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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6203423
(24)【登録日】2017年9月8日
(45)【発行日】2017年9月27日
(54)【発明の名称】弓形ベーン用のタービン翼冷却システム
(51)【国際特許分類】
F01D 9/02 20060101AFI20170914BHJP
F01D 5/18 20060101ALI20170914BHJP
F02C 7/18 20060101ALI20170914BHJP
【ＦＩ】
F01D9/02 102
F01D5/18
F02C7/18 A
【請求項の数】10
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2016-555737(P2016-555737)
(86)(22)【出願日】2014年3月5日
(65)【公表番号】特表2017-518451(P2017-518451A)
(43)【公表日】2017年7月6日
(86)【国際出願番号】US2014020555
(87)【国際公開番号】WO2015134005
(87)【国際公開日】20150911
【審査請求日】2016年11月4日
(73)【特許権者】
【識別番号】390039413
【氏名又は名称】シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100135633
【弁理士】
【氏名又は名称】二宮 浩康
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】ジョージ リアン
【審査官】
倉田 和博
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許第５２１５４３１（ＵＳ，Ａ）
【文献】
特開平０９−２８０００４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００５／００９５１１９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
欧州特許出願公開第１９４７２９５（ＥＰ，Ａ１）
【文献】
英国特許出願公開第１０１２８９９（ＧＢ，Ａ）
【文献】
米国特許第６４２２８１１（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】
特開２００８−１４２７７７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｆ０１Ｄ １／００ − １１／２４
Ｆ０２Ｃ ７／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
タービン翼（１２）であって、
概して細長い中空翼（３６）が外壁（３８）により形成されていて、前記中空翼は、前縁（１６）と、後縁（１８）と、圧力側（４０）と、吸込側（４２）と、前記中空翼（３６）の第１端部（４６）における内径プラットフォーム（４４）と、前記第１端部（４６）とは反対側の第２端部（５０）における外径プラットフォーム（４８）と、前記概して細長い中空翼（３６）の内側に位置している冷却システム（１０）とを有しており、
前記冷却システム（１０）の少なくとも１つの冷却通路（２８）が、前記中空翼（３６）の端部近くで、スパン中央位置における横断面積よりもより大きな横断面積を有しており、
少なくとも１つのコーナブロッカ（３０）が、前記少なくとも１つの冷却通路（２８）を形成する内面（５６）の角隅（５４）における第１端部（５２）から、前記少なくとも１つの冷却通路（２８）の中央点（６０）のより近くに位置する第２端部（５８）に向かってスパン方向の延在方向で延びていて、前記内面（５６）における基部（６４）から、前記少なくとも１つの冷却通路（２８）の中心軸線（３４）のより近くに位置する先端（６６）へと対角線状に延在していることを特徴とする、タービン翼（１２）。
概して細長い中空翼（３６）が外壁（３８）により形成されていて、前記中空翼は、前縁（１６）と、後縁（１８）と、圧力側（４０）と、吸込側（４２）と、前記中空翼（３６）の第１端部（４６）における内径プラットフォーム（４４）と、前記第１端部（４６）とは反対側の第２端部（５０）における外径プラットフォーム（４８）と、前記概して細長い中空翼（３６）の内側に位置している冷却システム（１０）とを有しており、
前記冷却システム（１０）の少なくとも１つの冷却通路（２８）が、前記中空翼（３６）の端部近くで、スパン中央位置における横断面積よりもより大きな横断面積を有しており、
少なくとも１つのコーナブロッカ（３０）が、前記少なくとも１つの冷却通路（２８）を形成する内面（５６）の角隅（５４）における第１端部（５２）から、前記少なくとも１つの冷却通路（２８）の中央点（６０）のより近くに位置する第２端部（５８）に向かってスパン方向の延在方向で延びていて、前記内面（５６）における基部（６４）から、前記少なくとも１つの冷却通路（２８）の中心軸線（３４）のより近くに位置する先端（６６）へと対角線状に延在していることを特徴とする、タービン翼（１２）。
【請求項2】
前記少なくとも１つのコーナブロッカ（３０）は、比較的大きな横断面積を有する前記第１端部（５２）から、比較的小さな横断面積を有し、かつ前記少なくとも１つの冷却通路（２８）の前記中央点（６０）のより近くに位置している前記第２端部（５８）へと先細りしている、請求項１記載のタービン翼（１２）。
【請求項3】
前記少なくとも１つのコーナブロッカ（３０）の前記基部（６４）は、前記少なくとも１つの冷却通路（２８）を形成する前記内面（５６）に、前記少なくとも１つのコーナブロッカ（３０）の第１端部（５２）から前記少なくとも１つのコーナブロッカ（３０）の第２端部（５８）まで接触している、請求項１記載のタービン翼（１２）。
【請求項4】
前記少なくとも１つのコーナブロッカ（３０）は２つのコーナブロッカ（３０）を含み、第１のコーナブロッカ（７２）は、前記少なくとも１つの冷却通路（２８）の前記吸込側（４２）にある第１角隅（７４）から延在しており、第２のコーナブロッカ（７６）は、前記少なくとも１つの冷却通路（２８）の前記吸込側（４２）にある第２角隅（７８）から延在している、請求項１記載のタービン翼（１２）。
【請求項5】
前記少なくとも１つのコーナブロッカ（３０）は２つのコーナブロッカ（３０）を含み、第１のコーナブロッカ（８０）は、前記少なくとも１つの冷却通路（２８）の前記吸込側（４２）にある第１角隅（８２）から延在し、かつ前記圧力側（４０）から前記吸込側（４２）へと延在する第１の内部リブ（８４）から延在しており、第２のコーナブロッカ（８６）は、前記少なくとも１つの冷却通路（２８）の前記圧力側（４０）にある第１角隅（８８）から延在し、かつ前記第１の内部リブ（８４）から延在している、請求項１記載のタービン翼（１２）。
【請求項6】
前記少なくとも１つのコーナブロッカ（３０）は４つのコーナブロッカ（３０）を含み、第１のコーナブロッカ（９０）は、前記少なくとも１つの冷却通路（２８）の前記吸込側（４２）にある第１角隅（９２）から延在しており、第２のコーナブロッカ（９４）は、前記少なくとも１つの冷却通路（２８）の前記吸込側（４２）にある第２角隅（９６）から延在しており、第３のコーナブロッカ（９８）は、前記少なくとも１つの冷却通路（２８）の前記圧力側（４０）にある第１角隅（１００）から延在しており、第４のコーナブロッカ（１０２）は、前記少なくとも１つの冷却通路（２８）の前記圧力側（４０）にある第２角隅（１０４）から延在している、請求項１記載のタービン翼（１２）。
【請求項7】
前記冷却システム（１０）の前記少なくとも１つの冷却通路（２８）は、前縁冷却通路（１０６）を有しており、該前縁冷却通路（１０６）は、前記外径プラットフォーム（４８）に入口（１０８）を、前記内径プラットフォーム（４４）に出口（１１０）を有している、請求項１記載のタービン翼（１２）。
【請求項8】
前記冷却システム（１０）の前記少なくとも１つの冷却通路（２８）は、前記外径プラットフォーム（４８）から前記内径プラットフォーム（４４）へと延在する翼弦中央蛇行冷却通路（１１２）を有し、該翼弦中央蛇行冷却通路（１１２）は、翼弦方向に延在する冷却通路脚部（１１４）を有している、請求項７記載のタービン翼（１２）。
【請求項9】
前記中空翼（３６）の前記後縁（１８）は、前記後縁（１８）と前記外径プラットフォーム（４８）の交差部（１４８）と、前記後縁（１８）と前記内径プラットフォーム（４４）との交差部（１５０）とにおいて、前記内径プラットフォーム（４４）と前記外径プラットフォーム（４８）との間の位置よりも上流方向に位置している、請求項１記載のタービン翼（１２）。
【請求項10】
前記中空翼（３６）の前記前縁（１６）は、前記前縁（１６）と前記外径プラットフォーム（４８）の交差部（１５２）と、前記前縁（１６）と前記内径プラットフォーム（４４）との交差部（１５４）とにおいて、前記内径プラットフォーム（４４）と前記外径プラットフォーム（４８）との間の位置よりも上流方向に位置している、請求項９記載のタービン翼（１２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般にタービン翼、特に中空タービンベーンにおける冷却システムに関する。
【背景技術】
【0002】
通常、ガスタービンエンジンは、空気を圧縮するための圧縮機と、圧縮空気を燃料と混合し、混合物に点火するための燃焼器と、電力を発生させるためのタービンブレードアセンブリとを有する。燃焼器はしばしば、華氏２２６０度を超過し得る高温で作動する。典型的なタービン燃焼器構成は、図１及び図３に示すようなタービンベーンアセンブリをこのような高温に曝す。従って、タービンベーンは、このような高温に耐え得る材料から製造されなければならない。加えて、タービンベーンはしばしば、ベーンの耐用寿命を拡大し、過度に高い温度の結果として生じる故障の可能性を減じるために冷却システムを含んでいる。
【0003】
通常、タービンベーンは、内側端部に内径（ＩＤ）プラットフォームを有し、外側端部に外径（ＯＤ）プラットフォームを有する翼から形成されている。ベーンは通常、前縁と後縁とを含み、殆どのタービンベーンの内面は通常、冷却システムを形成する冷却通路の入り組んだラビリンスを有している。ベーン内の冷却通路は通常、タービンエンジンの圧縮機からの空気を受容し、その空気をベーンに通過させる。冷却通路はしばしば、タービンベーンの全ての側面を比較的一様な温度に維持するように設計された多重流路を有している。ＩＤ及びＯＤにおいて大きな横断面流面積を有するタービンベーンに十分な冷却を提供することは困難であることが認識されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
ガスタービンエンジンのタービン翼であって、該タービン翼は弓形の構造を有しているタービン翼用の冷却システムが開示されている。このタービン翼は、前縁又は後縁、又はその両方が、中央区分よりも上流方向に位置する前縁及び後縁の外側端部を有することができるように構成されていてよい。冷却システムの１つ以上の冷却通路は、スパン中央位置における横断面積よりも翼の端部の近くでより大きな横断面積を有していてよい。１つ以上の冷却通路は、１つ以上のコーナブロッカを有していてよい。コーナブロッカは、冷却通路内を翼弦方向に延びていて、角隅から中心軸線に向かって延在しているので、これにより冷却通路の横断面積は減じられる。コーナブロッカは、翼を通る冷却流体の流れを所望の設計パラメータ内に維持するように、冷却システム内に配置されていてよい。
【0005】
タービン翼は、外壁を含む概して細長い中空翼から成っていてよく、この中空翼はさらに前縁と、後縁と、圧力側と、吸込側と、タービン翼の第１端部における内径プラットフォームと、この第１端部とは反対側の第２端部における外径プラットフォームと、概して細長い中空翼の内側に位置している冷却システムと、を有している。冷却システムの１つ以上の冷却通路は、スパン中央位置における横断面積よりも翼の端部の近くでより大きな横断面積を有していてよい。冷却システムはさらに、１つ以上のコーナブロッカを有していてよく、該コーナブロッカは、前記少なくとも１つの冷却通路を形成する内面の角隅における第１端部から、前記少なくとも１つの冷却通路の中央点の近くに位置する第２端部に向かってスパン方向の延在方向で延びていて、前記内面における基部から、前記少なくとも１つの冷却通路の中心軸線のより近くに位置する先端へと対角線状に延在している。
【0006】
１つ以上のコーナブロッカは、比較的大きな横断面積を有する第１端部から、比較的小さな横断面積を有し、冷却通路の中央点のより近くに位置している第２端部へと先細りしていてよい。コーナブロッカの基部は、冷却通路を形成する内面に、コーナブロッカの第１端部から少なくとも１つのコーナブロッカの第２端部まで接触していてよい。先端から、基部から先端までの長さの２５パーセント以内にあるコーナブロッカの横断面積は、基部から、基部から先端までの長さの２５パーセント以内にあるコーナブロッカの横断面積よりも大きくてよい。少なくとも１つの実施の形態では、コーナブロッカは、丸み付けされた先端、又は別の適当な構造を有していてよい。
【0007】
少なくとも１つの実施の形態では、冷却システムは、２つのコーナブロッカを有していてよく、第１のコーナブロッカは、冷却通路の吸込側にある第１角隅から延在していて、第２のコーナブロッカは、冷却通路の吸込側にある第２角隅から延在している。冷却システムは２つのコーナブロッカを有していてもよく、第１のコーナブロッカは、冷却通路の吸込側にある第１角隅から延在し、かつ前記圧力側から前記吸込側へと延在する第１の内部リブから延在しており、第２のコーナブロッカは、冷却通路の圧力側にある第１角隅から延在し、かつ前記第１の内部リブから延在している。冷却システムはさらに４つのコーナブロッカを有していてもよく、第１のコーナブロッカは、冷却通路の吸込側にある第１角隅から延在しており、第２のコーナブロッカは、冷却通路の吸込側にある第２角隅から延在しており、第３のコーナブロッカは、冷却通路の圧力側にある第１角隅から延在しており、第４のコーナブロッカは、冷却通路の圧力側にある第２角隅から延在している。１つ以上のコーナブロッカは、半径方向内側に向かって、又は半径方向外側に向かって延在していてよい。特に、コーナブロッカの第１端部は、外径プラットフォームに位置していてよい。コーナブロッカの第１端部は、内径プラットフォームに位置していてよい。冷却システムは前縁冷却通路を有していてよく、この前縁冷却通路は、外径プラットフォームに入口を、内径プラットフォームに出口を有している。冷却システムの冷却通路は、外径プラットフォームから内径プラットフォームへと延在する翼弦中央蛇行冷却通路を含んでいてもよく、翼弦中央蛇行冷却通路は、翼弦方向に延在する冷却通路脚部を有している。
【0008】
翼は弓形の外側形状を有していてよい。特に、翼の後縁は、後縁と外径プラットフォームの交差部と、後縁と内径プラットフォームとの交差部とにおいて、内径プラットフォームと外径プラットフォームとの間の位置よりも上流方向に位置していてよい。同様に、翼の前縁は、前縁と外径プラットフォームの交差部と、前縁と内径プラットフォームとの交差部とにおいて、内径プラットフォームと外径プラットフォームとの間の位置よりも上流方向に位置していてよい。
【0009】
この冷却システムの利点は、この冷却システムが、弓形の翼、即ち通常、スパン中央領域の外側の、内側端部又は外側端部における冷却通路の部分と比較して、スパン中央領域において体積が減じられている冷却通路を有する翼を冷却するために極めて良好に機能することにある。
【0010】
この冷却システムの別の利点は、１つ以上のコーナブロッカを使用することで、通路流マッハ数の著しい減少を回避することにある。通路流マッハ数の著しい減少は、冷却流拡散を生じさせることがあり、又はいくつかの場合では、蛇行流内で流れの分離を生じさせることがある。
【0011】
この冷却システムのさらに別の利点は、蛇行通路流面積が、流路を通るマッハ数を維持するには大きくなり過ぎるところで、蛇行冷却通路の内部又は外部又はその両方に１つ以上のコーナブロッカを組み込むことにより、内径プラットフォーム及び外径プラットフォームにおける低質量流束に関する拡散問題を解消することができることにある。
【0012】
この冷却システムの別の利点は、ここで説明したコーナブロッカの配置は、通常、低質量流束流路で生じる冷却流の不均等分布を解消することができ、冷却空気を翼壁の内面に向かって押し、流路を通る流速を増幅することができ、これにより通路の熱伝達程度を増大させることにある。
【0013】
この冷却システムのさらに別の利点は、コーナブロッカのサイズ設定を、冷却通路の全部又は一部内で一定の冷却流通路横断面積を得るためにカスタマイズすることができることにある。
【0014】
本発明の別の利点は、蛇行冷却通路によって、従来の穿孔された半径方向孔による冷却設計よりも高い冷却効率レベルが得られることにある。
【0015】
本発明のさらに別の利点は、３経路蛇行冷却通路によって、ブレード下方スパンのためのより低くより一様なブレード部分質量平均温度が得られることにある。これによりブレードのクリープ寿命性能が改善される。
【0016】
これらの実施の形態及びその他の実施の形態を以下でさらに詳細に説明する。
【0017】
明細書の一部に組み込まれ、明細書の一部を形成する添付の図面は、ここに開示される発明の実施の形態を例示し、詳細な説明と共に発明の原理を開示する。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】ガスタービンエンジン内で使用可能な従来のベーンを示す側面図である。
【図2】ガスタービンエンジン内で使用可能な弓形のベーンを示す側面図である。
【図9】タービンベーン内の冷却システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
図１〜図１２に示すように、ガスタービンエンジンのタービン翼１２であって、弓形の構造を有しているタービン翼１２用の冷却システム１０が開示されている。図２、図４及び図５に示すように、タービン翼１２は、前縁１６又は後縁１８、又はその両方が、前縁１６及び後縁１８のスパン中央位置２０よりも上流方向２２にあるように配置された外側端部２４，２６を有することができるように構成されていてよい。図６〜図８、図１０及び図１１に示すように、冷却システム１０の１つ以上の冷却通路２８が、スパン中央位置２０よりも翼１２の端部２４，２６の近くでより大きな横断面積を有していてよい。１つ以上の冷却通路２８は、１つ以上のコーナブロッカ３０を有していてよい。コーナブロッカ３０は、冷却通路２８内で翼弦方向に延びていて、角隅３２から中心軸線３４に向かって延在しているので、これによって冷却通路２８の横断面積が減じられる。コーナブロッカ３０は、翼１２を通る冷却流体の流れを所望の設計パラメータ内に維持するように、冷却システム１０内に配置されていてよい。
【0020】
図２、図４、図５及び図１０に示すように、少なくとも１つの実施の形態では、タービン翼１２は、外壁３８によって形成された概して細長い中空翼３６から成っていてよく、さらに前縁１６と、後縁１８と、圧力側４０と、吸込側４２と、タービン翼１２の第１端部２４における内径プラットフォーム４４と、この第１端部２４とは反対側の第２端部２６における外径プラットフォーム４８と、概して細長い中空翼３６の内側に位置している冷却システム１０とを有している。冷却システム１０の１つ以上の冷却通路２８が、スパン中央位置２０よりも翼３６の端部２４，２６の近くでより大きな横断面積を有していてよい。少なくとも１つの実施の形態では、冷却通路２８を形成する壁は、翼のスパン中央位置２０で互いにより近付いて配置されていてよい。１つ以上のコーナブロッカ３０は、冷却通路２８を形成する内面５６の角隅５４における第１端部５２から、冷却通路２８の中央点６０の近くに位置する第２端部５８に向かって、スパン方向の延在方向６２で延びていてよく、内面５６における基部６４から、冷却通路２８の中心軸線３４のより近くに位置する先端６６へと対角線状に延在している。
【0021】
図１０、図１１に示すように、コーナブロッカ３０は、比較的大きな横断面積を有する第１端部５２から、比較的小さな横断面積を有し、冷却通路２８の中央点６０のより近くに位置している第２端部５８へと先細りしていてよい。コーナブロッカ３０の基部６４は、冷却通路２８を形成する内面５６に、コーナブロッカ３０の第１端部５２からコーナブロッカ３０の第２端部５８まで接触していてよい。図１２に示すように、先端６６から、基部６４から先端６６までの長さの２５パーセント以内にあるコーナブロッカ３０の横断面積６８は、基部６４から、基部６４から先端６６までの長さの２５パーセント以内にあるコーナブロッカ３０の横断面積７０よりも大きくてよい。少なくとも１つの実施の形態では、コーナブロッカ３０は、丸み付けされた先端６６、又は別の適当な形状を有していてよい。図６及び図８に示すように、冷却システム１０は２つのコーナブロッカ３０を有していてよい。第１のコーナブロッカ７２は、冷却通路２８の吸込側４２にある第１角隅７４から延在していてよく、第２のコーナブロッカ７６は、冷却通路２８の吸込側４２にある第２角隅７８から延在していてよい。図８に示すように、冷却システム１０は２つのコーナブロッカ３０を有していてよい。第１のコーナブロッカ８０が、冷却通路２８の吸込側４２にある第１角隅８２から延在していてよく、かつ圧力側４０から吸込側４２へと延在する第１の内部リブ８４から延在していてよい。第２のコーナブロッカ８６は、冷却通路２８の圧力側４０にある第１角隅８８から延在していてよく、かつ前記第１の内部リブ８４から延在していてよい。さらに別の実施の形態では、図６及び図１２に示すように、冷却システム１０は、４つのコーナブロッカ３０を有していてよい。第１のコーナブロッカ９０は、冷却通路２８の吸込側４２にある第１角隅９２から延在していてよい。第２のコーナブロッカ９４は、冷却通路２８の吸込側４２にある第２角隅９６から延在していてよい。第３のコーナブロッカ９８は、冷却通路２８の圧力側４０にある第１角隅１００から延在していてよく、第４のコーナブロッカ１０２は、冷却通路２８の圧力側４０にある第２角隅１０４から延在していてよい。少なくとも１つの実施の形態では、コーナブロッカ３０の第１端部５２は、外径プラットフォーム４８に位置していてよい。コーナブロッカ３０の第１端部５２は、内径プラットフォーム４４に位置していてよい。
【0022】
図６〜図８及び図１０に示すように、冷却システム１０は、外径プラットフォーム４８に入口１０８を、内径プラットフォーム４４に出口１１０を有する前縁冷却通路１０６を有していてよい。冷却システム１０は、外径プラットフォーム４８から内径プラットフォーム４４へと延在する翼弦中央蛇行冷却通路１１２も含んでいてよく、この翼弦中央蛇行冷却通路１１２は、翼弦方向に延在する冷却通路脚部１１４を有している。少なくとも１つの実施の形態では、翼弦中央蛇行冷却通路１１２は、図９及び図１０に示すように３経路の蛇行冷却通路１１２であってよい。入口１０８は、外径プラットフォーム４８に位置していてよい。翼弦中央蛇行冷却通路１１２は、最後の脚部１１８の端部１１６における出口１１０を外径プラットフォーム４８に有していてよい。翼弦中央蛇行冷却通路１１２は、翼弦中央蛇行冷却通路１１２の最後の脚部１１８に、翼弦方向で外径プラットフォーム４８と内径プラットフォーム４４との間に延在する複数の排出出口１２０を有していてもよい。翼弦中央蛇行冷却通路１１２の最後の脚部１１８における排出出口１２０は、後縁冷却通路１２２に連通していてよい。後縁冷却通路１２２は１つ以上の排出出口１２４を有していてよい。少なくとも１つの実施の形態では、後縁冷却通路１２２は、翼弦方向で外径プラットフォーム４８と内径プラットフォーム４４との間に延在する複数の排出出口１２４を有していてよい。後縁冷却通路１２２は、圧力側４０から吸込側４２へと延在する１つ以上のピンフィン１５０を有していてもよい。
【0023】
図１０に示すように、冷却システム１０は、前縁冷却通路１０６と流体接続された内側インピンジメントチャンバ１２８を有していてよい。特に、前縁冷却通路１０６の出口１１０によって、内側インピンジメントチャンバ１２８内に冷却流体を排出することができる。内側インピンジメントチャンバ１２８は、前縁冷却通路１０６の内側に位置するインピンジメントリブ１３６によって形成されていてよい。少なくとも１つの実施の形態では、内側インピンジメントチャンバ１２８は、内径プラットフォーム４４の内側に位置していてよい。少なくとも１つの実施の形態では、内側インピンジメントチャンバ１２８は、段間シールハウジング（ＩＳＳＨ）であってよい。ＩＳＳＨからの空気は、前方及び後方リムキャビティとマット面ギャップとをパージするために使用されてよい。
【0024】
翼弦中央蛇行冷却通路１１２の第１の脚部１３０は、内側転回部１２７内へ冷却流体を排出することができる。翼弦中央蛇行冷却通路１１２の第２の脚部１３４の入口１３２は、内側転回部１２７に連通していてよく、これにより内側転回部１２７は、冷却流体を第２の脚部１３４へと供給する。
【0025】
前縁冷却通路１０６は、前縁１６を形成する外壁３８の内面１４２をインピンジメント冷却するために、前縁冷却通路１０６内に位置する１つ以上のインピンジメントプレート１４０によって形成された前縁インピンジメントチャンバ１３８も有していてよい。インピンジメントプレート１４０は、前縁冷却通路１０６内でスパン方向に延在していてよい。少なくとも１つの実施の形態では、インピンジメントプレート１４０は、内径プラットフォーム４４から外径プラットフォーム４８へとスパン方向に延在していてよい。インピンジメントプレート１４０は、１つ以上のインピンジメントオリフィス１４４を有していてよい。少なくとも１つの実施の形態では、インピンジメントプレート１４０は、翼弦方向で内径プラットフォーム４４から外径プラットフォーム４８へと延在する複数のインピンジメントオリフィス１４４を有していてよい。
【0026】
少なくとも１つの実施の形態では、冷却システム１０は、第１の脚部１３０、第２の脚部１３４、第３の脚部１４６によって形成された３経路の翼弦中央蛇行冷却通路１１２を有していてよい。第１の脚部１３０は、内径プラットフォーム４４から延在する２つのコーナブロッカ３０を有していてよい。第１のコーナブロッカ８０は、冷却通路２８の吸込側４２にある第１角隅８２から延在していてよく、かつ圧力側４０から吸込側４２へと延在する第１の内部リブ８４から延在していてよい。第２のコーナブロッカ８６は、冷却通路２８の圧力側４０にある第１角隅８８から延在していてよく、かつ前記第１の内部リブ８４から延在していてよい。第２の脚部１３４は、内径プラットフォーム４４から延在する２つのコーナブロッカ３０を有していてよい。第１のコーナブロッカ７２は、冷却通路２８の吸込側４２にある第１角隅７４から延在していてよい。第２のコーナブロッカ７６は、冷却通路２８の第２の脚部１３４の吸込側４２にある第２角隅７８から延在していてよい。第２の脚部１３４はさらに、外径プラットフォーム４８における４つのコーナブロッカ３０を有していてよい。特に、第１のコーナブロッカ９０は、冷却通路２８の第３の脚部１４６の吸込側４２にある第１角隅９２から延在していてよい。第２のコーナブロッカ９４は、冷却通路２８の第３の脚部１４６の吸込側４２にある第２角隅９６から延在していてよい。第３のコーナブロッカ９８は、冷却通路２８の第３の脚部１４６の圧力側４０にある第１角隅１００から延在していてよい。第４のコーナブロッカ１０２は、冷却通路２８の第３の脚部１４６の圧力側４０にある第２角隅１０４から延在していてよい。第２の脚部１３４の外径プラットフォーム４８における第１、第２、第３、第４のコーナブロッカ９０，９４，９８，１０２は、それぞれ基部６４から先端６６へと中心軸線３４に向かって延在していてよい。従って、第１及び第４のコーナブロッカ９０，１０２は、互いに一列に整列していてよく、第２及び第３のコーナブロッカ９４，９８は互いに一列に整列していてよい。第３の脚部１４６は、内径プラットフォーム４４から延在する２つのコーナブロッカ３０を有していてよい。第１のコーナブロッカ７２は、冷却通路２８の吸込側４２にある第１角隅７４から延在していてよい。第２のコーナブロッカ７６は、冷却通路２８の第３の脚部１４６の吸込側４２にある第２角隅７８から延在していてよい。
【0027】
図１２に示すように、冷却システムは、１つ以上のトリップストリップ１５８を有していてもよい。トリップストリップ１５８は、任意の適切な形状を有していてよく、任意のパターン又は配列で使用されてよい。トリップストリップ１５８は、任意の適切な材料から形成されてよく、１つ以上の冷却通路２８内に位置していてよい。
【0028】
図２、図４、図５に示すように、翼１２は弓形の形状を有していてよい。従って、翼３６の後縁１８は、後縁１８と外径プラットフォーム４８の交差部１４８と、後縁１８と内径プラットフォーム４４との交差部１５０とにおいて、内径プラットフォーム４４と外径プラットフォーム４８との間の位置２３よりも上流方向２２に位置していてよい。同様に、翼３６の前縁１６は、前縁１６と外径プラットフォーム４８の交差部１５２と、前縁１６と内径プラットフォーム４４との交差部１５４とにおいて、内径プラットフォーム４４と外径プラットフォーム４８との間の位置２３よりも上流方向２２に位置していてよい。
【0029】
使用中、冷却流体は、冷却流体供給源から前縁冷却通路１０６の入口１０８を通って冷却システム１０内へ流れることができる。冷却流体の少なくとも一部は、インピンジメントプレート１４０を通って前縁インピンジメントチャンバ１３８内へと流れてよい。冷却流体は、前縁冷却通路１０６を通って流れ、出口１１０を通って内側インピンジメントチャンバ１２８内へと排出されてよい。冷却流体は、外径プラットフォーム４８において翼弦中央蛇行冷却通路１１２の第１の脚部１３０にも進入してよく、内側転回部１２７を通って第２の脚部１３４内へと流れ、ここで冷却流体は、第２の脚部１３４において半径方向外側に流れる。冷却流体は、外側転回部１５６内へ流れ、第３の脚部１４６内へと流れてよい。冷却流体は、半径方向内側に向かって内径プラットフォーム４４へと流れて、排出出口１２０を通って後縁冷却通路１２２内へと入る。冷却流体はピンフィン１５０に接触してよく、排出出口１２４を通って後縁１６へと排出されてよい。
【0030】
３経路の翼弦中央蛇行冷却通路１１２に関して、第１の脚部１３０の横断面積は、外径プラットフォーム４８からスパン中央領域に向かう動きを制限する。従って、冷却流は、外径プラットフォーム４８からスパン中央領域へと加速され、これにより、正の通路流マッハ数が得られる。第１の脚部１３０の横断面積は、スパン中央領域から内径プラットフォーム４４への動きを拡大する。従って、冷却流は、スパン中央領域から外径プラットフォーム４８へと減速され、これにより、負の通路流マッハ数が得られる。翼弦中央蛇行冷却通路１１２の第２の脚部１３４に関して、通路流マッハ数は、流れの収縮、次いで流れの拡散によって、スパン中央領域に向かう動きを増大させ、次いで、スパン中央領域から外径プラットフォーム４８への動きを減じさせる。スパン中央領域と外径プラットフォーム４８との間の第２の脚部１３４では、マッハ数は、短距離において０．１５〜０．０５へと減じられてよい。従って、０．１０の負のマッハ数が、短い通路流距離のために形成される。この通路流マッハ数の著しい減少は、冷却流拡散を生じさせることがあり、又はいくつかの場合では、蛇行流通路１１２内での流れの分離を生じさせることがある。
【0031】
内径プラットフォーム４４及び外径プラットフォーム４８における低質量流束に関する拡散問題は、蛇行冷却通路１１２の内側部分又は外側部分又は両方への１つ以上のコーナブロッカ３０の組み込みによって解決することができる。この場合、蛇行通路流面積は、流路を通るマッハ数を維持するには大きくなり過ぎる。図６〜図８、図１０及び図１１に示すように、翼弦中央蛇行冷却通路１１２の第２の脚部１３４は、複数のコーナブロッカ３０を有している。１つ以上のコーナブロッカ３０は、外径プラットフォーム４８からスパン中央領域への、又は内径プラットフォーム４４からスパン中央領域への先細りする横断面積を有していてよい。コーナブロッカ３０は、基部６４から先端６６へと増大する横断面積を有していてよい。従って、コーナブロッカ３０は、基部６４において比較的狭く、先端６６において比較的広くてよい。
【0032】
少なくとも１つの実施の形態では、図６〜図８、図１０及び図１２に示すように、冷却システム１０は、冷却通路２８の各角隅に４つのコーナブロッカ３０を有していてよい。コーナブロッカ３０は、翼３６から熱を導出し、これにより内部リブ８４と外壁３８との接合部における熱勾配を低減する。さらに、少なくとも１つの実施の形態では、コーナブロッカ３０は、外径プラットフォーム４８又は内径プラットフォーム４４に取り付けられていなくてもよく、第１端部５２は、互いに相対的に自由に動くことができる。冷却通路２８の中央における先端６６でコーナブロッカ３０の横断面積が比較的大きいことにより、冷却流体を翼の高温の外壁３８に向かって方向付けることができ、これによって冷却流体をより良好に利用することができる。コーナブロッカ３０のサイズ設定は、冷却通路２８の全部又は一部内で一定の冷却流通路横断面積を得るためにカスタマイズされていてよい。冷却システム１０は、この場合、上述した拡散問題の解消を示しており、翼の外径プラットフォーム４８及び内径プラットフォーム４４において流路を通る高い速度を形成しているので、内部の対流熱伝達係数の高い比率と、冷却特性全体における改善が得られる。コーナブロッカ３０はさらに、冷却通路２８内及び翼弦中央蛇行冷却通路１１２内に、より多くの内部の対流面積を形成する。コーナブロッカ３０の大きさは冷却通路２８に沿って変更することができるので、冷却システム１０は、必要に応じてより多くの冷却容量を追加するための将来の拡大に適していてもよい。
【0033】
少なくとも１つの実施の形態では、コーナブロッカ３０を備えた冷却システム１０の構造はプリント部品製造技術を使用して形成されてよい。コーナブロッカ３０は、翼内部リブに対して同じ平行方向ではないので、本明細書で開示したこの複雑な冷却形状のためのセラミックコアをセラミックコア型によって製造することは不可能である。プリント部品製造技術により、セラミックコアをプリントし、次いで、コーナブロッカ３０を備えた冷却システム１０を有する翼１２を形成するために使用することができる。代替的に、コーナブロッカ３０を備えた冷却システム１０を有する翼１２を、１つ以上の金属からプリントすることもできる。
【0034】
コーナブロッカ３０は、冷却通路２８内の内部リブ８４とは異なる角度で配置されてよい。内部リブ８４を、３度〜５度だけ面取りしたり、内部リブ８４を、コア型を引くことができるように平行に並べたりする必要はない。ここで説明したコーナブロッカ３０の配置は、通常、低質量流束の流路で生じる冷却流の不均等分布を解消することができ、冷却空気を翼壁の内面に向かって押し、流路を通る流速を増幅することができ、これにより通路の熱伝達程度を増大させる。
【0035】
上記説明は、本発明を例示、説明及び記述するという目的で提供されている。これらの実施の形態に対する変更及び適応は、当業者に明らかになるであろうし、本発明の範囲又は思想から逸脱することなく成し得るものである。