JP7051274B2 - 先端部フィレットを含むタービンエーロフォイル - Google Patents

Description

本明細書で開示されている主題は、航空機および発電用途のためのタービンコンポーネントに関し、より具体的には、先端部フィレットを有するエーロフォイル部分を含むタービンコンポーネントに関し、先端部フィレットは、エーロフォイルスパンの先端部の近位のエーロフォイルの厚さを増加させる。

いくつかの航空機および／または発電プラントシステム（例えば、特定のジェット航空機、原子力発電プラントシステム、単純サイクル発電プラントシステム、およびコンバインドサイクル発電プラントシステムなど）は、その設計および運転の中にタービンを用いている。これらのタービンのうちのいくつかは、運転中に流体フローに露出される１つまたは複数のバケットの段を含む。それぞれのバケットは、それぞれのエーロフォイル（例えば、タービンブレード、ブレードなど）を支持するベース部を含むことが可能であり、エーロフォイルは、流体フローと空気力学的に相互作用し、例えば、発電の一部として、流体フローから仕事を取り出す（例えば、推進力を作り出すこと、機械を駆動すること、熱エネルギーを機械的なエネルギーに変換することなど）ように構成されている。この相互作用および変換の結果として、これらのエーロフォイルの空気力学的な特性および損失は、システムおよびタービンの運転、性能、推進力、効率、および、それぞれの段における発電に影響を与える。

これらのシステムでは、空気力学的な損失および非効率の源は、とりわけ、シュラウドなしのガスタービンブレードにおけるオーバーチップ（ｏｖｅｒｔｉｐ）漏洩を含む可能性がある。運転中に、流体フローの一部分は、エーロフォイルの先端部を越えて（例えば、ブレード先端部とタービンのフロー経路側壁部との間で、ブレードクリアランスギャップを通ってなど）漏洩することが可能であり、エーロフォイルの負圧側面の上に渦を形成することが可能である。この漏洩、および、それに続く負圧側面上の渦形成は、先端部を横切って、および／または、ブレードクリアランスギャップを通して、圧力勾配を形成させ、それによって、システムおよびエーロフォイルの流体フローおよび効率に影響を与え、デバイス性能を妨げ得る。

米国特許第８３７１８１５号公報

エーロフォイルの半径方向の端部（例えば、先端部）の上に先端部フィレットを含むタービンコンポーネントが開示されている。

本明細書で開示されている本発明の実施形態は、タービンに接続するように構成されているルート部と、ルート部に接続され、タービンのフロー経路の中へ延在するように構成されているエーロフォイルとを有するタービンブレードの形態をとることが可能である。エーロフォイルは、ルート部の実質的に反対側に配設されている先端部を含むことが可能であり、また、先端部に配設され、タービンブレードの第１の表面から実質的に離れて延在している第１の先端部フィレットを含むことが可能である。

本明細書で開示されている本発明の別の実施形態は、タービンに接続するように構成されているルート部と、ルート部の上に配設され、タービンフロー経路の中へ延在するように構成されているブレードとを含むことが可能であるタービンコンポーネントにおいて実行することが可能である。ブレードは、エーロフォイル形状を有することが可能であり、先端部を含むことが可能である。先端部フィレットは、先端部に接続され得、タービンコンポーネントの表面から延在することが可能である。

本明細書で開示されている本発明の追加的な実施形態は、ケーシングおよび少なくとも１つのブレードを含むノズルと、ハブおよび少なくとも１つのブレードを含むローターと、ノズルケーシングによって実質的に取り囲まれた第１の部分、および、ローターハブを実質的に取り囲む第２の部分を含む作動流体通路とを有するタービンの形態をとることが可能である。それぞれのブレードは、ノズルケーシングまたはローターハブのうちの１つに接続するように構成されているルート部と、ルート部に接続され、タービンの作動流体通路の中へ延在するように構成されているエーロフォイルとを含むことが可能である。エーロフォイルは、ルート部の実質的に反対側に配設されている先端部を含むことが可能であり、第１の先端部フィレットは、先端部に配設することが可能である。先端部フィレットは、タービンコンポーネントの表面から、第１の先端部フィレットの末端部（ｅｘｔｒｅｍｉｔｙ）を越えてタービンコンポーネントの表面に沿う位置における局所的なフロー方向に対して実質的に垂直な方向に延在することが可能である。

本発明のこれらの特徴、および、他の特徴は、本発明の様々な実施形態を示す添付の図面を伴って、本発明の様々な態様の以下の詳細な説明から、より容易に理解されることとなる。

本発明の実施形態によるタービンの一部分の三次元の部分切り欠き斜視図である。 本発明の実施形態によるタービンコンポーネントを示す図である。 本発明の実施形態によるタービンコンポーネントの先端部部分を示す図である。 本発明の実施形態による先端部フィレットを含むエーロフォイルを示す図である。 実施形態によるエーロフォイル厚さの関数のグラフ表示である。 実施形態による先端部フィレット厚さの関数のグラフ表示である。 実施形態による先端部フィレットを含むタービンエーロフォイルの側面図である。 線Ａ－Ａに沿って見た図７のタービンエーロフォイルの断面図である。 線Ｂ－Ｂに沿って見た図７のタービンエーロフォイルの断面図である。 線Ｃ－Ｃに沿って見た図７のタービンエーロフォイルの断面図である。 実施形態による片側の先端部フィレットを含むタービンエーロフォイルの側面図である。 実施形態による１組の先端部フィレットを含むタービンエーロフォイルの側面図である。 本発明の実施形態によるコンバインドサイクル発電プラントシステムの一部分を図示する概略ブロック図である。 本発明の実施形態による単軸コンバインドサイクル発電プラントシステムの一部分を図示する概略ブロック図である。

本発明の図面は、必ずしも正確な縮尺ではないということが留意される。図面は、本発明の典型的な態様を示すことだけを意図しており、したがって、本発明の範囲を限定するものとして考慮されるべきではない。図の間で同様に付番されたエレメント同士は、互いに参照して説明されるように、実質的に同様のものであり得るということが理解される。さらに、図１～図１４を参照して示され、説明されている実施形態では、同様の付番は、同様のエレメントを表示し得る。これらのエレメントの冗長な説明は、明確化のために省略されている。最後に、図１～図１４のコンポーネント、および、それらに付随する説明は、本明細書で説明されている任意の実施形態に適用することが可能であるということが理解される。

本発明の態様は、エーロフォイルセクションの一部分の上に先端部フィレットを含むタービンコンポーネントを提供し、先端部フィレットは、エーロフォイルの半径方向の範囲の近位のエーロフォイルの厚さを増加させている。

従来のアプローチとは対照的に、本発明の態様は、先端部フィレットを有するタービンコンポーネント（例えば、タービンブレード、タービンノズル、ブレードなど）を含み、先端部フィレットは、タービンコンポーネントの一部分の上に配設され、先端部漏洩を低減させるように構成されている。ある実施形態では、先端部フィレットは、タービンコンポーネントの表面から、先端部フィレットの末端部を越えてタービンコンポーネントの表面に沿う位置における局所的なフロー方向に対して実質的に垂直な方向に延在している。先端部フィレットは、ブレード／エーロフォイルおよび／またはタービンコンポーネントの先端部渦の場所の上に張り出すことが可能であり、先端部渦は、タービンコンポーネントの運転の間／流体フローへのタービンコンポーネントの露出の間に形成される。先端部フィレットは、先端部渦形成および先端部漏洩を低減させることが可能であり、それによって、エーロフォイルの先端部を横切る圧力勾配の形成を抑制し、空気力学的な性能の改善を支援する。

本明細書で使用されているように、「軸線方向の」および／または「軸線方向に」の用語は、軸線Ａに沿う対象物の相対的な位置／方向を参照しており、それは、ターボ機械（とりわけ、ローターセクション）の回転の軸線に対して実質的に平行である。本明細書でさらに使用されているように、「半径方向の」および／または「半径方向に」の用語は、軸線（ｒ）に沿う対象物の相対的な位置／方向を参照しており、それは、軸線Ａと実質的に垂直であり、１つの場所だけにおいて軸線Ａと交差する。追加的に、「円周方向の」および／または「円周方向に」の用語は、円周に沿う対象物の相対的な位置／方向を参照しており、それは、軸線Ａを取り囲むが、いずれの場所においても軸線Ａと交差しない。さらに、「前縁部」の用語は、システムの流体フローに対して上流に配向されているコンポーネントおよび／または表面を参照しており、「後縁部」の用語は、システムの流体フローに対して下流に配向されているコンポーネントおよび／または表面を参照している。

図を見てみると、システムおよびデバイスの実施形態が示されており、それは、タービンコンポーネントの半径方向の範囲／先端部の近位に配設される先端部フィレットを設けることによって、タービンの中の先端部漏洩損失を低減させるように構成することが可能である。図の中のコンポーネントのそれぞれは、従来の手段を介して、例えば、共通の導管、または、図１～図１４に示されているような他の公知の手段を介して、接続することが可能である。図面を参照すると、図１は、ガスタービンまたは蒸気タービン１０の斜視的な部分切り欠き図を示している。タービン１０は、ローター１２を含み、ローター１２は、回転シャフト１４および複数の軸線方向に間隔を置いて配置されたローターホイール１８を含む。複数の回転ブレードまたはバケット２０は、それぞれのローターホイール１８に機械的に連結されている。より具体的には、バケット２０は、それぞれのローターホイール１８の周りに円周方向に延在する列を成して配置されている。ノズル２１は、シャフト１４の周りに円周方向に延在し得る複数の静止ブレードまたは静翼２２を含むことが可能であり、静翼は、バケット２０の隣接する列の間に軸線方向に位置付けされている。静翼２２は、バケット２０と協働し、段を形成し、タービン１０を通る流路の一部分を画定している。例えば、それぞれの静翼２２は、ノズル２１のケーシングなどに取り付けられているルート部から、半径方向内向きの先端部へ、流路の中へ半径方向内向きに延在することが可能であり、一方、それぞれのバケット２０は、ローターホイール１８のハブなどに取り付けられているルート部から半径方向外向きの先端部へ、流路の中へ半径方向外向きに延在することが可能である。

運転時に、ガス２４は、タービン１０の入口部２６に進入し、静翼２２を通して導かれる。静翼２２は、ガス２４をブレード２０に対抗するように方向付けする。ガス２４は、残りの段を通過し、バケット２０に力を与え、シャフト１４を回転させる。タービン１０の少なくとも１つの端部は、回転シャフト１２から離れて軸線方向に延在することが可能であり、それに限定されないが、航空および／または他の用途に使用され得るような発電機および／または別のタービンなどのような、負荷または機械（図示せず）に取り付けることが可能である。

図１に示されている例では、タービン１０は、第１段Ｌ４、第２段Ｌ３、第３段Ｌ２、第４段Ｌ１、および第５段Ｌ０（それは、最終段でもある）として示されている５つの段を含むことが可能である。それぞれの段は、それぞれの半径を有しており、第１段Ｌ４は、５つの段のうちの最小の半径を有し、それぞれの後続段は、より大きい半径を有し、第５段Ｌ０は、５つの段のうちの最大の半径を有している。５つの段が図１に示されているが、これは、単に、非限定的な例であり、本明細書の教示は、より多くのまたはより少ない段を有するタービン（単一の段を備えるタービンを含む）に適用することが可能である。加えて、図１に示されている例は、定置式のものであるが、本明細書の教示は、航空機エンジンの中に使用されるタービンを含む任意の適切なタービンに適用することが可能であり、また、圧縮機に適用することも可能である。

図２を見てみると、タービンコンポーネント２００（例えば、タービンブレード、ブレード、バケット、静翼など）が、本発明の実施形態による先端部フィレット２１０を備えるエーロフォイル２２０を含むように示されている。ある実施形態では、先端部フィレット２１０は、タービンコンポーネント２００の先端部２０２の近位に配設されており、タービンコンポーネント２００の第１のフロー表面２０６から延在／突出している。先端部フィレット２１０は、タービンコンポーネント２００の、ある幅にわたって延在することが可能であり、タービンコンポーネント２００の先端部２０２とルート部２０８との間のブレード／エーロフォイルの一部分の上に実質的に張り出すことが可能である。一実施形態では、先端部フィレット２１０は、凹面形状を有することが可能であり、および／または、第１のフロー表面２０６からフレア形状に広がることが可能である。別の実施形態では、先端部フィレット２１０は、直線状の形状または凸面形状を有することが可能である。タービンコンポーネント２００が動的ブレードまたはバケットを含む場所では、エーロフォイル２２０は、ルート部２０８から先端部２０２へ外側寄りにまたは半径方向外向きに延在することが可能であり、ルート部２０８は、例えば、タービン１０のノズル２１のケーシングなどに取り付けられている。タービンコンポーネント２００が静止ブレードまたは静翼を含む場所では、エーロフォイル２２０は、ルート部２０８から先端部２０２へ内側寄りにまたは半径方向内向きに延在することが可能であり、ルート部２０８は、例えば、タービン１０のローター１８のハブに取り付けられている。いずれの場合においても、先端部フィレット２１０は、実質的にエーロフォイル２２０の負圧側面から流体経路７０の中へ延在することが可能であり、および／または、先端部渦２４０（破線で示されている）の場所の上に張り出すように流体フロー７０の方向に対して実質的に垂直に延在することが可能である。一実施形態では、先端部フィレット２１０は、エーロフォイル２２０の前縁部から実質的に流体フロー７０の中へ延在することが可能である。別の実施形態では、先端部フィレット２１０は、エーロフォイル２２０の正圧側面から流体フロー７０の方向に対して実質的に垂直の方向に延在することが可能である。第１のフロー表面２０６は、タービン１００（図１に示されている）の中の流体フロー７０の方向に対して、タービンコンポーネント２００の負圧側面とすることが可能である。一実施形態では、先端部フィレット２１０は、（図５および図６に示されているように）タービンコンポーネント２００の隣接する断面部分に対して、タービンコンポーネント２００の断面寸法（例えば、厚さ）を増加させることが可能である。一実施形態では、先端部フィレット２１０は、タービンコンポーネント２００の一部分として形成され得る（例えば、ストック材料の単一のピースから形状付けされる、均一な本体部として形成されるなど）。別の実施形態では、先端部フィレット２１０は、エーロフォイル２２０の先端部２０２に接続され得る（例えば、ボルト締めされる、溶接されるなど）。本明細書で議論されているように、エーロフォイル２２０および先端部フィレット２１０は、航空機エンジン、発電タービンなどの中で使用することが可能である。

図３を見てみると、先端部フィレット３１０のセットを含む先端部３０２を備えるタービンブレード３００の一部分が、実施形態にしたがって示されている。先端部フィレット３１０のセットは、タービンブレード３００の第１のフロー表面３０６の上に配設されている第１の先端部フィレット３１２と、タービンブレード３００の第２のフロー表面３０８の上に配設されている第２の先端部フィレット３１４とを含む。ある実施形態では、第１のフロー表面３０６は、流体フロー７０に対してタービンコンポーネント３００の負圧側面とすることが可能であり、第２のフロー表面３０８は、流体フロー７０に対してタービンコンポーネント３００の正圧側面とすることが可能である。ある実施形態では、第１の先端部フィレット３１２および第２の先端部フィレット３１４のうちの少なくとも１つが、実質的に凹面形状を有することが可能である。一実施形態では、第１の先端部フィレット３１２は、運転中に／流体フロー７０への露出の間に形成される先端部渦３４０（破線で示されている）の場所を覆って延在することが可能である。

図４を見てみると、先端部フィレット４２０を含むタービンブレード４００の一部分が、実施形態にしたがって示されている。先端部フィレット４２０は、タービンブレード４００の第２の表面４０８の上に配設することが可能であり、タービンブレード４００の正圧側面から、および／または、流体フロー７０の中へ延在することが可能である。ある実施形態では、第２の表面４０８は、タービンブレード４００の正圧側面とすることが可能である。

図５を見てみると、従来のエーロフォイル厚さの関数５７０の実施形態の二次元のグラフ表示５００が示されている。グラフ表示５００は、エーロフォイル厚さ寸法の増分を表示するｘ－軸５６０、および、エーロフォイルのパーセント半径方向スパンの増分を表示するｙ－軸５６２（０％が、エーロフォイルのルート部の近位の場所を表示しており、１００％が、エーロフォイルの先端部の近位の場所を表示している）を含む。図５に見ることができるように、エーロフォイルの半径方向スパンのパーセンテージが、約０％半径方向スパンから約９０％半径方向スパンへ増加する（例えば、ルート部から先端部へ延在する）につれて、エーロフォイル厚さは、減少する（例えば、テーパーを付ける、厚さを低減させるなど）ことが可能である。しかし、従来の実装形態とは対照的に、半径方向スパンのパーセントの約９０％と約１００％との間において、エーロフォイル厚さは、先端部フィレット曲線／関数５７２（破線で示されている）によって示されているように、先端部フィレット（例えば、先端部フィレット２１０）の結果として増加することが可能である。エーロフォイルの先端部２０２の近くの先端部フィレット２１０によって提供されるエーロフォイル厚さのこの局所的な変化は、先端部漏洩を低減させ、タービン効率を改善することが可能である。

図６を見てみると、従来のエーロフォイル厚さの傾き関数６７０の実施形態の二次元のグラフ表示６００が示されている。グラフ表示６００は、エーロフォイル厚さの傾きの増分を表示するｘ－軸６６０、および、エーロフォイルのパーセント半径方向スパンの増分を表示するｙ－軸６６２（０％が、エーロフォイルのルート部の近位の場所を表示しており、１００％が、エーロフォイルの先端部の近位の場所を表示している）を含む。厚さの傾きは、単位半径方向高さおよび／または半径方向スパン当たりの任意の翼弦方向の場所において、エーロフォイルセクション厚さの変化の割合を表示することが可能である。そのように、厚さの傾き関数は、エーロフォイル２２０の正圧側面および負圧側面の両方の変化を反映することが可能である。

図６に見ることができるように、典型的なエーロフォイルは、曲線６７０によって表示されているように、実質的にその全体スパンにわたって、実質的に一定のマイナスの厚さの傾きを有することが可能であり、それは、ルート部から先端部へのエーロフォイルのテーパーを表している。しかし、実施形態では、先端部フィレット２１０は、少なくとも部分的に厚さの傾きの変化を結果として生じ、および／または、厚さの傾きの変化によって少なくとも部分的に画定され得、それは、例示的な曲線６７２によって図示されている。より具体的には、厚さの傾きは、少なくとも約７５％半径方向スパンにおいて（例えば、少なくとも約８０％半径方向スパンにおいて）、増加し始めることが可能である。加えて、厚さの傾きは、少なくとも約８０％半径方向スパンから約１００％半径方向スパンへ増加し続けることが可能である。さらに、示されている例では、厚さの傾きは、少なくとも約８０％半径方向スパンから約１００％半径方向スパンへ増加することが可能であるので、エーロフォイル２２０の厚さは、１００％半径方向スパンに向かって、より高い割合で増加することが可能である。したがって、図６に見ることができるように、エーロフォイル２２０のテーパーは、厚さの傾きが少なくとも約９０％半径方向スパン（その点において、エーロフォイル厚さは増加し始める）において（例えば、少なくとも約９５％半径方向スパンにおいて）プラスになるまで、少なくとも約８０％半径方向スパンの始まり（すなわち、傾きが増加し始める場所）において緩やかになる。ある実施形態では、先端部フィレット２１０は、厚さの傾きがプラスになる場所で（例えば、エーロフォイルの少なくとも約９５％半径方向スパンにおいて）始まると解釈することが可能であり、それは、最小エーロフォイル厚さの点を表示することが可能であるが、別の実施形態では、先端部フィレット２１０は、厚さの傾きが増加し始める場所で（例えば、少なくとも約８０％半径方向スパンにおいて）始まると解釈することが可能である。先端部フィレット２１０は、少なくとも約９５％半径方向スパンと約１００％半径方向スパン（例えば、先端部２０２）との間で、ある増加率で厚くなり、または幅広になり、端壁部などの中へフレア形状に広がるようになっていることが可能であり、エーロフォイル２２０の負圧側面および正圧側面のうちの一方または両方のプロファイルは、実施形態による厚さの傾きの変化をもたらすように変化することが可能である。

一実施形態では、厚さの傾きは、以下に示されている等式（１）によって計算することが可能であり、ここで、ｒａｄは、第１のエーロフォイルセクションのスパン方向の位置であり、ｃｈｄは、エーロフォイル厚さが測定されることとなる第１のエーロフォイルセクションの翼弦方向の位置であり、ｄｅｌｔａ＿ｒａｄは、スパンの小さな変化である。厚さの傾きは、エーロフォイル厚さの２つの測定値（それらは、スパン方向に直ぐ近くにある（例えば、ｄｅｌｔａ＿ｒａｄによって分離されている））に基づいて計算することが可能であり、以下のような等式１によって評価することが可能である。

厚さの傾き＝（エーロフォイル厚さ（ｒａｄ、ｃｈｄ）－エーロフォイル厚さ（ｒａｄ－ｄｅｌｔａ＿ｒａｄ、ｃｈｄ）／ｄｅｌｔａ＿ｒａｄ） （等式１）
図６に示されている厚さの傾き関数は、本明細書の教示による例であり、したがって、本明細書で開示されている本発明の限定的な実施形態ではないということが留意されるべきである。上記に示されているように、エーロフォイル２２０の負圧側面および正圧側面のうちの一方または両方のプロファイルは、実施形態を実行するために変化することが可能である。加えて、実施形態は、ローターブレードの先端部フィレットの文脈において説明されてきたが、本明細書の教示は、ステーターブレードの先端部フィレットを実行するように適用することが可能であるということが認識されるべきであり、ステーターブレードの場合には、実施形態の目的のための半径方向スパンは、ステーターブレードの外側末端部からステーターブレードの内側末端部へ増加することが可能であるということが認識される。

図７～図１０を見てみると、エーロフォイル７００の一部分の実施形態が、本開示の実施形態にしたがって示されている。図７は、エーロフォイル７００の一部分の上面図を示している。図８は、図７の線Ａ－Ａに沿って、エーロフォイル７００の一部分の断面図ており、図９は、図７の線Ｂ－Ｂに沿って、エーロフォイル７００の一部分の断面図を示しており、図１０は、図７の線Ｃ－Ｃに沿って、エーロフォイル７００の一部分の断面図を示している。

図７を参照すると、エーロフォイル７００の実施形態の半径方向に下向きの上面図が、実施形態にしたがって示されている。エーロフォイル７００は、先端部フィレット７７０を含み、先端部フィレット７７０は、負圧側面７５２の上に配設され、流路の中へ延在している。見ることができるように、先端部フィレット７７０は、エーロフォイル７００のキャンバーライン７８０（破線で示されている）に対して実質的に垂直に配設されており、公称／標準エーロフォイルセクションの厚さに対して、エーロフォイル７００の断面の先端部部分の厚さを増加させている。

図８～図１０に示されているように、７７０の先端部フィレットは、エーロフォイル７００に対して変化する厚さおよび／または形状を有することが可能である。先端部フィレット７７０のこの形状および／または厚さは、エーロフォイル７００の上の先端部フィレット７７０の所与の断面の場所に依存することが可能である。図８を見てみると、エーロフォイル７００の前縁部に最も近い線Ａ－Ａに沿ったエーロフォイル７００の断面図が、実施形態にしたがって示されている。見ることができるように、前縁部の近位のエーロフォイル７００の上のこの場所において、先端部フィレット７７０の第１の部分７７４は、図９に示されている第２の部分７７６に対して実質的に小さい厚さを有しており、第２の部分７７６は、前縁部と後縁部との間のエーロフォイル７００の中間点の近位に位置付けされている。同様に、図１０に示されており、エーロフォイル７００の後縁部の近位に位置付けされている第３の部分７７８は、第２の部分７７６よりも小さい厚さを有することが可能である。先端部フィレット７７０の厚さおよび／または形状は、表面７５２にわたって変化することが可能であるということ、および、エーロフォイル７００の壁部は、図７～図１０において、実質的に平行であるように示されているが、これらの実施形態は、単なる例であるということ、および、エーロフォイル７００の壁部は、任意の形状および／または互いに対する任意の関係をとることが可能であるということが理解される。

図１１を見てみると、エーロフォイル８５０は、実施形態にしたがって、エーロフォイル８５０の上に配設されている単一の先端部フィレット８５２を含むように示されている。ある実施形態では、先端部フィレット８５２の厚さは、エーロフォイル８５０の先端部８５４に近接することに関連して増加することが可能である。見ることができるように、厚さの変化ΔＴの割合は、先端部８５４への半径方向の近接ΔＲの割合にわたって、徐々に増加することが可能である。図１２に示されている別の実施形態では、エーロフォイル８５０は、第１の先端部フィレット８５２と第２の先端部フィレット８５６とを含む。ある実施形態では、エーロフォイル８５０の厚さの変化ΔＴの割合は、第１の先端部フィレット８５２および第２の先端部フィレット８５６の両方によって制御することが可能である。ある実施形態では、第１の先端部フィレット８５２および第２の先端部フィレット８５６のそれぞれは、半径方向スパン部分Ｒにわたって、エーロフォイル８５０の相対的な厚さに寄与することが可能である。一実施形態では、最小半径方向スパンＲにおいて、それぞれの先端部フィレットの効果は、ΔＴ／２とすることが可能である。一実施形態では、先端部フィレット８５２は、直線状の形状、凹面形状、凸面形状、および／または、屈曲形状の点を含むことが可能である。

本発明の実施形態は、望まれ得るように、および／または、適当であり得るように、航空、発電、ならびに／または、他の用途および／もしくはデバイスで使用することが可能である。例えば、図１３は、実施形態が使用され得る多軸コンバインドサイクル発電プラント９００の一部分の概略図を示している。コンバインドサイクル発電プラント９００は、例えば、発電機９７０に操作可能に接続されているガスタービン９８０を含むことが可能である。発電機９７０およびガスタービン９８０は、シャフト９１５によって機械的に連結することが可能であり、シャフト９１５は、ガスタービン９８０の駆動シャフト（図示せず）と発電機９７０との間でエネルギーを伝達することが可能である。また、図１３に示されているのは、ガスタービン９８０および蒸気タービン９９２に操作可能に接続されている熱交換器９８６である。熱交換器９８６は、従来の導管（付番は省略されている）を介して、ガスタービン９８０および蒸気タービン９９２の両方に流体接続することが可能である。ガスタービン９８０および／または蒸気タービン９９２は、図２の、または、本明細書で説明されている他の実施形態の先端部フィレット２１０を含むことが可能である。熱交換器９８６は、従来のコンバインドサイクル発電システムの中で使用されるような、従来の熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）とすることが可能である。発電の技術分野で知られているように、ＨＲＳＧ９８６は、ガスタービン９８０からの高温排気（それは、水供給と組み合わせられる）を使用し、蒸気タービン９９２に給送される蒸気を生成することが可能である。蒸気タービン９９２は、随意的に、（第２のシャフト９１５を介して）第２の発電機システム９７０に連結することが可能である。発電機９７０およびシャフト９１５は、当技術分野で知られている任意のサイズまたはタイプのものとすることが可能であり、それらの用途、または、それらが接続されているシステムに応じて異なることが可能であるということが理解される。発電機およびシャフトの共通の付番は、明確化のためのものであり、必ずしもこれらの発電機またはシャフトが同一とすることを提案しているわけではない。図１４に示されている別の実施形態では、単一のシャフトコンバインドサイクル発電プラント９９０は、単一のシャフト９１５を介して、ガスタービン９８０および蒸気タービン９９２の両方に連結されている単一の発電機９７０を含むことが可能である。蒸気タービン９９２および／またはガスタービン９８０は、図２の、または、本明細書で説明されている他の実施形態の先端部フィレット２１０を含むことが可能である。

本開示の装置およびデバイスは、任意の１つの特定のエンジン、タービン、ジェットエンジン、発電機、発電システムまたは他のシステムに限定されず、他の航空機システム、発電システム、および／またはシステム（例えば、コンバインドサイクル、単純サイクル、原子炉など）とともに使用することが可能である。追加的に、本発明の装置は、本明細書で説明されていない他のシステムとともに使用することが可能であり、それは、先端部漏洩低減の増加、本明細書で説明されている装置およびデバイスの効率の増加から利益を得ることが可能である。

本明細書で使用されている専門用語は、特定の実施形態を説明する目的だけのためのものであり、本開示を限定することは意図していない。本明細書で使用されているように、単数形の「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および、「前記（ｔｈｅ）」は、文脈で明確に別のことが指示されていない限り、複数形も含むということを意図している。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」の用語は、この明細書の中で使用されているときには、述べられている特徴、整数、ステップ、運転、エレメント、および／またはコンポーネントの存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、運転、エレメント、コンポーネント、および／または、それらのグループの存在または付加を排除しないということがさらに理解されることとなる。

この書面による説明は、本発明を開示するために、また、任意の当業者が本発明を実施（任意のデバイスまたはシステムを製造および使用すること、ならびに任意の組み込まれた方法を実行することを含む）することができるように、例（最良の形態を含む）を使用している。本発明の特許の範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者が考え付く他の例を含むことが可能である。そのような他の例が、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を含んでいる場合には、または、特許請求の範囲の文言とわずかに異なる、均等な構造的要素を含んでいる場合には、そのような他の例は、特許請求の範囲内に含まれるということが意図されている。

１０ タービン
１２ ローター
１４ シャフト
１８ ホイール
２０ ブレードまたはバケット
２１ ノズル
２２ 静止ブレードまたは静翼
７０ 流体フロー
２００ タービンコンポーネント
２０２ 先端部
２０６ 第１のフロー表面
２０８ ルート部
２１０ 先端部フィレット
２２０ エーロフォイル
３０８ 第２のフロー表面
３１４ 第２の先端部フィレット
３４０ 先端部渦
４００ タービンブレード
４０８ 第２の表面
４２０ 先端部フィレット
５００ グラフ表示
５６０ ｘ－軸
５６２ ｙ－軸
５７０ 厚さの関数
５７２ 先端部フィレット曲線／関数
６００ グラフ表示
６６０ ｘ－軸
６６２ ｙ－軸
６７０ 厚さの傾き関数
６７２ 例示的な曲線
７００ エーロフォイル
７５２ 負圧側面
７７０ 先端部フィレット
７７４ 先端部フィレットの第１の部分
７７６ 先端部フィレットの第２の部分
７７８ 先端部フィレットの第３の部分
７８０ キャンバーライン
８５０ エーロフォイル
８５２ 単一の先端部フィレット
８５４ 先端部
８５６ 第２の先端部フィレット
９００ コンバインドサイクル発電プラント
９１５ シャフト
９７０ 発電機
９８０ ガスタービン
９８６ 熱交換器
９９２ 蒸気タービン

Claims (7)

1. タービンブレードであって、
   タービンに接続するように構成されているルート部と、
   前記ルート部に接続され、前記タービンのフロー経路の中へ延在するように構成されているエーロフォイルであって、前記エーロフォイルは、前記ルート部の実質的に反対側に配設されている先端部と負圧側面と正圧側面とを含み、前記負圧側面が第１の表面を画定し、前記正圧側面が第２の表面を画定する、エーロフォイルと、
   前記第１の表面から実質的に離れて延在し、前記先端部へ延在している第１の先端部フィレットと、
   を含み、
   前記第２の表面は、前記タービンブレードの前縁部と後縁部との間の前記エーロフォイルの中間点の近位に位置付けられる断面であって、前記先端部で前記エーロフォイルのキャンバーライン（７８０）に対して垂直かつ、前記エーロフォイルの長手軸に平行な断面において直線となり、
   前記第１の先端部フィレットは、前記タービンブレードの負圧側面に前記前縁部から前記後縁部まで配設され、前記タービンブレードの正圧側に配設されず、
   前記先端部フィレットが、前記第１の表面に近接する先端部渦の場所を越えて延在する形状を有し、
   前記エーロフォイルの厚さの傾きが、前記エーロフォイルの半径方向スパンの７５％～８０％の間の位置において増加し始め、
   前記エーロフォイルと前記第１の先端部フィレットの、前記先端部における、半径方向に垂直な断面を第１の断面とし、
   前記エーロフォイルの、前記半径方向スパンの７５％～８０％の間の位置における半径方向に垂直な断面を第２の断面とすると、
   前記第１及び第２の断面は、それぞれ翼の断面の形状を有し、
   第１の厚さが、前記第２の断面における、前記エーロフォイルの前記負圧側の前記第１の表面と前記エーロフォイルの前記正圧側の前記第２の表面との間の前記キャンバーライン（７８０）に垂直な方向の距離により画定され、
   第２の厚さが、前記第１の断面における前記負圧側の前記第１の先端部フィレットの外表面と前記第２の断面における前記エーロフォイルの前記負圧側の前記第１の表面との間の前記キャンバーライン（７８０）に垂直な方向の距離により画定され、
   前記第２の厚さは、前記前縁部から前記後縁部に渡って常に前記第１の厚さより薄い、
   タービンブレード。
2. 前記第１の先端部フィレットが、実質的に凹面形状を有している、請求項１に記載のタービンブレード。
3. タービンコンポーネントであって、
   タービンに接続するように構成されているルート部と、
   前記ルート部の上に配設され、タービンフロー経路の中へ延在するように構成されているブレードであって、前記ブレードは、エーロフォイル形状を有し、先端部と負圧側面と正圧側面とを含み、前記負圧側面が第１の表面を画定し、前記正圧側面が第２の表面を画定する、ブレードと、
   前記タービンコンポーネントの前記第１の表面から延在し、前記先端部へ延在している先端部フィレットと、
   を含み、
   前記第２の表面は、前記タービンブレードの前縁部と後縁部との間の前記エーロフォイルの中間点の近位に位置付けられる断面であって、前記先端部で前記エーロフォイルのキャンバーライン（７８０）に対して垂直かつ、前記エーロフォイルの長手軸に平行な前記断面において直線となり、
   前記先端部フィレットは、前記ブレードの負圧側に前記前縁部から前記後縁部まで配設され、前記タービンブレードの正圧側に配設されず、
   前記先端部フィレットが、前記タービンコンポーネントの前記第１の表面に近接する先端部渦の場所を越えて延在する形状を有し、
   前記エーロフォイルの厚さの傾きが、前記エーロフォイルの半径方向スパンの７５％～８０％の間の位置において増加し始め、
   前記エーロフォイルと前記第１の先端部フィレットの、前記先端部における、半径方向に垂直な断面を第１の断面とし、
   前記エーロフォイルの、前記半径方向スパンの７５％～８０％の間の位置における半径方向に垂直な断面を第２の断面とすると、
   前記第１及び第２の断面は、それぞれ翼の断面の形状を有し、
   第１の厚さが、前記第２の断面における、前記エーロフォイルの前記負圧側の前記第１の表面と前記エーロフォイルの前記正圧側の前記第２の表面との間の前記キャンバーライン（７８０）に垂直な方向の距離により画定され、
   第２の厚さが、前記第１の断面における前記負圧側の前記第１の先端部フィレットの外表面と前記第２の断面における前記エーロフォイルの前記負圧側の前記第１の表面との間の前記キャンバーライン（７８０）に垂直な方向の距離により画定され、
   前記第２の厚さは、前記前縁部から前記後縁部に渡って常に前記第１の厚さより薄い、
   タービンコンポーネント。
4. 前記先端部フィレットが、前記ブレードの上に張り出している、請求項３に記載のタービンコンポーネント。
5. 前記先端部フィレットが、実質的に凹面形状を有している、請求項３または４に記載のタービンコンポーネント。
6. 前記先端部フィレットが、前記タービンコンポーネントの前記第１の表面から、前記先端部フィレットの末端部を越えて前記タービンコンポーネントの表面に沿う位置における局所的なフロー方向に対して実質的に垂直な方向に延在している、請求項３から５のいずれかに記載のタービンコンポーネント。
7. ケーシングおよび少なくとも１つの静止ブレードを含むノズルと、
   ハブおよび少なくとも１つの回転ブレードを含むローターと、
   前記ノズルの前記ケーシングによって実質的に取り囲まれた第１の部分、および、前記ローターの前記ハブを実質的に取り囲む第２の部分を含む作動流体通路と、
   を含む、タービンであって、
   前記少なくとも１つの回転ブレードのそれぞれは、請求項１または２に記載のタービンブレードである、または、前記少なくとも１つの静止ブレードのそれぞれは、請求項３に記載のタービンコンポーネントである、
   タービン。

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