JP2002129905A - タンデム冷却のタービンブレード - Google Patents
タンデム冷却のタービンブレードInfo
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 タンデム冷却のタービンブレードを提供す
る。 【解決手段】 タービンブレード（１０）は、一体の
翼形部（１８）、プラットホーム（２０）、シャンク部
（２２）及びダブテール部（２４）を含み、シャンク部
内部の空気流路（２８）と直列に流れ連通する一対の孔
（３６、３８）が、プラットホームとシャンク部とを貫
通してタンデム状に形成される。タンデム状の孔を通っ
て排出される冷却空気は、同じ空気を用いて多数の、対
流、衝突、及びフィルム冷却を行う。
る。 【解決手段】 タービンブレード（１０）は、一体の
翼形部（１８）、プラットホーム（２０）、シャンク部
（２２）及びダブテール部（２４）を含み、シャンク部
内部の空気流路（２８）と直列に流れ連通する一対の孔
（３６、３８）が、プラットホームとシャンク部とを貫
通してタンデム状に形成される。タンデム状の孔を通っ
て排出される冷却空気は、同じ空気を用いて多数の、対
流、衝突、及びフィルム冷却を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にはガスタ
ービンエンジンに関し、より詳細には、タービンブレー
ドの冷却に関する。
ービンエンジンに関し、より詳細には、タービンブレー
ドの冷却に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンにおいて、空気は
圧縮器で加圧され燃焼器で燃料と混合されて高温燃焼ガ
スを生成し、その高温燃焼ガスはタービン段を通って下
流側に流れ、該タービン段は、高温燃焼ガスからエネル
ギを取り出し、圧縮器を駆動し、また典型的には航空機
エンジンの用途において推進力を生成するファンを駆動
する。各タービン段は、固定タービンノズルを含み、該
ノズルは、外側及び内側のバンド間に半径方向に延びる
ステータ羽根の列を含み、該ステータ羽根は、支持ロー
タディスクから半径方向外方に延びる後流側のロータブ
レード列を通して燃焼ガスを導く。
圧縮器で加圧され燃焼器で燃料と混合されて高温燃焼ガ
スを生成し、その高温燃焼ガスはタービン段を通って下
流側に流れ、該タービン段は、高温燃焼ガスからエネル
ギを取り出し、圧縮器を駆動し、また典型的には航空機
エンジンの用途において推進力を生成するファンを駆動
する。各タービン段は、固定タービンノズルを含み、該
ノズルは、外側及び内側のバンド間に半径方向に延びる
ステータ羽根の列を含み、該ステータ羽根は、支持ロー
タディスクから半径方向外方に延びる後流側のロータブ
レード列を通して燃焼ガスを導く。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】第一段のタービンノズ
ルとブレードは、燃焼器から排出される最も高温の燃焼
ガスに曝され、適正な寿命を保証する効果的な冷却を必
要とする。羽根及びブレードは、それ故に、圧縮器から
放出される加圧空気で内面冷却するための流路を形成す
る中空体である。羽根及びブレードは、典型的には、保
護用フィルム状冷却空気の層を形成して該羽根及びブレ
ードの翼形部上を流れる高温燃焼ガスに対する断熱を与
えるために、正圧側面及び負圧側面を貫通して設けた複
数列の傾斜状のフィルム冷却孔を含む。
ルとブレードは、燃焼器から排出される最も高温の燃焼
ガスに曝され、適正な寿命を保証する効果的な冷却を必
要とする。羽根及びブレードは、それ故に、圧縮器から
放出される加圧空気で内面冷却するための流路を形成す
る中空体である。羽根及びブレードは、典型的には、保
護用フィルム状冷却空気の層を形成して該羽根及びブレ
ードの翼形部上を流れる高温燃焼ガスに対する断熱を与
えるために、正圧側面及び負圧側面を貫通して設けた複
数列の傾斜状のフィルム冷却孔を含む。
【０００４】タービン部品の冷却に用いられる空気は燃
焼器を迂回するので、エンジン全体の効率はそれに対応
するだけ低下する。したがって、エンジンの効率低下を
最小にするために、圧縮器から分けて出される冷却空気
の量を制限することが望ましい。
焼器を迂回するので、エンジン全体の効率はそれに対応
するだけ低下する。したがって、エンジンの効率低下を
最小にするために、圧縮器から分けて出される冷却空気
の量を制限することが望ましい。
【０００５】効率の高いガスタービンエンジンを開発す
る際には、燃焼ガス温度が高まるので、タービンに対す
る冷却の要求が更に増大する。例えば、各タービンブレ
ードの根元部にプラットホームを一体的に設け、ここで
燃焼ガスのための内側流路との境界部分の一部を定める
ようにする。プラットホームは、典型的には無孔であ
り、その下部の対応する空所を流れる空気でプラットホ
ームの下面から冷却される。
る際には、燃焼ガス温度が高まるので、タービンに対す
る冷却の要求が更に増大する。例えば、各タービンブレ
ードの根元部にプラットホームを一体的に設け、ここで
燃焼ガスのための内側流路との境界部分の一部を定める
ようにする。プラットホームは、典型的には無孔であ
り、その下部の対応する空所を流れる空気でプラットホ
ームの下面から冷却される。
【０００６】プラットホーム冷却をさらに高めるため
に、プラットホームには、高温燃焼ガスに直接曝される
プラットホーム外面をフィルム冷却するために、該プラ
ットホームを貫通して延びるフィルム冷却孔を設け、該
プラットホームの内面はその下部のプラットホーム空所
内を循環する冷却空気で対流冷却されるようにすること
もできる。
に、プラットホームには、高温燃焼ガスに直接曝される
プラットホーム外面をフィルム冷却するために、該プラ
ットホームを貫通して延びるフィルム冷却孔を設け、該
プラットホームの内面はその下部のプラットホーム空所
内を循環する冷却空気で対流冷却されるようにすること
もできる。
【０００７】しかしながら、フィルム冷却は、その効果
において限界があり、加えてロータブレードのプラット
ホームにフィルム冷却孔を導入することは、作動中に局
部的に応力を高めそれに伴いロータブレードの寿命を縮
めることにもなる、望ましくない応力集中を回避するよ
うにすべきである。
において限界があり、加えてロータブレードのプラット
ホームにフィルム冷却孔を導入することは、作動中に局
部的に応力を高めそれに伴いロータブレードの寿命を縮
めることにもなる、望ましくない応力集中を回避するよ
うにすべきである。
【０００８】したがって、改善したプラットホーム冷却
を有するガスタービンエンジン用タービンブレードを提
供することが望まれる。
を有するガスタービンエンジン用タービンブレードを提
供することが望まれる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】タービンブレードは、一
体の翼形部、プラットホーム、シャンク部及びダブテー
ル部を含み、シャンク部内部の空気流路と直列に流れ連
通する一対の孔が、プラットホームとシャンク部とを貫
通してタンデム状に形成される。タンデム状の孔を通っ
て排出される冷却空気は、同じ空気を用いて多数の、対
流、衝突、及びフィルム冷却を行う。
体の翼形部、プラットホーム、シャンク部及びダブテー
ル部を含み、シャンク部内部の空気流路と直列に流れ連
通する一対の孔が、プラットホームとシャンク部とを貫
通してタンデム状に形成される。タンデム状の孔を通っ
て排出される冷却空気は、同じ空気を用いて多数の、対
流、衝突、及びフィルム冷却を行う。
【００１０】
【発明の実施の形態】好ましい例示的な実施形態に従
い、本発明を、上述以外の目的や利点とともに、添付図
面に関連させて、以下の詳細な説明において具体的に説
明する。
い、本発明を、上述以外の目的や利点とともに、添付図
面に関連させて、以下の詳細な説明において具体的に説
明する。
【００１１】図１には、部分的に示したタービンのロー
タディスク１２の外周から半径方向外方に延びた例示的
なタービンロータブレード１０を示す。タービンブレー
ドは、ガスタービンエンジンの第1タービン段に使用す
る形状であり、ブレード列全体は、対応する高圧タービ
ンノズル（図示せず）の直ぐ下流側に配置され、該ノズ
ルは、タービンブレード上に高温燃焼ガス１４を指向さ
せ、タービンブレードは高温燃焼ガスからエネルギを引
き出してディスクを回転させ、圧縮器（図示せず）を駆
動する。
タディスク１２の外周から半径方向外方に延びた例示的
なタービンロータブレード１０を示す。タービンブレー
ドは、ガスタービンエンジンの第1タービン段に使用す
る形状であり、ブレード列全体は、対応する高圧タービ
ンノズル（図示せず）の直ぐ下流側に配置され、該ノズ
ルは、タービンブレード上に高温燃焼ガス１４を指向さ
せ、タービンブレードは高温燃焼ガスからエネルギを引
き出してディスクを回転させ、圧縮器（図示せず）を駆
動する。
【００１２】圧縮器（図示せず）は、空気１６を加圧
し、その一部を、内面冷却用に中空体としたタービンブ
レードに分流する。加圧空気は、高温燃焼ガス１４を発
生させるためにほとんどが燃焼器（図示せず）で燃料と
混合され、高温燃焼ガスは作動中にタービンブレード上
を流れる。
し、その一部を、内面冷却用に中空体としたタービンブ
レードに分流する。加圧空気は、高温燃焼ガス１４を発
生させるためにほとんどが燃焼器（図示せず）で燃料と
混合され、高温燃焼ガスは作動中にタービンブレード上
を流れる。
【００１３】各ブレード１０は、典型的には作動中の燃
焼ガスの高温に耐えるような高強度合金の単体鋳物であ
る。各ブレードは、翼形部１８、プラットホーム２０、
シャンク部２２及びダブテール部２４を含み、これら
は、どのような通常の一体構造のものでもよい。
焼ガスの高温に耐えるような高強度合金の単体鋳物であ
る。各ブレードは、翼形部１８、プラットホーム２０、
シャンク部２２及びダブテール部２４を含み、これら
は、どのような通常の一体構造のものでもよい。
【００１４】翼形部１８は、半径方向スパン状に根元部
１８ｃから先端部１８ｄまで、さらに軸方向に前後縁１
８ｅ、ｆの間を延び、全体として凹状の正圧側面１８ａ
と反対側の全体として凸状の負圧側面１８ｂとを含む。
１８ｃから先端部１８ｄまで、さらに軸方向に前後縁１
８ｅ、ｆの間を延び、全体として凹状の正圧側面１８ａ
と反対側の全体として凸状の負圧側面１８ｂとを含む。
【００１５】プラットホーム２０は、高温燃焼ガス１４
のための内側境界部分の一部を定める半径方向外面２０
ａ、及びそれと反対側の半径方向面２０ｂを含む。プラ
ットホームの面は、相対する側縁２０ｃから周方向に、
かつ、前後縁２０ｄ、ｅの間を軸方向に延びる。
のための内側境界部分の一部を定める半径方向外面２０
ａ、及びそれと反対側の半径方向面２０ｂを含む。プラ
ットホームの面は、相対する側縁２０ｃから周方向に、
かつ、前後縁２０ｄ、ｅの間を軸方向に延びる。
【００１６】図２に分かり易く示されたシャンク部２２
は、プラットホームから支持用ダブテール部２４までの
半径方向中間部材である。
は、プラットホームから支持用ダブテール部２４までの
半径方向中間部材である。
【００１７】図１に図示したダブテール部２４は、どの
ような従来の形状でもよく、典型的には、ロータディス
クの外周に設けた軸方向挿入用のダブテール部長溝２６
に係合するように軸方向に延びる一対ないしそれ以上の
対の蛇行面状突起を含むものである。
ような従来の形状でもよく、典型的には、ロータディス
クの外周に設けた軸方向挿入用のダブテール部長溝２６
に係合するように軸方向に延びる一対ないしそれ以上の
対の蛇行面状突起を含むものである。
【００１８】図３に示すように、タービンブレードは、
そのスパン方向に沿って半径方向又は縦方向に延びた流
路２８を持つ中空体であり、該流路は、ダブテール部２
４の底部に設けた流入口を有し、翼形部の先端部１８ｄ
で終端する。流路２８は、どのような通常の形状のもの
でもよく、典型的には、その外側を流れる高温燃焼ガス
に翼形部が曝された時にその熱を取り除くため翼形部を
内面から冷却する冷却空気１６を循環させる複数の蛇行
流路を含むものである。
そのスパン方向に沿って半径方向又は縦方向に延びた流
路２８を持つ中空体であり、該流路は、ダブテール部２
４の底部に設けた流入口を有し、翼形部の先端部１８ｄ
で終端する。流路２８は、どのような通常の形状のもの
でもよく、典型的には、その外側を流れる高温燃焼ガス
に翼形部が曝された時にその熱を取り除くため翼形部を
内面から冷却する冷却空気１６を循環させる複数の蛇行
流路を含むものである。
【００１９】図１及び図２に示すように、翼形部は、燃
焼ガス流に冷却空気を排出するための翼形部壁を貫通す
る種々の孔３０を含む。翼形部孔３０は、半径方向の列
状に配設されて冷却空気の断熱フィルムを形成するフィ
ルム冷却孔のような、通常の形状のものでよい。
焼ガス流に冷却空気を排出するための翼形部壁を貫通す
る種々の孔３０を含む。翼形部孔３０は、半径方向の列
状に配設されて冷却空気の断熱フィルムを形成するフィ
ルム冷却孔のような、通常の形状のものでよい。
【００２０】プラットホーム２０は、図１に最初に示す
ように、翼形部とシャンク部との両方から、それらの間
の対応する接合部において外周方向及び軸方向の両方に
向けて横方向外方に延びる。図４にさらに詳細に示すよ
うに、シャンク部２２は、弧状の内側フィレット部３２
においてプラットホームの内面に連なっており、翼形部
は、弧状の外側フィレット部３４においてプラットホー
ムの外面に連なっている。フィレット部は、プラットホ
ームと翼形部間に空気力学的に滑らかな繋ぎ目を形成
し、ブレードの回転作動中に生じる大きな遠心力負荷の
もとでの応力集中を最小化する。
ように、翼形部とシャンク部との両方から、それらの間
の対応する接合部において外周方向及び軸方向の両方に
向けて横方向外方に延びる。図４にさらに詳細に示すよ
うに、シャンク部２２は、弧状の内側フィレット部３２
においてプラットホームの内面に連なっており、翼形部
は、弧状の外側フィレット部３４においてプラットホー
ムの外面に連なっている。フィレット部は、プラットホ
ームと翼形部間に空気力学的に滑らかな繋ぎ目を形成
し、ブレードの回転作動中に生じる大きな遠心力負荷の
もとでの応力集中を最小化する。
【００２１】本発明によれば、一対の区分されたシャン
ク部孔３６及びプラットホーム孔３８が、シャンク部２
２とプラットホーム２０とを貫通してタンデム状に配設
される。
ク部孔３６及びプラットホーム孔３８が、シャンク部２
２とプラットホーム２０とを貫通してタンデム状に配設
される。
【００２２】シャンク部孔３６は、シャンク部内側に流
路２８と通じる流入口３６ａを、さらにはシャンク部外
側にシャンク部を貫いて冷却空気１６の噴流を排出する
排出口３６ｂを含む。
路２８と通じる流入口３６ａを、さらにはシャンク部外
側にシャンク部を貫いて冷却空気１６の噴流を排出する
排出口３６ｂを含む。
【００２３】協働するプラットホーム孔３８は、シャン
ク部排出口に整列して、プラットホームの下部でその内
面２０ｂに配設された流入口３８ａを含む。また、プラ
ットホーム孔は、プラットホームの上部で、その外面２
０ａ上に配設された排出口３８ｂを含む。
ク部排出口に整列して、プラットホームの下部でその内
面２０ｂに配設された流入口３８ａを含む。また、プラ
ットホーム孔は、プラットホームの上部で、その外面２
０ａ上に配設された排出口３８ｂを含む。
【００２４】タンデム状のシャンク部孔３６及びプラッ
トホーム孔３８は、プラットホーム外面２０ａ上の高温
燃焼ガスによって生じるプラットホーム２０の必要な冷
却をするために、対をなして協働する。初めに、シャン
ク部孔３６は、内側流路２８からの冷却空気の一部を受
けとり、この冷却空気はシャンク部孔排出口３６ｂから
プラットホーム孔の流入口３８ａに向けて排出される。
シャンク部孔３６は、プラットホーム下部の空所４０に
よってプラットホーム内面から離されており、この空所
に通常の方法で追加的な冷却空気を通すことができる。
これと対応して、プラットホーム孔３８は、シャンク部
２２の上方に間隔をおいて位置し、空所４０を渡った後
の、すなわち横切った後の協働するシャンク部孔からの
冷却空気を受け取る。
トホーム孔３８は、プラットホーム外面２０ａ上の高温
燃焼ガスによって生じるプラットホーム２０の必要な冷
却をするために、対をなして協働する。初めに、シャン
ク部孔３６は、内側流路２８からの冷却空気の一部を受
けとり、この冷却空気はシャンク部孔排出口３６ｂから
プラットホーム孔の流入口３８ａに向けて排出される。
シャンク部孔３６は、プラットホーム下部の空所４０に
よってプラットホーム内面から離されており、この空所
に通常の方法で追加的な冷却空気を通すことができる。
これと対応して、プラットホーム孔３８は、シャンク部
２２の上方に間隔をおいて位置し、空所４０を渡った後
の、すなわち横切った後の協働するシャンク部孔からの
冷却空気を受け取る。
【００２５】図４に示す好ましい実施形態では、タンデ
ム状の孔３６、３８は、別々にシャンク部とプラットホ
ームを通って直列状に延び、シャンク部内の流路２８
に、流れ連通する。タンデム状の孔は、空所４０を渡す
ように、且つシャンク部孔３６からの冷却空気が協働す
るプラットホーム孔３８の内部及び外部の両方に分布さ
れ、プラットホーム孔の流入口のまわりでプラットホー
ム内面に対して衝突するように、直列状態で傾斜させる
ことが好ましい。
ム状の孔３６、３８は、別々にシャンク部とプラットホ
ームを通って直列状に延び、シャンク部内の流路２８
に、流れ連通する。タンデム状の孔は、空所４０を渡す
ように、且つシャンク部孔３６からの冷却空気が協働す
るプラットホーム孔３８の内部及び外部の両方に分布さ
れ、プラットホーム孔の流入口のまわりでプラットホー
ム内面に対して衝突するように、直列状態で傾斜させる
ことが好ましい。
【００２６】シャンク部孔は、冷却空気の局部的噴流を
協働するプラットホーム孔に向けて放出し、孔内側へ供
給するとともに、孔周辺でも局部的に衝突冷却を達成す
る。このようにして、流路２８から受けた冷却空気は、
最初にシャンク部孔３６内側での対流冷却に使用され、
次いでプラットホーム下側での衝突冷却に、さらにプラ
ットホーム孔３８内側での対流冷却に使用され、続いて
傾斜したプラットホーム孔から排出されて冷却空気のフ
ィルムを形成し、同じ空気を更に追加的に使用すること
により、相乗的な一連の冷却を行う。このように、燃焼
流路に再合流する前に、同じ空気がその冷却効果を最大
化するように何回も使われる。
協働するプラットホーム孔に向けて放出し、孔内側へ供
給するとともに、孔周辺でも局部的に衝突冷却を達成す
る。このようにして、流路２８から受けた冷却空気は、
最初にシャンク部孔３６内側での対流冷却に使用され、
次いでプラットホーム下側での衝突冷却に、さらにプラ
ットホーム孔３８内側での対流冷却に使用され、続いて
傾斜したプラットホーム孔から排出されて冷却空気のフ
ィルムを形成し、同じ空気を更に追加的に使用すること
により、相乗的な一連の冷却を行う。このように、燃焼
流路に再合流する前に、同じ空気がその冷却効果を最大
化するように何回も使われる。
【００２７】図４及び図５に示すように、タンデム状の
孔３６、３８は、部分的に、対応するプラットホームの
側縁２０ｃに向くようにプラットホームを通して外方へ
傾斜させ、さらに部分的にプラットホーム後縁２０ｅに
向くように、後方すなわち下流方向へ傾斜させる、とい
う複合傾斜状態とすることが好ましい。このようにし
て、プラットホーム孔３８から排出される冷却空気は、
そこから下流方向に冷却空気フィルムを形成し、プラッ
トホームの外面を保護する。
孔３６、３８は、部分的に、対応するプラットホームの
側縁２０ｃに向くようにプラットホームを通して外方へ
傾斜させ、さらに部分的にプラットホーム後縁２０ｅに
向くように、後方すなわち下流方向へ傾斜させる、とい
う複合傾斜状態とすることが好ましい。このようにし
て、プラットホーム孔３８から排出される冷却空気は、
そこから下流方向に冷却空気フィルムを形成し、プラッ
トホームの外面を保護する。
【００２８】さらに、図４に示すシャンク部孔３６は、
二つのタンデム状の孔３６、３８が内側フィレット部３
２において半径方向及び周方向に離され、しかも該内側
フィレット部を横切ってプラットホームとシャンク部と
が流路から排出された空気により接続されるように、直
列の流れ連通状態に整列していることが好ましい。この
ようにすれば、シャンク部孔３６から排出された空気噴
流は、協働する空所４０内で部分的に拡がって対応する
プラットホーム孔３８まわりでプラットホームの下側に
対して衝突冷却を行い、噴流の中央部はプラットホーム
孔３８を通って噴射され、プラットホーム孔３８を通過
することになる。
二つのタンデム状の孔３６、３８が内側フィレット部３
２において半径方向及び周方向に離され、しかも該内側
フィレット部を横切ってプラットホームとシャンク部と
が流路から排出された空気により接続されるように、直
列の流れ連通状態に整列していることが好ましい。この
ようにすれば、シャンク部孔３６から排出された空気噴
流は、協働する空所４０内で部分的に拡がって対応する
プラットホーム孔３８まわりでプラットホームの下側に
対して衝突冷却を行い、噴流の中央部はプラットホーム
孔３８を通って噴射され、プラットホーム孔３８を通過
することになる。
【００２９】タンデム状の孔３６、３８は、少なくとも
シャンク部孔３６から噴出される空気の少なくとも一部
が協働するプラットホーム孔３８に直線的に流れる流路
を形成するために、それぞれが互いに直線的で傾斜した
線上に整列し同軸配置されることが好ましい。
シャンク部孔３６から噴出される空気の少なくとも一部
が協働するプラットホーム孔３８に直線的に流れる流路
を形成するために、それぞれが互いに直線的で傾斜した
線上に整列し同軸配置されることが好ましい。
【００３０】図４の左側に示した一つの実施形態では、
タンデム状の孔３６、３８は、実質的に同じ直径を持
つ。特に、プラットホーム孔の流入口３８ａは、寸法が
シャンク孔の排出口３６ｂと実質的に同じ大きさであ
り、噴流の一部がプラットホーム孔のまわりでプラット
ホームの下側に衝突する状態で、シャンク部孔の排出口
３６ｂからの冷却空気噴流を受ける。
タンデム状の孔３６、３８は、実質的に同じ直径を持
つ。特に、プラットホーム孔の流入口３８ａは、寸法が
シャンク孔の排出口３６ｂと実質的に同じ大きさであ
り、噴流の一部がプラットホーム孔のまわりでプラット
ホームの下側に衝突する状態で、シャンク部孔の排出口
３６ｂからの冷却空気噴流を受ける。
【００３１】図４の右側に示した他の実施形態では、プ
ラットホーム孔３８の直径は、協働するシャンク部孔３
６のものより大きい。この実施例において、プラットホ
ーム孔の流入口は、シャンク部孔の排出口の大きさより
適当に大きくされている。直径を大きくしたプラットホ
ーム孔の付加的な利点は、これと協働する小径のシャン
ク部孔３６から排出される冷却空気噴流の拡散が大きく
なり、そのことにより大径のプラットホームからの空気
の排出速度が低減され、それに対応する分だけ吹き飛ば
し率が低くなるのでプラットホーム上面でのフィルム冷
却が可能になる。
ラットホーム孔３８の直径は、協働するシャンク部孔３
６のものより大きい。この実施例において、プラットホ
ーム孔の流入口は、シャンク部孔の排出口の大きさより
適当に大きくされている。直径を大きくしたプラットホ
ーム孔の付加的な利点は、これと協働する小径のシャン
ク部孔３６から排出される冷却空気噴流の拡散が大きく
なり、そのことにより大径のプラットホームからの空気
の排出速度が低減され、それに対応する分だけ吹き飛ば
し率が低くなるのでプラットホーム上面でのフィルム冷
却が可能になる。
【００３２】両実施例では、シャンク部孔とプラットホ
ーム孔各々の直径は、実質的に同じ大きさか、或は夫々
の流入口から排出口終端までを一定となるようにする。
ーム孔各々の直径は、実質的に同じ大きさか、或は夫々
の流入口から排出口終端までを一定となるようにする。
【００３３】図１、図２及び図５に示すように、プラッ
トホーム２０は、翼形部正圧側面１８ａのような翼形部
の少なくとも一方の側面に沿ってプラットホーム外面に
列状に終端するように配設された複数のタンデム状の孔
３６、３８を含むのが好ましい。タンデム状の孔は、冷
却をより効果的にするようにプラットホームを横切り、
プラットホームの前縁と後縁との間に軸方向に間隔を置
いて配設される。
トホーム２０は、翼形部正圧側面１８ａのような翼形部
の少なくとも一方の側面に沿ってプラットホーム外面に
列状に終端するように配設された複数のタンデム状の孔
３６、３８を含むのが好ましい。タンデム状の孔は、冷
却をより効果的にするようにプラットホームを横切り、
プラットホームの前縁と後縁との間に軸方向に間隔を置
いて配設される。
【００３４】図４及び図５に示すように、タンデム状の
孔３６、３８の他の列を、翼形部の反対側の負圧側面に
沿って、好ましくはその前縁付近に形成し、プラットホ
ームのこの領域を冷却することができる。
孔３６、３８の他の列を、翼形部の反対側の負圧側面に
沿って、好ましくはその前縁付近に形成し、プラットホ
ームのこの領域を冷却することができる。
【００３５】上述したタンデム状の孔３６、３８は、プ
ラットホームの冷却を高めるために同じ空気を複数回使
用するものである、さらに、タンデム状の孔は、内側フ
ィレット部３２から内方に離れて配設されており、プラ
ットホームと翼形部の接合部に応力集中をもたらさな
い。
ラットホームの冷却を高めるために同じ空気を複数回使
用するものである、さらに、タンデム状の孔は、内側フ
ィレット部３２から内方に離れて配設されており、プラ
ットホームと翼形部の接合部に応力集中をもたらさな
い。
【００３６】タンデム状の孔は、図２、図５に示す補助
フィルム冷却孔４２と協働するように使用することがで
き、補助フィルム冷却孔４２はプラットホームを貫通し
て後方に傾斜していることが好ましく、さらに衝突冷却
に使用された冷却空気をプラットホームの下側から受け
るように、プラットホーム孔３８の一つの後方に配置す
ることが好ましい。このようにすれば、タンデム状のシ
ャンク部孔と協働することなく、補助的なフィルム冷却
孔４２に、隣接するシャンク部孔３６から排出される冷
却空気を供給することができる。また数個のシャンク部
孔３６から排出される空気は、プラットホームの何れか
一つの孔３８又は補助孔４２を通して排出される前にプ
ラットホームの下面をフィルム冷却する。
フィルム冷却孔４２と協働するように使用することがで
き、補助フィルム冷却孔４２はプラットホームを貫通し
て後方に傾斜していることが好ましく、さらに衝突冷却
に使用された冷却空気をプラットホームの下側から受け
るように、プラットホーム孔３８の一つの後方に配置す
ることが好ましい。このようにすれば、タンデム状のシ
ャンク部孔と協働することなく、補助的なフィルム冷却
孔４２に、隣接するシャンク部孔３６から排出される冷
却空気を供給することができる。また数個のシャンク部
孔３６から排出される空気は、プラットホームの何れか
一つの孔３８又は補助孔４２を通して排出される前にプ
ラットホームの下面をフィルム冷却する。
【００３７】図５に示すように、プラットホーム孔と補
助孔３８、４２とを正圧側面のような翼形部の片側に沿
って列状に配設し、この領域をカバーする冷却空気を最
大化することが好ましい。
助孔３８、４２とを正圧側面のような翼形部の片側に沿
って列状に配設し、この領域をカバーする冷却空気を最
大化することが好ましい。
【００３８】上述したタンデム状の孔は、利用可能な空
気の効率的使用によりブレードのプラットホームの冷却
を改善する上で、それ単独で重要な利点をもって使うこ
とができる。更には、追加的冷却を与えるためフィルム
冷却補助孔を追加的に使用できる。
気の効率的使用によりブレードのプラットホームの冷却
を改善する上で、それ単独で重要な利点をもって使うこ
とができる。更には、追加的冷却を与えるためフィルム
冷却補助孔を追加的に使用できる。
【００３９】図式的に図４で示すように、好ましい同軸
的整列状態にあるタンデム状の孔３６、３８は、通常の
手段でプラットホームの外面からシャンク部を貫通して
内側に連続してドリル加工することにより容易に形成す
ることができる。レーザドリル又は放電加工と同様の穴
あけ方法が、プラットホームとシャンク部の両者を貫通
して共通の直径をもった穴あけに利用できる。
的整列状態にあるタンデム状の孔３６、３８は、通常の
手段でプラットホームの外面からシャンク部を貫通して
内側に連続してドリル加工することにより容易に形成す
ることができる。レーザドリル又は放電加工と同様の穴
あけ方法が、プラットホームとシャンク部の両者を貫通
して共通の直径をもった穴あけに利用できる。
【００４０】別の手法として、図４の右部に示す大径の
プラットホーム孔については、二段階のドリル工程を用
いることができ、最初にプラットホームとシャンク部と
の両方を通して共通の直径を有する小径のシャンク部孔
３６をドリル加工し、次に協働するプラットホーム孔３
８のみについて、直径を拡張する第二のドリル作業を行
う。或いは、最初にシャンク部孔のドリル加工をしない
で大径のプラットホーム孔３８のみの単独のドリル加工
を行い、次に前もってあけられたプラットホーム孔を通
じて小径のシャンク部孔３６のドリル加工をすることも
できる。
プラットホーム孔については、二段階のドリル工程を用
いることができ、最初にプラットホームとシャンク部と
の両方を通して共通の直径を有する小径のシャンク部孔
３６をドリル加工し、次に協働するプラットホーム孔３
８のみについて、直径を拡張する第二のドリル作業を行
う。或いは、最初にシャンク部孔のドリル加工をしない
で大径のプラットホーム孔３８のみの単独のドリル加工
を行い、次に前もってあけられたプラットホーム孔を通
じて小径のシャンク部孔３６のドリル加工をすることも
できる。
【００４１】タンデム状の孔は、一般に円筒形状に形成
できるが、どのような形状の孔であっても利点があれば
使うことができる。タンデム状の孔は、高温タービンの
用途で求められるタービンブレードプラットホームの冷
却に有利に利用することができる。
できるが、どのような形状の孔であっても利点があれば
使うことができる。タンデム状の孔は、高温タービンの
用途で求められるタービンブレードプラットホームの冷
却に有利に利用することができる。
【００４２】ここで、本発明の好ましい例示的な実施例
と考えられるものについて述べたが、ここから得られる
本発明の他の変形は当業者にとって明らかであり、それ
故、本発明の技術思想及び技術的範囲に含まれるあらゆ
る変形が添付した特許請求範囲で保護されることを望む
ものである。
と考えられるものについて述べたが、ここから得られる
本発明の他の変形は当業者にとって明らかであり、それ
故、本発明の技術思想及び技術的範囲に含まれるあらゆ
る変形が添付した特許請求範囲で保護されることを望む
ものである。
【図１】 部分的に示す支持用ロータディスクの外周に
取り付けられた例示的なガスタービンエンジンのタービ
ンロータブレードの一部を断面で示す斜視図。
取り付けられた例示的なガスタービンエンジンのタービ
ンロータブレードの一部を断面で示す斜視図。
【図２】 本発明の好ましい実施例に基づくタンデム状
の冷却孔を示すためプラットホームを断面とした図１の
タービンブレードの側面図。
の冷却孔を示すためプラットホームを断面とした図１の
タービンブレードの側面図。
【図３】 図２に示す線３−３に沿うタービンブレード
の半径方向断面図。
の半径方向断面図。
【図４】 ブレードシャンク部とプラットホームに跨っ
て連続的に延びる典型的な一対のタンデム状の孔を含む
図３に示すタービンブレードの部分拡大断面図。
て連続的に延びる典型的な一対のタンデム状の孔を含む
図３に示すタービンブレードの部分拡大断面図。
【図５】 図２に示す線５−５に沿うタービンブレード
の部分断面平面図。
の部分断面平面図。
【符号の説明】 １６ 冷却空気 １８ 翼形部 １８ａ 正圧測面 １８ｂ 負圧測面 １８ｃ 根元部 １８ｄ 先端部 ２０ プラットホーム ２２ シャンク部 ２４ ダブテール部 ２８ 流路 ３６ シャンク部孔 ３８ プラットホーム孔
Claims (20)
- 【請求項１】 冷却空気１６を流す縦方向流路２８が内
部に形成された一体の翼形部１８、シャンク部２２及び
ダブテール部２４と、 前記翼形部と前記シャンク部との接合点から横方向外向
きに延びるプラットホーム２０と、 前記流路から前記シャンク部を貫通して延び前記プラッ
トホームから離れて位置するシャンク部孔３６と、 前記プラットホームを貫通して延び前記シャンク部孔に
タンデム状に整列するプラットホーム孔３８と、を含む
ことを特徴とするタービンブレード１０。 - 【請求項２】 前記シャンク部孔３６から前記プラット
ホーム孔３８への前記冷却空気が、前記プラットホーム
孔３８の内側及び外側の両方に分布されて前記プラット
ホームに衝突するように、前記シャンク部孔及びプラッ
トホーム孔３６、３８を直列状に傾斜させて前記シャン
ク部と前記プラットホームとに貫通形成することを特徴
とする請求項１に記載のブレード。 - 【請求項３】 前記プラットホーム２０は、相対する側
縁２０ｃと前縁及び後縁２０ｄ、ｅとを含み、前記タン
デム状のシャンク部孔及びプラットホーム孔３６、３８
が前記プラットホーム後縁に向かって後外方に傾斜させ
られていることを特徴とする請求項２に記載のブレー
ド。 - 【請求項４】 前記シャンク部２２が、フィレット部３
２において前記プラットホーム２０に接合され、前記シ
ャンク部孔３６が前記フィレット部より内側で終端する
ことを特徴とする請求項３に記載のブレード。 - 【請求項５】 前記タンデム状の孔３６、３８が実質的
に等しい直径を有することを特徴とする請求項３に記載
のブレード - 【請求項６】 前記プラットホーム孔３８の直径が前記
シャンク部孔３６の直径より大きいことを特徴とする請
求項３に記載のブレード。 - 【請求項７】 複数の前記タンデム状の孔３６、３８
が、前記シャンク部２２と前記プラットホーム２０とを
貫通し、前記プラットホーム前後縁２０ｄ、ｅの間に間
隔を置いて形成されることを特徴とする請求項３に記載
のブレード。 - 【請求項８】 前記プラットホーム２０を傾斜状に貫通
して、前記プラットホーム孔３８の一つの後方に補助孔
４２が形成され、該一つのプラットホーム孔にタンデム
状に対応するシャンク部孔３６からの冷却空気を受けて
前記プラットホームをフィルム冷却することを特徴とす
る請求項７に記載のブレード。 - 【請求項９】 前記プラットホーム孔及び補助孔３８、
４２が前記翼形部の一側面に沿った列に並んでいること
を特徴とする請求項８に記載のブレード。 - 【請求項１０】 前記タンデム状の孔３６、３８が同軸
に整列していることを特徴とする請求項３に記載のブレ
ード。 - 【請求項１１】 一体の翼形部１８、プラットホーム２
０、シャンク部２２及びダブテール部２４を備え、前記
プラットホームと前記シャンク部とを別々に貫通してタ
ンデム状に延び前記シャンク部内の空気流路２８と直列
的流れ連通状態にある一対の孔３６、３８を有すること
を特徴とするタービンブレード１０。 - 【請求項１２】 前記シャンク部２２はフィレット部３
２において前記プラットホーム２０に接合され、前記タ
ンデム状の孔は、前記フィレット部において互いに離さ
れており、前記フィレット部を横切って前記プラットホ
ームと前記シャンク部とを前記流路からの空気により接
続するように直列に整列していることを特徴とする請求
項１１に記載のブレード。 - 【請求項１３】 前記タンデム状の孔は、前記シャンク
部２２を貫通して延びるシャンク部孔３６を備え、該シ
ャンク部孔は、それに対応し前記プラットホーム２０を
貫通して延びるプラットホーム孔３８から離れているこ
とを特徴とする請求項１２に記載のブレード。 - 【請求項１４】 前記シャンク部孔３６は、前記シャン
ク部２２の内側に流入口３６ａを、前記シャンク部の外
側に排出口３６ｂを含み、 前記プラットホーム孔３８は、前記プラットホーム２０
の下側に前記シャンク部孔の排出口３６ｂに整列した流
入口３８ａを、前記プラットホーム上側に排出口３８ｂ
を含むことを特徴とする請求項１３に記載のブレード。 - 【請求項１５】 前記タンデム状の孔３６、３８が同軸
に整列していることを特徴とする請求項１４に記載のブ
レード。 - 【請求項１６】 前記プラットホーム２０は、相対する
側縁２０ｃと前縁及び後縁２０ｄ、ｅとを含み、前記タ
ンデム状の孔は部分的に前記プラットホームの前記後縁
に向かって後外方に、また部分的に前記プラットホーム
の側縁２０ｃの一方に向かって外方に傾斜していること
を特徴とする請求項１５に記載のブレード。 - 【請求項１７】 前記プラットホーム孔の流入口３８ａ
の大きさが前記シャンク部孔の排出口３６ｂの大きさと
実質上等しいことを特徴とする請求項１６に記載のブレ
ード。 - 【請求項１８】 前記プラットホーム孔の流入口３８ａ
の大きさが前記シャンク部孔の排出口３６ｂの大きさよ
り大きいことを特徴とする請求項１６に記載のブレー
ド。 - 【請求項１９】 前記翼形部の一方の側面に沿う前記プ
ラットホーム２０で終端する前記タンデム状の孔３６、
３８の列をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記
載のブレード。 - 【請求項２０】 前記翼形部の反対側の側面に沿う前記
プラットホームで終端する前記タンデム状の孔３６、３
８の列をもう一つ含むことを特徴とする請求項１９に記
載のブレード。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/628152 | 2000-07-31 | ||
| US09/628,152 US6341939B1 (en) | 2000-07-31 | 2000-07-31 | Tandem cooling turbine blade |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002129905A true JP2002129905A (ja) | 2002-05-09 |
| JP2002129905A5 JP2002129905A5 (ja) | 2008-09-11 |
| JP4675003B2 JP4675003B2 (ja) | 2011-04-20 |
Family
ID=24517694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001228812A Expired - Fee Related JP4675003B2 (ja) | 2000-07-31 | 2001-07-30 | タンデム冷却のタービンブレード |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6341939B1 (ja) |
| EP (1) | EP1178181B1 (ja) |
| JP (1) | JP4675003B2 (ja) |
| DE (1) | DE60118848T2 (ja) |
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