JP2009168015A

JP2009168015A - Turbine blade tip shroud

Info

Publication number: JP2009168015A
Application number: JP2009000840A
Authority: JP
Inventors: Robert A Brittingham; ロバート・エイ・ブリッティンガム; Mark S Maier; マーク・エス・マイヤー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2009-01-06
Publication date: 2009-07-30
Also published as: CN101482032A; CH698335A2; US20090180894A1; DE102009003328A1

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbine blade cooling a tip shroud, and also reducing weight of the tip shroud. <P>SOLUTION: This turbine blade 10 includes the tip shroud 20 and one or more of cooling cavities 130 formed in the tip shroud 20. At least one of the cooling cavities 130 includes a plurality of ribs 142 and 144 and a first inner wall substantially opposed to a second inner wall over the cooling cavities 130. The ribs 142 and 144 are constituted so that several of the ribs 142 and 144 extend toward the second inner wall of the cooling cavities 130 by starting on the first inner wall of the cooling cavities 130 and several of the ribs 142 and 144 extend toward the first inner wall of the cooling cavities 130 by starting on the second inner wall of the cooling cavities 130. The ribs 142 and 144 starting on the first inner wall of the cooling cavities 130 and the ribs 142 and 144 starting on the second inner wall of the cooling cavities 130, include alternate arrangement. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば航空機エンジン、ガスタービン、蒸気タービン等のタービン用のブレードに関する。より具体的には、本発明は、中空空洞先端シュラウド及び該中空空洞を通しての循環冷却媒体の使用によりタービンブレード先端シュラウドを冷却する方法に関する。本発明及びその背景技術は、非限定的な実施例としてガスタービンに関連して説明する。 The present invention relates to a blade for a turbine such as an aircraft engine, a gas turbine, or a steam turbine. More specifically, the present invention relates to a method for cooling a turbine blade tip shroud through the use of a hollow cavity tip shroud and a circulating cooling medium through the hollow cavity. The present invention and its background will be described in the context of a gas turbine as a non-limiting example.

産業用ガスタービン及び航空機エンジンのタービンブレードは、極端な温度環境内で作動する。この環境に関連した熱応力及び金属温度により、タービンブレードの有効作動寿命が短縮する可能性がある。運転時にタービンブレード及びその構成要素部品を冷却することにより、それらの有効作動寿命を延長させることができる。 Industrial gas turbines and aircraft engine turbine blades operate in extreme temperature environments. Thermal stresses and metal temperatures associated with this environment can reduce the useful operating life of the turbine blade. By cooling the turbine blades and their component parts during operation, their effective operating life can be extended.

多くのタービンブレードは、翼形部と該翼形部の先端に取付けられた一体形の先端シュラウドとを含む。翼形部の外側端部に取付けられた先端シュラウドは、翼形部表面に対してほぼ垂直に広がる表面積を備える。先端シュラウドの表面積は、タービン排気ガスを翼形部上に保持するのを助けて（つまり、排気ガスが翼形部ブレードの端部上を難なく越えるのを許さないようにして）、タービン排気ガスからのエネルギーのより大きなパーセンテージをタービンブレードによって機械的エネルギーに変換することができるようにする。従って、先端シュラウドは、ガスタービンエンジンの性能を向上させる。さらに、翼形部の外側表面全体を先端シュラウドで覆うことが望ましい。しかしながら、先端シュラウド及びそれらの翼形部に対する連結部は、タービンの回転速度によって加わる機械的力のために、運転時に高い応力状態になる。これらの機械的応力がタービンの極度に高い温度環境に関連した熱応力及び金属温度と組合さる場合には、翼形部の全有効寿命にわたってその意図した機能を果すことになる先端シュラウドを設計することは、困難な課題となる。 Many turbine blades include an airfoil and an integral tip shroud attached to the tip of the airfoil. A tip shroud attached to the outer end of the airfoil has a surface area that extends substantially perpendicular to the airfoil surface. The surface area of the tip shroud helps to keep the turbine exhaust gas on the airfoil (ie, does not allow the exhaust gas to easily pass over the end of the airfoil blade) and turbine exhaust gas. A greater percentage of the energy from can be converted to mechanical energy by the turbine blades. Therefore, the tip shroud improves the performance of the gas turbine engine. Further, it is desirable to cover the entire outer surface of the airfoil with a tip shroud. However, the tip shrouds and their connections to the airfoils are highly stressed during operation due to the mechanical force applied by the turbine's rotational speed. Design a tip shroud that will perform its intended function over the entire useful life of the airfoil when these mechanical stresses combine with the thermal stresses and metal temperatures associated with the extremely high temperature environment of the turbine That is a difficult task.

この課題を解決する２つの可能な方法は、１）その重量を軽減することによって、先端シュラウドに加わる機械的応力を低減することか、又は２）先端シュラウドが受ける金属温度を低下させることかのいずれかである。第１の方法について言えば、先端シュラウドの重量を軽減させる１つの一般的方法は、張出し先端シュラウドを「スカラップ加工する」（つまり、張出し先端シュラウドに窪みを設けること又は該張出し先端シュラウドの一部分を除去する）ことである。先端シュラウド材料を減少させることにより、運転中に先端シュラウド及び翼形部間に設けた連結部に加わる荷重が減少することになる。しかしながら、スカラップ加工により先端シュラウドの表面積を減少させることは、より小さな表面積の先端シュラウドはタービン排気ガスをタービン翼形部上で保持する能力が低下する（つまり、排気ガスのより多くが、表面積の減少した先端シュラウドを有する翼形部の頂部上を難なく越える）ので、タービンエンジンの性能を低下させるという犠牲を払うことになる。これに代わる第２の方法に関して言えば、ガスタービンの運転温度を低下させることによって先端シュラウドが受ける金属温度を低下させることもまた、望ましくない解決法である。当業者には分かるように、タービンの運転温度を低下させることは、タービン効率の低下を引き起こす。しかしながら、運転時に先端シュラウドを冷却することによって先端シュラウドが受ける金属温度を低下させることにより、その部品の有効寿命を延長させることができる。 Two possible ways to solve this problem are: 1) reduce the weight, thereby reducing the mechanical stress on the tip shroud, or 2) reduce the metal temperature experienced by the tip shroud. Either. With respect to the first method, one common method of reducing the weight of the tip shroud is to “scallop” the overhang tip shroud (ie, provide a depression in the overhang tip shroud or remove a portion of the overhang tip shroud). To remove). By reducing the tip shroud material, the load applied to the connection between the tip shroud and the airfoil during operation is reduced. However, reducing the surface area of the tip shroud by scalloping reduces the ability of the smaller surface area tip shroud to retain the turbine exhaust gas on the turbine airfoil (i.e., more of the exhaust gas has less surface area). It is easy to cross over the top of an airfoil having a reduced tip shroud) at the expense of reducing turbine engine performance. Regarding the second alternative, lowering the metal temperature experienced by the tip shroud by lowering the operating temperature of the gas turbine is also an undesirable solution. As will be appreciated by those skilled in the art, reducing the operating temperature of the turbine causes a decrease in turbine efficiency. However, the useful life of the component can be extended by lowering the metal temperature experienced by the tip shroud by cooling the tip shroud during operation.

従って、高温度のタービン環境に関連した金属温度を低下させるように、タービンブレード先端シュラウドを冷却するためのシステムの改善に対する必要性が存在する。金属温度の低下は次に、より大きな表面積の先端シュラウド（つまり、スカラップ加工していない先端シュラウド）に関連した大きな機械的応力に、その部品がより良好に耐えるのを可能にすることになる。かかるシステムは、先端シュラウドが、何らのスカラップも有しないか又はできるだけ小さなスカラップしか有しない状態で、タービンの高温度環境においてより良好に作動することを可能にすることになる。さらに、かかるシステムが先端シュラウドを冷却すると同時に先端シュラウドの重量も軽減することができる場合には、更なる効率改善を実現することができる。 Accordingly, there is a need for improved systems for cooling turbine blade tip shrouds so as to reduce metal temperatures associated with high temperature turbine environments. The reduction in metal temperature will in turn allow the component to better withstand the large mechanical stresses associated with larger surface area tip shrouds (ie, tip tips that are not scalloped). Such a system would allow the tip shroud to operate better in the high temperature environment of the turbine with no scallops or as little scallop as possible. Furthermore, if such a system can cool the tip shroud and at the same time reduce the weight of the tip shroud, further efficiency improvements can be realized.

従って、本出願は、タービンブレードについて記述しており、本タービンブレードは、先端シュラウドと、該先端シュラウド内に形成された１以上の冷却空洞とを含むことができ、冷却空洞の少なくとも１つは、複数のリブと、該冷却空洞にわたって第２の内部壁とほぼ対向した第１の内部壁とを含み、リブは、該リブの幾つかが冷却空洞の第１の内部壁上で始まりかつ該冷却空洞の第２の内部壁に向って延びまた該リブの幾つかが冷却空洞の第２の内部壁上で始まりかつ該冷却空洞の第１の内部壁に向って延びるように構成され、また冷却空洞の第１の内部壁上で始まるリブと該冷却空洞の第２の内部壁上で始まるリブとは、交互配列を含む。交互配列は、冷却空洞の第１の内部壁上で始まるリブの配置と該冷却空洞の第２の内部壁上で始まるリブの配置を交互にすることを含むことができる。交互配列は、冷却空洞内にラビリンス冷却回路を形成することができる。 Accordingly, the present application describes a turbine blade that can include a tip shroud and one or more cooling cavities formed in the tip shroud, wherein at least one of the cooling cavities is A plurality of ribs and a first inner wall generally opposite the second inner wall across the cooling cavity, wherein the ribs begin with some of the ribs on the first inner wall of the cooling cavity and the Extending toward the second inner wall of the cooling cavity and configured such that some of the ribs begin on the second inner wall of the cooling cavity and extend toward the first inner wall of the cooling cavity; The ribs starting on the first inner wall of the cooling cavity and the ribs starting on the second inner wall of the cooling cavity include an alternating arrangement. The alternating arrangement can include alternating rib placement starting on the first inner wall of the cooling cavity and rib placement starting on the second inner wall of the cooling cavity. The alternating arrangement can form a labyrinth cooling circuit within the cooling cavity.

幾つかの実施形態では、冷却空洞の第１の内部壁において始まるリブは、その各々が該冷却空洞を横断する距離の一部範囲にわたって延びる配向及び寸法にすることができ、また冷却空洞の第２の内部壁において始まるリブは、その各々が該冷却空洞を横断する距離の一部範囲にわたって延びる配向及び寸法にすることができる。さらに、冷却空洞の第１の内部壁において始まるリブは、その少なくとも１つが該冷却空洞を横断する距離の少なくとも大部分にわたって延びる配向及び寸法にすることができ、また冷却空洞の第２の内部壁において始まるリブは、その少なくとも１つが該冷却空洞を横断する距離の少なくとも大部分にわたって延びる配向及び寸法にすることができる。冷却空洞を横断する距離の大部分というは、該冷却空洞を横断する距離の少なくとも７５％を含むことができる。 In some embodiments, the ribs starting at the first interior wall of the cooling cavity can be oriented and dimensioned, each extending over a range of distances across the cooling cavity, and the cooling cavity first The ribs starting at the two inner walls can be oriented and dimensioned, each extending over a partial range of distance across the cooling cavity. Further, the ribs starting at the first inner wall of the cooling cavity can be oriented and dimensioned such that at least one of them extends over at least a majority of the distance across the cooling cavity, and the second inner wall of the cooling cavity. The ribs starting at can be oriented and dimensioned such that at least one of them extends over at least the majority of the distance across the cooling cavity. The majority of the distance across the cooling cavity can include at least 75% of the distance across the cooling cavity.

幾つかの実施形態では、冷却空洞の第１の内部壁において始まるリブと第２の内部壁とは、第１のギャップを形成することができ、冷却空洞の第２の内部壁において始まるリブと第１の内部壁とは、第２のギャップを形成することができ、また第１のギャップ及び第２のギャップは各々、少なくとも０．１０インチの横断方向距離を含むことができる。冷却空洞の第１の内部壁において始まるリブと該冷却空洞の第２の内部壁において始まるリブとは、互いにほぼ平行にすることができる。幾つかの実施形態では、１以上の冷却空洞の全ては、互いに流体連通することができる。本出願のこれらの及びその他の特徴は、図面及び特許請求の範囲と関連させてなした以下の好ましい実施形態の詳細な説明を精査することにより明らかになるであろう。 In some embodiments, the rib starting at the first inner wall of the cooling cavity and the second inner wall can form a first gap, and the rib starting at the second inner wall of the cooling cavity; The first inner wall can form a second gap, and the first gap and the second gap can each include a transverse distance of at least 0.10 inches. The ribs starting at the first inner wall of the cooling cavity and the ribs starting at the second inner wall of the cooling cavity can be substantially parallel to each other. In some embodiments, all of the one or more cooling cavities can be in fluid communication with each other. These and other features of the present application will become apparent upon review of the following detailed description of the preferred embodiments, taken in conjunction with the drawings and the claims.

先端シュラウドを備えた従来型のタービンブレードの概略斜視図。1 is a schematic perspective view of a conventional turbine blade having a tip shroud. FIG. 先端シュラウドスカラップ加工を示す、従来型の先端シュラウドの概略平面図。FIG. 3 is a schematic plan view of a conventional tip shroud showing tip shroud scalloping. 本発明の実施形態による、冷却空洞を有する先端シュラウドの部分断面斜視図。1 is a partial cross-sectional perspective view of a tip shroud having a cooling cavity according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の別の実施形態による、冷却空洞を有する先端シュラウドの部分断面斜視図。FIG. 4 is a partial cross-sectional perspective view of a tip shroud having a cooling cavity according to another embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態による、冷却空洞を有する先端シュラウドの部分断面斜視図。FIG. 4 is a partial cross-sectional perspective view of a tip shroud having a cooling cavity according to another embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態による、冷却空洞を有する先端シュラウドの部分断面斜視図。FIG. 4 is a partial cross-sectional perspective view of a tip shroud having a cooling cavity according to another embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態による、冷却空洞を有する先端シュラウドの部分断面斜視図。FIG. 4 is a partial cross-sectional perspective view of a tip shroud having a cooling cavity according to another embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態による、冷却空洞を有する先端シュラウドの部分断面斜視図。FIG. 4 is a partial cross-sectional perspective view of a tip shroud having a cooling cavity according to another embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態による、冷却空洞を有する先端シュラウドの部分断面斜視図。FIG. 4 is a partial cross-sectional perspective view of a tip shroud having a cooling cavity according to another embodiment of the present invention.

本発明のこれらの及びその他の目的及び利点は、添付図面と関連させてなした
本発明の現時点での好ましい例示的な実施形態についての以下の一層詳細な説明を注意深く検討することによって一層完全に理解されかつ認識されるであろう。 These and other objects and advantages of the present invention will be more fully understood by careful consideration of the following more detailed description of the presently preferred exemplary embodiments of the present invention, taken in conjunction with the accompanying drawings. Will be understood and recognized.

次に図を参照すると、そこでは様々な参照符号が幾つかの図を通して同様な部品を表しており、図１は、冷却媒体通路がブレード先端に出口を有して冷却媒体が先端シュラウドを越えて流れる典型的なブレードを示している。そこに概略的に示すように、各タービンブレード１０は、翼形部１２と根元１４とを含む。翼形部１２は、前縁と後縁とを有する。ほぼ凹面形の正圧面及びほぼ凸面形の負圧面が、翼形部１２の対向する側面上において前縁及び後縁間で延びる。この図示した実施例では、根元１４は、シャンク１６とダブテール１８とを含み、ダブテール１８は、ロータ上の対応するダブテール溝に係合して、タービンブレード１０をロータに固定する。 Referring now to the drawings, where various reference numbers represent similar parts throughout the several views, FIG. 1 illustrates that the coolant passage has an outlet at the blade tip and the coolant passes over the tip shroud. A typical blade is shown. As schematically shown therein, each turbine blade 10 includes an airfoil 12 and a root 14. The airfoil 12 has a leading edge and a trailing edge. A generally concave pressure surface and a generally convex suction surface extend between the leading and trailing edges on opposite sides of the airfoil 12. In the illustrated embodiment, the root 14 includes a shank 16 and a dovetail 18 that engages corresponding dovetail grooves on the rotor to secure the turbine blade 10 to the rotor.

図１及び図２に示すように、先端シュラウド２０が、翼形部１２の先端に形成され、該翼形部１２の表面から垂直方向外向きに延びている。先端シュラウド２０は、半径方向内向き及び半径方向外向き表面を有しており、タービンセクションを通って流れる高温加圧ガスに曝される。各先端シュラウド２０は、当接面２２、２４を有しており、この当接面全体にわたって該先端シュラウドが隣接するブレードの先端シュラウドと接し、それによってブレード振動を抑制する。さらに、一般的にシールレール２６が、先端シュラウド２０の半径方向外向き表面から半径方向外向きに延びて、それぞれのブレード列の周りにおける高温ガスの漏洩を防止する。幾つかの従来型のタービンブレード構造では、複数の冷却空気通路が、ブレードを半径方向外向きに貫通してブレード先端内に延びる。他の従来型のタービンブレード構造では、冷却媒体通路は、翼形部内に形成することができる。図２に示すように、冷却媒体通路は、従来通りに、先端シュラウド２０の半径方向外向き表面において冷却空気を吐出するのを可能にする空気吐出孔２８で終端することができる。 As shown in FIGS. 1 and 2, a tip shroud 20 is formed at the tip of the airfoil 12 and extends vertically outward from the surface of the airfoil 12. The tip shroud 20 has a radially inward and radially outward surface and is exposed to hot pressurized gas flowing through the turbine section. Each tip shroud 20 has abutment surfaces 22, 24 over which the tip shroud contacts the tip shroud of an adjacent blade, thereby suppressing blade vibration. In addition, a seal rail 26 generally extends radially outward from the radially outward surface of the tip shroud 20 to prevent hot gas leakage around each blade row. In some conventional turbine blade structures, a plurality of cooling air passages extend radially outwardly through the blade and into the blade tip. In other conventional turbine blade structures, the coolant passage may be formed in the airfoil. As shown in FIG. 2, the cooling medium passage may terminate in an air discharge hole 28 that allows cooling air to be discharged on the radially outward surface of the tip shroud 20 as is conventional.

図３は、本発明の例示的な実施形態を示している。図示するように、先端シュラウド２０は、その中に形成された中空空間（これには、チャンバ、空洞、開口及び／又は通路を含むことができる）を含むことができる。先端シュラウド２０内に形成された中空空間の全ては、互いに流体連通して、これらの中空空間が連続的な冷却空洞（以下においては、「冷却空洞１３０」と呼ぶ）を形成するようにすることができる。（本明細書に開示した例示的な実施形態は全体的に、それを通して冷却媒体を流すことによって先端シュラウドを冷却する機能に関して説明していることに注目されたい。この機能は、単に例示的なものであり、限定することを意図するものではない。本明細書に記載した実施形態の全ては一般的に、冷却以外の理由で採用することもできる。例えば、中空空洞と構造支持体構成の全ては、軽量かつ構造的に健全な先端シュラウドを形成するために使用することができる。説明を簡潔にするために、先端シュラウド内に中空空洞を形成することに関連した構造要素は、本明細書ではその「冷却」機能に関してのみ説明している。しかしながら、本明細書に記載したように、全てのかかる説明はまた、冷却機能とは別個の利点を得るために中空空洞及び／又はその構造要素のいずれかを使用する可能性も含んでいると解釈されたい。従って、例えば、「冷却空洞」及び／又はその記述した構造要素のいずれかは、先端シュラウドを冷却する目的のためではなく、軽量かつ構造的に健全な中空先端シュラウドを形成する機能のために使用することができる。このことは、冷却機能に対する説明が本明細書の詳細な説明又は特許請求の範囲或いはその他のあらゆる部分においてなされていようといまいと、当てはまる。）幾つかの実施形態では、冷却空洞１３０は、正圧側冷却空洞１３２と負圧側冷却空洞１３４とを含むことができ、これら冷却空洞は、それぞれ翼形部１２の正圧側面及び負圧側面と一致している。図示すように、正圧側冷却空洞１３２及び負圧側冷却空洞１３４は、翼形部１２の後縁つまり後方端縁部１３６に沿って互いに流体連通することができる。 FIG. 3 illustrates an exemplary embodiment of the present invention. As shown, the tip shroud 20 can include a hollow space formed therein, which can include chambers, cavities, openings and / or passages. All of the hollow spaces formed in the tip shroud 20 are in fluid communication with each other such that these hollow spaces form a continuous cooling cavity (hereinafter referred to as “cooling cavity 130”). Can do. (Note that the exemplary embodiments disclosed herein are generally described in terms of the function of cooling the tip shroud by flowing a cooling medium therethrough. This function is merely exemplary. All of the embodiments described herein can generally be employed for reasons other than cooling, including, for example, hollow cavities and structural support configurations. All can be used to form a lightweight and structurally sound tip shroud.For simplicity of description, the structural elements associated with forming a hollow cavity in the tip shroud are described herein. The document only describes its “cooling” function, however, as described herein, all such descriptions are also hollowed out in order to obtain advantages distinct from the cooling function. It should also be construed to include the possibility of using a sinus and / or any of its structural elements, for example, a “cooling cavity” and / or any of its described structural elements cool the tip shroud. It can be used for the function of forming a hollow tip shroud that is lightweight and structurally sound, not for purposes, as this is a description of the cooling function in the detailed description or claims herein. Or whatever is done in any other part.) In some embodiments, the cooling cavity 130 may include a pressure side cooling cavity 132 and a suction side cooling cavity 134, which are , Respectively, coincide with the pressure side and the suction side of the airfoil 12. As shown, the pressure side cooling cavity 132 and the suction side cooling cavity 134 can be in fluid communication with each other along the trailing or trailing edge 136 of the airfoil 12.

従来型の方式では、空気は、ダブテール１８又はシャンク１６区域付近でタービンブレード１０内に取り込み、かつ翼形部１２内を通して先端シュラウド２０に向って流すことができる。この図示した実施例では、正圧側冷却空洞１３２及び負圧側冷却空洞１３４を介して先端シュラウド２０内に冷却媒体を分配する冷却媒体（一般的には加圧空気）溜めとして、先端シュラウド２０のほぼ中央部に（正圧側冷却空洞１３２と負圧側冷却空洞１３４とを実質的に分離した状態で）冷却媒体チャンバ１３８を形成することができる。これに代わるものとして、冷却媒体チャンバ１３８は、翼形部１２の先端内に形成することができる（この実施形態は、図示していない）。これに代わるさらに別のものとして、翼形部１２を貫通して延びる複数の冷却媒体通路を正圧側冷却空洞１３２及び負圧側冷却空洞１３４に直接結合して、冷却媒体チャンバ１３８が全く存在しないようにすることもできる（図４の実施形態に関連した下記の説明を参照されたい）。 In a conventional manner, air can be taken into the turbine blade 10 near the dovetail 18 or shank 16 area and flow through the airfoil 12 toward the tip shroud 20. In the illustrated embodiment, the tip shroud 20 is substantially as a coolant (generally pressurized air) reservoir that distributes the coolant into the tip shroud 20 via the pressure side cooling cavity 132 and the suction side cooling cavity 134. A cooling medium chamber 138 can be formed in the central portion (with the pressure side cooling cavity 132 and the suction side cooling cavity 134 substantially separated). Alternatively, the coolant chamber 138 can be formed in the tip of the airfoil 12 (this embodiment is not shown). As an alternative, a plurality of cooling medium passages extending through the airfoil 12 are directly coupled to the pressure side cooling cavity 132 and the suction side cooling cavity 134 so that no cooling medium chamber 138 exists. (See the discussion below related to the embodiment of FIG. 4).

冷却媒体は次に、冷却媒体チャンバ１３８又はそれぞれの冷却媒体通路から冷却空洞１３２、１３４にかつこれら冷却空洞１３２、１３４を通って流れることができる。この図示した実施例では、冷却媒体チャンバ１３８と冷却空洞１３２、１３４との間には、複数の冷却媒体チャンバ開口１４０が形成される。従って、冷却媒体チャンバ１３８、正圧側冷却空洞１３２及び負圧側冷却空洞１３４は、全て互いに流体連通している。従って、本明細書において形成しかつ使用する場合には、冷却媒体チャンバ１３８、正圧側冷却空洞１３２及び負圧側冷却空洞１３４は、先端シュラウド２０内に単一の冷却空洞又は連続的冷却空洞（つまり、先端シュラウド２０内の形成した空洞／チャンバ／開口／通路の全てが互いに流体連通しているので）を形成する。冷却空洞１３２、１３４を冷却媒体チャンバ１３８に連結している冷却媒体チャンバ開口１４０は、単に冷却空洞１３２、１３４を冷却媒体チャンバ１３８に連結するために使用することができるだけはなく、冷却空洞１３２、１３４内への流量を調量又は制御して先端シュラウド２０全体にわたる望ましい冷却媒体の分配が実現するようにすることもできる。別の実施形態では、冷却媒体チャンバ１３８は、後述するように冷却空洞１３２、１３４に対して開放した状態にすることもできる。 The cooling medium can then flow from and through the cooling medium chamber 138 or the respective cooling medium passages to and through the cooling cavities 132, 134. In the illustrated embodiment, a plurality of cooling medium chamber openings 140 are formed between the cooling medium chamber 138 and the cooling cavities 132, 134. Accordingly, the coolant chamber 138, the pressure side cooling cavity 132, and the suction side cooling cavity 134 are all in fluid communication with each other. Thus, as formed and used herein, the coolant chamber 138, the pressure side cooling cavity 132, and the suction side cooling cavity 134 are either a single cooling cavity or a continuous cooling cavity (ie, a continuous cooling cavity) within the tip shroud 20. , Because all of the formed cavities / chambers / openings / passages in the tip shroud 20 are in fluid communication with each other. The cooling medium chamber opening 140 connecting the cooling cavities 132, 134 to the cooling medium chamber 138 can not only be used to connect the cooling cavities 132, 134 to the cooling medium chamber 138, The flow rate into 134 can also be metered or controlled to achieve the desired coolant distribution throughout the tip shroud 20. In another embodiment, the cooling medium chamber 138 can be open to the cooling cavities 132, 134 as described below.

冷却空洞１３０は、その中に形成された複数の支持リブ又はリブ１４２、１４４を有することができる。一般的に、リブ１４２、１４４は、幾つかの図に示すように、冷却空洞１３０の床（又は、半径方向の床）を該冷却空洞１３０の天井（又は、半径方向の天井）に連結する細長い構造体である。（本明細書で使用する場合に、冷却空洞１３０の床は、幾つかの図において、リブの周りの区域として示している。冷却空洞１３０の天井は、該冷却空洞１３０の内部を見ることができるように、先端シュラウド２０から取り除かれた部分である。）リブ１４２、１４４の機能の１つは、冷却空洞１３０の形状を有利な形状に形成することである。また、リブ１４２、１４４は、中空先端シュラウド２０の構造的強度を維持して、タービンブレード１０の有効寿命が悪影響を受けないようにする。リブ１４２、１４４は、冷却空洞１３０の中空区域を支持し、これにより、先端シュラウド２０を軽量にするのを可能にする。軽量な先端シュラウド２０は、運転時に先端シュラウド２０及び翼形部１２の両方における機械的応力を減少させるので、有利である。一般的に、以下で一層詳細に説明するように、リブ１４２、１４４は、それらが設置されている冷却空洞１３０にわたって部分的に延びる。幾つかの実施形態では、複数のリブ１４２、１４４は、冷却空洞１３０を横断する距離の大部分にわたって延びることができる。幾つかの実施形態では、リブ１４２、１４４は、互いにほぼ平行である。 The cooling cavity 130 can have a plurality of support ribs or ribs 142, 144 formed therein. In general, the ribs 142, 144 connect the floor (or radial floor) of the cooling cavity 130 to the ceiling (or radial ceiling) of the cooling cavity 130, as shown in some figures. It is an elongated structure. (As used herein, the floor of the cooling cavity 130 is shown as an area around the ribs in some figures. The ceiling of the cooling cavity 130 can be seen inside the cooling cavity 130. The portion removed from the tip shroud 20 as possible.) One of the functions of the ribs 142, 144 is to form the cooling cavity 130 into an advantageous shape. The ribs 142, 144 also maintain the structural strength of the hollow tip shroud 20 so that the useful life of the turbine blade 10 is not adversely affected. The ribs 142, 144 support the hollow area of the cooling cavity 130, thereby allowing the tip shroud 20 to be lightweight. A lightweight tip shroud 20 is advantageous because it reduces mechanical stresses in both the tip shroud 20 and the airfoil 12 during operation. Generally, as will be described in more detail below, the ribs 142, 144 extend partially across the cooling cavity 130 in which they are installed. In some embodiments, the plurality of ribs 142, 144 can extend over most of the distance across the cooling cavity 130. In some embodiments, the ribs 142, 144 are substantially parallel to each other.

図示するように、リブ１４２、１４４は、複数の切頭リブ１４２を含むことができる。切頭リブ１４２は一般的に、より短いリブであり、それらリブは、幾つかの実施形態では（また、図示するように）、出口開口１４７を形成する。それに加えて、リブ１４２、１４４は、切頭リブ１４２よりも実質的に長い複数の仕切りリブ１４４を含むことができる。（幾つかの実施形態は、複数の仕切りリブ１４４のみを含むことができることに注目されたい。かかる実施形態では、先端シュラウド２０の縁部に穿孔した孔は、出口開口１４７を形成することができる。）一般的に、また図示するように、仕切りリブ１４４は、それら仕切りリブ１４４がそれぞれの冷却空洞１３２、１３４を横断する距離の少なくとも大部分にわたって延びるが、その距離全体にわたっては延びない長さのものである。幾つかの実施形態では、仕切りリブ１４４は、冷却空洞１３０を横断する幅の少なくとも７５％にわたって延びることができる。従って、仕切りリブ１４４は、分離した空洞を形成しない。言い換えると、仕切りリブ１４４の両側の中空空間は、仕切りリブ１４４の少なくとも一端部の周りで流体連通を保つ。 As shown, the ribs 142, 144 can include a plurality of truncated ribs 142. The truncated ribs 142 are generally shorter ribs, which in some embodiments (and as shown) form an outlet opening 147. In addition, the ribs 142, 144 can include a plurality of partition ribs 144 that are substantially longer than the truncated ribs 142. (Note that some embodiments can include only a plurality of partition ribs 144. In such embodiments, a hole drilled in the edge of the tip shroud 20 can form an outlet opening 147. .) In general, and as illustrated, the partition ribs 144 are of a length that extends over at least a majority of the distance that the partition ribs 144 traverse the respective cooling cavities 132, 134, but not over the entire distance. belongs to. In some embodiments, the partition rib 144 can extend over at least 75% of the width across the cooling cavity 130. Therefore, the partition rib 144 does not form a separated cavity. In other words, the hollow spaces on both sides of the partition rib 144 maintain fluid communication around at least one end of the partition rib 144.

図３に示すように、仕切りリブ１４４は、外向きに延びる仕切りリブ１４５を含むことができる。外向きに延びる仕切りリブ１４５は一般的に、冷却媒体チャンバ１３８を形成した壁から冷却空洞１３０の外側壁の手前の位置まで外向きに延び、従って外向きに延びる仕切りリブ１４５と冷却空洞１３０の外側壁との間に空間又はギャップを形成することができる。幾つかの実施形態では、冷却空洞１３０の外側壁は、切頭リブ１４２の１つによって形成することができる。かかる実施形態では、外向きに延びる仕切りリブ１４５は、冷却媒体チャンバ１３８を形成した壁からその位置において冷却空洞１３０の外側壁を形成した切頭リブ１４２の手前の位置まで延び、従って外向きに延びる仕切りリブ１４５と切頭リブ１４２との間にギャップを形成することができる。仕切りリブ１４４はまた、内向きに延びる仕切りリブ１４６を含み、この内向きに延びる仕切りリブ１４６は一般的に、冷却空洞１３０の外側壁から冷却媒体チャンバ１３８を形成した壁の手前の位置まで延び、従って内向きに延びる仕切りリブ１４６と冷却媒体チャンバ１３８を形成した壁との間にギャップを形成することができる。幾つかの実施形態では、１）外向きに延びる仕切りリブ１４５と冷却空洞１３０の外側壁とによって形成されたギャップ、及び２）内向きに延びる仕切りリブ１４６と冷却媒体チャンバ１３８を形成した壁とによって形成されたギャップの両方は、約０．１０〜０．２５インチの寸法を有することができる。他の実施形態では、１）外向きに延びる仕切りリブ１４５と冷却空洞１３０の外側壁とによって形成されたギャップ、及び２）内向きに延びる仕切りリブ１４６と冷却媒体チャンバ１３８を形成した壁とによって形成されたギャップの両方は、少なくとも０．１０インチの寸法を有することができる。 As shown in FIG. 3, the partition rib 144 may include a partition rib 145 that extends outward. The outwardly extending partition ribs 145 generally extend outwardly from the wall forming the cooling medium chamber 138 to a position just before the outer wall of the cooling cavity 130, and thus the outwardly extending partitioning ribs 145 and the cooling cavity 130. A space or a gap can be formed between the outer wall and the outer wall. In some embodiments, the outer wall of the cooling cavity 130 can be formed by one of the truncated ribs 142. In such an embodiment, the outwardly extending partition ribs 145 extend from the wall forming the cooling medium chamber 138 to a position in front of the truncated rib 142 forming the outer wall of the cooling cavity 130 at that location, and thus outwardly. A gap may be formed between the extending partition rib 145 and the truncated rib 142. The partition rib 144 also includes an inwardly extending partition rib 146 that generally extends from the outer wall of the cooling cavity 130 to a position just before the wall that formed the cooling medium chamber 138. Thus, a gap can be formed between the inwardly extending partition rib 146 and the wall defining the cooling medium chamber 138. In some embodiments, 1) a gap formed by an outwardly extending partition rib 145 and the outer wall of the cooling cavity 130, and 2) an inwardly extending partition rib 146 and a wall forming a cooling medium chamber 138. Both of the gaps formed by can have dimensions of about 0.10 to 0.25 inches. In other embodiments, 1) a gap formed by an outwardly extending partition rib 145 and the outer wall of the cooling cavity 130, and 2) an inwardly extending partition rib 146 and a wall forming a cooling medium chamber 138. Both formed gaps can have dimensions of at least 0.10 inches.

図示するように、冷却空洞１３２、１３４の各々は、複数の仕切りリブ１４４を含むことができる。幾つかの実施形態では（また、図示するように）、冷却空洞１３２、１３４の各々は、４〜７個の仕切りリブ１４４を含むことができる。さらに、図示するように、仕切りリブ１４４は、交互配列として構成することができる。交互配列では、外向きに延びる仕切りリブ１４５の配置は一般的に、内向きに延びる仕切りリブ１４６の配置と交互にされる。本明細書で使用する場合に、「交互配列」というのは、幾つかの異なる交互構成を含むと広義に解釈すべきであり、厳密な「１対１」の交互配列（つまり、各々の外向きに延びる仕切りリブ１４５が内向きに延びる仕切りリブ１４６とのみ隣接していることを必要とする配列）に限定されることを意味するものではない。本明細書で使用する場合に、「交互配列」というのはまた、例えば下記の仕切りリブの順序配列、つまり外向きに延びる仕切りリブ１４５−外向きに延びる仕切りリブ１４５−内向きに延びる仕切りリブ１４６−外向きに延びる仕切りリブ１４５−外向きに延びる仕切りリブ１４５−内向きに延びる仕切りリブ１４６を表していると解釈すべきである。別のケースでは、例えば、「交互配列」というのは、内向きに延びる仕切りリブ１４６−外向きに延びる仕切りリブ１４５−外向きに延びる仕切りリブ１４５−内向きに延びる仕切りリブ１４６−内向きに延びる仕切りリブ１４６−外向きに延びる仕切りリブ１４５−外向きに延びる仕切りリブ１４５という順序配列を表すために使用することができる。「交互配列」というのは、その他の同様な順序配列を表すために使用することもできる。この交互配列戦略により、その中を通る冷却媒体の循環によって先端シュラウド２０を冷却する上で有利なものとすることができる、冷却空洞１３２、１３４を通る蛇行又はラビリンス冷却回路を効果的に形成することができる。本明細書で使用する場合に、ラビリンス回路というのは一般的に、以下で一層詳細に説明するように、運転時に先端シュラウド２０全体にわたり冷却媒体を効果的に分配するために有利に使用することができる、流れを妨げるように曲がりくねった又は回り道の経路を表すと定義される。 As shown, each of the cooling cavities 132, 134 can include a plurality of partition ribs 144. In some embodiments (and as shown), each of the cooling cavities 132, 134 can include 4-7 partition ribs 144. Further, as shown, the partition ribs 144 can be configured as an alternating arrangement. In an alternating arrangement, the arrangement of outwardly extending partition ribs 145 is generally alternated with the inwardly extending arrangement of partition ribs 146. As used herein, an “alternate” is to be interpreted broadly to include several different alternating configurations, and is an exact “one-to-one” alternating sequence (ie, each outer It does not mean that the partition ribs 145 extending in the direction are limited to an arrangement that only needs to be adjacent to the partition ribs 146 extending inward. As used herein, "alternate arrangement" also refers to, for example, the following sequential arrangement of partition ribs: partition ribs 145 extending outwardly-partition ribs 145 extending outwardly-partitioning ribs extending inwardly 146-An outwardly extending partition rib 145-An outwardly extending partition rib 145-should be interpreted as representing an inwardly extending partition rib 146. In another case, for example, “alternate arrangement” means inwardly extending partition ribs 146-outwardly extending partition ribs 145-outwardly extending partitioning ribs 145-inwardly extending partitioning ribs 146-inwardly facing. Extending partition ribs 146-outwardly extending partition ribs 145-can be used to represent an ordered arrangement of outwardly extending partition ribs 145. "Alternating arrangement" can also be used to represent other similar ordered arrangements. This interleaving strategy effectively forms a serpentine or labyrinth cooling circuit through the cooling cavities 132, 134 that can be advantageous in cooling the tip shroud 20 by circulation of the cooling medium therethrough. be able to. As used herein, a labyrinth circuit is generally advantageously used to effectively distribute the coolant throughout the tip shroud 20 during operation, as described in more detail below. Can be defined as representing a tortuous or detour path to obstruct the flow.

上に指摘したように、隣接する切頭リブ１４２間には、タービンブレード１０から冷却媒体を流出させるための出口開口１４７を形成することができる。図示するように、冷却空洞１３２、１３４は、主として先端シュラウド２０の平面内に配置される。 As pointed out above, an outlet opening 147 can be formed between adjacent truncated ribs 142 to allow cooling medium to flow out of the turbine blade 10. As shown, the cooling cavities 132, 134 are disposed primarily in the plane of the tip shroud 20.

図４は、本出願の別の実施形態を示しており、この実施形態は、上述した実施形態の冷却媒体チャンバ１３８を含んでいない。図４の実施形態は一般的に、図３に関連して前述したのと同様な配列で複数の切頭リブ１４２と仕切りリブ１４４を含むことができる。しかしながら、冷却媒体チャンバ１３８を形成した壁の代わりに、図４の実施形態は、内部中央壁１５２を有することができる。内部中央壁１５２は、冷却空洞１３０をほぼ二分し、従って（図３の実施形態では冷却媒体チャンバ１３８がそうしたように）その各側に正圧側冷却空洞１３２と負圧側冷却空洞１３４とを形成する。冷却媒体チャンバ１３８がない場合には、翼形部１２を貫通して延びる冷却媒体通路は、複数の入口開口１５４を通して正圧側冷却空洞１３２及び負圧側冷却空洞１３４に直接結合することができる。図示するように、入口開口１５４は、内部中央壁１５２の壁に沿って設置することができる。冷却空洞１３２、１３４の床のようなその他の位置も可能である。 FIG. 4 illustrates another embodiment of the present application, which does not include the coolant chamber 138 of the above-described embodiment. The embodiment of FIG. 4 can generally include a plurality of truncated ribs 142 and partition ribs 144 in an arrangement similar to that described above in connection with FIG. However, instead of the wall forming the cooling medium chamber 138, the embodiment of FIG. 4 can have an inner central wall 152. The inner central wall 152 substantially bisects the cooling cavity 130 and thus forms a pressure side cooling cavity 132 and a suction side cooling cavity 134 on each side thereof (as the cooling medium chamber 138 does in the embodiment of FIG. 3). . In the absence of the coolant chamber 138, the coolant passage extending through the airfoil 12 can be directly coupled to the pressure side cooling cavity 132 and the suction side cooling cavity 134 through a plurality of inlet openings 154. As shown, the inlet opening 154 can be installed along the wall of the inner central wall 152. Other locations such as the floor of the cooling cavities 132, 134 are possible.

さらに、図４の実施形態では、外向きに延びる仕切りリブ１４５は一般的に、内部中央壁１５２から冷却空洞１３０の外側壁の手前の位置まで外向きに延びる。幾つかの実施形態では、また図示するように、冷却空洞１３０の外側壁は、切頭リブ１４２の１つによって形成することができる。かかる実施形態では、図４の外向きに延びる仕切りリブ１４５は、内部中央壁１５２からその位置において冷却空洞１３０の外側壁を形成した切頭リブ１４２の手前の位置まで延び、従って外向きに延びる仕切りリブ１４５と切頭リブ１４２との間にギャップを形成することができる。また、図４の実施形態では、内向きに延びる仕切りリブ１４６は一般的に、冷却空洞１３０の外側壁から内部中央壁１５２の手前の位置まで内向きに延び、従って内向きに延びる仕切りリブ１４６と内部中央壁１５２との間にギャップを形成する。最後に、図３の実施形態と同様に、仕切りリブ１４４は、外向きに延びる仕切りリブ１４５の配置が内向きに延びる仕切りリブ１４６の配置と交互になるように配列することができる。 Further, in the embodiment of FIG. 4, the outwardly extending partition ribs 145 generally extend outwardly from the inner central wall 152 to a position just before the outer wall of the cooling cavity 130. In some embodiments and as illustrated, the outer wall of the cooling cavity 130 can be formed by one of the truncated ribs 142. In such an embodiment, the outwardly extending partitioning ribs 145 of FIG. 4 extend from the inner central wall 152 to a position in front of the truncated ribs 142 that formed the outer wall of the cooling cavity 130 at that location, and thus extend outwardly. A gap can be formed between the partition rib 145 and the truncated rib 142. Also, in the embodiment of FIG. 4, the inwardly extending partition rib 146 generally extends inwardly from the outer wall of the cooling cavity 130 to a position just before the inner central wall 152, and thus inwardly extending the partition rib 146. A gap is formed between the inner wall 152 and the inner central wall 152. Finally, similar to the embodiment of FIG. 3, the partition ribs 144 can be arranged such that the outwardly extending partition ribs 145 are alternated with the inwardly extending partition ribs 146.

図５〜図９には、別の実施形態を示している。これらの実施形態は、異なる構成の冷却空洞１３０内における上述の特徴形状部の幾つかの適用並びに以下に詳細に説明する新規の要素の使用を示している。図３及び図４に示す両実施形態は、先端シュラウド２０のほぼ中央に分割特徴形状部を有する（つまり、図３では、分割特徴形状部は冷却媒体チャンバ１３８であり、また図４では、分割特徴形状部は、内部中央壁１５２である）。図５〜図８の実施形態ではいずれも同様に、特徴形状部が存在しないものとすることができる。 5 to 9 show another embodiment. These embodiments illustrate some applications of the features described above in differently configured cooling cavities 130 as well as the use of the novel elements described in detail below. Both embodiments shown in FIGS. 3 and 4 have a split feature in the approximate center of the tip shroud 20 (ie, in FIG. 3, the split feature is a coolant chamber 138, and in FIG. The feature shape is the inner central wall 152). Similarly, in any of the embodiments shown in FIGS. 5 to 8, the characteristic shape portion may not exist.

図５は、複数の仕切りリブ１４４を備えた、先端シュラウド２０内の単一の又は連続的な冷却空洞１３０の別の実施形態を示している。複数の切頭リブ１４２もまた、存在することができる。切頭リブ１４２は、先端シュラウド２０の正圧側及び負圧側に沿って集中した出口開口１４７を形成することができる。冷却媒体チャンバ１３８がない場合には、翼形部１２を貫通して延びる冷却媒体通路は、複数の入口開口１５４を通して冷却空洞１３０に直接結合することができる。図示するように、入口開口１５４は、線を引いたとしたら先端シュラウド２０の負圧側を該先端シュラウド２０の正圧側と大まかに分離することになる該先端シュラウド２０のほぼ中央線の両側に、該先端シュラウド２０の中央部に向けて設置することができるが、その他の開口位置も可能である。 FIG. 5 illustrates another embodiment of a single or continuous cooling cavity 130 within the tip shroud 20 with a plurality of partition ribs 144. A plurality of truncated ribs 142 can also be present. The truncated rib 142 may form an outlet opening 147 that is concentrated along the pressure side and the suction side of the tip shroud 20. In the absence of the cooling medium chamber 138, the cooling medium passage extending through the airfoil 12 can be directly coupled to the cooling cavity 130 through the plurality of inlet openings 154. As shown, the inlet opening 154 is substantially on either side of the center line of the tip shroud 20 which, if drawn, would roughly separate the suction side of the tip shroud 20 from the pressure side of the tip shroud 20. It can be installed towards the center of the tip shroud 20, but other opening positions are possible.

さらに、図５の実施形態では、仕切りリブ１４４は、それら仕切りリブ１４４が冷却空洞１３０の外側壁（つまり、第１の内部壁）に沿って始まりかつ先端シュラウド２０にわたって冷却空洞１３０の対向する外側壁（つまり、第２の内部壁）に向って延びるように構成される。仕切りリブ１４４は、それら仕切りリブ１４４が冷却空洞１３０の対向する外側壁の手前の位置で終端する長さのものとすることができる。従って、仕切りリブ１４４の端部において、該仕切りリブ１４４と冷却空洞１３０の対向する外側壁との間に狭い空間又はギャップを形成することができる。幾つかの実施形態では、また図示するように、冷却空洞１３０の外側壁は、切頭リブ１４２の１つによって形成することができる。かかる実施形態では、仕切りリブ１４４は、図５に示すように、その位置において冷却空洞１３０の外側壁を形成した該冷却空洞１３０の対向する反対側外側壁の切頭リブ１４２に向って、該切頭リブ１４２の手前の位置まで延びることができる。従って、仕切りリブ１４４の端部において、該仕切りリブ１４４及び対向する切頭リブ１４２間に狭い空間又はギャップを形成することができる。さらに、図５に示すように、仕切りリブ１４４は、交互配列として構成することができる。この配列では、冷却空洞１３０の外側壁の１つから延びる仕切りリブ１４４の配置は、冷却空洞１３０の対向する外側壁から始まる仕切りリブ１４４の配置と交互になる。上に述べた「交互配列」についての定義も参照されたい。前述したように、この冷却空洞１３０内での交互配列戦略により、その中を通る冷却媒体の循環によって先端シュラウド２０を冷却する上で有利なものとすることができる、蛇行又はラビリンス冷却回路を効果的に形成することができる。別の実施形態では、交互配置した仕切りリブ１４４は、それら仕切りリブ１４４が図５に示すように仕切りリブ１４４の配向に対してほぼ垂直方向に整列することになるように配向することができることに注目されたい。当業者には分かるように、その他の配列もまた、可能である。 Further, in the embodiment of FIG. 5, the partition ribs 144 are located on opposite sides of the cooling cavity 130 that start along the outer wall (ie, the first inner wall) of the cooling cavity 130 and span the tip shroud 20. It is configured to extend toward the wall (ie, the second inner wall). The partition ribs 144 may be of such a length that the partition ribs 144 terminate at a position in front of the opposing outer wall of the cooling cavity 130. Therefore, a narrow space or gap can be formed at the end of the partition rib 144 between the partition rib 144 and the outer wall facing the cooling cavity 130. In some embodiments and as illustrated, the outer wall of the cooling cavity 130 can be formed by one of the truncated ribs 142. In such an embodiment, the partition rib 144 is directed toward the truncated rib 142 on the opposite opposite outer wall of the cooling cavity 130 that forms the outer wall of the cooling cavity 130 at that location, as shown in FIG. It can extend to a position before the truncated rib 142. Therefore, a narrow space or gap can be formed between the partition rib 144 and the opposing truncated rib 142 at the end of the partition rib 144. Further, as shown in FIG. 5, the partition ribs 144 can be configured as an alternating arrangement. In this arrangement, the arrangement of the partition ribs 144 extending from one of the outer walls of the cooling cavity 130 alternates with the arrangement of the partition ribs 144 starting from the opposing outer wall of the cooling cavity 130. See also the definition of “alternating arrangement” described above. As described above, this alternating strategy within the cooling cavity 130 can provide a serpentine or labyrinth cooling circuit that can be advantageous in cooling the tip shroud 20 by circulating a cooling medium therethrough. Can be formed. In another embodiment, the interleaved partition ribs 144 can be oriented such that the partition ribs 144 are aligned substantially perpendicular to the orientation of the partition ribs 144 as shown in FIG. Please pay attention. Other sequences are also possible, as will be appreciated by those skilled in the art.

図６〜図８は、先端シュラウド冷却空洞１３０内に離散構造要素を含んだ幾つかの例示的な実施形態を示している。本明細書で使用する場合に、離散構造要素というのは、冷却空洞１３０の床を該冷却空洞１３０の天井に構造的に連結するが、冷却空洞１３０の内部壁又は先端シュラウド２０の外縁部又は外周部から始まることなく、そこで終端することなく、或いはそこに連結することがない要素である。この定義により、冷却空洞１３０の内部壁には、１）冷却媒体チャンバ１３８を形成した壁、２）冷却空洞１３０の外側壁、３）内部中央壁１５２、又は４）冷却空洞１３０内に形成することができるその他の同様な壁を含むことができる。また、本明細書で使用する場合に、また前述したように、冷却空洞１３０の天井は、冷却空洞１３０の内部を観察することができるように図３〜図９では除去された要素である。言い換えると、離散構造要素は一般的に、該構造要素と冷却空洞１３０の床及び天井との連結部を除けば、冷却空洞１３０の中空区域によって囲まれた構造要素である。 6-8 illustrate some exemplary embodiments that include discrete structural elements within the tip shroud cooling cavity 130. As used herein, a discrete structural element structurally connects the floor of a cooling cavity 130 to the ceiling of the cooling cavity 130, but the inner wall of the cooling cavity 130 or the outer edge of the tip shroud 20 or It is an element that does not start from the outer periphery, does not end there, or does not connect to it. By this definition, the inner wall of the cooling cavity 130 is formed in 1) the wall in which the cooling medium chamber 138 is formed, 2) the outer wall of the cooling cavity 130, 3) the inner central wall 152, or 4) in the cooling cavity 130. Other similar walls can be included. Also, as used herein and as described above, the ceiling of cooling cavity 130 is an element removed in FIGS. 3-9 so that the interior of cooling cavity 130 can be observed. In other words, the discrete structural element is generally a structural element surrounded by a hollow area of the cooling cavity 130 except for the connection between the structural element and the floor and ceiling of the cooling cavity 130.

図６は、複数の離散仕切りリブ２０２を備えた単一の又は連続的な冷却空洞１３０を示している。離散仕切りリブ２０２は、それら離散仕切りリブ２０２が冷却空洞１３０の床を該冷却空洞１３０の天井に連結するが、冷却空洞１３０の内部壁又は先端シュラウド２０の外縁部から始まることなく、そこで終端することなく、或いはそれに連結することがないので、離散構造要素である。幾つかの実施形態では、また図示するように、複数の切頭リブ１４２もまた、存在することができる。切頭リブ１４２は、先端シュラウド２０の正圧側及び負圧側に沿って集中した出口開口１４７を形成することができる。図６の実施形態におけるように冷却媒体チャンバ１３８がない場合には、翼形部１２を貫通して延びる冷却媒体通路は、複数の入口開口１５４を通して冷却空洞１３０に直接結合することができる。図示するように、入口開口１５４は、線を引いたとしたら先端シュラウド２０の負圧側を該先端シュラウド２０の正圧側とほぼ分離することになる該先端シュラウド２０のほぼ中央線に沿って設置することができる。 FIG. 6 shows a single or continuous cooling cavity 130 with a plurality of discrete partition ribs 202. The discrete partition ribs 202 connect the floor of the cooling cavity 130 to the ceiling of the cooling cavity 130 but terminate there without starting from the inner wall of the cooling cavity 130 or the outer edge of the tip shroud 20. It is a discrete structural element because it is not connected to or connected to it. In some embodiments, as also shown, a plurality of truncated ribs 142 can also be present. The truncated rib 142 may form an outlet opening 147 that is concentrated along the pressure side and the suction side of the tip shroud 20. In the absence of the coolant chamber 138 as in the embodiment of FIG. 6, the coolant passage extending through the airfoil 12 can be directly coupled to the cooling cavity 130 through a plurality of inlet openings 154. As shown, the inlet opening 154 should be installed along a substantially central line of the tip shroud 20 that would separate the suction side of the tip shroud 20 from the pressure side of the tip shroud 20 if a line was drawn. Can do.

さらに、図６の実施形態では、離散仕切りリブ２０２は、その各々が冷却空洞１３０のほぼ中央部において始まりかつ該冷却空洞１３０の対向する両外側壁に向って外向きに延びるように構成することができる。離散仕切りリブ２０２は、冷却空洞１３０を横断する距離の少なくとも大部分にわたって延びることができる。幾つかの実施形態では、離散仕切りリブ２０２は、冷却空洞１３０の幅の少なくとも７５％にわたって延びることができる。他の実施形態では、離散仕切りリブ２０２は、それら離散仕切りリブ２０２が図６に示す離散仕切りリブ２０２に対してほぼ垂直方向に整列することになるように配向することができる。当業者には分かるように、その他の配列もまた、可能である。離散仕切りリブ２０２は、一端部においてそれら離散仕切りリブ２０２が冷却空洞１３０の外側壁の手前の位置で終端し、また他端部においてそれら離散仕切りリブ２０２が該冷却空洞１３０の対向する反対側外側壁の手前の位置で終端する長さのものとすることができる。従って、離散仕切りリブ２０２の各々の端部に、２つのギャップ（つまり、離散仕切りリブ２０２の端部と冷却空洞１３０の外側壁とによって形成された第１のギャップ、及び離散仕切りリブ２０２の他端部と冷却空洞１３０の対向する反対側外側壁とによって形成された第２のギャップ）を形成することができる。幾つかの実施形態では、第１及び第２のギャップは各々、約０．１０〜０．７５インチの寸法を有することができる。他の実施形態では、第１及び第２のギャップは各々、少なくとも０．１０インチの寸法を有することができる。幾つかの実施形態では、また図示するように、冷却空洞１３０の外側壁は、切頭リブ１４２の１つによって形成することができる。かかる実施形態では、離散仕切りリブ２０２は、図６に示すように、その位置において冷却空洞１３０の外側壁を形成した該冷却空洞１３０の対向する両外側壁に向って、該切頭リブ１４２の直ぐ手前の位置まで延びることができる。 Further, in the embodiment of FIG. 6, the discrete partition ribs 202 are configured such that each begins approximately at the center of the cooling cavity 130 and extends outwardly toward the opposing outer walls of the cooling cavity 130. Can do. The discrete partition ribs 202 can extend over at least a majority of the distance across the cooling cavity 130. In some embodiments, the discrete partition ribs 202 can extend over at least 75% of the width of the cooling cavity 130. In other embodiments, the discrete partition ribs 202 can be oriented so that the discrete partition ribs 202 will be aligned substantially perpendicular to the discrete partition ribs 202 shown in FIG. Other sequences are also possible, as will be appreciated by those skilled in the art. The discrete partition ribs 202 terminate at one end of the discrete partition ribs 202 at a position in front of the outer wall of the cooling cavity 130, and at the other end, the discrete partition ribs 202 face the opposite outer side of the cooling cavity 130. It may be of a length that terminates at a position in front of the wall. Accordingly, at each end of the discrete partition rib 202, there are two gaps (that is, the first gap formed by the end of the discrete partition rib 202 and the outer wall of the cooling cavity 130, and the other of the discrete partition rib 202). A second gap formed by the end and the opposing opposite outer wall of the cooling cavity 130). In some embodiments, the first and second gaps can each have a dimension of about 0.10 to 0.75 inches. In other embodiments, the first and second gaps can each have a dimension of at least 0.10 inches. In some embodiments and as illustrated, the outer wall of the cooling cavity 130 can be formed by one of the truncated ribs 142. In such an embodiment, the discrete partition ribs 202 are formed on the fringe rib 142 toward the opposing outer walls of the cooling cavity 130 that formed the outer wall of the cooling cavity 130 at that location, as shown in FIG. It can extend to a position just before.

図７は、複数の離散切頭リブ２０６を備えた単一の又は連続的な冷却空洞１３０を示している。離散切頭リブ２０６は、上で定義したように、それら離散切頭リブ２０６が冷却空洞１３０の床を該冷却空洞１３０の天井に連結するが、該冷却空洞１３０の内部壁又は先端シュラウド２０の外縁部から始まることなく、そこで終端することなく、或いはそれに連結することがないので、離散構造要素である。幾つかの実施形態では（図７には図示していないが）、出口開口１４７を形成した複数の切頭リブもまた、存在することができる。出口開口１４７を形成した切頭リブ１４２（前掲の実施形態に示すような）は、本明細書に定義したように、それら切頭リブ１４２が一般的に先端シュラウド２０の外縁部又は外周部内で終端するので離散構造要素とは見なさない。図７に示す実施形態のように冷却媒体チャンバ１３８がない場合には、翼形部１２を貫通して延びる冷却媒体通路は、複数の入口開口１５４を通して冷却空洞１３０に直接結合することができる。図示するように、入口開口１５４は、線を引いたとしたら先端シュラウド２０の負圧側を該先端シュラウド２０の正圧側とほぼ分離することになる該先端シュラウド２０のほぼ中央線に沿って設置することができる。 FIG. 7 shows a single or continuous cooling cavity 130 with a plurality of discrete truncated ribs 206. The discrete truncated ribs 206 connect the floor of the cooling cavity 130 to the ceiling of the cooling cavity 130 as defined above, but the inner walls of the cooling cavity 130 or the tip shroud 20 It is a discrete structural element because it does not start from the outer edge, end there, or connect to it. In some embodiments (not shown in FIG. 7), there may also be a plurality of truncated ribs that define the outlet opening 147. The truncated ribs 142 (as shown in the previous embodiment) that define the outlet openings 147 are generally defined within the outer edge or outer periphery of the tip shroud 20 as defined herein. Since it is terminated, it is not regarded as a discrete structural element. In the absence of the coolant chamber 138 as in the embodiment shown in FIG. 7, the coolant passage extending through the airfoil 12 can be directly coupled to the cooling cavity 130 through a plurality of inlet openings 154. As shown, the inlet opening 154 should be installed along a substantially central line of the tip shroud 20 that would separate the suction side of the tip shroud 20 from the pressure side of the tip shroud 20 if a line was drawn. Can do.

図７に示すように、複数の離散切頭リブ２０６は、その各々間に最小ギャップが維持されるように、冷却空洞１３０全体にわたって間隔を置いて配置することができる。離散切頭リブ２０６の各々間に維持されたギャップは、少なくとも０．０５インチとすることができる。離散切頭リブ２０６は、図７に示すように、その形状を矩形（幾つかの実施形態では、丸味のあるコーナ部を有する）とすることができる。幾つかの実施形態では、離散切頭リブ２０６は、約０．１０〜０．７５インチの長さ、及び０．０５〜０．２５インチの幅とすることができる。幾つかの実施形態では、また図７に示すように、冷却空洞１３０内には、１５〜２５個の離散切頭リブ２０６を形成することができる。 As shown in FIG. 7, the plurality of discrete truncated ribs 206 can be spaced throughout the cooling cavity 130 such that a minimum gap is maintained therebetween. The gap maintained between each of the discrete truncated ribs 206 can be at least 0.05 inches. As shown in FIG. 7, the discrete truncated ribs 206 can have a rectangular shape (in some embodiments, a rounded corner). In some embodiments, the discrete truncated ribs 206 can be about 0.10 to 0.75 inches long and 0.05 to 0.25 inches wide. In some embodiments, and as shown in FIG. 7, 15-25 discrete truncated ribs 206 can be formed in the cooling cavity 130.

図８は、複数の離散コラム２０８を備えた単一の又は連続的な冷却空洞１３０を示している。離散コラム２０８は、上に定義したように、それら離散コラム２０８が冷却空洞１３０の床を該冷却空洞１３０の天井に連結するが、該冷却空洞１３０の内部壁又は先端シュラウド２０の外縁部から始まることなく、そこで終端することなく、或いはそこに連結することがないので、離散構造要素である。図８に示す実施形態におけるように冷却媒体チャンバ１３８がない場合には、翼形部１２を貫通して延びる冷却媒体通路は、複数の入口開口１５４を通して冷却空洞１３０に直接結合することができる。図示するように、入口開口１５４は、線を引いたとしたら先端シュラウド２０の負圧側を該先端シュラウド２０の正圧側とほぼ分離することになる該先端シュラウド２０のほぼ中央線に沿って設置することができる。 FIG. 8 shows a single or continuous cooling cavity 130 with a plurality of discrete columns 208. The discrete columns 208 connect the floor of the cooling cavities 130 to the ceiling of the cooling cavities 130 as defined above, but start from the inner walls of the cooling cavities 130 or the outer edges of the tip shroud 20. It is a discrete structural element because it does not terminate there or connect to it. In the absence of a cooling medium chamber 138 as in the embodiment shown in FIG. 8, the cooling medium passage extending through the airfoil 12 can be directly coupled to the cooling cavity 130 through a plurality of inlet openings 154. As shown, the inlet opening 154 should be installed along a substantially central line of the tip shroud 20 that would separate the suction side of the tip shroud 20 from the pressure side of the tip shroud 20 if a line was drawn. Can do.

図８に示すように、複数の離散コラム２０８は、それら離散コラムの各々間に最小ギャップが維持されるように、冷却空洞１３０全体にわたって間隔を置いて配置することができる。離散切頭リブ２０６の各々間に維持されたギャップは、少なくとも０．０５インチとすることができる。図示するように、離散コラム２０８は、円形断面を有することができる。かかる実施形態では、円形断面の直径は、約０．０５〜０．２５インチの寸法を有することができる。他の実施形態では、離散コラム２０８は、四角形状断面を有することができる。かかる実施形態では、四角形状断面の側辺の各々は、約０．０５〜０．２５インチの寸法を有することができる。幾つかの実施形態では、また図８に示すように、冷却空洞１３０内には、５〜５０個の離散コラム２０８を形成することができる。 As shown in FIG. 8, the plurality of discrete columns 208 can be spaced throughout the cooling cavity 130 such that a minimum gap is maintained between each of the discrete columns. The gap maintained between each of the discrete truncated ribs 206 can be at least 0.05 inches. As shown, the discrete column 208 can have a circular cross section. In such embodiments, the diameter of the circular cross section can have a dimension of about 0.05 to 0.25 inches. In other embodiments, the discrete column 208 can have a square cross-section. In such an embodiment, each of the sides of the rectangular cross section can have a dimension of about 0.05 to 0.25 inches. In some embodiments, and as shown in FIG. 8, 5-50 discrete columns 208 can be formed in the cooling cavity 130.

図９は、先端シュラウド冷却空洞１３０と共に円形出口開口２１２及び非円形出口開口２１４の使用を例示する例示的な実施形態を示している。前述したように、隣接する切頭リブ１４２間に又は冷却空洞１３０の外側壁を貫通させて、冷却空洞１３０から流出する加圧冷却媒体のための複数の出口開口２１２、２１４を形成することができる。図９の例示的な実施形態に示すように、非円形出口開口２１４を形成することができる。これらの非円形出口開口２１４は、図示するようにその形状を矩形とすることができる（幾つかの実施形態は、丸味のあるコーナ部を有することができる）。図示していないが、非円形出口開口２１４はまた、その形状を楕円形又は長円形とすることができる。非円形出口開口２１４は、円形出口開口に勝る熱伝達性の利点をもたらすことができる。図９に示すように、円形出口開口２１２の１以上もまた、形成することができる。付加的な円形出口開口２１２及び非円形出口開口２１４を、設けることができる。当業者には分かるように、円形出口開口２１２及び非円形出口開口２１４の異なる配列もまた、可能である。 FIG. 9 illustrates an exemplary embodiment illustrating the use of a circular outlet opening 212 and a non-circular outlet opening 214 with a tip shroud cooling cavity 130. As described above, a plurality of outlet openings 212, 214 for the pressurized cooling medium exiting the cooling cavity 130 may be formed between adjacent truncated ribs 142 or through the outer wall of the cooling cavity 130. it can. As shown in the exemplary embodiment of FIG. 9, a non-circular exit opening 214 can be formed. These non-circular outlet openings 214 can be rectangular in shape as shown (some embodiments can have rounded corners). Although not shown, the non-circular outlet opening 214 can also be oval or oval in shape. The non-circular outlet opening 214 can provide a heat transfer advantage over the circular outlet opening. As shown in FIG. 9, one or more of the circular outlet openings 212 can also be formed. Additional circular outlet openings 212 and non-circular outlet openings 214 can be provided. As will be appreciated by those skilled in the art, different arrangements of circular outlet openings 212 and non-circular outlet openings 214 are also possible.

図３〜図９に示す実施形態は全て、単一の又は連続的な冷却空洞１３０を備えた先端シュラウドの実施例を示している。しかしながら、そこで説明した特徴形状部の一部は、単一の又は連続的な冷却空洞への使用に限定されるものではない（つまり、互いに流体連通していない複数の隔離した冷却空洞を有する先端シュラウド内で成功裏に使用することができる）。これらの特徴形状部には、１）それらがリブの端部及び対向する構造体間に通路を形成するように、冷却空洞にわたって部分的に延びるリブ、２）冷却空洞にわたって部分的に延びるリブの交互配列、３）離散構造要素、並びに４）非円形出口開口及び円形出口開口の使用が含まれる。単一の又は連続的な冷却空洞と関連するこれらの特徴形状部の説明は、単に例示的なものであり、限定することを意図するものではない。 All of the embodiments shown in FIGS. 3-9 show examples of tip shrouds with a single or continuous cooling cavity 130. However, some of the features described therein are not limited to use with a single or continuous cooling cavity (ie, a tip having multiple isolated cooling cavities that are not in fluid communication with each other). Can be used successfully in shrouds). These features include 1) ribs that partially extend over the cooling cavity so that they form a passage between the ends of the ribs and the opposing structures, and 2) ribs that partially extend over the cooling cavity. This includes the use of alternating arrangements, 3) discrete structural elements, and 4) non-circular exit openings and circular exit openings. The description of these features associated with a single or continuous cooling cavity is merely exemplary and is not intended to be limiting.

使用中に、タービンブレード１０に対して冷却媒体（一般的には加圧空気）を分配することができる。冷却媒体は、冷却媒体通路を通って冷却媒体チャンバ１３８に移動することができる。冷却媒体は次に、冷却媒体チャンバ開口１４０を通して冷却空洞１３０に送給することができる。（図４〜図８に示す実施形態では、冷却媒体は、入口開口１５４を通して冷却空洞１３０に直接送給されることに注目されたい。）冷却空洞１３０内に流入すると、冷却媒体は、必要に応じてリブ１４２、１４４の周りを出口開口１４７に向って流れ、次に一般的に冷却空洞１３０の外側壁に沿って配置された出口開口１４７を通って先端シュラウド２０から流出する。冷却空洞１３０を通るこの冷却媒体の流れは、先端シュラウド２０を対流冷却する。 During use, a cooling medium (typically pressurized air) can be distributed to the turbine blade 10. The cooling medium can move through the cooling medium passage to the cooling medium chamber 138. The cooling medium can then be delivered to the cooling cavity 130 through the cooling medium chamber opening 140. (Note that in the embodiment shown in FIGS. 4-8, the cooling medium is delivered directly to the cooling cavity 130 through the inlet opening 154.) Once in the cooling cavity 130, the cooling medium is needed. Accordingly, it flows around the ribs 142, 144 toward the outlet opening 147 and then flows out of the tip shroud 20 through an outlet opening 147 generally located along the outer wall of the cooling cavity 130. This coolant flow through the cooling cavity 130 convectively cools the tip shroud 20.

当業者には分かるように、先端シュラウド２０の縁部に存在する圧力状態は、タービンの運転の間に大きく変化する。外部圧力は、先端シュラウド２０の前端縁部（図３及び図４の両方に参照符号１７０として示す）において高く、先端シュラウド２０の後端縁部（図３及び図４の両方に参照符号１８０として示す）において低く、また前端縁部及び後端縁部間の先端シュラウド２０の縁部（図３及び図４の両方に参照符号１９０として示す）において中程度である。先端シュラウド２０の冷却空洞１３０は、外部圧力よりも高い圧力を有するが、冷却媒体の大部分は、外部圧力が最も低い先端シュラウド２０の後端縁部１８０付近で妨げられることなく流出することになる。この傾向は、先端シュラウド２０の前端縁部１７０から流出するには不十分な冷却媒体の量を生じ、その結果、それらの区域の温度を過度に上昇させて、タービンブレード１０の有効寿命に悪影響を及ぼす可能性がある。従って、冷却媒体がタービンブレード１０から流出する時に、冷却媒体を先端シュラウド２０全体にわたって選択的に分配するようにすることが望ましい。 As will be appreciated by those skilled in the art, the pressure conditions present at the edge of the tip shroud 20 vary greatly during turbine operation. The external pressure is high at the front edge of the tip shroud 20 (shown as reference numeral 170 in both FIGS. 3 and 4) and the rear edge of the tip shroud 20 (reference numeral 180 in both FIGS. 3 and 4). Low) and moderate at the edge of the tip shroud 20 between the front and rear edges (shown as 190 in both FIGS. 3 and 4). Although the cooling cavity 130 of the tip shroud 20 has a pressure higher than the external pressure, most of the cooling medium will flow unimpeded near the trailing edge 180 of the tip shroud 20 where the external pressure is the lowest. Become. This tendency results in an amount of cooling medium that is insufficient to flow out of the leading edge 170 of the tip shroud 20, resulting in an excessive increase in the temperature of those areas, adversely affecting the useful life of the turbine blade 10. May affect. Accordingly, it is desirable to selectively distribute the cooling medium across the tip shroud 20 as it exits the turbine blade 10.

上記の実施形態で説明したようなリブ１４２、１４４の配列は一般的に、先端シュラウド２０に流入した冷却媒体が流出する前に通って進まなくてはならない蛇行又はラビリンス冷却回路を形成する。例えば、前端縁部１７０付近で先端シュラウド２０に流入する冷却媒体は、圧力のより低い後端縁部１８０において流出するためにはラビリンス冷却回路を通って進まなくてはならない。このようにして、蛇行経路又はラビリンス冷却回路は、不均衡な量の冷却媒体が圧力の低い後端縁部１８０において流出しないようにする障害物を形成する。その結果、冷却媒体は、先端シュラウド２０の異なる圧力領域の全てに沿って該先端シュラウド２０から流出することになり、これが、運転時に先端シュラウド２０全体にわたる冷却媒体の選択的分配を形成する。この有益な結果は、先端シュラウド２０内に複数の独立した又は断絶した冷却空洞（つまり、互いに流体連通していない冷却空洞）を必要とせずに達成される。当業者には分かるように、中空冷却空洞を備えたタービンブレードは一般的に、インベストメント鋳造法によって製造される。複数の断絶した空洞の代わりに単一の又は連続的な冷却空洞を有することは、インベストメント鋳造法において一定の利点を実現するのを可能にする。 The arrangement of ribs 142, 144 as described in the above embodiment generally forms a serpentine or labyrinth cooling circuit that must pass through before the cooling medium flowing into the tip shroud 20 flows out. For example, the coolant flowing into the tip shroud 20 near the front edge 170 must travel through the labyrinth cooling circuit in order to exit at the lower pressure rear edge 180. In this way, the serpentine path or labyrinth cooling circuit forms an obstruction that prevents an unbalanced amount of cooling medium from flowing out at the low pressure trailing edge 180. As a result, the cooling medium flows out of the tip shroud 20 along all of the different pressure regions of the tip shroud 20, which forms a selective distribution of the cooling medium throughout the tip shroud 20 during operation. This beneficial result is achieved without the need for multiple independent or disconnected cooling cavities (ie, cooling cavities that are not in fluid communication with each other) within the tip shroud 20. As will be appreciated by those skilled in the art, turbine blades with hollow cooling cavities are typically manufactured by investment casting. Having a single or continuous cooling cavity instead of multiple broken cavities makes it possible to achieve certain advantages in investment casting.

仕切りリブ１４４の交互配列のさらに別の利点は、該仕切りリブ１４４の各々の自由端１９４が、その各側部に対する仕切りリブ１４４によって遮蔽されて、先端シュラウド２０の構造健全性を増大させることである。仕切りリブ１４４の自由端１９４というのは、冷却空洞１３０内の開放区域において終端する端部を指している（図３、図４及び図５において参照符号１９４を付した自由端を参照されたい）。言い換えると、自由端１９４は、連続的冷却空洞１３０内の内部又は外部壁から始まる端部と対向した仕切りリブ１４４の端部である（連続的冷却空洞１３０の内部又は外部壁は、例えば、１）冷却空洞１３０の外側壁、２）冷却媒体チャンバ１３８の壁、又は３）内部中央壁１５２を含むことができる）。当業者には分かるように、仕切りリブ１４４を連続的冷却空洞１３０内の開放区域内で終端させることにより、増大した応力区域が発生する。しかしながら、この応力を生じさせる荷重は、仕切りリブ１４４の交互配列によって冷却空洞内の同一区域内で終端することがない隣接した仕切りリブ１４４によって対処することができる。このことは、そうでなければ仕切りリブ１４４の１つの終端部において生じたであろう応力の局所的集中を減少させる働きをする。 Yet another advantage of the alternating arrangement of partition ribs 144 is that the free ends 194 of each of the partition ribs 144 are shielded by the partition ribs 144 for their respective sides to increase the structural integrity of the tip shroud 20. is there. The free end 194 of the partition rib 144 refers to the end that terminates in the open area within the cooling cavity 130 (see the free end labeled 194 in FIGS. 3, 4 and 5). . In other words, the free end 194 is the end of the partition rib 144 opposite the end starting from the internal or external wall in the continuous cooling cavity 130 (the internal or external wall of the continuous cooling cavity 130 is, for example, 1 A) the outer wall of the cooling cavity 130, 2) the wall of the cooling medium chamber 138, or 3) the inner central wall 152). As will be appreciated by those skilled in the art, an increased stress area is generated by terminating the partition rib 144 within an open area within the continuous cooling cavity 130. However, this stress-generating load can be addressed by adjacent partition ribs 144 that do not terminate in the same area within the cooling cavity due to the alternating arrangement of partition ribs 144. This serves to reduce the local concentration of stress that would otherwise have occurred at one end of the partition rib 144.

現時点で最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関連して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるべきものではなく、逆に、提出した特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に属する様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。例えば、特に先端シュラウドの冷却に関連して説明してきたが、本明細書に開示した技術は、ブレードの先端に設置されていない先端シュラウド上でも使用することができる。これに関連して、幾つかのブレードは、翼形部の中間長さ付近に、該翼形部をその隣接するブレードに連結する先端シュラウドを有し、上記の冷却媒体通路はその先端シュラウド内に組み込むことができる。 Although the present invention has been described with reference to what is considered to be the most practical and preferred embodiments at the present time, the invention is not to be limited to the disclosed embodiments, and conversely, It should be understood that various changes and equivalent arrangements that fall within the spirit and scope of the claims are intended to be protected. For example, although specifically described in connection with tip shroud cooling, the techniques disclosed herein can also be used on tip shrouds that are not installed at the tip of the blade. In this connection, some blades have a tip shroud connecting the airfoil to its adjacent blades near the middle length of the airfoil, and the cooling medium passage is within the tip shroud. Can be incorporated into.

１０タービンブレード
１２翼形部
１４根元
１６シャンク
１８ダブテール
２０先端シュラウド
２２、２４当接面
２６シールレール
２８空気吐出孔
１３０冷却空洞
１３２正圧側冷却空洞
１３４負圧側冷却空洞
１３６後縁
１１２翼形部
１３８冷却媒体チャンバ
１４０冷却媒体チャンバ開口
１４２（切頭）リブ
１４４（仕切り）リブ
１４５外向きに延びる仕切りリブ
１４６内向きに延びる仕切りリブ
１４７出口開口
１５２内部中央壁
１５４入口開口
１９４自由端
２０２離散仕切りリブ
２０６離散切頭リブ
２０８離散コラム
２１２円形出口開口
２１４非円形出口開口 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Turbine blade 12 Airfoil part 14 Root 16 Shank 18 Dovetail 20 Tip shroud 22, 24 Contact surface 26 Seal rail 28 Air discharge hole 130 Cooling cavity 132 Positive pressure side cooling cavity 134 Negative pressure side cooling cavity 136 Trailing edge 112 Airfoil part 138 Cooling medium chamber 140 Cooling medium chamber opening 142 (truncated) rib 144 (partition) rib 145 Partition rib extending outward 146 Partition rib extending inward 147 Exit opening 152 Inner central wall 154 Entrance opening 194 Free end 202 Discrete partition rib 206 Discrete truncated rib 208 Discrete column 212 Circular exit opening 214 Non-circular exit opening

Claims

A tip shroud (20);
A turbine blade (10) comprising one or more cooling cavities (130) formed in the tip shroud (20),
At least one of the cooling cavities (130) includes a plurality of ribs (142, 144) and a first inner wall generally opposite the second inner wall across the cooling cavities (130);
The ribs (142, 144) are such that some of the ribs (142, 144) begin on the first inner wall of the cooling cavity (130) and face the second inner wall of the cooling cavity (130). And some of the ribs (142, 144) are configured to begin on the second inner wall of the cooling cavity (130) and extend toward the first inner wall of the cooling cavity (130). ,
The ribs (142, 144) starting on the first inner wall of the cooling cavity (130) and the ribs (142, 144) starting on the second inner wall of the cooling cavity (130) are arranged alternately. A turbine blade (10) comprising:

The alternating arrangement of ribs (142, 144) starting on the first inner wall of the cooling cavity (130) and ribs (142, 144) starting on the second inner wall of the cooling cavity (130) The turbine blade (10) of any preceding claim, including alternating arrangements.

The turbine blade (10) of claim 2, wherein the alternating arrangement forms a labyrinth cooling circuit within the cooling cavity (130).

The ribs (142, 144) starting at the first inner wall of the cooling cavity (130) are oriented and dimensioned, each extending over a range of distances across the cooling cavity (130);
The ribs (142, 144) starting at the second inner wall of the cooling cavity (130) are oriented and dimensioned, each extending over a range of distances across the cooling cavity (130);
The turbine blade (10) according to claim 2.

The ribs (142, 144) starting at the first inner wall of the cooling cavity (130) are oriented and dimensioned so that at least one extends over at least a majority of the distance across the cooling cavity (130);
The ribs (142, 144) starting at the second inner wall of the cooling cavity (130) are oriented and dimensioned such that at least one of them extends over at least a majority of the distance across the cooling cavity (130);
The turbine blade (10) according to claim 4.

The turbine blade (10) of claim 5, wherein the majority of the distance across the cooling cavity (130) comprises at least 75% of the distance across the cooling cavity (130).

The ribs (142, 144) starting at the first inner wall of the cooling cavity (130) and the second inner wall form a first gap;
The ribs (142, 144) starting at the second inner wall of the cooling cavity (130) and the first inner wall form a second gap;
The first gap and the second gap each include a transverse distance of about 0.10 to 0.25 inches;
The turbine blade (10) according to claim 5.

The ribs (142, 144) starting at the first inner wall of the cooling cavity (130) and the second inner wall form a first gap;
The ribs (142, 144) starting at the second inner wall of the cooling cavity (130) and the first inner wall form a second gap;
The first gap and the second gap each include a transverse distance of at least 0.10 inches;
The turbine blade (10) according to claim 5.

The ribs (142, 144) starting at the first inner wall of the cooling cavity (130) and the ribs (142, 144) starting at the second inner wall of the cooling cavity (130) are substantially parallel to each other. The turbine blade (10) according to claim 4, wherein the turbine blade (10) is.

The turbine blade (10) of claim 2, wherein all of the one or more cooling cavities (130) are in fluid communication with each other.