JP5706660B2 - タービン及びタービンブレードウィングレット - Google Patents

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Description

本発明は、タービンエンジンに関し、具体的には、タービンブレードに関する。
タービンブレードは一般的に、タービンエンジン内で回転するシャフトに連結されたロータ上に取付けられる。タービンブレードは、エンジン運転時に該ブレードの機能低下を引起す高温に曝される。
米国特許第7494319号明細書
本発明の1つの態様によると、タービンブレードは、前縁、後縁、正圧側面、負圧側面及び先端領域を有する本体と、先端領域内において前縁の下流の箇所から後縁まで延びるように該先端領域内における本体の正圧側面上に配置されたウィングレットとを含む。
本発明の別の態様によると、タービンエンジンは、ロータ組立体と該ロータ組立体上に配置された複数のタービンブレードとを含み、少なくとも1つのブレードは、前縁、後縁、正圧側面、負圧側面及び先端領域を有する本体と、先端領域内において前縁の下流の箇所から後縁まで延びるように該先端領域内における本体の正圧側面上に配置されたウィングレットとを含む。
これらの及びその他の利点並びに特徴は、図面と関連させて行った以下の説明から一層明らかになるであろう。
本発明は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の前述の及びその他の特徴並びに利点は、添付図面と関連させて行った以下の詳細な説明から明らかである。
従来技術のタービンブレードの実例を示す図。 タービンブレードの例示的な実施形態を示す図。 図2の線A−Aに沿ったタービンブレードの例示的な実施形態の前面断面図。 図2の線A−Aに沿ったタービンブレードの別の例示的な実施形態の前面断面図。 図2の線A−Aに沿ったタービンブレードの別の例示的な実施形態の前面断面図。 図2の線A−Aに沿ったタービンブレードの別の例示的な実施形態の前面断面図。 タービンエンジンの一部分の部分断面斜視図
詳細な説明は、図面を参照しながら実施例によって、本発明の実施形態をその利点及び特徴と共に説明する。
図1は、従来技術のタービンブレード100の実例を示している。運転中に、タービンブレード100が回転すると、空気が、該ブレード100の正圧領域から負圧領域103に流れる。ブレードの先端102付近の空気流れの径路は、矢印105で示している。空気流がブレードの後縁104に近づくにつれて、空気流は、先端102を越えて「漏洩」する。先端102を越えて漏洩する空気流の量は、該空気流が後縁104に近づくにつれて増大する。先端102を越える空気流の漏洩は、タービンブレードの効率を低下させかつ該先端102の温度を上昇させるので望ましくない。先端102領域の温度の上昇は、該先端102領域の材料の酸化及び損耗を引起す。
図2は、タービンの可動ロータ102の一部分に連結されたタービンブレード200の例示的な実施形態を示している。タービンブレード200は、前縁204、後縁206、遠位ブレード先端領域(先端領域)208、負圧側面210及び正圧側面212を備えた翼形形状の本体を有する。ロータ202上に配置された複数のブレード200は、タービンの流れダクトの内側境界を形成する。流れダクトの外側境界は、シュラウド(図示せず)によって形成される。ブレード200は、ウィングレット214を含む。ウィングレット214は、先端領域208内においてブレード200の正圧側面212上に配置される。ウィングレット214は、前縁204の下流にある先端領域208上の箇所からブレード200の後縁まで延び、かつ後縁214から箇所201に向けてテーパしている。
運転中にロータ202は、矢印203で示す方向に回転する。空気は、正圧側面212に沿って前縁204から後縁206に向けてかつ先端領域208に近づくように流れ(矢印205で示す)ようとするが、空気流205はウィングレット214によって妨げられる。ウィングレット214は、後縁206付近において先端領域208を越えて漏洩する空気流205を減少させる。後縁206付近において先端領域208を越えて漏洩する空気流の減少により、ブレード200の効率が増大し、かつ先端領域208内の空気流によって生じる熱伝達が減少する。
図3は、図2の線A−Aに沿ったブレード200の例示的な実施形態の前面断面図を示している。この図示した実施形態は、ブレード200内の空洞302、空洞302と連通状態になった冷却通路304、ブレード200の正圧側面212内に配置されたポート306を含む。空洞は、前縁204、後縁206、先端領域208、負圧側面210及び正圧側面212の壁によって形成される。作動中に、例えば空気又は別のタイプのガスのような加圧ガス301が空洞302を介して冷却通路304に流入しかつポート306から放出されて、ウィングレット214及び先端領域218を冷却する。
図4は、図2の線A−Aに沿ったブレード200の別の例示的な実施形態の前面断面図を示している。この図示した実施形態は、空洞32と連通状態になった冷却通路404、及びウィングレット214の正圧側面端縁部408上に配置されたポート406を含む。冷却通路404は、上記した冷却通路304と同様に作動する。
図5は、図2の線A−Aに沿ったブレード200の別の例示的な実施形態の前面断面図を示している。この図示した実施形態は、空洞32と連通状態になった冷却通路504、及びブレード200の正圧側面212上に配置されたポート506を含む。冷却通路504は、直線501に沿ってウィングレット214及びブレード200の一部分を貫通するように穿孔して通路504及び該ウィングレット214内の通路508を形成することによって製作される。この穿孔は、例えばドリル加工によって行なうことができる。ウィングレット214を貫通する穿孔は、線形穿孔ツールを使用することにより該ウィングレット214に近接してポート506を形成することを可能にする。冷却通路504は、上記した冷却通路304と同様に作動する。幾つかの実施形態では、ウィングレット214内の通路508は、プラグを差込んで該通路508を閉塞することができる。
図6は、図2の線A−Aに沿ったブレード200の別の例示的な実施形態の前面断面図を示している。この図示した実施形態は、空洞302及びポート606と連通状態になった冷却通路604を含む。ポート606は、ウィングレット214内に形成されたグルーブ608内に配置される。グルーブ608は、ブレード200の外径からポート606を半径方向内側にオフセットさせる。ポート606のオフセットにより、ブレード200及びロータ202を囲むシュラウドに該ブレード200が接触した場合に、該ポート606が閉塞されるのを回避することができる。冷却通路604は、上記した冷却通路304と同様に作動する。
図7は、タービンエンジン700の一部分の部分断面斜視図を示している。タービンエンジン700は、ウィングレット214を有する複数のブレード200を含み、複数のブレード200はロータ組立体702上に配置されかつシュラウド704によって囲まれる。タービンエンジン700のガス流れ径路の方向は、矢印701で示している。
限られた数の実施形態に関してのみ本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきではなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。
100 タービンブレード
101 正圧領域
102 先端
103 負圧領域
104 後縁
105 矢印
200 タービンブレード
201 箇所
202 ロータ
204 前縁
205 矢印
206 後縁
208 遠位ブレード先端領域(先端領域)
210 負圧側面
212 正圧側面
214 ウィングレット
301 加圧ガス
302 空洞
304 冷却通路
306 ポート
404 冷却通路
406 ポート
408 正圧側面端縁部
504 冷却通路
506 ポート
508 通路
601 シュラウド
604 冷却通路
606 ポート
608 グルーブ
700 タービンエンジン
701 矢印
702 ロータ組立体
704 シュラウド

Claims (6)

  1. タービンブレードであって、
    前縁、後縁、正圧側面、負圧側面及び先端領域を有する本体と、
    前記先端領域において、前記本体の正圧側面上に配置されたウィングレットと、
    を含み、
    前記ウィングレットは、前記本体の前記前縁の下流の前記先端領域の箇所から前記本体の前記後縁に位置する前記ウィングレットの反対側の端まで延び、
    前記ウィングレットが、前記後縁における幅が前記箇所における幅よりも広くなるように、前記先端領域内において前記後縁から前記箇所に向けてテーパしており、
    前記タービンブレードが、内部空洞、前記内部空洞と連通状態になった冷却通路、及び前記本体の前記正圧側面内のポートを含み、
    前記ポートが、該タービンブレード上において前記ウィングレットに対して半径方向内側に配置され、
    前記タービンブレードが、前記冷却通路と一直線に整列した第2の通路を前記ウィングレット内に含む、
    タービンブレード。
  2. 前記後縁における前記ウィングレットの幅が、前記後縁から前記先端領域の前記箇所に至るまでの他の位置における幅よりも広い、請求項1に記載のタービンブレード。
  3. 該タービンブレードが翼形に形作られている、請求項1または2に記載のタービンブレード。
  4. 該タービンブレードがロータ上に配置される、請求項1乃至3のいずれかに記載のタービンブレード。
  5. 前記ウィングレットが、前記正圧側面に沿って前記本体の後縁に向けて空気流を導くように作動する、請求項1乃至4のいずれかに記載のタービンブレード。
  6. 前記ポートが、前記通路及び内部空洞を介して受けた加圧ガスを送出するように作動する、請求項1乃至5のいずれかに記載のタービンブレード。
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