JP3622974B2 - 冷却されたガスタービンブレード - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、ガスタービン用の空冷されたブレードに関し、より詳細には、翼前縁の回りに延びた内側トリップストリップを有するブレードに関する。また、本発明のブレードは、シングルプルコアで鋳造可能である。
発明の背景
ガスタービンエンジンは、高温においてその最大性能を引き出してやらなければならない。従って上記タービンのブレードは、その許容可能の最大温度付近で運転されることになる。このためには、上記ブレードは、冷却してやる必要がある。その翼前縁は、特に加熱されるため、上記ブレードのこの部分には特に注意を払わなければならない。
ガスタービンの空冷したブレードには、冷却空気が通る内側流路が形成されている。空気流を最低限としつつ、最大限に冷却することが重要である。トリップストリップは、熱移動速度を増大させるため上記ブレードの内側面に配置される場合が多い。これらは、通常では上記流れの方向に対して約45゜の角度となるように位置決めされる。上記翼前縁におけるこれらのトリップストリップは、高い熱移動速度を与えるばかりではなく、上記冷却空気流に曝される金属の面積に比較した場合に、上記気体に曝される熱吸収面積を大きくするようになっているので好ましいものである。
従来技術文献である英国特許公報GB−Ａ−2159585には、空力的翼前縁に内部トリップストリップを有する空冷型中空タービンブレードが開示されている。
上記ブレードの鋳造は、セラミックコアを使用して行い、ブレードは、それを取り囲むようにして鋳造される。上記セラミックコアは、その後空気流路と内側面形状とを残すようにして溶解される。
上記セラミックコアそれ自体は、スラリをダイにより形成した型に注ぐことで形成される。上記ダイをその後に開けて上記セラミックコアが得られる。複雑な形状を有する特定の形状のためには、マルチプルプルダイ（pull die）が必要となる。シングルプルコアを有する２つのダイのみを使用して、上記コアを取り出すことが好ましい。
発明の開示
上記した中空の空冷タービンブレードは、シングルプルコアにより鋳造することができるとともに、その翼前縁には、トリップストリップを有している。上記翼型は、正圧面と負圧面とを有しており、複数の平行なリブが上記正圧面と上記負圧面との間に延びている。パーティングライン（parting line）、すなわち、セラミックコアを形成する際のダイパーティングラインは、上記複数のリブを通り、さらに、これらのリブに対して垂直な方向に関して上記翼型の最前端となる点を通っている。上記翼型の空力的翼前縁は、上記パーティングラインが通る上記最前端となる点の正圧面の壁側上に位置している。上記正圧面側のトリップストリップは、上記翼前縁回りに延びているが、上記パーティングラインまでは届いていない。上記負圧面側の上記トリップストリップは、また、上記パーティングラインまでは届いていない。上記正圧面側における複数の上記トリップストリップと上記パーティングラインとの距離は、上記負圧面側における複数の上記トリップストリップとこのパーティングラインとの間の距離よりも長くなっている。
図面の詳細な説明
図１は、ブレードの断面図であり、図２は、上記ブレードの前部端の断面図である。
好適な態様の説明
図１は、中空のタービンブレード10を示す。この翼型は、正圧面12と負圧面14とを有している。複数の平行なリブ16,18は、それぞれ上記正圧面側から上記負圧面側へと延びている。空気流路20は、種々のセクションを有するブレードを通じて延びており、これらの通路は、曲がりくねるようにして連結されていて、上記ブレードを通して空気流を流すことができるようになっている。空気排出口22は、上記空気流の一部を排出しているが、上記空気流の残りの部分は、上記ブレードの各冷却ホール（図示せず）を通るようにされている。これらの通路を通っている上記流れは、実質的にロータに対して径方向に流れて行くが、その方向は、図１の紙面に対して垂直方向となっている。
トリップストリップ24は、上記ブレードの内側に形成されていて、空気流の流れる方向に対して約45゜の角度で配置されている。このようにすることで、上記ブレード面に沿って乱流が発生して、熱移動が向上するとともに上記空気冷却効果が向上するからである。複数のトリップストリップ26は、上記ブレードの負圧面側に配置されており、また、複数のトリップストリップ28は、上記ブレードの正圧面側に配置されている。これらは、それぞれ互い違いに配列されている。
上記ブレードを鋳造するに際しては、上記ブレード内に空間20の形成と容積とを有するように、まずセラミックコアを最初に製造する。上記ブレードは、このコアの周りで鋳造されて、その後、このセラミックコアが溶解除去される。このセラミックコアは、隣接する空気通路を連結した空気流通路を有している。また、このセラミックコアは、その表面上に適切な刻み目が付けられていて、それぞれの上記トリップストリップ28と26とを形成するようになっている。
部品設計と、製造と、を容易にするため、上記コアは、シングルプルダイを用いて製造することが好ましい。上記ダイの２つの半型を製造すれば、これらは再利用できることになる。スラリを上記それぞれのダイの間に注ぎ、固化させる。これらのダイをその後開くが、この際リブ16,18に平行な方向に引き離しを行う。これらのダイを互いに引き離した際には、形成される上記コアの僅かな部分も上記それぞれのダイのいずれか一つにも残らないようにすることが好ましい。上記内側トリップストリップを有するこれまでのブレード設計では、上記トリップストリップは、上記ブレード軸に対して約45゜の角度で通されていた。上記それぞれのトリップストリップが翼前縁回りを通過する付近では、それらトリップストリップは、上記抜き取り方向に対して45゜の角度の方向を向くことになる。このため上記ダイは、上記コアに固着することになり、従って、これらのトリップストリップを、多くの部分をもつプルダイ、すなわちマルチプルプルダイを用いずに形成することは不可能であった。
図２には、パーティングライン32が、上記ブレードの長手方向に通っているのが示されている。点34は、上記複数のリブの中心線35に対して垂直な方向に関して上記翼型の最前端となる点である。上記パーティングライン32は、この点を通過している。この点（上記コア上の）で上記複数のダイがそれぞれ互いに直接引き離され、傾けられている上記トリップストリップは、その点には配置されないようになっている。翼前縁36の回りを通っているトリップストリップ28は、上記パーティングラインから距離38だけ短くされている。負圧面側14のトリップストリップ26は、上記パーティングラインから距離40だけ短い。上記パーティングラインに対する垂直線に関して上記ブレード面の方向は、上記負圧面側において比較的急に変化しており、従って必要とされる切り欠き量が比較的小さくなっている。一方、上記正圧面側での上記パーティングラインに対する垂直線に関して上記内側面の方向の変化はそれほど急ではなく、さらに大きな切り欠き量とすることができる。上記翼前縁の上記負圧面側上に配置される上記リブに垂直なラインからみて上記最前端部を、このように配置することによって、上記それぞれのトリップストリップを、高温の翼前縁に配置させつつ、シングルプルコアを用いることで形成することができる。

Claims (3)

1. シングルプルコアにより鋳造可能で、かつ、翼前縁（36）にトリップストリップを有している中空の空冷型タービンブレード（10）において、このタービンブレードは、
   正圧面（12）と負圧面（14）とを有する翼型と、
   前記正圧面から前記負圧面にまで延びた複数の互いに平行なリブ（16,18）と、
   セラミックコアを形成するためのダイパーティングラインに対応し、前記リブ（16,18）を通り、かつ、これら のリブに対して垂直な方向に関して前記翼型の最前端となる点（34）を通っているパーティングライン（32）と、
   最小半径を有して前記最前端となる点（34）の前記正圧面（12）の壁側上に位置する空力的翼前縁（36）と、
   前記負圧面側のトリップストリップ（26）と、
   前記翼前縁（36）回りに延びる前記正圧面側のトリップストリップ（28）と、を有し、前記全てのトリップスト リップ（26,28）は、前記パーティングライン（34）ま では届いていないことを特徴とする空冷型中空タービンブレード（10）。
2. 前記負圧面側の前記トリップストリップから前記パーティングラインまでの距離（40）が、前記正圧面側の前記トリップストリップから前記パーティングラインまでの距離（38）よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の空冷型中空タービンブレード。
3. 前記翼型は、先端部から根本部にまで延びた径方向を有し、
   前記トリップストリップ（26,28）は、前記径方向に対して約45゜の角度で配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の空冷型中型タービンブレード。

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