JP2016121684A - ガスタービンベーン - Google Patents

Abstract

【課題】ベーン後縁からベーンプラットフォームまでの移行部における応力の低減をもたらし、柔軟性が改善された新規なベーンを提供する。
【解決手段】くさび面圧力側２１と、これとは反対側のくさび面吸込側とを有するベーンプラットフォーム２と、ベーンプラットフォーム２に結合されたベーン後縁３２を含むベーン翼３からなるガスタービンベーン１において、ベーンプラットフォーム２にベーン翼後縁３２部分の付近に制限された材料切取部４を導入することによって、ベーンプラットフォーム２の柔軟性を高める。
【選択図】図６

Description

発明の技術分野
本発明は、概して、ガスタービン用のベーンに関する。特に、本発明は、ベーン後縁からベーンプラットフォームまでの移行部における応力の低減をもたらし、その際にそのような構成要素の冷却機構を妨げない、柔軟性が改善された新規なベーンを提供する。

背景
広く知られているように、ガスタービンの標準的な構造では、ケーシングに固く結合された複数のベーンが考えられる。このケーシングは、回転シャフト上に取り付けられたブレードにより案内される回転シャフトを包囲している。特に、各ベーンは、翼を含む。この翼は、ベーンプラットフォームに結合されている。ベーンプラットフォームは、それ自体は外部のケーシング内に保持されている。高温燃焼ガスが回転シャフトを駆動するためにケーシングを通過するとき、ベーンが高温にさらされ、そのような理由から、ベーンは、冷却する必要がある。通常、冷却構造は、プラットフォームを通ってベーンの翼に進入する冷却材を有する。エネルギ変換プロセスの効率を最大限に高めるために、翼部分は、比較的薄い。これに対して、翼部分が取り付けられたプラットフォーム部分は、翼のための適切な支持を提供するために、より一層厚くなっている。

図１および図２は、従来技術の設計を示しており、ガスタービンベーンをそれぞれ斜視図および平面図で示している。ガスタービンベーンは、概して、参照符号１００で示されている。ガスタービンベーン１００は、後縁部分１２１を含むベーン翼１２と、フック部分２１０を含むベーンプラットフォーム２００とを有する。さらに、ベーンプラットフォーム２００は、くさび面圧力側２０２と、これとは反対側のくさび面吸込側２０１とを有する。

図３を参照すると、図１および図２のガスタービンベーン１０の破線の四角Ｃに囲まれた部分の斜視図が示されている。図３では、ベーンプラットフォーム２００のくさび面圧力側２０２とは反対側のくさび面吸込側と、翼１２の前縁とは、見えていない。

ここで、続く図４を参照すると、ベーンプラットフォーム２００の適切な冷却を維持するために、最大限の表面が、インピンジ冷却のために、特に前段のベーンの場合に、アクセス可能であるようにされている。冷却材の流れは、矢印Ａで示されている。ゆえに、ベーンフック部分２１０は、ベーンプラットフォーム２００の上流側および下流側の端部において最も端の位置までシフトされており、これにより、冷却空気側に向かって開放したキャビティを形成している。最も下流側の位置に下流側フック部分２１０を位置決めすることにより、このフック部分２１０は、半径方向で翼１２の後縁端部１２１とほぼ整列している。構成要素の寿命を保証するために冷却が厳しく要求されるので、ベーンプラットフォーム２００は、必然的に、適切な内部冷却構造を可能にするために厚くなっている。その結果、翼後縁１２１に近いフック部分２１０は、翼後縁１２１からベーンプラットフォーム２００への移行部において極めて高い剛性を有する構造を生じている。

そのような剛直な構造は、局所的に高い応力を生じさせる。ゆえに、寿命を合理的なレベルに維持するために大量の冷却空気を必要とすることが、エンジン性能に不都合な影響を与えていた。

図５を参照すると、前述の技術的な問題に対する公知の解決手段が示されている。ベーンプラットフォーム２００の柔軟性を高めるために、フック部分２１０は、内方へシフトされており、これにより、長い張出部１１２を形成している。しかし、全てのタービン構造がそのような設計を可能にするわけではなく、いずれの場合にも、この解決手段は、冷却される領域の著しい低減をもたらし、これは、高い負荷が掛けられる部品の寿命を妥協することがある。

本発明の目的は、実質的に独立請求項１に定義されたガスタービンベーンを提供することによって、前述の技術的な問題を解決することである。

好適な実施の形態は、対応する従属請求項に定義されている。

例示のためだけであって、非限定的な目的で、以下の詳細な説明において説明される好適な実施の形態によれば、本解決手段は、ベーン翼の後縁部分の付近に限定された材料切取部をベーンプラットフォームに導入することによって、ベーンプラットフォームの柔軟性を高めることを教示している。

有利には、そのような材料切取部は、プラットフォームおよび翼の冷却機構に干渉することなく導入できる局所的な変更である。

本発明の１つの態様によれば、ベーンプラットフォームと、ベーンプラットフォームに結合されたベーン翼であって、ベーン後縁を含む、ベーン翼とを備えるガスタービンベーンであって、ガスタービンベーンは、ベーンプラットフォームに形成され、かつベーン後縁の付近に限定された材料切取部をさらに含む、ガスタービンベーンが提供される。

本発明の別の態様によれば、ベーンプラットフォームは、くさび面圧力側と、くさび面吸込側と、くさび面吸込側からくさび面圧力側まで延在する周溝とを有する。

本発明の第１の好適な実施の形態によれば、材料切取部は、周溝の底壁に形成された面取部である。

本発明の第１の実施の形態の別の１つの態様によれば、面取部は、底壁の自由端部に形成されている。

本発明の第１の実施の形態の別の１つの態様によれば、面取部は、底壁に沿って段状領域が形成されるように、底壁に形成されている。

本発明の第１の実施の形態の別の１つの態様によれば、面取部は、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲の長手方向範囲を有する。

本発明の第２の好適な実施の形態によれば、材料切取部は、止まり穴である。

本発明の第２の実施の形態の別の１つの態様によれば、止まり穴は、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲の、前記ベーンプラットフォーム内での深さを有する。

本発明の第２の実施の形態の別の１つの態様によれば、ベーンプラットフォームは、くさび面に沿って延在するシーリングスロットを含む。

本発明の第２の実施の形態の別の１つの態様によれば、止まり穴は、シーリングスロットの終端延長部としてベーンプラットフォームに形成されている。

図面の簡単な説明
本発明の前述の目的およびこれに伴う多くの利点は、添付の図面に関して、以下の詳細な説明を参照することにより、より簡単に判るようになると同時にさらに良好に理解されるようになる。

従来技術によるガスタービンベーンの斜視図を示す。 従来技術によるガスタービンベーンの平面図を示す。 図１および図２の破線の四角Ｃに囲まれた、ガスタービンベーンの部分の斜視図を示す。 図１のガスタービンベーンの上部の横断面図を示す。 図３に示された設計とは異なる設計における、従来技術のガスタービンベーンの斜視図を示す。 本発明の第１の実施の形態によるガスタービンベーンの一部の斜視図を示す。 本発明の第１の好適な実施の形態の１つの変化形によるガスタービンベーンの一部の斜視図を示す。 本発明の第２の好適な実施の形態によるガスタービンベーンの一部の斜視図を示す。 本発明の第２の好適な実施の形態の１つの変化形によるガスタービンベーンの一部の斜視図を示す。

図面の詳細な説明
図６を参照すると、概して参照符号１で示されたガスタービンベーンが示されている。明確化のために、図６は、従来技術に関して図示されたものに対応して、本発明に係るガスタービンベーン１の一部分だけを示している。この部分は、ベーン全体を表している図１および図２の破線の四角Ｃに囲まれた部分である。

ガスタービンベーン１は、ベーン翼３を有する。ベーン翼３は、ベーン後縁３２を含む。前縁は、図面では見えていない。ベーン翼は、ベーンプラットフォーム２に結合されている。ベーンプラットフォームは、従来技術におけるベーンと同様に、くさび面圧力側２１と、これとは反対側のくさび面吸込側（図面では見えていない）とを有する。

特に、ベーン１は、ベーン後縁３２の付近に限定されてベーンプラットフォーム２に形成された材料切取部４を有する。

ここでは非限定的な例として提供された、第１の例示的な実施の形態によれば、切取部は、面取部４の態様で得られる。特に、ベーンプラットフォーム２は、プラットフォームのくさび面圧力側２１からくさび面吸込側まで延在する周溝６を有する。有利には、面取部４は、周溝６の底壁６１に形成されている。特に、面取部は、底壁６１の自由端部分６１１に配置されている。しかしながら、面取部４は、周溝６の底壁６１に沿って配置されていてもよい。

次の図７に移ると、本発明の第１の好適な実施の形態の１つの変化形が示されている。特に、この場合、面取部４は、底壁６１に沿って段状領域６１２が形成されるように、底壁６１に形成されている。面取部４は、両実施の形態において、構成要素の機械加工により、または当業者に知られたあらゆる他の適切な加工処理を用いて得ることができる。好適には、面取部４は、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲の長手方向範囲を有する。

こうすると、プラットフォームの変更が、ベーンプラットフォーム２の後縁３２の付近にとどまる。ゆえに、ベーンの冷却機構に干渉することがなく、同時に、プラットフォームの剛性の大きな低減を可能にする。これにより、結果として動作中に構成要素によって及ぼされる機械応力が小さくなる。

ここで、続く図８を参照すると、本発明の第２の好適な実施の形態が斜視図で示されている。すなわち、材料切取部は、ベーン翼３の後縁３２の付近でベーンプラットフォーム２に形成された止まり穴５の態様で得られている。

同様に、止まり穴は、構成要素の機械加工により、または当業者に知られたあらゆる他の手段を用いて得ることもできる。

好適には、止まり穴５は、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲の、ベーンプラットフォーム２内への深さを有してよい。

図面に示されているように、ベーンプラットフォーム２は、ベーンプラットフォーム２のくさび面圧力側２１に配置されたシーリングスロット７をも含む。

最後の図９を参照すると、本発明の第２の好適な実施の形態の１つの変化形が示されている。特に、有利には、止まり穴５は、シーリングスロット７の終端延長部としてベーンプラットフォーム２に形成されている。言い換えれば、この態様では、シーリングスロット７は、ベーン翼３の後縁３２の付近へ向かってさらに延在している。

本発明は、好適な実施の形態に関して完全に記載されているが、出願がこれらの実施の形態によってではなく以下の特許請求の範囲の内容によって限定されると考慮すると、変更が本発明の範囲内で導入されてよいことが明らかである。

Claims (10)

1. ベーンプラットフォーム（２）と、
   該ベーンプラットフォーム（２）に結合されたベーン翼（３）であって、ベーン後縁（３２）を含む、ベーン翼（３）と、
   を備える、ガスタービンベーン（１）であって、
   当該ガスタービンベーン（１）は、前記ベーンプラットフォーム（２）に形成され、かつ前記ベーン後縁（３２）の付近に限定された材料切取部（４，５）をさらに含むことを特徴とする、ガスタービンベーン（１）。
2. 前記ベーンプラットフォーム（２）は、くさび面圧力側（２１）と、くさび面吸込側と、前記くさび面圧力側（２１）から前記くさび面吸込側まで延在する周溝（６）とを有する、請求項１記載のガスタービンベーン（１）。
3. 前記材料切取部（４）は、前記周溝（６）の底壁（６１）に形成された面取部（４）である、請求項２記載のガスタービンベーン（１）。
4. 前記面取部（４）は、前記底壁（６１）の自由端部分（６１１）に形成されている、請求項３記載のガスタービンベーン（１）。
5. 前記面取部（４）は、前記底壁（６１）に沿って段状領域（６１２）を形成するように、前記底壁（６１）に形成されている、請求項３記載のガスタービンベーン（１）。
6. 前記面取部（４）は、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲の深さを有する、請求項３から５までのいずれか１項記載のガスタービンベーン（１）。
7. 前記材料切取部（５）は、止まり穴（５）である、請求項１または２項記載のガスタービンベーン（１）。
8. 前記止まり穴（５）は、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲の、前記ベーンプラットフォーム（２）内への深さを有する、請求項７記載のガスタービンベーン（１）。
9. 前記ベーンプラットフォーム（２）は、前記くさび面圧力側（２１）に沿って延在するシーリングスロット（７）を含む、請求項１から８までのいずれか１項記載のガスタービンベーン（１）。
10. 前記止まり穴（５）は、前記シーリングスロット（７）の終端延長部として前記ベーンプラットフォーム（２）に形成されている、請求項８を引用する請求項９項記載のガスタービンベーン（１）。