特表 2024-513434 軸方向にオフセットしたカッター歯を有するタービンブレード先端シュラウド並びに、関連する表面形状及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-25

(54)【発明の名称】軸方向にオフセットしたカッター歯を有するタービンブレード先端シュラウド並びに、関連する表面形状及び方法

(51)【国際特許分類】

   F01D 5/20 20060101AFI20240315BHJP

   F01D 11/08 20060101ALI20240315BHJP

   F02C 7/28 20060101ALI20240315BHJP

   F01D 11/12 20060101ALI20240315BHJP

【ＦＩ】

F01D5/20

F01D11/08

F02C7/28 A

F01D11/12

【審査請求】未請求

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2023561195

(86)(22)【出願日】2022-04-08

(85)【翻訳文提出日】2023-11-28

(86)【国際出願番号】 US2022071630

(87)【国際公開番号】W WO2022217273

(87)【国際公開日】2022-10-13

(31)【優先権主張番号】63/172,777

(32)【優先日】2021-04-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/691,377

(32)【優先日】2022-03-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(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】ジャヤナ、スリニヴァサ ゴヴァルダン

(72)【発明者】

【氏名】ピルソン、リチャード ライアン

(72)【発明者】

【氏名】ゼミティス、ウィリアム スコット

【テーマコード（参考）】

3G202

【Ｆターム（参考）】

3G202KK04

(57)【要約】

【課題】軸方向にオフセットされたカッター歯を持つタービンブレード先端シュラウド、及び関連する表面形状を提供する。
【解決手段】タービンブレード（２００）の先端シュラウド（２２０）は、先端レール（２５０）の上流側（２５２）及び下流側（２５４）の一方から先端レール（２５０）から延び、本体（２２７）の前縁（２２９）に隣接する第１のカッター歯（２６０）を有する。先端シュラウド（２２０）はまた、第１のカッター歯（２６０）から軸方向に離れた位置で、先端レール（２５０）の他方の側から先端レール（２５０）から延びる第２のカッター歯（２６２）を含む。カッター歯（２６０、２６２）は軸方向にオフセットされている。先端シュラウド（２２０）は、この形状で最初に製造することができ、あるいは、先端シュラウド本体の前縁の近くに反対側にカッター歯を有する使用済みの先端シュラウドから変更することもできる。デカルト座標で表される様々な先端シュラウド表面形状も提供される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

タービンブレード（２００）先端シュラウド（２２０）であって、
エアフォイル（２０２）の半径方向外側端部（２２２）でエアフォイル（２０２）に結合するように構成された本体（２２７）であって、本体（２２７）は、前縁（２２９）と、前縁（２２９）の反対側の後縁（２３１）とを有する、本体（２２７）と、
本体（２２７）から半径方向に延びる先端レール（２５０）であって、先端レール（２５０）は、上流側（２５２）と、上流側（２５２）の反対側の下流側（２５４）とを有する、先端レール（２５０）と、
先端レール（２５０）の上流側（２５２）及び下流側（２５４）の一方から先端レール（２５０）から延び、本体（２２７）の前縁（２２９）に隣接する第１のカッター歯（２６０）と、
先端レール（２５０）の上流側（２５２）及び下流側（２５４）の他方から、第１のカッター歯（２６０）から軸方向に離れた位置で、先端レール（２５０）から延びる第２のカッター歯（２６２）と、
を含む、タービンブレード（２００）先端シュラウド（２２０）。

【請求項2】

第１のカッター歯（２６０）が先端レール（２５０）の上流側（２５２）から延び、第２のカッター歯（２６２）が先端レール（２５０）の下流側（２５４）から延びている、請求項１に記載のタービンブレード（２００）先端シュラウド（２２０）。

【請求項3】

第１のカッター歯（２６０）から軸方向に離れた位置が、先端レール（２５０）の軸方向長さの３０％～５０％の範囲内にある、請求項１に記載のタービンブレード（２００）先端シュラウド（２２０）。

【請求項4】

タービンブレード（２００）先端シュラウド（２２０）を修正する方法であって、
タービンブレード（２００）先端シュラウド（２２０）の先端レール（２５０）の上流側（２５２）及び下流側（２５４）の選択された側から延びる第１のカッター歯（２６０）を除去するステップであって、第１のカッター歯（２６０）は、先端レール（２５０）の上流側（２５２）及び下流側（２５４）の他方の側から先端レール（２５０）から延びる第２のカッター歯（２６２）の反対側にある、前記ステップと、
先端レール（２５０）の上流側（２５２）及び下流側（２５４）のうち選択された側に、第２のカッター歯（２６２）から軸方向に離れた位置に第３のカッター歯を形成するステップと、
を含む方法。

【請求項5】

第１のカッター歯（２６０）及び第２のカッター歯（２６２）が、タービンブレード（２００）先端シュラウド（２２０）の本体（２２７）の前縁（２２９）に隣接している、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

第２のカッター歯（２６２）が先端レール（２５０）の上流側（２５２）から延び、第３のカッター歯が先端レール（２５０）の下流側（２５４）から延びる、請求項４に記載の方法。

【請求項7】

第２のカッター歯（２６２）から軸方向に離れた位置が、先端レール（２５０）の軸方向長さの３０％～５０％の範囲である、請求項４に記載の方法。

【請求項8】

タービンブレード（２００）先端シュラウド（２２０）の本体（２２７）が、軸方向に反対に延びる一対のウィング（２３０）を含み、軸方向に反対に延びる一対のウィング（２３０）の少なくとも一方の一部を除去するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。

【請求項9】

一対の軸方向に反対に延びるウィング（２３０）の少なくとも一方の部分を除去するステップが、より直線的な端面（２７２）形状からその端面（２７０）を丸めるステップを含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

一対の軸方向に反対に延びるウィング（２３０）の少なくとも一方の部分を除去するステップが、直線状の端面（２７２）を形成するステップを含む、請求項８に記載の方法。

【請求項11】

タービンブレード（２００）先端シュラウド（２２０）であって、
エアフォイル（２０２）の半径方向外側端部（２２２）においてエアフォイル（２０２）に結合するように構成された、軸方向に反対に延びる一対のウィング（２３０）であって、エアフォイル（２０２）は、負圧側（２０６）と、負圧側（２０６）の反対側の正圧側（２０４）と、正圧側（２０４）と負圧側（２０６）との間にまたがる前縁（２０８）と、前縁（２０８）の反対側で、正圧側（２０４）と負圧側（２０６）との間にまたがる後縁（２１０）と、を有する、一対のウィング（２３０）と、
軸方向に反対に延びる一対のウィング（２３０）から半径方向に延びる先端レール（２５０）であって、先端レール（２５０）は、下流側（２５４）と、下流側（２５４）の反対側の上流側（２５２）と、最前方かつ半径方向最外側の起点（２８０）とを有する、先端レール（２５０）と、を含み、
先端レール（２５０）の側面（２５２、２５４）は、表Ｉに示されるＸＹデカルト座標値の少なくとも一部に実質的に従った公称プロファイルを有する形状を有し、最前方及び半径方向最外側の点（２８０）を起点とする、ここで、デカルト座標値は、Ｘ値及びＹ値に距離単位で表される先端レール（２５０）軸方向長さを乗算することによって距離に変換可能な０％から１００％の無次元値であり、Ｘ値及びＹ値は、先端レール（２５０）側面プロファイルを画定するために線で結ばれる、タービンブレード（２００）先端シュラウド（２２０）。

【請求項12】

エアフォイル（２０２）及びタービンブレード（２００）先端シュラウド（２２０）が第３ステージブレードの部品である、請求項１１に記載のタービンブレード（２００）先端シュラウド（２２０）。

【請求項13】

前縁表面（２９０）及び後縁表面（２９２）が、表ＩＩに示されるＸ、Ｙ、及びＺ値のデカルト座標値の少なくとも一部に実質的に従った公称プロファイルを有する形状を有し、最前方及び半径方向外側の点（２８０）を起点とし、デカルト座標値は、先端レール（２５０）の軸方向長さを乗算することによって距離に変換可能な０％から１００％の無次元値であり、Ｘ、Ｙ、Ｚ値は、互いに滑らかに結合されて、前縁表面（２９０）プロファイル及び後縁表面（２９２）プロファイルを形成する、請求項１１に記載のタービンブレード（２００）先端シュラウド（２２０）。

【請求項14】

タービンブレード（２００）先端シュラウド（２２０）であって、
エアフォイル（２０２）の半径方向外側端部（２２２）でエアフォイル（２０２）に結合するように構成された、軸方向に反対に延びる一対のウィング（２３０）であって、エアフォイル（２０２）は、正圧側（２０４）と、正圧側（２０４）の反対側の負圧側（２０６）と、正圧側（２０４）と負圧側（２０６）との間にまたがる前縁（２０８）と、前縁（２０８）の反対側で、正圧側（２０４）と負圧側（２０６）との間にまたがる後縁（２１０）とを有する、一対のウィング（２３０）と、
軸方向に反対に延びる一対のウィング（２３０）から半径方向に延びる先端レール（２５０）であって、先端レール（２５０）は、下流側（２５４）と、下流側（２５４）の反対側の上流側（２５２）と、最前方かつ半径方向最外側の起点（２８０）と、を有する、先端レール（２５０）と、
表ＩＩに示されるＸ、Ｙ、及びＺ値のデカルト座標値の少なくとも一部に実質的に従った公称プロファイルを有する形状を有し、最前方及び半径方向最外側の点（２８０）を起点とする、前縁表面（２９０）及び後縁表面（２９０）と、
を含み、
デカルト座標値は、先端レール（２５０）の軸方向長さを乗算することによって距離に変換可能な０％から１００％の無次元値であり、Ｘ、Ｙ、及びＺ値は、互いに滑らかに結合されて前縁表面（２９０）プロファイル及び後縁表面（２９２）プロファイルを形成する、タービンブレード（２００）先端シュラウド（２２０）。

【請求項15】

エアフォイル（２０２）及びタービンブレード（２００）先端シュラウド（２２０）が第３ステージブレードの部品である、請求項１４に記載のタービンブレード（２００）先端シュラウド（２２０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示される主題は、ターボ機械（turbomachines：ターボマシン）に関する。より詳細には、本明細書に開示される主題は、軸方向にオフセットされたカッター歯を有するタービンブレード先端シュラウド、及び先端シュラウドのための関連する表面プロファイルに関する。先端シュラウドの修理方法も提供される。

【背景技術】

【0002】

いくつかのジェット機及び単純サイクル又は複合サイクル発電所システムは、その構成及び動作においてタービン、いわゆるターボ機械を採用している。これらのタービンの中には、動作中に流体の流れに曝されるエアフォイル（airfoils：翼、翼型）、例えば、タービンノズル、ブレード、翼型など（turbine nozzles, blades, airfoils, etc.）を採用しているものがある。これらのエアフォイルは、流体流と空気力学的に相互作用し、発電の一部として流体流からエネルギーを生成するように構成されている。例えば、推力を発生させるため、運動エネルギーを機械エネルギーに変換するため、及び／又は熱エネルギーを機械エネルギーに変換するためにエアフォイルを使用することができる。さらに、運転中、エアフォイルの半径方向外端にある先端シュラウドは、静止部品と相互作用して、高温の気体をエアフォイルに導く。このような相互作用とそれに伴うエネルギー変換により、先端シュラウドの空力特性（aerodynamic characteristic）は、システムやタービンの運転、性能、推力、効率、信頼性、出力に損失をもたらす可能性がある。また、先端シュラウドと固定部品との相互作用により、先端シュラウドにアンバランスが生じ、ブレードのクリープ寿命が短くなったり、前述の問題が拡大したりする可能性もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願公開２００８／２９２４６６号明細書

【発明の概要】

【0004】

以下に記載するすべての態様、例及び特徴は、技術的に可能な任意の方法で組み合わせることができる。

【0005】

本開示の一態様は、タービンブレード先端シュラウドを提供する。タービンブレード先端シュラウド、エアフォイルの半径方向外側端部においてエアフォイルに結合するように構成された本体であって、該本体は、前縁と、該前縁の反対側の後縁とを有する、前記本体と、前記本体から半径方向に延びる先端レールであって、該先端レールは、上流側と、該上流側の反対側の下流側とを有する、前記先端レールと、前記先端レールの上流側及び下流側の一方から前記先端レールから延び、前記本体の前縁に隣接する第１のカッター歯と、前記第１のカッター歯から軸方向に離れた位置で、前記先端レールの上流側及び下流側の他方から前記先端レールから延びる第２のカッター歯とを含む。

【0006】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、前記第１のカッター歯は、前記先端レールの上流側から延び、前記第２のカッター歯は、前記先端レールの下流側から延びる。

【0007】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、前記第１のカッター歯から前記軸方向に離れた前記位置は、前記先端レールの軸方向長さの３０％～５０％の範囲内である。

【0008】

本開示の一態様は、タービンブレード先端シュラウドを修正する方法を提供する。本方法は、タービンブレード先端シュラウドの先端レールの上流側及び下流側の選択された側から延びる第１のカッター歯を除去する工程であって、第１のカッター歯は、先端レールの上流側及び下流側の他方の側から先端レールから延びる第２のカッター歯の反対側にある、前記工程と、前記第２のカッター歯から軸方向に離れた位置で、前記先端レールの上流側及び下流側の選択された側に第３のカッター歯を形成する工程と、を含む。

【0009】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、前記第１のカッター歯及び前記第２のカッター歯は、前記タービンブレード先端シュラウドの前記本体の前縁に隣接している。

【0010】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、前記第２のカッター歯は、前記先端レールの上流側から延び、第３のカッター歯は、前記先端レールの下流側から延びる。

【0011】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、前記第２のカッター歯から軸方向に離れた前記位置は、前記先端レールの軸方向長さの３０％～５０％の範囲内である。

【0012】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、タービンブレード先端シュラウドの本体は、軸方向に反対に延びる一対のウィング（a pair of opposed, axially extending wings）を含み、前記軸方向に反対に延びる一対のウィングの少なくとも一方の一部を除去する工程をさらに含む。

【0013】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、前記一対の軸方向に反対に延びるウィングの少なくとも一方の前記一部を除去する工程は、より直線的な縁部表面形状からその縁部表面を丸める工程を含む。

【0014】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、前記一対の軸方向に反対に延びるウィングの少なくとも一方の前記一部を除去する工程は、直線状の端面を形成する工程を含む。

【0015】

本開示の一態様は、タービンブレード先端シュラウドを提供する。タービンブレード先端シュラウドは、エアフォイルの半径方向外端でエアフォイルに結合するように構成された、軸方向に反対に延びる一対のウィングであって、エアフォイルは、負圧側と、負圧側の反対側の正圧側と、正圧側と負圧側との間にまたがる前縁と、前縁の反対側で、正圧側と負圧側との間にまたがる後縁とを有する、一対のエアフォイルと、軸方向に反対に延びる一対のウィングから半径方向に延びる先端レールと、を備え、先端レールは、下流側と、下流側の反対の上流側と、最前方及び半径方向最外側の起点（origin）と、を有し、先端レールの側面は、表Ｉに示されるＸ及びＹのデカルト座標値の少なくとも一部に実質的に従った公称プロファイルを有する形状を有し、最前方及び半径方向最外側の点を起点とする、デカルト座標値は、Ｘ値及びＹ値に距離単位で表される先端レール軸方向長さを乗算することによって距離に変換可能な０％から１００％の無次元値であり、Ｘ値及びＹ値は、先端レール側面プロファイルを定義するために線で結ばれている。

【0016】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、エアフォイル及びタービンブレード先端シュラウドは、第３ステージブレードの部品である。

【0017】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、前縁表面及び後縁表面は、表ＩＩに規定されるＸ、Ｙ、及びＺ値のデカルト座標値の少なくとも一部に実質的に従った公称プロファイルを有する形状を有し、最前方及び半径方向最外側の点を起点とする、ここで、デカルト座標値は、０％から１００％の無次元値であり、その値に先端レール軸方向長さを乗じることによって距離に変換可能であり、Ｘ、Ｙ、Ｚ値は、互いに滑らかに結合されて、前縁表面形状及び後縁表面形状を形成する。

【0018】

本開示の一態様は、タービンブレード先端シュラウドを提供する。タービンブレード先端シュラウドは、エアフォイルの半径方向外側端部においてエアフォイルに結合するように構成された、軸方向に反対に延びる一対のウィング（a pair of opposed, axially extending wings）であって、エアフォイルは、正圧側と、正圧側の反対の負圧側と、正圧側と負圧側との間にまたがる前縁と、前縁の反対側で、正圧側と負圧側との間にまたがる後縁とを有する、前記一対のエアフォイルと、前記軸方向に反対に延びる一対のウィングから半径方向に延びる先端レールであって、該先端レールは、下流側と、該下流側の反対の上流側と、最前方及び半径方向最外側の起点（forward-most and radially outermost origin）とを有する、先端レールと、表ＩＩに示されるＸ、Ｙ、及びＺ値のデカルト座標値の少なくとも一部に実質的に従った公称プロファイルを有する形状を有し、最前方及び半径方向最外側の点を起点とする前縁表面及び後縁表面とを含み、デカルト座標値は、先端レールの軸方向長さを乗算することによって距離に変換可能な０％～１００％の無次元値であり、Ｘ、Ｙ、及びＺ値は、互いに滑らかに接合されて、前縁表面プロファイル及び後縁表面プロファイルを形成する。

【0019】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、エアフォイル及びタービンブレード先端シュラウドは、第３ステージブレードの部品（parts of a third stage blade）である。

【0020】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、先端レールの側面は、表Ｉに示されるＸＹデカルト座標値の少なくとも一部に従って実質的に公称プロファイルを有する形状を有し、最前方及び半径方向外側の点を起点とし（originating at the forward-most and radially outermost origin）、デカルト座標値は、０％から１００％の無次元値であり、Ｘ値及びＹ値に距離単位で表される（expressed in units of distance）先端レール軸方向長さを乗算することにより距離に変換可能であり、Ｘ値及びＹ値は、先端レール側面プロファイルを定義するために線で結ばれる。

【0021】

本開示において説明される２つ以上の態様は、要約において説明されるものを含め、本明細書において特に説明されない実施態様を形成するために組み合わされ得る。

【0022】

１つ又は複数の実施態様の詳細は、添付の図面及び以下の説明に記載されている。他の特徴、目的及び利点は、発明の詳細な説明及び図面、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0023】

本開示のこれらの特徴及び他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付の図面と併せて取られる本開示の様々な態様の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1】例示的なターボ機械の概略図を示す。

【図2】図１のターボ機械と共に使用され得る４つのステージを有する例示的なガスタービン組立体の断面図を示す。

【図3】本開示の様々な実施形態による、エアフォイルの半径方向外側端部に先端シュラウドを含む例示的なタービンブレードの概略三次元図を示す。

【図4】本開示の様々な実施形態による、先端シュラウドの平面図を示す。

【図5】本開示の他の実施形態による、先端シュラウドの平面図を示す。

【図6】本開示の様々な実施形態による、修正される先行技術の先端シュラウドの平面図を示す。

【図7】本開示の実施形態による、カッター歯と、任意選択で、先端シュラウドの１以上のウィングの一部とを除去することによって修正された先端シュラウドの平面図を示す。

【図8】本開示の様々な実施形態による、先端レール上流側及び下流側表面プロファイルデータ点を含む先端シュラウドの平面図を示す。

【図9】本開示の様々な実施形態による、前縁表面及び後縁表面のプロファイルデータ点を含む先端シュラウドの平面図を示す。

【0024】

本開示の図面は必ずしも縮尺通りではないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様のみを描写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して考慮されるべきではない。図面において、同様の番号は、図面間の同様の要素を表す。

【発明を実施するための形態】

【0025】

最初の問題として、現在の技術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に言及し説明するときに、特定の用語を選択することが必要になる。可能な限り、一般的な業界用語が使用され、その受け入れられた意味と一致する方法で採用される。特に断らない限り、このような用語は、本出願の文脈及び添付の特許請求の範囲と一致する広範な解釈が与えられるべきである。当業者であれば、特定の構成要素が複数の異なる用語又は重複する用語を用いて言及されることが多いことを理解するであろう。本明細書において単一の部品であると説明されるものは、別の文脈では複数の部品から構成されるものを含み、参照される場合がある。あるいは、本明細書において複数の構成要素を含むものとして説明されているものが、他の箇所では単一部品として言及されている場合もある。

【0026】

さらに、本明細書では、いくつかの説明的な用語が繰り返し使用される（used regularly）ことがあり、本節の冒頭でこれらの用語を定義しておくことが役立つはずである。これらの用語及びその定義は、特に否定されない限り、以下の通りである。本明細書で使用する「下流」及び「上流」は、タービンを通る作動流体やタービンブレードによる作動流体、又は、例えば、燃焼器を通る空気の流れやタービンの構成システムの１つを通る冷却水の流れなど、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方向に対応し、「上流」という用語は流れと反対方向を指す。ガスタービンを流れる流体の流れの中に配置される翼やシュラウドなどの構成部品は、流体の向かってくる流（oncoming flow of fluids）に最初に遭遇する構成部品の最前縁である「前縁」と、前縁とは反対側の「後縁」を有するものとして説明することができる。「前方」及び「後方」という用語は、これ以上具体的に説明することなく、方向を指し、「前方」はエンジンの前方又はコンプレッサ端部を指し、「後方」はエンジンの後方又はタービン端部を指す。

【0027】

中心軸に対して異なる半径方向位置に配置された部品を説明することがしばしば必要とされる。「半径（radial）」という用語は、軸に垂直な移動又は位置を指す。例えば、第１の部品が第２の部品よりも軸に近い位置にある場合、本明細書では、第１の部品が第２の部品よりも「半径方向内側（radially inward）」又は「インボード（inboard）」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から遠くに存在する場合、本明細書では、第１の構成要素が第２の構成要素の「半径方向外側（radially outward）」又は「アウトボード（outboard）」にあると記載することができる。「軸（axial）」という用語は、軸Ａ、例えばロータシャフト１１０に平行な移動又は位置を指す。最後に、「周（circumferential）」という用語は、軸の周りの移動又は位置（movement or position around an axis）を指す。このような用語は、タービンの中心軸に関連して適用されてもよいことが理解されよう。

【0028】

さらに、本明細書では、以下に説明するように、いくつかの説明的用語が規則的に使用される場合がある。「第１」、「第２」、及び「第３」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互換的に使用され得、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図していない。

【0029】

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上明らかにそうでないことが示されない限り、複数形も含むことが意図される。さらに、本明細書において使用される場合、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、記載された特徴、整数、ステップ、操作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するが、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素、及び／又はそれらのグループの存在又は追加を排除するものではないことが理解されるであろう。「任意（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」又は「任意に（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、その後に記述される事象又は状況が発生してもしなくてもよく、その記述が事象が発生する例と発生しない例を含むことを意味する。

【0030】

ある要素又は層が、他の要素又は層上に「ある（on）」、「係合されている（engaged to）」、「接続されている（connected to）」、又は「結合されている（coupled to）」と称される場合、それは、他の要素又は層上に直接、係合されているか、接続されているか、又は結合されているか、又は介在する要素又は層が存在してもよい。対照的に、ある要素が他の要素や層の上に「直接（directly on）」、「直接係合（directly engaged to）」、「直接接続（directly connected to）」、「直接結合（directly coupled to）」されていると呼ばれる場合、介在する要素や層が存在しないこともある。要素間の関係を説明するために使用される他の単語も、同様に解釈されるべきである（例えば、「間（between）」対「直接間（directly between）」、「隣接（adjacent）」対「直接隣接（directly adjacent）」など）。本明細書で使用される場合、用語「及び／又は」は、関連する列挙された項目の１つ又は複数の任意の及びすべての組み合わせを含む。

【0031】

本開示の様々な態様は、先端レールの上流側及び下流側の一方から先端レールから延び、本体の前縁に隣接して配置された第１のカッター歯を有するタービンブレード先端シュラウドに関する。先端シュラウドはまた、第１のカッター歯から軸方向に離れた位置で、先端レールの上流側及び下流側の他方から先端レールから延びる第２のカッター歯を含む。先端シュラウドは、当初この形状で製造することができる。あるいは、本明細書に記載の修正方法によれば、先端シュラウドを、先端シュラウド本体の前縁部近傍に反対方向のカッター歯（opposing cutter teeth）を有するように修正することができる。

【0032】

本開示の複数の態様は、デカルト座標の観点から表される先端シュラウド表面プロファイルを含み得る。先端レールは、本明細書で説明されるように、先端レールの側面、すなわちその上流側及び下流側の表面プロファイル、ならびに先端シュラウドの前縁表面プロファイル及び後縁表面プロファイルの基準点（reference point）として機能する、最前方起点及び半径方向最外縁起点を含む。表面プロファイルは、それぞれの表に記載されたＸ及びＹ、おそらくはＺのデカルト座標値の少なくとも一部に実質的に従った公称プロファイルを有する形状として記載される。デカルト座標は、先端レールの最も前方で半径方向に最も外側の点を起点とする（originate at the forward-most and radially outermost origin of the tip rail）。

【0033】

デカルト座標値（Cartesian coordinate values）は、距離の単位で表現された特定の正規化パラメータ値によって値を乗算することによって距離に変換可能な０％から１００％の無次元値である。すなわち、表の座標値は正規化パラメータのパーセンテージであるので、正規化パラメータの実際の所望の距離の乗算は、正規化パラメータのその実際の所望の距離を有する先端シュラウドについての表面プロファイルの実際の座標をレンダリングする。本明細書でさらに説明されるように、正規化パラメータは、先端レール軸方向長さＬＴＲ（図４）を含み得る。したがって、先端レール表面形状の実際のＸ、Ｙ、及びおそらくＺの値は、特定のテーブル内の値に実際の所望の先端レール軸方向長さＬＴＲ（例えば、５．２センチメートル）を乗算することによってレンダリングすることができる。いずれにせよ、Ｘ値、Ｙ値、及び提供される場合にはＺ値は、滑らかな表面プロファイルを定義するために、線及び／又は円弧によって接続される。

【0034】

図面を参照すると、図１は、発電のために使用され得る燃焼タービン又はガスタービン（ＧＴ）システム１００（以下、「ＧＴシステム１００」という）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、共通ロータ圧縮機／タービンシャフト１１０（以下、「ロータシャフト１１０」と称する）とを含む。非限定的な一実施形態では、ＧＴシステム１００は、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｇｒｅｅｎｖｉｌｌｅ，Ｓ．Ｃ．で販売されている９Ｆ．０５エンジンとすることができる。本開示は、任意の特定のＧＴシステムに限定されるものではなく、例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙの他のＨＡ、Ｆ、Ｂ、ＬＭ、ＧＴ、ＴＭ及び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に関連して実施することができる。さらに、本開示の教示は、必ずしもＧＴシステムのみに適用されるものではなく、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、コンプレッサなどに適用することができる。

【0035】

図２は、図１のＧＴシステム１００と共に使用され得る４つのステージ（stages：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つのステージは、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３と称される。ステージＬ０は、第１ステージであり、４つのステージの中で（半径方向において）最小である。ステージＬ１は第２ステージであり、軸方向においてステージＬ０に隣接し、ステージＬ０の下流にある次のステージである。ステージＬ２は第３のステージで、軸方向で次のステージであり、ステージＬ１に隣接し、ステージＬ１の下流にある。ステージＬ３は４番目の最終のステージ（last stage）であり、（半径方向で）最大のステージである。４つのステージは、１つの非限定的な例として示されているだけであり、各タービン１０８は、４つよりも多いステージ又は４つよりも少ないステージを有していてもよいことを理解されたい。

【0036】

一組の静止ベーン又はノズル（stationary vanes or nozzles）１１２は、一組の回転ブレード１１４と協働して、タービン１０８の各ステージＬ０～Ｌ３を形成し、タービン１０８を通る流路の一部を画定する。各組の回転ブレード（rotating blades）１１４は、それらをロータシャフト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、複数の回転ブレード１１４は、各ロータホイール１１６に周方向に間隔をあけて機械的に結合されている。静止ノズル部１１５は、ロータシャフト１１０の周囲に周方向に間隔を置いて配置された静止ノズル１１２を含む。各ノズル１１２は、エアフォイル１３０と連結された少なくとも１つの端壁（又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、半径方向外側の端壁１２０と半径方向内側の端壁１２２とを含む。半径方向外側の端壁１２０は、ノズル１１２をタービン１０８のケーシング１２４に結合する。

【0037】

図１～２を参照すると、運転中、空気は圧縮機１０２を通って流れ、圧縮空気は燃焼器１０４に供給される。具体的には、圧縮空気は、燃焼器１０４と一体である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と流路連通している。燃料ノズルアセンブリ１０６は、燃料源（図１には示されていない）とも流路連通しており、燃料と空気を燃焼領域１０５に流す。燃焼器１０４は燃料に点火し燃焼させる。燃焼器１０４は、ガス流の熱エネルギーが機械的な回転エネルギーに変換されるタービン１０８と流路連通している。タービン１０８は、ロータシャフト１１０に回転可能に連結され、駆動される。圧縮機１０２もロータシャフト１１０に回転可能に連結される場合がある。例示的な実施形態では、複数の燃焼器１０４と燃料ノズルアセンブリ１０６が存在する。以下の議論では、特に断らない限り、各構成要素のうちの１つだけを議論する。回転ロータシャフト１１０の少なくとも一端は、圧縮機１０２又はタービン１０８のいずれかから軸方向に離れて延びていてもよく、発電機、負荷圧縮機、及び／又は別のタービンなどの負荷又は機械（図示せず）に取り付けられていてもよいが、これらに限定されない。

【0038】

図３は、ブレード２００としての例示的なタービンロータブレード１１４を詳細に示す拡大透視図である。説明の便宜上、Ｘ軸が概ね軸方向に延び（すなわち、ロータシャフト１１０（図１）の軸Ａに沿って延び）、Ｙ軸がロータシャフト１１０（図１）の軸Ａに対して概ね垂直に延び（円周平面を示す）、Ｚ軸がロータシャフト１１０（図１）の軸Ａに対して、半径方向に延びる凡例が図面に提供され得る。図３と比較して、凡例の矢印の方向は、正の座標値の方向を示す。

【0039】

ブレード２００は、回転可能な（動的な：ｄｙｎａｍｉｃ）ブレードであり、これは、タービン（例えば、タービン１０８）のステージにおいてロータシャフト１１０（図１）に対して周方向に分散されたタービンロータブレード１１４のセットの一部であり得る。すなわち、タービンの運転中、作動流体（例えば、ガス又は蒸気）がブレードのエアフォイルを横切って向けられると、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によって画定される軸Ａを中心に回転する。ブレード２００は、タービンのステージにおけるブレードのセットを形成するために、複数の類似の又は別個のブレード（例えば、ブレード２００又は他のブレード）と結合する（締結具、溶接、スロット／溝などを介して機械的に結合する）ように構成されていることが理解される。図２を参照すると、様々な非限定的実施形態において、ブレード２００は、第１ステージ（Ｌ０）ブレード、第２ステージ（Ｌ１）ブレード、第３ステージ（Ｌ２）ブレード、又は第４ステージ（Ｌ３）ブレードを含むことができる。特定の実施形態では、ブレード２００は、第３ステージ（Ｌ２）ブレードであり得る。様々な実施形態において、タービン１０８は、タービン１０８の第１ステージ（Ｌ０）のみに、又は第２ステージ（Ｌ３）のみに、又は第３ステージ（Ｌ２）のみに、又は第４ステージ（Ｌ３）のみに、一組のブレード２００を含むことができる。

【0040】

図３に戻ると、ブレード２００は、正圧側２０４（この図では閉塞されている）及び正圧側２０４の反対側の負圧側２０６を有するエアフォイル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との間にまたがる前縁２０８と、前縁２０８の反対側で、正圧側２０４と負圧側２０６との間にまたがる後縁２１０とを含むことができる。前述のように、エアフォイル２０２の正圧側２０４は一般に上流側を向いており、負圧側２０６は一般に下流側を向いている。

【0041】

図示されているように、ブレード２００のエアフォイル２０２は、根元端２１２のプラットフォームから半径方向外端２２２まで延びている。根元端２１２は、正圧側２０４、負圧側２０６、前縁２０８及び後縁２１０に沿ってエアフォイル２０２と連結することができる。より詳細には、ブレード２００は、根元端２１２においてエンドウォール２１３に結合され、その先端端又は半径方向外側端２２２において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」）に結合されたエアフォイル２０２を含む。先端シュラウド２２０は、本開示の実施形態に従って変更されたものとして図示されている。

【0042】

エンドウォール２１３は、図３ではダブテール（dovetail：蟻溝）２２４を含むように図示されているが、エンドウォール２１３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。根元端２１２は、ダブテール２２４を介して、タービンロータシャフト（例えば、ロータシャフト１１０）の嵌合スロット（例えば、ダブテールスロット）に嵌合し、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ている。根元端２１２は、エアフォイル２０２の半径方向内側に位置し、ロータシャフトに対して任意の相補的な構成に形成されることが意図されている。

【0043】

様々な実施形態において、ブレード２００は、エアフォイル２０２の半径方向内側端部２２６に近接するフィレット２１４を含み、フィレット２１４は、エアフォイル２０２と根元端２１２のプラットフォームとを接続する。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され得る溶接又はろう付けフィレットを含み得る。フィレット２１４は、インベストメント鋳造プロセス又は定義と一体であるような形態を含むことができる。

【0044】

図４は、本開示の実施形態による、先端シュラウド２２０の平面図を示す。図３及び図４を集合的に参照すると、先端シュラウド２２０は、半径方向外側端部２２２においてエアフォイル２０２に結合するように構成された本体２２７を含む。例えば、本体２２７は、エアフォイル２０２の正圧側２０４、負圧側２０６、前縁２０８及び後縁２１０に沿って結合し得る。本体２２７は、前縁２２９と、前縁２２９の反対側の後縁２３１とを有する。

【0045】

様々な実施形態において、ブレード２００は、エアフォイル２０２の半径方向外側端部２２２に近接するフィレット２２８を含み、フィレット２２８はエアフォイル２０２と先端シュラウド２２０とを接続する。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又はろう付けフィレットを含むことができる。フィレット２２８は、インベストメント鋳造プロセス又は定義（investment casting process or definition）と一体であるような形態を含み得る。特定の実施形態において、フィレット２１４及び／又は２２８は、空気力学的効率を高めるために、形状、輪郭などを有することができる。

【0046】

先端シュラウド２２０、より詳細には本体２２７は、（例えば、フィレット２２８を介して）エアフォイル２０２の半径方向外側端部２２２においてエアフォイル２０２に結合するように構成された、軸方向に反対に延びる一対のウィング２３０を含み得る。より詳細には、先端シュラウド２２０は、上流側ウィング２３２及び下流側ウィング２３４を含み得る。上流側ウィング２３２は、エアフォイル２０２の正圧側２０４を越えて先端レール２５０から概ね円周方向に離れて延びており、下流側ウィング２３４は、エアフォイル２０２の負圧側２０６を越えて先端レール２５０から概ね円周方向に離れて延びている。上流側ウィング２３２は、ロータシャフト１１０（図１）の軸Ａから概ね半径方向外側に向いた半径方向外面２３６と、ロータシャフト１１０（図１）の軸Ａに向かって概ね半径方向内側に向いた半径方向内面２３８（図示せず、破線）とを含む。同様に、下流側ウィング２３４は、ロータシャフト１１０（図１）の軸Ａから概ね半径方向外側に向いた半径方向外面２４０と、ロータシャフト１１０（図１）の軸Ａに向かって概ね半径方向内側に向いた半径方向内面２４２（図示せず、破線）とを含む。

【0047】

先端シュラウド２２０は、本体２２７から半径方向に延びる先端レール２５０を含む。先端レール２５０は、上流側２５２と、上流側２５２の反対側の下流側２５４とを有する。先端レール２５０の上流側２５２は、エアフォイル２０２の正圧側２０４に向かって概ね円周方向に面し、上流側ウィング２３２の半径方向外面２３６と滑らかに融合する（melds smoothly with radial outer surface 236 of upstream side wing 232）。同様に、先端レール２５０の下流側２５４は、概ね円周方向にエアフォイル２０２の負圧側２０６に面し、下流側ウィング２３４の半径方向外面２４０と滑らかに融合する。

【0048】

先端シュラウド２２０はまた、先端レールの上流側２５２（図示のとおり）及び下流側２５４のうちの一方から先端レール２５０から延び、本体２２７の前縁２２９に隣接して配置された第１のカッター歯２６０を含む。先端シュラウド２２０はまた、第１のカッター歯２６０から軸方向に離れた位置で、先端レール２５０の上流側２５２及び下流側２５４の他方（図示の通り）から先端レール２５０から延びる第２のカッター歯２６２を含む。すなわち、第２のカッター歯２６２は、先端レール２５０に沿った軸方向（Ｙ方向）において、第１のカッター歯２６０から間隔をあけて配置されている。したがって、カッター歯２６０，２６２は、先端レール２５０に沿って軸方向にオフセットしている。第１のカッター歯２６０から軸方向に離れている位置は、例えば、先端シュラウド２２０のバランスをとるため、及び／又は先端シュラウド２２０のクリープ寿命を延ばすために、所望の任意の距離であってよい。各カッター歯２６０、２６２は、所望の長さに沿って先端レール２５０の幅を増大させる、先端レール２５０からの材料の任意の形態の突出を含み得る。したがって、各カッター歯２６０、２６２は、質量を増加させ、摩耗に対する抵抗を増加させる。

【0049】

１つの例示的な実施例では、第１のカッター歯２６０から軸方向に離れている第２のカッター歯２６２の位置は、先端レール軸方向長さＬＴＲの３０％～５０％の範囲内とすることができる。カッター歯２６０、２６２間の距離は、例えば、カッター歯２６０の軸方向後方端２６６からカッター歯２６２の軸方向前方端２６８まで測定することができる。図４において、第１のカッター歯２６０は、先端レール２５０の上流側２５２から延び、第２のカッター歯２６２は、先端レール２５０の下流側２５４から延びている。図５は、第１のカッター歯２６０が先端レール２５０の下流側２５４から延び、第２のカッター歯２６２が先端レール２５０の上流側２５２から延びる代替実施形態を示す。

【0050】

図４及び図５の先端シュラウド２２０は、本明細書で図示及び説明するように製造することができる。他の実施形態では、先端シュラウド２２０は、異なる配列のカッター歯を有する既存の先端シュラウドから修正することができる（can be modified）。図４、図６、及び図７を参照して、タービンブレード先端シュラウドを改造する方法を説明する。図６は、本方法が適用される例示的な先行技術の先端シュラウド２０の平面図である。本明細書では、特定の先行技術の先端シュラウド２０について説明するが、本開示の教示は、この特定の先端シュラウドに限定されるものではなく、現在知られている又は後に開発される多種多様な先端シュラウドに適用することができることが強調される。

【0051】

先端シュラウド２０は、本体２７を含み、この本体２７は、その半径方向外側端部において（このページにおける）エアフォイルに結合するように構成された、軸方向に反対に延びる一対のウィング３０を含み得る。より詳細には、先端シュラウド２０は、上流側ウィング３２及び下流側ウィング３４を含むことができる。上流側ウィング３２は、エアフォイルの正圧側にわたって先端レール５０から概ね円周方向に離れるように延び、下流側ウィング３４は、エアフォイル（図示せず）の負圧側２０６にわたって先端レール５０から概ね円周方向に離れるように延びる。

【0052】

図６の実施例では、先端シュラウド２０は、先端シュラウド２０の本体２７の前縁２９に隣接して互いに反対方向の（opposing one another）カッター歯６０、６２を有する先端レール５０を含む。第１のカッター歯６０は、その上流側５２から先端レール５０から延びており、第２のカッター歯６２は、その下流側５４から先端レール５０から延びている。したがって、カッター歯６０、６２は、先端レール５０に対して反対側（opposite one another ）となる。

【0053】

タービン１０８（図１）のタービンブレード２００に先端シュラウド２０を使用すると、先端シュラウドのバランスが崩れることがあり、これによりクリープ寿命が短くなり、及び／又は先端シュラウド及びタービンの空力性能に悪影響を及ぼすことがある。タービンブレード２００を交換したり、先端シュラウド２０を交換したりするのではなく、先端シュラウド、より詳細にはその上のカッター歯の位置を修正することによって、タービンシュラウドのバランスを戻し、クリープ寿命を延ばすことができることが発見された。

【0054】

図７は、先端シュラウド２０を修正する方法の一部を示す平面図である。先端シュラウド２０は多くの方法で修正され得る。本開示の実施形態によれば、カッター歯６０、６２のうちの１つが、先端レール５０の選択された側から除去されてもよい。すなわち、先端シュラウド２０は、先端シュラウド２０の先端レール５０の上流側５２及び下流側５４の選択された側から延びる選択されたカッター歯６０又は６２を除去することによって変更されてもよい。説明の目的だけのために、選択された側を下流側５４とし、除去のために選択されたカッター歯としてカッター歯６２を参照する。ここでは、下流側５４のカッター歯６２（図６）が除去され、上流側５２のカッター歯６０が残る。認識されるように、他方のカッター歯６０は、代替的に除去され得る。カッター歯６２は、例えば機械加工、切削など、現在知られている又は後に開発される技術を使用して除去することができる。

【0055】

図６及び図７を比較することによって観察されるように、カッター歯６２の除去に加えて、本方法は、軸方向に反対に延びる一対のウィング３２、３４の少なくとも一方の一部を除去することを任意に含み得る。非限定的な一例では、ウィング３２、３４の一部を除去することは、（例えばウィング３２の）エッジ面（edge surface）７０を、より直線的な端面プロファイル７０（図６に示す）から、図７の丸みを帯びた前縁面（rounded leading edge surface）２７０に丸めることを含み得る。別の非限定的な例では、ウィング３２、３４の一部を除去することは、（図６に示されるように）ウィング３４の尖った後縁表面（pointed trailing edge surface）７２の代わりに（例えば、ウィング３４において）直線状の縁表面（linear edge surface）２７２を形成することを含み得る。

【0056】

１つ以上のウィング３２、３４の一部を除去する特定の例が図示されているが、１つ以上のウィング３２、３４は、多数の代替的な方法で変更され得ることが認識されるであろう。部分の除去は、破損した部分の除去、使用後の重量のバランス調整、クリープ寿命の延長、空気力学の改善など、他の多くの理由の中でも任意の理由で行うことができる。

【0057】

図４は、本開示の実施形態による、追加の修正後（after additional modification）の先端シュラウド２２０を示す。より詳細には、図４は、図７の先端シュラウド２０に新たなカッター歯２６２を形成した後の先端シュラウド２２０を示す。カッター歯２６２は、先端レール２５０の上流側２５２及び（図示された）下流側２５４の選択された側に、残りの（第１の）カッター歯６０とは反対側の、現在は番号が変更された残りのカッター歯２６０から軸方向に離れた位置に形成される。説明の便宜上、図４の実施形態では、選択された側は下流側２５４である。その結果、カッター歯２６０（図６では６０と表示）は、先端レール２２０の上流側２５２（図６では５２）から延び、新しいカッター歯２６２は、先端レール２５０の下流側２５４（図６では５４）から延びる。

【0058】

図５及び図６を参照すると、代替的な実施形態では、カッター歯６０が上流側５２から除去され、カッター歯６０の位置から軸方向に間隔を空けて上流側２５２に新たなカッター歯２６０が追加され得ることが認識されよう。この場合、選択された側は上流側５２である。

【0059】

図８及び図９は、特定の表面プロファイルを規定するデータ点のセットが重ね合わされた先端シュラウド２２０の平面図を示す。図面に図示されたデータ点は、概略的に表されたものであり、以下に説明する表のデータ点と一致しない場合がある。図４～５、図８、及び図９に示すように、先端レール２５０はまた、その軸方向前方端部に設けられた前方最端部及び半径方向最外端部の起点（点）２８０と、その軸方向後方端部に設けられた後方最端部及び半径方向最外端部の起点（点）２８２とを含む。最前方及び半径方向最外側の起点２８０、２８２は、本明細書で説明する特定の表面プロファイルの原点（an origin）として機能し得る。図４、図５、図８、及び図９に示すように、「先端レール軸方向長さＬＴＲ」は、最も前方かつ半径方向外側の起点２８０と最も後方かつ半径方向外側の起点２８２との間の距離である。

【0060】

次に、図８及び図９を 参照して、本開示の実施形態による先端シュラウド２２０の様々な表面プロファイルを説明する。表面プロファイルはそれぞれ、表Ｉ及び表ＩＩにリストされたＸ、Ｙ座標、及びおそらくはＺ座標の形態で特定される。表Ｉ～ＩＩのＸ、Ｙ、及びＺ座標値は、０％～１００％の値で正規化又は無次元化された形態（normalized or non-dimensionalized form）で表されているが、パーセント及び割合が維持される限り、値のいずれか又はすべてが代わりに距離単位で表され得ることは明らかであろう。表Ｉ－ＩＩのいずれかのＸ、Ｙ、Ｚ値を、インチ又はメートルなどの距離単位で、関連する起点（例えば、先端レール２５０上の起点２８０）からの実際のそれぞれのＸ、Ｙ又はＺ座標値に変換するには、表Ｉ－ＩＩで与えられる無次元値に正規化パラメータ値を乗算することができる。前述のように、本明細書で使用する正規化パラメータは、先端レール軸方向長さＬＴＲである。いずれにせよ、実際のＸ、Ｙ、Ｚ値を、表面プロファイルに応じて滑らかに続く円弧又は直線（smooth continuing arcs or lines）で接続することにより、各表面プロファイルを確認することができ、その結果、様々な公称先端シュラウド表面プロファイルを形成することができる。

【0061】

表Ｉ～ＩＩの値は、アンビエント条件、非動作条件、又は非高温条件（ambient, non-operating, or non-hot conditions）における先端シュラウド２２０の様々な公称表面プロファイルを決定するために生成され、小数点以下３桁まで示された非次元化値であり、いかなるコーティングも考慮していないが、実施形態は他の条件及び／又はコーティングを考慮し得る。典型的な製造公差及び／又はコーティングの厚さを考慮するために、±値を表Ｉ－ＩＩに記載された値に加えることができる。一実施形態では、約１０～２０％の公差を適用することができる。例えば、先端レール表面プロファイルのＸ座標に適用される約１０～２０パーセントの公差は、低温又は室温での表面プロファイル範囲を定義することができる。本明細書で具体化されるような先端シュラウド表面形状は、機械的及び空気力学的機能を損なうことなく、この範囲の変動に対して堅牢（robust：ロバスト）である。

【0062】

表面プロファイルは、動作に障害を与えることなく、幾何学的などにより大きく又は小さくスケーリングすることができる。このようなスケーリングは、正規化／非次元化値に共通のスケーリング係数（すなわち、正規化パラメータの実際の所望の距離）を乗算することによって容易にすることができ、この値は、例えば、所与の先端レール軸方向長さの先端シュラウドに元々使用されていたかもしれない距離単位よりも大きい数又は小さい数であってもよい。例えば、表Ｉの無次元化された値は、関連する正規化されたパラメータの２、０．５、又は任意の他の所望のスケーリング係数によって一様に乗算され得る。様々な実施形態において、Ｘ、Ｙ、及びＺ距離は、スケールアップ又はスケールダウンした先端シュラウドを提供するために、同じ定数又は数値（例えば、先端レール軸方向長さＬＴＲ）の関数としてスケーリング可能である。あるいは、値は、より大きい又はより小さい所望の定数によって乗算され得る。

【0063】

表Ｉ～ＩＩのデカルト値は所定の位置における座標値を提供するが、各表に規定されたデカルト座標値の一部のみを採用してもよい。１つの非限定的な例では、図８を参照すると、先端レール側表面のプロファイルは、表Ｉに定義されたＸ及びＹ座標値の一部、例えば点５から１６までを使用することができる。表Ｉ－ＩＩに規定されたＸ、Ｙ、Ｚのデカルト座標値のどの部分を採用してもよい。

【0064】

図８は、上流側側面２５２及び下流側側面２５４の少なくとも一部を含む、先端レール側面のプロファイルを規定する多数のＸ及びＹ座標点を示す。この実施形態では、先端レール２５０の側面２５２、２５４は、表Ｉ（下記）に規定されたＸ及びＹのデカルト座標値の少なくとも一部に実質的に従った公称プロファイル（nominal profile）を有する形状を有し、最前方及び半径方向最外側の点２８０を起点とする。デカルト座標値は、Ｘ及びＹに、距離単位で表される先端レール軸方向長さＬＴＲを乗算することによって、距離に変換可能な０％から１００％の無次元値（non-dimensional values）である。ここでも、Ｘ及びＹ座標の正規化パラメータは、先端レール２５０の先端レール軸方向長さＬＴＲである。スケールアップ又はスケールダウンする場合、表ＩのＸ及びＹ座標値に先端レール２５０の所望の先端レール軸方向長さＬＴＲを乗じて、先端シュラウド側表面形状の対応する実際のＸ及びＹ座標値を特定することができる。集合的に、作成された実際のＸ座標値及びＹ座標値は、本開示の実施形態に従って、先端シュラウドの任意の所望のサイズにおける、先端レール側面プロファイルを特定する。図８に示すように、Ｘ値及びＹ値は、先端レール側面プロファイルを定義するために線で結ばれてもよい。

【0065】

先端レール側面プロファイル［無次元化値］

【表I】

【0066】

別の実施形態では、先端シュラウド２２０は、本明細書において表ＩＩに関連して説明されるように、前縁表面及び後縁表面のプロファイルも含み得る。図９は、前縁表面２９０及び後縁表面２９２のデータ点を示す先端シュラウド２２０の平面図である。当該分野で理解されるように、隣接するブレード２００（図３）上の隣接する先端シュラウド２２０の前縁表面２９０及び後縁表面２９２は、集合的に、例えば、ウィング２３０、２３４を介して、タービン１０８（図１）内の高温ガス経路のための半径方向内側表面を画定するように嵌合する。

【0067】

前縁表面２９０及び後縁表面２９２は、表ＩＩ（下記）に規定されるＸ、Ｙ、Ｚ値のデカルト座標値の少なくとも一部に実質的に従った公称プロファイルを有し、最前方及び半径方向最外側の点２８０を起点とする形状を有することができる。デカルト座標値は、０％から１００％の無次元値であり、先端レールの軸方向長さＬＴＲを乗じることによって距離に変換される。すなわち、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標の正規化パラメータは、先端レール軸方向長さＬＴＲと同じである。スケールアップ又はスケールダウンする場合、表ＩＩのＸ、Ｙ、Ｚ座標値に実際の所望の先端レール軸方向長さＬＴＲを乗じて、前縁及び後縁表面形状の対応する実際のＸ、Ｙ、Ｚ座標値を特定することができる。実際のＸ、Ｙ座標値を互いに滑らかに結合して、前縁表面形状及び後縁表面形状を形成することができる。

【0068】

前縁表面及び後縁表面プロファイル［無次元化値］

【表II】

【0069】

本開示の他の実施形態は、本明細書に記載される表面プロファイルの任意の組み合わせを含み得る。すなわち、表Ｉの表面プロファイルは、表ＩＩの表面プロファイルと共に使用することができ、その逆も同様である。

【0070】

それぞれの表の［Ｘ、Ｙ、Ｚ］データ点は、先端シュラウドに適切な曲面を生成する現在知られている又は後に開発される任意の曲線フィッティング技法を使用して、それぞれの先端レール上流側、先端レール下流側、先端シュラウド前縁及び／又は先端シュラウド後縁の表面プロファイルを形成するために、互いに滑らかに（線及び／又は円弧で）結合され得る。曲線フィッティング技術には、外挿、補間、平滑化、多項回帰、及び／又は他の数学的曲線フィッティング関数（extrapolation, interpolation, smoothing, polynomial regression, and/or other mathematical curve fitting functions）が含まれるが、これらに限定されない。カーブフィッティング技法は、手動で、及び／又は、例えば、統計的及び／又は数値解析ソフトウェア（statistical and/or numerical-analysis software）を通してコンピュータ的（computationally）に実行することができる。

【0071】

開示された表面プロファイルは、例えば、クリープ又は他の摩耗に対処するための再調整（rebalancing：リバランス）によるタービンの寿命及び信頼性の向上、並びに／又は正規化された空気力学的及び機械的ブレード又は先端シュラウド荷重を達成するための独自の形状を提供する。表Ｉ－ＩＩに定義された開示された点の位置により、ＧＴシステム１００又は他の適切なタービンシステムが効率的、安全かつ円滑に運転される。また、タービン１０８（図１）の他のステージ間の相互作用、空気力学的効率、及び正規化された空気力学的及び機械的ブレード又はエアフォイル荷重（mechanical blade or airfoil loadings）が、スケーリングされたタービンにおいて維持される限り、前述のように、先端シュラウド２２０の任意のスケールを採用することができる。

【0072】

本明細書で説明される先端シュラウド２２０の１つ以上の表面形状及び軸方向にオフセットされたカッター歯２６０、２６２は、ＧＴシステム１００全体の信頼性及び効率を向上させる。先端シュラウド２２０の１つ以上の表面形状は、すべての空気力学的要件及び応力要件（aeromechanical and stress requirements）も満たす。

【0073】

本開示の装置及びデバイスは、任意の特定のターボ機械、エンジン、タービン、ジェットエンジン、発電システム、又は他のシステムに限定されず、航空機システム、発電システム（例えば、単純サイクル、複合サイクル）、及び／又は他のシステム（例えば、原子炉）などのターボ機械と共に使用され得る。さらに、本開示の装置は、本明細書に記載される装置及びデバイスの効率向上の恩恵を受け得る、本明細書に記載されない他のシステムと共に使用され得る。

【0074】

本明細書及び特許請求の範囲を通して使用される近似的な表現は、それが関連する基本的な機能の変化をもたらすことなく許容可能に変化し得る任意の定量的表現を修正するために適用され得る。したがって、「約（about）」、「凡そ（approximately）」、「実質的に（substantially）」などの用語によって修正される値は、指定された正確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、近似的な表現は、値を測定するための機器の精度に対応することがある。本明細書及び特許請求の範囲全体を通じて、範囲の限定は組み合わされ、及び／又は交換される場合がある。このような範囲は、文脈又は文言がそうでないことを示さない限り、特定され、そこに含まれるすべてのサブ範囲を含む。範囲の特定の値に適用される「約」は、両端値に適用され、値を測定する計器の精度に依存しない限り、記載された値の±１０％を示す場合がある。

【0075】

以下の特許請求の範囲における全てのミーンズプラスファンクション構成要素またはステッププラスファンクション構成要素の対応する構造、材料、行為、及び等価物は、具体的に特許請求されるように、他の特許請求される要素と組み合わせて機能を実行するための任意の構造、材料、又は行為を含むことを意図している。本開示の説明は、例示及び説明の目的で提示されたが、開示された形態での開示について網羅的又は限定的であることを意図するものではない。本開示の範囲及び精神から逸脱することなく、多くの修正及び変形が当業者には明らかであろう。実施形態は、本開示の原理及び実際的な適用を最もよく説明するために、また、当業者であれば、企図される特定の用途に適するように様々な変更を伴う様々な実施形態について本開示を理解することができるように、選択され、説明された。

【符号の説明】

【0076】

２０：先端シュラウド ２７：本体 ３０：ウィング ３２：上流側ウィング ３４：下流側ウィング ５０：先端レール ５２：上流側 ５４：下流側 ６０：カッター歯 ７０：エッジ面 ７２：尖った後縁表面 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：ノズル １１４：回転ブレード １１５：静止ノズル部 １１６：ロータホイール １２０：半径方向外側の端壁 １２２：半径方向内側の端壁 １２４：ケーシング １３０：エアフォイル ２００：タービンブレード ２０２：エアフォイル ２０４：正圧側 ２０６：負圧側 ２０８：前縁 ２１０：後縁 ２１２：根元端 ２１３：エンドウォール ２１４：フィレット ２２０：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 ２２７：本体 ２２８：フィレット ２２９：前縁 ２３０：ウィング ２３１：後縁 ２３２：上流側ウィング ２３４：下流側ウィング ２３６：半径方向外面 ２３８：半径方向内側側面 ２４０：半径方向外側側面 ２４２：半径方向内面 ２５０：先端レール ２５２：上流側 ２５４：下流側 ２６０：第１のカッター歯 ２６２：第２のカッター歯 ２６６：軸方向後方端 ２６８：軸方向前方端 ２７０：丸みを帯びた前縁面 ２７２：直線状のエッジ面 ２８０、２８２：起点 ２９０：前縁表面 ２９２：後縁表面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【国際調査報告】