JP2014196735A - タービンブレードの内部冷却回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンエンジン翼形の製造性を向上させると共に各翼形のコストを低減させかつこれを実現する冷却スキームを改善する。【解決手段】翼形部分及びルート部分と、該ルート部分及び翼形部分内にフロー通路３６を有する内部冷却回路と、を備えた回転子ブレードであって、該内部冷却回路は第１のフロー通路と非一体型プラグとを含んでいる回転子ブレードを提供する。このプラグは、第１の冷却通路を通る所望の冷却剤フローレベルに対応するように構成されたプラグチャンネルを含むことがある。このプラグは、第１のフロー通路を基準とした固定の阻止位置で回転子ブレードに接続されることがある。【選択図】図７

Description

本発明は、燃焼タービンエンジンのブレードを製造する方法に関し、また具体的にはタービンブレードの鋳造におけるある具体的な内部コア機構の利用並びに該方式で形成した内部冷却構成を有するブレードに関する。

従来の燃焼タービンエンジンは、コンプレッサ、燃焼器及びタービンを含む。当技術分野でよく知られているように、コンプレッサで圧縮された空気は燃料と混合され、これが燃焼器内で燃やされてタービン内で膨張しており、これによりタービンを回転させると共にコンプレッサを駆動させている。タービン構成要素は、タービンに入る高温の燃焼産生物からの極めて高い温度及び圧力によって特徴付けられる不良環境に曝される。こうした高温環境における反復する熱サイクルに耐えるためには、タービン翼形（ａｉｒｆｏｉｌ）の構造保全性及び冷却を最適化しなければならない。

当業者であれば理解されるであろうように、蛇行したすなわち曲がりくねった冷却回路であれば、燃焼タービンエンジン内の回転子及び固定子ブレードのシャンク及び翼形部分を空気冷却する高効率かつ高費用対効果な手段となることが証明されており、かつこうした冷却スキームによって最近のエンジンは極めて高性能になっている。翼形は典型的には、非常に薄い翼形内部を半径方向に延びる複雑な内部冷却通路を含む。この半径方向通路は複数の細い通路による接続を頻繁に受け、より太いフロー通路間における冷却用空気のフローを可能にしている。こうした微細な内部フィーチャを有する翼形の製作には複雑な多段階鋳造過程が必要である。

米国特許第７７８０４１４号

目下の製造処理法の問題点の１つは、鋳造に用いるコアの製作及びメンテナンス並びに従来の処理法で得られる歩留りが低いことである。歩留りが低い主な原因は翼形の製造過程で翼形の冷却通路を画定するセラミックコアが割れるか裂けるかすることが多いことである。セラミックコアがこうした高い比率で破損に至る原因となる要因は数多く存在する。第１には、セラミックが一般に脆弱な素材であることである。第２には、翼形が非常に薄く、またこれに続いてコアが非常に薄いことである。最後に、翼形内の細いクロスオーバ通路やその他の錯綜体は荷重を受けて容易に破損するような幅狭で敏感なフィーチャとなっていることである。

別の欠点は、セラミックコアの脆い性質のために、より最適な冷却スキームを制限するような製造制約が生じることである。多くの場合において、翼形冷却及びエンジン効率のためにはクロスオーバ孔をより小さくするか幾何学的フィーチャをより複雑にすることがより有利となり得る。しかしより複雑な冷却通路は時には実用的でないことがある、というのは目下の製造法は利用可能な翼形では既に産生された数が少なく不十分でありかつセラミックコアが損傷する比率が高いためである。より複雑な冷却スキームにすると、製造歩留りがさらに低下すると共に、翼形１つあたりのコストがさらに高くなる。したがって、ガスタービンエンジン翼形の製造性を向上させ各翼形のコストを低減させかつこれを実現する冷却スキームを改善することが極めて必要とされている。

本出願はしたがって、翼形部分とルート部分を備えた回転子ブレードと、該ルート部分及び翼形部分内にフロー通路を有している第１のフロー通路及び非一体型（ｎｏｎ−ｉｎｔｅｇｒａｌ）プラグを含んだ内部冷却回路と、について記述している。このプラグは、第１の冷却通路を通る所望の冷却剤フローレベルに対応するように構成されたプラグチャンネルを含むことがある。このプラグは、第１のフロー通路を基準とした固定の阻止位置で回転子ブレードに接続されることがある。

本発明はさらに、翼形部分及びルート部分を備えた燃焼タービンエンジン内で用いるように構成された内部冷却回路を有するブレードを製造する方法について記述しており、該方法は、コア堅牢性を強化するように構成された特大の支持用接続を含むコアを用いて内部冷却回路を鋳造する工程であって、該特大の支持用接続は内部冷却回路内で第１のフロー通路を形成すると共に動作中に第１の冷却通路を通る所望の冷却剤フローレベルに比して特大である鋳造工程と、プラグを形成する工程と、プラグを通過するプラグチャンネルであって、第１の冷却通路を通る所望の冷却剤フローレベルに対応するように構成されたプラグチャンネルを形成する工程と、第１のフロー通路を基準とした阻止位置にプラグが固定されるようにブレードに対してプラグを接続する工程と、を含む。

本出願のこれらの特徴及びその他の特徴は、添付の図面と連携して取り上げた好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を検討することにより明らかとなろう。

本発明のこれらの特徴及びその他の特徴は、添付の図面と連携して取り上げた本発明の例示的な実施形態に関する以下のより詳細な説明を慎重に調べることにより完全に理解かつ認識されることになろう。

本出願のある種の実施形態をその中に使用し得る例示的なタービンエンジンの概要図である。 図１の燃焼タービンエンジンのコンプレッサ区画の断面図である。 図１の燃焼タービンエンジンのタービン区画の断面図である。 本発明の実施形態をその中で利用し得るタイプのタービン回転子ブレードの斜視図である。 従来設計の内部冷却チャンネルを有するタービン回転子ブレードの横側断面図である。 従来設計に従ったタービン回転子ブレード用の鋳造コアの斜視図である。 本発明の一実施形態によるタービン回転子ブレード用の鋳造コアの斜視図である。 本発明の別の実施形態によるタービン回転子ブレード用の内部冷却構成の斜視図である。 図８に示したプラグの側面図である。 図８の内部冷却構成の斜視図である。 本発明の別の実施形態によるタービン回転子ブレード用の内部冷却構成の斜視図である。 図１０に示したプラグの側面図である。

まず最初に、本出願の発明を明瞭に記述するために、燃焼タービンエンジン内部のある種の部品や機械構成要素について言及及び記述をする用語の選択が必要となろう。指摘したように、本明細書で提供する例は主に燃焼タービンエンジンを目的としているが、当業者であれば本発明が燃焼タービンエンジンや蒸気タービンエンジンで用いられる回転子ブレードに利用可能であることを理解されよう。可能である場合は常に、一般工業用語を一貫してその確立した意味で用いかつ利用するものとする。しかし、こうした任意の用語には広範な意味解釈を与えるべきであり、かつ本明細書の意図した意味並びに添付の特許請求の範囲の趣旨を不合理に制限するように狭く解釈されないように意図している。当業者であればある具体的な構成要素が幾つかの異なる用語を用いることで言及されることも多くあることを理解されよう。さらに、本明細書で単一の部品として記載されることがあるものであっても、別のコンテキストでは複数の構成要素を含みこれらから成るように参照されることがある、あるいは本明細書で複数の構成要素を含むように記載されているものであっても別の箇所では単一の部品として言及されることがある。したがって、本発明の趣旨の理解に際しては、本明細書で提供する用語法や記述にのみ注意を払うのではなく、構成要素の構造、構成、機能及び／または利用法にも（特に、添付の特許請求の範囲で提供されている場合）注意を払うべきである。

さらに、本明細書では幾つかの記述用語を決まって用いることがあり、また本節の始まりにこれらの用途を定義しておくことは有用であることが確認されよう。したがって次の用語及びその定義は、特に説明のない限りにおいて以下のようにする。本明細書で用いる場合に、「下流側（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ）」及び「上流側（ｕｐｓｔｒｅａｍ）」はタービンエンジンを通過する作用流体などの流体フローあるいは燃焼器を通る空気またはタービンの構成要素系統のうちの１つを通る冷却剤のフローを基準とした方向を示す用語である。したがって、用語「下流側」は流体のフロー方向に対応しており、また用語「上流側」はこのフローと反対の方向を意味する。用語「前方」及び「後方」は、何らかの追加の指定がなければ、「前方」がエンジンの前方端部またはコンプレッサ端部を意味しかつ「後方」がエンジンの後方端部またはタービン端部を意味するような方向を示している。用語「半径方向」とは、軸に対して直交する動きまたは位置を示している。中心軸に関して半径方向の様々な位置にある部品を説明する際に必要となることが多い。このような場合では、第１の構成要素が第２の構成要素と比べてより軸の近くにあれば、本明細書では第１の構成要素が第２の構成要素の「半径方向で内方に」または「内側に」位置すると記述することになる。他方、第１の構成要素が第２の構成要素と比べて軸からさらに遠くに位置していれば、本明細書では第１の構成要素が第２の構成要素の「半径方向で外方に」または「外側に」位置すると記述することがある。用語「軸方向」とは、軸に対して平行な動きまたは位置を示している。最後に、用語「円周方向」とは軸の周りの動きまたは位置を示している。これらの用語はタービンの中心軸を基準として適用し得ることを理解されたい。

背景を知るためにここで図面を参照すると、図１〜３は本出願の実施形態をその中に用い得る例示的な燃焼タービンエンジンを表している。本発明がこのタイプの利用に限定されないことは当業者であれば理解されよう。上述したように本発明は、発電や航空機内で用いられるエンジン、蒸気タービンエンジン、並びに別のタイプのロータリーエンジンなどの燃焼タービンエンジン内で用いることができる。提示した例はタービンエンジンのタイプの限定を意図したものではない。

図１は、燃焼タービンエンジン１０の概要図である。一般に燃焼タービンエンジンは、圧縮空気のストリーム内での燃料の燃焼によって発生させた高温気体の加圧フローからのエネルギーを抽出することによって動作する。図１に示したように燃焼タービンエンジン１０は、共通のシャフトまたは回転子によって下流側のタービン区画またはタービン１３と機械的に結合させた軸方向コンプレッサ１１と、コンプレッサ１１とタービン１３の間に位置決めされた燃焼器１２と、を備えるように構成されることがある。

図２は、図１の燃焼タービンエンジンで用い得る例示的な多段式の軸方向コンプレッサ１１の図を表している。図示のようにコンプレッサ１１は複数の段を含むことがある。各段は、コンプレッサ回転子ブレード１４の横列に続いてコンプレッサ固定子ブレード１５の横列を含むことがある。したがって第１段は、中央シャフトの周りに回転するコンプレッサ回転子ブレード１４の横列に続いて、動作中に静止を維持するコンプレッサ固定子ブレード１５の横列を含むことがある。

図３は、図１の燃焼タービンエンジンで使用し得る例示的なタービン区画またはタービン１３の部分図を表している。タービン１３は複数の段を含むことがある。例示的に３つの段を図示しているが、タービン１３内にはこれより多くの段を存在させることもこれより少ない段を存在させることもあり得る。第１段は、動作中にシャフトの周りを回転する複数のタービン動翼またはタービン回転子ブレード１６と、動作中に静止を維持する複数のノズルまたはタービン固定子ブレード１７と、を含む。タービン固定子ブレード１７は一般に、その１つがその他から円周方向に離間されると共に回転軸の周りに固定されている。タービン回転子ブレード１６は、シャフト（図示せず）の周りの回転のためにタービンホイール（図示せず）上に装着させることがある。タービン１３の第２段も図示している。第２段も同様に、円周方向に離間させた複数のタービン固定子ブレード１７を含み、これに続いて同じく回転のためにタービンホイール上に装着させた円周方向に離間させた複数のタービン回転子ブレード１６を含む。第３段も図示しており、これもまた同様に複数のタービン固定子ブレード１７及び回転子ブレード１６を含む。タービン固定子ブレード１７及びタービン回転子ブレード１６がタービン１３の高温気体経路内に位置することを理解されたい。高温気体経路を通過する高温気体のフロー方向を矢印で示している。タービン１３は図３に示したものより多くの段を有することや、場合によってはこれより少ない段を有することもあり得ることは当業者であれば理解されよう。各追加段は、タービン固定子ブレード１７の横列を含み、続いてタービン回転子ブレード１６の横列を含むことがある。

動作の一例として、軸方向コンプレッサ１１内部でのコンプレッサ回転子ブレード１４の回転によって空気のフローを圧縮することがある。燃焼器１２では、圧縮空気が燃料と混合されて点火されたときにエネルギーが放出されることがある。作用流体と呼ぶこともある燃焼器１２から得られる高温気体のフローは次いでタービン回転子ブレード１６を覆うように導かれており、作用流体のフローによってシャフトの周りでのタービン回転子ブレード１６の回転が誘導される。これにより、作用流体のフローエネルギーが回転するブレードの力学的エネルギーに、また回転子ブレードとシャフトの間の接続のために回転するシャフトの力学的エネルギーに変換される。このシャフトの力学的エネルギーは次いで、必要供給量の圧縮空気が生成されるようなコンプレッサ回転子ブレード１４の回転またさらに例えば電気を発生させるための発電機の回転を駆動するために利用されることがある。

図４は、本発明の実施形態をその中で利用し得るタイプのタービン回転子ブレード１６の斜視図である。タービン回転子ブレード１６は、回転子ブレード１６がそれによって回転子円盤に取り付けられているルート部２１を含む。ルート部２１は、回転子円盤の外周部内の対応するあり継ぎ（ｄｏｖｅｔａｉｌ）スロット内に装着するように構成されたあり継ぎを含むことがある。ルート部２１はさらに、あり継ぎと、翼形２５とルート部２１の接合位置に配置されたプラットフォーム２４と、の間を延びると共にタービン１３を通過するフロー経路の内部境界の一部を画定するシャンクを含むことがある。翼形２５は作用流体フローを遮断すると共に回転子円盤の回転を誘導する回転子ブレード１６の能動的構成要素であることを理解されたい。この例のブレードはタービン回転子ブレード１６としているが、本発明はさらにタービン固定子ブレード１７を含むタービンエンジン１０内部の別のタイプのブレードにも適用できることを理解されたい。回転子ブレード１６の翼形２５は、凹形の圧力側壁２６と円周方向または横方向で反対側にある凸形の吸引側壁２７とを含んでおり、これらは相対する前縁と後縁２８、２９のそれぞれの間で軸方向に延びている。側壁２６及び２７はさらに、プラットフォーム２４から外部先端３１まで半径方向に延びている。

図５及び６は、図７〜１２に関連して以下で検討するようなその内部に本発明を使用し得る例示的な内部機構を表した従来設計の構成を有する内部冷却通路の図を示している。一般に、図５の内部冷却チャンネルは翼形２５の内部に形成された複数のフロー通路３６に接続させた１つまたは複数の供給通路４４を含む。供給通路５２は回転子ブレード１６のルート部２１を通じて冷却剤源に接続させると共に、フロー通路３６に加圧した冷却剤を供給することがある。図示したように、フロー通路３６のうちの幾つかは、軸方向に積み重なった多数の蛇行通路を含むことがある。この設計タイプは、翼形２５の外側先端３１の近くに位置する１８０度ターンまで外側に延びるフロー通路３６と、回転子ブレード１６のプラットフォーム２４の近くに位置する別の１８０度ターンまで内側に延びるフロー通路３６と、を含むことがある。

さらに図５で示したように翼形２５は、蛇行回路の一部でない別のフロー通路３６を含むことがある。例えば、翼形２５の前縁２８と平行にかつその近傍で前縁フロー通路３８が延びており、これに対して隣り合って延びるフロー通路３６が寄り添っている。このようにして隣り合って延びながら、これらのフロー通路３６は多くのクロスオーバ通路４３によって接続されることがある。クロスオーバ通路４３はこれらフロー通路３６の間に延びてこれらを接続している幅狭の横断衝突通路（ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ ｐａｓｓａｇｅ）であることが理解されよう。図５はさらに、翼形２５の後縁２９と平行に延びる後縁フロー通路３９を含む。こうしたクロスオーバ通路４３は典型的には、翼形２５の標的面積内部における冷却剤の冷却有効性を増大するために設けられると共に、前縁フロー通路３６への冷却剤フローの衝突に対して特に狭い断面フロー面積を有するように形成しなければならないことが理解されよう。こうした通路の形成に用いられるコアは必然的に精巧な性質であるため、コア歩留りは低くなりかつ製造コストは高いままであるのが一般的である。

図６には、コアを補強し得る一方法を図示している。図６は、別の従来設計による鋳造コア５１の斜視図を提供している。図に示すように鋳造コア５１は、コア５１のうち供給通路５２を形成する部分を蛇行回路の内側パスのうちの１つと接続することによってコア５１の構造を支えている支持用接続体５３を含む。支持用接続体５３はケース翼形２５内に接続体通路５４を形成することになることが理解されよう。しかし支持用接続体５３は一般に、形成された接続体通路５４を動作中に通過する冷却剤フローレベルを制限する要求があるとサイズ及び幾何学形状が束縛される。

図７〜１３は本発明の例示的な実施形態を表している。これらの図並びに関連する検討は一例として提供したものであり、添付の特許請求の範囲の趣旨を逸脱して本発明を絞り込むことを意図していないことが理解されよう。図７は、支持用接続体５３をかなり拡大させたことを含め図６の内部冷却機構に対する修正を表している。これらの特大の支持用接続体５３はコアの構造堅牢性を高めるために設けたものである。より具体的には図６の特大の支持用接続体５３は、鋳造コア５１のより強力な内側部分と半径方向に延びる蛇行通路との間の動きを安定させるようにそのサイズが大きくなっている。コアに対するこうした修正は製造過程におけるコア歩留りに有益な影響をもたらすことになることが理解されよう。以下で検討することにするが本発明では、接続体通路５４を通過して生じることがあり得るこうした特大の支持用接続体５３に起因する過剰な冷却剤フローを特殊化プラグ６１ごとにメータリング（ｍｅｔｅｒ）することがある（これについては、図８〜１２に関連して検討することにする）。

図８は、本発明の一実施形態による内部冷却構成の斜視図である。図８は図５に示したのと同様の内部冷却機構を表しており、この際に供給通路５２がフロー通路３６まで狭まるように図示しており、これが次いで前縁フロー通路３８と隣り合って延びた後、さらに多くの衝突クロスオーバ通路４３を介して前縁フロー通路３８に接続されて冷却を高めていることが理解されよう。図５の従来機構は前縁フロー通路３８を供給通路５２に接続する接続通路５４を含んでおらず、これが本実施形態では特大の支持用接続体５３を介して形成されていることが理解されよう。特大の支持用接続体５３は、図７に関連して上で検討した支持用接続体５３に対するより太いバージョンとすることがある。接続通路５４は供給通路５２と前縁フロー通路３８の内側端との間を延びる。この方式で構成すると、対応する特大の支持用接続体５３がケーシングコアのこの部分に対して大きな追加の堅牢性を提供することになり、またコアのうち前縁接続体３８及びこれに隣り合うフロー通路３６を形成した構成要素間の相対的な動きを制限するのに十分に適応することになることが理解されよう。クロスオーバ通路４３に対応するコア構造が従来では鋳造過程の間に生じる不具合に関して最も問題となるものの１つであったため、鋳造コア内のこれら２つの通路間により大きな構造堅牢性を付加することで、必要な領域への対処のための十分な適応となる。図に示すように、本発明は、特大の支持用接続体５３によってこれを形成させた場合に過大な接続通路５４になる可能性が高いような関連するフロー断面積を小さくするためにプラグチャンネル６２を含んだ特殊化プラグ６１を含むことがある。以下でさらに検討することにするが、プラグ６１は回転子ブレード１６の内部に接続させると共に、接続体通路５４を基準とした固定の阻止位置に配置し、またこれによりこの経路を通る冷却剤フローを制限またはメータリングしている。図９は形状を球体とし得る図８のプラグ６１の側面図を提供しており、また図１０は図８の機構に関する別の斜視図を提供している。

図１１及び１２は本発明の別の実施形態を表している。この場合にプラグ６２は、係合時に上で検討した図示の球形プラグ６２と比べて接続通路５４内により十分に挿入し得るテーパ付き形状を有する。本発明は、より堅牢な鋳造コアに関連する恩恵を越えて、これまでにはなかった鋳込み後チューナビリティを提供できることが理解されよう。

図に示すように本発明の実施形態は、本明細書で提供するような内部冷却構成を有する回転子ブレード及び／または固定子ブレード（並びにこれらの形成に用い得る鋳造コア）を含むことがある。したがってある種の実施形態では本発明は、その中を通るフローが非一体型プラグ６１によってメータリングされるように構成されたフロー通路を含む。非一体型プラグ６１は、冷却通路を通る所望の冷却剤フローレベルに対応するように構成されたプラグチャンネル６２を含むことがある。プラグ６１はフロー通路を基準とした固定の阻止位置で回転子ブレードに接続させることがある。プラグチャンネル６２及びプラグ６１の阻止位置は、動作中にフロー通路を通る他のすべての冷却剤フロー阻止する一方で冷却剤フローのプラグチャンネル６２内の通過を可能にするように構成させることがある。

ある種の実施形態では上流側端の位置において、フロー通路が冷却剤フローに対して内部冷却回路のチェンバまたは供給通路４４からの出口を提供することがある。内部冷却回路はさらに、当該チェンバまたは供給通路４４に対する出口も提供している別のフロー通路を含むことがある。プラグ６１及びプラグチャンネル６２は、これらの２つのフロー通路間でチェンバからの冷却剤フローをメータリングするように構成されることがあることが理解されよう。ある種の実施形態ではその第２のフロー通路はさらに、プラグチャンネル６２を有するように構成された非一体型プラグ６１を含むことがある。こうした場合では、この２つのプラグ６１はこの２つのフロー通路間の冷却剤フローのレベルを所望のレベルとするようにメータリングするように構成されたプラグチャンネル６２を有することがある。図８、１０及び１１に関連して図示したように、この例のチェンバは前方供給通路４４を含むことがあり、またここから分岐するその２つのフロー通路は蛇行回路の一部となったフロー通路３６と供給通路４４を前縁に接続させる接続体通路５４とを含むことがある。

本発明はさらに、上で説明したような内部冷却構成の製造方法を含むことがある。これらの実施形態は、タービンブレード１６の内部冷却構成に対する鋳込み後チューナビリティのレベルを強化していることが理解されよう。ある種の実施形態では本方法は、コア堅牢性を強化するように構成された特大の支持用接続５３を含むコア５１を用いて回転子ブレード１６内に内部冷却回路を鋳造する工程を含む。説明したように、特大の支持用接続５３は、内部冷却回路内に接続体通路５４を形成しており、この「特大の」とは動作中に接続体通路５４を通る冷却剤フローの所望レベルに比してのことである。本発明では、プラグ６１はプラグチャンネル６２を有するように作成し得る。プラグチャンネル６２は、接続体通路５４を通過する所望の冷却剤フローレベルに対応するように構成させることがある。

本方法の別の工程は、プラグ６１が接続体通路５４を基準とした阻止位置に固定されるようにしてプラグ６１を回転子ブレード１６に接続する工程を含む。プラグ６１をブレードに接続するこの工程は、ろう付けや溶接など従来の任意の過程または方法を含むことができる。この阻止位置はプラグチャンネル６２を通過する冷却剤フローを許容する一方で接続体通路５４を通過する他のあらゆる冷却剤フローを防止するようにプラグ６１を整列させることができる。

プラグ６１及び接続体通路５４は図示したように、接続体通路５４内のある点を越えるようなプラグ６１の下流側への動きを防止するような機械的締り嵌めをその間に含むように構成されることがある。この機械的締り嵌めは、接続体通路５４内でプラグ６１と狭いネック区画またはネック６４を係合するように構成された台座を含むことがあり、これによりプラグ６１の下流側への動きを防止している。図示したように阻止位置は、接続体通路５４の上流側部分内に位置させたプラグ６１を含むことがある。

プラグ６１は幾つかの可能な構成のうちの任意の１つを有し得ることが理解されよう。図９及び１２はプラグ６１の構成に関する好ましい実施形態を提供している。図９に示したように、プラグ６１は丸みのある形状または球形状を有することがある。図１２に示したようにプラグ６１は、その狭い側の端部では機械的締り嵌めの台座を係合するように構成されておりかつその太い側の端部がネック５４を係合して動きを制約するように構成されているようなテーパ付き形状を有することがある。プラグチャンネル６２はプラグ６１を回転子ブレードに固定する前に形成させることがあり、あるいはプラグチャンネル６２は回転子ブレード１６に接続した後にプラグ６１を通して機械加工されることがある。プラグ６１まで見通せる（典型的な冷却通路構成では可能となる）ようにして、プラグ６１を貫通するようにＥＤＭまたは従来の別の機械加工過程を介して指定の設計の孔または通路を錐もみし、プラグ６１を通過するメータリング用チャンネルを作成することがある。

指摘したようにこのプラグチャンネル６２は、所望の冷却剤フローレベルに準じたサイズ設定とすることがある。この所望レベルは、回転子ブレードの冷却要件を満足させるような冷却剤フローに関する予測される最小レベルとすることがある。本発明によって、接続体通路５４を通過する実際の冷却剤フローレベルが後から不十分であると判定された場合にプラグ６１及びプラグチャンネル６２に対する効率の良い修正が可能となることが理解されよう。例えば、実際の冷却剤フローレベルが不十分であると判定された場合に、プラグチャンネル６２を広げてタービンエンジン動作中にこれより多くの量の冷却剤フローが中を通過するようにすることができる。この修正は、プラグ６１を回転子ブレードから切り離してより幅広のプラグチャンネル６２を機械加工することによって実施することがある。こうした修正はまた、プラグ６１を回転子ブレードから切り離し、これをより幅広のプラグチャンネル６２を含む異なる修正済みのまたは新たなプラグ６１（その中に所望の冷却剤フローレベルを提供するような幾何学配慮を備える）と交換することによって完了させることがある。最後にこの修正はプラグ６１を回転子ブレード１６に取り付けた状態のままでこれを機械加工することによって完了させることがある。

他方、プラグチャンネル６２を通過する実際の冷却剤フローレベルが大き過ぎて低下させるべきであると判定されることもある。ここでも、このタイプの修正を幾つかの方法で完了させることができる。例えばプラグ６１を、サイズを低減したプラグチャンネル６２を有する修正済みプラグ６１と交換することがある。あるいはプラグ６１自体を、そのプラグチャンネル６２のサイズが低減されるように修正することがある。これは、プラグ６１を回転子ブレード１６から取り外すことによって実施されることがあり、あるいはプラグ６１が回転子ブレードに取り付けられたままで実施されることがある。こうした修正は、従来の任意の処理法及び材料を用いて完了させることがあり、またプラグ６１は燃焼タービンエンジンの極限環境に適した任意の材料を用いて構築することがある。プラグチャンネル６２の具体的な寸法は、その具体的な用途に応じて異なることがあり、また内部冷却構成の異なる領域における具体的な流量に合わせて調整されることがあることが理解されよう。

この方式によって本発明は、従来の鋳込み後修正の機会を提供する一方で、コアの幾何学形状を鋳造過程に十分に耐えるように十分に堅牢とすることが可能である。例えば本発明は、鋳造コア内により大型の特大接続構造を可能とし、これによりコア製造過程とブレード鋳造過程の両過程をより多くが首尾よく耐え抜くようにそのコアを補強するために用いることができる。したがって本発明のプラグ６１は、これらの特大の接続構造により形成されるフロー通路を狭め、その内部のフローを受容可能なレベルに見合うように制限するために用いることができる。本発明は、例えばあるフロー通路を通るように希望する冷却剤の量が十分に少なくそのフロー通路を「鋳放し（ａｓ ｃａｓｔ）」フィーチャとして鋳造することでコアが必然的に過度にデリケートなフィーチャを有するようになる場合に利用することができる。本発明はさらに、コア領域間の相対的な動きを制約することによってある種の別のメータリング方法及びより複雑な冷却通路設計を可能にすることがある。

例えば従来では、前縁フロー通路３８内において、このキャビティへのメータリングフローを衝突冷却を提供する多数の非常に細いクロスオーバ通路を用いて実現していた。クロスオーバ通路は、そのサイズ、幾何学形状が小さくかつ熱勾配が大きいために応力が高い領域となることが理解されよう。本発明によれば、内側接続体通路を備えるクロスオーバ通路のうちの幾つかを除去し、回転子ブレードのこうした高応力の領域を補強することが可能となる。より具体的には本発明によれば、ブレード上への機械的及び熱的応力が最も厳しい箇所である翼形の前縁に沿った最底部のクロスオーバ衝突通路を排除することが可能となる。これによって、構成要素の寿命が向上すると共に、タービンエンジンのライフサイクルコストが削減されることになる。

幾つかの例示的な実施形態に関連して上で説明した多くの様々な特徴及び構成はさらに本発明の可能な別の実施形態を形成するために選択的に適用できることは当業者であれば理解されよう。簡潔とすると共に当業者の能力を考慮に入れて、可能な反復についてすべてを詳細に提供または検討していない（ただし、以下の幾つかの請求項に包含されたすべての組み合わせ及び可能な実施形態やその他は本出願の一部とする意図である）。さらに、本発明の幾つかの例示的実施形態に関する上の説明から、当業者には改良、変形及び修正が認識されよう。本技術分野域内にあるこうした改良、変形及び修正もまた添付の特許請求の範囲によって包含されるように意図している。さらに、上述したことは本出願の記載した実施形態にのみ関係すること、並びに本出願の精神及び趣旨を逸脱することなく添付の特許請求の範囲及びその等価物による規定に従って多くの変形及び修正がここでなされ得ることは明らかであろう。

１０ 燃焼タービンエンジン
１１ コンプレッサ
１２ 燃焼器
１３ タービン
１４ 回転子ブレード
１５ 固定子ブレード
１６ 回転子ブレード
１７ 固定子ブレード
２１ ルート部
２４ プラットフォーム
２５ 翼形
２６ 凹形側壁
２７ 凸形側壁
２８ 前縁
２９ 後縁
３１ 外部先端
３６ フロー通路
３８ 前縁フロー通路
３９ 後縁フロー通路
４３ クロスオーバ通路
４４ 供給通路
５１ 鋳造コア
５２ 供給通路
５３ 支持用接続体
５４ 接続通路
６１ プラグ
６２ プラグ
６４ ネック

Claims (22)

1. 翼形部分及びルート部分を備えた燃焼タービンエンジン内で用いるように構成されている内部冷却回路を有するブレードを製造する方法であって、
   コア堅牢性を強化するように構成された特大の支持用接続を含むコアを用いて内部冷却回路を鋳造する工程であって、該特大の支持用接続は内部冷却回路内に第１のフロー通路を形成すると共に動作中に第１の冷却通路を通る所望の冷却剤フローレベルに比して特大である鋳造工程と、
   プラグを形成する工程と、
   プラグを通過するプラグチャンネルであって、第１の冷却通路を通る所望の冷却剤フローレベルに対応するように構成されたプラグチャンネルを形成する工程と、
   第１のフロー通路を基準とした阻止位置にプラグが固定されるようにブレードに対してプラグを接続する工程と、
   を含む方法。
2. 前記ブレードは燃焼タービンエンジンのタービン区画内に回転子ブレードを備えている、請求項１に記載のブレード製造方法。
3. ブレードに対してプラグを接続する前記工程は阻止位置にプラグをろう付けする工程を含む、請求項２に記載のブレード製造方法。
4. 前記阻止位置は、プラグチャンネルを通る冷却剤フローを許容する一方で第１のフロー通路を通る他のあらゆる冷却剤フローを防止するようにプラグを整列させることを含む、請求項２に記載のブレード製造方法。
5. 前記プラグ及び第１のフロー通路は、所定の点を越えるプラグの下流側への動きを防止する機械的締り嵌めをその間に含むように構成されている、請求項２に記載のブレード製造方法。
6. 前記機械的締り嵌めはプラグを係合するように構成された台座を含み、かつ前記所定の点は第１のフロー通路内の幅狭のネック区画を含むこと、
   前記阻止位置は第１のフロー通路の上流側部分内に配置させたプラグを含むこと、
   を特徴とする請求項５に記載のブレード製造方法。
7. 前記プラグはテーパ付き形状を備えており、該テーパ付き形状の小さい側の端部は機械的締り嵌めの台座を係合するように構成されかつテーパ付き形状の大きい側の端部はネック区画を係合するように構成されている、請求項６に記載のブレード製造方法。
8. 前記プラグは形状が球形である、請求項６に記載のブレード製造方法。
9. プラグチャンネルを形成する前記工程は、阻止位置でプラグをブレードに接続した後に機械加工過程を介して完成させている、請求項５に記載のブレード製造方法。
10. プラグチャンネルを形成する前記工程は、阻止位置でプラグをブレードに接続する前に機械加工過程を介して完成させている、請求項５に記載のブレード製造方法。
11. 前記所望冷却剤フローレベルはブレード冷却基準に基づいた最小冷却剤フローレベルを備えており、さらに
    第１のフロー通路を通る実際の冷却剤フローレベルが不十分であると判定する工程と、
    第１のフロー通路内のプラグチャンネルを広げる工程と、
    を含む請求項２に記載のブレード製造方法。
12. プラグをブレードから切り離す工程と、
    阻止位置に修正済みプラグを再接続する工程と、
    をさらに含む請求項１１に記載のブレード製造方法。
13. 前記所望の冷却剤フローレベルはブレード冷却基準に基づいた最小冷却剤フローレベルを備えており、さらに
    第１のフロー通路を通る実際の冷却剤フローレベルが大き過ぎると判定する工程と、
    第１のフロー通路内のプラグチャンネルを狭める工程と、
    を含む請求項２に記載のブレード製造方法。
14. プラグをブレードから切り離す工程と、
    プラグチャンネルを低減した新たなプラグを形成する工程と、
    阻止位置に該新たなプラグを再接続する工程と、
    をさらに含む請求項１３に記載のブレード製造方法。
15. 前記プラグは第１のプラグを備えており、さらに
    該第１のプラグのプラグチャンネルと比較して修正したプラグチャンネルを備えた第２のプラグによって第１のプラグを置き換える工程をさらに含む請求項２に記載のブレード製造方法。
16. 前記プラグは第１のプラグを備えており、さらに
    第２のプラグを形成する工程と、
    第２のプラグを通過するプラグチャンネルであって、第１の冷却通路を通る新たな所望の冷却剤フローレベルに対応するように構成されたプラグチャンネルを形成する工程と、
    第１のプラグをブレードから切り離す工程と、
    第２のプラグが第１のフロー通路を基準とした固定の阻止位置を備えるようにブレードに対して第２のプラグを接続する工程と、
    を含む請求項２に記載のブレード製造方法。
17. 翼形部分及びルート部分と、該ルート部分及び翼形部分内にフロー通路を有する内部冷却回路と、を備えた回転子ブレードであって、該内部冷却回路は、
    第１のフロー通路と、
    非一体型プラグと、を含んでおり、
    該プラグは第１の冷却通路を通る所望の冷却剤フローレベルに対応するように構成されたプラグチャンネルを備えること、
    該プラグは第１のフロー通路を基準とした固定の阻止位置で回転子ブレードに接続されること、
    を特徴とする回転子ブレード。
18. 前記プラグチャンネル及び前記プラグの阻止位置は、動作中にプラグチャンネルを通過する冷却剤フローを許容する一方で第１のフロー通路を通る他のあらゆる冷却剤フローを阻止するように構成されることを特徴とする請求項１７に記載の回転子ブレード。
19. 前記第１のフロー通路の上流側端は内部冷却回路のチェンバからの冷却剤フロー出口を備えること、
    第２のフロー通路がチェンバからの第２の冷却剤フロー出口を備えること、
    前記プラグは第１のフロー通路と第２のフロー通路の間でチェンバからの冷却剤フローをメータリングするように構成されること、
    を特徴とする請求項１７に記載の回転子ブレード。
20. 前記第２のフロー通路は、該回転子ブレードに対して非一体型とした第２のプラグを備えると共に、第２の冷却通路を通る所望の冷却剤フローレベルに対応するように構成されたプラグチャンネルを含むこと、
    該第２のプラグは回転子ブレードに対して第２のフロー通路を基準とした固定の阻止位置に接続されること、
    を特徴とする請求項１７に記載の回転子ブレード。
21. 前記第１のプラグ及び第２のプラグは、第１のフロー通路と第２のフロー通路の間でチェンバからの冷却剤フローをメータリングするように構成されている、請求項２０に記載の回転子ブレード。
22. 前記チェンバはルート部区画内に前方部分を備えること、
    翼形の前縁の近傍で平行でありかつ複数のクロスオーバ通路からの冷却剤の衝突性フローを受け入れるように構成された前縁フロー通路に対して第１のフロー通路によりチェンバを接続していること、
    を特徴とする請求項１９に記載の回転子ブレード。