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(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】P2022189741
(43)【公開日】2022-12-22
(54)【発明の名称】冷却通路のための出口表面を有する先端シュラウド
(51)【国際特許分類】
F01D 5/20 20060101AFI20221215BHJP
F01D 5/18 20060101ALI20221215BHJP
【ＦＩ】
F01D5/20
F01D5/18
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022081866
(22)【出願日】2022-05-18
(31)【優先権主張番号】17/343,864
(32)【優先日】2021-06-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(72)【発明者】
【氏名】ウィリアム・スコット・ゼミティス
(72)【発明者】
【氏名】ジェイムズ・タイソン・バルカム・３世
【テーマコード（参考）】
3G202
【Ｆターム（参考）】
3G202BA02
3G202CA05
3G202CB01
3G202JJ05
(57)【要約】 （修正有）
【課題】質量のバランシングのために材料の除去を可能にする。
【解決手段】先端シュラウド２２０は、タービンブレードの翼形部２０２の半径方向外側端部２２２に結合された本体２４０を含む。先端シュラウドは、少なくとも１つの円周方向に延びる先端レール２５０を含み得る。先端シュラウドの第１の縁壁２５２は、本体の円周方向に面する前縁２３４または円周方向に面する後縁２３６の少なくとも１つに沿って本体から軸方向および半径方向外側に延び、円周方向に面する表面２５３を含む。冷却通路２４６は、本体に画定され、その中に円周方向に延びて第１の縁壁の近くのエリアを冷却する。先端シュラウドは、第１の縁壁に隣接する出口表面２７０を含み、出口表面）は、出口開口部２７２を含み、それを通って冷却通路２４６の少なくとも１つが本体から出る。出口表面は、第１の縁壁の円周方向に面する表面２５３に対して１５°～８０°の範囲で傾斜している。
【選択図】図５
【解決手段】先端シュラウド２２０は、タービンブレードの翼形部２０２の半径方向外側端部２２２に結合された本体２４０を含む。先端シュラウドは、少なくとも１つの円周方向に延びる先端レール２５０を含み得る。先端シュラウドの第１の縁壁２５２は、本体の円周方向に面する前縁２３４または円周方向に面する後縁２３６の少なくとも１つに沿って本体から軸方向および半径方向外側に延び、円周方向に面する表面２５３を含む。冷却通路２４６は、本体に画定され、その中に円周方向に延びて第１の縁壁の近くのエリアを冷却する。先端シュラウドは、第１の縁壁に隣接する出口表面２７０を含み、出口表面）は、出口開口部２７２を含み、それを通って冷却通路２４６の少なくとも１つが本体から出る。出口表面は、第１の縁壁の円周方向に面する表面２５３に対して１５°～８０°の範囲で傾斜している。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
タービンブレード（１１４）用の先端シュラウド（２２０）であって、
前記タービンブレード（１１４）の翼形部（２０２）の半径方向外側端部（２２２）に結合された本体（２４０）であって、前記翼形部（２０２）は、正圧側（２０４）および負圧側（２０６）を含み、前記本体（２４０）は、円周方向に面する前縁（２３４）および円周方向に面する後縁（２３６）を含む本体（２４０）と、
前記本体（２４０）から半径方向外側に延び、前記本体（２４０）の円周方向長さに概して沿って延びる少なくとも１つの先端レール（２５０）と、
前記本体（２４０）に画定され、その中に円周方向に延びる第１の複数の冷却通路（２４６Ａ）と、
前記本体（２４０）の前記円周方向に面する前縁（２３４）および前記円周方向に面する後縁（２３６）の少なくとも１つに沿った少なくとも１つの第１の縁壁構成部（２３８）であって、各第１の縁壁構成部（２３８）は、
前記本体（２４０）の前記円周方向に面する前縁（２３４）および前記円周方向に面する後縁（２３６）の前記少なくとも１つに沿って前記本体（２４０）から軸方向および半径方向外側に延びる第１の縁壁（２５２）であって、前記第１の縁壁（２５２）は、第１の円周方向に面する表面（２５３）を含む第１の縁壁（２５２）と、
前記第１の縁壁（２５２）に隣接する出口表面（２７０）であって、前記出口表面（２７０）は、内部に画定された出口開口部（２７２）を有し、それを通って前記第１の複数の冷却通路（２４６Ａ）の少なくとも１つが前記本体（２４０）から出る出口表面（２７０）と
を含む少なくとも１つの第１の縁壁構成部（２３８）と
を備え、
前記出口表面（２７０）は、前記第１の縁壁（２５２）の前記第１の円周方向に面する表面（２５３）に対して１５°～８０°の範囲で傾斜している、
先端シュラウド（２２０）。
前記タービンブレード（１１４）の翼形部（２０２）の半径方向外側端部（２２２）に結合された本体（２４０）であって、前記翼形部（２０２）は、正圧側（２０４）および負圧側（２０６）を含み、前記本体（２４０）は、円周方向に面する前縁（２３４）および円周方向に面する後縁（２３６）を含む本体（２４０）と、
前記本体（２４０）から半径方向外側に延び、前記本体（２４０）の円周方向長さに概して沿って延びる少なくとも１つの先端レール（２５０）と、
前記本体（２４０）に画定され、その中に円周方向に延びる第１の複数の冷却通路（２４６Ａ）と、
前記本体（２４０）の前記円周方向に面する前縁（２３４）および前記円周方向に面する後縁（２３６）の少なくとも１つに沿った少なくとも１つの第１の縁壁構成部（２３８）であって、各第１の縁壁構成部（２３８）は、
前記本体（２４０）の前記円周方向に面する前縁（２３４）および前記円周方向に面する後縁（２３６）の前記少なくとも１つに沿って前記本体（２４０）から軸方向および半径方向外側に延びる第１の縁壁（２５２）であって、前記第１の縁壁（２５２）は、第１の円周方向に面する表面（２５３）を含む第１の縁壁（２５２）と、
前記第１の縁壁（２５２）に隣接する出口表面（２７０）であって、前記出口表面（２７０）は、内部に画定された出口開口部（２７２）を有し、それを通って前記第１の複数の冷却通路（２４６Ａ）の少なくとも１つが前記本体（２４０）から出る出口表面（２７０）と
を含む少なくとも１つの第１の縁壁構成部（２３８）と
を備え、
前記出口表面（２７０）は、前記第１の縁壁（２５２）の前記第１の円周方向に面する表面（２５３）に対して１５°～８０°の範囲で傾斜している、
先端シュラウド（２２０）。
【請求項2】
前記第１の縁壁（２５２）および前記出口表面（２７０）は、前記本体（２４０）における一対の軸方向に対向する半径方向に延びる壁（２７６）の間に軸方向に延びる、請求項１に記載の先端シュラウド（２２０）。
【請求項3】
前記第１の縁壁（２５２）は、貫通する少なくとも１つの開口部（２７８）を含む、請求項１に記載の先端シュラウド（２２０）。
【請求項4】
前記第１の複数の冷却通路（２４６Ａ）の前記少なくとも１つのための前記出口開口部（２７２）は、前記第１の縁壁（２５２）における前記少なくとも１つの開口部（２７８）と直線的に位置合わせされる、請求項３に記載の先端シュラウド（２２０）。
【請求項5】
前記翼形部（２０２）の後縁（２１０）に隣接する前記本体（２４０）の後縁（２１０）に画定された湾曲開口部（２９０）をさらに備え、前記湾曲開口部（２９０）は、隣接する先端シュラウド（２２０）の前記本体（２４０）によって充填されない、請求項１に記載の先端シュラウド（２２０）。
【請求項6】
前記湾曲開口部（２９０）は、半径方向（Ｚ）に対して１５°～４５°の範囲で傾斜した平面を有する、請求項５に記載の先端シュラウド（２２０）。
【請求項7】
前記本体（２４０）の前記円周方向に面する前縁（２３４）および前記円周方向に面する後縁（２３６）の少なくとも１つに沿った少なくとも１つの第２の縁壁構成部（２５６）であって、各第２の縁壁構成部（２５６）は、
前記本体（２４０）の前記円周方向に面する前縁（２３４）および前記円周方向に面する後縁（２３６）の前記少なくとも１つに沿って前記本体（２４０）から軸方向および半径方向外側に延びる第２の縁壁（２５４）と、
前記本体（２４０）から軸方向および半径方向外側に延びる内側壁（２５８）であって、前記内側壁（２５８）は、前記第２の縁壁（２５４）に平行であり、前記第２の縁壁（２５４）から円周方向に離間してそれらの間に半径方向に延びるポケット（２６０）を形成し、前記内側壁（２５８）は、前記本体（２４０）に画定され、その中に円周方向に延びる第２の複数の冷却通路（２４６、２４６Ｂ）の少なくとも１つのために内部に画定された出口開口部（２６２）を有し、各出口開口部（２６２）は、前記半径方向に延びるポケット（２６０）に円周方向に面する内側壁（２５８）と
を含む少なくとも１つの第２の縁壁構成部（２５６）
をさらに備える、請求項１に記載の先端シュラウド（２２０）。
前記本体（２４０）の前記円周方向に面する前縁（２３４）および前記円周方向に面する後縁（２３６）の前記少なくとも１つに沿って前記本体（２４０）から軸方向および半径方向外側に延びる第２の縁壁（２５４）と、
前記本体（２４０）から軸方向および半径方向外側に延びる内側壁（２５８）であって、前記内側壁（２５８）は、前記第２の縁壁（２５４）に平行であり、前記第２の縁壁（２５４）から円周方向に離間してそれらの間に半径方向に延びるポケット（２６０）を形成し、前記内側壁（２５８）は、前記本体（２４０）に画定され、その中に円周方向に延びる第２の複数の冷却通路（２４６、２４６Ｂ）の少なくとも１つのために内部に画定された出口開口部（２６２）を有し、各出口開口部（２６２）は、前記半径方向に延びるポケット（２６０）に円周方向に面する内側壁（２５８）と
を含む少なくとも１つの第２の縁壁構成部（２５６）
をさらに備える、請求項１に記載の先端シュラウド（２２０）。
【請求項8】
前記第２の縁壁（２５４）は、貫通する少なくとも１つの開口部（２７８）を含む、請求項７に記載の先端シュラウド（２２０）。
【請求項9】
前記第２の複数の冷却通路（２４６、２４６Ｂ）の前記少なくとも１つのための前記出口開口部（２７２）は、前記第２の縁壁（２５４）を通って前記少なくとも１つの開口部（２７８）の一方と直線的に位置合わせされる、請求項８に記載の先端シュラウド（２２０）。
【請求項10】
前記少なくとも１つの先端レール（２５０）は、複数の先端レール（２５０）を含み、前記少なくとも１つの第１の縁壁構成部（２３８）は、一対の前記複数の先端レール（２５０）の間に軸方向に位置決めされる、請求項１に記載の先端シュラウド（２２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に、ターボ機械に関し、より詳細には、質量のバランシングのために材料の除去を可能にする、冷却通路のための出口表面を有するタービンブレード用の先端シュラウドに関する。
【背景技術】
【0002】
ガスタービンシステムなどのターボ機械は、発電機のための動力を生成するために利用される。一般に、ガスタービンシステムは、ガスタービンシステムのタービン構成要素に流体（例えば、高温ガス）を通過させることによって動力を生成する。より具体的には、吸入空気は、圧縮機に引き込まれて圧縮され得る。圧縮されると、吸入空気は燃料と混合され、そしてガスタービンシステムの燃焼器によって点火されてガスタービンシステムの動作流体（例えば、高温ガス）を形成することができる。次に流体は、動力を生成するために、タービン構成要素の複数の回転ブレードおよびロータまたはシャフトを回転させるために流体流路を通って流れることができる。流体は、複数の回転ブレードと、回転ブレードの間に位置決めされた複数の静止ノズルまたはベーンとを介してタービン構成要素を通して導かれ得る。複数の回転ブレードがガスタービンシステムのロータを回転させると、ロータに結合された発電機は、ロータの回転から動力を生成することができる。
【0003】
動作効率を改善するために、回転ブレードは、その半径方向外側端部に先端シュラウドを含むことができる。先端シュラウドは、動作流体を導くために静止ケーシングの内側表面と相互作用する。先端シュラウドは、いくつかの機械的完全性の問題を呈する材料の質量を含む。１つの課題は、クリープ、または回転ブレードに及ぼされる回転力の応力下での先端シュラウドの漸進的な変形に対処することである。クリープは、翼形部または先端シュラウドの変形などのいくつかの機械的問題を引き起こす可能性がある。加えて、先端シュラウドにおける質量不均衡によって生じる過度の曲げモーメントは、クリープの問題を悪化させる可能性がある。したがって、別の課題は、理想的な空気力学的、熱伝達、機械的、および航空力学的性能を提供するために先端シュラウド内の質量バランスを確保することである。
【発明の概要】
【0004】
以下に述べるすべての態様、例、および特徴は、任意の技術的に可能な方法で組み合わせることができる。
【0005】
本開示の一態様は、タービンブレード用の先端シュラウドであって、タービンブレードの翼形部の半径方向外側端部に結合された本体であって、翼形部は、正圧側および負圧側を含み、本体は、円周方向に面する前縁および円周方向に面する後縁を含む本体と、本体から半径方向外側に延び、本体の円周方向長さに概して沿って延びる少なくとも１つの先端レールと、本体に画定され、その中に円周方向に延びる第１の複数の冷却通路と、本体の円周方向に面する前縁および円周方向に面する後縁の少なくとも１つに沿った少なくとも１つの第１の縁壁構成部であって、各第１の縁壁構成部は、本体の円周方向に面する前縁および円周方向に面する後縁の少なくとも１つに沿って本体から軸方向および半径方向外側に延びる第１の縁壁であって、第１の縁壁は、第１の円周方向に面する表面を含む第１の縁壁と、第１の縁壁に隣接する出口表面であって、出口表面は、内部に画定された出口開口部を有し、それを通って第１の複数の冷却通路の少なくとも１つが本体から出る出口表面とを含む少なくとも１つの第１の縁壁構成部とを備え、出口表面は、第１の縁壁の第１の円周方向に面する表面に対して１５°～８０°の範囲で傾斜している、先端シュラウドを提供する。
【0006】
本開示の別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、第１の縁壁および出口表面は、本体における一対の軸方向に対向する半径方向に延びる壁の間に軸方向に延びる。
【0007】
本開示の別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、第１の縁壁は、貫通する少なくとも１つの開口部を含む。
【0008】
本開示の別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、第１の複数の冷却通路の少なくとも１つのための出口開口部は、第１の縁壁における少なくとも１つの開口部と直線的に位置合わせされる。
【0009】
本開示の別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、翼形部の後縁に隣接する本体の後縁に画定された湾曲開口部をさらに含み、湾曲開口部は、隣接する先端シュラウドの本体によって充填されない。
【0010】
本開示の別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、湾曲開口部は、半径方向に対して１５°～４５°の範囲で傾斜した平面を画定する。
【0011】
本開示の別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、本体の円周方向に面する前縁および円周方向に面する後縁の少なくとも１つに沿った少なくとも１つの第２の縁壁構成部であって、各第２の縁壁構成部は、本体の円周方向に面する前縁および円周方向に面する後縁の少なくとも１つに沿って本体から軸方向および半径方向外側に延びる第２の縁壁と、本体から軸方向および半径方向外側に延びる内側壁であって、内側壁は、第２の縁壁に平行であり、第２の縁壁から円周方向に離間してそれらの間に半径方向に延びるポケットを形成し、内側壁は、本体に画定され、その中に円周方向に延びる第２の複数の冷却通路の少なくとも１つのために内部に画定された出口開口部を有し、出口開口部は、半径方向に延びるポケットに円周方向に面する内側壁とを含む少なくとも１つの第２の縁壁構成部をさらに含む。
【0012】
本開示の別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、第２の縁壁は、貫通する少なくとも１つの開口部を含む。
【0013】
本開示の別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、第１の複数の冷却通路の少なくとも１つのための出口開口部は、第１の縁壁における少なくとも１つの開口部と直線的に位置合わせされる。
【0014】
本開示の別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、少なくとも１つの先端レールは、複数の先端レールを含み、少なくとも１つの第１の縁壁構成部は、一対の複数の先端レールの間に軸方向に位置決めされる。
【0015】
本開示の別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、出口表面は、平坦ではない。
【0016】
本開示の一態様は、根元セクションと、根元セクションに結合された翼形部であって、翼形部は、正圧側および負圧側を含む翼形部と、先端シュラウドであって、タービンブレードの翼形部の半径方向外側端部に結合された本体であって、翼形部は、正圧側および負圧側を含み、本体は、円周方向に面する前縁および円周方向に面する後縁を含む本体と、本体から半径方向外側に延び、本体の円周方向長さに概して沿って延びる少なくとも１つの先端レールと、本体に画定され、その中に円周方向に延びる第１の複数の冷却通路と、本体の円周方向に面する前縁および円周方向に面する後縁の少なくとも１つに沿った少なくとも１つの第１の縁壁構成部であって、各第１の縁壁構成部は、本体の円周方向に面する前縁および円周方向に面する後縁の少なくとも１つに沿って本体から軸方向および半径方向外側に延びる第１の縁壁であって、第１の縁壁は、第１の円周方向に面する表面を含む第１の縁壁と、第１の縁壁に隣接する出口表面であって、出口表面は、内部に画定された出口開口部を有し、それを通って第１の複数の冷却通路の少なくとも１つが本体から出る出口表面とを含む少なくとも１つの第１の縁壁構成部とを含み、出口表面は、第１の縁壁の第１の円周方向に面する表面に対して１５°～８０°の範囲で傾斜している先端シュラウドとを備える、タービンブレードを提供する。
【0017】
本開示の別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、第１の縁壁および出口表面は、本体における一対の軸方向に対向する半径方向に延びる壁の間に軸方向に延びる。
【0018】
本開示の別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、第１の縁壁は、貫通する少なくとも１つの開口部を含む。
【0019】
本開示の別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、第１の複数の冷却通路の少なくとも１つのための各出口開口部は、第２の複数の冷却通路の１つと直線的に位置合わせされる。
【0020】
本開示の別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、翼形部の後縁に隣接する本体の後縁に画定された湾曲開口部をさらに含み、湾曲開口部は、隣接する先端シュラウドの本体によって充填されない。
【0021】
本開示の別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、本体の円周方向に面する前縁および円周方向に面する後縁の少なくとも１つに沿った少なくとも１つの第２の縁壁構成部であって、各第２の縁壁構成部は、本体の円周方向に面する前縁および円周方向に面する後縁の少なくとも１つに沿って本体から軸方向および半径方向外側に延びる第２の縁壁と、本体から軸方向および半径方向外側に延びる内側壁であって、内側壁は、第２の縁壁に平行であり、第２の縁壁から円周方向に離間してそれらの間に半径方向に延びるポケットを形成し、内側壁は、本体に画定され、その中に円周方向に延びる第２の複数の冷却通路の少なくとも１つのために内部に画定された出口開口部を有し、各出口開口部は、半径方向に延びるポケットに円周方向に面する内側壁とを含む少なくとも１つの第２の縁壁構成部をさらに含む。
【0022】
本開示の別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、第２の縁壁は、貫通する少なくとも１つの開口部を含み、第２の複数の冷却通路の少なくとも１つのための出口開口部は、第２の縁壁を通る少なくとも１つの開口部の１つと直線的に位置合わせされる。
【0023】
本開示の別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、少なくとも１つの先端レールは、複数の先端レールを含み、少なくとも１つの第１の縁壁構成部は、一対の複数の先端レールの間に軸方向に位置決めされる。
【0024】
本開示の別の態様は、前述の態様のいずれかのタービンブレードを備えるガスタービンを含む。
【0025】
この概要のセクションで説明されているものを含む、本開示で説明されている２つ以上の態様を組み合わせて、本明細書で具体的に説明されていない実施態様を形成することができる。
【0026】
１つまたは複数の実施態様の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載されている。他の特徴、目的、および利点は、説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【0027】
本開示のこれらおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を図示する添付の図面と併せて、本開示の様々な態様に関する以下の詳細な説明から、さらに容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】例示的なガスタービン（ＧＴ）システムの概略図である。
【図3】本開示の実施形態を採用することができるタイプのタービンブレードの斜視図である。
【図4】本開示の実施形態による、各々が先端シュラウドを含む一対のタービンブレードの半径方向内側斜視図である。
【図5】本開示の実施形態による、先端シュラウドの斜視図である。
【図8】本開示の他の実施形態による、翼形部の後縁および先端シュラウドの円周方向に面する前縁の半径方向外側斜視図である。
【図9】本開示の他の実施形態による、翼形部の後縁および先端シュラウドの円周方向に面する前縁の半径方向内側斜視図である。
【図10】本開示の代替の実施形態による、先端シュラウドの斜視図である。
【図11】本開示の代替の実施形態による、先端シュラウドの斜視図である。
【図12】本開示の他の代替の実施形態による、先端シュラウドの斜視図である。
【図13】本開示の他の実施形態による、先端シュラウドの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
本開示の図面は、必ずしも原寸に比例しないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様だけを図示することを意図しており、したがって、本開示の範囲を限定するものと考えるべきではない。図面では、類似する符号は、図面間で類似する要素を表す。
【0030】
最初の問題として、本開示の主題を明確に説明するために、ターボ機械内の関連する機械構成要素を参照して説明するときに、特定の専門用語を選択することが必要になる。可能な限り、一般的な工業専門用語が、その受け入れられた意味と同じ意味で使用および利用される。別途記載のない限り、このような専門用語は、本出願の文脈および添付の特許請求の範囲と一致する広義の解釈を与えられるべきである。当業者であれば、多くの場合、特定の構成要素がいくつかの異なるまたは重複する用語を使用して参照されることがあることを理解するであろう。単一の部品であるとして本明細書に記載され得るものは、複数の構成要素からなるものとして別の文脈を含み、かつ別の文脈で参照されてもよい。あるいは、複数の構成要素を含むものとして本明細書に記載され得るものは、単一の部品として他の場所で参照されてもよい。
【0031】
加えて、本明細書ではいくつかの記述的用語を規則通りに使用することができ、このセクションの開始時にこれらの用語を定義することが有用であることがわかる。これらの用語およびその定義は、別途記載のない限り、以下の通りである。本明細書で使用する場合、「下流」および「上流」とは、タービンエンジンを通る作動流体、または例えば、燃焼器を通る空気の流れ、もしくはタービンの構成要素システムの１つを通る冷却剤などの流体の流れに対する方向を示す用語である。「下流」という用語は、流体の流れの方向に対応し、「上流」という用語は、流れとは反対の方向（すなわち、流体が流れてくる方向）を指す。「前方」および「後方」という用語は、別途指定のない限り、方向を指し、「前方」はエンジンの前部または圧縮機端部を指し、「後方」はターボ機械の後部セクションを指す。
【0032】
多くの場合、中心軸線に関して異なる半径方向位置に配置された部品を記述することが要求される。「半径方向」という用語は、軸線に垂直な移動または位置を指す。例えば、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸線に近接して位置する場合には、本明細書では、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向内側」または「内方」にあると述べる。一方、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸線から遠くに位置する場合には、本明細書では、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向外側」または「外方」にあると述べることができる。「軸方向」という用語は、軸線に平行な移動または位置を指す。最後に、「円周方向」という用語は、軸線に垂直な方向、すなわち、移動または位置が軸線の周りであり得る平面を指す。このような用語は、タービンの中心軸線に関連して適用することができることが理解されよう。
【0033】
加えて、以下に記載のように、本明細書ではいくつかの記述的用語を規則通りに使用することができる。「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用することができ、個々の構成要素の場所または重要性を示すことを意図するものではない。
【0034】
本明細書で使用される専門用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、特に明示しない限り、複数形も含むことを意図している。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用する場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することを明示するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの組が存在することまたは追加することを除外しないことがさらに理解されよう。「任意選択の」または「任意選択で」は、後で述べられる事象もしくは状況が起こる場合も起こらない場合もあること、または後で述べられる構成要素もしくは要素が存在する場合もしない場合もあることを意味し、この記述は、その事象が起こるまたは構成要素が存在する事例と、起こらないまたは存在しない事例とを含むことを意味する。
【0035】
ある要素または層が別の要素または層に対して「上に」、「係合される」、「接続される」、または「結合される」と言及される場合には、他の要素または層に対して直接上に、係合され、接続され、または結合されてもよいし、あるいは介在する要素または層が存在してもよい。逆に、ある要素が別の要素または層に対して「直接上に」、「直接係合される」、「直接接続される」、または「直接結合される」と言及される場合には、介在する要素または層は存在しなくてもよい。要素間の関係について説明するために使用される他の語も、同様に解釈されるべきである（例えば、「～の間に」に対して「直接～の間に」、「～に隣接して」に対して「直接～に隣接して」など）。本明細書で使用する場合、「および／または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの１つまたは複数のありとあらゆる組み合わせを含む。
【0036】
上述のように、本開示は、ガスタービンシステムのタービンブレード用の先端シュラウドを提供する。先端シュラウドは、タービンブレードの翼形部の半径方向外側端部に結合された本体を含むことができる。翼形部は、正圧側および負圧側を含む。先端シュラウドの本体は、円周方向に面する前縁および円周方向に面する後縁を含む。先端シュラウドは、本体から半径方向外側に延び、本体の円周方向長さに概して沿って延びる少なくとも１つの先端レールを含むことができる。冷却通路は、本体に画定され、本体内に円周方向に延びて第１の縁壁の近くのエリアを冷却する。先端シュラウドはまた、本体の円周方向に面する前縁および円周方向に面する後縁の少なくとも１つに沿った少なくとも１つの第１の縁壁構成部を含む。第１の縁壁構成部は、先端シュラウドの本体の円周方向に面する前縁および／または円周方向に面する後縁に沿って本体から軸方向および半径方向外側に延びる第１の縁壁を含むことができる。第１の縁壁は、円周方向に面する表面を含む。
【0037】
先端シュラウドが、あるいは第１の縁壁から離間し、それを通って冷却通路が本体から出る内側壁を含む場合、本開示の実施形態における先端シュラウドは、第１の縁壁に隣接する出口表面を含む。出口表面は、内部に画定された出口開口部を含み、それを通って冷却通路の少なくとも１つが本体から出る。出口表面は、第１の縁壁の円周方向に面する表面に対して１５°～８０°の範囲で傾斜している。したがって、出口表面は、先端シュラウドの任意の選択された円周方向に面する縁部で使用される材料を少なくして質量バランスを向上させ、同時に十分な冷却を提供することを可能にする。
【0038】
図面を参照すると、図１は、ガスタービン（ＧＴ）システム１００（以下、「ＧＴシステム１００」）の形態の例示的なターボ機械９０の概略図である。ＧＴシステム１００は、圧縮機１０２と、燃焼器１０４とを含む。燃焼器１０４は、燃焼領域１０５と、燃料ノズルアセンブリ１０６とを含む。ＧＴシステム１００はまた、タービン１０８と、共通の圧縮機／タービンロータシャフト１１０（以下、「ロータシャフト１１０」と呼ぶ）とを含む。１つの非限定的な実施形態では、ＧＴシステム１００は、サウスカロライナ州グリーンビルのゼネラルエレクトリック社から市販されているＧＴ２６エンジンであってもよい。本開示は、いかなる特定のＧＴシステムに限定されるものではなく、例えば、ゼネラルエレクトリック社の他のＨＡ、Ｆ、Ｂ、ＬＭ、ＧＴ、ＴＭ、およびＥクラスのエンジンモデル、ならびに他社のエンジンモデルを含む他のエンジンと関連して実装することができる。さらに、本開示の教示は、必ずしもＧＴシステムのみに適用可能ではなく、他のタイプのターボ機械、例えば、蒸気タービン、ジェットエンジン、圧縮機などに適用することができる。
【0039】
図２は、図１のＧＴシステム１００と共に使用することができる４つの段Ｌ０～Ｌ３を有するタービン１０８の例示的な部分の断面図を示す。４つの段は、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３と呼ばれる。段Ｌ０は、第１段であり、４つの段のうちの（半径方向に）最小の段である。段Ｌ１は、第２段であり、軸方向（すなわち、段Ｌ０の下流）において次の段である。段Ｌ２は、第３段であり、軸方向（すなわち、段Ｌ１の下流）において次の段である。段Ｌ３は、最後の第４段（段Ｌ２の下流）であり、（半径方向に）最大の段である。４つの段は１つの非限定的な例としてのみ示されており、各タービンは４つよりも多いかまたは少ない段を有してもよいことを理解されたい。
【0040】
タービン１０８において、静止ベーンまたはノズル１１２のセットは、回転タービンブレード１１４のセットと協働してタービン１０８の各段Ｌ０～Ｌ３を形成し、タービン１０８を通る流路の一部を画定する。各セットの回転タービンブレード１１４は、回転タービンブレード１１４をロータシャフト１１０に円周方向に結合するそれぞれのロータホイール１１６に結合される。すなわち、回転タービンブレード１１４のセットは、各ロータホイール１１６に円周方向に離間して機械的に結合される。静的ブレードセクション１１５は、ロータシャフト１１０の周りに円周方向に離間した静止ノズル１１２を含む。各ノズル１１２は、翼形部１３０と接続された少なくとも１つの端壁（またはプラットフォーム）１２０、１２２を含むことができる。図示の例では、ノズル１１２は、半径方向外側端壁１２０および半径方向内側端壁１２２を含む。半径方向外側端壁１２０は、ノズル１１２をタービン１０８のケーシング１２４に結合する。
【0041】
動作中、空気は圧縮機１０２を通って流れ、圧縮空気が燃焼器１０４に供給される。具体的には、圧縮空気は、燃焼器１０４に一体化された燃料ノズルアセンブリ１０６に供給される。燃料ノズルアセンブリ１０６は、燃焼領域１０５と流れ連通している。燃料ノズルアセンブリ１０６はまた、燃料源（図１には図示せず）と流れ連通しており、燃料および空気を燃焼領域１０５に送る。燃焼器１０４は、燃料を点火して燃焼させる。燃焼器１０４は、ガス流の熱エネルギーが機械的回転エネルギーに変換されるタービン１０８と流れ連通している。タービン１０８は、ロータシャフト１１０に回転可能に結合されてロータシャフト１１０を駆動する。圧縮機１０２はまた、ロータシャフト１１０に回転可能に結合されてもよい。例示的な実施形態では、複数の燃焼器１０４および燃料ノズルアセンブリ１０６が存在する。以下の説明では、特に明記しない限り、各構成要素の１つのみを説明する。回転ロータシャフト１１０の少なくとも１つの端部は、タービン１０８から離れて軸方向に延びてもよく、限定はしないが、発電機、負荷圧縮機、および／または別のタービンなどの負荷または機械（図示せず）に取り付けられてもよい。
【0042】
図３は、例示的なタービンブレード２００の拡大斜視図を詳細に示す。説明の目的のために、Ｘ軸線が概して軸方向に延び（矢印Ａと同じ）、Ｙ軸線がロータシャフト１１０（図１）の軸線Ａに概して垂直に延び（円周方向平面または方向を示す）、Ｚ軸線がロータシャフト１１０（図１）の軸線Ａに対して半径方向に延びる凡例が図面に提供されてもよい。Ｚ軸線は、Ｘ軸線およびＹ軸線に垂直である。ブレード２００は、回転可能な（動的な）ブレードであり、タービン（例えば、タービン１０８）の段におけるロータシャフト１１０（図１）の周りに円周方向に分散したタービンブレード１１４のセットの一部である。
【0043】
タービン１０８の動作中、作動流体（例えば、ＧＴシステム１００内のガス、または蒸気タービン内の蒸気）がブレードの翼形部を横切って導かれると、ブレード２００は、ロータシャフト（例えば、ロータシャフト１１０）の回転を開始し、ロータシャフト１１０によって画定された軸線Ａの周りを回転する。ブレード２００は、複数の同様のまたは別個のブレード（例えば、ブレード２００または他のブレード）と結合（締結具、溶接部、スロット／溝などを介して機械的に）し、タービン１０８（図２）の段におけるタービンブレード１１４（図２）のセットを形成するように構成されることが理解される。図２を参照すると、ブレード２００は、任意の段（Ｌ０～Ｌ３）に位置することができる。
【0044】
図３に戻ると、ブレード２００は、正圧側２０４（この図では遮られている）と、正圧側２０４に対向する負圧側２０６とを有する翼形部２０２を含むことができる。ブレード２００はまた、正圧側２０４と負圧側２０６との間に広がる前縁２０８と、前縁２０８に対向し、正圧側２０４と負圧側２０６との間に広がる後縁２１０とを含んでもよい。上述したように、翼形部２０２の正圧側２０４は一般に上流に面し、負圧側２０６は一般に下流に面する。
【0045】
示すように、ブレード２００はまた、翼形部２０２と接続された根元セクション２１２と、翼形部２０２の半径方向外側端部２２２上のタービンブレード先端シュラウド２２０（以下、「先端シュラウド２２０」）とを含むことができる。根元セクション２１２は、正圧側２０４、負圧側２０６、前縁２０８、および後縁２１０に沿って翼形部２０２と接続することができる。様々な実施形態において、ブレード２００は、翼形部２０２の半径方向内側端部２２６に近接するフィレット２１４を含むことができ、フィレット２１４は、翼形部２０２と根元セクション２１２を接続する。フィレット２１４は、従来のＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接、ろう付けなどを介して形成することができる溶接またはろう付けフィレットを含むことができる。根元セクション２１２は、ダブテール２２４を含むものとして図３に示されているが、根元セクション２１２は、ロータシャフト１１０に接続するための任意の適切な構成を有することができる。具体的には、根元セクション２１２は、タービンロータシャフト（例えば、ロータシャフト１１０のロータホイール）における嵌合スロット（例えば、ダブテールスロット）に嵌入し、他のブレード２００の隣接する構成要素と嵌合するように構成される。根元セクション２１２は、翼形部２０２の半径方向内方に位置し、ロータシャフトと任意の相補的な構成で形成されることを意図している。
【0046】
先端シュラウド２２０は、正圧側２０４、負圧側２０６、前縁２０８、および後縁２１０に沿って翼形部２０２と接続されてもよい。様々な実施形態において、ブレード２００は、翼形部２０２の半径方向外側端部２２２に近接するフィレット２２８を含むことができる。フィレット２２８は、翼形部２０２と先端シュラウド２２０を接続する。フィレット２２８は、従来のＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接、ろう付けなどを介して形成することができる溶接またはろう付けフィレットを含むことができる。先端シュラウド２２０は、ケーシング１２４（図２）の内側表面および／またはその中のケーシングシュラウド（図示せず）と相互作用するように構成される。
【0047】
図４は、一対の隣接するタービンブレード２００、特に隣接する先端シュラウド２２０の半径方向内側斜視図を示す。図５は、単一の先端シュラウド２２０の斜視図を示す。以下の説明から明らかなように、本開示の実施形態は、反復構造を含むことができる。例えば、先端シュラウド２２０が３つ以上の先端レール２５０を含む場合、本明細書で説明するように、本開示の実施形態による第１の縁壁構成部２３８は、異なる対の先端レール２５０の間で反復することができる。反復構造を区別するために、必要に応じて、数字参照は、文字参照、例えば、Ａ、Ｂ、Ｃなどを伴ってもよい。参照文字が反復構造から省略される場合、明らかな文脈に応じて、構造の単一の瞬間が単独で参照されるか、またはいくつかの構造が集合的に参照される。
【0048】
図３～図５を参照すると、タービンブレード２００の先端シュラウド２２０は、タービンブレード２００の翼形部２０２の半径方向外側端部２２２に結合された本体２４０を含むことができる。上述したように、翼形部２０２は、正圧側２０４および負圧側２０６を含む。図４および図５では、翼形部冷却チャンバ２４２は、翼形部２０２の一般的な形状を有し、大部分は先端シュラウド２２０の半径方向内側にある。翼形部２０２内の１つまたは複数の冷却チャンバ（図示せず）は、冷却剤を先端シュラウド２２０および翼形部冷却チャンバ２４２に送達することが理解される。冷却剤の一部は、内部の開口部２４４を通って冷却チャンバ２４２から出て、かつ／または先端レール２５０に導かれてもよいが、他の冷却剤は、本体２４０に画定され、その中に円周方向に（Ｙ軸線に沿って）延びる冷却通路２４６の１つまたは複数のセット（複数）を通って導かれる。冷却通路２４６は、本体２４０の半径方向外側表面２４８（図５）において丸みを帯びたリブとして見える。先端シュラウド２２０は、前縁２３０と、後縁２３２と、円周方向に面する前縁２３４と、円周方向に面する後縁２３６とを有する。円周方向に面する前縁２３４は、翼形部２０２の正圧側２０４にあるためにそのように呼ばれ、円周方向に面する後縁２３６は、翼形部２０２の負圧側２０６にあるためにそのように呼ばれる。
【0049】
当分野で理解されるように、翼形部２０２から突出する先端シュラウド２２０の異なる範囲は、質量不均衡を引き起こす可能性がある。例えば、例示的な図面では、円周方向に面する前縁２３４は、円周方向に面する後縁２３６よりも翼形部２０２からわずかに遠くに延び、不均衡をもたらす場合がある。
【0050】
先端シュラウド２２０はまた、少なくとも１つの先端レール２５０を含んでもよい。各先端レール２５０は、本体２４０から半径方向外側に延び、本体２４０の円周方向長さに概して沿って延びる。本明細書で使用する場合、「概して」は、本体２４０の円周方向長さに概して沿って、または先端レール２５０に概して平行になど、述べられた方向に対して＋／－５°以内を示す。説明の目的のために、先端シュラウド２２０は、３つの軸方向に離間した先端レール２５０Ａ～Ｃと共に主に示される。ここで、先端シュラウド２２０は、本体２４０から半径方向外側に延び、本体２４０の円周方向長さに概して沿って延びる第１の先端レール２５０Ａと、本体２４０から半径方向外側に延び、本体の円周方向長さに概して沿って延びる第２の先端レール２５０Ｂとを含むことができる。図示の非限定的な例では、先端シュラウド２２０はまた、本体２４０から半径方向外側に延び、本体２４０の円周方向長さに概して沿って延びる第３の先端レール２５０Ｃを含む。本開示の教示は、任意の数の先端レール、例えば、１つ（図１２）、２つ（図１３）、および４つ以上を有する先端シュラウド２２０に適用することができることが強調される。２つ以上の先端レール２５０が使用される場合、各先端レール２５０は、隣接する先端レールから軸方向に離間している（Ｘ軸線）。図示の例では、第２の先端レール２５０Ｂは、第１の先端レール２５０Ａから軸方向に離間しており、第３の先端レール２５０Ｃは、第２の先端レール２５０Ｂから軸方向に離間している。図示のように、複数の冷却通路２４６は、円周方向に隣接する先端レール２５０の間、例えば、各対の先端レール２５０の間で、先端レール２５０に概して平行に延びる。第１の複数の冷却通路２４６Ａは、第１および第２の先端レール２５０Ａ、２５０Ｂの間に延び、第２の複数の冷却通路２４６Ｂは、第２および第３の先端レール２５０Ｂ、２５０Ｃの間に延びる。
【0051】
図６は、本開示の実施形態による、第１の縁壁構成部２３８の図５の線６－６に沿った拡大断面図を示す。説明するように、各第１の縁壁構成部２３８は、質量を低減するために、本体２４０の円周方向に面する前縁２３４および円周方向に面する後縁２３６の少なくとも１つに沿って選択的に位置決めされてもよい。図４および図５の例では、第１の縁壁構成部２３８は、例えば、その方向の不均衡に対処するために、先端シュラウド２２０の円周方向に面する前縁２３４に沿って位置決めされる。したがって、図４～図５に示す例では、第１の縁壁構成部２３８は、翼形部２０２の正圧側２０４にある。
【0052】
第１の縁壁構成部２３８は、本体２４０の円周方向に面する前縁２３４（図示）および円周方向に面する後縁２３６（例えば、図１０）の少なくとも１つに沿って本体２４０から軸方向および半径方向外側に延びる第１の縁壁２５２を含む。さらに説明するように、先端シュラウド２２０は、複数の第１の縁壁構成部２３８を含んでもよい。この場合、第１の縁壁２５２Ａは、本体２４０の円周方向に面する前縁２３４（図示）および円周方向に面する後縁２３６（例えば、図１０）の少なくとも１つに沿って本体２４０から軸方向および半径方向外側に延びてもよく、別の第１の縁壁２５２Ｂは、本体２４０の円周方向に面する前縁２３４および円周方向に面する後縁２３６の少なくとも１つに沿って本体２４０から軸方向および半径方向外側に延びてもよい。第１の縁壁２５２は各々、円周方向に面する表面、すなわち、翼形部２０２に面する表面２５３を含む。第１の縁壁２５２は、翼形部２０２の正圧側２０４および／または負圧側２０６上の先端シュラウド２２０の円周方向外側縁壁として作用する。場合によっては、第１の縁壁２５２は、先端シュラウド２２０のための補強材として作用してもよい。対の先端レール２５０が存在する場合、第１の縁壁構成部２３８は、対の先端レール２５０の間に軸方向に延びてもよい。例えば、第１の縁壁２５２Ａは、第１の先端レール２５０Ａと第２の先端レール２５０Ｂとの間に軸方向に延びてもよく、第１の縁壁２５２Ｂは、第２の先端レール２５０Ｂと第３の先端レール２５０Ｃ（図５）との間に軸方向に延びてもよい。
【0053】
図７は、先端シュラウド２２０の第２の縁壁構成部２５６の図５の線７－７に沿った拡大断面図を示す。第２の縁壁構成部２５６は、本体２４０の円周方向に面する前縁２３４および円周方向に面する後縁２３６の少なくとも１つに沿って位置決めされ、すなわち、ここでは第１の縁壁構成部２３８が存在せず、質量の低減が必要でない場合がある。第２の縁壁構成部２５６は、本体２４０の円周方向に面する前縁２３４および円周方向に面する後縁２３６の少なくとも１つに沿って本体２４０から軸方向および半径方向外側に延びる第２の縁壁２５４を含む。図４～図５に示す例では、第２の縁壁構成部２５６は、翼形部２０２の負圧側２０６にある。
【0054】
第２の縁壁構成部２５６はまた、本体２４０から軸方向および半径方向外側に延びる内側壁２５８を含む。対の先端レール２５０が存在する場合、各第２の縁壁構成部２５６は、対の先端レール２５０の間に軸方向に延びてもよい。例えば、第２の縁壁２５４Ａは、第１の先端レール２５０Ａと第２の先端レール２５０Ｂとの間に軸方向に延びる内側壁２５８Ａを含むことができ、第２の縁壁２５４Ｂは、第２の先端レール２５０Ｂと第３の先端レール２５０Ｃ（図５）との間に軸方向に延び、本体２４０から半径方向外側に延びる内側壁２５８Ｂを含むことができる。内側壁２５８は、それぞれの第２の縁壁２５４に平行であり、それらの間に半径方向に延びるポケット２６０を画定するようにそれぞれの第２の縁壁２５４から円周方向に離間している。半径方向に延びるポケット２６０は、半径方向外側方向に開いているが、半径方向内側方向に閉じている。内側壁２５８は、本体２４０に画定され、その中に円周方向に延びる冷却通路２４６のために内部に画定された出口開口部２６２を有する。出口開口部２６２は、半径方向に延びるポケット２６０に円周方向に面する。第２の縁壁２５４はまた、貫通する少なくとも１つの開口部２６４を含んでもよい。冷却通路２４６の少なくとも１つのための出口開口部２６２は、第２の縁壁２５４を通して開口部２６４と直線的に位置合わせされてもよい。したがって、冷却通路２４６から出る冷却剤は、半径方向に延びるポケット２６０または第２の縁壁２５４における開口部２６４を通って出ることができる。
【0055】
図５～図７を参照すると、従来の先端シュラウドでは、両方の縁壁２５２、２５４は、第２の縁壁構成部２５６、すなわち、図７の第２の縁壁２５４に対して示された構成を有する。本開示の実施形態によれば、内側壁２５８は、円周方向に面する縁部２３４および／または２３６の近くに、必要ではなく、クリープの問題を悪化させる曲げモーメントを引き起こす質量不均衡を生じさせる可能性がある材料の質量を提供することが発見された。図６に示すように、本開示の実施形態による先端シュラウド２２０、特に第１の縁壁構成部２３８は、内側壁２５８（図７）ではなく、第１の縁壁２５２に隣接する出口表面２７０を含む。出口表面２７０は、内部に画定された出口開口部２７２を含み、それを通って複数の冷却通路２４６の少なくとも１つが本体２４０から出る。図６では、２つの出口開口部２７２が示されているが、任意の数が用いられてもよい（図４および図５参照）。出口表面２７０は、第１の縁壁２５２の円周方向に面する表面２５３に対して１５°～８０°の範囲で傾斜している（角度α参照）。このようにして、第１の縁壁構成部２３８において、冷却剤は、内側壁２５８およびポケット２６０の構成部（図７）を含むが、内側壁２５８の質量を伴わない第２の縁壁構成部２５６と同様の効果で冷却するために、第１の縁壁２５２に向けられる。
【0056】
先端シュラウド２２０は、任意の現在知られているまたは今後開発される製造プロセス、例えば、鋳造、付加製造などを使用して、内部に出口表面２７０を有するように最初に製造することができる。あるいは、出口表面２７０は、第１の縁壁２５２上の内側壁２５８（図７）で製造された先端シュラウド２２０に形成することができ、内側壁２５８（図７）を除去するように機械加工することができ、例えば、内側壁２５８を研削、切断、または他の方法で物理的に除去し、出口表面２７０（図６）を形成することができる。いずれの場合でも、図５に最もよく示すように、第１の縁壁２５２および出口表面２７０は、本体２４０における一対の軸方向に対向する半径方向に延びる壁２７６の間に軸方向に延びることができる。半径方向に延びる壁２７６は、例えば、先端レール２５０Ａ、２５０Ｂなどのそれぞれの先端レールから離間していてもよい。半径方向に延びる壁２７６の一方もまた、図６に示されている。
【0057】
図５および図６に示すように、第１の縁壁２５２は、貫通する少なくとも１つの開口部２７８を含むことができ、したがって、出口表面２７０における出口開口部２７２から出る冷却剤は、第１の縁壁２５２および他の下流構造を冷却することができる。１つの非限定的な例では、複数の冷却通路２４６の少なくとも１つのための出口開口部２７２は、第１の縁壁２５２における開口部２７８と直線的に位置合わせされてもよく、例えば、開口部の一対一の位置合わせが存在し得る。しかし、これはすべての場合に必要ではない。任意の数の出口開口部２７２および／または開口部２７８が、用いられてもよい。
【0058】
図５に示すように、先端シュラウド２２０が３つ以上の先端レール２５０、すなわち、２５０Ａ～Ｃを含む場合、上述の構成部は、異なる対の先端レール２５０の間で反復されてもよい。より詳細には、先端レール２５０Ｂ、２５０Ｃの間に示すように、先端シュラウド２２０は、本体２４０から軸方向および半径方向外側に、例えば、先端レール２５０Ｂ～Ｃの間で翼形部２０２の正圧側２０４に延びる第１の縁壁２５２Ｂを含む別の第１の縁壁構成部２３８を含むことができる。第１の縁壁２５２Ｂは、円周方向に面する表面２５３（図６）を含む。先端レール２５０Ｂ、２５０Ｃの間には、別の複数の冷却通路２４６Ｂが本体２４０に画定され、その中に円周方向に延びる。ここで、第２の出口表面２７０Ｂは、第１の縁壁２５２Ｂに隣接している。第２の出口表面２７０Ｂは、図６に示すのと同じ構成部を有する。すなわち、出口表面２７０Ｂ（図５）は、内部に画定された出口開口部２７２Ｂ（図５）を有し、それを通って冷却通路２４６Ｂの少なくとも１つが本体２４０から出る。第２の出口表面２７０Ｂは、第１の縁壁２５２Ｂの円周方向に面する表面２５３に対して１５°～８０°の範囲で傾斜している（角度α）。任意の数の第１の縁壁構成部２３８が、用いられてもよい。
【0059】
図８は、翼形部２０２の後縁２１０および先端シュラウド２２０の円周方向に面する前縁２３４の半径方向外側斜視図を示す。図９は、翼形部２０２の後縁２１０および先端シュラウド２２０の円周方向に面する前縁２３４の半径方向内側斜視図を示す。図４、図５、および図９を参照すると、質量不均衡をさらに低減するために、先端シュラウド２２０は、翼形部２０２の後縁２１０に隣接する本体２４０の後縁２３２に画定された湾曲開口部２９０を含むことができる。図示の例では、湾曲開口部２９０は、翼形部２０２の正圧側２０４にある。湾曲開口部２９０は、通常、翼形部２０２の最後方の先端レール２５０Ｃおよび後縁２１０の円周方向前方に延びる本体２４０のエリアに形成される。いくつかの状況では、隣接する先端シュラウド２２０は、それらのＺ字形のためにＺノッチと呼ばれることもある連動面を有する。ここで、図４に示すように、湾曲開口部２９０は、隣接する先端シュラウド２２０の本体２４０によって充填されず、隣接する表面と連動しない。一実施形態では、湾曲開口部２９０は、半径方向Ｚに対して１５°～４５°の範囲で傾斜した（角度β）平面を画定する。
【0060】
図１０は、本開示の代替の実施形態による、先端シュラウド２２０の斜視図を示す。図１０は、円周方向に面する前縁２３４と円周方向に面する後縁２３６の両方に沿った第１の縁壁構成部２３８を含む一実施形態を示す。ここで、質量不均衡は存在しない場合があるが、質量の低減が依然として望まれる。
【0061】
図１１は、本開示のさらなる代替の実施形態による、先端シュラウド２２０の斜視図を示す。図１１は、ただ１つの場所（例えば、先端レール２５０Ａ～Ｂの間）において、円周方向に面する前縁２３４に沿った１つの第１の縁壁構成部２３８を含む一実施形態を示す。ここで、質量不均衡は、翼形部２０２の前縁２０４の近くの先端シュラウド２２０にのみ存在し得、図５の実施形態よりも質量の低減が少ないことが望ましい。
【0062】
図１２は、本開示の他の実施形態による、先端シュラウド２２０の斜視図を示す。図１２は、図５と同様の第１の縁壁構成部２３８を含むが、先端レール２５０Ｂ～Ｃを含まない一実施形態を示す。すなわち、先端レール２５０Ａは１つしか存在しない。図示のように、先端レール２５０によって限定されない場合、第１および第２の壁構成部２３８、２５６は、任意の所望の軸方向長さを有してもよい。
【0063】
図１３は、本開示の他の実施形態による、先端シュラウド２２０の斜視図を示す。図１３は、円周方向に面する前縁２３４に沿っているが、２つの先端レール２５０Ａ～Ｂのみを有する第１の縁壁構成部２３８を含む一実施形態を示す。第１の縁壁構成部２３８は、例えば、質量不均衡に対処するために質量の低減が望まれる先端シュラウド２２０上の任意の場所で使用することができることが認識されよう。図示されていない他の構成部もまた、可能であり得る。
【0064】
例えば、図６に示されるように、出口表面２７０は、平坦な表面を有する。他の実施形態では、出口表面２７０は、一般に、第１の縁壁２５２の円周方向に面する表面２５３との角度を有してもよく、平坦でなくてもよい。図１４～図１５は、本開示の代替の実施形態による、先端シュラウド２２０の出口表面２７０の断面図を示す。図１４では、出口表面２７０は、階段状である。ここで、出口表面２７０は、いくつかの機械加工ステップによって作製されてもよく、角度αは、ステップの一貫した要素、例えば、その外側角部によって画定されてもよい。図１５では、出口表面２７０は、冷却通路２４６の出口開口部２７２の上で、例えば、出口表面２７０が第１の縁壁２５２と交わる点および出口表面２７０の半径方向最外点から角度αを概して保持しながら、例えば、内側にわずかに円弧状であり得る。出口表面２７０は、本開示の範囲内でいくつかの他の形状を有することができる。
【0065】
本開示の実施形態は、内部に画定された出口開口部を含み、それを通って先端シュラウドの冷却通路の少なくとも１つが本体から出る出口表面を含む第１の縁壁構成部を有する先端シュラウドを提供する。出口表面の形成は、第２の壁構成部の冷却効果を保持しながら、場合によっては質量不均衡に寄与する質量を除去することによって達成される。本開示の実施形態はまた、追加の質量を除去するために翼形部の後縁の近くに湾曲開口部を有する先端シュラウド本体の後縁を提供することができる。
【0066】
本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、近似を表す文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動し得る任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語によって修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の限定は組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈または文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。範囲の特定の値に適用される「約」は、両端の値に適用され、値を測定する機器の精度に特に依存しない限り、記載された値の＋／－１０％を示すことができる。
【0067】
以下の特許請求の範囲におけるミーンズプラスファンクションまたはステッププラスファンクションの要素すべての、対応する構造、材料、動作、および均等物は、具体的に請求された他の請求要素と組み合わせてその機能を実施するための、一切の構造、材料、または動作を包含することを意図している。本開示の記述は、例示および説明の目的で提示されており、網羅的であることも、または本開示を開示した形態に限定することも意図していない。当業者には、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく多くの修正および変形が明らかであろう。本開示の原理および実際の用途を最良に説明し、想定される特定の使用に適するように様々な修正を伴う様々な実施形態について本開示を他の当業者が理解することができるようにするために、本実施形態を選択し、かつ説明した。
【符号の説明】
【0068】
９０ ターボ機械
１００ ガスタービン（ＧＴ）システム
１０２ 圧縮機
１０４ 燃焼器
１０５ 燃焼領域
１０６ 燃料ノズルアセンブリ
１０８ タービン
１１０ ロータシャフト
１１２ 静止ノズル
１１４ 回転タービンブレード
１１５ 静的ブレードセクション
１１６ ロータホイール
１２０ 半径方向外側端壁
１２２ 半径方向内側端壁
１２４ ケーシング
１３０ 翼形部
２００ タービンブレード
２０２ 翼形部
２０４ 正圧側、前縁
２０６ 負圧側
２０８ 前縁
２１０ 後縁
２１２ 根元セクション
２１４ フィレット
２２０ タービンブレード先端シュラウド
２２２ 半径方向外側端部
２２４ ダブテール
２２６ 半径方向内側端部
２２８ フィレット
２３０ 前縁
２３２ 後縁
２３４ 円周方向に面する前縁、円周方向に面する縁部
２３６ 円周方向に面する後縁、円周方向に面する縁部
２３８ 第１の縁壁構成部
２４０ 本体
２４２ 翼形部冷却チャンバ
２４４ 開口部
２４６ 冷却通路
２４６Ａ 第１の複数の冷却通路
２４６Ｂ 第２の複数の冷却通路
２４８ 半径方向外側表面
２５０ 先端レール
２５０Ａ 第１の先端レール
２５０Ｂ 第２の先端レール
２５０Ｃ 第３の先端レール
２５２ 第１の縁壁
２５２Ａ 第１の縁壁
２５２Ｂ 第１の縁壁
２５３ 円周方向に面する表面
２５４ 第２の縁壁
２５４Ａ 第２の縁壁
２５４Ｂ 第２の縁壁
２５６ 第２の縁壁構成部
２５８ 内側壁
２５８Ａ 内側壁
２５８Ｂ 内側壁
２６０ 半径方向に延びるポケット
２６２ 出口開口部
２６４ 開口部
２７０ 出口表面
２７０Ｂ 第２の出口表面
２７２ 出口開口部
２７２Ｂ 出口開口部
２７６ 半径方向に延びる壁
２７８ 開口部
２９０ 湾曲開口部
６－６ 線
７－７ 線
Ｌ０ 段
Ｌ１ 段
Ｌ２ 段
Ｌ３ 段
Ｚ 半径方向
α 角度
β 角度
１００ ガスタービン（ＧＴ）システム
１０２ 圧縮機
１０４ 燃焼器
１０５ 燃焼領域
１０６ 燃料ノズルアセンブリ
１０８ タービン
１１０ ロータシャフト
１１２ 静止ノズル
１１４ 回転タービンブレード
１１５ 静的ブレードセクション
１１６ ロータホイール
１２０ 半径方向外側端壁
１２２ 半径方向内側端壁
１２４ ケーシング
１３０ 翼形部
２００ タービンブレード
２０２ 翼形部
２０４ 正圧側、前縁
２０６ 負圧側
２０８ 前縁
２１０ 後縁
２１２ 根元セクション
２１４ フィレット
２２０ タービンブレード先端シュラウド
２２２ 半径方向外側端部
２２４ ダブテール
２２６ 半径方向内側端部
２２８ フィレット
２３０ 前縁
２３２ 後縁
２３４ 円周方向に面する前縁、円周方向に面する縁部
２３６ 円周方向に面する後縁、円周方向に面する縁部
２３８ 第１の縁壁構成部
２４０ 本体
２４２ 翼形部冷却チャンバ
２４４ 開口部
２４６ 冷却通路
２４６Ａ 第１の複数の冷却通路
２４６Ｂ 第２の複数の冷却通路
２４８ 半径方向外側表面
２５０ 先端レール
２５０Ａ 第１の先端レール
２５０Ｂ 第２の先端レール
２５０Ｃ 第３の先端レール
２５２ 第１の縁壁
２５２Ａ 第１の縁壁
２５２Ｂ 第１の縁壁
２５３ 円周方向に面する表面
２５４ 第２の縁壁
２５４Ａ 第２の縁壁
２５４Ｂ 第２の縁壁
２５６ 第２の縁壁構成部
２５８ 内側壁
２５８Ａ 内側壁
２５８Ｂ 内側壁
２６０ 半径方向に延びるポケット
２６２ 出口開口部
２６４ 開口部
２７０ 出口表面
２７０Ｂ 第２の出口表面
２７２ 出口開口部
２７２Ｂ 出口開口部
２７６ 半径方向に延びる壁
２７８ 開口部
２９０ 湾曲開口部
６－６ 線
７－７ 線
Ｌ０ 段
Ｌ１ 段
Ｌ２ 段
Ｌ３ 段
Ｚ 半径方向
α 角度
β 角度
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【外国語明細書】