(57)【要約】  タービンブレードが、正圧側壁（２４）と、負圧側壁（２６）と、少なくとも１つの隔壁リブ（３４）とを有しており、隔壁リブは、翼（１２）内で翼幅方向に延在する隣接する複数の冷却通路（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ）を有する蛇行状の冷却路（３５）を画定するように、正圧側壁（２４）と負圧側壁（２６）との間に延在している。少なくとも１つの隔壁リブ（３４）の端部の周りに流れ変向ガイド構造（５０）が延在しており、この流れ変向ガイド構造は、正圧側壁（２４）の冷却路内の所定の横方向位置へと正圧側壁（２４）と負圧側壁（２６）との間に延在する第１のエレメント（５２）と、負圧側壁（２６）から冷却路内の横方向位置へと正圧側壁（２４）と負圧側壁（２６）との間に延在する第２のエレメント（５４）と、を有している。第１のエレメント（５２）および第２のエレメント（５４）はそれぞれ、横方向位置で互いに横方向にオーバーラップする遠位側縁部（５２ｄ，５４ｄ）を有している。
2018512535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンブレードであって、
ブレードプラットフォームとブレード先端との間で翼幅方向に延在する外壁を備える翼を有しており、前記外壁は正圧側壁と負圧側壁とを有し、前記正圧側壁と負圧側壁とは、前記翼の、翼弦方向で間隔を置いて位置する前縁と後縁とにおいて互いに接合されており、
前記ブレードプラットフォームと前記ブレード先端との間で翼幅方向に延在する隣接する複数の冷却通路を有する蛇行状の冷却路を画定するように、前記正圧側壁と負圧側壁との間に延在する少なくとも１つの隔壁リブを有しており、
前記隣接する各冷却通路の間の前記少なくとも１つの隔壁リブの端部の周りに延在する流れ変向ガイド構造を有しており、該流れ変向ガイド構造は、
前記正圧側壁から前記冷却路内の所定の横方向位置へと前記正圧側壁と負圧側壁との間に延在する第１のエレメントと、
前記負圧側壁から前記冷却路内の前記横方向位置へと前記正圧側壁と負圧側壁との間に延在する第２のエレメントと、を有しており、
前記第１のエレメントおよび第２のエレメントはそれぞれ、前記横方向位置で互いに横方向にオーバーラップする遠位側縁部を有している、タービンブレード。
【請求項２】
前記流れ変向ガイド構造は、前記少なくとも１つの隔壁リブに半径方向で整列する中央部分を有しており、該中央部分で、前記第１のエレメントと第２のエレメントとの間に半径方向ギャップが画定されている、請求項１記載のタービンブレード。
【請求項３】
前記第１のエレメントと第２のエレメントとの間の前記半径方向ギャップに対する横方向のオーバーラップの比は、２５％〜１００％の範囲である、請求項２記載のタービンブレード。
【請求項４】
前記中央部分はアーチ形の形状を有している、請求項２記載のタービンブレード。
【請求項５】
前記流れ変向ガイド構造は、前記中央部分の対向する端部に端部部分を有しており、これら端部部分は、隣接する前記通路のうちのそれぞれ１つに整列している、請求項２記載のタービンブレード。
【請求項６】
前記第１のエレメントと第２のエレメントとは、前記各端部部分の翼幅方向の部分に沿った翼弦方向ギャップを画定するように、互いに翼弦方向で間隔を置いて位置している、請求項４記載のタービンブレード。
【請求項７】
前記第１のエレメントと第２のエレメントとが横方向でオーバーラップする冷却路内の位置は、前記正圧側壁と負圧側壁との間の中間地点である、請求項１記載のタービンブレード。
【請求項８】
前記少なくとも１つの隔壁リブは、前記前縁に隣接する第１の冷却通路を、該第１の冷却通路の下流にある第２の冷却通路から分離する第１の隔壁リブであって、前記流れ変向ガイド構造は、前記第１の隔壁リブの半径方向外側端部と前記ブレード先端との間に位置している、請求項１記載のタービンブレード。
【請求項９】
前記第２の冷却通路を、該第２の冷却通路の下流にある第３の冷却通路から分離する第２の隔壁リブを備え、該第２の隔壁リブの半径方向内側端部の周りに延在する別の流れ変向ガイド構造を備えており、該第２の流れ変向ガイド構造は、
前記正圧側壁から前記冷却路内の第２の横方向位置へと前記正圧側壁と負圧側壁との間に延在する第３のエレメントと、
前記負圧側壁から前記冷却路内の前記第２の横方向位置へと前記正圧側壁と負圧側壁との間に延在する第４のエレメントと、を有しており、
前記第３のエレメントおよび第４のエレメントはそれぞれ、前記第２の横方向位置で互いに横方向にオーバーラップする遠位側縁部を有している、請求項８記載のタービンブレード。
【請求項１０】
前記第２の流れ変向ガイド構造は、前記第２の冷却通路および第３の冷却通路のそれぞれ１つに整列する端部部分を有するアーチ形の中央部分を備え、前記第３の冷却通路に整列する端部部分は、前記翼の翼幅方向高さの少なくとも約３０％にわたって前記第３の冷却通路内に延在している、請求項９記載のタービンブレード。
【請求項１１】
タービンブレードであって、
ブレードプラットフォームとブレード先端との間で翼幅方向に延在する外壁を備える翼を有しており、前記外壁は正圧側壁と負圧側壁とを有し、前記正圧側壁と負圧側壁とは、前記翼の、翼弦方向で間隔を置いて位置する前縁と後縁とにおいて互いに接合されており、
前記ブレードプラットフォームと前記ブレード先端との間で翼幅方向に延在する隣接する複数の冷却通路を有する蛇行状の冷却路を画定するように、前記正圧側壁と負圧側壁との間に延在する少なくとも１つの隔壁リブを有しており、
一方の冷却通路から他方の冷却通路へと冷却流体流をガイドするように、前記少なくとも１つの隔壁リブの端部の周りに延在する流れ変向ガイド構造を有しており、該流れ変向ガイド構造は、
正圧側壁から負圧側壁へとそれぞれ互いに向かって延在する第１のエレメントと第２のエレメントとを有しており、
前記第１のエレメントと第２のエレメントの横方向高さの和は、当該エレメントの対応する位置における前記正圧側壁と負圧側壁との間の流路の幅よりも大きい、タービンブレード。
【請求項１２】
前記流れ変向ガイド構造の長さは、前記流路を通る冷却流体流の方向に沿って延在していて、前記少なくとも１つの隔壁リブの前記端部の周りを通っており、前記第１のエレメントと第２のエレメントとの間のギャップは、前記横方向高さ方向と前記冷却流体流の方向の両方に対して横方向に画定されている、請求項１１記載のタービンブレード。
【請求項１３】
前記第１のエレメントおよび第２のエレメントはそれぞれ、前記横方向高さの方向で互いにオーバーラップする遠位側縁部を、前記流れ変向ガイド構造の長さに沿って有している、請求項１２記載のタービンブレード。
【請求項１４】
前記第１のエレメントと第２のエレメントとの間の前記ギャップに対する横方向のオーバーラップの比は、２５％〜１００％の範囲である、請求項１３記載のタービンブレード。
【請求項１５】
前記第１のエレメントと第２のエレメントの前記遠位側縁部は、前記正圧側壁と負圧側壁との間の中間地点でオーバーラップする、請求項１３記載のタービンブレード。
【請求項１６】
前記流れ変向ガイド構造は、前記少なくとも１つの隔壁リブに半径方向で整列するアーチ形の中央部分を有しており、該中央部分で前記第１のエレメントと第２のエレメントとの間に半径方向ギャップを画定するように、前記第１のエレメントは前記第２のエレメントに対して相対的に半径方向でずらされている、請求項１１記載のタービンブレード。
【請求項１７】
前記流れ変向ガイド構造は、前記中央部分の対向する端部に端部部分を有しており、該端部部分は、隣接する前記通路のうちのそれぞれ１つに整列している、請求項１６記載のタービンブレード。
【請求項１８】
前記第１のエレメントと第２のエレメントとは、前記各端部部分の翼幅方向の部分に沿って翼弦方向ギャップを画定するように、互いに翼弦方向で間隔を置いて位置している、請求項１７記載のタービンブレード。
【請求項１９】
空冷されるタービンブレードであって、
ブレードプラットフォームとブレード先端との間で翼幅方向に延在する外壁を備える翼を有しており、前記外壁は正圧側壁と負圧側壁とを有し、前記正圧側壁と負圧側壁とは、前記翼の、翼弦方向で間隔を置いて位置する前縁と後縁とにおいて互いに接合されており、
前記ブレードプラットフォームと前記ブレード先端との間で翼幅方向に延在する隣接する複数の冷却通路を有する蛇行状の冷却路を画定するように、前記正圧側壁と負圧側壁との間に延在する少なくとも１つの隔壁リブを有しており、
一方の冷却通路から他方の冷却通路へと冷却流体流をガイドするように、前記少なくとも１つの隔壁リブの端部の周りに延在する流れ変向ガイド構造を有しており、該流れ変向ガイド構造は、
正圧側壁から負圧側壁へと所定の横方向高さ方向でそれぞれ互いに向かって延在する第１のエレメントと第２のエレメントとを有しており、
前記第１のエレメントおよび第２のエレメントは、前記少なくとも１つの隔壁リブに半径方向で整列する、前記流れガイド構造のアーチ形の中央部分を画定しており、該中央部分で前記第１のエレメントと第２のエレメントとの間に半径方向ギャップを画定するように、前記第１のエレメントは前記第２のエレメントに対して相対的に半径方向でずらされており、
前記第１のエレメントおよび第２のエレメントは、前記中央部分の対向する端部で端部部分を画定しており、該端部部分は、前記隣接する通路のそれぞれ１つに整列している、空冷されるタービンブレード。
【請求項２０】
前記流れ変向ガイド構造の長さは、前記流路を通り、前記少なくとも１つの隔壁リブの端部の周りを通る冷却流体流の方向に沿って延在しており、前記第１のエレメントおよび第２のエレメントは、前記流れ変向ガイド構造の長さに沿った前記横方向高さの方向に互いにオーバーラップする遠位側縁部をそれぞれ有する、請求項１９記載のタービンブレード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦政府による資金提供を受けた開発の記載
本発明のための開発は、米国エネルギー省によって与えられた契約番号ＤＥ−ＦＣ２６−０５ＮＴ４２６４４によって一部補助された。したがって、米国政府は本発明において一定の権利を有することができる。
【０００２】
発明の分野
本発明は、一般にタービンブレードに関し、より詳細には、ブレードの翼を通る冷却空気を案内するための冷却回路を有するタービンブレードに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来のガスタービンエンジンは、圧縮機と、燃焼器と、タービンとを備えている。圧縮機は周囲空気を圧縮し、この圧縮された空気は燃焼器へと供給され、ここで燃料と混合され、この混合物が点火されて、高温の作動ガスを形成する燃焼生成物が生じる。作動ガスはタービンへと供給され、タービンでこのガスは、固定ベーンと回転ブレードの対から成る複数の列を通過する。回転ブレードは、軸およびディスクアセンブリに接続されている。作動ガスがタービンを通って膨張するとき、作動ガスは、ブレード、ひいては軸およびディスクアセンブリを回転させる。
【０００４】
タービンブレードが高温の作動ガスにさらされる結果として、タービンブレードは、このような高温に耐え得る材料から製造されなければならない。加えて、タービンブレードはしばしば、ブレードの耐用寿命を拡大し、過度に高い温度の結果として生じる故障の可能性を減じるために冷却システムを備えている。
【０００５】
典型的には、タービンブレードは、根元部と、プラットフォームと、このプラットフォームから外側に向かって延在する翼とを有している。翼は通常、先端と、前縁と、後縁とから成っている。殆どのブレードは通常、冷却システムを形成する内部冷却通路を有している。ブレード内の冷却通路は、タービンエンジンの圧縮機からの冷却空気を受容し、その空気をブレードに通過させることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、ブレードプラットフォームとブレード先端との間で翼幅方向に延在する外壁を備える翼を有するタービンブレードが提供される。この外壁は正圧側壁と負圧側壁とを有し、正圧側壁と負圧側壁とは、翼の、翼弦方向で間隔を置いて位置する前縁と後縁とにおいて互いに接合されている。ブレードプラットフォームとブレード先端との間で翼幅方向に延在する隣接する複数の冷却通路を有する蛇行状の冷却路を画定するように、少なくとも１つの隔壁リブが正圧側壁と負圧側壁との間に延在している。隣接する各冷却通路の間の少なくとも１つの隔壁リブの端部の周りには流れ変向ガイド構造が延在している。この流れ変向ガイド構造は、正圧側壁から冷却路内の所定の横方向位置へと正圧側壁と負圧側壁との間に延在する第１のエレメントと、負圧側壁から冷却路内の横方向位置へと正圧側壁と負圧側壁との間に延在する第２のエレメントと、を有しており、第１のエレメントおよび第２のエレメントはそれぞれ、横方向位置で互いに横方向にオーバーラップする遠位側縁部を有している。
【０００７】
流れ変向ガイド構造は、少なくとも１つの隔壁リブに半径方向で整列する中央部分を有していてよく、この中央部分で、第１のエレメントと第２のエレメントとの間に半径方向ギャップが画定されていてよい。
【０００８】
第１のエレメントと第２のエレメントとの間の半径方向ギャップに対する横方向のオーバーラップの比は、２５％〜１００％の範囲であってよい。
【０００９】
中央部分はアーチ形の形状を有していてよい。
【００１０】
流れ変向ガイド構造は、中央部分の対向する端部に端部部分を有していてよく、これら端部部分は、隣接する通路のうちのそれぞれ１つに整列していてよい。
【００１１】
第１のエレメントと第２のエレメントとは、各端部部分の翼幅方向の部分に沿った翼弦方向ギャップを画定するように、互いに翼弦方向で間隔を置いて位置していてよい。
【００１２】
第１のエレメントと第２のエレメントとが横方向でオーバーラップする冷却路内の位置は、正圧側壁と負圧側壁との間の中間地点であってよい。
【００１３】
少なくとも１つの隔壁リブは、前縁に隣接する第１の冷却通路を、第１の冷却通路の下流にある第２の冷却通路から分離する第１の隔壁リブであってよく、流れ変向ガイド構造は、第１の隔壁リブの半径方向外側端部とブレード先端との間に位置していてよい。
【００１４】
第２の冷却通路を、第２の冷却通路の下流にある第３の冷却通路から分離する第２の隔壁リブが設けられていてよく、第２の隔壁リブの半径方向内側端部の周りに延在する別の流れ変向ガイド構造が設けられていてよく、第２の流れ変向ガイド構造は、正圧側壁から冷却路内の第２の横方向位置へと正圧側壁と負圧側壁との間に延在する第３のエレメントと、負圧側壁から冷却路内の第２の横方向位置へと正圧側壁と負圧側壁との間に延在する第４のエレメントと、を有していてよく、第３のエレメントおよび第４のエレメントはそれぞれ、第２の横方向位置で互いに横方向にオーバーラップする遠位側縁部を有している。
【００１５】
第２の流れ変向ガイド構造は、第２の冷却通路および第３の冷却通路のそれぞれ１つに整列する端部部分を有するアーチ形の中央部分を備えていてよく、第３の冷却通路に整列する端部部分は、翼の翼幅方向高さの少なくとも約３０％にわたって第３の冷却通路内に延在していてよい。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、ブレードプラットフォームとブレード先端との間で翼幅方向に延在する外壁を備える翼を有するタービンブレードが提供される。この外壁は正圧側壁と負圧側壁とを有し、正圧側壁と負圧側壁とは、翼の、翼弦方向で間隔を置いて位置する前縁と後縁とにおいて互いに接合されている。ブレードプラットフォームとブレード先端との間で翼幅方向に延在する隣接する複数の冷却通路を有する蛇行状の冷却路を画定するように、少なくとも１つの隔壁リブが正圧側壁と負圧側壁との間に延在している。少なくとも１つの隔壁リブの端部の周りには流れ変向ガイド構造が、一方の冷却通路から他方の冷却通路へと冷却流体流をガイドするように延在している。この流れ変向ガイド構造は、正圧側壁から負圧側壁へとそれぞれ互いに向かって延在する第１のエレメントと第２のエレメントとを有しており、第１のエレメントと第２のエレメントの横方向高さの和は、当該エレメントの対応する位置における正圧側壁と負圧側壁との間の流路の幅よりも大きい。
【００１７】
流れ変向ガイド構造の長さは、流路を通る冷却流体流の方向に沿って延在していてよく、少なくとも１つの隔壁リブの端部の周りを通っていてよく、第１のエレメントと第２のエレメントとの間のギャップは、横方向高さ方向と冷却流体流の方向の両方に対して横方向に画定されていてよい。
【００１８】
第１のエレメントおよび第２のエレメントはそれぞれ、横方向高さの方向で互いにオーバーラップする遠位側縁部を、流れ変向ガイド構造の長さに沿って有していてよい。
【００１９】
第１のエレメントと第２のエレメントとの間のギャップに対する横方向のオーバーラップの比は、２５％〜１００％の範囲であってよい。
【００２０】
第１のエレメントと第２のエレメントの遠位側縁部は、正圧側壁と負圧側壁との間の中間地点でオーバーラップしてよい。
【００２１】
流れ変向ガイド構造は、少なくとも１つの隔壁リブに半径方向で整列するアーチ形の中央部分を有していてよく、この中央部分で第１のエレメントと第２のエレメントとの間に半径方向ギャップを画定するように、第１のエレメントは第２のエレメントに対して相対的に半径方向でずらされていてよい。
【００２２】
流れ変向ガイド構造は、中央部分の対向する端部に端部部分を有していてよく、これら端部部分は、隣接する通路のうちのそれぞれ１つに整列していてよい。
【００２３】
第１のエレメントと第２のエレメントとは、各端部部分の翼幅方向の部分に沿って翼弦方向ギャップを画定するように、互いに翼弦方向で間隔を置いて位置していてよい。
【００２４】
本発明のさらなる態様によれば、ブレードプラットフォームとブレード先端との間で翼幅方向に延在する外壁を備える翼を有する、空冷されるタービンブレードが提供される。この外壁は正圧側壁と負圧側壁とを有し、正圧側壁と負圧側壁とは、翼の、翼弦方向で間隔を置いて位置する前縁と後縁とにおいて互いに接合されている。ブレードプラットフォームとブレード先端との間で翼幅方向に延在する隣接する複数の冷却通路を有する蛇行状の冷却路を画定するように、少なくとも１つの隔壁リブが正圧側壁と負圧側壁との間に延在している。少なくとも１つの隔壁リブの端部の周りに流れ変向ガイド構造が、一方の冷却通路から他方の冷却通路へと冷却流体流をガイドするように延在している。この流れ変向ガイド構造は、正圧側壁から負圧側壁へと所定の横方向高さ方向でそれぞれ互いに向かって延在する第１のエレメントと第２のエレメントとを有している。第１のエレメントおよび第２のエレメントは、少なくとも１つの隔壁リブに半径方向で整列する、流れ変向ガイド構造のアーチ形の中央部分を画定しており、中央部分で第１のエレメントと第２のエレメントとの間に半径方向ギャップを画定するように、第１のエレメントは第２のエレメントに対して相対的に半径方向でずらされていて、第１のエレメントおよび第２のエレメントは、中央部分の対向する端部で端部部分を画定していて、これら端部部分は、隣接する通路のうちのそれぞれ１つに整列している。
【００２５】
流れ変向ガイド構造の長さは、流路を通る冷却流体流の方向に沿って延在していてよく、少なくとも１つの隔壁リブの端部の周りを通っており、第１のエレメントと第２のエレメントとはそれぞれ、横方向高さの方向で互いにオーバーラップする遠位側縁部を、流れ変向ガイド構造の長さに沿って有していてよい。
【００２６】
本明細書は、本発明を特に指摘しかつ本発明を明瞭に請求する請求項によって終了するが、本発明は、同じ参照符号が同じ要素を表している添付の図面に関連した以下の説明からよりよく理解されると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の態様を示す、軸方向平面における翼弦方向軸線に沿って切断した立面断面図である。
【図２】図１における線２−２に沿った断面図である。
【図２Ａ】図２に示したガイド構造の一部の拡大図である。
【図３】図１における線３−３に沿った断面図である。
【図４】図１における線４−４に沿った断面図である。
【図５Ａ】図１における線５Ａ−５Ａに沿った断面図である。
【図５Ｂ】図１における線５Ｂ−５Ｂに沿った断面図である。
【図５Ｃ】図１における線５Ｃ−５Ｃに沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
好適な実施形態の以下の詳細な説明において、その一部を形成する添付の図面が参照され、図面には、例として、限定としてではなく、発明を実施することのできる特定の好適な実施形態が示されている。本発明の思想および範囲から逸脱することなく、その他の実施形態が使用されてもよく、変更がなされてもよいことが理解されるべきである。
【００２９】
本発明は、ガスタービンエンジン（図示せず）のタービンセクション内に位置することのできるような翼のための構造を提供する。全体にわたって使用されているように、他の但し書きがない限りは、「半径方向内側」、「半径方向外側」、「翼幅」の用語およびこれらの用語の派生語は、図１に矢印Ｓで示す、翼１２の長手方向もしくは翼幅方向の軸線に関して使用され、「翼弦」の用語およびこの用語の派生語は、図３に示すように、翼１２の翼弦線Ｃに関して使用され、「横方向」の用語およびこの用語の派生語は、図２に示すように、翼幅方向軸線Ｓおよび翼弦線Ｃに対して垂直に延在する横方向線Ｌ関して使用され、「軸方向」、「上流」、「下流」の用語およびこれらの用語の派生語は、タービンセクション内の高温ガス路を通る燃焼ガスの流れに関して使用される。ここで図１および図３を参照すると、本発明の１つの態様により構成された一例としての翼アッセンブリ１０が示されている。翼アッセンブリ１０は、翼１２と、ブレードプラットフォーム１４と、根元部１６とを有しており、根元部１６は、従来、タービンセクションのガス流路において翼アッセンブリ１０を支持するために、翼アッセンブリ１０をタービンセクション（図示せず）の軸およびディスクアッセンブリに固定するために使用される。翼１２は、ブレードプラットフォーム１４とブレード先端３０との間で半径方向または翼幅方向Ｓに延在する外壁１８を備えている。さらに翼外壁１８は、前縁２０と、後縁２２と、正圧側壁２４と、負圧側壁２６と、プラットフォーム１４に隣接する半径方向内側端部２８と、半径方向外側先端３０と、を画定している。半径方向外側先端３０は、正圧側壁２４と負圧側壁２６との間に横方向に延在する先端壁３１を有している（図２参照）。
【００３０】
図１を参照すると、前縁２０と後縁２２は軸方向または翼弦方向で互いに、翼弦方向Ｃ（図３）に関して間隔を置いて位置していて、正圧側壁（pressure sidewall）２４と負圧側壁（suction sidewall）２６は横方向で互いに、横方向線Ｌに関して間隔を置いて位置しており、これにより主翼キャビティ３２が画定されている。翼１２はさらに少なくとも１つの隔壁リブ３４を有していてよく、図示した実施形態では、主翼キャビティ３２内を横方向で正圧側壁２４と負圧側壁２６との間に延在し（図３）、かつ半径方向内側端部２８と半径方向外側先端３０との間に半径方向に延在する（図１）第１および第２の隔壁リブ３４ａ，３４ｂを含む複数の隔壁リブとして示されている。隔壁リブ３４ａ，３４ｂはそれぞれ隣接する冷却通路を、下流方向に延在する連続して隣接する冷却通路へと分離している。例えば、連続するそれぞれ第１の冷却通路と第２の冷却通路とは、少なくとも１つの隔壁リブ３４ａ，３４ｂによって分離されている。図示した実施形態では、第１の隔壁リブ３４ａはブレード根元部１６内の位置から、先端壁３１から間隔を置いて位置する半径方向外側端部４２まで延在しており、第２の隔壁リブ３４ｂは、先端壁３１から、外壁１８の半径方向内側端部２８に隣接するプラットフォーム１４の半径方向内側の位置まで延在している。
【００３１】
複数の隔壁リブ３４ａ，３４ｂは、主翼キャビティ３２内に蛇行状冷却路３５を形成するように配置された冷却通路を画定している。特に、第１のまたは前縁冷却通路３６ａは前縁２０と第１の隔壁リブ３４ａとの間に画定されており、第２のまたは翼弦中央冷却通路３６ｂは第１の隔壁リブ３４ａと第２の隔壁リブ３４ｂとの間に画定されており、第３のまたは後縁冷却通路３６ｃは第２の隔壁リブ３４ｂと後縁２２との間に画定されている。冷却流体流は、根元部冷却流体供給通路３８を通って導入されてよく、前縁通路３６ａを通って半径方向外側に向かってブレード先端３０へと流れ、そこで冷却流体流方向はブレード先端３０と第１の隔壁リブ３４ａの外側端部４２との間の外側領域４０へと変更される。次いで、冷却流体は、翼弦中央冷却通路３６ｂを通って半径方向内側に向かって、第２の隔壁リブ３４ｂの内側端部４６とブレード根元部１６との間の内側領域４４へと流れ、そこで冷却流体流方向は再び変更され、後縁冷却通路３６ｃを通って半径方向外側へと流れる。続いて、冷却流体は、複数の後縁スロット７０を通って主翼キャビティ３２の外へと流れることができる。
【００３２】
図示した翼１２の実施形態は、２つの隔壁リブ３４ａ，３４ｂと３つの冷却流体通路３６ａ，３６ｂ，３６ｃとを示しているが、本発明の思想および範囲内でより少数のまたはより多数のリブと冷却通路とを設けることもできることに注意されたい。さらに、ブレード根元部１６には、ブレード根元部１６の半径方向内側端部の一部を覆うプレート４８（図１）の位置に冷却流体の補足流を供給する１つ以上の流体供給通路のような、付加的な冷却流体供給通路を設けることができる。
【００３３】
図１〜図３を参照すると、翼１２の１つの態様は、冷却流体方向が半径方向外側から半径方向内側へと逆転する外側領域４０において、冷却流体流の方向転換を容易にする外側の流れ変向ガイド構造５０を有している。このガイド構造５０は、主翼キャビティ３２を通って横方向に正圧側壁２４と負圧側壁２６との間に延在し、第１の隔壁リブ３４ａの外側端部４２を取り囲むように延在しており、かつ翼弦方向でそれぞれ隣接する前縁冷却通路３６ａと翼弦中央冷却通路３６ｂとの間に延在している。
【００３４】
図１により判るように、ガイド構造５０は、第１の隔壁リブ３４ａに半径方向で整列するアーチ形の中央部分５０ａを有しており、第１の隔壁リブ３４ａの各側へと延在している。ガイド構造５０はさらに、中央部分５０ａの各軸方向端部から延在する端部部分を有し、前縁冷却通路３６ａに半径方向で整列する第１の端部部分５０ｂと、翼弦中央冷却通路３６ｂに半径方向で整列する第２の端部部分５０ｃとを有していてよい。端部部分５０ｂ，５０ｃは、ガイド構造５０の翼幅方向の延在に沿って延びるガイド構造５０の終端部を形成しており、この終端部は流体流を方向付ける端面を画定しており、翼幅軸線Ｓに対して平行に整列していてよい、またはほぼ整列していてよい。中央部分５０ａは少なくとも、ガイド構造５０の、第１の隔壁リブ３４ａの仮想半径方向線の延長部ＬＲ１によって半径方向で交差する部分を有していてよく、少なくともガイド構造５０の、翼幅軸線Ｓに対して９０度〜４５度の角度で延びる接線を有するアーチ形の面を含んでいてよい。
【００３５】
図２を参照すると、流れ変向ガイド構造５０は、正圧側壁２４の内面から冷却路３５内の横方向位置ＬＡまで正圧側壁２４と負圧側壁２６との間に延在する第１のエレメント５２と、負圧側壁２６の内面から冷却路３５内の横方向位置ＬＡまで正圧側壁２４と負圧側壁２６との間に延在する第２のエレメント５４と、を備えている。横方向位置ＬＡは、正圧側壁２４と負圧側壁２６との間のほぼ中央（中間点）に位置するものとして理解してよく、特に、翼弦線Ｃと翼幅方向軸線Ｓとの交差により画定された位置を含むものとして理解してよい。
【００３６】
図２Ａを参照すると、第１のエレメント５２、第２のエレメント５４は、横方向高さ５２ｈ，５４ｈをそれぞれ画定している。第１のエレメント５２と第２のエレメント５４の横方向高さの和（５２ｈ＋５４ｈ）は、第１のエレメント５２と第２のエレメント５４の対応する位置における、すなわち第１のエレメント５２と第２のエレメント５４の横方向高さの位置における、正圧側壁２４と負圧側壁２６との間の横方向距離により画定される流路３５の横方向幅ＷＬよりも大きい。さらにここに図示したように、第１のエレメント５２は、ガイド構造５０により形成されたループの長さに沿って第２のエレメント５４よりも外側にずらされていて、半径方向／翼弦方向ギャップにより分離されている。これについては以下でさらに詳しく説明する。第１のエレメント５２および第２のエレメント５４はそれぞれ、横方向位置ＬＡで互いに横方向でオーバーラップする遠位側縁部５２ｄ，５４ｄを有している。すなわち、第１のエレメント５２および第２のエレメント５４は、遠位側縁部５２ｄ，５４ｄを画定する領域で互いに向き合い、横方向の高さ方向で互いにオーバーラップする面５２ｆ，５４ｆをそれぞれ画定している。例えば、横方向のオーバーラップＯＬ１は、オーバーラップしている遠位側縁部５２ｄ，５４ｄにより画定される。
【００３７】
上述したように、第１のエレメント５２と第２のエレメント５４とは、予め規定されたまたは限定された隙間を有する半径方向／翼弦方向ギャップにより分離されており、このギャップは、図２では半径方向ギャップＧＲ１として示され、図３では翼弦方向ギャップＧＣ１およびＧＣ２として示されている。第１のエレメント５２と第２のエレメント５４との間の半径方向／翼弦方向ギャップは、ガイド構造５０の長さに沿って延在する連続的なギャップであって、翼弦方向線Ｃと翼幅軸線Ｓとの交差により画定される平面に対して平行な面に沿って延在する、半径方向（翼幅方向）および翼弦方向の両方向の成分を有するものとして理解されてよい。半径方向／翼弦方向ギャップは、翼弦方向または半径方向の成分が最小となり得る特別に説明されるギャップ位置ＧＲ１，ＧＣ１，ＧＣ２を含む。予め規定されるまたは限定されるギャップは、第１のエレメント５２と第２のエレメント５４との間の半径方向／翼弦方向ギャップに対する横方向のオーバーラップＯＬ１の比Ｒ１により説明することができ、例えば、位置ＧＲ１，ＧＣ１，ＧＣ２について説明されるギャップは、この場合、比Ｒ１が好適には２５％〜１００％の範囲である。比Ｒ１はガイド構造５０の長さに沿って一定であってよい、またはオーバーラップＯＬ１および半径方向／翼弦方向ギャップ（例えば、ＧＲ１，ＧＣ１，ＧＣ２）のうちの一方または両方が、比Ｒ１を変更するために変更されてよい、と理解されるだろう。ガイド構造５０の１つの実施形態では、オーバーラップＯＬ１は１．０ｍｍであってよく、半径方向／翼弦方向ギャップ（ＧＲ１，ＧＣ１，ＧＣ２）は２．０ｍｍであってよく、これにより５０％の比Ｒ１が画定される。
【００３８】
流れ変向ガイド構造５０は、第１の隔壁リブ３４ａの外側端部４２の周りの１８０度変向部を通して冷却流体流を方向付ける、またはガイドする。ガイド構造５０は、冷却流体流が第１の隔壁リブ３４ａの外側端部４２の周りを通過するときに、この冷却流体流を内側変向路５６と外側変向路５８とに分けて、良好な熱伝達分布のために外側領域４０内の再循環流を減少させる。すなわち、内側変向路５６における半径方向外側の冷却流体流全ては、第１のエレメント５２または第２のエレメント５４の半径方向内側を向いた面に接触し、流れの方向を変化させて、冷却流体流の半径方向外側に向かうモーメントを減じ、流れを再び内側に向かって下流の翼弦中央通路３６ｂへと向ける。さらに、オーバーラップする縁部５２ｄ，５４ｄを有する分離された第１のエレメント５２および第２のエレメント５４を備えるガイド構造５０による分割された構造は、正圧側壁２４と負圧側壁２６との間で機械的束縛が形成されるのを回避しているが、内側変向路５６と外側変向路５８との間では、冷却流体流は狭められている、または抵抗力を受けている。オーバーラップする遠位側縁部５２ｄ，５４ｄにより提供される半径方向／翼弦方向ギャップによる流れに対する抵抗は、流れガイドを設けることによる熱的利点を、流路の全幅にわたって延在する横方向で連続的な流れガイドと実質的に同様に維持しつつ、横方向で連続的な流れガイドに付随する機械的束縛および対応する応力を排除する。
【００３９】
図４および図５Ａ〜図５Ｃを参照すると、翼外壁１８の半径方向内側端部２８に隣接して位置する、第２のまたは内側の流れ変向ガイド構造６０が示されている。流れ変向ガイド構造６０は、冷却流体流方向が半径方向内側から半径方向外側へと逆転する内側領域４４において、冷却流体流の方向転換を容易にする別のガイド構造を画定している。内側のガイド構造６０は、外側のガイド構造５０に関して説明したのと同様の構造的態様により構成することができ、主翼キャビティ３２を通って横方向に正圧側壁２４と負圧側壁２６との間に延在している。内側のガイド構造６０は、第２の隔壁リブ３４ｂの内側端部４６を取り囲むように延在しており、翼弦方向で、それぞれ隣接する翼弦中央冷却通路３６ｂと後縁冷却通路３６ｃとの間に延在している。
【００４０】
図１により判るように、ガイド構造６０は、第２の隔壁リブ３４ｂに半径方向で整列するアーチ形の中央部分６０ａを有しており、第２の隔壁リブ３４ｂの各側へと延在している。ガイド構造６０はさらに、中央部分６０ａの各軸方向端部から延在する端部部分を有し、翼弦中央冷却通路３６ｂに半径方向で整列する第１の端部部分６０ｂと、後縁冷却通路３６ｃに半径方向で整列する第２の端部部分６０ｃとを有していてよい。端部部分６０ｂ，６０ｃは、ガイド構造６０の翼幅方向の延在に沿って延びるガイド構造６０の終端部を形成しており、この終端部は流体流を方向付ける端面を画定しており、翼幅軸線Ｓに対して平行に整列していてよい、またはほぼ整列していてよい。中央部分６０ａは、少なくともガイド構造６０の、第２の隔壁リブ３４ｂの仮想半径方向線の延長部ＬＲ２によって半径方向で交差する部分を有していてよく、少なくともガイド構造６０の、翼幅軸線Ｓに対して９０度〜４５度の角度で延びる接線を有するアーチ形の面を含んでいてよい。
【００４１】
ガイド構造６０は、第２の隔壁リブ３４ｂの内側端部４６の周りの１８０度変向部を通して冷却流体流を方向付ける、またはガイドする。ガイド構造６０は、冷却流体流が第２の隔壁リブ３４ｂの内側端部４６の周りを通過するとき、この冷却流体流を内側変向路６６と外側変向路６８とに分けて、良好な熱伝達分布のために内側領域４４内の再循環流を減少させる。さらに、上述したように、冷却空気は、後縁２２の長さに沿って位置することのできる後縁スロット７０に沿って後縁通路３６ｃを出ていくことができ、端部部分６０ｃは、後縁スロット７０を介して出ていく前に、内側変向路６６内の流れを後縁通路３６ｃの半径方向外側の位置へガイドするためのディバイダを提供することができる。例えば、端部部分６０ｃは、後縁通路３６ｃ内で翼１２の方向高さの少なくとも約３０％に延在することができ、翼１２の半径方向外側部分への冷却空気流の一部をガイドする。
【００４２】
図５Ａ〜図５Ｃを参照すると、流れ変向ガイド構造６０は、正圧側壁２４の内面から冷却路３５内の横方向位置ＬＢ（図４）まで正圧側壁２４と負圧側壁２６との間に延在する第３のエレメント６２と、負圧側壁２６から冷却路３５内の横方向位置ＬＢまで正圧側壁２４と負圧側壁２６との間に延在する第４のエレメント６４と、を備える。横方向位置ＬＢは、正圧側壁２４と負圧側壁２６との間のほぼ中央（中間点）に位置するものとして理解してよく、特に、翼弦線Ｃと翼幅方向軸線Ｓとの交差により画定された位置を含むものとして理解してよい。
【００４３】
外側のガイド構造５０について説明した構造と同様に、第３のエレメント６２と第４のエレメント６４の横方向高さの和は、第３のエレメント６２と第４のエレメント６４の対応する位置における、すなわち第３のエレメント６２と第４のエレメント６４の横方向高さの位置における、正圧側壁２４と負圧側壁２６との間の横方向距離により画定される流路３５の幅よりも大きい。さらに、ここに図示したように、第３のエレメント６２は、ガイド構造６０により形成されたループの長さに沿って第４のエレメント６４よりも外側に、すなわち第２の隔壁リブ３４ｂのより近くにずらされており、半径方向／翼弦方向ギャップにより分離されている。これについては、以下でさらに詳しく説明する。第３のエレメント６２および第４のエレメント６４はそれぞれ、横方向位置ＬＢで互いに横方向でオーバーラップする遠位側縁部６２ｄ，６４ｄを有している。すなわち、第３のエレメント６２および第４のエレメント６４は、遠位側縁部６２ｄ，６４ｄを画定する領域で互いに向き合い、横方向の高さ方向で互いにオーバーラップする面６２ｆ，６４ｆ（図５Ａ）をそれぞれ画定している。例えば、横方向のオーバーラップＯＬ２は、オーバーラップしている遠位側縁部６２ｄ，６４ｄにより画定される。
【００４４】
上述したように、第３のエレメント６２と第４のエレメント６４とは予め規定されたまたは限定された隙間を有する半径方向／翼弦方向ギャップにより分離されており、このギャップは図４では半径方向ギャップＧＲ２として示され、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃでは翼弦方向ギャップＧＣ３，ＧＣ４およびＧＣ５としてそれぞれ示されている。第３のエレメント６２と第４のエレメント６４との間の半径方向／翼弦方向ギャップは、ガイド構造６０の長さに沿って延在する連続的なギャップであって、翼弦方向線Ｃと翼幅方向軸線Ｓとの交差により画定される平面に対して平行な面に沿って延在する、半径方向（翼幅方向）および翼弦方向の両方向の成分を有するものとして理解されてよい。半径方向／翼弦方向ギャップは、翼弦方向または半径方向の成分が最小限となり得る特別に説明されたギャップ位置ＧＲ２，ＧＣ３，ＧＣ４，ＧＣ５を含むことが理解されるだろう。予め規定されるまたは限定されるギャップは、第３のエレメント６２と第４のエレメント６４との間の半径方向／翼弦方向ギャップに対する横方向のオーバーラップＯＬ２の比Ｒ２により説明することができ、例えば、位置ＧＲ２，ＧＣ３，ＧＣ４，ＧＣ５について説明されたギャップは、この場合、比Ｒ２が好適には２５％〜１００％の範囲である。比Ｒ２はガイド構造６０の長さに沿って一定であってよい、またはオーバーラップＯＬ２および半径方向／翼弦方向ギャップ（例えば、ＧＲ２，ＧＣ３，ＧＣ４，ＧＣ５）のうちの一方または両方が、比Ｒ２を変更するために変更されてよい、と理解されてよい。
【００４５】
外側のガイド構造５０の操作と同様に、内側変向路６６における半径方向内側の冷却流体流は、第３のエレメント６２または第４のエレメント６４の半径方向外側を向いた面に接触し、流れの方向を変化させ、すなわち、冷却流体流の半径方向内側に向かうモーメントを減じ、流れを再び外側に向かって下流の後縁通路３６ｃへと向ける。さらに、オーバーラップする縁部６２ｄ，６４ｄを有する分離されている第３のエレメント６２および第４のエレメント６４を含む内側のガイド構造６０による分割された構造は、正圧側壁２４と負圧側壁２６との間で機械的束縛が形成されるのを回避しているが、内側変向路６６と外側変向路６８との間では冷却流体流は抵抗力を受けている。
【００４６】
本発明の特定の実施の形態が例示および説明されているが、本発明の思想および範囲から逸脱することなく様々なその他の変更および改変をなし得ることは当業者に明らかであろう。したがって、本発明の範囲内にある全てのこのような変更および改変を添付の請求項内に包含することが意図されている。
【図１】
2018512535.tif 000003
【図２】
2018512535.tif 000004
【図２Ａ】
2018512535.tif 000005
【図３】
2018512535.tif 000006
【図４】
2018512535.tif 000007
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2018512535.tif 000009
【図５Ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年11月14日(2017.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンブレードであって、
ブレードプラットフォームとブレード先端との間で翼幅方向に延在する外壁を備える翼を有しており、前記外壁は正圧側壁と負圧側壁とを有し、前記正圧側壁と負圧側壁とは、前記翼の、翼弦方向で間隔を置いて位置する前縁と後縁とにおいて互いに接合されており、
前記ブレードプラットフォームと前記ブレード先端との間で翼幅方向に延在する隣接する複数の冷却通路を有する蛇行状の冷却路を画定するように、前記正圧側壁と負圧側壁との間に延在する少なくとも１つの隔壁リブを有しており、
前記隣接する各冷却通路の間の前記少なくとも１つの隔壁リブの端部の周りに延在する流れ変向ガイド構造を有しており、該流れ変向ガイド構造は、
前記正圧側壁から前記冷却路内の所定の横方向位置へと前記正圧側壁と負圧側壁との間に延在する第１のエレメントと、
前記負圧側壁から前記冷却路内の前記横方向位置へと前記正圧側壁と負圧側壁との間に延在する第２のエレメントと、を有しており、
前記第１のエレメントおよび第２のエレメントはそれぞれ、前記横方向位置で互いに横方向にオーバーラップする遠位側縁部を有している、タービンブレード。
【請求項２】
前記流れ変向ガイド構造は、前記少なくとも１つの隔壁リブに半径方向で整列する中央部分を有しており、該中央部分で、前記第１のエレメントと第２のエレメントとの間に半径方向ギャップが画定されている、請求項１記載のタービンブレード。
【請求項３】
前記第１のエレメントと第２のエレメントとの間の前記半径方向ギャップに対する横方向のオーバーラップの比は、２５％〜１００％の範囲である、請求項２記載のタービンブレード。
【請求項４】
前記中央部分はアーチ形の形状を有している、請求項２記載のタービンブレード。
【請求項５】
前記流れ変向ガイド構造は、前記中央部分の対向する端部に端部部分を有しており、これら端部部分は、隣接する前記通路のうちのそれぞれ１つに整列している、請求項２記載のタービンブレード。
【請求項６】
前記第１のエレメントと第２のエレメントとは、前記各端部部分の翼幅方向の部分に沿った翼弦方向ギャップを画定するように、互いに翼弦方向で間隔を置いて位置している、請求項４記載のタービンブレード。
【請求項７】
前記第１のエレメントと第２のエレメントとが横方向でオーバーラップする冷却路内の位置は、前記正圧側壁と負圧側壁との間の中間地点である、請求項１記載のタービンブレード。
【請求項８】
前記少なくとも１つの隔壁リブは、前記前縁に隣接する第１の冷却通路を、該第１の冷却通路の下流にある第２の冷却通路から分離する第１の隔壁リブであって、前記流れ変向ガイド構造は、前記第１の隔壁リブの半径方向外側端部と前記ブレード先端との間に位置している、請求項１記載のタービンブレード。
【請求項９】
前記第２の冷却通路を、該第２の冷却通路の下流にある第３の冷却通路から分離する第２の隔壁リブを備え、該第２の隔壁リブの半径方向内側端部の周りに延在する別の流れ変向ガイド構造を備えており、該第２の流れ変向ガイド構造は、
前記正圧側壁から前記冷却路内の第２の横方向位置へと前記正圧側壁と負圧側壁との間に延在する第３のエレメントと、
前記負圧側壁から前記冷却路内の前記第２の横方向位置へと前記正圧側壁と負圧側壁との間に延在する第４のエレメントと、を有しており、
前記第３のエレメントおよび第４のエレメントはそれぞれ、前記第２の横方向位置で互いに横方向にオーバーラップする遠位側縁部を有している、請求項８記載のタービンブレード。
【請求項１０】
前記第２の流れ変向ガイド構造は、前記第２の冷却通路および第３の冷却通路のそれぞれ１つに整列する端部部分を有するアーチ形の中央部分を備え、前記第３の冷却通路に整列する端部部分は、前記翼の翼幅方向高さの少なくとも約３０％にわたって前記第３の冷却通路内に延在している、請求項９記載のタービンブレード。
【国際調査報告】
2018512535.tif 000011
2018512535.tif 000012