JP6496542B2 - タービンブレード内の構造構成および冷却回路 - Google Patents
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Description
図5は、従来型の設計を有する回転子ブレードエーロフォイル25に見出すことができるような内部壁構成を示す。示したように、エーロフォイル25の外側表面を、比較的薄い加圧側外壁26および吸引側外壁27によって画定することができ、これらの外壁を、複数の半径方向に延び交差するリブ60を介して接続することができる。リブ60は、エーロフォイル25に対する構造的支持を与える一方で、複数の半径方向に延び実質的に分離された流路40をやはり画定するように構成される。典型的には、リブ60は、エーロフォイル25の半径方向の高さの大部分にわたり流路40を仕切るように半径方向に延びるが、下記により詳細に論じるように、冷却回路を画定するように、流路をエーロフォイルの周辺に沿って接続することができる。すなわち、流路40は、エーロフォイル25の外側寄り端部または内側寄り端部のところで、ならびに多数の小さな交差通路または交差通路の間に位置することができるインピンジメントアパーチャ(図示せず)を介して流体連通することができる。このようにして、流路40のうちのあるものは一緒に、曲がりくねったまたは蛇行する冷却回路を形成することができる。加えて、冷却剤を流路40からエーロフォイル25の外側表面上へと通して放出する出口を形成する膜冷却ポート(図示せず)を含むことができる。
本発明は、エーロフォイル25のコンプライアンスを調整するために利用することができるトラバースリブ66のある種の構成を教示する。本明細書において使用するように、トラバースリブ66は、エーロフォイル25を横切って延びる短い方のリブである。カンバ線リブ62を、いずれか、他のカンバ線リブまたはエーロフォイル25の外壁26、27のうちの一方に接続するために、トラバースリブ66を使用する。このようにして構成すると、トラバースリブ66が、外壁26、27とカンバ線リブ62との間に形成された流路40に対する仕切りとしてやはり働くことを認識するであろう。図示したように、加圧側外壁26および加圧側カンバ線リブ63は、これらの間に加圧側流路40を画定するように構成される。同様に、吸引側外壁27および吸引側カンバ線リブ64は、これらの間に吸引側流路40を画定するように構成される。吸引側カンバ線リブ64と加圧側カンバ線リブ63との間に、中央流路40が画定される。示したように、これらの流路40を次に、トラバースリブ66によって細分割することができる。本発明のある種の実施形態では、いくつかの加圧側トラバースリブ67は、加圧側外壁26を加圧側カンバ線リブ63に接続する。このようにして、加圧側トラバースリブ67は、加圧側流路40を多数の別々の、軸方向に積み重なった流路40へと分割する。同じように、いくつかの吸引側トラバースリブ68は、吸引側外壁27を吸引側カンバ線リブ64に接続し、吸引側流路40を多数の別々の、軸方向に積み重なった流路40へと分割する。中央トラバースリブ69は、加圧側カンバ線リブ63を吸引側カンバ線リブ64に接続し、同様に中央流路を仕切る。
図9は、トラバースリブ66の代替実施形態をやはり含む。既に述べたように、本発明によれば、中央トラバースリブ69は、湾曲したまたは円弧を描くプロファイルを有することができる。加えて、代替実施形態によれば、加圧側トラバースリブ67および吸引側トラバースリブ68もやはり、湾曲したプロファイルを含むことができる。例示的なタイプの湾曲したプロファイルを、図9にエーロフォイル25の吸引側に沿って示す。具体的には、示したように、吸引側トラバースリブ68および加圧側トラバースリブ67は、これらが接続する壁の間に円弧を描くことができる。凸面がエーロフォイル25の前縁28の方を指すように、円弧を向けることができる。あるいは、凹面がエーロフォイル25の前縁28の方を指すように、円弧を向けることができる。図9にやはり示したように、カンバ線リブ62と同様に、トラバースリブ66を、「S字」形状を有することで構成することができる。示したように、好ましい実施形態では、この構成を、中央トラバースリブ69に含ませることができる。代替実施形態では、「S字」形状を、いずれか、加圧側トラバースリブ67または吸引側トラバースリブ68または両者で使用することができる。さらに、好ましい実施形態では、図9にエーロフォイル25の前縁28に向けて示したように、加圧側トラバースリブ67、吸引側トラバースリブ68、および中央トラバースリブ69は、各々によって形成される円弧をどのように向けるかを交互にすることによって波形プロファイルまたは「S字」形状を形成する。すなわち、加圧側トラバースリブ67は、前縁28に向けて凸面を与え、次に中央トラバースリブ69は、前縁28に向けに凹面であり、次いで吸引側トラバースリブ68は、エーロフォイル25の前縁28に向けて凸面を与える。
11 圧縮機
12 燃焼器
13 タービン
14 圧縮機回転子ブレード
15 圧縮機固定子ブレード
16 タービン回転子ブレード
17 タービン固定子ブレード
21 付け根
24 プラットフォーム
25 エーロフォイル
26 加圧側外壁
27 吸引側外壁
28 前縁
29 後縁
31 外側寄り先端
40 流路
41 中央流路
42 前縁流路
43 加圧側の壁に近い流路
44 吸引側の壁に近い流路
45 供給物供給装置
46 ポート
47 交差通路
48 インピンジメントコネクタ
49 表面出口
60 リブ
62 カンバ線リブ
63 加圧側カンバ線リブ
64 吸引側カンバ線リブ
66 トラバースリブ
67 加圧側トラバースリブ
68 吸引側トラバースリブ
69 中央トラバースリブ
Claims (17)
- エーロフォイルを備えるタービンブレードであって、
前記エーロフォイルが、
凹形状をした加圧側外壁および凸形状をした吸引側外壁であり、前縁および後縁に沿って接続し、前記外壁の間に冷却剤の流れを受けるための半径方向に延びるチャンバを形成する前記加圧側外壁および前記吸引側外壁によって画定され、
前記エーロフォイルが、
前記チャンバを半径方向に延びる流路へと仕切るリブ構成
をさらに備え、
前記リブ構成が波形プロファイルを有するカンバ線リブを含み、
波形プロファイルを有するカンバ線リブは、前記エーロフォイルの前記前縁に向かって始まり、かつ前記エーロフォイルの前記後縁に向かって延びる円弧を描く通路の全体にわたり前後に曲がりくねり、前記円弧を描く通路が前記エーロフォイルのカンバ基準線にほぼ平行であるカンバ線リブを備え、
前記カンバ線リブの前記円弧を描く通路が、前記エーロフォイルの前記カンバ基準線の長さの少なくとも15%である長さを含み、
前記リブ構成は、加圧側カンバ線リブが前記加圧側外壁の近くに存在するカンバ線リブを備え、かつ吸引側カンバ線リブが前記吸引側外壁の近くに存在するカンバ線リブを備える2つのカンバ線リブを含み、
前記加圧側カンバ線リブおよび前記吸引側カンバ線リブの両者が波形プロファイルを含み、
前記加圧側カンバ線リブおよび前記吸引側カンバ線リブが、これらの間に中央流路を画定し、
前記加圧側外壁および前記加圧側カンバ線リブが、これらの間に加圧側流路を画定し、
前記吸引側外壁および前記吸引側カンバ線リブが、これらの間に吸引側流路を画定し、
前記リブ構成が、
前記加圧側外壁を前記加圧側カンバ線リブに接続し、これによって前記加圧側流路を仕切る4つの加圧側トラバースリブと、
前記吸引側外壁を前記吸引側カンバ線リブに接続し、これによって前記吸引側流路を仕切る4つの吸引側トラバースリブと、
前記加圧側カンバ線リブを前記吸引側カンバ線リブに接続し、これによって前記中央流路を仕切る2つの中央トラバースリブと
を備え、
前記4つの加圧側トラバースリブのうちの2つが、60°よりも小さい前記加圧側外壁との接続の角度を形成するように構成され、
前記4つの吸引側トラバースリブのうちの2つが、60°よりも小さい前記吸引側外壁との接続の角度を形成するように構成され、
前記2つの中央トラバースリブのうちの一方が、前記吸引側カンバ線リブおよび前記加圧側カンバ線リブの各々のところで60°よりも小さい接続の角度を形成する、
タービンブレード。 - 前記波形プロファイルが、少なくとも1つの前後への「S字」形状を含み、
前記タービンブレードが、タービン回転子ブレードおよびタービン固定子ブレードのうちの一方を備える、請求項1記載のタービンブレード。 - 波形プロファイルを有するカンバ線リブは、前記エーロフォイルの前記前縁の近くで始まり、かつ前記エーロフォイルの前記後縁に向かって延びる円弧を描く通路の全体にわたり前後に曲がりくねり、前記円弧を描く通路が前記エーロフォイルのカンバ基準線にほぼ平行であるカンバ線リブを備え、
前記カンバ線リブの前記円弧を描く通路が、前記エーロフォイルの前記カンバ基準線の長さの少なくとも50%である長さを含む、
請求項2記載のタービンブレード。 - 前記波形プロファイルが、少なくとも2つの連続的な前後への「S字」形状を含み、
前記タービンブレードが、タービン回転子ブレードを備える、
請求項1記載のタービンブレード。 - 前記加圧側カンバ線リブおよび前記吸引側カンバ線リブの各々についての前記波形プロファイルは、前記中央流路に関して、第1の凹形セグメントが第2の凸形セグメントに移行する少なくとも2つの連続したセグメントを含む前記波形プロファイルを含む、請求項1乃至4のいずれかに記載のタービンブレード。
- 前記加圧側カンバ線リブおよび前記吸引側カンバ線リブの各々についての前記波形プロファイルは、前記中央流路に関して、第1の凹形セグメントが第2の凸形セグメントに移行し、第2の凸形セグメントが第3の凹形セグメントに移行し、かつ第3の凹形セグメントが第4の凸形セグメントに移行する少なくとも4つの連続したセグメントを含む前記波形プロファイルを含む、請求項1乃至5のいずれかに記載のタービンブレード。
- 前記加圧側カンバ線リブおよび前記吸引側カンバ線リブの各々についての前記波形プロファイルが、前記中央流路に関して、少なくとも3つの連続して積み重なった凸形セグメントを含む前記波形プロファイルを含む、請求項1乃至6のいずれかに記載のタービンブレード。
- 前記加圧側カンバ線リブおよび前記吸引側カンバ線リブの各々についての前記波形プロファイルが、前記中央流路に関して、少なくとも3つの連続して積み重なった凹形セグメントを含む前記波形プロファイルを含む、請求項1乃至7のいずれかに記載のタービンブレード。
- 前記リブ構成が、トラバースリブを備え、
前記トラバースリブの各々が、前記カンバ線リブのうちの1つを前記加圧側外壁、前記吸引側外壁、および他のカンバ線リブのうちの少なくとも1つに接続するように前記エーロフォイルを横切って延びるように構成されたトラバースリブを備える、
請求項1乃至8のいずれかに記載のタービンブレード。 - 前記リブ構成は、前記加圧側流路、前記吸引側流路、および中央流路が、前記エーロフォイルの内側寄り境界の近くに位置する第1の端部と前記エーロフォイルの外側寄り境界の近くに位置する第2の端部との間で半径方向に延びるように配列され、
前記加圧側流路、前記吸引側流路、および中央流路のうちの少なくとも1つが、動作中に前記回転子ブレードの付け根を通る冷却剤の流れを受けるように構成される供給通路に接続する、
請求項1乃至9のいずれかに記載のタービンブレード。 - 前記4つの加圧側トラバースリブのうちの3つが、60°よりも小さい前記加圧側外壁との接続の角度を形成するように構成され、
前記4つの吸引側トラバースリブのうちの3つが、60°よりも小さい前記吸引側外壁との接続の角度を形成するように構成され、
前記2つの中央トラバースリブが、前記吸引側カンバ線リブおよび前記加圧側カンバ線リブの各々のところで60°よりも小さい接続の角度を形成する、
請求項1乃至10のいずれかに記載のタービンブレード。 - 前記中央トラバースリブのうちの一方が、前記吸引側カンバ線リブと前記加圧側カンバ線リブとの間に円弧を含む、請求項1乃至11のいずれかに記載のタービンブレード。
- 前記中央トラバースリブの両方が、前記吸引側カンバ線リブと前記加圧側カンバ線リブとの間に円弧を含み、
前記2つの中央トラバースリブの各々の前記円弧が、前記前縁の方に向けられた凹面を含む、
請求項1乃至12のいずれかに記載のタービンブレード。 - 前記中央トラバースリブの両方が、前記吸引側カンバ線リブと前記加圧側カンバ線リブとの間に円弧を含み、
前記2つの中央トラバースリブの各々の前記円弧が、前記前縁の方に向けられた凸面を含む、
請求項1乃至13のいずれかに記載のタービンブレード。 - 前記中央トラバースリブの一方が、「S字」形状を有するプロファイルを含み、
前記「S字」形状が、前記エーロフォイルの前記前縁に関して、第1の凹面が第2の凸面に移行する2つの連続する湾曲した面を含む、請求項1乃至14のいずれかに記載のタービンブレード。 - 前記加圧側トラバースリブのうちの2つが、前記加圧側カンバ線リブと前記加圧側外壁との間に円弧を含み、
前記吸引側トラバースリブのうちの2つが、前記吸引側カンバ線リブと前記吸引側外壁との間に円弧を含む、
請求項1乃至15のいずれかに記載のタービンブレード。 - エーロフォイルを備えるタービンブレードであって、
前記エーロフォイルが、
凹形状をした加圧側外壁および凸形状をした吸引側外壁であり、前縁および後縁に沿って接続し、前記外壁の間に冷却剤の流れを受けるための半径方向に延びるチャンバを形成する、前記加圧側外壁および前記吸引側外壁によって画定され、
前記チャンバを半径方向に延びる流路へと仕切るリブ構成
をさらに備え、
前記リブ構成が、波形プロファイルを有するカンバ線リブを含み、
波形プロファイルを有するカンバ線リブが、前記エーロフォイルの前記前縁に向かうプロファイルで始まり、前記波形プロファイルが、前記エーロフォイルの前記後縁に向かって延びる円弧を描く通路の全体にわたり前後に曲がりくねり、前記円弧を描く通路が、前記エーロフォイルのカンバ基準線にほぼ平行であり、
前記カンバ線リブの前記円弧を描く通路が、前記エーロフォイルの前記カンバ基準線の長さの少なくとも15%である長さを含み、
前記リブ構成は、加圧側カンバ線リブが前記加圧側外壁の近くに存在するカンバ線リブを備え、かつ吸引側カンバ線リブが前記吸引側外壁の近くに存在するカンバ線リブを備える2つのカンバ線リブを含み、
前記加圧側カンバ線リブおよび前記吸引側カンバ線リブの両者が波形プロファイルを含み、
前記加圧側カンバ線リブおよび前記吸引側カンバ線リブが、これらの間に中央流路を画定し、
前記加圧側外壁および前記加圧側カンバ線リブが、これらの間に加圧側流路を画定し、
前記吸引側外壁および前記吸引側カンバ線リブが、これらの間に吸引側流路を画定し、
前記リブ構成が、
前記加圧側外壁を前記加圧側カンバ線リブに接続し、これによって前記加圧側流路を仕切る4つの加圧側トラバースリブと、
前記吸引側外壁を前記吸引側カンバ線リブに接続し、これによって前記吸引側流路を仕切る4つの吸引側トラバースリブと、
前記加圧側カンバ線リブを前記吸引側カンバ線リブに接続し、これによって前記中央流路を仕切る2つの中央トラバースリブと
を備え、
前記加圧側トラバースリブのうちの2つが、前記加圧側カンバ線リブと前記加圧側外壁との間に円弧を含み、
前記吸引側トラバースリブのうちの2つが、前記吸引側カンバ線リブと前記吸引側外壁との間に円弧を含む、
タービンブレード。
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