JP5550657B2 - バンク型プラットフォームのタービンブレード - Google Patents

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Description

本発明は、一般に、ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、そのタービンに関する。
ガスタービンエンジンでは、高温燃焼ガスを生成するために、空気が、圧縮機で加圧され、燃焼器で燃料と混合される。エネルギーが、タービン段でガスから引き出され、そのタービン段は、圧縮機、および航空機のターボファンエンジン用途では通常ファンを駆動するシャフトに動力を供給する。
高圧タービン(HPT)は燃焼器の直後に続き、燃焼器から最高温のガスを受け取り、そのガスからエネルギーを最初に引き出す。低圧タービン(LPT)は、HPTの後に続き、ガスからさらにエネルギーを引き出す。
様々なタービン段でガスからエネルギーが引き出されるにつれて、それに対応して速度分布および圧力分布が変化し、それによって、対応する様々な空力形状のタービンステータベーンおよびロータブレードが必要になる。ベーンおよびブレードの大きさは、通常、燃焼ガスの圧力が減少するにつれて、燃焼ガスからエネルギーを引き出すように表面積を大きくするために、下流方向に増大する。
ガスの速度もまた、エネルギーが引き出され流路面積が増加するにつれて低下し、それによって、ベーンおよびブレードの翼長と厚さのアスペクト比、および対応するそれらベーンおよびブレードのキャンバを変化させる。
タービン効率の基本は、燃焼ガスが、タービンエーロフォイルの前縁に沿って分けられて、それに対応してエーロフォイルのほぼ凹形の正圧面およびエーロフォイルのほぼ凸形の負圧面に沿って流れる時の個々のタービンエーロフォイルの空力性能である。エーロフォイルの両面間に差圧が発生し、負圧面上のガスに有害な流れの剥離を生じることなく差圧を最大化するように、エーロフォイルの空力形状およびキャンバが最適化される。
タービン流路は、円周方向では隣接するエーロフォイル間、ならびに半径方向では内側流路面と外側流路面間に画成される。タービンノズルに関しては、ベーンと一体の内側バンドおよび外側バンドが流れの境界になる。また、タービンブレードに関しては、半径方向に内側のプラットフォームおよび半径方向に外側のチップシュラウドが燃焼ガスの境界になる。
タービン効率に影響する特定の問題は、半径方向内側のブレードプラットフォームなど、流れの境界に近いエーロフォイル前縁に沿って燃焼ガスが分けられる時の有害な渦の発生である。2つの馬蹄形渦が、各エーロフォイルの両面上を下流に流れ、流れ内に有害な乱流を発生させる。この乱流が、プラットフォームの加熱を増進することがある。また、渦が半径方向外側に伝播することによって、タービン効率が低下し得る。
通常のガスタービンエンジンの外側および内側の流路境界は、エンジンの軸方向中心線軸から一定の直径または半径を有し、軸対称である。したがって、たとえばブレードのプラットフォームは、それにいかなる軸方向勾配または傾斜があろうとも、その上流前端からその下流後端まで一様な円周方向曲率を有して、軸対称である。
従来のタービンの開発では、馬蹄形渦の悪影響を最低限に抑えるように選択的に流路境界の形状を定めることが知られている。しかし、タービン段の3次元(3D)形状が複雑であり、それに対応して、燃焼ガスの速度、圧力、および温度の3D分布が複雑になることにより、流路境界の形状設定が同様に複雑になり、特定のタービン段の特定の設計による影響を直接受ける。
したがって、既知の流路形状設定法は特定のタービン段に高度に特定化されており、別の段に簡単には移転できず、その別の段の効率および性能が逆に劣化しかねない。
流路形状設定法は、エンジン効率にHPTのタービンブレードの影響が大きいことを鑑みて、HPTのタービンブレードに最初に適用されてきた。しかし、別様の形状をもつLPTのタービンブレードに対する特定の流路形状設定法を開発することによって、エンジン効率のさらなる向上を達成することができる。
したがって、エンジン効率をさらに向上させるために、LPTのプラットフォームの冷却を提供することが望まれる。
タービンブレードが、エーロフォイルと、そのエーロフォイルの根元にある一体のプラットフォームとを備える。プラットフォームは、エーロフォイルの正圧面に隣接する隆起部からエーロフォイルの前縁の後で始まる谷部まで高低差をもって形作られる。
本発明が、そのさらなる目的および利点と共に、好ましい例示的実施形態に従って、添付図面に即してより詳細に以下の細部説明に記載されている。
LPTの第2段に細長いタービンブレードを有する例示的ガスタービンエンジンの概略図である。 エーロフォイルの正圧面からの後視で示された成形されたブレードプラットフォームを有する図1に示された例示的LPTブレードの下側部分の斜視図である。 エーロフォイルの正圧面への前視で示す図2に示された例示的タービンブレードの斜視図である。 エーロフォイルの負圧面からの後視による図2に示されたタービンブレードの斜視図である。 上視で半径内側方向に見た図2に示されたタービンブレードの斜視図である。 共通の半径方向高度の例示的等高線を有する図5に示された例示的タービンブレードの円周上の平面図を、その円周方向および軸方向断面形状と共に示す図である。 標示付きの側面等高線を有する図3に示されたタービンブレードの拡大斜視図である。
飛行中の航空機を推進するように構成された例示的ターボファンガスタービンエンジン10を図1に概略的に示す。エンジンは、順次流れが連通する状態で、共通の軸方向または中心線軸22周りに共軸に配置されたファン12と、圧縮機14と、燃焼器16と、高圧タービン(HPT)18と、低圧タービン(LPT)20とを備える。
圧縮機、HPT、およびLPTは対応する段数のステータベーンおよびロータブレードを備え、LPT20のロータブレードは、第1の駆動シャフト24に結合され、第1の駆動シャフト24は、ファン12のロータブレードに結合されてそれらを回転させる。HPT18のロータブレードは、第2の駆動シャフト26によって圧縮機14のロータブレードに結合されて、作動中それらを回転させる。
作動に際し、大気28が、ファン12に入り、ファンによって加圧され、加圧空気の内側部分は、さらに加圧するために圧縮機14を通って流され、その後燃焼器16内で燃料と混合され、着火されて高温燃焼ガス30を生成する。
圧縮機14のエーロフォイルは、空気にエネルギーを与えて空気を加圧するのに好適に構成されており、一方、HPT18およびLPT20のエーロフォイルは、別様に構成されて、作動中、燃焼ガス30を膨張させて燃焼ガスからエネルギーを引き出し、それによって、対応する圧縮機14およびファン12を駆動する。
図1に示されるLPT20は、従来実施されているような多段であり、詳細には、対応する第2段ステータノズルの後に続く第2段タービンブレード32の列を備え、第2段ステータノズルは、LPTの第1段ノズルおよびブレードの後に続いている。
各第2段LPTロータブレード32は、プラットフォーム36にその半径方向内側端部で一体に結合された細長いエーロフォイル34を備え、プラットフォーム36は一体の軸方向ダブテール38にさらに結合され、チップシュラウド40が、エーロフォイルの半径方向外側端部に、通常のワンピースまたは一体金属鋳造で、一体に結合されている。
図1および2に示された例示的エーロフォイルは、円周方向または横方向に対向する正圧面42および負圧面44を有し、両面は、対向する前縁46と後縁48との間の翼弦(C)内で軸方向に延在する。エーロフォイルはまた、プラットフォーム36に一体に結合された半径方向内側の根元50と、チップシュラウド40に一体に結合された、半径方向に対向する先端52との間の高さまたは翼長で、半径方向に延在する。
各プラットフォーム36は、周縁がほぼ矩形であり、正圧面42および負圧面44の両方から円周方向または横方向外向きに延出する。各プラットフォームは、軸方向分割線54によって設定される円周方向に対向する側端を有し、その側端間には、通常、対応するスプラインシール(図示せず)が装着されている。
各プラットフォームは、その前端の外面が丸い角部または弧状のブルノーズ56で始まり、そのブルノーズは、プラットフォームの前方への延出を最低限に抑えまたは無くすために、エーロフォイルの前縁から直接半径方向内向きに延出する。プラットフォームは、作動中その上を流れる燃焼ガスに対して、流路壁の半径方向内側境界を形成する。
各プラットフォームはその軸方向後端で、エーロフォイル後縁48から後方に延出する円周方向ランドまたはリップ58で終わっている。リップ58は、プラットフォーム36の後方への延出部を形成し、一方、前方のブルノーズ56は、LPT20の第2段位置でのタービンブレード32の特有な構成の要件として、プラットフォームの前方への延出部を無くしている。ブルノーズ56の下には、従来のエンジェルウィングがあり、リップ58の下にはもう一方の従来のエンジェルウィングがあり、それらエンジェルウィングは、従来のように、対応するLPTのステータノズルと共にラビリンスシールとして作用する。
作動中、燃焼ガス30は、第2段LPTブレード32に、先ず、その前縁、前方ブルノーズ56の真上で受け入れられ、エーロフォイル間流路を通ってプラットフォーム上を後方に流れ、エーロフォイル後縁から後方へ、エーロフォイル後縁から後方へ延出する片持ちリップ58上に排出される。
タービンブレード32は、LPT20でのその第2段位置用に特定して構成されているので、エーロフォイル34は翼長方向に細長く、通常、エーロフォイル先端52に一体に結合された一体型チップシュラウド40を備える。プラットフォーム36およびチップシュラウド40は共に、エーロフォイルの対向する正圧面および負圧面から反対方向に側方に延出して、燃焼ガスに対して、半径方向内側および外側の流路境界の対応する部分を形成する。
図1に示されるように、エーロフォイル34は細長く、その平均翼弦長Cに対するその半径方向高さHの翼長アスペクト比は、約3.0より大きく最大約8.0である。丈高のエーロフォイルはまた、相対的に薄く、エーロフォイル厚さTの最大値を平均翼弦長Cで割った対応する厚さアスペクト比は、約0.3未満、最小約0.1から約0.15である。
言い換えれば、大型のLPTブレード32は、翼長および厚さのこれらアスペクト比の範囲外にある相対的に短く厚い小型のHPTのブレードと比較すると、相対的に丈高で、細長く、薄い。LPTエーロフォイル34はまた、前方タービン段のより高温の燃焼ガスに耐えるためにそれに対応する内部冷却を必要とするHPTのより厚いタービンブレードに通常見られるような内部冷却チャネルを有することなく中空ではないことにさらに留意されたく、そのガス温度は、LPTの中で実質的に低下する。
図2および3に最初に示されるように、各プラットフォーム36は、従来の軸対称または円形の外周形状に対して、優先的に高低差をもって形作られ、それによって、作動中、燃焼ガス30がプラットフォーム上を下流へ流れる時、燃焼ガスがエーロフォイルの前縁46の周りで分割されて発生する渦の悪影響を軽減する。詳細には、プラットフォームの形状は、軸対称ではなく、逆に、エーロフォイルの正圧面42に隣接する広い盛上り部または嵩高隆起部60から、陥凹した狭い窪みまたは谷部62まで半径方向に高低差をもって形作られている。
要するに、嵩高隆起部および陥凹谷部が、一方のエーロフォイルの凹状正圧面と隣接するエーロフォイルの凸状負圧面との間に、流路の弧状形状に倣う空気力学的に滑らかなシュート部または湾曲溝を形成して、そこを通して燃焼ガスを滑らかに流す。
図2および3は、エーロフォイルの正圧面42上の燃焼ガス30の流れを示し、図4は、その負圧面44上のガスの流れを示す。図5は、上流のノズルから最初に燃焼ガスを受ける前縁46に典型的な円周方向に斜めの傾斜を有するエーロフォイル34の実質的な湾曲またはキャンバを示す。後縁48もまた、円周方向に斜めの傾斜を有し、燃焼ガスを下流のノズルを通して排出する。
燃焼ガス30の斜めの入射角は、ほぼエーロフォイル前縁の斜めの入口角度に対合し、隆起部60および谷部62が共に協働して、燃焼ガスの入射角に従って燃焼ガスを滑らかにバンクさせまたは転向させることによって、馬蹄形渦の悪影響を軽減させることに特に留意されたい。
図6は、公称または零高度の基準ランドNを総合的に定義する局部的に軸対称または周方向に円形の基準形状に対して、共通の半径方向高度または負高度の例示的等高線を有する2つの隣接するタービンブレード32の平面図である。公称ランドNは、普通なら従来の軸対称プラットフォーム形状に見られるが、プラットフォームの優先的な形状設定では局部的にしか残らない円弧形状である、プラットフォーム36の局部的表面形状を表す。
図7は、等高線を側面図で示し、それら等高線は、公称ランドNに対してプラス7(h=+7)より僅かに大きな値まで局部高度hにおいて線型に増加し、公称ランドNより下へマイナス1(D=−1)より僅かに低い深さDまで高度において線型に低下する相対値を有する。
詳細には、谷部62は、エーロフォイルの前縁46の直ぐ後または軸方向後方を始点とし、エーロフォイルの後縁に向かって後方へ続く。それに対応して、隆起部60もまた、エーロフォイルの前縁46の直ぐ後または後方を始点とするが、高度のピークは谷部62の始点よりさらに後方である。
図6に示された嵩高隆起部60および陥凹谷部62は、優先的にプラットフォーム36の外面を形作るように協働し、その外面は、対応する小さな円弧フィレット64で、エーロフォイルの対向する正圧面42および負圧面44に合体して、隣接する両面間の滑らかな移行を実現することが指摘される。
図6に示すように、各エーロフォイル34は、エーロフォイルの両面間に内接する円の直径によって表される横方向厚さTが、前縁46から最大厚さのハンプ66まで増加する。このハンプ66はまた、従来、エーロフォイルの高C位置と呼称され、この第2段ブレードの設計では、その翼弦中央の直前、この特定の実施形態では前縁から後方へ翼弦長の約0.37位置に生じる。
それに対応して、広い盛上り部または湾曲隆起部60は、エーロフォイルの前縁46および後縁48からエーロフォイルの正圧面42に沿って最大高度のピーク68まで半径方向高度(h+)が増加し、例示的ピーク値は+7より僅かに大きい。ピーク68の位置は、ハンプ66に密に隣接し、そこから僅かに上流にあり、エーロフォイルの翼弦中央よりも前縁46に近い。
それに対応して、隆起部60および谷部62は共に、共通のブルノーズ56から後方へ延在し、共通の後方リップ58内のそのリップの後縁の手前または軸方向前方で終わり、公称ランドNが、円周方向に隆起部と谷部との間で、軸方向にブルノーズ56から後方リップ58自体まで延在する。言い換えれば、プラットフォーム36は、ブルノーズ56位置で公称値の軸対称形状に始まり、狭い部分を公称高度で連続して後方へリップ58まで続くことができ、リップ58の後端もまた、その円周方向幅全体に亘って従来の軸対称公称値または高度を有する。
横方向に湾曲する隆起部60は、エーロフォイルの翼弦中央の前方で高度が偏倚し、エーロフォイルの正圧面42に沿って共通のピーク68まで高度が増加し、後縁48から前方へ向かうよりも前縁46から後方へ向かう勾配または傾斜の方が大きい。
隆起部60は、エーロフォイルの前縁46の後で、公称ランドNから+7より高いピーク高度まで、前縁から翼弦長の最初の3分の1に亘って大きな勾配で高度が増加し、他方、隆起部60は、実質的により浅い勾配または傾斜で後縁48から翼弦長の残りの3分の2に亘って、同じ+7の大きさを超えるまで後縁から高度が増加することに留意されたい。
それに対応して、谷部62は、最大高度のピーク58の軸方向前方、前縁から翼弦長の約4分の1位置に配置された深さDが最大の最底点70を有する。
図6はまた、隆起部60と谷部62との相対高度を、ピーク68での軸方向平面内の一断面、および後縁48での軸方向平面内の別の断面で、2つのエーロフォイル間で円周方向に示す。図6は、プラットフォームの前端と後端との間で弧状谷部62の中心線に沿った相対高度の軸方向断面をさらに示す。
図6に示される谷部62は、深さDが、隆起部60の高さhより少なくとも2分の1浅い(D<h/2)。たとえば、ピーク68は僅かに+7より高い最大高度を有し、一方で、最底点70は約−1.5の最大深さを有し、高度対深さの最大比は0.23、または約4分の1である。
ピーク68は、ハンプ66の近くで局所的に卓出しているが、谷部62は、実質的にその長手方向または軸方向長さ全体にほぼ一様で浅い深さを有し、最底点70は、谷部の前縁端部近くの僅かな変化より成る。
広い隆起部60は、狭い谷部62より実質的に大きい表面積でエーロフォイルの正圧面42側のプラットフォーム36を覆っている。したがって、隆起部60は、入射ガス流れが隣接するエーロフォイル間で転向する時、それを円滑にバンクさせ転向させるのに実質的な影響を及ぼし、狭い谷部62は、エーロフォイルの凸状負圧面に局所的に顕著な影響を及ぼす。
図6は、凹状正圧面42および凸状負圧面44を有し、対応して鋭いまたは弧状の軸方向湾曲を有するキャンバラインをそれら両面の間に有する第2段タービンエーロフォイル34の典型的な三日月形状を表す。
図6はまた、湾曲し傾斜した隆起部60が、最大ピーク68から前方に向かって減少する高度に局所的ピークを形成する顕著な前方稜線72を有することを示す。稜線72自体が、前縁46から円周方向または横方向に離れる方向へ滑らかに湾曲し、稜線の軸方向延在を通してエーロフォイル34のキャンバより鋭く大きなキャンバを有する。
このように、隆起部60はその前方稜線72に沿って局部的前縁を形成し、その局部的前縁はエーロフォイル自体の前縁と協働して、その斜めの入射角にほぼ一致する入射燃焼ガスを優先的に受け入れる。
前方稜線72は、公称ランドNが前方ブルノーズ56に合わさる位置から始まる。ランドは、稜線から分かれ、エーロフォイル正圧面42から横方向の間隔を空けて隆起部60と谷部62との間を軸方向後方に連続して延在し、正圧面の前縁46と後縁48との間の正圧面の凹形状をほぼ平行に倣う。
このようにして、公称ランドNまたは嵩高隆起部60と陥凹谷部62との間の中間面は、エーロフォイル正圧面42の凹形状に倣い、前方稜線72は、隆起部60の残りの部分を同様に正圧面42の凹形状に倣わせ、それによって、隣接するエーロフォイル間の円滑な傾斜バンク転向が達成される。
エーロフォイルの正圧面側の公称ランドNは、好ましくは、前縁46から後縁48まで、正圧面42自体よりは、プラットフォームの側方正圧面側分割線54に近い。隆起部60が、エーロフォイルの正圧面側のプラットフォーム表面積の大部分を占めるので、谷部62は、表面積が限られ、分割線54に直接沿って配置される。
タービンブレード32は、一つ一つ製造されるので、それに対応して個々にプラットフォーム36を有し、そのプラットフォームが、対応する分割線54で相互に集団的に結合されて完全なタービン翼列になる。したがって、各プラットフォーム36は、各エーロフォイルの負圧面44側に隆起部60および谷部62の相補的部分をさらに備え、その相補的部分は、完全な翼列内で次に隣接するプラットフォーム上の、それに対応する部分と対合する。
図6に示されるように、1つのエーロフォイルの正圧面42側の共通の隆起部60は、前縁46の後で始まり、次に隣接するブレードのプラットフォームの負圧面側の後縁48の軸方向後方で終わる。
同様に、共通の谷部62は、1つのエーロフォイルの負圧面側の前縁の後で始まり、分割線54を越えて次に隣接する、次のブレードの正圧面側のプラットフォーム上へ連続し、次いで、さらに再び同じ分割線54を越えて連続して最初のエーロフォイルの負圧面側の元のプラットフォームへ戻る。
したがって、隆起部60および谷部62の相補的部分は、共通のリップ58内の途中で公称ランドNに終わり、公称ランド自体はエンジンの中心線軸周りに軸対称である。
谷部62は、長く狭いので、各エーロフォイル34の負圧面44にほぼ平行に、共通の深さで、一方のプラットフォームの前縁46および後縁48両方の近くに延在し、一方で、次の隣接するプラットフォームの分割線に沿って共通の深さで連続している。各隆起部60は、隣接するプラットフォーム間で2つの相補的部分に分割されるが、各谷部62は、それらの間で3つの相補的部分に分割される。
したがって、各プラットフォーム36の最大深さの最底点70は、対応するエーロフォイル34の正圧面側に配置され、分割線54は、次に隣接するエーロフォイルの負圧面44に極めて隣接して配置されている。しかしながら、浅い谷部62は、隣接するプラットフォーム36の各エーロフォイルの負圧面の大部分に沿って実質的に共通の深さで延在し、谷部は、前方ブルノーズ56位置および後方リップ58位置両方で零高度および零深さの公称ランドに急速に吸収される。
上記に開示されたバンク型プラットフォームのタービンブレード構成が解析され、それによって、作動中のブレードプラットフォーム近傍の空気力学的圧力損失の大幅な低減が予測されている。改善された圧力分布が、プラットフォームからエーロフォイルの翼長下側のかなりの部分に及んで、渦の強度、および馬蹄形渦をエーロフォイルの負圧面の方へ押しやる通路幅方向の圧力勾配を著しく減少させる。バンク型プラットフォームはまた、エーロフォイルの翼長中央に向かう渦の伝播を減少させ、全体圧力損失を減少させる。これらの長所が、LPTおよびエンジンの性能および効率を向上させる。
本明細書には、本発明の好ましい例示的実施形態と考えられるものが記載されてきたが、本発明の他の変更形態が、当業者には本明細書の教示から明らかになるはずであり、したがって、そのような変更形態はすべて本発明の真の主旨および範囲に包含されることが添付特許請求の範囲において保証されることが望まれる。
したがって、米国特許証によって保証されることが望まれるのは、添付特許請求の範囲において定義され弁別される発明である。
10 ターボファンガスタービンエンジン
12 ファン
14 圧縮機
16 燃焼器
18 高圧タービン(HPT)
20 低圧タービン(LPT)
22 中心線軸
24 第1の駆動シャフト
26 第2の駆動シャフト
28 大気
30 燃焼ガス
32 第2段タービンブレード
34 エーロフォイル
36 プラットフォーム
38 ダブテール
40 チップシュラウド
42 正圧面
44 負圧面
46 前縁
48 後縁
50 根元
52 先端
54 分割線
56 ブルノーズ
58 リップ
60 隆起部
62 谷部
64 フィレット
66 ハンプ
68 ピーク
70 最底点
72 稜線
C 翼弦長
D 谷部深さ
H 翼高
h 高度
N 公称ランド
T 翼厚

Claims (26)

  1. 対向する前縁と後縁との間で翼弦内に延在し、根元と反対側の先端との間で翼長内に延在する、横方向に対向する正圧面および負圧面を有するエーロフォイルと、
    前記エーロフォイルの根元に一体に結合し、前記正圧面および負圧面からそれぞれ側方に延出する正圧面側部分および負圧面側部分を有するプラットフォームと
    を備え、
    前記プラットフォームの前記正圧面側部分が、前記正圧面に沿ってピークをもつ嵩高隆起部から前記前縁の後方で前記ピークの前方に始まる陥凹谷部まで、高低差をもって形作られ、
    前記負圧面側方部分は、前記ブレードの列中で次に隣接するプラットフォームの正圧面側部分に対合し、
    前記負圧面側方部分は、前記隣接するプラットフォームの正圧面側部分に形成された隆起部と連続して1つの共通の隆起部を形成する隆起部と、該隣接するプラットフォームの正圧面側部分に形成された谷部と連続して1つの共通の谷部を形成する谷部とを有する
    ことを特徴とする、タービンブレード。
  2. 前記エーロフォイルの厚さが、前記前縁から前記ピークに隣接し前記エーロフォイルの翼弦中央より前方にある最大厚さのハンプまで増加する、請求項1記載のブレード。
  3. 前記プラットフォームが、該プラットフォームの前端の、前記前縁から内側に向かって延在する弧状ブルノーズで始まり、前記後縁から後方へ延在するリップ内で終わり、
    前記正圧面側部分に形成された前記隆起部および谷部が、それらの間に延在する公称ランドと共に、前記ブルノーズから後方へ延在し、前記負圧面側部分に形成された前記隆起部および谷部が前記リップの途中で終わる、
    請求項2記載のブレード。
  4. 前記正圧面が凹形状を有し、前記隆起部と谷部との間の前記公称ランドが、前記正圧面から横方向に離隔配置されて、前記前縁と前記後縁との間の前記正圧面の前記凹形状を平行に倣う、請求項3記載のブレード。
  5. 前記隆起部の高度が、前記後縁から前方へ向かうよりも前記前縁から後方へ向かう方が大きな勾配で、前記正圧面に沿って前記ピークまで増加する、請求項4記載のブレード。
  6. 前記谷部の深さが、前記隆起部の高さより少なくとも2分の1浅い、請求項4又は5に記載のブレード。
  7. 前記隆起部が、前記正圧面側の前記プラットフォームを、前記谷部よりも大きな表面積で覆う、請求項4乃至6のいずれか1項に記載のブレード。
  8. 前記谷部が、最大高度の前記ピークの前方に配置された最大深さの最底点を有する、請求項4乃至7のいずれか1項に記載のブレード。
  9. 前記隆起部が、前記ピークから前方に向かって高度が減少し、該隆起部に沿った前記エーロフォイルより鋭角的なキャンバで前記前縁から横方向に離れる方向に滑らかに湾曲する前方稜線を有する、請求項4乃至8のいずれか1項に記載のブレード。
  10. 複数のタービンブレードであって、
    各前記タービンブレードは請求項1乃至9のいずれか1項に記載のタービンブレードであり、該タービンブレードは列に配置され各エーロフォイルがその前記先端に一体に結合されたチップシュラウドを有する、複数のタービンブレード。
  11. 対向する前縁と後縁との間で翼弦内に延在し、根元と反対側の先端との間で翼長内に延在する、横方向に対向する正圧面および負圧面を有するエーロフォイルと、
    前記エーロフォイルの根元に一体に結合し、前記正圧面および負圧面からそれぞれ側方に延出する正圧面側部分および負圧面側部分を有するプラットフォームと
    を備え、
    前記プラットフォームの前記正圧面側部分が、前記正圧面に隣接する嵩高隆起部から陥凹谷部まで高低差をもって形作られ、前記谷部が前記前縁の後で始まり、前記隆起部がさらに後方でピークになり、
    前記負圧面側方部分は、前記ブレードの列中で次に隣接するプラットフォームの正圧面側部分に対合し、
    前記負圧面側方部分は、前記隣接するプラットフォームの正圧面側部分に形成された隆起部と連続して1つの共通の隆起部を形成する隆起部と、該隣接するプラットフォームの正圧面側部分に形成された谷部と連続して1つの共通の谷部を形成する谷部とを有する
    ことを特徴とする、タービンブレード。
  12. 前記エーロフォイルの厚さが、前記前縁から前記エーロフォイルの翼弦中央より前方にある最大厚さのハンプまで増加し、前記隆起部の高度が、前記ハンプに隣接して配置された最大高度のピークまで増加する、請求項11記載のブレード。
  13. 前記プラットフォームが、該プラットフォームの前端の、前記前縁から内側に向かって延在する弧状ブルノーズで始まり、前記後縁から後方へ延在するリップ内で終わり、
    前記隆起部および谷部が、それらの間に延在する公称ランドと共に、前記ブルノーズから後方へ延在する、
    請求項12記載のブレード。
  14. 前記隆起部の高度が、前記後縁から前方へ向かうよりも前記前縁から後方へ向かう方が大きな勾配で、前記正圧面に沿って前記ピークまで増加する、請求項13記載のブレード。
  15. 前記谷部が、最大高度の前記ピークの前方に配置された最大深さの最底点を有する、請求項13又は14に記載のブレード。
  16. 前記谷部の深さが、前記隆起部の高さより少なくとも2分の1浅い、請求項13乃至15のいずれか1項に記載のブレード。
  17. 前記隆起部が、前記正圧面側の前記プラットフォームを、前記谷部よりも大きな表面積で覆う、請求項13乃至16のいずれか1項に記載のブレード。
  18. 前記隆起部が、前記ピークから前方に向かって高度が減少し、該隆起部に沿った前記エーロフォイルより鋭角的なキャンバで前記前縁から横方向に離れる方向に滑らかに湾曲する前方稜線を有する、請求項13乃至17のいずれか1項に記載のブレード。
  19. 前記正圧面が凹形状を有し、前記隆起部と谷部との間の前記公称ランドが、前記正圧面から横方向に離隔配置されて、前記前縁と前記後縁との間の前記正圧面の前記凹形状を平行に倣う、請求項13乃至18のいずれか1項に記載のブレード。
  20. 前記プラットフォームがその側端に分割線を有し、前記公称ランドが、前記前縁から前記後縁まで前記正圧面よりも前記分割線に近い、請求項13乃至19のいずれか1項に記載のブレード。
  21. 前記負圧面側部分の前記隆起部及び前記谷部が、前記リップの途中で前記公称ランドで終わる、請求項13乃至20のいずれか1項に記載のブレード。
  22. 前記谷部が、前記前縁および後縁両方の近くに共通の深さで前記負圧面と平行に延在する、請求項13乃至21のいずれか1項に記載のブレード。
  23. 前記谷部が、前記エーロフォイルの前記正圧面側の前記プラットフォームに最大深さの最底点を有する、請求項13乃至22のいずれか1項に記載のブレード。
  24. 前記エーロフォイル先端に一体に結合されたチップシュラウドをさらに備える、請求項13乃至23のいずれか1項に記載のブレード。
  25. 前記エーロフォイルが、細長く、3より大きい翼長アスペクト比、および0.3未満の厚さアスペクト比を有する、請求項13乃至24のいずれか1項に記載のブレード。
  26. 列に配列され、前記プラットフォームの、前記エーロフォイルの対向する前記正圧面側および負圧面側に前記隆起部および谷部の相補的部分を有する、複数の請求項13乃至25のいずれか1項に記載の前記タービンブレード。
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Families Citing this family (62)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8727716B2 (en) * 2010-08-31 2014-05-20 General Electric Company Turbine nozzle with contoured band
ES2440563T3 (es) 2011-02-08 2014-01-29 MTU Aero Engines AG Canal de álabe con contornos de pared lateral y correspondiente aparato de flujo
FR2971539B1 (fr) * 2011-02-10 2013-03-08 Snecma Ensemble pale-plateforme pour ecoulement subsonique
US8721291B2 (en) 2011-07-12 2014-05-13 Siemens Energy, Inc. Flow directing member for gas turbine engine
US8864452B2 (en) 2011-07-12 2014-10-21 Siemens Energy, Inc. Flow directing member for gas turbine engine
FR2981118B1 (fr) * 2011-10-07 2016-01-29 Snecma Disque aubage monobloc pourvu d'aubes a profil de pied adapte
US8807930B2 (en) * 2011-11-01 2014-08-19 United Technologies Corporation Non axis-symmetric stator vane endwall contour
US9103213B2 (en) 2012-02-29 2015-08-11 General Electric Company Scalloped surface turbine stage with purge trough
US9175567B2 (en) * 2012-02-29 2015-11-03 United Technologies Corporation Low loss airfoil platform trailing edge
US9085985B2 (en) 2012-03-23 2015-07-21 General Electric Company Scalloped surface turbine stage
EP2650475B1 (de) 2012-04-13 2015-09-16 MTU Aero Engines AG Schaufel für eine Strömungsmaschine, Schaufelanordnung sowie Strömungsmaschine
US20130315745A1 (en) * 2012-05-22 2013-11-28 United Technologies Corporation Airfoil mateface sealing
US9033669B2 (en) * 2012-06-15 2015-05-19 General Electric Company Rotating airfoil component with platform having a recessed surface region therein
US9840920B2 (en) * 2012-06-15 2017-12-12 General Electric Company Methods and apparatus for sealing a gas turbine engine rotor assembly
US9267386B2 (en) 2012-06-29 2016-02-23 United Technologies Corporation Fairing assembly
EP2685047A1 (en) 2012-07-13 2014-01-15 Alstom Technology Ltd Modular vane/blade for a gas turbine and gas turbine with such a vane/blade
EP2787172B1 (de) 2012-08-02 2016-06-29 MTU Aero Engines GmbH Schaufelgitter mit Seitenwandkonturierung und Strömungsmaschine
WO2014028056A1 (en) 2012-08-17 2014-02-20 United Technologies Corporation Contoured flowpath surface
US20140154068A1 (en) 2012-09-28 2014-06-05 United Technologies Corporation Endwall Controuring
US9140128B2 (en) 2012-09-28 2015-09-22 United Technologes Corporation Endwall contouring
US9212558B2 (en) 2012-09-28 2015-12-15 United Technologies Corporation Endwall contouring
US9188017B2 (en) * 2012-12-18 2015-11-17 United Technologies Corporation Airfoil assembly with paired endwall contouring
US9879542B2 (en) 2012-12-28 2018-01-30 United Technologies Corporation Platform with curved edges adjacent suction side of airfoil
EP2956624B1 (en) * 2013-02-14 2020-12-30 Siemens Energy, Inc. Gas turbine engine with an ambient air cooling arrangement having a pre-swirler
WO2014209464A2 (en) 2013-04-18 2014-12-31 United Technologies Corporation Gas turbine engine airfoil platform edge geometry
ES2742377T3 (es) * 2013-05-24 2020-02-14 MTU Aero Engines AG Rejilla de álabes y turbomáquina
US9670784B2 (en) 2013-10-23 2017-06-06 General Electric Company Turbine bucket base having serpentine cooling passage with leading edge cooling
US9528379B2 (en) 2013-10-23 2016-12-27 General Electric Company Turbine bucket having serpentine core
US9347320B2 (en) 2013-10-23 2016-05-24 General Electric Company Turbine bucket profile yielding improved throat
US9376927B2 (en) 2013-10-23 2016-06-28 General Electric Company Turbine nozzle having non-axisymmetric endwall contour (EWC)
US9551226B2 (en) * 2013-10-23 2017-01-24 General Electric Company Turbine bucket with endwall contour and airfoil profile
US9797258B2 (en) 2013-10-23 2017-10-24 General Electric Company Turbine bucket including cooling passage with turn
US9638041B2 (en) 2013-10-23 2017-05-02 General Electric Company Turbine bucket having non-axisymmetric base contour
EP3071813B8 (en) * 2013-11-21 2021-04-07 Raytheon Technologies Corporation Axisymmetric offset of three-dimensional contoured endwalls
WO2015130381A2 (en) * 2013-12-20 2015-09-03 United Technologies Corporation A gas turbine engine integrally bladed rotor with asymmetrical trench fillets
US10508549B2 (en) * 2014-06-06 2019-12-17 United Technologies Corporation Gas turbine engine airfoil with large thickness properties
US10443390B2 (en) 2014-08-27 2019-10-15 Pratt & Whitney Canada Corp. Rotary airfoil
US10287901B2 (en) 2014-12-08 2019-05-14 United Technologies Corporation Vane assembly of a gas turbine engine
US10030523B2 (en) * 2015-02-13 2018-07-24 United Technologies Corporation Article having cooling passage with undulating profile
US10107108B2 (en) 2015-04-29 2018-10-23 General Electric Company Rotor blade having a flared tip
DE102015224420A1 (de) * 2015-12-07 2017-06-08 MTU Aero Engines AG Ringraumkonturierung einer Gasturbine
US10125623B2 (en) 2016-02-09 2018-11-13 General Electric Company Turbine nozzle profile
US10221710B2 (en) 2016-02-09 2019-03-05 General Electric Company Turbine nozzle having non-axisymmetric endwall contour (EWC) and profile
US10190421B2 (en) 2016-02-09 2019-01-29 General Electric Company Turbine bucket having tip shroud fillet, tip shroud cross-drilled apertures and profile
US10161255B2 (en) 2016-02-09 2018-12-25 General Electric Company Turbine nozzle having non-axisymmetric endwall contour (EWC)
US10156149B2 (en) 2016-02-09 2018-12-18 General Electric Company Turbine nozzle having fillet, pinbank, throat region and profile
US10190417B2 (en) 2016-02-09 2019-01-29 General Electric Company Turbine bucket having non-axisymmetric endwall contour and profile
US10196908B2 (en) 2016-02-09 2019-02-05 General Electric Company Turbine bucket having part-span connector and profile
US10001014B2 (en) * 2016-02-09 2018-06-19 General Electric Company Turbine bucket profile
DE102016207212A1 (de) 2016-04-28 2017-11-02 MTU Aero Engines AG Leitschaufelkranz für eine Strömungsmaschine
US10480333B2 (en) * 2017-05-30 2019-11-19 United Technologies Corporation Turbine blade including balanced mateface condition
ES2750815T3 (es) 2017-07-14 2020-03-27 MTU Aero Engines AG Rejilla de alas perfiladas para turbomáquinas
BE1025666B1 (fr) * 2017-10-26 2019-05-27 Safran Aero Boosters S.A. Profil non-axisymetrique de carter pour compresseur turbomachine
KR102013256B1 (ko) * 2017-11-23 2019-10-21 두산중공업 주식회사 스팀터빈
US11560797B2 (en) * 2018-03-30 2023-01-24 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Endwall contouring for a conical endwall
US10890072B2 (en) * 2018-04-05 2021-01-12 Raytheon Technologies Corporation Endwall contour
DE102018212178A1 (de) 2018-07-23 2020-01-23 MTU Aero Engines AG Gasturbinen-Schaufelanordnung
JP7232034B2 (ja) * 2018-12-18 2023-03-02 三菱重工業株式会社 タービン翼及びこれを備えた蒸気タービン
US20220082023A1 (en) * 2020-09-15 2022-03-17 General Electric Company Turbine blade with non-axisymmetric forward feature
US11415010B1 (en) * 2021-07-05 2022-08-16 Doosan Enerbility Co., Ltd. Turbine nozzle and gas turbine including the same
US11415012B1 (en) * 2021-09-03 2022-08-16 Pratt & Whitney Canada Corp. Tandem stator with depressions in gaspath wall
US20230073422A1 (en) * 2021-09-03 2023-03-09 Pratt & Whitney Canada Corp. Stator with depressions in gaspath wall adjacent trailing edges

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA8234B (en) * 1981-01-05 1982-11-24 Alsthom Atlantique A turbine stage
US5397215A (en) 1993-06-14 1995-03-14 United Technologies Corporation Flow directing assembly for the compression section of a rotary machine
DE19650656C1 (de) 1996-12-06 1998-06-10 Mtu Muenchen Gmbh Turbomaschine mit transsonischer Verdichterstufe
GB9823840D0 (en) 1998-10-30 1998-12-23 Rolls Royce Plc Bladed ducting for turbomachinery
US6419446B1 (en) 1999-08-05 2002-07-16 United Technologies Corporation Apparatus and method for inhibiting radial transfer of core gas flow within a core gas flow path of a gas turbine engine
US6511294B1 (en) 1999-09-23 2003-01-28 General Electric Company Reduced-stress compressor blisk flowpath
US6561761B1 (en) 2000-02-18 2003-05-13 General Electric Company Fluted compressor flowpath
JP2001271602A (ja) 2000-03-27 2001-10-05 Honda Motor Co Ltd ガスタービンエンジン
US6669445B2 (en) 2002-03-07 2003-12-30 United Technologies Corporation Endwall shape for use in turbomachinery
US7378423B2 (en) * 2004-06-11 2008-05-27 Japan Tobacco Inc. Pyrimidine compound and medical use thereof
EP1760257B1 (en) 2004-09-24 2012-12-26 IHI Corporation Wall shape of axial flow machine and gas turbine engine
US7217096B2 (en) 2004-12-13 2007-05-15 General Electric Company Fillet energized turbine stage
US7134842B2 (en) * 2004-12-24 2006-11-14 General Electric Company Scalloped surface turbine stage
US7249933B2 (en) 2005-01-10 2007-07-31 General Electric Company Funnel fillet turbine stage
US7220100B2 (en) * 2005-04-14 2007-05-22 General Electric Company Crescentic ramp turbine stage
US8511978B2 (en) * 2006-05-02 2013-08-20 United Technologies Corporation Airfoil array with an endwall depression and components of the array
US8459956B2 (en) * 2008-12-24 2013-06-11 General Electric Company Curved platform turbine blade
US8309688B2 (en) * 2008-12-30 2012-11-13 Centocor Ortho Biotech Inc. Monkey homolog of human oncostatin M and methods of use thereof

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