(57)【要約】【課題】  本発明は、ガスタービンエンジンのタービンロータブレードを提供する。【解決手段】  タービンブレード（１０）は、内部冷却回路（３０）を有する翼形部（１２）を含み、冷却回路は、前縁（２２）の直ぐ背後に配置され、対応するブリッジ（３８）によってそれから分離された第２の流路（３６）が続く第１の流路（３４）を有する。ブリッジ（３８）は、前縁を冷却するためのインピンジメント開口（４０）の列を含む。翼形部の負圧側壁（２０）は、第１の流路（３４）と流れ連貫通した状態で延びる第１の拡散フィルム冷却孔（４２）の列を含む。第１の孔（４２）は、複合傾斜角度を有し、四辺形断面が負圧側壁の凸面形輪郭内にほぼ涙滴形出口（４６）を形成した状態になる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンブレード（１０）であって、
支持ダブテール（１４）に一体形に接合された翼形部（１２）を含み、
前記翼形部が、対向する前縁及び後縁（２２、２４）間で翼弦方向にかつスパンにわたって根元（２６）から先端（２８）まで延びる対向する正圧及び負圧側壁（１８、２０）と、内部冷却回路（３０）と、前記翼形部正圧及び負圧側壁（１８、２０）の外部表面を被覆する断熱皮膜（５８）とを含み、
前記冷却回路が、前記前縁（２２）の直ぐ背後に配置され、次に前記正圧及び負圧側壁に一体形に接合されたブリッジ（３８）によってそれから分離された第２の流路（３６）が続く第１の流路（３４）を含み、
前記ブリッジ（３８）が、前記第２の流路（３６）から第１の流路（３４）内に前記前縁（２２）の背後にインピンジメントする状態で空気を吐出するインピンジメント開口（４０）の列を含み、
前記負圧側壁が、前記第１の流路（３４）と流れ連通した状態で該負圧側壁を貫通して延びる第１の拡散フィルム冷却孔（４２）の列を含み、前記第１の孔が、前記負圧側壁（２０）の凸面形輪郭内にほぼ涙滴形出口（４６）を形成する四辺形断面で該負圧側壁を複合傾斜角度で貫通して配置され、前記涙滴形出口が、前記断熱皮膜を貫通して延び、
前記翼形部先端（２８）が、前記正圧及び負圧側壁（１８、２０）から外向きに延びてその間に陥凹先端底（６４）を形成するスキーラリブを含み、
前記先端底（６４）が、前記正圧及び負圧側壁（１８、２０）の両方に沿って前記スキーラリブの内部側に底孔（６６）の列を含み、
前記正圧側壁（１８）が、前記スキーラリブ（２８）の下方で該正圧側壁に配置された先端孔（６８）の軸方向列を含む、
ブレード。
【請求項２】
前記第１の孔（４２）が各々、前記第１の流路（３４）から負圧側壁（２０）を貫通して延び、次にそれから発散する前記涙滴形出口（４６）が続く一様入口（４４）を含む、請求項１記載のブレード。
【請求項３】
前記涙滴形出口（４６）が、前記翼形部スパンに沿って前記第１の孔（４２）の列に整列したほぼ直線状側辺部と、前記直線状側辺部から前縁（２２）に向かって延びかつ前記凸面形輪郭に沿った円弧状側辺部によって互いに結合された２つの傾斜側辺部とを含む、請求項２記載のブレード。
【請求項４】
前記第１の孔（４２）の列に隣接して前記負圧側壁（２０）を貫通して延びる第２の拡散フィルム冷却孔（４８）の列をさらに含み、前記第２の孔が、前記負圧側壁の凸面形輪郭内にほぼ涙滴形出口（５２）を形成する四辺形断面で該負圧側壁を複合傾斜角度で貫通して配置されている、請求項３記載のブレード。
【請求項５】
前記第２の孔（４８）が各々、前記第１の流路（３４）から負圧側壁（２０）を貫通して延び、次にそれから発散する前記涙滴形出口（５２）が続く一様入口（５０）を含む、請求項４記載のブレード。
【請求項６】
前記第２の孔の涙滴形出口（５２）が、前記翼形部スパンに沿って前記第２の孔（４８）の列に整列したほぼ直線状側辺部と、前記直線状側辺部から前縁（２２）に向かって延びかつ前記凸面形輪郭に沿った円弧状側辺部によって互いに結合された２つの傾斜側辺部とを含む、請求項５記載のブレード。
【請求項７】
前記第２の孔（４８）の列が、前記翼形部スパンに沿って前記第１の孔（４２）の列と千鳥配列されている、請求項６記載のブレード。
【請求項８】
前記第１及び第２の孔（４２、４８）が、前記翼形部スパンに沿って重なり合い、前記翼形部負圧側壁（２０）に沿って、前記各孔から吐出された連続して一列に並んだフィルム冷却空気をもたらす、請求項７記載のブレード。
【請求項９】
前記第１及び第２の孔（４２、４８）が、前記翼形部スパンに沿った約４５度よりも大きいほぼ同じ外向き傾斜スパン方向角度を有し、前記出口（４６、５２）が対応する入口よりも前記先端により接近している、請求項８記載のブレード。
【請求項１０】
前記第１及び第２の孔（４２、４８）が、前記負圧側壁に沿って約４５度よりも大きい異なる傾斜翼弦方向角度を有し、前記出口（４６、５２）が、対応する入口よりも前記後縁により接近しており、
前記第１の孔（４２）の列が、１２個の孔から成り、
前記第２の孔（４８）の列が、１３個の孔から成る、
請求項９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。高圧タービン内でガスからエネルギーを取り出して、高圧タービンは圧縮機に動力を供給する。低圧タービン内でガスから追加のエネルギーを取り出して、低圧タービンは典型的な航空機用ターボファン式ガスタービンエンジン用途においてファンに動力を供給する。
【０００３】
エンジン効率は、燃焼ガス温度が上昇するにつれて増大するが、ガス温度は、作動時に燃焼ガスがその上を流れる様々な構成部品を保護するために制限されなければならない。例えば、燃焼ガスは、最初に燃焼器のライナによって閉じ込められ、内側及び外側バンドによって境界付けられたタービンノズルのステータベーン間を流れる。燃焼ガスは、タービンロータブレード間を流れ、ロータブレードと一体形の半径方向内側プラットホームと該ロータブレードの列を囲む半径方向外側タービンシュラウドとによって境界付けられる。
【０００４】
エンジンの各構成部品は、高温燃焼ガスと関連するその特別な目的に合うような特別な構成で特別に設計される。高温燃焼ガスに直接曝される高温エンジン構成部品は一般的に、該構成部品の対応する冷却回路を通して流される燃焼器からの分流加圧空気の一部分を用いて冷却される。
【０００５】
種々の冷却回路及びその特徴形状は、様々に構成した構成部品を冷却する際の関連する問題のために多種多様である。タービン構成部品寿命は一般的に、局所的影響によって制限されるので、各構成部品は、構成部品の所望の有効寿命に好適な構成部品の強度を維持しながら、高温燃焼ガスから保護されるように全体として特別設計されなければならない。
【０００６】
構成部品寿命は、最新式の航空機用ターボファンエンジンを設計する上で、その取得及び保守費用に直接影響を及ぼす重要な因子である。従って、普通、最先端の高強度の超合金材料が、それらの相応する高い費用にもかかわらず最新式の航空機用エンジンの設計に用いられている。ニッケル又はコバルト基超合金のような超合金材料は、高温で高い強度を維持するので、エンジンの様々な高温構成部品の製造には望ましい。
【０００７】
典型的な高圧第１段タービンロータブレードでは、その超合金材料は一般的に、断熱皮膜（ＴＢＣ）でブレードの露出した外部表面を被覆することによって強化される。このような皮膜は一般的に、タービンブレードのような高温構成部品の超合金金属基体を保護するための高い断熱性能を有するセラミック材料である。
【０００８】
ブレードは、該ブレードの意図した寿命を保証するためにブレードの作動温度を所望の限界値以下に維持するように、それを通して圧縮機空気冷却媒体を流す適当な内部冷却回路を含む。ブレード冷却回路は、ブレードの翼形部の複雑さ及び作動時に翼形部の上を流れる燃焼ガスの温度分布の対応した複雑さ故に、無数にある。
【０００９】
内部冷却回路は一般的に、翼形部の前縁領域と、翼形部の後縁領域と、翼形部の中間翼弦領域と、さらに周囲のタービンシュラウドとの間に比較的小さい間隙すなわちギャップを形成する翼形部の半径方向外側先端部分とに対する専用の回路を含む。翼形部の内部冷却は、翼形部の正圧又は負圧側壁或いはその両方を貫通して延びる様々な孔又は開口によって与えられる翼形部の外部冷却によって補完される。
【００１０】
翼形部側壁は一般的に、該翼形部側壁を貫通して延び、該翼形部の外部表面に沿って使用済み冷却空気を薄いフィルムとして吐出して、翼形部と高温燃焼ガスとの間に付加的な断熱障壁を形成する傾斜したフィルム冷却開口を含む。この様々なフィルム冷却孔自体もまた、翼形部を囲む燃焼フローストリームの複雑さ故に無数にある。フィルム冷却孔の各々において適当な圧力低下が生じるようにして、望ましくないブローオフを招くおそれのある過剰な速度を生じないで、フィルム冷却空気を吐出すだけでなく孔に対する対応する逆流マージンが得られるようにしなければならない。
【００１１】
翼形部の様々な部分は燃焼ガス流れ場内で異なる作動環境を有するので、それらは、異なる冷却構成を必要とする。従って、翼形部の前縁に対する冷却構成は、翼形部の後縁に対する冷却構成に適当でなく、また逆も同様である。さらに、翼形部のほぼ凹面形の正圧側面は、翼形部のほぼ凸面形の負圧側面とは異なった作動をし、従って異なる冷却構成を必要とする。
【００１２】
また、翼形部の半径方向外側先端は一般的に、先端の周囲から外向きに延びて、先端の無孔の底の上方に小さい先端空洞を形成する背の低いスキーラリブを含む。燃焼ガスは、翼形部先端を越えて、タービンシュラウドとの間に形成された間隔内に必然的に漏洩するので、背の低いスキーラリブはその両側で高温燃焼ガスに曝されることになる。従って、先端冷却には特別な構成が必要であり、その構成もまた、従来型の用途においては無数の違いが見られる。
【００１３】
１つの例示的なガスタービンエンジンは、船舶用途において何年もの間にわたって商業的実施で成功裏に使用されてきた。船舶及び産業用ガスタービンエンジンは一般的に、それらの従前のターボファン式航空機用エンジン原型から派生しており、非航空機用構成で用いるように改造されている。これらの様々なガスタービンエンジンは、ターボファン式用途におけるファン又は船舶及び産業用途における駆動シャフトに対して出力を与えるためのそれらの異なる低圧タービン構成にもかかわらず、それでもなお圧縮機、燃焼器及び高圧タービンを含む共通のコアエンジンを共有している。
【００１４】
先に開示した例示的な船舶用エンジンは、これまで何千時間もの間にわたって商業的用途において成功裏に使用されてきたが、その長い経験から、その有効寿命の末期近くにある高圧第１段タービンロータブレードにおける熱による疲労の状態が明らかになった。具体的には、ブレード先端とブレード前縁の直ぐ後方の負圧側壁上におけるブレードのスパン中間領域との両方が、断熱皮膜の劣化を生じた熱的疲労を示している。
【特許文献１】特開昭６２−１６５５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って、長期使用後のロータブレードにおいて新たに見つかる局所的疲労に特に対処するように冷却を改善した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】
【００１６】
タービンブレードは、内部冷却回路を有する翼形部を含み、冷却回路は、前縁の直ぐ背後に配置され、対応するブリッジによってそれから分離された第２の流路が続く第１の流路を有する。ブリッジは、前縁を冷却するためのインピンジメント開口の列を含む。翼形部の負圧側壁は、第１の流路と流れ連貫通した状態で延びる第１の拡散フィルム冷却孔の列を含む。第１の孔は、複合傾斜角度を有し、四辺形断面が負圧側壁の凸面形輪郭内にほぼ涙滴形状出口を形成した状態になる。
【００１７】
好ましくかつ例示的な実施形態により、その更なる目的及び利点と共に、本発明を、添付の図面に関連してなされた以下の詳細な記載においてより具体的に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１に示すのは、ターボファン式航空機用エンジン、船舶用タービンエンジン又は産業用タービンエンジンのような任意の従来型の構成を有することができるガスタービンエンジン用の例示的なタービンロータブレード１０である。ブレードは、それらの間のプラットホーム１６において支持ダブテール１４に一体形に接合された中空の翼形部１２を含む。ダブテールは、任意の従来型の構成を有することができ、多段軸流圧縮機（図示せず）を駆動するタービンロータディスクの外周の対応するスロット内にブレードを取付けるために用いられる。
【００１９】
翼形部は、ほぼ凹面形の正圧すなわち第１の側壁１８及び対向するほぼ凸面形の負圧すなわち第２の側壁２０を含む。この２つの側壁は、プラットホーム１６における半径方向内側根元２６から一般的に周囲のタービンシュラウド（図示せず）の直ぐ下方に配置された半径方向外側先端２８まで長手方向すなわち半径方向スパンにわたって延びる軸方向に対向する前縁及び後縁２２、２４間で翼弦方向に延びる。
【００２０】
図２及び図３に示すように、ブレードはさらに、内部冷却回路３０を含み、該内部冷却回路３０は、ダブテール及び翼形部を貫通して延びて、作動時に圧縮機から分流した加圧圧縮機空気すなわち冷却媒体３２の一部分を、それを通して流すようになっている。冷却回路は、任意の従来型の構成を有することができ、図２及び図３に示す好ましい実施形態では、翼形部前縁２２の直ぐ背後に配置された第１のすなわち前縁流路３４を含む。
【００２１】
第１の流路には、次に正圧及び負圧側壁に一体形に接合された第１のブリッジ３８によって該第１の流路から分離された第２の流路３６が続く。２つの流路３４、３６は、翼形部の全半径方向スパンにわたって延び、第２の流路３６は、ダブテールを貫通して半径方向内向きに連続して冷却媒体３２の一部分を受ける入口を形成している。
【００２２】
図２及び図３に示す例示的な構成では、冷却回路３０はさらに、分離した入口をダブテール内に有する専用の後縁冷却流路と対応する後縁出口孔の列とを含む。５パス形の蛇行流チャネルは、後縁流路と第２の流路３６との間に配置され、ダブテール内に第３の専用入口を有する。第１及び第２の流路３４、３６は、協働して前縁専用の冷却を行い、これは回路３０の翼弦中間及び後縁冷却構成を補完する。
【００２３】
図３及び図４に示すように、ブリッジ３８は、第２の流路３６から第１の流路３４内に前縁２２の背後をインピンジメントする状態で冷却媒体を吐出するインピンジメント開口４０の列を含む。このように、冷却媒体は、前縁の直ぐ背後において第１のチャネル３４の内部表面を直接インピンジして、作動時にその内部表面の冷却を最大にするようにする。
【００２４】
負圧側壁２０は、第１の流路３４と流れ連通した状態で該負圧側壁を貫通して延びる拡散フィルム冷却第１の孔４２の列を含み、第１の流路３４から使用済みインピンジメント空気の一部分を吐出するようにする。第１の孔４２は、軸方向凸面形輪郭の負圧側壁内にほぼ涙滴形又は菱形出口４６を形成する四辺形断面で負圧側壁２０を図４に示すような複合傾斜角度Ａ、Ｂで貫通して配置される。
【００２５】
第１の孔４２の各々はまた、第１の流路３４から負圧側壁を貫通して延びる好ましくは円筒形の一様入口４４を含む。入口４４には、次に該入口４４から発散する涙滴形出口４６が続き、該涙滴形出口４６を通して吐出される使用済みインピンジメント空気の拡散を行うために流れ面積が増大するようにする。図４に示すように、円筒形入口４４は、拡散出口４６が該入口４４と比べて比較的短い状態で、負圧側壁２０の大部分の厚さを貫通して延びる。
【００２６】
図４に示す涙滴形出口４６は、翼形部スパンに沿って第１の孔４２の列と半径方向に整列したほぼ直線状の側辺部又は端縁を含む。各出口４６はまた、該出口４６の上部及び下部において、半径方向の直線状側辺部から前縁２２に向かって延びる２つの傾斜側辺部を含む。２つの傾斜側辺部は、負圧側壁の凸面形輪郭に沿った出口の第４の円弧状側辺部によって互いに結合される。
【００２７】
翼形部はさらに、第１の孔４２の列に隣接しかつ該列に平行な、負圧側壁２０を貫通して延びる別の第２の拡散フィルム冷却孔４８の列を含む。第１の孔４２と同様に、第２の孔４８は、負圧側壁の軸方向凸面形輪郭内にほぼ涙滴形又は菱形出口５２を形成する四辺形断面で該負圧側壁を複合傾斜角度Ａ、Ｂで貫通して配置される。
【００２８】
第２の孔４８の各々もまた、第１の孔４２と同様に、第１の流路３４から負圧側壁２０の厚さの大部分を貫通して延びる好ましくは円筒形の一様入口５０を含む。入口５０には、次に該入口５０から発散する涙滴形出口５２が続き、該涙滴形出口５２を通して吐出される使用済みインピンジメント空気の拡散を行うために流れ面積が増大するようにする。
【００２９】
出口４６と同様に、涙滴形出口５２は、翼形部スパンに沿って第２の孔４８の列と半径方向に整列したほぼ直線状の側辺部又は端縁を含む。第２の孔４８の２つの傾斜した上部及び下部側辺部は、第１の直線状側辺部から第１の列の孔４２及び前縁２２に向かって延びる。２つの傾斜側辺部は、翼形部の凸面形輪郭に沿った出口の第４の円弧状側辺部によって互いに結合される。
【００３０】
図４に示すように、２つの拡散孔４２、４８の列は、第１の流路３４外側の前縁により近接して翼形部負圧側壁の翼弦方向凸面形輪郭を補完する局所的構成の点を除いては、互いにほぼ同一である。インピンジメント空気３２は、最初に前縁２２の背面を効果的に冷却するようにインピンジメント孔４０の列を通して吐出され、その後２つの拡散孔４２、４８の列を通して吐出される。さらに、第１の流路３４は、前縁２２に近接する従来型のフィルム冷却孔５４の列だけでなく必要に応じて付加的なフィルム冷却孔の列を含むことができることに注目されたい。
【００３１】
図４に示す拡散孔４２、４８の好ましい構成は、対応する放電加工（ＥＤＭ）電極５６によって作られた矩形断面を含む。電極は、孔の適当に小さい矩形末端部が結合されたときにそれぞれの入口４４、５０の円形断面にほぼ一致する大きさになるような寸法にされる。一般的に、入口４４、５０は、最初にレーザ穿孔、放電加工又は電流加工のような任意の従来型の加工を用いて負圧側壁を貫通して孔明けすることができる。次ぎに、入口の後方に拡散出口を形成することができる。或いは、拡散孔４２、４８全体を、一回の加工で形成することもできる。
【００３２】
例示的なＥＤＭ電極５６は、その小さな末端から図４に示す１つの垂直平面内において約１０度でかつ図示する直交する水平平面に沿って約２０度で発散することによって大きさが増大する。垂直平面内におけるこの１０度の発散は、電極の１つの側面からであり、一方、水平平面内における２０度の発散は、電極の両側面から対称的であり、各側面おいて１０度に分割される。電極の基部の端部、すなわち大きい端部もまた、ほぼ矩形断面を有する。
【００３３】
次いで、電極は、従来通りに翼形部の負圧側面から挿入するように用いられかつ円筒形入口４２、４８の長手方向の中心線と整列されて、その拡散出口を形成する。
【００３４】
拡散出口を有するフィルム冷却孔を形成することは、一般に従来通りであるが、最終的に形成された拡散孔の構成は、壁の曲率及び該壁を貫通する電極の角度配向に応じて決まる。図４に示した電極５６は、特別に構成した拡散孔４２、４８の列を形成し、この拡散孔４２、４８の列により、翼形部の負圧側面に沿ったそれら孔の協働作用を改善し、該孔を通して吐出された使用済みインピンジメント空気による冷却効果を向上させる。
【００３５】
より具体的には、第２の孔４８の列は、翼形部スパンに沿って第１の孔４２の列と千鳥配列されており、各列内のそれぞれの孔は隣接する列内の孔の半径方向間にほぼ整列した状態になる。
【００３６】
２つの第１及び第２の孔４２、４８の列は、翼形部スパンに沿って互いに重なり合いかつ翼弦方向に間隔を置いて配置されて、作動時に翼形部負圧側壁２０に沿って該孔から吐出された連続して一列に並んだフィルム冷却空気をもたらすのが好ましい。この構成は、図１及び図４で明らかであり、相補形拡散孔の列の組合せ構成により改善した冷却空気フィルムの形成を保証する。
【００３７】
図４に示すように、第１及び第２の孔４２、４４は、翼形部スパンに沿って、約４５度よりも大きいのが好ましいほぼ同一の外向き傾斜スパン角度Ｂを有することが好ましい。この傾斜により、それぞれの孔の出口４６、５２は、該出口の半径方向下方に配置された対応する入口４４、５０よりも翼形部先端により接近する。換言すれは、拡散孔４２、４８は、負圧側壁を貫通して半径方向外向きに傾斜している。
【００３８】
第１の流路３４の外部側負圧側壁の凸面形輪郭が変化することを考慮して、第１及び第２の孔４２、４８は、負圧側壁に沿って異なる後方傾斜翼弦角度Ａを有するのが好ましく、この角度Ａもまた、約４５度よりも大きいことが好ましい。従って、それぞれの出口４６、５２は、それらの対応する入口４４、５０よりも翼形部後縁により接近している。
【００３９】
拡散孔４２、４８の両方の組は、第１の孔４２が第２の孔よりも前縁２２により接近しかつ第２の孔４８が第１の孔よりもブリッジ３８により接近して配置された状態で、負圧側壁を貫通して第１の流路３４内に傾斜している。このように、第２の孔４８は、前縁２２から下流方向で第１の孔４２の後方に続く。
【００４０】
図４に示す好ましい実施形態では、第１及び第２の孔４２、４８は、約４８度又は４９度の傾斜スパン角度Ｂを有する。第１の孔４２は、約５９度の傾斜翼弦角度Ａを有する。また、第２の孔４８は、約４６度の傾斜翼弦角度Ａを有する。
【００４１】
円錐形ＥＤＭ電極５６によって得られた２つの拡散孔４２、４８の列の複合傾斜角度Ａ、Ｂは、軸方向凸面形負圧側壁に沿って特有の涙滴形又はほぼ菱形出口輪郭を形成する。涙滴形出口は、２つの列間で互いに千鳥配列されて、図１に示すように翼形部の中間スパン又はピッチセクションの下方で適当に始まりかつ翼形部先端の直ぐ下方で終わる連続性を翼形部の半径方向スパン全体にわたって形成する。
【００４２】
図１に示すブレードの特別な構成が、製作され解析されて、２つの拡散孔４２、４８の列の領域における冷却の大きな改善を示した。例示したこの好ましい実施形態では、第１の孔４２の列は、１３個の孔から成る第２の孔４８の列と千鳥配列された１２個の孔から成る。
【００４３】
特に図４を含む幾つかの図に示す好ましい実施形態では、ブレード翼形部１２は、翼形部正圧及び負圧側壁１８、２０の外部表面を完全に被覆する断熱皮膜５８を含み、涙滴形出口４６、５２が断熱皮膜５８を貫通して延びるのが好ましい。断熱皮膜は、任意の従来型の組成を有することができ、典型的には翼形部の外部表面に対する断熱を強化するセラミック材料である。
【００４４】
断熱皮膜では一般的に、セラミック皮膜を下にある金属基体６２に付着させるのを強化する適当なボンドコート６０が用いられる。ボンドコートは、耐酸化性を高める耐環境型コーティングが付加的に得られるプラチナアルミナイド（ＰｔＡｌ）のような任意の従来型の組成を有することができる。
【００４５】
２つの拡散孔４２、４８の列の性能の最新式コンピュータ解析では、従来型の円形の不拡散フィルム冷却孔を有する翼形部の従前の構成が受ける熱的疲労区域内の孔の直ぐ後方においてフィルム冷却効果が５０％増大することが予測される。図４に示す拡散孔の増大したフィルム効果により、従前のブレード疲労区域内の拡散孔の直ぐ後方において翼形部の大きな温度の低下を生じる。
【００４６】
例えば、高寿命の従前のブレード内で明らかになったブレード疲労区域は、負圧側壁上における前縁の直ぐ後方の翼形部ピッチセクション付近であった。２つの特別に構成した涙滴形拡散孔４２、４８の列は、互いに補完し合って断熱皮膜５８をさらに補完するフィルム冷却を強化する。翼形部及びその上の断熱皮膜の冷却を改善することにより、ブレードの有効寿命がさらに増大する。
【００４７】
図１に示すブレードにおける別の従前の疲労区域は、翼形部の先端領域であった。図５に最も良く示すように、翼形部先端２８は、正圧及び負圧側壁１８、２０から外向きに延びてその間に陥凹先端底６４を形成するスキーラリブを含む。得られた先端空洞は、先端２８のスキーラリブが周囲のタービンシュラウドと協働して該タービンシュラウドとの間の間隙すなわちギャップを最小にする小さな延長部を形成した状態で、内部冷却回路が包含されかつ保護されることを保証する。
【００４８】
図５に示す先端底６４は、正圧及び負圧側壁１８、２０の両方に沿ってスキーラリブ２８の内部側に底孔６６の列を含む。底孔６６と協働するのは、正圧側壁１８に沿ってスキーラリブ２８の下方に設置された先端孔６８の軸方向列である。
【００４９】
作動中、底孔６６及び先端孔６８は、内部冷却回路から空気冷却媒体を吐出して翼形部先端を優先的に冷却するようになる。正圧側面の先端孔６８から吐出された空気は、正圧側面スキーラリブ上を上方に流れ、先端空洞上に流れ、次に負圧側面スキーラリブ上に流れる。また、底孔６６から吐出された空気は、正圧及び負圧側面スキーラリブに沿って増強した冷却を与える。
【００５０】
図５に示す好ましい実施形態では、先端底は、正圧側壁１８に沿って適当に間隔をおいて分散配置された８個の底孔６６と負圧側壁２０に沿って適当に間隔をおいて分散配置された７個の底孔６６とを含む。共通の底孔６６が、後縁に最も近い先端底の後方端部において、対向する正圧及び負圧側壁間の中間に配置される。
【００５１】
コンピュータ流れ解析では、先端孔６８の軸方向列と分散配置した底孔６６との協働により翼形部先端の局所的先端温度が大きく低下することが予測される。先端孔６８の軸方向列は、長年この国において商業的に用いられているこの種のブレードにおいてこれまで見られた従来型の特徴形状であるので、先端冷却性能におけるこの改善は、特に注目すべきでありかつ驚くべきことである。しかしながら、翼形部先端における底孔と協働した使用は、図５に示した孔よりも数が著しく少なく、かつ主として翼形部正圧側壁に沿ってのみ配置されている。
【００５２】
さらに、図５に示す種類の別の従来型のブレードは、長年この国で商業的に成功裏に用いられ、図５に示す実質的に同じ１６個の孔パターンを有していたが、先端孔６８の軸方向列を使用するものではなかった。軸方向先端孔６８と例示した底孔との新しい組み合わせは、これまでは得られなかった先端温度の大きな低下をもたらす。
【００５３】
上に示したように、内部冷却回路と、正圧及び負圧側面フィルム冷却と、先端冷却との様々な形態は全体的に従来型のものであるが、従来の実施における無数の構成において見出されたものである。幾つかの図に示した例示的なブレードは、大部分がこの国でこれまで長年商業的に成功裏に用いられてきたのと同一方式の、図に示す様々な代表的なフィルム冷却孔の列を含む従来型の冷却特徴形状を利用している。
【００５４】
しかしながら、２つの拡散孔４２、４８の列により、翼形部負圧側面の局所的冷却が特有に著しく改善され、一方、図５に示す先端孔の特別な構成により、先端の局所的冷却が強化される。得られたロータブレードは、実作動エンジンでの長年の累積使用後にのみ明らかになる熱的疲労区域内の冷却において特別に適合した改善をもたらす。従って、改良ブレードは、新規なエンジンにおける使用だけでなく、既存のエンジンの改造にも利用でき、最新式のガスタービンエンジンにおける過酷な高温作動環境にもかかわらずその有効寿命のそれに見合った延長をもたらすことになる。
【００５５】
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これまで説明してきたが、本発明の他の変更形態が、本明細書の教示から当業者には明らかになる。なお、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】
【００５６】
【図１】例示的な第１段タービンロータブレードの斜視図。
【図２】その中の内部冷却回路を示す、図１に示す翼形部の軸方向断面図。
【図３】線３−３に沿って取った、図２に示す翼形部の半径方向断面図。
【図４】図１〜図３に示すブレード内に特別に構成した拡散フィルム冷却孔を形成する例示的な方法のフローチャート図。
【図５】図１に示すブレードの先端の拡大斜視図。
【符号の説明】
【００５７】
１０  タービンロータブレード
１２  翼形部
１４  支持ダブテール
１６  プラットホーム
１８  正圧側壁
２０  負圧側壁
２２  前縁
２４  後縁
２６  翼形部根元
２８  翼形部先端
３０  内部冷却回路
３４  第１の流路
３６  第２の流路
３８  ブリッジ
４０  インピンジメント開口
４２  第１の拡散フィルム冷却孔
４８  第２の拡散フィルム冷却孔
５４  通常型のフィルム冷却孔
６６  底孔
６８  先端孔
【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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