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公開番号2022138141
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-09-22
出願番号2022034359
出願日2022-03-07
発明の名称タービンブレード先端冷却孔供給プレナム
出願人メカニカル・ダイナミクス・アンド・アナリシス・エルエルシー
代理人特許業務法人スズエ国際特許事務所
主分類F01D 5/18 20060101AFI20220914BHJP(機械または機関一般;機関設備一般;蒸気機関)
要約【課題】タービンブレードの動作耐久性が向上したブレード先端の冷却空気供給方法を提供する。
【解決手段】タービンブレード100は、第1、第2、および第3脚部268,270,272、並びに第1および第2接合部を有する蛇行冷却通路を画定する。第1脚部は、径方向に延び、ブレード先端付近の第1接合部によって第2脚部に連結される。第2脚部は、第1および第2接合部274,276の間で径方向に延びる。第2接合部276は、第2脚部270を第3脚部272に連結し、第3脚部272は、ブレード先端106径方向に延び、ガスをタービンブレード100の外側に排出するために後縁冷却開口部204に連結される。タービンブレード100は、第1接合部274に連結されたプレナム410を画定する。少なくとも1つの先端冷却開口部は、プレナム410に連結し、第3脚部272の径方向外側、かつ第3脚部272の少なくとも一部の軸方向後方にある。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
加圧ガスの供給を受け取るように構成された複数の供給チャネルを画定する根元部と、
ブレード先端の圧力側面を通る複数の先端冷却開口部を画定するブレード先端と、
前記根元部から前記ブレード先端まで径方向外側方向に延びるエアフォイルであって、圧力側面と、前記エアフォイルの前縁および前記エアフォイルの後縁によって前記エアフォイルの前記圧力側面に連結された吸引側面とを有し、前記後縁が後縁冷却開口部を画定する前記エアフォイルと、を備えるタービンブレードであって、
前記タービンブレードは、第1脚部、第2脚部、第3脚部、第1接合部、および第2接合部を有する第1蛇行内部冷却通路を画定し、前記第1脚部は、前記複数の供給チャネルのうちの少なくとも1つの供給チャネルから加圧ガスを受け取るように構成され、前記第1脚部は、前記エアフォイル内で径方向に延び、前記ブレード先端付近の前記第1接合部によって前記第2脚部に連結され、前記第2脚部は、前記第1接合部と前記第2接合部との間で径方向に延び、前記第2接合部は、前記第2脚部を前記第3脚部に連結し、前記第3脚部は、前記第2接合部から前記ブレード先端に向かって径方向に延び、前記加圧ガスを前記タービンブレードの外側に排出するために前記後縁に連結され、
前記タービンブレードは、前記第1接合部に連結されたプレナムを画定し、前記複数の先端冷却開口部のうちの少なくとも1つの先端冷却開口部は、前記プレナムに連結し、前記少なくとも1つの先端冷却開口部は、前記第3脚部の径方向外側、かつ前記第3脚部の少なくとも一部の軸方向後方にある、タービンブレード。
続きを表示(約 2,000 文字)【請求項2】
前記プレナムは、前記第1接合部の後方に軸方向に延び、前記第3脚部と前記軸方向に重なる、請求項1に記載のタービンブレード。
【請求項3】
前記複数の先端冷却開口部のうちの最後部先端冷却開口部は、前記第3脚部に連結する、請求項1から2のいずれか1項に記載のタービンブレード。
【請求項4】
前記複数の先端冷却開口部は、軸方向に沿って間隔を置いて一列に並んだ8つより多い数の開口部を含み、前記後縁に対して前記列の最初の8つの先端冷却開口部は、前記プレナムに連結された少なくとも1つの冷却開口部を含む、請求項1から3のいずれか1項に記載のタービンブレード。
【請求項5】
前記最初の8つの先端冷却開口部のうちの4つは前記プレナムに連結され、前記最初の8つの先端冷却開口部のうちの4つは前記第3脚部に連結される、請求項4に記載のタービンブレード。
【請求項6】
前記少なくとも1つの先端冷却開口部は、前記プレナムの後方の位置において前記ブレード先端を抜ける、請求項1から5のいずれか1項に記載のタービンブレード。
【請求項7】
前記タービンブレードは更に、前記複数の供給チャネルのうちの少なくとも1つの供給チャネルから加圧ガスを受け取るように構成された第2蛇行内部冷却通路を画定し、前記第2蛇行内部冷却通路は、前記前縁と、前記第1蛇行内部冷却通路との間に配置される、請求項1から6のいずれか1項に記載のタービンブレード。
【請求項8】
前記エアフォイルは、表1に記載するX、Y、およびZのデカルト座標値に実質的に従う公称エアフォイル輪郭を備え、前記XおよびYの値は、滑らかに連続する円弧によって結合された時、前記公称エアフォイル輪郭のスパンの百分率として表される距離であるZの各値においてエアフォイル輪郭セクションを画定するインチ単位の距離であり、前記Z距離における前記エアフォイル輪郭セクションは、互いに滑らかに結合され、完全なエアフォイル形状を形成する、請求項1から7のいずれか1項に記載のタービンブレード。
【請求項9】
タービンブレードを修正する方法であって、
加圧ガスの供給を受け取るように構成された複数の供給チャネルを画定する根元部と、ブレード先端の圧力側面を通る複数の先端冷却開口部を画定する前記ブレード先端と、前記根元部から前記ブレード先端まで径方向外側方向に延びるエアフォイルであって、圧力側面と、前記エアフォイルの前縁および前記エアフォイルの後縁によって前記エアフォイルの前記圧力側面に連結された吸引側面とを有し、前記後縁が後縁冷却開口部を画定する前記エアフォイルとを含む、初期形態のタービンブレードであって、第1脚部、第2脚部、第3脚部、第1接合部、および第2接合部を有する第1蛇行内部冷却通路を画定し、前記第1脚部は、前記複数の供給チャネルのうちの少なくとも1つの供給チャネルから前記加圧ガスを受け取るように構成され、前記第1脚部は、前記エアフォイル内で径方向に延び、前記ブレード先端付近の前記第1接合部によって前記第2脚部に連結され、前記第2脚部は、前記第1接合部と前記第2接合部との間で径方向に延び、前記第2接合部は、前記第2脚部を前記第3脚部に連結し、前記第3脚部は、前記第2接合部から前記ブレード先端に向かって径方向に延び、前記加圧ガスを前記タービンブレードの外側に排出するために前記後縁に連結される、前記タービンブレードを提供することと、
前記タービンブレードの1つのセクションであって、前記複数の先端冷却開口部のうちの少なくとも1つの先端冷却開口部を含み、前記少なくとも1つの先端冷却開口部が前記第3脚部と軸方向に重なる前記ブレード先端に沿った位置に配置されている、セクションを取り外すことと、
前記タービンブレードの前記取り外されたセクションの代わりにタービンブレード交換セクションを取り付け、修正されたタービンブレードを形成し、前記タービンブレード交換セクションは、前記第3脚部の径方向外側に配置され、前記第3脚部と前記軸方向に重なる少なくとも1つの交換先端冷却開口部を画定し、前記第1接合部から前記少なくとも1つの交換先端冷却開口部に前記加圧ガスの一部を供給するように構成される、ことと、
を備える方法。
【請求項10】
前記タービンブレード交換セクションは、プレナムを画定し、前記少なくとも1つの交換先端冷却開口部は、前記プレナムに連結され、前記修正されたタービンブレードにおいて、前記プレナムは、前記第3脚部の径方向外側にある前記第1接合部と流体連通し、前記第3脚部と前記軸方向に重なる、請求項9に記載の方法。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、ターボ機械における冷却に関し、特に、ブレード先端の冷却に関する。
続きを表示(約 3,200 文字)【背景技術】
【0002】
本項における記載は、単に本開示に関連する背景情報を提供するものであり、先行技術を構成するものではない。
【0003】
タービン構成要素(例えば、ブレードまたはベーン)は、高温環境で動作する。タービン構成要素の十分な冷却を提供することは、構成要素の寿命を延ばすために重要であり得る。タービン構成要素の冷却は、タービン構成要素(例えば、タービンブレード)内の様々な通路を通ってそこから出る加圧空気を用いることによって提供され得る。
【0004】
熱に起因する劣化および酸化の影響を受け易いことが分かっている領域の1つは、タービンブレードの先端である。タービンブレード先端に冷却空気流を供給することにより、タービンブレードの動作耐久性が向上し得ることが分かっている。しかし、タービンブレード先端を冷却するための既存の構成は、特にタービンブレード先端の後縁付近の領域において、不十分な冷却が問題となることがあり、いくつかの用途において、そのような領域で不十分な供給圧力による高温燃焼ガスのタービンブレード内への逆流が発生し得る。
【0005】
本開示は、タービン構成要素の冷却に関連するこれらの問題および他の問題に対処する。
【発明の概要】
【0006】
本項は、本開示の一般的な概要を提供するものであり、本開示の全範囲または全ての特徴の包括的な開示ではない。
【0007】
本開示の教示に係る1つの形態において、タービンブレードは、根元部、ブレード先端、およびエアフォイルを含む。根元部は、加圧ガスの供給を受け取るように構成された複数の供給チャネルを画定する。ブレード先端は、ブレード先端の圧力側面を通る複数の先端冷却開口部を画定する。エアフォイルは、根元部からブレード先端まで径方向外側方向に延びる。エアフォイルは、圧力側面と、エアフォイルの前縁およびエアフォイルの後縁によってエアフォイルの圧力側面に連結された吸引側面とを有する。エアフォイルの後縁は、後縁冷却開口部を画定する。タービンブレードは、第1脚部、第2脚部、第3脚部、第1接合部、および第2接合部を有する第1蛇行内部冷却通路を画定する。第1脚部は、複数の供給チャネルのうちの少なくとも1つの供給チャネルから加圧ガスを受け取るように構成される。第1脚部は、エアフォイル内で径方向に延び、ブレード先端付近の第1接合部によって第2脚部に連結される。第2脚部は、第1接合部と第2接合部との間で径方向に延びる。第2接合部は、第2脚部を第3脚部に連結する。第3脚部は、第2接合部からブレード先端に向かって径方向に延び、加圧ガスをタービンブレードの外側に排出するために後縁冷却開口部に連結される。タービンブレードは、第1接合部に連結されたプレナムを画定する。複数の先端冷却開口部のうちの少なくとも1つの先端冷却開口部は、プレナムに連結する。少なくとも1つの先端冷却開口部は、第3脚部の径方向外側、かつ第3脚部の少なくとも一部の軸方向後方にある。
【0008】
様々な任意選択的な代替形態によると、プレナムは、第1接合部の後方に軸方向に延び、第3脚部と軸方向に重なり、複数の先端冷却開口部のうちの最後部先端冷却開口部は、第3脚部に連結し、複数の先端冷却開口部は、各先端冷却開口部が軸方向に沿って間隔を有する状態で一列に配置された8より多い数の開口部を含み、後縁に対して列の最初の8つの先端冷却開口部は、プレナムに連結された少なくとも1つの冷却開口部を含み、最初の8つの先端冷却開口部のうちの4つはプレナムに連結され、最初の8つの先端冷却開口部のうちの4つは第3脚部に連結されており、少なくとも1つの先端冷却開口部は、プレナムの後方の位置においてブレード先端を抜け、タービンブレードは更に、複数の供給チャネルのうちの少なくとも1つの供給チャネルから加圧ガスを受け取るように構成された第2蛇行内部冷却通路を画定し、第2蛇行内部冷却通路は、後縁と、第1蛇行内部冷却通路との間に配置され、エアフォイルは、表1に記載するX、Y、およびZのデカルト座標値に実質的に従う公称エアフォイル輪郭を備え、XおよびYの値は、滑らかに連続する円弧によって結合された時、公称エアフォイル輪郭のスパンの百分率として表される距離であるZの各値においてエアフォイル輪郭セクションを画定するインチ単位の距離であり、Z距離におけるエアフォイル輪郭セクションは、互いに滑らかに結合され、完全なエアフォイル形状を形成する。
【0009】
本開示の教示に係る他の形態において、タービンブレードは、根元部、ブレード先端、およびエアフォイルを含む。根元部は、加圧ガスの供給を受け取るように構成された複数の供給チャネルを画定する。ブレード先端は、ブレード先端の圧力側面を通る複数の先端冷却開口部を画定する。エアフォイルは、根元部からブレード先端まで径方向外側方向に延びる。エアフォイルは、圧力側面と、エアフォイルの前縁およびエアフォイルの後縁によってエアフォイルの圧力側面に連結された吸引側面とを有する。エアフォイルの後縁は、後縁冷却開口部を画定する。タービンブレードは、第1脚部、第2脚部、第3脚部、第1接合部、および第2接合部を有する第1蛇行内部冷却通路を画定する。第1脚部は、複数の供給チャネルのうちの少なくとも1つの供給チャネルから加圧ガスを受け取るように構成される。第1脚部は、エアフォイル内で径方向に延び、ブレード先端付近の第1接合部によって第2脚部に連結される。第2脚部は、第1接合部と第2接合部との間で径方向に延びる。第2接合部は、第2脚部を第3脚部に連結する。第3脚部は、第2接合部からブレード先端に向かって径方向に延び、加圧ガスをタービンブレードの外側に排出するために後縁冷却開口部に連結される。タービンブレードは、第1接合部に連結されたプレナムを画定する。複数の先端冷却開口部のうちの少なくとも1つの先端冷却開口部は、プレナムに連結する。少なくとも1つの先端冷却開口部は、第3脚部の径方向外側、かつ第3脚部の少なくとも一部の軸方向後方にある。タービンブレードは更に、複数の供給チャネルのうちの少なくとも1つの供給チャネルから加圧ガスを受け取るように構成された第2蛇行内部冷却通路を画定する。第2蛇行内部冷却通路は、後縁と、第1蛇行内部冷却通路との間に配置される。複数の先端冷却開口部は、各先端冷却開口部が軸方向に沿って間隔を有する状態で一列に配置された8より多い数の開口部を含む。後縁に対して列の最初の8つの先端冷却開口部は、プレナムに連結された少なくとも1つの冷却開口部を含む。
【0010】
様々な任意選択的な代替形態によると、最初の8つの先端冷却開口部のうちの4つはプレナムに連結され、最初の8つの先端冷却開口部のうちの4つは第3脚部に連結されており、プレナムは、第1接合部の後方に軸方向に延び、第3脚部と軸方向に重なり、複数の先端冷却開口部のうちの最後部先端冷却開口部は、第3脚部に連結し、少なくとも1つの先端冷却開口部は、プレナムの後方の位置においてブレード先端を抜け、エアフォイルは、表1に記載するX、Y、およびZのデカルト座標値に実質的に従う公称エアフォイル輪郭を備え、XおよびYの値は、滑らかに連続する円弧によって結合された時、公称エアフォイル輪郭のスパンの百分率として表される距離であるZの各値においてエアフォイル輪郭セクションを画定するインチ単位の距離であり、Z距離におけるエアフォイル輪郭セクションは、互いに滑らかに結合され、完全なエアフォイル形状を形成する。
(【0011】以降は省略されています)

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