特許 7689836 改良されたロータブレード翼形部

(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】2025-05-30

(45)【発行日】2025-06-09

(54)【発明の名称】改良されたロータブレード翼形部

(51)【国際特許分類】

   F01D 5/14 20060101AFI20250602BHJP

   F04D 29/38 20060101ALI20250602BHJP

【ＦＩ】

F01D5/14

F04D29/38 A

【請求項の数】 10

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021031871

(22)【出願日】2021-03-01

(65)【公開番号】P2021148122

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2024-02-20

(31)【優先権主張番号】16/824,959

(32)【優先日】2020-03-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】515322297

【氏名又は名称】ゼネラル エレクトリック テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｂｒｏｗｎ Ｂｏｖｅｒｉ Ｓｔｒａｓｓｅ ８， ５４００ Ｂａｄｅｎ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ

(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】アレクサンダー・ステイン

(72)【発明者】

【氏名】マーク・スティーブン・ホンコンプ

(72)【発明者】

【氏名】マメット・スレイマン・シレイ

【審査官】村山 美保

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００６／０１８２６３３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０８１６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０１２１０２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１１２３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－３４０２０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｄ ５／１４

Ｆ０４Ｄ ２９／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ターボ機械用のロータブレード（５０）であって、当該ロータブレード（５０）が、
プラットフォーム（６６）と、
前記プラットフォーム（６６）に近接する根元（６４）から先端（６８）に半径方向に延びる翼形部（５２）と
を備えており、前記翼形部（５２）が、
前縁（５８）と、
後縁（６０）と、
前記前縁（５８）と前記後縁（６０）との間に延びる正圧側面（５４）と、
前記正圧側面（５４）の反対側に配置され、前記前縁（５８）と前記後縁（６０）との間に延びる負圧側面（５６）と
を備えており、
前記前縁（５８）、前記後縁（６０）、前記正圧側面（５４）及び前記負圧側面（５６）が、前記先端（６８）における第１のプロファイル（１０２）及び前記先端（６８）から半径方向内側にある第２のプロファイル（１０４）を集合的に画定し、
前記第１のプロファイル（１０２）が、前記第２のプロファイル（１０４）に対して負圧側オーバーハング（１０６）、正圧側オーバーハング（１０８）及び正圧側アンダーハング（１１０）を含む、ロータブレード（５０）。

【請求項2】

前記翼形部（５２）が、前記根元（６４）と前記先端（６８）との間に半径方向スパン長さを画定し、前記第２のプロファイル（１０４）が、前記半径方向スパン長さの約９０％～約９９％の間に画定される、請求項１に記載のロータブレード（５０）。

【請求項3】

前記正圧側アンダーハング（１１０）が、前記前縁（５８）と前記正圧側オーバーハング（１０８）との間に画定される、請求項１又は請求項２に記載のロータブレード（５０）。

【請求項4】

前記正圧側オーバーハング（１０８）が、前記正圧側アンダーハング（１１０）と前記後縁（６０）との間に画定される、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（５０）。

【請求項5】

前記第１のプロファイル（１０２）が、正圧側弧長（１１４）と、負圧側弧長（１１６）とを含み、前記正圧側弧長（１１４）が、前記正圧側面（５４）に沿った前記前縁（５８）から前記後縁（６０）まで測定され、前記負圧側弧長（１１６）が、前記負圧側面（５６）に沿った前記前縁（５８）から前記後縁（６０）まで測定される、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のロータブレード（５０）。

【請求項6】

前記負圧側オーバーハング（１０６）が、前記負圧側弧長（１１６）の全長に沿って画定される、請求項５に記載のロータブレード（５０）。

【請求項7】

前記正圧側アンダーハング（１１０）が、前記前縁（５８）から前記後縁（６０）まで測定された前記正圧側弧長（１１４）の約１５％～約３５％の間に位置する遷移点（１１２）で前記正圧側オーバーハング（１０８）に遷移する、請求項５乃至請求項６のいずれか１項に記載のロータブレード（５０）。

【請求項8】

前記第１のプロファイル（１０２）が、前記第２のプロファイル（１０４）に対して、前記負圧側弧長（１１６）の約３０％～約６０％の間の最大負圧側オーバーハング（１２０）を含む、請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載のロータブレード（５０）。

【請求項9】

前記第１のプロファイル（１０２）が、前記第２のプロファイル（１０４）に対して、前記正圧側弧長（１１４）の約４０％～約７０％の間の最大正圧側オーバーハング（１１８）を含む、請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載のロータブレード（５０）。

【請求項10】

ターボ機械であって、当該ターボ機械が、
圧縮機セクション（１４）と、
前記圧縮機セクション（１４）の下流の燃焼器セクション（１６）と、
前記燃焼器セクション（１６）の下流のタービンセクション（１８）と、
前記タービンセクション（１８）に設けられた請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の複数のロータブレード（５０）と
を備えるターボ機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に、ターボ機械に関する。具体的には、本開示は、改良されたロータブレード翼形部に関する。

【背景技術】

【0002】

ターボ機械は、エネルギー伝達の目的で様々な産業および用途で利用されている。例えば、ガスタービンエンジンは、一般に、圧縮機セクションと、燃焼セクションと、タービンセクションと、排気セクションとを含む。圧縮機セクションは、ガスタービンエンジンに入る作動流体の圧力を徐々に上昇させ、この圧縮された作動流体を燃焼セクションに供給する。圧縮された作動流体および燃料（例えば、天然ガス）は、燃焼セクション内で混合され、燃焼チャンバ内で燃焼して高圧および高温の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、燃焼セクションからタービンセクションに流れ、そこで膨張して仕事を発生する。例えば、タービンセクションにおける燃焼ガスの膨張は、例えば、発電機に接続されたロータシャフトを回転させ、電気を発生することができる。次いで、燃焼ガスは、排気セクションを介してガスタービンから排出される。

【0003】

多くのターボ機械は、圧縮機セクションとタービンセクションの両方においてロータブレードの１つまたは複数の段を含み、これは動作中に流体の流れに曝される。各ロータブレードは、流体の流れと空気力学的に相互作用し、かつ／または流体の流れから仕事を抽出するように構成されたそれぞれの翼形部を支持する基部を含み得る。この相互作用および変換の結果として、これらの翼形部の空気力学的特性により、システムとターボ機械の動作、性能、推力、効率、および各段での動力に影響を及ぼす損失が発生する可能性がある。

【0004】

特にガスタービンにおけるロータブレードについての空気力学的損失および非効率性の原因は、先端漏れ（ｏｖｅｒ－ｔｉｐ ｌｅａｋａｇｅ）である。動作中、流体の流れの一部が翼形部の先端から漏れ、翼形部の負圧側に渦を形成する場合がある。この漏れとそれに続く負圧側での渦の形成により、圧力勾配が先端全体および／またはブレードのクリアランスギャップを通して形成され、それによってシステムおよび翼形部の流体の流れおよび効率に影響を及ぼし、デバイスの性能を妨げる可能性がある。したがって、改良されたロータブレードが必要である。特に、先端漏れを最小限に抑える翼形部を有するロータブレードが有利であろう。

【発明の概要】

【0005】

本開示によるロータブレードおよびターボ機械の態様および利点は、以下の説明に部分的に記載されており、または説明から明らかとなり、または本技術の実践を通して学ぶことができる。

【0006】

一実施形態によれば、ターボ機械用のロータブレードが提供される。ロータブレードは、プラットフォームと、プラットフォームに近接する根元から先端に半径方向に延びる翼形部とを含む。翼形部は、前縁と、後縁とを含む。翼形部は、前縁と後縁との間に延びる正圧側面をさらに含む。翼形部はまた、正圧側面の反対側に配置され、前縁と後縁との間に延びる負圧側面を含む。前縁、後縁、正圧側面、および負圧側面は、先端における第１のプロファイル、および先端から半径方向内側にある第２のプロファイルを集合的に画定する。第１のプロファイルは、第２のプロファイルに対して負圧側オーバーハング、正圧側オーバーハング、および正圧側アンダーハングを含む。

【0007】

別の実施形態によれば、ターボ機械が提供される。ターボ機械は、圧縮機セクションと、燃焼器セクションと、タービンセクションとを含む。複数のロータブレードがタービンセクションに設けられ、複数のロータブレードの各々は、プラットフォームと、プラットフォームに近接する根元から先端に半径方向に延びる翼形部とを含む。翼形部は、前縁と、後縁とを含む。翼形部は、前縁と後縁との間に延びる正圧側面をさらに含む。翼形部はまた、正圧側面の反対側に配置され、前縁と後縁との間に延びる負圧側面を含む。前縁、後縁、正圧側面、および負圧側面は、先端における第１のプロファイル、および先端から半径方向内側にある第２のプロファイルを集合的に画定する。第１のプロファイルは、第２のプロファイルに対して負圧側オーバーハング、正圧側オーバーハング、および正圧側アンダーハングを含む。

【0008】

本ロータブレードおよびターボ機械のこれらおよび他の特徴、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のに役立つ。

【0009】

当業者へと向けられた本システムおよび方法の作製および使用の最良の態様を含む、本ロータブレードおよびターボ機械の完全かつ実施可能な開示が、添付の図を参照する本明細書に記載される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本開示の実施形態による、ターボ機械の概略図である。

【図2】本開示の実施形態による、ターボ機械のタービンセクションを示す図である。

【図3】本開示の実施形態による、ロータブレードを示す図である。

【図4】本開示の実施形態による、ロータブレード翼形部の２つの半径方向断面プロファイルを示す図である。

【図5】本開示の実施形態による、図４の線Ａ－Ａに沿ったロータブレード翼形部の断面図である。

【図6】本開示の実施形態による、図４の線Ｂ－Ｂに沿ったロータブレード翼形部の断面図である。

【図7】本開示の実施形態による、図４の線Ｃ－Ｃに沿ったロータブレード翼形部の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

ここで、本ロータブレードおよびターボ機械の実施形態を詳細に参照するが、その１つまたは複数の例が図面に示されている。各例は、本技術の説明のために提供するものであって、本技術を限定するものではない。実際、特許請求される技術の範囲または趣旨を逸脱せずに、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、ある実施形態の一部として図示または記載された特徴は、またさらなる実施形態をもたらすために、別の実施形態において使用することができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にあるそのような修正および変更を包含することを意図している。

【0012】

詳細な説明は、図面の特徴を参照するために、数字および文字の符号を使用する。図面および説明における類似または同様の符号は、本発明の類似または同様の部分を指して使用されている。本明細書で使用する場合、「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、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図するものではない。

【0013】

本明細書で使用する場合、「上流」（または「前方」）、および「下流」（または「後方」）という用語は、流体経路における流体の流れに関する相対的な方向を指す。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】

中心軸に関して異なる半径方向位置に配置された部品または特徴を記述する必要がある場合がある。「半径方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向の中心線に実質的に垂直な相対的な方向（すなわち、移動または位置）を指し、「軸方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向の中心線に実質的に平行および／または同軸に整列する相対的な方向（すなわち、移動または位置）を指し、「円周方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向の中心線の周囲に延びる相対的な方向（すなわち、移動または位置）を指す。

【0015】

特に明記されない限り、「概して」、または「約」などの近似の用語は、記載された値のプラスマイナス１０パーセントの範囲内の値を含む。角度または方向の文脈で使用されるとき、そのような用語は、記載された角度または方向のプラスマイナス１０度の範囲を含む。例えば、「概して垂直」は、任意の方向、例えば、時計回りまたは反時計回りの垂直から１０度の範囲内の方向を含む。

【0016】

ここで図面を参照すると、図１は、ターボ機械の一実施形態の概略図を示しており、これは、図示の実施形態ではガスタービン１０である。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、本開示は、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、本明細書に記載のロータブレードは、限定はしないが、蒸気タービン、航空機用ガスタービン、または船舶用ガスタービンを含む任意のタイプのターボ機械に使用することが可能である。

【0017】

示すように、ガスタービン１０は、一般に、入口セクション１２と、入口セクション１２の下流に配置された圧縮機セクション１４と、圧縮機セクション１４の下流に配置された燃焼器セクション１６内の１つまたは複数の燃焼器（図示せず）と、燃焼器セクション１６の下流に配置されたタービンセクション１８と、タービンセクション１８の下流に配置された排気セクション２０とを含む。加えて、ガスタービン１０は、圧縮機セクション１４とタービンセクション１８との間に結合された１つまたは複数のシャフト２２を含むことができる。

【0018】

圧縮機セクション１４は、一般に、複数のロータディスク２４（そのうちの１つが示されている）と、各ロータディスク２４から半径方向外側に延び、各ロータディスク２４に接続されている複数のロータブレード２６とを含むことができる。次に、各ロータディスク２４は、圧縮機セクション１４を通って延びるシャフト２２の一部に結合されるか、またはその一部を形成してもよい。

【0019】

タービンセクション１８は、一般に、複数のロータディスク２８（そのうちの１つが示されている）と、各ロータディスク２８から半径方向外側に延び、各ロータディスク２８に接続されている複数のロータブレード３０とを含むことができる。次に、各ロータディスク２８は、タービンセクション１８を通って延びるシャフト２２の一部に結合されるか、またはその一部を形成してもよい。タービンセクション１８は、シャフト２２の一部およびロータブレード３０を円周方向に囲む外側ケーシング３１をさらに含み、それによってタービンセクション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。

【0020】

動作中、空気などの作動流体が入口セクション１２を通って圧縮機セクション１４に流入し、ここで空気が徐々に圧縮され、それにより加圧空気を燃焼器セクション１６の燃焼器に提供する。加圧空気は燃料と混合され、１つまたは複数の燃焼器内で燃焼されて燃焼ガス３４を発生する。燃焼ガス３４は、高温ガス経路３２を通って燃焼器セクション１６からタービンセクション１８に流入し、ここでエネルギー（運動エネルギーおよび／または熱エネルギー）が燃焼ガス３４からロータブレード３０に伝達されることにより、シャフト２２が回転する。次いで、機械的回転エネルギーを圧縮機セクション１４への動力供給および／または発電に使用することができる。タービンセクション１８から排出された燃焼ガス３４は次に、排気セクション２０を介してガスタービン１０から排気され得る。

【0021】

図２は、直列流れ順序で配置された複数のタービン段を含むガスタービン１０の例示的なタービンセクション１８を示している。タービンの各段は、タービンロータブレード（例えば、ブレード５０）の対応する回転列に軸方向に隣接して配置された静止タービンノズルまたはベーン（例えば、ノズル１００）の列を含む。４つのタービン段が、図１に示されている。タービンセクション１８の正確な段数は、図２に示される４段よりも多い場合も少ない場合もある。４つの段は、１つのタービン設計の単なる例示であり、現在主張されているタービンロータブレードを決して限定することを意図するものではない。

【0022】

第１段は、複数のタービンノズルまたはベーン１００と、複数のタービンロータブレード１５０とを備える。タービンノズル１００は、外側ケーシング３１に装着され、タービンシャフト２２の軸の周りに環状に配置される。タービンロータブレード１５０は、タービンロータ３６の周りに環状に配置され、タービンロータ３６に結合される。タービンセクション１８の第２段は、タービンロータ３６の軸の周りに環状に配置された複数のタービンノズル２００と、タービンロータ３６の周りに環状に配置され、タービンロータ３６に結合された複数のタービンロータブレード２５０とを含む。タービンノズル２００は、タービンセクション１８の外側ケーシング３１に結合することができる。

【0023】

図２に示すように、タービンセクション１８の第３段は、タービンロータ３６の軸の周りに環状に配置された複数のタービンノズル３００と、タービンロータ３６の周りに環状に配置され、タービンロータ３６に結合された複数のタービンロータブレード３５０とを含む。タービンノズル３００は、タービンセクション１８の外側ケーシング３１に結合することができる。特定の実施形態では、タービンセクション１８は、タービンロータ３６の軸の周りに環状に配置された複数のタービンノズル４００と、タービンロータ３６の周りに環状に配置され、タービンロータ３６に結合された複数のタービンロータブレード４５０とを含む第４段を含む。第４段タービンノズル４００は、タービンセクション１８の外側ケーシング３１に結合することができる。

【0024】

タービンノズル１００、２００、３００、および４００ならびにタービンロータブレード１５０、２５０、３５０、および４５０は、タービンセクション１８の高温ガス経路３２内に配置されるか、または少なくとも部分的に配置されることが理解されよう。タービン１０の様々な段は、矢印２０によって示されるように、燃焼ガスがガスタービン１０の動作中に通って流れる高温ガス経路３２を少なくとも部分的に画定する。

【0025】

図３は、タービンセクション１８の任意の段に組み込むことができる例示的なタービンロータブレード５０の斜視図を示している。図３に示すように、タービンロータブレード５０は、正圧側面５４と、対向する負圧側面５６とを有する翼形部５２を含む。正圧側面５４と負圧側面５６は、翼形部５２の前縁５８および後縁６０で合流するか、または交差する。前縁５８と後縁６０は、互いに離間して配置され、軸方向Ａで翼形部５２の末端を画定することができる。直線の翼弦線（図示せず）が、前縁５８と後縁６０との間に延び、したがって正圧側面および負圧側面５４、５６は、前縁５８と後縁６０との間で翼弦内または翼弦方向に延びる。

【0026】

正圧側面５４は、一般に、翼形部５２の空気力学的な凹状の外面を備える。同様に、負圧側面５６は、一般に、翼形部５２の空気力学的な凸状の外面を画定することができる。翼形部５２の前縁５８は、高温ガス経路３２に沿って燃焼ガスに関与する、すなわち、曝される翼形部５２の第１の部分であり得る。燃焼ガスは、後縁６０で排気される前に、翼形部５２の空気力学的輪郭に沿って、すなわち、負圧側面５６および正圧側面５４に沿って導かれ得る。

【0027】

図３に示すように、翼形部５２は、タービンロータブレード５０のプラットフォーム６６と交差し、プラットフォーム６６から半径方向外側に延びる根元または第１の端部６４を含む。翼形部５２は、翼形部５２の第２の端部または先端６８で半径方向に終端する。翼形部５２の根元６４は、翼形部５２とプラットフォーム６６との間の交差部で画定され得る。先端６８は、根元６４の半径方向反対側に配置される。したがって、先端６８は、一般に、タービンロータブレード５０の半径方向最外部分を画定することができ、したがって、タービンセクション１８の静止シュラウドまたはシール（図示せず）に隣接して位置決めされるように構成することができる。

【0028】

正圧側面および負圧側面５４、５６は、スパン内に延び、翼形部５２の根元６４および／またはプラットフォーム６６と先端６８との間の翼形部５２のスパン長さ７０を画定する。換言すれば、各タービンロータブレード５０は、対向する前縁５８と後縁６０との間に翼弦内または翼弦方向に延び、翼形部５２の根元６４と先端６８との間にスパン内またはスパン方向７０に延びる対向する正圧側面および負圧側面５４、５６を有する翼形部５２を含む。

【0029】

特定の構成では、翼形部５２は、根元６４に近接するプラットフォーム６６と翼形部５２との間に形成されたフィレット７２を含み得る。フィレット７２は、従来のＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接、ろう付けなどを介して形成され得る溶接またはろう付けフィレットを含むことができ、フィレット７２の存在の結果として流体力学的損失を低減し得るプロファイルを含むことができる。特定の実施形態では、プラットフォーム６６、翼形部５２、およびフィレット７２は、鋳造および／もしくは機械加工および／もしくは３Ｄ印刷、ならびに／または現在知られているか後に開発および／もしくは発見される任意の他の適切な技法などによって、単一の構成要素として形成することができる。特定の構成では、タービンロータブレード５０は、タービンロータブレード５０をシャフト２２に接続および／または固定するように形成された装着部分７４（蟻継ぎなど）を含む。

【0030】

プラットフォーム６６または根元６４と先端６８との間で取られる任意の断面において、タービンロータブレード５０の翼形部５２は、前縁５８、後縁６０、正圧側面５４、および負圧側面５６によって集合的に画定されたプロファイルを有する。プロファイル（すなわち、断面形状）は、例えば、図４の断面に示すように、翼形部５２のスパンにわたって変化し得る。

【0031】

スパン長さ７０は、翼形部５２の根元６４から先端６８まで測定することができる。スパン長さ７０のパーセンテージを使用して、スパン長さ７０に沿った所与のプロファイルの位置を示すことができる。例えば、「０％スパン」に位置するプロファイルは、根元６４で取られた翼形部５２のプロファイルを指し得る。同様に、「１００％スパン」に位置するプロファイルを使用して、先端６８で取られたプロファイルを指すことができる。

【0032】

例えば、図４に示すように、翼形部５２は、先端６８における第１のプロファイル１０２、すなわち、翼形部５２のスパン長さ７０の１００％で取られる第１のプロファイル１０２と、ガスタービン１０の半径方向Ｒに関して先端６８および第１のプロファイル１０２の半径方向内側にある第２のプロファイル１０４とを含み得る。図４では、第１のプロファイル１０２は実線で示され、第２のプロファイル１０４は点線で示される。

【0033】

図４に示すように、第１のプロファイル１０２に関連する正圧側面５４、負圧側面５６、前縁５８、および後縁６０の部分は、素数、例えば、正圧側面５４’、負圧側面５６’、前縁５８’、および後縁６０’として示される。同様に、第２のプロファイル１０４に関連する正圧側面５４、負圧側面５６、前縁５８、および後縁６０の部分は、二重素数、例えば、正圧側面５４’’、負圧側面５６’’、前縁５８’’、および後縁６０’’として示される。しかし、正圧側面５４’、５４’’および負圧側面５６’、５６’’は、それぞれ、スパン長さ７０に沿った異なる場所に位置決めされた、同じ連続的な正圧側面５４および負圧側面５６の部分であることが理解される。

【0034】

様々な実施形態において、第２のプロファイル１０４は、翼形部５２のスパン長さ７０の約９０％～約９９％の間で取られ得る。他の実施形態では、第２のプロファイル１０４は、翼形部５２のスパン長さ７０の約９２％～約９７％の間で取ることができる。特定の実施形態では、第２のプロファイル１０４は、翼形部５２のスパン長さ７０の約９５％で取られてもよい。

【0035】

多くの実施形態では、第１のプロファイル１０２は、第１のプロファイル１０２の正圧側面５４’と負圧側面５６’との間の中間に画定されたキャンバ軸１１３を含み得る。図４に示すように、キャンバ軸１１３は、概して弓形であり、第１のプロファイル１０２の正圧側面５４’および／または負圧側面５６’と実質的に同様の輪郭を含むことができる。同様に、第２のプロファイル１０４は、第２のプロファイル１０４の正圧側面５４’’と負圧側面５６’’との間の中間に画定されたキャンバ軸１３０を含み得る。図４に示すように、キャンバ軸１３０は、概して弓形であり、第２のプロファイル１０４の正圧側面５４’’および／または負圧側面５６’’と実質的に同様の輪郭を含むことができる。一部の領域（後縁６０’、６０’’付近など）では、キャンバ軸１１３、１３０が一致している場合がある。

【0036】

半径方向Ｒ’が、キャンバ軸１１３に関して直交して画定され得る。本明細書で使用する場合、「半径方向に」という用語は、キャンバ軸１１３に実質的に垂直である半径方向Ｒ’を指すことができる。より具体的には、図４に示す半径方向Ｒ’は、第１のプロファイル１０２のキャンバ軸１１３に沿った各場所でキャンバ軸１１３に接する線から外側に、そして線に垂直に延びる。

【0037】

図４に示すように、翼形部５２の第１のプロファイル１０２は、第２のプロファイル１０４に対して負圧側オーバーハング１０６、正圧側オーバーハング１０８、および正圧側アンダーハング１１０を含む。本明細書で使用する場合、「オーバーハング」は、２つのプロファイルに沿った同じ場所で取られた２つの異なるプロファイル間の変位、オフセット、および／または距離を指すために使用され、第１のプロファイルは、半径方向Ｒ’に関して指定された場所で第２のプロファイルから半径方向外側に位置決めされる。逆に、「アンダーハング」という用語は、２つのプロファイルに沿った同じ場所で取られた２つの異なるプロファイル間の変位、オフセット、および／または距離を指すために使用され、第１のプロファイルは、半径方向Ｒ’に関して指定された場所で第２のプロファイルから半径方向内側に位置決めされる。

【0038】

例えば、図４に示すように、負圧側オーバーハング１０６は、半径方向Ｒ’に関して第２のプロファイル１０４の負圧側面５６’’から半径方向外側に位置決めされた、第１のプロファイル１０２の負圧側面５６’の一部である。同様に、正圧側オーバーハング１０８は、半径方向Ｒ’に関して第２のプロファイル１０４の正圧側面５４’’から半径方向外側に位置決めされた、第１のプロファイル１０２の正圧側面５４’の一部である。正圧側アンダーハング１１０は、半径方向Ｒ’に関して第２のプロファイル１０４の正圧側面５４’’から半径方向内側に位置決めされた、第１のプロファイル１０２の正圧側面５４’の一部である。

【0039】

多くの実施形態では、第１のプロファイル１０２は、正圧側弧長１１４と、負圧側弧長１１６とを含み得る。正圧側弧長１１４は、正圧側面５４’に沿った前縁５８’から後縁６０’まで測定することができる。同様に、負圧側弧長１１６は、負圧側面５６’に沿った前縁５８’から後縁６０’まで測定することができる。正圧側弧長１１４または負圧側弧長１１６のパーセンテージを使用して、弧長１１４、１１６に沿った所与の特徴の位置を示すことができる。例えば、「２５％弧長」に位置する特徴は、前縁５８’から後縁６０’まで測定して、それぞれの弧長１１４または１１６の長さの４分の１に位置する特徴を指し得る。同様に、「７５％弧長」に位置するプロファイルは、同じく前縁５８’から後縁６０’まで測定して、それぞれの弧長１１４または１１６の長さの４分の３に位置する特徴を指すことができる。

【0040】

示すように、負圧側オーバーハング１０６は、負圧側弧長１１６全体に沿って画定され得る。さらに、図示の実施形態では、正圧側アンダーハング１１０および正圧側オーバーハング１０８は各々、正圧側弧長１１４の別個の部分に沿って画定される。第１のプロファイル１０２の正圧側面５４’は、前縁５８’の下流の遷移点１１２において、正圧側アンダーハング１１０から正圧側オーバーハング１０８に遷移する。様々な実施形態において、遷移点１１２は、正圧側弧長１１４の約１５％～約３５％の間に位置し得る。他の実施形態では、遷移点１１２は、正圧側弧長１１４の約２０％～約３２％の間に位置することができる。特定の実施形態では、遷移点１１２は、正圧側弧長１１４の約２８％に位置してもよい。

【0041】

翼形部５２の第１のプロファイル１０２は、第２のプロファイル１０４に対して最大正圧側オーバーハング１１８をさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、第１のプロファイル１０２の最大正圧側オーバーハング１１８は、正圧側弧長１１４の約４０％～約７０％の間に位置し得る。他の実施形態では、第１のプロファイル１０２の最大正圧側オーバーハング１１８は、正圧側弧長１１４の約４５％～約６５％の間に位置することができる。様々な実施形態において、第１のプロファイル１０２の最大正圧側オーバーハング１１８は、正圧側弧長１１４の約５０％～約６０％の間に位置し得る。特定の実施形態では、第１のプロファイル１０２の最大正圧側オーバーハング１１８は、正圧側弧長１１４の約５５％に位置してもよい。

【0042】

同様に、いくつかの実施形態では、翼形部の第１のプロファイル１０２は、最大負圧側オーバーハング１２０を含むことができる。第１のプロファイル１０２の最大負圧側オーバーハング１２０は、負圧側弧長１１６の約３０％～約６０％の間に位置し得る。他の実施形態では、第１のプロファイル１０２の最大負圧側オーバーハング１２０は、負圧側弧長１１６の約３５％～約５５％の間に位置することができる。様々な実施形態において、第１のプロファイル１０２の最大負圧側オーバーハング１２０は、負圧側弧長１１６の約４０％～約５０％の間に位置し得る。特定の実施形態では、第１のプロファイル１０２の最大負圧側オーバーハング１２０は、負圧側弧長１１６の約４５％に位置してもよい。

【0043】

図５、図６、および図７は、キャンバ軸１１３に沿った異なる場所、例えば、それぞれ図４の断面Ａ－Ａ、Ｂ－Ｂ、およびＣ－Ｃで取られた翼形部５２の異なる断面図を示している。図５～図７に示すように、翼形部５２は、第１のスパン長さ１２２と、第２のスパン長さ１２４とをさらに含むことができる。本明細書に記載のように、第１のスパン長さ１２２は、第１のプロファイル１０２が画定される長さであり得る。同様に、第２のスパン長さ１２４は、第２のプロファイル１０４が画定される長さであり得る。さらに、示すように、翼形部は、正圧側フィレット１２６と、負圧側フィレット１２８とを含むことができる。

【0044】

正圧側フィレット１２６は、第２のスパン長さ１２４と第１のスパン長さ１２２との間、すなわち、第２のプロファイル１０４と第１のプロファイル１０２との間に半径方向にある正圧側面５４の一部を画定し得る。図５～図７に示すように、正圧側フィレット１２６は、正圧側アンダーハング１１０、遷移点１１２、および正圧側オーバーハング１０８を少なくとも部分的に画定する１つの連続面とすることができる。同様に、負圧側フィレット１２８は、第２のスパン長さ１２４と第１のスパン長さ１２２との間、すなわち、第２のプロファイル１０４と第１のプロファイル１０２との間に半径方向にある負圧側面５６の一部を画定し得る。図５～図７に示すように、負圧側フィレット１２８は、負圧側オーバーハング１０６を少なくとも部分的に画定する１つの連続面とすることができる。

【0045】

正圧側フィレット１２６および負圧側フィレット１２８は、翼形部５２の先端６８を横切る燃焼ガスの全体的な漏れを低減するように機能する。具体的には、正圧側アンダーハング１１０、正圧側オーバーハング１０８、および負圧側オーバーハング１０６は共に機能し、翼形部５２の全体的な空気力学的効率を高める。例えば、本明細書に記載の先端で結合されたオーバーハングおよびアンダーハングは、先端の渦の形成および先端の漏れを低減し、それによって翼形部の先端を横切る圧力勾配の形成を抑制し、空気力学的性能の改良を支援することができる。

【0046】

したがって、本明細書に記載の翼形部５２は、全体的なガスタービン効率を改良する。具体的には、翼形部５２は、所望のタービン効率減率（ｔｕｒｂｉｎｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｌａｐｓｅ ｒａｔｅ）（ＩＳＯ、高温、低温、部分負荷など）を提供する。翼形部５２はまた、すべての空力および応力の要件を満たしている。本明細書に記載のタービンロータブレード５０は、上流バケットの半径方向背圧（すなわち、作業分割）および下流タービンロータ１５０、２５０、３５０、および４５０についての半径方向の速度三角形など、非常に特定の空気力学的設計要件を有する。これらの設計目標を達成するには、部門を超えた多大な設計努力が必要であった。したがって、タービンロータブレード５０の翼形部５２は、効率的かつ費用効果の高い方式で空気力学的、機械的、および熱伝達の要件を満たすための特定の形状のものである。

【0047】

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組み込まれた方法の実施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。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、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】

【0048】

１０ ガスタービン
１２ 入口セクション
１４ 圧縮機セクション
１６ 燃焼器セクション
１８ タービンセクション
２０ 排気セクション
２２ タービンシャフト
２４ ロータディスク
２６ ロータブレード
２８ ロータディスク
３０ ロータブレード
３１ 外側ケーシング
３２ 高温ガス経路
３４ 燃焼ガス
３６ タービンロータ
５０ タービンロータブレード
５２ 翼形部
５４ 正圧側面
５４’ 正圧側面
５４’’ 正圧側面
５６ 負圧側面
５６’ 負圧側面
５６’’ 負圧側面
５８ 前縁
５８’ 前縁
５８’’ 前縁
６０ 後縁
６０’ 後縁
６０’’ 後縁
６４ 根元／第１の端部
６６ プラットフォーム
６８ 先端
７０ スパン長さ／スパン方向
７２ フィレット
７４ 装着部分
１００ タービンノズル／ベーン
１０２ 第１のプロファイル
１０４ 第２のプロファイル
１０６ 負圧側オーバーハング
１０８ 正圧側オーバーハング
１１０ 正圧側アンダーハング
１１２ 遷移点
１１３ キャンバ軸
１１４ 正圧側弧長
１１６ 負圧側弧長
１１８ 最大正圧側オーバーハング
１２０ 最大負圧側オーバーハング
１２２ 第１のスパン長さ
１２４ 第２のスパン長さ
１２６ 正圧側フィレット
１２８ 負圧側フィレット
１３０ キャンバ軸
１５０ タービンロータブレード／下流タービンロータ
２００ タービンノズル
２５０ タービンロータブレード／下流タービンロータ
３００ タービンノズル
３５０ タービンロータブレード／下流タービンロータ
４００ タービンノズル
４５０ タービンロータブレード
Ａ 軸方向
Ｒ 半径方向
Ｒ’ 半径方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】