JP4731238B2

JP4731238B2 - ガスタービンエンジンロータブレードを冷却するための装置

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Publication number: JP4731238B2
Application number: JP2005219801A
Authority: JP
Inventors: ショーン・ロバート・キース; マイケル・ジョセフ・ダンノウスキ; レスリー・ユージーン・リーケ，ジュニア
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2025-07-29
Also published as: EP1621727A1; DE602005007116D1; JP2006046340A; EP1621727B1; US7198467B2; US20060024151A1

Description

本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジンロータブレードを冷却するための方法及び装置に関する。

少なくとも幾つかの公知のロータ組立体は、少なくとも１つの列の円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレードを含む。各ロータブレードは、前縁及び後縁において互いに接合された正圧側面と負圧側面とを有する翼形部を含む。各翼形部は、ロータブレードプラットフォームからブレード先端まで半径方向外向きに延び、またシャンクから半径方向内向きに延びるダブテールを含み、該シャンクは、プラットフォームとダブテールとの間で延びる。ダブテールは、ロータ組立体内でロータブレードをロータディスク又はスプールに結合するために使用される。少なくとも幾つかの公知のロータブレードは、内部冷却空洞がプラットフォーム、シャンク及びダブテールを貫通して、少なくとも部分的には翼形部によって形成されるように中空である。

作動時、各ブレードの翼形部部分は、ダブテール部分よりも高い温度に曝されるので、翼形部とプラットフォームとの間の接合部及び／又はシャンクとプラットフォームとの間の接合部において温度勾配が生じることになる。時の経過と共に、そのような温度勾配によって発生する熱歪みは、ブレードプラットフォームに圧縮熱応力を引き起こす可能性がある。さらに、時の経過と共に、プラットフォームの高い作動温度により、プラットフォームの酸化、プラットフォームの割れ及び／又はプラットフォームのクリープ変形が生じ、このことにより、ロータブレードの有効寿命が短縮されるおそれがある。

プラットフォーム領域における高温の影響を減少させるのを可能にするために、シャンク空洞空気及び／又はブレード冷却空気とシャンク空洞空気との混合物をプラットフォーム領域の下方の領域内に導入して、プラットフォームを冷却するのを可能にする。しかしながら、少なくとも幾つかの公知タービンでは、シャンク空洞空気は、ブレード冷却空気よりも著しく温度が高い。さらに、プラットフォーム冷却孔は、プラットフォームの各領域にアクセスできないので、プラットフォームの全ての領域に対して該プラットフォーム領域の作動温度を低下させるのを可能にするように冷却空気を一様に供給することができない。
特開２００２−２１３２０３号公報

１つの態様では、ロータブレードを製作する方法を提供する。本方法は、ダブテールと、外表面と内表面と該外表面及び内表面間に形成された鋳込みプレナムとを有するプラットフォームと、翼形部とを含むタービンロータブレードを鋳造する段階と、プラットフォームの外表面を冷却するのを可能にする複数の孔を、プラットフォーム内表面とプラットフォーム外表面との間に形成する段階とを含む。

別の態様では、タービンロータブレードを提供する。本タービンロータブレードは、ダブテールと、ダブテールに結合され、その内部に形成された鋳込みプレナムを含むプラットフォームと、プラットフォームに結合された翼形部と、鋳込みプレナムに流れ連通した状態で結合された冷却源とを含む。

さらに別の態様では、ガスタービンエンジンを提供する。本ガスタービンエンジンは、タービンロータと、タービンロータに結合された複数の円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレードとを含み、各ロータブレードは、ダブテールと、ダブテールに結合され、その内部に形成された鋳込みプレナムを含むプラットフォームと、プラットフォームに結合された翼形部と、鋳込みプレナムに流れ連通した状態で結合された冷却源とを含む。

図１は、ロータ１１を含む例示的なガスタービンエンジン１０の概略図であり、エンジン１０は、低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１４及び燃焼器１６を含む。エンジン１０はまた、高圧タービン（ＨＰＴ）１８、低圧タービン２０、排気フレーム２２及びケーシング２４を含む。第１のシャフト２６は、低圧圧縮機１２と低圧タービン２０とを結合し、また第２のシャフト２８は、高圧圧縮機１４と高圧タービン１８とを結合する。エンジン１０は、該エンジン１０の上流側３４から後方に該エンジン１０の下流側３６まで延びる対称軸線３２を有する。ロータ１１はまた、ファン３８を含み、ファン３８は、ハブ部材すなわちディスク４２に取付けられた少なくとも１つの列の翼形状のファンブレード４０を含む。１つの実施形態では、ガスタービンエンジン１０は、オハイオ州シンシナティ所在のＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｍｐａｎｙから購入可能なＧＥ９０型エンジンである。

作動中、空気は、低圧圧縮機１２を通って流れ、加圧された空気は高圧圧縮機１４に供給される。高度に加圧された空気は、燃焼器１６に送られる。燃焼器１６からの燃焼ガスは、タービン１８及び２０を回転させる。高圧タービン１８は、軸線３２の周りで第２のシャフト２８と高圧圧縮機１４とを回転させ、一方、低圧タービン２０は、軸線３２の周りで第１のシャフト２６と低圧圧縮機１２とを回転させる。幾つかのエンジン作動の間に、高圧タービンブレードは、プラットフォームを通して比較的大きな温度勾配（すなわち、頂部は高温、底部は低温）に曝されて、翼形部の後縁根元において比較的高い引張応力を生じ、これにより、高圧タービンブレードの機械的損傷を招くおそれがある。プラットフォーム冷却を改善することにより、熱勾配を減少させ、従って後縁の応力を低下させることが可能になる。ロータブレードはまた、高いプラットフォーム温度に起因するクリープ変形により、凹状側プラットフォームの割れ及び反りを生じるおそれがある。本明細書に記載するプラットフォーム冷却の改善により、これらの苛酷なモードも同様に減少させることが可能になる。

図２は、ガスタービンエンジン１０（図１に示す）で使用できるタービンロータブレード５０の拡大斜視図である。例示的な実施形態では、ブレード５０は、本明細書に記載した特徴を含むように変更されている。ロータ組立体内に結合する時、各ロータブレード５０は、シャフト２６（図１に示す）のようなロータシャフトに回転可能に結合されたロータディスク３０（図１に示す）に結合される。別の実施形態では、ブレード５０は、ロータスプール（図示せず）内に取付けられる。この例示的な実施形態では、円周方向に隣接するロータブレード５０は、同一であり、その各々がロータディスク３０から半径方向外向きに延び、また翼形部６０、プラットフォーム６２、シャンク６４及びダブテール６６を含む。この例示的な実施形態では、翼形部６０、プラットフォーム６２、シャンク６４及びダブテール６６は、全体でバケットとして知られている。

各翼形部６０は、第１の側壁７０と第２の側壁７２とを含む。第１の側壁７０は、凸状であって翼形部６０の負圧側面を形成し、また第２の側壁７２は、凹状であって翼形部６０の正圧側面を形成する。側壁７０及び７２は、翼形部６０の前縁７４及びこれから軸方向に間隔を置いた後縁７６において互いに接合される。より具体的には、翼形部後縁７６は、翼形部前縁７４から翼弦方向下流側に間隔を置いている。

第１及び第２の側壁７０及び７２は、それぞれプラットフォーム６２に隣接して位置するブレード根元７８から翼形部先端８０までスパンにわたって長手方向すなわち半径方向外向きに延びる。翼形部先端８０は、ブレード５０内に形成された内部冷却チャンバ（図示せず）の半径方向外側境界部を形成する。より具体的には、内部冷却チャンバは、側壁７０及び７２間で翼形部６０内に境界付けられかつプラットフォーム６２及びシャンク６４を通ってダブテール６６内に延びて、翼形部６０を冷却するのを可能にする。

プラットフォーム６２は、翼形部６０とシャンク６４との間で延びて、各翼形部６０が各それぞれのプラットフォーム６２から半径方向外向きに延びるようになる。シャンク６４は、プラットフォーム６２からダブテール６６まで半径方向内向きに延び、ダブテール６６は、シャンク６４から半径方向内向きに延びてロータブレード５０をロータディスク３０に固定するのを可能にする。プラットフォーム６２はまた、正圧側縁部９４及び対向する負圧側縁部９６と互いに結合された上流側面すなわち上流スカート９０と下流側面すなわち下流スカート９２とを含む。

図３は、例示的な鋳込みプレナム１００の斜視図であり、また図４は、プレナム１００の側面斜視図である。図５は、鋳込みプレナム１００を含むロータブレード５０の側面斜視図であり、また図６は、鋳込みプレナム１００を含むロータブレード５０の上面斜視図である。図７は、鋳込みプレナム１００を含むロータブレード５０の平面図である。この例示的な実施形態では、プラットフォーム６２は、外表面１０２と鋳込みプレナム（ｃａｓｔ−ｉｎｐｌｅｎｕｍ）１００を形成する内表面１０４とを含む。より具体的には、タービンロータブレード５０の鋳造及びコアリング（中子除去）後に、内表面１０４は、鋳込みプレナム１００全体を外表面１０２の内部に形成する。従って、この例示的な実施形態では、鋳込みプレナム１００は、ロータブレード５０と一体のものとして形成され、かつロータブレード５０内部に完全に包み込まれる。

鋳込みプレナム１００は、第１の部分１０６と第２の部分１０８とを含む。第１の部分１０６は、上面１２０、下面１２２、第１の側面１２４及び第２の側面１２６を含み、これらは各々、内表面１０４によって形成される。この例示的な実施形態では、第１の側面１２４は、第２の側壁７２の輪郭と実質的に鏡像になった全体的に凹状の形状を有する。第２の部分１０８は、上面１３０、下面１３２、第１の側面１３４及び第２の側面１３６を含み、これらは各々、内表面１０４によって形成される。この例示的な実施形態では、第１の側面１３４は、第１の側壁７０の輪郭と実質的に鏡像になった全体的に凸状の形状を有する。

この例示的な実施形態では、鋳込みプレナム１００はまた、第３の部分１４０と第４の部分１４２とを含む。第３の部分１４０は、上面１５０、下面１５２、第１の側面１５４及び第２の側面１５６を含み、これらは各々、内表面１０４によって形成される。この例示的な実施形態では、第１の側面１５４は、第２の側壁７２の輪郭と実質的に鏡像になった全体的に凹状の形状を有する。第４の部分１４２は、上面１６０、下面１６２、第１の側面１６４及び第２の側面１６６を含み、これらは各々、内表面１０４によって形成される。この例示的な実施形態では、第１の側面１６４は、第１の側壁７０の輪郭と実質的に鏡映になった全体的に凸状の形状を有する。

鋳込みプレナム１００はまた、実質的に中実の部分１９２内に形成され、第１の部分１０６が第３の部分１４０に流れ連通した状態で結合されるように第１の部分１０６と第３の部分１４０との間で延びる第１の複数の孔１８０を含む。プレナム１００はまた、第２の部分１０８が第４の部分１４２に流れ連通した状態で結合されるように、第２の部分１０８と第４の部分１４２との間で延びる第２の複数の孔１８２を含む。この例示的な実施形態では、鋳込みプレナム１００はまた、プレナム１０６及び１０８に流れ連通した状態で結合された第５の部分１９０を含む。

この例示的な実施形態では、プラットフォーム６２は、第１の部分１０６、第２の部分１０８、第３の部分１４０及び第４の部分１４２の周りでかつそれらの間で延びる実質的に中実の部分１９２を含む。より具体的には、タービンロータブレード５０は、実質的に中実の基部１９２が翼形部６０、プラットフォーム６２及びシャンク６４間に形成されるように、第１の部分１０６、第２の部分１０８、第３の部分１４０及び第４の部分１４２間では中子なしとされる。従って、鋳込みプレナム１００がロータブレード５０内部に完全に包含されるようにロータブレード５０を製作することにより、タービンロータブレード５０の構造的健全性を増大させることが可能になる。

タービンロータブレード５０はまた、ダブテール６６の下面２０２から鋳込みプレナム１００まで延びるチャネル２００を含む。より具体的には、チャネル２００は、下面２０２が鋳込みプレナム１００に流れ連通した状態で結合されるように、シャンク６４を貫通して延びる開口２０４を含む。チャネル２００は、第１の端部２０６と第２の端部２０８とを含み、第２の端部２０８は、第５の部分１９０に流れ連通した状態で結合される。

タービンロータブレード５０はまた、鋳込みプレナム１００と流れ連通した状態で形成され、かつ鋳込みプレナム１００とプラットフォーム外表面１０２との間で延びる複数の孔２１０を含む。孔２１０は、プラットフォーム６２を冷却するのを可能にする。この例示的な実施形態では、孔２１０は、鋳込みプレナム１００とプラットフォーム外表面１０２との間で延びる。より具体的には、孔２１０は、第３及び第４のプレナム上面１５０及び１６０とプラットフォーム外表面１０２との間で延びる。別の実施形態では、孔２１０は、鋳込みプレナム１００と第１のプレナムの第２の側面１２６及び／又は第３のプレナムの第２の側面１５６の少なくとも１つとの間で延びる。この例示的な実施形態では、孔２１０は、所定量の冷却空気流が該孔を通って吐出されてプラットフォーム６２の冷却するのを可能にすることができるような寸法にされる。

鋳込みプレナム１００の製作時に、中子（図示せず）はタービンブレード５０内に鋳込まれる。中子は、液状セラミック及び黒鉛スラリーを中子型（図示せず）内に射出することによって作られる。スラリーを加熱して、固体セラミックプレナム中子を形成する。中子をタービンブレード型（図示せず）内に懸架し、このセラミック中子を囲むように高温のワックスがタービンブレード型内に注入される。高温ワックスは固化して、セラミック中子がブレードプラットフォーム内に懸架された状態のタービンブレードを形成する。

セラミック中子を有するワックス・タービンブレードは、次にセラミックスラリー中に浸漬され、乾燥される。この工程は、ワックス・タービンブレード全体を覆ってシェルが形成されるように、数回繰り返される。次に、ワックスがシェルから融かし出されて、内部に中子を懸架した型が取り残され、この型内に溶融金属が注入される。金属が凝固した後に、シェルが破壊されかつ中子が除去される。

エンジン作動時に、またこの例示的な実施形態では、チャネルの第１の端部２０６に流入した冷却空気は、チャネル２００、第５の部分１９０を通って流れ、それぞれ第１の部分１０６及び第２の部分１０８内に吐出される。冷却空気は、次に第１及び第２の部分１０６及び１０８から、それぞれ第１及び第２の複数の孔１８０及び１８２を通って第３及び第４の部分１４０及び１４２内に流れ、そこで冷却空気の第1の部分は、プラットフォーム６２の下方内表面に衝突する。冷却空気の第２の部分は、複数の孔２１０を通って第３及び第４の部分１４０及び１４２から吐出されて、プラットフォーム外表面１０２上に冷却空気の薄いフィルムを形成してプラットフォーム６２の作動温度を低下させるのを可能にする。さらに、孔２１０から吐出された冷却空気は、プラットフォーム６２に生じる熱歪みを減少させるのを可能にする。孔２１０は、圧縮機冷却空気をプラットフォーム６２の選択区域に向けて流すのを可能にするように該プラットフォーム６２の外周の周りに選択的に配置されて、プラットフォーム６２の冷却を最適化することを可能にする。従って、ロータブレード５０をロータ組立体内に組み込んだ時に、チャネル２００は、圧縮機吐出空気が鋳込みプレナム１００内に流入しまた孔１８０、１８２及び２１０を通って流れて、プラットフォーム６２の内表面及び外表面の作動温度を低下させるのを可能にすることができる。

別の実施形態では、冷却空気は、シャンク６４及び／又はダブテール６６のいずれかの端部又は側面に形成された開口（図示せず）を通って流れ、次にチャネル２００、第５の部分１９０を通って流れ、それぞれ第１及び第２の部分１０６及び１０８内に吐出される。冷却空気は、次に第１及び第２の部分１０６及び１０８から、それぞれ第１及び第２の複数の孔１８０及び１８２を通って第３及び第４の部分１４０及び１４２内に流れ、そこで冷却空気の第１の部分は、プラットフォーム６２の下方内表面に衝突する。冷却空気の第２の部分は、複数の孔２１０を通って第３及び第４の部分１４０及び１４２から吐出されて、プラットフォーム外表面１０２上に冷却空気の薄いフィルムを形成してプラットフォーム６２の作動温度を低下させるのを可能にする。

図８は、別の実施形態による鋳込みプレナム３００の斜視図である。鋳込みプレナム３００は、鋳込みプレナム１００（図３〜図７に示す）と実質的に同様であり、鋳込みプレナム１００の構成要素と同一である鋳込みプレナム３００の構成要素は、図８では図３〜図７において使用したのと同じ参照符号を使用して特定する。この別の実施形態では、鋳込みプレナム３００は、ロータブレード５０と一体のものとして形成され、かつロータブレード５０内部に完全に包み込まれる。鋳込みプレナム３００は、第１の部分３０６、第２の部分３０８、第３の部分１４０及び第４の部分１４２を含む。第１の部分３０６は、上面３２０、下面３２２、第１の側面３２４及び第２の側面３２６を含み、これらは各々、内表面１０４によって形成される。この別の実施形態では、第１の側面３２４は、第２の側壁７２の輪郭と実質的に鏡像になった全体的に凹状の形状を有する。第２の部分３０８は、上面３３０、下面３３２、第１の側面３３４及び第２の側面３３６を含み、これらは各々、内表面１０４によって形成される。この別の実施形態では、第１の側面３３４は、第１の側壁７０の輪郭と実質的に鏡像になった全体的に凸状の形状を有する。

この第１の別の実施形態では、鋳込みプレナム３００はまた、第３の部分１４０と第４の部分１４２とを含む。第３の部分１４０は、上面１５０、下面１５２、第１の側面１５４及び第２の側面１５６を含み、これらは各々、内表面１０４によって形成される。この例示的な実施形態では、第１の側面１５４は、第２の側壁７２の輪郭と実質的に鏡像になった全体的に凹状の形状を有する。第４の部分１４２は、上面１６０、下面１６２、第１の側面１６４及び第２の側面１６６を含み、これらは各々、内表面１０４によって形成される。この例示的な実施形態では、第１の側面１６４は、第１の側壁７０の輪郭と実質的に鏡像になった全体的に凸状の形状を有する。

鋳込みプレナム３００はまた、実質的に中実の部分１９２内に形成され、第１の部分３０６が第３の部分１４０に流れ連通した状態で結合されるように第１の部分３０６と第３の部分１４０との間で延びる第１の複数の孔１８０を含む。プレナム３００はまた、第２の部分３０８が第４の部分１４２に流れ連通した状態で結合されるように第２の部分３０８と第４の部分１４２との間で延びる第２の複数の孔１８２を含む。

タービンロータブレード５０はまた、ダブテール６６の下面３５２から第１の部分３０６まで延びる第１のチャネル３５０と、ダブテール６６の下面３５２から第２の部分３０８まで延びる第２のチャネル３５１とを含む。１つの実施形態では、第１及び第２のチャネル３５０及び３５１は、一体的なものとして形成される。別の実施形態では、第１及び第２のチャネル３５０及び３５１は、第１のチャネル３５０が冷却空気を第１の部分３０６に流し、第２のチャネル３５１が冷却空気を第２の部分３０８に流すように、別個の構成要素として形成される。この例示的な実施形態では、第１及び第２のチャネル３５０及び３５１は、上流側面すなわち上流スカート９０及び下流側面すなわち下流スカート９２の少なくとも１つに沿って配置される。より具体的には、チャネル３５０は、下面３５２が第１の部分３０６に流れ連通した状態で結合されるようにシャンク６４を貫通して延びる開口３５４を含み、またチャネル３５１は、下面３５２が第２の部分３０８に流れ連通した状態で結合されるようにシャンク６４を貫通して延びる開口３５５を含む。

エンジン作動時に、第１のチャネル３５０及び第２のチャネル３５１に流入した冷却空気は、それぞれチャネル３５０及び３５１を通って流れ、それぞれ第１の部分３０６及び第２の部分３０８内に吐出される。冷却空気は、次に第１及び第２の部分３０６及び３０８から、それぞれ第１及び第２の複数の孔１８０及び１８２を通って第３及び第４の部分１４０及び１４２内に流れ、そこで冷却空気の第1の部分は、プラットフォーム６２の下方内表面に衝突する。冷却空気の第２の部分は、複数の孔２１０を通って第３及び第４の部分１４０及び１４２から吐出されて、プラットフォーム外表面１０２上に冷却空気の薄いフィルムを形成してプラットフォーム６２の作動温度を低下させるのを可能にする。さらに、孔２１０から吐出された冷却空気は、プラットフォーム６２に生じる熱歪みを減少させるのを可能にする。孔２１０は、圧縮機冷却空気をプラットフォーム６２の選択区域に向けて流すのを可能にするように該プラットフォーム６２の外周の周りに選択的に配置されて、プラットフォーム６２の冷却を最適化することを可能にする。従って、ロータブレード５０をロータ組立体内に組み込んだ時に、チャネル３５０及び３５１は、圧縮機吐出空気が鋳込みプレナム３００内に流入しまた孔１８０、１８２及び２１０を通って流れて、プラットフォーム６２の内表面及び外表面の作動温度を低下させるのを可能にすることができる。

図９は、第２の別の実施形態による鋳込みプレナム４００の斜視図である。鋳込みプレナム４００は、鋳込みプレナム１００（図３〜図７に示す）と実質的に同様であり、鋳込みプレナム１００の構成要素と同一である鋳込みプレナム４００の構成要素は、図９では図３〜図７において使用したのと同じ参照符号を使用して特定する。この例示的な実施形態では、鋳込みプレナム４００は、プラットフォーム６２と一体のものとして形成され、かつプラットフォーム６２内部に完全に包み込まれる。鋳込みプレナム４００は、第１の部分４０６と第２の部分４０８とを含む。第１の部分４０６は、上面４２０、下面４２２、第１の側面４２４及び第２の側面４２６を含み、これらは各々、内表面１０４によって形成される。この例示的な実施形態では、第１の側面４２４は、第２の側壁７２の輪郭と実質的に鏡像になった全体的に凹状の形状を有する。第２の部分４０８は、上面４３０、下面４３２、第１の側面４３４及び第２の側面４３６を含み、これらは各々、内表面１０４によって形成される。この例示的な実施形態では、第１の側面４３４は、第１の側壁７０の輪郭と実質的に鏡像になった全体的に凸状の形状を有する。

鋳込みプレナム４００はまた、第３の部分１４０と第４の部分１４２とを含む。第３の部分１４０は、上面１５０、下面１５２、第１の側面１５４及び第２の側面１５６を含み、これらは各々、内表面１０４によって形成される。この例示的な実施形態では、第１の側面１５４は、第２の側壁７２の輪郭と実質的に鏡像になった全体的に凹状の形状を有する。第４の部分１４２は、上面１６０、下面１６２、第１の側面１６４及び第２の側面１６６を含み、これらは各々、内表面１０４によって形成される。この例示的な実施形態では、第１の側面１６４は、第１の側壁７０の輪郭と実質的に鏡像になった全体的に凸状の形状を有する。

この第２の別の実施形態では、鋳込みプレナム４００はまた、実質的に中実の部分１９２内に形成され、第１の部分４０６が部分１４０に流れ連通した状態で第３の結合されるように第１の部分４０６と第３の部分１４０との間で延びる第１の複数の孔１８０を含む。プレナム４００はまた、第２の部分４０８が第４の部分１４２に流れ連通した状態で結合されるように第２の部分４０８と第４の部分１４２との間で延びる第２の複数の孔１８２を含む。

タービンロータブレード５０はまた、ダブテール６６の下面４５２から第１の部分４０６まで延びる第１のチャネル４５０と、ダブテール６６の下面４５２から第２の部分４０８まで延びる第２のチャネル４５１とを含む。この例示的な実施形態では、第１及び第２のチャネル４５０及び４５１は、第１のチャネル４５０が冷却空気を第１の部分４０６に流し、第２のチャネル４５１が冷却空気を第２の部分４０８に流すように、別個の構成要素として形成される。この例示的な実施形態では、第１のチャネル４５０は、上流側面すなわち上流スカート９０及び下流側面すなわち下流スカート９２の少なくとも１つに沿って配置され、第２のチャネル４５１は、第１のチャネル４５０と対向して、上流側面すなわち上流スカート９０及び下流側面すなわち下流スカート９２の少なくとも１つに沿って配置される。より具体的には、チャネル４５０は、下面４５２が第１の部分４０６に流れ連通した状態で結合されるようにシャンク６４を貫通して延びる開口４５４を含み、また第２のチャネル４５１は、下面４５２が第２の部分４０８に流れ連通した状態で結合されるようにシャンク６４を貫通して延びる開口４５５を含む。

エンジン作動時に、第１のチャネル４５０及び第２のチャネル４５１に流入した冷却空気は、それぞれチャネル４５０及び４５１を通って流れ、それぞれ第１の部分４０６及び第２の部分４０８内に吐出される。冷却空気は、次に第１及び第２の部分４０６及び４０８から、それぞれ第１及び第２の複数の孔１８０及び１８２を通って第３及び第４の部分１４０及び１４２内に流れ、そこで冷却空気の第1の部分は、プラットフォーム６２の下方内表面に衝突する。冷却空気の第２の部分は、複数の孔２１０を通って第３及び第４の部分１４０及び１４２から吐出されて、プラットフォーム外表面１０２上に冷却空気の薄いフィルムを形成してプラットフォーム６２の作動温度を低下させるのを可能する。さらに、孔２１０から吐出された冷却空気は、プラットフォーム６２に生じる熱歪みを減少させるのを可能にする。孔２１０は、圧縮機冷却空気をプラットフォーム６２の選択区域に向けて流すのを可能にするように該プラットフォーム６２の外周の周りに選択的に配置されて、プラットフォーム６２の冷却を最適化することを可能にする。従って、ロータブレード５０をロータ組立体内に結合した時に、チャネル４５０及び４５１は、圧縮機放出空気が鋳込みプレナム４００内に流入しまた孔１８０、１８２及び２１０を通って流れて、プラットフォーム６２の内表面及び外表面の作動温度を低下させるのを可能にすることができる。

上記の冷却回路は、冷却空気を供給してロータブレードプラットフォームの作動温度を低下させるのを可能にする、コスト効果がありかつ信頼性がある方法を提供する。より具体的には、冷却流によって、プラットフォーム内に生じる熱歪み及びプラットフォームの作動温度を低下させることが、可能になる。従って、プラットフォームの酸化、プラットフォームの割れ及びプラットフォームのクリープ変形を減少させることも、可能になる。その結果、ロータブレード冷却鋳込みプレナムにより、コスト効果がありかつ信頼性がある方法でロータブレードの有効寿命を延ばしかつガスタービンエンジンの作動効率を向上させることが可能になる。さらに、本明細書に記載した方法及び装置は、二次空気流及び／又は漏洩に依存するのではなく専用チャネルを介して空気が鋳込みプレナムに直接供給されるので、プラットフォーム孔冷却流量レベルを安定化させることが可能になり、プラットフォーム６２を冷却するのを可能にする。従って、本明細書に記載した方法及び装置は、ロータブレード内にシャンク開口を作る必要性を排除するのを可能にする。

以上、ロータブレード及びロータ組立体の例示的な実施形態を詳しく説明している。ロータブレードは、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、各ロータブレードの構成要素は、本明細書に記載した他の構成要素とは独立してかつ別個に利用することができる。例えば、各ロータブレード冷却回路構成要素は、他のロータブレードと組み合せて使用することができ、本明細書に記載したようなロータブレード５０のみでの実施に限定されるものではない。それどころか、本発明は、多くのその他のブレード及び冷却回路構成と共に実施しまた利用することができる。例えば、本方法及び装置は、それに限定されないが、ＨＰＴベーンのようなステータベーンにも同様に適用することができる。

本発明を様々な特定実施形態に関して説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施できることは、当業者には明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。

例示的なガスタービンエンジンの概略図。図１に示すガスタービンエンジンで使用できる例示的なロータブレードの拡大斜視図。例示的な鋳込みプレナムの斜視図。図３に示すプレナムの側面斜視図。図３に示すプレナムを含む、図２に示すロータブレードの側面斜視図。図５に示すロータブレードの上面斜視図。図５に示すロータブレードの平面図。別の実施形態による鋳込みプレナムの斜視図。第２の別の実施形態による鋳込みプレナムの斜視図。

符号の説明

１０ガスタービンエンジン
５０タービンロータブレード
６０翼形部
６２プラットフォーム
６４シャンク
６６ダブテール
１００鋳込みプレナム
１０２プラットフォーム外表面
１０４プラットフォーム内表面
１０６第１のプレナム部分
１０８第２のプレナム部分
１４０第３のプレナム部分
１４２第４のプレナム部分
１８０第１の複数の孔
１８２第２の複数の孔
１９０第５のプレナム部分
２００チャネル
２０４シャンクの開口
２１０プラットフォーム内表面とプラットフォーム外表面との間の孔

Claims

ダブテール（６６）と、
前記ダブテールに結合され、その内部に形成された鋳込みプレナム（１００）を含み、前記鋳込みプレナムが、第１のプレナム部分（１０６）と、第２のプレナム部分（１０８）と、前記第１のプレナム部分に流れ連通した状態で結合された第３のプレナム部分（１４０）と、前記第２のプレナム部分に流れ連通した状態で結合された第４のプレナム部分（１４２）とを含む、プラットフォーム（６２）と、
前記プラットフォームに結合された翼形部（６０）と、
前記鋳込みプレナムに流れ連通した状態で結合された冷却源と、
を含み、
前記第１及び第３のプレナム部分（１０６、１４０）が、全体的に凹状の輪郭を有する第１の側面（１２４、１５４）を含み、
前記第２及び第４のプレナム部分（１０８、１４２）が、全体的に凸状の輪郭を有する第１の側面（１３４、１６４）を含み、
前記ロータブレードが、前記鋳込みプレナム（１００）とプラットフォーム外表面（１０２）との間で延びる複数の孔（２１０）をさらに含み、
前記複数の孔が、所定量の冷却空気を前記プラットフォーム外表面に流すのを可能にするような寸法にされている
ことを特徴とする、ロータブレード（５０）。
前記鋳込みプレナム（１００）が、前記第１及び第２のプレナム部分（１０６、１０８）に流れ連通した状態で結合された第５のプレナム部分（１９０）をさらに含む、請求項１記載のロータブレード（５０）。
前記ロータブレードが、ダブテール下面（２０２）と前記鋳込みプレナムの第１の部分（１０６）及び第２の部分（１０８）との間で延びる第１のチャネル（２００）をさらに含む、請求項１記載のロータブレード（５０）。
前記ロータブレードが、ダブテール下面（３５２）と第１の鋳込みプレナム部分（３０６）との間で延びる第１のチャネル（３５０）と、前記ダブテール下面と第２の鋳込みプレナム部分（３０８）との間で延びる第２のチャネル（３５１）とをさらに含み、
前記第１及び第２のチャネルが、プラットフォーム上流側面（９０）及びプラットフォーム下流側面（９２）の少なくとも１つに沿って延びる、
請求項１記載のロータブレード（５０）。
前記ロータブレードが、ダブテール下面（４５２）と第１の鋳込みプレナム部分（４０６）との間で延びる第１のチャネル（４５０）と、前記ダブテール下面と第２の鋳込みプレナム部分（４０８）との間で延びる第２のチャネル（４５１）とをさらに含み、
前記第１のチャネルが、プラットフォーム上流側面（９０）及びプラットフォーム下流側面（９２）の少なくとも１つに沿って延び、
前記第２のチャネルが、前記第１のチャネルに対向して、前記プラットフォーム上流側面及びプラットフォーム下流側面の少なくとも１つに沿って延びる、
請求項１記載のロータブレード（５０）。
前記鋳込みプレナム（１００）が、前記第１のプレナム部分（１０６）が前記第３のプレナム部分（１４０）に流れ連通した状態になるように、該第１のプレナム部分と該第３のプレナム部分との間で延びる第１の複数の孔（１８０）と、前記第２のプレナム部分（１０８）が前記第４のプレナム部分（１４２）に流れ連通した状態になるように、該第２のプレナム部分と該第４のプレナム部分との間で延びる第２の複数の孔（１８２）とをさらに含む、請求項１記載のロータブレード（５０）。
ロータ（１１）と、
前記ロータに結合された複数の円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレード（５０）と、
を含み、各前記ロータブレードが、
ダブテール（６６）と、
前記ダブテールに結合され、その内部に形成された鋳込みプレナム（１００）を含み、前記鋳込みプレナムが、第１のプレナム部分（１０６）と、第２のプレナム部分（１０８）と、前記第１のプレナム部分に流れ連通した状態で結合された第３のプレナム部分（１４０）と、前記第２のプレナム部分に流れ連通した状態で結合された第４のプレナム部分（１４２）と、前記第１のプレナム部分が前記第３のプレナム部分に流れ連通した状態になるように該第１のプレナム部分と該第３のプレナム部分との間で延びる第１の複数の孔（１８０）と、前記第２のプレナム部分が前記第４のプレナム部分に流れ連通した状態になるように該第２のプレナム部分と該第４のプレナム部分との間で延びる第２の複数の孔（１８２）とを含む、プラットフォーム（６２）と、
前記プラットフォームに結合された翼形部（６０）と、
前記鋳込みプレナムに流れ連通した状態で結合された冷却源と、を含み、
前記第１及び第３のプレナム部分（１０６、１４０）が、全体的に凹状の輪郭を有する第１の側面（１２４、１５４）を含み、
前記第２及び第４のプレナム部分（１０８、１４２）が、全体的に凸状の輪郭を有する第１の側面（１３４、１６４）を含み、
前記ロータブレードが、前記鋳込みプレナム（１００）とプラットフォーム外表面（１０２）との間で延びる複数の孔（２１０）をさらに含み、
前記複数の孔が、所定量の冷却空気を前記プラットフォーム外表面に流すのを可能にするような寸法にされている
ことを特徴とする、ガスタービンエンジンロータ組立体。
前記鋳込みプレナム（１００）が、前記第１及び第２のプレナム部分（１０６、１０８）に流れ連通した状態で結合された第５のプレナム部分（１９０）をさらに含み、
前記第５のプレナム部分が、前記第１及び第２のプレナム部分に結合されてほぼＵ字形状のプレナムを形成している、
請求項７記載のガスタービンエンジンロータ組立体。
ダブテール下面（２０２）と前記第５の鋳込みプレナム部分（１９０）との間で延びる第１のチャネル（２００）をさらに含む、請求項７記載のガスタービンエンジンロータ組立体。