JP2011241827A - シャンク空洞及び冷却孔 - Google Patents

Abstract

【課題】シャンク空洞及び冷却孔を持つタービン動翼を提供する。
【解決手段】タービン動翼（１０）は、その中に空洞（２２）を画成するシャンク（２０）であって、初期圧力を持つ翼車空間の空気（４０）が該空洞内に流入できるようにローターと接続可能であるシャンク（２０）と、前記シャンクに結合されていて、その中に冷却孔（５０，６０）を画成するプラットフォーム（３０）と、を有する。前記シャンク（２０）及び前記プラットフォーム（３０）の各々は更に、前記空洞（２２）及び前記冷却孔（５０，６０）が流体連通することができるように、且つ前記空洞（２２）内に流入された前記翼車空間の空気（４０）が前記空洞（２２）から前記冷却孔（５０，６０）へ供給されて、前記初期圧力よりも大きい第２の圧力で前記冷却孔（５０，６０）を通ることができるように、前記空洞（２２）及び前記冷却孔（５０，６０）をそれぞれ画成する。
【選択図】図２

Description

本書に開示する内容は、シャンク空洞及び冷却孔を持つタービン動翼に関するものである。

ガス又は蒸気タービン・エンジンのようなタービン・エンジンでは、燃料及び空気の混合物を燃焼器内で燃焼させ、その燃焼の副生成物を高温流体として下流のタービン部分へ供給する。このような高温流体は様々な段におけるタービン羽根の環状配列と空気力学的に相互作用して、動力及び／又は電気を発生させる。

場合によっては、高温流体は、例えば熱劣化によって、タービン羽根を損傷することがある。そのため、対応策として、タービン羽根を冷却する必要がある。残念なことに、タービン羽根に冷却剤を供給することは運転コストを高くする虞があり、しばしば取付け及び維持が困難である比較的複雑な回路を必要とすることがある。

米国特許第６９４５７４９号

本発明の一面によれば、タービン動翼を提供する。該タービン動翼は、（１）その中に空洞を画成するシャンクであって、初期圧力を持つ翼車空間の空気が該空洞内に流入できるようにローターと接続可能であるシャンクと、（２）前記シャンクに結合されていて、その中に冷却孔を画成するプラットフォームと、を有する。前記シャンク及び前記プラットフォームの各々は更に、前記空洞及び前記冷却孔が流体連通するように、且つ前記空洞内に流入された前記翼車空間の空気が前記空洞から前記冷却孔へ供給されて、前記初期圧力よりも大きい第２の圧力で前記冷却孔を通ることができるように、前記空洞及び前記冷却孔をそれぞれ画成する。

本発明の別の面によれば、タービン動翼を提供する。該タービン動翼は、（１）その中に空洞を画成するシャンク本体を含むシャンクであって、該シャンク本体は、初期圧力を持つ翼車空間の空気が該空洞内に流入できるようにローターと接続可能である、シャンクと、（２）前記シャンクに結合されていて、その中に冷却孔を画成するプラットフォーム本体を含むプラットフォームであって、前記冷却孔は、前記空洞内に流入された前記翼車空間の空気が前記空洞から前記冷却孔へ供給されて、前記初期圧力よりも大きい第２の圧力で前記冷却孔を通ることができるように前記空洞と流体連通している、プラットフォームと、（３）前記プラットフォームから延在する後部プラットフォームであって、当該後部プラットフォームから実質的に半径方向外側に画成されたタービン流路と当該後部プラットフォームから実質的に半径方向内側に画成されたトレンチ(trench)空洞との内の少なくとも一方の中へ前記翼車空間の空気を排出することができるように前記冷却孔が終端している後部プラットフォームと、を有する。

本発明の更に別の面によれば、タービン動翼を提供する。該タービン動翼は、（１）その中に空洞を画成するシャンクであって、初期圧力を持つ翼車空間の空気が該空洞内に流入できるようにローターと接続可能であるシャンクと、（２）前記シャンクに結合されていて、その中に前記空洞と流体連通する主冷却孔を画成すると共に、その中に該主冷却孔と流体連通する複数の分岐冷却孔を画成するプラットフォームであって、前記冷却孔及び分岐冷却孔は、前記空洞内に流入された前記翼車空間の空気が前記空洞から前記主冷却孔へ供給されて、前記主冷却孔を通り、次いで前記初期圧力よりも大きい第２の圧力で前記分岐冷却孔を通ることができるように画成されている、プラットフォームと、（３）前記プラットフォームから延在する後部プラットフォームであって、当該後部プラットフォームから実質的に半径方向外側に画成されたタービン流路と当該後部プラットフォームから実質的に半径方向内側に画成されたトレンチ空洞との内の少なくとも一方の中へ前記翼車空間の空気を排出することができるように前記分岐冷却孔が終端している後部プラットフォームと、を有する。

これらの及び他の利点及び特徴は、図面を参照した以下の説明からより一層明らかになろう。

発明と見なされる内容は「特許請求の範囲」に具体的に指摘して明瞭に記載している。本発明の前述の及び他の特徴及び利点は、添付の図面を参照した以下の説明から明らかであろう。

図１は、タービン動翼の一部分の拡大側断面図である。 図２は、図１のタービン動翼の側面図である。

以下に、本発明の実施形態について、例として図面を参照して、利点及び特徴と共に詳しく説明する。

図１及び２を参照して説明すると、タービン動翼１０が提供され、該タービン動翼１０は、シャンク本体２１を持つシャンク２０と、プラットフォーム本体３１を持つプラットフォーム３０と、後部プラットフォーム７０を含む。シャンク本体２１はその中にシャンク空洞２２を画成するように形成され、また、実施形態によっては、ローターのダブテール集成体と接続可能である半径方向内側部分を持つ。この接続により、初期圧力を持つ翼車空間の空気４０がシャンク空洞２２の中へ流れ又は漏洩することができる。

プラットフォーム本体３１は、高温流体及びガス３３の流れが通り過ぎると共に、シャンク本体２１の半径方向外側部分に一体に結合されている翼形部３２を支持しており、且つその中に入口及び中間部分を持つ冷却孔を画成するように形成されている。入口は主冷却孔５０であり、また中間部分は１つ以上の分岐冷却孔６０を含むことができる。主冷却孔５０及び分岐冷却孔６０の両方は、ローターの中心線９０に対して斜めの角度で配向することができる。主冷却孔５０はシャンク空洞２２と流体連通し、また分岐冷却孔６０は主冷却孔５０と流体連通する。このような場合、シャンク空洞２２に流入された翼車空間の空気４０は、シャンク空洞２２から供給されて、主冷却孔５０を通り、次いで少なくとも初期圧力と同等であるか、又は、場合によっては、それよりも大きい第２の圧力で分岐冷却孔６０に通すことができる。

後部プラットフォーム７０は主プラットフォーム本体３１から軸方向に延在していて、流路側表面７１及びトレンチ空洞側表面７２を含む。各々の分岐冷却孔６０は後部プラットフォーム７０で終端することができる。より詳しく述べると、第１群の分岐冷却孔６０は流路側表面７１で終端することができ、また第２群の分岐冷却孔６０はトレンチ空洞側表面７２で終端することができる。実施形態によっては、第１群の分岐冷却孔６０は互いに円周方向に整列させることができる。同様に、第２群の分岐冷却孔６０は互いに円周方向に整列させることができる。

分岐冷却孔６０が流路側表面７１で終端している場合、翼車空間の空気４０は流路側表面７１の一部分の上を流れて、後部プラットフォーム７０の実質的に半径方向外側に画成されたタービン流路８０の中へ第１の排気４０１として排出することができる。逆に、分岐冷却孔６０がトレンチ空洞側表面７２で終端している場合、翼車空間の空気４０はトレンチ空洞側表面７２に衝突して、後部プラットフォーム７０の実質的に半径方向内側に画成されたトレンチ空洞８１の中へ第２の排気４０２として排出することができる。

翼車空間の空気４０は様々な場所で且つ様々な方法でタービン動翼１０から熱を除去する。例えば、シャンク空洞２２、主冷却孔５０及び分岐冷却孔６０内の翼車空間の空気４０が対流冷却を行い、これによって、シャンク空洞２２、主冷却孔５０及び分岐冷却孔６０に近接するシャンク本体２１及びプラットフォーム本体３１の部分が伝導冷却を受ける。同様に、分岐冷却孔６０からタービン流路８０へ出力される翼車空間の空気４０は、流路側表面７１上を流れて、流路側表面７１に対して膜冷却を行うことができる。分岐冷却孔６０からトレンチ空洞８１へ出力される翼車空間の空気４０は、トレンチ空洞側表面７２に衝突して、トレンチ空洞側表面７２に対して衝突冷却を行うことができる。

主冷却孔５０は幅Ｗ１を持ち、これは分岐冷却孔６０の幅Ｗ２よりも大きい。このような場合、分岐冷却孔６０に流入する翼車空間の空気４０の圧力は、初期圧力に維持され又はそれよりも高くなる。実施形態によっては、翼車空間の空気４０の圧力は、付加的な翼車空間の空気４１の流入と、ローターの周りのタービン動翼１０の回転中にそれに加えられる遠心力とによって、更に高めることができる。

以上、本発明を限られた数の実施形態のみに関連して詳しく説明したが、本発明がこのような開示した実施形態に制限されるものではないことを理解されたい。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の精神及び範囲に相応する任意の数の変形、変更、置換又は等価な構成を取り入れるように修正することができる。また、本発明の様々な実施形態を説明したが、本発明の様々な面が説明した実施形態の幾つかのみを含み得ることを理解されたい。従って、本発明は上記の説明によって制限されるものと考えるべきではなく、「特許請求の範囲」の項に記載の範囲によって制限されるに過ぎない。

１０ タービン動翼
２０ シャンク
２１ シャンク本体
２２ シャンク空洞
３０ プラットフォーム
３１ プラットフォーム本体
３２ 翼形部
３３ ガス
４０ 翼車空間の空気
４１ 付加的な翼車空間の空気
５０ 主冷却孔
６０ 分岐冷却孔
７０ 後部プラットフォーム
７１ 流路側表面
７２ トレンチ空洞側表面
８０ タービン流路
８１ トレンチ空洞
９０ 中心線
４０１ 第１の排気
４０２ 第２の排気

Claims (10)

1. その中に空洞（２２）を画成するシャンク（２０）であって、初期圧力を持つ翼車空間の空気（４０）が該空洞（２２）内に流入できるようにローターと接続可能であるシャンク（２０）と、
   前記シャンク（２０）に結合されていて、その中に冷却孔（５０，６０）を画成するプラットフォーム（３０）と、を有し、
   前記シャンク（２０）及び前記プラットフォーム（３０）の各々は更に、前記空洞（２２）及び前記冷却孔（５０，６０）が流体連通することができるように、且つ前記空洞（２２）内に流入された前記翼車空間の空気（４０）が前記空洞（２２）から前記冷却孔（５０，６０）へ供給されて、前記初期圧力よりも大きい第２の圧力で前記冷却孔（５０，６０）を通ることができるように、前記空洞（２２）及び前記冷却孔（５０，６０）をそれぞれ画成していること、
   を特徴とするタービン動翼（１０）。
2. 前記冷却孔（５０，６０）の入口は、その中間部分の幅に等しいか又はそれよい広い幅を持っている、請求項１記載のタービン動翼（１０）。
3. 前記冷却孔（５０，６０）は前記ローターの中心線（９０）に対して斜めの角度で配向されている、請求項１記載のタービン動翼（１０）。
4. 前記プラットフォーム（３０）は前記冷却孔が終端する後部プラットフォーム（７０）を有しており、該後部プラットフォーム（７０）は流路側表面（７１）及びトレンチ空洞側表面（７２）を持っている、請求項１記載のタービン動翼（１０）。
5. 前記冷却孔（５０，６０）は前記流路側表面（７１）又は前記トレンチ空洞側表面（７２）の一方で終端している、請求項４記載のタービン動翼（１０）。
6. 前記冷却孔（５０，６０）は複数の冷却孔（５０，６０）を有し、前記複数の冷却孔（５０，６０）の内の第１の群が互いに整列していて、前記流路側表面（７１）で終端しており、また前記複数の冷却孔（５０，６０）の内の第２の群が互いに整列していて、前記トレンチ空洞側表面（７２）で終端している、請求項４記載のタービン動翼（１０）。
7. 前記翼車空間の空気（４０）は、付加的な翼車空間の空気（４１）の流入及びそれに加えられる遠心力の内の少なくとも１つによって加圧される、請求項１記載のタービン動翼（１０）。
8. 前記翼車空間の空気（４０）は、衝突冷却、対流冷却、伝導冷却及び膜冷却の１つ以上によって少なくとも前記プラットフォーム（３０）から熱を除去する、請求項１記載のタービン動翼（１０）。
9. その中に空洞（２２）を画成するシャンク本体（２１）を含むシャンク（２０）であって、該シャンク本体（２１）は、初期圧力を持つ翼車空間の空気（４０）が該空洞（２２）内に流入できるようにローターと接続可能である、シャンク（２０）と、
   前記シャンク（２０）に結合されていて、その中に冷却孔（５０，６０）を画成するプラットフォーム本体（３１）を含むプラットフォーム（３０）であって、前記冷却孔（５０，６０）は、前記空洞（２２）内に流入された前記翼車空間の空気（４０）が前記空洞（２２）から前記冷却孔（５０，６０）へ供給されて、前記初期圧力よりも大きい第２の圧力で前記冷却孔（５０，６０）を通ることができるように、前記空洞（２２）と流体連通している、プラットフォーム（３０）と、
   前記プラットフォーム（３０）から延在する後部プラットフォーム（７０）であって、当該後部プラットフォーム（７０）から実質的に半径方向外側に画成されたタービン流路（８０）と当該後部プラットフォーム（７０）から実質的に半径方向内側に画成されたトレンチ空洞（８１）との内の少なくとも一方の中へ前記翼車空間の空気（４０）を排出することができるように前記冷却孔（５０，６０）が終端している後部プラットフォーム（７０）と、
   を有するタービン動翼（１０）。
10. 前記翼車空間の空気（４０）は、衝突冷却、対流冷却、伝導冷却及び膜冷却の１つ以上によって少なくとも前記プラットフォーム（３０）から熱を除去する、請求項９記載のタービン動翼（１０）。