特開 2022-80838 非軸対称前方特徴部を有するタービンブレード

(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】P2022080838

(43)【公開日】2022-05-30

(54)【発明の名称】非軸対称前方特徴部を有するタービンブレード

(51)【国際特許分類】

   F01D 5/14 20060101AFI20220523BHJP

【ＦＩ】

F01D5/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021146605

(22)【出願日】2021-09-09

(31)【優先権主張番号】202011039976

(32)【優先日】2020-09-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IN

(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】ムーアティ・スブラマニアン

(72)【発明者】

【氏名】アダム ジョン・フレドモンスキ

【テーマコード（参考）】

3G202

【Ｆターム（参考）】

3G202BA04

3G202BB01

(57)【要約】      （修正有）

【課題】非軸対称前方特徴部を有するタービンブレードを提供する。
【解決手段】タービンブレードは、プラットフォームと、プラットフォーム１４２から半径方向外側に延び、流体流路１６０内に延びるように構成された翼形部１５０とを含むことができる。翼形部は、流体流路の下流部分１６０ｂから流体流路の上流部分１６０ａを分離する。封止部材１７２が、プラットフォームからプラットフォームに隣接する固定ノズルに向かって軸方向に延び、ホイール空間１８２から流体流路を分離する。プラットフォームは、封止部材と翼形部との間の前方面１７０と、任意選択で、前方面と翼形部との間の前方軸方向面１９４とを有することができる。前方面または前方軸方向面は、流体流路の上流部分に面してもよく、その中心線軸に対して非軸対称であるプロファイルを有してもよい。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラットフォーム（１４２）と、
前記プラットフォーム（１４２）から半径方向外側に延び、流体流路（１６０）内に延びるように構成された翼形部（１５０）であって、前記流体流路（１６０）の下流部分（１６０ｂ）から前記流体流路（１６０）の上流部分（１６０ａ）を分離する翼形部（１５０）と、
前記プラットフォーム（１４２）から前記プラットフォーム（１４２）に隣接する固定ノズルに向かって軸方向に延びる封止部材（１７２）であって、ホイール空間（１８２）から前記流体流路（１６０）を分離する封止部材（１７２）と、
前記封止部材（１７２）と前記翼形部（１５０）との間の前記プラットフォーム（１４２）上にあり、前記流体流路（１６０）の前記上流部分（１６０ａ）に軸方向に面する前方面（１７０）と、
前記前方面（１７０）の上表面（１７４）から前記翼形部（１５０）に延びる前記プラットフォーム（１４２）上の前方軸方向面（１９４）と
を備え、
前記前方面（１７０）の上表面（１７４）の円周方向プロファイルは、前記前方面（１７０）の中心線軸（Ｊ）に対して非軸対称であり、および／または
前記前方軸方向面（１９４）の軸方向輪郭は、前記前方面（１７０）の前記中心線軸（Ｊ）に対して非軸対称である、
タービンブレード（１４０）。

【請求項2】

前記封止部材（１７２）と前記翼形部（１５０）の前記プラットフォーム（１４２）との間の前記プラットフォーム（１４２）の前記前方面（１７０）は、前記プラットフォーム（１４２）と前記固定ノズルとの間に軸方向に前記流体流路（１６０）のプラットフォーム（１４２）空間（１７８）を画定する、請求項１に記載のタービンブレード（１４０）。

【請求項3】

前記流体流路（１６０）と前記ホイール空間（１８２）との間に画定された緩衝空間（１８０）をさらに備え、前記封止部材（１７２）は、前記ホイール空間（１８２）および前記緩衝空間（１８０）から前記プラットフォーム（１４２）の前記前方面（１７０）を半径方向に分離する、請求項１に記載のタービンブレード（１４０）。

【請求項4】

前記前方面（１７０）の前記上表面（１７４）は、前記上表面（１７４）の半径方向ピークよりも前記翼形部（１５０）から遠くに位置決めされた半径方向トラフを含む、請求項１に記載のタービンブレード（１４０）。

【請求項5】

前記前方軸方向面（１９４）の前記軸方向輪郭は、前記前方面（１７０）の前記中心線軸（Ｊ）に対して非軸対称である、請求項１に記載のタービンブレード（１４０）。

【請求項6】

前記前方面（１７０）は、前記タービンブレード（１４０）に隣接するパージ空冷空間に隣接している、請求項１に記載のタービンブレード（１４０）。

【請求項7】

前記翼形部（１５０）の前縁（１５２）は、前記前方面（１７０）に向かって軸方向に面する、請求項１に記載のタービンブレード（１４０）。

【請求項8】

前記前方面（１７０）と軸方向に対向し、前記流体流路（１６０）の前記下流部分（１６０ｂ）に軸方向に面する前記プラットフォーム（１４２）上の前面（１９０）をさらに備え、前記前面（１９０）の上表面（１７４）の円周方向プロファイルは、前記前面（１９０）の中心線軸（Ｋ）に対して軸対称である、請求項１に記載のタービンブレード（１４０）。

【請求項9】

請求項１乃至８のいずれか１項に記載のタービンブレードを備える、ガスタービン（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は、一般に、回転機械に関し、より詳細には、タービンブレードの近くの流体の流れおよび温度を制御し、タービンブレード構造の近くまたは下の空間における温度蓄積から生じ得る損失を低減するためのタービンブレードの前方特徴部に関する。

【背景技術】

【0002】

タービンは、ロータアセンブリのホイールまたはディスク上に回転ブレードの列を採用し、これは、ステータまたはノズルアセンブリ上の固定ベーンの列と交互になる。これらの交互の列は、ロータおよびステータに沿って軸方向に延び、燃焼ガスまたは蒸気がロータを通って流れるときに燃焼ガスまたは蒸気がロータを回転させることを可能にする。

【0003】

回転ブレードと固定ノズルとの間の界面における軸方向および／または半径方向の開口部は、高温の燃焼ガスまたは蒸気が主流から出て、ブレード列の間の介在するホイール空間に半径方向に入ることを可能にすることができる。ガスタービンでは、ブレード列の間のホイール空間内に冷却空気または「パージ空気」が導入されることが多い。このパージ空気は、ホイール空間およびブレードから半径方向内側の他の領域内の構成要素および空間を冷却すると共に、ホイール空間内への高温ガスの侵入をさらに制限するために冷却空気の対向流を提供するのに役立つ。それにもかかわらず、ブレード列の間のホイール空間内への燃焼ガスまたは蒸気の侵入は、そのようなガスまたは蒸気をパージする必要性に起因して、直接的および／または間接的にタービン効率の減少に寄与する。

【発明の概要】

【0004】

本開示の態様は、プラットフォームと、プラットフォームから半径方向外側に延び、流体流路内に延びるように構成された翼形部であって、流体流路の下流部分から流体流路の上流部分を分離する翼形部と、プラットフォームからプラットフォームに隣接する固定ノズルに向かって軸方向に延びる封止部材であって、ホイール空間から流体流路を分離する封止部材と、封止部材と翼形部との間のプラットフォーム上にあり、流体流路の上流部分に軸方向に面する前方面とを含み、前方面の上表面の円周方向プロファイルは、前方面の中心線軸に対して非軸対称である、タービンブレードを提供する。

【0005】

本開示のさらなる態様は、プラットフォームと、プラットフォームから半径方向外側に延び、流体流路内に延びるように構成された翼形部であって、流体流路の上流部分と流体流路の下流部分を分離する翼形部と、プラットフォームからプラットフォームに隣接する固定ノズルに向かって軸方向に延びる封止部材であって、ホイール空間から流体流路を分離する封止部材と、封止部材と翼形部との間のプラットフォーム上にあり、流体流路の上流部分に軸方向に面する前方面と、前方面の上表面から翼形部に延びるプラットフォーム上の前方軸方向面とを含み、前方軸方向面の軸方向輪郭は、前方面の中心線軸に対して非軸対称である、タービンブレードを提供する。

【0006】

本開示の別の態様は、プラットフォームと、プラットフォームから半径方向外側に延び、流体流路内に延びるように構成された翼形部であって、流体流路の下流部分から流体流路の上流部分を分離する翼形部と、プラットフォームから固定ノズルに向かって軸方向に延びる封止部材であって、ホイール空間から流体流路を分離する封止部材と、封止部材と翼形部との間のプラットフォーム上にあり、流体流路の上流部分に軸方向に面する前方面であって、前方面の上表面の円周方向プロファイルは、前方面の中心線軸に対して非軸対称である前方面と、前方面の上表面から翼形部に延びるプラットフォーム上の前方軸方向面とを含み、前方軸方向面の軸方向輪郭は、前方面の中心線軸に対して非軸対称である、タービンブレードを提供する。

【0007】

本タービンブレード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、以下の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】従来のタービンブレードの一部の概略断面図である。

【図2】本開示の実施形態によるタービンブレードの斜視図である。

【図3】軸対称前方特徴部を有するタービンブレードを非軸対称前方特徴部を有するタービンブレードと比較するプロットである。

【図4】本開示の実施形態による様々な非軸対称前方特徴部を有する複数のタービンブレードの斜視図である。

【図5】本開示のさらなる実施形態によるタービンブレードの斜視図である。

【図6】本開示の実施形態によるタービンブレードが展開される多軸発電プラントシステムの部分を示す概略ブロック図である。

【0009】

本発明の図面は、原寸に比例しないことに留意されたい。図面は、タービンブレードおよびその特徴部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、本発明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。

【発明を実施するための形態】

【0010】

ここで図面を参照すると、図１は、２つの隣接するノズル、例えば、第１段ノズル２０（「固定ブレード」として知られることもある）と第２段ノズル２２との間に配置されたブレード４０を含むガスタービン１０の一部の概略断面図を示す。ブレード４０は、当業者によって認識されるように、軸方向に延びるロータ（図示せず）から半径方向外側に延びる。ブレード４０は、プラットフォーム４２を含み、翼形部５０が、プラットフォーム４２から半径方向外側に延びる。プラットフォーム４２は、翼形部５０に対して半径方向内側に延びるシャンク部分６０を有することができる。

【0011】

シャンク部分６０は、第１段ノズル２０に向かって軸方向外側に延びる一対の封止部材７０、７２（「エンジェルウィング」と呼ばれることもある）と、第２段ノズル２２に向かって軸方向外側に延びる封止部材７４とを含む。異なる数および配置の封止部材が可能であることを理解されたい。本明細書に記載の封止部材の数および配置は、単に例示の目的で提供されている。

【0012】

図１に見られるように、ノズル表面３０および阻止部材（ｄｉｓｃｏｕｒａｇｅｒ ｍｅｍｂｅｒ）３２が、第１段ノズル２０から軸方向に延び、それぞれ封止部材７０および７２から半径方向外側に配置される。したがって、ノズル表面３０は封止部材７０と重なるが接触せず、阻止部材３２は封止部材７２と重なるが接触しない。同様の配置が、第２段ノズル２２の阻止部材３２および封止部材７４に関して示されている。図１に示す配置では、タービンの動作中、ある量のパージ空気を、例えば、ノズル表面３０、封止部材７０、およびプラットフォームリップ４４の間に配置することができ、それによって高温ガス流路２８内へのパージ空気の漏出と、高温ガス流路２８からホイール空間２６内への高温ガスの侵入の両方を制限する。

【0013】

図１は、ブレード４０が第１段ブレードを表すように第１段ノズル２０と第２段ノズル２２との間に配置されたブレード４０を示しているが、これは単に例示および説明の目的のためである。本明細書に記載の本発明の原理および実施形態は、同様の結果を達成することを期待して、タービン内の任意の段のブレードに適用することができる。

【0014】

図２は、本開示の実施形態による非軸対称前方特徴部を有するタービンブレード１４０の一部の斜視図を示す。タービンブレード１４０は、第１段ノズル２０と第２段ノズル２２との間にあるものとして図２に図示されているが、タービンブレード１４０は、回転ブレードが所望されるターボ機械の任意の考えられる場所に位置させることができる。タービンブレード１４０は、プラットフォーム１４２と、プラットフォーム１４２から半径方向外側に（すなわち、半径方向軸Ｒに少なくとも部分的に沿って）延びる翼形部１５０とを含むことができる。見られるように、翼形部１５０は、前縁１５２（例えば、第１段ノズル２０により近い）と、後縁１５４（例えば、第２段ノズル２２により近い）とを含む。翼形部１５０は、翼形部１５０の上流の上流部分１６０ａおよび翼形部１５０の下流の下流部分１６０ｂを含み得る流体流路１６０内に延びることができる。

【0015】

プラットフォーム１４２は、後縁１５４よりも前縁１５２に近い前方面１７０を含むことができる。この場合、翼形部１５０の前縁１５２は、前方面１７０に向かって軸方向に（すなわち、軸方向軸Ｚに沿って）面してもよい。前方面１７０は、封止部材１７２から上表面１７４に半径方向に延びてもよく、流体流路１６０の上流部分１６０ａに向かって面してもよい。前方面１７０の上表面１７４（図１のプラットフォームリップ４４と同様）は、プラットフォーム１４２の上面１７６から前方面１７０を分離する。この場合、翼形部１５０は、プラットフォーム１４２の上面１７６に取り付けることができ、かつ／またはそこから半径方向外側に延びることができる。

【0016】

封止部材１７２は、例えば、より大きな前駆体構造から機械加工されることによってプラットフォーム１４２から形成されてもよく、かつ／または任意の既知のもしくは後に開発される方法を介して製造されてもよい。例えば、封止部材１７２および／またはプラットフォーム１４２の他の別個の特徴部は、鋳造および／または付加製造によって形成されてもよい。しかし、形成された封止部材１７２は、第１段ノズル２０に向かって軸方向に（すなわち、軸方向軸Ｚに沿って）延びてもよい。封止部材１７２はまた、封止部材１７２の半径方向下方の他の空間から上流部分１６０ａ内のプラットフォーム空間１７８を分離することができる（すなわち、半径方向軸Ｒに沿って負の方向に）。そのような空間は、例えば、上流部分１６０ａとホイール空間１８２との間に半径方向に緩衝空間１８０を含むことができる。追加の封止部材１８４が、ホイール空間１８２から緩衝空間１８０を半径方向に分離することができる。

【0017】

プラットフォーム１４２は、プラットフォーム１４２の対応する部分の中心線軸の周りに非軸対称になるように成形された前方特徴部を含むことができる。そのような前方特徴部の１つは、例えば、前方面１７０の上表面１７４を含むことができる。前方面１７０は、プラットフォーム１４２から軸方向外側に、例えば、第１段ノズル２０に向かって延びる中心線軸Ｊを有することができる。タービンブレード１４０は、例えば、中心線軸Ｊに対して非軸対称である少なくとも１つの前方特徴部を有することによって、従来のブレード構造とは異なることができる。「非軸対称」という用語は、中心線軸Ｊの場所の周りに対称ではないプラットフォーム１４２の任意の部分を指す。一例によれば、そのような前方特徴部は、上表面１７４の円周方向プロファイルを含むことができる。「円周方向プロファイル」という用語は、円周方向軸Ｃに対して少なくとも部分的に、上表面１７４が沿って延びる経路を指すことができる。

【0018】

軸対称の円周方向プロファイルが、例えば、中心線軸Ｊの周りに対称である、または中心にある線形または弓形の経路を含むことができる。そのようなプロファイルは、例えば、弓形、区分的に画定された線形、および／または中心線軸Ｊの周りに対称である円周方向軸Ｃに沿った他のプロファイルを含んでもよい。本開示の実施形態では、上表面１７４は、中心線軸Ｊの周りに非軸対称である。例えば、図２の例では、上表面１７４は、プラットフォーム１４２の一方の円周方向端に他方よりも近いノジュールＮを含む。本明細書で使用される「ノジュール」という用語は、少なくとも１つの隆起部分、窪み部分、傾斜、バンプ、凹部、ならびに／または別の表面領域のプロファイルからの弓形および／もしくは非弓形の不一致であり得る他の同様の特徴部を指すことができる。形状にかかわらず、ノジュールＮは、（図示のように）翼形部１５０の負圧側表面ＳＳよりも正圧側表面ＰＳに近くてもよく、またはその逆であってもよい。

【0019】

上表面１７４は、複数のノジュール、例えば、翼形部１５０の正圧側表面ＰＳよりも負圧側表面ＳＳに近いいくつかのノジュールを含むことができることが理解される。上表面１７４のそのようなノジュールならびに／または他の非線形および／もしくは弓形部分が中心線軸Ｊの周りに対称でないという条件で、ノジュールの任意の数または配置が可能である。さらなる例では、各ノジュールＮおよび／または上表面１７４の他の非弓形もしくは非線形部分は、それ自体が中心線軸Ｊに対して非軸対称であるプロファイルを有することができる。図２に示すように、ノジュールＮは、上表面１７４内に非軸対称プロファイルと非対称位置の両方を有し、これらの可能性の両方を示している。

【0020】

中心線軸Ｊの周りに非軸対称であるノジュールＮ、および／または上表面１７４の他の部分の存在は、パージ空気ＰＡの効率的な使用を容易にし、タービンブレード１４０に沿った空間において流体流路１６０からの高温ガスの取り込みを回避する円周方向プロファイルを提供することができる。タービンブレード１４０のこの特性は、例えば、プラットフォーム１４２の前方面１７０および上表面１７４におけるガス温度の低下を提供する。ガス温度の低下により、タービンブレード１４０に隣接する空間への総パージ流が低減され、したがってタービンシステムの効率を改善する。上表面１７４の非軸対称部分は、前方面１７０上に位置することによって、流体流路１６０内の作動流体の流れを著しく妨げることなく、タービンブレード１４０に好ましい熱集中を提供することができる。

【0021】

タービンブレード１４０の非軸対称特徴部は、その特徴部のうちの１つ、例えば、前方面１７０のみに限定されてもよい。一例によれば、プラットフォーム１４２は、前方面１７０と軸方向に対向し、流体流路１６０の下流部分１６０ｂに面する前面１９０を含むことができる。前面１９０自体は、前方面１７０の上表面１７４とは異なる上表面１９２（想像線で示す）を含むことができる。前面１９０の上表面１９２は、前面１９０の中心線軸Ｋの周りに軸対称であってもよい。したがって、上表面１９２は、上表面１７４に例によって示されるようなノジュールＮを含まなくてもよい。

【0022】

さらなる例では、上表面１９２は、１つまたは複数のノジュールＮを含むことができるが、そのようなノジュールは、中心線軸Ｋの周りに対称に配置されることによって上表面１７４のものとは異なることができる。したがって、上表面１９２がどのように成形されても、上表面は、その中心線軸Ｋの周りに軸対称であることによって前方面１７０の上表面１７４と幾何学的に異なるプロファイルを有することができる。

【0023】

図３は、従来のタービンブレードの前方特徴部（例えば、プラットフォームリップ４４（図１））の部分をタービンブレード１４０（図２）の前方特徴部（例えば、上表面１７４（図２））と比較するためのプロットを提供する。軸「Ｃ」は、ブレード１４０の一方の側から他方の側への上表面１７４（またはプラットフォームリップ４４）の円周方向位置を示し、軸「Ｓ」は、半径方向Ｒにおけるプラットフォーム１４２の上面１７６に対する上表面１７４の高さを示す。図３の間隔「Ｎ」は、例示的な実施態様における１つのノジュール「Ｎ」のスパンを示す。図３に示され、「非軸対称」とラベル付けされたプロットは、図２に図示される上表面１７４の一部を表すことができる。従来のタービンブレードでは、前方面（すなわち、プラットフォームリップ４４）の上表面は、実質的に線形であり、したがって中心線軸Ｊ（図２に示す）の周りに軸対称であり得る。この場合、図３にプロットされるように、従来のタービンブレードの上表面は、半径方向軸Ｒ上のその最下点に対するプラットフォーム１４２の平均高さに対して約０％の高さの差で固定することができる。そのようなプロットは、「軸対称」とラベル付けされる。

【0024】

しかし、本タービンブレード１４０の実施形態では、ノジュールＮは、上表面１７４に、軸Ｓに沿ったプラットフォーム１４２の中央高さよりも約１０％小さいトラフを有するようにする（すなわち、半径方向Ｒに）。ノジュールＮはまた、上表面１７４に、異なる円周方向位置において、半径方向Ｒにプラットフォーム１４２の中央高さよりも約５％大きいピークを有するようにすることができる。この場合、上表面１７４のピークは、上表面１７４のトラフよりも翼形部１５０の近くに位置する。図３に図示される例示的なプロットによれば、上表面１７４のピークおよびトラフは、例示的なプロットにおいてマーク「ＬＥ」によって示される翼形部１５０の前縁１５２（図２）の場所に対して円周方向に遠位にあってもよい。

【0025】

さらなる例では、上表面１７４のピークおよびトラフは、反対の位置にあってもよく、または円周方向軸Ｃに沿って他の場所に位置してもよい。さらなる実施態様は、複数のピークおよび複数のトラフ（例えば、上表面１７４内のそれぞれのノジュールＮによって形成される）を含んでもよいことも理解される。いずれの場合でも、図３は、上表面１７４が中心線軸Ｊに対して非軸対称であり得ることを実証している。

【0026】

図４は、本開示の実施形態間の違い、および本開示の実施形態によるタービンブレード１４０と従来のタービンブレード４０との間の違いをさらに示すために、１つの従来のタービンブレード４０と並べていくつかのタービンブレード１４０を図示する。図４の描写は単に比較のためのものであり、タービンブレード１４０の複数の構成は、単一の機械に共におよび／または従来のタービンブレード４０と共に展開されなくてもよいことが理解される。

【0027】

図４は、明確に成形された上表面１７４を有するそれぞれの前方面１７０を各々有する４つの異なるタービンブレード１４０を図示する。示すように、各上表面１７４は、タービンブレード１４０の各上表面１７４を前方面１７０の対応する中心線軸Ｊに対して非軸対称にするそれぞれのノジュールＮを有することができる。対照的に、タービンブレード４０は、ノジュールＮを欠いており、より顕著には、その前方面上に軸対称プロファイルを有する。したがって、前方面１７０の上表面１７４は、前方面１７０の対応する中心線軸Ｊに対して円周方向軸Ｃに沿って非軸対称プロファイルを有するように、任意の考えられる形状、プロファイルなどを使用して形成することができることが理解される。図４に示すように、翼形部１５０が上面１７６と交わる場所は、上表面１７４内のノジュールＮの形状、数、および／または場所に基づいて変化してもよいことも理解される。

【0028】

図５は、様々な追加の特徴部を有するタービンブレード１４０のさらなる例を図示する。タービンブレード１４０は、本明細書で特に言及しない限り、他の実施形態（例えば、図２、図４に図示されるタービンブレード１４０）で説明したものと同じまたは同様の特徴部のいくつかを含むことができる。図５に示されるタービンブレード１４０の様々な特徴部は、他の実施形態の特徴部と共に、または別々に実装することができる。いくつかの実施態様では、プラットフォーム１４２は、上面１７６から前方面１７０の少なくとも一部の上に延びる前方軸方向面１９４を含むことができる。いくつかの場合には、前方軸方向面１９４は、翼形部１５０から封止部材１７２に延びてもよい。加えて、前方軸方向面１９４は、流体流路１６０の上流部分１６０ａに向けられてもよい。

【0029】

しかし、具現化された前方軸方向面１９４は、翼形部１５０の一部（例えば、前縁１５２）と封止部材１７２との間に軸方向に位置決めされた追加の表面および／または隆起エリアの形態をとることができる。前方軸方向面１９４は、前方面１７０の中心線軸Ｊに対して非軸対称である任意の考えられる軸方向輪郭を有することができる。軸Ｊは、前方面１７０の構造の違いにより、図２とは異なる方向に面するように示されている。図５では、前方軸方向面１９４は、前方面１７０の一部に沿って実質的に軸方向に延びるが、翼形部１５０により近い前方面１７０および上表面１７４の一部に沿って翼形部１５０の負圧側表面ＳＳに向かって円周方向に湾曲している。この構成では、前方軸方向面１９４の軸方向輪郭は、前方面１７０の中心線軸Ｊの周りに対称ではなく、したがって本明細書で説明するように非軸対称である。加えて、前方軸方向面１９４の軸方向一端は、前縁１５２から軸方向にオフセットした場所（例えば、前縁と後縁１５４との間）で正圧側表面ＰＳの一部に接触することができる。

【0030】

前方軸方向面１９４のさらなる実施形態は、中心線軸Ｊの周りに非軸対称である任意の考えられる軸方向輪郭で上面１７６を横切って延びることができ、そのような軸方向輪郭は、線形軸方向経路および／または非線形軸方向経路を含むことができる。前方軸方向面１９４の形状および位置にかかわらず、前方面１７０は、任意選択で、中心線軸Ｊに対して非軸対称でもある円周方向プロファイルを有する上表面１７４を特徴とすることができる。そのような場合、上表面１７４内の１つまたは複数のノジュールＮの場所は、プラットフォーム１４２上の前方軸方向面１９４の場所と一致し得る。前方軸方向面１９４は、代替的に、上表面１７４が非軸対称円周方向プロファイルを特徴としないプラットフォーム１４２上に位置決めされてもよいことも理解される。しかし、本明細書に記載の他の実施形態と同様に、タービンブレード１４０は、上表面１９２を有する前面１９０を含むことができ、上表面１９２の円周方向プロファイルは、前面１９０の中心線軸Ｋの周りに軸対称である。

【0031】

タービンブレード１４０の実施形態は、第１段ノズル２０と第２段ノズル２２との間に位置決めされるものとして説明されているが、タービンブレード１４０は、他の段のノズル間に載置されてもよく、かつ／またはターボ機械の他の部分に適合されてもよいことが理解される。したがって、タービンブレード１４０は、前方面１７０および／または前方軸方向面１９４におけるまたはその近くのガス温度を低下させるために、流体流路１６０内に展開するように動作可能であり得る。

【0032】

タービンブレード１４０は、例えば、プラットフォーム１４２の前方に面する軸方向表面上の前方面１７０（具体的には、上表面１７４）および／または前方軸方向面１９４の非軸対称の幾何学的形状を含むことによって、従来の回転ブレード構造とは異なる。非軸対称特徴部を有する前方面１７０および／または前方軸方向面１９４は、前方面１７０の上表面におけるパージ空冷空間（例えば、プラットフォーム空間１７８および／または緩衝空間１８０）に隣接することができ、それによって翼形部１５０に隣接するプラットフォーム１４２の部分と封止部材１７２に隣接するプラットフォーム１４２の部分との間で温度のより顕著な差（例えば、少なくとも約２００°Ｆ）を引き起こす。このような温度差は、従来の回転ブレード構造と比較して動作効率の改善、例えば、プラットフォーム１４２が使用されるタービン段の少なくとも約０．２０％の効率改善を提供することができる。さらに、そのような温度差は、プラットフォーム１４２の特定の感熱性領域を冷却するために必要なパージ空気の量を低減することができる。

【0033】

様々な実施形態において、ブレード構造１４０の上表面１７４および／または前方軸方向面１９４の多くのサイズ、形状、プロファイルなどは変化してもよく、本明細書に具体的に示されていないまたは記載されていない構成を含んでもよいことが理解される。様々な他の翼形部パラメータ、例えば、壁の頂点の場所、ブレードピッチ、幅、様々な表面の長さおよび／または面積間のアスペクト比なども可能であり、前方面１７０および／または前方軸方向面１９４の上表面１７４の形状およびサイズにさらに影響を及ぼし得る。本明細書で与えられるそのようなパラメータの例示的な値は、本開示による多くの可能な実施形態のうちのいくつかの単なる例示にすぎない。

【0034】

図６を参照すると、タービンブレード１４０が展開され得る多軸複合サイクル発電プラント９００の一部の概略図が示されている。複合サイクル発電プラント９００は、例えば、発電機９７０に動作可能に接続されたガスタービン９８０を含むことができる。発電機９７０およびガスタービン９８０は、シャフト９１５によって機械的に結合することができ、シャフト９１５は、ガスタービン９８０の駆動シャフト（図示せず）から発電機９７０にエネルギーを伝達することができる。図６には、ガスタービン９８０および蒸気タービン９９２に動作可能に接続された熱交換器９８６も示されている。熱交換器９８６は、従来の導管（番号は省略されている）を介してガスタービン９８０と蒸気タービン９９２の両方に流体接続することができる。ガスタービン９８０および／または蒸気タービン９９２は、図２、図４、および図５、ならびに／または本明細書に記載の他の実施形態を参照して図示および説明される１つまたは複数のタービンブレード１４０を含み得る。熱交換器９８６は、従来の複合サイクル発電システムで使用されるような、従来の排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）であってもよい。

【0035】

発電の技術分野で知られているように、熱交換器９８６は、給水と組み合わされたガスタービン９８０からの高温排気を使用し、蒸気タービン９９２に供給される蒸気を生成することができる。蒸気タービン９９２は、任意選択で、（第２のシャフト９１５を介して）第２の発電機システム９７０に結合されてもよい。発電機９７０およびシャフト９１５は、当技術分野で知られている任意のサイズまたはタイプのものであってもよく、それらの用途またはそれらが接続されるシステムに応じて異なってもよいことが理解される。発電機とシャフトの共通の符号は明瞭にするためであり、必ずしもこれらの発電機またはシャフトが同一であることを示唆するわけではない。さらなる実施形態では、単一シャフト複合サイクル発電プラント９００は、単一のシャフト９１５（図示せず）を介してガスタービン９８０と蒸気タービン９９２の両方に結合された単一の発電機９７０（図示せず）を含むことができる。蒸気タービン９９２および／またはガスタービン９８０は、図２、図４、および図５、ならびに／または本明細書に記載の他の実施形態を参照して図示および説明される１つまたは複数のタービンブレード１４０を含み得る。

【0036】

本開示の装置およびデバイスは、任意の１つの特定のエンジン、タービン、ジェットエンジン、発電機、発電システム、または他のシステムに限定されず、航空機システム、他の発電システム（例えば、複合サイクル、単純サイクル）、および／または他のシステム（例えば、原子炉など）と共に使用することができる。加えて、本開示の装置は、本明細書で説明される装置およびデバイスの効率の向上から利益を得ることができる、本明細書で説明されない他のシステムと共に使用することができる。

【0037】

様々な実施形態において、互いに「結合される」ものとして記載された構成要素は、１つまたは複数の界面に沿って接合されてもよい。いくつかの実施形態では、これらの界面は、別個の構成要素の間の接合部を含むことができ、他の場合には、これらの界面は、強固におよび／または一体的に形成された相互接続を含むことができる。すなわち、いくつかの場合には、互いに「結合された」構成要素は、単一の連続した部材を画定するように同時に形成することができる。しかし、他の実施形態では、これらの結合された構成要素は、別々の部材として形成することができ、その後公知のプロセス（例えば、締結、超音波溶接、接着）により接合することができる。

【0038】

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、文脈が別途明確に指示しない限り、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。

【0039】

本明細書は、最良の態様を含む本発明を開示するため、およびどのような当業者にも、任意のデバイスまたはシステムの作製および使用ならびに任意の関連するまたは組み込まれた方法の実行を含む本発明の実践を可能にするために、実施例を使用している。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。

【符号の説明】

【0040】

１０ ガスタービン
２０ 第１段ノズル
２２ 第２段ノズル
２６ ホイール空間
２８ 高温ガス流路
３０ ノズル表面
３２ 阻止部材
４０ タービンブレード
４２ プラットフォーム
４４ プラットフォームリップ
５０ 翼形部
６０ シャンク部分
７０ 封止部材
７２ 封止部材
７４ 封止部材
１４０ タービンブレード／ブレード構造
１４２ プラットフォーム
１５０ 翼形部
１５２ 前縁
１５４ 後縁
１６０ 流体流路
１６０ａ 上流部分
１６０ｂ 下流部分
１７０ 前方面
１７２ 封止部材
１７４ 上表面
１７６ 上面
１７８ プラットフォーム空間
１８０ 緩衝空間
１８２ ホイール空間
１８４ 封止部材
１９０ 前面
１９２ 上表面
１９４ 前方軸方向面
９００ 複合サイクル発電プラント
９１５ シャフト／第２のシャフト
９７０ 発電機／第２の発電機システム
９８０ ガスタービン
９８６ 熱交換器
９９２ 蒸気タービン
Ｃ 円周方向軸
Ｊ 中心線軸
Ｋ 中心線軸
Ｎ ノジュール
Ｒ 半径方向軸／半径方向
Ｚ 軸方向軸
ＰＡ パージ空気
ＰＳ 正圧側表面
ＳＳ 負圧側表面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【外国語明細書】