JP6882262B2 - 回転する流れ供給システムのための流れ制御装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、ガスタービンにおけるロータおよびブレードアセンブリにおいて使用される、回転する一定流れ供給システムなどの、回転する流れ供給システムのための流れ制御装置に関する。

発明の背景
ガスタービンは、例えば、点火のために空気と燃料とを混合するための燃焼器、動力を発生するためのタービンブレードおよびロータアセンブリ、ガスタービンが作動中にタービンブレードおよびロータ構成部材に冷却流体／ガス（“冷却材”）を供給するための流れ供給システムなどの、多数の構成部材を有する。ガスタービン燃焼器は、しばしば、華氏２５００度を超える可能性がある温度で作動し、したがって、ブレードおよびロータ構成部材を含むタービン構成部材は、このような高温に曝される。その結果、流れ供給システムは、これらの構成部材の耐久性要求を維持することを助けるために、ガスタービンの作動中、ブレードおよびロータ構成部材を冷却するために役立つ。

タービン冷却および漏れ空気（“ＴＣＬＡ”）は、ブレードおよびロータ構成部材を冷却するために、流れ供給システムを通って、加圧された形式で供給されてもよい冷却材の１つの形式である。しかしながら、ＴＣＬＡまたはその他の冷却材が流れ供給システムから逃げ出すと、これは、ブレードおよびロータ構成部材の耐久性ならびにガスタービンの効率および性能に不都合な影響を与える。

あるブレードおよびロータアセンブリでは、流れ供給システムは、それぞれのロータブレード接続部（例えば、ロータｅブロックに隣接するロータダブテール）において複数の接合部を有し、これらの接合部を介して、冷却材チャネルは、関連するブレードおよびロータ構成部材に冷却材を供給するように流体連通している。この接合部は、しばしば、露出した部分を有し、この露出した部分は、流れ供給システムにおける冷却材の前述の圧力損失、漏れおよび最適以下の流れダイナミクスに寄与し、ひいては、ガスタービンの非効率に寄与する。しかしながら、この欠点を修正するためにロータおよび／またはブレードを変更することは、高価である可能性があり、ロータブレードの複雑な分解を必要とする可能性がある。変更は、既存の、変更されていないブレードおよびロータ構成部材の継続利用も許容しない。その結果、これらの課題を解決する、新規の融通性のある流れ制御装置が、特に必要とされている。

簡単な概要
この概要は、発明の様々な態様のハイレベルな概略を提供し、詳細な説明のセクションにおいて以下でさらに説明される概念の選択を紹介することを意図している。この概要は、請求項に記載された対象の主要な特徴または必須の特徴を特定することを意図されておらず、請求項に記載された対象の範囲を決定するために独立した補助として使用されることも意図されていない。発明の範囲は請求項によって規定される。

簡単に言えば、ハイレベルにおいて、この開示は、特に、ガスタービンにおける回転する流れ供給システムと共に使用されてもよい流れ制御装置を説明している。流れ制御装置は、ブレードおよびロータ構成部材を冷却するために、回転する流れ供給システムを通過する、圧縮空気などの冷却材の流れダイナミクスを変更するために、ブレードおよびロータアセンブリに接続されていてもよい。装置は、流れダイナミクスを改良するために、冷却材の流れを方向付け、制御し、調量し、送り、および／またはその他変更してもよく、加えて、回転する流れ供給システムにおける冷却材の全体的な圧力損失および漏れを減じ得る。流れ制御装置は、さらに、流れ供給システムを通過する冷却材の流れを制御するまたは方向付けることを補助するために、流れ変更装置（例えば、湾曲した輪郭、斜面、開口を備えた流れタブなど）を有してもよい。

発明の第１の実施の形態では、流れ供給システムにおける冷却流を制御するためのアセンブリが設けられている。アセンブリは、ロータブレードと、ロータであって、ロータの外面に沿って軸方向に延びるロータブレードスロットを有し、ロータブレードは、ロータブレードスロットに接続されている、ロータと、ロータ内で半径方向外方へ延びる第１のチャネルと、ロータブレードの下方においてロータに沿って軸方向に延びる第２のチャネルと、接合部であって、第１のチャネルと連通した第１の開口を有する第１の側と、第２のチャネルと連通した第２の開口を有する第２の側とを含む、ロータブレードの端部に隣接した接合部と、を有する。アセンブリは、さらに、ロータブレードの端部に接続された流れ制御装置であって、接合部の第１の側および第２の側の少なくとも一方に向けられた流れ変更装置を有する、流れ制御装置を有する。

発明の第２の実施の形態では、ガスタービンにおいて冷却流を制御するためのシステムが提供される。システムは、ロータと、複数のそれぞれのロータブレードスロットにおいてロータに接続された複数のロータブレードと、複数の流れ制御装置であって、各流れ制御装置は、複数のロータブレードのうちの１つの端部に接続されており、各流れ制御装置と、それぞれのロータブレード端部とは、他の流れ制御装置およびそれぞれのロータブレード端部から独立して互いから分離可能である複数の流れ制御装置と、冷却システムとを有し、冷却システムは、複数のロータ供給チャネルおよび対応するブレード供給チャネルを有し、各ロータ供給チャネルおよび対応するブレード供給チャネルは、ロータブレードスロットのうちの１つに隣接する接合部を通じて流体連通しており、接合部は、露出した部分を有する。システムは、さらに、複数のロータ供給チャネルおよび対応するブレード供給チャネルのそれぞれを通じて冷却材を提供する冷却供給部を有し、冷却材は、それぞれの接合部を通過し、各流れ制御装置は、対応する接合部に向けられた流れ変更装置を有する。

発明の第３の実施の形態では、回転する流れ供給システムにおける冷却流路を調節する方法が提供される。方法は、ブレードおよびロータアセンブリであって、ロータブレードスロットを有するロータと、ロータブレードと、ロータブレードスロットに隣接した接合部における第１の開口までロータにおいて半径方向外方へ延びる第１のチャネルと、ロータブレードがロータブレードスロットに配置されたときにロータブレードの下側でロータに沿って軸方向に接合部における第２の開口から延びる第２のチャネルとを有する、ブレードおよびロータアセンブリを提供することを含み、接合部は、露出した部分を有し、第１および第２のチャネルは接合部を介して流体連通している。方法は、さらに、流れ制御装置をロータブレードの端部に取外し可能に接続することを含み、流れ制御装置は、第１の開口および第２の開口のうちの少なくとも一方に向けられた流れ変更装置を有し、流れ制御装置およびロータブレードの端部は、他のロータブレードおよびロータに接続された対応する流れ制御装置から独立して分離可能である。

この開示に説明された流れ制御装置は、回転する流れ供給システムおよびガスタービンアセンブリの文脈において頻繁に論じられるが、このようなシステムおよびアセンブリのみに限定されない。むしろ、この開示に説明された流れ制御装置は、特に、回転するまたは回転しない流れ供給システム、加圧されたまたは加圧されないシステム、またはガス、液体燃料、または混合燃料システムまたはタービンを含む、あらゆる流れ供給システムに適用可能である。流体またはガスであってもよい流れ供給システムにおいて使用される冷却材は、この開示において、非制限的であるようにも説明されている。本明細書に説明された流れ制御装置は、択一的に、“シールブロック”と呼ばれてもよい。

図面の簡単な説明
本発明は、引用により本明細書に組み込まれる添付の図面を参照して本明細書において詳細に説明される。

本発明の１つの実施の形態による、アセンブリに取り付けられた複数の流れ制御装置を有する、ガスタービンブレードおよびロータアセンブリの一部の断片的な立面図である。 本発明の１つの実施の形態による典型的な流れ制御装置の第１の角度付けられた斜視図である。 本発明の１つの実施の形態による、図２に示された流れ制御装置の第２の角度付けられた斜視図である。 本発明の１つの実施の形態による、図１に示されたブレードおよびロータアセンブリの第１の部分的な分解された角度付けられた斜視図である。 本発明の１つの実施の形態による、図１に示されたブレードおよびロータアセンブリの第２の部分的な分解された角度付けられた斜視図である。 本発明の１つの実施の形態による、流れ制御装置の取付けの前の図１のロータアセンブリの部分的な断面の角度付けられた斜視図である。 本発明の１つの実施の形態による、流れ制御装置の取付けの後の、図６Ａに示されたブレードおよびロータアセンブリの部分的な断面の角度付けられた斜視図である。 本発明の１つの実施の形態による、流れ制御装置を有する典型的な流れ供給システムに関連した相対的な全圧分布図である。 本発明の１つの実施の形態による、回転する流れ供給システムにおける冷却流を制御するための典型的な方法のブロック図である。 本発明の１つの実施の形態による、第１の択一的な流れ制御装置の角度付けられた斜視図である。 本発明の１つの実施の形態による、第２の択一的な流れ制御装置の角度付けられた斜視図である。

詳細な説明
本発明の様々な態様の対象は、法定の要求を満たすように本明細書に明確性をもって記載されている。しかしながら、記載自体は、発明の範囲を限定することは意図されていない。むしろ、請求項に記載された対象は、その他の現在または将来の技術に関連して、この文献に記載されたものと類似のものを含む、異なるエレメント、組合せ、構成部材またはステップを含むようにその他の形式で具体化または実行されてもよい。さらに、この開示において使用される“ステップ”という用語は、このような順序が明示的に述べられていないまたは要求されていない限り、いかなる特定のステップの順序も示さない。

ハイレベルにおいて、本発明は、概して、ブレードおよびロータアセンブリにおける回転する流れ供給システムを通流する冷却材を制御、方向付けおよび／または調量するためにガスタービンにおけるブレードおよびロータアセンブリとともに使用されてもよい流れ制御装置に関する。特に、流れ制御装置は、接合部を通る冷却材流を方向付け、制御し、調量しかつ／または変更しかつ流れ供給システムの流れダイナミクスを高めるために、ロータブレードの端部（例えば、終了部分）に接続されていてもよいおよび／または流れ供給システムにおける接合部に向かって向けられた流れ変更装置を有してもよく、接合部を介して冷却材供給チャネルは接続している。流れ変更装置は、例えば、流れ供給システムを通る冷却材の流れを方向付け、送り、調量しまたは変更することを補助するために、例えば、湾曲した輪郭、斜面、またはオリフィスを備える流れタブ、またはその他の形状または外側特徴を利用してもよい。流れ制御装置は、隣接するロータブレードを分解することなく、ブレードおよびロータアセンブリおよび／または接合部に接続されかつブレードおよびロータアセンブリおよび／または接合部から分離されるように構成されていてもよい。流れ制御装置は、シールブロックとして機能してもよい、またはむしろ、接合部における漏れおよび関連する圧力損失を減じるために、接合部の露出した部分の少なくとも一部を充填、シールまたはカバーするように構成されていてもよい。

本発明の幾つかの一般的な態様を説明したが、ここで図１が参照され、図１は、本発明の１つの実施の形態に従ってアセンブリ１００に取り付けられた複数の流れ制御装置１０２を有するガスタービンブレードおよびロータアセンブリ１００の一部の断片的な立面図を示している。図１は、複数のそれぞれのロータブレード１０８を収容および固定するように構成された複数のロータ支持ブロック１１８によって少なくとも部分的に画定された複数のロータブレードスロット１０６を有するロータ１０４を示している。各ロータブレードスロット１０６は、ロータブレードスロット１０６に配置されたそれぞれのロータブレード１０８のそれぞれの第１の側１１１および第２の側１１３と係合する、第１の側１１０および第２の側１１２を有する。加えて、ロータ１０４は、ロータ１０４のエッジ１１６の周囲に周方向に延びるｅブロック１１４を有してもよい。ｅブロック１１４は、ロータ１０４および／またはロータ支持ブロック１１８と係合してもよく、テーパしたボルトまたは別の固定構成部材によって所定の位置に保持されてもよい。

図１〜図４に示したように、ｅブロック１１４の複数のセクションは、異なる構造的特徴を有する。例えば、それぞれのロータ支持ブロック１１８の下側にあるｅブロック１１４のセクションは中実であってよく、それぞれのロータブレード１０８の下側にあるｅブロック１１４のセクションは、中空のキャビティ（図１に点線で示されている）またはむしろ接合部１２２を有してもよい（図１における各接合部１２２の詳細は、ｅブロック１１４の外壁１２４によって邪魔されており、さらに詳細については図４、図６Ａおよび図６Ｂを参照されたい）。ロータブレード１０８の側部１１１，１１３およびロータブレードスロット１０６の側部１１０，１１２はそれぞれ、もみの木状の湾曲した輪郭を有する。もみの木状の湾曲した輪郭は、ロータ支持ブロック１１８がロータブレード１０８に係合しかつロータブレード１０８を固定することを可能にし、これは、アセンブリ１００が作動中で、回転しているとき、ロータブレード１０８の半径方向移動を防止する。

図１は、さらに、それぞれのロータブレード１０８とロータ１０４との間に配置された複数の流れ制御装置１０２を示している。これに関して、流れ制御装置１０２の位置決めは、ブレード１０８およびロータ１０４を冷却するために接合部１２２（例えば、接合部１２２内で接続する冷却材供給チャネルの間）を通流する冷却材の漏れを防止する。図１に示された各流れ制御装置１０２は、それぞれのロータブレード１０８、ロータ１０４、接合部１２２および／またはｅブロック１１４に取外し可能に接続されていてもよく、これにより、ロータ１０４またはｅブロック１１４を分解することなく流れ制御装置１０２を取り付けるまたは取り外すことができるように、カップリングを、隣接するロータブレード１０８から独立して操作することができる。図１における流れ制御装置１０２は、接合部１２２をシールすることを補助しかつ接合部１２２を通過する冷却材の漏れを防止するために、ｅブロック１１４の外壁１２４の上縁部１２６と、アセンブリ１００におけるそれぞれのロータブレード１０８の端部１２８とに結合されていてもよい。

ここで図２および図３を参照すると、本発明の１つの実施の形態による、典型的な流れ制御装置１０２の第１および第２の角度付けられた斜視図がそれぞれ示されている。異なる高さおよび幅などの、流れ制御装置１０２の異なる形状または構成が可能でありかつ考えられるが、図２および図３に示された流れ制御装置１０２は、単に、対応して設計されたブレードおよびロータアセンブリと係合するように構成された１つの典型的な設計である。図２および図３において、流れ制御装置１０２は、ロータブレードスロット１０６の第１の側１１０の少なくとも一部と係合してもよい第１の湾曲した輪郭１３２を有する第１の側１３０と、ロータブレードスロット１０６の第２の側１１２の少なくとも一部と係合してもよい第２の湾曲した輪郭１３６を有する第２の側１３４とを有する。図１に関連して示したように、流れ制御装置１０２の側１３０，１３４は、それぞれのロータブレードスロット１０６のそれぞれの第１および第２の側１１０，１１２の少なくとも一部と嵌合式に係合および／または嵌合式に結合するように、設計、成形、輪郭付け、機械加工および／またはその他形成されていてもよく、これにより、流れ制御装置１０２の周囲における冷却材の漏れを防止するために、流れ制御装置１０２とスロット１０６の側１１０，１１２との間に比較的密な接続が生じる。

図２および図３に示された流れ制御装置１０２は、さらに、ロータブレード１０８の底面１５６の一部と嵌合式に係合するようにまたはさらにはロータブレード１０８の底面１５６の短い凹まされた部分と係合するように構成されていてもよい上面１３８を有する。加えて、図２および図３に示された流れ制御装置１０２は、フック部分１４４を有するカップリング１４２を備える前面１４０を有する。フック部分１４４は、流れ制御装置１０２をロータブレード１０８に固定することを補助するために、ロータブレードタブ１７０またはロータブレード１０８のその他の部分（例えば、ｅブロックに隣接するロータダブテールにおけるロータブレードの部分）に係合しかつ固定するように構成されていてもよい。流れ制御装置１０２は、さらに、ストリップ部分１４８を備える外側の平坦な壁部１４６を有する。ストリップ部分１４８は、図６Ａおよび図６Ｂに関連して以下でさらに説明するように、対応するロータブレード１０８の端部１２８と、ｅブロック１１４の外壁１２４の（または外壁１２４とｅブロック１１４とがロータ１０４の１つの一体的な部分である状況においてはロータ１０４の）上縁部１２６との間の露出した部分１５５の少なくとも一部を充填するように構成することができる。

図２および図３に示したように、流れ制御装置１０２の上面１３８と概して反対側の、流れ制御装置１０２の底面１５０は、流れ変更装置１５２（図２および図３に示された実施の形態では、湾曲した輪郭を有する）を有し、流れ変更装置１５２は、流れ制御装置１０２がロータブレード１０８に接続されているときに、対応する接合部１２２を通過する冷却材のための流路を制御することを補助するために、少なくとも部分的にロータブレード１０８の接合部１２２に配置されていてもよいまたはロータブレード１０８の接合部１２２に向けられていてもよい。流れ変更装置１５２は、流れダイナミクスを最適化するために、接合部１２２を通る冷却材の流れを方向付ける１つまたは複数の形状、溝、湾曲および／または流路を有してもよい。

ここで図４を参照すると、本発明の１つの実施の形態による、図１のブレードおよびロータアセンブリ１００の第１の部分的な分解された角度付けられた斜視図が示されている。図４は、ロータ１０４と、ｅブロック１１４と、２つの隣接するロータ支持ブロック１１８に接続された典型的なロータブレード１０８とを示している（分かりやすくするために、これは独立して示されており、これは、ロータ１０４の周囲に沿って反復されていてもよい）。加えて、ｅブロック１１４における接合部１２２は、ロータブレード１０８の底面１５６に向けられた開口１５４を有する。さらに、ｅブロック１１４の外壁１２４の上縁部１２６と、ロータブレード１０８の端部１２８との間に、露出した部分１５５があり、この露出した部分１５５を通って冷却材が接合部１２２から逃げ出すことがある。

接合部１２２は、ロータ１０４の中央部分からロータ１０４を通って半径方向に延びるロータ供給チャネル１６０を通って供給される冷却材のための出口である第１の開口１５８を有し、第１の開口１５８は、接合部１２２の第１の側１６２に配置されている。接合部１２２は、さらに、ロータブレード１０８の下側における冷却材を搬送するブレード供給チャネル１６１のための入口（例えば、ブローチスロット）である、接合部１２２の第２の側１６３における第２の開口１６４を有する。これに関して、ロータ供給チャネル１６０およびブレード供給チャネル１６１は、接合部１２２を介して流体連通していてもよい。冷却材は、第１の開口１５８においてロータ供給チャネル１６０から出る。接合部１２２内へ排出され、開口１５４および露出した部分１５５を通って接合部１２２から逃げ出さない冷却材の少なくとも一部は、ブレード供給チャネル１６１内へ移動する。図６Ａおよび図６Ｂに示したように、接合部１２２の開口１５４および露出した部分１５５は、流れ制御装置１０２が所定の位置になく、ロータブレード１０８の端部１２８に接続されておらず、接合部１２２の開口１５４および露出した部分１５５を少なくとも部分的にシールしていないとき、冷却材（例えば、ＴＣＬＡ）が接合部１２２から逃げ出すことを許容し得る。

さらに、図６Ｂは、冷却材の流れをロータ供給チャネル１６０からブレード供給チャネル１６１へ接合部１２２を通って少なくとも部分的に方向付けるまたは導くために、流れ制御装置１０２の流れ変更装置１５２がどのように接合部１２２に配置され得るかおよび／またはどのように接合部１２２に向けられるかを示している。言い換えれば、流れ制御装置１０２が所定の位置にあり、冷却材が第１の開口１５８から第２の開口１６４まで接合部１２２内を移動するとき、冷却材は接合部１２２を通って、より線形の、一方向の径路を辿ることができる。流れ変更装置１５２は、ｅブロック１１４内の接合部１２２の第１の側壁１６６と第２の側壁１６８との間に少なくとも部分的に配置されてもよく、第１の開口１５８および第２の開口１６４のうちの少なくとも一方、および／またはむしろ、第１および第２の側部１６２，１６３のうちの少なくとも一方に向けられていてもよい。図６Ｂに示された流れ変更装置１５２の形状、特徴および／または湾曲は、接合部１２２を通る最も最適化された流れダイナミクスを提供し、また、接合部における冷却材の圧力損失および漏れを最小化または低減するように、調節または変更されてもよい。

ここで図５を参照すると、分かりやすくするために隣接するロータブレード１０８および隣接するロータ支持ブロック１１８が省略された、図１に示されたブレードおよびロータアセンブリ１００の第２の部分的な分解された角度付けられた斜視図が、本発明の１つの実施の形態に従って示されている。図５において、ロータブレード１０８は、第１の嵌合可能な係合側部１１１と、第２の嵌合可能な係合側部１１３と、ロータブレードタブ１７０とともに示されている。図５に示された流れ制御装置１０２は、カップリング１４２およびフック部分１４４を有しており、フック部分１４４は、流れ制御装置１０２をロータブレード１０８の端部１２８に連結するために、ロータブレードタブ１７０に係合しかつロータブレードタブ１７０を固定するように構成されている。さらに、流れ制御装置１０２の外側の平坦な壁部１４６は、実施の形態において、ｅブロック１１４および／またはロータ１０４の外壁１２４と少なくとも部分的に整列していてもよい、および／またはロータブレード１０８の面１７６と整列していてもよく、流れ制御装置１０２が接合部１２２の露出した部分１５５を充填またはカバーすることを助ける。加えて、流れ制御装置１０２は、流れ制御装置１０２のフック部分１４４がロータブレードタブ１７０に結合されたときに、ロータブレードタブ１７０の前面１７５に結合されてもよい。

図５に示された典型的な実施の形態では、ブレード供給チャネル１６１は、ロータ１０４の外面に沿って軸方向に向けられており、特に、ロータ１０４の外面と、対応するロータブレード１０８の底側１７４とに沿って延びる底チャネル１７２によって少なくとも部分的に画定されている。ブレード供給チャネル１６１は、特に、円形、楕円形、台形または長円形を含むあらゆる数の形状を成してもよく、図５に示されているようにロータブレード１０８の一部によって画定されていなくてもよいが、ロータ１０４の内部にあるかまたは単にロータブレード１０８とは別個であってもよい。ストリップ部分１４８は、露出した部分１５５をシールし、流れ制御装置１０２の周囲の冷却材の漏れを防止することを助けるために、外壁１２４の上縁部１２６と接触していてもよい（これは、流れ制御装置１０２、接合部１２２および／またはロータブレード１０８にアブレイダブルコーティングを提供することによって、さらに促進することができる）。

ここで図６Ａを参照すると、本発明の１つの実施の形態による、流れ制御装置１０２の取付け前の図１のアセンブリ１００の部分的な断面の角度付けられた斜視図が提供されている。図６Ａには、ｅブロック１１４がより明らかに示されており、ｅブロック１１４内で、接合部１２２は、ロータ供給チャネル１６０からの冷却材のための出口である第１の開口１５８を有する第１の側１６２と、ロータ供給チャネル１６０から出て、接合部１２２に進入した冷却材のための入口である第２の開口１６４を有する第２の側１６３とによって、少なくとも部分的に画定されており、冷却材が、ロータ供給チャネル１６１に沿ってロータブレード１０８の下側を移動することを許容している。接合部１２２の開口１５４は、流れ制御装置１０２がアセンブリ１００における所定の位置にないときに、冷却材の少なくとも一部が、露出した部分１５５において接合部１２２から逃げ出すことを許容し得る。加えて、冷却材が、ロータ供給チャネル１６０から、シールされていない接合部１２２に進入したとき、冷却材の突然の膨張が、圧力損失を生ぜしめ、この圧力損失は、流れ供給システムの効率を低下させる。これにより、接合部１２２の露出した部分１５５をシールし、接合部１２２内を移動する冷却材の流れを方向付ける流れ変更装置１５２を有する、流れ制御装置１０２を提供することは、流れダイナミクスおよび圧力損失を改善し得る。

ここで図６Ｂを参照すると、本発明の１つの実施の形態による、流れ制御装置の取付け後の、図６Ａに示されたブレードおよびロータアセンブリの部分的な断面の角度付けられた斜視図が提供されている。図６Ｂにおいて、流れ制御装置１０２は、ロータブレード１０８の端部１２８と、接合部１２２との間に少なくとも部分的に配置されている。ストリップ部分１４８は、露出した部分１５５のシールを助けるために、外壁１２４の上縁部１２６と接触している。流れ制御装置１０２の上面１３８は、ロータブレード１０８の底面１５６に結合されている。さらに、ロータブレード１０８の、ロータブレードタブ１７０、またはむしろ、ロータブレードタブ１７０に関連したフックスロット１７１は、流れ制御装置１０２におけるフック部分１４４と係合させられている。図６Ｂは、取り付けられた流れ制御装置１０２と、ストリップ部分１４８による接合部１２２のシーリングとが、どのように、図６Ａに示された接合部１２２の開口１５４および露出した部分１５５を通る冷却材の漏れを防止するかを示している。

加えて、図６Ｂに示したように、図６Ｂにおいて実質的に接合部１２２に配置された流れ制御装置１０２の流れ変更装置１５２は、ロータ供給チャネル１６０とブレード供給チャネル１６１との間に、より流線形の、層状の、非乱流の移行を提供するために、ロータ供給チャネル１６０から出る冷却材の流れを、ブレード供給チャネル１６１に向かって方向付けるまたは導くことを補助する。流れ変更装置１５２は、接合部１２２に向けられており、接合部１２２の側壁１６６，１６８の間に少なくとも部分的に延びており（側壁１６８は、切取りにより見えず、図４を参照されたい）、接合部１２２の、第１および第２の開口１５８，１６４のうちの少なくとも一方、またはむしろ、第１および第２の側部１６２，１６３のうちの少なくとも一方に面している。流れ制御装置１０２、特に、流れ変更装置１５２は、第２の開口１６４の断面積を制御し、これにより、第２の開口１６４内へ、さらにブレード供給チャネル１６１への冷却材の進入を制御することによって、第２の開口１６４を通ってブレード供給チャネル１６１に進入する冷却材の流れを調量することも補助する。

図６Ｂに示したように、流れ制御装置１０２は、接合部１２２と、アセンブリ１００の外側との間にバリヤを提供し、流れ供給システム内に冷却材のためのよりシールされた径路を提供する。加えて、図６Ｂに示したように、流れ制御装置１０２は、他のロータブレード１０８から独立して、ロータブレード１０８に連結されている。言い換えれば、流れ制御装置１０２は、ロータブレード１０８の一方の端部１２８に選択的に連結されているが、他のロータブレード１０８、または他のロータブレード１０８に取り付けられたアセンブリ１００の構成部材に、固定または相互連結されていなくてもよく、これにより、図６Ｂにおける流れ制御装置１０２の取外しまたは取付けは、アセンブリ１００の他の部分の分離または図６Ｂに示された流れ制御装置１０２に隣接したロータブレード１０８の分解を必要としない。これに関して、複数のロータブレード１０８を分解することなく、必要に応じて流れ制御装置１０２を取り付けるまたは取り外すために、１つのロータブレード１０８が変更されてもよい。

さらに、ロータブレードチャネル１６１への冷却材流のレベル（流量）は、各流れ制御装置１０２の流れ変更装置１５２の出口における最小断面積を変化させることによって、またはむしろ、冷却材がブレード供給チャネル１６１に進入するところの断面積を調節することによって、調節されてもよい。これは、流れ制御装置１０２の特定の厚さまたは流れ変更装置１５２の特定の角度または設計を選択することによって、または流れ制御装置１０２に取り付けられたオリフィスまたは開口を制御することによって、達成されてもよい。その結果、最適な空力構成が、冷却材の流れの転向のために提供され、ブレード供給チャネル１６１に進入する冷却材の乱流は、流れ制御装置１０２によって低減または制限され得る。

ここで図７を参照すると、本発明の１つの実施の形態による、流れ制御装置を有する典型的な流れ供給システムに関連した相対的な全圧又は総圧分布図が提供されている。図７の右側に、相対的全圧チャートのための無次元スケールがある。図７の左側に、流れ制御装置１０２を有するアセンブリ１００などのブレードおよびロータアセンブリにおいて使用される流れ供給システムにおける図４における接合部１２２などの接合部における典型的な圧力分布図７０４が示されている。図７における圧力表示によって示されているように、図２および図３に示された流れ変更装置１５２を備える流れ制御装置１０２であってもよい流れ制御装置は、冷却材の流れを、接合部における第１の方向から、接合部における第２の方向へ、または場合によってはむしろ、それぞれ図６Ａおよび図６Ｂに示されたロータ供給チャネル１６０およびブレード供給チャネル１６１であってもよい、第１の冷却材供給チャネルから、第２の冷却材供給チャネルへ方向付けることを補助する。流れ制御装置、特に、流れ変更装置は、図７に示したように、流れを滑らかにし、第１のチャネルと第２のチャネルとの間により少ない乱流発生を提供することを補助する。

ここで図８を参照すると、本発明の１つの実施の形態による、回転する流れ供給システムにおける冷却流路を調節する方法８００のブロック図が提供されている。ブロック８１０において、図１に示されたロータアセンブリ１００などのブレードおよびロータアセンブリが提供される。アセンブリは、図１に示されたスロット１０６などのロータブレードスロットを有する、図１に示されたロータ１０４などのロータと、図１に示されたロータブレード１０８などのロータブレードと、ロータブレードスロット１０６に隣接する、図６Ａおよび図６Ｂに示された接合部１２２などの接合部において、図６Ａおよび図６Ｂに示された第１の開口１５８などの第１の開口までロータにおいて半径方向外方へ延びる、図６Ａおよび図６Ｂに示されたロータ供給チャネル１６０などの第１のチャネルと、を有する。アセンブリは、さらに、ロータブレード１０８がロータブレードスロット１０６に配置されているときにロータブレード１０８の下側をロータに沿って軸方向に、接合部１２２において、図６Ａおよび図６Ｂに示された第２の開口１６４などの第２の開口から延びる、図６Ａおよび図６Ｂに示されたブレード供給チャネル１６１などの第２のチャネルを有し、接合部１２２は、図６Ａに示された露出した部分１５５などの露出した部分を有し、第１および第２のチャネル１６０，１６１は、接合部１２２を介して流体連通している。第２のステップ８１２において、図２および図３に示された流れ制御装置１０２などの流れ制御装置は、図６Ａおよび図６Ｂに示された端部１２８などの、ロータブレードの端部に取外し可能に連結されており、流れ制御装置は、第１の開口１５８および第２の開口１６４のうちの少なくとも一方に向けられた、図２および図３に示された流れ変更装置１５２などの流れ変更装置を有し、流れ制御装置と、ロータブレードの端部とは、ロータに連結された他のロータブレードおよびそれぞれの流れ制御装置から独立して、取外し可能である。

図９は、本発明の１つの実施の形態による、第１の択一的な流れ制御装置１０２の角度付けられた斜視図である。図９では、流れ制御装置１０２は、流れ変更装置１５２を有し、流れ変更装置１５２は、図９に示された実施の形態では、流れ制御装置１０２が、図６Ａおよび図６Ｂに示された接合部１２２などの接合部に配置されているときに、流れ制御装置１０２の底部１５０に沿って通過する冷却材の流れに指向性を提供し得る、底部１５０における斜面１７８の形式である。

図１０は、本発明の１つの実施の形態による、第２の択一的な流れ制御装置１０２の角度付けられた斜視図である。図１０では、流れ制御装置１０２は、流れ変更装置１５２を有し、流れ変更装置１５２は、図１０に示された実施の形態では、流れ制御装置１０２の底部１５０に沿って通過する冷却材の流れを導くまたは方向付けることを補助し得る、底部１５０における流れタブ１８０の形式である。流れタブ１８０は、開口１８２を有し、開口１８２は、流れタブ１８０における開口１８２の形状、サイズおよび向きに応じて、開口１８２を通って流れ制御装置１０２の底部１５０に沿って移動する冷却材の流れを、調量、方向付けおよび／またはさもなければ制御してもよい。

回転する流れ供給システムにおいて、特に、冷却材の流れダイナミクス、圧力損失および漏れを改善するための、典型的な流れ制御装置またはシールブロックは、平坦な部分および継手部分を有する第１の端部を有してもよい。継手部分は、ロータブレードの端部におけるバケットタブまたはロータブレードの端部の別の部分に係合するためのフックを有してもよい。流れ制御装置は、実質的に平坦で、第１の端部の少なくとも一部に対して平行であってもよい、第２の端部を有してもよい。流れ制御装置は、さらに、第１のブレード支持ブロックの側部の少なくとも一部と嵌合式に係合するように構成された第１の側部と、第２のブレード支持ブロックの側部の少なくとも一部と嵌合式に係合するように構成された第２の側部とを有してもよい。流れ制御装置は、少なくとも部分的に平坦で、ロータブレードの端部の底面と少なくとも部分的に係合するように構成された、上面を有してもよい。流れ制御装置は、さらに、流れ変更装置を備える底面を有してもよい。流れ変更装置は、冷却材の流れを方向付けることを補助するために、特に、湾曲した輪郭、斜面および／またはオリフィスを備える流れタブを、形成、利用および／または包含してもよい。加えて、これらの構造のいずれも、流れ制御装置が配置されている対応する接合部の露出した部分をシールすることを補助するように構成されてもよい流れ制御装置の底部におけるストリップ部分を有してもよい。

流れ制御装置は、さらに、流れ供給システムまたは一定流れ供給システムの出口に配置されてもよく、この開示において説明されたｅブロック１１４などのロータｅブロックに隣接してロータダブテールにはめ込むように設計されてもよい、取外し可能な流れ調量ブロックまたはシールブロックとして説明されてもよい。流れ制御装置は、ロータブレードスロットを通って取り付けられることによってロータダブテールに係合してもよく、その間、流れ制御装置は、ロータブレードにおけるブレードフックスロットによって所定の位置に保持される。流れ制御装置は、流れ制御装置の周囲の圧力損失および全体的な漏れ流の減少を提供するために、システムへの外部構成部材として機能する一定流れ供給システムの流れ供給能力を低減してもよい。流れ制御装置の可能な後付けされる性質は、カスタム設計されかつ流れ供給システムの出口に取り付けられる能力により、既存のブレードおよびロータアセンブリへの変更が、取付け部位において必要とされないことがあることを意味する。これに関して、これらの部分の取外し、再機械加工または交換を必要とするアセンブリの他の部分の変更も、必要とされないことがある。

ロータの周囲に半径方向に配置された各ロータブレードのために、対応する流れ制御装置は、その他の流れ制御装置およびそれらのそれぞれのロータブレードから独立して、ロータに連結されてもよい。特に、各流れ制御装置は、対応するロータブレードの端部に独立して連結されてもよく、また、ロータの周囲の隣接するまたは付加的なロータブレードを分解、解体または除去することなく、または隣接するロータブレード、接合部または流れ制御装置を接続するピースを除去することなく、対応するロータブレードの端部から分離されてもよい。言い換えれば、流れ制御装置は、２つ以上のロータブレードに選択的に固定されなくてもよい。この分割された、分離された取付け構造を有することにより、ブレードおよびロータアセンブリの変更は、ロータブレードまたは複数のロータブレードを相互連結するピースを移動または分解する、またはｅブロックを分解するという付加的な作業なしに可能である。これは、ブレードおよびロータ冷却のための最大多様性を提供するために、タービンブレードの異なる列のための個々の性能の異なるレベルと同時にタービンブレードの複数の列とともに使用される、異なるまたは独立して設計された流れ制御装置を許容する。

流れ制御装置は、（タービンブレードおよびロータアセンブリにおいてしばしば“ブローチスロット”と呼ばれる）ブレード供給チャネルから横切ってもよい、露出した部分を通って漏れる流れの改良されたシーリング能力を許容する。流れ制御装置の底側における湾曲した形状または輪郭は、空気が、意図されたのとは反対方向に、またはむしろ、ブレード供給チャネルから離れるように流れることを防止することを補助する。流れ制御装置は、露出した部分および接合部の周囲のシーリング面のより大きな断面積を提供してもよい。

流れ制御装置および／またはロータブレードスロットは、さらに、流れ制御装置の周囲のシールされた接続を提供することを補助してもよいアブレイダブルコーティングを有してもよい。アブレイダブルコーティングは、流れ制御装置１０２と外壁１２４の上縁部１２６との間にシーリングバリヤを提供してもよい、図２および図３に示された流れ制御装置１０２の底面１５０およびストリップ部分１４８などの、ブレードおよびロータアセンブリの他の部分と接触する流れ制御装置の部分に提供されてもよい。アブレイダブルコーティングは、図２および図３に示された流れ制御装置１０２の側部１３０，１３４、および／またはカップリング１４２などの流れ制御装置の継手またはフック部分および／または図２および図３に示された流れ制御装置のフック部分１４４などの、流れ制御装置の側部に提供されてもよい。（例えば、ロータブレードの端部における）流れ制御装置におけるまたは流れ制御装置の周囲の付加的な面は、対応する接合部における流れ制御装置をシールすることを補助しかつ圧力損失を防止することを補助するために、必要に応じてアブレイダブルコーティングが提供されていてもよい。

発明の実施の形態は、この開示において、制限的ではなくむしろ例示的であるように説明されているが、択一的な実施の形態は、この開示を読んだ後、この開示により、この開示の読み手に明らかになるであろう。さらに、前記エレメントおよびステップを実施する択一的な手段は、当業者によって理解されるように、以下の請求項の範囲から逸脱することなく、使用することができる。ある特徴およびサブコンビネーションは、有効であり、他の特徴およびサブコンビネーションに関することなく使用されてもよく、請求項の範囲内であると考えられる。

Claims (14)

1. 流れ供給システムにおける冷却流を制御するためのアセンブリであって、該アセンブリは、
   ロータブレード（１０８）と、
   ロータ（１０４）とを有し、該ロータ（１０４）は、
   該ロータの外面に沿って軸方向に延びるロータブレードスロット（１０６）であって、前記ロータブレード（１０８）が前記ロータブレードスロット（１０６）に結合されている、ロータブレードスロット（１０６）と、
   前記ロータ（１０４）内に半径方向外方へ延びる第１のチャネル（１６０）と、
   前記ロータブレード（１０８）の下側で前記ロータ（１０４）に沿って軸方向に延びる第２のチャネル（１６１）と、
   前記第１のチャネル（１６０）と連通した第１の開口（１５８）を有する第１の側（１６２）と、前記第２のチャネル（１６１）と連通した第２の開口（１６４）を有する第２の側（１６３）とを有する接合部（１２２）であって、前記ロータブレード（１０８）の端部（１２８）に隣接している、接合部（１２２）と、
   前記ロータブレード（１０８）の端部（１２８）に結合された流れ制御装置（１０２）であって、前記接合部（１２２）の前記第１の側（１６２）および前記第２の側（１６３）に向けられた流れ変更装置（１５２）を有する、流れ制御装置（１０２）と、
   を有し、前記流れ制御装置（１０２）は、前記ロータブレード（１０８）の前記端部（１２８）に取外し可能に結合されており、
   前記流れ変更装置（１５２）は、前記流れ制御装置（１０２）における湾曲した輪郭を含み、前記湾曲した輪郭は、前記第１の開口（１５８）において前記第１のチャネル（１６０）から出た冷却材を第１の方向から第２の方向へ方向付け、該第２の方向は前記第２の開口（１６４）へ向けられており、
   前記ロータブレードスロット（１０６）は、第１の側（１１０）および第２の側（１１２）を有し、前記流れ制御装置（１０２）は、さらに、
   前記ロータブレードスロット（１０６）の前記第１の側（１１０）と係合する第１の側（１３０）と、
   前記ロータブレードスロット（１０６）の前記第２の側（１１２）と係合する第２の側（１３４）と、
   前記ロータブレード（１０８）の底面（１５６）と係合する上面（１３８）とを有する、
   流れ供給システムにおける冷却流を制御するためのアセンブリ。
2. 前記第１のチャネル（１６０）、前記第２のチャネル（１６１）および前記接合部（１２２）を通って加圧空気を供給する冷却システムをさらに有する、請求項１記載のアセンブリ。
3. 前記流れ制御装置（１０２）は、前記ロータブレード（１０８）の前記端部（１２８）と前記接合部（１２２）との間に少なくとも部分的に配置されている、請求項２記載のアセンブリ。
4. 前記流れ制御装置（１０２）は、それぞれのロータブレードスロット（１０６）において前記ロータ（１０４）に結合された複数の前記ロータブレード（１０８）を分解することなく前記流れ制御装置（１０２）および前記ロータブレード（１０８）を分離させることができるように、前記端部（１２８）に結合されている、請求項１記載のアセンブリ。
5. 前記接合部（１２２）は、さらに、該接合部（１２２）の前記第１の側（１６２）から前記ロータブレード（１０８）に向かって延びる外壁（１２４）を有し、前記流れ制御装置（１０２）は、前記ロータブレード（１０８）の前記端部（１２８）に結合されているとき、流れを制御する、前記接合部（１２２）の前記第１の側（１６２）と前記第２の側（１６３）との間の断面積を少なくとも部分的に規定する、請求項１記載のアセンブリ。
6. 前記接合部（１２２）は、さらに、第１の側壁（１６６）および第２の側壁（１６７）を有し、前記流れ制御装置（１０２）の前記湾曲した輪郭は、少なくとも部分的に前記接合部（１２２）の前記第１の側壁（１６６）と前記第２の側壁（１６７）との間に配置されている、請求項１記載のアセンブリ。
7. 前記流れ制御装置（１０２）は、前記外壁（１２４）の上縁（１２６）と接触している、請求項５記載のアセンブリ。
8. 前記流れ制御装置（１０２）は、少なくとも部分的に前記接合部（１２２）の露出した部分（１５５）をシールしており、前記接合部（１２２）を通過する冷却材の漏れおよび圧力損失のうちの少なくとも一方を低減する、請求項１記載のアセンブリ。
9. ガスタービンにおいて冷却流を制御するためのシステムであって、該システムは、
   請求項１から８までのいずれか１項記載のアセンブリを有し、
   該アセンブリは、
   ロータ（１０４）と、
   複数のそれぞれのロータブレードスロット（１０６）において前記ロータ（１０４）に結合された複数のロータブレード（１０８）と、
   複数の流れ制御装置（１０２）であって、各流れ制御装置（１０２）は、前記複数のロータブレード（１０８）のうちの１つの端部（１２８）に結合されており、各流れ制御装置（１０２）およびそれぞれのロータブレード端部（１２８）は、他の流れ制御装置（１０２）およびそれぞれのロータブレード端部（１２８）から独立して互いから解離可能である、複数の流れ制御装置（１０２）とを有し、
   前記システムは、冷却システムを有し、該冷却システムは、
   複数のロータ供給チャネル（１６０）および対応するブレード供給チャネル（１６１）であって、各ロータ供給チャネル（１６０）および対応するブレード供給チャネル（１６１）は、前記ロータブレードスロット（１０６）のうちの１つに隣接する接合部（１２２）を介して流体連通しており、前記接合部（１２２）は、露出した部分（１５５）を有する、複数のロータ供給チャネル（１６０）および対応するブレード供給チャネル（１６１）と、
   前記複数のロータ供給チャネル（１６０）および対応するブレード供給チャネル（１６１）のそれぞれを介して冷却材を提供する冷却供給部であって、前記冷却材は各接合部（１２２）を通過する、冷却供給部と、を有し、
   各流れ制御装置（１０２）は、対応する接合部（１２２）に向けられた流れ変更装置（１５２）を有する、ガスタービンにおいて冷却流を制御するためのシステム。
10. 前記冷却材は、前記ロータ（１０４）の中央部分から提供され、各ロータ供給チャネル（１６０）は、前記ロータ（１０４）の前記中央部分から、前記ロータ（１０４）の縁部におけるｅブロック（１１４）まで半径方向に延びており、各接合部（１２２）は、前記ｅブロック（１１４）に配置されており、各ブレード供給チャネル（１６１）は、それぞれの接合部（１２２）から前記ロータ（１０４）に沿って軸方向に、対応するロータブレード（１０８）の下側で延びている、請求項９記載のシステム。
11. 回転する流れ供給システムにおいて冷却流路を調節する方法であって、該方法は、
    ブレードおよびロータアセンブリであって、
    ロータブレードスロット（１０６）を有するロータ（１０４）と、
    ロータブレード（１０８）と、
    前記ロータ（１０４）において、前記ロータブレードスロット（１０６）に隣接した接合部（１２２）における第１の開口（１５８）まで半径方向外方へ延びる第１のチャネル（１６０）と、
    前記ロータブレード（１０８）が前記ロータブレードスロット（１０６）に配置されているときに、前記接合部（１２２）における第２の開口（１６４）から前記ロータ（１０４）に沿って軸方向に前記ロータブレード（１０８）の下側に延びる第２のチャネル（１６１）と、を有し、
    前記接合部（１２２）は、露出した部分（１５５）を有し、
    前記第１のチャネル（１６０）と前記第２のチャネル（１６１）とは、前記接合部（１２２）を介して流体連通している、
    ブレードおよびロータアセンブリを提供し、
    流れ制御装置（１０２）を前記ロータブレード（１０８）の端部（１２８）に取外し可能に結合することを含み、前記流れ制御装置（１０２）は、前記第１の開口（１５８）および前記第２の開口（１６４）に向けられた流れ変更装置（１５２）を有し、前記流れ制御装置（１０２）と、前記ロータブレード（１０８）の前記端部（１２８）とは、前記ロータ（１０４）に結合された他のロータブレード（１０８）および対応する流れ制御装置（１０２）から独立して解離可能であり、
    前記流れ変更装置（１５２）は、前記流れ制御装置（１０２）における湾曲した輪郭を含み、前記湾曲した輪郭は、前記第１の開口（１５８）において前記第１のチャネル（１６０）から出た冷却材を第１の方向から第２の方向へ方向付け、該第２の方向は前記第２の開口（１６４）へ向けられており、
    前記ロータブレードスロット（１０６）は、第１の側（１１０）および第２の側（１１２）を有し、前記流れ制御装置（１０２）は、さらに、
    前記ロータブレードスロット（１０６）の前記第１の側（１１０）と係合する第１の側（１３０）と、
    前記ロータブレードスロット（１０６）の前記第２の側（１１２）と係合する第２の側（１３４）と、
    前記ロータブレード（１０８）の底面（１５６）と係合する上面（１３８）とを有する、
    回転する流れ供給システムにおいて冷却流路を調節する方法。
12. 前記流れ制御装置（１０２）および前記ロータブレード（１０８）の前記端部（１２８）は、隣接するロータブレード（１０８）を分解することなく分離されるように構成されている、請求項１１記載の方法。
13. 前記流れ制御装置（１０２）は、前記ロータブレード（１０８）の前記端部（１２８）と前記接合部（１２２）の前記第１の開口（１５８）との間に少なくとも部分的に配置されている、請求項１１記載の方法。
14. 前記流れ制御装置（１０２）は、該流れ制御装置（１０２）を前記ロータブレード（１０８）に固定するために前記ロータブレード（１０８）におけるロータブレードタブ（１７０）と係合するフック部分（１４４）を有するカップリング（１４２）を有する、請求項１１記載の方法。

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