(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンブレード（１）であって、
後縁側（１０）、圧力側（２９）、吸込側（３０）および前縁側（９）を備えたプラットフォーム（２）と、
ブレードプラットフォーム（２）に結合された翼（３）と、
前記プラットフォーム（２）の前記後縁側（１０）に形成された第１の溝（１１）と、
を有し、
該第１の溝（１１）は、前記圧力側（２９）と前記吸込側（３０）との間に延びており、前記第１の溝（１１）は、前記翼（３）の後縁の根元部の下方に軸方向に延びている、ガスタービンブレード（１）において、
前記ブレード（１）は、前記第１の溝（１１）よりも、前記翼（３）に面したプラットフォーム面により近い、ブレードプラットフォーム（２）の前記後縁側（１０）に形成された後縁側シール溝（１２）を有しており、該後縁側シール溝（１２）は前記圧力側（２９）と前記吸込側（３０）との間に延びており、軸方向での前記後縁側シール溝（１２）の深さは、前記第１の溝（１１）の深さよりも小さいことを特徴とする、
ガスタービンブレード（１）。
【請求項２】
前記第１の溝（１１）は、ブレード荷重によって生じた応力のラインに進入する軸方向深さを有する、
請求項１記載のガスタービンブレード（１）。
【請求項３】
前記後縁側シール溝（１２）は、ストリップシールを保持するように構成されている、
請求項１記載のガスタービンブレード（１）。
【請求項４】
前記ブレード（１）は、前記第１の溝（１１）の上方に主シール（１７）を収容するための、前記プラットフォーム（２）の前記圧力側（２９）および／または前記プラットフォーム（２）の前記吸込側（３０）において前記プラットフォーム（２）の後縁まで延びたシール溝を有する、
請求項１記載のガスタービンブレード。
【請求項５】
前記ブレード（１）は、前記第１の溝（１１）の下方において半径方向内方へ延びたリアシール（３３）を収容するための、前記プラットフォーム（２）の前記圧力側（２９）および／または前記プラットフォーム（２）の前記吸込側（３０）におけるシール溝を有する、
請求項１記載のガスタービンブレード。
【請求項６】
前記ブレード（１）は、下側シール（２２）を収容するために、前記第１の溝（１１）の下方において前記ブレード（１）のフット（４）の後縁側に形成された下側シール溝を有し、該下側シール溝は前記圧力側（２９）と前記吸込側（３０）との間に延びており、軸方向に延びた前記下側シール溝の深さは、前記第１の溝（１１）の深さよりも小さい、
請求項１記載のガスタービンブレード（１）。
【請求項７】
請求項１〜６に記載のガスタービンブレード（１）とともに用いられるガスタービンロータ熱シールド（７）であって、
高温の作動媒体が流過する空間領域を、キャビティ冷却材（２７）が流過する、ガスタービンのロータ（６）配列の内部の空間領域から分離するための、ガスタービンロータ熱シールド（７）であって、プラットフォームを備え、該プラットフォームは、軸方向熱シールドセクション（１４）を形成しかつ前記ロータ（６）の表面に対して実質的に平行に配置されている、ガスタービンロータ熱シールド（７）において、
該ロータ熱シールド（７）は、高温ガス側に向かって前記軸方向熱シールドセクション（１４）の表面から離れる方向に延びる、前記軸方向熱シールドセクション（１４）の一方の端部に配置された半径方向熱シールドセクション（１５）を有することを特徴とする、
ガスタービンロータ熱シールド（７）。
【請求項８】
前記半径方向熱シールドセクション（１５）は、前記高温ガス側に向かって前記軸方向熱シールドセクション（１４）の表面から離れる方向に、３０°よりも大きい角度で延びている、
請求項７記載のガスタービンロータ熱シールド（７）。
【請求項９】
前記半径方向熱シールドセクション（１５）は、前記高温ガス側に向かって前記軸方向熱シールドセクション（１４）の表面から離れる方向に、６０°よりも大きい角度で延びている、
請求項７記載のガスタービンロータ熱シールド（７）。
【請求項１０】
前記軸方向熱シールドセクション（１４）は、据え付けられた状態において隣接するロータ熱シールド（７）の間の間隙を封止するための軸方向プラットフォームシール（２１）を収容するための、前記軸方向熱シールドセクション（１４）の圧力側（２９）および／または前記軸方向熱シールドセクション（１４）の吸込側（３０）におけるシール溝を有する、
請求項７記載のガスタービンロータ熱シールド（７）。
【請求項１１】
前記半径方向シールドセクション（１５）は、据え付けられた状態において隣接するロータ熱シールド（７）の間の間隙を封止するための半径方向熱シールドシール（２０）を収容するための、前記半径方向熱シールドセクション（１５）の圧力側（２９）および／または前記半径方向熱シールドセクション（１５）の吸込側（３０）におけるシール溝を有する、
請求項７記載のガスタービンロータ熱シールド（７）。
【請求項１２】
ブレード（１）を備えるタービンであって、
該ブレード（１）は、
後縁側（１０）、圧力側（２９）、吸込側（３０）および前縁側（９）を備えたプラットフォーム（２）と、
ブレードプラットフォーム（２）に結合された翼（３）と、
プラットフォーム（２）の後縁側（１０）に形成された第１の溝（１１）と、
を有し、
該第１の溝（１１）は、前記圧力側（２９）と前記吸込側（３０）との間に延びており、前記第１の溝（１１）は、前記翼（３）の後縁の根元部の下方に軸方向に延びており、
前記タービンは、前記タービンのロータ配列内の空間領域から高温作動媒体が流過する空間領域を分離するためのロータ熱シールド（７）を有し、前記ロータ熱シールド（７）は、軸方向熱シールドセクション（１４）を形成しかつロータ（６）の表面に対して実質的に平行に配置されているプラットフォームを有するタービンにおいて、
前記ロータ熱シールド（７）は、高温ガスに向かって前記軸方向熱シールドセクション（１４）の表面から離れる方向に延びている、前記軸方向熱シールドセクション（１４）の上流端部に配置された半径方向熱シールドセクション（１５）を有し、
前記プラットフォーム（２）の下流端部および／またはブレードフット（４）の下流端部と、前記半径方向熱シールドセクション（１５）とによって、ブレードリアキャビティ（１６）が画定されており、
前記ブレード（１）は、前記第１の溝（１１）よりも、前記翼（３）に面したプラットフォーム面により近い、ブレードプラットフォーム（２）の前記後縁側（１０）に形成された、後縁側シール溝（１２）を有しており、該後縁側シール溝（１２）は前記圧力側（２９）と前記吸込側（３０）との間に延びており、軸方向での前記後縁側シール溝（１２）の深さは、前記第１の溝（１１）の深さよりも小さい、
タービン。
【請求項１３】
前記タービンは、前記後縁側シール溝（１２）と前記半径方向熱シールドセクション（１５）との間に配置された上側シール（１９）を有する、
請求項１２記載のタービン。
【請求項１４】
前記ブレード（１）は、前記プラットフォーム（２）の前記圧力側（２９）および／または前記プラットフォーム（２）の吸込側（３０）においてリアシール（３３）を収容するためのシール溝と、前記ブレードリアキャビティ（１６）側の下流端部における１つのタービン列の隣接するブレード（１）の間に形成された空間を封止するための、前記第１の溝（１１）の下方に半径方向内方へ延びたリアシール（３３）と、を有する、
請求項１２記載のタービン。
【請求項１５】
前記ブレード（１１）は、下側シール（２２）を収容するための、前記第１の溝（１１）の下方において前記プラットフォーム（２）の前記後縁側または前記ブレード（１）のフット（４）の後縁側に形成された下側シール溝と、前記軸方向熱シールドセクション（１４）の半径方向内方に配置された熱シールドキャビティ（２５）から前記ブレードリアキャビティ（１６）を分離するための、下側シール溝と半径方向熱シールドセクション（１５）との間に配置された下側シール（２２）と、を有する、
請求項１２記載のタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン動翼、特に、改良されたシールラインを備えたプラットフォームアンダカットを有するガスタービンブレードに関する。さらに、本発明は、アンダカットをシールドするためのタービン熱シールド、および、熱シールド−ブレードコンビネーションを有するタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンブレードは、高温燃焼ガスに曝され、その結果、高い熱応力を受ける。ブレードを冷却し、熱応力を低減するための方法が従来公知である。通常、圧縮機から排出された高圧空気は、ブレード根元底部から、空冷式ブレードの内部へ導入される。高圧空気は、シャンク部分、プラットフォームおよび翼を冷却した後、ブレード面に設けられた微細孔から、またはブレード先端部に設けられた微細孔から流出する。また、微細孔は、ブレードのブレード後縁部に設けることができ、これらの微細孔を通って高圧空気が流入し、ブレードの後縁を冷却する。微細孔は、冷却のためにプラットフォーム表面に設けることができる。すなわち、高圧空気は、動翼の金属温度を冷却する。
【０００３】
十分に冷却されたガスタービンブレードは、高温の翼と、プラットフォームの比較的低温のシャンク部分との境界面において、大きな温度不適合を生じる。この大きな温度差は、プラットフォームに熱変形を生じ、この熱変形は、翼の熱変形と一致しない。熱応力に加え、作動中にブレードに大きな遠心力が作用し、これは、ブレードにおける応力を増大させる。翼がシャンクおよびプラットフォームの変位に追従させられると、翼において、特に、薄い後縁領域において、大きな熱応力が生じる。この大きな熱応力は、過渡的エンジン作動の間および定常状態、全速力、全負荷条件の間に存在し、き裂開始および成長につながる恐れがある。これらのき裂は、潜在的に、最終的に構成部材の破局的故障につながる恐れがある。
【０００４】
米国特許第５９４７６８７号明細書は、タービンの過渡的作動条件、すなわち始動および停止の間に生じる、翼後縁とプラットフォームとの取付け箇所における大きな熱応力を抑制するように設計された、タービンブレードのプラットフォームの後側において溝を有するガスタービン動翼（図１〜図３）を開示している。この溝は、通常はタービンの回転平面に対して平行なタービンの円周に沿って、ブレードの圧力側（通常は凹面状湾曲を備える）から吸込側（通常は凸面状湾曲を備える）までプラットフォームの全長に沿って延びている。作動時に、プラットフォームの後縁と、ブレードの下流の後続のベーンプラットフォームまたは熱シールドとの間に有効な封止が存在しない。溝は、通常、冷却空気によってパージされる間隙に向かって開放しており、かつタービンの高温ガス通路に面している。パージ流が中断されるか、または高温ガス側における圧力分布が意図したものではない場合、高温ガスが間隙を通って吸い込まれる恐れがあり、溝の局所的過熱、および潜在的にはブレードフットおよびタービンロータの過熱につながる恐れがある。
【０００５】
溝の下方において、タービンブレードはロータに結合されている。機械的結合は、例えば、複数の荷重支持面を提供するブローチ成形された鋸歯状のエッジを備える、テーパした形状を有するファーツリー（もみの木形の断面を有する部分）によって行うことができる。ブレードのフットの下方またはフットの間には、加圧冷却空気をブレードに供給するためのキャビティが設けられている。ブレードの軸方向下流端部に向かって、これらのキャビティを例えば相じゃくり（a shiplap）、すなわち一方のブレードフットから周方向に、隣接するブレードフットを超えて延びるオーバーラップ部によって閉鎖することができる。相じゃくりは、修理のためのブレード、特に個々のブレードの組付けおよび分解を困難にする。加えて、相じゃくりは、オーバーラップ部が機械的可撓性をほぼ有さないので、封止能力が制限されている。
【０００６】
欧州特許第１０７９０７０号明細書から公知のタービン熱シールドは、空間領域を分離するための装置であり、この空間領域を通って、高温作動媒体は、ガスタービンのロータ配列内の好適には冷却可能な空間領域から流れる。このような熱シールド配列は、少なくとも２つのロータディスクを有する。ロータディスクは、軸方向で相前後して配置されており、少なくとも１つの結合領域によって互いに固定結合することができ、少なくとも半径周方向エッジにおいて互いに離間させられている。熱シールド配列はさらに、シート状設計ものであり、２つの隣接するロータディスクの間に配置されており、２つの結合エッジを有する。結合エッジに沿って、熱シールドは、隣接するロータディスクの周方向エッジの領域においてそれぞれ作動結合させられることができる。結合エッジは、２つのロータディスクの間にロータ側に延びる中間空間を被覆する。熱シールド配列は、ロータの面したその直径においてガスタービンの内部に設けられた高温ガス通路を形作るように機能し、ロータの構造部分を過熱から保護する。
【０００７】
公知の熱シールド設計、およびこのような熱シールドを備えるタービンは、プラットフォームの下方においてブレードフットの軸方向下流端部のパージングを必要とする。使用されるパージ空気は、タービンパワーおよび効率に対して不利な効果をもたらす。加えて、あらゆる機械的欠陥、またはパージ空気供給量の変化は、不十分な局所的パージングを生じる恐れがあり、ブレード、またはブレードを保持するロータディスクの下流端部の局所的過熱を生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５９４７６８７号明細書
【特許文献２】欧州特許第１０７９０７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本開示の課題は、ブレード後縁部分における大きな応力を回避し、ブレードフットの下流端部およびブレードを保持するロータディスクの安全で効率的な冷却を保証する、ブレード、熱シールド、およびブレード−熱シールド配列を有するタービンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１つの実施の形態によれば、ガスタービンブレードは、後縁側、圧力側、吸込側および前縁側を有するプラットフォームと、ブレードプラットフォームに結合された翼と、プラットフォームの後縁側に形成された第１の溝と、を有する。第１の溝は、ブレード圧力側とブレード吸込側との間に延びている。軸方向で、第１の溝は、翼の後縁の根元部の下方に延びている。後縁の根元部は、翼の後縁がプラットフォームと結合する位置である（根元部は、局所的応力を低減するために後縁とプラットフォームとの間の移行部において丸みづけることができる）。ブレードは、さらに、第１の溝よりも、翼に面したプラットフォーム面により近い、ブレードプラットフォームの後縁側に形成された、後縁側シール溝を有しており、後縁側シール溝は、ブレード圧力側とブレード吸込側との間に延びており、軸方向での後縁側シール溝の深さは、第１の溝の深さよりも小さい。
【００１１】
様々なタイプのシール溝が公知である。シール溝は、シールを保持するのに適したあらゆる幾何学的配列である。その幾何学的配列は、シールを挿入するための連続的な切欠であってよい。切欠は、表面から延びた隅肉、またはライド、フランジおよび隅肉の組合せから形成することができる。シールは、１つの溝または複数の溝によって保持することができる。例えばストリップシールのような多くのシールタイプのために、溝は、その間の間隙が封止されるべき両部材に設けられなければならない。
【００１２】
通常、ブレードは、さらに、（翼に背いて面した側において）プラットフォームの下方にフットを有する。フットおよびプラットフォームは、１つの一体化された設計であってもよい。
【００１３】
圧力側または吸込側とは、翼の圧力側または吸込側における、ブレードの側、すなわちプラットフォームの側である。
【００１４】
特に、第１の溝は、ブレード荷重によって生じた応力のラインに進入する軸方向深さを有することができる。
【００１５】
特に、後縁シール溝は、ブレード荷重によって生じた応力のラインに進入しない軸方向深さを有することができる。
【００１６】
別の実施の形態によれば、後縁側シール溝は、ストリップシールを保持するように構成することができる。
【００１７】
別の実施の形態によれば、ブレードは、第１の溝の上方に主シールを収容するための、プラットフォームの圧力側および／またはプラットフォームの吸込側においてプラットフォームの後縁まで延びたシール溝を有する。プラットフォームの圧力側および／または吸込側における主シール用のシール溝は、プラットフォームの前縁に向かって延びていることができる。
【００１８】
別の実施の形態によれば、ブレードは、主シール溝から半径方向内方へ第１の溝の下方に延びたリアシールを収容するための、プラットフォームの圧力側および／またはプラットフォームの吸込側においてプラットフォームの後縁まで延びたシール溝を有する。
【００１９】
別の実施の形態によれば、ブレードは、下側シールを収容するための、第１の溝の下方に、ブレードのフットの後縁側に形成された下側シール溝を有する。下側シール溝は、ブレード圧力側とブレード吸込側との間に延びている。軸方向に延びた下側シール溝の深さは、第１の溝の深さよりも小さい。
【００２０】
ブレードの他に、上述のブレードと組み合わせてタービンを組み立てるのに適したロータ熱シールドは、開示の対象である。このようなタービンは、軸方向で相前後して配置された少なくとも２つのロータディスクを有する。ブレードをロータディスクに取り付けることができ、熱シールドは、ロータをカバーする２つのタービン段の間の環状構造を形成するように配置することができる。
【００２１】
冷却材が流過するガスタービンのロータ配列内の空間領域から高温作動媒体が流過する空間領域を分離するためのガスタービンロータ熱シールドは、プラットフォームを有し、このプラットフォームは、軸方向熱シールドセクションを形成し、かつ通常ロータの表面に対して実質的に平行に配置されている。１つの実施の形態によれば、ロータ熱シールドは、軸方向熱シールドセクションの一方の端部に配置された、軸方向セクションから高温ガス側に向かう方向に延びた半径方向熱シールドセクションを有する。
【００２２】
この文脈において、実質的に平行な方向とは、例えば３０°以上までの範囲であってよい。通常、実質的に平行な方向とは、２０°未満または１０°未満である。この限定は、本開示の対象である軸流タービンをラジアルタービンから区別するために働く。
【００２３】
１つの実施の形態によれば、軸方向熱シールドセクションと半径方向熱シールドセクションとの間の角度は、軸方向熱シールドセクションの表面から高温ガス側に向かう方向において、３０°よりも大きく、好適には６０°よりも大きい。熱シールドの高温ガス側とは、据え付けられかつ作動しているときにガスタービンの高温ガス流により近い熱シールドの側である。軸方向熱シールドセクションの高温ガス側は、通常、高温ガスに直接的に曝されるのではなく、内側ベーンプラットフォームによって高温ガスから保護することができる。通常、内側ベーンプラットフォームと熱シールドとの間の空間は、冷却流体によってパージされる。
【００２４】
この文脈において、軸方向延在とは、エンジンに据え付けられたときのガスタービンの軸に対して平行な方向での熱シールドまたはブレードの延在である。半径方向延在とは、エンジンに据え付けられたときのガスタービンの軸に対して垂直な方向での熱シールドまたはブレードの延在である。
【００２５】
別の実施の形態によれば、ロータ熱シールドの軸方向熱シールドセクションは、軸方向プラットフォームシールを収容するための、軸方向熱シールドセクションの圧力側および／または軸方向熱シールドセクションの吸込側におけるシール溝を有する。エンジンに据え付けられたとき、軸方向熱プラットフォームシールは、隣接するロータ熱シールドの軸方向熱シールドセクションの間の間隙を封止するために使用される。
【００２６】
さらに別の実施の形態によれば、半径方向熱シールドセクションは、半径方向熱シールドシールを収容するための、半径方向熱シールドセクションの圧力側および／または半径方向熱シールドセクションの吸込側におけるシール溝を有する。半径方向熱シールドシールにより、隣接するロータ熱シールドの半径方向熱シールドセクションの間の間隙を、熱シールドの据え付けられた状態において封止することができる。１つの組み合わされたシールを収容するために、軸方向熱シールドセクションから半径方向熱シールドセクションへ延びたシール溝を形成するように、軸方向および半径方向シール溝を組み合わせることもできる。
【００２７】
その他に、ブレードおよび熱シールド、このようなブレードおよびシールを有するタービンが開示される。このようなタービンは、後縁側、圧力側、吸込側および前縁側を備えたプラットフォームと、ブレードプラットフォームに結合された翼と、プラットフォームの後縁側に形成された第１の溝と、を有するガスタービンブレードを有する。周方向で、第１の溝は、圧力側と吸込側との間に延びている。軸方向で、第１の溝は、翼の後縁の根元部の下方に延びている。翼の根元部は、翼の後縁がプラットフォームと結合する位置である。
【００２８】
加えて、このようなタービンは、冷却材が流れるガスタービンのロータ配列内の空間領域から高温作動媒体が流過する空間領域を分離するための、ガスタービンロータ熱シールドを有する。ロータ熱シールドは、軸方向熱シールドセクションを形成するプラットフォームを有する。熱シールドセクションは、ロータの表面に対して実質的に平行に配置することができるか、ロータの表面に対して傾斜して配置することができるか、曲率を有することができ、ロータ側において高温ガス流路を画定している。
【００２９】
この文脈において、ロータ配列は、少なくとも１つのロータディスクを有する。通常、ロータ配列は、軸方向で相前後して配置された２つのロータディスクを有する。
【００３０】
第１の実施の形態によれば、ロータ熱シールドは、軸方向熱シールドセクションの上流端部において半径方向熱シールドセクションを有しており、この半径方向熱シールドセクションは、軸方向熱シールドセクションの軸方向延在部の表面から離れる方向へ延びている。ブレードフットもしくはプラットフォームの下流端部と、半径方向熱シールドセクションとは、ブレードリアキャビティを画定している。このリアブレードキャビティは、キャビティ冷却材によって供給されることができる。
【００３１】
リアブレードキャビティはブレードプラットフォームの下方に延びているので、隣接するプラットフォームの間から、プラットフォームの上方の高温ガス流（翼はプラットフォームから高温ガス流内へ延びている）への冷却材漏れに対して封止するシールの封止長さが減じられる。対応して、リアブレードキャビティに流入する冷却材を、熱シールドを冷却するためにおよび／または熱シールド領域または下流のその他の構成部材のパージングのために使用することができるので、冷却材消費が低減される。
【００３２】
１つの実施の形態によれば、半径方向熱シールドセクションは、軸方向熱シールドセクションの軸方向延在部の表面から離れる方向に、３０°よりも大きい、好適には６０°よりも大きい角度で延びている。
【００３３】
１つの実施の形態では、ブレードは、さらに、第１の溝よりも、翼に面したプラットフォーム面により近いブレードプラットフォームの後縁側に形成された後縁側シール溝を有する。後縁側シール溝は、圧力側と吸込側との間に延びており、軸方向における後縁側シール溝の深さは、軸方向における第１の溝の深さよりも小さい。
【００３４】
別の実施の形態において、タービンは、後縁側シール溝と半径方向熱シールドセクションとの間に配置された上側シールを有する。このシールは、さらに、リアブレードキャビティを画定しており、高温ガス流路へのキャビティ冷却材漏れを減じることができる。
【００３５】
別の実施の形態によれば、タービンのブレードは、プラットフォームの圧力側および／またはプラットフォームの吸込側においてリアシールを収容するためのシール溝と、第１の溝の下方に半径方向内方へ延びたリアシールとを有する。リアシールは、ブレードリアキャビティに向かう下流端部において、１つのタービン列の隣接するブレードの間に形成された空間を封止する。この空間は、作動中、冷却材によって加圧される。作動中、この空間から、ブレードにはブレード冷却材を供給することができ、熱シールドキャビティにはキャビティ冷却材を供給することができる。リアシールは、ブレードリアキャビティへの漏れを低減し、ブレードの下流端部における２段封止に有効につながる。
【００３６】
リアシールは、通常、プラットフォームから内方へ延びる“フロリダ・スタイル・シール”とも呼ばれる湾曲したシールである。プラットフォームにおいて、リアシールは、プラットフォームの主シールに対して接線方向であることができる。シールの内側端部は、通常、ブレードフットの下流端部にある。
【００３７】
さらに別の実施の形態によれば、ブレードは、下側シールを収容するための、プラットフォームの後縁側または第１の溝の下方のブレードのフットの後縁側に形成された下側シール溝と、下側シール溝と半径方向熱シールドセクションとの間に配置された下側シールと、を有する。このシールは、ブレードリアキャビティを、軸方向熱シールドセクションの半径方向内方に配置された熱シールドキャビティから分離している。この下側シールは、ブレードリアキャビティから高温ガスに向かう方向でのシールのいずれかが破損した場合の、付加的な安全性を提供する。このような破損の後でさえも、熱シールドキャビティはまだ十分に封止されており、熱シールドの冷却を保証する。このような破損の場合、ブレードリアキャビティは、下側シールおよびリアシールを横切る増大した漏れによってパージされる。この実施の形態のために、熱シールドは、下側シールを収容するための、軸方向熱シールドセクションの前端部または半径方向熱シールドセクションの上流側に形成された下側シール溝を有することができる。
【００３８】
リアブレードキャビティを備えた開示されたタービンは、高温ガスからブレードの下流端部を分離し、漏れを低減することができる。ファーツリーおよびロータは、シールラインの下方にある。ブレードフットの下流端部を個々のシールによって封止することができるので、相じゃくりは必要ない。したがって、個々のブレードの容易な組付けおよび分解が可能である。さらに、翼後縁における応力が低減される。
【００３９】
開示、その性質及びその利点は、添付の図面を用いて以下でより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】列またはタービンブレードの平面図である。
【図２】タービンの切取り図を示しており、タービンブレードの側面図と、ブレードおよび熱シールドを保持するロータの断面図と、熱シールドに面したベーンの断面図と、を示している。
【図３】タービンの切取り図を示しており、タービンブレードの側面図と、ブレードを保持するロータの断面図と、熱シールドおよびリアブレードキャビティの断面図と、を示している。
【図４】タービンの切取り図を示しており、タービンブレードの側面図と、ブレードを保持するロータの断面図と、熱シールド、リアブレードキャビティおよびリアシールの断面図と、を示している。
【図５】付加的な下側シールを備えたタービンの切取り図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１は、列またはタービンブレードのセクションの平面図である。各ブレード１は、プラットフォーム２に取り付けられた翼３を有する。翼は、前縁、後縁、凹面状の圧力側、および凸面状の吸込側を有する。プラットフォームの対応する側は、前縁側９、後縁側１０、圧力側２９、および吸込側３０である。ブレード１のフット４は、ブレードをロータに固定するために、プラットフォームの下方に設けられている。この図では、フット４の後側端部だけが見えている。
【００４２】
図１の例において、隣接するブレード１のプラットフォーム２の圧力側２９および吸込側３０は、平行な直線であり、それぞれの面は、プラットフォーム２の延在範囲に沿って前縁側９から後縁側１０に向かって延びている。しかしながら、プラットフォーム２の後縁側１０において、１つのブレードのプラットフォームは、隣接するブレードの方向に延長させられている。対応する隣接するブレードは、いわゆる相じゃくり（shiplap）を形成するようにプラットフォーム２の後縁と、その下方のフット４（図示せず）との重なり合いを許容するための間隙を有する。全ての標準的なブレード３１は、相じゃくり２８を有する。１つの閉鎖ブレード３２のみが相じゃくり２８を有さず、これは、付加的な漏れにつながる恐れがある。
【００４３】
図２は、タービンの切取り図を示しており、タービンブレード１の側面図と、ブレードを保持するロータ６の断面図と、熱シールド７の断面図と、を示している。熱シールド７の上方で、かつブレード２の下流に、タービンベーン３４（部分的にのみ示されている）が配置されている。熱シールド７と、ベーンの内側プラットフォームとの間の間隙における漏れを低減するために、熱シールド７に面して、ベーン３４にハニカム３５を取り付けることができる。
【００４４】
ブレード１は、プラットフォーム２に取り付けられた翼３、およびフット４を有する。フット４の一部分は、ロータにブレードを固定するためのファーツリー５として構成することができる。冷却材は、冷却材供給部８を通じてブレード１へ供給される。冷却材の一部分は、ブレード冷却材２６としてブレード１に供給され、冷却材の一部分は、キャビティ冷却材２７として、ブレードの下流の熱シールドキャビティ２５に供給される。キャビティ冷却材２７の流れは、スロットルラグ２４によって制御することができる。熱シールドキャビティへの、および熱シールド７の上方のプラットフォーム２の下流領域における、冷却材８の制御されない損失は、相じゃくり２８によって制限される。プラットフォーム２の上方の高温ガス流路への冷却材の損失は、主シール１７によって制限される。主シール１７は、隣接するブレード１のプラットフォーム２の間の間隙を封止している。ブレードの上流端部における制御されない冷却材流は、ロータ６からプラットフォーム２の内側まで延びた、隣接するブレード１のフット４の前端部の間に介在させられたロックプレートによって制限することができる。
【００４５】
キャビティ冷却材２７の損失は、隣接する熱シールド７の軸方向熱シールドセクション１４の間の間隙を封止している軸方向プラットフォームシール２１によって制限される。
【００４６】
図３は、開示の第１の実施の形態を示しており、タービンブレード１の側面図と、ブレードを保持するロータ６の断面図と、熱シールド７の断面図と、を示している。図３は、図２に基づくが、単純にするために、切り取られたベーンセクションは省略されている。図３のブレードは、相じゃくりを有さない。
【００４７】
翼３の後縁における応力を低減するために、第１の溝１１は、プラットフォーム２の後縁側１０、もしくはフット４の後縁側１０から“切り取られている”。溝は、ファーツリー５の上方の位置からプラットフォーム２まで、半径方向に延びている。軸方向で、溝は、プラットフォーム２の後縁側１０から、翼３の後縁よりも上流の位置まで延びている。その結果、プラットフォーム２の後縁側１０は、フット４に堅く結合されておらず、したがって、より可撓性である。これにより、熱延長の差は、翼後縁でのより小さな応力につながる。
【００４８】
図３の熱シールドは、図２の熱シールドを基礎とする。熱シールドは、加えて、軸方向熱シールドセクション１４の上流端部における、軸方向熱シールドセクション１４の外面を起点として半径方向外方へ延びる半径方向熱シールドセクション１５を有する。
【００４９】
プラットフォーム２の後側端部およびブレード１のフット４を保護するために、ブレード１の下流にブレードリアキャビティ１６が配置されている。ブレードリアキャビティ１６は、下流側では、熱シールド７の半径方向熱シールドセクション１５によって閉鎖されている。高温ガス側に向かう（半径方向外方への）漏れを制御するために、プラットフォーム２の後縁側１０と、半径方向熱シールドセクション１５の外側端部との間に、上側シール１９を配置することができる。
【００５０】
この実施の形態に示したように、半径方向熱シールドセクション１５は、半径方向外側端部において、ブレード１のプラットフォーム２に対して平行で、かつプラットフォーム２と一列になるように、上流方向へのキンク（kink）を有することができる。このキンクは、熱シールド７と、プラットフォーム２の後縁側１０との間の間隙をブリッジする。さらに、キンクは、上側シール１９をよりよく保持するために働くことができる。
【００５１】
図４は、図３を基礎とする別の改良を示している。図３に示された例に加えて、この例は、フット４の下流端部に配置されたリアシール３３を有する。リアシールは、ブレードから熱シールドキャビティ２５、特にブレードリアキャビティ１６への漏れを制御するために、主シール１７からプラットフォームの下方において半径方向内方へファーツリー５に向かって延びている。
【００５２】
図５は、図４を基礎とする別の例を示している。この例では、ブレードリアキャビティ１６は、フット４と熱シールド７との間に延びた下側シール２２によって熱シールドキャビティ２５から分離されている。この例では、下側シール２２は、軸方向熱シールドセクション１４とブレードフット４との間に延びているが、半径方向熱シールドセクション１５とブレードフット４との間に延びていることもできる。
【００５３】
通常、熱シールドキャビティ２５およびブレードリアキャビティ１６の設計圧力は、互いにほぼ同じであるかまたは極めて近く、例えば、それらの設計圧力は、合計圧力において１０％未満またはさらには５％未満だけ異なる。２つのキャビティは、独立した冷却材供給源を有する。このような設計のために、下側シール２２は、主に、ブレードリアキャビティ１６を封止する他のシールのうちの１つが破損した場合の安全策として働く。
【００５４】
全ての説明した利点は、明記した組合せだけに限定されるのではなく、開示の範囲から逸脱することなく、その他の組合せにおいてまたは単独で使用することもできる。その他の可能性が選択的に考えられ、例えば、付加的な冷却材供給を、ロータ６から直接的に熱シールドキャビティ２５へ、またはブレード１からブレードリアキャビティへ方向付けることができる。上流または下流端部からの付加的または択一的な冷却材供給は、冷却材をロータに、例えば見ているブレード領域に通過させることなく、予測することができる。
【００５５】
作動中の遠心力による大きな局所的応力を回避するために、第１の溝１１が、ブレード荷重によって生じる応力のライン内へ延びていないように、第１の溝１１は、図示したよりも小さな深さを有することもできる。このような第１の溝は、熱応力を低減するという目的を果たすこともできる。
【００５６】
熱シールドキャビティの半径方向外側におけるブレードリアキャビティの配置は、フェイルセーフ設計につながる。高温ガス側のシールのうちの１つ、すなわち半径方向熱シールドシール２０または上側シール１９が破損すると、残りのシール、すなわちリアシール３３および下側シール２２の両側の差圧が増大し、十分な冷却材流がブレードリアキャビティに進入し、ブレードリアキャビティをパージし、これにより、高温ガス吸い込みを回避する。
【符号の説明】
【００５７】
１  ブレード
２  プラットフォーム
３  翼
４  フット
５  ファーツリー
６  ロータ
７  ロータ熱シールド
８  冷却材供給部
９  前縁側
１０  後縁側
１１  第１の溝
１２  後縁側シール溝
１３  回転軸
１４  軸方向熱シールドセクション
１５  半径方向熱シールドセクション
１６  ブレードリアキャビティ
１７  主シール
１８  リアシール
１９  上側シール
２０  半径方向熱シールドシール
２１  軸方向プラットフォームシール
２２  下側シール
２３  ロックプレート
２４  スロットルラグ
２５  熱シールドキャビティ
２６  ブレード冷却材
２７  キャビティ冷却材
２８  相じゃくり
２９  圧力側
３０  吸込側
３１  標準ブレード
３２  閉鎖ブレード
３３  リアシール
３４  ベーン
３５  ハニカム
【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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