JP6669436B2 - プラットフォーム冷却機構及び、タービンロータブレードにプラットフォーム冷却機構を形成するための方法 - Google Patents

Description

本出願は、一般に、燃焼タービンエンジンであって、本明細書で使用される場合は特に断らない限りあらゆる種類の燃焼タービンエンジン（発電および航空機エンジンで使用されるものなど）を含む燃焼タービンエンジンに関する。限定のためではないが、より具体的に言えば、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、および／または方法に関する。

ガスタービンエンジンは、一般的に圧縮機、燃焼器、およびタービンを含む。圧縮機およびタービンは、一般に、段として軸方向に並べられた、翼またはブレードの列を含む。各段は、一般的に、周方向に離間された固定されているステータブレードの列および中心軸線またはシャフトを中心に回転する周方向に離間された１組のロータブレードを含む。動作中、圧縮機のロータブレードは、空気の流れを圧縮するためにシャフトを中心に回転される。次に、圧縮空気は、供給燃料を燃焼させるために燃焼器内で使用される。燃焼工程の結果として生じた高温ガスの流れは、タービンで膨張し、この結果、ロータブレードが、ロータブレードが取り付けられているシャフトを回転させる。このようにして、燃料に含まれるエネルギーは、回転シャフトの機械的エネルギーに変換され、次に、この機械的エネルギーは、例えば、電気を生成する目的で発電機のコイルを回転させるために使用され得る。

図１および図２を参照すると、タービンロータブレード１００は、一般に、翼部または翼１０２および根元部または根元１０４を含む。翼１０２は、凸状の負圧面１０５および凹状の正圧面１０６を有すると説明され得る。翼１０２は、前方縁である前縁１０７および後方縁である後縁１０８を有すると説明され得る。根元１０４は、ロータシャフトにブレード１００を取り付けるための構造（図示のように、一般的にはダブテール１０９を含む）と、プラットフォーム１１０であって、そこから翼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との間の構造を含むシャンク１１２とを有すると説明され得る。

プラットフォーム１１０は、平面的な変形形態（図４に示されているような）、起伏のある変形形態、または任意の他の適切な変形形態などの様々な構造を備えてもよい。（「平面的な」は、本明細書で使用される場合、おおよそまたはほぼ平面の形状を意味することに留意されたい。例えば、当業者であれば、プラットフォームが、ロータブレードの半径方向位置におけるタービンの外周に対応する曲率で僅かに湾曲した凸状の外側の表面を有するように構成されてもよいことを理解するであろう。本明細書で使用される場合、この種類のプラットフォームの形状は、曲率半径が、プラットフォームに平坦な外観を与える程度に十分に大きいため、平面的であるとみなされる。）例えば、具体的に図４を参照すると、プラットフォーム１１０は、上面１１３であって、図１に示されているように、軸方向および周方向に延在する平坦面を含み得る上面１１３を有してもよい。図２に示されているように、プラットフォーム１１０は、下面１１４であって、軸方向および周方向に延在する平坦面を同様に含み得る下面１１４を有してもよい。プラットフォーム１１０の上面１１３および底面１１４は、それぞれが互いにほぼ平行になるように形成されてもよい。描かれているように、プラットフォーム１１０が、一般的に、薄い半径方向の外形を有すること、すなわち、プラットフォーム１１０の上面１１３と底面１１４との間の半径方向距離が比較的短いことが理解される。

一般に、プラットフォーム１１０は、ガスタービンの高温ガス通路部における内側の流路の境界を形成するためにタービンロータブレード１００で用いられてもよい。プラットフォーム１１０は、翼１０２のための構造的支持をさらに実現している。動作中、タービンの回転速度は、プラットフォーム１１０に沿って比較的応力がかかる領域を発生させ得る機械的荷重を発生させる。また、この領域は、さらに温度上昇を受け得る。

プラットフォーム領域１１０の耐久性をより高くする１つの方法は、動作中に圧縮空気または他の冷媒の流れによってプラットフォーム領域１１０を冷却することである。しかしながら、当業者ならば分かるように、プラットフォーム領域１１０には、いくつかの設計上の課題がある。このことは、大部分は、説明した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から離れて存在する周囲の構成要素であり、一般的に、構造的には妥当だが、薄い半径方向の厚さを有するように設計されることからくる、この領域の幾何学的形状に起因している。

冷媒を流通させるために、ロータブレード１００は、一般的に、１つ以上の内部冷却通路１１６（図３および図４参照）を含み、１つ以上の内部冷却通路１１６は、少なくとも、ブレード１００のコア（根元１０４および翼１０２を含む）を通って半径方向に延在する。以下でより詳細に説明するように、熱の交換を増加させるために、このような内部冷却通路１１６は、ブレード１００の中央領域内を曲がりくねって進む蛇行した通路を有するように形成されてもよいが、他の構造も可能である。動作中、冷媒１８０は、根元１０４の内側部分に形成された１つ以上の入口１１７を介して内部冷却通路１１６に入ってもよい。冷媒１８０は、ブレード１００内を流通し、翼に形成された出口（図示せず）を介しておよび／または根元１０４に形成された１つ以上の出口（図示せず）を介して出てもよい。冷媒１８０は、加圧されてもよく、また、例えば加圧空気、水と混合された加圧空気、および蒸気などを含んでもよい。多くの場合、冷媒１８０は、エンジンの圧縮機から分流される圧縮空気であるが、他の供給源も可能である。

場合によって、内部冷却通路１１６は、互いに隣接するロータブレード１００のシャンク１１２およびプラットフォーム１１０の間に形成されるキャビティ１１９をさらに備えてもよい。このようにして、冷媒１８０は、プラットフォームの冷却通路とタービンロータブレードの内部冷却通路１１６の１つ以上の部分（例えば、キャビティ１１９）とを接続することによってブレードのプラットフォーム領域１１０を冷却するために使用されてもよい。例えば、冷媒は、内部冷却通路１１６の１つから（シャンク１１２／プラットフォーム１１０の間に形成されたキャビティ１１９などへ）抽出され、プラットフォーム１１０内に延在する冷却チャネルに供給されてもよい。プラットフォーム１１０を通過した後、冷却空気は、プラットフォーム１１０の上面１１３に形成されたフィルム冷却孔を通ってキャビティから出てもよい。

しかしながら、この種類の冷却回路は、キャビティ１１９に依存する冷却回路が、互いに隣接する２つのロータブレード１００が組み立てられた後にしか形成されないため、１つの部品として自己完結しないことが理解される。これにより、取り付けおよび検査が、かなり複雑になり得る。プラットフォーム冷却のための代替的な設計は、ロータブレード１００内に含まれる冷却回路を備えてもよく、図３に描かれているようなシャンクキャビティ１１９を含まなくてもよい。冷却空気は、ブレード１１０のコアを通って延在する内部冷却通路１１６の１つから抽出され、プラットフォーム１１０内に形成された冷却チャネルを経由して後方へ導かれる。冷媒１８０は、構成要素の冷却を助けるためにプラットフォーム冷却チャネルを通って流れる。しかしながら、プラットフォーム１１０に冷却チャネルを配置することは、多くの場合、翼１０２の凹状の正圧面１０６側などの比較的高温の領域において行われる。さらに、冷却チャネル機構は、冷媒１８０の供給のために複雑となる（例えば、湾曲されるか、または蛇行される）場合があり、したがって、既存の部品のこのような変更を行うのを妨げるか、または制限する、鋳造または他の初期製造上の考慮を必要とする場合がある。

したがって、代替的なプラットフォーム冷却機構は、当技術分野で歓迎されるであろう。

米国特許出願公開第２０１３／０１７１００５号明細書

一実施形態において、タービンロータブレードのプラットフォーム冷却機構が開示される。タービンロータブレードは、翼と根元との間の境界にプラットフォームを備え、タービンロータブレードは、その中に形成された内部冷却通路を含み、該内部冷却通路は、冷媒源との根元における接続部からプラットフォームのほぼ半径方向の高さまで延在し、プラットフォームの負圧側は、翼から負圧側スラッシュ面まで周方向に延在する上面を備える。プラットフォーム冷却機構は、負圧側スラッシュ面から内部冷却通路まで延在する供給孔および１つ以上の分岐孔であって、それぞれが、供給孔から負圧側スラッシュ面まで延在する１つ以上の分岐孔を含む。動作中、冷媒源からの冷媒は、内部冷却通路から供給孔を通って１つ以上の分岐孔まで流れ、負圧側スラッシュ面においてプラットフォームから出る。

一実施形態において、タービンロータブレードのプラットフォーム冷却機構が開示される。タービンロータブレードは、翼と根元との間の境界にプラットフォームを備え、タービンロータブレードは、その中に形成された内部冷却通路を含み、該内部冷却通路は、冷媒源との根元における接続部からプラットフォームのほぼ半径方向の高さまで延在し、プラットフォームの負圧側は、翼から負圧側スラッシュ面まで周方向に延在する上面を備える。プラットフォーム冷却機構は、プラットフォームの前方縁から内部冷却通路まで延在する供給孔および１つ以上の分岐孔であって、それぞれが、供給孔から負圧側スラッシュ面まで延在する１つ以上の分岐孔を含む。動作中、冷媒源からの冷媒は、内部冷却通路から供給孔を通って１つ以上の分岐孔まで流れ、負圧側スラッシュ面においてプラットフォームから出る。

別の実施形態において、タービンロータブレードにプラットフォーム冷却機構を形成するための方法が開示される。本方法は、翼と根元との境界にプラットフォームを有するタービンロータブレードを用意するステップであって、タービンロータブレードが、その中に形成された内部冷却通路を含み、該内部冷却通路が、冷媒源との根元における接続部からプラットフォームのほぼ半径方向の高さまで延在し、プラットフォームの負圧側が、翼から負圧側スラッシュ面まで周方向に延在する上面を備えるステップを含む。本方法は、負圧側スラッシュ面から内部冷却通路まで延在する供給孔を形成するステップおよび１つ以上の分岐孔であって、それぞれが、供給孔から負圧側スラッシュ面まで延在する１つ以上の分岐孔を形成するステップをさらに含む。動作中、冷媒源からの冷媒は、内部冷却通路から供給孔を通って１つ以上の分岐孔まで流れ、負圧側スラッシュ面においてプラットフォームから出る。

本明細書で述べられている実施形態によって提供されるこれらのおよびさらなる特徴は、図面と併せて以下の詳細な説明を考慮することによってより完全に理解される。

図面に示されている実施形態は、本質的に例証的かつ例示的なものであり、特許請求の範囲によって規定される本発明を限定するためのものではない。例証的な実施形態に関する以下の詳細な説明は、以下の図面と併せて読まれるときに理解され得る。なお、以下の図面において、同じ構造は、同じ参照符号によって示される。

本開示の１つ以上の実施形態が使用され得る例示的なタービンロータブレードの斜視図を示している。 本開示の１つ以上の実施形態が使用され得るタービンロータブレードの下面図を示している。 本開示の１つ以上の実施形態が使用され得る互いに隣接するタービンロータブレードの断面図を示している。 本明細書で示されているか、または説明されている１つ以上の実施形態に係るプラットフォーム冷却機構を有する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である。 本明細書で示されているか、または説明されている１つ以上の実施形態に係る別のプラットフォーム冷却機構を有する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である。 本明細書で示されているか、または説明されている１つ以上の実施形態に係る別のプラットフォーム冷却機構を有する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である。 本明細書で示されているか、または説明されている１つ以上の実施形態に係る別のプラットフォーム冷却機構を有する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である。 本明細書で示されているか、または説明されている１つ以上の実施形態に係るプラットフォーム冷却機構を有するプラットフォームを有する互いに隣接するタービンロータブレードの上面図である。 本明細書で示されているか、または説明されている１つ以上の実施形態に係るタービンロータブレードのプラットフォーム冷却機構を形成するための方法を示している。

以下では、本発明の１つ以上の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するために、本明細書では、実際の実施態様のすべての特徴について説明しない場合がある。このような実際の実施態様の開発（工学または設計プロジェクトにおけるような）において、実施態様に特有の多数の決定が、実施態様ごとに異なり得る、開発者の特定の目標（システム関連およびビジネス関連の制約を遵守したものなど）を達成するためになされなければならないことが理解されるべきである。さらに、このような開発の努力は、込み入っていて、時間がかかるものである可能性があるが、それにもかかわらず、本開示の利益を受ける当業者にとって設計、作製、および製造に関する日常的な取り組みであることが理解されるべきである。

本発明の様々な実施形態の要素を導入するとき、冠詞「ある（ａ）」、「ある（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、および「前記」は、その要素が１つ以上存在することを意味することが意図されている。用語「を備える」、「を含む」、および「を有する」は、包含的であり、本発明の列挙された要素以外にも付加的な要素が存在し得ることを意味することが意図されている。

次に図４を参照すると、タービンロータブレード１００のプラットフォーム１１０に配置されたプラットフォーム冷却機構１５０が示されている。上述したように（また、図１をさらに参照すると）、一般にプラットフォーム１１０は、構造であって、一般にそこから翼１０２が延在する構造を備える。プラットフォーム１１０は、負圧側スラッシュ面１２２から正圧側スラッシュ面１２６まで、および後方縁１２１から前方縁１２４まで延在している。当業者は理解するはずだが、プラットフォーム１１０は、動作中にある範囲の温度上昇を受ける。具体的には、翼１０２の正圧側の、プラットフォーム１１０の比較的「高温の」部分が、翼１０２の負圧側の、プラットフォーム１１０の比較的「低温の」部分よりも高い温度上昇を受ける可能性がある。本明細書で開示され、説明されているようなプラットフォーム冷却機構１５０は、特に、プラットフォーム１１０の比較的「低温の」部分に配置されたプラットフォーム冷却機構１５０によってプラットフォーム１１０のこれらの領域のうちの１つ以上の温度を制御するのを助けるために利用されてもよい。

図４〜図８に示されているように、プラットフォーム冷却機構１５０は、一般に、タービンロータブレード１００の１つ以上の内部冷却通路１１６から翼１０２の凸状の負圧面１０５側の周囲に冷媒１８０を供給する冷却チャネルの機構を備える。具体的には、プラットフォーム冷却機構１５０は、一般に、１つ以上の内部冷却通路１１６からプラットフォーム１１０の少なくとも一部の全体にわたって冷媒１８０を供給し、少なくとも部分的に負圧側スラッシュ面１２２から出させるために供給孔１６０および１つ以上の分岐孔１７０を備える。

供給孔１６０は、一般に、負圧側スラッシュ面１２２からタービンロータブレード１００の内部冷却通路１１６まで延在する冷却チャネルを備える。供給孔１６０は、内部冷却通路１１６の１つ以上から冷媒１８０を取り出すように配置されるが、この場合、冷媒１８０は、本明細書において理解されるべきであるように、プラットフォーム冷却機構１５０の１つ以上の分岐孔１７０を経由して供給されてもよい。

供給孔１６０は、様々な方法によって形成されてもよいが、この場合、供給孔１６０は、既にタービンロータブレード１００が鋳造されたか、または他の方法で製造された後に形成されてもよい。例えば、供給孔１６０は、直線状であってもよく、この場合、供給孔１６０は、既存のプラットフォーム１１０に機械加工（例えば、ドリル加工）されてもよい。具体的には、ドリルまたは材料を穿孔する他の装置が、負圧側スラッシュ面１２２に挿入され、内部冷却通路１１６に向かって前進されてもよい。湾曲した設計、蛇行した設計、または他の複雑な設計を回避することによって、供給孔１６０は、元の製造（例えば、鋳造）工程の変更を必要とすることなく、既存のタービンロータブレード１００により容易に追加され得る。この結果、このような実施形態は、新品のおよび使用済みのタービンロータブレード１００の両方へのプラットフォーム冷却機構１５０の組み込みを可能にすることができる。

一部の実施形態において、供給孔１６０の外側端部１６１（すなわち、内部冷却通路１１６から遠くの端部）は、栓１６５を使用して塞がれてもよい。栓１６５は、内部冷却通路１１６からの冷媒１８０が、供給孔１６０の外側端部１６１から漏れ出ずに１つ以上の分岐孔１７０を経由して出るようにするために、供給孔１６０がプラットフォーム１１０に機械加工された後に供給孔１６０に挿入されてもよい。栓は、関連する周囲動作温度および供給孔１６０を流れる冷媒１８０の圧力に耐えることができる任意の構造を備えてもよい。同等の一部の実施形態において、栓１６５は、供給孔１６０の外側端部１６１から外への、冷媒１８０の少なくとも一部の通過を可能にする計量孔（図示せず）を備えてもよい。このような実施形態において、計量孔の断面積（すなわち、孔のサイズ）は、通過する冷媒１８０の量を制限または制御するために供給孔の断面積より小さくてもよい。このような実施形態は、内部冷却通路からの冷媒１８０の圧力が必要以上に高い場合または供給孔１６０から冷媒１８０を出そうとする場合などに、１つ以上の分岐孔１７０を通過する冷媒１８０の量の調整または絞りを可能にすることができる。

供給孔１６０は、冷媒１８０が内部冷却通路１１６から１つ以上の分岐孔１７０に流れることを十分に促進する任意の寸法（例えば、長さおよび断面積）を有してもよい。一部の実施形態において、供給孔１６０のサイズおよび位置は、プラットフォーム１１０の上面１１３からのその深さが、それらの間の対流冷却をより良好に可能にするように制御されるよう調整される。一部の実施形態において、供給孔１６０のサイズおよび位置は、内部冷却通路１１６を通過する冷媒１８０の初期流量および１つ以上の分岐孔１７０を通過する冷媒１８０の目標流量に基づいて選択されてもよい。

一部の実施形態（図４〜図８に示されているものなど）において、プラットフォーム冷却機構１５０は、単一の供給孔１６０を備えてもよい。しかしながら、一部の実施形態において、プラットフォーム冷却機構は、複数の供給孔であって、それぞれが、負圧側スラッシュ面１２２からタービンロータブレード１００の内部冷却通路１１６まで延在する複数の供給孔を備えてもよい。このような実施形態において、複数の供給孔１６０の１つ以上は、本明細書において理解されるべきであるようにそこから延在する分岐孔１７０を備えてもよい。

同等の一部の実施形態において、プラットフォーム冷却機構１５０は、内部冷却通路１１６からプラットフォーム１１０の前方縁１２４まで延在する供給孔１６０を備えてもよい。このような実施形態は、供給孔１６０および／またはそこから延在する分岐孔１７０の代替的な構造を可能にすることができる。

引き続き図４を参照すると、プラットフォーム冷却機構１５０は、１つ以上の分岐孔１７０であって、それぞれが、供給孔１６０から負圧側スラッシュ面１２２まで延在する１つ以上の分岐孔１７０をさらに備え、これにより、動作中に、冷媒源からの冷媒１８０が、内部冷却通路１１６から供給孔１６０および１つ以上の分岐孔１７０を通って流れ、この結果、負圧側スラッシュ面１２２においてプラットフォーム１１０から出るようになっている。

供給孔１６０と同様に、１つ以上の分岐孔１７０は、様々な方法によって形成されてもよいが、この場合、１つ以上の分岐孔１７０は、既にタービンロータブレード１００が鋳造されたか、または他の方法で製造された後に形成されてもよい。例えば、１つ以上の分岐孔１７０は、直線状であってもよく、この場合、１つ以上の分岐孔１７０は、既存のプラットフォーム１１０に機械加工（例えば、ドリル加工）されてもよい。具体的には、ドリルまたは材料を穿孔する他の装置が、負圧側スラッシュ面１２２に挿入され、供給孔１６０に向かって前進されてもよい。湾曲した設計、蛇行した設計、または他の複雑な設計を回避することによって、１つ以上の分岐孔１７０は、元の製造（例えば、鋳造）工程の変更を必要とすることなく、既存のタービンロータブレード１００により容易に追加され得る。この結果、このような実施形態は、新品のおよび使用済みのタービンロータブレード１００の両方へのプラットフォーム冷却機構１５０の組み込みを可能にすることができる。

１つ以上の分岐孔１７０は、冷媒１８０が内部冷却通路１１６から供給孔１６０を通って１つ以上の分岐孔１７０に流れることを十分に促進する任意の数および寸法（例えば、長さおよび断面積）を有してもよい。一部の実施形態において、プラットフォーム冷却機構１５０は、供給孔１６０から分岐した単一の分岐孔１７０を備えてもよい。

他の実施形態（図４〜図８に示されているものなど）において、プラットフォーム冷却機構１５０は、供給孔１６０から延在する複数の分岐孔１７０を備えてもよい。このような実施形態において、分岐孔１７０のそれぞれは、ほぼ同じ角度で供給孔１６０から延在して、ほぼ平行な方向に延びていてもよい（図４に示されているように）し、分岐孔１７０のそれぞれは、異なる角度で供給孔１６０から延在して、実質的に非平行な方向に延びていてもよい（図５に示されているような）し、またはこれらの組み合わせであってもよい。

一部の実施形態において、１つ以上の分岐孔１７０のサイズおよび位置は、プラットフォーム１１０の上面１１３からのその深さが、それらの間の対流冷却をより良好に可能にするように制御されるよう調整される。一部の実施形態において、１つ以上の分岐孔１７０のサイズおよび位置は、内部冷却通路１１６（および供給孔１６０）を通過する冷媒１８０の初期流量および１つ以上の分岐孔１７０を通過する冷媒１８０の目標流量に基づいて選択されてもよい。

一部の実施形態において、１つ以上の分岐孔１７０のそれぞれに関する、分岐孔の断面積は、供給孔１６０に関する、供給孔の断面積より小さくてもよい。このような実施形態は、プラットフォーム冷却機構の全体にわたる冷媒１８０のより均一な供給を促進するのを助けることができる。一部の実施形態において、分岐孔１７０のそれぞれは、同じまたはほぼ同様の断面積を有してもよい。他の実施形態において、分岐孔１７０は、冷媒１８０の供給を促進するのを助けることなどのために様々な異なる断面積を有してもよい。本明細書では１つ以上の分岐孔１７０の量、サイズ、および位置に関して特定の実施形態について示してきたが、これらの機構は、例示目的のために使用されるものであり、代替的なまたは付加的な実施形態が、さらに実現されてもよい。

次に図４〜図７を参照すると、プラットフォーム冷却機構１５０は、供給孔１６０および１つ以上の分岐孔１７０を備える様々な構造を備えてもよい。例えば、一部の実施形態（図４に示されているものなど）において、プラットフォーム冷却機構１５０は、本明細書で述べられているように負圧側スラッシュ面１２２から内部冷却通路１１６まで延在する供給孔１６０を備えてもよい。プラットフォーム冷却機構１５０は、複数の分岐孔１７０であって、それぞれが、供給孔１６０から負圧側スラッシュ面１２２まで延在する複数の分岐孔１７０をさらに備え、この場合、分岐孔１７０のそれぞれは、供給孔１６０の後方縁１２１側（供給孔１６０の前方縁１２４側ではなく）において供給孔１６０から分岐されてもよい。

逆に、一部の実施形態（図５に示されているものなど）において、プラットフォーム冷却機構１５０は、本明細書で述べられているように負圧側スラッシュ面１２２から内部冷却通路１１６まで延在する供給孔１６０を備えてもよい。しかしながら、プラットフォーム冷却機構１５０は、複数の分岐孔１７０であって、それぞれが、供給孔１６０から負圧側スラッシュ面１２２まで延在する複数の分岐孔１７０をさらに備え、この場合、分岐孔１７０のそれぞれは、供給孔１６０の前方縁１２４側（供給孔１６０の後方縁１２１側ではなく）において供給孔１６０から分岐されてもよい。

一部の実施形態（図６に示されているものなど）において、プラットフォーム冷却機構１５０は、供給孔１６０の両側に分岐孔１７０を備えてもよい。例えば、プラットフォーム冷却機構１５０は、本明細書で述べられているように負圧側スラッシュ面１２２から内部冷却通路１１６まで延在する供給孔１６０を備えてもよい。このとき、プラットフォーム冷却機構１５０は、複数の分岐孔１７０であって、それぞれが、供給孔１６０から負圧側スラッシュ面１２２まで延在する複数の分岐孔１７０をさらに備え、この場合、分岐孔１７０の一部は、供給孔１６０の前方縁１２４側において供給孔１６０から分岐され、一方、残りの分岐孔１７０は、供給孔１６０の後方縁１２１側において供給孔１６０から分岐されてもよい。

一部の実施形態（図７に示されているものなど）において、１つ以上の付加的な分岐孔１７１が、供給孔１６０からプラットフォーム１１０の前方縁１２４または正圧側スラッシュ面１２６まで延在してもよい。具体的には、プラットフォーム冷却機構１５０は、本明細書で述べられているように負圧側スラッシュ面１２２から内部冷却通路１１６まで延在する供給孔１６０を備えてもよい。このとき、プラットフォーム冷却機構１５０は、複数の分岐孔１７０であって、それぞれが、供給孔１６０から負圧側スラッシュ面１２２まで延在する複数の分岐孔１７０をさらに備えてもよい。さらに、このとき、プラットフォーム冷却機構１５０は、図７に示されているように供給孔１６０から前方縁１２４または正圧側スラッシュ面１２６のいずれかまで延在する複数の付加的な分岐孔１７１をさらに備えてもよい。このような実施形態は、プラットフォーム冷却機構１５０を通過する間に冷媒１８０が流れる領域を広げることによってプラットフォーム１１０のさらなる冷却を可能にすることができる。

同等の一部の実施形態において、正圧側スラッシュ面１２６は、隣接するタービンロータブレード１００のプラットフォーム冷却機構１５０から出る衝突冷媒１８０を撹拌する（例えば、撹乱するか、または変化させる）１つ以上の表面特徴（図示せず）を備えてもよい。１つ以上の表面特徴は、バンプなどの平坦面の幾何学的形状における変化、撹拌器、表面の粗さを増加させるもの、もしくは表面にわたって冷媒１８０の元の流れを変化させる任意の他の特徴またはこれらの組み合わせを備えてもよい。このような実施形態は、冷媒１８０によるプラットフォーム１１０の１つ以上の部分の冷却を促進するのを助けることができる。

本明細書では特定のプラットフォーム冷却機構１５０について説明し、示してきたが、これらの機構は、例示目的のために使用されるものであり、代替的なまたは付加的な実施形態がさらに実現されてもよいことが理解されるべきである。

次に図８を参照すると、互いに隣接するタービンロータブレード１００であって、それぞれが、プラットフォーム冷却機構１５０を有するプラットフォーム１１０を有する互いに隣接するタービンロータブレード１００が示されている。動作中、冷媒源からの冷媒１８０は、タービンロータブレード１００の冷却通路１１６を通って流れる。次に、冷媒１８０の一部が、供給孔１６０を通って流れ、次に、１つ以上の分岐孔１７０を通って流れる。なお、冷媒１８０の少なくとも一部は、負圧側スラッシュ面１２２から出る。この結果、供給孔１６０と負圧側スラッシュ面１２２との間に延在する分岐孔１７０から出る冷媒１８０は、隣接するタービンロータブレード１００のプラットフォーム１１０の正圧側スラッシュ面１２６に衝突する。

したがって、プラットフォーム冷却機構１５０は、様々な機構において冷媒１８０の流れを使用してタービンロータブレード１００の冷却を促進することができる。第一に、プラットフォーム冷却機構１５０を通って流れる冷媒１８０は、対流によってプラットフォームの少なくとも一部（翼１０２の負圧側にある、プラットフォーム１１０の比較的「低温の」部分など）を冷却することができる。第二に、負圧側スラッシュ面１２２において１つ以上の分岐孔１７０から出る冷媒１８０は、隣接するバケット（例えば、翼１０２の正圧側にある、プラットフォーム１１０の比較的「高温の」部分）を、その表面の衝突によって冷却することができる。第三に、負圧側スラッシュ面１２２において１つ以上の分岐孔１７０から出る冷媒１８０はまた、タービンロータブレード１００の間のトレンチ１９０からの高温ガスをパージして、プラットフォーム１１０の冷却をさらに助けることができる。

次に、背景として図１〜図８を参照し、主として図９を参照すると、本明細書で開示され、説明されているようなプラットフォーム冷却機構１５０を形成するための方法２００が示されている。

まず、方法２００は、タービンロータブレード１００を用意するステップ２１０を含む。上述したように、タービンロータブレード１００は、一般に、翼１０２と根元１０４との間の境界にプラットフォーム１１０を備えてもよく、この場合、タービンロータブレード１００は、その中に形成された内部冷却通路１１６を含み、内部冷却通路１１６は、冷媒源（図示せず）との根元１０４における接続部からプラットフォーム１１０のほぼ半径方向の高さまで延在し、プラットフォーム１１０の負圧側は、翼１０２から負圧側スラッシュ面１２２まで周方向に延在する上面１１３を備える。ステップ２１０で用意されるタービンロータブレード１００は、鋳造されたものの、まだ運転に使用されていない新品の部品を含んでもよいし、またはタービン運転に利用された使用済みの部品であって、変更（例えば、整備、修理、または強化など）を受ける準備が整っている使用済みの部品を備えてもよい。

方法２００は、負圧側スラッシュ面１２２から内部冷却通路１１６まで延在する供給孔１６０を形成するステップ２２０および１つ以上の分岐孔１７０であって、それぞれが、供給孔１６０から負圧側スラッシュ面１２２まで延在する１つ以上の分岐孔１７０を形成するステップ２３０をさらに含む。供給孔１６０を形成するステップ２２０および１つ以上の分岐孔１７０を形成するステップ２３０は、これらが冷媒１８０のための流路を実現するために最終的に接続される限り、任意の相対順序で（または同時に）実行されてもよい。さらに、上述したように、供給孔１６０および１つ以上の分岐孔１７０は、それぞれステップ２２０および２３０において、ドリルまたは同様の機械などの任意の適切な装置を使用して形成されてもよい。

図４〜図８を例示的に参照しながら上述したように、プラットフォーム冷却機構１５０を構成する供給孔１６０および１つ以上の分岐孔１７０は、様々なサイズ、形状、および相対配置を有してもよい。例えば、供給孔１６０および１つ以上の分岐孔１７０は、既存のタービンロータブレード１００に容易に機械加工（例えば、ドリル加工）することができるように直線状であってもよい。一部の実施形態において、本方法は、供給孔１６０の外側端部１６１を塞ぐステップ２２１をさらに含んでもよい。同等の一部の実施形態において、栓１６５は、外側端部１６１から外への、冷媒１８０の少なくとも一部の通過を可能にする計量孔を備えてもよく、この場合、計量孔の断面積は、供給孔の断面積よりも小さい。さらに、１つ以上の分岐孔１７０は、供給孔１６０の後方縁側および／または前方縁側から延在してもよい。

同等の一部の実施形態において、本方法は、供給孔１６０からプラットフォーム１１０の前方縁１２４および／または正圧側スラッシュ面１２６まで延在する１つ以上の付加的な分岐孔１７１を形成するステップ２３１を含んでもよい。一部の実施形態において、１つ以上の分岐孔１７０の少なくとも１つの、分岐孔の断面積は、供給孔１６０の、供給孔の断面積より小さくてもよい。したがって、一部の実施形態において、冷媒１８０は、分岐孔１７０の少なくとも１つから出て、隣接するタービンロータブレード１００の正圧側スラッシュ面１２６に衝突してもよい。同等の一部の実施形態において、タービンロータブレード１００は、隣接するタービンロータブレード１００のプラットフォーム冷却機構１５０から出る衝突冷媒１８０を撹拌することができる１つ以上の表面特徴（図示せず）を正圧側スラッシュ面１２６にさらに備えてもよい。

ここで、本明細書で開示され、説明されているようなプラットフォーム冷却機構が、付加的な冷却機構のために既存のタービンロータブレードのプラットフォームに容易に設けることができることが理解されるべきである。プラットフォーム冷却機構の個々の構成要素（すなわち、供給孔および１つ以上の分岐孔）の直線構造は、タービンロータブレード自体の元の鋳造または他の製造を阻害することなく、ドリル加工または他の同様の機械加工の作業による簡単な形成を可能にする。さらに、プラットフォーム冷却機構の位置および構造は、対流によるプラットフォーム自体の冷却、衝突による隣接するタービンロータブレードの冷却、および２つのタービンロータブレードの間の溝からの高温ガスのパージを実現することができる。

本発明について、限られた数の実施形態のみに関連して詳細に説明してきたが、本発明は、このような開示された実施形態に限定されるわけではないことが容易に理解されるべきである。それどころか、本発明は、これまでに説明されていないが、本発明の精神および範囲に相応する任意の数の変形、変更、置換、または同等の配置を取り入れるために修正されてもよい。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様が、説明されている実施形態の一部しか含まなくてもよいことが理解されるべきである。したがって、本発明は、前述の説明によって限定されるものとして理解されるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

１００ タービンロータブレード
１０２ 翼
１０４ 根元
１０５ 負圧面
１０６ 正圧面
１０７ 前縁
１０８ 後縁
１０９ ダブテール
１１０ プラットフォーム
１１２ シャンク
１１３ 上面
１１４ 下面
１１６ 内部冷却通路
１１７ 入口
１１９ キャビティ
１２１ 後方縁
１２２ 負圧側スラッシュ面
１２４ 前方縁
１２６ 正圧側スラッシュ面
１５０ プラットフォーム冷却機構
１６０ 供給孔
１６１ 外側端部
１６５ 栓
１７０ 分岐孔
１７１ 付加的な分岐孔
１８０ 冷媒
１９０ トレンチ
２１０ ステップ
２２０ ステップ
２２１ ステップ
２３０ ステップ
２３１ ステップ

Claims (15)

1. タービンロータブレードのプラットフォーム冷却機構であって、
   翼と、
   根元と、
   翼と根元との間の境界にあるプラットフォームと、
   前記タービンロータブレード内に形成され、前記根元における冷媒源との接続部から前記プラットフォームを通って前記翼のほぼ半径方向の高さまで延在する内部冷却通路と、
   前記翼から負圧側スラッシュ面まで周方向に延在する上面を有するプラットフォームの負圧側と、
   前記プラットフォームを通って前記負圧側スラッシュ面と前記内部冷却通路との間を前記タービンロータブレード内で単一の直線状に延在する供給孔と、
   それぞれが、前記プラットフォームを通って前記供給孔と前記負圧側スラッシュ面との間を単一の直線状に延在する、複数の分岐孔と、
   を備え、
   冷媒が、前記内部冷却通路から前記供給孔を通って前記複数の分岐孔まで流れ、前記負圧側スラッシュ面において前記プラットフォームから出て、隣接するタービンロータブレードの正圧側スラッシュ面であって、前記複数の分岐孔から出る衝突する前記冷媒を撹拌する１つ以上の表面特徴を備える正圧側スラッシュ面に衝突することにより、前記隣接するタービンロータブレードを冷却する、
   プラットフォーム冷却機構。
2. 前記分岐孔のそれぞれが、前記供給孔からほぼ同じ角度で延在する、請求項１に記載のプラットフォーム冷却機構。
3. 前記供給孔が、前記内部冷却通路から遠くの前記供給孔の外側端部の近傍に配置された栓を備える、請求項１または２に記載のプラットフォーム冷却機構。
4. 前記栓が、前記供給孔の前記外側端部から外への、前記冷媒の少なくとも一部の通過を可能にする計量孔を備え、
   前記計量孔の断面積が、前記供給孔の断面積よりも小さい、
   請求項３に記載のプラットフォーム冷却機構。
5. 少なくとも１つの前記分岐孔が、前記供給孔の後方縁側から延在し、
   少なくとも１つの前記分岐孔が、前記供給孔の前方縁側から延在する、
   請求項１から４のいずれかに記載のプラットフォーム冷却機構。
6. 前記供給孔から前記プラットフォームの前方縁まで延在する付加的な分岐孔をさらに備える、請求項１から５のいずれかに記載のプラットフォーム冷却機構。
7. 前記供給孔から前記プラットフォームの正圧側スラッシュ面まで延在する付加的な分岐孔をさらに備える、請求項１から６のいずれかに記載のプラットフォーム冷却機構。
8. タービンロータブレードのプラットフォーム冷却機構であって、
   翼と、
   根元と、
   翼と根元との間の境界にあるプラットフォームと、
   前記タービンロータブレード内に形成され、前記根元における冷媒源との接続部から前記プラットフォームを通って前記翼のほぼ半径方向の高さまで延在する内部冷却通路と、
   前記翼から負圧側スラッシュ面まで周方向に延在する上面を有するプラットフォームの負圧側と、
   前記プラットフォームを通って前記プラットフォームの前記前方縁と前記内部冷却通路との間を単一の直線状に延在する供給孔と、
   それぞれが、前記プラットフォームを通って前記供給孔と前記負圧側スラッシュ面との間を単一の直線状に延在する、複数の分岐孔であって、冷媒が、前記内部冷却通路から前記供給孔を通って前記複数の分岐孔まで流れ、前記負圧側スラッシュ面において前記プラットフォームから出て、隣接するタービンロータブレードの正圧側スラッシュ面であって、前記複数の分岐孔から出る衝突する前記冷媒を撹拌する１つ以上の表面特徴を備える正圧側スラッシュ面に衝突することにより、前記隣接するタービンロータブレードを冷却するように働く、複数の分岐孔と、
   を備える、プラットフォーム冷却機構。
9. タービンロータブレードにプラットフォーム冷却機構を形成するための方法であって、
   翼と、
   根元と、
   翼と根元との間の境界にあるプラットフォームと、
   前記タービンロータブレード内に形成され、前記根元における冷媒源との接続部から前記プラットフォームを通って前記翼のほぼ半径方向の高さまで延在する内部冷却通路と、
   前記翼から負圧側スラッシュ面まで周方向に延在する上面を有するプラットフォームの負圧側と、
   を備えるタービンロータブレードを用意するステップと、
   前記プラットフォームを通って前記負圧側スラッシュ面と前記内部冷却通路との間を前記タービンロータブレード内で単一の直線状に延在する供給孔を形成するステップと、
   それぞれが、前記プラットフォームを通って前記供給孔と前記負圧側スラッシュ面との間を単一の直線状に延在する、複数の分岐孔を形成するステップと、
   冷媒を、前記内部冷却通路から前記供給孔を通って前記複数の分岐孔まで流すステップであって、前記冷媒が、前記負圧側スラッシュ面において前記プラットフォームから出て、隣接するタービンロータブレードの正圧側スラッシュ面であって、前記複数の分岐孔から出る衝突する前記冷媒を撹拌する１つ以上の表面特徴を備える正圧側スラッシュ面に衝突することにより、前記隣接するタービンロータブレードを冷却する、ステップと、
   を含む、方法。
10. 前記分岐孔のそれぞれが、前記供給孔からほぼ同じ角度で延在する、請求項９に記載の方法。
11. 前記内部冷却通路から遠くの、前記供給孔の外側端部に栓を挿入するステップをさらに含む、請求項９または１０に記載の方法。
12. 前記栓が、前記供給孔の前記外側端部から外への、前記冷媒の少なくとも一部の通過を可能にする計量孔を備え、
    前記計量孔の断面積が、前記供給孔の断面積よりも小さい、
    請求項１１に記載の方法。
13. 前記供給孔から前記プラットフォームの前方縁まで延在する付加的な分岐孔を形成するステップをさらに含む、請求項９から１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記分岐孔のうちの少なくとも１つの断面積が、前記供給孔の断面積よりも小さい、請求項９から１３のいずれかに記載の方法。
15. 前記分岐孔から出る冷媒が、隣接するタービンロータブレードの正圧側スラッシュ面に衝突することにより、前記正圧側スラッシュ面を冷却する、請求項９から１４のいずれかに記載の方法。