(57)【要約】【課題】タービンディスク及びタービンディスクの製造方法を提供すること。【解決手段】半径及び外周を有するタービンディスク（２０２）が提供される。タービンディスクは、中央アパーチャ（４０２）と、該中央アパーチャと流れ連通するように中央アパーチャの周りに周方向に離間して配置される複数の冷却チャンネル（３１６，４１４）と、を含む。冷却チャンネルの各々は、半径方向内側端部（４２４）、半径方向外側端部（４２６）、及び前記半径方向内側端部と前記半径方向外側端部との間に湾曲した長手方向軸線（４２２）を有する。【選択図】      図１
2017101669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径及び外周を有するタービンディスク（２０２）であって、該タービンディスクが、
中央アパーチャ（４０２）と、
前記中央アパーチャと流れ連通するように前記中央アパーチャの周りに周方向に離間して配置される複数の冷却チャンネル（３１６，４１４）と、
を備え、
前記冷却チャンネルの各々が、半径方向内側端部（４２４）、半径方向外側端部（４２６）、及び前記半径方向内側端部と前記半径方向外側端部との間に湾曲した長手方向軸線（４２２）を有する、タービンディスク（２０２）。
【請求項２】
前記長手方向軸線（４２２）が、前記半径方向内側端部（４２４）にて前記中央アパーチャ（４０２）に実質的に接線方向に配向される、請求項１に記載のタービンディスク（２０２）。
【請求項３】
前記中央アパーチャ（４０２）の周りに周方向に延びるプレナムセグメント（４１０，４１２）を更に備える、請求項１に記載のタービンディスク（２０２）。
【請求項４】
前記タービンディスクが、スペーサディスク（２０６，２１０，２１４，３０４，４００）である、請求項１に記載のタービンディスク（２０２）。
【請求項５】
前記冷却チャンネル（３１６，４１４）を通って前記中央アパーチャ（４０２）の周りに周方向に延びるショルダー（３２２，４１６）を更に備える、請求項１に記載のタービンディスク（２０２）。
【請求項６】
前記冷却チャンネル（３１６，４１４）の各々が、前記ショルダー（３２２，４１６）にわたって延びる実質的に直線状のセグメント（４６０）を含む縁部（４３２，４３４）を有する、請求項５に記載のタービンディスク（２０２）。
【請求項７】
前記冷却チャンネル（３１６，４１４）の各々が、前記半径方向内側端部（４２４）から前記半径方向外側端部（４２６）まで前記長手方向軸線（４２２）に沿って実質的に均一な幅（４３０）を有する、請求項１に記載のタービンディスク（２０２）。
【請求項８】
半径及び外周を有するタービンディスク（２０２）を製造する方法であって、前記方法が、
タービンディスクにおいて中央アパーチャ（４０２）を形成するステップと、
前記中央アパーチャと流れ連通して前記中央アパーチャの周りに周方向に離間して配置されるように前記タービンディスクにおいて複数の冷却チャンネル（３１６，４１４）を形成するステップと、
を含み、
前記冷却チャンネルの各々が、半径方向内側端部（４２４）、半径方向外側端部（４２６）、及び前記半径方向内側端部と前記半径方向外側端部との間に湾曲した長手方向軸線（４２２）を有する、方法。
【請求項９】
前記長手方向軸線（４２２）が、前記半径方向内側端部（４２４）にて前記中央アパーチャ（４０２）に実質的に接線方向に配向されるように前記冷却チャンネル（３１６，４１４）の各々を形成するステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記中央アパーチャ（４０２）の周りに周方向に延びるように、前記タービンディスクにおいてプレナムセグメント（４１０，４１２）を形成するステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の技術分野は、全体的に、ガスタービン組立体に関し、より詳細には、タービンディスク及びタービンディスクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの既知のガスタービン組立体は、圧縮機、燃焼器、及びタービンを含む。圧縮機内にガス（例えば、空気）が流入して圧縮される。次いで、圧縮されたガスは、燃焼器に排出され、燃料と混合されて点火され、燃焼ガスを発生する。燃焼ガス流は、燃焼器からタービンを通じて送られる。
【０００３】
少なくとも一部の既知のタービンは、燃焼ガス流によって駆動される複数のロータブレードを含み、これによりロータブレードは、高温の作動条件に晒されるようになる。一般的には、冷却ガスをロータブレードに送り、次いで冷却ガス流を燃焼ガス流に噴射することによりロータブレードを冷却している。しかしながら、冷却ガス流が十分に加圧されていない場合には、冷却ガス流を燃焼ガス流内に噴射することが困難な場合がある。
【発明の概要】
【０００４】
１つの態様において、半径及び外周を有するタービンディスクが提供される。タービンディスクは、中央アパーチャと、中央アパーチャと流れ連通するように中央アパーチャの周りに周方向に離間して配置される複数の冷却チャンネルと、を含む。冷却チャンネルの各々が、半径方向内側端部、半径方向外側端部、及び半径方向内側端部と半径方向外側端部との間に湾曲した長手方向軸線を有する。
【０００５】
別の態様において、半径及び外周を有するタービンディスクを製造する方法が提供される。本方法は、タービンディスクにおいて中央アパーチャを形成するステップと、中央アパーチャと流れ連通して中央アパーチャの周りに周方向に離間して配置されるようにタービンディスクにおいて複数の冷却チャンネルを形成するステップと、を含む。冷却チャンネルの各々が、半径方向内側端部、半径方向外側端部、及び半径方向内側端部と半径方向外側端部との間に湾曲した長手方向軸線を有する。
【０００６】
別の態様において、ガスタービン組立体が提供される。ガスタービン組立体は、ロータディスクと、該ロータディスクに結合されたスペーサディスクと、を含む。スペーサディスクは、半径及び外周を有し、該スペーサディスクは、中央アパーチャと、中央アパーチャと流れ連通するように該中央アパーチャの周りに周方向に離間して配置される複数の冷却チャンネルと、を含む。冷却チャンネルの各々は、半径方向内側端部、半径方向外側端部、及び半径方向内側端部と半径方向外側端部との間に湾曲した長手方向軸線を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】例示的なガスタービン組立体の概略図。
【図２】図１に示すガスタービン組立体で使用する例示的なロータシャフトのタービンセグメントの概略図。
【図３】図２に示すロータシャフトのタービンセグメントで使用する例示的なタービンディスク組立体の部分断面斜視図。
【図４】図３に示すタービンディスク組立体の部分断面図。
【図５】図３に示すタービンディスク組立体で使用する例示的なスペーサディスクの側面図。
【図６】図５に示すスペーサディスクの拡大斜視図。
【図７】図５に示すスペーサディスクの一部を拡大した側面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の詳細な説明は、タービンディスク及びタービンディスクを製造する方法を限定ではなく例証として例示している。本明細書は、タービンディスクを当業者が実施し利用するのを可能にするものであり、また本明細書は、タービンディスクを実施し利用する最良の形態であると現在思われるものを含む、タービンディスクの幾つかの実施形態を記載している。例示的なタービンディスクは、ガスタービン組立体内に結合されているものとして本明細書で記載される。しかしながら、タービンディスクは、ガスタービン組立体以外の様々な分野における広範囲のシステムに一般的な応用を有することは企図される。
【０００９】
図１は、例示的なガスタービン組立体１００を示している。例示的な実施形態において、ガスタービン組立体１００は、ケーシング１１０内で互いに流れ連通して結合され且つ中心軸線１１２に沿って離間して配置された、圧縮機１０２、燃焼器１０４、及びタービン１０６を有する。圧縮機１０２は、複数のロータブレード１１４と、複数のステータベーン１１６とを含み、タービン１０６は同様に、複数のロータブレード１１８と、複数のステータベーン１２０とを含む。留意すべきことに、タービンロータブレード１１８（又はバケット）は、軸方向に離間した複数の環状段（例えば、第１のロータ段１２２、第２のロータ段１２４、及び第３のロータ段１２６）にグループ化され、これらは、圧縮機１０２のロータブレード１１４に回転可能に結合された軸方向に整列したロータシャフト１２８上で回転可能である。同様に、ステータベーン１２０（又はノズル）は、軸方向に離間した複数の環状段（例えば、第１のステータ段１３０、第２のステータ段１３２、及び第３のステータ段１３４）にグループ化され、これらは、ロータ段１２２、１２４、及び１２６の間に軸方向に離間して配置される。このため、第１のロータ段１２２は、第１ステータ段１３０と第２のステータ段１３２の間に軸方向に離間して配置され、第２のロータ段１２４は、第２のステータ段１３２と第３のステータ段１３４の間に軸方向に離間して配置され、第３のロータ段１２６は、第３のステータ段１３４から下流側に離間して配置される。留意すべきことに、例示的な実施形態において、ロータシャフト１２８は、複数の軸方向に結合されたシャフト及びディスクから構成されているが、他の実施形態では、単一の一体部品であってもよい。更に、タービン１０６は、３つのロータ段及び３つのステータ段を有するように本明細書で記載されているが、タービン１０６（及び／又は圧縮機１０２）は、ガスタービン組立体１００が本明細書で記載されるように機能することを可能にする、あらゆる好適な数量のロータ段及びステータ段を有することができることは企図される。
【００１０】
作動時には、作動ガス流１３６（例えば、周囲空気）は、圧縮機１０２に流入して圧縮され、燃焼器１０４に送られる。結果として得られる圧縮ガス流１３８は、燃料と混合され、燃焼器１０４において点火されて、燃焼ガス流１４０を生成し、これがタービン１０６に送られる。軸方向に順次的な方式で、燃焼ガス流１４０は、第１のステータ段１３０、第１のロータ段１２２、第２のステータ段１３２、第２のロータ段１２４、第３のステータ段１３４、及び第３のロータ段１２６を通じて送られる。次に、燃焼ガス流１４０は、タービン１０６から排気ガス流１４２として排出される。
【００１１】
燃焼ガス流１４０が、タービン１０６を通って送られると、燃焼ガス流１４０は、ロータブレード１１８と相互作用して、ロータシャフト１２８を駆動し、その結果、圧縮機１０２のロータブレード１１４を駆動する。従って、ロータブレード１１８は、高温作動条件に晒されるので、ガスタービン組立体１００の作動中にロータブレード１１８を冷却するのが望ましい。ロータブレード１１８の冷却を促進するために、圧縮空気流１３８の一部（すなわち、冷却ガス流１４４）は、ロータシャフト１２８を介してロータブレード１１８に送られ、その後、タービン１０６において燃焼ガス流１４０に噴射され、これにより冷却ガス流１４４が燃焼器１０４をバイパスすることが可能となる。
【００１２】
図２は、ロータシャフト１２８で使用するため例示的なタービンセグメント２００の概略図である。例示的な実施形態において、タービンセグメント２００は、複数のボルト２０４によって軸線１１２に沿って共に結合される複数のタービンディスク２０２、すなわち、軸方向に順番に対面して配列された、第１のスペーサディスク２０６、第１のロータディスク２０８、第２のスペーサディスク２１０、第２のロータディスク２１２、第３のスペーサディスク２１４、及び第３のロータディスク２１６を含む。本明細書で使用される場合、用語「タービンディスク」は、圧縮機セクション（例えば、圧縮機１０２）ではないタービンセクション（例えば、タービン１０６）と軸方向に整列したロータシャフトのディスクを指す。
【００１３】
例示的な実施形態において、第１のスペーサディスク２０６は、第１のステータ段１３０のステータベーン１２０と軸方向に整列し且つ半径方向に離間しており、第１のスペーサディスク２０６が第１のステータ段１３０のステータベーン１２０に対して回転するようになる。第１のロータディスク２０８は、第１のロータ段１２２のロータブレード１１８と軸方向に整列し且つ半径方向に結合され、第１のロータディスク２０８が第１のロータ段１２２のロータブレード１１８と共に回転するようになる。第２のスペーサディスク２１０は、第２のステータ段１３２のステータベーン１２０と軸方向に整列し且つ半径方向に離間しており、第２のスペーサディスク２１０が第２のステータ段１３２のステータベーン１２０に対して回転するようになる。第２のロータディスク２１２は、第２のロータ段１２４のロータブレード１１８と軸方向に整列し且つ半径方向に結合され、第２のロータディスク２１２が第２のロータ段１２４のロータブレード１１８と共に回転するようになる。第３のスペーサディスク２１４は、第３のステータ段１３４のステータベーン１２０と軸方向に整列し且つ半径方向に離間しており、第３のスペーサディスク２１４が第３のステータ段１３４のステータベーン１２０に対して回転するようになる。第３のロータディスク２１６は、第３のロータ段１２６のロータブレード１１８と軸方向に整列し且つ半径方向に結合され、第３のロータディスク２１６が第３のロータ段１２６のロータブレード１１８と共に回転するようになる。他の実施形態において、ロータシャフト１２８のタービンセグメント２００は、タービンロータブレード１１８を本明細書で記載される方式で冷却可能にするあらゆる好適な方式で配列されたスペーサディスク及び／又はロータディスクのあらゆる好適な数量を有することができる。
【００１４】
上記で記載されたように、冷却ガス流１４４は、ロータシャフト１２８を介してロータブレード１１８に送られ、その後、タービン１０６において燃焼ガス流１４０に噴射される。より具体的には、例示的な実施形態において、冷却ガス流１４４は、ロータシャフト１２８の中央導管２１８に沿って軸方向に送られた後、タービンセグメント２０の隣接するディスク２０２間で半径方向外向きに送られてロータブレード１１８に入り、該ロータブレード１１８に形成された冷却孔２２０を介して燃焼ガス流１４０に噴射される。ガスタービン組立体１００の一部の動作サイクルにおいてタービン１０６を通過する燃焼ガス流１４０の高い圧力要件に起因して、冷却ガス流１４４を燃焼ガス流１４０内に確実に噴射できるようにするために、タービン１０６において冷却ガス流１４４の圧力が燃焼ガス流１４０の圧力と少なくとも同じであることを確保するのが望ましい。従って、冷却ガス流１４４は、ロータシャフト１２８に沿って（例えば、中央導管２１８に沿って）圧縮機１０２からロータブレード１１８までの通過中に圧力低下を生じるので、冷却ガス流１４４の圧力を増大させて、ロータブレード１１８内に冷却ガス流１４４を送ることができるようにするのが望ましい。
【００１５】
図３は、タービンセグメント２００で使用するための例示的なタービンディスク組立体３００の部分断面斜視図であり、図４は、タービンディスク組立体３００の部分断面図である。例示的な実施形態において、タービンディスク組立体３００は、ロータディスク３０２と、対面接触して軸方向に結合されて中央導管２１８のセグメント３０６を定める隣接するスペーサディスク３０４と、を含む。より具体的には、ロータディスク３０２は、スペーサディスク３０４の複数の対応するボルト孔３１０と整列してボルト２０４を受け入れる複数のボルト孔３０８を有し、これによりロータディスク３０２とスペーサディスク３０４を共に結合して、ガスタービン組立体１００の作動中に軸線１１２の周りに結合回転を行うようにする。他の実施形態では、タービンディスク組立体３００は、タービンディスク組立体３００が本明細書で記載されるように機能することを可能にする何らかの好適な方式で互いに相互作用するディスクのあらゆる好適な数量を有することができる。
【００１６】
例示的な実施形態において、ロータディスク３０２及びスペーサディスク３０４が協働して、半径方向内側プレナム３１２及び半径方向外側プレナム３１４を定め、その両方が、中央導管セグメント３０６の周りに周方向に延びる。複数の冷却チャンネル３１６がスペーサディスク３０４に形成され、冷却チャンネル３１６は、半径方向内側プレナム３１２から半径方向外側プレナム３１４まで延びて、半径方向内側プレナム３１２及び半径方向外側プレナム３１４が、冷却チャンネル３１６にわたって互いに流れ連通するようになる。他の実施形態において、ロータディスク３０２及びスペーサディスク３０４は、あらゆる好適な数量のプレナムを定めることができる（例えば、ロータディスク３０２及びスペーサディスク３０４は、半径方向外側プレナム３１４を定めるが半径方向内側プレナム３１２を定めず、及びその逆も同様であり、或いは、ロータディスク３０２及びスペーサディスク３０４は、どのようなプレナムも定めなくてもよい）。
【００１７】
例示的な実施形態において、ロータディスク３０２は、スペーサディスク３０４の周方向ショルダー３２２の離間セグメント３２０上に嵌め込まれて、以下で詳細に記載されるように、ロータディスク３０２及びスペーサディスク３０４をガスタービン組立体１００の作動中に軸線１１２を中心として実質的に同心に維持することを可能にする周方向レッジ３１８を有する。代替として、ロータディスク３０２及びスペーサディスク３０４は、タービンディスク組立体３００が本明細書で記載されるように機能することを可能にする何らかの好適な方式で互いに半径方向で係合することができる。
【００１８】
図５〜７は、タービンディスク組立体３００で使用する例示的なスペーサディスク４００の様々な図である。例示的な実施形態において、スペーサディスク４００は、ガスタービン組立体１００の軸線１１２が通過して延びる中心４０４を有する中央アパーチャ４０２を有し、その結果、中央アパーチャ４０２は、中央導管２１８のセグメント３０６及びひいては中央導管２１８の一部を定めるようになる。例示的なスペーサディスク４００は、中心４０４から測定した半径方向パラメータ４０６と、中心４０４から測定した周方向パラメータ４０８とを有する。本明細書で使用される場合、用語「半径」（又はその何らかの変形）は、あらゆる好適な形状の交差方向のパラメータを指し、円形形状の交差パラメータに限定されない。同様に、本明細書で使用される場合、用語「外周」（又はその何らかの変形）は、あらゆる好適な形状の周囲のパラメータを指し、円形形状の周囲のパラメータに限定されない。
【００１９】
例示的な実施形態において、スペーサディスク４００は、半径方向内側プレナムセグメント４１０と、半径方向外側プレナムセグメント４１２と、半径方向内側プレナムセグメント４１０から半径方向外側プレナムセグメント４１２まで周方向ショルダー４１６にわたって延びる複数の冷却チャンネル４１４と、を有する。従って、ショルダー４１６は、冷却チャンネル４１４を通って延びて、該ショルダー４１６は、より高いショルダーセグメント４１８（各々が隣接する冷却チャンネル４１４間に定められる）と、より低いショルダーセグメント４２０（各々が冷却チャンネル４１４内に定められる）と、を有するようになる。他の実施形態では、ショルダー４１６は、冷却チャンネル４１４を通って延びなくてもよい（すなわち、ショルダー４１６はより低いショルダーセグメント４２０を有さなくてもよく、離間したより高いショルダーセグメント４１８のみを含むことができる）。
【００２０】
例示的な実施形態において、スペーサディスク４００は、１４個の冷却チャンネル４１４を有し、これらは、互いに周方向で実質的に等間隔に配置されている。他の実施形態において、スペーサディスク４００は、あらゆる好適な数量の冷却チャンネル４１４を有することができる。例示的な実施形態において、各冷却チャンネル４１４は、冷却チャンネル４１４の半径方向内側端部４２４と冷却チャンネル４１４の半径方向外側端部４２６との間で基準点４２８を中心として湾曲した長手方向軸線４２２を有し、軸線４２２は、半径方向内側端部４２４にて中央アパーチャ４０２に対して実質的に接線方向に配向されるようになる（すなわち、軸線４２２は、半径方向内側端部４２４にて中心４０４に向けて半径方向に配向されないようにされる）。各冷却チャンネル４１４は、半径方向内側端部４２４から半径方向外側端部４２６まで軸線４２２に沿って実質的に均一な幅４３０（冷却チャンネル４１４の内縁４３２から冷却チャンネル４１４の外縁４３４まで測定した場合）を有する。従って、軸線４２２は、半径方向内側端部４２４から半径方向外側端部４２６まで内縁４３２と外縁４３４との間に実質的に中心に位置付けられる（すなわち、軸線４２２は、冷却チャンネル４１４の中心軸線である）。他の実施形態において、冷却チャンネル４１４の幅４３０は、軸線４２２に沿って変化することができる。
【００２１】
例示的な実施形態において、内縁４３２、外縁４３４、及び軸線４２２のうちの少なくとも１つは、複数の比較的異なる湾曲セグメント４３６を有し、種々の湾曲セグメント４３６の各々は、その長さに沿って半径（基準点４２８から測定した場合）の比較的異なる変化を有する（例えば、内縁４３２の第１の湾曲セグメント４４０は、該第１の湾曲セグメント４４０の長さに沿って変化する、基準点４２８からの第１の半径４４２を有することができ、内縁４３２の第２の湾曲セグメント４４６は、第１の湾曲セグメント４４０の長さに沿った第１の半径４４２の変化とは異なるようにして、第２の湾曲セグメント４４６の長さに沿って変化する、基準点４２８からの第２の半径４４８を有することができる）。加えて、内縁４３２、外縁４３４、及び軸線４２２のうちの少なくとも１つはまた、例示的な実施形態において、ショルダー４１６にわたって延びる実質的に直線状のセグメント４６０を有する。一部の実施形態において、内縁４３２、外縁４３４、及び軸線４２２のうちの少なくとも１つは、半径方向内側端部４２４から半径方向外側端部４２６まで基準点４２８の周りに実質的に放物線状とすることができる（例えば、基準点４２８は、一部の実施形態において、冷却チャンネル４１４が対称軸４６４を有するような集束点とすることができる）。代替として、各冷却チャンネル４１４は、冷却チャンネル４１４が本明細書で記載されるように機能することを可能にする、半径方向内側端部４２４から半径方向外側端部４２６までのあらゆる好適な湾曲部を有することができる（例えば、内縁４３２、外縁４３４、及び軸線４２２のうちの少なくとも１つは、３つのこのような湾曲セグメント、又は４つのこのような湾曲セグメントを有することができ、基準点４２８から測定したときに、それぞれの長さに沿って比較的異なる半径変化を有する）。
【００２２】
ガスタービン組立体１００の作動中、冷却ガス流１４４は、圧縮機１０２からロータシャフト１２８を通り、半径方向内側プレナム３１２、冷却チャンネル３１６、及び半径方向外側プレナム３１４を介してタービン１０６のロータブレード１１８に送られた後、タービン１０６において燃焼ガス流１４０内に噴射される。上記で記載されたようにして湾曲されることにより、冷却チャンネル３１６は、燃焼ガス流１４０に噴射するために冷却ガス流１４４の圧力を増大させることができる。より具体的には、冷却チャンネル３１６の湾曲と、中央アパーチャ４０２に対する軸線４２２の実質的に接線方向の配向により、中央アパーチャ４０２から冷却チャンネル３１６内への角度付き冷却ガス流１４４’（図７に示す）の角運動量を取り込むと同時に、冷却チャンネル３１６内の渦流を最小限にすることができる。従って、冷却チャンネル３１６は、１つには、冷却チャンネル３１６内の乱流に起因した圧力損失を最小限にすることにより、冷却ガス流１４４の圧力を増大させることができる。更に、冷却チャンネル３１６の半径方向外側端部４２６において半径方向外側プレナム３１４に対して軸線４２２が実質的に接線方向に配向されることにより、冷却ガス流１４４がロータブレード１１８に流入したときに該冷却ガス流１４４の相対的接線方向運動が低減され、これにより更なる圧力損失を低減することができる。加えて、冷却ガス流１４４の圧力は、冷却チャンネル３１６にわたって動的であるが、この動的な圧力は、大部分は半径方向外側プレナム３１４内で静圧に変わり、より円滑でより制御された冷却ガス流１４４をロータブレード１１８内に提供できるようになる。
【００２３】
一般に、構成要素における冷却チャンネルの形成は、構成要素の局所的な厚さを低減し、このため、構成要素の構造的完全性を低下させる可能性がある。従って、小さい応力を受ける、特に構成要素の遠心荷重に伴う応力を受ける構成要素においてのみ冷却チャンネルを形成することが望ましい。このため、例示的な実施形態においては、ロータディスク３０２は、ロータシャフト１２８の大きな遠心荷重を担う構成要素であり（例えば、ロータディスク３０２は、ロータブレード１１８の回転及びロータブレード１１８が有する質量に伴う遠心荷重を担う）、他方、スペーサディスク３０４は、より小さな遠心荷重を担持する（例えば、スペーサディスク３０４は、スペーサディスク３０４が有する質量に伴う遠心荷重のみを担持する）ので、冷却チャンネル３１６は、スペーサディスク３０４において形成される（ロータディスク３０２には形成されない）。
【００２４】
ロータディスク３０２及びスペーサディスク３０４は、燃焼器１０４の下流側にあることにより、大きな熱勾配を受け、これによりロータディスク３０２が定期的に膨張してスペーサディスク３０４に対して接触するようになり、逆もまた同様である。例示的な実施形態において、各ロータディスク３０２のレッジ３１８と各隣接するスペーサディスク３０４のショルダー３２２との間の軸方向に重なり合う相互作用は、このような相対的な膨張及び収縮の際にディスク３０２及び３０４の間の実質的同心性を維持することができる。しかしながら、レッジ３１８は、スペーサディスク３０４の高いショルダーセグメント４１８とのみ接触するので、より高いショルダーセグメント４１８は、相対的熱膨張及び収縮に伴う半径方向荷重全体を実質的に担う傾向となる。結果として、各冷却チャンネル３１６の例示的な内縁４３２及び／又は外縁４３４は、実質的に直線状のセグメント４６０を有し、より高いショルダーセグメント４１８においてスペーサディスク３０４の構造的完全性を増大させ、これにより、より高いショルダーセグメント４１８にて集中する半径方向荷重を受けて故障するスペーサディスク３０４の脆弱性が軽減される。
【００２５】
加えて、ショルダー３２２は、冷却チャンネル３１６（すなわち、より低いショルダーセグメント４２０）に存在するので、スペーサディスク３０４の熱質量は、ショルダー３２２が冷却チャンネル３１６に存在しない場合と比べて増大する。スペーサディスク３０４の質量を増大させることにより、スペーサディスク３０４の熱応答は、耐荷重機能の結果としてより大きくて重量のあるロータディスク３０２の熱応答とより良好に適合される。ロータディスク３０２とスペーサディスク４００との間の相対熱応答（すなわち、相対熱膨張及び収縮率）を良好に適合させることにより、より高いショルダーセグメント４１８において少なくとも一部の半径方向荷重集中を軽減することが可能となる。
【００２６】
本明細書で記載される方法及びシステムは、ガスタービン組立体のタービンロータブレードの冷却を促進する。より具体的には、本方法及びシステムは、圧縮機からガスタービン組立体のロータブレードに送られる冷却ガス流における圧力損失を最小限にすることができる。例えば、本方法及びシステムは、冷却ガス流がロータシャフトのタービンディスク間の冷却チャンネルに流入したときの圧力損失（例えば、流れ剥離）を最小限にすることができ、その結果、冷却チャンネルからタービンロータブレードに流出する冷却ガス流の圧力を増大させることができる。従って、本方法及びシステムは、燃焼ガス流の圧力と少なくとも同じ圧力でタービンロータブレードから燃焼ガス流内に冷却ガス流を噴射することができる。結果として、本方法及びシステムは、タービンロータブレードがガスタービン組立体の作動中に適切に冷却されるのを確保し、これによりタービンロータブレードの耐用寿命を向上させることができる。
【００２７】
上記では、タービンディスク及びタービンディスクを製造する方法の例示的な実施形態について詳細に説明した。本明細書で記載される方法及びシステムは、本明細書で記載される特定の実施形態に限定されず、むしろ、本方法及びシステムの構成要素は、本明細書で記載される他の構成要素とは独立して別個に利用することができる。例えば、本明細書で記載される方法及びシステムは、本明細書で記載されるようなガスタービン組立体を用いた実施に限定されず、その他に応用することができる。むしろ、本明細書で記載される方法及びシステムは、様々な他の産業に関連して実施し利用することができる。
【００２８】
種々の特定の実施形態について本発明を説明してきたが、請求項の技術的思想及び範囲内にある修正により本発明を実施することができる点は、当業者であれば理解されるであろう。
【００２９】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
半径及び外周を有するタービンディスクであって、該タービンディスクが、
中央アパーチャと、
中央アパーチャと流れ連通するように中央アパーチャの周りに周方向に離間して配置される複数の冷却チャンネルと、
を備え、
冷却チャンネルの各々が、半径方向内側端部、半径方向外側端部、及び半径方向内側端部と半径方向外側端部との間に湾曲した長手方向軸線を有する、タービンディスク。
［実施態様２］
長手方向軸線が、半径方向内側端部にて中央アパーチャに実質的に接線方向に配向される、実施態様１に記載のタービンディスク。
［実施態様３］
中央アパーチャの周りに周方向に延びるプレナムセグメントを更に備える、実施態様１に記載のタービンディスク。
［実施態様４］
タービンディスクが、スペーサディスクである、実施態様１に記載のタービンディスク。
［実施態様５］
冷却チャンネルを通って中央アパーチャの周りに周方向に延びるショルダーを更に備える、実施態様１に記載のタービンディスク。
［実施態様６］
冷却チャンネルの各々が、ショルダーにわたって延びる実質的に直線状のセグメントを含む縁部を有する、実施態様５に記載のタービンディスク。
［実施態様７］
冷却チャンネルの各々が、半径方向内側端部から半径方向外側端部まで長手方向軸線に沿って実質的に均一な幅を有する、実施態様１に記載のタービンディスク。
［実施態様８］
半径及び外周を有するタービンディスクを製造する方法であって、方法が、
タービンディスクにおいて中央アパーチャを形成するステップと、
中央アパーチャと流れ連通して中央アパーチャの周りに周方向に離間して配置されるようにタービンディスクにおいて複数の冷却チャンネルを形成するステップと、
を含み、
冷却チャンネルの各々が、半径方向内側端部、半径方向外側端部、及び半径方向内側端部と半径方向外側端部との間に湾曲した長手方向軸線を有する、方法。
［実施態様９］
長手方向軸線が、半径方向内側端部にて中央アパーチャに実質的に接線方向に配向されるように冷却チャンネルの各々を形成するステップを更に含む、実施態様８に記載の方法。
［実施態様１０］
中央アパーチャの周りに周方向に延びるように、タービンディスクにおいてプレナムセグメントを形成するステップを更に含む、実施態様８に記載の方法。
［実施態様１１］
上記タービンディスクをスペーサディスクとして形成するステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
［実施態様１２］
上記冷却チャンネルを通って中央アパーチャの周りに周方向に延びるようにショルダーを上記タービンディスクに形成するステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
［実施態様１３］
上記ショルダーにわたって延びる実質的に直線状のセグメントを有する縁部を備えて上記冷却チャンネルの各々を形成するステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
［実施態様１４］
上記半径方向内側端部から上記半径方向外側端部まで上記長手方向軸線に沿って実質的に均一な幅を有して上記冷却チャンネルの各々を形成するステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
［実施態様１５］
ガスタービン組立体であって、
ロータディスクと、
上記ロータディスクに結合され、半径及び外周を有するスペーサディスクと、
を備え、
上記スペーサディスクが、
中央アパーチャと、
中央アパーチャと流れ連通するように中央アパーチャの周りに周方向に離間して配置される複数の冷却チャンネルと、
を備え、
冷却チャンネルの各々が、半径方向内側端部、半径方向外側端部、及び半径方向内側端部と半径方向外側端部との間に湾曲した長手方向軸線を有する、ガスタービン組立体。
［実施態様１６］
長手方向軸線が、半径方向内側端部にて中央アパーチャに実質的に接線方向に配向される、実施態様１５に記載のガスタービン組立体。
［実施態様１７］
上記スペーサディスクが更に、中央アパーチャの周りに周方向に延びるプレナムセグメントを更に備える、実施態様１５に記載のガスタービン組立体。
［実施態様１８］
上記スペーサディスクが更に、冷却チャンネルを通って中央アパーチャの周りに周方向に延びるショルダーを更に備える、実施態様１５に記載のガスタービン組立体。
［実施態様１９］
上記冷却チャンネルの各々が、ショルダーにわたって延びる実質的に直線状のセグメントを含む縁部を有する、実施態様１８に記載のガスタービン組立体。
［実施態様２０］
上記冷却チャンネルの各々が、上記半径方向内側端部から上記半径方向外側端部まで上記長手方向軸線に沿って実質的に均一な幅を有する、実施態様１５に記載のガスタービン組立体。
【符号の説明】
【００３０】
１００  ガスタービン組立体
１０２  圧縮機
１０４  燃焼器
１０６  タービン
１１０  ケーシング
１１２  中心軸線
１１４  圧縮機ロータブレード
１１６  圧縮機ステータベーン
１１８  タービンロータブレード
１２０  タービンステータベーン
１２２  圧縮機の第１のロータ段
１２４  圧縮機の第２のロータ段
１２６  圧縮機の第３のロータ段
１２８  ロータシャフト
１３０  タービンの第１のステータ段
１３２  タービンの第２のステータ段
１３４  タービンの第３のステータ段
１３６  作動ガス流
１３８  圧縮ガス流
１４０  燃焼ガス流
１４２  排気ガス流
１４４  冷却ガス流
２００  ロータシャフトのタービンセグメント
２０２  タービンディスク
２０４  ボルト
２０６  第１のスペーサディスク
２０８  第１のロータディスク
２１０  第２のスペーサディスク
２１２  第２のロータディスク）
２１４  third spacer disc（第３のスペーサディスク）
２１６  third rotor disc（第３のロータディスク）
２１８  中央導管
２２０  冷却孔
３００  タービンディスク組立体
３０２  ロータディスク
３０４  スペーサディスク
３０６  中央導管セグメント
３０８  ロータディスクのボルト孔
３１０  スペーサディスクのボルト孔
３１２  半径方向内側プレナム
３１４  半径方向外側プレナム
３１６  冷却チャンネル
３１８  レッジ
３２０  ショルダーセグメント
３２２  ショルダー
４００  スペーサディスク
４０２  中央アパーチャ
４０４  中心
４０６  半径方向パラメータ
４０８  周方向パラメータ
４１０  半径方向内側プレナムセグメント
４１２  半径方向外側プレナムセグメント
４１４  冷却チャンネル
４１６  ショルダー
４１８  より高いショルダーセグメント
４２０  より低いショルダーセグメント
４２２  冷却チャンネルの長手方向軸線
４２４  冷却チャンネルの半径方向内側端部
４２６  冷却チャンネルの半径方向外側端部
４２８  基準点
４３０  冷却チャンネルの幅
４３２  冷却チャンネルの内縁
４３４  冷却チャンネルの外縁
４３６  湾曲セグメントの湾曲部
４４０  第１の湾曲セグメント
４４２  第１の半径
４４６  第２の湾曲セグメント
４４８  第２の半径
４６０  実質的に直線状のセグメント
４６４  対称軸
【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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【外国語明細書】
2017101669000001.pdf