(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャンク部分（１２）と前縁及び後縁（１６、１８）並びに半径方向外側先端を備えた翼形部分（１４）と、
前記半径方向外側先端に隣接する前記翼形部分の半径方向外側端部において少なくとも１つのそれぞれの先端反転部（４０）によって結合された少なくとも１つの半径方向外向き流通路（２４）及び少なくとも１つの半径方向内向き流通路（２６）を含む該翼形部分内の内部閉ループ冷却回路（２０）と、
を有するタービンブレード（１０）であって、
前記少なくとも１つの先端反転部が、前記半径方向外側先端の下面上に形成されかつ該先端反転部内に突出する単一の乱流増強装置（６０）を有しており、
前記半径方向外側先端が複数の中子支持穴を含んでいて、各穴がプラグ（４８）によって塞がれており、該プラグ（４８）がその下面の陥凹域（６２）の周囲に半径方向内側フランジ（５８）を備えていて、前記乱流増強装置（６０）が前記陥凹域（６２）内に配置されている、タービンブレード（１０）。
【請求項２】
前記単一の乱流増強装置（６０）が前記陥凹域（６２）内のリブからなる、請求項１記載のタービンブレード。
【請求項３】
前記リブ（６０）が方形断面を有する、請求項２記載のタービンブレード。
【請求項４】
前記リブ（６０）が丸形断面を有する、請求項２記載のタービンブレード。
【請求項５】
前記リブ（６０）が、前記先端反転部を通る冷却蒸気流の方向に延びている、請求項２記載のタービンブレード。
【請求項６】
前記リブ（６０）が、前記先端反転部を通る冷却蒸気流の方向に対して垂直な方向に延びている、請求項２記載のタービンブレード。
【請求項７】
前記リブ（６０）が、前記先端反転部を通る冷却蒸気流の方向に対して斜めの方向に延びている、請求項２記載のタービンブレード。
【請求項８】
前記リブ（６０）が山形形状になっている、請求項２記載のタービンブレード。
【請求項９】
前記内部閉ループ冷却回路（２０）が、複数の半径方向外向き流通路（２４、２８、３２、３６）と複数の半径方向内向き流通路（２６、３０、３４、３８）とが複数の先端反転部（４０、４２、４４、４６）で結合された蛇行回路であり、複数の先端反転部（４０、４２、４４、４６）の各々が、前記プラグ（４８、５０、５２、５４）を有している、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のタービンブレード（１０）。
【請求項１０】
その中に中子支持穴を有する翼形部先端に隣接するそれぞれの先端反転部（４０、４２）によって結合された複数の半径方向外向き流通路（２４、２８）及び複数の半径方向内向き流通路（２６、３０）を含む、ガスタービンブレードの翼形部分（１４）内部に形成されたそれぞれの閉ループ冷却回路（２０）内の熱伝達を増強する方法であって、
ａ）前記中子支持穴をそれぞれのプラグ（４８、５０）で塞ぐ段階と、
ｂ）単一の細長いリブ（６０）を、該リブが前記先端反転部内に突出するように各プラグの下面上に形成する段階と、
を含んでおり、前記プラグ（４８、５０）がその下面の陥凹域（６２）の周囲に半径方向内側フランジ（５８）を備えていて、前記リブ（６０）が前記陥凹域（６２）内に形成されている、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはタービンブレードの冷却に関し、より具体的には、閉回路蒸気冷却式タービンブレードにおける冷却通路の先端反転部の下面上の乱流増強機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
閉回路蒸気冷却式タービンブレードでは、半径方向外側先端領域を効果的に冷却することは、この部分の寿命にとって重要である。その部分を保護するためにブレード内の孔を通して冷却媒体を放出して表面上に比較的低温のフィルムを形成することができる典型的な空気冷却式タービンブレードとは異なり、蒸気冷却式タービンブレードにおける冷却能力の全ては、機械内部によるものでなければならない。平坦なプレート又はパイプ構成の熱伝達増強に比較して、この熱伝達増強は、蛇行回路内の流れを反転させることにより先端反転部で起こり、一般的に正常運転状態の下ではブレードの先端領域を冷却するのに充分である。しかしながら、万一ブレードの先端における断熱皮膜が破損した場合には、金属温度を妥当な限界値以下に維持するために、先端の内部表面での熱伝達を増強することが望ましい。
【０００３】
タービンブレード先端領域又は先端反転部の冷却は、これまで特許文献で論じられてきた。例えば、特許文献１には、典型的な先端反転部の局所帯域における熱伝達を向上させるためにフィルム孔の構成を組入れた空気冷却式タービンブレードが記載されている。特許文献２は、特に閉ループ蒸気冷却式タービンブレードの設計に関連し、先端に乱流増強特徴形状を組入れることの可能性を記載している。より具体的には、この特許には、先端領域における熱伝達を増強するために丸形又は方形のいずれかの構成の多数の隆起リブを使用することが記載されている。しかしながら、多数の特徴形状を使用することの欠点は、複数リブに関連する圧力損失の増大である。
【特許文献１】特開平１１−２５７００４号公報
【特許文献２】特開平０６−３１９８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、閉ループ蒸気冷却式タービンブレードの先端領域における熱伝達を増強して断熱皮膜の喪失に関連する危険性を減少させると同時に、乱流増強特徴形状を付加することにより生じる付加的な圧力損失を最小限にする。例示的な実施形態によると、ブレードの半径方向外側端部における冷却媒体流先端反転部に隣接する先端キャップの下面上に、単一のタービュレータ又は熱伝達増強装置が設けられる。この構成は、万一断熱皮膜破損が生じた場合における熱保護の向上と反転部を通しての最小の圧力損失とをもたらす。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例示的な実施形態では、単一の乱流増強装置又はタービュレータは、タービンブレードの先端キャップ内のプラグの一体形部分として組入れられた細長いリブの形態になっている。鋳造プロセスは、内部鋳造中子の支持体により生じる穴がタービンブレードの先端内に残った状態で行われる。これらの穴は、先端の大部分又は全てを覆う単一のプレートを用いるか或いは各それぞれの開口又は穴に対すて個々のプラグを用いるかのいずれかである幾つかの方法で塞がれる。従って、乱流増強装置は、一体形プラグの一部としてだけでなくプレート上にタービュレータを配置した単一のプレートの一部として、各先端反転部に隣接して設置されるように組入れることができる。タービュレータは、熱伝達増強と反転部を通しての圧力低下とに対する作用を変化させるように、ほぼ方形又は丸形断面とすることができる。タービュレータはまた、先端反転部を横切って傾斜させるか、流れの方向に整列（冷却フィンとして）させるか或いは流れの方向に対して垂直に位置合わせすることもできる。それに代えて、所望の効果を達成するように先端反転部内に配向した山形形状リブを用いることもできる。
【０００６】
従って、１つの態様では、本発明は、タービンブレードに関し、本タービンブレードは、シャンク部分と前縁及び後縁並びに半径方向外側先端を備えた翼形部分と、半径方向外側先端に隣接する翼形部分の半径方向外側端部において少なくとも１つのそれぞれの先端反転部によって結合された少なくとも１つの半径方向外向き流通路及び少なくとも１つの半径方向内向き流通路を含む該翼形部分内の内部閉ループ冷却回路とを有し、少なくとも１つの先端反転部は、半径方向外側先端の下面上に形成されかつ該先端反転部内に突出する単一の乱流増強装置を有する。
【０００７】
別の態様では、本発明は、タービンブレードに関し、本タービンブレードは、シャンク部分と前縁及び後縁並びに半径方向外側先端を備えた翼形部分と、翼形部分の半径方向外側端部において複数のそれぞれの先端反転部によって結合された複数の半径方向外向き流通路及び複数の半径方向内向き流通路を含む該翼形部分内の内部閉ループ蛇行冷却回路とを有し、また半径方向外側先端内に複数の中子支持穴を含み、各穴は、その下面上に形成されかつ先端反転部のそれぞれの１つ内に突出する多くても１つの細長いリブを有するプラグによって塞がれている。
【０００８】
さらに別の態様では、本発明は、タービンブレードに関し、本タービンブレードは、シャンク部分と前縁及び後縁並びに半径方向外側先端を備えた翼形部分と、半径方向外側先端において複数のそれぞれの先端反転部によって結合された複数の半径方向外向き流通路及び複数の半径方向内向き流通路を含む翼形部分内の内部閉ループ蛇行冷却回路とを有し、また半径方向外側先端内に複数の中子支持穴を含み、各穴は、複数の中子支持穴を覆う単一のプレートによって塞がれ、単一のプレートは、該プレートの下面上に形成された複数のリブを有するが該プレートの下面上の多くても１つの細長いリブが先端反転部のそれぞれの１つ内に突出している。
【０００９】
さらに別の態様では、本発明は、その中に中子支持穴を有する翼形部先端に隣接するそれぞれの先端反転部によって結合された複数の半径方向外向き流通路及び複数の半径方向内向き流通路を含む、ガスタービンブレードの翼形部分内部に形成されたそれぞれの閉ループ冷却回路内の熱伝達を増強する方法を提供し、本方法は、ａ）中子支持穴をそれぞれのプラグで塞ぐ段階と、ｂ）単一の細長いリブを、該リブが先端反転部内に突出するように各プラグの下面上に形成する段階とを含む。
【００１０】
次に、後で特定する図面に関して本発明を詳細に説明することにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照すると、シャンク部分１２と翼形部分１４とを有するタービンブレード１０が簡略形態で示されている。翼形部分１４には、それぞれの前縁及び後縁１６、１８が形成される。閉ループ蛇行冷却回路２０が、翼形部分内部に形成される。入口２２を介してブレード１０に流入する冷却蒸気は単一の蛇行閉回路２０を通って流れ、単一の蛇行閉回路２０は、例えば、１８０度の戻しＵ字形ベント４０、４２、４４及び４６によって交互に結合された合計８つの半径方向に延びる通路２４、２６、２８、３０、３２、３４、３６及び３８を有する。従って、入口２２は、第１の半径方向外向き流通路２４と連通し、また最後の半径方向内向き流通路３８は、出口４０と連通する。半径方向の通路の合計数は、特定の設計基準に従って変化させることができる。冷却蒸気はまた、符号４０を介してブレードに流入し、図示する矢印と反対方向に流れて、符号２２おいて流出することもできる。加えて、本発明は、単一の蛇行回路に制限されない。
【００１２】
先端反転領域は、冷却通路の最外半径方向端部に設置された反転Ｕ字形ベント４０、４２、４４及び４６に対応し、またプラグ４８、５０、５２及び５４は、ブレードの鋳造時に中子支持体により生じるタービンブレードの先端内の穴を塞ぐような所定の位置で示されている。例示的な実施形態によると、プラグの各々には、その下面上に単一の乱流増強機構又は装置が組入れられ、すなわち単一の乱流増強機構又は装置は、先端反転領域において冷却回路内に突出している。プラグ及びそのそれぞれの乱流増強特徴形状は、実質的に同一であるので、１つだけを詳細に説明すればよいであろう。
【００１３】
ここで図２に移ると、プラグ４８は、その半径方向内側端部にフランジ５８を備えた周辺壁５６を有する。フランジは、プラグ保持システムの一部であり、熱伝達増強に何らかの手段も提供することができる。この例示的な実施形態における乱流増強機構又は装置は、ほぼ方形又は丸形断面の細長いリブ形タービュレータ６０の形態であり、下部フランジ５８の領域内でプラグの下面に形成された陥凹域６２を横切って延びる。リブ形タービュレータ６０は、先端における流れ方向に対して垂直に、冷却フィンの場合には流れの方向に平行に或いは先端反転部を横切って角度をもたせて（例えば、斜めに）配向することができる。それに代えて、リブは、熱伝達増強及び反転部を通しての圧力低下に他の作用を与えるように山形形状の形態で設けることができる。現在好ましい構成では、単一の丸形リブが、流れの方向に対して垂直に配置される。本発明は、「リブ」形タービュレータに限定されるものではなく、任意の均等な乱流増強装置を包含する。
【００１４】
別の構成では、単一のプレート（図示せず）を利用して翼形部分の先端内の穴を塞ぐことができる。この場合には、プレートは、先端の大部分又は全てを覆って延び、かつプレートには、複数の乱流増強リブが形成され、各そのようなリブが、内部閉ループ冷却回路の単一のそれぞれの先端反転部内に突出するように設置されることになる。
【００１５】
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、また、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】
【００１６】
【図１】内部閉ループ冷却回路を示すタービンブレードの斜視図。
【図２】例示的な実施形態によるタービュレータを組入れた、ブレードの先端部分の中子支持穴を塞ぐために用いるプラグの下面の斜視図。
【図３】図２の線３−３に沿って取った断面図。
【符号の説明】
【００１７】
１０  タービンブレード
１２  シャンク部分
１４  翼形部分
１６  前縁
１８  後縁
２０  単一の蛇行閉回路
２４、２８、３２、３６  半径方向外向き流通路
２６、３０、３４、３８  半径方向内向き流通路
４０、４２、４４、４６  先端反転部
４８、５０、５２、５４  プラグ
６０  リブ形タービュレータ
【図１】
0004731199.tif 000002
【図２】
0004731199.tif 000003
【図３】
0004731199.tif 000004