(57)【要約】      （修正有）【課題】タービンエンジンで使用するためのタービンバケットを提供する。【解決手段】本タービンバケットは、タービンケーシング４０内に配置されたロータ組立体２８に結合されたダブテール７２と、ダブテールから延在するプラットフォーム６８と、プラットフォームから延在し、根元端部８８及び先端端部９０を備えかつ先端端部が根元端部からタービンケーシングに向けて外向きに延在する翼形部６４と、先端端部から延在する先端シュラウド６６とを含み、先端シュラウドは、シュラウドプレートと、シュラウドプレートからタービンケーシングに向けて第１の半径方向距離にわたり延在する第１のシュラウドレールと、シュラウドプレートからタービンケーシングに向けて第１の半径方向距離とは異なる第２の半径方向距離にわたり延在する第２のシュラウドレールとを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン（１０）で使用するためのタービンバケット（３４）であって、当該タービンバケット（３４）が、
タービンケーシング（４０）内に配置されたロータ組立体（２８）に結合されたダブテール（７２）と、
前記ダブテールから延在するプラットフォーム（６８）と、
前記プラットフォームから延在し、根元端部（８８）及び先端端部（９０）を備えかつ前記先端端部が前記根元端部から前記タービンケーシングに向けて外向きに延在する翼形部（６４）と、
前記先端端部から延在する先端シュラウド（６６）と
を備えており、前記先端シュラウドが、
シュラウドプレート（１１０）と、
前記シュラウドプレートから前記タービンケーシングに向けて第１の半径方向距離（１６２）にわたり延在する第１のシュラウドレール（１５０）と、
前記シュラウドプレートから前記タービンケーシングに向けて前記第１の半径方向距離とは異なる第２の半径方向距離（１６４）にわたり延在する第２のシュラウドレール（１５２）と
を含んでいる、タービンバケット（３４）。
【請求項２】
前記シュラウドプレートが、ほぼ前端面（１１２）及び後端面（１１４）間で延在し、前記第１のシュラウドレール（１５０）が、前記第２のシュラウドレール（１５２）よりも前記前端面に近接して配置されて、軸方向流路が前記タービンケーシング（４０）及び先端シュラウド（６６）間に形成される、
請求項１記載のタービンバケット（３４）。
【請求項３】
前記第１の半径方向距離（１６２）が、前記第２の半径方向距離（１６４）よりも長い、請求項２記載のタービンバケット（３４）。
【請求項４】
前記第１の半径方向距離（１６２）が、前記第２の半径方向距離（１６４）よりも短い、請求項２記載のタービンバケット（３４）。
【請求項５】
前記第１の半径方向距離（１６２）が、前記第２の半径方向距離（１６４）の約４０％〜６０％である、請求項１記載のタービンバケット（３４）。
【請求項６】
前記第１のシュラウドレール（１５０）が、前記前端面（１１２）及びタービンケーシング（４０）間に空洞が形成されるような該前端面からの距離に配置される、請求項３記載のタービンバケット（３４）。
【請求項７】
前記第２のシュラウドレール（１５０、１５２）が、前記後端面（１１４）及びタービンケーシング（４０）間に空洞（１５４）が形成されるような該後端面からの距離に配置され、
前記空洞が、該空洞内における渦流の形成を減少させるのを可能にする、
請求項４記載のタービンバケット（３４）。
【請求項８】
前記第１及び第２のシュラウドレール（１５０、１５２）が、前記シュラウドプレート（１１０）の外側表面（１４０）に対して斜め角度で配向された接線方向レール表面（１７０）を形成する、請求項１記載のタービンバケット（３４）。
【請求項９】
ケーシング（４０）と、
圧縮機（１４）と、
前記圧縮機（１４）と流れ連通状態で結合されて、該圧縮機によって吐出された空気の少なくとも一部を受けかつ前記ケーシング内に配置されたタービンと、
前記タービンに回転可能に結合されかつ中心軸線（３８）を定めたロータシャフト（２２）と、
前記ロータシャフトに結合された複数の円周方向に間隔を置いて配置されたタービンバケット（３４）と
を備えるタービンエンジンシステムであって、前記複数のタービンバケットの各々が、
プラットフォーム（６８）と、
前記プラットフォームから延在し、根元端部（８８）及び先端端部（９０）を備えかつ前記先端部が前記根元端部から前記ケーシングに向けて外向きに延在する翼形部（６４）と、
前記先端端部から延在する先端シュラウド（６６）と
を含んでおり、前記先端シュラウドが、
シュラウドプレート（１１０）と、
前記シュラウドプレートから前記ケーシングに向けて第１の半径方向距離（１６２）にわたり延在する第１のシュラウドレール（１５０）と、
前記シュラウドプレートから前記ケーシングに向けて前記第１の半径方向距離とは異なる第２の半径方向距離（１６４）にわたり延在する第２のシュラウドレール（１５２）と
を含んでいる、
タービンエンジンシステム。
【請求項１０】
前記シュラウドプレートが、ほぼ前端面（１１２）及び後端面（１１４）間で延在し、前記第１のシュラウドレール（１５０）が、前記第２のシュラウドレール（１５２）よりも前記前端面に近接して配置されて、前記ケーシング（４０）及び先端シュラウド（６６）間に軸方向流路が形成される、請求項９記載のタービンシステム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、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で使用するタービンバケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも幾つかの公知のガスタービンエンジンは、燃焼器、燃焼器の下流に結合された圧縮機、タービン、並びに圧縮機及びタービン間に回転可能に結合されたロータ組立体を含む。幾つかの公知のロータ組立体は、ロータシャフト、ロータシャフトに結合された少なくとも１つのロータディスク及び各ロータディスクから外向きに延在する複数の円周方向に間隔を置いて配置されたタービンバケットを含む。各タービンバケットは、プラットフォームからタービンケーシングに向けて半径方向外向きに延在する翼形部を含む。
【０００３】
少なくとも幾つかの公知のタービンの運転時に、圧縮機は、空気を加圧し、この加圧空気は次に、燃料と混合された後に燃焼器に送られる。混合気は次に、点火燃焼されて高温燃焼ガスを発生し、この燃焼ガスは次にタービンに送られる。回転タービンブレード又はバケットは、燃焼ガスのような高温流体をタービンを通して導く。タービンは、燃焼ガスからエネルギーを取出して圧縮機に動力供給すると同時に発電機のような負荷に動力供給し或いは飛行中の航空機を推進する有用な仕事を行う。
【０００４】
少なくとも幾つかの公知のタービンバケットは、翼形部の外側先端端部から延在して、翼形部及びタービンケーシング間の空気流れを減少させるシュラウドを含む。タービンを通して送られる燃焼ガスの少なくとも一部分は、先端クリアランス損失として先端シュラウド及び翼形部間を流れるので好ましくない。そのような先端クリアランス損失は、タービン段における全体損失の約２０％〜２５％を占める可能性がある。公知の先端シュラウドは、タービンバケットの前縁及びタービンケーシング間に形成された空洞を含む。この空洞は、燃焼ガスを捕捉しかつ空洞内に渦流を形成させる。この渦流は、燃焼ガスを主流路に向けて導き直しかつこの主流路内の燃焼ガスを混乱させる。しかしながら、このような混乱は、主ガス通路内での二次流れ損失を発生させまたタービンの運転効率を低下させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７７６２７７９号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様では、タービンエンジンで使用するためのタービンバケットを提供する。本タービンバケットは、タービンケーシング内に配置されたロータ組立体に結合されたダブテールを含む。プラットフォームが、ダブテールから延在する。翼形部が、プラットフォームから延在する。翼形部は、根元端部及び先端端部を含む。先端端部は、根元端部からタービンケーシングに向けて外向きに延在する。先端シュラウドが、先端端部から延在する。先端シュラウドは、シュラウドプレートを含む。第１のシュラウドレールが、シュラウドプレートからタービンケーシングに向けて第１の半径方向距離にわたり延在する。第２のシュラウドレールが、シュラウドプレートからタービンケーシングに向けて第１の半径方向距離とは異なる第２の半径方向距離にわたり延在する。
【０００７】
別の態様では、タービンエンジンシステムを提供する。本タービンエンジンシステムは、ケーシングと、圧縮機と、圧縮機と流れ連通状態で結合されて、該圧縮機によって吐出された空気の少なくとも一部を受けるタービンとを含む。タービンは、ケーシング内に配置される。ロータシャフトが、タービンに回転可能に結合される。ロータシャフトは、中心軸線を定める。複数の円周方向に間隔を置いて配置されたタービンバケットが、ロータシャフトに結合される。複数のタービンバケットの各々は、プラットフォームを含む。翼形部が、プラットフォームから延在する。翼形部は、根元端部及び先端端部を含む。先端端部は、根元端部からケーシングに向けて外向きに延在する。先端シュラウドが、先端端部から延在する。先端シュラウドは、シュラウドプレートを含む。第１のシュラウドレールが、シュラウドプレートからケーシングに向けて第１の半径方向距離にわたり延在する。第２のシュラウドレールが、シュラウドプレートからケーシングに向けて第１の半径方向距離とは異なる第２の半径方向距離にわたり延在する。
【０００８】
さらに別の態様では、タービンエンジンで使用するためのタービンバケットを製作する方法を提供する。本方法は、ほぼ固体のセラミックタービンバケットコアを形成するステップを含む。コアは型具内に挿入される。タービンバケットは、プラットフォームから延在する翼形部と共に鋳造される。その場合には、翼形部は、該翼形部の先端端部から延在する先端シュラウドを含む。先端シュラウドは、シュラウドプレートと、シュラウドプレートから第１の半径方向距離にわたり延在する第１のシュラウドレールと、シュラウドプレートから第１の半径方向距離とは異なる第２の半径方向距離にわたり延在する第２のシュラウドレールとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的なタービンエンジンの概略図。
【図２】図１に示すガスタービンエンジンで使用することができる例示的なロータ組立体の一部分の部分断面図。
【図３】領域３に沿って取った、図２に示すロータ組立体の一部分の拡大部分断面図。
【図４】図３に示すロータ組立体の部分斜視図。
【図５】図１に示すガスタービンエンジンで使用することができる別のロータ組立体の部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書で説明する例示的な方法及びシステムは、タービンバケットの前縁近傍での渦流の形成を減少させるのを可能にする先端シュラウドを設けることによって公知のタービンバケットの少なくとも幾つかの欠点を克服する。より具体的には、本明細書で説明する実施形態は、先端シュラウド及びタービンケーシング間に形成された空洞の寸法を縮小した半径方向高さを有する複数のシュラウドレールを備えて、該空洞内における渦流の形成を減少させる先端シュラウドを提供する。
【００１１】
本明細書で使用する場合に、「上流側」という用語は、ガスタービンエンジンの前方又は吸入端部を意味し、また「下流側」という用語は、ガスタービンエンジンの後方又はノズル端部を意味する。
【００１２】
図１は、例示的なタービンエンジンシステム１０の概略図である。この例示的な実施形態では、タービンエンジンシステム１０は、吸込みセクション１２、吸込みセクション１２の下流に結合された圧縮機セクション１４、圧縮セクション１４の下流に結合された燃焼器セクション１６、燃焼器セクション１６の下流に結合されたタービンセクション１８及びタービンセクション１８に結合された排出セクション２０を含む。タービンセクション１８は、ロータシャフト２２を介して圧縮機セクション１４に結合される。この例示的な実施形態では、燃焼器セクション１６は、複数の燃焼器２４を含む。燃焼器セクション１６は、各燃焼器２４が圧縮機セクション１４と流れ連通状態になるように、該圧縮機セクション１４に結合される。タービンセクション１８は、圧縮機セクション１４に結合され、またそれに限定されないが、発電機及び／又は機械的駆動用途のような負荷２６に結合される。この例示的な実施形態では、各圧縮機セクション１４及びタービンセクション１８は、ロータシャフト２２に結合された少なくとも１つのロータ組立体２８を含む。
【００１３】
運転時に、吸込みセクション１２は、圧縮機セクション１４に向けて空気を送り、圧縮機セクション１４において、空気を高圧かつ高温に加圧した後に燃焼器セクション１６に向けて吐出する。燃焼器セクション１６は、加圧空気を燃料と混合し、燃料−空気混合気を点火燃焼させて燃焼ガスを発生させ、かつこの燃焼ガスをタービンセクション１８に向けて送る。より具体的には、燃焼器２４内において、例えば天然ガス及び／又は石油燃料のような燃料が空気流れ内に噴射され、燃料−空気混合気は、点火燃焼されて高温燃焼ガスを発生し、この高温燃焼ガスが、タービンセクション１８に向けて送られる。タービンセクション１８は、燃焼ガスがタービンセクション１８にまたロータ組立体２８に回転エネルギーを与えるので、ガスストリームからの熱エネルギーを機械的回転エネルギーに変換する。
【００１４】
図２は、タービンエンジンシステム１０で使用することができるロータ組立体２８の一部分の部分断面図である。図３は、領域３に沿って取ったロータ組立体２８の拡大部分断面図である。図４は、ロータ組立体２８の部分斜視図である。この例示的な実施形態では、タービンセクション１８は、その各々がステータベーン３２の固定列及び回転タービンバケット３４の列を備えた複数の段３０を含む。タービンバケット３４は各々、ロータディスク３６から半径方向外向きに延在する。各ロータディスク３６は、ロータシャフト２２に結合されかつロータシャフト２２によって定まる中心軸線３８の周りで回転する。タービンケーシング４０は、ロータ組立体２８及びステータベーン３２の周りで円周方向に延在する。ステータベーン３２の各々、ケーシング４０に結合されかつ該ケーシング４０からロータシャフト２２に向けて半径方向内向きに延在する。
【００１５】
この例示的な実施形態では、各ロータディスク３６は、環状でありかつそれを貫通してほぼ軸方向に延在する中心ボア４２を含む。より具体的には、ディスク本体４４は、中心ボア４２から半径方向外向きに延在しかつ中心軸線３８に対してほぼ垂直方向に配向される。中心ボア４２は、それを貫通してロータシャフト２２を受けるような寸法になっている。ディスク本体４４は、半径方向内側端縁部４６及び半径方向外側端縁部４８間で半径方向にかつ上流表面５０から対向する下流表面５２まで軸方向に延在する。上流表面５０及び下流表面５２は各々、内側端縁部４６及び外側端縁部４８間で延在する。支持アーム５４が、隣接ロータディスク３６間に結合されてロータ組立体２８を形成する。
【００１６】
各タービンバケット３４は、ディスク外側端縁部４８に結合されかつロータディスク３６の周りに円周方向に間隔を置いて配置される。隣接するロータディスク３６は、円周方向に間隔を置いて配置されたタービンバケット３４の各列５８間にギャップ５６が形成されるように配向される。ギャップ５６は、ロータシャフト２２の周りに円周方向に間隔を置いて配置されたステータベーン３２の列６０を受けるような寸法になっている。ステータベーン３２は、燃焼ガスをタービンバケット３４に向けて下流方向に送るように配向される。燃焼ガス通路６２がタービンケーシング４０及び各ロータディスク３６間に形成される。タービンバケット３４及びステータベーン３２の各列５８及び６０は、燃焼ガス通路６２の一部分を貫通して少なくとも部分的に延在する。
【００１７】
この例示的な実施形態では、各タービンバケット３４は、ディスク本体４４から半径方向外向きに延在しかつその各々、翼形部６４、先端シュラウド６６、プラットフォーム６８、シャンク部７０及びダブテール７２を含む。翼形部６４は、プラットフォーム６８及び先端シュラウド６６間でほぼ半径方向に延在する。プラットフォーム６８は、翼形部６４及びシャンク部７０間で延在して、各翼形部６４がプラットフォーム６８からタービンケーシング４０に向けて半径方向外向きに延在する。シャンク部７０は、プラットフォーム６８からダブテール７２まで半径方向内向きに延在する。ダブテール７２は、シャンク部７０から半径方向内向きに延在しかつタービンバケット３４をロータディスク３６に固定結合するのを可能にする。シャンク部７０は、前方カバープレート７４及び対向する後方カバープレート７６を含む。
【００１８】
この例示的な実施形態では、前方エンゼル翼７８が、前方カバープレート７４から外向きに延在して、ロータディスク上流表面５０及びステータベーン３２間に形成された前方バッファ空洞８０をシールするのを可能にする。後方エンゼル翼８２が、後方カバープレート７６から外向きに延在して、ロータディスク下流表面５２及びステータベーン３２間に形成された後方バッファ空洞８４をシールするのを可能にする。この例示的な実施形態では、前方下部エンゼル翼８６が、前方カバープレート７４から外向きに延在して、タービンバケット３４及びロータディスク３６間をシールするのを可能にする。より具体的には、前方下部エンゼル翼８６は、ダブテール７２及び前方エンゼル翼７８間に配置される。
【００１９】
この例示的な実施形態では、翼形部６４は、根元端部８８及び先端端部９０間で半径方向に延在しかつ根元端部８８及び先端端部９０間に形成された半径方向長さ９２を含む。根元端部８８は、プラットフォーム６８に隣接する。翼形部６４は、プラットフォーム６８からタービンケーシング４０に向けて半径方向外向きに延在して、先端端部９０がタービンケーシング４０に隣接して配置される。この例示的な実施形態では、翼形部６４は、正圧側面９４及び負圧側面９６を有する。各側面９４及び９６は、前縁９８及び後縁１００間でほぼ軸方向に延在する。正圧側面９４はほぼ凹面形であり、また負圧側面９６はほぼ凸面形である。この例示的な実施形態では、翼形部６４は、前縁９８及び後縁１００間に形成された軸方向幅１０２を有する。一実施形態では、先端端部９０は、第１の軸方向幅１０４を有し、また根元端部８８は、第１の軸方向幅１０４よりも長い第２の軸方向幅１０６を有する。
【００２０】
この例示的な実施形態では、先端シュラウド６６は、翼形部６４の先端端部９０からかつ該先端端部９０及びタービンケーシング４０間で延在する。先端シュラウド６６は、シュラウドプレート１１０から延在する複数のシュラウドレール１０８を含む。一実施形態では、シュラウドレール１０８は、シュラウドプレート１１０に結合される。別の実施形態では、シュラウドレール１０８は、シュラウドプレート１１０と一体形に形成される。この例示的な実施形態では、シュラウドプレート１１０はほぼ矩形でありかつ前端面１１２及び対向する後端面１１４間並びに第１の外側端縁部１１６及び対向する円周方向に間隔を置いて配置された第２の外側端縁１１８間で延在する。Ｚ字形ノッチグルーブが各第１の外側端縁部１１６及び第２の外側端縁部１１８内に形成されて、シュラウドプレート１１０を隣接するシュラウドプレート１１０に結合するのを可能にする。この例示的な実施形態では、シュラウドプレート１１０は、端縁部１１６及び端縁部１１８間に形成された円周方向幅１２２を有する。シュラウドプレート１１０はまた、前端面１１２及び後端面１１４間に形成された軸方向長さ１２４を有する。この例示的な実施形態では、軸方向長さ１２４は、先端端部９０の軸方向幅１０４にほぼ等しい。それに代えて、シュラウドプレート１１０は、軸方向幅１０４よりも長い又は該軸方向幅１０４よりも短い軸方向長さ１２４を有することができる。
【００２１】
この例示的な実施形態では、各シュラウドレール１０８は、上流表面１２８及び下流表面１３０を備えた側壁１２６を含む。シュラウドレール１０８は、プレート端縁部１１６及び１１８間に形成された円周方向幅１３２を有する。各側壁１２６は、半径方向外側表面１３４及び半径方向内側表面１３６間でほぼ半径方向に延在し、かつ半径方向内側表面１３６及び半径方向外側表面１３４間に形成された半径方向高さ１３８を有する。各上流表面１２８及び下流表面１３０は、半径方向内側表面１３６及び半径方向外側表面１３４間で延在する。半径方向内側表面１３６は、シュラウドプレート１１０の外側表面１４０から延在する。側壁１２６は、外側表面１４０からタービンケーシング４０に向けて半径方向外側表面１３４まで半径方向距離１４２にわたり延在する。
【００２２】
この例示的な実施形態では、タービンケーシング４０は、ロータ組立体２８を囲む内側表面１４４を含む。内側表面１４４は、アブレイダブル材料の層１４６を含む。シュラウドレール１０８は、半径方向外側表面１３４がアブレイダブル層１４６の少なくとも一部分と接触するように内面１４４に隣接して配置されて、ロータ組立体２８の回転時にタービンバケット３４が熱膨張すると、アブレイダブル層１４６の一部分が除去される。一実施形態では、シュラウドレール１０８は、上流表面１２８及び下流表面１３０から外向きに延在した少なくとも１つの切削歯１４８を含む。各切削歯１４８は、ロータ組立体２８の回転時にアブレイダブル層１４６を除去するのを可能にする。
【００２３】
この例示的な実施形態では、先端シュラウド６６は、第１のシュラウドレール１５０及び第２のシュラウドレール１５２を含む。第１のシュラウドレール１５０は、第２のシュラウドレール１５２よりも前端面１１２に近接して配置される。第１のシュラウドレール１５０は、前端面１１２に隣接して配置されて、第１の空洞つまり前方空洞がケーシング内側表面１４４及び各上流表面１２８間に形成される。第２のシュラウドレール１５２は、第１のシュラウドレール１５０から中心軸線３８に沿って軸方向に間隔を置いて配置されて、第２の空洞１５６つまり内部空洞が内側表面１４４、プレート外側表面１４０、レール下流表面１３０及びレール上流表面１２８間に形成される。第２のシュラウドレール１５２は、第３の空洞１５８つまり後方空洞が第２のシュラウドレール１５２の下流表面１３０、プレート外側表面１４０及び内側表面１４４間に形成されるように、前端面１１４に対して配置される。この例示的な実施形態では、レール１５０及び１５２は各々、ケーシング内側表面１４４に隣接していて先端流体流路１６０が先端シュラウド６６及び内側表面１４４間に形成される。先端流体流路１６０は、先端シュラウド６６及びタービンケーシング４０間でロータ組立体２８を通して送られる燃焼ガスの少なくとも一部分を送る。
【００２４】
この例示的な実施形態では、第１のシュラウドレール１５０は、プレート外側表面１４０及びレール外側表面１３４間で第１の半径方向距離１６２にわたり延在する。第２のシュラウドレール１５２は、プレート外側表面１４０及びレール外側表面１３４間で第２の半径方向距離１６４わたり延在する。この例示的な実施形態では、第１の半径方向距離１６２は、第２の半径方向距離１６４とは異なる。例えば、一実施形態では、第１の半径方向距離１６２は、第２のシュラウドレール１５２の第２の半径方向距離１６４よりも短い。さらに別の実施形態では、第１の半径方向距離１６２は、第２の半径方向距離１６４の約４０％〜約６０％である。
【００２５】
この例示的な実施形態では、タービンケーシング４０は、第１のシュラウドレール１５０に隣接して第１のアブレイダブル表面１６６、また第２のシュラウドレール１５２に隣接して第２のアブレイダブル表面１６８を含む。第１のアブレイダブル表面１６６及び第２のアブレイダブル表面１６８は各々、中心軸線３８にほぼ平行である。この例示的な実施形態では、レール１５０及び１５２の半径方向外側表面１３４は各々、中心軸線３８にほぼ平行である。それに代えて、外側表面１３４は、中心軸線３８に対して斜め配向することができる。
【００２６】
この例示的な実施形態では、接線方向レール表面１７０が、レール１５０及び１５２の半径方向外側表面１３４間に形成される。シュラウド表面１７２が、前端面１１２からプレート外側表面１４０に沿って後端面１１４まで形成される。中心平面１７４は、シャフト中心軸線３８に平行に形成される。この例示的な実施形態では、第１のシュラウドレール１５０は、接線方向レール表面１７０が該接線方向レール表面１７０及びシュラウド表面１７２間に形成された第１の角度α1でシュラウド表面１７２に対して斜めに延在するような、第２のシュラウドプレート１１０に対する寸法にされかつ配向にされる。シュラウドプレート１１０は、第２の斜め角度α2がシュラウド表面平面１７２及び中心平面１７４間に形成されるように、中心面１７４に対して斜めに配向される。一実施形態では、第１の斜め角度α1は、第２の斜め角度α2よりも大きい。さらに別の実施形態では、第１の斜め角度α1は、第２の斜め角度α2よりも小さい。
【００２７】
運転時に、圧縮機セクション１４（図１に示す）は、空気を加圧しまたこの加圧空気を燃焼器セクション１６（図１に示す）内にかつタービンセクション１８に向けて吐出する。圧縮機セクション１４から吐出された空気の大部分は、燃焼器セクション１６に向けて送られる。より具体的には、高圧の加圧空気は、燃焼器２４（図１に示す）に送られ、燃焼器２４において、加圧空気は燃料と混合されかつ点火燃焼させられて高温の燃焼ガス１７６を発生させる。燃焼ガス１７６は、燃焼ガス通路６２に向けて送られ、燃焼ガスは、タービンバケット３４及びステータベーン３２に衝突してロータ組立体２８上に回転力を与えるのを可能にする。燃焼ガス１７６の少なくとも一部は、タービンバケット３４に衝突し、先端流体流路１６０内に導かれ、かつ先端シュラウド６６及びタービンケーシング４０間に送られる。燃焼ガスが先端流体流路１６０を通って流れるので、第１のシュラウドレール１５０は、先端流体流路１６０に沿った渦流の形成を減少させるのを可能にしかつ燃焼ガス通路６２及び先端流体流路１６０間における流体干渉を減少させる大きさの前方空洞１５４を形成するような寸法にされかつ配向にされる。
【００２８】
図５は、図３に示すロータ組立体２８の別の実施形態の断面図である。図５に示す同一の構成部品には、図３で使用した同じ参照符号を付している。別の実施形態では、第１のシュラウドレール１５０は、第２のシュラウドレール１５２の第２のレール距離１６４よりも長い第１のレール距離１６２を含む。一実施形態では、第１のシュラウドレール１５０は、接線方向レール表面１７０が中心軸線３８にほぼ平行になるような、第２のシュラウドレール１５２に対する寸法にされる。そのような実施形態では、第１のアブレイダブル表面１６６及び第２のアブレイダブル表面１６８は各々、中心軸線とほぼ平行でありかつその各々が中心平面１７４からほぼ等しい半径方向距離１７８に配置される。この実施形態では、第２のシュラウドレール１５２は、先端流体流路１６０に沿った渦流の形成を減少させるのを可能にしかつ燃焼ガス通路６２及び先端流体流路１６０間における流体干渉を減少させるような寸法、形状及び配向にされた後方空胴１５８を形成する。
【００２９】
一実施形態では、タービンバケット３４は、コア（図示せず）を鋳造することによって製作される。コアは、コア型具（図示せず）内に液体セラミック及びグラファイトスラリーを注入することによって製作され、またスラリーは、加熱されて固体セラミックブレードコアを形成する。ブレードコアは、ブレード具型（図示せず）内に吊下されまたブレード型内に高温ワックスを注入しセラミックブレードコアを囲む。高温ワックスは、固体化しかつブレード内に吊下されたセラミックコアによりワックスブレードを形成する。
【００３０】
セラミックコアによるワックスブレードは、セラミックスラリー内に繰り返し浸漬させて、ワックスブレードの外側にセラミックシェルを形成する。コア、ワックス及びシェルクラスタは次に、高温に加熱してワックスを取り除かれかつ中央部内にセラミックコアを備えた鋳造型が形成される。次に、中空の鋳造型内に溶融金属が鋳込まれる。溶融金属は、ワックスブレードと置き代わりかつ所定の位置に留まるセラミックコアを備えた金属タービンバケットが形成される。次に、タービンブレードは冷却されかつセラックコアが除去される。
【００３１】
上記のタービンバケットは、タービンバケット及びタービンケーシング間の燃焼ガス通路内における渦流の形成を減少させることによって公知のタービンバケットの少なくとも幾つかの欠点を克服する。より具体的には、異なる半径方向高さを有する複数のシュラウドレールを備えた先端シュラウドを設けることによって、タービンバケット及びタービンケーシング間に形成される空洞の寸法が減少する。空洞の寸法を減少させることによって、翼形部間に形成された主流路に向けて燃焼ガスを導き直す渦流の形成が、減少する。さらに、主ガス通路内で発生する二次流れ損失が減少され、従ってガスエネルギーの損失が減少しかつタービンエンジンの有効寿命が増大する。
【００３２】
以上、ガスタービンで使用するタービンバケットの例示的な実施形態及びそれを組立てる方法を詳細に説明している。本方法及び装置は、本明細書で説明する特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、システムの部品及び／又は方法のステップは、本明細書で説明する他の部品及び／又はステップから独立してかつ別個に利用することができる。例えば、本方法及び装置はまた、他の燃焼システム及び方法と組合せて使用することができ、また本明細書で説明するような主タービンエンジン組立体のみで実施することに限定されるものではない。むしろ、この例示的な実施形態は、多くの他の燃焼システム用途と関連させて実施しかつ利用することができる。
【００３３】
本発明の様々な実施形態の特定の特徴は他の図面においてではなく幾つかの図面において示すことができるが、このことは便宜上のためだけである。さらに、上記の説明において「一実施形態」という表現は、記載した特徴をさらに組入れた付加的実施形態の存在を排除するものとして解釈することを意図するものではない。本発明の原理によると、図面のあらゆる特徴はあらゆる他の図面のあらゆる特徴と組合せて参照し及び／又は特許請求することができる。
【００３４】
本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００３５】
１０  タービンエンジンシステム
１２  吸込みセクション
１４  圧縮機セクション
１６  燃焼器セクション
１８  タービンセクション
２０  排出セクション
２２  ロータシャフト
２４  複数の燃焼器
２６  負荷
２８  ロータ組立体
３０  複数の段
３２  ステータベーン
３４  タービンバケット
３６  ロータディスク
３８  中心軸線
４０  タービンケーシング
４２  中心ボア
４４  ディスク本体
４６  半径方向内側端縁部
４８  半径方向外側端縁部
５０  上流表面
５２  対向する下流表面
５４  支持アーム
５６  ギャップ
５８  列
６０  列
６２  燃焼ガス通路
６４  翼形部
６６  先端シュラウド
６８  プラットフォーム
７０  シャンク部
７２  ダブテール
７４  前方カバープレート
７６  後方カバープレート
７８  前方エンゼル翼
８０  前方バッファ空洞
８２  後方エンゼル翼
８４  後方バッファ空洞
８６  前方下部エンゼル翼
８８  根元端部
９０  先端端部
９２  半径方向長さ
９４  正圧側面
９６  負圧側面
９８  前縁
１００  後縁
１０２  軸方向幅
１０４  第１の軸方向幅
１０６  第２の軸方向幅
１０８  シュラウドレール
１１０  シュラウドプレート
１１２  前端面
１１４  後端面
１１６  第１の外側端縁部
１１８  第２の外側端縁部
１２０  Ｚ字形ノッチグルーブ
１２２  円周方向幅
１２４  軸方向長さ
１２６  側壁
１２８  上流表面
１３０  下流表面
１３２  円周方向幅
１３４  半径方向外側表面
１３６  半径方向内側表面
１３８  半径方向高さ
１４０  プレート外側表面
１４２  半径方向距離
１４４  ケーシング内側表面
１４４  内側表面
１４６  アブレイダブル層
１４８  切削歯
１５０  第１のシュラウドレール
１５２  第２のシュラウドレール
１５４  第１の空洞
１５４  前方空洞
１５６  第２の空洞
１５８  第３の空洞
１６０  先端流体流路
１６２  第１の半径方向距離
１６４  第２の半径方向距離
１６６  第１のアブレイダブル表面
１６８  第２のアブレイダブル表面
１７０  接線方向レール表面
１７２  シュラウド表面平面
１７４  中心平面
１７６  燃焼ガス
１７８  半径方向距離
【図１】
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【図２】
2012159077.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012159077.tif 000007
【外国語明細書】
2012159077000001.pdf