(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンロータブレードを冷やすための方法及び装置を提供する。【解決手段】タービンブレードは、プラットフォーム６６に接続されたエアフォイル４２と、プラットフォームから伸びるダブテイル４３とを備える。主冷却回路はダブテイルを通ってエアフォイルへと伸びる。主冷却回路６２は主冷却流動がエアフォイルからダブテイルを通って出る出口７０を含む。一方の態様において、方法は、プラットフォーム冷却回路６４に主冷却回路の中を流れている一部の冷却液を抽出するステップを含む。プラットフォームの一部を冷却した後、プラットフォーム冷却流動は、主冷却回路を再結合している流れの一部によって分裂して、エアフォイルを冷やすために用いられる。プラットフォーム冷却流動の残りは、プラットフォームを冷やし続け、出口を流れるために、主冷却回路に戻る。【選択図】図３
2007218262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラットフォーム（６６）と、
ダブテイル（４３）と、
先端（４８）と後端（５０）と圧力側壁（４４）と吸引側壁（４６）とを含み、前記プラットフォームに接続されたエアフォイル（４２）と、
前記ダブテイルを通って前記エアフォイルへと伸び、主冷却流動が前記エアフォイルから前記ダブテイルを通って出る出口（７０）を含む主冷却回路（６２）と、
前記主冷却回路と流動的に連通し、前記主冷却回路を流れる冷却液の一部を前記プラットフォーム回路へ抽出するインレット（７２）と、冷却液が前記プラットフォーム冷却回路を出て行くアウトレット（７８）とを含むプラットフォーム冷却回路（６４）と、を備えるタービンブレード（３０）。
【請求項２】
前記プラットフォーム回路アウトレット（６４）は、前記プラットフォーム回路からの冷却液が前記主冷却回路の冷却液と混合されて前記ダブテイル（４３）を通って出て行くように、前記主冷却回路（６２）につながっている、請求項１に記載のタービンブレード（３０）。
【請求項３】
前記プラットフォーム冷却回路（６４）の少なくとも一部がサーペンタイン形状を有する、請求項１に記載のタービンブレード（３０）。
【請求項４】
前記プラットフォーム冷却回路（６４）は、さらに、前記プラットフォーム冷却回路内を流れる冷却液の一部が前記エアフォイル（４２）の少なくとも一部を冷却するために出て行くエアフォイルアウトレット（７６）を含む、請求項１に記載のタービンブレード（３０）。
【請求項５】
前記プラットフォーム回路（６４）はセラミック中子を用いて形成される、請求項１に記載のタービンブレード（３０）。
【請求項６】
前記プラットフォーム回路（６４）は攪拌器を含む、請求項１に記載のタービンブレード（３０）。
【請求項７】
前記プラットフォーム回路冷却液は蒸気または空気である、請求項１に記載のタービンブレード（３０）。
【請求項８】
ロータシャフトと、
円周上に間隔をおいて位置し、前記ロータシャフトに連結された複数のロータブレード（４０）とを備えるガスタービン（２０）用ロータアセンブリであって、
各ロータブレードは、
プラットフォーム（６６）と、
ダブテイル（４３）と、
先端（４８）と後端（５０）と圧力側壁（４４）と吸引側壁（４６）とを含み、前記プラットフォームに接続されたエアフォイル（４２）と、
前記ダブテイルを通って前記エアフォイルへと伸び、主冷却流動が前記エアフォイルから前記ダブテイルを通って出る出口（７０）を含む主冷却回路（６２）と、
前記主冷却回路と流動的に連通し、前記主冷却回路を流れる冷却液の一部を前記プラットフォーム回路へ抽出するインレット（７２）と冷却液が前記プラットフォーム冷却回路を出て行くアウトレット（７８）とを含むプラットフォーム冷却回路（６４）とを備える、ガスタービン（２０）用ロータアセンブリ。
【請求項９】
前記プラットフォーム回路から冷却液が前記主冷却回路の冷却液と混合されて前記ダブテイル（４３）を通って出て行くように、前記プラットフォーム回路アウトレット（６４）は前記主冷却回路（６２）につながっている、請求項８に記載のロータアセンブリ。
【請求項１０】
前記プラットフォーム冷却回路（６４）の少なくとも一部がサーペンタイン形状を有する、請求項８に記載のロータアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ガスタービンエンジンに関し、特に、ガスタービンエンジンのロータアセンブリの冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンエンジンは、円周上に間隔をおいて位置するロータブレードを有するロータアセンブリを含む。バケットと呼ばれることもある各ロータブレードは、プラットフォームから径方向に外向きに伸びるエアフォイルを含む。各ロータブレードは、ダブテイルも含み、このダブテイルはプラットフォームとダブテイルの間に延在するシャンクから径方向に内向きに伸びる。ダブテイルは、ロータアセンブリ内のロータブレードのロータディスクまたはスプールへの取り付けに用いられる。既知のブレードは、内部冷却キャビティが少なくとも部分的にエアフォイル、プラットフォーム、シャンク、およびダブテイルにより規定されるように、中空となっている。
【０００３】
ガスタービンの動作については、インレット焼成温度が高くなると、出力およびエンジン効率が向上する。インレット焼成温度を高くすることで、ガス通路温度の上昇につながる。このようなガス通路温度の上昇により、おそらくは酸化、クリープ、クラッキングなどを含む応力が、さらにバケットプラットフォームに加わる。さらに、エアフォイルコンポーネントの上流に閉ループ冷却回路が用いられるガスタービンにおいては、膜冷却が行われないため、下流バケットプラットフォームでは上流エアフォイルからの膜キャリーオーバの恩恵がない。これは、バケットプラットフォームに対する損傷の可能性に悪影響を及ぼす。
【０００４】
最近の既知のタービンブレード構成として、ブレードプラットフォームを冷却する膜冷却を用いるものがある。具体的には、コンプレッサ排気はプラットフォームの１以上の開口部を通って送られ、冷却膜の層がプラットフォーム上に形成されてプラットフォームを流路の高温から保護する。しかしながら、このような膜冷却により、局部的な静圧を下げるために流路の空気が加速されているプラットフォーム後部を膜冷却するための十分な圧力しかない。
【特許文献１】米国特許第６，３３４，２９５号明細書
【特許文献２】米国特許第６，３３４，７５６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，４３１，８２０号明細書
【特許文献４】米国特許第６，５１４，０３８号明細書
【特許文献５】米国特許第６，５６１，７５８号明細書
【特許文献６】米国特許第６，９２３，６１６号明細書
【特許文献７】米国特許第６，９８４，１１２号明細書
【発明の開示】
【０００５】
ここではまず、タービンブレードのプラットフォームの冷却方法が開示される。このタービンブレードは、プラットフォームに接続されたエアフォイルと、プラットフォームから伸びるダブテイルとを備える。主冷却回路はダブテイルを通ってエアフォイルへと伸びる。主冷却回路は主冷却流動がエアフォイルからダブテイルを通って出る出口を含む。方法は、主冷却回路を流れる冷却液の一部をプラットフォーム冷却回路へ抜き取るステップと、冷却液をプラットフォーム冷却回路から主冷却回路へ放出して出口に流れるようにするステップとを含む。
【０００６】
一つの様態において、タービンブレードのプラットフォームの冷却方法が提供される。タービンブレードは、プラットフォームと、ダブテイルと、先端と、後端と、圧力側）と、吸引側壁とを含むエアフォイルを備える。このエアフォイルは上記プラットフォームに接続されている。上記タービンブレードは、さらに、ダブテイルを通ってエアフォイルへと伸びる主冷却回路を備える。主冷却回路は、主冷却流動がエアフォイルからダブテイルを通って出る出口を含む。タービンブレードは、また、主冷却回路と流動的に連通するプラットフォーム冷却回路を備える。プラットフォーム回路は、主冷却回路を流れる冷却液の一部をプラットフォーム回路へ抜き取るインレットと、冷却液がプラットフォーム冷却回路を出て行くアウトレットとを含む。
【０００７】
別の様態において、ガスタービンのロータアセンブリが提供される。ロータアセンブリは、ロータシャフトと、複数の円周上に間隔をおいて位置し、ロータシャフトに連結されたロータブレードとを備える。各ロータブレードは、プラットフォームと、ダブテイルと、先端と後端と圧力側壁と吸引側壁とを有するエアフォイルを含む。このエアフォイルは上記プラットフォームに接続されている。上記タービンブレードは、さらに、ダブテイルを通ってエアフォイルへと伸びる主冷却回路を備える。主冷却回路は、主冷却流動がエアフォイルからダブテイルを通って出る出口を含む。タービンブレードは、また、主冷却回路と流動的に連通するプラットフォーム冷却回路を備える。プラットフォーム回路は、主冷却回路を流れる冷却液の一部をプラットフォーム回路へ抜き取るインレットと、冷却液がプラットフォーム冷却回路を出て行くアウトレットとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
一般に、また以下に詳しく述べるように、ロータブレードは主冷却回路を含む。主冷却回路はダブテイルを通ってエアフォイルへと伸びる。この主冷却回路は、その後、ダブテイルを通ってエアフォイルから伸びる。一実施形態では、ロータブレードプラットフォーム冷却は、主冷却回路からエアフォイルに供給される冷却液流動の一部を抜き取りサーペンタイン形状通路またはプラットフォーム内のプラットフォーム回路に冷却液を流して、対流的にプラットフォームを冷却することにより行われる。プラットフォームサーペンタイン冷却流動の一部は、プラットフォーム回路から抜き取られて、エアフォイル内にあるエアフォイルの一部を冷却するエアフォイル冷却回路に供給される。その後、この冷却液流動は、主エアフォイル冷却流動に合流する。プラットフォームサーペンタイン冷却液流動の残りは、バケットプラットフォームの対流的冷却を続け、その後主冷却回路に放出されて出口に流れる。
【０００９】
この実施形態では、プラットフォームサーペンタイン冷却回路はプラットフォームと一体化された鋳込み機構である。また、このような回路は、部分的に、プラットフォームに固定するための付属のカバープレートとともに鋳造される。プラットフォームから冷却液に移動する熱を増やすために、回路内で攪拌器を用いてもよい。このようなプラットフォーム冷却回路は、閉ループ蒸気冷却バケットおよび空気冷却バケットに関連して用いられてもよい。
【００１０】
図面を参照すると、図１はガスタービン２０を含むガスタービンシステム１０の切り欠き側面図である。ガスタービン２０は、圧縮部２２と、複数の燃焼缶２６を含む燃焼部２４と、シャフト２９を用いて圧縮部２２に連結されたタービン部２８とを含む。複数のタービンブレード３０はタービンシャフト２９に連結されている。複数のタービンブレード３０の間には、複数の回転しないタービンノズル台３１が配置され、このタービンノズル台は複数のタービンノズル３２を含む。タービンノズル３２は、タービンブレード３０およびノズル３２を囲むハウジングまたはシェル３４に連結されている。高温のガスがノズル３２を通るよう導かれてブレード３０に衝突し、ブレード３０をタービンシャフト２９に沿って回転させる。
【００１１】
動作中、周囲空気は圧縮部２２に送られ、ここで周囲空気は周囲空気よりも高い気圧に圧縮される。その後、圧縮された空気は燃焼部２４に送られ、ここで圧縮された空気は燃料と混合されて比較的高圧で高速度のガスを生じる。タービン部２８は、燃焼部２４から流れてくる高圧高速度ガスからエネルギーを抽出するよう構成されている。ガスタービンシステム１０は、通常、ガスタービンシステム１０に取り付けられた自動および／または電子制御システム（不図示）から、各種の制御パラメータによって制御される。
【００１２】
図２は、ガスタービンエンジン２０に用いられるロータブレード４０の一例の模式的斜視図である。例示的実施形態では、複数のロータブレード４０がガスタービンエンジン２０の高圧タービンロータブレード台（不図示）を形成する。各ロータブレード４０は、中空のエアフォイル４２と、既知の方法でエアフォイル４２をロータディスク（不図示）に取り付けるための一体型のダブテイル４３とを含む。
【００１３】
エアフォイル４２は、第１側壁４４と第２側壁４６とを含む。第１側壁４４は凸状でエアフォイル４２の吸引側を規定し、第２側壁４６は凹状でエアフォイル４２の圧力側を規定する。側壁４４および４６は、先端４８および先端４８の下流にエアフォイル４２の軸方向に間隔をおいて配置された後端５０でつながっている。
【００１４】
第１および第２側壁４４および４６はそれぞれ、長手方向または径方向に外向きに伸びて、ダブテイル４３に隣接して配置されたブレードルート５２から、内部冷却回路またはチャンバ５６の径方向外境界を規定するトッププレート５４にわたる。冷却回路５６は、側壁４４および４６の間のエアフォイル４２内で規定される。エアフォイル４２の内部冷却は、関連分野では既知である。この例示的実施形態では、冷却回路５６は圧縮部により抜き取られた空気によって冷却されるサーペンタイン形状通路を含む。
【００１５】
図３はロータブレード６０の別の例の一部断面模式的斜視図である。ブレード６０のコンポーネントは、図２に示すブレード４０のコンポーネントと同じであり、図３において、図２で用いられたのと同じ参照番号で示される。具体的には、図３に示すように、主冷却回路６２はロータブレードを通って伸びる。すなわち、主冷却回路６２はダブテイル４３を通ってエアフォイル４２へと伸びる。このような主冷却回路６２は、その後、ダブテイル４３を通ってエアフォイル４２から伸びる。
【００１６】
一実施形態では、ロータブレードプラットフォーム冷却は、主冷却回路６２からエアフォイルに供給される冷却液流動の一部を抜き取りサーペンタイン形状通路またはプラットフォーム６６内のプラットフォーム回路６４に冷却液を流して、対流的にプラットフォーム６６を冷却することにより行われる。プラットフォームサーペンタイン冷却流動の一部は、プラットフォーム回路６４から抜き取られて、エアフォイル４２内にあるエアフォイル４２の一部を冷却するエアフォイル冷却回路６８に供給される。その後、この冷却液流動は、主エアフォイル冷却流動に合流する。プラットフォームサーペンタイン冷却液流動の残りは、バケットプラットフォーム６６の対流的冷却を続け、その後主冷却回路６６に放出されて主冷却回路出口７０を流れる。
【００１７】
図４はプラットフォームサーペンタイン冷却回路６４の一例の上面図であり、図５はプラットフォームサーペンタイン冷却回路６４の斜視図である。図４および図５を参照すると、回路６４は、通常はエアフォイルに供給される冷却液流動の一部が主冷却回路６２からプラットフォーム冷却回路６４へ抜き取られるように、インレット７２を含む。プラットフォーム回路６４は、また、プラットフォーム６６から回路６４内部を流れる冷却液への熱移動を容易にするサーペンタイン形状部または部分７４を含む。回路６４は、また、エアフォイルアウトレット７６を含み、プラットフォームサーペンタイン冷却流動の一部が、プラットフォーム回路６４から抜き取られて、エアフォイル４２内にあるエアフォイル４２の一部を冷却するエアフォイル冷却回路６８に供給され、その後、この冷却液流動は主エアフォイル冷却流動に合流する。プラットフォームサーペンタイン冷却液流動の残りは、バケットプラットフォーム６６の対流的冷却を続ける。プラットフォーム回路６４は、さらにアウトレット７８を含み、ここから回路６４内を完全に流れた冷却液が主冷却回路６６に出て行く、例えば放出されて、主冷却回路出口７０を流れる。
【００１８】
この実施形態では、プラットフォームサーペンタイン冷却回路はプラットフォームと一体化された鋳込み機構である。具体的には、回路はセラミック中子またはロストワックス鋳造法におけるワックスを用いて形成されてもよい。ロストワックス鋳造法では、プレートは、通常、プラットフォーム内の回路を完全に囲むように、プラットフォームに溶接またはろう付けされる。プラットフォームから冷却液に移動する熱を増やすために、回路内で攪拌器を用いてもよい。このようなプラットフォーム冷却回路は、閉ループ蒸気冷却バケットおよび空気冷却バケットに関連して用いられてもよい。
【００１９】
上述のようなプラットフォーム冷却は、高いインレット焼成温度でのガスタービンの動作を容易にし、このような高いインレット焼成温度により、バケットプラットフォームへの応力を増やすことなく出力およびエンジン効率を向上させることができる。加えて、このようなプラットフォーム冷却は、特定の動作条件における膜冷却のように、プラットフォームの後部だけでなくプラットフォーム全体の冷却を容易にする。
【００２０】
本発明を各種の具体的な実施形態に関して説明したが、当業者であれば、本発明は請求の趣旨と範囲における修正を加えて実施することが可能であることが認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ガスタービンを含むガスタービンシステムの切り欠き側面図である。
【図２】ロータブレードの一例の模式的斜視図である。
【図３】ロータブレードの別の例の一部断面を含む模式的斜視図である。
【図４】プラットフォームサーペンタイン冷却回路の一例の上面図である。
【図５】図４に示すプラットフォームサーペンタイン冷却回路の斜視図である。
【符号の説明】
【００２２】
10 ガスタービンシステム
20 ガスタービンエンジン
22 圧縮部
24 燃焼部
26 燃焼缶
28 タービン部
29 タービンシャフト
30 タービンブレード
31 タービンノズル台
32 タービンノズル
34 ハウジング又はシェル
40 ロータブレード
42 エアフォイル
43 ダブテイル
44 第１側壁
46 第２側壁
48 先端
50 後端
52 ブレードルート
54 トッププレート
56 冷却回路
60 ロータブレード
62 主冷却回路
64 プラットフォーム冷却回路
66 バケットプラットフォームを冷却  
68 エアフォイル冷却回路
70 主冷却回路出口
72 インレット
74 部分
76 エアフォイルアウトレット
78 アウトレット
【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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