発明分野

本発明は広義ではタービンエンジンに、具体的にはタービン静翼に係わる。

図1は公知のタービン静翼10の例を示す。 静翼10はその両端においてプラットフォーム14と境を接するエーロフォイル12を含む。 エーロフォイル12とプラットフォーム14は一体構造として形成されるのが普通である。 エーロフォイル12はエーロフォイル12の各端部がプラットフォーム14によって完全に囲まれるように、通常はそれぞれのプラットフォーム14の中央に配置される。 それぞれのプラットフォーム14は周方向両側縁16を有する。 エーロフォイル12がそれぞれのプラットフォーム14へと移行する領域18は隅肉20として形成されるのが典型である。 移行領域18は高い熱応力を受ける領域である；但し、移行領域18は従来から充分に冷却すべく対策を迫られている領域である。

静翼列を形成するため、エンジンのタービン・ケーシング内に複数の静翼10が環状に配列される。 据え付けると、図2に示すように、それぞれの静翼プラットフォームの周方向側縁が隣接する静翼プラットフォーム14の周方向側縁16と当接する。 互いに当接する周方向側縁16がシーム22を形成する。 シーム22はそれぞれ1対の隣接するエーロフォイル12の中間に位置する。

エンジンの作動中、プラットフォーム14に対して高圧冷却材を供給することができる。 シーム22は冷却材の漏れ通路となる可能性がある。 継ぎ目22をシールしようと努力しても、冷却材が継ぎ目22を通ってタービンのガス流路に流入することは不可避である。 プラットフォーム14の当接部分にとってある程度好ましい冷却効果が得られるものの、継ぎ目22を通過するこのような漏れ流れは制御または最適化されず、比較的冷却を必要としない領域に過度の漏れが発生することになる。 従って、隣接する静翼間の継ぎ目からの漏れ流れを活用できるタービン静翼システムに対する需要が存在する。

発明の概要

本発明はタービン静翼に係わる。 静翼は第1端部領域及び第2端部領域を有するエーロフォイルを含む。 エーロフォイルは圧力側及び吸込み側をも有する。 また、エーロフォイルは前縁、後縁、及び前縁から後縁に達するエーロフォイル平均線をも有する。

静翼はエーロフォイルと一体の第1プラットフォームを含む。 第1プラットフォームは第1端部領域においてエーロフォイルへと移行する。 第1プラットフォームはそのほぼ全体がエーロフォイルの圧力側または吸込み側に位置する。 第1プラットフォームはエーロフォイルからほぼ周方向に周方向側縁にまで達している。 周方向側縁はその輪郭が隣接エーロフォイルと係合するように形成されている。 例えば、隣接エールフォイルの外周面と実質的に係合するように周方向側縁の輪郭を形成することができる。

1つの実施態様として、第1プラットフォームのほぼ全体をエールフォイルの圧力側に配置することができる。 この場合、周方向側縁の輪郭を、隣接エーロフォイルの吸込み側と係合するように形成することができる。 これに代わる実施態様として、第1プラットフォームのほぼ全体をエールフォイルの吸込み側に配置し、第1プラットフォームの周方向側縁の輪郭を、隣接エーロフォイルの圧力側と係合するように形成することができる。

タービン静翼はエーロフォイルと一体の第2プラットフォームをも含むことができる。 第2プラットフォームのほぼ全体をエーロフォイルの圧力側または吸込み側にはいちすることができる。 1つの実施態様として、第1及び第2プラットフォームをエーロフォイルの同じ側に配置することができる。 第2プラットフォームはエールフォイルからほぼ周方向に広がって、隣接エールフォイルと係合するように形成された輪郭を有する周方向側縁にまで達することができる。

1つの実施態様として、第1プラットフォームはエールフォイル平均線の、エールフォイルを越える仮想外挿線によって画定される境界線を実質的に越えない。 他の実施態様では、第1プラットフォームが、エールフォイルの前縁から延びる仮想軸線及びエールフォイルの後縁から延びる仮想軸線によって画定される境界線を実質的に越えない。

エーロフォイルの圧力側及び吸込み側のうち、第1プラットフォームとは反対側に位置するエーロフォイル外周面を第1端部領域において露出させることができる。 これに代わる実施態様として、第1端部領域において、第1プラットフォームは、エールフォイルの圧力側及び吸込み側のうち第1プラットフォームとは反対側に沿って延びるプラットフォーム唇状部をも含むことができる。

本発明はタービン静翼システムにも係わる。 このシステムは第1タービン静翼及び第2タービン静翼を含む。 第1タービン静翼は第1エールフォイル及びこれと一体の第1外側プラットフォームを含む。 第1エールフォイルは外端領域、内端領域、外周面、圧力側、吸込み側、前縁、後縁、及び前縁から後縁に達するエールフォイル平均線を有する。 第1外側プラットフォームは外端領域において第1エールフォイルへと移行する。 第1外側プラットフォームのほぼ全体を第1エールフォイルの圧力側または吸込み側に配置する。

第2タービン静翼は第2エールフォイル及びこれと一体の第2外側プラットフォームを含む。 第2エールフォイルは外端領域、内端領域、圧力側、吸込み側、前縁、後縁、及び前縁から後縁まで延びるエールフォイル平均線を有する。 第2外側プラットフォームは外端領域において第2エールフォイルへと移行する。 第2プラットフォームのほぼ全体を、第2エールフォイルの圧力側及び吸込み側2のうち第1タービン静翼の第1エーロフォイルに対する第1外側プラットフォームと同じ側に配置する。 第2外側プラットフォームは第2エールフォイルからほぼ周方向に広がって、第1エーロフォイルの、第1外側プラットフォームとは反対側の少なくとも一部と係合するように輪郭を形成された周方向側縁にまで達する。 例えば、周方向側縁の輪郭を、外端領域において第1エールフォイルの外周面の少なくとも一部と実質的に係合するように形成することができる。

第1静翼を第2静翼と実質的に隣接させることにより、第1外側プラットフォームと第2外側プラットフォームの周方向側縁とが協働して第1エーロフォイルの外端領域を囲むようにする。 第1及び第2静翼の実質的に隣接する部分の間に継ぎ目が形成される。 システムは継ぎ目の少なくとも一部に沿って配置されたシールをも含むことができる。 継ぎ目は第1エーロフォイルの、第1外側プラットフォームとは反対側近傍に延びる冷却ギャップを含む。 システムは外側プラットフォームに供給される冷却材をも含むことができる。 冷却材の少なくとも一部は第2プラットフォームの周方向側縁と第1エーロフォイルとの間に形成される冷却ギャップを通って流動することができる。

第1外側プラットフォームのほぼ全体を第1エーロフォイルの圧力側に配置し、第2外側プラットフォームの周方向側縁の輪郭を、第1エーロフォイルの吸込み側と係合するように形成することができる。 これに代わる実施態様として、第1外側プラットフォームのほぼ全体を第1エーロフォイルの吸込み側に配置し、第2外側プラットフォームの周方向側縁の輪郭を、第1エーロフォイルの圧力側と係合するように形成することもできる。

第1外側プラットフォームは、エールフォイルの外端領域においてエールフォイルの圧力側及び吸込み側のうち第1プラットフォームとは反対の側に沿って延びるプラットフォーム唇状部を含むことができる。 このような唇状部を設けることによって、第1外側プラットフォームの周方向側縁と第2外側プラットフォームの周方向側縁との間の部分に冷却ギャップを形成することができる。 1つの実施態様として、第1エーロフォイルの圧力側及び吸込み側のうち第1外側プラットフォームとは反対側の外周面を外端領域において露出させることができる。 結果として、第1エーロフォイルの外周面と第2外側プラットフォームの周方向側縁との間の部分に冷却ギャップを形成することができる。

1つの実施態様では、第1外側プラットフォームが平均線の、第1エーロフォイルを越える仮想外挿線によって画定される境界線を実質的に越えない。 他の実施態様では、第1外側プラットフォームが、第1エーロフォイルの前縁から延びる仮想軸線と第1エーロフォイルの後縁から延びる仮想軸線とによって画定される境界線を実質的に越えない。

本発明の特徴は、従来のタービン静翼システムでは浪費されることになるプラットフォーム継ぎ目からの冷却材漏れ流れを活用できる静翼システムに係わる。 本発明の特徴の1つは、継ぎ目を通過する漏れ流れをエーロフォイルとプラットフォームの間の移行領域を冷却するのに利用できるように、継ぎ目の位置をエーロフォイル近傍の位置に移すことにある。 想定される複数の静翼構成に基づいて本発明の実施態様を以下に説明するが、この詳細な説明は飽くまでも本発明の内容をより具体的に提示するのがその目的である。 本発明の実施例を図3−8に示すが、本発明は図示の構造または使用態様に制限されるものではない。

図3は本発明のタービン静翼30を示す。 タービン静翼30は細長いエーロフォイル32を含む。 エーロフォイル32は圧力側36と吸込み側38に大別される外周面34を有する。 エーロフォイル32は外端42を含む外端領域40を有することができる。 さらに、エーロフォイル32は内端45（図8参照）を含む内端領域44をも有することができる。 ここで使用する語「内」及び「外」は静翼30を作動位置に据え付ける際のタービン軸線を基準として定義した語である。 エーロフォイル32は前縁46、後縁48及び平均線50を有することができる。 平均線50は前縁46から後縁48へ延び、エーロフォイル32の圧力側36及び吸込み側38から等距離にある仮想線である。

タービン静翼10は内側プラットフォーム52及び外側プラットフォーム54をも含むことができる。 内側及び外側プラットフォーム52、54はエーロフォイル32と一体に、即ち、一体構造として形成されている。 内側プラットフォーム52はエーロフォイル32の内端領域44においてエーロフォイル32へと移行することができる。 同様に、外側プラットフォーム54は外端領域においてエーロフォイル32へと移行することができる。

本発明では、内側及び外側プラットフォーム52、54のいずれか一方または双方のほぼ全体を、エーロフォイル32の圧力側36または吸込み側38のいずれか一方に配置することができる。 図3及び4は内側プラットフォーム52及び外側プラットフォーム54のほぼ全体をエーロフォイル32の吸込み側38に形成した本発明の静翼10の実施例を示す。 エーロフォイル32の圧力側36にはプラットフォームが存在しないから、エーロフォイル32の外周面34を外端領域40及び内端領域44のそれぞれにおいて圧力側36に露出させることができる。

それぞれのプラットフォーム52、54はエーロフォイル32の吸込み側38から周方向へ、周方向側縁56まで広がることができる。 周方向側縁56の輪郭の少なくとも一部を、隣接するエーロフォイルの一部と係合するように形成することができる。 図3及び4に示す実施例では、周方向側縁56の輪郭を、隣接するエーロフォイルの圧力側の少なくとも一部と係合するように形成することができる。 好ましくは、周方向側縁56の輪郭を、隣接するエーロフォイルの圧力側の少なくとも一部と実質的に係合するように形成する。

プラットフォーム52、54はまたエーロフォイル32から対軸線前側58及び対軸線後側60まで広がることができる。 エーロフォイル32はそれぞれのプラットフォームの対軸線前側58と対軸線後側60のほぼ中央に配置することができる。 「対軸線」、「周方向」及びこれらの語の変形はいずれも、静翼30をその作動位置に据え付けた状態でのタービンの軸線に基づく表現である。 内側プラットフォーム52の形態は外側プラットフォーム54の形態と実質的に同一でも同一でなくてもよい。

一般的には、エーロフォイル32の前縁46及び後縁48を越えないようにエーロフォイル32の吸込み側38に内側及び外側プラットフォーム52、54を形成する。 1つの実施例では、それぞれのプラットフォーム52、54の大部分がエーロフォイル平均線50の、エーロフォイル32の外周面34を越える仮想外挿線62によって画定される境界線を越えないように内側及び外側プラットフォーム52、54のほぼ全体をエーロフォイル32の吸込み側38に配置することができる。 これに代わる実施態様として、それぞれのプラットフォームの大部分がエーロフォイル46から延びる仮想軸線64及びエーロフォイル32の前縁から延びる仮想軸線66によって画定される境界線を大きく越えないように内側及び外側プラットフォーム52、54のほぼ全体をエーロフォイル32の吸込み側38に配置することができる。 但し、図4に示すように、一方または双方のプラットフォーム52、54の一部がこれらの境界線のそれぞれと交差することができる。

本発明はプラットフォーム52、54をエーロフォイル32の吸込み側38に形成する実施態様に制限されない。 例えば、図5に示すように、プラットフォーム52、54をエーロフォイル32の圧力側36に形成することもできる。 この場合、エーロフォイル32の吸込み側38を両端領域40、44のそれぞれに対して露出させることができる。 図3及び4に示す本発明の実施例に関する以上の説明は図5に示すプラットフォームの構成にも適用できる。 尚、プラットフォーム52、54の周方向側縁56を、隣接するエーロフォイルの吸込み側と嵌合するように形成することができる。

本発明はエーロフォイルの、これと一体のプラットフォームとは反対の側を内端領域において露出させる実施態様に制限されない。 例えば、図7はプラットフォームをエーロフォイル32の吸込み側38に形成した実施例を示す。 プラットフォーム52はエーロフォイル32の圧力側36に沿って突出して狭い唇状部68を形成することができる。 プラットフォームの唇状部68はエーロフォイル32の外周面34の輪郭とほぼ平行する輪郭を画定することができる。 プラットフォームの唇状部68はエーロフォイル32に充分近接した位置を占めることによって、詳しくは後述するように、本発明の特徴である冷却効果を達成する。 1つの実施態様として、プラットフォーム唇状部68をエーロフォイル32から約0.26インチ突出させる。 但し、本発明はプラットフォーム唇状部68の具体的な幅に制限されない。

それぞれの静翼列において、1枚または2枚以上の静翼を本発明の特徴に従って構成することができる。 静翼はタービン・ケーシング内の（図示しない）タービン支持手段または（図示しない）その他の固設支持構造に連結することができる。 図6は本発明に従って構成された2つの隣接する静翼を示す。 第1静翼70と一体のプラットフォーム52と隣接する第2静翼72と一体の吸込み側プラットフォーム52とが協働して第1静翼70のエーロフォイル32を囲むように、第1静翼70と第2静翼72を接合することができる。 図示のように、第1及び第2静翼70、72の互いに隣接する部分間に継ぎ目78が形成される。 従来の静翼システムとは異なり、継ぎ目78は2つのエーロフォイルの間の中央領域に配置されていない。 即ち、継ぎ目78はエーロフォイル32の圧力側に沿って延設されている。 継ぎ目78はエーロフォイル32の前縁46からほぼ対軸線前方へ延びることができる。 同様に、継ぎ目78はエーロフォイル32の後縁48からほぼ対軸線後方へ延びることができる。 結果として、エーロフォイル32の圧力側36に沿って形成される。

尚、第2静翼72と連携するプラットフォーム52の周方向側縁56は多様な態様で第1静翼70のエーロフォイル32と係合することができる。 例えば、周方向側縁56は静翼32の圧力側36の外端領域40においてエーロフォイル32の外周面34と係合することができる。 これに代わるまたはこれを補足する態様として、周方向側縁56の少なくとも一部が第1静翼70と連携するプラットフォーム52の下方に延設されて、第1静翼32の（図示しない）内端の少なくとも一部と係合することができる。 図7に示すように構成された静翼10の場合、周方向側縁56はプラットフォームの唇状部68の少なくとも一部と係合することができる。 但し、これらはプラットフォームの周方向側縁がエーロフォイルと係合する多様な態様のうちのほんの数例に過ぎない。 内側プラットフォーム52とエーロフォイル32の内端領域44との間の係合について上述したが、このことは第1及び第2静翼70、72の内端領域における相互作用についても同様である。 また、内側プラットフォームとエーロフォイルの内端領域との間の係合は外側プラットフォームとエーロフォイルが異端領域との間の係合を実質的に同じであってもなくてもよい。

エンジン作動中、高圧冷却材82、例えば、空気をプラットフォーム52、54に供給することができる。 冷却材82の一部は冷却ギャップ80を通ってタービンガス流路84へ漏出することができる。 継ぎ目78はエーロフォイル32の近傍に位置するから、特に冷却ギャップ80の一部がエーロフォイル32によって形成されている場合、冷却材漏れ流れはエーロフォイル32とプラットフォーム52、54の間の移行領域86を冷却することができる。 静翼10が図7に示すようにプラットフォーム唇状部68を含む場合にも、プラットフォーム唇状部68がエーロフォイルに充分近接いるなら、このような冷却効果を享受することができる。

漏れ流れをもっとエーロフォイルに向かって集中したければ、1つまたは2つ以上のシール88を、第1静翼70のプラットフォーム52、54と第2静翼72のプラットフォーム52、54との当接部分によって形成されるシーム78の一部に沿って配置すればよい。 シール88はプレートシール、波形シールなど、適当なシールであればよい。 つまり、シール88を利用することによって漏れ流れがエーロフォイル32の近傍に位置する継ぎ目78の部分を通過するようにすればよい。

冷却効果のほかにも、本発明は多くの利点を有する。 例えば、本発明はエンジン効率を高め、部品の耐用寿命を延ばすことになる。 さらに、一体的なプラットフォームとエーロフォイルは組立を容易にし、据え付けるべき部品数を軽減することができる。 また、プラットフォームを一方の側に設けることによって、シール箇所が少なくて済み、漏れ流れをより適正に制御するこができる。

本発明のタービン静翼の幾つかの実施態様を以上に説明した。 尚、本発明は多様な静翼構成に適用できる。 例えば、静翼は内側及び外側プラットフォームの間に複数のエーロフォイルを含むことができる。 エーロフォイルのすべてが継ぎ目を通過する漏れ流れの恩恵を受けないにしても、本発明をこのような静翼に適用できる。 従って、本発明は実施例として以上に述べた詳細な説明に制限されるものではなく、後記する請求項に定義されている発明の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

公知のタービン静翼の斜視図である。

公知タービンエンジンにおける1対の隣接するタービン静翼の断面図である。

本発明のタービン静翼の斜視図である。

エーロフォイルの吸込み側にプラットフォームが形成されている本発明のタービン静翼の、図3の4-4線における断面図である。

エーロフォイルの圧力側にプラットフォームが形成されている本発明のタービン静翼の実施例を示す断面図である。

1対の隣接する本発明のタービン静翼の断面図である。

プラットフォームをエーロフォイルの吸込み側に形成し、エーロフォイルの吸込み側がプラットフォーム唇状部を含む本発明のタービン静翼の実施例を示す断面図である。

1対の隣接する本発明のタービン静翼の斜視図である。