(57)【要約】【課題】タービンロータブレードのプラットフォームを冷却するための装置、システム及び／又は方法を提供すること。【解決手段】翼形部及び根元間の接合部にプラットフォームを有するタービンロータブレードにおけるプラットフォーム冷却構成であって、該ロータブレードが、その内部に形成された内部冷却通路を含み、作動時には内部冷却通路が高圧クーラント領域及び低圧クーラント領域を含み、プラットフォームの負圧側面が、翼形部から負圧側スラッシュ面まで円周方向に延びる上側面を含み、プラットフォームの負圧側面が、後方端部を含む。プラットフォーム冷却構成は、プラットフォームの負圧側面の後方側面内に配置されたマニホルドと、該マニホルドを内部冷却通路の高圧クーラント領域に接続する高圧コネクタと、マニホルドを内部冷却通路の低圧クーラント領域に接続する低圧コネクタと、マニホルドの内部に配置された熱伝達構造体と、を含む。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼形部及び根元間の接合部にプラットフォームを有するタービンロータブレードにおけるプラットフォーム冷却構成であって、前記ロータブレードが、その内部に形成され且つ前記根元におけるクーラント供給源との接続部から前記プラットフォームのほぼ半径方向高さまで延びる内部冷却通路を含み、作動時には、前記内部冷却通路が、高圧クーラント領域及び低圧クーラント領域を含み、前記翼形部の負圧側面と一致する側面に沿って、前記プラットフォームの負圧側面が、前記翼形部から負圧側スラッシュ面まで円周方向に延びる上側面を含み、前記プラットフォームの負圧側面が、前記翼形部の後縁と一致する後方端部を含み、
前記プラットフォーム冷却構成が、
前記プラットフォームの負圧側面の前方側面及び後方側面のうちの少なくとも１つ内に配置されたマニホルドと、
前記マニホルドを前記内部冷却通路の高圧クーラント領域に接続する高圧コネクタと、
前記マニホルドを前記内部冷却通路の低圧クーラント領域に接続する低圧コネクタと、
作動時に前記高圧コネクタから前記低圧コネクタまで流れるクーラントと相互作用するように前記マニホルド内に配置された熱伝達構造体と、
を備える、プラットフォーム冷却構成。
【請求項２】
前記熱伝達構造体が、複数の受台を含む、請求項１記載のプラットフォーム冷却構成。
【請求項３】
前記熱伝達構造体が、曲りくねった通路を含む、請求項１記載のプラットフォーム冷却構成。
【請求項４】
前記プラットフォームが、平面下側面にほぼ平行な平面上側面を含み、前記マニホルドが、前記平面上側面及び前記平面下側面間に且つこれらにほぼ平行に配置されており、前記熱伝達構造体及びマニホルドが、作動時に前記高圧コネクタから前記低圧コネクタまで前記マニホルド間を通ってクーラントを導くように構成される、請求項１記載のプラットフォーム冷却構成。
【請求項５】
前記高圧コネクタを前記マニホルドに接続する位置が、前記低圧コネクタを前記マニホルドの少なくとも大部分にわたって前記マニホルドに接続する位置に対向する、請求項１記載のプラットフォーム冷却構成。
【請求項６】
前記マニホルドが、前記プラットフォームの負圧側面の後方側面内の位置と、前記プラットフォームの負圧側面の後方側面の形状にほぼ一致する形状とを含み、前記マニホルドの第１の内壁が、前記翼形部の基部の負圧側面の輪郭と離間した関係で延びており、第２の内壁が、前記プラットフォームの後方端部とほぼ離間した関係で延びており、第３の内壁が、前記プラットフォームの負圧側面スラッシュ面とほぼ離間した関係で延びている、請求項５記載のプラットフォーム冷却構成。
【請求項７】
前記マニホルドは、該マニホルドが前記負圧側面スラッシュ面近傍の第１の位置から前記正圧側面スラッシュ面近傍の第２の位置まで延びるときに軸方向に狭くなり、前記マニホルドが、ほぼ一定の半径方向高さを含む、請求項６記載のプラットフォーム冷却構成。
【請求項８】
前記マニホルドが、使用時に前記マニホルドを通って流れるクーラントのほぼ全てが前記低圧コネクタを介して前記内部冷却通路に還流されるように構成されている、請求項７記載のプラットフォーム冷却構成。
【請求項９】
複数の冷却アパーチャが、前記マニホルド及び前記負圧側スラッシュ面並びに前記マニホルド及び前記プラットフォームの後方端部の間に延びており、前記冷却アパーチャが、前記マニホルドを通って流れる前記クーラントの一部用の出口を提供するように構成されており、前記冷却アパーチャが、所望のクーラントインピンジメント特性に対応した所定の流れ領域を有するように構成される、請求項７記載のプラットフォーム冷却構成。
【請求項１０】
前記マニホルドが、使用時に前記マニホルドを通って流れる前記クーラントの少なくとも５０％が、前記低圧コネクタを介して前記内部冷却通路に還流するように構成される、請求項９記載のプラットフォーム冷却構成。
【請求項１１】
前記マニホルドを前記プラットフォームの上側面を貫通して形成されたポートに接続するフィルム冷却アパーチャを更に備える、請求項１０記載のプラットフォーム冷却構成。
【請求項１２】
前記マニホルドが、互いにほぼ一定の半径方向高さに位置する平面天井部及び平面床部を含み、その各々が前記プラットフォームに対してほぼ平行となるように配設されている、請求項４記載のプラットフォーム冷却構成。
【請求項１３】
前記熱伝達構造体が、前記マニホルドの天井部及び床部間に延びる円筒形構造体を有する複数の受台を含む、請求項１２記載のプラットフォーム冷却構成。
【請求項１４】
前記複数の受台が、前記マニホルドを貫通して間隔を置いて配置された少なくとも５個の受台を含む、請求項１３記載のプラットフォーム冷却構成。
【請求項１５】
前記複数の受台が、前記マニホルドを貫通して間隔を置いて配置された少なくとも１０個の受台を含む、請求項１３記載のプラットフォーム冷却構成。
【請求項１６】
前記熱伝達構造体が、前記マニホルドを前記高圧プレナムから前記低圧プレナムまで横断するように構成され且つ前記マニホルドの天井部及び床部間に延びる壁部を含む複数の平行冷却通路を含む、請求項１２記載のプラットフォーム冷却構成。
【請求項１７】
前記高圧コネクタが、前記第１の位置の近傍の位置を含む、請求項７記載のプラットフォーム冷却構成。
【請求項１８】
前記低圧コネクタが、前記第２の位置の近傍の位置を含む、請求項７記載のプラットフォーム冷却構成。
【請求項１９】
前記高圧コネクタが、その輪郭が前記翼形部の中間部分と整列する前記プラットフォームの位置から前記プラットフォーム負圧側スラッシュ面の近傍の前記プラットフォームの位置まで延びており、前記低圧コネクタが、その輪郭が前記翼形部の後方部分と整列する前記プラットフォームの位置から前記プラットフォームの後方端部近傍の前記プラットフォームの位置まで延びる、請求項１８記載のプラットフォーム冷却構成。
【請求項２０】
燃焼タービンエンジンであって、
圧縮機と、
燃焼器と、
タービンと、
プラットフォーム冷却構成を有するタービンロータブレードと、
を備え、前記タービンロータブレードが、翼形部及び根元間の接合部にプラットフォームを含み、前記ロータブレードが、その内部に形成され且つ前記根元におけるクーラント供給源との接続部から前記プラットフォームのほぼ半径方向高さまで延びる内部冷却通路を含み、作動時には、前記内部冷却通路が、高圧クーラント領域及び低圧クーラント領域を含み、前記翼形部の負圧側面と一致する側面に沿って、前記プラットフォームの負圧側面が、前記翼形部から負圧側スラッシュ面まで円周方向に延びる上側面を含み、前記プラットフォームの負圧側面が、前記翼形部の後縁と一致する後方端部を含み、
前記プラットフォーム冷却構成が、
前記プラットフォームの負圧側面の後方側面内に配置されたマニホルドと、
前記マニホルドを前記内部冷却通路の高圧クーラント領域に接続する高圧コネクタと、
前記マニホルドを前記内部冷却通路の低圧クーラント領域に接続する低圧コネクタと、
作動時には前記高圧コネクタから前記低圧コネクタまで流れるクーラントと相互作用するよう前記マニホルド内に配置された熱伝達構造体と、
を備える、燃焼タービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、総括的には、本明細書で使用する場合及び別途記載のない限り、発電及び航空機エンジンで使用されるもののようなあらゆる形式の燃焼タービンエンジンを含む燃焼タービンエンジンに関する。より具体的には、それに限定されないが、本出願は、タービンロータンブレードのプラットフォーム領域を冷却するための装置、システム及び／又は方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、典型的には、圧縮機、燃焼器、及びタービンを含む。圧縮機及びタービンは通常、軸方向に多段に積層された翼形部又はブレードの列を含む。各段部は典型的には、固定される円周方向に間隔を置いて配置されたステータブレードの列と、中心軸線又はシャフトの周りで回転する円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレードのセットとを含む。作動時には、圧縮機におけるロータブレードは、シャフトの周りで回転して空気流を加圧する。加圧空気は次に、燃焼器内で使用されて供給燃料を燃焼させる。燃焼プロセスにより結果として得られた高温ガスの流れは、タービンを通って膨張し、これにより、ロータブレードは、該ブレードが取り付けられたシャフトを回転させるようになる。このようにして、燃料内に含まれるエネルギーは、回転シャフトの機械的エネルギーに変換され、この機械的エネルギーを用いて、発電機のコイルを回転させて電気を発生することができる。
【０００３】
図１及び図２を参照すると、タービンロータブレード１００は通常、翼形部分又は翼形部１０２と、根元部分又は根元１０４とを含む。翼形部１０２は、凸面形負圧面１０５及び凹面形正圧面１０６を有するものとして説明することができる。翼形部１０２は更に、前方端部である前縁１０７と、後方端部である後縁１０８とを有するものとして説明することができる。根元１０４は、ブレード１００をロータシャフトに取り付けるための構造（図示するように、一般的にダブテール１０９を含む。）と、翼形部１０２がそこから延びるプラットフォーム１１０と、ダブテール１０９及びプラットフォーム１１０間の構造体を含むシャンク１１２と、を有するものとして説明することができる。
【０００４】
図示するように、プラットフォーム１１０は、実質的に平面状とすることができる。（本明細書で使用する場合、「平面状」とは、ほぼ又は実質的に平面の形状を意味している点に注目されたい）。例えば、プラットフォームは、ロータブレードの半径方向位置でタービンの円周部に対応する曲率を備えた、僅かに曲線状で且つ凸状の外面を有するように構成することができることは、当業者には明らかであろう。本明細書で使用する場合、この形式のプラットフォーム形状は、平坦な外観のプラットフォームが得られるように、曲率半径が充分に大きいので平面状と見なされる。より具体的には、プラットフォーム１１０は、平面状の上側面１１３を有することができ、この上側面１１３は、図１に示すように軸方向及び円周方向に延びる平坦な表面を含むことができる。図２に示すように、プラットフォーム１１０は、平面状の下側面１１４を有することができ、この下側面１１４もまた、軸方向及び円周方向に延びる平坦な表面を含むことができる。プラットフォーム１１０の上側面１１３及び下側面１１４は、その各々が互いに対して実質的に平行となるように形成することができる。図示するように、プラットフォーム１１０は一般的に、薄い半径方向輪郭を有し、すなわち、プラットフォーム１１０の上側面１１３と下側面１１４との間に比較的短い半径方向距離が存在することは理解されるであろう。
【０００５】
一般的に、プラットフォーム１１０は、タービンロータブレード１００上で利用され、ガスタービンの高温ガス通路セクションの内側流路境界を形成する。プラットフォーム１１０は更に、翼形部１０２に対する構造上の支持を与える。作動時には、タービンの回転速度は、プラットフォーム１１０に沿って高応力を受ける領域を発生させる機械的負荷を誘起し、高温と相まって、最終的には酸化、クリープ、低サイクル疲労亀裂、及びその他などの作動上の欠陥の形成を生じるようになる。言うまでもなく、これらの欠陥は、ロータブレード１００の有効寿命に悪影響を及ぼす。これらの過酷な作動状態、すなわち、高温ガス通路の過酷な温度及び回転するブレードと関連した機械的負荷に対する曝露は、良好に機能することと製造の費用効率のよいことを両立させた、耐久性のある長寿命のロータブレードプラットフォーム１１０を設計する上で考慮すべき課題がもたらされることは理解されるであろう。
【０００６】
プラットフォーム領域１１０をより耐久性のあるものにする一般的な解決策の１つは、作動時に加圧空気又は他のクーラントの流れによりプラットフォーム領域１１０を冷却することであり、様々なこれらの形式のプラットフォーム設計は公知である。しかしながら、当業者には理解されるように、プラットフォーム領域１１０は、このようにして冷却するのが困難になる特定の設計上の課題が存在する。多くの場合、このことは、上述のようにプラットフォーム１１０がロータブレードの中心コアから離れて存在する周縁構成要素であり、一般的には構造的に安定しているが半径方向に薄い厚さを有するように設計される点で、この領域が扱いにくい幾何形状であることに起因している。
【０００７】
クーラントを循環させるために、ロータブレード１００は一般的に、最低でも根元１０４及び翼形部１０２を通ることを含め、ブレード１００のコアを通って半径方向に延びる１つ又はそれ以上の中空冷却通路１１６（図３、図４、及び図５を参照）を含む。以下でより詳細に説明するように、熱交換を向上させために、このような冷却通路１１６は、ブレード１００の中心領域を通って曲りくねった蛇行経路を有するものとして形成することができるが、他の構成も実施可能である。作動時には、クーラントは、根元１０４の内寄り部分に形成された１つ又はそれ以上の入口１１７を介して中心冷却通路に流入させることができる。クーラントは、ブレード１００を通って循環し、翼形部上に形成された出口（図示せず）を介して及び／又は根元１０４に形成された１つ又はそれ以上の出口（図示せず）を介して流出することができる。クーラントは、加圧することができ、例えば、加圧空気、水と混合された加圧空気、蒸気、及び同様のものを含むことができる。多くの場合、クーラントは、エンジンの圧縮機から分流された加圧空気であるが、他の供給源も実施可能である。以下でより詳細に説明するように、これらの冷却通路は一般的に、高圧クーラント領域及び低圧クーラント領域を含む。高圧クーラント領域は一般的に、より高いクーラント圧力を有する冷却通路の上流側部分に対応し、一方、低圧クーラント領域は、比較的より低いクーラント圧力を有する下流部分に対応する。
【０００８】
場合によっては、クーラントは、冷却通路１１６から隣接するロータブレード１００のシャンク１１２及びプラットフォーム１１０間に形成されたキャビティ１１９内に配向することができる。ここから、クーラントを用いてブレードのプラットフォーム１領域１１０を冷却することができ、その従来型設計が図３に提示されている。この形式の設計は一般的に、冷却通路１１６の１つから空気を取り出して、この空気をシャンク１１２／プラットフォーム１１０間に形成されたキャビティ１１９を加圧するのに使用する。加圧されると、このキャビティ１１９は、プラットフォーム１１０を貫通して延びる冷却チャンネルにクーラントを供給する。冷却空気は、プラットフォーム１１０を横断した後、プラットフォーム１１０の上側面１１３に内に形成されたフィルム冷却孔を通ってキャビティから流出することができる。
【０００９】
しかしながら、この形式の従来型設計は、幾つかの欠点を有することが理解されるであろう。第１に、冷却回路は、隣接する２つのロータブレード１００が組み立てられた後にしか形成されないので、１つの部品に内蔵されない。このことにより、設置及び事前設置流れ試験が難しさ及び複雑さが増大する。第２の欠点は、隣接するロータブレード１００間に形成されるキャビティ１１９の完全性がキャビティ１１９の周辺部がどのように良好にシールされるかに依存する点である。不十分なシールは、不十分なプラットフォーム冷却及び／又は無駄な冷却空気をもたらす可能性がある。第３の欠点は、高温ガス通路のガスが、キャビティ１１９又はプラットフォーム自体１１０内に吸い込まれる可能性がある内在的危険性である。このことは、キャビティ１１９が、作動時に充分に高い圧力に維持されない場合に生じる可能性がある。キャビティ１１９の圧力が、高温ガス通路内の圧力よりも低下した場合には、高温ガスが、シャンクキャビティ１１９又はプラットフォーム１１０自体内に吸い込まれることになり、これは一般的に、構成要素が高温ガス通路状態への曝露に耐えるように設計されていない場合にこれらの構成要素を損傷させる。
【００１０】
図４及び図５は、プラットフォーム冷却における別の形式の従来型設計を示している。この場合、図示するように、冷却回路は、ロータブレード１００内に収容され、シャンクキャビティ１１９を含まない。冷却空気は、ブレード１１０のコアを貫通して延びる冷却通路１１６の１つから取り出され、プラットフォーム１１０内に形成された冷却チャンネル１２０（すなわち、「プラットフォーム冷却チャンネル１２０」）を通って後方に向けられる。幾つかの矢印で示すように、冷却空気は、プラットフォーム冷却チャンネル１２０を通って流れ、プラットフォーム１１０の後方端部１２１における出口を通って、或いは、負圧側面端部１２２に沿って配置された出口から流出する。（矩形プラットフォーム１１０の端部又は面についての説明又は言及の際には、各々は、ブレード１００が設置られると、翼形部１０２の負圧面１０５及び正圧面１０６に対するその位置及び／又はエンジンの前及び後方向に基づいて表現することができる点に留意されたい。）従って、当業者には理解さるように、図３及び図４に示すように、プラットフォームは、後方端部１２１、負圧側面端部１２２、前方端部１２４、及び正圧側面端部１２６を含むことができる。更に、負圧側面端部１２２及び正圧側面端部１２６はまた、通常「スラッシュ面」と呼ばれており、隣接するブレード１００が設置されたときに間に形成される狭いキャビティは、「スラッシュ面キャビティ」と呼ぶことができる。
【００１１】
図４及び図５の従来型設計は、組立又は設置条件の変化によって影響されない点で図３の設計に勝る利点を有することは理解されるであろう。しかしながら、この性質の従来型設計は、幾つかの制限又は欠点を有する。第１に、図示するように、翼形部１０２の各側面上に単一の回路のみが設けられ、従って、プラットフォーム１１０における様々な位置で使用される冷却空気の量の制御が限度されるという欠点がある。第２に、この形式の従来型設計は、適用範囲が一般的に制限される。図５の蛇行経路は、図４よりも優れた適用範囲の点での改良であるが、それでも依然としてプラットフォーム１１０内に冷却されない状態のデッド領域が存在する。第３に、複雑に形成したプラットフォーム冷却チャンネル１２０を用いて良好な適用範囲を得るために、特に冷却通路が鋳造形成プロセスを必要とする形状を有する場合に製造コストが大幅に増加する。第４に、これらの従来型設計は一般的に、使用後及びクーラントが完全に排出される前に、クーラントが高温ガス通路内に放出され、このことはエンジンの効率に悪影響を及ぼす。第５に、この性質の従来型設計は通常、融通性が殆どない。すなわち、通路１２０は、プラットフォーム１１０の一体部分として形成され、作動条件が変化したときにこの通路の機能又は構成を変化させる可能性を殆ど又は全く提供しない。更に、これらの形式の従来型設計は、補修又は改修するのが困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、従来型プラットフォーム冷却設計は、１つ又はそれ以上の重要な領域に欠陥がある。タービンロータブレードのプラットフォーム領域を効果的且つ効率的に冷却しながら、構成に対する費用対効果があり、適用上に融通性があり且つ耐久性のある、改善された装置、システム、及び方法に対する必要性が依然としてある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
従って、本出願は、翼形部と根元との間の接合部にプラットフォームを有するタービンロータブレードにおけるプラットフォーム冷却構成を記載されており、ここではロータブレードは、その内部に形成され且つ根元におけるクーラント供給源との接続部からプラットフォームの概略半径方向高さまで延びる内部冷却通路を含み、作動時には、内部冷却通路が高圧クーラント領域及び低圧クーラント領域を含み、翼形部の負圧側面と一致する側面に沿って、プラットフォームの負圧側面が翼形部から負圧側スラッシュ面まで円周方向に延びる上側面を含み、プラットフォームの負圧側面が翼形部の後縁と一致する後方端部と、翼形部の前縁と一致する前方端部とを含む。プラットフォーム冷却構成は、プラットフォームの負圧側面の前方側及び後方側の少なくとも１つ内に配置されたマニホルドと、マニホルドを内部冷却通路の高圧クーラント領域に接続する高圧コネクタと、マニホルドを内部冷却通路の低圧クーラント領域に接続する低圧コネクタと、作動時に高圧コネクタから低圧コネクタに流れるクーラントと相互作用するようにマニホルドの内部に配置された熱伝達構造と、を含むことができる。
【００１４】
本出願のこれら及び他の特徴は、図面及び請求項を参照しながら以下の好ましい実施形態の詳細な説明を精査することによって明らかになるであろう。
【００１５】
本発明のこれら及び他の特徴は、添付図面を参照しながら、本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明を詳細に検討することによって完全に理解され認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態を用いることができる例示的なタービンロータブレードの斜視図。
【図２】本発明の実施形態を使用することができるタービンロータブレードの底面図。
【図３】従来型設計に従った冷却システムを有する隣接したタービンロータブレードの断面図。
【図４】従来型設計による内部冷却通路を備えたプラットフォームを有するタービンロータブレードの上面図。
【図５】別の従来型設計による内部冷却通路を備えたプラットフォームを有するタービンロータブレードの上面図。
【図６】本発明の例示的な実施形態によるタービンロータブレード及びプラットフォーム冷却構成の斜視図。
【図７】本発明の例示的な実施形態によるタービンロータブレード及びプラットフォーム冷却構成の部分断面図を備えた上面図。
【図８】本発明の別の実施形態によるタービンロータブレード及びプラットフォーム冷却構成の部分断面図を備えた上面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
クーラントの内部循環によって冷却されるタービンブレードは一般的に、幾つかの従来型冷却設計との関連で上述したように、根元からプラットフォーム領域を通って翼形部に半径方向外向きに延びる内部冷却通路１１６を含むことが理解されるであろう。本発明の特定の実施形態は、従来型のクーラント通路と共に使用して、効率的なアクティブプラットフォーム冷却を強化又は可能にすることができ、本発明は、通常の設計、すなわち、曲りくねった又は蛇行構成を有する内部冷却通路１１６に関して考察される点は理解されるであろう。図に示すように、蛇行経路は一般的に、クーラントの一方向流れを可能にするように構成され、クーラントと周囲のロータブレード１００との間での熱交換を促進する特徴要素を含む。作動時には、一般的に圧縮機から抽気される加圧空気である加圧クーラント（蒸気などの他の形式のクーラントも本発明の実施形態と共に使用することができるが）は、根元１０４を貫通して形成された接続部を介して内部冷却通路１１６に供給される。圧力は、クーラントを内部冷却通路１１６内に推し進め、クーラントが周囲壁から対流によって熱を循環させる。
【００１８】
クーラントが冷却通路１１６を通って移動すると、圧力を失い、内部冷却通路１１６の上流部分におけるクーラントは下流部分におけるクーラントよりもより高い圧力を有することは理解されるであろう。以下でより詳細に考察するように、この圧力差を用いて、プラットフォーム内で形成された冷却通路にわたって又は冷却通路にクーラントを推し進めることができる。本発明は、様々な構成の内部冷却通路を有するロータブレード１００で使用することができ、蛇行形態を有する内部冷却通路に限定されない点は理解されるであろう。従って、本明細書で使用する場合、用語「内部冷却通路」又は「冷却通路」とは、それを通してクーラントをロータブレード内で循環させることができるあらゆる通路又は中空通路を含むことを意味する。本明細書で示すように、本発明の内部冷却通路１１６は、少なくともプラットフォーム１１６のほぼ半径方向高さまで延びており、相対的に高いクーラント圧力の少なくとも１つの領域（以下、「高圧力領域」と呼ばれ、場合によっては、蛇行経路内の上流側セクションと呼ばれる）と、相対的に低いクーラント圧力の少なくとも１つの領域（以下、「低圧力領域」と呼ばれ、高圧力領域に対して蛇行経路内の下流側セクションと呼ぶことができる）と含むことができる。
【００１９】
一般的に、従来型内部冷却通路１１６の様々な設計は、ロータブレード１００内の特定の領域に対してアクティブ冷却を行う際に効果的である。しかしながら、当業者には明らかなように、プラットフォーム領域にはより多くの課題があることが実証されている。これは、少なくとも一部には、プラットフォームの扱いにくい幾何形状、すなわち、狭い半径方向高さ及びロータブレード１００のコア又は主本体から突出する様態に起因している。しかしながら、高温ガス通路の過酷な温度及び高い機械的負荷への曝露を前提とすると、プラットフォームの冷却要件を考慮に入れるべきである。上述のように、従来型のプラットフォーム冷却設計は、領域の特定の課題に対処できていない理由から効果的ではなく、クーラントの使用度が非効率的であり、及び／又は製造費用が高い。
【００２０】
再び図を参照すると、図６から図８までは、本発明の例示的な実施形態、すなわちプラットフォーム冷却構成１３０の幾つかの図面を示している。図示するように、特定の実施形態では、マニホルド１３４は、プラットフォーム１１０の負圧側面１２９の後方側面内に配置される。高圧コネクタ１４８は、マニホルド１３４を内部冷却通路１１６の高圧クーラント領域に接続するように構成することができ、低圧コネクタ１４９は、マニホルド１３４を内部冷却通路１１６の低圧クーラント領域に接続するように構成することができる。
【００２１】
熱伝達構造体は、マニホルド１３４内に配置されて、作動時に高圧コネクタ１４８から低圧コネクタ１４９に流れるクーラントと相互作用することができる。特定の実施形態では、図６及び図７に示すように、熱伝達構造体は、複数の受台１６２を含むことができる。別の実施形態では、熱伝達構造体は、図８に示すように曲りくねった通路を含むことができる。マニホルド１３４を貫通する曲りくねった通路は、交互するマニホルド隔壁１６３によって形成することができる。マニホルド１３４は、互いから実質的に一定の半径方向高さに位置する平面天井部及び平面床部を含むことができ、各々がプラットフォーム１１０に対して実質的に平行となるように配設することができる。受台１６２は、マニホルド１３４の天井部及び床部間に延びた円筒形構造体を含むことができる。複数の受台１６２は、マニホルド１３４を貫通して間隔を置いて配置された少なくとも５個の受台１６２を含むことができる。別の実施形態では、複数の受台１６２は、マニホルド１３４を貫通して間隔を置いて配置された少なくとも１０個の受台１６２を含むことができる。場合によっては、熱伝達構造体は、高圧コネクタ１４８から低圧コネクタ１４９までマニホルド１３４を横断するように配置された複数の平行冷却通路を含むことができる。平行冷却通路は、隔壁１６３が曲りくねった通路を通ってクーラントを配向するよう形成されたのと同様に、マニホルド１３４の天井部と床部との間に延びた壁を用いて構成することができる。
【００２２】
プラットフォームは、平面状の下側面１１４に対してほぼ平行である平面状の上側面１１３を含むことができる。マニホルド１３４は、平面状の上側面と平面状の下側面との間に配置され、これらに対してほぼ平行とすることができる。熱伝達構造体及びマニホルド１３４は、作動時に高圧コネクタ１４８から低圧コネクタまでマニホルド１３４にわたってクーラントを導くように構成することができる。高圧コネクタがマニホルド１３４に接続される位置は、低圧コネクタ１４９がマニホルド１３４の少なくとも大部分にわたってマニホルド１３４に接続される位置と対向することができる。このようにして、高圧コネクタ１４８から低圧コネクタ１４９に流れるクーラントは、マニホルド１３４の大部分を横断することができる。
【００２３】
マニホルド１３４は、プラットフォーム１１０の負圧側面１２９（この負圧側面１２９は、プラットフォーム１１０の正圧側面１２８と対向する翼形部の側面上に位置する）の後方側面内の所定の位置と、プラットフォーム１１０の負圧側面１２９の後方側面の形状にほぼ一致する形状と、を含むことができる。従って、マニホルド１３４の第１の内壁は、翼形部１１０の基部の負圧側面１０５の輪郭に対して離間した関係で延び、第２の内壁は、プラットフォーム１１０の後方端部１２１に対してほぼ離間した関係で延び、第３の内壁は、プラットフォーム１１０の負圧側スラッシュ面１２２に対してほぼ離間した関係で延びる。図示するように、マニホルド１３４は、該マニホルド１３４が負圧側スラッシュ面１２２近傍の第１の位置から正圧側スラッシュ面１２６近傍の第２の位置まで延びたときに軸方向に狭くすることができる。一部の実施形態では、マニホルド１３４は、全体にわたってほぼ一定の半径方向高さを含むことができる。特定の実施形態では、マニホルド１３４は、使用時にマニホルド１３４を通って流れるクーラントのほぼ全てが、低圧コネクタ１４９を介して内部冷却通路に還流できるように構成することができる。この場合、図６に示すように、冷却アパーチャ１５６を形成することができず、鋳造法によって形成されたプリント出口をプラグ１６４で完全に塞ぐことができる。
【００２４】
他の実施形態では、複数の冷却アパーチャ１５６は、プラットフォーム１１０のマニホルド１３４と、負圧側スラッシュ面１２２及び後方端部１２１との間に延びることができる。冷却アパーチャ１５６は、マニホルド１３４を通って流れるクーラントの一部用の出口を提供するよう構成することができる。冷却アパーチャ１５６は、所望のクーラントインピンジメント特性に対応する所定の流れ領域を有するように構成することができる。すなわち、冷却アパーチャ１５６は、放出されたクーラントが隣接するタービンブレード１００のスラッシュ面に当たる速度で衝突及び配向されるように狭く形成することができ、これにより一般に、クーラントの冷却効果が向上する。スラッシュ面キャビティ及びこれらを形成するスラッシュ面は、プラットフォーム１１０の領域を冷却するのを困難にし、スッシュ面冷却アパーチャ１５６は、これを行うための有効な方法とすることができる点は理解されるであろう。プラットフォーム１１０の後方端部１２１に沿って形成された冷却アパーチャ１５６は、この領域を同様に冷却することができる。特定の実施形態において、図８に示すように、プラットフォーム１１０の上側面１１３を貫通して形成されたポートにマニホルド１３４を接続するフィルム冷却アパーチャ１６６を形成することができる。これらのアパーチャを通って流れるクーラントは、プラットフォーム１１０の上側面にフィルム冷却をもたらすことができる。マニホルド１３４の冷却アパーチャ１５６及びフィルム冷却アパーチャ１６６は、マニホルド１３４を通って流れるクーラントの少なくとも５０％が、低圧コネクタ１４９を介して内部冷却通路に還流できるように形成又は流量調整することができる。
【００２５】
図示するように、低圧コネクタ１４９は、翼形部１０２の後縁１０８の近傍の位置を含むことができる。高圧コネクタ１４８は、翼形部１０２の中間領域の近傍の位置を含むことができる。より具体的には、高圧コネクタ１４８は、その輪郭が翼形部の中間部分と整列するプラットフォーム１１０の位置から、プラットフォーム１１０の負圧側スラッシュ面１２２の近傍のプラットフォーム１１０の位置まで延びるように構成することができる。低圧コネクタ１４９は、その輪郭が翼形部１０２の後方部分と整列するプラットフォーム１１０の位置から、プラットフォーム１１０の後方端部１２１の近傍のプラットフォーム１１０の位置まで延びるように構成することができる。
【００２６】
作動時には、本発明の冷却アパーチャは、次のように機能することができる。内部冷却通路１１６を通って流れる供給クーラントの一部は、高圧コネクタ１４８に流入する。クーラントは次に、マニホルド１３４を通って流れ、クーラントがマニホルドを通って流れると、該クーラントは、周囲プラットフォーム１１０からの熱を対流によって熱伝導して、これによりプラットフォーム１１０を冷却する。このようにして、本発明のプラットフォーム冷却構成１３０は、内部冷却通路１１６からのクーラントの一部を取り出して、このクーラントをプラットフォーム１１０からの熱を除去するために使用し、次に、クーラント又はクーラントの少なくとも一部を内部冷却通路１１６に還流して、そこでクーラントを更に使用することができる。
【００２７】
本発明は、燃焼タービンロータブレードのプラットフォーム領域をアクティブに冷却する機構を提供する。上述のように、この領域は一般的に、冷却するのが困難であり、この領域の機械的負荷を考慮すると、燃焼温度が高くなるにつれて大きな損傷を受ける部位でもある。従って、この形式のアクティブプラットフォーム冷却は、より高い燃焼温度、出力向上、及びより大きな効率が求められる場合に有意に実施可能な技術となる。
【００２８】
当業者であれば理解されるように、幾つかの例示的な実施形態に関して上述された多くの様々な特徴及び構成は、本発明の他の実施可能な実施形態を形成するよう更に選択的に適用することができる。簡潔にするため、及び当業者の能力を考慮して、各々の可能な繰り返しは本明細書で詳細には述べていないが、添付の複数の請求項によって包含される全ての組み合わせ及び可能な実施形態は、本出願の一部をなすものとする。加えて、本発明の幾つかの例示的な実施形態に関する上記の説明から、当業者には、改善、変更、及び修正が想起されるであろう。当分野の技術の範囲内のこのような改善、変更、及び修正もまた、特許請求の範囲によって保護されるものとする。上記のことは、本出願の好ましい実施形態にのみに関連しているが、添付の請求項及びその均等物によって定められる本出願の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者によって多くの変更及び修正を本明細書において行うことができる点を理解されたい。
【符号の説明】
【００２９】
１００  ロータブレード
１０２  翼形部
１０４  根元
１０５  負圧側面
１０６  正圧側面
１０７  前縁
１０８  後縁
１０９  ダブテール
１１０  プラットフォーム
１１２  シャンク
１１３  平面上側面
１１４  平面下側面
１１６  内部冷却通路
１１７  入口
１１９  キャビティ
１２０  冷却通路
１２１  後方端部
１２２  負圧側スラッシュ面
１２４  前方端部
１２６  正圧側スラッシュ面
１２８  正圧側
１２９  負圧側
１３０  プラットフォーム冷却構成
１３４  マニホルド
１４８  高圧コネクタ
１４９  低圧コネクタ
１５６  冷却アパーチャ
１６２  受台
１６３  マニホルド隔壁
１６４  プラグ
１６５  プリント出口
１６６  フィルム冷却アパーチャ
【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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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
2013139772000001.pdf