JP5965633B2 - タービンロータブレードのプラットフォーム領域を冷却するための装置及び方法 - Google Patents

Description

本出願は、全体的に、本明細書では特記しない限り、発電及び航空機エンジンで使用するような、あらゆるタイプの燃焼タービンエンジンを含む、燃焼タービンエンジンに関する。より具体的には、限定ではないが、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を冷却するための装置、システム、及び／又は方法に関する。

ガスタービンエンジンは通常、圧縮機、燃焼器、及びタービンを含む。圧縮機及びタービンは一般に、軸方向に多段でスタックされた翼形部又はブレードの列を含む。各段は通常、円周方向に間隔を置いて配置された固定のステータブレードの列と、中心軸又はシャフトの周りを回転する円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレードのセットとを含む。作動時には、圧縮機のロータブレードは、シャフトの周りを回転されて空気の流れを圧縮する。次いで、圧縮された空気は、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結果として得られる高温ガスの流れは、タービンを通って膨張し、これによりロータブレードが、該ブレードに取り付けられたシャフトを回転させる。

図１及び図２を参照すると、タービンロータブレード１００は一般に、翼形部分又は翼形部１０２と、根元部分又は根元１０４とを含む。翼形部１０２は、凸状負圧面１０５と凹状正圧面１０６とを有するように説明することができる。翼形部１０２は更に、前方縁部である前縁１０７と、後方縁部である後縁１０８とを有するように説明することができる。根元１０４は、ブレード１００をロータシャフトに取り付けるための構造体（図示のように、通常はダブテール１０９を含む）と、そこから翼形部１０２が延在するプラットフォーム１１０と、ダブテール１０９とプラットフォーム１１０との間に構造体を含むシャンク１１２とを有するように説明することができる。

一般に、プラットフォーム１１０は、タービンロータブレード１００上で利用され、ガスタービンエンジ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は更に、翼形部１０２に対して構造的支持を与える。作動時には、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発生させる機械的荷重作用を誘起し、該高応力領域は、高温と相まって最終的には、酸化、クリープ、低サイクル疲労割れ及びその他のような作動上の欠陥部の形成を引き起こす。言うまでもなく、これらの欠陥部は、ロータブレード１００の有効寿命に悪影響を与える。これらの過酷な作動条件、つまり高温ガス通路の極度な温度への露出、及び回転ブレードに関連する機械的荷重作用は、良好に作動し且つ製造上の費用効果のある、耐久性があり且つ長持ちするロータブレードプラットフォーム１１０の設計において大きな課題を生じさせることは理解されるであろう。

プラットフォーム領域１１０の耐久性を向上させる１つの一般的な解決法は、作動時に該プラットフォーム領域１１０を加圧空気又は他の冷却媒体の流れにより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公知である。しかしながら、当業者には理解されるように、プラットフォーム領域１１０は、このようにして冷却するのを困難にする特定の設計上の課題を提示する。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部から離れて存在する周辺構成要素であり且つ一般的には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、この領域の扱い難い幾何形状に起因している。

冷却媒体を循環させるために、ロータブレード１００は通常、根元１０４及び翼形部１０２を貫通することを含む、ブレード１００のコアを貫通して半径方向に延在する１以上の中空冷却通路１１６（図３、図４、及び図５を参照）を含む。以下でより詳細に説明するように、熱交換を増大させるために、このような冷却通路１１６は、ブレード１００の中心領域を通って曲がりくねった蛇行通路を有する状態で形成することができるが、他の構成も実施可能である。作動中、冷却媒体は、根元１０４の内寄り部分内に形成された１以上の入口１１７を介して中央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、翼形部上に形成された出口（図示せず）を通って及び／又は根元１０４内に形成された１以上の出口（図示せず）を介して流出することができる。冷却媒体は、加圧することができ、また例えば、加圧空気、水と混合した加圧空気、蒸気及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加圧空気であるが、他の供給源も実施可能である。以下により詳細に説明するように、これらの冷却通路は通常、高圧冷却媒体領域及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、比較的より低い冷却媒体圧力を有する下流部分に対応する。

幾つかの場合、冷却媒体は、冷却通路１１６から、隣り合うロータブレード１００のシャンク１１２及びプラットフォーム１１０間に形成されたキャビティ１１９内に導くことができる。ここから、冷却媒体を使用して、ブレードのプラットフォーム領域１１０を冷却することができ、この従来型の設計を図３に提示している。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て、当該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を貫通し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、該プラットフォーム１１０の上側面１１３内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。

しかしながら、このタイプの従来型の設計は、幾つかの欠点を有することが分かるであろう。第１に、冷却回路は、２つの隣り合うロータブレード１００が組み立てられた後にのみ形成されるので、冷却回路は１つの部品内に内蔵されるものではない。このことにより、据え付け及び据え付け前の流れテストが極めて困難で複雑なものになる。第２の欠点は、隣り合うロータブレード１００間に形成されたキャビティ１１９の一体性が、該キャビティの周囲を如何に良好にシールするかに依存していることである。不適切なシールにより、不十分なプラットフォーム冷却及び／又は冷却空気の浪費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又はプラットフォーム１１０自体内に吸込まれる可能性があるという内在するリスクである。これは、キャビティ１１９が作動中に十分高い圧力に維持されてい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又はプラットフォーム１１０自体内に吸込まれることになり、これにより、典型的には、これらの構成要素が高温ガス通路条件への露出に耐えるように設計されていなかった場合には、これら構成要素が損傷を受けることになる。

図４及び図５は、プラットフォーム冷却用の別のタイプの従来型の設計を示している。この場合、冷却回路は、図示するように、ロータブレード１００内に内蔵され且つシャンクキャビティ１１９を含まない。冷却空気は、ブレード１１０のコア部を貫通して延在する冷却通路１１６の１つから取り出され、且つプラットフォーム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」）を通って後方に導かれる。幾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を通って流れて、プラットフォーム１１０の後方端縁部１２１内の出口を通して又は負圧側面端縁部に沿って配置された出口から流出する。（矩形プラットフォーム１１０の端縁部又は面を説明する又は言及する上で、これら端縁部又は面の各々は、翼形部１０２の負圧面１０５及び正圧面１０６に対するその位置に基づいて、及び／又はブレード１００を据え付けた場合にはエンジンの前方及び後方方向に基づいて図に表現することができる点に留意されたい。従って、当業者には理解されるように、プラットフォームは、図３及び図４に示すように、後方端縁部１２１、負圧側面端縁部１２２、前方端縁部１２４及び正圧側面端縁部１２６を含むことができる。加えて、負圧側面端縁部１２２及び正圧側面端縁部１２６はまた、一般的には「スラッシュ面」と呼ばれ、また隣り合うロータブレード１００を据え付けた場合に、これらの間に形成された狭いキャビティは、「スラッシュ面キャビティ」と呼ぶことができる。）
図４及び図５の従来型の設計は、これらが組み立て又は据え付け状態における変動によって影響を受けない点において、図３の設計に勝る利点を有することが分かるであろう。しかしながら、この種の従来型の設計は、幾つかの限界又は欠点を有する。第１に、図示するように、翼形部１０２の各側面上には単一の回路のみが設けられ、従って、プラットフォーム１１０内の異なる位置で使用される冷却空気の量の制御には限界があるという欠点が存在する。第２に、このタイプの従来型の設計は、一般的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内には非冷却状態のままのデッド区域が依然として存在する。第３に、複雑に形成し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範囲を得るために、特に形成に鋳造プロセスを必要とする形状を冷却チャネルが有する場合には、製造コストが大幅に増加する。第４に、これらの従来型の設計は通常、使用後で且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、エンジンの性能に悪影響を与える。第５に、この種の従来型の設計は一般的に自由度が殆どない。すなわち、チャネル１２０は、プラットフォーム１１０の一体形部分として形成され、作動条件が変化したときにこれらの機能又は構成を変更する機会を殆ど又は全く提供しない。更に、これらのタイプの従来型の設計は、補修又は改修するのが困難である。

加えて、当業者であれば理解されるように、これらのタイプの冷却構成に関連する別の問題は、プラットフォーム冷却回路すなわちプラットフォームの内部を通して形成される冷却通路と、主冷却回路すなわち根元及び翼形部の内部を通って形成される内部冷却通路との間に接続が必要となることが多いことである。このことの１つの理由は、通常必要とされる接続がブレードの高応力領域を介して形成しなければならないことである。従って、鋳造後の機械加工プロセスの一部として接続部を形成することにより、許容できない応力集中が生じる場合がある。しかしながら、鋳造プロセスの一部として接続部を形成することは、プラットフォーム冷却回路のコアを鋳造プロセス中に主冷却回路のコアに接続しなければならないことが要求され、これは通常望ましいことではない。典型的には、当業者には理解されるように、プラットフォーム冷却回路は、プラットフォームの外側表面に対する内部冷却通路の配置に伴って緊密な公差要件を定めている。その長さに起因して、主冷却回路のコアは、鋳造プロセス中に鋳物が充填されたときに移動する傾向がある。この移動は、主冷却回路の配置に対しては許容されるが、主コアの移動がプラットフォームコアに対して並進する場合にプラットフォーム冷却回路の厳しい配置公差を満足することは困難である。鋳造プロセスを通じて２つのコアが接続されていないままにすることは、主コアの移動がプラットフォーム冷却回路の最終配置に影響を与えないことを意味する。

米国特許第７１９８４６７号明細書

従来型のプラットフォーム冷却設計は、これらの重要な要件を満たすことはできない。タービンロータブレードのプラットフォーム領域を効果的且つ効率的に冷却すると同時に、構成するのに費用効果があり、適用の自由度があり、構造的に安定し、且つ耐久性のある改良された装置、システム及び方法に対する必要性が存在する。

従って、本出願は、翼形部と根元との間の接合部にプラットフォームを有するタービンロータブレードの内部を通る冷却チャネル構造を記載しており、ロータブレードは、翼形部内に形成された冷却チャネルと外寄り翼形部供給チャネルとを有する翼形部冷却チャネルを含み、外寄り翼形部供給チャネルが、根元を通って形成される第１の冷却媒体入口から翼形部冷却チャネルとの接続部まで延伸する冷却媒体供給チャネルを含む。１つの実施形態において、本冷却チャネル構造は、プラットフォームの少なくとも一部を横断する冷却チャネルを含み且つ上流側端部と下流側端部とを有するプラットフォーム冷却チャネルと、根元内に形成された第２の冷却媒体入口からプラットフォーム冷却チャネルの上流側端部まで延伸する冷却チャネルを含む外寄りプラットフォーム供給チャネルと、プラットフォーム冷却チャネルの下流側端部から根元内に形成された終端部まで延伸する冷却チャネルを含む内寄りプラットフォーム戻りチャネルとを備える。

本出願は更に、翼形部と根元との間の接合部にプラットフォームを有するタービンロータブレードの内部を通る冷却チャネル構造を記載しており、内側半径方向部分に沿って根元がロータホイールを係合するよう構成されたダブテールを含み、外側半径方向部分に沿って根元がダブテールとプラットフォームとの間に延在するシャンクを含み、タービンロータブレードが翼形部内に形成された翼形部冷却チャネルを含み、該翼形部冷却チャネルが、ダブテールの内側半径方向表面を通って形成された第１の冷却媒体入口から翼形部冷却チャネルの上流側まで延伸する冷却チャネルを含む外寄り翼形部供給チャネルと、プラットフォームの内部の少なくとも一部を通って冷却媒体を配向するよう構成され且つ上流側端部及び下流側端部を有するプラットフォーム冷却チャネルとを含む。このような実施形態において、本冷却チャネル構造は、ダブテールの内側半径方向表面を通って形成された第２の冷却媒体入口からプラットフォーム冷却チャネルの上流側端部まで延伸する冷却チャネルを含む外寄りプラットフォーム供給チャネルと、プラットフォーム冷却チャネルの下流側端部からダブテールの内側半径方向表面に近接して形成されたコネクタまで延伸する冷却チャネルを含む内寄りプラットフォーム戻りチャネルとを備え、コネクタが、外寄り翼形部供給チャネル及び内寄りプラットフォーム戻りチャネルを接続する。

本出願は更に、翼形部と根元との間の接合部にプラットフォームを有するタービンロータブレード内の冷却チャネル構造を製造する方法を記載しており、内側半径方向部分に沿って根元がロータホイールを係合するよう構成されたダブテールを含み、外側半径方向部分に沿って根元がダブテールとプラットフォームとの間に延在するシャンクを含む。幾つかの実施形態において、本方法は、外寄り翼形部供給チャネルと翼形部冷却チャネルとを含み、該外寄り翼形部供給チャネルがダブテールの内側半径方向表面を通って形成された第１の冷却媒体入口から翼形部冷却チャネルの上流側まで延伸する冷却チャネルを有し、翼形部冷却チャネルがプラットフォームの少なくとも一部を通って冷却媒体を配向するよう構成されたチャネルを有する、翼形部冷却回路を形成するステップと、外寄りプラットフォーム供給チャネル、プラットフォーム冷却チャネル、及び内寄りプラットフォーム戻りチャネルを含むプラットフォーム冷却回路を形成するステップとを含み、プラットフォーム冷却チャネルが、プラットフォームの少なくとも一部を通って冷却媒体を配向するよう構成されたチャネルであり、上流側端部及び下流側端部を有し、外寄りプラットフォーム供給チャネルが、ダブテールの内側半径方向表面を通って形成された第２の冷却媒体入口からプラットフォーム冷却チャネルの上流側端部まで延伸する冷却チャネルを含み、内寄りプラットフォーム戻りチャネルが、プラットフォーム冷却チャネルの下流側端部からダブテールの内側半径方向表面を通って形成された開口まで延伸する冷却チャネルを含み、本方法が更に、ダブテールの内側半径方向表面に近接して、外寄り翼形部供給チャネル及び内寄りプラットフォーム戻りチャネルを接続するコネクタを形成するステップを含む。

本出願のこれらの及び他の特徴は、図面及び特許請求の範囲を参照しながら好ましい実施形態の以下の詳細な説明を精査することにより明らかになるであろう。

本発明のこれらの及び他の特徴は、添付図面を参照しながら、本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明を注意深く検討することによって完全に理解され且つ認識されるであろう。

その中で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。 その中で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側面図。 従来型の設計による、冷却システムを有する隣り合うタービンロータブレードの断面図。 従来型の設計による、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上面図。 別の従来型の設計による、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上面図。 本発明の例示的な実施形態によるタービンロータブレード及びプラットフォーム冷却構造の側面図。 本発明の例示的な実施形態によるタービンロータブレードのダブテール及びプラットフォーム冷却構造の内寄り部分からの図。 本発明の例示的な実施形態によるタービンロータブレードのダブテール及びプラットフォーム冷却構造の内寄り部分からの図。 本発明の例示的な実施形態によるタービンロータブレードのダブテール及びプラットフォーム冷却構造の内寄り部分からの図。 本発明の代替の実施形態によるタービンロータブレードの外寄り部分からの図。 本発明の代替の実施形態による、プラットフォーム冷却チャネルを配置できる場所を示すタービンロータブレードの外寄り部分からの図。 本発明の代替の実施形態による、例示的なプラットフォーム冷却チャネルを有するタービンロータブレードの外寄り部分からの図。 本発明の代替の実施形態による、例示的なプラットフォーム冷却チャネルを有するタービンロータブレードの外寄り部分からの図。

ここで図６から図１３を参照すると、本発明の複数の実施形態が提供される。図６に示すように、本発明は、タービンロータブレード１００の内部を通る冷却チャネルの構成を含むことができる。本発明は、翼形部１０２と根元１０４との間の接合部にプラットフォーム１１０を有するタービンロータブレードで利用することができる。内側半径方向部分に沿って、根元１０４は、タービンホイールを係合するように構成された機械的取付部を備えることができる点は理解されるであろう。典型的には、機械的取付部は、タービンホイール内に形成されたスロットに挿入されるダブテール１０９である。外側半径方向部分に沿って、根元１０４は、一般に、ダブテール１０９とプラットフォーム１１０との間に延在するシャンク１１２を含む。

タービンロータブレード１００はまた、翼形部冷却チャネル１３０を含むことができる。翼形部冷却チャネル１３０は、翼形部１０２のあらゆる部分を通って冷却媒体を配向又は送る内部チャネルを含むことができる。翼形部冷却チャネル１３０は、外寄り翼形部供給チャネル１３４を含むことができ、これは、通常はロータブレード１００の根元１０４又はダブテール１０９内に形成される冷却媒体入口１３６から翼形部冷却チャネル１３０に冷却媒体を供給するよう構成することができる。より具体的には、冷却媒体入口１３６は、ダブテール１０９の内側半径方向表面１３８を通って形成することができる。外寄り翼形部供給チャネル１３４は、一般に、ロータブレード１００の根元１０４から翼形部１０２まで外寄り方向で冷却媒体を送るのでこのように呼ぶことができる点は理解されるであろう。外寄り翼形部供給チャネル１３４及び翼形部冷却チャネル１３０はまた、翼形部冷却回路とも呼ぶことができる。

ロータブレード１００は更に、プラットフォーム１１０の内部の少なくとも一部を通って冷却媒体を配向又は送るように構成されたプラットフォーム冷却チャネル１４０を含むことができる。図１１、１２、及び１３に示すように、プラットフォーム冷却チャネル１４０は、様々な構成を有することができ、通常は、図１１の斜線領域内に配置されることになる。１つの例示的な構成は、図１２に示すように、ピンのアレイを備えたチャンバを含む。別の例示的な構成は、図１３に示すように、曲がりくねった蛇行路を含む。プラットフォーム冷却チャネル１４０は、上流側端部１４１及び下流側端部１４２を有することができる点は理解されるであろう。

図示のように、外寄りプラットフォーム供給チャネル１４４を設けることができる。図示の外寄りプラットフォーム供給チャネル１４４は、例えば、ダブテール１０９の内側半径方向表面を通って形成することができる冷却媒体入口１３６から外寄り方向に延在する内部冷却チャネルを含む。外寄りプラットフォーム供給チャネル１４４は、プラットフォーム冷却チャネル１４０の上流側端部１４１に延在することができる。本発明の実施形態によれば、内寄りプラットフォーム戻りチャネル１４５もまた設けることができる。内寄りプラットフォーム戻りチャネル１４５は、図示のように、コネクタ１４６への接続部を含むことができる終端点までプラットフォーム冷却チャネル１４０の下流側端部１４２から内寄り方向に延在する内部冷却チャネルを含む。理解されるように、図７から図１０に図示するような他の構成も実施可能である点は理解されるであろう。

１つの実施形態において、コネクタ１４６は、ダブテール１０９の内側半径方向表面１３８を通って機械加工され、その後、カバープレート１４８を介して密閉されるチャネルを含む。この構成は、図１０に描かれており、クロスハッチ領域は、コネクタ１４６と、カバープレート１４８がダブテール１０９の表面に対して同一平面になることができるような陥凹領域とを生成するよう機械加工されることになる領域を表している。

コネクタ１４６は、外寄り翼形部供給チャネル１３４と内寄りプラットフォーム戻りチャネル１４５との間の接続部を形成することは理解されるであろう。このようにして、別個に形成された冷却回路を効率的且つ効果的に生成して、後で接続することができ、この接続は、変化する状態又は予期しない状態に適合するよう調整することができる。具体的には、上記で検討するように、外寄り翼形部供給チャネル１３４及び翼形部冷却チャネル１３０を含む翼形部冷却回路を形成することができる。これとは独立し且つ接続されないが、外寄りプラットフォーム供給チャネル１４４、プラットフォーム冷却チャネル１４０、及び内寄りプラットフォーム戻りチャネル１４５を含むプラットフォーム冷却回路を形成することができる。上述のように、当業者であれば、鋳造プロセスにより接続されないようにこれら２つの回路を形成することは、幾つかの利点がある。

当業者には理解されるように、１つの実施形態において、内寄りプラットフォーム戻りチャネル１４５は、ここを流れる全ての冷却媒体をコネクタ１４６に配向するよう構成することができる。その結果、コネクタ１４６は、ここを流れる冷却媒体は全て内寄りプラットフォーム戻りチャネル１４５から外寄り翼形部供給チャネル１３４に配向することができる。このようにして、プラットフォームを冷却するのに用いる実質的に全ての冷却媒体は、翼形部冷却チャネル１３０において再利用することができる。図７から図９に示すように、カバープレート１４８は、所望の特性に応じて、冷却媒体入口１３６を含むことができる。逆流を防ぐために、カバープレート１４８を通って形成される入口１３６は、所望の流れパターンが得られるように流量調整することができる点は理解されるであろう。このような場合、流量調整される入口１３６は、図７から図９に示すように、小さな断面積を有することができる。

上述のように、接続手段は、ダブテール接続とすることができる。コネクタ１４６は、外側壁部により密閉されるチャネルとすることができる。この場合、外側壁部の第１の側部は、コネクタ１４６の内側壁部のうちの１つとすることができ、外側壁部の対向する第２の側部は、ダブテール１０９の外側表面を形成することができる。この場合、コネクタ１４６は、ダブテール１０９の内寄り縁部に近接して配置することができる。

図６に示すように、コネクタの外側壁部は、カバープレート１４８と呼ぶことができる。カバープレート１４８は、ダブテール１０９に対して非一体形の構成要素として形成できる点は理解されるであろう。特定の実施形態において、図７及び９に示すように、カバープレート１４８はまた、貫通して形成される外寄り翼形部供給チャネル１３４を提供する冷却媒体入口１３６を有することができる。冷却媒体入口１３６は、上述のように、そこを通る流れの所望のレベルの達成に基づいて構成することができる点は理解されるであろう。

図６に示すように、外寄り翼形部供給チャネル１３４は、外寄り翼形部供給チャネルを、ａ）コネクタ１４６と流体連通した第１の外寄り翼形部供給チャネル１３４ａと、ｂ）冷却媒体入口１３６と流体連通した外寄り翼形部供給チャネル１３４ｂとに分離するデバイダ１５０を含むことができる。図示のように、デバイダ１５０を超えると、第１の外寄り翼形部供給チャネル１３４ａは、第２の外寄り翼形部供給チャネル１３４ｂと併合することができる。より具体的には、デバイダ１５０は、第１の外寄り翼形部供給チャネル１３４ａが第２の外寄り翼形部供給チャネル１３４ｂとシャンク１１２内の半径方向位置にて併合するように、半径方向の所定距離に延在することができる。

本発明は更に、翼形部１０２と根元１０４との間の接合部にプラットフォーム１１０を有するタービンロータブレード１００の内部を通る冷却チャネル構造を含み、ここで内側半径方向部分に沿って、根元１０４はロータホイールを係合するよう構成されたダブテール１０９を含み、また、外側半径方向部分に沿って、根元１０４はダブテール１０９とプラットフォーム１１０との間に延在するシャンク１１２を含み、タービンロータブレード１００は更に、翼形部１０２内に形成される冷却チャネルと、外寄り翼形部供給チャネル１３４とを含む翼形部冷却チャネル１３０を備え、外寄り翼形部供給チャネル１３４は、ダブテール１０９の内側半径方向表面１３８を通って形成される第１の冷却媒体入口１３６から翼形部１０２内に形成された冷却チャネルの上流側端部まで外寄り方向で延伸する冷却チャネルを含む。本発明の構成は更に、プラットフォーム１１０の内部の少なくとも一部を通って冷却媒体を配向するよう構成されたプラットフォーム冷却チャネル１４０を含むことができる。プラットフォーム冷却チャネル１４０は、一般に、上流側端部１４１及び下流側端部１４２を有する。冷却チャネルの構成は更に、ダブテール１０９の内側半径方向表面を通って形成される第２の冷却媒体入口１３６からプラットフォーム冷却チャネル１４０の上流側端部１４１まで延伸する冷却チャネルを有する外寄りプラットフォーム供給チャネル１４４と、プラットフォーム冷却チャネル１４０の下流側端部１４２からダブテール１０９の内側半径方向表面１３８に近接して形成されたプレナム又はコネクタまで延伸する冷却チャネルを有する内寄りプラットフォーム戻りチャネル１４５とを含むことができる。コネクタ１４６は、外寄り翼形部供給チャネル１３４及び内寄りプラットフォーム戻りチャネル１４５を接続するよう構成することができる。好ましい実施形態において、内寄りプラットフォーム戻りチャネル１４５は、そこを通って流れる全ての冷却媒体をコネクタ１４６内に配向するよう構成することができ、コネクタ１４６は、そこを通って流れる全ての冷却媒体を外寄り翼形部供給チャネル１３４に配向するよう構成することができる。

本発明は更に、翼形部１０２と根元１０４との間の接合部にプラットフォーム１１０を有するタービンロータブレード１００において冷却チャネルの構成を作製する方法を含む。本方法は、ａ）外寄り翼形部供給チャネル１３４と翼形部冷却チャネル１３０とを含む翼形部冷却回路を形成するステップを含むことができる。外寄り翼形部供給チャネル１３４は、ダブテール１０９の内側半径方向表面１３８を通って形成された冷却媒体入口１３６から翼形部冷却チャネル１３０の上流側端部まで延伸する冷却チャネルとすることができ、本方法は更に、外寄りプラットフォーム供給チャネル１４４、プラットフォーム冷却チャネル１４０、及び内寄りプラットフォーム戻りチャネル１４５を含むプラットフォーム冷却回路を形成するステップを含む。プラットフォーム冷却チャネル１４０は、プラットフォーム１１０の少なくとも一部を通って冷却媒体を配向するよう構成されたチャネルとすることができ、上流側端部１４１及び下流側端部１４２を含むことができる。外寄りプラットフォーム供給チャネル１４４は、ダブテール１０９の内側半径方向表面１３８を通って形成された冷却媒体入口１３６からプラットフォーム冷却チャネル１４０の上流側端部１４１まで延伸する冷却チャネルとすることができる。内寄りプラットフォーム戻りチャネル１４５は、プラットフォーム冷却チャネル１４０の下流側端部１４２から終端点又はコネクタ１４６との接続部まで延伸する冷却チャネルを含むことができる。

本方法は更に、外寄り翼形部供給チャネル１３４及び内寄りプラットフォーム戻りチャネル１４５を接続するコネクタ１４６を形成するステップを含むことができる。コネクタ１４６は、ダブテール１０９の内側半径方向表面１３８に近接して配置することができる。幾つかの実施形態において、プラットフォーム冷却回路及び翼形部冷却回路は、コネクタ１４６が形成されるまでは各回路が他の回路と連通しないように形成することができる。

好ましい実施形態では、プラットフォーム冷却回路及び翼形部冷却回路は、鋳造プロセスにより形成することができ、コネクタ１４６は、鋳造後機械加工プロセスにより形成することができる。このような場合、コネクタ１４６は、冷却媒体入口１３６と内寄りプラットフォーム戻りチャネル１４５の終端点にて形成された開口とを接続するように、ダブテール１０９の内側半径方向表面１３８を通って機械加工された開放チャネル又は溝を備えることができる。本方法は更に、コネクタチャネルが実質的に密閉されるようにコネクタチャネルの上にカバープレート１４８を取り付けるステップを含むことができる。

当業者であれば理解されるように、幾つかの例示的な実施形態に関して上述された多くの様々な特徴及び構成は、本発明の他の実施可能な実施形態を形成するよう更に選択的に適用することができる。簡潔にするため、及び当業者の能力を考慮して、各々の可能な繰り返しは本明細書で詳細には述べていないが、添付の複数の請求項によって包含される全ての組合せ及び可能な実施形態は、本出願の一部をなすものとする。加えて、本発明の複数の例示的な実施形態に関する上記の説明から、当業者には、その改善、変更、及び修正が明らかであろう。当該技術分野の範囲内にあるこのような改善、変更、及び修正もまた、請求項によって保護されるものとする。更に、上記のことは、本出願の好ましい実施形態にのみに関連しているが、添付の請求項及びその均等物によって定められる本出願の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者によって多くの変更及び修正を本明細書において行うことができる点を理解されたい。

１００ タービンロータブレード
１０２ 翼形部
１０４ 根元
１０９ ダブテール
１１０ プラットフォーム
１１２ シャンク
１３０ 翼形部冷却チャネル
１３６ 冷却媒体入口
１３８ 内側半径方向表面
１３４ 外寄り翼形部供給チャネル
１４０ プラットフォーム冷却チャネル
１４１ 上流側端部
１４２ 下流側端部
１４４ 外寄りプラットフォーム供給チャネル
１４５ 内寄りプラットフォーム戻りチャネル
１４６ コネクタ
１４８ カバープレート
１５０ デバイダ

Claims (12)

1. 翼形部と根元との間の接合部にプラットフォームを有するタービンロータブレードの内部を通る冷却チャネル構造であって、前記ロータブレードは、前記翼形部内に形成された冷却チャネルと外寄り翼形部供給チャネルとを有する翼形部冷却チャネルを含み、前記外寄り翼形部供給チャネルが、前記根元を通って形成される第１の冷却媒体入口から前記翼形部冷却チャネルとの接続部まで延伸する冷却媒体供給チャネルを含み、
   前記冷却チャネル構造が、
   前記プラットフォームの少なくとも一部を横断する冷却チャネルを含み且つ上流側端部と下流側端部とを有するプラットフォーム冷却チャネルと、
   前記根元内に形成された第２の冷却媒体入口から前記プラットフォーム冷却チャネルの上流側端部まで延伸する冷却チャネルを含む外寄りプラットフォーム供給チャネルと、
   前記プラットフォーム冷却チャネルの下流側端部から前記根元内に形成された終端部まで延伸する冷却チャネルを含む内寄りプラットフォーム戻りチャネルと
   を備え、
   前記根元が、接続手段を含む内寄り部分と、前記接続手段と前記プラットフォームとの間に延在する外寄り部分とを含み、前記第１の冷却媒体入口、前記第２の冷却媒体入口、及び前記内寄りプラットフォーム戻りチャネルの終端部分が前記接続手段内に配置され、
   前記外寄りプラットフォーム供給チャネル、前記プラットフォーム冷却チャネル、及び前記内寄りプラットフォーム戻りチャネルが、プラットフォーム冷却回路を含み、前記外寄り翼形部供給チャネル及び前記翼形部冷却チャネルが、翼形部冷却回路を含み、さらに、前記接続手段の外寄りの半径方向位置にて前記翼形部冷却回路から前記プラットフォーム冷却回路を分離する分離構造体と、前記接続手段内に形成されコネクタとを備え、前記コネクタが、前記内寄りプラットフォーム戻りチャネルの終端部分を前記外寄り翼形部供給チャネルに接続するチャネルを含む、冷却チャネル構造。
2. 前記接続手段がダブテールを含み、前記コネクタが外側壁部により密閉されるチャネルを含み、前記外側壁部の第１の側部が前記コネクタの内側壁部を含み、前記外側壁部の第２の側部が前記ダブテールの外側表面を形成し、前記コネクタが前記ダブテールの内寄り縁部に近接して配置される、請求項１記載の冷却チャネル構造。
3. 前記コネクタの外側壁部がカバープレートを含み、該カバープレートが前記ダブテールに対して非一体型の構成要素を含む、請求項２記載の冷却チャネル構造。
4. 前記カバープレートが、そこを通って形成された第１の冷却媒体入口を含み、前記第１の冷却媒体入口が、所望の流量調整特性に基づいて構成される、請求項３記載の冷却チャネル構造。
5. 前記外寄り翼形部供給チャネルが、前記外寄り翼形部供給チャネルを２つのチャネル、すなわち、ａ）前記コネクタと流体連通した第１の外寄り翼形部供給チャネルと、ｂ）前記第１の入口と流体連通した第２外寄り翼形部供給チャネルと、に分離するデバイダを含み、前記デバイダを超えると前記第１の外寄り翼形部供給チャネルが前記第２外寄り翼形部供給チャネルと併合され、前記デバイダは、前記第１の外寄り翼形部供給チャネルが前記第２の外寄り翼形部供給チャネルとシャンク内の半径方向位置にて併合するように、半径方向で所定距離に延在する、請求項２記載の冷却チャネル構造。
6. 前記プラットフォーム冷却チャネルの上流側端部が前記プラットフォームのほぼ半径方向高さを含み、前記第２の冷却媒体入口が前記プラットフォーム冷却チャネルの上流側端部と整列し、前記外寄り翼形部供給チャネルが各々との接続部の間に半径方向に延在するようになり、前記プラットフォーム冷却チャネルの下流側端部が前記プラットフォームのほぼ半径方向高さを含み、前記プラットフォーム冷却チャネルの下流側端部が前記内寄りプラットフォーム戻りチャネルの終端点と整列し、前記内寄りプラットフォーム戻りチャネルが各々との間に半径方向に延在する、請求項２記載の冷却チャネル構造。
7. 翼形部と根元との間の接合部にプラットフォームを有するタービンロータブレードの内部を通る冷却チャネル構造であって、内側半径方向部分に沿って前記根元がロータホイールを係合するよう構成されたダブテールを含み、外側半径方向部分に沿って前記根元が前記ダブテールと前記プラットフォームとの間に延在するシャンクを含み、前記タービンロータブレードが前記翼形部内に形成された翼形部冷却チャネルを含み、該翼形部冷却チャネルが、前記ダブテールの内側半径方向表面を通って形成された第１の冷却媒体入口から前記翼形部冷却チャネルの上流側まで延伸する冷却チャネルを含む外寄り翼形部供給チャネルと、前記プラットフォームの内部の少なくとも一部を通って冷却媒体を配向するよう構成され且つ上流側端部及び下流側端部を有するプラットフォーム冷却チャネルとを含み、
   前記冷却チャネル構造が、
   前記ダブテールの内側半径方向表面を通って形成された第２の冷却媒体入口から前記プラットフォーム冷却チャネルの上流側端部まで延伸する冷却チャネルを含む外寄りプラットフォーム供給チャネルと、
   前記プラットフォーム冷却チャネルの下流側端部から前記ダブテールの内側半径方向表面に近接して形成されたコネクタまで延伸する冷却チャネルを含む内寄りプラットフォーム戻りチャネルと、
   を備え、前記コネクタが、前記外寄り翼形部供給チャネル及び前記内寄りプラットフォーム戻りチャネルを接続する、冷却チャネル構造。
8. 前記外寄りプラットフォーム供給チャネル、前記プラットフォーム冷却チャネル、及び前記内寄り供給チャネルが、プラットフォーム冷却回路を含み、前記外寄り翼形部供給チャネル及び前記翼形部冷却チャネルが翼形部冷却回路を含み、前記ダブテールの外寄りの半径方向位置にて前記翼形部冷却回路から前記プラットフォーム冷却回路を分離する分離構造体を更に備える、請求項７記載の冷却チャネル構造。
9. 前記内寄りプラットフォーム戻りチャネルが、そこを通って流れる冷却媒体を前記コネクタに配向するよう構成され、前記コネクタが、そこを通って流れる冷却媒体を前記外寄り翼形部供給チャネルに配向するよう構成される、請求項８記載の冷却チャネル構造。
10. 前記コネクタが、前記ダブテールの内側半径方向表面の一部を形成する外側壁部により密閉されるチャネルを含む、請求項９記載の冷却チャネル構造。
11. 前記コネクタの外側壁部がカバープレートを含み、該カバープレートが前記ダブテールに対して非一体型の構成要素を含む、請求項１０記載の冷却チャネル構造。
12. 翼形部と根元との間の接合部にプラットフォームを有するタービンロータブレード内の冷却チャネル構造を製造する方法であって、内側半径方向部分に沿って前記根元がロータホイールを係合するよう構成されたダブテールを含み、外側半径方向部分に沿って前記根元が前記ダブテールと前記プラットフォームとの間に延在するシャンクを含み、
    当該方法が、
    外寄り翼形部供給チャネルと翼形部冷却チャネルとを含み、該外寄り翼形部供給チャネルが前記ダブテールの内側半径方向表面を通って形成された第１の冷却媒体入口から前記翼形部冷却チャネルの上流側まで延伸する冷却チャネルを有し、前記翼形部冷却チャネルが前記プラットフォームの少なくとも一部を通って冷却媒体を配向するよう構成されたチャネルを有する、翼形部冷却回路を形成するステップと、
    外寄りプラットフォーム供給チャネル、プラットフォーム冷却チャネル、及び内寄りプラットフォーム戻りチャネルを含むプラットフォーム冷却回路を形成するステップであって、前記プラットフォーム冷却チャネルが、前記プラットフォームの少なくとも一部を通って冷却媒体を配向するよう構成されたチャネルであり、上流側端部及び下流側端部を有し、前記外寄りプラットフォーム供給チャネルが、前記ダブテールの内側半径方向表面を通って形成された第２の冷却媒体入口から前記プラットフォーム冷却チャネルの上流側端部まで延伸する冷却チャネルを含み、前記内寄りプラットフォーム戻りチャネルが、前記プラットフォーム冷却チャネルの下流側端部から前記ダブテールの内側半径方向表面を通って形成された開口まで延伸する冷却チャネルを含む、プラットフォーム冷却回路を形成するステップと、
    前記ダブテールの内側半径方向表面に近接して、前記外寄り翼形部供給チャネル及び前記内寄りプラットフォーム戻りチャネルを接続するコネクタを形成するステップと
    を含む、方法。