(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正圧面（３２）と負圧面（３０）とを有したエーロフォイル部（１４）と、
上記エーロフォイル部の根元部近傍にあって、かつ、前縁（３４）、後縁（３６）、正圧側エッジ（４０）および負圧側エッジ（３８）を有したプラットフォーム（２０）と、
上記エーロフォイル部の上記正圧面（３２）および上記プラットフォーム（２０）の上記後縁（３６）に隣接した少なくとも１つのプラットフォームのエッジを冷却するプラットフォーム冷却手段であって、上記プラットフォームの負圧側エッジ（３８）に沿って設けられ冷却空気を受ける入口（５６）と、上記正圧側エッジ（４０）に隣接した領域における上記プラットフォームの上面に冷却空気を排出する出口（５８）と、を有するプラットフォーム冷却手段と、
を備え、
上記プラットフォーム冷却手段は、上記負圧面（３０）に隣接した上記プラットフォーム内に第１の微細回路（５０）を含み、
上記第１の微細回路は、上記エーロフォイル部（１４）の上記負圧面（３０）に沿って延びる第１脚部（５２）と、上記プラットフォーム（２０）の後縁（３６）に対して平行に延びる第２脚部（５４）と、を有するＬ字状をなしており、
冷却空気は、上記プラットフォームの負圧側エッジ（３８）に沿った入口（５６）から流入し、Ｌ字状をなす第１の微細回路内を通って上記プラットフォーム（２０）の後縁（３６）に沿って流れ、上記プラットフォーム（２０）の正圧側エッジ（４０）に沿った出口（５８）から流出することを特徴とするガスタービンエンジン部品。
【請求項２】
上記第１の微細回路は、上記プラットフォームの下面に上記入口（５６）を有し、上記プラットフォームの上面に出口（５８）を有することを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項３】
上記入口から上記出口まで延びた流体経路と、
該流体経路内に設けられ、かつ、該流体経路内に乱流を発生させる複数のペデスタルと、
をさらに備えた請求項２に記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項４】
上記ペデスタルは千鳥状に配列していることを特徴とする請求項３に記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項５】
上記第１の微細回路は、最大圧力点であるエンジン圧縮機ステーションにおける圧力（Ｐ３）の５５〜６５％となる入口圧力を有し、かつ、上記圧力Ｐ３の３０〜４０％となる出口圧力を有することを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項６】
上記第１の微細回路は、出口近傍の吸入圧力よりも少なくとも３％より大きい出口圧力を有することを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項７】
上記第１の微細回路は、出口近傍の吸入圧力よりも少なくともより５％大きい出口圧力を有することを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項８】
上記冷却手段は、上記プラットフォーム内部に設けられ、かつ、上記エーロフォイル部の正圧面と上記プラットフォームのエッジとの間に延びた第２の微細回路を備えることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項９】
上記第２の微細回路は、上記プラットフォームの下面に設けられた入口と、上記プラットフォームの上面に設けられた第２の出口と、上記入口と該第２の出口との間に延びる流体経路と、を有することを特徴とする請求項８に記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項１０】
上記第２の微細回路の上記出口は、上記エーロフォイル部の後縁近傍に配置され、かつ、上記プラットフォームと上記後縁との間のフィレットに冷却空気を導入することを特徴とする請求項９に記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項１１】
上記第２の微細回路は、最大圧力点であるエンジン圧縮機ステーションにおける圧力（Ｐ３）の５５〜６５％となる入口圧力を有し、かつ、上記圧力Ｐ３の４５〜５５％となる出口圧力を有することを特徴とする請求項９に記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項１２】
上記第２の微細回路は、出口近傍の吸入圧力よりも少なくとも３％より大きい出口圧力を有することを特徴とする請求項９に記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項１３】
上記第２の微細回路は、出口近傍の吸入圧力よりも少なくともより５％大きい出口圧力を有することを特徴とする請求項９に記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項１４】
正圧面（３２）と負圧面（３０）とを有したエーロフォイル部（１４）と、
上記エーロフォイル部の根元部近傍に設けられたプラットフォーム（２０）と、
上記エーロフォイル部（１４）の上記負圧面（３０）と上記プラットフォーム（２０）の後縁（３６）との間に配置され、かつ、冷却流体を流す、上記プラットフォーム内の第１の微細回路（５０）と、
上記エーロフォイル部の上記正圧面（３２）と上記プラットフォームの上記正圧側エッジ（４０）との間に配置され、かつ、冷却流体を流す、上記プラットフォーム内の第２の微細回路（８０）と、
を備え、
上記第１、第２の微細回路（５０，８０）の各々は、上記プラットフォームの上面に冷却流体を排出するスロット出口（５８，８４）を有し、
上記第１の微細回路は、上記エーロフォイル部（１４）の上記負圧面（３０）に沿って延びる第１脚部（５２）と、上記プラットフォーム（２０）の後縁（３６）に対して平行に延びる第２脚部（５４）と、を有するＬ字状をなしており、
上記第１の微細回路（５０）は、上記プラットフォームの負圧側エッジ（３８）に沿って設けられ冷却空気を受ける入口（５６）から、上記プラットフォームの正圧側エッジ（４０）に沿った上記スロット出口（５８）まで延びる流体経路（６０）を有しており、これにより、冷却空気は、上記負圧側エッジ（３８）に沿った入口（５６）から流入し、上記流体経路（６０）を通って上記プラットフォーム（２０）の後縁（３６）に沿って流れ、上記正圧側エッジ（４０）に沿ったスロット出口（５８）から流出し、
上記流体経路内にハードウェア負荷抑制手段が設けられていることを特徴とするガスタービンエンジン用タービンブレード。
【請求項１５】
上記第１の微細回路（５０）の上記スロット出口（５８）は、上記プラットフォームの後縁（３６）上に冷却流体を排出することを請求項１４に記載のガスタービンエンジン用タービンブレード。
【請求項１６】
上記第２の微細回路（８０）の上記スロット出口（８４）は、上記エーロフォイル部の後縁部分（２８）上に冷却流体を排出することを請求項１４に記載のガスタービンエンジン用タービンブレード。
【請求項１７】
上記第１の微細回路は、上記入口から上記スロット出口まで延びた流体経路内に乱流生成手段を有することを特徴とする請求項１４に記載のガスタービンエンジン用タービンブレード。
【請求項１８】
上記乱流生成手段は、上記流体経路内に千鳥状に配列された複数のペデスタルを含むことを特徴とする請求項１７に記載のガスタービンエンジン用タービンブレード。
【請求項１９】
上記微細回路（５０，８０）の各々は、上記プラットフォームの正圧側エッジ（４０）に隣接した領域における上記プラットフォームの上面に冷却流体を排出するように方向付けられた出口を有することを特徴とする請求項１４に記載のガスタービンエンジン用タービンブレード。
【請求項２０】
上記第１の微細回路（５０）は、上記第２の微細回路（８０）から独立していることを特徴とする請求項１４に記載のガスタービンエンジン用タービンブレード。
【請求項２１】
上記プラットフォームの下面に隣接した少なくとも１つのポケット（４２）さらに備え、
上記少なくとも１つのポケットが、前記入口と連通することを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項２２】
上記プラットフォームの下面に隣接した少なくとも１つのポケットさらに備え、
上記少なくとも１つのポケットが、前記入口と連通することを特徴とする請求項９に記載のガスタービンエンジン部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンエンジン部品のプラットフォームを冷却する微細回路を備えたタービンエンジン部品の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンブレードエーロフォイル部分の現行の構成は、プラットフォーム、特にそのエッジ、の負荷を緩和することを目的にした冷却を採用していない。結果として、プラットフォームのエッジでは深刻な酸化や腐食が生ずる。これらの酸化や腐食は、クラッキング（亀裂）を引き起こし、構造的にタービンブレードに影響を及ぼすことがある。プラットフォームのクラックは、エーロフォイルのフィレットに向かって伝播し、上記エーロフォイルやプラットフォームにある他の高応力集中部位から発生した他のクラックと結合する。酸化や腐食に対処するために隣接したプラットフォームの間の流路面積を拡大しても、付随的に発生する漏洩空気がエンジンの所期の性能に悪影響を及ぼすだけである。
【０００３】
エーロフォイルの設計を変更せずに上記制限を解消する１つの方法として、より多くの冷却流を導入して、これにより、全体的なエンジン性能に影響を与えることが挙げられる。この構造は許容できるものではないため、新規な構造設計が求められている。理想的には、この新規な構造は冷却用の冷媒流を増大させるべきではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、高い対流効率、増大したフィルム範囲、および高い冷却効果を達成する新規な構造設計を備えたタービンエンジン部品を実現することである。
【０００５】
本発明のもう１つの目的は、プラットフォーム部分において金属温度勾配を大幅に低減でき、熱的な疲労寿命を伸ばすことができるタービンエンジン部品を実現することである。
【０００６】
上述の目的は、本発明のタービンエンジン部品によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、タービンエンジン部品は、正圧面と負圧面とを備えたエーロフォイル部と、上記エーロフォイル部の根元部に隣接しかつ前縁と後縁とを備えたプラットフォームと、上記プラットフォーム内部に設けられ、かつエーロフォイル部の上記正圧面と上記後縁とに隣接した、少なくとも１つのプラットフォームエッジを冷却する手段と、を含む。
【０００８】
本発明の微細回路プラットフォームに付随する他の目的、利点、その他の詳細は、以下の詳細な説明や添付図面（同等の参照符号が同等の要素を表す）に開示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、ガスタービンエンジンに用いられるタービンブレード１０を示す。タービンブレード１０は、上記ブレードをディスク等の回転部材に接続するモミの木（fir tree）１２と、根元部１６と先端部１８とを備えたエーロフォイル部１４と、下面２２と上面２４とを備えたプラットフォーム２０と、を有する。エーロフォイル部１４は、前縁２６と、後縁２８と、負圧面３０と、正圧面３２と、を備える。プラットフォーム２０は、前縁つまり前方リム３４と、後縁つまり後方リム３６と、負圧側エッジ３８と、正圧側エッジ４０と、を備える。また、タービンブレード１０は、プラットフォーム２０の下面２２の近傍にポケット４２を備える。図１は１つのポケット４２のみを示しているが、タービンブレード１０のもう一方の側には対応するポケットが存在する。運転中には、これらのポケット４２は高圧圧縮機等のエンジン部分から流れ込む冷却空気を通常収容する。
【００１０】
図２〜図４を参照すると、プラットフォーム２０の内部に、かつエーロフォイル１４の負圧面３０とプラットフォーム後縁３６との間に、第１微細回路５０が設けられている。上記微細回路５０はＬ字形であるが、必要に応じてその他の適宜な構造をなし得る。上記微細回路５０は、負圧面３０と負圧側エッジ３８との間に延びた第１脚部と、後縁３６に平行かつ後縁３６に沿って延びた第２脚部と、を備える。
【００１１】
上記微細回路５０には、プラットフォーム２０の下面２２に配置され、ポケット４２からの冷却空気（エンジンブリード空気）を収容する入口５６が設けられる。また、上記微細回路５０には、プラットフォーム２０の上面２４に配置され、後縁３６に向かって冷却空気を送る出口５８が設けられる。好ましくは、入口５６と出口５８とは、それぞれスロット形状をなす。好ましくは、入口５６は、前方リム３４から、前方リム３４から後方リム３６までのプラットフォーム２０幅の６０〜７０％に相当する距離の所に配置される。
【００１２】
冷却流体経路６０が、上記入口５６から上記出口５８まで延び、距離Ｄを有する。本発明の好適な態様おいては、冷却流体経路６０の高さＨは１５〜２５mil（約０．３８〜約０．６４ｍｍ）である。本発明の好適な態様においては、Ｈ：Ｄの比率は１もしくは１よりも大きくすべきである。このＨ：Ｄの比率が１よりも小さくなると、冷却に用いられた特徴による効果が減少する。
【００１３】
冷却効果を高めることに関して、上記微細回路５０の内部やプラットフォーム２０の内部に、複数のペデスタル（支柱）６２が備え付けられる。冷却効果を高める乱流をより多く発生させるために、ペデスタル６２は好ましくは千鳥状に配列される。
【００１４】
出口５８においては、圧力を、この領域のタービンエンジン部品の吸入圧力（sink pressure）よりも少なくとも３％より大きく、好ましくは少なくとも５％より大きくすべきである。
【００１５】
図２、図５、および図６を参照すると、プラットフォーム２０の内部に第２微細回路が形成されている。第２微細回路８０は、エーロフォイル部１４の正圧面３２と、プラットフォーム２０の正圧側エッジ４０との間に配置される。第２微細回路８０は、プラットフォーム２０の下面２２に入口８２を備え、プラットフォーム２０の上面２４に出口８４を備える。入口８２と出口８４との双方とも、好ましくはスロット形状をなす。
【００１６】
好ましくは、入口８２は、前方リム３４から、前方リム３４から後方リム３６までのプラットフォーム２０の幅の３３〜５０％に相当する距離の所に配置される。上記微細回路８０は、上記入口８２から上記出口８４までの距離Ｄだけ延びた冷却流体経路８６を有する。この流体経路８６の内部には、ハードウェアにかかる負荷を抑制する手段（ハードウェア負荷抑制手段）８８があり、この負荷抑制手段８８は、上記流体経路８６の側壁９０，９２から離間した細長い島のような構成をなす。好ましくは、負荷抑制手段８８は、上記距離Ｄの５０〜６０％に相当する距離だけ入口８２から離れて配置された前縁９４を備える。負荷抑制手段８８の厚さは、上記流体経路８６の幅Ｗの約４０％となるべきである。この負荷抑制手段８８は適宜な長さを有する。
【００１７】
プラットフォーム２０上の上記エッジ４０近傍の領域に、特に、クラッキングが発生し得るフィレット２３の領域に、冷却空気が送られるように、上記出口８４が配設されることが好ましい。本発明の好適な態様においては、上記流体経路８６の高さＨは１５〜２５mil（約０．３８〜約０．６４ｍｍ）の範囲である。前述したように、Ｈ：Ｄの比率を１もしくは１よりも大きくすべきである。さらに、出口８４の圧力を、出口領域８４の吸入圧力よりも少なくとも３％より大きく、好ましくは少なくとも５％より大きくすべきである。
【００１８】
本発明の上記目的を達成するためには、入口５６および入口８２の双方における圧力を、最大の圧力点を有するエンジン圧縮機ステーション（station）における圧力（Ｐ３）の５５〜６５％にすることが好ましい。また、本発明の微細回路５０，８０を用いて、出口５８の圧力を圧力Ｐ３の３０〜４０％に、出口８４の圧力を圧力Ｐ３の４５〜５５％にしてもよいことが判明している。また、４０〜５０％の対流効率が達成されることが判明しており、この値は、本発明の微細回路を備えていない他の設計によって達成される１０〜１５％の対流効率に比べて遥かに高い。
【００１９】
本発明に付随した別の利点は、上記エッジ３６，３８における金属温度を大幅に減少すること、つまり、酸化に耐える寿命を少なくとも２倍だけ伸ばしかつプラットフォームエッジでの負荷を除去することが可能となることである。
【００２０】
好適な態様においては、上記微細回路５０，８０は、各々の微細回路入口５６，８２から各々の微細回路出口５８，８４までの圧力を効果的に減少する定量調節部を備える。微細回路５０内のペデスタル６２は、効果的に一定の冷媒流量を維持するように配置されるのが好ましく、この冷媒流量は、好ましくはステーション２．５の位置においてエンジン空気流量の０．１５〜０．３５％となる。上記微細回路５０の設計により、微細回路冷却対流効率を高め、金属温度勾配を低減し、熱的な疲労寿命を伸ばすことが可能となる。また、上記微細回路５０，８０は冷媒の熱交換（heat pick-up）を向上させる。これにより、冷媒温度が上昇し、対流効率が向上することとなる。
【００２１】
広範囲の冷却フィルムの実現に関しては、スロット出口５８，８４が有益である。これにより、プラットフォームエッジ３６，３８を酸化と腐食とから保護することができる。
【００２２】
タービンブレードとの関連において本発明を説明したが、プラットフォームの冷却が必要な他のガスタービンエンジン部品にも本発明の微細回路冷却技術を使用してもよい。
【００２３】
本発明に従えば、上述した目的、手段、利点を充足する微細回路プラットフォームが実現することが明らかであろう。上記の特定の態様との関連おいて本発明を説明したが、当業者であれば、本明細書を参照することによって他の代替、改良、変更を想到することができよう。従って、これらの代替、改良、変更は添付の特許請求の範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ガスタービンエンジン用のタービンブレードを示した図。
【図２】本発明の微細回路を示す断面部分を付したタービンブレードプラットフォーム部分の平面図。
【図３】負圧側の微細回路入口を示す図２のプラットフォーム部分の断面図。
【図４】図２の線４−４に沿って切り取った断面図。
【図５】正圧側の微細回路入口を示す図２のプラットフォーム部分の断面図。
【図６】図２の線６−６に沿って切り取った断面図
【符号の説明】
【００２５】
１４…エーロフォイル部
２０…プラットフォーム
２８…エーロフォイル部の後縁
３０…エーロフォイル部の負圧面
３２…エーロフォイル部の正圧面
３８…プラットフォームの負圧側エッジ
４０…プラットフォームの正圧側エッジ
５０…第１微細回路
５６…第１微細回路の入口
５８…第１微細回路の出口
６０…冷却流体経路
６２…ペデスタル
８０…第２微細回路
８２…第２微細回路の入口
８４…第２微細回路の出口
８６…冷却流体経路
８８…負荷抑制手段
９４…前縁
【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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