JP2021116807A - 付加製造による一体型インピンジメントスリーブを備えたタービンロータブレード - Google Patents

Abstract

【課題】一体型特徴を備えたタービンロータブレードの冷却手段を提供する。【解決手段】タービンロータブレード１２０は、付加製造され、冷却剤の流れ１３６を受け入れるための半径方向に延びるチャンバ１３４を備えた翼形部本体１２２と、翼形部本体１２２の半径方向外側端１４２にある先端１４０と、翼形部本体１２２の半径方向内側端１５２にあるシャンク１４８とを含む。半径方向に延びるチャンバ１３４は、シャンク内側表面１５４を画定するために、シャンク１４８に少なくとも部分的に延びる。一体型インピンジメント冷却構造１６０は、半径方向に延びるチャンバ１３４内にある。一体型インピンジメント冷却構造１６０は、その中空体１６２の外部表面１７０が、チャンバ１３４の曲率にかかわらず、翼形部内側表面１３２から均一に隔置されることを可能にする。タービンロータブレード１２０は、ブレード１２０全体にインピンジメント冷却１６０を有する。【選択図】図５

Description

本開示は、一般に、ターボ機械に関し、より具体的には、一体型インピンジメントスリーブ、プラットフォーム内の非線形冷却通路、冷却剤移送通路を備えたエンジェルウィング、および一体型格子支持構造を備えた中空ダブテールなどの多数の付加製造された一体型特徴を備えたタービンロータブレードに関する。

ターボ機械は、ロータに結合された複数のタービンロータブレードを含む。蒸気または燃焼燃料などの作動流体がブレードに押し付けられ、ブレードがロータを回転させる。タービンロータブレードは非常に高温の状態で動作し、冷却が必要となる。冷却特徴は、多数の方法で提供することができる。

冷却を提供する１つの機構は、インピンジメントインサートである。インピンジメントインサートまたはスリーブは、その壁に冷却通路を有する中空体を含み、これにより、冷却通路を通して冷却剤を送達し、冷却される表面に作用または衝突させることが可能である。インピンジメントインサートは、例えば、タービンロータブレードなどのターボ機械内の様々な高温ガス経路（ＨＧＰ）構成要素で使用され、内部の冷却回路の冷却性能を向上させる。インピンジメントインサートの課題の１つは、高い冷却性能を可能にするために十分に接近させ、かつ冷却が無効になるほど接近させずに、ＨＧＰ構成要素におけるテーパ状のまたは湾曲した空洞内にインピンジメントインサートを位置決めすることである。インピンジメントインサートの冷却性能の１つの指標は、Ｚ／Ｄパラメータであり、これは、インサートとＨＧＰ構成要素の内部表面との間のスタンドオフ距離Ｄと、インピンジメントインサート内の冷却通路（孔）の直径Ｄの比率である。インサートのＺ／Ｄパラメータ値は、典型的には、より良好な冷却性能をもたらす所望の範囲内に収まるように設計されている。

インピンジメント冷却は、典型的には、必要なスタンドオフ距離を形成することができないインサートによっては提供されない。例えば、ＨＧＰ構成要素内の空洞の湾曲が大きすぎて、必要なスタンドオフ距離を確保するようにインピンジメントインサートを十分に薄くしたり湾曲させたりすることができない場合、インピンジメント冷却を提供することができない。この課題に対処するための１つのアプローチには、ＨＧＰ構成要素への挿入を容易にするために、多数の柔軟な長手方向セクションにインピンジメントインサートを提供することが挙げられる。しかし、多数のインサートセクションを順番に位置決めして共に結合するか、またはそれらをＨＧＰ構成要素に結合する必要があるため、製造の複雑さ、時間、およびコストが増加する。柔軟なインピンジメントインサートセクションはまた、それらの周辺、すなわち、横方向（断面）の周りに隣接する要素を提供せず、それによりインサートセクションが不連続である場合に冷却性能を損なう場合がある。

インピンジメント冷却は、ターボ機械内の回転タービンロータブレード、例えば、その前縁に限定されて適用されている。しかし、インピンジメント冷却はタービンロータブレードの内側表面全体にわたって広く適用されておらず、これは、回転ブレードが受ける遠心力により、ブレードが回転するときにブレードの半径方向外側先端に冷却剤が押し付けられ、インピンジメント冷却の効果が低下するためである。

別の冷却特徴には、冷却されるタービンロータブレードの一部を通る冷却通路が挙げられる。例えば、タービンロータブレードは、横方向に延びるプラットフォームを含み、隣接するタービンロータブレードのプラットフォームと協働してターボ機械を通る作動流体経路の一部を形成する。作動流体は高温であるため、プラットフォームは、典型的には、プラットフォームのスラッシュ面を通って出る多数の冷却通路に供給する冷却回路を内部に含む。一部のプラットフォームは、スラッシュ面に減衰ピンシートを含み、これは軸方向に延びるピンを内部に受け入れ、隣接するプラットフォームにおける隣接する減衰ピンシートと嵌合して作動流体経路をシールする。冷却通路は、典型的には、スラッシュ面を穿孔して通路を冷却回路に流体結合する。その結果、冷却通路は線形構成を有し、すべてのプラットフォームを適切に冷却することができなくなる。例えば、冷却通路は、減衰ピンシートを形成する延長部を通過するが、スラッシュ面の他の部分の冷却が不十分である。

冷却特徴は、エンジェルウィングにも用いることができる。この点に関して、別の冷却特徴は、冷却剤をエンジェルウィングに、またはエンジェルウィングの周りに半径方向に送達する冷却通路を含む。タービンロータブレード用のマウントもまた、内部に冷却特徴を含み得る。

本開示の第１の態様は、前縁および後縁に沿って接続する凹状正圧側外側壁および凸状負圧側外側壁を含む翼形部本体であって、外側壁は、冷却剤の流れを受け入れるための半径方向に延びるチャンバを画定する翼形部内側表面を有する翼形部本体と、翼形部本体の半径方向外側端にある先端と、翼形部本体の半径方向内側端にあるシャンクであって、半径方向に延びるチャンバは、シャンクに少なくとも部分的に延びてシャンク内側表面を画定するシャンクと、半径方向に延びるチャンバ内のインピンジメント冷却構造であって、第１の端部、第２の端部、内部表面、および外部表面を含む中空体と、中空体を通って半径方向に延びるチャンバと流体連通し、冷却剤の流れが中空体の内部表面から通過して少なくとも翼形部内側表面に衝突することを可能にする複数の冷却通路とを含むインピンジメント冷却構造とを備え、中空体の第１の端部は、シャンク内側表面に一体的に形成され、中空体の外部表面は、中空体の第１の端部と第２の端部との間で翼形部内側表面から均一に隔置される、タービンロータブレードを提供する。

本開示の第２の態様は、前縁および後縁に沿って接続する凹状正圧側外側壁および凸状負圧側外側壁を含む翼形部本体であって、外側壁は、冷却剤の流れを受け入れるための半径方向に延びるチャンバを画定する翼形部内側表面を有する翼形部本体と、半径方向に延びるチャンバ内の一体型インピンジメント冷却構造であって、第１の端部、第２の端部、内部表面、および外部表面を含む中空体と、中空体を通って半径方向に延びるチャンバと流体連通し、冷却剤の流れが中空体の内部表面から通過して少なくとも翼形部内側表面に衝突することを可能にする複数の冷却通路とを含む一体型インピンジメント冷却構造とを備え、中空体の外部表面は、中空体の第１の端部と第２の端部との間で翼形部内側表面から均一に隔置される、付加製造されたタービンロータブレードを提供する。

本開示の第３の態様は、材料の層を連続的に作成し、熱源を適用して材料の層を焼結し、前縁および後縁に沿って接続する凹状正圧側外側壁および凸状負圧側外側壁を含む翼形部本体であって、外側壁は、冷却剤の流れを受け入れるための半径方向に延びるチャンバを画定する翼形部内側表面を有する翼形部本体と、半径方向に延びるチャンバ内のインピンジメント冷却構造であって、第１の端部、第２の端部、内部表面、および外部表面を含む中空体と、中空体を通って半径方向に延びるチャンバと流体連通し、冷却剤の流れが中空体の内部表面から通過して少なくとも翼形部内側表面に衝突することを可能にする複数の冷却通路とを含む一体型インピンジメント冷却構造とを形成することを含み、中空体の外部表面は、中空体の第１の端部と第２の端部との間で翼形部内側表面から均一に隔置される、方法を提供する。

本開示の第４の態様は、前縁および後縁に沿って接続する凹状正圧側外側壁および凸状負圧側外側壁を含む翼形部本体であって、外側壁は、冷却剤の流れを受け入れるための半径方向に延びるチャンバを画定する翼形部本体と、翼形部本体に対して横方向外側に延び、少なくとも１つのスラッシュ面で終端するプラットフォームと、プラットフォーム内に画定され、冷却剤の流れの供給源と流体連通する冷却回路と、プラットフォーム内に画定され、冷却回路と流体連通する少なくとも１つの冷却通路であって、冷却回路から非線形構成で延び、プラットフォームの少なくとも１つのスラッシュ面を通って出る少なくとも１つの冷却通路とを備える、タービンロータブレードを提供する。

本開示の第５の態様は、前縁および後縁に沿って接続する凹状正圧側外側壁および凸状負圧側外側壁を含む翼形部本体であって、外側壁は、冷却剤の流れを受け入れるための半径方向に延びるチャンバを画定する翼形部本体と、翼形部本体に対して横方向外側に延び、少なくとも１つのスラッシュ面で終端するプラットフォームと、プラットフォーム内に画定され、冷却剤の流れの供給源と流体連通する冷却回路と、プラットフォーム内に画定され、冷却回路と流体連通する少なくとも１つの冷却通路であって、冷却回路から非線形構成で延び、プラットフォームのスラッシュ面を通って出る少なくとも１つの冷却通路とを備える、付加製造されたタービンロータブレードを提供する。

第６の態様は、前縁および後縁に沿って接続する凹状正圧側外側壁および凸状負圧側外側壁を含む翼形部本体と、翼形部本体の半径方向内側端にあるシャンクと、シャンクの少なくとも１つの側から横方向に延びる少なくとも１つのエンジェルウィングと、少なくとも１つのエンジェルウィングを通して画定された冷却剤移送通路であって、シャンクと第１の隣接するタービンロータブレードの第１の隣接するシャンクとの間に画定された第１のホイールスペース部分と、シャンクと第２の隣接するタービンロータブレードの第２の隣接するシャンクとの間に画定された第２のホイールスペース部分を流体結合する冷却剤移送通路とを備える、タービンロータブレードを含む。

本開示の第７の態様は、前縁および後縁に沿って接続する凹状正圧側外側壁および凸状負圧側外側壁を含む翼形部本体と、翼形部本体の半径方向内側端にあるシャンクと、シャンクの少なくとも１つの側から横方向に延びる少なくとも１つのエンジェルウィングと、少なくとも１つのエンジェルウィングを通して画定された冷却剤移送通路であって、シャンクと第１の隣接するタービンロータブレードの第１の隣接するシャンクとの間に画定された第１のホイールスペース部分と、シャンクと第２の隣接するタービンロータブレードの第２の隣接するシャンクとの間に画定された第２のホイールスペース部分を流体結合する冷却剤移送通路とを備える、付加製造されたタービンロータブレードに関する。

第８の態様は、第１のタービンロータブレード、第２のタービンロータブレード、および第３のタービンロータブレードを備え、第１のタービンロータブレードは、第２および第３のタービンロータブレードの間に位置決めされ、各タービンロータブレードは、前縁および後縁に沿って接続する凹状正圧側外側壁および凸状負圧側外側壁を含む翼形部本体と、翼形部本体の半径方向内側端にあるシャンクと、シャンクの少なくとも１つの側から横方向に延びる少なくとも１つのエンジェルウィングであって、第１および第２のタービンロータブレードのシャンクは、それらの間に第１のホイールスペース部分を画定し、第１および第３のタービンロータブレードのシャンクは、それらの間に第２のホイールスペース部分を画定する少なくとも１つのエンジェルウィングと、第１のタービンロータブレード内の少なくとも１つのエンジェルウィングを通して画定された冷却剤移送通路であって、第１のホイールスペース部分と第２のホイールスペース部分を流体結合する冷却剤移送通路とを含む、タービンロータブレードのセットに関する。

第９の態様は、内部に画定された半径方向に延びるチャンバを有するシャンクと、シャンクの半径方向内側端にあるブレードマウントであって、ブレードマウントは、内部に画定された中空内部を有し、中空内部は、半径方向に延びるチャンバと流体連通するブレードマウントと、ブレードマウントの中空内部内に配置された格子支持構造とを備える、タービンロータブレード根元に関する。

第１０の態様は、内部に画定された半径方向に延びるチャンバを有するシャンクと、シャンクの半径方向内側端にあるブレードマウントであって、ブレードマウントは、内部に画定された中空内部を有し、中空内部は、半径方向に延びるチャンバと流体連通するブレードマウントと、ブレードマウントの中空内部内に配置された格子支持構造と、シャンクの少なくとも１つの側から横方向に延びる少なくとも１つのエンジェルウィングと、少なくとも１つのエンジェルウィングを通して画定された冷却剤移送通路であって、シャンクと第１の隣接するタービンロータブレード根元の第１の隣接するシャンクとの間に画定された第１のホイールスペース部分と、シャンクと第２の隣接するタービンロータブレード根元の第２の隣接するシャンクとの間に画定された第２のホイールスペース部分を流体結合する冷却剤移送通路とを備える、タービンロータブレード根元を含む。

第１１の態様は、内部に画定された半径方向に延びるチャンバを有するシャンクと、シャンクの半径方向内側端にあるブレードマウントであって、ブレードマウントは、内部に画定された中空内部を有し、中空内部は、半径方向に延びるチャンバと流体連通するブレードマウントと、ブレードマウントの中空内部内に配置された格子支持構造と、シャンクの少なくとも１つの側から横方向に延びる少なくとも１つのエンジェルウィングと、少なくとも１つのエンジェルウィングを通して画定された冷却剤移送通路であって、シャンクと第１の隣接するタービンロータブレード根元の第１の隣接するシャンクとの間に画定された第１のホイールスペース部分と、シャンクと第２の隣接するタービンロータブレード根元の第２の隣接するシャンクとの間に画定された第２のホイールスペース部分を流体結合する冷却剤移送通路とを備える、タービンロータブレード根元に関する。

本開示の例示的な態様は、本明細書で説明される問題および／または検討されていない他の問題を解決するように設計されている。

本開示のこれらおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を図示する添付の図面と併せて、本開示の様々な態様に関する以下の詳細な説明から、さらに容易に理解されるであろう。

例示的なガスタービン（ＧＴ）システムの概略図である。 図１のＧＴシステムと共に使用することができる例示的なガスタービンアセンブリの断面図である。 本開示の実施形態を採用することができるタイプのタービンロータブレードの斜視図である。 本開示の一実施形態による、一体型インピンジメントスリーブを含むタービンロータブレードの軸方向断面図である。 本開示の一実施形態による、一体型インピンジメントスリーブを含むタービンロータブレードの半径方向の円周方向断面図である。 本開示の別の実施形態による、タービンロータブレードのインピンジメント冷却構造およびシャンクの合流場所の拡大断面図である。 本開示の別の実施形態による、可変壁厚を備えたインピンジメント冷却構造の拡大断面図である。 本開示の一実施形態による、その冷却通路の周りに補強部材を備えたインピンジメント冷却構造の拡大断面図である。 本開示の代替の実施形態による、インピンジメント冷却構造の平面断面図である。 本開示の一実施形態による、一体型インピンジメントスリーブを含むタービンロータブレードの第１の部分軸方向断面図である。 本開示の一実施形態による、一体型インピンジメントスリーブを含むタービンロータブレードの第２の部分軸方向断面図である。 本開示の実施形態による、タービンロータブレードのプラットフォーム内の冷却通路の斜視図である。 本開示の実施形態による、タービンロータブレードのプラットフォームの側面における冷却通路の透明平面図である。 本開示の実施形態による、タービンロータブレードのプラットフォーム内の冷却通路の拡大断面図である。 本開示の実施形態による、タービンロータブレードのプラットフォーム内の冷却通路の拡大断面図である。 本開示の実施形態による、タービンロータブレードのプラットフォーム内の冷却通路の拡大断面図である。 本開示の実施形態による、タービンロータブレードのプラットフォーム内の冷却通路の拡大断面図である。 本開示の実施形態による、タービンロータブレードのプラットフォーム内の冷却通路の拡大断面図である。 本開示の実施形態による、エンジェルウィングを含むタービンロータブレードの断面図である。 本開示の実施形態による、エンジェルウィングを含むタービンロータブレードの透明斜視図である。 本開示の実施形態による、エンジェルウィングを含むタービンロータブレードのセットの概略軸方向図である。 本開示の実施形態による、エンジェルウィングを含むタービンロータブレードの平面図である。 本開示の実施形態による、エンジェルウィングを含むタービンロータブレードの側面図である。 本開示の実施形態による、エンジェルウィングを含むタービンロータブレードの側面図である。 本開示の実施形態による、格子支持構造を含むタービンロータブレードの中空ブレードマウントの断面図である。 本開示の実施形態による、格子支持構造を含むタービンロータブレードの根元の斜視断面図である。

本開示の図面は、必ずしも原寸に比例しないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様だけを図示することを意図しており、したがって、本開示の範囲を限定するものと考えるべきではない。図面では、類似する符号は、図面間で類似する要素を表す。

最初の問題として、現在の開示を明確に説明するために、例えば、ターボ機械内の関連する機械構成要素を参照して説明するときに、特定の専門用語を選択することが必要になる。これを行う場合、可能な限り、一般的な工業専門用語が、その受け入れられた意味と同じ意味で使用および利用される。別途記載のない限り、このような専門用語は、本出願の文脈および添付の特許請求の範囲と一致する広義の解釈を与えられるべきである。当業者であれば、多くの場合、特定の構成要素がいくつかの異なるまたは重複する用語を使用して参照されることがあることを理解するであろう。単一の部品であるとして本明細書に記載され得るものは、複数の構成要素からなるものとして別の文脈を含み、かつ別の文脈で参照されてもよい。あるいは、複数の構成要素を含むものとして本明細書に記載され得るものは、単一の部品として他の場所で参照されてもよい。

加えて、本明細書ではいくつかの記述的用語を規則通りに使用することができ、このセクションの開始時にこれらの用語を定義することが有用であることがわかる。これらの用語およびその定義は、別途記載のない限り、以下の通りである。本明細書で使用する場合、「下流」および「上流」とは、ターボ機械を通る作動流体、または例えば、燃焼器を通る空気の流れ、もしくはタービンの構成要素の１つを通る冷却剤などの流体の流れに対する方向を示す用語である。「下流」という用語は、流体の流れの方向に対応し、「上流」という用語は、流れの反対の方向を指す。「前方」および「後方」という用語は、別途指定のない限り、方向を指し、「前方」はターボ機械の前端（すなわち、圧縮機端）またはその構成要素を指し、「後方」はターボ機械の後端（すなわち、タービン端）またはその構成要素を指す。前方および後方は、一般に、図面ではＸ方向で示されている。多くの場合、中心軸線に関して異なる半径方向位置にある部品を記述することが要求される。「半径方向」という用語は、軸線、例えば、ターボ機械のロータ軸線に垂直な移動または位置を指す。このような場合、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸線に近接して位置する場合には、本明細書では、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向内側」または「内方」にあると述べる。一方、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸線から遠くに位置する場合には、本明細書では、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向外側」または「外方」にあると述べることができる。半径方向は、一般に、図面ではＺ方向で示されている。「軸方向」という用語は、軸線、すなわち、ターボ機械のロータ軸線に平行な移動または位置を指す。最後に、「円周方向」という用語は、軸線周りの移動または位置を指す。図面の凡例では湾曲して示されていないが、円周方向は、一般に、図面ではＹ方向で示されている。このような用語は、ターボ機械のロータ軸線に関連して適用することができることが理解されよう。

加えて、以下に記載のように、本明細書ではいくつかの記述的用語を規則通りに使用することができる。「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用することができ、個々の構成要素の場所または重要性を示すことを意図するものではない。

本明細書で使用される専門用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、特に明示しない限り、複数形も含むことを意図している。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用する場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することを明示するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの組が存在することまたは追加することを除外しないことがさらに理解されよう。「任意選択の」または「任意選択で」は、後で述べられる事象または状況が、起こる場合も起こらない場合もあることを意味し、この記述は、その事象が起こる事例と、起こらない事例とを含むことを意味する。

ある要素または層が別の要素または層に対して「上に」、「係合される」、「接続される」、または「結合される」と言及される場合には、他の要素または層に対して直接上に、係合され、接続され、または結合されてもよいし、あるいは介在する要素または層が存在してもよい。逆に、ある要素が別の要素または層に対して「一体に」、「直接上に」、「直接係合される」、「直接接続される」、または「直接結合される」と言及される場合には、介在する要素または層は存在しなくてもよい。要素間の関係について説明するために使用される他の語も、同様に解釈されるべきである（例えば、「〜の間に」に対して「直接〜の間に」、「〜に隣接して」に対して「直接〜に隣接して」など）。本明細書で使用する場合、「および／または」という用語は、関連する列挙された項目のいずれかおよび１つまたは複数のすべての組み合わせを含む。

上に示したように、本開示は、ブレードおよび／または根元の付加製造によって可能になる多数の一体型特徴を含む、タービンロータブレードまたはタービンロータブレード根元を提供する。付加製造は、以前は可能ではなかった冷却を提供する構造の形成を可能にし、従来のシステムと比較して冷却を改善し、追加の構造強度を提供し、かつ／またはブレードの重量を軽減する。

Ａ．序文
図１は、本開示の様々な実施形態による一体型特徴を含むタービンロータブレードを含み得る、例示的なターボ機械９０の概略図を示す。示される例では、ターボ機械９０は、圧縮機１０２および燃焼器１０４を含むガスタービン（ＧＴ）システム１００を含む。燃焼器１０４は、燃焼領域１０５と、燃料ノズルアセンブリ１０６とを含む。ＧＴシステム１００はまた、タービン１０８と、共通の圧縮機／タービンシャフト（ロータと呼ばれることもある）１１０とを含む。一実施形態では、ＧＴシステム１００は、サウスカロライナ州グリーンビルのゼネラルエレクトリック社から市販されている、７ＨＡまたは９ＨＡ ＧＴシステムである。本開示は、いかなる特定のＧＴシステムに限定されるものではなく、例えば、ゼネラルエレクトリック社の他のＨＡ、Ｆ、Ｂ、ＬＭ、ＧＴ、ＴＭ、およびＥクラスのエンジンモデル、ならびに他社のエンジンモデルを含む他のエンジンと関連して採用することができる。さらに、本明細書に記載のようなタービンロータブレードは、他の形態のターボ機械、例えば、蒸気タービン、ジェットエンジン、圧縮機などに適用され得る。

動作中、空気は圧縮機１０２を通って流れ、圧縮空気が燃焼器１０４に供給される。具体的には、圧縮空気は、燃焼器１０４に一体化された燃料ノズルアセンブリ１０６に供給される。アセンブリ１０６は、燃焼領域１０５と流れ連通する。燃料ノズルアセンブリ１０６はまた、燃料源（図１には示さず）と流れ連通し、燃料および空気を燃焼領域１０５に導く。燃焼器１０４は、燃料を点火して燃焼させる。燃焼器１０４は、ガス流の熱エネルギーが機械的回転エネルギーに変換されるタービン１０８と流れ連通する。タービン１０８は、ロータ１１０に回転可能に結合されてロータ１１０を駆動する。圧縮機１０２はまた、ロータ１１０に回転可能に結合される。例示的な実施形態では、複数の燃焼器１０４および燃料ノズルアセンブリ１０６が存在する。

図２は、図１のＧＴシステム１００と共に使用することができる３つの段を備えた例示的なタービン１０８の断面図を示す。各段は、静止ベーンまたはノズル１１２およびタービンロータブレード１２０のセットを含む。静止ノズル１１２は、半径方向外側プラットフォーム１１４および半径方向内側プラットフォーム１１６によってタービン１０８に保持され得る。静止ノズル１１２は、１つまたは複数の円周方向に隔置された翼形部１１８（図４）を含み得る。タービンロータブレード１２０は、ロータ１１０に結合され、静止ノズル１１２の列の間に延びる。燃焼ガスは、静止ノズル１１２によってタービンロータブレード１２０に対して向けられ、ロータ１１０（図１）を回転させる。

図３は、本開示の様々な実施形態による一体型特徴を採用することができる、ＧＴシステム１００の例示的なタービンロータブレード１２０の斜視図を示す。図４は、本開示の様々な実施形態による一体型インピンジメント冷却構造１６０の形態の一体型特徴を含む、タービンロータブレード１２０の軸方向断面図を示す。タービンロータブレード１２０は、前縁および後縁１２８、１３０に沿って接続する凹状正圧側外側壁１２４および凸状負圧側外側壁１２６を含む翼形部本体１２２を含む。図４に示すように、外側壁１２４、１２６は、冷却剤の流れ１３６を受け入れるための半径方向に延びるチャンバ１３４を画定する翼形部内側表面１３２を有する。再び図３を参照すると、タービンロータブレード１２０はまた、翼形部本体１２２の半径方向外側端１４２に先端１４０を含み得る。タービンロータブレード１２０はまた、タービンロータブレード１２０が、例えば、ロータホイール１４７（図２１）によってロータ１１０（図１）に取り付けられるタービンロータブレード根元１４４（以下、「根元１４４」）を含むことができる。本開示の目的のために、根元１４４は、プラットフォーム１５０を含み、かつプラットフォーム１５０の半径方向内側にある、タービンロータブレード１２０の任意の部分を含み得る。根元１４４は、ロータホイール１４７（図２１）の周囲の対応するスロットに装着するように構成されたブレードマウント１４６を含むことができる。ブレードマウント１４６は、限定はしないが、ダブテールまたはモミの木配置など、ロータディスク１４７（図２１）に装着するための任意の現在知られているまたは後に開発される外側構成を有してもよい。タービンロータブレード１２０、すなわち、その根元１４４は、ブレードマウント１４６とプラットフォーム１５０との間に延びるシャンク１４８をさらに含み得る。プラットフォーム１５０は、翼形部本体１２２とシャンク１４８の接合部に配置され、タービン１０８（図１〜図２）を通る流路の内方境界の一部を画定する。したがって、シャンク１４８は、翼形部本体１２２の半径方向内側端１５２に位置し、ブレードマウント１４６は、シャンク１４８の半径方向内側に位置する。プラットフォーム１５０は、シャンク１４８に対して横方向外側に延びる。本明細書でさらに説明するように、半径方向に延びるチャンバ１３４は、シャンク内側表面１５４（図５）を画定するために、シャンク１４８に少なくとも部分的に延びることができる。翼形部本体１２２の外側壁１２４および１２６は、プラットフォーム１５０から先端１４０に半径方向（Ｚ）に延びる。翼形部本体１２２は、作動流体の流れを遮断してロータを回転させるタービンロータブレード１２０の能動構成要素であることが理解されよう。

Ｂ．一体型インピンジメント冷却構造
特定の実施形態では、タービンロータブレード１２０は、とりわけ、翼形部本体１２２と、内部に一体型インピンジメント冷却構造１６０の形態の一体型特徴とを含み得る。インピンジメント冷却構造はインサートではないが、ブレードの残りの部分と、例えば、付加製造によって一体的に作製される。本明細書に記載のように、翼形部本体１２２は、前縁および後縁１２８、１３０に沿って接続する凹状正圧側外側壁１２４および凸状負圧側外側壁１２６を含み得る。外側壁１２４、１２６は、冷却剤の流れ１３６を受け入れるために半径方向に延びるチャンバ１３４を画定する翼形部内側表面１３２を有する。タービンロータブレード１２０はまた、翼形部本体１２２の半径方向外側端１４２に先端１４０を含み、翼形部本体１２２の半径方向内側端１５２にシャンク１４８を含み得る。半径方向に延びるチャンバ１３４は、シャンク内側表面１５４を画定するために、シャンク１４８に少なくとも部分的に延びることができる。一体型インピンジメント冷却構造１６０は、半径方向に延びるチャンバ１３４内にあり、第１の端部１６４、第２の端部１６６、内部表面１６８、および外部表面１７０を含む中空体１６２を含み得る。複数の冷却通路１７２は、中空体１６２を通って延び、半径方向に延びるチャンバ１３４と流体連通し、冷却剤の流れが中空体１６２の内部表面１６８から通過して少なくとも翼形部本体１２２の内側表面に衝突することを可能にする。従来のインピンジメントインサートとは対照的に、中空体１６２の第１の端部１６４は、シャンク内側表面１５４に、すなわち、付加製造を介して一体的に形成される。その結果、中空体１６２の外部表面１７０は、翼形部内側表面１３２の曲率に関係なく、中空体１６２の第１の端部１６４と第２の端部１６６との間で翼形部内側表面１３２から均一に隔置されるように作製することができる。別の実施形態では、異なるインピンジメント冷却、熱ピックアップ、および／または再利用を提供する目的で、不均一であるが特注のスタンドオフ間隔が採用されてもよい。例えば、インピンジメント冷却を増やす必要がある場合はスタンドオフ間隔を狭くすることができ、インピンジメント冷却を少なくする必要がある場合はスタンドオフ間隔を広くすることができる。さらに、中空体１６２は、その前縁だけでなく、ブレード全体にインピンジメント冷却を提供するために、その周辺全体および半径方向スパンの周りに冷却通路を有し得る。したがって、一体型インピンジメント冷却構造は、通常インピンジメントインサートに関連する限られた犠牲でインピンジメントを最大限にカバーすることを可能にし、多数の可変冷却特徴を有することができる。例えば、タービンロータブレードは、インピンジメント冷却構造またはその後方のピンバンクのための可変翼弦方向幅、異なる冷却負荷のための調整されたインピンジメント冷却構造壁厚、および翼形部本体とインピンジメント冷却構造との間の異なる熱膨張係数（ＣＴＥ）に対処する様々な支持体を有してもよい。

図４、および図５の半径方向の円周方向断面図に示すように、タービンロータブレード１２０は、半径方向に延びるチャンバ１３４内にインピンジメント冷却構造１６０を含み得る。インピンジメント冷却は、典型的には、半径方向に延びるチャンバ１３４に挿入され、例えば、留め具または溶接によって翼形部本体１２２に結合される１つまたは複数のインピンジメントインサートによって提供される。インピンジメントインサートは、典型的には線形であるが、ある程度の曲率を含む場合がある。半径方向に延びるチャンバ１３４が図５のように湾曲した翼形部内側表面１３２を有する場合、ブレードの半径方向スパン全体に沿って内側表面から均一に隔置されたインピンジメントインサートを有することは不可能である。この課題に対処するために、本開示の実施形態によるインピンジメント冷却構造１６０は、付加製造を介して、タービンロータブレード１２０の残りの部分と一体的に形成される。

図５に示すように、インピンジメント冷却構造１６０は、第１の端部１６４、第２の端部１６６、内部表面１６８、および外部表面１７０を含む中空体１６２を含む。インピンジメント冷却構造１６０はまた、中空体１６２を通って半径方向に延びるチャンバ１３４と流体連通し、冷却剤の流れ１３６が中空体の内部表面１６８から通過して少なくとも翼形部内側表面１３２に衝突することを可能にする複数の冷却通路１７２を含み、例えば、冷却剤の流れは、とりわけ、翼形部本体１２２、先端１４０、シャンク１４８、および／またはプラットフォーム１５０における内側表面に衝突し得る。従来のタービンロータブレードとは対照的に、図４および特に図５に示すように、中空体１６２の外部表面１７０は、中空体１６２の第１の端部１６４と第２の端部１６６との間で翼形部内側表面１３２から均一に隔置される。すなわち、機械的挿入ではなく付加製造を使用して、隣接する内側表面と一致するように、同じ曲率、曲げ、ねじれ、および任意の他の形状または寸法を有するようにインピンジメント冷却構造１６０を形成することができる（例えば、翼形部内側表面１３２と同時に）。特に、インピンジメント冷却構造１６０は、それがカバーする半径方向スパン全体に沿って翼形部内側表面１３２から均一に隔置することができ、すべてのタービンロータブレード１２０にわたって所望のＺ／Ｄパラメータを確保する。Ｚ／Ｄパラメータは、タービンロータブレード１２０の外部表面１７０と内側表面（例えば、翼形部内側表面１３２、シャンク内側表面１５４など）との間のスタンドオフ距離Ｚと、インピンジメント冷却構造１６０内の冷却通路１７２（孔）の直径Ｄの比率である。一例では、Ｚ／Ｄは、約１〜約１０の範囲である。別の例では、Ｚ／Ｄは、約２〜約６の範囲であり得る。スタンドオフ距離Ｚは、従来の鋳造物に利用可能なものよりも小さくてもよく、例えば、約１．２７ミリメートル（０．０５インチ）未満であり得る。従来の鋳造物よりも小さい冷却通路１７２の直径Ｄもまた、例えば、破片からの目詰まりの関数として採用され得る。有利には、冷却通路１７２は、冷却剤の流れ１３６が中空体１６２から全方向に出てインピンジメント冷却を翼形部本体１２２のすべての翼形部内側表面１３２に提供するように、中空体１６２の全周範囲の周りに延びることができる。あるいは、冷却通路１７２は、内側表面１３２、１５４のインピンジメント冷却が望ましくないか、または必要とされないエリアでは省略されてもよい。冷却通路１７２は、中空体１６２の任意の所望の半径方向範囲に沿って延びることができる。

図５に示すように、中空体１６２の第１の端部１６４は、シャンク内側表面１５４に一体的に形成される。第１の端部１６４は、第１の端部１６４の周辺全体の周りに延びる合流場所１７４でシャンク内側表面１５４と合流し、すなわち、合流場所において、第１の端部１６４とシャンク内側表面１５４との間に開口部はない（多くの場合、冷却通路１７２を除いて）。特定の実施形態では、中空体１６２の第１の端部１６４は、プラットフォーム１５０の半径方向内側にシャンク内側表面１５４に一体的に形成される。しかし、この特定の合流場所１７４は、すべての場合に必要であるとは限らず、例えば、場合によっては、合流場所１７４は、プラットフォーム１５０の半径方向外側にあり得る。図５に示すように、すべての場合に必ずしも必要ではないが、中空体１６２の第２の端部１６６は、先端１４０の内側表面１７６に一体的に形成することもできる。冷却通路１７２は、任意選択で、先端１４０のインピンジメント冷却を提供するか、または他の形態の冷却のために冷却剤を先端１４０に通すことができる。

図６は、本開示の様々な実施形態による、タービンロータブレード１２０のインピンジメント冷却構造１６０およびシャンク１４８の合流場所１７４（図５）の拡大断面図を示す。図５および図６に示すように、中空体１６２の第１の端部１６４は、中空体１６２の第１の端部１６４およびシャンク内側表面１５４の合流場所１７４に対して実質的に半径方向（矢印Ｚ）に延びることができる。本明細書で使用する場合、「実質的に半径方向に」は、第１の端部１６４がある程度の許容誤差、例えば、＋／−５°でロータ１１０（図１）から半径方向に離れて延びることを示す。対照的に、シャンク内側表面１５４の少なくとも一部は、中空体１６２の第１の端部１６４およびシャンク１４８（図６）の合流場所１７４から半径方向Ｚに対して角度αで延びる。別の実施形態では、シャンク内側表面１５４は、実質的に半径方向に位置合わせされ、中空体の第１の端部１６４は、角度αを例えば＜３０°に保つために、合流場所１７４に向かって徐々に湾曲または遷移する。さらなる実施形態では、シャンク内側表面１５４と中空体１６２の第１の端部１６４の両方が、合流場所１７４に向かって徐々に湾曲または遷移する。角度αは、所望の任意の角度であり、付加製造の範囲内、例えば、垂直から＜４５°であり得る。構造的完全性を維持するために、角度αは可能な限り小さく、例えば、＜１０°、＜２０°、または＜３０°であることが望ましい。図６にのみ示すように、特定の実施形態では、支持構造１８０は、中空体１６２の第１の端部１６４とシャンク内側表面１５４との間に、例えば、合流場所１７４の半径方向外側およびプラットフォーム１５０の半径方向内側に位置決めされ得る。さらなる実施形態では、支持構造１８０は、中空体１６２の外部表面１７０と翼形部内側表面１３２、シャンク内側表面１５４などとの間の任意の場所に位置決めされてもよい。さらに別の実施形態では、支持構造１８０の少なくとも部分は、チャンバ１３４から翼形部本体１２２の外側壁１２４および／または１２６（図４）に直接冷却流を可能にする中空支持要素（例えば、格子）を含む。例えば、半径方向に延びるチャンバ１３４から直接、前縁および／または後縁１２８、１３０などの翼形部本体１２２の特定のエリアにフィルム冷却を提供することが望ましい場合がある。支持構造１８０は、シャンク内側表面１５４に対して中空体１６２の第１の端部１６４を位置決めすることが可能な、任意の現在知られているまたは後に開発される要素を含んでもよい。支持構造１８０は、限定はしないが、格子構造、直線状または弧状のバーなどを含んでもよい。支持構造１８０はまた、付加製造を介して一体的に形成され得る。

インピンジメント冷却構造１６０はまた、様々な任意選択の代替の一体型冷却特徴を含み得る。一例では、インピンジメント冷却構造１６０は、様々な壁厚で任意選択で形成されてもよい。壁厚を変えることは、例えば、インピンジメント冷却構造１６０とより高温の翼形部本体１２２、シャンク１４８、および／またはプラットフォーム１５０との間の様々なＣＴＥに対応するために有利であり得る。図５に見られるように、翼形部本体１２２、シャンク１４８、および／またはプラットフォーム１５０は、多種多様な壁厚を有し得、その範囲にわたって様々な厚さを有し得る。図７は、翼形部本体１２２、プラットフォーム１５０、またはシャンク１４８に隣接するインピンジメント冷却構造１６０の一部の拡大部分断面図を示す。記載のように、特定の実施形態では、図７に示すように、中空体１６２は、その内部表面１６８と外部表面１７０との間に第１の壁厚Ｗ１を有する少なくとも１つの第１の部分１８２と、その内部表面１６８と外部表面１７０との間に第２の壁厚Ｗ２を有する少なくとも１つの第２の部分１８４とを含み得る。示される例では、第１の壁厚Ｗ１は、第２の壁厚Ｗ２よりも大きい。任意の数のより厚いおよび／またはより薄い部分１８２、１８４が、インピンジメント冷却構造１６０に提供され得る。部分１８２、１８４の厚さは、その場所の構造的および／または熱的要件に対処するために望まれる任意の寸法であり得る。

別の例示的な任意選択の構造では、内側表面１３２、１５４に対して一体型インピンジメント冷却構造１６０を支持するために、追加の支持体が望まれ、かつ／または必要とされ得る。例えば、追加の支持体は、インピンジメント冷却構造１６０のより薄い壁厚部分１８４（図７）で望まれ、かつ／または必要とされ得る。この目的のために、図７に示すように、タービンロータブレード１２０はまた、より薄い壁厚Ｗ２を有する少なくとも１つの部分１８４における中空体１６２の外部表面１７０上に支持体１８６を含み得る。支持体１８６は、中空体１６２（およびタービンロータブレード１２０の残りの部分）と一体的に形成され、中空体１６２の第１の端部１６４（図５）と第２の端部１６６との間で、例えば、翼形部内側表面１３２から中空体１６２の外部表面１７０を離間させる。任意の数の支持体１８６が、より薄い壁部分１８４に提供され得る。支持体１８６は、複数の冷却通路１７２の１つと流体連通する、すなわち、冷却剤の流れ１３６が通過して内側表面１３２、１５４に衝突することを可能にする通路１８８を含むことができる。特定の実施形態では、壁厚に関係なく、タービンロータブレード１２０は、中空体１６２の外部表面１７０上に支持体１８９を含み得る。支持体１８９は、中空体１６２（およびタービンロータブレード１２０の残りの部分）と一体的に形成され、中空体１６２の第１の端部１６４（図５）と第２の端部１６６との間で、例えば、翼形部内側表面１３２から中空体１６２の外部表面１７０を離間させる。支持体１８６、１８９は、以下を可能にする任意の形態をとることができる：翼形部本体１２２のより高温の外側壁１２４、１２６とより低温のインピンジメント冷却構造１６０との間の応力の低減、必要な熱膨張の提供、構造的支持の提供、および／または内側表面１３２、１５４からの中空体１６２の所望の間隔。支持体１８６、１８９は、限定はしないが、チューブ、バーなどの任意の所望の寸法および／または形状を有することができる。

図８は、冷却通路１７２の少なくとも１つを囲む補強部材１９０を含む、別の代替の実施形態の拡大断面図を示す。補強部材１９０は、より厚い壁などの任意の構造的に強化する部材を含み得る。特定の実施形態はまた、図４に示すように、中空体１６２の内部表面１６８に一体的に形成された補剛リブ１９２を含み得る。任意の数の補剛リブ１９２を設けることができ、各々が中空体１６２の任意の所望の半径方向範囲に延びることができる。支持体１８６、１８９、補強部材１９０、および／または補剛リブ１９２は、付加製造を介してタービンロータブレード１２０の残りの部分と一体的に形成され得る。

図９は、一体型インピンジメント冷却構造１６０および追加の任意選択の代替の一体型冷却特徴を含む、タービンロータブレード１２０の断面図を示す。１つの代替の実施形態では、インピンジメント冷却構造１６０は、内側表面１３２、１５４から様々な間隔Ｚで任意選択で形成されてもよい。間隔Ｚは、様々な場所で所望のＺ／Ｄパラメータおよび所望の冷却を提供するようにカスタマイズすることができる。例えば、タービンロータブレード１２０は、多数の高熱負荷領域１９５、すなわち、ブレードの他の領域と比較してより高い温度を受け、より多くの冷却を必要とする領域を有し得る。示される例では、高熱負荷領域１９５は、以下の領域を含み得る：前縁１２８の付近（１９５Ａ）、後縁１３０の近くの正圧側外側壁１２４（１９５Ｂ）、および前縁１２８の下流の負圧側外側壁１２６（１９５Ｃ）。高熱負荷領域１９５では、第１の間隔Ｚ１が、高熱負荷領域１９５における一体型インピンジメント冷却構造１６０と内側表面１３２、１５４との間に採用され得、第２のより大きな間隔Ｚ２が、そのような高熱負荷を有さない他の場所で使用される。このようにして、必要に応じて、すなわち、高熱負荷領域１９５において、インピンジメント冷却構造１６０と内側表面１３２、１５４との間の間隔がより低い熱負荷領域のために第２のより大きな間隔Ｚ２へと増加する第１の間隔Ｚ１を使用して、より多くの冷却を提供することができる。図９に示すように、より大きな第２の間隔Ｚ２は、冷却剤の流れ１３６が後縁１３０に向かって下流に移動するときに熱吸収を制限または低減することを可能にし得、冷却剤の流れ１３６をより低温にし、下流領域、例えば、蛇行冷却通路２００および／またはピンバンク２０６（本明細書に記載）に対してより多くの熱吸収能力を有することを可能にする。間隔Ｚ１とＺ２との間の遷移は、任意の所望の速度、例えば、比較的長い距離にわたって緩やかであるか、特定の場所で突然であるか、またはそれらの間の任意の速度であることができる。第２の間隔Ｚ２は、例えば、第１の間隔Ｚ１の１．０１〜３．００倍のどこにあってもよい。Ｚ／Ｄパラメータは、関心のある領域ごとにカスタマイズすることができる。記載のように、一例では、Ｚ／Ｄの範囲は、約１〜約１０である。別の例では、Ｚ／Ｄは、約２〜約６の範囲であり得る。冷却通路１７２の直径Ｄはまた、異なる領域のＺ／Ｄパラメータをカスタマイズするように構成することができる。

図９はまた、内側表面１３２上に１つまたは複数のポストインピンジメントターゲット特徴（ｐｏｓｔ−ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ ｔａｒｇｅｔ ｆｅａｔｕｒｅｓ）１９６を含むタービンロータブレード１２０を示す。ポストインピンジメントターゲット特徴１９６は、冷却を促進するために、内側表面１３２上に任意の現在知られているまたは後に開発される構造を含んでもよい。示される例では、インピンジメントターゲット特徴１９６はバンプを含むが、任意の構造を含むことができる。一シナリオでは、中空体１６２は、インピンジメントターゲット特徴１９６の輪郭に一致するように局所的な膨らみ１９８を含み、したがって、間隔Ｚ（すなわち、示すようにＺ１）を維持し得る。２つのターゲット特徴１９６および膨らみ１９８のペアが示されているが、任意の数を採用することができる。一実施形態では、ポストインピンジメントターゲット特徴１９６はまた、限定はしないが、フィルム冷却孔１９９など、追加の一体型冷却特徴を任意選択で含んでもよい。フィルム冷却孔１９９は、冷却剤の流れ１３６、ポストインピンジメントターゲット特徴１９６、すなわちその内側表面１３２によるポストインピンジメントを向け、側壁１２４、１２６上に冷却フィルム２０１を形成する。任意の数のフィルム冷却孔１９９を、各ポストインピンジメント冷却特徴１９６内に適用することができる。

図１０は、図４の視線１０−１０に沿った第１の半径方向断面図を示し、図１１は、図４の視線１１−１１に沿った第２の半径方向断面図を示し、後者は、図１０とはわずかに異なる平面であり、反対方向である。図１０に示すように、特定の実施形態では、中空体１６２は、シャンク１４８よりも先端１４０の近くで小さい翼弦方向幅ＷＣ１を有する。ほとんどの従来のインピンジメントインサートは、翼形部本体の開いた先端を通して挿入可能なように、反対の翼弦方向幅の配置を有する。さらに、中空体１６２は、その半径方向スパンにわたって、より広いおよび狭い翼弦方向幅ＷＣ１を交互に有し得る（図１０〜図１１の上下のページ）。その結果、中空体１６２の軸方向後端１９４は、中空体１６２の半径方向スパンに沿って翼弦方向の場所で変化し得る。このようにして、インピンジメント冷却構造１６０は、後者の形状に関係なく、翼形部内側表面１３２および／またはシャンク内側表面１５４（図５）から均一に隔置されるようにその半径方向スパンにわたって湾曲する形状（翼弦方向幅ＷＣ１）を有することができる。従来のインピンジメントインサートは、そのような特徴を提供することができない。

図４、図１０、および図１１に示すように、翼形部本体１２２は、中空体１６２の後方の翼形部内側表面１３２から後縁１３０に向かって延びる少なくとも１つの翼弦方向に延びる蛇行冷却通路２００をさらに含む。図１０および図１１に最もよく示すように、各翼弦方向に延びる蛇行冷却通路２００は、同じ翼弦方向幅ＷＣ２を有し、例えば、中空体１６２の翼弦方向幅ＷＣ１よりも短くてもよい。翼形部本体１２２はまた、後縁１３０を通って、すなわち、蛇行冷却通路２００から延びる、複数の半径方向に隔置された後縁冷却通路２０２を含み得る。複数の後縁冷却通路２０２の各々は、同じ翼弦方向幅ＷＣ３を有し、すなわち、タービンロータブレード１２０の半径方向スパンに沿っている。図１０および図１１に示されるように、後縁冷却通路２０２と蛇行冷却通路２００との間のスペース２０４は、様々な翼弦方向幅ＷＣ４を有し、すなわち、タービンロータブレード１２０の半径方向スパンに沿っている。タービンロータブレード１２０は、複数の後縁冷却通路２０２の前端（図１０ではその右側、図１１ではその左側）と、翼弦方向に延びる蛇行冷却通路２００の後端（図１０ではその左側、図１１ではその右側）との間にピンバンク２０６をさらに含み得る。その結果、図１０〜図１１に示されるように、ピンバンク２０６は、その半径方向スパンに沿って様々な翼弦方向幅ＷＣ４を有することができる。図１０および図１１は、限定はしないが、開口部２０８を介したフィルム冷却、インピンジメント冷却構造１６０を介した主弦インピンジメント冷却、蛇行冷却通路２００を介した後縁１３０付近の冷却、およびピンバンク２０６を介した後縁１３０のピンバンク冷却を含む、様々な冷却特徴を示している。

付加製造（ＡＭ）は、材料の除去ではなく、材料の連続的な層形成により構成要素を製造する多種多様なプロセスを含む。したがって、付加製造は、いかなる種類の工具、金型、または固定具を使用せずに、かつ廃棄材料をほとんどまたは全く伴わずに、タービンロータブレード１２０に関して本明細書に記載のような複雑な幾何学的形状を作成することができる。大半が切除されて廃棄される材料の固体ビレットから構成要素を機械加工する代わりに、付加製造に使用される材料は、構成要素を成形するために必要とされる材料のみである。付加製造技術は、典型的には、形成される構成要素（例えば、タービンロータブレード１２０）の三次元コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ファイルを取得することと、構成要素を例えば、１８〜１０２マイクロメートル厚の層に電子的にスライスすることと、ベクトル、画像、または座標を含む各層の二次元画像を有するファイルを作成することとを含む。次いで、構成要素を異なるタイプの付加製造システムによって構築することができるように、ファイルを解釈する準備ソフトウェアシステムにこのファイルをロードしてもよい。３Ｄ印刷、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）、および直接デジタル製造（ＤＤＭ）の付加製造形式では、材料層を選択的に分配し、焼結し、形成し、堆積させるなどして構成要素を形成する。鋳造などの他の製造プロセスも採用することができるが、タービンロータブレード１２０は、付加製造によって有利に作製することができる。

直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）（選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）とも呼ばれる）、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）、および場合によっては他の形式の付加製造などの金属粉末付加製造技術では、金属粉末層を共に連続的に溶融して構成要素を形成する。より具体的には、金属粉末床上のアプリケータを使用して微細な金属粉末層を均一に分与した後、これらを連続的に溶融させる。各アプリケータは、金属、プラスチック、セラミック、炭素繊維、またはゴム製のリップ、ブラシ、ブレード、またはローラの形態であり、金属粉末をビルドプラットフォーム上に均一に広げるアプリケータ要素を含む。金属粉末床は、垂直軸線に沿って移動させることができる。プロセスは、正確に制御された雰囲気を有する処理チャンバで行われる。各層が形成されると、金属粉末を選択的に溶融することによって、構成要素の幾何学的形状の各二次元スライスを融着させることができる。溶融は、１００ワットのイッテルビウムレーザなどの高出力溶融ビームによって実施することができ、金属粉末を完全に溶接（溶融）して固体金属を形成する。溶融ビームは走査ミラーを使用してＸ−Ｙ方向に移動し、金属粉末を完全に溶接（溶融）して固体金属を形成するのに十分な強度を有する。後続の二次元層ごとに金属粉末床を下げてもよく、構成要素が完全に形成されるまでプロセスを繰り返す。特定のより大きなブレードをより速く作成するために、一部の金属付加製造システムは、連携してブレードを形成する一対の高出力レーザを採用する。ここで、タービンロータブレード１２０を作製する方法は、材料の層を連続的に作成し、熱源を適用して材料の層を焼結し、本明細書に記載の構造を形成することを含み得る。したがって、付加製造は、複数の一体型材料層を含む翼形部本体１２２、先端１４０、シャンク１４８、およびインピンジメント冷却構造１６０をもたらす。

タービンロータブレード１２０は、採用される環境に耐えることが可能な、純金属または合金を含み得る金属で作製されてもよい。一例では、この金属は、実質的にあらゆる非反応性金属粉末、すなわち、例えばコバルトクロムモリブデン（ＣｏＣｒＭｏ）合金、ステンレス鋼、ニッケル−クロム−モリブデン−ニオブ合金（ＮｉＣｒＭｏＮｂ）などのオーステナイトニッケルクロム基合金（例えば、インコネル６２５またはインコネル７１８）、ニッケル−クロム−鉄−モリブデン合金（ＮｉＣｒＦｅＭｏ）（例えば、Ｈａｙｎｅｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社から入手可能なＨａｓｔｅｌｌｏｙ（登録商標）Ｘ）、またはニッケル−クロム−コバルト−モリブデン合金（ＮｉＣｒＣｏＭｏ）（例えば、Ｈａｙｎｅｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社から入手可能なＨａｙｎｅｓ ２８２）などが挙げられるが、これらに限定されない非爆発性もしくは非導電性粉末を含んでもよい。別の例では、この金属は、例えば工具鋼（例えば、Ｈ１３）、チタン合金（例えば、Ｔｉ_６Ａｌ_４Ｖ）、ステンレス鋼（例えば、３１６Ｌ）、コバルト−クロム合金（例えば、ＣｏＣｒＭｏ）、およびアルミニウム合金（例えば、ＡｌＳｉ_１０Ｍｇ）などが挙げられるが、これらに限定されない実質的にあらゆる金属を含んでもよい。

従来のインピンジメントインサートとは対照的に、中空体１６２の第１の端部１６４は、シャンク内側表面１５４に、すなわち、付加製造を介して一体的に形成される。その結果、中空体１６２の外部表面１７０は、例えば、翼形部内側表面１３２および／またはシャンク内側表面１５４の曲率に関係なく、中空体１６２の第１の端部１６４と第２の端部１６６との間で内側表面から均一に隔置されるように作製することができる。さらに、中空体１６２は、その前縁だけでなく、ブレード全体にインピンジメント冷却を提供するために、その周辺全体および半径方向スパンの周りに冷却通路１７２を有し得る。したがって、一体型インピンジメント冷却構造１６０は、通常インピンジメントインサートに関連する犠牲を伴わずにインピンジメントを最大限にカバーすることを可能にし、多数の可変冷却特徴を有することができる。例えば、タービンロータブレード１２０は、インピンジメント冷却構造１６０（すなわち、幅ＷＣ１）または構造１６０の後方のピンバンク２０６（すなわち、ＷＣ４）のための可変翼弦方向幅、異なる冷却および／または構造的負荷のための調整されたインピンジメント冷却構造１６０の異なる壁厚、ならびに翼形部本体１２２とインピンジメント冷却構造１６０との間の異なる熱膨張係数（ＣＴＥ）に対処する様々な支持体１８６、１８９を有してもよい。タービュレータ（図示せず）などの追加の冷却特徴もまた、インピンジメント冷却を最適化するために、各冷却通路１７２の周りに提供およびカスタマイズされてもよい。タービンロータブレード１２０はまた、図１０〜図１１に関連して説明されるような、後縁１３０を通る軸方向ベントを含み得る。

Ｃ．非線形構成を有する冷却通路を備えたプラットフォーム
図１２〜図１８を参照すると、本開示の実施形態による別の一体型特徴が示されている。前の実施形態と同様に、タービンロータブレード１２０は、冷却剤の流れ１３６を受け入れるための半径方向に延びるチャンバ１３４を備えた翼形部本体１２２を含み得る。図３および図１０〜図１３に最もよく示すように、プラットフォーム１５０は、翼形部本体１２２に対して横方向外側に延び、少なくとも１つのスラッシュ面２３０（例えば、図１１、図１２）で終端する。図１２は、プラットフォーム１５０の正圧側２３２の斜視透明図を示し、図１３は、プラットフォーム１５０の負圧側２３１の上面透明図を示す。図１２および図１３に示すように、冷却回路２３４は、プラットフォーム１５０内に位置し、冷却剤２３６の供給源と流体連通する。冷却剤２３６の供給源は、様々な形態のいずれかをとることができる。一例では、タービンロータブレード１２０が半径方向に延びるチャンバ１３４内にインピンジメント冷却構造１６０を含む場合、冷却回路２３４への冷却剤２３６の供給源は、インピンジメント冷却構造１６０を通過した後に冷却剤を提供することができ、すなわち、冷却剤は、ポストインピンジメント冷却剤である。別の実施形態では、冷却剤２３６の供給源は、半径方向に延びるチャンバ１３４であり得る。例えば、インピンジメント冷却構造１６０が提供されない場合、またはプラットフォーム１５０の半径方向外側に提供される場合、冷却回路２３４への冷却剤２３６の供給源は、半径方向に延びるチャンバ１３４から直接冷却剤を提供し得る。冷却剤２３６の他の供給源、例えば、隣接するタービンロータブレード１２０のシャンク１４８間のホイールスペース部分も使用することができる。冷却回路２３４は、任意の現在知られているまたは後に開発される形態をとってもよい。図１３に示す例では、冷却回路２３４は、プラットフォーム１５０を通る正弦波経路を含む。対照的に、図１２では、冷却回路２３４は、エルボ形の経路を含む。冷却回路２３４は、より複雑でない経路またはより複雑な経路を有し得、必要に応じて、プラットフォーム１５０を冷却するために延びることができる。

タービンロータブレード１２０はまた、冷却回路２３４からスラッシュ面２３０の表面２４２を通って、すなわち、スラッシュ面２３０および他の構造を冷却するための冷却通路２４０を含む。冷却通路２４０は、プラットフォーム１５０内にあり、冷却回路２３４と流体連通する。従来の線形冷却通路とは対照的に、冷却通路２４０は、冷却回路２３４から非線形構成で延び、プラットフォーム１５０の少なくとも１つのスラッシュ面２３０を通って出て、線形冷却通路と比較して改善された冷却を提供する。例えば、図１２では、冷却通路２４０は、（緩やかに）湾曲した形状を有する。所望の冷却を提供するために、任意の数の冷却通路２４０を採用することができる。さらに、冷却通路２４０は、所望の任意の均一または不均一な断面形状を有してもよく、所望の冷却を提供するために、均一または不均一に隔置されてもよい。非線形構成は、例えば、付加製造によって可能になる。記載のように、冷却通路２４０を画定する部品を含む、翼形部本体１２２およびプラットフォーム１５０は、複数の一体型材料層を含み得る。

図１４は、スラッシュ面２３０の拡大断面図を示す。いくつかの実施形態では、図１４に示すように、スラッシュ面２３０は、延長部材２４４を含み得る。延長部材２４４は、隣接するタービンロータブレード（図示せず）のダンパピンシートとシールするダンパピン２４８（想像線で示す）を受け入れるように構成されたダンパピンシート２４６を画定することができる。提供される場合、冷却通路２４０は、延長部材２４４を通って延びることができる。この点に関して、冷却通路２４０は、冷却回路２３４から半径方向外側に、ダンパピンシート２４６の周りからスラッシュ面２３０の外側表面２４２まで、すなわち、図１２よりも鋭い、またはより回転する湾曲した形状で延びる非線形構成を有し得る。

冷却通路２４０は、所望の冷却を提供するために、多数の非線形構成のいずれかをとることができる。非線形構成、例えば、湾曲した形状は、プラットフォーム１５０内の任意の所望の方向、例えば、半径方向（内側または外側）、軸方向（後方または前方）もしくは円周方向（時計回りまたは反時計回り）、またはこれらの方向の組み合わせに延びることができる。冷却通路２４０は、提供される各場所で同じ冷却属性を提供するためにすべて同じ形状を有し得るか、またはそれらが提供される各場所にカスタム冷却を提供するためにプラットフォーム１５０内で形状が変化し得る。図１２および図１３に示す湾曲した形状に加えて、図１５に示す別の実施形態では、冷却通路２４０は、らせん（栓抜き）形状、すなわち、多数のらせんコイル２５０を有することができる。各冷却通路２４０には、任意の数のらせんコイル２５０を使用することができる。図１３および図１６に示すように、冷却通路２４０は、第１の方向ＦＤに少なくとも１つの第１のターン２５２（図１６）と、第２の反対方向ＳＤに少なくとも１つの第２のターン２５４（図１６）とを有し得、概してジグザグの経路を形成する。各冷却通路２４０には、任意の数の第１および第２のターン２５２、２５４（図１６）を使用することができる。図１６の左側に示すように、各ターン２５２、２５４の振幅Ａは、等しい振幅Ａの少なくとも１つの第１および第２のターンによる正弦波形状を形成するように一貫し得る。あるいは、図１６の右側に示すように、各ターン２５２、２５４の振幅は、ターン２５２、２５４によるよりランダムなジグザグの経路を形成するように一貫性がない場合がある。また図１６の右側に示すように、各冷却通路２４０の入口２６０および出口２６２は、位置合わせされる必要はない。図１７に示す別の実施形態では、冷却通路２４０は、例えば、木のような複数の分岐２６４を有することができる。任意の分岐構成が、採用されてもよい。

図１８は、冷却通路２４０が湾曲した形状を有する、例えば、図１２よりもプラットフォーム１５０内でより平面的である一実施形態を示す。図１８はまた、冷却通路２４０の出口２６２が、９０°ではない角度αでプラットフォーム１５０のスラッシュ面２３０と合流し得ることを示している。一実施形態では、角度αは１５°未満である。角度αは、所望の冷却をプラットフォーム１５０に提供するように、および／またはフィルム冷却をスラッシュ面２３０に提供するようにカスタマイズすることができる。別々に示されているが、冷却通路の例またはその態様のいずれかを他の例と組み合わせることができる。

冷却回路２３４および冷却通路２４０は、プラットフォームの正圧側２３２のみ（図１３のみ）、プラットフォーム１５０の負圧側２３１のみ（図１２のみ）、またはプラットフォーム１５０の両側２３１、２３２（図１２〜図１３）に提供され得る。プラットフォーム１５０の片側にのみ提供される場合、他の従来の構造は、プラットフォームの反対側に提供され得る。後者の場合、図１２および図１３に集合的に示すように、冷却回路２３４は、プラットフォーム１５０の負圧側２３１に第１の部分２３４ＳＳと、プラットフォーム１５０の正圧側２３２に第２の部分２３４ＰＳとを含むことができる。部分２３４ＳＳおよび２３４ＰＳは、分離されるか、または流体結合され得る。この点に関して、スラッシュ面２３０は、負圧側スラッシュ面２３０ＳＳと、正圧側スラッシュ面２３０ＰＳとを含む。ここで、プラットフォーム１５０内の冷却通路２４０は、冷却回路の第１の部分２３４ＳＳと流体連通し、負圧側スラッシュ面２３０ＳＳから出る少なくとも１つの第１の冷却通路２４０と、冷却回路２３４の第２の部分２３４ＰＳと流体連通し、正圧側スラッシュ面２３０ＰＳから出る少なくとも１つの第２の冷却通路２４０とを含み得る。

非線形冷却通路２４０は、従来の穿孔された線形冷却剤通路とは対照的に、プラットフォーム１５０内の必要な場所に冷却剤を向けることを可能にする。付加製造により、冷却剤通路１４０は、必要に応じて冷却を向け、それらの形状を通して強化された冷却を提供する多種多様な非線形構成を有することが可能になる。

Ｄ．冷却剤移送通路を備えたエンジェルウィング
図２および図１９〜図２２を参照すると、本開示の実施形態による別の一体型特徴が、内部に冷却剤移送通路を有するエンジェルウィング２８０を含む。図１９は、エンジェルウィング２８０を含むタービンロータブレード１２０の半径方向断面を示し、図２０は、エンジェルウィング２８０を含むタービンロータブレード１２０の透明斜視図を示し、図２１は、エンジェルウィング２８０を含むタービンロータブレード１２０Ａ〜Ｃのセットの軸方向図を示し、図２２は、エンジェルウィング２８０を含むタービンロータブレード１２０の上面図を示す。さらに図２１に関して、タービンロータブレードのセットは、第１のタービンロータブレード１２０Ａ、第２のタービンロータブレード１２０Ｂ、および第３のタービンロータブレード１２０Ｃ（集合的または個別に、タービンロータブレード１２０）を含む。第１のタービンロータブレード１２０Ａは、第２および第３のタービンロータブレード１２０Ｂ、１２０Ｃの間に位置決めされる。この実施形態では、図１９〜図２０に示すように、各タービンロータブレード１２０は、前縁および後縁１２８、１３０（図３）に沿って接続する凹状正圧側外側壁１２４（図３）および凸状負圧側外側壁１２６（図３）を含む翼形部本体１２２を含み得る。タービンロータブレード１２０はまた、翼形部本体１２２の半径方向内側端１５２にシャンク１４８を含み得る。加えて、タービンロータブレード１２０は、シャンク１４８の少なくとも１つの側２８２、２８４から横方向に延びる少なくとも１つのエンジェルウィング２８０を含む。

図２の１つのノズル−ブレードインターフェースについて示すように、開口部２８６が、隣接するノズル１１２とタービンロータブレード１２０との間のインターフェースに存在し、これにより、高温作動流体が高温ガス経路を出て、タービン１０８のホイールスペース３００に入ることが可能になり得る。この高温ガスの漏れを制限するために、タービンロータブレード１２０は、典型的には、軸方向に突出するエンジェルウィングシール２８０（単に「エンジェルウィング」とも呼ばれる）を含む。エンジェルウィング２８０は、ノズル１１２から延びる突出セグメントまたは「留め手（ｄｉｓｃｏｕｒａｇｅｒｓ）」２８８と協働する。エンジェルウィング２８０と留め手２８８は重なり合う（またはほぼ重なり合う）が、互いに接触しないため、流体の流れが限定される。

図１９〜図２２を参照すると、本開示の実施形態によれば、タービンロータブレード１２０はまた、少なくとも１つのエンジェルウィング２８０を通して画定された冷却剤移送通路２９０を含み得る。例えば、第１のタービンロータブレード１２０Ａ（図２１）に対する冷却剤移送通路２９０は、シャンク１４８Ａ（図２１）と第１の隣接するタービンロータブレード１２０Ｂの第１の隣接するシャンク１４８Ｂ（図２１）との間に画定された第１のホイールスペース部分２９２と、シャンク１４８Ａ（図２１）と第２の隣接するタービンロータブレード１２０Ｃ（図２１）の第２の隣接するシャンク１４８Ｃとの間に画定された第２のホイールスペース部分２９４を流体結合する。図２、図２１、および図２２を見ることによって最もよく示すように、各ホイールスペース部分２９２、２９４は、ホイールスペース３００の一部である。ホイールスペース３００は、隣接するタービンロータブレード１２０Ａ〜Ｃのシャンク１４８Ａ〜Ｃ（図２１）の間で円周方向に、シャンク１４８と隣接するノズル１１２との間で軸方向に、プラットフォーム１５０およびロータディスク１４７によって半径方向に画定される。ホイールスペース部分２９２、２９４は、特定のブレードのシャンク１４８の軸方向の横にあるホイールスペース３００の部分である。

図２２に最もよく示すように、冷却剤移送通路２９０は、第１のホイールスペース部分２９２と流体連通する第１の開放端３１０と、第２のホイールスペース部分２９４と流体連通する第２の開放端３１２とを含む。したがって、冷却剤移送通路２９０は、ホイールスペース冷却剤３１６が、シャンク１４８の円周方向に対向する側のホイールスペース部分２９２、２９４の間を通過することを可能にする。第１の開放端３１０および第２の開放端３１２は、翼形部本体１２２に対して軸方向−円周方向、またはホイールスペース冷却剤３１６がホイールスペース部分２９２、２９４の間を通過することを可能にする任意の方向に面し得る。ホイールスペース冷却剤３１６は、例えば、圧縮機１０２（図１）から送られる、任意の現在知られているまたは後に開発される冷却剤であってもよい。前に述べたように、翼形部本体１２２の外側壁１２４、１２６は、シャンク１４８に延びることができる半径方向に延びるチャンバ１３４を画定する。図２２に示すように、冷却剤移送通路２９０は、半径方向に延びるチャンバ１３４から流体的に隔離され、すなわち、チャンバ１３４からの冷却剤の流れ１３６（図４）は、ホイールスペース冷却剤３１６と混合しない。

任意の数のエンジェルウィング２８０が、採用されてもよい。一例では、図１９、図２０、および図２２に示すように、第１のエンジェルウィング２８０は、シャンク１４８の第１の側２８２から横方向に延び、第２のエンジェルウィング２８０は、シャンク１４８の第２の対向する側２８４から横方向に延びる。別の例では、図２３に示すように、第１の対の半径方向に隔置されたエンジェルウィング２８０は、シャンク１４８の第１の側２８２から横方向に延びることができ、シャンク１４８の側２８４から延びるものはない。別の実施形態では、図２４に示すように、第１の対の半径方向に隔置されたエンジェルウィング２８０は、シャンク１４８の第１の側２８２から横方向に延びることができ、第２の対の半径方向に隔置されたエンジェルウィング２８０は、シャンク１４８の第２の対向する側２８４から横方向に延びることができる。いずれにせよ、各エンジェルウィング２８０は、それぞれの冷却剤移送通路２９０を含み得る。あるいは、冷却剤移送通路２９０を含む各エンジェルウィング２８０が示されているが、選択的にエンジェルウィングは、冷却剤移送通路を含まなくてもよい。

冷却剤移送通路２９０は、ホイールスペース冷却剤３１６（図２２）がホイールスペース部分２９２、２９４の間を移動することを可能にし、エンジェルウィング２８０の冷却を可能にし、タービンロータブレード１２０の重量を低減する。

Ｅ．格子支持構造を備えた中空ブレードマウント
図１９、図２０、図２５、および図２６を参照すると、本開示の実施形態による別の一体型特徴は、中空ブレードマウント１４６を含む。この実施形態では、根元１４４は、内部に画定された半径方向に延びるチャンバ１３４を有するシャンク１４８を含めて提供される。ブレードマウント１４６は、シャンク１４８の半径方向内側端にある。多くの従来のブレードマウントとは対照的に、ブレードマウント１４６は、例えば、ブレードマウント１４６の内側壁表面３４４によって内部に画定された中空内部３３０を有する。中空内部３３０は、半径方向に延びるチャンバ１３４と流体連通する。中空内部３３０は、例えば、図２５に示すように半径方向に拡張する、任意の所望の内部形状を有し得る。ブレードマウント１４６は、ロータ１１０（図２）に結合されたロータホイール１４７（図２１）に装着するように構成された、任意の現在知られているまたは後に開発される外部形状、例えば、ダブテール、またはモミの木形状を有してもよい。

タービンロータブレード根元１４４は、ブレードマウント１４６の中空内部３３０内に配置された格子支持構造３４０をさらに含み得る。格子支持構造３４０は、様々な中空支持構造の形態をとることができる。一例では、格子支持構造３４０は、複数の半径方向に延びるＶ字形セクション３４２を含んでもよい。Ｖ字形セクション３４２は、ブレードマウント１４６の内側壁表面３４４と一体であり得る。シャンク１４８およびブレードマウント１４６を含み、かつ格子支持構造３４０を含む根元１４４は、付加製造によって作製することができる。したがって、シャンク１４８およびブレードマウント１４６は、複数の一体型材料層を含み得る。

この実施形態による、すなわち、格子支持構造３４０を備えた根元１４４はまた、図１２〜図１８に関して本明細書に記載のように、プラットフォーム１５０を含み得る。プラットフォーム１５０は、記載のように、シャンク１４８の半径方向外側に位置決めされ、シャンクに対して横方向外側に延び、少なくとも１つのスラッシュ面２３０で終端する。プラットフォーム１５０は、プラットフォーム内に画定され、冷却剤の流れの供給源、例えば、半径方向に延びるチャンバ１３４と流体連通する冷却回路２３４を含むことができる。冷却通路２４０（図１２〜１８）は、プラットフォーム１５０内に画定され、冷却回路２３４と流体連通し得る。記載のように、冷却通路２４０は、冷却回路２３４から非線形構成で延び、プラットフォームのスラッシュ面２３０を通って出る。スラッシュ面２３０は、冷却通路２４０が通って延びる延長部材２４４を含み得る。冷却通路２４０は、以下を有することができる：らせん形状（図１５）、第１の方向の少なくとも１つの第１のターン、および第２の反対方向の少なくとも１つの第２のターン（図１６）、複数の分岐（図１７）、または湾曲した形状（例えば、図１２、図１４、図１８）。

この実施形態による、すなわち、格子支持構造３４０を備えた根元１４４はまた、図１９〜図２４に関して本明細書に記載のように、シャンク１４８の少なくとも１つの側から横方向に延びるエンジェルウィング２８０を含み得る。記載のように、冷却剤移送通路２９０は、エンジェルウィング２８０を通して画定することができる。図２１に示すように、冷却剤移送通路２９０は、シャンク１４８Ａと第１の隣接するタービンロータブレード根元１４４Ｂの第１の隣接するシャンク１４８Ｂとの間に画定された第１のホイールスペース部分２９２と、シャンク１４８Ａと第２の隣接するタービンロータブレード根元１４４Ｃの第２の隣接するシャンク１４８Ｃとの間に画定された第２のホイールスペース部分２９４を流体結合する。冷却剤移送通路２９０は、第１のホイールスペース部分２９２と流体連通する第１の開放端３１０と、第２のホイールスペース部分２９４と流体連通する第２の開放端３１２とを含む。図２２に示すように、第１の開放端３１０および第２の開放端３１２は、シャンク１４８に対して円周方向に面してもよい。冷却剤移送通路２９０は、シャンク１４８内の半径方向に延びるチャンバ１３４から流体的に隔離され得る。

この実施形態による、すなわち、格子支持構造３４０を備えた根元１４４はまた、本明細書に記載のように、プラットフォーム１５０とエンジェルウィング２８０の両方を含み得る。付加製造は、シャンク１４８、中空ブレードマウント１４６、格子支持構造３４０、およびプラットフォーム１５０ならびに／またはエンジェルウィング２８０を備えた根元１４４の形成を可能にし、提供されるあらゆる特徴に対して複数の一体型材料層を作成する。

ブレードマウント１４６の中空内部３３０内の一体型格子支持構造３４０を含む根元１４４は、より軽いタービンロータブレード１２０、およびブレードマウント１４６の追加の冷却を提供する。

様々な実施形態が共に使用されるものとして本明細書で説明および例示されてきたが、様々な実施形態は、単独でまたは組み合わせて使用することができることが理解される。

本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、近似を表す文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動し得る任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語によって修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の限定は組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。範囲の特定の値に適用される「約」は、両方の値に適用され、値を測定する機器の精度に特に依存しない限り、記載された値の＋／−１０％を示すことができる。

以下の特許請求の範囲におけるミーンズプラスファンクションまたはステッププラスファンクションの要素すべての、対応する構造、材料、動作、および均等物は、具体的に請求された他の請求要素と組み合わせてその機能を実施するための、一切の構造、材料、または動作を包含することを意図している。本開示の記述は、例示および説明の目的で提示されており、網羅的であることも、または本開示を開示した形態に限定することも意図していない。当業者には、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく多くの修正および変形が明らかであろう。本開示の原理および実際の用途を最良に説明し、想定される特定の使用に適するように様々な修正を伴う様々な実施形態の本開示を他の当業者が理解することができるようにするために、本実施形態を選択し、かつ説明した。

１００ ガスタービン（ＧＴ）システム
１０２ 圧縮機
１０４ 燃焼器
１０５ 燃焼領域
１０６ 燃料ノズルアセンブリ
１０８ タービン
１１０ 圧縮機、タービンシャフト、ロータ
１１２ 静止ベーン、静止ノズル
１１４ 半径方向外側プラットフォーム
１１６ 径方向内側プラットフォーム
１１８ 翼形部
１２０ タービンロータブレード
１２０Ａ 第１のタービンロータブレード
１２０Ｂ 第２のタービンロータブレード
１２０Ｃ 第３のタービンロータブレード
１２２ 翼形部本体
１２４ 凹状正圧側外側壁
１２６ 凸状負圧側外側壁
１２８ 前縁
１３０ 後縁
１３２ 翼形部内側表面
１３４ 半径方向に延びるチャンバ
１３６ 冷却剤の流れ
１４０ 先端、冷却剤通路
１４２ 半径方向外側端
１４４ タービンロータブレード根元
１４４Ｂ 第１の隣接するタービンロータブレード根元
１４４Ｃ 第２の隣接するタービンロータブレード根元
１４６ 中空ブレードマウント
１４７ ロータホイール、ロータディスク
１４８ シャンク
１４８Ａ シャンク
１４８Ｂ 第１の隣接するシャンク
１４８Ｃ 第２の隣接するシャンク
１５０ プラットフォーム
１５２ 半径方向内側端
１５４ シャンク内側表面
１６０ 一体型インピンジメント冷却構造
１６２ 中空体
１６４ 第１の端部
１６６ 第２の端部
１６８ 内部表面
１７０ 外部表面
１７２ 冷却通路
１７４ 合流場所
１７６ 内側表面
１８０ 支持構造
１８２ 第１の部分、より厚いおよび／またはより薄い部分
１８４ 第２の部分、より厚いおよび／またはより薄い部分、より薄い壁厚部分
１８６ 支持体
１８８ 通路
１８９ 支持体
１９０ 補強部材
１９２ 補剛リブ
１９４ 軸方向後端
１９５ 高熱負荷領域
１９５Ａ 高熱負荷領域
１９５Ｂ 高熱負荷領域
１９５Ｃ 高熱負荷領域
１９６ ポストインピンジメントターゲット特徴、ポストインピンジメント冷却特徴
１９８ 局所的な膨らみ
１９９ フィルム冷却孔
２００ 蛇行冷却通路
２０１ 冷却フィルム
２０２ 後縁冷却通路
２０４ スペース
２０６ ピンバンク
２０８ 開口部
２３０ スラッシュ面
２３０ＳＳ 負圧側スラッシュ面
２３０ＰＳ 正圧側スラッシュ面
２３１ 負圧側
２３２ 正圧側
２３４ 冷却回路
２３４ＳＳ 第１の部分
２３４ＰＳ 第２の部分
２３６ 冷却剤
２４０ 非線形冷却通路、第１の冷却通路、第２の冷却通路
２４２ 外側表面
２４４ 延長部材
２４６ ダンパピンシート
２４８ ダンパピン
２５０ らせんコイル
２５２ 第１のターン
２５４ 第２のターン
２６０ 入口
２６２ 出口
２６４ 分岐
２８０ エンジェルウィング
２８２ 第１の側
２８４ 第２の対向する側
２８６ 開口部
２８８ 留め手
２９０ 冷却剤移送通路
２９２ 第１のホイールスペース部分
２９４ 第２のホイールスペース部分
３００ ホイールスペース
３１０ 第１の開放端
３１２ 第２の開放端
３１６ ホイールスペース冷却剤
３３０ 中空内部
３４０ 格子支持構造
３４２ Ｖ字形セクション
３４４ 内側壁表面
Ａ 振幅
Ｄ 直径
ＦＤ 第１の方向
Ｗ１ 第１の壁厚
Ｗ２ 第２の壁厚
ＷＣ１ 翼弦方向幅
ＷＣ２ 翼弦方向幅
ＷＣ３ 翼弦方向幅
ＷＣ４ 翼弦方向幅
Ｚ スタンドオフ距離
Ｚ１ 第１の間隔
Ｚ２ 第２の間隔

Claims (15)

1. 前縁および後縁（１２８、１３０）に沿って接続する凹状正圧側外側壁（１２４）および凸状負圧側外側壁（１２６）を含む翼形部本体（１２２）であって、前記外側壁（１２４、１２６）は、冷却剤（２３６）の流れを受け入れるための半径方向に延びるチャンバ（１３４）を画定する翼形部内側表面（１３２）を有する翼形部本体（１２２）と、
   前記翼形部本体（１２２）の半径方向外側端（１４２）にある先端（１４０）と、
   前記翼形部本体（１２２）の半径方向内側端（１５２）にあるシャンク（１４８、１４８Ａ）であって、前記半径方向に延びるチャンバ（１３４）は、前記シャンク（１４８、１４８Ａ）に少なくとも部分的に延びてシャンク内側表面（１５４）を画定するシャンク（１４８、１４８Ａ）と、
   前記半径方向に延びるチャンバ（１３４）内のインピンジメント冷却構造（１６０）であって、
   第１の端部（１６４）、第２の端部（１６６）、内部表面（１６８）、および外部表面（１７０）を含む中空体（１６２）と、
   前記中空体（１６２）を通って前記半径方向に延びるチャンバ（１３４）と流体連通し、前記冷却剤（２３６）の流れが前記中空体（１６２）の前記内部表面（１６８）から通過して少なくとも前記翼形部内側表面（１３２）に衝突することを可能にする複数の冷却通路（１７２）と
   を含むインピンジメント冷却構造（１６０）と
   を備え、
   前記中空体（１６２）の前記第１の端部（１６４）は、前記シャンク内側表面（１５４）に一体的に形成され、
   前記中空体（１６２）の前記外部表面（１７０）は、前記中空体（１６２）の前記第１の端部（１６４）と前記第２の端部（１６６）との間で前記翼形部内側表面（１３２）から均一に隔置される、
   タービンロータブレード（１２０）。
2. 前記中空体（１６２）の前記第２の端部（１６６）は、前記先端（１４０）の内側表面（１７６）に一体的に形成される、請求項１に記載のタービンロータブレード（１２０）。
3. 前記中空体（１６２）の前記第１の端部（１６４）は、前記中空体（１６２）の前記第１の端部（１６４）およびシャンク前記内側表面（１５４）の合流場所（１７４）から実質的に半径方向に延びる、請求項１に記載のタービンロータブレード（１２０）。
4. 前記シャンク内側表面（１５４）の少なくとも一部は、前記中空体（１６２）の前記第１の端部（１６４）および前記シャンク（１４８、１４８Ａ）の前記合流場所（１７４）から前記半径方向に対してある角度で延びる、請求項３に記載のタービンロータブレード（１２０）。
5. 前記シャンク（１４８、１４８Ａ）と前記翼形部本体（１２２）の前記半径方向内側端（１５２）との間にプラットフォーム（１５０）をさらに備え、前記プラットフォーム（１５０）は、前記シャンク（１４８、１４８Ａ）に対して横方向外側に延び、
   前記中空体（１６２）の前記第１の端部（１６４）と前記シャンク内側表面（１５４）との間に支持構造（１８０）をさらに備え、前記支持構造（１８０）は、前記合流場所（１７４）の半径方向外側および前記プラットフォーム（１５０）の半径方向内側に位置決めされる、
   請求項３に記載のタービンロータブレード（１２０）。
6. 前記シャンク（１４８、１４８Ａ）と前記翼形部本体（１２２）の前記半径方向内側端（１５２）との間にプラットフォーム（１５０）をさらに備え、前記プラットフォーム（１５０）は、前記シャンク（１４８、１４８Ａ）に対して横方向外側に延び、
   前記中空体（１６２）の前記第１の端部（１６４）は、前記プラットフォーム（１５０）の半径方向内側に前記シャンク内側表面（１５４）に一体的に形成される、
   請求項１に記載のタービンロータブレード（１２０）。
7. 前記中空体（１６２）は、その前記内部表面（１６８）と前記外部表面（１７０）との間に第１の壁厚を有する少なくとも１つの第１の部分（２３４ＳＳ）と、その前記内部表面（１６８）と前記外部表面（１７０）との間に第２の壁厚を有する少なくとも１つの第２の部分（２３４ＰＳ）とを含み、前記第１の壁厚は、前記第２の壁厚よりも大きい、請求項１に記載のタービンロータブレード（１２０）。
8. 前記第２の壁厚を有する前記少なくとも１つの第２の部分（２３４ＰＳ）において前記中空体（１６２）の前記外部表面（１７０）上に支持体（１８６、１８９）をさらに備え、前記支持体（１８６、１８９）は、前記中空体（１６２）と一体的に形成され、前記中空体（１６２）の前記第１の端部（１６４）と前記第２の端部（１６６）との間で前記翼形部内側表面（１３２）から前記中空体（１６２）の前記外部表面（１７０）を離間（２０４）させ、
   前記支持体（１８６、１８９）は、前記複数の冷却通路（１７２、２４０）の１つと流体連通する通路を含む、
   請求項７に記載のタービンロータブレード（１２０）。
9. 前記中空体（１６２）の前記外部表面（１７０）上に支持体（１８６、１８９）をさらに備え、前記支持体（１８６、１８９）は、前記中空体（１６２）と一体的に形成され、前記中空体（１６２）の前記第１の端部（１６４）と前記第２の端部（１６６）との間で前記翼形部内側表面（１３２）から前記中空体（１６２）の前記外部表面（１７０）を離間（２０４）させる、請求項１に記載のタービンロータブレード（１２０）。
10. 前記複数の冷却通路（１７２、２４０）の少なくとも１つを囲む補強部材（１９０）をさらに備える、請求項１に記載のタービンロータブレード（１２０）。
11. 前記翼形部本体（１２２）、前記先端（１４０）、前記シャンク（１４８、１４８Ａ）、および前記インピンジメント冷却構造（１６０）は、複数の一体型材料層を含む、請求項１に記載のタービンロータブレード（１２０）。
12. 前記中空体（１６２）は、前記シャンク（１４８、１４８Ａ）よりも前記先端（１４０）の近くでより大きな翼弦方向幅を有する、請求項１に記載のタービンロータブレード（１２０）。
13. 前記中空体（１６２）の前記内部表面（１６８）に一体的に形成された補剛リブ（１９２）をさらに備える、請求項１に記載のタービンロータブレード（１２０）。
14. 前記中空体（１６２）を通って前記半径方向に延びるチャンバ（１３４）と流体連通する前記複数の冷却通路（１７２、２４０）は、前記中空体（１６２）の全周範囲の周りに延びる、請求項１に記載のタービンロータブレード（１２０）。
15. 前記中空体（１６２）の軸方向後端（１９４）は、前記中空体（１６２）の半径方向スパンに沿って翼弦方向の場所で変化し、
    前記翼形部本体（１２２）は、前記中空体（１６２）の後方の前記翼形部内側表面（１３２）から前記後縁（１３０）に向かって延びる少なくとも１つの翼弦方向に延びる蛇行冷却通路（１７２、２４０）をさらに含み、各翼弦方向に延びる蛇行冷却通路（１７２、２４０）は、同じ翼弦方向幅を有する、
    請求項１に記載のタービンロータブレード（１２０）。

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