特開 2022-138141 タービンブレード先端冷却孔供給プレナム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022138141

(43)【公開日】2022-09-22

(54)【発明の名称】タービンブレード先端冷却孔供給プレナム

(51)【国際特許分類】

   F01D 5/18 20060101AFI20220914BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20220914BHJP

【ＦＩ】

F01D5/18

F01D25/00 X

【審査請求】有

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022034359

(22)【出願日】2022-03-07

(31)【優先権主張番号】17/196,523

(32)【優先日】2021-03-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】521073006

【氏名又は名称】メカニカル・ダイナミクス・アンド・アナリシス・エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】レイスナー・ポス・ザ・サード

(72)【発明者】

【氏名】サンジャイ・エス・ヒンゴラニ

(72)【発明者】

【氏名】ベンジー・サミュエル

【テーマコード（参考）】

3G202

【Ｆターム（参考）】

3G202CA05

3G202CA09

3G202JJ04

3G202JJ05

3G202JJ19

3G202JJ27

(57)【要約】      （修正有）

【課題】タービンブレードの動作耐久性が向上したブレード先端の冷却空気供給方法を提供する。
【解決手段】タービンブレード１００は、第１、第２、および第３脚部２６８，２７０，２７２、並びに第１および第２接合部を有する蛇行冷却通路を画定する。第１脚部は、径方向に延び、ブレード先端付近の第１接合部によって第２脚部に連結される。第２脚部は、第１および第２接合部２７４，２７６の間で径方向に延びる。第２接合部２７６は、第２脚部２７０を第３脚部２７２に連結し、第３脚部２７２は、ブレード先端１０６径方向に延び、ガスをタービンブレード１００の外側に排出するために後縁冷却開口部２０４に連結される。タービンブレード１００は、第１接合部２７４に連結されたプレナム４１０を画定する。少なくとも１つの先端冷却開口部は、プレナム４１０に連結し、第３脚部２７２の径方向外側、かつ第３脚部２７２の少なくとも一部の軸方向後方にある。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

加圧ガスの供給を受け取るように構成された複数の供給チャネルを画定する根元部と、
ブレード先端の圧力側面を通る複数の先端冷却開口部を画定するブレード先端と、
前記根元部から前記ブレード先端まで径方向外側方向に延びるエアフォイルであって、圧力側面と、前記エアフォイルの前縁および前記エアフォイルの後縁によって前記エアフォイルの前記圧力側面に連結された吸引側面とを有し、前記後縁が後縁冷却開口部を画定する前記エアフォイルと、を備えるタービンブレードであって、
前記タービンブレードは、第１脚部、第２脚部、第３脚部、第１接合部、および第２接合部を有する第１蛇行内部冷却通路を画定し、前記第１脚部は、前記複数の供給チャネルのうちの少なくとも１つの供給チャネルから加圧ガスを受け取るように構成され、前記第１脚部は、前記エアフォイル内で径方向に延び、前記ブレード先端付近の前記第１接合部によって前記第２脚部に連結され、前記第２脚部は、前記第１接合部と前記第２接合部との間で径方向に延び、前記第２接合部は、前記第２脚部を前記第３脚部に連結し、前記第３脚部は、前記第２接合部から前記ブレード先端に向かって径方向に延び、前記加圧ガスを前記タービンブレードの外側に排出するために前記後縁に連結され、
前記タービンブレードは、前記第１接合部に連結されたプレナムを画定し、前記複数の先端冷却開口部のうちの少なくとも１つの先端冷却開口部は、前記プレナムに連結し、前記少なくとも１つの先端冷却開口部は、前記第３脚部の径方向外側、かつ前記第３脚部の少なくとも一部の軸方向後方にある、タービンブレード。

【請求項2】

前記プレナムは、前記第１接合部の後方に軸方向に延び、前記第３脚部と前記軸方向に重なる、請求項１に記載のタービンブレード。

【請求項3】

前記複数の先端冷却開口部のうちの最後部先端冷却開口部は、前記第３脚部に連結する、請求項１から２のいずれか１項に記載のタービンブレード。

【請求項4】

前記複数の先端冷却開口部は、軸方向に沿って間隔を置いて一列に並んだ８つより多い数の開口部を含み、前記後縁に対して前記列の最初の８つの先端冷却開口部は、前記プレナムに連結された少なくとも１つの冷却開口部を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載のタービンブレード。

【請求項5】

前記最初の８つの先端冷却開口部のうちの４つは前記プレナムに連結され、前記最初の８つの先端冷却開口部のうちの４つは前記第３脚部に連結される、請求項４に記載のタービンブレード。

【請求項6】

前記少なくとも１つの先端冷却開口部は、前記プレナムの後方の位置において前記ブレード先端を抜ける、請求項１から５のいずれか１項に記載のタービンブレード。

【請求項7】

前記タービンブレードは更に、前記複数の供給チャネルのうちの少なくとも１つの供給チャネルから加圧ガスを受け取るように構成された第２蛇行内部冷却通路を画定し、前記第２蛇行内部冷却通路は、前記前縁と、前記第１蛇行内部冷却通路との間に配置される、請求項１から６のいずれか１項に記載のタービンブレード。

【請求項8】

前記エアフォイルは、表１に記載するＸ、Ｙ、およびＺのデカルト座標値に実質的に従う公称エアフォイル輪郭を備え、前記ＸおよびＹの値は、滑らかに連続する円弧によって結合された時、前記公称エアフォイル輪郭のスパンの百分率として表される距離であるＺの各値においてエアフォイル輪郭セクションを画定するインチ単位の距離であり、前記Ｚ距離における前記エアフォイル輪郭セクションは、互いに滑らかに結合され、完全なエアフォイル形状を形成する、請求項１から７のいずれか１項に記載のタービンブレード。

【請求項9】

タービンブレードを修正する方法であって、
加圧ガスの供給を受け取るように構成された複数の供給チャネルを画定する根元部と、ブレード先端の圧力側面を通る複数の先端冷却開口部を画定する前記ブレード先端と、前記根元部から前記ブレード先端まで径方向外側方向に延びるエアフォイルであって、圧力側面と、前記エアフォイルの前縁および前記エアフォイルの後縁によって前記エアフォイルの前記圧力側面に連結された吸引側面とを有し、前記後縁が後縁冷却開口部を画定する前記エアフォイルとを含む、初期形態のタービンブレードであって、第１脚部、第２脚部、第３脚部、第１接合部、および第２接合部を有する第１蛇行内部冷却通路を画定し、前記第１脚部は、前記複数の供給チャネルのうちの少なくとも１つの供給チャネルから前記加圧ガスを受け取るように構成され、前記第１脚部は、前記エアフォイル内で径方向に延び、前記ブレード先端付近の前記第１接合部によって前記第２脚部に連結され、前記第２脚部は、前記第１接合部と前記第２接合部との間で径方向に延び、前記第２接合部は、前記第２脚部を前記第３脚部に連結し、前記第３脚部は、前記第２接合部から前記ブレード先端に向かって径方向に延び、前記加圧ガスを前記タービンブレードの外側に排出するために前記後縁に連結される、前記タービンブレードを提供することと、
前記タービンブレードの１つのセクションであって、前記複数の先端冷却開口部のうちの少なくとも１つの先端冷却開口部を含み、前記少なくとも１つの先端冷却開口部が前記第３脚部と軸方向に重なる前記ブレード先端に沿った位置に配置されている、セクションを取り外すことと、
前記タービンブレードの前記取り外されたセクションの代わりにタービンブレード交換セクションを取り付け、修正されたタービンブレードを形成し、前記タービンブレード交換セクションは、前記第３脚部の径方向外側に配置され、前記第３脚部と前記軸方向に重なる少なくとも１つの交換先端冷却開口部を画定し、前記第１接合部から前記少なくとも１つの交換先端冷却開口部に前記加圧ガスの一部を供給するように構成される、ことと、
を備える方法。

【請求項10】

前記タービンブレード交換セクションは、プレナムを画定し、前記少なくとも１つの交換先端冷却開口部は、前記プレナムに連結され、前記修正されたタービンブレードにおいて、前記プレナムは、前記第３脚部の径方向外側にある前記第１接合部と流体連通し、前記第３脚部と前記軸方向に重なる、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記タービンブレードの取り外された前記セクションは、前記前縁から前記後縁に延びる、請求項９から１０のいずれか１項に記載の方法。

【請求項12】

前記タービンブレードの取り外された前記セクションは、前記第３脚部の一部を含む、請求項９から１１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項13】

前記少なくとも１つの交換先端冷却開口部は、前記少なくとも１つの交換先端冷却開口部の後方にある少なくとも１つの後方先端冷却開口部を含み、前記タービンブレード交換セクションは、前記修正されたタービンブレードにおいて、前記少なくとも１つの後方先端冷却開口部を前記第３脚部に連結する、請求項９から１２のいずれか１項に記載の方法。

【請求項14】

前記修正されたタービンブレードにおいて、前記初期形態の前記タービンブレードの前記先端冷却開口部よりも少ない数の前記交換先端冷却開口部が前記第３脚部に連結する、請求項９から１３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項15】

前記エアフォイルは、表１に記載するＸ、Ｙ、およびＺのデカルト座標値に実質的に従う公称エアフォイル輪郭を備え、前記ＸおよびＹの値は、滑らかに連続する円弧によって結合された時、前記公称エアフォイル輪郭のスパンの百分率として表される距離であるＺの各値においてエアフォイル輪郭セクションを画定するインチ単位の距離であり、前記Ｚ距離における前記エアフォイル輪郭セクションは、互いに滑らかに結合され、完全なエアフォイル形状を形成する、請求項９から１４のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ターボ機械における冷却に関し、特に、ブレード先端の冷却に関する。

【背景技術】

【0002】

本項における記載は、単に本開示に関連する背景情報を提供するものであり、先行技術を構成するものではない。

【0003】

タービン構成要素（例えば、ブレードまたはベーン）は、高温環境で動作する。タービン構成要素の十分な冷却を提供することは、構成要素の寿命を延ばすために重要であり得る。タービン構成要素の冷却は、タービン構成要素（例えば、タービンブレード）内の様々な通路を通ってそこから出る加圧空気を用いることによって提供され得る。

【0004】

熱に起因する劣化および酸化の影響を受け易いことが分かっている領域の１つは、タービンブレードの先端である。タービンブレード先端に冷却空気流を供給することにより、タービンブレードの動作耐久性が向上し得ることが分かっている。しかし、タービンブレード先端を冷却するための既存の構成は、特にタービンブレード先端の後縁付近の領域において、不十分な冷却が問題となることがあり、いくつかの用途において、そのような領域で不十分な供給圧力による高温燃焼ガスのタービンブレード内への逆流が発生し得る。

【0005】

本開示は、タービン構成要素の冷却に関連するこれらの問題および他の問題に対処する。

【発明の概要】

【0006】

本項は、本開示の一般的な概要を提供するものであり、本開示の全範囲または全ての特徴の包括的な開示ではない。

【0007】

本開示の教示に係る１つの形態において、タービンブレードは、根元部、ブレード先端、およびエアフォイルを含む。根元部は、加圧ガスの供給を受け取るように構成された複数の供給チャネルを画定する。ブレード先端は、ブレード先端の圧力側面を通る複数の先端冷却開口部を画定する。エアフォイルは、根元部からブレード先端まで径方向外側方向に延びる。エアフォイルは、圧力側面と、エアフォイルの前縁およびエアフォイルの後縁によってエアフォイルの圧力側面に連結された吸引側面とを有する。エアフォイルの後縁は、後縁冷却開口部を画定する。タービンブレードは、第１脚部、第２脚部、第３脚部、第１接合部、および第２接合部を有する第１蛇行内部冷却通路を画定する。第１脚部は、複数の供給チャネルのうちの少なくとも１つの供給チャネルから加圧ガスを受け取るように構成される。第１脚部は、エアフォイル内で径方向に延び、ブレード先端付近の第１接合部によって第２脚部に連結される。第２脚部は、第１接合部と第２接合部との間で径方向に延びる。第２接合部は、第２脚部を第３脚部に連結する。第３脚部は、第２接合部からブレード先端に向かって径方向に延び、加圧ガスをタービンブレードの外側に排出するために後縁冷却開口部に連結される。タービンブレードは、第１接合部に連結されたプレナムを画定する。複数の先端冷却開口部のうちの少なくとも１つの先端冷却開口部は、プレナムに連結する。少なくとも１つの先端冷却開口部は、第３脚部の径方向外側、かつ第３脚部の少なくとも一部の軸方向後方にある。

【0008】

様々な任意選択的な代替形態によると、プレナムは、第１接合部の後方に軸方向に延び、第３脚部と軸方向に重なり、複数の先端冷却開口部のうちの最後部先端冷却開口部は、第３脚部に連結し、複数の先端冷却開口部は、各先端冷却開口部が軸方向に沿って間隔を有する状態で一列に配置された８より多い数の開口部を含み、後縁に対して列の最初の８つの先端冷却開口部は、プレナムに連結された少なくとも１つの冷却開口部を含み、最初の８つの先端冷却開口部のうちの４つはプレナムに連結され、最初の８つの先端冷却開口部のうちの４つは第３脚部に連結されており、少なくとも１つの先端冷却開口部は、プレナムの後方の位置においてブレード先端を抜け、タービンブレードは更に、複数の供給チャネルのうちの少なくとも１つの供給チャネルから加圧ガスを受け取るように構成された第２蛇行内部冷却通路を画定し、第２蛇行内部冷却通路は、後縁と、第１蛇行内部冷却通路との間に配置され、エアフォイルは、表１に記載するＸ、Ｙ、およびＺのデカルト座標値に実質的に従う公称エアフォイル輪郭を備え、ＸおよびＹの値は、滑らかに連続する円弧によって結合された時、公称エアフォイル輪郭のスパンの百分率として表される距離であるＺの各値においてエアフォイル輪郭セクションを画定するインチ単位の距離であり、Ｚ距離におけるエアフォイル輪郭セクションは、互いに滑らかに結合され、完全なエアフォイル形状を形成する。

【0009】

本開示の教示に係る他の形態において、タービンブレードは、根元部、ブレード先端、およびエアフォイルを含む。根元部は、加圧ガスの供給を受け取るように構成された複数の供給チャネルを画定する。ブレード先端は、ブレード先端の圧力側面を通る複数の先端冷却開口部を画定する。エアフォイルは、根元部からブレード先端まで径方向外側方向に延びる。エアフォイルは、圧力側面と、エアフォイルの前縁およびエアフォイルの後縁によってエアフォイルの圧力側面に連結された吸引側面とを有する。エアフォイルの後縁は、後縁冷却開口部を画定する。タービンブレードは、第１脚部、第２脚部、第３脚部、第１接合部、および第２接合部を有する第１蛇行内部冷却通路を画定する。第１脚部は、複数の供給チャネルのうちの少なくとも１つの供給チャネルから加圧ガスを受け取るように構成される。第１脚部は、エアフォイル内で径方向に延び、ブレード先端付近の第１接合部によって第２脚部に連結される。第２脚部は、第１接合部と第２接合部との間で径方向に延びる。第２接合部は、第２脚部を第３脚部に連結する。第３脚部は、第２接合部からブレード先端に向かって径方向に延び、加圧ガスをタービンブレードの外側に排出するために後縁冷却開口部に連結される。タービンブレードは、第１接合部に連結されたプレナムを画定する。複数の先端冷却開口部のうちの少なくとも１つの先端冷却開口部は、プレナムに連結する。少なくとも１つの先端冷却開口部は、第３脚部の径方向外側、かつ第３脚部の少なくとも一部の軸方向後方にある。タービンブレードは更に、複数の供給チャネルのうちの少なくとも１つの供給チャネルから加圧ガスを受け取るように構成された第２蛇行内部冷却通路を画定する。第２蛇行内部冷却通路は、後縁と、第１蛇行内部冷却通路との間に配置される。複数の先端冷却開口部は、各先端冷却開口部が軸方向に沿って間隔を有する状態で一列に配置された８より多い数の開口部を含む。後縁に対して列の最初の８つの先端冷却開口部は、プレナムに連結された少なくとも１つの冷却開口部を含む。

【0010】

様々な任意選択的な代替形態によると、最初の８つの先端冷却開口部のうちの４つはプレナムに連結され、最初の８つの先端冷却開口部のうちの４つは第３脚部に連結されており、プレナムは、第１接合部の後方に軸方向に延び、第３脚部と軸方向に重なり、複数の先端冷却開口部のうちの最後部先端冷却開口部は、第３脚部に連結し、少なくとも１つの先端冷却開口部は、プレナムの後方の位置においてブレード先端を抜け、エアフォイルは、表１に記載するＸ、Ｙ、およびＺのデカルト座標値に実質的に従う公称エアフォイル輪郭を備え、ＸおよびＹの値は、滑らかに連続する円弧によって結合された時、公称エアフォイル輪郭のスパンの百分率として表される距離であるＺの各値においてエアフォイル輪郭セクションを画定するインチ単位の距離であり、Ｚ距離におけるエアフォイル輪郭セクションは、互いに滑らかに結合され、完全なエアフォイル形状を形成する。

【0011】

本開示の教示に係るまた別の形態において、タービンブレードを修正する方法は、初期形態のタービンブレードを提供することと、タービンブレードからセクションを取り外すことと、タービンブレードの取り外されたセクションの代わりにタービンブレード交換セクションを取り付け、修正されたタービンブレードを形成することとを含む。初期形態のタービンブレードは、加圧ガスの供給を受け取るように構成された複数の供給チャネルを画定する根元部と、ブレード先端の圧力側面を通る複数の先端冷却開口部を画定するブレード先端と、根元部からブレード先端まで径方向外側方向に延びるエアフォイルとを含む。エアフォイルは、圧力側面と、エアフォイルの前縁およびエアフォイルの後縁によってエアフォイルの圧力側面に連結された吸引側面とを有する。エアフォイルの後縁は、後縁冷却開口部を画定する。タービンブレードは、第１脚部、第２脚部、第３脚部、第１接合部、および第２接合部を有する第１蛇行内部冷却通路を画定する。第１脚部は、複数の供給チャネルのうちの少なくとも１つの供給チャネルから加圧ガスを受け取るように構成される。第１脚部は、エアフォイル内で径方向に延び、ブレード先端付近の第１接合部によって第２脚部に連結される。第２脚部は、第１接合部と第２接合部との間で径方向に延びる。第２接合部は、第２脚部を第３脚部に連結する。第３脚部は、第２接合部からブレード先端に向かって径方向に延び、加圧ガスをタービンブレードの外側に排出するために後縁冷却開口部に連結される。取り外されるタービンブレードのセクションは、複数の先端冷却開口部のうちの少なくとも１つの先端冷却開口部を含む。少なくとも１つの先端冷却開口部は、第３脚部と軸方向に重なるブレード先端に沿った位置に配置されている。タービンブレード交換セクションは、第３脚部の径方向外側に配置された少なくとも１つの交換先端冷却開口部を画定し、第３脚部と軸方向に重なる。タービンブレード交換セクションは、第１接合部から少なくとも１つの交換先端冷却開口部に加圧ガスの一部を供給するように構成される。

【0012】

様々な任意選択的な代替形態によると、タービンブレード交換セクションは、プレナムを画定し、少なくとも１つの交換先端冷却開口部はプレナムに連結されており、修正されたタービンブレードにおいて、プレナムは、第３脚部の径方向外側にある第１接合部と流体連通しており、第３脚部と軸方向に重なり、取り外されたタービンブレードのセクションは、前縁から後縁まで延び、取り外されたタービンブレードのセクションは、第３脚部の一部を含み、少なくとも１つの交換先端冷却開口部は、少なくとも１つの交換先端冷却開口部の後方にある少なくとも１つの後方先端冷却開口部を含み、タービンブレード交換セクションは、修正されたタービンブレードにおいて少なくとも１つの後方先端冷却開口部を第３脚部に連結し、修正されたタービンブレードにおいて、初期形態のタービンブレードの先端冷却開口部よりも少ない数の交換先端冷却開口部が第３脚部に連結する。

【0013】

追加の適用可能領域は、本明細書に提供される説明から明らかになる。説明および具体例は、例示のみを目的とすることが意図され、本開示の範囲を限定することは意図されないことを理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

【0014】

本開示が適切に理解され得るように、以下、添付図面を参照して、例として与えられる本開示の様々な形態が説明される。

【図1】ガスタービンエンジンの概略図である。

【図2】例えば、図１に示すようなガスタービンエンジンにおいて使用するための、本開示の教示に係るタービンブレードの斜視図である。

【図3】本開示の教示に係るタービンブレード内の複数のエアフォイル冷却通路を示す、図２のタービンブレードの側面図である。

【図4】本開示の教示に係るエアフォイル冷却通路および複数のブレード先端冷却開口部を示す、図３のタービンブレードの一部の側面図である。

【図5】本開示の教示に係るタービンブレードを修正する方法のフローチャートである。

【図6】図５の方法によって修正される前のタービンブレードの一部の側面図である。

【図7】図５の方法に記載したように取り外されるタービンブレードのセクションを示す、図６のタービンブレードの一部の側面図である。

【図8】図５の方法に記載したように取り外されたセクションと交換するためのタービンブレードの交換セクションを示す、図７のタービンブレードの一部の側面図である。 本明細書で説明される図面は、例示のみを目的としており、本開示の範囲をいかなるようにも限定することは意図されない。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下の説明は、本質的に単なる典型例であり、本開示、応用、または用途を限定することは意図されない。図面を通して、対応する参照番号は、同様または対応する部品および特徴を示すことを理解すべきである。

【0016】

図１を参照すると、ガスタービンエンジン１０の一例が概略的に示されている。ガスタービンエンジン１０は、６ＦＡ、７ＦＡ、または９ＦＡ型エンジン、および例えば、サウスカロライナ州グリーンビル所在のＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社が販売するような市販の変種（例えば、７ＦＡ．０３、７ＦＡ＋ｅ、７ＦＡ＋ Ｅｎｈａｎｃｅｄ、ＭＳ７２４１ＦＡ、およびＰＧ７２４１ＦＡ）を含むがこれに限定されない、任意の適当な種類のタービンエンジンであってよい。一般に、ガスタービンエンジン１０は、圧縮機１２、タービン１４、および燃焼器２０を含む。提供された例において、ガスタービンエンジン１０は、発電機１６に駆動的に結合されるが、例えば、推力を提供するために構成されたガスタービンエンジン（例えば、航空機エンジン）など、他の構成が用いられてもよい。

【0017】

圧縮機１２およびタービン１４は、共通回転軸３０を中心として配置されてよく、例えば、軸１８によって互いに駆動的に結合される。軸１８は、単一軸であってよく、または複数の軸セグメント（特に図示せず）によってセグメント化されてもよい。燃焼器２０は、容易な例示のために軸１８の上に概略的に示されるが、軸３０を中心として配置されてもよい。圧縮機１２は、燃焼器２０に加圧空気を供給する。また、燃料２２も燃焼器２０に供給される。加圧空気は燃料２２と混合され、燃焼器２０内で燃焼が行われ得る。燃焼器２０からの燃焼ガス２８は、タービン１４を通過し、タービン１４を回転させる。タービン１４は、軸１８を回転させて圧縮機１２を回転させ、提供された例において、発電機１６を駆動させる。

【0018】

圧縮機１２およびタービン１４は概略的に示されるが、タービン１２は１または複数の圧縮機段を含んでよく、タービン１４は１または複数のタービン段を含んでよいことが理解される。

【0019】

図２を参照すると、タービン構成要素１００の例が示される。提供された例において、タービン構成要素１００はタービンロータブレードであり、本明細書において、タービンロータブレード１００またはタービンブレード１００とも称される。本明細書ではタービンロータのブレードを参照して説明されるが、タービン構成要素１００は、代替的にステータベーンであってもよい。

【0020】

タービンブレード１００は、タービンブレード１００が回転軸３０を中心として回転方向１８に回転し、タービン１４（図１）を通る主な空気流が、本明細書において後方向とも称される方向２２に概ね沿うように、タービンエンジン１０（図１）のタービン１４（図１）のロータ（不図示）に取り付けられるように構成される。図２において、軸３０は方向付けのみを目的として示され、軸３０からタービンブレード１００までの距離は、図２において縮尺通りに描写されない。

【0021】

タービンブレード１００は、根元部１１０、プラットフォーム１１４、ブレード先端１０６、およびエアフォイル１１８を含んでいる。根元部１１０は、シャンク１０８およびダブテール１１２を含む。シャンク１０８は、プラットフォーム１１４から径方向内側（例えば、方向３０）に延び、ダブテール１１２は、シャンク１０８から径方向内側に延びる。ダブテール１１２は、タービンブレード１００をロータ（不図示）に結合するように構成される。提供された例において、ダブテール１１２は、一般にモミの木と称される形状であり、ロータ（不図示）の嵌合チャネル（不図示）に受容されるように構成されるが、他の構成が用いられてもよい。

【0022】

プラットフォーム１１４は、エアフォイル１１８がプラットフォーム１１４における近位端部１２２からブレード先端１０６における遠位端部１２６まで径方向外側に（すなわち方向２６に）延びるように、シャンク１０８とエアフォイル１１８の近位端部１２２との間の境界面に配置される。根元部１１０は、プラットフォーム１１４から径方向内側に（すなわち方向３０に）延びる。

【0023】

エアフォイル１１８は、概ね径方向外側に面するプラットフォーム１１４の上面１５８から延びる。エアフォイル１１８は、前縁１７０、後縁１７４、圧力側面１７８、および吸引側面１８２を有する。前縁１７０は、概ね前方向３４に面し、後縁１７４は、概ね後方向２２に面する。吸引側面１８２は、概ね方向４２を向く凸曲面形状であり、圧力側面１７８は、概ね方向４６を向く凹曲目形状である。

【0024】

前縁１７０は、以下で詳しく説明するように、冷却空気が前縁１７０に沿ってエアフォイル１１８から出ることを可能にする複数の前縁冷却開口部２０６を画定する。ブレード先端１０６は、複数の外向き先端冷却開口部２０８および複数の圧力側先端冷却開口部２１０を画定する。外向き先端冷却開口部２０８は、冷却空気がブレード先端１０６を通って径方向外側方向２６にエアフォイル１１８から出ることを可能にする。提供された例において、外向き先端冷却開口部２０８は、冷却空気がエアフォイル１１８からタービンブレード１００の径方向外側端部に画定された凹部２１２内に出ることを可能にする。

【0025】

圧力側先端冷却開口部２１０は、冷却空気がブレード先端１０６の圧力側に沿ってエアフォイル１１８の圧力側面１７８から出ることを可能にするように配置される。図３を更に参照すると、後縁１７４もまた、少なくとも１つの後縁冷却開口部２０４を画定する。提供された例において、後縁冷却開口部２０４は、後縁１７４の（径方向２６、３０における）ほぼ全長に縦方向に延びる単一の狭いスロットであるが、例えば、後縁１７４に沿って間隔を有する複数の個別の開口部など、他の構成が用いられてもよい。

【0026】

図３を参照すると、タービンブレード１００は、冷却開口部２０４、２０６、２０８、および／または２１０（図２）と流体連通している複数の内部冷却通路２１４、２１６を画定する。内部冷却通路２１４、２１６は、ロータ（不図示）からの加圧空気を受け取るように構成された、ダブテール１１２に位置する入口２１８、２２０、２２２、２２４を有する。４つの入口２１８、２２０、２２２、２２４が示されるが、例えば、１つの入口、２つの入口、３つの入口、または４より多い数の入口など、他の数の入口が用いられてもよい。

【0027】

提供された例において、冷却通路２１４は、入口２１８および２２０から冷却空気を受け取るシャンク１０８内のプレナムチャンバ２２６を含む。プレナムチャンバ２２６は、プラットフォーム１１４を通ってエアフォイル１１８内に径方向外側に延び、エアフォイル１１８の遠位端部１２６まで延びる冷却通路２１４の脚部２３０に空気を供給する。エアフォイル１１８の遠位端部１２６において、脚部２３０は、湾曲状または円弧状であってよい冷却通路２１４の接合部２３８に連結される。接合部２３８は、加圧冷却空気を、プラットフォーム１１４に向かって径方向内側に延びる冷却通路２１４の別の脚部２４６に径方向内側に戻すように導く。提供された例において、ブレード先端１０６における外向き冷却開口部２０８のいくつかは、接合部２３８に対し開かれてよい。

【0028】

脚部２４６は、遠位端部１２６から近位端部１２２まで延びる。脚部２４６は、プラットフォーム１１４に近接した位置にあり、エアフォイル１１８、プラットフォーム１１４、またはシャンク１０８内に全体または部分的に位置してよい冷却通路２１４の別の接合部２５２に連結される。接合部２５２は、加圧冷却空気が冷却通路２１４の別の脚部２５８内に径方向外側に向けられるように湾曲して折り返す。脚部２５８は、遠位端部１２６に向かって径方向外側に延びる。提供された例において、脚部２５８は、完全にブレード先端１０６まで延び、前縁冷却開口部２０６（図２）に対し開かれ、ブレード先端１０６における外向き冷却開口部２０８（図２）のいくつかに対しても開かれてよく、圧力側冷却開口部２１０（図２）のいくつかに対しても開かれてよいが、他の構成が用いられてもよい。このように、脚部２３０、２４６、２５８および接合部２３８、２５２は、タービンブレード１００の前方セクションを通る蛇行経路を有する冷却通路を画定する。提供された例において、追加の通路２６２は、任意選択的に、プレナムチャンバ２２６から円弧状部分２５２に直接連結してよい。

【0029】

提供された例において、後方冷却通路２１６は、同様に、入口２２２、２２４から空気を受け取り、プラットフォーム１１４を通ってエアフォイル１１８内に径方向外側に延び、エアフォイル１１８の遠位端部まで延びる後方冷却通路２１６の第１脚部２６８に空気を供給する第２プレナムチャンバ２６４を含む。エアフォイル１１８の遠位端部１２６において、第１脚部２６８は、湾曲状または円弧状であってよい後方冷却通路２１６の第１接合部２７４に連結される。第１接合部２７４は、加圧冷却空気を、プラットフォーム１１４に向かって径方向内側に延びる冷却通路２１６の第２脚部２７０に径方向内側に戻すように導く。提供された例において、ブレード先端１０６における外向き冷却開口部２０８（図２）のいくつかは、第１接合部２７４に対し開かれてよい。

【0030】

第２脚部２７０は、遠位端部１２６から近位端部１２２まで延びる。第２脚部２７０は、プラットフォーム１１４に近接した位置にあり、エアフォイル１１８、プラットフォーム１１４、またはシャンク１０８内に全体または部分的に位置してよい冷却通路２１６の第２接合部２７６に連結される。第２接合部２７６は、加圧冷却空気が冷却通路２１６の第３脚部２７２内に径方向外側に向けられるように湾曲して折り返す。第３脚部２７２は、遠位端部１２６に向かって径方向外側に延びる。提供された例において、第３脚部２７２は、完全にブレード先端１０６まで延び、後縁開口部（複数も可）２０４に対し開かれ、ブレード先端１０６における外向き冷却開口部２０８（図２）のいくつかに対し開かれてよく、圧力側冷却開口部２１０（図２）のいくつかに対しても開かれてよいが、他の構成が用いられてもよい。このように、第１、第２、および第３脚部２６８、２７０、２７２および第１および第２接合部２７４、２７６は、タービンブレード１００の後方セクションを通る蛇行経路を有する冷却通路を画定する。提供された例において、追加の通路２７８は、任意選択的に、プレナムチャンバ２６４から円弧状部分２５２に直接連結してよい。

【0031】

図４を更に参照すると、タービンブレード１００の遠位端部１２６およびブレード先端１０６が詳細に示される。圧力側冷却開口部２１０は、前縁１７０と後縁１７４との間でブレード先端１０６に沿って間隔を有する。図４において、また本明細書で用いられる場合、圧力側冷却開口部は参照番号２１０で集合的に示され、圧力側冷却開口部２１０の最初の８つは、例えば、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ、２１０ｅ、２１０ｆ、２１０ｇ、２１０ｈなど、接尾文字で個々に識別される。最後部圧力側冷却開口部２１０（例えば、２１０ａ～２１０ｈ）は、第３脚部２７２と軸方向２２、３４に重なり、提供された例において、第３脚部２７２の径方向外側にある。これらの最後部圧力側冷却開口部２７０の少なくとも１つは、タービンブレード１００によって画定されたプレナム４１０に連結される。プレナム４１０は、第１接合部２７４に直接連結され、または第１接合部２７４の一部を形成する。このように、加圧冷却空気は、第１接合部２７４から、プレナム４１０を通って、第３脚部２７２の少なくとも一部の軸方向後方にある圧力側冷却開口部２１０へ流れ得る。提供された例において、全ての圧力側冷却開口部２１０が凹部２１２の径方向内側にあるが、他の構成が用いられてもよい。

【0032】

提供された例において、タービンブレード１００は、８より多い数の圧力側冷却通路２１０を有し、後縁１７４から数えて最初の８つの圧力側冷却開口部２１０の少なくとも１つはプレナム４１０に連結され、そこから加圧冷却空気を受け取る。提供された例において、最初の４つ（すなわち最後方の４つ）の圧力側冷却開口部２１０ａ～２１０ｄは、第３脚部２７２に連結され、そこから加圧冷却空気を受け取り、次の４つの圧力側冷却開口部２１０ｅ～２１０ｈは、プレナム４１０に連結されるが、例えば、より多いまたは少ない数の圧力側冷却開口部２１０が第３脚部２７２またはプレナム４１０に連結されるなど、他の構成が用いられてもよい。

【0033】

加圧冷却空気の圧力は、冷却通路２１６を通過するとともに低下するので、プレナム４１０に連結されたこれらの後方圧力側冷却開口部２１０（例えば、２１０ｅ～２１０ｈ）は、同様の位置にある冷却開口部が第３脚部２７２に連結されている場合よりも高い圧力で冷却空気を受け取ることができる。

【0034】

提供された例において、圧力側冷却開口部２１０は、ブレード先端１０６において圧力側面１７８に沿って１列に配置されるが、他の構成が用いられてもよい。

【0035】

提供された例において、プレナム４１０は、プレナム４１０の少なくとも一部が第３脚部２７２の一部の径方向外側にあり得るように、第３脚部２７２の一部と軸方向に重なるように第１接合部２７４から軸方向後方向２２に延びる。提供された例において、プレナム４１０は、第３脚部２７２全体と重なることはない。具体的に示されない代替構成において、プレナム４１０は、第３脚部２７２全体を含む、図４の例に示すよりも多くまたは少なく部分の第３脚部２７２と重なってよい。プレナム４１０は、外向き冷却開口部２０８（図２）の１または複数に連結されてもよい。提供された例において、プレナム４１０は、第３脚部２７２に直接連結されない。プレナム４１０に連結された圧力側冷却開口部２１０の１または複数は、任意選択的に、プレナム４１０の後方にあってよい。

【0036】

図２に戻ると、エアフォイル１１８は、任意の適当なエアフォイル形状を有してよい。１つの構成において、エアフォイル１１８は、表１に記載するＸ、Ｙ、およびＺのデカルト座標値に実質的に従う輪郭を有する。他の構成において、エアフォイル１１８は、表１に記載する吸引側のＸ、Ｙ、およびＺのデカルト座標値に実質的に従う輪郭を有する。また他の構成において、エアフォイル１１８は、表１に記載する圧力側および吸引側のＸ、Ｙ、およびＺのデカルト座標値に実質的に従う輪郭を有する。

【0037】

表１において、Ｘ、Ｙ、およびＺのデカルト座標値は、Ｚがエアフォイルのスパンの百分率として表され、ＸおよびＹの値がエアフォイルの公称形状のインチ単位の寸法である。提供された例において、この表は、６．３０８インチの公称エアフォイルスパンに基づくが、他のスパンが用いられてもよい。各Ｚ値において、ＸおよびＹ座標は、エアフォイルの断面輪郭形状を表し、輪郭形状は、完全な３次元エアフォイル（すなわちエアフォイル１１８）を形成するように滑らかな連続スプラインで結合される。Ｚ値をスパンの百分率で表し、任意の適切な定数でＸおよびＹ値をスケーリング（または乗算）することを可能にすることにより、Ｚ値にエアフォイルのスパン方向の高さを乗算し、ＸおよびＹ値に所望のコード長を乗算することで、任意のコード長のエアフォイルが任意の流路環形で用いられ得る。

【0038】

このように、エアフォイルは、表１に記載するＸ、Ｙ、およびＺのデカルト座標値に実質的に従う公称エアフォイル輪郭を備え、ＸおよびＹの値は、滑らかに連続する円弧によって結合された時、公称エアフォイル輪郭のスパンの百分率として表される距離であるＺの各値においてエアフォイル輪郭セクションを画定するインチ単位の距離であり、Ｚ距離におけるエアフォイル輪郭セクションは、互いに滑らかに結合され、完全なエアフォイル形状を形成する。

【0039】

【表1-1】

【表1-2】

【表1-3】

【表1-4】

【表1-5】

【表1-6】

【表1-7】

【表1-8】

【表1-9】

【表1-10】

【表1-11】

【表1-12】

【表1-13】

【表1-14】

【表1-15】

【表1-16】

【表1-17】

【表1-18】

【表1-19】

【表1-20】

【表1-21】

【表1-22】

【表1-23】

【表1-24】

【0040】

図５に示すように、タービンブレードを修正する方法５１０がフローチャート形式で示される。この修正は、新たな未使用タービンブレードに行われるか、または使用済みのタービンブレードに行われてもよく、任意選択的に、損傷したタービンブレードに行われてもよい。方法５１０は、初期形態のタービンブレードを提供することによってステップ５１４で開始し得る。初期形態のタービンブレードの例は、タービンブレード１００’として図６に示されるが、他の構成が用いられてもよい。

【0041】

タービンブレード１００’は、本明細書において特に図示または説明される場合を除き、タービンブレード１００（図２～４）と同様であってよい。よって、プライム記号なしのタービンブレード１００（図４）の参照番号と類似するがプライム記号の付いた参照番号を有するタービンブレード１００’の特徴は、類似する特徴を表し、相違点のみが本明細書で詳しく説明される。

【0042】

方法５１０は、タービンブレード１００’のセクション６１０が取り外されるステップ５１８に進み得る。提供された例において、セクション６１０は、図６に示す破線および点線６１４に沿ってタービンブレード１００’を切断することによって取り外されるが、タービンブレード１００’は、異なる形状の取り外されたセクション６１０を生成するために異なる線に沿って切断されてもよい。提供された例において、切断線６１４は、前縁１７０’から後縁１７４’までの直線ではなく、屈曲または湾曲部を含み得るが、他の構成が用いられてもよい。

【0043】

提供された例において、セクション６１０は、前縁１７０’から後縁１７４’までのタービンブレード１００’の軸方向全長に及ぶ。具体的に示されない代替構成において、取り外されるセクション６１０は、タービンブレード１００’の軸方向全長より短くてよい。セクション６１０は、例えば、レーザまたはプラズマ切断、または機械加工など、任意の適当な技術を用いて取り外され得る。

【0044】

セクション６１０が残りのタービンブレード１００’から切断された後、セクション６１０は、図７に示すように、タービンブレード１００’のその他の部分から取り外され得る。図８を更に参照すると、ステップ５１４の後、方法５１０は、取り外されたセクション６１０（図７）の代わりにタービンブレード交換セクション７１０がタービンブレード１００’に取り付けられるステップ５１８に進み得る。交換セクション７１０は、例えば、溶接、レーザ溶接、付加製造、およびロウ付けなど、任意の適当な技術を用いて取り付けられ得る。

【0045】

交換セクション７１０を取り付けた後、修正されたタービンブレードは、図２～４に示すタービンブレード１００と同様であってよい。提供された例において、（図４のタービンブレード１００で表される）修正されたタービンブレードは、蛇行冷却経路２１４、２１６と圧力側冷却開口部２１０との連結に関して、初期状態のタービンブレード１００’と異なる構成を含む。

【0046】

提供された例において、初期状態のタービンブレード１００’は、プレナム４１０（図４）を含まない。初期状態のタービンブレード１００’の提供された例において、第３脚部２７２と軸方向に重なる圧力側冷却開口部２１０’は、全て第３脚部２７２’に連結される。初期状態のタービンブレード１００’の提供された例において、後縁１７４’から数えて最初の８つの圧力側冷却開口部２１０ａ’～２１０ｈ ’は、全て第３脚部２７２’に連結される。このように、この方法は、第３脚部２７２’に連結されていた圧力側冷却開口部２１０’のいくつかを、同様の軸方向位置にあるが、第３脚部２７２に連結されるのではなく第１接合部２７４においてプレナム４１０に連結される圧力側冷却開口部２１０に置き換え得る。

【0047】

提供された例において、切断線６１４は、第３脚部２７２’の前方部分６１８を通り、交換セクション７１０は、第３脚部２７２’の前方部分６１８が径方向外側に延びる範囲を低減するように構成される。提供された例において、修正されたタービンブレード１００におけるプレナム４１０は、初期状態において第３脚部２７２’の前方部分６１８があった部分に配置される。言い換えると、第３脚部２７２’の一部は、修正されたタービンブレード１００よりも初期状態において大きく径方向外側に延び得る。

【0048】

したがって、本明細書で説明され特許請求の範囲に記載されるタービンブレードおよびタービンブレードを修正する方法は、従来のタービンブレードと比較して改善された冷却を圧力側ブレード先端に提供し得る。

【0049】

本明細書において特に明示されない限り、機械／熱特性、組成割合、寸法および／または公差、または他の特性を示す全ての数値は、本開示の範囲を説明する上で「約」または「おおよそ」という言葉で修飾されるものと理解すべきである。この修飾は、工業的慣行、材料、製造、および組立て公差、ならびに試験性能を含む様々な理由から望まれる。

【0050】

本明細書で用いられる場合、Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つという表現は、非排他的な論理的ＯＲを用いる論理値（ＡまたはＢまたはＣ）を意味すると解釈すべきであり、「Ａの少なくとも１つ、Ｂの少なくとも１つ、およびＣの少なくとも１つ」を意味すると解釈してはならない。

【0051】

本開示の説明は、本質的に単なる典型例であり、本開示の本質から逸脱することのない変形例は、本開示の範囲内であることが意図される。そのような変形例は、本開示の主旨および範囲から逸脱するものと見なしてはならない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2022-04-06

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0005】

本開示は、タービン構成要素の冷却に関連するこれらの問題および他の問題に対処する。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］米国特許第４，４７４，５３２号明細書
［特許文献２］米国特許第４，７５３，５７５号明細書
［特許文献３］米国特許第５，４６２，４０５号明細書
［特許文献４］米国特許第７，１８９，０６３号明細書
［特許文献５］米国特許第７，７１３，０２７号明細書
［特許文献６］米国特許第８，１３３，０３０号明細書
［特許文献７］米国特許第８，１７２，５３３号明細書
［特許文献８］米国特許第１０，８０８，５３８号明細書
［特許文献９］米国公開第２０１６／０１６９００２号明細書

【外国語明細書】