共通先端チャンバブレード
【課題】 本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的にはタービンブレードの冷却に関する。
【解決手段】 タービンブレード(１０)は、対向する前縁と後縁（２６、２８）との間で離間して配置された正圧側壁と負圧側壁（２２、２４）とを有し、複数の隔壁（４２）によって相互接続された第１及び第２の独立した冷却回路（４４、４６）を定めるエーロフォイル（１６）を含む。冷却回路(４４、４６)は、ブレード（１０）のダブテール(２０)の対応する入口を有し、ブレードのプラットフォーム（１８）を通り、及びエーロフォイル（１６）を通ってその先端（３２）まで延びる。共通吐出チャンバ（５２）は、エーロフォイル先端（３２）の下に配置され、回路から冷却空気を吐出するための複数の出口孔（５４、５６）を含む。
【解決手段】 タービンブレード(１０)は、対向する前縁と後縁（２６、２８）との間で離間して配置された正圧側壁と負圧側壁（２２、２４）とを有し、複数の隔壁（４２）によって相互接続された第１及び第２の独立した冷却回路（４４、４６）を定めるエーロフォイル（１６）を含む。冷却回路(４４、４６)は、ブレード（１０）のダブテール(２０)の対応する入口を有し、ブレードのプラットフォーム（１８）を通り、及びエーロフォイル（１６）を通ってその先端（３２）まで延びる。共通吐出チャンバ（５２）は、エーロフォイル先端（３２）の下に配置され、回路から冷却空気を吐出するための複数の出口孔（５４、５６）を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的にはタービンブレード冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンでは、空気が圧縮器で加圧され、燃焼器で燃料と混合されて高温燃焼ガスを発生する。幾つかの列又は段のタービンブレードにおいて燃焼ガスからエネルギーが抽出されて、圧縮器に動力を供給し、ターボファン航空機エンジン用途においてはファンに動力を供給し、又は船舶及び産業用途においては外部駆動シャフトに動力を供給する。
【０００３】
高圧タービン（ＨＰＴ）は、１つ又はそれ以上の段を含み、最初に燃焼器から高温ガスを受け取り、圧縮器から抽気された加圧空気の一部を全体にわたって運ぶことによって通常は内部冷却される。各タービンブレードは、一体的なプラットフォーム及び支持ダブテールから半径方向外側に延びるエーロフォイルを含む。エーロフォイルは中空であり、抽気空気又は冷却空気を受け取るための入口をダブテールのベースに有する、種々の冷却回路を含む。
【０００４】
タービンブレード冷却は、エーロフォイルの対向する正圧側面と負圧側面にわたって、及び軸方向に対向する前縁と後縁の間、並びに半径方向に対向する内側根元と外側先端の間の燃焼ガスからの変化する熱負荷に対処するために調整される冷却回路の種々の構成で密集した状態にある。各エーロフォイルは、側壁を通る典型的なフィルム冷却孔の列を含み、該孔は、エーロフォイルの外表面にわたる対応する断熱フィルムにおいて使用済み冷却空気を吐出する。
【０００５】
内部冷却回路はエーロフォイルのスパンに沿って半径方向に延びる対応する隔壁又はブリッジによって互いに軸方向に分離された半径方向のチャネル又はレッグを含む。専用冷却レッグは、特定の冷却用に前縁のすぐ後ろで後縁のすぐ前で使用してもよい。エーロフォイルの翼弦中央領域は更に、エーロフォイルの根元と先端の間の冷却空気の半径方向の流れを交互にする、複数の半径方向レッグを有する典型的には蛇行回路の形態での専用冷却チャネルを含む。
【０００６】
１つ又はそれ以上の蛇行冷却回路は、前縁及び後縁に沿って冷却レッグと組み合わせるか、又は独立して使用することができる。冷却回路はまた、正圧側面と負圧側壁の内部表面に沿った様々な形式の短いリブ又はタービュレータを含み、冷却空気を遮って伝熱を増加させる。
【０００７】
ガスタービンエンジンに備えられるタービンブレードは、エンジンが運転される局所的環境に影響される。更に、エンジンの最低重量は通常、主要な設計目標であり、特に航空機エンジンでは、航空機に組み込まれた時に、エンジン及び関連する装置の寸法及び複雑さを制限する。
【０００８】
例えば、ダストの多い環境でガスタービンエンジンを運転すると、圧縮器を通ってダスト粒子を運ぶことになり、該ダスト粒子はまた、タービンブレードに使用される冷却空気中に混入される。タービンブレードの冷却回路は比較的小さく、種々のフィルム冷却孔の列を含む小さな要素を備えている。典型的なフィルム冷却孔は直径約１０−１５ミルであり、運転中にダストが蓄積し易い。
【０００９】
従って、混入されたダスト粒子が容易にエーロフォイルを出て、該エーロフォイル又はより小さなフィルム冷却孔におけるダスト蓄積を最小にすることを可能にするために、エーロフォイル先端に比較的大きなダスト孔を含むことは、一般的な方法である。典型的なダスト孔の直径は、小さなフィルム冷却孔の直径の数倍の約２５〜６０ミリである。
【００１０】
更に、典型的なタービンブレードの先端領域はまた、その耐久性及び長い耐用年数を保証するために専用の冷却を必要とする。典型的なエーロフォイル先端は、エーロフォイルの半径方向外側端部が閉じている薄い平板であり、典型的にはスケーラー又は先端リブの形態の正圧及び負圧側壁の短い延張部を含む。スケーラーリブは、エーロフォイルから冷却空気及び任意のダストを吐出するためにダスト孔が配置された、外側に開いた先端キャビティを定める。先端はまた、典型的には先端自体及び隣接したスケーラーリブを冷却するための幾つかの小さな冷却孔を含む。
【００１１】
ダスト孔は通常、フィルム冷却孔及び先端冷却孔よりはるかに大きいので、該冷却孔自体は冷却効果がほとんどなく、各エーロフォイルによって運ばれる必要のある冷却空気の流量がこれに伴い増大する。この抽気空気は燃焼プロセスにおいては使用されないので、エーロフォイルを通って運ばれるこうしたどのような過剰な空気も、これに従ってガスタービンエンジンの全体的な効率を低下させる。
【００１２】
大きなダスト孔のこの問題が更に悪いことには、使用される複数の独立した冷却回路の個々のタービンブレードには、複数の大きなダスト孔が通常必要となる。燃焼ガスの圧力分布が、前縁と後縁との間、並びにエーロフォイルの正圧側面及び負圧側面に沿ってエーロフォイルの外表面にわたり変化するので、独立した冷却回路が各エーロフォイルの内部に通常設けられ、共通の圧力抽気空気が供給される。
【特許文献１】特開平１０−２８０９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
冷却空気がエーロフォイル内の独立した回路を通って運ばれると、各冷却回路の入口と、エーロフォイル側壁に沿ったフィルム冷却孔、薄い後縁に沿った後縁孔、及びエーロフォイル先端における先端冷却孔などといった様々な出口との間で圧力損失又は圧力低下を受ける。各回路及びその様々な出口孔は、運転中に高温燃焼ガスのエーロフォイルへの吸い込みを防ぐために出口孔の各々で適切な逆流マージンを保持するように特別に設計されている。逆流マージンは、各タービンブレード内の様々な冷却回路を構成する上で主要な設計目標である。
【００１４】
従って、ダスト孔を通る空気の吐出を最小限にするためにタービンブレードを改善することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
タービンブレードは、対向する前縁と後縁との間で離間して配置された正圧側壁と負圧側壁とを有し、複数の隔壁によって相互接続された第１及び第２の独立した冷却回路を定めるエーロフォイルを含む。冷却回路は、ブレードのダブテールの対応する入口を有し、ブレードのプラットフォームを通り及びエーロフォイルを通ってその先端まで延びる。共通吐出チャンバは、エーロフォイル先端の下に配置され、回路から冷却空気を吐出するための複数の出口孔を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明並びに本発明の別の目的並びに利点は、例示的な好ましい実施形態に従って、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明において具体的に説明される。
【００１７】
図１に示されるのは、軸方向のセンタライン軸１４を有する支持ロータディスク１２から半径方向外側に延びる例示的なタービンロータブレード１０である。タービンブレード１０は、航空機用エンジン、もしくは例えば船舶又は発電機に動力を供給するための船舶用エンジン又は産業用エンジンのいずれかとして構成された、ガスタービンエンジンにおける高圧タービンの例示的な第２段の幾つかのブレード列の１つである。
【００１８】
タービンブレード１０は、エーロフォイル１６、プラットフォーム１８、及び典型的な一体鋳造で一体的に接合されたダブテール２０を含む。エーロフォイルは、ほぼ凹面の正圧側壁２２、及び円周方向で反対側にあるほぼ凸面の負圧側壁２４を含み、これらは軸方向又は翼弦方向に対向する前縁及び後縁２６、２８で一体的に接合される。この２つの側壁は、プラットフォーム１８にある内側根元３０から反対側の半径方向外側先端３２まで半径方向スパンで延びている。
【００１９】
ブレード先端３２は、エーロフォイルの半径方向外側端部を閉じる薄い平板の形態であり、２つの側壁２２、２４は、好ましくは、対応する小さなスケーラー先端リブ３４に沿って先端３２から半径方向外側に延びて、外部先端キャビティ３６を有する先端キャップを全体的に定める。
【００２０】
ガスタービンエンジンの運転中、高温燃焼ガス３８は燃焼器（図示せず)から吐出され、個々のタービンエーロフォイル１６の周りを軸方向後方に流れ、内側プラットフォーム１８が燃焼ガスの半径方向内側境界を定める。更に、各エーロフォイルは中空であり、ブレードを内部冷却するために圧縮器（図示せず）から抽気された加圧冷却空気４０をブレードダブテールを介して受け入れる。
【００２１】
図１及び２を参照すると、２つの側壁２２、２４は、エーロフォイルの前縁及び後縁２６、２８の間に横方向又は円周方向で離間して配置され、通常の鋳物中にある２つの側壁と一体的に接合された複数の好ましい無孔リブ又は隔壁４２によって局部的に相互接続される。幾つかの隔壁は、図示された第１及び第２の独立した蛇行冷却回路４４、４６などの、エーロフォイルの内側にある複数の内部冷却回路を定めるのに使用される。
【００２２】
冷却回路の各々は、圧縮器から冷却空気４０を受け取るためのダブテール２０の下側ベースにおいて対応する入口を含む。各ダブテール２０は、支持ロータディスク１２の周辺に形成された対応する軸方向ダブテールスロットにおいて、保持のために軸方向に延びた複数の中子又はローブを通常含む、従来型の構成を有する。冷却回路は、ダブテールから延び、及びプラットフォーム１８並びにエーロフォイル１６を通って平行に該エーロフォイルの根元と先端との間を流れる。
【００２３】
冷却回路４４、４６は、図示された例示的な３パス蛇行回路のような、任意の従来型構成を有してもよい。従って、第1の回路４４は、エーロフォイル根元と外側先端３２との間にスパンで延びる３つの半径方向のレッグ又はチャネルを含む。この３つのレッグは、第１の３つの半径方向隔壁４２によって定められ、これに応じて、各後続のレッグにおいて冷却空気の方向を反転させるために１８０度の湾曲又は転回を備えて半径方向内側又は外側に延びる。
【００２４】
第２の回路４６は、これに応じて内側根元と外側先端３２との間にスパンで延びる３つのレッグ又はチャネルを含む。第２の回路４６の３つのレッグは、最後の３つの半径方向の隔壁４２によって同様に定められ、第２の回路を通る冷却空気の方向を反転させるために、対応する１８０度の転回又は湾曲を備えて半径方向内側又は半径方向外側に延びる。
【００２５】
冷却回路の様々なチャネルは、正圧側壁及び負圧側壁の内面上に従来型のタービュレータ（図示せず）を含むことができ、冷却空気がエーロフォイルを通って半径方向に流れるときに、冷却空気を局部的に遮ることにより熱伝達を向上させる。このようにして、冷却空気は、エーロフォイルの外側の燃焼ガスの種々の熱負荷に対応するために必要とされるエーロフォイルの異なる部分を冷却するために、蛇行回路の複数のレッグを通じて運ばれる際に対流によってエーロフォイルが冷却される。
【００２６】
回路からの使用済み冷却空気は、エーロフォイルの側壁を通って傾斜する小さなフィルム冷却孔４８の幾つかの列のような様々な従来型出口を通り、並びに任意の従来型構成のエーロフォイルの薄い後縁を通って軸方向後方に延びる小さな後縁冷却孔５０を通って吐出することができる。
【００２７】
図３に最も良く示されているように、エーロフォイルは更に、２つの冷却回路４４、４６と流れ連通したエーロフォイル先端３２のすぐ下に配置された共通吐出又は出口チャンバ５２を含む。これに応じて、先端３２は、２つの回路４４、４６から冷却空気４０を吐出するために複数の異なる寸法の出口孔５４、５６を含む。
【００２８】
より具体的には、エーロフォイル先端は、単一の大きなダスト孔５４、並びに残りの複数の小さな冷却孔５６を含む。単一のダスト孔５４は、直径Ａの円筒状であり、小さな冷却孔５６の各々が同一の直径Ｂを備えた円筒状とすることができる。
【００２９】
先端冷却孔５６は、冷却空気必要量を最小限にするために、各孔のまわりの先端３２を局部的に冷却する、通常は比較的小さい従来型の任意のサイズを有することができる。例えば、先端冷却孔５６の直径Ｂは約１０から約２０ミルとすることができる。
【００３０】
反対に、単一のダスト孔５４は、冷却孔５６の直径Ｂの約２倍の直径Ａを有し、約２５から約６０ミルまでの例示的な範囲にあるものとすることができる。従って、単一のダスト孔５４は、個々の冷却孔５６の各々よりも約４倍の吐出流れ面積を有する。
【００３１】
このように、共通先端チャンバ５２は、２つの冷却回路４４、４６からの吐出空気を集め、該空気を共通のダスト孔５４及び先端孔５６を通じて、流れ連通で配置された外部先端キャビティ３６に吐出する。従って、単一のダスト孔は、２つの冷却回路から空気を吐出し、これによってそこに含まれている全てのダストを吐出して、エーロフォイルの内部に蓄積したダストを最小限にするのに使用される。
【００３２】
従って、２つの個別に独立した冷却回路に対して２つの個別の独立したダスト孔を使用するのではなく、２つの冷却回路は、互いに独立したままであるが、共通の出口チャンバ５２に吐出し、そこから収集された空気中のダストが単一のダスト孔５４を通って吐出することができる。従って、単一のダスト孔５４は、両方の冷却回路として使用され、これに対応して、複数の冷却回路につき複数の大きなダスト孔を有する従来型のタービンブレードと比較してタービンブレードの冷却空気必要量が低減される。
【００３３】
共通先端チャンバ５２の別の利点は、単一のダスト孔５４とは無関係に先端３２全体を冷却するための残りの小さな先端冷却孔５６の位置をこれに応じて調整することが可能であることである。先端チャンバ５２は、運転中に外部先端キャビティ３６を流れる燃焼ガスに十分な逆流マージンを維持すると共に、使用済みの加圧冷却空気４０を集めることができる局部的に大きなプレナムを提供する。
【００３４】
小さな先端冷却孔５６の各々は、貫通して吐出される冷却空気量を制限又は計量し、単一の大きなダスト孔５４に比べて、これらは冷却空気を全体として吐出する。２つ又はそれ以上の大きなダスト孔の代わりに単一のダスト孔５４を小さな先端冷却孔と組合せて使用すると、ブレードの先端キャップ領域の冷却構成が改善される。
【００３５】
上述のように、図２及び３で示された２つの冷却回路４４、４６は、図示された３パス蛇行冷却回路のような様々な従来型の構成を有することができる。例えば、２つの回路４４、４６の対応する最後のレッグは、エーロフォイル先端のすぐ下にある共通チャンバ５２で終端する。
【００３６】
図２及び３で示された例示的な実施形態では、５つの半径方向の隔壁４２は、その翼弦に沿ったエーロフォイルを分割して、２つの冷却回路４４、４６の対応する６つのレッグを形成するのに使用される。中央又は中央翼弦隔壁は、エーロフォイルの中央近傍で前縁と後縁２６、２８との間で翼弦方向に配置される。第１の蛇行冷却回路４４は、同様に、中央隔壁４２と前縁２６との間に配置され、第２の蛇行冷却回路４６は、中央隔壁と後縁２８との間に配置される。
【００３７】
図３で示された中央隔壁は、前縁と後縁２６、２８との間に配置された５つの隔壁のうちの第３の隔壁である。これらの５つの隔壁は、これに応じて順に、エーロフォイル内部の２つの冷却回路の６つの半径方向チャネル又はレッグを形成する。第１のレッグは、前縁２６のすぐ後ろに配置され、第６のレッグは、後縁２８のすぐ前に配置される。
【００３８】
図２及び３で示された例示的な構成では、第１の冷却回路４４の最後又は第３のレッグが、中央又は第３の隔壁４２の前方の側部に沿って配置され、第２の冷却回路４６の最後のレッグは、同様に、エーロフォイルの内部の第４のレッグとして中央隔壁の反対側の後方側部に沿って配置される。
【００３９】
その結果、第１の回路４４の第１のレッグは、前縁２６のすぐ後ろに配置され、その流れを第１と第３のレッグの間に配置された第２のレッグへ後方に運ぶ。第２の回路４６の第１のレッグは、後縁２８のすぐ後ろに延びて、その流れを前方に、エーロフォイルの内部の第５のレッグ位置を占める蛇行回路の第２のチャネルに運ぶ。
【００４０】
このように、２つの３パス蛇行回路４４、４６は、エーロフォイルの前縁と後縁２６、２８に沿ったそれぞれの入口チャネルを有し、図２で示されるようなダブテールのベースの対応する入口からこれらの入口空気を受け取る。第１の蛇行回路４４は、冷却空気をエーロフォイルの翼弦中央の後方に運び、一方、第２の蛇行回路４６は、該空気をエーロフォイルの翼弦中央の前方に運ぶ。２つの回路の２つの最後のレッグは、上で示されるような共通の先端チャンバ５２にこれらの使用済み冷却空気を吐出する。
【００４１】
図２に示すように、第１と第５の隔壁は、共通の中央隔壁又は第３の隔壁に隣接するこれらのベースで局部的な遮断部を有し、ダブテールからの入口空気の一部が２つの回路の最後のレッグを通って吐出されている冷却空気に再度エネルギーを与えることを可能にする。
【００４２】
図３に最も良く示されているように、第１の回路４４は、好ましくは、第１の回路の最後のレッグを境界付ける第２の隔壁４２の外側端部と一体的に接合するために、エーロフォイルの前縁の近くの先端３２から半径方向内側に延びる前方湾曲部又はブリッジ５８を含む。同様に、第２の冷却回路４６は更に、後縁の近傍のエーロフォイル先端３２から第２の回路の最後のレッグを境界付ける第４の隔壁４２の外側端部まで半径方向内側に延びる後方湾曲部又はブリッジ６０を含む。２つのブリッジ５８、６０は、互いに翼弦方向に間隔を置いて配置されて配置され、翼弦方向で中央隔壁４２にまたがる共通チャンバ５２の前方及び後方端部を定める。
【００４３】
このように、２つのブリッジ５８、６０は、先端３２まで延びる第２及び第４の隔壁４２の一体的な延伸であり、それぞれの最後のレッグから２つの回路の各々の最初の２本のレッグを分離する。共通出口チャンバ５２は、２つの回路から集めた吐出流を受け入れるため比較的大きい。更に、ブリッジ５８、６０の各々は、平坦な先端３２に対して傾斜又は斜めであり、これに応じて、２つの回路の最初の２つのレッグ間で１８０度の外側への転回又は湾曲を定める。
【００４４】
傾斜したブリッジ５８、６０を用いて、エーロフォイルの半径方向外側先端のすぐ下にある、対応する２つの回路の第１及び第２のレッグとの間の冷却空気の転回効率を増加させることができる。更に、エーロフォイル先端は、それぞれのブリッジ５８、６０の外側にあり、且つエーロフォイルの対応する前縁と後縁の直近にある先端キャビティ３６へ冷却空気の一部を直接吐出するために、２つの回路の対応する第１のレッグと半径方向で一列に並ぶ先端冷却孔５６の対応する１つを含むことができる。
【００４５】
これに応じて、傾斜したブリッジ５８、６０は、共通先端チャンバ５２の寸法を増加させ、且つすぐ上にある先端３２の利用可能な面積を増加させて、共通の大きなダスト孔５４と共に好適な数の小さな先端冷却孔５６が導入される。
【００４６】
上記に示すように、エーロフォイルの内部冷却回路は、これらの使用済み冷却空気を共通先端チャンバ５２に吐出する種々の構成を有することができる。図４は、一部分を概略的に示したほぼ同一の第２の冷却回路４６を含むエーロフォイルの１つの変形形態と、共通先端チャンバ５２の後方部分を定める対応する後方ブリッジ６０を示す。しかしながら、この実施形態では、参照符号６２で示された第１の蛇行回路は、ほぼ同じ第１の３つの隔壁４２を使用した図３に示された対応する第１の回路４４とは逆方向に構成される。
【００４７】
図４に示す実施形態では、第１の回路６２の最後のレッグは、ここでは中央隔壁４２の前方側から離れた前縁２６のすぐ後ろに配置されている。代わりに、第１の回路６２の第１のレッグは、第１の２つの隔壁間に配置されているこの回路の第２のレッグと共に、中央隔壁の前方側に沿って真っ直ぐに延びている。
【００４８】
図４に示された実施形態では、先端３２から半径方向内側に間隔を置いて配置されて配置され且つこれらの間でほぼ平行な異なる形式の前方ブリッジ（参照符号６４で示される）を含む。前方ブリッジ６４は、第１の回路６２の別の又は第１の隔壁の半径方向外側端部を中央隔壁４２の半径方向外側端部と相互接続する。
【００４９】
この方法では、第１及び第３の隔壁は、前方ブリッジ６４によって共に接合されて第１及び第２のレッグ間で第１の回路６２の第１の転回又は湾曲を形成し、これらはエーロフォイルの第３及び第２のチャネルに配置される。第１の冷却回路６２の最後のレッグは、エーロフォイルの第１のチャネルに配置され、且つ使用済み冷却空気を、共通先端チャンバ５２の前方端部に吐出し、該チャンバは、ここでは、前方ブリッジ６４上の前方部分に、及び第１の実施形態から繰り返される後方ブリッジ６０によって後方部分に定められる。
【００５０】
共通チャンバ５２は、この場合も、冷却効果を最大にするために単一のダスト孔５４と小さな先端冷却孔５６とを先端にわたって適切な分布で含む。
【００５１】
図５は、エーロフォイル内部の冷却回路の更に別の変形形態を示す。第１の蛇行回路４４及び前方ブリッジ５８は、図３に示された第１の実施形態で備えられるものとほぼ同一である。
【００５２】
しかしながら、第２の蛇行冷却回路（参照符号６６で示される）は、図３及び４で示されたものと反対に構成される。この実施形態では、第２の回路６６の最後のレッグは、中央又は第３の隔壁４２の後方側から離れた後縁２８のすぐ前に配置される。
【００５３】
これに応じて、第２の回路６６の第１のレッグは、中央隔壁の後方側に沿って配置され、次いで、順に、第２の回路の第２及び第３のレッグが続き、これに応じて、これらはエーロフォイルの第４、第５及び第６のチャネルを占める。
【００５４】
図５に示される変形形態において、後方ブリッジ（参照符号６８で示される）は、後縁近傍の先端３２から半径方向内側に間隔を置いて配置されて配置され、中央又は第３の隔壁４２を第２の回路６６の別の又は最後の隔壁と相互接続する。このように、後方ブリッジ６８は、先端３２と平行に配置され、第２の回路６６の第１と第２のレッグとの間に第１の転回又は湾曲を定める。更に、後方ブリッジ６８は、共通先端チャンバ５２の後方部分を所定位置に定め、その前方部分は傾斜した前方ブリッジ５８によって定められている。
【００５５】
図５に示されたこの実施形態では、２つの蛇行回路４４、６６は、ブレード先端での冷却効果を最大にするために先端３２によって適切に分布させることができる単一のダスト孔５４及び幾つかの先端冷却孔５６を通って吐出させるために、この場合もやはり使用済み冷却空気を共通先端チャンバ５２に吐出する最後のレッグを有する。
【００５６】
図６は、傾斜ブリッジ５８、６０の代わりに使用されたこれらの対応する平行な前方及び後方ブリッジ６４、６８と共に、図４からの第１の冷却回路６２と図５からの第２の冷却回路６６とを組合せた蛇行冷却回路の別の態様を示す。
【００５７】
この実施形態では、第１の回路６２の最後のレッグは、この場合もやはり中央隔壁４２の前方側から離れた前縁２６のすぐ後ろに配置される。更に、第２の回路６６の最後のレッグは、中央隔壁の後方側から離れた後縁２８のすぐ前に配置される。
【００５８】
これに応じて、第１の回路６２の第１のレッグは、中央隔壁の前方側に沿って真っ直ぐに延び、第２の回路６６の第１のレッグは、中央隔壁の後方側に沿って真っ直ぐに延びる。
【００５９】
２つのブリッジ６４、６８は互いに共平面にあり、これらの間に共通先端チャンバ５２を定めるようにエーロフォイル先端３２と平行である。２つのブリッジ６４、６８は、第１、第３及び第５の隔壁の半径方向外側端部を一体的に相互接続し、第２及び第４の隔壁の外側端部が半径方向内側に間隔を置いて配置され、２つの回路６２及び６６の対応する第１の転回又は湾曲を定める。
【００６０】
図６に示された共通先端チャンバは、ここでは前縁と後縁の間で先端３２のすぐ下のエーロフォイルの全翼弦範囲を延びている。共通チャンバ５２はまた、前方ブリッジ及び後方ブリッジのすぐ上に配置され、且つ対応する前縁と後縁にそれぞれ沿ったこれらの最後のレッグから、２つの蛇行回路６２、６６からの使用済み冷却空気を受け取る。
【００６１】
エーロフォイル先端３２は、この場合もやはり、エーロフォイル先端で使用済み冷却空気の冷却効果を調整するために、分布された先端冷却孔５６内に適切に位置付けられた単一のダスト孔５４を含む。
【００６２】
図３から図６に示された蛇行冷却回路の種々の実施形態は、前縁及び後縁、並びに正圧側面及び負圧側壁に沿ったエーロフォイルの内部冷却の調整を可能にする。４つの実施形態全てにおいて、共通先端チャンバ５２は、先端３２のすぐ下に設けられ、単一のダスト孔５４及びより小さな先端冷却孔５６を含む。共通チャンバ５２を境界付ける、異なる形式の前方及び後方ブリッジは、内部冷却回路の異なる構成に関連して、エーロフォイル先端自体の冷却を調整することを可能にする。
【００６３】
２つの複数パスの蛇行冷却回路が上述の様々な実施形態で示されてきたが、別の冷却回路をまたエーロフォイルに組み入れてもよく、エーロフォイルの前縁又は後縁に沿った専用の単一レッグの冷却チャネルを含むことができる。蛇行冷却回路の様々な形式を使用して、複数の独立した冷却回路において単一のダスト孔を使用する共通の利点を全て共有することができる。更に、様々な形式の先端キャップを垂直又は傾斜したスケーラーリブ付きの正圧側面先端シェルフを含めて使用することができる。
【００６４】
本発明の好ましく且つ例示的な実施形態であると考えられるものを本明細書でこれまで述べてきたが、本発明の他の変形形態がここの教示から当業者には明白になるはずである。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】一部分が示された、支持ロータディスクから半径方向外側に延びるガスタービンエンジンの例示的なタービンロータブレードの部分断面等角図。
【図２】図１の線２−２に沿って見たタービンブレードの断面立面図。
【図３】図２に示されたブレードの先端領域の拡大断面図。
【図４】別の実施形態による図２で示されたブレードの先端領域の拡大断面図。
【図５】別の実施形態による図２で示されたブレードの先端領域の拡大断面図。
【図６】別の実施形態による図２で示されたブレードの先端領域の拡大断面図。
【符号の説明】
【００６６】
１０ タービンブレード
１８ プラットフォーム
２０ ダブテール
２２ 正圧側壁
２４ 負圧側壁
２６ 前縁
２８ 後縁
３２ エーロフォイル先端
４４ 第１の蛇行回路
４６ 第２の蛇行回路
５２ 共通先端チャンバ
５４ 大きいダスト孔
５６ 小さい先端冷却孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的にはタービンブレード冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンでは、空気が圧縮器で加圧され、燃焼器で燃料と混合されて高温燃焼ガスを発生する。幾つかの列又は段のタービンブレードにおいて燃焼ガスからエネルギーが抽出されて、圧縮器に動力を供給し、ターボファン航空機エンジン用途においてはファンに動力を供給し、又は船舶及び産業用途においては外部駆動シャフトに動力を供給する。
【０００３】
高圧タービン（ＨＰＴ）は、１つ又はそれ以上の段を含み、最初に燃焼器から高温ガスを受け取り、圧縮器から抽気された加圧空気の一部を全体にわたって運ぶことによって通常は内部冷却される。各タービンブレードは、一体的なプラットフォーム及び支持ダブテールから半径方向外側に延びるエーロフォイルを含む。エーロフォイルは中空であり、抽気空気又は冷却空気を受け取るための入口をダブテールのベースに有する、種々の冷却回路を含む。
【０００４】
タービンブレード冷却は、エーロフォイルの対向する正圧側面と負圧側面にわたって、及び軸方向に対向する前縁と後縁の間、並びに半径方向に対向する内側根元と外側先端の間の燃焼ガスからの変化する熱負荷に対処するために調整される冷却回路の種々の構成で密集した状態にある。各エーロフォイルは、側壁を通る典型的なフィルム冷却孔の列を含み、該孔は、エーロフォイルの外表面にわたる対応する断熱フィルムにおいて使用済み冷却空気を吐出する。
【０００５】
内部冷却回路はエーロフォイルのスパンに沿って半径方向に延びる対応する隔壁又はブリッジによって互いに軸方向に分離された半径方向のチャネル又はレッグを含む。専用冷却レッグは、特定の冷却用に前縁のすぐ後ろで後縁のすぐ前で使用してもよい。エーロフォイルの翼弦中央領域は更に、エーロフォイルの根元と先端の間の冷却空気の半径方向の流れを交互にする、複数の半径方向レッグを有する典型的には蛇行回路の形態での専用冷却チャネルを含む。
【０００６】
１つ又はそれ以上の蛇行冷却回路は、前縁及び後縁に沿って冷却レッグと組み合わせるか、又は独立して使用することができる。冷却回路はまた、正圧側面と負圧側壁の内部表面に沿った様々な形式の短いリブ又はタービュレータを含み、冷却空気を遮って伝熱を増加させる。
【０００７】
ガスタービンエンジンに備えられるタービンブレードは、エンジンが運転される局所的環境に影響される。更に、エンジンの最低重量は通常、主要な設計目標であり、特に航空機エンジンでは、航空機に組み込まれた時に、エンジン及び関連する装置の寸法及び複雑さを制限する。
【０００８】
例えば、ダストの多い環境でガスタービンエンジンを運転すると、圧縮器を通ってダスト粒子を運ぶことになり、該ダスト粒子はまた、タービンブレードに使用される冷却空気中に混入される。タービンブレードの冷却回路は比較的小さく、種々のフィルム冷却孔の列を含む小さな要素を備えている。典型的なフィルム冷却孔は直径約１０−１５ミルであり、運転中にダストが蓄積し易い。
【０００９】
従って、混入されたダスト粒子が容易にエーロフォイルを出て、該エーロフォイル又はより小さなフィルム冷却孔におけるダスト蓄積を最小にすることを可能にするために、エーロフォイル先端に比較的大きなダスト孔を含むことは、一般的な方法である。典型的なダスト孔の直径は、小さなフィルム冷却孔の直径の数倍の約２５〜６０ミリである。
【００１０】
更に、典型的なタービンブレードの先端領域はまた、その耐久性及び長い耐用年数を保証するために専用の冷却を必要とする。典型的なエーロフォイル先端は、エーロフォイルの半径方向外側端部が閉じている薄い平板であり、典型的にはスケーラー又は先端リブの形態の正圧及び負圧側壁の短い延張部を含む。スケーラーリブは、エーロフォイルから冷却空気及び任意のダストを吐出するためにダスト孔が配置された、外側に開いた先端キャビティを定める。先端はまた、典型的には先端自体及び隣接したスケーラーリブを冷却するための幾つかの小さな冷却孔を含む。
【００１１】
ダスト孔は通常、フィルム冷却孔及び先端冷却孔よりはるかに大きいので、該冷却孔自体は冷却効果がほとんどなく、各エーロフォイルによって運ばれる必要のある冷却空気の流量がこれに伴い増大する。この抽気空気は燃焼プロセスにおいては使用されないので、エーロフォイルを通って運ばれるこうしたどのような過剰な空気も、これに従ってガスタービンエンジンの全体的な効率を低下させる。
【００１２】
大きなダスト孔のこの問題が更に悪いことには、使用される複数の独立した冷却回路の個々のタービンブレードには、複数の大きなダスト孔が通常必要となる。燃焼ガスの圧力分布が、前縁と後縁との間、並びにエーロフォイルの正圧側面及び負圧側面に沿ってエーロフォイルの外表面にわたり変化するので、独立した冷却回路が各エーロフォイルの内部に通常設けられ、共通の圧力抽気空気が供給される。
【特許文献１】特開平１０−２８０９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
冷却空気がエーロフォイル内の独立した回路を通って運ばれると、各冷却回路の入口と、エーロフォイル側壁に沿ったフィルム冷却孔、薄い後縁に沿った後縁孔、及びエーロフォイル先端における先端冷却孔などといった様々な出口との間で圧力損失又は圧力低下を受ける。各回路及びその様々な出口孔は、運転中に高温燃焼ガスのエーロフォイルへの吸い込みを防ぐために出口孔の各々で適切な逆流マージンを保持するように特別に設計されている。逆流マージンは、各タービンブレード内の様々な冷却回路を構成する上で主要な設計目標である。
【００１４】
従って、ダスト孔を通る空気の吐出を最小限にするためにタービンブレードを改善することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
タービンブレードは、対向する前縁と後縁との間で離間して配置された正圧側壁と負圧側壁とを有し、複数の隔壁によって相互接続された第１及び第２の独立した冷却回路を定めるエーロフォイルを含む。冷却回路は、ブレードのダブテールの対応する入口を有し、ブレードのプラットフォームを通り及びエーロフォイルを通ってその先端まで延びる。共通吐出チャンバは、エーロフォイル先端の下に配置され、回路から冷却空気を吐出するための複数の出口孔を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明並びに本発明の別の目的並びに利点は、例示的な好ましい実施形態に従って、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明において具体的に説明される。
【００１７】
図１に示されるのは、軸方向のセンタライン軸１４を有する支持ロータディスク１２から半径方向外側に延びる例示的なタービンロータブレード１０である。タービンブレード１０は、航空機用エンジン、もしくは例えば船舶又は発電機に動力を供給するための船舶用エンジン又は産業用エンジンのいずれかとして構成された、ガスタービンエンジンにおける高圧タービンの例示的な第２段の幾つかのブレード列の１つである。
【００１８】
タービンブレード１０は、エーロフォイル１６、プラットフォーム１８、及び典型的な一体鋳造で一体的に接合されたダブテール２０を含む。エーロフォイルは、ほぼ凹面の正圧側壁２２、及び円周方向で反対側にあるほぼ凸面の負圧側壁２４を含み、これらは軸方向又は翼弦方向に対向する前縁及び後縁２６、２８で一体的に接合される。この２つの側壁は、プラットフォーム１８にある内側根元３０から反対側の半径方向外側先端３２まで半径方向スパンで延びている。
【００１９】
ブレード先端３２は、エーロフォイルの半径方向外側端部を閉じる薄い平板の形態であり、２つの側壁２２、２４は、好ましくは、対応する小さなスケーラー先端リブ３４に沿って先端３２から半径方向外側に延びて、外部先端キャビティ３６を有する先端キャップを全体的に定める。
【００２０】
ガスタービンエンジンの運転中、高温燃焼ガス３８は燃焼器（図示せず)から吐出され、個々のタービンエーロフォイル１６の周りを軸方向後方に流れ、内側プラットフォーム１８が燃焼ガスの半径方向内側境界を定める。更に、各エーロフォイルは中空であり、ブレードを内部冷却するために圧縮器（図示せず）から抽気された加圧冷却空気４０をブレードダブテールを介して受け入れる。
【００２１】
図１及び２を参照すると、２つの側壁２２、２４は、エーロフォイルの前縁及び後縁２６、２８の間に横方向又は円周方向で離間して配置され、通常の鋳物中にある２つの側壁と一体的に接合された複数の好ましい無孔リブ又は隔壁４２によって局部的に相互接続される。幾つかの隔壁は、図示された第１及び第２の独立した蛇行冷却回路４４、４６などの、エーロフォイルの内側にある複数の内部冷却回路を定めるのに使用される。
【００２２】
冷却回路の各々は、圧縮器から冷却空気４０を受け取るためのダブテール２０の下側ベースにおいて対応する入口を含む。各ダブテール２０は、支持ロータディスク１２の周辺に形成された対応する軸方向ダブテールスロットにおいて、保持のために軸方向に延びた複数の中子又はローブを通常含む、従来型の構成を有する。冷却回路は、ダブテールから延び、及びプラットフォーム１８並びにエーロフォイル１６を通って平行に該エーロフォイルの根元と先端との間を流れる。
【００２３】
冷却回路４４、４６は、図示された例示的な３パス蛇行回路のような、任意の従来型構成を有してもよい。従って、第1の回路４４は、エーロフォイル根元と外側先端３２との間にスパンで延びる３つの半径方向のレッグ又はチャネルを含む。この３つのレッグは、第１の３つの半径方向隔壁４２によって定められ、これに応じて、各後続のレッグにおいて冷却空気の方向を反転させるために１８０度の湾曲又は転回を備えて半径方向内側又は外側に延びる。
【００２４】
第２の回路４６は、これに応じて内側根元と外側先端３２との間にスパンで延びる３つのレッグ又はチャネルを含む。第２の回路４６の３つのレッグは、最後の３つの半径方向の隔壁４２によって同様に定められ、第２の回路を通る冷却空気の方向を反転させるために、対応する１８０度の転回又は湾曲を備えて半径方向内側又は半径方向外側に延びる。
【００２５】
冷却回路の様々なチャネルは、正圧側壁及び負圧側壁の内面上に従来型のタービュレータ（図示せず）を含むことができ、冷却空気がエーロフォイルを通って半径方向に流れるときに、冷却空気を局部的に遮ることにより熱伝達を向上させる。このようにして、冷却空気は、エーロフォイルの外側の燃焼ガスの種々の熱負荷に対応するために必要とされるエーロフォイルの異なる部分を冷却するために、蛇行回路の複数のレッグを通じて運ばれる際に対流によってエーロフォイルが冷却される。
【００２６】
回路からの使用済み冷却空気は、エーロフォイルの側壁を通って傾斜する小さなフィルム冷却孔４８の幾つかの列のような様々な従来型出口を通り、並びに任意の従来型構成のエーロフォイルの薄い後縁を通って軸方向後方に延びる小さな後縁冷却孔５０を通って吐出することができる。
【００２７】
図３に最も良く示されているように、エーロフォイルは更に、２つの冷却回路４４、４６と流れ連通したエーロフォイル先端３２のすぐ下に配置された共通吐出又は出口チャンバ５２を含む。これに応じて、先端３２は、２つの回路４４、４６から冷却空気４０を吐出するために複数の異なる寸法の出口孔５４、５６を含む。
【００２８】
より具体的には、エーロフォイル先端は、単一の大きなダスト孔５４、並びに残りの複数の小さな冷却孔５６を含む。単一のダスト孔５４は、直径Ａの円筒状であり、小さな冷却孔５６の各々が同一の直径Ｂを備えた円筒状とすることができる。
【００２９】
先端冷却孔５６は、冷却空気必要量を最小限にするために、各孔のまわりの先端３２を局部的に冷却する、通常は比較的小さい従来型の任意のサイズを有することができる。例えば、先端冷却孔５６の直径Ｂは約１０から約２０ミルとすることができる。
【００３０】
反対に、単一のダスト孔５４は、冷却孔５６の直径Ｂの約２倍の直径Ａを有し、約２５から約６０ミルまでの例示的な範囲にあるものとすることができる。従って、単一のダスト孔５４は、個々の冷却孔５６の各々よりも約４倍の吐出流れ面積を有する。
【００３１】
このように、共通先端チャンバ５２は、２つの冷却回路４４、４６からの吐出空気を集め、該空気を共通のダスト孔５４及び先端孔５６を通じて、流れ連通で配置された外部先端キャビティ３６に吐出する。従って、単一のダスト孔は、２つの冷却回路から空気を吐出し、これによってそこに含まれている全てのダストを吐出して、エーロフォイルの内部に蓄積したダストを最小限にするのに使用される。
【００３２】
従って、２つの個別に独立した冷却回路に対して２つの個別の独立したダスト孔を使用するのではなく、２つの冷却回路は、互いに独立したままであるが、共通の出口チャンバ５２に吐出し、そこから収集された空気中のダストが単一のダスト孔５４を通って吐出することができる。従って、単一のダスト孔５４は、両方の冷却回路として使用され、これに対応して、複数の冷却回路につき複数の大きなダスト孔を有する従来型のタービンブレードと比較してタービンブレードの冷却空気必要量が低減される。
【００３３】
共通先端チャンバ５２の別の利点は、単一のダスト孔５４とは無関係に先端３２全体を冷却するための残りの小さな先端冷却孔５６の位置をこれに応じて調整することが可能であることである。先端チャンバ５２は、運転中に外部先端キャビティ３６を流れる燃焼ガスに十分な逆流マージンを維持すると共に、使用済みの加圧冷却空気４０を集めることができる局部的に大きなプレナムを提供する。
【００３４】
小さな先端冷却孔５６の各々は、貫通して吐出される冷却空気量を制限又は計量し、単一の大きなダスト孔５４に比べて、これらは冷却空気を全体として吐出する。２つ又はそれ以上の大きなダスト孔の代わりに単一のダスト孔５４を小さな先端冷却孔と組合せて使用すると、ブレードの先端キャップ領域の冷却構成が改善される。
【００３５】
上述のように、図２及び３で示された２つの冷却回路４４、４６は、図示された３パス蛇行冷却回路のような様々な従来型の構成を有することができる。例えば、２つの回路４４、４６の対応する最後のレッグは、エーロフォイル先端のすぐ下にある共通チャンバ５２で終端する。
【００３６】
図２及び３で示された例示的な実施形態では、５つの半径方向の隔壁４２は、その翼弦に沿ったエーロフォイルを分割して、２つの冷却回路４４、４６の対応する６つのレッグを形成するのに使用される。中央又は中央翼弦隔壁は、エーロフォイルの中央近傍で前縁と後縁２６、２８との間で翼弦方向に配置される。第１の蛇行冷却回路４４は、同様に、中央隔壁４２と前縁２６との間に配置され、第２の蛇行冷却回路４６は、中央隔壁と後縁２８との間に配置される。
【００３７】
図３で示された中央隔壁は、前縁と後縁２６、２８との間に配置された５つの隔壁のうちの第３の隔壁である。これらの５つの隔壁は、これに応じて順に、エーロフォイル内部の２つの冷却回路の６つの半径方向チャネル又はレッグを形成する。第１のレッグは、前縁２６のすぐ後ろに配置され、第６のレッグは、後縁２８のすぐ前に配置される。
【００３８】
図２及び３で示された例示的な構成では、第１の冷却回路４４の最後又は第３のレッグが、中央又は第３の隔壁４２の前方の側部に沿って配置され、第２の冷却回路４６の最後のレッグは、同様に、エーロフォイルの内部の第４のレッグとして中央隔壁の反対側の後方側部に沿って配置される。
【００３９】
その結果、第１の回路４４の第１のレッグは、前縁２６のすぐ後ろに配置され、その流れを第１と第３のレッグの間に配置された第２のレッグへ後方に運ぶ。第２の回路４６の第１のレッグは、後縁２８のすぐ後ろに延びて、その流れを前方に、エーロフォイルの内部の第５のレッグ位置を占める蛇行回路の第２のチャネルに運ぶ。
【００４０】
このように、２つの３パス蛇行回路４４、４６は、エーロフォイルの前縁と後縁２６、２８に沿ったそれぞれの入口チャネルを有し、図２で示されるようなダブテールのベースの対応する入口からこれらの入口空気を受け取る。第１の蛇行回路４４は、冷却空気をエーロフォイルの翼弦中央の後方に運び、一方、第２の蛇行回路４６は、該空気をエーロフォイルの翼弦中央の前方に運ぶ。２つの回路の２つの最後のレッグは、上で示されるような共通の先端チャンバ５２にこれらの使用済み冷却空気を吐出する。
【００４１】
図２に示すように、第１と第５の隔壁は、共通の中央隔壁又は第３の隔壁に隣接するこれらのベースで局部的な遮断部を有し、ダブテールからの入口空気の一部が２つの回路の最後のレッグを通って吐出されている冷却空気に再度エネルギーを与えることを可能にする。
【００４２】
図３に最も良く示されているように、第１の回路４４は、好ましくは、第１の回路の最後のレッグを境界付ける第２の隔壁４２の外側端部と一体的に接合するために、エーロフォイルの前縁の近くの先端３２から半径方向内側に延びる前方湾曲部又はブリッジ５８を含む。同様に、第２の冷却回路４６は更に、後縁の近傍のエーロフォイル先端３２から第２の回路の最後のレッグを境界付ける第４の隔壁４２の外側端部まで半径方向内側に延びる後方湾曲部又はブリッジ６０を含む。２つのブリッジ５８、６０は、互いに翼弦方向に間隔を置いて配置されて配置され、翼弦方向で中央隔壁４２にまたがる共通チャンバ５２の前方及び後方端部を定める。
【００４３】
このように、２つのブリッジ５８、６０は、先端３２まで延びる第２及び第４の隔壁４２の一体的な延伸であり、それぞれの最後のレッグから２つの回路の各々の最初の２本のレッグを分離する。共通出口チャンバ５２は、２つの回路から集めた吐出流を受け入れるため比較的大きい。更に、ブリッジ５８、６０の各々は、平坦な先端３２に対して傾斜又は斜めであり、これに応じて、２つの回路の最初の２つのレッグ間で１８０度の外側への転回又は湾曲を定める。
【００４４】
傾斜したブリッジ５８、６０を用いて、エーロフォイルの半径方向外側先端のすぐ下にある、対応する２つの回路の第１及び第２のレッグとの間の冷却空気の転回効率を増加させることができる。更に、エーロフォイル先端は、それぞれのブリッジ５８、６０の外側にあり、且つエーロフォイルの対応する前縁と後縁の直近にある先端キャビティ３６へ冷却空気の一部を直接吐出するために、２つの回路の対応する第１のレッグと半径方向で一列に並ぶ先端冷却孔５６の対応する１つを含むことができる。
【００４５】
これに応じて、傾斜したブリッジ５８、６０は、共通先端チャンバ５２の寸法を増加させ、且つすぐ上にある先端３２の利用可能な面積を増加させて、共通の大きなダスト孔５４と共に好適な数の小さな先端冷却孔５６が導入される。
【００４６】
上記に示すように、エーロフォイルの内部冷却回路は、これらの使用済み冷却空気を共通先端チャンバ５２に吐出する種々の構成を有することができる。図４は、一部分を概略的に示したほぼ同一の第２の冷却回路４６を含むエーロフォイルの１つの変形形態と、共通先端チャンバ５２の後方部分を定める対応する後方ブリッジ６０を示す。しかしながら、この実施形態では、参照符号６２で示された第１の蛇行回路は、ほぼ同じ第１の３つの隔壁４２を使用した図３に示された対応する第１の回路４４とは逆方向に構成される。
【００４７】
図４に示す実施形態では、第１の回路６２の最後のレッグは、ここでは中央隔壁４２の前方側から離れた前縁２６のすぐ後ろに配置されている。代わりに、第１の回路６２の第１のレッグは、第１の２つの隔壁間に配置されているこの回路の第２のレッグと共に、中央隔壁の前方側に沿って真っ直ぐに延びている。
【００４８】
図４に示された実施形態では、先端３２から半径方向内側に間隔を置いて配置されて配置され且つこれらの間でほぼ平行な異なる形式の前方ブリッジ（参照符号６４で示される）を含む。前方ブリッジ６４は、第１の回路６２の別の又は第１の隔壁の半径方向外側端部を中央隔壁４２の半径方向外側端部と相互接続する。
【００４９】
この方法では、第１及び第３の隔壁は、前方ブリッジ６４によって共に接合されて第１及び第２のレッグ間で第１の回路６２の第１の転回又は湾曲を形成し、これらはエーロフォイルの第３及び第２のチャネルに配置される。第１の冷却回路６２の最後のレッグは、エーロフォイルの第１のチャネルに配置され、且つ使用済み冷却空気を、共通先端チャンバ５２の前方端部に吐出し、該チャンバは、ここでは、前方ブリッジ６４上の前方部分に、及び第１の実施形態から繰り返される後方ブリッジ６０によって後方部分に定められる。
【００５０】
共通チャンバ５２は、この場合も、冷却効果を最大にするために単一のダスト孔５４と小さな先端冷却孔５６とを先端にわたって適切な分布で含む。
【００５１】
図５は、エーロフォイル内部の冷却回路の更に別の変形形態を示す。第１の蛇行回路４４及び前方ブリッジ５８は、図３に示された第１の実施形態で備えられるものとほぼ同一である。
【００５２】
しかしながら、第２の蛇行冷却回路（参照符号６６で示される）は、図３及び４で示されたものと反対に構成される。この実施形態では、第２の回路６６の最後のレッグは、中央又は第３の隔壁４２の後方側から離れた後縁２８のすぐ前に配置される。
【００５３】
これに応じて、第２の回路６６の第１のレッグは、中央隔壁の後方側に沿って配置され、次いで、順に、第２の回路の第２及び第３のレッグが続き、これに応じて、これらはエーロフォイルの第４、第５及び第６のチャネルを占める。
【００５４】
図５に示される変形形態において、後方ブリッジ（参照符号６８で示される）は、後縁近傍の先端３２から半径方向内側に間隔を置いて配置されて配置され、中央又は第３の隔壁４２を第２の回路６６の別の又は最後の隔壁と相互接続する。このように、後方ブリッジ６８は、先端３２と平行に配置され、第２の回路６６の第１と第２のレッグとの間に第１の転回又は湾曲を定める。更に、後方ブリッジ６８は、共通先端チャンバ５２の後方部分を所定位置に定め、その前方部分は傾斜した前方ブリッジ５８によって定められている。
【００５５】
図５に示されたこの実施形態では、２つの蛇行回路４４、６６は、ブレード先端での冷却効果を最大にするために先端３２によって適切に分布させることができる単一のダスト孔５４及び幾つかの先端冷却孔５６を通って吐出させるために、この場合もやはり使用済み冷却空気を共通先端チャンバ５２に吐出する最後のレッグを有する。
【００５６】
図６は、傾斜ブリッジ５８、６０の代わりに使用されたこれらの対応する平行な前方及び後方ブリッジ６４、６８と共に、図４からの第１の冷却回路６２と図５からの第２の冷却回路６６とを組合せた蛇行冷却回路の別の態様を示す。
【００５７】
この実施形態では、第１の回路６２の最後のレッグは、この場合もやはり中央隔壁４２の前方側から離れた前縁２６のすぐ後ろに配置される。更に、第２の回路６６の最後のレッグは、中央隔壁の後方側から離れた後縁２８のすぐ前に配置される。
【００５８】
これに応じて、第１の回路６２の第１のレッグは、中央隔壁の前方側に沿って真っ直ぐに延び、第２の回路６６の第１のレッグは、中央隔壁の後方側に沿って真っ直ぐに延びる。
【００５９】
２つのブリッジ６４、６８は互いに共平面にあり、これらの間に共通先端チャンバ５２を定めるようにエーロフォイル先端３２と平行である。２つのブリッジ６４、６８は、第１、第３及び第５の隔壁の半径方向外側端部を一体的に相互接続し、第２及び第４の隔壁の外側端部が半径方向内側に間隔を置いて配置され、２つの回路６２及び６６の対応する第１の転回又は湾曲を定める。
【００６０】
図６に示された共通先端チャンバは、ここでは前縁と後縁の間で先端３２のすぐ下のエーロフォイルの全翼弦範囲を延びている。共通チャンバ５２はまた、前方ブリッジ及び後方ブリッジのすぐ上に配置され、且つ対応する前縁と後縁にそれぞれ沿ったこれらの最後のレッグから、２つの蛇行回路６２、６６からの使用済み冷却空気を受け取る。
【００６１】
エーロフォイル先端３２は、この場合もやはり、エーロフォイル先端で使用済み冷却空気の冷却効果を調整するために、分布された先端冷却孔５６内に適切に位置付けられた単一のダスト孔５４を含む。
【００６２】
図３から図６に示された蛇行冷却回路の種々の実施形態は、前縁及び後縁、並びに正圧側面及び負圧側壁に沿ったエーロフォイルの内部冷却の調整を可能にする。４つの実施形態全てにおいて、共通先端チャンバ５２は、先端３２のすぐ下に設けられ、単一のダスト孔５４及びより小さな先端冷却孔５６を含む。共通チャンバ５２を境界付ける、異なる形式の前方及び後方ブリッジは、内部冷却回路の異なる構成に関連して、エーロフォイル先端自体の冷却を調整することを可能にする。
【００６３】
２つの複数パスの蛇行冷却回路が上述の様々な実施形態で示されてきたが、別の冷却回路をまたエーロフォイルに組み入れてもよく、エーロフォイルの前縁又は後縁に沿った専用の単一レッグの冷却チャネルを含むことができる。蛇行冷却回路の様々な形式を使用して、複数の独立した冷却回路において単一のダスト孔を使用する共通の利点を全て共有することができる。更に、様々な形式の先端キャップを垂直又は傾斜したスケーラーリブ付きの正圧側面先端シェルフを含めて使用することができる。
【００６４】
本発明の好ましく且つ例示的な実施形態であると考えられるものを本明細書でこれまで述べてきたが、本発明の他の変形形態がここの教示から当業者には明白になるはずである。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】一部分が示された、支持ロータディスクから半径方向外側に延びるガスタービンエンジンの例示的なタービンロータブレードの部分断面等角図。
【図２】図１の線２−２に沿って見たタービンブレードの断面立面図。
【図３】図２に示されたブレードの先端領域の拡大断面図。
【図４】別の実施形態による図２で示されたブレードの先端領域の拡大断面図。
【図５】別の実施形態による図２で示されたブレードの先端領域の拡大断面図。
【図６】別の実施形態による図２で示されたブレードの先端領域の拡大断面図。
【符号の説明】
【００６６】
１０ タービンブレード
１８ プラットフォーム
２０ ダブテール
２２ 正圧側壁
２４ 負圧側壁
２６ 前縁
２８ 後縁
３２ エーロフォイル先端
４４ 第１の蛇行回路
４６ 第２の蛇行回路
５２ 共通先端チャンバ
５４ 大きいダスト孔
５６ 小さい先端冷却孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに一体的に接合されたエーロフォイル（１６）、プラットフォーム（１８）、及びダブテール（２０）を備え、
前記エーロフォイルが、対抗する前縁と後縁（２６、２８）において互いに接合された対向する正圧側壁と負圧側壁（２２、２４）とを含み、且つ前記プラットフォームの根元（３０）から反対側の先端（３２）までスパンで延びており、
前記側壁（２２、２４）が、前記前縁と後縁との間で離間して配置されて複数の隔壁（４２）によって相互接続され、前記ダブテール（２０）において対応する入口を有し且つ前記プラットフォーム（１８）と前記エーロフォイル（１６）を通って前記先端（３２）の下に配置された共通の吐出チャンバ（５２）まで延びた第１及び第２の独立した蛇行冷却回路（４４、４６）を定め、
前記先端が、前記回路（４４、４６）から冷却空気（４０）を吐出するために、単一のダスト孔（５４）と残りの複数の小さな冷却孔（５６）とを含むことを特徴とするタービンブレード（１０）。
【請求項２】
前記エーロフォイル（１６）が更に、前記前縁と前記後縁（２６、２８）との間で翼弦方向に配置された中央隔壁を含み、
前記第１の回路（４４）が前記中央隔壁と前記前縁（２６）との間に配置され、前記第２の回路（４６）が前記中央隔壁と前記後縁（２８）との間に配置されており、
前記蛇行第１及び第２の回路（４４、４６）の各々が、前記エーロフォイル根元（３０）と前記先端（３２）との間をスパンで延びた複数のレッグを含み、対応する最後のレッグが前記共通チャンバ（５２）で終端する請求項１記載のブレード。
【請求項３】
-
前記第１の回路（４４）の最後のレッグが、前記中央隔壁（４２）の前方側に沿って配置され、前記第２の回路（４６）の最後のレッグが前記中央隔壁（４２）の反対の後方側に沿って配置される請求項２記載のブレード。
【請求項４】
前記第１の回路（４４）が更に、前記先端（３２）から前記最後のレッグを境界付ける前記隔壁（４２）のうちの１つまで内側に延びる前方ブリッジ（５８）を含み、前記第２の回路（４６）が更に、前記先端（３２）から前記最後のレッグを境界付ける前記隔壁（４２）のうちの１つまで内側に延びて、前記中央隔壁の上に配置された前記共通のチャンバ（５２）を定める請求項３記載のブレード。
【請求項５】
前記第１の回路（６２）の最後のレッグが、前記中央隔壁（４２）の前方側から離れた前記前縁（２６）の後ろに配置され、前記第２の回路（４６）の最後のレッグが、前記中央隔壁（４２）の反対の後方側に沿って配置される請求項２記載のブレード。
【請求項６】
前記第１の回路（６２）が更に、前記先端（３２）から内側に間隔を置いて配置され、前記中央隔壁を前記第１の回路（６２）の別の隔壁と相互接続させた前方ブリッジ（６４）を含み、前記第２の回路（４６）が更に、前記先端（３２）から前記最後のレッグを境界付ける前記隔壁のうちの１つまで内側に延びて、前記共通チャンバ（５２）を前記前方ブリッジ（６４）上に定める後方ブリッジ（６０）を含む請求項５記載のブレード。
【請求項７】
前記第１の回路（４４）の最後のレッグが前記中央隔壁（４２）の前方側に沿って配置され、前記第２の回路（６６）の最後のレッグが前記中央隔壁（４２）の反対側後方から離れた前記後縁の前に配置される請求項２記載のブレード。
【請求項８】
前記第１の回路（４４）が更に、前記先端（３２）から前記最後のレッグを境界付ける前記隔壁の１つまで内側に延びる前方ブリッジ（５８）を含み、前記第２の回路（６６）が更に、前記先端（３２）から内側に間隔を置いて配置され、且つ前記中央隔壁を前記第２の回路（６６）の別の隔壁と相互接続する後方ブリッジ（６８）を含み、前記共通チャンバ（５２）を前記後方ブリッジ（６８）上に定めることを特徴とする請求項７記載のブレード。
【請求項９】
前記第１の回路（６２）の最後のレッグが、前記中央隔壁（４２）の前方側から離れた前記前縁（２６）の後ろに配置され、前記第２の回路（６６）の最後のレッグが、前記中央隔壁（４２）の反対側の後方側から離れた前記後縁の前に配置される請求項２記載のブレード。
【請求項１０】
前記第１の回路（６２）が更に、前記先端（３２）から内側に間隔を置いて配置され、且つ前記中央隔壁を前記第１の回路（６２）の別の隔壁に相互接続する前方ブリッジ（６４）を含み、前記第２の回路（６６）が更に、前記先端（３２）から内側に間隔を置いて配置され、前記中央隔壁を前記第２の回路（６６）の別の隔壁に相互接続する後方ブリッジ（６８）を含み、共通のチャンバを前記前方及び後方両方のブリッジ（６４、６８）に定めることを特徴とする請求項９記載のブレード。
【請求項１】
互いに一体的に接合されたエーロフォイル（１６）、プラットフォーム（１８）、及びダブテール（２０）を備え、
前記エーロフォイルが、対抗する前縁と後縁（２６、２８）において互いに接合された対向する正圧側壁と負圧側壁（２２、２４）とを含み、且つ前記プラットフォームの根元（３０）から反対側の先端（３２）までスパンで延びており、
前記側壁（２２、２４）が、前記前縁と後縁との間で離間して配置されて複数の隔壁（４２）によって相互接続され、前記ダブテール（２０）において対応する入口を有し且つ前記プラットフォーム（１８）と前記エーロフォイル（１６）を通って前記先端（３２）の下に配置された共通の吐出チャンバ（５２）まで延びた第１及び第２の独立した蛇行冷却回路（４４、４６）を定め、
前記先端が、前記回路（４４、４６）から冷却空気（４０）を吐出するために、単一のダスト孔（５４）と残りの複数の小さな冷却孔（５６）とを含むことを特徴とするタービンブレード（１０）。
【請求項２】
前記エーロフォイル（１６）が更に、前記前縁と前記後縁（２６、２８）との間で翼弦方向に配置された中央隔壁を含み、
前記第１の回路（４４）が前記中央隔壁と前記前縁（２６）との間に配置され、前記第２の回路（４６）が前記中央隔壁と前記後縁（２８）との間に配置されており、
前記蛇行第１及び第２の回路（４４、４６）の各々が、前記エーロフォイル根元（３０）と前記先端（３２）との間をスパンで延びた複数のレッグを含み、対応する最後のレッグが前記共通チャンバ（５２）で終端する請求項１記載のブレード。
【請求項３】
-
前記第１の回路（４４）の最後のレッグが、前記中央隔壁（４２）の前方側に沿って配置され、前記第２の回路（４６）の最後のレッグが前記中央隔壁（４２）の反対の後方側に沿って配置される請求項２記載のブレード。
【請求項４】
前記第１の回路（４４）が更に、前記先端（３２）から前記最後のレッグを境界付ける前記隔壁（４２）のうちの１つまで内側に延びる前方ブリッジ（５８）を含み、前記第２の回路（４６）が更に、前記先端（３２）から前記最後のレッグを境界付ける前記隔壁（４２）のうちの１つまで内側に延びて、前記中央隔壁の上に配置された前記共通のチャンバ（５２）を定める請求項３記載のブレード。
【請求項５】
前記第１の回路（６２）の最後のレッグが、前記中央隔壁（４２）の前方側から離れた前記前縁（２６）の後ろに配置され、前記第２の回路（４６）の最後のレッグが、前記中央隔壁（４２）の反対の後方側に沿って配置される請求項２記載のブレード。
【請求項６】
前記第１の回路（６２）が更に、前記先端（３２）から内側に間隔を置いて配置され、前記中央隔壁を前記第１の回路（６２）の別の隔壁と相互接続させた前方ブリッジ（６４）を含み、前記第２の回路（４６）が更に、前記先端（３２）から前記最後のレッグを境界付ける前記隔壁のうちの１つまで内側に延びて、前記共通チャンバ（５２）を前記前方ブリッジ（６４）上に定める後方ブリッジ（６０）を含む請求項５記載のブレード。
【請求項７】
前記第１の回路（４４）の最後のレッグが前記中央隔壁（４２）の前方側に沿って配置され、前記第２の回路（６６）の最後のレッグが前記中央隔壁（４２）の反対側後方から離れた前記後縁の前に配置される請求項２記載のブレード。
【請求項８】
前記第１の回路（４４）が更に、前記先端（３２）から前記最後のレッグを境界付ける前記隔壁の１つまで内側に延びる前方ブリッジ（５８）を含み、前記第２の回路（６６）が更に、前記先端（３２）から内側に間隔を置いて配置され、且つ前記中央隔壁を前記第２の回路（６６）の別の隔壁と相互接続する後方ブリッジ（６８）を含み、前記共通チャンバ（５２）を前記後方ブリッジ（６８）上に定めることを特徴とする請求項７記載のブレード。
【請求項９】
前記第１の回路（６２）の最後のレッグが、前記中央隔壁（４２）の前方側から離れた前記前縁（２６）の後ろに配置され、前記第２の回路（６６）の最後のレッグが、前記中央隔壁（４２）の反対側の後方側から離れた前記後縁の前に配置される請求項２記載のブレード。
【請求項１０】
前記第１の回路（６２）が更に、前記先端（３２）から内側に間隔を置いて配置され、且つ前記中央隔壁を前記第１の回路（６２）の別の隔壁に相互接続する前方ブリッジ（６４）を含み、前記第２の回路（６６）が更に、前記先端（３２）から内側に間隔を置いて配置され、前記中央隔壁を前記第２の回路（６６）の別の隔壁に相互接続する後方ブリッジ（６８）を含み、共通のチャンバを前記前方及び後方両方のブリッジ（６４、６８）に定めることを特徴とする請求項９記載のブレード。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−３７９５７（Ｐ２００６−３７９５７Ａ）
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２１３６９２（Ｐ２００５−２１３６９２）
【出願日】平成１７年７月２５日（２００５．７．２５）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２５日（２００５．７．２５）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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