(57)【要約】【課題】対応するプラットフォームに接合される一列のエーロフォイルを含み、それによりそれらの間に流れ通路が画定されるタービンステージを提供すること。【解決手段】各エーロフォイルは反対側にある圧力側および吸込側を含み、反対側にあるリーディングエッジとトレーリングエッッジとの間を弦形に延在する。プラットフォームの少なくとも一部分が、それぞれのエーロフォイルのリーディングエッジの後部において、圧力側に隣接するバルジと、吸込側に隣接するボウルとを含むスカラップ形状の流れ表面を有する。バルジは、そのそれぞれの流れ通路内に位置する最大高さを有するように構成され、ここでは、このバルジにより、前方方向および後部方向の高さが減少し、また、横方向において、エーロフォイルの圧力側に向かうにつれて、さらには、次の隣接するエーロフォイルの吸込側に隣接するボウルに向かうにつれて、高さが減少する。【選択図】図１
2013199927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対応するプラットフォーム（１６）に一体に接合され、ガス（１２、１９）を移動させるための、それぞれが幅（ｘ）を有する個別の流れ通路（３６）をそれらの間に画定するように横方向に離間される一列のエーロフォイル（１４）
を備えるタービンステージであって、
前記エーロフォイル（１４）の各々が、反対側にあるリーディングエッジ（２４）とトレーリングエッジ（２６）との間で弦形に延在する凹形状の圧力側（２０）と、横方向において反対側にある凸形状の吸込側（２２）とを含み、
前記プラットフォーム（１６）の少なくとも一部が、前記それぞれのエーロフォイル（１４）の前記リーディングエッジ（２４）の後部において、前記圧力側（２０）に隣接するバルジ（３８）と、前記リーディングエッジ（２４）の前記吸込側（２２）に隣接するボウル（４０）とを含むスカラップ形状の流れ表面を有し、
前記バルジ（３８）が、そのそれぞれの流れ通路（３６）内に位置する最大高さを有するように構成され、前記バルジ（３８）により、前方方向および後部方向の高さが減少し、また、横方向において、前記エーロフォイル（１４）の前記凹形状の圧力側（２０）に向かうにつれて、さらには、次の隣接するエーロフォイル（１４）の前記凸形状の吸込側（２２）に隣接する前記ボウル（４０）に向かうにつれて、高さが減少する
タービンステージ。
【請求項２】
前記プラットフォーム（１６）の少なくとも一部が、前記エーロフォイル（１４）の一部分に沿って延在しかつ前記プラットフォーム（１６）の少なくとも一部に結合されるトレーリングエッッジ隆起部構造（５０）を含み、前記トレーリングエッジ隆起部構造（５０）が、前記圧力側（２０）と、前記吸込側（２２）と、前記それぞれのプラットフォーム（１６）を備えるそれぞれの個別のエーロフォイル（１４）の前記トレーリングエッジ（２６）とに隣接する、請求項１記載のタービンステージ。
【請求項３】
前記バルジ（２８）および前記ボウル（４０）が横方向において前記トレーリングエッジ（２６）の間の前記流れ通路（３６）内で終端する、請求項１記載のタービンステージ。
【請求項４】
前記バルジ（３８）が前記リーディングエッジ（２４）の後部に最大高さを有するように構成される、請求項１記載のタービンステージ。
【請求項５】
前記バルジ（３８）が前記リーディングエッジ（２４）の前方に最大高さを有するように構成される、請求項１記載のタービンステージ。
【請求項６】
前記バルジ（３８）が、前方方向において高さが急激に減少し、前記トレーリングエッジ（２６）までの後部方向において高さが段階的に減少する、請求項１記載のタービンステージ。
【請求項７】
前記バルジ（３８）が前記リーディングエッジ（２４）の後部に最大高さを有するように構成され、前記ボウル（４０）が、前記エーロフォイル（１４）の最大厚さ付近の前記エーロフォイル（１４）の前記凸形状の吸込側（２２）に隣接する最大深さを有するように構成される、請求項１記載のタービンステージ。
【請求項８】
前記バルジ（３８）および前記ボウル（４０）を含む下流側のエーロフォイル（１４）が、上流側のエーロフォイル（１４）からのオーバーターンした空気を受け入れかつ前記エーロフォイル（１４）の周りに形成される渦を最小にするように構成される、請求項１記載のタービンステージ。
【請求項９】
プラットフォーム（１６）に一体に接合され、かつ、軸方向において反対側にあるリーディングエッジ（２４）とトレーリングエッジ（２６）との間で弦形に延在する横方向において反対側にある圧力側（２０）および吸込側（２２）を有するエーロフォイル（１４）
を備えるタービンブレード（１０）であって、
前記プラットフォーム（１６）が、前記圧力側（２０）に隣接するバルジ（３８）と、前記リーディングエッジ（２４）の後部にある前記吸込側（２２）に隣接する第１のボウル部分（５２）と、前記圧力側（２０）において前記バルジ（２８）と一体に成形されかつ前記第１のボウル部分（５２）に対して相補的であり、それにより隣接するブレード（１０）上でその第１のボウル部分（５２）と共に共同のボウル（４０）を画定する第２のボウル部分（５４）とを含み、
前記バルジ（３８）が、そのそれぞれの流れ通路（３６）内に位置する最大高さを有するように構成され、前記バルジ（３８）により、前方方向および後部方向の高さが減少し、また、横方向において、前記エーロフォイル（１４）の前記圧力側（２０）に向かうにつれて、さらには、次の隣接するエーロフォイル（１４）の前記吸込側（２２）に隣接する前記ボウル（４０）に向かうにつれて、高さが減少する
タービンブレード（１０）。
【請求項１０】
前記プラットフォーム（１６）が、前記エーロフォイル（１４）の一部分に沿って延在しかつ前記プラットフォーム（１６）に結合されるトレーリングエッッジ隆起部構造（５０）をさらに含み、前記トレーリングエッジ隆起部構造（５０）が、前記圧力側（２０）と、前記吸込側（２２）と、前記プラットフォーム（１６）を備える前記エーロフォイル（１４）の前記トレーリングエッジ（２６）とに隣接する、請求項９記載のブレード（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、ガスタービンエンジン、任意のターボ機械に関し、より具体的には、その中のタービンに関する。
【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、燃焼器内で燃料に混合され、それにより、高温の燃焼ガスが生成される。タービンステージが、圧縮機に動力を供給するために燃焼ガスからエネルギーを抽出し、同時に、ターボファン航空機エンジン用途ための上流側ファンにも動力を供給するか、または、船舶用途または産業用途のために外部駆動シャフトに動力を供給する。
【０００３】
高圧タービン（ｈｉｇｈ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｔｕｒｂｉｎｅ（ＨＰＴ））が燃焼器のすぐ後方にあり、この高圧タービンは、支持ロータディスクから径方向外側に延在する一列の回転する第１ステージタービンロータブレード内に燃焼ガスを排出する固定タービンノズルを含む。ＨＰＴは、ロータブレードと対応するタービンノズルとの１つまたは複数のステージを含むことができる。
【０００４】
ＨＰＴの後方には、ロータブレードと対応するタービンノズルとの複数のステージを通常含む低圧タービン（ｌｏｗ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｔｕｒｂｉｎｅ（ＬＰＴ））がある。
【０００５】
各タービンノズルは、静翼を支持する弓形バンドの形態の径方向外側端壁および径方向内側端壁を有する一列のスタータ静翼を含む。対応して、タービンロータブレードは、径方向内側端壁またはプラットフォームに一体に接合されるエーロフォイルを含み、これらはさらに、対応するダブテールによって支持され、これらのタブテールは、支持ロータディスクの周囲部に形成されるダブテールスロット内に個別のブレードを設置するのを可能にする。環状シュラウドが、各タービンステージ内のロータエーロフォイルの径方向外側先端部を囲む。
【０００６】
ステータ静翼およびロータブレードは、反対側にあるリーディングエッジとトレーリングエッジとの間で軸方向に弦形に延在する、概して凹形状の圧力側と概して凸形状の吸込側とを含む対応するエーロフォイルを含む。隣接する静翼および隣接するブレードがそれらの間に対応する流れ通路を形成し、これは径方向内側端壁と径方向外側端壁によって境界が定められる。
【０００７】
運転中、燃焼ガスが、燃焼器から排出され、スタータ静翼とロータブレードとの間に画定されるそれぞれの流れ通路を通るコア流れとして軸方向を下流に流れる。さらに、エーロフォイルのリーディングエッジの上流に存在するパージキャビティからのパージ用空気がパージ流れとして排出され、これは、主ガス経路の下方の高温のコア流れを吸い込むのを防止し、可能性として、プラットフォームおよびエーロフォイルを冷却させることができる。静翼およびブレードの空力学的輪郭、および、それらの間の対応する流れ通路は、ブレードが延在するところのロータを回転させる燃焼ガスからのエネルギー抽出を最大にするように正確に構成される。
【０００８】
静翼とブレードエーロフォイルの複雑な三次元（３Ｄ）形状は、運転の効率を最大にするように個別調整され、エーロフォイルに沿った径方向において、さらには、リーディングエッジとトレーリングエッジとの間のエーロフォイルの弦に沿った軸方向において、スパンが変化する。したがって、エーロフォイルの表面上さらには対応する流れ通路内における燃焼ガスおよびパージ用空気の速度分布および圧力分布も変化する。
【０００９】
したがって、燃焼ガス流れ経路内での望ましくない圧力損失は、タービンの空気力学的効率の望ましくない低下およびタービン全体の効率の望ましくない低下に相当する。例えば、燃焼ガスは、静翼およびブレードの対応する複数の列の間の流れ通路に入り、エーロフォイルのそれぞれのリーディングエッジのところで必ず分割される。
【００１０】
入射する燃焼ガスの分岐点の軌跡は各エーロフォイルのリーディングエッジに沿って延在し、対応する境界層が、各流れ通路の４つの側面を共同して画定する各エーロフォイルの圧力側および吸込側ならびに各々の径方向外側端壁および径方向内側端壁に沿って、形成される。境界層内では、燃焼ガスの局所速度が、端壁およびエーロフォイル表面に沿う部分におけるゼロから、境界層が終端する部分における制限されない速度にまで変化する。
【００１１】
種々の理由でタービンロス（ｔｕｒｂｉｎｅ  ｌｏｓｓ）が発生する可能性があり、これらの理由には例えば、二次流れ、衝撃損メカニズムおよび混合損失がある。タービンブレードのリーディングエッジでは、二次流れ構造により混合損失が起こる。タービン圧力損失の１つの共通する原因は馬蹄渦が形成されることであり、これらの馬蹄渦は、燃焼ガスがエーロフォイルリーディングエッジ周りのそれらの動程内で分割されるときに発生する。これらの二次流れ構造により、タービンブレードがブレード端壁構造物に接合されるところの領域に高い程度で熱が集中する。エーロフォイルのリーディングエッジと端壁との接合部のところの境界層流において全体の圧力勾配が影響を受ける。エーロフォイルリーディングエッジのところのこの圧力勾配は一対の逆回転する馬蹄渦を形成させ、これらの馬蹄渦は端壁付近の各エーロフォイルの両側を下流に移動する。各エーロフォイルの反対側の圧力側および吸込側に沿った後部のこれらの２つの渦の動程は、それらに沿った圧力分布および速度分布が異なることで、挙動が異なる。例えば、コンピュータ解析では、吸込側の渦が端壁から離れてエーロフォイルトレーリングエッッジに向かうように移動し、エーロフォイルトレーリングエッジの後方において、エーロフォイルトレーリングエッジに向かって後方に流れる圧力側の渦と相互作用する、ことが示される。馬蹄渦は、タービンロータブレードとそれらに一体の底部プラットフォームとの接合部のところに、さらには、ノズルステータ静翼とそれらの外側バンドおよび内側バンドとの接合部のところに形成されることから、それらに対応してタービン効率にも損失が発生し、さらには、対応する端壁構成要素が付加的に加熱される。
【００１２】
圧力側の渦と吸込側の渦との相互作用は、通常、エーロフォイルのスパン中央領域付近で起こり、全圧損失が発生し、それに対応してタービン効率が低下する。ブレードの圧力側と吸込側との間の交差通路の圧力勾配（ｃｒｏｓｓ−ｐａｓｓａｇｅ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｇｒａｄｉｅｎｔ）は追加の二次流れ構造および渦を発生させ、これらには、ブレードの所望の空気力学を変化させるコーナー渦などがあり、それによりタービン効率の損失が発生し、さらには、端壁さらにはブレードが付加的に加熱される可能性もある。
【００１３】
コーナー渦はエーロフォイルと端壁プラットフォームとの間の角部接合部のところで発生する。コーナー渦は、ブレード列（ｂｌａｄｅｒｏｗ）を通る空気をオーバーターン（ｏｖｅｒ−ｔｕｒｎ）させる可能性がある。コーナー渦自体ではオーバーターンは起きないが、このようなオーバーターンは渦を低減するための機構による人為的なものである。下流側のエーロフォイルは、上流側のエーロフォイルから離れたオーバーターンした空気を処理しなければならない。そのままの場合、このようなオーバーターンにより損失が増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第７８８７２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、熱分布および効率を制御しながら空気力学的負荷を増大させることに加えて、あるいは、空気力学的負荷および／またはトルク発生を維持しながら効率および熱負荷を改善することに加えて、馬蹄渦または二次流れ渦の提供を低減するための改善されたタービンステージを提供することが所望される。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
例示の一実施形態によると、対応するプラットフォームに一体に接合され、ガスを移動させるための個別の流れ通路をそれらの間に画定するように横方向に離間される一列のエーロフォイルを含むタービンステージが開示される。各流れ通路は幅を有し、エーロフォイルは、各々が、反対側にあるリーディングエッジとトレーリングエッジとの間で弦形に延在する凹形状の圧力側と、横方向において反対側にある凸形状の吸込側とを含む。プラットフォームの少なくとも一部が、それぞれのエーロフォイルの後部において、リーディングエッジの圧力側に隣接するバルジと吸込側に隣接するボウルとを含むスカラップ形状の流れ表面を有する。バルジは、そのそれぞれの流れ通路内に位置する最大高さを有するように構成され、ここでは、このバルジと呼ばれる膨出部により、前方方向および後部方向の高さが減少し、また、横方向において、エーロフォイルの圧力側に向かうにつれて、さらには、次の隣接するエーロフォイルの吸込側に隣接するボウルに向かうにつれて、高さが減少する。
【００１７】
別の例示の実施形態によると、対応するプラットフォームに一体に接合され、かつガスを移動させるための個別の流れ通路をそれらの間に画定するように横方向に離間される一列のエーロフォイルを含むタービンステージが開示される。各流れ通路は、定義された幅を有し、エーロフォイルは、各々が、反対側にあるリーディングエッジとトレーリングエッジとの間で弦形に延在する凹形状の圧力側と、横方向において反対側にある凸形状の吸込側とを含む。プラットフォームの少なくとも一部が、エーロフォイルの一部分に沿って延在しかつそのプラットフォームの少なくとも一部に結合されるバルジを含むスカラップ形状の流れ表面を有する。バルジは、それぞれのプラットフォームにより各個別のエーロフォイルの圧力側に隣接し、１つのボウルが、エーロフォイルの一部分に沿って延在しかつそのプラットフォームの少なくとも一部に結合される。ボウルが、それぞれのプラットフォームにより各個別のエーロフォイルのリーディングエッジの後部にある吸込側に隣接する。バルジは、そのそれぞれの流れ通路内に位置する最大高さを有するように構成され、ここでは、このバルジにより、前方方向および後部方向の高さが減少し、また、横方向において、エーロフォイルの圧力側に向かうにつれて、さらには、次の隣接するエーロフォイルの吸込側に隣接するボウルと呼ばれる窪み部に向かうにつれて、高さが減少する。
【００１８】
別の例示の実施形態によると、プラットフォームに一体に接合され、かつ、軸方向において反対側にあるリーディングエッジとトレーリングエッジとの間で弦形に延在する横方向において反対側にある圧力側および吸込側を有する、エーロフォイルを含むタービンブレードが開示される。プラットフォームは、圧力側に隣接するバルジと、リーディングエッジの後部にある吸込側に隣接する第１のボウル部分と、圧力側においてバルジと一体に形成されかつ第１のボウル部分に対して相補的でありそれにより隣接するブレード上でその第１のボウル部分と共に共同のボウルを画定する第２のボウル部分と、を含む。バルジは、そのそれぞれの流れ通路内に位置する最大高さを有するように構成され、ここでは、このバルジにより、前方方向および後部方向の高さが減少し、また、横方向において、エーロフォイルの圧力側に向かうにつれて、さらには、次の隣接するエーロフォイルの吸込側に隣接するボウルに向かうにつれて、高さが減少する。
【００１９】
添付図面を参照しながら以下のより詳細な説明および添付の特許請求の範囲を読むことにより、本開示の別の目的および利点が明らかとなる。本出願のこれらのおよび別の特徴および改善点は、複数の図面および添付の特許請求の範囲と併せて以下の詳細な説明を読むことにより、当業者には明らかとなる。
【００２０】
本開示の上記および別の特徴、態様および利点は、複数の図面を通して同様の符号が同様の部品を表している添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより、より良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一実施形態によるタービンステージ列（ｔｕｒｂｉｎｅ  ｓｔａｇｅ  ｒｏｗ）内の例示のタービンブレードを示す、前方から後部を見た等角図である。
【図２】図１の線２−２に沿った、一実施形態による図１に示されるブレードを示す平面断面図である。
【図３】一実施形態による図１に示されるブレードを示す、後部から前方を見た斜視図である。
【図４】一実施形態によるタービンステージ列内にある例示のタービンブレードを示す、前方から後方を見た斜視図である。
【図５】図４の線５−５に沿った、一実施形態による図３に示されるブレードを示す平面断面図である。
【図６】一実施形態による、そのスカラップ形状のプラットフォームを含む図１に示されるブレードの圧力側を示す斜視図である。
【図７】別の実施形態によるブレードを示す、後部から前方を見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
複数の図を通して同一の参照符号が等しい要素を示している図面を参照すると、図１に、ガスタービンエンジンの対応するタービンステージ内のその完全な一列内の円周方向において互いに隣接する２つの例示の第１ステージタービンロータブレード１０が示されている。上記で示したように、燃焼ガス１２が従来の燃焼器（図示せず）内に形成され、コア流れ１３としてタービンブレード１０の列を通るように軸方向の下流側へ排出される。タービンブレード１０が、タービンブレード１０が上に設置されている支持ロータディスク（図示せず）に動力を供給するために燃焼ガス１２からエネルギーを抽出する。
【００２３】
タービンステージはブレード１０の完全な一列を含み、各ブレード１０は、底部端部において対応する径方向内側端壁またはプラットフォーム１６に一体に接合される対応するエーロフォイル１４を有する。さらに、各プラットフォーム１６は、ロータディスクの周囲部内にある対応するタービンブレード１０を支持するように従来通りに構成される対応する軸方向エントリーダブテール（ａｘｉａｌ−ｅｎｔｒｙ  ｄｏｖｅｔａｉｌ）１８に一体に接合される。
【００２４】
各エーロフォイル１４は、概して凹形状の圧力側２０と、円周方向すなわち横方向において反対側にある概して凸形状の吸込側２２とを含み、これらは、それぞれ、反対側にあるリーディングエッジ２４とトレーリングエッッジ２６の間で弦形に軸方向に延在する。これらの２つのエッジ２４、２６は、エーロフォイル１４の底部から先端までのスパンで径方向に延在する。
【００２５】
図１と、図２の平面断面図と、図３の後部から前方を見る斜視図とに概略的に示されるように、各エーロフォイル１４は中空であってよく、反対側にある圧力側２０および吸込側２２により境界を定められる内部冷却回路２８を含むことができる。冷却回路２８は従来の任意の構成を有してよく、エンジンの圧縮器（図示せず）から供給される冷却空気３０を受け取るためにプラットフォーム１６およびダブテール１８を通って延在する入口チャネルを含む。
【００２６】
冷却空気３０は、通常、所望される場合にエーロフォイル１４の圧力側２０および吸込側２２上に位置する膜冷却孔３２の複数の列を通して各エーロフォイル１４から排出され、通常、そのリーディングエッジ２４付近に集中する。また、各エーロフォイル１４は、通常、その薄いトレーリングエッジ２６のすぐ前方においてエーロフォイル１４の圧力側２０を通して現れる一列のトレーリングエッジ冷却孔３４を含む。
【００２７】
図１および２に示される例示のタービンブレード１０は、運転中に燃焼ガス１２からエネルギーを抽出するための、従来の任意の構成の、エーロフォイル１４、プラットフォーム１６およびダブテール１８を有することができる。上記で示したように、プラットフォーム１６はエーロフォイル１４の底部端部に一体に接合され、燃焼ガス１２またはコア流れ１３のための径方向内側流れ境界を画定する。
【００２８】
ブレード１０はロータディスクの周囲部の周りに一列に設置され、ここでは隣接するエーロフォイル１４が円周方向すなわち横方向において離間され、それによりそれらの間に流れ通路３６が画定され、この流れ通路３６は、燃焼ガス１２と、パージ流れキャビティ（図示せず）からのパージ用空気のパージ流れとを運転中に軸方向の下流側へ移動させるための、隣接するリーディングエッジ２４（図２に最も良好に示される）の間に画定される通路幅「ｘ」を有する。
【００２９】
したがって、図１〜３に示されるタービンステージ内の各エーロフォイル間流れ通路（ｉｎｔｅｒ−ａｉｒｆｏｉｌ  ｆｌｏｗ  ｐａｓｓａｇｅ）３６が、１つのエーロフォイル１４の圧力側２０と、隣接する次のエーロフォイル１４の吸込側２２と、隣接するプラットフォーム１６の対応する圧力側２０および吸込側２２と、タービンブレード１０の完全な列内のエーロフォイル１４の径方向外側先端端部を囲む径方向外側タービンシュラウド（図示せず）と、によって画定されて境界を定められる。
【００３０】
背景技術セクションにおいて上記で示したように、運転中に、燃焼ガス１２がコア流れ１３として対応する流れ通路３６を通って流れ、個別のエーロフォイル１４によって必ず分割される。高速の燃焼ガスが、対応するエーロフォイルリーディングエッジ２４のところでその部分の岐点圧により円周方向に分割され、エーロフォイル１４の反対側にある圧力側２０および吸込側２２に沿って対応する境界層が形成される。さらに、燃焼ガス１２は、プラットフォーム１６との連結部においてエーロフォイルリーディングエッジ２４の周りで分割されるときに個別のブレードプラットフォーム１６に沿っても境界層を形成する。
【００３１】
ブレードプラットフォーム１６に沿う分割されたコア流れ１３により、一対の逆に回転する馬蹄渦１５が形成され、これらの逆に回転する馬蹄渦１５は、各エーロフォイル１４の反対側にある圧力側２０および吸込側２２に沿って流れ通路３６を通って軸方向の下流へと流れる。これらの馬蹄渦１５は、境界層内に乱流を形成し、径方向においてエーロフォイル１４のスパン中央領域に向かって外側に移動し、それにより全圧損失が発生し、タービン効率が低下する。馬蹄渦１５はパージキャビティおよびパージ流れ１９が存在することによりエネルギーを供給され、それにより、交差通路の静圧勾配が改善される。さらに、各々のエーロフォイル１４とプラットフォーム１６との間の角部接合部のところで発生するコーナー渦１７により、対応する流れ通路２６を通る空気がオーバーターンする。背景技術セクションにおいて上記に示したように、下流側のエーロフォイル１４は上流側のエーロフォイル１４から離れたオーバーターンした空気に対応しなければならない。そのままの場合、オーバーターンした空気により圧力損失が増大する。
【００３２】
図１〜３に示される例示のタービンロータステージは、一般的な手法で圧縮器に動力を供給することを目的として燃焼ガス１２からエネルギーを抽出するための第１のステージのＨＰＴとして具体的に設計されるような、従来な任意の構成を有することができる。示されるように、入射する燃焼ガス１２はエーロフォイルリーディングエッジ２４に沿って分割され、軸方向において対応する流れ通路３６を通ってコア流れ１３として下流方向に流れる。
【００３３】
圧力側２０の凹形状および吸込側２２の凸形状は、燃焼ガス１２から抽出されるエネルギーを最大にするために異なる速度分布および圧力分布をもたらすように具体的に構成される。プラットフォーム１６は燃焼ガス１２の境界を定める径方向内側の端壁を画定し、燃焼ガス１２はまた、径方向外側においては周囲のタービンシュラウド（図示せず）によって境界を定められる。
【００３４】
示される構成では、プラットフォーム１６とリーディングエッジ２４との接合物のところに入射する燃焼ガス１２は、パージ流れ１９により交差通路の静圧勾配を改善することにより刺激される馬蹄渦１５およびコーナー渦１７を受ける。燃焼ガス１２は、エーロフォイル１４の反対側にある圧力側２０および吸込側２２に沿って流れ通路３６を通って移動する。上記に示したように、これらの渦は乱流を発生させさらにはオーバーターンを引き起こし、タービンステージの空気力学的効率を低下させ、熱伝達によりプラットフォーム１６を加熱することを強める。一実施形態では、上流側のエーロフォイル１４は、コーナー渦１７の強度を低下させるような輪郭を有する端壁を含むことができるが、これは、輪郭を形成する端壁を有さないエーロフォイルの場合と比較してブレード列を通る空気のオーバーターンを強める。コーナー渦１７を低減するような輪郭を有する端壁のおかけで、コーナー渦１７はオーバーターンを引き起こさない。下流側のエーロフォイル１４は、圧力損失が発生するのを防止するために上流側のエーロフォイル１４を離れたオーバーターンする空気に対応しなければならない。この場合、下流側の静翼上の輪郭を形成する追加の端壁により、上流側のエーロフォイル１４からのオーバーターンした空気に対応することが可能となり、最適な性能を得るためのシステムとして機能することが可能となる。
【００３５】
図１〜３に最初に示されるプラットフォーム１６は、オーバーターンを誘発させるコーナー渦１７の強度を低下させて交差通路の圧力勾配を低下させることにより二次流れの強度を最小にするかまたは低下させるようなスカラップ形状の流れ表面または輪郭を形成する流れ表面を有するように具体的に構成される。スカラップ形状のプラットフォーム１６の第１の例示の構成が図１に概して示されており、これは、公称上軸対称のプラットフォームから共通の高さの等傾線を含む。図２が図１の等傾線を平面図でより詳細に示す。スカラップ形状のプラットフォーム１６の代替の構成が図４に概して示されており、これは、図５に示される公称上軸対称のプラットフォームから共通の高さの等傾線を含む。
【００３６】
図１〜３をより具体的に参照すると、二次流れを最小にしてさらにそれに対応させてタービンの空気力学的効率を向上させるためのプラットフォーム１６の個別の３Ｄ輪郭を分析および画定するために、現代の計算流体力学が使用される。図１〜３に示されるスカラップ形状のプラットフォーム１６は、エーロフォイル１４の圧力側２０に隣接するスカラップまたはバルジ３８を含む。バルジ３８は、公称上軸対称の基準表面（θ）を基準にして流れ通路３６内へと上方（＋）に上昇するように構成される。中に窪みを形成するために公称上軸対称のプラットフォーム表面を基準にして低い高さ（−）を有する一体のグージ（ｇｏｕｇｅ）またはボウル４０が、局所的なバルジ３８と協働する。一実施形態では、バルジ３８はさらに、その個別の流れ通路３６内に位置する最大高さを有するように構成され、ここでは、バルジ３８により、前方方向および後部方向の高さが減少し、また、横方向において、エーロフォイル１４の圧力側２０に向かうにつれて、さらには、次の隣接するエーロフォイル１４の吸込側２２に隣接するボウル４０に向かうにつれて、高さが減少する。
【００３７】
エーロフォイル１４の個別のサイズおよび間隔は、特定のエンジンデザインおよびそこを通る質量流量ごとに選択されることに留意されたい。エーロフォイル１４の弓形の側壁が、通常、それらの間に円周方向の流れ通路３６を画定し、この流れ通路３６はリーディングエッジ２４からトレーリングエッジ２６まで軸方向下流側に向かうにつれて収束する。
【００３８】
１つのエーロフォイル１４のトレーリングエッッジ２６は、通常、隣接するエーロフォイル１４の吸込側２２の弦中央付近においてその垂直公差面に沿って最小流れ範囲のスロート部分を形成する。そのスロート部分の最小流れ範囲を含めた流れ通路３６の流れ範囲は、所与のエンジン用途ごとに予め選択され、したがって、プラットフォーム１６によって画定される径方向内側の端壁と、タービンシュラウド（図示せず）によって画定される径方向外側の端壁との両方によって調整される。
【００３９】
したがって、基準プラットフォーム表面は、タービンステージの円周周りの円弧によって画定される従来の軸対称表面として従来通りに画定されてよく、図２に示されるゼロ基準の高さとして使用され得る。したがって、バルジ３８はゼロ基準面またはゼロ基準表面から高さ（＋）で外側に上昇し、一方ボウル４０は基準面または基準表面の下方に深さ（−）で延在する。このようにして、バルジおよびボウルは相補的であってよく、各流れ通路に対して所望の流れ範囲または所与の流れ範囲を維持するために互いにオフセットされてよい。
【００４０】
図１〜３に示されるバルジ３８およびボウル４０は、優先的に、馬蹄渦の強度を低下させること、二次流れによる損失を最小にすること、衝撃波相互作用を軽減すること、および、馬蹄渦およびコーナー渦にエネルギーを供給する交差通路の静圧勾配を修正することを目的として、具体的に位置決めされ、これらのすべてがタービンの空気力学的効率を向上させる。示される実施形態では、バルジ３８は、リーディングエッジ２４の下流側すなわち後部の位置でエーロフォイルの圧力側２０に直接に隣接するように構成される。代替の一実施形態では、バルジ３８は、リーディングエッジ２４の上流側すなわち前方の位置でエーロフォイルの圧力側２０に直接に隣接するように構成される。上記で説明したように、いずれの場合も、バルジ３８はその個別の流れ通路３６内に位置する最大高さを有するように構成される。したがって、バルジ３８は前方方向および後部方向に向かうにつれて高さが減少し、また、圧力側２０とそれぞれのエーロフォイル１４の吸込側２２に隣接するボウル４０との間において横方向において高さが減少する。ボウル４０は、リーディングエッジ２４の下流側すなわち後部の位置でエーロフォイルの吸込側２２に隣接するように構成される。
【００４１】
説明した通りにバルジ３８を構成することにより、バルジ３８周りの燃焼ガスの局所的な流線曲率分だけ、入射するコーナー渦または馬蹄渦をオフセットすることが可能となり、それにより、コーナー渦の結果としてのオーバーターンされる空気が最小化され得る。それに対応して、ボウル４０により、馬蹄渦が径方向外側に移動することを流れ通路３６の早い段階で妨害することが可能となる。
【００４２】
バルジ３８およびボウル４０は、燃焼ガス１２の流れ加速度を低下させること、局所的な静圧を増大させること、ガス圧力の勾配を変化させること、渦が伸長するのを低減させること、コーナー渦１７（オーバーターンを誘発させる）の強度を低下させること、および、流れ通路３６を通って下流側を移動するときの馬蹄渦の向きが変化するのを軽減すること、に効果的である。これらの組み合わせの効果により、エーロフォイルの吸込側２２に沿って径方向外側に移動する馬蹄渦の能力を制限し、渦強度を低減させ、オーバーターンを最小化し、それにより、タービンステージの全体の効率を向上させる。
【００４３】
上記で示したように、図２は、ゼロ基準表面を基準として等しい高さの等傾線を含むプラットフォーム１６の平面図であり、ここでは、各プラットフォーム１６の前方端部と後部端部との間において、さらには、円周方向すなわち横方向において隣接するエーロフォイル１４間において、プラットフォーム１６の３Ｄ輪郭が変化することが強調される。さらに、上記で示したように、図５は、別の実施形態による、ゼロ基準表面を基準として等しい高さの等傾線を含むプラットフォーム１６の同様の平面図であり、ここでは、各プラットフォーム１６の前方端部と後部端部との間において、さらには、円周方向すなわち横方向において隣接するエーロフォイル１４間において、プラットフォーム１６の３Ｄ輪郭が変化することが強調される。
【００４４】
プラットフォーム１６は各エーロフォイル１４の両側に延在し、通常、リーディングエッジ２４の前方およびトレーリングエッジ２６の後部にある小さい延長部を有することから、隆起するバルジ３８および窪んだボウル４０が好適な形で互いに滑らかに移行し、それにより、馬蹄渦およびコーナー渦の強度が低下し、オーバーターンする空気流れに対応できるようになる。バルジ３８は、圧力側２０に沿って後部および横方向に延在するにつれて高さが減少していき、圧力側２２に沿ったボウル４０に接合される。一実施形態では、ボウル４０は、リーディングエッジ２４とトレーリングエッジ２６との間で吸込側２２に沿って延在し、例えばリーディングエッジ２４の後部から始まり、トレーリングエッジ２６付近で終端する。
【００４５】
図１〜５は、エーロフォイルの圧力側２０上にある隆起するバルジ３８とエーロフォイルの吸込側２２上にあるボウル４０との間の移行部の複数の実施形態を示す。より具体的には、図１〜３に示される一実施形態では、バルジ３８は、流れ通路３６内に位置する圧力側２０の最大高さを有するように構成され、前方方向において高さが急激に減少し、後部方向においてトレーリングエッジ２６までの圧力側２０のより長い範囲に沿って比較的段階的に高さが減少する。バルジ３８からトレーリングエッジ２６まで段階的に移行することにより、高さが減少するバルジ３８の延長部が形成される。さらに、バルジ３８は、横方向において、流れ通路３６内に位置する最大高さからエーロフォイルの圧力側２０に向かう一方向において高さが減少し、さらにボウル４０に向かう反対方向において高さが減少する。図２は、一実施形態における、流れ通路３６内のそのピーク高さからトレーリングエッジ２６に向かって圧力側２０に沿って高さが連続的に減少するバルジ３８を示す。さらに、バルジ３８は、横方向すなわち円周方向において、１つのエーロフォイル１４の圧力側２０に向かって、さらには、次の隣接するエーロフォイル１４の吸込側２２に向かって高さが減少する。図２に最も良く示されるように、バルジ３８は、リーディングエッジ２４から距離「ｙ」の最大高さを有するように構成され、ここでは、「ｙ」はエーロフォイル１４の翼弦長の約−２０パーセントから約３０パーセントの範囲である。
【００４６】
図４および５は代替の一実施形態を最も良好に示しており、ここでは、バルジ３８は、圧力側に最大高さを有し、前方方向に向かって高さが急激に減少し、また、後部方向において、図２に示される実施形態と比較して圧力側２０のより長い範囲において後部方向の高さが実質的に維持されるように、圧力側２０の大部分の範囲に沿ってトレーリングエッジ２６に向かって高さが段階的に減少し、また、トレーリングエッジ２６のところでは後部方向において高さが急激に減少するように、構成される。さらに、上記で説明した実施形態と同様に、バルジ３８は、横方向すなわち円周方向において、１つのエーロフォイル１４の圧力側２０から次の隣接するエーロフォイル１４の吸込側２２に向かって高さが減少する。
【００４７】
図１〜５は、ボウル４０がリーディングエッジの後部にある吸込側２２のところで最大深さを有するように構成されるのを、最も良好に示す。一実施形態では、ボウル４０は、そのハンプ領域内のエーロフォイルの横方向最大厚さ付近の圧力側２２のところに最大深さを有し、隆起するバルジ３８と、それら間の移行領域がより短くなるように急激に交わるが、この交差は、後部の圧力側からトレーリングエッジ２６までは比較的長い範囲沿って段階的に減少する。バルジ３８およびボウル４０の両方は、交わって一体化され、横方向すなわち円周方向において、ゼロ基準高さにおいてトレーリングエッジ２６の間の対応する流れ通路３６内で終端する。
【００４８】
図６が入射する燃焼ガス１２を概略的に示しており、この燃焼ガス１２は、プラットフォーム１６の流れ表面のところでちょうど燃焼ガス１２の速度がゼロとなりかつ燃焼ガス１２の速度が自由流れ速度まで急激に上昇するような、対応する境界層を有する。境界層の厚さは、エーロフォイル１４の径方向高さすなわちスパンの約２パーセントから約１５パーセントの範囲である。バルジ３８およびボウル４０を包含するスカラップ形状のプラットフォームの大きさは、タービンの空気力学的効率を向上させることを目的として、馬蹄渦の強度を具体的に最小化させるように、さらには、エーロフォイル間の空気流れのオーバーターンを最小化するように、比較的小さくてよい。
【００４９】
図１〜５に示されるバルジ３８は、好適には、プラットフォーム１６上を最初に移動するときに入ってくる燃焼ガス１２の境界層の厚さに概して等しい最大高さを有する。対応して、ボウル４０がバルジ３８の概略的な最大高さより小さい最大深さを有する。図２および５では、等傾線はゼロ基準表面から任意の数値で示されており、バルジ３８は約＋６の例示の大きさまで高さが上昇し、ボウル４０は約−５の最大深さまで深さが増加する。
【００５０】
これらの例示の数値は、単に、スカラップ形状のプラットフォーム１６の変化する輪郭を例示するものである。バルジ３８およびボウル４０の実際の大きさは個別のデザインに応じて決定される。一実施形態では、タービンエーロフォイルの高さが５ｃｍから約７．５ｃｍである場合、ボウルの最大深さは約３７ミルから約６４ミルの範囲であり、バルジ３８の高さは約４０ミル（１ｍｍ）から約４５０ミル（１１．４ｍｍ）の範囲である。
【００５１】
図１〜５はまた、バルジ３８が、横方向において概して半球形であり、また、リーディングエッジ２４に向かう前方方向およびトレーリングエッッジ２６に向かう後部方向の両方において概して凸形状であるような、複数の実施形態を示す。コンピュータ流体解析により渦強度が大きく低減されさらには渦が移動することが大きく低減することが予測されるような例示の実施形態では、エーロフォイル列のリーディングエッジ２４の間を円周方向に延在する軸方向平面では、バルジ３８は、その凸形状の前方部分および後部部分の間の断面が円錐形である。図１〜５に示される例示のボウル４０は、各エーロフォイル１４の吸込側に直接に隣接して配置される最大深さの起点から横方向において概して凹形状である。ボウル４０はバルジ３８と同様に概して半球形であるが、エーロフォイルの吸込側２２に中心を有する凹形状である。
【００５２】
バルジ３８およびボウル４０を含むスカラップ形状のプラットフォーム１６は、好適には、例えば最大約５０ミル（１．３ｍｍ）の従来のサイズの適切に小さいフィレットのところでエーロフォイル１４の底部端部に接合されなければならない。別の実施形態では、フィレットはブレードのスパンの約０．１％から約５０％であってよい。フィレットが、実際のデザイン、性能および構造負荷に対して最適化されなければならないことが企図される。これは当業者の知識の範囲内である。
【００５３】
バルジ３８およびボウル４０は、リーディングエッジ２４の後部またはリーディングエッジ２４の前方のいずれかで始まってよく、横方向においてそれらの間に、それらの間のゼロ高さの輪郭に沿う軸方向の弓形溝またはチャネル４２を形成または画定する。溝付きチャネル４２は、隣接するエーロフォイル１４の間の個別のプラットフォーム１６に沿って軸方向に延在し、リーディングエッジ２４付近から始まってトレーリングエッジ２６のところで終端するが、所望される場合は、プラットフォーム１６の利用可能な表面空間内でトレーリングエッッジ２６の後部で終端する。
【００５４】
ゼロ高さの輪郭は単一の線であるか、または、バルジ３８とボウル４０との間の適切な幅のランドであってよい。ランドの実施形態では、凸形状のバルジ３８は、好適には、ランドとの移行部が凹形状である変曲領域を介してランドの一方の側と交差する。凹形状のボウル４０は、好適には、ランドとの移行部が凸形状である別の変曲領域を介してランドのもう一方の側と交差する。
【００５５】
図に示される例示のタービンステージはタービンロータステージとして構成されることから、個別のプラットフォーム１６は各エーロフォイル１４の底部に一体に接合され、その下方には対応するタブテール１８（図１）があり、複数のプラットフォーム１６が、燃焼ガス流れ１２のための径方向内側境界または端壁を共同で画定する。したがって、各プラットフォーム１６は、隣接プラットフォームに軸方向分割線５６のところで隣接し、この分割線５６は、相補的な第１のボウル部分５２および第２のボウル部分５４内で、軸方向においてリーディングエッジ２４とトレーリングエッジ２６との間にあるエーロフォイル間ボウル４８を分岐または分割させる。これは図２および５に最もよく示されており、ここでは、プラットフォーム１６は、エーロフォイル１４の反対側の圧力側２０および吸込側２２から延在する複数の部分を有する。バルジ３８は主としてプラットフォーム１６の圧力側２０に配置される。プラットフォーム１６の吸込側部分２２は、プラットフォーム１６の表面の大部分に跨がって延在する第１のボウル部分５２を含む。
【００５６】
しかし、第１のボウル部分５２は、次の隣接するプラットフォーム１６の圧力側２０上のバルジ３８に一体に形成される相補的な第２のボウル部分５４から軸方向分割線５６により分断される。１つのプラットフォーム１６上の第１のボウル部分５２は次の隣接するプラットフォーム１６上の第２のボウル部分５４と相補的であり、これらは共同で、１つのエーロフォイル１４の吸込側２２からバルジ３８まで、さらには次の隣接するエーロフォイル１４の圧力側２０に沿ったその隆起部まで延在する単一のボウル４０を画定する。
【００５７】
軸方向分割線５６は全体のタービン列ステージの円周方向における連続性を分断し、鋳造などの従来の手法により各タービンブレードが個別の製造されるのを可能にする。エーロフォイル１４、プラットフォーム１６およびダブテール１８を含むタービンブレードの全体の構成が従来の手法で鋳造され得、また、実用可能である場合にはそのスカラップ形状のフィーチャもその中で一体に鋳造され得る。
【００５８】
別法として、プラットフォーム１６は、バルジ３８のための局所的に隆起する部分を含む公称上軸対称のプラットフォームを用いて鋳造されてもよく、この隆起部分は、後で、バルジ３８およびボウル４０の最終的な輪郭を含めてスカラップ形状のプラットフォーム１６の３Ｄ輪郭を形成するために従来の放電加工（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｍａｃｈｉｎｉｎｇ（ＥＤＭ））または電解加工（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍａｃｈｉｎｉｎｇ（ＥＣＭ））を用いて機械加工され得る。
【００５９】
図２および４に示されるエーロフォイル１４の吸込側２２上のボウル部分４８の勾配線は概して円周方向に延びることから、３Ｄボウル輪郭は所望される場合に２Ｄ輪郭へと変更され得、この２Ｄ輪郭は、従来の鋳造金型の半体を使用して鋳造を行うのをより容易にするために円周方向に線形的に変化する。
【００６０】
図１〜５に示されるスカラップ形状のプラットフォームの大きな特徴は、流れ通路３６内に最大高さを有するように設けられる局所的に隆起するバルジ３８であり、ここでは、上流側のエーロフォイルからの空気のオーバーターンに対応することおよび馬蹄渦を弱めることを目的として、最大深さがエーロフォイル１４の圧力側に隣接したり接触したりすることがない。好適には、各バルジ３８は、圧力側２０に沿ったリーディングエッジ２４の前方または後部のいずれかからトレーリングエッジ２６までの大部分を延在し、横方向において、吸込側２２の大部分に跨がって延在する相補的なボウル４０と交差する。
【００６１】
一実施形態では、バルジ３８は、リーディングエッジ２４の後部の入射する燃焼ガス１２の自然な分岐点を中心とする。代替の実施形態では、バルジ３８は、リーディングエッジ２４の前方の入射する燃焼ガス１２の自然な分岐点を中心とする。各エーロフォイルの輪郭ならびにその捻れ位置または角度位置は設計用途ごとに選択され、ここでは、エーロフォイルのリーディングエッジ２２が、最初に、通常は軸方向の中心線軸から斜角のところで燃焼ガスを受け、この燃焼ガス１２はエーロフォイル１４の間の湾曲した流れ通路３６を通過して流れるときに旋回する。入射する燃焼ガス１２の自然な分岐点は、エーロフォイル１４の圧力側２０または吸込側２２のいずれかの上の隣接するリーディングエッジ２４に対して、そのリーディングエッジの前方または後部において緊密に隣接するように位置合わせされ得る。
【００６２】
したがって、個別の設計用途に応じて、バルジ３８の中心を自然な分岐箇所に合わせることができる。このように位置決めされるバルジ３８および相補的なボウル４０は以下のことを目的として相乗作用をもって互いに協働するようにタービンロータブレードの径方向内側プラットフォーム１６に具体的に導入され得る：それらの間の空気のオーバーターンの強度を低下させること、および、リーディングエッジ２４の周りに広がってリーディングエッジ２４に巻き付くような、流れ通路３６を通って下流に流れる馬蹄渦の強度を低下させること。
【００６３】
スカラップ形状のプラットフォーム１６は局所的な流れ加速度を低下させ、エーロフォイルの吸込側２２に向かうように馬蹄渦１５および二次流れ構造１５を移動させる圧力勾配を変化させる。渦強度を低下させることと圧力勾配を変化させることとの組み合わせにより、エーロフォイルの吸込側２２に向かう渦１５および１７の移動が弱まり、エーロフォイルのスパンに沿ってこれらの渦が移動する傾向が軽減され、それに対応してタービン効率の圧力損失も低減される。また、一実施形態では、エーロフォイル１４が対称のエーロフォイルであってもよく、これらの図に示されるような凹形状表面および凸形状表面を有するエーロフォイルのみに限定されないことに留意されたい。
【００６４】
上記で考察した図１〜６に示される実施形態と同様の別の例示の実施形態が図７に描かれる。しかし、図７に示される実施形態では、トレーリングエッジの隆起部５０がエーロフォイル１４のトレーリングエッッジ２６のところに配置される。上記で考察したバルジ３８と同様に、トレーリングエッジの隆起部５０は、径方向内側端壁を画定するプラットフォーム１６から流れ通路３６内へと上方（＋）に上昇するバルジ形状またはスカラップ形状のプラットフォームである。
【００６５】
図７に描かれる実施形態では、トレーリングエッジの隆起部５０は、バルジ３８およびボウル４０を有する構成で示される。採用されるスカラップ形状の表面の組み合わせは質量流量などの運転パラメータおよび設計パラメータごとに選択されることから、この点に関して本開示は限定されない。
【００６６】
バルジ３８に関する考察と同様に、トレーリングエッッジの隆起部５０は流れ通路３６内へと上昇する。図７の、トレーリングエッジ２６に隣接する輪郭線で示されるように、隆起部５０の傾斜はバルジ３８の傾斜より急勾配である。しかし、別の例示の実施形態では、この傾斜はバルジ３８の傾斜と同等であってもよく、またはバルジ３８の傾斜より緩くてもよい。
【００６７】
さらに、例示の一実施形態では、トレーリングエッジ２６に近接する隆起部５０の構造が最も急勾配の傾斜を有し、一方で、プラットフォーム１６に沿うトレーリングエッジ２６からの距離が増加するにつれて傾斜部が緩くなり、より段階的になることから、プラットフォーム１６の表面までより段階的で滑らかな移行部が形成される。
【００６８】
トレーリングエッジの隆起部が存在することにより、端壁付近のエーロフォイルの負荷を改善することができる。このように改善されることにより、揚力を増大させることができ、馬蹄渦および二次流れ構造を変化させることができ、衝撃構造および付随する損失を変化させることができ、さらには、熱伝達を改善することができる。
【００６９】
トレーリングエッジの隆起部５０をエーロフォイル１４のトレーリングエッッジ２６およびプラットフォーム１６に交差させることにより、エーロフォイル１４の空力学的効率を向上させることができ、それによりタービン全体の空気力学的効率を向上させることができる。すなわち、トレーリングエッジの隆起部５０が、エーロフォイル１４を形成するエーロフォイルの空力学的負荷のための領域を増大させる働きをすることができる。負荷を支持することができる領域を追加することにより、タービンの運転性能を向上させることができ、それにより、タービンから抽出される仕事を増大させることができる。
【００７０】
別の言葉で説明すると、この実施形態のトレーリングエッジの隆起部５０が、端壁付近のエーロフォイル１４のソリ曲線を伸長させる働きをすることができる。したがって、トレーリングエッジ２６を上回る追加の負荷を支持することができる。この追加の負荷の空気力学的効果はエーロフォイル１４のオーバーキャンバリング（ｏｖｅｒｃａｍｂｅｒｉｎｇ）として機能することであり、ここでは、端壁の負荷が、エーロフォイル１４の通路中央付近で低減され、トレーリングエッジ２６付近で増加する。したがって、端壁付近では、速度が低下し、オーバーターンが強化され、主タービン流れの向きがスパン中央区間に向かうように変更される。
【００７１】
この効果的なオーバーキャンバー（ｏｖｅｒｃａｍｂｅｒ）により、低減摩擦が低減され、二次流れが低減される。このように、エーロフォイル１４全体を修正することなく、タービン内でオーバーキャンバリング効果を得ることができる。
【００７２】
さらに、トレーリングエッッジの隆起部５０が存在することにより、エーロフォイル１４のトレーリングエッジ２６のところの運転温度プロフィールを操作することが可能となる。この理由は、二次流れを（上述したように）修正することにより、通常の場合には端壁に接触する流れ内に高温コアを発生させる可能性がある対流混合および／または熱伝達を変化させることができ、すなわちそのような対流混合および／または熱伝達を低減することができるからである。エーロフォイル１４のトレーリングエッジ２６は高い温度が集中する場所である場合があり、その場合、トレーリングエッジ２６のところのブレードおよび端壁の構造性能が制限される可能性がある。本開示のこの態様により、トレーリングエッジの隆起部５０を介して温度プロフィールを操作することが可能となる。したがって、熱的分布を所望される通りに得ることができ、また、熱的分布を所望される通りに最適化することができ、それにより冷却の必要性を軽減することができる。
【００７３】
トレーリングエッジの隆起部５０の形状およびスカラップ形状の輪郭は、バルジ３８およびボウル４０と共に使用されるか否かに関わらず、ブレード２０およびタービンの性能を最適化するように決定される。例えば、隆起部５０の形状は、空気力学的性能または耐久性のいずれかまたは両方に対して、所望される性能パラメータおよび性能特性に応じて最適化される。
【００７４】
図７に示されるように、トレーリングエッッジの隆起部はエーロフォイル１４のトレーリングエッジ２６に直接に隣接する。また、これらの図に示される実施形態では、トレーリングエッジの隆起部５０はエーロフォイルの吸込側２２および圧力側２０の両方に隣接する。別の実施形態では、トレーリングエッジの隆起部５０は示されるようにトレーリングエッジ２６に隣接してそのトレーリングエッジ２６から延在し、設計パラメータおよび運転パラメータに応じて圧力側２０または吸込側２２の一方のみに隣接する。別の代替の実施形態では、トレーリングエッッジの隆起部５０は示されるようにトレーリングエッジ２６に隣接してそのトレーリングエッジ２６から延在するが、圧力側２０または吸込側２２のいずれにも隣接しない。
【００７５】
別の例示の実施形態では、追加のボウルおよび／またはバルジ（図示せず）が、隆起部５０の下流側のある場所の表面１６上に配置される。このような実施形態では、ボウルおよび／またはバルジは渦を抑制するのを補助することができ、またはそれ以外でも、本開示の種々の実施形態の運転パラメータおよび性能パラメータを最適化するのを補助することができる。
【００７６】
図７に示される実施形態では、トレーリングエッジの隆起部５０の最大高さ（すなわち、プラットフォーム１６の上方のプラス（＋）方向の変位）はトレーリングエッッジ２６のところにあり、隆起部５０の高さは、隆起部５０がエーロフォイル１４の表面から離れるにつれて、減少する。隆起部５０は、効率的構造および熱負荷分布に影響するように表面１６へと滑らかに移行する。バルジ３８およびボウル４０のスカラップ形状の表面が存在するような一実施形態では、隆起部５０は、これらの表面と、設計目的および性能目的のために最適化された基準表面とに滑らかに移行する。
【００７７】
一実施形態では、トレーリングエッッジの隆起部５０の最大高さはバルジ３８の最大高さに一致し、バルジ３８は、入ってくる燃焼ガス１２の境界層の厚さに概して等しい最大高さを有する（上の考察を参照されたい）。しかし、多様な運転パラメータに基づき、隆起部５０の高さは、バルジ３８の高さより高くてもよく、またはバルジ３８の高さより低くてもよいことが企図される。
【００７８】
例示の一実施形態では、バルジ３８およびボウル４０と同様に、トレーリングエッジの隆起部５０は、エーロフォイル１４の底部端部およびトレーリングエッジ２６を、必要となる構造健全性および性能を提供するのに適切なフィレットタイプの構造物に接合させる。
【００７９】
上記で考察したように、一実施形態では、プラットフォーム１６は各エーロフォイルの底部に一体に接合される。上述したトレーリングエッジの隆起部５０の用いた実施形態の製造法は上記で考察した製造法と同様であってよい。すなわち、エーロフォイル、プラットフォームおよびダブテールを含めた、タービンブレードの全体の構成が従来の手法で鋳造され得、また、実用可能である場合には隆起部５０を含めたスカラップ形状のプラットフォームもその中で一体に鋳造され得る。別法として、プラットフォームは、隆起部のための局所的に隆起する部分を含む公称上軸対称のプラットフォームを用いて鋳造されてもよく、この隆起部分は、後で、隆起部の最終的な輪郭を含めてスカラップ形状のプラットフォームの３Ｄ輪郭を形成するために従来の放電加工（ＥＤＭ）または電解加工（ＥＣＭ）を用いて機械加工され得る。もちろん、本開示の種々の実施形態はこの点に関して限定されないことから、使用されている別の既知の製造方法もすべて採用され得る。
【００８０】
例示の一実施形態では、隆起部５０の向きは、エーロフォイル形状のための平均のソリ曲線に従うように設定される。しかし、隆起部５０向きおよび全体の形状ならびにその輪郭が、所望される運転パラメータおよび性能パラメータが得られるように、最適化されることから、本開示はこの点に関して限定されない。このような最適化を実施することは十分に当業者の能力の範囲内にある。
【００８１】
スカラップ形状のプラットフォームをタービンロータに対して上記で開示してきたが、このスカラップ形状のプラットフォームはタービンノズルにも適用され得る。タービンノズルでは、タービン静翼が、中心線軸周りの円形プロフィールが通常は軸対称である径方向外側端壁またはバンドおよび径方向内側端壁またはバンドに一体に装着される。内側バンドおよび外側バンドの両方は、タービンノズル静翼の両端部で発生する対応する二次渦の悪影響を低減してそれにより空気力学的負荷および効率を向上させかつ同時に有益な熱分布を実現するための、上記で開示した形と同様の形のスカラップ形状であってよい。
【００８２】
したがって、このスカラップ形状のプラットフォームは、任意のタイプのタービンエンジンにおいて、任意のタイプのタービンエーロフォイルに対して空気力学的効率を向上させるために使用され得る。別の実施例には、エーロフォイルがロータディスクの周囲部に一体に形成されるようなタービンロータブリスクが含まれる。低圧タービンブレードが一体の外側シュラウドを含むことができ、この一体の外側シュラウドには、スカラップ形状のプラットフォームも導入され得る。さらに、蒸気タービンブレードおよび静翼も、それらの対応する底部端部のところにスカラップ形状のプラットフォームを含むことができる。さらに、ポンプ、送風機、タービンなどの別の同様の用途において、種々の実施形態が採用され得る。この点に関して、本開示の実施形態は限定されない。
【００８３】
現時点において、現代のコンピュータ流体力学により、タービン効率を向上させることを目的として渦を低減させるためのスカラップ形状のプラットフォームの種々の並びを評価することが可能である。バルジ、隆起部およびボウルの個別の輪郭は特定のデザインごとに多様であるが、燃焼ガスがエーロフォイルのリーディングエッジ上に分割されるときに発生する渦の悪影響と、空気力学的負荷が低下することの悪影響と、望ましくない熱分布の悪影響とを具体的に低減するための、リーディングエッジの後部にあるエーロフォイル圧力側上の隆起したバルジの形状と、バルジと交差する吸込側に沿った窪んだボウルの形状と、エーロフォイルのトレーリングエッッジのところにある隆起部の形状は同様のままである。
【００８４】
種々の実施形態では、バルジ、ボウルおよび隆起部は、本明細書で説明したフィレット構造を介して、それぞれが互いに、さらにはエーロフォイルに交差する。例えば、バルジおよびボウルがフィレットを用いて互いに交差し、トレーリングエッジの隆起部およびボウルが互いに交差する。当然、必要に応じて、全体の輪郭、交差方式およびフィレット構造は最適化され得る。
【００８５】
好適とみなされる本開示の例示の実施形態を本明細書で説明してきたが、本明細書の教示から当業者には本開示の別の修正形態が明白となり、したがって、本開示の真の精神および範囲の範囲内にあるそのようなすべての修正形態が添付の特許請求の範囲で保護されることが望まれる。
【符号の説明】
【００８６】
１０  ロータブレード
１２  燃焼ガス
１３  コア流れ
１４  エーロフォイル
１５  一対の逆回転する馬蹄渦
１６  プラットフォーム／端壁
１７  コーナー渦
１８  軸方向エントリーダブテール
１９  パージ流れ
２０  圧力側
２２  吸込側
２４  リーディングエッジ
２６  トレーリングエッジ
２８  内部冷却回路
３０  冷却空気
３２  膜冷却孔の列
３４  一列のトレーリングエッジ冷却孔
３６  流れ通路
３８  バルジ
４０  ボウル
４２  溝付きチャネル
５０  トレーリングエッッジの隆起部
５２  第１のボウル部分
５４  第２のボウル部分
５６  軸方向分割線
【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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