(57)【要約】【課題】半径方向冷却溝を含むカバープレートを有するターボ機械ブレードを提供する。【解決手段】ターボ機械ブレードは、翼形部と、該翼形部に結合されたシャンクと、を含むことができる。シャンクは、第１の円周方向面と第２の対向する円周方向面とを有するカバープレートを含むことができる。半径方向冷却溝は、第１の円周方向面に位置付けられ、冷却流体が、プラットフォームに対して第１の半径方向位置から第２の異なる半径方向位置まで通過することを可能にするよう構成されている。半径方向冷却溝は、カバープレート及びシャンク冷却を提供する。加えて、半径方向冷却溝は、ブレードプラットフォームとカバープレートとの間のギャップをパージするための流体を供給することができ、これによりタービン流路からの高温ガスの吸込みを阻止する。【選択図】      図１
2017101670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械ブレード（２２０）であって、
翼形部（１２２）と、
前記翼形部（１２２）に結合されたプラットフォーム（１２６）と、
第１の円周方向面（１３８）及び第２の対向する円周方向面（１３９）を有するカバープレート（１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ，２３０）を含み、前記翼形部（１２２）に結合されて前記プラットフォーム（１２６）から延びるシャンク（１２４，２２４）と、
前記第１の円周方向面（１３８）に位置付けられた半径方向冷却溝（２５０，３５２）と、
を備え、
前記半径方向冷却溝（２５０，３５２）が、前記プラットフォーム（１２６）に対して第１の半径方向位置から第２の異なる半径方向位置まで冷却流体が通過することができるように構成されている、ターボ機械ブレード（２２０）。
【請求項２】
前記カバープレート（１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ，２３０）内に位置付けられ、半径方向シールピン（１４４）を受け入れて、隣接するターボ機械ブレード（１２０，２２０、１１９、１２０Ａ，２２０Ｂ）のカバープレート（１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ，２３０）間の円周方向ギャップをシールするよう構成された半径方向シールピンシート（１４６）を更に備え、
１つのターボ機械ブレード（１２０Ｂ）の前記半径方向冷却溝（２５０，３５２）が、作動状態でターボ機械ブレード（１２０，２２０、１１９、１２０Ａ，２２０Ｂ）の前記半径方向シールピンシート（１４６）に隣接して位置付けられる、実施態様１に記載のターボ機械ブレード（２２０）。
【請求項３】
前記半径方向シールピンシート（１４６）が、前記第２の対向する円周方向面（１３９）に位置付けられ、前記半径方向冷却溝（２５０，３５２）が、前記第１の円周方向面（１３８）において前記半径方向シールピンシート（１４６）から軸方向にオフセットして位置付けられる、実施態様２に記載のターボ機械ブレード（２２０）。
【請求項４】
前記軸方向のオフセットは、前記第１の円周方向面（１３８）における前記半径方向冷却溝（２５０，３５２）が前記第２の円周方向面（１３９）における前記半径方向シールピンシート（１４６）に軸方向に重なり合うようにする、実施態様２に記載のターボ機械ブレード（２２０）。
【請求項５】
前記半径方向冷却溝（２５０，３５２）が、前記第１の円周方向面（１３８）において前記半径方向シールピンシート（１４６）から軸方向にオフセットして位置付けられた第１の半径方向冷却溝（３５０）と、前記第２の対向する円周方向面（１３９）において前記半径方向シールピンシート（１４６）から軸方向にオフセットして位置付けられた第２の半径方向冷却溝（３５２，４５０）と、を含む、実施態様２に記載のターボ機械ブレード（２２０）。
【請求項６】
前記カバープレート（１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ，２３０）が軸面（４６０，４６２）を含み、前記半径方向冷却溝（２５０，３５２）が、前記軸面（４６０，４６２）と前記第１及び第２の円周方向面（１３８，１３９）のうちの１つとの間に半径方向に延びる第１の半径方向冷却溝（３５０）を含む、実施態様１に記載のターボ機械ブレード（２２０）。
【請求項７】
前記半径方向冷却溝（２５０，３５２）が更に、前記軸面（４６０，４６２）と前記第１及び第２の円周方向面（１３８，１３９）のうちの他方との間に半径方向に延びる第２の半径方向冷却溝（３５２，４５０）を含み、隣接するターボ機械ブレード（２２０Ｂ）の前記第１及び第２の半径方向冷却溝（３５０，３５２）が、作動状態で並置されるようになる、実施態様６に記載のターボ機械ブレード（２２０）。
【請求項８】
前記カバープレート（１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ，２３０）が、上流側カバー（１３０Ａ）を含む、実施態様１に記載のターボ機械ブレード（２２０）。
【請求項９】
前記シャンク（１２４，２２４）が、上流側カバープレート（１３０Ａ）及び下流側カバープレート（１３２Ａ）を含み、前記各カバープレート（１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ，２３０）が、前記第１の円周方向面（１３８）及び第２の対向する円周方向面（１３９）のうちの少なくとも１つにおいて前記半径方向冷却溝（２５０，３５２）を含む、実施態様１に記載のターボ機械ブレード（２２０）。
【請求項１０】
前記半径方向冷却溝（２５０，３５２）が、前記カバープレート（１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ，２３０）から延びる少なくとも１つのエンジェルウィング（１３４）の周りに延びる、実施態様１に記載のターボ機械ブレード（２２０）
【請求項１１】
ターボ機械ブレード（２２０）であって、
翼形部（１２２）と、
前記翼形部（１２２）に結合されたプラットフォーム（１２６）と、
第１の円周方向面（１３８）及び第２の対向する円周方向面（１３９）を有するカバープレート（１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ，２３０）を含み、前記プラットフォーム（１２６）から延びるシャンク（１２４，２２４）と、
前記カバープレート（１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ，２３０）の第１の円周方向面（１３８）内に位置付けられ、半径方向シールピン（１４４）を受け入れて、隣接するターボ機械ブレード（２２０Ｂ）のカバープレート（１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ，２３０）間の円周方向ギャップをシールするよう構成された半径方向シールピンシート（１４６）と、
前記カバープレート（１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ，２３０）の第２の対向する円周方向面（１３８，１３９）内に位置付けられ、冷却流体が通過できるよう構成された半径方向冷却溝（２５０，３５２）と、を備える、ターボ機械ブレード（２２０）。
【請求項１２】
前記半径方向シールピンシート（１４６）が、前記第１の円周方向面（１３８）に位置付けられ、前記半径方向冷却溝（２５０，３５２）が、前記第２の対向する円周方向面（１３９）において前記半径方向シールピンシート（１４６）から軸方向にオフセットして位置付けられる、実施態様１１に記載のターボ機械ブレード（２２０）。
【請求項１３】
前記軸方向のオフセットは、前記第１の円周方向面（１３８）における前記半径方向冷却溝（２５０，３５２）が前記第２の円周方向面（１３９）における前記半径方向シールピンシート（１４６）に軸方向に重なり合うようにする、実施態様１２に記載のターボ機械ブレード（２２０）。
【請求項１４】
前記半径方向シールピンシート（１４６）が、前記第１の円周方向面（１３８）に位置付けられ、前記半径方向冷却溝（２５０，３５２）が、前記第１の円周方向面（１３８）において前記半径方向シールピンシート（１４６）から軸方向にオフセットして位置付けられた第１の半径方向冷却溝（３５０）と、前記第２の円周方向面（１３９）において前記半径方向シールピンシート（１４６）から軸方向にオフセットして位置付けられた第２の半径方向冷却溝（３５２，４５０）と、を含む、実施態様１１に記載のターボ機械ブレード（２２０）。
【請求項１５】
前記カバープレート（１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ，２３０）が軸面（４６０，４６２）を含み、前記半径方向冷却溝（２５０，３５２）が、前記軸面（４６０，４６２）と前記第１及び第２の円周方向面（１３８，１３９）のうちの１つとの間に半径方向に延びる第１の半径方向冷却溝（３５０）を含む、実施態様１１に記載のターボ機械ブレード（２２０）。
【請求項１６】
前記半径方向冷却溝（２５０，３５２）が更に、前記軸面（４６０，４６２）と前記第１及び第２の円周方向面（１３８，１３９）のうちの他方との間に半径方向に延びる第２の半径方向冷却溝（３５２，４５０）を含み、隣接するターボ機械ブレード（２２０Ｂ）の前記第１及び第２の半径方向冷却溝（３５０，３５２）が、作動状態で並置されるようになる、実施態様１６に記載のターボ機械ブレード（２２０）。
【請求項１７】
前記カバープレート（１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ，２３０）が、上流側カバープレート（１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ，２３０）を含む、実施態様１１に記載のターボ機械ブレード（２２０）。
【請求項１８】
前記シャンク（１２４，２２４）が、上流側カバープレート（１３０Ａ）及び下流側カバープレート（１３２Ａ）を含み、前記各カバープレート（１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ，２３０）が、前記半径方向シールピンシート（１４６）のそれぞれの第１の円周方向面（１３８）及び第２の対向する円周方向面（１３９）を含み、前記半径方向冷却溝（２５０，３５２）が、前記カバープレート（１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ，２３０）において前記半径方向シールピンシート（１４６）に隣接して位置付けられる、実施態様１１に記載のターボ機械ブレード（２２０）。
【請求項１９】
前記半径方向冷却溝（２５０，３５２）が、前記カバープレート（１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ，２３０）から延びる少なくとも１つのエンジェルウィング（１３４）の周りに延びる、実施態様１１に記載のターボ機械ブレード（２２０）。
【請求項２０】
複数のブレードを含むターボ機械であって、前記各ブレード（１１９，１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ，２２０，２２０Ａ，２２０Ｂ）が、
翼形部（１２２）と、前記翼形部（１２２）に結合され、第１の円周方向面（１３８）及び第２の対向する円周方向面（１３９）を有するカバープレート（１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ，２３０）を含むシャンク（１２４，２２４）と、
前記第１の円周方向面（１３８）内に位置付けられ、冷却流体が、前記プラットフォーム（１２６）に対して第１の半径方向位置から第２の異なる半径方向位置まで通過できるよう構成された半径方向冷却溝（２５０，３５２）と、
を備える、ターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全体的に、ターボ機械ブレードの冷却に関し、より詳細には、半径方向冷却溝を含むカバープレートを有するターボ機械ブレードに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスターボ機械で使用されるような最新のターボ機械ブレードは、広範囲に及ぶ冷却を必要とする。翼形部冷却に対して２次的とみなされて見過ごされることが多い領域は、高温ガス経路の外部の領域、すなわち、シャンク及びカバープレートである。ブレードプラットフォームは、高温ガス経路の内側表面を形成し、シャンク及びカバープレートを高温のガスストリームから隔離する。カバープレートは、ホイールスペース境界の一方の縁部を形成し、ここを低温空気が通過して、ホイールスペースをパージし、高温ガス経路からシャンク領域への高温ガスの吸込みを阻止する。
【０００３】
典型的な産業用ターボ機械ブレード設計は、シャンク領域への高温ガスの吸込みを抑制するために、プラットフォームシールピン及び半径方向シールピンを含む。典型的な半径方向シールピンは円筒形で、ブレードのカバープレートにおける溝に収まるように設計される。ブレードは、荷重を受けて固着するのを避けるために、隣接するブレード間に小ギャップが存在するように設計される。回転状態では、ピンが延びて隣接ブレードと接触して、接触線を形成する。半径方向シールピンの使用にもかかわらず、一般的には、プラットフォームシールピンにわたって、又は半径方向シールピンとプラットフォームシールピンとの間のギャップを通って漏洩する。すなわち、シール機構は完全ではなく、一部のガスがシャンク領域に透過する漏洩経路が存在する。ホイールスペースへの高温ガスの吸込みを防ぐ１つの手段は、シャンクを加圧すること、すなわち、シャンクキャビティの圧力が漏洩を十分に阻止するのを確保することである。この機構は効果的であるが、この手法は、タービン冷却専用の所要の（例えば、圧縮機の）流れの量を増大させ、全体のターボ機械効率を低下させる。金属温度が上昇するにつれてターボ機械ブレードの材料性能が低下する理由から、及び熱勾配がターボ機械ブレードにおける応力場を変化させる理由から、シャンク及びカバープレートの金属温度を制御することが望ましい。半径方向シールピンに隣接してパージ空気が流れる狭い半径方向通路は、シャンク及びカバープレートに対してごく僅かな冷却しか提供しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８，５２９，１９４号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本開示の第１の態様は、ターボ機械ブレードを提供し、該ターボ機械ブレードが、翼形部と、該翼形部に結合され、第１の円周方向面及び第２の対向する円周方向面を有するカバープレートを含むシャンクと、第１の円周方向面に位置付けられた半径方向冷却溝と、を備え、半径方向冷却溝が、プラットフォームに対して第１の半径方向位置から第２の異なる半径方向位置まで冷却流体が通過することができるように構成されている。
【０００６】
本開示の第２の態様は、ターボ機械ブレードを提供し、該ターボ機械ブレードが、翼形部と、上記翼形部に結合されたプラットフォームと、第１の円周方向面及び第２の対向する円周方向面を有するカバープレートを含み、上記プラットフォームから延びるシャンクと、上記カバープレートの第１の円周方向面内に位置付けられ、半径方向シールピンを受け入れて、隣接するターボ機械ブレードのカバープレート間の円周方向ギャップをシールするよう構成された半径方向シールピンシートと、上記カバープレートの第２の対向する円周方向面内に位置付けられ、冷却流体が通過できるよう構成された半径方向冷却溝と、を備える。
【０００７】
複数のブレードを含むターボ機械であって、上記各ブレードが、翼形部と、上記翼形部に結合され、第１の円周方向面及び第２の対向する円周方向面を有するカバープレートを含むシャンクと、上記第１の円周方向面内に位置付けられ、冷却流体が、上記プラットフォームに対して第１の半径方向位置から第２の異なる半径方向位置まで通過できるよう構成された半径方向冷却溝と、を備える。
【０００８】
本開示の例示的な態様は、本明細書で記載される問題及び／又は考察していない他の問題を解決するように意図されている。
【０００９】
本開示のこれらの及びその他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付図面と関連させてなした本開示の様々な態様の以下の詳細な説明から一層容易に理解されるようになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的な燃焼タービンエンジンの概略図。
【図２】図１の燃焼タービンエンジンと共に用いることができる３段タービンを有する例示的なガスタービン組立体の断面図。
【図３】例証となる従来のターボ機械ブレードの拡大斜視図。
【図４】２つの隣接するタービンブレード間の従来の半径方向シールピンの断面図。
【図５】本開示の実施形態による半径方向冷却溝を利用した例証のターボ機械ブレードの拡大斜視図。
【図６】本開示の実施形態による半径方向冷却溝を利用したターボ機械ブレードの部分側面図。
【図７】本開示の実施形態による半径方向冷却溝の種々の実施形態を利用した隣接するターボ機械ブレードの部分拡大断面図。
【図８】本開示の実施形態による半径方向冷却溝の種々の実施形態を利用した隣接するターボ機械ブレードの部分拡大断面図。
【図９】本開示の実施形態による半径方向冷却溝の種々の実施形態を利用した隣接するターボ機械ブレードの部分拡大断面図。
【図１０】本開示の実施形態による半径方向冷却溝の種々の実施形態を利用した隣接するターボ機械ブレードの部分拡大断面図。
【図１１】本開示の実施形態による半径方向冷却溝の種々の実施形態を利用した隣接するターボ機械ブレードの部分拡大断面図。
【図１２】本開示の実施形態による半径方向冷却溝が適用された代替のカバープレート機構の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示の図面は、必ずしも縮尺通りではない点に留意されたい。当該図面は、本開示の典型的な態様のみを描くことを意図しており、従って、本開示の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面において、同じ参照符号は、複数の図面にわたり同じ要素を示している。
【００１２】
上記で示したように、本開示は、ブレードのカバープレート、シャンク、及びプラットフォーム領域の冷却を改善する半径方向冷却溝を有するカバープレートを備えたターボ機械ブレードを提供する。
【００１３】
図１は、ガスタービンシステム１００の形態の例証としてのターボ機械の概略図である。システム１００は、圧縮機１０２と燃焼器１０４とを含む。燃焼器１０４は、燃焼領域１０５と、燃料ノズル組立体１０６とを含む。システム１００はまた、タービン１０８と、共通の圧縮機／タービンシャフト１１０（ロータ１１０と呼ばれる場合もある）とを含む。１つの実施形態において、システム１００は、サウスカロライナ州グリーンビル所在のＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙから商業的に入手可能で、９ＦＢエンジンと呼ばれる場合もあるＭＳ７００１ＦＢである。本開示の実施形態は、何らかの１つの特定のガスタービンエンジンに限定されず、例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＣｏｍｐａｎｙのＭＳ７００１ＦＡ（７ＦＡ）及びＭＳ９００１ＦＡ（９ＦＡ）を含む、他のエンジンに関連して実施することができる。更に、本開示の教示は、ガスタービンに限定されず、蒸気タービン、ジェットエンジン、圧縮機、その他などの様々な何らかのターボ機械に適用することができる。本明細書で使用される場合、用語「軸方向」、「半径方向」及び「円周方向」は、基準構造としてロータ１１０と共に用いられる。
【００１４】
作動時には、空気は、圧縮機１０２を通って流れ、圧縮された空気が燃焼器１０４に供給される。具体的には、圧縮空気は、燃焼器１０４に一体化された燃料ノズル組立体１０６に供給される。組立体１０６は、燃焼領域１０５と流れ連通している。燃料ノズル組立体１０６はまた、燃料供給源（図１には図示せず）と流れ連通しており、燃料及び空気を燃焼領域１０５に送る。燃焼器１０４は、燃料を点火して燃焼させる。燃焼器１０４は、タービン１０８と流れ連通し、該タービン１０８において、ガスストリームの熱エネルギーが機械的回転エネルギーに転換される。タービン１０８は、ロータ１１０に回転可能に結合されて該ロータ１１０を駆動する。圧縮機１０２はまた、シャフト１１０に回転可能に結合される。例示的な実施形態において、複数の燃焼器１０４及び燃料ノズル組立体１０６が存在する。
【００１５】
図２は、図１のガスタービンシステム１００と共に用いることができる３段タービンを備えた例示的なタービン組立体１０８の断面図である。タービン組立体１０８は、ベーン部分組立体１１２を含む。ベーン部分組立体１１２は、タービン組立体１０８において半径方向外側プラットフォーム１１４及び半径方向内側プラットフォーム１１６によって保持される。タービン組立体１０８はまた、シャンク１２４によってロータ１１０に保持された翼形部１２２を含むことができる回転ブレード１１９を備える。本開示の教示は通常、回転ブレード１１９に適用されるが、ベーン部分組立体１１２及び回転ブレード１１９に適用してもよく、これらを総称して「ターボ機械ブレード」と呼ぶことにする。
【００１６】
図３は、例示のターボ機械ブレード１２０（ここでは回転ブレードとして例示されている）の斜視図である。ターボ機械ブレード１２０は、翼形部１２２及びシャンク１２４を含むことができる。シャンク１２４は、対向するカバープレート１３０，１３２のペアを含む。矢印ＨＧＰは、高温ガス経路における流れ方向を示している。ＨＧＰ方向により示されるように、カバープレート１３０は、ＨＧＰに面した上流側カバープレートであり、カバープレート１３２は、ＨＧＰから外方に面した下流側カバープレートである。１又はそれ以上のエンジェルウィング１３４は、各カバープレート１３０，１３２から延びることができる。ターボ機械ブレード１２０がどのように利用されるかに応じて、ターボ機械のロータ（図１〜２）又はケーシングの何れかに対する接続の様々な形態を適用することができる。ブレードが回転ブレードである図３において、ターボ機械ブレード１２０をロータホイール（図示せず）に結合するために、接続ツリー１３６を設けることができる。各ターボ機械ブレードは、第１の円周方向面１３８と、第２の対向する円周方向面１３９とを含むことができ、これらは、ロータ１１０（図１及び図２）の周りに円周方向で対面するのでこのように呼ばれる。プラットフォームシールピン１４０は、軸方向に延びるプラットフォームピン溝１４２に嵌装することができ、半径方向シールピン１４４のペアは、それぞれのカバープレート１３０，１３２（例えば、第２の円周方向面１３９）において対応する半径方向シールピン溝１４６に位置付けることができる。
【００１７】
図４は、上流側カバープレート１３０Ａ，１３０Ｂと、下流側カバープレート１３２Ａ，１３２Ｂとを有する隣接するターボ機械ブレード１２０Ａ，１２０Ｂのペアの断面図を示す。記載されるように、１つのターボ機械ブレード１２０Ｂのカバープレート１３０Ｂ，１３２Ｂの円周方向面１３９における溝１４６内のシールピン１４４は、隣接するターボ機械ブレード１２０Ａのカバープレート１３０Ａ，１３２Ａの円周方向面１３８をシールする。
【００１８】
図５〜６を参照すると、本開示の実施形態によれば、ターボ機械ブレード２２０は、第１の円周方向面１３８に位置付けられた半径方向冷却溝２５０を含むことができる。半径方向冷却溝２５０は、冷却流体（例えば、ホイールスペース２５２又は他の供給源からのパージ流）をプラットフォーム１２６に対して第１の半径方向位置Ｒ１から第２の異なる半径方向位置Ｒ２まで通過させ、従って、ブレード間のギャップを通る冷却流体の流れを増大させて、カバープレート、シャンク、及びプラットフォームに対して追加の冷却を提供できるように構成される。１つの実施形態において、図５及び図６の右側に示すように、効果的な冷却及びパージは、それぞれのカバープレート（例示のように１３０）の一方端又は両端にて終端する半径方向冷却溝２５０により達成することができる。代替の実施形態において、図６の左側にのみ示されるように、半径方向冷却溝２５０は、それぞれのカバープレートに沿った２つの異なる位置にてホイールスペース２５２から延びて、冷却流体をホイールスペース２５２のある高圧領域（Ｒ１）から別の低圧領域（Ｒ２）に供給することができる。この場合、半径方向冷却溝２５０は、半径方向シールピン１４４の半径方向最外端部（図示のような上側端部）及びプラットフォームシールピン１４２の下端部の間又はこれらに隣接したプラットフォームギャップ２５４から流出する流れを有するよう半径方向に延びることができる。この構成は、ＨＧＰからの高温ガスの吸込みの阻止を支援する。何れの場合においても、半径方向冷却溝２５０は、それぞれのカバープレート１３０，１３２から延びる少なくとも１つのエンジェルウィング１３４（図５）の周りに延びることができる。半径方向冷却溝２５０の長さは、ユーザが所望のカバープレートの何れかの部分に冷却流体を供給するように選択することができる。
【００１９】
当該技術分野で理解されるように、パージ流は、流体源から引き出すことができ、例えば、ガスタービンシステムにおいて、パージ流は、圧縮機供給装置から生成されて、ホイールスペース２５２に配向され、高温ガス経路（ＨＧＰ）からの作動流体の吸込みを阻止することができる。半径方向冷却溝２５０においてパージ流によって提供される冷却は、溝２５０をシールピンシート１４６に隣接して設けることができるので、本明細書で記載されるように半径方向シールピンシート１４６が利用される場合でも行うことができる。何れの場合においても、半径方向冷却溝２５０には障害物は設けられないので、冷却流体が自在に流れることができる。各半径方向冷却溝２５０は、「半径方向」と呼ばれているが、必ずしもロータ１１０（図１及び２）の軸線に対して半径方向にのみ延びる必要はなく、例えば、完全な半径方向から±２〜１５°など、半径方向冷却溝２５０が位置付けられるカバープレート１３０，１３２とほぼ等しいある程度のレベルの角度付けを有することができることは強調される。更に、半径方向冷却溝２５０は、直線状の要素として図示されているが、一部が非直線部分（例えば、僅かなジグ又は湾曲部）を有することができる。
【００２０】
図７〜１１は、本開示に従って利用することができる半径方向冷却溝及び半径方向シールピン１４４の種々の実施形態を示す、隣接するターボ機械ブレード２２０Ａ，２２０Ｂのカバープレート１３０Ａ，１３０Ｂ（又は図１１にのみ１３２Ａ，１３２Ｂ）のペアの拡大断面図を示す。
【００２１】
図７において、半径方向シールピンシート１４６は、カバープレート１３０Ｂ内に位置付けられ、半径方向シールピン１４４を受け入れて、隣接するターボ機械ブレードのカバープレート１３０Ａ及び１３０Ｂそれぞれの間に円周方向ギャップをシールするよう構成される。この実施形態において、１つのターボ機械ブレード２２０Ａの半径方向冷却溝２５０は、作動状態にある隣接するターボ機械ブレード２２０の半径方向シールピンシート１４６に隣接して、すなわちピン１４４が間にわたって延びるギャップを介して位置付けられる。本明細書で記載される実施形態の何れかにおいて、１又はそれ以上のカバープレート１３０Ａ，１３０Ｂ，１３２Ａ，１３２Ｂの幅Ｗは、半径方向冷却溝２５０を収容するために、従来のカバープレートよりも僅かに拡大することができる。１つの実施形態において、図７に示すように、半径方向シールピンシート１４６は、第２の円周方向面１３９に位置付けられ、半径方向冷却溝２５０は、第１の円周方向面１３８において半径方向シールピンシート１４６から（ロータ軸Ａに沿って）軸方向にオフセットして位置付けられる。本明細書で使用される場合、「軸方向にオフセット」とは、各半径方向冷却溝がそれぞれの円周方向面と接触するコーナーが、実質的に同一の軸方向線（軸線Ａに垂直な）に沿って半径方向シールピンシート１４６の対向するコーナーと接触しないことを示す。半径方向冷却溝２５０及び半径方向シールピンシート１４６が、半円形開口の頂部のような頂点を有する場合（全ての事例で必須という訳ではない）、「軸方向にオフセット」は、各溝の頂点が単一の軸方向線（軸線Ａに垂直な）に沿って軸方向に整列していないものとして表すことができる。
【００２２】
１つの実施形態において、図７に示すように、軸方向オフセットは、第１の円周方向面１３８の半径方向冷却溝２５０が、第２の円周方向面１３９の半径方向シールピンシート１４６と軸方向で重なり合うようなものとすることができる。或いは、図８に示すように、第１の円周方向面１３８の半径方向冷却溝２５０は、第２の円周方向面１３９の半径方向シールピンシート１４６と軸方向で重なり合わなくてもよい。すなわち、半径方向冷却溝２５０は、単に平坦である第２の円周方向面１３９によって対向している。
【００２３】
図９に示す別の実施形態において、半径方向冷却溝は、第１の円周方向面１３８において半径方向シールピンシート１４６から軸方向にオフセットして位置付けられた第１の半径方向冷却溝３５０と、第２の円周方向面１３９において半径方向シールピンシート１４６から軸方向にオフセットして位置付けられた第２の半径方向冷却溝３５２とを含むことができる。ここで、第２の半径方向冷却溝３５２は、円周方向面１３９において半径方向シールピンシート１４６に隣接して位置付けられる。カバープレート１３０Ａ、１３０Ｂの幅は、シート１４６と溝３５２を両方収容するために増大させることができる。
【００２４】
図１０は、カバープレート１３０Ａがロータ軸線Ａに沿って軸方向にほぼ面する軸面４６０を含む別の実施形態を示し、半径方向冷却溝４５０は、軸面４６０と１つの（第１の）円周方向面（例示のように１３８）との間で半径方向に（紙面の内外に）延びる。この形態において、半径方向冷却溝４５０は、軸面４６０と隣接する円周方向面との間のコーナーからの半径方向ノッチとして示される。図１１は、図１０の実施形態が隣接する各カバープレート１３０Ａ、１３０Ｂについて再現された別の実施形態を示す。すなわち、半径方向冷却溝は更に、軸面４６２と、第１及び第２の円周方向面（図示のように１３９）の他方との間に半径方向に延びる第２の半径方向冷却溝４５２を含み、隣接するターボ機械ブレード２２０Ａ，２２０Ｂの第１及び第２の半径方向冷却溝４５０，４５２が作動状態で並置されるようになる。全体として、溝４５０，４５２は、カバープレート１３０Ａ，１３０Ｂ，１３２Ａ，１３２Ｂを冷却する冷却流体を配向する役割を果たす。
【００２５】
図６〜１０において、各カバープレートは、上流側カバープレート１３０Ａ又は１３０Ｂとして例示されている。しかしながら、例えば図１１に示すように、本開示の教示は、下流側カバープレート１３０Ａ又は１３０Ｂに適用することができる。或いは、図５及び６に示すように、上流側及び下流側カバープレートの両方は、第１の円周方向面１３８及び第２の対向する円周方向面１３９の少なくとも１つにおいて半径方向冷却溝を含むことができる。
【００２６】
本明細書で記載される各半径方向冷却溝は、断面が丸みのある（例えば、半円、四半円、その他）ように例示されているが、半径方向冷却溝は、限定ではないが、矩形、方形、六角形、その他のような多角形；丸みのある多角形；三角形；その他など、あらゆる断面形状をとることができることは強調される。
【００２７】
本開示の教示は、図１２に示すように、シャンク１２４と一体化されたカバープレート１３０，１３２に適用されるように本明細書で記載されているが、本教示は、カバープレート２３０がシャンク２２４と一体化されていない設定にも同様に適用可能である。すなわち、カバープレート２３０は、別個の部品であり、シャンク２２４と嵌合されるか、又は結合される。理解されるように、本明細書で記載される半径方向冷却溝の実施形態の一部は、この設定でも適用することができる。
【００２８】
本明細書で記載される半径方向冷却溝は、ホイールスペースパージ空気のごく一部をターボ機械ブレードのカバープレート、シャンク及びプラットフォームの冷却のため配向する。半径方向溝を通る流れはまた、プラットフォームギャップ２５４（図５〜６）を効果的にパージし、プラットフォームギャップ２５４を通り、プラットフォームシールピン１４２の端部の周りの高温ガス経路（ＨＧＰ）からの高温ガスの吸込みを阻止する。この方式において、半径方向冷却溝は、ターボ機械ブレードのカバープレート間を半径方向に流れる冷却空気を利用して、ターボ機械ブレードのカバープレート、シャンク及びプラットフォームの冷却のため十分名空気が配向されるのを確保するため流れ面積を増大させる。従って、半径方向冷却溝は、僅かな追加のコストでシャンクキャビティを加圧する必要もなく、ターボ機械ブレードのカバープレート、シャンク及びプラットフォームの追加の冷却及びシールを提供する。
【００２９】
本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、「含む」及び／又は「備える」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。
【００３０】
以下の請求項における全ての全ての手段又はステッププラス機能要素の対応する内部構造、材料、動作、及びその均等物は、明確に特許請求される他の特許請求された要素と組み合せて機能を実行するあらゆる構造、材料又は作用を含むことを意図している。本開示の説明は、例示及び説明の目的で提示されており、開示された形態の開示内容に対して排他的又は限定することを意図するものではない。本開示の範囲及び技術的思想から逸脱することなく、多くの修正及び変形が当業者には明らかであろう。本実施形態は、本開示の原理及び実施可能な用途を最もよく説明するように、また、企図される特定の用途に適するような様々な修正を含む様々な実施形態の開示を当業者が理解できるように選択し説明された。
【００３１】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
ターボ機械ブレードであって、
翼形部と、
上記翼形部に結合されたプラットフォームと、
第１の円周方向面及び第２の対向する円周方向面を有するカバープレートを含み、上記翼形部に結合されて上記プラットフォームから延びるシャンクと、
上記第１の円周方向面に位置付けられた半径方向冷却溝と、
を備え、
上記半径方向冷却溝が、上記プラットフォームに対して第１の半径方向位置から第２の異なる半径方向位置まで冷却流体が通過することができるように構成されている、ターボ機械ブレード。
［実施態様２］
上記カバープレート内に位置付けられ、半径方向シールピンを受け入れて、隣接するターボ機械ブレードのカバープレート間の円周方向ギャップをシールするよう構成された半径方向シールピンシートを更に備え、
１つのターボ機械ブレードの上記半径方向冷却溝が、作動状態でターボ機械ブレードの上記半径方向シールピンシートに隣接して位置付けられる、実施態様１に記載のターボ機械ブレード。
［実施態様３］
上記半径方向シールピンシートが、上記第２の対向する円周方向面に位置付けられ、上記半径方向冷却溝が、上記第１の円周方向面において上記半径方向シールピンシートから軸方向にオフセットして位置付けられる、実施態様２に記載のターボ機械ブレード。
［実施態様４］
上記軸方向のオフセットは、上記第１の円周方向面における上記半径方向冷却溝が上記第２の円周方向面における上記半径方向シールピンシートに軸方向に重なり合うようにする、実施態様２に記載のターボ機械ブレード。
［実施態様５］
上記半径方向冷却溝が、上記第１の円周方向面において上記半径方向シールピンシートから軸方向にオフセットして位置付けられた第１の半径方向冷却溝と、上記第２の対向する円周方向面において上記半径方向シールピンシートから軸方向にオフセットして位置付けられた第２の半径方向冷却溝と、を含む、実施態様２に記載のターボ機械ブレード。
［実施態様６］
上記カバープレートが軸面を含み、上記半径方向冷却溝が、上記軸面と上記第１及び第２の円周方向面のうちの１つとの間に半径方向に延びる第１の半径方向冷却溝を含む、実施態様１に記載のターボ機械ブレード。
［実施態様７］
上記半径方向冷却溝が更に、上記軸面と上記第１及び第２の円周方向面のうちの他方との間に半径方向に延びる第２の半径方向冷却溝を含み、隣接するターボ機械ブレードの上記第１及び第２の半径方向冷却溝が、作動状態で並置されるようになる、実施態様６に記載のターボ機械ブレード。
［実施態様８］
上記カバープレートが、上流側カバーを含む、実施態様１に記載のターボ機械ブレード。
［実施態様９］
上記シャンクが、上流側カバープレート及び下流側カバープレートを含み、上記各カバープレートが、上記第１の円周方向面及び第２の対向する円周方向面のうちの少なくとも１つにおいて上記半径方向冷却溝を含む、実施態様１に記載のターボ機械ブレード。
［実施態様１０］
上記半径方向冷却溝が、上記カバープレートから延びる少なくとも１つのエンジェルウィングの周りに延びる、実施態様１に記載のターボ機械ブレード
［実施態様１１］
ターボ機械ブレードであって、
翼形部と、
上記翼形部に結合されたプラットフォームと、
第１の円周方向面及び第２の対向する円周方向面を有するカバープレートを含み、上記プラットフォームから延びるシャンクと、
上記カバープレートの第１の円周方向面内に位置付けられ、半径方向シールピンを受け入れて、隣接するターボ機械ブレードのカバープレート間の円周方向ギャップをシールするよう構成された半径方向シールピンシートと、
上記カバープレートの第２の対向する円周方向面内に位置付けられ、冷却流体が通過できるよう構成された半径方向冷却溝と、を備える、ターボ機械ブレード。
［実施態様１２］
上記半径方向シールピンシートが、上記第１の円周方向面に位置付けられ、上記半径方向冷却溝が、上記第２の対向する円周方向面において上記半径方向シールピンシートから軸方向にオフセットして位置付けられる、実施態様１１に記載のターボ機械ブレード。
［実施態様１３］
上記軸方向のオフセットは、上記第１の円周方向面における上記半径方向冷却溝が上記第２の円周方向面における上記半径方向シールピンシートに軸方向に重なり合うようにする、実施態様１２に記載のターボ機械ブレード。
［実施態様１４］
上記半径方向シールピンシートが、上記第１の円周方向面に位置付けられ、上記半径方向冷却溝が、上記第１の円周方向面において上記半径方向シールピンシートから軸方向にオフセットして位置付けられた第１の半径方向冷却溝と、上記第２の円周方向面において上記半径方向シールピンシートから軸方向にオフセットして位置付けられた第２の半径方向冷却溝と、を含む、実施態様１１に記載のターボ機械ブレード。
［実施態様１５］
上記カバープレートが軸面を含み、上記半径方向冷却溝が、上記軸面と上記第１及び第２の円周方向面のうちの１つとの間に半径方向に延びる第１の半径方向冷却溝を含む、実施態様１１に記載のターボ機械ブレード。
［実施態様１６］
上記半径方向冷却溝が更に、上記軸面と上記第１及び第２の円周方向面のうちの他方との間に半径方向に延びる第２の半径方向冷却溝を含み、隣接するターボ機械ブレードの上記第１及び第２の半径方向冷却溝が、作動状態で並置されるようになる、実施態様１６に記載のターボ機械ブレード。
［実施態様１７］
上記カバープレートが、上流側カバープレートを含む、実施態様１１に記載のターボ機械ブレード。
［実施態様１８］
上記シャンクが、上流側カバープレート及び下流側カバープレートを含み、上記各カバープレートが、上記半径方向シールピンシートのそれぞれの第１の円周方向面及び第２の対向する円周方向面を含み、上記半径方向冷却溝が、上記カバープレートにおいて上記半径方向シールピンシートに隣接して位置付けられる、実施態様１１に記載のターボ機械ブレード。
［実施態様１９］
上記半径方向冷却溝が、上記カバープレートから延びる少なくとも１つのエンジェルウィングの周りに延びる、実施態様１１に記載のターボ機械ブレード。
［実施態様２０］
複数のブレードを含むターボ機械であって、上記各ブレードが、
翼形部と、上記翼形部に結合され、第１の円周方向面及び第２の対向する円周方向面を有するカバープレートを含むシャンクと、
上記第１の円周方向面内に位置付けられ、冷却流体が、上記プラットフォームに対して第１の半径方向位置から第２の異なる半径方向位置まで通過できるよう構成された半径方向冷却溝と、
を備える、ターボ機械。
【符号の説明】
【００３２】
１００  ガスタービンシステム
１０２  圧縮機
１０４  燃焼器
１０５  燃焼領域
１０６  燃料ノズル組立体
１０８  タービン組立体
１１０  共通の圧縮機／タービンシャフト
１１２  ベーン部分組立体
１１４  外側プラットフォーム
１１６  内側プラットフォーム
１１９  ブレード
１２０  ターボ機械ブレード
１２２  翼形部
１２４  シャンク
１２６  プラットフォーム
１３０  それぞれのカバープレート
１３２  カバープレート
１３４  エンジェルウィング
１３６  接続ツリー
１３８  第１の円周方向面
１３９  第２の円周方向面
１４０  プラットフォームシールピン
１４２  プラットフォームピン溝
１４４  半径方向シールピン
１４６  半径方向シールピンシート
２２０  ターボ機械ブレード
２２４  シャンク
２３０  カバープレート
２５０  半径方向冷却溝
２５２  ホイールスペース
２５４  プラットフォームギャップ
３５０  第１の半径方向冷却溝
３５２  第２の半径方向冷却溝
４５０  半径方向冷却溝
４５２  第２の半径方向冷却溝
４６０  軸面
４６２  軸面
１２０Ａ  隣接するターボ機械ブレード
１２０Ｂ  １つのターボ機械ブレード
１３０Ａ  上流側カバープレート
１３０Ｂ  冷却カバープレート
１３２Ａ  下流側カバープレート
１３２Ｂ  冷却カバープレート
２２０Ａ  １つのターボ機械ブレード
２２０Ｂ  隣接するターボ機械ブレード
【図１】
2017101670.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
2017101670.tif 000012
【図１１】
2017101670.tif 000013
【図１２】
2017101670.tif 000014
【外国語明細書】
2017101670000001.pdf