JP2019007478A

JP2019007478A - ロータブレード先端部

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Publication number: JP2019007478A
Application number: JP2018084623A
Authority: JP
Inventors: ムールチ・スブラマニヤン; Subramaniyan Moorthi; アダム・ジョン・フレッドモンスキ; John Fredmonski Adam
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2017-05-10
Filing date: 2018-04-26
Publication date: 2019-01-17
Anticipated expiration: 2038-04-26
Also published as: US20180328191A1; CN108868894A; JP7237458B2; US10443405B2; DE102018111062A1

Abstract

【課題】ブレードの負圧側における渦流の形成を抑制する。【解決手段】ロータブレード２８は、翼形部４０を含む。翼形部は、前縁５２および前縁の下流の後縁５４を含む。さらに、翼形部は、正圧側先端部レール６８と負圧側先端部レール７０とを有する半径方向外側の先端部５０を含む。スロット７２が、負圧側先端部レールの後方部分に形成され、開口部が、後縁における負圧側先端部レールと正圧側先端部レールとの間に配置される。ガスが、翼形部の負圧側に近接した渦流の形成を抑制するように、スロットおよび開口部を介して先端部から流れる。【選択図】図２

Description

本発明は、広くには、ターボ機械のロータブレードに関する。より詳細には、本発明は、渦打ち消し機構を備えた先端部を有するロータブレードに関する。

ターボ機械は、発電などの分野において広く利用されている。例えば、従来からのガスタービンシステムは、圧縮機部分と、燃焼器部分と、少なくとも１つのタービンとを含む。圧縮機部分は、空気が圧縮機部分を通って流れるときに空気を圧縮するように構成される。次いで、空気は、圧縮機部分から燃焼器部分へと流れ、燃焼器部分において燃料と混合されて燃やされ、高温ガス流を生じさせる。高温ガス流は、タービン部分へともたらされ、タービン部分は、高温ガス流からエネルギを取り出すことによって高温ガス流を利用し、圧縮機、発電機、および他のさまざまな負荷を動作させる。

タービン部分は、典型的には、高温ガスの経路に沿って配置された複数の段を含み、したがって高温ガスは、第１段のノズルおよびロータブレードを通り、さらに後続のタービン段のノズルおよびロータブレードを通って流れる。タービンロータブレードを、タービンロータを含む複数のロータディスクに固定することができ、各々のロータディスクは、ロータシャフトに取り付けられ、ロータシャフトとともに回転する。

タービンロータブレードは、一般に、実質的に平坦なプラットフォームから半径方向外側へと延びている翼形部と、ロータブレードをロータディスクのうちの１つに固定するためにプラットフォームから半径方向内側へと延びているシャンク部とを含む。翼形部の先端部は、典型的には、ターボ機械の固定のシュラウドから半径方向内側に離れており、先端部とシュラウドとの間に小さなすき間が定められている。このすき間は、典型的には、翼形部の先端部とシュラウドとの間の高温ガスの流れを最小限に抑えるために、現実的な範囲においてできるだけ小さくされている。

多くの場合、翼形部の先端部は、間に先端部空洞および先端部底部を定めるように翼形部の周囲を巡って延びるスキーラ先端壁を含むことができる。スキーラ先端壁は、一般に、翼形部の先端部とシュラウドとの間に定められるすき間のサイズを小さくするために使用される。しかしながら、これは、翼形部の周囲を流れる高温ガスによる加熱に曝されるタービンロータブレードの追加の構成要素を生じさせる。したがって、冷却孔が、典型的には、冷却媒体を翼形部の内部の翼形部冷却回路から翼形部内の先端部空洞へと導くことができるように、先端部底部に定められる。スキーラ先端壁は、翼形部の先端部とシュラウドとの間に定められるすき間のサイズを小さくするが、先端部を過ぎるいくらかの漏れが、先端壁を乗り越える可能性がある。このような流れが、ブレード表面の負圧側に強い渦流を形成する結果となり、エントロピの生成および性能の低下につながる可能性がある。

本発明の態様および利点は、以下の説明において後述され、あるいは本明細書から自明となり、もしくは本発明を実施することによって習得され得る。

１つの典型的な実施形態によれば、ロータブレードが提供される。ロータブレードは、翼形部を含む。翼形部は、前縁および前縁の下流の後縁を含む。さらに、翼形部は、前縁と後縁との間を延びる根元部と、根元部から半径方向外側に離れた先端部とを含む。先端部は、先端部底部を含む。さらに、翼形部は、根元部と先端部との間を延び、かつ前縁と後縁との間を延びる正圧側の壁を含む。翼形部は、根元部と先端部との間を延び、かつ前縁と後縁との間を延びる負圧側の壁をさらに含む。負圧側の壁は、正圧側の壁と反対向きである。さらに、翼形部は、正圧側の壁に沿って前縁と後縁との間で先端部底部から半径方向外側へと延びる正圧側先端部レールと、負圧側の壁に沿って前縁と後縁との間で先端部底部から半径方向外側へと延びる負圧側先端部レールとを含む。先端部空洞が、先端部底部、正圧側先端部レール、および負圧側先端部レールによって定められる。先端部空洞は、先端部底部から外側への半径方向の延在を定める。スロットが、負圧側先端部レールの後方部分に形成される。ガスは、スロットおよび開口部を介して先端部空洞から流れ、先端部空洞からのガス流は、負圧側の壁に近接した渦流の形成を抑制する。

別の典型的な実施形態によれば、ガスタービンが提供される。ガスタービンは、圧縮機と、圧縮機の下流に配置された燃焼器と、燃焼器の下流に配置されたタービンとを含む。タービンは、タービンを軸方向に通って延びるロータシャフトと、ロータシャフトの周囲を囲み、ロータシャフトとの間に高温ガス経路を定める外側ケーシングと、ロータシャフトに相互接続され、ロータブレード段を定める複数のロータブレードとを含む。各々のロータブレードは、ロータシャフトとの相互接続が可能な取り付け体を含んでいる取り付け部と、取り付け部に結合した翼形部とを含む。翼形部は、前縁および前縁の下流の後縁を含む。さらに、翼形部は、前縁と後縁との間を延びる根元部と、根元部から半径方向外側に離れた先端部とを含む。先端部は、先端部底部を含む。さらに、翼形部は、根元部と先端部との間を延び、かつ前縁と後縁との間を延びる正圧側の壁を含む。翼形部は、根元部と先端部との間を延び、かつ前縁と後縁との間を延びる負圧側の壁をさらに含む。負圧側の壁は、正圧側の壁と反対向きである。さらに、翼形部は、正圧側の壁に沿って前縁と後縁との間で先端部底部から半径方向外側へと延びる正圧側先端部レールと、負圧側の壁に沿って前縁と後縁との間で先端部底部から半径方向外側へと延びる負圧側先端部レールとを含む。先端部空洞が、先端部底部、正圧側先端部レール、および負圧側先端部レールによって定められる。先端部空洞は、先端部底部から外側への半径方向の延在を定める。スロットが、負圧側先端部レールの後方部分に形成される。ガスは、スロットおよび開口部を介して先端部空洞から流れ、先端部空洞からのガス流は、負圧側の壁に近接した渦流の形成を抑制する。

当業者であれば、本明細書を検討することで、このような実施形態の特徴および態様などを、よりよく理解できるであろう。

当業者にとって、本発明の最良の態様を含む本発明の充分かつ本発明を実施可能にする開示が、添付の図面の参照を含む本明細書の残りの部分において、さらに詳しく説明される。

本開示の少なくとも１つの実施形態を取り入れることができる典型的なガスタービンの機能図を示している。本開示の種々の実施形態を取り入れることができる典型的なロータブレードの斜視図である。本開示のいくつかの実施形態による図２に示したとおりの典型的なロータブレードの上面図である。本開示のいくつかの実施形態による図２に示したとおりの典型的なロータブレードの上面図である。本開示のいくつかの実施形態による図２に示したとおりの典型的なロータブレードの上面図である。図５の一部分の拡大図である。本開示のいくつかの実施形態による図２に示したとおりの典型的なロータブレードの上面図である。本開示の別の実施形態による図２に示したとおりの典型的なロータブレードの上面図である。本開示のいくつかの実施形態による図２の線Ａ−Ａに沿って得た図２のロータブレードの一部分の断面図である。本開示のいくつかの実施形態による図２の線Ａ−Ａに沿って得た図２のロータブレードの一部分の断面図である。

以下で、本発明の現在の実施形態を詳しく参照するが、その１つ以上の例が、添付の図面に示されている。詳細な説明においては、数字および文字による標記を、図中の各特徴を指して使用する。図面および説明における類似または同様の標記は、本発明の類似または同様の部分を指して用いられている。本明細書において使用されるとき、用語「第１の」、「第２の」、および「第３の」は、或る構成要素を別の構成要素から区別するために入れ換え可能に使用することが可能であり、個々の構成要素の位置または重要性を示そうとするものではない。用語「上流」および「下流」は、流体の経路における流体の流れに対する相対的な方向を指す。例えば、「上流」は流体が流れてくる方向を指し、「下流」は流体が流れていく方向を指す。用語「半径方向に」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に垂直な相対的方向を指し、用語「軸方向に」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行および／または同軸に整列した相対的方向を指す。

各々の例は、本発明の説明の目的で提示されており、本発明を限定するものではない。実際、本発明の範囲または趣旨を逸脱せずに、修正および変更が本発明において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、或る実施形態の一部として図示または説明された特徴を別の実施形態について使用し、さらに別の実施形態を得ることができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲に含まれるそのような修正および変更を包含することが意図されている。産業用または陸上用のガスタービンが本明細書に示され説明されているが、本明細書に示され説明される本発明は、特許請求の範囲にとくに明記されない限り、陸上用および／または産業用ガスタービンに限定されない。例えば、本明細書に記載のとおりの本発明は、これらに限られるわけではないが蒸気タービン、航空機用ガスタービン、または船舶用ガスタービンを含む任意の種類のタービンに使用することが可能である。

ここで図面を参照すると、図１が、ガスタービン１０の一実施形態の概略図を示している。ガスタービン１０は、一般に、吸気部分１２と、吸気部分１２の下流に配置された圧縮機部分１４と、圧縮機部分１４の下流に配置された燃焼器部分１６の複数の燃焼器（図示せず）と、燃焼器部分１６の下流に配置されたタービン部分１８と、タービン部分１８の下流に配置された排気部分２０とを含む。さらに、ガスタービン１０は、圧縮機部分１４とタービン部分１８との間に結合された１つ以上のシャフト２２を含むことができる。

タービン部分１８は、一般に、複数のロータディスク２６（そのうちの１つが図示されている）を有するロータシャフト２４と、各々のロータディスク２６から半径方向外側へと延び、各々のロータディスク２６に相互接続されている複数のロータブレード２８とを含む。次いで、各々のロータディスク２６を、ロータシャフト２４のうちのタービン部分１８を通って延びる部分に結合させることができる。タービン部分１８は、ロータシャフト２４およびロータブレード２８の周囲を囲む外側ケーシング３０をさらに含むことにより、タービン部分１８を通る高温ガス経路３２を少なくとも部分的に定める。

動作時、空気などの作動流体が、吸気部分１２を通って圧縮機部分１４に流入し、圧縮機部分１４において空気が徐々に圧縮され、燃焼部分１６の燃焼器へと圧縮された空気がもたらされる。圧縮された空気は、燃料と混合され、各々の燃焼器において燃やされ、高温の燃焼ガス３４を生み出す。高温の燃焼ガス３４は、高温ガス経路３２を通って燃焼器部分１６からタービン部分１８へと流れ、タービン部分１８においてエネルギ（運動エネルギおよび／または熱エネルギ）が高温ガス３４からロータブレード２８へと伝達されることにより、ロータシャフト２４の回転が生じる。次いで、この機械的な回転エネルギを、例えば圧縮機部分１４の駆動および発電に使用することができる。次いで、タービン部分１８を出る高温の燃焼ガス３４は、排気部分２０を介してガスタービン１０から排出することができる。

図２が、本発明の１つ以上の実施形態を取り入れることができる典型的なロータブレード２８の斜視図である。図２に示されるように、ロータブレード２８は、一般に、取り付け体３８を有する取り付け部またはシャンク部３６と、実質的に平坦なプラットフォーム４２から実質的に半径方向外側へと延びる翼形部４０とを含む。プラットフォーム４２は、一般に、タービン部分１８の高温ガス経路３２（図１）を通って流れる高温の燃焼ガス３４のための半径方向内側の境界として機能する。図２に示されるように、取り付け部またはシャンク部３６の取り付け体３８は、プラットフォーム４２から半径方向内側へと延びてよく、ロータブレード２８をロータディスク２６（図１）へと相互接続し、あるいは固定するように構成された蟻ほぞ（ｄｏｖｅｔａｉｌ）などの根元構造を含むことができる。

翼形部４０は、正圧側の壁４４と、反対向きの負圧側の壁４６とを含む。正圧側の壁４４および負圧側の壁４６は、翼形部４０とプラットフォーム４２との間の交差部に定められてよい翼形部４０の根元部４８から翼形部４０の先端部５０にわたって、プラットフォーム４２から実質的に半径方向外側へと延びている。翼形部４０は、翼形部４０の前縁５２と前縁５２の下流の後縁５４との間を延びる直線によって定められる翼弦Ｃ（図３）を定める。正圧側の壁４４は、一般に、翼形部４０の空気力学的な凹状の外面を備える。同様に、負圧側の壁４６は、一般に、翼形部４０の空気力学的な凸状の外面を定めることができる。先端部５０は、根元部４８の半径方向における反対側に配置される。このように、先端部５０は、一般に、ロータブレード２８の最も半径方向外側の部分を定めることができ、したがって、ガスタービン１０の固定のシュラウドまたはシール（図示せず）に隣接して位置するように構成されてよい。先端部５０は、先端部空洞６６を含む。

図２に示されるとおり、複数の冷却通路５６（図２において一部分は破線で示されている）が、翼形部４０の内部に画定され、冷却剤５８を正圧側の壁４４と負圧側の壁４６との間で翼形部４０を通って導き、対流冷却をもたらす。冷却剤５８は、圧縮機部分１４（図１）からの圧縮された空気の一部、ならびに／あるいは翼形部４０を冷却するための蒸気または任意の他の適切な流体または気体を含むことができる。１つ以上の冷却通路入口６０が、ロータブレード２８に沿って配置されている。いくつかの実施形態においては、１つ以上の冷却通路入口６０が、取り付け体３８の内部に形成され、取り付け体３８に沿って形成され、あるいは取り付け体３８によって形成される。冷却通路入口６０は、少なくとも１つの対応する冷却通路５６に連通している。

図３が、本開示の一実施形態による図２に示したとおりの翼形部４０の先端部５０の拡大図である。図３に示されるように、先端部５０は、先端部底部６２を含む。先端部底部６２は、一般に、翼形部４０の正圧側の壁４４および負圧側の壁４６ならびに前縁５２および後縁５４の間を延びている。複数の冷却剤出口６４が、先端部空洞６６に連通することができる。例えば、いくつかの実施形態においては、複数の冷却剤出口を、先端部底部６２に沿って配置することができる。各々の冷却通路５６（図２）は、少なくとも１つの冷却剤出口６４に連通する。

図３に示されるように、先端部空洞６６は、正圧側先端部レール６８および負圧側先端部レール７０によって少なくとも部分的に取り囲まれている。各々の先端部レール６８，７０は、先端部底部６２から半径方向外側へと延びている。正圧側先端部レール６８は、前縁５２と後縁５４との間を先端部底部６２の周囲に沿って延びており、正圧側の壁４４に輪郭においておおむね一致している。負圧側先端部レール７０は、前縁５２と後縁５４との間を先端部底部６２の周囲に沿って延びており、負圧側の壁４６に輪郭においておおむね一致している。正圧側先端部レール６８および負圧側先端部レール７０は、前縁５２においてつながっている。したがって、先端部空洞６６は、先端部底部６２、正圧側先端部レール６８、および負圧側先端部レール７０によって定められている。先端部空洞６６は、先端部底部６２から半径方向外側へと延び、先端部底部６２の外側の半径方向の延在６７を定めている。

いくつかの実施形態は、負圧側先端部レール７０の後方部分７４に形成された１つ以上のスロット７２を含むことができる。いくつかの実施形態においては、負圧側先端部レール７０の後方部分７４に、複数のスロット７２を形成することができる。例えば、図２に示されるように、２つのスロットを設けることができる。別の例として、図３に示されるように、３つのスロットを設けることができる。他の実施形態においては、例えば４つまたは５つ以上のスロットなど、さらなるスロット７２を設けることができる。

いくつかの実施形態において、負圧側先端部レール７０は、前方部分７６において連続的であってよく、例えば、前方部分７６にはスロット７２が形成されていなくてよく、負圧側先端部レール７０は、後方部分７４だけにスロット７２を含むことができる。前方部分７６は、前方部分７６が後方部分７４と前縁５２との間を延び、後方部分７４が前方部分７６と後縁５４との間を延びるように、後方部分７４の前方（上流）に位置する。

前方部分７６は、負圧側先端部レール７０の翼弦範囲の少なくとも半分であってよく、例えば、最も前方のスロット７２は、翼弦Ｃの方向に沿って前縁５２と後縁５４との間のほぼ中間に配置されてよい。そのような実施形態において、負圧側先端部レール７０の後方部分７４は、負圧側先端部レール７０の残りの部分（例えば、約半分）を構成することができる。いくつかの実施形態において、負圧側先端部レール７０の後方部分７４は、負圧側先端部レール７０の翼弦範囲の半分未満について延びることができる。いくつかの実施形態において、前方部分７６は、負圧側先端部レール７０の翼弦範囲の約７０パーセントであってよい。いくつかの実施形態において、負圧側先端部レール７０の後方部分７４は、負圧側先端部レール７０の翼弦範囲の約２０パーセントを含むことができる。本明細書において使用されるとき、「約」などの近似の用語は、記載された値のプラスマイナス１０パーセントの範囲を含む。例えば、記載された値がパーセントである場合、「約」は、記載された値のプラスマイナス１０パーセントポイントの範囲を含み、例えば、「約７０パーセント」は、６０パーセントから８０パーセントまでの範囲（６０パーセントおよび８０パーセントを含む）を包含する。

いくつかの実施形態において、前方部分７６は、第１のスロットまたは最も前方のスロット７２の最前縁が、前縁５２と後縁５４との間の距離Ｃの約７５パーセント（７５％）だけ前縁５２から離れているように、負圧側先端部レール７０の翼弦範囲の約７５パーセント（７５％）であってよい。そのような実施形態において、第１のスロット７２は、第１のスロット７２の後縁が、前縁５２と後縁５４との間の距離Ｃの約７７．５パーセント（７７．５％）だけ前縁５２から離れていてよいように、負圧側先端部レール７０の翼弦範囲の約２．５パーセント（２．５％）にわたって延びることができる。さらに、いくつかのそのような実施形態は、複数のスロット７２を含んでもよい。例えば、第２のスロット７２を、負圧側先端部レール７０の翼弦範囲の約４パーセント（４％）だけ第１のスロット７２の後方に設けることができる。したがって、第２のスロット７２の最前縁は、前縁５２と後縁５４との間の距離Ｃの約８１．５パーセント（８１．５％）だけ前縁５２から離れて位置することができる。そのような実施形態において、第２のスロット７２は、第２のスロット７２の後縁が、前縁５２と後縁５４との間の距離Ｃの約８４パーセント（８４％）だけ前縁５２から離れて位置できるように、負圧側先端部レール７０の翼弦範囲の２．５パーセント（２．５％）にわたって延びることができる。いくつかの典型的な実施形態においては、第３のスロット７２がさらに設けられてもよい。そのような実施形態においては、第３のスロット７２を、負圧側先端部レール７０の翼弦範囲の約４パーセント（４％）だけ第２のスロット７２の後方に設けることができる。したがって、第３のスロット７２の最前縁は、前縁５２と後縁５４との間の距離Ｃの約８８パーセント（８８％）だけ前縁５２から離れて位置することができる。そのような実施形態において、第３のスロット７２は、第３のスロット７２の後縁が、前縁５２と後縁５４との間の距離Ｃの約９０．５パーセント（９０．５％）だけ前縁５２から離れていてよいように、負圧側先端部レール７０の翼弦範囲の約２．５パーセント（２．５％）にわたって延びることができる。

やはり図３に示されているように、いくつかの実施形態は、後縁５４において負圧側先端部レール７０と正圧側先端部レール６８との間に開口部７８を含むことができる。スロット７２および開口部７８は、翼形部４０の負圧側における渦の形成を妨害および／または防止するために、矢印８０によって示されるように、渦を打ち消す流れを好都合にもたらすことができる。例えば、図示の実施形態において、ガスが冷却剤出口６４から先端部空洞６６へと流入し、さらなるガスが正圧側先端部レール６８の頂部を越えて先端部空洞６６へと流れ込む。次いで、このようなガスは、先端部空洞６６から流出することができる。例えば、ガスは、スロット７２および開口部７８を介して先端部空洞６６から流れ、負圧側の壁４６の付近における渦流の形成を抑制することができる。

種々の実施形態において、本明細書において図示および説明されるように、１つ以上のスロット７２および開口部７８のさまざまな組み合わせおよび構成を、負圧側先端部レール７０の後方部分７４に設けることができる。対照的に、スロット７２または開口部７８は、負圧側先端部レール７０の前方部分７６または正圧側先端部レール６８には、設けられなくてよい。したがって、正圧側先端部レール６８は、正圧側の壁４４に沿って連続的かつ中断されていなくてよい。また、正圧側先端部レール６８は、一定の半径方向高さを定めることができ、正圧側先端部レール６８は、この一定の半径方向高さにわたって連続的かつ中断がなくてよい。同様に、負圧側先端部レール７０は、前方部分７６および後方部分７４で構成されてよい。負圧側先端部レール７０の前方部分７６は、後方部分７４から前縁５２まで負圧側の壁４６に沿って連続的かつ中断がなくてよい。さらに、負圧側先端部レール７０の前方部分７６は、一定の半径方向高さを定めることができ、負圧側先端部レール７０の前方部分７６は、この一定の半径方向高さにわたって連続的かつ中断がなくてよい。

図３に示されるように、１つ以上のスロット７２は、負圧側の壁４６と角度７３を形成することができる。種々の実施形態において、角度７３は、約２５度と約６５度との間であってよい。例えば、角度７３は、約３０度と約６０度との間であってよい。例えば、角度７３は、約４０度と約５０度との間であってよい。例えば、角度７３は、約４５度であってよい。本明細書において使用されるとき、角度または方向の文脈における「約」は、記載された値のプラスマイナス１０度の範囲を意味する。他の実施形態においては、任意の適切な角度７３を設けることができる。さらに別の例（ただし、これに限られるわけではない）として、１つ以上のスロット７２は、負圧側の壁４６に対して垂直であってよく、例えば角度７３が約９０度であってよい。

いくつかの実施形態においては、例えば図３に示されるように、スロット７２が、開口部７８とは別個であってよい。他の実施形態においては、例えば図４および図５に示されるように、複数のスロット７２を設けることができ、複数のスロット７２のうちの１つのスロット７２が、開口部７８と連続であってよく、例えば、スロット７２のうちの１つが、負圧側先端部レール７０の最も後方の部分が完全に開放されるように、開口部７８と合併することができる。そのような実施形態において、負圧側先端部レール７０は、負圧側の壁４６に沿って後縁５４まで完全には延びていなくてよい。いくつかの実施形態においては、例えば、図７に示されるように、単一のスロット７２を設けることができる。単一のスロット７２が設けられる実施形態において、スロットは、開口部とは別個であってもよく、例えば、図３〜図５に示たいくつかのそのようなスロット７２のうちのいずれか１つが、単一のスロット７２であってよい。単一のスロット７２が設けられる他の実施形態において、スロットは、例えば図７に示されるように、開口部７８に連続していてもよい。

上述のように、先端部空洞６６は、半径方向の延在６７を定めることができる。さらに、いくつかの実施形態において、スロット７２は、先端部底部６２の半径方向外側に高さ７１（図４および図５）を定めることができる。いくつかの実施形態において、スロット７２は、半径方向の広がりが負圧側先端部レール７０と同一であってよく、例えば、スロット７２の高さ７１が、例えば図３および図４に示されるように、先端部空洞６６の半径方向の延在６７と同じであってよい。いくつかの実施形態においては、例えば、図６に示されるように、スロット７２の高さ７１が、先端部空洞６６の半径方向の延在６７よりも小さくてよい。

図８に示されるように、少なくとも１つの代案の実施形態において、正圧側先端部レール６８は、後縁５４まで完全には延びていなくてもよい。

負圧側先端部レール７０のいくつかの実施形態を、とくには負圧側先端部レール７０のうちのスロット７２間の部分において、構造的に補強することができる。例えば、図９に示されるように、負圧側先端部レール７０は、先端部空洞６６の半径方向の延在６７に対して垂直な方向の厚さ８２を定めることができる。負圧側先端部レール７０を、とくには負圧側先端部レール７０のうちのスロット７２間の部分において、下部の付近で厚くすることができる。例えば、負圧側先端部レール７０の後方部分７４は、下部において最も厚くてよく、例えば、先端部底部６２の最も近くで最大の厚さを有し、先端部空洞６６の半径方向の延在６７において厚さ８２が減少してもよい。

いくつかの実施形態においては、図１０に示されるように、負圧側先端部レール７０が、フレア８４を含むことができる。したがって、本開示の実施形態は、フレアを有する負圧側先端部レール７０およびフレアを持たない負圧側先端部レール７０に等しく適用可能である。例えば、１つ以上のスロット７２および開口部７８の種々の組み合わせおよび構成を、フレアを有する負圧側先端部レール７０およびフレアを持たない負圧側先端部レール７０のいずれにも設けることができる。フレア８４の構造および機能は、当技術分野において一般的に理解されており、本明細書ではこれ以上は説明しない。

本明細書は、本発明を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を含んでおり、あるいは特許請求の範囲の文言から実質的には相違しない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。

１０ガスタービン
１２吸気部分
１４圧縮機部分
１６燃焼部分、燃焼器部分
１８タービン部分
２０排気部分
２２シャフト
２４ロータシャフト
２６ロータディスク
２８ロータブレード
３０外側ケーシング
３２高温ガス経路
３４高温の燃焼ガス
３６取り付け部／シャンク部
３８取り付け体
４０翼形部
４２プラットフォーム
４４正圧側の壁
４６負圧側の壁
４８根元部
５０先端部
５２前縁
５４後縁
５６冷却通路
５８冷却剤
６０冷却通路入口
６２先端部底部
６４冷却剤出口
６６先端部空洞
６７半径方向の延在
６８正圧側先端部レール
７０負圧側先端部レール
７１高さ
７２スロット
７３角度
７４後方部分
７６前方部分
７８開口部
８０渦を打ち消す流れ
８２厚さ
８４フレア

Claims

翼形部（４０）を備えているロータブレード（２８）であって、
前記翼形部（４０）は、
前縁（５２）と、
前記前縁（５２）の下流の後縁（５４）と、
前記前縁（５２）と前記後縁（５４）との間を延びている根元部（４８）と、
前記根元部（４８）から半径方向外側に離れており、先端部底部（６２）を含んでいる先端部（５０）と、
前記根元部（４８）と前記先端部（５０）との間を延び、かつ前記前縁（５２）と前記後縁（５４）との間を延びている正圧側の壁（４４）と、
前記根元部（４８）と前記先端部（５０）との間を延び、かつ前記前縁（５２）と前記後縁（５４）との間を延びており、前記正圧側の壁（４４）の反対側である負圧側の壁（４６）と、
前記正圧側の壁（４４）に沿って前記前縁（５２）と前記後縁（５４）との間を前記先端部底部（６２）から半径方向外側に延びている正圧側先端部レール（６８）と、
前記負圧側の壁（４６）に沿って前記前縁（５２）と前記後縁（５４）との間を前記先端部底部（６２）から半径方向外側に延びている負圧側先端部レール（７０）と、
前記先端部底部（６２）、前記正圧側先端部レール（６８）、および前記負圧側先端部レール（７０）によって定められ、前記先端部底部（６２）から外側への半径方向の延在（６７）を定めている先端部空洞（６６）と、
前記負圧側先端部レール（７０）の後方部分（７４）に形成されたスロット（７２）と
を備えており、
ガスが、前記先端部空洞（６６）から前記スロット（７２）および開口部（７８）を介して流れ、前記先端部空洞（６６）からのガス流が、前記負圧側の壁（４６）に隣接する渦流の形成を抑制する、
ロータブレード（２８）。
前記後縁（５４）における前記負圧側先端部レール（７０）と前記正圧側先端部レール（６８）との間の開口部（７８）をさらに備える、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
前記スロット（７２）は、前記開口部（７８）に連続している、請求項２に記載のロータブレード（２８）。
前記スロット（７２）は、第１のスロットであり、ロータブレード（２８）は、前記負圧側先端部レール（７０）の前記後方部分（７４）に形成された第２のスロットをさらに備え、前記第２のスロットは、前記第１のスロットと前記開口部（７８）との間に位置する、請求項２に記載のロータブレード（２８）。
ガスが、前記正圧側先端部レール（６８）の頂部を越えて前記先端部空洞（６６）へと流入する、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
前記スロット（７２）は、前記先端部底部（６２）から半径方向外側の高さ（７１）を定め、前記スロット（７２）の前記高さ（７１）は、前記先端部空洞（６６）の前記半径方向の延在（６７）よりも小さい、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
前記負圧側先端部レール（７０）の前記後方部分（７４）は、前記負圧側先端部レール（７０）の翼弦範囲の半分を含む、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
前記負圧側先端部レール（７０）の前記後方部分（７４）は、前記負圧側先端部レール（７０）の翼弦範囲の半分未満を含む、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
前記負圧側先端部レール（７０）の前記後方部分（７４）は、前記負圧側先端部レール（７０）の翼弦範囲の２０パーセントを含む、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
前記負圧側先端部レール（７０）は、前記負圧側の壁（４６）に沿って前記後縁（５４）まで完全には延びていない、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
前記負圧側先端部レール（７０）は、前記先端部空洞（６６）の前記半径方向の延在（６７）に垂直な方向に沿った厚さ（８２）を定めており、前記負圧側先端部レール（７０）の前記後方部分（７４）は、前記先端部底部（６２）に隣接して最大の厚さを有し、該厚さは前記先端部空洞（６６）の前記半径方向の延在（６７）において減少している、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
前記スロット（７２）は、約２５度と約６５度との間の角度を前記負圧側の壁（４６）と形成する、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
前記スロット（７２）は、約９０度の角度を前記負圧側の壁（４６）と形成する、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
前記正圧側先端部レール（６８）は、前記正圧側の壁（４４）に沿って連続的かつ中断がなく、前記正圧側先端部レール（６８）は、一定の半径方向高さを定めており、前記正圧側先端部レール（６８）は、前記一定の半径方向高さにわたって連続的かつ中断がない、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
前記負圧側先端部レール（７０）は、前方部分（７６）と前記後方部分（７４）とで構成され、前記負圧側先端部レール（７０）の前記前方部分（７６）は、前記後方部分（７４）から前記前縁（５２）まで前記負圧側の壁（４６）に沿って連続的かつ中断がなく、前記負圧側先端部レール（７０）の前記前方部分（７６）は、一定の半径方向高さを定めており、前記負圧側先端部レール（７０）の前記前方部分（７６）は、前記一定の半径方向高さにわたって連続的かつ中断がない、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
圧縮機（１４）と、
前記圧縮機（１４）の下流に配置された燃焼器（１６）と、
前記燃焼器（１６）の下流に配置されたタービン（１８）とを備えており、前記タービン（１８）は、該タービン（１８）を軸方向に通って延びるロータシャフト（２４）と、前記ロータシャフト（２４）の周囲を囲み、前記ロータシャフト（２４）との間に高温ガス経路（３２）を定める外側ケーシング（３０）と、前記ロータシャフト（２４）に相互接続され、ロータブレード段を定める複数のロータブレード（２８）とを含み、
各々のロータブレード（２８）は、
前記ロータシャフト（２４）との相互接続が可能な取り付け体（３８）を含んでいる取り付け部（３６）と、
前記取り付け部（３６）に結合した翼形部（４０）と
を備え、
前記翼形部（４０）は、
前縁（５２）と、
前記前縁（５２）の下流の後縁（５４）と、
前記前縁（５２）と前記後縁（５４）との間を延びている根元部（４８）と、
前記根元部（４８）から半径方向外側に離れており、先端部底部（６２）を含んでいる先端部（５０）と、
前記根元部（４８）と前記先端部（５０）との間を延び、かつ前記前縁（５２）と前記後縁（５４）との間を延びている正圧側の壁（４４）と、
前記根元部（４８）と前記先端部（５０）との間を延び、かつ前記前縁（５２）と前記後縁（５４）との間を延びており、前記正圧側の壁（４４）の反対側である負圧側の壁（４６）と、
前記正圧側の壁（４４）に沿って前記前縁（５２）と前記後縁（５４）との間を前記先端部底部（６２）から半径方向外側に延びている正圧側先端部レール（６８）と、
前記負圧側の壁（４６）に沿って前記前縁（５２）と前記後縁（５４）との間を前記先端部底部（６２）から半径方向外側に延びている負圧側先端部レール（７０）と、
前記先端部底部（６２）、前記正圧側先端部レール（６８）、および前記負圧側先端部レール（７０）によって定められ、前記先端部底部（６２）から外側への半径方向の延在（６７）を定めている先端部空洞（６６）と、
前記負圧側先端部レール（７０）の後方部分（７４）に形成されたスロット（７２）と
を備えており、
ガスが、前記先端部空洞（６６）から前記スロット（７２）および開口部（７８）を介して流れ、前記先端部空洞（６６）からのガス流が、前記負圧側の壁（４６）に隣接する渦流の形成を抑制する、
ガスタービン（１０）。
前記後縁（５４）における前記負圧側先端部レール（７０）と前記正圧側先端部レール（６８）との間の開口部（７８）をさらに備える、請求項１６に記載のガスタービン（１０）。
前記ロータブレード（２８）の前記翼形部（４０）の前記スロット（７２）は、前記ロータブレード（２８）の前記翼形部（４０）の前記開口部（７８）に連続している、請求項１７に記載のガスタービン（１０）。
前記スロット（７２）は、前記先端部底部（６２）から半径方向外側の高さ（７１）を定め、前記スロット（７２）の前記高さ（７１）は、前記先端部空洞（６６）の前記半径方向の延在（６７）よりも小さい、請求項１６に記載のガスタービン（１０）。
前記負圧側先端部レール（７０）の前記後方部分（７４）は、前記負圧側先端部レール（７０）の翼弦範囲の半分を含む、請求項１６に記載のガスタービン（１０）。
前記負圧側先端部レール（７０）の前記後方部分（７４）は、前記負圧側先端部レール（７０）の翼弦範囲の半分未満を含む、請求項１６に記載のガスタービン（１０）。
前記スロット（７２）は、約２５度と約６５度との間の角度を前記負圧側の壁（４６）と形成する、請求項１６に記載のガスタービン（１０）。
前記スロット（７２）は、約９０度の角度を前記負圧側の壁（４６）と形成する、請求項１６に記載のガスタービン（１０）。