【手続補正書】
【提出日】平成22年2月9日(2010.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラットフォーム（６６）と、
ダブテイル（４３）と、
前縁（４８）と後縁（５０）と正圧側壁（４４）と負圧側壁（４６）とを含み、前記プラットフォームに接続された翼形部（４２）と、
前記ダブテイルを通って前記翼形部内部へと伸び、主冷却流が前記翼形部から前記ダブテイルを通って出る出口（７０）を含む主冷却回路（６２）と、
プラットフォーム（６６）内部に設けられ、前記主冷却回路と流体連通するプラットフォーム冷却回路（６４）であって、前記主冷却回路を流れる冷却剤の一部を前記プラットフォーム冷却回路へ抽出する入口（７２）と、前記プラットフォーム冷却回路（６４）から出る冷却剤を前記主冷却回路（６２）に放出するための出口（７８）と、前記プラットフォーム冷却回路を流れる冷却剤の一部を、翼形部内に少なくとも部分的に規定される翼形部冷却回路（６８）に送るための翼形部出口（７６）とを含むプラットフォーム冷却回路（６４）と
を備えるタービンブレード（３０）。
【請求項２】
前記プラットフォーム回路（６４）の第１の出口（７８）は、前記プラットフォーム回路からの冷却剤が前記主冷却回路の冷却剤と混合されて前記ダブテイル（４３）を通って出て行くように、前記主冷却回路（６２）につながっている、請求項１に記載のタービンブレード（３０）。
【請求項３】
前記プラットフォーム冷却回路（６４）の少なくとも一部がサーペンタイン形状を有する、請求項１又は請求項２に記載のタービンブレード（３０）。
【請求項４】
前記プラットフォーム回路（６４）はセラミック中子を用いて形成される、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のタービンブレード（３０）。
【請求項５】
前記プラットフォーム回路（６４）の冷却剤は蒸気又は空気である、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のタービンブレード（３０）。
【請求項６】
ロータシャフトと、
円周上に間隔をおいて位置し、前記ロータシャフトに連結された複数のロータブレード（４０）とを備えるガスタービン（２０）用ロータアセンブリであって、該ロータブレード（４０）が請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のタービンブレード（３０）からなる、ガスタービン（２０）用ロータアセンブリ。
【請求項７】
プラットフォーム（６６）に接続された翼形部（４２）と、該プラットフォーム（６６）から伸びるダブテイル（４３）と、前記ダブテイルを通って前記翼形部内部へと伸び、主冷却流が前記翼形部から前記ダブテイルを通って出る出口（７０）を含む主冷却回路（６２）とを有するタービンブレード（３０）のプラットフォーム（６６）を冷却する方法であって、当該方法が、
主冷却回路（６２）を流れる冷却剤の一部を、プラットフォーム（６６）内部に設けられたプラットフォーム冷却回路（６４）へ抜き取るステップと、
プラットフォーム冷却回路（６４）から冷却剤の一部が主冷却回路（６２）に放出され、冷却剤の残りの部分が、翼形部内に少なくとも部分的に規定される翼形部冷却回路（６８）へと送られるように、冷却剤をプラットフォーム冷却回路（６４）から放出するステップと
を含む方法。
【請求項８】
前記プラットフォーム冷却回路（６４）の少なくとも一部がサーペンタイン形状を有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記プラットフォーム回路（６４）から翼形部冷却回路（６８）へと送った冷却剤の流れを、前記主冷却回路（６２）の冷却剤の流れと再合流させる、請求項７又は請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記プラットフォーム回路（６４）の冷却剤が蒸気又は空気である、請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】ガスタービンロータブレード及びロータアセンブリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ガスタービンエンジンに関し、特に、ガスタービンエンジンのロータアセンブリの冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンエンジンは、円周上に間隔をおいて位置するロータブレードを有するロータアセンブリを含む。バケットと呼ばれることもある各ロータブレードは、プラットフォームから径方向に外向きに伸びる翼形部を含む。各ロータブレードは、ダブテイルも含み、このダブテイルはプラットフォームとダブテイルの間に延在するシャンクから径方向に内向きに伸びる。ダブテイルは、ロータアセンブリ内のロータブレードのロータディスク又はスプールへの取り付けに用いられる。既知のブレードは、内部冷却キャビティが少なくとも部分的に翼形部、プラットフォーム、シャンク及びダブテイルにより規定されるように、中空となっている。
【０００３】
ガスタービンの動作については、入口燃焼温度が高くなると、出力及びエンジン効率が向上する。入口燃焼温度を高くすることで、ガス通路温度の上昇につながる。このようなガス通路温度の上昇により、おそらくは酸化、クリープ、クラッキングなどを含む応力が、さらにバケットプラットフォームに加わる。さらに、翼形部部品の上流に閉ループ冷却回路が用いられるガスタービンにおいては、膜冷却が行われないため、下流バケットプラットフォームでは上流翼形部からの膜キャリーオーバの恩恵がない。これは、バケットプラットフォームに対する損傷の可能性に悪影響を及ぼす。
【０００４】
最近の既知のタービンブレード構成として、ブレードプラットフォームを冷却する膜冷却を用いるものがある。具体的には、コンプレッサ排気はプラットフォームの１以上の開口部を通って送られ、冷却膜の層がプラットフォーム上に形成されてプラットフォームを流路の高温から保護する。しかしながら、このような膜冷却により、局部的な静圧を下げるために流路の空気が加速されているプラットフォーム後部を膜冷却するための十分な圧力しかない。
【特許文献１】米国特許第６，３３４，２９５号明細書
【特許文献２】米国特許第６，３３４，７５６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，４３１，８２０号明細書
【特許文献４】米国特許第６，５１４，０３８号明細書
【特許文献５】米国特許第６，５６１，７５８号明細書
【特許文献６】米国特許第６，９２３，６１６号明細書
【特許文献７】米国特許第６，９８４，１１２号明細書
【発明の開示】
【０００５】
ここではまず、タービンブレードのプラットフォームの冷却方法が開示される。このタービンブレードは、プラットフォームに接続された翼形部と、プラットフォームから伸びるダブテイルとを備える。主冷却回路はダブテイルを通って翼形部へと伸びる。主冷却回路は主冷却流が翼形部からダブテイルを通って出る出口を含む。方法は、主冷却回路を流れる冷却剤の一部をプラットフォーム冷却回路へ抜き取るステップと、冷却剤をプラットフォーム冷却回路から主冷却回路へ放出して出口に流れるようにするステップとを含む。
【０００６】
一つの様態において、タービンブレードのプラットフォームの冷却方法が提供される。タービンブレードは、プラットフォームと、ダブテイルと、前縁と、後縁と、正圧側壁と、負圧側壁とを含む翼形部を備える。この翼形部は上記プラットフォームに接続されている。上記タービンブレードは、さらに、ダブテイルを通って翼形部へと伸びる主冷却回路を備える。主冷却回路は、主冷却流が翼形部からダブテイルを通って出る出口を含む。タービンブレードは、また、主冷却回路と流体連通するプラットフォーム冷却回路を備える。プラットフォーム回路は、主冷却回路を流れる冷却剤の一部をプラットフォーム回路へ抜き取る入口と、冷却剤がプラットフォーム冷却回路を出て行く出口とを含む。
【０００７】
別の様態において、ガスタービンのロータアセンブリが提供される。ロータアセンブリは、ロータシャフトと、複数の円周上に間隔をおいて位置し、ロータシャフトに連結されたロータブレードとを備える。各ロータブレードは、プラットフォームと、ダブテイルと、前縁と後縁と正圧側壁と負圧側壁とを有する翼形部を含む。この翼形部は上記プラットフォームに接続されている。上記タービンブレードは、さらに、ダブテイルを通って翼形部へと伸びる主冷却回路を備える。主冷却回路は、主冷却流が翼形部からダブテイルを通って出る出口を含む。タービンブレードは、また、主冷却回路と流体連通するプラットフォーム冷却回路を備える。プラットフォーム回路は、主冷却回路を流れる冷却剤の一部をプラットフォーム回路へ抜き取る入口と、冷却剤がプラットフォーム冷却回路を出て行く出口とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
一般に、また以下に詳しく述べるように、ロータブレードは主冷却回路を含む。主冷却回路はダブテイルを通って翼形部へと伸びる。この主冷却回路は、その後、ダブテイルを通って翼形部から伸びる。一実施形態では、ロータブレードプラットフォーム冷却は、主冷却回路から翼形部に供給される冷却剤流の一部を抜き取りサーペンタイン形状通路又はプラットフォーム内のプラットフォーム回路に冷却剤を流して、対流的にプラットフォームを冷却することにより行われる。プラットフォームサーペンタイン冷却流の一部は、プラットフォーム回路から抜き取られて、翼形部内にある翼形部の一部を冷却する翼形部冷却回路に供給される。その後、この冷却剤流は、主翼形部冷却流に合流する。プラットフォームサーペンタイン冷却剤流の残りは、バケットプラットフォームの対流的冷却を続け、その後主冷却回路に放出されて出口に流れる。
【０００９】
この実施形態では、プラットフォームサーペンタイン冷却回路はプラットフォームと一体化された鋳込み機構である。また、このような回路は、部分的に、プラットフォームに固定するための付属のカバープレートとともに鋳造される。プラットフォームから冷却剤に移動する熱を増やすために、回路内で攪拌器を用いてもよい。このようなプラットフォーム冷却回路は、閉ループ蒸気冷却バケット及び空気冷却バケットに関連して用いられてもよい。
【００１０】
図面を参照すると、図１はガスタービン２０を含むガスタービンシステム１０の切り欠き側面図である。ガスタービン２０は、圧縮部２２と、複数の燃焼缶２６を含む燃焼部２４と、シャフト２９を用いて圧縮部２２に連結されたタービン部２８とを含む。複数のタービンブレード３０はタービンシャフト２９に連結されている。複数のタービンブレード３０の間には、複数の回転しないタービンノズル台３１が配置され、このタービンノズル台は複数のタービンノズル３２を含む。タービンノズル３２は、タービンブレード３０及びノズル３２を囲むハウジング又はシェル３４に連結されている。高温のガスがノズル３２を通るよう導かれてブレード３０に衝突し、ブレード３０をタービンシャフト２９に沿って回転させる。
【００１１】
動作中、周囲空気は圧縮部２２に送られ、ここで周囲空気は周囲空気よりも高い気圧に圧縮される。その後、圧縮された空気は燃焼部２４に送られ、ここで圧縮された空気は燃料と混合されて比較的高圧で高速度のガスを生じる。タービン部２８は、燃焼部２４から流れてくる高圧高速度ガスからエネルギーを抽出するよう構成されている。ガスタービンシステム１０は、通常、ガスタービンシステム１０に取り付けられた自動及び／又は電子制御システム（不図示）から、各種の制御パラメータによって制御される。
【００１２】
図２は、ガスタービンエンジン２０に用いられるロータブレード４０の一例の模式的斜視図である。例示的実施形態では、複数のロータブレード４０がガスタービンエンジン２０の高圧タービンロータブレード台（不図示）を形成する。各ロータブレード４０は、中空の翼形部４２と、既知の方法で翼形部４２をロータディスク（不図示）に取り付けるための一体型のダブテイル４３とを含む。
【００１３】
翼形部４２は、第１側壁４４と第２側壁４６とを含む。第１側壁４４は凸状で翼形部４２の負圧面を規定し、第２側壁４６は凹状で翼形部４２の正圧面を規定する。側壁４４及び４６は、前縁４８及び前縁４８の下流に翼形部４２の軸方向に間隔をおいて配置された後縁５０でつながっている。
【００１４】
第１及び第２側壁４４及び４６はそれぞれ、長手方向又は径方向に外向きに伸びて、ダブテイル４３に隣接して配置されたブレード根元部５２から、内部冷却回路又はチャンバ５６の径方向外境界を規定するトッププレート５４にわたる。冷却回路５６は、側壁４４及び４６の間の翼形部４２内で規定される。翼形部４２の内部冷却は、関連分野では既知である。この例示的実施形態では、冷却回路５６は圧縮部により抜き取られた空気によって冷却されるサーペンタイン形状通路を含む。
【００１５】
図３はロータブレード６０の別の例の一部断面模式的斜視図である。ブレード６０の部品は、図２に示すブレード４０の部品と同じであり、図３において、図２で用いられたのと同じ符号で示される。具体的には、図３に示すように、主冷却回路６２はロータブレードを通って伸びる。すなわち、主冷却回路６２はダブテイル４３を通って翼形部４２へと伸びる。このような主冷却回路６２は、その後、翼形部４２からダブテイル４３へと戻る。
【００１６】
一実施形態では、ロータブレードプラットフォーム冷却は、主冷却回路６２から翼形部に供給される冷却剤流の一部を抜き取りサーペンタイン形状通路又はプラットフォーム６６内のプラットフォーム回路６４に冷却剤を流して、対流的にプラットフォーム６６を冷却することにより行われる。プラットフォームサーペンタイン冷却流の一部は、プラットフォーム回路６４から抜き取られて、翼形部４２内にある翼形部４２の一部を冷却する翼形部冷却回路６８に供給される。その後、この冷却剤流は、主翼形部冷却流に合流する。プラットフォームサーペンタイン冷却剤流の残りは、バケットプラットフォーム６６の対流的冷却を続け、その後主冷却回路６６に放出されて主冷却回路出口７０を流れる。
【００１７】
図４はプラットフォームサーペンタイン冷却回路６４の一例の上面図であり、図５はプラットフォームサーペンタイン冷却回路６４の斜視図である。図４及び図５を参照すると、回路６４は、通常は翼形部に供給される冷却剤流の一部が主冷却回路６２からプラットフォーム冷却回路６４へ抜き取られるように、入口７２を含む。プラットフォーム回路６４は、また、プラットフォーム６６から回路６４内部を流れる冷却剤への熱移動を容易にするサーペンタイン形状部又は部分７４を含む。回路６４は、また、翼形部出口７６を含み、プラットフォームサーペンタイン冷却流の一部が、プラットフォーム回路６４から抜き取られて、翼形部４２内にある翼形部４２の一部を冷却する翼形部冷却回路６８に供給され、その後、この冷却剤流は主翼形部冷却流に合流する。プラットフォームサーペンタイン冷却剤流の残りは、バケットプラットフォーム６６の対流的冷却を続ける。プラットフォーム回路６４は、さらに出口７８を含み、ここから回路６４内を完全に流れた冷却剤が主冷却回路６６に出て行く、例えば放出されて、主冷却回路出口７０を流れる。
【００１８】
この実施形態では、プラットフォームサーペンタイン冷却回路はプラットフォームと一体化された鋳込み機構である。具体的には、回路はセラミック中子又はロストワックス鋳造法におけるワックスを用いて形成されてもよい。ロストワックス鋳造法では、プレートは、通常、プラットフォーム内の回路を完全に囲むように、プラットフォームに溶接又はろう付けされる。プラットフォームから冷却剤に移動する熱を増やすために、回路内で攪拌器を用いてもよい。このようなプラットフォーム冷却回路は、閉ループ蒸気冷却バケット及び空気冷却バケットに関連して用いられてもよい。
【００１９】
上述のようなプラットフォーム冷却は、高い入口燃焼温度でのガスタービンの動作を容易にし、このような高い入口燃焼温度により、バケットプラットフォームへの応力を増やすことなく出力及びエンジン効率を向上させることができる。加えて、このようなプラットフォーム冷却は、特定の動作条件における膜冷却のように、プラットフォームの後部だけでなくプラットフォーム全体の冷却を容易にする。
【００２０】
本発明を各種の具体的な実施形態に関して説明したが、当業者であれば、本発明は請求の趣旨と範囲における修正を加えて実施することが可能であることが認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ガスタービンを含むガスタービンシステムの切り欠き側面図である。
【図２】ロータブレードの一例の模式的斜視図である。
【図３】ロータブレードの別の例の一部断面を含む模式的斜視図である。
【図４】プラットフォームサーペンタイン冷却回路の一例の上面図である。
【図５】図４に示すプラットフォームサーペンタイン冷却回路の斜視図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  ガスタービンシステム
２０  ガスタービンエンジン
２２  圧縮部
２４  燃焼部
２６  燃焼缶
２８  タービン部
２９  タービンシャフト
３０  タービンブレード
３１  タービンノズル台
３２  タービンノズル
３４  ハウジング又はシェル
４０  ロータブレード
４２  翼形部
４３  ダブテイル
４４  第１側壁
４６  第２側壁
４８  前縁
５０  後縁
５２  ブレード根元部
５４  トッププレート
５６  冷却回路
６０  ロータブレード
６２  主冷却回路
６４  プラットフォーム冷却回路
６６  バケットプラットフォームを冷却
６８  翼形部冷却回路
７０  主冷却回路出口
７２  入口
７４  部分
７６  翼形部出口
７８  出口