(57)【要約】  タービンブレード先端（３０）は、エアフォイル圧力側壁（１４）の外面（１４ｂ）に連続している前方表面（３４ｂ）を有するスキーラ先端壁（３４）を含む。複数の冷却チャネル（５０）が、スキーラ先端壁（３４）の輪郭に沿って離間するよう設けられる。各冷却チャネル（５０）は：エアフォイル内部キャビティ（２８）から冷媒を受け取るよう構成される入口（５２）と、入口（５２）からスキーラ先端壁（３４）の前方表面（３４ｂ）まで延在する閉チャネルを含む上流セクション（５４）と、スキーラ先端壁（３４）の前方表面（３４ｂ）におけるスロット（６０）によって形成される開チャネルを含む下流セクション（５６）と、を含む。スロット（６０）は、冷媒を前方表面（３４ｂ）に沿ってスキーラ先端壁（３４）の半径方向最外先端（８４）へ向けて案内するために、下流方向において半径方向外側に延在する。
2020530888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンブレード（１）であって、
前縁（１８）においてかつ後縁（２０）において接合される圧力側壁（１４）および吸引側壁（１６）によって形成される外壁（１２）を備えるエアフォイル（１０）と、
第１の半径方向端部におけるブレード先端（３０）と、
前記ブレード（１）を支持するためかつ前記ブレード（１）をディスクに連結するための、前記第１の半径方向端部の反対側にある第２の半径方向端部における翼根（８）と、
を備えており、
前記ブレード先端（３０）は、
前記圧力側壁（１４）と前記吸引側壁（１６）との間に延在する先端キャップ（３２）と、
前記先端キャップ（３２）の半径方向外側に延在しかつ前記前縁（１８）から前記後縁（２０）への方向に沿って延在するスキーラ先端壁（３４）であって、前記圧力側壁（１４）の外面（１４ｂ）に連続している前方表面（３４ｂ）を備える、スキーラ先端壁（３４）と、
前記スキーラ先端壁（３４）の輪郭に沿って離間される複数の冷却チャネル（５０）と、
を備えており、
前記冷却チャネル（５０）の各々は、
エアフォイル内部キャビティ（２８）から冷媒を受け取るよう構成される入口（５２）と、
前記入口（５２）から前記スキーラ先端壁（３４）の前記前方表面（３４ｂ）まで延在する閉チャネルを備える上流セクション（５４）と、
前記スキーラ先端壁（３４）の前記前方表面（３４ｂ）におけるスロット（６０）によって形成される開チャネルを備える下流セクション（５６）であって、前記スロット（６０）は、冷媒を前方表面（３４ｂ）に沿って前記スキーラ先端壁（３４）の半径方向最外先端（８４）に向けて案内するように、下流方向において半径方向外側に延在する、下流セクション（５６）と、
を備えることを特徴とするタービンブレード（１）。
【請求項２】
前記スロット（６０）は、半径方向外側方向に広がっていく幅（Ｗ）を有することを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード（１）。
【請求項３】
前記スロット（６０）は、両側に一対のスロット側壁（６４、６６）が配置されるスロット床（６２）によって形成されており、
前記スロット側壁（６４、６６）間の距離によって画定される前記スロット床の幅（Ｗ）は、半径方向外側方向に増加していくことを特徴とする請求項２に記載のタービンブレード（１）。
【請求項４】
前記スロット側壁（６４、６６）は、前記スロット床（６２）に対して垂直であることを特徴とする請求項３に記載のタービンブレード（１）。
【請求項５】
前記スキーラ先端壁（３４）の半径方向外側に面する先端表面（３４ｃ）が、山（９２）と谷（９４）とを交互に並べることによって画定される前方縁部（７２）を有するように、前記スロット（６０）は、前記スキーラ先端壁（３４）の前記半径方向最外先端（８４）を貫通して延在することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のタービンブレード（１）。
【請求項６】
前記スロット（６０）は、前記スキーラ先端壁（３４）の前記半径方向最外先端（８４）において実質的にゼロの深さとなるまで半径方向外側方向において徐々に減少する深さ（Ｄ）を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のタービンブレード（１）。
【請求項７】
前記上流セクション（５４）を形成する前記閉チャネルは、実質的に一定の流れ断面を有することを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード（１）。
【請求項８】
前記入口（５２）は、前記先端キャップ（３２）のうち前記エアフォイル内部キャビティ（２８）に面する半径方向内面（３２ａ）に形成されることを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード（１）。
【請求項９】
前記スロット（６０）は、少なくとも前記スキーラ先端壁（３４）の前記半径方向最外先端（８４）まで延在することを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード（１）。
【請求項１０】
前記ブレード先端（３０）は、前記先端キャップ（３２）の圧力側縁部（４４）において半径方向外側の段部（１０２）を備えており、
前記スキーラ先端壁（３４）は、前記段部（１０２）から前記半径方向最外先端（８４）まで半径方向外側に延在することを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード（１）。
【請求項１１】
前記ブレード先端（３０）は、翼弦方向に離間される複数の冷却孔（１１０）をさらに備えており、前記冷却孔（１１０）は、エアフォイル内部冷却システムと流体連通する前記段部（１０２）を通るよう形成されることを特徴とする請求項１０に記載のタービンブレード（１）。
【請求項１２】
前記スキーラ先端壁（３４）の前記前方表面（３４ｂ）は、ブレード圧力側へ向けて半径方向軸線（４０）に対して傾斜されていることを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード（１）。
【請求項１３】
前記スキーラ先端壁（３４）は、横方向において前記前方表面（３４ｂ）の反対側にある後方表面（３４ａ）を備えており、
半径方向軸線（４０）に関連して、前記後方表面（３４ａ）および前記前方表面（３４ｂ）は、前記翼弦方向に沿って独立して変化するそれぞれの角度で配向されており、それによって前記後方表面（３４ａ）と前記半径方向軸線（４０）との間の第１の角度（α）の前記翼弦方向の変化は、前記前方表面（３４ｂ）と前記半径方向軸線（４０）との間の第２の角度（β）の前記翼弦方向の変化とは異なることを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード（１）。
【請求項１４】
ブレード先端の冷却を向上させるためにタービンブレード（１）を供与するための方法であって、
前記タービンブレード（１）は、
前縁（１８）においてかつ後縁（２０）において接合される圧力側壁（１４）および吸引側壁（１６）によって形成される外壁（１２）を備えるエアフォイル（１０）と、
第１の半径方向端部におけるブレード先端（３０）と、
前記ブレード（１）を支持するためかつ前記ブレード（１）をディスクに連結するための、前記第１の半径方向端部の反対側にある第２の半径方向端部における翼根（８）と、
を備えており、
前記ブレード先端（３０）は、
前記圧力側壁（１４）と前記吸引側壁（１６）との間に延在する先端キャップ（３２）と、
前記先端キャップ（３２）の半径方向外側に延在しかつ前記前縁（１８）から前記後縁（２０）への方向に沿って延在するスキーラ先端壁（３４）であって、前記圧力側壁（１４）の外面（１４ｂ）に連続している前方表面（３４ｂ）を備える、スキーラ先端壁（３４）と、
を備えており、
前記方法は、
前記スキーラ先端壁（３４）の輪郭に沿って離間される複数の冷却チャネル（５０）を機械加工するステップを含み、
前記冷却チャネル（５０）の各々の機械加工するステップは、
エアフォイル内部キャビティ（２８）と流体連通するよう構成される冷却チャネルの入口（５２）を機械加工するステップと、
前記入口（５２）から前記スキーラ先端壁（３４）の前記前方表面（３４ｂ）まで延在する閉チャネルを備える上流セクション（５４）を機械加工するステップと、
前記スキーラ先端壁（３４）の前記前方表面（３４ｂ）上のスロット（６０）によって形成される開チャネルを備える下流セクション（５６）を機械加工するステップであって、前記スロット（６０）は、前記スキーラ先端壁（３４）の半径方向最外先端（８４）へ向けて下流方向において半径方向外側に延在する、ステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンのためのタービンブレード、とりわけタービンブレード先端に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンなどのターボ機械では、空気は圧縮機セクションで加圧され、続いて燃料と混合され、そして高温の燃焼ガスを生成するために燃焼器セクションで燃焼される。高温の燃焼ガスは、エンジンのタービンセクション内で膨張され、当該タービンセクションでは、圧縮機セクションに動力供給するために、かつ電気を生成するべく発電機を始動するなどの有用な仕事を生成するために、エネルギーが抽出される。高温の燃焼ガスは、タービンセクション内の一連のタービン段を通って移動する。タービン段は、固定エアフォイルすなわちベーンの列と、固定エアフォイルの後に続く回転エアフォイルすなわちタービンブレードの列と、を含んでもよく、タービンブレードは、出力動力を提供するために、高温の燃焼ガスからエネルギーを抽出する。
【０００３】
典型的には、タービンブレードは、一端における翼根と、翼根に連結されるプラットホームから外側に延在するエアフォイルを形成する細長部分と、から形成される。エアフォイルは、半径方向外側端部における先端と、前縁と、後縁とを備える。多くの場合、タービンブレードの先端は、タービンブレードによって生成されるトルクの量を低減させる先端流れの漏出を防止するべく、タービンのガス経路内のリングセグメントとブレードとの間のギャップのサイズを小さくするために先端形体部を有する。先端形体部は、多くの場合にスキーラ先端と称されており、かつ頻繁に、タービン段間の圧力損失の低減に役立つようにブレードの先端に組み込まれている。これら先端形体部は、ブレードの先端とリングセグメンとの間の漏出を最小限にするように設計されている。
【０００４】
なお、極端なエンジン動作温度が原因となって、スキーラ先端の設計は、サービス間隔全体で存在し続けるよう取り組まれている。続いて、スキーラ先端の高温酸化および侵食が、エンジンの出力および効率を低下させている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
簡潔には、本発明の態様は、改善した冷却機能を備えるスキーラ先端の設計を提供する。
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、タービンブレードが提供される。タービンブレードはエアフォイルを備えており、当該エアフォイルは、前縁においてかつ後縁において接合される圧力側壁と吸引側壁とによって形成される外壁を備える。タービンブレードは、第１の半径方向端部におけるブレード先端と、ブレードを支持するためかつ当該ブレードをディスクに連結するための、第１の半径方向端部の反対側にある第２の半径方向端部における翼根と、を含む。ブレード先端は、圧力側壁と吸引側壁との間に延在する先端キャップと、当該先端キャップの半径方向外側に延在するスキーラ先端壁とを備えおり、スキーラ先端壁は、前縁から後縁への方向に沿って延在する。スキーラ先端壁は、圧力側壁の外面に連続している前方表面を備える。ブレード先端はさらに、スキーラ先端壁の輪郭に沿って離間される複数の冷却チャネルを備える。各冷却チャネルは、エアフォイル内部キャビティから冷媒を受け取るよう構成される入口と、当該入口からスキーラ先端壁の前方表面まで延在する閉チャネルを備える上流セクションと、スキーラ先端壁の前方表面におけるスロットによって形成される開チャネルを備える下流セクションと、を備える。スロットは、下流方向において半径方向外側に延在しており、冷媒をスキーラ先端壁の半径方向最外先端へ向けて前方表面に沿って案内する。
【０００７】
本発明の第２の態様によれば、ブレード先端の冷却を向上するべく、タービンブレードを供与するための方法が提供される。タービンブレードはエアフォイルを備えており、当該エアフォイルは、前縁においてかつ後縁において接合される圧力側壁および吸引側壁によって形成される外壁を備える。タービンブレードは、第１の半径方向端部におけるブレード先端と、ブレードを支持するためかつ当該ブレードをディスクに連結するための、第１の半径方向端部の反対側にある第２の半径方向端部における翼根と、を含む。ブレード先端は、圧力側壁と吸引側壁との間に延在する先端キャップと、先端キャップの半径方向外側に延在するスキーラ先端壁とを備えており、当該スキーラ先端壁は、前縁から後縁への方向に沿って延在する。スキーラ先端壁は、圧力側壁の外面に連続している前方表面を備える。ブレードを供与するための方法は、スキーラ先端壁の輪郭に沿って離間される複数の冷却チャネルを機械加工するステップを含む。各冷却チャネルを機械加工するステップは、エアフォイル内部キャビティと流体連通するよう構成される冷却チャネル入口を機械加工するステップと、当該入口からスキーラ先端壁の前方表面まで延在する閉チャネルを備える上流セクションを機械加工するステップと、スキーラ先端壁の前方表面におけるスロットによって形成される開チャネルを備える下流セクションを機械加工するステップと、を含む。スロットは、スキーラ先端壁の半径方向最外先端へ向けて下流方向において半径方向外側に延在する。
【０００８】
本発明は、図を活用してより詳細に示される。図面は特定の構造を示しており、本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】公知のタイプのスキーラ先端を備えるタービンブレードの斜視図である。
【図２】図１における断面II-IIに沿う概略断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に基づくタービンブレードの一部の斜視図である。
【図４】図３における断面IV-IVに沿う斜視断面図を示す図である。
【図５】スロットの第１の例示的な構造を示す、圧力側から吸引側への方向に見た場合の拡大斜視図である。
【図６】スカラップ状（波状）の先端表面を備えるスキーラ先端壁を示す、図３のタービンブレードのブレード先端の一部の拡大斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に基づくタービンブレードの一部の斜視図である。
【図８】図7の断面VIII-VIIIに沿う斜視断面図を示す。
【図９】スロットの第２の例示的な構造を示す、圧力側から吸引側への方向に見た場合の拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
好ましい実施形態の以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面が参照され、当該図面では、限定のためではなく例示のために本発明が実施され得る特定の実施形態が示されている。他の実施形態が利用されてもよいこと、および本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく変更がなされてもよいことを理解されたい。
【００１１】
様々な図面を通して同一の参照符号が同じ要素を示している図面を参照すると、図１は、タービンブレード１を示す。ブレード１は、おおむね中空のエアフォイル１０を含み、エアフォイル１０は、ブレードプラットホーム６から半径方向外側に、高温ガス経路流体の流れの中に延在している。翼根８は、プラットホーム６から半径方向内側に延在しており、例えば、ブレード１をロータディスク（図示せず）に連結するために従来のモミの木形状を備えてもよい。エアフォイル１０は、チャンバライン２９を画定する、前縁１８においてかつ後縁２０においてともに接合される略凹形の圧力側壁１４および略凸形の吸引側壁１６から形成される外壁１２を備える。エアフォイル１０は、半径方向内側端部における翼根８から半径方向外側端部の先端３０まで延在しており、高温ガス流からエネルギーを抽出してロータディスクを回転させるのに適した任意の構造を取ってもよい。
【００１２】
図２に示されるように、中空エアフォイル１０の内部は、タービンブレード１のための内部冷却システムを形成するために、圧力側壁１４の内面１４ａと吸引側壁１６の内面１６ａとの間に画定される少なくとも１つの内部キャビティ２８を備えてもよい。内部冷却システムは、圧縮機セクション（図示せず）から方向転換される空気などの冷媒を受け取ってもよく、当該冷媒は、ブレード翼根８に通常設けられている冷媒供給通路を介して内部キャビティ２８に入ってもよい。内部キャビティ２８の内部では、冷媒は、略半径方向に流れてもよく、外部オリフィス１７、１９、３７、３８を介して高温ガス経路内に放出される前に、圧力側壁１４の内面１４ａおよび吸引側壁１６の内面１６ａから熱を吸収する。
【００１３】
特に高圧タービン段では、ブレード先端３０は、いわゆる「スキーラ先端」として形成されてもよい。図１および図２をともに参照すると、ブレード先端３０は、外壁１２の半径方向外端部において外壁１２にわたって配置される先端キャップ３２から形成されてもよい。先端キャップ３２は、圧力側壁１４と吸引側壁１６との間に延在し、かつ圧力側縁部４４と吸引側縁部４６とを有する。先端キャップ３２は、エアフォイル内部キャビティ２８に面する半径方向内面３２と、先端キャビティ３５に面する半径方向外面３２ｂとを備える。ブレード先端３０は、少なくともスキーラ先端壁、この例では圧力側スキーラ先端壁３４および吸引側スキーラ先端壁３６をさらに備えており、圧力側スキーラ先端壁３４および吸引側スキーラ先端壁３６の各々は、先端キャップ３２からそれぞれのスキーラ先端壁３４、３６の半径方向最外先端８４、８６へ向けて半径方向外側に延在する。
【００１４】
図２を参照すると、圧力側スキーラ先端壁３４は、内面３４ａと、横方向において内面３４ａの反対側にある外面３４ｂと、半径方向外側に面する先端表面３４ｃと、を備えており、当該先端表面３４ｃは、圧力側スキーラ先端壁３４の半径方向最外先端８４に配置される。この例では、外面３４ｂは、圧力側壁１４の外面１４ｂに平行である。吸引側スキーラ先端壁３６は、内面３６ａと、横方向において内面３６ａの反対側にある外面３６ｂと、半径方向外側に面する先端表面３６ｃと、を備えており、先端表面３６ｃは、吸引側スキーラ先端壁３６の半径方向最外先端８６に配置される。この例では、外面３６ｂは、吸引側壁１６の外面１６ｂに平行である。圧力側スキーラ先端壁３４および吸引側スキーラ先端壁３６は、実質的につまり全体的に先端キャップ３２の外周に沿って延在してもよく、それによって、先端キャビティ３５は、圧力側スキーラ先端壁３４の内面３４ａと吸引側スキーラ先端壁３６の内面３６ａとの間に画定される。ブレード先端３０は付加的に複数の冷却孔３７、３８を含んでもよく、冷却孔３７、３８は、内部キャビティ２８を、高温ガス経路の流体にさらされるブレード先端３０の外面に流体的に接続する。図示される例では、冷却孔３７は、圧力側スキーラ先端壁３４を貫通するよう形成されており、一方で冷却孔３８は、先端キャビティ３５に開口する先端キャップ３２を貫通するよう形成される。付加的または代替的に、ブレード先端３０における他の箇所に冷却孔が設けられてもよい。
【００１５】
効果的なブレード先端シーリング能力および二次的な流れ損失の低減をもたらすべく、スキーラ先端壁は、より実現可能な空気力学的設計を提供するためにウィングレットとして構成されてもよい。なお、エンジンの動作温度が極端であることが原因となって、スキーラ先端ウィングレットの設計は、効果的な冷却方式を用いずにサービス間隔全体で存在し続けるよう取り組まれている。続いて、スキーラ先端ウィングレットの高温酸化および侵食は、エンジンの出力および効率を低下させる。本発明の実施形態は、高い動作温度で存在し続けるよう改善した冷却機能を備えるスキーラ先端ウィングレットの設計を提供する。とりわけ、例示される実施形態は、圧力側スキーラ先端壁またはウィングレット上の改善されるフィルム冷却へ向けて方向付けられている。
【００１６】
図３から図６は、本発明の第１の例示的な実施形態を示す。この実施形態は、図１および図２の構成とは、少なくともウィングレットとして設計されている圧力側スキーラ先端壁３６の構造について異なっている。図３から図６に示されるように、圧力側スキーラ先端壁またはウィングレット３６は、先端キャップ３２の半径方向外側に延在しており、かつ前縁１８から後縁２０への方向に沿って延在している。圧力側スキーラ先端壁３４は、圧力側壁１４の外面１４ｂに連続している外面つまり前方表面３４ｂを備える。圧力側スキーラ先端壁３４の内面つまり後方表面３４ａは、先端キャビティ３５に隣接している。スキーラ先端壁３４は、半径方向外側に面する先端表面３４ｃをさらに備えており、先端表面３４ｃは、スキーラ先端壁３４の半径方向最外先端８４に配置される。先端表面３４ｃは、前方表面３４ｂに隣接する前方縁部７２と、スキーラ先端壁３４の後方表面３４ａに隣接する後方縁部７４とを有する。図３に示されるように、圧力側スキーラ先端壁３４は、少なくとも前縁１８から後縁２０への方向において圧力側壁１４の一部に沿って翼弦方向(chord-wise)に延在してもよい。本発明の態様によれば、図３および図４に示されるように、複数の冷却チャネル５０が、スキーラ先端壁３４の輪郭に沿って離間されるよう設けられている。
【００１７】
特に図４を参照すると、各冷却チャネル５０は、エアフォイル内部キャビティ２８から冷媒を受け取るよう構成される入口５２が設けられている。冷媒は、例えば、圧縮機セクションから抜き取られた空気を含んでもよく、当該空気は、ブレード翼根に配置される１つ以上の供給通路を介して内部キャビティ２８に供給される。各冷却チャネル５０は、上流セクション５４と下流セクション５６とを含む。上流セクション５４は、入口５２からスキーラ先端壁３４の前方表面３４ｂまで延在する閉チャネルとして形成される。上流セクション５４は、一定（典型的には円筒形）の流れ断面の貫通孔として機械加工されてもよい。図示される実施形態では、入口５２は、先端キャップ３２の半径方向内面３２ａに形成されており、それにより、貫通孔は、先端キャップ３２の半径方向内面３２ａからスキーラ先端壁３４の前方表面３４ｂまで延在する。下流セクション５６は、スキーラ先端壁３４の前方表面３４ｂにおけるスロット６０によって形成される開チャネルを備える。スロット６０は、上流セクション５４に接続される（前方表面３４ｂに配置される）スロット入口６１を備えており、冷媒をスキーラ先端壁３４の半径方向最外先端８４へ向けて前方表面３４ｂに沿って案内するため下流方向において半径方向外側に延在する。好ましくは、スロット６０は、図４から図６（同様に図８および図９）に示されるように、少なくとも半径方向最外先端８４まで延在してもよい。
【００１８】
スロット６０は、スキーラ先端壁３４の前方表面３４ｂに平行に機械加工されてもよく、冷却空気をスキーラ先端壁３４に直接送りかつフィルム冷却の適用範囲の正確な制御をもたらすよう構成される。有利には、各スロット６０は、スキーラ先端壁３４の前方表面３４ｂ上での冷却空気フィルムの適用範囲をより良好に制御するために、圧力側表面の付近のディフューザ形状の吹出部分(break-out)として構成されてもよい。このため、図５に示されるように、各スロット６０は、半径方向外側方向に広がっていく幅Ｗを有してもよい。とりわけ、例示される実施形態では、各スロット６０は、両側に一対のスロット側壁６４、６６が配置されるスロット床６２から形成されてもよい。スロット床の幅Ｗ（すなわちスロット側壁６４、６６間の距離）によって画定されるスロット６０の幅は、半径方向外側方向に増大していく。一実施形態では、スロット側壁６４、６６の各々は、スロット床６２に対して垂直である。別の実施形態では、スロット側壁６４、６６は、スロット床６２に対して傾斜されていてもよい（スロット床６２に対して垂直ではない）。
【００１９】
図３から図６に例示される実施形態では、スロット床６２とスロット側壁６４、６６とを含む各スロット６０は、図４に示されるように、スキーラ先端壁３４の半径方向最外先端８４を通って延在する。結果的に、図６で最もよく見られるように、スキーラ先端壁３４の半径方向外側に面する先端表面３４ｃは、山９２と谷９４とを交互に並べることによって画定されるスカラップ状の前方縁部７２を有する。そのため、本実施形態では、各スロット６０は、冷却空気のための２つの実現可能な出口、すなわち（例えば固定リングセグメントへ向けて）先端８４から出る第１の出口と、エアフォイルの圧力側へ向けて出る第２の出口と、を有する。スロット６０を半径方向最外先端８４まで完全に延長することによって、先端８４で地金に最も近接する熱伝導経路が配置される。さらに、本実施形態では、冷却チャネル５０は、一定のフィルム冷却の適用範囲を有するフィルム冷却チャネルを作り出すために、圧力側スキーラ先端壁３４に「刻みを付ける」。刻み付けチャネルは、フィルム冷却が一様な様式で地金先端８４にわたって伝達されるよう促進する。
【００２０】
本発明の第２の例示的な実施形態が図７から図９に示されている。この実施形態は、スロット６０の構造を除いて、図３から図６の実施形態に類似している。この場合、図８に示されるように、各スロット６０は、スキーラ先端壁３２の半径方向最外先端８４まで延在するが、当該先端８４を貫通するようには延在しない。このため、各スロット６０は所定の深さを有してもよく、当該深さは、スキーラ先端壁３４の前方表面３４ｂに垂直な方向において、半径方向外側方向において徐々に減少する。本実施形態では、図９に示されるように、各スロット６０は、上流セクション５４に接続される（前方表面３４ｂに配置される）スロット入口６１を備える。各スロット６０は、両側に一対のスロット側壁６４、６６が配置されるスロット床６２から形成される。スロット床の幅Ｗ（すなわちスロット側壁６４、６６間の距離）によって画定されるスロット６０の幅は、圧力側表面付近にディフューザ状吹出部分を形成するために、半径方向外側方向において増加していく。スロット側壁６４、６６の各々は、スロット床６２に対して垂直であってもよい。スロット側壁６４、６６の各々は所定の深さＤを有してもよく、当該深さＤは、スキーラ先端壁３４の半径方向最外先端８４において実質的にゼロの深さとなるまで、半径方向外側方向において徐々に減少する。結果的に、図７に見られるように、スキーラ先端壁３４の半径方向外側に面する先端表面３４ｃは、連続した（スカラップ状ではない）前縁７２を有する。それゆえ、本明細書における各スロット６０は、エアフォイルの圧力側へ向けて出る、冷却空気のための実現可能な出口を１つだけ有する。
【００２１】
上で例示される実施形態では、スキーラ先端壁３４の前方表面３４ｂは、図４および図８に示されるように、半径方向軸線４０に対してブレード圧力側へ向けて傾斜されている。スキーラ先端壁３４のそうした傾斜は、冷却チャネル５０を、周囲の固定タービン構成要素（例えばリングセグメント）に対するスキーラ先端壁３４の回転および擦れる方向から離れるように配向し、それにより、目詰まりのリスクを低減する。付加的な特徴として、上述の実施形態の１つ以上において、後方表面３４ａおよび前方表面３４ｂは、翼弦方向に沿って独立して変化するそれぞれの角度で（半径方向軸線４０に対して）配向されてもよく、それによって、後方表面３４ａと半径方向軸線４０との間の第１の角度αの翼弦方向の変化は、前方表面３４ｂと半径方向軸線４０との間の第２の角度βの翼弦方向の変化とは異なっている。変化可能に傾斜されるスキーラの形状は、例えば、高い先端漏出流が確認される領域においてより大きな傾斜角度を提供するよう最適化されてもよい。
【００２２】
上に例示される実施形態の各々において、図３、図４、図７および図８から明らかにできるように、ブレード先端３０は、先端キャップ３２の圧力側縁部４４において半径方向外側段部１０２を備える。スキーラ先端壁３４は、段部１０２から半径方向最外先端８４まで半径方向外側に延在する。段部１０２は、スキーラ先端壁３４の輪郭に沿って翼弦方向に延在してもよい。段部１０２は、多くの方式において有益となり得る。例えば、スキーラ先端ポケット内の段状形体部は、冷却チャネルを冷却空気供給コアへ機械加工するための適切な材料を提供する。付加的な利点として、段部１０２は、翼弦方向に離間される冷却孔１１０が設けられていてもよく、冷却孔１１０は、エアフォイル内部の冷却システムと流体連通している段部１０２を通して形成される。段部１０２における冷却孔１１０は、スキーラウィングレット３４を通る冷却チャネル５０と組み合わせると、ブレード先端３０の冷却を増大させる。
【００２３】
図面に示される実施形態では、ブレード吸引側に、吸引側スキーラ先端壁３６が設けられる。他の実施形態では、ブレード吸引側には、付加的にまたは代替的な先端形体部が設けられてもよい。
【００２４】
本発明の態様はまた、例示される実施形態のいずれかに基づいて、圧力側スキーラ先端壁の前方側面に沿って冷却チャネルの列を機械加工することによって、ブレード先端冷却を向上させるべくタービンブレードを供与するための方法に方向付けられてもよい。
【００２５】
特定の実施形態について詳細に説明したが、当業者は、本開示の教示全体に照らしてこれら詳細に対するさまざまな修正および代替を展開できることを理解し得るだろう。したがって、説明される特定の構成は、単なる例示を意味しており、本発明の範囲を限定するものではなく、添付の請求項の全範囲およびそのあらゆるすべての同等物が与えられるべきである。
【符号の説明】
【００２６】
１  タービンブレード
６  プラットホーム
８  翼根
１０  エアフォイル
１２  外壁
１４  圧力側壁
１４ａ  圧力側壁の内面
１４ｂ  圧力側壁の外面
１６  吸引側壁
１６ａ  吸引側壁の内面
１６ｂ  吸引側壁の外面
１８  前縁
２０  後縁
２８  エアフォイル内部キャビティ
３０  ブレード先端
３２  先端キャップ
３２ａ  半径方向内面
３２ｂ  半径方向外面
３４  スキーラ先端壁
３４ａ  後方表面
３４ｂ  前方表面
３４ｃ  半径方向外側に面する先端表面
４０  半径方向軸線
４４  先端キャップの圧力側縁部
５０  冷却チャネル
５２  入口
５４  上流セクション
５６  下流セクション
６０  スロット
６２  スロット床
６４、６６  スロット側壁
７２  前方縁部
８４  スキーラ先端壁の半径方向最外先端
９２  山
９４  谷
１０２  段部
１１０  冷却孔
Ｄ  深さ
Ｗ  スロット床の幅
α  第１の角度
β  第２の角度
【図１】
2020530888.tif 000003
【図２】
2020530888.tif 000004
【図３】
2020530888.tif 000005
【図４】
2020530888.tif 000006
【図５】
2020530888.tif 000007
【図６】
2020530888.tif 000008
【図７】
2020530888.tif 000009
【図８】
2020530888.tif 000010
【図９】
2020530888.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和2年4月14日(2020.4.14)
【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（１）であって、
前縁（１８）においてかつ後縁（２０）において接合される圧力側壁（１４）および吸引側壁（１６）によって形成される外壁（１２）を備えるエアフォイル（１０）と、
第１の半径方向端部におけるブレード先端（３０）と、
前記ブレード（１）を支持するためかつ前記ブレード（１）をディスクに連結するための、前記第１の半径方向端部の反対側にある第２の半径方向端部における翼根（８）と、
を備えており、
前記ブレード先端（３０）は、
前記圧力側壁（１４）と前記吸引側壁（１６）との間に延在する先端キャップ（３２）と、
前記先端キャップ（３２）の半径方向外側に延在しかつ前記前縁（１８）から前記後縁（２０）への方向に沿って延在するスキーラ先端壁（３４）であって、前記圧力側壁（１４）の外面（１４ｂ）に連続している前方表面（３４ｂ）を備える、スキーラ先端壁（３４）と、
前記スキーラ先端壁（３４）の輪郭に沿って離間される複数の冷却チャネル（５０）と、
を備えており、
前記冷却チャネル（５０）の各々は、
エアフォイル内部キャビティ（２８）から冷媒を受け取るよう構成される入口（５２）と、
前記入口（５２）から前記スキーラ先端壁（３４）の前記前方表面（３４ｂ）まで延在する閉チャネルを備える上流セクション（５４）と、
前記スキーラ先端壁（３４）の前記前方表面（３４ｂ）におけるスロット（６０）によって形成される開チャネルを備える下流セクション（５６）であって、前記スロット（６０）は、冷媒を前方表面（３４ｂ）に沿って前記スキーラ先端壁（３４）の半径方向最外先端（８４）に向けて案内するように、下流方向において半径方向外側に延在する、下流セクション（５６）と、
を備えることを特徴とするタービンブレード（１）。
【請求項２】
前記スロット（６０）は、半径方向外側方向に広がっていく幅（Ｗ）を有することを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード（１）。
【請求項３】
前記スロット（６０）は、両側に一対のスロット側壁（６４、６６）が配置されるスロット床（６２）によって形成されており、
前記スロット側壁（６４、６６）間の距離によって画定される前記スロット床の幅（Ｗ）は、半径方向外側方向に増加していくことを特徴とする請求項２に記載のタービンブレード（１）。
【請求項４】
前記スロット側壁（６４、６６）は、前記スロット床（６２）に対して垂直であることを特徴とする請求項３に記載のタービンブレード（１）。
【請求項５】
前記スキーラ先端壁（３４）の半径方向外側に面する先端表面（３４ｃ）が、山（９２）と谷（９４）とを交互に並べることによって画定される前方縁部（７２）を有するように、前記スロット（６０）は、前記スキーラ先端壁（３４）の前記半径方向最外先端（８４）を貫通して延在することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のタービンブレード（１）。
【請求項６】
前記スロット（６０）は、前記スキーラ先端壁（３４）の前記半径方向最外先端（８４）において実質的にゼロの深さとなるまで半径方向外側方向において徐々に減少する深さ（Ｄ）を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のタービンブレード（１）。
【請求項７】
前記スロット（６０）は、少なくとも前記スキーラ先端壁（３４）の前記半径方向最外先端（８４）まで延在することを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード（１）。
【請求項８】
前記ブレード先端（３０）は、前記先端キャップ（３２）の圧力側縁部（４４）において半径方向外側の段部（１０２）を備えており、
前記スキーラ先端壁（３４）は、前記段部（１０２）から前記半径方向最外先端（８４）まで半径方向外側に延在することを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード（１）。
【請求項９】
前記ブレード先端（３０）は、翼弦方向に離間される複数の冷却孔（１１０）をさらに備えており、前記冷却孔（１１０）は、エアフォイル内部冷却システムと流体連通する前記段部（１０２）を通るよう形成されることを特徴とする請求項８に記載のタービンブレード（１）。
【請求項１０】
ブレード先端の冷却を向上させるためにタービンブレード（１）を供与するための方法であって、
前記タービンブレード（１）は、
前縁（１８）においてかつ後縁（２０）において接合される圧力側壁（１４）および吸引側壁（１６）によって形成される外壁（１２）を備えるエアフォイル（１０）と、
第１の半径方向端部におけるブレード先端（３０）と、
前記ブレード（１）を支持するためかつ前記ブレード（１）をディスクに連結するための、前記第１の半径方向端部の反対側にある第２の半径方向端部における翼根（８）と、
を備えており、
前記ブレード先端（３０）は、
前記圧力側壁（１４）と前記吸引側壁（１６）との間に延在する先端キャップ（３２）と、
前記先端キャップ（３２）の半径方向外側に延在しかつ前記前縁（１８）から前記後縁（２０）への方向に沿って延在するスキーラ先端壁（３４）であって、前記圧力側壁（１４）の外面（１４ｂ）に連続している前方表面（３４ｂ）を備える、スキーラ先端壁（３４）と、
を備えており、
前記方法は、
前記スキーラ先端壁（３４）の輪郭に沿って離間される複数の冷却チャネル（５０）を機械加工するステップを含み、
前記冷却チャネル（５０）の各々の機械加工するステップは、
エアフォイル内部キャビティ（２８）と流体連通するよう構成される冷却チャネルの入口（５２）を機械加工するステップと、
前記入口（５２）から前記スキーラ先端壁（３４）の前記前方表面（３４ｂ）まで延在する閉チャネルを備える上流セクション（５４）を機械加工するステップと、
前記スキーラ先端壁（３４）の前記前方表面（３４ｂ）上のスロット（６０）によって形成される開チャネルを備える下流セクション（５６）を機械加工するステップであって、前記スロット（６０）は、前記スキーラ先端壁（３４）の半径方向最外先端（８４）へ向けて下流方向において半径方向外側に延在する、ステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月12日(2020.6.12)
【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（１）であって、
前縁（１８）においてかつ後縁（２０）において接合される圧力側壁（１４）および吸引側壁（１６）によって形成される外壁（１２）を備えるエアフォイル（１０）と、
第１の半径方向端部におけるブレード先端（３０）と、
前記タービンブレード（１）を支持するためかつ前記タービンブレード（１）をディスクに連結するための、前記第１の半径方向端部の反対側にある第２の半径方向端部における翼根（８）と、
を備えており、
前記ブレード先端（３０）は、
前記圧力側壁（１４）と前記吸引側壁（１６）との間に延在する先端キャップ（３２）と、
前記先端キャップ（３２）の半径方向外側に延在しかつ前記前縁（１８）から前記後縁（２０）への方向に沿って延在するスキーラ先端壁（３４）であって、前記圧力側壁（１４）の外面（１４ｂ）に連続している前方表面（３４ｂ）を備える、スキーラ先端壁（３４）と、
前記スキーラ先端壁（３４）の輪郭に沿って離間される複数の冷却チャネル（５０）と、
を備えており、
前記冷却チャネル（５０）の各々は、
エアフォイル内部キャビティ（２８）から冷媒を受け取るよう構成される入口（５２）と、
前記入口（５２）から前記スキーラ先端壁（３４）の前記前方表面（３４ｂ）まで延在する閉チャネルを備える上流セクション（５４）と、
前記スキーラ先端壁（３４）の前記前方表面（３４ｂ）におけるスロット（６０）によって形成される開チャネルを備える下流セクション（５６）であって、前記スロット（６０）は、冷媒を前方表面（３４ｂ）に沿って前記スキーラ先端壁（３４）の半径方向最外先端（８４）に向けて案内するように、下流方向において半径方向外側に延在する、下流セクション（５６）と、
を備えることを特徴とするタービンブレード（１）。
【請求項２】
前記スロット（６０）は、半径方向外側方向に広がっていく幅（Ｗ）を有することを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード（１）。
【請求項３】
前記スロット（６０）は、両側に一対のスロット側壁（６４、６６）が配置されるスロット床（６２）によって形成されており、
前記スロット側壁（６４、６６）間の距離によって画定される前記スロット床の幅（Ｗ）は、半径方向外側方向に増加していくことを特徴とする請求項２に記載のタービンブレード（１）。
【請求項４】
前記スロット側壁（６４、６６）は、前記スロット床（６２）に対して垂直であることを特徴とする請求項３に記載のタービンブレード（１）。
【請求項５】
前記スキーラ先端壁（３４）の半径方向外側に面する先端表面（３４ｃ）が、山（９２）と谷（９４）とを交互に並べることによって画定される前方縁部（７２）を有するように、前記スロット（６０）は、前記スキーラ先端壁（３４）の前記半径方向最外先端（８４）を貫通して延在することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のタービンブレード（１）。
【請求項６】
前記スロット（６０）は、前記スキーラ先端壁（３４）の前記半径方向最外先端（８４）においてゼロの深さとなるまで半径方向外側方向において徐々に減少する深さ（Ｄ）を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のタービンブレード（１）。
【請求項７】
前記スロット（６０）は、少なくとも前記スキーラ先端壁（３４）の前記半径方向最外先端（８４）まで延在することを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード（１）。
【請求項８】
前記ブレード先端（３０）は、前記先端キャップ（３２）の圧力側縁部（４４）において半径方向外側の段部（１０２）を備えており、
前記スキーラ先端壁（３４）は、前記段部（１０２）から前記半径方向最外先端（８４）まで半径方向外側に延在することを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード（１）。
【請求項９】
前記ブレード先端（３０）は、翼弦方向に離間される複数の冷却孔（１１０）をさらに備えており、前記冷却孔（１１０）は、エアフォイル内部冷却システムと流体連通する前記段部（１０２）を通るよう形成されることを特徴とする請求項８に記載のタービンブレード（１）。
【請求項１０】
ブレード先端の冷却を向上させるためにタービンブレード（１）を供与するための方法であって、
前記タービンブレード（１）は、
前縁（１８）においてかつ後縁（２０）において接合される圧力側壁（１４）および吸引側壁（１６）によって形成される外壁（１２）を備えるエアフォイル（１０）と、
第１の半径方向端部におけるブレード先端（３０）と、
前記タービンブレード（１）を支持するためかつ前記タービンブレード（１）をディスクに連結するための、前記第１の半径方向端部の反対側にある第２の半径方向端部における翼根（８）と、
を備えており、
前記ブレード先端（３０）は、
前記圧力側壁（１４）と前記吸引側壁（１６）との間に延在する先端キャップ（３２）と、
前記先端キャップ（３２）の半径方向外側に延在しかつ前記前縁（１８）から前記後縁（２０）への方向に沿って延在するスキーラ先端壁（３４）であって、前記圧力側壁（１４）の外面（１４ｂ）に連続している前方表面（３４ｂ）を備える、スキーラ先端壁（３４）と、
を備えており、
前記方法は、
前記スキーラ先端壁（３４）の輪郭に沿って離間される複数の冷却チャネル（５０）を機械加工するステップを含み、
前記冷却チャネル（５０）の各々の機械加工するステップは、
エアフォイル内部キャビティ（２８）と流体連通するよう構成される冷却チャネルの入口（５２）を機械加工するステップと、
前記入口（５２）から前記スキーラ先端壁（３４）の前記前方表面（３４ｂ）まで延在する閉チャネルを備える上流セクション（５４）を機械加工するステップと、
前記スキーラ先端壁（３４）の前記前方表面（３４ｂ）上のスロット（６０）によって形成される開チャネルを備える下流セクション（５６）を機械加工するステップであって、前記スロット（６０）は、前記スキーラ先端壁（３４）の半径方向最外先端（８４）へ向けて下流方向において半径方向外側に延在する、ステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2020530888.tif 000012
2020530888.tif 000013