JP2011149427A - タービンブレード冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】タービンブレードを冷却するシステムを提供すること。
【解決手段】システム（１０）は、一実施形態では、半径方向ブレード先端（６２）を有するタービンブレード（４０）を含む。システム（１０）は更に、半径方向ブレード先端（６２）内に形成され、タービンブレード（４０）の後縁（６８）に向かって延びる後縁トレンチ（９４）を含む。後縁トレンチ（９４）が更に、冷却通路（１０８）の第１のセットを含み、各々が、後縁トレンチ（９４）の第１の側壁（９８）に沿って形成された第１のスロット（１１２）を含み、該スロット（１１２）が、後縁トレンチ（９４）の床部（１０６）を通って延びる第１のそれぞれの孔（１１０）に結合されるようにする。
【選択図】 図３

Description

本明細書で開示される主題は、ガスタービンエンジンに関し、より具体的にはタービンブレード先端に関する。

ガスタービンシステムは通常、圧縮機、燃焼器、及びタービンを有する少なくとも１つのガスタービンエンジンを含む。燃焼器は、燃料及び加圧空気の混合気を燃焼して高温の燃焼ガスを生成するよう構成され、該燃焼ガスがタービンの１以上のブレードを駆動して回転させる。例えば、タービンブレードは、支持ロータディスクから半径方向外向きに延びることができ、タービンブレードの回転は、負荷及び／又は圧縮機用の出力を生成することができる。残念なことに、作動中、タービンブレードは、高温の燃焼ガスに連続的に曝され、従って、タービンブレード、特にタービンブレード先端は冷却するのが困難になる。適切に冷却されない場合、タービンブレードの先端は、酸化及び亀裂形成を生じ易くなり、これによりタービンブレードの作動寿命及び性能が低下する可能性がある。

一実施形態では、システムは、半径方向ブレード先端を有するタービンブレードを含む。システムは更に、半径方向ブレード先端内に形成され、タービンブレードの後縁に向かって延びる後縁トレンチを含む。後縁トレンチは更に、冷却通路の第１のセットを含み、その各々が、後縁トレンチの第１の側壁に沿って形成された第１のスロットを含み、該スロットは、後縁トレンチの床部を通って延びる第１のそれぞれの孔に結合されるようにする。

別の実施形態では、システムはタービンを含む。タービンは、前縁及び後縁を有するタービンブレードを含み、該タービンブレードは半径方向先端を含む。システムは更に、半径方向ブレード先端に沿って後縁に向けて延びた後縁トレンチを含む。後縁トレンチは、正圧側トレンチ壁と、負圧側トレンチ壁と、トレンチ床部と、タービンブレードの後縁に向けて下流方向に角度が付いた複数の冷却通路とを含む。

更に別の実施形態では、システムはタービンを含む。タービンは、前縁及び後縁を有するタービンブレードを含み、該タービンブレードは半径方向先端を含む。システムは更に、半径方向ブレード先端の後縁部分に沿って後縁に向けて翼弦方向に延びた後縁トレンチを含み、後縁部分の長さは、タービンブレードの長さの約５〜４０％の間である。加えて、システムは、後縁部分内及び後縁トレンチ内に配列された複数の角度付き冷却通路を含む。

冷却を向上させるよう構成された後縁トレンチを備えた先端を有するタービンブレードを含むタービンシステムの一実施形態を示すブロック図。 図１に示すようなタービンシステムの一実施形態の切り欠き側面図。 ロータディスク上に装着されるタービンブレードを含む、図２に示すようなタービンシステムのタービンセクションの一実施形態の等角図。 タービンブレードの先端の一実施形態を示す、図３に示すようなタービンブレードの上面図。 後縁トレンチの一実施形態を示す、図４の弓形線５−５で囲まれたタービンブレード先端の部分上面図。 タービンブレード先端の後縁の一実施形態を示す、図４の切断線６−６から見た側断面図。 タービンブレード先端の後縁トレンチの一実施形態を示す、図５の切断線７−７から見た断面図。 後縁トレンチの別の実施形態を示す、図４の弓形線５−５で囲まれたタービンブレード先端の部分上面図。

本発明の上記その他の特徴、態様及び利点については、図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができるであろう。図面を通して、同様の部材には同様の符号を付した。

以下、本発明の１以上の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するため、現実の実施に際してのあらゆる特徴について本明細書に記載しないこともある。実施化に向けての開発に際して、あらゆるエンジニアリング又は設計プロジェクトの場合と同様に、実施毎に異なる開発者の特定の目標（システム及び業務に関連した制約に従うことなど）を達成すべく、実施に特有の多くの決定を行う必要があることは明らかであろう。さらに、かかる開発努力は複雑で時間を要することもあるが、本明細書の開示内容に接した当業者にとっては日常的な設計、組立及び製造にすぎないことも明らかである。

本発明の様々な実施形態の構成要素について紹介する際、単数形で記載したものは、その構成要素が１以上存在することを意味する。「含む」、「備える」及び「有する」という用語は内包的なものであり、記載した構成要素以外の追加の要素が存在していてもよいことを意味する。

以下でより詳細に検討するように、特定の実施形態は、ブレード先端の冷却を向上させるよう構成されたタービンブレードを含むタービンシステムを提供する。例えば、一実施形態では、タービンブレードの先端は、タービンブレードの先端、特にタービンブレードの後縁に近接した先端部分をタービンに流れる高温燃焼ガスから保護するために冷却を向上させるように形成された通路を有する後縁トレンチを含むことができる。本明細書で使用される用語「後縁」又は同様のものは、タービンを通過する燃焼ガスの流れに対して下流側のタービンブレードの後縁を指すことを理解されたい。ブレード先端の後縁は一般に、タービンブレードの空力学特性に起因して冷却するのがより困難である。例えば、正圧及び負圧側にフィルム孔が設けられた特定のタービンブレードにおいて、フィルム孔を介して吐出される冷却空気のほとんどは、ブレードの後縁に到達する前に負圧側先端壁を越えて押し流される。

従って、本技術による後縁トレンチ内に形成される冷却通路は、後縁トレンチを通ってタービンブレードの後縁に向けて下流側に冷却剤を配向するよう角度を付けることができる。特定の実施形態では、冷却通路は、後縁トレンチの床部を通って延び且つ後縁トレンチの側壁に沿ったスロット又は溝として続いた孔を含むことができる。一実施形態では、冷却通路は、後縁トレンチの対向する側壁に沿って交互配列で形成することができる。後縁に供給される冷却空気は、ブレード先端の後縁を高温燃焼ガスから隔離する。これにより、タービンブレードの作動寿命を延ばすと同時に、酸化速度及び亀裂形成を低減することができる。

次に図面を参照すると、図１は、ガスタービンシステム１０の一実施形態のブロック図を示している。本図は、燃料ノズル１２、燃料供給部１４、及び燃焼器１６を含む。図示のように、燃料供給部１４は、液体燃料、及び／又は天然ガス又はシンガスなどのガス燃料をタービンシステム１０に送り、燃料ノズル１２を通じて燃焼器１６内に流入させる。燃焼器１６は、燃料−空気混合気を点火して燃焼させ、次いで、高温の加圧燃焼ガス１７（例えば、排気ガス）をタービン１８に通す。タービンブレードは、シャフト１９に結合することができ、該シャフトはまた、図示のようにタービンシステム１０全体を通じて他の複数の構成要素に結合される。燃焼ガス１７がタービン１８のタービンブレードを通過すると、タービン１８が駆動されて回転し、これによりシャフト１９も回転するようになる。最終的に、燃焼ガス１７は、排気出口２０を介してタービンシステム１０から流出することができる。

タービンシステム１０の一実施形態では、圧縮機ブレードは、圧縮機２２の構成要素として含めることができる。圧縮機２２内のブレードは、シャフト１９に結合することができ、上述のように、シャフト１９がタービン１８によって駆動されて回転するにつれて回転することになる。圧縮機２２は、吸気口２４を介してタービンシステム１０に空気を吸い込むことができる。更に、シャフト１９は、負荷２６に結合することができ、該負荷は、シャフト１９の回転によって駆動することができる。例証として、負荷２６は、発電プラント又は外部機械負荷など、タービンシステム１０の回転出力によって発電することができる何れか好適な装置とすることができる。例えば、負荷２６は、発電機、航空機のプロペラ、及びその他を含むことができる。吸気口２４は、その後の燃料ノズル１２による空気３０を供給燃料１４と混合するため、吸気口などの好適な機構を介して空気３０をタービンシステム１０に吸い込む。タービンシステム１０により取り込まれる空気３０は、圧縮機２２内のブレードを回転することによって送給されて加圧され、加圧空気になることができる。次いで、参照符号３２で示された加圧空気は、燃料ノズル１２に送給することができる。次に、燃料ノズル１２は、加圧空気と燃料を混合し（参照符号３４で示される）、燃焼、例えば、燃料をより完全に燃焼し、燃料を浪費せず、又は過剰なエミッションを生じないようにする燃焼に好適な混合比を生成することができる。

図２は、タービンシステム１０の一実施形態の切り欠き側面図を示す。図示のように、この実施形態は、燃焼器１６の環状アレイ（例えば、６、８、１０、１２又はそれ以上の燃焼器１６）に結合される圧縮機２２を含む。各燃焼器１６は、少なくとも１つの燃料ノズル１２（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、又はそれ以上）を含み、該燃料ノズルは、各燃焼器１６内に配置された燃焼室に空気−燃料混合気３４を送給する。燃焼器１６内での空気燃料混合気３４の燃焼により、燃焼ガス１７がタービン１８を通って排気出口２０に向かって通過すると、タービン１８内のタービンブレード４０が長手方向回転軸線３８の周りを回転するようになる。以下で詳細に検討するように、タービン１８の特定の実施形態では、タービンブレード４０は、該タービンブレード４０、詳細には、タービンブレード４０の先端（例えば、軸線３８から半径方向に最も離れた箇所）を高温燃焼ガス１７から保護するために形成された通路を有する後縁トレンチを含むことができる。例えば、圧縮機又は別の供給源から抽出することができる冷却空気は、各タービンブレード４０内の中空キャビティを通り、１以上の角度付き冷却通路を通って出て後縁トレンチに送ることができる。理解されるように、後縁トレンチ内の冷却空気は、隔離障壁を形成し、タービン１８を通過して流れる高温燃焼ガスからタービンブレード４０の先端を保護するのを助ける。これらの特徴部は、以下で図３〜８に関して例示しより詳細に説明する。

図３は、図２に示すタービンシステム１０のタービン１８の一部を示している。回転軸線３８の周りで対称とすることができるタービン１８は、半径方向矢印５１で示される半径方向軸線に沿ってロータディスクから半径方向外向きに延びた複数の円周方向に離間した半径方向タービンブレード４０（タービンロータブレード又はバケットと呼ばれることもある）を含む。タービン１８はまた、タービンブレード４０を囲む環状タービンシュラウド４４を含む。一般に、タービンシュラウド４４は、タービンブレード４０間に比較的小さなクリアランス又はギャップ４６を提供するよう構成され、このようにして作動中にそこを通る燃焼ガス１７の漏出を制限する。図示のように、各タービンブレード４０は、ダブテール４８、翼形部５４、及びプラットフォーム５６を含むことができる。ダブテール４８は、ロータディスク４２の周界に沿って対応するダブテールスロット４９に装着されるよう構成された軸方向ダブテールのような、何れか好適な形態を有することができる。翼形部５４は、ダブテール４８に一体的に接合することができ、そこから半径方向に延びる。プラットフォーム５６は、燃焼ガス１７用の流路の一部を定めるように翼形部５４とダブテール４８との接合部に配置することができる。理解されるように、タービンブレード４０は、鋳造、機械加工、成形、及びその他を含むあらゆる好適な技法により形成することができる。

図示の実施形態では、翼形部５４は、ほぼ凹面状の正圧側壁５８と、円周方向又は横方向に対向する負圧側壁６０とを含み、これらの各々が前縁６６と後縁６８との間で軸方向に延びる。上述のように、燃焼ガス１７がタービン１８を通って流れる方向に対して、前縁６６はタービンブレード４０の上流側（例えば、方向５２）の縁部を指し、後縁６８はタービンブレード４０の下流側（例えば、方向５０）の縁部を指す。加えて、正圧側壁５８及び負圧側壁６０は、少なくとも部分的に中空の内部キャビティ５５（破線の引き出し線により示される）を形成するよう円周方向５３に離間して配置され、該キャビティは、翼形部５４を通して冷却空気を送り、タービンブレード４０を冷却するための少なくとも１つの内部流れチャンバ又はチャンネルを定める。特定の実施形態では、キャビティ５５の内部は、蛇行流れチャンネル、タービュレータ、又は同様のものなど、冷却を向上させる幾つかの構造体を含むことができる。上記で検討したように、特定の実施形態では、冷却空気は、圧縮機２２から抽出されるか、又は別の冷却剤供給源から供給することができる。

キャビティ５５により受けられる冷却空気は、フィルム冷却孔７０及び後縁吐出孔７２を通じて吐出することができる。冷却空気はまた、正圧側壁５８に沿ってブレード先端６２付近の追加の冷却孔７４を通じて、及び／又は図３に示すように正圧側壁５８上に形成された当接シェルフ７６上に位置する冷却孔７８を通じて吐出することができる。以下で更に詳細に検討するように、ブレード先端６２は、ブレード先端６２の冷却を更に助けるために詳細には後縁トレンチ９４内に追加の冷却通路を含むことができる。例えば、トレンチ９４内の冷却通路を通って吐出される冷却空気は、冷却孔７４及び／又は正圧側壁５８上のシェルフ７６を通じて吐出される冷却空気と組み合わせてトレンチ９４を充填及び／又は隔離し、従って、高温燃焼ガス１７からブレード先端６２を保護する保護空気障壁を形成することができる。図５〜８を参照して以下でより詳細に検討されるように、トレンチ９４は、２つの対向する壁間に形成されたベースを有するスロット、溝、窪み、又は凹部とすることができ、その結果、壁の各々の上側表面がトレンチ９４のベースよりも長手方向軸線３８から半径方向に離れるようになる。これは、高温燃焼ガス１７がトレンチ９４に流入（吸い込み）するのを阻止することができる。理解されるように、この改善された冷却技術は、ブレード先端６２における酸化速度を低下させ、従って、タービンブレード４０の寿命を延長することができる。

図４は、タービンブレード先端６２をより詳細に示した、タービンブレード４０の一実施形態の平面図である。ブレード先端６２は、正圧側壁５８及び負圧側壁６０の半径方向外側端部に配置された先端プレート又は先端キャップ８０を含むことができる。特定の実施形態では、先端プレート８０は、タービンブレード４０と一体化することができ、或いは、タービンブレード４０に接合又は結合（例えば、溶接）することができる。正圧側先端壁８４及び負圧側先端壁８６は、図示のように先端プレート８０上に形成することができる。正圧側先端壁８４は、先端プレート８０の正圧側面から半径方向外向きに延び、タービンブレード４０の前縁６６から後縁６８まで軸方向に延びる。同様に、負圧側先端壁８６は、先端プレート８０の負圧側面から半径方向外向きに延び、同様にタービンブレード４０の前縁６６から後縁６８まで軸方向に延びる。理解されるように、正圧側先端壁８４及び負圧側先端壁８６の高さ及び幅は、タービン１８及びブレード４０のサイズに応じて変えることができる。

正圧側先端壁８４、負圧側先端壁８６、及び先端プレート又は先端キャップ８０は、本明細書において参照符号８２で示される先端キャビティ又は凹部を定めることができる。すなわち、先端キャビティ８２は、正圧側先端壁８４及び負圧側先端壁８６により全体的に囲まれるブレード先端６２の窪み部分（又は凹部）とすることができる。先端キャビティ８２は更に、冷却空気が中空翼形部キャビティ５５から吐出することができる１以上の冷却通路９０を含むことができる。すなわち、作動時には、通路９０を介して吐出される冷却空気が先端キャビティ８２の容積を充填し、これによりブレード先端６２を少なくとも部分的に隔離することでブレード先端６２を保護し、高温燃焼ガス１７が先端キャビティ８２から流入するのを阻止する。これと同時に、前縁６６付近の孔７０、当接シェルフ７６上の孔７８、及びフィルム孔７４（図３）を介して吐出される冷却空気もまた、ブレード先端６２を高温燃焼ガス１７から隔離するのを助ける。

上述のように、特定のタービンブレードにおいて、ブレード先端の後縁は、タービンブレードの空力学特性に起因して冷却するのが困難な場合が多い（例えば、先端キャビティ８２内の冷却空気のほとんどは、後縁６８に到達する前に負圧側先端壁８６を越えて押し流される）。従って、この実施形態では、タービンブレード先端６２はまた、図５〜８に関して以下でより詳細に検討するように、後縁６８付近のブレード先端６２の冷却を改善するために角度付き冷却通路を有する後縁トレンチ９４を含む。後縁トレンチ９４は、後縁６８に直接隣接するタービンブレード６２の後縁領域において先端キャビティ８２の後方端部（例えば、ブレード先端６２の後縁６８に近接する方向）とブレード先端６２の後縁６８との間に位置付けられる凹部、溝、ノッチ、トレンチ、又は他の同様の構造とすることができる。例えば、後縁領域は、タービンブレードの全長１０２の２０、３０、４０、又は５０％未満とすることができる。図４に示すように、トレンチ９４は、負圧側トレンチ壁９６及び正圧側トレンチ壁９８により定めることができる。後縁トレンチ９４は、先端キャビティ８２の後方端部からブレード先端６２の後縁６８に向かってほぼ線形経路で（例えば、翼弦方向）延びることができる。幾つかの実施形態では、後縁トレンチ９４は、タービンブレード４０の曲率に応じて僅かに弓形（例えば、曲線状）とすることができる。特定の実施形態では、本明細書において参照符号１００で示される後縁トレンチ９４の長さは、後縁６８から測定したタービンブレード４０の翼弦長１０２の少なくとも約５、１０、２０、２５、３０、４０、又は５０％とすることができる。本実施形態は、後縁の直ぐ前方の後縁トレンチ９４を示しているが、他の実施形態では、後縁トレンチ９４は後縁６８の前で終端することができる点は理解されたい。

本発明で例示する実施形態では、先端キャビティ８２は、トレンチ９４の前方側部（例えば、後縁６８から最も離れ且つ前縁６６に最も近接したトレンチの側部）の直前の後方端部に位置付けられる冷却孔を含むことができる。冷却孔９０ａを通って吐出される冷却空気は、後縁トレンチ９４に沿って後縁６８に向かって配向することができる。加えて、以下で更に詳細に検討するように、後縁トレンチ９４はまた、中空キャビティ５５からの冷却空気を吐出することができる冷却通路を含むことができる。冷却通路によって冷却空気がトレンチ９４を循環することができ、これにより高温燃焼ガス１７が後縁トレンチ９４に流入するのを阻止することで後縁６８付近のブレード先端６２の部分を保護する。冷却通路の出口側（例えば、冷却剤が出る側）は、後縁６８に向かって角度をつけることができ、これは、後縁トレンチ９４を通って後縁６８に向けて下流側に冷却空気を配向するのを助ける。特定の実施形態では、後縁トレンチ９４は、金属ボンドコート、酸化防止剤、及び／又は熱障壁コーティングなどの熱保護コーティングで処理することができる。

図５及び６は、図４の弓形線５−５及び切り欠き線６−６それぞれから見たブレード先端６２の後縁トレンチ９４の一実施形態に関する詳細図である。詳細には、図５は、負圧側トレンチ壁９６と正圧側トレンチ壁９８との間にトレンチ床部１０６を有するような後縁トレンチ９４を描いている。トレンチ９４の前縁側部１０１は、幅１０５を有することができ、トレンチ９４の後縁側部１０３は幅１０７を有することができる。幅１０５及び１０７は等しいものとすることができ（例えば、後縁トレンチ９４がほぼ一定の幅を有する）、或いは、互いに異なるものとすることができる。例えば、後縁トレンチ９４の幅が後縁６８に向けて減少する一実施形態では、幅１０５は、幅１０７よりも大きいものとすることができる。或いは、別の実施形態では、後縁トレンチ９４の幅は、後縁に向かって増大することができ、従って、幅１０７が幅１０５よりも大きくなる。例証として、トレンチ９４の幅（例えば、１０５及び１０７）は、幾つか実施形態では、少なくとも約０．１、０．２５、０．５、０．７５、１、１．５、２、２．５、３、３．５ｃｍ又はそれ以上とすることができる。別の実施例を提供するために、幅１０５は、幅１０７よりも約５、１０、１５、２０、２５、３０、又は３５％、もしくはそれ以上とすることができ、その逆であってもよい。更に、先端キャビティ８２の最も広いセクション（幅９９）と比較したときに、幅１０５及び１０７は、幅９９の１〜３０％、１〜２０％、又は１〜１０％の間とすることができる。

上記で検討したように、後縁トレンチ９４はまた、本明細書では参照符号１０８で示される角度付き冷却通路を含む。図示の実施形態では、各冷却通路１０８は、後縁トレンチ９４の床部１０６を通って延びる角度付き冷却孔１１０を含むことができる。図６により明確に示されるように、トレンチ床部１０６上の冷却孔１１０の開口は、負圧側トレンチ壁９６に沿って形成され、ほぼ同じ角度（例えば、角度１１６）を有するスロット又は溝１１２に続くことができる。各冷却孔１１０及び対応するスロット／溝１１２の角度は、同じであってもよく、異なることもできる。例えば、角度１１６は、ライン１１５に対して上流側又は下流側に放射状に拡がることができる。理解されるように、スロット１１２により設けられる窪みは、トレンチ壁９６及び９８に沿った表面積を増大させて冷却を向上し、更に、トレンチ９４内の冷却空気の循環を助ける。冷却通路１０８は、孔加工、機械加工、レーザ切断、及びその他など何れか好適な技法を用いて形成することができる。図６により提供される断面図は、負圧側トレンチ壁９６のみを図示しているが、正圧側トレンチ壁９８上の冷却通路１０８は、同様の構成を有することができる点を理解されたい。

図５を再度参照すると、図示の実施形態は、交互配列で負圧側トレンチ壁９６及び正圧側トレンチ壁９８上に形成された冷却通路１０８を有する。例えば、冷却通路１０８は、一方の壁（例えば、９６）から他方の壁（例えば、９８）に交互するトレンチに沿って異なる位置を有することができる。他の実施形態では、冷却通路１０８は、非交互配列で整列することができ、壁９６上の各冷却通路１０８は、後縁トレンチ９４の長さ１００に沿ったほぼ同じ位置に配置される壁９８上に対応する冷却通路９８を有するようになる。別の実施形態では、後縁トレンチ９４は、正圧側トレンチ壁９８上にのみ、又は負圧側トレンチ壁９６上にのみ冷却通路１０８を含むことができる。

図６を再度参照すると、冷却通路１０８は、後縁トレンチ９４の各側壁（例えば、９６及び９８）に沿って距離１１３だけ離間して配置することができる。特定の実施形態では、距離１１３は、少なくとも約０．２５、０．５、０．７５、１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、又は５ｃｍとすることができる。加えて、間隔１１３はまた、幾つかの実施形態では、後縁トレンチ９４のある割合の長さ（例えば、長さ１００）として、或いは、タービンブレード（例えば、長さ１０２）の長さとして定めることができる。例証として、間隔１１３は、トレンチ長さ１００の約１〜２０％、１〜１５％、１〜１０％、又は１〜５％とすることができる。間隔距離１１３はまた、孔直径の関数として表すことができる。例えば、特定の実施形態では、孔直径に対する距離１１３の比は、約１．５〜１５の間とすることができる。更に、間隔１１３は、冷却通路１０８間で変わることができる。例えば、幾つかの実施形態では、冷却通路１０８間の間隔１１３は、後縁６８に向かって漸次的に減少することができる（例えば、冷却通路１０８が後縁６８に付近で互いに近接して位置付けられる）。例えば、冷却通路１０８の各々間の間隔１１３は、１つの冷却通路１０８から別の冷却通路までの約１〜５０％、１〜２５％、１〜１０％、又は１〜５％だけ低減することができる。

図示のように、冷却通路１０８は、角度１１６にて形成され、スロット１１２の出口側１１４が、半径方向軸線５１から離れて後縁６８に向かって角度が付けられるようになる。角度１１６は、タービンシステム１０の長手方向軸線３８（図２）に平行なライン１１５を基準として定めることができる。他の実施形態では、ライン１１５は、タービンブレード４０の最も外側の半径方向縁部に平行にすることができる。特定の実施形態では、冷却通路１０８は、後縁６８に向かって角度を付けることができ、該角度１１６は、ライン１１５に対して約１０〜６０度の間、より具体的には、ライン１１５に対して約１０〜４５度の間であるようにする。しかしながら、角度１１６は、５〜３５度の間とすることができ、或いは、約１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、又は６０度未満とすることができる。

更に、孔１１０は、本実施形態ではほぼ円形であるように描かれているが、孔１１０は、平方形又は矩形形孔、三角形孔、楕円形孔、菱形孔、及びその他のような他の形状として形成することができる点は理解されたい。孔のサイズは、特定の実施形態では、直径が約０．０５〜０．３ｃｍの間とすることができる。他の実施形態では、孔の直径は、０．０５ｃｍ未満、或いは０．３ｃｍよりも大きいとすることができる。更に、孔１１０はまた、トレンチに沿ってサイズが変化することができる。例証として、孔１１０は、トレンチ９４の前縁側１０１から後縁側１０３までサイズが増大又は減少することができる。また、各孔１１０は、空気流方向で一定直径又は可変直径を有することができる。一実施形態では、スロット１１２は、それぞれの対応する孔１１０とほぼ同じ幅を有することができる。加えて、幾つかの実施形態では、スロット１１２の幅は、トレンチ床部１０６から出口側１１４に向かって増大又は減少することができる。更に、一実施形態では、スロット１１２は、ほぼ０．５〜４．０の間のアスペクト比（例えば、深さ対幅の比）を有することができる。図６に更に示すように、後縁トレンチ９４は、前縁側１０１に深さ１１８と、後縁側１０３に深さ１２０（例えば、幅は、トレンチ壁９６及び９８の上部とトレンチ床部１０６との間で測定される）とを有することができる。特定の実施形態では、後縁トレンチ９４の深さは、トレンチ９４の長さ１００に沿ってほぼ一定とすることができ、深さ１１８及び深さ１２０が等しくなる。他の実施形態では、後縁トレンチ９４の深さは、後縁６８に向かって次第に狭くすることができ、深さ１１８が深さ１２０よりも大きくなる。例証として、このような実施形態では、深さ１２０は、深さ１１８のほぼ０〜８０％とすることができる。別の実施形態では、後縁トレンチ９４の深さは、後縁に向けて増大することができ、深さ１１８は深さ１２０よりも小さくなる。例証として、このような実施形態では、深さ１１８は、深さ１２０の約０〜８０％とすることができる。従って、後縁トレンチ９４は、下流方向に傾斜した深さを有することができ、トレンチ床部１０６は、ライン１１５に対して約１〜２０、１〜１０，又は１〜５度の角度だけ角度が付けられる。

図７は、図５の切断線７−７に沿って見た後縁トレンチ９４の断面図を示す。図７はまた、タービンブレード４０の正圧側５８のフィルム孔７４、後縁トレンチ９４の正圧側（例えば、壁９８）の冷却通路１０８ａ、及び後縁トレンチ９４の負圧側（例えば、壁９６）の冷却通路１０８ｂを通って冷却空気の流路を示している。図示のように、圧縮機２２から抽出され、及び／又は別の冷却剤供給源（例えば、ファン又は外部ブロア）から提供することができる冷却空気１２２は、翼形部５４の中空キャビティ５５に配向される。冷却空気１２２の第１の部分は、フィルム孔７４及び冷却通路１０８ａ及び１０８ｂを通って送ることができる。例えば、流路１２４で示すように、冷却空気１２２は、フィルム孔７４を通り、翼形部５４の正圧側壁５８から出てブレード先端６２を超えて（例えば、先端壁８４及び８６を超えて）流れることができる。冷却空気１２２の第２の部分はまた、トレンチ９４の正圧側の冷却通路１０８ａを通って（例えば、壁９８に沿って）流れ、流路１２６で示すように、トレンチ９４のキャビティ内を循環することができる。更に、冷却空気１２２の第３の部分は、トレンチ９４の正圧側の冷却通路１０８ａを通って（例えば、壁９８に沿って）負圧側先端壁８６を超えて流れることができる。

このようにして、後縁トレンチ９４は、作動中にトレンチ９４内で冷却空気１２２が循環（例えば、流路１２６）するように構成され、従って、高温燃焼ガス１７がトレンチ９４に流入するのを阻止する。加えて、冷却空気１２２はまた、流路１２４及び１２８で示されるように、ブレード先端６２を超えて流れ、更に、ブレード先端６２が高温燃焼ガス１７に曝されるのを防ぐようにする。従って、特定のタービンブレードと比べたときに、後縁６８に近接したタービンブレード先端６２の領域に関して冷却が改善される。これにより摩耗、酸化速度、及び亀裂形成が低減され、タービンブレード４０の作動寿命が改善及び延長される。加えて、図７に示すように、正圧側及び負圧側トレンチ壁９８及び９６はそれぞれ平行であるように図示されているが、他の実施形態では、トレンチ壁９６及び９８はまた、半径方向５１に発散又は収束してもよい。

図８は、図４の弓形線５−５から見たタービンブレード先端６２の後縁トレンチ９４の別の実施形態の寄り詳細な図を示す。この実施形態では、角度付き冷却通路１３０は、図５〜７に示すようなトレンチの側壁９６及び９８に沿って形成されるのとは対照的に、トレンチ９４の中央に沿ってトレンチ床部１０６上に形成される。すなわち、冷却通路１３０は、図５〜７に示すような側壁９６及び９８に沿った対応する溝又はスロット１１２が無く、孔だけを含むことができる。理解できるように、孔１３０は、孔１１０（図６）の角度付けと同様に、トレンチ９４の後縁６８に向けて角度を付けることができる。これにより、孔１３０から出る冷却剤をトレンチ９４に沿って後縁６８に向けて配向できるようになる。更に、別の実施形態では、後縁トレンチ９４は、側壁（例えば、９６及び９８）及びトレンチ床部１０６それぞれに角度付き冷却通路１０８及び１３０を有することができる。

本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。

１０ ガスタービンシステム
１２ 燃料ノズル
１４ 燃料供給部
１６ 燃焼器
１７ 高温燃焼ガス
１８ タービン
１９ シャフト
２０ 排出出口
２２ 圧縮機
２４ 吸気口
２６ 負荷
３０ 空気
３２ 加圧空気
３４ 加圧空気及び燃料
３６ 燃焼ガス
３８ 長手方向軸線
４０ タービンブレード
４２ ロータディスク
４４ タービンシュラウド
４６ クリアランスギャップ
４８ ダブテール
４９ ダブテールスロット
５０ 下流方向
５１ 半径方向軸線
５２ 上流方向
５３ 円周方向
５４ 翼形部
５５ 中空キャビティ
５６ プラットフォーム
５８ 正圧側壁
６０ 負圧側壁
６２ ブレード先端
６６ 前縁
６８ 後縁
７０ フィルム冷却孔
７２ 後縁吐出孔
７４ フィルム冷却孔
７６ 当接シェルフ
７８ 冷却孔
８０ 先端プレート
８２ 先端キャビティ
８４ 正圧側先端壁
８６ 負圧側先端壁
９０ 冷却通路
９４ 後縁トレンチ
９６ 負圧側トレンチ壁
９８ 正圧側トレンチ壁
１００ トレンチ長
１０１ 前縁側
１０２ ブレード長
１０３ 後縁側
１０５ 前縁側幅
１０６ 床部
１０７ 後縁側幅
１０８ 冷却通路
１１０ 冷却孔
１１２ スロット／溝
１１３ 間隔（冷却通路間）
１１４ 出口側
１１５ ライン（長手方向軸線に平行）
１１６ 角度
１１８ 前縁側深さ
１２０ 後縁側深さ
１２２ 冷却空気
１２４ 流路
１２６ 流路
１２８ 流路
１３０ 冷却通路

Claims (10)

1. 半径方向ブレード先端（６２）を有するタービンブレード（４０）と、
   前記半径方向ブレード先端（６２）内に形成され、前記タービンブレード（４０）の後縁（６８）に向かって延びる後縁トレンチ（９４）と
   を備えるシステムであって、
   前記後縁トレンチ（９４）が冷却通路（１０８）の第１のセットを含み、各々が、前記後縁トレンチ（９４）の第１の側壁（９８）に沿って形成され且つ前記後縁トレンチの床部（１０６）を通って延びる第１のそれぞれの孔（１１０）に結合された第１のスロット（１１２）を含む、システム（１００）。
2. 前記後縁トレンチ（９４）が、冷却通路（１０８）の第２のセットを含み、各々が、前記後縁トレンチ（９４）の第２の側壁（９６）に沿って形成され且つ前記後縁トレンチ（９４）の床部（１０６）を通って延びる第２のそれぞれの孔（１１０）に結合された第２のスロット（１１２）を含み、前記の第２の側壁（９６）が前記第１の側壁（９８）と対向している、請求項１記載のシステム。
3. 前記冷却通路（１０８）の第１及び第２のセットが、前記後縁トレンチ（９４）の第１の側壁（９８）及び第２の側壁（９６）にそれぞれ沿って交互して配列される、請求項２記載のシステム。
4. 前記タービンブレード（４０）が、正圧側壁（５８）及び負圧側壁（６０）を有する翼形部（５４）を含み、前記正圧側壁（５８）及び負圧側壁（６０）が離間して配置されて、冷却剤（１２２）の流れを受けるよう構成された中空内部キャビティ（５５）を定め、前記中空内部キャビティが、前記後縁トレンチ（９４）において冷却通路（１０８）の第１のセット及び第２のセットに結合される、請求項２記載のシステム。
5. 前記第１のセットの冷却通路（１０８）が、前記後縁トレンチ（９４）の長さの１〜２０％の間の距離（１１３）だけ互いに離間して配置され、前記第２のセットの冷却通路（１０８）が前記後縁トレンチ（９４）の長さの１〜２０％の間の距離（１１３）だけ互いに離間して配置される、請求項２記載のシステム。
6. 前記第１のセットの冷却通路（１０８）間の間隔（１１３）並びに前記第２のセットの冷却通路（１０８）間の間隔（１１３）が、前記タービンブレード（４０）の後縁（６８）に向かって漸次的に減少する、請求項５記載のシステム。
7. 前記後縁トレンチ（９４）の第１の側壁（９８）上の前記冷却通路（１０８）の第１のセットの各々間の距離（１１３）が、０．２５〜５ｃｍの間であり、前記後縁トレンチ（９４）の第２の側壁（９６）上の前記冷却通路（１０８）の第２のセットの各々間の距離（１１３）が、０．２５〜５ｃｍの間である、請求項２記載のシステム。
8. 前記第１の側壁（９８）上の前記冷却通路（１０８）の第１のセットが、前記タービンブレード（４０）の正圧側壁（５８）に近接している、請求項１記載のシステム。
9. 前記後縁トレンチ（９４）の長さ（１００）が、前記タービンブレード（４０）の半径方向ブレード先端の翼弦長さ（１０２）の５〜４０％の間である、請求項１記載のシステム。
10. 前縁（６６）及び後縁（６８）を有し、半径方向先端（６２）を含むタービンブレード（４０）を備えたタービン（１８）と、
    前記半径方向ブレード先端（６２）に沿って前記後縁（６８）に向けて延びた後縁トレンチ（９４）と
    を備えるシステム（１０）であって、
    前記後縁トレンチ（９４）が、
    正圧側トレンチ壁（９８）と、
    負圧側トレンチ壁（９６）と、
    トレンチ床部（１０６）と、
    前記タービンブレード（４０）の後縁（６８）に向けて下流方向（５０）に角度が付いた複数の冷却通路（１０８）と
    を含んでいる、システム（１０）。

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