JP2016160938A

JP2016160938A - 翼形部及び翼形部の先端における圧力を管理する方法

Info

Publication number: JP2016160938A
Application number: JP2016035005A
Authority: JP
Inventors: アデブコラ・オルワスン・ベンソン; Adebukola Oluwaseun Benson; リサ・デ・ベリス; Debellis Lisa; シュウツァン・ジェームス・ツァン; James Zhang Ziuzhang
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2016-09-05
Also published as: EP3064714A1; CN105937411A; US20160258302A1

Abstract

【課題】翼形部及び翼形部の先端における圧力を管理する方法を提供すること。【解決手段】翼形部は、該翼形部の半径方向外側端部にてスクイーラ先端を含む。スクイーラ先端のスクイーラ先端ポケットは、凸状側及び凹状側と、先端プレートとを有する。ディバイダは、凹状側から凸状側まで先端プレートにわたって延びて、スクイーラ先端ポケットを第１のポケットと第２のポケットとに分割する。第２のポケットにおいて先端プレートを通る少なくとも１つの冷却通路は、該先端プレートを通じて翼形部の内部から第２のポケットに流体連通を提供する。第１のポケットは、翼形部の内部から流体的に遮断される。【選択図】図１

Description

本明細書で開示される主題は、翼形部並びに翼形部の先端における圧力を管理する方法に関する。

タービンは、産業及び商用運転において広く使用されている。電力を発生させるのに使用される典型的な商用蒸気又はガスタービンは、固定翼形部と回転翼形部又はブレードの交互する段を含む。例えば、ステータベーンは、タービンを囲むケーシングなどの固定構成要素に取り付けられ、ロータブレードは、タービンの軸方向中心線に沿って位置するロータに取り付けられる。蒸気、燃焼ガス又は空気などの圧縮作動流体は、タービンを通って流れ、固定ベーンは、この圧縮作動流体を加速してロータブレードの後続の段に配向し、ロータブレードに運動を与え、その結果ロータを転回させて仕事を行うようにする。

ロータブレードの周りに漏洩又はバイパスする圧縮作動流体は、タービンの効率を低下させる。ロータブレードをバイパスする圧縮作動流体の量を低減するため、ケーシングは、ロータブレードの各段を囲む固定シュラウドセグメントを含むことができ、各ロータブレードは、シュラウドセグメントとロータブレードとの間のクリアランスを低減する先端キャップを外側半径方向先端にて含むことができる。ロータブレードの周りの漏洩を低減又は阻止するのに効果的であるが、シュラウドセグメントと先端キャップとの間の相互作用は、局所的な高い温度をもたらす可能性があり、これにより低サイクル疲労限界を低下させ、及び／又は先端キャップでのクリープの増大を招く可能性がある。結果として、冷却媒体が先端キャップにおいて冷却通路に流れる前に各ロータブレードの内部に流すよう供給され、ロータブレードの先端キャップ上にフィルム冷却を提供することができる。

特定の設計において、各先端キャップは、リムによって少なくとも部分的に囲まれる外面又は先端プレートを含むことができる。リム及び先端プレートは、リム、先端プレート及び周囲のシュラウドセグメントの間にスクイーラ先端ポケットとしても知られる先端キャビティを少なくとも部分的に定めることができる。このようにして、スクイーラ先端ポケットに供給される冷却媒体は、リム上又はスクイーラ先端ポケットの外部に流れる前に先端キャップから熱を奪うことができる。

米国特許出願公開第２０１３０２６６４５４号明細書

本発明の１つの態様によれば、翼形部は、該翼形部の半径方向外側端部にてスクイーラ先端を含む。スクイーラ先端のスクイーラ先端ポケットは、凸状側及び凹状側と、先端プレートとを有する。ディバイダは、凹状側から凸状側まで先端プレートにわたって延びて、スクイーラ先端ポケットを第１のポケットと第２のポケットとに分割する。第２のポケットにおいて先端プレートを通る少なくとも１つの冷却通路は、該先端プレートを通じて翼形部の内部から第２のポケットに流体連通を提供する。第１のポケットは、翼形部の内部から流体的に遮断される。

本発明の別の態様によれば、ロータブレードは、ロータホイール及び翼形部を接続するよう動作可能に構成されたダブテールを含む。翼形部は、翼形部の半径方向外側端部にてスクイーラ先端と、凸状側及び凹状側を有するスクイーラ先端のスクイーラ先端ポケットと、先端プレートと、を含む。ディバイダは、凹状側から前記凸状側まで先端プレートにわたって延びて、スクイーラ先端ポケットを第１のポケットと第２のポケットとに分割する。第２のポケットにおいて前記先端プレートを貫通する少なくとも１つの冷却通路は、翼形部の内部から先端プレートを通じて第２のポケットに流体連通を提供する。第１のポケットは、翼形部の内部から流体的に遮断されている。

本発明の更に別の態様によれば、翼形部の先端での圧力を管理する方法は、翼形部のスクイーラ先端ポケットにおける先端プレートにわたって先端の凹状側から凸状側までディバイダを配置し、先端ポケットを第１のポケットと第２のポケットとに分割するステップと、翼形部の内部を第１のポケットから流体的に遮断するステップと、第２のポケットにおいて先端プレートを通る少なくとも１つの冷却通路を流体的に接続し、先端プレートを通じて翼形部の内部から第２のポケットに流体連通を提供するステップと、を含む。

これら及び他の利点並びに特徴は、図面を参照しながら以下の説明から明らかになるであろう。

本発明とみなされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘し且つ明確に特許請求している。本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかである。

本発明のロータブレードの種々の実施形態を組み込むことができるタービンの１つの実施形態の簡易断面図。ロータブレードの１つの実施形態を有する図１に示すタービン段の１つの実施形態の一部の斜視図。ロータブレード内の流路の１つの実施形態と比較した、ロータブレードの外側端部の低圧セクションにおける開口の１つの実施形態を例示した概略図。ロータブレード内の流路の別の実施形態と比較した、ロータブレードの外側端部の低圧セクションにおける開口の１つの実施形態を例示した概略図。静圧とポケットにわたる入口圧力との比を示したロータブレードのスクイーラ先端ポケットの上面図。静圧とポケットにわたる入口圧力との比を示したロータブレードの１つの実施形態のスクイーラ先端ポケットの上面図。静圧とポケットにわたる入口圧力との比を示したロータブレードの別の実施形態のスクイーラ先端ポケットの上面図。図５〜７のロータブレードのキャンバー線に沿った圧力比と位置のグラフ。リムにおける流体アクセスに関するロータブレードの１つの実施形態の外側端部の上面図。

この詳細な説明は、例証として図面を参照しながら、本発明の利点及び特徴と共に例示的な実施形態を説明している。

ここで、その１つ又はそれ以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。

次に、幾つかの図全体を通して様々な参照符号が同様の要素を表す図面を参照すると、図１は、ロータブレード３０の実施形態を組み込むことができるタービン１０の実施形態の一部の簡易側断面図を示す。図１に示すように、タービン１０は、一般に、ロータ１２とケーシング１４とを含み、これらはタービン１０を通るガス経路を少なくとも部分的に定める。ロータ１２は、一般に、タービン１０の軸方向中心線１８と整列し、発電機、圧縮機、又は別の機械と接続されて仕事を生成することができる。ロータ１２は、ロータホイール２０及びロータスペーサ２２の交互するセクションを含むことができ、これらは、一体となって回転するようボルト２４により共に接続される。ケーシング１４は、ロータ１２の少なくとも一部を円周方向に囲み、ガス経路１６を通って流れる圧縮作動流体２６を収容する。圧縮作動流体２６は、例えば、燃焼ガス、圧縮空気、飽和蒸気、未飽和蒸気、又はこれらの組み合わせを含むことができる。

図１に示すように、タービン１０は更に、ケーシング１４の内部で且つロータ１２の周りに円周方向に配列されてロータ１２とケーシング１４との間に半径方向に延びるロータブレード３０とステータベーン３２の交互する段を含む。ロータブレード３０は、様々な機械的接続を用いてロータホイール２０に接続することができる。対照的に、ステータベーン３２は、ロータスペーサ２２と対向してケーシング１４内部で周囲に配列することができる。各ロータブレード３０及びステータベーン３２は、一般に、凹状の正圧側面、凸状の負圧側面、並びに前縁及び後縁を備えた翼形部を有する。圧縮作動流体２６は、図１に示すように左から右にタービン１０を通ってガス経路１６に沿って流れる。圧縮作動流体２６がロータブレード３０の第１段にわたって通過すると、該圧縮作動流体２６が膨張し、ロータブレード３０、ロータホイール２０、ロータスペーサ２２、ボルト２４、及びロータ１２の回転を引き起こす。次いで、圧縮作動流体２６は、ステータベーン３２の次の段にわたって流れて、該圧縮作動流体２６を加速させてロータブレード３０の次の段に再配向し、後続の段においてこのプロセスを繰り返す。図１に示す実施形態において、タービン１０は、ロータブレード３０の３つの段の間でステータベーン３２の２つの段を有するが、特定の目的においてあらゆる数の段を利用することができ、図１に描かれたロータブレード３０及びステータベーン３２の段の数は例証の目的に過ぎない。

図２は、本発明の範囲内にある図１に示すロータブレード３０の段４０の１つの実施形態の一部の斜視図を示す。段４０は、蒸気発生器、燃焼器、又は圧縮作動流体２６を発生する他のシステム（図示せず）から下流側にあるタービン１０における何らかの段とすることができる。図１及び２に示すように、環状シュラウド４２又は複数のシュラウドセグメントは、ケーシング１４（図２には図示せず）に好適に連結することができ、比較的小さなクリアランス又はギャップを間に設けて、作動中に通過する圧縮作動流体２６の漏洩を制限するようにロータブレード３０を囲む。各ロータブレード３０は、一般に、ロータホイール２０の外周において対応するダブテールスロット内を滑動するよう構成された軸方向ダブテールのような何らかの従来の形態を有することができるダブテール４４を含む。翼形部４６は、ダブテール４４に一体的に連結することができ、そこから半径方向又は長手方向外向きに延びることができる。翼形部４６は、中空又は実質的に中空とすることができる。ロータブレード３０はまた、圧縮作動流体２６の流路の半径方向内側部分を提供するため翼形部４６とダブテール４４との接合部にて配置される一体形プラットフォーム４８などのプラットフォーム４８を含むことができる。ロータブレード３０は、単一又は複数要素のケーシング内に又は他の技法により形成することができる。

翼形部４６は、一般に、前縁５４と後縁５６との間に軸方向に延びる、凹状側正圧面５０及び円周方向又は側方向に対向する凸状側負圧面５２を含む。正圧面及び負圧面５０，５２はまた、プラットフォーム４８の半径方向内側根元と半径方向外側端部６０との間で半径方向に延びる。翼形部４６は、プラットフォーム４８から半径方向外側端部６０までスパン方向で延び、前縁５４から後縁５６まで流れ方向で延びる。更に、正圧面及び負圧面５０，５２は、翼形部４６の半径方向スパン全体にわたって円周方向で離間して配置されて、翼形部４６を通って冷却媒体を流すための少なくとも１つの内部流れチャンバ、チャンネル、又はキャビティ６２を定める。冷却媒体は、例えば、飽和蒸気、不飽和蒸気又は空気を含む、ロータブレード３０から熱を除去するのに好適な何らかの流体を含むことができる。キャビティ６２は、例えば内部に種々のタービュレータを備えた蛇行流れチャンネルを含む、冷却媒体の有効性を強化するための何らかの構成を有することができ、該冷却媒体は、フィルム冷却孔６４及び／又は後縁吐出孔６６など、翼形部４６を貫通する種々の孔を通じて排出することができる。キャビティ６２は更に、前縁キャビティ６８又は前縁５４に隣接した他のフラッグキャビティを含み、これについては以下で更に説明する。

図３及び４は、翼形部４６の半径方向外側端部６０におけるスクイーラ先端５８と比較した翼形部４６の内部３４の冷却媒体の流れ方向に関する１つの実施形態の概略図を示している。図３及び４の両方において、先端プレート７０は、半径方向外側端部６０にわたって延びている。先端プレート７０は、ロータブレード３０と一体化することができ、或いは、翼形部４６の半径方向外側端部６０の所定位置に溶接又は他の方法で固定することができる。リム７２は、先端プレート７０から半径方向外向きに延びて、翼形部４６の少なくとも一部を囲む。リム７２は、凸状側７６と対向する凹状側７４を含むことができる。凹状側７４は、翼形部４６の凹状面５０から半径方向外向きに延び、凸状側７６は、翼形部４６の凸状面５２から半径方向外向きに延びる。一般に、凹状側及び凸状側７４，７６は、先端プレート７０とほぼ直角に交差するが、これは特定の実施形態においては変わることができる。加えて、凹状側及び凸状側７４，７６は、ほぼ矩形の断面を有することができ、凹状側及び凸状側７４，７６の高さ及び幅は、ロータブレードの位置、シュラウド４２との望ましいクリアランス、その他などの様々な要因に応じて、先端プレート７０の周りで変わることができる。特定の実施形態において、凹状側及び凸状側７４，７６は、図３及び４に示すように、前縁及び後縁５４，５６にて接合し、リム７２が先端プレート７０全体を囲むようにすることができる。従って、リム７２の凹状側及び凸状側７４，７６間のスクイーラ先端ポケット７８は、半径方向外側端部６０に設けられる。

スクイーラ先端ポケット７８における高圧は、供給条件でのより高い圧力、又は高い先端圧力を管理するための翼形部４６の幾何形状に対する他の望ましくない修正を必要とする。従って、図３〜４に更に示すように、ディバイダ８０は、凹状側及び凸状側７４，７６間で先端プレート７０にわたって延び、スクイーラ先端ポケット７８を高圧セクション用の第１のポケット８２と低圧セクション用の第２のポケット８４とに分割する。各ポケット８２，８４は、一般に、ディバイダ８０、リム７２の凹状側及び凸状側７４，７６、及び先端プレート７０によって境界付けることができる。加えて、ポケット８２，８４は、一般に、ロータブレード３０の半径方向外側端部６０を貫通して開いており、設置時には、基本的には、周囲のシュラウド４２により少なくとも部分的に密閉状態になる。

ポケット８２，８４は、特に後縁５６の方向で幅、深さ、長さ、及び／又は容積が変化することができるが、ディバイダ８０の配置は、図６及び７に関して以下で更に説明するように、スクイーラ先端ポケット７８を第１のポケット８２内の高圧セクションと第２のポケット８４内の低圧セクションとに分割するように選択される。ポケット８２，８４の深さは、先端プレート７０にわたって実質的に一定とすることができ、他方、ポケット８４の幅は、後縁５６の方向で減少し、一般的には後縁５６に向かって翼形部４６の狭窄形状に比例して狭くなることができる。

特定の実施形態において、先端プレート７０、リム７２、及び／又はディバイダ８０は、ボンドコート又は他のタイプの高温コーティングのようなコーティングを施すことができる。コーティングは、例えば、アルミナイドコーティングのような高アルミニウム含有量の防蝕剤を含むことができる。アルミナイドコーティングは、腐食に対して極めて効果的であるが、早期に摩耗する傾向がある。その結果、アルミナイドコーティングは、隣接する部品との摩擦から比較的保護される理由から、ポケット８２，８４の内部に対して好適である。

ロータブレード３０は更に、先端プレート７０を通じてポケット８４に流体連通を提供し、ポケット８２には連通しない複数の冷却通路８６，８８を含むことができる。ポケット８４は、前縁５４にて前縁キャビティ６８又は他のフラッグ冷却キャビティのスパン方向で半径方向外向きに位置付けられるが、他の場合にはポケット８２に対応する先端プレート７０の位置に通常は送給されることになる前縁キャビティ６８からの流体連通は、ポケット８４内の通路８６又は該ポケット８４の他の位置と連通するように再配向され、従って、冷却キャビティの圧力ダンプとしてポケット８４の低圧セクションにアクセスして先端圧力を管理するようにする。従って、ポケット８４は、キャビティ６２からの流体連通に逆らうようポケット８２よりも低い圧力を提供する。ポケット８４に冷却通路８６，８８を設け、ポケット８２には設けないようにすることにより、本発明は、ポケット８２にて見られる高圧の挙動を巧く利用している。この構成を用いることにより、低い先端ダンプ圧力を提供し、従って、より少ない圧縮機供給抽出で所望の流れを達成することができる。図３及び４は、前縁キャビティ６８からポケット８４への流体連通を再配向する２つの異なる実施形態を示している。図３は、前縁５４より離れて後縁５６に近接した位置に前縁キャビティ６８を流体連通する再配向流路９０を示している。更に、冷却通路８６と連通するため、再配向流路９０に流体接続された孔、開口、又はアパーチャ９２が設けられる。図４は、前縁キャビティ６８を冷却通路８６に連通する角度付き孔９４を示している。角度付き孔９４はまた、前縁キャビティ６８から前縁５４より離れて後縁５６に近接した位置に流体連通をする再配向する点で、再配向流路でもある。翼形部４６及び先端プレート７０は更に、他の場合には第１のポケット８２に向けて前縁キャビティ６８を流体連通するはずの位置にてプラグ９６により塞ぐことができる。ポケット８４における冷却通路８６，８８のサイズ及び数は、翼形部４６内部のキャビティ６２からポケット８４内に所望の圧力及び流量の冷却媒体を送給して、先端プレート７０、リム７２、及びディバイダ８０を対流的及び伝導的に冷却すると同時に、ガス経路１６を流れる圧縮作動流体２６に伴う過酷な温度からこれらの表面を部分的に断熱するように選択される。

次に、図５〜７を参照すると、入口１２０における入口圧力が測定され、また、スクイーラ先端ポケット７８のキャンバー線１０８（図５）に沿った圧力が測定される。スクイーラ先端ポケット７８内の圧力と入口における全体圧力との比の変動が示されている。この圧力比は、単に例証の目的で示されており、構成要素のサイズ、用途及び状態の変化に基づく変化を生じる。図５は、ディバイダ８０を設けていないことにより生じる比の相対変化を示し、図６〜７は、スクイーラ先端ポケット７８内のディバイダ８０の位置の変化による圧力比の相対変化を示している。図５は、内部にディバイダ８０の無いスクイーラ先端ポケット７８を示す。最大比、すなわち最高圧力領域は、領域９８で示されるように、前縁５４付近の種々の領域並びに凹状側及び凸状側７４，７６の両方にて不均一に散在している。領域１００は、領域９８よりも低い圧力比を有し、キャビティ７８内でほとんど不均一に広がっている。図６は、スクイーラ先端ポケット７８内のディバイダ８０の追加を示している。図から分かるように、最高比領域９８は、ポケット８２内に集中しており、ポケット８４は、より低い比領域１０２，１０４及び１０６、並びに小さな量の比領域１００に晒される。図７は、図６に示すよりも前縁５４により近接してディバイダ８０が設けられたスクイーラ先端ポケット７８の別の実施形態を示す。この場合も同様に、最高圧力領域９８がポケット８２内に集中していることが示されている。

図７の実施形態は、冷却通路８６，８８（図３及び４に示す）を収容するためのより多くの余地をポケット８４に提供するが、ポケット８４はまた、図６の実施形態よりも多くの量の圧力比領域１００を含んでいる。従って、前縁５４から後縁５６まで延びるキャンバー線１０８に沿ったスクイーラ先端ポケット７８内のディバイダ８０の最適な配置は、ポケット８４の領域を最大にすることと、ポケット８２内の高圧力集中との平衡をとるように選択することができる。図８は、図５、６、及び７に示す実施形態の各々においてスクイーラ先端５８のキャンバー線１０８すなわち正規化チャンバスパンに沿った圧力比Ｐｓ（スクイーラ）／Ｐｔ（入口）を示しており、ここで「０」はキャンバー線１０８の前縁位置を指し、「１」はキャンバー線１０８の後縁位置を指し、スパンにおける左右方向の各位置は、流れ方向でのキャンバー線１０８の位置を示している。グラフ中の線１１０は、ディバイダの無い図５のスクイーラ先端のキャンバー線１０８に沿った圧力比を指し、グラフ中の線１１２は、ディバイダ８０を有する図６のスクイーラ先端５８のキャンバー線１０８に沿った圧力比を指し、グラフ中の線１１４は、図６よりも前縁５４により近くディバイダ８０を位置付けた図７のスクイーラ先端５８のキャンバー線１０８に沿った圧力比を指す。スクイーラ先端５８に影響を及ぼす圧力状態の変化は、線１１４のほぼ「０．１５」の位置で及び線１１２のほぼ「０．３」の位置でのディバイダ８０の位置により示される。従って、図８は更に、ディバイダ８０がポケット８２において高圧（又は少なくともより高い圧力）セクション及びポケット８４において低圧（又は少なくともより低い圧力）セクションをどのように生成するかを示している。ポケット８４の領域を最大にしながら、ポケット８２内の高い圧力集中を平衡にするために、ディバイダ８０の位置は、上流側入口平均総圧力の約５５％〜約７５％の静圧力比範囲に基づいて位置付けることができる。

ＰＳ_{ｄｉｖｉｄｅｒ}／ＰＴ_{ｉｎｌｅｔ}＝０．５５〜０．７５
ここでＰＳ_{ｄｉｖｉｄｅｒ}は、ディバイダ８０における静圧を指し、ＰＴ_{ｉｎｌｅｔ}は、上流側入口平均総圧力、換言すると、図５〜７に例示的に描かれた入口１２０を有するガス経路１６の前縁５４にて翼形部４６の周りを通過する総圧力を指す。単に例証の目的で、線１１４のディバイダ位置は、ＰＳｄｉｖｉｄｅｒ／ＰＴｉｎｌｅｔが約０．７２であることを表し、線１１２のディバイダ位置は、ＰＳｄｉｖｉｄｅｒ／ＰＴｉｎｌｅｔが約０．６６であることを表し、これらは０．５５〜０．７５の範囲内にある。従って、これらの実施形態において、ディバイダ８０は、図７及び８に示される場所を含めて間の位置のどこかに配置される。例えば、ディバイダ８０は、およそ０．１〜０．４の位置、より詳細にはキャンバー線１０８に沿った０．１５〜０．３の位置に配置することができ、ここで高圧力ポケット８２は、キャンバー線１０８に沿って測定した前縁５４からディバイダ８０までのスクイーラ先端キャビティ７８の１０〜４０％にわたって延び、より詳細には、キャンバー線１０８に沿って測定した前縁５４からディバイダ８０までのスクイーラ先端キャビティ７８の１５〜３０％にわたって延びる。上述のように特定の実施例について説明してきたが、ディバイダは、約０．５５〜約０．７５の静圧力比範囲ＰＳｄｉｖｉｄｅｒ／ＰＴｉｎｌｅｔにて選択セクションに沿ったどこかに配置することができる。

図９に示す代替の実施形態において、リム７２は、該リム７２の凸状側７６における流体通路１１６など、流体通路１１６を含むことができる。或いは、流体通路１１６は、別の位置に設けることができる。冷却通路８６，８８は、図示されていないが、図３及び４に示される第２のポケット８４内に含まれる。

図１〜９に関して図示し説明した実施形態では、翼形部４６の先端５８における圧力を管理する方法も提供される。本方法は、例えば、冷却通路８６，８８を通って先端プレート７０、リム７２、及びディバイダ８０によって定められるポケット８４内に冷却媒体を流入させるステップを含むことができる。本方法は更に、ディバイダ８０によってポケット８４から分離されたポケット８２からの冷却媒体を遮断するステップを含むことができる。ポケット８２からの冷却媒体を遮断するステップは、他の場合にはポケット８２内に配向されるはずの冷却通路を塞ぐことにより、又は、ポケット８４内への再配向された流路を用いて冷却流体を再配向することにより達成することができる。

以上のように、本発明の種々の実施形態は、翼形部４６と、該翼形部４６の先端５８での圧力を管理する方法と、を含む。翼形部４６は、半径方向外側端部６０にて先端プレート７０から半径方向外向きに延びて、スクイーラ先端ポケット７８を少なくとも部分的に定めるリム７２を含む。ディバイダ８０は、先端プレート７０にわたって延びて、スクイーラ先端ポケット７８を少なくとも２つのポケット８２、８４に分離し、複数の冷却通路８６，８８は、先端プレート７０を通って低圧ポケット８４に冷却媒体が流れる流体連通を提供する。リム７２における流体通路１１６は、リム７２にわたってポケット８２，８４のうちの一方から外に冷却媒体が流出するための流体連通を提供することができる。本発明の実施形態は、一般に、ガスタービン１０又は他のターボ機械に組み込まれたロータブレード３０の関連で説明することができるが、本発明の実施形態は、請求項に別途記載のない限り、ガスタービン１０又は他のターボ機械に限定されないことは、当業者であれば本明細書の教示から容易に理解されるであろう。

詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似の要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似の記号表示を使用している。本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。加えて、用語「上流側」及び「下流側」は、流体経路における構成要素の相対的位置を示している。例えば、流体が構成要素Ａから構成要素Ｂに流れる場合、構成要素Ａは、構成要素Ｂの上流側にある。逆に、構成要素Ｂが構成要素Ａから流体を受け取る場合、構成要素Ｂは構成要素Ａの下流側にある。

各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、修正形態及び変形形態を本発明において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。

限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは理解されたい。むしろ、本発明は、上記で説明されていない多くの変形、改造、置換、又は均等な構成を組み込むように修正することができるが、これらは、本発明の技術的思想及び範囲に相応する。加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は記載された実施形態の一部のみを含むことができる点を理解されたい。従って、本発明は、上述の説明によって限定されるとみなすべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。

１０タービン
１２ロータ
１４ケーシング
１６ガス経路
１８軸方向中心線
２０ロータホイール
２２ロータスペーサ
２４ボルト
２６圧縮作動流体
３０ロータブレード
３２ステータベーン
３４翼形部の内部
４０段
４４ダブテール
４６翼形部
４８プラットフォーム
５０凹状正圧面
５２凸状負圧面
５４前縁
５６後縁
５８スクイーラ先端
６０半径方向外側端部
６４フィルム冷却孔
６６後縁吐出孔
６８前縁キャビティ
７０先端プレート
７２リム
７４凹状側
７６凸状側
７８スクイーラ先端ポケット
８０ディバイダ
８２第１のポケット
８４第２のポケット
８６冷却通路
８８冷却通路
９０再配向流路
９２アパーチャ
９４角度付き孔
９６プラグ
９８最高圧力領域
１００高圧領域
１０２圧力領域
１０４圧力領域
１０６圧力領域
１０８キャンバー線
１１０線
１１２線
１１４線
１１６流体通路
１２０入口

Claims

翼形部（４６）であって、
凸状側（７６）及び凹状側（７４）を有し、前記翼形部の半径方向外側端部においてスクイーラ先端ポケット（７８）を含むスクイーラ先端（５８）と、
前記スクイーラ先端にある先端プレート（７０）と、
前記凹状側から前記凸状側まで前記先端プレートにわたって延びて、前記スクイーラ先端ポケットを第１のポケット（８２）と第２のポケット（８４）とに分割するディバイダ（８０）と、
前記第２のポケットにおいて前記先端プレートを貫通して、前記翼形部の内部から前記先端プレートを通じて前記第２のポケットに流体連通を提供する少なくとも１つの冷却通路（８６，８８）と、
を備え、前記第１のポケットが前記翼形部の内部から流体的に遮断されている、翼形部。
前記翼形部の前縁（５４）から後縁（５６）まで延びるキャンバー線（１０８）を含み、前記ディバイダが、前記翼形部のキャンバー線を横断する、請求項１に記載の翼形部。
前記ディバイダでの静圧と前記翼形部の入口での平均総圧力との比が、約０．５５〜約０．７５である、請求項２に記載の翼形部。
前記ディバイダが、前記後縁よりも前記前縁に近接して前記キャンバー線に沿った位置に位置付けられる、請求項２に記載の翼形部。
前記第１のポケットが、前記前縁から前記キャンバー線に沿って約１０％〜４０％まで流れ方向で延びる、請求項２に記載の翼形部。
前記先端プレートから半径方向外向きに延びて該先端プレートの少なくとも一部を囲むリム（７２）を更に備え、前記ディバイダが、前記凹状側で前記リムに接続され、前記凸状側で前記リムに接続される、請求項１に記載の翼形部。
前記リムを貫通する少なくとも１つの流体通路（１１６）を更に備える、請求項６に記載の翼形部。
前記少なくとも１つの流体通路のうちの１つの流体通路が、前記第１のポケットにおいて前記ディバイダに隣接している、請求項７に記載の翼形部。
前記第１のポケットにおける先端プレートが無孔である、請求項１に記載の翼形部。
前記少なくとも１つの冷却通路が、複数の冷却通路を含む、請求項１に記載の翼形部。
前記第１のポケットが、前記第２のポケットよりも高い圧力を生じる、請求項１に記載の翼形部。
前記翼形部の内部内に前縁キャビティ（６８）を更に備え、前記第１のポケットが、前記翼形部のスパン方向で前記前縁キャビティと軸方向に整列し且つ該前縁キャビティの半径方向外向きに位置付けられる、請求項１に記載の翼形部。
前記第２のポケットにおける少なくとも１つの冷却通路のうちの１つの冷却通路に前記前縁キャビティを流体接続する再配向流路（９０）を更に備える、請求項１２に記載の翼形部。
前記第１のポケットにおける冷却通路が塞がれて、前記前縁キャビティと前記第１のポケットとの間の流体連通を阻止するようにする、請求項１２に記載の翼形部。
ロータホイール（２０）に接続するよう動作可能に構成されたダブテール（４４）と、
翼形部（４６）と、
を備えたロータブレード（３０）であって、
前記翼形部（４６）が、
凸状側（７６）及び凹状側（７４）を有し、前記翼形部の半径方向外側端部においてスクイーラ先端ポケット（７８）を含むスクイーラ先端（５８）と、
前記スクイーラ先端にある先端プレート（７０）と、
前記凹状側から前記凸状側まで前記先端プレートにわたって延びて、前記スクイーラ先端ポケットを第１のポケット（８２）と第２のポケット（８４）とに分割するディバイダ（８０）と、
前記翼形部の内部から前記先端プレートを通じて前記第２のポケットに流体連通を提供するため前記第２のポケットにおいて前記先端プレートを貫通する少なくとも１つの冷却通路（８６，８８）と、
を含み、前記第１のポケットが前記翼形部の内部から流体的に遮断されている、ロータブレード。
前記ディバイダでの静圧と前記翼形部の入口での平均総圧力との比が、約０．５５〜約０．７５である、請求項１５に記載のロータブレード。
翼形部（４６）の先端での圧力を管理する方法であって、
前記翼形部のスクイーラ先端ポケット（７８）における先端プレート（７０）にわたって前記先端の凹状側から凸状側までディバイダ（８０）を配置し、前記先端ポケットを第１のポケット（８２）と第２のポケット（８４）とに分割するステップと、
前記翼形部の内部を前記第１のポケットから流体的に遮断するステップと、
前記第２のポケットにおいて前記先端プレートを通る少なくとも１つの冷却通路を流体的に接続し、前記先端プレートを通じて前記翼形部の内部から前記第２のポケットに流体連通を提供するステップと、
を含む、方法。
前記翼形部の内部を前記第１のポケットから流体的に遮断するステップが、前記第１のポケットにおける冷却通路（８６，８８）を前縁キャビティ（６８）から塞ぐステップと、前記前縁キャビティから前記第２のポケットにおける少なくとも１つの冷却通路のうちの１つの冷却通路まで経路を流体的に接続するステップのうちの少なくとも１つのステップを含む、請求項１７に記載の方法。
前記ディバイダを配置するステップが、前記ディバイダでの静圧と前記翼形部の入口での平均総圧力との比が約０．５５〜約０．７５である場所に前記ディバイダを配置するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
前記第２のポケットにおいて見られる低圧によって前記翼形部の内部から前記スクイーラ先端ポケットに冷却空気を配向し、前記第１のポケットに見られる高圧を回避するステップを更に含む、請求項１７に記載の方法。