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JP6290438B2 - Turbine engine - Google Patents
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JP6290438B2 - Turbine engine - Google Patents

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JP6290438B2
JP6290438B2 JP2016554227A JP2016554227A JP6290438B2 JP 6290438 B2 JP6290438 B2 JP 6290438B2 JP 2016554227 A JP2016554227 A JP 2016554227A JP 2016554227 A JP2016554227 A JP 2016554227A JP 6290438 B2 JP6290438 B2 JP 6290438B2
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    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/12Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
    • F01D11/122Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with erodable or abradable material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/10Stators
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    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2250/10Two-dimensional
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Description

優先権の主張および関連出願との相互参照
本願は、以下の米国特許出願の優先権を主張し、これらの全ての出願は2014年2月25日に出願され、それぞれの全ての内容は参照により本明細書に援用される:
出願番号14/189,081が割り当てられた「TURBINE ABRADABLE LAYER WITH ZIG-ZAG GROOVE PATTERN」
出願番号14/189,035が割り当てられた「TURBINE ABRADABLE LAYER WITH ASYMMETRIC RIDGES OR GROOVES」
出願番号14/188,992が割り当てられた「TURBINE ABRADABLE LAYER WITH PROGRESSIVE WEAR ZONE TERRACED RIDGES」。
CROSS REFERENCE TO PRIORITY AND CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application claims priority to the following US patent applications, all of which were filed on February 25, 2014, the contents of each of which are hereby Incorporated herein:
"TURBINE ABRADABLE LAYER WITH ZIG-ZAG GROOVE PATTERN" assigned with application number 14 / 189,081
"TURBINE ABRADABLE LAYER WITH ASYMMETRIC RIDGES OR GROOVES" assigned with application number 14 / 189,035
"TURBINE ABRADABLE LAYER WITH PROGRESSIVE WEAR ZONE TERRACED RIDGES" assigned with application number 14 / 188,992.

事件番号2015P01174WOであり、出願番号(未知)が割り当てられた、「TURBINE ABRADABLE LAYER WITH INCLINED SURFACE RIDGE OR GROOVE PATTERN」と題する同時に出願された国際特許出願は、関連出願として特定され、参照により本明細書に援用される。   A co-filed international patent application entitled “TURBINE ABRADABLE LAYER WITH INCLINED SURFACE RIDGE OR GROOVE PATTERN” with case number 2015P01174WO and assigned an application number (unknown) is identified as a related application and is hereby incorporated by reference. Incorporated.

以下の米国特許出願は、2014年2月25日に同時に出願されたものであり、ここに提出される出願を検討する目的のために関連出願として特定され、各出願の内容全体は参照により本明細書に援用される:
出願番号14/188,813が割り当てられた「TURBINE ABRADABLE LAYER WITH PROGRESSIVE WEAR ZONE MULTI DEPTH GROOVES」
出願番号14/188,941が割り当てられた「TURBINE ABRADABLE LAYER WITH PROGRESSIVE WEAR ZONE HAVING A FRANGIBLE OR PIXELATED NIB SURFACE」
出願番号14/188,958が割り当てられた「TURBINE ABRADABLE LAYER WITH PROGRESSIVE WEAR ZONE MULTI LEVEL RIDGE ARRAYS」
出願番号14/189,011が割り当てられた「TURBINE ABRADABLE LAYER WITH NESTED LOOP GROOVE PATTERN」。
The following US patent applications were filed concurrently on February 25, 2014 and were identified as related applications for the purpose of reviewing the applications filed here, the entire contents of each application being hereby incorporated by reference: Incorporated in the description:
"TURBINE ABRADABLE LAYER WITH PROGRESSIVE WEAR ZONE MULTI DEPTH GROOVES" assigned with application number 14 / 188,813
"TURBINE ABRADABLE LAYER WITH PROGRESSIVE WEAR ZONE HAVING A FRANGIBLE OR PIXELATED NIB SURFACE" assigned with application number 14 / 188,941
"TURBINE ABRADABLE LAYER WITH PROGRESSIVE WEAR ZONE MULTI LEVEL RIDGE ARRAYS" assigned with application number 14 / 188,958
“TURBINE ABRADABLE LAYER WITH NESTED LOOP GROOVE PATTERN” assigned application number 14 / 189,011.

発明の背景
1.発明の分野
本発明は、ガスまたは蒸気タービンエンジンを含む、アブレイダブル面を有するタービンエンジン用のアブレイダブル面に関し、また、エンジンブレード先端摩耗およびブレード先端漏れを減じる方法に関する。特に、本発明の様々な実施形態は、非対称の前方および後方のリッジ表面積密度を有するアブレイダブル面であって、エンジン運転中に前方ゾーンにおけるより大きなリッジ浸食を補償するとともに後方ゾーンにおけるブレード先端摩耗を減じるために、前方リッジが後方リッジよりも大きな表面積密度を有する、アブレイダブル面に関する。
Background of the Invention The present invention relates to abradable surfaces for turbine engines having abradable surfaces, including gas or steam turbine engines, and to a method for reducing engine blade tip wear and blade tip leakage. In particular, various embodiments of the present invention are abradable surfaces having asymmetric front and rear ridge surface area densities that compensate for greater ridge erosion in the front zone and the blade tip in the rear zone during engine operation. To reduce wear, it relates to an abradable surface where the front ridge has a greater surface area density than the rear ridge.

2.従来技術の説明
ガスタービンエンジンおよび蒸気タービンエンジンを含む公知のタービンエンジンは、タービンケーシングまたはハウジングによって周方向に包囲された、軸取付けされたタービンブレードを有する。タービンブレードを流過する高温ガスはブレード回転を生ぜしめ、このブレード回転は、高温ガス内の熱エネルギを機械的仕事に変換し、この機械的仕事は、発電機などの回転機械に動力を提供するために利用可能である。図1〜図6を参照すると、ガスタービンエンジン80などの公知のタービンエンジンは、多段圧縮機セクション82と、燃焼器セクション84と、多段タービンセクション86と、排出システム88とを有する。大気圧吸気が、タービンエンジン80の軸方向長さに沿って概して流れ矢印Fの方向で圧縮機セクション82に引き込まれる。吸気は、回転する圧縮機ブレードの複数の列によって圧縮機セクション82において次第に加圧され、対応する圧縮機ベーンによって燃焼器セクション84へ方向付けられ、この燃焼器セクション84において燃料と混合され、点火される。点火された燃料・空気混合物は、今度は元々の吸気よりも高い圧力および速度で、タービンセクション86における連続した列R1,R2等へ方向付けられる。エンジンのロータおよび軸90は、圧縮機82およびタービン86セクションにおいて、遠位ブレード先端94において終わる翼断面形状タービンブレード92の複数の列を有する。簡便かつ簡略にするため、エンジンにおけるタービンブレードおよびアブレイダブル層のさらなる説明は、タービンセクション86の実施形態および用途に焦点を絞るが、同様の構成は圧縮機セクション82にも適用可能である。各ブレード92は、凹面輪郭の高圧側96と、凸面状の低圧側98とを有する。燃焼流れ方向Fに流れる高速・高圧の燃焼ガスは、ブレード92に回転運動を付与し、ロータを回転させる。公知のように、ロータ軸に付与された機械的動力の一部は、有効仕事を行うために利用可能である。燃焼ガスは、ロータの半径方向遠位においてはタービンケーシング100によって、ロータの近位では空気シール102によって拘束されている。図2に示された第1列セクションを参照すると、それぞれの上流ベーン104および下流ベーン106は、上流燃焼ガスをタービンブレード92の前縁の入射角に対してほぼ平行に方向付け、ブレードの後縁から出る下流燃焼ガスを方向転換する。
2. Description of the Prior Art Known turbine engines, including gas turbine engines and steam turbine engines, have axially mounted turbine blades circumferentially surrounded by a turbine casing or housing. Hot gas flowing through the turbine blades causes blade rotation, which converts the thermal energy in the hot gas into mechanical work, which provides power to rotating machines such as generators. Is available to do. With reference to FIGS. 1-6, a known turbine engine, such as gas turbine engine 80, has a multi-stage compressor section 82, a combustor section 84, a multi-stage turbine section 86, and an exhaust system 88. Atmospheric pressure intake is drawn into the compressor section 82 generally in the direction of the flow arrow F along the axial length of the turbine engine 80. The intake air is progressively pressurized in the compressor section 82 by multiple rows of rotating compressor blades, directed to the combustor section 84 by the corresponding compressor vanes, mixed with fuel in the combustor section 84, and ignited. Is done. The ignited fuel / air mixture is now directed to successive rows R 1 , R 2, etc. in the turbine section 86 at a higher pressure and speed than the original intake air. The engine rotor and shaft 90 has a plurality of rows of blade profile turbine blades 92 ending at a distal blade tip 94 in the compressor 82 and turbine 86 sections. For convenience and simplicity, further description of the turbine blades and abradable layers in the engine will focus on the embodiment and application of the turbine section 86, although similar configurations are applicable to the compressor section 82. Each blade 92 has a concave high pressure side 96 and a convex low pressure side 98. The high-speed and high-pressure combustion gas flowing in the combustion flow direction F imparts rotational motion to the blade 92 to rotate the rotor. As is well known, some of the mechanical power imparted to the rotor shaft is available to do useful work. Combustion gas is constrained by the turbine casing 100 radially distal to the rotor and by an air seal 102 proximal to the rotor. Referring to the first row section shown in FIG. 2, each upstream vane 104 and downstream vane 106 directs upstream combustion gases substantially parallel to the angle of incidence of the leading edge of the turbine blade 92 so that the rear of the blade Divert downstream combustion gas from the edge.

ブレード先端94の近くの、タービンエンジン80のタービンケーシング100は、複数の扇形のアブレイダブル構成部材100によって被覆されており、各アブレイダブル構成部材100は、ケーシング内に保持されかつケーシングに結合された支持面112と、ブレード先端間隙Gによってブレード先端と向き合って間隔を置かれた関係にあるアブレイダブル基板120とを有する。アブレイダブル基板は、多くの場合、高い熱的抵抗性および熱的腐食抵抗性を有しかつ高い燃焼温度において構造的一体性を維持する金属/セラミック材料から構成されている。アブレイダブル面120の金属セラミック材料は、多くの場合、タービンブレード先端94の材料よりも削られやすいので、ブレード先端間隙Gは、良くても早すぎるブレード先端摩耗を、より悪い場合にはその状況がエンジン損傷を生じ得る、2つの向き合った構成部材間の接触を回避するように維持されている。幾つかの公知のアブレイダブル構成部材110は、モノリシックの金属/セラミックアブレイダブル基板120を備えて構成されている。その他の公知のアブレイダブル構成部材110は、米国特許第6641907号明細書に記載されているように、より小さな粒子のセラミックフィラーによって包囲された、緊密にパックされた中空セラミック球状粒子の複数の層の破砕性傾斜断熱材(FGI)セラミック層が結合されたセラミック支持面112を有する、複合マトリックス複合(CMC)構造を備えて構成されている。異なる特性を有する球状粒子は、基板120に成層されており、概してより容易に削られやすい球体は、ブレード先端94の摩耗を減じるために上層を形成している。別のCMC構造は米国特許出願公開第2008/0274336号明細書に記載されており、表面は、中空セラミック球体の間に、切断された溝付きのパターンを有する。溝は、ブレード先端94がアブレイダブル面と接触したとしても、潜在的なブレード先端94の摩耗を減じるように、アブレイダブル面材料の断面積を減じることが意図されている。その他の一般的に公知のアブレイダブル構成部材110は、アブレイダブル基板層120を形成する溶射されたセラミック/金属層が提供された金属ベース層支持面112を備えて構成されている。より詳細に説明するように、溶射された金属層は、潜在的なブレード先端94の摩耗を減じるためにアブレイダブル面材料の断面を減じるように、溝、凹所またはリッジを有してもよい。   The turbine casing 100 of the turbine engine 80 near the blade tip 94 is covered by a plurality of fan-shaped abradable components 100, each abradable component 100 being held in and coupled to the casing. And an abradable substrate 120 that is in a spaced-apart relationship facing the blade tip by a blade tip gap G. Abradable substrates are often constructed of metal / ceramic materials that have high thermal and thermal corrosion resistance and maintain structural integrity at high combustion temperatures. Since the metal ceramic material of the abradable surface 120 is often more susceptible to scraping than the material of the turbine blade tip 94, the blade tip gap G may cause blade tip wear at best or too early, or worse, The situation is maintained to avoid contact between two opposing components that may cause engine damage. Some known abradable components 110 are constructed with a monolithic metal / ceramic abradable substrate 120. Other known abradable components 110 include a plurality of closely packed hollow ceramic spherical particles surrounded by smaller particle ceramic filler, as described in US Pat. No. 6,641,907. The layer is constructed with a composite matrix composite (CMC) structure having a ceramic support surface 112 to which a fracturing graded thermal insulation (FGI) ceramic layer is bonded. Spherical particles having different properties are layered on the substrate 120, and the spheres that are generally more easily scraped form an upper layer to reduce wear on the blade tip 94. Another CMC structure is described in US 2008/0274336, where the surface has a cut grooved pattern between hollow ceramic spheres. The grooves are intended to reduce the cross-sectional area of the abradable surface material so as to reduce potential blade tip 94 wear even if the blade tip 94 contacts the abradable surface. Another commonly known abradable component 110 is configured with a metal base layer support surface 112 provided with a sprayed ceramic / metal layer that forms an abradable substrate layer 120. As described in more detail, the sprayed metal layer may have grooves, recesses or ridges so as to reduce the cross-section of the abradable face material to reduce potential blade tip 94 wear. Good.

ブレード先端94の早すぎる摩耗またはアブレイダブル面120との接触を防止するという要望に加え、図3に示したように、理想的な空気流およびパワー効率のために、各ブレード先端94は、望ましくは、高圧ブレード側96と低圧ブレード側98との間および燃焼流れ方向Fで軸方向のブレード先端空気流漏れLを最小限に減じるために、できるだけ小さなアブレイダブル構成部材110に対する均一なブレード先端間隙G(理想的にはゼロ間隙)を有する。しかしながら、製造および運転のトレードオフは、ゼロよりも大きなブレード先端間隙Gを要求する。このようなトレードオフは、相互に作用する構成部材の公差の積み重ねを含み、これにより、許容できる半径方向長さ公差の、より高い端部に構成されたブレードと、許容できる半径方向公差の、下側端部に構成されたアブレイダブル構成部材のアブレイダブル面120とが、運転中に過剰に互いに衝突しない。同様に、エンジン組立て中の小さな機械的整合ばらつきは、ブレード先端間隙の局所的ばらつきを生じる可能性がある。例えば、何メートルものタービンケーシングアブレイダブル基板120の内径を有する、何メートルもの軸方向長さのタービンエンジンにおいて、非常に小さな機械的整合ばらつきが、数ミリメートルの局所的ブレード先端間隙Gばらつきを生じる可能性がある。   In addition to the desire to prevent premature wear of the blade tips 94 or contact with the abradable surface 120, as shown in FIG. 3, for ideal air flow and power efficiency, each blade tip 94 is Desirably, a uniform blade for the abradable component 110 as small as possible to minimize axial blade tip air leakage L between the high pressure blade side 96 and the low pressure blade side 98 and in the combustion flow direction F. It has a tip gap G (ideally a zero gap). However, manufacturing and operating tradeoffs require a blade tip gap G that is greater than zero. Such trade-offs include a stack of tolerances of interacting components, which allows for a blade configured at the higher end with an acceptable radial length tolerance and an acceptable radial tolerance. The abradable surface 120 of the abradable component configured at the lower end does not excessively collide with each other during operation. Similarly, small mechanical alignment variations during engine assembly can cause local variations in blade tip clearance. For example, in a multi-meter axial length turbine engine having an inner diameter of many meters of turbine casing abradable substrate 120, very small mechanical alignment variations cause local blade tip gap G variations of a few millimeters. there is a possibility.

タービンエンジン80の運転中、タービンエンジンケーシング100は、図4および図6に示したような、非円形(例えば卵形)の熱的ゆがみを生じ得る。エンジンは、パワーを発生するために燃焼させられ、その後、数千時間の発電後に保守のために冷却されるので、ケーシング100の熱的ゆがみポテンシャルが、タービンエンジン80の運転サイクルの間に増大する。一般的に、図6に示したように、より大きなケーシング100およびアブレイダブル構成部材110のゆがみが、横方向で右124および左128の周方向位置(すなわち、3:00および9:00)と比較して、最も上側122および最も下側126のケーシング周方向位置(すなわち、6:00および12:00位置)において生じる傾向がある。例えば、図4に示したように、6:00位置におけるケーシング歪みがアブレイダブル基板120とのブレード先端接触を生ぜしめるならば、ブレード先端のうちの1つまたは複数は運転中に摩耗されることがあり、ブレード先端間隙を、局所的に、タービンケーシング100の様々な他のより変形させられてない周方向部分において、理想的な間隙Gから、図5に示したようなより大きな間隙GWへ増大させる。過剰なブレード間隙GWの歪みは、ブレード先端漏れLを増大させ、高温燃焼ガスを、タービンブレード92の翼から離れるように逸らせ、タービンエンジンの効率を低下させる。 During operation of the turbine engine 80, the turbine engine casing 100 may experience non-circular (eg, egg-shaped) thermal distortion, as shown in FIGS. As the engine is burned to generate power and then cooled for maintenance after thousands of hours of power generation, the thermal distortion potential of casing 100 increases during the operating cycle of turbine engine 80. . In general, as shown in FIG. 6, the distortion of the larger casing 100 and abradable component 110 causes the lateral positions of the right 124 and left 128 in the lateral direction (ie, 3:00 and 9:00). Compared to the uppermost 122 and lowermost 126 casing circumferential positions (ie, 6:00 and 12:00 positions). For example, as shown in FIG. 4, if casing distortion at 6:00 position causes blade tip contact with the abradable substrate 120, one or more of the blade tips will be worn during operation. The blade tip clearance may be locally increased in various other less deformed circumferential portions of the turbine casing 100 from an ideal clearance G to a larger clearance G as shown in FIG. Increase to W. Distortion of excessive blade gap G W increases the blade tip leakage L, and hot combustion gases, deflecting away from the blades of the turbine blades 92, reduces the efficiency of the turbine engine.

過去には、平坦なアブレイダブル面基板120が利用され、ブレード先端間隙Gの仕様は、伝統的に、少なくとも最小限の全体的な間隙を提供するように選択され、これにより、タービン構成部材製造公差積み重ね、組立て整合ばらつきおよび熱的ゆがみの広い範囲においてブレード先端94およびアブレイダブル面基板の接触を防止する。これにより、比較的広い伝統的な間隙Gの仕様が、先端/基板接触によって犠牲にされたエンジン効率を回避するように選択される。燃料保存のためにエンジン効率を高めるという商業的な要望は、より小さなブレード先端間隙Gの仕様を推進した。このブレード先端間隙Gの仕様は、好適には、2mm以下、望ましくは1mmに近い。   In the past, a flat abradable surface substrate 120 was utilized, and the specification of the blade tip gap G was traditionally selected to provide at least a minimum overall gap, thereby providing turbine components. Contact between blade tip 94 and abradable surface substrate is prevented over a wide range of manufacturing tolerance stacks, assembly alignment variations and thermal distortion. Thereby, a relatively wide traditional gap G specification is selected to avoid engine efficiency sacrificed by tip / substrate contact. The commercial desire to increase engine efficiency for fuel conservation has driven the specification of a smaller blade tip gap G. The specification of the blade tip gap G is preferably 2 mm or less, preferably close to 1 mm.

ブレード先端/基板接触の可能性を減じるために、溶射された金属/セラミックアブレイダブル面を備える金属ベース層支持部を有するアブレイダブル構成部材は、図7〜図11に示したような三次元の平面図形輪郭を備えて構成されている。図7および図10の典型的な公知のアブレイダブル面構成部材130は、タービンケーシング100に接続するための金属ベース層支持部131を有し、この金属ベース層支持部131には、溶射された金属/セラミック層が堆積させられており、かつ公知の堆積または除去材料加工法によって三次元リッジおよび溝輪郭に形成されている。特に、これらの引用された図面において、複数のリッジ132はそれぞれ、共通の高さHRの遠位リッジ先端面134を有しており、この遠位リッジ先端面134は、ブレード先端94と、遠位リッジ先端面134との間にブレード先端間隙Gを規定する。各リッジは、側壁135および136をも有する。側壁135および136は、基板表面137から延びており、連続するリッジの向き合った側壁の間に溝138を規定している。リッジ132は、連続するリッジの中心線の間に平行な間隔SRを備えて配置されており、溝幅WGを規定している。アブレイダブル構成部材の表面対称性により、溝深さDGはリッジ高さHRに対応する。中実平滑表面アブレイダブルと比較して、リッジ132は、より小さな断面を有し、かつブレード先端間隙Gがブレード先端94を1つまたは複数の先端134と接触させるほど小さくなったときに、より制限された削り接触を有する。しかしながら、比較的高い、広い間隔のリッジ132は、従来の連続的な平坦なアブレイダブル面と比較して、リッジの間の溝138内へのブレード漏れLを許容する。ブレード先端漏れLを減じるための努力において、リッジ132および溝138は、燃焼流れF(図示せず)の方向に水平に、または、図7に示したようにアブレイダブル面137の幅を横切って対角に向けられており、これにより、漏れを阻止する傾向がある。図8に示されたその他の公知のアブレイダブル構成部材140は、溝148を十字形パターンに配置しており、平坦な、等しい高さのリッジ先端144を備えた菱形のリッジ平面図形142を画成している。付加的な公知のアブレイダブル構成部材は、図9および図11に示された、三角形の丸みづけられたまたは平坦な先端の三角形リッジ152を使用している。図9および図11のアブレイダブル構成部材150において、各リッジ152は、平坦なリッジ先端154において終わった対称的な側壁155,156を有する。全てのリッジ先端154は、共通の高さHRを有し、基板表面157から突出している。溝158は、湾曲しており、ブレード先端94の反り線と同じ平面図形輪郭を有する。湾曲した溝158は、図7および図8に示したようにアブレイダブル構成部材の線形溝138または148よりも、形成するのが困難である。 In order to reduce the possibility of blade tip / substrate contact, an abradable component having a metal base layer support with a sprayed metal / ceramic abradable surface is a tertiary as shown in FIGS. It is configured with the original planar figure outline. A typical known abradable surface component 130 of FIGS. 7 and 10 has a metal base layer support 131 for connection to the turbine casing 100, and the metal base layer support 131 is sprayed. Metal / ceramic layers are deposited and formed into three-dimensional ridge and groove profiles by known deposition or removal material processing methods. In particular, in these cited drawings, each of the plurality of ridges 132 has a common height H R distal ridge tip surface 134, which includes a blade tip 94, A blade tip gap G is defined between the distal ridge tip surface 134. Each ridge also has side walls 135 and 136. Side walls 135 and 136 extend from the substrate surface 137 and define a groove 138 between the opposing side walls of successive ridges. Ridge 132 is arranged with a parallel spacing S R between the center line of successive ridges defines a groove width W G. The surface symmetry of the abradable component, the groove depth D G corresponds to the ridge height H R. Compared to a solid smooth surface abradable, the ridge 132 has a smaller cross-section and when the blade tip gap G becomes so small that the blade tip 94 contacts the one or more tips 134, Has a more limited scraping contact. However, the relatively high, widely spaced ridges 132 allow blade leakage L into the grooves 138 between the ridges as compared to conventional continuous flat abradable surfaces. In an effort to reduce blade tip leakage L, ridge 132 and groove 138 are either horizontally in the direction of combustion flow F (not shown) or across the width of abradable surface 137 as shown in FIG. Are directed diagonally, which tends to prevent leakage. Another known abradable component 140 shown in FIG. 8 has a rhombic ridge plan view 142 with a flat, equal height ridge tip 144 with grooves 148 arranged in a cruciform pattern. It is defined. An additional known abradable component uses a triangular rounded or flat tip triangular ridge 152 as shown in FIGS. In the abradable component 150 of FIGS. 9 and 11, each ridge 152 has symmetrical side walls 155, 156 that terminate at a flat ridge tip 154. All ridge tips 154 have a common height H R and protrude from the substrate surface 157. The groove 158 is curved and has the same planar graphic contour as the warp line of the blade tip 94. The curved groove 158 is more difficult to form than the linear groove 138 or 148 of the abradable component as shown in FIGS.

過去のアブレイダブル構成部材設計は、ブレード先端とアブレイダブル面との接触により生じるブレード先端摩耗と、タービンエンジン運転効率を低下させるブレード先端漏れとの大きな妥協を必要としていた。エンジン運転効率を最適化させることは、ブレード先端間隙を通過する空気漏れを妨げ、初期エンジン性能およびエネルギ保存を高めるために、減じられたブレード先端間隙および滑らかな一貫して平坦なアブレイダブル表面トポロジーを必要としていた。増大したガスタービン運転効率および柔軟性のための別の動機において、より急速なフルパワー増大(40〜50Mw/分のオーダ)を要求するいわゆる「急速始動」モードエンジンが構成された。急激な増大率は、より急速な熱的および機械的成長およびより大きなゆがみおよび回転構成部材と固定の構成部材との成長率のより大きな不適合により生じる、リングセグメントのアブレイダブルコーティング内へのブレード先端の潜在的なより大きな突入を悪化させた。これは、ひいては、「標準」始動サイクルのためにのみ構成されたエンジンのために要求されるブレード先端間隙よりも、早すぎるブレード先端摩耗を回避するために、「急速始動」モードエンジンにおいて、より大きなタービン先端間隙を必要としていた。したがって、設計選択として、より急速な始動/より低い運転効率のより大きなブレード先端間隙または標準始動/より大きな運転効率のより小さなブレード先端間隙をバランスさせることが必要とされていた。従来、標準または急速始動エンジンは、両設計の異なる必要とされるブレード先端間隙パラメータを提供するために、異なる構成を必要としていた。標準または急速始動方式にかかわらず、エンジン効率最適化のためにブレード先端間隙を減じることは、最終的に、早すぎるブレード先端摩耗のリスクを生じ、ブレード先端間隙を拡開させ、最終的に、エンジン運転サイクルの間の長期的なエンジン性能効率を低下させる。前記のセラミックマトリックス複合材(CMC)のアブレイダブル構成部材設計は、ブレード先端摩耗を低減するために、より柔軟な上部アブレイダブル層を使用することによって、空気流制御の利点と、平坦な表面輪郭アブレイダブル面の小さなブレード先端間隙とを維持しようと努めた。米国特許出願公開第2008/0274336号明細書のアブレイダブル構成部材も、上側層の中空セラミック球体の間に溝を組み入れることによって、ブレード先端摩耗を減じようと努めた。しかしながら、溝寸法は、本来、球体破壊を防止するために球体の詰込み間隔および直径によって制限されていた。リッジ先端とブレード先端との間の潜在的なこすれ接触表面積を減じながら、ブレード先端間隙を減じるための妥協的解決策として、溶射された基板輪郭に均一な高さのアブレイダブル表面リッジを付加することは、早すぎるブレード先端摩耗/増大するブレード先端間隙の可能性を低減したが、ただし、それはリッジの間の溝内への増大したブレード先端漏れという犠牲を払っていた。上述のように、溝内への漏れ空気流を遮断または制御することを試みるためにリッジ配列の平面図形における向きを変化させることによってブレード先端漏れ流を減じる試みがなされてきた。   Past abradable component designs have required a significant compromise between blade tip wear caused by contact between the blade tip and the abradable surface and blade tip leakage which reduces turbine engine operating efficiency. Optimized engine operating efficiency prevents air leakage through the blade tip gap and reduces the blade tip clearance and smooth consistent flat abradable surface to increase initial engine performance and energy conservation Needed topology. In another motivation for increased gas turbine operating efficiency and flexibility, a so-called “rapid start” mode engine was constructed that required a more rapid full power increase (on the order of 40-50 Mw / min). Abrupt growth rates are caused by more rapid thermal and mechanical growth and greater distortion and greater mismatch in growth rates between rotating and stationary components and blades into the abradable coating of the ring segment Aggravated the potential larger inrush of the tip. This, in turn, is more common in “quick start” mode engines to avoid premature blade tip wear than is required for engines configured only for “standard” start cycles. A large turbine tip clearance was required. Therefore, a design choice was required to balance faster blade start / larger blade tip clearance with lower operating efficiency or standard starter / smaller blade tip clearance with greater operating efficiency. Traditionally, standard or quick start engines have required different configurations to provide different required blade tip clearance parameters for both designs. Regardless of the standard or quick start method, reducing the blade tip clearance for engine efficiency optimization will ultimately result in the risk of blade tip wear prematurely, widening the blade tip clearance, and finally Reduces long-term engine performance efficiency during the engine operating cycle. The ceramic matrix composite (CMC) abradable component design described above has the advantage of air flow control and flatness by using a more flexible upper abradable layer to reduce blade tip wear. An attempt was made to maintain a small blade tip clearance on the surface contour abradable surface. The abradable component of US 2008/0274336 also sought to reduce blade tip wear by incorporating grooves between the upper layer hollow ceramic spheres. However, the groove dimensions were originally limited by the stuffing interval and diameter of the spheres to prevent sphere destruction. Add a uniform height abradable surface ridge to the sprayed substrate profile as a compromise solution to reduce blade tip clearance while reducing potential scraping contact surface area between ridge tip and blade tip This reduced the possibility of premature blade tip wear / increased blade tip clearance, but at the expense of increased blade tip leakage into the grooves between the ridges. As noted above, attempts have been made to reduce blade tip leakage by changing the orientation of the ridge array in the plan view to attempt to block or control leakage air flow into the groove.

発明の概要
本発明の様々な実施形態の目的は、ブレード先端摩耗を過剰に生ぜしめない形式で、構成部材公差積み重ね、組立て整合ばらつき、1つまたは複数のエンジン運転サイクルの間に進行するブレード/ケーシング変形などの要因によって生ぜしめられる局所的ばらつきにもかかわらずブレード先端間隙を低減および制御することによって、エンジン効率性能を高めることである。
SUMMARY OF THE INVENTION The objectives of the various embodiments of the present invention are to provide blade tolerance / stack progression, assembly alignment variability, blade / progress during one or more engine operating cycles in a manner that does not cause excessive blade tip wear. Increasing engine efficiency performance by reducing and controlling the blade tip clearance despite local variations caused by factors such as casing deformation.

アブレイダブル面とブレード先端とが互いに接触する局所的な摩耗ゾーンにおいて、本発明の様々な実施形態の目的は、これらのゾーンにおける最小限のブレード先端漏れを維持しかつこれらの局所的な摩耗ゾーンの外側に比較的狭いブレード先端間隙を維持しながらブレード先端摩耗を最小限に減じることである。   In localized wear zones where the abradable surface and the blade tip are in contact with each other, the purpose of the various embodiments of the present invention is to maintain minimal blade tip leakage in these zones and to ensure that these localized wear. The blade tip wear is reduced to a minimum while maintaining a relatively narrow blade tip gap outside the zone.

発明のその他の実施形態の目的は、潜在的に増大した数の局所的なブレード先端/アブレイダブル面接触ゾーンから生じ得る早すぎるブレード先端摩耗のリスクを過剰に生じることなくタービン運転効率を高めることである。   The purpose of other embodiments of the invention is to increase turbine operating efficiency without excessive risk of premature blade tip wear that can result from a potentially increased number of local blade tip / abradable surface contact zones. That is.

発明のさらに別の実施形態の目的は、エンジン運転中にアブレイダブル面浸食を補償するために、前方ゾーンにおいてより大きなアブレイダブルリッジ表面積を提供しながら、ブレード先端漏れを阻止および/または方向転換させる、アブレイダブル面のリッジおよび溝の複合的な別個の前方および後方輪郭および平面図形配列を利用することによって、ブレード先端漏れを減じることである。   Still another object of the invention is to prevent and / or direct blade tip leakage while providing a larger abradable ridge surface area in the forward zone to compensate for abradable surface erosion during engine operation. To reduce blade tip leakage by utilizing a composite, separate front and back profile and planographic arrangement of abradable ridges and grooves to be converted.

付加的な実施形態の目的は、回転するタービンブレードに影響しないまたはタービンブレードを削らないように、削られた材料およびその他の粒子状物質を軸方向にタービンを通ってアブレイダブル面に沿って搬送するための溝チャネルを提供することである。   The purpose of the additional embodiments is to scrape material and other particulate matter axially through the turbine along the abradable surface so as not to affect the rotating turbine blade or to cut the turbine blade. It is to provide a groove channel for conveying.

本発明の様々な実施形態において、タービンケーシングアブレイダブル構成部材は、タービンブレード翼高圧側から低圧側へではなく溝内へ下流へのブレード先端空気流漏れを低減、方向転換および/または遮断するために、明確な前方上流および後方下流複合マルチ方向溝と、鉛直方向に突出したリッジ平面図形パターンとを有する。平面図形パターン実施形態は、明確な前方上流(ゾーンA)および後方下流パターン(ゾーンB)を有する複合マルチ溝/リッジパターンである。これらの組み合わされたゾーンAおよびゾーンBリッジ/溝配列平面図形は、局所的なブレード漏れ方向Lでのタービンブレード翼の圧力側から翼の吸込側へ向かってガス流漏れを直接に妨害するために、溝内に捕捉されたガス流を下流燃焼流F方向へ方向付ける。前方ゾーンは、概して、前縁と、タービン80の軸線に対して平行な線が、翼の圧力側表面に対してほぼ接線方向であるカットオフポイントにおけるブレード翼の弦中間との間に規定されており、ほぼ翼の軸方向全長の3分の1〜2分の1である。配列パターンの残りは、後方ゾーンBを含む。後方下流ゾーンBの溝およびリッジは、ブレード回転方向Rとは反対方向に角度を成して配向されている。角度の範囲は、関連するタービンブレード92の反り線または後縁角度の約30%〜120%である。幾つかの実施形態では、上流または前方ゾーンAのリッジ/溝配列の平面図形は、エンジン運転中に生じる、より大きなアブレイダブル浸食を補償するために、下流または構造ゾーンBのリッジ/溝平面図形よりも、より大きなアブレイダブル表面積を有する。   In various embodiments of the present invention, a turbine casing abradable component reduces, redirects and / or blocks blade tip airflow leakage downstream from the turbine blade blade high pressure side to the low pressure side rather than from the low pressure side. For this purpose, it has a clear front upstream and rear downstream composite multi-directional groove and a vertically extending ridge planographic pattern. The planographic pattern embodiment is a composite multi-groove / ridge pattern with a clear front upstream (zone A) and rear downstream pattern (zone B). These combined Zone A and Zone B ridge / groove array plan views directly impede gas flow leakage from the pressure side of the turbine blade blade to the blade suction side in the local blade leakage direction L. In addition, the gas flow trapped in the groove is directed in the direction of the downstream combustion flow F. The forward zone is generally defined between the leading edge and the middle of the blade blade chord at a cutoff point where a line parallel to the axis of the turbine 80 is approximately tangential to the pressure side surface of the blade. Approximately one third to one half of the axial length of the blade. The rest of the array pattern includes the rear zone B. The grooves and ridges in the rear downstream zone B are oriented at an angle in the direction opposite to the blade rotation direction R. The range of angles is about 30% to 120% of the warp or trailing edge angle of the associated turbine blade 92. In some embodiments, the plan view of the ridge / groove arrangement in the upstream or forward zone A is designed to compensate for the larger abradable erosion that occurs during engine operation, in order to compensate for the ridge / groove plane in the downstream or structural zone B. It has a larger abradable surface area than the graphic.

他の様々な実施形態では、アブレイダブル構成部材は、第1の下側摩耗ゾーンと第2の上側摩耗ゾーンとを有する鉛直方向に突出したリッジまたはリブを備えて構成されている。アブレイダブル面の近くのリッジの第1の下側ゾーンは、リッジの間の溝内へのブレード先端空気流漏れを低減、方向転換および/または遮断するように調節された平面図形配列および突出部によって、エンジン空気流特性を最適化するように構成されている。リッジの下側ゾーンは、アブレイダブル構成部材および表面の機械的および熱的構造的一体性、熱的抵抗性、熱的耐腐食性および摩耗寿命を高めるように最適化されてもいる。リッジ上側ゾーンは、下側ゾーンの上方に形成されており、下側ゾーンよりも容易に削れやすくすることによって、ブレード先端間隙および摩耗を最小限にするように最適化されている。アブレイダブル構成部材の様々な実施形態は、下側ゾーンリブ構造よりも小さな断面積を有する上側サブリッジまたは尖端を備える上側ゾーンのより容易な削りやすさを提供する。幾つかの実施形態では、上側サブリッジまたは尖端は、小さなブレード先端接触の際に曲がるか、さもなければたわむようにおよび/またはより大きなブレード先端接触の際には摩耗および/またはせん断するように形成されている。他の実施形態では、上側ゾーンサブリッジまたは尖端は、1つまたは複数のブレード先端と局所的に接触したこれらの尖端のみが摩耗され、局所的な摩耗ゾーンの外側の他のものはそのままにとどまるように、上側摩耗ゾーンの配列にピクセル化されている。リッジの上側ゾーン部分は摩耗されるが、上側ゾーン部分は、従来公知のモノリシックリッジよりもブレード先端摩耗を生じにくい。本発明の幾つかの実施形態では、上側ゾーンリッジ部分が摩耗されたとき、残りの下側リッジ部分は、ブレード先端漏れを制御することによってエンジン効率を保持する。局所的なブレード先端間隙がさらに減じられた際、ブレード先端は、その位置における下側リッジ部分を摩耗させる。しかしながら、その下側リッジ部分の局所的な摩耗領域の外側の比較的高いリッジは、エンジン性能効率を保持するために、より小さなブレード先端間隙を維持する。付加的に、マルチレベル摩耗ゾーン輪郭により、1つのタービンエンジン設計が、標準または「急速始動」モードで運転されることができる。急速始動モードで運転される場合、エンジンは、下側摩耗ゾーン空力機能を保存しながら、過剰ブレード先端摩耗のより少ない可能性とともに、上側摩耗ゾーン層を摩耗する傾向を有する。同じエンジンが標準始動モードで運転される場合、アブレイダブル上側および下側摩耗ゾーンの両方が効率的なエンジン運転のために保存されるさらに高い可能性が存在する。3つ以上の層から成る摩耗ゾーン(例えば、上側、中間および下側の摩耗ゾーン)を、本発明の実施形態に従って構成されたアブレイダブル構成部材において使用することができる。   In various other embodiments, the abradable component is configured with a vertically projecting ridge or rib having a first lower wear zone and a second upper wear zone. The first lower zone of the ridge near the abradable surface is a planar graphic arrangement and protrusion adjusted to reduce, redirect and / or block blade tip airflow leakage into the groove between the ridges The part is configured to optimize engine air flow characteristics. The lower zone of the ridge is also optimized to increase the mechanical and thermal structural integrity, thermal resistance, thermal corrosion resistance and wear life of the abradable components and surfaces. The ridge upper zone is formed above the lower zone and is optimized to minimize blade tip clearance and wear by making it easier to scrape than the lower zone. Various embodiments of the abradable component provide easier scraping of the upper zone with an upper support or tip having a smaller cross-sectional area than the lower zone rib structure. In some embodiments, the upper subridge or tip is configured to bend or otherwise flex upon small blade tip contact and / or to wear and / or shear upon larger blade tip contact. Has been. In other embodiments, the upper zone support or tip is worn only at those tips that are in local contact with one or more blade tips, while others outside the local wear zone remain intact. As such, it is pixelated into an array of upper wear zones. Although the upper zone portion of the ridge is worn, the upper zone portion is less prone to blade tip wear than conventionally known monolithic ridges. In some embodiments of the present invention, when the upper zone ridge portion is worn, the remaining lower ridge portion maintains engine efficiency by controlling blade tip leakage. When the local blade tip clearance is further reduced, the blade tip wears the lower ridge portion at that location. However, the relatively high ridge outside the local wear area of its lower ridge portion maintains a smaller blade tip clearance to maintain engine performance efficiency. Additionally, the multi-level wear zone profile allows one turbine engine design to be operated in standard or “rapid start” mode. When operated in the rapid start mode, the engine has a tendency to wear the upper wear zone layer with less potential for excessive blade tip wear while preserving the lower wear zone aerodynamic function. If the same engine is operated in standard start mode, there is a higher possibility that both the abradable upper and lower wear zones will be preserved for efficient engine operation. Three or more layers of wear zones (eg, upper, middle and lower wear zones) can be used in abradable components constructed in accordance with embodiments of the present invention.

幾つかの発明実施形態では、リッジおよび溝の輪郭および平面図形配列のアブレイダブル表面積は、ブレード先端漏れを低減するように選択された選択的な向き角度および/または横断面輪郭を備えた多層溝を形成することなどによって、アブレイダブル構成部材にわたって局所的にまたは全体的に調整されている。幾つかの実施形態では、アブレイダブル構成部材表面平面図形配列およびリッジおよび溝の輪郭は、向上したブレード先端漏れ空気流制御を提供するが、公知のアブレイダブル構成部材よりも単純な製造技術をも促進する。   In some invention embodiments, the ridge and groove profile and the abradable surface area of the planographic array are multi-layered with selective orientation angles and / or cross-sectional profiles selected to reduce blade tip leakage. It is adjusted locally or globally over the abradable component, such as by forming a groove. In some embodiments, the abradable component surface plan graphic arrangement and ridge and groove contours provide improved blade tip leakage airflow control, but simpler manufacturing techniques than known abradable components Also promote.

これらのおよびその他の提案された課題のうちの幾つかは、本発明の1つまたは複数の実施形態において、タービンアブレイダブル構成部材であって、回転タービンブレード先端周方向移動軌道と向き合った向きでタービンケーシングの内周に結合されるように適応されたタービンエンジンリングセグメントアブレイダブル構成部材を特徴とするタービンアブレイダブル構成部材によって達成される。対応するブレード先端は、回転方向と、前縁と、対応するタービンブレード回転軸線に対して表面接線がほぼ平行である、圧力側凹面上の弦中間カットオフポイントと、後縁と、を有する。構成部材は、タービンブレード回転軸線を包囲するタービンケーシング内周に結合されるように適応された支持面を有する。支持面は、上流および下流端部と、対応するタービンブレード回転軸線に対して平行な向きになるように適応された支持面軸線とを有する。アブレイダブル基板は、支持面に結合されており、移行部分によって結合された一対の前方および後方の線形セグメント部分によって規定された、溝および鉛直に突出するリッジの合成角平面図形パターンを備える基板表面を有する。それぞれの前方線形セグメント部分は、支持面上流端部の近くで始まっており、支持面軸線に対して±10度の範囲または角度で配向されている。幾つかの実施形態では、前方線形セグメント部分は、支持面軸線に対してほぼ平行である。前方線形セグメント部分は、意図されたタービンブレード弦中間カットオフポイントの、移動軌道の半径方向および軸方向の投影された位置の上流の支持面端部の間において終了する。各後方線形セグメント部分は、タービンブレード弦中間カットオフポイントの下流で始まり、支持面下流端部の近くで終わりながら、対応するタービンブレード回転方向とは反対に角度方向に向けられている。前方線形セグメント部分における前方リッジは、後方線形セグメント部分における後方リッジよりも、より大きな表面積密度を有する。より大きな前方端部密度を有するアブレイダブル面を形成するために、幾つかの実施形態では、前方リッジは後方リッジよりも幅広である。本発明の幾つかの実施形態では、移行セクションリッジおよび溝は、湾曲した平面図形を規定している。他の実施形態では、リッジは、支持面に対して傾斜させられた遠位突出先端を有する。   Some of these and other proposed issues are, in one or more embodiments of the invention, a turbine abradable component that is oriented against a rotating turbine blade tip circumferential movement trajectory. This is achieved by a turbine abradable component characterized by a turbine engine ring segment abradable component adapted to be coupled to the inner periphery of the turbine casing. The corresponding blade tip has a direction of rotation, a leading edge, a chord mid cut-off point on the pressure side concave surface that is substantially parallel to the surface tangent to the corresponding turbine blade rotation axis, and a trailing edge. The component has a support surface adapted to be coupled to the inner periphery of the turbine casing surrounding the turbine blade axis of rotation. The support surface has upstream and downstream ends and a support surface axis adapted to be oriented parallel to the corresponding turbine blade rotation axis. An abradable substrate is a substrate having a composite angular planar graphic pattern of grooves and vertically protruding ridges coupled to a support surface and defined by a pair of front and rear linear segment portions joined by a transition portion Having a surface. Each forward linear segment portion begins near the support surface upstream end and is oriented within a range or angle of ± 10 degrees relative to the support surface axis. In some embodiments, the forward linear segment portion is substantially parallel to the support surface axis. The forward linear segment portion terminates between the end of the support surface upstream of the intended turbine blade chord mid cut-off point, in the radial and axial projected positions of the moving trajectory. Each rear linear segment portion is oriented angularly opposite the corresponding turbine blade rotation direction, beginning downstream of the turbine blade chord mid cut-off point and ending near the downstream end of the support surface. The front ridge in the front linear segment portion has a greater surface area density than the rear ridge in the rear linear segment portion. In some embodiments, the front ridge is wider than the rear ridge to form an abradable surface having a greater front end density. In some embodiments of the present invention, the transition section ridge and groove define a curved plan view. In other embodiments, the ridge has a distal protruding tip that is inclined with respect to the support surface.

本発明のその他の実施形態は、タービンハウジングと、タービンハウジングに回転可能に取り付けられたブレードを備えるロータであって、ブレードの遠位先端は、ブレード回転方向でかつタービンハウジングに関して軸方向でブレード先端周方向移動軌道を形成している、ロータと、を特徴とするタービンエンジンに関する。ブレード先端は、前縁と、表面接線が、対応するタービンブレード回転軸線に対してほぼ平行である、圧力側凹面における弦中間カットオフポイントと、後縁とを有する。本発明の実施形態は、タービンブレード回転軸線を包囲するタービンハウジング内周に結合されるように適応された支持面を有するアブレイダブル構成部材を特徴とする。支持面は、上流および下流端部と、タービンブレード回転軸線に対して平行な向きになるように適応された支持面軸線とを有する。これらの実施形態では、アブレイダブル基板は、支持面に結合されており、移行部分によって結合された一対の前方および後方の線形セグメント部分によって規定された、溝および鉛直に突出するリッジの合成角平面図形パターンを備える基板表面を有する。各前方線形セグメント部分は、支持面上流端部の近くで始まり、支持面軸線に対して±10度の範囲または角度で配向されており、意図されたタービンブレード弦中間カットオフポイントの、移動軌道の半径方向および軸方向の投影された位置の上流の支持面端部の間で終了する。各後方線形セグメント部分は、意図されたタービンブレード弦中間カットオフポイントの下流で始まり、対応するタービンブレード回転方向とは反対に角度方向に配向されており、支持面下流端部の近くで終了する。前方線形セグメント部分における前方リッジは、後方線形セグメント部分における後方リッジよりも、より大きな表面積密度を有する。   Another embodiment of the present invention is a rotor comprising a turbine housing and a blade rotatably mounted on the turbine housing, the distal tip of the blade being a blade tip in the direction of blade rotation and axially relative to the turbine housing. The present invention relates to a turbine engine characterized by a rotor that forms a circumferential movement track. The blade tip has a leading edge, a chord mid cut-off point on the pressure side concave surface whose surface tangent is substantially parallel to the corresponding turbine blade rotation axis, and a trailing edge. Embodiments of the invention feature an abradable component having a support surface adapted to be coupled to an inner periphery of a turbine housing surrounding a turbine blade axis of rotation. The support surface has upstream and downstream ends and a support surface axis adapted to be oriented parallel to the turbine blade rotation axis. In these embodiments, the abradable substrate is coupled to the support surface and is defined by a composite angle of grooves and vertically protruding ridges defined by a pair of front and rear linear segment portions joined by a transition portion. It has a substrate surface with a planar graphic pattern. Each forward linear segment portion begins near the upstream end of the support surface and is oriented within a range or angle of ± 10 degrees with respect to the support surface axis and is moving trajectory of the intended turbine blade chord mid cut-off point Between the radial and axial projected positions upstream of the support surface end. Each rear linear segment portion begins downstream of the intended turbine blade chord mid cut-off point, is oriented angularly opposite to the corresponding turbine blade rotation direction, and ends near the downstream end of the support surface . The front ridge in the front linear segment portion has a greater surface area density than the rear ridge in the rear linear segment portion.

本発明のそれぞれの目的および特徴は、当業者によって、あらゆる組合せまたは準組合せにおいて共同でまたは複数で適用することができる。   Each object and feature of the invention can be applied jointly or in multiple combinations by any person skilled in the art in any combination or subcombination.

本発明の教示は、添付の図面に関連した以下の詳細な説明を考察することによって容易に理解することができる。   The teachings of the present invention can be readily understood by considering the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings, in which:

典型的な公知のガスタービンエンジンの部分的な軸方向の断面図である。1 is a partial axial cross-sectional view of a typical known gas turbine engine. FIG. 図1のタービンエンジンのブレード先端部とアブレイダブル構成部材との間のブレード先端間隙Gを示す、第1列タービンブレードおよびベーンの詳細な断面立面図である。FIG. 2 is a detailed cross-sectional elevation view of a first row turbine blade and vane showing a blade tip gap G between the blade tip of the turbine engine of FIG. 1 and an abradable component. 全てのブレードと、エンジンアブレイダブル面を中心とする全ての周方向の向きとの間の、理想的な均一なブレード先端間隙Gを有する、公知のタービンエンジンの半径方向断面概略図である。1 is a radial cross-sectional schematic of a known turbine engine having an ideal uniform blade tip gap G between all blades and all circumferential orientations about the engine abradable surface. 12:00の最も上側の周方向位置と、6:00の最も下側の周方向位置とにおける、ブレード先端とアブレイダブル面との接触を示す、円形ではない公知のタービンエンジンの半径方向断面概略図である。Radial section of a known non-circular turbine engine showing contact between the blade tip and the abradable surface at the uppermost circumferential position at 12:00 and the lowermost circumferential position at 6:00 FIG. 元々の設計仕様ブレード先端間隙Gよりも大きな過剰ブレード先端間隙GWを有しながら作動させられた公知のタービンエンジンの半径方向断面概略図である。It is a radial sectional schematic view of the original design specifications blade tip clearance known turbine engine is actuated while having a large excess blade tip clearance G W than G. ブレード先端摩耗をより生じやすい周方向ゾーンと、ブレード先端摩耗をより生じにくいゾーンとを強調した、公知のタービンエンジンの半径方向断面概略図である。1 is a schematic radial cross-sectional view of a known turbine engine highlighting a circumferential zone where blade tip wear is more likely to occur and a zone where blade tip wear is less likely to occur. タービンエンジンアブレイダブル面のための公知のリッジおよび溝パターンの平面図である。1 is a plan view of a known ridge and groove pattern for a turbine engine abradable surface. FIG. タービンエンジンアブレイダブル面のための公知のリッジおよび溝パターンの平面図である。1 is a plan view of a known ridge and groove pattern for a turbine engine abradable surface. FIG. タービンエンジンアブレイダブル面のための公知のリッジおよび溝パターンの平面図である。1 is a plan view of a known ridge and groove pattern for a turbine engine abradable surface. FIG. 図7および図9のそれぞれの断面C−Cに沿って見たタービンエンジンアブレイダブル面のための公知のリッジおよび溝パターンの断面立面図である。FIG. 10 is a cross-sectional elevation view of a known ridge and groove pattern for a turbine engine abradable surface viewed along the respective cross-section CC of FIGS. 7 and 9. 図7および図9のそれぞれの断面C−Cに沿って見たタービンエンジンアブレイダブル面のための公知のリッジおよび溝パターンの断面立面図である。FIG. 10 is a cross-sectional elevation view of a known ridge and groove pattern for a turbine engine abradable surface viewed along the respective cross-section CC of FIGS. 7 and 9. タービンブレードの概略的な重なりと共に示す、本発明の典型的な実施形態による、タービンエンジンアブレイダブル面の「ホッケースティック」状のリッジおよび溝パターンの平面図である。2 is a plan view of a “hockey stick” shaped ridge and groove pattern of a turbine engine abradable surface, according to an exemplary embodiment of the present invention, shown with a schematic overlap of turbine blades. FIG. タービンブレードの概略的な重なりと共に示す、本発明の典型的な実施形態による、タービンエンジンアブレイダブル面の「ホッケースティック」状のリッジおよび溝パターンの平面図である。2 is a plan view of a “hockey stick” shaped ridge and groove pattern of a turbine engine abradable surface, according to an exemplary embodiment of the present invention, shown with a schematic overlap of turbine blades. FIG. タービンブレードの概略的な重なりと共に示す、本発明の典型的な実施形態による、タービンエンジンアブレイダブル面の「ホッケースティック」状のリッジおよび溝パターンの平面図である。2 is a plan view of a “hockey stick” shaped ridge and groove pattern of a turbine engine abradable surface, according to an exemplary embodiment of the present invention, shown with a schematic overlap of turbine blades. FIG. タービンブレードの概略的な重なりと共に示す、本発明の典型的な実施形態による、タービンエンジンアブレイダブル面の「ホッケースティック」状のリッジおよび溝パターンの平面図である。2 is a plan view of a “hockey stick” shaped ridge and groove pattern of a turbine engine abradable surface, according to an exemplary embodiment of the present invention, shown with a schematic overlap of turbine blades. FIG. タービンブレードの概略的な重なりと共に示す、本発明の典型的な実施形態による、タービンエンジンアブレイダブル面の「ホッケースティック」状のリッジおよび溝パターンの平面図である。2 is a plan view of a “hockey stick” shaped ridge and groove pattern of a turbine engine abradable surface, according to an exemplary embodiment of the present invention, shown with a schematic overlap of turbine blades. FIG. タービンブレードの概略的な重なりと共に示す、本発明の典型的な実施形態による、タービンエンジンアブレイダブル面の「ホッケースティック」状のリッジおよび溝パターンの平面図である。2 is a plan view of a “hockey stick” shaped ridge and groove pattern of a turbine engine abradable surface, according to an exemplary embodiment of the present invention, shown with a schematic overlap of turbine blades. FIG. 本発明の別の典型的な実施形態による、タービンブレード回転方向と一致した、鉛直方向に向けられたリッジまたはリブ配列を有するタービンエンジンアブレイダブル面のための別の「ホッケースティック」状リッジおよび溝と、タービンブレードの概略的な重なりとの、平面図である。Another “hockey stick” -like ridge for a turbine engine abradable surface having a vertically oriented ridge or rib array consistent with the direction of turbine blade rotation, according to another exemplary embodiment of the present invention; 2 is a plan view of a groove and a schematic overlap of turbine blades. FIG. 本発明の別の典型的な実施形態による、タービンブレード回転方向と一致した、鉛直方向に向けられたリッジまたはリブ配列を有するタービンエンジンアブレイダブル面のための別の「ホッケースティック」状リッジおよび溝と、タービンブレードの概略的な重なりとの、平面図である。Another “hockey stick” -like ridge for a turbine engine abradable surface having a vertically oriented ridge or rib array consistent with the direction of turbine blade rotation, according to another exemplary embodiment of the present invention; 2 is a plan view of a groove and a schematic overlap of turbine blades. FIG. 図12〜図17に示されたタイプのそれぞれの典型的な連続溝ホッケースティックアブレイダブル面輪郭と、図18および図19に示されたタイプの、中断する鉛直リッジホッケースティックアブレイダブル面輪郭を備えたスプリット溝とのための、前縁から後縁までのシミュレーションされたブレード先端漏れ質量フラックスの比較グラフである。A typical continuous groove hockey stick abradable surface profile of each of the types shown in FIGS. 12-17 and an interrupting vertical ridge hockey stick abradable surface profile of the type shown in FIGS. FIG. 6 is a comparative graph of simulated blade tip leakage mass flux from the leading edge to the trailing edge for a split groove with. 本発明の別の典型的な実施形態による、交差するリッジおよび溝を有する、アブレイダブル面のための別の「ホッケースティック」状リッジおよび溝パターと、タービンブレードの概略的な重なりとの平面図である。Plane of another “hockey stick” -like ridge and groove putter for abradable surfaces with intersecting ridges and grooves and a general overlap of turbine blades according to another exemplary embodiment of the present invention FIG. 本発明の別の典型的な実施形態による、タービンエンジンの軸流方向でアブレイダブル面を横切って横方向にずらされた鉛直方向に向けられたリッジを有する、図18および図19と同様の、アブレイダブル面のための別の「ホッケースティック」状リッジおよび溝パターンの平面図である。Similar to FIGS. 18 and 19, having vertically oriented ridges offset laterally across the abradable surface in the axial direction of the turbine engine, according to another exemplary embodiment of the present invention. FIG. 6 is a plan view of another “hockey stick” shaped ridge and groove pattern for an abradable surface. 本発明の別の典型的な実施形態による、タービンエンジンの軸流方向においてアブレイダブル面を横切って水平に向けられたリッジおよび溝配列を有する、アブレイダブル面のための「ジグザグ」状リッジおよび溝パターンの平面図である。In accordance with another exemplary embodiment of the present invention, a “zigzag” ridge for an abradable surface having a ridge and groove arrangement oriented horizontally across the abradable surface in the axial direction of the turbine engine It is a top view of a groove pattern. 本発明の別の典型的な実施形態による、アブレイダブル面を横切って対角に向けられたリッジおよび溝配列を有する、アブレイダブル面のための「ジグザグ」状リッジおよび溝パターンの平面図である。FIG. 5 is a plan view of a “zigzag” ridge and groove pattern for an abradable surface having a ridge and groove array oriented diagonally across the abradable surface, according to another exemplary embodiment of the present invention. It is. 本発明の別の典型的な実施形態による、アブレイダブル面を横切ってV字形リッジおよび溝配列を有する、アブレイダブル面のための「ジグザグ」状リッジおよび溝パターンの平面図である。FIG. 6 is a plan view of a “zigzag” ridge and groove pattern for an abradable surface having a V-shaped ridge and groove array across the abradable surface, in accordance with another exemplary embodiment of the present invention. タービンブレードの概略的な重なりと共に示す、本発明の典型的な実施形態による、タービンエンジンアブレイダブル面の重ね合わされたループ状のリッジおよび溝パターンの平面図である。2 is a plan view of an overlaid looped ridge and groove pattern of a turbine engine abradable surface, according to an exemplary embodiment of the present invention, shown with a schematic overlap of turbine blades. FIG. タービンブレードの概略的な重なりと共に示す、本発明の典型的な実施形態による、タービンエンジンアブレイダブル面の重ね合わされたループ状のリッジおよび溝パターンの平面図である。2 is a plan view of an overlaid looped ridge and groove pattern of a turbine engine abradable surface, according to an exemplary embodiment of the present invention, shown with a schematic overlap of turbine blades. FIG. タービンブレードの概略的な重なりと共に示す、本発明の典型的な実施形態による、タービンエンジンアブレイダブル面の重ね合わされたループ状のリッジおよび溝パターンの平面図である。2 is a plan view of an overlaid looped ridge and groove pattern of a turbine engine abradable surface, according to an exemplary embodiment of the present invention, shown with a schematic overlap of turbine blades. FIG. タービンブレードの概略的な重なりと共に示す、本発明の典型的な実施形態による、タービンエンジンアブレイダブル面の重ね合わされたループ状のリッジおよび溝パターンの平面図である。2 is a plan view of an overlaid looped ridge and groove pattern of a turbine engine abradable surface, according to an exemplary embodiment of the present invention, shown with a schematic overlap of turbine blades. FIG. タービンブレードの概略的な重なりと共に示す、本発明の典型的な実施形態による、タービンエンジンアブレイダブル面の迷路または螺旋状のリッジおよび溝パターンの平面図である。1 is a plan view of a maze or spiral ridge and groove pattern of a turbine engine abradable surface according to an exemplary embodiment of the present invention, shown with a schematic overlap of turbine blades. FIG. タービンブレードの概略的な重なりと共に示す、本発明の典型的な実施形態による、タービンエンジンアブレイダブル面の迷路または螺旋状のリッジおよび溝パターンの平面図である。1 is a plan view of a maze or spiral ridge and groove pattern of a turbine engine abradable surface according to an exemplary embodiment of the present invention, shown with a schematic overlap of turbine blades. FIG. タービンブレードの概略的な重なりと共に示す、本発明の典型的な実施形態による、タービンエンジンアブレイダブル面の迷路または螺旋状のリッジおよび溝パターンの平面図である。1 is a plan view of a maze or spiral ridge and groove pattern of a turbine engine abradable surface according to an exemplary embodiment of the present invention, shown with a schematic overlap of turbine blades. FIG. タービンブレードの概略的な重なりと共に示す、本発明の典型的な実施形態による、タービンエンジンアブレイダブル面の迷路または螺旋状のリッジおよび溝パターンの平面図である。1 is a plan view of a maze or spiral ridge and groove pattern of a turbine engine abradable surface according to an exemplary embodiment of the present invention, shown with a schematic overlap of turbine blades. FIG. 本発明の別の典型的な実施形態による、タービンエンジンアブレイダブル面のための湾曲リブ移行セクション構成リッジおよび溝パターンを備える複合的な角度と、タービンブレードの概略的な重なりとの平面図である。In another exemplary embodiment of the present invention, in a plan view of a composite angle with curved rib transition section configuration ridges and groove patterns for a turbine engine abradable surface and a general overlap of turbine blades is there. 本発明の別の典型的な実施形態による、タービンエンジンアブレイダブル面のための湾曲リブ移行セクション構成リッジおよび溝パターンを備える複合的な角度と、タービンブレードの概略的な重なりとの平面図である。In another exemplary embodiment of the present invention, in a plan view of a composite angle with curved rib transition section configuration ridges and groove patterns for a turbine engine abradable surface and a general overlap of turbine blades is there. 本発明の図34および図35のタイプの湾曲リブ移行セクション構成リッジおよび溝パターンアブレイダブル面を備えるそれぞれの典型的な複合的な角度、図7に示されたタイプの典型的な公知の対角リッジおよび溝パターン、および公知の軸方向に整列したリッジおよび溝パターンアブレイダブル面のアブレイダブル面輪郭のための前縁から後縁までのシミュレーションされたブレード先端漏れ質量フラックスの比較グラフである。34 and 35 of the present invention, each of the typical compound angles with curved rib transition section configuration ridges and groove pattern abradable surfaces, typical known pairs of the type shown in FIG. In a comparative graph of simulated blade tip leakage mass flux from leading edge to trailing edge for abradable surface contours of square ridge and groove patterns and known axially aligned ridge and groove patterns abradable surfaces is there. 本発明の典型的な実施形態による、標準的または「急速始動」エンジンモードにおいて使用するのに適した、アブレイダブル面のための複数高さリッジ輪郭構成および対応する溝パターンの平面図である。FIG. 6 is a plan view of a multi-height ridge profile configuration for abradable surfaces and a corresponding groove pattern suitable for use in a standard or “rapid start” engine mode, according to an exemplary embodiment of the present invention. . 図37のC−Cに沿って見た図37のアブレイダブル面実施形態の断面図である。FIG. 38 is a cross-sectional view of the abradable surface embodiment of FIG. 37 viewed along CC in FIG. 37. 本発明の実施形態によるブレード先端漏れLとブレード先端境界層流れとを示す、図37および図38の移動するブレード先端部およびアブレイダブル面実施形態の概略的な立面断面図である。FIG. 39 is a schematic elevational cross-sectional view of the moving blade tip and abradable surface embodiment of FIGS. 37 and 38 illustrating blade tip leakage L and blade tip boundary layer flow according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態によるブレード先端間隙G、溝およびリッジの複数高さ寸法を示す、図39と同様の概略的な立面断面図である。FIG. 40 is a schematic elevational sectional view similar to FIG. 39 showing multiple height dimensions of blade tip gap G, grooves and ridges according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態によるブレード先端間隙G、溝およびリッジの複数高さ寸法を示す、図39と同様の概略的な立面断面図である。FIG. 40 is a schematic elevational sectional view similar to FIG. 39 showing multiple height dimensions of blade tip gap G, grooves and ridges according to an embodiment of the present invention. 図11と同様の公知のアブレイダブル面リッジおよび溝輪郭の立面断面図である。FIG. 12 is an elevational sectional view of a known abradable surface ridge and groove profile similar to FIG. 11. 本発明の実施形態による、アブレイダブル面のための複数高さ段状輪郭リッジ構成および対応する溝パターンの立面断面図である。FIG. 5 is an elevational cross-sectional view of a multi-height stepped profile ridge configuration for an abradable surface and a corresponding groove pattern according to an embodiment of the present invention. アブレイダブル面のための複数高さ段状輪郭リッジ構成および対応する溝パターンの別の実施形態の立面断面図である。FIG. 5 is an elevational cross-sectional view of another embodiment of a multi-height stepped profile ridge configuration for an abradable surface and a corresponding groove pattern. 本発明の実施形態による、アブレイダブル面のための複数深さ溝輪郭構成および対応するリッジパターンの立面断面図である。FIG. 5 is an elevational cross-sectional view of a multi-depth groove profile configuration and corresponding ridge pattern for an abradable surface, according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による、アブレイダブル面のための非対称輪郭リッジ構成および対応する溝パターンの立面断面図である。FIG. 6 is an elevational cross-sectional view of an asymmetric contour ridge configuration for an abradable surface and a corresponding groove pattern, according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による、アブレイダブル面のための非対称輪郭リッジ構成および複数深さ平行溝輪郭パターンの透視図である。FIG. 6 is a perspective view of an asymmetric contour ridge configuration and a multi-depth parallel groove contour pattern for an abradable surface, according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による、アブレイダブル面のための非対称輪郭リッジ構成および複数深さ交差溝輪郭パターンの透視図であり、上側の溝はリッジ先端部に対して長手方向に先端づけされている。FIG. 4 is a perspective view of an asymmetric contour ridge configuration for abradable surfaces and a multi-depth intersecting groove contour pattern, according to an embodiment of the present invention, with the upper groove tip longitudinally relative to the ridge tip. . アブレイダブル面のための非対称輪郭リッジ構成および複数深さ交差溝輪郭パターンの、本発明の別の実施形態の透視図であり、上側の溝はリッジ先端部に対して垂直でありかつ長手方向に傾斜させられている。FIG. 6 is a perspective view of another embodiment of the present invention of an asymmetric profile ridge configuration and a multi-depth intersecting groove profile pattern for an abradable surface, the upper groove being perpendicular to the ridge tip and longitudinally; It is inclined to. 本発明の別の実施形態による、アブレイダブル面のための対称輪郭リッジにおける複数深さ平行溝輪郭構成の断面の立面断面図である。FIG. 5 is an elevational cross-sectional view of a cross-section of a multi-depth parallel groove profile configuration in a symmetrical profile ridge for an abradable surface, according to another embodiment of the present invention. 本発明の1つの実施形態による、アブレイダブル面のための対称輪郭リッジにおける複数深さ平行溝輪郭構成のそれぞれの立面断面図であり、上側の溝はリッジ先端部に対して横方向に傾斜させられている。FIG. 6 is an elevational cross-sectional view of each of the multiple depth parallel groove profile configurations in a symmetric profile ridge for an abradable surface, according to one embodiment of the present invention, with the upper groove transverse to the ridge tip. It is tilted. 本発明の1つの実施形態による、アブレイダブル面のための対称輪郭リッジにおける複数深さ平行溝輪郭構成のそれぞれの立面断面図であり、上側の溝はリッジ先端部に対して横方向に傾斜させられている。FIG. 6 is an elevational cross-sectional view of each of the multiple depth parallel groove profile configurations in a symmetric profile ridge for an abradable surface, according to one embodiment of the present invention, with the upper groove transverse to the ridge tip. It is tilted. 非対称で非平行の壁リッジおよび複数深さ溝を有する、本発明の実施形態によるアブレイダブル面の透視図である。FIG. 6 is a perspective view of an abradable surface according to an embodiment of the present invention having an asymmetric non-parallel wall ridge and multiple depth grooves. 本発明の代替的な実施形態による、アブレイダブル面のための台形輪郭リッジにおける複数深さ平行溝輪郭構成のそれぞれの立面断面図であり、上側の溝はリッジ先端部に対して垂直であるまたは横方向に傾斜させられている。FIG. 5 is an elevational cross-sectional view of each of the multiple depth parallel groove profile configurations in a trapezoidal profile ridge for an abradable surface, with the upper groove perpendicular to the ridge tip, according to an alternative embodiment of the present invention. Is or is tilted laterally. 本発明の代替的な実施形態による、アブレイダブル面のための台形輪郭リッジにおける複数深さ平行溝輪郭構成のそれぞれの立面断面図であり、上側の溝はリッジ先端部に対して垂直であるまたは横方向に傾斜させられている。FIG. 5 is an elevational cross-sectional view of each of the multiple depth parallel groove profile configurations in a trapezoidal profile ridge for an abradable surface, with the upper groove perpendicular to the ridge tip, according to an alternative embodiment of the present invention. Is or is tilted laterally. 本発明の代替的な実施形態による、アブレイダブル面のための台形輪郭リッジにおける複数深さ平行溝輪郭構成のそれぞれの立面断面図であり、上側の溝はリッジ先端部に対して垂直であるまたは横方向に傾斜させられている。FIG. 5 is an elevational cross-sectional view of each of the multiple depth parallel groove profile configurations in a trapezoidal profile ridge for an abradable surface, with the upper groove perpendicular to the ridge tip, according to an alternative embodiment of the present invention. Is or is tilted laterally. 本発明の実施形態による、アブレイダブル面のためのマルチレベル交差溝パターンの平面図である。FIG. 6 is a plan view of a multi-level cross groove pattern for an abradable surface according to an embodiment of the present invention. 本発明の1つの実施形態による、段状輪郭アブレイダブル面リッジの透視図であり、上側レベルリッジは、下側リッジ平坦部から突出したピクセル状に起立したリブの尖端を有する。FIG. 4 is a perspective view of a stepped profile abradable surface ridge according to one embodiment of the present invention, wherein the upper level ridge has pixel-raised rib tips protruding from the lower ridge flat. 図58のC−Cに沿って見た、下側リッジ平坦部から突出したピクセル状の起立した尖端の列の立面図である。FIG. 59 is an elevational view of a row of raised pixelated tips protruding from the lower ridge flat, taken along CC in FIG. 58. 本発明の1つの実施形態による、図59の起立した尖端の代替的な実施形態であり、尖端先端部の近位の尖端部分は、層の下方の材料とは異なる物理的特性を有する材料の層から構成されている。59 is an alternate embodiment of the raised tip of FIG. 59 according to one embodiment of the present invention, wherein the proximal tip portion of the tip tip is made of a material having different physical properties than the material below the layer. It is composed of layers. 図58のピクセル状上側尖端実施形態の概略的な平面図であり、タービンブレード先端は、ブレード回転中に尖端をたわませる。FIG. 59 is a schematic plan view of the pixelated upper tip embodiment of FIG. 58, with the turbine blade tip deflecting the tip during blade rotation. 図58のピクセル状の上側尖端実施形態の概略的な立面図であり、タービンブレード先端部はブレード回転中に、起立した尖端の全部または一部をせん断し、下側リッジおよびその平坦部をそのままに残し、ブレード先端間隙によってブレード先端から半径方向に間隔を置かれている。FIG. 59 is a schematic elevational view of the pixel-like upper tip embodiment of FIG. 58, wherein the turbine blade tip shears all or part of the raised tip during blade rotation, causing the lower ridge and its flats to It is left as it is and is spaced radially from the blade tip by a blade tip gap. 図58のピクセル状上側尖端実施形態の概略的な立面図であり、タービンブレード先端部は、ブレード回転中に、起立する尖端の全部をせん断し、下側リッジ部分の平坦部面を摩耗させている。FIG. 59 is a schematic elevation view of the pixel-like upper tip embodiment of FIG. 58, wherein the turbine blade tip shears all of the raised tips and wears the flat surface of the lower ridge portion during blade rotation. ing. 本発明の別の典型的な実施形態による、一定のリッジ/溝間隔またはピッチと、変化したリッジ幅とを備える、図34および図35の実施形態と同様の、タービンエンジンアブレイダブルのための湾曲したリブ移行セクション構成リッジおよび溝パターンを備える合成角の平面図または平面図形である。For a turbine engine abradable, similar to the embodiment of FIGS. 34 and 35, with a constant ridge / groove spacing or pitch and varied ridge width, according to another exemplary embodiment of the present invention. FIG. 9 is a composite angle plan view or plan view with curved rib transition section configuration ridges and groove patterns. 本発明の代替的な実施形態による、リッジ先端に対して垂直なまたは横方向に傾斜させられた上側溝を備えない、図54〜図56のものと同様の、アブレイダブル面のための台形輪郭リッジにおける平行な溝輪郭構成の正面断面図である。A trapezoid for an abradable surface, similar to that of FIGS. 54-56, without an upper groove perpendicular or transversely inclined to the ridge tip, according to an alternative embodiment of the invention It is front sectional drawing of the parallel groove | channel outline structure in an outline ridge. 本発明の実施形態による、アブレイダブル面のための傾斜したリッジ先端面を備える(幾つかは傾斜した溝ベース面も備える)、非対称輪郭のリッジ構成および対応する溝パターンの正面断面図である。FIG. 6 is a front cross-sectional view of an asymmetric profile ridge configuration and corresponding groove pattern with sloped ridge tip faces for abradable surfaces (some with sloped groove base faces), according to embodiments of the present invention. . 本発明の実施形態による、アブレイダブル面のための傾斜したリッジ先端面を備える(幾つかは傾斜した溝ベース面も備える)、非対称輪郭のリッジ構成および対応する溝パターンの正面断面図である。FIG. 6 is a front cross-sectional view of an asymmetric profile ridge configuration and corresponding groove pattern with sloped ridge tip faces for abradable surfaces (some with sloped groove base faces), according to embodiments of the present invention. . 本発明の実施形態による、アブレイダブル面のための傾斜したリッジ先端面を備える(幾つかは傾斜した溝ベース面も備える)、非対称輪郭のリッジ構成および対応する溝パターンの正面断面図である。FIG. 6 is a front cross-sectional view of an asymmetric profile ridge configuration and corresponding groove pattern with sloped ridge tip faces for abradable surfaces (some with sloped groove base faces), according to embodiments of the present invention. . 本発明の実施形態による、アブレイダブル面のための傾斜したリッジ先端面を備える(幾つかは傾斜した溝ベース面も備える)、非対称輪郭のリッジ構成および対応する溝パターンの正面断面図である。FIG. 6 is a front cross-sectional view of an asymmetric profile ridge configuration and corresponding groove pattern with sloped ridge tip faces for abradable surfaces (some with sloped groove base faces), according to embodiments of the present invention. . 本発明の実施形態による、アブレイダブル面のための標準または「急速始動」エンジンモードにおける仕様に適した、アブレイダブル面のための、ブレード回転方向とは反対方向に傾斜された(幾つかは傾斜した溝ベース面も備える)、複数高さの逆角度側壁を備える非対称輪郭リッジ構成の正面断面図である。Inclined in the direction opposite to the blade rotation direction for the abradable surface, suitable for specifications in standard or “rapid start” engine mode for the abradable surface according to embodiments of the present invention (some Is also a front cross-sectional view of an asymmetric contour ridge configuration with multiple height inverted angle sidewalls. 本発明の実施形態による、アブレイダブル面のための標準または「急速始動」エンジンモードにおける仕様に適した、アブレイダブル面のための、ブレード回転方向とは反対方向に傾斜された(幾つかは傾斜した溝ベース面も備える)、複数高さの逆角度側壁を備える非対称輪郭リッジ構成の正面断面図である。Inclined in the direction opposite to the blade rotation direction for the abradable surface, suitable for specifications in standard or “rapid start” engine mode for the abradable surface according to embodiments of the present invention (some Is also a front cross-sectional view of an asymmetric contour ridge configuration with multiple height inverted angle sidewalls.

理解を容易にするために、複数の図面に共通の同じ要素を示すために、可能である場合には、同じ参照符号が使用されている。図面は実寸ではない。寸法、断面、流体流れ、タービンブレード回転、軸方向または半径方向の向き、および流体圧力のための以下の共通の符号は、本明細書において説明される様々な本発明の実施形態を通じて使用されている。
A アブレイダブル面の前方または上流ゾーン
B アブレイダブル面の後方または下流ゾーン
C−C アブレイダブル断面
G アブレイダブル溝深さ
F タービンエンジンを通る流れ方向
G タービンブレード先端とアブレイダブル面との間の間隙
W 摩耗したタービンブレード先端とアブレイダブル面との間の間隙
R アブレイダブルリッジ高さ
L タービンブレード先端漏れ
P アブレイダブル面の平面図または平面図形
P タービンブレードのより高圧の側
S タービンブレードのより低圧の側または吸込側
R タービンブレード回転方向
1 タービンエンジンタービンセクションの第1列
2 タービンエンジンタービンセクションの第2列
R ピッチとも呼ばれる、アブレイダブルリッジ中心線の間隔
G アブレイダブル溝の幅
R アブレイダブルリッジの幅
α タービンエンジンの軸方向寸法に対するアブレイダブル溝の平面図形角度
β 鉛直または垂直なアブレイダブル面に対するアブレイダブルリッジ側壁の角度
γ アブレイダブルリッジ高さに対するアブレイダブル溝の前後傾斜角
Δ アブレイダブルリッジの長手方向軸線に対するアブレイダブル溝のスキュー角
ε アブレイダブル面および/またはリッジ面に対するアブレイダブル溝のスキュー角
Φ アブレイダブル溝の円弧角
To facilitate understanding, identical reference numerals have been used, where possible, to indicate identical elements that are common to multiple figures. The drawings are not to scale. The following common symbols for dimensions, cross section, fluid flow, turbine blade rotation, axial or radial orientation, and fluid pressure are used throughout the various inventive embodiments described herein. Yes.
A A front or upstream zone of the abradable surface B Bone or rear zone of the abradable surface CC Absorbable cross section DG G abradable groove depth F Flow direction through the turbine engine G Turbine blade tip and abradable Gw Gap G W Gap Gap between worn turbine blade tip and abradable surface H R Abradable ridge height L Turbine blade tip leakage P Plan view or plan view of abradable surface P P turbine also referred to as second column S R pitch of the blades more first row R 2 turbine engine turbine section of lower pressure side or suction side R turbine blade rotation direction R 1 turbine engine turbine section of the high pressure side P S turbine blades, a width W R ablation interval W G abradable groove of abradable ridge centerline Double ridge width α Plane angle of abradable groove relative to the axial dimension of the turbine engine β Angle of abradable ridge side wall relative to vertical or vertical abradable surface γ Abradable groove relative to abradable ridge height Forward / backward tilt angle Δ Skew angle of abradable groove with respect to longitudinal axis of abradable ridge ε Skew angle of abradable groove with respect to abradable surface and / or ridge surface Φ Arc angle of abradable groove

詳細な説明
本明細書に記載された本発明の典型的な実施形態は、ガスタービンエンジンを含むタービンエンジン用のアブレイダブル構成部材において容易に利用することができる。様々な実施形態において、タービンケーシングアブレイダブル構成部材は、タービンブレード翼高圧側から低圧側へではなく溝内へ下流へのブレード先端空気流漏れを低減、方向転換および/または遮断するために、明確な前方上流および後方下流複合マルチ方向溝と、鉛直方向に突出したリッジプラットフォームパターンとを有する。平面図形パターン実施形態は、明確な前方上流(ゾーンA)および後方下流パターン(ゾーンB)を有する複合マルチ溝/リッジパターンである。これらの組み合わされたゾーンAおよびゾーンBリッジ/溝配列の平面図形は、局所的なブレード漏れ方向Lでのタービン翼圧力側から翼の吸込側へ向かってガス流漏れを直接に妨害するために、溝内に捕捉されたガス流を下流燃焼流F方向へ方向付ける。前方ゾーンは、概して、前縁と、タービン軸線に対して平行な線が、翼の圧力側表面に対してほぼ接線方向であるカットオフポイントにおけるブレード翼の弦中間との間に規定されており、ほぼ翼の軸方向全長の3分の1〜2分の1である。配列パターンの残りは、後方ゾーンBを含む。幾つかの実施形態では、前方上流ゾーンAの溝およびリッジは、支持表面軸線またはエンジン内のブレード回転軸線に対して±10度の角度の範囲で配向されている。特に、幾つかの実施形態は、前方ゾーンAの溝およびリッジを支持表面/ブレード回転軸線に対して平行に向けている。後方下流ゾーンBの溝およびリッジは、ブレード回転方向Rとは反対方向に角度を成して配向されている。角度の範囲は、関連するタービンブレード92の反り線または後縁角度の約30%〜120%である。幾つかの実施形態では、エンジン運転中にアブレイダブル浸食のより大きな可能性が存在するが、前方ゾーンにおいてはブレード先端侵入のより低い可能性が存在するような用途のために、前方ゾーンAのリッジは、後方ゾーンにおけるリッジよりも、大きな表面積密度と小さな削りやすさとを有している。逆に、後方ゾーンBにおいては、コーティング浸食がより問題ではないが、エンジン運転中にブレード/アブレイダブルコーティング接触のより大きな可能性が存在するような用途では、前方ゾーンにおける密度よりも低いリッジ表面積密度と、より高い削りやすさとを有することがより望ましい。アブレイダブル面の密度が変化する構成は、前方ゾーンAにおいて所望のブレード先端間隙を維持するために十分なアブレイダブル材料を有し、進行しているエンジン運転中にそのゾーンにおけるアブレイダブル面浸食を補償し、さらに、タービンブレード先端摩耗の可能性を減じるために、後方ゾーンBにおける表面密度を減じることによって、妥協を提供する。幾つかの用途では、単独でまたはリッジ/リブ表面積密度を変化させることと組み合わせて、前方および後方ゾーンにおける構成部材アブレイダブル材料の削りやすさ特性を変化させることが望ましい。
DETAILED DESCRIPTION The exemplary embodiments of the present invention described herein can be readily utilized in abradable components for turbine engines, including gas turbine engines. In various embodiments, the turbine casing abradable component is used to reduce, redirect and / or block blade tip airflow leakage downstream from the turbine blade blade high pressure side to the low pressure side rather than from the low pressure side. It has a clear front upstream and rear downstream composite multi-directional groove and a vertically projecting ridge platform pattern. The planographic pattern embodiment is a composite multi-groove / ridge pattern with a clear front upstream (zone A) and rear downstream pattern (zone B). These combined Zone A and Zone B Ridge / Groove array plan views directly impede gas flow leakage from the turbine blade pressure side to the blade suction side in the local blade leakage direction L. The gas flow trapped in the groove is directed in the direction of the downstream combustion flow F. The forward zone is generally defined between the leading edge and the middle of the blade blade chord at a cutoff point where a line parallel to the turbine axis is approximately tangential to the pressure side surface of the blade. , Approximately one third to one half of the overall axial length of the blade. The rest of the array pattern includes the rear zone B. In some embodiments, the grooves and ridges in the front upstream zone A are oriented at an angle range of ± 10 degrees relative to the support surface axis or blade rotation axis in the engine. In particular, some embodiments orient the forward zone A grooves and ridges parallel to the support surface / blade rotation axis. The grooves and ridges in the rear downstream zone B are oriented at an angle in the direction opposite to the blade rotation direction R. The range of angles is about 30% to 120% of the warp or trailing edge angle of the associated turbine blade 92. In some embodiments, for applications where there is a greater possibility of abradable erosion during engine operation, but there is a lower possibility of blade tip penetration in the forward zone, the forward zone A The ridges have a higher surface area density and smaller shaving than the ridges in the rear zone. Conversely, in the rear zone B, coating erosion is less of a problem, but in applications where there is a greater possibility of blade / abradable coating contact during engine operation, the ridge is lower than the density in the front zone. It is more desirable to have a surface area density and higher ease of shaving. The configuration in which the density of the abradable surface varies has sufficient abradable material to maintain the desired blade tip clearance in forward zone A, and the abradable in that zone during ongoing engine operation. A compromise is provided by reducing the surface density in the rear zone B to compensate for surface erosion and further reduce the possibility of turbine blade tip wear. In some applications, it is desirable to change the machinability characteristics of the component abradable material in the front and rear zones, alone or in combination with changing the ridge / rib surface area density.

本発明の様々な実施形態では、アブレイダブル構成部材の溶射されたまたは付加的に形成されたセラミック/金属のアブレイダブル層が、第1の下側摩耗ゾーンと第2の上側摩耗ゾーンとを有する鉛直方向に突出したリッジまたはリブを備えて構成されている。溶射されたアブレイダブル面の近くのリッジの第1の下側ゾーンは、リッジの間の溝内へのブレード先端空気流漏れを低減、方向転換および/または遮断するように調節された平面図形配列および突出部によって、エンジン空気流特性を最適化するように構成されている。幾つかの実施形態では、溶射されたアブレイダブル層の上側摩耗ゾーンは、下側摩耗ゾーンの高さまたはリッジ全高の約3分の1〜3分の2である。リッジおよび溝は、ブレード先端漏れ流を方向転換するためにおよび/または製造を容易にするために、可変の対称的および非対称の横断面輪郭および平面図形配列を備える、溶射されたアブレイダブル層に構成されている。幾つかの実施形態では、溝幅は、リッジ幅または(マルチ幅積層リッジが設けられているならば)下側リッジ幅の約3分の1〜3分の2である。様々な実施形態では、リッジの下側ゾーンは、アブレイダブル構成部材および表面の機械的および熱的構造的一体性、熱的抵抗性、熱的耐腐食性および摩耗寿命を高めるように最適化されてもいる。リッジ上側ゾーンは、下側ゾーンの上方に形成されており、下側ゾーンよりも容易に削れやすくすることによって、ブレード先端間隙および摩耗を最小限にするように最適化されている。溶射されたアブレイダブル層のアブレイダブル構成部材の様々な実施形態は、下側ゾーンリブ構造よりも小さな断面積を有する上側サブリッジまたは尖端を備える上側ゾーンのより容易な削りやすさを提供する。幾つかの実施形態では、上側サブリッジまたは尖端は、小さなブレード先端接触の際に曲がるか、さもなければたわむようにおよび/またはより大きなブレード先端接触の際には摩耗および/またはせん断するように形成されている。他の実施形態では、上側ゾーンサブリッジまたは尖端は、1つまたは複数のブレード先端と局所的に接触したこれらの尖端のみが摩耗され、局所的な摩耗ゾーンの外側の他のものはそのままにとどまるように、上側摩耗ゾーンの配列にピクセル化されている。リッジの上側ゾーン部分は摩耗されるが、上側ゾーン部分は、従来公知のモノリシックリッジよりもブレード先端摩耗を生じにくい。本発明の幾つかの実施形態では、上側ゾーンリッジ部分が摩耗されたとき、残りの下側リッジ部分は、ブレード先端漏れを制御することによってエンジン効率を保持する。局所的なブレード先端間隙がさらに減じられた際、ブレード先端は、その位置における下側リッジ部分を摩耗させる。しかしながら、その下側リッジ部分の局所的な摩耗領域の外側の比較的高いリッジは、エンジン性能効率を保持するために、より小さなブレード先端間隙を維持する。3つ以上の層から成る摩耗ゾーン(例えば、上側、中間および下側の摩耗ゾーン)を、本発明の実施形態に従って構成されたアブレイダブル構成部材において使用することができる。   In various embodiments of the present invention, a thermally sprayed or additionally formed ceramic / metal abradable layer of an abradable component comprises a first lower wear zone and a second upper wear zone. It is comprised including the ridge or rib which protrudes in the perpendicular direction which has. The first lower zone of the ridge near the sprayed abradable surface is a plan view adjusted to reduce, redirect and / or block blade tip airflow leakage into the groove between the ridges The arrangement and protrusions are configured to optimize engine airflow characteristics. In some embodiments, the upper wear zone of the sprayed abradable layer is about two thirds to one third of the height of the lower wear zone or the total height of the ridge. Ridges and grooves are sprayed abradable layers with variable symmetric and asymmetric cross-sectional profiles and planographic arrangements to redirect blade tip leakage flow and / or to facilitate manufacturing It is configured. In some embodiments, the groove width is about two-thirds to one-third of the ridge width or lower ridge width (if a multi-width stacked ridge is provided). In various embodiments, the lower zone of the ridge is optimized to increase the mechanical and thermal structural integrity, thermal resistance, thermal corrosion resistance and wear life of the abradable components and surfaces It has been. The ridge upper zone is formed above the lower zone and is optimized to minimize blade tip clearance and wear by making it easier to scrape than the lower zone. Various embodiments of the abradable component of the sprayed abradable layer provide easier scraping of the upper zone with an upper subbridge or tip having a smaller cross-sectional area than the lower zone rib structure. In some embodiments, the upper subridge or tip is configured to bend or otherwise flex upon small blade tip contact and / or to wear and / or shear upon larger blade tip contact. Has been. In other embodiments, the upper zone support or tip is worn only at those tips that are in local contact with one or more blade tips, while others outside the local wear zone remain intact. As such, it is pixelated into an array of upper wear zones. Although the upper zone portion of the ridge is worn, the upper zone portion is less prone to blade tip wear than conventionally known monolithic ridges. In some embodiments of the present invention, when the upper zone ridge portion is worn, the remaining lower ridge portion maintains engine efficiency by controlling blade tip leakage. When the local blade tip clearance is further reduced, the blade tip wears the lower ridge portion at that location. However, the relatively high ridge outside the local wear area of its lower ridge portion maintains a smaller blade tip clearance to maintain engine performance efficiency. Three or more layers of wear zones (eg, upper, middle and lower wear zones) can be used in abradable components constructed in accordance with embodiments of the present invention.

幾つかの発明実施形態では、溶射されたまたは付加的に形成されたアブレイダブル層におけるリッジおよび溝輪郭および平面図形配列は、ブレード先端漏れを低減しかつリッジ横断面を変化させるように選択された選択的な配向角度および/または横断面輪郭を有する多層溝を形成することによって、アブレイダブル構成部材にわたって局所的にまたは全体的に調整されている。幾つかの実施形態では、アブレイダブル構成部材表面平面図形配列およびリッジおよび溝の輪郭は、向上したブレード先端漏れ空気流制御を提供するが、公知のアブレイダブル構成部材よりも単純な製造技術をも促進する。   In some inventive embodiments, the ridge and groove profile and planographic arrangement in the sprayed or additionally formed abradable layer are selected to reduce blade tip leakage and change the ridge cross section. It has been adjusted locally or globally across the abradable component by forming a multi-layer groove with a selective orientation angle and / or cross-sectional profile. In some embodiments, the abradable component surface plan graphic arrangement and ridge and groove contours provide improved blade tip leakage airflow control, but simpler manufacturing techniques than known abradable components Also promote.

幾つかの実施形態では、アブレイダブル構成部材およびそのアブレイダブル面は、公知の組成の、多層の溶射されたまたは付加的に形成されたセラミック材料から、金属支持層における公知の層パターン/寸法で構成されている。幾つかの実施形態では、リッジは、(マスクなしでまたはマスクを介した)溶融した粒子の溶射、層プリント(例えば、3Dプリンティング、焼結、電子またはレーザビーム堆積)、または(下側に位置する付加的な支持構造を用いてまたは用いずに)セラミックまたは金属/セラミック材料を金属基板に提供することなどの、公知の付加プロセスによって、アブレイダブル面に構成されている。溝は、隣接する付加されたリッジ構造の間の空所に形成されている。他の実施形態では、溝は、公知のプロセス(例えば機械加工、研削、水ジェットまたはレーザ切断またはこれらのいずれかの組み合わせ)を用いて、溶射された基板から材料を削るまたは除去することによって形成されており、溝の壁部は、別個のリッジを形成している。付加されたリッジおよび/または除去された材料溝の組み合わせは、本明細書に記載された実施形態において使用されてもよい。アブレイダブル構成部材は、タービンエンジンケーシングに結合するように適応された公知の支持構造と、ボンドコーティングベース、サーマルコーティング、および耐熱性トップコーティングの1つまたは複数の層などの公知のアブレイダブル面材料塑性とを備えて構成されている。例えば、上側摩耗ゾーンは、この上側摩耗ゾーンのすぐ下側における別の溶射された層またはその他のシーケンシャル層とは異なる塑性および物理的特性を有する、溶射されたまたは付加的に形成されたアブレイダブル材料から構成することができる。   In some embodiments, the abradable component and its abradable surface are formed from a multi-layer sprayed or additionally formed ceramic material of known composition from a known layer pattern / Consists of dimensions. In some embodiments, the ridge is a spray of molten particles (without or through a mask), layer printing (eg, 3D printing, sintering, electron or laser beam deposition), or (located below) The abradable surface is constructed by a known additive process such as providing a ceramic or metal / ceramic material to a metal substrate (with or without additional support structure). Grooves are formed in voids between adjacent added ridge structures. In other embodiments, the grooves are formed by scraping or removing material from the sprayed substrate using known processes (eg, machining, grinding, water jet or laser cutting or any combination thereof). The groove wall forms a separate ridge. Combinations of added ridges and / or removed material grooves may be used in the embodiments described herein. The abradable component includes a known support structure adapted to couple to a turbine engine casing and a known abradable such as one or more layers of a bond coating base, a thermal coating, and a heat resistant top coating. It is comprised with surface material plasticity. For example, the upper wear zone may be a sprayed or additionally formed ablative having different plastic and physical properties than another sprayed layer or other sequential layer directly below the upper wear zone. Can be composed of double material.

様々な溶射された、金属支持層アブレイダブル構成部材リッジおよび溝輪郭および本明細書に記載された溝およびリッジの配列は、本発明の実施形態および特徴の全ての可能な組み合わせが本明細書に詳細に明確に説明されていないとしても、種々のタービン用途の性能要求を満足させるように組み合わせることができる。   Various thermally sprayed metal support layer abradable component ridges and groove profiles and groove and ridge arrangements described herein are hereby described in connection with all possible combinations of embodiments and features of the present invention. Can be combined to meet the performance requirements of various turbine applications, even if not specifically described in detail.

アブレイダブル面平面図形
典型的な本発明の実施形態のアブレイダブル面リッジおよび溝平面図形パターンが、図12〜図37および図57に示されている。アブレイダブル面全体を横切って均一な公知のアブレイダブル平面図形パターンとは異なり、本発明の平面図形パターン実施形態の多くは、明確な前方上流(ゾーンA)および後方下流パターン(ゾーンB)を有する複合マルチ溝/リッジパターンである。これらの組み合わされたゾーンAおよびゾーンBリッジ/溝配列平面図形は、局所的なブレード漏れ方向Lでのタービン翼圧力側から翼の吸込側へ向かうガス流漏れを直接に妨害するために、溝内に捕捉されたガス流を下流燃焼流F方向へ方向付ける。前方ゾーンは、概して、前縁と、タービン80の軸線に対して平行な線が、翼の圧力側表面に対してほぼ接線方向であるカットオフポイントにおけるブレード92の翼の弦中間との間に規定されている。より全体的な概要透視図から、前方ゾーンAの軸方向長さは、概して、翼の軸方向全長の約3分の1〜2分の1として規定されている。配列パターンの残りは、後方ゾーンBを含む。本発明の実施形態に従って、3つ以上の軸方向に向けられた平面図形配列を構成することができる。例えば、アブレイダブル構成部材表面に、前方、中間および後方のリッジ/溝配列平面図形を構成することができる。
Abradable Plane Graphic A typical abradable surface ridge and groove planar graphic pattern of an embodiment of the present invention is shown in FIGS. Unlike known abradable planographic patterns that are uniform across the entire abradable surface, many of the planographic pattern embodiments of the present invention have distinct forward upstream (zone A) and rear downstream patterns (zone B). A composite multi-groove / ridge pattern having These combined Zone A and Zone B ridge / groove array plan views are used to directly block gas flow leakage from the turbine blade pressure side to the blade suction side in the local blade leakage direction L. The gas flow trapped inside is directed in the direction of the downstream combustion flow F. The forward zone is generally between the leading edge and the chord middle of the blade of blade 92 at a cutoff point where a line parallel to the axis of turbine 80 is approximately tangential to the pressure side surface of the blade. It is prescribed. From a more general overview perspective, the axial length of the forward zone A is generally defined as about one-third to one-half of the overall axial length of the wing. The rest of the array pattern includes the rear zone B. In accordance with embodiments of the present invention, three or more axially oriented planar graphic arrays can be constructed. For example, front, middle and rear ridge / groove array plan figures can be constructed on the abradable component surface.

図12〜19、21、22、34、35、37および57に示された実施形態は、ホッケースティック状平面図形パターンを有する。前方上流ゾーンAの溝およびリッジは、タービン80内の燃焼ガス軸流方向Fに対してほぼ平行(±10%)に整列させられている(図1参照)。後方下流ゾーンBの溝およびリッジは、ブレード回転方向Rとは反対方向に角度を成して配向されている。角度の範囲は、関連するタービンブレード92の反り線または後縁角度の約30%〜120%である。設計上の都合のために、下流角度選択は、タービンブレード高圧または低圧平均(線形平均線)側壁表面または反り角度(例えば、ゾーンBにおいて始まり、ブレード後縁において終わる高圧側における図14の角度αB2を参照)、後縁角度(例えば、図15の角度αB1を参照);前縁と後縁との間の角度一致接続(例えば、図14の角度αB1を参照);またはαB3などのこのようなブレードジオメトリ確立角度の間のいずれかの角度、のいずれかに一致するように選択することができる。ホッケースティック状リッジおよび溝配列平面図形パターンは、完全に水平または対角の公知の平面図形配列パターンのように比較的容易にアブレイダブル面に形成されるが、流体流れシミュレーションにおいて、ホッケースティック状パターンは、これらの公知の一方向平面図形パターンのいずれよりも少ないブレード先端漏れを生じる。ホッケースティック状パターンは、公知のアブレイダブル構成部材リッジおよび溝パターンを形成するために従来使用されてきた公知の切断/切削または付加式層構成方法によって形成される。 The embodiments shown in FIGS. 12-19, 21, 22, 34, 35, 37 and 57 have hockey stick-like planar graphic patterns. The grooves and ridges of the front upstream zone A are aligned substantially parallel (± 10%) to the combustion gas axial flow direction F in the turbine 80 (see FIG. 1). The grooves and ridges in the rear downstream zone B are oriented at an angle in the direction opposite to the blade rotation direction R. The range of angles is about 30% to 120% of the warp or trailing edge angle of the associated turbine blade 92. For design convenience, the downstream angle selection is determined by the turbine blade high pressure or low pressure average (linear average line) sidewall surface or warp angle (eg, angle α in FIG. 14 on the high pressure side beginning at Zone B and ending at the blade trailing edge). B2 ), trailing edge angle (eg see angle α B1 in FIG. 15); angle matching connection between leading edge and trailing edge (see eg angle α B1 in FIG. 14); or α B3 etc. Any of these blade geometry establishment angles can be selected to match any of the angles. The hockey stick-like ridge and groove arrangement plane figure pattern is formed on the abradable surface relatively easily like the known plane figure arrangement pattern that is completely horizontal or diagonal, but in the fluid flow simulation, the hockey stick shape The pattern produces less blade tip leakage than any of these known unidirectional planar graphic patterns. The hockey stick-like pattern is formed by known cutting / cutting or additive layer construction methods conventionally used to form known abradable component ridge and groove patterns.

図12では、アブレイダブル構成部材160は、タービンブレード回転軸線またはアブレイダブル構成部材支持軸線に相当する軸流タービン軸流方向Fに対して±10度以内の角度αAに向けられた前方リッジ/リッジ先端162A/164Aおよび溝168Aを有する。後方リッジ/リッジ先端162B/164Bおよび溝168Bは、ほぼタービンブレード92後縁角度である角度αBで向けられている。図12に概略的に示したように、前方リッジ162Aは前方ゾーンAブレード漏れ方向を遮断し、後方リッジ162Bは後方ゾーンBのブレード漏れLを遮断する。ブレード先端漏れLを遮断および妨害するために、水平のスペーサリッジ169が、ブレード92の設置面積全体にわたって、アブレイダブル構成部材表面167の周囲に沿って、軸方向に周期的に向けられている。 In FIG. 12, the abradable component 160 is directed forward at an angle α A within ± 10 degrees with respect to the axial turbine axial flow direction F corresponding to the turbine blade rotation axis or the abradable component support axis. Ridge / ridge tip 162A / 164A and groove 168A. The rear ridge / ridge tip 162B / 164B and groove 168B are oriented at an angle α B that is approximately the trailing edge angle of the turbine blade 92. As shown schematically in FIG. 12, the front ridge 162A blocks the forward zone A blade leakage direction and the rear ridge 162B blocks the rear zone B blade leakage L. In order to block and prevent blade tip leakage L, horizontal spacer ridges 169 are periodically directed axially along the periphery of the abradable component surface 167 over the entire footprint of the blade 92. .

図13のアブレイダブル構成部材170の実施形態は、図12の実施形態と同様であり、タービン燃焼ガス流方向Fに対してほぼ平行に向けられた前方部分リッジ172A/174Aおよび溝178Aを備える一方で、後方リッジ172B/174Bおよび溝178Bは、ゾーンBにおいて始まるタービンブレード92の圧力側とブレード後縁との間に形成された角度とほぼ等しい角度αBで向けられている。図12の実施形態と同様に、ブレード先端漏れLを遮断および妨害するために、水平スペーサリッジ179は、ブレード92の設置面積全体にわたって、アブレイダブル構成部材表面167の周囲に沿って軸方向に周期的に向けられている。 The embodiment of the abradable component 170 of FIG. 13 is similar to the embodiment of FIG. 12 and includes a forward partial ridge 172A / 174A and a groove 178A oriented substantially parallel to the turbine combustion gas flow direction F. On the other hand, the rear ridges 172B / 174B and the grooves 178B are oriented at an angle α B that is approximately equal to the angle formed between the pressure side of the turbine blade 92 starting in zone B and the blade trailing edge. Similar to the embodiment of FIG. 12, to block and prevent blade tip leakage L, the horizontal spacer ridge 179 is axially along the periphery of the abradable component surface 167 throughout the footprint of the blade 92. Is directed periodically.

図14のアブレイダブル構成部材180の実施形態は、図12および図13のものと同様であり、タービン燃焼ガス流方向Fに対してほぼ平行に向けられた前方部分リッジ182A/184Aおよび溝188Aを備える一方、後方リッジ182B/184Bおよび溝188Bは選択的に角度αB1からαB3までのいずれかで向けられている。角度αB1は、ブレード92の前縁と後縁との間に形成された角度である。図13に示したように、角度αB2は、後方ゾーンBと向かい合った関係にあるタービンブレード92の高圧側壁の部分に対してほぼ平行である。図14に示したように、後方リッジ182B/184Bおよび溝188Bは、実際には、角度αB2の約50%の角度αB3で向けられている。図12の実施形態と同様に、ブレード先端漏れLを遮断および妨害するために、水平スペーサリッジ189は、ブレード92の設置面積全体にわたって、アブレイダブル構成部材表面187の周囲に沿って軸方向に周期的に向けられている。 The embodiment of the abradable component 180 of FIG. 14 is similar to that of FIGS. 12 and 13, with the forward partial ridge 182A / 184A and groove 188A oriented substantially parallel to the turbine combustion gas flow direction F. While the rear ridge 182B / 184B and the groove 188B are selectively oriented at any angle α B1 to α B3 . The angle α B1 is an angle formed between the front edge and the rear edge of the blade 92. As shown in FIG. 13, the angle α B2 is substantially parallel to the portion of the high-pressure side wall of the turbine blade 92 that faces the rear zone B. As shown in FIG. 14, the rear ridge 182B / 184B and the groove 188B are actually oriented at an angle α B3 that is approximately 50% of the angle α B2 . Similar to the embodiment of FIG. 12, in order to block and prevent blade tip leakage L, the horizontal spacer ridge 189 extends axially along the circumference of the abradable component surface 187 over the entire footprint of the blade 92. Is directed periodically.

図15のアブレイダブル構成部材190の実施形態では、前方リッジ192A/194Aおよび溝198Aおよび角度αAは、図14のものと同様であるが、後方リッジ192B/194Bおよび溝198Bは、図14よりも狭い間隔および幅を有する。図15に示された後方リッジ192B/194Bおよび溝198Bの代替的な角度αB1は、図12における角度αBのように、タービンブレード92の後縁角度と一致している。図13に示したように、実際の角度αB2は、後方ゾーンBと向かい合った関係にあるタービンブレード92の高圧側壁の部分に対してほぼ平行である。代替的な角度αB3および水平スペーサリッジ199は、図14のものと一致するが、角度またはスペーサリッジの他の配列を利用することができる。 In the abradable component 190 embodiment of FIG. 15, the forward ridge 192A / 194A and groove 198A and angle α A are similar to those of FIG. 14, but the rear ridge 192B / 194B and groove 198B are similar to FIG. Narrower spacing and width. The alternative angle α B1 of the rear ridge 192B / 194B and groove 198B shown in FIG. 15 coincides with the trailing edge angle of the turbine blade 92, such as the angle α B in FIG. As shown in FIG. 13, the actual angle α B2 is substantially parallel to the portion of the high pressure sidewall of the turbine blade 92 that faces the rear zone B. Alternative angle α B3 and horizontal spacer ridge 199 are consistent with those of FIG. 14, but other arrangements of angles or spacer ridges can be utilized.

代替的なスペーサリッジパターンが、図16および図17に示されている。図16の実施形態では、アブレイダブル構成部材200は、タービンブレード92の軸方向設置面積全体にわたって延びた全長スペーサリッジ209と、全長リッジの間に挿入された付加的な前方スペーサリッジ209Aとの配列を有する。付加的な前方スペーサリッジ209Aは、前縁の近くのブレード92の部分におけるブレード先端漏れの付加的な遮断を提供する。図17の実施形態では、アブレイダブル構成部材210は、全長スペーサリッジ219のパターンと、前方スペーサリッジ219Aおよび後方スペーサリッジ219Bの周方向にずらされた配列とを有する。周方向にずらされたリッジ219A/Bは、ブレード92がアブレイダブル構成部材210の表面を摺動するときに、早すぎるブレード先端摩耗を生じるおそれがある摺動中の連続的な接触の可能性なしに、ブレード先端漏れの周期的な遮断または妨害を提供する。   Alternative spacer ridge patterns are shown in FIGS. In the embodiment of FIG. 16, the abradable component 200 includes a full length spacer ridge 209 extending across the entire axial footprint of the turbine blade 92 and an additional forward spacer ridge 209A inserted between the full length ridges. Has an array. An additional forward spacer ridge 209A provides additional blockage of blade tip leakage at the portion of blade 92 near the leading edge. In the embodiment of FIG. 17, abradable component 210 has a pattern of full length spacer ridges 219 and an array of circumferentially offset front spacer ridges 219A and rear spacer ridges 219B. Circumferentially offset ridges 219A / B allow for continuous contact during sliding that can cause premature blade tip wear when blade 92 slides on the surface of abradable component 210 Provides periodic blockage or obstruction of blade tip leaks without the need for

水平スペーサリッジの配列がこれまで説明されているが、本発明のその他の実施形態は、鉛直スペーサリッジを含む。特に、図18および図19のアブレイダブル構成部材220の実施形態は、前方リッジ222Aを有し、前方リッジ222Aの間には溝228Aが設けられている。これらの溝は、前方リッジ222Aを互いに接続する、ずらされた前方鉛直リッジ223Aによって中断されている。図18に示したように、ずらされた前方鉛直リッジ223Aは、左から右へ下方に傾斜した一連の対角配列を形成している。全長鉛直スペーサリッジ229は、前方ゾーンAと後方ゾーンBとの間の移行ゾーンTにおいて向けられている。後方リッジ222Bおよび溝228Bは、角度を成して向けられており、前方リッジ222Aおよび溝228Aを備えるホッケースティック状平面図形配列を完成させている。ずらされた後方鉛直リッジ223Bは、前方鉛直リッジ223Aと同様に配列されている。鉛直方向リッジ223A/Bおよび229は、図12〜図17の中断されていない全長溝実施形態の場合にさもなければ生じる、前方部分から後方部分へのアブレイダブル構成部材220の溝を横切る概して軸方向の空気流漏れを妨害するが、それは、鉛直方向リッジのうちの1つとのそれぞれの潜在的なこすり接触箇所における増大したブレード先端摩耗の潜在的な欠点を伴う。ずらされた鉛直リッジ223A/Bは、妥協として、タービンブレード先端のための潜在的な360度摺動面を導入することなしに、溝228A/Bを通る軸方向空気流を周期的に妨害する。連続的な鉛直リッジ229のための潜在的な360度こすり面接触は、リッジ222A/Bまたは223A/Bに対するリッジ鉛直高さを短くすることによって減じることができるが、前方溝228Aと後方溝228Bとの間の移行ゾーンTにおけるある程度の軸流妨害能力を依然として提供する。   While an arrangement of horizontal spacer ridges has been described so far, other embodiments of the present invention include vertical spacer ridges. In particular, the embodiment of the abradable component 220 of FIGS. 18 and 19 has a front ridge 222A, and a groove 228A is provided between the front ridges 222A. These grooves are interrupted by a shifted forward vertical ridge 223A that connects the forward ridges 222A to each other. As shown in FIG. 18, the shifted front vertical ridge 223A forms a series of diagonal arrays that slope downward from left to right. The full length vertical spacer ridge 229 is oriented in the transition zone T between the front zone A and the rear zone B. The rear ridge 222B and groove 228B are oriented at an angle to complete a hockey stick-like planar graphic arrangement comprising the front ridge 222A and groove 228A. The shifted rear vertical ridge 223B is arranged in the same manner as the front vertical ridge 223A. The vertical ridges 223A / B and 229 generally cross the groove of the abradable component 220 from the front part to the rear part, which would otherwise occur in the case of the uninterrupted full length groove embodiment of FIGS. While impeding axial airflow leakage, it involves the potential drawback of increased blade tip wear at each potential scraping contact point with one of the vertical ridges. The offset vertical ridge 223A / B, as a compromise, periodically impedes axial airflow through the grooves 228A / B without introducing a potential 360 degree sliding surface for the turbine blade tip. . Potential 360 degree rubbing surface contact for a continuous vertical ridge 229 can be reduced by reducing the ridge vertical height relative to the ridge 222A / B or 223A / B, but the forward groove 228A and the rear groove 228B. Still provides some degree of axial flow obstruction in the transition zone T.

図20は、連続的な溝を備えるホッケースティック状リッジ/溝パターン配列平面図形(実線)と、ずらされた鉛直リッジによって中断された分割溝(点線)との、シミュレーションされた流体流比較を示している。合計ブレード先端漏れ質量フラックス(それぞれの線の下側の領域)は、連続溝配列パターンの場合よりも、分割溝配列パターンの場合に小さい。   FIG. 20 shows a simulated fluid flow comparison between a hockey stick-like ridge / groove pattern array plan (solid line) with continuous grooves and a split groove (dotted line) interrupted by a shifted vertical ridge. ing. The total blade tip leakage mass flux (the area under each line) is smaller for the split groove arrangement pattern than for the continuous groove arrangement pattern.

溝における空気流を妨害するずらされたリッジは、ブレード回転方向Rで鉛直に整列させられなくてもよい。図21に示したように、アブレイダブル構成部材230は、前方リッジおよび後方リッジの連続的な列の間を接続しかつ溝238A/B内の下流への流れを周期的に遮断するリッジ233A/Bの角度づけられたパターン(αA,αB)によって中断された、それぞれの前方および後方のリッジ232A/Bおよび溝238A/Bのパターンを有する。図18の実施形態のように、アブレイダブル構成部材230は、前方ゾーンAと後方ゾーンBとの間の移行部に配置された、連続的な鉛直に整列させられたリッジ239を有する。リッジ232Aおよび233Aの交差する角度づけられた配列は、前縁から後縁までのタービンブレード軸方向長さに沿った高圧側96から低圧側98への局所的なブレード先端漏れLを有効に遮断する。 The staggered ridges that obstruct the air flow in the grooves may not be aligned vertically in the blade rotation direction R. As shown in FIG. 21, abradable component 230 connects ridge 233A that connects between successive rows of front and rear ridges and periodically blocks downstream flow in grooves 238A / B. With a pattern of respective forward and rear ridges 232A / B and grooves 238A / B interrupted by a / B angled pattern (α A , α B ). As in the embodiment of FIG. 18, the abradable component 230 has a continuous vertically aligned ridge 239 located at the transition between the front zone A and the rear zone B. The intersecting angled arrangement of ridges 232A and 233A effectively blocks local blade tip leakage L from the high pressure side 96 to the low pressure side 98 along the turbine blade axial length from the leading edge to the trailing edge. To do.

図12〜図19および図21に示されたスペーサリッジ169,179,189,199,209,219,229,239等の実施形態は、同じアブレイダブル構成部材配列において異なる相対高さを有してもよく、構成部材内の他のリッジ配列のうちの1つまたは複数とは異なる高さを有してもよい。例えば、スペーサリッジ高さが、アブレイダブル面における他のリッジの高さよりも小さいとするならば、スペーサリッジはブレード先端には接触しないが、依然として、隣接する中断された溝に沿って空気流を妨害するように機能することができる。   The embodiments of spacer ridges 169, 179, 189, 199, 209, 219, 229, 239, etc. shown in FIGS. 12-19 and 21 have different relative heights in the same abradable component arrangement. And may have a different height than one or more of the other ridge arrangements in the component. For example, if the spacer ridge height is less than the height of the other ridges on the abradable surface, the spacer ridge will not contact the blade tip, but still airflow along the adjacent interrupted groove. Can function to disturb.

図22は、ホッケースティック状平面図形パターンのアブレイダブル構成部材240の代替的な実施形態であり、別個の前方ゾーンAおよび後方ゾーンB、もしくはゾーンを互いに分割するためにいかなる鉛直リッジも有することなく移行部Tにおいて交差するリッジ242A/Bおよび溝248A/Bパターンの実施形態概念を組み合わせている。すなわち、溝248A/Bは、アブレイダブル構成部材240の前縁または後縁から、対応するタービンブレードの軸方向スイープによってカバーされる後方の最も下流のエッジ(流れ方向Fの矢印を参照)までの連続的な複合的な溝を形成している。ずらされた鉛直リッジ243A/Bは、1つの軸方向位置において(回転矢印Rの方向で)アブレイダブル面と対応する回転ブレードとの潜在的な連続的な削り接触なしに、各溝を通る軸方向流れを中断する。しかしながら、小さな鉛直リッジ243A/Bによって周期的にのみ中断されている、連続的な直線的な溝248A/Bの比較的長い延びは、ウォータージェット浸食またはその他の公知の製造技術による容易な製造を提供する。アブレイダブル構成部材240の実施形態は、空気流性能、ブレード先端摩耗および製造容易性/コストの間の良好な主観的設計妥協を提供する。   FIG. 22 is an alternative embodiment of an abradable component 240 with a hockey stick-like planar graphic pattern having separate front zones A and rear zones B, or any vertical ridges to divide the zones from each other. The embodiment concept of the ridges 242A / B and the grooves 248A / B intersecting at the transition portion T is combined. That is, the grooves 248A / B extend from the leading or trailing edge of the abradable component 240 to the rearmost downstream edge (see arrows in the flow direction F) covered by the axial sweep of the corresponding turbine blade. The continuous composite groove is formed. The displaced vertical ridges 243A / B pass through each groove without potential continuous scraping contact between the abradable surface and the corresponding rotating blade at one axial position (in the direction of the rotating arrow R). Interrupt axial flow. However, the relatively long extension of the continuous linear groove 248A / B, interrupted only periodically by the small vertical ridges 243A / B, facilitates easy manufacture by water jet erosion or other known manufacturing techniques. provide. The abradable component 240 embodiment provides a good subjective design compromise between airflow performance, blade tip wear and manufacturability / cost.

図23〜図25は、ジグザグパターンを有するアブレイダブル構成部材リッジおよび溝平面図形配列の実施形態を示している。ジグザグパターンは、リッジを形成するためにアブレイダブル面基板に材料の1つまたは複数の層を付加することによって、または公知のレーザまたはウォータージェット切断法などによって基板に溝を形成することによって形成される。図23において、アブレイダブル構成部材250の基板表面257は、258’において始まり、258’’において終わった、基板表面257に形成された連続的な溝258を有しており、交互のフィンガ状の互いの間に位置するリッジ252のパターンを形成している。その他の溝およびリッジのジグザグパターンがアブレイダブル構成部材に形成されてもよい。図24の実施形態に示したように、アブレイダブル構成部材260は、基板表面267に形成された、268’において始まり、268’’において終わった、連続的なパターンの対角に向けられた溝268を有しており、角度方向に向けられたリッジ262を残している。図25において、アブレイダブル構成部材実施形態270は、基板表面277に一対の溝278Aおよび278Bによって形成されたV字形またはホッケースティック状の二重ゾーンマルチ溝パターンを有する。溝278は、278’において始まり、278’’において終わる。基板表面全体277にV字形またはホッケースティック状パターンを完成させるために、278A’において始まり、278A’’において終わった第2の溝278Aが、アブレイダブル構成部材270の下側の左側部分に形成されている。図12〜19、21および22のアブレイダブル実施形態においてなされたように、それぞれのブレード先端漏れLの流れ方向付け前方および後方リッジ272Aおよび272Bが、アブレイダブル面277のそれぞれの前方および後方ゾーンに形成されている。溝258,268,278または278Aは、連続的に形成されていなくてもよく、溝の軸方向全長を通るガス流を阻止するために、図18および図19の実施形態のリッジ223A/Bのような遮断リッジを有してもよい。   23-25 illustrate an embodiment of an abradable component ridge having a zigzag pattern and a groove plane graphic arrangement. A zigzag pattern is formed by adding one or more layers of material to the abradable surface substrate to form a ridge, or by forming grooves in the substrate, such as by a known laser or water jet cutting method Is done. In FIG. 23, the substrate surface 257 of the abradable component 250 has continuous grooves 258 formed in the substrate surface 257, starting at 258 ′ and ending at 258 ″, with alternating finger-like shapes. A pattern of ridges 252 located between the two is formed. Other groove and ridge zigzag patterns may be formed on the abradable component. As shown in the embodiment of FIG. 24, the abradable component 260 was directed to a diagonal of a continuous pattern formed at the substrate surface 267, starting at 268 ′ and ending at 268 ″. It has a groove 268, leaving an angularly oriented ridge 262. In FIG. 25, abradable component embodiment 270 has a V-shaped or hockey stick-shaped double zone multi-groove pattern formed in substrate surface 277 by a pair of grooves 278A and 278B. Groove 278 begins at 278 'and ends at 278 ". To complete the V-shaped or hockey stick-like pattern on the entire substrate surface 277, a second groove 278A starting at 278A ′ and ending at 278A ″ is formed in the lower left portion of the abradable component 270. Has been. As was done in the abradable embodiment of FIGS. 12-19, 21 and 22, the flow direction forward and rear ridges 272A and 272B of the respective blade tip leaks L are respectively forward and rearward of the abradable surface 277. It is formed in a zone. The grooves 258, 268, 278 or 278A may not be formed continuously, and to prevent gas flow through the entire axial length of the grooves, the ridges 223A / B of the embodiment of FIGS. Such a blocking ridge may be provided.

図26〜図29は、重ねられたループパターンを有するアブレイダブル構成部材リッジおよび溝平面図形配列の実施形態を示している。重ねられたループパターンは、リッジを形成するためにアブレイダブル面基板に材料の1つまたは複数の層を付加することによって、または公知のレーザまたはウォータージェット切断法などによって基板に溝を形成することによって形成される。図26のアブレイダブル構成部材280の実施形態は、水平に向けられたスペーサリッジ289によって分離された、鉛直に向けられた重ねられたループパターン281の配列を有する。各ループパターン281は、重ねられた溝288A〜288Eと、中央リッジ282Aおよびループリッジ282B〜282Eを含む対応する相補的なリッジとを有する。図27において、アブレイダブル構成部材280’は、前方ゾーンAにおける重ねられたループ281Aと、後方ゾーンBにおける重ねられたループ281Bとのパターンを有する。重ねられたループ281Aおよび281Bは、水平方向289および鉛直方向289Aの両方でスペーサリッジによって分離されている。図28のアブレイダブル実施形態280’’において、重ねられたループ281’’の水平部分は、角度αで向けられている。図29のアブレイダブル実施形態280’’’において、重ねられた、概して水平方向または軸方向のループ281A’’’および281B’’’は、別々の前方ゾーンAおよび後方ゾーンB配列においてそれぞれの角度αAおよびαBで配列されている。前方および後方の角度、ならびにループ寸法は、各ゾーンにおけるブレード先端漏れを最小限に減じるために変更されてもよい。 FIGS. 26-29 illustrate embodiments of abradable component ridges and groove plane graphic arrangements having an overlaid loop pattern. The overlaid loop pattern forms a groove in the substrate by adding one or more layers of material to the abradable surface substrate to form a ridge, or by a known laser or water jet cutting method or the like. Formed by. The abradable component 280 embodiment of FIG. 26 has an array of vertically oriented loop patterns 281 separated by horizontally oriented spacer ridges 289. Each loop pattern 281 has overlapping grooves 288A-288E and corresponding complementary ridges including a central ridge 282A and loop ridges 282B-282E. In FIG. 27, the abradable component 280 ′ has a pattern of overlapping loops 281A in the front zone A and overlapping loops 281B in the rear zone B. Overlapped loops 281A and 281B are separated by a spacer ridge in both the horizontal direction 289 and the vertical direction 289A. In the abradable embodiment 280 ″ of FIG. 28, the horizontal portion of the overlaid loop 281 ″ is oriented at an angle α. In the abradable embodiment 280 ′ ″ of FIG. 29, the overlapped, generally horizontal or axial loops 281A ′ ″ and 281B ′ ″ are each in separate front zone A and rear zone B arrangements. Arranged at angles α A and α B. The forward and backward angles, as well as the loop dimensions, may be varied to minimize blade tip leakage in each zone.

図30〜図33は、重ねられたループパターンと同様の螺旋状迷路パターンを有するアブレイダブル構成部材リッジおよび溝平面図形配列の実施形態を示している。迷路パターンは、リッジを形成するためにアブレイダブル面基板に材料の1つまたは複数の層を付加することによって形成される。代替的に、これらの関連する図面に示されているように、迷路パターンは、公知のレーザまたはウォータージェット切断法などによって基板に溝を形成することによって形成される。図30のアブレイダブル構成部材290の実施形態は、水平に向けられたスペーサリッジ299によって分離された、それぞれ291Aにおいて始まり、291Bにおいて終わる、鉛直に向けられた重ねられた迷路パターン291の配列を有する。図31において、アブレイダブル構成部材290’は、前方ゾーンAにおける重ねられた迷路291Aと、後方ゾーンBにおける重ねられた迷路291Bとのパターンを有する。重ねられた迷路291Aおよび291Bは、水平方向299’および鉛直方向293’の両方でスペーサリッジによって分離されている。図32のアブレイダブル実施形態290’’において、重ねられた迷路291’’の水平部分は、角度αで向けられている。図33のアブレイダブル実施形態290’’’において、迷路291A’’’および291B’’’のほぼ水平の部分は、別々の前方ゾーンAおよび後方ゾーンB配列においてそれぞれの角度αAおよびαBで配列されているのに対し、ほぼ鉛直の部分は、ブレード回転スイープと整列させられている。前方および後方の角度αAおよびαB、ならびに迷路寸法は、各ゾーンにおけるブレード先端漏れを最小限に減じるために変更されてもよい。 FIGS. 30-33 illustrate an embodiment of an abradable component ridge and groove plan view arrangement having a spiral maze pattern similar to the overlaid loop pattern. The maze pattern is formed by adding one or more layers of material to the abradable surface substrate to form a ridge. Alternatively, as shown in these related drawings, the maze pattern is formed by forming grooves in the substrate, such as by known laser or water jet cutting methods. The embodiment of the abradable component 290 of FIG. 30 has an array of vertically oriented maze patterns 291 that are vertically oriented, separated by horizontally oriented spacer ridges 299, each starting at 291A and ending at 291B. Have. In FIG. 31, the abradable component 290 ′ has a pattern of overlapping mazes 291 </ b> A in the front zone A and overlapping mazes 291 </ b> B in the rear zone B. Overlapped mazes 291A and 291B are separated by spacer ridges in both the horizontal direction 299 ′ and the vertical direction 293 ′. In the abradable embodiment 290 ″ of FIG. 32, the horizontal portion of the superimposed maze 291 ″ is oriented at an angle α. In the abradable embodiment 290 ′ ″ of FIG. 33, the substantially horizontal portions of the mazes 291A ′ ″ and 291B ′ ″ have their respective angles α A and α B in separate front zone A and rear zone B arrays. While the substantially vertical portion is aligned with the blade rotation sweep. The forward and backward angles α A and α B , and the maze dimensions may be varied to minimize blade tip leakage in each zone.

図34および図35は、移行ゾーンTにおいて対応する湾曲したリッジ302Tおよび溝308Tのパターンによって接続された、それぞれの前方ゾーンAおよび後方ゾーンBにおける別個かつ明確なマルチ配列されたリッジ302A/302Bおよび溝308A/308Bパターンを備えるアブレイダブル構成部材300の実施形態に関する。この典型的な実施形態パターンでは、溝308A/B/Tは、対応するリブ302A/B/Tを包囲する、アブレイダブル構成部材300の表面内の閉ループとして形成されている。リブ間の間隔SRA,SRBおよびSRTならびに対応する溝間隔は、局所的なブレード先端漏れを最小限に減じるために、または様々な局所的なアブレイダブル面浸食速度を補償するために、構成部材表面を横切って軸方向および鉛直方向で変化してもよく、これは非対称なリッジ表面積密度を生じる。 34 and 35 show separate and distinct multi-arrayed ridges 302A / 302B in the respective forward zone A and rear zone B, connected by a pattern of corresponding curved ridges 302T and grooves 308T in the transition zone T. It relates to an embodiment of an abradable component 300 comprising a groove 308A / 308B pattern. In this exemplary embodiment pattern, the grooves 308A / B / T are formed as closed loops in the surface of the abradable component 300 that surround the corresponding ribs 302A / B / T. Spacing between ribs S RA , S RB and S RT and corresponding groove spacings to minimize local blade tip leakage or to compensate for various local abradable surface erosion rates May vary axially and vertically across the component surface, which results in an asymmetric ridge surface area density.

図64の代替的な実施形態では、アブレイダブル構成部材1300の局所的なアブレイダブル表面積密度は、リッジ幅WRを局所的に変化させることによって変化させられており、後方ゾーンBにおけるリッジ1302Bよりも前方ゾーンAにおいてより幅広のリッジ1302Aを有しており、非対称の前方ゾーンA/後方ゾーンB表面積平面図形パターンを生じている。局所的なリッジ浸食のより低い可能性が存在するが、エンジン運転中のブレード先端/基板表面接触のより高い可能性が存在する後方ゾーンにおけるブレード先端摩耗を減じながら、エンジン運転中の前方ゾーンにおけるより大きなリッジ浸食を補償するために、前方リッジ1302Aは、後方リッジ1302Bよりも大きな表面積密度を有する(および/またはより小さい削りやすさ特性を備えるアブレイダブル材料を採用している)。図64のアブレイダブル構成部材1300の実施形態において、リッジの連続する列は、一定のリッジまたはリブ間隔またはピッチSRA,SRBおよびSRTを有する。つまり、移行セクションのリッジ1302Tの幅は、結合された前方リッジ1302Aの対応する幅から、結合された後方リッジ1302Bの対応する幅へ局所的に狭まっている。一定のリッジ1302のピッチを維持するために、したがって、それぞれの溝セクション1308A/T/Bにおける溝1308の幅は構成部材1300を横切って前方から後方へ幅広になっている。図示された構成部材1300は、図34および図35に示された構成部材300のものと同様に、対応するリブ1302A/B/Tを包囲する、アブレイダブル構成部材1300の表面内の閉ループを備えて構成されている。本明細書においてより詳細に説明するように、局所的なブレード先端漏れと、対応するブレード先端リブとのアブレイダブル表面密度接触とは、また、アブレイダブル面リッジ先端におけるサブリブまたはサブ溝を有すること(例えば、図52〜図57参照)、ピクセル化されたリッジ先端(例えば、図58参照)および/または回転するブレード先端に対してブレード先端表面を傾斜させること(例えば、図66〜図69参照)によって、変化させられる。 In an alternative embodiment of Figure 64, local abradable surface area density of the abradable component 1300, has been varied by locally changing the ridge width W R, the ridges in the rear zone B It has a wider ridge 1302A in the front zone A than 1302B, resulting in an asymmetric front zone A / back zone B surface area planographic pattern. There is a lower possibility of local ridge erosion, but there is a higher possibility of blade tip / substrate surface contact during engine operation, while reducing blade tip wear in the rear zone while in the front zone during engine operation. To compensate for greater ridge erosion, the front ridge 1302A has a larger surface area density than the rear ridge 1302B (and / or employs an abradable material with less machinability characteristics). In the embodiment of the abradable component 1300 of FIG. 64, successive rows of ridges have a constant ridge or rib spacing or pitch S RA , S RB and S RT . That is, the width of the transition section ridge 1302T is locally reduced from the corresponding width of the combined front ridge 1302A to the corresponding width of the combined rear ridge 1302B. In order to maintain a constant ridge 1302 pitch, therefore, the width of the groove 1308 in each groove section 1308A / T / B is widened from front to back across the component 1300. The illustrated component 1300 has a closed loop in the surface of the abradable component 1300 surrounding the corresponding rib 1302A / B / T, similar to that of the component 300 shown in FIGS. It is prepared for. As described in more detail herein, local blade tip leakage and abradable surface density contact with the corresponding blade tip rib also cause subribs or subgrooves at the abradable surface ridge tip. Having (eg, see FIGS. 52-57), pixelated ridge tips (see, eg, FIG. 58) and / or tilting the blade tip surface relative to the rotating blade tips (eg, FIGS. 66-57) 69).

図36は、アブレイダブル構成部材における比較可能な深さのリッジおよび溝輪郭の比較可能な流体ダイナミクスシミュレーションを示している。実線は、図34,35および図64のタイプのアブレイダブル構成部材におけるブレード先端漏れを表している。点線は、軸方向または水平方向に向けられたリブおよび溝のみを有する従来のタイプのアブレイダブル構成部材表面を表している。点線は、対応するタービンブレード92の後縁角度と整列した、対角に向けられたリブおよび溝のみを備える図7の構成部材と同様の、従来のアブレイダブル構成部材を表している。アブレイダブル構成部材300および1300は、従来公知のタイプの一方向のアブレイダブル面リッジおよび溝パターンのそれぞれの漏れよりも少ないブレード先端漏れを生じる。   FIG. 36 shows a comparable fluid dynamics simulation of comparable depth ridge and groove profiles in an abradable component. The solid line represents blade tip leakage in abradable components of the type of FIGS. The dotted line represents a conventional type of abradable component surface having only ribs and grooves oriented axially or horizontally. The dotted lines represent a conventional abradable component similar to the component of FIG. 7 with only diagonally oriented ribs and grooves aligned with the trailing edge angle of the corresponding turbine blade 92. Abradable components 300 and 1300 produce less blade tip leakage than the respective leakage of unidirectional abradable surface ridges and groove patterns of the type known in the art.

アブレイダブル面リッジおよび溝断面輪郭
典型的な本発明の実施形態のアブレイダブル面リッジおよび溝断面輪郭が、図37〜41,図43〜63および図65〜71に示されている。アブレイダブル面全体にわたって均一な高さを有する公知のアブレイダブル断面輪郭パターンとは異なり、溶射されたアブレイダブル層に形成された本発明の断面輪郭の多くは、明確な上側摩耗ゾーン(ゾーンI)および下側摩耗ゾーン(ゾーンII)を有する、複合的なマルチ高さ/深さリッジおよび溝パターンを有する。下側ゾーンIIは、エンジン空気流および構造的特性を最適化するのに対し、上側ゾーンIは、下側ゾーンよりも容易に削れやすいことによってブレード先端間隙および摩耗を最小限に減じる。アブレイダブル構成部材の様々な実施形態は、下側ゾーンリブ構造よりも小さな断面積を有する上側サブリッジまたは尖端を備える上側ゾーンのより容易な削りやすさを提供する。幾つかの実施形態では、上側サブリッジまたは尖端は、小さなブレード先端接触の際に曲がるか、さもなければたわむように、かつ、より大きなブレード先端接触の際には摩耗および/またはせん断するように形成されている。他の実施形態では、上側ゾーンサブリッジまたは尖端は、1つまたは複数のブレード先端と局所的に接触したこれらの尖端のみが摩耗され、局所的な摩耗ゾーンの外側の他のものはそのままにとどまるように、上側摩耗ゾーンの配列にピクセル化されている。リッジの上側ゾーン部分は摩耗されるのに対し、従来公知のモノリシックリッジよりもブレード先端摩耗を生じにくく、複合中空セラミック球体マトリックス向きおよび直径の物理的制約の周囲に輪格付けを要求するCMC/FGIアブレイダブル構成部材構成の柔軟性を形成するより大きな輪郭を提供する。本発明の幾つかの実施形態では、上側ゾーンリッジ部分が摩耗されたとき、残りの下側リッジ部分は、ブレード先端漏れを制御することによってエンジン効率を保持する。局所的なブレード先端間隙がさらに減じられた際、ブレード先端は、その位置における下側リッジ部分を摩耗させる。しかしながら、その下側リッジ部分の局所的な摩耗領域の外側の比較的高いリッジは、エンジン性能効率を保持するために、より小さなブレード先端間隙を維持する。
Abradable Plane Ridge and Groove Cross-Sectional Contour An abradable surface ridge and groove cross-sectional contour of a typical embodiment of the present invention is shown in FIGS. 37-41, 43-63 and 65-71. Unlike the known abradable cross-sectional contour pattern, which has a uniform height across the abradable surface, many of the cross-sectional contours of the present invention formed in the sprayed abradable layer have a distinct upper wear zone ( It has a complex multi-height / depth ridge and groove pattern with zone I) and lower wear zone (zone II). The lower zone II optimizes engine air flow and structural characteristics, while the upper zone I reduces blade tip clearance and wear to a minimum by being easier to scrape than the lower zone. Various embodiments of the abradable component provide easier scraping of the upper zone with an upper support or tip having a smaller cross-sectional area than the lower zone rib structure. In some embodiments, the upper subridge or tip is configured to bend or otherwise deflect upon small blade tip contact and to wear and / or shear upon larger blade tip contact. Has been. In other embodiments, the upper zone support or tip is worn only at those tips that are in local contact with one or more blade tips, while others outside the local wear zone remain intact. As such, it is pixelated into an array of upper wear zones. CMC / FGI that wears the upper zone portion of the ridge, but is less prone to blade tip wear than previously known monolithic ridges and requires a ring rating around the physical constraints of composite hollow ceramic sphere matrix orientation and diameter It provides a larger profile that forms the flexibility of the abradable component configuration. In some embodiments of the present invention, when the upper zone ridge portion is worn, the remaining lower ridge portion maintains engine efficiency by controlling blade tip leakage. When the local blade tip clearance is further reduced, the blade tip wears the lower ridge portion at that location. However, the relatively high ridge outside the local wear area of its lower ridge portion maintains a smaller blade tip clearance to maintain engine performance efficiency.

本発明の幾つかの実施形態の漸進的摩耗ゾーン構成により、ブレード先端間隙Gは、これまでの許容可能な公知の寸法よりも減じることができる。例えば、公知の許容可能なブレード間隙Gの設計仕様が1mmであるならば、摩耗ゾーンIにおけるより高いリッジの高さを増大することができ、これにより、ブレード先端間隙は0.5mmに減じられる。摩耗ゾーンIIのための境界を確立する下側リッジは、下側リッジの遠位先端部分がブレード先端から1mmだけ離間させられるような高さに設定されている。この形式では、日常的なタービン運転のために、50%だけより厳密なブレード先端間隙Gが確立され、ゾーンIにおける上側リッジとのブレード接触によって生ぜしめられるある程度の潜在的摩耗を許容する。ゾーンIIにおける継続的な局所的な漸進的なブレード摩耗は、ブレード先端が下側ゾーンに到達した時に初めて開始するが、いかなる場合にも、1mmのブレード先端間隙Gは、公知のブレード先端間隙仕様よりも悪くならない。幾つかの典型的な実施形態では、上側ゾーンIの高さは、下側ゾーンIIの高さの約3分の1〜3分の2である。   With the progressive wear zone configuration of some embodiments of the present invention, the blade tip gap G can be reduced from previously acceptable known dimensions. For example, if the known acceptable blade gap G design specification is 1 mm, the height of the higher ridge in the wear zone I can be increased, thereby reducing the blade tip gap to 0.5 mm. . The lower ridge that establishes the boundary for wear zone II is set to a height such that the distal tip portion of the lower ridge is spaced 1 mm from the blade tip. In this form, for routine turbine operation, a more severe blade tip clearance G by 50% is established, allowing some potential wear caused by blade contact with the upper ridge in Zone I. Continuous local gradual blade wear in Zone II begins only when the blade tip reaches the lower zone, but in any case, the 1 mm blade tip gap G is the known blade tip gap specification. No worse than that. In some exemplary embodiments, the height of upper zone I is about one-third to one-third of the height of lower zone II.

図37〜図41のアブレイダブル構成部材310は、アブレイダブル面317から突出し、支持面311によって構造的に支持された交互の高さの湾曲したリッジ312Aおよび312Bを有する。溝318は、交互の高さのリッジ312A/Bを分離しており、リッジ側壁315A/Bおよび316A/Bによって規定されている。摩耗ゾーンIは、より高いリッジ312Aのそれぞれの先端314Aから、より低いリッジ312Bのそれぞれの先端314Bまで形成されている。摩耗ゾーンIIは、先端314Bから基板表面317まで形成されている。タービンエンジン運転条件(図39および図40)において、より高いリッジ先端312Aと、ブレード先端94との間にブレード間隙Gが維持される。ブレード間隙Gが維持されるが、ブレード漏れLは、ブレード92において回転方向(矢印R)へ、(圧力PPにおける)ブレード96のより高圧側から、(圧力PSにおける)ブレード98の低いまたは吸込み加圧側へ移動する。ブレード先端94の下のブレード漏れLは、より高いリッジ312Aと中間のより低いリッジ312Bとの向かい合った対の間に部分的に捕捉され、ブレード漏れにさらに抵抗する遮断旋回パターンを形成する。ブレード先端間隙Gが、タービンケーシング100の歪みによりいずれか1つまたは複数のブレードのために減じられると、ブレード先端94とアブレイダブル構成部材310との間の、迅速エンジン始動モードまたはその他の理由の初期接触が、より高いリッジ先端314Aにおいて生じる。さらにゾーンIにある間、ブレード先端94は、交互にずらされたより高いリッジ312Aのみをこする。ブレード間隙Gが次第に小さくなると、より高いリッジ312Aは、より高いリッジ312AがゾーンIを通じて完全に摩耗されるまで削られ、ゾーンIIにおけるより低いリッジ先端314Bに接触し始める。ゾーンIIになると、タービンブレード先端94は、局所的な摩耗ゾーンにおいて、残りのリッジ314A/Bの全てをこするが、タービンケーシングの他の局所的な部分においては、ブレード先端間隙Gの減少は生じないことがあり、上側リッジ312Aは、完全な高さのまま変化しないことがある。すなわち、アブレイダブル構成部材310の交互高さリブ構成は、ゾーンIおよびII内に局所的な摩耗を提供するが、これらの局所的な領域においてブレード先端間隙Gおよびブレード先端漏れLの空力的制御を保持し、ここでは、タービンケーシング100またはブレード92のゆがみが生じない。標準的または急速始動または両方のエンジン運転モードが望まれる場合、より高いリッジ312Aが、クリアランスの一次的な層を形成し、最も小さなブレード先端間隙Gを備え、典型的には、より低い傾斜レートを利用するかまたはウォームスタートを行わない機械のための最善のエネルギ効率クリアランスを提供する。概して、より低いリッジ先端314Bのためのリッジ高さHRBは、より高いリッジ先端314Aの高さHRAの25%〜75%である。図41に示された実施形態において、連続するより高いリッジ312Aの間の中心線間隔SRAは、連続するより低いリッジ312Bの間の中心線間隔SRBと等しい。3つ以上のリッジ高さを有する、マルチ高さリッジのその他の中心線間隔およびパターンを使用することができる。 The abradable component 310 of FIGS. 37-41 has alternating height curved ridges 312A and 312B protruding from the abradable surface 317 and structurally supported by the support surface 311. Grooves 318 separate alternating height ridges 312A / B and are defined by ridge sidewalls 315A / B and 316A / B. Wear zone I is formed from each tip 314A of the higher ridge 312A to each tip 314B of the lower ridge 312B. Wear zone II is formed from tip 314B to substrate surface 317. A blade gap G is maintained between the higher ridge tip 312A and the blade tip 94 under turbine engine operating conditions (FIGS. 39 and 40). Although blade gap G is maintained, the blade leakage L is the direction of rotation (arrow R) in the blade 92, from the higher pressure side of the (pressure at P P) blades 96, or lower the blade 98 (in the pressure P S) Move to the suction pressure side. Blade leakage L under blade tip 94 is partially trapped between the opposing pair of higher ridge 312A and middle lower ridge 312B, forming a blocking swirl pattern that further resists blade leakage. Rapid engine start mode or other reasons between blade tip 94 and abradable component 310 when blade tip gap G is reduced for any one or more blades due to turbine casing 100 distortion. Initial contact occurs at the higher ridge tip 314A. Further, while in Zone I, the blade tip 94 only rubs the alternately displaced higher ridge 312A. As the blade gap G gradually decreases, the higher ridge 312A is scraped until the higher ridge 312A is completely worn through zone I and begins to contact the lower ridge tip 314B in zone II. In Zone II, the turbine blade tip 94 rubs all of the remaining ridges 314A / B in the local wear zone, but in other local parts of the turbine casing, the reduction of the blade tip gap G is It may not occur and the upper ridge 312A may not change at full height. That is, the alternating height rib configuration of the abradable component 310 provides local wear in zones I and II, but in these local regions the aerodynamics of the blade tip gap G and blade tip leakage L. Control is maintained, where no distortion of the turbine casing 100 or blade 92 occurs. Where standard or rapid start or both engine operating modes are desired, the higher ridge 312A forms a primary layer of clearance, with the smallest blade tip gap G, typically with a lower ramp rate. Provides the best energy efficient clearance for machines that utilize or do not warm start. Generally, the ridge height H RB for the lower ridge tip 314B is between 25% and 75% of the height H RA of the higher ridge tip 314A. In the embodiment shown in FIG. 41, the centerline spacing S RA between successive higher ridges 312A is equal to the centerline spacing S RB between successive lower ridges 312B. Other centerline spacings and patterns of multi-height ridges with more than two ridge heights can be used.

上側および下側摩耗ゾーンを備えたリッジおよび溝輪郭の他の実施形態は、図42における従来のアブレイダブル150の公知の単一高さリッジ構造と比較して、図43および図44の段状のリッジ輪郭を有する。公知の単一高さリッジアブレイダブル150は、タービンケーシング100に結合されたベース支持部151と、基板表面157と、平坦なリッジ先端154において終わった内方へ傾斜した側壁155,156を有する対称的なリッジ152と、を有する。リッジ先端154は、共通の高さを有しており、向かい合った、間隔を置かれたブレード先端94とブレード先端間隙Gを形成している。リッジ152の間に溝158が形成されている。リッジ間隔SR、溝幅WG、およびリッジ幅WRは、特定の用途のために選択される。比較として、図43および図44の段状のリッジ輪郭は、リッジ構造において2つの別個の上側および下側の摩耗ゾーンを利用する。 Other embodiments of ridge and groove profiles with upper and lower wear zones are the steps of FIGS. 43 and 44 compared to the known single height ridge structure of the conventional abradable 150 in FIG. Shaped ridge contour. The known single height ridge abradable 150 has a base support 151 coupled to the turbine casing 100, a substrate surface 157, and inwardly sloping sidewalls 155 and 156 that terminate at a flat ridge tip 154. And a symmetric ridge 152. The ridge tips 154 have a common height and form opposed and spaced blade tips 94 and a blade tip gap G. A groove 158 is formed between the ridges 152. Ridge spacing S R , groove width W G , and ridge width W R are selected for a particular application. For comparison, the stepped ridge profile of FIGS. 43 and 44 utilizes two separate upper and lower wear zones in the ridge structure.

図43のアブレイダブル構成部材320は、支持面321と、アブレイダブル面327とを有し、アブレイダブル面327には、別個の2層のリッジ、すなわち下側リッジ322Bと上側リッジ322Aとが配置されている。下側リッジ322Bは、高さHRBの平坦部324Bにおいて終わった一対の側壁325Bおよび326Bを有する。上側リッジ322Aは、平坦部324Bに形成されており、平坦部324Bから突出しており、高さHRAおよび幅WRの遠位リッジ先端324Aにおいて終わった側壁325Aおよび326Aを有する。リッジ先端324Aは、向かい合った間隔を置いたブレード先端94とブレード先端間隙Gを形成している。摩耗ゾーンIIはアブレイダブル面327から平坦部324Bまで鉛直方向に延びており、摩耗ゾーンIは平坦部324Bからリッジ先端324Aまで鉛直方向に延びている。図43における2つの最も右側のリッジ322A/Bは、結合した共通の側壁326A/Bを備える非対称の輪郭を有するが、向かい合った側壁325Aおよび325Bは、互いに横方向にずれており、幅WPの平坦部324Bによって分離されている。溝328は、リッジ322A/Bの間に形成されている。最も左側のリッジ322A’/B’は、対称的な輪郭を有する。下側リッジ322B’は、平坦部324B’において終わった一対の収束する側壁325B’および326B’を有する。上側リッジ322A’は平坦部324B’上に中心合わせされており、上側リッジ側壁325A’および326A’に対して等しい幅のオフセットWP’を残している。上側リッジ先端324A’は、幅WR’を有する。リッジ間隔SRおよび溝幅WGは、所望のブレード先端漏れ空気流制御を提供するように選択されている。本明細書に記載されたアブレイダブル構成部材リッジおよび溝輪郭の幾つかの典型的な実施形態では、溝幅WGは、下側リッジ幅の約3分の1〜3分の2である。図43に示されたリッジおよび溝は対称的に間隔を置かれているが、段状の摩耗ゾーンIおよびIIを形成する種々のリッジ断面輪郭を含む、その他の離間輪郭が選択されてもよい。 43 has a support surface 321 and an abradable surface 327. The abradable surface 327 includes two separate ridges, namely a lower ridge 322B and an upper ridge 322A. And are arranged. Lower ridge 322B has a pair of side walls 325B and 326B which terminates at the flat portion 324B of the height H RB. Upper ridge 322A is formed in flat portion 324B, protrudes from flat portion 324B, and has sidewalls 325A and 326A that terminate in distal ridge tip 324A of height H RA and width W R. The ridge tip 324A forms a blade tip gap G and a blade tip gap G spaced apart from each other. Wear zone II extends vertically from abradable surface 327 to flat portion 324B, and wear zone I extends vertically from flat portion 324B to ridge tip 324A. The two rightmost ridges 322A / B in FIG. 43 have an asymmetric profile with joined common sidewalls 326A / B, but the opposite sidewalls 325A and 325B are laterally offset from each other and have a width W P Are separated by a flat portion 324B. The groove 328 is formed between the ridges 322A / B. The leftmost ridge 322A ′ / B ′ has a symmetrical contour. The lower ridge 322B ′ has a pair of converging sidewalls 325B ′ and 326B ′ that end at the flat portion 324B ′. Upper ridge 322A ′ is centered on flat 324B , leaving an offset W P ′ of equal width relative to upper ridge sidewalls 325A ′ and 326A ′. Upper ridge tip 324A ′ has a width W R ′ . Ridge spacing S R and groove width W G is selected to provide a desired blade tip leakage air flow control. In some exemplary embodiments of the have been abradable component ridges and grooves contours described herein, the groove width W G, is about two-thirds of 1-3 minutes in the lower ridge width . Although the ridges and grooves shown in FIG. 43 are symmetrically spaced, other spacing contours may be selected, including various ridge cross-sectional contours that form stepped wear zones I and II. .

図44は、鉛直に向けられた平行な側壁335A/Bおよび336A/Bを有するリッジ332A/Bを備えた、別の段状の輪郭のアブレイダブル構成部材330を示している。下側リッジはリッジ平坦部334Bにおいて終わっており、このリッジ平坦部334B上に、上側リッジ332Aが向けられており、リッジ先端334Aにおいて終わっている。幾つかの用途では、ブレード先端間隙における空気流制御のために、鋭い角を有する輪郭を形成する、鉛直に向けられた側壁と平坦な先端/平坦部とを使用することが望ましいことがある。上側摩耗ゾーンIは、リッジ先端334Aとリッジ平坦部334Bとの間にあり、下側摩耗ゾーンは、平坦部とアブレイダブル面337との間にある。図43のアブレイダブル実施形態320と同様に、図44に示されたリッジおよび溝は対称的に間隔を置かれているが、段状の摩耗ゾーンIおよびIIを形成する種々のリッジ断面輪郭を含む、その他の離間輪郭が選択されてもよい。   FIG. 44 shows another stepped profile abradable component 330 with ridges 332A / B having vertically oriented parallel side walls 335A / B and 336A / B. The lower ridge ends at the ridge flat portion 334B, and the upper ridge 332A is directed on the ridge flat portion 334B and ends at the ridge tip 334A. In some applications, it may be desirable to use vertically oriented side walls and flat tips / flats that form sharp corners for air flow control in the blade tip gap. The upper wear zone I is between the ridge tip 334A and the ridge flat portion 334B, and the lower wear zone is between the flat portion and the abradable surface 337. Similar to the abradable embodiment 320 of FIG. 43, the ridges and grooves shown in FIG. 44 are symmetrically spaced, but various ridge cross-sectional profiles forming stepped wear zones I and II Other spacing contours may be selected, including

段状リッジ構成アブレイダブル構成部材の別の置換または種類において、別々の上側および下側摩耗ゾーンIおよびIIは、図45に示されたアブレイダブル340の輪郭において用いられるように、複数の溝深さ、溝幅およびリッジ幅を使用することによって形成されていてもよい。下側リブ342Bは、アブレイダブル面347に関連して摩耗ゾーンIIを規定するリブ平坦部344Bを有する。リブ平坦部344Bは、共通の高さのリブ先端344Aにおいて終わった、一対の向かい合った、横方向で側面を成した上側リブ342Aを支持している。摩耗ゾーンIは、リブ先端344Aと平坦部344Bとの間に規定されている。アブレイダブル構成部材340の輪郭を形成するための便利な方法は、平坦な表面のアブレイダブル基板に、それぞれの深さDGAおよびDGBに二重深さ溝348Aおよび348Bを切削することである。リッジ間隔SR、溝幅WGA/GB、リッジ先端344Aの幅WRは、所望のブレード先端漏れ空気流制御を提供するように選択されている。図45に示されたリッジおよび溝は対称的に間隔を置かれているが、段状の摩耗ゾーンIおよびIIを形成する種々のリッジ断面輪郭を含む、その他の離間輪郭が選択されてもよい。 In another replacement or type of stepped ridge configuration abradable component, separate upper and lower wear zones I and II may be used as shown in FIG. 45 in the abradable 340 profile. It may be formed by using the groove depth, groove width and ridge width. The lower rib 342B has a rib flat portion 344B that defines a wear zone II in relation to the abradable surface 347. The rib flat portion 344B supports a pair of opposed laterally lateral upper ribs 342A that end at a common height rib tip 344A. The wear zone I is defined between the rib tip 344A and the flat portion 344B. A convenient way of forming the contour of the abradable component 340, the abradable substrate flat surface, to cut the double depth grooves 348A and 348B to the respective depths D GA and D GB It is. Ridge spacing S R , groove width W GA / GB , and width W R of ridge tip 344A are selected to provide the desired blade tip leakage air flow control. Although the ridges and grooves shown in FIG. 45 are symmetrically spaced, other spacing profiles may be selected, including various ridge cross-sectional profiles that form stepped wear zones I and II. .

図46に示したように、あるタービン用途では、鉛直に向けられた鋭いエッジの上流側壁356と、基板表面357から延び、リッジ先端354において終わった、傾斜した反対側の下流側壁355とを備える、非対称輪郭アブレイダブルリッジ352を有するアブレイダブル構成部材350の実施形態を採用することによってブレード先端漏れを制御することが望ましい場合がある。ブレード漏れLは、最初、鉛直の側壁356によって抵抗される。しかしながら、一部の漏れ空気流Lは、ブレードの高圧ブレード側96から低圧吸込みブレード側98へ流れるときにリッジ先端354と、向かい合ったブレード先端94との間で圧縮される。この漏れ流は、下方へ傾斜したリッジ壁355をたどり、そこで、漏れ流は次の下流リッジの鉛直側壁356によってブレード回転方向Rとは反対に方向転換される。今では逆方向に流れる漏れ空気Lは、ブレード回転方向Rのさらなる到来する漏れ空気流Lに抵抗する。図46に示された寸法的基準は、前に説明した図の基準の説明と一貫している。図46のアブレイダブル構成部材実施形態350は、他の前に説明したアブレイダブル構成部材輪郭の漸進的な摩耗ゾーンIおよびIIを採用していないが、このようなゾーンは、他の以下に説明する非対称輪郭リブ実施形態に組み込まれてもよい。   As shown in FIG. 46, one turbine application includes a vertically oriented sharp edged upstream sidewall 356 and a sloped opposite downstream sidewall 355 extending from the substrate surface 357 and ending at the ridge tip 354. It may be desirable to control blade tip leakage by employing an embodiment of an abradable component 350 having an asymmetric profile abradable ridge 352. Blade leakage L is initially resisted by the vertical side wall 356. However, a portion of the leaked air stream L is compressed between the ridge tip 354 and the opposing blade tip 94 as it flows from the high pressure blade side 96 of the blade to the low pressure suction blade side 98. This leakage flow follows a downwardly inclined ridge wall 355 where the leakage flow is redirected by the vertical wall 356 of the next downstream ridge opposite to the blade rotation direction R. The leaking air L now flowing in the opposite direction resists further incoming leaking air flow L in the blade rotation direction R. The dimensional criteria shown in FIG. 46 are consistent with the description of the criteria in the previously described figures. Although the abradable component embodiment 350 of FIG. 46 does not employ the progressive wear zones I and II of the other previously described abradable component contours, such a zone can be May be incorporated into the asymmetric profile rib embodiment described in FIG.

リブに溝を切削することによって、非対称のリブまたはあらゆるその他のリブ輪郭に、漸進的な摩耗ゾーンを組み込むことができ、これにより、溝切削部の側面を成す残りの直立したリブ材料は、残りの下側に位置するリブよりも、小さな水平横断面積を有する。望ましくないブレード先端漏れを減じることによってタービンエンジンの空気流特性を高めるように調整されてもよい溝の向きおよび輪郭は、本明細書において以下で説明される図47の実施形態に示されている。この形式では、溶射されたアブレイダブル構成部材表面は、高められた空気流特性および減じられた潜在的ブレード先端摩耗の両方を備えて構成されている。なぜならば、ブレード先端は、より容易に削られる上側摩耗ゾーンIの幾つかの部分にのみ接触するからである。下側摩耗ゾーンIIは、溝深さよりも低い下側リブ構造に残る。ここで、漸進的摩耗ゾーンを形成するために使用される、アブレイダブル構成部材のリッジおよび溝輪郭のその他の典型的な実施形態を説明する。前に説明した実施形態と共通の、これらの付加的な実施形態における構造的特徴および構成部材寸法基準は、さらなる詳細な説明なしに同じ一連の参照番号および符号で識別されている。   By cutting the groove in the rib, a gradual wear zone can be incorporated into the asymmetric rib or any other rib profile, so that the remaining upright rib material that forms the sides of the groove cut remains. It has a smaller horizontal cross-sectional area than the rib located on the lower side. A groove orientation and profile that may be adjusted to enhance turbine engine air flow characteristics by reducing undesirable blade tip leakage is shown in the embodiment of FIG. 47 described herein below. . In this format, the sprayed abradable component surface is configured with both enhanced airflow characteristics and reduced potential blade tip wear. This is because the blade tip only contacts some parts of the upper wear zone I that are more easily scraped. Lower wear zone II remains in the lower rib structure below the groove depth. Now, other exemplary embodiments of ridge and groove profiles of abradable components used to form a progressive wear zone will be described. Structural features and component dimensional criteria in these additional embodiments that are common to the previously described embodiments are identified with the same series of reference numbers and symbols without further detailed description.

図47は、図46のアブレイダブル構成部材350のリブ断面輪郭を有するアブレイダブル構成部材360を示しているが、このアブレイダブル構成部材360は、リッジ先端364の間に形成された溝368Aおよびリッジ362の間に基板表面367まで形成された溝368Bの二重レベル溝を含んでいる。上側の溝368Aは、摩耗ゾーンIを有する、より浅い深さDGの横方向リッジを形成しているのに対し、溝深さよりも下側のリッジ362の残りは、下側摩耗ゾーンIIを有する。このアブレイダブル構成部材実施形態360では、上側の溝368Aは、リッジ362の長手方向軸線に対して平行に向けられており、かつリッジ先端364の表面に対して垂直であるが、空気流制御を最適化するためにおよび/またはブレード先端摩耗を最小限に減じるために、その他の溝の向き、輪郭および深さが採用されてもよい。 47 shows an abradable component 360 having a rib cross-sectional profile of the abradable component 350 of FIG. 46, the abradable component 360 having grooves formed between the ridge tips 364. FIG. It includes a dual level groove of groove 368B formed between 368A and ridge 362 up to substrate surface 367. Upper groove 368A has a wear zone I, while to form a transverse ridge of a shallower depth D G, the remaining lower ridges 362 than the groove depth, the lower the wear zone II Have. In this abradable component embodiment 360, the upper groove 368A is oriented parallel to the longitudinal axis of the ridge 362 and is perpendicular to the surface of the ridge tip 364, but with airflow control. Other groove orientations, contours and depths may be employed to optimize and / or to reduce blade tip wear to a minimum.

図48のアブレイダブル構成部材370の実施形態では、リッジ先端374に対して角度γで前後に傾斜させられており、深さDGAと、平行な溝側壁とを有する。上側摩耗ゾーンIは、溝378Aの底部とリッジ先端374との間に形成されており、下側摩耗ゾーンIIは、上側摩耗ゾーンの下側に、基板表面377まで形成されている。図49の代替的な実施形態では、アブレイダブル構成部材380は、リッジ382の長手方向軸線およびリッジの側壁385/386に対して角度Δで傾斜させられた矩形の輪郭を備える上側溝388Aを有する。図示された上側溝388Aは、リッジ先端384の表面に対して垂直でもある。上側摩耗ゾーンIは、溝深さDGAより上側にあり、摩耗ゾーンIIは、その溝深さより下側に基板表面387まで位置する。簡略にするために、構造的特徴および寸法の残りは、図48および図49において、前述のアブレイダブル表輪郭実施形態と同じ慣行でラベル付けされており、同じ前述の機能、目的および関係を有する。 In the embodiment of the abradable component 370 of FIG. 48, it is tilted back and forth at an angle γ with respect to the ridge tip 374 and has a depth DGA and parallel groove sidewalls. The upper wear zone I is formed between the bottom of the groove 378A and the ridge tip 374, and the lower wear zone II is formed to the substrate surface 377 below the upper wear zone. In the alternative embodiment of FIG. 49, the abradable component 380 has an upper groove 388A with a rectangular profile inclined at an angle Δ relative to the longitudinal axis of the ridge 382 and the ridge sidewalls 385/386. Have. The illustrated upper groove 388A is also perpendicular to the surface of the ridge tip 384. The upper wear zone I is located above the groove depth D GA, wear zone II is located to the substrate surface 387 below the the groove depth. For simplicity, the remaining structural features and dimensions are labeled in FIG. 48 and FIG. 49 with the same practices as the abradable table contour embodiment described above, and have the same functions, purposes and relationships described above. Have.

図50〜図52に示したように、上側の溝は、平行な側壁を有さなくてもよく、リッジ先端表面に対して異なる角度で向けられていてもよい。加えて、上側の溝は、変化した断面輪郭を有するリッジにおいて利用されてもよい。アブレイダブル構成部材実施形態390,400および410のリッジは、リッジ先端において収束する対称的な側壁を有する。二重高さ溝を有する前述の実施形態のように、それぞれの上側摩耗ゾーンIは、リッジ先端から溝深さDGの底部まで位置し、下側摩耗ゾーンIIは、溝底部から基板表面まで位置している。図50において、上側溝398Aは、基板表面に対して垂直であり(ε=90°)、溝側壁は、角度Φで拡開している。図51において、溝408Aは、基板表面に対して角度+εで傾斜させられており、図52における溝418Aは、基板表面に対して−εで傾斜させられている。両方のアブレイダブル構成部材の実施形態400および510において、上側溝側壁は、角度Φで拡開している。簡略にするために、構造的特徴および寸法の残りは、図50〜図52において、前述のアブレイダブル面輪郭実施形態と同じ慣行でラベル付けされており、同じ前述の機能、目的および関係を有する。 As shown in FIGS. 50-52, the upper groove may not have parallel sidewalls and may be oriented at different angles with respect to the ridge tip surface. In addition, the upper groove may be utilized in a ridge having a varied cross-sectional profile. The ridges of abradable component embodiments 390, 400 and 410 have symmetrical side walls that converge at the ridge tip. As in the previous embodiments having a double height grooves, each of the upper wear zone I, located from ridge tip to the bottom of the groove depth D G, the lower wear zone II, from the groove bottom to the substrate surface positioned. In FIG. 50, the upper groove 398A is perpendicular to the substrate surface (ε = 90 °), and the groove side wall is expanded at an angle Φ. 51, the groove 408A is inclined at an angle + ε with respect to the substrate surface, and the groove 418A in FIG. 52 is inclined at −ε with respect to the substrate surface. In both abradable component embodiments 400 and 510, the upper groove sidewall is widened at an angle Φ. For simplicity, the remaining structural features and dimensions are labeled in FIGS. 50-52 with the same practices as the abradable surface contour embodiment described above, and have the same functions, purposes, and relationships described above. Have.

図53〜図56において、図示されたアブレイダブルリッジ実施形態は、選択的な上側および下側摩耗ゾーンをも有しながら、選択的な空気流制御のために、台形の断面輪郭と、様々な向きの上側溝を備えるリッジ先端とを有する。図53において、アブレイダブル構成部材430の実施形態は、下側の溝438Bによって分離された、非対称な断面輪郭を備えるリッジ432の配列を有する。各リッジ432は、角度β1で傾斜した第1の側壁435と、角度β2で傾斜した第2の側壁436とを有する。各リッジ432は、リッジ長手方向軸線に対して平行でかつリッジ先端434に対して垂直な上側溝438Aを有する。上側溝438Aの深さは、上側摩耗ゾーンIの下限を規定しており、リッジ432の残りの高さは、下側摩耗ゾーンIIを規定している。 53-56, the illustrated abradable ridge embodiment also has a trapezoidal cross-sectional profile and various for selective airflow control while also having selective upper and lower wear zones. And a ridge tip with an upwardly oriented groove. In FIG. 53, an embodiment of the abradable component 430 has an array of ridges 432 with asymmetric cross-sectional profiles separated by a lower groove 438B. Each ridge 432 has a first side wall 435 inclined at an angle β 1 and a second side wall 436 inclined at an angle β 2 . Each ridge 432 has an upper groove 438A that is parallel to the ridge longitudinal axis and perpendicular to the ridge tip 434. The depth of the upper groove 438A defines the lower limit of the upper wear zone I, and the remaining height of the ridge 432 defines the lower wear zone II.

図54〜図56において、それぞれのリッジ422,442および452の断面は、角度βで向けられた平行な側壁425/445/455および426/446/456を備える台形である。右側の壁部426/446/456は、ブレード回転方向とは反対方向に傾くように向けられており、これにより、2つの隣接するリッジの間の中間下側溝428B/448B/458B内に捕捉された空気も、図46の非対称なアブレイダブル輪郭350において示しかつ説明したように、タービンブレードの上流高圧側96からタービンブレードの低圧吸込側98へのブレード先端漏れ方向に対抗して、ブレード回転方向とは反対方向に方向転換される。それぞれの上側溝428A/448A/458Aの向きおよび輪郭も、空気流漏れを方向付け、かつ上側摩耗ゾーンIを形成するように変更されている。溝輪郭は、選択的に、拡開を有さない平行な側壁から、変化する深さDGの、リッジ先端表面に対する変化する角度向きεにおける、角度Φの負または正の拡開までの範囲において、変化させられている。図54において、上側溝428Aは、リッジ先端424の表面に対して垂直に向けられている(ε=90°)。図55および図56において、それぞれの上側溝448Aおよび458Aは、その対応するリッジ先端表面に対して角度+/−εで向けられている。 54-56, the cross-section of each ridge 422, 442 and 452 is trapezoidal with parallel sidewalls 425/445/455 and 426/446/456 oriented at an angle β. The right wall 426/446/456 is oriented to tilt in a direction opposite to the direction of blade rotation, thereby being captured in the intermediate lower groove 428B / 448B / 458B between two adjacent ridges. 46, the blade rotation against the blade tip leakage direction from the turbine blade upstream high pressure side 96 to the turbine blade low pressure suction side 98 as shown and described in the asymmetric abradable profile 350 of FIG. The direction is changed in the opposite direction. The orientation and contour of each upper groove 428A / 448A / 458A has also been modified to direct airflow leakage and form the upper wear zone I. Groove contour selectively, ranging from parallel side walls having no expansion, the depth D G of changes in the angular orientation ε for changes to the ridge tip surface, to a negative or positive spreading angle Φ In, it is changed. In FIG. 54, the upper groove 428A is oriented perpendicular to the surface of the ridge tip 424 (ε = 90 °). In FIGS. 55 and 56, each upper groove 448A and 458A is oriented at an angle +/− ε with respect to its corresponding ridge tip surface.

図57は、マルチレベル溝および上側/下側摩耗ゾーンを有するアブレイダブル構成部材460の平面図形を示しており、前方Aおよび後方Bのリッジ462A/462Bは、それぞれの角度αA/Bで向けられた下側溝468A/Bによって分離されている。図49の実施形態に示されたタイプの前方および後方の上側の部分深さ溝463A/Bの配列が、リッジ462A/Bのそれぞれの配列に形成されており、それぞれの角度βA/Bでリッジおよび全深さ溝468A/Bを横断するように向けられている。上側の部分深さ溝463A/Bは、アブレイダブル構成部材460の上側摩耗ゾーンIの鉛直方向境界を規定しており、これらの部分深さ上側溝より下側のリッジの残りの部分は、下側摩耗ゾーンの鉛直方向境界を規定している。 FIG. 57 shows a plan view of an abradable component 460 having multi-level grooves and upper / lower wear zones, wherein the front A and rear B ridges 462A / 462B are at their respective angles α A / B. It is separated by a directed lower groove 468A / B. 49. An array of front and rear upper partial depth grooves 463A / B of the type shown in the embodiment of FIG. 49 is formed in each array of ridges 462A / B at each angle β A / B. It is directed across the ridge and full depth groove 468A / B. Upper partial depth grooves 463A / B define the vertical boundary of upper wear zone I of abradable component 460, and the remaining portions of the ridge below these partial depth upper grooves are: Specifies the vertical boundary of the lower wear zone.

溶射されたアブレイダブル構成部材構成により、上側摩耗ゾーンIの溶射されたアブレイダブル材料の断面および高さは、図58に示したように、リッジの上部において、CMC/FGIアブレイダブル構成部材構成における中空セラミック球体の周囲に溝を形成する前述の幾何学的制限、および金属のアブレイダブル構成部材支持構造を使用するという設計的利点なしに、マイクロリブまたは尖端の配列を規定することによって、ブレード先端侵入の様々な程度に一致するように構成することができる。アブレイダブル構成部材470は、前述の金属支持面471を有し、下側溝およびリッジの配列は、下側摩耗ゾーンIIを形成している。特に、下側リッジ472Bは、リッジ平坦部474Bにおいて終わった側壁475Bおよび476Bを有する。下側溝478Bは、リッジ側壁475Bおよび476Bならびに基板表面477によって規定されている。マイクロリブまたは尖端472Aは、公知の付加プロセスによってまたは下側リッジ472B内に交差する溝478Aおよび478Cの配列を形成することによって、さもなければCMC/FGIアブレイダブル構成部材設計に課されるあらゆる中空球体一体性保持ジオメトリ制約なしに、下側リッジ平坦部474Bに形成されている。図58の実施形態では、尖端472Aは、共通の高さのリッジ先端474Aにおいて終わった直立した側壁475A,475C,476Aおよび476Cによって規定された正方形またはその他の矩形の断面を有する。例えば台形または六角形の断面を含む、その他の尖端472Aの断面平面形状を利用することができる。様々な局所的な断面および高さを含む尖端配列を利用することもできる。   Due to the sprayed abradable component configuration, the cross-section and height of the sprayed abradable material in the upper wear zone I is shown at the top of the ridge, as shown in FIG. 58, in the CMC / FGI abradable configuration. To define an array of microribs or tips without the aforementioned geometric limitations of forming grooves around hollow ceramic spheres in the component configuration and the design advantage of using a metal abradable component support structure Can be configured to match various degrees of blade tip penetration. The abradable component 470 has the metal support surface 471 described above, and the lower groove and ridge arrangement forms the lower wear zone II. In particular, the lower ridge 472B has sidewalls 475B and 476B that terminate at the ridge flat 474B. Lower groove 478B is defined by ridge sidewalls 475B and 476B and substrate surface 477. The microribs or tips 472A are any other imposed on CMC / FGI abradable component designs by known addition processes or by forming an array of intersecting grooves 478A and 478C in the lower ridge 472B. It is formed in the lower ridge flat portion 474B without restriction of the hollow sphere integrity retaining geometry. In the embodiment of FIG. 58, the tip 472A has a square or other rectangular cross section defined by upstanding sidewalls 475A, 475C, 476A and 476C ending at a common height ridge tip 474A. Other cross-sectional planar shapes of the tip 472A can be utilized including, for example, a trapezoidal or hexagonal cross section. Tip arrays including various local cross sections and heights can also be utilized.

図60の代替的な実施形態では、直立したピクセル状の尖端472A’の遠位リブ先端474A’は、下側の溶射された材料482とは異なる物理的特性および/または組成を有する溶射された材料480から構成されている。例えば、上側遠位材料480は、下側材料482よりも削れやすいまたは削れにくいアブレーション特性を備えて構成することができる(例えば、より柔軟またはより多孔質またはその両方)。この形式では、ブレード先端間隙Gは、ブレード先端漏れを減じるために従来公知のアブレイダブル構成部材において使用されるよりも小さくなるように設計することができ、これにより、材料480へのあらゆる局所的なブレード侵入は、このような接触がより起こりやすくなるとしても、ブレード先端を摩耗しにくい。この形式では、タービンエンジンは、より小さなブレード先端間隙を備えて設計することができ、これは、ブレード摩耗に大きな影響を与えることなく、タービンエンジンの作動効率、および標準モードまたは急速始動モードにおいて運転される能力を高める。   In the alternative embodiment of FIG. 60, the distal rib tip 474A ′ of the upstanding pixel-like tip 472A ′ is sprayed having different physical properties and / or composition than the underlying sprayed material 482. It is composed of material 480. For example, the upper distal material 480 can be configured with ablation properties that are more or less likely to scrape than the lower material 482 (eg, more flexible or more porous or both). In this format, the blade tip gap G can be designed to be smaller than that used in previously known abradable components to reduce blade tip leakage, so that any locality to the material 480 can be achieved. A typical blade entry is less likely to wear the blade tip, even though such contact is more likely to occur. In this format, the turbine engine can be designed with a smaller blade tip clearance, which does not significantly affect blade wear and operates in the turbine engine's operating efficiency and in normal mode or fast start mode. Increase the ability to be.

尖端472Aおよび溝478A/Cの寸法境界は、図58および図59に識別されており、前の実施形態に記載されたものと一貫する。概して、尖端472Aの高さHRAは、ブレード先端間隙Gの約20%〜100%、または下側リッジ472Bおよび尖端472Aの合計リッジ高さの約3分の1〜3分の2の範囲である。尖端472Aの断面は、尖端高さHRAの約20%〜50%の範囲である。尖端材料構成および表面密度(中心線間隔SRA/RBおよび溝幅WGAによって定量化される)は、アブレイダブル構成部材470の耐摩耗性、耐熱性、構造的安定性および空気流特性を平衡させるように選択される。例えば、制御された密度の溶射されたセラミックのアブレイダブルにおいて製造された複数の小さな幅の尖端472Aは、高温ガスに対する高い漏れ保護を提供する。これは、高侵入傾向領域においてのみ、または完全エンジンセットであることができる。付加的なシールが必要とされ、これは、リッジの幅を増大させることによってではなく、リッジの低い強度を維持する複数のリッジの増大を介して行われることが提案されている。典型的な尖端中央線間隔SRA/RBまたは尖端472Aの構造および配列パターン密度選択は、ピクセル化された尖端が、様々なモードにおいて、図61および図63に示されているように、ブレード先端94の侵入の変化する深さに応答することを可能にする。 The dimensional boundaries of the tip 472A and the groove 478A / C are identified in FIGS. 58 and 59 and are consistent with those described in the previous embodiment. Generally, the height H RA of the tip 472A is in the range of about 20% to 100% of the blade tip gap G, or about one-third to one-third of the total ridge height of the lower ridge 472B and the tip 472A. is there. The cross section of the tip 472A is in the range of about 20% to 50% of the tip height H RA. Tip material composition and surface density (quantified by centerline spacing S RA / RB and groove width W GA ) determine the abrasion resistance, heat resistance, structural stability and air flow characteristics of abradable component 470 Selected to equilibrate. For example, a plurality of small width tips 472A fabricated in a controlled density sprayed ceramic abradable provide high leakage protection against hot gases. This can be only in a high penetration tendency region or a complete engine set. Additional seals are required and it has been proposed that this be done not by increasing the width of the ridge, but through increasing multiple ridges that maintain the low strength of the ridge. Typical apex midline spacing S RA / RB or apex 472A structure and array pattern density selection is such that the pixelated apex is in various modes as shown in FIGS. It makes it possible to respond to the varying depth of 94 penetrations.

図61において、ゼロまたは実際には負のブレード先端間隙Gが存在する。なぜならば、タービンブレード先端94は、ピクセル化された尖端472Aのリッジ先端474Aに接触しているからである。ブレード先端94の接触侵入は、ピクセル化された尖端472Aをたわませる。図62において、アブレイダブル構成部材470内へのより深いブレード先端侵入が存在し、尖端472Aが下側リブ平坦部474Bを摩耗、破損またはせん断し、それらの間に残りのブレード先端間隙を残す。この形式では、残留破損尖端スタブ472Aとの最小限のブレード先端接触が(あるとすれば)存在するが、摩耗ゾーンIIにおける下側リッジ472Bは、ブレード先端漏れの空気流制御を維持する。図63では、ブレード先端94は、摩耗ゾーンIIにおける下側リブ472Bの下側リッジ平坦部474B内へ突入している。標準モードまたは急速始動モードでの始動が可能なエンジンの例に戻ると、代替的な実施形態では、尖端472Aは、交互の高さHRAのパターンで配列することができる。すなわち、より高い尖端は標準始動のために最適化されており、より低い尖端は急速始動のために最適化されている。急速始動モードでは、交互の尖端472Aのうちの高い方は破損し、ブレード先端間隙Gの維持のために、交互の尖端のうちの低い方を残す。壊れやすいリブまたは尖端を有する典型的な溶射されたアブレイダブル構成部材は、1よりも大きい、高さHRA対幅WRAの比を有する。通常、リッジまたは尖端の最高点において測定した幅WRAは、0.5〜2mmであり、その高さHRAは、エンジン侵入ニーズによって決定され、1よりも大きい、高さ対幅の比(HRA/WRA)を維持する。付加的なシールが必要とされ、これは、リッジの幅WRAを増大させることによってではなく、複数のリッジまたは尖端の増大を介して(すなわち、リッジの低い強度を維持する、狭い幅の尖端またはリッジのより大きな分布密度)を介して行われることが提案される。低速アブレイダブルシステムを必要とするエンジンにおけるゾーンのために、リッジまたは尖端の幅と溝の幅との比(WRA/WGA)は、好適には1未満である。通常は容易なブレード先端削りやすさを必要としない、エンジンアブレイダブル構成部材表面ゾーンまたは領域のために、アブレイダブル面断面輪郭は、好適には、空力的封止能力のために最大化されている(例えば、1よりも大きなリッジ/尖端と溝幅との比を有する、本発明の表面平面図形および断面輪郭の実施形態を適用することによる、小さなブレード先端間隙Gおよび最小化されたブレード先端漏れ)。 In FIG. 61, there is zero or indeed a negative blade tip gap G. This is because the turbine blade tip 94 is in contact with the ridge tip 474A of the pixelated tip 472A. Contact penetration of the blade tip 94 deflects the pixelated tip 472A. In FIG. 62, there is a deeper blade tip penetration into the abradable component 470 and the tip 472A wears, breaks or shears the lower rib flat 474B, leaving the remaining blade tip gap therebetween. . In this form, there is minimal blade tip contact (if any) with the residual broken tip stub 472A, but the lower ridge 472B in wear zone II maintains air flow control of blade tip leakage. In FIG. 63, the blade tip 94 projects into the lower ridge flat 474B of the lower rib 472B in the wear zone II. Returning to the example of the starting of possible engine in standard mode or rapid start mode, in alternative embodiments, tip 472A may be arranged in a pattern of alternating height H RA. That is, the higher tip is optimized for standard start and the lower tip is optimized for quick start. In the rapid start mode, the higher of the alternate tips 472A breaks, leaving the lower of the alternate tips to maintain the blade tip gap G. A typical sprayed abradable component having a frangible rib or tip has a ratio of height H RA to width W RA greater than one. Typically, the width W RA measured at the highest point of the ridge or tip is 0.5-2 mm, and its height H RA is determined by engine penetration needs and is a height to width ratio (greater than 1) ( H RA / W RA ) is maintained. Additional sealing is required, this is not by increasing the width W RA of the ridge, through the increase in the plurality of ridges or apical (i.e., to maintain a low strength of the ridge, pointed end of the narrow Or a higher distribution density of ridges). For zones in engines that require a low speed abradable system, the ratio of ridge or tip width to groove width (W RA / W GA ) is preferably less than one. For engine abradable component surface zones or regions that typically do not require easy blade tip sharpness, the abradable surface profile is preferably maximized for aerodynamic sealing capability (E.g. small blade tip gap G and minimized by applying embodiments of the surface plan and cross-sectional profile of the present invention having a ridge / tip to groove width ratio greater than 1). Blade tip leakage).

周方向アブレイダブル面内へのブレード深さ侵入の複数のモードが、あらゆるタービンエンジンにおいて様々な位置で生じ得る。したがって、あらゆる局所的な周方向位置におけるアブレイダブル面構成は、ブレード侵入の生じ得る程度を補償するように選択的に変化させられてもよい。例えば、図3〜図6におけるガスタービンエンジン80の典型的な公知の周方向摩耗ゾーンパターンを再び参照すると、3:00および6:00位置におけるブレード先端間隙Gは、12:00および9:00周方向位置の摩耗パターンよりも小さくてもよい。12:00および6:00位置におけるより大きな摩耗を予想すると、下側リッジ高さHRBは、最悪の場合の最小ブレード先端間隙Gを形成するように選択することができ、ピクセル化されたまたはその他の上側摩耗ゾーンIのリッジ構造高さHRAと、断面幅と、尖端間隔密度とは、ブレード先端94をアブレイダブル面層へ突入させるアブレイダブル構成部材およびケースのゆがみの可能性が低いまたは最小限であるようなタービンケーシングの他の周方向位置において、小さな「最善の場合の」ブレード先端間隙Gを形成するように選択することができる。一例として図62の脆いリッジ472Aを使用すると、苛酷なエンジン運転条件の間(例えば、エンジンが急速始動モードにあるとき)、ブレード94は、脆いリッジ472Aまたは472A’に衝突し、リッジは、高い荷重を受けて破損し、衝突ゾーンにおいてのみ間隙を増大させ、最適ではないアブレイダブル条件でのブレード先端摩耗を制限する。概して、アブレイダブル構成部材における上側摩耗ゾーンIのリッジ高さは、理想的なブレード先端間隙が0.25mmとなるように選択することができる。3:00および9:00のタービンケーシング周方向摩耗ゾーン(例えば、図6の124および128)は、エンジン運転サイクルを通じて、所望の0.25mmのブレード先端間隙を維持する可能性が高いが、他の周方向位置では、タービンケーシング/アブレイダブル構成部材のゆがみの可能性が高い。下側リッジ高さは、リッジ先端を1.0mmの理想的なブレード先端間隙に設定するように選択されてよく、これにより、より高い摩耗ゾーンでは、ブレード先端は、摩耗ゾーンI内へのみより深く摩耗し、下側摩耗ゾーンIIのための境界を設定する下側リッジ先端には接触しない。最善の計算にもかかわらず、ブレード先端が摩耗ゾーンII内へ摩耗し続けたとしても、結果としてのブレード先端摩耗運転条件は、従来公知のアブレイダブル層構成よりも悪くなることはない。しかしながら、アブレイダブル層に沿った局所的な周方向位置の残りの部分では、タービンエンジンは、下側ブレード先端間隙Gを伴って、ひいてはより高い運転効率で、ブレード先端において不都合な増大した摩耗をほとんどまたは全く有することなく、適正に作動する。 Multiple modes of blade depth penetration into the circumferential abradable plane can occur at various locations in any turbine engine. Thus, the abradable surface configuration at any local circumferential position may be selectively varied to compensate for the possible extent of blade penetration. For example, referring again to the typical known circumferential wear zone pattern of the gas turbine engine 80 in FIGS. 3-6, the blade tip gap G at 3:00 and 6:00 positions is 12:00 and 9:00. It may be smaller than the wear pattern at the circumferential position. Given greater wear at the 12:00 and 6:00 positions, the lower ridge height H RB can be selected to form the worst case minimum blade tip gap G, pixelated or Other upper wear zone I ridge structure heights HRA , cross-sectional widths, and tip spacing densities are the possibility of distortion of the abradable component and case that causes the blade tip 94 to enter the abradable surface layer. At other circumferential positions of the turbine casing, such as low or minimal, one can choose to form a small “best case” blade tip gap G. Using the brittle ridge 472A of FIG. 62 as an example, during severe engine operating conditions (eg, when the engine is in rapid start mode), the blade 94 impacts the brittle ridge 472A or 472A ′ and the ridge is high It breaks under load, increases clearance only in the impact zone, and limits blade tip wear under suboptimal abradable conditions. In general, the ridge height of the upper wear zone I in the abradable component can be selected such that the ideal blade tip clearance is 0.25 mm. The 3:00 and 9:00 turbine casing circumferential wear zones (eg, 124 and 128 in FIG. 6) are likely to maintain the desired 0.25 mm blade tip clearance throughout the engine operating cycle. In the circumferential position, the possibility of distortion of the turbine casing / abradable component is high. The lower ridge height may be selected to set the ridge tip to an ideal blade tip gap of 1.0 mm, so that in higher wear zones, the blade tip is more than only into wear zone I. It wears deep and does not contact the lower ridge tip that sets the boundary for the lower wear zone II. Despite the best calculations, even if the blade tip continues to wear into wear zone II, the resulting blade tip wear operating conditions will not be worse than previously known abradable layer configurations. However, in the remainder of the local circumferential position along the abradable layer, the turbine engine has an undesirably increased wear at the blade tips with a lower blade tip gap G and thus higher operating efficiency. Works properly with little or no.

傾斜した角度の表面リッジまたは溝パターン
図65〜図71のアブレイダブル構成部材の実施形態は、ブレード先端の空気流漏れを制御するために、傾斜した側壁、リッジ先端または溝ベース面のうちの1つまたは複数を備えたリッジまたは溝パターンを採用している。傾斜したリッジ先端を有する実施形態もまた、ブレード先端の摩耗減少を促進する。なぜならば、これらの実施形態は、平坦なリッジ先端を有する実施形態と比較して、ブレード先端との潜在的なアブレイダブル面の接触面積が小さいからである。本明細書で既に説明した様々な実施形態は、ブレード先端の摩耗減少およびブレード先端漏れの制御輪郭のために、漸進的な摩耗ゾーンを備える平坦なリッジ先端を採用していた。図39のアブレイダブル構成部材310の実施形態が、摩耗減少およびブレード先端漏れ流Lの制御のために、二重の高さのリッジ312A/312Bを採用していることを思い出されたい。対照的に、図46のアブレイダブル構成部材350は、鉛直の側壁356と、傾斜した側壁355とを備えるテーパしたリブ/リッジ352の輪郭を採用しており、これは、テーパしたリブ/リッジ352が溝ベース357に向かって鉛直方向に削られたときに、より多くの表面積を露出させる。向かい合った鉛直の側壁と傾斜した側壁356/355によって形成された溝358は、先端漏れ流を減じるように、溝チャネル357において逆流Lを生ぜしめる。
Sloped Angle Surface Ridge or Groove Pattern The embodiment of the abradable component of FIGS. 65-71 can be used to control blade edge airflow leakage out of sloped sidewalls, ridge tips or groove base surfaces. A ridge or groove pattern with one or more is employed. Embodiments having an inclined ridge tip also promote reduced wear on the blade tip. This is because these embodiments have a smaller potential abradable surface contact area with the blade tip as compared to embodiments with a flat ridge tip. Various embodiments previously described herein employed flat ridge tips with progressive wear zones for blade tip wear reduction and blade tip leakage control profiles. Recall that the abradable component 310 embodiment of FIG. 39 employs double height ridges 312A / 312B for wear reduction and blade tip leakage flow L control. In contrast, the abradable component 350 of FIG. 46 employs a tapered rib / ridge 352 profile with vertical sidewalls 356 and inclined sidewalls 355, which is tapered rib / ridge. More surface area is exposed when 352 is scraped vertically toward the groove base 357. The groove 358 formed by the opposed vertical and inclined sidewalls 356/355 creates a backflow L in the groove channel 357 to reduce tip leakage flow.

図65の実施形態では、アブレイダブル構成部材1310は、図46の実施形態のものと同様の平坦なリッジ先端1314を備えた突出するリッジ1312を有する。しかしながら、両側壁1315/1316は、ブレード92の回転方向Rとは反対に鉛直方向で傾斜させられているまたは先端を有する。リッジ1312の上流側(すなわち、流れLに面した側)における傾斜した側壁1316は、逆流を生ぜしめ、漏れ流のための、より長い蛇行したまたはラビリンス状の流路を形成する。逆流と、より長い流路とが、漏れLの流量を有効に減じる。加えて、平坦なリッジ先端1314との、傾斜した下流側の側壁1315の接続は、リッジ先端とブレード先端94との間の間隙制限部分の下流において空気流体積を拡大している。溝における増大した体積は、空気流Lのための膨張ゾーンを形成しており、空気流Lは、溝ベースまたはフロア1317との側壁の接続部に沿って、渦流状の空気流L1を生ぜしめる。空気流L1は、流路全体の距離を増大しつつ、ブレード先端漏れLの流れに抵抗する。逆流による抵抗と、増大した空気流距離とは、空気流漏れLの流量を減じることを有効に助ける。 In the embodiment of FIG. 65, the abradable component 1310 has a protruding ridge 1312 with a flat ridge tip 1314 similar to that of the embodiment of FIG. However, the side walls 1315/1316 are inclined in the vertical direction or opposite to the rotational direction R of the blade 92 or have tips. The sloped side wall 1316 on the upstream side of the ridge 1312 (ie, the side facing the flow L) creates a backflow and forms a longer serpentine or labyrinth flow path for the leakage flow. The reverse flow and the longer flow path effectively reduce the leakage L flow rate. In addition, the connection of the inclined downstream side wall 1315 with the flat ridge tip 1314 increases the air flow volume downstream of the gap limiting portion between the ridge tip and the blade tip 94. The increased volume in the groove forms an expansion zone for the air flow L, which creates a vortex air flow L 1 along the side wall connection to the groove base or floor 1317. Close. The air flow L 1 resists the flow of the blade tip leakage L while increasing the distance of the entire flow path. The resistance due to backflow and the increased airflow distance effectively helps reduce the flow rate of the airflow leakage L.

それぞれの図66〜図69のそれぞれのアブレイダブル実施形態1320,1330,1340および1350は、傾斜したリッジ先端1324,1334,1344および1354をそれぞれのアブレイダブルリッジ1322,1332,1342および1352に付加しており、ブレード先端94の回転方向Rに沿って、リッジ先端を横切って可変幅のブレード先端間隙を生じている。図66に焦点を絞ると、傾斜したリッジまたはリブ先端1324は、図65のリッジ先端1314ものと比較して、対応するアブレイダブル面の潜在的なブレード先端94との接触表面積を有効に減じている。初期の局所的なリッジ先端1314とブレード先端94との接触(あるとすれば)は、側壁1326との接続部における先端の最も右側の上流のエッジのみに沿って生じ、接触表面積は、局所的なアブレイダブル先端/ブレード先端間隙が狭まるに従って拡大している。つまり、望まれるならば、傾斜したリッジ先端表面1324は、段状、マルチレベル、サブの溝を有する、またはピクセル化されたアブレイダブル構成部材リッジ輪郭を製造する必要なしに、漸進的なアブレイダブル摩耗ゾーンを有効に提供する。傾斜したリッジ先端1324は、漏れ空気流Lが、より狭められていない流れ空間へ開放するときに、最も狭い間隙制限部の下流の拡開間隙空気流膨張ゾーンにおいて付加的な渦流状空気流L2を有利には生じる。付加的な空気流領域L2は、側壁1325と溝ベース1327との接続部における渦流状の空気流領域L1を補足する。空気流領域L1およびL2の組み合わせは、より大きな累積した逆流と、先端漏れ流のエネルギの散逸とを生じさせ、漏れ流のためにさらに長い蛇行したまたはラビリンス状の流路を形成する。図67のアブレイダブル構成部材1330の実施形態は、傾斜した溝ベース1337を溝1338に追加しており、溝1328の平坦な溝ベース1327の輪郭と比較して、より大きな漏れ空気流Lの膨張空間をさらに形成している。傾斜した溝ベース1337は、また、次の上流リッジ側壁1326の接続部において急激に方向転換されるまで、漏れ空気流Lをブレード先端間隙から離れるように方向付ける。図68および図69のそれぞれのアブレイダブル構成部材実施形態1340および1350において、それぞれのリッジ先端1344および1354は、図66および図67のものとは反対方向に傾斜させられている。これらの実施形態のそれぞれにおいて、ブレード先端間隙はブレード回転方向Rに沿って狭まっているので、漏れ空気流Lは、制限され、次いで、下流側壁1345/1355の接続部を一旦通過すると急激に膨張し、前記の渦流状の空気流L1を生ぜしめる。アブレイダブル構成部材1320,1330,1340および1350のその他の構造的特徴は、図65の構成部材1310のものと同じ参照番号慣例を用いて示されている。 Each abradable embodiment 1320, 1330, 1340 and 1350 of FIGS. 66-69 has inclined ridge tips 1324, 1334, 1344 and 1354 to abradable ridges 1322, 1332, 1342 and 1352, respectively. In addition, a blade tip gap having a variable width is generated across the ridge tip along the rotation direction R of the blade tip 94. Focusing on FIG. 66, the inclined ridge or rib tip 1324 effectively reduces the contact surface area of the corresponding abradable surface with the potential blade tip 94 compared to that of the ridge tip 1314 of FIG. ing. Contact between the initial local ridge tip 1314 and the blade tip 94 (if any) occurs only along the rightmost upstream edge of the tip at the junction with the sidewall 1326, and the contact surface area is determined by As the gap between the abradable tip / blade tip becomes narrower, it expands. That is, if desired, the sloped ridge tip surface 1324 can be used to provide a stepped, multi-level, sub-grooved, or progressive abdomen component ridge profile without the need to fabricate a ridge profile. Effectively provide braidable wear zones. The sloped ridge tip 1324 provides additional vortex airflow L in the expanded gap airflow expansion zone downstream of the narrowest gap restriction when the leaked airflow L opens to a less narrowed flow space. 2 is advantageously produced. The additional air flow region L 2 supplements the vortex air flow region L 1 at the connection between the side wall 1325 and the groove base 1327. The combination of air flow regions L 1 and L 2 creates a larger cumulative back flow and energy dissipation of the tip leakage flow, forming a longer serpentine or labyrinth flow path for the leakage flow. The embodiment of the abradable component 1330 of FIG. 67 adds a slanted groove base 1337 to the groove 1338 and provides a larger leakage air flow L compared to the contour of the flat groove base 1327 of the groove 1328. An expansion space is further formed. The angled groove base 1337 also directs the leakage air flow L away from the blade tip gap until it is suddenly redirected at the next upstream ridge sidewall 1326 connection. In each abradable component embodiment 1340 and 1350 of FIGS. 68 and 69, the respective ridge tips 1344 and 1354 are tilted in the opposite direction to that of FIGS. In each of these embodiments, the blade tip clearance narrows along the blade rotation direction R, so that the leakage air flow L is limited and then rapidly expands once it passes through the connection of the downstream side wall 1345/1355. Then, the vortex-like air flow L 1 is generated. Other structural features of abradable components 1320, 1330, 1340 and 1350 are indicated using the same reference number convention as that of component 1310 of FIG.

それぞれの図70および図71のアブレイダブル構成部材1360および1370は、ブレード回転方向R/空気流漏れ方向Lとは反対方向に傾斜させられたリッジ側壁と、段状のリッジ先端とを備えるリッジおよび溝断面輪郭を採用しており、前述の実施形態の上側Iおよび下側IIのリッジ摩耗ゾーンと、それぞれの図66〜図69の実施形態1320,1330,1340および1350の高められた空気流漏れLの制御とを組み合わせている。アブレイダブル構成部材1360は、段状のアブレイダブルリブ1362A/Bと溝ベース1367とを支持するベース基板1361を有する。段状のリブ下側部分1362Bは下側摩耗ゾーンIIを形成しているのに対し、上側部分1362Aは上側摩耗ゾーンIを形成しており、変化する削り性の表面領域を提供している。なぜならば、リブは、回転するブレード92の先端94とのこすれ接触によって、局所的領域において摩耗されるからである。リブ上流側壁は、ブレード回転方向Rに傾斜させられた最も下側の部分1366Bを備えた、屈曲した合成角輪郭を規定しているのに対し、最も上側の部分1366Aは、ブレード回転方向とは反対方向に傾斜させられている。この屈曲した角度の反転は、空気漏れ流Lの逆流再循環を生ぜしめるのに対し、側壁部分1364Aに沿った段状のリブ先端1364Aから1364Bは、渦流流れゾーンL2において空気流膨張を生ぜしめる。前述のように、渦流流れゾーンL2は、下流への漏れ流Lに抵抗し、漏れ流Lの蛇行したまたはラビリンス状の有効な流路を増大する。下側側壁1365Bと溝ベース1367との接続部の近くの領域における流れ膨張体積のさらなる増大は、前述の渦流流れゾーンL1を生じる。実施形態1370では、溝1378における傾斜した溝ベース1377は、図70の溝1368の輪郭の平坦な溝ベース1367と比較して、より大きな漏れ空気流Lの膨張空間をさらに生じる。傾斜した溝ベース1377は、また、次の上流リッジの屈曲した角度の側壁1376B/1376Aの接続部において急激に方向転換されるまで、漏れ空気流Lをブレード先端間隙から離れるように方向付ける。図示されていないが、ブレード/アブレイダブル間隙空気流漏れLと、アブレイダブル表面積とは、さらに、それぞれのリッジ先端1364A/1364Bまたは1374A/1374Bの一方または両方を傾斜させることによってアブレイダブル構成部材1360または1370のいずれかにおいて選択的に変更することができる。 Each of the abradable components 1360 and 1370 of FIGS. 70 and 71 includes a ridge side wall inclined in a direction opposite to the blade rotation direction R / airflow leakage direction L and a stepped ridge tip. And ridge wear zones on the upper I and lower II of the previous embodiment and the enhanced airflow of embodiments 1320, 1330, 1340 and 1350 of FIGS. 66-69, respectively. Combined with control of leakage L. The abradable component 1360 includes a base substrate 1361 that supports the stepped abradable ribs 1362A / B and the groove base 1367. The stepped rib lower portion 1362B forms the lower wear zone II, while the upper portion 1362A forms the upper wear zone I, providing a variable machinability surface area. This is because the ribs are worn in the local area by rubbing contact with the tip 94 of the rotating blade 92. The rib upstream side wall defines a bent composite angle profile with a lowermost portion 1366B that is inclined in the blade rotation direction R, whereas the uppermost portion 1366A is what the blade rotation direction is. It is tilted in the opposite direction. The bent angle of inversion, while causing a backflow air recirculation leakage flow L, 1364B from stepped rib tip 1364A along the sidewall portion 1364A may rise to air flow expansion in the eddy current flow zone L 2 Close. As described above, the vortex flow zone L 2 resists the downstream leakage flow L and increases the effective meandering or labyrinth flow path of the leakage flow L. A further increase in the flow expansion volume in the region near the connection between the lower sidewall 1365B and the groove base 1367 results in the vortex flow zone L 1 described above. In embodiment 1370, the slanted groove base 1377 in the groove 1378 further creates a larger leakage air flow L expansion space compared to the flat groove base 1367 of the groove 1368 contour of FIG. The angled groove base 1377 also directs the leakage air flow L away from the blade tip gap until it is suddenly diverted at the connection of the next upstream ridge bend angle sidewall 1376B / 1376A. Although not shown, the blade / abradable gap airflow leak L and the abradable surface area are further abradable by inclining one or both of the respective ridge tips 1364A / 1364B or 1374A / 1374B. Changes can be made selectively in either component 1360 or 1370.

様々な実施形態の利点
本明細書においてタービンのアブレイダブル構成部材の様々な実施形態が説明されている。多くの実施形態は、回転するタービンブレードの軸方向スパンを横切る、局所的なブレード先端漏れおよびその他の空気流の制御のための、別個の前方および後方の平面図形リッジおよび溝配列を有する。多くの実施形態のリッジおよび溝パターンおよび配列は、製造が容易な直線的なセグメントを備えて、時には前方ゾーンと後方ゾーンの間に湾曲した移行部分を備えて、構成されている。多くの実施形態は、漸進的な鉛直方向の摩耗ゾーンをリッジ構造において形成しており、これにより、形成された上側ゾーンは、下側摩耗ゾーンよりも容易に削られる。比較的容易に削られる上側ゾーンは、ブレード先端摩耗のリスクを低下させるが、所望の小さなブレード先端間隙を形成し、保存する。下側摩耗ゾーンは、空気流制御、熱的摩耗および比較的下側の熱的削れに焦点を絞っている。多くの実施形態では、局所的な空気流制御および複数の鉛直方向摩耗ゾーンの双方が、アブレイダブル構成部材に組み込まれている。
Advantages of Various Embodiments Various embodiments of turbine abradable components are described herein. Many embodiments have separate forward and backward planar graphic ridge and groove arrangements for local blade tip leakage and other air flow control across the axial span of the rotating turbine blade. The ridge and groove patterns and arrangements of many embodiments are configured with straight segments that are easy to manufacture, sometimes with curved transitions between the front and rear zones. Many embodiments form a gradual vertical wear zone in the ridge structure so that the formed upper zone is more easily scraped than the lower wear zone. The upper zone, which is scraped relatively easily, reduces the risk of blade tip wear, but creates and preserves the desired small blade tip gap. The lower wear zone focuses on air flow control, thermal wear and relatively lower thermal wear. In many embodiments, both local air flow control and multiple vertical wear zones are incorporated into the abradable component.

本発明の教示を含んだ様々な実施形態がここに図示および説明されているが、当業者は、さらにこれらの教示を含んだ多くのその他の変更された実施形態を容易に考え出すことができる。発明は、詳細な説明に示されたまたは図面に例示された構成部材の構成および配置の典型的な実施形態の詳細にその適用が制限されない。発明は、他の実施形態が可能であり、様々な形式で実現または実施することができる。例えば、様々なリッジおよび溝の輪郭は、特定のエンジン用途の周囲に沿って局所的に変化させられていてもよい異なる平面図形配列で組み込まれてもよい。加えて、本明細書で使用される表現および用語は、説明のためであり、限定と見なされるべきではないことが理解されるべきである。すなわち、本明細書における「包含する」、「含む」または「有する」の使用およびその変形は、以後に挙げるアイテム、その均等物、および付加的なアイテムを内包することが意図されている。そうでないことが明示または限定されない限り、「取り付けられた」、「結合された」、「支持された」および「連結された」という用語およびその変形は、広く使用され、直接的および間接的な取付け、結合、支持および連結を包含する。さらに、「結合された」および「連結された」は、物理的または機械的な結合または連結に制限されない。   While various embodiments including the teachings of the present invention are shown and described herein, those skilled in the art can readily devise many other modified embodiments that also include these teachings. The invention is not limited in its application to the details of exemplary embodiments of the construction and arrangement of components shown in the detailed description or illustrated in the drawings. The invention is capable of other embodiments and of being practiced or carried out in various forms. For example, the various ridge and groove profiles may be incorporated in different planar graphic arrangements that may be varied locally along the periphery of a particular engine application. In addition, it should be understood that the expressions and terms used herein are for purposes of explanation and should not be considered limiting. That is, the use of “including”, “including” or “having” and variations thereof herein are intended to encompass the items listed below, equivalents thereof, and additional items. Unless explicitly stated or limited otherwise, the terms “attached”, “coupled”, “supported” and “coupled” and variations thereof are widely used and are both direct and indirect Includes attachment, coupling, support and coupling. Further, “coupled” and “coupled” are not limited to physical or mechanical coupling or coupling.

Claims (10)

タービンエンジンであって、
タービンハウジングと、
前記タービンハウジング内に回転可能に取り付けられたブレードを有するロータであって、前記ブレードの遠位先端は、ブレード回転方向でかつ前記タービンハウジングに関して軸方向でブレード先端周方向移動経路を形成しており、前記ブレード先端は、前縁と、対応するタービンブレード回転軸線に対して表面接線がほぼ平行である、圧力側凹面上の弦中間カットオフポイントと、後縁と、を有している、ロータと、
アブレイダブル構成部材と、を備え、
前記アブレイダブル構成部材は、
タービンブレード回転軸線を包囲するタービンケーシング内周に結合するように適応された支持面であって、上流端部および下流端部と、前記対応するタービンブレード回転軸線に対して平行な向きになるように適応された支持面軸線と、を有する、支持面と、
前記支持面に接続されたアブレイダブル基板(1300)であって、移行部分(T)によって接続された一対の前方線形セグメント部分および後方線形セグメント部分(A,B)によって画成された、溝と鉛直方向に突出するリッジ(1302,1302A,1302B)との合成角平面図形パターンを有する基板表面を備える、アブレイダブル基板(1300)と、
前記支持面の上流端部の近くで始まり、前記支持面軸線に対して±10度の角度範囲で配向されており、意図されたタービンブレード弦中間カットオフポイントの移動経路の半径方向および軸方向投影位置の上流の支持面端部の間で終了する、各前方線形セグメント部分(A)と、
前記意図されたタービンブレード弦中間カットオフポイントの下流で始まり、対応するタービンブレード回転方向とは反対に角度方向に配向されており、前記支持面の下流端部の近くで終了する、各後方線形セグメント部分(B)と、を備え、
前記前方線形セグメント部分(A)における前方リッジ(1302A)は、前記後方線形セグメント部分(B)における後方リッジ(1302B)よりも高い表面積密度を有する
ことを特徴とする、タービンエンジン。
A turbine engine,
A turbine housing;
A rotor having blades rotatably mounted within the turbine housing, the distal tip of the blade forming a blade tip circumferential movement path in a blade rotation direction and axially with respect to the turbine housing the blade tip, a leading edge is substantially parallel to the surface tangent to the corresponding turbine blade rotation axis has a chord intermediate cut-off point on the pressure-side concave surface, a trailing edge, a rotor When,
An abradable component, and
The abradable component is:
A adapted support surfaces to be coupled to the turbine casing circumference surrounding the turbine blade rotation axis, an upstream end and a downstream end, so as to be oriented parallel to the corresponding turbine blade rotation axis A support surface having a support surface axis adapted to,
Wherein a connected abradable substrate on the support surface (1300), defined by a pair of front linear segments portions connected by a transition portion (T) and the rear linear segments moiety (A, B), the groove An abradable substrate (1300) comprising a substrate surface having a composite angular plane graphic pattern of ridges (1302, 1302A, 1302B) projecting vertically and ridges;
Radial and axial directions of the intended turbine blade chord mid-cut-off travel path, starting near the upstream end of the support surface and oriented within an angular range of ± 10 degrees relative to the support surface axis Each forward linear segment portion (A) ending between the support surface ends upstream of the projection position;
Each rear alignment that begins downstream of the intended turbine blade chord mid cut-off point and is oriented angularly opposite to the corresponding turbine blade rotation direction and ends near the downstream end of the support surface A segment portion (B),
Front ridge in the front linear segment portion (A) (1302A) is characterized by having a high surface area density than the rear ridge (1302B) in the rear linear segment portion (B), the turbine engine.
前記前方リッジのより大きな表面密度を形成するために、前記後方リッジ(1302B)よりも幅広の前記前方リッジ(1320A)をさらに備える、請求項1記載のタービンエンジン。 More to form a large surface density, further comprising a wide of the front ridge (1320A) of the rear ridge (1302B), the turbine engine of claim 1, wherein the front ridge. 対応する接続された前記前方リッジおよび前記後方リッジの幅のそれぞれの幅に一致するように、移行セクションにおいて前方から後方へ狭まるリッジ幅(WR)をさらに有する、請求項2記載のタービンエンジン。 To match the width of each of the corresponding connected the front ridge and the width of the rear ridge further has a ridge width which narrows from the front to the rear (W R) in the transition section, the turbine engine of claim 2, wherein . 湾曲した平面図形を規定する、移行セクション(T)におけるリッジおよび溝をさらに備える、請求項2記載のタービンエンジン。 Defining a curved plane figure further comprises ridges and grooves in the transition section (T), the turbine engine of claim 2 wherein. 前記リッジの少なくとも複数の部分は、前記支持面に対して傾斜した遠位の突出する先端を有する、請求項2記載のタービンエンジン。 At least a plurality of portions having a tip projecting distal inclined relative to the support surface, the turbine engine of claim 2 wherein said ridge. 前記リッジおよび溝は、連続したジグザグ状の溝パターンを有する、請求項2記載のタービンエンジン。 The ridge and groove have a continuous zigzag groove pattern, the turbine engine of claim 2 wherein. 前記リッジおよび溝は、一定の間隔ピッチ(SRA,SRB,SRT)を有する、請求項2記載のタービンエンジン。 The ridge and groove are at a constant spacing pitch (S RA, S RB, S RT) having a turbine engine of claim 2 wherein. 前記リッジおよび溝は、一定の間隔ピッチ(SRA,SRB,SRT)を有する、請求項1記載のタービンエンジン。 The ridge and groove are at a constant spacing pitch (S RA, S RB, S RT) having a turbine engine of claim 1, wherein. 前記リッジおよび溝は、連続したジグザグ状の溝パターンを有する、請求項1記載のタービンエンジン。 The ridge and groove have a continuous zigzag groove pattern, the turbine engine of claim 1, wherein. 前記前方線形セグメント部分の各前方リッジは、前記支持面軸線に対して平行に向けられている、請求項1記載のタービンエンジン。 Each front ridge of the front linear segment portion, said being oriented parallel to the supporting surface axis, the turbine engine of claim 1, wherein.
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