(57)【要約】【課題】胴（１４）、プラットフォーム（１８）、および翼（１２）を有するタービン動翼（１０）用の冷却回路を提供する。【解決手段】冷却回路は、胴（１４）の半径方向内側の端部に配置された入口（２０）から延びる第１の冷却通路（３８）であって、タービン・ホイール・スペースと連絡するように構成され、使用時は、冷却用空気を、プラットフォーム（１８）の少なくとも１つの領域内を横断して延びる蛇行冷却回路（２４）に供給する第１の冷却通路（３８）を備えている。蛇行冷却回路（２４）は、翼（１２）内の別個の内部冷却回路と接続して、プラットフォーム（１８）を冷却するために使用される冷却用空気が翼冷却回路内で再使用されるようになっている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴（１４）、プラットフォーム（１８）、および翼（１２）を有するタービン動翼（１０）用の冷却回路であって、
前記胴（１４）の半径方向内側の端部に配置された入口（２０）から延びる第１の冷却通路（３８）であって、タービン・ホイール・スペースと連絡するように構成され、使用時は、冷却用空気を、前記プラットフォーム（１８）の少なくとも１つの領域内を横断して延びる蛇行冷却回路（２４）に供給し、前記蛇行冷却回路（２４）は前記翼（１２）内の別個の内部冷却回路と接続して、プラットフォーム（１８）を冷却するために使用される冷却用空気が翼冷却回路内で再使用されるようになっている第１の冷却通路（３８）を備える冷却回路。
【請求項２】
前記プラットフォーム（１８）は、前記翼部分の圧力側（３２）の第１の領域と前記翼部分の吸引側（３０）の第２の領域とを備え、前記少なくとも１つの領域は、前記翼（１２）の前記圧力側（３２）の前記第１の領域を含む請求項１に記載の冷却回路。
【請求項３】
前記冷却用空気入口（２０）は前記翼（１２）の前縁（３４）に隣接して配置される請求項１に記載の冷却回路。
【請求項４】
前記蛇行冷却回路（２４）は少なくとも３つの実質的に平行な冷却通路部分を備える請求項１に記載の冷却回路。
【請求項５】
前記蛇行冷却回路（２４）は、前記翼（１２）内の前記内部冷却回路内にある半径方向通路であって、前記翼（１２）の後縁に隣接して配置された半径方向通路に接続する請求項１に記載の冷却回路。
【請求項６】
前記蛇行冷却回路は、前記翼（１２）内の前記内部冷却回路内にある半径方向通路（４８）であって、前記翼（１２）の前縁（３４）と後縁（３６）との間の実質的に中間に配置された半径方向通路（４８）に接続する請求項１に記載の冷却回路。
【請求項７】
前記蛇行冷却回路（２４）は前記内部翼冷却回路に、翼（１２）を越えてプラットフォーム（１８）の吸引側（３０）に沿ってプラットフォーム（１８）の周辺端部まで延びる延長された冷却通路部分（７２）を介して接続される請求項１に記載の冷却回路。
【請求項８】
胴（１４）、プラットフォーム（１８）、および翼（１２）を有するタービン動翼（１０）用の冷却回路であって、
胴（１４）の半径方向内側の端部に配置された入口から延びる第１の冷却通路（３８）であって、タービン・ホイール・スペースと連絡するように構成され、使用時は、冷却用空気を、プラットフォーム（１８）の少なくとも１つの領域内を横断して延びる蛇行冷却回路に供給し、前記蛇行冷却回路は、翼の後縁に隣接する別個の内部冷却回路通路に接続して、プラットフォーム（１８）を冷却するために使用される冷却用空気が翼冷却回路内で再使用されるようになっている第１の冷却通路（３８）を備え、
前記プラットフォーム（１８）は、前記翼部分の圧力側の第１の領域と前記翼部分の吸引側の第２の領域とを備え、前記少なくとも１つの領域は、前記翼（１２）の前記圧力側の前記第１の領域を含む冷却回路。
【請求項９】
前記冷却用空気入口は、前記翼（１２）の前縁（３４）に隣接して配置される請求項８に記載の冷却回路。
【請求項１０】
ガス・タービン動翼（１０）プラットフォーム（１８）を冷却する方法であって、
（ａ）圧縮機冷却用空気を、タービン回転子に取り付けられたブレード・ホイール間のホイール・スペース領域から抽出することと、
（ｂ）動翼（１０）の胴（１４）部分の前縁に沿って半径方向に配向された通路（２０）からの抽出された圧縮機冷却用空気を、プラットフォーム（１８）内に形成された蛇行冷却通路（２４）に供給することと、
（ｃ）抽出された圧縮機冷却用空気を動翼の翼（１２）内の内部冷却回路内に放出することと、
（ｄ）抽出された圧縮機冷却用空気を動翼の翼（１２）の後縁（３６）に沿って排気することと、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、ガス・タービン動翼またはブレードに関し、特に、動翼の翼と動翼の胴との間に配置されたいわゆるプラットフォーム部分の冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
長年に渡って、ガス・タービンの傾向は、入口燃焼温度を上げて出力およびエンジン効率を向上させることである。しかし高温ガス経路の温度が上がるにつれて、動翼プラットフォームは様々な難しさを次第に示すようになっている。たとえば、酸化、クリープ、および低サイクル疲労亀裂、破砕、また場合によってはプラットフォーム分離（ｐｌａｔｆｏｒｍ  ｌｉｂｅｒａｔｉｏｎ）である。たとえば、工業用ガス・タービンの最初の２段において動翼およびノズル内で閉回路蒸気冷却を行なうことが出現したことによって、入口プロファイルは、ブレード列に対するピーク入口温度に近い温度に動翼プラットフォームがさらされるようなものになっている。この問題は、翼がその圧力側の前方部分においてプラットフォームに接合する前縁平縁において、特に深刻である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、特にタービンの第１および第２の段において使用される動翼のプラットフォーム領域を冷却するように、より効果的な冷却配置をデザインすることができれば有益であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の典型的だが非限定の実施形態においては、本発明は、胴（ｓｈａｎｋ）部分、プラットフォーム部分、および翼部分を有するタービン動翼用の冷却回路であって、前記胴部分の半径方向内側の端部に配置された冷却用空気入口から延びて使用時にタービン・ホイールスペースと連絡する第１の冷却通路を備え、前記第１の冷却通路は、前記プラットフォームの少なくとも１つの領域内を横断して延びる第２の冷却通路に接続し、前記第２の冷却通路は、前記翼部分内を半径方向外側に延びる第３の冷却通路に接続し、前記第３の冷却通路は、前記翼部分の半径方向外側の端部に配置された１または複数の冷却用空気出口において終了する、冷却回路に関する。
【０００５】
別の典型的だが非限定の実施形態においては、本発明は、胴、プラットフォーム、および翼を有するタービン動翼用の冷却回路であって、胴の半径方向内側の端部に配置された入口から延びる第１の冷却通路であって、タービン・ホイール・スペースと連絡するように構成され、使用時は、冷却用空気を、プラットフォームの少なくとも１つの領域内を横断して延びる蛇行冷却回路に供給し、前記蛇行冷却回路は、翼の後縁に隣接する別個の内部冷却回路通路に接続して、プラットフォームを冷却するために使用される冷却用空気が翼冷却回路内で再使用されるようになっている第１の冷却通路を備え、前記プラットフォームは、前記翼部分の圧力側の第１の領域と前記翼部分の吸引側の第２の領域とを備え、前記少なくとも１つの領域は、前記翼の前記圧力側の前記第１の領域を備える冷却回路に関する。
【０００６】
さらに他の典型的だが非限定の実施形態においては、本発明によって、ガス・タービン動翼プラットフォームを冷却する方法であって、圧縮機冷却用空気を、タービン回転子に取り付けられたブレード・ホイール間のホイール・スペース領域から抽出することと、動翼の胴部分の前縁に沿って半径方向に配向された通路からの抽出された圧縮機冷却用空気を、プラットフォーム内に形成された蛇行冷却通路に供給することと、抽出された圧縮機冷却用空気を動翼の翼内の内部冷却回路内に放出することと、抽出された圧縮機冷却用空気を動翼の翼の後縁に沿って排気することと、を含む方法が提供される。
【０００７】
次に本発明を、以下に特定される図面と関連して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の典型的だが非限定の実施形態によるタービン動翼の部分的に断面の側面図である。
【図２】代替的な冷却用空気入口構成を示す部分的に断面の側面図である。
【図３】本発明の第１の典型的な実施形態による蛇行プラットフォーム冷却回路を示す概略的な形態における平面図である。
【図４】本発明の別の典型的だが非限定の実施形態による代替的な蛇行冷却回路を例示する概略的な形態における平面図である。
【図５】本発明の別の典型的だが非限定の実施形態による蛇行冷却回路を例示する概略的な形態における平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
概略的に、本発明は、タービン動翼プラットフォーム冷却配置であって、回転子ホイール間のホイール・スペース領域を冷却するために使用する圧縮機抽出空気の一部を、動翼の胴部分の下部出口側の通路を通して動翼プラットフォームに供給する冷却配置に関する。この通路は、抽出空気を半径方向外側にプラットフォームに供給し、そこで抽出空気は、実質的に９０度方向を変えて、プラットフォームの「内部部分」すなわち動翼の翼の圧力側の部分に沿ってその周りに進む蛇行通路に従う。抽出された冷却用空気は次に、翼冷却用に使用すべき動翼の翼の半径方向に延びる内部コア冷却通路の１つの中に放出される。
【００１０】
より具体的には、また図１を参照して、タービン動翼１０は翼１２および胴１４を備えている。これらは通常、いわゆる天使の羽（）シール１６とともに形成されている。比較的平坦なプラットフォーム１８が、翼１２と胴１４との間の半径方向に配置されている。典型的だが非限定の実施形態によれば、冷却用空気入口通路２０が、動翼の胴１４の前方面または先端面２２内に形成（たとえば、穿孔または鋳造）されている。入口通路２０は、半径方向外側にプラットフォーム１８まで延び、そこで実質的に９０度方向を変えて、２４で概ね示されるプラットフォーム冷却回路内に入る。半径方向通路２０に対する入口２６が、通路２０と半径方向に位置合わせされている。
【００１１】
図２に、通路２０に対する入口２８が通路に対して鋭角で形成される代替的な配置を例示する。これは代替的な製造方法を例示するものである。この構造は、本来は図１に示すものと実質的に同一であり、どちらかの入口配置を、後述する蛇行冷却回路のそれぞれと用いても良い。
【００１２】
次に図３を参照して、１つの典型的だが非限定の実施形態により、プラットフォーム１８を冷却するための蛇行冷却回路２４を示す。なお最初に、動翼の翼１２は、吸引側３０、圧力側３２、前縁３４、および後縁３６を有していることを注意されたい。入口通路２０は、胴１４の前縁に沿って、翼の前縁３４に隣接して配置されている。蛇行冷却回路２４は、プラットフォーム１８内に（たとえば鋳造によって）形成されて、第１の冷却通路部分３８となっている。第１の冷却通路部分３８は、翼の圧力側３２に隣接する領域であって、翼１２がプラットフォーム１８に接合される平縁（ｆｉｌｌｅｔ）領域を含む領域を冷却する働きをする。冷却流は次に、冷却通路部分４０を通ってプラットフォームの中間領域内を逆に進み、次に、プラットフォームの縁部４４に隣接して走る冷却通路部分４２内を再び逆に進む。前記回路は次に、冷却通路部分４６において実質的に９０°方向を変え、そして冷却用空気を、翼の後縁３６に最も近い半径方向に延びる内部の翼冷却通路４８内に放出する。半径方向の冷却通路４８は、多くの半径方向の接続された通路５０、５２、５４、５６、５８、および４８を備える翼１２内に設けられた内部の蛇行冷却回路の一部である。通常、冷媒は、前記回路を通って前縁から後縁に向かう方向に流れ、半径方向通路４８から後縁３６まで延びる複数の通路６０を通って翼を出る。
【００１３】
図４に、プラットフォーム１８を冷却するための代替的な蛇行冷却回路１２４を示す。ここで、入口通路２０は翼１２の前縁３４に隣接したままである。冷却回路１２４の第１の冷却通路部分６２は、プラットフォーム１８の縁部４４に沿って走った後に、冷却通路部分６４内をプラットフォームの中間領域に沿って逆に進むことを、動翼の翼の吸引側３２により近い冷却通路部分６６内を再び逆に進む前に行なう。冷却回路は次に、冷却通路部分６８を通って逆に進み、方向を変えて翼の中央部分内に冷却通路部分７０を経由して入り、そこで、半径方向に延びる内部の翼冷却通路５６内に放出される。内部の翼冷却回路は、図３と関連して前述した状態のままである。製造プロセスを容易にするために、穿孔動作をプラットフォーム１８の反対端７６から開始して、延長した冷却通路部分７２を形成することによって、冷却通路部分７０の形成を容易にする。冷却回路の整合性を維持するために、延長した冷却通路部分７２を７４において塞ぐ。本来は比較的短い冷却通路部分７２によって、プラットフォームに対してある程度の付加的な（軽微ではあるが）冷却が得られる場合がある。
【００１４】
図５に、好適な蛇行冷却回路の第３の典型的だが非限定の実施形態を例示する。この冷却回路２２４は、図４に示すものと同じ冷却通路部分６２、６４、および６６を備えている。しかしこの実施形態においては、冷却回路２２４は再び、最初に記載した実施形態の場合と同様に後縁の翼の空洞４８内に、冷却通路部分７８を経由して放出される。冷却通路部分７８の製造は、延長した通路８０をプラットフォームを通して翼１２の吸引側３０で穿孔して、８２において塞ぐことによって容易になる。塞ぐことは、通路部分７２を図４の７４において塞ぐ方法と同様に行なう。延長した通路部分８０の長さのおかげで、プラットフォーム１８の吸引側のある程度の有意義な冷却が得られる。
【００１５】
前述した各実施形態において、動翼プラットフォーム１８内に形成された蛇行冷却回路２４、１２４、および２２４に、動翼の胴の下部先端側において取り込まれた圧縮機抽出空気から供給される。冷却用空気を次に、蛇行プラットフォーム冷却回路に沿って送ることを、内部の翼冷却回路内に放出されてそこで翼を冷却するためにプラットフォーム冷却用空気が再使用される前に、行なう。冷却用空気は次に、動翼の後縁を通って翼冷却回路空気と一緒に排出される。この配置によって、胴およびプラットフォームの両方の前方面が効果的にフィルム冷却される一方で、翼に対する付加的な冷却用空気が得られる。加えて、圧縮機抽出空気を動翼内に直接引き入れることによって、問題のプラットフォーム領域に送る空気の圧力が高くなる。これは、プラットフォーム温度を下げて動翼の寿命を延ばすことに役立つ。この結果、動翼の耐用年数に渡ってかかる修復コストが下がる。
【００１６】
本発明を、現時点で最も実用的で好ましい実施形態と考えられるものに関連させて説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されず、それどころか、添付の請求項の趣旨および範囲に含まれる種々の変更および等価な配置に及ぶことが意図されていることを理解されたい。
【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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