JP2012077744A - タービンロータブレードのプラットフォーム領域を冷却するための装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】作動時に高圧冷媒領域および低圧冷媒領域を有するタービンロータブレード100のプラットフォーム冷却構成は、エーロフォイル102の圧力面106とプラットフォーム110との接合部付近に位置するエーロフォイルマニホルドと、圧力側スラッシュ面の付近に位置するスラッシュ面マニホルドと、内部冷却通路の高圧冷媒領域にエーロフォイルマニホルドを連結する高圧コネクタと、内部冷却通路の低圧冷媒領域にスラッシュ面マニホルドを連結する低圧コネクタと、始点から圧力側スラッシュ面に沿ってエーロフォイルマニホルドとの連結部まで延在して、スラッシュ面マニホルドの間においてスラッシュ面マニホルドと交差する冷却孔と、複数の非一体プラグとを備える。
【選択図】図1
Description
図4および図5の従来的な設計は、組立状況または設置状況のばらつきにより影響を受けない点において、図3の設計を上回る利点を有することが理解されよう。しかし、この種の従来的な設計は、複数の制約または欠点を有する。第1に、図示するように、単一の回路のみが、エーロフォイル102の各側に設けられ、したがって、プラットフォーム110の様々な位置での冷却空気使用量の制御が制限されるという欠点を有する。第2に、このタイプの従来的な設計は、対応エリアが概して限定される。図5の蛇行経路は、図4に比べると対応範囲に関して向上が見られるが、依然としてプラットフォーム110内において冷却されないままにおかれる非対応エリアが存在する。第3に、複雑に形成されたプラットフォーム冷却チャネル120による比較的良好な対応を得るためには、特に冷却チャネルが形成に注型プロセスを要する形状を有する場合には製造コストが劇的に高くなる。第4に、これらの従来的な設計は、典型的には、使用後に、および冷媒が完全に排出される前に、高温ガス経路内に冷媒を追いやり、これが、エンジンの効率に悪影響を及ぼす。第5に、この種の従来的な設計は、概して自由度が低い。すなわち、チャネル120は、プラットフォーム110の一体部分として形成され、作動条件が変化した場合にそれらの機能または構成を変更することが殆どまたは全くできない。さらに、これらのタイプの従来的な設計は、修理または改造が困難である。
102 エーロフォイル
104 ルート
105 負圧面
106 圧力面
107 前縁
108 後縁
109 蟻ほぞ部
110 プラットフォーム
112 シャンク
113 プラットフォーム上面
114 プラットフォーム下面
116 内部冷却通路
117 入口
118 出口
119 空洞部
120 プラットフォーム冷却チャネル
121 後方縁部
122 負圧側縁部またはスラッシュ面
124 前方縁部
126 圧力側縁部またはスラッシュ面
128 プラットフォームの圧力側
130 プラットフォーム冷却構成
132 エーロフォイルマニホルド
133 スラッシュ面マニホルド
134 下面チャネル
135 マニホルドプレート
138 高圧コネクタ
139 低圧コネクタ
140 冷却孔
146 スラッシュ面プラグ
148 中間チャネルプラグ
Claims (15)
- エーロフォイル(102)とルート(104)との間の接合部にプラットフォーム(110)を有するタービンロータブレード(100)のためのプラットフォーム冷却構成(130)であって、前記ロータブレード(100)は、前記ルート(104)から前記プラットフォーム(110)の少なくともほぼラジアル方向高さまで延在する内部冷却通路(116)を備え、作動時には高圧冷媒領域および低圧冷媒領域を備え、前記エーロフォイル(102)の圧力面(106)に対応する前記プラットフォーム(110)の側に沿って、前記プラットフォーム(110)は、前記エーロフォイル(102)から圧力側スラッシュ面(126)まで延在する上面(113)および下面(114)を備え、前記プラットフォーム冷却構成(130)は、
前記エーロフォイル(102)の前記圧力面(106)と前記プラットフォーム(110)との接合部付近に前記プラットフォーム(110)内に位置するエーロフォイルマニホルド(132)と、
前記圧力側スラッシュ面(126)の付近に前記プラットフォーム(110)内に位置するスラッシュ面マニホルド(133)と、
前記内部冷却通路(116)の前記高圧冷媒領域に前記エーロフォイルマニホルド(132)を連結する高圧コネクタ(138)と、
前記内部冷却通路(116)の前記低圧冷媒領域に前記スラッシュ面マニホルド(133)を連結する低圧コネクタ(139)と、
始点から前記圧力側スラッシュ面(126)に沿って前記エーロフォイルマニホルド(132)との連結部まで延在して、前記スラッシュ面マニホルド(133)間において前記スラッシュ面マニホルド(133)と交差する孔を含む、冷却孔(140)と、
前記冷却孔(140)、前記高圧コネクタ(138)、および前記低圧コネクタ(139)の中の少なくとも1つの中に位置する非一体プラグ(146、148)と
を備え、前記プラグは、作動中に、前記プラットフォーム(110)を通る冷媒の所望の流れパターンを実現するように、所定の構成および配置を有する、プラットフォーム冷却構成(130)。 - 前記エーロフォイルマニホルド(132)は、第1の非一体マニホルドプレート(135)により密閉される前記プラットフォーム(110)の前記下面(114)中に形成される第1のチャネル(134)を備え、前記スラッシュ面マニホルド(133)は、第2の非一体マニホルドプレート(135)により密閉される前記プラットフォーム(110)の前記下面(114)中に形成される第2のチャネル(134)を備え、
前記第1および第2のマニホルドプレート(135)は、前記第1および第2のチャネル(134)に沿って前記プラットフォーム(110)の前記下面(114)を画定し、
前記内部冷却通路(116)の前記高圧冷媒領域は、内部冷却通路(116)の上流部分を含み、前記内部冷却通路(116)の前記低圧冷媒領域は、前記内部冷却通路(116)の下流部分を含む、請求項1記載のプラットフォーム冷却構成(130)。 - エーロフォイル(102)とルート(104)との間の接合部にプラットフォーム(110)を有する前記タービンロータブレード(100)内にプラットフォーム冷却構成(130)を製造する方法であって、前記タービンロータブレード(100)は、前記ルート(104)から前記プラットフォーム(110)の少なくともほぼラジアル方向高さまで延在する内部冷却通路(116)を備え、作動時には高圧冷媒領域および低圧冷媒領域を備え、前記エーロフォイル(102)の圧力面(106)に対応する前記プラットフォーム(110)の側に沿って、前記プラットフォーム(110)は、前記エーロフォイル(102)から圧力側スラッシュ面(126)まで延在する上面(113)および下面(114)を備え、
前記エーロフォイル(102)の前記圧力面(106)と前記プラットフォーム(110)との接合部付近に前記プラットフォーム(110)内に位置するエーロフォイルマニホルド(132)を形成するステップと、
前記圧力側スラッシュ面(126)の付近に前記プラットフォーム(110)内に位置するスラッシュ面マニホルド(133)を形成するステップと、
直線状に、前記圧力側スラッシュ面(126)から前記内部冷却通路(116)の前記高圧冷媒領域との接合部までほぼ外周方向に延在する高圧コネクタ(138)を機械加工するステップであり、前記高圧コネクタ(138)の直線状経路は、前記高圧コネクタ(138)が前記内部冷却通路(116)の前記高圧冷媒領域に連結される手前で前記スラッシュ面マニホルド(133)および前記エーロフォイルマニホルド(132)に交差するように、所定の経路に沿って機械加工される、ステップと、
前記圧力側スラッシュ面(126)から前記内部冷却通路(116)の前記低圧冷媒領域との接合部までほぼ外周方向に直線状に延在する低圧コネクタ(139)を機械加工するステップであり、前記低圧コネクタ(139)の直線状経路は、前記内部冷却通路(116)の前記低圧冷媒領域に連結される手前で前記スラッシュ面マニホルド(133)に交差するように、所定の経路に沿って機械加工される、ステップと、
前記圧力側スラッシュ面(126)から前記エーロフォイルマニホルド(132)までほぼ外周方向に直線状に延在する冷却孔(140)を機械加工するステップであり、前記冷却孔(140)の経路は、それぞれが前記エーロフォイルマニホルド(132)に連結される手前で前記スラッシュ面マニホルド(133)に交差するように、所定の経路に沿って機械加工される、ステップと、
前記冷却孔(140)、前記高圧コネクタ(138)、および前記低圧コネクタ(139)の中の少なくとも1つの中にプラグ(146、148)を設置するステップと
を含み、
前記プラグ(146、148)の構成および位置は、前記プラットフォーム(110)を通る冷媒の所望の流れパターンを実現するように構成される、方法。 - 前記エーロフォイルマニホルド(132)を形成する前記ステップは、前記プラットフォーム(110)の前記下面(114)中に第1のチャネル(134)を機械加工し、第1のマニホルドプレート(135)により前記第1のチャネル(134)を密閉するステップを含み、
前記スラッシュ面マニホルド(133)を形成する前記ステップは、前記プラットフォーム(110)の前記下面(114)中に第2のチャネル(134)を機械加工し、第2のマニホルドプレート(135)により前記第2のチャネル(134)を密閉するステップを含み、
前記第1および第2のマニホルドプレート(135)は、前記第1および第2のチャネル(134)に沿って前記プラットフォーム(110)の前記下面(114)を画定し、
前記内部冷却通路(116)の前記高圧冷媒領域は、内部冷却通路(116)の上流部分を含み、前記内部冷却通路(116)の前記低圧冷媒領域は、前記内部冷却通路(116)の下流部分を含む、請求項3記載の方法。 - 前記エーロフォイルマニホルド(132)は、前記エーロフォイル(102)の前記圧力面(106)の前記縦断面輪郭とほぼ一致し、前記圧力面(106)からずらされて位置する、弓様形状縦断面を備えるように形成され、前記圧力側スラッシュ面(126)の方向にずらされ、
前記スラッシュ面マニホルド(133)は、前記圧力側スラッシュ面(126)からずらされたほぼ直線形状を備えるように形成され、前記エーロフォイル(102)の方向にずらされ、
前記スラッシュ面マニホルド(133)は、前記エーロフォイル(102)の前記後縁付近の軸方向位置から前記エーロフォイル(102)の前記前縁(107)付近の軸方向位置まで軸方向に延在する、請求項3記載の方法。 - 前記エーロフォイルマニホルド(132)は、前記プラットフォーム(110)の前記下面(114)の直ぐ外側に位置し、前記プラットフォーム(110)の前記平坦状上面(113)に対してほぼ平行である長手方向軸を有し、
前記スラッシュ面マニホルド(133)は、前記プラットフォーム(110)の前記下面(114)の直ぐ外側に位置し、前記プラットフォーム(110)の前記平坦状上面(113)に対してほぼ平行である長手方向軸を有する、請求項3記載の方法。 - 前記エーロフォイルマニホルド(132)を形成する前記ステップは、前記プラットフォーム(110)の前記下面(114)中に第1のチャネル(134)を注型し、第1のマニホルドプレート(135)により前記第1のチャネル(134)を密閉するステップを含み、
前記スラッシュ面マニホルド(133)を形成する前記ステップは、前記プラットフォーム(110)の前記下面(114)中に第2のチャネル(134)を注型し、第2のマニホルドプレート(135)により前記第2のチャネル(134)を密閉するステップを含み、
設置時に、前記第1および第2のマニホルドプレート(135)は、前記第1および第2のチャネル(134)に沿って前記プラットフォーム(110)の前記下面(114)を画定し、
前記内部冷却通路(116)の前記高圧冷媒領域は、内部冷却通路(116)の上流部分を含み、前記内部冷却通路(116)の前記低圧冷媒領域は、前記内部冷却通路(116)の下流部分を含む、請求項3記載の方法。 - 前記高圧コネクタ(138)は、前記圧力側スラッシュ面(126)の軸方向中間点にほぼ一致する、前記圧力側スラッシュ面(126)に沿った軸方向位置を有し、
少なくとも複数の前記冷却孔(140)が、前記高圧コネクタ(138)の前に形成され、少なくとも複数の前記冷却孔(140)が、前記高圧コネクタ(138)の後に形成される、請求項3記載の方法。 - 前記エーロフォイルマニホルド(132)および前記スラッシュ面マニホルド(133)はそれぞれ、前記高圧コネクタ(138)および前記低圧コネクタ(139)のそれぞれよりも大きな断面流面積を有し、前記高圧コネクタ(138)および前記低圧コネクタ(139)はそれぞれ、前記冷却孔(140)のそれぞれよりも大きな断面流面積を備え、
前記冷却孔(140)は、前記冷却孔(140)を通る冷媒の所望の流れパターンを実現するように冷媒流を調量するように構成された可変断面流面積を有する、請求項3記載の方法。 - 前記非一体プラグ(146、148)のそれぞれが、フルプラグおよびパーシャルプラグの一方を含み、前記フルプラグは、前記フルプラグが中に配置される冷媒通路の断面流面積の実質的に全てを塞ぐように構成されたプラグを含み、前記パーシャルプラグは、前記パーシャルプラグが中に配置される冷媒通路の断面流面積の一部の量を塞ぐプラグを含み、
前記非一体プラグ(146、148)のそれぞれが、前記プラットフォーム(110)の前記圧力側スラッシュ面(126)または負圧側スラッシュ面(122)のいずれかに沿って位置するスラッシュ面プラグ(146)と、前記プラットフォーム(110)の内部に位置する中間チャネルプラグ(148)との一方を含む、請求項3記載の方法。 - 前記冷却孔(140)、前記高圧コネクタ(138)、および前記低圧コネクタ(139)のそれぞれが、前記スラッシュ面プラグ(146)の中の1つを備え、
前記スラッシュ面プラグ(146)は、フルプラグを含む、請求項10記載の方法。 - 前記冷却孔(140)、前記高圧コネクタ(138)、および前記低圧コネクタ(139)は、スラッシュ面プラグ(146)を備え、
前記スラッシュ面プラグ(146)は、前記冷却孔(140)、前記高圧コネクタ(138)、および前記低圧コネクタ(139)がスラッシュ面出口を備えるように、パーシャルプラグを含み、
前記パーシャルプラグは、前記スラッシュ面出口に所定の断面流面積を与えるように構成され、
前記所定の断面流面積は、作動中に、前記スラッシュ面出口が、隣接するロータブレード(100)のプラットフォーム(110)スラッシュ面に対して衝突冷媒流を排出するように、所望の冷媒衝突特性に対応する、請求項10記載の方法。 - 前記冷却孔(140)、前記高圧コネクタ(138)、および前記低圧コネクタ(139)は、スラッシュ面プラグ(146)を備え、
前記スラッシュ面プラグ(146)は、前記冷却孔(140)、前記高圧コネクタ(138)、および前記低圧コネクタ(139)がスラッシュ面出口を備えるように、パーシャルプラグを含み、
前記パーシャルプラグは、前記スラッシュ面出口に所定の断面流面積を与えるように構成され、
前記所定の断面流面積は、所望の冷媒調量特性に対応する、請求項10記載の方法。 - 前記高圧コネクタ138は、フルプラグである中間チャネルプラグ(148)を収容し、
前記中間チャネルプラグ(148)は、前記エーロフォイルマニホルド(132)と前記スラッシュ面マニホルド(133)との間に位置する、請求項10記載の方法。 - 前記高圧コネクタ(138)は、パーシャルプラグである中間チャネルプラグ(148)を収容し、
前記中間チャネルプラグ(148)は、設置時に、前記高圧コネクタ(138)の断面流面積を所定の断面流面積まで縮小するように構成され、
前記所定の断面流面積は、所望の冷媒調量特性に対応する、請求項10記載の方法。
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