(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持ダブテール（１６）と一体形に形成され、根元（２６）にあるプラットフォーム（１４）から外向きに延びた翼形部（１２）を含むタービンロータブレード（１０）であって、
前記翼形部（１２）が、間隔を置いて配置されてその中に内部冷却回路（２４）を形成した対向する正圧及び負圧側壁（２０、２２）を含み、前記根元（２６）から対向する遠位端における先端フロア（２８）まで翼長にわたって延び、かつ
対向する前縁及び後縁（３０、３２）間で翼弦にわたって延び、
スキーラリブ（３４）が、前記フロア（２８）を囲んで前記側壁（２０、２２）から延びて該フロアの上に開放先端空洞（３６）を形成し、
複数の湾曲先端孔（４２）が、前記冷却回路（２４）から冷却空気（３８）を受けるように該冷却回路（２４）と流れ連通状態で前記フロアを貫通して延び、かつ冷却空気（３８）を前記スキーラリブ（３４）に方向付けるように該リブに向かって斜めになっており、
前記先端孔（４２）の各々が、前記フロア（２８）の底面を貫通してほぼ垂直に延びる直線状入口（４４）と、前記入口から前記リブ（３４）に向かって湾曲した斜め出口（４６）とを含み、
前記出口（４６）が、該出口から吐出される冷却空気（３８）を拡散させるようにその流路面積が前記入口（４４）から拡開し、
前記出口（４６）が、  前記入口（４４）から前記リブ（３４）に向かって外寄りに傾斜した平坦な前方壁（４８）と、前記前方壁（４８）から内寄りに間隔を置いて配置された平坦な後方壁（５０）と、前記前方及び後方壁（４８、５０）を互いに結合して前記出口（４６）を囲む１対の平坦な側壁（５２）と、を含み、
前記リブ（３４）が、フィレット（５６）において前記フロア（２８）に接合し、前記出口（４６）が、前記フィレット（５６）において終端し、
前記タービンロータブレード（１０）は、前記フロア（２８）及びリブ（３４）に一体形に接合されかつ前記リブに沿って間隔を置いて配置された複数のラグ（５８）をさらに含み、
前記ラグ（５８）の各々が、前記冷却回路（２４）と流れ連通状態で該ラグを貫通して延びる前記先端孔（４２）の対応する１つを含む
ことを特徴とする、タービンロータブレード（１０）。
【請求項２】
前記後方壁（５０）が、前記入口（４４）と同一直線状である、請求項１記載のブレード。
【請求項３】
前記後方壁（５０）が、前記入口（４４）から前記傾斜前方壁（４８）に向かって外寄りに傾斜している、請求項１記載のブレード。
【請求項４】
前記出口（４６）の１対の側壁（５２）が、前記入口（４４）から外向きに拡開するように傾斜している、請求項１記載のブレード。
【請求項５】
前記前方壁（４８）が、前記出口側壁（５２）の傾斜よりも大きい傾斜角で前記リブ（３４）に向かって傾斜している、請求項４記載のブレード。
【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のタービンロータブレードに関する。
【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。高圧タービン（ＨＰＴ）において燃焼ガスからエネルギーを取り出して圧縮機に動力を供給し、また低圧タービン（ＬＰＴ）において燃焼ガスからエネルギーを取り出して、航空機用ターボファンエンジン用途における上流ファンに動力を供給し或いは船舶及び産業用途の出力シャフトに動力を供給するようにする。
【０００３】
第１段タービンロータブレードは、最初に燃焼器からの高温燃焼ガスを受け、従ってその高温に曝される。従って、第１段タービンブレードは、ＨＰＴの厳しい環境内で強度を維持する最高級の超合金で形成してブレードの有効寿命を最大にする。
【０００４】
さらに、各タービンブレードは中空であり、特殊な構成の冷却回路をその内部に含み、これらの冷却回路は、作動中に圧縮機から抽気した空気の一部分を使用して、タービンブレードを内部冷却すると共に、様々なフィルム冷却孔の列を通してタービン翼形部から吐出される使用済み空気による外部断熱空気フィルムを形成するようにする。
【０００５】
各ブレードは、支持ロータディスクの外周部にブレードを個別に取り付けるためのダブテールに接合されたプラットフォームから外向きに延びる翼形部を含む。翼形部は、ほぼ凹面形の正圧側面とほぼ凸面形の負圧側面とを有し、これら両側面は、プラットフォームにおける翼形部の根元からその半径方向外側先端まで翼長にわたって半径方向に延び、また対向する前縁及び後縁間で翼弦にわたって軸方向に延びる。
【０００６】
翼形部内に見られる冷却回路は、対向する正圧及び負圧側面上を流れる燃焼ガスによる異なる熱負荷に対して翼形部の異なる部分を異なった状態で冷却するように特別に調整した数多くの構成を有することができる。翼形部の凹面形−凸面形構成は、作動中にその表面上に異なる速度及び圧力分布を作り出して、支持ディスクを回転させるための燃焼ガスからのエネルギー抽出効率を最大にするようにする。
【０００７】
従って、燃焼ガスによる熱負荷は、根元から先端まで及び前縁から後縁まで複雑な三次元パターンで変化し、このことが次に、翼形部の異なる部分の局所的冷却要件に影響を与えることになる。
【０００８】
各翼形部は、前縁の直ぐ後方で最大厚さを有し、薄い後縁に向かって次第に薄くなっている。一般的に各翼形部はまた、翼形部の先端において正圧及び負圧側面の小さな延長部を含み、この延長部が、内部冷却回路の頂部を仕切る先端フロアから延びて開放先端空洞を囲むスキーラリブを形成する。
【０００９】
最初に高温燃焼ガスを受ける各翼形部の前縁、各翼形部の薄い後縁、及び翼形部先端における小さなスキーラリブは、異なる構成にされ、異なる機能を有し、また実用運転においてタービンブレードの長い有効寿命を保証するのに十分な冷却を得るためのその構成に特有の問題を有する。
【００１０】
最近のタービンブレードは、何１０年にもわたる開発を行ってきたものであり、その開発によって、その有効寿命は、その有効寿命を制限することになる望ましくない熱破損がない状態での多年の又は数千時間のガスタービンエンジン運転まで大きく増大した。しかしながら、大多数のブレードが破損のない性能を有するにも拘わらず、タービンブレードの寿命は、それでもなおそのいずれかの領域における局所的熱破損によって制限される。
【００１１】
例えば、タービンブレード先端は、そのブレードの所望の長い有効寿命にわたって十分に冷却することが難しいブレードの１つの領域である。翼形部先端を囲むスキーラリブは、先端と周囲のタービンシュラウドとの間の半径方向ギャップ又は間隙を最小にして、作動中にそのギャップを通り抜ける望ましくない燃焼ガスの漏洩を最少にするための正圧及び負圧側面の局所的延長部として設けられる。タービンブレードは周囲のタービンシュラウドとの偶発的な摩擦を受けるので、小さなスキーラリブが、先端摩擦の悪影響を減少させながら内部冷却回路を仕切る先端フロアの健全性を保証する。
【００１２】
スキーラリブ自体は、中実材料でありかつ比較的薄く、作動中に正圧及び負圧側面に沿って軸方向に流れると共に正圧側面上を半径方向に流れる高温燃焼ガスに浸され、また作動中にガスが先端を越えて漏洩した時に周囲のタービンシュラウドと間の先端ギャップを通って流れる高温燃焼ガスに浸される。従って、スキーラリブは、それらの外側及び先端空洞内でのそれらの内側の両方からの加熱と共にそれらの半径方向最外端縁部に沿った加熱に曝される。また、先端は、作動中に翼形部先端の高い遠心速度を受け、また作動中にそれを超えて下流方向に流れる高温燃焼ガスの高い速度を受ける。
【００１３】
従って先行技術には、タービンブレード先端を冷却するための多くの様々な構成が存在し、それらの構成は、その意図した長い有効寿命にわたって作動するエンジンにおいて異なる複雑さ、異なる性能及び異なる有効性を有する。
【００１４】
タービンブレード先端は一般的に、先端フロアを貫通して垂直に延びて内部冷却回路からの使用済み冷却空気で先端空洞を満たすようになった複数の先端孔を含む。このようにして、使用済み冷却空気により、先端空洞内への高温燃焼ガスの進入に対抗して先端冷却を改善するようにする。
【００１５】
さらに、フィルム冷却孔は一般的に、作動中に正圧側スキーラリブ上を冷却するフィルムを形成するように正圧側面上のブレード先端付近に見られる。両構成において、使用済み冷却空気は、スキーラリブの外側及び内側表面の局所的フィルム冷却を行う。
【００１６】
使用済み冷却空気は、加圧下で先端孔を通して吐出されるので、この空気は、先端フロアに対して垂直な高速の個別ジェットの形態で吐出され、このことがその冷却効果を制限している。従って、先端フロアを貫通する対称拡開先端孔を導入して、吐出空気を拡散させてその速度を低下させかつそれに対応して圧力を増大させて先端空洞の内側の冷却を高めるようにすることができる。
【００１７】
さらに別の従来型の先端冷却構成では、特にそこに最大の熱負荷を有する翼形部正圧側スキーラリブの内部又は内側表面を衝突冷却するように、円筒形先端孔は、先端フロアを傾斜して貫通させることができる。しかしながら、先端孔は比較的小さな直径を有するので、それら先端孔はブレード自体の原初の鋳造工程においては形成することができず、鋳造後の穿孔加工によって形成しなくてはならない。穿孔加工には、鋳造したスキーラリブを損傷せずに先端フロアにアクセスする必要がある。これを効果的に行うためには、傾斜先端孔をスキーラリブに近接して配置しなくてはならないが、そのことによって、スキーラリブが近接先端孔の製作を邪魔することになる。
【００１８】
従って、スキーラリブの形成に先立って先ず始めに傾斜先端孔を製作し、次いでスキーラリブを製作しなくてはならないが、このことは、製造の難しさとコストを増大させ、また一般的には方向性凝固する超合金又は単結晶合金で製造されるスキーラリブと主翼形部との間の単体構造性を損なうことになる。
【特許文献１】米国特許第４，１４２，８２４号公報
【特許文献２】米国特許第４，１９７，４４３号公報
【特許文献３】米国特許第４，６８４，３２３号公報
【特許文献４】米国特許第４，７６２，４６４号公報
【特許文献５】米国特許第４，８９３，９８７号公報
【特許文献６】米国特許第４，９９２，０２５号公報
【特許文献７】米国特許第５，２６１，７８９号公報
【特許文献８】米国特許第５，４７６，３６４号公報
【特許文献９】米国特許第５，５６４，９０２号公報
【特許文献１０】米国特許第５，６６０，５２３号公報
【特許文献１１】米国特許第６，０５９，５３０号公報
【特許文献１２】米国特許第６，０８６，３２８号公報
【特許文献１３】米国特許第６，１６４，９１４号公報
【特許文献１４】米国特許第６，２２４，３３６号公報
【特許文献１５】米国特許第６，５２７，５１４号公報
【特許文献１６】米国特許第６，５５４，５７５号公報
【特許文献１７】米国特許第６，５９５，７４９号公報
【特許文献１８】米国特許第６，６７２，８２９号公報
【特許文献１９】米国特許第６，７９０，００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従って、改善した先端冷却を有するタービンロータブレードを提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
タービンブレードは、中空の翼形部を含み、この翼形部は、その先端フロアを貫通して延び、かつフロアから外向きに延びるスキーラリブに向かって斜めになった複数の湾曲先端孔を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
添付図面と関連させた以下の詳細な説明において、好ましくかつ例示的な実施形態による本発明を、その更なる目的及び利点と共により具体的に説明する。
【００２２】
図１に示すのは、ガスタービンエンジン内で使用する例示的なＨＰＴタービンロータブレード１０である。ブレードは、支持ダブテール１６と一体形に形成されたプラットフォーム１４から半径方向外向きに延びる中空の翼形部１２を含む。ダブテールは、部分的に示したタービンロータディスク１８の外周部の対応するスロット内にブレードを支持するように構成される。
【００２３】
翼形部１２は、ほぼ凹面形の正圧側壁２０と円周方向に対向するほぼ凸面形の負圧側壁２２とを含み、これら側壁は、横方向（翼厚方向）に間隔をおいて配置されて、それらの間に内部冷却回路又はチャネル２４を形成する。翼形部はまた、プラットフォーム１４との接合部における半径方向内側根元２６から翼形部の対向する遠位先端における半径方向外側の平坦な先端フロア２８まで半径方向つまり長手方向翼長にわたって延びる。２つの側壁はまた、対向する前縁及び後縁３０、３２間で翼弦にわたって軸方向に延びる。
【００２４】
小さなスキーラリブ３４が、翼形部と単体構造つまり一体形の鋳造品として先端フロア２８の周囲を囲んで側壁２０、２２から一体形に延びる。スキーラリブは、前縁と後縁との間で両側壁に沿って延びてフロアの上に先端空洞３６を形成し、この先端空洞は、半径方向外向きに開放しており、ガスタービンエンジン内に取り付けられた時に周囲のタービンシュラウド（図示せず）と向かい合う。
【００２５】
作動時には、加圧冷却空気３８が、エンジンの圧縮機（図示せず）から抽気されて、ブレードの内部冷却回路２４と流れ連通状態で結合された１つ又はそれ以上の入口を有するダブテールの基部を通して導かれる。翼形部は、その内部に何らかの従来型の冷却回路を有することができ、使用済み冷却空気を何らかの従来型の設計及び構成のフィルム冷却孔及び後縁孔の様々な列を通して吐出する。
【００２６】
このようにして、冷却空気は、最初に翼形部を内部冷却するために使用され、次いで翼形部の正圧及び負圧側壁の両方に沿ったフィルム冷却孔を通して吐出されて、燃焼器（図示せず）から排出された高温燃焼ガス４０に対して断熱を行う対応する冷却空気の薄いフィルムを形成するようになる。
【００２７】
背景技術の項で上述したように、ブレード１０の先端領域は、その周囲を境界付けるスキーラリブ３４が小さいこと及び作動中に正圧及び負圧側壁の両方の外側に沿った高温燃焼ガスと同時に燃焼ガスがスキーラリブを越えて流れる又は漏洩する時におけるリブの内側に沿った高温燃焼ガスに直接曝されることの観点から、冷却するのが特に難しい。
【００２８】
従って、図１に示すタービンブレードは、先端冷却のための改善した構成を含み、この構成では、複数の湾曲先端孔４２が、冷却回路２４から冷却空気を受けるために冷却回路２４と流れ連通状態で、先端フロア２８を貫通して延びる。
【００２９】
図２には、例示的な実施形態による先端孔４２を示しており、この例示的な実施形態では、対応する孔４２は、スキーラリブ３４との浅い又は斜めの視射角で冷却空気３８を方向付けるように、翼形部の各側面のスキーラリブ３４に向かって斜めになるか又は湾曲している。スキーラリブ３４は、高い温度において高い強度を有するような典型的な超合金で翼形部自体と一体形に鋳造されるのが好ましく、また先端孔４２は、リブ３４がフロアと接合するリブ３４の基部に近接して、フロア２８を貫通して配置される。孔は、該孔から吐出される冷却空気をリブの内側表面に向かって翼厚方向に偏向又は方向付けしてその冷却効果を高めるように、スキーラリブ３４の内側表面又は内面に向かう外寄りの傾斜を有する。
【００３０】
図２に示すように、先端孔４２の各々は、冷却回路２４から空気を受けるために冷却回路２４と流れ連通状態で、フロア２８の底面を貫通して延びる直線状の入口４４を含む。各孔４２はまた、入口４４から隣接するリブ３４の内側表面に向かって斜めになるか又は湾曲した一体形の出口４６を含む。出口４６は、該出口４６からの空気ジェットをリブの内側表面に対して偏向させるか又は曲げて空気ジェットの斜め衝突冷却の形態を形成し、かつ冷却空気の薄いフィルムを形成して空気からの断熱を改善するように、スキーラリブ３４に向かって外寄りに傾けるか又は傾斜させる。
【００３１】
先端孔４２は、図２では横方向（翼厚方向）の断面で示し、また図３では側方方向（翼弦方向）の断面で示しており、先端孔の出口４６は、先端孔を通して吐出される冷却空気３８を先端空洞の中央部に向かう内寄りとは対照的にスキーラリブ３４に向けて外寄りに方向性を持たせて拡散させるように、入口４４から流路面積が拡開又は増大している。
【００３２】
入口４４は、先端フロア２８の厚さの約半分の有限長さを有し、その中心軸線に沿って軸対称であるのが好ましく、また図４に示すように形状を矩形とすることができ、或いは性能及び製造方式における所望に応じて方形、円形又は長円形とすることができる。
【００３３】
これに応じて、出口４６は、図２に示すようにリブ３４に向かって翼厚方向に非対称であるが、さらに図３に示すようにリブ３４に沿って翼弦方向に対称であるのが好ましい。
【００３４】
このようにして、各先端孔４２から吐出される空気ジェットは、図２に示すようにスキーラリブ３４の内側表面に向かって外寄りに曲がるように偏向されるが、図３に示すようにリブ３４の側面に沿って翼弦方向に前縁に向かう前方向と後縁に向かう後方向との両方向にも拡がる。従って、各先端孔４２から吐出される空気の有効到達範囲を最大にしながら、冷却空気はさらにリブの内側表面をかすめるように外寄りに偏向されるか又は曲げられる。
【００３５】
図２及び図３に示す実施形態では、入口４４は、フロア２８がほぼ平坦である場合に、フロア２８に対して垂直又はほぼ直角である。これに対応して、湾曲した出口４６は、図２に示すように平坦な前方壁４８を含み、この前方壁４８は、スキーラリブ３４の基部に近接して配置され、かつリブ３４に向かって外寄りに入口４４から浅い傾斜角Ａで傾斜している。各出口はまた、前方壁４８から内寄りに間隔を置いて配置されかつ入口４４の後方表面とほぼ一直線を成す平坦な後方壁５０を含む。
【００３６】
それらの間の対応する小さな弧状接合部において前方及び後方壁４８、５０を互いに結合する１対の平坦な側壁５２を設けて、各出口４６の四辺形構成を完成し、出口の周囲を囲む。
【００３７】
図２に示す斜め先端孔４２は流路面積が比較的小さいので、それら先端孔は、別の方法で中実の鋳造先端フロア２８を備えた状態で翼形部自体を原初に鋳造した後に形成されるのが好ましい。このようにして、スキーラリブ３４は、原初に正圧及び負圧側壁２０、２２の延長部として鋳造され、スキーラリブ３４は、これら両側壁から延びて、これら両側壁と同じ冶金学的特性、つまりガスタービンエンジンの厳しい環境における高温作動において高い強度を得るために利用される特殊な超合金の特性を有する。
【００３８】
個々の先端孔４２は次に、斜め出口孔４２の所望の形状に一致するように構成された遠位端を有する対応した形状の放電加工（ＥＤＭ）電極５４を使用することによって製作することができる。図２に示すように、ＥＤＭ電極５４の遠位端は、孔入口４４を穿孔加工しかつ孔入口４４の形状に一致するように構成され、先端孔の斜め出口４６を形成するために前方壁４８の傾斜角Ａと一致した傾斜ジョグを含む。
【００３９】
電極５４は次に、スキーラリブ３４に近接させて先端空洞３６内に垂直方向に下降させることができ、電極を軸方向下向きに平行移動させるとＥＤＭプロセスによって最終先端孔４２が穿孔されることになる。
【００４０】
出口４６はリブ３４に向かって外寄りに斜めになっているので、対応する電極５４は、同じリブ３４に向かって外寄りに傾斜した対応するジョグを有し、このジョグは、リブの内側表面に近接して適当な間隔Ｃだけ間隔を置いて配置された垂直シャンクによって支持されている。間隔Ｃは、孔形成工程中に電極を下降させた時に予め鋳造したスキーラリブ３４が迷走放電加工されるのを防止するのに十分な大きさにすべきである。
【００４１】
ＥＤＭプロセスによって形成された先端孔の入口４４は、比較的小さくすることができ、その有効直径は、約１０〜１５ミル（０．２５〜０．３８ｍｍ）であり、また電極シャンクの翼厚方向の間隔Ｃは、迷走放電加工を防止するために同様な大きさである。
【００４２】
後方壁５０は入口４４と垂直方向に一直線を成し、またこれら両者は平坦な先端フロア２８に対してほぼ垂直であるので、ＥＤＭ電極５４は、その傾斜した前方壁４８を含む斜め先端孔４２を１回の動作で形成するのに垂直方向の平行移動のみを必要とする。
【００４３】
図３に示すように、出口４６における側壁５２の対は、共通の入口４４から外向きに拡がるように、同様な又は等しい傾斜角Ｂで傾斜している。これに対応して、ＥＤＭ電極５４は、先端孔４２の共通の放電加工形成において２つの側壁５２を対応して形成するために、シャンク下方のジョグ領域内でその細い遠位端から局所的に拡がっている。
【００４４】
図２及び図３の２つの直交平面において示した先端孔の例示的な構成は、タービンブレード冷却において一般的な従来型の軸対称拡散孔から派生させることができる。しかしながら、図３に示す先端孔４２は、軸対称である代わりに、吐出冷却空気を拡げるために前縁と後縁との間でスキーラリブ３４に沿って翼弦方向にのみ対称であるが、先端孔からスキーラリブ３４の隣接する内側表面に向けて吐出冷却空気を外寄りに偏向させるか又は反らすために、図２に示す翼厚方向断面においては非対称であるか又は対称でない点が異なっている。
【００４５】
典型的な拡散孔では、拡開壁の拡散角は、吐出冷却空気の拡散壁からの流れ剥離を回避しかつ拡散効果を最大にするような値に限定される。さらに、従来型の拡散角は、従来型の軸対称拡散孔におけるのと同じままである。
【００４６】
図２及び図３に示す例示的な実施形態では、先端孔の前方壁４８は、出口側壁５２の傾斜角Ｂよりも大きいのが好ましい鋭角傾斜角Ａでリブ３４に向かって傾斜している。例えば、翼厚方向傾斜角Ａは、約２７°とすることができ、また翼弦方向傾斜角Ｂは、約４４°の全体翼弦方向拡がりを得るために約２２°とすることができる。
【００４７】
このようにして、先端孔から吐出される空気は、図３に示すようにスキーラリブ３４の長さに沿って、翼弦方向に拡がることができ、かつスキーラリブ３４の基部に対してより大きな影響を与えるように斜めにするか又は曲げることができる。前方壁４８は傾斜しておりまた後方壁５０は垂直であるので、先端孔から吐出される空気は、それらの間の角度範囲にわたって拡がることになる。前方壁４８は、スキーラリブ３４の内側表面に近接して配置されるのが好ましいが、孔を穿孔加工する時にスキーラリブ自体が迷走放電加工されるのを防止するために、図２に示す必要オフセット間隔Ｃによって制限される。
【００４８】
前方壁４８のより大きな傾斜角Ａは、吐出冷却空気が、スキーラリブ３４の基端部により近接して大きな冷却効果を有することになり、この大きな冷却効果がその後、空気が上方に流れてスキーラリブの遠位端を通過するような高い位置まで継続することができるのを保証する助けをする。
【００４９】
先端孔からのスキーラリブをかすめる空気は、別の方法では表面に対して垂直であるタイプの衝突冷却を行うと同時に、リブの内側表面のフィルム冷却も行う。さらに、前方壁４８の過度な傾斜角Ａは、吐出空気の流れ剥離をもたらしてその中に乱流を促進することができ、この乱流が熱伝達を増大させてスキーラリブ内側表面の冷却をさらに改善する。
【００５０】
図２〜図４は、スキーラリブ３４が、約５〜２０ミル（０．１３〜０．５ｍｍ）の半径を有する比較的小さなフィレットで先端フロア２８と一体形に接合され、かつ先端孔の出口４６がそのフィレット５６において又はそのフィレット５６に近接して終端する１つの実施形態を示している。例えば、先端孔４２をスキーラリブ３４の内側表面に実施可能な限りできるだけ近接させて設けるために、フィレット５６は、実施可能な限りできるだけ小さく形成することができる。また、孔の穿孔加工中にスキーラリブ自体の迷走放電加工を生じさせずに、先端孔をスキーラリブ３４に対して可能な限り近くに配置することを保証するために、フィレット５６の寸法は、図２に示す間隔Ｃと一致するように選択することができる。
【００５１】
図５及び図６は、先端孔４２の別の実施形態を示しており、この実施形態では、スキーラリブ３４の基部及び先端フロア２８におけるフィレット５６は、比較的大きく、また先端孔４２の出口４６が少なくとも部分的に又は全体的にフィレット５６内で終端するのに十分な大きさである。図５は、先端孔４２の出口を完全に包含するのに十分なフィレット５６の半径Ｒを示している。
【００５２】
このようにして、先端孔の出口は、その高さが垂直な後方壁５０から傾斜前方壁４８まで増大し、２つの側壁５２は、それらの間でその高さが徐々に増大する。より背の高い側壁は次に、冷却空気が出口から吐出された時にこの冷却空気をさらに閉じ込めておくために使用することができる。さらに、増大した側壁はまた、大きなフィレット５６において側壁と接合するスキーラリブ３４の基部に一層近接してスキーラリブ３４の早期冷却を促進する。
【００５３】
図７〜図９は、斜め先端孔４２のさらに別の実施形態を示しており、この実施形態では、先端空洞３６は、先端フロア２８とリブ３４の基部との間の接合部において一体形に結合又は鋳造されかつ翼形部の前縁及び後縁間でリブに沿って側方方向又は翼弦方向に間隔を置いて配置された複数のラグ又はボス５８を含む。
【００５４】
ラグ５８の各々には次に、先端フロアの基準高さから上方に隆起した小さな平坦域が設けられ、この平坦域内において、先端孔４２の対応する１つが内部冷却回路２４と流れ連通状態でラグを半径方向に貫通して延びることができる。このようにして、孔出口４６の４つの壁４８、５０、５２の全てが、対応するスキーラリブ３４の基部においてその高さが半径方向外向きに延びて、リブの基部における内部対流冷却を増大させ、かつスキーラリブの翼弦方向に沿って側方方向に拡がりながらスキーラリブの内側表面に向かって斜めになるように吐出空気をさらに拘束するようにすることができる。
【００５５】
ラグは翼形部の半径方向外端部に設置されて作動中に遠心荷重を発生するので、先端フロア２８は比較的薄いままとすることができ、ラグ５８を局所的にのみ設けて、対応する先端孔の出口４６を境界付けかつさらに出口４６からの冷却空気の吐出を制御するようにする。
【００５６】
図８は、タービンブレードを製作する例示的な方法を概略的に示しており、タービンブレードは、中実の先端フロア２８と隣接するスキーラリブ３４とを含み、さらにこれらと一体形にラグを鋳造した単体構造構成部品として最初に従来通りに鋳造される。この構成では、各先端孔４２の出口部分４６は、それらが比較的大きくかつ拡開する寸法であることにより、対応するラグ５８内に最初から鋳造することができる。しかしながら、小さな入口４４は、鋳造するには小さ過ぎ、また先端フロア２８は、鋳造工程後もこの領域において中実のままである。
【００５７】
従って、タービンブレードの初期鋳造に引き続いて、次に何らかの従来型の方法を使用して、対応するラグ５８及び先端フロア２８を貫通して内部冷却回路２４と流れ連通状態で対応する入口４４を穿孔加工するようにすることができる。出口４６は予め鋳造されているので、入口４４は、図２に示すオフセットＥＤＭ電極の必要性なしに、ラグを垂直方向に真っ直ぐ貫通して穿孔加工することができる。入口４４の穿孔加工は、例えば従来型のレーザ穿孔、又は入口４４の意図した寸法と一致するような小さな寸法の単純な直線電極によるＥＤＭ穿孔を用いて達成することができる。
【００５８】
ラグ５８を予め鋳造することの具体的な利点は、拡開しかつ湾曲した出口４６をあらゆる所望の構成として付加的に鋳造することができることである。例えば、図８及び図９に示す出口の後方壁５０は、今や入口４４からスキーラリブ３４に向かって及びこれもまた傾斜した前方壁４８に向かって外寄りに傾斜させることができる。後方壁５０は、前方壁４８と同じ方向に傾斜するが、入口とスキーラリブとの間で出口４６を拡開させるためにより小さな鋭角の傾斜を有することができる。
【００５９】
この実施形態では、先端孔入口４４は、先端フロア２８に対して垂直に又はほぼ直角に延び、また後方壁５０が僅かに傾斜しているので、入口は、図９に示すように部分的に後方壁５０の中央部を貫通して延びて、そこに穿孔加工による局所的ノッチを形成する。しかしながら、後方壁５０の残りの部分は、その下方にある入口４４の上方に僅かなオーバハングを形成して、スキーラリブ３４をかすめるように吐出空気流を斜めにするのを助ける。
【００６０】
上に開示した様々な実施形態では、入口４４が、吐出空気を翼形部に対する所定の量に調量することになる。入口４４は、所望に応じてまた経済的な方法での製造に応じて、矩形から円形及び長円形までのあらゆる好適な形状を有することができる。
【００６１】
斜め出口は、冷却するスキーラリブに向かって翼厚方向に非対称であり、従って入口空気の全てをリブに向けて外寄りに方向付けることを可能にし、先端空洞の中心部に向かう向寄りの冷却空気の損失を、たとえそれがあったとしても最少にする。孔出口の拡開構成を使用して、吐出冷却空気を拡散させながら、さらに冷却空気を直接スキーラリブに向けて曲げるか又は偏向させてスキーラリブの冷却を高めるようにする利点を得ることができる。
【００６２】
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てきたが、本明細書の教示から本発明のその他の変更が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が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を切望する。
【００６３】
従って、本特許出願で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】
【００６４】
【図１】支持ロータディスクの外周部から半径方向外向きに延びる例示的なガスタービンエンジン第１段ロータブレードの一部を示す斜視図。
【図２】線２−２に沿って取った、図１に示す翼形部先端の正面断面図。
【図３】線２−２に沿って取った、図１に示す翼形部先端の軸方向側面断面図。
【図４】線４−４に沿って取った、図３に示す翼形部先端の上面図。
【図５】別の実施形態による翼形部先端の図２と同様な正面断面図。
【図６】線６−６に沿って取った、図５に示す翼形部先端の一部分の上面図。
【図７】ほぼ線２−２に沿って取った、別の実施形態による図１に示す翼形部の先端部分の断面斜視図。
【図８】本発明の製造方法による、図７に示す翼形部先端の一部分の拡大正面断面図。
【図９】線９−９に沿って取った、図８に示す翼形部先端の一部分の上面図。
【符号の説明】
【００６５】
１０  タービンブレード
１２  翼形部
１４  プラットフォーム
１６  ダブテール
１８  ロータディスク
２０  正圧側壁
２２  負圧側壁
２４  冷却回路
２６  根元
２８  先端フロア
３０  前縁
３２  後縁
３４  スキーラリブ
３６  先端空洞
３８  冷却空気
４０  燃焼ガス
４２  先端孔
４４  入口
４６  出口
４８  前方壁
５０  後方壁
５２  側壁
５４  （ＥＤＭ）電極
５６  フィレット
５８  ラグ
【図１】
0004713423.tif 000002
【図２】
0004713423.tif 000003
【図３】
0004713423.tif 000004
【図４】
0004713423.tif 000005
【図５】
0004713423.tif 000006
【図６】
0004713423.tif 000007
【図７】
0004713423.tif 000008
【図８】
0004713423.tif 000009
【図９】
0004713423.tif 000010