JP2019039423A - 先端レールの冷却を備えたブレード - Google Patents

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Abstract

【課題】先端レールの冷却を備えたブレードを提供する。【解決手段】タービンエンジン用のブレード先端を冷却するための装置および方法は、先端でブレードのための内部を囲んでいる先端壁を越えて延びる先端レール96を有する冷却されるタービンブレード68などのブレードを含む。複数のフィルム孔112は、先端レールに設けられる。冷却流体の流れは、ブレードの先端を冷却するためにブレードの内部からフィルム孔を通して提供される。【選択図】図2

Description

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、回転型のエンジンであり、エンジンを通過する多数の回転するタービンブレードへの燃焼ガスの流れからエネルギを抽出し、航空機などの場合には推進のための推力を発生させる。
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化するために高温で動作するように設計され、したがって、高圧タービンおよび低圧タービンなどのある種のエンジン部品の冷却は、利益をもたらす場合がある。典型的には、冷却は、冷却器空気を高圧および/または低圧の圧縮機から冷却を要するエンジン部品にダクトで送ることによって達成される。高圧タービン内の温度は、1000℃〜2000℃になる場合があり、圧縮機からの冷却空気は、高圧タービンを冷却するのに差が十分な500℃〜700℃になる場合がある。
現代のタービンブレードならびにベーンまたはノズルは、ブレードの異なった部分を冷却するために、ブレードを通して冷却空気をルート送りするための1つまたは複数の内部冷却回路を一般に含み、また、ブレードの前縁、後縁および先端などのブレードの異なった部分を冷却するための専用の冷却回路を含む場合がある。
タービンブレードの先端レールは、特に、エアロ・ロスを低減させ、したがって、タービンエンジンの効率を増加させるのに役立つ。先端レールは、高い熱負荷にさらされて、効果的に冷却することが困難である。それがしばしばブレードの最高温度領域の1つになる。
1つの態様では、本開示は、タービンエンジン用のブレードに関し、ブレードは、内部を画定するボディであって、翼弦方向を画定するために前縁および後縁間で軸方向に延び、スパン方向を画定するために基部および先端間で径方向に延び、先端壁と先端壁から延びる先端レールとで終端する、ボディと、内部に形成される少なくとも1つの冷却通路と、冷却通路に流体結合される少なくとも1つの冷却コンジットを含む、先端レール内の少なくとも2つの径方向に隔置した冷却キャビティと、冷却キャビティを流体結合する少なくとも1つの連結コンジットと、径方向に隔置した冷却キャビティのうちの少なくとも1つに流体結合される入口、および、先端レールの外側表面に設けられる出口、を有するセットのフィルム孔と、を含む。
他の態様では、本開示は、タービンエンジン用のブレードに関し、ブレードは、内部を画定するボディであって、翼弦方向を画定するために前縁および後縁間で軸方向に延び、スパン方向を画定するために基部および先端間で径方向に延び、先端壁と先端壁から延びる先端レールとで終端する、ボディと、内部に形成される少なくとも1つの冷却通路と、冷却通路に流体結合される少なくとも1つの冷却コンジットを含む、先端レール内の少なくとも2つの径方向に隔置した冷却キャビティと、冷却キャビティを流体結合する少なくとも1つの連結コンジットと、径方向に隔置した冷却キャビティのうちの少なくとも1つに流体結合される入口、および、先端レールの外側表面に設けられる出口、を有するセットのフィルム孔と、を含む。
さらに他の態様では、本開示は、タービンエンジン用のブレードの先端レールの冷却を維持する方法に関し、方法は、先端レールの一連の径方向に隔置した冷却キャビティを通して冷却空気を供給することを含む。
航空機用のタービンエンジンの一部分の概略断面図である。 冷却孔を備えた先端レールを含む図1のエンジン用のブレードの等角図である。 ブレード内の冷却通路を例証する断面III−IIIで横切って取った図2のブレードの断面図である。 先端レール内の冷却キャビティを例証する断面IV−IVで横切って取った図2のブレードの先端レールの断面図である。 図2のブレードの先端レールを冷却する方法を例証する図4からの断面図である。 本明細書で説明する本開示の第2の態様に係る先端レール内の冷却キャビティを例証する断面IV−IVで横切って取った図2のブレードの先端レールの断面図である。 本明細書で説明する本開示の第3の態様に係る先端レール内の冷却キャビティを例証する断面IV−IVで横切って取った図2のエーロフォイルの先端レールの断面図である。 本明細書で説明する本開示の第4の態様に係る先端レール内の冷却キャビティを例証する断面VIII−VIIIで横切って取った図2のエーロフォイルの先端レールの断面側面図である。
本明細書で説明する本開示の態様は、先端レールの少なくとも一部分に形成された出口を有する隔置した冷却キャビティを含むブレードの先端に向けられている。図示する目的のため、本開示は、航空機ガスタービンエンジンのタービン用のブレードに関して説明する。しかしながら、理解されるであろうことは、本明細書で説明する本開示の態様が、そういったものに限定されず、圧縮機を含むエンジンの範囲内で、ならびに、他の移動式の用途や非移動式の工業、商業、および居住の用途などの非航空機の用途において、一般的な適用性を有していてもよいということである。
本明細書で使用するとき、用語「前方」または「上流」は、エンジン入口に向かう方向に移動すること、または、他の部品と比較してエンジン入口に相対的により近い部品を指す。「前方」または「上流」と関連して使用される用語「後部」または「下流」は、エンジンの後部もしくは出口に向かう方向、または、他の部品と比較してエンジン出口に相対的により近いことを指す。
追加的に、本明細書で使用するとき、用語「径方向」または「径方向に」は、エンジンの中心長手方向軸と外側のエンジン周囲との間に延びる大きさを指す。本明細書で使用するときの「セット」は、1つだけを含む任意の数の特定の要素を含む場合がある。
すべての方向のリファレンス(例えば、径方向、軸方向、近位、遠位、上側、下側、上方、下方、左、右、横、前、後ろ、上部、底部、上、下、鉛直、水平、時計方向、反時計方向、上流、下流、前方、後部、等々)は、本開示についての読み手の理解を支援するために識別目的のためだけに使用され、特に、本明細書で説明する本開示の態様の位置、配向、または、使用に関して限定を作り出さない。連結のリファレンス(例えば、取り付けられ、結合され、連結され、および、接合され)は、広く解釈すべきであり、別段の注記が無い限り収集した要素間の中間の部材や要素間の相対移動を含む場合がある。そういうことで、連結のリファレンスは、2つの要素が直接連結されて互いに固定関係にあるということを必ずしも意味しない。例示的な図面は、図示する目的のためだけであり、本明細書に添付した図面に反映された大きさ、位置、順序、及び相対寸法は、様々である場合がある。
図1は、航空機用のガスタービンエンジン10の一部分の概略断面図である。エンジン10は、長手方向に延びる軸すなわち前方14から後部16に延びる中心線12を有する。エンジン10は、下流に向けた直列の流れの関係で、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、排出セクション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に関して径方向に配設されてファンケーシング40内で回転可能な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、エンジン10のコア44を形成しており、燃焼ガスからエネルギを生成および抽出する。コア44は、ファンケーシング40と結合される場合のあるコアケーシング46によって囲まれる。
エンジン10の中心線12に関して同軸に配設されるHPシャフトまたはスプール48は、HPタービン34をHP圧縮機26に駆動可能に連結する。LPシャフトまたはスプール50は、より大径の環状HPスプール48内でエンジン10の中心線12に関して同軸に配設されており、LPタービン36をLP圧縮機24およびファン20に駆動可能に連結する。スプール48、50は、エンジン中心線の回りを回転可能であり、ロータ51を共同で画定する場合のある複数の回転型の要素に結合する。
LP圧縮機24およびHP圧縮機26は、複数の圧縮機ステージ52、54をそれぞれ含み、セットの圧縮機ブレード56、58は、対応するセットの固定の圧縮機ベーン60、62(ノズルとも呼ばれる)に対して回転して、ステージを通過する流体のストリームを圧縮または加圧する。単一の圧縮機ステージ52、54では、複数の圧縮機ブレード56、58は、リング状に設けられる場合があり、また、中心線12に対して径方向外方に、ブレードプラットホームからブレード先端に延びる場合があり、その一方、対応する固定の圧縮機ベーン60、62は、回転するブレード56、58の上流でそれに隣接して位置決めされる。注目されるのは、図1に示すブレード、ベーン、および圧縮機ステージの数が、図示する目的だけのために選択されたが、他の数も可能であるということである。
圧縮機のステージ用のブレード56、58は、ディスク61に装着される場合があり、ディスク61は、HPスプール48およびLPスプール50の対応する一方に装着され、各ステージは、それ自体のディスク61を有する。圧縮機のステージ用のベーン60、62は、コアケーシング46に周方向配置で装着される場合がある。
HPタービン34およびLPタービン36は、複数のタービンステージ64、66をそれぞれ含み、セットのタービンブレード68、70は、対応するセットの固定のタービンベーン72、74(ノズルとも呼ばれる)に対して回転して、ステージを通過する流体のストリームからエネルギを抽出する。単一のタービンステージ64、66では、複数のタービンブレード68、70は、リング状に設けられる場合があり、また、中心線12に対して径方向外方に、ブレードプラットホームからブレード先端に延びる場合があり、その一方、対応する固定のタービンベーン72、74は、回転するブレード68、70の上流でそれに隣接して位置決めされる。注目されるのは、図1に示すブレード、ベーン、およびタービンステージの数が、図示する目的だけのために選択されたが、他の数も可能であるということである。
タービンのステージ用のブレード68、70は、ディスク71に装着される場合があり、ディスク71は、HPスプール48およびLPスプール50の対応する一方に装着され、各ステージは、専用のディスク71を有する。圧縮機のステージ用のベーン72、74は、コアケーシング46に周方向配置で装着される場合がある。
ロータ部分に相補的に、圧縮機およびタービンセクション22、32のうちの固定ベーン60、62、72、74などのエンジン10の固定部分は、ステータ63として個別にまたは集合的に呼ばれることもある。そういうことで、ステータ63は、エンジン10全体にわたって非回転要素の組合せを指す場合がある。
動作では、ファンセクション18から出て行く空気流は、分割され、したがって、空気流の一部分は、LP圧縮機24の中に運ばれ、そのとき加圧空気76は、HP圧縮機26に供給され、そこでは空気がさらに加圧される。HP圧縮機26からの加圧空気76は、燃焼器30の燃料と混合されて点火され、それによって燃焼ガスが発生する。何らかの仕事は、それらのガスから、HP圧縮機26を駆動するHPタービン34によって抽出される。燃焼ガスは、LP圧縮機24を駆動するために追加の仕事を抽出するLPタービン36の中に排出され、最終的には、エンジン10から排出セクション38を介して排出される。LPタービン36の駆動は、LPスプール50を駆動し、ファン20およびLP圧縮機24を回転させる。
圧縮機セクション22で発生した加圧空気流76の一部分は、圧縮機セクション22からブリード空気77として引き出される場合がある。ブリード空気77は、加圧空気流76から引き出されて、冷却を必要としているエンジン部品に提供される。燃焼器30に入る加圧空気流76の温度は、かなり上昇する。そういうことで、ブリード空気77によって提供される冷却は、増加する温度環境中のそういったエンジン部品の動作にとって必要である。
ファンセクション18からの空気流78の残りの部分は、LP圧縮機24およびエンジンコア44をバイパスして、固定ベーン列を通って、より詳細には、ファン排出側84に複数のエーロフォイル案内ベーン82を含む出口案内ベーン組立体80を通って、エンジン組立体10から出て行く。より具体的には、径方向に延びるエーロフォイル案内ベーン82の周方向列は、ファンセクション18に隣接して利用されて、何らかの方向制御を空気流78に及ぼす。
空気流78は、冷却流体である場合があり、エンジン10の部分、特に高温部分を冷却するために使用され、および/または、航空機の他の態様を冷却または動力供給するために使用される。タービンエンジンとの関連において、エンジンの高温部分は、燃焼器30、特にタービンセクション32の通常下流であり、HPタービン34は、燃焼セクション28の直下流であるので、高温部分である。冷却流体の他の源泉は、それに限定されないが、LP圧縮機24またはHP圧縮機26から排出される流体である場合がある。
図2を参照すると、タービンブレード68の1つの形式のエンジン部品は、ダブテール86およびエーロフォイル88を含む。エーロフォイル88は、先端90および基部92を含み、それらの間にスパン方向を画定する。先端壁94は、先端90に設けられ、先端レール96は、外部表面98を有し、先端壁94から延びて先端プレナム100を画定する。エーロフォイル88は、前縁104および後縁106をさらに含み、それらの間に翼弦方向を画定する。複数のフィルム孔112は、先端レール96の遠位端部111に沿って設けられ、また、エーロフォイル88の後縁106に沿ってスパン方向に設けられる場合もある。さらにまた、第2のセットのフィルム孔113は、先端レール96の外部表面98に沿って設けられる場合がある。
エーロフォイル88は、基部92のプラットフォーム114を経由してダブテール86に取り付く。プラットフォーム114は、ブレード68によって駆動されるタービンエンジン主要ストリーム空気流を径方向に包含するのに役立つ。ダブテール86は、ブレード68を駆動するためにエンジン10のタービンロータディスクに取り付くように構成される場合がある。ダブテール86は、少なくとも1つの入口通路116をさらに含み、例示的なダブテール86が3つの入口通路116を有するように示されている。入口通路116は、ダブテール86およびプラットフォーム114を貫通しており、対応する通路出口118においてエーロフォイル88との内部流体連通を提供する。空気流77および/または空気流78などの冷却流体Cの流れは、入口通路116を通してエーロフォイル88に提供される場合がある。理解すべきは、ダブテール86が断面で示され、したがって、入口通路116がダブテール86のボディ内に囲まれるということである。
ところで図3を参照すると、エーロフォイル88は、外側壁120を含み、凹形状の圧力側122および凸形状の吸込側124が、エーロフォイル88の形状を画定するために互いに接合される。動作中、エーロフォイル88は、圧力側122が吸込側124に従うような方向に回転する。こうして、図3に示すように、エーロフォイル88は、矢印(A)の方向にページの上部に向けて上向きに回転するであろう。
内部130は、外側壁120によって画定される。リブ132として示された1つまたは複数の内部壁は、内部130を複数の冷却通路119に分割する場合がある。通路出口118の個々は、1つまたは複数の内部冷却通路119と流体結合される場合がある。入口通路116、通路出口118、内部冷却通路119、およびフィルム孔112は、互いに流体結合されて1つまたは複数の冷却回路121をエーロフォイル88内に形成する場合がある。
理解すべきは、エーロフォイル88の内部構造が図示のように例示であるということである。エーロフォイル88の内部130は、無数の異なったやり方で組織化される場合があり、冷却通路119は、スパン方向に延びる単一の通路を含む場合があり、あるいは、通路、チャネル、入口、出口、リブ、ピンバンク、回路、サブ回路、フィルム孔、プレナム、メッシュ、攪拌器などの、そうでなければ、非限定の例で、複数の特徴部を有する複雑な冷却回路である場合がある。好ましくは、冷却通路119は、ダブテール86の入口通路116と流体連通するであろう。冷却通路119の少なくとも1つは、フィルム孔112と流体連通する。
図4によりはっきりと見ることができるように、図2のIV−IVで横切って取った先端レール96の断面は、本明細書で説明するように、冷却回路121の一部分を画定するために、先端レール96内に積重ねられた一連140の隔置した冷却キャビティ140a、140b、140cを示す。本明細書で審議する本開示の第1の態様では、隔置した冷却キャビティは、径方向に隔置した冷却キャビティ140a、140b、140cである。3つの径方向に隔置した冷却キャビティ140a、140b、140cが例証されているが、少なくとも2つが推奨され、さらに、4つ以上が可能なのが予期される。複数の連結コンジット142aおよび142bは、径方向に隔置した冷却キャビティ140a、140b、および140cを互いに流体結合する場合がある。予期されるのは、連結コンジット142aおよび142bの個々がそれぞれの中間の入口143a、143bおよび出口145a、145bを有する場合があるということである。
冷却通路119に流体結合される入口146と、第1の冷却キャビティ140aに流体結合される出口148と、を有する冷却コンジット144は、一連140の径方向に隔置した冷却キャビティ140a、140b、140cを冷却通路119に連結する。予期されるのは、冷却コンジット144が複数の冷却コンジット144である場合があり、したがって、複数の冷却コンジット144が冷却通路119と冷却キャビティ140aの少なくとも1つとの間に形成されるということである。
先端レール96の遠位端部111に沿って設けられる複数のフィルム孔112は、径方向に隔置した冷却キャビティ140cに流体結合されるフィルム孔入口150aと、エーロフォイル88を囲む空気源154に流体結合されるフィルム孔出口152aと、を含む場合がある。
先端レール96の外部表面98に沿って設けられる第2のセットのフィルム孔113は、径方向に隔置した冷却キャビティ140cに流体結合されるフィルム孔入口150bと、先端プレナム100内でエーロフォイル88を囲む空気源154に流体結合されるフィルム孔出口152bと、を含む場合がある。
さらに予期されるのは、ブレード68がシュラウドセグメント156の下で径方向に位置する場合があるということである。シュラウドセグメント156は、ブレード68の周りに周方向に配置された複数のシュラウドセグメント156である場合がある。
図5に転じると、エーロフォイル88の先端レール96を冷却する方法が例証されている。幾つかの数が図4から明瞭さのために取り除いてある。本方法は、先端レール96中の一連の径方向に隔置した冷却キャビティ140a、140b、および140cを通して冷却空気(C)を供給することを含む。本方法は、連続的に、先ず冷却キャビティ140aに、次に冷却キャビティ140bに、最後に冷却キャビティ140cに冷却空気(C)を供給することをさらに含む場合がある。さらに予期されるのは、供給が2つ以上の冷却キャビティ140a、140b、および140cに提供される場合があり、例証のような3つに限定されないということである。さらに予期されるのは、本方法が、シュラウドセグメント156を冷却するために、冷却流体(C)をシュラウドセグメント156に衝突させること(I)を含む場合があるということである。同様に、さらに予期されるのは、本方法が、先端レール96を冷却するために、出口152bを通して先端プレナム100の中に冷却流体(C)を放出することを含む場合があるということである。
動作中、予期されるのは、先端レール96が、シュラウドセグメント156に接触する場合があり、ブレード68の寿命にわたって、先端レール96とシュラウドセグメント156との接触が、先端レール96の部分的な摩擦を起こし続ける場合があるということである。一連140の径方向に隔置した冷却キャビティ140a、140b、140cを形成することは、径方向に隔置した冷却キャビティ140aおよび140bを有する冷却回路121の部分の連続動作を可能にする。換言すると、先端レール96が擦り減るので、冷却キャビティ140bは、動作の際に冷却キャビティ140cに取って代わる。結果的に、冷却空気(C)が冷却キャビティ140cにもはや提供される場合がなく、本方法は、連続的に、第1の冷却キャビティ140aに、次に第2の冷却キャビティ140bに冷却空気(C)を提供することを単に含む。
図6は、本明細書で説明する本開示の他の態様に係る一連240の径方向に隔置した冷却キャビティ240a、240bを例証している。一連240の径方向に隔置した冷却キャビティ240a、240bは、一連140と類似点を有し、したがって、同様の部品は100だけ増やした同様の数を備えて識別されるであろう。理解すべきは、別段の注記が無い限り一連140の同じ部品の説明が一連240のそれらに適用されるということである。
冷却コンジット244は、冷却通路219に流体結合される入口246と、第1の冷却キャビティ240aに流体結合される出口248と、を有する場合がある。入口246は、出口248から隔置され、したがって、それらの間の冷却コンジット244は、径方向軸(R)に対して角度付けされる。冷却コンジット244の角度付け配向は、冷却空気(C)の一部分(I)が、次の冷却キャビティ240bに進入する前に、冷却キャビティ240aの内部表面260に衝突するように、形成される場合がある。
少なくとも1つの連結コンジット242aは、径方向に隔置した冷却キャビティ240aおよび240bを互いに流体結合する場合がある。予期されるのは、連結コンジット242が、入口243から出口248に延びて、それらの間の冷却コンジット244が径方向軸(R)に対して角度付けされる場合があるということである。連結コンジット242の角度付け配向は、冷却空気(C)の一部分(I)が、フィルム孔212を通って排出される前に、冷却キャビティ240bの内部表面260に衝突するように、形成される場合がある。
図7に転じると、さらに予期されるのは、本明細書で審議するような隔置したキャビティが、エンジン中心線12に対して、径方向に隔置されるというよりも、周方向に隔置されるということである。一連340の隔置した冷却キャビティ340a、340bは、一連140と類似点を有し、したがって、同様の部品は200だけ増やした同様の数を備えて識別されるであろう。理解すべきは、別段の注記が無い限り一連140の同じ部品の説明が一連340のそれらに適用されるということである。
本開示のこの態様では、第1の冷却キャビティ340aは、一連340を画定するために第2の冷却キャビティ340bから周方向に隔置される。冷却コンジット344は、冷却通路319に流体結合される入口346と、第1の冷却キャビティ340aに流体結合される出口348と、を有する場合がある。連結コンジット342は、3つの連結コンジット342a、342b、342cとして例証されており、個々は、第1の冷却キャビティ340aに流体結合される入口343a、343b、343cから、第2の冷却キャビティ340bに流体結合される出口345a、345b、345cに延びる場合がある。
少なくとも1つのフィルム孔312は、先端レール296の外側壁320に沿っている場合があり、また、第2の冷却キャビティ340bに流体結合されるフィルム孔入口350と、エーロフォイル88を囲む空気源354に流体結合されるフィルム孔出口352と、を含む場合がある。
本明細書で審議するような本方法は、冷却流体(C)によって取り除かれる熱の量を最大化するために径方向および周方向の双方に冷却流体(C)を衝突させること(I)をさらに含む場合がある。本開示のこの態様では、さらに予期されるのは、本方法が、外側壁320に沿って少なくとも1つのフィルム孔312を通して冷却流体(C)を放出することを含む場合もあるということである。
本明細書で審議する本開示のさらに別の態様では、図8すなわち図2のVIII−VIIIで横切って取った側断面に示すように、先端レール96は、少なくとも2つの径方向に隔置した冷却キャビティ440a、440bを含む。第1のセットのキャビティ440aは、少なくとも2つの第1および第2の軸方向に隔置したキャビティ441a、441bを含む場合があり、第2のセットのキャビティ440bは、第1のセットのキャビティ440aから径方向に隔置されているが、第3および第4の軸方向に隔置したキャビティ441c、441dを含む場合がある。第1および第2の軸方向に隔置したキャビティ441a、441bは、一連440の径方向に隔置した冷却キャビティ440a、440bを画定するために、第3および第4の軸方向に隔置したキャビティ441c、441dの下で径方向に積重ねられる。一連440は、一連140と類似点を有し、したがって、同様の部品は300だけ増やした同様の数を備えて識別されるであろう。
第1のセットの径方向に隔置したキャビティ440aは、冷却通路419に流体結合される入口446と、第1の軸方向に隔置したキャビティ441aに流体結合される出口448と、を有する冷却コンジット444を含む場合がある。主として軸方向に配向される第1の連結コンジット442aは、第1の軸方向に隔置したキャビティ441aを第2の軸方向に隔置したキャビティ441bに流体結合する場合がある。主として径方向に配向される第2の連結コンジット442bは、第2の軸方向に隔置したキャビティ441bを第3の軸方向に隔置したキャビティ441cに流体結合する場合がある。そうする場合において、第2の連結コンジット442bは、第1のセットの径方向に隔置したキャビティ440aを第2のセットの径方向に隔置したキャビティ440bに結合する。第3の連結コンジット442cは、第3の軸方向に隔置したキャビティ441cを第4の軸方向に隔置したキャビティ441dに流体結合する場合がある。フィルム孔412は、第4の軸方向に隔置したキャビティ441dを外部の空気源454に流体結合する場合がある。さらに予期されるのは、第2のセットのフィルム孔が、図4、6、および7に非限定例のつもりで例証するように、1つまたは複数のキャビティに連結されるということである。
本明細書で審議するような本方法は、冷却流体(C)によって取り除かれる熱の量を最大化するために径方向および周方向の双方に冷却流体(C)を衝突させること(I)をさらに含む場合がある。
4つのキャビティとして例証しているが、理解すべきは、本明細書で説明するようなコンジット、フィルム孔、およびキャビティの説明および配向が、例証する目的のためであり、限定することを意味していないということである。例えば、各セットの隔置したキャビティは、個々が近位の冷却キャビティに流体結合される3つ以上の軸方向に隔置したキャビティを含む場合がある。図8に例証するような冷却キャビティの配置は、図4、図6および図7に関して審議される、または、本明細書で審議される任意の組合せの、配置に適用することができる。
さらにまた、本明細書で審議するようなフィルム孔および第2のセットの孔は、真っ直ぐな孔に限定されない。衝突孔は、図6に例証するように、先端レールの側面を冷却するために、湾曲する場合があり、あるいは、角度付けされる場合がある。
ブレードの先端レールは、高い熱負荷にさらされて、動作中に頻繁にシュラウドにこすれる。動作中にこすり取られるレール全体の原因である設計は、摩擦が冷却特性を取り除きまたは冷却孔を閉じて冷却剤の流れをこの領域から完全に切り離す場合があるので、冷却をこの領域で継続するために必要である。本明細書で審議するように、径方向に隔置した一連のキャビティは、衝突冷却がレールの上部(そこには冷却の高い需要が存在する)に直接送達されるのを可能にする。追加的に、上部キャビティがこすり取られる場合、その下の1つは、衝突冷却を継続するべく、その場所を順に獲得するために存在する。
レールがこすり取られ、上部冷却孔が閉じる場合には、冷却流れは、依然として第2のセットの孔を通して排出される場合があり、依然としてレールの上部が冷却されるのを可能にする。レールのより多くがこすり取られるとき、上部衝突キャビティは、完全に開かれて、その下の1つは、その場所を獲得するであろう。このように、標準またはほぼ標準レベルの冷却有効性は、レールがほとんど完全に動くまで維持される場合がある。
まだ説明していない範囲において、様々な実施形態の種々の特徴および構造は、要望通りに互いに組み合わせて使用する場合がある。1つの特徴がすべての実施形態に例証されていないことは、そういう場合がないと解釈されることを意味しておらず、説明を簡潔にするためにそうしているということである。このように、異なった実施形態の様々な特徴は、要望通りに混合及び調和を行って、新たな実施形態を形成することができ、それは新たな実施形態が明白に説明されているか否かにかかわらない。本明細書で説明する特徴のすべての組み合わせや並べ替えは、本開示によって網羅される。
理解すべきは、開示した設計の用途は、ファンセクションやブースタセクションを備えたタービンエンジンに限られず、ターボジェットやターボエンジンにも同じく適用できる。
ここに記載した説明は、例を用いて、ベストモードを含めて本明細書で説明する本開示の態様を説明すると共に、任意のデバイスやシステムを作製及び使用することと任意の組み入れた方法を実行することとを含めて任意の当業者が本開示の態様を実施できるようにもしている。特許性を有する本開示の態様の範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者の想到する他の例を含むことができる。そういった他の例は、特許請求の範囲の文字通りの用語と異ならない構造要素を有する場合に、あるいは、特許請求の範囲の文字通りの用語に対する差異の実体がない等価な構造要素を含む場合に、特許請求の範囲の範囲内にあることを意図している。
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
[実施態様1]
タービンエンジン(10)用のブレード(68)であって、前記ブレード(68)は、
内部(130)を画定するボディであって、翼弦方向を画定するために前縁(104)および後縁(106)間で軸方向に延び、スパン方向を画定するために基部(92)および先端(90)間で径方向に延び、先端壁(94)と前記先端壁(94)から延びる先端レール(96、196、296、396)とで終端する、ボディと、
前記内部(130)に形成される少なくとも1つの冷却通路(119、219、319、419)と、
前記冷却通路(119、219、319、419)に流体結合される少なくとも1つの冷却コンジット(144、244、344、444)を含む、前記先端レール(96、196、296、396)内の少なくとも2つの径方向に隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)と、
前記冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)を流体結合する少なくとも1つの連結コンジット(142a、b、242a、b、c、342a、b、c、442a、b、c)と、
前記径方向に隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)のうちの少なくとも1つに流体結合される入口(150a、b、250a、b、350a、b、450a、b)、および、前記先端レール(96、196、296、396)の外側表面(98)に設けられる出口、を有するセットのフィルム孔(112、212、312、412)と、
を含む、ブレード(68)。
[実施態様2]
前記先端レール(96、196、296、396)の前記外側表面(98)は、前記先端レール(96、196、296、396)の遠位端部(111)に沿って位置する、実施態様1に記載のブレード(68)。
[実施態様3]
前記先端レール(96、196、296、396)の前記外側表面(98)の少なくとも一部分は、先端プレナム(100)を画定し、第2のセットのフィルム孔(112、212、312、412)は、前記先端プレナム(100)に流体結合される、実施態様1に記載のブレード(68)。
[実施態様4]
前記少なくとも1つの冷却コンジット(144、244、344、444)は、径方向軸に対して角度付けされる、実施態様1に記載のブレード(68)。
[実施態様5]
前記少なくとも1つの連結コンジット(142a、b、242a、b、c、342a、b、c、442a、b、c)は、径方向軸に対して角度付けされる、実施態様1に記載のブレード(68)。
[実施態様6]
前記少なくとも1つの冷却コンジット(144、244、344、444)は、複数の冷却コンジットを含む、実施態様1に記載のブレード(68)。
[実施態様7]
前記少なくとも1つの連結コンジット(142a、b、242a、b、c、342a、b、c、442a、b、c)は、複数の連結コンジット(142a、b、242a、b、c、342a、b、c、442a、b、c)を含む、実施態様1に記載のブレード(68)。
[実施態様8]
前記少なくとも2つの径方向に隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)は、3つ以上の径方向に隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)を含む、実施態様1に記載のブレード(68)。
[実施態様9]
前記少なくとも2つの径方向に隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)は、第1および第2のセットのキャビティ(440a、440b)を含み、各セットは、少なくとも2つの軸方向に隔置した冷却キャビティ(441a、b、c、d)を含む、実施態様1に記載のブレード(68)。
[実施態様10]
前記少なくとも2つの径方向に隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)は、互いに流体結合され、前記少なくとも2つの軸方向に隔置した冷却キャビティ(441a、b、c、d)は、互いに流体結合される、実施態様9に記載のブレード(68)。
[実施態様11]
タービンエンジン(10)用のブレード(68)であって、前記ブレード(68)は、
内部(130)を画定するボディであって、翼弦方向を画定するために前縁(104)および後縁(106)間で軸方向に延び、スパン方向を画定するために基部(92)および先端(90)間で径方向に延び、先端壁(94)と前記先端壁(94)から延びる先端レール(96、196、296、396)とで終端する、ボディと、
前記内部(130)に形成される少なくとも1つの冷却通路(119、219、319、419)と、
前記冷却通路(119、219、319、419)に流体結合される少なくとも1つの冷却コンジット(144、244、344、444)を含む、前記先端レール(96、196、296、396)内の少なくとも2つの隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)と、
前記冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)を流体結合する少なくとも1つの連結コンジット(142a、b、242a、b、c、342a、b、c、442a、b、c)と、
前記隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)のうちの少なくとも1つに流体結合される入口(150a、b、250a、b、350a、b、450a、b)、および、前記先端レール(96、196、296、396)の外側表面(98)に設けられる出口、を有するセットのフィルム孔(112、212、312、412)と、
を含む、ブレード(68)。
[実施態様12]
前記先端レール(96、196、296、396)の前記外側表面(98)は、前記先端レール(96、196、296、396)の遠位端部(111)である、実施態様11に記載のブレード(68)。
[実施態様13]
前記先端レール(96、196、296、396)の前記外側表面(98)の少なくとも一部分は、先端プレナム(100)を画定し、第2のセットのフィルム孔(112、212、312、412)は、前記先端プレナム(100)に流体結合される、実施態様12に記載のブレード(68)。
[実施態様14]
前記少なくとも1つの冷却コンジット(144、244、344、444)および前記少なくとも1つの連結コンジット(142a、b、242a、b、c、342a、b、c、442a、b、c)は、径方向軸に対して角度付けされる、実施態様11に記載のブレード(68)。
[実施態様15]
前記少なくとも1つの冷却コンジット(144、244、344、444)および前記少なくとも1つの連結コンジット(142a、b、242a、b、c、342a、b、c、442a、b、c)は、複数の冷却コンジット(144、244、344、444)および複数の連結コンジット(142a、b、242a、b、c、342a、b、c、442a、b、c)を含む、実施態様11に記載のブレード(68)。
[実施態様16]
前記少なくとも2つの隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)は、径方向に隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)である、実施態様11に記載のブレード(68)。
[実施態様17]
前記少なくとも2つの隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)は、3つ以上の径方向に隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)を含む、実施態様16に記載のブレード(68)。
[実施態様18]
前記少なくとも2つの隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)は、第1および第2のセットのキャビティ(440a、440b)を含み、各セットは、少なくとも2つのセットの軸方向に隔置した冷却キャビティ(441a、b、c、d)を含む、実施態様16に記載のブレード(68)。
[実施態様19]
前記少なくとも2つの隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)は、互いに流体結合され、前記少なくとも2つの軸方向に隔置した冷却キャビティ(441a、b、c、d)は、互いに流体結合される、実施態様18に記載のブレード(68)。
[実施態様20]
前記少なくとも2つの隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)は、エンジン(10)の中心線に関して周方向に隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)である、実施態様11に記載のブレード(68)。
[実施態様21]
タービンエンジン用のブレードの先端レールを冷却する方法であって、前記ブレードの前記先端レールの一連の隔置した冷却キャビティを通して冷却流体を供給することを含む、方法。
[実施態様22]
前記冷却流体を前記供給することは、連続的に冷却空気を前記隔置した冷却キャビティに供給することを含む、実施態様21に記載の方法。
[実施態様23]
前記先端レールの出口フィルム孔を通して前記冷却流体を放出することをさらに含む、実施態様21に記載の方法。
[実施態様24]
前記冷却流体(C)をシュラウドセグメント(156)に衝突させて前記シュラウドセグメント(156)を冷却することをさらに含む、実施態様21に記載の方法。
[実施態様25]
前記隔置した冷却キャビティの内側表面に前記冷却流体を衝突させることをさらに含む、実施態様21に記載の方法。
[実施態様26]
前記隔置した冷却キャビティの径方向および軸方向表面に前記冷却流体を衝突させることをさらに含む、実施態様25に記載の方法。
10 エンジン
12 中心線
14 前方
16 後部
18 ファンセクション
20 ファン
22 圧縮機セクション
24 LP圧縮機
26 HP圧縮機
28 燃焼セクション
30 燃焼器
32 タービンセクション
34 HPタービン
36 LPタービン
38 排出セクション
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
48 HPスプール
50 LPスプール
51 ロータ
52 HP圧縮機ステージ
54 HP圧縮機ステージ
56 LP圧縮機ブレード
58 HP圧縮機ブレード
60 LP圧縮機ベーン
61 ディスク
62 HP圧縮機ベーン
63 ステータ
64 HPタービンステージ
66 LPタービンステージ
68 HPタービンブレード
70 LPタービンブレード
71 ディスク
72 HPタービンベーン
74 LPタービンベーン
76 加圧周囲空気
77 ブリード空気
78 空気流
80 出口案内ベーン組立体
82 空気流案内ベーン
84 ファン排出側
86 ダブテール
88 エーロフォイル
90 先端
92 基部
94 先端壁
96 先端レール
98 外側表面
100 先端プレナム
104 前縁
106 後縁
111 遠位端
112 フィルム孔
113 第2のセットのフィルム孔
114 プラットフォーム
116 入口通路
118 通路出口
119 冷却通路
120 外側壁
121 冷却回路
122 圧力側
124 吸込側
130 内部
132 リブ
140a 径方向に隔置した冷却キャビティ
140b 径方向に隔置した冷却キャビティ
140c 径方向に隔置した冷却キャビティ
142a 連結コンジット
142b 連結コンジット
144 冷却コンジット
145a 出口
145b 出口
146 入口
148 出口
150a フィルム孔入口
150b フィルム孔入口
152a フィルム孔出口
152b フィルム孔出口
154 空気源
156 シュラウドセグメント
196 先端レール
212 フィルム孔
219 冷却通路
220 外側壁
240a 隔置した冷却キャビティ
240b 隔置した冷却キャビティ
240c 隔置した冷却キャビティ
242a 連結コンジット
242b 連結コンジット
244 冷却コンジット
245a 出口
245b 出口
246 入口
248 出口
250a フィルム孔入口
250b フィルム孔入口
252a フィルム孔出口
252b フィルム孔出口
254 空気源
256 シュラウドセグメント
296 先端レール
312 フィルム孔
319 冷却通路
320 外側壁
340a 隔置した冷却キャビティ
340b 隔置した冷却キャビティ
340c 隔置した冷却キャビティ
342a 連結コンジット
342b 連結コンジット
342c 連結コンジット
344 冷却コンジット
345a 出口
345b 出口
345c 出口
346 入口
348 出口
350a フィルム孔入口
350b フィルム孔入口
352a フィルム孔出口
352b フィルム孔出口
354 空気源
356 シュラウドセグメント
396 先端レール
412 フィルム孔
419 冷却通路
420 外側壁
440a 隔置した冷却キャビティ
440b 隔置した冷却キャビティ
440c 隔置した冷却キャビティ
441a 軸方向に隔置したキャビティ
441b 軸方向に隔置したキャビティ
441c 軸方向に隔置したキャビティ
441d 軸方向に隔置したキャビティ
442a 連結コンジット
442b 連結コンジット
442c 連結コンジット
444 冷却コンジット
445a 出口
445b 出口
445c 出口
446 入口
448 出口
450a フィルム孔入口
450b フィルム孔入口
452a フィルム孔出口
452b フィルム孔出口
454 空気源
456 シュラウドセグメント
C 冷却流体
I 衝突

Claims (10)

  1. タービンエンジン(10)用のブレード(68)であって、前記ブレード(68)は、
    内部(130)を画定するボディであって、翼弦方向を画定するために前縁(104)および後縁(106)間で軸方向に延び、スパン方向を画定するために基部(92)および先端(90)間で径方向に延び、先端壁(94)と前記先端壁(94)から延びる先端レール(96、196、296、396)とで終端する、ボディと、
    前記内部(130)に形成される少なくとも1つの冷却通路(119、219、319、419)と、
    前記冷却通路(119、219、319、419)に流体結合される少なくとも1つの冷却コンジット(144、244、344、444)を含む、前記先端レール(96、196、296、396)内の少なくとも2つの隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)と、
    前記冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)を流体結合する少なくとも1つの連結コンジット(142a、b、242a、b、c、342a、b、c、442a、b、c)と、
    前記隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)のうちの少なくとも1つに流体結合される入口(150a、b、250a、b、350a、b、450a、b)、および、前記先端レール(96、196、296、396)の外側表面(98)に設けられる出口、を有するセットのフィルム孔(112、212、312、412)と、
    を含む、ブレード(68)。
  2. 前記先端レール(96、196、296、396)の前記外側表面(98)は、前記先端レール(96、196、296、396)の遠位端部(111)である、請求項1記載のブレード(68)。
  3. 前記先端レール(96、196、296、396)の前記外側表面(98)の少なくとも一部分は、先端プレナム(100)を画定し、第2のセットのフィルム孔(112、212、312、412)は、前記先端プレナム(100)に流体結合される、請求項2記載のブレード(68)。
  4. 前記少なくとも1つの冷却コンジット(144、244、344、444)および前記少なくとも1つの連結コンジット(142a、b、242a、b、c、342a、b、c、442a、b、c)は、径方向軸に対して角度付けされる、請求項1記載のブレード(68)。
  5. 前記少なくとも1つの冷却コンジット(144、244、344、444)および前記少なくとも1つの連結コンジット(142a、b、242a、b、c、342a、b、c、442a、b、c)は、複数の冷却コンジットおよび複数の連結コンジット(142a、b、242a、b、c、342a、b、c、442a、b、c)を含む、請求項1記載のブレード(68)。
  6. 前記少なくとも2つの隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)は、径方向に隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)である、請求項1記載のブレード(68)。
  7. 前記少なくとも2つの隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)は、3つ以上の径方向に隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)を含む、請求項6記載のブレード(68)。
  8. 前記少なくとも2つの隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)は、第1および第2のセットのキャビティ(440a、440b)を含み、各セットは、少なくとも2つのセットの軸方向に隔置した冷却キャビティ(441a、b、c、d)を含む、請求項6記載のブレード(68)。
  9. 前記少なくとも2つの隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)は、互いに流体結合され、前記少なくとも2つの軸方向に隔置した冷却キャビティ(441a、b、c、d)は、互いに流体結合される、請求項8記載のブレード(68)。
  10. 前記少なくとも2つの隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)は、エンジン(10)の中心線に関して周方向に隔置した冷却キャビティ(140a、b、c、240a、b、c、340a、b、c、440a、b、c)である、請求項1記載のブレード(68)。
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