JP4012054B2 - 高圧タービンブレードの後縁の高温状態の改良 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボ機械の高圧タービン用の移動ブレードの分野に関し、特に、高圧タービンの移動ブレードの後縁に位置して、冷却空気を排気する溝に関する。
【０００２】
従来から、ターボ機械は、燃焼前に空気と燃料とが互いに混合される燃焼室を有している。この燃焼によって生じたガスは、燃焼室内で下流側に流れた後、高圧タービンに供給される。高圧タービンは、タービンのロータの周りで周方向に離間された、１つまたは複数の列の移動ブレードを有している。したがって、高圧タービンの移動ブレードは、非常に高い温度の燃焼ガスに晒される。これらの温度は、前記ガスと接触するブレードよって損傷なく耐えることができる温度を大きく上回る値に達し、これにより、移動ブレードの寿命が短くなる。
【０００３】
この問題を解決するために、移動ブレードの温度を下げることを目的として、これらのブレードに内部冷却回路を設けることが知られている。このような回路によって、一般にブレードの基端部を介してブレード内に導入される冷却空気は、ブレードの表面を貫通して開口する溝を通じて排気される前に、ブレード内に形成されるキャビティによって形成される経路にしたがって、ブレードに沿って流れる。具体的には、これらの冷却排気溝は、ブレードの基端部と先端部との間で、ブレードの後縁にほぼ沿って分布しており、ブレードの長手軸に対して略垂直になっている。
【０００４】
冷却回路が設けられた高圧タービンのブレードは、金型で成形されることが知られている。
【０００５】
冷却回路溝の位置は、従来、金属成形前に、金型内に互いに平行に配置されるコアによって定められる。金属成形を容易にするため、ブレードの基端部に最も近い冷却空気排気溝は、一般に、他の溝の寸法よりも大きい寸法を有するように形成される。
【０００６】
残念なことに、実際には、ブレードの基端部に最も近い溝は、あまり冷却されないことが分かっている。この溝の寸法が大きいため、また、ブレート回転によって生じる遠心力により、この溝を通じて排気される空気は、ブレードの先端部に向かって偏向する傾向にある。その結果、後縁の近傍で温度勾配が大きくなり、ブレードの寿命に特に悪影響を及ぼす亀裂が溝の近傍に生じる。また、これらの大きな温度勾配は、熱伝導によって、ブレードを支持するプラットフォームに対してブレードの基端部が接続される領域に向かって広がる傾向がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、ブレードの基端部に最も近い冷却空気排気溝において亀裂が生じない新規な形状を与える、高圧タービン用の移動ブレードを提案することによって、前記欠点を緩和することを目的とする。また、本発明は、非常に高レベルの機械的応力に晒される部分であるブレードの全体的な機械的強度を低下させないようにすることを目的とする。最後に、本発明は、そのような移動ブレードが設けられたターボ機械のための高圧タービンを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的のため、本発明は、ターボ機械の高圧タービン用の移動ブレードであって、少なくとも１つの冷却回路を有し、冷却回路は、ブレードの先端部と基端部との間で径方向に延びる少なくとも１つのキャビティと、キャビティの径方向端部の一方に設けられ、且つ冷却回路に冷却空気を供給する少なくとも１つの吸気口と、キャビティからブレードの後縁に向かって開口する複数の溝とを備え、溝は、ブレードの長手軸に対して略垂直となるように、ブレードの基端部と先端部との間で後縁に沿って配置され、少なくともブレードの基端部に最も近い溝は、ブレードの回転軸に対して１０°から３０°の角度を成して、ブレードの先端部に向かって傾斜していることを特徴とする移動ブレードを提供する。
【０００９】
その結果、ブレードの基端部に最も近い溝を通じて排気された冷却空気は、溝の全表面にわたって案内され、ここで亀裂が生じないようになる。溝におけるこの特定の形状により、前記溝の周囲の局部温度を約５％だけ下げることができる。また、ブレードが晒される様々な機械的応力に耐えることができるブレードの能力は、溝のこの形状によって低下しない。
【００１０】
ブレードの基端部に最も近い溝の傾きは、約２０°であることが好ましい。
【００１１】
高圧タービンを通る燃焼ガスの流れを画定するプラットフォームとブレードの基端部との間の接続領域の温度を下げるために、ブレードの基端部に最も近い溝の上流側端部は、前記接続領域に本質的に形成されている。
【００１２】
本発明の他の特徴および利点は、特徴を限定しない一実施形態を示す添付図面を参照する以下の説明から明らかとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、例えばターボ機械の高圧タービン用の移動ブレード１０の斜視図である。このブレードは、長手軸Ｘ−Ｘを有しており、モミの木形状（ｆｉｒｔｒｅｅ−ｓｈａｐｅｄ）のシャンク１２を介して、高圧タービンのロータディスク（図示せず）に固定される。一般に、ブレードは、基端部１４と、先端部１６と、前縁１８と、後縁２０とを備えている。シャンク１２は、プラットフォーム２２を介して、ブレードの基端部１４に接続されている。プラットフォーム２２は、高圧タービン内を通る燃焼ガス流のための壁部を画定する。
【００１４】
このようなブレードは、非常に高温の燃焼ガスに晒されるため、冷却する必要がある。この目的のため、移動ブレード１０は、従来のように、少なくとも１つの内部冷却回路を有している。この冷却回路は、例えば、ブレードの基端部１４と先端部１６との間で径方向に延びる少なくとも１つのキャビティ２４によって構成される。このキャビティには、その径方向の端部の一方から、吸気口（図示せず）を介して、冷却空気が供給される。この吸気口は、一般に、ブレードのシャンク１２によって提供される。また、キャビティ内を流れる冷却空気を排気するために、キャビティ２４からブレードの後縁２０へと開口するように複数の溝２６が設けられている。これらの冷却空気排気溝２６は、一般に、ブレードの基端部１４と先端部１６との間で後縁２０に沿って分布しており、ブレードの長手軸Ｘ−Ｘに対して略垂直に延びている。
【００１５】
図２は、ブレード１０の基端部１４に最も近い溝２８の形状を明確に示している。本発明において、ブレードの基端部に最も近い溝２８は、ブレードの回転軸（図示せず）に対して１０°から３０°の角度を成して、ブレードの先端部１６に向かって傾斜している。この溝の傾斜角度は、約２０°であることが好ましい。ブレードの基端部に最も近い溝２８におけるこの特定の傾斜角度により、ブレードの基端部近傍の温度をより均一にすることができ、これにより、ホットポイントを完全に除去することができる。この溝によって排気される冷却空気は、溝２８の全面を覆い、約５％だけ局部温度を低下させる。したがって、ブレードの基端部に最も近い溝の近傍に亀裂が生じる虞がなくなり、ブレードの寿命が延びる。
【００１６】
本発明の有利な特徴によれば、ブレードの基端部１４に最も近い溝２８の上流側端部２８ａは、基本的に、ブレードの基端部１４と燃焼ガス流の近傍のプラットフォーム２２との間の接続領域３０に形成されており、これにより、前記溝を通じて排気される空気は、熱伝導によって、接続領域３０を冷却するようになる。したがって、ブレードの基端部１４とプラットフォーム２２との間の接続領域３０の温度は、約１．５％だけ冷却される。接続領域３０の冷却を促進するため、溝を通じて排気された空気が、前記領域３０に向けて容易に案内されるように、溝２８の上流側端部２８ａの鋭い角は削られている。また、ブレードの基端部に最も近い溝２８の下流側端部２８ｂが、接続領域３０に形成されていないため、様々な機械的応力に耐えることができるブレード１０の能力は、溝のこの特定の形状によって影響されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高圧タービン用の移動ブレードの斜視図である。
【図２】ブレードの基端部に最も近い冷却空気排気溝を示す、図１の部分拡大図である。
【符号の説明】
１０ ブレード
１２ シャンク
１４ 基端部
１６ 先端部
１８ 前縁
２４ キャビティ
２０ 後縁
２２ プラットフォーム
２６、２８ 溝
２８ａ 上流側端部
２８ｂ 下流側端部
３０ 接続領域
Ｘ−Ｘ 長手軸

Claims (6)

1. ターボ機械の高圧タービン用の移動ブレードであって、
   少なくとも１つの冷却回路を有し、該冷却回路は、
   ブレード（１０）の先端部（１６）と基端部（１４）との間で径方向に延びる少なくとも１つのキャビティ（２４）と、
   該少なくとも１つのキャビティの径方向端部の一方に設けられ、且つ前記少なくとも１つの冷却回路に冷却空気を供給する少なくとも１つの吸気口と、
   前記少なくとも１つのキャビティからブレードの後縁（２０）近傍のブレードの側面に開口する複数の溝（２６）とを備え、該溝は、少なくともブレードの基端部に最も近い溝を除いては、ブレードの長手軸（Ｘ−Ｘ）に対して略垂直となるように、ブレードの基端部と先端部との間に配置され、ブレードの基端部に最も近い前記溝（２８）は、ブレードの回転軸に対して１０°から３０°の角度を成して、ブレードの先端部に向かって傾斜していることを特徴とする、移動ブレード。
2. ブレードの基端部に最も近い溝（２８）の傾きが約２０°であることを特徴とする、請求項１に記載のブレード。
3. ブレードの基端部に最も近い溝（２８）の上流側端部（２８ａ）は、高圧タービンを通じて流れる燃焼ガス流のための壁部を画定するプラットフォーム（２２）とブレードの基端部との間の接続領域（３０）に本質的に形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のブレード。
4. ブレードの基端部に最も近い溝（２８）の上流側端部（２８ａ）の鋭い角が、削られていることを特徴とする、請求項３に記載のブレード。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の移動ブレード（１０）を複数有することを特徴とする、ターボ機械の高圧タービン。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載の移動ブレード（１０）を複数有することを特徴とする、ターボ機械。

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