(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端シュラウドを備えたターボ機械ブレードを含むシステムであって、
前記先端シュラウドが、前記ターボ機械ブレードの半径方向先端に配置され、
第１の正圧側面部分が第１の負圧側面部分よりも５０％以上大きな表面積を有する前縁部分であって、前記前縁部分が、前記ターボ機械ブレードの先端から前記ターボ機械ブレードの全翼弦長さの５％以上延びる前縁突出部を前記ターボ機械ブレードの前縁の上に含む前縁部分と、
第２の正圧側面部分が第２の負圧側面部分よりも５０％以上大きな表面積を有する後縁部分と
を含むシステム。
【請求項２】
正圧側面部分及び負圧側面部分を含むターボ機械ブレード先端シュラウドを備えたシステムであって、前記正圧側面部分及び前記負圧側面部分が、ターボ機械ブレードの平均キャンバ線によって分割されており、前記正圧側面部分が前記負圧側面部分よりも５０％以上大きな表面積を有し、
前記正圧側面部分及び前記負圧側面部分が、前記ターボ機械ブレード先端シュラウドの前縁部分を含み、
前記前端縁部分が、前記ターボ機械ブレードの先端から前記ターボ機械ブレードの全翼弦長さの１０％以上延びる前縁突出部を前記ターボ機械ブレードの前縁の上に含む、
システム。
【請求項３】
前記前縁部分及び前記後縁部分が、ラビリンスシールの少なくとも１つのレールによって分離される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ターボ機械ブレードの平均キャンバ線が、前記第１の正圧側面部分と前記第１の負圧側面部分との間で延びる、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記ターボ機械ブレードの平均キャンバ線が、前記第２の正圧側面部分と前記第２の負圧側面部分との間で延びる、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記先端シュラウドが、少なくとも１つのスカラップ状部分を含む、請求項１乃至５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
ターボ機械ブレードを有するターボ機械を備える、請求項１乃至６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
前記ターボ機械が、ガスタービン又は蒸気タービンである、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記ターボ機械ブレード先端シュラウドが半径方向端部上に配置されたターボ機械ブレードを備える、請求項１乃至８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
正圧側面部分及び負圧側面部分を含むタービンブレード先端シュラウドを備えたタービンブレードであって、前記正圧側面部分及び前記負圧側面部分が、前記タービンブレードの平均キャンバ線によって分割されており、前記正圧側面部分が前記負圧側面部分よりも５０％以上大きな表面積を有し、
前記正圧側面部分及び前記負圧側面部分が、前記タービンブレード先端シュラウドの前縁部分を含み、
前記前縁部分が、前記タービンブレードの前縁の上で前記タービンブレードの回転方向に延びる前縁突出部を含み、
前記前縁突出部の先端が前記タービンブレードの先端から前記タービンブレードの全翼弦長さの１０％以上延びる、
タービンブレード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示した主題は、ターボ機械に関するものであり、より具体的には、ターボ機械ブレードにおける先端シュラウド幾何形状の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械は、圧縮機と、ガスタービン、蒸気タービン、及び水力タービンのようなタービンとを含む。一般的に、ターボ機械はロータを含み、該ロータは、それに対してターボ機械ブレードが取り付けられるシャフト又はドラムとすることができる。特定のターボ機械ブレードは、構造上及び／又は性能上の要件を満たす先端シュラウドを含むことができる。例えば、ターボ機械ブレードの先端シュラウドは、ターボ機械ブレードの正圧側面（例えば、凹状面）から負圧側面（例えば、凸状面）への漏洩又は直交流を減少させることができる。しかしながら、先端シュラウドは、遠心方向荷重を受ける可能性があり、このことは先端シュラウドの根元において高い応力を発生させ、場合によってはターボ機械ブレード及び／又はロータの有効寿命を短縮させる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，４１３，０４５号明細書
【発明の概要】
【０００４】
最初に請求項に記載された本発明の範囲内にある一部の実施形態について以下で要約する。これらの実施形態は、特許請求した本発明の技術的範囲を限定することを意図するものではなく、むしろそれらの実施形態は、本発明の実施可能な形態の簡潔な概要を示すことのみを意図している。当然のことながら、本発明は、以下に説明した実施形態と同様のもの又は該実施形態と異なるものとすることができる様々な形態を含むことができる。
【０００５】
第１の実施形態では、システムは、先端シュラウドを有するターボ機械ブレードを含む。先端シュラウドは、第１の正圧側面部分が第１の負圧側面部分よりも大きな表面積を有するような前縁部分を含む。先端シュラウドは更に、第２の正圧側面部分が第２の負圧側面部分よりもより大きな表面積を有するような後縁部分を含む。
【０００６】
第２の実施形態では、システムは、正圧側面部分及び負圧側面部分を有するターボ機械ブレード先端シュラウドを含む。正圧側面部分及び負圧側面部分は、ターボ機械ブレードの平均キャンバ線によって分割されており、正圧側面部分は負圧側面部分よりもより大きな表面積を有している。
【０００７】
第３の実施形態では、タービンブレードは、タービンブレード先端シュラウドを含む。タービンブレード先端シュラウドは正圧側面部分及び負圧側面部分を含み、ここで正圧側面部分及び負圧側面部分はタービンブレードの平均キャンバ線によって分割されており、正圧側面部分は負圧側面部分よりもより大きな表面積を有している。
【０００８】
本発明のこれら及びその他の特徴、態様、並びに利点は、図面全体を通して同様の参照符号が同様の要素を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことでより理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】改良型先端シュラウドを備えたブレードを有するガスタービンシステムの実施形態の概略ブロック図。
【図２】本発明の実施形態による、図１の線２−２で囲まれた、先端シュラウドを有するタービンブレード（例えば、翼形部）を示すタービンの部分側面図。
【図３】本発明の実施形態による、図２の線３−３に沿った、先端シュラウドを示す先端シュラウドの下部断面図。
【図４】本発明の実施形態による、先端シュラウドの前縁突出部の斜視図。
【図５】本発明の実施形態による、非対称の側部を備えた先端シュラウドの前縁部分を示す、先端シュラウドの上面図。
【図６】本発明の実施形態による、非対称側面を備えた先端シュラウドの後縁部分を示す先端シュラウドの上面図。
【図７】本発明の実施形態による、互いに接触した隣接先端シュラウドの上面図。
【図８】本発明の実施形態による、２つのレールを有する各先端シュラウドを備えた隣接スカラップ状先端シュラウドの上面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１つ又はそれ以上の特定の実施形態を以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を行う目的で、実際の実施形態の全ての特徴については説明しないことにする。何れかの技術又は設計プロジェクトと同様に、このような何らかの実際の実装の開発において、システム及びビジネスに関連した制約への準拠など、実装毎に異なる可能性のある開発者の特定の目標を達成するために、多数の実装時固有の決定を行う必要がある点は理解されたい。更に、このような開発の取り組みは、複雑で時間を要する可能性があるが、本開示の利点を有する当業者にとっては、設計、製作、及び製造の日常的な業務である点を理解されたい。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の要素を紹介する場合に、数詞のない表現は、要素の１つ又はそれ以上が存在することを意味するものとする。用語「備える」、「含む」、及び「有する」は、包括的なものであり、記載した要素以外の付加的な要素が存在し得ることを意味する。
【００１２】
開示した実施形態は、ターボ機械ブレード先端シュラウドにおける改良型幾何形状を含む。具体的には、以下で説明する先端シュラウドは、非対称の正圧側面及び負圧側面を有することができる前縁突出部のような様々な幾何形状特徴要素を含むことができる。更に、先端シュラウドは、前縁及び／又は後縁において非対称負圧側面及び正圧側面のような幾何形状特徴要素を含むことができる。以下で詳細に説明するように、これら幾何形状特徴要素の１つ又はそれ以上は、全体としてターボ機械ブレード又はターボ機械の効率を向上させることができる。更に、開示した幾何形状特徴要素は、全体としてターボ機械ブレード又はターボ機械の耐用年数及び寿命を向上させることができる。例えば、特定の実施形態では、開示した先端シュラウド幾何形状は、先端シュラウドの重量を減少させ、これによってターボ機械ブレードに作用する機械的遠心荷重を減少させることができる。このようにして、先端シュラウド及びターボ機械ブレードにおける応力を減少させることができる。更に、以下で説明する非対称先端シュラウド及び／又はスカラップ技法は、非対称先端シュラウド技法に対する改良とすることができ、このことによりターボ機械性能上に対するスカラップ状先端シュラウドの悪影響を減少させることができる。開示した改良型先端シュラウド幾何形状は、様々なターボ機械（例えば、タービン及び圧縮機）のターボ機械ブレードで利用することができ、以下の説明は、ガスタービン又は蒸気タービンのようなタービンの関連における先端シュラウドの改良について記載している。しかしながら、以下の考察は、開示した改良型シュラウドのタービンへの適用に限定することを意図するものではない点に留意することが重要である。
【００１３】
次に図面を参照すると、図１は、改良型先端シュラウドを備えたタービンブレード２２を有するガスタービンシステム１０の実施形態の概略ブロック図である。ガスタービンシステム１０は、圧縮機１２、燃料ノズル１６を有する燃焼器１４、及びタービン１８を含む。燃料ノズル１６は、液体燃料及び／又は天然ガス又はシンガスのようなガス燃料を燃焼器１４内に送る。燃焼器１４は、燃料−空気混合気を点火して燃焼させ、次いで、高温加圧燃焼ガス２０（例えば、排出ガス）をタービン１８内に送る。図示のように、タービンブレード２２は、ロータ２４に結合され、このロータ２４もまたガスタービンシステム１０全体の幾つかの他の構成要素に結合される。燃焼ガス２０が、タービン１８内のタービンブレード２２を通って流れると、タービン１８が回転駆動され、これによりロータ２４が回転軸線２５に沿って回転するようになる。最終的に、燃焼ガス２０は、排出出口２６を介してタービン１８から流出する。
【００１４】
図示の実施形態では、圧縮機１２は圧縮機ブレード２８を含む。圧縮機１２内の圧縮機ブレード２８はまた、ロータ２４に結合され、上述のようにロータ２４がタービン１８によって回転駆動される時に回転する。圧縮機ブレード２８が圧縮機１２内で回転すると、圧縮機ブレード２８は、空気取入れ口からの空気を加圧して加圧空気３０にし、該加圧空気３０は、ガスタービンシステム１０の燃焼器１４、燃料ノズル１６、及び他の部分に送られる。燃料ノズル１６は次に、加圧空気及び燃料を混合して好適な燃料−空気混合気を生成し、空気−燃料混合気が燃焼器１４内で燃焼して燃焼ガス２０を生成し、タービン１８を駆動する。更に、ロータ２４は、該ロータ２４の回転により動力を供給することができる負荷３１に結合することができる。例えば、負荷３１は、発電プラント又は外部機械的負荷のような、ガスタービンシステム１０の回転出力により動力を発生させることができるあらゆる好適な装置とすることができる。例えば、負荷３１は、発電機、飛行機のプロペラなどを含むことができる。以下の考察において、タービン１８の軸方向すなわち軸線３２、半径方向すなわち軸線３４、及び円周方向すなわち軸線３６のような、様々な方向を参照することができる。
【００１５】
図２は、図１の線２−２で囲まれた、先端シュラウド５０を有するタービンブレード２２（例えば、翼形部）を示すタービン１８の部分側面図である。理解されるように、先端シュラウド５０は、タービンブレード２２の半径方向端部５２と固定構造構成要素５４との間での先端漏洩を阻止する働きをすることができる。例えば、固定構造構成要素５４は、タービンケーシング、ハウジング、シュラウドなどとすることができる。言い換えると、先端シュラウド５０は、タービン１８内の流体流れ５６（例えば、燃焼器１４からの燃焼ガス２０の）がタービンブレード２２の半径方向端部５２と固定構造構成要素５４との間のクリアランス６２を通ってタービンブレード２２の正圧側面５８から負圧側面６０まで流れるのを阻止するのを助けることができる。更に、先端シュラウド５０はまた、タービンブレード２２における振動を減衰させることができる。特定の実施形態では、先端シュラウド５０はまた、流体流れ５６がクリアランスを介して正圧側面５８から負圧側面６０まで流れるのを阻止するラビリンスシール６４を含むことができる。この図示の実施形態では、ラビリンスシール６４は、固定構造構成要素５４に向かって半径方向３４に延びる単一レール６６を含む。図７に示した実施形態のような他の実施形態では、ラビリンスシール６４は複数のレール６６を含むことができる。
【００１６】
上述のように、先端シュラウド５０は、タービンブレード２２の半径方向端部５２上に配置される。具体的には、先端シュラウド５０は、タービンブレード２２の外周周りにタービンブレード２２の外側表面６８から横方向に延びる。以下で詳細に説明するように、先端シュラウド５０の幾何形状は変わることができる。例えば、先端シュラウド５０の様々な部分、例えば前縁部分、後縁部分、負圧側面部分、及び正圧側面部分は、様々な輪郭、形状などを有することができる。言い換えると、先端シュラウド５０の様々な部分は、タービンブレード２２の外側表面６８から横方向に様々な量で延びることができる。例えば、以下で説明するように、先端シュラウド５０は、非対称の正圧側面及び負圧側面を有することができる。
【００１７】
図３は、図２の線３−３に沿った、先端シュラウド５０の前縁突出部１００を示す、先端シュラウド５０の下部断面図である。従って、図３に示した断面図は、固定構造構成要素５４（例えば、ロータ２４から見た時の先端シュラウド５０）から外方に面する先端シュラウド５０の側部を示す。上述のように、先端シュラウド５０は、タービンブレード２２（例えば、翼形部）の外側表面６８から横方向に延びる。更に、先端シュラウド５０は、様々な幾何形状、輪郭、又は形状を有することができる様々な部分を含む。例えば、先端シュラウド５０は、負圧側面部分１０２及び正圧側面部分１０４を含む。理解されるように、先端シュラウド５０の負圧側面部分１０２は、タービンブレード２２の負圧側面６０から横方向に延びる。同様に、正圧側面部分１０４は、タービンブレード２２の正圧側面５８から横方向に延びる。図示のように、タービンブレードの負圧側面６０及び正圧側面５８は、タービンブレード２２の平均キャンバ線１０６によって分離（すなわち、分割）することができる。平均キャンバ線１０６は一般に、タービンブレード２２のスパン方向の平均幅１０８によって定められる。
【００１８】
上述のように、図示した実施形態における先端シュラウド５０は、前縁突出部１００を含む。すなわち、前縁突出部１００は、タービンブレード２２の前縁１１０におけるタービンブレード２２からの先端シュラウド５０の横方向延長部である。より具体的には、前縁突出部１００は、タービンブレード２２から横方向で且つ該タービンブレード２２の平均キャンバ線１０６に沿って前縁１１０の前方に延びる。以下で詳細に説明するように、前縁突出部１００は、流体流れ５６がタービンブレード２２の半径方向端部５２と固定構造構成要素５４との間のクリアランス６２を介してタービンブレード２２の半径方向端部５２を通り過ぎるのを阻止するのを助けることができる。このようにして、渦流発生及び圧力混合（すなわち、タービンブレード２２の負圧側面６０と正圧側面５８との間の圧力混合）が減少し、これによってタービンブレード２２の効率を向上させることができる。
【００１９】
図示の実施形態では、前縁突出部１００は、タービンブレード２２の前縁１１０から前方にある距離１１２を延びる。前縁突出部１００の距離１１２は、タービンブレード２２の全翼弦長さ１１４の百分率として表すことができる。理解されるように、タービンブレード２２の全翼弦長さ１１４は、タービンブレード２２の前縁１１０と該タービンブレード２２の後縁１１６との間の平均キャンバ線１０６に沿った距離として定めることができる。例えば、前縁突出部１００の距離１１２は、タービンブレード２２の全翼弦長さ１１４の約１〜２０、２〜１８、３〜１６、４〜１４、５〜１２、又は６〜１０パーセントとすることができる。更に、特定の実施形態では、前縁突出部１００は、非対称の幾何形状を有することができる。言い換えると、以下で詳細に説明するように、前縁突出部１００は、平均キャンバ線１０６の周りで非対称とすることができる（すなわち、前縁突出部１００は、非対称の正圧側面部分及び負圧側面部分を含むことができる）。同様に、特定の実施形態では、後縁１１６は、前縁突出部１００に類似した延長部又は突出部を含むことができる。例えば、後縁１１６は、タービンブレード２２の後縁１１６の後方に延びることができる後縁突出部１１８を含むことができる。
【００２０】
図４は、図３の線４−４で囲まれた、タービンブレード２２の前縁１１０上で且つ該前縁１１０の前方でほぼタービン１８の負の軸方向１１１に延びる先端シュラウド５０の前縁突出部１００の斜視図である。言い換えると、負の軸方向１１１は、タービン１８の軸線３２に沿ってほぼ上流方向である。上述のように、前縁突出部１００は、流体流れ５６がタービンブレード２２の半径方向端部５２を通り過ぎるのを阻止するのを助けることができる。例えば、矢印１２０で示すように、前縁突出部１００は、流体流れ５６をタービンブレード２２の下方に向けることができる。同様に、矢印１２２で示すように、前縁突出部１００は、流体流れ５６をタービンブレード２２の正圧側面５８にわたって向けることができる。このようにして、タービンブレード２２の半径方向端部５２上の流体流れ５６の漏洩が低減され、これによってタービン１８の効率が向上する。
【００２１】
図５は、非対称の側部を備えた先端シュラウド５０の前縁部分１５０を示す、先端シュラウド５０の上面図である。従って、図５（並びに図６及び図７）において示した上面図は、固定構造構成要素５４に向かって面する先端シュラウド５０の側部を示す。先端シュラウド５０の前縁部分１５０は、先端シュラウド５０の負圧側面部分１５４（すなわち、タービンブレード２２の負圧側面６０に対応する）に対して非対称である正圧側面部分１５２（すなわち、タービンブレード２２の正圧側面５８に対応する）を有する。上記で説明したのと同様に、前縁部分１５０の正圧側面部分１５２及び負圧側面部分１５４は、タービンブレード２２の平均キャンバ線１０６によって分離される。図示の実施形態では、先端シュラウド５０の前縁部分１５０は、ラビリンスシール６４のレール６６によって先端シュラウド５０の後縁部分１５６から全体的に分離される。特定の実施形態では、前縁部分１５０は、上述の前縁突出部１００を含むことができる。言い換えると、前縁突出部１００は、タービンブレード２２の前縁１１０にわたって延びることができ、平均キャンバ線１０６の周りで非対称とすることができる。
【００２２】
上述のように、先端シュラウド５０の前縁部分１５０の正圧側面部分１５２及び負圧側面部分１５４は非対称である。例えば、図示の実施形態では、正圧側面部分１５２は、負圧側面部分１５４よりも大きい。言い換えると、先端シュラウド５０の正圧側面部分１５２は、先端シュラウド５０の負圧側面部分１５４と比較してタービンブレード２２の外側表面６８から横方向に延びた実質的により大きな表面積を有する。例えば、特定の実施形態では、先端シュラウド５０の正圧側面部分１５２の表面積は、負圧側面部分１５４の表面積と比較して約５〜５００、１０〜４００、１５〜３００、２０〜２５０、２５〜２００、３０〜１５０、４０〜１００、又は４５〜５０パーセント大きいものとすることができる。このようにして、先端シュラウド５０の正圧側面部分１５２は、タービン１８内での流体流れ５６がタービンブレード２２の半径方向端部５２を通り過ぎるのを阻止し、これにより先端漏洩に関して低減することができる。結果として、タービンブレード２２及びタービン１８は、改善された効率をもたらすことができる。更に、先端シュラウド５０の負圧側面部分１５４のサイズが短縮され、これにより先端シュラウド５０の全重量を低減することができる。理解されるように、先端シュラウド５０の全重量を低減することにより、タービン１８が運転状態にある時にタービンブレード２２及びロータ２４に作用する機械的遠心荷重を減少させることができる。
【００２３】
図６は、非対称の側部を有した先端シュラウド５０の後縁部分１５６を示す、先端シュラウド５０の上面図である。より具体的には、先端シュラウド５０の後縁部分１５６は、先端シュラウド５０の負圧側面部分１６２（すなわち、タービンブレード２２の負圧側面６０に対応する）に対して非対称である正圧側面部分１６０（すなわち、タービンブレード２２の正圧側面５８に対応する）を有する。上記で説明したのと同様に、後縁部分１５６の正圧側面部分１６０及び負圧側面部分１６２は、タービンブレード２２の平均キャンバ線１０６によって分離される。図５に示した前縁部分１５０と同様に、図示の実施形態における先端シュラウド５０の後縁部分１５６は、ラビリンスシール６４のレール６６によって先端シュラウド５０の前縁部分１５０から全体的に分離される。
【００２４】
上述のように、先端シュラウド５０の後縁部分１５６の正圧側面部分１６０及び負圧側面部分１６２は、タービンブレード２２の平均キャンバ線１０６を中心として非対称である。より具体的には、図示の実施形態では、正圧側面部分１６０は、負圧側面部分１６２よりも大きい。言い換えると、先端シュラウド５０の後縁部分１５６の正圧側面部分１６０は、先端シュラウド５０の後縁部分１５６の負圧側面部分１６２と比較してタービンブレード２２の外側表面６８から横方向に延びるより大きな表面積を有する。例えば、特定の実施形態では、先端シュラウド５０の正圧側面部分１６０の表面積は、負圧側面部分１６２の表面積と比較して約５〜４００、１０〜３５０、１５〜３００、２０〜２５０、２５〜２００、３０〜１５０、４０〜１００、又は４５〜５０パーセントより大きいものとすることができる。このようにして、先端シュラウド５０の正圧側面部分１６０は、タービン１８内での流体流れ５６がタービンブレード２２の半径方向端部５２を通り過ぎるのを阻止することができる。更に、レール６６上の漏洩流との間の流体流れ５６の相互作用が減少し、場合によっては混合損失の減少をもたらすことができる。その結果、タービンブレード２２及びタービン１８は、効率の向上を生じることができる。更に、先端シュラウド５０の負圧側面部分１６２のサイズが減少し、これにより先端シュラウド５０の全重量を減少させることができる。理解されるように、先端シュラウド５０の全重量の減少により、タービン１８が運転状態にある時にタービンブレード２２及びロータ２４に作用する機械的遠心荷重を減少させることができる。
【００２５】
図７は、２つの先端シュラウド５０間の接触状態を示す隣接する２つの先端シュラウド５０の上面図である。より具体的には、第１の先端シュラウド１６４は、１つのタービンブレード２２上に位置付けることができ、第２の先端シュラウド１６６は、ロータ２４に結合されたタービンブレード２２の同じ段又は列の隣接タービンブレード２２上に位置付けることができる。図示のように、隣接する２つの先端シュラウド５０（例えば、第１の先端シュラウド１６４及び第２の先端シュラウド１６６）は、それらが隣接するタービンブレード２２上に位置する場合に互いに接触した状態になる。例えば、第１の先端シュラウド１６４の負圧側面部分１６８は、第２の先端シュラウド１６６の正圧側面部分１７０と物理的に接触する。理解されるように、タービンブレード２２の先端シュラウド５０は、隣接するタービンブレード２２の先端シュラウド５０と物理的に接触してタービンブレード２２の機械的な剛性を向上させることができる。
【００２６】
隣接する先端シュラウド５０（例えば、第１の先端シュラウド１６４及び第２の先端シュラウド１６６）は、上述の方法で非対称側面を有することができる。例えば、第１の先端シュラウド１６４は、該第１の先端シュラウド１６４の負圧側面部分１６８に対して非対称であり且つそれよりもより大きな表面積を有する正圧側面部分１７２を有する。同様に、第２の先端シュラウド１６６の正圧側面部分１７０は、第２の先端シュラウド１６６の負圧側面部分１７４に対して非対称であり且つそれよりもより小さい表面積を有することができる。
【００２７】
図８は、非対称側面を有する各先端シュラウド５０の後縁部分１５６を示す、２つの先端シュラウド５０の実施形態の上面図である。図示のように、２つの先端シュラウド５０は、図７に関して上述したのと同様に互いに接触している。すなわち、第１の先端シュラウド１８０は、１つのタービンブレード２２上に位置付けることができ、第２の先端シュラウド１８２は、同じ段又は列の他の隣接するタービンブレード２２上に位置付けることができる。更に、先端シュラウド５０の図示の実施形態は、スカラップ状部分１８０を含み、各先端シュラウド５０のラビリンスシール６４は、２つのレール６６（例えば、第１のレール１８３及び第２のレール１８４）を含む。理解されるように、先端シュラウド５０は、該先端シュラウド５０の重量を更に減少させるためにスカラップ状部分１８０を含み、これによりタービン１８が作動状態にある時にタービンブレード２２及びロータ２４に作用する機械的遠心荷重を減少させることができる。より具体的には、スカラップ状部分１８０は、図示のように先端シュラウド５０内に窪み又はノッチ部を作ることによって形成することができる。言い換えると、先端シュラウド５０から材料を除去してスカラップ状部分１８０を形成し、これにより先端シュラウド５０の重量を減少させることができる。
【００２８】
図示のように、各先端シュラウドの後縁部分１５６は、正圧側面部分１８６（すなわち、タービンブレード２２の正圧側面５８に対応する）及び負圧側面部分１８８（すなわち、タービンブレード２２の負圧側面６０に対応する）を含み、この場合、正圧側面部分１８６及び負圧側面部分１８８はタービンブレード２２の平均キャンバ線１０６の周りで非対称である。図６に関して上述したのと同様に、正圧側面部分１８６は、負圧側面部分１８８よりも大きな表面積を有する。このようにして、各先端シュラウド５０の正圧側面部分１８６は、タービン１８内での流体流れ５６が各タービンブレード２２の半径方向端部５２を通り過ぎるのを阻止することができる。更に、レール６６上での漏洩流との間の流体流れ５６の相互作用が減少し、場合によっては混合損失の減少をもたらすことができる。その結果、タービンブレード２２及びタービン１８は、効率の向上を生じさせることができる。更に、先端シュラウド５０の負圧側面部分１８８のサイズが減少し、これにより先端シュラウド５０の全重量を減少させることができる。理解されるように、先端シュラウド５０の全重量の減少により、タービン１８が作動状態にある時にタービンブレード２２及びロータ２４に作用する機械的遠心荷重を減少させることができる。
【００２９】
更に、上述のように、図示の実施形態における２つの先端シュラウド５０は、互いに接触しており、このことによりタービンブレード２２の機械的な剛性を向上させることができる。例えば、２つの先端シュラウド５０は、各先端シュラウド５０の第１のレール１８３と第２のレール１８４との間で実質的に完全な保護範囲を有する。言い換えると、第１の先端シュラウド１８０の第１のレール１８３と第２のレール１８４との間の第１の先端シュラウド１８０の負圧側表面１９０が実質的に完全に保護される。同様に、第２の先端シュラウド１８２の正圧側表面１９２は、第２の先端シュラウド１８２の第１のレール１８３と第２のレール１８４との間で実質的に完全に保護される。特定の実施形態では、第２のレール１８４の上流側では（例えば、第１のレール１８３と第２のレール１８４との間）、先端シュラウド５０の正圧側１９４及び負圧側１９６のそれぞれの表面積は、実質的に完全に保護されてタービンブレード２２の先端上に完全な円筒形／円錐形リングを形成することができる。他の実施形態では、正圧側１９４の表面積は、第２のレール１８４の上流側で負圧側１９６の表面積よりもより大きいものとすることができる。
【００３０】
逆に言えば、第２のレール１８４の後方において、先端シュラウド５０の正圧側面及び負圧側面のそれぞれの表面積は非対称とすることができる。具体的には、上述のように、後縁部分１５６（例えば、第２のレール１８４の後方の先端シュラウド５０の部分）は、正圧側面部分１８６が負圧側面部分１８８よりもより大きな表面積を有するようにスカラップ状にすることができる。言い換えると、負圧側面部分１８８は、切り欠き部又は他の除去部分を有し、これにより負圧側面部分１８８の表面積を減少させることができる。これとは対照的に、正圧側面部分１８６は、切り欠き部又は他の除去部分を有さなくてもよい。その結果として、各先端シュラウド５０の後縁部分１５６（第２のレール１８４の後方）の図示の実施形態では、第１の先端シュラウド１８０の負圧側表面１９０は、第２の先端シュラウド１８２の正圧側表面１９２と実質的に完全に接触した状態ではない。更に、図示の実施形態では、各先端シュラウド５０の後縁部分１５６の正圧側表面１９８は、後縁部分１５６での各先端シュラウド５０の平均キャンバ線１０６とほぼ平行である。しかしながら、他の実施形態では、後縁部分１５６の正圧側表面１９８は、点線２０２で示すように、後縁部分１５６での平均キャンバ線１０６に対してある角度２００をなして形成することができる。例えば、角度２００は、約０〜７５、５〜６０、１０〜４５、又は１５〜３０度とすることができる。理解されるように、角度２００は、所望の機械的又は空気力学的性能を達成するように選択することができる。
【００３１】
上記で詳細に説明したように、開示した実施形態は、ターボ機械ブレード先端シュラウド５０における幾何形状の改良に関する。より具体的には、上述の先端シュラウド５０の実施形態は、前縁突出部１００のような１つ又はそれ以上の特徴要素を含むことができる。更に、先端シュラウド５０は、非対称正圧部分１５２及び負圧部分１５４を備えた前縁部分１５０を含むことができる。同様に、先端シュラウドは、非対称正圧部分１６０及び負圧部分１６２を備えた後縁部分１５６を含むことができる。上述のように、これらの改良された幾何形状は、流体流れ５６がターボ機械ブレード２２の半径方向端部５２を通り過ぎるのを依然として阻止しながら、先端シュラウド５０の重量を減少させるのを助けることができる。このようにして、ターボ機械ブレード２２の性能が向上すると共に、ターボ機械ブレード２２及びロータ２４に作用する機械的遠心荷重が減少し、これによりターボ機械１８の全体的な効率が向上する。
【００３２】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ガスタービンシステム
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  燃料ノズル
１８  タービン
２０  高加圧燃焼ガス
２２  タービンブレード
２４  ロータ
２５  回転軸線
２６  排出ガス出口
２８  圧縮機ブレード
３０  加圧空気
３１  負荷
３２  軸方向軸線
３４  半径方向軸線
３６  円周方向軸線
５０  先端シュラウド
５２  半径方向端部
５４  固定構造構成要素
５６  流体流れ
５８  正圧側面
６０  負圧側面
６２  クリアランス
６４  ラビリンスシール
６６  単一レール
６８  外側表面
１００  前縁突出部
１０２  負圧側面部分
１０４  正圧側面部分
１０６  平均キャンバ線
１１０  前縁
１１１  負の軸方向
１１２  間隔
１１４  翼弦全長
１１６  後縁
１１８  後縁突出部
１２０  矢印
１２２  矢印
１５０  前縁部分
１５２  正圧側面部分
１５４  負圧側面部分
１５６  後縁部分
１６０  正圧側面部分
１６２  負圧側面部分
１６４  第１の先端シュラウド
１６６  第２の先端シュラウド
１６８  負圧側面部分
１７０  正圧側面部分
１７２  正圧側面部分
１７４  負圧側面部分
１８０  第１の先端シュラウド
１８２  第２の先端シュラウド
１８３  第１のレール
１８４  第２のレール
１８６  正圧側面部分
１８８  負圧側面部分
１９０  負圧側面部分
１９２  正圧側表面
１９４  正圧側面
１９６  負圧側面
１９８  正圧側面表面
２００  角度
２０２  点線
【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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