(57)【要約】【課題】シュラウド付きタービン・ロータ・ブレードを提供する。【解決手段】ロータディスクに取り付けられ、かつロータディスクの周りに円周方向に離間して配置された同一に構成されたロータブレードの列内で使用されるガスタービン用のロータブレード。ロータブレードは、正圧面と負圧面との間に画定された翼形部と、翼形部から延在する正圧翼および負圧翼を含むスパン中央シュラウドとを含む。スパン中央シュラウドの正圧翼および負圧翼は、同一に構成されたロータブレードの列内のロータブレードのうちの取り付けられた隣接するロータブレードの間の界面を協働して形成する。界面は、上流側翼として配置された正圧翼および負圧翼のうちの第１の翼と、下流側翼として配置された正圧翼および負圧翼のうちの残りの他の翼とを含む。界面は、下流側狭小ステップとして構成された上流側翼および下流側翼を含む。【選択図】図１
2017120078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン（１０）用のロータブレード（１４，１６）であって、前記ロータブレード（１４，１６）は、ロータディスクに取り付けられ、かつ前記ロータディスクの周りに円周方向に離間して配置された同一に構成されたロータブレード（１４，１６）の列内で使用されるように構成され、前記ロータブレード（１４，１６）は、
凹面の正圧面（２６）と横方向に対向する凸面の負圧面（２７）との間に画定された翼形部（２５）であって、前記正圧面（２６）および前記負圧面（２７）は、対向する前縁（２８）と後縁（２９）との間で軸方向に、かつ外側先端部（３１）と、前記ロータディスクに前記ロータブレード（１４，１６）を取り付けるように構成された根元部（２１）に取り付けられた内側端部と、の間で半径方向に延在する、翼形部（２５）と、
前記翼形部（２５）の前記正圧面（２６）から延在する正圧翼（７６）および前記翼形部（２５）の前記負圧面（２７）から延在する負圧翼（７７）を含むスパン中央シュラウド（７５）と、を含み、
前記スパン中央シュラウド（７５）の前記正圧翼（７６）および前記負圧翼（７７）は、前記同一に構成されたロータブレード（１４，１６）の列内の前記ロータブレード（１４，１６）のうちの取り付けられた隣接するロータブレード（１４，１６）の間の界面（８５）を協働して形成するように構成され、
前記界面（８５）は、
上流側翼として配置された前記正圧翼（７６）および前記負圧翼（７７）のうちの第１の翼と、下流側翼として配置された前記正圧翼（７６）および前記負圧翼（７７）のうちの残りの他の翼と、を含み、
前記上流側翼および前記下流側翼の円周方向重なり部分の間に形成され、
前記円周方向重なり部分内の下流側狭小ステップ（１１０）として構成された前記上流側翼および前記下流側翼を含む、ロータブレード（１４，１６）。
【請求項２】
請求項１に記載のロータブレード（１４，１６）であって、前記ガスタービン（１０）は、前端部に配置された圧縮機（１１）および後端部に配置されたタービン（１２）を通って画定された作動流体流路を含み、前記作動流体流路の向きは、前記ガスタービン（１０）内における前方方向および後方方向を規定し、
流れ方向は、前記作動流体流路を通る作動流体の流れの予想される方向を含み、前記流れ方向は、前記ガスタービン（１０）の中心軸と平行で、かつ後方方向に向けられた基準線として前記圧縮機および前記タービン内で規定され、
前記界面（８５）の前記上流側翼および前記下流側翼は、前記流れ方向に対して指定される、ロータブレード（１４，１６）。
【請求項３】
請求項２に記載のロータブレード（１４，１６）であって、前記下流側狭小ステップ（１１０）は、後方方向の狭小化を含む、ロータブレード（１４，１６）。
【請求項４】
請求項２に記載のロータブレード（１４，１６）であって、前記下流側狭小ステップ（１１０）は、前記下流側翼の半径方向厚さよりも大きい半径方向厚さを有する前記上流側翼を含む、ロータブレード（１４，１６）。
【請求項５】
請求項４に記載のロータブレード（１４，１６）であって、前記上流側翼の前記半径方向厚さは、前記下流側翼の前記半径方向厚さよりも１．０５〜１．５倍大きい、ロータブレード（１４，１６）。
【請求項６】
請求項４に記載のロータブレード（１４，１６）であって、前記上流側翼は前記負圧翼（７７）を含み、前記下流側翼は前記正圧翼（７６）を含む、ロータブレード（１４，１６）。
【請求項７】
請求項４に記載のロータブレード（１４，１６）であって、前記上流側翼は前記正圧翼（７６）を含み、前記下流側翼は前記負圧翼（７７）を含む、ロータブレード（１４，１６）。
【請求項８】
請求項７に記載のロータブレード（１４，１６）であって、前記正圧翼（７６）の半径方向範囲は、前記正圧翼（７６）の外側縁部と内側縁部との間の前記作動流体流路内で画定された半径方向範囲を含み、
前記負圧翼（７７）の半径方向範囲は、前記負圧翼（７７）の外側縁部と内側縁部との間の前記作動流体流路内で画定された半径方向範囲を含み、
前記下流側狭小ステップ（１１０）は、前記界面（８５）を形成する前記円周方向重なり部分内において、前記負圧翼（７７）の前記半径方向範囲が前記正圧翼（７６）の前記半径方向範囲内に完全に含まれるように半径方向に配置された前記正圧翼（７６）および前記負圧翼（７７）を含む、ロータブレード（１４，１６）。
【請求項９】
請求項７に記載のロータブレード（１４，１６）であって、前記下流側狭小ステップ（１１０）は、前記界面（８５）を形成する前記円周方向重なり部分内において、
前記正圧翼（７６）の外側縁部が前記負圧翼（７７）の外側縁部の外側にあり、
前記正圧翼（７６）の内側縁部が前記負圧翼（７７）の内側縁部の内側にあるように、半径方向に配置された前記正圧翼（７６）および前記負圧翼（７７）を含む、ロータブレード（１４，１６）。
【請求項１０】
請求項９に記載のロータブレード（１４，１６）であって、前記正圧翼（７６）の前記外側縁部が前記負圧翼（７７）の前記外側縁部から外側方向にオフセットされている半径方向差は、外側バッファ（１１３）を含み、
前記正圧翼（７６）の前記内側縁部が前記負圧翼（７７）の前記内側縁部から内側方向にオフセットされている半径方向差は、内側バッファ（１１４）を含む、ロータブレード（１４，１６）。
【請求項１１】
請求項１０に記載のロータブレード（１４，１６）であって、前記外側バッファおよび前記内側バッファは、前記下流側狭小ステップ（１１０）が前記正圧翼（７６）と前記負圧翼（７７）との間の相対的な半径方向の動きの所定の範囲にわたって維持される、所望の可能性を提供するように構成されたサイズを含む、ロータブレード（１４，１６）。
【請求項１２】
請求項１１に記載のロータブレード（１４，１６）であって、前記翼形部（２５）は、前記翼形部（２５）が前記内側端部と前記外側先端部（３１）との間で半径方向に延在する長手方向軸を中心として捻れを有するように構成される、捻れ構成を含み、動作中の前記捻れの解捻によって、前記正圧翼（７６）と前記負圧翼（７７）との間の相対的な半径方向の動きが生じる、ロータブレード（１４，１６）。
【請求項１３】
請求項１２に記載のロータブレード（１４，１６）であって、前記翼形部（２５）の前記捻れ構成は、前記内側端部と前記外側先端部（３１）との間で前記翼形部（２５）のスタガ角が徐々に変化するように構成される、ロータブレード（１４，１６）。
【請求項１４】
請求項７に記載のロータブレード（１４，１６）であって、前記ロータブレード（１４，１６）は、前記タービン内で使用するように構成されたものを含み、
前記界面（８５）は、隙間（８８）を挟んで対向する前記正圧翼（７６）に配置された正圧翼接触面（８６）と、前記負圧翼（７７）に配置された負圧翼接触面（８７）と、をさらに含み、
前記正圧翼（７６）は、前面（９２）および後面（９３）を含み、前記前面は前記ガスタービン（１０）の前記前端部に向いており、前記後面は前記ガスタービン（１０）の前記後端部に向いており、かつ前記正圧翼接触面が前記後面に形成され、
前記負圧翼（７７）は、前面（９２）および後面（９３）を含み、前記前面は前記ガスタービン（１０）の前記前端部に向いており、かつ前記負圧翼接触面（８７）が前記前面に形成され、前記後面は前記ガスタービン（１０）の前記後端部に向いている、ロータブレード（１４，１６）。
【請求項１５】
請求項１４に記載のロータブレード（１４，１６）であって、前記負圧翼接触面（８７）は、前記上流側方向を向いた鈍い平坦な部分を含む、ロータブレード（１４，１６）。
【請求項１６】
請求項１５に記載のロータブレード（１４，１６）であって、前記正圧翼（７６）の前面は、滑らかな空気力学的なテーパが付いた表面を含み、前記表面は、前記表面から流れる前記作動流体と空気力学的に相互作用するために前方方向にテーパが付けられている、ロータブレード（１４，１６）。
【請求項１７】
請求項１６に記載のロータブレード（１４，１６）であって、前記正圧翼接触面は、耐摩耗性材料を含む表面硬化した摩耗パッド（９１）を含み、
前記負圧翼接触面（８７）は、耐摩耗性材料を含む表面硬化した摩耗パッド（９１）を含む、ロータブレード（１４，１６）。
【請求項１８】
請求項１６に記載のロータブレード（１４，１６）であって、前記スパン中央シュラウド（７５）は、前記翼形部（２５）の位置の半径方向に画定された範囲内に配置されたシュラウドを含み、前記位置の範囲は、前記翼形部（２５）の半径方向高さの２５％の内側境界と前記翼形部（２５）の前記半径方向高さの８５％の外側境界との間に画定される、ロータブレード（１４，１６）。
【請求項１９】
ロータディスクに取り付けられ、かつ前記ロータディスクの周りに円周方向に離間して配置されたロータブレード（１４，１６）の列を有するガスタービン（１０）であって、前記ロータブレード（１４，１６）の列内の前記ロータブレード（１４，１６）の各々は、
正圧面（２６）と横方向に対向する負圧面（２７）との間に画定された翼形部（２５）と、
前記翼形部（２５）の前記正圧面（２６）から延在する正圧翼（７６）および前記翼形部（２５）の前記負圧面（２７）から延在する負圧翼（７７）を含むスパン中央シュラウド（７５）と、を含み、
前記スパン中央シュラウド（７５）の前記正圧翼（７６）および前記負圧翼（７７）は、前記ロータブレード（１４，１６）の列内の前記ロータブレード（１４，１６）のうちの取り付けられた隣接するロータブレード（１４，１６）の間の界面（８５）を協働して形成するように構成され、
前記界面（８５）は、
前記負圧翼（７７）の上流側に配置された前記正圧翼（７６）を含み、
前記正圧翼（７６）および前記負圧翼（７７）の円周方向重なり部分の間に形成され、
下流側狭小ステップ構成を含む、ガスタービン（１０）。
【請求項２０】
請求項１９に記載のガスタービン（１０）であって、前記下流側狭小ステップは、前記界面（８５）を形成する前記円周方向重なり部分内において、
前記正圧翼（７６）の外側縁部が前記負圧翼（７７）の外側縁部の外側にあり、
前記正圧翼（７６）の内側縁部が前記負圧翼（７７）の内側縁部の内側にあるように、半径方向に配置された前記正圧翼（７６）および前記負圧翼（７７）を含む、ガスタービン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、一般的には、燃焼またはガスタービンエンジンのロータブレードの設計、製造、および使用に関する装置、方法および／またはシステムに関する。より具体的には、限定はしないが、本願は、スパン中央シュラウドを有するタービン・ロータ・ブレードに関連する装置およびアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼またはガスタービンエンジン（以下、「ガスタービン」）では、圧縮機で加圧された空気が、燃焼器で燃料を燃焼させて、高温燃焼ガスの流れを発生させるために用いられ、そのガスが１つまたは複数のタービンを通って下流側に流れて、エネルギーを抽出することができることはよく知られている。このようなエンジンによれば、一般に、円周方向に離間して配置されたロータブレードの列が、支持ロータディスクから半径方向外向きに延在している。各ロータブレードは、通常、ロータディスクの対応するダブテールスロットへのブレードの組み立ておよび取り外しを可能にするダブテール、ならびにダブテールから半径方向外向きに延在し、かつエンジンを通る作動流体の流れと相互作用する翼形部を含む。翼形部は、対応する前縁と後縁との間で軸方向に、かつ根元部と先端部との間で半径方向に延在する凹面の正圧側面および凸面の負圧側面を有する。ブレード先端部は、タービンブレード間を下流側に流れる燃焼ガスの漏れを最少にするために、半径方向外側固定表面に対して密な間隔で配置されていることが理解されよう。
【０００３】
翼形部の先端部のシュラウドすなわち「先端シュラウド」は、先端部における接触点を提供し、バケット振動数を管理し、制振源を可能にし、作動流体の先端漏れを低減するために、後方段またはロータブレードに実装されることが多い。後方段にロータブレードの長さが与えられると、先端シュラウドの制振機能が耐久性に重要な利点を提供する。しかし、先端シュラウドがアセンブリに付加する重量、ならびに高温および極度の機械的負荷に曝される数千時間の動作に耐えることを含む他の設計基準を考慮して、その利点を十分に生かすことは困難である。このように、ガス経路を封止するのに効果的であり、隣接するロータブレード間の安定な接続を形成するので、大きな先端シュラウドが望ましいが、そのようなシュラウドは、ロータブレードにかかる引っ張り荷重が増加し、特に翼形部の基部においてブレードの全荷重を支持しなければならないので、問題となることが理解されよう。
【０００４】
これに対処する１つの方法は、翼形部上でシュラウドの位置をより低くすることである。すなわち、翼形部の先端部にシュラウドを付加する代わりに、シュラウドを半径方向領域の中間付近に配置する。本明細書で用いるように、そのようなシュラウドは、「スパン中央シュラウド」と呼ばれる。このより低い（すなわち、より内側の）半径では、シュラウドの質量によるロータブレードへの応力のレベルが低減される。しかし、従来のスパン中央シュラウドの設計および使用に関するいくつかの問題が、本発明者らによって確認されている。これらは一般的に、構造および他の利点のために隣接する翼形部を機械的に係合する手段としてスパン中央シュラウド間に含まれている接触摩耗表面またはパッドの性能に関係する。堅牢な場合であっても、これらの接触表面は、位置ずれの傾向があると、急速に摩耗する。このような位置ずれによって、接触表面に張力および剪断力が印加され、接触表面は、通常、スパン中央シュラウドの表面に固定された非一体型パッドなので、部品を急速に劣化させる有害な摩耗が生じる。空気力学的損失などのさらなる問題もまた、このような位置ずれから生じる可能性がある。最後に、構造基準を満足しつつ、このようなシュラウドの重量を低減することができる程度には、ロータブレードの寿命を延ばすことができる。
【０００５】
理解されるように、これらのおよび他の基準によれば、シュラウド付きロータブレードの設計は、多くの複雑で、しばしば競合する考慮すべき点を含んでいる。１つまたは複数の所望の性能基準を最適化または向上させるようにこれらをバランスさせる新規な設計は、構造的堅牢性、部品寿命の長寿命化、生産性、および／または費用効果の高いエンジン動作を依然として十分に促進しつつ、経済的に有益な技術を表している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第８１８２２２８号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本願は、このように、ロータディスクに取り付けられ、かつロータディスクの周りに円周方向に離間して配置された同一に構成されたロータブレードの列内で使用されるように構成されたガスタービン用のロータブレードを記載する。ロータブレードは、凹面の正圧面と横方向に対向する凸面の負圧面との間に画定された翼形部と、翼形部の正圧面から延在する正圧翼および翼形部の負圧面から延在する負圧翼を含むスパン中央シュラウドと、をさらに含む。スパン中央シュラウドの正圧翼および負圧翼は、同一に構成されたロータブレードの列内のロータブレードのうちの取り付けられた隣接するロータブレードの間の界面を協働して形成するように構成することができる。界面は、上流側翼として配置された正圧翼および負圧翼のうちの第１の翼と、下流側翼として配置された正圧翼および負圧翼のうちの残りの他の翼と、を含むことができる。界面は、下流側狭小ステップとして構成された上流側翼および下流側翼をさらに含むことができる。
【０００８】
本出願のこれらのおよびその他の特徴は、図面および添付した特許請求の範囲と併せて、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を検討することにより明らかになろう。
【０００９】
本発明のこれらのおよびその他の特徴は、以下の添付の図面と併せて、本発明の例示的な実施形態についての以下のより詳細な説明を慎重に検討することによって、より完全に理解され認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本願の態様および実施形態によるタービンブレードを含むことができる例示的なガスタービンの概略図である。
【図２】図１のガスタービンの圧縮機部の断面図である。
【図３】図１のガスタービンのタービン部の断面図である。
【図４】本願の態様および実施形態による内部冷却構成および構造的配置を含む例示的なタービン・ロータ・ブレードの側面図である。
【図５】図４の視線５−５に沿った断面図である。
【図６】図４の視線６−６に沿った断面図である。
【図７】図４の視線７−７に沿った断面図である。
【図８】本願の態様および実施形態による先端シュラウドおよび構成を含むことができる例示的なタービン・ロータ・ブレードの斜視図である。
【図９】本発明の態様による、または本発明を使用することができるスパン中央シュラウドを有する例示的なロータブレードの斜視図である。
【図１０】本発明の態様による、または本発明を使用することができるスパン中央シュラウドを有するロータブレードの例示的な取り付け配置の斜視図である。
【図１１】本発明の態様による、または本発明を使用することができるスパン中央シュラウドを有するロータブレードの例示的な取り付け配置の外側から見た図である。
【図１２】本発明の態様による、スパン中央シュラウドを有する翼形部の斜視図である。
【図１３】本発明の実施形態による、界面を形成するスパン中央シュラウドを有するロータブレードの例示的な取り付け配置の斜視図である。
【図１４】本発明の実施形態による、界面を形成するスパン中央シュラウドを有するロータブレードの例示的な取り付け配置の外側プロファイル図である。
【図１５】本発明の実施形態による、界面を形成するスパン中央シュラウドを有するロータブレードの例示的な取り付け配置の下流側を見た図である。
【図１６】本発明の実施形態による、界面を形成するスパン中央シュラウドを有するロータブレードの例示的な取り付け配置の上流側を見た図である。
【図１７】本発明の実施形態による、界面を形成するスパン中央シュラウドを有するロータブレードの例示的な取り付け配置の下流側を見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本願の態様および利点は、以下で記述され、または、記述から明らかになり、または本発明の実施を通して学習することができる。本発明の実施形態を示すために、ここで詳細に参照を行うが、それの１つまたは複数の実施例を添付の図面に示す。詳細な説明は、図面中の特徴を参照するために、数字の符号を用いる。図面および説明の中の同様のまたは類似の符号は、本発明の同様のまたは類似の部材を参照するために用いることができる。理解されるように、各実施例は本発明の説明のために提供するものであって、本発明を限定するものではない。実際、本発明の範囲または趣旨を逸脱せずに、修正および変更が本発明において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。たとえば、一実施形態の一部として図示または記載する特徴は、さらに別の実施形態を与えるために、別の実施形態で用いることができる。本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲に入るこのような修正および変更を包括することが意図されている。本明細書で述べる範囲および限界は、特に断らない限り、その限界自体を含み、所定の限界内にあるすべての下位範囲を含むことを理解されたい。さらに、特定の用語は、本発明ならびにその構成要素のサブシステムおよび部品を説明するために選択されている。可能な範囲で、これらの用語は、当該技術分野に共通する専門用語に基づいて選択されている。それにもかかわらず、そのような用語は、しばしば異なる解釈を受けることが理解されよう。たとえば、本明細書で単一の構成要素として言及され得るものが、他では複数の構成要素から成るものとして言及されることがあり、あるいは、本明細書で複数の構成要素を含むものとして言及され得るものが、他では単一の構成要素として言及されることがある。本発明の範囲を理解する際には、使用される特定の専門用語だけでなく、用語がいくつかの図面に関係するようにして、添付の明細書および文脈、ならびに構成、機能、および／または参照され説明される構成要素の使用についても注意を払うべきであり、そして当然のことながら、添付の特許請求の範囲における専門用語の正確な使用についても注意を払うべきである。さらに、以下の実施例は、ガスタービンまたはタービンエンジンの特定のタイプに関連して提示されているが、本願の技術は、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば理解するように、限定されずに、他のカテゴリのタービンエンジンにも適用可能である。したがって、特に断らない限り、「ガスタービン」という用語の本明細書における使用は、本発明を種々のタイプのタービンエンジンに適用できるように、広くかつ限定していると理解されたい。
【００１２】
ガスタービンがどのように動作するかという性質を考えると、いくつかの用語は、その機能の特定の態様を記述する際に特に有用であることが明らかである。これらの用語およびその定義は、特に明記しない限り、以下の通りである。
【００１３】
「前方」および「後方」という用語は、ガスタービンの向きに対する方向、より具体的には、圧縮機およびエンジン部分の相対的な配置に対する方向を意味する。したがって、本明細書で使用するように、「前方」という用語は圧縮機端を指し、「後方」はタービン端を指す。これらの用語の各々は、エンジンの中心軸に沿った動きの方向または相対位置を示すために使用することができることが理解されよう。
【００１４】
「下流側」および「上流側」という用語は、本明細書では、中を通って移動する流れの方向（以下、「流れ方向」）に対して、指定された導管または流路内での位置を示すために使用される。したがって、「下流側」という用語は、流体が指定された導管を通って流れる方向を示し、「上流側」はそれと反対の方向を示す。これらの用語は、通常のまたは予想される動作が与えられた導管を通る流れ方向として当業者により理解されるであろうものに関するものとして解釈することができる。理解されるように、ガスタービンの圧縮機およびタービン部分内で、作動流体は、エンジンの中心軸の周りに画定される環状の作動流体流路を通って導かれ、その中に収容される。そのような場合には、「流れ方向」という用語は、エンジンの作動流体流路を通る作動流体の流れの理想化された予想される方向を表す基準方向を指すことができる。この基準方向は、ガスタービンの中心軸に平行であって、下流側すなわち後方方向に向いているものとして理解することができる。
【００１５】
したがって、たとえば、ガスタービンの作動流体流路を通る作動流体の流れは、予想される流れ方向に圧縮機を通る加圧された空気として始まり、燃料と共に燃焼されて燃焼器内の燃焼ガスとなり、最後に、タービンを通過しながら予想される流れ方向に膨張するように記述することができる。あるいは、作動流体の流れは、ガスタービンの前方すなわち上流側端部に向かって前方すなわち上流側位置で始まり、ほぼ下流側すなわち後方方向に移動して、最後に、ガスタービンの後方すなわち下流側端部に向かって後方すなわち下流側位置で終端するように記述することができる。
【００１６】
ガスタービンの多くの部品は、圧縮機およびタービンのロータブレードなどのように、動作中に回転するので、回転リードと回転トレイルという用語は、エンジン内の回転に対する下位部品または下位領域の位置を示すために使用することができる。したがって、理解されるように、これらの用語は、圧縮機またはタービン内の回転の方向（以下、「回転方向」）についての位置を区別することができる。回転方向は、ガスタービンの通常のまたは予想される動作が与えられた部品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。
【００１７】
加えて、ガスタービンの構成、特に共通シャフトまたはロータの周りの圧縮機およびタービン部分の配置、ならびに多くの燃焼器タイプに共通する円筒状構成であれば、軸に対する相対位置を記述する用語を本明細書において規則的に使用することができる。これに関連して、「半径方向」という用語は、軸に垂直な動きまたは位置を指すことが理解されよう。これと関連して、中心軸からの相対的な距離を記述することが必要とされ得る。このような場合、たとえば、第１の構成要素が第２の構成要素よりも中心軸の近くにあれば、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向内側」または「内側」のいずれかにあると記述される。一方、第１の構成要素が中心軸からより遠くにある場合には、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向外側」または「外側」のいずれかにあるとして記述される。本明細書で使用される「軸方向」という用語は、軸に平行な動きまたは位置を指し、「円周方向」という用語は、軸の周りの動きまたは位置を指す。特に断らない限り、または文脈上明らかでない限り、軸に対する位置を記述するこれらの用語は、各々を貫通して延在するロータによって画定される圧縮機およびタービン部分の中心軸に関するものとして解釈するべきである。しかし、用語はまた、ガスタービン内の特定の部品またはサブシステムの長手軸、たとえば、従来の円筒形または「缶（ｃａｎ）」燃焼器が通常周りに配置される長手軸などに対して使用することができる。
【００１８】
最後に、「ロータブレード」という用語は、さらなる特殊性はなく、圧縮機またはタービンのいずれかの回転するブレードに対する言及であって、圧縮機ロータブレードおよびタービン・ロータ・ブレードの両方を含む。「ステータブレード」という用語は、さらなる特殊性はなく、圧縮機またはタービンのいずれかの固定したブレードに対する言及であって、圧縮機ステータブレードおよびタービン・ステータ・ブレードの両方を含む。「ブレード」という用語は、一般的に、両方の種類のブレードを指すために用いることができる。このように、さらなる特殊性はなく、「ブレード」という用語はすべてのタイプのタービン・エンジン・ブレードを含み、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、およびタービン・ステータ・ブレードなどを含む。
【００１９】
背景として、ここで図面を具体的に参照して、図１〜図３は、本発明による、または本発明を使用することができる例示的なガスタービンを示す。本発明がこのタイプの使用に限定されなくてもよいことは、当業者には理解されるであろう。上述したように、当業者には認識されるように、本発明は、発電および航空機で使用されるエンジンなどのガスタービン、蒸気タービンエンジン、ならびに他のタイプの回転式エンジンで使用することができる。したがって、特に断らない限り、提示される実施例は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。一般に、ガスタービンは、圧縮空気のストリーム中で燃料が燃焼することにより生成される高温ガスの加圧された流れからエネルギーを抽出することによって動作する。図１に示すように、ガスタービン１０は、共通シャフトまたはロータにより下流側のタービン部すなわちタービン１２に機械的に結合される軸流圧縮機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、を有するように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１９の周りに形成することができる。
【００２０】
図２は、図１のガスタービンエンジンで用いることが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は複数の段を有することができ、各段は圧縮機ロータブレード１４の列および圧縮機ステータブレード１５の列を含む。このように、第１段は、中心シャフトの周りに回転する圧縮機ロータブレード１４の列と、それに続いて動作中に固定されたままの圧縮機ステータブレード１５の列と、を含むことができる。図３は、図１のガスタービンエンジンで用いることができる例示的なタービン部すなわちタービン１２の部分図である。タービン１２もまた、複数の段を含むことができる。３つの例示的な段を示しているが、これより多くの段またはこれより少ない段が存在してもよい。各段は、動作中に固定されたままの複数のタービンノズルまたはタービン・ステータ・ブレード１７と、それに続いて動作中にシャフトの周りに回転する複数のタービンバケットまたはロータブレード１６と、を含むことができる。タービン・ステータ・ブレード１７は、一般に、互いに円周方向に離間して配置され、かつ回転軸の周りで外側ケーシングに固定されている。タービン・ロータ・ブレード１６は、中心軸の周りで回転するために、タービンホイールまたはロータディスク（図示せず）に装着することができる。タービン・ステータ・ブレード１７およびタービン・ロータ・ブレード１６は、タービン１２を通る高温ガス経路または作動流体流路内にあることが理解されよう。燃焼ガスまたは作動流体流路内の作動流体の流れの方向を矢印で示す。
【００２１】
ガスタービン１０の動作の一例では、軸流圧縮機１１内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では、圧縮空気が燃料と混合され、点火されて、エネルギーが放出される。結果として生じた燃焼器１３からの高温ガスまたは作動流体の流れは、次に、タービン・ロータ・ブレード１６の上に導かれ、それによってシャフトの周りでタービン・ロータ・ブレード１６が回転する。このようにして、作動流体の流れのエネルギーは、回転するブレードの機械的エネルギーに変換され、さらにロータブレードとシャフトとの間の接続により、回転するシャフトの機械的エネルギーに変換される。シャフトの機械的エネルギーは、次に圧縮機ロータブレード１４の回転を駆動して必要な圧縮空気を供給することができ、また、たとえば、発電機を駆動して電気を生成することもできる。
【００２２】
背景を説明するために、図４〜図７は、本発明の態様による、またはそれを実施することができるタービン・ロータ・ブレード１６を示す。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例示して、その内部および外部の設計に影響を及ぼす幾何学的制約および他の基準を説明するとともに後で参照するために、このようなブレード内の部品と領域との間の空間的関係を説明するために提示される。この実施例のブレードは、ロータブレードであるが、特に断らない限り、本発明は、ガスタービン内の他のタイプのブレードにも適用することができることが理解されよう。
【００２３】
ロータブレード１６は、図示するように、ロータディスクに取り付けるために使用される根元部２１を含むことができる。根元部２１は、たとえば、ロータディスクの周辺部の対応するダブテールスロット内に装着するように構成されたダブテール２２を含むことができる。根元部２１は、ダブテール２２とプラットフォーム２４との間に延在するシャンク２３をさらに含むことができる。プラットフォーム２４は、図示するように、根元部２１と翼形部２５との接合を形成し、翼形部２５は、タービン１２を通る作動流体の流れを遮断して回転を生じさせるロータブレード１６の能動部品である。プラットフォーム２４は、翼形部２５の内側端部と、タービン１２を通る作動流体流路の内側境界の一部と、を画定することができる。
【００２４】
ロータブレードの翼形部２５は、凹面の正圧面２６および円周方向もしくは横方向に対向する凸面の負圧面２７を含むことができる。正圧面２６および負圧面２７は、対向する前縁２８と後縁２９との間をそれぞれ軸方向に延在することができる。正圧面２６および負圧面２７はまた、翼形部２５の内側端部、すなわちプラットフォーム２４から外側先端部３１まで半径方向に延在することができる。翼形部２５は、プラットフォーム２４と外側先端部３１との間で延びる湾曲したまたは輪郭の付いた形状を含むことができる。図４および図５に示すように、翼形部２５の形状は、プラットフォーム２４と外側先端部３１との間で延在するにつれてテーパを付けることができる。テーパは、図４に示すように、翼形部２５の前縁２８と後縁２９との間の距離が狭くなる軸方向テーパ、および、図５に示すように、負圧面２７と正圧面２６との間に画定される翼形部２５の厚さが減少する円周方向テーパを含むことができる。図６および図７に示すように、翼形部２５の輪郭形状は、プラットフォーム２４から延在するにつれて翼形部２５の長手軸の周りの捻りをさらに含むことができる。捻りは、通常、内側端部と外側先端部３１との間で翼形部２５のスタガ角を徐々に変化させるように構成されている。
【００２５】
説明の目的で、図４に示すように、ロータブレード１６の翼形部２５は、軸方向中線３２の各側に画定される前縁部分またはハーフおよび後縁部分またはハーフを含むものとしてさらに記述することができる。軸方向中線３２は、本明細書での使用によれば、プラットフォーム２４と外側先端部３１との間で翼形部２５のキャンバ線３５の中点３４を接続することにより形成することができる。さらに、翼形部２５は、翼形部２５の半径方向中線３３の内側および外側に画定された２つの半径方向に積み重ねられた部分を含むものとして記述することができる。このように、本明細書で使用されるように、翼形部２５の内側部分またはハーフは、プラットフォーム２４と半径方向中線３３との間に延在し、外側部分またはハーフは、半径方向中線３３と外側先端部３１との間に延在する。最後に、翼形部２５は、正圧面部分またはハーフおよび負圧面部分またはハーフを含むものとして記述することができ、これらは、理解されるように、翼形部２５のキャンバ線３５の各側および翼形部２５の対応する面２６、２７に対して画定される。
【００２６】
ロータブレード１６は、動作中に冷媒が循環する１つまたは複数の冷却チャネル３７を有する内部冷却構成３６をさらに含むことができる。冷却チャネル３７は、ロータブレード１６の根元部２１を貫通して形成された供給源への接続から半径方向外向きに延在することができる。冷却チャネル３７は、直線状、曲線状、またはこれらの組み合わせとすることができ、冷媒がロータブレード１６から作動流体流路内に排出される１つもしくは複数の出口または表面ポートを含むことができる。
【００２７】
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の斜視図である。図示するように、先端シュラウド４１は、翼形部２５の外側端部の近くまたはそこに配置することができる。先端シュラウド４１は、軸方向および円周方向に延在する平板状または平面状の部品を含むことができ、翼形部２５によってその中心に向かって支持されている。説明の目的のために、先端シュラウド４１は、内側表面４５、外側表面４４、および縁部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挟んで外側表面４４と対向し、縁部４６は、内側表面４５と外側表面４４とを接続し、本明細書で使用するように、先端シュラウド４１の外周プロファイルまたは形状を画定する。
【００２８】
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在するフィン状の突起である。シールレール４２は、ロータブレード１６の回転の方向すなわち「回転方向」に先端シュラウド４１の対向する端部の間に円周方向に延在することができる。理解されるように、シールレール４２は、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画定する周囲の固定部品と、の間の半径方向隙間を通る作動流体の漏れを防ぐために使用することができる。いくつかの従来の設計では、シールレール４２は、その隙間を挟んでそれに対向する摩耗性の固定ハニカムシュラウド内に半径方向に延在することができる。シールレール４２は、先端シュラウド４１の外側表面４４のほぼ全周囲長にわたって延在することができる。本明細書で使用するように、先端シュラウド４１の周囲長は、回転方向５０における先端シュラウド４１の長さである。カッター歯４３をシールレール４２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の幅よりもわずかに広い、固定シュラウドの摩耗性コーティングまたはハニカムの溝を切削するために設けることができる。先端シュラウド４１は、先端シュラウド４１と翼形部２５との互いに異なる表面の間に、および先端シュラウド４１とシールレール４２との間に、滑らかな表面の移行を提供するように構成されたフィレット領域を含むことができる。
【００２９】
図９〜図１１は、本発明による、または本発明の態様を実施することができる、スパン中央シュラウドを有する例示的なタービン・ロータ・ブレードを示す。図９は、翼形部２５が例示的なスパン中央シュラウド７５を含むロータブレード１６の斜視図である。理解されるように、スパン中央シュラウド７５は、説明した先端シュラウド４１部品と特定の特徴および属性を共有する。たとえば、先端シュラウド４１と同様に、スパン中央シュラウド７５は、取り付けられたロータブレード１６の列内の隣接した翼形部２５間にまたがるように構成することができる。しかし、理解されるように、先端シュラウド４１とは異なり、スパン中央シュラウド７５は、翼形部２５の外側先端部３１にまたはその近くに配置されていない。代わりに、図示するように、スパン中央シュラウド７５は、翼形部２５の中央領域と半径方向に一致している。したがって、スパン中央シュラウド７５は、翼形部２５の半径方向中線３３の近くに配置することができる。本明細書で用いる別の定義によれば、スパン中央シュラウド７５は、翼形部２５の外側先端部３１の内側およびプラットフォーム２４の外側に配置されたシュラウドとして広く定義することができる。本明細書で用いる別の定義によれば、スパン中央シュラウド７５はまた、翼形部２５の半径方向範囲内に配置されるものと定義することができる。したがって、特定の実施形態によれば、この半径方向範囲は、翼形部２５の半径方向高さの約２５％の内側境界と、翼形部２５の半径方向高さの約８５％の外側境界と、の間であると定義することができる。他のより具体的な実施形態によれば、スパン中央シュラウド７５の位置の範囲は、翼形部２５の半径方向高さの約３３％の内側境界と、翼形部２５の半径方向高さの約６６％の外側境界と、の間であると定義することができる。
【００３０】
本構成によれば、スパン中央シュラウド７５は、翼形部２５の両側面から延在する翼状の突起を含むことができる。これらの翼状の突起の各々は、それが延在する翼形部２５の面２６、２７に従って言及することができる。したがって、本明細書の説明の目的のために、スパン中央シュラウド７５は、翼形部２５の正圧面２６から突出する正圧翼７６と、翼形部２５の負圧面２７から突出する負圧翼７７と、を含むものとして言及される。図示するように、翼７６、７７の各々は、翼形部２５の半径方向高さに比べて半径方向寸法が比較的薄い軸方向かつ円周方向に突出する部品として構成することができるので、これらは「翼」に似ている。「翼」というこの呼称は、本明細書で述べない方法で限定することを意図するものではない。以下でより詳細に説明するように、スパン中央シュラウド７５の翼７６、７７の各々は、同じブレード列内でそれの隣に位置する、同様に構成され隣接するロータブレードの翼７６、７７のうちの対向するものと機能的に協働するように構成することができる。この機能的協働は、機械的係合およびアセンブリの空気力学的性能を向上させる構成の両方を含むことができる。
【００３１】
図１０は、例示的な取り付け状態で配置されたスパン中央シュラウド７５を有するロータブレード１６の斜視図であり、図１１は同じアセンブリの上面図である。図示するように、スパン中央シュラウド７５は、隣接するロータブレード１６の他のスパン中央シュラウド７５を連結または係合するように構成することができる。このように、ロータブレード１６の列内に、図示するように、第１のロータブレード１６の正圧面２６から延在する正圧翼７６は、第１のロータブレード１６の一方の側面にある第２のロータブレード１６の負圧面２７から延在する負圧翼７７と協働するように構成することができる。同様に、第１のロータブレード１６の負圧面２７から延在する負圧翼７７は、第１のロータブレード１６の他方の側面にある第３のロータブレード１６の正圧面２６から延在する正圧翼７６と協働するように構成することができる。このようにして、スパン中央シュラウド７５は、動作中に隣接するロータブレード１６の翼形部２５間の接触点を形成するために使用することができる。この接触点は、スパン中央シュラウドとシュラウドとの界面（以下、「界面８５」）に生じ得るが、それを挟んで正圧翼接触面８６および負圧翼接触面８７は、互いに係合することができる。この接触は、断続的であっても、一定であってもよく、ガスタービンの動作モードに依存してもよい。理解されるように、このようにロータブレード１６の翼形部２５の連結は、アセンブリの固有振動数を増加させ、動作振動を減衰するために行うことができ、それによって、ロータブレード１６の全体的な機械的応力を減少させ、耐用寿命を延ばすことができる。
【００３２】
図１２〜図１５を特に参照すると、スパン中央シュラウドを有するロータブレード１６のいくつかの構成が、本発明の特定の態様および例示的な実施形態に応じて提示される。理解されるように、これらの実施例は、すでに本明細書で提示した構成要素および関連する概念、特に先行する図面に関連して説明したものを参照し考慮して説明する。前と同様に、スパン中央シュラウド７５は、翼形部２５の正圧面２６から延在する正圧翼７６と、翼形部２５の負圧面２７から延在する負圧翼７７と、を含むことができる。スパン中央シュラウド７５の正圧翼７６および負圧翼７７は、このようなブレードがロータディスクに並んで取り付けられると、同じ設計の隣接するロータブレード間に界面８５を協働して形成するように構成することができる。理解されるように、界面８５は、正圧翼７６に配置された正圧翼接触面８６および負圧翼７７に配置された負圧翼接触面８７を含むことができる。界面８５は、隙間８８を挟んで互いに対向する接触面８６、８７を含むことができる。ロータブレードが取り付けられると、界面８５の隙間８８は距離が変化することができる。すなわち、隙間８８は、図１４に示すように、エンジンが動作していない低温構築状態または低温状態ではより広くなり得る。他の条件では、たとえばエンジンが最大能力で動作している場合（すなわち高温状態）では、隙間８８は、図１１に示すように、接触面８６、８７が互いに接合されるように実質的に閉じることができる。
【００３３】
本発明によれば、冷却状態では、隙間８８は広くてもよく、界面８５の接触面８６、８７間の相対的な位置合わせおよび位置は所定のオフセットを含んでもよい。本明細書で提示するように、この所定のオフセットは、動作条件が隙間８８を閉じる場合に接触面８６、８７間に所望の位置合わせが達成されるように構成することができる。すなわち、界面８５は、予想される動作条件によって隙間８８が閉じる場合に、負圧翼接触面８７に対して正圧翼接触面８６を望ましく位置合わせするように構成された接触面８６、８７間の所定のオフセットを含む。
【００３４】
図４および図７に関連して説明したように、ロータブレードの翼形部は、しばしば捻れ構成を伴って構成される。これは、通常、ブレードの半径方向高さに対して翼形部のスタッガ角を徐々に変化するようにして行われる。このように、この捻れは、図６および図７に示すように、翼形部２５がプラットフォーム２４と外側先端部３１との間で半径方向に延在するにつれて、長手方向の軸の周りで発生する。通常動作中に、ロータブレードの回転速度によって、翼形部２５がわずかに「解捻」する場合があり、これによって、接触面８６、８７が一緒になるまで、界面８５の隙間８８が狭くなることがあり得る。一旦接触すると、支持するスパン中央シュラウドリングが形成され、これは、有利に、振動を低減し、耐久性を向上させ、さらなる解捻を阻止することができる。理解されるように、翼形部２５のこの解捻は、隙間８８が閉じるようになる軸方向の動き以外の接触面８６、８７間の他の種類の相対運動を引き起こす可能性がある。すなわち、解捻する翼形部２５は、界面８５を挟む接触面８６、８７を、互いに円周方向に、半径方向に、および／または角度的に偏向させる場合がある。このような偏向および相対運動を引き起こす予想される動作条件は、隙間８８を閉じるために翼形部２５を十分に解捻するのに必要な動作として定義することができる。たとえば、予想される動作条件は、必要な解捻を引き起こすエンジン内の所定の回転速度を含むことができる。特定の実施形態によれば、予想される動作条件は、エンジンの所定の回転速度および動作温度として定義することができる。たとえば、予想される動作条件は、エンジンの定格負荷の９０％以上であるガスタービンの運転モードに対応することができる。
【００３５】
説明の目的で、ガスタービンは、前端部に配置された圧縮機および後端部に配置されたタービンを通るように画定される作業流体流路を含む。理解されるように、この向きは、ガスタービンおよびその部品部分内の前方方向および後方方向を規定するために使用することができる。さらに、本明細書で使用するように、「流れ方向」（矢印８９で示す）という用語は、所定の通常動作の作動流体流路を通る作動流体流の方向を意味する。圧縮機およびタービン部分内では、したがって、流れ方向という用語は、理想化された基準方向として理解することができ、それはガスタービンの中心軸に平行であって、かつ後方方向に向いていると定義される。上述したように、「回転方向」（矢印９０で示す）という用語は、エンジンの圧縮機またはタービン部分内の通常運転状態においてロータブレードの回転の予想される方向を意味する。最後に、特に断らない限り、本発明は、ガスタービンの圧縮機またはタービン部分で用いるように構成されたロータブレードと併せて使用できることを理解されたい。図示するように、１つの好適な実施形態は、エンジンのタービン部のために特に構成されたロータブレードと併せて使用することを含む。
【００３６】
以上の定義が与えられると、正圧翼７６および負圧翼７７はそれぞれ、前面９２および後面９３を含むものとして記述することができることが理解されよう。図示するように、各々の前面９２は、ガスタービンの前端部の方に（または上流側方向に）向いており、各々の後面９３は、ガスタービンの後端部の方に（または下流側方向に）向いている。図示するように、界面８５は、正圧翼７６および負圧翼７７の円周方向重なり部分の間に形成することができる。この円周方向の重なりの中で、好適な実施形態によれば、正圧翼７６は、負圧翼７７の前方に位置している。理解されるように、このような場合には、正圧翼接触面８６は正圧翼７６の後面９３に形成され、負圧翼接触面８７は負圧翼７７の前面９２に形成される。
【００３７】
特定の好適な実施形態によれば、図１３および図１４に示すように、正圧翼接触面８６は、正圧翼７６の後面９３に固定された非一体型パッド９１として構成することができる。同様にして、負圧翼接触面８７もまた、負圧翼７７の前面９２に固定された非一体型パッド９１として構成することができる。非一体型パッド９１が固定された正圧翼７６の後面９３は、実質的に平坦な表面として構成することができる。非一体型パッド９１が固定された負圧翼７７の前面９２もまた、実質的に平坦な表面として構成することができる。このような場合、非一体型パッド９１は、したがって、各々が取り付けられた周囲の表面に対して隆起した接触表面を形成することができる。他の構成が可能であると考えられ、正圧翼７６の後面９３の非一体型パッド９１は、固定された時に、正圧翼接触面８６が実質的に平坦な表面として形成されるように、一定の厚さを含むことができる。同様に、負圧翼７７の前面９２の非一体型パッド９１は、固定された時に、負圧翼接触面８７が実質的に平坦な表面として形成されるように、一定の厚さを含むことができる。
【００３８】
さらに、説明の目的のために本明細書で使用されるように、界面８５の外側プロファイルは、外側半径方向から見た界面８５のプロファイルを指す。界面の外側プロファイルの実施例を図１３および図１４に示す。外側プロファイル（具体的には図１４）を参照して、正圧翼接触面８６および負圧翼接触面８７の各々は、遠端部９４および近端部９５を有するものとして記述することができ、それらはそれが取り付けられた翼形部２５からのそれぞれの距離によってそのように呼ばれる。
【００３９】
図１４の外側プロファイルに最も明瞭に示すように、正圧翼接触面８６および負圧翼接触面８７はそれぞれ、流れ方向８９に対して傾斜した構成を含むことができる。正圧翼接触面８６の傾斜した構成は、正圧翼接触面８６が遠端部９４から近端部９５まで延在するにつれて、回転方向９０の方へまたはその中へ傾斜することを含むことができる。負圧翼接触面については、傾斜した構成は、負圧翼接触面８７が近端部９５から遠端部９４まで延在するにつれて、回転方向９０の方へまたはその中へ傾斜することを含むことができる。傾斜した構成は、流れ方向８９に対して成す角度によってより具体的に説明することができる。図示するように、正圧翼接触面８６の傾斜は、正圧翼接触面８６と流れ方向８９との間の第１の角９６を形成することができ、この第１の角９６は１０〜８０度、より好ましくは２０〜７０度とすることができる。同様に、図示するように、負圧翼接触面８７の傾斜は、負圧翼接触面８７と流れ方向８９との間の第２の角９７を形成することができ、この第２の角９７は１０〜８０度、より好ましくは２０〜７０度とすることができる。
【００４０】
上述したように、本発明による所定のオフセットは、界面８５の一方の接触面８６、８７の間に発生する相対的な偏向または動きを補償する１つまたは複数の方向成分を含むことができる。特定の好適な実施形態によれば、図１４に示すように、界面８５の所定のオフセットは円周方向の成分を含み、それは本明細書では円周方向オフセット９８として参照される。円周方向オフセット９８は、負圧翼接触面８７が正圧翼接触面８６より回転方向に先行することを含むことができる。より具体的には、回転方向９０に対して、所定のオフセットは、負圧翼接触面８７の遠端部９４が正圧翼接触面８６の近端部９５よりも円周方向オフセット９８だけ回転方向に先行することを含むことができる。所定のオフセットは、負圧翼接触面８７の近端部９５が正圧翼接触面８６の遠端部９４よりも円周方向オフセット９８だけ回転方向に先行することをさらに含むことができる。理解されるように、翼形部２５の解捻が発生した場合の正圧翼接触面８６と負圧翼接触面８７との間の相対的な動きは、予想される円周方向の偏向と、円周方向オフセット９８がこの偏向に対応するように構成され得ることと、を含むことができ、そのようにして、予想される動作条件が隙間８８を閉じた場合には、負圧翼接触面８７の遠端部９４が正圧翼接触面８６の近端部９５と円周方向に位置合わせされ、かつ、予想される動作条件が隙間８８を閉じた場合には、負圧翼接触面８７の近端部９５が正圧翼接触面８６の遠端部９４と円周方向に位置合わせされる。
【００４１】
他の好適な実施形態によれば、図１５に示すように、界面８５の所定のオフセットは半径方向の成分を含み、それは本明細書では半径方向オフセット９９として参照される。より具体的には、半径方向オフセット９９は、図示するように、正圧翼接触面８６が負圧翼接触面８７に対して外側半径方向または外側方向にオフセットされることを含むことができる。このような場合には、図示するように、正圧翼接触面８６の外側縁部１０１は、負圧翼接触面８７の外側縁部１０１の半径方向オフセット９９だけ外側に配置することができる。また図示するように、正圧翼接触面８６の内側縁部１０２は、負圧翼接触面８７の内側縁部１０２の半径方向オフセット９９だけ外側に配置することができる。理解されるように、翼形部が動作負荷によって解捻した場合の正圧翼接触面８６と負圧翼接触面８７との間の相対的な動きは、予想される半径方向の偏向をもたらすことがあり、半径方向オフセット９９の距離は、この半径方向の偏向に対応するように構成することができ、そのようにして、予想される動作条件が隙間８８を閉じた場合には、正圧翼接触面８６の外側縁部１０１が負圧翼接触面８７の外側縁部１０１と半径方向に位置合わせされ、かつ、予想される動作条件が隙間８８を閉じた場合には、正圧翼接触面８６の内側縁部１０２が負圧翼接触面８７の内側縁部１０２と半径方向に位置合わせされる。
【００４２】
他の好適な実施形態によれば、界面８５の所定のオフセットは、角度オフセットを含むことができる。図１４に関連して前述したように、接触面８６、８７の各々は、流れ方向８９に対して角９６、９７を成す。所定のオフセットは角度オフセットを含むことができ、それは、正圧翼接触面８６および負圧翼接触面８７が流れ方向８９に対して成す角９６、９７の差として表される。理解されるように、翼形部が動作負荷によって解捻した場合の正圧翼接触面８６と負圧翼接触面８７との間の相対的な動きは、予想される角度偏向をもたらす可能性がある。好適な実施形態によれば、所定のオフセットの角度オフセットは、この角度偏向に対応するように構成することができ、そのようにして、運転条件が隙間８８を閉じた場合には、正圧翼接触面８６が負圧翼接触面８７と角度的に位置合わせされる。理解されるように、このような角度の位置合わせが発生すると、２つの角９６、９７が同じになる、すなわち正圧翼接触面８６と負圧翼接触面８７とが平行になる。
【００４３】
所定のオフセットを含む上述した構成は、界面内の接触面間の接触における位置合わせを向上させ、それによって、それらの間の接触の堅牢性を高めるために用いることができる。接触点における接触面の位置合わせによって、互いに完全に圧縮される。完全な圧縮によって生じる状態は、はるかに有害な引張応力および剪断応力が生じるのを制限または除去するために使用することができ、これらの応力は、特に摩耗パッドがロータブレードの非一体型部品である場合に、アセンブリを非常に速く劣化させるストレス要因である。理解されるように、これは、スパン中央シュラウドの翼の表面に形成された凹部内にこのような非一体型摩耗パッドを配置する従来の設計に対する改善である。このような従来の構成は、摩耗パッド内の結果的に生じる張力を増加させ、これにより、摩耗パッドが破れたりはがれたりする可能性が大きくなる。これによって、高い接触負荷による摩耗パッドの割れや破断により、計画外の停止の危険性が高くなる。対照的に、本発明の構成は、部品寿命を短くする、あるいはこのような障害の危険性を高めることなく、このような高い接触負荷条件で使用することができる。
【００４４】
図１６および図１７を参照すると、本発明の代替的な実施形態は、スパン中央シュラウド７５の界面８５が動作中に空気力学的に有利な位置合わせを維持する可能性を高めるために使用することができることが示されている。理解されるように、界面８５の正圧翼７６と負圧翼７７との間の相対的な動きおよびその動きの程度は、予想される動きが実際と異なる期間を含むことができる。たとえば、これは、過渡運転期間中または部品の故障もしくはシステムの不規則性などの異常な事象を伴う動作中に当てはまる場合がある。この場合に、タービンオペレータは、正圧翼７６および負圧翼７７が空気力学的性能に悪影響を与えるように位置ずれする可能性から保護するスパン中央シュラウド構成を選ぶことができる。このような場合、本発明の代替的な態様によれば、図１６および図１７に示すように、本明細書で下流側狭小ステップ１１０と呼ぶ特定の構成を協働して形成するように正圧翼７６および負圧翼７７を構築することによって、この安全装置を実現することができる。
【００４５】
本発明の下流側狭小ステップ１１０は、異なる半径方向厚さを有するシュラウドの翼７６、７７を構築して、アセンブリの半径方向厚さを下流側方向または後方方向に狭くし、翼７６、７７のかなりの半径方向偏向をもたらす動作条件であっても、この一般的な位置合わせを維持するように、互いにそれらを配置することによって構成することができる。以下でさらに説明するように、これは、翼７６、７７の間に位置ずれが生じる前に、いずれかの方向、すなわち内側または外側に大きな相対的な半径方向の動きを可能にする半径方向バッファを形成することによって達成することができる。このようにして、不測の事態または異常が予想しないまたは予想される規範外である相対的な動きをもたらす場合であっても、界面８５は、最も前方の、より空気力学的な前面９２、すなわち、本明細書で一般的に呼ぶように、「上流側翼」が、翼７６、７７の間のいかなる相対的な半径方向の動きがあっても、作動流体の流れの中にある可能性を高めるように構築することができる。このように、例示的な実施形態によれば、下流側狭小ステップ１１０を有する界面８５は、下流側翼７６、７７よりも大きい半径方向厚さを有するように構成される最も前方の翼すなわち上流側翼７６、７７（これは、特定の好適な実施形態によれば、正圧翼７６とすることができるが、負圧翼７７であってもよい）を含むことができ、下流側翼７６、７７は本明細書で最も後方の翼を指すために用いる用語である。好適な実施形態によれば、上流側翼の半径方向厚さは、下流側翼の半径方向厚さの１．０５〜１．５倍大きくすることができ、あるいは、より好ましくは、１．２〜１．４倍大きくすることができる。
【００４６】
図１６および図１７に対して説明の目的のために、「半径方向範囲」という用語は、正圧翼７６または負圧翼７７の外側縁部１１１と内側縁部１１２との間で画定される範囲を指す。その範囲は、取り付けられた状態のロータブレードによって画定されるものとして理解することができるので、作動流体流路内の半径方向範囲として理解することができる。さらに、ロータブレードの半径方向範囲は、低温構築状態で決定することができる。したがって、本構成では正圧翼７６が上流側翼であり、負圧翼７７が下流側翼であると仮定すると、本発明の実施形態は、界面８５の円周方向重なり部分内で、負圧翼７７の半径方向範囲が正圧翼７６の半径方向範囲より小さく、かつその中に完全に収容されるように、正圧翼７６および負圧翼７７が半径方向に配置されることを含む。この構成とすれば、正圧翼７６および負圧翼７７は、正圧翼７６の外側縁部１１１が負圧翼７７の外側縁部１１１の外側にあるように構成されることが理解されよう。さらに図示するように、正圧翼７６の外側縁部１１１が負圧翼７７の外側縁部１１１から外側方向にオフセットされる半径方向の差はバッファを構成することができ、それは本明細書で外側バッファ１１３と呼ぶ。正圧翼７６および負圧翼７７は、正圧翼７６の内側縁部１１２が負圧翼７７の内側縁部１１２の内側にあるようにさらに構成することができる。図示するように、正圧翼７６の内側縁部１１２が負圧翼７７の内側縁部１１２から内側方向にオフセットされる半径方向の差はバッファを構成することができ、それは本明細書で内側バッファ１１４と呼ぶ。理解されるように、外側バッファ１１３および内側バッファ１１４の範囲は、可能な動作条件およびそれに関連する正圧翼７６と負圧翼７７との間の相対的な動きのより広い範囲にわたって、アセンブリが空気力学的に有利な下流側狭小ステップ１１０を維持するように、構成することができる。
【００４７】
理解されるように、動作条件のより広い範囲にわたって下流側狭小ステップ１１０をこのように継続して維持することで、一般的に、全体的な空気力学的性能を向上させることができる。これは、通常、接触面としてのその目的の主な機能により、鈍く、平坦な、それほど空気力学的ではない面として構成されている下流側翼７６、７７の前面９２ではなく、界面８５の上流側翼７６、７７の滑らかな輪郭付けされた前面９２が作動流体の流れと接触することを可能にすることにより行われる。すなわち、上流側翼７６、７７の前面９２は、図示するように、通常、上流側方向にテーパが付いた、または狭くなる滑らかな空気力学的なテーパが付いた表面として構成されるが、それは作動流体の流れと直接相互作用することを意図しているからである。下流側翼７６、７７の前面９２は、通常、鈍く平坦な面を有するように構成され、作動流体の流れの中に直接向けられているが、それは、空気力学に関連する目的のためではなく、接触面として機能するように意図されているからである。好ましくは、本発明によれば、この鈍い面は、より広い上流側翼７６、７７の後に続く、またはそれに遮蔽されたままであり、作動流体との相互作用は間接的であって限定されたものである。そうでなければ、それは空気力学的性能に悪影響を及ぼすことになる。理解されるように、そのような空気力学的損失を回避することによって、一般的に、エンジンの全体効率を高めることができる。
【００４８】
当業者には理解されるように、いくつかの例示的な実施形態に関して上述した多くの様々な特徴および構成は、本発明の他の可能な実施形態を形成するためにさらに選択的に適用することができる。簡潔にするため、および当業者の能力を考慮に入れるために、可能な繰り返しのすべてについて詳細に提示または説明しないが、以下のいくつかの請求項に包含されるすべての組み合わせおよび可能な実施形態などは本願の一部であることが意図されている。さらに、本発明のいくつかの例示的な実施形態の上記の説明から、当業者は、改良、変更、および変形を認識するであろう。また当業者の範囲内のこのような改良、変更、および変形は、添付した特許請求の範囲に含まれることを意図している。さらに、前述の記載は本発明の記載された実施形態のみに関係しており、以下の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、多くの変更および変形が可能であることは明らかである。
【符号の説明】
【００４９】
１０  ガスタービン
１１  軸流圧縮機
１２  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・ロータ・ブレード
１７  タービン・ステータ・ブレード
１９  共通中心軸
２１  根元部
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  正圧面
２７  負圧面
２８  前縁
２９  後縁
３１  外側先端部
３２  軸方向中線
３３  半径方向中線
３４  中点
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  カッター歯
４４  外側表面
４５  内側表面
４６  縁部
５０  回転方向
７５  スパン中央シュラウド
７６  正圧翼
７７  負圧翼
８５  界面
８６  正圧翼接触面
８７  負圧翼接触面
８８  隙間
８９  流れ方向
９０  回転方向
９１  非一体型パッド
９２  前面
９３  後面
９４  遠端部
９５  近端部
９６  第１の角
９７  第２の角
９８  円周方向オフセット
９９  半径方向オフセット
１０１  外側縁部
１０２  内側縁部
１１０  下流側狭小ステップ
１１１  外側縁部
１１２  内側縁部
１１３  外側バッファ
１１４  内側バッファ
【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】
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