JP2008031995A - タービンバケットにおける応力を低減する方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】正方形又は矩形断面の横方向に延びる支持ピン（３６、３８）を有する鋳造中子（２２）によって形成された内部冷却回路を有するタービンバケット（１０）における応力を低減する方法を提供する。
【解決手段】本方法は、（ａ）円形断面を有するように支持ピン（３６、３８）を再設計する段階、又は（ｂ）隣接する冷却通路間のクロスオーバ孔（５０、５２）を排除する段階を含む。冷却回路は、タービンバケットの翼形部(１６)内にほぼ全体的に設置されていてもよい。
【選択図】 図３

Description

本発明は、総括的にはタービン技術に関し、より具体的には、第１段及び第２段バケットの翼形部内に内部冷却回路を有するバケット又はブレードに関する。
一部の製造タービンバケット又はブレードは、内部蛇行状冷却回路を有し、この冷却回路は、全体的に蛇行構成で配置されかつ翼形部の後縁に沿った空気出口開口に至る複数の半径方向冷却通路に冷却空気を供給する、翼形部の半径方向内側端部に隣接した空気入口を有する。内部冷却回路を形成するために使用する鋳造中子は、該中子を強化するために該中子の異なる隣接する中実脚部の対を結合する一対の支持ピンを含む。鋳造した後に、正方形又は矩形断面形状を有するこれらのピンにより、隣接する冷却通路を接続するクロスオーバ孔が形成される。
得られた正方形又は矩形クロスオーバ孔は、バケット破損を引き起こす恐れがある高応力領域を作り出す可能性があることが判明した。
米国特許第４，４９７，６１３号公報 米国特許第４，５２６，５１２号公報 米国特許第４，９２３，３７１号公報 米国特許第５，９４７，１８１号公報 米国特許第６，１８６，７４１号公報 米国特許第６，２３４，７５３号公報 欧州特許出願公告第１０２２４３４ Ａ２号公報 日本特許出願公開第６１−１４４６号公報 日本特許出願公開第６１−００１４４６号の英文抄録
本発明の例示的な実施形態では、中子支持ピンは、得られたクロスオーバ孔における応力を低減するために、円形断面を有するように改良される。別の実施形態では、中子支持ピンは排除されて、それによりさらに、クロスオーバ孔に関連したあらゆる応力誘起破損の可能性を排除する。
従って、１つの実施形態では、本発明は、正方形又は矩形断面の横方向に延びる支持ピンを有する鋳造中子によって形成された内部冷却回路を有するタービンバケットにおける応力を低減する方法に関し、本方法は、（ａ）円形断面を有するように支持ピンを再設計する段階、又は（ｂ）隣接する冷却通路間のクロスオーバ孔を除去する段階を含む。
別の実施形態では、本発明は、正方形又は矩形断面の少なくとも２つの横方向に延びる支持ピンを有する鋳造中子によって形成された内部冷却回路を有する第１又は第２段タービンバケットにおける応力を低減する方法に関し、本方法は、（ａ）円形断面を有するように支持ピンを再設計する段階、又は（ｂ）隣接する冷却通路間のクロスオーバ孔を除去する段階を含む。
次に、本発明を以下に示した図面と共に説明する。
図１を参照すると、第１段ガスタービンエンジンバケット１０は、ダブテール取付部１２と、ダブテール取付部の半径方向外端部におけるプラットフォーム１４と、半径方向外向きに延びる翼形部１６とを含むことができる。翼形部には、前縁１８及び後縁２０が形成される。
図２に移ると、冷却回路が、バケットの内部内に、具体的には翼形部内に鋳造され、翼形部は、バケットの後縁２０に沿って終端する冷却通路の蛇行配列を含み、後縁２０において冷却空気は複数の開口を介して翼形部から流出する。冷却回路は、図３に示すタイプの鋳造中子を用いて形成される。鋳造中子２２は、入口部分２４と複数の並んだ(ほぼ平行な)中実部分(又は脚部)２６、２８、３０、３２及び３４とを含み、これらの部分は、鋳造しかつ中子材料を除去した後に、それぞれ冷却空気入口と冷却空気通路とを形成する。従って、中子の中実部分間の空き空間は、バケット内で冷却通路を分離する無孔内部リブとなる。
本発明にとって重要なのは、主として鋳造時に中子が破壊しないように該中子を強化するために使用する中子支持ピンが設けられていることである。図２に戻ると、内部鋳造中子によって形成された冷却通路は、符号４０、４２、４４、４６及び４８で示している。図２はまた、ピン３６、３８によって作り出されたクロスオーバ孔５０及び５２を示している。
矩形又は正方形断面を有するように形成された公知のピンは、バケットクロスオーバ孔のコーナ部に破損を発生させる可能性がある高応力領域を作り出すことが判明した。
本発明の例示的な実施形態では、ピン３６、３８は、その断面が円形に作られ、従って同様に円形のクロスオーバ孔５２、５４を作り出す。この変更は、高応力領域を排除するか又は少なくとも減少させ、また排除しないとしてもそれら領域における鋳造欠陥の可能性を最少にする。
本発明の別の例示的な実施形態では、ピン３６及び３８は、単に排除され、冷却通路間にはクロスオーバ孔が全く設定されない。
本発明はこのように、地上設置式発電用ガスタービンの第１段及び第２段バケットに特に適用可能である。
現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護することを意図していることを理解されたい。
本発明の例示的な実施形態による第１段ガスタービンバケットの斜視図。 バケットの翼形部と共に内部冷却通路を示す、図１に示すタービンバケットと同様なバケットの透視図。 図２に示すタービンバケットの製造において使用する鋳造中子の側面図。
符号の説明
１０ タービンエンジンバケット
１２ 取付部
１４ プラットフォーム
１６ 翼形部
１８ 前縁
２０ 後縁
２２ 鋳造中子
２４ 入口部分
２６、２８、３０、３２、３４ 中実部分(又は脚部)
３６、３８ 支持ピン
４０、４２、４４、４６、４８ 冷却通路
５０、５２ クロスオーバ孔

Claims (8)

  1. 正方形又は矩形断面の横方向に延びる支持ピン（３６、３８）を有する鋳造中子（２２）によって形成された内部冷却回路を有するタービンバケット（１０）における応力を低減する方法であって、
    （ａ）円形断面を有するように前記支持ピン（３６、３８）を再設計する段階、又は
    （ｂ）隣接する冷却通路間のクロスオーバ孔（５０、５２）を排除する段階、
    を含む方法。
  2. 前記冷却回路が、前記タービンバケットの翼形部(１６)内にほぼ全体的に設置される、請求項１記載の方法。
  3. 前記中子が、少なくとも２つの支持ピン（３６、３８）を有する状態で形成される、請求項２記載の方法。
  4. 前記鋳造中子（２２）が、間隔を置いて配置されたほぼ平行な脚部（２６、２８、３０、３２）及び（３４）で構成された蛇行状冷却通路形成部分を含む、請求項１記載の方法。
  5. 前記鋳造中子が、前記間隔を置いて配置されたほぼ平行な脚部のうちの異なる隣接する脚部の対を結合する前記支持ピン（３６、３８）の少なくとも２つを含む、請求項４記載の方法。
  6. 前記タービンバケット（１０）が、第１段バケットである、請求項１記載の方法。
  7. 前記タービンバケット（１０）が、第２段バケットである、請求項１記載の方法。
  8. 正方形又は矩形断面の少なくとも２つの横方向に延びる支持ピン（３６、３８）を有する鋳造中子（２２）によって形成された内部冷却回路を有する第１又は第２段タービンバケット（１０）における応力を低減する方法であって、
    （ａ）円形断面を有するように前記支持ピン（３６、３８）を再設計する段階、又は
    （ｂ）隣接する冷却通路間のクロスオーバ孔（５０、５２）を排除する段階、
    を含む方法。
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