(57)【要約】【課題】ガスタービンエンジンにおける三日月形斜面付きタービン段を提供する。【解決手段】タービン段は、対応するプラットフォーム（１６）に接合されてそれらの間に流路（３０）を形成した翼形部（１４）の列を含む。各翼形部（１４）は、対向する正圧及び負圧側面（２０、２２）を備えかつ対向する前縁及び後縁（２４、２６）間で翼弦にわたり延びる。各プラットフォーム（１６）は、翼形部（１４）の正圧側面（２０）に沿って前縁及び後縁（２４、２６）から該翼形部の翼弦中央部に向かってその高さが増大する三日月形斜面（３２）を含む。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対応するプラットフォーム（１６）に一体形に接合されかつ円周方向に間隔を置いて配置されてそれらの間に燃焼ガス（１２）を流すためのそれぞれの流路（３０）を形成した中実翼形部（１４）の列を備え、
前記翼形部（１４）の各々が、対向する前縁及び後縁（２４、２６）間で翼弦にわたり軸方向に延びる凹面形正圧側面（２０）と円周方向に対向する凸面形負圧側面（２２）とを備え、
前記プラットフォーム（１６）の各々が、前記前縁及び後縁（２４、２６）間で延びる対応するフィレット（４０）に沿って前記正圧側面（２０）に隣接するその三日月形斜面（３２）を備え、
前記斜面（３２）が、前記フィレット（４０）に沿って軸方向に凸状でありかつ前記前縁及び後縁（２４、２６）から前記翼形部（１４）の翼弦中央部付近の最大高さの頂部（３６）までその高さが増大することを特徴とする低圧タービン段。
【請求項２】
前記プラットフォーム（１６）が、隣り合う翼形部（１４）間で前記流路（３０）を円周方向に分割する軸方向分割線（３８）を備え、
前記斜面（３２）が、前記正圧側面（２０）から円周方向に前記対応する分割線（３８）に向かってその高さが減少することを特徴とする請求項１記載のタービン段。
【請求項３】
前記プラットフォーム（１６）が各々、前記斜面（３２）がそこから前記正圧側面（２０）に向かってその高さが増大する基準外表面（３４）を備え、
前記斜面（３２）が、前記前縁及び後縁（２４、２６）付近で終端しかつそこで前記外表面（３４）に滑らかに連続することを特徴とする請求項２記載のタービン段。
【請求項４】
前記斜面（３２）が、前記頂部（３６）と前縁及び後縁（２４、２６）との間で前記正圧側面（２０）から円周方向外向きに凹状でありかつ前記頂部（３６）から前記前縁及び後縁（２４、２６）に向かってほぼ対称に発散していることを特徴とする請求項３記載のタービン段。
【請求項５】
前記斜面（３２）が、前記前縁及び後縁（２４、２６）間で前記基準外表面（３４）から前記フィレット（４０）まで滑らかであることを特徴とする請求項４記載のタービン段。
【請求項６】
前記斜面（３２）が各々、前記頂部（３６）から円周方向外向きに延びかつ前記前縁及び後縁（２４、２６）との間に間隔を置いて配置された凸状膨出部（４４）を含むことを特徴とする請求項４記載のタービン段。
【請求項７】
前記基準外表面（３４）が、前記前縁及び後縁（２４、２６）の周りに及び前記頂部（３６）の背後の前記翼形部（１４）の負圧側面（２２）に沿って延びることを特徴とする請求項４記載のタービン段。
【請求項８】
前記プラットフォーム（１６）の各々が、前記基準外表面（３４）から前記頂部（３６）の背後の前記翼形部（１４）の対応する負圧側面（２２）までその深さが増大する浅い皿形部（４２）をさらに含むことを特徴とする請求項４記載のタービン段。
【請求項９】
前記皿形部（４２）が、半円形であり、前記正圧側面（２０）側の対応する頂部（３６）の背後の前記負圧側面（２２）側に中心をもち、かつ前記前縁及び後縁（２４、２６）の手前において前記基準外表面（３４）で終端することを特徴とする請求項８記載のタービン段。
【請求項１０】
前記翼形部（１４）の各々が、その遠位先端端部に一体形に接合された先端シュラウド（２８）をさらに備え、前記プラットフォーム（１６）が、前記前縁（２４）から後縁（２６）まで前記シュラウド（２８）に向かって外向きに傾斜することを特徴とする請求項４記載のタービン段。
【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、ガスタービンエンジンにおけるタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンでは、空気が、圧縮機内で加圧され、燃焼器内で燃料と混合されて高温燃焼ガスを発生する。タービン段は、燃焼ガスからエネルギーを抽出して圧縮機に動力を供給すると同時に、さらにターボファン式航空機エンジン用途では上流ファンに動力を供給し、或いは船舶及び産業用途で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、燃焼器の直ぐ後に続き、支持ロータディスクから半径方向外向きに延びる回転する第１段タービンロータブレードの列内に燃焼ガスを吐出する固定タービンノズルを含む。ＨＰＴは、ロータブレード及び対応するタービンノズルの１つ又はそれ以上の段を含むことができる。
【０００４】
ＨＰＴに後続して、一般的にロータブレード及び対応するタービンノズルの複数段を含む低圧タービン（ＬＰＴ）が配置される。
【０００５】
各タービンノズルは、ベーンを支持する弓形バンドの形態をした半径方向外側及び内側端壁を有するステータベーンの列を含む。それに対応して、タービンロータブレードは、半径方向内側端壁又はプラットフォームに一体形に接合された翼形部を備え、この半径方向内側端壁又はプラットフォームは次に、支持ロータディスクの周辺部に形成されたダブテールスロット内に個々のブレードを取付ける対応するダブテールによって支持される。環状シュラウドが、特にＨＰＴ内の各タービン段におけるロータ翼形部の半径方向外側先端を囲む。ＬＰＴにおいては、シュラウドは一般的に、翼形部先端と一体形に形成される。
【０００６】
ステータベーン及びロータブレードは、対向する前縁及び後縁間で翼弦にわたり軸方向に延びるほぼ凹面形の正圧側面とほぼ凸面形の負圧側面とを含む対応する翼形部を有する。隣り合うベーン及び隣り合うブレードは、それらの間に半径方向内側及び外側の端壁によって境界付けられた対応する流路を形成する。
【０００７】
作動中、燃焼ガスは、燃焼器から吐出され、ステータベーン間及びロータブレード間に形成されたそれぞれの流路を通って軸方向下流方向に流れる。ベーン及びブレード並びにそれらの間の対応する流路の空気力学的外形は、燃焼ガスからのエネルギー抽出を最大にし、次にそのエネルギーでブレードがそれから延びているロータを回転させるように精密に構成される。
【０００８】
ベーン及びブレード翼形部の複雑な３次元（３Ｄ）構成は、作動の効率を最大にするように調整され、翼長にわたり翼形部に沿って半径方向に変化すると同時に前縁及び後縁間で翼形部の翼弦に沿って軸方向に変化する。従って、翼形部表面上及び対応する流路内における燃焼ガスの速度及び圧力分布もまた変化する。
【０００９】
従って、燃焼ガス流路における望ましくない圧力損失は、全タービン効率における望ましくない低下に対応する。例えば、燃焼ガスは、それらの間の流路内で対応するベーン及びブレードの列に流入し、必然的に翼形部のそれぞれの前縁において分割される。
【００１０】
流入燃焼ガスのよどみ点の位置は、各翼形部の前縁に沿って延び、また対応する境界層は、全体で各流路の４つの側面を境界付ける各翼形部の正圧及び負圧側面並びに各半径方向外側及び内側端壁に沿って形成される。境界層内では、燃焼ガスの局所的速度は、端壁及び翼形部表面に沿ったゼロから境界層が終わる位置の燃焼ガス内の無拘束速度まで変化する。
【００１１】
タービン圧力損失の１つの一般的な原因は、燃焼ガスがその移動中に翼形部前縁の周りで分割された時に生じる馬蹄形渦の形成である。全圧力勾配は、翼形部の前縁と端壁との接合部における境界層流内で生じる。翼形部前縁におけるこの圧力勾配は、端壁付近の各翼形部の対向する側面上を下流方向に移動する１対の逆方向回転する馬蹄形渦を形成する。
【００１２】
これら２つの渦は、各翼形部の対向する正圧及び負圧側面に沿って後方に移動し、それら側面に沿った異なる圧力及び速度分布のために異なる挙動を示す。例えば、コンピュータ解析では、負圧側面渦が端壁から離れるように翼形部後縁に向かって移動し、次に翼形部後縁の後方で該翼形部後縁から後方に流れる正圧側面渦と相互作用することを示している。
【００１３】
正圧及び負圧側面渦の相互作用は、翼形部の翼長中央部領域付近で発生し、全圧力損失及び対応するタービン効率の低下を引き起こす。これらの渦はまた、乱流を引き起こし、端壁の望ましくない加熱を増大させる。
【００１４】
タービンロータブレードとそれらの一体形根元プラットフォームとの接合部並びにノズルステータベーンとそれらの外側及び内側バンドとの接合部において馬蹄形渦が形成されるので、タービン効率の対応する損失及び対応する端壁構成部品の付加的な加熱が生じる。
【特許文献１】米国特許第４１９４８６９号公報
【特許文献２】米国特許第５３９７２１５号公報
【特許文献３】米国特許第５９５４４７５号公報
【特許文献４】米国特許第６０１７１８６号公報
【特許文献５】米国特許第６２８３７１３号公報
【特許文献６】米国特許第６３３８６０９号公報
【特許文献７】米国特許第６３４１９３９号公報
【特許文献８】米国特許第６３５４７９７号公報
【特許文献９】米国特許第６４１９４４６号公報
【特許文献１０】米国特許第６５１１２９４号公報
【特許文献１１】米国特許第６５６１７６１号公報
【特許文献１２】米国特許第６６６９４４５号公報
【特許文献１３】米国特許第６８３７６７９号公報
【特許文献１４】スイス特許第２２９２６６号公報
【特許文献１５】フランス特許第１６０２９６５号公報
【非特許文献１】Harvey et al, "Non-Asxisymmetric Turbine End Wall Design: Part 1 Three Dimensional Linear Design System," ASME 99-GT-337, June 1999, pp: 1-9
【非特許文献２】U. S. Patent Application No.11/010,688; filed 12/13/2004, " Fillet Energized Turbine Stage," Ching-Pang Lee [GE158088]
【非特許文献３】U .S. Patent Application No.11/022,121; filed 12/24/2004, "Scalloped Surface Turbine Stage," A. Tam et al [GE161855]
【非特許文献４】U. S. Patent Application No.11/035,866; filed 01/10/2005, "Funnel Fillet Turbine Stage," C. Lee et al [GE162846]
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って、馬蹄形渦の影響を低減するような改良型タービン段を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
タービン段は、対応するプラットフォームに接合されてそれらの間に流路を形成した翼形部の列を含む。各翼形部は、対向する正圧及び負圧側面を備えかつ対向する前縁及び後縁間で翼弦にわたり延びる。各プラットフォームは、翼形部の正圧側面に沿って前縁及び後縁から該翼形部の翼弦中央部に向かってその高さが増大する三日月形斜面を含む。
【００１７】
好ましい例示的な実施形態に従って、添付図面と関連して行った以下の詳細な記載において本発明をその更なる目的及び利点と共に一層具体的に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１に示すのは、２つの例示的な第１段ＬＰＴタービンロータブレード１０であり、これらタービンロータブレード１０は、ガスタービンエンジンの対応するタービン段におけるその完全列内で互いに円周方向に隣接している。上述したように、燃焼ガス１２は、従来型の燃焼器（図示せず）内で形成され、最初にＨＰＴ段を通り、次いでＬＰＴブレード１０の列を通って軸方向下流方向に吐出され、これらブレード１０が、燃焼ガスからエネルギーを抽出してその上に該ブレードが取付けられている支持ロータディスク（図示せず）を駆動する。
【００１９】
タービン段は、完全なブレード列を備え、各ブレードは、その根元端部において対応する半径方向内側端壁又はプラットフォーム１６と一体形に接合された対応する翼形部１４を有する。各プラットフォームは次に、従来通りにロータディスクの周辺部に対応するタービンブレードを支持するように構成された対応する軸方向挿入式ダブテール１８と一体形に接合される。
【００２０】
各翼形部は、対向する前縁及び後縁２４、２６間で翼弦にわたり軸方向に延びるほぼ凹面形の正圧側面２０と円周方向に又は横方向に対向するほぼ凸面形の負圧側面２２とを含む。前縁及び後縁は、翼形部の根元から先端まで翼長にわたり半径方向に延びる。
【００２１】
図１に示す例示的なブレード１０は、低圧タービン内で使用するように構成され、そのＬＰＴ翼形部１４は、高圧タービンの一般的に短い翼形部よりも半径方向翼長が比較的長い。ＬＰＴ翼形部１４は、一般的に内部冷却されないので一般的には中実であり、それらの中実の半径方向断面は、図１及び図２に示すように、根元から先端まで何らの内部空隙又はチャンネルも有しないが、ＨＰＴ翼形部は、その内部冷却のために中空である。
【００２２】
図１に示すように、各翼形部１４は、その遠位先端端部に一体形に接合された先端シュラウド２８を備え、隣り合う先端シュラウドが、完全なＬＰＴロータブレード列の周りに完全なセグメント式環状シュラウドを形成する。
【００２３】
ＬＰＴ構成において、プラットフォーム１６は一般的に、各ブレードの前縁２４から後縁２６まで先端シュラウド２８に向かって半径方向外向きにかつ後方に傾斜している。各翼形部の半径方向翼長又は高さは一般的に、前縁から後縁まで傾斜したプラットフォームに沿って軸方向下流方向に増大する。
【００２４】
図１及び図２に示す例示的なタービンブレードは、作動中に燃焼ガス１２からエネルギーを抽出すようになったあらゆる従来型の構成の翼形部、プラットフォーム及びダブテールを有することができる。上述したように、プラットフォーム１６は、翼形部の根元端部に接合され、燃焼ガス１２のための半径方向内側流れ境界面を形成する。
【００２５】
ブレードは、ロータディスク周辺部の周りに列の形態で取付けられ、隣り合う翼形部１４は、円周方向又は横方向に間隔を置いて配置されて作動中にそれらの間に燃焼ガス１２を軸方向下流方向に流すための流路３０を形成する。
【００２６】
従って、図１及び図２に示すタービン段内の各翼形部間流路３０は、１つの翼形部の正圧側面２０と、次の隣接する翼形部の負圧側面２２と、隣り合うプラットフォーム１６の対応する正圧側及び負圧側部分と、完全なタービンブレード列内の翼形部の半径方向外側先端端部に配置された半径方向外側先端シュラウド２８とによって形成されかつ境界付けられる。
【００２７】
「背景技術」の項で上述したように、燃焼ガス１２は、作動中に対応する流路３０を通って流れ、必然的に個々の翼形部１４によって分割される。高速度の燃焼ガスは、対応する翼形部前縁２４において円周方向に分割され、この前縁においてよどみ圧力が生じ、また翼形部の対向する正圧及び負圧側面に沿って対応する境界層が形成される。
【００２８】
さらに、燃焼ガスはまた、プラットフォームとの接合部において翼形部前縁の周りでガスが分割される時に、個々のブレードプラットフォーム１６に沿っても境界層を形成する。
【００２９】
従って、ブレードプラットフォームに沿った分割燃焼ガスの流れは、図１に示すように、１対の逆方向回転する馬蹄形渦を生じ、これらの渦は、各翼形部の対向する正圧及び負圧側面に沿って流路を通って軸方向下流方向に流れる。これらの馬蹄形渦は、境界層内に乱流を引き起こし、また翼形部の翼長中央部領域に向かって半径方向外向きに移動して、全圧の損失を引き起こし、タービン効率を低下させる。
【００３０】
図１に示す例示的なタービンロータ段は、一般的な方式で燃焼ガスからエネルギーを抽出してファンに動力を供給するための第１段ＬＰＴロータとして特別に設計されたようなあらゆる従来型の構成を有することができる。「背景技術」の項で上述したように、流入燃焼ガス１２は、翼形部前縁２４に沿って分割されて対応する流路３０を軸方向に通って下流方向に流れる。
【００３１】
正圧側面２０の凹面形輪郭及び負圧側面２２の凸面形輪郭は、燃焼ガスからのエネルギー抽出を最大にするために異なる速度及び圧力分布を生じるように特別に構成される。また、プラットフォーム１６は、燃焼ガスの境界面になる半径方向内側端壁を形成し、ガスはさらに、周り囲む先端シュラウド２８によって半径方向外側も境界付けられる。
【００３２】
この構成では、プラットフォームと前縁との接合部において流入する燃焼ガスは、翼形部の対向する正圧及び負圧側面に沿って流路を通って進む馬蹄形渦の影響を受ける。上述したように、これらの渦は乱流を引き起こし、タービン段の空気力学的効率を低下させ、プラットフォームの熱伝達加熱を増大させる。
【００３３】
従って、図１に始めに示したプラットフォーム１６は、馬蹄形渦の強さを減少させるような燃焼ガスの境界面となる傾斜した流れ表面を有するように特殊な形状に構成される。傾斜プラットフォームの例示的な構成は、基準軸対称プラットフォームからの共通高さのアイソクライン（等斜褶曲）を有する状態で図１にその全体を示している。また図２は、アイソクラインを平面図でより詳細に示す。
【００３４】
最新のコンピュータ流体力学を使用して、馬蹄形渦を弱めかつそれに対応してタービン効率を向上させるようにプラットフォームの特殊な３Ｄ外形を検討しかつ定めた。図１及び図２に示すプラットフォーム１６の各々は、基準ゼロ（θ）面を定めるその他の点では従来型のプラットフォームの基準軸対称外表面３４に対して流路３０内に上向き（＋）に隆起した局所的三日月形又は三日月斜面３２を含む。
【００３５】
翼形部１４の具体的な寸法及び間隔は、特定のエンジン設計及びそれを通って流れる質量流量に合わせて選択される。翼形部の弓形側壁は一般的に、円周方向にそれらの間で前縁から後縁まで軸方向下流方向に収束する流路３０を形成する。
【００３６】
図２に示すように、各翼形部は、その対応する三日月形状を形成する比較的大きな角度のキャンバを有する。それに対応して、プラットフォーム斜面３２は、該斜面の位置が翼形部の正圧側面２０の大半部分に沿っているために、三日月形状を有する。また、等しい高さのアイソクラインもまた、それらアイソクラインが翼形部正圧側面２０で終った状態での対応する三日月形状を呈する。
【００３７】
１つの翼形部の後縁は一般的に、隣接する翼形部の負圧側面の翼弦中央部付近におけるその垂直方向交差点に沿って最小流れ面積のスロート部を形成する。そのスロート部の最小流れ面積を含む流路３０の流れ面積は、所定のエンジン用途に対して予め選択され、従ってプラットフォーム１６によって形成された半径方向内側端壁及び先端シュラウド２８によって形成された半径方向外側端壁の両方によって調整される。
【００３８】
従って基準プラットフォーム面３４は、タービン段の円周の周りの円弧によって形成された従来型の軸対称表面として都合良く定めることができ、また図２に示すゼロ基準高さとして使用することができる。従って、プラットフォーム斜面３２は、ゼロ基準平面又は表面から半径方向外向きにその高さが隆起（＋）し、その翼形部の根元端部との接合部において翼形部の半径方向翼長を局所的に減少させる。
【００３９】
図２及び図３に示すように、プラットフォーム斜面３２は、該斜面が各翼形部の正圧側面と接合する時に、その半径方向高さつまり基準外表面３４に対する高さＡが増大する。図２は、基準表面３４上方の等しい高さ（＋）のアイソクラインを示しており、これらアイソクラインは、その大きさが直線的に増大し、それらに対して任意の数値１〜９を割り当てている。
【００４０】
図２に示す斜面３２の各々は、翼形部の翼弦中央部付近に配置された最大高さのピーク又は頂部３６を備え、この頂部は最大の大きさ９に相当しており、例示的な実施形態では約５．２ｍｍとすることができる。翼形部１４のＬＰＴ構成及びその比較的大きなキャンバを考慮すると、頂部３６は、対向する前縁及び後縁ではなくて翼形部の翼弦中央部領域に近接して、つまり翼形部の翼弦中央部から翼弦長さの約±１０％以内に設置される。
【００４１】
図２に示す例示的な実施形態では、プラットフォーム斜面３２のアイソクラインは、斜面が、頂部３６から正圧側面２０に沿ってほぼ対称に、かつ隣り合う翼形部間でのその円周方向の広がりに沿って翼形部の前縁及び後縁２４、２６に向かって外向きに発散していることを示している。
【００４２】
図２の上面図及び図３の半径方向断面図に示すプラットフォーム１６は、該プラットフォームの対応する円周方向端縁部によって形成された対応する軸方向分割線３８を有し、これらの軸方向分割線３８は、隣り合う翼形部１４の対向する正圧及び負圧側面間に形成された対応する流路３０を円周方向に分割する。
【００４３】
それに対応して、プラットフォーム斜面３２の各々は、円周方向に各翼形部の正圧側面２０から対応する分割線３８に向かって円周方向にその高さが減少する。従って、個々のプラットフォーム斜面には、プラットフォームの周縁部付近で始まり翼形部の正圧側面に対して上向きに滑らかに連続する、プラットフォーム外表面内の局所的高所部が形成される。
【００４４】
図２及び図３はまた、斜面３２がそこから正圧側面２０に向かってその高さが増大する基準外表面３４を示す。この基準外表面３４は、何ら斜面を付加しない状態での一般的な低圧タービンの従来型の軸対称又は円筒形表面であることになる。
【００４５】
図２は、翼形部正圧側面２０の三日月形又は凹面形外形に従ったプラットフォーム斜面３２の三日月形状又は輪郭を最も良く示している。各斜面３２は、軸方向に前縁及び後縁２４、２６付近で終端し、そこで基準外表面３４に滑らかに連続するのが好ましい。
【００４６】
それに対応して、各斜面３２はまた、対応する軸方向分割線３８において又はその付近において円周方向に終端するのが好ましい。このようにして、プラットフォーム斜面３２の全体構成は、頂部の平面内においては円周方向に比較的大きな幅を有し、また斜面が終端しかつプラットフォームの基準外表面に滑らかに連続する翼形部の対向する前縁及び後縁に向かっては軸方向に幅が減少する三日月形である。
【００４７】
翼形部正圧側面に沿ったプラットフォーム斜面３２の好ましい位置及び構成を使用して、さらに以下に説明するように、馬蹄形渦の強さを減少させかつタービン効率を向上させる利点を得ることができる。各三日月形斜面３２は、具体的なＬＰＴ設計を馬蹄形渦の悪影響を低減するように特別に調製又は構成することができる。最新のコンピュータ解析により、この斜面設計の利点を最大にするように斜面設計を反復することが可能になる。
【００４８】
図３は、プラットフォーム斜面の頂部を通る半径方向断面図であり、斜面が翼形部正圧側面２０から分割線におけるその終端部まで円周方向外向きに凹状であるのが好ましいことを示している。図３はまた、頂部３６と該頂部の両側の前縁及び後縁２４、２６との間のその他の軸方向位置における斜面の同様な凹状断面も表しており、これらの断面は、その位置における寸法が減少している。
【００４９】
図３及び図４に示す凹状斜面３２は、その外側周縁部において該凹状斜面がそこから延びるプラットフォームに滑らかに連続し、また対応する弓形又は凹形フィレット４０に沿って対応する翼形部正圧側面２０に隣接している。小さなフィレット４０は、前縁及び後縁２４、２６間の斜面の軸方向範囲全体に沿って、各プラットフォーム斜面と対応する翼形部正圧側面との間に滑らかな移行部を形成する。
【００５０】
図４に最も良く示すように、斜面３２の各々はまた、フィレット４０に沿って軸方向に凸状であり、対向する前縁及び後縁２４、２６からそれらの軸方向間の最大高さの頂部３６までその高さが増大する。
【００５１】
図４〜図６は、プラットフォーム斜面３２の表面外形をより良く示すために、コンピュータで作成した格子パターンを重ね合せたプラットフォーム斜面３２の好ましい実施形態を示す。図４は、斜面３２の中央頂部３６の両側において斜面３２がほぼ対称であることを示している。図５及び図６は、翼形部正圧側面に沿って斜面３２が滑らかに連続し、かつ対向する前縁及び後縁において斜面３２が終端することを示している。
【００５２】
図４〜図６は、コンピュータ流体力学解析によって作成した例示的な実施形態を示しており、この実施形態では、プラットフォーム斜面３２は、プラットフォームの基準外表面におけるその外縁部から翼形部の正圧側面上のフィレット４０まで、前縁及び後縁２４、２６間の斜面の全範囲にわたって滑らかである。
【００５３】
図２にさらに示すように、プラットフォーム斜面３２は、プラットフォームの前方側においては前縁２４の直ぐ手前で終端し、またプラットフォームの後方側においては後縁２６の直ぐ手前で終端する。従って斜面は、前縁及び後縁の両方においてその高さが減少して基準外表面３４に戻る。
【００５４】
図１に示す例示的なＬＰＴブレード１０は、重量及びコストを低減するために一般的なより高い剛率のＬＰＴよりも比較的低い剛率を有し、完全列内により少ない数のブレードを有する。しかしながら、ブレードの数が少ないことにより、各ブレードは燃焼ガスからより多くのエネルギーを抽出することが必要であり、従ってこのことにより、各翼形部においてより大きなキャンバと揚力性能とが必要になる。
【００５５】
ブレードの数を減少させると、ブレード間の円周方向間隔又はピッチが増大し、それに応じて半径方向内側プラットフォーム１６及び半径方向外側先端シュラウド２８によって形成された半径方向端壁の空気力学的影響が増大する。
【００５６】
空気力学的設計において翼形部の揚力性能を表すのに、通常のツバイフェル（Ｚｗｅｉｆｅｒ）数が使用される。ツバイフェル数は、隣り合う翼形部間の円周方向間隔、翼形部の軸方向幅、前縁及び後縁に沿った翼形部の半径方向高さ並びに前縁及び後縁における相対的流入及び流出角度の関数である。
【００５７】
最新の従来型タービン段においては、ツバイフェル数は１．０に等しい。タービンブレードの数が減少するにつれて、ツバイフェル数は、高揚力タービンの場合には１．２５まで、また超高揚力タービンの場合には１．３５まで増大する。タービン段における低剛率及び高ツバイフェル数は、各ブレードプラットフォームの表面積を増大させ、従って全タービン効率に対する表面積の影響を増大させる。
【００５８】
図２に示す例示的なタービン段は、低い剛率と１．０よりも大きい高いツバイフェル数とを有し、それに応じて大きなブレードプラットフォーム１６を有する。プラットフォーム斜面３２は、翼形部正圧側面における空気力学的利点を得るために軸方向分割線までのプラットフォーム表面積の大部分にわたって使用することができる。
【００５９】
また各プラットフォームはさらに、翼形部の対向する側の隆起した斜面３２を補完するために、各翼形部の負圧側面２２に沿って浅い凹部又は皿形部４２を含むことができる。皿形部４２は、図３に示すように、対応する軸方向分割線３８付近の基準外表面３４から最大高さの対応する頂部３６の直ぐ背後の翼形部１４の対応する負圧側面２２までその深さＢが増大する。
【００６０】
各ブレードプラットフォーム内の個々の皿形部４２は、半円形であり、かつ正圧側面２０の対応する頂部３６の背後の負圧側面２２側に中心をもつのが好ましい。各皿形部４２はまた、該皿形部４２の両側で対応する前縁及び後縁２４、２６から間隔を置いてつまり前縁及び後縁２４、２６の手前において基準外表面３４で終端する。
【００６１】
図２に示すように、皿形部は、基準外表面よりも下方に深さ（−）が増大する４つのアイソクラインによって表され、皿形部の最大深さは、この実施形態では頂部の最大高さの約半分、つまり約＋９／２よりも小さい約−４である。言い換えると、皿形部は、斜面の高所部と比べて比較的浅く、作動中に両者が協働して馬蹄形渦の悪影響を低減するようにして、それに対応して特にプラットフォーム端壁におけるタービン効率を増大させる。
【００６２】
図７〜図９に示すのは、ＬＰＴ段の別の実施形態であり、この実施形態では、タービンロータブレード１０は、通常の剛率値及び１．０のツバイフェル数を有する列の形態で配置される。この構成では、上述した前の実施形態と比べて個々の列内のタービンブレードの数がより多いことにより、それに対応して各ブレードの個々のプラットフォーム１６の表面積は減少する。従って、軸方向分割線３８は、個々の翼形部の対向する正圧及び負圧側面に対してより近接して配置され、その中にプラットフォーム斜面３２を配置することができる表面積が減少する。
【００６３】
第２の実施形態の図７〜図９は、第１の実施形態の図１〜図３に対応しており、その異なるタービン段は、反対方向に回転することになることを理解されたい。図１は、タービン段の時計方向の回転に対する矢印を示し、他方図７は、タービン段の反時計方向の回転に対する矢印を示しており、対応する翼形部１４は、互いの鏡像になっている。
【００６４】
それにも拘わらず、これら２つの実施形態は、互いにほぼ同様であって、両者共に翼形部の正圧側面２０側にほぼ対称な三日月形斜面３２を含む。
【００６５】
しかしながら、特に翼形部の負圧側面側においてプラットフォームがより小さいことを考慮して、第１の実施形態の浅い皿形部４２は、第２の実施形態では利用しない。その代わりに図８及び図９は、基準外表面３４が、プラットフォームの前端部及び後端部において前縁及び後縁２４、２６の周りに延び、またさらに対応する軸方向分割線に沿った各翼形部の負圧側面２２全体に沿って延びていることを示している。
【００６６】
従ってプラットフォーム１６の全負圧側面は、従来型の軸対称表面輪郭を有し、隆起した斜面３２は、対応する軸方向分割線までプラットフォームの利用可能な表面積の大半部分にわたって、翼形部の正圧側面側だけに導入される。図９に示すように、斜面３２は、翼形部の正圧側面側のその頂部３６までその高さが増大し、翼形部の対向する負圧側面側のプラットフォームは、その外表面の通常の半径方向位置を有し、この半径方向位置が、そこから斜面を半径方向外向きに測定する基準面を形成する。
【００６７】
上述した第１の実施形態では、斜面３２は、ほぼその全表面積にわたり滑らかであって、翼形部の正圧側面のフィレット４０及び対応する軸方向分割線と円周方向に滑らかに連続している。これらの斜面３２はまた、プラットフォームの対向する前端部及び後端部に沿って該プラットフォームの基準外表面と軸方向に滑らかに連続している。
【００６８】
しかしながら、図７〜図９に示す別形実施形態は、性能を高めるために滑らかな斜面３２を局所的に変更することができることを示している。例えば、各斜面３２はまた、頂部３６から分割線に向かって円周方向外向きに延びかつ前縁及び後縁２４、２６との間に軸方向に間隔を置いて配置された局所的な凸状膨出部４４を含むことができる。
【００６９】
図８及び図９に示す例示的な膨出部４４は、これを除けば凹状である斜面３２の湾曲面における局所的な変化である。膨出部４４は、斜面３２の軸方向及び円周方向中央部付近に設置され、軸方向及び円周方向の両方向に凸状の輪郭を有し、その周縁部の周りで凹状斜面と滑らかに連続している。
【００７０】
局所的膨出部４４は、隆起斜面３２と協働して、作動中に発生した馬蹄形渦の悪影響を低減し、それに対応してタービン効率を増大させるようにする。
【００７１】
上に開示した例示的な実施形態では、個々の流路３０は、１つの翼形部の正圧側面と次の隣接する翼形部の負圧側面との間に形成され、また半径方向内端部において対応する軸方向分割線３８において相接した２つのプラットフォーム１６の対応する部分によって境界付けられる。
【００７２】
従って、１つの翼形部の正圧側面側のプラットフォーム斜面３２は、隣のプラットフォームが図８に示す基準構成を有する場合であれ又は図２に示す浅い皿形部構成を有する場合であれ、該隣のプラットフォームの負圧側面側のプラットフォームと協働する。
【００７３】
隆起又は陥凹形状部がない状態の従来型の軸対称プラットフォームと比べて上記のように変更したプラットフォームを使用して、作動中に対応するプラットフォームに沿って生じる馬蹄形渦の悪影響を低減する利点を得ることができる。これらの実施形態に示すＬＰＴブレードに共通しているのは、翼形部の比較的大きなキャンバであり、このことにより、翼形部の正圧側面の大半部分に沿って相補的な三日月形斜面３２を導入することが可能になる。斜面の最大高さは、各翼形部の翼弦中央部領域付近に設置され、斜面は、それに対応して翼形部の前縁に向かって前方及び後縁に向かって後方の両方に向かってほぼ対称になる。
【００７４】
隣り合う翼形部間の隆起斜面を使用することによって、流入する馬蹄形渦は、その斜面の周りでの燃焼ガスの局所的な流線の湾曲によって、横方向にオフセットさせることができる。それに対応して、馬蹄形渦の半径方向外向きの移動は、変更したプラットフォーム外表面によって流路内で早期に阻止することができる。
【００７５】
以上においては、斜面付きプラットフォームをＬＰＴロータ段用として開示してきたが、斜面付きプラットフォームはまた、タービンノズル段にも適用することができる。タービンノズルにおいては、タービンベーンは、一般的に中心軸線の周りで軸対称円形輪郭である半径方向外側及び内側端壁又はバンド内に一体形に取付けられる。内側及び外側バンド又はプラットフォームの両方には、タービンノズルベーンの対向する端部において発生した対応する馬蹄形渦の悪影響を低減するために上に開示したのと同様な方式で斜面を設けることができる。
【００７６】
従って斜面付きプラットフォームは、あらゆるタイプのタービンエンジンにおいてまたあらゆるタイプのタービン翼形部において空気力学的効率を高めるために使用することができる。更なる実施例としては、翼形部がロータディスクの周辺部と一体形に形成されたタービンロータブリスクが含まれる。ＬＰＴブレードは一般的に、一体形の先端シュラウドを含むので、それらのシュラウド又はプラットフォームもまた、それらが各翼形部の遠位端部と接合する場所に三日月形斜面を含むことができる。
【００７７】
今や最新のコンピュータ流体力学解析は、馬蹄形渦を低減してタービン効率を増大させるための斜面付きプラットフォームの様々な置換を評価するのを可能にする。三日月形斜面の具体的な外形は、特定の設計に応じて変化することになるが、翼形部正圧側面側の斜面の形態は、特に燃焼ガスが翼形部前縁上で分割された時に生じる馬蹄形渦の悪影響を低減するためには同じままであることになる。
【００７８】
本明細書では本発明の好ましくかつ例示的な実施形態であると考えられるものを説明したが、本明細書の教示からその他の変更も当業者には明らかになる筈であり、従って、全てのそのような変更は、本発明の技術思想及び技術的範囲内に含まれるものとして特許請求の範囲で保護されることが望まれる。
【００７９】
従って、本特許によって保護されることを望むものは、特許請求の範囲に記載しかつ特定した発明である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】低圧タービン段列における例示的なタービンブレードの前方から後方に見た斜視図。
【図２】プラットフォーム表面のアイソクラインを含む、線２−２に沿って取った、図１に示すブレードの平面断面図。
【図３】線３−３に沿って取った、図２に示すブレードの半径方向断面図。
【図４】線４−４に沿って取った、図２に示すブレードの正圧側面に隣接するプラットフォーム斜面の側面斜視図。
【図５】前縁側から見た、図４に示す翼形部正圧側面に接合したプラットフォーム斜面の別の斜視図。
【図６】表示を明確にするために翼形部の外側端部を除去した状態の、図５に示すプラットフォーム斜面の拡大斜視図。
【図７】別の実施形態によるプラットフォーム斜面を有するＬＰＴブレードの、図１と同様の斜視図。
【図８】線８−８に沿って取った、図７に示すブレードの平面断面図。
【図９】線９−９に沿って取った、図８に示すブレードの半径方向断面図。
【符号の説明】
【００８１】
１０  第１段ＬＰＴタービンロータブレード
１２  燃焼ガス
１４  翼形部
１６  プラットフォーム
１８  ダブテール
２０  正圧側面
２２  負圧側面
２４  前縁
２６  後縁
２８  先端シュラウド
３０  翼形部間流路
３２  プラットフォーム斜面
３４  基準外表面
３６  頂部
３８  軸方向分割線
４０  フィレット
４２  浅い皿形部
４４  膨出部
【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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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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