特開 2022-33023 ラムエアタービンブレードプラットフォーム冷却

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022033023

(43)【公開日】2022-02-25

(54)【発明の名称】ラムエアタービンブレードプラットフォーム冷却

(51)【国際特許分類】

   F01D 5/18 20060101AFI20220217BHJP

   F01D 5/08 20060101ALI20220217BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20220217BHJP

   F01D 25/12 20060101ALI20220217BHJP

【ＦＩ】

F01D5/18

F01D5/08

F01D25/00 X

F01D25/12 Z

【審査請求】有

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021131103

(22)【出願日】2021-08-11

(31)【優先権主張番号】16/993,808

(32)【優先日】2020-08-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】521073006

【氏名又は名称】メカニカル・ダイナミクス・アンド・アナリシス・エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ポス、ザ・サード、レイスナー・フェルディナンド

【テーマコード（参考）】

3G202

【Ｆターム（参考）】

3G202CA07

3G202CA08

3G202CA15

3G202JJ06

3G202JJ27

(57)【要約】      （修正有）

【課題】タービンブレード、タービンロータを冷却する方法、および、タービンブレード内にプラットフォーム冷却構成を形成する方法を提供する。
【解決手段】タービンブレード１００は、第１の脚部、第２の脚部、および弓形部２５２，２３８，２７４，２７６を有する通路を規定している。弓形部２５２，２７６は、少なくとも部分的にプラットフォーム１１４内にあり、第１および第２の脚部を接続する。第１の脚部は、エアフォイル１１８の遠位端部１２６と弓形部２３８，２７４の入口との間に伸長する。第２の脚部は、弓形部２５２，２７６の出口からエアフォイル１１８の遠位端部１２６まで伸長する。プラットフォーム１１４は、第１の供給路および分岐通路を含む。第１の供給路は、弓形部２５２，２７６の外側面を通って開口し、分岐通路と流体連通している。各分岐通路の入口は、第１の供給路と連結され、出口は、プラットフォーム１１４の外側に開口する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エアフォイルと、
根元と、
前記根元と、前記エアフォイルの近位端部との間の境界面に設けられたプラットフォームと、を備えるタービンロータブレードであって、
前記タービンロータブレードは、第１の脚部、第２の脚部、および弓形部を有する少なくとも１つの内部冷却通路を規定し、前記弓形部は、前記プラットフォーム内に少なくとも部分的に設けられ、前記第１および第２の脚部を接続し、前記第１の脚部は、前記エアフォイルの遠位端部と前記弓形部の入口との間に伸長し、前記第２の脚部は、前記弓形部の出口から前記エアフォイルの前記遠位端部まで伸長し、
前記プラットフォームは、第１の供給路および複数の分岐通路を含み、前記第１の供給路は、前記弓形部の外側面を通って開口する入口を含み、前記第１の供給路は、前記複数の分岐通路と流体連通しており、前記複数の分岐通路の各分岐通路は、入口および出口を有し、各分岐通路の前記入口は、流体連通のために前記第１の供給路に接続され、各分岐通路の前記出口は、前記プラットフォームの外側に開口する、タービンロータブレード。

【請求項2】

前記第１の供給路の前記入口は、前記弓形部の流路の高圧領域に開口する、請求項１に記載のタービンロータブレード。

【請求項3】

前記第１の供給路の前記入口は、前記複数の分岐通路の径方向内側に位置する、請求項１に記載のタービンロータブレード。

【請求項4】

前記第１の供給路は、前記第１の供給路の前記入口から、前記プラットフォームの先導壁の方向に伸長する、請求項１に記載のタービンロータブレード。

【請求項5】

前記第１の供給路の前記入口は、前記第１の脚部よりも前記第２の脚部の近くで前記弓形部の前記外側面に沿って位置する、請求項１に記載のタービンロータブレード。

【請求項6】

前記プラットフォームは、第２の供給路を含み、前記第２の供給路の入口は、前記第１の供給路に開口し、各分岐通路の前記入口は、前記第２の供給路に開口する、請求項１に記載のタービンロータブレード。

【請求項7】

前記第１の供給路の全体が、前記複数の分岐通路の径方向内側に設けられる、請求項６に記載のタービンロータブレード。

【請求項8】

前記第２の供給路は、前記プラットフォームの前記外側に開口する出口を含み、前記プラットフォームは、前記第２の供給路の前記出口に設けられ、前記第２の供給路の前記出口を介して前記プラットフォームから流れが流出することを防ぐプラグを含む、請求項６に記載のタービンロータブレード。

【請求項9】

前記第１の供給路は、前記プラットフォームの前記外側に開口する出口を含み、前記プラットフォームは、前記第１の供給路の前記出口に設けられ、前記第１の供給路の前記出口を介して前記プラットフォームから流れが流出することを防ぐプラグを含む、請求項１に記載のタービンロータブレード。

【請求項10】

前記第１の供給路の前記出口は、前記プラットフォームの先導壁に位置する、請求項９に記載のタービンロータブレード。

【請求項11】

各分岐通路の前記出口は、前記プラットフォームの吸引側壁に設けられる、請求項１に記載のタービンロータブレード。

【請求項12】

各分岐通路の前記出口は、前記複数の分岐通路の前記出口から流出する冷却ガスが、タービンロータへの取付け時に隣接するタービンロータブレードのプラットフォームの圧力側壁に衝突するように配置される、請求項１１に記載のタービンロータブレード。

【請求項13】

各分岐通路の前記出口は、前記プラットフォームの先導壁に近接した前記プラットフォームの部分に沿って設けられる、請求項１に記載のタービンロータブレード。

【請求項14】

タービンロータを冷却する方法であって、
タービンロータブレードの根元に設けられた、前記タービンロータブレードの内部冷却通路の入口を通る冷却流体の流れを方向付けることと、
前記タービンロータブレードのエアフォイルの先端部から径方向内側に伸長する、前記内部冷却通路の第１の脚部に沿って、前記冷却流体の流れを方向付けることと、
前記第１の脚部から前記内部冷却通路の弓形部の入口へ、前記冷却流体の流れを方向付けることと、
前記弓形部から、前記弓形部の出口から径方向外側に伸長する前記内部冷却通路の第２の脚部へ、前記冷却流体の流れの第１の部分を方向付けることと、
前記弓形部から、前記弓形部の外側面に規定された開口部を介して第１の供給路へ、前記冷却流体の流れの第２の部分を方向付けることと、
前記タービンロータブレードのプラットフォームによって規定された、各々が前記プラットフォームの外側に開口する出口を有する複数の分岐通路を通る前記冷却流体の流れの前記第２の部分を方向付けることと、
を備える方法。

【請求項15】

前記第１の供給路から、前記第１の供給路および各分岐通路に直接開口する第２の供給路へ、前記冷却流体の流れの前記第２の部分を方向付けることを更に備える、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記第１の供給路は、前記分岐通路の径方向内側に設けられる、請求項１４に記載の方法。

【請求項17】

前記冷却流体の流れの前記第２の部分の少なくとも一部を、前記分岐通路から流れ、隣接するタービンロータブレードのプラットフォームに衝突するように方向付けることを更に備える、請求項１４に記載の方法。

【請求項18】

タービンロータブレード内にプラットフォーム冷却構成を形成する方法であって、
エアフォイル、根元、および前記根元と前記エアフォイルの近位端部との間の境界面に設けられたプラットフォームを備えるタービンロータブレードであって、第１の脚部、第２の脚部、および湾曲部を有する内部冷却通路を規定し、前記湾曲部は、少なくとも部分的に前記プラットフォーム内に設けられ、前記第１および第２の脚部を接続し、前記第１の脚部は、前記エアフォイルの遠位端部と前記湾曲部の入口との間に伸長し、前記第２の脚部は、前記湾曲部の出口から前記エアフォイルの前記遠位端部まで伸長しているタービンロータブレードを提供し、
第１の供給路の入口が前記湾曲部の外側面を通って開口するように、前記プラットフォームに前記第１の供給路を形成し、
各分岐通路が、前記第１の供給路と流体連通している入口と、前記プラットフォームの吸引側壁の外側に開口する出口とを有するように、複数の分岐通路を形成する、
方法。

【請求項19】

前記第１の供給路は、前記第１の供給路の前記入口から、前記プラットフォームの先導壁の方向に伸長する、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記プラットフォームに第２の供給路を形成することを更に備え、前記第２の供給路の入口は、前記第１の供給路に開口し、各分岐通路の前記入口は、前記第２の供給路に開口する、請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ターボ機械における冷却に関し、具体的には、ブレードプラットフォームの冷却に関し、より具体的には、タービンロータブレード、タービンロータを冷却する方法、および、タービンロータブレード内にプラットフォーム冷却構成を形成する方法、に関する。

【背景技術】

【0002】

この箇所における記載は、単に本開示に関連する背景情報を提供するものであり、従来技術を構成するものではない。

【0003】

タービン部品（たとえばブレードまたはベーン）は、高温環境で動作する。タービン部品の十分な冷却を提供することは、部品寿命を長くするために重要であり得る。タービン部品の冷却は、タービン部品（たとえばタービンブレード）の内部および外部の様々な通路を通って流れる圧縮空気の使用によってもたらされ得る。燃焼以外の目的での（たとえば部品冷却のための）圧縮空気の使用は、空気を圧縮するために費やされる作業の損失により、エンジン効率の低下をもたらし得る。

【0004】

タービンの通常の始動および停止による熱誘起疲労の影響を受けやすいことが分かっている１つのエリアは、タービンブレードプラットフォームである。タービンブレードプラットフォームの冷却は、タービンブレードの動作耐久性を向上させ得ることが分かっている。しかし、タービンブレードプラットフォームを冷却するための既存の構成は、不十分な冷却、低効率、および不十分な供給圧による高温燃焼ガスの逆流に悩まされ得る。

【0005】

本開示は、これらの問題、およびタービン部品の冷却に関連する他の問題に対処するものである。

【発明の概要】

【0006】

この箇所は、本開示の一般的概要を提供するものであり、本開示の全範囲またはその特徴の全てを包括的に開示するものではない。

【0007】

本開示の１つの形態において、タービンロータブレードは、エアフォイル、根元、およびプラットフォームを含む。プラットフォームは、根元と、エアフォイルの近位端部との間の境界面に設けられる。タービンロータブレードは、第１の脚部、第２の脚部、および弓形部を有する少なくとも１つの内部冷却通路を規定している。弓形部は、少なくとも部分的にプラットフォーム内に設けられ、第１および第２の脚部を連結する。第１の脚部は、エアフォイルの遠位端部と弓形部の入口との間に伸長する。第２の脚部は、弓形部の出口からエアフォイルの遠位端部まで伸長する。プラットフォームは、第１の供給路および複数の分岐通路を含む。第１の供給路は、弓形部の外側面を通って開口する入口を含む。第１の供給路は、複数の分岐通路と流体連通している。複数の分岐通路の各分岐通路は、入口および出口を有する。各分岐通路の入口は、第１の供給路との流体連通のために連結される。各分岐通路の出口は、プラットフォームの外側に開口する。様々な代替構成によると、第１の供給路の入口は、弓形部の流路の高圧領域に開口し、第１の供給路の入口は、複数の分岐通路の径方向内側に位置し、第１の供給路は、第１の供給路の入口から、プラットフォームの先導壁の方向に伸長し、第１の供給路の入口は、第１の径方向通路よりも第２の径方向通路の近くで弓形部の外側面に沿って位置し、プラットフォームは、第２の供給路を含み、第２の供給路の入口は、第１の供給路に開口し、ここで、各分岐通路の入口は、第２の供給路に開口し、第１の供給路全体は、複数の分岐通路の径方向内側に設けられ、第２の供給路は、プラットフォームの外側に開口する出口を含み、ここで、プラットフォームは、第２の供給路の出口に設けられた、第２の供給路の出口を介してプラットフォームから流れが流出することを防ぐプラグを含み、第１の供給路は、プラットフォームの外側に開口する出口を含み、ここで、プラットフォームは、第１の供給路の出口に設けられた、第１の供給路の出口を介してプラットフォームから流れが流出することを防ぐプラグを含み、第１の供給路の出口は、プラットフォームの先導壁に位置し、各分岐通路の出口は、分岐通路の出口から流出する冷却ガスが、タービンロータへの取付け時に隣接するタービンロータブレードのプラットフォームの圧力側壁に衝突するように配置され、各分岐通路の出口は、プラットフォームの先導壁に近接したプラットフォーム部分に沿って設けられる。

【0008】

他の形態において、タービンロータを冷却する方法は、タービンロータブレードの内部冷却通路の入口を通る冷却流体の流れを方向付けることを含み、内部冷却通路の入口は、タービンロータブレードの根元に設けられる。この方法は、内部冷却通路の第１の脚部に沿って冷却流体の流れを方向付けることを含み、第１の脚部は、タービンロータブレードのエアフォイルの先端部から径方向内側に伸長する。この方法は更に、第１の脚部から内部冷却通路の弓形部の入口へ、冷却流体の流れを方向付けることを含む。またこの方法は、弓形部から内部冷却通路の第２の脚部へ、冷却流体の流れの第１の部分を方向付けることも含み、第２の脚部は、弓形部の出口から径方向外側に伸長する。加えて、この方法は、弓形部から、弓形部の外側面に規定された開口部を介して第１の供給路へ、冷却流体の流れの第２の部分を方向付けることを含む。この方法は更に、タービンロータブレードのプラットフォームによって規定された複数の分岐通路を通る冷却流体の流れの第２の部分を方向付けることを含み、各分岐通路は、プラットフォームの外側に開口する出口を有する。様々な代替構成によると、この方法は更に、第１の供給路から、第１の供給路および各分岐通路に直接開口する第２の供給路へ、冷却流体の流れの第２の部分を方向付けることを含み、第１の供給路は、分岐通路の径方向内側に設けられ、この方法は更に、冷却流体の流れの第２の部分の少なくとも一部を、分岐通路から流れ、隣接するタービンロータブレードのプラットフォームに衝突するように方向付けることを含む。

【0009】

また他の形態によると、タービンロータブレード内にプラットフォーム冷却構成を形成する方法は、エアフォイル、根元、および根元とエアフォイルの近位端部との間の境界面に設けられたプラットフォームを備えるタービンロータブレードであって、第１の脚部、第２の脚部、および湾曲部を有する内部冷却通路を規定し、湾曲部は、少なくとも部分的にプラットフォーム内に設けられ、第１および第２の脚部を連結し、第１の脚部は、エアフォイルの遠位端部と湾曲部との間に伸長し、第２の脚部は、湾曲部の出口からエアフォイルの遠位端部まで伸長するタービンロータブレードを提供する。この方法は更に、第１の供給路が湾曲部の外側面を通って開口するようにプラットフォームに第１の供給路を形成し、各分岐通路が、第１の供給路と流体連通している入口と、プラットフォームの吸引側壁の外側に開口する出口とを有するように、複数の分岐通路を形成することとを含む。様々な代替構成によると、第１の供給路は、第１の供給路の入口からプラットフォームの先導壁の方向に伸長し、この方法は更に、プラットフォームに第２の供給路を形成することを含み、第２の供給路の入口は、第１の供給路に開口し、ここで、各分岐通路の入口は、第２の供給路に開口する。

【0010】

更なる適応性の範囲は、本明細書において提供される説明から明らかになる。理解すべき点として、この説明および特定の例は、例示のみを目的とすることが意図され、本開示の範囲を限定することは意図されない。

【0011】

本開示が適切に理解され得るように、以下、例示として示され、添付図面が参照される、本開示の様々な形態が説明される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本開示の教示に係るタービンブレードの斜視図である。

【図2】本開示の教示に係る、タービンブレード内の複数のエアフォイル冷却通路を示す、図１のタービンブレードの側面図である。

【図3】図１のタービンブレードの一部の斜視図である。

【図4】本開示の教示に係る、複数のプラットフォーム冷却通路を示す、図１のタービンブレードの一部の斜視図である。

【図5】図２および図５のブレードおよびプラットフォーム冷却通路を形成する表面を示す、図１のタービンブレードの斜視断面図である。

【図6】図２および図５のブレードおよびプラットフォーム冷却通路を形成する表面を示す、図１のタービンブレードの一部の側断面図である。

【図7】弓形部を通る流圧の領域を示す、図２のブレード冷却通路の弓形部の斜視図である。

【図8】図１のタービンブレードのプラットフォームの側面図である。

【図9】本開示の教示に係る、第２のタービンブレードに対するタービンロータにおける取付け方向でタービンブレードを示す、図１のタービンブレードの上断面図である。

【図10】本開示の教示に係る、第２の構成のタービンブレードの上断面図である。

【図11】本開示の教示に係る、第３の構成のタービンブレードの上断面図である。

【0013】

本明細書で説明される図面は、単に例示を目的としており、本開示の範囲を限定することは一切意図されない。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下の説明は、本質的に単なる典型例であり、本開示、本出願、またはその使用を限定することは意図されない。理解すべき点として、図面全体を通して、対応する参照番号は、同様のまたは対応する部品および特徴を示す。

【0015】

図１を参照すると、タービン部品１００の例が示される。図示の例によれば、タービン部品１００はタービンロータブレードであり、本明細書において、タービンロータブレード１００またはタービンブレード１００とも称される。本明細書ではタービンロータのブレードを参照して説明されるが、タービン部品１００は、代替としてステータベーンであってもよい。タービンブレード１００は、タービンブレード１００が回転軸１４の周囲を回転方向１８に回転し、タービン（不図示）を通る主空気流が、本明細書において後方向２２とも称される方向２２に概ね沿うように、タービン（不図示）のロータ１０（図９）に取り付けられるように構成される。

【0016】

タービンブレード１００は、根元１１０、プラットフォーム１１４、およびエアフォイル１１８を含む。根元１１０は、タービンブレード１００をロータ１０（図９）に結合するように構成される。提供された例において、根元１１０は、一般にダブテールまたはモミの木と称される形状であり、ロータ１０（図９）の嵌合チャネル（不図示）内に受容されるように構成されるが、他の構成が用いられてもよい。プラットフォーム１１４は、エアフォイル１１８がプラットフォーム１１４の近位端部１２２から（本明細書において先端部とも称される）遠位端部１２６まで径方向外側に（すなわち方向２６に）伸長するように、根元１１０とエアフォイル１１８の近位端部１２２との間の境界面に配置される。根元１１０は、プラットフォーム１１４から径方向内側に（すなわち方向３０に）伸長する。プラットフォーム１１４は、基部１３０および軸部１３４を含む。エアフォイル１１８は、基部１３０から伸長し、根元１１０は、軸部１３４から伸長する。プラットフォーム１１４は、たとえば軸部１３４の前壁１４２（すなわち先導壁）から前方向３４に伸長する１または複数の前翼１３８および軸部１３４の後壁１５４から後方向２２に伸長する１または複数の後翼１４６などの、軸部１３４から伸長する複数の翼も含んでよい。

【0017】

提供された例において、基部１３０の前壁１５４（すなわち先導壁）は、前壁１４２の上に、前方向３４に張り出している。エアフォイル１１８は、略径方向外側を向いた基部１３０の上面１５８から伸長する。基部１３０は、方向４２を向いた吸引側壁１６２および方向４６を向いた圧力側壁１６６も有する。

【0018】

エアフォイル１１８は、前縁１７０、後縁１７４、圧力側面１７８、および吸引側面１８２を有する。前縁１７０は、概ね前方向３４を向き、後縁１７４は、概ね後方向２２を向く。吸引側面１８２は、概ね方向４２を向いた凸面湾曲形状であり、圧力側面１７８は、概ね方向４６を向いた凹面湾曲形状である。エアフォイル１１８は、複数のエアフォイル冷却開口部２１０を規定する。提供された例において、エアフォイル冷却開口部２１０は、冷却空気が、遠位端部１２６のブレード先端１８６（たとえば先端キャップ）から前縁１７０に沿って、遠位端部１２６における圧力側面１７８に沿って、および後縁１７４に沿ってエアフォイル１１８から流出することを可能にするように配置されるが、他の構成が用いられてもよい。

【0019】

図２を参照すると、タービンブレード１００は、エアフォイル冷却開口部２１０（図１）と流体連通している複数の内部冷却通路２１４、２１６を規定する。内部冷却通路２１４、２１６は、ロータ１０（図９）から加圧空気を受け取るように構成された根元１１０内に位置する入口２１８、２２０、２２２、２２４を有する。提供された例において、冷却通路２１４は、入口２１８および２２０から冷却空気を受け取る軸部１３４内のプレナムチャンバ２２６を含む。プレナムチャンバ２２６は、基部１３０を通ってエアフォイル１１８内へ径方向外側に伸長し、エアフォイル１１８の遠位端部１２６へ伸長する冷却通路２１４の脚部２３０に空気を提供する。エアフォイル１１８の遠位端部１２６において、脚部２３０は、冷却通路２１４の弓形部２３８（たとえば湾曲部）の入口２３４に連結される。弓形部２３８は、径方向内向きに後ろへ湾曲し、弓形部２３８の出口２４２は、プラットフォーム１１４に向かって径方向内向きに伸長する冷却通路２１４の他の脚部２４６に連結される。提供された例において、ブレード先端１８６におけるエアフォイル冷却開口部２１０（図１）のいくつかは、弓形部２３８に開口してよい。

【0020】

脚部２４６は、遠位端部１２６から近位端部１２２まで伸長する。脚部２４６は、少なくとも部分的にプラットフォーム１１４内に位置する冷却通路２１４の他の弓形部２５２の入口２５０に連結される。提供された例において、弓形部２５２は全体的にプラットフォーム１１４内にあるが、たとえば部分的にエアフォイル１１８の近位端部１２２内にあるような他の構成が用いられてもよい。入口２５０は、径方向外側方向２６（図１）に開口する。弓形部２５２は、弓形部２５２の出口２５４もまた径方向外側方向２６（図１）に開口するように、折り返し上向きに湾曲する。出口２５４は、入口２５０よりも更に前方向３４（図１）にある。出口２５４は、冷却通路２１４の他の脚部２５８に連結される。脚部２５８は、遠位端部１２６に向かって径方向外側に伸長する。提供された例において、脚部２５８は、完全にブレード先端１８６まで伸長し、前縁１７０（図１）に沿ってエアフォイル冷却開口部２１０（図１）に開口しており、ブレード先端１８６においてエアフォイル冷却開口部２１０（図１）のいくつかにも開口し得るが、他の構成が用いられてもよい。提供された例において、追加の通路２６２は、任意選択的に、プレナムチャンバ２６６から弓形部２５２までを直接連結し得る。

【0021】

提供された例において、冷却通路２１６は同様に、入口２２２、２２４から空気を受け取り、一連の脚部２６８、２７０、２７２に空気を供給する第２のプレナムチャンバ２６６と、エアフォイル１１８およびプラットフォーム１１４に風を通す弓形部２７４、２７６とを含む。冷却通路２１６は、冷却通路２１４の後側にあり、ブレード先端１８６においてエアフォイル冷却開口部２１０（図１）のいくつかに連結され、後縁１７４においてエアフォイル冷却開口部２１０（たとえば、図９に示すエアフォイル冷却開口部２１０’）に連結され得る。冷却通路２１６および／または２１４は、任意選択的に、圧力側壁１６６（図１）と圧力側面１７８（図１）との間に設けられた、たとえばプラットフォーム冷却開口部２８０（図１）などの、プラットフォーム１１４の上面１５８（図１）を通って開口する冷却開口部へも空気を供給し得るが、他の構成が用いられてもよい。

【0022】

図５を参照すると、プラットフォーム１１４は、複数の分岐通路３１０と、分岐通路３１０を弓形部２５２の外側面２８４に結合する少なくとも１つの供給路とを規定する。提供された例において、プラットフォーム１１４における２つの孔が、第１の供給路３１４および第２の供給路３１８を規定する。第１の供給路３１４は、弓形部２５２の外側面２８４を直接通って開口する入口３２２を有する。

【0023】

続けて図５を参照し、追加として図３および図４を参照すると、第１の供給路３１４は、入口３２２から、プラットフォーム１１４の前向き（すなわち先導）壁（たとえば前壁１４２または１５４）を通る第１端開口部３２６へ伸長する。提供された例において、第１端開口部３２６は、プラットフォーム１１４の軸部１３４の前壁１４２にある。提供された例において、第１端開口部３２６は、軸部１３４の前壁１４２を基部１３０の張出し前壁１５４に移行させるフィレット２８８を通るが、たとえば全体的または部分的にフィレット２８８の径方向内側にあるような他の構成が用いられてもよい。図示されない代替構成において、第１端開口部３２６は、基部１３０の前壁１５４を通って部分的または全体的に開口してよい。

【0024】

提供された例において、第１の供給路３１４は、真っ直ぐな円筒形通路であるが、他の構成が用いられてもよい。代替構成において、第１の供給路３１４は、湾曲してよく、および／またはその長さに沿って径が変化してよい。第１端開口部３２６は、入口３２２から第１の供給路３１４内に受け取られた空気が第１端開口部３２６を通って流出することができないように塞がれ、または遮断される。提供された例において、プラグ３３０は、第１端開口部３２６内に挿入され、その内部でロウ付けまたは溶接されるが、第１端開口部３２６を塞ぐために他の構成が用いられてもよい。

【0025】

図５および図６を参照すると、第２の供給路３１８は、第１の供給路３１４に開口する入口３３４を有し、そこから、吸引側壁１６２を通って第２端開口部３３８まで伸長する。入口３３４は、第２端開口部３３８の径方向内側にある。提供された例において、第２の供給路３１８は、真っ直ぐな円筒形通路であるが、他の構成が用いられてもよい。代替構成において、第２の供給路３１８は、湾曲してよく、および／またはその長さに沿って径が変化してよい。提供された例において、第２の供給路３１８は、第１の供給路３１４の径と等しい径を有するが、他の構成が用いられてもよい。

【0026】

提供された例において、第２端開口部３３８は、第１の供給路３１４から第２の供給路３１８内に受け取られた空気が第２端開口部３３８を通って流出することができないように塞がれ、または遮断される。提供された例において、プラグ３４２は、第２端開口部３３８内に挿入され、その内部でロウ付けまたは溶接されるが、第２端開口部３３８を塞ぐために他の構成が用いられてもよい。他の構成において、第２端開口部３３８は、空気が通り抜けることができるように開口したままであってよい。

【0027】

図５を参照すると、各分岐通路３１０は、第２の供給路３１８から空気を受け取るために第２の供給路３１８に開口する入口３４６を含む。各分岐通路３１０は、第２の供給路３１８の径よりも小さい径を有し得る。分岐通路３１０の径は、互いに等しく、または異なってよい。各分岐通路３１０は、第２の供給路３１８から、吸引側壁１６２を通って開口する、対応する分岐出口３５０まで伸長する。提供された例において、各分岐出口３５０は、それぞれの入口３４６および第２端開口部３３８の後側にあるが、たとえば分岐出口３５０の１または複数がそれらの前側にあるような他の構成が用いられてもよい。

【0028】

図５および図６を参照すると、提供された例において、各分岐出口３５０は、対応する入口３４６の径方向外側にあるが、他の構成が用いられてもよい。提供された例において、各分岐通路３１０は、真っ直ぐな円筒形通路であるが、他の構成が用いられてもよい。代替構成において、分岐通路３１０の１または複数は、湾曲してよく、および／またはその長さに沿って径が変化してよい。提供された例は、５つの分岐通路３１０を有して示されるが、より多いまたは少ない数の通路が用いられてよい。提供された例において、第１の供給路３１４全体が分岐通路３１０の径方向内側に位置するが、他の構成が用いられてもよい。

【0029】

図７を参照すると、弓形部２５２が示され、圧力領域７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃ、７１０ｄ、および７１０ｅの分布を示す（例示の容易性のために５つの圧力領域のみが具体的に示され、符号付けされるが、７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃ、７１０ｄ、および７１０ｅを含む全ての圧力領域が、本明細書において圧力領域７１０と集合的に称される）。圧力領域７１０は、動作中に弓形部２５２を通って流れる空気の圧力を示す。空気流の圧力は一般に、弓形部２５２の外側面２８４の付近で高くなり、内側面２９２の付近で低くなる。たとえば、圧力領域７１０ａにおける圧力は、圧力領域７１０ｂにおける圧力よりも高く、圧力領域７１０ｂにおける圧力は、圧力領域７１０ｃにおける圧力よりも高く、以下同様である。

【0030】

第１の供給路３１４の入口３２２（図５および図６）は、空気流の慣性が、第１の供給路３１４（図５および図６）内に空気を供給するためのラムエア効果をもたらすように、たとえば圧力領域７１０ａおよび７１０ｂなどの比較的高い圧力のエリアにおける外側面２８４に沿った位置にある。提供された例において、入口３２２は、たとえば外側面２８４の下流半分に沿って、入口２５０よりも出口２５４の近くで外側面２８４に沿って位置するが、他の構成が用いられてもよい。入口３２２は、外側面２８４に沿った１つの特定の位置において示されるが、高い圧力エリア内の他の位置において外側面２８４に沿って位置してよい。また、入口３２２全体が外側面２８４を通って開口する必要はなく、たとえば、入口３２２の一部が、内側面２９２と外側面２８４との間にある弓形部２５２の側壁２９６を通って開口する。

【0031】

図８を参照すると、分岐出口３５０は、任意選択的に、分岐出口３５０が基部１３０の前壁１５４からより大きな距離だけ径方向外側になるように位置してよい。あるいは、分岐出口３５０は、たとえば回転軸１４（図１）に対し径方向に整列するように、または吸引側壁１６２に沿って互いに対し他の分布で配置されるように、他の方法で位置してよい。提供された例において、分岐出口３５０は、プラットフォーム１１４の基部１３０の後壁１９０よりも前壁１５４の近くでプラットフォーム１１４の一部に沿って設けられるが、他の構成が用いられてもよい。

【0032】

図９を参照すると、タービンブレード１００は、ロータ１０においてこれと隣接する他のタービンブレード１００’に対する取り付け位置において示される。タービンブレード１００’は、タービンブレード１００と同様であり、同様の特徴は、同様かつプライム記号付きの参照番号で表される。上述したように、第１の供給路３１４、第２の供給路３１８、および分岐通路３１０は、冷却空気が弓形部２５２から分岐出口３５０へ流れるように、全て互いに流体連通している。タービンブレード１００の吸引側壁１６２は、隣接するタービンブレード１００’の圧力側壁１６６’と離間して向き合う（すなわち対向する）。分岐出口３５０は、プラットフォーム１１４の外側に開口し、隣接するタービンブレード１００’のプラットフォーム１１４’を冷却するために、隣接するタービンブレード１００’のプラットフォーム１１４’の圧力側壁１６６’に冷却空気を方向付けるように配置される。

【0033】

再び図６を参照すると、弓形部２５２の外側面２８４の少なくとも一部は、プラットフォーム１１４内に配置され得る。上述したように、入口３２２は、分岐出口３５０（図５）の径方向内側にあってよい。したがって、供給路３１４および３１８および分岐通路３１０は、分岐出口３５０（図５）に到達するように概ね径方向上向きに伸長してよい。この構成は、分岐出口３５０（図５）への通過時に冷却空気が上面１５８から離れた状態であるように維持する。したがって、冷却空気は、高温燃焼ガスから離れた状態に維持され、低温に保たれる。

【0034】

図１０を参照すると、代替構成のタービンブレード１００’’が示される。タービンブレード１００’’は、本明細書で特に示され説明される点以外、タービンブレード１００（図１～９）と同様である。同様の特徴は、同様かつダブルプライム記号付きの参照番号で表され、相違点のみが本明細書で詳しく説明される。タービンブレード１００’’は、単一の供給路１０１０を含む。単一の供給路１０１０は、入口３２２（図５、図７、および図９）と同様であり、弓形部２５２’’の外側面２８４’’に沿って位置する入口３２２’’を含む。供給路１０１０は、入口３２２’’から、圧力側壁１６６’’内の端開口部３３８’’まで伸長する。分岐通路３１０’’の各々は、供給路１０１０内へ直接開口する入口３４６’’と、圧力側壁１６６’’を通って開口する分岐出口３５０’’とを有する。端開口部３３８’’は、端開口部３３８（図３～６、図８、および図９）と同様であってよく、プラグ３４２’’で同様に塞がれ得る。分岐出口３５０’’は、分岐出口３５０（図３～５、図８、および図９）と同様であってよい。

【0035】

図１１を参照すると、また他の構成のタービンブレード１００’’’が示される。タービンブレード１００’’’は、本明細書で特に示され説明される点以外、タービンブレード１００’’’と同様である。同様の特徴は、同様かつトリプルプライム記号付きの参照番号で表され、相違点のみが本明細書で詳しく説明される。提供された例において、端開口部３３８’’’は、基部１３０’’’の前壁１５４’’’に位置する。代替構成において、具体的に示されないが、端開口部３３８’’’は、（図１１では特に見えていないが、図４に示される前壁１４２と同様である）プラットフォーム１１４’’’の軸部の前壁に位置してよい。

【0036】

１つの構成において、供給路（複数も可）３１４、３１８、１０１０、１０１０’’’、および分岐通路３１０、３１０ ’’、３１０’’’は、プラットフォーム１１４、１１４’’、１１４’’’内に穿設されるが、それらを形成する他の方法が用いられてもよい。いくつかの非限定的な例は、放電加工（ＥＤＭ）を用いて形成されること、場所打ちされることを含み、または、タービンブレード１００、１００’’、１００’’’は、供給路（複数も可）３１４、３１８、１０１０、１０１０’’’、および分岐通路３１０、３１０ ’’、３１０’’’を含むように３Ｄ印刷され得る。１つの構成において、既存のタービンブレード１００、１００’’、１００’’’が、供給路（複数も可）３１４、３１８、１０１０、１０１０’’’、および分岐通路３１０、３１０ ’’、３１０’’’を含むように改造され得る。他の構成において、供給路（複数も可）３１４、３１８、１０１０、１０１０’’’、および分岐通路３１０、３１０ ’’、３１０’’’は、タービンブレード１００、１００’’、１００’’’の初期製造中に形成され得る。

【0037】

したがって、本開示の教示に従ってタービンロータブレード内にプラットフォーム冷却構成を形成する方法は、エアフォイル、根元、および根元とエアフォイルの近位端部との間の境界面に設けられたプラットフォームを含むタービンロータブレードを提供することを含む。タービンロータブレードは、第１の脚部、第２の脚部、および湾曲（たとえば弓形）部を有する内部冷却通路を規定してよい。湾曲部は、少なくとも部分的にプラットフォーム内に配置され、第１および第２の脚部を連結してよい。第１の脚部は、エアフォイルの遠位端部と湾曲部の入口との間に伸長してよい。第２の脚部は、湾曲部の出口からエアフォイルの遠位端部まで伸長してよい。この方法は更に、第１の供給路の入口が湾曲部の外側面を通って開口するようにプラットフォーム内に第１の供給路を形成することと、各分岐通路が、第１の供給路と流体連通している入口と、プラットフォームの吸引側壁の外側に開口する出口とを有するように、複数の分岐通路を形成することとを含んでよい。またこの方法は、第１の供給路の入口からプラットフォームの先導壁の方向に伸長するように第１の供給路を形成することも含んでよい。またこの方法は、プラットフォーム内に第２の供給路を形成することも含んでよく、第２の供給路の入口は、第１の供給路に開口し、各分岐通路の入口は、第２の供給路に開口する。

【0038】

また、本開示の教示に従ってタービンのロータを冷却する方法は、タービンブレードの根元における入口を通る冷却流体（たとえば空気）の流れを方向付けることと、タービンブレード内の冷却通路の脚部に沿って径方向内側に流れを方向付けることと、脚部から弓形部の入口へ流れを方向付けることと、弓形部から、径方向外側に伸長する他の脚部へ、流れの第１の部分を方向付けることと、弓形部から、弓形部の外側面に規定された入口を介して第１の供給路へ、流れの第２の部分を方向付けることと、第１の供給路から、タービンブレードのプラットフォームの外側に開口する出口を有する複数の分岐通路へ、流れの第２の部分を方向付けることとを含む。提供された例において、この方法は、流れの第２の部分を、第１の供給路から分岐通路に方向付けられる前に第２の供給路へ方向付けることも含んでよい。したがって、この方法は、冷却流体の流れの第２の部分の少なくとも一部を、分岐通路から流れ、ロータへの取付け時に隣接するタービンブレードのプラットフォームに衝突するように方向付けることも含んでよい。

【0039】

本明細書で特に示されない限り、機械／熱特性、組成比率、寸法および／または公差、または他の特性を示す全ての数値は、本開示の範囲を説明する際に「約」または「おおよそ」という言葉で修飾されるものとして理解すべきである。この修飾は、工業的実施、材料、製造、および組立て公差、および試験能力を含む様々な理由から所望される。

【0040】

本明細書で用いられる場合、Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つという表現は、非排他的な論理的ＯＲを用いる論理的な（ＡまたはＢまたはＣ）を意味するように解釈すべきであり、「Ａの少なくとも１つ、Ｂの少なくとも１つ、およびＣの少なくとも１つ」を意味するように解釈してはならない。

【0041】

本開示の説明は、本質的に単なる典型例であり、したがって、本開示の要旨から逸脱することのない変形例は、本開示の範囲内であることが意図される。そのような変形例は、本開示の主旨および範囲からの逸脱と見なされるものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【手続補正書】

【提出日】2021-09-21

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0002】

［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］米国特許第６，１９０，１３０号明細書
［特許文献２］米国特許第１０，００１，０１３号明細書
［特許文献３］米国公開第２００７／０２０１９７９号明細書
［特許文献４］米国公開第２０１２／００８２５６６号明細書
この箇所における記載は、単に本開示に関連する背景情報を提供するものであり、従来技術を構成するものではない。

【外国語明細書】