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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-06-16
(45)【発行日】2023-06-26
(54)【発明の名称】ターボ機械用ロータブレード
(51)【国際特許分類】
F01D 5/18 20060101AFI20230619BHJP
F02C 7/18 20060101ALI20230619BHJP
【ＦＩ】
F01D5/18
F02C7/18 A
【請求項の数】
6
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2018114093
(22)【出願日】2018-06-15
(65)【公開番号】P2019011756
(43)【公開日】2019-01-24
【審査請求日】2021-06-07
(31)【優先権主張番号】15/630,067
(32)【優先日】2017-06-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【前置審査】
(73)【特許権者】
【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
(74)【代理人】
【識別番号】100129779
【弁理士】
【氏名又は名称】黒川 俊久
(74)【代理人】
【識別番号】100151286
【弁理士】
【氏名又は名称】澤木 亮一
(72)【発明者】
【氏名】ロバート・アラン・ブリッティンガム
【審査官】落合 弘之
(56)【参考文献】
【文献】特表平１１－５００５０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００４／００２２６３３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第５７８５４９６（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０１Ｄ ５／１８
Ｆ０２Ｃ ７／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ターボ機械（１０）用のロータブレード（１００）であって、当該ロータブレード（１００）が、翼形部（１１４）と、
前記翼形部（１１４）に結合した先端シュラウド（１１６）であって、側面（１５８）を含む先端シュラウド（１１６）と
を備えており、前記翼形部（１１４）及び前記先端シュラウド（１１６）が、第１の冷却通路（１３０）及び第３の冷却通路（１３０）を画定し、前記先端シュラウド（１１６）が、第１の冷却通路（１３０）と流体連通する第２の冷却通路（１７０）、及び第３の冷却通路（１３０）と流体連通する第４の冷却通路（１７２）をさらに画定しており、第２の冷却通路（１７０）が、第１の冷却通路（１３０）から前記側面（１５８）によって画定された第１の出口（１７４）まで延在し、第１の出口（１７４）が、冷却剤（１８０）を第１の隣接するロータブレード（１００）の先端シュラウドフィレット（１６２，１６４，１６６，１６８）上に導くように構成され、第４の冷却通路（１７２）が、第３の冷却通路（１３０）から前記側面（１５８）によって画定された第２の出口（１７６）まで延在し、第２の出口（１７６）が、前記冷却剤（１８０）を第２の隣接するロータブレード（１００）の先端シュラウドフィレット（１６２，１６４，１６６，１６８）上に導くように構成され、第１の出口（１７４）が前記先端シュラウド（１１６）の正圧側に配置され、第２の出口（１７６）が前記先端シュラウド（１１６）の負圧側に配置されており、
前記先端シュラウド（１１６）が、前記先端シュラウド（１１６）の半径方向外面から外向きに延在するシールレール（１３２）を含んでいて、第２の冷却通路（１７０）が前記シールレール（１３２）の前方に配置され、第４の冷却通路（１７２）が前記シールレール（１３２）の後方に配置されており、
前記先端シュラウド（１１６）が、第１及び第３の冷却通路（１３０）の各々を流れる前記冷却剤（１８０）をそれぞれ第２及び第４の冷却通路（１７０，１７２）内に導くために、第１及び第３の冷却通路（１３０）の半径方向外側端部に配置されたプラグ（１７８）を含んでいて、前記プラグ（１７８）が、第１及び第３の冷却通路（１３０）の各々を流れる前記冷却剤（１８０）のすべてをそれぞれ第２及び第４の冷却通路（１７０，１７２）内に導き、
第１の出口（１７４）及び第２の出口（１７６）の各々が、第１又は第２の隣接するロータブレード（１００）の先端シュラウドフィレット（１６２，１６４，１６６，１６８）に前記冷却剤（１８０）が衝突するように、第１又は第２の出口（１７４，１７６）と前記先端シュラウドフィレット（１６２，１６４，１６６，１６８）との間のギャップ（１８２）を横断するのに十分な速度で前記冷却剤（１８０）を排出するように構成される、ロータブレード（１００）。
【請求項2】
前記先端シュラウド（１１６）が、第２及び第４の冷却通路（１７０，１７２）を全体的に画定する、請求項１に記載のロータブレード（１００）。
【請求項3】
第１及び第２の出口（１７４，１７６）の各々がそれぞれ第２及び第４の冷却通路（１７０，１７２）と同じ直径を有する、請求項１又は請求項２に記載のロータブレード（１００）。
【請求項4】
第２の冷却通路（１７０）と第４の冷却通路（１７２）が互いに実質的に平行である、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のロータブレード（１００）。
【請求項5】
第２の冷却通路（１７０）と第４の冷却通路（１７２）が前記シールレール（１３２）に実質的に平行である、請求項４に記載のロータブレード（１００）。
【請求項6】
ターボ機械（１０）であって、複数のロータブレード（１００）を含むタービン部（１８）を含み、前記複数のロータブレード（１００）の各々のロータブレード（１００）が請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のロータブレードである、ターボ機械（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般的にターボ機械に関する。より詳細には、本開示は、ターボ機械のロータブレードに関する。
【背景技術】
【0002】
ガスタービンエンジンは、一般に、圧縮機部と、燃焼部と、タービン部と、を含む。圧縮機部は、ガスタービンエンジンに入る空気の圧力を徐々に高め、この圧縮空気を燃焼部に供給する。圧縮空気および燃料（例えば、天然ガス）、燃焼部において混合され、１つまたは複数の燃焼室内で燃焼され、高圧および高温の燃焼ガスを発生させる。燃焼ガスは、燃焼部からタービン部に流れ、そこで膨張して仕事を発生させる。例えば、タービン部における燃焼ガスの膨張は、発電機に接続されたロータシャフトを回転させて、電気を発生させることができる。
【0003】
タービン部は、一般に、複数のロータブレードを含む。各ロータブレードは、燃焼ガスの流れの中に配置された翼形部を含む。この点で、ロータブレードは、タービン部を流れる燃焼ガスから運動エネルギーおよび／または熱エネルギーを抽出する。いくつかのロータブレードは、翼形部の半径方向外側端部に結合された先端シュラウドを含むことができる。先端シュラウドは、ロータブレードを越えて漏出する燃焼ガスの量を低減する。
【0004】
ロータブレードは、一般に極端に高温の環境で動作する。このように、各ロータブレードの先端シュラウドは、冷却剤が流れることができる様々な冷却通路を画定することができる。それにもかかわらず、冷却通路は、様々なフィレットなどの先端シュラウドの特定の部分に限られた冷却しか提供しない。これは、ロータブレードの動作温度および／またはロータブレードの耐用年数を制限する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１３８２０３号明細書
【発明の概要】
【0006】
本技術の態様および利点は、その一部を以下の説明に記載しており、またはその説明から明らかになり、または本技術の実施により学ぶことができる。
【0007】
一態様では、本開示は、ターボ機械のロータブレードに関する。ロータブレードは、翼形部と、翼形部に結合された先端シュラウドと、を含む。先端シュラウドは、側面を含む。翼形部および先端シュラウドは、第１の冷却通路を画定する。先端シュラウドは、第１の冷却通路と流体連通する第２の通路をさらに画定する。第２の冷却通路は、第１の冷却通路から側面によって画定される第１の出口まで延在する。第１の出口は、冷却剤の流れを第１の隣接するロータブレードの先端シュラウドフィレット上に導くように構成されている。
【0008】
別の態様では、本開示は、複数のロータブレードを有するタービン部を含むターボ機械に関する。複数のロータブレードのうちの第１のロータブレードは、翼形部と、翼形部に結合された先端シュラウドと、を含む。先端シュラウドは、側面を含む。翼形部および先端シュラウドは、第１の冷却通路を画定する。先端シュラウドは、第１の冷却通路と流体連通する第２の通路をさらに画定する。第２の冷却通路は、第１の冷却通路から側面によって画定される第１の出口まで延在する。第１の出口は、冷却剤の流れを複数のロータブレードのうちの第２のロータブレードの先端シュラウドフィレットに導くように構成される。
【0009】
本技術のこれらの特徴、態様、および利点、ならびに他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照して、よりよく理解されよう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するものであるが、本技術の実施形態を例示し、明細書における説明と併せて本技術の原理を説明する役に立つ。
【0010】
当業者に向けた本技術の最良の様態を含む本技術の十分かつ実施可能な開示が、添付の図面を参照しつつ、本明細書に記載される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本明細書に開示する実施形態による例示的なガスタービンエンジンの概略図である。
【図2】本明細書に開示する実施形態による例示的なロータブレードの側面図である。
【図3】本明細書に開示する実施形態による例示的な翼形部の断面図である。
【図4】本明細書に開示する実施形態による先端シュラウドの上面図である。
【図6】本明細書に開示する実施形態による複数の隣接するロータブレードの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本明細書および図面における符号の反復使用は、本技術の同じまたは類似の特徴もしくは要素を表すことを意図している。
【0013】
次に、本技術の実施形態を詳細に参照し、その１つまたは複数の実施例を添付図面に示す。詳細な説明では、図面中の特徴を参照するために数字および文字による符号を用いる。図面および説明の同様のまたは類似の符号は、本技術の同様のまたは類似の部品を参照するために使用されている。本明細書において使用される場合、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、１つの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用いることができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図しない。「上流」および「下流」という用語は、流体の経路における流体の流れに対する相対的方向を指す。例えば、「上流」は流体が流れてくる方向を指し、「下流」は流体が流れていく方向を指す。
【0014】
各実施例は、本技術の説明のために提供され、本技術を限定するものではない。実際、本技術の範囲または趣旨から逸脱することなく、修正および変更が本技術において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または記載する特徴は、さらに別の実施形態を与えるために、別の実施形態で用いることができる。したがって、本技術は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲に含まれるような修正および変更を、包含するように意図される。
【0015】
産業用または陸上用のガスタービンが本明細書に示されて説明されているが、本明細書に示されて説明される本技術は、特許請求の範囲に特に明記されない限り、陸上用および／または産業用ガスタービンに限定されない。例えば、本明細書に記載の技術は、これらに限られるわけではないが、航空ガスタービン（例えば、ターボファン、など）、蒸気タービン、および海洋ガスタービンなど、任意の種類のターボ機械において使用することができる。
【0016】
ここで図面を参照すると、図面全体にわたって同一の符号は同じ要素を示しており、図１はガスタービンエンジン１０を概略的に示している。図示するように、ガスタービンエンジン１０は、吸気部１２と、圧縮機部１４と、燃焼部１６と、タービン部１８と、排気部２０と、を含む。圧縮機部１４およびタービン部１８は、シャフト２２によって結合されてもよい。シャフト２２は、シャフト２２を形成するために互いに結合された単一のシャフトまたは複数のシャフトセグメントであってもよい。
【0017】
タービン部１８は、複数のロータディスク２６（そのうちの１つが図示されている）および複数のロータブレード２８を有するロータシャフト２４を含むことができる。各ロータブレード２８は、ロータディスク２６から半径方向外側に延在し、ロータディスク２６のうちの１つと相互接続する。各ロータディスク２６は、タービン部１８を貫通して延在するロータシャフト２４の一部に連結されてもよい。タービン部１８は、ロータシャフト２４およびロータブレード２８を円周方向に取り囲む外側ケーシング３０をさらに含み、それによりタービン部１８を通る高温ガス経路３２を少なくとも部分的に画定する。
【0018】
動作時に、ガスタービンエンジン１０は、機械的な回転エネルギーを生成し、これを、例えば発電に使用することができる。より具体的には、空気がガスタービンエンジン１０の吸気部１２に入る。空気は、吸気部１２から圧縮機１４内に流入し、燃焼部１６に圧縮空気を供給するために、圧縮機１４において徐々に圧縮される。燃焼部１６内の圧縮空気は、燃料と混合して空気燃料混合気を形成し、空気燃料混合気は燃焼して高温高圧の燃焼ガス３４を生成する。次いで、燃焼ガス３４はタービン１８を通って流れ、タービン１８は燃焼ガス３４から運動エネルギーおよび／または熱エネルギーを抽出する。このエネルギー抽出は、ロータシャフト２４を回転させ、それにより圧縮機部１４に動力を供給する、および／または電気を生成するための機械的回転エネルギーを生成する。燃焼ガス３４は、排気部２０を通ってガスタービンエンジン１０から出る。
【0019】
図２は、ロータブレード２８の代わりにガスタービンエンジン１０のタービン部１８に組み込まれ得る、例示的なロータブレード１００の側面図である。図示するように、ロータブレード１００は、軸方向Ａ、半径方向Ｒ、および円周方向Ｃを規定する。一般に、軸方向Ａは、シャフト２４（図１）の軸方向中心線１０２に平行に延び、半径方向Ｒは、軸方向中心線１０２にほぼ直交して延び、円周方向Ｃは、軸方向中心線１０２の周りにほぼ同心に延びる。ロータブレード１００はまた、ガスタービンエンジン１０（図１）の圧縮機部１４に組み込まれてもよい。
【0020】
図２に示すように、ロータブレード１００は、ダブテール１０４、シャンク部分１０６、およびプラットフォーム１０８を含むことができる。より具体的には、ダブテール１０４はロータブレード１００をロータディスク２６に固定する（図１）。シャンク部分１０６は、ダブテール１０４に結合し、ダブテール１０４から半径方向外側に延在する。プラットフォーム１０８は、シャンク部分１０６に結合し、シャンク部分１０６から半径方向外側に延在する。プラットフォーム１０８は、タービン部１８（図１）の高温ガス経路３２を通って流れる燃焼ガス３４の半径方向内側の流れ境界として一般に機能する半径方向外面１１０を含む。ダブテール１０４、シャンク部分１０６、およびプラットフォーム１０８は、冷却剤（例えば、圧縮機部１４からの抽気）がロータブレード１００に入ることを可能にする吸気ポート１１２を画定することができる。図２に示す実施形態では、ダブテール１０４は、軸方向挿入式モミの木形ダブテールである。あるいは、ダブテール１０４は、任意の適切なタイプのダブテールであってもよい。実際、ダブテール１０４、シャンク部分１０６、および／またはプラットフォーム１０８は、任意の適切な構成を有することができる。
【0021】
ここで図２および図３を参照すると、ロータブレード１００は、翼形部１１４をさらに含む。特に、翼形部１１４は、プラットフォーム１０８の半径方向外面１１０から先端シュラウド１１６まで半径方向外側に延在する。翼形部１１４は、根元部１１８（すなわち、翼形部１１４とプラットフォーム１０８との間の交差点）でプラットフォーム１０８に結合する。この点において、翼形部１１４は、根元部１１８と先端シュラウド１１６との間に延在する翼形部翼幅１２０を画定する。翼形部１１４はまた、正圧側表面１２２および対向する負圧側表面１２４を含む（図３）。正圧側表面１２２および負圧側表面１２４は、翼形部１１４の前縁１２６および翼形部１１４の後縁１２８で互いに結合または相互接続される。図示するように、前縁１２６は、燃焼ガス３４の流れ（図１）の中に配向され、一方、後縁１２８は、前縁１２６から離間され、前縁１２６の下流に配置される。正圧側表面１２２および負圧側表面１２４は、前縁１２６および後縁１２８の周りで連続している。さらに、正圧側表面１２２は概ね凹状であり、負圧側表面１２４は概ね凸状である。
【0022】
図３に示すように、ロータブレード１００、より詳細には、翼形部１１４および先端シュラウド１１６は、そこを通って延在する１つまたは複数の半径方向に延在する冷却通路１３０を画定することができる。より具体的には、半径方向に延在する冷却通路１３０は、吸気ポート１１２から翼形部１１４を通って先端シュラウド１１６まで延在することができる。この点で、冷却剤は、半径方向に延在する冷却通路１３０を通って、吸気ポート１１２から先端シュラウド１１６に流れることができる。図３に示す実施形態では、例えば、翼形部１１４は半径方向に延在する７つの冷却通路１３０を画定する。しかしながら、代替的な実施形態では、翼形部１１４は、半径方向に延在する冷却通路１３０をより多くまたはより少なく画定してもよい。
【0023】
上述のように、ロータブレード１００は、先端シュラウド１１６を含む。図２および図４に示すように、先端シュラウド１１６は、翼形部１１４の半径方向外側端部に結合し、ロータブレード１００の半径方向最外部分を概ね画定する。この点で、先端シュラウド１１６は、ロータブレード１００を越えて逃げる燃焼ガス３４（図１）の量を減少させる。図示するように、先端シュラウド１１６はシールレール１３２を含むことができる。しかし、代替的な実施形態は、より多くのシールレール１３２（例えば、２つのシールレール１３２、３つのシールレール１３２など）を含んでもよいし、またはシールレール１３２を含まなくてもよい。
【0024】
ここで図４を参照すると、先端シュラウド１１６は様々な表面を含む。例えば、先端シュラウド１１６は、先端シュラウド１１６の前端部１３６に配置された前方側面１３４と、先端シュラウド１１６の後端部１４０に配置された後方側面１３８と、を含むことができる。先端シュラウド１１６はまた、先端シュラウド１１６の正圧側１４８に配置された第１の正圧側表面１４２、第２の正圧側表面１４４、および第３の正圧側表面１４６を含むことができる。同様に、先端シュラウド１１６はまた、先端シュラウド１１６の負圧側１５６に配置された第１の負圧側表面１５０、第２の負圧側表面１５２、および第３の負圧側表面１５４を含むことができる。表面１３４、１３８、１４２、１４４、１４６、１５０、１５２、１５４は、集合的に側面１５８と呼ぶことができる。さらに、先端シュラウド１１６は、半径方向外面１６０も含み、そこからシールレール１３２が外側に延在することができる。図示するように、いくつかの実施形態では、シールレール１３２は、第２の正圧側表面１４４と第２の負圧側表面１５２との間に延在することができる。しかしながら、代替的な実施形態では、先端シュラウド１１６は、表面の任意の適切な組み合わせおよび／または構成を有してもよい。
【0025】
図４に示す実施形態では、先端シュラウド１１６は、Ｚノッチ構成を有する。より具体的には、第１、第２および第３の正圧側壁１４２、１４４、１４６は、Ｚ形状を画定する。この点で、正圧側凸状フィレット１６２は第１および第２の正圧側壁１４２、１４４の間で移行し、正圧側凹状フィレット１６４は第２および第３の正圧側壁１４４、１４６の間で移行する。第１、第２および第３の負圧側壁１５０、１５２、１５４は、正圧側壁１４２、１４４、１４６のＺ形状と相補的なＺ形状を画定する。このように、負圧側凹状フィレット１６６は第１および第２の負圧側壁１５０、１５２の間で移行し、負圧側凸状フィレット１６８は、第２および第３の負圧側壁１５２、１５４の間で移行する。しかしながら、代替的な実施形態では、先端シュラウド１１６は、任意の適切な形状および／または構成を有することができる。
【0026】
先端シュラウド１１６は、正圧側および負圧側の冷却通路１７０、１７２を画定することができる。図示するように、冷却通路１７０、１７２は、半径方向に延在する異なる冷却通路１３０から、側面１５８によって画定された正圧側および負圧側の出口１７４、１７６までそれぞれ延在する。例えば、正圧側冷却通路１７０は、シールレール１３２の前方に配置された冷却通路１３０のうちの１つなどの、半径方向に延在する冷却通路１３０のうちの１つに流体結合される。このように、正圧側冷却通路１７０は、先端シュラウド１１６を通って正圧側出口１７４まで延在する。図示するように、冷却通路１７０は、いくつかの実施形態ではシールレール１３２の前方に配置されてもよい。同様に、負圧側冷却通路１７２は、シールレール１３２の後方に配置された冷却通路１３０のうちの１つなどの、半径方向に延在する冷却通路１３０のうちの別のものに流体結合される。この点で、負圧側冷却通路１７２は、先端シュラウド１１６を通って負圧側出口１７６まで延在する。図示するように、いくつかの実施形態では、冷却通路１７０はシールレール１３２の後方に配置されてもよい。代替的な実施形態では、正圧側冷却通路１７０および出口１７４がシールレール１３２の後方に配置されてもよく、負圧側冷却通路１７２および出口１７６がシールレール１３２の前方に配置されてもよい。正圧側および負圧側の冷却通路１７０、１７２は、側面１５８に向かって反対方向に延在し、図４に示すように、一般的に互いに平行または実質的に平行であってもよい。特定の実施形態では、冷却通路１７０、１７２は、シールレール１３２に沿って、例えば、シールレール１３２に平行または実質的に平行に延在してもよい。ただし、他の実施形態では、冷却通路１７０、１７２の位置決めは、シールレール１３２とは独立していてもよい。先端シュラウド１１６は、冷却通路１７０、１７２を全体的に画定することができる。あるいは、冷却通路１７０、１７２は、任意の適切な方法で先端シュラウド１１６を通って延在してもよい。さらなる実施形態では、先端シュラウド１１６は、正圧側または負圧側の冷却通路１７０、１７２のうちの１つのみを画定することができる。
【0027】
上述したように、正圧側および負圧側の冷却通路１７０、１７２は、側面１５８によって画定される正圧側および負圧側の出口１７４、１７６をそれぞれ有する。図４に示す実施形態では、正圧側凸状フィレット１６２は正圧側出口１７４を画定し、負圧側凸状フィレット１６８は負圧側出口１７６を画定する。この点に関して、また以下でより詳細に説明するように、出口１７４、１７６は、隣接するロータブレードの凹状フィレット１６４、１６６に冷却剤の流れを導くように構成される。いくつかの実施形態では、出口１７４、１７６は、冷却剤が隣接するロータブレードの対応する凹状フィレット１６４、１６６に衝突するように、出口１７４、１７６と、隣接するロータブレードの対応する凹状フィレット１６４、１６６との間のギャップ１８２（図６）を横断するのに十分な速度で冷却剤を排出するように構成することができる。この点に関して、出口１７４、１７６は、いくつかの実施形態では、対応する冷却通路１７０、１７２と同じ直径を有してもよい。しかしながら、代替的な実施形態では、出口１７４、１７６が隣接するロータブレードの適切な先端シュラウドフィレット上に冷却剤の流れを導くように構成されていれば、側面１５８の任意の適切な部分が出口１７４、１７６を画定してもよい。
【0028】
ここで図５を参照すると、先端シュラウド１１６は、正圧側および／または負圧側の冷却通路１７０、１７２が流体結合する半径方向に延在する冷却通路１３０の半径方向外側部分内に配置されたプラグ１７８を含むことができる。図示するように、プラグ１７８は、冷却通路１３０を流れる冷却剤１８０を対応する冷却通路１７０、１７２内に導くことができる。特定の実施形態では、プラグ１７８は、冷却通路１３０を流れる冷却剤１８０のすべてを対応する冷却通路１７０、１７２内に導くことができる。プラグ１７８は、対応する冷却通路１３０の半径方向外側部分を閉塞する溶接または他の適切な構造であってもよい。
【0029】
図６は、複数の隣接するロータブレード１００を示す。図示するように、第１、第２および第３のロータブレード１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは、軸方向に整列され、円周方向に離間されている。この点で、第１のロータブレード１００Ａの正圧側出口１７４は、第２のロータブレード１００Ｂの負圧側凹状フィレット１６６と軸方向に整列している。同様に、第２のロータブレード１００Ｂの正圧側出口１７４は、第３のロータブレード１００Ｃの負圧側凹状フィレット１６６と軸方向に整列している。さらに、第２のロータブレード１００Ｂの負圧側出口１７６は、第１のロータブレード１００Ａの正圧側凹状フィレット１６４と軸方向に整列している。同様に、第３のロータブレード１００Ｃの負圧側出口１７６は、第２のロータブレード１００Ｂの正圧側凹状フィレット１６４と軸方向に整列している。代替的な実施形態では、ロータブレード１００Ａ～１００Ｃの出口１７４、１７６は、対応する隣接するロータブレードの任意の適切な先端シュラウドフィレットと位置合わせされてもよい。
【0030】
ガスタービンエンジン１０の動作中に、冷却剤１８０が正圧側および負圧側の冷却通路１７０、１７２を流れて、対応する隣接するロータブレード１００Ａ～１００Ｃの正圧側凹状フィレット１６４および負圧側凹状フィレット１６６をそれぞれ冷却する。より具体的には、冷却剤１８０（例えば、圧縮機部１４からの抽気）は、吸気ポート１１２（図２）を通ってロータブレード１００に入る。冷却剤１８０の少なくとも一部は、翼形部１１４の冷却通路１３０を通って、正圧側および／または負圧側の冷却通路１７０、１７２に流入する。冷却剤１８０は、出口１７４、１７６を通ってそれぞれ冷却通路１７０、１７２を出て、隣接する凹状フィレット１６４、１６６に衝突し、それによって凹状フィレット１６４、１６６を冷却する。特に、第１のロータブレード１００Ａの出口１７４を出る冷却剤１８０は、第２のロータブレード１００Ｂの凹状フィレット１６６に衝突する。同様に、第２のロータブレード１００Ｂの出口１７４を出る冷却剤１８０は、第３のロータブレード１００Ｃの凹状フィレット１６６に衝突する。さらに、第２のロータブレードの出口１７６を出る冷却剤１８０は、第１のロータブレード１００Ａの凹状フィレット１６４に衝突する。同様に、第３のロータブレード１００Ｃの出口１７６を出る冷却剤１８０は、第２のロータブレード１００Ｂの凹状フィレット１６４に衝突する。この点で、出口１７４、１７６は、出口１７４、１７６と対応する凹状フィレット１６４、１６６との間のギャップ１８２を横断してそのような衝突冷却を容易にするのに十分な速度で冷却剤を排出する。
【0031】
より詳細に説明するように、ロータブレード１００は、正圧側および／または負圧側の冷却通路１７０、１７２を画定する先端シュラウド１１６を含み、冷却通路１７０、１７２は、隣接するロータブレードのフィレット１６４、１６６上に冷却剤１８０を導く。この点で、ロータブレード１００は、従来のロータブレードよりも先端シュラウド１１６のフィレット１６４、１６６に大きな冷却を提供する。このように、ロータブレード１００は、従来のロータブレードよりも高い動作温度に耐えることができ、および／またはより長い耐用年数を有することができる。
【0032】
この明細書は、本技術を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本技術を実施することができるように実施例を用いており、任意の装置またはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本技術の特許され得る範囲は、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。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、あるいは特許請求の範囲の文言との実質的な相違がない同等の構造要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
［実施態様１］
ターボ機械（１０）用のロータブレード（１００）であって、
翼形部（１１４）と、
前記翼形部（１１４）に結合され、側面（１５８）を含む先端シュラウド（１１６）と、を含み、前記翼形部（１１４）および前記先端シュラウド（１１６）は、第１の冷却通路（１３０）を画定し、前記先端シュラウド（１１６）は、前記第１の冷却通路（１３０）と流体連通する第２の冷却通路（１７０）をさらに画定し、前記第２の冷却通路（１７０）は、前記第１の冷却通路（１３０）から前記側面（１５８）によって画定された第１の出口（１７４）まで延在し、前記第１の出口（１７４）は、冷却剤（１８０）を第１の隣接するロータブレード（１００）の先端シュラウドフィレット（１６２，１６４，１６６，１６８）上に導くように構成される、ロータブレード（１００）。
［実施態様２］
前記第１の出口（１７４）は、前記冷却剤（１８０）が前記第１の隣接するロータブレード（１００）の前記先端シュラウドフィレット（１６２，１６４，１６６，１６８）に衝突するように、前記出口と前記先端シュラウドフィレット（１６２，１６４，１６６，１６８）との間のギャップ（１８２）を横断するのに十分な速度で前記冷却剤（１８０）を排出するように構成される、実施態様１に記載のロータブレード（１００）。
［実施態様３］
前記先端シュラウド（１１６）は、前記第２の冷却通路（１７０）を全体的に画定する、実施態様１に記載のロータブレード（１００）。
［実施態様４］
前記先端シュラウド（１１６）は、前記先端シュラウド（１１６）の半径方向外面から外向きに延在するシールレール（１３２）を含み、前記第２の冷却通路（１７０）は、前記シールレール（１３２）に沿って延在する、実施態様１に記載のロータブレード（１００）。
［実施態様５］
前記先端シュラウド（１１６）は、前記第１の冷却通路（１３０）を流れる前記冷却剤（１８０）を前記第２の冷却通路（１７０）内に導くために、前記第１の冷却通路（１３０）の半径方向外側端部に配置されたプラグ（１７８）を含む、実施態様１に記載のロータブレード（１００）。
［実施態様６］
前記プラグ（１７８）は、前記第１の冷却通路（１３０）を流れる前記冷却剤（１８０）のすべてを前記第２の冷却通路（１７０）内に導く、実施態様４に記載のロータブレード（１００）。
［実施態様７］
前記翼形部（１１４）および前記先端シュラウド（１１６）は、第３の冷却通路（１７２）をさらに画定し、前記先端シュラウド（１１６）は、前記第３の冷却通路（１７２）と流体連通する第４の冷却通路をさらに画定し、前記第４の冷却通路は、前記第３の冷却通路（１７２）から前記側面（１５８）によって画定された第２の出口（１７６）まで延在し、前記第２の出口（１７６）は、第２の隣接するロータブレード（１００）の先端シュラウドフィレット（１６２，１６４，１６６，１６８）上に前記冷却剤（１８０）を導くように構成される、実施態様１に記載のロータブレード（１００）。
［実施態様８］
前記第１の出口（１７４）は、前記先端シュラウド（１１６）の正圧側に配置され、前記第２の出口（１７６）は、前記先端シュラウド（１１６）の負圧側に配置される、実施態様７に記載のロータブレード（１００）。
［実施態様９］
前記先端シュラウド（１１６）は、前記先端シュラウド（１１６）の半径方向外面から外向きに延在するシールレール（１３２）を含み、前記第２の冷却通路（１７０）は、前記シールレール（１３２）の前方に配置され、前記第４の冷却通路は、前記シールレール（１３２）の後方に配置される、実施態様７に記載のロータブレード（１００）。
［実施態様１０］
前記第２の冷却通路（１７０）と前記第４の冷却通路は、実質的に平行である、実施態様７に記載のロータブレード（１００）。
［実施態様１１］
ターボ機械（１０）であって、
複数のロータブレード（１００）を含むタービン部（１８）を含み、前記複数のロータブレード（１００）のうちの第１のロータブレード（１００）は、
翼形部（１１４）と、
前記翼形部（１１４）に結合され、側面（１５８）を含む先端シュラウド（１１６）と、を含み、前記翼形部（１１４）および前記先端シュラウド（１１６）は、第１の冷却通路（１３０）を画定し、前記先端シュラウド（１１６）は、前記第１の冷却通路（１３０）と流体連通する第２の冷却通路（１７０）をさらに画定し、前記第２の冷却通路（１７０）は、前記第１の冷却通路（１３０）から前記側面（１５８）によって画定された第１の出口（１７４）まで延在し、前記第１の出口（１７４）は、冷却剤（１８０）を前記複数のロータブレード（１００）のうちの第２のロータブレード（１００）の先端シュラウドフィレット（１６２，１６４，１６６，１６８）上に導くように構成される、ターボ機械（１０）。
［実施態様１２］
前記第１の出口（１７４）は、前記冷却剤（１８０）が前記第１の隣接するロータブレード（１００）の前記先端シュラウドフィレット（１６２，１６４，１６６，１６８）に衝突するように、前記出口と前記先端シュラウドフィレット（１６２，１６４，１６６，１６８）との間のギャップ（１８２）を横断するのに十分な速度で前記冷却剤（１８０）を排出するように構成される、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１３］
前記先端シュラウド（１１６）は、前記第２の冷却通路（１７０）を全体的に画定する、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１４］
前記先端シュラウド（１１６）は、前記先端シュラウド（１１６）の半径方向外面から外向きに延在するシールレール（１３２）を含み、前記第２の冷却通路（１７０）は、前記シールレール（１３２）に沿って延在する、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１５］
前記先端シュラウド（１１６）は、前記第１の冷却通路（１３０）を流れる前記冷却剤（１８０）を前記第２の冷却通路（１７０）内に導くために、前記第１の冷却通路（１３０）の半径方向外側端部に配置されたプラグ（１７８）を含む、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１６］
前記プラグ（１７８）は、前記第１の冷却通路（１３０）を流れる前記冷却剤（１８０）のすべてを前記第２の冷却通路（１７０）内に導く、実施態様１４に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１７］
前記翼形部（１１４）および前記先端シュラウド（１１６）は、第３の冷却通路（１７２）をさらに画定し、前記先端シュラウド（１１６）は、前記第３の冷却通路（１７２）と流体連通する第４の冷却通路をさらに画定し、前記第４の冷却通路は、前記第３の冷却通路（１７２）から前記側面（１５８）によって画定された第２の出口（１７６）まで延在し、前記第２の出口（１７６）は、前記冷却剤（１８０）を前記複数のロータブレード（１００）のうちの第３のロータブレード（１００）の先端シュラウドフィレット（１６２，１６４，１６６，１６８）上に導くように構成される、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１８］
前記第１の出口（１７４）は、前記先端シュラウド（１１６）の正圧側に配置され、前記第２の出口（１７６）は、前記先端シュラウド（１１６）の負圧側に配置される、実施態様１７に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１９］
前記先端シュラウド（１１６）は、前記先端シュラウド（１１６）の半径方向外面から外向きに延在するシールレール（１３２）を含み、前記第２の冷却通路（１７０）は、前記シールレール（１３２）の前方に配置され、前記第４の冷却通路は、前記シールレール（１３２）の後方に配置される、実施態様１７に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様２０］
前記第２の冷却通路（１７０）と前記第４の冷却通路は、実質的に平行である、実施態様１７に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１］
ターボ機械（１０）用のロータブレード（１００）であって、
翼形部（１１４）と、
前記翼形部（１１４）に結合され、側面（１５８）を含む先端シュラウド（１１６）と、を含み、前記翼形部（１１４）および前記先端シュラウド（１１６）は、第１の冷却通路（１３０）を画定し、前記先端シュラウド（１１６）は、前記第１の冷却通路（１３０）と流体連通する第２の冷却通路（１７０）をさらに画定し、前記第２の冷却通路（１７０）は、前記第１の冷却通路（１３０）から前記側面（１５８）によって画定された第１の出口（１７４）まで延在し、前記第１の出口（１７４）は、冷却剤（１８０）を第１の隣接するロータブレード（１００）の先端シュラウドフィレット（１６２，１６４，１６６，１６８）上に導くように構成される、ロータブレード（１００）。
［実施態様２］
前記第１の出口（１７４）は、前記冷却剤（１８０）が前記第１の隣接するロータブレード（１００）の前記先端シュラウドフィレット（１６２，１６４，１６６，１６８）に衝突するように、前記出口と前記先端シュラウドフィレット（１６２，１６４，１６６，１６８）との間のギャップ（１８２）を横断するのに十分な速度で前記冷却剤（１８０）を排出するように構成される、実施態様１に記載のロータブレード（１００）。
［実施態様３］
前記先端シュラウド（１１６）は、前記第２の冷却通路（１７０）を全体的に画定する、実施態様１に記載のロータブレード（１００）。
［実施態様４］
前記先端シュラウド（１１６）は、前記先端シュラウド（１１６）の半径方向外面から外向きに延在するシールレール（１３２）を含み、前記第２の冷却通路（１７０）は、前記シールレール（１３２）に沿って延在する、実施態様１に記載のロータブレード（１００）。
［実施態様５］
前記先端シュラウド（１１６）は、前記第１の冷却通路（１３０）を流れる前記冷却剤（１８０）を前記第２の冷却通路（１７０）内に導くために、前記第１の冷却通路（１３０）の半径方向外側端部に配置されたプラグ（１７８）を含む、実施態様１に記載のロータブレード（１００）。
［実施態様６］
前記プラグ（１７８）は、前記第１の冷却通路（１３０）を流れる前記冷却剤（１８０）のすべてを前記第２の冷却通路（１７０）内に導く、実施態様４に記載のロータブレード（１００）。
［実施態様７］
前記翼形部（１１４）および前記先端シュラウド（１１６）は、第３の冷却通路（１７２）をさらに画定し、前記先端シュラウド（１１６）は、前記第３の冷却通路（１７２）と流体連通する第４の冷却通路をさらに画定し、前記第４の冷却通路は、前記第３の冷却通路（１７２）から前記側面（１５８）によって画定された第２の出口（１７６）まで延在し、前記第２の出口（１７６）は、第２の隣接するロータブレード（１００）の先端シュラウドフィレット（１６２，１６４，１６６，１６８）上に前記冷却剤（１８０）を導くように構成される、実施態様１に記載のロータブレード（１００）。
［実施態様８］
前記第１の出口（１７４）は、前記先端シュラウド（１１６）の正圧側に配置され、前記第２の出口（１７６）は、前記先端シュラウド（１１６）の負圧側に配置される、実施態様７に記載のロータブレード（１００）。
［実施態様９］
前記先端シュラウド（１１６）は、前記先端シュラウド（１１６）の半径方向外面から外向きに延在するシールレール（１３２）を含み、前記第２の冷却通路（１７０）は、前記シールレール（１３２）の前方に配置され、前記第４の冷却通路は、前記シールレール（１３２）の後方に配置される、実施態様７に記載のロータブレード（１００）。
［実施態様１０］
前記第２の冷却通路（１７０）と前記第４の冷却通路は、実質的に平行である、実施態様７に記載のロータブレード（１００）。
［実施態様１１］
ターボ機械（１０）であって、
複数のロータブレード（１００）を含むタービン部（１８）を含み、前記複数のロータブレード（１００）のうちの第１のロータブレード（１００）は、
翼形部（１１４）と、
前記翼形部（１１４）に結合され、側面（１５８）を含む先端シュラウド（１１６）と、を含み、前記翼形部（１１４）および前記先端シュラウド（１１６）は、第１の冷却通路（１３０）を画定し、前記先端シュラウド（１１６）は、前記第１の冷却通路（１３０）と流体連通する第２の冷却通路（１７０）をさらに画定し、前記第２の冷却通路（１７０）は、前記第１の冷却通路（１３０）から前記側面（１５８）によって画定された第１の出口（１７４）まで延在し、前記第１の出口（１７４）は、冷却剤（１８０）を前記複数のロータブレード（１００）のうちの第２のロータブレード（１００）の先端シュラウドフィレット（１６２，１６４，１６６，１６８）上に導くように構成される、ターボ機械（１０）。
［実施態様１２］
前記第１の出口（１７４）は、前記冷却剤（１８０）が前記第１の隣接するロータブレード（１００）の前記先端シュラウドフィレット（１６２，１６４，１６６，１６８）に衝突するように、前記出口と前記先端シュラウドフィレット（１６２，１６４，１６６，１６８）との間のギャップ（１８２）を横断するのに十分な速度で前記冷却剤（１８０）を排出するように構成される、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１３］
前記先端シュラウド（１１６）は、前記第２の冷却通路（１７０）を全体的に画定する、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１４］
前記先端シュラウド（１１６）は、前記先端シュラウド（１１６）の半径方向外面から外向きに延在するシールレール（１３２）を含み、前記第２の冷却通路（１７０）は、前記シールレール（１３２）に沿って延在する、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１５］
前記先端シュラウド（１１６）は、前記第１の冷却通路（１３０）を流れる前記冷却剤（１８０）を前記第２の冷却通路（１７０）内に導くために、前記第１の冷却通路（１３０）の半径方向外側端部に配置されたプラグ（１７８）を含む、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１６］
前記プラグ（１７８）は、前記第１の冷却通路（１３０）を流れる前記冷却剤（１８０）のすべてを前記第２の冷却通路（１７０）内に導く、実施態様１４に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１７］
前記翼形部（１１４）および前記先端シュラウド（１１６）は、第３の冷却通路（１７２）をさらに画定し、前記先端シュラウド（１１６）は、前記第３の冷却通路（１７２）と流体連通する第４の冷却通路をさらに画定し、前記第４の冷却通路は、前記第３の冷却通路（１７２）から前記側面（１５８）によって画定された第２の出口（１７６）まで延在し、前記第２の出口（１７６）は、前記冷却剤（１８０）を前記複数のロータブレード（１００）のうちの第３のロータブレード（１００）の先端シュラウドフィレット（１６２，１６４，１６６，１６８）上に導くように構成される、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１８］
前記第１の出口（１７４）は、前記先端シュラウド（１１６）の正圧側に配置され、前記第２の出口（１７６）は、前記先端シュラウド（１１６）の負圧側に配置される、実施態様１７に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１９］
前記先端シュラウド（１１６）は、前記先端シュラウド（１１６）の半径方向外面から外向きに延在するシールレール（１３２）を含み、前記第２の冷却通路（１７０）は、前記シールレール（１３２）の前方に配置され、前記第４の冷却通路は、前記シールレール（１３２）の後方に配置される、実施態様１７に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様２０］
前記第２の冷却通路（１７０）と前記第４の冷却通路は、実質的に平行である、実施態様１７に記載のターボ機械（１０）。
【符号の説明】
【0033】
１０ ガスタービンエンジン
１２ 吸気部
１４ 圧縮機部
１６ 燃焼部
１８ タービン部
２０ 排気部
２２ シャフト
２４ ロータシャフト
２６ ロータディスク
２８ ロータブレード
３０ 外側ケーシング
３２ 高温ガス経路
３４ 燃焼ガス
１００ ロータブレード
１０２ 軸方向中心線
１０４ ダブテール
１０６ シャンク部分
１０８ プラットフォーム
１１０ プラットフォームの半径方向外面
１１２ 吸気ポート
１１４ 翼形部
１１６ 先端シュラウド
１１８ 根元部
１２０ 翼幅
１２２ 正圧側表面
１２４ 負圧側表面
１２６ 前縁
１２８ 後縁
１３０ 半径方向に延在する冷却通路
１３２ シールレール
１３４ 前方側面
１３６ 前端部
１３８ 後方側面
１４０ 後端部
１４２ 第１の正圧側表面
１４４ 第２の正圧側表面
１４６ 第３の正圧側表面
１４８ 正圧側
１５０ 第１の負圧側表面
１５２ 第２の負圧側表面
１５４ 第３の負圧側表面
１５６ 負圧側
１５８ 側面
１６０ 半径方向外面
１６２ 正圧側凸状フィレット
１６４ 正圧側凹状フィレット
１６６ 負圧側凹状フィレット
１６８ 負圧側凸状フィレット
１７０ 正圧側冷却通路
１７２ 負圧側冷却通路
１７４ 正圧側出口
１７６ 負圧側出口
１７８ プラグ
１８０ 冷却剤
１８２ ギャップ
１２ 吸気部
１４ 圧縮機部
１６ 燃焼部
１８ タービン部
２０ 排気部
２２ シャフト
２４ ロータシャフト
２６ ロータディスク
２８ ロータブレード
３０ 外側ケーシング
３２ 高温ガス経路
３４ 燃焼ガス
１００ ロータブレード
１０２ 軸方向中心線
１０４ ダブテール
１０６ シャンク部分
１０８ プラットフォーム
１１０ プラットフォームの半径方向外面
１１２ 吸気ポート
１１４ 翼形部
１１６ 先端シュラウド
１１８ 根元部
１２０ 翼幅
１２２ 正圧側表面
１２４ 負圧側表面
１２６ 前縁
１２８ 後縁
１３０ 半径方向に延在する冷却通路
１３２ シールレール
１３４ 前方側面
１３６ 前端部
１３８ 後方側面
１４０ 後端部
１４２ 第１の正圧側表面
１４４ 第２の正圧側表面
１４６ 第３の正圧側表面
１４８ 正圧側
１５０ 第１の負圧側表面
１５２ 第２の負圧側表面
１５４ 第３の負圧側表面
１５６ 負圧側
１５８ 側面
１６０ 半径方向外面
１６２ 正圧側凸状フィレット
１６４ 正圧側凹状フィレット
１６６ 負圧側凹状フィレット
１６８ 負圧側凸状フィレット
１７０ 正圧側冷却通路
１７２ 負圧側冷却通路
１７４ 正圧側出口
１７６ 負圧側出口
１７８ プラグ
１８０ 冷却剤
１８２ ギャップ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
