストを含んだ空気は、個々のタービンロータブレードを通って流れるだけでなく、対応するプラットフォームの下面でブレードの外部にも流れ、従ってプラットフォームの下方にタービンブレードの様々な部分によって形成されたあらゆる局所的表面不連続部又はポケット内に望ましくない集積が生じる。

例えば、プラットフォームは、対応するフィレットにおいてシャンクと接合しており、これらのフィレットは、ダスト集積の１つの部位となる。プラットフォームはまた、付加的な内側コーナ部及びフィレットを形成した前方及び後方ウィングシールにおいてシャンクと接合しており、これら内側コーナ部及びフィレット内にダストが集積する可能性がある。また、タービンロータブレードはまた、隣接するブレード間の対応するポケット内に捕捉されたダンパを含み、これらのポケットもまた望ましくないダスト集積の付加的な部位となる可能性がある。

さらに、タービンブレードは、ロータディスクから半径方向外向きに延び、作動中に大きな遠心力を受ける。この遠心力もまた、冷却空気中のダスト粒子に作用して、これらの粒子をそれらが集積する可能性がある淀んだフィレット、コーナ部又はポケット内に駆動する。

上に述べた最近の経験は、望ましくないダスト集積が、タービンブレードを形成している超合金の腐食を招き、このことが、ガスタービンエンジンの過酷な環境内においてタービンブレードの有効寿命をさらに短縮させるおそれがあることを示している。
米国特許第４，９９２，０２５号公報 米国特許第５，３８２，１３５号公報 米国特許第６，１５５，７７８号公報 米国特許第６，１６４，９１３号公報 米国特許第６，１７１，０５８号公報 GE Aircraft Engines, "CF6-80C2 HPT Stage 2 Blade, " on sale and in public use in US more than one year before 31 Aug 2004 U.S. Patent application No. 11/035,866; filed 01/10/2005; "Funnel Fillet Turbine Stage," by Ching-Pang Lee et al (Docket GE162846)

従って、その寿命にわたってその中における望ましくないダストの集積を最少にするような防塵性又は耐ダスト性プラットフォームを備えたタービンロータブレードを提供することが望ましい。

ガスタービンエンジンのロータブレードは、互いに一体形に接合された翼形部、プラットフォーム、シャンク及びダブテールを含む。ダスト逃がし孔は、プラットフォームとシャンクとを橋絡するフィレットに隣接してプラットフォームを貫通して延びて、作動中にシャンクからダストを流し出す。

添付図面に関連して行った以下の詳細な記述において、好ましくかつ例示的な実施形態によりその更なる目的及び利点と共に、本発明をより具体的に説明する。

図１に示すのは、航空機用ガスタービンエンジンの２つの円周方向に隣接するタービンロータブレード１０である。これらのブレードは、第２段ＨＰＴのようなエンジンの適当な段における完全列の中で使用される。

作動中に、高温燃焼ガス１２は、上流の燃焼器（図示せず）内で発生され、ブレード間に適当に流され、これらブレードが、高温燃焼ガスからエネルギーを抽出する。ブレードを冷却するために、加圧冷却空気１４が上流の圧縮機（図示せず）から抽気され、何らかの従来型の方式でブレード列に対して適当に流される。

各タービンロータブレード１０は順次に、翼形部１６、プラットフォーム１８、シャンク２０及び支持ダブテール２２を含み、支持ダブテール２２は、支持ロータディスク（図示せず）の周辺部の対応するダブテールスロット内に保持されるように構成される。ブレードは、単一又は単体構造の鋳造品又は構成部品として適当な超合金で形成される。

タービン内で互いに組立てられた時、隣接するブレードのシャンク間にシール本体２４を取付けて、それらシャンク間の空間をシールすることができる。各シール本体は、シャンクの前方面と係合する前方端部における平坦な半径方向プレートと隣接するシャンク間に捕捉された軸方向に延びるステムとを含む従来型の構成を有する。

さらに、従来型の構成及び方式で、隣接するプラットフォーム間の対応する分割線の位置に細長いダンパ２６を配置して、ブレードの摩擦減衰を行うようにすることもできる。

以下に説明することを除くと、各タービンブレードは、エンジンにおける従来型の構成及び機能を有することができ、例えば作動中に燃焼ガスからエネルギーを抽出するように構成された弓形輪郭を有するほぼ凹面形の正圧側面２８と、円周方向に対向するほぼ凸面形の負圧側面３０とを有する中空の翼形部を含む。

翼形部の２つの側面は、プラットフォームの上面における根元３２から半径方向に対向する遠位先端３４までスパンにわたって長手方向つまり半径方向に延びる。２つの側面はまた、翼形部の全半径方向スパンにわたって根元から先端まで延びる対向する前縁及び後縁３６、３８間で翼弦にわたって軸方向に延びる。

プラットフォーム１８は、例示的な実施形態では、翼形部の両側面２８、３０から円周方向外向きつまり横方向に延びかつシャンク及びダブテールからオーバハングした薄い弓形プレートの形態として図１に示している。プラットフォームに一体形に接合されているのは、翼形部前縁３６においてシャンクの前方面に沿って半径方向内向きに延びる前方エンジェルウィングシール４０である。

対応する後方エンジェルウィングシール４２は、後縁３８においてプラットフォームの反対側端部に接合され、シャンクの後方面に沿って半径方向内向きに延びる。

前方及び後方シール４０、４２は、隣接する構造体（図示せず）と協働して回転ラビリンスシールを形成するようになった一体形の軸方向に延びるシール歯又はリップを備えた状態で、半径方向内向きにかつ横方向外向きに延びる薄い半径方向プレートの形態の従来型の構成を有する。

タービンブレードのプラットフォーム領域は、そうではなければ組立てた時にプラットフォーム領域内に見られることになるシール本体及びダンパを使用していない状態で、図２〜図５に分離してより詳細に示している。プラットフォーム１８は、輪郭がほぼ矩形でありかつシャンク２０を覆い、シャンク２０は、軸対称ダブテール２２からプラットフォーム上の弓形の翼形部１６までの構造的移行部を形成するほぼ滑らかかつ単純な弓形構成部品であり、翼形部１６は、前縁及び後縁間の反りと根元から先端までの捻れとの両方を有する。

図２〜図５に最もよく示しているように、矩形プラットフォームは、その両側で弓形シャンク２０からオーバハングし、またシャンク上で外部に露出した対応する凹状コーナ部又はフィレット４４においてシャンク２０の頂部に接合される。これらのフィレット４４は、翼弦に沿って軸方向に延びかつ適当に大きい曲率半径を有して、プラットフォームとシャンクとの間に滑らかな移行部を形成し、また作動中に支持ロータディスクの周辺部において回転する時にタービンブレードによって発生する大きな遠心荷重の下での移行部における応力集中を減少させる。

図１に示す例示的なプラットフォーム１８は、その前方及び後方端部間で半径方向内向きに傾斜しており、また隣接するプラットフォーム間の対応する軸方向分割線において、隣接するプラットフォームと隣接している。ダンパ２６は、分割線に配置されて、減衰作用とプラットフォーム間の分割線の幾らかの程度のシール作用とを行う。

シール本体２４は一般的に、その底部付近に小さな入口孔を含み、作動中に圧縮機から抽気した加圧空気１４の幾らかがこの入口孔を通って流れてオーバハングしたプラットフォームの対応する部分の下方で隣接するブレードシャンク間に形成された空洞をパージするようにする。

背景技術の項で上述したように、プラットフォームの下方に流されたパージ空気１４は、誇張した尺度で図２及び図３に概略的に示す望ましくないダスト４６を含む可能性がある。ダスト４６は、上に挙げたようないずれかの物質組成を有する可能性があり、一般的に作動中に圧縮機から受ける加圧空気内に同伴された微細小粒子の形態になっている。

プラットフォーム１８の下面、特にそこにダストが捕捉されるプラットフォームのオーバヘッドが境界面になっているようなフィレット４４の領域内において、ダスト４６が集積する可能性があることが、経験から判明した。時の経過と共に、ダストは、フィレット４４においてまたプラットフォーム及びシャンクのその他の不連続部又は捕捉領域において集積し、ブレードの望ましくない腐食を招いて、その有効寿命を減少させるおそれがある。

従って、比較的大きなダスト排出又は逃がし孔１を、プラットフォームフィレット４４に隣接しかつプラットフォームフィレット４４からダスト４６を流し出すようにプラットフォーム１８を貫通して選択的に設置し、フィレットにおけるダストの集積を減少させるか又は排除することができる。逃がし孔の１つ又はそれ以上をプラットフォームとシャンクとの間の滑らかな輪郭内の対応する不連続部における淀んだ領域内に選択的に設置して、その領域内のダスト集積を洗い流すことができる。

上に述べたように、ダスト４６は質量を有するので、ダスト４６は、作動の間におけるブレードの回転時に生じる遠心力を受けて、この遠心力によりプラットフォームの下面に向かって半径方向外向きに、一般的にはフィレット移行部と関連するプラットフォームの淀んだ領域内に駆動される。

さらに、燃焼ガス１２は、一般的に前縁付近でより高い圧力でありまた後縁付近で低い圧力である異なるガス圧力分布で翼形部の正圧及び負圧側面上を流れる。プラットフォームの下方の空洞内に流れる加圧パージ空気１４は、一般的に翼形部の後方端部における燃焼ガスの圧力よりも大きい比較的高い圧力を有するが、翼形部の前方端部における燃焼ガスの圧力よりも大きくすることができない。

従って、ダスト逃がし孔１は、ダスト集積を生じるあらゆる領域内でプラットフォームフィレットに隣接して選択的に設置され、その領域内のダスト集積を洗い流すのに適当な駆動圧力を有するようになる。

図３に示すように、例示的な第１の逃がし孔１は、適当にフィレット４４付近のプラットフォームの下面に露出した入口を有する状態で、プラットフォーム１８を貫通して半径方向に延びる。第１の孔はまた、プラットフォームの上面上に露出し、図２に最もよく示すように翼形部根元３２から横方向に間隔をおいて配置されかつ前縁３６から後方向に間隔をおいて配置された反対側の出口を有する。

図２は、翼形部根元３２が比較的小さなフィレットにおいてプラットフォームの上面と接合して正圧及び負圧側面の所望の弓形輪郭を維持するようになっていることを示している。図３は、プラットフォームが実質的に大きいフィレット４４においてシャンクの頂部と接合し、このフィレット４４が、シャンクを介して最小の応力集中でダブテールに対して遠心荷重を支持することを示している。

図１に示す例示的な翼形部１６は、中空であり、この図に示した６つの半径方向チャネルのようないずれかの従来型の構成を有することができる内部冷却回路４８を含む。冷却回路は、ダブテール２２の底面において、圧縮機から加圧冷却空気を受ける３つの入口を含む。また、翼形部は、内部冷却回路４８に流れ連通した状態で正圧側面２８を貫通して延びて作動中に内部冷却回路から使用済み冷却空気を排出するようになった例示的な従来型のフィルム冷却孔５０の列を含む。

図１に示す例示的なブレードは、第２段ＨＰＴブレードとして構成され、フィルム冷却孔５０のあらゆる従来型の冷却構成及びパターンを有することができる。

図１に示す孔５０のような一般的なフィルム冷却孔は、比較的小さくて約１３ミル（０．３３ｍｍ）の直径を有し、また一般的に約１５°の小さな傾斜角で壁を貫通して傾斜しており、それらの孔から下流に拡がって空気の断熱層を生成するようになったフィルムとしてそれらの孔を通して冷却空気を吐出するようになっている。

これと対照的に、逃がし孔１は、その冷却作用のために設けられるのではなく、この逃がし孔が詰まる危険性を減少させるように、この逃がし孔を通してダストを運ぶために設けられる。従って、逃がし孔は、比較的大きく、翼形部内の孔５０のような一般的なフィルム冷却孔よりもかなりの分量だけ直径が大きい。

例えば、逃がし孔１は、その入口と出口との間で円筒形であり、一般的なフィルム冷却孔の直径の２〜３倍である約３０ミル（０．７６ｍｍ）の直径を有するのが好ましい。この大きな直径により、望ましくない詰まりがない状態でダスト粒子が通過するのが保証されることになり、また逃がし孔は、そのダスト運搬能力のためにプラットフォームを貫通するあらゆる適当な配向又は傾斜を有することができる。

図１に示す翼形部１６は、前縁３６から該前縁の後方に翼弦長の約１／３だけ間隔をおいた最大厚さＡまで後方に向かってその幅又は厚さが増大しかつ後縁３８までその厚さが減少する従来型の断面輪郭を有する。この例示的な第１の逃がし孔１は、該第１の逃がし孔を通して燃焼ガスが進入せずにプラットフォーム下方から空気及びダストを排出するのを保証するようにプラットフォームの下方におけるパージ空気１４の圧力がプラットフォームの外側における燃焼ガスの圧力よりも大きくなることを保証する領域内において、翼形部の最大厚さから後方に間隔をおいて配置される。

図２〜図４に示すように、プラットフォーム１８は、翼形部の正圧側面２８に対応して後方シール４２に近接した第１のダスト孔１と、翼形部の対向する負圧側面３０に対応してこれまた後方シール４２に近接した第２のダスト逃がし孔２とを含む。これら２つの逃がし孔１、２は、直径が同一とすることができ、また両方ともプラットフォームの下方からダストを排出するように比較的大きい。また、両逃がし孔１、２は、プラットフォームとシャンクとを橋絡する対応するプラットフォームフィレット４４に近接させて又は直接このフィレット４４内に設置される。

図２及び図３に示すように、プラットフォーム１８はさらに、翼形部の正圧側面２８のほぼ翼弦中央部において、根元３２とプラットフォームの分割線端縁部との間に横方向に間隔をおいて配置された第３のダスト逃がし孔３を含む。第３の逃がし孔３もまた、この領域内におけるダスト集積を流し出すつまり除去するようにプラットフォームフィレット４４に近接して配置される。

プラットフォーム１８は、３つの逃がし孔１、２、３を除いてその他はその全表面にわたって無孔とすることができ、これら逃がし孔１、２、３は全て、作動中にそれを詰まらさずにダストを排出するような同一の比較的大きい直径を有することができる。また、３つの逃がし孔は、そこでは燃焼ガスの圧力が翼弦中央部の前方における燃焼ガスの圧力よりも低くなるような翼形部の翼弦中央部の後方に設置される。

図３及び図４に示すように、プラットフォーム１８はまた、シャンクに沿って半径方向に延びる対応するフィレット４４において、後方シール４２の内側表面と接合する。図２〜図４に示すような後方シール４２は、翼形部の対向する正圧及び負圧側面２８、３０に対応するダスト逃がし孔４、５の２つ以上を含むことができる。

図３に示す第４の逃がし孔４は、フィレット４４内に入口を有し、またシールの後方面内に出口を有する。図４に示すような第５の逃がし孔５は、フィレット４４内に入口を有し、また後方シール４２の後方面上に出口を有する。図２に示す２つの逃がし孔４、５の出口は、それら出口を通してのダスト４６の効果的な排出を保証するために、タービンブレードの後縁３８の後方の該タービンブレードの比較的低い圧力領域内に位置する。

図２〜図５に示す後方シールと同様に、前方シール４０もまた、シャンク２０に沿って半径方向に延びる対応するフィレット４４においてプラットフォーム１８と接合する。前方シール４０はまた、逃がし孔としてではなく入口供給又はスイープ孔として特別に構成された２つ以上のダスト孔６、７を含み、この入口供給又はスイープ孔（ダスト孔）は、該孔６、７を通して加圧冷却空気１４の一部分を流して対応するフィレット４４からダスト集積をスイープして清浄にすると同時に、さらに５つの逃がし孔１〜５を通してダストをスイープするための付加的な駆動力を与えるようにする。

図２及び図３に示す第６のダスト孔６は、翼形部の正圧側面２８に対応しており、前方シールの前方面上に入口を有しまたプラットフォームの下面の対向するフィレット４４内に出口を有する。第７のダスト孔７は、図４及び図５に示すように翼形部の負圧側面３０に対応しており、前方シールの前方面上に入口を有しまたプラットフォームの下面のフィレット４４内に出口を有する。

２つの入口ダスト孔６、７は、５つの逃がし孔１〜５と同一の大きな直径を有して、それらの孔が配置されたフィレットをスイープして清浄にすること及び５つの逃がし孔１〜５に隣接するフィレットからのダストのスイープ作用を促進することの両方を行うようにプラットフォームの下方に十分なスイープ空気を供給するのが好ましい。

シャンク２０とプラットフォーム１８及び関連するシール４０、４２との間の接合部の複雑さは、図１に取付けた状態で示すダンパ２６の導入によってさらに増大する。

図２及び図３は、翼形部の正圧側面と軸方向分割線に沿ったプラットフォームとを示しており、この軸方向分割線上において、シャンク２０は、前方及び後方シール４０、４２のそれぞれのシールに一体形に接合され、かつ翼弦方向に互いに間隔をおいて配置されると共にプラットフォーム１８の下方で半径方向内側に間隔をおいて配置されて棚ポケット５６を形成した１対の前方及び後方張出し部５２、５４を含む。

ポケット５６は、図１に示すように軸方向に細長いダンパ２６を緩やかに捕捉するように特別に構成される。２つの張出し部５２、５４の各々は、その構成が従来通りであって、その中にダンパ２６の対応する脚部が捕捉されてポケット内に該ダンパを緩やかに捕捉するようになった、該張出し部を貫通する矩形孔を含む。

図２及び図３に示す２つの張出し部５２、５４は、大きなフィレット４４の付加的なフィレットによりシャンク及びシールに対して同様に接合され、それらの間に滑らかな移行部を形成するようにする。

図３に示すように、第４の逃がし孔４は、後方張出し部５４の下方で三面コーナ部におけるフィレット内に配置されるのが好ましい。このようにして、この位置におけるダスト４６を半径方向外向きに移動させることにより、ダスト４６は後方張出し部の下方のこのフィレットから第４の逃がし孔４を通して都合良く排出されるように洗い去られる。

これに対応して、図２に示す第６のダスト孔６は、前方シール４０を軸方向に貫通して、ダンパ保持ポケット５６の前方張出し部５２の後方端部におけるフィレットまで延びる。このようにして、入口供給空気は、プラットフォームの下方のこのフィレット領域からダストを洗い去り、対応するダスト逃がし孔に送る。

図２及び図３に示すような前方及び後方張出し部５２、５４は、翼形部の正圧側２８に配置されるのが好ましい。これに対応して、図４及び図５に示すような翼形部の負圧側３０では、プラットフォーム１８は、１対の前方及び後方面コーナ部５８、６０を有する分割線面を含み、これらのコーナ部５８、６０は、次の隣接するブレードの図５に仮想線で示すダンパ２６と係合し、作動中に該ダンパ２６との間で摩擦接触を生じ、それによって摩擦減衰を行うようになるような特別な寸法にされる。上に述べたように、ダンパ２６及びその支持構成は、あらゆる従来型の構成を有することができる。

図４及び図５においては、第５の逃がし孔５は、後方面コーナ部６０の下方のフィレット内に導入して、そこからダスト集積を洗い去るようにする。それに対応して、図５に示す第７の入口ダスト孔７は、前方面コーナ部５８の下方のフィレット内に設置して、前方面コーナ部５８の下方におけるダスト集積を洗い去るようにする。図５においては、ダスト孔７がプラットフォームの下方に入口空気を供給する一方、図４におけるのと同様に、ダスト孔５が加圧空気及びダストのための出口を形成する。

図１〜図５に示すタービンロータブレードは、７つのダスト孔１〜７及び協働するフィレットの導入を除いては、その他は従来形の構成とすることができる。ダスト孔は、これまで観察されたダスト集積の領域においてプラットフォームの下方の対応するフィレット内に選択的に導入して、改良したブレードにおけるダスト集積を防止すか又は減少させることができる。プラットフォームの複雑な構成は、様々なオーバハング又は張出し部を含み、これらオーバハング又は張出し部は、特別に設置したダスト孔１〜７を導入しない場合には、冷却空気及びダストの半径方向外向きの移動を阻止し、またそこにダストが集積する可能性がある淀み領域を持ち込む。

上に述べたように、ダスト孔自体は、比較的単純であり、円筒形構成と約０．７６ｍｍの比較的大きな直径とを有することができる。また、ダスト孔の数は、その正圧及び負圧側面間でのかつ前縁及び後縁間での複雑な圧力分布を有するタービンブレードの空気力学的性能をその他では低下させるのを避けるように限定される。

プラットフォームは、翼形部のいずれかの側又は両側における第１又は第２のダスト逃がし孔１、２を含み、さらに負圧側プラットフォームとは対照的に正圧側プラットフォームのより大きな表面区域内に第３のダスト逃がし孔３を付加的に有することができる最小数の逃がし孔を除いては、その他では無孔とすることができる。

図２〜図５に示す円筒形ダスト孔は、それらが見られるそれぞれの表面上に単純な円形又は長円形の入口及び出口を有する。ダスト孔の開口は、直接対応するフィレット４４内に設置するか又は可能な限りフィレット４４に近接するように設置して、フィレット４４からダスト集積を効果的にスイープするようにするのが好ましい。

図６〜図９は、逃がし孔自体の別の実施形態を示している。図６は、そこに示した３つの逃がし孔１、２、３を備えた図３に対応しており、図８は、図４及びそこに示した２つの逃がし孔１、２に対応している。

これらの図においては、プラットフォーム１８及びその一体形シール４０、４２は、それぞれのフィレット４４に隣接した対応する入口ディンプル６２を含む。各ディンプル６２は、逃がし孔のそれぞれの逃がし孔と整列しており、逃がし孔は、ディンプル６２からプラットフォーム１８の残りの部分を貫通して延びる。

各ディンプル６２は、その輪郭が球状であり、それぞれの逃がし孔のための軸対称の凹状入口を形成し、逃がし孔が凹状入口から外向きに円筒形になるように続くことができるのが好ましい。

対応するディンプル６２は、５つの逃がし孔１〜５のいずれか１つ又はそれ以上と関連させることができ、逃がし孔の近傍のダストを収集しかつ捕捉するための局所的なファンネルを形成してプラットフォームの対応するフィレット領域からのダストのスイープを一層促進するようになる。プラットフォームの下面は見えるように露出しているので、複合球状ディンプル６２は、例えば対応する形状の放電加工（ＥＤＭ）電極を使用して容易に製作することができる。それに代えて、ディンプルは、元のブレード内に始めから鋳造し、逃がし孔１〜５は、その後従来型のレーザ穿孔法によってブレードを貫通して穿孔することができる。

図１０及び図１１は、凹面形の正圧側２８で翼形部の翼弦中央領域内に設置された第３の逃がし孔３と関連するディンプルの別の実施形態を示している。プラットフォームの正圧側は、翼形部の凹面形の正圧側面及びシャンク２０の対応する凹状正圧側と一致しており、翼形部の凸面形の負圧側面と一致したプラットフォームの負圧側よりも大きい局所的に大きな表面積を有する。

従って、プラットフォームの正圧側の内側表面内に１つの大きなかつ細長い凹部又はトラフ６４を形成することができ、この凹部又はトラフ６４は、隣接するフィレット４４の殆どの部分に沿って翼弦方向に延びる。単一の逃がし孔すなわち孔３は、トラフ内で中心に位置させることができ、それによって対応する図６に示した第１の逃がし孔１を含むこの領域内のその他の全ての逃がし孔を排除する。

トラフ６４の寸法又は面積は、正圧側プラットフォームの使用可能な空間内で最大にすることができ、プラットフォームフィレット４４に沿って弓形にしてこの領域内のシャンクの凹状の及び翼形部の凹面形の断面輪郭と一致させるのが好ましい。トラフはまた、そこから外寄り側でプラットフォームの直線端縁部又は分割線面に沿って、ほぼ直線状である。このようにして、トラフは、翼形部１６に沿ったプラットフォーム１８の正圧側の使用可能な表面区域と一致する。

上記の実施形態におけるディンプルと同様に、トラフは、その深さがその中心における逃がし孔まで増大したファンネルを形成して、プラットフォームの下面からダストを収集しかつスイープして逃がし孔から外に排出するようにする。プラットフォーム及びエンジェルウィングシールの残りの部分には、上述した対応する逃がし孔及び入口スイープ孔を同様に構成することができる。

図３及び図４は、対応する前方及び後方エンジェルウィングシール４０、４２を備えた状態で、矩形プラットフォーム１８を弓形の翼形部１６及び凹状のシャンク２０と一体形に接合することの複雑さを全体的に示している。この複雑さをさらに増大させるのは、図１に示すようなダンパ２６を取付けるためのポケット５６を形成した前方及び後方張出し部５２、５４の導入である。また、前方及び後方面コーナ部５８、６０は、作動中にそれに対してダンパが摩擦係合して励振力を効果的に減衰させるようにすることができる平らな面を形成する。

従来型のタービンブレードプラットフォームは、ダスト集積を回避するためのあらゆる特別な構成を欠いているので、それらプラットフォームには、作動中にそこにダストが集積する可能性がある様々なフィレット、張出し部及び淀んだコーナ部が設計されている。従って、ダスト集積しがちな対応するフィレット内又はその近くに上述の様々なダスト孔を選択的に導入して、そこでのダスト集積を減少させるか又は排除することができる。また、ダストの集積を受ける様々なフィレットは、その曲率を増大させてダスト除去通路を流線形にするように適当に変更することができる。

例えば、従来型の親タービンブレードにおけるダスト集積を受ける上記の様々なフィレット４４は、ダストスイープ流路を流線形にすると共に半径方向外向きに勾配を付けつまり傾斜させてダストを局所的な逃がし孔に案内するためのより大きなフィレットの曲率半径を有するように適当に変更することができる。

図３は、ブレードの正圧側のシャンクの底部に一般的に製造番号を刻印するために設けられた典型的な隆起平坦部又は平坦ボス６６を示している。このボス６６は、図１０に示すように排除してシャンク２０の表面を流線形にするのみならず付加的なダスト集積部位を排除し、様々な逃がし孔へのダストの流路を一層滑らかにすることができる。

図４及び図５は、平坦な下面を有するほぼ矩形又は三角形の金属ブロックであるダンパと係合するための２つの面コーナ部５８、６０の一般的な構成を示している。

図１２及び図１３は、これら２つの図に対応するものであり、プラットフォームを流線形にしかつ幾つかのダスト集積部位を排除するためのさらに別の実施形態を示している。前方及び後方面コーナ部５８、６０の両方は、ダンパと係合するためのそれらの同一平面かつ平坦な外寄り側表面を維持しているが、プラットフォームの下方でブレードのスパン方向に沿って半径方向外向きに延びる共通の大きなフィレット又はアンダカット部６８において、両者ともそれらの内寄り側で凹状にされるか又はアンダカットされる。両コーナ部におけるそれぞれのアンダカット部６８は、プラットフォームの下面をシャンク２０の頂部に滑らかに移行させる大きな軸方向フィレット４４と接合する。

図１２に示すように、第５の逃がし孔５は、後方コーナ部６０の背後のアンダカット部６８内に設置され、アンダカット部及びフィレット４４によって給気されて、この領域内におけるダスト集積を円滑に除去するようにする。第２の逃がし孔２もまた、隣接するフィレット４４内においてこのアンダカット部６８付近に設置され、後方コーナ部６０の背後におけるダストのための別の逃がし経路を形成する。

これに対応して、図１３に示す第７のダスト孔７は、前方面コーナ部５８の背後のアンダカット部６８に直接供給されてこの領域内におけるダスト集積を流し去るスイープ空気のための入口を形成する。

前方及び後方コーナ部５８、６０の背後の共通のアンダカット部６８は、プラットフォームフィレット４４との間で流線形の移行部を形成し、プラットフォームの負圧側からのダストのスイープ及び排除を促進する。

上に開示した様々なダスト孔及び協働するフィレットは、タービンロータブレードのプラットフォームを防塵性にするための空間が許される場合には、単独で又は様々な組合せとして使用することができる。従って、耐ダスト性プラットフォームは、航空機がダストを含んだ空気があるルートに沿って飛ぶ時に、プラットフォーム内におけるダスト集積を減少させるか又は排除することになる。空気が最少のダストしか含まず比較的清浄であるルートにおいては、流線形のプラットフォーム及びシャンク表面は、プラットフォームの下方における空気の効率的なパージを促進し、またタービンブレードの意図した空気力学的性能並びにその正圧及び負圧側面に沿った複雑な圧力分布に悪影響を与えることがない。

本明細書では、本発明の好ましくかつ例示的な実施形態であると考えられるものについて説明してきたが、当業者には本発明のその他の変更が本明細書の教示から明らかになる筈であり、従って、全てのそのような変更は本発明の技術思想及び技術的範囲内に属するものとして、特許請求の範囲において保護されることを切望する。

従って、本特許出願によって保護されることを望むものは、特許請求の範囲に記載しかつ特定した発明である。

支持タービンロータディスク（図示せず）から半径方向外向きに延びる第２ＨＰＴ段タービンロータブレード列から取出した２つのタービンロータブレードの部分断面側面図。 図１に示すプラットフォームの１つの後方正圧側の拡大斜視図。 プラットフォームの前方正圧側の斜視図。 プラットフォームの前方負圧側の斜視図。 プラットフォームの後方負圧側の斜視図。 別の実施形態によるプラットフォームの正圧側の斜視図。 線７−７に沿って取った、図６に示すプラットフォームの正圧側におけるダスト逃がし孔を通る半径方向断面図。 図６に示すプラットフォームの負圧側の斜視図。 線９−９に沿って取った、図８に示すダスト逃がし孔の１つを通る半径方向断面図。 別の実施形態によるプラットフォームの前方正圧側の斜視図。 図１０に示すプラットフォームの後方正圧側の斜視図。 別の実施形態による、図４と同様なプラットフォームの前方負圧側の斜視図。 別の実施形態による、図５と同様な図１２に示すプラットフォームの後方負圧側の斜視図。

符号の説明

１〜５ ダスト逃がし孔
６、７ ダストスイープ孔
１０ ロータブレード
１２ 燃焼ガス
１４ 冷却空気
１６ 翼形部
１８ プラットフォーム
２０ シャンク
２２ ダブテール
２４ シール本体
２６ ダンパ
２８ 正圧側面
３０ 負圧側面
３２ 根元
３４ 先端
３６ 前縁
３８ 後縁
４０ 前方ウィングシール
４２ 後方ウィングシール
４４ フィレット
４６ ダスト
４８ 冷却回路
５０ フィルム冷却孔
５２ 前方張出し部
５４ 後方張出し部
５６ ポケット
５８ 前方面コーナ部
６０ 後方面コーナ部
６２ ディンプル
６４ トラフ
６６ ボス
６８ アンダカット部

Claims (10)

1. 互いに一体形に接合された翼形部（１６）、プラットフォーム（１８）、シャンク（２０）及びダブテール（２２）を含むタービンロータブレード（１０）であって、
   前記プラットフォーム（１８）とシャンク（２０）とを橋絡するフィレット（４４）に隣接して該プラットフォーム（１８）を貫通して延びる大きなダスト逃がし孔（１〜３）を含む、
   タービンロータブレード。
2. 前記逃がし孔（１〜３）が、前記プラットフォーム（１８）の下面において前記フィレット（４４）付近に配置された入口と前記プラットフォームの上面において前記翼形部（１６）の根元（３２）から横方向にかつ前縁（３６）から後方向に間隔をおいて配置された出口とを有する状態で、該プラットフォーム（１８）を貫通して延びる、請求項１記載のブレード。
3. 前記プラットフォーム（１８）が、前記翼形部（１６）の対向する正圧及び負圧側面（２８、３０）から横方向に延び、かつ対応するフィレット（４４）において、前記シャンク（２０）の対向する端面における前方及び後方シール（４０、４２）と一体形に接合され、
   前記後方シール（４２）が、該後方シールにおけるフィレット（４４）内にダスト逃がし孔（４、５）を含む、
   請求項２記載のブレード。
4. 前記プラットフォーム（１８）が、前記フィレット（４４）に隣接したディンプル（６２）を含み、
   前記逃がし孔（１〜３）が、前記ディンプル（６２）から前記プラットフォーム（１８）を貫通して延びる、
   請求項３記載のブレード。
5. 前記プラットフォーム（１８）が、前記後方シール（４２）に隣接して、前記翼形部の対向する正圧及び負圧側面（２８、３０）に対応する２つのダスト逃がし孔（１、２）を含む、請求項４記載のブレード。
6. 前記後方シール（４２）が、前記翼形部（１６）の対向する正圧及び負圧側面（２８、３０）に対応する２つのダスト逃がし孔（４、５）を含む、請求項５記載のブレード。
7. 前記プラットフォーム（１８）が、対応するフィレット（４４）において前記前方及び後方シール（４０、４２）と接合し、
   前記前方シール（４０）が、該前方シールを貫通して該前方シールにおけるフィレット（４４）まで延びる、加圧空気（１４）を前記逃がし孔（１〜５）に流すための入口スイープ孔（６、７）を含む、請求項６記載のブレード。
8. 前記前方シール（４０）が、前記翼形部の対向する正圧及び負圧側面（２８、３０）に対応する２つの入口スイープ孔（６、７）を含む、請求項７記載のブレード。
9. 前記シャンク（２０）が、前記前方及び後方シール（４０、４２）のそれぞれのシールに接合されまた前記プラットフォーム（１８）の下方で互いに間隔をおいてかつ内向きに配置されてポケット（５６）を形成した１対の前方及び後方張出し部（５２、５４）を含み、
   前記ポケット（５６）が、その中に捕捉されたダンパ（２６）を含み、
   前記後方張出し部（５４）が、該後方張出し部の下方にダスト逃がし孔（４）を含む、
   請求項８記載のブレード。
10. 前記前方及び後方張出し部（５２、５４）が、前記シャンクの正圧側（２８）に配置され、
    前記プラットフォーム（１８）が、その負圧側（３０）に、次の隣接するブレードのダンパ（２６）に係合するような寸法にされて該ダンパと摩擦接触するようになった１対の前方及び後方面コーナ部（５８、６０）を有する分割線面をさらに含み、
    前記コーナ部（５８、６０）が、アンダカットされかつ前記プラットフォーム（１８）まで外向きに延びて該プラットフォーム（１８）と共に共通アンダカット部（６８）を形成し、
    前記ダスト逃がし孔（５）が、前記共通アンダカット部（６８）を貫通して延びる、
    請求項９記載のブレード。

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