JP2012097740A - タービンロータブレードのプラットフォーム領域を冷却するための装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】タービンロータブレード100におけるプラットフォーム冷却装置は、プラットフォーム110の正圧側面及び負圧側面のうちの少なくとも一方内に形成され、内寄り床部と外寄り天井部とを含むプラットフォームキャビティと133、プラットフォームキャビティを内部冷却通路の高圧冷却媒体領域に接続する高圧コネクタ148と、プラットフォームキャビティを内部冷却通路の低圧冷却媒体領域に接続する低圧コネクタ149と、プラットフォームキャビティ内に形成され、プラットフォームキャビティの床部と天井部との間にほぼ半径方向に延在する複数のピン151を含むピン群とを含むことができる。
【選択図】図6
Description
図4及び図5の従来型の設計は、これらが組み立て又は据え付け状態における変動によって影響を受けない点において、図3の設計に勝る利点を有することが分かるであろう。しかしながら、この種の従来型の設計は、幾つかの限界又は欠点を有する。第1に、図示するように、翼形部102の各側面上には単一の回路のみが設けられ、従って、プラットフォーム110内の異なる位置で使用される冷却空気の量の制御には限界があるという欠点が存在する。第2に、このタイプの従来型の設計は、一般的に限られたカバレッジ範囲を有する。図5の蛇行通路は、図4に勝るカバレッジ範囲に関する改良であるが、プラットフォーム110内には依然として非冷却状態のままになったデッド区域が存在する。第3に、複雑に形成したプラットフォーム冷却流路120によって良好なカバレッジ範囲を得るために、特に冷却流路が形成するのに鋳造プロセスを必要とする形状を有する場合には、製造コストが劇的に増加する。第4に、これらの従来型の設計は一般的に、使用後であって且つ冷却媒体が完全に排出される前に冷却媒体を高温ガス通路内に放出し、このことは、エンジンの性能に悪影響を与える。第5に、この種の従来型の設計は一般的に、自由度が殆どない。すなわち、流路120は、プラットフォーム110の一体形部分として形成され且つ作動条件が変化したときにこれらの機能又は構成を変更する機会が殆ど又は全く可能でない。加えて、これらのタイプの従来型の設計は、補修又は改造するのが困難である。
本出願のこれらの及びその他の特徴は、図面及び特許請求の範囲を参照しながら好ましい実施形態の以下の詳細な説明を精査することにより明らかになるであろう。
一般的に、内部冷却通路116の様々な従来型の設計は、ロータブレード100内の特定の領域に対して能動冷却を行うのに有効である。しかしながら、当業者には理解されるように、プラットフォーム領域は、より困難な課題を提示している。この課題は、少なくともその一部は、プラットフォーム領域の扱い難い幾何形状、すなわち、その狭い半径方向高さ並びに該プラットフォームがロータブレード100のコア部又は主本体から少し離れた状態であることに起因している。しかしながら、高温ガス通路の過度な温度への露出及び高い機械的荷重がある場合には、プラットフォームの冷却要求量は大きくなる。上記のように、従来型のプラットフォーム冷却設計は、このような領域の特定の課題に対処できないので有効でなく、これらの冷却媒体の使用が効率的でなく、及び/又は製作するのに費用がかかる。
102 翼形部
104 根元
105 負圧面
106 正圧面
107 前縁
108 後縁
109 ダブテール
110 プラットフォーム
112 シャンク
113 上側面
114 下側面
116 内部冷却通路
117 入口
119 キャビティ
120 プラットフォーム冷却流路
121 後方端縁部
122 負圧側スラッシュ面
124 前方端縁部
126 正圧側スラッシュ面
132 メインプレナム
133 プラットフォームキャビティ
134 平面天井部
135 平面床部
136 外壁
138 前方端部
139 後方端部
148 高圧コネクタ
149 低圧コネクタ
151 ピン
Claims (26)
- 翼形部と根元との接合部にプラットフォームを有し且つ前記根元における冷却媒体源との接続部から前記プラットフォームの少なくともほぼ半径方向高さまで延在するその中に形成された内部冷却通路を備え、作動中に前記内部冷却通路が高圧冷却媒体領域及び低圧冷却媒体領域を備え、前記プラットフォームの正圧側面が前記翼形部の正圧側面と一致した側面に沿って前記翼形部から正圧側スラッシュ面まで円周方向に延在する上側面を備え、前記プラットフォームの負圧側面が前記翼形部の負圧側面と一致した側面に沿って前記翼形部から負圧側スラッシュ面まで円周方向に延在する上側面を備える、タービンロータブレードにおけるプラットフォーム冷却装置であって、
前記プラットフォームの正圧側面及び負圧側面のうちの少なくとも一方内に形成され、内寄り床部と外寄り天井部とを含むプラットフォームキャビティと、
前記プラットフォームキャビティを前記内部冷却通路の高圧冷却媒体領域に接続する高圧コネクタと、
前記プラットフォームキャビティを前記内部冷却通路の低圧冷却媒体領域に接続する低圧コネクタと、
前記プラットフォームキャビティ内に形成され、前記プラットフォームキャビティの床部と天井部との間にほぼ半径方向に延在する複数のピンを含むピン群と
を含む、プラットフォーム冷却装置。 - 前記プラットフォームキャビティが前記プラットフォームの正圧側面に存在し、前記プラットフォームキャビティが、前記床部と前記天井部との間にほぼ一定の半径方向間隔を有する平面構成を含み、前記プラットフォーム上側面が平面であり、前記プラットフォームキャビティの天井部が前記プラットフォームの上側面に近接して存在し且つ該上側面にほぼ平行である、請求項1記載のプラットフォーム冷却装置。
- 前記高圧コネクタが、前記プラットフォームを通って前記負圧側スラッシュ面上の位置から前記プラットフォームキャビティとの接合部まで直線経路に沿って延在し、これらの間で前記内部冷却流路の高圧冷却媒体領域を分岐させ、前記低圧コネクタが、前記負圧側スラッシュ面上の位置から前記プラットフォームキャビティとの接合部まで直線経路に沿って延在し、これらの間で前記内部冷却流路の低圧冷却媒体領域を分岐させる、請求項2記載のプラットフォーム冷却装置。
- 前記高圧コネクタが前記負圧側スラッシュ面に位置付けられた非一体形のプラグを含み、前記低圧コネクタが前記負圧側スラッシュ面に位置付けられた非一体形のプラグを含み、前記高圧コネクタ及び前記低圧コネクタ用の非一体形のプラグは、前記冷却媒体が前記負圧側スラッシュ面を通って前記タービンブレードから流出するのを所望の方式で各々が制限するように構成される、請求項3記載のプラットフォーム冷却装置。
- 前記プラットフォームが、前記平面上側面にほぼ平行な平面下側面を含み、前記内部冷却通路が蛇行通路を含み、前記内部冷却通路の高圧冷却媒体領域が前記蛇行通路の上流側領域を備え、前記低圧冷却媒体領域が前記蛇行通路の下流側領域を備える、請求項2記載のプラットフォーム冷却装置。
- 前記高圧コネクタが前記プラットフォームキャビティに接続される位置は、前記プラットフォームキャビティの少なくとも有意な部分にわたって前記低圧コネクタが前記プラットフォームキャビティに接続される位置と対向する、請求項2記載のプラットフォーム冷却装置。
- 前記プラットフォームキャビティが外壁及び内壁を含み、前記外壁が直線形状を備え且つ前記正圧側スラッシュ面にほぼ平行で離間した関係で存在し、前記内壁が湾曲形状を備え且つ前記外壁の前方端部から後方端部まで広がる円弧を形成する、請求項2記載のプラットフォーム冷却装置。
- 前記内壁の円弧の輪郭が、前記翼形部の正圧側面の輪郭の形状及び概略位置と一致し、ここで前記翼形部の正圧側面は前記プラットフォームを横断しており、前記外壁の前方端部が前記翼形部の前縁付近に軸方向の位置を含み、前記外壁の後方端部が前記翼形部の後縁付近に軸方向の位置を含む、請求項7記載のプラットフォーム冷却装置。
- 複数のスラッシュ面出口が前記正圧側スラッシュ面及び前記負圧側スラッシュ面の少なくとも一方を通る前記プラットフォームキャビティからの出口を形成し、複数の上側面出口が前記プラットフォームの上側面を通る前記プラットフォームキャビティからの出口を形成し、前記スラッシュ面出口が所定の断面流れ面積を有するように構成され、前記所定の断面流れ面積が所望の冷却媒体インピンジメント特性及び所望の冷却媒体調量特性のうちの少なくとも一方に対応し、前記上側面出口が所定の断面流れ面積を有するように構成され、該所定の断面流れ面積が所望の冷却媒体調量特性に対応する、請求項7記載のプラットフォーム冷却装置。
- 前記ピンが非一体形のピンを含み、その各々が前記プラットフォームの下側面を貫通して形成されたピン開口を通して挿入される、請求項1記載のプラットフォーム冷却装置。
- 前記非一体形のピンが、所定長を有するピン構造体と、所定幅を有するピンベースとを備え、前記所定幅は、前記非一体形のピンが前記ピン開口内に挿入されたときに前記ピンベースが停止部を形成するように前記ピン開口よりも幅広になっており、前記所定長は、前記ピンベースが前記プラットフォームの下側面と接触したときに前記ピンの先端が前記プラットフォームの天井部に近接して存在する長さを含む、請求項10記載のプラットフォーム冷却装置。
- 前記高圧コネクタが、前記プラットフォームを通って前記正圧側スラッシュ面上の位置から前記内部冷却流路の高圧冷却媒体領域との接合部まで直線経路に沿って延在し、これらの間で前記プラットフォームキャビティを分岐し、前記低圧コネクタが、前記正圧側スラッシュ面上の位置から前記内部冷却流路の低圧冷却媒体領域との接合部まで直線経路に沿って延在し、これらの間で前記プラットフォームキャビティを分岐させる、請求項2記載のプラットフォーム冷却装置。
- 前記高圧コネクタが低減された断面流れ面積を含むコネクタ出口を前記正圧側スラッシュ面上に備え、前記低圧コネクタが低減された断面流れ面積を含むコネクタ出口を前記正圧側スラッシュ面上に備え、前記低減された断面流れ面積が、前記コネクタ出口が提供する前記高圧コネクタ又は低圧コネクタを通る断面流れ面積よりも小さい断面流れ面積を含み、前記低減された断面流れ面積の前記コネクタ出口の各々が、所望の冷却媒体インピンジメント特性及び所望の冷却媒体調量特性のうちの少なくとも一方に対応する所定の断面流れ面積を備える、請求項12記載のプラットフォーム冷却装置。
- 前記プラットフォームの正圧側面が、少なくとも2つの実質的に別個のプラットフォームキャビティを備え、前記各プラットフォームキャビティが、高圧コネクタ及び低圧コネクタとピン群とを有する、請求項2記載のプラットフォーム冷却装置。
- 前記プラットフォームキャビティが、前記キャビティ間に狭いコネクタを形成する少なくとも1つのキャビティコネクタを備える、請求項14記載のプラットフォーム冷却装置。
- 前記プラットフォームキャビティが、前記外壁からオフセットし且つほぼ平行なインピンジメント壁を備え、該インピンジメント壁が、前記高圧コネクタが前記プラットフォームキャビティに接続される位置を含む上流側キャビティと、前記低圧コネクタが前記プラットフォームキャビティに接続される位置を含む下流側キャビティとに前記プラットフォームキャビティを実質的に分割する壁を備え、前記インピンジメント壁が、前記上流側キャビティから前記下流側キャビティに移動する冷却媒体の流れを衝突させて、前記外壁に対して前記衝突した冷却媒体の流れを配向するよう構成された複数のインピンジメント開口を含む、請求項2記載のプラットフォーム冷却装置。
- 前記インピンジメント壁が少なくとも1つの非一体形のインピンジメント壁インサートを備え、該非一体形のインピンジメント壁インサートが、貫通して形成される複数のインピンジメント開口を有し、前記プラットフォームの下側面を貫通して形成されるスロットを通して所定距離だけ挿入する壁インサートを備える、請求項16記載のプラットフォーム冷却装置。
- 前記非一体形のインピンジメント壁インサートが所定長を有する壁構造体と所定幅を有する壁ベースとを備え、前記所定幅は、前記壁ベースが停止部を形成するように前記下側面挿入スロットよりも幅広であり、前記所定長は、前記ベースが前記プラットフォームの下側面と接触することによって挿入が停止するように前記非一体形のインピンジメント壁インサートが挿入された時点で、前記壁構造体の縁部が前記プラットフォームキャビティの天井部に近接して位置する長さを備える、請求項17記載のプラットフォーム冷却装置。
- 前記プラットフォームキャビティが前記高圧コネクタの正面に位置付けられた分流器を備え、該分流器は、前記冷却媒体が前記プラットフォームキャビティに流入したときに前記冷却媒体の流れを分割するよう構成される、請求項2記載のプラットフォーム冷却装置。
- 翼形部と根元との接合部にプラットフォームを有し且つ前記根元における冷却媒体源との接続部から前記プラットフォームの少なくともほぼ半径方向高さまで延在するその中に形成された内部冷却通路を備え、作動中に前記内部冷却通路が高圧冷却媒体領域及び低圧冷却媒体領域を備え、前記プラットフォームの正圧側面が前記翼形部の正圧側面と一致した側面に沿って前記翼形部から正圧側スラッシュ面まで円周方向に延在する上側面を備えるタービンロータブレードにおけるプラットフォーム冷却装置を生成する方法であって、
外寄りの実質的に平面の天井部と対向する内寄りの実質的に平面の床部を含むプラットフォームキャビティを前記プラットフォームの正圧側面内に形成するステップと、
前記正圧側スラッシュ面又は前記負圧側スラッシュ面上の位置から、前記内部冷却通路の高圧冷却媒体領域に前記プラットフォームキャビティを接続する高圧コネクタを機械加工するステップと、
前記正圧側スラッシュ面又は前記負圧側スラッシュ面上の位置から、前記内部冷却通路の低圧冷却媒体領域に前記プラットフォームキャビティを接続する低圧コネクタを機械加工するステップと、
前記プラットフォームキャビティの床部と天井部との間に半径方向に延在する複数の離間したピンを含むピン群を前記プラットフォームキャビティ内に形成するステップと
を含む方法。 - 前記プラットフォームの上側面及び前記前記プラットフォームの下側面が各々平面で且つほぼ平行であり、前記プラットフォームキャビティが、前記床部と前記天井部との間にほぼ一定の半径方向間隔を有する平面構成を含み、前記キャビティの天井部が前記プラットフォームの上側面に近接して存在し且つ該上側面にほぼ平行であり、前記高圧コネクタが前記プラットフォームキャビティに接続される位置は、前記プラットフォームキャビティの少なくとも有意な部分にわたって前記低圧コネクタが前記プラットフォームキャビティに接続される位置と対向し、前記内部冷却通路が蛇行通路を含み、前記内部冷却通路の高圧冷却媒体領域が前記蛇行通路の上流側領域を備え、前記低圧冷却媒体領域が前記蛇行通路の下流側領域を備える、請求項20記載の方法。
- 前記高圧コネクタが、前記プラットフォームを通って前記負圧側スラッシュ面上の位置から前記プラットフォームキャビティとの接合部まで直線経路に沿って延在し、これらの間で前記内部冷却流路の高圧冷却媒体領域を分岐させ、前記低圧コネクタが、前記負圧側スラッシュ面上の位置から前記プラットフォームキャビティとの接合部まで直線経路に沿って延在し、これらの間で前記内部冷却流路の低圧冷却媒体領域を分岐させる、請求項20記載の方法。
- 所定構成のプラグを製作するステップと、
前記製作されたプラグを用いて、前記低圧コネクタ及び前記高圧コネクタの機械加工によって形成されるコネクタ出口の各々を塞ぐステップと
をさらに含んでおり、前記プラグの所定構成により前記コネクタ出口からの断面流れ面積が低減され、所望の冷却媒体インピンジメント特性及び所望の冷却媒体調量特性のうちの少なくとも一方が得られるようにする、請求項21記載の方法。 - 前記プラットフォームキャビティが外壁と内壁とを含むように形成され、該外壁が、前記正圧側スラッシュ面にほぼ平行で離間した関係で存在し、前記内壁が前記外壁の前方端部から後方端部まで広がる円弧を形成し、前記内壁の円弧の輪郭が、前記翼形部の正圧側面の輪郭の形状及び概略位置と一致し、ここで前記翼形部の正圧側面は前記プラットフォームを横断しており、前記外壁の前方端部が前記翼形部の前縁付近に軸方向の位置を含み、前記外壁の後方端部が前記翼形部の後縁付近に軸方向の位置を含む、請求項23記載の方法。
- 前記プラットフォームから前記上側面、前記正圧側スラッシュ面、及び前記負圧側スラッシュ面のうちの1つまで延在する狭い出口を各々が備える複数の冷却開口を機械加工するステップをさらに含み、前記冷却開口が、所望の冷却媒体インピンジメント特性及び所望の冷却媒体調量特性のうちの少なくとも一方に対応する所定の断面流れ面積を有するように構成される、請求項20記載の方法。
- 前記プラットフォームキャビティ内にピン群を形成するステップが、
前記プラットフォームの下側面上の所定位置に複数のピン開口を機械加工するステップと、
所望の方式で前記ピン開口を通って前記プラットフォームキャビティ内に挿入されるように複数のピンを形成するステップと、
前記ピン開口を通って前記プラットフォームキャビティ内に前記ピンを固定設置するステップと
を含んでおり、前記設置されたピンが、設置時に前記各ピンの端部が前記プラットフォームキャビティの天井部に近接して存在するような所定長を備える、請求項20記載の方法。
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