(57)【要約】【課題】  ガスタービンエンジンロータ組立体を冷却するための方法及び装置を提供する。【解決手段】  翼形部（６０）は、プラットフォームから半径方向外向きに延び、前縁（７４）及び後縁（７６）に沿って互いに接合された第１の側壁（７０）及び第２の側壁（７２）を含む。シャンク（６４）は、プラットフォームから半径方向内向きに延び、該シャンクから延びるダブテール（６６）を含む。内部空洞（８４）が、シャンクによって少なくとも部分的に形成され、プラットフォーム半径方向内面の少なくとも一部分をインピンジメント冷却するために冷却空気を供給する。冷却回路（１４０）が、エンジン作動時にプラットフォーム陥凹域を通して冷却空気を流して翼形部後縁の少なくとも一部分に発生する応力を低下させるのを可能にするように、シャンクの一部分（１６０）を貫通して延びる。【選択図】      図２
2005307981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン（１０）用のロータブレード（４０）であって、
半径方向外面（１５２）、半径方向内面（１４４）及びそれらの間で少なくとも部分的に延びる陥凹域（１７８）を含むプラットフォーム（６２）と、
前縁（７４）及び後縁（７６）に沿って互いに接合された第１の側壁（７０）及び第２の側壁（７２）を含む、前記プラットフォームから半径方向外向きに延びる翼形部（６０）と、
前記プラットフォームから半径方向内向きに延びるシャンク（６４）と、
前記シャンクから延びるダブテール（６６）と、
前記プラットフォーム半径方向内面の少なくとも一部分をインピンジメント冷却するために冷却空気を供給するための、前記シャンクによって少なくとも部分的に形成された内部空洞（８４）と
エンジン作動時に前記プラットフォーム陥凹域を通して冷却空気を流して前記翼形部後縁の少なくとも一部分に発生する応力を低下させるのを可能にするように、前記シャンクの一部分（１６０）を貫通して延びる冷却回路（１４０）と、
を含むロータブレード（４０）。
【請求項２】
前記プラットフォーム（６２）が、前記プラットフォーム陥凹域（１７８）を通して冷却空気を流すために前記プラットフォーム半径方向内面（１４４）の少なくとも一部分内に形成されたパージ溝（１７０）をさらに含む、請求項１記載のロータブレード（４０）。
【請求項３】
前記プラットフォーム（６２）が、前記プラットフォーム半径方向外面をフィルム冷却するために冷却空気を流すための、前記プラットフォーム半径方向外面及び半径方向内面（１５２及び１４４）間で延びる複数のフィルム冷却開口（１５０）をさらに含む、請求項２記載のロータブレード（４０）。
【請求項４】
前記シャンク（６４）が前方側壁（１２４）及び後方側壁（１２６）間で半径方向に延びており、前記前方側壁の少なくとも一部分（１６０）に凹状部分を設けて前記プラットフォーム陥凹域（１７８）を通して供給される冷却空気の作動圧力を増大させるのを可能にする、請求項２記載のロータブレード（４０）。
【請求項５】
前記プラットフォーム陥凹域（１７８）が、エンジン（１０）作動時に前記ロータブレードによって形成される前記翼形部（６０）の荷重経路内に延びている、請求項２記載のロータブレード（４０）。
【請求項６】
前記プラットフォーム陥凹域（１７８）が、前記翼形部後縁（７６）の疲労寿命を増大させるのを可能にする、請求項２記載のロータブレード（４０）。
【請求項７】
前記シャンク（６４）が、その各々が前記隣接するロータブレード間をシールするのを可能にするように構成された前縁シールピン空洞（２００）及び後縁シールピン空洞（２０２）をさらに含む、請求項２記載のロータブレード（４０）。
【請求項８】
前記プラットフォーム陥凹域（１７８）が、前記翼形部後縁（７６）を通って延びる翼形中心線に対してほぼ垂直に配向され、かつほぼ楕円形の断面積を有する、請求項２記載のロータブレード（４０）。
【請求項９】
ロータシャフト（１８）と、
前記ロータシャフトに結合された複数の円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレード（４０）と、
を含み、
各前記ロータブレードが、翼形部（６０）、プラットフォーム（６２）、シャンク（６４）、冷却回路（１４０）及びダブテール（６６）を含み、前記翼形部が、前記プラットフォームから半径方向外向きに延び、各前記プラットフォームが、半径方向外面（１５２）、半径方向内面（１４４）及びそれらの間で少なくとも部分的に延びる陥凹域（１７８）を含み、各前記シャンクが、前記プラットフォームから半径方向内向きに延び、各前記ダブテールが、前記ロータブレードをロータシャフトに結合するために前記シャンクから延び、各前記冷却回路が、エンジン作動時に前記プラットフォーム陥凹域を通して冷却空気を流して翼形部後縁の少なくとも一部分に発生する応力を低下させるのを可能にするように前記シャンクの一部分（１６０）を貫通して延び、前記プラットフォームが、前記プラットフォーム半径方向外面及び半径方向内面間で延びる複数のフィルム冷却開口（１５０）をさらに含む、
ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１０】
各前記シャンク（６４）が、上流側壁（１２４）及び下流側壁（１２６）間で延びる一対の対向する側壁（１２０及び１２２）を含み、前記複数のロータブレード（４０）が、該隣接するロータブレードの各対間にシャンク空洞（１２８）が形成されるように円周方向に間隔を置いて配置され、前記第１のロータブレードが、前記プラットフォーム陥凹域を通して前記シャンク空洞から冷却空気を流すための、前記プラットフォーム半径方向内面の少なくとも一部分内に形成されたパージ溝（１７０）をさらに含む、請求項９記載のガスタービンエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的にはガスタービンエンジンロータ組立体を冷却するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも一部の公知のロータ組立体は、少なくとも１つの列の円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレードを含む。各ロータブレードは、前縁及び後縁において互いに接合された正圧側面及び負圧側面を備えた翼形部を含む。各翼形部は、ロータブレードプラットフォームから半径方向外向きに延びる。各ロータブレードはまた、シャンクから半径方向内向きに延びるダブテールを含み、シャンクは、プラットフォームとダブテールとの間で延びる。ダブテールは、ロータ組立体内部でロータブレードをロータディスク又はスプールに取付けるのに使用される。公知のブレードは中空であり、内部冷却空洞が、翼形部、プラットフォーム、シャンク及びダブテールによって少なくとも部分的に形成されるようになる。
【０００３】
作動時には、ブレードの翼形部分はシャンク及びダブテール部分よりも高い温度に曝されるので、翼形部とプラットフォームとの間及び／又はシャンクとプラットフォームとの間の接合部に温度不整合が生じる可能性がある。時の経過とともに、そのような温度差及び熱歪みにより、ブレードプラットフォームに対する大きな圧縮熱応力が発生する可能性がある。さらに、時の経過とともに、プラットフォームの高い作動温度は、プラットフォームの酸化、プラットフォームの割れ及び／又はプラットフォームのクリープ変形を引き起こす可能性があり、それによってロータブレードの有効寿命を縮めるおそれがある。さらに、このような温度差はまた、根元後縁開口内に応力を発生させる可能性があり、それによって時の経過とともに、そのような開口の出口における割れの発生によってロータブレードの有効寿命を縮めるおそれがある。
【０００４】
プラットフォーム領域における高い温度の影響を少なくするのを可能にするために、少なくとも一部の公知のロータブレードは、シャンク内部に形成した冷却開口を含む。より具体的には、少なくとも一部の公知のシャンク内では、プラットフォームから半径方向内向きに形成したシャンク空洞内に冷却空気を供給するための冷却開口が、シャンクを貫通して延びる。しかしながら、公知のロータブレード内では、そのような冷却開口は、ロータブレードプラットフォームに対して限られた冷却を行うことができるだけである。
【特許文献１】国際公開２００２−５０４０２号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの様態では、ガスタービンエンジン用のロータ組立体を組立てる方法を提供する。本方法は、前縁と複数の後縁開口を含む後縁とを有する翼形部、プラットフォーム、シャンク及びダブテールを含み、プラットフォームが、翼形部とシャンクとの間を延び、かつ半径方向外面、半径方向内面及び該半径方向外面と半径方向内面との間で少なくとも部分的に延びる陥凹域を含む第１のロータブレードを準備する段階を含む。本方法はまた、ダブテールを使用して第１のロータブレードをロータシャフトに結合する段階と、エンジン作動時に冷却空気がプラットフォーム陥凹域を通ってほぼ連続的に流れて翼形部後縁の少なくとも一部分に発生する応力を低下させるのを可能にするように、第２のロータブレードをロータシャフトに結合する段階を含む。
【０００６】
別の様態では、ガスタービンエンジン用のロータブレードを提供する。本ロータブレードは、プラットフォーム、翼形部、シャンク、ダブテール及び冷却回路を含む。プラットフォームは、半径方向外面、半径方向内面及びそれらの間で少なくとも部分的に延びる陥凹域を含む。翼形部は、プラットフォームから半径方向外向きに延び、前縁及び後縁に沿って互いに接合された第１の側壁及び第２の側壁を含む。シャンクは、プラットフォームから半径方向内向きに延びる。ダブテールは、シャンクから延びる。冷却回路は、エンジン作動時にプラットフォーム陥凹域を通して冷却空気を流して翼形部後縁の少なくとも一部分に発生する応力を低下させるのを可能にするように、シャンクの一部分を貫通して延びる。
【０００７】
さらに別の様態では、ガスタービンエンジンロータ組立体を提供する。本ロータ組立体は、ロータシャフトと、ロータシャフトに結合された複数の円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレードとを含む。各ロータブレードは、翼形部、プラットフォーム、シャンク、冷却回路及びダブテールを含む。各翼形部は、プラットフォームから半径方向外向きに延び、各プラットフォームは、半径方向外面、半径方向内面及びそれらの間で少なくとも部分的に延びる陥凹域を含む。各シャンクは、プラットフォームから半径方向内向きに延び、各ダブテールは、ロータブレードをロータシャフトに結合するためにシャンクから延びる。各冷却回路は、エンジン作動時にプラットフォーム陥凹域を通して冷却空気を流して翼形部後縁の少なくとも一部分に発生する応力を低下させるのを可能にするようにシャンクの一部分を貫通して延びる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、発電機１６に連結された例示的なガスタービンエンジン１０の概略図である。例示的な実施形態では、ガスタービンシステム１０は、単一モノシリック構造のロータ又はシャフト１８の形態で配置された、圧縮機１２、タービン１４及び発電機１６を含む。別の実施形態では、シャフト１８は、複数のシャフトセグメントに分割され、各シャフトセグメントが隣接するシャフトセグメントに連結されてシャフト１８を形成する。圧縮機１２は、燃焼器２０に加圧空気を供給し、燃焼器２０において、空気は、ストリーム２２によって供給される燃料と混合される。１つの実施形態では、エンジン１０は、サウスカロライナ州グリーンビル所在のＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙから購入可能な９ＦＡ＋ｅ型ガスタービンエンジンである。
【０００９】
作動時には、空気は圧縮機１２を通って流れ、加圧空気が燃焼器２０に供給される。燃焼器２０からの燃焼ガス２８は、タービン１４を推進する。タービン１４は、長手方向軸線３０の周りで、シャフト１８、圧縮機１２及び発電機１６を回転させる。
【００１０】
図２は、ガスタービンエンジン１０（図１に示す）で用いることができるロータブレード４０の、該ロータブレード４０の第１の側４２から見た拡大斜視図である。図３は、ロータブレード４０の、該ロータブレード４０の下側から見た拡大斜視図であり、図４は、図２に示すロータブレードの、該ロータブレード４０を反対の第２の側４４から見た側面図である。図５は、ブレード４０がタービン１４（図１に示す）のようなロータ組立体内部に結合された時の、円周方向に間隔を置いて配置されたブレード４０間の円周方向間隔の相対的な配向を示す。図６は、図２に示す、線６−６で取ったロータブレード４０の拡大側面図である。１つの実施形態では、ブレード４０は、新規鋳造したブレード４０である。別の実施形態では、ブレード４０は、本明細書で説明する特徴を含むように改造したブレード４０である。より具体的には、ロータブレード４０がロータ組立体内部に結合された時に、円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレード４０間に間隙４８が形成される。
【００１１】
ロータ組立体内部に結合された時に、各ロータブレード４０は、シャフト１８（図１に示す）のようなロータシャフトに回転可能に結合されたロータディスク（図示せず）へ結合される。別の実施形態では、ブレード４０は、ロータスプール（図示せず）内に取付けられる。この例示的な実施形態では、ブレード４０は同一であり、各々がロータディスクから半径方向外向きに延びかつ翼形部６０、プラットフォーム６２、シャンク６４及びダブテール６６を含む。別の実施形態では、ロータ組立体は、例えばロータブレード４０が同一でないロータブレードに隣接して位置するような複数の異なるロータブレードを含む。この例示的な実施形態では、翼形部６０、プラットフォーム６２、シャンク６４及びダブテール６６は、まとめてバケットとして知られている。
【００１２】
各翼形部６０は、第１の側壁７０及び第２の側壁７２を含む。第１の側壁７０は、凸面形であり翼形部６０の負圧側面を形成し、第２の側壁７２は、凹面形であり翼形部６０の正圧側面を形成する。側壁７０及び側壁７２は、翼形部６０の前縁７４及び軸方向に間隔を置いて配置された後縁７６において互いに接合される。より具体的には、翼形部の後縁７６は、翼形部の前縁７４から翼弦方向かつ下流方向に間隔を置いて配置される。
【００１３】
第１及び第２の側壁７０及び７２は、それぞれプラットフォーム６２に隣接して位置するブレード根元７８から翼形部先端８０までスパンにわたって長手方向又は半径方向外向きに延びる。翼形部先端８０は、ブレード４０内部の内部冷却チャンバ８４の半径方向外側境界部を形成する。より具体的には、内部冷却チャンバ８４は、翼形部６０の内部で側壁７０及び７２間に境界付けられ、プラットフォーム６２を貫通し、シャンク６４を貫通してダブテール６６内に延びる。
【００１４】
各翼形部６０はまた、複数の後縁開口８６を含む。この例示的な実施形態では、開口８６は、冷却流体を冷却チャンバ８４から吐出して翼形部後縁７６を冷却するのを可能にするように、翼形部先端８０とブレード根元７８との間で半径方向に延びる。より具体的には、開口８６は、根元開口８７、第２の開口８８及び複数の残余開口８９を含む。根元開口８７は、ブレード根元７８と第２の開口８８との間に位置し、第２の開口８８は、根元開口８７と残余開口８９との間に位置する。開口８９は、第２の開口８８と翼形部先端８０との間で延びる。この例示的な実施形態では、開口８９は、開口８８と翼形部先端８０との間でほぼ等間隔に配置される。
【００１５】
プラットフォーム６２は、各翼形部６０が各それぞれのプラットフォーム６２から半径方向外向きに延びるように、翼形部６０とシャンク６４との間で延びる。シャンク６４は、プラットフォーム６２からダブテール６６まで半径方向内向きに延び、ダブテール６６は、シャンク６４から半径方向内向きに延びてロータブレード４０をロータディスクに固定するのを可能にする。プラットフォーム６２はまた、正圧側端縁９４及び対向する負圧側端縁９６と互いに接合された上流側面又はスカート９０及び下流側面又はスカート９２を含む。ロータブレード４０がロータ組立体内部に結合された時に、隣接するロータブレードプラットフォーム６２間に間隙４８が形成され、従って、この間隙はプラットフォーム間隙として知られている。
【００１６】
シャンク６４は、シャンク６４の上流側壁１２４及び下流側壁１２６において互いに接合されたほぼ凹面状の側壁１２０及びほぼ凸面状の側壁１２２を含む。従って、シャンク側壁１２０は、それぞれ上流及び下流側壁１２４及び１２６に対して陥凹しており、バケット４０がロータ組立体内部に結合された時に、隣接するロータブレードシャンク６４間にシャンク空洞１２８が形成されるようになる。
【００１７】
この例示的な実施形態では、前方エンゼルウィング１３０及び後方エンゼルウィング１３２は各々、それぞれのシャンク側面１２４及び１２６から外向きに延びて、ロータ組立体内部に形成された前方及び後方エンゼルウィングバッファ空洞（図示せず）をシールするのを可能にする。加えて、前方下部エンゼルウィング１３４はまた、シャンク側面１２４から外向きに延びて、バケット４０とロータディスク間をシールするのを可能にする。より具体的には、前方下部エンゼルウィング１３４は、ダブテール６６と前方エンゼルウィング１３０との間でシャンク６４から外向きに延びる。
【００１８】
以下に詳細に説明するように、冷却回路１４０は、プラットフォーム６２の冷却のためのインピンジメント冷却空気を供給するように、シャンク６４の一部分を貫通して形成される。具体的には、冷却回路１４０は、バケット内部冷却空洞８４とシャンク空洞１２８とが互いに流れ連通状態で結合されるように、シャンク凹面状側壁１２０内に形成されたインピンジメント冷却開口１４２を含む。より具体的には、開口１４２は、ほぼ冷却空気噴出ノズルとして機能し、開口１４２を通して流された冷却空気がプラットフォーム６２の半径方向内面１４４に向かって吐出されてプラットフォーム６２をインピンジメント冷却するのを可能にするように、プラットフォーム６２に対して斜めに配向される。
【００１９】
この例示的な実施形態では、プラットフォーム６２はまた、該プラットフォーム６２を貫通して延びる複数のフィルム冷却開口１５０を含む。別の実施形態では、プラットフォーム６２は、開口１５０を含まない。より具体的には、フィルム冷却開口１５０は、プラットフォーム６２の半径方向外面１５２とプラットフォーム半径方向内面１４４との間で延びる。開口１５０は、シャンク空洞１２８から開口１５０を通して流された冷却空気がプラットフォーム半径方向外面１５２をフィルム冷却するのを可能にするように、プラットフォーム外面１５２に対して斜めに配向される。さらに、冷却空気が開口１５０を通って流れる時に、プラットフォーム６２は、各開口１５０の長さに沿って対流冷却される。
【００２０】
シャンク空洞１２８内の圧力の増大を促進するために、この例示的な実施形態では、シャンク側壁１２４は、前方下部エンゼルウィング１３４から半径方向内側に形成した凹状又はスカラップ状部分１６０を含む。この例示的な実施形態では、凹状部分１６０は、前方シャンク溝としても知られている。別の実施形態では、前方下部エンゼルウィング１３４は、スカラップ状部分１６０を含まない。さらに別の実施形態では、スカラップ状部分１６０は、エンゼルウィング１３０の下方に形成される。従って、隣接するロータブレード４０がロータ組立体内部に結合された時に、凹状部分１６０は、付加的な冷却空気がシャンク空洞１２８内に流入してシャンク空洞１２８内の作動圧力の増大を促進するのを可能にする。従って、凹状部分１６０は、プラットフォームフィルム冷却開口１５０における十分な逆流マージンを維持するのを可能にする。
【００２１】
この例示的な実施形態では、凹状部分１６０は、所定の半径Ｒｆｓで形成される。１つの実施形態では、凹状部分の半径Ｒｆｓは、ほぼ０．１８７インチに等しい。別の実施形態では、凹状部分１６０は、他の断面形状を有する。
【００２２】
この例示的な実施形態では、プラットフォーム６２はまた、凹状部分又はアンダーカットパージ溝１７０を含む。別の実施形態では、プラットフォーム６２は溝１７０を含まない。より具体的には、溝１７０は、プラットフォーム正圧側端縁９４に沿ってプラットフォーム半径方向内面１４４内にのみ形成され、シャンク上流側壁及び下流側壁１２４及び１２６間でプラットフォーム半径方向外面１５２に向かって延びる。別の実施形態では、プラットフォーム溝１７０は、プラットフォーム負圧側端縁９６に沿って形成される。溝１７０は、プラットフォーム間隙４８を通してシャンク空洞１２８から冷却空気を流して、間隙４８が冷却空気で実質的に連続してパージされるようにするのを可能にする。
【００２３】
加えて、この例示的な実施形態では、プラットフォームアンダーカット又は後縁凹状部分１７８が、プラットフォーム６２内に形成される。別の実施形態では、プラットフォーム６２は、後縁凹状部分１７８を含まない。プラットフォームアンダーカット１７８は、それぞれプラットフォーム半径方向内面及び外面１４４及び１５２間でプラットフォーム６２内に形成され、高さＨｕを有する。より具体的には、プラットフォームアンダーカット１７８は、プラットフォームの正圧側端縁９４とプラットフォーム下流スカート９２との間に形成された接合部１８０においてプラットフォーム下流スカート９２内に形成される。従って、隣接するロータブレード４０がロータ組立体内部に結合された時に、アンダーカット１７８は、プラットフォーム６２の後縁冷却を改善するのを可能にする。さらに、アンダーカット１７８はまた、以下により詳細に説明するように、後縁開口８７及び８８に発生する応力を低下させるのを可能にする。
【００２４】
この例示的な実施形態では、アンダーカット１７８は、楕円形の断面を有し、翼形部後縁７６を通って延びた翼形中心線に対してほぼ垂直に配向される。これに代えて、アンダーカット１７８は、翼形部後縁７６を通って延びる翼形中心線に対して垂直でない方向に配向される。さらに別の実施形態では、アンダーカット１７８は、非楕円形の断面を有する。具体的には、アンダーカット１７８は、根元開口８７に隣接する後縁７６から内向きの所定の距離であるアンダーカット深さＤｕで延びる。１つの実施形態では、距離Ｄｕはほぼ０．０１０インチに等しく、アンダーカット高Ｈｕは、ほぼ０．３９４インチに等しい。アンダーカット１７８の断面形状深さＤｕ及び高さＨｕは、適用分野及び翼形部後縁７６とアンダーカット１７８との間の所望の荷重分布に応じて変化させることができる。以下により詳しく説明するように、一般的に、アンダーカット深さＤｕを増加させることは、後縁応力を低下させ、またアンダーカット応力を増大させ、逆もまた同様である。
【００２５】
この例示的な実施形態では、さらにプラットフォーム６２の部分１８４が、プラットフォームの負圧側端縁９６に沿って面取りされる。別の実施形態では、プラットフォーム６２は、面取り部分１８４を含まない。より具体的には、面取り部分１８４は、プラットフォーム下流スカート９２に隣接するプラットフォーム半径方向外面１５２全体にわたって延びる。従って、面取り部分１８４はプラットフォーム半径方向外面１５２と比較すると陥凹しているので、部分１８４は、プラットフォーム間隙４８を横断する流れに対して後向き段差を形成して、プラットフォーム６２の負圧側面における熱伝達率を減少させるのを可能にするようになる。従って、熱伝達率が減少するので、プラットフォーム６２の作動温度もまた低下させることが可能になり、従ってプラットフォーム６２の有効寿命が増大する。
【００２６】
シャンク６４はまた、前縁ラジアルシールピン溝２００及び後縁ラジアルシールピン溝２０２を含む。具体的には、各シールピン溝２００及び２０２は、シャンク６４を貫通してプラットフォーム６２とダブテール６６との間でほぼ半径方向に延びる。より具体的には、前縁ラジアルシールピン溝２００は、シャンク凸面状側壁１２２に隣接してシャンク上流側壁１２４内に形成され、また後縁ラジアルシールピン溝２０２は、シャンク凸面状側壁１２２に隣接してシャンク下流側壁１２６内に形成される。
【００２７】
各シャンクシールピン溝２００及び２０２は、ロータブレード４０がロータ組立体内部に結合された時に、隣接するロータブレードシャンク６４間をシールするのを可能にするようなラジアルシールピン２０４を受ける寸法にされる。前縁ラジアルシールピン溝２００は、その中にラジアルシールピン２０４を受ける寸法にされるが、例示的な実施形態では、ロータブレード４０がロータ組立体内部に結合された時に、シールピン２０４は、後縁シールピン溝２０２内に配置されるだけで、溝２００は空いたままである。より具体的には、溝２００はシールピン２０４を備えていないので、間隙がそのまま残り、溝２００は、作動時にシャンクスカラップ状部分１６０と協働して、シャンク空洞１２８内に十分な逆流マージンが維持されるように空洞１２８を加圧するのを可能にする。
【００２８】
後縁ラジアルシールピン溝２０２は、一対の軸方向に間隔を置いた対向する側壁２１０及び２１２によって形成され、ダブテール６６と半径方向上部壁２１４との間で半径方向に延びる。この例示的な実施形態では、側壁２１０及び２１２は、シャンク下流側壁１２６の内部でほぼ平行であり、半径方向上部壁２１４は、それら側壁２１０及び２１２間で斜めに延びる。従って、内側側壁２１２の半径方向高さＲ１は、外側側壁２１０の半径方向高さＲ２よりも小さい。下記により詳細に説明するように、斜めの上部壁２１４は、後縁シールピン２０４のシール効果を強化するのを可能にする。より具体的には、エンジン作動時に、上部壁２１４により、ピン２０４が側壁２１０にしっかりと当接して位置するまで、ピン２０４が溝２０２内で半径方向に滑動することが可能になる。溝２０２内でのピン２０４の半径方向及び軸方向移動により、隣接するロータブレード４０間のシールを強化することが可能になる。さらに、この例示的な実施形態では、後縁シールピン２０４の各端部２２０及び２２２は、丸みを付けられており、ピン２０４の半径方向移動を促進し、従って隣接するロータブレードシャンク６４間のシールをさらに強化するのを可能にする。
【００２９】
エンジン作動時に、ブレード内部冷却チャンバ８４に供給された冷却空気の少なくとも一部分は、シャンク開口１４２を通して外部に吐出される。より具体的には、開口１４２は、該開口を通して吐出された空気がプラットフォーム半径方向内面１４４をインピンジメント冷却するためにプラットフォーム６２の方向に向くように、配向される。一般的に、エンジン作動時には、バケットの正圧側４２は通常、ロータブレード負圧側４４よりも高い温度で作動し、従って、作動時に、冷却開口１４２により、プラットフォーム６２の作動温度を低下させることが可能になる。
【００３０】
さらに、開口１４２から吐出された空気流はまた、シャンク側壁凹状部分１６０を通してシャンク空洞１２８に流入する冷却空気と混合される。より具体的には、シャンク側壁凹状部分１６０と空の前縁ラジアルシールピン溝２００の組合せにより、シャンク空洞１２８内に十分な逆流マージンを維持することが可能になって、シャンク空洞１２８内の冷却空気の少なくとも一部分がプラットフォームアンダーカットパージ溝１７０を通ってまたプラットフォーム間隙４８を通って流れることができるようになり、かつ冷却空気の一部分がフィルム冷却開口１５０を通って流れることができるようになる。冷却空気がパージ溝１７０及び間隙４８を通って外部方向に強制的に流される時に、プラットフォーム６２は対流冷却される。さらに、作動時に、アンダーカット１７８は、パージ溝１７０を通して外部方向に強制的に流されかつ間隙４８に沿って流れる空気によって冷却されて、アンダーカット１７８により、プラットフォーム下流スカート９２内におけるプラットフォーム６２の作動温度を低下させることが可能になる。加えて、プラットフォーム６２は、開口１５０を通って流れる冷却空気によって、対流冷却及びフィルム冷却の両方で冷却される。
【００３１】
作動時に、アンダーカット深さＤｕは、翼形部後縁７６から離れるような、荷重経路方向の変化を引き起こす。後縁７６から離れるような荷重経路方向の変更により、根元７８に隣接する翼形部後縁７６並びに後縁開口８７及び８８に発生する応力を低下させることが可能になる。従って、またより具体的には、作動時に、アンダーカット１７８は、開口８７及び８８に発生する機械的及び熱的応力を低下させ、従って翼形部領域の疲労寿命を増大させるのを可能にする。より具体的には、アンダーカット１７８が、シャンク空洞１２８からプラットフォームアンダーカットパージ溝１７０を通って流れる冷却空気によって積極的に冷却されるので、アンダーカット１７８は、より低温の金属温度領域内に形成されことになり、同じ翼形部領域内で耐疲労性能を増大させることが可能になる。
【００３２】
加えて、プラットフォーム面取り部分１８４は、プラットフォーム６２を横断する流れに対し後向き段差を形成するので、プラットフォーム６２の負圧側面における熱伝達率を減少させることも可能になる。開口１４２、開口１５０、凹状部分１６０、アンダーカットパージ溝１７０及び溝２００の組合せにより、プラットフォーム６２の作動温度を低下させて、プラットフォーム６２に発生する熱歪みも減少させるようにすることが可能になる。
【００３３】
上記のロータブレードは、ロータブレードプラットフォームの作動温度を低下させるのを可能にするように冷却空気を供給する、コスト効果がありかつ高い信頼性がある方法を提供する。より具体的には、対流冷却流、フィルム冷却及びインピンジメント冷却によって、プラットフォーム内部に発生する熱応力及びプラットフォームの作動温度を低下させることを可能にする。従って、プラットフォームの酸化、プラットフォームの割れ及びプラットフォームのクリープ変形もまた低減することが可能になる。さらに、上記の冷却回路によって、後縁開口の疲労割れを減少させることが可能になる。その結果、ロータブレード冷却回路によって、コスト効果がありかつ信頼性がある方法で、ロータ組立体の有効寿命を延ばしかつガスタービンエンジンの作動効率を改善することが可能になる。
【００３４】
以上、ロータブレード及びロータ組立体の例示的な実施形態を詳細に説明している。ロータブレードは、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ各ロータブレードの構成要素は、本明細書に記載した他の構成要素から独立してかつ別個に利用することができる。例えば、各ロータブレード冷却回路構成要素はさらに、他のロータブレードと組合せて使用することができ、本明細書で説明したロータブレード４０のみでの実施に限定されるものではない。むしろ、本発明は、他の多くのブレード及び冷却回路構成に関して実施しかつ利用することができる。例えば、プラットフォームインピンジメント開口は、フィルム冷却開口、プラットフォームスカラップ状部分、プラットフォーム凹状後縁溝、シャンク凹状部分及び／又はプラットフォーム面取り部分を含むプラットフォーム冷却特徴形状部の種々の組合せと共に利用できることを、当業者は理解されたい。
【００３５】
本発明を様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施できることは、当業者には明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】図１に示すガスタービンエンジンで用いることができるロータブレードの拡大斜視図。
【図３】ロータブレードの下側から見た、図２に示すロータブレードの拡大斜視図。
【図４】図２に示すのと反対側から見た、図２に示すロータブレードの側面図。
【図５】図１に示すガスタービンエンジン内部に結合した時の、図２に示すロータブレードと他のロータブレードとの間の円周方向間隔の相対的な配向を示す図。
【図６】線６−６で取った、図２に示すロータブレードの一部分の拡大側面図。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ガスタービンエンジン
１８  ロータシャフト
４０  ロータブレード
６０  翼形部
６２  プラットフォーム
６４  シャンク
６６  ダブテール
７０  負圧側壁
７２  正圧側壁
７４  翼形部前縁
７６  翼形部後縁
８４  内部冷却チャンバ
１２０  シャンク凹面状側壁
１２２  シャンク凸面状側壁
１２４  シャンク上流側壁
１２６  シャンク下流側壁
１２８  シャンク空洞
１４０  冷却回路
１４４  プラットフォーム半径方向内面
１５０  フィルム冷却開口
１５２  プラットフォーム半径方向外面
１６０  シャンクスカラップ状部分
１７０  プラットフォームパージ溝
１７８  プラットフォーム陥凹域
【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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