JP2021156284A - ターボ機械構成要素用の冷却回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボ機械のロータブレード冷却回路を提供する。【解決手段】ロータブレードは、プラットフォーム（４２）と、プラットフォーム（４２）から半径方向内側に延びるシャンク（３６）とを含む。ロータブレードは、プラットフォーム（４２）から半径方向外側に延びる翼形部（４０）をさらに含む。翼形部（４０）は、前縁（５２）および後縁（５４）を含む。冷却回路（５６）が、シャンク（３６）および翼形部（４０）内に画定される。冷却回路（５６）は、複数のピン（６８）を含む。複数のピン（６８）は、プラットフォーム（４２）の半径方向内側に位置決めされた第１のピン群（７２）、および翼形部（４０）内に位置決めされた第２のピン群（７４）を含む。冷却回路（５６）は、後縁（５４）に沿って配置された複数の出口チャネル（６６）をさらに含む。複数の出口チャネル（６６）は、複数のピン（６８）の下流にある。【選択図】図２

Description

本開示は、一般に、ターボ機械構成要素用の冷却回路に関する。特に、本開示は、ターボ機械のロータブレード冷却回路に関する。

ターボ機械は、発電などの分野において広く利用されている。例えば、従来のガスタービンシステムは、圧縮機セクションと、燃焼器セクションと、少なくとも１つのタービンセクションとを含む。圧縮機セクションは、空気が圧縮機セクションを通って流れるときに空気を圧縮するように構成される。次いで、空気は圧縮機セクションから燃焼器セクションに導かれ、そこで燃料と混合されて燃焼し、高温ガス流を生成する。高温ガス流はタービンセクションに提供され、タービンセクションは、高温ガス流からエネルギーを抽出して圧縮機、発電機、および／または他の様々な負荷に動力を供給する。

タービンセクションは、典型的には、高温ガス経路に沿って配置された複数の段を含み、したがって高温ガスは、第１段のノズルおよびロータブレードを通り、さらに後続のタービン段のノズルおよびロータブレードを通って流れる。タービンロータブレードは、タービンロータを含む複数のロータディスクに固定することができ、各ロータディスクは、ロータシャフトに取り付けられて共に回転する。

タービンロータブレードは、一般に、実質的に平坦なプラットフォームから半径方向外側に延びる翼形部と、ロータブレードをロータディスクの１つに固定するためにプラットフォームから半径方向内側に延びるシャンク部分とを含む。冷却回路がロータブレードに外接され、圧縮機セクションからの冷却空気が高温ガス流の高温に曝される翼形部の様々な部分を通って流れて冷却するための経路を提供する。多くのロータブレードでは、ピンバンクを冷却回路内に配置することができる。ピンバンクは、圧縮機空気に曝される全表面積を増加させることによって、ロータブレード内の対流冷却の量を増加させるように機能する。しかし、ロータブレードのプラットフォーム表面から半径方向内側に延びるピンバンクを利用すると、冷却回路内に流路のデッドゾーンが生じる。例えば、圧縮機空気は、冷却回路内で旋回および／または滞留し、望ましくないホットスポットを引き起こし、全体的なガスタービン性能を低下させる可能性がある。したがって、流れのデッドゾーンを生じさせることなくピンバンクの使用を可能にするロータブレード冷却回路が、当技術分野において望まれている。

本開示によるアセンブリの態様および利点は、以下の説明に部分的に記載されており、または説明から明らかとなり、または本技術の実践を通して学ぶことができる。

一実施形態によれば、ターボ機械構成要素が提供される。ターボ機械構成要素は、プラットフォームと、シャンクとを含む。プラットフォームは、前方プラットフォーム面、後方プラットフォーム面、およびプラットフォーム表面を含む。シャンクは、プラットフォームから半径方向内側に延びる。ロータブレードは、プラットフォームから半径方向外側に延びる翼形部をさらに含む。翼形部は、前縁および後縁を含む。冷却回路が、シャンクおよび翼形部内に画定される。冷却回路は、複数のピンを含む。複数のピンは、冷却回路を横切って延びる。複数のピンは、プラットフォーム表面の半径方向内側に位置決めされた第１のピン群、および翼形部内に位置決めされた第２のピン群を含む。第２のピン群は、第１のピン群の下流にある。冷却回路は、後縁に沿って配置された複数の出口チャネルをさらに含む。複数の出口チャネルは、複数のピンの下流にある。冷却回路はまた、冷却回路内に配置された入口から後方プラットフォーム面上に位置決めされた出口に延びる少なくとも１つのバイパス導管を含む。少なくとも１つのバイパス導管は、プラットフォーム表面の半径方向内側に位置決めされる。

別の実施形態によれば、ターボ機械が提供される。ターボ機械は、圧縮機セクションと、燃焼器セクションと、タービンセクションとを含む。複数のロータブレードがタービンセクション内に設けられ、複数のロータブレードの各々は、プラットフォームと、シャンクとを含む。プラットフォームは、前方プラットフォーム面、後方プラットフォーム面、およびプラットフォーム表面を含む。シャンクは、プラットフォームから半径方向内側に延びる。ロータブレードは、プラットフォームから半径方向外側に延びる翼形部をさらに含む。翼形部は、前縁および後縁を含む。冷却回路が、シャンクおよび翼形部内に画定される。冷却回路は、複数のピンを含む。複数のピンは、冷却回路を横切って延びる。複数のピンは、プラットフォーム表面の半径方向内側に位置決めされた第１のピン群、および翼形部内に位置決めされた第２のピン群を含む。第２のピン群は、第１のピン群の下流にある。冷却回路は、後縁に沿って配置された複数の出口チャネルをさらに含む。複数の出口チャネルは、複数のピンの下流にある。冷却回路はまた、冷却回路内に配置された入口から後方プラットフォーム面上に位置決めされた出口に延びる少なくとも１つのバイパス導管を含む。少なくとも１つのバイパス導管は、プラットフォーム表面の半径方向内側に位置決めされる。

本アセンブリのこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照して、よりよく理解されよう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するものであるが、本技術の実施形態を例示し、明細書における説明と併せて本技術の原理を説明するのに役立つ。

当業者へと向けられた本システムおよび方法の作製および使用の最良の態様を含む、本アセンブリの完全かつ実施可能な開示が、添付の図を参照する本明細書に記載される。

本開示の実施形態による、ターボ機械の概略図である。 本開示の実施形態による、ロータブレードの斜視図である。 本開示の実施形態による、ロータブレードの断面上面図である。 本開示の実施形態による、ロータブレードの拡大斜視図である。 本開示の実施形態による、ロータブレードの拡大側面図である。 本開示の実施形態による、ロータブレードの断面図である。

ここで、本アセンブリの実施形態を詳細に参照するが、その１つまたは複数の例が図面に示されている。各例は、本技術の説明のために提供するものであって、本技術を限定するものではない。実際、特許請求される技術の範囲または趣旨を逸脱せずに、修正および変更が本技術において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部として図示または記載された特徴は、またさらなる実施形態をもたらすために、別の実施形態において使用することができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にあるそのような修正および変更を包含することを意図している。

詳細な説明は、図面の特徴を参照するために、数字および文字の符号を使用する。図面および説明における類似または同様の符号は、本発明の類似または同様の部分を指して使用されている。本明細書で使用する場合、「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、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図するものではない。

本明細書で使用する場合、「上流」（または「前方」）、および「下流」（または「後方」）という用語は、流体経路における流体の流れに関する相対的な方向を指す。例えば、「上流」は、流体が流れてくる方向を指し、「下流」は、流体が流れていく方向を指す。

中心軸に関して異なる半径方向位置に配置された部品を記述する必要がある場合がある。「半径方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向の中心線に実質的に垂直な相対的な方向を指し、「軸方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向の中心線に実質的に平行および／または同軸に整列する相対的な方向を指し、「円周方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向の中心線の周囲に延びる相対的な方向を指す。

「概して」、または「約」などの近似の用語は、記載された値のプラスマイナス１０パーセントの範囲内の値を含む。角度または方向の文脈で使用されるとき、そのような用語は、記載された角度または方向のプラスマイナス１０度の範囲を含む。例えば、「概して垂直」は、任意の方向、例えば、時計回りまたは反時計回りの垂直から１０度の範囲内の方向を含む。

ここで図面を参照すると、図１は、ターボ機械の一実施形態の概略図を示しており、これは、図示の実施形態ではガスタービン１０である。産業用または陸上用のガスタービンが本明細書に示されて説明されているが、本開示は、特許請求の範囲に特に明記されない限り、産業用および／または陸上用ガスタービンに限定されない。例えば、本明細書に記載のターボ機械構成要素は、限定はしないが、蒸気タービン、航空機用ガスタービン、または船舶用ガスタービンを含む任意のタイプのターボ機械に使用することが可能である。

示すように、ガスタービン１０は、一般に、入口セクション１２と、入口セクション１２の下流に配置された圧縮機セクション１４と、圧縮機セクション１４の下流に配置された燃焼器セクション１６内の１つまたは複数の燃焼器（図示せず）と、燃焼器セクション１６の下流に配置されたタービンセクション１８と、タービンセクション１８の下流に配置された排気セクション２０とを含む。加えて、ガスタービン１０は、圧縮機セクション１４とタービンセクション１８との間に結合された１つまたは複数のシャフト２２を含むことができる。

圧縮機セクション１４は、一般に、複数のロータディスク２４（そのうちの１つが示されている）と、各ロータディスク２４から半径方向外側に延び、各ロータディスク２４に接続されている複数のロータブレード２６とを含むことができる。次に、各ロータディスク２４は、圧縮機セクション１４を通って延びるシャフト２２の一部に結合されるか、またはその一部を形成してもよい。

タービンセクション１８は、一般に、複数のロータディスク２８（そのうちの１つが示されている）と、各ロータディスク２８から半径方向外側に延び、各ロータディスク２８に接続されている複数のロータブレード３０とを含むことができる。次に、各ロータディスク２８は、タービンセクション１８を通って延びるシャフト２２の一部に結合されるか、またはその一部を形成してもよい。タービンセクション１８は、シャフト２２の一部およびロータブレード３０を円周方向に囲む外側ケーシング３１をさらに含み、それによってタービンセクション１８を通る高温ガス経路３２を少なくとも部分的に画定する。

動作中、空気などの作動流体が入口セクション１２を通って圧縮機セクション１４に流入し、ここで空気が徐々に圧縮され、それにより加圧空気を燃焼器セクション１６の燃焼器に提供する。加圧空気は燃料と混合され、各燃焼器内で燃焼されて燃焼ガス３４を発生する。燃焼ガス３４は、高温ガス経路３２を通って燃焼器セクション１６からタービンセクション１８に流入し、ここでエネルギー（運動エネルギーおよび／または熱エネルギー）が燃焼ガス３４からロータブレード３０に伝達されることにより、シャフト２２が回転する。次いで、機械的回転エネルギーを圧縮機セクション１４への動力供給および／または発電に使用することができる。タービンセクション１８から排出された燃焼ガス３４は次に、排気セクション２０を介してガスタービン１０から排気され得る。

図２および図６に最もよく見られるように、ガスタービン１０は、軸方向Ａおよび軸方向Ａの周囲に延びる円周方向Ｃを画定することができる。ガスタービン１０はまた、軸方向Ａに垂直な半径方向Ｒを画定することができる。本明細書で使用する場合、ターボ機械構成要素は、いくつかの実施形態ではロータブレード２６および／または３０であってもよい。他の実施形態では、ターボ機械構成要素は、ステータベーン（図示せず）であってもよい。ステータベーンの機能および構造は理解されているので、本明細書では説明しない。

図２は、本開示の１つまたは複数の実施形態を組み込むことができる、例示的なロータブレード３０の斜視図である。図２に示すように、ロータブレード３０は、一般に、取付本体３８を有する取付部分またはシャンク部分３６と、プラットフォーム４２から実質的に半径方向外側に延びる翼形部４０とを含む。図２〜図６に示すように、プラットフォーム４２は、シャンク部分３６と翼形部４０との間に半径方向に位置決めすることができる。多くの実施形態では、プラットフォーム４２は、タービンセクション１８（図１）の高温ガス経路３２を通って流れる燃焼ガス３４の半径方向内側の境界として機能することができるプラットフォーム表面４３をさらに含み得る。

いくつかの実施形態では、プラットフォーム表面４３は、プラットフォーム４２の半径方向最外面であってもよく、翼形部４０との直接交差部を形成してもよい。プラットフォーム４２は、一般に、翼形部４０を囲むことができ、翼形部４０とシャンク部分３６との間の交差部または移行部に位置決めすることができる。同様に、プラットフォーム表面４３は、プラットフォーム４２と翼形部４０の交差部に位置決めされてもよい。多くの実施形態では、プラットフォーム４２は、シャンク部分３６を越えて軸方向に延びることができる。

プラットフォーム４２はまた、燃焼ガス３４に面する前方プラットフォーム面１１４と、前方プラットフォーム面１１４から軸方向に分離された後方プラットフォーム面１１６とを含むことができる。後方プラットフォーム面１１６は、前方プラットフォーム面１１４の下流にあってもよい。図２に示すように、プラットフォーム４２は、それぞれの前方プラットフォーム面１１４および後方プラットフォーム面１１６において軸方向Ａに終端し得る。シャンク部分３６の取付本体３８は、プラットフォーム４２から半径方向内側に延びることができ、ロータブレード３０をロータディスク２８（図１に示す）に相互接続または固定するように構成された、ダブテールなどの根元構造を含むことができる。

翼形部４０は、概して空気力学的な輪郭を有することができ、正圧側壁４４と、対向する負圧側壁４６とを含むことができる。（図３に示す）キャンバ軸７０が正圧側壁４４と負圧側壁４６との間に画定されてもよく、キャンバ軸７０は、概して湾曲していても円弧状であってもよい。様々な実施形態において、正圧側壁４４および負圧側壁４６は、翼形部４０の根元４８から翼形部４０の先端５０にわたって、プラットフォーム４２から実質的に半径方向外側に延びることができる。翼形部４０の根元４８は、翼形部４０とプラットフォーム表面４３との間の交差部に画定されてもよい。正圧側壁４４は、一般に、翼形部４０の空気力学的な凹状の外部表面を備える。同様に、負圧側壁４６は、一般に、翼形部４０の空気力学的な凸状の外部表面を画定することができる。

翼形部４０は、互いに離間し、軸方向Ａにおいて翼形部４０の終端部を画定する前縁５２および後縁５４を含むことができる。翼形部４０の前縁５２は、高温ガス経路３２に沿って燃焼ガス３４に関与する、すなわち、曝される翼形部４０の第１の部分であってもよい。燃焼ガス３４は、後縁５４で排気される前に、翼形部４０の空気力学的輪郭に沿って、すなわち、負圧側壁４６および正圧側壁４４に沿って導かれ得る。

先端５０は、根元４８の半径方向反対側に配置される。したがって、先端５０は、一般に、ロータブレード３０の半径方向最外部分を画定することができるため、ガスタービン１０の静止シュラウドまたはシール（図示せず）に隣接して位置決めされるように構成することができる。

シャンク部分３６は、正圧側スラッシュ面６２と、負圧側スラッシュ面６４とを含むことができる。正圧側スラッシュ面６２は、負圧側スラッシュ面６４から円周方向に離間していてもよい。いくつかの実施形態では、正圧側スラッシュ面６２および／または負圧側スラッシュ面６４は、概して平面であり得る（従来的には平面または傾斜していてもよい）。他の実施形態では、正圧側スラッシュ面６２および／もしくは負圧側スラッシュ面６４またはその少なくとも一部は、曲面（ｃｕｒｖｉｐｌａｎａｒ）であり得る。例えば、図２に示す実施形態では、正圧側スラッシュ面６２または負圧側スラッシュ面６４は、軸方向、半径方向、および／または接線方向に対して湾曲していてもよい。

シャンク部分３６は、後縁面７８から軸方向に離間した前縁面７６をさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、前縁面７６は、燃焼ガス３４の流れの中に位置決めされてもよく、後縁面７８は、前縁面７６の下流に位置決めされてもよい。多くの実施形態では、示すように、前縁面７６および後縁面７８は各々、前方プラットフォーム面１１４および後方プラットフォーム面１１６の半径方向内側にそれぞれ位置決めされ得る。

図２に示すように、ロータブレード３０は、少なくとも部分的に中空であってもよく、例えば、冷却回路５６（図２に部分的に破線で示す）が、翼形部４０内で外接しており、冷却剤５８を翼形部４０を通して正圧側壁４４と負圧側壁４６との間に送り、それにより対流冷却を提供することができる。冷却回路５６は、シャンク部分３６、プラットフォーム４２、および翼形部４０内に画定することができ、ロータブレード３０の様々なセクションを通して冷却剤５８を導くための１つまたは複数の冷却通路８０、８２、８３、８４を含むことができる。例えば、冷却回路は、１つまたは複数の前縁通路８０と、１つまたは複数の中間体通路８２、８３と、１つまたは複数の後縁通路８４とを含むことができる。冷却剤５８は、圧縮機セクション１４（図１）からの圧縮空気の一部および／または翼形部４０を冷却するための蒸気もしくは任意の他の適切な流体もしくはガスを含むことができる。１つまたは複数の冷却通路入口６０が、ロータブレード３０に沿って配置される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の冷却通路入口６０は、取付本体３８内に、取付本体３８に沿って、または取付本体３８によって形成される。冷却通路入口６０は、少なくとも１つの対応する冷却通路８０、８２、８３、８４と流体連通している。

図３は、本開示の実施形態による、ロータブレード３０の断面上面図を示している。示すように、冷却回路５６は、リブ８６によって分離された複数の冷却通路８０、８２、８３、８４を含むことができる。例えば、ロータブレード３０は、燃焼ガス流３４の方向に対して、１つまたは複数の前縁通路８０と、前縁通路８０の下流の１つまたは複数の中間体通路８２、８３と、中間体通路８２、８３の下流の１つまたは複数の後縁通路８４とを含み得る。

示すように、前縁通路８０は、ロータブレード３０内で、翼形部４０上を流れる燃焼ガス３４の方向に対して翼形部４０の前縁５２のすぐ下流に画定することができる。同様に、後縁通路８４は、ロータブレード３０内で、翼形部４０上を流れる燃焼ガス３４の方向に対して翼形部４０の後縁５４のすぐ上流に画定され得る。中間体通路８２、８３は、ロータブレード３０内で、キャンバ軸７０に対して前縁通路８０と後縁通路８４との間に軸方向に画定することができる。

図２に最もよく示されるように、冷却剤５８は、冷却回路５６および冷却通路８０、８２、８３、８４を通って概して半径方向に内側と外側の両方に移動し、ロータブレード３０の様々な隙間、空洞、および部分を有利に冷却することができる。例えば、図２に示す実施形態では、冷却剤５８は、取付本体３８内に画定された冷却通路入口６０を介してロータブレード３０に入り、翼形部４０の先端５０に達するまで中間体通路８２を通って概して半径方向外側に移動し得る。その時点で、冷却剤５８は、１つまたは複数のリブ８６の周囲を逆方向に湾曲し、別の中間体空気通路８３を通って概して半径方向内側に移動し続けることができる。冷却剤５８は、後縁通路８４に入ると再び方向を反転させ、複数のピン６８を越えて、複数の出口チャネル６６に向かって概して半径方向外側に移動し得る。

図２に示すような多くの実施形態では、翼形部４０は、冷却回路５６に流体結合された後縁５４に沿って複数の出口チャネル６６を画定することができる。いくつかの実施形態では、出口チャネル６６は、翼形部４０の後縁５４に沿って画定され、後縁通路８４に直接流体結合されてもよい。出口チャネルは、半径方向Ｒに沿って互いに離間していてもよく、冷却回路５６を通って移動する冷却剤５８のための出口を有利に提供することができる。複数の出口チャネル６６は、互いに離間し、翼形部４０の正圧側壁４４と負圧側壁４６との間に画定された実質的に中空の円筒部として成形することができる。さらに、図３に示すように、複数の出口チャネル６６は、キャンバ軸７０に沿って配向されてもよい。出口チャネル６６は、翼形部４０を通って移動する冷却剤５８が冷却回路５６から出るための出口を提供することができる。多くの実施形態では、冷却剤５８は、出口チャネル６６から排気され、タービンセクション１８を通って移動する燃焼ガス３４と混合することができる。

図２および図３に示すように、複数のピンまたはピン６８は、冷却回路５６内の冷却剤５８の流れの方向に対して複数の出口チャネル６６のすぐ上流で冷却回路５６内に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、ピン６８は、後縁通路８４を横切って延びることができる。複数のピン６８は、冷却回路５６を横切って延びてもよく、冷却回路５６内にアレイまたはパターンで配置されてもよい。多くの実施形態では、複数のピン６８は、冷却剤５８がピン６８の間および周囲を通過することを可能にするように位置決めすることができる。いくつかの実施形態では、複数のピン６８は、冷却回路５６を通過する冷却剤５８の対流冷却に曝される表面積を増加させるように機能することができる。複数のピン６８の各ピン６８は、実質的に円形の断面を有し得る。しかし、他の実施形態（図示せず）では、各ピン６８は、楕円形、正方形、長方形、または任意の他の多角形の断面形状を有してもよい。

図２〜図５に示すようないくつかの実施形態では、複数のピン６８は、各々がロータブレード３０のシャンク部分３６と先端５０との間に延びる４つのピン列１０６、１０８、１１０、１１２を含むことができる。例えば、第１のピン列１０６、第２のピン列１０８、第３のピン列１１０、および第４のピン列１１２は、ロータブレード３０内で互いに隣接して配置されてもよい。図２〜図５に示すように、第１のピン列１０６は、４つのピン列１０６、１０８、１１０、１１２のうち軸方向に最も内側にあってもよい。さらに、第２のピン列１０８は、第１のピン列１０６から軸方向外側にあり得、第３のピン列１１０は、第２のピン列１０８よりも軸方向外側にあり得、第４のピン列１１２は、第３のピン列１１０よりも軸方向外側にあり得る。示すように、第４のピン列１１２の少なくとも一部は、冷却回路５６内の出口チャネル６６に直接隣り合っていてもよい。

様々な実施形態において、複数のピン６８は、プラットフォーム表面４３（例えば、プラットフォーム４２内および／またはシャンク部分３６内）の半径方向内側に位置決めされた第１のピン群７２と、翼形部４０内に配置された第２のピン群７４とを含んでもよい。多くの実施形態では、第２のピン群７４は、冷却回路５６内の冷却剤５８の流れの方向に対して第１のピン群７２の下流、例えば、概して半径方向外側に配置され得る。第１のピン群７２は、冷却回路５６内で、かつシャンク部分３６の正圧側スラッシュ面６２と負圧側スラッシュ面６４との間に配置されてもよい。多くの実施形態では、第１のピン群７２は、プラットフォーム表面４３の半径方向内側に、および／またはロータブレード３０のシャンク部分３６内に配置され得る。第２のピン群７４は、冷却回路５６内で、第１のピン群７２の下流、および複数の出口チャネル６６の上流に配置することができる。第２のピン群７４は、第１のピン群７２およびプラットフォーム表面４３から半径方向外側に配置されてもよい。第２のピン群７４は、翼形部４０（図３）を横切って延びることができる。例えば、第２のピン群７４は、翼形部４０の正圧側壁４４と負圧側壁４６との間に延びてもよい。

図２および図３に示すような多くの実施形態では、第２のピン群７４は、後縁通路８４内に配置されてもよく、正圧側壁４４から負圧側壁４６にキャンバ軸７０に概して垂直に延びてもよい。図３に示すように、複数の出口チャネル６６は、キャンバ軸７０に概して平行に流れる燃焼ガス３４の方向に対して第２のピン群７４のすぐ下流に位置決めすることができる。

図２〜図６にまとめて示すように、ロータブレード３０は、冷却回路５６内に配置された入口９０から後方プラットフォーム面１１６上に位置決めされた出口９２に延びる１つまたは複数のバイパス導管８８をさらに含むことができる。１つまたは複数のバイパス導管８８は、冷却回路５６の後縁通路８４と高温ガス経路３２（図１）との間の通路を各々提供する中空の円筒部として成形することができる。バイパス導管８８は、示すように円形の断面形状を有してもよく、または他の実施形態（図示せず）では、バイパス導管８８は、楕円形、正方形、長方形、または任意の他の多角形の断面形状を有してもよい。

１つまたは複数のバイパス導管８８は、プラットフォーム表面４３の半径方向内側に位置決めされ得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のバイパス導管８８は、ロータブレード３０のプラットフォーム４２とシャンク部分３６の両方内に画定されてもよく、プラットフォーム表面４３の半径方向内側に配置されてもよい。他の実施形態では、バイパス導管８８は、シャンク部分３６内に完全に画定され、プラットフォーム表面４３の半径方向内側に配置され得る。さらに他の実施形態では、バイパス導管８８は、プラットフォーム４２内に完全に画定され、プラットフォーム表面４３の半径方向内側に配置され得る。

図３〜図６に示すように、少なくとも１つのバイパス導管８８は、入口９０から負圧側スラッシュ面６４に向かって、後方プラットフォーム面１１６上に配置された出口９２に延びることができる。多くの実施形態では、図３に示すように、少なくとも１つのバイパス導管８８は、翼形部４０の負圧側壁４６に概して垂直に延びてもよい。

図２に示すように、１つまたは複数のバイパス導管８８の各々の入口９０は、冷却回路５６内の冷却剤５８の流れに対して第１のピン群７２のほぼ上流にあり得る。例えば、いくつかの実施形態では、バイパス導管８８の入口９０は、第１のピン群７２から半径方向内側にあってもよい。

１つまたは複数のバイパス導管８８の各バイパス導管８８は、入口９０から出口９２まで一定の直径を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、１つまたは複数のバイパス導管８８の各バイパス導管８８は、約０．０１インチ〜約０．２インチの直径を有することができる。多くの実施形態では、１つまたは複数のバイパス導管８８の各バイパス導管８８は、約０．０２５インチ〜約０．１７５インチの直径を有し得る。他の実施形態では、１つまたは複数のバイパス導管８８の各バイパス導管８８は、約０．０５インチ〜約０．１５インチの直径を有してもよい。様々な実施形態において、１つまたは複数のバイパス導管８８の各バイパス導管８８は、約０．０７５インチ〜約０．１２５インチの直径を有し得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のバイパス導管８８の各バイパス導管８８は、最大約０．１インチの直径を有することができる。

多くの実施形態では、バイパス導管８８は、シャンク部分３６およびプラットフォーム４２内に画定されてもよく、後縁通路８４内に位置決めされた入口９０から負圧側スラッシュ面６４に向かって、後方プラットフォーム面１１６上に配置された出口９２に延びてもよい。特定の実施形態では、図５に示すように、１つまたは複数のバイパス導管８８は、第１のバイパス導管９４と、第２のバイパス導管９６とを含むことができ、その各々は、冷却回路５６内のそれぞれの入口９８、１００と、後方プラットフォーム面１１６上に配置されたそれぞれの出口１０２、１０４とを有する。そのような実施形態では、第２のバイパス導管９６のそれぞれの入口１００は、翼形部４０（図３）上の燃焼ガス流３４の方向に対して複数のピン６８の下流および複数の出口チャネル６６の上流に位置決めすることができる。例えば、図３に示すように、燃焼ガス流３４の方向は、翼形部４０の前縁５２から後縁５４までであり、キャンバ軸７０に概して平行であり得る。そのような実施形態では、第２のバイパス導管９６のそれぞれの入口１００は、キャンバ軸７０に対して出口チャネル６６と複数のピン６８との間に軸方向に位置決めされてもよい。

図２〜図５に示すような特定の実施形態では、第１のバイパス導管９４のそれぞれの入口９８は、第３のピン列１１０から半径方向内側に直接位置決めされ得る。追加的または代替的に、第２のバイパス導管９６のそれぞれの入口１００は、翼形部４０（図３）の前縁５２から後縁５４までキャンバ軸７０に対して第４のピン列１１２から軸方向外側に、すなわち、燃焼ガス３４の流れの方向にあってもよい。

図６は、本開示の実施形態による、ロータブレード３０の簡略断面図を示している。示すように、バイパス導管８８は、後縁通路８４内の入口９０から、第１のピン群７２の上流で、後方プラットフォーム面１１６上に配置された出口９２に延びることができる。さらに、バイパス導管８８は、プラットフォーム表面４３の下方（半径方向内側）、すなわち、シャンク部分３６およびプラットフォーム４２内に完全に画定されてもよく、プラットフォーム表面４３に向かって、後方プラットフォーム面１１６上に位置決めされた出口９２に概して半径方向外側に延びてもよい。バイパス導管８８は、均一な冷却流分配のために、冷却剤５８の少なくとも一部を後縁通路８４自体に向けて引き寄せる後縁通路８４内の圧力降下を提供するように有利に機能することができる。

ガスタービンエンジン１０（図１）の動作中、冷却流体が上述の通路、空洞、および開口を通って流れ、ロータブレード３０を冷却する。より具体的には、冷却剤５８（例えば、圧縮機セクション１４からの抽気）は、冷却通路入口６０（図２）を通ってロータブレード３０に入る。この冷却剤５８は、冷却回路５６および様々な冷却通路８０、８２、８３、８４を通って流れ、ロータブレード３０のシャンク部分３６と翼形部４０の両方を対流冷却する。冷却流体５８は、ピン６８の周囲および間を流れ、次いで出口チャネル６６および／または１つまたは複数のバイパス導管８８を通って冷却回路５６を出て、燃焼ガス３４（図１）に流入することができる。複数の出口チャネル６６は、プラットフォーム４２から半径方向外側に位置決めされ、冷却回路５６に流体結合されてもよい。冷却回路５６内の出口チャネル６６によって生成される圧力降下により、冷却回路５６を通って流れる冷却剤５８は、実質的に半径方向外側に、出口チャネル６６に向かって移動することができる。１つまたは複数のバイパス導管８８は、プラットフォーム表面４３の半径方向内側に画定された冷却回路５６の部分内に圧力降下を生成するように機能する。１つまたは複数のバイパス導管８８によって生成される圧力降下は、冷却剤５８の少なくとも一部を第１のピン群７２を越えて入口９０に向かって引き寄せ、後縁通路８４内に均一な冷却剤５８の流れ分配を有利に形成する。

本明細書は、最良の態様を含む本発明を開示するため、およびどのような当業者も、任意のデバイスまたはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込まれた方法の実施を含む本発明の実践を可能にするために、実施例を使用している。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、あるいは特許請求の範囲の文言との実質的な相違がない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。

１０ ガスタービンエンジン
１２ 入口セクション
１４ 圧縮機セクション
１６ 燃焼器セクション
１８ タービンセクション
２０ 排気セクション
２２ シャフト
２４ ロータディスク
２６ ロータブレード
２８ ロータディスク
３０ ロータブレード
３１ 外側ケーシング
３２ 高温ガス経路
３４ 燃焼ガス流
３６ シャンク部分
３８ 取付本体
４０ 翼形部
４２ プラットフォーム
４３ プラットフォーム表面
４４ 正圧側壁
４６ 負圧側壁
４８ 根元
５０ 先端
５２ 前縁
５４ 後縁
５６ 冷却回路
５８ 冷却剤
６０ 冷却通路入口
６２ 正圧側スラッシュ面
６４ 負圧側スラッシュ面
６６ 出口チャネル
６８ ピン
７０ キャンバ軸、キャンバ線
７２ 第１のピン群
７４ 第２のピン群
７６ 前縁面
７８ 後縁面
８０ 冷却通路、前縁通路
８２ 冷却通路、中間体通路
８３ 冷却通路、中間体通路
８４ 冷却通路、後縁通路
８６ リブ
８８ バイパス導管
９０ 入口
９２ 出口
９４ 第１のバイパス導管
９６ 第２のバイパス導管
９８ 入口
１００ 入口
１０２ 出口
１０４ 出口
１０６ 第１のピン列
１０８ 第２のピン列
１１０ 第３のピン列
１１２ 第４のピン列
１１４ 前方プラットフォーム面
１１６ 後方プラットフォーム面
Ａ 軸方向
Ｃ 円周方向
Ｒ 半径方向

Claims (15)

1. プラットフォーム（４２）であって、前方プラットフォーム面（１１４）、後方プラットフォーム面（１１６）、およびプラットフォーム表面（４３）を有するプラットフォーム（４２）と、
   前記プラットフォーム（４２）から半径方向内側に延びるシャンク（３６）と、
   前記プラットフォーム（４２）から半径方向外側に延びる翼形部（４０）であって、前縁（５２）および後縁（５４）を含む翼形部（４０）と、
   前記シャンク（３６）および前記翼形部（４０）内に画定された冷却回路（５６）であって、
   前記冷却回路（５６）を横切って延びる複数のピン（６８）であって、前記プラットフォーム表面（４３）の半径方向内側に位置決めされた第１のピン群（７２）、および前記第１のピン群（７２）の下流で前記翼形部（４０）内に位置決めされた第２のピン群（７４）を含む複数のピン（６８）と、
   前記複数のピン（６８）の下流で前記翼形部（４０）の前記後縁（５４）に沿って配置された複数の出口チャネル（６６）と、
   前記冷却回路（５６）内に配置された入口（９０）から前記後方プラットフォーム面（１１６）上に位置決めされた出口（９２）に延びる少なくとも１つのバイパス導管（８８）であって、前記プラットフォーム表面（４３）の半径方向内側に位置決めされる少なくとも１つのバイパス導管（８８）と
   を備える冷却回路（５６）と
   を備える、ターボ機械構成要素。
2. 前記少なくとも１つのバイパス導管（８８）は、第１のバイパス導管（９４）と、第２のバイパス導管（９６）とを含み、前記第１のバイパス導管（９４）および前記第２のバイパス導管（９６）は各々、前記冷却回路（５６）内に配置されたそれぞれの入口（９８）、（１００）と、前記後方プラットフォーム面（１１６）上に配置されたそれぞれの出口（１０２）、（１０４）とを有する、請求項１に記載のターボ機械構成要素。
3. 前記第２のバイパス導管（９６）の前記それぞれの入口（１００）は、前記翼形部（４０）の前記前縁（５２）から前記後縁（５４）まで前記翼形部（４０）のキャンバ線（７０）に対して、前記複数のピン（６８）の下流および前記複数の出口チャネル（６６）の上流にある、請求項１に記載のターボ機械構成要素。
4. 前記冷却回路（５６）は、前縁通路（８０）と、中間体通路（８２）（８３）と、後縁通路（８４）とを含み、前記少なくとも１つのバイパス導管（８８）の前記入口（９０）は、前記後縁通路（８４）内に配置される、請求項１に記載のターボ機械構成要素。
5. 前記シャンク（３６）は、正圧側スラッシュ面（６２）から円周方向に分離された負圧側スラッシュ面（６４）を含む、請求項１に記載のターボ機械構成要素。
6. 前記少なくとも１つのバイパス導管（８８）は、前記入口（９０）から前記負圧側スラッシュ面（６４）に向かって、前記出口（９２）に延びる、請求項５に記載のターボ機械構成要素。
7. 前記少なくとも１つのバイパス導管（８８）は、前記プラットフォーム（４２）および前記シャンク（３６）内に画定される、請求項１に記載のターボ機械構成要素。
8. 前記少なくとも１つのバイパス導管（８８）は、約０．０１インチ〜約０．２インチの直径を有する、請求項７に記載のターボ機械構成要素。
9. 前記複数のピン（６８）の前記第２のピン群（７４）の前記ピンは、前記負圧側壁（４６）から前記正圧側壁（４４）に延びる、請求項１に記載のターボ機械構成要素。
10. 前記複数のピン（６８）は、前記シャンク（３６）と前記翼形部（４０）の先端との間に延びる４つの列に配置される、請求項１に記載のターボ機械構成要素。
11. 圧縮機セクション（１４）と、
    燃焼器セクション（１６）と、
    タービンセクション（１８）と、
    前記タービンセクション（１８）内に設けられた複数のロータブレード（３０）とを備え、前記複数のロータブレード（３０）の各々は、
    プラットフォーム（４２）であって、前方プラットフォーム面（１１４）、後方プラットフォーム面（１１６）、およびプラットフォーム表面（４３）を有するプラットフォーム（４２）と、
    前記プラットフォーム（４２）から半径方向内側に延びるシャンク（３６）と、
    前記プラットフォーム（４２）から半径方向外側に延びる翼形部（４０）であって、前縁（５２）および後縁（５４）を含む翼形部（４０）と、
    前記シャンク（３６）および前記翼形部（４０）内に画定された冷却回路（５６）であって、
    前記冷却回路（５６）を横切って延びる複数のピン（６８）であって、前記プラットフォーム表面（４３）の半径方向内側に位置決めされた第１のピン群（７２）、および前記第１のピン群（７２）の下流で前記翼形部（４０）内に位置決めされた第２のピン群（７４）を含む複数のピン（６８）と、
    前記複数のピン（６８）の下流で前記翼形部（４０）の前記後縁（５４）に沿って配置された複数の出口チャネル（６６）と、
    前記冷却回路（５６）内に配置された入口（９０）から前記後方プラットフォーム面（１１６）上に位置決めされた出口（９２）に延びる少なくとも１つのバイパス導管（８８）であって、前記プラットフォーム表面（４３）の半径方向内側に位置決めされる少なくとも１つのバイパス導管（８８）と
    を備える冷却回路（５６）と
    を備える、ターボ機械。
12. 前記少なくとも１つのバイパス導管（８８）は、第１のバイパス導管（９４）と、第２のバイパス導管（９６）とを含み、前記第１のバイパス導管（９４）および前記第２のバイパス導管（９６）は各々、前記冷却回路（５６）内に配置されたそれぞれの入口（９８）、（１００）と、前記後方プラットフォーム面（１１６）上に配置されたそれぞれの出口（１０２）、（１０４）とを有する、請求項１１に記載のターボ機械。
13. 前記第２のバイパス導管（９６）の前記それぞれの入口（１００）は、前記翼形部（４０）の前記前縁（５２）から前記後縁（５４）まで前記翼形部（４０）のキャンバ線（７０）に対して、前記複数のピン（６８）の下流および前記複数の出口チャネル（６６）の上流にある、請求項１２に記載のターボ機械。
14. 前記冷却回路（５６）は、前縁通路（８０）と、中間体通路（８２）（８３）と、後縁通路（８４）とを含み、前記少なくとも１つのバイパス導管（８８）の前記入口（９０）は、前記後縁通路（８４）内に配置される、請求項１１に記載のターボ機械。
15. 前記シャンク（３６）は、正圧側スラッシュ面（６２）から円周方向に分離された負圧側スラッシュ面（６４）を含む、請求項１１に記載のターボ機械。

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