(57)【要約】      （修正有）【課題】プラットフォーム部分表面と翼表面との間のジョイントを冷却する、ガスタービン用のタービンブレードを提供する。【解決手段】プラットフォーム部分１２は、翼部分１４の対応する翼表面１８に取り付けられるように配置されたプラットフォーム表面１６を有する。タービンブレード１０は、プラットフォーム表面および翼表面を冷却するための冷却ダクト２０をさらに備える。冷却ダクト２０は、プラットフォーム表面１６における少なくとも１つのキャビティ２２と、対応する翼表面１８に少なくとも１つのキャビティ２４とを含む。プラットフォーム表面キャビティおよび翼表面キャビティは、プラットフォーム表面１６と翼表面１８とが接触しているときに冷却ダクト２０が開いたままとなるように位置合わせされている。これにより、プラットフォーム表面および翼表面の両方を冷却する確実な冷却手段が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン用のタービンブレード（１０）であって、
プラットフォーム部分（１２）と、
翼部分（１４）と、
を備え、前記プラットフォーム部分（１２）は、前記翼部分（１４）の対応する翼表面（１８）に取り付けられるように配置されたプラットフォーム表面（１６）を有し、
前記プラットフォーム表面および前記翼表面を冷却するための冷却ダクト（２０）をさらに備え、該冷却ダクト（２０）は、前記プラットフォーム表面（１６）における少なくとも１つのキャビティ（２２）と、対応する前記翼表面における少なくとも１つのキャビティ（２４）とを含み、
前記プラットフォーム表面キャビティおよび前記翼表面キャビティは、前記プラットフォーム表面（１６）と前記翼表面（１８）とが接触しているときに前記冷却ダクト（２０）が開いたままとなるように位置合わせされていることを特徴とする、タービンブレード。
【請求項２】
前記冷却ダクト（２０）は、少なくとも１つの入口ダクト（２６）または入口溝をさらに有する、請求項１記載のタービンブレード。
【請求項３】
前記冷却ダクト（２０）は、少なくとも１つの出口ダクトまたは出口溝（３０）をさらに有する、請求項１または２記載のタービンブレード。
【請求項４】
前記キャビティのうちの少なくとも１つに少なくとも１つのタービュレータ（５８）を備える、請求項１から３までのいずれか１項記載のタービンブレード。
【請求項５】
前記プラットフォーム部分（１２）は、前記翼部分（１４）とは異なる材料から成っている、請求項１から４までのいずれか１項記載のタービンブレード。
【請求項６】
前記プラットフォーム部分（１２）と前記翼部分（１４）との間にバイキャストジョイントをさらに備える、請求項１から５までのいずれか１項記載のタービンブレード。
【請求項７】
前記プラットフォーム部分（１２）と前記翼部分（１４）との間への高温ガスの進入を少なくともほぼ阻止するように前記プラットフォーム部分（１２）と前記翼部分（１４）との間に延在するシール（１０８）をさらに備える、請求項１から６までのいずれか１項記載のタービンブレード。
【請求項８】
冷却流体が前記シール（１０８）を通って流れることを可能にする解放手段をさらに備える、請求項７記載のタービンブレード。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項記載のタービンブレード（１０）を備えるガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、ガスタービン用のブレードの冷却に関し、特にプラットフォーム表面と翼表面との間のジョイントを冷却するための冷却システムの提供に関する。
【０００２】
発明の背景
ガスタービンを組み立てる工程において、大抵、２つまたは３つ以上の部品を接合してまとめて、タービンブレードのプラットフォームや翼などの１つの組立て部分を形成する必要がある。これらの部品を接合してまとめるとき、完全な嵌合およびシールされたジョイントを達成することが必ずしも可能ではなく、組立てられた部分の単一の部品の間に明確な隙間が残りやすい。ガスタービン内の幾つかの領域では、エンジン動作および／またはそれぞれ異なる熱膨張が、部品間の隙間を開閉させ得る。例えば、プラットフォーム部分と翼部分との間に小さな隙間が現れ、その結果、高温ガスが２つの部分の間の隙間に進入して、部分の寿命を減らすことがある。ゆえに、部分が十分に低温に維持されることが重要である。これらの事象を考慮してタービンブレード設計を改善することが望ましいと認められている。
【０００３】
発明の概要
発明は、以下に言及されるべき添付の独立請求項に特定されている。発明の有利な特徴は、独立請求項に示されている。
【０００４】
発明の第１の態様によれば、プラットフォーム部分と翼部分とを備え、プラットフォーム部分は、翼部分の対応する翼表面に取り付けられるように配置されたプラットフォーム表面を有し、プラットフォーム表面および翼表面を冷却するための冷却ダクトをさらに備え、冷却ダクトは、プラットフォーム表面における少なくとも１つのキャビティと、対応する翼表面における少なくとも１つのキャビティとを有し、プラットフォーム表面キャビティおよび翼表面キャビティは、プラットフォーム表面と翼表面とが接触しているときに冷却ダクトが開いたままとなるように位置合わせされている、ガスタービン用のタービンブレードが提供される。これにより、定常状態の閉塞または一時的な閉塞であるかにかかわらず、エンジン使用中に生じ得る冷却ダクトの閉塞が回避されるので、プラットフォーム表面および翼表面の両方を冷却する確実な冷却手段が提供される。従って、２つの部分の間の隙間が完全な閉鎖中であってもプラットフォーム表面および翼表面の両方を冷却できる冷却液流れが形成される。
【０００５】
有利には、冷却ダクトは、少なくとも１つの入口ダクトまたは入口溝をさらに有する。有利には、冷却ダクトは、少なくとも１つの出口ダクトまたは出口溝をさらに有する。好適には、タービンブレードは、キャビティのうちの少なくとも１つに少なくとも１つのタービュレータをさらに有する。このタービュレータは、乱流の空気流れを供給し、冷却を改善することができる。
【０００６】
有利には、プラットフォーム部分は、翼部分とは異なる材料から成っている。有利には、タービンブレードは、プラットフォーム部分と翼部分との間にバイキャストジョイントを含む。有利には、タービンブレードは、プラットフォーム部分と翼部分との間への高温ガスの進入を少なくともほぼ阻止するために、プラットフォーム部分と翼部分との間に延在するシールを備える。有利には、タービンブレードは、冷却流体がシールを通って流れることを可能にする解放手段をさらに備える。この解放手段は、冷却空気が高温ガス流れに入ることを可能にする一方、反対方向の高温ガス流れを最少化する。
【０００７】
発明の別の態様において、上述されたようなタービンブレードを備えるガスタービンが提供される。
【０００８】
図面の簡単な説明
ここで発明の１つの実施の形態を、単なる例示として、添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係るタービンブレードの一部の部分断面図を示す。
【図２】図１に示された翼部分の部分図を示す。
【図３】発明の１つの実施の態様に係るタービンブレードの一部の断面図を示す。
【図４】発明に係るキャビティのそれぞれ異なる幾つかの実施の態様を示す。
【図５】ＡおよびＢは、本発明が用いられ得る例示的なタービンブレードを示す。
【図６】発明の１つの実施の態様に係るタービンブレードの部分断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
好適な実施の形態の詳細な説明
図１は、プラットフォーム部分１２と翼部分１４とを含む、ガスタービン用のタービンブレード１０を示している。プラットフォーム部分は、翼部分の対応する翼表面１８に取り付けられるように配置された、プラットフォーム表面１６を有する。タービンブレード１０は、プラットフォーム表面および翼表面を冷却するための冷却ダクト２０をも有する。冷却ダクトは、プラットフォーム表面１６における少なくとも１つのキャビティ２２と、対応する翼表面１８における少なくとも１つのキャビティ２４とを有する。プラットフォーム表面キャビティおよび翼表面キャビティは、プラットフォーム表面１６と翼表面１８とが接触しているときに冷却ダクト２０が開いたままとなるように位置合わせされている。図１に示された実施の形態では、入口ダクト２６も設けられており、これに関する代替例のさらなる詳細は以下に提供される。
【００１１】
図２は、図１に示された翼部分１４を示している。図１のように、キャビティ２４および入口ダクト２６が看取される。追加的に、ここでは排出口／出口溝３０が看取される。これらは、冷却流体（通常は空気）がブレードから外へ流れることを可能にする。排出口溝は、選択的であり、さらなる選択例は後述されている。
【００１２】
図３は、発明の１つの実施の形態を示している。図３には、プラットフォーム部分４２と翼部分４４とを備えるタービンブレード４０が図示されている。プラットフォーム表面４６および翼表面４８は、図３では、互いに接触している状態で示されている。冷却ダクト５０が設けられており、冷却ダクト５０は、プラットフォーム部分におけるキャビティ５２と、翼部分にキャビティ５４とを含む。冷却ダクト内に、選択的に、タービュレータ５８が設けられている。これらのタービュレータ５８は、流れを混合することにより冷却の最大化を促進することができる。入口ダクト５６および出口６０（例えば出口溝または流出口ダクト）も設けられている。
【００１３】
ここでは、発明は、回転ブレードに関して述べられるが、同じく良好に固定ブレード（ベーン）に設けることができる。図５は、本発明が含まれてよい２つの部分、つまりプラットフォーム部分１０２と翼部分１０４とから成るタービンブレード１００の１つの例を示している。プラットフォーム部分および翼部分は、図５のＢに示されたように、差込みによりまとめられ、結果としてジョイント１０６が形成される。好適には、このジョイントは、プラットフォーム部分および翼部分がそれぞれ異なる材料、例えばそれぞれ異なる合金から成るハイブリッドアセンブリである。ブレード根元（クリスマスツリー）構造１０７もこの例に示されているが、これは選択的である。
【００１４】
１つの例が図６に示されており、図６は、発明が実施されると図５のブレードがどのようにみえるのか（Ｂ−Ｂ線に沿って）大まかに示している。通常、プラットフォーム部分１０２および翼部分１０４は、バイキャストジョイント若しくは鋳造接合（図示していない）により接合され、次いで、シール１０８がジョイントに配置される。ジョイントにもかかわらず、２つの部分は、エンジン状況および／または熱応力下で、特に２つの部分がそれぞれ異なる材料から製造されている場合には、相対的に移動し得る。これは、ジョイントが、２つの部分の間に隙間が残されており、高温ガスがシールにもかかわらずジョイントに進入し得ることを意味する。好適には、プラットフォーム部分と翼部分との間への高温ガスの進入を少なくともほぼ阻止するために、シールが、プラットフォーム部分と翼部分との間に延在している。このシールは、通常、プラットフォーム部分と翼部分との間の隙間のエッジに配置されている。冷却流体がシールを通って流れることを可能にするように、１つまたは複数の解放手段が設けられてよい。解放手段に対して代替的にまたは追加的に、冷却液を例えば高い内圧で供給すること、およびより低い外圧で排出することにより、冷却液から高温ガスへの正圧マージンが維持されるべきである。これは、さらに、高温ガス吸込みを最少化し、ジョイントの耐久性を改善する。冷却ダクトの他方の側で隙間をシールするために、別のシール１１０が翼部分の根元寄りに配置されてよい。図６の例は、図５におけるように回転ブレードであるとして記載されているが、他に述べられる実施の形態と同様に、他の回転ブレードまたは固定ブレードにおいて同様に良好に実現され得る。
【００１５】
プラットフォーム部分１２は、翼部分１４と同一の材料から成っていてよい。本発明は、特にハイブリッド部分に適しており、そこでは、プラットフォーム部分と翼部分とがそれぞれ異なる材料から成っていて、２つの部分の熱膨張係数がそれぞれ異なっていてよい。従って、好適な実施の形態では、プラットフォーム部分と翼部分とは、それぞれ異なる材料から成っている。
【００１６】
プラットフォーム表面１６および翼表面１８は、平坦またはほぼ平坦であってよいが、図３および図５に示されているようにカーブしていてもよい。
【００１７】
冷却ダクト２０は、冷却流体用の１本の通路であってよく、または様々な方向で表面を横切って延在する複数の通路であってよい。プラットフォーム表面キャビティおよび翼表面キャビティは、プラットフォーム表面と翼表面とが接触しているときに、プラットフォーム表面キャビティおよび翼表面キャビティが形成する冷却ダクトが開いたままとなるように重なり合うように位置合わせされている。キャビティ間のこの重なり合いは、プラットフォーム表面と翼表面とが接触しているときであっても冷却ダクトが流体経路を維持することを可能にする。冷却ダクトは、タービンブレード冷却システムのような比較的大きな冷却システムの一部であってよい。
【００１８】
キャビティ２２，２４は、様々な異なる形状であってよい。図１では、キャビティは、半楕円形断面で示されているが、図４のキャビティ７０，８０，９０などの様々な他の断面が可能である。キャビティ９０は、部分的に部分９２によってカバーされており、そうするとキャビティは、より効率的な冷却を提供することができる。翼部分およびプラットフォーム部分のそれぞれに１つまたは複数のキャビティを設けてよい。
【００１９】
図２では、キャビティ（または溝）が表面１８に関して長方形の断面で示されているが、楕円、円または不規則な形状の断面などの様々な別の断面領域が用いられてよい。例えば、タービュレータは、表面断面のエッジに影響を与えるように延在してよい。それぞれ異なる形状のキャビティが、表面上の様々な位置に設けられてよく、キャビティは、その全てが同一の形状およびサイズである必要はない。
【００２０】
入口ダクトまたはダクト２６（または孔）は、様々な方式で設けられてよく、プラットフォーム部分、翼部分または両方に配置されてよい。代替的に、前述の入口が全くなくてよく、ブレード冷却システムの一体的な部分によって入口が設けられている。例えば、入口は、ブレードの別の部分のための冷却システムの一部である冷却ダクトによって設けられてよく、ダクトは、単にキャビティだけを通過している。冷却システム冷却ダクトを通って流れる冷却流体の一部は、その場合、最終的に本発明の冷却ダクトを通って流れる。
【００２１】
同様の融通性は、１つまたは複数の流出口溝３０に存在する。溝は、プラットフォーム部分、翼部分または両方に配置されてよい。溝の代わりにダクトが設けられてよく、幾つかの実施の形態では、別個の出口が全くなくてよく、この場合、キャビティがブレードの外縁に至るまで延在している。出口は、冷却流体を高圧ガス流に放出してよく、または出口は、他に冷却するために別の位置へ向けられていてよい。
【００２２】
タービュレータ５８は、流れの中に配置されたリブ、支柱（ピン）またはアイランドなどの様々な形状であってよい。これらのタービュレータは、熱伝達率を高める構成要素として働き、熱伝達を改善する。１つまたは複数のタービュレータが、あらゆる任意のキャビティに設けられてよい。
【００２３】
以下の特許請求の範囲により定義される発明から逸脱することなく、記載された実施の形態に対する様々な改変が可能であり、当業者により想到される。
【符号の説明】
【００２４】
１０  タービンブレード
１２  プラットフォーム部分
１４  翼部分
１６  プラットフォーム表面
１８  翼表面
２０  冷却ダクト
２２  キャビティ
２４  キャビティ
２６  入口ダクト
３０  出口溝
４０  タービンブレード
４２  プラットフォーム部分
４４  翼部分
４６  プラットフォーム表面
４８  翼表面
５０  冷却ダクト
５２  キャビティ
５４  キャビティ
５６  入口ダクト
５８  タービュレータ
６０  出口
１００  タービンブレード
１０２  プラットフォーム部分
１０４  翼部分
１０６  ジョイント
１０７  ブレード根元
１０８  シール
１１０  シール
【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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【外国語明細書】
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