(57)【要約】  ガスタービンブレード（１）は、縦軸（Ａ）に沿って略延出し、前縁（６）とこの前縁（６）の反対側の後縁（７）、これら前縁（６）と後縁（７）との間に構成される吸引側（８）と圧力側（９）を有する中空本体（２）と、縦軸（Ａ）に沿って延出し、複数の冷却穴（１７）を備え、本体（２）と冷却エレメント（３）との間に間隙（１４）を画定するように本体（２）内部に設置される冷却エレメント（３）と、間隙（１４）とブレード（１）の外側との間で連通するための穴のない本体（２）の領域内で本体（２）を吸引側（８）の冷却エレメント（３）に接続するための間隙（１４）内に設置されるリブ（４）とを有する。
2010515850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦軸（Ａ）に沿って略延出し、前縁（６）と該前縁（６）に対向する後縁（７）、前縁（６）と後縁（７）との間に構成される吸引側（８）と圧力側（９）を有する中空本体（２）と、
前記縦軸（Ａ）に沿って延出し、複数の冷却穴（１７）を備え、前記本体（２）と冷却エレメント（３）との間に間隙（１４）を画定するように前記本体（２）内部に設置される冷却エレメント（３）と、
前記本体（２）を前記冷却エレメント（３）に接続するための前記間隙（１４）内に設けられるリブ（４）と含むガスタービンブレード（１）であって、
前記リブ（４）が前記間隙（１４）と前記ブレード（１）の外側との間で連通するための穴なしで前記本体（２）の領域内で前記吸引側（８）に設置されることを特徴とする、ガスタービンブレード（１）。
【請求項２】
前記リブ（４）が、前記間隙（１４）の２つのチャンバ（２１、２２）を画定するようにその長さ全体にわたって前記本体（２）と前記冷却エレメント（３）とに接続される、請求項１に記載のブレード。
【請求項３】
前記リブ（４）が前記縦軸（Ａ）に略平行に延出する、請求項１又は請求項２に記載のブレード。
【請求項４】
前記リブ（４）は前記冷却エレメント（３）が外部に突出することによって画定される、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のブレード。
【請求項５】
前記冷却エレメント（３）が、ループ状に閉じられた形状化金属インサート（１６）を含み、前記金属インサート（１６）が前記リブ（４）を画定するように湾曲される、請求項４に記載のブレード。
【請求項６】
前記金属インサート（１６）が、前記リブ（４）を画定するために湾曲され互いに結合される２つの末端フラップ（２２）を有する、請求項５に記載のブレード。
【請求項７】
前記リブ（４）が前記本体（２）から内部に突出することによって画定される、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のブレード。
【請求項８】
複数のスペーサ（５）を含み、該複数のスペーサ（５）は前記本体（２）と前記冷却エレメント（３）との間に設置される、請求項１〜７のいずれか一項に記載のブレード。
【請求項９】
前記スペーサ（９）が前記縦軸（Ａ）に略直交して延出する、請求項８に記載のブレード。
【請求項１０】
前記リブ（４）が、前記吸引側（８）に沿って前記ブレード（１）に対し外部から測定される全体距離の約２０％乃至約４０％、好ましくは約２５％乃至約３５％、特に前記後縁（７）との間で吸引側（８）に沿ってブレード（１）に対し外部から測定される距離の約３０％に略等しい、前記前縁（６）からの距離をおいて位置付けられる、請求項１〜９のいずれか一項に記載のブレード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンブレードに関する。特に、本発明はガスタービンステータブレードに関する。
【背景技術】
【０００２】
既知のタイプのステータブレードは、実質的に縦軸に沿って延出し、前縁と前縁とは反対側の後縁、及びこれら前縁と後縁との間に構成される吸引側と圧力側とを有する中空本体を備えている。縦軸に沿って延出する中空冷却エレメントは、複数の冷却穴が設けられ、本体と冷却エレメントとの間に間隙（ギャップ）を定めるように本体内に配置される。ステータブレードはさらに、少なくとも１つのリブを有し、これは、本体を冷却エレメントに接続するための前縁上の間隙内に配置される。
【０００３】
この種のステータブレードは、「インピンジメント冷却」と称される冷却の技術を利用する。当該技術では、冷却エレメント内で供給される冷却流体、一般には空気が冷却エレメントの壁に対しほぼ直交する方向に冷却エレメントの穴から流出し、ブレードの内側表面上に突き当たることになり、ブレードをラップ仕上げし、その適切な冷却を保証する。
【０００４】
流体は、次に、吸引側及び／又は圧力側及び／又はブレードの後縁上でブレードの外側と間隙との間の連通のために１つ以上の穴を用いて間隙から放出される。このように、ブレードの金属の温度は実質的に臨界値未満に維持される。特に、間隙内にリブが存在することは、そのリブ自体の側面に冷却流体が沈滞する２つの領域を生成する限りでは、リブ周囲の領域内での冷却を最適化する。上述の領域において、冷却流体の流れは、間隙の他の領域から「高熱」流体の戻りにより冷却エレメントの壁に接する構成要素を有さず、基本的に冷却流体が穴から出ることによって冷却エレメントの壁に直交する構成要素のみを有する。
【０００５】
しかしながら、この種のステータブレードは、冷却流体の流路用の穴が非常に小さい断面を有し、結果として、凝集する傾向がある冷却流体における懸濁液中の不純物の存在のために部分的又は全体的に閉塞する現象に左右されることが多い。さらに、困難な環境条件は、例えば砂漠環境や工業セツルメントに近接して、特に鋼鉄工作技術センター、あるいは「クーラー及びブースター」型のガスタービンの外側で冷却システムを使用する場合において汚れ現象を悪化させる可能性がある。
【０００６】
特に、「汚れ」の現象に最も関連のある領域は前縁であり、これは、燃焼室から流入する高熱気体が直接突き当たる。上述の領域は実際には、特に大量の冷却流体を必要とし、最も多く熱応力の影響を受けやすい。穴を汚した状態で前縁上にリブが存在することにより、冷却作用の最適化がもたられることにはならないが、実際に全く存在しないとしても、冷却をさらに悪化させることになる。沈滞に関して、実際には既に強調されたように、冷却流体の流れは、冷却エレメントの壁に接する構成要素を示さないが、穴から出る流体によって基本的に決定される直交構成要素のみを示す。その結果、穴から出る流体が「汚れ」のために急激に減少すると、上記の領域における冷却は実際には存在しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第３５４０８１０号
【特許文献２】米国特許出願公開２００６／２１０３９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、本明細書中で強調される周知技術の欠点がないブレードを提供することである。特に、本発明の目的は、冷却エレメントの穴が汚れた状態においても正確な冷却を保証することができ、同時に製造が容易で低コストのブレードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的にしたがって、本発明は、実質的に縦軸Ａに沿って延出し、前縁と、前縁と反対側にある後縁、及びこれら前縁と後縁との間に構成される吸引側と圧力側を有する、中空本体を備えたガスタービンブレードに関する。中空冷却エレメントは縦軸Ａに沿って延出し、複数の冷却穴を備え、本体と冷却エレメントとの間の間隙、及び、本体を冷却エレメントに接続するための間隙内に設置されるリブを画定するように本体内に設置される。ブレードは、リブが間隙とブレードの外側との連通のための穴なしで本体の領域内で吸引側に設置されることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、明確にするために部品が取り除かれた、本発明によるガスタービンブレードの断面図である。
【図２】図２は、明確にするために部品が取り除かれた、図１のブレードの細部を拡大した断面図である。
【図３】図３は、明確にするために部品が取り除かれた、図１のブレードの詳細部を拡大した断面図である。
【図４】図４は、明確にするために部品が取り除かれた、図１のブレードの部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１において参照番号１によって示されるのは、ガスタービンのステータブレード（全体として周知であり、明確にするために図面に示さない)である。
【００１２】
ブレード１は、中空本体２、冷却エレメント３、リブ４、及び複数のスペーサ５を有する。
【００１３】
本体２は縦軸Ａに沿って延出し、前縁６、前縁６とは反対側にある後縁７、吸引側８（「吸引面」又は「背面」とも称される）及び圧力側９（(圧力面」とも称される）を有し、吸引側８と圧力側９はともに前縁６と後縁７との間に構成される。
【００１４】
本体２は空洞１３を画定し、その内部で、冷却エレメント３が、本体２と冷却エレメント３との間に構成される、間隙１４を画定するように設定される。
【００１５】
冷却エレメント３は、本体２の延長部全体に対して縦軸Ａに沿って延出し、ループ状に形成され閉じられた金属インサート１６を有し、この金属インサート１６は冷却流体によって浸透されるのに適した複数の穴を備え、冷却流体が供給されるのに適したダクト１８を画定する。
【００１６】
特に図４を参照すると、穴１７は、冷却エレメント３の金属インサート１６上でプリセット・スキームによって配置される。好ましくは、これら穴１７は、ブレード１の縦軸Ａに平行な列を形成するように配置され、軸Ａに垂直な方向に互いに対し千鳥状に配置される。
【００１７】
図１を参照すると、冷却エレメント３は好ましくは、間隙１４がほぼ一定の幅を有するようにブレード１の形状と同様の形状を有する。
【００１８】
間隙１４には、本体２を冷却エレメント３に接続するためのリブ４が設置される。リブ４は、間隙１４とブレード１の外側との連通のための穴のない本体２の領域において吸引側８上に設置され、ブレード１の長さ全体にわたって縦軸Ａに略平行に延出する。
【００１９】
詳細には、リブ４は、吸引側８に沿ってブレード１に対し外部から測定される全体距離の約２０％乃至約４０％、好ましくは焼く２５％乃至約３５％、特に前縁６と後縁７との間で吸引側８に沿ってブレード１に対し外部から測定される距離のほぼ約３０％に等しい、前縁６からの距離をおいて位置付けられる。
【００２０】
好ましくは、リブ４は冷却エレメント３が外部に突出することによって定められるが、引き続き、リブ４が本体２から内部に突出することによって定められるブレード１を設けることが可能であることも理解される。
【００２１】
特に、冷却エレメント３の金属インサート１６は２つの末端フラップ２２を有し、これらは湾曲されて互いに結合されてリブ４を定義する。
【００２２】
図１及び図４を参照すると、リブ４はその長さ全体にわたって、本体２及び冷却エレメント３に接続されて、間隙１４の２つのチャンバ２０及び２１を画定する。
【００２３】
間隙１４の第１のチャンバ２０は、リブ４から始まり後縁７までの吸引側８に沿って延出する間隙１４の領域を有し、一方、間隙１４の第２のチャンバ２１は、リブ４から始まり前縁６及び圧力側９に沿って後縁９まで延出する間隙１４の領域を有する。
【００２４】
図１を参照すると、スペーサ５は、本体２と冷却エレメント３との間で間隙１４に設けられ、タービンの動作中に固定される冷却エレメント３と本体２との間の距離を維持するように設計される。特に、スペーサ５は、穴１７間の間隙１４内で拡散され軸１にほぼ直交に延出するように分散される。
【００２５】
さらにブレード１は、タービンの動作中に固定される本体２の対向壁間の距離を維持するために後縁７に実質的に対応する位置に本体２の空洞１３に設置されるさらなるスペーサ２３を有する。
【００２６】
使用時、冷却流体（図１に矢印によって概略図示される）は冷却エレメント３に供給され、穴１７を介してブレード１を冷却するための間隙１４内に送りこまれる。
【００２７】
図２に詳細に示されるように、リブ４は、リブ４自体の両側面にある間隙１４において、冷却流体が沈滞する２つの領域を生成し、ここで、冷却流体の流れは、主としてブレード１の他の領域からの流体の戻りによって、冷却エレメント３の金属インサート１６に接する構成要素ＦTが実質的にないが、金属インサート１６の穴１７からの流体の流出によって冷却エレメント３の金属インサート１６に直交する構成要素ＦOのみがある。
【００２８】
図３を参照すると、リブ４に近接していない間隙１４の領域において、特に前縁６に対応する位置において、本体２を内側からラッピング加工する冷却流体の流れは、冷却エレメント３の金属インサート１６に接する構成要素ＦT及び金属インサートに直交する構成要素ＦOの両方を有する。
【００２９】
本発明は、以下に記載される利点を示す。
【００３０】
第一に、実質的にブレード１の吸引側８にリブ４が存在することは、前縁６に対応する位置にある間隙１４において、冷却流体の流れの接線構成要素ＦTを決定するような強制経路を冷却流体の流れに押しつける。このように、前縁６に対応する領域における穴１７の考えられる完全に閉塞した状態においても、冷却流体の流れの接線構成要素ＦTは、本体２を内側からラッピングし、最小冷却動作を保証することは、ブレードの適切な外部コーティングの採用（いわゆる「サーマルバリア」であり、それ自体周知である）に関連させることにより、ブレード１をそのまま維持するのに十分である。
【００３１】
さらに、前縁に対応する位置にリブを備えた従来式のブレードを、吸引側に対応する位置にリブを備えた本発明によるブレードに変換することを行うは容易であり費用がかからない。上記変換は実際には、同じ形状のブレードを維持し、冷却エレメント上の干渉を容易にすることと、リブの新しい配置を容認するのに必要なある簡単な機械加工作業を要求する。
【００３２】
最後に、更なる修正及び変更が請求の範囲から逸脱することなく本明細書中に記載され図解されるタービンブレードに対して加え得ることは明白である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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