JP5667348B2

JP5667348B2 - ロータブレード及びそれを製作する方法

Info

Publication number: JP5667348B2
Application number: JP2009172614A
Authority: JP
Inventors: ドナルド・ブレット・デサンダー; ジェームズ・アール・コプリヴァ; ロバート・フランシス・マニング; ロバート・エドワード・アザンズ; マーク・ダグラス・グレッドヒル
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2029-07-24
Also published as: US8322986B2; US20100024216A1; JP2010031865A; EP2149675A3; CA2672806A1; CA2672806C; EP2149675A2

Description

本開示の技術分野は、総括的にはロータブレード及びそれを製作する方法に関し、より具体的には、ロータブレードを冷却することに関する。

少なくとも幾つかの公知のロータブレードは、該ロータブレードの先端を通過するガス漏洩を防止しかつ作動効率を増大させるのを可能にする先端シュラウドを含んでいる。しかしながら、公知の先端シュラウドは、作動時における温度及び荷重によるクリープを受けるおそれがある。作動時にシュラウドの温度を低下させることによって、シュラウドの有効寿命を延長することができる。しかしながら、公知の先端シュラウド冷却機構は、シュラウドの先端に重量を付加し、かつシュラウドフィレット及びブレード翼形部における曲げ応力を増大させる可能性がある。さらに、公知の先端シュラウドにより一般的に空気力学的効率が増大するが、そのような公知の先端シュラウドは、シール歯を横切る漏洩を設定する機械的ギャップによって限定される可能性がある。

１つの公知のシュラウド冷却機構としては、先端シュラウドを冷却するためにロータブレード内に鋳造された円周方向の空洞が含まれる。より具体的には、空洞は、セラミック中子を使用して先端シュラウド内に鋳造される。しかしながら、そのようなロータブレード製作法では、鋳造制約条件によってより重いブレードが形成されかつ壁厚変動及び／又は中子破損によってより低い鋳造歩留りが生じる。別の公知のシュラウド冷却機構としては、先端シュラウドを貫通して穿孔された冷却孔が含まれる。より具体的には、先端シュラウド冷却孔は、翼形部を貫通して穿孔されて冷却空気を提供する孔と交差する。しかしながら、そのような冷却孔は、深い孔の穿孔技術を必要とし、かつ両孔が交差するのを保証する正確な位置合せ及び／又は配置を必要とする。さらに、位置合せ及び過剰穿孔とは関係なく、冷却孔の交差部に高い応力集中が存在する可能性がある。

米国特許第６，４９９，９５０Ｂ２号公報米国特許第６，７６１，５３４Ｂ１号公報米国特許第５，７８５，４９６号公報

１つの実施形態では、ロータブレードを製作する方法を提供する。本方法は、ロータブレード内に該ロータブレードの根元から該ロータブレードの先端までほぼ半径方向に延びる少なくとも１つの通路を形成するステップと、ロータブレードの先端に対してシュラウドを結合するステップとを含む。シュラウドは、少なくとも１つのほぼ半径方向外向きに延びる壁を含み、この壁は、少なくともシュラウドの半径方向外側に設けられた外側プレナムを少なくとも部分的に形成し、外側プレナムは、通路と流れ連通状態になっている。

別の実施形態では、ロータブレードを提供する。本ロータブレードは、該ロータブレードを貫通して形成された少なくとも１つの通路を含む。通路は、ロータブレードの根元から該ロータブレードの先端までほぼ半径方向に延びる。本ロータブレードはまた、先端シュラウドからほぼ半径方向外向きに延びる少なくとも１つの壁と、少なくとも先端シュラウドの半径方向外側に設けられた外側プレナムとを含む。外側プレナムは、少なくとも１つの壁によって少なくとも部分的に形成されかつ通路と流れ連通状態になっている。

さらに別の実施形態では、ガスタービンエンジンを提供する。本ガスタービンエンジンは、該ガスタービンエンジンを少なくとも部分的に貫通して延びるロータと、ロータに結合された少なくとも１つのロータブレードとを含む。ロータブレードは、該ロータブレードを貫通して形成された少なくとも１つの通路を含む。通路は、ロータブレードの根元から該ロータブレードの先端までほぼ半径方向に延びる。ロータブレードはまた、先端シュラウドからほぼ半径方向外向きに延びる少なくとも１つの壁と、少なくとも先端シュラウドの半径方向外側に設けられた外側プレナムとを含む。外側プレナムは、少なくとも１つの壁によって少なくとも部分的に形成されかつ通路と流れ連通状態になっている。

本明細書に記載する実施形態は、寄生的ブレード先端漏洩を減少させながらロータブレード及び／又は先端シュラウドを効果的に冷却するための装置及び方法を提供する。

例示的なガスタービンエンジンの概略図。図１に示すガスタービンエンジンで使用することができる例示的なロータブレードの側方斜視図。図２に示すロータブレードの先端部分の断面図。図２に示すロータブレードの上面図。閉鎖プレートが結合された、図２に示すロータブレードの上面図。冷却孔を含む、図２に示すロータブレードの側面図。図１に示すガスタービンエンジンで使用することができる別のロータブレードの上面図。図７に示すロータブレードの先端部分の断面図。

本明細書に記載した実施形態は、根元を先端に連結する１つ又はそれ以上の半径方向通路を備えた先端シュラウド付きロータブレードを提供する。半径方向通路は、ロータブレード内に鋳造されるのが好ましい。ロータブレードの先端に隣接してかつ該先端の半径方向内側において、それら半径方向通路は、連結されて内側プレナムを形成する。外側プレナムは、先端シュラウドから半径方向外向きの鋳造壁によって形成される。外側プレナムは、例えば溶接又はろう付けなどにより壁に結合されたカバープレートによって密閉され、カバープレートは、例えば保持タブを用いて半径方向に物理的に固定される。それに代えて、外側プレナムは、溶接部及び／又はろう付け部によって密閉される。この例示的な実施形態では、翼形部対シュラウド荷重経路以外の位置においてカバープレート、鋳造壁、シール歯及び先端シュラウドを貫通して外側プレナム内への孔が穿孔される。例えば、それらの孔は、シュラウドと翼形部との間のフィレットのようなロータブレードの高応力領域を避けるように配置される。そのような孔は、衝突及び対流冷却を可能にするように設置されかつ／又は配向される。加えて、シュラウドガス経路の上方から流出する孔は、先端漏洩を阻止するような冷却及び遮断を可能にする。より具体的には、シュラウドガス経路の上方から流出する孔は、旋回する空気ジェットを生成して高温ガス経路流れの遮断を増強しかつ該高温ガス経路流れの寄生的先端漏洩を減少させるのを可能にするように配向される。

さらに、本明細書に記載した実施形態では、所定の作動条件を満たすように応力、重量及び／又は温度をバランスさせるのを可能にする先端シュラウド付きロータブレードが得られる。シュラウド温度及び有効先端隙間は両方とも、本明細書に記載した実施形態によって低下又は減少され、その結果、タービン効率の改善及びブレード先端の耐久性の向上が得られる。

図１は、例示的なガスタービンエンジン１０の概略図であり、ガスタービンエンジン１０は、低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１４及び燃焼器１６を含む。エンジン１０はまた、高圧タービン１８及び低圧タービン２０を含む。圧縮機１２とタービン２０とは、第１のロータシャフト２４によって結合され、また圧縮機１４とタービン１８とは、第２のロータシャフト２６によって結合される。作動中に、空気が低圧圧縮機１２を通って流れ、加圧空気が低圧圧縮機１２から高圧圧縮機１４に供給される。加圧空気は次に、燃焼器１６に送給され、燃焼器１６からの空気流が、タービン１８及び２０を駆動する。

図２は、ガスタービンエンジン１０（図１に示す）内で使用することができる例示的なロータブレード１００の側面斜視図である。図３は、ロータブレード１００の先端部分の断面図である。この例示的な実施形態では、ロータブレード１００は、エンジン１０のタービン１８及び／又は２０（図１に示す）内に結合される。より具体的には、この例示的な実施形態では、ロータブレード１００は、低圧タービン２０の第１段内に結合される。それに代えて、ロータブレード１００は、あらゆる適当な位置においてタービン１８及び／又は２０内に結合される。さらに、ロータブレード１００は、あらゆる適当な回転機械内に結合することができる。

この例示的な実施形態では、ロータブレード１００は、根元１０４、先端１０２、及び該根元１０４と先端１０２との間で延びる翼形部１０６を含む。根元１０４は、プラットフォーム１０８と、ロータブレード１００の下方表面１１２からプラットフォーム１０８まで半径方向外向きに延びる基部１１０とを含む。本明細書で使用する場合に、「半径方向内向き」という表現は、先端１０２から根元１０４に向かうつまり／又はそれに対してブレード１００が結合されているロータの回転軸線に向かう方向を意味している。「半径方向外向き」という表現は、それに対してブレード１００が結合されているロータから先端１０２向かうつまり／又はロータ及びブレード１００を囲むケーシングに向かう方向を意味している。プラットフォーム１０８は、正圧側端縁部１１６及び負圧側端縁部１１４を含む。プラットフォーム１０８及び／又は基部１１０は、ブレード１００が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆる適当な形状を有することができる。さらに、この例示的な実施形態では、翼形部１０６は、負圧側面１２０及び正圧側面１１８を含み、それらの側面は各々、ブレード１００が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆる適当な形状として形成することができる。

第１の通路１２２及び第２の通路１２４が、翼形部１０６内に形成され、かつ根元１０４から先端１０２まで該翼形部１０６を貫通して延びる。通路１２２及び１２４は、別個に形成されかつ翼形部１０６の大部分にわたり分離した状態を維持するが、先端１０２から半径方向内側の距離Ｄ_１０において互いに流れ連通状態で結合することができる。より具体的には、この例示的な実施形態では、通路１２２及び１２４は、翼形部１０６の半径方向長さＬ_１０の約７０％〜９０％において分離しており、また半径方向長さＬ_１０の約１０％〜３０％において互いに結合される。組合されると、通路１２２及び１２４は、協働して、先端１０２及び／又は先端シュラウド１２８の半径方向内側に配置された内側プレナム１２６を形成する。さらに、各通路１２２及び１２４は、下方表面１１２内に形成された開口１３０を含む。開口１３０は、空気が各通路１２２及び１２４に流入して、本明細書に記載したようにロータブレード１００を冷却するのを可能にすることができる。通路１２２及び１２４は、タービュレータがない状態で図示しているが（図２又は図３には図示せず）、通路１２２及び／又は通路１２４はいずれも、図８に示すように、その中に少なくとも１つのタービュレータを含むことができる。

先端シュラウド１２８が、先端１０２から延びる。先端１０２は、先端シュラウド１２８の半径方向内側に位置しかつ／又は先端シュラウド１２８とほぼ同一の半径方向距離に配置される。先端シュラウド１２８は、ブレード１００と一体形に形成することができ、或いはブレード１００に結合することができる。本明細書で使用する場合に、「一体形に」という表現は、構成要素が単一部品であること及び／又は単体構造の構成要素として形成されていることを意味している。この例示的な実施形態では、先端シュラウド１２８は、前縁１３２及び後縁１３４を含む。前縁１３２及び後縁１３４は、この例示的な実施形態ではシュラウド１２８が翼形部側面１１８及び１２０に対してほぼ垂直に配向されるように、翼形部１０６及び／又は先端１０２から外向きに延びる。シュラウド１２８は、円周方向に隣接するロータブレード１００から延びるシュラウドと接触するかつ／又は相互連結する。従って、複数の円周方向に隣接するシュラウド１２８は、それに対してロータブレード１００が結合されているロータの周りで円周方向にかつ該ロータからある半径方向距離において延びる組立体を形成する。シュラウド組立体は、ガスタービンエンジン１０の作動時に空気力学的効率を改善しかつブレード１００の振動を低減するのを可能にする。従って、シュラウド１２８は、ロータブレード１００及び／又はガスタービンエンジン１０が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆる適当な形状、寸法及び／又は構成を有することができる。

１対のシール歯１３６が、先端１０２及び／又は先端シュラウド１２８から半径方向外向きに延びる。各シール歯１３６は、先端１０２及び／又は先端シュラウド１２８に結合することができつまり／或いは該先端１０２及び／又は先端シュラウド１２８と一体形に形成することができる。各シール歯１３６は、複数のブレード１００がロータの周りに組み立てられた時に、ブレード組立体（図示せず）の周りで円周方向に延びる。従って、各シール歯１３６は、ほぼ半径方向にかつブレード１００の半径方向に対してほぼ垂直方向に配向される。溝１３８が、シール歯１３６間に形成され、かつ該シール歯１３６にほぼ平行に延びる。保持タブ１４０が、溝１３８内で各シール歯１３６から軸方向に延びる。本明細書で使用する場合に、「軸方向に」という表現は、エンジンの軸の中心にほぼ平行であって、その軸の方向がそれに対してロータブレード１００が結合されているロータの回転軸線とほぼ整列するようになった方向を意味する。保持タブ１４０は各々、先端１０２及び／又は先端シュラウド１２８から半径方向外側に距離Ｄ_１１だけ間隔を置いて配置される。それに代えて、各保持タブ１４０は、先端１０２及び／又は先端シュラウド１２８から異なる半径方向距離に配置することができる。この例示的な実施形態では、各保持タブ１４０は、それぞれのシール歯１３６に結合することができかつ／又は該それぞれのシール歯１３６と一体形に形成することができる。さらに、保持タブ１４０は、各保持タブ１４０の長さＬ_１２がシール歯１３６の長さＬ_１１よりも短くなるように、該シール歯１３６の長さＬ_１１に対して離散位置に形成される。それに代えて、保持タブ１４０は、該保持タブ１４０の長さＬ_１２がシール歯１３６の長さＬ_１１とほぼ等しくなるように、ほぼシール歯１３６の全長Ｌ_１１に沿って延びることができる。

この例示的な実施形態では、プレナム壁１４２、１４４、１４６及び１４８（図４に示す）は各々、先端１０２及び先端シュラウド１２８から距離Ｄ_１２だけ半径方向外側で溝１３８内に延びる。それに代えて、ロータブレード１００は、４つよりも多い又は少ない壁
１４２、１４４、１４６及び／又は１４８を含むことができる。さらに、壁１４２、１４４、１４６及び１４８は、平行四辺形の形状として図示しているが、それら壁１４２、１４４、１４６及び／又は１４８は、ロータブレード１００が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆる形状及びあらゆる寸法を形成するようにすることができる。この例示的な実施形態では、プレナム壁１４２及び１４６は各々、各シール歯１３６から対向するプレナム壁１４６又は１４２に向かってほぼ軸方向に延びる。ギャップ１５０が、各それぞれのプレナム壁１４２及び１４６の半径方向外向き表面つまり外表面１５２及び１５６と隣接する保持タブ１４０との間に形成される。プレナム壁１４４及び１４８は、対向するシール歯１３６間で延びかつプレナム壁１４２及び１４６の端部１５９に結合される。それぞれのプレナム壁１４４及び１４８の外表面１５４及び１５８は、半径方向外向き表面１５２及び１５６とほぼ同一平面になっている。プレナム壁１４２、１４４、１４６及び１４８は、先端１０２、先端シュラウド１２８及び内側プレナム１２６の半径方向外側に配置された半径方向外向きプレナムつまり外側プレナム１６０を形成する。外表面１５２、１５４、１５６及び１５８は、外側プレナム１６０の外表面を形成する。外側プレナム１６０は、内側プレナム１２６と流れ連通状態になっている。この例示的な実施形態では、外側プレナム１６０は、図６に示すように、内側プレナム１２６よりも幅広である。それに代えて、図７及び図８に示すように、外側プレナム１６０は、内側プレナム１２６の幅Ｗ_１１にほぼ等しいか又は該幅Ｗ_１１よりも狭い幅Ｗ_１０を有することができる。この例示的な実施形態では、内側プレナム１２６及び／又は外側プレナム１６０は、ロータブレード１００を冷却するのを可能にするあらゆる寸法及び／又は構成を有する。

図４は、ロータブレード１００の上面図である。図５は、それに対してカバープレート１６２を結合したロータブレード１００の上面図である。図６は、冷却孔１６４を含むロータブレード１００の側面図である。この例示的な実施形態では、カバープレート１６２は、外側プレナム１６０に結合される。より具体的には、カバープレート１６２並びにプレナム壁１４２、１４４、１４６及び１４８は、ほぼ同一の形状及び／又は寸法を有し、カバープレート１６２がそれぞれ壁１４２、１４４、１４６及び１４８の外表面１５２、１５４、１５６及び１５８に結合されて、外側プレナム１６０を実質的に密閉することができるようになる。それに代えて、カバープレート１６２は、壁１４２、１４４、１４６及び１４８内に挿入されて、外側プレナム１６０を実質的に密閉するような寸法及び形状にされる。この例示的な実施形態では、カバープレート１６２は、保持タブ１４０によって壁１４２、１４４、１４６及び１４８に固定される。より具体的には、カバープレート１６２は、ギャップ１５０内に挿入されるような寸法にされ、また保持タブ１４０の長さＬ_１２は、カバープレートの長さＬ_１３とほぼ等しい。

この例示的な実施形態では、少なくとも１つの冷却孔１６４が、先端１０２、先端シュラウド１２８、カバープレート１６２、壁１４２、１４４、１４６及び／又は１４８、並びに／或いはシール歯１３６の少なくとも１つを貫通して外側プレナム１６０内に延びる。冷却孔１６４は、シール歯１３６上に衝突空気を吐出しかつ該シール歯１３６を横切るガス漏洩を阻止するように設置されかつ／又は配向される。さらに、冷却孔１６４は、先端シュラウド１２８、先端１０２、シール歯１３６、並びに／或いはロータブレード１００及び／又はガスタービンエンジン１０のあらゆるその他の適当な構成要素を冷却するのを可能にするように設置されかつ／又は配向される。さらに、ロータブレード１００は、該ロータブレード１００が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆる適当な数の冷却孔１６４を含むことができる。

図２〜図６を参照すると、ロータブレード１００には、その内部に通路１２２及び１２４が製作される。より具体的には、この例示的な実施形態では、根元１０４、翼形部１０６、先端１０２、先端シュラウド１２８、シール歯１３６、保持タブ１４０、壁１４２、１４４、１４６及び１４８、並びに通路１２２及び１２４は、共に単一部品として鋳造される。それに代えて、ロータブレード１００の上に列記した構成要素のいずれかは、別箇の製作工程で形成し、かつ例えば溶接、ろう付け、並びに／或いはロータブレード１００が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆるその他の適当な結合機構及び／又は方法を用いて、該ロータブレード１００に結合することができる。この例示的な実施形態では、カバープレート１６２は、鋳造壁１４２、１４４、１４６及び１４８によって形成された外側プレナム１６０の形状に実質的に対応する形状を有するように製作される。

冷却孔１６４は、所定の孔角度を得るのを可能にするために、ロータブレード１００に対してカバープレート１６２を結合するのに先立って例えばドリル加工などによってカバープレート１６２内に形成される。それに代えて又はそれに加えて、冷却孔１６４は、ロータブレード１００に対してカバープレート１６２を結合した後に、該カバープレート１６２内に形成される。この例示的な実施形態では、カバープレート１６２は、該カバープレート１６２が保持タブ１４０と壁１４２、１４４、１４６及び１４８との間に配置されるように、ギャップ１５０内に円周方向に摺動可能に結合される。より具体的には、カバープレート１６２は、壁１４２、１４４、１４６及び１４８が該カバープレート１６２によって実質的に覆われかつ外側プレナム１６０が該カバープレート１６２によって実質的に密閉されるように、保持タブ１４０の下方に挿入される。

カバープレート１６２は、例えばろう付け及び／又は溶接によってロータブレード１００に結合される。冷却孔１６４は、図４〜図６に示すように、先端１０２、先端シュラウド１２８、シール歯１３６並びに／或いは壁１４２、１４４、１４６及び／又は１４８のような様々な部位において外側プレナム１６０内に形成される。冷却孔１６４の位置及び／又は配向は、ガスタービンエンジン１０及び／又はロータブレード１００の構成に基づいて、かつ／或いはガスタービンエンジン１０及び／又はロータブレード１００における所定の作動条件に基づいて決定される。

ガスタービンエンジン１０の作動時に、空気は、ロータブレード１００を通して、先端１０２、先端シュラウド１２８、シール歯１３６、及び／又はガスタービンエンジン１０内のあらゆる適当な構成要素に送られる。より具体的には、空気は、開口１３０を通して通路１２２及び１２４内に送られる。通路１２２及び１２４からの空気は、内側プレナム１２６内に送られかつ外側プレナム１６０内に吐出される。外側プレナム１６０内の空気は、冷却孔１６４を通して吐出されて、先端シュラウド１２８のようなロータブレード１００の構成要素を冷却するのを可能にしかつシール歯１３６を通過する漏洩を減少させるのを可能にする。

図７は、ガスタービンエンジン１０（図１に示す）で使用することができる別の例示的なロータブレード２００の上面図である。図８は、ロータブレード２００の先端２０２の断面図である。ロータブレード２００は、該ロータブレード２００が壁２４２、２４４、２４６及び２４８に接合するような寸法にされた溶接部及び／又はろう付け部であるカバープレート２６２を含むことを除けば、上記したようなロータブレード１００と実質的に同様である。それに代えて、カバープレート２６２は、外側プレナム２６０を密閉するのに適した材料から成る任意の寸法、形式及び／又は構成である。この例示的な実施形態では、ロータブレード２００の壁２４２、２４４、２４６及び２４８は、ロータブレード１００の壁１４２、１４４、１４６及び１４８とは異なる形状及び構成とされる。ロータブレード２００は、ロータブレード１００と実質的に同様であるので、同様な構成要素は、同じ参照符号で示している。

通路１２２及び１２４は、それらの中にタービュレータ２７０を含む。さらに、内側プレナム１２６は、その中にタービュレータ２７０を含む。タービュレータ２７０は、通路１２２及び／又は１２４並びに内側プレナム１２６を通る空気流内に乱流を形成して、空気流の熱伝達係数を高めるのを可能にするように構成される。別の実施形態では、通路１２２及び／又は１２４並びに／或いは内側プレナム１２６は、タービュレータ２７０を含まない。

この例示的な実施形態では、壁２４２、２４４、２４６及び２４８は、内側プレナム１２６の幅Ｗ_２１とほぼ等しい幅Ｗ_２０を有する外側プレナム２６０を形成する。それに代えて、外側プレナム２６０の幅Ｗ_２０は、内側プレナム１２６の幅Ｗ_２１よりも幅狭であるか又は幅広である。この例示的な実施形態では、壁２４２、２４４、２４６及び２４８は、平行四辺形状の外側プレナム２６０（図２〜図６に示す）とは異なり、不規則形状の外側プレナム２６０を形成するように配向される。壁２４２、２４４、２４６及び／又は２４８、従って外側プレナム２６０の形状は、ガスタービンエンジン１０の所定の作動条件及び／又はロータブレード２００の所定の作動条件に基づいている。この例示的な実施形態では、外表面２５２、２５４、２５６及び２５８は、外側プレナム２６０の外表面を形成する。

本明細書で溶接部及び／又はろう付け部とも呼ぶカバープレート２６２は、壁２４２、２４４、２４６及び２４８内に受けられて外側プレナム２６０を実質的に密閉するような寸法にされる。従って、ロータブレード２００は、保持タブを含まない。ロータブレード２００を製作するために、壁１４２、１４４、１４６及び１４８と保持タブとの間に摺動可能に挿入されるのとは異なり、溶接部２６２が壁２４２、２４４、２４６及び２４８内に挿入されて実質的に外側プレナム２６０を密閉することを除けば、上記の方法が実行される。この例示的な実施形態では、溶接部２６２は、例えば溶接又はろう付けを用いて壁２４２、２４４、２４６及び２４８に結合される。壁２４２、２４４、２４６及び／又は２４８並びに／或いは外側プレナム２６０に対して溶接部２６２が結合されると、溶接部２６２の外表面は、壁外表面２５２、２５４、２５６及び／又は２５８とほぼ同一平面上になる。

上記のロータブレード及びその製作方法は、ロータブレードを冷却しかつ先端漏洩を減少させるのを可能にする特徴部を含んだロータブレードを提供する。より具体的には、冷却孔は、ロータブレード及び／又は該ロータブレードに隣接するガスタービンエンジン構成要素の衝突及び対流冷却を可能にするように設置されかつ／又は配向される。上記の冷却孔は、例えば翼形部対フィレットシュラウドに高い応力集中が生じるのを回避するように外側プレナム内に設置されかつ／又は配向される。さらに、カバープレート内及び／又はシュラウドガス経路の上方に形成された冷却孔は、先端漏洩を阻止するような冷却及び遮断を可能にする。より具体的には、シュラウドガス経路の上方から流出する孔は、旋回する空気ジェットを生成して高温ガス経路流れの遮断を増強しかつ該高温ガス経路流れの寄生的先端漏洩を減少させるのを可能にするように配向される。さらに、上記のロータブレードとその製作方法は、所定の作動条件を満たすように応力、重量及び／又は温度をバランスさせるのを可能にする先端シュラウド付きロータブレードを提供する。シュラウド温度及び有効先端隙間は両方とも、本明細書に記載した実施形態によって低下又は減少され、その結果、タービン効率の改善及びブレード先端の耐久性の向上が得られる。

以上、ロータブレード及びそれを製作する方法の例示的な実施形態について詳述に説明している。本装置及び方法は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ本装置の構成要素及び／又は本方法のステップは、本明細書に記載したその他の構成要素及び／又はステップと独立してかつ別個に利用することができる。例えば、本方法はまた、その他のロータブレード及びそれらの製作方法と組合せて使用することができ、本明細書に記載したような先端シュラウド付きロータブレード及びそれらの製作方法のみで実施することに限定されるものではない。それどころか、その例示的な実施形態は、多くのその他の製作用途に関連して実施しかつ利用することができる。さらに、ロータの特徴部はまた、その他のロータブレード及びそれらの製作方法と組合せて使用することができ、本明細書に記載したような先端シュラウド付きロータブレード及びそれらの製造方法のみで実施することに限定されるものではない。それどころか、その例示的な実施形態は、多くのその他のロータブレード冷却用途に関連して実施しかつ利用することができる。

本発明の様々な実施形態の特定の特徴部は幾つかの図面には示しまたその他の図面には示していないが、それは、単に便宜上そうしたに過ぎない。本発明の原理によると、図面のあらゆる特徴部は、その他の図面のいかなる特徴部とも組合せて言及しかつ／又は特許請求することができる。

本明細書は最良の形態を含む幾つかの実施例を使用して、本発明を開示し、さらにあらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の当業者による実施を可能にする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって定まり、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになることを意図している。

１０ガスタービンエンジン
１２低圧圧縮機
１４高圧圧縮機
１６燃焼器
１８高圧タービン
２０低圧タービン
２４第１のロータシャフト
２６第２のロータシャフト
１００ロータブレード
１０２先端
１０４根元
１０６翼形部
１０８プラットフォーム
１１０基部
１１２下方表面
１１４負圧側端縁部
１１６正圧側端縁部
１１８正圧側面
１２０負圧側面
１２２通路
１２４通路
１２６内側プレナム
１２８先端シュラウド
１３０開口
１３２前縁
１３４後縁
１３６シール歯
１３８溝
１４０保持タブ
１４２壁
１４４プレナム壁
１４６プレナム壁
１４８プレナム壁
１５０ギャップ
１５２外表面
１５４外表面
１５６外表面
１５８外表面
１５９端部
１６０外側プレナム
１６２カバープレート
１６４冷却孔
２００ロータブレード
２０２先端
２４２壁
２４４壁
２４６壁
２４８壁
２５２外表面
２５４外表面
２５６外表面
２５８外表面
２６０外側プレナム
２６２カバープレート又は溶接部
２７０タービュレータ

Claims

ロータブレード（１００、２００）であって、
該ロータブレードを貫通して形成されかつ該ロータブレードの根元（１０４）から該ロータブレードの先端（１０２）までほぼ半径方向に延びる少なくとも１つの通路（１２２、１２４）と、
前記先端から延びる先端シュラウド（１２８）と、
前記先端シュラウドからほぼ半径方向外向きに延びる少なくとも１つの壁（１４２、１４４、１４６、１４８、２４２、２４４、２４６、２４８）と、
外側プレナム（１６０、２６０）と、
前記外側プレナム（１６０、２６０）の外表面に結合されたカバープレート（１６２、２６２）と、
前記カバープレート（１６２、２６２）を貫通して前記外側プレナム（１６０、２６０）内に延び、該外側プレナム及び前記少なくとも１つの通路と半径方向で重なるよう位置する、前記ロータブレードを冷却するのを可能にする少なくとも１つの孔（１６４）と
を含み、
前記外側プレナム（１６０、２６０）は、前記ロータブレードの根元（１０４）が該ロータブレードの下端にあるときに該外側プレナム（１６０、２６０）が前記先端シュラウド（１２８）より上に位置するように少なくとも前記先端シュラウドの半径方向外側に設けられ、前記少なくとも１つの壁によって少なくとも部分的に形成されかつ前記少なくとも１つの通路と流れ連通状態になっている
ことを特徴とする、ロータブレード（１００、２００）。
前記外側プレナム（１６０、２６０）の外表面（１５２、１５４、１５６、１５８、２５２、２５４、２５６、２５８）の半径方向外側に設けられた少なくとも２つの保持タブ（１４０）をさらに含み、
前記カバープレート（１６２、２６２）が、前記外側プレナムの外表面と前記少なくとも２つの保持タブとの間に結合される、
請求項１記載のロータブレード（１００、２００）。
前記先端シュラウド（１２８）内に設けられかつ前記外側プレナム（１６０、２６０）内に延びて、該ロータブレードを冷却するのを可能にする少なくとも１つの孔（１６４）をさらに含む、請求項１又は２に記載のロータブレード（１００、２００）。
前記先端シュラウド（１２８）から半径方向外向きに延びる１対のシール歯（１３６）をさらに含み、
前記１対のシール歯が、それらの間に溝（１３８）を形成し、
前記外側プレナム（１６０、２６０）が、前記溝内に形成される、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロータブレード（１００、２００）。
前記少なくとも１つの通路が、第１の通路（１２２）と第２の通路（１２４）とを含み、
前記第１の通路及び第２の通路が、前記先端シュラウド（１２８）の半径方向内側に設けられた内側プレナムを形成し、
前記内側プレナムが、前記外側プレナム（１６０、２６０）と流れ連通状態になっている、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロータブレード（１００、２００）。
ガスタービンエンジン（１０）であって、
該ガスタービンエンジンを少なくとも部分的に貫通して延びるロータと、
前記ロータに結合された少なくとも１つのロータブレード（１００、２００）と、
を含み、前記ロータブレードが、
該ロータブレードを貫通して形成されかつ該ロータブレードの根元（１０４）から該ロータブレードの先端（１０２、２０２）までほぼ半径方向に延びる少なくとも１つの通路（１２２、１２４）と、
前記先端における先端シュラウド（１２８）からほぼ半径方向外向きに延びる少なくとも１つの壁（１４２、１４４、１４６、１４８、２４２、２４４、２４６、２４８）と、
外側プレナム（１６０、２６０）と、
前記外側プレナムに結合されたカバープレート（１６２、２６２）と、
前記カバープレートを貫通して前記外側プレナムまで延び、該外側プレナム及び前記少なくとも１つの通路と半径方向で重なるよう位置する、前記ロータブレードを冷却するのを可能にするように構成された少なくとも１つの孔（１６４）と
含み、
前記外側プレナム（１６０、２６０）は、前記ロータブレードの根元（１０４）が該ロータブレードの下端にあるときに該外側プレナム（１６０、２６０）が前記先端シュラウド（１２８）より上に位置するように少なくとも前記先端シュラウドの半径方向外側に設けられ、前記少なくとも１つの壁によって少なくとも部分的に形成されかつ前記少なくとも１つの通路と流れ連通状態になっている
ことを特徴とする、ガスタービンエンジン（１０）。
前記先端シュラウド（１２８）内に設けられかつ前記外側プレナム（１６０、２６０）内から前記先端シュラウド（１２８）の半径方向内側面まで延びて、該ロータブレードを冷却するのを可能にする少なくとも１つの孔（１６４）をさらに含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のロータブレード（１００、２００）。
前記先端シュラウド（１２８）内に設けられかつ前記外側プレナム（１６０、２６０）内から前記先端シュラウド（１２８）の半径方向内側面まで延びて、該ロータブレードを冷却するのを可能にする少なくとも１つの孔（１６４）をさらに含む、請求項６に記載のガスタービンエンジン（１０）。