JP2012077748A - 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装置およびその方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ロータブレード100の内部冷却通路116が、高圧冷却剤領域と低圧冷却剤領域とを備える。プラットフォーム冷却機構130は、プレート上面134を備えるプレート132と、プレート上面134に形成されたチャネル133であって、チャネル133が、上流端部138と、下流端部139とを備え、プレート上面134を貫通して開口し、それによって、プレート132をプラットフォーム110に取り付けると、プラットフォーム下面114がチャネルの天井140を構成する、チャネル133と、チャネル133の上流端部138を内部冷却通路116の高圧冷却剤領域に接続する高圧接続部148と、チャネル133の下流端部139を内部冷却通路116の低圧冷却剤領域に接続する低圧接続部149とを備える。
【選択図】図7
Description
図4および5の従来の設計は、それらが組立または装着状態の変化によって影響を受けないという点で、図3の設計に勝る利点を有することが理解されるであろう。しかし、この特性をもつ従来の設計は、いくつかの制約または欠点を有する。第1に、図示のように、ただ1つだけの回路がエーロフォイル102のそれぞれの側に設けられ、したがって、プラットフォーム110の様々な位置に使用される冷却空気の量の制御が限定されるという欠点がある。第2に、このタイプの従来の設計は、一般に、適用範囲が限定されている。図5の蛇行経路は、適用範囲の点で図4より改善されているが、それでも、プラットフォーム110内に冷却されずに残る無効領域が存在する。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を用いてより良い適用範囲を達成するためには、特に、冷却チャネルの形状が、形成するのに鋳造工程を必要とする場合に、製造コストが劇的に増加する。第4に、これら従来の設計は、通常、冷却剤を、使用後、それを完全に利用し尽くす前に、高温ガス通路中に廃棄し、そのことが、エンジンの効率に悪影響を及ぼす。第5に、この特性をもつ従来の設計には、一般に、柔軟性が殆どない。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とき、その機能または構成を変更できる機会は殆どないかまたは全くない。さらに、これらタイプの従来の設計は、修理または改修が困難である。
102 エーロフォイル
104 翼根部
105 負圧面
106 正圧面
107 エーロフォイル前縁
108 エーロフォイル後縁
109 ダブテール
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 内部冷却通路入口
119 空洞
120 プラットフォーム冷却チャネル
121 プラットフォーム後縁
122 プラットフォーム負圧側縁部
124 プラットフォーム前縁
126 プラットフォーム圧力側縁部
130 プラットフォーム冷却機構
131 平たい陥凹
132 プレート
133 蛇行冷却チャネル
134 プレート上面
138 上流端部
139 下流端部
140 チャネルの天井
144 外側壁
148 高圧接続部
149 低圧接続部
151 湾曲縁部
152 直線縁部
155 スラッシュフェース部分
158 折返し部
159 内部部分
161 下面チャネル
162 下面チャネルの床
165 側壁入口
166 側壁出口
200 流れ図
Claims (12)
- エーロフォイル(102)と翼根部(104)との境界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)のプラットフォーム冷却機構(130)であって、前記ロータブレード(100)が、前記翼根部(104)の、冷却剤供給源との接続部から、前記プラットフォーム(110)の少なくともほぼ半径方向高さまで延在する、前記ロータブレード(100)内に形成された内部冷却通路(116)を備え、作動中、前記内部冷却通路(116)が、少なくとも、高圧冷却剤領域と、低圧冷却剤領域とを備え、前記プラットフォーム(110)が、内径寄りの面に沿ったプラットフォーム下面(114)を備える、プラットフォーム冷却機構(130)において、
プレート上面(134)を備え、前記プレート上面(134)が前記プラットフォーム下面(114)に取外し可能に連結されているプレート(132)と、
前記プレート上面(134)に形成されたチャネル(133)であり、前記チャネル(133)が、上流端部(138)と、下流端部(139)とを備え、前記プレート上面(134)を貫通して開口し、それによって、前記プレート(132)を前記プラットフォーム(110)に取り付けると、前記プラットフォーム下面(114)がチャネルの天井(140)を構成するチャネル(133)と、
前記チャネル(133)の前記上流端部(138)を前記内部冷却通路(116)の前記高圧冷却剤領域に接続する高圧接続部(148)と、
前記チャネル(133)の前記下流端部(139)を前記内部冷却通路(116)の前記低圧冷却剤領域に接続する低圧接続部(149)と
を備えるプラットフォーム冷却機構(130)。 - 前記プレート(132)および前記プラットフォーム(110)が、一体に形成されていない構成要素から成り、
前記プラットフォーム(110)が、平坦な上面と、平坦な下面とを備え、
前記内部冷却通路(116)が蛇行内部冷却通路を備え、
使用中、前記内部冷却通路(116)が冷却剤流れ方向を有するように構成され、前記冷却剤流れ方向に対して、前記高圧冷却剤領域が前記内部冷却通路(116)の上流部分を備え、前記低圧冷却剤領域が前記内部冷却通路(116)の下流部分を備える、
請求項1記載のプラットフォーム冷却機構(130)。 - 前記プラットフォーム下面(114)が、軸方向および円周方向に延在する平坦な表面を備え、
前記プレート上面(134)が、軸方向および円周方向に延在する平坦な表面を備え、
前記プレート上面(134)に形成された前記チャネル(133)が、蛇行チャネルを備え、
前記エーロフォイル(102)が、圧力側(106)と、負圧側(105)とを備え、
圧力側スラッシュフェース(126)が、前記エーロフォイル(102)の前記圧力側に対応する前記プラットフォーム(110)の縁部を備え、
前記プレート(132)が、前記エーロフォイル(102)の前記圧力側に対応する前記プラットフォーム下面(114)の領域に配置され、
前記ロータブレード(100)の前後方向に対して、前記チャネル(133)の前記上流端部(138)が前方位置を占め、前記チャネル(133)の前記下流端部(139)が後方位置を占める、
請求項1記載のプラットフォーム冷却機構(130)。 - 外形において、前記プレート(132)が、湾曲縁部(151)と、直線縁部(152)とを備え、前記湾曲縁部(151)が、前記エーロフォイル(102)が前記プラットフォーム(110)に連結するところの前記エーロフォイル(102)の湾曲外形に形状でほぼ対応し、前記直線縁部(152)が、前記圧力側スラッシュフェース(126)の直線外形に形状でほぼ対応し、
前記プレート(132)の前記湾曲縁部(151)および前記直線縁部(152)の配置が、前記エーロフォイル(102)の湾曲外形および前記圧力側スラッシュフェース(126)の直線外形の配置に対して並置関係にあり、
前記チャネル(133)がスラッシュフェース部分(155)を備え、前記スラッシュフェース部分(155)が、前記プレート(132)の前記直線縁部(152)に近接して平行に存在する前記チャネル(133)の部分を備える、
請求項3記載のプラットフォーム冷却機構(130)。 - 前記スラッシュフェース部分(155)の上流端部が前記チャネル(133)の前記上流端部(138)に近接して存在し、
前記スラッシュフェース部分(155)が、前記プレート(132)の前記直線縁部(152)に近接して平行に存在する長さが、スラッシュフェース部分のチャネル長さを構成し、
前記スラッシュフェース部分のチャネル長さが、前記圧力側スラッシュフェース(126)の長さの0.75より長く、
前記スラッシュフェース部分(155)を過ぎると、前記チャネル(133)が、第1の折返し部(158)と、前記第1の折返し部(158)の下流に、前記プレート(132)の中央領域に存在する内部部分(159)とを備え、
前記内部部分(159)が、前記第1の折返し部(158)の直ぐ下流に直線部分と、前記直線部分の下流に第2の折返し部(158)とを備え、
前記第2の折返し部(158)が、前記チャネル(133)の前記下流端部(139)に近接して存在する、
請求項4記載のプラットフォーム冷却機構(130)。 - 前記チャネル(133)の前記上流端部(138)が、チャネル幅が増加した上流プレナム(138)を備え、
前記チャネル(133)の前記下流端部(139)が、チャネル幅が増加した下流プレナム(139)を備え、
前記高圧接続部(148)が前記上流プレナムに接続され、前記低圧接続部(149)が前記下流プレナムに接続されている、
請求項5記載のプラットフォーム冷却機構(130)。 - 前記プレート(132)が外側壁(144)を備え、前記外側壁(144)が、前記プレート(132)の外周を廻って切れ目なく延在する連続した壁を備え、
前記高圧接続部(148)が、前記プラットフォーム下面(114)に形成された第1の下面チャネル(161)を備え、前記第1の下面チャネル(161)が、前記プラットフォーム下面(114)を貫通して開口し、それによって、前記プレート(132)を前記プラットフォーム下面(114)に取り付けると、前記プレート上面(134)が、前記第1の下面チャネル(161)の少なくとも一部分に対して下面チャネルの床(162)を構成し、
前記低圧接続部(149)が、前記プラットフォーム下面(114)に形成された第2の下面チャネル(161)を備え、前記第2の下面チャネル(161)が、前記プラットフォーム下面(114)を貫通して開口し、それによって、前記プレート(132)を前記プラットフォーム(110)に取り付けると、前記プレート上面(134)が、前記第2の下面チャネル(161)の少なくとも一部分に対して下面チャネルの床(162)を構成する、
請求項1記載のプラットフォーム冷却機構(130)。 - 前記第1の下面チャネル(161)の下流端部が、前記チャネル(133)の前記上流端部(138)と、軸方向および円周方向に、少なくとも部分的に重なり、ただし半径方向には互いにずれ、
前記第2の下面チャネル(161)の上流端部が、前記チャネル(133)の前記下流端部(139)と、軸方向および円周方向に、少なくとも部分的に重なり、ただし半径方向には互いにずれている、
請求項7記載のプラットフォーム冷却機構(130)。 - 前記プレート(132)が外側壁(144)を備え、前記外側壁(144)が、該外側壁(144)を貫通して延在する、側壁入口(165)と、側壁出口(166)とを備え、
前記側壁入口(165)が、前記チャネル(133)の前記上流端部(138)を前記高圧接続部(148)に接続するように構成され、
前記側壁出口(166)が、前記チャネル(133)の前記下流端部(139)を前記低圧接続部(149)に接続するように構成されている、
請求項1記載のプラットフォーム冷却機構(130)。 - エーロフォイル(102)と翼根部(104)との境界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)のプラットフォーム冷却機構(130)を生成する方法であり、前記ロータブレード(100)が、前記翼根部(104)の、冷却剤供給源との接続部から、前記プラットフォーム(110)の少なくともほぼ半径方向高さまで延在する、前記ロータブレード(100)内に形成された内部冷却通路(116)を備え、作動中、前記内部冷却通路(116)が、少なくとも、高圧冷却剤領域と、低圧冷却剤領域とを備え、前記プラットフォーム(110)が、内径寄りの面に沿ったプラットフォーム下面(114)を備える、プラットフォーム冷却機構(130)を生成する方法であって、
出口を前記内部冷却通路(116)の前記高圧冷却剤領域に接続する高圧接続部(148)を機械加工するステップであり、前記出口が、前記プラットフォーム(110)の内径寄りの第1の所定の位置に配置される、ステップと、
入口を前記内部冷却通路(116)の前記低圧冷却剤領域に接続する低圧接続部(149)を機械加工するステップであり、前記入口が、前記プラットフォーム(110)の内径寄りの第2の所定の位置に配置される、ステップと、
プレート(132)の上面(134)を前記プラットフォーム下面(114)に固定するステップであり、前記プレート(132)が、前記プレート上面(134)に形成され、上流端部(138)と、下流端部(139)とを備えるチャネル(133)を具備し、前記チャネル(133)が、前記プレート上面(134)を貫通して開口し、それによって、前記プレート(132)を前記プラットフォーム(110)に取り付けると、前記プラットフォーム下面(114)がチャネルの天井(140)を構成する、ステップと
を含み、
前記プレート(132)が、前記チャネル(133)の前記上流端部(138)が前記高圧接続部(148)の前記出口に接続され、前記チャネル(133)の前記下流端部(139)が前記低圧接続部(149)の前記入口に接続されるように構成され、
前記チャネル(133)が蛇行チャネルを備える、
プラットフォーム冷却機構(130)を生成する方法。 - 外形において、前記プレート(132)が、湾曲縁部(151)と、直線縁部(152)とを備え、前記湾曲縁部(151)が、前記エーロフォイル(102)が前記プラットフォーム(110)に連結するところの前記エーロフォイル(102)の湾曲外形に形状でほぼ一致し、
さらに、
前記エーロフォイル(102)の圧力側(106)にほぼ対応する位置の前記プラットフォーム下面(114)に平たい陥凹(131)を機械加工するステップであって、前記平たい陥凹(131)が、前記プレート(132)の外形に対応する外形形状を有する、ステップと、
作動中、前記チャネル(133)を通って流れる実質的に全ての冷却剤が、前記内部冷却通路(116)に戻るように前記チャネル(133)を封止するステップと
を含み、
前記プレート(132)が、前記平たい陥凹(131)内に収まるように、前記プラットフォーム下面(114)に取り付けられる、
請求項10記載のプラットフォーム冷却機構(130)を生成する方法。 - 前記チャネル(133)がスラッシュフェース部分(155)を備え、前記スラッシュフェース部分(155)が、前記プレート(132)の前記直線縁部(152)に近接して平行に存在する前記チャネル(133)の部分を備え、前記スラッシュフェース部分(155)の上流端部が前記チャネル(133)の前記上流端部(138)に近接して存在する、請求項11記載のプラットフォーム冷却機構(130)を生成する方法。
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