特許 6972328 適応冷却開口部を有するコーティングされた構成部品及びその製造方法

(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】6972328

(24)【登録日】2021年11月5日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】適応冷却開口部を有するコーティングされた構成部品及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   F01D 5/28 20060101AFI20211111BHJP

   F01D 5/18 20060101ALI20211111BHJP

   F01D 9/02 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   F01D5/28

   F01D5/18

   F01D9/02 102

【請求項の数】12

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2020-519999(P2020-519999)

(86)(22)【出願日】2017年10月13日

(65)【公表番号】特表2021-508361(P2021-508361A)

(43)【公表日】2021年3月4日

(86)【国際出願番号】US2017056500

(87)【国際公開番号】WO2019074514

(87)【国際公開日】20190418

【審査請求日】2020年10月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(72)【発明者】

【氏名】タルマン、ジェームズ アルバート

(72)【発明者】

【氏名】シャピロ、アンドリュー フィリップ

(72)【発明者】

【氏名】イッツェル、ゲイリー マイケル

(72)【発明者】

【氏名】ジョンソン、カーティス アラン

(72)【発明者】

【氏名】モルガン、ビクター ジョン

(72)【発明者】

【氏名】キトルソン、ジャコブ ジョン

(72)【発明者】

【氏名】リチャード、ブラッドレイ トーマス

【審査官】 所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−０１９６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０８９６３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１８９０１５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭６２−０１７３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１２９５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２７０００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ１／００−１１／２４

Ｆ０４Ｄ１／００−１３／１６

Ｆ０４Ｄ１７／００−１９／０２

Ｆ０４Ｄ２１／００−２５／１６

Ｆ０４Ｄ２９／００−３５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外面（９２）を含む外壁（９４）と、
前記外壁（９４）の内部に画定され、その中に冷却液（１０１）を収容するように構成された、少なくとも１つのプレナム（１１０）と、
前記外面（９２）上に施されたコーティングシステム（２００）であって、前記コーティングシステム（２００）はある厚さ（２０４）を有する、コーティングシステム（２００）と、
前記外壁（９４）内に画定された複数の適応冷却開口部（１２０）であって、前記複数の適応冷却開口部（１２０）はそれぞれ、前記少なくとも１つのプレナム（１１０）と流体連通している第１の端部（１２２）から、前記外面（９２）を通って外方に、前記コーティングシステム（２００）の前記厚さ（２０４）の少なくとも一部によって、その下側で覆われている第２の端部（１２４）まで延在している、前記複数の適応冷却開口部（１２０）と
を備え、
前記コーティングシステム（２００）が、ボンドコート層（２１０）と、少なくとも１つの追加層（２１２、２１４）とを含み、前記少なくとも１つの追加層（２１２、２１４）が中間層（２１２）と、表層（２１４）とを含み、前記第２の端部（１２４）が前記表層（２１４）内に配置されている、構成部品（８０）。

【請求項2】

前記第２の端部（１２４）が前記外面（９２）に画定され、かつ前記厚さ（２０４）全体の下側で覆われている、請求項１に記載の構成部品（８０）。

【請求項3】

前記複数の適応冷却開口部（１２０）がそれぞれ、前記コーティングシステム（２００）内へと部分的に延在し、前記複数の適応冷却開口部（１２０）の前記第２の端部（１２４）が前記コーティングシステム（２００）内に画定され、かつ前記厚さ（２０４）よりも浅い前記コーティングシステム（２００）の深さの下側で覆われている、請求項１に記載の構成部品（８０）。

【請求項4】

前記複数の適応冷却開口部（１２０）の少なくとも１つが、前記外壁（９４）に垂直となる方向（９７）に対して、鋭角（１４２）をなす向きに方向付けられている、請求項１に記載の構成部品（８０）。

【請求項5】

配置（１５０）において前記複数の適応冷却開口部（１２０）の群をさらに備え、前記群のそれぞれにおける前記複数の適応冷却開口部（１２０）がそれぞれ、前記群の他の前記複数の適応冷却開口部（１２０）とは異なる方向に、前記鋭角（１４２）だけ回転する、請求項４に記載の構成部品（８０）。

【請求項6】

前記外壁（９４）の内部に画定された内壁（９６）であって、前記内壁（９６）が、その内部に画定され、かつ自身を貫通する開口部（１０２）を含み、また前記少なくとも１つのプレナム（１１０）が、前記内壁（９６）の内部に画定されている、内壁（９６）と、 前記内壁（９６）と前記外壁（９４）との間に画定された、少なくとも１つのチャンバ（１１２）とをさらに備え、前記開口部（１０２）が、前記少なくとも１つのプレナム（１１０）から前記少なくとも１つのチャンバ（１１２）を通して、前記外壁（９４）に向かって前記冷却液（１０１）のインピンジメント噴流（１０５）を送るように構成され、また前記第１の端部（１２２）が、前記少なくとも１つのチャンバ（１１２）と流体連通状態で連結されている、
請求項１に記載の構成部品（８０）。

【請求項7】

前記第１の端部（１２２）が、前記外壁（９４）内で前記外面（９２）に対してほぼ平行に延在している流路（１７０）と流体連通状態で連結されており、前記流路（１７０）が、前記少なくとも１つのプレナム（１１０）と流体連通している、請求項１に記載の構成部品（８０）。

【請求項8】

前記複数の適応冷却開口部（１２０）のそれぞれの断面積（１２６）が、前記第１の端部（１２２）と前記第２の端部（１２４）との間で概ね縮小している、請求項１に記載の構成部品（８０）。

【請求項9】

前記外壁（９４）が、金属合金又はセラミック基複合材のうちの１つから形成されている、請求項１に記載の構成部品（８０）。

【請求項10】

回転機械（１０）であって、
燃焼ガスを発生させるように構成された燃焼器部（１６）と、
前記燃焼器部（１６）から前記燃焼ガスを受け取り、前記燃焼ガスから機械的回転エネルギーを発生させるように構成されたタービン部（１８）であって、前記回転機械（１０）を通過する前記燃焼ガスの流路は、高温ガス流路を画定している、タービン部（１８）と、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の構成部品（８０）であって、前記構成部品（８０）は前記高温ガス流路に近接している、構成部品（８０）と
を備え、
前記複数の適応冷却開口部（１２０）の少なくとも１つの適応冷却開口部（１２０）の前記第２の端部（１２４）が前記外壁（９４）上の作動液流の局所方向へと少なくとも部分的に傾斜するように、前記複数の適応冷却開口部（１２０）のうちの前記少なくとも１つの適応冷却開口部（１２０）が方向付けられ、その結果、前記少なくとも１つの適応冷却開口部（１２０）が、前記作動液流の局所方向に対向する速度成分で、前記第２の端部（１２４）から前記冷却液（１０１）を流すように構成されている、回転機械（１０）。

【請求項11】

前記タービン部（１８）が、複数のロータブレード（７０）と、複数のステータベーン（７２）とを含み、前記構成部品（８０）が、前記ロータブレード（７０）のうちの１つ又は前記ステータベーン（７２）のうちの１つを備え、また前記複数の適応冷却開口部（１２０）が、前記構成部品（８０）の前縁（８４）に配置されている、請求項１０に記載の回転機械（１０）。

【請求項12】

前記構成部品（８０）の上流側に補助圧縮機（６０）をさらに備え、前記補助圧縮機（６０）が、前記構成部品（８０）の剥離領域（２５０）の前記複数の適応冷却開口部（１２０）に供給するのに必要となる、前記冷却液（１０１）の追加流に応じて、前記少なくとも１つのプレナム（１１０）に供給される前記冷却液（１０１）の圧力を増大させるように構成されている、請求項１０に記載の回転機械（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の分野は、概して内部冷却導管を含む構成部品に関し、より詳細には、外壁の適応冷却を促進するために、まず外壁コーティングシステムによって閉鎖される、外壁に画定された冷却開口部の列を含む構成部品に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンの高温ガス流路構成部品などのいくつかの構成部品は、高温に暴露されている。そのような構成部品の少なくともいくつかは、たとえば構成部品の外壁の内面に沿って内部に冷却液を循環させる、プレナム及び流路網などであるがこれらに限定されない内部冷却導管を、その内部に画定している。さらに、そのような構成部品の少なくともいくつかは、外壁の外面に、遮熱コーティング及びボンドコートなどのコーティングシステムを含む。これらコーティングシステム及び冷却液はそれぞれ、外壁の外面、当該壁の他の部分又は構成部品の基板材料、遮熱コーティング、又はボンドコートのうちの１つ又は複数の温度を、動作中にそれぞれの閾値温度未満に維持されやすいようにしている。少なくとも一部の例では、熱ボンドコートの局所領域が、構成部品の動作耐用年数にわたって剥離したり、あるいは損傷したりする恐れがあるため、その剥離領域の熱ボンドコートからの保護における潜在的損失を補償するように、冷却液の全体的な流量を選択的に増加させている。少なくとも一部の構成部品では、この構成部品の複数の位置のいずれかで、またそれらの位置でいずれかの量の剥離領域が発生する恐れがあるため、対象領域だけでなく、この構成部品全体に供給される冷却液循環量を全面的に増加させる必要がある。これにより、剥離状態にならない領域が不必要に過冷却され、そのために運転効率が低下する可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】欧州特許出願公開第３１８１８６８号明細書

【発明の概要】

【0004】

一態様では、構成部品を提供する。本構成部品は、外面を含む外壁と、この外壁の内部に画定され、その中に冷却液を収容するように構成された、少なくとも１つのプレナムとを備える。本構成部品は、外面上に施されたコーティングシステムをさらに備える。このコーティングシステムはある厚さを有する。本構成部品は、外壁内に画定された複数の適応冷却開口部をさらに備える。これらの適応冷却開口部はそれぞれ、少なくとも１つのプレナムと流体連通している第１の端部から、外面を通って外方に、コーティングシステムの厚さの少なくとも一部によって、その下側で覆われている第２の端部まで延在している。

【0005】

別の態様では、回転機械を提供する。本回転機械は、燃焼ガスを発生させるように構成された燃焼器部と、燃焼器部から燃焼ガスを受け取り、この燃焼ガスから機械的回転エネルギーを発生させるように構成されたタービン部とを備える。本回転機械を通過する燃焼ガスの流路は、高温ガス流路を画定している。本回転機械は、高温ガス流路に近接した構成部品をさらに備える。本構成部品は、外面を含む外壁と、この外壁の内部に画定され、その中に冷却液を収容するように構成された、少なくとも１つのプレナムとを備える。本構成部品は、外面上に施されたコーティングシステムをさらに備える。このコーティングシステムはある厚さを有する。本構成部品は、外壁内に画定された複数の適応冷却開口部をさらに備える。これらの適応冷却開口部はそれぞれ、少なくとも１つのプレナムと流体連通している第１の端部から、外面を通って外方に、コーティングシステムの厚さの少なくとも一部によって、その下側で覆われている第２の端部まで延在している。

【0006】

別の態様では、構成部品を製造する方法を提供する。本方法は、少なくとも１つのプレナムを包囲する外壁を形成するステップを含む。この少なくとも１つのプレナムは、その内部に冷却液を収容するように構成されている。外壁は外面と、外壁に画定された複数の適応冷却開口部とを含む。本方法は、外面上にコーティングシステムを施すステップをさらに含む。このコーティングシステムはある厚さを有する。これらの適応冷却開口部はそれぞれ、少なくとも１つのプレナムと流体連通している第１の端部から、外面を通って外方に、コーティングシステムの厚さの少なくとも一部によって、その下側で覆われている第２の端部まで延在している。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】例示的な回転機械の概略図である。

【図2】図１に示す回転機械で使用される、例示的な構成部品の概略斜視図である。

【図3】図２に示す構成部品を、図２に示す３−３線に沿って見た概略断面図である。

【図4】図３では部分４として示す、図２及び図３に示す構成部品の一部の概略斜視断面図である。

【図5】例示的な剥離領域を含む、図４に示す構成部品の例示的な外壁の概略斜視断面図である。

【図6】図５に示す外壁で使用することができる、例示的な適応冷却開口部の代替の向きを表す概略斜視図である。

【図7】図２及び図３に示す構成部品の、別の例示的な外壁の概略断面図である。

【図8】別の例示的な剥離領域を含む、図７の例示的な外壁の概略断面図である。

【図9】図７の例示的な外壁の例示的な製造段階を表す概略断面図である。

【図10】図２及び図３に示す構成部品の、別の例示的な外壁の概略断面図である。

【図11】適応冷却開口部の別の例示的な実施形態を含む、図２に示す構成部品の別の例示的な外壁の概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下の明細書及び特許請求の範囲において、いくつかの用語に言及しているが、それらは以下の意味を有すると定義されるものとする。

【0009】

単数形「１つの（ａ、ａｎ）」、及び「この（ｔｈｅ）」は、文脈で別途明確に指示しない限り、複数の言及を含む。

【0010】

「任意の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」又は「任意に（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、後に記載される事象又は状況が生じてもよいし、また生じなくてもよいことを意味し、またその記載が、事象が生じる場合と、生じない場合とを含むことを意味する。

【0011】

本明細書及び特許請求の範囲を通してここで使用している近似を表す文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動できる任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ（ａｂｏｕｔ）」、「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、及び「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例において、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応している場合がある。ここで、並びに明細書及び特許請求の範囲の全体を通じて、範囲の限界を特定してもよい。このような範囲は、組み合わせ及び／又は置き換えが可能であり、文脈又は文言が別途指示しない限り、本明細書に含まれる全ての部分範囲を含む。

【0012】

さらに、別途指定のない限り、「第１の（ｆｉｒｓｔ）」、「第２の（ｓｅｃｏｎｄ）」などの用語は、本明細書において単に標識として使用されているにすぎず、これらの用語が言及する要素について順序、位置、又は階層上の要件を加えることを意図するものではない。さらに、たとえば「第２の」要素への言及は、たとえば「第１の」要素若しくはより小さい数字で言及される要素、及び／又は「第３の」要素若しくはより大きい数字で言及される要素の存在を必要とするものでも、排除するものでもない。

【0013】

本明細書に記載している例示的な構成部品は、構成部品の内部冷却を行う公知のシステムに関連した欠点の少なくとも一部を克服するものである。より具体的には、本明細書に記載している実施形態は、構成部品の外壁内に画定された複数の適応冷却開口部を含む。この外壁の外面にはコーティングが施されている。これらの開口部はそれぞれ、構成部品の少なくとも１つの内部プレナムと流体連通している第１の端部から、外面を通って外方に、コーティングの厚さの少なくとも一部によって、その下側で覆われている第２の端部まで延在している。たとえば剥離事象によって、コーティングが適応冷却開口部の第２の端部の深さまで損傷又は剥離した後、内部冷却流路からの冷却液が、適応冷却開口部を通って構成部品の外部へと送られ、追加の局所冷却をもたらすことで、たとえば剥離事象を緩和することになる。

【0014】

図１は、本開示の実施形態を用いることができる、いくつかの構成部品を有する例示的な回転機械１０の概略図である。この例示的な実施形態では、回転機械１０は、吸気部１２と、吸気部１２の下流側に連結された圧縮機部１４と、圧縮機部１４の下流側に連結された燃焼器部１６と、燃焼器部１６の下流側に連結されたタービン部１８と、タービン部１８の下流側に連結された排気部２０とを備えるガスタービンである。ほぼ管状のケーシング３６は、吸気部１２、圧縮機部１４、燃焼器部１６、タービン部１８、若しくは排気部２０のうちの１つ又は複数を少なくとも部分的に包囲している。代替実施形態では、回転機械１０は、本明細書に記載しているように、内部流路を備えて形成された構成部品を使用するのに適した、任意の回転機械である。また、例示する目的で、回転機械に関連して本開示の実施形態を記載しているが、本明細書に記載している実施形態が、高温環境に暴露される構成部品を使用する任意の状況でも適用可能であることを理解すべきである。

【0015】

例示的な実施形態では、ロータシャフト２２を介して、タービン部１８が圧縮機部１４へと連結されている。なお、本明細書で使用する場合、「連結する」という用語は、構成部品間の直接の機械的、電気的、及び／又は連絡的接続に限定されず、複数の構成部品間の間接の機械的、電気的、及び／又は連絡的接続をさらに含み得る。

【0016】

回転機械１０の動作中、吸気部１２は圧縮機部１４に向かって空気を送る。圧縮機部１４は、この空気を圧縮してより高い圧力及び温度にする。より具体的には、圧縮機部１４内のロータシャフト２２に連結された圧縮機ブレード４０の少なくとも１つの円周方向列に対し、ロータシャフト２２が回転エネルギーを伝達する。例示的な実施形態では、圧縮機ブレード４０の各列に先行して、ケーシング３６から半径方向内側に延在している圧縮機ステータベーン４２の円周方向列が設けられており、これらの圧縮機ステータベーン４２が空気流を圧縮機ブレード４０内へと送っている。圧縮機ブレード４０の回転エネルギーにより、空気の圧力及び温度が上昇する。圧縮機部１４は、燃焼器部１６に向かって圧縮空気を放出する。

【0017】

燃焼器部１６では、圧縮空気が燃料と混合され、これに点火されて燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスがタービン部１８に向かって送られる。より具体的には、燃焼器部１６は少なくとも１つの燃焼器２４を含み、そこでは、たとえば天然ガス及び／又は燃料油などの燃料が空気流に注入され、次いでこの燃料−空気混合気に点火されて、その後タービン部１８に向かって送られることになる高温燃焼ガスを発生させている。

【0018】

タービン部１８は、燃焼ガス流中の熱エネルギーを機械的回転エネルギーへと変換する。より具体的には、タービン部１８内のロータシャフト２２に連結されたロータブレード７０の少なくとも１つの円周方向列に対し、この燃焼ガスが回転エネルギーを伝達する。例示的な実施形態では、ロータブレード７０の各列に先行して、ケーシング３６から半径方向内側に延在しているタービンステータベーン７２の円周方向列が設けられており、これらのタービンステータベーン７２が燃焼ガスをロータブレード７０内へと送っている。ロータシャフト２２は、発電機及び／又は機械駆動アプリケーションなどであるが、これらに限定されない負荷（図示せず）に連結されてもよい。放出された燃焼ガスは、タービン部１８から下流側に流れて排気部２０へと進入する。回転機械１０を通過する燃焼ガスの流路は、回転機械１０の高温ガス流路を画定している。回転機械１０の構成部品を、構成部品８０として示す。高温ガス流路に近接した構成部品８０は、回転機械１０の動作中に高温に暴露されている。代替実施形態では、構成部品８０は、高温環境に暴露される任意の用途における任意の構成部品である。

【0019】

図２は、回転機械１０（図１に示す）で使用されるように図示した、例示的な構成部品８０の概略斜視図である。図３は、構成部品８０を、３−３線（図２に示す）に沿って見た概略断面図である。図４は、図３では部分４として示す、構成部品８０の一部の概略斜視断面図である。図２〜図４を参照すると、構成部品８０は、事前に選択された厚さ１０４を有する外壁９４を備える。さらに、例示的な実施形態では、構成部品８０は、内部に画定された少なくとも１つの内部空隙１００を備える。たとえば回転機械１０の動作中、内部空隙１００に冷却液１０１が供給されて、構成部品８０の温度が高温燃焼ガスの温度未満に維持されやすいようになっている。

【0020】

構成部品８０は、構成部品材料７８から形成されている。例示的な実施形態では、構成部品材料７８は好適なニッケル基超合金である。代替実施形態では、構成部品材料７８は、コバルト基超合金、鉄基合金、又はチタン基合金のうちの少なくとも１つである。他の代替実施形態では、構成部品材料７８はセラミック基複合材（ｃｅｒａｍｉｃ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ：ＣＭＣ）である。他の代替実施形態では、構成部品材料７８は、本明細書に記載しているように構成部品８０を機能させることができる、任意の好適な材料である。

【0021】

例示的な実施形態では、構成部品８０は、ロータブレード７０又はステータベーン７２のうちの一方である。代替実施形態では、構成部品８０は、回転機械１０の別の好適な構成部品である。さらに他の実施形態では、構成部品８０は、高温環境に暴露される任意の用途における任意の構成部品である。

【0022】

例示的な実施形態では、ロータブレード７０、又はステータベーン７２は、正圧側面７４、及び対向する負圧側面７６を含む。正圧側面７４及び負圧側面７６はそれぞれ、前縁８４から対向する後縁８６まで延在している。さらに、ロータブレード７０、又はステータベーン７２は、根元端部８８から対向する先端部９０まで延在している。構成部品８０の長手方向軸８９は、根元端部８８と先端部９０との間に画定されている。代替実施形態では、ロータブレード７０、又はステータベーン７２は、本明細書に記載している事前に選択された外壁厚さとなるように形成できる、任意の好適な構成を有する。

【0023】

外壁９４は、構成部品８０の外面９２と、外面９２に対向する内面９３とを少なくとも部分的に画定している。例示的な実施形態では、外壁９４は、前縁８４と後縁８６との間で円周方向に延在し、また根元端部８８と先端部９０との間で、さらに長手方向に延在している。代替実施形態では、外壁９４は、構成部品８０をその意図する目的に沿って機能させることができる、任意の好適な程度まで延在している。外壁９４は、構成部品材料７８から形成されている。

【0024】

また、少なくとも１つの内部空隙１００は、外壁９４の内部に画定された、少なくとも１つのプレナム１１０を含む。例示的な実施形態では、プレナム１１０はそれぞれ、根元端部８８から先端部９０の近くまで延在している。代替実施形態では、各プレナム１１０は、本明細書に記載しているように構成部品８０を機能させることができる任意の好適な方法で、かつ任意の好適な程度まで、構成部品８０内に延在している。

【0025】

たとえば、図４に示す実施形態では、構成部品８０は、外壁９４の内部に配置された内壁９６を備え、また少なくとも１つのプレナム１１０は、内壁９６及びその内部によって少なくとも部分的に画定されている。例示的な実施形態では、少なくとも１つのプレナム１１０は、内壁９６によってそれぞれ画定された複数のプレナム１１０と、正圧側面７４と負圧側面７６との間に少なくとも部分的に延在している、少なくとも１つの隔壁９５とを備える。たとえば、図示している実施形態では、隔壁９５はそれぞれ、正圧側面７４の外壁９４から負圧側面７６の外壁９４まで延在している。代替実施形態では、少なくとも１つの隔壁９５は、正圧側面７４の内壁９６から負圧側面７６の内壁９６まで延在している。付加的又は代替的に、少なくとも１つの隔壁９５は、正圧側面７４の内壁９６から外壁９４まで、かつ／又は負圧側面７６の内壁９６から外壁９４まで延在している。他の代替実施形態では、少なくとも１つの内部空隙１００は、任意の好適な方法で画定された、任意の好適な数のプレナム１１０を含む。内壁９６は、構成部品材料７８から形成されている。

【0026】

さらに、いくつかの実施形態では、内壁９６の少なくとも一部は、外壁９４の少なくとも一部に隣接して円周方向及び長手方向に延在し、そこから内壁９６の少なくとも一部が離隔距離９８だけ離隔され、その結果、少なくとも１つの内部空隙１００が、内壁９６と外壁９４との間に画定された、少なくとも１つのチャンバ１１２をさらに含むことになる。例示的な実施形態では、この少なくとも１つのチャンバ１１２は、それぞれが外壁９４、内壁９６、及び少なくとも１つの隔壁９５によって画定された、複数のチャンバ１１２を含む。代替実施形態では、少なくとも１つのチャンバ１１２は、任意の好適な方法で画定された、任意の好適な数のチャンバ１１２を含む。例示的な実施形態では、内壁９６は厚さ１０７を有し、かつ自身を貫通する複数の開口部１０２を画定しており、その結果、チャンバ１１２がそれぞれ、少なくとも１つのプレナム１１０と流体連通することになる。

【0027】

例示的な実施形態では、プレナム１１０を通って供給され、内壁９６内に画定された開口部１０２を通って放出されて、外壁９４の内面９３へと向かう冷却液１０１によって、外壁９４の効果的なインピンジメント冷却を促進するように、離隔距離９８が選択されている。一例として、限定はしないが、離隔距離９８は構成部品８０に沿って円周方向及び／又は長手方向に変動し、これによって外壁９４のそれぞれの部分に沿った局所冷却の要件を容易に満たすようにしている。代替実施形態では、任意の好適な方法で離隔距離９８が選択されている。例示的な実施形態においても、外壁９４の効果的なインピンジメント冷却を促進するように選択されたパターン１０３において、開口部１０２が配置されている。一例として、限定はしないが、パターン１０３は構成部品８０に沿って円周方向及び／又は長手方向に変動し、これによって外壁９４のそれぞれの部分に沿った局所冷却の要件を容易に満たすようにしている。代替実施形態では、任意の好適な方法でパターン１０３が選択されている。

【0028】

いくつかの実施形態では、開口部１０２がそれぞれ、冷却液１０１が開口部１０２を通り、インピンジメント噴流１０５で内面９３に向かって放出されるような大きさ及び形状とされている。たとえば、開口部１０２はそれぞれ、実質的に円形又は卵形の断面を有する。代替実施形態では、開口部１０２はそれぞれ、本明細書に記載しているように開口部１０２を機能させることができる、任意の好適な形状及び大きさとされている。

【0029】

例示的な実施形態では、外壁９４は構成部品８０の動作負荷を実質的に支持している一方、内壁９６及び／又は隔壁９５は、支持する負荷がほんの少量である少なくとも１つの挿入バッフルによって形成されている。代替実施形態では、内壁９６及び／又は隔壁９５は外壁９４と一体的に形成され、かつ／又は構成部品８０の動作負荷の大部分をこれらが支持している。

【0030】

また例示的な実施形態では、外壁９４は、構成部品８０と高温ガス環境との境界を画定しており、またその厚さ１０４は、より厚い外壁を有する構成部品と比較して、その流れを減少させた冷却液１０１を使用することにより、外壁９４の効果的な冷却を促進するように選択されている。代替実施形態では、外壁厚さ１０４は、構成部品８０をその意図する目的に沿って機能させることができる、任意の好適な厚さである。特定の実施形態では、外壁厚さ１０４は外壁９４に沿って変動している。代替実施形態では、外壁厚さ１０４は外壁９４に沿って一定である。

【0031】

例示的な実施形態では、外壁９４は、自身を貫通して延在している放出開口部９９を含み、この放出開口部９９は、構成部品８０が稼働状態に入っても、コーティングシステム２００（以下に記載）によって妨害されず、またチャンバ１１２から自身を通して冷却液１０１を放出し、これにより、以下に記載している適応冷却に加えて、外壁９４の外部にベースラインフィルム冷却をもたらしている。代替実施形態では、外壁９４は放出開口部９９を含まず、少なくとも１つの内部空隙１００が、少なくとも１つのチャンバ１１２と流体連通している少なくとも１つの戻り流路１１４をさらに含むことにより、この戻り流路１１４がそれぞれ、外壁９４のインピンジメント冷却に使用される冷却液１０１を流す戻り液用流路を供給することになる。他の代替実施形態では、構成部品８０は、放出開口部９９及び戻り流路１１４の両方を含む。少なくとも１つの内部空隙１００が、ロータブレード７０又はステータベーン７２のうちの一方である構成部品８０を冷却するにあたり使用するプレナム１１０、チャンバ１１２、及び必要に応じて戻り流路１１４を含むものとして示しているが、代替実施形態では、構成部品８０が、任意の好適な用途に使用される任意の好適な構成部品であり、また構成部品８０をその意図する目的に沿って機能させることができる、任意の好適な数、タイプ、及び構成の内部空隙１００を備えることを理解すべきである。たとえば、いくつかの実施形態では、構成部品８０は、外壁９４のインピンジメント冷却用に構成されていない。

【0032】

例示的な実施形態では、構成部品８０は、外壁９４の外面９２に施されたコーティングシステム２００をさらに備える。このコーティングシステム２００は、外壁９４を高温環境から保護するために選択された、少なくとも１つの材料から形成されている。たとえば、図７に関してより詳述しているように、コーティングシステム２００は、外面９２に隣接し、かつこれに接着するように構成された好適なボンドコート層と、このボンドコート層に隣接する１つ又は複数の好適な遮熱表層とを含む。代替実施形態では、コーティングシステム２００は、層及び厚さを好適に組み合わせた任意のものが適用される、任意の好適な材料又は材料の組み合わせから形成されている。コーティングシステム２００は、全厚さ２０４を有する。図示を明確にするために、図２ではコーティングシステム２００を表示していない。

【0033】

たとえば動作中に、冷却液１０１は構成部品８０の根元端部８８を通って、プレナム１１０へと供給される。この冷却液が概ね先端部９０に向かって流れるとき、冷却液１０１の噴流１０５は開口部１０２を通ってチャンバ１１２内へと押し流され、次いで外壁９４の内面９３に突き当たる。例示的な実施形態では、その後、使用済みの冷却液１０１は、外壁９４及びコーティングシステム２００を貫通して延在している放出開口部９９を通って流れる。たとえば冷却液１０１は、妨害されない所定の放出開口部９９を通って作動液内へと放出され、これにより、以下に記載している適応冷却に加えて、外面９２及びコーティングシステム２００のベースラインフィルム冷却が促進されるようになる。

【0034】

代替実施形態では、使用済みの冷却液１０１は戻り流路１１４へと送られ、次いで概して根元端部８８に向かって流れ、その後構成部品８０から退出する。いくつかのこのような実施形態では、少なくとも１つのプレナム１１０、少なくとも１つのチャンバ１１２、及び少なくとも１つの戻り流路１１４をこのように配置することで、回転機械１０の冷却回路の一部を形成しており、その結果、使用済みの冷却液１０１が、燃焼器部１６（図１に示す）の上流側で、回転機械１０を通る作動液流に戻されることになる。他の代替実施形態では、構成部品８０は戻り流路１１４及び放出開口部９９の両方を備え、冷却液１０１の第１の部分は、燃焼器部１６（図１に示す）の上流側で、回転機械１０を通る作動液流に戻され、また冷却液１０１の第２の部分は、放出開口部９９を通って作動液内へと放出され、これにより、外面９２及びコーティングシステム２００のベースラインフィルム冷却が促進されるようになる。プレナム１１０及びチャンバ１１２を通過するインピンジメント流と、必要に応じて放出開口部９９を通過する放出流又は流路１１４を通過する戻り流とを、構成部品８０がロータブレード７０及び／又はステータベーン７２である実施形態に関して記載しているが、プレナム１１０、チャンバ１１２、放出開口部９９及び／又は戻り流路１１４から形成される回路は、回転機械１０のあらゆる構成部品８０に適しており、さらに他のあらゆる用途に使用されるあらゆる好適な構成部品８０に適している。

【0035】

外壁９４は、その内部に画定され、かつ自身を通って延在している複数の適応冷却開口部１２０を含む。より具体的には、適応冷却開口部１２０はそれぞれ、少なくとも１つのプレナム１１０と流体連通している第１の端部１２２から、外面９２を通って外方に、第２の端部１２４まで延在している。例示的な実施形態では、第１の端部１２２は外壁９４の内面９３内に画定され、かつこの内面９３を貫通して延在し、また少なくとも１つのチャンバ１１２を介して、少なくとも１つのプレナム１１０と流体連通している。代替実施形態では、この第１の端部１２２は、少なくとも１つのプレナム１１０と流体連通している外壁９４内の任意の適切な位置に画定されている。たとえば、第１の端部１２２は、図１１に関して本明細書に記載しているように、外壁９４内で外面９２に対してほぼ平行に延在している流路１７０と流体連通状態で連結されている。

【0036】

いくつかの実施形態では、図４に示すように、第２の端部１２４は外壁９４の外面９２に画定され、かつこの外面９２を貫通して延在しており、その結果、第２の端部１２４は、コーティングシステム２００の厚さ２０４全体の下に隠れている。他の実施形態では、図７に関して本明細書に記載するように、第２の端部１２４はコーティングシステム２００内に画定されており、これによって適応冷却開口部１２０がコーティングシステム２００内へと部分的に延在するようにしている。いずれの場合でも、例示的な実施形態では、構成部品８０が稼働状態に入ると、各適応冷却開口部１２０の第２の端部１２４は、コーティングシステム２００の厚さ２０４の少なくとも一部によって、その下側で覆われ、その結果、適応冷却開口部１２０を介し、外壁９４を通って冷却液１０１が放出される際、コーティングシステム２００によってその少なくとも一部が妨害されるようになる。換言すれば、構成部品８０が稼働状態に入ると、適応冷却開口部１２０は、コーティングシステム２００によって少なくとも部分的に妨害されるようになる。いくつかのそのような実施形態では、コーティングシステム２００は多孔質であり、これにより動作中、コーティングシステム２００が適応冷却開口部１２０の上方で損傷していない場合でも、冷却液１０１の一部が適応冷却開口部１２０を通って漏れ、その結果、外壁９４の外面９２及びコーティングシステム２００のベースラインフィルム冷却がさらに促進されるようになる。他のそのような実施形態では、コーティングシステム２００は無孔質であり、これにより、コーティングシステム２００が適応冷却開口部１２０の上方で損傷していない場合、コーティングシステム２００により、適応冷却開口部１２０が効果的に行き止まり状になる。

【0037】

また図４には、構成部品８０の稼働中に、コーティングシステム２００の少なくとも一部が剥離した状態の、例示的な剥離領域２５０を示している。図５は、例示的な剥離領域２５０を含む、構成部品８０の外壁９４の斜視図である。たとえば、領域２５０は、コーティングシステム２００が回転機械１０（図１に示す）の動作中に高温環境によって剥離するか、あるいは劣化すると形成される。いくつかの実施形態では、構成部品８０は、回転機械１０（図１に示す）のロータブレード７０又はステータベーン７２のうちの一方であり、剥離領域２５０は、構成部品８０の前縁８４に沿って形成される。代替実施形態では、構成部品８０は、高温環境に暴露されるあらゆる用途におけるあらゆる構成部品であり、かつ／又は剥離領域２５０は、構成部品８０上の任意の位置に形成される。

【0038】

図４及び図５に示す実施形態では、コーティングシステム２００の全厚さ２０４が剥離領域２５０から剥離しており、外面９２が高温動作環境に直接暴露されている。代替実施形態では、厚さ２０４の一部のみが剥離領域２５０で剥離又は損傷している。たとえば、コーティングシステム２００の表層は、図７及び図８に関して本明細書により詳述するように、剥離領域２５０で離層する。

【0039】

コーティングシステム２００が損傷又は剥離することにより、外壁９４、及び剥離領域２５０におけるコーティングシステム２００の露出部分２５２の熱暴露が増大することになる。適応冷却開口部１２０により、剥離領域２５０で冷却の必要性が増大している状況に、構成部品８０が適応できるようになる。より具体的には、コーティングシステム２００が剥離すると、剥離領域２５０内の各適応冷却開口部１２０の第２の端部１２４は完全に妨害されない状態となり、冷却液１０１が、少なくとも１つのプレナム１１０から適応冷却開口部１２０を通って外壁９４の外部へと流れるための流路を形成し、これにより、外壁９４及び剥離領域２５０におけるコーティングシステム２００の露出部分２５２に対し、まず構成部品８０内の内部冷却回路によってもたらされる冷却に加えて、追加の局所冷却（たとえば、ボア冷却及び／又は外側フィルム冷却）がもたらされることになる。

【0040】

適応冷却開口部１２０を通過する妨害されない流れは剥離領域２５０内でのみ発生するため、結果として生じる適応冷却応答は、剥離領域２５０の大きさ及び位置に応じて自己調整されている。特定の実施形態では、構成部品８０の冷却液１０１の全流量は、剥離領域２５０が発生し得る可能性を考慮しなければならないが、その場合でも、構成部品８０に使用される冷却液１０１の全流量要件は、外壁９４のより広い領域上に常設の貫通開口部を含むように設計された類似の構成部品と比較して低下するものであり、これはなぜなら、冷却流の放出が、構成部品８０の稼働中に形成される剥離領域２５０に適応的に制限されるためである。さらに、いくつかの実施形態では、適応冷却開口部１２０によってもたらされる冷却は、たとえば外壁９４及び／又は領域２５０におけるコーティングシステム２００の露出部分２５２の一体性を維持し、また剥離領域２５０の大きさの拡大を防止することにより、剥離事象の緩和を促進している。

【0041】

いくつかの実施形態では、例示的な実施形態における回転機械１０（図１に示す）などの構成部品８０が設置される本システムは、剥離領域２５０の発生に応答して、構成部品８０に供給される冷却液１０１の少なくとも１つの特性を変更するように構成された、追加のサブシステムを備える。たとえば、いくつかのそのような実施形態では、本システムは、構成部品８０の上流側に補助圧縮機６０を備える。補助圧縮機６０は、剥離領域２５０の適応冷却開口部１２０に供給するのに必要となる追加流に対応するために、少なくとも１つのプレナム１１０に供給される冷却液１０１の圧力、ひいては流量を増大させる。さらに、いくつかのそのような実施形態では、本システムは、補助圧縮機６０の上流側にあり、冷却液１０１の温度を低下させるように構成された熱交換器６２を備える。たとえば、冷却液１０１の温度を低下させる熱交換器６２により、補助圧縮機６０によってその後行われる冷却液１０１の圧縮が容易になり、かつ／又は構成部品８０に供給される冷却液１０１の冷却効率が改善される。あるいは補助圧縮機６０は、熱交換器６２なしで使用される。

【0042】

特定の実施形態では、補助圧縮機６０、及び設置する場合は熱交換器６２の動作は、本システムにおける複数の構成部品８０の稼働時間に基づいて選択的に調整される。たとえば、その稼働時間に基づいて、構成部品８０における一定のレベルの剥離又は他の損傷が想定され、補助圧縮機６０及び熱交換器６２は、想定されるレベルの損傷に応じて、冷却液１０１の流量及び／又は冷却効率を増大させるように調整される。あるいは、いくつかの実施形態では、補助圧縮機６０及び熱交換器６２は、本システムにおける少なくとも１つの好適な測定動作パラメータに基づいて能動的に制御される。たとえば、この少なくとも１つの測定動作パラメータの値に変動が検出された場合、閾値量の冷却液１０１が複数の構成部品の剥離領域２５０を通って流れ、またそれに応じて、補助圧縮機６０及び熱交換器６２が、冷却液１０１の流量及び／又は冷却効率を増大させるように、自動的に制御されることを示している。代替実施形態では、補助圧縮機６０及び熱交換器６２は、本明細書に記載しているように補助圧縮機６０及び熱交換器６２を機能させることができる、任意の好適な方法で操作されている。他の代替実施形態では、本システムは補助圧縮機６０及び熱交換器６２を備えない。

【0043】

図４及び図５において、適応冷却開口部１２０をそれぞれ、第１の端部１２２から第２の端部１２４まで、外壁９４にほぼ垂直となる方向に延在するように示しているが、特定の実施形態では、少なくとも１つの適応冷却開口部１２０の向きは、外壁９４に垂直となる向き以外である。より具体的には、図６を参照すると、特定の実施形態では、少なくとも１つの適応冷却開口部１２０は、外壁９４に垂直となる方向９７に対して測定した場合、鋭角をなす向きに方向付けられている。そのような一実施形態を図６に示しており、これは、外壁９４で使用できる適応冷却開口部１２０の例示的な配置１５０を表す概略斜視図である。図６では、図示を容易にするために、適応冷却開口部１２０の配置１５０を包囲する外壁９４の一部が、破線と共に透過表示されている。

【0044】

例示的な実施形態では、適応冷却開口部１２０はそれぞれ、以下でさらに述べているように、その回転方向は異なり得るが、法線方向９７に対して測定した場合、同じ鋭角１４２をなす向きに方向付けられている。代替実施形態では、少なくとも１つの適応冷却開口部１２０の鋭角１４２は、適応冷却開口部１２０の別の鋭角１４２と大きさが異なっている。特定の実施形態では、鋭角１４２はそれぞれ、約３０度〜約６０度の範囲となるように選択されている。より具体的には、例示的な実施形態では、鋭角１４２はそれぞれ、約３７度となるように選択されている。代替実施形態では、鋭角１４２はそれぞれ、本明細書に記載しているように適応冷却開口部１２０を機能させることができる、任意の好適な大きさとなるように選択されている。いくつかの実施形態では、鋭角１４２をなす向きに方向付けられた適応冷却開口部１２０により、剥離領域２５０（図５に示す）の露出部分２５２に沿った、コーティングシステム２００の冷却の増大が促進される。より具体的には、いくつかのそのような実施形態では、鋭角１４２をなす向きに方向付けられた適応冷却開口部１２０は、露出部分２５２の縁部にほぼ平行となる法線方向９７ではなく、少なくとも部分的に露出部分２５２に向かって冷却液１０１を送っている。たとえば、少なくとも部分的に露出部分２５２に冷却液１０１が送られることにより、露出部分２５２の冷却が増大し、これにより、コーティングシステム２００が過熱してさらに剥離することが抑制される。

【0045】

例示的な実施形態では、配置１５０は、外壁９４にわたって分散配置される適応冷却開口部１２０の繰返し群によって形成され（１つの群を示している）、当該群の適応冷却開口部１２０はそれぞれ、当該群の他の適応冷却開口部１２０とは異なる方向に、鋭角１４２だけ回転する。したがって、外面９２のいずれに剥離領域２５０が形成されるかに関係なく、適応冷却開口部１２０の少なくとも１つは、少なくとも部分的にコーティングシステム２００の露出部分２５２に向けられ、これにより、露出部分２５２の冷却の増大が促進され、その結果、剥離領域２５０の拡大が抑制されることになる。

【0046】

たとえば、図示の実施形態では、配置１５０の繰返し群はそれぞれ、外壁９４の立方体部分における４つの各側面に配置された、４つの適応冷却開口部１２０を含む。当該群の適応冷却開口部１２０はそれぞれ、異なる方向に鋭角１４２だけ回転され、この回転方向は、当該群において隣接する適応冷却開口部１２０に対して、９０度だけ進められる。その結果、各適応冷却開口部１２０の第１の端部１２２は、隣接する適応冷却開口部１２０の第２の端部１２４の真下に位置することになる。図示している配置１５０は、外面９２のいずれに剥離領域２５０が形成されるかに関係なく、適応冷却開口部１２０の少なくとも１つがコーティングシステム２００の露出部分２５２に少なくとも部分的に向けられるようにさらに促進する。代替実施形態では、配置１５０の各群は、本明細書に記載しているように配置１５０を機能させることができる、任意の好適な数及び向きの適応冷却開口部１２０を含む。

【0047】

代替実施形態では、各群の少なくともいくつかの適応冷却開口部１２０は、同じ方向に鋭角１４２だけ回転される。たとえばいくつかの実施形態では、外壁９４は、回転機械１０（図１に示す）を通過する作動液流の局所方向など、既知の概ね一致する外部流１６０（図５に示す）の方向に暴露されている。適応冷却開口部１２０はそれぞれ、第２の端部１２４が、接近する外部流１６０の方向に向かって少なくとも部分的に傾斜し、すなわち、少なくとも部分的に対向するように方向付けられている。したがって、剥離領域２５０が形成されると、適応冷却開口部１２０はそれぞれ、外部流方向１６０に対向する速度成分で、第２の端部１２４から冷却液１０１を流す。剥離領域２５０の露出部分２５２における前縁部分２５３及び後縁部分２５４で、接近する外部流の局所動的圧力が変動することにより、剥離領域２５０の中央部に方向付けられた適応冷却開口部１２０が流す冷却液１０１の流量が少なくなる一方、剥離領域２５０の露出部分２５２に最も近接した適応冷却開口部１２０が流す冷却液１０１の流量はより多くなり、再度コーティングシステム２００の過熱及び剥離の促進を抑制することになる。

【0048】

代替実施形態では、適応冷却開口部１２０は、本明細書に記載しているように適応冷却開口部１２０を機能させることができる、任意の好適な方法で方向付けられる。

【0049】

図７は、構成部品８０の外壁９４に関する別の例示的な実施形態の概略断面図である。図８は、別の例示的な剥離領域２５０を含む、外壁９４の概略断面図である。図示の実施形態では、コーティングシステム２００は、外面９２に隣接し、かつこれに接着するように構成されたボンドコート層２１０と、ボンドコート層２１０に隣接した少なくとも１つの追加層とを含む。より具体的には、例示的な実施形態では、コーティングシステム２００は、ボンドコート層２１０に隣接し、かつ接着するように構成された中間層２１２と、この中間層２１２に隣接し、かつ接着するように構成された表層、すなわち断熱層２１４とをさらに含む。たとえば、例示的な実施形態では、ボンドコート層２１０は、Ｍが鉄、コバルト、若しくはニッケルであり、Ｙがイットリア若しくは別の希土類元素である、拡散アルミナイド又はＭｃｒＡｌＹを含むアルミニウムリッチ材料である。代替実施形態では、ボンドコート層２１０は、本明細書に記載しているようにボンドコート層２１０を機能させることができる、任意の好適な材料である。例示的な実施形態では、中間層２１２はイットリア安定化ジルコニアを含む。代替実施形態では、中間層２１２は、本明細書に記載しているように中間層２１２を機能させることができる、任意の好適な材料である。例示的な実施形態では、断熱層２１４は、たとえばジルコニウム基又はハフニウム基酸化物格子構造（ＺｒＯ２又はＨｆＯ２）、並びに酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）、酸化イットリア（Ｙ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、若しくは酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）のうちの１つ又は複数を含む酸化安定剤化合物（酸化「ドーパント」とも呼ばれる）を含む、超低熱伝導率のセラミック材料である。代替実施形態では、断熱層２１４は、本明細書に記載しているように断熱層２１４を機能させることができる、任意の好適な材料である。代替実施形態では、コーティングシステム２００は、任意の好適な数及びタイプの層を含む。

【0050】

上述のように、適応冷却開口部１２０はそれぞれ、少なくとも１つのプレナム１１０と流体連通している第１の端部１２２から、外面９２を通って外方に、第２の端部１２４まで延在している。図７及び図８に示す実施形態では、第２の端部１２４はコーティングシステム２００内に画定されており、これによって適応冷却開口部１２０がコーティングシステム２００内へと部分的に延在するようにしている。構成部品８０が稼働状態に入ると、適応冷却開口部１２０の第２の端部１２４は、非ゼロの深さ２２０を有するコーティングシステム２００の一部によって、その下側で覆われる。

【0051】

例示的な実施形態では、第２の端部１２４がコーティングシステム２００の表層又は断熱層２１４内に配置されることにより、適応冷却開口部１２０がボンドコート層２１０及び中間層２１２の全厚さ、並びに断熱層２１４の第１の内側部分２１６のみの厚さを通って延在することになり、またその結果、第２の端部１２４が、断熱層２１４の残りの、第２の外側部分２１８の深さ２２０によって、その下側で覆われることになる。したがって、図８に示すように、断熱層２１４の第２の部分２１８の深さ２２０と少なくとも等しい深さまで剥離領域２５０が形成されると、剥離領域２５０における各適応冷却開口部１２０の第２の端部１２４は完全に妨害されない状態となり、冷却液１０１が少なくとも１つのプレナム１１０から適応冷却開口部１２０を通って外壁９４の外部へと流れるための流路を形成し、これにより、外壁９４及び剥離領域２５０におけるコーティングシステム２００の露出部分２５２に対し、構成部品８０内の内部冷却回路によってもたらされる冷却に加えて、追加の局所冷却（たとえば、ボア冷却及び／又は外側フィルム冷却）がもたらされることになる。代替実施形態では、第２の端部１２４は、コーティングシステム２００内で任意の好適な深さ２２０で画定され、かつ／又は本明細書に記載しているように適応冷却開口部１２０を機能させることができる、コーティングシステム２００における任意の好適な層又はその内部で終端している。

【0052】

たとえば、いくつかの実施形態では、剥離領域２５０は、断熱層２１４の第１の部分２１６から断熱層２１４の第２の部分２１８が層間剥離を起こしたものとして発生する傾向があり、また第２の部分２１８の標準深さ２２０は、外壁９４のそれぞれの領域に対して経験的に決定されてもよい。次に、外壁９４の各領域における適応冷却開口部１２０の第２の端部１２４の設計位置が、その領域の標準深さ２２０に対応するように選択され、その結果、適応冷却開口部１２０が、外壁９４のそれぞれの領域において最も多い初期の層間剥離深さで作動することになる。したがって、適応冷却開口部１２０の第２の端部１２４の深さは、たとえば外壁９４及び／又は領域２５０におけるコーティングシステム２００の残りの層の一体性を維持し、かつ／又は剥離領域２５０の大きさが拡大するのを防止することにより、初期の層間剥離事象の緩和を促進するように選択されている。代替実施形態では、第２の端部１２４の設計位置は、本明細書に記載しているように適応冷却開口部１２０を機能させることができる、任意の好適な方法で選択される。

【0053】

代替実施形態では、第２の端部１２４は、ボンドコート層２１０と中間層２１２との界面に画定され、また中間層２１２及び断熱層２１４の第１の部分２１６は多孔質材料とされ、その結果、断熱層２１４において深さ２２０までの層間剥離又は剥離が発生することにより、上述のように、第２の端部１２４、多孔質中間層２１２、及び多孔質の第１の部分２１６を通ってコーティングシステム２００の外部へと、冷却液１０１が流れることが可能になっている。他の代替実施形態では、第２の端部１２４の配置及びコーティングシステム２００の少なくとも１つの層の多孔度は、該当する深さの剥離又は層間剥離事象が発生したことに応答して、適応冷却開口部１２０を通過する流れを増大させることができる、任意の好適な方法で選択される。たとえば、第２の端部１２４は、ボンドコート層２１０と中間層２１２との界面に画定され、また中間層２１２は多孔質材料とされ、その結果、断熱層２１４において全厚さの層間剥離又は剥離が発生することにより、上述のように、第２の端部１２４及び多孔質中間層２１２を通ってコーティングシステム２００の外部へと、冷却液１０１が流れることが可能になっている。

【0054】

図９は、図７に示す外壁９４の例示的な製造段階を表す概略断面図である。例示的な実施形態では、第１の端部１２２から外面９２まで延在している適応冷却開口部１２０の第１の部分は、コーティングシステム２００を外壁９４に添加する前に、まず外壁９４に形成される。たとえば、構成部品８０は、適応冷却開口部１２０を含まない外壁９４でまず形成され、その後、適応冷却開口部１２０の第１の部分が、好適な機械加工法によって外壁９４に形成される。別の実施例では、構成部品８０は、その内部に画定される、適応冷却開口部１２０の第１の部分を含む外壁９４でまず形成される。より具体的には、外壁９４は、適応冷却開口部１２０の第１の部分をその内部に画定するように成形されたコアの周りに、溶融金属の構成部品材料７８を鋳造することによって形成されるか、又は外壁９４は積層造形法によって形成され、この積層造形法において、適応冷却開口部１２０は、連続的に蒸着されて外壁９４を形成する、構成部品材料７８の薄層内に画定されている。

【0055】

いくつかの実施形態では、外面９２上にコーティングシステム２００を施す前又はその間に、各適応冷却開口部１２０の第２の端部１２４にキャップ２３０が配置され、これによってコーティングシステム２００の少なくとも一部の下に適応冷却開口部１２０を画定している。例示的な実施形態では、キャップ２３０は、適応冷却開口部１２０の第１の部分に挿入される長方形の部材である。より具体的には、キャップ２３０はそれぞれ、対応する適応冷却開口部１２０の第１の部分に収容される大きさ及び形状の第１の端部２３２から、外面９２より外方に延在する大きさ及び形状の第２の端部２３４まで延在することで、対応する適応冷却開口部１２０の第２の端部１２４を画定している。第２の端部２３４が外面９２から延在する状態でキャップ２３０が配置された後、コーティングシステム２００は、キャップ２３０付近及びこれにわたって外面９２上に、好適な噴霧蒸着法を用いる連続層などにおいて施される。コーティングシステム２００が選択された厚さ２０４に形成された後、各キャップ２３０の第２の端部２３４は、図９に示すように、コーティングシステム２００内で深さ２２０となる、対応する適応冷却開口部１２０の第２の端部１２４を画定する。

【0056】

別の実施形態では、キャップ２３０は、コーティングシステム２００の蒸着の各段階で、適応冷却開口部１２０が第２の端部１２４でキャップ２３０まで全て画定されるまで、各適応冷却開口部１２０の露出した外側端部上に配置される平坦なカバー又はブランケット（図示せず）である。他の代替実施形態では、キャップ２３０は、本明細書に記載しているように適応冷却開口部１２０を形成できるようにする、任意の好適な構造を有する。

【0057】

いくつかの実施形態では、コーティングシステム２００が形成された後、構成部品８０が稼働状態に入る前に、キャップ２３０が外壁９４から除去される。たとえば、キャップ２３０は、構成部品８０が稼働状態に入る前に、好適な浸出法において構成部品８０から除去できる材料から形成されている。別の実施例では、キャップ２３０は、構成部品８０が稼働状態に入る前に、好適な加熱法において、構成部品８０から溶融排出されるように構成された材料から形成されている。他の実施形態では、構成部品８０が稼働状態に入る前にキャップ２３０は除去されず、むしろ剥離領域２５０（図８に示す）がキャップ２３０上に形成されるまで適所にとどまる。たとえばキャップ２３０は、キャップ２３０が剥離領域２５０に関連する高温環境に暴露されると急速に焼け落ち、かつ／又は飛散するように構成された材料から形成され、その結果として、上述したように、対応する適応冷却開口部１２０の第２の端部１２４は妨害されない状態となり、冷却液１０１が、少なくとも１つのプレナム１１０から適応冷却開口部１２０を通って外壁９４の外部へと流れるための流路が形成されるようになる。

【0058】

図１０は、適応冷却開口部１２０を含む外壁９４に関する、別の例示的な実施形態の概略断面図である。適応冷却開口部１２０の断面積１２６は、法線方向９７に対して垂直に画定されている。特定の実施形態では、断面積１２６は、第１の端部１２２と第２の端部１２４との間で概ね縮小している。たとえば、例示的な実施形態では、適応冷却開口部１２０は外壁９４内にほぼ円錐台の形状を画定しており、その結果、断面積１２６がほぼ円形となり、また第１の端部１２２と第２の端部１２４との間で縮小することになる。代替実施形態では、適応冷却開口部１２０はそれぞれ、本明細書に記載しているように適応冷却開口部１２０を機能させることができる、任意の好適な形状を画定している。

【0059】

いくつかのそのような実施形態では、剥離領域２５０（図８に示す）が適応冷却開口部１２０上に形成されると、コーティングシステム２００の漸次深部、及び場合によっては、外壁９４が酸化する、すなわち「溶け落ちる」か、あるいは第２の端部１２４の深さ２２０よりも深くまで剥離する。断面積１２６は、第２の端部１２４を越えて第１の端部１２２に向かって概ね拡大するので、剥離領域２５０の深さが深さ２２０を超えて拡大することにより、それに応じて剥離領域２５０における適応冷却開口部１２０の露出断面積１２６が拡大し、そのために、適応冷却開口部１２０を通過する冷却液１０１の流出量が増加し、また適応フィルム冷却効果が高まることになる。いくつかのそのような実施形態では、適応冷却開口部１２０の形状は、コーティングシステム２００及び／又は外壁９４の劣化の深刻度（たとえば、幅又は深さ）に応じてもたらされるフィルム冷却の量を自動的に「調整」するような、断面積１２６の変動をもたらすように、事前に選択されている。たとえば、コーティングシステム２００の露出部分２５２から材料が焼け落ちるか、又は飛散すると、コーティングシステム２００のさらなる劣化を抑制するのに十分な冷却流が適応冷却開口部１２０から放出されるまで、断面積１２６が徐々に拡大していくことになる。

【0060】

図１１は、適応冷却開口部１２０の別の実施形態を含む、構成部品８０の外壁９４に関する別の実施形態の概略断面図である。図１１の実施形態では、構成部品８０は、内壁９６及びチャンバ１１２を備えず、また外壁９４は、インピンジメント冷却を受けるように構成された比較的薄い壁ではない。外壁９４は、その内部に画定され、かつ外面９２から深さ１７２まで外面９２に対してほぼ平行に延在している少なくとも１つの流路１７０を含む。たとえば、少なくとも１つの流路１７０は、外面９２に近接して自身を通して冷却液１０１を流して、外面９２に冷却をもたらすように構成された、複数の好適なマイクロ流路１７０である。例示的な実施形態では、流路１７０はそれぞれ、外壁９４内で、少なくとも１つのプレナム１１０と流路１７０の第１の端部１７１との間に画定された、対応するアクセス開口部１７４を介して、少なくとも１つのプレナム１１０と流体連通している。代替実施形態では、流路１７０はそれぞれ、本明細書に記載しているように流路１７０を機能させることができる、任意の好適な方法で、少なくとも１つのプレナム１１０と流体連通している。

【0061】

特定の実施形態では、流路１７０は、流路１７０を画定している面に沿って、タービュレータ１８０を含む。タービュレータ１８０は、流路１７０内の冷却液１０１の流動場で乱流を導入及び／又は増大させて、熱伝達を促進するように構成されている。例示的な実施形態では、タービュレータ１８０は、流路１７０を画定している面に沿った一連の隆起部として実装されている。代替実施形態では、タービュレータ１８０は、流路１７０の断面積における窪み、リブ、他の変形、表面粗さ部、及び本明細書に記載しているようにタービュレータ１８０を機能させることができる、任意の好適な構造として実装されている。他の代替実施形態では、流路１７０はタービュレータ１８０を含まない。

【0062】

例示的な実施形態では、流路１７０はそれぞれ、外面９２及びコーティングシステム２００を貫通して延在している第２の端部（図示せず）まで延在し、また冷却液１０１は、流路１７０の第２の端部を通って作動液内へと放出される。代替実施形態では、流路１７０はそれぞれ、冷却液１０１を別の場所、たとえば回転機械１０内の閉冷却回路内などの場所へと戻す第２の端部（図示せず）まで延在している。

【0063】

ここでも、適応冷却開口部１２０はそれぞれ、少なくとも１つのプレナム１１０と流体連通している第１の端部１２２から、外面９２を通って外方に、第２の端部１２４まで延在している。例示的な実施形態では、第１の端部１２２は流路１７０と交差し、かつこれと流体連通している。代替実施形態では、第１の端部１２２は、流路１７０及び／又はアクセス開口部１７４を介して少なくとも１つのプレナム１１０と流体連通している、外壁９４における任意の好適な位置に画定されている。

【0064】

いくつかの実施形態では、第２の端部１２４は、上述したように、外壁９４の外面９２に画定され、かつこの外面９２を貫通して延在している。他の実施形態では、第２の端部１２４はコーティングシステム２００内に画定されており、これによって適応冷却開口部１２０がコーティングシステム２００内へと部分的に延在し、かつコーティングシステム２００内で深さ２２０において配置されるようにしている。両方の実施形態による実施例を図１１に示している。どちらの場合でも、構成部品８０が稼働状態に入ると、適応冷却開口部１２０の第２の端部１２４は、コーティングシステム２００の少なくとも一部によって、その下側で覆われ、その結果、適応冷却開口部１２０を介して、冷却液１０１が外壁９４から放出される可能性がなくなることになる。換言すれば、構成部品８０が稼働状態に入ると、適応冷却開口部１２０は、ここでもコーティングシステム２００によって行き止まり状になる。したがって、図８に示すように、剥離領域２５０が断熱層２１４における第２の部分２１８の深さ２２０と少なくとも等しい深さまで形成されると、上述したように、剥離領域２５０における各適応冷却開口部１２０の第２の端部１２４は妨害されない状態となり、冷却液１０１が、少なくとも１つのプレナム１１０から適応冷却開口部１２０を通って外壁９４の外部へと流れるための流路が形成されるようになる。

【0065】

図１１では、適応冷却開口部１２０をそれぞれ、第１の端部１２２から第２の端部１２４まで、外壁９４にほぼ垂直となる方向９７に延在するように示しているが、特定の実施形態では、少なくとも１つの適応冷却開口部１２０の向きは、ここでも外壁９４に垂直となる向き以外となる。より具体的には、特定の実施形態では、少なくとも１つの適応冷却開口部１２０は、たとえば図６に関して上述したように、ここでも方向９７に対して鋭角１４２をなす向きに方向付けられている。さらに、いくつかのそのような実施形態では、適応冷却開口部１２０の群は、図６に関して上述したように、配置１５０又は別の好適な配置において方向付けられ、これにより、たとえば剥離領域２５０の露出部分２５２に向けた冷却液１０１の送出が促進され、かつ／又は外部流方向１６０（図５に示す）に対向する速度成分での、第２の端部１２４からの冷却液１０１の送出が促進される。

【0066】

上述の実施形態により、少なくともいくつかの既知の冷却システムと比較して、内部冷却構成部品の外面の剥離又は他の劣化の緩和が改善されるようになる。具体的には、本明細書に記載している実施形態は、外面に配置されたコーティングシステムと、外壁に画定された複数の適応冷却開口部とを備える構成部品を含む。適応冷却開口部はそれぞれ、少なくとも１つのプレナムと流体連通している第１の端部から、外面を通って外方に、コーティングシステムの厚さの少なくとも一部によって、その下側で覆われている第２の端部まで延在しており、その結果、本構成部品が稼働状態に入ると、適応冷却開口部を通過する流れがコーティングシステムによって妨害されることになる。ひとたび稼働に入ると、たとえば剥離事象によってコーティングシステムに局所的な損傷が生じることにより、適応冷却開口部の第２の端部が露出し、内部冷却流路からの冷却液が、適応冷却開口部を通って本構成部品の外部へと流され、フィルム又はボアの局所冷却をもたらし、これによってたとえば剥離事象などが緩和される。また具体的には、いくつかの実施形態では、たとえば剥離事象が発生する場所がいずれであっても、少なくともいくつかの適応冷却開口部が剥離領域の縁部に向かって確実に角度付けされるようにすることで、これらの適応冷却開口部が、外壁内で剥離領域の拡大を抑制しやすいように方向付けされている。

【0067】

本明細書に記載している方法、システム、及び装置の例示的な技術的効果には、（ａ）内部冷却構成部品の外面及び／又は残りのコーティングに対する、遮熱コーティングの剥離若しくは他の劣化の影響を緩和するステップ、（ｂ）剥離事象及び／又は他のコーティングシステムの層間剥離事象において最も多い局所深さの経験的測定に基づいて、コーティングシステムの初期厚さの下側にある適応冷却開口部の端部の深さを選択するステップ、又は（ｃ）剥離領域の大きさ及び深さに基づいて、追加の局所冷却の流量を自動的に「調整」するステップのうちの少なくとも１つが含まれる。

【0068】

適応冷却構成部品の例示的な実施形態を上記で詳述している。構成部品、並びにこのような構成部品を用いた方法及びシステムは、本明細書に記載している特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、システムの構成部品及び／又は本方法のステップは、本明細書に記載している他の構成部品及び／又はステップから独立して、かつ別個に利用されてもよい。たとえば、これらの例示的な実施形態を、高温環境で構成部品を用いるように現在構成されている他の多くの用途において、実現及び利用することができる。

【0069】

本開示の様々な実施形態における具体的な特徴を一部の図面には示してあって、他の図面には示していないが、これは単に便宜上のためである。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴は、他の任意の図面における任意の特徴と組み合わせて参照及び／又は特許請求することができる。

【0070】

本明細書では、実施形態を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者もこれらの実施形態を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイス又はシステムを製作かつ使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有する場合、又は特許請求の範囲の文言と実質的に相違しない同等な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図されている。

【符号の説明】

【0071】

４ 部分
１０ 回転機械
１２ 吸気部
１４ 圧縮機部
１６ 燃焼器部
１８ タービン部
２０ 排気部
２２ ロータシャフト
２４ 燃焼器
３６ ケーシング
４０ 圧縮機ブレード
４２ 圧縮機ステータベーン
６０ 補助圧縮機
６２ 熱交換器
７０ ロータブレード
７２ タービンステータベーン
７４ 正圧側面
７６ 負圧側面
７８ 構成部品材料
８０ 構成部品
８４ 前縁
８６ 後縁
８８ 根元端部
８９ 長手方向軸
９０ 先端部
９２ 外面
９３ 内面
９４ 外壁
９５ 隔壁
９６ 内壁
９７ 法線方向
９８ 離隔距離
９９ 放出開口部
１００ 内部空隙
１０１ 冷却液
１０２ 開口部
１０３ パターン
１０４ 外壁厚さ
１０５ インピンジメント噴流
１０７ 厚さ
１１０ プレナム
１１２ チャンバ
１１４ 戻り流路
１２０ 適応冷却開口部
１２２ 第１の端部
１２４ 第２の端部
１２６ 断面積
１４２ 鋭角
１５０ 配置
１６０ 外部流、外部流方向
１７０ 流路
１７１ 第１の端部
１７２ 深さ
１７４ アクセス開口部
１８０ タービュレータ
２００ コーティングシステム
２０４ 厚さ
２１０ ボンドコート層
２１２ 中間層
２１４ 断熱層
２１６ 第１の内側部分
２１８ 第２の外側部分
２２０ 深さ
２３０ キャップ
２３２ 第１の端部
２３４ 第２の端部
２５０ 剥離領域
２５２ 露出部分
２５３ 前縁部分
２５４ 後縁部分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】