JP2010169089A - 冷却を改善したタービンのブレード又はベーン - Google Patents

冷却を改善したタービンのブレード又はベーン Download PDF

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Abstract

【課題】空気力学的効率及び翼形部冷却の両方を改善する、タービンのブレード（ベーンを含む）を提供する。
【解決手段】本タービンブレードは、前縁及び後縁を備えたブレード（ベーンを含む）本体と、後縁に沿って配置された複数の冷却開口と、冷却開口を横切るように設定した後縁の第１の幅と、冷却開口間において設定した後縁の第２の幅とを含み、第２の幅は、第１の幅よりも小さい。
【選択図】 図２

Description

本明細書に開示した主題は、総括的にはタービンのブレード（ベーンを含む）設計に関し、より具体的には、タービンブレード（ベーンを含む）の後縁の設計に関する。
後縁技術における２つの一般的な関心事は、空気力学的効率（又は障害）と冷却とである。空気力学的効率の改善は、冷却有効性（効率）の低下を招き、また逆に冷却効率の改善は空気力学的効率の低下を招く可能性がある場合がある。例えば、正圧側面吐出口を使用することにより、空気力学的効率を改善することができるが、冷却効率は低下する可能性がある。
従って、空気力学的効率及び翼形部冷却の両方を改善する後縁設計は、望ましいと言える。
開示するのは、タービンのブレードであり、本タービンブレードは、前縁及び後縁を備えたブレード本体と、後縁に沿って配置された複数の冷却開口と、冷却開口を横切るように設定した後縁の第１の幅と、冷却開口間において設定した後縁の第２の幅とを含み、第２の幅は、第１の幅よりも小さい。
これらの及びその他の利点並びに特徴は、図面と関連させて行った以下の説明から一層明らかになるであろう。
本発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の前述の及びその他の特徴並びに利点は、
添付図面と関連させて行った以下の説明から明らかである。
第１の例示的な実施形態によるタービンブレードの側面斜視図。 図１のタービンブレードの一部分の拡大図。 図１のタービンブレードの平面断面図。 別の例示的な実施形態によるタービンブレードの側面斜視図。 図４のタービンブレードの一部分の拡大図。 図４のタービンブレードの平面断面図。 さらに別の例示的な実施形態によるタービンブレードの側面斜視図。 図７のタービンブレードの一部分の拡大図。 図７のタービンブレードの平面断面図。 さらに別の例示的な実施形態によるタービンブレードの一部分の拡大図。
詳細な説明は、図面を参照しながら実施例によって、本発明の実施形態をその利点及び特徴と共に説明する。
図１〜図３を参照すると、冷却を改善した空気力学的効率のタービンブレード１０を示している。ブレード１０は、前縁１４及び後縁１６を備えたブレード本体１２を含む。図１に最も良く示すように、ブレード１０の後縁１６は、複数の冷却開口１８を含む。図２に最も良く示すように、また本明細書で以下により詳細に説明するように、後縁はまた、冷却開口１８における第１の幅２０と、該開口１８間における第２の幅２２とを含む。図１及び図２を具体的に参照すると、第１の幅２０が第２の幅２２よりも大きくなった例示的な実施形態を示している。この例示的な実施形態では、第１の幅２０は、冷却開口１８の相対的中間点又は直径２４を横切る位置で最も大きく、また第２の幅２２は、冷却開口１８間における相対的中間点２６において最も小さい。幅２０及び２２の寸法の差は、後縁１６に形成された（当技術分野では公知の鋳形法、機械加工法又はあらゆるその他の方法により）凹面２８によって生じる。図１〜図３の実施形態では、凹面２８は、後縁１６及び該後縁１６の所望の近傍におけるブレード領域３４の負圧側面３０並びに正圧側面３２の両方から該後縁１６の中心線２９に向けてブレード本体１２内に配向される。
図１〜図３の例示的な実施形態では、凹面２８はまた、後縁１６から前縁に向けて該凹面２８の最内（範囲）位置３６まで延び、その最内位置３６は、この例示的な実施形態では後縁１６から凹面の深さの少なくとも１／４の距離に設定される。図１〜図３にさらに示すように、凹面２８によって形成された場合の第２の幅２２は、最内位置３６に向けての後縁１６からの距離にわたって増大して、第２の幅２２が、該最内位置３６において第１の幅２０とほぼ等しくなるようになる。そのことは、特に図３の断面図に示す仮想破線によって良く表されており、この図３において、後縁１６の近傍における実線は、開口１８間の領域における幅２２を示しており、また後縁１６の近傍における仮想破線は、開口１８の中間点２６における幅２０を示している。
次に図４〜図６を参照すると、ブレード１０が負圧側面３０にのみ凹面２８を含む別の例示的な実施形態を示している。この実施形態では、第２の幅２２は、この場合でも同様に第１の幅２０よりも小さいが、幅２０及び２２の寸法の差は、負圧側面３０に形成された凹面２８によって生じる。
次に図７〜図９を参照すると、ブレード１０が正圧側面３２にのみ凹面２８を含むさらに別の例示的な実施形態を示している。この実施形態では、第２の幅２２は、この場合でも同様に第１の幅２０よりも小さいが、幅２０及び２２の寸法の差は、正圧側面３２に形成された凹面２８によって生じる。
さらに図１０を参照すると、さらに別の例示的な実施形態を示しており、この実施形態では、タービンブレード１０の後縁１６は、前縁１４に向かう方向に冷却開口１８間に配置された凹面４０を含み、或いはチャネル４２が開口１８からブレード本体１２内に延びる状態になっている。この凹面４０により、ブレード１０が、後縁１６から前縁１２まで延びる第１の長さ（距離）４４と、後縁１６から前縁１２まで延びる第２の長さ（距離）４６とを備えることが可能になる。図１０に示すように、凹面により、第１の長さ４４が第２の長さ４６よりも大きくなって、この図に示す輪郭付き後縁ジオメトリを形成する。
本出願の後縁実施形態の全体にわたり説明したような局所的薄肉化により、後縁障害が減少し、それによってタービン効率が改善される。これらの実施形態により得られた後縁形状はまた、冷却孔から遠く離れておりかつ冷却するのが一層困難である後縁の面積を減少させる。これは次に、後縁を冷却するのに必要な冷却空気の量を減少させる。そのような形状は、タービンの軸線に沿って流れる流線を生じさせて、タービンの下流蒸気段への温度移動を減少させる。この移動の減少により、流路の端部壁上の温度が低下し、かつタービンの全信頼性が向上する。
限られた数の実施形態に関してのみ本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきではなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。
１０ ブレード
１２ ブレード本体
１４ 前縁
１６ 後縁
１８ 冷却開口
２０ 第１の幅
２２ 第２の幅
２４ 直径
２６ 相対的中間点
２８ 凹面
２９ 中心線
３０ 負圧側面
３２ 正圧側面
３４ ブレード領域
４０ 凹面
４２ チャネル
４４ 第１の長さ
４６ 第２の長さ

Claims (10)

  1. タービンのブレード又はベーンであって、
    前縁及び後縁を備えたブレード又はベーン本体と、
    前記後縁に沿って配置された複数の冷却開口と、
    前記冷却開口を横切るように設定した前記後縁の第１の幅と、
    前記冷却開口間において設定した前記後縁の第２の幅と、を含み、
    前記第２の幅が、前記第１の幅よりも小さい、
    ブレード。
  2. 前記第１の幅が、前記複数の冷却開口の各々の相対的中間点において最も大きい、請求項１記載のブレード。
  3. 前記第２の幅が、前記複数の冷却開口の各々間における相対的中間点において最も小さい、請求項１記載のブレード。
  4. 前記第２の幅が、前記複数の冷却開口の各々間における凹面によって前記第１の幅よりも小さくなっており、
    前記凹面が、前記後縁の中心線に向けて前記ブレード本体内に配向される、
    請求項１記載のブレード。
  5. 前記凹面が、前記後縁の正圧側面に沿って配置される、請求項４記載のブレード。
  6. 前記凹面が、前記後縁から前記前縁に向けて、該凹面の深さの少なくとも１／４の距離における最内位置まで延びる、請求項４記載のブレード。
  7. 前記第２の幅が、前記凹面の距離にわたって、前記後縁から該凹面の最内位置まで増大する、請求項６記載のブレード。
  8. 前記第２の幅が、前記凹面の最内位置において、前記第１の幅とほぼ等しい、請求項６記載のブレード。
  9. タービンのブレードであって、
    前縁及び後縁を備えたブレード本体と、
    前記後縁に沿って配置された複数の冷却開口と、
    前記冷却開口の少なくとも１つを形成した前記後縁の一部分から延び、かつ該後縁から前記前縁まで延びる第１の長さと、
    前記冷却開口間に配置された前記後縁の一部分から延び、かつ該後縁から前記前縁まで延びる第２の長さと、を含み、
    前記第２の長さが、前記第１の長さよりも小さい、
    ブレード。
  10. タービンのブレード又はベーンであって、
    前縁及び後縁を備えたブレード又はベーン本体と、
    前記後縁に沿って配置された複数の冷却開口と、
    前記冷却開口を横切るように設定した前記後縁の第１の幅と、
    前記冷却開口間において設定した前記後縁の第２の幅と、
    前記冷却開口の少なくとも１つを形成した前記後縁の一部分から延び、かつ該後縁から前記前縁まで延びる第１の長さと、
    前記冷却開口間に配置された前記後縁の一部分から延び、かつ該後縁から前記前縁まで延びる第２の長さと、を含み、
    前記第２の幅が、前記第１の幅よりも小さく、
    前記第２の長さが、前記第１の長さよりも小さい、
    ブレード。
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