(57)【要約】      （修正有）【課題】タービンロータブレード先端シュラウドと翼形部との間のフィレットに関し、より良好な空力的輪郭を有し且つエンジン効率を向上させるカスタマイズされた形状を有するフィレットを提供する。【解決手段】タービンロータブレード３８は、翼形部４６と、翼形部先端４９と、先端シュラウド４８と、翼形部先端及び先端シュラウドの交差部の周りのフィレット５０と、を含む。フィレットは、交差部の周りの空力空気流に応じて交差部の周りで可変のフレット輪郭を定める。【選択図】図３
2014109273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンロータブレードであって、
翼形部先端を有する翼形部と、
先端シュラウドと、
前記翼形部先端と前記先端シュラウドとの交差部の周りのフィレットと、
を備え、前記フィレットが、前記交差部の周りの空力空気流を改善するため前記交差部の周りで可変のフレット輪郭を定める、タービンロータブレード。
【請求項２】
前記フィレットが、表Ｉに記載のＸ、Ｙ、Ｚの座標値、オフセット１、オフセット２、及びＲｈｏに実質的に従った公称輪郭を定め、Ｘ、Ｙ、Ｚが、前記翼形部先端と前記先端シュラウドとの交差部の周りに離散的頂点位置をインチ単位で定め、オフセット１及びオフセット２がそれぞれ、各対応する頂点位置から、前記先端シュラウドの下面と翼形部表面との間に定められるフィレット端点までのインチ単位の距離であり、前記それぞれの先端シュラウド及び前記翼形部の周りで結ばれると前記フィレット縁部が定められ、Ｒｈｏは、各頂点位置にて（Ｄ１／（Ｄ１＋Ｄ２））の形状パラメータの無次元比であり、前記Ｄ１が前記フィレット端点間に延びる弦に沿った中点と、前記フィレットの表面上に定められるショルダポイントとの間に定められる距離であり、前記Ｄ２が、前記ショルダポイントと前記頂点位置との間で定義される距離であり、各Ｘ、Ｙ、Ｚ位置での前記先端シュラウド及び前記翼形部上の前記フィレット端点が、形状パラメータＲｈｏに従って前記ショルダポイントを通って延びる滑らかな連続円弧で結ばれて前記各頂点位置にて輪郭セクションを定めており、前記各頂点位置における輪郭セクションが、互いに滑らかに連結されて公称フィレット輪郭を形成している、請求項１に記載のタービンロータブレード。
【請求項３】
前記各頂点位置が、表Ｉに記載された点Ｐ１〜Ｐ１３のうちの１つを定める、請求項２に記載のタービンロータブレード。
【請求項４】
前記Ｘ及びＹ距離及びオフセット１及び２が、拡大及び縮小したフィレット輪郭のうちの一方を提供するよう同じ定数の関数として倍率変更可能である、請求項２に記載のタービンロータブレード。
【請求項５】
前記Ｘ及びＹの値が、Ｚ軸を有するデカルト座標系を形成し、前記翼形部が、表ＩＩに記載のＸ、Ｙ、及びＺのデカルト座標値に実質的に従った公称輪郭を定める翼形部形状を含み、前記Ｚ値が、前記翼形部の９７．５％スパンでの無次元値であり、表ＩＩのＸ及びＹ値が、連続する滑らかな円弧で結んだときに９７．５％スパンで翼形部輪郭セクションを定めるインチ単位の距離であり、前記フィレット及び翼形部輪郭に対する前記Ｘ、Ｙ、及びＺのデカルト座標系が一致している、請求項２に記載のタービンロータブレード。
【請求項６】
翼形部、翼形部先端、先端シュラウド、及び前記翼形部先端と前記先端シュラウドの交差部の周りのフィレットを含むタービンロータブレードを備えたガスタービンエンジンであって、前記フィレットが、前記交差部の周りの空力空気流に応じて前記交差部の周りで可変のフレット輪郭を定める、ガスタービンエンジン。
【請求項７】
前記フィレットが、表Ｉに記載のＸ及びＹの座標値、オフセット１、オフセット２、及びＲｈｏに実質的に従った公称輪郭を定め、Ｘ及びＹが、前記翼形部先端と前記先端シュラウドとの交差部の周りに離散的頂点位置をインチ単位で定め、オフセット１及びオフセット２が、各対応する頂点位置から、前記先端シュラウドの下面及び翼形部表面それぞれに沿ったフィレット端点までのインチ単位の距離であり、前記それぞれの先端シュラウド及び前記翼形部の周りで結ばれると前記フィレット縁部が定められ、Ｒｈｏは、各頂点位置にて（Ｄ１／（Ｄ１＋Ｄ２））の形状パラメータの無次元比であり、前記Ｄ１が前記フィレット端点間の弦に沿った中点と、前記フィレットの表面上のショルダポイントとの間の距離であり、前記Ｄ２が、前記ショルダポイントと前記頂点位置との間の距離であり、各Ｘ、Ｙ位置での前記先端シュラウド及び前記翼形部上の前記フィレット端点が、形状パラメータＲｈｏに従って前記ショルダポイントを通る滑らかな連続円弧で結ばれて前記各頂点位置にて輪郭セクションを定めており、前記各頂点位置における輪郭セクションが、互いに滑らかに連結されて公称フィレット輪郭を形成している、請求項６に記載のガスタービンエンジン。
【請求項８】
前記各頂点位置が、表Ｉに記載された点Ｐ１〜Ｐ１３のうちの１つを定める、請求項１７に記載のガスタービンエンジン。
【請求項９】
前記Ｘ及びＹ距離及びオフセット１及び２が、拡大及び縮小したフィレット輪郭のうちの一方を提供するよう同じ定数又は数の関数として倍率変更可能である、請求項７に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１０】
前記Ｘ及びＹの値が、Ｚ軸を有するデカルト座標系を形成し、前記翼形部が翼形部形状を有し、該翼形部が、表ＩＩに記載のＸ、Ｙ、及びＺのデカルト座標値に実質的に従った公称輪郭を定め、前記Ｚ値が、前記翼形部の９７．５％スパンでの無次元値であり、表ＩＩのＸ及びＹ値が、連続する滑らかな円弧で結んだときに９７．５％スパンで翼形部輪郭セクションを定めるインチ単位の距離であり、前記フィレット及び翼形部輪郭に対する前記Ｘ、Ｙ、及びＺのデカルト座標系が一致している、請求項６に記載のガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、タービンロータブレード共に使用するためのフィレットに関し、より具体的には、ロータブレードと先端シュラウドとの間で使用される円錐フィレットに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも一部の公知のタービンロータブレードは、翼形部、プラットフォーム、シャンク、シャンクの半径方向内側末端部分に沿って延びるダブテール、及び翼形部の先端に形成される先端シュラウドを含む。少なくとも一部の公知の翼形部上では、一体化先端シュラウドが翼形部の半径方向外側端部に含まれ、高温燃焼ガスが流れるはずの通路の一部を定める。公知の先端シュラウド及び翼形部は通常、先端シュラウドと翼形部の交差部にて所定のサイズ及び形状を有するフィレットを含む。
【０００３】
作動中、先端シュラウドは、ロータの回転中に誘起される遠心力及び機械力に起因して応力を受ける。フィレットは、翼形部と先端シュラウドとの間の応力集中を低減するような形状にされるが、既知のフィレットはまた、フィレットによってもたらされる抗力及び妨害に起因してエンジン効率を低下させる可能性がある。応力は、一定半径のフィレットを使用することにより低減することができるが、このようなフィレット設計は、効率が悪く、エンジン性能に悪影響を与える場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８，０５７，１８６号明細書
【発明の概要】
【０００５】
従って、より良好な空力的輪郭を有し且つエンジン効率を向上させるカスタマイズされた形状を有するフィレットに対する必要性がある。
【０００６】
１つの態様において、タービンロータブレードが提供される。タービンロータブレードは、翼形部と、翼形部先端と、先端シュラウドと、翼形部先端及び先端シュラウドの交差部に沿って延びるフィレットと、を含む。フィレットは、交差部の周りの空力空気流を改善するため交差部の周りで可変のフレット輪郭を定める。
【０００７】
別の態様において、タービンロータブレードを備えたガスタービンエンジンが提供される。ガスタービンエンジンは、翼形部、翼形部先端、先端シュラウド、及び翼形部先端と先端シュラウドの交差部に沿って延びるフィレットを含むタービンロータブレードを備える。フィレットが、交差部の周りの空力空気流を改善するため交差部の周りで可変のフレット輪郭を定める。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的なガスタービンエンジンの概略図。
【図２】図１に示すガスタービンエンジンにおいて定めることができる例示的な高温ガス経路の概略図。
【図３】例示的なタービンロータブレードの斜視図。
【図４】図３に示すロータブレードと共に用いることができる例示的な空力フィレットの拡大斜視図。
【図５】図４に示す空力フィレットの拡大斜視図。
【図６】線６−６に沿った翼形部輪郭セクション及びフィレットの半径方向外向き断面図であり、表Ｉに記載のＸ、Ｙ、Ｚ座標の位置を示す図。
【図７】図６に示す翼形部、フィレット、及び先端シュラウドの例示的な断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
一般的には翼形部の半径方向外側端部にてタービンロータブレードと一体的に形成され、フィレットを含む先端シュラウドは、翼形部の先端を包含する表面領域を提供する。作動中、先端シュラウドは、対向する端部にて円周方向で直接隣接するロータブレードの先端シュラウドと係合し、高温ガス経路を実質的に囲むほぼ環状のリング又はシュラウドが形成されるようになる。この環状リングは、膨張燃焼を閉じ込めて、エンジン効率を向上させることができる。フィレットは、先端シュラウドを翼形部に接合し、先端シュラウドが翼形部の先端から取り外されるのを防ぐため先端シュラウドを支持する。
【００１０】
一般に、エンジン性能の観点では、各々が翼形部の半径方向外側端部全体を実質的に越えて延びる比較的大型の先端シュラウドを有することが望ましい。反対に、フィレットは、翼形部全体にわたって高温ガス流を誘導するために小型のままで流線形にされているのが望ましい。これらの競合する構成要素、すなわち、翼形部を通る実施可能な最大の空気量を分流するための大型の先端シュラウドに対して、エンジン効率を高めるための空力的ロータブレードを考慮して、先端シュラウドが高温ガス流を十分に閉じ込めることを可能にしながら、燃焼ガス流を流線状にするより空力的なフィレットが本明細書で記載される。
【００１１】
図１は、圧縮機１５、燃焼器１６、及び吸気側１６から排気側２１に貫通して延びるタービン２２を含み、これら全てが直列流れ構成で結合されている例示的なガスタービンエンジン１２の概略図である。エンジン１２は、中心軸線２３を含み、高温ガス経路２０は、吸気側１９から排気側２１まで定められる。
【００１２】
作動時には、空気が吸気側１９に流入し、圧縮機１５に通される。加圧された空気は、圧縮機１５から燃焼器１６に送られ、ここで燃料と混合されて点火され、燃焼ガスが発生する。燃焼ガスは、高温ガス経路２０を介して燃焼器１６からタービン２２に向けて送られ、ここでタービンが熱エネルギーを機械エネルギーに変換し、圧縮機１５及び／又は別の負荷（図示せず）に動力を供給する。
【００１３】
図２は、ガスタービンエンジン１２で使用されるタービン２２の複数段２５において定められた例示的な高温ガス経路２０の概略図である。３つの段２５が例示されている。第１の段２５ａは、複数の円周方向に離間したベーン又はノズル２４及びロータブレード２６を含む。第１段ベーン２４は、軸線２３（図１に示す）の周りに互いに円周方向に離間して配置される。第１段ロータブレード２６は、第１段ロータディスク２７の周りに円周方向に離間して配置され、軸線２３の周りを回転する。タービン２２の第２段２５ｂもまた図２に例示されている。第２段２５ｂは、複数の円周方向に離間したベーン２８と、第２段ロータディスク２９に結合された複数の円周方向に離間したロータブレード３０とを含む。第３段２５ｃもまた図２に例示され、複数の円周方向に離間したベーン３２と、第３段ロータディスク３１に結合されたロータブレード３４とを含む。ベーン２４、２８、３２及びロータディスク２６、３０、３４は各々、タービン２２の高温ガス経路２０に位置付けられる点は理解されたい。高温ガス経路２０を通るガス流の方向は、矢印３６で示される。
【００１４】
図３は、例示的なタービンロータブレード３８の斜視図を示す。ロータブレード３８は、プラットフォーム４０、シャンク４２、ダブテール４４、先端シュラウド４８、及びフィレット５０を含む。ダブテール４４は、ブレード３８をロータディスク２７、２９、３１（全て図２に示す）に結合する。ブレード３８はまた、プラットフォーム４０と先端シュラウド４８との間に半径方向に延びる翼形部４６を含む。翼形部４６は、前縁５２、
後縁５４、正圧側面５３、及び対向する負圧側面５５を有する。正圧側面５３は、前縁５２から後縁５４まで延びて、翼形部４６の凹状外面を形成する。負圧側面５５は、前縁５２から後縁５４まで延びて、翼形部４６の凸状外面を形成する。
【００１５】
例示的な実施形態において、フィレット５０は、翼形部４６と先端シュラウド４８との間に延びて定められる。より具体的には、フィレット５０は、翼形部４６の先端４９と先端シュラウド４８との間に形成された交差部内に延びる。フィレット５０は、翼形部４６並びに先端シュラウド４８に構造的支持を与え、以下でより詳細に説明するような形状にされて、翼形部４６を通過する高温ガスの流れを流線状にすることができる。例示的な実施形態において、フィレット５０は、先端シュラウド４８と翼形部先端４９の交差部に対してタービン１２（図２に示す）を通る燃焼ガス１２の空力的流れを可能にするようなサイズ及び向きにされる。フィレット５０の空力的形状は、タービン２２の特定の燃料消費率を低減し、エンジン１２の効率を向上させることができる。代替の実施形態において、先端シュラウド４８は、円周方向に延びて、且つ固定ケーシング（図示せず）とシールを可能にするカッタ歯５７を有するシールレール５６を含む。先端シュラウド４８はまた、前縁５２及び後縁５４をそれぞれ含む。
【００１６】
作動中、高温燃焼ガスは、翼形部４６の正圧側面５３及び負圧側面５５の両方にわたって流れる。具体的には、翼形部４６の正圧側面５３及び負圧側面５５の両方にわたる高温燃焼ガスの流れは、ロータブレード２６、３０、３４をそれぞれのロータディスク２７、２９、３１（図２に示す）の周りで回転するように誘起し、膨張する高温ガスのエネルギーが機械エネルギーに変換されるようにする。例示的な実施形態において、ロータブレード３８及びフィレット５０は、ブレード３０のような第２段ロータブレード及び／又はブレード３４のような第３段ロータブレードとすることができる。
【００１７】
図４は、翼形部４６の正圧側面５３から見た例示的な空力フィレット５０の拡大斜視図を示す。図５は、翼形部４６の負圧側面５５から見たフィレット５０の拡大斜視図を示す。正圧側面５３及び負圧側面５５両方上の翼形部４６との交差部にて形成されたフィレット５０の縁部は、交線５８により定められる。フィレット５０は、線５９に沿って先端シュラウド４８の半径方向内側表面６０の実質的に全てにわたって延びるようなサイズにされる。フィレットのサイズ決めは、機械応力要件及び空力効率要件の両方に基づいている。
【００１８】
図６は、線６−６に沿った翼形部４６及びフィレット５０の一部の断面図であり、以下の表Ｉに記載される座標Ｘ、Ｙ、Ｚの例示的な位置を示している。図７は、翼形部４６、先端シュラウド４８、及びフィレット５０を通る部分断面図である。例示的な実施形態において、フィレット５０は、先端シュラウド４８と翼形部先端４９（図３に示す）との交差部の周りのＸ、Ｙ座標系の１３個の点Ｐ１〜Ｐ１３によって定められ、これは翼形部輪郭４７として示される。図６において破線で示される交線５９は、フィレット５０と先端シュラウド４８の交差部を示している。各Ｘ、Ｙ位置において、フィレット５０の向きは、３つのパラメータ、オフセット１（Ｏ1）、オフセット２（Ｏ2）、及びＲｈｏによって決定される。これらのパラメータを用いて可変円錐フィレット５０を定めることにより、フィレット５０の空力効率を最大にすることが可能となると共に、ブレード３８（図３に示す）の質量が最小に維持される。
【００１９】
図６は、Ｙ＝０にて（軸方向）中心線２３に沿って水平方向に延びるＸ軸、Ｘ＝０にて（半径方向）エンジン１２を横方向に横断して延びるＹ軸、及びＸ軸とＹ軸両方に垂直な翼形部４６の方向で半径方向に延びるＺ軸を備えたＸ、Ｙ座標系を示す。Ｘ、Ｙ、Ｚ軸は原点６２で交差する。原点６２は、座標（３７，０）に位置し、Ｘ＝０がエンジン１２（図１に示す）の吸気側１９に位置するようになる。図６にはまた、翼形部輪郭４７と先端シュラウド４８の半径方向内側面６０との交差部の周りの複数の位置が示され、文字Ｐの後に位置を定義する数字が示されている。翼形部輪郭４７と先端シュラウド４８の交差部は、頂点位置６４で示され、各点Ｐ１〜Ｐ１３が頂点位置６４を構成する。以下の表Ｉにおいて、位置Ｐ１〜Ｐ１３は、表に記載されたＸ、Ｙ、Ｚ座標により定義される。
【００２０】
フィレット５０の向き及び形状は、各Ｘ、Ｙ、Ｚ位置において３つのパラメータ、オフセット１（Ｏ1）、オフセット２（Ｏ2）、及びＲｈｏに依存する。オフセット１は、Ｏ1で示され、先端シュラウド４８の半径方向内側面６０に沿った各Ｘ、Ｙ、Ｚ位置で示されるＰ（頂点位置６４）での翼形部４６から、交線５９に沿って定義される端点６１までインチ単位で測定された直線距離を有する法線である。オフセット２は、Ｏ2で示され、翼形部４６の表面５３、５５に沿った各Ｘ、Ｙ、Ｚ位置Ｐ（頂点位置６４）での先端シュラウド４８から交線５８に沿って定義される端点６３までインチ単位で測定された直線距離を有する法線である。端点６１として図示された交線５９は、Ｏ1の縁部を定義し、端点６３として図示された交線５８は、Ｏ2の縁部を定義する。線５８、５９は、それぞれオフセットＯ1、Ｏ2の縁部を定義し、フィレット５０が交線５８及び５９間に囲まれる区域内に定められるようになる。端点６１、６３は、それぞれの先端シュラウド４８及び翼形部４６にて接続され、フィレット５０の縁部５８、５９が定められるようになる。オフセットＯ1、Ｏ2は、先端シュラウド４８と翼形部先端４９の交差部の周りの各Ｐ位置にて反復処理により求められ、フィレット５０の周りのより空力的流れをもたらす結果になる。
【００２１】
Ｒｈｏは、各位置Ｐでの形状パラメータの無次元比である。例示的な実施形態において、Ｒｈｏは以下の比として定義
【００２２】
【数１】
2014109273.tif 000003
ここで、図７に示すように、Ｄ1は、特定のＰ位置すなわち頂点６４での端点６１及び６３間に延びる弦７０の中点６９と、フィレット表面７４上に定められるショルダポイント７２との間で定義される距離を表し、Ｄ2は、ショルダポイント７２と同じＰ位置（頂点６４）との間で定義される距離である。各点Ｐにおける端点６１、６３をショルダポイント７２を通って延びる滑らかな連続円弧で形状パラメータＲｈｏに従ってつなぐことにより、タービン（図１及び２に示す）を通る燃焼ガスのより空力的流れをもたらすフィレット輪郭が各Ｐ位置すなわち頂点６４にて定められる。各位置Ｐにおけるフィレットすなわちフィレット輪郭７４の表面形状は、互いに滑らかに連結され、翼形部先端４９と先端シュラウド４８の交差部の周りに公称フィレット輪郭７４を形成する。フィレット表面７４の形状は、Ｒｈｏの値に応じて変わる可能性がある点は理解されるであろう。例えば、小さな値のＲｈｏは、極めて平坦な円錐面をもたらし、大きな値のＲｈｏは、極めて先鋭な円錐面をもたらす。従って、Ｒｈｏの値は、円錐表面の形状を決定付け、０．５に等しいＲｈｏでは放物線形状を有し、０．０より大きく０．５未満のＲｈｏでは楕円形状を有し、０．５よりも大きく１．０未満のＲｈｏでは双曲線形状を有する。
【００２３】
Ｘ、Ｙ、Ｚ座標値、並びにパラメータＯ1、Ｏ2、Ｄ1、Ｄ2及びＲｈｏは、以下の表Ｉで得られる。
【００２４】
【表１】
2014109273.tif 000004
表ＩのＺ値は、Ｘ軸（図１に示すエンジン中心線２３）と翼形部先端４９との間で定められる距離である。また、表Ｉで与えられるフィレット５０の表面外形を決定付ける値は公称フィレットのものである点は理解されるであろう。よって、±標準製造公差、すなわち何らかのコーティング厚みを含めた±値が、表Ｉから決定されるフィレット表面７４に付加される。従って、フィレット５０に沿った何れかの表面位置に垂直な方向の±０．０５インチの距離は、この特定のフィレット５０のフィレット輪郭包絡線、すなわち、上記の表Ｉで与えられるフィレット５０の理想外形と公称低温又は室温でのフィレット５０の外形との間の変動範囲を定義する。フィレット５０は、フィレット５０周りの所望の空力的流れが保持されるように一貫してこの変動範囲内にある。
【００２５】
更に、表Ｉは、翼形部先端４９と先端シュラウド４８との交差部の周りのフィレット５０輪郭を定義する。幾つかのＸ、Ｙ、Ｚ位置を用いてこの輪郭を定義することができる。表Ｉの値によって定義される輪郭は、所与のＸ、Ｙ、Ｚ位置の中間にあるフィレット輪郭、並びに表Ｉの値によって定義される輪郭が表Ｉの所与の位置の間に延びる滑らかな曲線によって結ばれたときには、より少ないＸ、Ｙ、Ｚ位置を用いて定義される輪郭を含む。
【００２６】
また、フィレット５０は、他のタービンの別の同様のフィレット設計で使用するために幾何学的に拡大又は縮小することができる点は理解されるであろう。例えば、オフセットＯ1、Ｏ2並びにＸ、Ｙ、Ｚ座標値は、倍数によりＯ1、Ｏ2、Ｘ、Ｙ、及びＺの値を修正することにより倍率を変更し、フィレット５０の拡大又は縮小形態を得ることができる。Ｒｈｏは無次元値であるので、Ｏ1、Ｏ2、Ｘ、Ｙ、及びＺの値を修正してもＲｈｏの値は変わらないことになる。
【００２７】
また、フィレット５０を定義するためのデカルト座標系と上記で明らかになった翼形部４６を定義するためのデカルト座標系が共通であるので、フィレット５０は翼形部４６に関連して定義することができる点は理解されるであろう。すなわち、フィレット５０は、翼形部輪郭４７の形状に対してフィレット５０の直ぐ半径方向内向きの翼形部４６の７．５％スパンで定義することができる。以下の表ＩＩで与えられるＸ、Ｙ、及びＺ値のデカルト座標系は、７．５％スパンでの翼形部４６の輪郭４７を定義している。９７．５でのＺ座標値は６０．４５であり、Ｘ軸すなわち中心線２３（図１に示す）ではＺ＝０である。例示的な実施形態において、翼形部先端４９と先端シュラウド４８の交差部は、１００％スパンで中心線２３からＺ軸に沿って６０．０２インチにある。Ｘ、Ｙ、及びＺ座標の値は、表ＩＩにインチ単位で記載されているが、適切に値が変換される場合には、他の寸法単位を用いてもよい。デカルト座標系は、直交するＸ、Ｙ、及びＺ軸を有し、Ｘ軸がエンジン中心線２３と平行であり、正のＸ座標値がエンジン１２（図１に示す）の後方すなわち排気側２１に向かって軸上にあるようになる。Ｙ軸は、Ｘ軸に垂直にエンジン１２を横断して延びて、点Ｐ１〜Ｐ５及びＰ１１〜Ｐ１３（図６に示す）が正のＹ座標値を有するようになる。Ｚ軸は、Ｘ軸及びＹ軸の両方に垂直であり、正のＺ座標値は、先端シュラウド４８に向かって半径方向外向きである。
【００２８】
例示的な実施形態において、７．５％スパンでの翼形部４６の輪郭セクション４７は、Ｘ及びＹ値を滑らかな連続円弧で結ぶことにより定められる。７．５％スパンにて表Ｉに定義されるフィレット５０の点及び表ＩＩに定義される翼形部輪郭４７の点についてＸ、Ｙ、及びＺ座標系の共通の原点６２を使用することにより、フィレット表面７４の外形は、７．５％スパンで翼形部輪郭４７に関連して定められる。他のパーセンテージのスパンを用いてこの関係を定義することもでき、使用した７．５％スパンは単に例証に過ぎない。これらの値は、非作動又は非高温の周囲条件での７．５％スパンのフィレット５０及び翼形部輪郭４７を表しており、非コーティング表面のものである。更に、表Ｉの寸法は、以下で説明するようなエンジンサイズ、製造公差、コーティング厚み、又は作動許容範囲を考慮して倍率を変更することができる。
【００２９】
フィレット５０としては、通常の製造公差並びに翼形部輪郭４７において考慮しなければならないコーティングがある。これに応じて、表ＩＩで与えられる７．５％スパンの輪郭４７の値は、公称翼形部４６のものである。従って、通常の製造公差、すなわち何らかのコーティング厚みを含めた±値は、以下の表ＩＩで与えられるＸ及びＹ値に付加されることは理解されるであろう。これに伴い、７．５％スパンで翼形部輪郭４７に沿った何れかの表面位置に垂直な方向の±０．０５インチの距離は、翼形部輪郭の包絡線、すなわち、公称低温又は室温での実際の翼形部表面上の測定点と、同じ温度で以下の表ＩＩで与えられるこれらの点の理想位置との間の変動範囲を定める。この変動範囲内の翼形部４６は、ロータブレード３８（図３に示す）を通る所望の空力的流れを保持する。
【００３０】
【表２】
2014109273.tif 000005
従って、９７．５％での翼形部輪郭４７を定義し、フィレット５０を定義するのに使用されるものと同じガウス座標系を用いることによって、フィレット５０と翼形部４６との間の関係は、フィレット５０がタービンを通る空気の空力的流れを提供するように確立される。
【００３１】
上記のフィレット５０のように、翼形部と先端シュラウドとの間に定められるフィレットは、翼形部の先端から外れるのを防ぐために先端シュラウドを支持するだけでなく、ガスタービンエンジンのタービンを通る高温燃焼ガスの空力的流れを可能にする。上述のように、エンジン性能の観点では、各々が翼形部の半径方向外側端部全体を実質的に越えて延びる比較的大型の先端シュラウドを有することが望ましい。反対に、フィレットは、翼形部全体にわたって高温ガス流を誘導するために小型のままで流線形にされているのが望ましい。これらの競合する構成要素、すなわち、翼形部を通る実施可能な最大の空気量を分流するための大型の先端シュラウドに対して、エンジン効率を高めるための空力的ロータブレードを考慮して、上述の空力的なフィレットは、先端シュラウドが高温ガス流を十分に閉じ込めることを可能にしながら燃焼ガス流を流線状にしている。
【００３２】
本開示によるフィレットは、エンジン性能目標を満足できるようにこれらの競合する目的を効果的に均衡させる。すなわち、本開示のフィレット形状は、先端シュラウドによる高温ガスの閉じ込めを可能にしながら、タービンを通る高温ガス流を効果的に誘導する。加えて、本出願によるフィレット形状は、例えば、他の従来のフィレット形状と比較したときに、空気流段の効率性、空力特性の向上、熱応力の低減、及び機械応力の低減を含む、他の作動効率性を提供している。当業者であれば、本発明によるフィレット形状の有効性は、数値流体力学（ＣＦＤ）、従来の流体力学解析、オイラー及びナビエ・ストークスの式、流動試験（例えば、風洞内試験）、先端シュラウドの修正、これらの組み合わせ、及び他の設計プロセス及び演習によって検証することができる。これらの決定方法は、単に例証に過ぎず、本発明をどのようにも限定するものではない。
【００３３】
本発明の種々の実施形態の特定の特徴は一部の図面で示され、他の図面では示されない場合があるが、これは便宜上のことに過ぎない。本発明の原理によれば、図面の何れかの特徴は、他の何れかの図面のあらゆる特徴と組み合わせて言及し及び／又は特許請求することができる。
【００３４】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３５】
１２  エンジン
１５  圧縮機
１６  燃焼器
１８  ロータ
１９  吸気側
２０  高温ガス経路
２１  排気側
２２  タービン
２３  中心線
２４  第１段ベーン
２５  段
２５ａ  第１段
２５ｂ  第２段
２５ｃ  第３段
２６  第１段ロータブレード
２７  第１段ロータディスク
２８  第２段ベーン
２９  第２段ロータディスク
３０  第２段ロータブレード
３１  第３段ロータディスク
３２  第３段ベーン
３４  第３段ロータブレード
３６  矢印
３８  ロータブレード
４０  プラットフォーム
４２  シャンク
４４  ダブテール
４６  翼形部
４７  翼形部輪郭セクション
４８  先端シュラウド
４９  翼形部先端
５０  フィレット
５２  前縁
５３  正圧側面
５４  後縁
５５  負圧側面
５６  シール
５７  カッタ歯
５８  交線
５９  交線
６０  半径方向内側面
６１  端点
６２  原点
６３  端点
６４  頂点位置
６９  中点
７０  弦
７２  ショルダポイント
７４  フィレット表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
2014109273000001.pdf