(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のタービン静翼(30)が静翼列を形成するように環状に配列されたタービン静翼システムであって、
各タービン静翼(30)はエーロフォイル(32)と、エーロフォイル(32)と一体に形成された外側プラットフォーム(54)とより成り、
エーロフォイル(32)は外端領域(40)、内端領域(44)、外周面（34）、圧力側(36)、吸込み側(38)、前縁(46)、後縁(48)及び前縁(46)から後縁(48)まで延びるエーロフォイル平均線(50)を有し、
外側プラットフォーム(54)はそのほぼ全体がエーロフォイル(32)の圧力側(36)に位置し、
外側プラットフォーム(54)は一部がエーロフォイル(32)の吸込み側(38)において外端領域(40)に移行する一方の周方向側縁(56)を有し、
外側プラットフォーム(54)は前記一方の周方向側縁(56)からほぼ周方向に広がって、隣接するタービン静翼(30)の外側プラットフォーム(54)の前記一方の周方向側縁(56)と当接するもう一方の周方向側縁(56)を有し、
隣り合うタービン静翼のうち一方のタービン静翼の外側プラットフォーム(54) の前記一方の周方向側縁(56)と、もう一方のタービン静翼(30)の外側プラットフォーム(54)の前記もう一方の周方向側縁(56)との当接により両者間に形成される継ぎ目は冷却ギャップを含み、外側プラットフォーム(54) に供給される冷却材の少なくとも一部が冷却ギャップを漏れ出て外側プラットフォーム(54)がエーロフォイル(32)の外端領域(40)に移行する移行領域を冷却することを特徴とするタービン静翼システム。
【請求項２】
前記もう一方の周方向側縁(56)の輪郭を、隣接するエーロフォイル(32)の外周面(34)の少なくとも一部と実質的に係合するように形成した請求項1に記載のタービン静翼システム。
【請求項３】
外側プラットフォーム(54)がエーロフォイル平均線(50)のエーロフォイル(32)を越える仮想外挿線によって画定される境界線を実質的に越えない請求項1に記載のタービン静翼システム。
【請求項４】
外側プラットフォーム(54)がエーロフォイル(32)の前縁(46)から延びる仮想軸線(64)及びエーロフォイル(32)の後縁(48)から延びる仮想軸線(66)によって画定される境界線を実
質的に越えない請求項1に記載のタービン静翼システム。
【請求項５】
外側プラットフォーム(54)とは反対のエーロフォイル(32)の吸込み側(38)にあるエーロフォイル(32)の外周面(34)を外端領域(40)において露出させた請求項1に記載のタービン静翼システム。
【発明の詳細な説明】
【発明分野】
【０００１】
本発明は広義ではタービンエンジンに、具体的にはタービン静翼システムに係わる。
【背景技術】
【０００２】
図1は公知のタービン静翼10の例を示す。静翼10はその両端においてプラットフォーム14と境を接するエーロフォイル12を含む。エーロフォイル12とプラットフォーム14は一体構造として形成されるのが普通である。エーロフォイル12はエーロフォイル12の各端部がプラットフォーム14によって完全に囲まれるように、通常はそれぞれのプラットフォーム14の中央に配置される。それぞれのプラットフォーム14は周方向両側縁16を有する。エーロフォイル12がそれぞれのプラットフォーム14へと移行する領域18は隅肉20として形成されるのが典型である。移行領域18は高い熱応力を受ける領域である；但し、移行領域18は従来から充分に冷却すべく対策を迫られている領域である。
【０００３】
静翼列を形成するため、エンジンのタービン・ケーシング内に複数の静翼10が環状に配列される。据え付けると、図2に示すように、それぞれの静翼プラットフォームの周方向側縁が隣接する静翼プラットフォーム14の周方向側縁16と当接する。互いに当接する周方向側縁16が継ぎ目22を形成する。継ぎ目22はそれぞれ１対の隣接するエーロフォイル12の中間に位置する。
【０００４】
エンジンの作動中、プラットフォーム14に対して高圧冷却材を供給することができる。継ぎ目22は冷却材の漏れ通路となる可能性がある。継ぎ目22をシールしようと努力しても、冷却材が継ぎ目22を通ってタービンのガス流路に流入することは不可避である。プラットフォーム14の当接部分にとってある程度好ましい冷却効果が得られるものの、継ぎ目22を通過するこのような漏洩流は制御または最適化されず、比較的冷却を必要としない領域に過度の漏れが発生することになる。従って、隣接する静翼間の継ぎ目からの漏洩流を活用できるタービン静翼システムに対する需要が存在する。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、複数のタービン静翼が静翼列を形成するように環状に配列されたタービン静翼システムであって、各タービン静翼はエーロフォイルと、エーロフォイルと一体に形成
された外側プラットフォームとより成り、エーロフォイルは外端領域、内端領域、外周面、圧力側、吸込み側、前縁、後縁及び前縁から後縁まで延びるエーロフォイル平均線を有し、外側プラットフォームはそのほぼ全体がエーロフォイルの圧力側に位置し、外側プラットフォームは一部がエーロフォイルの吸込み側において外端領域に移行する一方の周方向側縁を有し、外側プラットフォームは前記一方の周方向側縁からほぼ周方向に広がって、隣接するタービン静翼の外側プラットフォームの前記一方の周方向側縁と当接するもう一方の周方向側縁(56)を有し、隣り合うタービン静翼のうち一方のタービン静翼の外側プラットフォームの前記一方の周方向側縁と、もう一方のタービン静翼の外側プラットフォームの前記もう一方の周方向側縁との当接により両者間に形成される継ぎ目は冷却ギャップを含み、外側プラットフォームに供給される冷却材の少なくとも一部が冷却ギャップを漏れ出て外側プラットフォームがエーロフォイルの外端領域に移行する移行領域を冷却することを特徴とするタービン静翼システム提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の特徴は、従来のタービン静翼システムでは浪費されることになるプラットフォーム継ぎ目からの冷却材漏洩流を活用できる静翼システムに係わる。本発明の特徴の1つは、継ぎ目を通過する漏洩流をエーロフォイルとプラットフォームの間の移行領域を冷却するのに利用できるように、継ぎ目の位置をエーロフォイル近傍の位置に移すことにある。想定される複数の静翼構成に基づいて本発明の実施態様を以下に説明するが、この詳細な説明は飽くまでも本発明の内容をより具体的に提示するのがその目的である。本発明は図示の構造または使用態様に制限されるものではない。
【００１８】
図３はタービン静翼30を示す。タービン静翼30は細長いエーロフォイル32を含む。エーロフォイル32は圧力側36と吸込み側38に大別される外周面34を有する。エーロフォイル32は外端42を含む外端領域40を有することができる。さらに、エーロフォイル32は内端45（図8参照）を含む内端領域44をも有することができる。ここで使用する語「内」及び「外」は静翼30を作動位置に据え付ける際のタービン軸線を基準として定義した語である。エーロフォイル32は前縁46、後縁48及び平均線50を有することができる。平均線50は前縁46から後縁48へ延び、エーロフォイル32の圧力側36及び吸込み側38から等距離にある仮想線である。
【００１９】
タービン静翼10は内側プラットフォーム52及び外側プラットフォーム54をも含むことができる。内側及び外側プラットフォーム52、54はエーロフォイル32と一体に、即ち、一体構造として形成されている。内側プラットフォーム52はエーロフォイル32の内端領域44においてエーロフォイル32へと移行することができる。同様に、外側プラットフォーム54は外端領域においてエーロフォイル32へと移行することができる。
【００２０】
本発明では、内側及び外側プラットフォーム52、54のいずれか一方または双方のほぼ全体を、エーロフォイル32の圧力側36に配置することができる。図３及び４は内側プラットフォーム52及び外側プラットフォーム54のほぼ全体をエーロフォイル32の吸込み側38に形成した静翼10の例を示す。エーロフォイル32の圧力側36にはプラットフォームが存在しないから、エーロフォイル32の外周面34を外端領域40及び内端領域44のそれぞれにおいて圧力側36に露出させることができる。
【００２１】
それぞれのプラットフォーム52、54はエーロフォイル32の吸込み側38から周方向へ、周方向側縁56まで広がることができる。周方向側縁56の輪郭の少なくとも一部を、隣接するエーロフォイルの一部と係合するように形成することができる。図３及び４に示す例では、周方向側縁56の輪郭を、隣接するエーロフォイルの圧力側の少なくとも一部と係合するように形成することができる。好ましくは、周方向側縁56の輪郭を、隣接するエーロフォイルの圧力側の少なくとも一部と実質的に係合するように形成する。
【００２２】
プラットフォーム52、54はまたエーロフォイル32から対軸線前側58及び対軸線後側60まで広がることができる。エーロフォイル32はそれぞれのプラットフォームの対軸線前側58と対軸線後側60のほぼ中央に配置することができる。「対軸線」、「周方向」及びこれらの語の変形はいずれも、静翼30をその作動位置に据え付けた状態でのタービンの軸線に基づく表現である。内側プラットフォーム52の形態は外側プラットフォーム54の形態と実質的に同一でも同一でなくてもよい。
【００２３】
一般的には、エーロフォイル32の前縁46及び後縁48を越えないようにエーロフォイル32の吸込み側38に内側及び外側プラットフォーム52、54を形成する。1つの例では、それぞれのプラットフォーム52、54の大部分がエーロフォイル平均線50の、エーロフォイル32の外周面34を越える仮想外挿線62によって画定される境界線を越えないように内側及び外側プラットフォーム52、54のほぼ全体をエーロフォイル32の吸込み側38に配置することができる。これに代わる態様として、それぞれのプラットフォームの大部分がエーロフォイル46から延びる仮想軸線64及びエーロフォイル32の前縁から延びる仮想軸線66によって画定される境界線を大きく越えないように内側及び外側プラットフォーム52、54のほぼ全体をエーロフォイル32の吸込み側38に配置することができる。但し、図４に示すように、一方または双方のプラットフォーム52、54の一部がこれらの境界線のそれぞれと交差することができる。
【００２４】
本発明では、例えば、図５に示すように、プラットフォーム52、54をエーロフォイル32の圧力側36に形成することができる。この場合、エーロフォイル32の吸込み側38を両端領域40、44のそれぞれに対して露出させることができる。図３及び４に示す例に関する以上の説明は図5に示すプラットフォームの構成にも適用できる。尚、プラットフォーム52、54の周方向側縁56を、隣接するエーロフォイルの吸込み側と嵌合するように形成することができる。
【００２５】
本発明はエーロフォイルの、これと一体のプラットフォームとは反対の側を内端領域において露出させる実施態様に制限されない。例えば、図７はプラットフォームをエーロフォイル32の吸込み側38に形成した例を示す。プラットフォーム52はエーロフォイル32の圧力側36に沿って突出して狭い唇状部68を形成することができる。プラットフォームの唇状部68はエーロフォイル32の外周面34の輪郭とほぼ平行する輪郭を画定することができる。プラットフォームの唇状部68はエーロフォイル32に充分近接した位置を占めることによって、詳しくは後述するように、本発明の特徴である冷却効果を達成する。1つの実施態様として、プラットフォーム唇状部68をエーロフォイル32から約0.26インチ突出させる。但
し、本発明はプラットフォーム唇状部68の具体的な幅に制限されない。
【００２６】
それぞれの静翼列において、1枚または2枚以上の静翼を本発明の特徴に従って構成することができる。静翼はタービン・ケーシング内の（図示しない）タービン支持手段または（図示しない）その他の固設支持構造に連結することができる。図６は２つの隣接する静翼を示す。第1静翼70と一体のプラットフォーム52と隣接する第2静翼72と一体の吸込み側プラットフォーム52とが協働して第1静翼70のエーロフォイル32を囲むように、第1静翼70と第2静翼72を接合することができる。図示のように、第1及び第2静翼70、72の互いに隣接する部分間に継ぎ目78が形成される。従来の静翼システムとは異なり、継ぎ目78は2つのエーロフォイルの間の中央領域に配置されていない。即ち、継ぎ目78はエーロフォイル32の圧力側に沿って延設されている。継ぎ目78はエーロフォイル32の前縁46からほぼ対軸線前方へ延びることができる。同様に、継ぎ目78はエーロフォイル32の後縁48からほぼ対軸線後方へ延びることができる。結果として、エーロフォイル32の圧力側36に沿って形成される。
【００２７】
尚、第2静翼72と連携するプラットフォーム52の周方向側縁56は多様な態様で第1静翼70のエーロフォイル32と係合することができる。例えば、周方向側縁56は静翼32の圧力側36の外端領域40においてエーロフォイル32の外周面34と係合することができる。これに代わるまたはこれを補足する態様として、周方向側縁56の少なくとも一部が第1静翼70と連携するプラットフォーム52の下方に延設されて、第1静翼32の（図示しない）内端の少なくとも一部と係合することができる。図7に示すように構成された静翼10の場合、周方向側縁56はプラットフォームの唇状部68の少なくとも一部と係合することができる。但し、これらはプラットフォームの周方向側縁がエーロフォイルと係合する多様な態様のうちのほんの数例に過ぎない。内側プラットフォーム52とエーロフォイル32の内端領域44との間の係合について上述したが、このことは第1及び第2静翼70、72の内端領域における相互作用についても同様である。また、内側プラットフォームとエーロフォイルの内端領域との間の係合は外側プラットフォームとエーロフォイルが異端領域との間の係合を実質的に同じであってもなくてもよい。
【００２８】
エンジン作動中、高圧冷却材82、例えば、空気をプラットフォーム52、54に供給することができる。冷却材82の一部は冷却ギャップ80を通ってタービンガス流路84へ漏出することができる。継ぎ目78はエーロフォイル32の近傍に位置するから、特に冷却ギャップ80の一部がエーロフォイル32によって形成されている場合、冷却材漏洩流はエーロフォイル32とプラットフォーム52、54の間の移行領域86を冷却することができる。静翼10が図７に示すようにプラットフォーム唇状部68を含む場合にも、プラットフォーム唇状部68がエーロフォイルに充分近接いるなら、このような冷却効果を享受することができる。
【００２９】
漏洩流をもっとエーロフォイルに向かって集中したければ、1つまたは2つ以上のシール88を、第1静翼70のプラットフォーム52、54と第2静翼72のプラットフォーム52、54との当接部分によって形成されるシーム78の一部に沿って配置すればよい。シール88はプレートシール、波形シールなど、適当なシールであればよい。つまり、シール88を利用することによって漏洩流がエーロフォイル32の近傍に位置する継ぎ目78の部分を通過するようにすればよい。
【００３０】
冷却効果のほかにも、本発明は多くの利点を有する。例えば、本発明はエンジン効率を高め、部品の耐用寿命を延ばすことになる。さらに、一体的なプラットフォームとエーロフォイルは組立を容易にし、据え付けるべき部品数を軽減することができる。また、プラットフォームを一方の側に設けることによって、シール箇所が少なくて済み、漏洩流をより適正に制御するこができる。
【００３１】
本発明のタービン静翼の幾つかの実施態様を以上に説明した。尚、本発明は多様な静翼構成に適用できる。例えば、静翼は内側及び外側プラットフォームの間に複数のエーロフォイルを含むことができる。エーロフォイルのすべてが継ぎ目を通過する漏洩流の恩恵を受けないにしても、本発明をこのような静翼に適用できる。従って、本発明は実施例として以上に述べた詳細な説明に制限されるものではなく、後記する請求項に定義されている発明の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】公知のタービン静翼の斜視図である。
【図２】公知タービンエンジンにおける1対の隣接するタービン静翼の断面図である。
【図３】タービン静翼の斜視図である。
【図４】エーロフォイルの吸込み側にプラットフォームが形成されているタービン静翼の図３の４−４線における断面図である。
【図５】エーロフォイルの圧力側にプラットフォームが形成されている本発明のタービン静翼の実施例を示す断面図である。
【図６】１対の隣接するタービン静翼の断面図である。
【図７】プラットフォームをエーロフォイルの吸込み側に形成し、エーロフォイルの吸込み側がプラットフォーム唇状部を含むタービン静翼の例を示す断面図である。
【図８】１対の隣接するタービン静翼の斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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