(57)【要約】【課題】翼形部の冷却システムを提供する。【解決手段】翼形部１２の冷却システムは、冷却媒体が供給される前方及び後方冷却回路２２、２４を含む。両方の回路は、蛇行通路３６、３８、４６、４８、５０を含む。中央リブ３４は、前方及び後方冷却回路に分割し、かつ前方冷却回路からキャップ６０の後方部分に対して衝突するように冷却媒体の噴流を供給する、翼形部先端に隣接する開口部７０を含む。さらに、先端キャップは、先端キャップの外面に沿ってまた先端キャップの座部５８上に断熱皮膜６２を含み、それによって先端キャップの金属温度と熱誘起応力とを低下させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼形部（１２）と、シャンク（１４）と、前記シャンク及び翼形部間のプラットフォーム（１６）とを含み、
前記翼形部が、該翼形部内に冷却媒体を流すための複数の通路（３６,３８,４６,４８,５０）を有する冷却回路（２０）を含み、
少なくとも１つのリブ（３４）が、前記翼形部の両側面間で延びて前記冷却回路を前方冷却回路（２２）と後方冷却回路（２４）とに分割し、
前記翼形部が、開口（５６）を有する翼形部先端を含み、
先端キャップ（６０）が、前記翼形部に固定されて前記開口を閉鎖し、
前記リブ（３４）が、前記先端キャップに向かって冷却媒体の一部分を流して該先端キャップをインピンジメント冷却するための孔（７０）を有することを特徴とするガスタービン用のバケット（１０）。
【請求項２】
前記前方及び後方冷却回路の各々が、その一部が前記リブ（３４）によって形成された複数の蛇行通路（３６,３８,４６,４８,５０）を含み、前記インピンジメント冷却孔（７０）が、前記キャップの後方部分をインピンジメント冷却するように前記リブ（３４）を貫通していることを特徴とする請求項１記載のバケット。
【請求項３】
前記翼形部が、前記前方冷却回路からそれを通して空気を流して該翼形部をフィルム冷却するための、該翼形部の前縁部分に沿ったフィルム冷却孔（３９）を含むことを特徴とする請求項１記載のバケット。
【請求項４】
前記翼形部が、前記後方冷却回路（２４）と連通して前記後縁を冷却するための、該後縁を貫通する複数の開口部（５２）を含むことを特徴とする請求項３記載のバケット。
【請求項５】
前記先端キャップが、その外面に沿った断熱皮膜（６２）を有することを特徴とする請求項１記載のバケット。
【請求項６】
前記翼形部先端が、前記先端キャップを受けるための陥凹座部（５８）を含み、前記座部が、断熱皮膜（６２）を有することを特徴とする請求項１記載のバケット。
【請求項７】
前記翼形部先端が、前記先端キャップを受けるための陥凹座部（５８）を含み、前記座部が、断熱皮膜（６２）を有し、前記先端キャップが、その外側面に沿った断熱皮膜（６２）を有することを特徴とする請求項１記載のバケット。
【請求項８】
翼形部（１２）と、シャンク（１４）と、前記シャンク及び翼形部間のプラットフォーム（１６）とを含み、
前記翼形部が、該翼形部内に冷却媒体を流すための複数の通路（３６,３８,４６,４８,５０）を有する冷却回路（２０）を含み、
前記翼形部が、開口（５６）を有する先端を含み、
先端キャップ（６０）が、前記翼形部に固定されて前記開口を閉鎖し、
前記先端キャップが、その外面に沿った断熱皮膜（６２）を有することを特徴とするガスタービン用のバケット（１０）。
【請求項９】
前記翼形部が、前記冷却回路から空気を流して該翼形部をフィルム冷却するための、該翼形部の前縁部分に沿ったフィルム冷却孔（３９）を含むことを特徴とする請求項８記載のバケット。
【請求項１０】
前記翼形部が、前記冷却回路（２４）と連通して該冷却回路から空気を流して前記後縁を冷却するための、該後縁を貫通する複数の開口部（５２）を含むことを特徴とする請求項９記載のバケット。
【請求項１１】
前記翼形部先端が、前記先端キャップを受けるための陥凹座部（５８）を含み、前記座部が、断熱皮膜（６２）を有することを特徴とする請求項８記載のバケット。
【請求項１２】
前記断熱皮膜（６２）が、単独で前記先端キャップの外面に施工されていることを特徴とする請求項１１記載のバケット。
【請求項１３】
前記断熱皮膜（６２）が、単独で前記先端キャップの外面に施工されていることを特徴とする請求項８記載のバケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン用のバケットに関し、具体的には、翼形部、特に翼形部先端の冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現代のガスタービンにおける高いガス燃焼温度により、タービンの高温ガス流路に沿った様々な部分は、より高い熱負荷環境にさらされる。熱負荷が顕著に増大していることを示した１つの区域は、ガスタービンロータ上の翼形部の先端である。過度の熱負荷により、翼形部先端キャップの酸化とクリープ破損とが生じていた。酸化及びクリープ状態になり難いより厚くかつ異なる材料を従来の翼形部先端キャップ設計と置き換えた場合であっても、これらのより厚くかつ異なる材料でさえも先端キャップ応力レベルが、受入れ不能なほど増大するおそれがあることを示した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、特に全タービン冷却流量を増加させずに先端キャップの金属温度と熱誘起応力とを低下させることになる、タービンバケットの翼形部先端キャップの冷却システムに対する明確な必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の好ましい実施形態では、ガスタービン用のバケットを提供し、本バケットは、翼形部と、シャンクと、シャンク及び翼形部間のプラットフォームとを有する。翼形部は、該翼形部内に冷却媒体を流すための複数の通路を有する冷却回路と、該翼形部の両側面間で延びて冷却回路を前方冷却回路と後方冷却回路とに分割する少なくとも１つのリブとを含む。翼形部はまた、開口を有する翼形部先端と、該翼形部に固定されて開口を閉鎖する先端キャップとを含む。リブは、先端キャップに向かって冷却媒体の一部分を流して該先端キャップをインピンジメント冷却するための孔を含む。
【０００５】
本発明の別の好ましい実施形態では、ガスタービン用のバケットを提供し、本バケットは、翼形部と、シャンクと、シャンク及び翼形部間のプラットフォームとを有し、翼形部は、該翼形部内に冷却媒体を流すための複数の通路を有する冷却回路を含む。翼形部は、開口を有する翼形部先端と、該翼形部に固定されて開口を閉鎖する先端キャップとを含む。先端キャップは、その外面に沿った断熱皮膜を有する。翼形部は、先端キャップを受けるための、翼形部先端に隣接する座部を有し、この座部もまた、断熱皮膜を有するのが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
次に図１を参照すると、ガスタービンロータ（図示せず）用の全体を符号１０で表したバケットを示しており、バケット１０は、翼形部１２と、シャンク１４と、シャンク１４及び翼形部１２間のプラットフォーム１６とを含む。図１に示すように、バケット１２は、翼形部内に、例えば空気のような冷却媒体を流すための複数の通路を有する全体を符号２０で表した冷却回路を含む。具体的には、例えば圧縮機吐出空気のような冷却空気は、翼形部冷却回路２０に供給することができ、冷却回路２０は、前方冷却回路２２と後方冷却回路２４とを含むことが分かるであろう。シャンク１４の基部にそれぞれ隣接する入口２６及び２８は各々、図示するように１対の入口ポートを形成して、冷却媒体、好ましくは圧縮機吐出空気をそれぞれ前方及び後方冷却回路２２及び２４内に流すようにする。
【０００７】
前方冷却回路２２は、翼形部の両側面間で延びるリブ３０及び３２によってまたその一部が中央リブ３４によって形成された複数の全体的に蛇行構成になった通路を含む。従って、冷却媒体、例えば圧縮機吐出空気は、入口２６を通ってリブ３０及び３４間のほぼ半径方向外向き方向の通路３６内に流入し、翼形部の先端近くで方向を反転してリブ３０及び３２間の通路３８を通ってほぼ半径方向内向き方向に流れるようになり、かつほぼ半径方向外向き方向に方向転換して前縁に沿って間隔を置いて配置された一連のフィルム冷却孔３９（図３）を通って流れるようになる。また、補助通路４０が、前縁フィルム冷却孔３９に直接冷却媒体を供給する。
【０００８】
後方冷却回路２４は、翼形部の両側面間で延びる１対のリブ４２及び４４を含む。従って、冷却媒体は、入口２８を通り中央リブ３４とリブ４２との間の通路４６を通ってほぼ半径方向外向き方向に流れ、翼形部の先端近くで方向を反転して通路４８を通ってほぼ半径方向内向き方向に流れるようになり、かつ最終的にリブ４４と後縁との間の通路５０を通って半径方向外向き方向に流れる。図示していないが、通路５０内のかつ後縁に沿った壁は、後縁冷却孔５２（図３）を通して冷却媒体を流すための貫通孔を含む。
【０００９】
図３を参照すると、翼形部先端には、陥凹座部５８によって形成された開口５６が設けられる。先端キャップ６０（図４）は、開口５６内で座部５８上に配置される。先端キャップ６０は、座部５８上で翼形部先端に適当に固定されて開口５６を閉鎖する。しかしながら、先端キャップ６０は、冷却媒体の小量部分を高温ガス流路内に吐出する、例えば粒状物質を高温ガス流路内に吐出するために該先端キャップを貫通する小さい開口部を有することができる。前に述べたように、全エンジン流量から付加的な冷却空気を取り出さずに、先端キャップにおける先端キャップ金属温度と熱誘起（熱により生じる）応力とを低下させることが望ましい。
【００１０】
その目的の一部を達成するために、先端キャップ６０の半径方向外面には、真空プラズマ溶射ボンディングコートと断熱皮膜（ＴＢＣ）６２とが施工される。ボンディングコート及び断熱皮膜は、米国特許第６７３０４１３号に記載されているようなそれぞれＭＣrＡＬＹ及びイットリア部分安定化ジルコニアのような耐酸化性合金を含み、この特許の主題は、参考文献として本明細書に組み込まれる。他の形式のボンディングコート及びＴＢＣ皮膜を使用することもできる。さらに、座部５８すなわち開口５６の周縁部には、同様にボンディングコートと断熱皮膜とが施工される。これらの層は、ガス流路内を流れる高温ガス流の高温から先端キャップを保護する。
【００１１】
さらに、本発明の冷却回路２０は、先端キャップ６０の下面の積極的な冷却を行う。具体的には、冷却空気を前方回路から抽気して、先端キャップ６０をインピンジメント冷却するための孔を通して流すようにする。図１及び図２に示すように、中央リブ３４には、翼形部先端に隣接しかつ先端キャップ６０の直ぐ下方に孔７０が設けられる。孔７０は、先端キャップの後方部分に向けて半径方向外向き方向に傾いている。先端キャップの後方部分は、先端キャップの最も高温部分を構成する。従って、前方冷却回路２２からのインピンジメント冷却空気の噴流は、孔７０を通して先端キャップの後方部分の下面に向けられる。入口２６及び２８の寸法を賢明に選択することによって、後方冷却回路２４内に前方冷却回路２２に対する圧力低下を形成して、前方及び後方冷却流回路を分離するリブ３４を貫通するインピンジメント孔７０が、先端キャップ６０のインピンジメント冷却を行うのに十分な噴流潜在能力を有するようにする。さらに、入口２６及び２８に使用する調量プレート（図示せず）は、全バケット冷却流量を従来の設計におけるのと同一に保つと同時に、より多くの冷却空気が後方冷却回路に向けられるような寸法にされる。その結果、孔７０を通るインピンジメント噴流冷却と先端キャップ６０の外面及び先端キャップ６０用の座部５８上のＴＢＣ皮膜６２との複合冷却効果により、先端キャップの金属温度と熱誘起応力との両方が低下する。
【００１２】
現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、反対に特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護することを意図していることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の好ましい態様によるその冷却システムを示す、ガスタービン用のバケットの概略断面図。
【図２】図１の翼形部の先端部分の拡大断面図。
【図３】ほぼ半径方向内向きに見た翼形部の端面図。
【図４】翼形部の先端上に取付けられた先端キャップの部分斜視図。
【符号の説明】
【００１４】
１０  バケット
１２  翼形部
１４  シャンク
１６  プラットフォーム
２０  冷却回路
２２  前方冷却回路
２４  後方冷却回路
２６、２８  入口
３０、３２、４２、４４  リブ
３４  中央リブ
３６、３８、４６、４８、５０  通路
４０  補助通路
７０  インピンジメント冷却孔
【図１】
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【図２】
2006144786.tif 000004
【図３】
2006144786.tif 000005
【図４】
2006144786.tif 000006