(57)【要約】      （修正有）【課題】バケットプラットフォームを効果的にフィルム冷却することができるタービンバケットを提供する。【解決手段】本タービンバケット１０は、その一端の翼形部１２と、その反対側端の根元部１４と、翼形部と根元部の間に設置されたプラットフォーム部１６と、それ及びプラットフォーム部の外表面間で延在する少なくとも１つのフィルム冷却孔を有する該プラットフォーム部の内部に又は該プラットフォーム部の半径方向内側に設置された少なくとも１つの内部空洞とを含む。フィルム冷却孔は、該フィルム冷却孔の長さ寸法に沿って湾曲している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンバケット（１０）であって、
その一端の翼形部（１２）と、
その反対側端の根元部（１４）と、
翼形部と根元部の間のプラットフォーム部（１６）と、
プラットフォーム部の内部又は半径方向内側の少なくとも１つの内部空洞（１８）にして、該少なくとも１つの内部空洞（１８）とプラットフォーム部（１８）の外表面との間に延在する少なくとも１つのフィルム冷却孔（３０）を有する少なくとも１つの内部空洞（１８）と
を備えており、少なくとも１つのフィルム冷却孔（３０）が少なくとも１つのフィルム冷却孔の長さ寸法に沿って湾曲している、タービンバケット。
【請求項２】
前記少なくとも１つのフィルム冷却孔（３０）が均一でない曲率半径で形成される、請求項１記載のタービンバケット。
【請求項３】
前記少なくとも１つのフィルム冷却孔（３０）がほぼ均一な曲率半径で形成される、請求項１記載のタービンバケット。
【請求項４】
前記少なくとも１つのフィルム冷却孔（３０）が、前記プラットフォーム部（１６）の外表面と該外表面に対して約３０°未満の角度で交差する、請求項１記載のタービンバケット。
【請求項５】
前記少なくとも１つのフィルム冷却孔（３０）が、前記内部空洞（１８）と該空洞の内部表面（３２）に対して約３０°よりも大きい角度で交差する、請求項４記載のタービンバケット。
【請求項６】
前記少なくとも１つのフィルム冷却孔（３０）が、該冷却孔（３０）が前記内部空洞（１８）に入る角度よりも浅い角度で前記プラットフォーム（１６）から出る、請求項１記載のタービンバケット。
【請求項７】
前記少なくとも１つのフィルム冷却孔（３０）が約０．０３インチの直径を有する、請求項１記載のタービンバケット。
【請求項８】
タービンバケットプラットフォーム（１６）内に該プラットフォーム（１６）の外表面を該プラットフォーム（１６）の内部に又は該プラットフォーム（１６）の半径方向内側に設置された内部空洞（１８）に連結するフィルム冷却孔（３０）を形成する方法であって、
ａ．フィルム冷却孔（３０）出口点を前記プラットフォーム（１６）の外表面にまたフィルム冷却孔入口点を前記内部空洞（１８）内に開口させて設置するステップと、
ｂ．前記フィルム冷却孔出口点及びフィルム冷却孔入口点間における湾曲通路に従うように前記フィルム冷却孔（３０）を穿孔するステップと
を含む方法。
【請求項９】
前記湾曲通路である弓形通路が均一な曲率半径に基づいている、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記湾曲通路である弓形通路が均一でない曲率半径に基づいている、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記ステップ（ｂ）が放電加工によって実行される、請求項８記載の方法。
【請求項１２】
前記ステップ（ｂ）が電解加工によって実行される、請求項８記載の方法。
【請求項１３】
前記フィルム冷却孔（３０）が約０．０３インチの直径を有する、請求項８記載の方法。
【請求項１４】
前記フィルム冷却孔（３０）が前記出口点において前記プラットフォーム（１６）の外表面と該外表面に対して約３０°未満の角度で交差する、請求項８記載の方法。
【請求項１５】
前記フィルム冷却孔（３０）が前記入口点において前記内部空洞（１８）の内部表面（３２）と該内部表面に対して約３０°よりも大きい角度で交差する、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはガスタービン翼形部技術に関し、より具体的には、翼形部のプラットフォーム部のフィルム冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルム冷却孔は一般的に、プラットフォームの表面に対して約３０°の均一な浅い角度で配向させた伝統的直線状又は線形ドリルビットを使用して、ガスタービン翼形部のプラットフォーム部内に穿孔される。３０°を超えた角度で穿孔した孔はフィルム冷却性能の低下を生じさせる傾向になる。この制約条件により、内部プラットフォーム空洞内に穿孔しようとする時に困難が生じるおそれがある。例えば、最悪の中子浮動及び位置公差を考慮すると、ドリルビットの刃先が、ターゲット空洞から部分的に又は完全にずれかつバケットシャンク又は根元部内に前進し続けるおそれがある。この問題を緩和するためには、孔角度を増大させなければならず、そのことは既に説明したように性能における悪影響を有しており、或いは孔を翼形部プラットフォームのスラッシュ面により近接するように移動させなければならない。しかしながら、孔をスラッシュ面により近接させて配置することは、フィルム冷却の恩典を受ける面積を減少させることによってまた既に寿命問題のある領域内に応力集中を生じさせることによって、部品寿命を制限するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７４１６３９１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、好ましいフィルム冷却孔角度を維持するが、伝統的製造工程能力に関連する問題を排除した技術を開発することが望ましいと言える。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例示的であるが非限定的な実施形態によると、本発明は、タービンバケットを提供し、本タービンバケットは、その一端の翼形部と、その反対側端の根元部と、翼形部と根元部の間に設置されたプラットフォーム部と、プラットフォーム部の内部又は半径方向内側の少なくとも１つの内部空洞にして、該少なくとも１つの内部空洞とプラットフォーム部の外表面との間に延在する少なくとも１つのフィルム冷却孔を有する少なくとも１つの内部空洞とを備えており、少なくとも１つのフィルム冷却孔は、該少なくとも１つのフィルム冷却孔の長さ寸法に沿って湾曲している。
【０００６】
別の態様では、本発明は、タービン部品に関し、本タービン部品は、フィルム冷却空気によって冷却される外表面と、該タービン部品の内部に設置されかつフィルム冷却空気を外表面に供給する内部空洞と、内部空洞と外表面との間でほぼ半径方向に延在する少なくとも１つのフィルム冷却孔とを含み、少なくとも１つのフィルム冷却孔は、該少なくとも１つのフィルム冷却孔の長さ寸法に沿って湾曲し、少なくとも１つのフィルム冷却孔は、外表面の表面に沿って該外表面の表面に対して約３０°未満の角度で開口し、かつ少なくとも１つのフィルム冷却孔は、内部空洞の表面に沿って該内部空洞の表面に対して約３０°よりも大きい角度で開口している。
【０００７】
さらに別の態様では、本発明は、タービンバケットプラットフォーム内に該プラットフォームの外表面を該プラットフォームの内部に又は該プラットフォーム（１６）の半径方向内側に設置された内部空洞に連結するフィルム冷却孔を形成する方法に関し、本方法は、（ａ）フィルム冷却孔出口点をプラットフォームの外表面にまたフィルム冷却孔入口点を内部空洞内に開口させて設置するステップと、（ｂ）フィルム冷却孔出口点及びフィルム冷却孔入口点間における湾曲通路に従うようにフィルム冷却孔を穿孔するステップとを含む。
【０００８】
次に、以下に特定した図面と関連させて、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ガスタービバケット構造の斜視図。
【図２】直線状フィルム冷却孔及び発生可能性がある孔設置問題を示す、バケットプラットフォームについて取った部分断面図。
【図３】図２と同様であるが、本発明の例示的であるが非限定的な実施形態による湾曲フィルム冷却孔を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
最初に図１を参照すると、公知の構造のガスタービン翼形部又はバケット１０を示している。バケットは、翼形部１２とバケットシャンク又は根元部１４とを含む。ほぼ平坦なプラットフォーム部（又は単に、プラットフォーム）１６が、翼形部１２及び根元部１４間の接合部に設置される。スラッシュ面１７（その１つを示している）が、バケットの対向する円周方向端縁部に沿って延在する。
【００１１】
次に図２を参照すると、冷却蒸気又空気のような冷却媒体が一般的に、バケット又はブレード冷却回路から或いはプラットフォーム冷却回路（図示せず）から例えばプラットフォーム１６の内部に又は該プラットフォーム１６の半径方向内側に鋳造或いは機械加工された１つ又はそれ以上の空洞１８に供給される。冷却媒体は、空洞を内部翼形部冷却回路（図示せず）に連結した１つ又はそれ以上の通路或いはボアを通して空洞１８に供給される。冷却空気又は蒸気の幾らかの部分は、空洞１８及び翼形部１２の負圧側面側のプラットフォーム１６間で延在するフィルム冷却孔２０を通って１つ又はそれ以上の空洞１８から流出することができる。フィルム冷却孔２０から流出した蒸気又は空気は、プラットフォーム１６の外表面に低温空気の層を形成し、この低温空気の層により、プラットフォーム負圧側面が高温ガス通路空気からさらに断熱される。
【００１２】
本発明は、プラットフォームフィルム冷却孔２０を形成するための改良型の技術に関するものであるが、本発明は、プラットフォーム又は翼形部のいずれか（又はあらゆるその他の部品）におけるいかなる特定の冷却回路設計にも限定されるものではなく、またフィルム冷却孔を採用するような並びに湾曲フィルム冷却孔の利点を実現することができるようなあらゆる状況において適用可能であることを理解されたい。
【００１３】
引続き図２を参照すると、一般的なフィルム冷却孔２０は、プラットフォームの外表面に対して約３０°の浅い角度でガスタービン翼形部のプラットフォーム１６内に真っ直ぐに穿孔される。約３０°の角度で穿孔した孔は最良のフィルム冷却性能をもたらすこと、また３０°を超える角度で穿孔した孔はフィルム冷却性能の低下を生じることが判明している。図２に破線空洞構成２２でも示すように、バケットの製造における最悪の中子浮動条件が穿孔フィルム冷却孔の位置公差と組合さることにより、ドリルビットが、完全にではないにせよ部分的に移動ターゲット空洞からずれを生じて、冷却孔が該空洞を通り過ぎてバケットのシャンク又は根元部１４へと延在し続けるおそれがある。このことは一般的に、フィルム冷却孔角度を増大させるか又はフィルム冷却孔を翼形部プラットフォーム１６のスラッシュ面２８により近接するように移動させるかのいずれかによって対処される。これもまた既述したように、これら２つの選択肢のいずれも特に望ましいとは言えない。
【００１４】
本発明の例示的であるが非限定的な実施形態によるとまた次に図３を参照すると、それを使用して孔を形成した放電加工（ＥＤＭ）ワイヤによって概略的に表した湾曲フィルム冷却孔３０が、プラットフォーム１６を貫通して空洞１８（又は２２）まで穿孔され、かつこの孔の湾曲により、製造における考慮事項を無視して、本来の設計意図により近い状態でプラットフォームフィルム冷却装置を設置することが可能になる。湾曲孔３０は均一な又は均一でない曲率半径を有することができること並びに／或いはプラットフォームに最も近接した孔の部分は直線状でありまた残りの部分は湾曲していることに注目されたい。例示的な実施形態では、孔３０は、ドリルビットがターゲット空洞１８（又は２２）に到達した時に孔角度がより急勾配になって、孔がターゲット冷却空洞から部分的に又は完全にずれる傾向がほぼなくなるように形成することができる。言い換えると、冷却孔は、該冷却孔がプラットフォームの内部に又は該プラットフォームの半径方向内側に配置された空洞１８（又は２２）内に開口する箇所よりも該冷却孔がプラットフォーム外表面に出る箇所でより浅い角度（例えば、３０°又はそれ以下また好ましくは約２６°）を有することができる。従って、プラットフォーム１６の外表面における孔出口点は、約３０°に維持されて、それによって最大冷却性能を保持することができ、一方、空洞内への冷却孔入口点の角度は、例えば内部空洞表面３２に対して３０°よりも大きくかつ９０°よりも小さく（３０°＜入口点角度＜９０°）とすることができる。
【００１５】
この例示的な実施形態では、湾曲フィルム冷却孔３０は、例えばあらゆる精密及び高速ワイヤＥＤＭ加工機を使用して穿孔することができる。好適なＥＤＭは、例えばコネチカット州ミドルタウン所在のＡｅｒｏｓｐａｃｅ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓから入手可能であるが、その他のものも同様に入手可能である。
【００１６】
湾曲孔を穿孔するその他の方法には、ＳＴＥＭ（形状チューブ電解加工）が含まれ、このＳＴＥＭでは、湾曲電極を回転させながら部品内に挿入して、一般的には一定の曲率半径であるが一定でない曲率半径の場合もある湾曲孔を形成する。その他のＥＣＭ（電解加工）又は方法の組合せを使用して、単一又は複数プロセスのいずれかで孔を形成することができる。
【００１７】
多くのそのようなフィルム冷却孔３０は、あらゆる所望のパターンで形成して、バケットプラットフォームを効果的にフィルム冷却することができることが分かるであろう。孔３０は、約０．０３インチの直径を有することができるが、その直径は、特定の用途に応じて変化させることができる。
【００１８】
例示的な実施形態では、孔のプラットフォーム端部（又は孔出口点）及び孔の内部空洞端部（又は孔入口点）を決定し、次にＥＤＭ又はＥＣＭ機械を使用して一定の又は一定でない曲率半径で孔を穿孔して、孔又は通路が空洞１８（又は２２）内でより良好に終端することを保証する。
【００１９】
上述したように、本発明は、フィルム冷却孔構成及び設置が極めて重要であるような翼形部プラットフォーム、翼形部自体又はあらゆるその他の部品内における冷却孔の穿孔において適用可能である。
【００２０】
現時点で最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明が開示した実施形態に限定されるべきものではなく、逆に、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２１】
１０  ガスタービンバケット又は翼形部
１２  翼形部
１４  根元部
１６  平坦プラットフォーム部
１８  空洞
２０  フィルム冷却孔
２２  空洞構成
２４  ドリルビット
２８  スラッシュ面
３０  湾曲フィルム冷却孔
３２  内部空洞表面
【図１】
2012082830.tif 000003
【図２】
2012082830.tif 000004
【図３】
2012082830.tif 000005