JP2014047782A - Turbine rotor blade platform cooling - Google Patents

Turbine rotor blade platform cooling Download PDF

Info

Publication number
JP2014047782A
JP2014047782A JP2013171821A JP2013171821A JP2014047782A JP 2014047782 A JP2014047782 A JP 2014047782A JP 2013171821 A JP2013171821 A JP 2013171821A JP 2013171821 A JP2013171821 A JP 2013171821A JP 2014047782 A JP2014047782 A JP 2014047782A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cooling
edge
rib
channel width
cooling chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013171821A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Christopher Donald Porter
クリストファー・ドナルド・ポーター
Gary Michael Itzel
ゲイリー・マイケル・イッツェル
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JP2014047782A publication Critical patent/JP2014047782A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/186Film cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187Convection cooling
    • 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
    • F05D2240/80Platforms for stationary or moving blades
    • F05D2240/81Cooled platforms
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling arrangement in a platform in a rotor blade or a sidewall in a stator blade, in a turbine of a combustion turbine engine.SOLUTION: The cooling arrangement may include: a cooling chamber configured to pass coolant from an inlet to an outlet; and a rib positioned within the cooling chamber. The rib may partially divide the cooling chamber to form a switchback. The rib may be canted with respect to the cooling chamber such that the switchback has an ever narrowing channel.

Description

本出願は、一般に燃焼タービンエンジンに関し、このエンジンは、本明細書では、また別段特に記載のない限り、発電および航空機エンジンで使用するものなどあらゆるタイプの燃焼タービンエンジンを含む。より詳細には、制限としてではないが、本出願は、タービンロータブレードのプラットフォーム領域およびタービンステータブレードの側壁領域を冷却するための装置、システム、および/または方法に関する。   The present application relates generally to combustion turbine engines, which include all types of combustion turbine engines, such as those used in power generation and aircraft engines, unless otherwise specified herein. More specifically, but not by way of limitation, the present application relates to an apparatus, system, and / or method for cooling a platform region of a turbine rotor blade and a sidewall region of a turbine stator blade.

ガスタービンエンジンは、通常、圧縮機、燃焼器、およびタービンを含む。圧縮機およびタービンは、一般的に、軸方向に多段にスタックされているエーロフォイルまたはブレードの列を含む。各段は、通常、固定されている円周方向に離間したステータブレードの列および中心軸線またはシャフト周りで回転する円周方向に離間したロータブレードのセットを含む。運転中に圧縮機内のロータブレードは、シャフト周りで回転して空気の流れを圧縮する。圧縮された空気は次に、燃焼器内で使用されて供給燃料を燃焼させる。燃焼プロセスにより生じた高温ガスの流れは、タービンを通って膨張され、ロータブレードが取り付けられるシャフトを、ロータブレードが回転させる。こうして、燃料内に含まれるエネルギーが、回転シャフトの機械エネルギーに変換され、この機械エネルギーは、たとえば、電気を発生する発電機のコイルを回転させるために使用することができる。   A gas turbine engine typically includes a compressor, a combustor, and a turbine. Compressors and turbines typically include rows of airfoils or blades that are axially stacked in multiple stages. Each stage typically includes a fixed array of circumferentially spaced stator blades and a set of circumferentially spaced rotor blades that rotate about a central axis or shaft. During operation, the rotor blades in the compressor rotate around the shaft to compress the air flow. The compressed air is then used in a combustor to burn the feed fuel. The hot gas flow produced by the combustion process is expanded through the turbine, causing the rotor blades to rotate around the shaft to which the rotor blades are attached. In this way, the energy contained in the fuel is converted into the mechanical energy of the rotating shaft, which can be used, for example, to rotate a generator coil that generates electricity.

図1および図2を参照すると、タービンロータブレード100は、一般的に、エーロフォイル部分またはエーロフォイル102および翼根部分または翼根部104を含む。エーロフォイル102は、凸形の負圧面105および凹形の正圧面106を有するものとして述べることができる。エーロフォイル102はさらに、前方縁部である前縁107および後方縁部である後縁108を有するものとして述べることができる。翼根部104は、ブレード100をロータシャフトに固定するための構造体(図示するように、通常、ダブテール109を含む)、そこからエーロフォイル102が延在するプラットフォーム110、およびダブテール109とプラットフォーム110との間の構造体を含むシャンク112を有するものとして述べることができる。   With reference to FIGS. 1 and 2, a turbine rotor blade 100 generally includes an airfoil portion or airfoil 102 and a blade root portion or blade root 104. The airfoil 102 can be described as having a convex suction surface 105 and a concave pressure surface 106. The airfoil 102 can be further described as having a leading edge 107 that is a leading edge and a trailing edge 108 that is a trailing edge. The blade root 104 includes a structure (typically including a dovetail 109 as shown) for securing the blade 100 to the rotor shaft, a platform 110 from which the airfoil 102 extends, and a dovetail 109 and platform 110. Can be described as having a shank 112 that includes a structure between them.

図示するように、プラットフォーム110は、実質的に平面とすることができる。より具体的には、プラットフォーム110は、平面上側113を有することができ、この平面上側113は、図1に示すように軸方向かつ円周方向に延在する平坦面を含むことができる。図2に示すように、プラットフォーム110は、平面下側面114を有することができ、この平面下側面114もまた、軸方向かつ円周方向に延在する平坦面を含むことができる。プラットフォーム110の上側113および下側114は、その各々が他方に対して実質的に平行になるように形成することができる。図示するように、プラットフォーム110は、通常、薄い半径方向プロファイルを有する、すなわち、プラットフォーム110の上側113と下側114との間に比較的短い半径方向距離が存在することを理解されたい。   As shown, the platform 110 can be substantially planar. More specifically, the platform 110 may have a planar upper side 113, which may include a flat surface extending axially and circumferentially as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the platform 110 can have a planar lower side 114, which can also include a flat surface that extends axially and circumferentially. The upper side 113 and the lower side 114 of the platform 110 can be formed such that each is substantially parallel to the other. As shown, the platform 110 typically has a thin radial profile, ie, there is a relatively short radial distance between the upper side 113 and the lower side 114 of the platform 110.

一般的に、プラットフォーム110は、タービンロータブレード100上で使用されてガスタービンの高温ガス通路セクションの内側流路境界を形成する。プラットフォーム110は、さらに、エーロフォイル102に対して構造的支持を提供する。運転中に、タービンの回転速度は、プラットフォーム110に沿って高応力領域を生成する機械的負荷作用を誘起し、高応力領域は、高温に結合されると最終的に、酸化、クリープ、低サイクル疲労割れおよびその他など運転中の欠陥の形成を引き起こす。もちろん、これらの欠陥は、ロータブレード100の有効寿命に悪影響を与える。これらの過酷な運転条件、すなわち高温ガス通路の極度の温度への露出および回転ブレードに関連する機械的負荷作用は、良好に作動すると共に製造するのに費用効果的である、耐久性があり長持ちするロータブレードプラットフォーム110を設計するときにかなりの課題を生じることを理解されたい。   In general, the platform 110 is used on the turbine rotor blade 100 to form the inner flow boundary of the hot gas passage section of the gas turbine. Platform 110 further provides structural support for airfoil 102. During operation, the rotational speed of the turbine induces a mechanical loading action that creates a high stress region along the platform 110, which ultimately becomes oxidized, creep, low cycle when coupled to high temperatures. Causes formation of defects during operation such as fatigue cracking and others. Of course, these defects adversely affect the useful life of the rotor blade 100. These harsh operating conditions, i.e. the exposure of hot gas passages to extreme temperatures and the mechanical loading associated with rotating blades, are durable and long lasting, which work well and are cost effective to manufacture. It should be understood that considerable challenges arise when designing the rotor blade platform 110 to be used.

プラットフォーム領域110の耐久性を向上させる1つの一般的な解決策は、運転中にプラットフォーム領域110を圧縮空気または他の冷却媒体の流れで冷却することであり、また種々のこれらのタイプのプラットフォーム設計が知られている。しかし、当業者なら理解するように、プラットフォーム領域110は、こうして冷却するのを困難にするいくつかの設計上の課題をもたらす。大部分において、このことは、上述のようにプラットフォーム110がロータブレードの中心コアから離れて存在する周辺構成要素であり、また、通常、構造的に安定しているが薄い半径方向厚さを有するように設計されている理由から、この領域の厄介な幾何形状に起因している。   One common solution to improve the durability of the platform region 110 is to cool the platform region 110 with a flow of compressed air or other cooling medium during operation, and various these types of platform designs. It has been known. However, as those skilled in the art will appreciate, the platform region 110 thus presents several design challenges that make it difficult to cool. For the most part, this is a peripheral component in which the platform 110 resides away from the central core of the rotor blade, as described above, and is usually structurally stable but has a thin radial thickness. This is due to the cumbersome geometry of this region for reasons of its design.

冷却媒体を循環させるために、ロータブレード100は、通常、最低でも翼根部104およびエーロフォイル102を通ることを含めて、ブレード100のコアを通って半径方向に延在する1つまたは複数の中空冷却通路116(図3、図4、図5、および図9参照)を含む。以下でより詳細に述べるように、熱交換を増大させるために、こうした冷却通路116は、ブレード100の中心領域を通って曲がりくねる蛇行通路を有する状態で形成されることができるが、他の構成も可能である。運転中に、冷却媒体は、翼根部104の内寄り部分に形成された1つまたは複数の入口117を介して中心冷却通路に流入することができる。冷却媒体は、ブレード100を通って循環し、エーロフォイル上に形成された出口(図示せず)を通っておよび/または翼根部104に形成された1つまたは複数の出口(図示せず)を介して流出することができる。冷却媒体は、加圧されることができ、またたとえば、加圧空気、水と混合した加圧空気、蒸気および同様のものを含むことができる。多くの場合、冷却媒体は、エンジンの圧縮機から分流された圧縮空気であるが、他の供給源も可能である。以下でより詳細に論じるように、これらの冷却通路は、通常、高圧冷却媒体領域および低圧冷却媒体領域を含む。高圧冷却媒体領域は、通常、より高い冷却媒体圧力を有する冷却通路の上流部分に対応し、一方、低圧冷却媒体領域は、比較的低い冷却媒体圧力を有する下流部分に対応する。   In order to circulate the cooling medium, the rotor blade 100 typically includes one or more hollows that extend radially through the core of the blade 100, including at least through the blade root 104 and the airfoil 102. A cooling passage 116 (see FIGS. 3, 4, 5, and 9) is included. As will be described in more detail below, such cooling passages 116 can be formed with serpentine passages that wind through the central region of the blade 100 to increase heat exchange, although other configurations are possible. Is also possible. During operation, the cooling medium can flow into the central cooling passage through one or more inlets 117 formed in the inward portion of the blade root 104. The cooling medium circulates through the blade 100 and through an outlet (not shown) formed on the airfoil and / or through one or more outlets (not shown) formed in the blade root 104. Can be spilled through. The cooling medium can be pressurized and can include, for example, pressurized air, pressurized air mixed with water, steam, and the like. In many cases, the cooling medium is compressed air diverted from the engine compressor, although other sources are possible. As discussed in more detail below, these cooling passages typically include a high pressure cooling medium region and a low pressure cooling medium region. The high pressure coolant region typically corresponds to the upstream portion of the cooling passage having a higher coolant pressure, while the low pressure coolant region corresponds to the downstream portion having a relatively low coolant pressure.

場合によっては、冷却媒体は、冷却通路116から隣接するロータブレード100のシャンク112とプラットフォーム110との間に形成されたキャビティ119内に送られることができる。そこから、冷却媒体は、ブレードのプラットフォーム領域110を冷却するために使用することができ、その従来の設計が図3に示されている。このタイプの設計は、通常、冷却通路116の1つから空気を取り出し、その空気を使用してシャンク112/プラットフォーム110間に形成されたキャビティ119を加圧する。加圧されると、このキャビティ119は、次に、プラットフォーム110を通って延在する冷却チャネルに冷却媒体を供給する。プラットフォーム110を横断した後に、冷却空気は、プラットフォーム110の上側113に形成されたフィルム冷却孔を通してキャビティから流出することができる。   In some cases, the cooling medium can be routed from the cooling passage 116 into a cavity 119 formed between the shank 112 of the adjacent rotor blade 100 and the platform 110. From there, the cooling medium can be used to cool the platform area 110 of the blade, and its conventional design is shown in FIG. This type of design typically draws air from one of the cooling passages 116 and uses that air to pressurize the cavity 119 formed between the shank 112 / platform 110. When pressurized, this cavity 119 then supplies a cooling medium to a cooling channel that extends through the platform 110. After traversing the platform 110, cooling air can exit the cavity through film cooling holes formed in the upper side 113 of the platform 110.

しかし、このタイプの従来設計は、いくつかの欠点を有することを理解されたい。第1に、冷却回路は、2つの隣接するロータブレード100が組み立てられた後に形成されるだけであるため、冷却回路は1つの部品内に内蔵されない。このことは、据付けおよび据付け前流れ試験に対して大きな程度の困難さおよび複雑さを付加する。第2の欠点は、隣接するロータブレード100間に形成されたキャビティ119の完全性が、キャビティ119の周囲がどれほど上手くシールされるかに依存することである。不適切なシールにより、不十分なプラットフォーム冷却および/または無駄な冷却空気が生じる可能性がある。第3の欠点は、高温ガス通路ガスがキャビティ119またはプラットフォーム110自体内に吸い込まれる可能性がある内在リスクである。これは、キャビティ119が運転中に十分高い圧力に維持されない場合に発生する可能性がある。キャビティ119の圧力が高温ガス通路内の圧力を下回った場合には、高温ガスがシャンクキャビティ119またはプラットフォーム110自体内に吸い込まれ、それにより、これら構成要素が高温ガス通路条件に対する暴露に耐えるように設計されていない場合には、これらの構成要素が損傷を受けることになる。   However, it should be understood that this type of conventional design has several drawbacks. First, since the cooling circuit is only formed after two adjacent rotor blades 100 are assembled, the cooling circuit is not built into one part. This adds a great degree of difficulty and complexity to installation and pre-installation flow testing. A second drawback is that the integrity of the cavity 119 formed between adjacent rotor blades 100 depends on how well the perimeter of the cavity 119 is sealed. Inadequate sealing can result in inadequate platform cooling and / or wasted cooling air. A third drawback is the inherent risk that hot gas path gas may be drawn into the cavity 119 or the platform 110 itself. This can occur if the cavity 119 is not maintained at a sufficiently high pressure during operation. If the pressure in the cavity 119 falls below the pressure in the hot gas passage, hot gas is drawn into the shank cavity 119 or the platform 110 itself so that these components withstand exposure to hot gas passage conditions. If not designed, these components will be damaged.

図4および図5は、プラットフォーム冷却用の別のタイプの従来設計を示す。この場合、冷却回路は、図示するように、ロータブレード100内に内蔵され、シャンクキャビティ119を含まない。冷却空気は、ブレード100のコアを通って延在する冷却通路116の1つから取り出され、プラットフォーム110内に形成された冷却チャネル120(すなわち、「プラットフォーム冷却チャネル120」)を通して後方に送られる。いくつかの矢印で示すように、冷却空気は、プラットフォーム冷却チャネル120を通って流れ、プラットフォーム110の後方縁部121内の出口を通してまたは負圧側縁部122に沿って配設された出口から流出する。(矩形プラットフォーム110の縁部または面を述べるまたは参照するときに、縁部または面はそれぞれ、エーロフォイル102の負圧面105および正圧面106に関するその位置に基づいて、および/またはブレード100が据え付けられる場合にはエンジンの前方および後方方向に基づいて正確に説明されることができる点に留意されたい。したがって、当業者なら理解するように、プラットフォームは、図3および図4に示すように、後方縁部121、負圧側縁部122、前方縁部124、および正圧側縁部126を含むことができる。さらに、負圧側縁部122および正圧側縁部126はまた一般的に「スラッシュ面」と呼ばれ、隣接するロータブレード100が据え付けられたときこれらの間に形成される狭いキャビティは、「スラッシュ面キャビティ」と呼ばれることができる。)
図4および図5の従来設計は、これらが組立てまたは据付け状態の変動によって影響を受けない点で、図3の設計に勝る利点を有することを理解されたい。しかし、この種の従来設計は、いくつかの制限または欠点を有する。第1に、図示するように、エーロフォイル102の各面上に単一回路だけが設けられ、したがって、プラットフォーム110内の異なる場所で使用される冷却空気の量の制御に限界があるという欠点が存在する。第2に、このタイプの従来設計は、一般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内に依然として冷却されないままのデッド区域が存在する。第3に、複雑に形成されたプラットフォーム冷却チャネル120によって良好なカバレッジを得るために、特に冷却チャネル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、これらの従来設計は、通常、使用後でか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、エンジンの効率に悪影響を与える。第5に、この種の従来設計は一般的に、柔軟性がほとんどない。すなわち、チャネル120は、プラットフォーム110の一体部分として形成され、運転条件が変化するときにその機能または構成を変更する機会をほとんどまたは全く提供しない。さらに、これらのタイプの従来設計は、補修または改造するのが困難である。
4 and 5 show another type of conventional design for platform cooling. In this case, the cooling circuit is built in the rotor blade 100 and does not include the shank cavity 119, as shown. Cooling air is taken from one of the cooling passages 116 that extend through the core of the blade 100 and is routed backward through a cooling channel 120 formed in the platform 110 (ie, “platform cooling channel 120”). As indicated by some arrows, the cooling air flows through the platform cooling channel 120 and exits through an outlet in the rear edge 121 of the platform 110 or from an outlet disposed along the suction side edge 122. . (When describing or referring to the edge or face of the rectangular platform 110, the edge or face is mounted based on its position relative to the suction surface 105 and pressure surface 106 of the airfoil 102 and / or the blade 100, respectively. It should be noted that in some cases it can be accurately described based on the front and rear direction of the engine, so as will be understood by those skilled in the art, the platform is rearward as shown in FIGS. It may include an edge 121, a suction side edge 122, a forward edge 124, and a pressure side edge 126. Additionally, the suction side edge 122 and the pressure side edge 126 are also generally referred to as “slash surfaces”. The narrow cavities that are called and formed between adjacent rotor blades 100 when installed are " It can be called a rush surface cavity ".)
It should be understood that the conventional designs of FIGS. 4 and 5 have the advantage over the design of FIG. 3 in that they are not affected by variations in assembly or installation conditions. However, this type of conventional design has some limitations or drawbacks. First, as shown, only a single circuit is provided on each side of the airfoil 102, thus limiting the control over the amount of cooling air used at different locations within the platform 110. Exists. Secondly, this type of conventional design generally has a limited coverage area. The serpentine path of FIG. 5 is an improvement over the coverage area over FIG. 4, but there is a dead area in the platform 110 that remains uncooled. Third, to obtain good coverage with the complexly formed platform cooling channel 120, the manufacturing cost increases dramatically, especially when the cooling channel has a shape that requires a casting process to form. To do. Fourth, these conventional designs typically release the cooling medium into the hot gas path after use and before the cooling medium is completely exhausted, which adversely affects engine efficiency. Fifth, this type of conventional design is generally less flexible. That is, the channel 120 is formed as an integral part of the platform 110 and provides little or no opportunity to change its function or configuration as operating conditions change. Furthermore, these types of conventional designs are difficult to repair or modify.

場合によっては、プラットフォーム冷却通路はスイッチバック構成で構成される。こうした設計の例は図6に示される。図示するように、スイッチバック設計は、入口132および出口134を含む冷却チャンバ130と、冷却媒体が出口134に達する前に迂回ルートを進むように強制されるようにチャンバ130を分割するリブ135とを含むことができる。こうして、冷却媒体は、周囲領域を対流冷却できるように、冷却チャンバ130の全体に露出される。このタイプのスイッチバックの1つの欠点は、冷却媒体が、スイッチバックを通して移動するにつれて熱を吸収するため、下流セクションが上流セクションより少ない冷却を受取り、そのことが、プラットフォームにわたる不均等冷却およびコンポーネント損傷ホットスポットの生成をもたらす。ロータブレードプラットフォーム冷却に関する上述した問題は、タービンステータブレード内の側壁領域に適用可能であることがさらに理解されるであろう。   In some cases, the platform cooling passage is configured in a switchback configuration. An example of such a design is shown in FIG. As shown, the switchback design includes a cooling chamber 130 that includes an inlet 132 and an outlet 134 and ribs 135 that divide the chamber 130 such that the cooling medium is forced to travel a detour route before reaching the outlet 134. Can be included. Thus, the cooling medium is exposed throughout the cooling chamber 130 so that the surrounding area can be convectively cooled. One disadvantage of this type of switchback is that the downstream section receives less cooling than the upstream section because the cooling medium absorbs heat as it moves through the switchback, which results in uneven cooling and component damage across the platform. This results in the generation of hot spots. It will be further appreciated that the above-described problems with rotor blade platform cooling are applicable to the sidewall regions within the turbine stator blades.

結果として、ロータブレードプラットフォームおよびステータブレード側壁冷却構成の従来の設計は、1つまたは複数の重要なエリアを欠いている。これらのブレード領域を効果的かつ効率的に冷却し、一方で同様に、構築するのが費用効果的であり、アプリケーションに柔軟性があり、耐久性がある、改良型の装置、システム、および/または方法についての必要性が依然として存在する。   As a result, conventional designs of rotor blade platform and stator blade sidewall cooling configurations lack one or more critical areas. An improved device, system, and / or that effectively and efficiently cools these blade areas while being cost-effective to build, flexible to applications, and durable Or there remains a need for a method.

米国特許第8011881号公報US Patent No. 8011881

1つの例示的な実施形態では、本出願は、燃焼タービンエンジンのタービン内のロータブレード内のプラットフォーム内の冷却装置を述べる。冷却装置は、入口から出口へ冷却媒体を流すように構成される冷却チャンバと、冷却チャンバ内に配置されるリブとを含むことができる。リブは、スイッチバックを形成するために冷却チャンバを部分的に分割することができる。リブは、スイッチバックが、狭くなり続けるチャネルを有するように冷却チャンバに対して傾斜することができる。   In one exemplary embodiment, the present application describes a cooling device in a platform in a rotor blade in a turbine of a combustion turbine engine. The cooling device can include a cooling chamber configured to flow a cooling medium from the inlet to the outlet, and ribs disposed in the cooling chamber. The rib can partially divide the cooling chamber to form a switchback. The ribs can be tilted with respect to the cooling chamber so that the switchback has channels that continue to narrow.

本出願は、燃焼タービンエンジンのタービン内のステータブレード内の側壁内の冷却装置をさらに述べる。冷却装置は、入口から出口へ冷却媒体を流すように構成される冷却チャンバと、冷却チャンバ内に配置されるリブとを含むことができる。リブは、スイッチバックを形成するために冷却チャンバを部分的に分割することができる。リブは、スイッチバックが、狭くなり続けるチャネルを有するように冷却チャンバに対して傾斜することができる。   The present application further describes a cooling device in a sidewall in a stator blade in a turbine of a combustion turbine engine. The cooling device can include a cooling chamber configured to flow a cooling medium from the inlet to the outlet, and ribs disposed in the cooling chamber. The rib can partially divide the cooling chamber to form a switchback. The ribs can be tilted with respect to the cooling chamber so that the switchback has channels that continue to narrow.

本発明のこれらのまた他の特徴は、添付図面と併せて、本発明の例示的な実施形態の以下のより詳細な説明を注意深く検討することによって、より完全に理解されかつ認識されるであろう。   These and other features of the present invention will be more fully understood and appreciated by careful consideration of the following more detailed description of exemplary embodiments of the invention in conjunction with the accompanying drawings. Let's go.

本発明の実施形態を使用することができる例示的なタービンロータブレードの斜視図である。1 is a perspective view of an exemplary turbine rotor blade that may use embodiments of the present invention. FIG. 本発明の実施形態を使用することができるタービンロータブレードの下面図である。1 is a bottom view of a turbine rotor blade in which embodiments of the present invention may be used. FIG. 従来設計による冷却システムを有する隣接するタービンロータブレードの断面図である。2 is a cross-sectional view of adjacent turbine rotor blades having a cooling system according to a conventional design. FIG. 従来設計による内部冷却チャネルを備えたプラットフォームを有するタービンロータブレードの平面図である。1 is a plan view of a turbine rotor blade having a platform with internal cooling channels according to a conventional design. FIG. 代替の従来設計による内部冷却チャネルを備えたプラットフォームを有するタービンロータブレードの平面図である。FIG. 6 is a plan view of a turbine rotor blade having a platform with internal cooling channels according to an alternative conventional design. 従来の設計による、スイッチバック構成を有する内部冷却チャネルを有するプラットフォームを有するタービンロータブレードの部分断面図を有する平面図である。1 is a plan view with a partial cross-sectional view of a turbine rotor blade having a platform with an internal cooling channel having a switchback configuration according to a conventional design. 本発明の例示的な実施形態による冷却構成を有するタービンロータブレードのプラットフォームの上部の部分断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the upper portion of a turbine rotor blade platform having a cooling configuration according to an exemplary embodiment of the present invention. 図7のライン8−8に沿う側断面図である。FIG. 8 is a side sectional view taken along line 8-8 in FIG. 本発明の代替の実施形態による冷却構成を有するタービンロータブレードのプラットフォームの部分断面図を有する平面図である。FIG. 6 is a plan view with a partial cross-sectional view of a platform of a turbine rotor blade having a cooling configuration according to an alternative embodiment of the present invention. 本発明の代替の実施形態による冷却構成を有するタービンロータブレードのプラットフォームの部分断面図を有する平面図である。FIG. 6 is a plan view with a partial cross-sectional view of a platform of a turbine rotor blade having a cooling configuration according to an alternative embodiment of the present invention. 本発明の代替の実施形態による冷却構成を有するタービンロータブレードのプラットフォームの部分断面図を有する平面図である。FIG. 6 is a plan view with a partial cross-sectional view of a platform of a turbine rotor blade having a cooling configuration according to an alternative embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に関する実験データによる、「流れパラメータ(Flow Parameters)」対「スイッチバックを通る総流れ距離(Total Flow Distance Through Switchback)」を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing “Flow Parameters” versus “Total Flow Distance Through Switchback” according to experimental data relating to an embodiment of the present invention. 本発明の代替の実施形態による冷却構成の配置を示すタービンステータブレードの側面図である。FIG. 6 is a side view of a turbine stator blade showing the arrangement of a cooling arrangement according to an alternative embodiment of the present invention. 本発明の代替の実施形態による冷却構成を有するタービンステータブレードの側壁の部分断面図を有する平面図である。FIG. 6 is a plan view with a partial cross-sectional view of a sidewall of a turbine stator blade having a cooling configuration according to an alternative embodiment of the present invention.

先に論じたように、種々の従来設計の内部冷却通路116は、ロータブレード100内のある領域を冷却するのにある程度有効である。しかし、当業者なら理解するように、プラットフォーム領域はより難しいことが分かっている。これは、プラットフォームの厄介な幾何形状、すなわち、プラットフォームの狭い半径方向高さおよびプラットフォームがロータブレード100のコアまたは主本体から離れて突出する方式に、少なくとも部分的に起因する。それでも、高温ガス通路の極端な温度への暴露および高い機械的負荷作用がある場合には、プラットフォーム110の冷却要件はかなり大きくなる。上述したように、従来のプラットフォーム冷却設計は、領域の特定の課題に対処できないために有効でなく、これらの冷却媒体の使用に関して非効率的であり、かつ/または作製するのに費用がかかる。ステータブレードの側壁が、図12および図13に関連してより詳細に論じられることになる、従来のアプローチに関する同様な問題および欠点を呈することがさらに理解されるであろう。   As discussed above, various conventional designs of internal cooling passages 116 are somewhat effective in cooling certain areas within the rotor blade 100. However, as those skilled in the art will appreciate, the platform area has proven to be more difficult. This is due at least in part to the messy geometry of the platform, ie, the narrow radial height of the platform and the manner in which the platform protrudes away from the core or main body of the rotor blade 100. Nevertheless, the cooling requirements of the platform 110 are quite large when there is extreme temperature exposure of the hot gas path and high mechanical loading. As noted above, conventional platform cooling designs are not effective because they cannot address the specific challenges of the region, are inefficient with respect to the use of these cooling media, and / or are expensive to produce. It will be further appreciated that the sidewalls of the stator blade present similar problems and disadvantages with conventional approaches that will be discussed in more detail in connection with FIGS.

いくつかの特定の説明用語は、本出願の例示的な実施形態を述べるために使用することができる。これらの用語についての意味は、以下の定義を含むものとする。用語「下流(downstream)」および「上流(upstream)」は、タービンを通る作動流体、または、場合によって、冷却通路を通る冷却媒体の流れに関する方向を示す用語である。したがって、用語「下流」は、流れの方向を意味し、用語「上流」は、流れの反対方向を意味する。用語「半径方向の(radial)」は、軸に垂直な移動または位置を指す。この軸に関していろいろな半径方向位置にある部分(part)を述べることが必要とされることが多い。これらの場合、第1のコンポーネントが第2のコンポーネントより軸の近くに存在する場合、第1のコンポーネントが第2のコンポーネントの「内寄り(inboard)」または「半径方向内向き(radially inward)」にあると本明細書で述べることができる。一方、第1のコンポーネントが第2のコンポーネントより軸から遠くに存在する場合、第1のコンポーネントが第2のコンポーネントの「外寄り(outboard)」または「半径方向外向き(radially outward)」にあると本明細書で述べることができる。用語「軸の(axial)」は、軸に平行な移動または位置を指す。そして、用語「円周の(circumferential)」は、軸の周りの移動または位置を指す。別段特に記載のない限り、用語「半径方向の」、「軸の」、または「円周の」が使用されるとき、それらは、タービンエンジンの中心軸を参照して使用される。   Some specific descriptive terms can be used to describe exemplary embodiments of the present application. The meaning of these terms shall include the following definitions. The terms “downstream” and “upstream” are terms that indicate a direction with respect to the flow of a working fluid through a turbine or, optionally, a cooling medium through a cooling passage. Thus, the term “downstream” means the direction of flow and the term “upstream” means the opposite direction of flow. The term “radial” refers to movement or position perpendicular to the axis. Often it is necessary to describe the parts at various radial positions with respect to this axis. In these cases, if the first component is closer to the axis than the second component, the first component is “inboard” or “radially inward” of the second component. Can be stated in this specification. On the other hand, if the first component is farther from the axis than the second component, the first component is “outboard” or “radially outward” of the second component. As described herein. The term “axial” refers to movement or position parallel to the axis. And the term “circumferential” refers to movement or position about an axis. Unless otherwise noted, when the terms “radial”, “axial”, or “circumferential” are used, they are used in reference to the central axis of the turbine engine.

ここで図7〜図11を参照すると、本発明の例示的な実施形態のいくつかの図が提供される。特に、本発明の好ましい実施形態によるプラットフォーム冷却構成130を有するロータブレード100が示される。図示するように、ロータブレード100は、エーロフォイル102と翼根部104との間の界面に存在するプラットフォーム110を含む。冷却チャンバ130は、プラットフォーム110内に形成することができる。たとえば、図7に示すように、冷却チャンバ130は、プラットフォーム110の前方縁部124の近くに配置することができる。冷却チャンバ130は入口132および出口134を含むことができる。入口132は、ロータブレード110を通る内部冷却媒体通路を通して、または、シャンクキャビティ119を介してなど、種々の方法によって冷却媒体を供給されることができる。運転中、冷却媒体は、冷却チャンバ130を通して送られ、入口132から出口134へ進む。リブ135は、冷却チャンバ130内に配置することができる。リブ135は、蛇行通路またはスイッチバック通路(以降で「スイッチバック(switchback)131」)が形成されるように冷却チャンバ130を部分的に分割するように構成することができる。以下でより詳細に論じるように、リブ135は、冷却チャンバ130に対して傾斜することができる。本発明の実施形態によれば、リブ135は、スイッチバック131が狭くなり続けるチャネルを有するような角度で傾斜することができる。   With reference now to FIGS. 7-11, several views of an exemplary embodiment of the present invention are provided. In particular, a rotor blade 100 having a platform cooling arrangement 130 according to a preferred embodiment of the present invention is shown. As shown, the rotor blade 100 includes a platform 110 that resides at the interface between the airfoil 102 and the blade root 104. The cooling chamber 130 can be formed in the platform 110. For example, as shown in FIG. 7, the cooling chamber 130 can be located near the front edge 124 of the platform 110. The cooling chamber 130 can include an inlet 132 and an outlet 134. The inlet 132 can be supplied with a cooling medium by various methods, such as through an internal cooling medium passage through the rotor blade 110 or through a shank cavity 119. During operation, the cooling medium is routed through the cooling chamber 130 and proceeds from the inlet 132 to the outlet 134. The rib 135 can be disposed in the cooling chamber 130. The ribs 135 can be configured to partially divide the cooling chamber 130 such that a serpentine passage or a switchback passage (hereinafter “switchback 131”) is formed. As discussed in more detail below, the ribs 135 can be inclined with respect to the cooling chamber 130. According to embodiments of the present invention, the rib 135 can be inclined at an angle such that the switchback 131 has a channel that continues to narrow.

ある好ましい実施形態では、本発明の狭くなり続けるチャネルは、冷却チャンバ130の入口132から出口134にチャネルが延びるにつれて一定のレートで狭くなるチャネルである。他の好ましい実施形態では、本明細書で使用される場合、狭くなり続けるチャネルは、リブ135のフランクの両方に沿って一定のレートで狭くなるチャネルとして定義される。より具体的には、スイッチバック131は、リブ135の各フランク上に配置される経路を有するものとして述べることができる。これらの経路は、上流経路138(入口132が位置するリブ135の辺に一致するため)および下流経路139(出口134が位置するリブ135の辺に一致するため)と呼ぶことができる。さらに、上流経路138と下流経路139との間で、スイッチバック131は、転回セクション142を有するものとして述べることができることが理解されるであろう。転回セクション142は、約180°の転回を画定することができる。   In one preferred embodiment, the narrowing channel of the present invention is a channel that narrows at a constant rate as the channel extends from the inlet 132 to the outlet 134 of the cooling chamber 130. In other preferred embodiments, as used herein, a channel that continues to narrow is defined as a channel that narrows at a constant rate along both the flank of ribs 135. More specifically, the switchback 131 can be described as having a path disposed on each flank of the rib 135. These paths can be referred to as the upstream path 138 (because it matches the side of the rib 135 where the inlet 132 is located) and the downstream path 139 (because it matches the side of the rib 135 where the outlet 134 is located). Further, it will be appreciated that between the upstream path 138 and the downstream path 139, the switchback 131 can be described as having a turning section 142. The turn section 142 can define a turn of about 180 °.

冷却チャンバ130は、プラットフォーム110またはプラットフォーム110の特定の領域に整列し、その中に含まれる平面構成を有することができる。本明細書で使用される場合、冷却チャンバ130の「外寄りプロファイル(outboard profile)」は、プラットフォーム110の外寄りの位置から見たプロファイルを指し、そのプロファイルは、図7および図9〜図11に示す斜視図であることが理解されるであろう。ある実施形態では、冷却チャンバ130は、より顕著な曲率のエリアを含む上側113を有するプラットフォーム110などの湾曲表面からオフセットする場合があることが理解されるであろう。ある実施形態では、冷却チャンバ130の外寄りプロファイルは、四辺形(すなわち、4つの直線状の辺を有する)の外寄りプロファイルとすることができる。図示するようなリブ135は、構成が直線状とすることができる。ある実施形態では、冷却チャンバ130の外寄りプロファイルは平行四辺形である。より具体的には、冷却チャンバ130の外寄りプロファイルは、正方形、菱形、または長方形の外寄りプロファイルとすることができる。   The cooling chamber 130 may have a planar configuration that is aligned with and contained within the platform 110 or a particular region of the platform 110. As used herein, the “outboard profile” of the cooling chamber 130 refers to the profile seen from the outboard position of the platform 110, which profiles are shown in FIGS. 7 and 9-11. It will be understood that this is a perspective view shown in FIG. It will be appreciated that in certain embodiments, the cooling chamber 130 may be offset from a curved surface such as the platform 110 having an upper side 113 that includes an area of more pronounced curvature. In some embodiments, the outboard profile of the cooling chamber 130 can be a quadrilateral (ie, having four straight sides) outboard profile. The rib 135 as shown can be linear in construction. In some embodiments, the outboard profile of the cooling chamber 130 is a parallelogram. More specifically, the outboard profile of the cooling chamber 130 can be a square, diamond, or rectangular outboard profile.

図8により明確に示すように、プラットフォーム110は、平面上側113を含む。(本明細書で使用される場合、「平面(planar)」は、ほぼまたは実質的に平面の形状にあることを意味することに留意されたい。たとえば、プラットフォームは、ロータブレードの半径方向場所においてタービンの円周に対応する曲率を有する状態で、わずかに湾曲および凸形の外寄り表面を有するように構成することができることを当業者なら理解するであろう。本明細書で使用する場合に、このタイプのプラットフォーム形状は、曲率半径がプラットフォームに平坦な外観を与えるのに十分に大きいため平面と見なされる。)冷却チャンバ130は、プラットフォーム110の上側113の直ぐ内寄りの平面天井168ならびに天井168から半径方向にオフセットした平面床169を含むことができる。冷却チャンバ130の半径方向高さは、天井168と床169との間の半径方向オフセットとして述べることができる。示すように、好ましい実施形態では、冷却チャンバ130の半径方向高さは、実質的に一定である。リブ135は、冷却チャンバ130の床169から天井168延びる。   As more clearly shown in FIG. 8, the platform 110 includes a planar upper side 113. (Note that, as used herein, “planar” means in an approximately or substantially planar shape. For example, the platform is at a radial location of the rotor blade. One skilled in the art will appreciate that it can be configured to have a slightly curved and convex outer surface with a curvature corresponding to the circumference of the turbine. This type of platform shape is considered planar because the radius of curvature is large enough to give the platform a flat appearance.) The cooling chamber 130 is a planar ceiling 168 just inward of the upper side 113 of the platform 110 as well as the ceiling. A flat floor 169 that is radially offset from 168 can be included. The radial height of the cooling chamber 130 can be described as a radial offset between the ceiling 168 and the floor 169. As shown, in the preferred embodiment, the radial height of the cooling chamber 130 is substantially constant. Ribs 135 extend from floor 169 of cooling chamber 130 to ceiling 168.

冷却チャンバ130の四辺形プロファイルは、対向辺または縁部の第1の対および第2の対を含むものとして述べることができ、各対は、冷却チャンバ130にわたって互いに対向する四辺形の2つの縁部を含む。対向縁部の第1の対は第1の縁部151および第2の縁部152を含み、対向縁部の第2の対は第3の縁部153および第4の縁部154を含む。   The quadrilateral profile of the cooling chamber 130 can be described as including a first pair and a second pair of opposing sides or edges, each pair having two edges of the quadrilateral facing each other across the cooling chamber 130. Part. The first pair of opposing edges includes a first edge 151 and a second edge 152, and the second pair of opposing edges includes a third edge 153 and a fourth edge 154.

ある好ましい実施形態では、入口132および出口134は、冷却チャンバ130の第1の縁部151に沿って配置され、入口132と出口134との間には、入口132を出口134から分離するリブ135の第1の端部157を配置することができる。第1の端部157から、リブ135は、冷却チャンバ130の第2の縁部152に向かって延在するが、第2の縁部152の手前で終端する。その終端点は、本明細書でリブ135の第2の端部158と呼ばれることになる。すなわち、リブ135の第2の端部158は、第2の縁部152からある距離だけオフセットし、それにより、冷却媒体の流れを出口134に向かって向け直す転回セクション142を形成する。述べたリブ135は、冷却チャンバ135に対して傾斜する。図7に示すように、リブ135の傾斜は、冷却チャンバ130の縦軸に対するものとすることができる。好ましい実施形態では、リブ135は、上流経路138が入口132からリブ135の第2の端部158に延びるにつれて、上流経路138のチャネル幅が直線的レートで減少するように傾斜する。さらに、リブ135は、下流経路139がリブ135の第2の端部158から出口134に延びるにつれて、下流経路139のチャネル幅が直線的レートで減少するように傾斜する。上流経路138の下流端のチャネル幅は、下流経路139の上流端のチャネル幅よりわずかに大きいとすることができる好ましい実施形態では。リブ135が、第1の縁部151から第2の縁部152に向かって延びるにつれて、リブ135と第3の縁部153との距離が減少し、一方、リブ135と第4の縁部154との距離が増加するように、リブ135が第3の縁部153に向かって傾斜することが理解されるであろう。   In certain preferred embodiments, the inlet 132 and outlet 134 are disposed along the first edge 151 of the cooling chamber 130 and between the inlet 132 and outlet 134 ribs 135 that separate the inlet 132 from the outlet 134. The first end 157 can be disposed. From the first end 157, the rib 135 extends toward the second edge 152 of the cooling chamber 130, but terminates before the second edge 152. That termination point will be referred to herein as the second end 158 of the rib 135. That is, the second end 158 of the rib 135 is offset by a distance from the second edge 152, thereby forming a turning section 142 that redirects the coolant flow toward the outlet 134. The described rib 135 is inclined with respect to the cooling chamber 135. As shown in FIG. 7, the inclination of the rib 135 can be relative to the longitudinal axis of the cooling chamber 130. In a preferred embodiment, the ribs 135 are sloped such that as the upstream path 138 extends from the inlet 132 to the second end 158 of the rib 135, the channel width of the upstream path 138 decreases at a linear rate. Further, the rib 135 is inclined such that the channel width of the downstream path 139 decreases at a linear rate as the downstream path 139 extends from the second end 158 of the rib 135 to the outlet 134. In a preferred embodiment, the channel width at the downstream end of upstream path 138 may be slightly larger than the channel width at the upstream end of downstream path 139. As the rib 135 extends from the first edge 151 toward the second edge 152, the distance between the rib 135 and the third edge 153 decreases, while the rib 135 and the fourth edge 154. It will be appreciated that the ribs 135 are inclined toward the third edge 153 such that the distance between them increases.

リブ135の角度または傾斜は、リブ135が冷却チャンバ130の縦軸に対して維持する関係によって述べることができる。第3の縁部153および第4の縁部154が平行である場合、第3の縁部153と第4の縁部154との間の中間点を通って延在する基準線は、冷却チャンバ130の縦軸であり、図7で縦軸基準線159として示されることが認識されるであろう。ある好ましい実施形態では、リブ135が冷却チャンバ130の縦軸基準線159によって画定する角度176は0°と60°との間である。より好ましくは、リブ135と冷却チャンバ130の縦軸基準線159との間で画定される角度176は0°と30°との間である。   The angle or slope of the rib 135 can be described by the relationship that the rib 135 maintains relative to the longitudinal axis of the cooling chamber 130. When the third edge 153 and the fourth edge 154 are parallel, the reference line extending through the midpoint between the third edge 153 and the fourth edge 154 is the cooling chamber. It will be appreciated that the vertical axis of 130 is shown as the vertical reference line 159 in FIG. In certain preferred embodiments, the angle 176 defined by the rib 135 by the longitudinal reference line 159 of the cooling chamber 130 is between 0 ° and 60 °. More preferably, the angle 176 defined between the rib 135 and the longitudinal reference line 159 of the cooling chamber 130 is between 0 ° and 30 °.

図7に示すように、スイッチバック131によって画定される冷却媒体通路は、a)入口132におけるスイッチバック131のチャネル幅を表す入口チャネル幅160、b)リブ135の第2の端部158と第3の縁部153との間のスイッチバック131のチャネル幅を表す転回前チャネル幅161、c)リブ135の第2の端部158と第4の縁部154との間のスイッチバック131のチャネル幅を表す転回後チャネル幅162、およびd)出口134におけるスイッチバック131通路のチャネル幅を表す出口チャネル幅163を含むものとして述べることができる。狭くなり続けるチャネルは、入口チャネル幅160が転回前チャネル幅161より大きく、転回前チャネル幅161が転回後チャネル幅162より大きく、転回後チャネル幅162が出口チャネル幅163より大きい構成を含む。図7にさらに示すように、転回前チャネル幅161と転回後チャネル幅162との間で、スイッチバック131は、転回セクション142を含み、転回セクション142内で、転回セクションチャネル幅164は、リブ135の第2の端部158と冷却チャンバ130の第2の縁部152との間のスイッチバック131のチャネル幅を表す。本出願の実施形態によれば、スイッチバック131の狭くなり続けるチャネルは、転回セクションチャネル幅164が転回前チャネル幅161より小さくかつ転回後チャネル幅162より大きい構成を含む。リブ135のフランクの両方に沿う狭くなり続けるチャネルは、入口チャネル幅160と転回前チャネル幅161との間で一定の直線的レートで減少するスイッチバック131のチャネル幅と、転回後チャネル幅162と出口チャネル幅163との間で一定の直線的レートで減少するスイッチバック131のチャネル幅とを含むものとしてさらに述べることができる。   As shown in FIG. 7, the coolant passage defined by the switchback 131 includes a) an inlet channel width 160 representing the channel width of the switchback 131 at the inlet 132, and b) the second end 158 of the rib 135 and the second channel 158. A channel width 161 before rotation representing the channel width of the switchback 131 between the third edge 153 and c) the channel of the switchback 131 between the second end 158 of the rib 135 and the fourth edge 154. A post-turn channel width 162 representing the width, and d) an exit channel width 163 representing the channel width of the switchback 131 passage at the outlet 134. The channel that continues to become narrower includes a configuration in which the inlet channel width 160 is larger than the pre-turn channel width 161, the pre-turn channel width 161 is larger than the post-turn channel width 162, and the post-turn channel width 162 is larger than the outlet channel width 163. As further shown in FIG. 7, between the pre-turn channel width 161 and the post-turn channel width 162, the switchback 131 includes a turn section 142, within the turn section 142, the turn section channel width 164 is a rib 135. Represents the channel width of the switchback 131 between the second end 158 and the second edge 152 of the cooling chamber 130. According to the embodiment of the present application, the channel that the switchback 131 continues to become narrower includes a configuration in which the turning section channel width 164 is smaller than the pre-turning channel width 161 and larger than the post-turning channel width 162. Channels that continue to narrow along both the flank of the rib 135 have a channel width of the switchback 131 that decreases at a constant linear rate between the inlet channel width 160 and the pre-turn channel width 161, and the post-turn channel width 162. It can be further described as including the channel width of the switchback 131 decreasing at a constant linear rate with the exit channel width 163.

述べたように、タービンブレード内の冷却通路は、種々の方法で冷却媒体を供給されることができる。通常、冷却通路は、ブレードの翼根部を通して冷却媒体源に接続する内部通路を介して冷却媒体を受取る、または、シャンクキャビティとの接続部を通して冷却媒体を供給されることができる。別段特に記載のない限り、本出願は、冷却媒体を入口132に送出するためのまたは冷却媒体を冷却チャンバ130の出口134から除去するための任意の特定の方法または構成に限定されるべきでない。   As mentioned, the cooling passages in the turbine blades can be supplied with a cooling medium in various ways. Typically, the cooling passage can receive the cooling medium through an internal passage that connects to the cooling medium source through the blade root or can be supplied with the cooling medium through a connection with the shank cavity. Unless otherwise stated, the application should not be limited to any particular method or configuration for delivering the cooling medium to the inlet 132 or removing the cooling medium from the outlet 134 of the cooling chamber 130.

いくつかの従来の冷却設計に関連して上述したように、冷却媒体の内部循環によって冷却されるタービンブレードは、通常、翼根部から半径方向外向きにプラットフォーム領域を通りかつエーロフォイル内に延在する内部冷却通路116を含むことが理解されるであろう。本発明のある好ましい実施形態が、効率的な能動プラットフォーム冷却を向上する、または使用可能にするために従来の冷却媒体通路と連携して使用することができること、また、本発明の態様が、曲がりくねった構成または蛇行構成を有する内部冷却通路116などの1つの一般的な設計に関連して論じることができるが、その態様が、その用途に限定されないことがさらに理解されるであろう。図に示すように、内部冷却通路116の蛇行通路は、通常、冷却媒体の一方向流れを可能にするように構成され、また、冷却媒体と周囲のエーロフォイル102との間の熱交換を促進する特徴部を含む。運転中、通常、圧縮機から抽気された圧縮空気である加圧冷却媒体(しかし、本発明の実施形態では、蒸気など他のタイプの冷却媒体も使用できる)は、翼根部104を通って形成された接続部を通して内部冷却通路116に供給される。圧力は、冷却媒体を、内部冷却通路116を通して押し進め、冷却媒体は、周囲壁から熱を対流移動させる。   As described above in connection with some conventional cooling designs, turbine blades that are cooled by internal circulation of the cooling medium typically extend radially outward from the blade root and into the airfoil. It will be appreciated that an internal cooling passage 116 is included. Certain preferred embodiments of the present invention can be used in conjunction with conventional coolant passages to enhance or enable efficient active platform cooling, and that aspects of the present invention can be twisted. It will be further appreciated that, although discussed in connection with one general design, such as an internal cooling passage 116 having a particular configuration or a serpentine configuration, the aspects are not limited to that application. As shown, the serpentine passages of the internal cooling passages 116 are typically configured to allow a unidirectional flow of the cooling medium and also facilitate heat exchange between the cooling medium and the surrounding airfoil 102. Including features. During operation, a pressurized cooling medium, typically compressed air extracted from the compressor (although in embodiments of the present invention other types of cooling medium such as steam may be used) is formed through the blade root 104. The internal cooling passage 116 is supplied through the connected portion. The pressure pushes the cooling medium through the internal cooling passage 116, which convects heat away from the surrounding wall.

冷却媒体が冷却通路116を通って移動するにつれて、冷却媒体は圧力を喪失して、内部冷却通路116の上流部分内の冷却媒体が、下流部分内の冷却媒体より高い圧力を有することが理解されるであろう。以下でより詳細に論じるように、この圧力差を使用して、プラットフォーム内に形成される冷却通路にわたってまたは冷却通路を通して冷却媒体を押し進めることができる。本発明は異なる構成の内部冷却通路を有するロータブレード100で使用することができ、蛇行形態を有する内部冷却通路に限定さないことが理解されるであろう。したがって、本明細書で使用する場合に、用語「内部冷却通路(internal cooling passage)」または「冷却通路(cooling passage)」は、それを通って冷却媒体がロータブレード内を循環することができるあらゆる通路または中空チャネルを含むことが意図される。本明細書で示すように、本発明の内部冷却通路116は、少なくともプラットフォーム110のほぼ半径方向高さまで延在し、比較的より高い冷却媒体圧力の少なくとも1つの領域(以降で、「高圧の領域(region of high pressure)」と呼ばれ、場合によっては、蛇行通路内の上流セクションとすることができる)と、比較的より低い冷却媒体圧力の少なくとも1つの領域(以降で、「低圧の領域(region of low pressure)」と呼ばれ、高圧の領域に対して蛇行通路内の下流セクションとすることができる)を含むことができる。   It is understood that as the cooling medium travels through the cooling passage 116, the cooling medium loses pressure and the cooling medium in the upstream portion of the internal cooling passage 116 has a higher pressure than the cooling medium in the downstream portion. It will be. As will be discussed in more detail below, this pressure differential can be used to drive the cooling medium across or through the cooling passages formed in the platform. It will be appreciated that the present invention can be used with rotor blades 100 having different configurations of internal cooling passages and is not limited to internal cooling passages having a serpentine configuration. Thus, as used herein, the term “internal cooling passage” or “cooling passage” is used to describe any cooling medium that can circulate in the rotor blades. It is intended to include a passage or a hollow channel. As shown herein, the internal cooling passage 116 of the present invention extends at least to a substantially radial height of the platform 110 and includes at least one region of relatively higher coolant pressure (hereinafter “high pressure region”). (Region of high pressure) ", which may be an upstream section in the serpentine passage in some cases) and at least one region of relatively lower coolant pressure (hereinafter" low pressure region ( region of low pressure), which can be a downstream section in the serpentine passage for high pressure regions).

図9および図10に示すように、高圧コネクタ171は、入口132を内部冷却通路116の高圧冷却媒体領域に接続するように構成することができ、低圧コネクタ172は、出口134を内部冷却通路116の低圧冷却媒体領域に接続するように構成することができる。運転中、高圧領域と低圧領域との圧力差は、冷却チャンバ130を通して冷却媒体を押し進める。すなわち、高圧コネクタ171は、内部冷却通路116から冷却媒体の一部分を抽出し、その一部分は、プラットフォーム110から熱を除去するために冷却チャンバ130内で使用され、その後、低圧コネクタ172を介して内部冷却通路116に戻され、ロータブレードを冷却するためにさらに使用することができる。   As shown in FIGS. 9 and 10, the high pressure connector 171 can be configured to connect the inlet 132 to the high pressure coolant medium region of the internal cooling passage 116, and the low pressure connector 172 can connect the outlet 134 to the internal cooling passage 116. And can be configured to connect to the low pressure cooling medium region. During operation, the pressure difference between the high pressure region and the low pressure region forces the cooling medium through the cooling chamber 130. That is, the high pressure connector 171 extracts a portion of the cooling medium from the internal cooling passage 116, a portion of which is used in the cooling chamber 130 to remove heat from the platform 110 and then through the low pressure connector 172. Returned to the cooling passage 116, it can be further used to cool the rotor blades.

他の場合には、図11に示すように、入口132は、コネクタ(高圧コネクタ171など)を介して内部冷却チャネル116に冷却媒体を供給されることができ、一方、出口134は、プラットフォーム110の表面上に形成される複数のフィルム冷却ポートまたは表面ポート175と流体的に連通する。1つの好ましい実施形態では、示すように、表面ポート175は、正圧側スラッシュ面126に沿って配置される。他の実施形態では、表面ポート175は、負圧側スラッシュ面122上に配置することができる。   In other cases, as shown in FIG. 11, the inlet 132 can be supplied with a cooling medium to the internal cooling channel 116 via a connector (such as a high pressure connector 171), while the outlet 134 is connected to the platform 110. Are in fluid communication with a plurality of film cooling ports or surface ports 175 formed on the surface. In one preferred embodiment, the surface port 175 is disposed along the pressure side slash surface 126 as shown. In other embodiments, the surface port 175 can be disposed on the suction side slash surface 122.

本出願は、それにより、より均等に分布した冷却を促進する角度付きまたは傾斜リブを含む、タービンロータブレードのプラットフォームで使用するための、2経路蛇行またはスイッチバック冷却媒体通路を述べる。図12を参照すると、冷却媒体通路を通る流れ距離が増加するにつれて、傾斜リブが、冷却媒体流れ断面積の減少を生成することが理解されるであろう。具体的には、図12は、「流れパラメータ(Flow Parameters)」対「スイッチバックを通る総流れ距離(Total Flow Distance Through Switchback)」のグラフ表現を提供する。図示するように、「流れ断面積(Cross sectional Flow Area)」が、傾斜リムのせいで直線的に減少する。冷却媒体流れ面積の減少は、冷却媒体の速度を増加させ、それが、冷却媒体の「熱伝達係数(Heat Transfer Coefficient)」を増加させる。この増加は、冷却媒体通路に沿って移動する熱を冷却媒体が吸収するときに起こる「冷却媒体温度(Coolant Temperature)」の上昇に起因する冷却効果の損失に対抗する。これは、冷却媒体通路の一端から他端へ冷却媒体が移動するときに、ほぼ一定の「熱伝達係数」をもたらし、プラットフォームにわたるより均等な冷却を促進し、コンポーネントの劣化を早めるホットスポットの生成を防止または予防する。   The present application describes a two-pass serpentine or switchback coolant passage for use with a turbine rotor blade platform thereby including angled or inclined ribs that promote more evenly distributed cooling. Referring to FIG. 12, it will be appreciated that as the flow distance through the coolant passage increases, the inclined ribs produce a decrease in coolant flow cross-sectional area. Specifically, FIG. 12 provides a graphical representation of “Flow Parameters” versus “Total Flow Distance Through Switchback”. As shown, the “Cross sectional Flow Area” decreases linearly due to the inclined rim. The reduction of the coolant flow area increases the speed of the coolant, which increases the “heat transfer coefficient” of the coolant. This increase counteracts the loss of cooling effect due to the increase in “Coolant Temperature” that occurs when the cooling medium absorbs the heat that travels along the cooling medium path. This creates a nearly constant “heat transfer coefficient” as the coolant moves from one end of the coolant passage to the other, creating hot spots that promote more even cooling across the platform and accelerate component degradation. Prevent or prevent.

より具体的には、スイッチバックの2つの経路間でリブに角度付けすることによって、冷却媒体が通路を通って流れるにつれて、断面積が絶えず減少する。冷却媒体の質量流量が一定であるため、減少する面積は、より速い速度を生成しなければならない。ダクト流れ熱伝達係数が流体速度によって大幅に影響を受けるため、これは、流体が蛇行部を通って進むにつれてHTCの増加をもたらす。冷却媒体がスイッチバックに沿って進むにつれて温度が増加し、ロータブレードからの熱を拾うため、冷却媒体が、通常の冷却媒体通路の下流部分を冷却することができなくなることが理解されるであろう。しかし、本出願は、温度上昇によるこの冷却媒体効果の損失が(速度の増加による熱伝達係数の増加によって)相殺されるため、速度の減少と対照的に、比較的一定の熱伝達レートが冷却媒体の長さに沿って維持される方法を述べる。当業者なら理解するように、対流熱伝達係数が低い、流れがより遅い(low)用途の場合、本出願の実施形態は、同じ流れの量でより大きな熱伝達を可能にする。これは、流れ制限による流れが遅いある用途においてスイッチバックコアの使用を可能にする場合がある。他の用途では、一定断面積コアから、提案される設計に変えると、流れがより効率的に使用され、それが、タービンエンジンに関して、エンジン効率の増加になるため、流量が減少しうる。別の利益は、場合によっては、蛇行コアにおいて望ましくない高い摩擦損失を生じる乱流翼が削減されうることである。さらに、2経路スイッチバック全体の総面積は不変とすることができ、そのとき、唯一の修正はリブの傾斜であり、それが、冷却媒体通路のサイズまたは冷却媒体の量を増加させることなくより大きな冷却を可能にする。   More specifically, by angling the rib between the two paths of the switchback, the cross-sectional area constantly decreases as the cooling medium flows through the passage. Because the mass flow rate of the cooling medium is constant, the decreasing area must produce a faster rate. This results in an increase in HTC as the fluid travels through the serpentine, as the duct flow heat transfer coefficient is greatly affected by the fluid velocity. It will be appreciated that as the cooling medium travels along the switchback, the temperature increases and picks up heat from the rotor blades, which prevents the cooling medium from cooling the downstream portion of the normal cooling medium path. Let's go. However, in this application, the loss of this cooling medium effect due to temperature rise is offset (by increasing the heat transfer coefficient with increasing speed), so that a relatively constant heat transfer rate is cooled in contrast to decreasing speed. A method is described that is maintained along the length of the media. As will be appreciated by those skilled in the art, for low flow applications where the convective heat transfer coefficient is low, embodiments of the present application allow greater heat transfer with the same amount of flow. This may allow the use of a switchback core in certain applications where flow is slow due to flow restrictions. In other applications, changing from a constant cross-sectional core to the proposed design can use flow more efficiently, which can increase engine efficiency for a turbine engine, thus reducing flow. Another benefit is that, in some cases, turbulent airfoils that cause undesirably high friction losses in the serpentine core can be reduced. In addition, the total area of the entire two-path switchback can be unchanged, when the only modification is the rib slope, which increases the size of the coolant passage or without increasing the amount of coolant. Allows great cooling.

代替法では、上述した設計特徴を、ステータロータブレードの側壁領域に同様な方法で適用することができる。図13は、本発明の代替の実施形態による冷却構成の配置を示すタービンステータブレードの側面図を示す。   Alternatively, the design features described above can be applied in a similar manner to the sidewall region of the stator rotor blade. FIG. 13 shows a side view of a turbine stator blade showing the arrangement of a cooling arrangement according to an alternative embodiment of the present invention.

図14は、本発明の代替の実施形態による冷却構成を有するタービンステータブレード180の側壁の部分断面図を有す平面図を示す。ステータブレード180は、燃焼エンジンのタービンセクションの周囲の固定構造との取付け具から内寄りに突出するエーロフォイル181を含むことができる。エーロフォイル181の内寄り縁部において、ステータブレード180は、タービンを通る作動流体流路の内側半径方向縁部を画定する側壁184を含むことができる。側壁184は、ロータブレード100のプラットフォーム110と形状が類似することが理解されるであろう。側壁184は、先に論じたのと実質的に同じ特徴部を有する冷却チャンバ130を含むことができる。図示するように、側壁184の冷却チャンバ130は、冷却チャンバ130の入口132と流体的に連通する入口コネクタ185ならびに冷却チャンバ130の出口134と流体的に連通する出口コネクタ186を有することができることが理解されるであろう。側壁184の冷却チャンバ130は、先に論じたように角度付けされるまたは傾斜するリブ135を有することができ、リブ135は、狭くなり続ける上流経路138および下流経路139をもたらすことができる。   FIG. 14 shows a top view with a partial cross-sectional view of the sidewalls of a turbine stator blade 180 having a cooling configuration according to an alternative embodiment of the present invention. Stator blade 180 may include an airfoil 181 that projects inwardly from a fixture with a fixed structure around the turbine section of the combustion engine. At the inboard edge of the airfoil 181, the stator blade 180 can include a sidewall 184 that defines an inner radial edge of the working fluid flow path through the turbine. It will be appreciated that the sidewall 184 is similar in shape to the platform 110 of the rotor blade 100. The sidewall 184 can include a cooling chamber 130 having substantially the same features as previously discussed. As shown, the cooling chamber 130 of the sidewall 184 can have an inlet connector 185 in fluid communication with the inlet 132 of the cooling chamber 130 and an outlet connector 186 in fluid communication with the outlet 134 of the cooling chamber 130. Will be understood. The cooling chamber 130 of the sidewall 184 can have ribs 135 that are angled or inclined as discussed above, and the ribs 135 can provide an upstream path 138 and a downstream path 139 that continue to narrow.

当業者なら理解するように、いくつかの例示的な実施形態に関して上述した多くのいろいろな特徴および構成は、本発明の考えられる他の実施形態を形成するようにさらに選択的に適用することができる。簡潔にするため、また当業者の能力を考慮して、考えられる反復の全てが提供されず、または詳細に論じられないが、添付のいくつかの特許請求項またはその他によって包含される全ての組合せおよび考えられる実施形態は、本出願の一部であることを意図される。さらに、本発明のいくつかの例示的な実施形態の上記の説明から、当業者なら、その改善、変更、および修正に気付くであろう。当技術分野の技量内のこうした改善、変更、および修正もまた、添付特許請求の範囲によって保護されることを意図される。さらに、上記は本出願の述べた実施形態だけに関すること、および、添付特許請求の範囲およびその均等物によって規定される本出願の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書において多くの変更および修正が行われることができることが明らかであるはずである。   As those skilled in the art will appreciate, the many different features and configurations described above with respect to some exemplary embodiments may be further selectively applied to form other possible embodiments of the invention. it can. For the sake of brevity and in view of the ability of those skilled in the art, not all possible iterations are provided or discussed in detail, but all combinations encompassed by some of the appended claims or others And possible embodiments are intended to be part of this application. Moreover, from the above description of several exemplary embodiments of the invention, those skilled in the art will perceive improvements, changes, and modifications. Such improvements, changes and modifications within the skill of the art are also intended to be covered by the appended claims. Moreover, the foregoing relates only to the described embodiments of the present application, and numerous changes and modifications herein without departing from the spirit and scope of the present application as defined by the appended claims and their equivalents. It should be clear that corrections can be made.

100 タービンロータブレード
102 ロータエーロフォイルまたはエーロフォイル
104 翼根部
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 プラットフォーム上側
114 プラットフォーム下側
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チャネル
121 後方縁部
122 負圧側縁部またはスラッシュ面
124 前方縁部
126 正圧側縁部またはスラッシュ面
128 プラットフォームの正圧側
130 冷却チャンバ
131 スイッチバック
132 入口
134 出口
135 リブ
138 上流経路
139 下流経路
142 転回セクション
151 第1の縁部
152 第2の縁部
153 第3の縁部
154 第4の縁部
157 第1の端部
158 第2の端部
159 縦軸基準線
160 入口チャネル幅
161 転回前チャネル幅
162 転回後チャネル幅
163 出口チャネル幅
164 転回セクションチャネル幅
168 (冷却チャンバの)天井
169 (冷却チャンバの)床
171 高圧コネクタ
172 低圧コネクタ
175 表面ポート
176 角度
180 ステータブレード
181 ステータエーロフォイルまたはエーロフォイル
184 側壁
185 入口コネクタ
186 出口コネクタ
100 turbine rotor blade 102 rotor airfoil or airfoil 104 blade root 105 suction surface 106 pressure surface 107 leading edge 108 trailing edge 109 dovetail 110 platform 112 shank 113 platform upper side 114 platform lower side 116 internal cooling passage 117 inlet 119 cavity 120 platform cooling Channel 121 rear edge 122 suction side edge or slash face 124 front edge 126 pressure side edge or slash face 128 pressure side of platform 130 cooling chamber 131 switchback 132 inlet 134 outlet 135 rib 138 upstream path 139 downstream path 142 turning Section 151 First edge 152 Second edge 153 Third edge 154 Fourth edge 15 First end portion 158 Second end portion 159 Vertical axis reference line 160 Inlet channel width 161 Pre-turn channel width 162 Post-turn channel width 163 Outlet channel width 164 Turn section channel width 168 Ceiling 169 (cooling chamber) Floor 171 High pressure connector 172 Low pressure connector 175 Surface port 176 Angle 180 Stator blade 181 Stator airfoil or airfoil 184 Side wall 185 Inlet connector 186 Outlet connector

Claims (21)

燃焼タービンエンジンのタービン内のステータブレードの側壁およびロータブレード内のプラットフォームの一方の中の冷却装置であって、
入口から出口へ冷却媒体を流すように構成される冷却チャンバと、
前記冷却チャンバ内に配置され、スイッチバックを形成するように前記冷却チャンバを部分的に分割するリブとを備え、
前記リブが、狭くなり続けるチャネルを前記スイッチバックが含むように、前記冷却チャンバに対して傾斜する冷却装置。
A cooling device in one of a sidewall of a stator blade in a turbine of a combustion turbine engine and a platform in a rotor blade;
A cooling chamber configured to flow a cooling medium from the inlet to the outlet;
A rib disposed within the cooling chamber and partially dividing the cooling chamber to form a switchback;
A cooling device that tilts relative to the cooling chamber such that the switchback includes a channel in which the ribs continue to narrow.
前記狭くなり続けるチャネルが、前記冷却チャンバの前記入口から前記出口に前記チャネルが延びるにつれて一定のレートで狭くなるチャネルを含む請求項1記載の冷却装置。 The cooling device of claim 1, wherein the channel that continues to narrow includes a channel that narrows at a constant rate as the channel extends from the inlet to the outlet of the cooling chamber. 前記狭くなり続けるチャネルが、前記リブの両方のフランクに沿って一定のレートで狭くなるチャネルを含む請求項1記載の冷却装置。 The cooling device of claim 1, wherein the channel that continues to narrow includes a channel that narrows at a constant rate along both flank of the rib. 前記スイッチバックが、前記リブの各フランク上に配置される経路、すなわち、前記入口に一致する前記リブのフランク上に配設される上流経路および前記出口に一致する前記リブのフランク上に配設される下流経路を備え、
前記上流経路と前記下流経路との間で、前記スイッチバックが、約180°の転回を画定する転回セクションを備える請求項3記載の冷却装置。
The switchback is disposed on a path disposed on each flank of the rib, that is, on an upstream path disposed on the flank of the rib corresponding to the inlet and on a flank of the rib corresponding to the outlet. Provided with a downstream path,
The cooling device of claim 3, wherein the switchback includes a turning section that defines a turn of about 180 ° between the upstream path and the downstream path.
前記冷却チャンバが、第1の縁部および第2の縁部を備え、前記第2の縁部は前記冷却チャンバにわたって前記第1の縁部に対向し、
前記リブが、前記入口と前記出口との間で前記冷却チャンバの前記第1の縁部上に配置される第1の端部と、前記冷却チャンバの前記第2の縁部からある距離だけオフセットした第2の端部との間で直線的に延在する請求項4記載の冷却装置。
The cooling chamber comprises a first edge and a second edge, the second edge facing the first edge across the cooling chamber;
The rib is offset by a distance from the first end disposed on the first edge of the cooling chamber between the inlet and the outlet and the second edge of the cooling chamber. The cooling device according to claim 4, wherein the cooling device extends linearly between the second end portion.
前記上流経路が前記入口から前記リブの前記第2の端部に延びるときに、前記上流経路のチャネル幅が直線的なレートで減少し、前記下流経路が前記リブの前記第2の端部から前記出口に延びるときに、前記下流経路のチャネル幅が直線的なレートで減少するように、前記リブが傾斜し、
前記上流経路の下流端のチャネル幅が、前記下流経路の上流端のチャネル幅よりわずかに大きい請求項5記載の冷却装置。
When the upstream path extends from the inlet to the second end of the rib, the channel width of the upstream path decreases at a linear rate, and the downstream path extends from the second end of the rib. The ribs are inclined such that when extending to the outlet, the channel width of the downstream path decreases at a linear rate;
The cooling device according to claim 5, wherein the channel width at the downstream end of the upstream path is slightly larger than the channel width at the upstream end of the downstream path.
前記冷却チャンバが、平面構成および四辺形の外寄りプロファイルを備え、
前記リブが直線状である請求項1記載の冷却装置。
The cooling chamber comprises a planar configuration and a quadrilateral outer profile;
The cooling device according to claim 1, wherein the rib is linear.
前記四辺形が、対向縁部の第1の対および第2の対を備え、各対が、前記冷却チャンバにわたって互いに対向する前記四辺形の辺のうちの2つの辺を備え、
対向縁部の前記第1の対が第1の縁部および第2の縁部を含み、対向縁部の前記第2の対が第3の縁部および第4の縁部を含み、
前記入口および前記出口が、前記第1の縁部上に配設され、前記入口と前記出口との間で、前記リブの第1の端部が前記第1の縁部上に配置される請求項7記載の冷却装置。
The quadrilateral comprises first and second pairs of opposing edges, each pair comprising two of the quadrilateral sides facing each other across the cooling chamber;
The first pair of opposing edges includes a first edge and a second edge; the second pair of opposing edges includes a third edge and a fourth edge;
The inlet and the outlet are disposed on the first edge, and a first end of the rib is disposed on the first edge between the inlet and the outlet. Item 8. The cooling device according to Item 7.
前記第1の端部から、前記リブが前記第2の縁部に向かって延在し、前記リブが前記第2の端部で終端し、
前記リブの前記第2の端部が、前記第2の縁部からある距離だけオフセットし、
前記第3の縁部が、前記第4の縁部に平行であり、
前記リブが、前記第3の縁部と前記第4の縁部との間で画定される中間点によって画定される前記冷却チャンバの縦軸の方向に対して傾斜する請求項8記載の冷却装置。
From the first end, the rib extends toward the second edge, the rib terminates at the second end,
The second end of the rib is offset by a distance from the second edge;
The third edge is parallel to the fourth edge;
9. A cooling device according to claim 8, wherein the rib is inclined with respect to the longitudinal direction of the cooling chamber defined by an intermediate point defined between the third edge and the fourth edge. .
前記リブが、前記第1の縁部から前記第2の縁部に向かって延びるにつれて、前記リブと前記第3の縁部との距離が直線的レートで減少し、一方、前記リブと前記第4の縁部との距離が直線的レートで増加するように前記リブが前記第3の縁部に向かって傾斜する請求項9記載の冷却装置。 As the rib extends from the first edge toward the second edge, the distance between the rib and the third edge decreases at a linear rate, while the rib and the second edge The cooling device according to claim 9, wherein the rib is inclined toward the third edge such that the distance to the edge of the line 4 increases at a linear rate. 前記リブと前記冷却チャンバの前記縦軸の方向との間で画定される角度が、0°と30°との間である請求項10記載の冷却装置。 The cooling device of claim 10, wherein an angle defined between the rib and the direction of the longitudinal axis of the cooling chamber is between 0 ° and 30 °. 前記リブと前記冷却チャンバの前記縦軸との間で画定される角度が、0°と60°との間であり、
前記スイッチバックが、a)前記入口における前記スイッチバックのチャネル幅を表す入口チャネル幅、b)前記リブの前記第2の端部と前記第3の縁部との間の前記スイッチバックの前記チャネル幅を表す転回前チャネル幅、c)前記リブの前記第2の端部と前記第4の縁部との間の前記スイッチバックの前記チャネル幅を表す転回後チャネル幅、およびd)前記出口における前記スイッチバック通路のチャネル幅を表す出口チャネル幅を含み、
前記狭くなり続けるチャネルが、前記入口幅が前記転回前チャネル幅より大きく、前記転回前チャネル幅が前記転回後チャネル幅より大きく、前記転回後チャネル幅が前記出口チャネル幅より大きい構成を備える請求項10記載の冷却装置。
The angle defined between the rib and the longitudinal axis of the cooling chamber is between 0 ° and 60 °;
The switchback is a) an inlet channel width representing the channel width of the switchback at the inlet; b) the channel of the switchback between the second end of the rib and the third edge. Pre-turn channel width representing width, c) post-turn channel width representing the channel width of the switchback between the second end of the rib and the fourth edge, and d) at the exit An exit channel width representing a channel width of the switchback passage;
The channel that continues to become narrower has a configuration in which the entrance width is larger than the pre-turn channel width, the pre-turn channel width is larger than the post-turn channel width, and the post-turn channel width is larger than the exit channel width. 10. The cooling device according to 10.
前記転回前チャネル幅と前記転回後チャネル幅との間で、前記スイッチバックが、転回セクションを備え、前記転回セクション内で、転回セクションチャネル幅が、前記リブの前記第2の端部と前記冷却チャンバの前記第2の縁部との間の前記スイッチバックのチャネル幅を表し、
前記狭くなり続けるチャネルが、前記転回セクションチャネル幅が前記転回前チャネル幅より小さくかつ前記転回後チャネル幅より大きい構成を備える請求項12記載の冷却装置。
Between the pre-turn channel width and the post-turn channel width, the switchback comprises a turn section, wherein the turn section channel width is between the second end of the rib and the cooling. Represents the channel width of the switchback between the second edge of the chamber;
The cooling device according to claim 12, wherein the channel that continues to narrow has a configuration in which the turning section channel width is smaller than the pre-turn channel width and larger than the post-turn channel width.
前記リブの前記フランクの両方に沿う前記狭くなり続けるチャネルが、
前記入口チャネル幅と前記転回前チャネル幅との間で一定の直線的レートで減少する前記スイッチバックの前記チャネル幅と、
前記転回後チャネル幅と前記出口チャネル幅との間で一定の直線的レートで減少する前記スイッチバックの前記チャネル幅とを含む請求項12記載の冷却装置。
The narrowing channel along both the flank of the rib,
The channel width of the switchback decreasing at a constant linear rate between the inlet channel width and the pre-turn channel width;
13. The cooling device of claim 12, including the channel width of the switchback that decreases at a constant linear rate between the post-turn channel width and the exit channel width.
前記冷却チャンバの前記外寄りプロファイルが、平行四辺形を含む請求項9記載の冷却装置。 The cooling device according to claim 9, wherein the outer profile of the cooling chamber includes a parallelogram. 前記プラットフォームおよび前記側壁の一方が、平面構成を備え、前記冷却チャンバが、前記プラットフォームおよび前記側壁の一方の前記平面構成に整列し、前記平面構成に含まれる平面構成を備える請求項9記載の冷却装置。 10. The cooling of claim 9, wherein one of the platform and the sidewall comprises a planar configuration, and the cooling chamber comprises a planar configuration that is aligned with and included in the planar configuration of one of the platform and the sidewall. apparatus. 前記プラットフォームおよび前記側壁の一方が、平面上側を備え、
前記冷却チャンバが、前記上側面の直ぐ内寄りの平面天井および前記天井から半径方向にオフセットした平面床を備え、
前記冷却チャンバの半径方向高さが、前記天井と前記床との間の前記半径方向オフセットを含み、
前記冷却チャンバの半径方向高さが一定である請求項9記載の冷却装置。
One of the platform and the side wall comprises a planar upper side;
The cooling chamber comprises a planar ceiling immediately inward of the upper surface and a planar floor radially offset from the ceiling;
The radial height of the cooling chamber includes the radial offset between the ceiling and the floor;
The cooling device according to claim 9, wherein a radial height of the cooling chamber is constant.
冷却装置が前記ロータブレードの前記プラットフォーム内に配設され、
前記ロータブレードが、前記ロータブレード内に形成された内部冷却通路を含み、前記内部冷却通路が、翼根部の冷却媒体源との接合部からほぼ半径方向高さの前記プラットフォームまで延在し、運転中、前記内部冷却通路が高圧冷却媒体領域および低圧冷却媒体領域を備え、
前記入口を前記内部冷却通路の前記高圧冷却媒体領域に接続する高圧コネクタと、
前記出口を前記内部冷却通路の前記低圧冷却媒体領域に接続する低圧コネクタとをさらに備える請求項9記載の冷却装置。
A cooling device is disposed in the platform of the rotor blade;
The rotor blade includes an internal cooling passage formed in the rotor blade, the internal cooling passage extending from a junction with a cooling medium source at a blade root to the platform at a substantially radial height, The internal cooling passage includes a high pressure cooling medium region and a low pressure cooling medium region;
A high pressure connector connecting the inlet to the high pressure cooling medium region of the internal cooling passage;
The cooling device according to claim 9, further comprising a low-pressure connector that connects the outlet to the low-pressure cooling medium region of the internal cooling passage.
冷却装置が前記ロータブレードの前記プラットフォーム内に配設され、
前記ロータブレードが、前記ロータブレード内に形成された内部冷却通路を含み、前記内部冷却通路が、前記翼根部の冷却媒体源との接合部からほぼ半径方向高さの前記プラットフォームまで延在し、
前記入口を前記内部冷却通路に接続するコネクタと、
前記出口に流体的に連通するポートを冷却する複数のフィルムをさらに備える請求項9記載の冷却装置。
A cooling device is disposed in the platform of the rotor blade;
The rotor blade includes an internal cooling passage formed in the rotor blade, the internal cooling passage extending from a junction of the blade root with a cooling medium source to the platform at a substantially radial height;
A connector connecting the inlet to the internal cooling passage;
The cooling device according to claim 9, further comprising a plurality of films for cooling a port in fluid communication with the outlet.
燃焼タービンエンジンのタービン内のロータブレードのプラットフォームの冷却装置であって、
入口から出口へ冷却媒体を流すように構成される冷却チャンバと、
前記冷却チャンバ内に配置され、スイッチバックを形成するように前記冷却チャンバを部分的に分割するリブとを備え、
前記リブが、狭くなり続けるチャネルを前記スイッチバックが含むように、前記冷却チャンバに対して傾斜する冷却装置。
A cooling device for a platform of rotor blades in a turbine of a combustion turbine engine,
A cooling chamber configured to flow a cooling medium from the inlet to the outlet;
A rib disposed within the cooling chamber and partially dividing the cooling chamber to form a switchback;
A cooling device that tilts relative to the cooling chamber such that the switchback includes a channel in which the ribs continue to narrow.
燃焼タービンエンジンのタービン内のステータブレードの側壁の冷却装置であって、
入口から出口へ冷却媒体を流すように構成される冷却チャンバと、
前記冷却チャンバ内に配置され、スイッチバックを形成するように前記冷却チャンバを部分的に分割するリブとを備え、
前記リブが、狭くなり続けるチャネルを前記スイッチバックが含むように、前記冷却チャンバに対して傾斜する冷却装置。
A cooling device for sidewalls of a stator blade in a turbine of a combustion turbine engine,
A cooling chamber configured to flow a cooling medium from the inlet to the outlet;
A rib disposed within the cooling chamber and partially dividing the cooling chamber to form a switchback;
A cooling device that tilts relative to the cooling chamber such that the switchback includes a channel in which the ribs continue to narrow.
JP2013171821A 2012-08-31 2013-08-22 Turbine rotor blade platform cooling Pending JP2014047782A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/600,756 2012-08-31
US13/600,756 US20140064942A1 (en) 2012-08-31 2012-08-31 Turbine rotor blade platform cooling

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014047782A true JP2014047782A (en) 2014-03-17

Family

ID=50181865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013171821A Pending JP2014047782A (en) 2012-08-31 2013-08-22 Turbine rotor blade platform cooling

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20140064942A1 (en)
JP (1) JP2014047782A (en)
CH (1) CH706961A2 (en)
DE (1) DE102013108984A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020046381A1 (en) * 2018-08-31 2020-03-05 Siemens Aktiengesellschaft A method for manufacturing a heat transfer design for progressive heat transfer capability cooling channels
WO2020046379A1 (en) * 2018-08-31 2020-03-05 Siemens Aktiengesellschaft A heat transfer design for progressive heat transfer capability cooling channels

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4353679A (en) * 1976-07-29 1982-10-12 General Electric Company Fluid-cooled element
FR2468727A1 (en) * 1979-10-26 1981-05-08 Snecma IMPROVEMENT TO COOLED TURBINE AUBES
US5375973A (en) * 1992-12-23 1994-12-27 United Technologies Corporation Turbine blade outer air seal with optimized cooling
US5609469A (en) * 1995-11-22 1997-03-11 United Technologies Corporation Rotor assembly shroud
JP2971386B2 (en) * 1996-01-08 1999-11-02 三菱重工業株式会社 Gas turbine vane
US6254333B1 (en) * 1999-08-02 2001-07-03 United Technologies Corporation Method for forming a cooling passage and for cooling a turbine section of a rotary machine
US6241467B1 (en) * 1999-08-02 2001-06-05 United Technologies Corporation Stator vane for a rotary machine
US7686068B2 (en) * 2006-08-10 2010-03-30 United Technologies Corporation Blade outer air seal cores and manufacture methods
US8177492B2 (en) * 2008-03-04 2012-05-15 United Technologies Corporation Passage obstruction for improved inlet coolant filling
US8096772B2 (en) * 2009-03-20 2012-01-17 Siemens Energy, Inc. Turbine vane for a gas turbine engine having serpentine cooling channels within the inner endwall
US8221055B1 (en) * 2009-07-08 2012-07-17 Florida Turbine Technologies, Inc. Turbine stator vane with endwall cooling
US8734111B2 (en) * 2011-06-27 2014-05-27 General Electric Company Platform cooling passages and methods for creating platform cooling passages in turbine rotor blades

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013108984A1 (en) 2014-03-20
US20140064942A1 (en) 2014-03-06
CH706961A2 (en) 2014-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5947519B2 (en) Apparatus and method for cooling the platform area of a turbine rotor blade
JP6132546B2 (en) Turbine rotor blade platform cooling
US9995149B2 (en) Structural configurations and cooling circuits in turbine blades
JP4386891B2 (en) Turbine blade having an inclined squealer tip
CN108884717B (en) Turbine airfoil with turbulence features on cold wall
JP5848876B2 (en) Turbine blade cooling system
JP5289694B2 (en) Turbine airfoil curved squealer tip with tip shelf
JP5898898B2 (en) Apparatus and method for cooling the platform area of a turbine rotor blade
JP2012102726A (en) Apparatus, system and method for cooling platform region of turbine rotor blade
JP2013139772A (en) Apparatus, system and/or method for cooling turbine rotor blade platform
US20140064984A1 (en) Cooling arrangement for platform region of turbine rotor blade
US11199098B2 (en) Flared central cavity aft of airfoil leading edge
BR102013006076A2 (en) Turbine Blade and Stage
JP5965633B2 (en) Apparatus and method for cooling the platform area of a turbine rotor blade
US9528381B2 (en) Structural configurations and cooling circuits in turbine blades
KR102377650B1 (en) Intermediate central passage spanning outer walls aft of airfoil leading edge passage
JP6010295B2 (en) Apparatus and method for cooling the platform area of a turbine rotor blade
US9759071B2 (en) Structural configurations and cooling circuits in turbine blades
KR102373727B1 (en) Blade with stress-reducing bulbous projection at turn opening of coolant passages
US9739155B2 (en) Structural configurations and cooling circuits in turbine blades
JP2014047782A (en) Turbine rotor blade platform cooling
JP6996947B2 (en) Turbine blades and gas turbines
US20160186577A1 (en) Cooling configurations for turbine blades
JP2021071085A (en) Turbine blade and gas turbine equipped with the same
JP2019085973A5 (en)