(57)【要約】【課題】タービン（１８）用のロータ組立体（３２）を提供すること。【解決手段】ロータ組立体（３２）は、ロータシャフト（２２）と、ロータシャフトと少なくとも１つのロータディスクとの間に冷却経路（９４）が画定されるようにロータシャフトに結合した少なくとも１つのロータディスク（４０）であって、半径方向内側縁部（４８）と半径方向外側縁部（５０）の間に延び、上流面（５２）と下流面（５４）の間にほぼ軸方向に延びるほぼ円筒形本体を含む少なくとも１つのロータディスクと、少なくとも１つのロータディスクに結合した冷却組立体（１００）であって、第１の冷却プレートと下流面の間に冷却ダクト（１１２）が画定されるように下流面に結合した第１の冷却プレート（１０２）を備え、冷却ダクトが、冷却経路から外側縁部に向かって冷却流体（９６）を流すように構成されている、冷却組立体とを備える。【選択図】図２
2012013080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン（１８）用のロータ組立体（３２）であって、
ロータシャフト（２２）と、
前記ロータシャフトとの間に冷却経路（９４）が画定されるように前記ロータシャフトに結合した少なくとも１つのロータディスク（４０）であり、半径方向内側縁部（４８）と半径方向外側縁部（５０）の間に延び、上流面（５２）と下流面（５４）の間にほぼ軸方向に延びるほぼ円筒形本体を含む少なくとも１つのロータディスク（４０）と、
前記少なくとも１つのロータディスクに結合した冷却組立体（１００）であり、前記第１の冷却プレートと前記下流面の間に冷却ダクト（１１２）が画定されるように前記下流面に結合した第１の冷却プレート（１０２）を備え、前記冷却ダクトが、前記冷却経路から前記外側縁部に向かって冷却流体（９６）を流すように構成されている、冷却組立体（１００）と
を備えるロータ組立体（３２）。
【請求項２】
前記冷却組立体（１００）が、前記下流面（５４）と前記第１の冷却プレート（１０２）の間に結合した複数のベーン（１２２）をさらに備え、各前記ベーンが、前記内側縁部（４８）から前記外側縁部（５０）に向かって外側に延び、隣り合った前記ベーンが、円周方向に隣り合ったベーンの各ペア間に冷却チャネル（１５８）が画定されるように円周方向にある距離だけ離して間隔をおいて配置される、請求項１記載のロータ組立体（３２）。
【請求項３】
各前記ベーン（１２２）が、各前記冷却チャネル（１５８）を通じて冷却流体（９６）を流すように形作られた弧状外面（９２）を備える、請求項２記載のロータ組立体（３２）。
【請求項４】
円周方向に間隔をおいて配置されたベーン（１２２）の各前記ペアが、出口開口（１１８）より小さい入口開口（１１６）で前記冷却チャネル（１５８）が画定されるように間隔をおいて配置される、請求項２記載のロータ組立体（３２）。
【請求項５】
前記第１の冷却プレート（１０２）が、前記第１の冷却プレートから内側に延びて前記ロータディスク内側縁部（４８）と前記シャフト（２２）の間に画定された冷却流体経路（９４）の中に延びる入口開口（１１６）を画定する内側フランジ（１２０）を備える、請求項２記載のロータ組立体（３２）。
【請求項６】
前記冷却組立体（１００）が、前記第２の冷却プレートと前記上流面の間に戻り空気ダクト（１２４）が画定されるように前記上流面（５２）に結合した第２の冷却プレートをさらに備える、請求項２記載のロータ組立体（３２）。
【請求項７】
前記少なくとも１つのロータディスク（４０）が、第２のロータディスクに結合した第１のロータディスクを少なくとも備え、前記第１の冷却プレート（１０２）が、隣り合った第２の冷却プレートに結合し、その結果、前記冷却ダクト（１１２）が、前記戻り空気ダクトと流体連通して結合される、請求項６記載のロータ組立体（３２）。
【請求項８】
前記冷却組立体（１００）が、前記第１の冷却プレート（１０２）に結合した少なくとも１つのタービュレータ（１６４）をさらに備える、請求項１記載のロータ組立体（３２）。
【請求項９】
圧縮機（１４）と、
前記圧縮機によって排出される空気の少なくとも一部を受け入れるように前記圧縮機に流体連通して結合したタービンと、
前記タービンに回転可能に結合したロータシャフト（２２）と、
前記ロータシャフトとの間に冷却経路（９４）が画定されるように前記ロータシャフトに結合した少なくとも１つのロータディスク（４０）であり、半径方向内側縁部と半径方向外側縁部（５０）の間に延び、上流面（５２）と下流面（５４）の間にほぼ軸方向に延びるほぼ円筒形本体を備える少なくとも１つのロータディスク（４０）と、
前記少なくとも１つのロータディスクに結合した冷却組立体（１００）であって、前記第１の冷却プレートと前記下流面の間に冷却ダクト（１１２）が画定されるように前記下流面に結合した第１の冷却プレート（１０２）を備え、前記冷却ダクトが、前記冷却経路から前記外側縁部に向かって冷却流体（９６）を流すように構成されている、冷却組立体（１００）と
を備えるタービンエンジン（１０）。
【請求項１０】
前記冷却組立体（１００）が、前記下流面（５４）と前記第１の冷却プレート（１０２）の間に結合した複数のベーン（１２２）をさらに備え、各前記ベーンが、前記内側縁部（４８）から前記外側縁部（５０）に向かって外側に延び、隣り合った前記ベーンが、円周方向に隣り合ったベーンの各ペア間に冷却チャネル（１５８）が画定されるように円周方向にある距離だけ離して間隔をおいて配置される、請求項９記載のタービンエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載の実施形態は、一般に、ガスタービンエンジンに関し、さらに詳細には、ガスタービンエンジンで用いるロータ組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも一部の知られているガスタービンエンジンは、燃焼器と、燃焼器の下流に結合した圧縮機と、タービンと、圧縮機とタービンの間に回転可能に結合したロータ組立体とを備える。少なくとも一部の知られているロータ組立体は、ロータシャフトと、ロータシャフトに結合した少なくとも１つのロータディスクと、各ロータディスクに結合した、円周方向に間隔をおいて配置された複数のロータブレードまたはバケットを備える。各ロータブレードは、ロータブレードプラットフォームから半径方向外側に延びるエーロフォイルを備える。少なくとも一部の知られているロータブレードは、シャンクから半径方向内側に延びるダブテールも含み、このシャンクは、プラットフォームとダブテールの間に延びている。ダブテールは、ロータディスク内でロータブレードを取り付けるために使用される。ロータディスクに形成したダブテールスロット内に挿入されるダブテールを用いて、少なくとも一部の知られているバケットの翼根部セクションをロータディスクに結合する。
【０００３】
知られているロータブレードは中空であり、エーロフォイル、プラットフォーム、シャンク、およびダブテールによって少なくとも部分的に画定された内部冷却空洞を備える。回転タービンブレードまたはバケットは、タービンを通じて燃焼ガスなどの高温流体を流す。典型的には、タービンエンジンは、比較的高温で動作するので、ロータブレードまたはバケットのエーロフォイル部は、一般に、同じエーロフォイルの翼根部より高い温度にさらされる。そのため、温度勾配が生じるのが普通であり、高温に長時間、連続的にさらされることにより、ブレード先端の故障を早める可能性がある。そのような故障により、損傷したタービンバケットの交換が必要になると共に、損傷したブレードを修理または交換できるようにするためにタービンのシャットダウンが必要になり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００６８０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、ロータディスクおよびタービンバケットの冷却を向上させたロータ組立体なら、維持コストを減少させ、ロータ組立体の稼働寿命を延ばすことができる。ロータ組立体の稼働寿命を延ばすことにより、ガスタービンエンジンの運転コストの削減が促進される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様では、タービンエンジン用のロータ組立体を組み立てる方法が提供される。この方法は、ロータシャフトを用意するステップと、ロータシャフトとロータディスクの間に冷却経路が画定されるように少なくとも１つのロータディスクをロータシャフトに結合するステップとを含む。ロータディスクは、半径方向内側縁部と半径方向外側縁部の間に延びる上流面および下流面を有するほぼ円筒形本体を含む。第１の冷却プレートは、ロータディスクの下流面に結合されて第１の冷却プレートと下流面の間に冷却ダクトを画定する。冷却ダクトは、冷却経路から外側縁部に向かって冷却流体を流すように構成される。
【０００７】
別の態様では、タービン用のロータ組立体が提供される。このロータ組立体は、ロータシャフトと、ロータシャフトとロータディスクの間に冷却経路が画定されようにロータシャフトに結合した少なくとも１つのロータディスクとを備える。ロータディスクは、半径方向内側縁部と半径方向外側縁部の間に延びるほぼ円筒形本体を含む。この本体は、上流面と下流面の間にほぼ軸方向に延びる。冷却組立体は、ロータディスクに結合している。冷却組立体は、第１の冷却プレートと下流面の間に冷却ダクトが画定されるように下流面に結合した第１の冷却プレートを備える。冷却ダクトは、冷却経路から外側縁部に向かって冷却流体を流すように構成される。
【０００８】
さらなる態様では、ガスタービンエンジンが提供される。このガスタービンエンジンは、圧縮機と、圧縮機によって排出される空気の少なくとも一部を受け取るように圧縮機に流体連通して結合したタービンとを備える。ロータシャフトが、タービンに回転可能に結合している。少なくとも１つのロータディスクが、ロータシャフトに結合しており、その結果、ロータシャフトとロータディスクの間に冷却経路が画定される。ロータディスクは、半径方向内側縁部と半径方向外側縁部の間に延びるほぼ円筒形本体を備える。この本体は、上流面と下流面の間にほぼ軸方向に延びる。冷却組立体は、ロータディスクに結合している。冷却組立体は、第１の冷却プレートと下流面の間に冷却ダクトが画定されるように下流面に結合している第１の冷却プレートを備える。冷却ダクトは、冷却経路から外側縁部に向かって冷却流体を流すように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的なタービンエンジンの概略図である。
【図２】図１に示すガスタービンエンジンで使用できる例示的なロータ組立体の一部の部分断面図である。
【図３】図２に示すロータ組立体の一部の拡大部分断面図である。
【図４】図３に示す、線４−４に沿ったロータ組立体の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に記載の例示的な方法およびシステムは、ロータディスクおよびタービンバケット列の表面にわたって冷却向上を促進するロータディスクを提供することによって、知られているロータ組立体の欠点を克服する。より詳細には、本明細書に記載の実施形態は、ロータシャフトに沿って画定された冷却経路からタービンバケットに向かって冷却流体を流す冷却組立体を備えるロータディスクを提供する。例示的な実施形態では、冷却組立体は、冷却流体に遠心力を付与してロータシャフトから半径方向外側に冷却流体を流すのを助ける複数のベーンを備える。冷却流体は、ロータディスクおよびタービンバケットの温度を下げ、したがって、ロータ組立体の耐用年数を増加させるのを助ける。
【００１１】
本明細書で用いられる場合、用語「上流」は、ガスタービンエンジンの前端または入口端を指し、用語「下流」は、ガスタービンエンジンの後端またはノズル端を指す。
【００１２】
図１は、例示的なタービンエンジンシステム１０の概略図である。例示的な実施形態では、タービンエンジンシステム１０は、吸気部１２と、この吸気部１２の下流で結合した圧縮機部１４と、この圧縮機部１４の下流で結合した燃焼器部１６と、この燃焼器部１６の下流で結合したタービン部１８と、排気部２０とを備える。タービン部１８は、ロータシャフト２２を介して圧縮機部１４に結合している。例示的な実施形態では、燃焼器部１６は、複数の燃焼器２４を含む。燃焼器部１６は、圧縮機部１４に結合しており、各燃焼器２４が、圧縮機部１４と流体連通して配置されるようになっている。燃料ノズル組立体２６は、各燃焼器２４に結合している。タービン部１８は、圧縮機部１４に結合していると共に、限定するものではないが、発電機および／または機械的駆動応用例などの負荷２８に結合している。例示的な実施形態では、各圧縮機部１４およびタービン部１８は、少なくとも１つのロータディスク組立体３０を備え、このロータディスク組立体３０は、ロータシャフト２２に結合されてロータ組立体３２を形成する。
【００１３】
動作中、吸気部１２は、圧縮機部１４に向かって空気を流し、この空気をより高圧高温に圧縮して、その後、燃焼器部１６に向かって排出する。圧縮空気は、燃料と混合され点火してタービン部１８に向かって流れる燃料ガスを発生させる。より詳細には、燃焼器２４において、燃料、例えば、天然ガスおよび／または燃料油を空気流に噴射して、混合気を点火してタービン部１８に向かって流れる高温燃焼ガスを発生させる。燃焼ガスが、タービン部１８およびロータ組立体３２に回転エネルギーを付与するとき、タービン部１８は、ガス流の熱エネルギーを力学的回転エネルギーに変換する。
【００１４】
図２は、タービンエンジンシステム１０で使用できる例示的なロータ組立体３２の一部の部分断面図である。図３は、ロータ組立体３２の拡大部分断面図である。図３に示す同一の構成要素は、図２で使用したものと同じ参照符号を付している。例示的な実施形態では、タービン部１８は、複数の段３４を備え、各段は、回転ロータディスク組立体３０と、ステータベーン３６の固定列とを含む。例示的な実施形態では、各ロータディスク組立体３０は、ロータディスク４０に結合した複数のタービンバケット３８を備える。各ロータディスク４０は、ロータシャフト２２などのロータシャフトに結合している。タービンケーシング４２は、タービンバケット３８およびステータベーン３６の周囲に延び、ステータベーン３６が、ケーシング４２によって支持されるようになっている。
【００１５】
例示的な実施形態では、各ロータディスク４０は、環状であり、ほぼ軸方向に内部を貫いて延びる中央穴４４を含む。より詳細には、ディスク本体４６は、中央穴４４から半径方向外側に延び、中央穴４４は、ロータシャフト２２を内部に受け入れる大きさに作製されている。ディスク本体４６は、半径方向内側縁部４８と半径方向外側縁部５０の間に外側に、かつ上流面５２から反対側の下流面５４へ軸方向に延びる。各上流面５２および下流面５４は、内側縁部４８と外側縁部５０の間に延びる。軸方向支持アーム５６は、隣り合ったロータディスク４０の間に結合されてロータ組立体３２を形成する。
【００１６】
各タービンバケット３８は、ロータディスク４０の外側縁部５０に結合され、ディスク本体４６から半径方向外側に延びる。タービンバケット３８は、ロータディスク４０の周りに円周方向に間隔をおいて配置される。隣り合ったロータディスク４０は、円周方向に間隔をおいて配置されたタービンバケット３８の各列５９間に間隙５８が画定されるように向けられる。間隙５８は、円周方向に間隔をおいて配置されたステータベーン３６の列６０を受け入れる大きさに作製され、各ステータベーン３６は、ロータシャフト２２に向かってタービンケーシング４２から内側に延びる。さらに詳細には、ステータベーン３６は、ロータシャフト２２の周りに円周方向に間隔をおいて配置され、燃焼ガスをタービンバケット３８に向かって下流に流すように向けられる。高温ガス経路６１は、タービンケーシング４２と各ロータディスク４０の間に画定される。タービンバケット３８およびステータベーン３６のそれぞれの列５９および６０は、高温ガス経路６１の一部を少なくとも部分的に通じて延びる。
【００１７】
例示的な実施形態では、各タービンバケット３８は、ロータディスク４０から半径方向外側に延び、エーロフォイル６２、プラットフォーム６４、シャンク６６、およびダブテール６８を含む。プラットフォーム６４は、エーロフォイル６２とシャンク６６の間に延び、各エーロフォイル６２が、プラットフォーム６４からタービンケーシング４２に向かって半径方向外側に延びるようになっている。シャンク６６は、プラットフォーム６４からダブテール６８へ半径方向内側に延びる。ダブテール６８は、シャンク６６から半径方向内側に延び、タービンバケット３８をロータディスク４０にしっかりと結合することを可能にする。シャンク側壁７０は、前方カバープレート７２と後方カバープレート７４の間に延びる。シャンク側壁７０は、前方カバープレー７２および後方カバープレート７４に対して窪んでおり、タービンバケット３８がロータディスク４０に結合されると、シャンク空洞７６が、円周方向に隣り合ったシャンク側壁７０間に画定されるようになっている。一実施形態では、環状通路７８が、シャンク６６およびダブテール６８を通じて画定され、ロータディスク４０からプラットフォーム６４へ延びる。通路７８により、冷却流体の流れが、ロータディスク外側縁部５０からプラットフォーム６４に向かって流れることが可能になる。例示的な実施形態では、前方エンジェルウイング８０は、前方カバープレート７２から外側に延びて、ロータディスク上流面５２とステータベーン３６の間に画定された前方バッファ空洞８２を密封するのを助ける。後方エンジェルウイング８４は、後方カバープレート７４から外側に延びて、ロータディスク下流面５４とステータベーン３６の間に画定された後方バッファ空洞８６を密封するのを助ける。例示的な実施形態では、前方下側エンジェルウイング８８が、前方カバープレート７２から外側に延びて、タービンバケット３８とロータディスク４０の間を密封するのを助ける。より詳細には、前方下側エンジェルウイング８８は、ダブテール６８と前方エンジェルウイング８０の間に位置する。
【００１８】
ロータディスク内側縁部４８は、ロータシャフト２２の外面９２と内側縁部４８の間に間隙９０が画定されるようにロータシャフト２２から半径方向外側にある距離だけ間隔をおいて配置される。ロータディスク４０は、互いに結合しており、冷却流路９４が、ロータシャフト２２と各ロータディスク４０の間に画定されるようになっている。冷却流路９４は、圧縮機部１４からタービン部１８を通じて冷却流体９６の流れを流すのを助けるように構成される。冷却組立体１００は、冷却流路９４からタービンバケット３８に向かって冷却流体を流すのに用いるために少なくとも１つのロータディスク４０に結合している。より詳細には、例示的な実施形態では、冷却組立体１００は、ロータディスク内側縁部４８から外側縁部５０に向かって冷却流体９６を流す。
【００１９】
例示的な実施形態では、冷却組立体１００は、第１の冷却プレート１０２と、第２の冷却プレート１０４とを備える。第１の冷却プレート１０２は、ロータディスク下流面５４に結合しており、第２の冷却プレートは、ロータディスク上流面５２に結合している。第１の冷却プレート１０２は、内側部分１０８と半径方向外側部分１１０の間に延びる第１の冷却ディスク１０６を含む。第１の冷却ディスク１０６は、内側部分１０８によって画定される穴１１１を含む。穴１１１は、ロータシャフト２２を受け入れる大きさに作製されている。例示的な実施形態では、第１の冷却ディスク１０６は、下流面５４にわたって内側縁部４８から外側縁部５０まで延び、第１の冷却ディスク１０６の内面１１４とロータディスク下流面５４の間に冷却ダクト１１２が画定されるように、ロータディスク４０から距離ｄ1だけ間隔をおいて配置される。入口開口１１６は、ロータディスク下流面５４と内側部分１０８の間に画定され、出口開口１１８は、下流面５４と外側部分１１０の間に画定される。例示的な実施形態では、冷却ダクト１１２は、入口開口１１６とこの入口開口１１６からの冷却流体９６を内部を通じて流すのに用いる出口開口１１８との間に延びる。入口開口１１６は、冷却流体９６が冷却流路９４から冷却ダクト１１２に流れることを可能にする。第１の冷却ディスク１０６は、冷却ダクト１１２が、内側部分１０８から外側部分１１０までほぼ均一な幅ｗを有するように、ロータディスク下流面５４とほぼ平行に向けられている。例示的な実施形態では、内側部分１０８は、ロータシャフト外面９２を実質的に取り囲み、冷却流路９４の少なくとも一部が、第１の冷却プレート１０２とロータシャフト２２の間に画定されるように、外面９２から半径方向に距離ｄ2だけ間隔をおいて配置される。第１の冷却プレート１０２は、冷却流路９４からロータディスク外側縁部５０に向かって冷却ダクト１１２を通じて冷却流体９６の少なくとも一部を流して、ロータディスク４０および各タービンバケット３８を冷却するのを助ける。一実施形態では、フランジ１２０が、内側部分１０８からロータシャフト２２に向かって半径方向内側に延びる。
【００２０】
例示的な実施形態では、複数のベーン１２２が、ロータディスク４０と第１の冷却ディスク１０６の間に結合している。ベーン１２２は、円周方向に間隔をおいて配置され、それぞれが、ディスクの内側部分１０８と外側部分１１０の間に延びる。ベーン１２２は、冷却ダクト１１２の入口開口１１６に入る冷却流体９６に遠心力を付与する。冷却ダクト１１２は、入口開口１１６から出口開口１１８へ冷却流体９６を流す。入口開口１１６は、円周方向に隣り合ったベーン１２２のペア間に画定されている。より詳細には、例示的な実施形態では、入口開口１１６は、内側部分１０８に隣り合っている。出口開口１１８は、隣り合ったベーン１２２の間に画定されており、各出口開口１１８が、外側部分１１０に隣り合っているようになっている。
【００２１】
冷却プレート１０４は、冷却プレート１０４と上流面５２の間に戻り空気ダクト１２４が画定されるように、ロータディスク４０に結合しており、上流面５２から距離ｄ3だけ間隔をおいて配置される。例示的な実施形態では、冷却プレート１０４は、第２の冷却ディスク１２６を含む。第２の冷却ディスク１２６は、内側部分１２８と、半径方向外側部分１３０とを含む。穴１３１は、ロータシャフト２２を受け入れる大きさに作製した内側部分１２８によって画定される。外側部分１３０は、ロータディスク外側縁部５０に隣り合って位置する。内側部分１２８は、ロータシャフト２２を取り囲む。ロータディスク内側縁部４８は、内側部分１２８より外面９２の近くに位置する。戻り空気ダクト１２４は、戻り空気入口開口１３２と戻り空気出口開口１３４の間に延びる。戻り空気入口開口１３２は、外側部分１３０と上流面５２の間に画定されている。戻り空気出口開口１３４は、内側部分１２８と上流面５２の間に画定されている。戻り空気ダクト１２４は、冷却流体９６がロータディスク外側縁部５０から冷却流路９４へ流れることを可能にする。
【００２２】
例示的な実施形態では、冷却組立体１００は、冷却ダクト１１２が戻り空気ダクト１２４と流体連通して結合されるように、冷却プレート１０２と１０４の間に延びる上部冷却フランジ１３６を含む。チャネル１３８は、冷却プレート外側部分１１０と冷却プレート外側部分１３０の間に画定されている。チャネル１３８は、冷却ダクト１１２から戻り空気ダクト１２４へ冷却流体９６を流すのに用いる冷却回路１４０の一部を形成する。
【００２３】
動作中、（図１に示す）圧縮機部１４は、空気を圧縮し、圧縮空気を（図１に示す）燃焼器部１６の中にそしてタービン部１８に向けて排出する。圧縮機部１４から排出される空気の大部分は、燃焼器部１６に向かって流れ、圧縮機部１４から排出されるより少ない空気の一部は、ロータ組立体３２の冷却に用いるためにタービン部１８に向かって下流に流れる。より詳細には、加圧した圧縮空気の第１の流れ区間１４２は、（図１に示す）燃焼器２４に流され、空気を燃料と混合し点火して高温燃焼ガス１４２を発生させる。燃焼ガス１４２は、高温ガス経路６１に向かって流れ、このガス１４２は、タービンバケット３８およびステータベーン３６に衝突して、ロータ組立体３２に対して回転力を付与するのを助ける。圧縮空気は、冷却流体９６として使用するために第２の流れ区間１４４にも入る。流れ区間１４４から排出された空気は、ロータシャフト２２とロータディスク４０の間の冷却流路９４に流れる。ロータ組立体３２が回転すると、冷却組立体１００は、流れ区間１４４から排出された空気の少なくとも一部を、冷却流路９４から各冷却ダクト１１２を通じてロータディスク外側縁部５０に向かって外側に向ける。
【００２４】
図４は、断面の線４−４に沿ったロータ組立体３２の部分断面図である。図４に示す同一の構成要素は、図２および図３で使用したものと同じ参照符号を付している。例示的な実施形態では、ベーン１２２は、第１の冷却プレート１０２の内側部分１０８と外側部分１１０の間に延びる。各ベーン１２２の入口縁部１５０は、内側部分１０８によって画定された穴１１１の周りに円周方向に間隔をおいて配置される。穴１１１は、冷却流路９４がロータシャフト２２と第１の冷却プレート１０２の間に円周方向に画定されるように、内部にロータシャフト２２を受け入れる大きさに作製されている。各ベーン１２２は、正圧面１５２、および反対側の負圧面１５４を備える。正圧面１５２および負圧面１５４はそれぞれ、入口縁部１５０と出口縁部１５６の間に延びる。円周方向に間隔をおいて配置された隣り合ったベーン１２２の各ペアは、冷却チャネル１５８が、入口開口１１６と出口開口１１８の間に画定されるように間隔をおいて配置されている。各冷却チャネル１５８は、第１の冷却ディスク１０６と（図２に示す）下流面５４の間にさらに画定されている。各入口開口１１６は、入口縁部１５０においてベーン１２２の正圧面１５２と隣り合った負圧面１５４との間に延びている。各出口開口１１８は、出口縁部１５６において正圧面１５２と隣り合った負圧面１５４との間に延びている。入口開口１１６は、第１の幅１６０を有し、この第１の幅１６０は、出口開口１１８の第２の幅１６２より小さい。各ベーン１２２は、弧形状に形成され、冷却チャネル１５８が、内側部分１０８から外側部分１１０に向かって外側に広がる螺旋状に画定されるように向けられる。一実施形態では、冷却チャネル１５８内で、フィンおよび／またはリブなどの複数のタービュレータ１６４が、下流面５４および／または第１の冷却ディスク１０６に結合していて、ロータディスク４０から冷却流体９６への熱伝達を助ける。
【００２５】
動作中、冷却流体９６は、各入口開口１１６を通じて冷却チャネル１５８に流れる。冷却流体９６が入口開口１１６に入ると、ロータ組立体３２の回転により、ベーン１２２が、冷却流体９６に遠心力を付与し、各冷却チャネル１５８内の冷却流体９６の圧力が増大するようになっている。遠心力が冷却流体９６に作用するとき、入口開口１１６と出口開口１１８の間で冷却流体９６内に差圧が生じる。冷却チャネル１５８は、入口開口１１６から出口開口１１８へ外側に冷却流体９６を排出する。流体９６が、下流面５４にわたって流れるときに、冷却流体９６は、ロータディスク４０を対流により冷却するのを助ける。冷却流体９６は、支持アーム５６に対して衝突して、ロータディスク外側縁部５０および支持アーム５６を冷却するのを助ける。一実施形態では、冷却流体９６の少なくとも一部は、各バケットの通路７８に流れて、シャンク６６およびプラットフォーム６４を冷却するのを助ける。
【００２６】
上記のロータ組立体は、ガスタービンの動作温度を下げるのを助ける。さらに詳細には、ロータディスクの外面に結合した冷却組立体を有するロータ組立体を設けることによって、冷却流体をロータシャフトから半径方向外側にタービンバケットに向かって流して、ロータ組立体を冷却するのを助ける。加えて、複数の冷却チャネルを含む冷却組立体を組み立てることによって、ロータ組立体の回転により発生する遠心力が、冷却チャネルを通じて冷却流体を流してロータ組立体の動作温度を下げるのを助ける。また、冷却組立体を有するロータ組立体を設けることによって、ロータシャフトからタービンバケットに向かって冷却流体を流さない既知のロータ組立体よりも、ロータディスクの冷却が増大する。そのため、ガスタービンエンジンシステムの維持コストを削減するのを助ける。
【００２７】
以上、ガスタービンエンジンに用いるロータ組立体、およびそれを組み立てる方法の例示的な実施形態を詳細に説明した。この方法および装置は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されず、むしろ、システムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書に記載の他の構成要素および／またはステップから独立しておよび別個に利用することができる。例えば、この方法および装置は、他の燃焼システムおよび方法と組み合わせて使用することもでき、本明細書に記載したようなガスタービンエンジン組立体のみの実施に限定されない。それどころか、例示的な実施形態は、多くの他の燃焼システム応用例に関連して実施および利用することができる。
【００２８】
本発明の様々な実施形態の特定の特徴は、いくつかの図面には示され、他の図面には示されていない場合があるが、このことは便宜的なものに過ぎない。また、上記説明における「一実施形態」の参照は、列挙した特徴を同様に組み込む追加の実施形態の存在を除外するものとして解釈されるものではない。本発明の原理によれば、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または権利主張することもできる。
【００２９】
本書は、例を用いて、最良の形態を含めて本発明を開示しており、また、任意のデバイスもしくはシステムの製造および使用、ならびに任意の採り入れられた方法の実施を含めて、当業者が本発明を実施することを可能にする。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者が想到する他の例を含み得る。そのような他の例が、特許請求の範囲の文言とは異ならない構造的要素を有する場合、またはそのような他の例が、特許請求の範囲の文言とはわずかに相違のある均等な構造要素を含む場合、そのような他の例は、特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３０】
１０  タービンエンジンシステム
１２  吸気部
１４  圧縮機部
１６  燃焼器部
１８  タービン部
２０  排気部
２２  ロータシャフト
２４  燃焼器
２６  燃料ノズル組立体
２８  負荷
３０  ロータディスク組立体
３２  ロータ組立体
３４  複数の段
３６  ステータベーン
３８  タービンバケット
４０  ロータディスク
４２  タービンケーシング
４４  中央穴
４６  ディスク本体
４８  内側縁部
５０  ロータディスク外側縁部
５２  ロータディスク上流面
５４  ロータディスク下流面
５６  軸方向支持アーム
５８  間隙
５９  列
６０  列
６１  高温ガス経路
６２  エーロフォイル
６４  プラットフォーム
６６  シャンク
６８  ダブテール
７０  シャンク側壁
７２  前方カバープレート
７４  後方カバープレート
７６  シャンク空洞
７８  通路
８０  前方エンジェルウイング
８２  前方バッファ空洞
８４  後方エンジェルウイング
８６  後方バッファ空洞
８８  前方下側エンジェルウイング
９０  間隙
９２  外面
９４  冷却流路
９６  冷却流体
１００  冷却組立体
１０２  第１の冷却プレート
１０４  冷却プレート
１０６  第１の冷却ディスク
１０８  内側部分
１１０  外側部分
１１１  穴
１１２  冷却ダクト
１１４  内面
１１６  入口開口
１１８  出口開口
１２０  フランジ
１２２  ベーン
１２４  戻り空気ダクト
１２６  第２の冷却ディスク
１２８  内側部分
１３０  外側部分
１３１  穴
１３２  戻り空気入口開口
１３４  戻り空気出口開口
１３６  上部冷却フランジ
１３８  チャネル
１４０  冷却回路
１４２  高温燃焼ガス
１４４  流れ区間
１５０  入口縁部
１５２  正圧面
１５４  負圧面
１５６  出口縁部
１５８  冷却チャネル
１６０  第１の幅
１６２  第２の幅
１６４  複数のタービュレータ
【図１】
2012013080.tif 000003
【図２】
2012013080.tif 000004
【図３】
2012013080.tif 000005
【図４】
2012013080.tif 000006
【外国語明細書】
2012013080000001.pdf