(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エーロフォイル（１０２）とルート（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）のためのプラットフォーム冷却構成（１３０）であって、前記ロータブレード（１００）は、前記ルート（１０４）から前記プラットフォーム（１１０）の少なくともほぼラジアル方向高さまで延在する内部冷却通路（１１６）を備え、作動時には高圧冷媒領域および低圧冷媒領域を備え、前記エーロフォイル（１０２）の圧力面（１０６）に対応する前記プラットフォーム（１１０）の側に沿って、前記プラットフォーム（１１０）は、前記エーロフォイル（１０２）から圧力側スラッシュ面（１２６）まで延在する上面（１１３）および下面（１１４）を備え、前記プラットフォーム冷却構成（１３０）は、
前記エーロフォイル（１０２）の前記圧力面（１０６）と前記プラットフォーム（１１０）との接合部付近に前記プラットフォーム（１１０）内に位置するエーロフォイルマニホルド（１３２）と、
前記圧力側スラッシュ面（１２６）の付近に前記プラットフォーム（１１０）内に位置するスラッシュ面マニホルド（１３３）と、
前記内部冷却通路（１１６）の前記高圧冷媒領域に前記エーロフォイルマニホルド（１３２）を連結する高圧コネクタ（１３８）と、
前記内部冷却通路（１１６）の前記低圧冷媒領域に前記スラッシュ面マニホルド（１３３）を連結する低圧コネクタ（１３９）と、
始点から前記圧力側スラッシュ面（１２６）に沿って前記エーロフォイルマニホルド（１３２）との連結部まで延在して、前記スラッシュ面マニホルド（１３３）間において前記スラッシュ面マニホルド（１３３）と交差する孔を含む、冷却孔（１４０）と、
前記高圧コネクタ（１３８）の中に位置する非一体プラグ（１４６、１４８）と
を備え、前記プラグは、作動中に、前記プラットフォーム（１１０）を通る冷媒の所望の流れパターンを実現するように、所定の構成および配置を有する、プラットフォーム冷却構成（１３０）。
【請求項２】
前記エーロフォイルマニホルド（１３２）は、第１の非一体マニホルドプレート（１３５）により密閉される前記プラットフォーム（１１０）の前記下面（１１４）中に形成される第１のチャネル（１３４）を備え、前記スラッシュ面マニホルド（１３３）は、第２の非一体マニホルドプレート（１３５）により密閉される前記プラットフォーム（１１０）の前記下面（１１４）中に形成される第２のチャネル（１３４）を備え、
前記第１および第２のマニホルドプレート（１３５）は、前記第１および第２のチャネル（１３４）に沿って前記プラットフォーム（１１０）の前記下面（１１４）を画定し、
前記内部冷却通路（１１６）の前記高圧冷媒領域は、内部冷却通路（１１６）の上流部分を含み、前記内部冷却通路（１１６）の前記低圧冷媒領域は、前記内部冷却通路（１１６）の下流部分を含む、請求項１記載のプラットフォーム冷却構成（１３０）。
【請求項３】
エーロフォイル（１０２）とルート（１０４）との間の接合部にプラットフォーム（１１０）を有する前記タービンロータブレード（１００）内にプラットフォーム冷却構成（１３０）を製造する方法であって、前記タービンロータブレード（１００）は、前記ルート（１０４）から前記プラットフォーム（１１０）の少なくともほぼラジアル方向高さまで延在する内部冷却通路（１１６）を備え、作動時には高圧冷媒領域および低圧冷媒領域を備え、前記エーロフォイル（１０２）の圧力面（１０６）に対応する前記プラットフォーム（１１０）の側に沿って、前記プラットフォーム（１１０）は、前記エーロフォイル（１０２）から圧力側スラッシュ面（１２６）まで延在する上面（１１３）および下面（１１４）を備え、
前記エーロフォイル（１０２）の前記圧力面（１０６）と前記プラットフォーム（１１０）との接合部付近に前記プラットフォーム（１１０）内に位置するエーロフォイルマニホルド（１３２）を形成するステップと、
前記圧力側スラッシュ面（１２６）の付近に前記プラットフォーム（１１０）内に位置するスラッシュ面マニホルド（１３３）を形成するステップと、
直線状に、前記圧力側スラッシュ面（１２６）から前記内部冷却通路（１１６）の前記高圧冷媒領域との接合部までほぼ外周方向に延在する高圧コネクタ（１３８）を機械加工するステップであり、前記高圧コネクタ（１３８）の直線状経路は、前記高圧コネクタ（１３８）が前記内部冷却通路（１１６）の前記高圧冷媒領域に連結される手前で前記スラッシュ面マニホルド（１３３）および前記エーロフォイルマニホルド（１３２）に交差するように、所定の経路に沿って機械加工される、ステップと、
前記圧力側スラッシュ面（１２６）から前記内部冷却通路（１１６）の前記低圧冷媒領域との接合部までほぼ外周方向に直線状に延在する低圧コネクタ（１３９）を機械加工するステップであり、前記低圧コネクタ（１３９）の直線状経路は、前記内部冷却通路（１１６）の前記低圧冷媒領域に連結される手前で前記スラッシュ面マニホルド（１３３）に交差するように、所定の経路に沿って機械加工される、ステップと、
前記圧力側スラッシュ面（１２６）から前記エーロフォイルマニホルド（１３２）までほぼ外周方向に直線状に延在する冷却孔（１４０）を機械加工するステップであり、前記冷却孔（１４０）の経路は、それぞれが前記エーロフォイルマニホルド（１３２）に連結される手前で前記スラッシュ面マニホルド（１３３）に交差するように、所定の経路に沿って機械加工される、ステップと、
前記高圧コネクタ（１３８）に非一体プラグ（１４６、１４８）を設置するステップと
を含み、
前記プラグ（１４６、１４８）の構成および位置は、前記プラットフォーム（１１０）を通る冷媒の所望の流れパターンを実現するように構成される、方法。
【請求項４】
前記エーロフォイルマニホルド（１３２）を形成する前記ステップは、前記プラットフォーム（１１０）の前記下面（１１４）中に第１のチャネル（１３４）を機械加工し、第１のマニホルドプレート（１３５）により前記第１のチャネル（１３４）を密閉するステップを含み、
前記スラッシュ面マニホルド（１３３）を形成する前記ステップは、前記プラットフォーム（１１０）の前記下面（１１４）中に第２のチャネル（１３４）を機械加工し、第２のマニホルドプレート（１３５）により前記第２のチャネル（１３４）を密閉するステップを含み、
前記第１および第２のマニホルドプレート（１３５）は、前記第１および第２のチャネル（１３４）に沿って前記プラットフォーム（１１０）の前記下面（１１４）を画定し、
前記内部冷却通路（１１６）の前記高圧冷媒領域は、内部冷却通路（１１６）の上流部分を含み、前記内部冷却通路（１１６）の前記低圧冷媒領域は、前記内部冷却通路（１１６）の下流部分を含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記エーロフォイルマニホルド（１３２）は、前記エーロフォイル（１０２）の前記圧力面（１０６）の前記縦断面輪郭とほぼ一致し、前記圧力面（１０６）からずらされて位置する、弓様形状縦断面を備えるように形成され、前記圧力側スラッシュ面（１２６）の方向にずらされ、
前記スラッシュ面マニホルド（１３３）は、前記圧力側スラッシュ面（１２６）からずらされたほぼ直線形状を備えるように形成され、前記エーロフォイル（１０２）の方向にずらされ、
前記スラッシュ面マニホルド（１３３）は、前記エーロフォイル（１０２）の前記後縁付近の軸方向位置から前記エーロフォイル（１０２）の前記前縁（１０７）付近の軸方向位置まで軸方向に延在する、請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
前記エーロフォイルマニホルド（１３２）は、前記プラットフォーム（１１０）の前記下面（１１４）の直ぐ外側に位置し、前記プラットフォーム（１１０）の前記平坦状上面（１１３）に対してほぼ平行である長手方向軸を有し、
前記スラッシュ面マニホルド（１３３）は、前記プラットフォーム（１１０）の前記下面（１１４）の直ぐ外側に位置し、前記プラットフォーム（１１０）の前記平坦状上面（１１３）に対してほぼ平行である長手方向軸を有する、請求項３乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記エーロフォイルマニホルド（１３２）を形成する前記ステップは、前記プラットフォーム（１１０）の前記下面（１１４）中に第１のチャネル（１３４）を注型し、第１のマニホルドプレート（１３５）により前記第１のチャネル（１３４）を密閉するステップを含み、
前記スラッシュ面マニホルド（１３３）を形成する前記ステップは、前記プラットフォーム（１１０）の前記下面（１１４）中に第２のチャネル（１３４）を注型し、第２のマニホルドプレート（１３５）により前記第２のチャネル（１３４）を密閉するステップを含み、
設置時に、前記第１および第２のマニホルドプレート（１３５）は、前記第１および第２のチャネル（１３４）に沿って前記プラットフォーム（１１０）の前記下面（１１４）を画定し、
前記内部冷却通路（１１６）の前記高圧冷媒領域は、内部冷却通路（１１６）の上流部分を含み、前記内部冷却通路（１１６）の前記低圧冷媒領域は、前記内部冷却通路（１１６）の下流部分を含む、請求項３乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記高圧コネクタ（１３８）は、前記圧力側スラッシュ面（１２６）の軸方向中間点にほぼ一致する、前記圧力側スラッシュ面（１２６）に沿った軸方向位置を有し、
少なくとも複数の前記冷却孔（１４０）が、前記高圧コネクタ（１３８）の前に形成され、少なくとも複数の前記冷却孔（１４０）が、前記高圧コネクタ（１３８）の後に形成される、請求項３乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記エーロフォイルマニホルド（１３２）および前記スラッシュ面マニホルド（１３３）はそれぞれ、前記高圧コネクタ（１３８）および前記低圧コネクタ（１３９）のそれぞれよりも大きな断面流面積を有し、前記高圧コネクタ（１３８）および前記低圧コネクタ（１３９）はそれぞれ、前記冷却孔（１４０）のそれぞれよりも大きな断面流面積を備え、
前記冷却孔（１４０）は、前記冷却孔（１４０）を通る冷媒の所望の流れパターンを実現するように冷媒流を調量するように構成された可変断面流面積を有する、請求項３乃至８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記非一体プラグ（１４６、１４８）のそれぞれが、フルプラグおよびパーシャルプラグの一方を含み、前記フルプラグは、前記フルプラグが中に配置される冷媒通路の断面流面積の実質的に全てを塞ぐように構成されたプラグを含み、前記パーシャルプラグは、前記パーシャルプラグが中に配置される冷媒通路の断面流面積の一部の量を塞ぐプラグを含み、
前記非一体プラグ（１４６、１４８）のそれぞれが、前記プラットフォーム（１１０）の前記圧力側スラッシュ面（１２６）または負圧側スラッシュ面（１２２）のいずれかに沿って位置するスラッシュ面プラグ（１４６）と、前記プラットフォーム（１１０）の内部に位置する中間チャネルプラグ（１４８）との一方を含む、請求項３乃至９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記冷却孔（１４０）および、前記高圧コネクタ（１３８）のそれぞれが、前記スラッシュ面プラグ（１４６）を備え、
前記スラッシュ面プラグ（１４６）は、フルプラグを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記冷却孔（１４０）および、前記高圧コネクタ（１３８）は、スラッシュ面プラグ（１４６）を備え、
前記スラッシュ面プラグ（１４６）は、前記冷却孔（１４０）、前記高圧コネクタ（１３８）、および前記低圧コネクタ（１３９）がスラッシュ面出口を備えるように、パーシャルプラグを含み、
前記パーシャルプラグは、前記スラッシュ面出口に所定の断面流面積を与えるように構成され、
前記所定の断面流面積は、作動中に、前記スラッシュ面出口が、隣接するロータブレード（１００）のプラットフォーム（１１０）スラッシュ面に対して衝突冷媒流を排出するように、所望の冷媒衝突特性に対応する、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記冷却孔（１４０）および、前記高圧コネクタ（１３８）は、スラッシュ面プラグ（１４６）を備え、
前記スラッシュ面プラグ（１４６）は、前記冷却孔（１４０）および、前記高圧コネクタ（１３８）がスラッシュ面出口を備えるように、パーシャルプラグを含み、
前記パーシャルプラグは、前記スラッシュ面出口に所定の断面流面積を与えるように構成され、
前記所定の断面流面積は、所望の冷媒調量特性に対応する、請求項１０乃至１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記高圧コネクタ１３８は、フルプラグである中間チャネルプラグ（１４８）を収容し、
前記中間チャネルプラグ（１４８）は、前記エーロフォイルマニホルド（１３２）と前記スラッシュ面マニホルド（１３３）との間に位置する、請求項１０乃至１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記高圧コネクタ（１３８）は、パーシャルプラグである中間チャネルプラグ（１４８）を収容し、
前記中間チャネルプラグ（１４８）は、設置時に、前記高圧コネクタ（１３８）の断面流面積を所定の断面流面積まで縮小するように構成され、
前記所定の断面流面積は、所望の冷媒調量特性に対応する、請求項１０乃至１４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、概して、燃焼タービンエンジンに関する。この燃焼タービンエンジンは、本明細書においては、および別様に明示しない限りは、発電エンジンおよび航空機エンジンにおいて使用されるものなどのあらゆるタイプの燃焼タービンエンジンを含む。さらに具体的には、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が、それらに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、典型的には、圧縮機、燃焼器、およびタービンを備える。圧縮機およびタービンは、一般的には、ステージ内に軸方向にスタックされるエーロフォイルまたはブレードの列を含む。各ステージは、典型的には、固定される、外周方向に離間されたステータブレードの列と、中心軸または中心シャフトを中心として回転する、外周方向に離間されたロータブレードのセットとを含む。作動時には、圧縮機内のロータブレードは、シャフトを中心として回転して、空気流を圧縮する。次いで、圧縮空気は、供給燃料を燃焼するために燃焼器内において使用される。燃焼プロセスから結果的に得られる高温ガス流は、タービンを介して膨張され、これによりロータブレードは、それらが装着されるシャフトを回転させる。このようにして、燃料中に含まれるエネルギーが、回転するシャフトの機械エネルギーへと変換され、次いでこのエネルギーは、例えば発電機のコイルを回転させて発電するために使用することができる。
【０００３】
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が、概してエーロフォイル部分またはエーロフォイル１０２と、ルート部分またはルート１０４とを備える。エーロフォイル１０２は、凸状負圧面１０５および凹状圧力面１０６を有するものとして説明することができる。さらに、エーロフォイル１０２は、前方縁部である前縁１０７および後方縁部である後縁１０８を有するものとして説明することができる。ルート１０４は、ロータシャフトにブレード１００を固定するための構造部（図示するように典型的には蟻ほぞ部１０９を備える）と、エーロフォイル１０２が延在するプラットフォーム１１０と、蟻ほぞ部１０９とプラットフォーム１１０との間の構造部からなるシャンク１１２とを有するものとして説明することができる。
【０００４】
図示するように、プラットフォーム１１０は、実質的に平坦状のものであってもよい。より具体的には、プラットフォーム１１０は、平坦状上面１１３を有してもよく、この平坦状上面１１３は、図１に図示するように、軸方向および外周方向に延在する平坦表面を備えてもよい。図２に図示するように、プラットフォーム１１０は、平坦状下面１１４を有してもよく、この平坦状下面１１４もまた、軸方向および外周方向に延在する平坦表面を備えてもよい。プラットフォーム１１０の上面１１３および下面１１４は、それぞれが互いに対して実質的に平行となるように形成されてもよい。図示するように、プラットフォーム１１０は典型的には薄いラジアル方向縦断面を有すること、すなわちプラットフォーム１１０の上面１１３と下面１１４との間のラジアル方向距離が比較的短いことが、理解されよう。
【０００５】
一般的には、プラットフォーム１１０は、ガスタービンの高温ガス経路セクションの内方流路境界を形成するために、タービンロータブレード１００において使用される。プラットフォーム１１０は、さらに、エーロフォイル１０２に構造的支持を与える。作動時には、タービンの回転速度により、プラットフォーム１１０に沿って高応力領域を生じさせる機械的負荷が誘発され、この高応力領域は、高温と組み合わされて、最終的には酸化、クリープ、低サイクル疲労クラッキング、およびその他等々の作動欠陥部の形成を招く。これらの欠陥部は、当然ながら、ロータブレード１００の耐用寿命に悪影響を及ぼす。これらの過酷な作動条件、すなわち高温ガス経路の極度の温度にさらされることと、回転するブレードに伴う機械的負荷とにより、良好に機能しかつ製造において費用対効果の高い、高耐性の長期間持続するロータブレードプラットフォーム１１０を設計することが、かなり困難なものとなることが理解されよう。
【０００６】
プラットフォーム領域１１０をより高耐性のものにするための１つの一般的な解決策は、作動中に圧縮空気流または他の冷媒により、この領域を冷却することであり、様々なこれらのタイプのプラットフォーム設計が知られている。しかし、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、このような冷却を困難にするいくつかの設計上の問題点を有する。これは、大部分は、既述のように、プラットフォーム１１０が、ロータブレードの中核部から離れたところに位置し、典型的には構造的に堅固であるが薄いラジアル方向厚さを有するように設計される周辺的な構成要素である点で、この領域が厄介な幾何学的形状を有することによるものである。
【０００７】
冷媒を循環させるために、ロータブレード１００は、典型的には、ルート１０４およびエーロフォイル１０２を貫通することを含め、ブレード１００の中核部を貫通してラジアル方向に少なくとも延在する、１つまたは複数の中空冷却通路１１６（図３、図４、図５、および図９を参照されたい）を備える。以下においてさらに詳細に説明するように、熱交換を高めるためには、かかる冷却通路１１６は、ブレード１００の中央領域を貫通して螺旋状に巻く蛇行経路を有するように形成されてもよいが、他の構成も可能である。作動時に、冷媒は、ルート１０４の内側部分中に形成された１つまたは複数の入口１１７を介して中央冷却通路に進入することができる。冷媒は、ブレード１００中を循環し、エーロフォイル上に形成された出口（図示せず）を介して、および／またはルート１０４中に形成された１つまたは複数の出口（図示せず）を介して、出ることができる。冷媒は、圧縮されてもよく、例えば圧縮空気、水と混合された圧縮空気、および蒸気等々を含んでもよい。多くの場合においては、冷媒は、エンジンの圧縮機から分流された圧縮空気であるが、他の供給源も可能である。以下においてさらに詳細に論じるように、これらの冷却通路は、典型的には、高圧冷媒領域および低圧冷媒領域を含む。高圧冷媒領域は、典型的には、冷媒圧力が比較的高い冷却通路の上流部分に相当し、低圧冷媒領域は、冷媒圧力が比較的低い下流部分に相当する。
【０００８】
いくつかの場合においては、冷媒は、冷却通路１１６から、隣接し合うロータブレード１００のシャンク１１２同士およびプラットフォーム１１０同士の間に形成される空洞部１１９内に送られる場合がある。そこから、冷媒は、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く、その従来的な設計が、図３に示される。このタイプの設計は、典型的には、冷却通路１１６の中の１つから空気を抜き取り、その空気を使用してシャンク１１２同士／プラットフォーム１１０同士の間に形成される空洞部１１９を加圧する。加圧されると、この空洞部１１９は、次いで、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媒を供給する。プラットフォーム１１０を縦断した後に、冷却空気は、プラットフォーム１１０の上面１１３中に形成される膜冷却穴を介して空洞部を出ることができる。
【０００９】
しかし、このタイプの従来的な設計は、複数の欠点を有することが理解されよう。第１に、冷却回路は、２つの隣接し合うロータブレード１００を組み付けた後に初めて形成されるため、１つのパーツ内における自己完結型のものではない。これにより、設置および設置前の流れ試験がかなりの度合いで困難かつ複雑なものとなる。第２の欠点は、隣接し合うロータブレード１００同士の間に形成される空洞部１１９の完全性が、空洞部１１９の周囲のシールの良不良により左右される点である。不十分なシールは、結果として不十分なプラットフォーム冷却および／または冷却空気の無駄を生じさせ得る。第３の欠点は、高温ガス経路のガスが、空洞部１１９またはプラットフォーム１１０自体の中に取り込まれるおそれがあるという、固有の危険性である。これは、作動中に空洞部１１９が十分な高圧に維持されない場合に起こり得る。空洞部１１９の圧力が、高温ガス経路内の圧力を下回ると、高温ガスは、シャンク空洞部１１９またはプラットフォーム１１０自体の中に取り込まれ、これは、典型的には、これらの構成要素に損傷を与える。なぜならば、これらの構成要素は、高温のガス経路条件下にさらされるのに耐えるようには設計されていなかったからである。
【００１０】
図４および図５は、プラットフォーム冷却用の別のタイプの従来的な設計を図示する。このケースでは、図示するように、冷却回路は、ロータブレード１００内に含まれ、シャンク空洞部１１９を有さない。冷却空気は、ブレード１１０の中核部を貫通して延在する冷却通路１１６の中の１つから抜き出され、プラットフォーム１１０内に形成された冷却チャネル１２０（すなわち「プラットフォーム冷却チャネル１２０」）を通り後方に送られる。複数の矢印により示すように、冷却空気は、プラットフォーム冷却チャネル１２０を通り流れ、プラットフォーム１１０の後方縁部１２１中の出口を介して、または負圧側縁部１２２に沿って配設された出口から出る。（矩形プラットフォーム１１０の縁部または面の説明または参照において、これらの縁部または面はそれぞれ、エーロフォイル１０２の負圧面１０５および圧力面１０６に対する、および／またはブレード１００が設置された場合のエンジンの前方向および後方向に対するその位置に基づいて、説明し得る点に留意されたい。そのため、当業者には理解されるであろうが、プラットフォームは、図３および図４に示すように、後方縁部１２１、負圧側縁部１２２、前方縁部１２４、および圧力側縁部１２６を備え得る。さらに、負圧側縁部１２２および圧力側縁部１２６は、一般的には「スラッシュ面」と呼ばれ、隣接し合うロータブレード１００が設置された場合にそれらの間に形成される幅狭空洞部は、「スラッシュ面空洞部」と呼ばれる場合がある。）
図４および図５の従来的な設計は、組立状況または設置状況のばらつきにより影響を受けない点において、図３の設計を上回る利点を有することが理解されよう。しかし、この種の従来的な設計は、複数の制約または欠点を有する。第１に、図示するように、単一の回路のみが、エーロフォイル１０２の各側に設けられ、したがって、プラットフォーム１１０の様々な位置での冷却空気使用量の制御が制限されるという欠点を有する。第２に、このタイプの従来的な設計は、対応エリアが概して限定される。図５の蛇行経路は、図４に比べると対応範囲に関して向上が見られるが、依然としてプラットフォーム１１０内において冷却されないままにおかれる非対応エリアが存在する。第３に、複雑に形成されたプラットフォーム冷却チャネル１２０による比較的良好な対応を得るためには、特に冷却チャネルが形成に注型プロセスを要する形状を有する場合には製造コストが劇的に高くなる。第４に、これらの従来的な設計は、典型的には、使用後に、および冷媒が完全に排出される前に、高温ガス経路内に冷媒を追いやり、これが、エンジンの効率に悪影響を及ぼす。第５に、この種の従来的な設計は、概して自由度が低い。すなわち、チャネル１２０は、プラットフォーム１１０の一体部分として形成され、作動条件が変化した場合にそれらの機能または構成を変更することが殆どまたは全くできない。さらに、これらのタイプの従来的な設計は、修理または改造が困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第７４１６３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
その結果、従来的なプラットフォーム冷却設計は、１つまたは複数の重要な部分を欠いている。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かつ効率的に冷却すると共に、さらに製造の費用対効果が高く、応用の自由度が高く、高耐性である、改良された装置、システム、および方法が依然として必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
したがって、本出願は、エーロフォイルとルート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ためのプラットフォーム冷却構成であって、ロータブレードが、ルートからプラットフォームの少なくともほぼラジアル方向高さまで延在する内部冷却通路を備え、作動時には高圧冷媒領域および低圧冷媒領域を備え、エーロフォイルの圧力面に対応するプラットフォームの側に沿って、プラットフォームが、エーロフォイルから圧力側スラッシュ面まで延在する上面および下面を備える、プラットフォーム冷却構成を説明する。このプラットフォーム冷却構成は、エーロフォイルの圧力面とプラットフォームとの接合部付近にプラットフォーム内に位置するエーロフォイルマニホルドと、圧力側スラッシュ面の付近にプラットフォーム内に位置するスラッシュ面マニホルドと、内部冷却通路の高圧冷媒領域にエーロフォイルマニホルドを連結する高圧コネクタと、内部冷却通路の低圧冷媒領域にスラッシュ面マニホルドを連結する低圧コネクタと、始点から圧力側スラッシュ面に沿ってエーロフォイルマニホルドとの連結部まで延在して、スラッシュ面マニホルド間においてスラッシュ面マニホルドと交差する孔を含む冷却孔と、冷却孔、高圧コネクタ、および低圧コネクタの中の少なくとも１つの中に位置する複数の非一体プラグとを備え、プラグの構成および配置は、プラットフォームを通る冷媒の所望の流れパターンを実現するように、構成される。
【００１４】
さらに、本出願は、エーロフォイルとルート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ためのプラットフォーム冷却構成を製造する方法であって、ロータブレードが、ルートからプラットフォームの少なくともほぼラジアル方向高さまで延在する内部冷却通路を備え、作動時には高圧冷媒領域および低圧冷媒領域を備え、エーロフォイルの圧力面に対応するプラットフォームの側に沿って、プラットフォームが、エーロフォイルから圧力側スラッシュ面まで延在する上面および下面を備える、方法を説明する。この方法は、エーロフォイルの圧力面とプラットフォームとの接合部付近にプラットフォーム内に位置するエーロフォイルマニホルドを形成するステップと、圧力側スラッシュ面の付近にプラットフォーム内に位置するスラッシュ面マニホルドを形成するステップと、直線状に、圧力側スラッシュ面から内部冷却通路の高圧冷媒領域との接合部までほぼ外周方向に延在する高圧コネクタを機械加工するステップであり、高圧コネクタの直線状経路が、高圧コネクタが内部冷却通路の高圧冷媒領域に連結される手前でスラッシュ面マニホルドおよびエーロフォイルマニホルドに交差するように、所定の経路に沿って機械加工される、ステップと、圧力側スラッシュ面から内部冷却通路の低圧冷媒領域との接合部までほぼ外周方向に直線状に延在する低圧コネクタを機械加工するステップであり、低圧コネクタの直線状経路が、内部冷却通路の低圧冷媒領域に連結される手前でスラッシュ面マニホルドに交差するように、所定の経路に沿って機械加工される、ステップと、圧力側スラッシュ面からエーロフォイルマニホルドまでほぼ外周方向に延在する複数の冷却孔を機械加工するステップであり、冷却孔の経路が、それぞれがエーロフォイルマニホルドに連結される手前でスラッシュ面マニホルドに交差するように、所定の経路に沿って機械加工される、ステップと、冷却孔、高圧コネクタ、および低圧コネクタの中の少なくとも１つの中に複数のプラグを設置するステップとを含み、プラグの構成および位置は、プラットフォームを通る冷媒の所望の流れパターンを実現するように構成される。
【００１５】
さらに、本出願は、エーロフォイルとルート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にプラットフォーム冷却構成を製造する方法であって、ロータブレードが、ルートからプラットフォームの少なくともほぼラジアル方向高さまで延在する内部冷却通路を備え、作動時には高圧冷媒領域および低圧冷媒領域を備え、エーロフォイルの圧力面に対応するプラットフォームの側に沿って、プラットフォームが、エーロフォイルから圧力側スラッシュ面まで延在する平坦状上面および下面を備える、方法を説明する。この方法は、プラットフォームの下面中に第１のチャネルを機械加工し、第１のマニホルドプレートにより第１のチャネルを密閉することによりエーロフォイルマニホルドを形成するステップと、プラットフォームの下面中に第２のチャネルを注型し、第２のマニホルドプレートにより第２のチャネルを密閉するステップと、直線状に、負圧側スラッシュ面からエーロフォイルマニホルドとの接合部までほぼ外周方向に延在する高圧コネクタを機械加工するステップであり、高圧コネクタがエーロフォイルマニホルドに連結される手前で内部冷却通路の高圧冷媒領域に交差するように、所定の経路に沿って機械加工される、ステップと、圧力側スラッシュ面から内部冷却通路の低圧冷媒領域との接合部までほぼ外周方向に直線状に延在する低圧コネクタを機械加工するステップであり、低圧コネクタの直線状経路が、内部冷却通路の低圧冷媒領域に連結される手前でスラッシュ面マニホルドに交差するように、所定の経路に沿って機械加工される、ステップと、圧力側スラッシュ面からエーロフォイルマニホルドまでほぼ外周方向に延在する複数の冷却孔を機械加工するステップであり、冷却孔の経路が、それぞれがエーロフォイルマニホルドに連結される手前でスラッシュ面マニホルドに交差するように、所定の経路に沿って機械加工される、ステップと、冷却孔、高圧コネクタ、および低圧コネクタの中の少なくとも１つの中に複数のプラグを設置するステップとを含み、プラグの構成および位置は、プラットフォームを通る冷媒の所望の流れパターンを実現するように構成される。
【００１６】
本出願のこれらのおよび他の特徴は、図面および添付の特許請求の範囲と組み合わせて好ましい実施形態の以下の詳細な説明を検討することにより、明らかになろう。
【００１７】
本発明のこれらのおよび他の特徴は、添付の図面と組み合わせて本発明の例示的な実施形態の以下のより詳細な説明を慎重に検討することにより、より完全に理解および認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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である。
【図２】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底面図である。
【図３】従来的な設計による冷却システムを有する隣接し合うタービンロータブレードの断面図である。
【図４】従来的な設計による内部冷却チャネル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。
【図５】代替的な従来設計による内部冷却チャネル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。
【図６】本発明の例示的な実施形態によるプラットフォーム冷却構成を有するタービンロータブレードの斜視図である。
【図７】本発明の例示的な実施形態によるプラットフォーム冷却構成を有するタービンロータブレードの部分断面上面図である。
【図８】本発明の代替的な実施形態によるプラットフォーム冷却構成を有するタービンロータブレードの部分断面上面図である。
【図９】本発明の代替的な実施形態によるプラットフォーム冷却構成を有するタービンロータブレードの部分断面上面図である。
【図１０】本発明の例示的な実施形態によるプラットフォーム冷却構成を有するタービンロータブレードの断面側面図である。
【図１１】本出願の例示的な実施形態によるプラットフォーム冷却構成を作製するための例示的な方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
冷媒の内部循環により冷却されるタービンブレードは、典型的には、複数の従来的な冷却設計に関連して上述したようにルートからプラットフォーム領域を通りエーロフォイル内にラジアル方向に外方に延在する内部冷却通路１１６を備えることが、理解されよう。本発明のいくつかの実施形態は、効率的な能動プラットフォーム冷却を強化または可能にするために、従来的な冷媒通路と組み合わせて使用し得ることが理解されよう。本発明は、共通設計である、巻き構成または蛇行構成を有する内部冷却通路１１６に関連して論じられる。図６、図８、および図９に図示するように、蛇行経路は、典型的には、冷媒の一方向流を可能にするように構成され、冷媒と周囲のロータブレード１００との間の熱交換を促進させる特徴を備える。作動時には、圧縮機から流れる圧縮空気である圧縮冷媒（しかし、蒸気などの他のタイプの冷媒を本発明の実施形態と共に使用してもよい）が、ルート１０４を貫通して形成された連結部を介して内部冷却通路１１６に供給される。この圧力により、冷媒は内部冷却通路１１６中を押し進められ、冷媒は、周囲の壁部からの熱を対流循環させる。
【００２０】
冷媒が冷却通路１１６を通り移動するにつれて、冷媒の圧力が低下し、内部冷却通路１１６の上流部分内の冷媒が、下流部分内の冷媒よりも高圧になることが理解されよう。以下においてさらに詳細に論じるように、この差圧は、プラットフォーム中に形成された冷却通路全体にわたりまたは冷却通路内で冷媒を押し進めるために使用することができる。本発明は、様々な構成の内部冷却通路を有するロータブレード１００において使用し得るものであり、蛇行形状を有する内部冷却通路に限定されないことが理解されよう。したがって、本明細書においては、「内部冷却通路」または「冷却通路」という用語は、冷媒をロータブレード内に循環させ得るあらゆる通路または中空チャネルを含むように意図される。本明細書においては、本発明の内部冷却通路１１６は、プラットフォーム１１６のほぼラジアル方向高さまで少なくとも延在し、少なくとも１つの冷媒圧力の比較的高い領域（以降においては「高圧領域」と呼び、いくつかの場合においては、蛇行経路内の上流セクションとなり得る）と、少なくとも１つの冷媒圧力の比較的低い領域（以降においては「低圧領域」と呼び、高圧領域に対して蛇行経路内の下流セクションとなり得る）とを有し得る。
【００２１】
概して、従来的な内部冷却通路１１６の様々な設計は、ロータブレード１００内の特定の領域に能動冷却をもたらすのに有効である。しかし、当業者には理解されるように、プラットフォーム領域は、比較的困難な箇所である。これは、少なくとも一部においては、プラットフォームの厄介な幾何学的形状、すなわちラジアル方向高さが低いことと、プラットフォームがロータブレード１００の中核部または本体部分から離れるように突出することによるものである。しかし、高温ガス経路の極度の温度にさらされ、高い機械的負荷を被ることを考慮すると、プラットフォームの冷却要求は、相当高い。上述のように、従来的なプラットフォーム冷却設計は、この領域に特有の難題に対応できず、冷媒の利用において非効率的であり、および／または製造コストが高いため、有効ではない。
【００２２】
再度図面を参照すると、本発明の例示の実施形態の複数の図が示される。図６から図１０は、特に、好ましい一実施形態によるプラットフォーム冷却構成１３０を有するタービンロータブレード１００を図示する。図示するように、ブレード１００は、エーロフォイル１０２とルート１０４との間の接合部に位置するプラットフォーム１１０を備える。図７に図示するように、ロータブレード１００は、ルート１０４の冷媒供給源との連結部分からラジアル方向に延在する内部冷却通路１１６を備える。エーロフォイル１０２の圧力面１０６に対応するプラットフォーム１１０の側に、プラットフォーム１１０は、エーロフォイル１０２から圧力側スラッシュ面１２６まで延在する平坦状上面１１３と、平坦状下面１１４とを有し得ることが理解されよう。（本明細書においては、「平坦状」は、ほぼまたは実質的に平坦形状であることを意味することに留意されたい。例えば、プラットフォームは、若干湾曲し凹状である外側表面を有するように構成されてもよく、その湾曲が、ロータブレードのラジアル方向位置におけるタービンの外周部と一致することが、当業者には理解されよう。本明細書においては、このタイプのプラットフォーム形状は、曲率半径がプラットフォームに平坦な外見を与えるのに十分な大きさであるので、平坦状であると見なされる。）プラットフォーム１１０の内部内に構成されるものとして、プラットフォーム冷却構成１３０は、エーロフォイルマニホルド１３２と、スラッシュ面マニホルド１３３と、マニホルド１３２、１３３と共に内部冷却通路１１６の高圧冷媒領域と低圧冷媒領域との間に回路を形成する一対のコネクタ１３８、１３９と、２つのマニホルド１３２、１３３を連結しプラットフォーム１１０を網羅することにより冷媒がプラットフォーム１１０中を循環し得るようにする複数の冷却孔１４０とを備えてもよい。
【００２３】
より詳細には、本発明は、プラットフォームの圧力側の中に形成される一連の対流通路と、これらの対流通路を製造し得る方法とを含む。本発明は、概して軸方向にプラットフォーム１１０の下面１１４中にわたって延在する２つの下面プラットフォームチャネルまたは下面チャネル１３４の作製を提案する。下面チャネル１３４はそれぞれ、マニホルドプレート１３５により密閉されてもよく、下面チャネル１３４およびマニホルドプレート１３５は共に、２つの別個のマニホルドを形成してもよい。マニホルド１３２、１３３は、本明細書においてはエーロフォイル１０２または圧力側スラッシュ面１２６のいずれの付近に位置するかに基づいて参照される。したがって、エーロフォイルマニホルド１３２は、エーロフォイル１０２の付近（すなわちエーロフォイル１０２がプラットフォーム１１０に連結される位置）に位置し得る。いくつかの実施形態においては、エーロフォイルマニホルド１３２は、弓様形状を有してもよく、エーロフォイル１０２の圧力面１０６の付近におよび圧力面１０６と離間関係において配置されてもよい。他の構成も可能である。エーロフォイルマニホルド１３２の弓様形状は、エーロフォイル１０２の圧力面１０６の縦断面輪郭（すなわち図７、図８、および図９のそれぞれから見た場合のエーロフォイルの形状）と一致してもよい。それに対して、スラッシュ面マニホルド１３３は、図示するように、形状が直線状であってもよく、圧力側スラッシュ面１２６から若干ずれていてもよい。いくつかの実施形態においては、スラッシュ面マニホルド１３３は、エーロフォイル１０２の後縁１０８付近の軸方向位置からエーロフォイル１０２の前縁１０７付近の軸方向位置まで軸方向に延在する。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、マニホルド１３２、１３３は、図１０において最も明瞭に示すように、注型後機械加工プロセスによって形成され得ることが理解されよう。例えば、プラットフォーム１１０／ロータブレード１００の注型が完了した後に、下面チャネル１３４が、プラットフォーム１００の下面１１４中にプランジ機械加工または穴あけされてもよい。（代替的には、他の実施形態においては、マニホルド１３２、１３３を形成するために使用される下面チャネル１３４は、単純な／従来的な注型プロセスにより作製され得る。）次いで、チャネル１３４は、プレート１３５がチャネル１３４を覆って延在することにより各チャネル１３４を密閉するように、プラットフォーム下面１１４にマニホルドプレート１３５を固定的に装着する従来的な接合作業（ろう付け、溶接）によって密閉され得る。密閉されると、以下においてさらに詳細に論じるように、マニホルド１３２、１３３は、連結される内部通路および孔に対してのみ開口する。マニホルドプレート１３５は、装着されると、形成された下面チャネル１３４に対応するエリアについて、プラットフォーム１１０の下面としての役割を果たすことが理解されよう。
【００２５】
図示するように、２つのプレナムまたはコネクタ、すなわち高圧コネクタ１３８および低圧コネクタ１３９が、所望の態様でエーロフォイルマニホルド１３２およびスラッシュ面マニホルド１３３に冷却通路１１６を連結するために設けられてもよい。以下のように、例示的なプラットフォーム冷却構成の説明は、冷却通路１１６の上流部分がタービンブレード１００の前縁１０７の方向に位置し、冷却通路１１６の下流部分がタービンブレード１００の後縁１０８の方向に位置するものと仮定することが理解されよう。この構成は、もっぱら例示的なものであり、本発明の実施に必須のものではない。エーロフォイルマニホルド１３２は、高圧コネクタ１３８を介して内部冷却通路１１６の上流部分に連結され、スラッシュ面マニホルド１３３は、低圧コネクタ１３９を介して冷却通路１１６の下流部分に連結される。
【００２６】
一実施形態においては、高圧コネクタ１３８は、圧力側スラッシュ面１２６から、内部冷却通路１１６の高圧冷媒領域との接合部まで延在する。直線状経路は、内部冷却通路１１６の高圧冷媒領域に連結される手前で高圧コネクタ１３８がスラッシュ面マニホルド１３３およびエーロフォイルマニホルド１３２と交差するように構成されてもよい。この態様で構成されることにより、高圧コネクタ１３８は、従来的な見通し線穴あけプロセスおよび機械加工プロセスを利用して形成されて費用対効果が高いものとなり得ることが理解されよう。同様に、低圧コネクタ１３９は、圧力側スラッシュ面から、内部冷却通路１１６の低圧冷媒領域との接合部まで直線状に延在してもよい。低圧コネクタ１３９の直線状経路は、内部冷却通路１１６の低圧冷媒領域に連結される手前で低圧コネクタがスラッシュ面マニホルド１３３と交差するように構成されてもよい。高圧コネクタ１３８と同様に、低圧コネクタ１３９は、従来的な見通し線穴あけプロセスおよび機械加工プロセスを利用して形成されて費用対効果が高いものとなり得ることが理解されよう。
【００２７】
さらに、複数の冷却孔１４０が、圧力側スラッシュ面１２６に沿った複数の箇所から形成されてもよい。これは、上述のように見通し線穴あけプロセスまたは機械加工プロセスにより実施されてもよい。圧力側スラッシュ面１２６上の開始位置から、冷却孔１４０は、各冷却孔１４０がスラッシュ面マニホルド１３３と交差し、次いでエーロフォイルマニホルド１３２との接合部を形成するように、ほぼ外周方向に延在してもよい。冷却孔１４０の個数および位置は、プラットフォームの構成、熱負荷、所望の対応範囲、等々に応じて様々であってもよい。好ましい一実施形態においては、図示するように、高圧コネクタ１３８は、圧力側スラッシュ面１２６のほぼ軸方向中間点に一致する軸方向位置を有するように構成されてもよい。この場合、少なくとも複数の冷却孔１４０が、高圧コネクタ１３８の前に形成されてもよく、少なくとも複数の冷却孔１４０が、高圧コネクタ１３８の後に形成されてもよい。冷却孔１４０は、圧力側スラッシュ面１２６中にわたって均一に離間されてもよい。好ましい一実施形態においては、少なくとも４つの冷却孔１４０が、高圧コネクタ１３８の前に形成され、少なくとも４つの冷却孔１４０が、高圧コネクタ１３８の後に形成される。冷却孔１４０は、同様の断面流面積を有してもよい。いくつかの実施形態においては、冷却孔１４０は、冷媒流を調量するように構成された可変断面流面積を有してもよい。この態様においては、プラットフォーム通路を通る所望の流れパターンを実現することができる。
【００２８】
さらに、プラグを使用して、所望の流れパターンが実現されるように、プラットフォーム冷却構成１３０を通る流れを制御してもよい。プラグは、プラットフォーム１１０のスラッシュ面１２２、１２６に沿って位置するプラグ（「スラッシュ面プラグ１４６」）と、プラットフォーム１１０の内部に位置するプラグ（「中間チャネルプラグ１４８」）とを含んでもよい。プラグ１４６、１４８は、それが中に配置される通路を通る全流を実質的に阻止し、それにより代替のより望ましい経路に流れを向けるように形成されてもよい。この態様においては、プラグ１４６、１４８は、様々なプラットフォーム冷却通路中において所望の流れパターンを実現するように、流れを調量または配向するために使用し得ることが理解されよう。例えば、図７の例示的な実施形態を参照すると、エーロフォイルマニホルド１３２により複数の冷却孔１４０にわたって冷媒を十分に分配するために、中を通る実質的に全ての冷媒流を阻止することが必要となる場合がある。図７は、この構成を反映しており、高圧コネクタ１３８は、冷却通路を完全に阻止する中間チャネルプラグ１４８（本明細書においては「フルプラグ」と呼ぶ）を含む。図示するように、中間チャネルプラグ１４８は、エーロフォイルマニホルド１３２とスラッシュ面マニホルド１３３との間に配置されてもよい。高圧コネクタ１３８および冷却孔１４０の相対サイズを考慮すると、高圧コネクタ１３８が塞がれなかった場合には、過剰量の冷媒が、高圧コネクタ１３８を通りエーロフォイルマニホルド１３２からスラッシュ面マニホルド１３３まで流れることとなり、（エーロフォイルマニホルド１３２およびスラッシュ面マニホルド１３３をさらに連結する）冷却孔１４０に供給可能な冷媒の供給量は、幾分か制限されることとなることが、理解されよう。したがって、高圧コネクタ１３８は、流れの再配向が所望の調量特性に合致するように、完全に塞がれてもよい。本明細書においては、「所望の調量特性」は、プラットフォーム冷却通路およびプラットフォームスラッシュ面１２２、１２６上に形成され得る複数のプラットフォーム出口を通る所望の冷媒分配量（または期待される冷媒分配量）を指す。
【００２９】
代替的には、プラグ１４６、１４８は、設置時にそれらが中に位置する冷却通路の断面流面積を狭めるように形成されてもよい。この場合には、プラグ１４６、１４８は、所望レベルの流れが通路を通り得るように構成され、所望に応じて残りの流れを代替経路に向ける。本明細書においては、これらのプラグを「パーシャルプラグ」と呼ぶ。プラットフォーム冷却通路の断面流面積の部分的縮小は、少なくとも２つの理由からなされ得ることが理解されよう。第１に、この断面積は、ある特定の冷却通路を通る冷媒流を衝突させるために、狭めることができる。当業者には理解されるであろうが、これは、冷媒流がターゲット表面に当たる際の速度を上昇させるなど、所望の冷媒衝突特性を有する冷媒を結果的にもたらし得る。一般的には、衝突流が、ターゲット表面に対して向けられると、結果的に得られる高速流の冷媒の冷却効果は、向上することが理解されよう。
【００３０】
第２に、冷却通路を完全に塞ぐプラグ１４６、１４８に関連して上述したのとほぼ同一の様式で、冷媒の調量または所望の分配量がプラットフォーム１１０を介して実現されるように、通路の断面流面積を狭めることができる。例えば、図８の例示的な実施形態を参照すると、エーロフォイルマニホルド１３２により複数の冷却孔１４０中にわたって冷媒を分配するために、高圧コネクタ１３８の断面積（これは、既述のように、好ましい実施形態においては、冷却孔１４０の断面積よりも概して大きい）を狭めることが必要となる場合がある。図８は、この構成を反映しており、中間チャネルプラグ１４８は、自体の中心を貫通して形成されるチャネルを備えることが理解されよう。高圧コネクタ１３８が、流面積を縮小されない場合には、過剰量の冷媒が、高圧コネクタ１３８を通りエーロフォイルマニホルド１３２からスラッシュ面マニホルド１３３まで流れることとなり、エーロフォイルマニホルド１３２およびスラッシュ面マニホルド１３３をやはり連結する冷却孔１４０に供給可能な冷媒の供給量が、制限されることとなる。したがって、高圧コネクタ１３８は、結果的に得られる流面積（すなわち中間チャネルプラグ１４８を貫通して形成されるチャネルの流面積）が所望の調量特性に合致するように塞がれてもよい。既述のように、「所望の調量特性」は、プラットフォーム冷却通路および複数のプラットフォーム出口を通る冷媒の所望の分配量を指す。他の設計も可能であるが、プラグ１４６、１４８は、プラグ１４６、１４８の中心付近に形成されるチャネルが所望の断面流面積に合致する、「ドーナツ」形状を有し得る。プラグ１４６、１４８は、従来的な材料から作製されてもよく、従来的な方法（すなわち溶接、ろう付け、等々）を利用して設置してもよい。スラッシュ面プラグ１４６の場合には、設置された場合には、プラグ１４６の外方面が、スラッシュ面１２２、１２６の表面と同一平面に位置してもよい。
【００３１】
再び図７を参照すると、複数の流れを示す矢印が示され、これらは、冷却通路の全断面流面積を塞ぐプラグ１４６、１４８が使用された場合に結果的に得ることのできる例示的な１つの流れパターンを反映している。したがって、冷媒は、高圧コネクタ１３８を介して内部冷却通路１１６からエーロフォイルマニホルド１３２まで流れることができる。そこから、冷媒は、複数の冷却孔１４０内に送られ、冷却孔１４０を進み、スラッシュ面マニホルド１３３内に進入することができる。スラッシュ面マニホルド１３３から、冷媒は、低圧コネクタ１３９を経由して進み、内部冷却通路１１６に再度進入することができる。図示するように、冷媒は、中間チャネルプラグ１４０により高圧コネクタ１３８を通り進むのを阻止されて、代わりに冷媒は冷却孔１４０に配向される。また、冷媒は、複数のスラッシュ面プラグ１４６を貫通して放出されない。
【００３２】
代替としては、次に図８を参照すると、複数の流れを示す矢印が示され、これらは、冷却通路の断面流面積を部分的に塞ぐプラグ１４６、１４８が使用された場合に結果的に得ることのできる例示的な１つの流れパターンを反映している。したがって、冷媒は、高圧コネクタ１３８を介して内部冷却通路１１６からエーロフォイルマニホルド１３２まで流れることができる。そこから、冷媒の殆どが、複数の冷却孔１４０内に送られ、冷却孔１４０を進み、スラッシュ面マニホルド１３３内に進入することができる。残量の冷媒は、高圧コネクタ１３８中に位置する中間チャネルプラグ１４８内に形成されたチャネルを通り流れ、次いでスラッシュ面マニホルド１３３内に流れることができる。スラッシュ面マニホルド１３３から、冷媒の幾分かが、低圧コネクタ１３９を経由して進み、内部冷却通路１１６に再度進入することができるが、残量の冷媒は、圧力側スラッシュ面１２６に沿って位置決めされたスラッシュ面プラグ１４６を貫通して形成される開口またはチャネルを通り押し出される。スラッシュ面プラグ１４６は、外に出されるこの冷媒流を衝突させて、作動時にこの冷媒流が付近のブレードのスラッシュ面を冷却するように構成されてもよい。フルプラグ１４６、１４８およびパーシャルプラグ１４６、１４８は、必要に応じて同一の実施形態内において使用し得ることが理解されよう。
【００３３】
図９に図示するように、代替の一実施形態においては、高圧コネクタ１３８は、負圧側スラッシュ面１２２からエーロフォイルマニホルド１３２との接合部まで直線状に延在するように、負圧側スラッシュ面１２２から形成されてもよい。この場合に、高圧コネクタ１３８の線形経路は、高圧コネクタ１３８が、エーロフォイルマニホルド１３２と接合される手前で内部冷却通路１１６の高圧冷媒領域と交差するように、予め決定されてもよい。用途に応じて、負圧側スラッシュ面１２２上に形成される出口は、図示するように完全に、または部分的に塞がれてもよい。この場合には、高圧コネクタ１３８は、スラッシュ面マニホルド１３３まで貫通して延在するのではなく、エーロフォイルマニホルド１３２にて終端するように構成されてもよいことが理解されよう。その代わりに、図９に図示するように、エーロフォイルマニホルド１３２とスラッシュ面マニホルド１３３との間に高圧コネクタ１３８が延在しないことにより、より多数の冷却孔１４０を設置し得ることが理解されよう。
【００３４】
本発明による設計は、強化または最適化された流れパターンを実現し得るように実装／調整し得ることが理解されよう。より詳細には、プラグ１４６、１４８は、流れパターンがプラットフォーム１１０に対する変化するまたは予期しない熱負荷に対応するように修正されてもよい。本発明は、注型後プロセスにより実装し得るため、冷却孔１４０の断面流面積の拡張などの他の態様を、他の所望の基準を満たすように調整することができるため好都合である。
【００３５】
例示的な１つの作動モードにおいては、冷媒は、エーロフォイル１０２の前縁１０７の付近の位置にて内部冷却通路１１６に進入し、冷媒が後方に蛇行するにつれて冷却通路１１６を通りラジアル方向に外方／内方に交互に流れてもよい。高圧コネクタ１３８は、冷却通路１１６の上流（および高圧）部分が、付近のエーロフォイルマニホルド１３２に連結されるように構成されてもよい。次いで、エーロフォイルマニホルド１３２から、冷媒は、複数の冷却孔１４０を通りスラッシュ面マニホルド１３３まで送られ得る。次いで、低圧コネクタ１３９は、スラッシュ面マニホルド１３３内に集まる冷媒のための出口と、冷却通路１１６の下流（および低圧）部分への帰路とを与える。いくつかの例示的な実施形態においては、低圧コネクタ１３９は、高圧コネクタ１３８により内部冷却通路１１６から得られた実質的に全ての冷媒を戻す。これにより、全ての冷媒が、タービンブレード１００の他のエリアのさらなる冷却において、または他の下流での適用において使用し得る。他の例示的な実施形態においては、冷媒の一部分が、冷却孔１４０により圧力側スラッシュ面１２６に沿って作製された開口、高圧コネクタ１３８、および／または低圧コネクタ１３９を介して消費され、冷媒の残りの部分は、さらなる使用のために、低圧コネクタ１３９を介して内部冷却通路１１６に戻る。
【００３６】
冷却孔１４０は、圧力側スラッシュ面１２６から機械加工プロセスにより形成し得ることが理解されよう。先述のように、冷却孔１４０は、それぞれが２つのマニホルド１３２、１３３に交差するように所定の経路に沿って機械加工されてもよい。そのため、冷却孔１４０は、圧力側スラッシュ面１２６からスラッシュ面マニホルド１３３との接合部まで延在し、次いでスラッシュ面マニホルド１３３の反対側からエーロフォイルマニホルド１３２との連結部まで続いてもよい。冷却孔１４０は、直線状のものとして図示される。代替的には、冷却孔は、湾曲状であってもよい。湾曲状経路を有することにより、冷却孔１４０の対応範囲が向上する場合がある。しかし、直線状経路は、従来的な見通し線機械加工／穴あけプロセスを利用し得る点において、形成する際の費用対効果が比較的高いものとなり得る。機械加工方法は、湾曲状冷却孔１４０を機械加工するためにも利用し得る。
【００３７】
本発明は、費用対効果が高く効率的な態様において上記の説明によるロータブレードのプラットフォーム領域内に内部冷却チャネルを形成する新規の方法をさらに含む。図１０の流れ図２００を参照すると、初めのステップ２０２として、下面チャネル１３４が、プラットフォーム１１０の圧力側の下面側の中に形成されてもよい。チャネル１３４は、従来的な機械加工プロセスにより効率的に形成することができる。代替的な一実施形態においては、チャネル１３４が比較的複雑でない形状を有することにより、チャネル１３４は、従来的な注型プロセスを利用して形成され得るため費用対効果が高くなり得ることが理解されよう。いずれの場合においても、比較的複雑な設計を形成するために利用しなければならない高額な注型プロセスを回避することができる。
【００３８】
チャネル１３４が形成されると、ステップ２０４にて、マニホルドプレート１３５が、各チャネル１３４を密閉するために使用されてもよい。これは、プラットフォーム下面１１４に各マニホルドプレート１３５を固定する従来的な接合作業（ろう付け、溶接）によりマニホルドプレート１３５を装着することによってなされてもよい。代替的には、両チャネルを覆う単一のプレートを使用してもよい。
【００３９】
ステップ２０６では、高圧コネクタ１３８および低圧コネクタ１３９が機械加工されてもよい。高圧コネクタ１３８および低圧コネクタ１３９は、既述のように従来的な見通し線穿孔プロセスにより機械加工されてもよい。高圧コネクタ１３８は、各スラッシュ面１２２、１２６から延在し、エーロフォイルマニホルド１３２に内部冷却通路１１６の高圧冷媒領域を連結するように構成されてもよい。低圧コネクタ１３９は、圧力側スラッシュ面１２６から延在し、内部冷却通路１１６内の低圧冷媒領域にスラッシュ面マニホルド１３３を連結するように構成されてもよい。
【００４０】
ステップ２０８では、冷却孔１４０が機械加工されてもよい。冷却孔１４０は、従来的な見通し線穿孔プロセスにより機械加工されてもよい。既述のように、冷却孔１４０は、圧力側スラッシュ面１２６から延在し、スラッシュ面マニホルド１３３にエーロフォイルマニホルド１３２を連結するように構成されてもよい。
【００４１】
別途、必要に応じて、プラグ１４６、１４８が、ステップ２１０にて製造されてもよい。上記で論じたように、プラグ１４６、１４８は、複数の異なる構成を有してもよく、いずれの場合においても設置時に出口またはプラットフォーム冷却通路の断面流面積を狭めるかまたは完全に塞ぐように構成されてもよい。プラグ１４６、１４８は、従来的な方法および材料を使用して製造されてもよい。プラグは、冷却孔１４０を含む任意の経路内において使用されてもよい。
【００４２】
最後に、ステップ２１２にて、プラグ１４６、１４８が設置されてもよい。これは、溶接、ろう付け、または機械的装着などの従来的な方法を利用して行なわれてもよい。
【００４３】
作動時に、本発明は、費用対効果の高い従来的な技術を利用して複雑かつ効果的な冷却構成を効率的に形成することにより、燃焼タービンロータブレードのプラットフォーム領域を能動的に冷却するための機構を実現する。既述のように、この領域は、冷却が典型的には困難であり、機械的負荷に耐えなければならないことから、特に燃焼温度が上昇する際には高応力領域に相当する。したがって、このタイプの能動プラットフォーム冷却は、比較的高い燃焼温度、出力の上昇、および比較的高い効率が求められることから、非常に有用な技術である。さらに、プラットフォーム冷却チャネルの形成時に注型後プロセスを利用することにより、プラットフォーム冷却構成の再設計、再構成、または追加的改造の自由度が比較的高くなることが理解されよう。本発明は、複雑な幾何学的形状および効果的なプラットフォーム対応範囲を有するプラットフォーム冷却チャネルの簡略化された／費用対効果の高い形成を教示する。以前は、複雑な幾何学的形状は、非常に費用のかかるインベストメント注型プロセスまたは同様のものが不可欠なものあったが、本出願は、機械加工プロセスおよび／または簡略化された注型プロセスにより複雑な設計を有する冷却チャネルを形成し得る方法を教示する。最後に、本出願は、プラットフォーム自体から高温ガス経路内に直接的には通気しない内部チャネルを使用してプラットフォームを冷却し得る方法を教示する。既述のように、この冷媒の「再利用」は、概してその利用効率を高め、これによりエンジンの効率が上昇する。
【００４４】
当業者には理解されるであろうが、複数の例示的な実施形態に関連して上述した多数の様々な特徴および構成は、本発明の他の可能な実施形態を形成するためにさらに選択的に適用されてもよい。簡略化のため、および当業者の能力を考慮して、説明の繰り返しとなり得るものは全て、示さず、または詳細には論じないが、以下の複数の請求項または他により包含されるあらゆる組合せおよび可能な実施形態は、本出願の一部であるものとして意図される。さらに、本発明の複数の例示的な実施形態の上述の説明より、当業者は、改良形態、変形形態、および修正形態に気付くであろう。当技術の範囲内のかかる改良形態、変形形態、および修正形態もまた、添付の特許請求の範囲に含まれるように意図される。さらに、前述の内容は、本出願の既述の実施形態のみに関し、以下の特許請求の範囲およびその均等物により規定されるような本出願の趣旨および範囲から逸脱することなく無数の変形および修正をここになし得ることが、明らかである。
【符号の説明】
【００４５】
１００  タービンロータブレード
１０２  エーロフォイル
１０４  ルート
１０５  負圧面
１０６  圧力面
１０７  前縁
１０８  後縁
１０９  蟻ほぞ部
１１０  プラットフォーム
１１２  シャンク
１１３  プラットフォーム上面
１１４  プラットフォーム下面
１１６  内部冷却通路
１１７  入口
１１８  出口
１１９  空洞部
１２０  プラットフォーム冷却チャネル
１２１  後方縁部
１２２  負圧側縁部またはスラッシュ面
１２４  前方縁部
１２６  圧力側縁部またはスラッシュ面
１２８  プラットフォームの圧力側
１３０  プラットフォーム冷却構成
１３２  エーロフォイルマニホルド
１３３  スラッシュ面マニホルド
１３４  下面チャネル
１３５  マニホルドプレート
１３８  高圧コネクタ
１３９  低圧コネクタ
１４０  冷却孔
１４６  スラッシュ面プラグ
１４８  中間チャネルプラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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