(57)【要約】  修復システムで使用可能であり、圧力側溶接リブ（１２）及び吸引側外側溶接リブ（１４）から形成されたスクイーラ先端（１０）であって、圧力側溶接リブ及び吸引側外側溶接リブが、タービンブレード（１８）の先端（１６）から径方向外側に延在し、中間翼弦部材（２１）によって分離された圧力側及び吸引側溶接部材（１７、１９）に存在する、スクイーラ先端を開示する。圧力側及び吸引側外側溶接リブは、それぞれ、タービンブレードの圧力側（２０）及び吸引側部（２２）に沿って位置付けられる。圧力側外側溶接リブは、そこに位置付けられた排気出口を有するフィルム冷却孔（２６）を有する面取り圧力側部（２４）を有する。圧力側及び吸引側溶接部材は、延在側面にわたって中間翼弦部材を所定位置に保持するように構成されている。
2015517624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全体的に細長いブレードであって、先縁部と、後縁部と、第１端部にあるスクイーラ先端と、当該ブレードを支持するためかつ当該ブレードをディスクに結合するために、前記第１端部とはほぼ反対側の第２端部にある根元部と、当該全体的の細長いブレード内に位置付けられた少なくとも１つのキャビティから形成された内部冷却システムと、を有する、全体的に細長いブレードを備え、
前記スクイーラ先端が、第１先端キャップ部材と第２先端キャップ部材とから形成されており、
前記第２先端キャップ部材が、圧力側溶接部材及び吸引側溶接部材から形成されており、前記第１先端キャップ部材が、前記圧力側及び吸引側溶接部材間に位置付けられた中間翼弦部材から形成されており、
前記中間翼弦部材が、前記全体的に細長いブレードの長手方向軸とは垂直ではなくかつ非平行である上流側接触面を有し、そのため、前記上流側接触面の最内角部が、当該上流側接触面の最外角部よりもさらに上流側に延在し、
前記中間翼弦部材が、前記全体的に細長いブレードの前記長手方向軸とは垂直ではなくかつ非平行である下流側接触面を有し、そのため、前記下流側接触面の最内角部が、当該下流側接触面の最外角部よりもさらに下流側に延在し、
前記圧力側溶接部材が、前記全体的に細長いブレードの前記長手方向軸とは垂直ではなくかつ非平行である下流側接触面を有し、そのため、前記下流側接触面の最外角部が、当該下流側接触面の最内角部よりもさらに下流側に延在し、
前記吸引側溶接部材が、前記全体的に細長いブレードの前記長手方向軸とは垂直ではなくかつ非平行である上流側接触面を有し、そのため、前記上流側接触面の最外角部が、当該上流側接触面の最内角部よりもさらに上流側に延在することを特徴とするタービンブレード。
【請求項２】
前記中間翼弦部材が、最内角部において前記全体的に細長いブレードに溶接されていることを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード。
【請求項３】
前記圧力側溶接部材から径方向外側に延在する圧力側外側溶接リブをさらに備え、そのため、前記圧力側外側溶接リブが、前記吸引側溶接部材の外面よりもさらに径方向外側に延在することを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード。
【請求項４】
前記圧力側外側溶接リブが、面取り圧力側面を有し、そのため、前記圧力側部の最外角部が、前記圧力側外側溶接リブの前記圧力側面の全ての他の外面から下流側に位置付けられていることを特徴とする請求項３に記載のタービンブレード。
【請求項５】
前記面取り圧力側面が、前記圧力側外側溶接リブの上流側全体にわたって延在することを特徴とする請求項４に記載のタービンブレード。
【請求項６】
前記圧力側外側溶接リブに位置付けられた少なくとも１つの圧力側フィルム冷却孔をさらに備え、
前記圧力側フィルム冷却孔が、前記圧力側外側溶接リブの前記面取り圧力側面にある出口と、前記内部冷却システムを形成する少なくとも１つの前記キャビティに少なくとも１つの前記圧力側フィルム冷却孔を結合する入口と、を有することを特徴とする請求項４に記載のタービンブレード。
【請求項７】
前記圧力側外側溶接リブが、第１材料から形成されており、
前記圧力側溶接部材、前記吸引側溶接部材及び前記中間翼弦部材が、前記第１材料とは異なる第２材料から形成されていることを特徴とする請求項３に記載のタービンブレード。
【請求項８】
前記中間翼弦部材に位置付けられた少なくとも１つの中間翼弦フィルム冷却孔をさらに備え、
前記中間翼弦フィルム冷却孔が、前記中間翼弦部材の外面にある出口と、前記内部冷却システムを形成する少なくとも１つの前記キャビティに少なくとも１つの前記中間翼弦フィルム冷却孔を結合する入口と、を有することを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード。
【請求項９】
前記吸引側溶接部材から径方向外側に延在する吸引側外側溶接リブをさらに備え、そのため、前記吸引側外側溶接リブが、前記圧力側溶接部材の外面よりもさらに径方向外側に延在することを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード。
【請求項１０】
前記吸引側外側溶接リブが、吸引側部を形成する前記全体的に細長いブレードの外面と位置合わせされていることを特徴とする請求項９に記載のタービンブレード。
【請求項１１】
前記吸引側外側溶接リブが、第１材料から形成されており、
前記圧力側溶接部材、前記吸引側溶接部材及び前記中間翼弦部材が、前記第１材料とは異なる第２材料から形成されていることを特徴とする請求項９に記載のタービンブレード。
【請求項１２】
圧力側外側溶接リブが、圧力側を形成する前記全体的に細長いブレードの外面と位置合わせされていることを特徴とする請求項９に記載のタービンブレード。
【請求項１３】
前記全体的に細長いブレードの圧力側及び吸引側部を形成する外面と、前記圧力側溶接部材、前記吸引側溶接部材及び前記中間翼弦部材の外面と、にある熱バリア被覆をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード。
【請求項１４】
全体的に細長いブレードであって、先縁部と、後縁部と、第１端部にあるスクイーラ先端と、当該ブレードを支持するためかつ当該ブレードをディスクに結合するために、前記第１端部とはほぼ反対側の第２端部にある根元部と、当該全体的の細長いブレード内に位置付けられた少なくとも１つのキャビティから形成された内部冷却システムと、を有する、全体的に細長いブレードを備え、
前記スクイーラ先端が、第１先端キャップ部材と第２先端キャップ部材とから形成されており、
前記第２先端キャップ部材が、圧力側溶接部材及び吸引側溶接部材から形成されており、前記第１先端キャップ部材が、前記圧力側及び吸引側溶接部材間に位置付けられた中間翼弦部材から形成されており、
前記中間翼弦部材が、前記全体的に細長いブレードの長手方向軸とは垂直ではなくかつ非平行である上流側接触面を有し、そのため、前記上流側接触面の最内角部が、当該上流側接触面の最外角部よりもさらに上流側に延在し、
前記中間翼弦部材が、前記全体的に細長いブレードの前記長手方向軸とは垂直ではなくかつ非平行である下流側接触面を有し、そのため、前記下流側接触面の最内角部が、当該下流側接触面の最外角部よりもさらに下流側に延在し、
前記圧力側溶接部材が、前記全体的に細長いブレードの前記長手方向軸とは垂直ではなくかつ非平行である下流側接触面を有し、そのため、前記下流側接触面の最外角部が、当該下流側接触面の最内角部よりもさらに下流側に延在し、
前記吸引側溶接部材が、前記全体的に細長いブレードの前記長手方向軸とは垂直ではなくかつ非平行である上流側接触面を有し、そのため、前記上流側接触面の最外角部が、当該上流側接触面の最内角部よりもさらに上流側に延在し、
圧力側外側溶接リブが、前記圧力側溶接部材から径方向外側に延在し、そのため、前記圧力側外側溶接リブが、前記吸引側溶接部材の外面よりもさらに径方向外側に延在し、
前記圧力側外側溶接リブには、少なくとも１つの圧力側フィルム冷却孔が位置付けられ、前記圧力側フィルム冷却孔が、前記圧力側外側溶接リブの面取り圧力側面にある出口と、前記内部冷却システムを形成する少なくとも１つの前記キャビティに少なくとも１つの前記圧力側フィルム冷却孔を結合する入口と、を有し、
前記中間翼弦部材には、少なくとも１つの中間翼弦フィルム冷却孔が位置付けられ、前記中間翼弦フィルム冷却孔が、前記中間翼弦部材の外面にある出口と、前記内部冷却システムを形成する少なくとも１つの前記キャビティに少なくとも１つの前記中間翼弦フィルム冷却孔を結合する入口と、を有し、
吸引側外側溶接リブが、前記吸引側溶接部材から径方向外側に延在し、そのため、前記吸引側外側溶接リブが、前記圧力側溶接部材の外面よりもさらに径方向外側に延在し、
前記圧力側外側溶接リブが、第１材料から形成されており、前記圧力側溶接部材、前記吸引側溶接部材及び前記中間翼弦部材が、前記第１材料とは異なる第２材料から形成されており、
前記吸引側外側溶接リブが、第１材料から形成されており、前記圧力側溶接部材、前記吸引側溶接部材及び前記中間翼弦部材が、前記第１材料とは異なる第２材料から形成されていることを特徴とするタービンブレード。
【請求項１５】
前記中間翼弦部材が、最内角部において前記全体的に細長いブレードに溶接されていることを特徴とする請求項１４に記載のタービンブレード。
【請求項１６】
前記圧力側外側溶接リブが、面取り圧力側面を有し、そのため、前記圧力側部の最外角部が、前記圧力側外側溶接リブの前記圧力側面の全ての他の外面から下流側に位置付けられていることを特徴とする請求項１５に記載のタービンブレード。
【請求項１７】
前記面取り圧力側面が、前記圧力側外側溶接リブの上流側全体にわたって延在することを特徴とする請求項１６に記載のタービンブレード。
【請求項１８】
前記全体的に細長いブレードの圧力側及び吸引側部を形成する外面と、前記圧力側溶接部材、前記圧力側外側溶接リブ、前記吸引側溶接部材、前記吸引側外側溶接リブ及び前記中間翼弦部材の外面と、にある熱バリア被覆をさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載のタービンブレード。
【請求項１９】
タービンブレードを修復する方法であって、
全体的に細長いブレードにある既存の先端構造体を除去することによって、前記ブレードの先端を下処理する工程であって、前記全体的に細長いブレードが、先縁部と、後縁部と、第１端部にある先端と、当該ブレードを支持するためかつ当該ブレードをディスクに結合するために、前記第１端部とはほぼ反対側の第２端部にある根元部と、当該全体的の細長いブレード内に位置付けられた少なくとも１つのキャビティから形成された内部冷却システムと、を有する、工程と、
前記内部冷却システムを形成する少なくとも１つの前記キャビティを被覆する先端に中間翼弦部材を位置付けることによって、スクイーラ先端を形成する工程であって、前記中間翼弦部材が、前記全体的に細長いブレードの長手方向軸とは垂直でなくかつ非平行であるテーパ状の上流側接触面を有し、そのため、前記上流側接触面の最内角部が、当該上流側接触面の最外角部よりもさらに上流側に延在し、また、前記中間翼弦部材が、前記全体的に細長いブレードの長手方向軸とは垂直でなくかつ非平行であるテーパ状の下流側接触面を有し、そのため、前記下流側接触面の最内角部が、当該下流側接触面の最外角部よりもさらに下流側に延在する、工程と、
溶接によって、前記中間翼弦部材の上流側に圧力側溶接部材を、前記中間翼弦部材の下流側に吸引側溶接部材を、形成するステップであって、前記圧力側溶接部材が、前記全体的に細長いブレードの長手方向軸とは垂直ではなくかつ非平行である下流側接触面を有し、そのため、前記下流側接触面の最外角部が、当該下流側接触面の最内角部よりもさらに下流側に延在し、前記吸引側溶接部材が、前記全体的に細長いブレードの長手方向軸とは垂直ではなくかつ非平行である上流側接触面を有し、そのため、前記上流側接触面の最外角部が、当該上流側接触面の最内角部よりもさらに上流側に延在する、工程と、
前記圧力側溶接部材から径方向外側に延在する圧力側外側溶接リブを形成し、そのため、圧力側外側溶接リブが、前記吸引側溶接部材の外面よりもさらに径方向外側に延在する、工程と、
前記吸引側溶接部材から径方向外側に延在する吸引側外側溶接リブを形成し、そのため、前記吸引側外側溶接リブが、前記圧力側溶接部材の外面よりもさらに径方向外側に延在する、工程と、
前記圧力側外側溶接リブに面取り圧力側面を形成し、そのため、前記圧力側部の最外角部が、前記圧力側外側溶接リブの前記圧力側面のすべての他の外面から下流側に位置付けられている、工程と、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記全体的に細長いブレードの圧力側及び吸引側部を形成する外面と、前記圧力側溶接部材、前記吸引側溶接部材及び前記中間翼弦部材の外面と、に熱バリア被覆を付す工程と、
前記圧力側外側溶接リブに位置付けられた少なくとも１つの圧力側フィルム冷却孔を設ける工程であって、前記圧力側フィルム冷却孔が、前記圧力側外側溶接リブの外面にある出口と、前記内部冷却システムを形成する少なくとも１つの前記キャビティに少なくとも１つの当該圧力側フィルム冷却孔を結合する入口と、を有する、工程と、
前記中間翼弦部材に位置付けられた少なくとも１つの中間翼弦フィルム冷却孔を設ける工程であって、前記中間翼弦フィルム冷却孔が、前記熱バリア被覆を通って前記中間翼弦部材の外面にある出口と、前記内部冷却システムを形成する少なくとも１つの前記キャビティに少なくとも１つの当該中間翼弦フィルム冷却孔を結合する入口と、を有する、工程と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１９に移載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、タービンブレードに、より具体的にはタービンブレードの翼端に関する。
【背景技術】
【０００２】
主として、ガスタービンエンジンは、空気を圧縮するための圧縮器と、圧縮した空気を燃料と混合させ、混合物を点火するための燃焼器と、電力を生成するためのタービンブレード組立体と、を備える。燃焼器は、しばしば、華氏２５００度を超えることがある高温で動作する。主なタービン燃焼器の構造は、この高温にタービンブレード組立体をさらす。その結果、タービンブレードは、このような高温に耐えられる材料から形成されなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
主として、タービンブレードは、一端部にある根元部分とブレードを形成する細長い部分とから形成されており、このブレードは、タービンブレードの反対側の端部において根元部分に結合されるプラットフォームから外側に延在する。ブレードは、通常、根元セクションの反対側にある先端と、先縁部と、後縁部と、からなる。タービンブレードの先端は、しばしば、タービンのガス経路においてリングセグメントとブレードとの間の間隙のサイズを低減する先端機構を有し、先端流動漏洩を防止しており、この先端流動漏洩は、タービンブレードで発生したトルク量を低減する。先端機構は、しばしば、スクイーラ先端と称され、ブレードの先端に頻繁に組み込まれ、タービン段の空力的損失を低減することを補助する。これら機構は、ブレード先端とリングセグメントとの間の漏洩を最小化するように設計されている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
システムの修復時に利用可能なスクイーラ先端が開示されており、このスクイーラ先端は、圧力側外側溶接リブと、吸引側外側溶接リブと、から形成されており、この吸引側外側溶接リブは、タービンブレードの先端から径方向外側に延在し、中間翼弦部材によって離間された圧力側及び吸引側溶接部材に存在する。圧力側及び吸引側外側溶接リブは、それぞれ、タービンブレードの圧力側及び吸引側部に沿って位置する。圧力側外側溶接リブは、圧力側フィルム冷却孔を有する面取り圧力側を有し、これら圧力側フィルム冷却孔は、そこに位置する排気出口を有する。圧力側フィルム冷却孔は、拡散冷却孔となるように構成されており、これら拡散冷却孔は、冷却流体の速度を低減し、対流面を増大させ、これにより、冷却システムの効率を増大させるために、１以上のテーパ状セクションを有する。圧力側及び吸引側溶接部材は、過大延在側面を有して所定位置に中間翼弦部材を保持するように構成されている。
【０００５】
タービンブレードは、全体的に細長いブレードから形成されており、細長いブレードは、先縁部と、後縁部と、第１端部にある先端と、ブレードを支持するための、及び、ブレードをディスクに結合するための、一般的に第1端部反対側にある第２端部においてブレードに結合された根元部と、全体的に細長いブレード内に位置する少なくとも１つのキャビティから形成された内部冷却システムと、を有する。スクイーラ先端は、第１先端キャップ部材と、第２先端キャップ部材と、から形成されている。第２先端キャップ部材は、圧力側溶接部材及び吸引側溶接部材によって形成されており、第１先端キャップ部材は、圧力側及び吸引側溶接部材間に位置する中間翼弦部材から形成されている。中間翼弦部材は、上流側接触面を有し、この上流側接触面は、全体的に細長いブレードの長手方向軸に直交せずかつ平行でなく、そのため、この上流側接触面の最内角部は、この上流側接触面の最外角部よりもさらに上流側に延在し、また、中間翼弦部材は、下流側接触面を有し、この下流側接触面は、全体的に細長いブレードの長手方向軸に直交せずかつ平行でなく、そのため、下流側接触面の最内角部は、下流側接触面の最外角部よりも下流側に延在する。圧力側溶接部材は、下流側接触面を有し、この下流側接触面は、全体的に細長いブレードの長手方向軸に直交せずかつ平行ではなく、そのため、下流側接触面の最外角部は、下流側接触面の最内角部よりも下流側に延在する。吸引側溶接部材は、上流側接触面を有し、この上流側接触面は、全体的に細長いブレードの長手方向軸に直交せずかつ平行ではなく、そのため、上流側接触面の最外角部は、上流側接触面の最内角部よりも上流側に延在する。中間翼弦部材は、全体的に細長いブレードの最内角部に対して溶接されている。
【０００６】
圧力側外側溶接リブは、圧力側溶接部材から径方向外側に延在し、そのため、圧力側外側溶接リブは、吸引側溶接部材の外面よりも径方向外側に延在する。圧力側外側溶接リブは、面取り圧力側面を有し、そのため、圧力側の最外角部は、圧力側外側溶接リブの圧力側面の全ての外面(other aspects)から下流側に位置する。面取り圧力側面は、圧力側外側溶接リブの全体的な上流側にわたって延在する。圧力側外側溶接リブは、第１材料から形成されており、圧力側溶接部材、吸引側溶接部材及び中間翼弦部材は、第１材料とは異なる第２材料から形成されている。圧力側外側溶接リブは、圧力側を形成する全体的に細長いブレードの外面と位置合わせされた外側側面を有する。
【０００７】
１以上の圧力側フィルム冷却孔は、圧力側溶接リブ内に位置し、圧力側外側溶接リブの面取り圧力側面にある出口と、少なくとも１つの圧力側フィルム冷却孔を内部冷却システムを形成するキャビティと結合させる入口と、を有する。１以上の中間翼弦フィルム冷却孔は、中間翼弦部材に位置し、中間翼弦部材の外面にある出口と少なくとも１つの中間翼弦フィルム冷却孔を内部冷却システムを形成する少なくとも１つのキャビティと結合させる入口と、を有する。
【０００８】
吸引側外側溶接リブは、吸引側溶接部材から径方向外側に延在し、そのため、吸引側外側溶接リブは、圧力側溶接部材の外面よりも径方向外側に延在する。吸引側外側溶接リブは、吸引側部を形成する全体的に細長いブレードの外面と位置合わせされた外側側面を有する。吸引側外側溶接リブは、第１材料から形成されており、圧力側溶接部材、吸引側溶接部材及び中間翼弦部材は、第１材料とは異なる第２材料から形成されている。熱バリア被覆は、全体的に細長いブレードの圧力側及び吸引側部を形成する外面と、圧力側溶接部材、吸引側溶接部材及び中間翼弦部材の外面と、に設けられている。
【０００９】
タービンブレードは、先端を再加工することによって修復される。特に、タービンブレードを修復する方法は、全体的に細長いブレードに存在する先端構造体を除去することによってブレードの先端を修復する工程を有する。先端は、表面を平坦に研磨することによって修復されてもよい。存在する先端構造体は、研磨または他の適切な方法によって除去される。中間翼弦部材を先端に配置する前に、溶接前過剰熱処理(pre-weld overage heat treatment)を行ってもよい。スクイーラ先端は、中間翼弦部材を先端に位置付けられており、内部冷却システムを形成するキャビティを被覆する。中間翼弦部材は、中間翼弦部材をブレード先端に溶接することによって所定位置で保持される。圧力側溶接部材は、溶接によって、中間翼弦部材の上流側部と、中間翼弦部材の下流側部と、に形成されている。少なくとも１つの形態において、圧力側溶接部材及び吸引側溶接部材の径方向外面は、中間翼弦部材の径方向外面と面一とされている。
【００１０】
圧力側溶接部材から径方向外側に延在する圧力側外側溶接リブは、形成されている。圧力側外側溶接リブは、吸引側溶接部材の外面よりも径方向外側に延在する。圧力側外側溶接リブは、材料を溶接して積み上げることによって形成されている。吸引側外側溶接リブは、吸引側溶接部材から径方向外側に延在するように形成されている。吸引側外側溶接リブは、圧力側溶接部材の外面によりも径方向外側に延在する。吸引側外側溶接リブは、材料を溶接して積み上げることによって形成されている。面取り圧力側面は、圧力側外側溶接リブに形成されており、そのため、圧力側の最外角部は、圧力側外側溶接リブの圧力側面の全ての外面から下流側に位置する。
【００１１】
この方法は、同様に、全体的に細長いブレードの圧力側部及び吸引側部を形成する外面と、圧力側溶接部材、吸引側溶接部材及び中間翼弦部材の外面と、に熱バリア被覆を付す工程を有する。１以上の圧力側フィルム冷却孔は、穿孔または他の適切な方法を介して、熱バリア被覆を貫通するように、上述のような圧力側外側溶接リブに設けられている。１以上の中間翼弦フィルム冷却孔は、穿孔または他の適切な方法を介して、熱バリア被覆を貫通するように、上述のような中間翼弦部材に設けられている。
【００１２】
本発明の利点は、タービンエンジン内で使用可能なブレードが本明細書で説明したように構成されたスクイーラ先端を用いて修復されることであり、それにより、ガスタービンエンジン内に再度据え付けたときに、ブレードの動作性を改善する。
【００１３】
本発明の別の利点は、圧力側及び吸引側溶接部材から圧力側及び吸引側外側溶接リブを形成する異なる材料と面取り面と対流冷却孔からなる構造とを有するスクイーラ先端が、これら要素を有していないスクイーラ先端を有するブレードと比較して、性能を増大させることを実現する。
【００１４】
本発明のさらに別の利点は、複合角度拡散フィルム冷却孔のテーパ状セクションが、スクイーラ先端の内側における対流冷却面及び冷却範囲を増大させることである。
【００１５】
本発明の別の利点は、より良好なブレード先端寿命ひいてはより低い先端漏洩流量に関して、スクイーラ先端がスクイーラ先端内におけるより信頼性のある対流冷却を有することである。
【００１６】
本発明のさらに別の利点は、面取り面により、冷却孔をホットスポットにおける面積に位置付けることを可能とし、また、より良好に冷却するために冷却孔がより長い長さを有することを可能となる。
【００１７】
本発明の別の利点は、冷却孔が同様に出口フィルム被覆を面取り面に形成することであり、これにより、典型的にホットスポットである場所における翼の温度を低減し、温度が増大した材料からなる領域である
【００１８】
これら及び他の形態を以下で詳述する。
【００１９】
添付の図面は、明細書に組み込まれかつ明細書の一部を形成し、現在開示された発明の実施形態を示し、説明と共に、本発明の原理を開示する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】スクイーラ先端を有するタービンブレードを示す斜視図である。
【図２】図１に示すタービンブレードの先縁部におけるスクイーラ先端を示す詳細図である。
【図３】図１に示すスクイーラ先端を示す頂面図である。
【図４】図４の破断線４−４で得られたタービンブレード先端を示す部分横断面図である。
【図５】圧力側リブ内に位置付けられた複合角度拡散フィルム冷却孔を示す詳細正面図である。
【図６】圧力側リブ内に位置付けられた複合角度拡散フィルム冷却孔を示す詳細頂面図である。
【図７】タービンブレードのスクイーラ先端の先縁部を示す別の図である。
【図８】図１に示す横断線４−４で得られたタービンブレード先端を示す部分横断面図であって、スクイーラ先端を除去し、スクイーラ先端を据え付けるために下処理している、部分横断面図である。
【図９】図８に示すタービンブレード先端を示す部分横断面図であって、中間翼弦部材を圧力側及び吸引側溶接部材間に据え付けた、部分横断面図である。
【図１０】図９に示すタービンブレード先端を示す部分横断面図であって、圧力側及び吸引側外側溶接リブをそれぞれ圧力側及び吸引側溶接部材に据え付けた、部分横断面図である。
【図１１】図１０に示すタービンブレードを示す部分横断面図であって、圧力側溶接部材の面取り上流側圧力側面を有する、部分横断面図である。
【図１２】図１１に示すタービンブレード先端を示す部分横断面図であって、フィルム冷却孔を圧力側溶接部材及び中間翼弦部材に据え付け、熱バリア被覆を有する、部分横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１から図１２に示すように、修復システムで使用可能なスクイーラ先端１０が開示されており、このスクイーラ先端は、圧力側外側溶接リブ１２と、吸引側外側溶接リブ１４と、から形成されており、これら圧力側外側溶接リブ及び吸引側外側溶接リブは、タービンブレード１８の先端１６から径方向外側に延在しており、中間翼弦部材２１によって離間された圧力側及び吸引側溶接部材１７、１９上に存在する。圧力側及び吸引側外側溶接リブ１２、１４は、それぞれ、タービンブレード１８の圧力側及び吸引側部２０、２２に沿って位置する。圧力側外側溶接リブ１２は、圧力側フィルム冷却孔２６を有する面取り圧力側部２４を有しており、これら圧力側フィルム冷却孔は、そこに位置する排気出口２８を有する。圧力側フィルム冷却孔２６は、冷却流体の速度を低減し、対流面を増大させ、これにより冷却システムの効率を増大させるために、１以上のテーパ状セクション５６を有する拡散冷却孔として構成されている。圧力側及び吸引側溶接部材１７、１９は、全体にわたって延在する側面２３によって中間翼弦部材２１を所定位置で保持するように構成されている。
【００２２】
図１に示すように、タービンブレード１８は、全体的に細長いブレード３０から形成されており、このブレードは、先縁部３２及び後縁部３４を有する。全体的に細長いブレード３０は、第１端部３６にある先端１６と、ブレード１８を支持するためかつブレード１８をディスクに結合するために第１端部３６とはほぼ反対側にある第２端部４０においてブレード１８に結合された根元部３８と、を有する。内部冷却システム４２は、全体的に細長いブレード３０内に位置する少なくとも１つのキャビティ４４から形成されている。冷却システム４２は、任意の適切な構造を有しており、動作しているガスタービンエンジン内で使用している間に、タービンブレード１８を冷却する。タービンブレード１８と既に列挙したその関連する構成部材は、すでに公知であるまたは未だ発見されていないもしくは特定されていない任意の適切な材料から形成される。
【００２３】
図１１及び図１２に示すように、スクイーラ先端１０は、第１先端キャップ部材１１及び第２先端キャップ部材１３から形成されている。第２先端キャップ部材１３は、圧力側溶接部材１７及び吸引側溶接部材１９から形成されている。第１先端キャップ部材１１は、圧力側及び吸引側溶接部材１７、１９間に位置する中間翼弦部材２１から形成されている。中間翼弦部材２１は、テーパ状上流側接触面２５を有しており、このテーパ状上流側接触面は、全体的に細長いブレード３０の長手方向軸２７とは非平行であり、そのため、上流側接触面２５の最内角部２９は、上流側接触面２５の最外角部３１よりもさらに上流側に延在し、また、中間翼弦部材は、下流側接触面３３を有しており、この下流側接触面は、全体的に細長いブレード３０の長手方向軸２７とは非平行であり、そのため、下流側接触面の最内角部３５は、下流側接触面３３の最外角部３７よりもさらに下流側に延在する。
【００２４】
中間翼弦部材は、最内角部２９、３５において、限定しないがＩＮ６２５と延性フィラーとしてのHastalloy Wとのような材料を用いて、全体的に細長いブレード３０に溶接されている。
【００２５】
圧力側溶接部材１７は、圧力側部２０及び中間翼弦部材２１の間において中間翼弦部材２１の周囲に所定位置に形成されている。例えば、少なくとも一実施形態において、圧力側溶接部材１７は、限定しないがＩＮ７３８のような材料から形成された溶接部として形成されている。圧力側溶接部材１７は、下流側接触面３９を有しており、この下流側接触面は、全体的に細長いブレード３０の長手方向軸２７とは直交せずかつ非平行であり、そのため、下流側接触面３９の最外角部４１は、下流側接触面３９の最内角部４３よりもさらに下流側に延在する。
【００２６】
同様に、吸引側溶接部材１９は、吸引側部２２及び中間翼弦部材２１の間において中間翼弦部材２１の周囲に所定位置に形成されている。例えば、少なくとも一実施形態において、吸引側溶接部材１９は、限定しないがＩＮ７３８のような材料から形成された溶接部として形成されている。吸引側溶接部材１９は、上流側接触面４５を有しており、この上流側溶接面は、全体的に細長いブレード３０の長手方向軸２７とは直交せずかつ非平行であり、そのため、上流側接触面４５の最外角部４７は、上流側接触面４５の最内角部４９よりもさらに上流側に延在する。
【００２７】
圧力側外側溶接リブ１２は、圧力側溶接部材１７の外面４６から径方向に延在する。一実施形態において、圧力側外側溶接リブ１２は、図１に示すように、先縁部３２から延在しており、後縁部３４において終端する。圧力側外側溶接リブ１２は、圧力側部２０を形成する全体的に細長いブレード３０の外面４８と位置合わせされた外側側面８８を有する。圧力側外側溶接リブ１２の外側側面８８は、圧力側溶接部材１７の外面９０と位置合わせされている。圧力側外側溶接リブ１２は、任意の適切な高さ及び幅を有する。少なくとも一実施形態において、図４に示すように、圧力側外側溶接リブ１２は、約２：１から１：２までの幅に対する高さの比率を有し、少なくとも一実施形態において、約１：１である。圧力側外側溶接リブ１２は、圧力側溶接部材１７から径方向外側に延在しており、そのため、圧力側外側溶接リブ１２は、吸引側溶接部材１９の外面よりもさらに径方向外側に延在する。
【００２８】
図４、図１１及び図１２に示すように、圧力側外側溶接リブ１２は、面取り圧力側面２４を有し、この面取り圧力側面は、圧力側面２０を形成する全体的に細長いブレード３０の外面４８に対して所定の鋭角で位置付けられている。圧力側面２０の最外角部５１は、すべての他の外面にかかる圧力側外側溶接リブ１２の圧力側面５０から下流側に位置付けられている。少なくとも一実施形態において、図３及び図７に示すように、圧力側外側溶接リブ１２の面取り圧力側面２４は、圧力側外側溶接リブ１２の全長のうちの一部のみにわたって延在する。
【００２９】
あるいは、面取り圧力側面２４は、圧力側外側溶接リブ１２の上流側部５０の全体にわたって延在してもよい。
【００３０】
１以上の圧力側フィルム冷却孔２６は、圧力側外側溶接リブ１２に位置付けられており、圧力側外側溶接リブ１２の外面５０にある出口２８と、内部冷却システム４２を形成するキャビティ４４に圧力側フィルム冷却孔２６を結合する入口５２と、を有する。一実施形態において、図３、図４及び図１２に示すように、圧力側フィルム冷却孔２６の出口２８は、圧力側外側溶接リブ１２の面取り圧力側面２４に位置付けられている。圧力側外側溶接リブ１２にある圧力側フィルム冷却孔２６は、少なくとも１つのテーパ状セクション５６を有する複合拡散フィルム冷却孔から形成されており、横断面積が増大する。
【００３１】
図４、図１１及び図１２に示すように、タービンブレード１８は、同様に、先端１６のための外面９２から径方向に延在する１以上の吸引側外側溶接リブ１４を有する。吸引側外側溶接リブ１４は、全体的に細長いブレード３０の後縁部３４から先縁部３２まで延在しており、先縁部３２で終端し、圧力側外側溶接リブ１２につながっている。吸引側外側溶接リブ１４は、外側側面６０を有しており、この外側側面は、吸引側部２２を形成する全体的に細長いブレード３０の外面６２と位置合わせされている。吸引側外側溶接リブ１４の外側側面６０は、吸引側溶接部材１９の外面９４と位置合わせされている。吸引側外側溶接リブ１４は、任意の適切な高さ及び幅を有する。少なくとも一実施形態において、図４に示すように、吸引側外側溶接リブ１４は、約２：１から１：２の幅に対する高さの比を有しており、少なくとも一実施形態において、約１：１となっている。吸引側外側溶接リブ１４は、吸引側溶接部材１９から径方向外側に延在しており、そのため、吸引側外側溶接リブ１４は、圧力側溶接部材１７の外面よりもさらに径方向に延在する。
【００３２】
圧力側外側溶接リブ１２は、第１材料から形成されてもよく、圧力側溶接部材、吸引側溶接部材１９及び中間翼弦部材２１は、第１材料とは異なる第２材料から形成されてもよい。吸引側外側溶接リブ１４は、第１材料から形成されてもよく、圧力側溶接部材１７、吸引側溶接部材１９及び中間翼弦部材２１は、第１材料とは異なる第２材料から形成されてもよい。圧力側及び吸引側外側溶接リブ１２、１４は、限定しないがＩＮ６２５のような同一材料から形成されてもよい。圧力側溶接部材１７、吸引側溶接部材１９及び中間翼弦部材２１は、限定しないがＩＮ７３８のような材料から形成されてもよい。
【００３３】
中間翼弦部材２１に位置付けられた１以上の中間翼弦フィルム冷却孔５３は、中間翼弦部材２１の外面６４にある出口２８と、内部冷却システム４２を形成するキャビティ４４にフィルム冷却孔２６を結合させる入口６６と、を有する。図５及び図６に示すように、中間翼弦フィルム冷却孔５３は、複合角度拡散フィルム冷却孔８０から形成されており、この複合角度拡散フィルム冷却孔は、下流側に移動するにしたがって横断面積が増大する少なくとも１つのテーパ状セクション５６を有する。
【００３４】
図４及び図１２に示すように、タービンブレード１８は、圧力側及び吸引側部２０、２２を形成する外面４８及び６４と、例えば圧力側外側溶接リブ１２の面取り圧力側面２４など圧力側外側溶接リブ１２の外面８８、７２と、中間翼弦部材２１の外面７６と、吸引側外側溶接リブ１４の外面６０、７４と、圧力側溶接部材１７の外面９０と、吸引側溶接部材１９の外面９４と、にある熱バリア被覆７０を有する。熱バリア被覆７０は、タービンエンジンの高温ガス経路でみられる高温からタービンブレード１８を保護するために、任意の適切な材料から形成されている。
【００３５】
圧力側リブ１２または中間翼弦フィルム冷却孔５３に位置付けられた圧力側フィルム冷却孔２６は、図５及び図６に示すように、１以上の拡散冷却孔から形成されている。拡散冷却孔は、複合角度拡散フィルム冷却孔８０から形成されており、この複合角度拡散フィルム冷却孔は、横断面積が増大する少なくとも１つのテーパ状セクション５６を有する。テーパ状セクション５６は、先端圧力側外側溶接リブ１２または中間翼弦部材２１を形成する材料を通って部分的に延在しており、一定セクション８２に結合されている。複合角度拡散フィルム冷却孔８０は、増大させた冷却範囲のために使用される。例えば、図４に示すように、中間翼弦部材２１に位置付けられている中間翼弦フィルム冷却孔５３は、中間翼弦部材２１の外面４６に対して鋭角で延在する。圧力側外側溶接リブ１２に位置付けられた圧力側フィルム冷却孔２６は、圧力側外側溶接リブ１２を介して径方向外側に延在する。また、圧力側フィルム冷却孔２６は、圧力側外側溶接リブ１２の面取り圧力側面２４に対して鋭角で圧力側外側溶接リブ１２内に延在する。別の実施形態において、圧力側フィルム冷却孔２６は、圧力側外側溶接リブ１２の面取り圧力側面２４に対してほぼ垂直に圧力側外側溶接リブ１２内に延在してもよい。
【００３６】
図６に示すように、複合角度拡散フィルム冷却孔８０のテーパ状セクション５６は、ほぼ楕円形の横断面形状を有しており、一定セクション８２は、ほぼ一定の直径を有する。図５及び図６に示すように、テーパ状セクション５６は、一定セクション８２を形成する壁表面から延在する延長線８６から約５度から約１５度に位置付けられた外壁面８４から形成されている。一実施形態において、テーパ状セクション５６は、一定セクション８２を形成する壁表面から延在する延長線８６から約１０度に位置付けられた外壁面８４から形成されている。
【００３７】
タービンブレード１８は、通常の運転開始状態中に先端摩擦を引き起こす。
【００３８】
タービンブレード１８は、先端を再加工することによって修復される。特に、タービンブレードを修復する方法は、図８に示すように、全体的に細長いブレード３０にある既存の先端構造体を除去することによって、ブレード１８の先端１６を下処理する工程を有する。先端１６は、表面を平坦に研磨することによって、下処理される。既存の先端構造体は、研磨または他の適切な方法によって除去されてもよい。溶接前過剰熱処理は、中間翼弦部材２１を先端１６に配置する前に適用される。図９に示すように、スクイーラ先端１０は、内部冷却システム４２を形成する少なくとも１つのキャビティ４４を被覆する先端１６に中間翼弦部材２１を位置付けることによって、形成される。中間翼弦部材２１は、限定しないがＩＮ６２５またはHastalloy Wのような材料を用いて、中間翼弦部材２１をブレード先端１６に溶接することによって、所定位置で保持される。中間翼弦部材２１は、本明細書で説明したように構成されている。溶接することによって、圧力側溶接部材１７は、中間翼弦部材２１の上流側部に形成されており、吸引側溶接部材１９は、中間翼弦部材２１の下流側部に形成されている。圧力側及び吸引側部材１７、１９は、本明細書で説明したように形成されている。少なくとも一実施形態において、圧力側溶接部材１７及び吸引側溶接部材１９の径方向外面は、図９に示すように、中間翼弦部材２１の径方向外面と面一とされている。
【００３９】
図１０に示すように、圧力側外側溶接リブ１２は、圧力側溶接部材１７から径方向外側に延在するように形成されている。圧力側外側溶接リブ１２は、吸引側溶接部材１９の外面よりもさらに径方向外側に延在する。圧力側外側溶接リブ１２は、限定しないがＩＮ６２５であってもよい材料を溶接して積み上げることによって形成されている。吸引側外側溶接リブ１４は、吸引側溶接部材１９から径方向外側に延在するように形成されている。吸引側外側溶接リブ１４は、圧力側溶接部材１７の外面よりも径方向外側に延在する。吸引側外側溶接リブ１４は、限定しないがＩＮ６２５であってもよい材料を積み上げることによって形成されている。図１１に示すように、面取り圧力側面２４は、圧力側外側溶接リブ１２に形成されており、そのため、圧力側部２０の最外角部５１は、圧力側外側溶接リブ１２の圧力側面５０の全ての他の外面から下流側に位置付けられている。
【００４０】
方法は、同様に、図１２に示すように、全体的に細長いブレード３０の圧力側部２０及び吸引側部２２を形成する外面と、圧力側溶接部材１７、吸引側溶接部材１９及び中間翼弦部材２１の外面と、に熱バリア被覆７０を付す工程を有する。１以上の圧力側フィルム冷却孔２６は、上述のように、穿孔または他の適切な方法を介して、熱バリア被覆７０を貫通するように、圧力側外側溶接リブ１２内に設けられている。１以上の中間翼弦フィルム冷却孔５３は、上述のように、穿孔または他の適切な方法を介して、熱バリア被覆７０を貫通するように、中間翼弦部材２１内に設けられる。
【００４１】
使用中において、冷却流体は、内部冷却システム４２内を通過される。冷却流体は、タービンブレード１８の先端１６にあるフィルム冷却孔２６内に通過される。冷却流体は、対流を介して先端１６を冷却し、出口２８を通って排出されることによって、スクイーラ先端１０の外面を冷却する。冷却流体の一部は、圧力側外側溶接リブ１２から下流側においてスクイーラ先端内に集まる。
【００４２】
上述したことは、本発明の実施形態を図示し、説明し、記述する目的で提供されている。これら実施形態への改良及び改変は、当業者に明らかであり、本発明の範囲及び精神から逸脱することなくなしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０  スクイーラ先端、１１  第１先端キャップ部材、１２  先端圧力側外側溶接リブ，圧力側外側溶接リブ，圧力側リブ、１３  第２先端キャップ部材、１４  吸引側外側溶接リブ、１６  ブレード先端，先端、１７  圧力側溶接部材、１７  圧力側溶接部材，圧力側部材、１８  タービンブレード，ブレード、１９  吸引側溶接部材，吸引側部材、２０  圧力側部，圧力側面、２１  中間翼弦部材、２２  吸引側部，吸引側面、２３  側面、２４  面取り圧力側部，面取り圧力側面、２５  テーパ状上流側接触面，上流側接触面、２６  圧力側フィルム冷却孔，フィルム冷却孔、２７  長手方向軸、２８  排気出口，出口、２９  最内角部、２９  最内角部、３０  細長いブレード、３１  最外角部、３２  先縁部、３３  下流側接触面、３４  後縁部、３５  最内角部、３６  第１端部、３７  最外角部、３８  根元部、３９  下流側接触面、４０  第２端部、４１  最外角部、４２  内部冷却システム，冷却システム、４３  最内角部、４４  キャビティ、４５  上流側接触面、４６  外面、４７  最外角部、４８  外面、４９  最内角部、５０  圧力側面，上流側部，外面、５１  最外角部、５２  入口、５３  中間翼弦フィルム冷却孔、５６  テーパ状セクション、６０  外側側面，外面、６２  外面、６４  外面、６６  入口、７０  熱バリア被覆、７２  外面、７４  外面、７６  外面、８０  複合角度拡散フィルム冷却孔、８２  一定セクション、８４  外壁面、８６  延長線、８８  外側側面、８８  外面、９０  外面、９２  外面、９４  外面
【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８−１０】
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【図１１−１２】
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【国際調査報告】
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2015517624.tif 000013
2015517624.tif 000014