JP2013139791A - タービンロータブレードのプラットフォームの冷却 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エーロフォイルと翼根部との間に配置されたプラットフォームを有するタービンロータブレードは、エーロフォイルの正圧側に一致する側に沿って、エーロフォイルベースから正圧側スラッシュ面まで延在する上側を含むプラットフォームの正圧側を含む。プラットフォーム冷却装置は、プラットフォームの正圧側の上側の直ぐ内寄りに存在する主プレナムであって、後方位置を有する上流端部から前方位置を有する下流端部までプラットフォームを通って延在する、主プレナムと、冷却開口とを含む。上流端部の近くで、主プレナムは、後方スイッチバックを、また、後方スイッチバックと下流端部との間に前方円弧を含む。冷却開口はそれぞれ、主プレナムから正圧側スラッシュ面上に形成されたポートまで延在する。
【選択図】図1
Description
図4および図5の従来設計は、これらが組立てまたは据付け状態の変動によって影響を受けない点で、図3の設計に勝る利点を有することを理解されたい。しかし、この種の従来設計は、いくつかの制限または欠点を有する。第1に、図示するように、エーロフォイル102の各面上に単一回路だけが設けられ、したがって、プラットフォーム110内の異なる場所で使用される冷却空気の量の制御に限界があるという欠点が存在する。第2に、このタイプの従来設計は、一般に限られたカバレッジ範囲を有する。図5の蛇行通路は、図4に勝るカバレッジ範囲に関する改良であるが、プラットフォーム110内に依然として冷却されないままのデッド区域が存在する。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によって良好なカバレッジを得るために、特に冷却チャネルが形成するのに鋳造プロセスを必要とする形状を有する場合には、製造コストが劇的に増加する。第4に、これらの従来設計は、通常、使用後でかつ冷却媒体が完全に排出される前に冷却媒体を高温ガス通路内に放出し、このことは、エンジンの効率に悪影響を与える。第5に、この種の従来設計は一般的に、柔軟性がほとんどない。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、運転条件が変化するときにその機能または構成を変更する機会をほとんどまたは全く提供しない。さらに、これらのタイプの従来設計は、補修または改造するのが困難である。
102 エーロフォイル
104 翼根部
105 凸形の負圧面
106 凹形の正圧面
107 前縁
108 後縁
109 ダブテール
110 プラットフォーム
112 シャンク
113 平面上側
114 平面下側面
116 内部冷却通路
117 入口
119 キャビティ
120 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 正圧側縁部またはスラッシュ面
128 正圧側
130 プラットフォーム冷却構成
132 主プレナム
133 後方スイッチバック
134 前方円弧
138 非一体プラグ
140 供給プレナム
145 プラットフォーム冷却構成
156 冷却開口
160 後方出口
162 前方出口
166 フィルム冷却開口
172 エーロフォイルベース
174 分離構造
176 上流端部
178 下流端部
Claims (20)
- エーロフォイルと翼根部との間に配置されたプラットフォームを有するタービンロータブレード内のプラットフォーム冷却装置であって、前記ロータブレードが、前記翼根部における冷却媒体源との接続部から半径方向に外側に延在する内部冷却通路を含み、前記エーロフォイルの正圧側に一致する側に沿って、前記プラットフォームの正圧側が、エーロフォイルベースから正圧側スラッシュ面まで延在する上側を含む、プラットフォーム冷却装置において、
前記プラットフォームの前記正圧側の前記上側の直ぐ内寄りに存在する主プレナムであって、後方位置を有する上流端部から前方位置を有する下流端部まで前記プラットフォームを通って延在する、主プレナムと、
冷却開口とを備え、
前記上流端部の近くで、前記主プレナムが、後方スイッチバックを、また、前記後方スイッチバックと前記下流端部との間に前方円弧を含み、
前記冷却開口がそれぞれ、前記主プレナムから前記正圧側スラッシュ面上に形成されたポートまで延在する、プラットフォーム冷却装置。 - 前記主プレナムの前記上流端部を前記内部冷却通路に接続するように構成される供給プレナムと、
それぞれが前記主プレナムを前記プラットフォームの前記上側上に形成されたポートに接続する複数のフィルム冷却開口とをさらに備え、
前記プラットフォームの前記上側は平面であり、前記主プレナムが、前記平面上側にほぼ平行である長手方向軸を備える、請求項1記載のプラットフォーム冷却装置。 - 前記主プレナムの前記上流端部が、前記プラットフォームの円周***領域に近い位置を備え、
前記主プレナムの前記下流端部が、前記プラットフォームの前記正圧側スラッシュ面に近い位置を備える、請求項1記載のプラットフォーム冷却装置。 - 前記上流端部から始めて、前記後方スイッチバックが、第1のセクション、第2のセクション、および前記第1のセクションと前記第2のセクションとの間配置されたスイッチバックセクションを含むように構成され、
前記第1のセクションが、前記正圧側スラッシュ面に向かって円周方向に延在し、
前記スイッチバックセクションが、前記正圧側スラッシュ面の近くに配設され、少なくとも150°の急激な転回(sharp turn)を含み、
前記第2のセクションが、前記スイッチバックセクションから前記プラットフォームの前記円周***領域に向かって円周方向に延在する、請求項3記載のプラットフォーム冷却装置。 - 前記スイッチバックセクションが、約180°の急激な転回を備え、
前記第2のセクションが、前記第1のセクションの前方であり、
前記後方スイッチバックが、前記第1のセクションを前記第2のセクションから分離する、ほぼ一定の幅を有する分離構造を含むように構成され、
前記上流端部と前記下流端部との間で、前記主プレナムが、ほぼ一定の幅を備え、
前記分離構造の前記ほぼ一定の幅が、前記主プレナムの前記ほぼ一定の幅より著しく小さい、請求項4記載のプラットフォーム冷却装置。 - 前記後方スイッチバックが、前記プラットフォームの前記正圧側の後方1/3に制限される、請求項4記載のプラットフォーム冷却装置。
- 前記後方スイッチバックが、前記後方スイッチバックを通して流れる冷却媒体と前記プラットフォームとの間の熱伝達を促進するように構成される熱伝達構造を含み、
前記主プレナムが、床と天井との間に画定された半径方向高さを備え、前記天井が前記床に対して外寄りであり、
前記半径方向高さが、前記主プレナムの前記上流端部から前記下流端部までほぼ一定であり、
前記主プレナムが、前記天井が、前記プラットフォームの前記正圧側の前記上側に非常に接近して存在するように構成される、請求項4記載のプラットフォーム冷却装置。 - 前記後方スイッチバック内の前記熱伝達構造が、前記冷却媒体内で乱流を増加させるように構成された突き出る突出部を備える、請求項7記載のプラットフォーム冷却装置。
- 前記後方スイッチバックの前記第2のセクションが、前記プラットフォームの円周***領域の近くで前記前方円弧に接続し、
前記後方スイッチバックとの接続部から前方に延在して、前記前方円弧が、エーロフォイルベースの前記正圧側のプロファイルの曲率に対応する曲率を備え、前記エーロフォイルベースの前記正圧側の下で前記前方円弧が延在し、
前記主プレナムの前記下流端部が、前記プラットフォームの前記正圧側スラッシュ面に存在する、請求項4記載のプラットフォーム冷却装置。 - 前記主プレナムが、後方出口および前方出口を備え、
前記後方出口が、前記後方スイッチバックの前記スイッチバックセクションを前記正圧側スラッシュ面に形成されたポートに接続するように構成され、
前記前方出口が、前記主プレナムの前記下流端部を前記正圧側スラッシュ面に形成されたポートに接続するように構成され、
前記前方出口が、前記前方出口の前記断面流れ面積を減少させる非一体プラグを含み、
前記後方出口が、前記後方出口の前記断面流れ面積を減少させる非一体プラグを含む、請求項4記載のプラットフォーム冷却装置。 - 前記前方出口および前記後方出口がそれぞれ、前記主プレナムの鋳造中に形成されたプリントアウトを備え、
前記前方出口の前記非一体プラグが、運転中に所望の冷却媒体インピンジメント特性に対応する前記前方出口を通る所定の断面流れ面積を提供するように構成され、
前記後方出口の前記非一体プラグが、運転中に所望の冷却媒体インピンジメント特性に対応する前記後方出口を通る所定の断面流れ面積を提供するように構成される、請求項10記載のプラットフォーム冷却装置。 - 前記冷却開口の前記ポートが、前記正圧側スラッシュ面に沿って離間し、
少なくとも複数の前記冷却開口が、前記ポートのうちの1つのポートを前記主プレナムの前記前方円弧に接続し、少なくとも複数の前記冷却開口が、前記ポートのうちの1つのポートを前記主プレナムの前記後方スイッチバックに接続し、
前記主プレナムが、前記エーロフォイルの軸方向長さの少なくとも0.75の前記軸方向長さを備える、請求項4記載のプラットフォーム冷却装置。 - 少なくとも5つの冷却開口が、別個の対応するポートを前記主プレナムの前記前方円弧に接続し、少なくとも3つの冷却開口が、対応するポートを前記主プレナムの前記後方スイッチバックに接続する、請求項12記載のプラットフォーム冷却装置。
- 前記冷却開口が、ほぼ円周方向に前記正圧側スラッシュ面から前記主プレナムまで延在する、請求項12記載のプラットフォーム冷却装置。
- 前記冷却開口がそれぞれ、前記主プレナムより小さい断面流れ面積を備え、
前記冷却開口が直線状である、請求項14記載のプラットフォーム冷却装置。 - 前記冷却開口および前記ポートが、運転中にそれぞれが、据え付けられたとき前記タービンロータブレードと隣接するタービンロータブレードとの間に形成されるスラッシュ面キャビティに入るように冷却媒体の所望の衝突を受けた流れを排気するように構成される、請求項12記載のプラットフォーム冷却装置。
- エーロフォイルと翼根部との間の界面にプラットフォームを有するタービンロータブレードにおいてプラットフォーム冷却装置を作製する方法であって、前記ロータブレードが、前記翼根部における冷却媒体源との接続部から前記プラットフォームまで延在する、前記ロータブレードに形成された内部冷却通路を含み、前記エーロフォルの正圧側に一致する側に沿って、前記プラットフォームの正圧側が、エーロフォイルベースから正圧側スラッシュ面まで円周方向に延在する上側を備える、方法において、
鋳造プロセスによって前記プラットフォームの前記正圧側で主プレナムを形成するステップであって、前記主プレナムが、後方位置を有する上流端部から前方位置を有する下流端部まで前記プラットフォームを通って延在するように構成される、ステップと、
冷却開口を機械加工するステップとを含み、
前記上流端部の近くで、前記主プレナムが、後方スイッチバックを、また、前記後方スイッチバックと前記下流端部との間に前方円弧を含み、
前記冷却開口がそれぞれ、前記主プレナムから前記正圧側スラッシュ面上に形成されたポートまで延在する、方法。 - 前記主プレナムの前記上流端部を前記内部冷却通路に接続するように構成される供給プレナムを形成するステップをさらに含み、
前記主プレナムを形成するステップが、前記プラットフォーム内で前記主プレナムを鋳造することを含み、
前記主プレナムが、前記主プレナムの前記上流端部が前記プラットフォームの円周***領域に近い位置を備え、前記主プレナムの前記下流端部が前記プラットフォームの前記正圧側スラッシュ面に近い位置を備えるように構成され、
前記上流端部から始めて、前記後方スイッチバックが、第1のセクション、第2のセクション、および前記第1のセクションと前記第2のセクションとの間に配置されたスイッチバックセクションを含むように構成され、
前記第1のセクションが、前記正圧側スラッシュ面に向かって円周方向に延在し、
前記スイッチバックセクションが、前記正圧側スラッシュ面の近くに配設され、少なくとも180°の急激な転回を含み、
前記第2のセクションが、前記スイッチバックセクションから前記エーロフォイルに向かって円周方向に延在する、請求項17記載の方法。 - 前記主プレナムを鋳造するステップが、運転中に、後方出口および前方出口を備えるプリントアウトを構成することを含み、
前記後方出口が、前記後方スイッチバックの前記スイッチバックセクションを前記正圧側スラッシュ面に形成されたポートに接続するように構成され、
前記前方出口が、前記主プレナムの前記下流端部を前記正圧側スラッシュ面に形成されたポートに接続するように構成される、請求項18記載の方法。 - 前記前方出口用の第1のプラグを形成するステップであって、前記第1のプラグが、前記前方出口が、運転中に前記前方出口を通る所望の冷却媒体インピンジメント特性に対応する所定の断面流れ面積を備えるように、前記前方出口の前記断面流れ面積を減少させるように構成される、ステップと、
前記第1のプラグを前記前方出口に入るように据え付けるステップと、
前記後方出口用の第2のプラグを形成するステップであって、前記第2のプラグが、前記後方出口が、運転中に前記後方出口を通る所望の冷却媒体インピンジメント特性に対応する所定の断面流れ面積を備えるように、前記後方出口の前記断面流れ面積を減少させるように構成される、ステップと、
前記第2のプラグを前記後方出口内に据え付けるステップとをさらに含む、請求項19記載の方法。
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