JP2017141830A

JP2017141830A - ターボ機械の流路表面用のリブレット

Info

Publication number: JP2017141830A
Application number: JP2017020010A
Authority: JP
Inventors: ロナルド・スコット・バンカー; Ronald Scott Bunker
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2016-02-12
Filing date: 2017-02-07
Publication date: 2017-08-17
Also published as: US10450867B2; US20170234134A1; CN107084000A; EP3214267A1; CA2957456A1

Abstract

【課題】ターボ機械用の流路表面用のリブレットを提供すること。【解決手段】ターボ機械用の構成要素段は、構成要素セクションを含む。構成要素セクションは、構成要素段がターボ機械内に設置されたとき、ターボ機械によって画定されるコア空気流路（３７）に少なくとも部分的に露出される流路表面を含む。構成要素は、さらに、順次配置された複数のリブレット（１２８）を流路表面上に含み、順次配置された複数のリブレット（１２８）は、不均一な幾何形状または不均一な間隔の一方または両方を画定することによってターボ機械内の流路表面の予想される場所に合わせてカスタマイズされる。【選択図】図１

Description

本主題は、一般に、複数のリブレットを含むターボ機械の流路表面に関する。

ガスタービンエンジンは、一般に、互いに流れ連通して配置されたファンおよびコアを含む。さらに、ガスタービンエンジン一般のコアは、直列の流れ順に、圧縮機セクション、燃焼セクション、タービンセクションおよび排気セクションを含む。作動時には、空気が、ファンから圧縮機セクションの入り口に供給され、ここで、１つまたは複数の軸方向の圧縮機が、空気が燃焼セクションに到達するまでこれを漸進的に圧縮する。燃料が、圧縮された空気と混合され、燃焼セクション内で燃焼されて燃焼ガスをもたらす。燃焼ガスは、燃焼セクションからタービンセクションまで送られる。タービンセクションを通る燃焼ガスの流れは、タービンセクションを駆動し、次いで、排気セクションを通って、たとえば大気に送られる。

タービンセクションは、通常、タービンノズルおよびタービンロータブレードの順次配置された複数の段を含む。タービンノズルのさまざまな段内のタービンノズルの各々およびタービンロータブレードのさまざまな段内のタービンロータブレードの各々は、１つまたは複数の流路表面を含む。たとえば、これらの流路表面の特定の熱負荷を低減するために、リブレット（すなわち小さいリブまたはフィン）が、流路表面内に組み込まれ得る。リブレットを流路表面内に組み込むことに関連付けられた複雑性を前提にして、順次的なリブレットの各々は、従来的には、均一な幾何形状および間隔を画定している。

しかし、たとえばタービンセクション内の種々の流路表面は、種々の空気流状態にさらされる。本開示の発明者は、種々の空気流状態が均一なリブレットに対して異なって反応することを見出している。たとえば、リブレットは、第１の流路表面における空気流状態の場合では有益になり得るが、第２の流路表面における空気流状態の場合では、実際には有害効果をもたらすことがある。

したがって、本開示の発明者は、複数のリブレットを、流路表面が中に位置付けられるガスタービンエンジン内の特有の場所に合わせてカスタマイズすることが有益になり得ることを発見した。より詳細には、ガスタービンエンジン内の特有の場所に合わせてカスタマイズされた複数のリブレットを有する、ガスタービンエンジン用の流路表面が、特に有益である。

米国特許出願公開第２０１５／０００３９９５号公報

本発明の態様および利点は、以下の説明において部分的に記載され、またはこの説明から明白になることができ、または本発明の実施を通して習得されてよい。

本開示の１つの例示的な実施形態では、コア空気流路を画定するターボ機械用の構成要素段が、提供される。構成要素段は、構成要素セクションを含む。構成要素セクションは、コア空気流路に少なくとも部分的に露出される流路表面を含み、流路表面は、さらに順次配置された複数のリブレットを流路表面上に備える。順次配置された複数のリブレットは、不均一な幾何形状または不均一な間隔の一方または両方を画定する。

本開示の別の例示的な実施形態では、ターボ機械が提供される。ガスタービンエンジンは、直列の流れ順に、またコア空気流路を少なくとも部分的に画定する、圧縮機セクションおよびタービンセクションを含む。圧縮機セクションまたはタービンセクションの１つは、構成要素段を含む。構成要素段は、構成要素セクションを含む。構成要素セクションは、コア空気流路に少なくとも部分的にさらされる流路表面を含み、流路表面は、さらに順次配置された複数のリブレットを流路表面上に含む。順次配置された複数のリブレットは、不均一な幾何形状または不均一な間隔の一方または両方を画定する。

本開示の例示的な態様では、ターボ機械の圧縮機セクションまたはタービンセクションのための構成要素段の構成要素セクションを形成する方法が、提供される。ターボ機械は、コア空気流路を画定する。方法は、構成要素セクションのベース幾何形状を形成することを含む。ベース幾何形状は、コア空気流路に少なくとも部分的に露出される流路表面を含む。方法はまた、積層造形プロセスを用いて複数のリブレットを構成要素セクションのベース幾何形状の流路表面上に形成することであって、複数のリブレットは順次配置される、形成することと、不均一な幾何形状または不均一な間隔の一方または両方を画定することとを含む。

本発明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良好に理解されるであろう。中に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を示し、説明と相まって、本発明の原理を説明する役割を果たす。

最良の形態を含む、本発明の完全なおよび実施可能な開示は、当業者を対象とし、付属の図に参照をなして本明細書において記載される。

本主題のさまざまな実施形態による、例示的なガスタービンエンジンの概略断面図である。図１の例示的なガスタービンエンジンの燃焼セクションおよびタービンセクションの拡大側面図である。本開示の例示的な実施形態による、タービンロータブレードの斜視図であり、タービンロータブレードセクションは、図１の例示的なガスタービンエンジンのタービンセクションのタービンロータブレード段に合わせて構成される。本開示の例示的な実施形態による、流路表面上の複数のリブレットの拡大平面図である。図４の線５−５に沿って切り取られた、図４の流路表面上の例示的な複数のリブレットの断面図である。本開示の別の例示的な実施形態による、流路表面上の複数のリブレットの断面図である。本開示のさらに別の例示的な実施形態による、流路表面上の複数のリブレットの断面図である。本開示のさらに別の例示的な実施形態による、流路表面上の複数のリブレットの拡大平面図である。図８の線Ｌ−Ｌに沿って切り取られた、図８の複数のリブレットの一リブレットの断面図である。本開示の別の例示的な実施形態による、タービンロータブレードセクションの斜視図である。本開示の例示的な態様による、構成要素セクションを形成する方法の流れ図である。

次に、１つまたは複数の例が添付の図面に示される本発明の実施形態を詳細に参照する。詳細な説明は、数字および文字の記号表示を使用して図面の特徴を指し示す。図面および説明内の同じまたは類似の記号表示は、本発明の同じまたは類似の部分を指し示すために使用されている。本明細書では、用語「第１」、「第２」、および「第３」は、交換可能に使用されて１つの構成要素を別のものから区別するものであり、個々の構成要素の場所または重要性を意味するように意図されるものではない。用語「上流側」および「下流側」は、流体通路内の流体の流れに関する相対方向を指し示す。たとえば、「上流側」は、流体が流れて来る方向を指し示し、「下流側」は、流体が流れて行く方向を指し示す。

次に、図中、同一の番号が同じ要素を示す図面を参照すれば、図１は、本開示の例示的な実施形態によるターボ機械の概略断面図である。より具体的には、図１の実施形態の場合、ターボ機械は、ガスタービンエンジンとして、またはどちらかと言えば高バイパスターボファンジェットエンジン１２として構成され、本明細書では「ターボファンエンジン１２」と称される。図１に示すように、ターボファンエンジン１２は、軸方向Ａ（参照のために設けられた長手方向中心線１３に対して平行に延びる）と、径方向Ｒと、軸方向Ａの周りを延びる円周方向（図示せず）とを画定する。通常、ターボファン１２は、ファンセクション１４と、ファンセクション１４から下流側に配設されたコアタービンエンジン１６とを含む。

全体的に示す例示的なコアタービンエンジン１６は、環状入り口２０を画定するほぼ管状の外側ケーシング１８を含む。直列の流れ関係で、ブースタまたは低圧（ＬＰ）圧縮機２２および高圧（ＨＰ）圧縮機２４を含む圧縮機セクションと、燃焼セクション２６と、高圧（ＨＰ）タービン２８および低圧（ＬＰ）タービン３０を含むタービンセクションと、ジェット排気ノズルセクション３２とを、外側ケーシング１８が包み、コアタービンエンジン１６が含む。高圧（ＨＰ）シャフトまたはスプール３４は、ＨＰタービン２８をＨＰ圧縮機２４に駆動式に連結する。低圧（ＬＰ）シャフトまたはスプール３６は、ＬＰタービン３０をＬＰ圧縮機２２に駆動式に連結する。したがって、ＬＰシャフト３６およびＨＰシャフト３４は、ターボファンエンジン１２の作動中、軸方向Ａの周りで回転する各々の回転式構成要素である。

図１の実施形態をさらに参照すれば、ファンセクション１４は、離間された形でディスク４２に結合された複数のファンブレード４０を有する可変ピッチファン３８を含む。図示するように、ファンブレード４０は、ディスク４２から外方向に、全体的に径方向Ｒに沿って延びる。各々のファンブレード４０は、これが、ファンブレード４０のピッチを集合的に一斉に変更するように構成された適切なピッチ変更機構４４に動作可能に結合されていることにより、ピッチ軸Ｐの周りでディスク４２に対して回転可能である。ファンブレード４０、ディスク４２、およびピッチ変更機構４４は、パワーギヤボックス４６を横切るＬＰシャフト３６によって長手方向軸１２の周りで一緒に回転することができる。パワーギヤボックス４６は、ＬＰシャフト３６に対するファン３８の回転速度をより効率的な回転ファン速度に調整するための複数のギヤを含む。より具体的には、ファンセクションは、パワーギヤボックス４６を横切るＬＰシャフト３６によって回転可能なファンシャフトを含む。したがって、ファンシャフトもまた、回転式構成要素と考えられてよく、１つまたは複数の軸受によって同じように支持される。

図１の例示的な実施形態をさらに参照すれば、ディスク４２は、複数のファンブレード４０を通る空気流を促進するように空気力学的に輪郭付けられた回転可能な正面ハブ４８によって覆われる。さらに、例示的なファンセクション１４は、ファン３８および／またはコアタービンエンジン１６の少なくとも一部分を円周方向に取り囲む環状ファンケーシングまたは外側ナセル５０を含む。例示的なナセル５０は、円周方向に離間された複数の出口ガイドベーン５２によってコアタービンエンジン１６に対して支持される。さらに、ナセル５０の下流側セクション５４は、コアタービンエンジン１６の外側部分の上方に延び、それによってそれらの間にバイパス空気流の通路５６を画定する。

ターボファンエンジン１２の作動中、ある空気量５８が、ナセル５０および／またはファンセクション１４の関連する入り口６０を通ってターボファン１０に入る。この空気量５８がファンブレード４０を通過するにつれて、矢印６２によって示す空気５８の第１の部分は、バイパス空気流通路５６に入るように向けられまたは送られ、矢印６４によって示す空気５８の第２の部分は、コア空気流路３７、より詳細にはＬＰ圧縮機２２に入るように向けられ、または送られる。空気の第１の部分６２と空気の第２の部分６４との間の比は、一般的にはバイパス比として知られている。空気の第２の部分６４の圧力は、次いで、この部分が高圧（ＨＰ）圧縮機２４を通って、燃焼セクション２６に入るように送られるときに増大され、燃焼セクション２６において、これは燃料と混合され、燃焼されて燃焼ガス６６をもたらす。

燃焼ガス６６は、ＨＰタービン２８を通って送られ、ＨＰタービン２８において、燃焼ガス６６からの熱および／または運動エネルギーの一部分が、外側ケーシング１８に結合されたＨＰタービンステータベーン６８、およびＨＰシャフトまたはスプール３４に結合されたＨＰタービンロータブレード７０の順次的な段を介して抽出され、こうしてＨＰシャフトまたはスプール３４は回転させられ、それによってＨＰ圧縮機２４の作動を支持する。燃焼ガス６６は、次いで、ＬＰタービン３０を通って送られ、ＬＰタービン３０において、熱および運動エネルギーの第２の部分が、外側ケーシング１８に結合されたＬＰタービンステータベーン７２、およびＬＰシャフトまたはスプール３６に結合されたＬＰタービンロータブレード７４の順次的な段を介して燃焼ガス６６から抽出され、こうしてＬＰシャフトまたはスプール３６は回転させられ、それによってＬＰ圧縮機２２の作動および／またはファン３８の回転を支持する。

圧縮ガス６６は、その後、コアタービンエンジン１６のジェット排気ノズルセクション３２を通って送られて推進スラストをもたらす。それと同時に、空気の第１の部分６２の圧力は、空気の第１の部分６２がバイパス空気流通路５６を通って送られるときにかなり増大された後、ターボファン１０のファンノズル排気セクション７６から排気され、これもまた推進スラストをもたらす。ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、およびジェット排気ノズルセクション３２は、少なくとも部分的に、燃焼ガス６６をコアタービン１６を通して送るための高温ガス経路７８を画定する。

しかし、図１に示す例示的なターボファンエンジン１２は、例としてのみ提供され、他の例示的な実施形態では、ターボファンエンジン１２は、任意の他の適切な形状を有することができることを理解されたい。また、さらに他の実施形態では、本開示の態様は、任意の他の適切なガスタービンエンジンに組み込まれてよいことも理解されたい。たとえば、他の例示的な実施形態では、本開示の態様は、たとえば、ターボプロップエンジン、ターボシャフトエンジン、またはターボジェットエンジンに組み込まれてよい。その上、さらに他の実施形態では、本開示の態様は、それだけに限定されないが、蒸気タービン、遠心圧縮機、および／またはターボチャージャを含む、任意の他の適切なターボ機械に組み込まれてよい。

次に図２を参照すれば、図１のターボファンエンジン１０、特に燃焼セクション２６およびタービンセクションのＨＰタービン２８の拡大断面図が、提供される。全体的に示す燃焼セクション２６は、内側ライナ８２および外側ライナ８４によって画定された燃焼室８０を有する燃焼器７９を含み、燃焼室８０は、前方端部８６から後方端部８８まで全体的に軸方向Ａに沿って延びる。燃焼室８０に燃料および圧縮された空気の混合物を圧縮機セクションから供給するための複数の燃料ノズル９０が、燃焼室８０の前方端部８６に位置決めされる。上記で論じたように、燃料および空気混合物は、燃焼室８０内で燃焼されて、そこを通り抜ける燃焼ガスの流れを生成する。

燃焼セクション２６の下流側では、ＨＰタービン２８は、複数のタービン構成要素段を含み、各々のタービン構成要素段は、複数のタービン構成要素セクションを備える。より具体的には、図示する実施形態の場合、ＨＰタービン２８は、複数のタービンノズル段と、タービンロータブレードの１つまたは複数の段とを含む。詳細には、図示する実施形態の場合、ＨＰタービン２８は、第１のタービンノズル段９２と、第２のタービンノズル段９４とを含み、その各々は、燃焼ガスの流れがそれらを通るように向けるように構成される。第１のタービンノズル段９２は、円周方向Ｃ（軸方向Ａの周りを延びる方向、図３を参照）に沿って離間された複数のタービンノズルセクション９６を含む。注目すべきことに、第１のタービンノズル段９２は、燃焼セクション２６からすぐ下流側に位置付けられ、したがって、複数の燃焼排出ノズルセクションを有する燃焼器排出ノズル段とも称され得る。さらに、図示する例示的な実施形態の場合、第２のタービンノズル段９４もまた、円周方向Ｃに沿って離間された複数のタービンノズルセクション９８を含む。

第１および第２のタービンノズル段９２、９４を形成するタービンノズルセクション９６、９８の各々は、コア空気流路３７内に位置決めされたタービンノズル１００と、コア空気流路３７に少なくとも部分的に露出され（そして少なくとも部分的にこれを画定する）端壁とを含む。より具体的には、各々のノズルセクション９６、９８は、内側端壁１０２と、外側端壁１０４とを含み、このときノズル１００は、内側端壁１０２から外側端壁１０４まで全体的に径方向Ｒに沿って延びている。タービンノズル１００、内側端壁１０２、および外側端壁１０４の各々は、コア空気流路３７に少なくとも部分的に露出される流路表面１０６を含む。

第１のタービンノズル段９２のすぐ下流側および第２のタービンノズル段９４のすぐ上流側に位置付けられるところに、ＨＰタービン２８は、第１のタービンロータブレード段１０８を含む。第１のタービンロータブレード段１０８は、円周方向Ｃに沿って離間された複数のタービンロータブレードセクション１１０と、第１の段のロータディスク１１２とを含む。複数のタービンロータブレードセクション１１０は、第１の段のロータディスク１１２に取り付けられ、図示しないが、タービンロータディスク１１２は、さらに、ＨＰシャフト３４に連結される（図１を参照）。

次に、複数のタービンロータブレードセクション１１０の１つの斜視図を提供する図３も参照すれば、複数のタービンロータブレードセクション１１０の各々は、タービンロータブレード１１４と、壁またはプラットホーム１１６と、ベース１１８とを含む。ロータブレード１１４は、径方向Ｒに沿って（およびタービンロータブレード１１４のスパンに沿って）外方向に、プラットホーム１１６からロータブレード１１４の先端部１２０まで延びて、プラットホーム１１６に対するスパン方向の高さＨを画定する。さらに、タービンロータブレード１１４は、前縁１２２および対向する後縁１２４と、圧力側１２５および対向する吸引側１２７とを画定する。作動中、高温燃焼ガスが、燃焼セクション内で生成され、下流側方向Ｄにタービンロータブレード１１４にわたって流れ、そこからロータディスク１１２を回転させるためのエネルギーを抽出し、ロータディスク１１２は、さらにＨＰシャフト３４を回転させることができる。

さらに、上記で論じた複数のノズルセクション９６、９８と同様に、タービンロータブレードセクション１１０は、コア空気流路３７に少なくとも部分的に露出される流路表面１２６を含む。より具体的には、タービンロータブレード１１４およびプラットホーム１１６の各々は、コア空気流路３７に少なくとも部分的に露出され（そしてこれを少なくとも部分的に画定する）流路表面１２６を画定する。さらに、図示するタービンロータブレードセクション１１０は、流路表面１２６上に順次配置された複数の隆起部またはリブレット１２８をさらに含み、複数のリブレット１２８は、一緒になって、リブレットグルーピング１３０を形成する。たとえば、図示する例示的なタービンロータブレードセクション１１０は、タービンロータブレード１１４の流路表面１２６上に順次配置された複数のリブレット１２８の３つのグルーピング１３０を含む。より具体的には、図示するタービンロータブレード１１４は、前縁１２２においてタービンロータブレード１１４の流路表面１２６上に位置付けられたリブレット１２８の第１のグルーピング１３０Ａと、先端部１２０の近位のタービンロータブレード１１４の圧力側１２５のタービンロータブレード１１４の流路表面１２６上に位置付けられたリブレット１２８の第２のグルーピング１３０Ｂと、プラットホーム１１６の近位のタービンロータブレード１１４の圧力側１２５のタービンロータブレード１１４の流路表面１２６上に位置付けられたリブレット１２８の第３のグルーピング１３０Ｃとを含む。ロータブレード１１４は、さらに、吸引側１２７（図示せず）にも１つまたは複数のグルーピング１３０を含むことができる。さらに、タービンロータブレードセクション１１０は、プラットホーム１１６の流路表面１２６上に位置付けられた、順次配置された複数のリブレット１２８のさらなるグルーピング１３０を含む。

以下でより詳細に論じるように、順次配置された複数のリブレット１２８は、不均一な幾何形状または不均一な間隔の一方または両方を画定する。より具体的には、各々のリブレットグルーピング１３０内の複数のリブレット１２８は、不均一な幾何形状または不均一な間隔１３４の一方または両方を画定する。たとえば、図３に示すように、リブレット１２８の第１、第２、および第３のグルーピング１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ各々は、全体的に第１の方向、または長手方向Ｌ（図４を参照）に延び、この長手方向は、図示する実施形態の場合、下流側方向Ｄと全体的に整合する。さらに、図示する実施形態の場合、長手方向Ｌは、線形方向である。しかし、たとえば、図１０を参照して以下で説明するように、他の実施形態では、長手方向Ｌは、非線形方向になることができる。グルーピング１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ内の各々のリブレット１２８は、長手方向Ｌに沿って長さ１３２を規定する。グルーピング１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃの各々内のリブレット１２８の長さ１３２は、ロータブレード１１４のスパン方向の高さＨの関数として変動することができる。より具体的には、リブレット１２８の所与のグルーピング１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ内の隣接するリブレット１２８の長さ１３２は、不均一である。

次に図４および５を参照すれば、流路表面１２６上の複数のリブレット１２８の追加の図が、提供される。詳細には、図４は、流路表面１２６上の複数のリブレット１２８のグルーピング１３０の拡大平面図を提供し、図５は、図４の線５−５に沿って切り取られた、図４の流路表面１２６上の複数のリブレット１２８のグルーピング１３０の拡大断面図を提供する。図４および５に示す流路表面１２６およびリブレット１２８のグルーピング１３０は、図３を参照して上記で説明したタービンロータブレード１１４および／またはプラットホーム１１６の流路表面１２６上のリブレット１２８のグルーピング１３０の１つまたは複数とほぼ同じ方法で構成され得る。したがって、同じまたは類似の番号は、同じまたは類似の部分を指し示すことができる。

図示するグルーピング１３０内の複数のリブレット１２８は、下流側方向Ｄでよい第１の長手方向Ｌに全体的に延びる。複数のリブレット１２８は、不均一な幾何形状または不均一な間隔の一方または両方を、横断方向Ｔ、すなわち長手方向Ｌに対して垂直であり流路表面１２６に対して平行である方向に沿って画定する。詳細には、図示する実施形態の場合、複数のリブレット１２８は、隣接するリブレット１２８間に、横断方向Ｔに沿って間隔１３４を画定し、複数のリブレット１２８によって画定された間隔１３４は、横断方向Ｔに沿って不均一である。より具体的には、複数のリブレット１２８は、複数の順次的な間隔１３４（たとえば第１の間隔１３４Ａ、第２の間隔１３４Ｂ、第３の間隔１３４Ｃなど）を画定する。複数の順次的な間隔１３４Ａ、１３４Ｂ、１３４Ｃの１つまたは複数は、隣接する間隔とは異なる。または、より具体的には、図示する実施形態の場合、第１の間隔１３４Ａは、第２の間隔１３４Ｂとは異なり、第２の間隔１３４Ｂは、第３の間隔１３４Ｃとは異なる。

さらに、次に図６および７を参照すれば、流路表面１２６上の複数のリブレット１２８のグルーピング１３０の２つの追加の実施形態の図が、提供される。詳細には、図６は、本開示の１つの例示的な実施形態による、流路表面１２６上の複数のリブレット１２８のグルーピング１３０の拡大断面図を提供し、図７は、本開示の別の例示的な実施形態による、流路表面１２６上の複数のリブレット１２８のグルーピング１３０の拡大断面図を提供する。図６および７の実施形態は、図３を参照して上記で説明したタービンロータブレード１１４および／またはプラットホーム１１６の流路表面１２６上の複数のリブレット１２８のグルーピング１３０の１つまたは複数とほぼ同じ方法で構成され得る。したがって、同じまたは類似の番号は、同じまたは類似の部分を指し示すことができる。

詳細には、図６および７の例示的な実施形態の各々もまた、下流側方向Ｄでよい第１の長手方向Ｌに全体的に延びる複数のリブレット１２８のグルーピング１３０を含む。図４および５の実施形態と同様に、図６および７に示す複数のリブレット１２８は、長手方向Ｌに対して垂直であり流路表面１２６に対して平行である方向、すなわち横断方向Ｔに沿って不均一な幾何形状または不均一な間隔の一方または両方を画定する。より具体的には、図示する実施形態の場合、複数のリブレット１２８の各々は、流路表面１２６に対する高さ１３６と、横断方向Ｔの幅１３８とを規定する。図６および７の実施形態の場合、複数のリブレット１２８の各々の高さ１３６または幅１３８の少なくとも１つは、横断方向Ｔに沿って不均一である。

具体的に図６を参照すれば、複数のリブレット１２８の各々の高さ１３６は、横断方向Ｔに沿って不均一である。より具体的には、図示するグルーピング１３０内の各々の順次的なリブレット１２８は、流路表面１２６に対する高さ１３６（たとえば、第１の高さ１３６Ａ、第２の高さ１３６Ｂ、第３の高さ１３６Ｃなど）を規定する。複数の順次的なリブレット１２８の１つまたは複数の高さ１３６Ａ、１３６Ｂ、１３６Ｃは、隣接する高さとは異なる。詳細には、図示する実施形態の場合、第１の高さ１３６Ａは、第２の高さ１３６Ｂより大きく、第２の高さ１３６Ｂは、さらに、第３の高さ１３６Ｃより大きい。

さらに、次に具体的に図７を参照すれば、複数のリブレット１２８の各々の幅１３８もまた、横断方向Ｔに沿って不均一である。より具体的には、各々の順次的リブレット１２８は、幅１３８（たとえば、第１の幅１３８Ａ、第２の幅１３８Ｂ、第３の幅１３８Ｃなど）を規定する。複数の順次的リブレット１２８の１つまたは複数の幅１３８Ａ、１３８Ｂ、１３８Ｃは、隣接する幅とは異なる。詳細には、第１の幅１３８Ａは、第２の幅１３８Ｂより大きく、第２の幅１３８Ｂは、さらに、第３の幅１３８Ｃより大きい。

注目すべきことに、再度図３を一時的に参照すれば、複数のリブレット１２８のグルーピング１３０がロータブレード１１４の流路表面１２６上にあるとき、複数のリブレット１２８の高さ１３６、幅１３８、長さ１３２、または間隔１３４（集合的に「寸法」）の少なくとも１つは、ロータブレード１１４のスパン方向の高さＨの関数として変動し得る。たとえば、第１のグルーピング１３０Ａ内の複数のリブレット１２８は、ロータブレード１１４のプラットホーム１１６の近位の第１の寸法、ロータブレード１１４の中心部分の近位の第２の寸法（たとえば、径方向Ｒに沿って）、およびロータブレード１１４の先端部１２０の近位の第３の寸法を規定することができる。

さらに、特定の例示的な実施形態では、複数のリブレット１２８内の各々のリブレット１２８は、構成要素が中に設置されるガスタービンエンジンの全負荷作動中、局所的な境界層の予想される平均厚さＴ_BLに従ってサイズ設定され得る。たとえば、各々のリブレット１２８は、厚さＴ_BLの約２倍までの高さ１３６を規定することができる。たとえば、特定の例示的な実施形態では、複数のリブレット１２８内の各々のリブレット１２８は、厚さＴ_BLの約１．５倍まで、または厚さＴ_BLにほぼ等しい、もしくはこれより小さい高さ１３６を規定することができる。さらに、複数のリブレット内の各々のリブレットは、厚さＴ_BLの約２倍までの幅１３８を規定することができる。たとえば、特定の例示的な実施形態では、複数のリブレット１２８内の各々のリブレット１２８は、厚さＴ_BLの約１．５倍まで、または厚さＴ_BLとほぼ等しい、またはこれより小さい幅１３８を規定することができる。さらに、複数のリブレット１２８内の隣接するリブレット１２８の各々の対は、厚さＴ_BLの約５倍までの間隔１３４を規定することができる。たとえば、特定の例示的な実施形態では、複数のリブレット１２８内の隣接するリブレット１２８の各々の対は、厚さＴ_BLの約３倍まで、厚さＴ_BLの約２倍まで、または厚さＴ_BLとほぼ等しい、もしくはこれより小さい間隔１３４を規定することができる。

その上、所与の複数のリブレット１２８内の１つまたは複数のリブレット１２８の上記の寸法の１つまたは複数が、本明細書において「不均一である」として説明されるとき、そのようなものは、そのような寸法の最大からそのような寸法の最小までの少なくとも１０％の相違を指し示すことができる。たとえば、特定の実施形態では、所与の複数のリブレット１２８内の上記の寸法の１つまたは複数は、不均一であると説明されるとき、そのようなものは、そのような寸法の最大からそのような寸法の最小までの少なくとも２０％の相違、少なくとも３０％の相違、または少なくとも５０％の相違を指し示すことができる。しかし、さらに他の実施形態では、たとえばそのような寸法の最小がゼロに近いとき、そのような寸法の最大とそのような寸法の最小との間の相違は、およそ１００％になり得る。

さらに、上記の寸法は、ほぼ正方形のまたは矩形の断面形状を画定するリブレット１２８を用いて示されているが、上記のパラメータは、本開示の他の実施形態、すなわち、リブレットの１つまたは複数が、曲線的な形状、放物形状、またはのこぎり歯（ラムダ形状）などの任意の他の適切な形状を画定する実施形態に適用することができることを理解されたい。そのような例示的な実施形態では、リブレット１２８の高さ１３６は、頂点高さを指し示すことができ、リブレット１２８の幅１３８は、平均幅を指し示すことができ、間隔１３４は、隣接するリブレット１２８の頂点間の間隔を指し示すことができる。

次に図８および９を参照すれば、本開示のさらに別の例示的な実施形態による、流路表面１２６上の複数のリブレット１２８のグルーピング１３０の図が、提供される。より具体的には、図８は、流路表面１２６上の複数のリブレット１２８のグリーピング１３０の拡大平面図を提供し、図９は、図８の線９−９に沿った、図８の流路表面１２６上の複数のリブレット１２８のグルーピング１３０内のリブレット１２８の側部断面図を提供する。図８および９の実施形態はまた、図３を参照して上記で説明したタービンロータブレード１１４の流路表面１２６上の複数のリブレット１２８および／またはプラットホーム１１６上の複数のリブレット１２８のグルーピング１３０の１つまたは複数とほぼ同じ方法で構成され得る。したがって、同じまたは類似の番号は、同じまたは類似の部分を指し示すことができる。

図８および９の例示的な実施形態の場合、図示するグルーピング１３０内の複数のリブレット１２８の各々は、下流側方向Ｄでよい第１の長手方向Ｌに全体的に延びる。さらに、流路表面１２６上のグルーピング１３０内の複数のリブレット１２８の各々は、長手方向Ｌに沿って不均一の幾何形状または不均一の間隔の一方または両方を画定する。

詳細には、図示する実施形態の場合、図示するグルーピング１３０内の複数のリブレット１２８の各々は、流路表面１２６に対する高さ１３６および幅１３８を規定する。複数のリブレット１２８の各々の高さ１３６または幅１３８の少なくとも１つは、長手方向Ｌに沿って不均一である。具体的には、図示する実施形態の場合、複数のリブレット１２８の各々の高さ１３６および幅１３８の両方は、長手方向Ｌに沿って不均一である。たとえば、具体的に図８を参照すれば、第１のリブレット１２８は、上流側幅１３８Ｄ（すなわち、長手方向Ｌに沿って第１の場所における幅１３８Ｄ）と、下流側幅１３８Ｅ（すなわち長手方向Ｌに沿って第２の場所における幅１３８Ｅ）とを規定する。上流側幅１３８Ｄは、下流側幅１３８Ｅとは等しくなく、より具体的には、上流側幅１３８Ｄは、下流側幅１３８Ｅより小さい。したがって、例示的な第１のリブレット１２８は、これが長手方向Ｌに沿って延びるにつれて外方向に広がり／幅広になる（他の実施形態では、第１のリブレット１２８は、その代わりに、これが長手方向に沿って延びるにつれて狭くなってよいことが理解される）。

さらに、次に図９を具体的に参照すれば、第１のリブレット１２８は、さらに、上流側高さ１３６Ｄ（すなわち、長手方向Ｌに沿って第１の場所における高さ１３６Ｄ）と、下流側高さ１３６Ｅ（すなわち、長手方向Ｌに沿って第２の場所における高さ１３６Ｅ）とを規定する。上流側高さ１３６Ｄは、下流側高さ１３６Ｅとは等しくなく、またはより具体的には、上流側高さ１３６Ｄは、下流側高さ１３６Ｅより大きい。したがって、例示的な第１のリブレット１２８は、これが長手方向Ｌに沿って延びるにつれて流路表面１２６に向かって傾斜する（他の実施形態では、第１のリブレット１２８は、その代わりに、これが長手方向に沿って延びるにつれて流路表面１２６から外方に傾斜してよいことが、理解される）。

これも図示するように、図８および９の例示的な実施形態は、さらに、不均一の間隔を画定する。より具体的には、複数のリブレット１２８の各々は、隣接するリブレット１２８と共に間隔１３４を画定する。複数のリブレット１２８によって画定された（すなわち、隣接するリブレット１２８間の）間隔１３４は、長手方向Ｌまたは下流側方向に沿って不均一である。たとえば、第１および第２のリブレット１２８は、一緒になって、これらの間の上流側間隔１３４Ｄ（すなわち、長手方向Ｌに沿って第１の場所における間隔１３４Ｄ）を画定する。第１および第２のリブレット１２８はまた、一緒になって、これらの間の下流側間隔１３４Ｅ（すなわち、長手方向Ｌに沿って第２の場所における間隔１３４Ｅ）も画定する。第１および第２のリブレット１２８によって画定された上流側間隔１３４Ｄは、第１および第２のリブレット１２８によって画定された下流側間隔１３４Ｅとは等しくなく、またはより具体的には、第１および第２のリブレット１２８によって画定された上流側間隔１３４Ｄは、第１および第２のリブレット１２８によって画定された下流側間隔１３４Ｅより大きい。したがって、第１および第２のリブレット１２８は、これらが長手方向Ｌに沿って延びるにつれて互いに近づくようになる。

本開示の１つまたは複数の実施形態による複数のリブレットを含めることにより、構成要素に対する熱負荷を低減することを可能にすることができ、したがって構成要素を所望の作動温度範囲内に維持するのを助けることができる。さらに、理解されるように、本開示の１つまたは複数の実施形態による複数のリブレットを含むことにより、複数のリブレットが位置決めされる流量表面上の効力を低減することを可能にすることもできる。さらに、リブレットが不均一の間隔および／または不均一の幾何形状を、これらが延びる方向に沿って、またはこれらが延びる方向に対して垂直な方向に有することができ得るという前提で、複数のリブレットは、これらがさらされる空気流の特有のタイプに合わせてカスタマイズされてよい。たとえば、リブレットは、ガスタービンエンジン内の特定の場所に対する乱流の予想量、空気流速度などに基づいて設計され得る。したがって、複数のリブレットは、伝熱量を最小限に抑えおよび／または特定の構成要素上の効力の量を最小限に抑えるように設計され得る。

上記の利点を前提にして、図２から７を参照して上記で説明した複数のリブレット１２８は、タービンロータブレード１１４の流路表面１２６上に位置付けされているが、他の例示的な実施形態では、複数のリブレット１２８は、さらに、または代替的には、タービンセクション内の任意の適切な構成要素の流路表面上、ならびに圧縮機セクション内の任意の適切な構成要素の流路表面上に位置決めされてよいことを理解されたい。たとえば、他の例示的な実施形態では、複数のリブレットのグルーピングは、ノズルセクション（たとえば、ノズルセクション９６またはノズルセクション９８）のノズル１００の流路表面１０６上、ノズルセクションの端壁（たとえば、例示的なノズルセクション９６、９８の内側および外側端壁１０２、１０４の一方または両方）、または任意の他の適切な流路表面上に位置決めされてよい。その上、さらに他の実施形態では、本開示の１つまたは複数の例示的な態様による複数のリブレットのグルーピングは、圧縮機ロータブレードの段内の圧縮機ロータブレードセクションの圧縮機ロータブレード上、および／または圧縮機ロータブレードセクションのプラットホームの流路表面上、圧縮機ノズルの流路表面上、または圧縮機ノズル段の圧縮機ノズルセクションの端壁に位置付けられてよい。その上、さらに別の他の例示的な実施形態では、本開示の１つまたは複数の実施形態によるリブレットはまた、図１に関して上記で説明した例示的なジェットノズル排気セクション３２などのジェットノズル排気セクションの流路表面上に位置付けられてよい。

図１１を参照して以下により詳細に論じるように、本開示の例示的な実施形態による複数のリブレット１２８がその上にある流路表面を含む構成要素セクションは、複数のリブレット１２８を構成要素セクションのベース幾何形状に加えることによって形成され得る。たとえば、構成要素セクションは、流路表面を含むベース幾何形状を含むことができる。構成要素セクションのベース幾何形状は、鋳造によって形成され得る。しかし、他の実施形態では、ベース幾何形状は、追加としてまたは代替的には、機械加工、接合、および積層造形などの１つまたは複数の他の方法を用いて形成されてよい。その後、複数のリブレット１２８のグルーピングは、（ラピッドプロトタイピング、迅速製造、および３Ｄ印刷としても知られている）積層造形プロセスを用いて流路表面に付加され得る。たとえば、特定の例示的な態様では、複数のリブレット１２８のグルーピングは、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）、拡散接合、または選択的熱焼結（ＳＨＳ）を用いて構成要素セクションのベース幾何形状に付加されてよい。したがって、特定の例示的な実施形態では、リブレット１２８は、ベース幾何形状のものとは異なる材料から形成されてよいことを理解されたい。たとえば、リブレット１２８は、ベース幾何形状のものとは異なる合金から形成されてよい。しかし、他の実施形態では、リブレット１２８は、その代わりに、同じ材料から形成されてよい。

注目すべきことに、特定の実施形態では、複数のリブレット１２８のグルーピング１３０は、流路表面の局所セクションを完全に覆うことができる。たとえば、複数のリブレット１２８のグルーピング１３０は、隣接するリブレット１２８間に細い連結を含むことができる。代替的には、複数のリブレット１２８を流路表面１２６に付加することは、隣接するリブレット間の流路表面が露出されるように、個々のリブレット１２８のみを付加することを含むことができる。

次に図１０を一時的に参照すれば、本開示の別の例示的な実施形態によるタービンロータブレードセクション１１０の斜視図が、提供される。図１０に示す例示的なロータブレードセクション１１０は、図３に示す例示的なロータブレードセクション１１０とほぼ同じ方法で構成され得る。したがって、同じまたは類似の番号は、同じまたは類似の部分を指し示すことができる。

図示するように、図１０の例示的なロータブレードセクション１１０は、タービンロータブレード１１４と、壁またはプラットホーム１１６と、ベース１１８とを含む。ロータブレード１１４は、プラットホーム１１６からロータブレード１１４の先端部１２０まで径方向Ｒに沿って外方向に延びる。さらに、タービンロータブレード１１４は、前縁１２２と、対向する後縁１２４とを画定する。さらに、タービンロータブレードセクション１１０は、コア空気流路３７に少なくとも部分的に露出される流路表面１２６を含む。図示するタービンロータブレードセクション１１０は、さらに、流路表面１２６上に順次配置された複数の隆起部またはリブレット１２８を含む。しかし、図示する実施形態の場合、例示的なリブレット１２８は、流路表面１２６に沿って非線形方向に延びる（すなわち、複数のリブレット１２８は、非線形方向である長手方向に沿って延びる）。

詳細には、図示する実施形態の場合、例示的なロータブレードセクション１１０は、前縁１２２から先端部１２０に向かって非線形方向に延びる複数のリブレット１２８を含む。図示するように、リブレット１２８の例示的なグループ１３０は、ロータブレード１１４の径方向に外方向の半分から先端部１２０に向かって非線形方向に延びる。図示する例示的な実施形態には含まれないが、ロータブレードセクション１１０は、さらに、または代替的には、任意の他の場所において非線形方向に延びる複数のリブレット１２８を含むことができることを理解されたい。たとえば、ロータブレード１１４の吸引側１２７上の根元セクション（すなわち、径方向に内側の端部）が、非線形方向に延びるリブレット１２８を含むことができる。さらに、たとえば、ノズルセクションが、複数のリブレット１２８をノズル（たとえばノズル１００）上に含む他の例示的な実施形態の場合、ノズルの後方向の吸引側の複数のリブレット１２８は、端壁領域（内側または外側）からノズルの中間スパン領域に向かって非線形に延びることができる。当然ながら、さらに他の実施形態では、リブレット１２８は、任意の適切な方向（線形または非線形）に延びることができる。

非線形方向に延びる複数のリブレット１２８を含むような例示的な方法で構成されたロータブレードセクションは、複数のリブレット１２８が、作動中、構成要素の流れラインまたは流線形に沿って全体的に延びることを可能にすることができ、それによって構成要素上の効力をさらに低減する。

次に図１１を参照すれば、ガスタービンエンジンの圧縮機セクションまたはタービンセクション用の構成要素段の構成要素セクションを形成する例示的な方法（２００）の流れ図が、提供される。例示的な方法（２００）は、図１および２を参照して上記で説明した例示的なガスタービンエンジンと共に利用され得る。したがって、ガスタービンエンジンは、コア空気流路を画定することができる。

図示するように、例示的な方法（２００）は、（２０２）において、構成要素セクションのベース幾何形状を形成することを含む。ベース幾何形状は、構成要素セクションがガスタービンエンジン内に設置されたときにコア空気流路に少なくとも部分的に露出される流路表面を含む。図示する例示的な実施形態の場合、（２０２）において構成要素セクションのベース幾何形状を形成することは、（２０４）において、ベース幾何形状を鋳造することによって構成要素セクションのベース幾何形状を形成することを含む。

さらに、例示的な方法（２００）は、さらに、（２０６）において、積層造形プロセスを用いて複数のリブレットを構成要素セクションのベース幾何形状の流路表面上に形成することを含む。複数のリブレットは、順次配置され、不均一な幾何形状または不均一な間隔の一方または両方を画定する。たとえば、特定の例示的な態様では、（２０６）において形成されたリブレットは、図３から９を参照して上記で説明した例示的な実施形態の１つまたは複数と同じ方法で構成され得る。したがって、（２０６）において形成された複数のリブレットを含むことにより、たとえば、構成要素に対する伝熱が増大され、および／または作動中の構成要素上の効力が低減され得る。

注目すべきことに、他の例示的な実施形態では、例示的な方法（２００）は、その代わりに、構成要素の補修中に使用され得る。そのような例示的な態様では、（２０４）において鋳造することによって構成要素のベース幾何形状を形成する代わりに、（２０２）においてベース幾何形状を形成することは、ベース幾何形状の流路表面に先に施与されたコーティングの１つまたは複数の層を除去することを含むことができる。たとえば、補修される構成要素は、任意の環境バリアコーティングまたはこれに先に施与された他のコーティングがはがされてよい。さらに、構成要素のどんな損傷した面も、除去され、たとえばろう付けによって補修されてよく、または代替的には、積層造形プロセスを用いて補修されてもよい。例示的な方法（２００）は、次いで、（２０６）において、積層造形プロセスを用いて、複数のリブレットを構成要素のベース幾何形状の流路表面上に形成することを含むことができる。

さらに図１１を参照すれば、例示的な方法は、さらに、（２０８）において、コーティングの１つまたは複数の層をベース幾何形状の流路表面およびベース幾何形状の流路表面上に形成された複数のリブレットに施与することを含む。コーティングの１つまたは複数の層は、環境バリアコーティングまたは任意の他の適切なコーティングを含むことができる。

この記述した説明は、例を使用して、最良の形態を含んで本発明を開示し、また、当業者が、任意のデバイスまたはシステムを作製および使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んで、本発明を実施することを可能にもする。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想定する他の例を含むことができる。そのような他の例は、これらが、特許請求の範囲の文字通りの文言とは異ならない構造的要素を含む場合、またはこれらが、特許請求の範囲の文字通りの文言とわずかしか異ならない等価の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるように意図される。

１２ターボファンジェットエンジン
１３長手方向または軸方向中心線
１４ファンセクション
１６コアタービンエンジン
１８外側ケーシング
２０入り口
２２低圧圧縮機
２４高圧圧縮機
２６燃焼セクション
２８高圧タービン
３０低圧タービン
３２ジェット排気セクション
３４高圧シャフト／スプール
３６低圧シャフト／スプール
３８ファン
４０ブレード
４２ディスク
４４作動部材
４６パワーギヤボックス
４８ナセル
５０ファンケーシングまたはナセル
５２出口ガイドベーン
５４下流側セクション
５６バイパス空気流通路
５８空気
６０入り口
６２空気の第１の部分
６４空気の第２の部分
６６燃焼ガス
６８ステータベーン
７０タービンロータブレード
７２ステータベーン
７４タービンロータブレード
７６ファンノズル排気セクション
７８高温ガス路
７９燃焼器
８０燃焼室
８２内側ライナ
８４外側ライナ
８６前方端部
８８後方端部
９０燃料ノズル
９２第１のタービンノズル段
９４第２のタービンノズル段
９６第１のタービンノズルセクション
９８第２のタービンノズルセクション
１００タービンノズル
１０２内側端壁
１０４外側端壁
１０６流路表面
１０８第１のタービンロータブレード段
１１０タービンロータブレードセクション
１１２第１の段のロータ
１１４ロータブレード
１１６プラットホーム
１１８ベース
１２０先端部
１２２前縁
１２４後縁
１２６ロータブレードの流路表面
１２８リブレット
１３０グルーピング
１３２リブレットの長さ
Ｔ横断方向
Ｌ長手方向
１３４間隔
１３６高さ
１３８幅
Ｈスパン方向の高さ

Claims

コア空気流路（３７）を画定する、ターボ機械用の構成要素段であって、
流路表面を備える構成要素セクションを備え、前記流路表面が、前記コア空気流路（３７）に少なくとも部分的に露出され、さらに順次配置された複数のリブレット（１２８）を前記流路表面上に含み、順次配置された前記複数のリブレット（１２８）が、不均一な幾何形状または不均一な間隔の一方または両方を画定する、構成要素段。
前記複数のリブレット（１２８）の各々が、全体的に第１の方向に延び、前記複数のリブレット（１２８）の各々は、不均一な幾何形状または不均一な間隔の一方または両方を前記第１の方向に沿って画定する、請求項１記載の構成要素段。
前記複数のリブレット（１２８）が、全体的に第１の方向に延び、前記複数のリブレット（１２８）は、不均一な幾何形状または不均一な間隔の一方または両方を、前記第１の方向に対して垂直な方向に画定する、請求項１記載の構成要素段。
前記構成要素セクションが、ノズル（１００）またはロータブレード（１１４）の少なくとも１つを備え、前記構成要素セクションの前記流路表面が、前記ノズル（１００）または前記ロータブレード（１１４）の表面を含む、請求項１記載の構成要素段。
前記複数のリブレット（１２８）の各々が、前記流路表面に対する高さ（１３６）と、幅（１３８）とを規定し、前記複数のリブレット（１２８）の前記高さ（１３６）または幅（１３８）の少なくとも１つが、前記ノズル（１００）またはロータブレード（１１４）のスパン方向の高さ（Ｈ）の関数として変動する、請求項１記載の構成要素段。
前記構成要素セクションが、ベース幾何形状を備え、前記ベース幾何形状は、前記流路表面を含み、前記ベース幾何形状は、鋳造によって形成され、前記複数のリブレット（１２８）が、積層造形プロセスを用いて前記流路表面に付加される、請求項１記載の構成要素段。
前記複数のリブレット（１２８）が、非線形方向に延びる、請求項１記載の構成要素段。
ターボ機械の圧縮機セクションまたはタービンセクション用の構成要素段の構成要素セクションを形成する方法であって、前記ターボ機械が、コア空気流路を画定し、
前記構成要素セクションのベース幾何形状を形成することであって、前記ベース幾何形状は、前記コア空気流路に少なくとも部分的に露出される流路表面を備える、形成することと、
積層造形プロセスを用いて、複数のリブレットを前記構成要素セクションの前記ベース幾何形状の前記流路表面上に形成することであって、前記複数のリブレットは、順次配置され、不均一な幾何形状または不均一な間隔の一方または両方を画定する、形成することとを含む、方法。
前記構成要素セクションの前記ベース幾何形状を形成することが、鋳造によって前記構成要素セクションの前記ベース幾何形状を形成することを含む、請求項８記載の方法。
コーティングの１つまたは複数の層を、前記ベース幾何形状の前記流路表面および前記ベース幾何形状の前記流路表面上に形成された前記複数のリブレットに施与することをさらに含む、請求項８記載の方法。