(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼形部（１０２）と根元（１０４）との境界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）におけるプラットフォーム冷却装置であって、前記ロータブレード（１００）が、前記根元における冷却媒体源との接続部から前記プラットフォームの少なくともほぼ半径方向高さまで延在するその中に形成された内部冷却通路（１１６）を備えていて、作動中に前記内部冷却通路（１１６）が高圧冷却媒体領域と低圧冷却媒体領域とを含んでいて、前記プラットフォーム（１１０）の正圧側面が前記翼形部の正圧側面（１０６）と一致した側面に沿って前記翼形部から正圧側スラッシュ面（１２６）まで円周方向に延在する上側面（１１３）を備え、前記プラットフォームの負圧側面が前記翼形部の負圧側面（１０５）と一致した側面に沿って前記翼形部から負圧側スラッシュ面（１２２）まで円周方向に延在する上側面（１１３）を備えており、当該プラットフォーム冷却装置が、
前記プラットフォーム（１１０）の正圧側面及び負圧側面のうちの少なくとも一方内に形成され、内側床部（１３５）と外側天井部（１３４）とを含むプラットフォームキャビティ（１３３）と、
前記プラットフォームキャビティ（１３３）を前記内部冷却通路（１１６）の高圧冷却媒体領域に接続する高圧コネクタ（１４８）と、
前記プラットフォームキャビティ（１３３）を前記内部冷却通路（１１６）の低圧冷却媒体領域に接続する低圧コネクタ（１４９）と、
前記プラットフォームキャビティ（１３３）内に形成され、前記プラットフォームキャビティの床部（１３５）と天井部（１３４）との間にほぼ半径方向に延在する複数のピン（１５１）を含むピン群と
を含んでおり、前記ピン（１５１）が非一体形のピンを含み、その各々が前記プラットフォームの下側面（１１４）を貫通して形成されたピン開口（１５２）を通して挿入される、プラットフォーム冷却装置。
【請求項２】
前記プラットフォームキャビティ（１３３）が前記プラットフォーム（１１０）の正圧側面に存在し、前記プラットフォームキャビティが、前記床部（１３５）と前記天井部（１３４）との間にほぼ一定の半径方向間隔を有する平面構成を含み、前記プラットフォーム上側面（１１３）が平面であり、前記プラットフォームキャビティ（１３３）の天井部（１３４）が前記プラットフォームの上側面（１１３）に近接して存在し且つ該上側面にほぼ平行である、請求項１記載のプラットフォーム冷却装置。
【請求項３】
前記高圧コネクタ（１４８）が、前記プラットフォーム（１１０）を通って前記負圧側スラッシュ面（１２２）上の位置から前記プラットフォームキャビティ（１３３）との接続部まで直線経路に沿って延在し、これらの間で前記内部冷却流路の高圧冷却媒体領域を分岐させ、前記低圧コネクタ（１４９）が、前記負圧側スラッシュ面（１２２）上の位置から前記プラットフォームキャビティ（１３３）との接続部まで直線経路に沿って延在し、これらの間で前記内部冷却流路の低圧冷却媒体領域を分岐させる、請求項２記載のプラットフォーム冷却装置。
【請求項４】
前記高圧コネクタ（１４８）が前記負圧側スラッシュ面（１２２）に位置付けられた非一体形のプラグ（１５５）を含み、前記低圧コネクタ（１４９）が前記負圧側スラッシュ面（１２２）に位置付けられた非一体形のプラグ（１５５）を含み、前記高圧コネクタ（１４８）及び前記低圧コネクタ（１４９）用の非一体形のプラグは、前記冷却媒体が前記負圧側スラッシュ面（１２２）を通って前記タービンブレードから流出するのを所望の方式で各々が制限するように構成される、請求項３記載のプラットフォーム冷却装置。
【請求項５】
前記プラットフォーム（１１０）が、前記平面上側面（１１３）にほぼ平行な平面下側面を含み、前記内部冷却通路（１１６）が蛇行通路を含み、前記内部冷却通路（１１６）の高圧冷却媒体領域が前記蛇行通路の上流側領域を備え、前記低圧冷却媒体領域が前記蛇行通路の下流側領域を備える、請求項２記載のプラットフォーム冷却装置。
【請求項６】
前記高圧コネクタ（１４８）が前記プラットフォームキャビティ（１３３）に接続される位置は、前記プラットフォームキャビティ（１３３）の少なくとも有意な部分にわたって前記低圧コネクタ（１４９）が前記プラットフォームキャビティ（１３３）に接続される位置と対向する、請求項２記載のプラットフォーム冷却装置。
【請求項７】
前記プラットフォームキャビティ（１３３）が外壁（１３６）及び内壁（１３７）を含み、前記外壁（１３６）が直線形状を備え且つ前記正圧側スラッシュ面（１２６）にほぼ平行で離間した関係で存在し、前記内壁（１３７）が湾曲形状を備え且つ前記外壁（１３６）の前方端部（１３８）から後方端部（１３９）まで広がる円弧を形成する、請求項２記載のプラットフォーム冷却装置。
【請求項８】
前記内壁（１３７）の円弧の輪郭が、前記翼形部の正圧側面の輪郭の形状及び概略位置と一致し、ここで前記翼形部の正圧側面は前記プラットフォーム（１１０）を横断しており、前記外壁（１３６）の前方端部（１３８）が前記翼形部の前縁（１０７）付近に軸方向の位置を含み、前記外壁（１３６）の後方端部（１３９）が前記翼形部の後縁（１０８）付近に軸方向の位置を含む、請求項７記載のプラットフォーム冷却装置。
【請求項９】
複数のスラッシュ面出口が前記正圧側スラッシュ面（１２６）及び前記負圧側スラッシュ面（１２２）の少なくとも一方を通る前記プラットフォームキャビティ（１３３）からの出口を形成し、複数の上側面出口が前記プラットフォーム（１１０）の上側面（１１３）を通る前記プラットフォームキャビティ（１３３）からの出口を形成し、前記スラッシュ面出口が所定の断面流れ面積を有するように構成され、前記所定の断面流れ面積が所望の冷却媒体インピンジメント特性及び所望の冷却媒体調量特性のうちの少なくとも一方に対応し、前記上側面出口が所定の断面流れ面積を有するように構成され、該所定の断面流れ面積が所望の冷却媒体調量特性に対応する、請求項７記載のプラットフォーム冷却装置。
【請求項１０】
前記非一体形のピンが、所定長を有するピン構造体と、所定幅を有するピンベース（１５３）とを備え、前記所定幅は、前記非一体形のピンが前記ピン開口（１５２）内に挿入されたときに前記ピンベース（１５３）が停止部を形成するように前記ピン開口（１５２）よりも幅広になっており、前記所定長は、前記ピンベース（１５３）が前記プラットフォーム（１１０）の下側面と接触したときに前記ピンの先端が前記プラットフォームの天井部（１３４）に近接して存在する長さを含む、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載のプラットフォーム冷却装置。
【請求項１１】
前記高圧コネクタ（１４８）が、前記プラットフォーム（１１０）を通って前記正圧側スラッシュ面（１２６）上の位置から前記内部冷却流路の高圧冷却媒体領域との接続部まで直線経路に沿って延在し、これらの間で前記プラットフォームキャビティ（１３３）を分岐し、前記低圧コネクタ（１４９）が、前記正圧側スラッシュ面（１２６）上の位置から前記内部冷却流路の低圧冷却媒体領域との接続部まで直線経路に沿って延在し、これらの間で前記プラットフォームキャビティ（１３３）を分岐させる、請求項２記載のプラットフォーム冷却装置。
【請求項１２】
前記高圧コネクタ（１４８）が低減された断面流れ面積を含むコネクタ出口（１５８）を前記正圧側スラッシュ面（１２６）上に備え、前記低圧コネクタ（１４９）が低減された断面流れ面積を含むコネクタ出口（１５８）を前記正圧側スラッシュ面（１２６）上に備え、前記低減された断面流れ面積が、前記コネクタ出口（１５８）が提供する前記高圧コネクタ（１４８）又は低圧コネクタ（１４９）を通る断面流れ面積よりも小さい断面流れ面積を含み、前記低減された断面流れ面積の前記コネクタ出口（１５８）の各々が、所望の冷却媒体インピンジメント特性及び所望の冷却媒体調量特性のうちの少なくとも一方に対応する所定の断面流れ面積を備える、請求項１１記載のプラットフォーム冷却装置。
【請求項１３】
前記プラットフォーム（１１０）の正圧側面が、少なくとも２つの実質的に別個のプラットフォームキャビティ（１３３）を備え、前記各プラットフォームキャビティ（１３３）が、高圧コネクタ（１４８）及び低圧コネクタ（１４９）とピン群とを有する、請求項２記載のプラットフォーム冷却装置。
【請求項１４】
前記プラットフォームキャビティ（１３３）が、前記キャビティ間に狭いコネクタを形成する少なくとも１つのキャビティコネクタを備える、請求項１３記載のプラットフォーム冷却装置。
【請求項１５】
前記プラットフォームキャビティ（１３３）が、前記外壁（１３６）からオフセットし且つほぼ平行なインピンジメント壁（１６０）を備え、該インピンジメント壁（１６０）が、前記高圧コネクタ（１４８）が前記プラットフォームキャビティ（１３３）に接続される位置を含む上流側キャビティと、前記低圧コネクタ（１４９）が前記プラットフォームキャビティ（１３３）に接続される位置を含む下流側キャビティとに前記プラットフォームキャビティ（１３３）を実質的に分割する壁を備え、前記インピンジメント壁（１６０）が、前記上流側キャビティから前記下流側キャビティに移動する冷却媒体の流れを衝突させて、前記外壁（１３６）に対して前記衝突した冷却媒体の流れを配向するよう構成された複数のインピンジメント開口（１６３）を含む、請求項７記載のプラットフォーム冷却装置。
【請求項１６】
前記インピンジメント壁（１６０）が少なくとも１つの非一体形のインピンジメント壁インサートを備え、該非一体形のインピンジメント壁インサートが、貫通して形成される複数のインピンジメント開口（１６３）を有し、前記プラットフォーム（１１０）の下側面を貫通して形成されるスロットを通して所定距離だけ挿入する壁インサートを備える、請求項１５記載のプラットフォーム冷却装置。
【請求項１７】
前記非一体形のインピンジメント壁インサートが所定長を有する壁構造体と所定幅を有する壁ベースとを備え、前記所定幅は、前記壁ベースが停止部を形成するように前記下側面挿入スロットよりも幅広であり、前記所定長は、前記ベースが前記プラットフォーム（１１０）の下側面と接触することによって挿入が停止するように前記非一体形のインピンジメント壁インサートが挿入された時点で、前記壁構造体の縁部が前記プラットフォームキャビティ（１３３）の天井部（１３４）に近接して位置する長さを備える、請求項１６記載のプラットフォーム冷却装置。
【請求項１８】
前記プラットフォームキャビティ（１３３）が前記高圧コネクタ（１４８）の正面に位置付けられた分流器を備え、該分流器は、前記冷却媒体が前記プラットフォームキャビティ（１３３）に流入したときに前記冷却媒体の流れを分割するよう構成される、請求項２記載のプラットフォーム冷却装置。
【請求項１９】
翼形部と根元との境界にプラットフォーム（１１０）を有し且つ前記根元における冷却媒体源との接続部から前記プラットフォーム（１１０）の少なくともほぼ半径方向高さまで延在するその中に形成された内部冷却通路（１１６）を備え、作動中に前記内部冷却通路（１１６）が高圧冷却媒体領域及び低圧冷却媒体領域を備え、前記プラットフォーム（１１０）の正圧側面が前記翼形部の正圧側面と一致した側面に沿って前記翼形部から正圧側スラッシュ面（１２６）まで円周方向に延在する上側面（１１３）を備えるタービンロータブレードにおけるプラットフォーム冷却装置を生成する方法であって、
実質的に平面の外側天井部（１３４）と対向する実質的に平面の内側床部（１３５）を含むプラットフォームキャビティ（１３３）を前記プラットフォーム（１１０）の正圧側面内に形成するステップと、
前記正圧側スラッシュ面（１２６）又は前記負圧側スラッシュ面（１２２）上の位置から、前記内部冷却通路（１１６）の高圧冷却媒体領域に前記プラットフォームキャビティ（１３３）を接続する高圧コネクタ（１４８）を機械加工するステップと、
前記正圧側スラッシュ面（１２６）又は前記負圧側スラッシュ面（１２２）上の位置から、前記内部冷却通路（１１６）の低圧冷却媒体領域に前記プラットフォームキャビティ（１３３）を接続する低圧コネクタ（１４９）を機械加工するステップと、
前記プラットフォームキャビティ（１３３）の床部（１３５）と天井部（１３４）との間に半径方向に延在する複数の離間したピンを含むピン群を前記プラットフォームキャビティ（１３３）内に形成するステップと
を含んでおり、前記プラットフォームキャビティ（１３３）内にピン群を形成するステップが、
前記プラットフォーム（１１０）の下側面上の所定位置に複数のピン開口（１５２）を機械加工するステップと、
所望の方式で前記ピン開口（１５２）を通って前記プラットフォームキャビティ（１３３）内に挿入されるように複数のピンを形成するステップと、
前記ピン開口（１５２）を通って前記プラットフォームキャビティ（１３３）内に前記ピンを固定設置するステップと
を含んでおり、前記設置されたピンが、設置時に前記各ピンの端部が前記プラットフォームキャビティ（１３３）の天井部（１３４）に近接して存在するような所定長を備える、方法。
【請求項２０】
前記プラットフォーム（１１０）の上側面（１１３）及び前記前記プラットフォーム（１１０）の下側面が各々平面で且つほぼ平行であり、前記プラットフォームキャビティ（１３３）が、前記床部（１３５）と前記天井部（１３４）との間にほぼ一定の半径方向間隔を有する平面構成を含み、前記キャビティの天井部（１３４）が前記プラットフォームの上側面（１１３）に近接して存在し且つ該上側面にほぼ平行であり、前記高圧コネクタ（１４８）が前記プラットフォームキャビティ（１３３）に接続される位置は、前記プラットフォームキャビティ（１３３）の少なくとも有意な部分にわたって前記低圧コネクタ（１４９）が前記プラットフォームキャビティ（１３３）に接続される位置と対向し、前記内部冷却通路（１１６）が蛇行通路を含み、前記内部冷却通路（１１６）の高圧冷却媒体領域が前記蛇行通路の上流側領域を備え、前記低圧冷却媒体領域が前記蛇行通路の下流側領域を備える、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記高圧コネクタ（１４８）が、前記プラットフォーム（１１０）を通って前記負圧側スラッシュ面（１２２）上の位置から前記プラットフォームキャビティ（１３３）との接続部まで直線経路に沿って延在し、これらの間で前記内部冷却流路の高圧冷却媒体領域を分岐させ、前記低圧コネクタ（１４９）が、前記負圧側スラッシュ面（１２２）上の位置から前記プラットフォームキャビティ（１３３）との接続部まで直線経路に沿って延在し、これらの間で前記内部冷却流路の低圧冷却媒体領域を分岐させる、請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
所定構成のプラグ（１５５）を製作するステップと、
前記製作されたプラグ（１５５）を用いて、前記低圧コネクタ（１４９）及び前記高圧コネクタ（１４８）の機械加工によって形成されるコネクタ出口（１５８）の各々を塞ぐステップと
をさらに含んでおり、前記プラグ（１５５）の所定構成により前記コネクタ出口（１５８）からの断面流れ面積が低減され、所望の冷却媒体インピンジメント特性及び所望の冷却媒体調量特性のうちの少なくとも一方が得られるようにする、請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
前記プラットフォームキャビティ（１３３）が外壁（１３６）と内壁（１３７）とを含むように形成され、該外壁（１３６）が、前記正圧側スラッシュ面（１２６）にほぼ平行で離間した関係で存在し、前記内壁（１３７）が前記外壁（１３６）の前方端部（１３８）から後方端部（１３９）まで広がる円弧を形成し、前記内壁（１３７）の円弧の輪郭が、前記翼形部の正圧側面の輪郭の形状及び概略位置と一致し、ここで前記翼形部の正圧側面は前記プラットフォーム（１１０）を横断しており、前記外壁（１３６）の前方端部（１３８）が前記翼形部の前縁（１０７）付近に軸方向の位置を含み、前記外壁（１３６）の後方端部（１３９）が前記翼形部の後縁（１０８）付近に軸方向の位置を含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記プラットフォーム（１１０）から前記上側面（１１３）、前記正圧側スラッシュ面（１２６）、及び前記負圧側スラッシュ面（１２２）のうちの１つまで延在する狭い出口を各々が備える複数の冷却開口を機械加工するステップをさらに含み、前記冷却開口が、所望の冷却媒体インピンジメント特性及び所望の冷却媒体調量特性のうちの少なくとも一方に対応する所定の断面流れ面積を有するように構成される、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、総括的には、本明細書で使用する場合には且つ特にそうでないことを記載していない限り、発電及び航空機エンジンで使用するものの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、それに限定されないが、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。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは一般的に、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的に、多段として軸方向に積重ねられた翼形部又はブレードの列を含む。各段は一般的に、固定された円周方向に間隔を置いて配置されたステータブレードの列と、中心軸線又はシャフトの周りで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。作動中に圧縮機内のロータブレードは、シャフトの周りで回転して空気の流れを加圧する。加圧した空気は次に、燃焼器内で使用されて供給燃料を燃焼させる。燃焼過程により生じた高温ガスの流れは、タービンを通って膨張し且つロータブレードがそれらブレードを取り付けたシャフトを回転させる。このようにして、燃料内に含有されたエネルギーが、回転シャフトの機械的エネルギーに変換され、この回転シャフトの機械エネルギーは、例えば、発電機のコイルを回転させて発電するのに使用することができる。
【０００３】
図１及び図２を参照すると、タービンロータブレード１００は一般的に、翼形部分又は翼形部１０２及び根元部分又は根元１０４を含む。翼形部１０２は、凸面形負圧面１０５及び凹面形正圧面１０６を有するものとして記述することができる。翼形部１０２はさらに、前方端縁部である前縁１０７及び後方端縁部である後縁１０８を有するものとして記述することができる。根元１０４は、ブレード１００をロータシャフトに固定するための構造体（図示するように、一般的にはダブテール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の間の構造体を含むシャンク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、ほぼ平面とすることができる。より具体的には、プラットフォーム１１０は、平面上側面１１３を有することができ、この平面上側面１１３は、図１に示すように軸方向及び円周方向に延在する平坦面を備えることができる。図２に示すように、プラットフォーム１１０は、平面下側面１１４を有することができ、この平面下側面１１４もまた、軸方向及び円周方向に延在する平坦面を備えることができる。プラットフォーム１１０の上側面１１３及び底側面（下側面）１１４は、その各々が他方に対してほぼ平行になるように形成することができる。図示するように、プラットフォーム１１０は一般的に薄い半径方向輪郭を有し、つまり該プラットフォーム１１０の上側面１１３と底側面１１４の間に比較的短い半径方向距離が存在することは当業者には理解されるであろう。
【０００５】
一般的にプラットフォーム１１０は、タービンブレード１００上で使用してガスタービ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はさらに、翼形部１０２に対して構造的支持を与える。作動中に、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負荷作用を誘起し、該高応力領域は、高温と相まって最終的に酸化、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の温度への露出、及び回転ブレードに関連する機械的負荷作用は、良好に作動すると共に製造上の費用効果があり、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。
【０００６】
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で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一部の設計課題を提示する。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部品であり且つ一般的に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、この領域の厄介な幾何形状に起因している。
【０００７】
冷却媒体を循環させるために、ロータブレード１００は一般的に、最低でも根元１０４及び翼形部１０２を貫通することを含むブレード１００のコア部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、図５、及び図９を参照）を含む。以下により詳細に説明するように、熱交換を増大させるために、そのような冷却通路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、その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を介して中心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。多くのケースでは、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、その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一般的に、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一般的に、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。
【０００８】
幾つかのケースでは、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とプラットフォーム１１０の間に形成されたキャビティ１１９内に導くことができる。そこから、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、その従来型の設計を図３に表している。このタイプの設計は一般的に、冷却通路１１６の１つから空気を取り出し且つその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流路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。
【０００９】
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固有のリスクである。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以下に低下した場合には、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、これらの部品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い場合には、これら部品が損傷を受けることになる。
【００１０】
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。このケースでは、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１００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流路１２０（すなわち、「プラットフォーム冷却流路１２０」）を通して後方に導かれる。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流路１２０を通って流れ、且つプラットフォーム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」と呼ぶことができ、また隣り合うロータブレード１００を据え付けると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内には依然として非冷却状態のままになったデッド区域が存在する。第３に、複雑に形成したプラットフォーム冷却流路１２０によって良好なカバレッジ範囲を得るために、特に冷却流路が形成するのに鋳造プロセスを必要とする形状を有する場合には、製造コストが劇的に増加する。第４に、これらの従来型の設計は一般的に、使用後であって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、流路１２０は、プラットフォーム１１０の一体形部分として形成され且つ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が殆ど又は全く可能でない。加えて、これらのタイプの従来型の設計は、補修又は改造するのが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第７４１６３９１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
その結果、従来型のプラットフォーム冷却設計は、１以上の重要な区域に欠点がある。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、適用に自由度があり且つ耐久性がある改良型の装置、システム及び方法に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
従って、本出願は、翼形部と根元との接合部にプラットフォームを有し且つ根元における冷却媒体源との接続部からプラットフォームの少なくともほぼ半径方向高さまで延在するその中に形成された内部冷却通路を備え、作動中に内部冷却通路が高圧冷却媒体領域及び低圧冷却媒体領域を備え、プラットフォームの正圧側面が翼形部の正圧側面と一致した側面に沿って翼形部から正圧側スラッシュ面まで円周方向に延在する上側面を備え、プラットフォームの負圧側面が翼形部の負圧側面と一致した側面に沿って翼形部から負圧側スラッシュ面まで円周方向に延在する上側面を備える、タービンロータブレードにおけるプラットフォーム冷却装置を記載する。プラットフォーム冷却装置は、プラットフォームの正圧側面及び負圧側面のうちの少なくとも一方内に形成され、内寄り床部と外寄り天井部とを含むプラットフォームキャビティと、プラットフォームキャビティを内部冷却通路の高圧冷却媒体領域に接続する高圧コネクタと、プラットフォームキャビティを内部冷却通路の低圧冷却媒体領域に接続する低圧コネクタと、プラットフォームキャビティ内に形成され、プラットフォームキャビティの床部と天井部との間にほぼ半径方向に延在する複数のピンを含むピン群とを含むことができる。
【００１４】
本出願はさらに、翼形部と根元との接合部にプラットフォームを有し且つ根元における冷却媒体源との接続部からプラットフォームの少なくともほぼ半径方向高さまで延在するその中に形成された内部冷却通路を備え、作動中に内部冷却通路が高圧冷却媒体領域及び低圧冷却媒体領域を備え、プラットフォームの正圧側面が翼形部の正圧側面と一致した側面に沿って翼形部から正圧側スラッシュ面まで円周方向に延在する上側面を備え、プラットフォームの負圧側面が翼形部の負圧側面と一致した側面に沿って翼形部から負圧側スラッシュ面まで円周方向に延在する上側面を備える、タービンロータブレードにおけるプラットフォーム冷却装置を生成する方法を記載している。本方法は、外寄りの実質的に平面の天井部と対向する内寄りの実質的に平面の床部を含むプラットフォームキャビティをプラットフォームの正圧側面内に形成するステップと、正圧側スラッシュ面又は負圧側スラッシュ面上の位置から、内部冷却通路の高圧冷却媒体領域にプラットフォームキャビティを接続する高圧コネクタを機械加工するステップと、正圧側スラッシュ面又は負圧側スラッシュ面上の位置から、内部冷却通路の低圧冷却媒体領域にプラットフォームキャビティを接続する低圧コネクタを機械加工するステップと、プラットフォームキャビティの床部から天井部の間に半径方向に延在する複数の離間したピンを含むピン群をプラットフォームキャビティ内に形成するステップとを含む
本出願のこれらの及びその他の特徴は、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。
【００１５】
本発明のこれらの及びその他の特徴は、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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】従来型の設計による内部冷却流路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。
【図５】別の従来型の設計による内部冷却流路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。
【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の部分断面上面図。
【図７】本発明の一実施形態によるピン構成の側面図。
【図８】本発明の代替の実施形態によるプラットフォーム冷却構成の部分断面上面図。
【図９】本発明の代替の実施形態によるプラットフォーム冷却構成の部分断面上面図。
【図１０】本発明の一実施形態によるインピンジメントインサートの側面図。
【図１１】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装置を製造する方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
複数の従来の冷却設計に関連して上記で説明されたように、冷却媒体の内部循環により冷却されるタービンブレードは一般的に、根元から半径方向外向きにプラットフォーム領域を貫通して且つ翼形部内に延在する内部冷却通路１１６を含むことが分かるであろう。本発明の一部の実施形態は、従来型の冷却媒体通路と組み合わせて使用して、能動プラットフォーム冷却を強化又は可能にすることができ、また本発明は、共通の設計すなわち曲がりくねった又は蛇行した構成を有する内部冷却通路１１６に関して検討することが分かるであろう。図６、図８及び図９に図示するように、蛇行通路は一般的に、冷却媒体の一方向流れを可能にするように構成され且つ冷却媒体と周囲のロータブレード１００との熱交換を促進する特徴要素を含む。作動中に、一般的には圧縮機から抽気した加圧空気である加圧冷却媒体（本発明の実施形態では、蒸気のようなその他のタイプの冷却媒体もまた使用することができるが、）は、根元１０４を貫通して形成された接続部を通して内部冷却通路１１６に供給される。圧力により内部冷却通路１１６を通して冷却媒体が押し進められ、該冷却媒体は、周囲の壁から対流により熱を移動させる。
【００１８】
冷却媒体が冷却通路１１６を通って移動すると、冷却媒体は圧力を喪失して、内部冷却通路１１６の上流部分内の冷却媒体が、下流部分内の冷却媒体よりも高い圧力を有するようになることが分かるであろう。以下により詳細に説明するように、この圧力差を使用して、プラットフォーム内に形成された冷却通路にわたって又は該冷却通路を通して冷却媒体を押し進めることができる。本発明は異なる構成の内部冷却通路を有するロータブレード１００で使用することができ、蛇行形態を有する内部冷却通路に限定されるものではない。従って、本明細書で使用する場合の用語「内部冷却通路」又は「冷却通路」とは、そこを通って冷却媒体がロータブレード内を循環できるあらゆる通路又は中空流路を含むことを意図している。本明細書で示すように、本発明の内部冷却通路１１６は、少なくともプラットフォーム１１０のほぼ半径方向高さまで延在し、また比較的より高い冷却媒体圧力の少なくとも１つの領域（この領域は今後、「高圧領域」と呼び、且つ幾つかのケースでは蛇行通路内の上流セクションとすることができる。）と、比較的より低い冷却媒体圧力の少なくとも１つの領域（この領域は今後、「低圧領域」と呼び且つ高圧領域と対比して蛇行通路内の下流セクションとすることができる。）
一般的に、内部冷却通路１１６の様々な従来型の設計は、ロータブレード１００内の特定の領域に対して能動冷却を行うのに有効である。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は、より困難な課題を提示している。この課題は、少なくともその一部は、プラットフォーム領域の扱い難い幾何形状、すなわち、その狭い半径方向高さ並びに該プラットフォームがロータブレード１００のコア部又は主本体から少し離れた状態であることに起因している。しかしながら、高温ガス通路の過度な温度への露出及び高い機械的荷重がある場合には、プラットフォームの冷却要求量は大きくなる。上記のように、従来型のプラットフォーム冷却設計は、このような領域の特定の課題に対処できないので有効でなく、これらの冷却媒体の使用が効率的でなく、及び／又は製作するのに費用がかかる。
【００１９】
再び図面を参照すると、図６〜図１１は、本発明の例示的な実施形態を示している。より詳細には、図６は、例示的なプラットフォーム配置の上面図を示す。図示のように、本発明は、プラットフォーム１１０の内部を貫通して形成されるプラットフォームキャビティ１３３を含むことができ、ここを通って内部冷却通路１１６からの冷却媒体が送られる。以下で説明するように、プラットフォームキャビティ１３３は、プラットフォームキャビティ１３３内部に形成されて半径方向でほぼ整列したピン１５１のような、１以上の熱交換特徴要素を含むことができる。加えて、本発明は、冷却媒体がプラットフォームキャビティ１３３を貫通して流れた後に該冷却媒体の再利用を可能にする。当業者であれば理解されるように、冷却媒体のこの効率的な使用は、一般的に、性能を向上させ、燃焼タービンエンジンの効率を改善する。
【００２０】
図６の好ましい実施形態では、プラットフォームキャビティ１３３は、プラットフォーム１１０の正圧側面内に位置付けられる。プラットフォーム１１０の負圧側面内のような他の位置もまた実施可能である点は理解されるであろう。図示のように、ロータブレード１００は、翼形部１０２と根元１０４との間の境界面にプラットフォーム１１０を有することができ、ロータブレード１００は、ここに形成され、且つ根元１０４にある冷却媒体源との接続部からプラットフォーム１１０の少なくともほぼ半径方向高さまで延在する内部冷却通路１１６を含むことができる。内部冷却通路１１６は、作動中に、高圧冷却媒体領域と低圧冷却媒体領域とを含むように構成することができる。幾つかのケースでは、内部冷却通路１１６は蛇行構成を有することができ、この場合、内部冷却通路１１６の高圧冷却媒体領域は蛇行通路の上流側領域を含むことができ、低圧冷却媒体領域は、蛇行通路の下流側領域を含むことができる。プラットフォーム１１０は、平面下側面１１４にほぼ平行な平面上側面１１３を含むことができる（本明細書で使用される「平面」は、ほぼ又は実質的に面形状を意味する点に留意されたい。例えば、プラットフォームは、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を有する状態で、僅かに湾曲及び凸面形になった外側表面を有するように構成することができる点は当業者には理解されるであろう。本明細書で使用する場合に、このタイプのプラットフォーム形状は、曲率の半径がそのプラットフォームを平坦な外観にするのに十分に大きいので平面と見なされる。）加えて、翼形部１０２の正圧側面１０６と一致するプラットフォームの側面に沿って、プラットフォーム１１０の正圧側面は、翼形部１０２から正圧側スラッシュ面１２６に延在する上側面１１３を含むことができる。翼形部１０２の負圧側面１０５と一致する側面に沿って、プラットフォーム１１０の負圧側面は、翼形部１０２から負圧側スラッシュ面１２２に円周方向に延在する上側面１１３を含むことができる。翼形部１０２の前縁１０７と一致する側面に沿って、プラットフォーム１１０は、翼形部１０２から前方端縁部１２４に延在する上側面１１３を含むことができる。また、翼形部１０２の後縁１０８と一致する側面に沿って、プラットフォーム１１０は、翼形部１０２から後方端縁部１２１に延在する上側面１１３を含むことができる。
【００２１】
プラットフォーム１１０内に形成されるプラットフォームキャビティ１３３の形状は変更することができる。１つの好ましい実施形態では、図６に示すように、プラットフォームキャビティ１３３は、ほぼ直線状で且つ離間した関係で正圧側スラッシュ面１２６に平行に位置する外周又は外壁１３６で形成することができる。外壁１３６から、プラットフォームキャビティ１３３の軸方向長さは、キャビティ１３３が図示のようにプラットフォーム１１０の内部領域に延在するにつれて縮小することができる。幾つかの実施形態では、この縮小は、一般的に、翼形部１０２及びプラットフォーム１１０の正圧面１０６の接合部に形成される湾曲輪郭（注：「輪郭」とは図６、図８、及び図９の透視図を意味する）に対応することができる。従って、プラットフォームキャビティ１３３は、翼形部１０２の正圧面１０６の外形輪郭に形状及び位置が緊密に関連した湾曲内壁１３７を有することができる。従って、内壁１３７は、外壁１３６の前方端部１３８から後方端部１３９まで弧状にすることができ、その両方は、プラットフォーム１１０の正圧側スラッシュ面１２６に近接して位置付けることができる。プラットフォームキャビティ１３３は、平面天井部１３４（外側表面）と平面床部１３５（内側表面）との間にほぼ一定の間隔を有する平面構成を含むことができる。プラットフォームキャビティ１３３の天井部１３４は、プラットフォーム１１０の上側面１１３に近接して位置し、且つほぼ平行にすることができる。プラットフォームキャビティ１３３の床部１３５は、プラットフォーム１１０の下側面１１４に近接して位置し、且つほぼ平行にすることができる。プラットフォームキャビティ１３３の他の構成も成功裏に利用できることは当業者であれば理解されるはずである。しかしながら、図６の好ましい実施形態のプラットフォームキャビティ１３３を用いて、プラットフォーム１１０の正圧側面の実質的な部分又は全ての区域に効率的に冷却カバレッジをもたらすことができる。他の性能上の利点も実施可能であることは、当業者であれば理解されるであろう。
【００２２】
図６、図８、及び図９に示すように、高圧コネクタ１４８は、内部冷却通路１１６の高圧冷却媒体領域にプラットフォームキャビティ１３３を接続するよう形成することができ、低圧コネクタ１４９は、内部冷却通路１１６の低圧冷却媒体領域にプラットフォームキャビティ１３３を接続するよう形成することができる。（図には具体的には示していないが、これらの例示的な実施形態は、内部冷却通路１１６が蛇行通路であると仮定しており、その上流部分が前縁１０７に向かって存在すること、及びその下流側部分がブレード１００の後縁１０８に向かって存在することは、理解されるであろう。しかしながら、高圧コネクタ１４８及び低圧コネクタ１４９は他の設計に対応するよう再構成することができるので、この構成は、本発明の実施には必ずしも必須ではなく単なる例示に過ぎない。）従って、作動中に、冷却媒体は、翼形部１０２の前縁１０７付近の位置において内部冷却通路１１６に流入し、冷却媒体が後方方向に曲がりくねって流れるように該内部冷却通路１１６を通って半径方向外向き／内向きに交互に流れる。図示のように、高圧コネクタ１４８は、内部冷却通路１１６の上流（且つより高圧な）部分がプラットフォームキャビティ１３３の所定の区域と流体連通するように構成することができる。低圧コネクタ１４９は、内部冷却通路の下流側部分がプラットフォームキャビティ１３３の所定区域部分と流体連通するように構成することができる。
【００２３】
上述のように、作動中の圧力差により、高圧コネクタ１４８から低圧コネクタ１４９に、さらにプラットフォームキャビティ１３３及びそこに含まれる熱交換特徴要素にわたって冷却媒体を押し進めることができる。高圧コネクタ１４８及び／又は低圧コネクタ１４９は、通視線機械加工又は穿孔法により効率的に形成することができ、開始位置はプラットフォーム１１０の縁部の何れかに位置付けられる（この特定の位置は、プラットフォーム１１０内のプラットフォームキャビティ１３３の位置並びに内部冷却通路１１６の構成によって決定付けることができる）点は理解されるであろう。幾つかの好ましい実施形態では、図６に示すように、高圧コネクタ１４８は、プラットフォーム１１０を通じて負圧側スラッシュ面１２２上の位置からプラットフォームキャビティ１３３との接合部まで直線経路に沿って延在するように形成することができ、この間に高圧コネクタ１４８は、内部冷却流路１１６の高圧冷却媒体領域を分岐することができる。また、図６に示すように、本発明は、１つよりも多い高圧コネクタ１４８を含むことができるが、これは本発明を実施する上で必ずしも必須ではなく、特定の用途に応じて決まる。第２の高圧コネクタ１４８は、プラットフォーム１１０を通じて前方端縁部１２４上の位置からプラットフォームキャビティ１３３との接合部まで直線経路に沿って延在することができ、この間に、第２の高圧コネクタ１４８は、内部冷却流路１１６の高圧冷却媒体領域を分岐することができる。図６の低圧コネクタ１４９は、負圧側スラッシュ面１２２上の位置からプラットフォームキャビティ１３３との接合部まで直線経路に沿って延在するように形成することができ、この間に低圧コネクタ１４９は、内部冷却流路１１６の低圧冷却媒体領域を分岐することができる。他の実施形態では、第２の低圧コネクタ１４９もまた形成することができる。プラットフォームキャビティ１３３の位置に応じて、負圧側スラッシュ面１２２、前方端縁部１２４、又は後方端縁部１２１から高圧及び低圧コネクタ１４８、１４９を形成することにより、プラットフォームキャビティ１３３において既に形成されているピン１５１の一群に悪影響を及ぼす可能性のある機械ツールを用いてプラットフォームキャビティ１３３を横断する必要性を排除できる点は理解されるであろう。代替の実施形態では、コネクタ１４８、１４９は、鋳造プロセス中に形成することができる。
【００２４】
代替の実施形態では、図８に示すように、高圧及び低圧コネクタ１４８、１４９は、正圧側スラッシュ面１２６上に開始位置を有することができる。このケースでは、高圧コネクタ１４８は、プラットフォーム１１０を通じて正圧側スラッシュ面１２６から内部冷却流路１１６の高圧冷却媒体領域との接合部まで直線経路に沿って延在することができ、この間に高圧コネクタ１４８は、プラットフォームキャビティ１３３を分岐させることができる。低圧コネクタ１４９は、プラットフォーム１１０を通じて正圧側スラッシュ面１２６から内部冷却流路１１６の低圧冷却媒体領域との接合部まで直線経路に沿って延在することができ、この間に低圧コネクタ１４９は、プラットフォームキャビティ１３３を分岐させることができる。
【００２５】
好ましい実施形態では、図６、図８、及び図９に描くように、高圧コネクタ１４８がプラットフォームキャビティ１３３に接続される位置は、低圧コネクタ１４９がプラットフォームキャビティ１３３に接続される位置とは反対側のプラットフォームキャビティ１３３の端部上にあることができる。幾つかの実施形態では、高圧コネクタ１４８がプラットフォームキャビティ１３３に接続される位置は、プラットフォームキャビティ１３３の少なくとも大部分にわたって低圧コネクタ１４９がプラットフォームキャビティ１３３に接続される位置と対向する。この構成により、冷却媒体は、流出前にプラットフォームキャビティ１３３の実質的に全てを横断するよう送り込まれ、プラットフォーム１１０のこの領域から熱を奪う能力が向上する点は理解されるであろう。
【００２６】
図６、図８、及び図９に示すように、本発明の実施形態は、１つよりも多い高圧コネクタ１４８及び１つよりも多い低圧コネクタ１４９を含むことができる。これらが形成される方法を考慮すると、高圧及び低圧コネクタ１４８、１４９は、プラットフォーム縁部（すなわち、後方端縁部）１２１、負圧側スラッシュ面１２２、前方端縁部１２４、及び正圧側スラッシュ面１２６の何れかに沿って位置付けられたコネクタ出口１５８を含むことができる。好ましい実施形態では、コネクタ出口１５８の各々は、プラグ１５５を含むことができる。プラグ１５５は、コネクタ１４８、１４９の機械加工後に据え付けられる非一体形の部品とすることができる。プラグ１５５は、冷却媒体がコネクタ出口１５８を通ってタービンブレードから流出するのを制限、限定、又は完全に阻止するよう構成することができ、これは少なくとも幾つかの理由で実施される可能性がある。最初に、コネクタ出口を通る断面流れ面積は、これらの出口位置を通じて流出する冷却媒体のインピンジメントを低減することができる。これは、当業者であれば理解されるように、ターゲット表面に対する冷却作用を向上させることになる、高速の冷却媒体出口速度のような所望の冷却媒体インピンジメント特性を有する流出冷却媒体を提供することができる。このため、コネクタ出口１５８がスラッシュ面１２２、１２６上に位置付けられた場合、隣接して据え付けられたロータブレード１００間に形成されるスラッシュキャビティに冷却媒体のインピンジメント流を排出することができる点は理解されるであろう。すなわち、コネクタ出口１５８は、隣接するタービンブレード１００のスラッシュ面に対する比較的高い速度を有するインピンジメント冷却媒体を配向することができる。スラッシュ面及びこれらを定めるスラッシュ面は一般的に、プラットフォーム１１０の異なる冷却区域であり、このようにして構成されるコネクタ出口１５８はこの区域において効果的な冷却を提供することができることは理解されるであろう。
【００２７】
第２に、調量上の理由、すなわちプラットフォーム１１０の内部全体にわたって所望の方法で冷却媒体を均一に分配する必要性があることから、コネクタ出口１５８の断面流れ面積を低減することができる。コネクタ出口１５８がコネクタ１４８、１４９のサイズと比較してサイズが縮小されていなかった場合には、冷却媒体の多大な部分がコネクタ出口１５８を通ってプラットフォーム１１０から流出する可能性が高く、プラットフォームキャビティ１３３を通って流れる冷却媒体の供給が不十分なものとなることは理解されるであろう。従って、コネクタ出口１５８は、予め構成されたプラグを介して、所望の調量特性に対応する断面流れ面積を有するようなサイズにすることができる。本明細書で使用される「所望の調量特性」とは、プラットフォーム１１０内に形成された複数の冷却媒体通路及び／又は出口を通る冷却媒体の所望の分配又は期待される分配に対応した又は結果としてもたらすような、冷却媒体通路及び／又は出口を通る流れ面積を意味する。図８に示すように、形成されたコネクタ１５８、１５９に関連しないスラッシュ面出口１５９を含めてもよい。これらのスラッシュ面出口１５９は、スラッシュ面キャビティに更なる省取る冷却を提供することができる。
【００２８】
１つの好ましい実施形態では、図７に示すように、プラットフォームキャビティ１３３からプラットフォーム上側面１１３に延在する１以上の上側面出口１５７を形成することができる。上側面出口１５７は、必要とされるプラットフォームキャビティ１３３内の区域を通って冷却媒体の追加の流れを引き込むように位置付けることができることは理解されるであろう。加えて、上側面出口１５７は、これらが延在するプラットフォーム１１０の区域に冷却を提供すると共に、プラットフォーム１１０の平面上側面１１３に冷却フィルムを提供することができる。上側面出口１５７は、所定の断面流れ面積を有するように構成することができる。この所定の流れ面積は、所望の調量特性のうちの少なくとも１つに相当することができる。
【００２９】
幾つかの実施形態では、図６に示すように、冷却構成は、プラットフォームキャビティ１３３を通って流れる冷却媒体の実質的に全てが内部冷却通路１１６に戻されるように構成することができる。このような実施形態では、コネクタ出口１５８は、出口１５８を通る断面流れ面積全体を閉鎖するプラグ１５５により塞ぐことができる。加えて、冷却構成は、上側面出口１５７又はスラッシュ面出口１５９を含まないように形成することができる。このタイプの構成は、特定の用途においては、内部冷却通路１１６から抽気される冷却媒体の実質的に全てが、ロータブレード１００の他の区域を通る用途及び／又は他の下流側への適用にも利用できる点で有利とすることができる。
【００３０】
１つの好ましい実施形態では、図８に示すように、プラットフォーム１１０の正圧側面は、２つのプラットフォームキャビティ１３３を含むことができ、各々が別個の高圧コネクタ１４８及び別個の低圧コネクタ１４９を有し、且つ各々がプラットフォームキャビティ１３３の床部１３５から天井部１３４に延在した複数のピン１５１を含むピン群を有する。このケースでは、プラットフォームキャビティ１３３は、２つのキャビティ１３３間に狭い内部流路を形成する少なくとも１つのコネクタ１５６を含むことができる。
【００３１】
本発明の好ましい実施形態では、ピン群は、複数の又は多数のピン１５１を含むことができる。ピン１５１は、円筒形状とすることができるが、他の構成も実施可能である。ピン１５１は、プラットフォームキャビティ１３３を流れる冷却媒体とタービンブレードのプラットフォーム領域との間の熱交換が強化されるように構成することができる。ピン１５１は、半径方向でほぼ整列することができ、プラットフォームキャビティ１３３の構成に応じて、プラットフォームキャビティ１３３の天井部１３４と床部１３５との間に延在することができる。
【００３２】
幾つかの好ましい実施形態では、図７に示すように、ピン１５１は、ブレード１００のプラットフォーム１１０に非一体形とすることができる。非一体形ピン１５１は、プラットフォーム１１０の下側面１１４を貫通して形成されるピン開口１５１に挿入されるように構成することができる。このケースでは、非一体形ピン１５１はさらに、所定長さを有するピン構造体と、所定幅を有するピンベース１５３とを含むことができる。ピンベース１５３の所定幅は、ピンベース１５３が停止部を形成するようにピン開口１５２よりも幅広にすることができる（すなわち、ピン構造体がピン開口１５２内で所定距離だけ挿入されると、ピンベース１５３がピン１５１を停止させる）。ピン１５１の所定長は、ピンベース１５３が挿入を停止したときに、ピン１５１の先端がプラットフォームキャビティ１３３の天井部１３４に近接して位置する長さ又は該天井部と接触する長さを含むことができる。この方法は、ピン１５１の鋳造後の組み立てを可能にし、より高コスト／複雑な鋳造方法を回避可能にすることは理解されるであろう。
【００３３】
図９及び図１０に示すように、本発明の１つの好ましい実施形態は、インピンジメント壁１６０を含む。インピンジメント壁１６０は、プラットフォームキャビティ１３３の内壁にインピンジメント冷却を提供する用に位置付け且つ構成することができる。１つの好ましい実施形態では、インピンジメント壁１６０は、プラットフォームキャビティ１３３の外壁に対してインピンジメント冷却を提供するよう構成される。従って、図９の好ましい実施形態に示すように、インピンジメント壁１６０は、外壁１３６にほぼ平行且つこれからオフセットされているように位置付けることができる。この構成を用いて、タービンロータブレードのスラッシュ面領域の冷却に伴う典型的な問題に対処することができることは理解されるであろう。インピンジメント壁１６０は、ほぼ半径方向に向けられ、プラットフォームキャビティ１３３の床部１３５から天井部１３４に延在して且つプラットフォームキャビティ１３３にわたって広がり、図示のように、高圧コネクタ１４８が流れる上流側キャビティと、低圧コネクタ１４９が出口を提供する下流側キャビティとにプラットフォームキャビティ１３３を実質的に分割するようにすることができる。作動時には、上流側キャビティと下流側キャビティとの間に結果として生じる圧力差は、インピンジメント壁１６０を通って形成された幾つかのインピンジメント開口１６３を通じて冷却媒体を押し進めることができる。インピンジメント開口１６３は、各々が所望のインピンジメント冷却特性に相当する所定断面流れ面積を有するように構成することができる。
【００３４】
幾つかの実施形態では、図１０に示すように、インピンジメント壁１６０は、非一体形のインピンジメント壁インサート１６０を用いて組み立てることができる。非一体形のインピンジメント壁インサート１６０は、プラットフォーム１１０の下側面１１４を貫通して形成されるスロット又は挿入スロット１６４を通してプラットフォームキャビティ１３３内に挿入することができる。このケースでは、非一体形のインピンジメント壁インサート１６０は、所定幅を有するベース１６１と、所定の長さを有する壁構造体１６２とを含むことができる。ベース１６１の所定幅は、挿入スロット１６４が停止部を形成する（すなわち、挿入スロット１６４内に所定距離だけ挿入されたときに壁ベース１６１がインピンジメント壁１６０を停止させる）ように挿入スロット１６４よりも幅広にすることができる。壁構造体１６２の所定の長さは、ベース１６１がプラットフォーム１１０の下側面１１４と接触して、これにより更なる挿入を阻止した時点で、壁構造体１６２の外側縁部がプラットフォームキャビティ１３３の天井部１３４に近接して位置する長さ又は該天井部と接触する長さを含むことができる。この方法は、インピンジメント壁１６０の鋳造後の組み立てを可能にし、従来の鋳造方法を用いて同じ冷却装置を形成するコストと比較したときに、実質的にコスト節減を可能にすることは理解されるであろう。組み立て上の理由から、幾つかの実施形態では、図示のように既存の一体形壁１６５は、非一体形インピンジメント壁１６０のセクションを接続するよう構成することができる。
【００３５】
また、図９に示すように、分流器１６６は、プラットフォームキャビティ１３３内に含めてもよい。分流器１６６は、プラットフォームキャビティ１３３に流入する冷却媒体が該プラットフォームキャビティ１３３にわたってより均一に分散されるように、高圧コネクタ１４８の正面に位置付けることができる。分流器１６６は、多くの構成をとることができる。１つの好ましい実施形態では、分流器１６６はＶ字形状を有する。
【００３６】
本発明はさらに、コスト効果のある方式でタービンロータブレードのプラットフォーム領域内に有効な内部冷却流路を効率的に形成する新規の方法を含む。図１１のフロー図を参照すると、最初のステップ２０２として、プラットフォームキャビティ１３３を形成することができる。プラットフォームキャビティ１３３は、上述の構成の何れかを含むことができる。プラットフォームキャビティ１３３が比較的複雑でない形状であることに起因して、プラットフォームキャビティ１３３は、従来の機械加工又は簡素化された鋳造プロセスを用いてコスト効率よく形成することができる。従って、本発明を用いて、プラットフォーム領域に対し幅広いカバレッジを提供する複雑な冷却流路のアレイを形成することができるが、通常はこのような設計に使用される高価な鋳造プロセスが回避される。プラットフォームキャビティ１３３が形成されると、ステップ２０４において、高圧コネクタ１４８及び／低圧コネクタ１４９を生成することができる。上述のように、これらは、従来の比較的複雑でない機械加工プロセス（すなわち、従来の通視線機械加工又は穿孔法）を用いて形成することができる。
【００３７】
上述のように、幾つかの実施形態では、ピン１５１は、ロータブレード１００に対して非一体形とすることができる。このため、ステップ２０６において、ピンを製作し、プラットフォームの下側面１１４内にピン開口１５２を機械加工することができる。ステップ２０８において、ピン１５１は、ピン開口１５２内に据え付けることができる。これは、溶接、ろう付け、又は機械的取り付けなど、従来の方法を用いて行うことができる。
【００３８】
これとは別に、ステップ２１０において、プラグ１５５を製作することができる。蒸気で検討したように、プラグ１５５は、出口を通って流れる冷却媒体を低減又は完全に停止するための複数の異なる構成及び機能を有することができる。プラグ１５５は、従来の材料から製作することができる。ステップ２１２において、プラグ１５５は、所定位置に据え付けることができる。これは、溶接、ろう付け、又は機械的取り付けなど、従来の方法を用いて行うことができる。
【００３９】
上述のように、幾つかの実施形態では、インピンジメント壁１６０は、プラットフォーム１３３内に含めてもよい。ステップ２１４において、非一体形のインピンジメント壁１６０を製作し、プラットフォーム１１０の下側面１１４内に挿入スロット１６４を機械加工することができる。最後に、ステップ２１６において、インピンジメント壁インサート１６０を挿入スロット１６４に据え付けることができる。これは、溶接、ろう付け、又は機械的取り付けなど、従来の方法を用いて行うことができる。
【００４０】
作動時には、１つの例示的な実施形態によれば、本発明の冷却装置は、以下のように機能することができる。内部冷却通路１１６を通って流れる供給冷却媒体の一部は、高圧コネクタ１４８を介してプラットフォームキャビティ１３３に流入する。冷却媒体がピンバンクを通過すると、冷却媒体はプラットフォーム１１０からの熱を対流によって移動させることができる。次いで、冷却媒体は、低圧コネクタ１４９を通ってプラットフォームキャビティ１３３から流出し、これによりプラットフォーム冷却通路１１６を流れる冷却媒体と再結合することができる。このようにして、本発明のプラットフォーム冷却構成は、内部冷却通路１１６から冷却媒体の一部を取り出し、該冷却媒体を用いてプラットフォーム１１０から熱を除去し、次いで、該冷却媒体を内部冷却通路１１６に戻すようにし、ここで冷却媒体はさらに使用することができる。従って、本発明は、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効果的及び効率的に冷却することができる機構を提供することは理解されるであろう。
【００４１】
さらに、本出願のプラットフォーム冷却構成は、既存の又は新規のロータブレードにおけるプラットフォーム冷却装置の設計、再設計、再構成、及び／又は改造に多大な融通性を提供することは理解されるであろう。従来の複雑なプラットフォーム冷却幾何形状は、必然的に高コストな鋳造プロセスを意味している。本出願は、複雑な設計の冷却流路を簡単な機械加工及び／又は鋳造プロセスを組み合わせることによって形成できる方法を教示している。最後に、幾つかの実施形態では、本出願は、プラットフォーム１１０自体から高温ガス経路に直接的には通気していない内部流路を用いて該プラットフォーム１１０を冷却できる方法を教示している。上述のように、この冷却媒体の「再利用」は、一般的に、この用途の効率を向上させ、エンジン効率を向上させる。
【００４２】
当業者には理解されるように、幾つかの例示的な実施形態に関して上述し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にさら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、実施可能な反復形態の全てを示し又は詳細に論じていないが、幾つかの特許請求項又はその他に包含される全ての組み合わせ及び実施可能な実施形態は、本出願の一部であることを意図している。加えて、本発明の幾つかの例示的な実施形態の上記の説明から、当業者は、その改良、変更及び修正に気付くであろう。当技術の範囲内のそのような改善、変更及び修正もまた、特許請求の範囲によって保護されることを意図している。さらに、上述の説明は本出願の記載した実施形態のみに関するものであること、並びに提出した特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本出願の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく、本明細書において多くの変更及び修正を行うことができることは明らかであろう。
【符号の説明】
【００４３】
１００  タービンロータブレード
１０２  翼形部
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  上側面
１１４  下側面
１１６  内部冷却通路
１１７  入口
１１９  キャビティ
１２０  プラットフォーム冷却流路
１２１  後方端縁部
１２２  負圧側スラッシュ面
１２４  前方端縁部
１２６  正圧側スラッシュ面
１３２  メインプレナム
１３３  プラットフォームキャビティ
１３４  平面天井部
１３５  平面床部
１３６  外壁
１３８  前方端部
１３９  後方端部
１４８  高圧コネクタ
１４９  低圧コネクタ
１５１  ピン
【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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