JP2017223223A

JP2017223223A - タービンディスク組立体及びそれを製作する方法

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Publication number: JP2017223223A
Application number: JP2017110516A
Authority: JP
Inventors: スダカール・ニーリ; Sudhakar Neeli; サンジェーヴ・クマール・ジャイン; Kumar Jain Sanjeev
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2016-06-10
Filing date: 2017-06-05
Publication date: 2017-12-21
Anticipated expiration: 2037-06-05
Also published as: JP6916671B2; DE102017112579A1; CN107489460A; CN107489460B

Abstract

【課題】タービンディスク組立体及びそれを製作する方法を提供する。【解決手段】タービンディスク組立体は、第１のロータディスクと、第２のロータディスクと、プレナムを画定するために軸に沿って第１及び第２のロータディスク間に結合されるスペーサディスクと、を含む。スペーサディスクは、軸からの半径を備えた内側表面を有する。第１のロータディスクとスペーサディスクの間に画定される第１の冷却チャネルは、プレナムと流体連通する。第２のロータディスクは、プレナム内部に位置決めされる偏向表面を有するデフレクタを含み、したがって、偏向表面は、スペーサディスクの内側表面の半径に対して鋭角で第１の冷却チャネルに向けて配向される。【選択図】図１

Description

本開示の分野は、一般にタービンディスクに関し、より詳細には、タービンディスク組立体及びそれを製作する方法に関する。

多くの公知のガスタービン組立体は、圧縮機、燃焼器、及びタービンを含む。ガス（例えば、空気）は、圧縮機の中に流れ込んで圧縮される。圧縮ガス流は、次いで燃焼器の中に排出され、燃料と混合されて点火され、燃焼ガスが発生する。燃焼ガス流は、燃焼器からタービンを通して導かれる。

少なくとも幾つかの公知のタービンは、燃焼ガス流によって駆動される複数のロータブレードを含む。そういうことで、ロータブレードは、タービン組立体の他の部分よりも高めの温度の動作条件に一般にさらされる。ロータブレードが過熱するのを防止し易くするため、少なくとも幾つかの公知のロータブレードは、各ロータブレードの内側に画定された冷却回路を介して冷却ガスの流れを導くことによって冷却される。しかしながら、各ロータブレードが適切に冷却されるのを確実化するためにロータブレード間に冷却ガス流を分配することは困難であることがある。

米国特許出願公開第２０１３／０３４３８６８号明細書

一態様では、タービンディスク組立体が提供される。タービンディスク組立体は、第１のロータディスクと、第２のロータディスクと、プレナムを画定するために軸に沿って第１及び第２のロータディスク間に結合されるスペーサディスクと、を含む。スペーサディスクは、軸からの半径を備えた内側表面を有する。第１のロータディスクとスペーサディスクの間に画定される第１の冷却チャネルは、プレナムと流体連通する。第２のロータディスクは、プレナム内部に位置決めされる偏向表面を有するデフレクタを含み、したがって、偏向表面は、スペーサディスクの内側表面の半径に対して鋭角で第１の冷却チャネルに向けて配向される。

他の態様では、タービンディスク組立体を製作する方法が提供される。方法は、第１のロータディスクを形成することと、偏向表面を有するデフレクタを含むように第２のロータディスクを形成することと、を含む。方法は、内側表面を有するようにスペーサディスクを形成することも含み、方法は、プレナムを画定するために軸に沿って第１及び第２のロータディスク間にスペーサディスクを結合することを更に含み、半径は、軸からスペーサディスクの内側表面に画定される。第１のロータディスクとスペーサディスクの間に画定される第１の冷却チャネルは、プレナムと流体連通する。偏向表面は、プレナム内部に位置決めされると共に、スペーサディスクの内側表面の半径に対して鋭角で第１の冷却チャネルに向けて配向される。

他の態様では、ガスタービン組立体が提供される。ガスタービン組立体は、複数の圧縮機ロータブレードを含む圧縮機を含む。ガスタービン組立体は、複数のタービンロータブレードを有するタービンも含む。タービンロータブレードの各々は、内部冷却回路を有する。ガスタービン組立体は、タービンロータブレードを圧縮機ロータブレードに回転可能に結合するロータシャフトを更に含む。圧縮機は、ロータシャフトを横切るタービンロータブレードの内部冷却回路と流体連通する。ロータシャフトは、第１のロータディスクと、第２のロータディスクと、プレナムを画定するために軸に沿って第１及び第２のロータディスク間に結合されるスペーサディスクと、を含むタービンセグメントを有する。スペーサディスクは、軸からの半径を備えた内側表面を有する。第１の冷却チャネルは、第１のロータディスクとスペーサディスクの間に画定され、したがって、第１の冷却チャネルは、プレナム及びタービンロータブレードのうちの１つの内部冷却回路と流体連通する。第２のロータディスクは、プレナム内部に位置決めされる偏向表面を有するデフレクタを含み、したがって、偏向表面は、スペーサディスクの内側表面の半径に対して鋭角で第１の冷却チャネルに向けて配向される。

例示的なタービン組立体の概略図である。図１に示したタービン組立体で用いるためのロータシャフトの例示的なタービンセグメントの一部分の概略図である。図３に示したタービンセグメントの拡大した部分の図である。

以下の詳細な説明は、１つの例として、限定しないものとして、タービンディスクを図解している。説明は、当業者がタービンディスクを作製及び使用するのを可能にするはずであり、説明は、タービンディスクを製作及び使用するベストモードであると現在信じられることを含めてタービンディスクの幾つかの実施形態を説明している。例示的なタービンディスクは、本明細書でガスタービン組立体の内部で結合されているように説明している。しかしながら、予定されていることは、タービンディスクが、ガスタービン組立体以外の様々な分野における幅広い範囲のシステムに対して一般的な用途を有するということである。

図１は、例示的なタービン組立体１００を示す。例示的な実施形態では、タービン組立体１００は、中心線軸１０８に沿って相互に流体連通式に結合された圧縮機１０２、燃焼器１０４、及びタービン１０６を含むガスタービン組立体であり、したがって、タービン組立体１００は、軸１０８から延びる半径方向の寸法１１０と、軸１０８の周りに延びる周方向の寸法１１２と、を有する。本明細書で使用するとき、用語「半径（ｒａｄｉｕｓ）」（又はその任意の変形）は、任意の適切な形状（例えば、正方形、長方形、三角形など）の中心から外方に延びる寸法を指し、円形の形状の中心から外方に延びる寸法に限定されない。同様に、本明細書で使用するとき、用語「周囲（ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｃｅ）」（又はその任意の変形）は、任意の適切な形状（例えば、正方形、長方形、三角形など）の中心の周りに延びる寸法を指し、円形の形状の中心の周りに延びる寸法に限定されない。

例示的な実施形態では、圧縮機１０２は、複数のロータブレード１１４及び複数のステータベーン１１６を含み、タービン１０６は、同じように、複数のロータブレード１１８及び複数のステータベーン１２０を含む。とりわけ、タービンロータブレード１１８（又はバケット）は、複数の環状の軸方向に離間したステージ１２２にグループ分けされ、軸方向に整列したロータシャフト１２４上で回転可能であり、ロータシャフト１２４は、圧縮機１０２のロータブレード１１４と回転可能に結合される。同様に、ステータベーン１２０（又はノズル）は、複数の環状の軸方向に離間したステージ１２６にグループ分けされ、ロータステージ１２２によって軸方向に離隔される。とりわけ、タービン１０６は、任意の適切な数量のロータステージ１２２及びステータステージ１２６を有することがあり、タービン組立体１００が本明細書で説明したように機能するのを可能にし易くする。

タービン組立体１００の動作中、作動ガス流１２８（例えば、周囲空気）は、圧縮機１０２に入り、そこで流れ１２８は、圧縮されて燃焼器１０４の中に導かれる。結果として生じる圧縮流１３０は、燃焼器１０４内で燃料と混合されて点火され、燃焼ガス流１３２が発生して、タービン組立体１００から排気ガス流１３４として排出される前にタービン１０６を通して導かれる。より具体的には、燃焼ガス流１３２がタービン１０６を通して導かれるとき、流れ１３２は、ロータブレード１１８を移動させてロータシャフト１２４を駆動し、それが今度は圧縮機ロータブレード１１４を駆動する。燃焼ガス流１３２とそれらが直接接触することが少なくとも部分的な原因で、ロータブレード１１８は、他のタービン組立体よりも高めの温度の動作条件にさらされる傾向があり、したがって、望ましいことは、タービン組立体１００の動作中にロータブレード１１８を冷却することである。ブレード１１８を冷却し易くするために、圧縮ガス流１３０（即ち、冷却ガス（又はパージ）流１３６）の一部分は、ロータシャフト１２４を通して導かれ、したがって、冷却ガス流１３６は、燃焼器１０４を迂回し、続いて、タービン１０６内部の燃焼ガス流１３２の中に注入される前に各ロータブレード１１８の中に導かれる。

図２は、例示的なタービンセグメント２００の概略図である。例示的な実施形態では、タービンセグメント２００は、複数のボルト２０４を介して軸１０８に沿って共に結合される複数のタービンディスク２０２を含む。より具体的には、例示的な実施形態では、タービンセグメント２００は、第１のロータディスク２０６、第１のスペーサディスク２０８、第２のロータディスク２１０、第２のスペーサディスク２１２、第３のロータディスク２１４、第３のスペーサディスク２１６、及び第４のロータディスク２１８を含み、それらは、軸方向に逐次の順序で向かい合わせに配置され且つ第１のハブ２２０と第２のハブ２２２の間でボルト２０４を介して共に結合される。タービンセグメント２００は、例示的な実施形態では、４つのロータディスクと３つのスペーサディスクを有するが、タービンセグメント２００は、任意の適切なやり方で配置された任意の適切な数のロータディスクとスペーサディスクを有することができる。本明細書で使用するとき、用語「タービンディスク」は、圧縮機セクションでなく（例えば、圧縮機１０２でなく）タービンセクション（例えば、タービン１０６）と軸方向に整列するロータシャフトセグメントのディスクを指す。

例示的な実施形態では、第１のロータディスク２０６は、第１のロータステージ２２６の複数の周方向に離間した第１のロータブレード２２４に対して、軸方向に整列すると共に半径方向に結合され、したがって、第１のロータディスク２０６は、第１のロータブレード２２４と共に回転する。第１のスペーサディスク２０８は、第１のステータステージ２３０の複数の周方向に離間した第１のステータベーン２２８に対して、軸方向に整列すると共に半径方向に離間され、したがって、第１のスペーサディスク２０８は、第１のステータベーン２２８に対して回転する。第２のロータディスク２１０は、第２のロータステージ２３４の複数の周方向に離間した第２のロータブレード２３２に対して、軸方向に整列すると共に半径方向に結合され、したがって、第２のロータディスク２１０は、第２のロータブレード２３２と共に回転する。第２のスペーサディスク２１２は、第２のステータステージ２３８の複数の周方向に離間した第２のステータベーン２３６に対して、軸方向に整列すると共に半径方向に離間され、したがって、第２のスペーサディスク２１２は、第２のステータベーン２３６に対して回転する。第３のロータディスク２１４は、第３のロータステージ２４２の複数の周方向に離間した第３のロータブレード２４０に対して、軸方向に整列すると共に半径方向に結合され、したがって、第３のロータディスク２１４は、第３のロータブレード２４０と共に回転する。第３のスペーサディスク２１６は、第３のステータステージ２４６の複数の周方向に離間した第３のステータベーン２４４に対して、軸方向に整列すると共に半径方向に離間され、したがって、第３のスペーサディスク２１６は、第３のステータベーン２４４に対して回転する。第４のロータディスク２１８は、第４のロータステージ２５０の複数の周方向に離間した第４のロータブレード２４８に対して、軸方向に整列すると共に半径方向に結合され、したがって、第４のロータディスク２１８は、第４のロータブレード２４８と共に回転する。

例示的な実施形態では、アレイ状の周方向に離間した第１の冷却チャネル２５２は、第１のロータディスク２０６と第１のスペーサディスク２０８の間に画定され、アレイ状の周方向に離間した第２の冷却チャネル２５４は、第１のスペーサディスク２０８と第２のロータディスク２１０の間に画定される。同様に、アレイ状の周方向に離間した第３の冷却チャネル２５６は、第２のロータディスク２１０と第２のスペーサディスク２１２の間に画定され、アレイ状の周方向に離間した第４の冷却チャネル２５８は、第２のスペーサディスク２１２と第３のロータディスク２１４の間に画定される。同じように、アレイ状の周方向に離間した第５の冷却チャネル２６０は、第３のロータディスク２１４と第３のスペーサディスク２１６の間に画定され、アレイ状の周方向に離間した第６の冷却チャネル２６２は、第３のスペーサディスク２１６と第４のロータディスク２１８との間に画定される。各冷却チャネル２５２、２５４、２５６、２５８、２６０、及び２６２は、例示的な実施形態では直線的に延びて半径方向に配向（即ち、軸１０８に実質上垂直に配向）されているように図示されているが、各冷却チャネル２５２、２５４、２５６、２５８、２６０、及び２６２は、他の実施形態では任意の適切な形状及び／又は配向を有していてもよい（例えば、冷却チャネル２５２、２５４、２５６、２５８、２６０、及び／又は２６２は、半径方向に配向されていない湾曲した形状を有していてもよい）。

例示的な実施形態では、各第１のロータブレード２２４は、少なくとも１つの第１の冷却ガス排出ポート２６４と、第１の冷却ガス排出ポート２６４と流体連通する第１の内部冷却回路２６６と、を有する。しかも、各第２のロータブレード２３２は、少なくとも１つの第２の冷却ガス排出ポート２６８と、第２の冷却ガス排出ポート２６８と流体連通する第２の内部冷却回路２７０と、を有する。同様に、各第３のロータブレード２４０は、少なくとも１つの第３の冷却ガス排出ポート２７２と、第３の冷却ガス排出ポート２７２と流体連通する第３の内部冷却回路２７４と、を有し、各第４のロータブレード２４８は、少なくとも１つの第４の冷却ガス排出ポート２７６と、第４の冷却ガス排出ポート２７６と流体連通する第４の内部冷却回路２７８と、を有する。とりわけ、各第１の冷却チャネル２５２は、第１のロータブレード２２４の第１の内部冷却回路２６６と流体連通する。各第２の冷却チャネル２５４は、第２のロータブレード２３２の第２の内部冷却回路２７０と流体連通し、各第３の冷却チャネル２５６も、第２のロータブレード２３２の第２の内部冷却回路２７０と流体連通する。同じように、各第４の冷却チャネル２５８は、第３のロータブレード２４０の第３の内部冷却回路２７４と流体連通し、各第５の冷却チャネル２６０も、第３のロータブレード２４０の第３の内部冷却回路２７４と流体連通する。各第６の冷却チャネル２６２は、第４のロータブレード２４８の第４の内部冷却回路２７８と流体連通する。

例示的な実施形態では、中心導管２８０は、セグメント２００に沿って画定され、冷却ガス流１３６をロータシャフト１２４に沿って軸方向に導くことを可能にする。第１のロータディスク２０６、第１のスペーサディスク２０８、及び第２のロータディスク２１０は、第１の周方向プレナム２８２を共同で画定し、それを通して、冷却ガス流１３６が中心導管２８０から導かれる。同じように、第２のロータディスク２１０、第２のスペーサディスク２１２、及び第３のロータディスク２１４は、第２の周方向プレナム２８４を共同で画定し、それを通して、冷却ガス流１３６が中心導管２８０から導かれる。また、第３のロータディスク２１４、第３のスペーサディスク２１６、及び第４のロータディスク２１８は、第３の周方向プレナム２８６を共同で画定し、それを通して、冷却ガス流１３６が中心導管２８０から導かれる。第１の周方向プレナム２８２は、第１の冷却チャネル２５２及び第２の冷却チャネル２５４と流体連通し、第２の周方向プレナム２８４は、第３の冷却チャネル２５６及び第４の冷却チャネル２５８と流体連通し、第３の周方向プレナム２８６は、第５の冷却チャネル２６０及び第６の冷却チャネル２６２と流体連通する。代替的には、プレナム２８２、２８４、及び／又は、２８６は、任意の適切な形状と任意の適切な配向（例えば、プレナム２８２、２８４、及び／又は、２８６は、実施形態によっては周方向でないことがある）を有することができる。

タービン組立体１００の動作中、中心導管２８０からの冷却ガス流１３６は、周方向プレナム２８２、２８４、及び２８６をそれぞれ介して冷却チャネル２５２、２５４、２５６、２５８、２６０、及び２６２に入る。より具体的には、冷却ガス流１３６は、第１の周方向プレナム２８２を介して、各第１の冷却チャネル２５２及び各第２の冷却チャネル２５４に入り、冷却ガス流１３６は、第２の周方向プレナム２８４を介して、各第３の冷却チャネル２５６及び各第４の冷却チャネル２５８に入り、冷却ガス流１３６は、第３の周方向プレナム２８６を介して、各第５の冷却チャネル２６０及び各第６の冷却チャネル２６２に入る。

冷却チャネル２５２、２５４、２５６、２５８、２６０、及び２６２からの冷却ガス流１３６は、次いでそれぞれのロータブレード２２４、２３２、２４０、及び２４８の内部冷却回路２６６、２７０、２７４、及び２７８の中に導かれる。より具体的には、各第１の冷却チャネル２５２からの冷却ガス流１３６は、第１のロータブレード２２４の第１の内部冷却回路２６６に入る。各第２の冷却チャネル２５４からの冷却ガス流１３６は、第２のロータブレード２３２の第２の内部冷却回路２７０に入り、各第３の冷却チャネル２５６からの冷却ガス流１３６も、第２のロータブレード２３２の第２の内部冷却回路２７０に入る。同じように、各第４の冷却チャネル２５８からの冷却ガス流１３６は、第３のロータブレード２４０の第３の内部冷却回路２７４に入り、各第５の冷却チャネル２６０からの冷却ガス流１３６も、第３のロータブレード２４０の第３の内部冷却回路２７４に入る。各第６の冷却チャネル２６２からの冷却ガス流１３６は、第４のロータブレード２４８の第４の内部冷却回路２７８に入る。

内部冷却回路２６６、２７０、２７４、及び２７８からの冷却ガス流１３６は、次いで冷却ガス排出ポート２６４、２６８、２７２、及び２７６をそれぞれ介してロータブレード２２４、２３２、２４０、及び２４８から排出される。より具体的には、各第１の内部冷却回路２６６からの冷却ガス流１３６は、そのそれぞれの第１の冷却ガス排出ポート２６４から燃焼ガス流１３２の中に排出され、各第２の内部冷却回路２７０からの冷却ガス流１３６は、そのそれぞれの第２の冷却ガス排出ポート２６８から燃焼ガス流１３２の中に排出される。同じように、各第３の内部冷却回路２７４からの冷却ガス流１３６は、そのそれぞれの第３の冷却ガス排出ポート２７２から燃焼ガス流１３２の中に排出され、各第４の内部冷却回路２７８からの冷却ガス流１３６は、そのそれぞれの第４の冷却ガス排出ポート２７６から燃焼ガス流１３２の中に排出される。

図３は、タービンセグメント２００の拡大した部分である。例示的な実施形態では、各周方向プレナム２８２、２８４、及び２８６は、関連する冷却チャネル２５２及び２５４間、２５６及び２５８間、又は２６０及び２６２間のそれぞれにおいて、軸１０８から関連するスペーサディスク２０８、２１２、又は２１６に延びる半径２８８を有する。例えば、図３に示すように、第１の周方向プレナム２８２の半径２８８は、第１の冷却チャネル２５２と第２の冷却チャネル２５４の間において、軸１０８から第１のスペーサディスク２０８の半径方向内側表面２９０に延びる。第２の周方向プレナム２８４（図示せず）の半径２８８は、第２のスペーサディスク２１２、第３の冷却チャネル２５６、及び第４の冷却チャネル２５８に関連して同様に配向され、第３の周方向プレナム２８６（図示せず）の半径２８８は、第３のスペーサディスク２１６、第５の冷却チャネル２６０、及び第６の冷却チャネル２６２に関連して同様に配向される。

例示的な実施形態では、第２のロータディスク２１０、第３のロータディスク２１４、及び第４のロータディスク２１８の各々は、前方側表面２９２、後方側表面２９４、及び、前方側表面２９２から後方側表面２９４に延びる半径方向内側表面２９６を有する。第２のロータディスク２１０、第３のロータディスク２１４、及び第４のロータディスク２１８のうちの少なくとも１つは、それと一体的に形成されるか又はそれに結合されるデフレクタ３００を有する。例えば、図３に示すように、デフレクタ３００は、前方側表面２９２に沿って延びる一体的に形成された前方リテーナフランジ３０２と、前方リテーナフランジ３０２から内側表面２９６及び中心導管２８０に沿って下流に延びる一体的に形成されたブッシング３０４と、ブッシング３０４から後方側表面２９４に沿って延びる一体的に形成された後方リテーナフランジ３０６と、を介して第２のロータディスク２１０に結合される。とりわけ、デフレクタ３００は、内側表面２９６から半径方向外方の距離３０８で間隔付けされ、また、デフレクタ３００は、部分的に半径方向外向きで部分的に前向きである方向に配向される偏向表面３１０を有して、半径２８８に対して鋭角αを形成する。本明細書で使用するとき、用語「前方（ｆｏｒｗａｒｄ）」は、軸１０８に平行な圧縮機１０２の方に配向される方向３１２を指し、用語「後方（ｒｅａｒｗａｒｄ）」は、軸１０８に平行な圧縮機１０２から離れるように配向される方向３１６を指す。

デフレクタ３００、前方リテーナフランジ３０２、ブッシング３０４、及び後方リテーナフランジ３０６は、例示的な実施形態では、共に一体的に形成されるが、デフレクタ３００、前方リテーナフランジ３０２、ブッシング３０４、及び後方リテーナフランジ３０６は、他の実施形態では、任意の適切なやり方で共に結合されてもよい。しかも、デフレクタ３００、前方リテーナフランジ３０２、ブッシング３０４、及び後方リテーナフランジ３０６は、例示的な実施形態では、周方向であるが、デフレクタ３００、前方リテーナフランジ３０２、ブッシング３０４、及び／又は後方リテーナフランジ３０６は、他の実施形態では、周方向でなくてもよい。代替的には、デフレクタ３００は、任意の適切なやり方で第２のロータディスク２１０に結合されてもよい（即ち、デフレクタ３００は、前方リテーナフランジ３０２、ブッシング３０４、及び後方リテーナフランジ３０６を用いて、第２のロータディスク２１０に結合されてもよい）。

タービン組立体１００の動作中、デフレクタ３００は、冷却チャネル２５２、２５４、２５６、２５８、２６０、及び２６２間の冷却ガス流１３６の良好な分配をし易くする。例えば、図３に示すように、第２のロータディスク２１０のデフレクタ３００は、第１の冷却チャネル２５２に向けて概ね前方に冷却ガス流１３６をそらすことによって、過剰な量の冷却ガス流１３６が第２の冷却チャネル２５４に入るのを防止し易くする。より具体的には、偏向表面３１０が半径２８８に対して鋭角αで配向されるという理由で、第１の周方向プレナム２８２に入る冷却ガス流１３６は、第１の冷却チャネル２５２に向けて概ね前方にそらされて、第１の冷却チャネル２５２が十分な量の冷却ガスを備えることを確実化し易くして、第１のロータブレード２２４の妥当な冷却が促進される。そういうことで、第１の冷却チャネル２５２に入る冷却ガス流１３６は、２つの異なった半径方向の場所で、即ち、第１の半径方向の場所３１４（概ね後方に流れている間）と、第１の半径方向の場所３１４から半径方向外方に間隔付けされる第２の半径方向の場所３１８（概ね前方に流れている間）とで半径２８８を横切る。しかも、第２の冷却チャネル２５４に入る冷却ガス流１３６は、３つの異なった半径方向の場所で、即ち、第１の半径方向の場所３１４（概ね後方に流れている間）と、第２の半径方向の場所３１８（概ね前方に流れている間）と、第２の半径方向の場所３１８から半径方向外方に間隔付けされる第３の半径方向の場所３２０（概ね後方に流れている間）とで半径２８８を横切る。結果として、冷却ガス流１３６は、第１の周方向プレナム２８２内部で概ねＳ形状の流れ経路（図３に示すような）を有する。デフレクタ３００が同じようなやり方で第３のロータディスク２１４及び／又は第４のロータディスク２１８と一体的に形成又は結合される場合、第２の周方向プレナム２８４及び第３の周方向プレナム２８６のそれぞれの内部の冷却ガス流１３６は、概ねＳ形状である同じような流れ経路を有する。

本明細書で説明した方法及びシステムは、ガスタービン組立体のタービンロータブレードを冷却し易くする。より具体的には、方法及びシステムは、タービンロータブレード間の冷却ガスの分配をし易くして、各ロータブレード（特に、タービンの第１のロータステージのロータブレード）が適切に冷却されるのを確実にする。例えば、方法及びシステムは、プレナム内部でデフレクタを提供し易くして、プレナムと関連する前方の冷却チャネルの方へ冷却ガスをそらし、それによって、過剰な量の冷却ガスが、プレナムと関連する後方の冷却チャネルに入るのを防止する。結果として、方法及びシステムは、タービンロータブレードがガスタービン組立体の動作中に適切に冷却されることを確実化し易くして、それによって、タービンロータブレードが熱に関連する破砕に直面する可能性が減少し、次には、タービンロータブレードの耐用年数が向上する。

タービンディスクの例示的な実施形態については、上で詳細に説明している。本明細書で説明した方法及びシステムは、本明細書で説明した特定の実施形態に限定されず、むしろ、方法及びシステムの構成要素は、本明細書で説明した他の構成要素から独立して別個に利用することができる。例えば、本明細書で説明した方法及びシステムは、他の用途を有していてもよく、本明細書で説明したようなガスタービン組立体による実施に限定されない。むしろ、本明細書で説明した方法及びシステムは、様々な他の産業と関連して実施及び利用することができる。

本発明については、様々な特定の実施形態の観点から説明してきたが、特許請求の範囲の思想及び範囲の中での修正をもって本発明が実施できることを当業者なら認識するであろう。

最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
第１のロータディスク（２０６）と、
第２のロータディスク（２１０）と、
プレナム（２８２）を画定するために軸（１０８）に沿って前記第１及び第２のロータディスク間に結合されるスペーサディスク（２０８）と、
を含むタービンディスク組立体であって、
前記スペーサディスクは、前記軸からの半径（２８８）を備えた内側表面（２９０）を有し、前記第１のロータディスクと前記スペーサディスクの間に画定される第１の冷却チャネル（２５２）は、前記プレナムと流体連通し、前記第２のロータディスクは、前記プレナム内部に位置決めされる偏向表面（３１０）を有するデフレクタ（３００）を含み、したがって、前記偏向表面は、前記スペーサディスクの前記内側表面の前記半径に対して鋭角（α）で前記第１の冷却チャネルに向けて配向される、タービンディスク組立体。
［実施態様２］
第２の冷却チャネル（２５４）は、前記第２のロータディスク（２１０）と前記スペーサディスク（２０８）の間に画定される、実施態様１に記載のタービンディスク組立体。
［実施態様３］
前記第２のロータディスク（２１０）は、側表面（２９２）を含み、前記デフレクタ（３００）は、前記側表面と一体的に形成される、実施態様１に記載のタービンディスク組立体。
［実施態様４］
前記第２のロータディスク（２１０）は、側表面（２９２）を含み、前記デフレクタ（３００）は、前記側表面に結合される、実施態様１に記載のタービンディスク組立体。
［実施態様５］
前記第２のロータディスク（２１０）は、第１の側表面（２９２）と、第２の側表面（２９４）と、前記第１の側表面（２９２）と前記第２の側表面（２９４）の間に延びる内側表面（２９６）と、を含み、前記第２のロータディスクは、前記第２のロータディスクの前記内側表面に結合されるブッシング（３０４）を更に含み、前記デフレクタ（３００）は、前記ブッシングと一体的に形成される、実施態様１に記載のタービンディスク組立体。
［実施態様６］
前記デフレクタ（３００）は、前記軸（１０８）の周りを周方向に延びる、実施態様１に記載のタービンディスク組立体。
［実施態様７］
タービンディスク組立体を製作する方法であって、前記方法は、
第１のロータディスクを形成することと、
偏向表面を有するデフレクタを含むように第２のロータディスクを形成することと、
内側表面を有するようにスペーサディスクを形成することと、
プレナム（２８２）を画定するために軸（１０８）に沿って前記第１及び第２のロータディスク間に前記スペーサディスク（２０８）を結合することと、を含み、
半径は、前記軸（１０８）から前記スペーサディスク（２０８）の内側表面に画定され、したがって、前記第１のロータディスクと前記スペーサディスクの間に画定される第１の冷却チャネル（２５２）は、前記プレナムと流体連通し、また、前記偏向表面は、前記プレナム内部に位置決めされ且つ前記スペーサディスクの前記内側表面の前記半径に対して鋭角で前記第１の冷却チャネルに向けて配向される、タービンディスク組立体を製作する方法。
［実施態様８］
前記スペーサディスクを前記第１のロータディスクと前記第２のロータディスクの間に結合することは、前記第２のロータディスクを前記スペーサディスクに結合することを含み、したがって、第２の冷却チャネルは、前記第２のロータディスクと前記スペーサディスクの間に画定される、実施態様７に記載の方法。
［実施態様９］
第２のロータディスクを形成することは、前記第２のロータディスクを形成することを含み、したがって、前記第２のロータディスクは、側表面を有し、また、前記デフレクタは、前記側表面と一体的に形成される、実施態様７に記載の方法。
［実施態様１０］
第２のロータディスクを形成することは、前記第２のロータディスクを形成することを含み、したがって、前記第２のロータディスクが側表面を有し、また、前記デフレクタが前記側表面に結合される、実施態様７に記載の方法。
［実施態様１１］
第２のロータディスクを形成することは、
第１の側表面（２９２）と、第２の側表面（２９４）と、前記第１の側表面（２９２）と前記第２の側表面（２９４）の間に延びる内側表面（２９６）と、を含むように前記第２のロータディスクを形成することと、
前記デフレクタをブッシングと共に一体的に形成することと、
前記ブッシングが前記第２のロータディスクの前記内側表面に沿って延びるように前記ブッシングを前記第２のロータディスクの前記内側表面に結合することと、を含む、実施態様７に記載の方法。
［実施態様１２］
第２のロータディスクを形成することは、前記デフレクタ（３００）を形成することを含み、したがって、前記デフレクタ（３００）が前記軸（１０８）の周りを周方向に延びる、実施態様７に記載の方法。
［実施態様１３］
複数の圧縮機ロータブレード（１１４）を含む圧縮機（１０２）と、
複数のタービンロータブレード（１１８）を含み、前記タービンロータブレードの各々が内部冷却回路（２６６、２７０、２７４、２７８）を有するタービン（１０６）と、
前記タービンロータブレードを前記圧縮機ロータブレードに回転可能に結合するロータシャフト（１２４）と、
を含むガスタービン組立体（１００）であって、前記圧縮機は、前記ロータシャフトを横切る前記タービンロータブレードの前記内部冷却回路と流体連通し、タービンセグメント（２００）を有する前記ロータシャフトは、
第１のロータディスク（２０６）と、
第２のロータディスク（２１０）と、
プレナム（２８２）を画定するために軸（１０８）に沿って前記第１及び第２のロータディスク間に結合されるスペーサディスク（２０８）と、を含み、
前記スペーサディスクは、前記軸からの半径（２８８）を備えた内側表面（２９０）を有し、第１の冷却チャネル（２５２）は、前記第１のロータディスクと前記スペーサディスクの間に画定され、したがって、前記第１の冷却チャネル（２５２）は、前記プレナム及び前記タービンロータブレードのうちの１つの前記内部冷却回路と流体連通し、前記第２のロータディスクは、前記プレナム内部に位置決めされる偏向表面（３１０）を有するデフレクタ（３００）を含み、したがって、前記偏向表面は、前記スペーサディスクの前記内側表面の前記半径に対して鋭角（α）で前記第１の冷却チャネルに向けて配向される、ガスタービン組立体（１００）。
［実施態様１４］
第２の冷却チャネル（２５４）は、前記第２のロータディスク（２１０）と前記スペーサディスク（２０８）の間に画定される、実施態様１３に記載のガスタービン組立体（１００）。
［実施態様１５］
前記第２のロータディスク（２１０）は、側表面（２９２）を含み、前記デフレクタ（３００）は、前記側表面と一体的に形成される、実施態様１３に記載のガスタービン組立体（１００）。
［実施態様１６］
前記第２のロータディスク（２１０）は、側表面（２９２）を含み、前記デフレクタ（３００）は、前記側表面に結合される、実施態様１３に記載のガスタービン組立体（１００）。
［実施態様１７］
前記第２のロータディスク（２１０）は、第１の側表面（２９２）と、第２の側表面（２９４）と、前記第１の側表面（２９２）と前記第２の側表面（２９４）の間に延びる内側表面（２９６）と、を含み、前記第２のロータディスクは、前記第２のロータディスクの前記内側表面に結合されるブッシング（３０４）を更に含み、前記デフレクタ（３００）は、前記ブッシングと一体的に形成される、実施態様１３に記載のガスタービン組立体（１００）。
［実施態様１８］
前記デフレクタ（３００）は、前記軸（１０８）の周りを周方向に延びる、実施態様１３に記載のガスタービン組立体（１００）。
［実施態様１９］
前記タービンロータブレードの各々は、そのそれぞれの内部冷却回路と流体連通する冷却ガス排出ポートを含む、実施態様１３に記載のガスタービン組立体（１００）。
［実施態様２０］
前記タービンセグメントは、第１のハブ、第２のハブ、及び複数のボルトを更に含み、したがって、前記第１のタービンロータディスク、前記第２のタービンロータディスク、及び前記スペーサディスクは、前記ボルトを介して前記第１のハブと前記第２のハブの間で共に結合される、実施態様１３に記載のガスタービン組立体（１００）。

１００ガスタービン組立体
１０２圧縮機
１０４燃焼器
１０６タービン
１０８中心線軸
１１０半径方向の寸法
１１２周方向の寸法
１１４圧縮機ロータブレード
１１６圧縮機ステータベーン
１１８タービンロータブレード
１２０タービンステータベーン
１２２ロータステージ
１２４ロータシャフト
１２６ステータステージ
１２８作動ガス流
１３０圧縮ガス流
１３２燃焼ガス流
１３４排気ガス流
１３６冷却ガス流
２００タービンセグメント
２０２タービンディスク
２０４ボルト
２０６第１のロータディスク
２０８第１のスペーサディスク
２１０第２のロータディスク
２１２第２のスペーサディスク
２１４第３のロータディスク
２１６第３のスペーサディスク
２１８第４のロータディスク
２２０第１のハブ
２２２第２のハブ
２２４第１のロータブレード
２２６第１のロータステージ
２２８第１のステータベーン
２３０第１のステータステージ
２３２第２のロータブレード
２３４第２のロータステージ
２３６第２のステータベーン
２３８第２のステータステージ
２４０第３のロータブレード
２４２第３のロータステージ
２４４第３のステータベーン
２４６第３のステータステージ
２４８第４のロータブレード
２５０第４のロータステージ
２５２第１の冷却チャネル
２５４第２の冷却チャネル
２５６第３の冷却チャネル
２５８第４の冷却チャネル
２６０第５の冷却チャネル
２６２第６の冷却チャネル
２６４第１の冷却ガス排出ポート
２６６第１の内部冷却回路
２６８第２の冷却ガス排出ポート
２７０第２の内部冷却回路
２７２第３の冷却ガス排出ポート
２７４第３の内部冷却回路
２７６第４の冷却ガス排出ポート
２７８第４の内部冷却回路
２８０中心導管
２８２第１の周方向プレナム
２８４第２の周方向プレナム
２８６第３の周方向プレナム
２８８半径
２９０第１のスペーサディスク半径方向内側表面
２９２ロータディスク前方側表面
２９４ロータディスク後方側表面
２９６ロータディスク半径方向内側表面
３００デフレクタ
３０２前方リテーナフランジ
３０４ブッシング
３０６後方リテーナフランジ
３０８距離
３１０偏向表面
３１２前方方向
３１４第１の半径方向の場所
３１６後方方向
３１８第２の半径方向の場所
３２０第３の半径方向の場所
α 角度

Claims

第１のロータディスク（２０６）と、
第２のロータディスク（２１０）と、
プレナム（２８２）を画定するために軸（１０８）に沿って前記第１及び第２のロータディスク間に結合されるスペーサディスク（２０８）と、
を含むタービンディスク組立体であって、
前記スペーサディスクは、前記軸からの半径（２８８）を備えた内側表面（２９０）を有し、前記第１のロータディスクと前記スペーサディスクの間に画定される第１の冷却チャネル（２５２）は、前記プレナムと流体連通し、前記第２のロータディスクは、前記プレナム内部に位置決めされる偏向表面（３１０）を有するデフレクタ（３００）を含み、したがって、前記偏向表面は、前記スペーサディスクの前記内側表面の前記半径に対して鋭角（α）で前記第１の冷却チャネルに向けて配向される、タービンディスク組立体。
第２の冷却チャネル（２５４）は、前記第２のロータディスク（２１０）と前記スペーサディスク（２０８）の間に画定される、請求項１記載のタービンディスク組立体。
前記第２のロータディスク（２１０）は、側表面（２９２）を含み、前記デフレクタ（３００）は、前記側表面と一体的に形成される、請求項１記載のタービンディスク組立体。
前記第２のロータディスク（２１０）は、側表面（２９２）を含み、前記デフレクタ（３００）は、前記側表面に結合される、請求項１記載のタービンディスク組立体。
前記第２のロータディスク（２１０）は、第１の側表面（２９２）と、第２の側表面（２９４）と、前記第１の側表面（２９２）と前記第２の側表面（２９４）の間に延びる内側表面（２９６）と、を含み、前記第２のロータディスクは、前記第２のロータディスクの前記内側表面に結合されるブッシング（３０４）を更に含み、前記デフレクタ（３００）は、前記ブッシングと一体的に形成される、請求項１記載のタービンディスク組立体。
前記デフレクタ（３００）は、前記軸（１０８）の周りを周方向に延びる、請求項１記載のタービンディスク組立体。
複数の圧縮機ロータブレード（１１４）を含む圧縮機（１０２）と、
複数のタービンロータブレード（１１８）を含み、前記タービンロータブレードの各々が内部冷却回路（２６６、２７０、２７４、２７８）を有するタービン（１０６）と、
前記タービンロータブレードを前記圧縮機ロータブレードに回転可能に結合するロータシャフト（１２４）と、
を含むガスタービン組立体（１００）であって、
前記圧縮機は、前記ロータシャフトを横切る前記タービンロータブレードの前記内部冷却回路と流体連通し、タービンセグメント（２００）を有する前記ロータシャフトは、
第１のロータディスク（２０６）と、
第２のロータディスク（２１０）と、
プレナム（２８２）を画定するために軸（１０８）に沿って前記第１及び第２のロータディスク間に結合されるスペーサディスク（２０８）と、を含み、
前記スペーサディスクは、前記軸からの半径（２８８）を備えた内側表面（２９０）を有し、第１の冷却チャネル（２５２）は、前記第１のロータディスクと前記スペーサディスクの間に画定され、したがって、前記第１の冷却チャネルは、前記プレナム及び前記タービンロータブレードのうちの１つの前記内部冷却回路と流体連通し、前記第２のロータディスクは、前記プレナム内部に位置決めされる偏向表面（３１０）を有するデフレクタ（３００）を含み、したがって、前記偏向表面は、前記スペーサディスクの前記内側表面の前記半径に対して鋭角（α）で前記第１の冷却チャネルに向けて配向される、ガスタービン組立体（１００）。
第２の冷却チャネル（２５４）は、前記第２のロータディスク（２１０）と前記スペーサディスク（２０８）の間に画定される、請求項７記載のガスタービン組立体（１００）。
前記第２のロータディスク（２１０）は、側表面（２９２）を含み、前記デフレクタ（３００）は、前記側表面と一体的に形成される、請求項７記載のガスタービン組立体（１００）。
前記第２のロータディスク（２１０）は、前記側表面（２９２）を含み、前記デフレクタ（３００）は、前記側表面に結合される、請求項７記載のガスタービン組立体（１００）。