JP2017031969A

JP2017031969A - タービンブレード

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Publication number: JP2017031969A
Application number: JP2016131190A
Authority: JP
Inventors: クリストファー・ロイド・マッケンジー; Lloyd Mckenzie Christopher; ロバート・フランシス・マニング; Robert Francis Manning; バーヌ・マハサムドラム・レッディ; Mahasamudram Reddy Bhanu
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2015-07-02
Filing date: 2016-07-01
Publication date: 2017-02-09
Also published as: EP3112595A1; US9976424B2; CN106321154A; CN106321154B; US20170002664A1; BR102016015350A8; CA2934653A1

Abstract

【課題】タービンブレードは、根元と先端との間に延在する翼形部である。本体冷却のために先端転回部の冷却が必要である。
【解決手段】前縁（９２）および後縁（９４）を形作るように互いに接合された正圧側壁および負圧側壁を有する翼形部（７８）と、前記翼形部（７８）内に配置された本体冷却通路（９８）であって、前記先端（８０）の近傍に配置された少なくとも１つの先端転回部（１００）を有する本体冷却通路（９８）と、前記先端（８０）に沿って延在する先端冷却流路（１２０）であって、前記少なくとも１つの先端転回部（１００）のすべての表面において前記少なくとも１つの先端転回部（１００）と前記翼形部（７８）の外面との間に冷却障壁を形成するように前記少なくとも１つの先端転回部（１００）を覆う先端冷却流路（１２０）とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、タービンブレードに関する。

タービンエンジン、特に、ガスタービンエンジンまたは燃焼タービンエンジンは、多数のタービンブレードに向かってエンジンを通過する燃焼ガスの流れからエネルギーを取り出す回転エンジンである。ガスタービンエンジンは、陸上移動および海上移動ならびに発電のために使用されているが、最も一般的には航空用途（航空機（ヘリコプターを含む）など）のために使用されている。航空機において、ガスタービンエンジンは、航空機の推進のために使用される。地上用途では、タービンエンジンは、多くの場合、発電のために使用される。

航空機用のガスタービンエンジンは、エンジン効率を最大にするために高温で運転されるように設計されており、したがって、特定のエンジン構成要素（高圧タービンおよび低圧タービンなど）の冷却が必要な場合がある。一般的には、冷却は、高圧圧縮機および／または低圧圧縮機から冷却を必要とするエンジン構成要素に冷却流体を送ることによって達成される。高圧タービンの温度は、約１０００℃〜２０００℃であり、圧縮機からの冷却流体は、約５００℃〜７００℃である。圧縮機空気は、高温ではあるが、タービン空気よりは冷たく、タービンを冷却するために使用され得る。

一般に、タービンブレードは、翼形部本体およびブレードの先端を通過する部分を含み得る、冷却空気のための内部冷却流路を含む。ブレード先端を冷却するための１つの従来技術の設計が、図７に示されている。翼形部２００は、翼形部２００の正圧側壁２０６と負圧側壁２０８との間に延在する内部壁２０４によって画成された少なくとも１つの転回部（ｔｕｒｎ）２０２を有する蛇行冷却流路によって冷却される。翼形部２００の先端２１０は、先端流路２１２によって冷却される。ブレード先端を冷却するための別の従来技術の設計が、図８に示されている。図７に示されているもう一方の従来技術の設計と同様に、翼形部３００は、翼形部３００の正圧側壁３０６と負圧側壁３０８との間に延在する内部壁３０４によって画成された少なくとも１つの転回部３０２を有する蛇行冷却流路によって冷却される。ここでは、翼形部３００の先端３１０は、正圧側壁３０６および負圧側壁３０８に接する周辺先端流路３１２によって冷却される。

米国特許第８７７７５６７号明細書

本発明は、タービンブレードに関する。一態様において、本発明は、タービンブレードであって、根元と先端との間に延在する翼形部であって、前縁および後縁を形作るように互いに接合された正圧側壁および負圧側壁を有する翼形部と、翼形部内に配置された本体冷却通路であって、先端の近傍に配置された少なくとも１つの先端転回部を有する本体冷却通路と、先端に沿って延在する先端冷却流路であって、少なくとも１つの先端転回部のすべての表面において少なくとも１つの先端転回部と翼形部の外面との間に冷却障壁を形成するように少なくとも１つの先端転回部を覆う先端冷却流路とを有するタービンブレードに関する。

別の態様において、本発明は、タービンブレードであって、根元と先端との間に延在する翼形部であって、前縁および後縁を形作るように互いに接合された正圧側壁および負圧側壁を有する翼形部と、翼形部内に配置された本体冷却通路であって、根元から先端の近くまで延在する少なくとも１つの外側区間、先端から根元の近くまで延在する戻り区間、および外側区間と戻り区間とを接続する、先端の近傍に配置された先端転回部を有する本体冷却通路と、先端に沿って延在する先端冷却流路であって、先端転回部の全範囲にわたって側壁の少なくとも一方と先端転回部との間に冷却障壁を形成するように先端転回部と側壁の少なくとも一方との間に配置された先端冷却流路とを有するタービンブレードに関する。

さらに別の態様において、本発明は、タービンブレードであって、根元と先端との間に延在する翼形部であって、前縁および後縁を形作るように互いに接合された正圧側壁および負圧側壁を有する翼形部と、翼形部内に配置された本体冷却通路であって、根元から先端の近くまで延在する少なくとも１つの外側区間、先端から根元の近くまで延在する戻り区間、および外側区間と戻り区間とを接続する、先端の近傍に配置された先端転回部を有し、該先端転回部が、先端と対峙する外側表面を有する本体冷却通路と、先端に沿って延在する先端冷却流路であって、転回部の外側表面と先端との間に冷却障壁を形成するようにこれらの間に延在する先端冷却流路とを有するタービンブレードに関する。

航空機用のガスタービンエンジンの概略断面図である。本発明の第１の実施形態に係る、図１のエンジンのタービンブレードの形態のエンジン構成要素の斜視図である。図２のブレードの冷却回路に関する流れの図である。図２のタービンブレードの先端セクションの断面図である。本発明の第２の実施形態に係る、タービンブレードのための代替的な先端セクションを示す断面図である。本発明の第３の実施形態に係る、ブレードの冷却回路に関する流れの図である。従来技術のタービンブレードのための先端セクションを示す断面図である。別の従来技術のタービンブレードのための先端セクションを示す断面図である。

本発明の説明されている実施形態は、タービンブレードに関し、特に、タービンブレードを冷却することに関する。例証の目的で、本発明は、航空機ガスタービンエンジン用のタービンブレードに関して説明される。しかしながら、本発明は、そのように限定されず、非航空機用途（他の移動用途および産業、商業、住宅の非移動用途など）での一般的な適用性を有し得ることが理解される。

図１は、航空機用のガスタービンエンジン１０の概略断面図である。エンジン１０は、概ね長手方向に延びる軸線または中心線１２を有し、軸線または中心線１２は、前方１４および後方１６に延びている。エンジン１０は、下流への連続した流れ関係で、ファン２０を含むファンセクション１８と、ブースタまたは低圧（ＬＰ）圧縮機２４および高圧（ＨＰ）圧縮機２６を含む圧縮機セクション２２と、燃焼器３０を含む燃焼セクション２８と、ＨＰタービン３４およびＬＰタービン３６を含むタービンセクション３２と、排気セクション３８とを含む。

ファンセクション１８は、ファン２０を囲むファンケーシング４０を含む。ファン２０は、中心線１２の周りに半径方向に配置された複数のファンブレード４２を含む。

ＨＰ圧縮機２６、燃焼器３０、およびＨＰタービン３４は、燃焼ガスを生成する、エンジン１０のコア４４を形成している。コア４４は、ファンケーシング４０と結合され得るコアケーシング４６によって囲まれている。

エンジン１０の中心線１２の周りに同軸に配置されたＨＰシャフトまたはＨＰスプール４８は、ＨＰタービン３４とＨＰ圧縮機２６とを駆動連結している。ＬＰシャフトまたはＬＰスプール５０（エンジン１０の中心線１２を中心としてより大きな直径の環状のＨＰスプール４８内に同軸に配置されている）は、ＬＰタービン３６とＬＰ圧縮機２４およびファン２０とを駆動連結している。

ＬＰ圧縮機２４およびＨＰ圧縮機２６はそれぞれ、複数の圧縮機段５２、５４を含み、そこでは、１組の圧縮機ブレード５６、５８が、これらの段を通過する流体の流れを圧縮または加圧するために、対応する１組の圧縮機固定ベーン６０、６２（ノズルとも呼ばれる）に対して回転する。単一の圧縮機段５２、５４において、多数の圧縮機ブレード５６、５８は、リング状に設けられてもよく、ブレードプラットフォームからブレード先端まで中心線１２から半径方向外側に延在してもよい。一方、対応する圧縮機固定ベーン６０、６２は、回転ブレード５６、５８の下流に回転ブレード５６、５８に隣接して配置されている。図１に示されているブレード、ベーン、および圧縮機段の数が、例証目的で選択されたものに過ぎず、他の数も可能であることに留意されたい。

ＨＰタービン３４およびＬＰタービン３６はそれぞれ、複数のタービン段６４、６６を含み、そこでは、１組のタービンブレード６８、７０が、これらの段を通過する流体の流れからエネルギーを取り出すために、対応する１組のタービン固定ベーン７２、７４（ノズルとも呼ばれる）に対して回転される。単一のタービン段６４、６６において、多数のタービンブレード６８、７０は、リング状に設けられてもよく、ブレードプラットフォームからブレード先端まで中心線１２から半径方向外側に延在してもよい。一方、対応するタービン固定ベーン７２、７４は、回転ブレード６８、７０の上流に回転ブレード６８、７０に隣接して配置されている。図１に示されているブレード、ベーン、およびタービン段の数が、例証目的で選択されたものに過ぎず、他の数も可能であることに留意されたい。

運転中、回転するファン２０は、ＬＰ圧縮機２４に周囲空気を供給し、次に、ＬＰ圧縮機２４は、加圧された周囲空気をＨＰ圧縮機２６に供給し、ＨＰ圧縮機２６は、この周囲空気をさらに加圧する。ＨＰ圧縮機２６からの加圧された空気は、燃焼器３０で燃料と混合されて点火され、この結果、燃焼ガスが生成される。いくらかの仕事が、ＨＰ圧縮機２６を駆動するＨＰタービン３４によってこれらのガスから取り出される。燃焼ガスは、ＬＰタービン３６に排出され、ＬＰタービン３６は、ＬＰ圧縮機２４を駆動するためにさらなる仕事を取り出し、排気ガスは、最終的に排気セクション３８を介してエンジン１０から排出される。ＬＰタービン３６の駆動は、ＬＰスプール５０を駆動して、ファン２０およびＬＰ圧縮機２４を回転させる。

ファン２０によって供給される周囲空気の一部は、エンジンコア４４をバイパスされ、エンジン１０の部分（とりわけ、高温部分）の冷却のために使用されてもよく、および／または航空機の他の態様を冷却するか、もしくはこれに動力を供給するために使用されてもよい。タービンエンジンとの関連では、エンジンの高温部分は、通常、燃焼器３０の下流にあり、とりわけ、タービンセクション３２である（ＨＰタービン３４は、燃焼セクション２８の直ぐ下流にあるため、最も高温の部分である）。冷却流体の他の供給源は、ＬＰ圧縮機２４またはＨＰ圧縮機２６から排出される流体であってもよいが、これに限定されない。

図２は、図１のエンジン１０のタービンブレード６８の１つの形態のエンジン構成要素の斜視図である。タービンブレード６８は、根元７６および翼形部７８を含む。翼形部７８は、先端８０および基部８２を含む。根元７６は、翼形部７８の基部８２の位置にプラットフォーム８４（半径方向にタービン空気流を入れるのに役立つ）およびダブテール８６をさらに含む。翼形部７８は、凹形状の正圧側壁（ｐｒｅｓｓｕｒｅｓｉｄｅｗａｌｌ）８８および凸形状の負圧側壁（ｓｕｃｔｉｏｎｓｉｄｅｗａｌｌ）９０を有し、これらは、前縁９２および後縁９４を有する翼形形状を形作るように互いに接合されている。ブレード６８は、正圧側壁８８が負圧側壁９０を追いかけるような方向に回転する。したがって、図２に示されているように、ブレード６８は、ページの奥に向かって回転する。

図３は、図２のブレード６８の冷却回路９６に関する流れの図である。ブレード６８は、ブレード６８内の冷却回路９６の一般的な構成を示すために破線で概略的に示されている。翼形部７８は、翼弦方向に前縁９２から後縁９４まで、翼長方向に先端８０から基部８２まで延在する翼形部空洞を形作っており、翼形部空洞は、冷却回路９６を形成するように内部壁によって別個の流路または通路に分割されてもよい。流れの図の実線は、翼形部７８を通る冷却回路９６の流路または通路を表している。冷却回路９６は、翼形部７８を通る冷却流体の流れを誘導する。

冷却回路９６は、翼形部７８の先端８０の近くに少なくとも１つの転回部１００を有する本体冷却セグメント（ｂｏｄｙｃｏｏｌｉｎｇｓｅｇｍｅｎｔ）９８を含む。図示の本体冷却セグメント９８は、３つの径路を有する蛇行本体冷却通路（ｔｈｒｅｅｐａｓｓｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅｂｏｄｙｃｏｏｌｉｎｇｐａｓｓａｇｅ）を含む。蛇行冷却通路９８は、前方に、すなわち、後縁９４から前縁９２への方向に冷却流を供給する。蛇行冷却通路９８は、根元７６から先端転回部１００まで延在する第１の外側区間（ｏｕｔｌｅｇ）１０２と、先端転回部１００から根元７６の近くの根元転回部１０６まで延在する第２の戻り区間（ｒｅｔｕｒｎｌｅｇ）１０４と、根元転回部１０６から再び先端８０の近くまで延在する第３の外側区間１０８とを含む。

冷却回路９６は、蛇行冷却通路９８の第１の区間１０２からの侵入（ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ）によって供給される後縁冷却流路１１０をさらに含んでもよい。後縁流路１１０の流れは、１つ以上のフィルム孔１１２、後縁スロット１１４、または後縁孔を通って出る。

冷却回路９６は、蛇行冷却通路９８の第３の区間１０８からの侵入によって供給される前縁冷却流路１１６をさらに含んでもよい。前縁流路１１６の流れは、１つ以上のフィルム孔１１８または前縁孔を通って翼形部７８の外面に出る。また、第３の区間１０８の流れが、１つ以上の前縁孔を通って翼形部７８の外面に出てもよい。

冷却回路９６は、先端８０に沿って延在する先端冷却流路１２０をさらに含む。先端冷却流路１２０は、ブレード先端８０を冷却することに加えて、先端転回部１００と翼形部７８の外面の少なくとも一方（正圧側壁８８および／または負圧側壁９０（図２）など）との間に冷却障壁を形成する。先端冷却流路１２０は、先端転回部１００を熱的に分離するために、先端転回部１００の一部または先端転回部１００の全範囲にわたって先端転回部１００と正圧側壁８８および／または負圧側壁９０の少なくとも一方との間に配置されてもよい。示されている図において、先端冷却流路１２０は、先端転回部１００の全範囲（すなわち、区間１０２、１０４をつないでいる、冷却通路９８の部分）にわたって冷却障壁を提供している。

先端転回部１００の下流に先端冷却流路１２０を配置する図示の実施形態において、先端冷却流路１２０には、蛇行冷却通路９８によって、より具体的には、蛇行冷却通路９８の第３の区間１０８によって供給されてもよい。先端冷却流路１２０の流れは、前縁から後縁への方向に延び、１つ以上のフィルム孔１２２を通って出るが、後縁冷却流路１１０に供給されてもよい。

先端冷却流路１２０は、先端転回部１００のための熱的ダストシールド（ｔｈｅｒｍａｌｄｕｓｔｓｈｉｅｌｄ）であり、翼形部７８の外面（正圧側壁８８および／または負圧側壁９０（図２）など）から先端転回部１００を断熱する。先端冷却流路１２０の一部は、翼形部７８の外部の高温に対する断熱部として先端転回部１００の周囲に成形または形成されてもよく、また、先端転回部１００を熱的に分離し、先端転回部の塵の蓄積の作用を軽減することによって塵の蓄積の効果を防ぐ。

運転中、冷却回路９６は、根元７６に設けられた１つ以上の入口通路（図示せず）から冷却流体を受け入れ、様々な通路および流路９８、１１０、１１６、１２０を通って流れた後、冷却流体は、関連するフィルム孔およびスロット１１２、１１４、１１８、１２２を通って翼形部７８から出る。先端転回部１００には、冷却空気流によって運ばれる塵が蓄積し得る。先端冷却流路１２０は、先端転回部１００を熱的に分離し、これにより、先端転回部１００に蓄積する塵が、冷却回路９６の冷却効果に大きな影響を与えることなく、冷却回路９６によって許容され得るようになる。

図４は、図２のタービンブレード６８の先端セクションの断面図である。ブレード先端８０は、正圧側壁８８と負圧側壁９０との間に延在する先端キャップ１２４ならびに先端キャップ１２４から延在する正圧側先端レール１２６および負圧側先端レール１２８を含む。図示のように、先端転回部１００は、ブレード先端８０の近傍にあり、翼形部７８の正圧側壁８８と負圧側壁９０との間に延在する内部壁１３０によって画成されている。翼形部７８は、少なくとも部分的に先端転回部１００によって冷却されてもよく、また、ブレード先端８０は、先端冷却流路１２０によって冷却される。転回部１００は、翼形部７８の外面（正圧側壁８８および負圧側壁９０の両方を含む）から断熱されている。図４に示されている向きにおいて、先端転回部１００を移動する冷却空気流は、ページの奥の方向に向かって進む。

図示の実施形態において、先端転回部１００は、先端冷却流路１２０内に入れられている。先端転回部１００および先端冷却流路１２０は、翼弦方向に沿って正圧側壁８８と負圧側壁９０との間に延在する仕切り１３２によって分離されている。先端冷却流路１２０は、正圧側壁８８および負圧側壁９０の両方と先端キャップ１２４との間にも延在する。

図示の仕切り１３２は、先端壁１３８によって接合されている正圧側端壁１３４および負圧側端壁１３６を含む。先端壁１３８は、先端キャップ１２４と概ね平行なものとして示されており、一方、端壁１３４、１３６は、先端冷却流路１２０に関して概ねＣ字形状の断面を形作るように先端キャップ１２４に対して傾けられている。他の実施形態において、仕切り１３２は、さらなるまたはより少ない壁から構成されてもよい（これには、仕切り１３２が単一の湾曲壁（側壁８８、９０から先端キャップ１２４に向かって上方に湾曲する壁など）から構成される実施形態が含まれる）。

先端転回部１００の全体を入れるために、正圧側端壁１３４および負圧側端壁１３６（それぞれ正圧側壁８８および負圧側壁９０に接合されている）は、少なくとも、先端転回部１００を画成している内部壁１３０の自由縁１４０まで延在してもよい。したがって、内部壁１３０が、自由縁１４０の上方で冷却空気流を誘導するとき、転回部１００の冷却空気流は、側壁８８、９０と端壁１３４、１３６との間にある、先端冷却流路１２０の部分によって正圧側壁８８および負圧側壁９０から熱的に分離される。

先端転回部１００は、仕切り１３２の壁１３４、１３６、１３８のそれぞれに沿って概ね形作られている正圧表面１４２、負圧表面１４４、および外側表面１４６を有する。正圧表面１４２は、正圧側壁８８に概ね対峙しており、負圧表面１４４は、負圧側壁９０に概ね対峙しており、外側表面１４６は、先端８０に概ね対峙している。先端転回部１００が、先端冷却流路１２０に入れられるか、またはこれによって覆われることにより、先端冷却流路１２０は、先端転回部１００のすべての表面１４２、１４４、１４６において、先端転回部１００と翼形部７８の外面との間に冷却障壁を形成する。

図示の実施形態において、端壁１３４、１３６は、先端転回部１００を画成している内部壁１３０の自由縁１４０のわずかに下まで延在し、先端冷却流路１２０の最も底の部分が、実質的に自由縁１４０に揃えられ、先端冷却流路１２０が、先端転回部１００の全体を囲むようになっている。先端転回部１００の全範囲にわたって先端冷却流路１２０を先端転回部１００と正圧側壁８８および負圧側壁９０の両方との間に配置することによって、先端転回部１００を画成している内部壁１３０の上方の開放領域の全体（先端転回部１００の正圧表面１４２および負圧表面１４４を含む）が、翼形部７８の外面から熱的に分離される。他の実施形態において、仕切り１３２の一部は、先端転回部１００の全範囲を囲むために、先端冷却流路１２０と内部壁１３０との間に重複部が存在するように内部壁１３０に沿ってさらに延在してもよい。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る、タービンブレード６８’のための代替的な先端セクションを示す断面図である。図５のタービンブレード６８’は、図２〜図４のタービンブレード６８とほぼ同様であってもよく、同様の要素は、ダッシュ（’）記号を有する同じ参照符号を用いて示されている。例えば、ブレード６８’を通る冷却回路は、図３に示されている冷却回路９６と同一またはほぼ同様であってもよい。

第２の実施形態において、先端転回部１００’は、翼形部７８’の一部（全部ではなく）の外面（正圧側壁８８’または負圧側壁９０’のどちらかを含む）に沿って先端流路１２０’により断熱されてもよい。この設計は、より細い先端セクションを有するより小さなタービンブレードにとって効果的であり得る。一実施態様において、先端転回部１００’は、正圧側壁８８’および負圧側壁９０’の一方（両方ではなく）に沿って先端転回部１００’を断熱するために先端冷却流路１２０’と隣り合わせの関係にあってもよい。

図示の実施形態において、先端流路１２０’は、正圧側壁８８’に沿って先端転回部１００’を断熱している。先端転回部１００’および先端冷却流路１２０’は、翼弦方向に沿って正圧側壁８８’と先端キャップ１２４’との間に延在する仕切り１４８によって分離されている。先端冷却流路１２０’は、正圧側壁８８’と先端キャップ１２４’との間にも延在する。先端転回部１００’は、ブレード先端８０’の近傍にあり、負圧側壁９０’と仕切り１４８との間に延在する内部壁１５０によって画成されている。図５に示されている向きにおいて、先端転回部１００’を移動する冷却空気流は、ページの奥の方向に向かって進む。

図示の仕切り１４８は、先端壁１５４に接合された正圧側端壁１５２を含む。正圧側端壁１５２は、先端キャップ１２４’と概ね平行なものとして示されており、一方、先端壁１５４は、先端冷却流路１２０’に関して概ね台形の断面を形作るように先端キャップ１２４’に対して傾けられている。

正圧側端壁１５２（正圧側壁８８’に接合されている）は、少なくとも、先端転回部１００’を画成している内部壁１５０の自由縁１５６まで延在してもよい。したがって、内部壁１５０が、自由縁１５６の上方で冷却空気流を誘導するとき、転回部１００’の冷却空気流は、側壁８８’と仕切り１４８との間にある、先端冷却流路１２０’の部分によって正圧側壁８８’から熱的に分離される。先端転回部１００’に蓄積する塵が、冷却回路９６（図３）の冷却効果に大きな影響を与えることなく、冷却回路９６によって許容され得るようになる。

先端転回部１００’は、先端壁１５４、負圧側壁９０’、および先端キャップ１２４’のそれぞれに沿って概ね形作られている正圧表面１５８、負圧表面１６０、および外側表面１６２を有する。正圧表面１５８は、正圧側壁８８’に概ね対峙しており、負圧表面１６０は、負圧側壁９０’に直接対峙しており、外側表面１４６は、先端８０’に直接対峙している。先端転回部１００’が、先端冷却流路１２０’と隣り合わせであることによって、先端冷却流路１２０’は、先端転回部１００’の負圧表面１６０および外側表面１６２においてではなく正圧表面１５８において、先端転回部１００’と翼形部７８’の外面との間に冷却障壁を形成している。

図示の実施形態において、端壁１５２は、先端転回部１００’を画成している内部壁１５０の自由縁１５６のわずかに下まで延びており、先端冷却流路１２０’の最も底の部分が、実質的に自由縁１５６に揃えられ、先端冷却流路１２０’が、正圧側壁８８’に沿って先端転回部１００’と同じ範囲となるようになっている。先端転回部１００’の全範囲にわたって先端転回部１００’と正圧側壁８８’との間に先端冷却流路１２０’を配置することによって、先端転回部１００’の正圧表面１５８の全体が、翼形部７８’の外面から熱的に分離される。他の実施形態において、仕切り１４８の一部は、先端転回部１００’の正圧表面１５８の全範囲を囲むために、先端冷却流路１２０’と内部壁１５０との間に重複部が存在するように内部壁１５０に沿ってさらに延在してもよい。

第２の実施形態のために示されている先端流路１２０’は、先端転回部１００’の全範囲にわたって正圧側壁８８’に沿って先端転回部１００’を断熱しているが、本発明の他の実施形態は、先端転回部１００’の全範囲にわたって負圧側壁９０’に沿って先端転回部１００’を断熱してもよいことに留意されたい。さらに、どちらかの実施形態において、先端転回部１００’はさらに、先端転回部１００’の全範囲にわたって先端キャップ１２４’に沿って断熱されてもよい。

上記の実施形態のいずれにおいても、本体冷却セグメント９８は、単一の先端転回部を有する、３つの径路を有する蛇行本体冷却通路を含むものとして示されているが、少なくとも１つの先端転回部を有する他の本体冷却セグメント９８が、冷却回路９６に含まれてもよいことが理解される。他の実施形態において、本体冷却通路は、多数の転回部を含んでもよく、先端冷却流路は、先端転回部と翼形部７８の外面の少なくとも一部との間に冷却障壁を形成してもよい。例えば、２つの先端転回部を有する、５つの径路を有する蛇行本体冷却通路が、図４〜図５に関して上で説明した方法で先端冷却流路によって断熱されてもよい。別の例において、翼形部７８の冷却回路９６は、多数の本体冷却セグメント９８であって、それぞれが、先端冷却流路によって断熱された少なくとも１つの転回部を有する多数の本体冷却セグメント９８を含んでもよい。

図６は、本発明の第３の実施形態に係る、ブレード６８’’の冷却回路９６’’に関する流れの図である。図６のタービンブレード６８’’は、図２〜図５のタービンブレード６８、６８’とほぼ同様であってもよく、同様の要素は、２つのダッシュ（’’）記号を有する同じ参照を用いて示されている。例えば、ブレード６８’’の先端８０’’における断面は、図４または図５に示されている断面図と同一またはほぼ同様であってもよい。

第３の実施形態において、冷却回路９６’’は、翼形部７８’’の先端８０’’の近くに少なくとも１つの転回部１６６を有するさらなる本体冷却通路１６４を有する本体冷却セグメント９８’’を含む。図示のさらなる本体冷却通路１６４は、３つの径路を有する蛇行本体冷却通路を含む。蛇行冷却通路１６４は、後方に、すなわち、前縁９２’’から後縁９４’’への方向に冷却流を供給する。蛇行冷却通路１６４は、根元７６’’から先端転回部１６６まで延在する第１の外側区間１６８と、先端転回部１６６から根元７６’’の近くの根元転回部１７２まで延在する第２の戻り区間１７０と、根元転回部１７２から再び先端８０’’の近くまで延在する第３の外側区間１７４とを含む。ここでは、後縁冷却流路１１０’’には、蛇行冷却通路１６４からの侵入によって供給されてもよい。また、蛇行冷却通路１６４の流れは、１つ以上のフィルム孔および／または後縁孔を通って翼形部７８’’の外面に出てもよい。

先端冷却流路１２０’’は、ブレード先端８０’’を冷却することに加えて、先端転回部１００’’、１６６のそれぞれと翼形部７８’’の外面の少なくとも一方（正圧側壁８８’’および／または負圧側壁９０’’（図２）など）との間に冷却障壁を形成する。先端冷却流路１２０’’は、先端転回部１００’’、１６６を熱的に分離するために、先端転回部１００’’、１６６の一部または先端転回部１００’’、１６６の全範囲にわたって先端転回部１００’’、１６６と正圧側壁８８’’および／または負圧側壁９０’’の少なくとも一方との間に配置されてもよい。示されている図において、先端冷却流路１２０’’は、先端転回部１００’’、１６６の全範囲（すなわち、区間１０２’’、１０４’’および区間１６８、１７０のそれぞれをつないでいる、冷却通路９８’’、１６４の部分）にわたって冷却障壁を提供している。

先端冷却流路１２０’’は、先端転回部１００’’、１６６のための熱的ダストシールドであり、翼形部７８’’の外面から先端転回部１００’’、１６６を断熱する。先端冷却流路１２０’’の一部は、翼形部７８’’の外部の高温に対する断熱部として先端転回部１００’’、１６６の周囲に成形または形成されてもよく、また、先端転回部１００’’、１６６を熱的に分離し、先端転回部の塵の蓄積の作用を軽減することによって塵の蓄積の効果を防ぐ。

運転中、冷却回路９６’’は、根元７６’’に設けられた１つ以上の入口通路（図示せず）から冷却流体を受け入れ、様々な通路および流路９８’’、１１０’’、１１６’’、１２０’’、１６４を通って流れた後、冷却流体は、関連するフィルム孔およびスロット１１２’’、１１４’’、１１８’’、１２２’’を通って翼形部７８’’から出る。先端転回部１００’’、１６６には、冷却空気流によって運ばれる塵が蓄積し得る。先端冷却流路１２０’’は、先端転回部１００’’、１６６を熱的に分離し、これにより、先端転回部１００’’、１６６に蓄積する塵が、冷却回路９６’’の冷却効果に大きな影響を与えることなく、冷却回路９６’’によって許容され得るようになる。

本明細書に開示されている本発明に関係するシステム、方法、および他の装置の様々な実施形態は、冷却効果の改善を実現し、タービンブレードの冷却回路に塵の蓄積への許容範囲をもたらす。説明されているシステムの一部の実施形態の実施で実現され得る１つの利点は、ブレードの先端冷却流路が、ブレードの正圧側壁または負圧側壁の少なくとも一方、より好ましくは、両方の側壁において先端転回部の全範囲にわたって冷却回路の少なくとも１つの先端転回部を熱的に分離するために利用され得ることであり、これにより、先端転回部に蓄積する塵が、冷却回路の冷却効果の低下なしに許容され得るようになることである。これにより、耐塵ブレードによって粉塵環境（ｄｕｓｔｙｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）で運転されるエンジンが実現される。塵は、翼形部の熱的に分離された領域に蓄積され、これにより、塵の蓄積への許容範囲の増大が可能となり、この結果、オーバーホールを必要とするまでの運転の増大がもたらされる。塵に対する柔軟性を改善することによって、冷却される構成要素の寿命が大幅に改善され得る。

この記載された説明では、最良の態様を含めて本発明を開示するために、さらには、任意の当業者が任意の装置またはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込み方法の実行を含めて本発明を実施することを可能にするために、例が使用されている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定されており、また、当業者によって想到される他の例を含み得る。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合または特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲内にあることが意図されている。

本願発明は以下の実施形態を含む。
［実施形態１］
タービンブレード（６８）であって、
根元（７６）と先端（８０）との間に延在する翼形部（７８）であって、前縁（９２）および後縁（９４）を形作るように互いに接合された正圧側壁（８８）および負圧側壁（９０）を有する翼形部（７８）と、
前記翼形部（７８）内に配置された本体冷却通路（９８）であって、前記先端（８０）の近傍に配置された少なくとも１つの先端転回部（１００）を有する本体冷却通路（９８）と、
前記先端（８０）に沿って延在する先端冷却流路（１２０）であって、前記少なくとも１つの先端転回部（１００）のすべての表面において前記少なくとも１つの先端転回部（１００）と前記翼形部（７８）の外面との間に冷却障壁を形成するように前記少なくとも１つの先端転回部（１００）を覆う先端冷却流路（１２０）と
を備えるタービンブレード（６８）。
［実施形態２］
前記本体冷却通路（９８）が、蛇行冷却通路をさらに備える、実施形態１に記載のタービンブレード（６８）。
［実施形態３］
前記先端冷却流路（１２０）が、前記少なくとも１つの先端転回部（１００）の下流で前記本体冷却通路（９８）と流体連通している、実施形態１に記載のタービンブレード（６８）。
［実施形態４］
前記先端（８０）の近傍に配置された複数の先端転回部（１００）をさらに備え、前記先端冷却流路（１２０）が、前記先端転回部（１００）のすべての表面において前記先端転回部（１００）と前記翼形部（７８）の外面との間に冷却障壁を形成するように前記先端転回部（１００）を覆う、実施形態１に記載のタービンブレード（６８）。
［実施形態５］
前記翼形部（７８）内に配置された複数の本体冷却通路（９８）をさらに備え、該複数の本体冷却通路（９８）のそれぞれが、前記先端（８０）の近傍に配置された少なくとも１つの先端転回部（１００）を有する、実施形態１に記載のタービンブレード（６８）。
［実施形態６］
前記後縁（９４）に沿って配置された少なくとも１つのフィルム孔（１１２）を有する後縁冷却流路（１１０）であって、前記先端冷却流路（１２０）に流体結合された後縁冷却流路（１１０）をさらに備える、実施形態１に記載のタービンブレード（６８）。
［実施形態７］
タービンブレード（６８）であって、
根元（７６）と先端（８０）との間に延在する翼形部（７８）であって、前縁（９２）および後縁（９４）を形作るように互いに接合された正圧側壁（８８）および負圧側壁（９０）を有する翼形部（７８）と、
前記翼形部（７８）内に配置された本体冷却通路（９８）であって、前記根元（７６）から前記先端（８０）の近くまで延在する少なくとも１つの外側区間（１０２）、前記先端（８０）から前記根元（７６）の近くまで延在する戻り区間（１０４）、および前記外側区間（１０２）と前記戻り区間（１０４）とを接続する、前記先端（８０）の近傍に配置された先端転回部（１００）を有する本体冷却通路（９８）と、
前記先端（８０）に沿って延在する先端冷却流路（１２０）であって、前記先端転回部（１００）の全範囲にわたって前記側壁（８８、９０）の少なくとも一方と前記先端転回部（１００）との間に冷却障壁を形成するように前記先端転回部（１００）と前記側壁（８８、９０）の前記少なくとも一方との間に配置された先端冷却流路（１２０）と
を備えるタービンブレード（６８）。
［実施形態８］
前記先端冷却流路（１２０）が、前記先端転回部（１００）の全範囲にわたって前記先端転回部（１００）と前記正圧側壁（８８）および前記負圧側壁（９０）の両方との間にさらに配置されている、実施形態７に記載のタービンブレード（６８）。
［実施形態９］
前記本体冷却通路（９８）が、蛇行冷却通路をさらに備える、実施形態８に記載のタービンブレード（６８）。
［実施形態１０］
前記先端（８０）の近傍に配置された多数の先端転回部（１００）をさらに備え、前記先端冷却流路（１２０）が、前記先端転回部（１００）の全範囲にわたって前記側壁（８８、９０）の少なくとも一方と前記先端転回部（１００）との間に冷却障壁を形成するように前記先端転回部（１００）と前記側壁（８８、９０）の前記少なくとも一方との間に配置されている、実施形態７に記載のタービンブレード（６８）。
［実施形態１１］
前記翼形部（７８）内に配置された多数の本体冷却通路（９８）をさらに備え、前記本体冷却通路（９８）のそれぞれが、前記先端（８０）の近傍に配置された先端転回部（１００）を有する、実施形態７に記載のタービンブレード（６８）。
［実施形態１２］
前記後縁（９４）に沿って配置された少なくとも１つのフィルム孔（１１２）を有する後縁冷却流路（１１０）であって、前記先端冷却流路（１２０）に流体結合された後縁冷却流路（１１０）をさらに備える、実施形態７に記載のタービンブレード（６８）。
［実施形態１３］
前記本体冷却通路（９８）が、蛇行冷却通路をさらに備える、実施形態７に記載のタービンブレード（６８）。
［実施形態１４］
前記少なくとも１つの外側区間が、前記少なくとも１つの先端転回部（１００）によって前記戻り区間（１０４）に接続された第１の外側区間（１０２）および前記根元（７６）から前記先端（８０）の近くまで延在する第２の外側区間（１０８）を備え、前記蛇行冷却通路が、前記戻り区間（１０４）と前記第２の外側区間（１０８）とを接続する、前記根元（７６）の近傍に配置された根元転回部（１０６）をさらに備える、実施形態１３に記載のタービンブレード（６８）。
［実施形態１５］
前記先端冷却流路（１２０）が、前記先端転回部（１００）の下流で前記本体冷却通路（９８）と流体連通している、実施形態７に記載のタービンブレード（６８）。
［実施形態１６］
タービンブレード（６８）であって、
根元（７６）と先端（８０）との間に延在する翼形部（７８）であって、前縁（９２）および後縁（９４）を形作るように互いに接合された正圧側壁（８８）および負圧側壁（９０）を有する翼形部（７８）と、
前記翼形部（７８）内に配置された本体冷却通路（９８）であって、前記根元（７６）から前記先端（８０）の近くまで延在する少なくとも１つの外側区間（１０２）、前記先端（８０）から前記根元（７６）の近くまで延在する戻り区間（１０４）、および前記外側区間（１０２）と前記戻り区間（１０４）とを接続する、前記先端（８０）の近傍に配置された先端転回部（１００）を有し、該先端転回部（１００）が、前記先端（８０）と対峙する外側表面（１４６）を有する本体冷却通路（９８）と、
前記先端（８０）に沿って延在する先端冷却流路（１２０）であって、前記転回部（１００）の前記外側表面（１４６）と前記先端（８０）との間に冷却障壁を形成するようにこれらの間に延在する先端冷却流路（１２０）と
を備えるタービンブレード（６８）。
［実施形態１７］
前記先端（８０）の近傍に配置された多数の先端転回部（１００）であって、該先端転回部（１００）のそれぞれが、前記先端（８０）と対峙する外側表面（１４６）を有する多数の先端転回部（１００）をさらに備え、前記先端冷却流路（１２０）が、前記先端転回部（１００）のそれぞれの前記外側表面（１４６）と前記先端（８０）との間に冷却障壁を形成するようにこれらの間に延在する、実施形態１６に記載のタービンブレード（６８）。
［実施形態１８］
前記翼形部（７８）内に配置された多数の本体冷却通路（９８）をさらに備え、前記本体冷却通路（９８）のそれぞれが、前記先端（８０）の近傍に配置された先端転回部（１００）を有する、実施形態１６に記載のタービンブレード（６８）。
［実施形態１９］
前記後縁（９４）に沿って配置された少なくとも１つのフィルム孔（１１２）を有する後縁冷却流路（１１０）であって、前記先端冷却流路（１２０）に流体結合された後縁冷却流路（１１０）をさらに備える、実施形態１６に記載のタービンブレード（６８）。
［実施形態２０］
前記先端冷却流路（１２０）が、前記先端転回部（１００）の下流で前記本体冷却通路（９８）と流体連通している、実施形態１６に記載のタービンブレード（６８）。

１０ガスタービンエンジン
１２中心線
１４前方
１６後方
１８ファンセクション
２０ファン
２２圧縮機セクション
２４ＬＰＣ
２６ＨＰＣ
２８燃焼セクション
３０燃焼器
３０ａデフレクタ
３０ｂ燃焼器ライナ
３２タービンセクション
３４ＨＰＴ
３６ＬＰＴ
３８排気セクション
４０ファンケーシング
４２ファンブレード
４４コア
４６コアケーシング
４８ＨＰスプール
５０ＬＰスプール
５２ＬＰＣ段
５４ＨＰＣ段
５６ＬＰＣブレード
５８ＨＰＣブレード
６０ＬＰＣベーン
６２ＨＰＣベーン
６４ＨＰＴ段
６６ＬＰＴ段
６８ＨＰＴブレード
７０ＬＰＴブレード
７２ＨＰＴベーン
７４ＬＰＴベーン
７６根元
７８翼形部
８０先端
８２基部
８４プラットフォーム
８６ダブテール
８８正圧側壁
９０負圧側壁
９２前縁
９４後縁
９６冷却回路
９８本体冷却セグメント／蛇行冷却通路
１００先端転回部
１０２第１の区間
１０４第２の区間
１０６根元転回部
１０８第３の区間
１１０後縁冷却流路
１１２後縁フィルム孔
１１４後縁スロット
１１６前縁冷却流路
１１８前縁フィルム孔
１２０先端冷却流路
１２２先端フィルム孔
１２４先端キャップ
１２６正圧側先端レール
１２８負圧側先端レール
１３０内部壁
１３２仕切り
１３４正圧側端壁
１３６負圧側端壁
１３８先端壁
１４０自由縁
１４２負圧表面
１４４正圧表面
１４６外側表面
１４８仕切り
１５０内部壁
１５２正圧側端壁
１５４先端壁
１５６自由縁
１５８負圧表面
１６０正圧表面
１６２外側表面
１６４蛇行本体冷却通路
１６６先端転回部
１６８第１の外側区間
１７０第２の戻り区間
１７２根元転回部
１７４第３の外側区間
２００翼形部
２０２転回部
２０４内部壁
２０６正圧側壁
２０８負圧側壁
２１０先端
２１２先端流路
３００翼形部
３０２転回部
３０４内部壁
３０６正圧側壁
３０８負圧側壁
３１０先端
３１２先端流路

Claims

タービンブレード（６８）であって、
根元（７６）と先端（８０）との間に延在する翼形部（７８）であって、前縁（９２）および後縁（９４）を形作るように互いに接合された正圧側壁（８８）および負圧側壁（９０）を有する翼形部（７８）と、
前記翼形部（７８）内に配置された本体冷却通路（９８）であって、前記先端（８０）の近傍に配置された少なくとも１つの先端転回部（１００）を有する本体冷却通路（９８）と、
前記先端（８０）に沿って延在する先端冷却流路（１２０）であって、前記少なくとも１つの先端転回部（１００）のすべての表面において前記少なくとも１つの先端転回部（１００）と前記翼形部（７８）の外面との間に冷却障壁を形成するように前記少なくとも１つの先端転回部（１００）を覆う先端冷却流路（１２０）と
を備えるタービンブレード（６８）。
前記本体冷却通路（９８）が、蛇行冷却通路をさらに備える、請求項１に記載のタービンブレード（６８）。
前記先端冷却流路（１２０）が、前記少なくとも１つの先端転回部（１００）の下流で前記本体冷却通路（９８）と流体連通している、請求項１又は２に記載のタービンブレード（６８）。
前記先端（８０）の近傍に配置された複数の先端転回部（１００）をさらに備え、前記先端冷却流路（１２０）が、前記先端転回部（１００）のすべての表面において前記先端転回部（１００）と前記翼形部（７８）の外面との間に冷却障壁を形成するように前記先端転回部（１００）を覆う、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のタービンブレード（６８）。
前記翼形部（７８）内に配置された複数の本体冷却通路（９８）をさらに備え、該複数の本体冷却通路（９８）のそれぞれが、前記先端（８０）の近傍に配置された少なくとも１つの先端転回部（１００）を有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のタービンブレード（６８）。
前記後縁（９４）に沿って配置された少なくとも１つのフィルム孔（１１２）を有する後縁冷却流路（１１０）であって、前記先端冷却流路（１２０）に流体結合された後縁冷却流路（１１０）をさらに備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のタービンブレード（６８）。
タービンブレード（６８）であって、
根元（７６）と先端（８０）との間に延在する翼形部（７８）であって、前縁（９２）および後縁（９４）を形作るように互いに接合された正圧側壁（８８）および負圧側壁（９０）を有する翼形部（７８）と、
前記翼形部（７８）内に配置された本体冷却通路（９８）であって、前記根元（７６）から前記先端（８０）の近くまで延在する少なくとも１つの外側区間（１０２）、前記先端（８０）から前記根元（７６）の近くまで延在する戻り区間（１０４）、および前記外側区間（１０２）と前記戻り区間（１０４）とを接続する、前記先端（８０）の近傍に配置された先端転回部（１００）を有する本体冷却通路（９８）と、
前記先端（８０）に沿って延在する先端冷却流路（１２０）であって、前記先端転回部（１００）の全範囲にわたって前記側壁（８８、９０）の少なくとも一方と前記先端転回部（１００）との間に冷却障壁を形成するように前記先端転回部（１００）と前記側壁（８８、９０）の前記少なくとも一方との間に配置された先端冷却流路（１２０）と
を備えるタービンブレード（６８）。
前記先端冷却流路（１２０）が、前記先端転回部（１００）の全範囲にわたって前記先端転回部（１００）と前記正圧側壁（８８）および前記負圧側壁（９０）の両方との間にさらに配置されている、請求項７に記載のタービンブレード（６８）。
前記本体冷却通路（９８）が、蛇行冷却通路をさらに備える、請求項７又は８に記載のタービンブレード（６８）。
前記先端（８０）の近傍に配置された多数の先端転回部（１００）をさらに備え、前記先端冷却流路（１２０）が、前記先端転回部（１００）の全範囲にわたって前記側壁（８８、９０）の少なくとも一方と前記先端転回部（１００）との間に冷却障壁を形成するように前記先端転回部（１００）と前記側壁（８８、９０）の前記少なくとも一方との間に配置されている、請求項７乃至９のいずれか１項に記載のタービンブレード（６８）。
前記翼形部（７８）内に配置された多数の本体冷却通路（９８）をさらに備え、前記本体冷却通路（９８）のそれぞれが、前記先端（８０）の近傍に配置された先端転回部（１００）を有する、請求項７乃至１０のいずれか１項に記載のタービンブレード（６８）。
前記後縁（９４）に沿って配置された少なくとも１つのフィルム孔（１１２）を有する後縁冷却流路（１１０）であって、前記先端冷却流路（１２０）に流体結合された後縁冷却流路（１１０）をさらに備える、請求項７乃至１１のいずれか１項に記載のタービンブレード（６８）。
前記少なくとも１つの外側区間が、前記少なくとも１つの先端転回部（１００）によって前記戻り区間（１０４）に接続された第１の外側区間（１０２）および前記根元（７６）から前記先端（８０）の近くまで延在する第２の外側区間（１０８）を備え、前記蛇行冷却通路が、前記戻り区間（１０４）と前記第２の外側区間（１０８）とを接続する、前記根元（７６）の近傍に配置された根元転回部（１０６）をさらに備える、請求項７乃至１２のいずれか１項に記載のタービンブレード（６８）。
タービンブレード（６８）であって、
根元（７６）と先端（８０）との間に延在する翼形部（７８）であって、前縁（９２）および後縁（９４）を形作るように互いに接合された正圧側壁（８８）および負圧側壁（９０）を有する翼形部（７８）と、
前記翼形部（７８）内に配置された本体冷却通路（９８）であって、前記根元（７６）から前記先端（８０）の近くまで延在する少なくとも１つの外側区間（１０２）、前記先端（８０）から前記根元（７６）の近くまで延在する戻り区間（１０４）、および前記外側区間（１０２）と前記戻り区間（１０４）とを接続する、前記先端（８０）の近傍に配置された先端転回部（１００）を有し、該先端転回部（１００）が、前記先端（８０）と対峙する外側表面（１４６）を有する本体冷却通路（９８）と、
前記先端（８０）に沿って延在する先端冷却流路（１２０）であって、前記転回部（１００）の前記外側表面（１４６）と前記先端（８０）との間に冷却障壁を形成するようにこれらの間に延在する先端冷却流路（１２０）と
を備えるタービンブレード（６８）。