(57)【要約】  ガスタービンエンジンのタービンブレードを冷却するための流れ誘導部と方法。ガスタービンエンジンは、周囲に分布したディスク溝とタービンブレードを有するロータディスクを含む。各タービンブレードは、ディスク溝のブレード取付部内に挿着されるブレード根元部を含む。シールプレートは、ロータディスクの後部側の周囲に取り付けられる。流れ誘導部は、ロータディスクから離れる側で、各シールプレートと一体化される。流れ誘導部は、ガスタービンエンジンの動作中、ロータディスクとシールプレートの回転に起因してパドルとして機能し、周囲空気を冷却用流体として誘導してディスク空洞部内に流入させ、ブレード根元部からタービンブレードの内部に流入させてタービンブレードを冷却する。
2021535975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレード取り付け部とディスク空洞部とを含むディスク溝を、複数、周囲に分布して設けたロータディスクと、
前記ディスク溝の前記ブレード取り付け部内に挿着されるブレード根元部を含む、複数のタービンブレードと、
前記ロータディスクの後部側の周囲に取り付けられる複数のシールプレートであって、各前記シールプレートは、上部シールプレート壁と下部シールプレート壁とを含み、前記上部シールプレート壁は、前記ブレード根元部を覆うように構成された、前記シールプレートと、
前記ロータディスクから離れる側で前記シールプレートと一体化された、複数の流れ誘導部と、
を備えるガスタービンエンジンであって、
前記流れ誘導部は、前記ガスタービンエンジンの動作中に、前記ロータディスクと、前記ロータディスクと一体の前記シールプレートとの回転に起因してパドルとして機能して、前記ディスク空洞部内に冷却用流体を誘導して、前記ブレード根元部から前記タービンブレードの内部に流入させて、前記タービンブレードを冷却するように構成された、
ガスタービンエンジン。
【請求項２】
前記下部シールプレート壁は開口部を含み、前記開口部は、前記ロータディスクに取り付けられた後に前記ディスク空洞部と整列するように構成されている、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項３】
前記流れ誘導部は、湾曲プレートを備え、前記湾曲プレートは、前記下部シールプレート壁と一体化され、前記下部シールプレート壁から軸方向に延出し、前記湾曲プレートは、前記ロータディスクの回転方向に関して前記開口部の下流側に沿うように構成されることを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン。
【請求項４】
前記湾曲プレートはスコップ形状を有することを特徴とする請求項３に記載のガスタービンエンジン。
【請求項５】
前記流れ誘導部は、少なくとも前記開口部の最低の径方向位置にて前記下部シールプレート壁から軸方向に延出するフロアプレートを含み、前記流れ誘導部は、前記ロータディスクの回転方向に関して、それぞれ前記開口部の上流側と前記開口部の下流側とに沿って径方向に一体化された内側壁と外側壁とを含み、前記内側壁と前記外側壁とは、前記フロアプレートから径方向上方に延出することを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン。
【請求項６】
前記内側壁と前記外側壁とは、湾曲プレートを備え、湾曲した前記内側壁と湾曲した前記外側壁とは、前記ロータディスクの前記回転方向に対向する冷却用流体の入口を形成するように構成されたことを特徴とする請求項５に記載のガスタービンエンジン。
【請求項７】
前記下部シールプレート壁は、径方向下方に延出する根元部を備え、前記根元部は、組立後に前記ディスク溝内に配置されるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項８】
前記流れ誘導部は、前記ロータディスクから離れる側で前記根元部と一体化されており、前記根元部から軸方向に延出することを特徴とする請求項７に記載のガスタービンエンジン。
【請求項９】
前記流れ誘導部は、湾曲プレートを含み、前記湾曲プレートは、前記ロータディスクに取り付けられた後、前記ロータディスクの回転方向に関して下流側で前記ディスク空洞部に沿って径方向に構成されたことを特徴とする請求項８に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１０】
前記冷却用流体には周囲空気が含まれることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１１】
ガスタービンエンジンのロータディスクに取り付けられるように構成されたシールプレートであって、前記ガスタービンエンジンは、複数のディスク溝を周囲に分布して設けたロータディスクを含み、各前記ディスク溝は、ブレード取り付け部とディスク空洞部とを含み、各タービンブレードは、前記ディスク溝の前記ブレード取り付け部内に挿着されるブレード根元部を備え、前記シールプレートは、前記ロータディスクの後部側に取り付けられ、前記シールプレートは、
前記ブレード根元部を覆うように構成された上部シールプレート壁と、
下部シールプレート壁と、
前記ロータディスクから離れる側で前記シールプレートに一体化された流れ誘導部と、を有し、
前記流れ誘導部は、ガスタービンエンジンの動作中に、前記ロータディスクと、前記ロータディスクと一体の前記シールプレートとの回転に起因してパドルとして機能して、冷却用流体を誘導して、前記ディスク空洞部内に流入させて、前記ブレード根元部から前記タービンブレードの内部に流入させて、前記タービンブレードを冷却するように構成された、
シールプレート。
【請求項１２】
前記下部シールプレート壁は開口部を備え、前記開口部は、前記ロータディスクに取り付けられた後、前記ディスク空洞部と整列するように構成される、請求項１１に記載のシールプレート。
【請求項１３】
前記流れ誘導部は、湾曲プレートを備え、前記湾曲プレートは、前記下部シールプレート壁と一体化され、前記下部シールプレート壁から軸方向に延出し、前記湾曲プレートは、前記ロータディスクの回転方向に関して、前記開口部の下流側に沿うように構成される、請求項１２に記載のシールプレート。
【請求項１４】
前記湾曲プレートは、スコップ形状を有することを特徴とする請求項１３に記載のシールプレート。
【請求項１５】
前記流れ誘導部は、前記開口部の少なくとも最低の径方向位置にて前記下部シールプレート壁から軸方向に延出するフロアプレートを備え、前記流れ誘導部は、前記ロータディスクの回転方向に対してそれぞれ前記開口部の上流側と前記開口部の下流側とに沿って径方向に一体化された内側壁と外側壁とを備え、前記内側壁と前記外側壁とは、前記フロアプレートから径方向上方に延出することを特徴とする請求項１１に記載のシールプレート。
【請求項１６】
前記内側壁と前記外側壁は、湾曲プレートを備え、湾曲した前記内側壁と湾曲した前記外側壁とは、前記ロータディスクの前記回転方向に対向する冷却用流体の入口を形成するように構成されたことを特徴とする請求項１５に記載のシールプレート。
【請求項１７】
前記下部シールプレート壁は、径方向下方に延出する根元部を備え、前記根元部は、組立後に前記ディスク溝内に配置されるように構成された、請求項１１に記載のシールプレート。
【請求項１８】
前記流れ誘導部は、前記ロータディスクから離れる側で前記根元部と一体化され、前記根元部から軸方向に延出することを特徴とする請求項１７に記載のシールプレート。
【請求項１９】
前記流れ誘導部は、湾曲プレートを備え、前記湾曲プレートは、前記ロータディスクに取り付けられた後、前記ロータディスクの回転方向に関して下流側の前記ディスク空洞部に沿って径方向に構成された、請求項１８に記載のシールプレート。
【請求項２０】
ガスタービンエンジンのタービンブレードの冷却方法であって、前記ガスタービンエンジンは、複数のディスク溝を周囲に分布して設けたロータディスクを備え、各ディスク溝は、ブレード取り付け部とディスク空洞部とを含み、各タービンブレードは、前記ディスク溝の前記ブレード取り付け部内に挿着されるブレード根元部を備え、
前記方法は、
複数のシールプレートをロータディスクの後部側の周囲に取り付けるステップであって、各前記シールプレートは、上部シールプレート壁と下部シールプレート壁とを含み、前記上部シールプレート壁は、ブレード根元部を覆うように構成されたステップと、
複数の流れ誘導部を前記シールプレートに取り付けるステップであって、各前記流れ誘導サアセンブリは、前記ロータディスクから離れる側で各前記シールプレートと一体化されたステップと、を含み、
前記流れ誘導部は、前記ガスタービンエンジンの動作中に、前記ロータディスクと、前記ロータディスクと一体の前記シールプレートとの回転に起因してパドルとして機能して、前記ディスク空洞部内に冷却用流体を誘導して、前記ブレード根元部から前記タービンブレードの内部に流入させて、前記タービンブレードを冷却するように構成された、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ガスタービンエンジンのタービンブレードを冷却するための流れ誘導部（フロー・インデューサ・アセンブリ）とその方法に関し、特にガスタービンエンジンの最終段のタービンブレードを、周囲空気を用いて冷却するための流れ誘導部とその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業用ガスタービンエンジンは、典型的に、空気を圧縮するための圧縮機（コンプレッサ）と、圧縮空気を燃料と混合させてその混合物を点火するための燃焼器（コンバスタ）と、機械的動力を生成するためのタービン部と、その機械的動力を電力に変換するための発電機（ジェネレータ）と、を含む。タービン部は、ロータディスク上に取り付けられた複数のタービンブレード（タービン翼）を含む。タービンブレードは、ロータディスクに沿って軸方向に離間して列状に配置され、ロータディスクの周囲に円周方向に取り付けられている。タービンブレードは、燃焼器から送られる点火された高温ガスによって駆動され、クーラントを用いて冷却されるが、例えば、クーラントは、タービンブレード内の冷却通路を流れる冷却用流体である。
【０００３】
典型的には、冷却用流体は、コンプレッサ空気を流動させることで供給されてもよい。しかしながら、コンプレッサから空気を流動させると、タービンエンジンの効率が低下する虞がある。第１段、第２段及び第３段のタービンブレードからなる高圧の動作圧力により、第１段、第２段及び
第３段のタービンブレードの冷却用にコンプレッサ空気を流動させることが必要になる場合がある。最終段のタービンブレードは最低の圧力で動作し、最終段のタービンブレードの冷却用に周囲空気が用いられることがある。最終段のタービンブレードを十分に冷却して、求められる境界条件を得るためには、最終段のタービンブレードの冷却通路内に十分な量の周囲空気を導くために、効率的な流れ誘導システムが必要とされている。最終段のタービンブレードの冷却通路内までに十分な量の周囲空気をつかまえて、最終段のタービンブレードを十分に冷却するための容易かつ簡単なシステムが求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
簡単に説明すると、本発明の態様は、ガスタービンエンジンと、ガスタービンエンジンのロータディスクに取り付けられるように構成されたシールプレートと、ガスタービンエンジンのタービンブレードの冷却方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様では、ガスタービンエンジンを提供する。ガスタービンエンジンは、複数のディスク溝を周囲に分布して設けたロータディスクを含む。各ディスク溝は、ブレード取り付け部とディスク空洞部とを備える。ガスタービンエンジンは、複数のタービンブレードを備える。各タービン翼は、ディスク溝のブレード取付部内に挿着されるブレード根元部を含む。ガスタービンエンジンは、ロータディスクの後部側の周囲に取り付けられる複数のシールプレートを備える。各シールプレートは、上部シールプレート壁と下部シールプレート壁とを含む。上部シールプレート壁は、ブレード根元部を覆うように構成される。ガスタービンエンジンは、複数の流れ誘導部を備える。各流れ誘導部は、ロータディスクから離れる側で、各シールプレートと一体化されている。流れ誘導部は、ガスタービンエンジンの動作中に、ロータディスクと、当該ロータディスクと一体のシールプレートとの回転に起因してパドルとして機能して、ディスク空洞部内に冷却用流体を誘導して、ブレード根元部からタービンブレードの内部に流入させて、タービンブレードを冷却するように構成されている。
【０００６】
一態様では、ガスタービンエンジンのロータディスクに取り付けられるように構成されたシールプレートを提供する。ガスタービンエンジンは、複数のディスク溝を周囲に分布して設けたロータディスクを含む。各ディスク溝は、ブレード取り付け部とディスク空洞部とを含む。各タービンブレードは、ディスク溝のブレード取付部内に挿着されるブレード根元部を備える。シールプレートは、ロータディスクの後部側に取り付けられる。シールプレートは、ブレード根元部を覆うように構成された上部シールプレート壁を備える。シールプレートは、下部シールプレート壁を備える。シールプレートは、ロータディスクから離れる側でシールプレートと一体化された流れ誘導部を備える。流れ誘導部は、ガスタービンエンジンの動作中に、ロータディスクと、当該ロータディスクと一体のシールプレートとの回転に起因してパドルとして機能して、ディスク空洞部内に冷却用流体を誘導して、ブレード根元部からタービンブレードの内部に流入させて、タービンブレードを冷却するように構成されている。
【０００７】
一態様では、ガスタービンエンジンのタービンブレードの冷却方法を提供する。ガスタービンエンジンは、複数のディスク溝を周囲に分布して設けたロータディスクを含む。各ディスク溝は、ブレード取り付け部とディスク空洞部とを含む。各タービンブレードは、ディスク溝のブレード取付部内に挿着されるブレード根元部を含む。この方法は、ロータディスクの後部側の周囲に複数のシールプレートを取り付けることを含む。各シールプレートは、上部シールプレート壁と下部シールプレート壁とを含む。上部シールプレート壁は、ブレード根元部を覆うように構成されている。この方法は、シールプレートに複数の流れ誘導部を取り付けるステップを含む。各流れ誘導部は、ロータディスクから離れる側で、各シールプレートと一体化されている。流れ誘導部は、ガスタービンエンジンの動作中に、ロータディスクと、当該ロータディスクと一体のシールプレートとの回転に起因してパドルとして機能して、ディスク空洞部内に冷却用流体を誘導して、ブレード根元部からタービンブレードの内部に流入させて、タービンブレードを冷却するように構成されている。
【０００８】
上述した本出願の様々な態様及び実施形態並びに後述する様々な態様及び実施形態は、明示的に記載した組合せに限定して使用される必要はなく、他の組合せで使用されてもよい。当業者であれば、本明細書の説明を読んで理解することにより、様々な修正を行うことができるであろう。
【０００９】
以下、本出願の例示的実施態様について、添付図面を参照してより具体的に説明する。
理解を助けるため、各図面で同一の構成要素を参照できる場合には、同一の参照番号を使用している。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態を適用可能な、ガスタービンエンジンの最終段の一部の概略斜視図である。
【図２】本発明の様々な実施形態に従う流れ誘導部の概略斜視図である。
【図３】本発明の様々な実施形態に従う流れ誘導部の概略斜視図である。
【図４】本発明の様々な実施形態に従う流れ誘導部の概略斜視図である。
【図５】本発明の様々な実施形態に従う流れ誘導部の概略斜視図である。
【図６】本発明の様々な実施形態に従う流れ誘導部の概略斜視図である。
【図７】本発明の様々な実施形態に従う流れ誘導部の概略斜視図である。
【図８】図７に示した本発明の実施形態を適用した、ガスタービンエンジンの最終段の一部の概略斜視図である。
【図９】図８に示した係止板の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の様々な態様について詳細に説明する。
【００１２】
図１を参照すると、ガスタービンエンジン１００の一部の概略斜視図が示されている。同図では、軸方向の流動方向に関して後部側から眺めた最終段が示されている。ガスタービンエンジン１００は、本発明の実施形態に従う流れ誘導部（流れ誘導アセンブリ）３００を含む。図１に示すように、ガスタービンエンジン１００は、最終段のロータディスク１２０と、当該ロータディスク１２０の外周（周囲）に沿って取り付けられた複数の最終段のタービンブレード（タービン翼）１４０とを含む。複数のシールプレート（密封板）２００が、最終段ロータディスク１２０の後部側の周囲に取り付けられている。シールプレート２００は、ロータディスク１２０の後部側に流れる高温ガスを防ぐことができる。シールプレート２００は、ロータディスク１２０に固定されている。ロータディスク１２０は、ガスタービンエンジン１００の動作中に矢印Ｒで示す方向に回転することができ、これによりタービンブレード１４０と、それと一体のシールプレート２００とが同一方向Ｒに回転する。理解を明瞭にするために、１つのタービンブレード１４０と１つのシールプレート２００とがロータディスク１２０から取り外されている。
【００１３】
図１を参照すると、ロータディスク１２０は、複数のディスク溝１２２を含んでいる。各ディスク溝１２２は、ブレード取り付け部１２４とディスク空洞部（ディスクキャビティ）１２６とを含む。各タービンブレード１４０は、プラットフォーム（基部）１４２と、当該プラットフォーム１４２から径方向下側に延出するブレード根元部（翼根）１４４とを含む。ロータディスク溝１２２のブレード取付部１２４内にブレード根元部１４４を挿着することによって、各タービンブレード１４０がロータディスク１２０に取り付けられている。ディスク空洞部１２６は、ブレード根元部１４４とディスク溝１２２の底部との間に形成されている。各シールプレート２００は、上部シールプレート壁２２０と下部シールプレート壁２４０とを含む。上部シールプレート壁２２０と下部シールプレート壁２４０との間で、シールアーム（シール延出部）２３０を軸方向外側に延出させることができる。上部シールプレート壁２２０は、ブレード根元部１４４を覆う（カバーする）。下部シールプレート壁２４０には、流れ誘導部３００が取り付けられている。流れ誘導部３００は、ディスク溝１２２のディスク空洞部１２６と整列している。
【００１４】
エンジン動作中、最終段のタービンブレード１４０の回転によって、遠心力に起因して、冷却用流体流（矢印１３０参照）で示すように、ディスク溝１２０のディスク空洞部１２６内に冷却用流体を送るポンプ力（汲み上げ力）が生じる。冷却用流体は、タービンブレード１４０を冷却するためにブレード根元部１４４からタービンブレード１４０の内側に流入し、タービンブレード１４０の開口部を通って流出して、ガスタービンエンジン１００のガス経路に至る。冷却用流体は、周囲空気でもよい。本発明の実施形態では、シールプレート２００上に配置された流れ誘導部３００は、最終段のタービンブレード１４０を十分に冷却するために、ディスク空洞部１２６内に流入する周囲空気を誘導するように更に駆り立てる力を提供する。流れ誘導部３００とシールプレート２００とは、一体化された単一部品として製造することができる。
【００１５】
図２乃至図７を参照すると、本発明の様々な実施形態に従う一体型の流れ誘導部３００を有するシールプレート２００の概略斜視図が示されている。
【００１６】
図２を参照すると、本発明の一実施形態に従う一体型の流れ誘導部３００を有するシールプレート２００の概略斜視図が示されている。図２に示すように、シールプレート２００は、上部シールプレート壁２２０と下部シールプレート壁２４０とを有する。これら上部シールプレート壁２２０と下部シールプレート壁２４０との間で、シールアーム２３０が軸方向外側に延出している。シールプレート２００は、ロータディスク１２０と対向する上部シールプレート壁２２０の側に配置されたフック（係止部）２０２を有していてもよい。フック２０２は、ロータディスク１２０に取り付けられるＵ字形状を有していてもよい。シールプレート２００は、ロータディスク１２０と対向する下部シールプレート壁２４０の側から突出する突出部２０４を有していてもよい。突出部２０４は、ロータディスク１２０に取り付けられるダブテール形状（ぴったり当てはまる形状）を有することができる。これらフック２０２と突出部２０４とによって、シールプレート２００がロータディスク１２０に固定されている。シールプレート２００は、下部シールプレート壁２４０を軸方向に貫通する開口部２４２を有する。開口部２４２は、シールアーム２３０の下方に径方向の距離を有するように下部シールプレート壁２４０に配置されていてもよい。開口部２４２は、組み立て後、ディスク溝１２２のディスク空洞部１２６と整列することができる。開口部２４２は、概して、ディスク空洞部１２６と同様の形状を有することができる。
【００１７】
図２に例示した実施形態によれば、流れ誘導部３００は、軸方向に外側に延出するロータディスク１２０から離れる（ように面する）側でシールプレート２００と一体化されている。流れ誘導部３００は、図１に示すように、ロータディスク１２０の回転方向Ｒに対して下流側で、開口部２４２に沿って径方向に取り付けられた湾曲プレート３１０を含むことができる。湾曲プレート３１０は、開口部２４２の接線方向で開口部２４２と組み合わされていてもよい。湾曲プレート３１０は、開口部２４２と同じ曲率（湾曲）を有していてもよい。ガスタービンエンジン１００の動作中、ロータディスク１２０とそれと一体のシールプレート２００の回転は、流れ誘導部３００の湾曲プレート３１０をパドル（へら）として機能させて、冷却用空気１３０を更に誘導させるが、例えば、タービンブレード１４０の回転によって生じる遠心力に加えて、ガスタービンエンジン１００の外側からの周囲空気等を、開口部２４２とディスク空洞部１２６内に誘導し、ブレード根元部１４４からタービンブレード１４０の内側に流入させて、タービンブレード１４０を冷却させるようにする。湾曲プレート３１０は、スコップ形状（シャベル形状）を有していてもよい。
【００１８】
流れ誘導部３００の寸法は、タービンブレード１４０を十分に冷却するための冷却要件を満たすように設計することができる。流れ誘導部の寸法は、湾曲プレート３１０の径方向の高さ、湾曲プレート３１０の軸方向の長さ等を含むことができる。湾曲プレート３１０の径方向の高さは、開口部２４２の径方向の高さよりも小さくてもよく、等しくてもよく、または大きくてもよい。例示のために、図２及び図３では、異なる径方向の高さを有する湾曲プレート３１０を示している。図２に例示した実施形態では、湾曲プレート３１０の径方向の高さは、開口部２４２の径方向の高さに等しい。図２に示したように、湾曲プレート３１０は、開口部２４２の最下点から始まって、開口部２４２の最高点で終わるように、下流側で開口部２４２に沿って取り付けられている。
【００１９】
図３に図示した別の例示的な実施形態では、湾曲プレート３１０の径方向の高さは、開口部２４２の径方向の高さよりも大きい。図３に図示したように、湾曲プレート３１０は、開口部２４２の最下点から始まってシールアーム２３０で終端するように下流側で開口部２４２に沿って取り付けられている。このような実施形態は、流れ誘導部３００の機械的特性を改善し得る（機械的強度の増加、振動の低減等）。湾曲プレート３１０は、開口部２４２の最下点より下である、または開口部２４２の最下点より上である、径方向の点から開始して、下流側で開口部２４２に沿って取り付けられてもよいことを理解されたい。また、湾曲プレート３１０は、開口部２４２の最高点よりも低い、または開口部２４２の最高点とシールアーム２３０との間の、径方向の点で終端する下流側で、開口部２４２に沿って取り付けられてもよいことを理解されたい。
【００２０】
湾曲プレート３１０の軸方向の長さは、径方向に沿って変化してもよい。図２および図３に例示した実施形態によれば、湾曲プレート３１０の軸方向長さは、下部側では短く、上部側では長くてもよい。例えば、下部シールプレート壁２４０からの湾曲プレート３１０の最大軸方向長さは、湾曲プレート３１０の頂部の領域に近い湾曲プレート３１０の上部に位置していてもよい。
【００２１】
図４を参照すると、本発明の一実施形態に従う一体型の流れ誘導部３００を有するシールプレート２００の概略斜視図が示されている。図４には、異なる斜視図方向から眺めた、流れ誘導部３００についても図示されている。図４に示すように、流れ誘導部３００は、開口部２４２の最下点の径方向位置で、下部シールプレート壁２４０から軸方向外側に延出する下部シールプレート壁２４０に取り付けられたフロアプレート（床板）３２０を含むことができる。フロアプレート３２０は、シールプレート２００のシールアーム２３０と平行でもよい。流れ誘導部３００は、フロアプレート３２０から径方向上方に延出する、内側壁３３０と外側壁３４０とを含んでいてもよい。内側壁３３０と外側壁３４０とは、フロアプレート３２０とシールアーム２３０との間で径方向に取り付けられてもよい。内側壁３３０と外側壁３４０は、互いに離間して配置されて、部分的な環状形状を形成する開口部２４２の２つの円周方向の側で取り付けられている。内側壁３３０は、上流側で開口部２４２に取り付けられてもよい。外側壁３４０は、下流側で開口部２４２に取り付けられてもよい。内側壁３３０と外側壁３４０とは、２つの湾曲プレートでもよい。外側壁３４０の弧長（アーク長さ）は、内側壁３３０の弧長よりも長く、これはロータディスク１２０の回転方向Ｒに面する入口３５０を形成する。ガスタービンエンジン１００の動作中、ロータディスク１２０と、当該ロータディスク１２０と一体のシールプレート２００との回転により、流れ誘導部３００はパドルとして機能して、冷却用空気１３０をさらに誘導し、例えば、タービンブレード１４０の回転により生じる遠心力に加えて、ガスタービンエンジン１００の外部からの周囲空気等を、入口３５０を通って流れ誘導部３００内に流入させて、開口部２４２とディスク空洞部１２６内に流入させて、ブレード根元部１４４からタービンブレード１４０の内部に流入させて、タービンブレード１４０を冷却させるようにする。
【００２２】
図５を参照すると、本発明の一実施形態に従う一体型の流れ誘導部３００を有するシールプレート２００の概略斜視図が示されている。図５には、異なる斜視図方向から眺めた、流れ誘導部３００についても図示されている。図５に示すように、フロアプレート３２０は、外側壁３４０から側方に延出している。垂直プレート（縦板）３４２が、フロアプレート３２０の延長領域で外側壁３４０に取り付けられていて、フロアプレート３２０から径方向上方に延出している。垂直プレート３４２は、フロアプレート３２０とシールアーム２３０との間に取り付けられていてもよい。また、外側壁３４０と垂直プレート３４２は、Ｙ字状に形成されていてもよい。図５に例示した流れ誘導部３００の構成は、流れ誘導部３００の機械的特性を改善し得る（機械的強度の増加、振動の低減等）。
【００２３】
図６を参照すると、本発明の一実施形態に従う一体型の流れ誘導部３００を有するシールプレート２００の概略斜視図が示されている。図６には、異なる斜視図方向から眺めた、流れ誘導部３００についても図示されている。図６に示すように、フロアプレート３２０は、外側壁３４０から側方に延出されている。また、フロアプレート３２０は、内側壁３３０の側方に延出されて、下側シールプレート壁２４０に取り付けられている。図６に示した流れ誘導部３００の構成は、流れ誘導部３００の機械的特性を改善し得る（機械的強度の増加、振動の低減等）。
【００２４】
流れ誘導部３００の寸法は、タービンブレード１４０を十分に冷却するための冷却要求を満たすように設計されてもよい。流れ誘導部３００の寸法は、内側壁３３０と外側壁３４０の径方向の高さ、内側壁３３０と外側壁３４０との間の円周方向の距離、ロータディスク１２０の回転方向Ｒに関する入口３５０の向き等を含み得る。内側壁３３０と外側壁３４０の径方向の高さは、フロアプレート３２０とシールアーム２３０との間の径方向の距離によって定められてもよい。フロアプレート３２０は、図４乃至図６に例示したように、開口部２４２の最下部の径方向の点での径方向位置で下部シールプレート壁２４０に取り付けることができる。フロアプレート３２０は、開口部２４２の最下部の径方向の点よりも下方の径方向位置で下部シールプレート壁２４０に取り付けてもよいことを理解されたい。内側壁３３０と外側壁３４０は、開口部２４２の上流側と下流側の縁に配置されてもよく、又は開口部２４２の上流側と下流側の縁から更に離れて配置されてもよい。入口３５０の向きは、回転方向Ｒに対して垂直でもよく、それによって、回転方向Ｒに対して９０°未満または９０°以上の大きい角度の入口３５０の向きと比較して、流れ誘導部３００内へより多くの冷却用空気を導くようにしてもよい。
【００２５】
図７を参照すると、本発明の一実施形態に従う一体型の流れ誘導部３００を有するシールプレート２００の概略斜視図が示されている。図７に示すように、根元部（ルート）２４４は、径方向下方に延出する下部シールプレート壁２４０に取り付けられている。根元部２４４は、ダブテール形状を有していてもよい。流れ誘導部３００は、軸方向に外向きに延出するロータディスク１２０から離れる側で、根元部２４４と一体化されている。流れ誘導部３００は、湾曲プレート３１０を含んでいてもよい。湾曲プレート３１０は、スコップ形状を有していてもよい。湾曲プレート３１０は、図２及び図３に例示したのと同様の構成を有することができるが、その点については記載の重複を避けるため説明を割愛する。
【００２６】
図８を参照すると、ガスタービンエンジン１００の一部の概略斜視図が示されているが、同図では、図７に示した本発明の実施形態を組み込んだ、軸流方向に関して後部側から眺めた最終段を示している。理解を明瞭にするため、１つのタービンブレード１４０と１つのシールプレート２００とがロータディスク１２０から取り外されている。図８に示したように、シールプレート２００はロータディスク１２０に取り付けられている。根元部２４４は、ディスク溝１２２内に配置されている。湾曲プレート３１０は、組み立て後のロータディスク１２０の回転方向Ｒに関して下流側で、ディスク空洞部１２６に沿って径方向にある。ガスタービンエンジン１００の動作中、ロータディスク１２０と、当該ロータディスク１２０と一体のシールプレート２００との回転により、流れ誘導部３００の湾曲プレート３１０をパドルとして機能させて、冷却用空気１３０を更に誘導させて、例えば、タービンブレード１４０の回転により生じる遠心力に加えて、周囲空気等をディスク空洞部１２６内に流入させて、ブレード根元部１４４からタービンブレード１４０の内側に流入させて、タービンブレード１４０を冷却させるようにする。シールプレート２００をロータディスク１２０に固定するために、ロックプレート（係止プレート）２４６をディスクスロット１２８に挿入してもよい。図９を参照すると、ロックプレート２４６の概略斜視図が示されている。
【００２７】
一態様によれば、本提案の流れ誘導部３００は、ガスタービンエンジン１００のタービンブレード１４０の最終段を十分に冷却するために、冷却用流体１３０として周囲空気を使用することができる。ガスタービンエンジン１００の動作中、ロータディスク１２０と、当該ロータディスク１２０と一体のシールプレート２００との回転によって、流れ誘導部３００をパドルとして機能させて、ガスタービンエンジン１００の外側から十分な量の周囲空気を冷却用空気１３０として送って、ロータディスク１２０のディスク空洞部１２６内に流入させて、ブレード根元部１４４からタービンブレード１４０の内側に流入させて、タービンブレード１４０を冷却させるようにする。本提案の流れ誘導部３００は、タービンブレード１４０の最終段を冷却するために圧縮機空気を流すことをなくしており、そのためタービンエンジンの効率を高めている。
【００２８】
一態様によれば、本提案の流れ誘導部３００は、シールプレート２００の一体型部品として製造されてもよい。シールプレート２００と一体型の流れ誘導部３００は、高温ガスがロータディスク１２０内に流入することを防止して、同時にタービンブレード１４０の最終段を十分に冷却して、必要な境界条件を達成するために、十分な周囲空気を送るための軽量設計を可能にする。シールプレート２００と一体型の流れ誘導部３００は、最小限のコストでタービンブレード１４０の最終段を十分に冷却することを可能にする。
【００２９】
以上、本発明の教示内容を含む様々な実施形態について図示して、説明した。当業者であれば、この教示内容に関して他の様々な実施形態を想到できるであろう。本発明は、具体的に例示した構成の詳細や、図面の説明又は図示した構成要素の配置によって限定されない。本発明は、他の実施形態によっても実施することが可能であり、様々な方法で実行または実施されてもよい。本明細書に使用されている用語は、説明の目的上のものであり、限定的なものではないことを理解されたい。用語の「含む、有する（備える）」、およびその変形例は、後述の構成要素およびその同等物、ならびに追加の構成要素を含むことを意味する。特に指定または制限されない限り、「取り付ける」、「接続する」、「支持する」、および「結合する」等の用語は、広義に使用されており、直接的および間接的な取り付け、接続、支持、および結合を含む。さらに、「接続」および「結合」は、物理的または機械的な接続または結合に限定されない。
【符号の説明】
【００３０】
１００    ガスタービンエンジン
１２０    ロータディスク
１２２    ディスク溝
１２４    ブレード取り付け部
１２６    ディスク空洞部（ディスクキャビティ）
１２８    ディスクスロット
１３０    冷却用流体（冷却用空気）
１４０    タービンブレード（タービン翼）
１４２    ブレードのプラットフォーム（基部）
１４４    ブレード根元部
２００    シールプレート
２０２    フック（係止部）
２０４    突出部
２２０    上部シールプレート壁
２３０    シールアーム（シール延出部）
２４０    下部シールプレート壁
２４２    開口部
２４４    根元部（ルート）
２４６    ロックプレート（係止プレート）
３００    流れ誘導部（流れ誘導アセンブリ／フロー・インデューサ・アセンブリ）
３１０    湾曲プレート（湾曲したプレート）
３２０    フロアプレート
３３０    内側壁
３４０    外部壁
３４２    垂直壁
３５０    入口
【図１】
2021535975.tif 000003
【図２】
2021535975.tif 000004
【図３】
2021535975.tif 000005
【図４】
2021535975.tif 000006
【図５】
2021535975.tif 000007
【図６】
2021535975.tif 000008
【図７】
2021535975.tif 000009
【図８】
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【図９】
2021535975.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和3年6月8日(2021.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレード取り付け部（１２４）とディスク空洞部（１２６）とを含むディスク溝（１２２）を、複数、周囲に分布して設けたロータディスク（１２０）と、
前記ディスク溝（１２２）の前記ブレード取り付け部（１２４）内に挿着されるブレード根元部（１４４）を含む、複数のタービンブレード（１４０）と、
前記ロータディスク（１２０）の後部側の周囲に取り付けられる複数のシールプレート（２００）であって、各前記シールプレート（２００）は、上部シールプレート壁（２２０）と下部シールプレート壁（２４０）とを含み、前記上部シールプレート壁（２２０）は、前記ブレード根元部（１４４）を覆うように構成された、前記シールプレート（２００）と、
前記ロータディスク（１２０）から離れる側で前記シールプレート（２００）と一体化された、複数の流れ誘導部（３００）と、
を備えるガスタービンエンジン（１００）であって、
前記流れ誘導部（３００）は、前記ガスタービンエンジン（１００）の動作中に、前記ロータディスク（１２０）と、前記ロータディスク（１２０）と一体の前記シールプレート（２００）との回転に起因してパドルとして機能して、前記ディスク空洞部（１２６）内に冷却用流体（１３０）を誘導して、前記ブレード根元部（１４４）から前記タービンブレード（１４０）の内部に流入させて、前記タービンブレード（１４０）を冷却するように構成された、
ガスタービンエンジン（１００）。
【請求項２】
前記下部シールプレート壁（２４０）は開口部（２４２）を含み、前記開口部（２４２）は、前記ロータディスク（１２０）に取り付けられた後に前記ディスク空洞部（１２６）と整列するように構成されている、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１００）。
【請求項３】
前記流れ誘導部（３００）は、湾曲プレート（３１０）を備え、前記湾曲プレート（３１０）は、前記下部シールプレート壁（２４０）と一体化され、前記下部シールプレート壁（２４０）から軸方向に延出し、前記湾曲プレート（３１０）は、前記ロータディスク（１２０）の回転方向に関して前記開口部（２４２）の下流側に沿うように構成されることを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン（１００）。
【請求項４】
前記湾曲プレート（３１０）はスコップ形状を有することを特徴とする請求項３に記載のガスタービンエンジン（１００）。
【請求項５】
前記流れ誘導部（３００）は、少なくとも前記開口部の最低の径方向位置にて前記下部シールプレート壁（２４０）から軸方向に延出するフロアプレート（３２０）を含み、前記流れ誘導部（３００）は、前記ロータディスク（１２０）の回転方向に関して、それぞれ前記開口部（２４２）の上流側と前記開口部（２４２）の下流側とに沿って径方向に一体化された内側壁（３３０）と外側壁（３４０）とを含み、前記内側壁（３３０）と前記外側壁（３４０）とは、前記フロアプレート（３２０）から径方向上方に延出することを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン（１００）。
【請求項６】
前記内側壁（３３０）と前記外側壁（３４０）とは、湾曲プレートを備え、湾曲した前記内側壁（３３０）と湾曲した前記外側壁（３４０）とは、前記ロータディスク（１２０）の前記回転方向に対向する冷却用流体の入口（３５０）を形成するように構成されたことを特徴とする請求項５に記載のガスタービンエンジン（１００）。
【請求項７】
前記下部シールプレート壁（２４０）は、径方向下方に延出する根元部（２４４）を備え、前記根元部（２４４）は、組立後に前記ディスク溝（１２２）内に配置されるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン（１００）。
【請求項８】
前記流れ誘導部（３００）は、前記ロータディスク（１２０）から離れる側で前記根元部（２４４）と一体化されており、前記根元部（２４４）から軸方向に延出することを特徴とする請求項７に記載のガスタービンエンジン（１００）。
【請求項９】
前記流れ誘導部（３００）は、湾曲プレート（３１０）を含み、前記湾曲プレート（３１０）は、前記ロータディスク（１２０）に取り付けられた後、前記ロータディスク（１２０）の回転方向に関して下流側で前記ディスク空洞部（１２６）に沿って径方向に構成されたことを特徴とする請求項８に記載のガスタービンエンジン（１００）。
【請求項１０】
前記冷却用流体（１３０）には周囲空気が含まれることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン（１００）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
典型的には、冷却用流体は、コンプレッサ空気を流動させることで供給されてもよい。しかしながら、コンプレッサから空気を流動させると、タービンエンジンの効率が低下する虞がある。第１段、第２段及び第３段のタービンブレードからなる高圧の動作圧力により、第１段、第２段及び第３段のタービンブレードの冷却用にコンプレッサ空気を流動させることが必要になる場合がある。最終段のタービンブレードは最低の圧力で動作し、最終段のタービンブレードの冷却用に周囲空気が用いられることがある。最終段のタービンブレードを十分に冷却して、求められる境界条件を得るためには、最終段のタービンブレードの冷却通路内に十分な量の周囲空気を導くために、効率的な流れ誘導システムが必要とされている。最終段のタービンブレードの冷却通路内までに十分な量の周囲空気をつかまえて、最終段のタービンブレードを十分に冷却するための容易かつ簡単なシステムが求められている。
【国際調査報告】
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