(57)【要約】【課題】  タービンロータブレードにおける内部冷却構成を提供する。【解決手段】  タービンロータブレードは、正圧面と負圧面との間に定められる翼形部と、外側表面から突出するシールレールと該シールレール上に形成されたカッター歯とを含む先端シュラウドと、ロータブレードの内部を通して冷却媒体を受けかつ方向付けるための冷却チャネルを含む冷却構成とを含む。冷却チャネルは、流体接続されたセグメントを含み、該セグメントにおいて、供給セグメントが翼形部を通って半径方向に延び、カッター歯セグメントがシールレールのカッター歯内に形成され、分岐セグメントが先端シュラウド及び翼形部の外側領域のうち少なくとも１つの中に形成される。分岐セグメントの各々は、カッター歯セグメントに接続される上流ポートとターゲット表面領域上に形成された出口ポートとの間に延びて、分岐セグメントはターゲット内部領域を横断する。【選択図】      図８
2017110658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン（１０）のタービン（１２）のためのロータブレード（１４、１６）であって、
凹型正圧面（２６）と横方向に対向する凸型負圧面（２７）との間に定められる翼形部（２５）であって、前記正圧面及び前記負圧面は対向する前縁（２８）と後縁（２９）との間に軸方向に延び、かつ、対向する外側先端（３１）と前記ロータブレードをロータディスクに結合するよう構成された根元（２１）に取り付ける内側端部との間に軸方向に延びる、翼形部と、
前記翼形部の前記外側先端に接続され、外側表面（４４）から突出するシールレール（４２）と前記シールレール上に形成されたカッター歯（４３）とを含む、先端シュラウド（４１）と、
前記ロータブレードの内部を通して冷却媒体を受けかつ方向付けるための冷却チャネル（３７）を含む冷却構成（３６）と、
を含み、
前記冷却チャネルは流体接続されたセグメントを含み、前記セグメントにおいて、
供給セグメント（７２）が前記翼形部を通って半径方向に延び、
プレナムセグメント（７３）が前記シールレール内に形成され、
分岐セグメント（７４）が前記先端シュラウド及び前記翼形部の外側領域の少なくとの１つの中に形成され、
前記分岐セグメントの各々は、前記カッター歯セグメントに接続する上流ポートとターゲット表面領域上に形成された出口ポート（７５）との間に延びて、それらの間でターゲット内部領域を横断する、
ことを特徴とするロータブレード。
【請求項２】
前記プレナムセグメントは、前記シールレールの前記カッター歯内に形成されたカッター歯セグメントを含み、
前記先端シュラウドは、前記翼形部の前記外側先端に支持された軸方向かつ円周方向に延びる構成要素を含み、
前記先端シュラウドは、前記先端シュラウドの半径方向厚さにわたって前記外側表面に対向する内側表面と、前記内側表面を前記外側表面に接続する、前記先端シュラウドの外側輪郭を定める縁とを含み、
前記シールレールは、前記先端シュラウドの前記外側表面から半径方向外向きに突出しかつ前記ロータブレードの回転方向において円周方向に延び、
前記カッター歯は、軸方向に広げられた前記シールレールの円周方向セクションを含み、前記軸方向の拡張は、前記先端シュラウドの前記外側表面と前記シールレールの前記外側縁との間に半径方向に延びる、
ことを特徴とする、請求項１に記載のロータブレード。
【請求項３】
前記ロータブレードは、前記翼形部の表面と前記先端シュラウドの前記内側表面との間で円滑に移行するように構成された内側フィレット領域を含み、
前記ロータブレードは、前記先端シュラウドの前記外側表面と前記シールレールの前方面との間及び前記先端シュラウドの前記外側表面と前記シールレールの後方面との間で円滑に移行するように構成された外側フィレット領域を含み、
前記先端シュラウドは、
前記シールレールから前方に延びて前記翼形部の前記前縁からオーバーハングする前方部分、及び前記シールレールから後方に延びて前記翼形部の前記後縁からオーバーハングする後方部分と、
前記翼形部の前記正圧面から片持ち状にされ、オーバーハングする正圧部分、及び前記翼形部の前記負圧面から片持ち状にされ、オーバーハングする負圧部分と、
前記先端シュラウドを通って半径方向に突出する前記翼形部の輪郭の外形内に定められる翼形部分と、
を含むことを特徴とする、請求項２に記載のロータブレード。
【請求項４】
前記シールレールは対向するレール面を含み、
前記シールレールの前方面は前記タービンの前方向に対応し、
前記シールレールの後方面は前記タービンの後方向に対応し、
前記シールレールの前記前方面及び前記後方面の各々は、前記先端シュラウドの前記外側表面に対して急角度で配置されることを特徴とする、請求項３に記載のロータブレード。
【請求項５】
前記シールレールは、略矩形の輪郭を含み、前記シールレールの前記前方面及び前記後方面は、
内側縁が前記シールレールと前記先端シュラウドの前記外側表面との接続部に定められ、外側縁が前記シールレールの半径方向高さだけ前記先端シュラウドの前記外側表面からオフセットされる、対向する外側縁及び内側縁と、
回転方向前縁が前記ロータブレードの前記回転方向に対して回転方向後縁に先行する、回転方向前縁及び回転方向後縁と
を含む狭い縁に沿って接続することを特徴とする、請求項４に記載のロータブレード。
【請求項６】
前記ターゲット表面領域は、
前記翼形部の前記正圧面、
前記翼形部の前記負圧面、
前記内側フィレット領域に対応する表面領域、
前記外側フィレット領域に対応する表面領域、
前記先端シュラウドの前記内側表面、
前記先端シュラウドの前記縁、
前記シールレールの前記回転方向前縁、
前記シールレールの前記回転方向後縁、
前記シールレールの前記前方面、及び
前記シールレールの前記後方面
のうちの少なくとも２つを含むことを特徴とする、請求項５に記載のロータブレード。
【請求項７】
前記ターゲット内部領域は、
前記翼形部の前記外側領域、
前記内側フィレット領域、
前記外側フィレット領域、
前記先端シュラウドの前記前方部分、
前記先端シュラウドの前記後方部分、
前記先端シュラウドの前記正圧部分、
前記先端シュラウドの前記負圧部分、
前記先端シュラウドの前記翼形部分、及び
前記シールレール
のうちの少なくとも２つを含むことを特徴とする、請求項５に記載のロータブレード。
【請求項８】
前記ターゲット表面領域は、
前記翼形部の前記正圧面、
前記翼形部の前記負圧面、
前記内側フィレット領域に対応する表面領域、
前記外側フィレット領域に対応する表面領域、
前記先端シュラウドの前記内側表面、
前記先端シュラウドの前記縁、
前記シールレールの前記回転方向前縁、
前記シールレールの前記回転方向後縁、
前記シールレールの前記前方面、及び
前記シールレールの前記後方面
のうちの少なくとも２つを含み、
前記ターゲット内部領域は、
前記翼形部の前記外側領域、
前記内側フィレット領域、
前記外側フィレット領域、
前記先端シュラウドの前記前方部分、
前記先端シュラウドの前記後方部分、
前記先端シュラウドの前記正圧部分、
前記先端シュラウドの前記負圧部分、
前記先端シュラウドの前記翼形部分、及び
前記シールレール
のうちの少なくとも２つを含む、
ことを特徴とする、請求項５に記載のロータブレード。
【請求項９】
前記カッター歯セグメントは、
前記カッター歯内に全体が包含されたプレナムと、
前記シールレールの円周方向中間領域における位置と、
そこから分岐する前記分岐セグメントの各々の流れ断面積より大きい流れ断面積と、
そこに接続する前記供給セグメントの流れ断面より大きい流れ断面積と、
を含み、
前記供給セグメントは、
前記ロータブレードの前記根元を通って形成され、そこで前記供給セグメントは空気供給源に流体接続する上流端、及び前記カッター歯セグメントに流体接続する下流端と、
前記翼形部を通る半径方向向きの直線経路と、
を含み
前記分岐セグメントは、前記作動流体流路と流体連通する出口ポートを含む、
ことを特徴とする、請求項８に記載のロータブレード。
【請求項１０】
前記分岐セグメントの流れ断面積は、前記ターゲット内部領域を通る冷却媒体の所望の調量に従った大きさにされ、
正圧内側フィレット領域は、前記翼形部の前記正圧面と前記先端シュラウドの前記内側表面との間に前記内側フィレット領域を含み、
負圧内側フィレット領域は、前記翼形部の前記負圧面と前記先端シュラウドの前記内側表面との間に前記内側フィレット領域を含み、
前方外側フィレット領域は、前記シールレールの前記前方面と前記先端シュラウドの前記外側表面との間に前記外側フィレット領域を含み、
後方外側フィレット領域は、前記シールレールの前記後方面と前記先端シュラウドの前記外側表面との間に前記外側フィレット領域を含む、
ことを特徴とする、請求項８に記載のロータブレード。
【請求項１１】
前記先端シュラウドの前記外側輪郭は、同一に構成されたロータブレードの列に組み込む際に隣り合うロータブレードの先端シュラウドと係合するためのノッチ付きセクションを含み、
前記シールレールは、前記先端シュラウドの前記外側表面の概ね円周方向長さ全体にわたって延び、前記先端シュラウドの前記円周方向長さは、前記回転方向における前記先端シュラウドの長さを含む、
ことを特徴とする、請求項８に記載のロータブレード。
【請求項１２】
前記カッター歯は、前記先端シュラウドの前記外側表面の前記翼形部分内に配置され、
前記カッター歯は矩形の輪郭を含み、
前記カッター歯は、前記冷却チャネルの前記カッター歯セグメントの流れ断面積に対応する拡大した容積を含む、
ことを特徴とする請求項８に記載のロータブレード。
【請求項１３】
前記分岐セグメントは、少なくとも１つが前記回転方向に向かって延びかつ１つが前記回転方向から離れるように延びるように円周方向に延びる複数の分岐セグメントを含むことを特徴とする、請求項８に記載のロータブレード。
【請求項１４】
前記複数の円周方向に延びる分岐セグメントの各々は、内側傾斜を含み、
前記複数の円周方向に延びる分岐セグメントの前記ターゲット表面領域は、前記プラットフォームの前記内側表面を含む、
ことを特徴とする、請求項１３に記載のロータブレード。
【請求項１５】
前記複数の円周方向に延びる分岐セグメントの前記ターゲット表面領域は、前記内側フィレット領域に関連する表面領域を備える、ことを特徴とする請求項１３に記載のロータブレード。
【請求項１６】
前記複数の円周方向に延びる分岐セグメントの前記ターゲット表面領域は、前記正圧内側フィレット領域及び前記負圧内側フィレット領域の両方に関連する表面領域を含むことを特徴とする、請求項１３に記載のロータブレード。
【請求項１７】
前記複数の円周方向に延びる分岐セグメントの前記ターゲット内部領域は、前記正圧内側フィレット領域及び前記負圧内側フィレット領域の両方を含むことを特徴とする、請求項１３に記載のロータブレード。
【請求項１８】
前記複数の円周方向に延びる分岐セグメントの前記ターゲット表面領域は、前記シールレールの前記回転方向前縁及び前記回転方向後縁の両方を含むことを特徴とする、請求項１３に記載のロータブレード。
【請求項１９】
前記複数の円周方向に延びる分岐セグメントの少なくとも１つは、表面近傍フォークを含むように構成された前記出口ポートを含み、
前記表面近傍フォークは、前記シールレールの前記回転方向前縁及び前記シールレールの前記回転方向後縁のうちの１つの上に形成された前記出口ポートの対応するものに接続するタインを含むことを特徴とする、請求項１３に記載のロータブレード。
【請求項２０】
前記複数の円周方向に延びる分岐セグメントの少なくとも１つは、表面近傍フォークを含むように構成された前記出口ポートを含み、
前記表面近傍フォークは、前記ターゲット表面領域のうちの少なくとも２つの上に形成された前記出口ポートの対応するものに接続するタインを含む、
ことを特徴とする、請求項１３に記載のロータブレード。
【請求項２１】
前記表面近傍フォークの第１のタインは、前記先端シュラウドの前記縁上に形成された前記出口の１つに接続し、
前記表面近傍フォークの第２のタインは、前記先端シュラウドの前記内側表面上に形成された前記出口の１つに接続する、
ことを特徴とする、請求項２０に記載のロータブレード。
【請求項２２】
前記表面近傍フォークの第１のタインは、前記シールレールの前記回転方向前縁及び前記回転方向後縁の１つの上に形成された前記出口の１つに接続し、
前記表面近傍フォークの第２のタインは、前記シールレールの前記前方面及び前記後方面の１つの上に形成された前記出口の１つに接続する、
ことを特徴とする、請求項１３に記載のロータブレード。
【請求項２３】
タービンにおけるロータブレードの列を有するガスタービンであって、前記ロータブレードの列は、複数のロータブレードを含み、前記ロータブレードの各々は、
凹型正圧面（２６）と横方向に対向する凸型負圧面（２７）との間に定められる翼形部（２５）であって、前記正圧面及び前記負圧面は対向する前縁（２８）と後縁（２９）との間に軸方向に延び、かつ、対向する外側先端（３１）と前記ロータブレードをロータディスクに結合するよう構成された根元（２１）に取り付ける内側端部との間に軸方向に延びる、翼形部と、
前記翼形部の前記外側先端に接続され、外側表面（４４）から突出するシールレール（４２）と前記シールレール上に形成されたカッター歯（４３）とを含む、先端シュラウド（４１）と、
前記ロータブレードの内部を通して冷却媒体を受けかつ方向付けるための冷却チャネル（３７）を含む冷却構成（３６）と、
を含み、
前記冷却チャネルは流体接続されたセグメントを含み、前記セグメントにおいて、
供給セグメント（７２）が前記翼形部を通って半径方向に延び、
プレナムセグメント（７３）が前記シールレール内に形成され、
分岐セグメント（７４）が前記先端シュラウド及び前記翼形部の外側領域の少なくとの１つの中に形成され、
前記分岐セグメントの各々は、前記カッター歯セグメントに接続する上流ポートとターゲット表面領域上に形成された出口ポート（７５）との間に延びて、それらの間でターゲット内部領域を横断する、
ことを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、ガスタービンエンジンのブレードにおける内部冷却チャネル及び構成に関する。より具体的には、限定としてではなく、本出願は、タービンロータブレードの外側半径方向先端付近に形成された内部冷却チャネル及び構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼つまりガスタービンエンジン（「ガスタービン」）は、圧縮機と、ブレードの列が軸方向に段に積み重なったタービンセクションをと含むことが理解されるであろう。各段は、固定された、円周方向に離間されたステータブレードの列と、中央タービン軸線つまり軸の周りを回転するロータブレードの列とを含む。一般的に、運転時は、圧縮機ロータブレードは軸の周りを回転し、ステータブレードと協働して、空気の流れを圧縮する。次いで、圧縮空気の供給物が燃焼器で用いられ、燃料の供給物を燃焼させる。結果として得られる、燃焼による高温膨張ガスの流れ、すなわち作動流体は、エンジンのタービンセクションを通って膨張する。タービンを通る作動流体の流れは、ステータブレードからロータブレードへと方向を変えて回転を引き起こす。ロータブレードは、該ロータブレードの回転が軸を回転させるように、中心軸に接続される。このような様式で、燃料に含有されるエネルギーは回転する軸の機械的エネルギーに変換され、例えば、これを用いて、圧縮機のロータブレードを回転させることができ、その結果、燃焼に必要な圧縮空気の供給物が生成され、また発電機のコイルにより電力を発生させる。運転中、高温ガス経路の極めて高い温度、作動流体の速度、及びエンジンの回転速度のため、タービン内のブレードは、過酷な機械的及び熱的負荷により非常に高い応力を受ける。
【０００３】
効率的かつ費用対効果の高いガスタービンのエンジニアリングは、継続的かつ重要な目的である。ガスタービンの効率を増大させる幾つかの戦略が知られているが、例えばエンジンのサイズの増大、高温ガス経路を通る温度の上昇、及びロータブレードの回転速度の増加を含む選択肢は、一般的に、既に非常に高い応力を受けているブレード及び高温ガス経路構成要素の部品に付加的な歪みを与えるため、依然として厳しい目的である。結果として、タービンブレードにかかる運転上の応力を低減させ、又はタービンブレードがこれら応力によりよく耐えることを可能にし、それによりエンジンがより効率的に動作することができる、改良された装置、方法又はシステムは、技術的改良に対する重要な領域のままである。
【０００４】
ブレードにかかる応力を緩和するための１つの戦略は、運転中積極的にブレードを冷却するものである。そうした冷却により、ブレードがより高い燃焼温度及び機械的応力に耐えることが可能になり、それによりブレードの耐用年数が延び、一般的にエンジンをより費用効果が高いものにしかつ効率的に運転ができるようになる。運転中にブレードを冷却する１つの方法は、内部冷却チャネル又は回路を使用するものである。一般的に、これは圧縮機から得られた圧縮空気の比較的冷たい供給物を、内部冷却チャネルを通すことによる。多くの理由により、理解されるように、これらの内部冷却チャネルの設計及び製造には、多大な注意が必要である。
【０００５】
第１に、冷却空気の使用は、エンジンの効率を減少させる。具体的には、冷却目的のために分流される圧縮機からの空気は、他の場合には、燃焼工程で使用されたはずのものである。そのため、そうした空気の使用は、燃焼に対して利用できる空気を減らし、それにより全体の効率を引き下げる。これにより、冷却用の空気の使用を最小化するように、冷却チャネルが非常に効率的であることが求められる。第２に、より新しいブレードの設計は、積極的形状の空力学的構成を必要とし、これはより薄く、より湾曲したつまり捻じれたものである。この新しいブレード構成は、より高品質の小型かつ効率の良いチャネルを設ける。また、これらの新しい設計により、従来の手法を用いる伝統的な冷却チャネル構成の製造を妨げる又は制約する空間的制約条件を引き起こす。第３に、内部冷却チャネルは、軽量のロータブレードを促進しながら、依然として非常に高い負荷に耐えるのに十分な頑強な構成を与える必要がある。すなわち、冷却チャネル設計は、ブレード全体の重量を低減させための効果的方法であり、これにより効率が向上しかつ機械的負荷が低減するが、ブレードは依然として弾性のままである必要がある。従って、冷却チャネルは、材料及び重量の両方を減らすと同時に、構造的弾性を高めるように設計する必要がある。従って、内部配置は、部品寿命に悪影響を与え得る応力集中領域又は冷却不十分領域（つまり「ホットスポット」）を回避する必要もある。第４に、冷却構成は、吐出された冷却媒体が表面冷却、及び効果的、空力学的運転を促進するように設計する必要がある。具体的には、冷却チャネルは、典型的には、内部冷却チャネルを通した循環後に冷却媒体を作動流体流路に吐出するので、別の設計検討は、表面冷却のための吐出冷却媒体の使用、並びにそれに伴う空力学的損失の最小化に関与する。吐出された冷却媒体は、放出後にブレードの外側表面又は領域の冷却を与えることを期待されることが多く、これは内部冷却戦略に適合しかつ空力学的性能を考慮する必要がある。
【０００６】
理解されるように、これらの及び他の基準に従って、タービンブレード内の内部冷却構成の設計は、多くの複雑で競合する考慮事項を含むことが多い。１つ又はそれ以上の所望の性能基準を最適化又は強化しながら、一方で構造的堅牢性、部品耐用年数の延長、費用対効果の高いエンジン運転、及び冷却媒体の効果的使用を十分に促進する方法でこれらのバランスを図る新設計は、大幅な技術的進歩を示すものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第6152695号明細書
【発明の概要】
【０００８】
従って、本出願は、凹型正圧面と横方向に対向する凸型負圧面との間に定められる翼形部と、翼形部の外側先端に接続され、外側表面から突出するシールレールと該シールレール上に形成されたカッター歯とを含む先端シュラウドと、ロータブレードの内部を通して冷却媒体を受けかつ方向付ける冷却チャネルを含む冷却構成とを含むタービンロータブレードを記載する。冷却チャンネルは、流体接続されたセグメントを含み、該セグメントにおいて、供給セグメントが翼形部を通って半径方向に延び、カッター歯セグメントがシールレールのカッター歯内に形成され、分岐セグメントが先端シュラウド及び翼形部の外側領域のうち少なくとも１つの中に形成される。分岐セグメントの各々は、カッター歯セグメントに接続される上流ポートとターゲット表面領域上に形成される出口ポートとの間に延び、従って、分岐セグメントはターゲット内部領域を横断することができる。
【０００９】
本出願のこれら及び他の特徴は、図面及び添付する特許請求の範囲を参照しながら以下の好ましい実施形態の詳細な説明を精査することによって明らかになるであろう。
【００１０】
本発明のこれら及び他の特徴は、添付図面を参照しながら、本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明を詳細に検討することによって完全に理解され認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本出願の態様及び実施形態によるタービンロータブレードを含む例示的なガスタービンの概略図。
【図２】図１のガスタービンの圧縮機セクションの断面図。
【図３】図１のガスタービンのタービンセクションの断面図。
【図４】本出願の態様及び実施形態による内部冷却構成及び構造的配置を含む例示的なタービンロータブレードの側面図。
【図５】図４の線５−５に沿った断面図。
【図６】図４の線６−６に沿った断面図。
【図７】図４の線７−７に沿った断面図。
【図８】本出願の態様及び実施形態による先端シュラウド及び構成を含む例示的なタービンロータブレードの斜視図。
【図９】図８の先端シュラウドの拡大斜視図。
【図１０】本出願の態様及び実施形態による先端シュラウド及び構成を含むタービンロータブレードの取り付け配置の外側斜視図。
【図１１】本出願の態様及び実施形態による構成を含む先端シュラウドの外側斜視図。
【図１２】本出願の態様及び実施形態による内部冷却構成を含む先端シュラウドの斜視図。
【図１３】図１２の先端シュラウドの内面図。
【図１４】本出願の態様及び実施形態による代替的な内部冷却構成を含む先端シュラウドの斜視図。
【図１５】図１４の先端シュラウドの外面図。
【図１６】本出願の態様及び実施形態による代替的な内部冷却構成を含む先端シュラウドの斜視図。
【図１７】強化された構成要素の詳細を含む図１６の先端シュラウドの別の図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本出願の態様及び利点は、以下の説明において記載され、又は本説明から明らかになることができ、或いは、本発明を実施することによって理解することができる。ここで、その１つ又はそれ以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号を使用している。図面における同様の又は類似の記号及び説明を用いて、本発明の実施形態の同様の又は類似の部品を参照することができる。理解されるように、各実施例は、本発明の限定としてではなく、本発明の説明として与えられるものである。実際に、本発明の範囲又は趣旨から逸脱することなく、修正及び変形を作成できることは、当業者には明らかであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲に入る修正及び変形を網羅することが意図される。また、本明細書で述べられる範囲及び限度は、規定される限度内にある全ての部分範囲を含み、特に記載のない限り、限度自体を包含することを理解されたい。さらに、特定の用語が選択されて、本発明、その構成要素サブシステム及び部品を説明している。可能な限り、これら用語は、当技術分野において一般的な専門用語に基づいて選ばれている。さらに、このような用語は様々な解釈を生じることが多いことは理解されるであろう。例えば、単一の構成要素として本明細書で参照されるものが、他の箇所では複数の構成要素からなるものとして参照される場合があり、又は、複数の構成要素として本明細書で参照されるものが、他の箇所では単一の構成要素として本明細書で参照され場合がある。本発明の範囲を理解する際に、使用される特定の用語にのみ留意するのではなく、用語が幾つかの図に関連する方法、並びに、もちろん添付の特許請求の範囲における用語の厳密な使用を含む、参照され、説明される構成要素の構造、構成、機能、及び／又は使用に対しても留意すべきである。さらに、以下の例は、特定の形式のタスタービン又はタービンエンジンとの関連で提示されるが、本出願の技術は、関連する技術分野の当業者には理解されるように、限定なしに、他のカテゴリのタービンエンジンにも適用可能である。従って、特に記載のない限り、本明細書における「ガスタービン」という用語の使用は、広義のものであり、本発明を種々の形式のタービンエンジンに適用可能な限度におけるものであることを意図すると理解されたい。
【００１３】
タービンエンジン運転の特質を考慮すると、幾つかの用語が、その機能の特定の態様を説明するのに特に有用であることを理解することができる。それら用語及びその定義は、特に記載のない限り、以下の通りである。理解されるように、そうした用語は、ガスタービン又はその一次サブシステムのもの、すなわち圧縮機、燃焼器、又はタービンを説明若しくは特許請求する際にも、並びに、そこで使用するための構成要素若しくは部分構成要求を説明若しくは特許請求する際にも用いることができる。後者の場合、専門用語は、それらの構成要素がガスタービンエンジン又は一次サブシステム内で正しく据え付けられた及び／又は動作している状態を説明すると理解されたい。
【００１４】
従って、「前方」又は「後方」という用語は、ガスタービンの向きに対する方向を指し、より具体的には、圧縮機及びエンジンのタービンセクションの相対的位置決めを指す。従って、本明細書で用いられる場合、「前方」という用語は圧縮機側を指し、一方「後方」という用語はタービン側を指す。これら用語の各々は、エンジンの中心軸に沿った運動の方向又は相対的位置を示すのに用いられることが理解されるであろう。上述のように、これら用語は、タスタービン又はその一次サブシステムのもの、並びにその中に配置される構成要素若しくは部分構成要素の属性を説明するのに用いることができる。従って、例えば、ロータブレード等の構成要素が「前面」を有するものとして説明又は特許請求された場合、ガスタービンの向きにより定められる前方方向（つまり、燃焼器及びタービンサブシステムの位置）に向けられた面を指すものとして理解することができる。特に記載のない限り、この仮定は、以下の説明的な用語にも適用される。
【００１５】
「下流側」及び「上流側」という用語は、本明細書においては、通過する流れの方向（以下、「流向」）を基準とした特定の導管又は流路内の位置を示すのに用いられる。従って、「下流側」という用語は、流体が特定の導管を通って流れる方向を指すのに対し、「上流側」は、下流側と反対の方向を指す。これらの用語は、当業者には明らかなはずの通常のつまり予想される運転において導管を通る流向として理解されるものに関連していると解釈することができる。理解されるように、圧縮機及びガスタービンのタービンセクション内で、作動流体は下流に及び環状に成形された作動流体流路を通るように向けられ、この流路は通常ガスエンジンの中央かつ共通軸の周りに定められる。このように、圧縮機及びエンジンのタービンセクション内で、本明細書において使用されるように、「流向」という用語は、予想されるつまり正常な運転条件の際にエンジンの作動流体流路を通る作動流体の流れの理想的又は一般化された方向を表す基準方向を指す。従って、圧縮機及びタービンセクション内で、「流向」という専門用語は、ガスタービンの中心軸に平行かつ下流側つまり後方向に向けられる流れを指す。
【００１６】
従って、例えば、ガスタービンの作動流体流路を通る作動流体の流れは、空気が流向に従って圧縮機を通して加圧されるところから始まり、燃焼器内で燃料と共に燃焼させられると燃焼ガスになり、そして最後に、流向に従ってタービンを通過する際に膨張すると説明することができる。同様に、作動流体の流れは、ガスタービンの前方つまり上流端に向かって前方つまり上流位置で始まり、概ね下流つまり後方向に向かって移動し、そして最後にガスタービンの後方つまり下流端に向かって後方つまり下流位置で終端すると説明することができる。
【００１７】
運転中は、圧縮機及びタービンロータブレードなどガスタービンの多くの構成要素が回転するので、回転方向前方（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌｌｙ  ｌｅａｄ）及び回転方向後方（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌｌｙ  ｔｒａｉｌ）という用語は、エンジン内の予想される回転に従う部分構成要素又は部分領域の相対的位置を描写するために用いることができる。従って、理解されるように、これらの用語は、圧縮機又はタービン内での回転の方向（以下、「回転方向」）による位置を区別することができる。本明細書で用いられる場合、そうした回転方向は、ガスタービンの正常つまり予想される運転において構成要素の予想される回転の方向であると理解することができる。
【００１８】
さらに、ガスタービンの構成、特に共通軸つまりロータの周りの圧縮機及びタービンセクションの配置、並びに多くの燃焼器形式に共通する円筒形構成が与えられる場合、軸線に対する位置を説明する用語が、本明細書においてたびたび用いられる。この点で、「半径方向」という用語は、軸線に直角の運動又は位置を指すことが理解されるであろう。このことに関連して、中心軸線からの相対距離を説明する必要がある。こうした場合、例えば、第１の構成要素が第２の構成要素より中心軸線に近くにある場合、第１の構成要素は、第２の構成要素の「半径方向内側」又は「内側」のいずれかであると説明される。他方、第１の構成要素が中心軸線からより離れている場合、第１の構成要素は、第２の構成要素の「半径方向外側」又は「外側」のいずれかであると説明される。本明細書で用いられる場合、「軸方向」という用語は、軸線に対して平行な運動又は位置を指し、一方「円周方向」という用語は、軸線の周りの運動又は位置を指す。特に記載のない限り又は文脈上明らかでない限り、これらの用語は、内部で機能する、ロータ又はステータブレードなどの一体ではない構成要素の属性を説明又は特許請求している場合でも、各々を通って延びるロータにより定められるようなガスタービンの圧縮機及び／又はタービンセクションの中心軸に関連するものとして解釈されるべきである。特に記載される場合、これらの用語は、例えば、その周りに、従来の円筒形つまり「缶型」燃焼器が一般的に配置される長手方向軸線など、ガスタービン内の特定の構成要素又はサブシステムの長手方向軸線に関連して用いることができる。
【００１９】
最後に、「ロータブレード」という用語は、別途指定のない限り、圧縮機又はタービンのいずれかの回転するブレードを指し、従って、圧縮機ロータブレード及びタービンロータブレードの両方を含むことができる。「ステータブレード」という用語は、別途指定のない限り、圧縮機又はタービンのいずれかの静止するブレードを指し、従って、圧縮機ステータブレード及びタービンステータブレードの両方を含むことができる。「ブレード」という用語は、一般的に、いずれかの形式のブレードを指すのに用いられる。従って、別途指定のない限り、「ブレード」という用語は、圧縮機ロータブレード、圧縮機ステータブレード、タービンロータブレード、タービンステータブレードなどの、タービンエンジンブレードの全ての形式を含む。
【００２０】
背景として、ここで具体的に図面を参照すると、図１から図３は、本発明による又はその内部で本発明を用いることができる例示的ガスタービンを示す。当業者であれば、本発明は、この形式の使用に限定されないことが理解されるであろう。前述のように、本発明は、発電及び航空機に用いられるエンジンのようなガスタービン、蒸気タービンエンジン、並びに当業者により認識されるような他の形式の回転エンジンにおいて用いることができる。従って、提示された実施例は、特に記載のない限り限定することを意図するものではない。図１は、ガスタービン１０の概略図である。一般的に、ガスタービンは、圧縮空気の流れにおいて燃料の燃焼により生成された高温ガスの加圧流からエネルギーを抽出することにより動作する。図１に示すように、ガスタービン１０は、共通軸つまりロータにより下流のタービンセクションつまりタービン１２に機械的に結合された軸流圧縮機１１と、圧縮機１１とタービン１２との間に配置された燃焼器１３とを有した状態で構成することができる。図１に示すように、ガスタービンは、共通中心軸線１９の周りに形成することができる。
【００２１】
図２は、図１のガスタービンにおいて使用できる例示的な多段軸流圧縮機１１を示す。図示するように、圧縮機１１は、複数の段を有し、その各々は、圧縮機ロータブレード１４の列及び圧縮機ステータブレード１５の列を含む。従って、第１段は、中心軸の周りを回転する圧縮機ロータブレード１４の列と、それに続く、運転中静止したままの圧縮機ステータブレード１５の列を含むことができる。図３は、図１のガスタービンにおいて使用できる例示的なタービンセクションつまりタービン１２の部分図を示す。タービン１２もまた、複数の段を含むことができる。３つの例示的な段が示されるが、より多い又はより少ない段があってもよい。各段は、運転中静止したままの複数のタービンノズルつまりステータブレード１７と、それに続く、運転中軸の周りを回転する複数のタービンバケットつまりロータブレード１６とを含むことができる。一般的にタービンステータブレード１７は、円周方向に互いから離間されかつ回転軸線の周りで外側ケーシングに固定される。タービンロータブレード１６は、中心軸線の周りを回転するように、タービンホイールつまりロータディスク（図示せず）上に取り付けることができる。タービンステータブレード１７及びタービンロータブレード１６は、タービン１２を通る高温ガス経路つまり作動流体流路に位置することが理解されるであろう。作動流体流路における燃焼ガスつまり作動流体の流れの方向は、矢印で示される。
【００２２】
ガスタービン１０の運転の一例において、軸流圧縮機１１内での圧縮機ロータブレード１４の回転は、空気の流れを圧縮することができる。燃焼器１３において、圧縮空気が燃料と混合され点火されるとエネルギーを放出することができる。それにより生じる燃焼器１３からの高温ガスつまり作動流体の流れは、次いでタービンロータブレード１６を超えるよう向けられ、軸の周りのタービンロータブレード１６の回転を引き起こす。この方法で、作動流体の流れのエネルギーは、回転ブレードの、ロータブレードと軸が接続されているので回転軸の機械的エネルギーに変換される。次いで、軸の機械的エネルギーを用いて圧縮機ロータブレード１４の回転を駆動し、圧縮空気の必要な供給を生成し、また、例えば発電機に電力を発生させることができる。
【００２３】
背景目的のために、図４から図７は、本発明の態様による又は本発明の態様を実施できるタービンロータブレード１６の図を提示する。理解されるように、これらの図は、ロータブレードの共通の構成を示し、かつ、構成要素と後で参照するそうしたブレードが中にある領域との間の空間的関係を描くと同時に、その内部及び外部設計に影響を与える幾何学的制約及び他の基準も説明するために与えられる。本例のブレードはロータブレードであるが、特に規定のない限り、本発明は、ガスタービン内の他の形式のブレードにも適用できることが理解されるであろう。上述のように、そうした構成要素の説明は、ガスタービンエンジンの向き及び機能に基づく意味に由来する専門用語、より具体的には、作動流体流路を含むことができ、従って、その文脈において、すなわち、そうした説明は、ロータブレードが正しく組み込まれ、エンジン内で予想されるつまり正常な条件下で運転していると見なすことを理解されたい。
【００２４】
図示するように、ロータブレード１６は、ロータディスクに取り付けるように構成された根元２１を含むことができる。根元２１は、例えば、ロータディスクの外周の対応するダブテールスロット内に取り付けるように構成されたダブテール２２を含むことができる。根元２１は、ダブテール２２とプラットフォーム２４との間に延びるシャンク２３をさらに含むことができる。図示するように、プラットフォーム２４は、一般的に、根元２１と翼形部２５との間に、タービン１２を通る作動流体の流れを遮断して所望の回転を引き起こすロータブレード１６のアクティブな構成要素である接合部を形成する。プラットフォーム２４は、翼形部２５の内側端を定めることができる。プラットフォームはまた、タービン１２を通る作動流体流路の内側境界のセクションを定めることもできる。
【００２５】
ロータブレードの翼形部２５は、一般的には、凹型正圧面２６と、円周方向又は横方向に対向する凸型負圧面２７とを含むことができる。正圧面２６及び負圧面２７は、対向する前縁２８と後縁２９との間に軸方向に延びることができ、そして、半径方向においてはプラットフォーム２４との接合部において定めることができる内側端と外側先端３１との間に延びることができる。翼形部２５は、所望の空力学的性能を向上させるように設計された湾曲したつまり曲線輪郭形状を含むことができる。図４及び図５に示すように、翼形部２５の形状は、プラットフォーム２４と外側先端３１との間に延びるにつれて次第にテーパすることができる。テーパは、図４に示すように翼形部２５の前縁２８と後縁２９との間の距離が狭まる軸方向テーパ、並びに、図５に示すように負圧面２７と正圧面２６との間に定められるような翼形部２５の厚さが漸減する円周方向テーパとを含むことができる。図６及び図７に示すように、翼形部２５の曲線輪郭形状は、プラットフォーム２４から延びる際の翼形部２５の長手方向軸線の周りの捻じれをさらに含むことができる。理解されるように、捻じれは、翼形部２５の食違い角を、内側端と外側先端３１との間で次第に変化させるように組み込むことができる。
【００２６】
説明目的のため、図４に示すように、ロータブレード１６の翼形部２５は、軸方向中間線３２の両側に定められる前縁セクションつまり半分と後縁セクションつまり半分とを含むようにさらに説明することができる。軸方向中間線３２は、本明細書における使用によれば、プラットフォーム２４と外側先端３１との間の翼形部２５のキャンバ線３５の中間点を結ぶことにより形成することができる。また、翼形部２５は、翼形部２５の半径方向中間線３３の内側及び外側に定められる２つの半径方向に積み重なったセクションを含むように説明することができる。従って、本明細書で用いられる場合、翼形部２５の内側セクションつまり半分は、プラットフォーム２４と半径方向中間線３３との間に延び、一方外側セクションつまり半分は、半径方向中間線３３と外側先端３１との間に延びる。最後に、翼形部２５は、正圧面セクションつまり半分と負圧面セクションつまり半分とを含むように説明することができ、これらは、理解されるように、翼形部２５のキャンバ線３５の両側と翼形部の対応する面２６、２７との間に定められる。
【００２７】
ロータブレード１６は、これを通して運転中に冷却媒体が循環される１つ又はそれ以上の冷却チャネル３７を有する内部冷却構成３６をさらに含むことができる。そうした冷却チャネル３７は、ロータブレード１６の根元２１を通して形成された供給源への接続部から半径方向外向きに延びることができる。冷却チャネル３７は、直線であっても、湾曲していても、又はそれらの組み合わせであってもよく、冷却媒体がロータブレード１６から作動流体流路へと排出される１つ又はそれ以上の出口つまり表面ポートを含むことができる。
【００２８】
図８から図１１は、本発明による又はその中で本発明を用いることができる先端シュラウド４１を有するタービンロータブレード１６を示す。理解されるように、図８は、先端シュラウド４１を含む例示的なタービンロータブレード１６の斜視図であり、一方、図９は、先端シュラウド４１部分の拡大図である。図１０は、先端シュラウド付きロータブレード１６の例示的に組み込まれた配置の外側斜視からの輪郭を提示する。最後に、図１１は、以下の説明において先端シュラウド内の異なる領域を描くのに用いられる先端シュラウド４１の拡大外側輪郭図を提供する。
【００２９】
図示するように、先端シュラウド４１は、翼形部２５の外側端の近くに又は外側端に配置することができる。先端シュラウド４１は、翼形部２５によりその中心に向かって支持される、軸方向及び円周方向に延びる平板又は平坦な構成要素を含む。説明目的のため、先端シュラウド４１は、内側表面４５、外側表面４４及び縁４６を含むことができる。図示するように、内側表面４５は、先端シュラウド４１の狭い半径方向厚さを横切って外側表面４４に対向するが、縁４６は、内側表面４５を外側表面４４に接続し、本明細書で用いられる場合、先端シュラウド４１の外周つまり外側輪郭を定める。
【００３０】
シールレール４２は、先端シュラウド４１の外側表面４４に沿って配置することができる。一般的に、図示するように、シールレール４２は、先端シュラウド４１の外側表面４４から半径方向外向きに延びるフィン様突起である。シールレール４２は、ロータブレード１６の回転の方向つまり「回転方向」において先端シュラウド４１の対向する端部の間に円周方向に延びる。理解されるように、シールレール４２を用いて、先端シュラウド４１と、タービンを通る作動流体流路の外側境界を定める周囲の静止構成要素との間に通常存在する半径方向間隙を通る作動流体の漏れを阻止する。従来の設計によると、シールレール４２は、間隙を横切って対向する摩耗性静止ハニカムシュラウドの中へ半径方向に延びる。シールレール４２は、先端シュラウド４１の外側表面４４の概ね円周方向全長にわたって延びる。本明細書で用いられる場合、先端シュラウド４１の円周方向長さは、回転方向５０における先端シュラウド４１の長さである。説明目的のため、シールレール４２は、反対側のレール面を含むことができ、前方面５６はタスタービンの前方向に対応し、後方面５７は、後方向に対応する。理解されるように、前方面５６は、作動流体の流れ方向に面するか又はその中に面するが、後方面５７は、それから離れるように向く。シールレール４２の前方面５６及び後方面５７の各々は、先端シュラウド４１の外側表面４４に対して鋭角を形成するように配置することができる。
【００３１】
他の構成も可能であるが、シールレール４２は、略矩形の輪郭を有することができる。シールレール４２の前方面５６及び後方面５７は、円周方向に狭い縁に沿って接続することができ、本明細書で用いられる場合、対向しかつ略平行な外側縁及び内側縁と、対向しかつ略平行な回転方向前縁及び回転方向後縁とを含む。具体的には、シールレール４２の内側縁は、シールレール４２と先端シュラウド４１の外側表面４４との間の境界に定めることができる。理解されるように、内側縁は、シールレール４２と先端シュラウド４１との間の構造的目的のために形成されたフィレット領域のために幾分不明瞭であり、従って、数値識別子により特に参照されない。シールレール４２の外側縁５９は、先端シュラウド４１の外側表面４４から半径方向にオフセットされる。理解されるように、この半径方向オフセットは、概ねシールレール４２の半径方向高さを表す。図示のように、シールレール４２の回転方向前縁６２は、翼形部２５の負圧面２７からオーバーハングする先端シュラウド４１の縁４６から半径方向に突き出る。これにより、半径方向前縁６２は、運転中ロータブレード１６が回転すると、シールレール４２に「先行する（ｌｅａｄ）」構成要素である。シールレール４２の反対側の端部において、回転方向後縁６３は、翼形部２５の正圧面２６からオーバーハングする先端シュラウド４１の縁４６から突き出る。この配置により、回転方向後縁６３は、運転中ロータブレード１６が回転するとシールレール４２に「追従する（ｔｒａｉｌ）」構成要素である。
【００３２】
カッター歯４３をシールレール４２上に配置することができる。理解されるように、カッター歯４３は、シールレール４２の幅より僅かに広い静止シュラウドの摩耗性塗装又はハニカム内に溝を切るために与えることができる。理解されるように、ハニカムを設けてシールの安定性を強化することができ、カッター歯４３の使用により、漏出を低減し、かつ、このより広い経路を通過することで静止部品と回転部品との間の摩擦を低減することができる。カッター歯４３は、一般的に、シールレール４２の円周方向長さに沿った増大した幅の領域である。より具体的には、カッター歯４３は、軸方向に広くなったシールレール４２の円周方向セクションを含むことができる。この軸方向に広くなった領域は、先端シュラウド４１の外側表面４４とシールレール４２の外側縁との間に半径方向に延びることができる。カッター歯４３は、シールレール４２の中央付近つまり中間領域に配置することができる。以下に提示され得るように、カッター歯４３は、先端シュラウド４１の外側表面４４の翼形部分内に配置することができる。カッター歯４３は、略矩形の輪郭とすることができるが、他の輪郭も可能である。
【００３３】
先端シュラウド４１は、先端シュラウド４１の末広表面と翼形部２５との間、並びに先端シュラウド４１とシールレール４２との間の円滑な表面移行を与えるように構成されるフィレット領域４８、４９を含むことができる。このように、先端シュラウド４１の構成は、先端シュラウド４１の外側表面４４とシールレール４２の前方面５６及び後方面５７との間に形成された外側フィレット領域４８を含むことができる。先端シュラウド４１は、先端シュラウド４１の内側表面４５と翼形部２５の正圧面２６及び負圧面２７との間に形成された内側フィレット領域４９をさらに含むことができる。理解されるように、内側フィレット領域４９は、翼形部２５の正圧面２６と先端シュラウド４１の内側表面４５との間に形成された部分である正圧内側フィレット領域４９と、翼形部２５の負圧面２７と先端シュラウド４１の内側表面４５との間に形成された部分である負圧内側フィレット領域とを含むものとしてより具体的に説明することができる。外側フィレット領域４８は、シールレール４２の前方面５６と先端シュラウド４１の外側表面４４との間に形成された部分である前方外側フィレット領域と、シールレール４２の後方面５７と先端シュラウド４１の外側表面４４との間に形成された部分である後方外側フィレット領域とを含むものとしてより具体的に説明することができる。図示するように、これらのフィレット領域４９、４８の各々は、急峻なつまり急角度の移行を形成する幾つかの平面の間の円滑な湾曲移行を与えるように構成することができる。理解されるように、そうしたフィレット領域は、空力学的性能を改善するとともに、他の場合にはこれら領域に発生する応力集中を分散させることができる。とはいえ、これらの領域は、先端シュラウド４１のオーバーハングつまり片持ち状負荷及びエンジンの回転速度に起因して極めて高い応力を受けることに変わりない。理解されるように、適切な冷却がなければ、これら領域における応力は、構成要素の耐用年数に対する著しい制限となる。
【００３４】
ここで特に図１０を参照すると、先端シュラウド４１は、運転中、接触表面又は縁が、隣り合うロータブレードの先端シュラウド４１上に形成された同様の表面又は縁と係合する接触界面を含むように構成することができる。理解されるように、これは、例えば、漏れや有害な振動を低減させるために行うことができる。図１０は、組み立てられた状態の外見であるときのタービンロータブレード上の先端シュラウド４１の外側の図を示す。図示するように、回転方向５０に対して、先端シュラウド４１の縁４６は、説明目的のために、回転方向接触前縁５２と回転方向接触後縁５３とを含むことができる。従って、図示するように、回転方向前方位置における先端シュラウド４１は、回転方向後方位置における先端シュラウド４１の回転方向接触前縁５２と接触する又は極めて接近する回転方向接触後縁５３を有するように構成することができる。隣り合う先端シュラウド４１の間のこの接触領域は、一般的に、接触界面と呼ばれる一方、例示的な構成の輪郭により、「Ｚ−ノッチ」界面と呼ぶこともできる。他の構成も可能である。接触界面の形成において、先端シュラウド４１の縁４６は、所定の方法で隣り合いかつ同一に構成された先端シュラウド４１に協働して接触又は係合することを意図したノッチセクションを有するように構成することができる。
【００３５】
ここで特に図１１を参照すると、先端シュラウド４１の外側輪郭は、ホタテガイ形状を有することができる。他の構成も可能であるが、例示的なホタテガイ形状は、重量を最小化しながら漏れを低減するという点で良好に機能するものである。どのような輪郭であれ、先端シュラウド４１を構成する領域又は部分は、シールレール４２に対する位置及び／又はその下にある翼形部２５の輪郭を前提として説明することができる。従って、本明細書で用いられる場合、先端シュラウド４１の翼形部分６５は、先端シュラウド４１を通って半径方向に突出する翼形部２５の輪郭内に定められる部分である。先端シュラウド４１の正圧部分６６は、翼形部２５の正圧面２６から片持ち状にされかつオーバーハングする部分であるが、先端シュラウド４１の負圧部分６７は、翼形部２５の負圧面２７から片持ち状にされかつオーバーハングする部分である。最後に、先端シュラウド４１の前方部分６８は、シールレール４２から前方向に延びて翼形部２５の前縁２８からオーバーハングする部分であるが、先端シュラウド４１の後方部分６９は、シールレール４２から後方向に延びて翼形部２５の後縁２９からオーバーハングする部分である。
【００３６】
ここで図１２から図１７を参照すると、本発明の態様及び実施形態による、幾つかの内部冷却構成が提示される。理解されるように、これらの例は、特にこれまでの図に関連した説明で、本明細書において既に提示したシステム及び関連する概念を参照して説明される。
【００３７】
本発明は、ガスタービンロータブレードの翼形部及び先端シュラウド内の内部冷却構成を含むことができる。こうした冷却構成により、ロータブレードの内部を通して冷却媒体を受けて方向付けるための内部冷却チャネルを含むことができる。こうした冷却構成によると、本発明の冷却チャネルは、流体接続セクション又はセグメントを含み、これは、翼形部２５を通って半径方向に延びる供給セグメント７２と、シールレール４２、より具体的にはシールレール４２のカッター歯４３に形成されたプレナムセグメントつまりカッター歯セグメント７３と、カッター歯セグメント７３から延びる分岐セグメント７４とを含むことができる。説明されるように、分岐セグメント７４は、先端シュラウド４１、シールレール４２及びより一般的には翼形部２５の外側領域（つまり、先端シュラウド４１付近の又はこれに当接する翼形部２５の部分）内に形成することができる。図示するように、分岐セグメント７４は、カッター歯セグメント７３に接続する上流ポートと、ロータブレード１６の外面のターゲット表面領域上に形成されているため、本明細書では出口ポート７５と呼ばれる下流ポートとの間に延びることができる。さらに、説明されるように、分岐セグメント７４は、ロータブレード１６のターゲット内部領域を貫通して延びる又は横断するように構成することができる。
【００３８】
本構成によると、図示するように、供給セグメント７２は、ロータブレード１６の根元２１を通って形成された上流端部を含むことができ、これが供給セグメント７２を冷却媒体源に接続することができる。下流端部において、供給セグメント７２は、カッター歯セグメント７３に流体接続することができる。例示的な構成によると、供給セグメント７２は、翼形部２５を通る半径方向の直線経路として構成することができる。
【００３９】
プレナムセグメントつまりカッター歯セグメント７３は、マニホルドつまりプレナムとして構成され、そこを通って送られた空気の供給物が幾つかの分岐セグメント７４に分配される。従って、カッター歯セグメント７３の流れ断面積は、そこから分岐する分岐セグメント７４の各々の流れ断面積より大きくすることができる。例示的な配置によると、カッター歯セグメント７３の流れ断面積も、そこに接続する供給セグメント７２の流れ断面積より大きくすることができる。カッター歯セグメント７３は、完全にカッター歯４３に含まれる。代替的に、カッター歯セグメント７３は、カッター歯４３内に定められる内部領域と実質的にオーバーラップすることができる。さらに別の実施形態において、カッター歯セグメント７３は、シールレール４２及び／又は先端シュラウド４１内に形成される。
【００４０】
分岐セグメント７４は、カッター歯セグメント７３から種々の経路に沿って、翼形部２５及び／又は先端シュラウド４１用の所望の冷却戦略に従ってターゲット表面領域及び内部領域と交差するように延びることができる。理解されるように、分岐セグメント７４の流れ断面積は、ターゲット内部領域への及びターゲット内部領域を通る冷却媒体流量の所望の調量に従ったサイズにすることができる。分岐セグメント７４は、出口ポート７５に接続することができ、出口ポート７５がロータブレード１６の外側表面上に形成されるので、タービン１２を通る作動流体流路と流体連通する本発明の冷却構成３６をもたらす。
【００４１】
分岐セグメント７４の出口ポート７５は、所定のターゲット表面領域上に形成することができる。これらのターゲット表面領域は、一般的に、本明細書において既に説明した翼形部２５及び／又は先端シュラウド４１の幾つかの表面領域を含むことができる。例示的な実施形態によると、冷却構成３６用のターゲット表面領域は、以下の、翼形部２５の正圧面２６、翼形部２５の負圧面２７、内側フィレット領域４９に対応する表面領域、外側フィレット領域４８に対応する表面領域、先端シュラウド４１の内側表面４５、先端シュラウド４１の縁４６、シールレール４２の回転方向前縁６２、シールレール４２の回転方向後縁６３、シールレール４２の前方面５６、及びシールレール４２の後方面５７のうちの１つ又はそれ以上を含むことができる。本発明によれば、本冷却構成３６用のターゲット内部領域は、以下の、先端シュラウド４１付近の又はこれに当接する翼形部２５の外側領域、内側フィレット領域４９、外側フィレット領域４８、先端シュラウド４１の前方部分６８、先端シュラウド４１の後方部分６９、先端シュラウド４１の正圧部分６６、先端シュラウド４１の負圧部分６７、先端シュラウド４１の翼形部分６５、及びシールレール４２のうちの１つ又はそれ以上を含むことができる。
【００４２】
幾つかの好ましい実施形態によると、本発明の冷却構成３６は、シールレール４２内に形成された冷却媒体プレナムからシールレール４２を通って延びるように円周方向に延びる分岐セグメント７４（又は、カッター歯セグメント７３）を含む。この構成により、この方法で使用された冷却媒体は、冷却が特に困難であるが必要な先端シュラウド４１及び／又は翼形部２５内の区域及び領域を冷却する。これらの領域は、隣り合う先端シュラウド４１の間、並びにシールレール４２の縁の間の接触界面を形成する接触縁を含むことができる。従って、一般的に、分岐セグメント７４は、シールレール４２の内部を通り、先端シュラウド４１及び／又は翼形部２５の外側領域の回転方向前方部分及び／又は回転方向後方部分、及び／又は翼形部２５の外側領域に向かって延びることができる。例示的な実施形態によると、図示するように、分岐経路７４は、冷却媒体プレナムつまりカッター歯セグメント７３から、シールレール４２の回転方向前縁６２及び／又は回転方向後縁６３上に形成された出口ポート７５に延びることができる。他の実施形態によると、分岐経路７４は、内側に角度付けして、接触界面を構成する回転方向接触前縁５２及び回転方向接触後縁５３を含むことができる、先端シュラウド４１の回転方向前縁及び回転方向後縁６３上に形成された出口ポート７５に接続することができる。そうした内側に傾斜した分岐セグメント７４は、さらに内側に延びて、先端シュラウド４１の内側表面４５を通って形成された出口ポート７５、内側フィレット領域４９、及び／又は翼形部２５の外側表面を有するようにすることができる。従って、特定の好ましい実施形態によれば、内側に角度付けされた分岐セグメント７４は、正圧内側フィレット領域、負圧内側フィレット領域又はその両方を含むことができる内側フィレット領域４９を通って延びるよう構成することができる。そうした場合、出口ポート７５は、翼形部２５の正圧面２６及び／又は負圧面２７上に配置することができる。
【００４３】
図１２及び図１３に示すように、分岐セグメント７４は、分岐セグメント７４の少なくとも１つが回転方向にシールレール４２を通って延び、少なくとも１つが回転方向から離れるように延びるように、円周方向に延びる複数の分岐セグメント７４を含むことができる。理解されるように、このように配向されると、分岐セグメント７４は、シールレール４２の長手方向軸線に平行にすることができる。図示するように、円周方向に延びる分岐セグメント７４は、内側方向に角度をつけることつまり傾斜させることができる。円周方向に延びる分岐セグメント７４のターゲット表面領域は、先端シュラウド４１の内側表面４５を含むことができる。代替的に、円周方向に延びる分岐セグメント７４のターゲット表面領域は、正圧内側フィレット領域、負圧内側フィレット領域又はその両方を含むことができる内側フィレット領域４９に関連する表面領域を含むことができる。図１３から図１５に示すように、円周方向に延びる分岐セグメント７４は、シールレール４２の回転方向前縁６２及び回転方向後縁６３の１つ又は両方を含むターゲット表面領域上に形成された出口ポート７５まで延びることができる。前方面５６及び後方面５７上に形成された出口ポート７５も可能である。
【００４４】
代替的な実施形態によると、図１６及び図１７に示すように、分岐セグメント７４は、表面近傍フォーク７６として構成された出口ポート７５を有することができる。本明細書で用いられる場合、表面近傍フォーク７６は、ロータブレードの外側表面に達する直前に分割したつまりフォーク状の分岐セグメント７４の冷却媒体経路を含む。表面近傍フォーク７６は、２つ又はそれより多い冷却媒体経路に分割することができる。本明細書ではタイン（ｔｉｎｅ）７７と呼ばれるこれらの経路のそれぞれは、分割点から独立した個別の出口ポート７５へ延びることができ、これらを用いて、経路が単一の出口ポート７５しか有していない場合に可能であったよりも、冷却媒体経路の冷却媒体により、大きい表面領域及び内部領域に影響を及ぼすことができる。このように、分岐セグメント７４を通って移動する冷却媒体は、作動流体の流れの中へ放出される前に、より大きい表面領域及びより大きい表面近傍内部領域にわたってこれらを通って広がることができる。こうした表面近傍内部領域は、冷却媒体を循環させるための非常に有効な領域であるため、表面近傍フォーク７６は、性能を向上し、冷却効果を高めることができる。
【００４５】
前述のように、表面近傍フォーク７６は、冷却媒体をより大きい外部表面にわたって放出させることも可能にする。このより大きい領域は、本明細書において既に説明したターゲット表面領域のいずれか１つの中に単に含まれてもよく、又は代替的に、表面近傍フォーク７６は、幾つかのターゲット領域をカバーする又は幾つかのターゲット領域にわたって延びる出口ポート７５を含むように構成することができる。従って、例えば、例示的な実施形態によると、表面近傍フォーク７６は、シールレール４２の回転方向前縁６２又はシールレール４２の回転方向後縁６３のいずれかの上に全体が形成された２つ又はそれより多い出口に接続するタイン７７を含むことができる。すなわち、表面近傍フォーク７６は、両方ともシールレール４２の回転方向前縁６２及び／又はシールレール４２の回転方向後縁６３上に形成された、出口ポート７５に接続する第１のタイン７７及び第２のタイン７７を含むことができる。代替的な形式の構成によれば、表面近傍フォーク７６は、例えば、先端シュラウド４１の縁４６上に形成された出口ポート７５に接続する第１のタイン７７と、先端シュラウド４１の内側表面４５上に形成された出口ポート７５に接続する第２のタイン７７とを含むことができる。別の例によれば、例えば、表面近傍フォーク７６は、シールレール４２の回転方向前縁６２又は回転方向後縁６３のいずれかに形成された出口ポート７５に接続する第１のタイン７７と、シールレール４２の前方面５６又は後方面５７のいずれかに形成された出口ポート７５に接続する第２のタイン７７とを含むことができる。その一部を図示した他の構成も可能である。
【００４６】
当業者であれば理解するように、幾つかの例示的な実施形態に関して上述された多くの様々な特徴及び構成は、本発明の他の実施可能な実施形態を形成するようさらに選択的に適用することができる。簡潔にするため、及び当業者の能力を考慮して、実施可能な繰り返しの全ては本明細書で詳細には提供され又は説明していないが、以下の幾つかの請求項又はその他によって包含される全ての組み合わせ及び可能な実施形態は、本出願の一部をなすものとする。さらに、本発明の幾つかの例示的な実施形態の上記説明から、当業者であれば、改善、変更、改修が明らかであろう。当技術分野の範囲内にあるこのような改善、変更、及び修正もまた、添付の特許請求の範囲によって保護されるものとする。さらに、上記のことは、本出願の説明される実施形態のみに関連しているが、以下の特許請求の範囲及びその均等物によって定められる本出願の趣旨及び範囲から逸脱することなく、多くの変更及び修正を本明細書において行い得ることが明らかである。
【符号の説明】
【００４７】
１０  ガスタービン
１１  圧縮機
１２  タービンセクション又はタービン
１３  燃焼器
１４  圧縮機ロータブレード
１５  圧縮機ステータブレード
１６  タービンバケット又はロータブレード
１７  タービンノズル又はステータブレード
１９  中心軸線
２１  根元
２２  ダブテール
２３  シャンク
２４  プラットフォーム
２５  翼形部
２６  翼形部の正圧面
２７  翼形部の負圧面
２８  翼形部の前縁
２９  翼形部の後縁
３１  外側先端
３２  軸方向中間線
３５  キャンバ線
３６  内部冷却構成
３７  冷却チャネル
４１  先端シュラウド
４２  シールレール
４３  シールレールのカッター歯
４４  先端シュラウドの外側表面
４５  先端シュラウドの内側表面
４６  先端シュラウドの縁
４８  外側フィレット領域
４９  内側フィレット領域
５２  先端シュラウドの縁の回転方向接触前縁
５３  先端シュラウドの縁の回転方向接触後縁
５６  シールレールの前方面
５７  シールレールの後方面
５９  外側縁
６２  シールレールの回転方向前縁
６３  シールレールの回転方向後縁
６５  先端シュラウドの翼形部分
６６  先端シュラウドの正圧部分
６７  先端シュラウドの負圧部分
６８  先端シュラウドの前方部分
６９  先端シュラウドの後方部分
７２  供給セグメント
７３  プレナムセグメント又はカッター歯セグメント
７４  分岐セグメント
７５  分岐セグメントの出口ポート
７６  表面近傍フォーク
７７  タイン
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【外国語明細書】
2017110658000001.pdf