知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】
(24)【登録日】2022-12-02
(45)【発行日】2022-12-12
(54)【発明の名称】ターボ機械冷却システム
(51)【国際特許分類】
F01D 9/02 20060101AFI20221205BHJP
F01D 5/18 20060101ALI20221205BHJP
【ＦＩ】
F01D9/02 102
F01D5/18
【請求項の数】
11
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2018093513
(22)【出願日】2018-05-15
(65)【公開番号】P2019002397
(43)【公開日】2019-01-10
【審査請求日】2021-05-06
(31)【優先権主張番号】15/599,912
(32)【優先日】2017-05-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(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
(74)【代理人】
【識別番号】100113974
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 拓人
(72)【発明者】
【氏名】サンディップ・ダッタ
(72)【発明者】
【氏名】スコット・フランシス・ジョンソン
(72)【発明者】
【氏名】ジョセフ・アンソニー・ウェーバー
【審査官】高吉 統久
(56)【参考文献】
【文献】特開平０１－２４４１０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１０／００６８０３４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０８７７７５６９（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】特開２０１０－２１６４７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５７－０８３６０６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０１Ｄ ５／１８
Ｆ０１Ｄ ９／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ターボ機械構成部品空洞（１０６）を画定するターボ機械構成部品（１０８）と、前記ターボ機械構成部品（１０８）を冷却するために前記ターボ機械構成部品空洞（１０６）内に位置決めされたインサート（１０４）とを備え、前記インサート（１０４）は、前記インサート（１０４）の第１端と前記インサート（１０４）の第２端の間で半径方向（Ｒ）に沿って延び、前記インサート（１０４）が、
インサート本体（１１０）と、
熱を前記ターボ機械構成部品（１０８）から前記インサート本体（１１０）に伝えるためのばね体（１２４）であって、前記インサート本体（１１０）に固定結合された第１の部分（１２８）、前記ターボ機械構成部品（１０８）と滑動係合する第２の部分（１３０）、および前記インサート本体（１１０）と滑動係合する第３の部分（１３２）を含むばね体（１２４）と
を備え、
前記ばね体（１２４）は、前記第１端に近い第１の位置と、前記第２端に近い第２の位置と、前記第１の位置と前記第２の位置の間の第３の位置にそれぞれ配置される、ターボ機械（１０）のための冷却システム（１００）。
【請求項2】
前記ばね体（１２４）が非穿孔である、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項3】
前記ばね体（１２４）の前記第２の部分（１３０）が、前記ばね体（１２４）の前記第１の部分（１２８）と前記ばね体（１２４）の前記第３の部分（１３２）との間に位置決めされる、請求項１または２に記載のシステム（１００）。
【請求項4】
前記第３の部分（１３２）は、前記第１の部分（１２８）から半径方向に離れて配置され、前記ばね体（１２４）の前記第２の部分（１３０）が、前記ばね体（１２４）の前記第１の部分（１２８）よりも前記ばね体（１２４）の前記第３の部分（１３２）の近くに位置決めされる、請求項３記載のシステム（１００）。
【請求項5】
前記ばね体（１２４）の前記第１の部分（１２８）が、前記インサート本体（１１０）に一体結合される、請求項１乃至４のいずれかに記載のシステム（１００）。
【請求項6】
前記ばね体（１２４）の少なくとも一部分が弓状である、請求項１乃至５のいずれかに記載のシステム（１００）。
【請求項7】
前記ばね体（１２４）が、前記ターボ機械構成部品（１０８）と滑動係合する第４の部分（１３８）、および前記インサート本体（１１０）と滑動係合する第５の部分（１４０）を備える、請求項１乃至６のいずれかに記載のシステム（１００）。
【請求項8】
前記ばね体（１２４）が正弦波状である、請求項７記載のシステム（１００）。
【請求項9】
前記インサート本体（１１０）が、インサート本体空洞（１１２）、および前記インサート本体空洞（１１２）と前記ターボ機械構成部品空洞（１０６）とを流体結合するインピンジメント孔（１２０）を画定する、請求項１乃至８のいずれかに記載のシステム（１００）。
【請求項10】
前記インサート（１０４）が、半径方向に延在する複数のばね体の列（１２６）に配設された複数のばね体（１２４）を備え、
前記複数のばね体の列（１２６）の隣り合う２つの間に半径方向に延在するインピンジメント孔（１２０）の列が配置される、請求項９に記載のシステム（１００）。
【請求項11】
請求項１乃至１０のいずれかに記載のシステム（１００）と、
タービンセクション（２２）とを備えるターボ機械（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は一般にターボ機械に関する。より詳細には、本開示はターボ機械のための冷却システムに関する。
【背景技術】
【0002】
ガスタービンエンジンは一般に、圧縮機セクション、燃焼セクション、およびタービンセクションを含む。圧縮機セクションは、ガスタービンエンジンに入る空気の圧力を漸進的に上昇させ、この圧縮空気を燃焼セクションに供給する。圧縮空気と燃料（例えば、天然ガス）とは燃焼セクション内で混合する。この混合物は燃焼室内で燃焼して高圧かつ高温の燃焼ガスを発生する。燃焼ガスは、燃焼セクションからタービンセクションに流入し、タービンセクションで膨張して仕事を行う。例えば、タービンセクションで燃焼ガスが膨張すると、発電機に接続されたロータシャフトを回転させて電力を発生させることができる。
【0003】
タービンセクションは１つまたは複数のタービンノズルを有し、タービンノズルは燃焼ガスの流れを１つまたは複数のタービンロータブレードに向ける。次に、１つまたは複数のタービンロータブレードは燃焼ガスから運動エネルギーおよび／または熱エネルギーを取り出し、それによってロータシャフトを駆動する。一般に、各タービンノズルは、内側壁、外側壁、および内側壁と外側壁との間を延在する１つまたは複数のエーロフォイルを含む。１つまたは複数のエーロフォイルは燃焼ガスと直接接触するので、エーロフォイルを冷却することが必要である場合がある。
【0004】
特定の構成では、冷却空気はタービンノズルによって画定された１つまたは複数の内部空洞を通るように導かれる。典型的には、この冷却空気は、圧縮機セクションから抜き取られた圧縮空気である。しかしながら、空気を圧縮機セクションから抜き取ると、燃焼に利用できる圧縮空気の量が減り、それによってガスタービンエンジンの効率が下がる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】米国特許出願公開第２０１７／００６７６９９号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0006】
本技術の態様および利点は、以下の説明で部分的に述べられ、あるいはその説明から明らかにされ、あるいは本技術の実施を通じて学ぶことができる。
【0007】
一実施形態では、本開示はターボ機械のための冷却システムを対象とする。冷却システムは、ターボ機械構成部品空洞を画定するターボ機械構成部品を含む。冷却システムはまた、ターボ機械構成部品を冷却するためにターボ機械構成部品空洞内に位置決めされたインサートを含む。インサートは、インサート本体およびばね体を含む。ばね体は、熱をターボ機械構成部品からインサート本体に伝える。ばね体は、インサート本体に固定結合された第１の部分、ターボ機械構成部品と滑動係合する第２の部分、およびインサート本体と滑動係合する第３の部分を含む。
【0008】
別の実施形態では、本開示はターボ機械を対象とする。ターボ機械は、タービンセクション構成部品空洞を画定するタービンセクション構成部品を有するタービンセクションを含む。インサートは、タービンセクション構成部品を冷却するためにタービンセクション構成部品空洞内に位置決めされる。インサートは、インサート本体およびばね体を含む。ばね体は、熱をタービンセクション構成部品からインサート本体に伝える。ばね体は、インサート本体に固定結合された第１の部分、タービンセクション構成部品と滑動係合する第２の部分、およびインサート本体と滑動係合する第３の部分を含む。
【0009】
本技術のこれらのおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照すれば、よりよく理解されるであろう。添付の図面は、この明細書に組み込まれ、その一部を構成するものであり、本技術の実施形態を例示して、本記述と併せて本技術の原理を説明する働きをしている。
【0010】
当業者を対象として、最良の態様を含む本技術の完全かつ有効な開示を、添付の図を参照して本明細書で記載する。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本開示の実施形態による例示的なガスタービンエンジンの概略図である。
【図2】本開示の実施形態による例示的なタービンセクションの断面図である。
【図3】本開示の実施形態による例示的なノズルの斜視図である。
【図5】本開示の実施形態による冷却システムの斜視図である。
【図6】本開示の実施形態によるインサートの正面図である。
【図7】本開示の実施形態によるばね体の実施形態の断面図である。
【図8】本開示の実施形態によるばね体の別の実施形態の断面図である。
【図9】本開示の実施形態によるばね体のさらなる実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本明細書および図面において参照符号を繰り返し使用しているが、これは本技術の同じまたは類似の特徴または要素を表すことを意図している。
【0013】
次に、１つまたは複数の例が添付図面に示されている本技術の実施形態を詳細に参照する。詳細な説明では、図面内の要素を指すために数字表示および文字表示を使用する。図面および記述における類似または同様の表示は、本技術の類似または同様の部品を指すために使用される。用語「第１」、「第２」、および「第３」は、本明細書で使用するとき、１つの構成部品を別の構成部品と区別するために交換可能に使用される場合があり、個々の構成部品の位置または重要性を意味することを意図していない。用語「上流」および「下流」は、流体経路での流体の流れに関する相対的な方向を指す。例えば、「上流」は流体が流れて来る元の方向を指し、「下流」は流体が流れて行く先の方向を指す。
【0014】
それぞれの例は本技術を説明するために提示されており、本発明を限定するためのものではない。実際、本技術の範囲または精神から逸脱せずに、本技術において修正および変更を行うことができることは当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部分として例示または説明される特徴を、さらなる実施形態を得るために別の実施形態に使用することができる。したがって、本技術が、このような修正および変更を添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内にあるものとして包含することが意図されている。
【0015】
本明細書では、産業用または陸上用ガスタービンエンジンが示され、説明されているが、本明細書で示され、説明される本技術は、特許請求の範囲でそうでないと特記がなければ、陸上用および／または産業用ガスタービンに限定されるものではない。例えば、本明細書で説明される技術は、限定するものではないが、航空機用ガスタービン（例えば、ターボファンなど）、蒸気タービン、および舶用ガスタービンを含むいかなるタイプのターボ機械にも使用することができる。
【0016】
次に、図面を参照すると、図１は、例示的なガスタービンエンジン１０の概略図である。図示のように、ガスタービンエンジン１０は一般に、圧縮機１６（例えば、軸流圧縮機）の上流端に配置された入口１４を有する圧縮機セクション１２を含む。ガスタービンエンジン１０はさらに、圧縮機１６の下流に位置決めされた１つまたは複数の燃焼器２０を有する燃焼セクション１８を含む。ガスタービンエンジン１０はまた、燃焼セクション１８の下流に配置されたタービン２４（例えば、膨張タービン）を有するタービンセクション２２を含む。シャフト２６は、ガスタービンエンジン１０の軸方向中心線２８に沿って圧縮機１６およびタービン２４を通って軸方向に延在する。
【0017】
図２は、タービン２４の断面側面図である。図示のように、タービン２４は複数のタービン段を含むことがある。例えば、タービン２４は、第１段３０Ａ、第２段３０Ｂ、および第３段３０Ｃを含むことがある。しかしながら、他の実施形態では、タービン２４はこれより多い、または少ないタービン段を含むことがある。
【0018】
各段３０Ａ～３０Ｃは、直列流れ順に、ロータシャフト２６（図１）に沿って軸方向に間隔を置いた、対応するタービンノズル３２Ａ、３２Ｂ、および３２Ｃの列、ならびに対応するタービンロータブレード３４Ａ、３４Ｂ、および３４Ｃの列を含む。タービンノズル３２Ａ～３２Ｃのそれぞれは、ガスタービンエンジン１０の作動中、静止したままである。タービンノズル３２Ｂ、３２Ｃの列はそれぞれ、対応するダイアフラム４２Ｂ、４２Ｃに結合される。図２には示されていないが、タービンノズル３２Ａの列もまた、対応するダイアフラムに結合することができる。第１のタービンシュラウド４４Ａ、第２のタービンシュラウド４４Ｂ、および第３のタービンシュラウド４４Ｃは、対応するタービンブレード３４Ａ～３４Ｃの列を周方向に取り囲む。ケーシングまたはシェル３６は、タービンノズル３２Ａ～３２Ｃおよびタービンロータブレード３４Ａ～３４Ｃの各段３０Ａ～３０Ｃを周方向に取り囲む。
【0019】
図１および２に示すように、圧縮機１６は、圧縮空気３８を燃焼器２０に供給する。圧縮空気３８は、燃焼器２０内で燃料（例えば、天然ガス）と混合し、燃えて燃焼ガス４０を生成し、燃焼ガス４０はタービン２４に流入する。タービンノズル３２Ａ～３２Ｃは、燃焼ガスをタービンロータブレード３４Ａ～３４Ｃに向け、タービンロータブレード３４Ａ～３４Ｃは、燃焼ガス４０から運動エネルギーおよび／または熱エネルギーを取り出す。この取り出されたエネルギーによってロータシャフト２６が駆動される。次いで、燃焼ガス４０はタービン２４およびガスタービンエンジン１０を出る。下記でより詳細に説明するように、圧縮空気３８の一部分は、タービンノズル３２Ａ～３２Ｃなどのタービン２４の様々な構成部品を冷却するための冷却媒体として使用することができる。
【0020】
図３は、本業界では段２ノズルまたはＳ２Ｎとしても知られていることがある第２段３０Ｂのタービンノズル３２Ｂの斜視図である。他のタービンノズル３２Ａ、３２Ｃは、タービンノズル３２Ｂと同様な特徴を含む。図３に示すように、タービンノズル３２Ｂは、内側壁４６、および内側壁４６から半径方向に間隔を置いた外側壁４８を含む。一対のエーロフォイル５０は、内側壁４６から外側壁４８までスパンにわたって延在する。これに関して、図３に示したタービンノズル３２Ｂは、本業界ではダブレットと呼ばれる。しかしながら、タービンノズル３２Ｂは、１つだけのエーロフォイル５０（すなわち、シングレット）、３つのエーロフォイル５０（すなわち、トリプレット）、またはそれより多くのエーロフォイル５０を有することがある。
【0021】
図３に示すように、内側壁４６および外側壁４８は様々な面を含む。より詳細には、内側壁４６は、半径方向外面５２、および半径方向外面５２から半径方向内側に位置決めされた半径方向内面５４を含む。同様に、外側壁４８は、半径方向内面５６、および半径方向内面５６から半径方向外側を向く半径方向外面５８を含む。図２および３に示すように、外側壁４８の半径方向内面５６および内側壁４６の半径方向外面５２は、タービン２４を通って流れる燃焼ガス４０に対する半径方向内側および外側の流路境界をそれぞれ画定する。内側壁４６はまた、前面６０、および前面６０の下流に位置決めされた後面６２を含む。内側壁４６はさらに、第１の周方向面６４、および第１の周方向面６４から周方向に間隔を置いた第２の周方向面６６を含む。同様に、外側壁４８は、前面６８、および前面６８の下流に位置決めされた後面７０を含む。外側壁４８はまた、第１の周方向面７２、および第１の周方向面７２から間隔を置いた第２の周方向面７４を含む。
【0022】
上記のように２つのエーロフォイル５０は、内側壁４６から外側壁４８に延在する。図３および４に示すように、各エーロフォイル５０は、内側壁４６および外側壁４８の前面６０、６８に近接して配置された前縁７６を含む。各エーロフォイル５０はまた、内側壁４６および外側壁４８の後面６２、７０に近接して配置された後縁７８を含む。さらに、各エーロフォイル５０は、前縁７６から後縁７８へ延在する圧力側壁８０およびその反対側の負圧側壁８２を含む。
【0023】
各エーロフォイル５０は、内部に１つまたは複数の内部空洞を画定することができる。エーロフォイル５０の圧力側壁８０および負圧側壁８２に（例えば、インピンジメント冷却によって）圧縮空気３８を供給するようにインサートが内部空洞のそれぞれに位置決めされることがある。図４に示した実施形態では、各エーロフォイル５０は、内部に位置決めされた前方インサート８８を有する前方内部空洞８４、および内部に位置決めされた後方インサート９０を有する後方内部空洞８６を画定する。リブ９２が前方内部空洞８４と後方内部空洞８６とを分離してもよい。しかしながら、代替の実施形態では、エーロフォイル５０は、１つの内部空洞、３つの内部空洞、または４つ以上の内部空洞を画定することがある。さらに、特定の実施形態では、内部空洞のうちのいくつか、またはすべてがインサートを含まないことがある。
【0024】
図５～９は、ガスタービンエンジン１０などのターボ機械のための冷却システム１００の様々な実施形態を示す。図示のように、冷却システム１００は、軸方向Ａ、半径方向Ｒ、および周方向Ｃを定める。概して、軸方向Ａは、軸方向中心線２８に平行に延在し、半径方向Ｒは、軸方向中心線２８から外向きに直交して延在し、周方向Ｃは、軸方向中心線２８の周りを同心円状に延在する。
【0025】
冷却システム１００は、ターボ機械構成部品１０８のターボ機械の空洞１０６内に位置決めされたインサート１０４を含む。いくつかの実施形態では、例えば、インサート１０４は、ノズル３２Ｂの前方または後方内部空洞８４、８６のうちの１つに、図４に示すそれらに対応する前方または後方インサート８８、９０の代わりに位置決めすることができる。これに関して、ターボ機械構成部品空洞１０６は、前方または後方内部空洞８４、８６のうちの１つとすることができ、ターボ機械構成部品１０８はノズル３２Ｂとすることができる。しかしながら、さらなる実施形態では、ターボ機械構成部品１０８は、他のノズル３２Ａ、３２Ｃのうちの１つ、タービンシュラウド４４Ａ～４４Ｃのうちの１つ、またはロータブレード３４Ａ～３４Ｃのうちの１つとすることができる。このような実施形態では、ターボ機械構成部品空洞１０６は、これらの構成部品のうちの１つによって画定された任意の適切な空洞とすることができる。しかしながら、ターボ機械構成部品１０８は、ガスタービンエンジン１０の任意の適切な構成部品とすることができる。
【0026】
ターボ機械構成部品１０８は、環状の断面を有するように図５～９に一般的に示されている。しかしながら、ターボ機械構成部品１０８は、任意の適切な断面および／または形状を有してもよい。
【0027】
特に図５および６を参照すると、インサート１０４は内部にインサート空洞１１２を画定するインサート本体１１０を含む。図５および６に示す実施形態では、インサート本体１１０は環状の断面を有する。したがって、インサート本体１１０は、インサート空洞１１２の外側境界を形成する内面１１４、および内面１１４から間隔を置いた外面１１６を含む。しかしながら、インサート本体１１０は、他の実施形態では板状または任意の適切な形状としてもよい。
【0028】
上記のように、インサート１０４はターボ機械構成部品１０８のターボ機械構成部品空洞１０６に位置決めされる。より詳細には、ターボ機械構成部品１０８の内面１１８は、ターボ機械構成部品空洞１０６の外側境界を形成する。インサート１０４は、インサート本体１１０の外面１１６がターボ機械構成部品１０８の内面１１８から間隔を置く（例えば、軸方向に間隔を置く）ように、ターボ機械構成部品空洞１０６内に位置決めされる。インサート本体１１０の外面１１６とターボ機械構成部品１０８の内面１１８との間の間隔は、ターボ機械構成部品１０８の内面１１８のインピンジメント冷却を促進するような寸法とすることができる。
【0029】
図５～６に示すように、インサート本体１１０は、１つまたは複数のインピンジメント孔１２０を画定することができる。具体的には、インピンジメント孔１２０は、インサート本体１１０の内面１１４から外面１１６までインサート本体１１０を貫通して延在する。インピンジメント孔１２０は、インサート空洞１１２とターボ機械構成部品空洞１０６との間を流体連通させる。図５および６に示す実施形態では、インピンジメント孔１２０は、円形の断面を有する。しかしながら、インピンジメント孔１２０は、任意の適切な断面（例えば、矩形、三角形、長円、楕円、５角形、６角形、星形など）を有してもよい。さらに、インピンジメント孔１２０は、ターボ機械構成部品１０８の内面１１８をインピンジメント冷却するような寸法とすることができる。
【0030】
図５および６に示す実施形態では、インピンジメント孔１２０は直線列１２２に配設される。インピンジメント孔１２０の直線列１２２は、インサート本体１１０の半径方向長さの実質的な全長、またはその一部分だけに沿って延在することができる。インピンジメント孔１２０は任意の適切な数の直線列１２２に配設することができる。しかしながら、複数のインピンジメント孔１２０を、ターボ機械構成部品１０８の内面１１８のインピンジメント冷却を促進するようにインサート本体１１０に配設することができる。
【0031】
図６を詳細に参照すると、インサート１０４はまた、インサート本体１１０の外面１１６から外向きに（例えば、軸方向外向きに）延在する１つまたは複数のばね体１２４を含む。図６に示す実施形態では、ばね体１２４は直線列１２６に配設される。ばね体１２４の直線列１２６は、インサート本体１１０の半径方向長さの実質的な全長、またはその一部分だけに沿って延在することができる。例えば、図６に示す実施形態では、ばね体１２４の１つの直線列１２６は、インピンジメント孔１２０の隣接する対の各直線列１２２の間に位置決めされる。しかしながら、ばね体１２４は、任意の適切な数の直線列１２６に配設してもよい。さらに、ばね体１２４は、任意の適切な態様でインサート本体１１０に配設してもよい。
【0032】
図７に示すように、ばね体１２４は、インサート本体１１０の外面１１６およびターボ機械構成部品１０８の内面１１８と接触している。この点で、ばね体１２４は、熱をターボ機械構成部品１０８からインサート本体１１０に伝えることができる。より具体的には、ばね体１２４は、インサート本体１１０の外面１１６に固定結合された第１の部分１２８を含む。ばね体１２４はまた、ターボ機械構成部品１０８の内面１１８と滑動係合する第２の部分１３０を含む。さらに、ばね体１２４は、インサート本体１１０の外面１１６と滑動係合する第３の部分１３２を含む。
【0033】
図７は、ばね体１２４の様々な部分１２８、１３０、１３２の配設の例示的な実施形態を示す。図示のように、ばね体１２４は、第１の部分１２８から第２の部分１３０に向かって、外向き（例えば、軸方向外向き）かつ上向き（例えば、半径方向上向き）に延在することができる。次いで、ばね体１２４は、第２の部分１３０から第３の部分１３２へ、内向き（例えば、軸方向内向き）かつ上向き（例えば、半径方向上向き）に延在することができる。この点で、ばね体１２４の第２の部分１３０は、ばね体１２４の第１の部分１２８とばね体１２４の第３の部分１３２との間の半径方向に位置決めすることができる。いくつかの実施形態では、ばね体１２４の第２の部分１３０は、ばね体１２４の第１の部分１２８よりも、半径方向にばね体１２４の第３の部分１３２の近くに位置決めされる。図示のように、ばね体１２４の少なくとも一部分は弓状とすることができる。しかしながら、代替の実施形態では、第１、第２、および第３の部分１２８、１３０、１３２は任意の適切な態様に配設することができる。
【0034】
図６および７に示すように、ばね体１２４は、全体的に半径方向Ｒを向くようにインサート本体１１０に位置決めされる。代替の実施形態では、ばね体１２４は、全体的に軸方向Ａを向く、または軸方向および半径方向Ａ、Ｒに対してある角度となるように配設することができる。
【0035】
ばね体１２４は任意の適切な断面および／または形状を有してもよい。例えば、ばね体１２４は、円形の断面、矩形の断面、または楕円の断面を有してもよい。ばね体１２４は、その長さに沿って一定の厚さ／直径を有してもよい。あるいは、ばね体１２４は、先細（すなわち、第１の部分１２８よりも第３の部分１３２で細い）にしてもよい。
【0036】
図６および７をさらに参照すると、ばね体１２４は非穿孔とすることができる。すなわち、ばね体１２４には、開口、通路、チャネル、穴、または他のタイプの穿孔がなくてもよい。
【0037】
上記のように、ばね体１２４の第１の部分１２８は、インサート本体１１０に固定結合される。いくつかの実施形態では、図７に示すように、ばね体１２４の第１の部分１２８は、インサート本体１１０に一体形成することができる。しかしながら、代替の実施形態では、図８に示すように、ばね体１２４の第１の部分１２８は、インサート本体１１０とは別に形成されてから溶接またはロウ付けされてもよい。
【0038】
特定の実施形態では、インサート１０４は付加製造法によって形成することができる。用語「付加製造」は、本明細書で用いるとき、結果として有用な三次元物体を生じさせる任意のプロセスで、一度に物体の１つの層の形状を形成することを順次行うステップを含むプロセスを指す。付加製造プロセスは、三次元印刷（３ＤＰ：ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）プロセス、レーザネットシェイプ製造、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ：ｄｉｒｅｃｔ ｍｅｔａｌ ｌａｓｅｒ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）、直接金属レーザ溶解（ＤＭＬＭ：ｄｉｒｅｃｔ ｍｅｔａｌ ｌａｓｅｒ ｍｅｌｔｉｎｇ）、粉体プラズマアーク溶接、自由形状造形などを含む。特定のタイプの付加製造プロセスは、エネルギービーム、例えば、レーザビームなどの電子ビームまたは電磁放射を使用して粉末材料を焼結または溶解する。付加製造プロセスは典型的には、原材料として金属粉末材料または線材を用いる。しかしながら、インサート１０４は、任意の適切な製造プロセスを使って構築されてもよい。
【0039】
上記のようにばね体１２４は、第１の部分１２８から第２の部分１３０へ上向きかつ外向きに延在することができる。同様に、ばね体１２４は、第２の部分１３０から第３の部分１３２へ上向きかつ内向きに延在することができる。この点で、各部分１２８、１３０、１３２は、インサート本体１１０から離れて上方を向くように延在することができる。したがって、第１の部分１２８は、インサート本体１１０に対して第１の角度１３４を定め、第２の部分１３０は、ターボ機械構成部品１０８に対して第２の角度１３６を定める。第１および第２の角度１３４、１３６は、付加製造プロセスを使ってばね体１２４を形成するのに必要な支持を与える。いくつかの実施形態では、第１および第２の角度１３４、１３６は、３０度から６０度の間とすることができる。しかしながら、代替の実施形態では、ばね体１２４は、インサート本体１１０および／またはターボ機械構成部品１０８に対して任意の適切な角度を向いて延在してもよい。
【0040】
上記のように、インサート１０４はターボ機械構成部品空洞１０６内に挿入される。より具体的には、ばね体１２４の向きおよび固有の可撓性によって、インサート１０４をターボ機械構成部品空洞１０６内に挿入することを可能にすることができる。インサート１０４がターボ機械構成部品空洞１０６に入るとき、ばね体１２４の第２および第３の部分１３０、１３２はそれぞれ、インサート本体１１０の外面１１６およびターボ機械構成部品１０８の内面１１８に沿って滑る。このように滑って動くことによって、ばね体１２４を圧縮することができる（すなわち、軸方向Ａおよび半径方向Ｒに撓むことができる）。このように圧縮されることによって、インサート１０４はターボ機械構成部品空洞１０６内に取り外し可能に保持される。
【0041】
ばね体１２４はまた、インサート本体１１０をターボ機械構成部品空洞１０６内に保持する。具体的には、ばね体１２４は、インサート本体１１０を定位置に保持する力をターボ機械構成部品１０８にかける。ばね体１２４はまた、上記のように、インサート本体１１０とターボ機械構成部品１０８との間の隙間を維持してインピンジメント冷却を促進する。この点で、ばね体１２４のいくつかまたはすべては、インサート本体１１０を定位置に保持し、インサート本体１１０がターボ機械構成部品空洞１０６内でがたつく、または振動することがないような十分な構造強度を有するような寸法にすべきである。
【0042】
図９はばね体１２４の代替の実施形態を示す。上記のように、ばね体１２４は、インサート本体１１０に固定結合された第１の部分１２８、ターボ機械構成部品１０８と滑動係合する第２の部分１３０、およびインサート本体１１０と滑動係合する第３の部分１３２を含む。図９に示すばね体１２４の実施形態はまた、ターボ機械構成部品１０８の内面１１８と滑動係合する第４の部分１３８を含む。図９に示すばね体１２４はさらに、インサート本体１１０の外面１１６と滑動係合する第５の部分１４０を含む。これに関して、ばね体１２４は正弦波状とすることができる。しかしながら、代替の実施形態では、ばね体１２４は、インサート本体１１０および／またはターボ機械構成部品１０８と滑動係合する任意の適切な数の部分を有してもよい。
【0043】
作動時、ターボ機械構成部品１０８はインサート１０４によって対流冷却および伝導冷却される。より具体的には、冷却空気（例えば、圧縮空気３８の一部分）はインサート空洞１１２を通って半径方向に流れる。インピンジメント孔１２０は、冷却空気の一部分を、インサート１０４を通ってターボ機械構成部品１０８の内面１１８に当たって流れるように向ける。すなわち、冷却空気は、インピンジメント孔１２０およびターボ機械構成部品空洞１０６を通って流れて、ターボ機械構成部品１０８の内面１１８に衝突する。したがって、インピンジメント孔１２０は、ターボ機械構成部品１０８を対流冷却（すなわち、インピンジメント冷却）する。ばね体１２４はまた、ターボ機械構成部品空洞１０６内の空気を乱して、対流熱伝達率をさらに上昇させる。上記のように、ばね体１２４は、インサート本体１１０の外面１１６およびターボ機械構成部品１０８の内面１１８の両方に接触する。この点で、熱は、ターボ機械構成部品１０８からばね体１２４を通ってインサート本体１１０に伝わることができる。インサート空洞１１２を通って流れる冷却空気は、ばね体１２４によってインサート本体１１０に伝導伝達された熱を吸収することができる。
【0044】
上記でより詳細に説明したように、インピンジメント孔１２０はターボ機械構成部品１０８を対流冷却し、ばね体１２４はターボ機械構成部品１０８を伝導冷却する。インサート１０４は、ターボ機械構成部品１０８に対して対流冷却および伝導冷却の両方をするので、インサート１０４は、従来のインサートよりターボ機械構成部品１０８をより強く冷却する。したがって、インサート１０４が画定するインピンジメント孔１２０を、従来のインサートより少なくすることができる。したがって、インサート１０４では、圧縮機セクション１２（図１）から流用される圧縮空気３８は従来のインサートより少なく、それによってガスタービンエンジン１０の効率を上昇させる。
【0045】
本明細書では、最良の態様を含む例を用いて本技術を開示し、また、任意の装置またはシステムの作製および使用、ならびに任意の組み入れられた方法の実施を含め、当業者が本技術を実施できるようにしている。本技術の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の例を含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違ない構成要素を含む場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図されている。
【0046】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
ターボ機械構成部品空洞（１０６）を画定するターボ機械構成部品（１０８）と、
前記ターボ機械構成部品（１０８）を冷却するために前記ターボ機械構成部品空洞（１０６）内に位置決めされたインサート（１０４）とを備え、前記インサート（１０４）が、
インサート本体（１１０）と、
熱を前記ターボ機械構成部品（１０８）から前記インサート本体（１１０）に伝えるためのばね体（１２４）であって、前記インサート本体（１１０）に固定結合された第１の部分（１２８）、前記ターボ機械構成部品（１０８）と滑動係合する第２の部分（１３０）、および前記インサート本体（１１０）と滑動係合する第３の部分（１３２）を含むばね体（１２４）と
を備える、ターボ機械（１０）のための冷却システム（１００）。
［実施態様２］
前記ばね体（１２４）が非穿孔である、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様３］
前記ばね体（１２４）の前記第２の部分（１３０）が、前記ばね体（１２４）の前記第１の部分（１２８）と前記ばね体（１２４）の前記第３の部分（１３２）との間に位置決めされる、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様４］
前記ばね体（１２４）の前記第２の部分（１３０）が、前記ばね体（１２４）の前記第１の部分（１２８）よりも前記ばね体（１２４）の前記第３の部分（１３２）の近くに位置決めされる、実施態様３に記載のシステム（１００）。
［実施態様５］
前記ばね体（１２４）の前記第１の部分（１２８）が、前記インサート本体（１１０）に一体結合される、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様６］
前記ばね体（１２４）の少なくとも一部分が弓状である、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様７］
前記ばね体（１２４）が、前記ターボ機械構成部品（１０８）と滑動係合する第４の部分（１３８）、および前記インサート本体（１１０）と滑動係合する第５の部分（１４０）を備える、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様８］
前記ばね体（１２４）が正弦波状である、実施態様７に記載のシステム（１００）。
［実施態様９］
前記インサート（１０４）が、半径方向に延在する１つまたは複数の列（１２６）に配設された複数のばね体（１２４）を備える、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様１０］
前記インサート本体（１１０）が、インサート本体空洞（１１２）、および前記インサート本体空洞（１１２）と前記ターボ機械構成部品空洞（１０６）とを流体結合するインピンジメント孔（１２０）を画定する、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様１１］
タービンセクション（２２）を備えるターボ機械（１０）であって、前記タービンセクション（２２）が、
タービンセクション構成部品空洞（１０６）を画定するタービンセクション構成部品（１０８）と、
前記タービンセクション構成部品（１０８）を冷却するために前記タービンセクション構成部品空洞（１０６）内に位置決めされたインサート（１０４）とを備え、前記インサート（１０４）が、
インサート本体（１１０）と、
熱を前記タービンセクション構成部品（１０８）から前記インサート本体（１１０）に伝えるためのばね体（１２４）であって、前記インサート本体（１１０）に固定結合された第１の部分（１２８）、前記タービンセクション構成部品と滑動係合する第２の部分（１３０）、および前記インサート本体（１１０）と滑動係合する第３の部分（１３２）を含むばね体（１２４）と
を備える、ターボ機械（１０）。
［実施態様１２］
前記ばね体（１２４）が非穿孔である、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１３］
前記ばね体（１２４）の前記第２の部分（１３０）が、前記ばね体（１２４）の前記第１の部分（１２８）と前記ばね体（１２４）の前記第３の部分（１３２）との間に位置決めされる、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１４］
前記ばね体（１２４）の前記第２の部分（１３０）が、前記ばね体（１２４）の前記第１の部分（１２８）よりも前記ばね体（１２４）の前記第３の部分（１３２）の近くに位置決めされる、実施態様１３に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１５］
前記ばね体（１２４）の前記第１の部分（１２８）が、前記インサート本体（１１０）に一体結合される、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１６］
前記ばね体（１２４）の少なくとも一部分が弓状である、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１７］
前記ばね体（１２４）が、前記タービンセクション構成部品（１０８）と滑動係合する第４の部分（１３８）、および前記インサート本体（１１０）と滑動係合する第５の部分（１４０）を備える、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１８］
前記ばね体（１２４）が正弦波状である、実施態様１７に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１９］
前記インサート（１０４）が、半径方向に延在する１つまたは複数の列（１２６）に配設された複数のばね体（１２４）を備える、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様２０］
前記インサート本体（１１０）が、インサート本体空洞（１１２）、および前記インサート本体空洞（１１２）と前記タービンセクション構成部品空洞（１０６）とを流体結合するインピンジメント孔（１２０）を画定する、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１］
ターボ機械構成部品空洞（１０６）を画定するターボ機械構成部品（１０８）と、
前記ターボ機械構成部品（１０８）を冷却するために前記ターボ機械構成部品空洞（１０６）内に位置決めされたインサート（１０４）とを備え、前記インサート（１０４）が、
インサート本体（１１０）と、
熱を前記ターボ機械構成部品（１０８）から前記インサート本体（１１０）に伝えるためのばね体（１２４）であって、前記インサート本体（１１０）に固定結合された第１の部分（１２８）、前記ターボ機械構成部品（１０８）と滑動係合する第２の部分（１３０）、および前記インサート本体（１１０）と滑動係合する第３の部分（１３２）を含むばね体（１２４）と
を備える、ターボ機械（１０）のための冷却システム（１００）。
［実施態様２］
前記ばね体（１２４）が非穿孔である、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様３］
前記ばね体（１２４）の前記第２の部分（１３０）が、前記ばね体（１２４）の前記第１の部分（１２８）と前記ばね体（１２４）の前記第３の部分（１３２）との間に位置決めされる、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様４］
前記ばね体（１２４）の前記第２の部分（１３０）が、前記ばね体（１２４）の前記第１の部分（１２８）よりも前記ばね体（１２４）の前記第３の部分（１３２）の近くに位置決めされる、実施態様３に記載のシステム（１００）。
［実施態様５］
前記ばね体（１２４）の前記第１の部分（１２８）が、前記インサート本体（１１０）に一体結合される、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様６］
前記ばね体（１２４）の少なくとも一部分が弓状である、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様７］
前記ばね体（１２４）が、前記ターボ機械構成部品（１０８）と滑動係合する第４の部分（１３８）、および前記インサート本体（１１０）と滑動係合する第５の部分（１４０）を備える、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様８］
前記ばね体（１２４）が正弦波状である、実施態様７に記載のシステム（１００）。
［実施態様９］
前記インサート（１０４）が、半径方向に延在する１つまたは複数の列（１２６）に配設された複数のばね体（１２４）を備える、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様１０］
前記インサート本体（１１０）が、インサート本体空洞（１１２）、および前記インサート本体空洞（１１２）と前記ターボ機械構成部品空洞（１０６）とを流体結合するインピンジメント孔（１２０）を画定する、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様１１］
タービンセクション（２２）を備えるターボ機械（１０）であって、前記タービンセクション（２２）が、
タービンセクション構成部品空洞（１０６）を画定するタービンセクション構成部品（１０８）と、
前記タービンセクション構成部品（１０８）を冷却するために前記タービンセクション構成部品空洞（１０６）内に位置決めされたインサート（１０４）とを備え、前記インサート（１０４）が、
インサート本体（１１０）と、
熱を前記タービンセクション構成部品（１０８）から前記インサート本体（１１０）に伝えるためのばね体（１２４）であって、前記インサート本体（１１０）に固定結合された第１の部分（１２８）、前記タービンセクション構成部品と滑動係合する第２の部分（１３０）、および前記インサート本体（１１０）と滑動係合する第３の部分（１３２）を含むばね体（１２４）と
を備える、ターボ機械（１０）。
［実施態様１２］
前記ばね体（１２４）が非穿孔である、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１３］
前記ばね体（１２４）の前記第２の部分（１３０）が、前記ばね体（１２４）の前記第１の部分（１２８）と前記ばね体（１２４）の前記第３の部分（１３２）との間に位置決めされる、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１４］
前記ばね体（１２４）の前記第２の部分（１３０）が、前記ばね体（１２４）の前記第１の部分（１２８）よりも前記ばね体（１２４）の前記第３の部分（１３２）の近くに位置決めされる、実施態様１３に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１５］
前記ばね体（１２４）の前記第１の部分（１２８）が、前記インサート本体（１１０）に一体結合される、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１６］
前記ばね体（１２４）の少なくとも一部分が弓状である、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１７］
前記ばね体（１２４）が、前記タービンセクション構成部品（１０８）と滑動係合する第４の部分（１３８）、および前記インサート本体（１１０）と滑動係合する第５の部分（１４０）を備える、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１８］
前記ばね体（１２４）が正弦波状である、実施態様１７に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１９］
前記インサート（１０４）が、半径方向に延在する１つまたは複数の列（１２６）に配設された複数のばね体（１２４）を備える、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様２０］
前記インサート本体（１１０）が、インサート本体空洞（１１２）、および前記インサート本体空洞（１１２）と前記タービンセクション構成部品空洞（１０６）とを流体結合するインピンジメント孔（１２０）を画定する、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
【符号の説明】
【0047】
１０ ガスタービンエンジン
１２ 圧縮機セクション
１４ 入口
１６ 圧縮機
１８ 燃焼セクション
２０ 燃焼器
２２ タービンセクション
２４ タービン
２６ ロータシャフト
２８ 軸方向中心線
３０Ａ 第１タービン段
３０Ｂ 第２タービン段
３０Ｃ 第３タービン段
３２Ａ タービンノズル
３２Ｂ タービンノズル
３２Ｃ タービンノズル
３４Ａ タービンロータブレード
３４Ｂ タービンロータブレード
３４Ｃ タービンロータブレード
３６ シェル／ケーシング
３８ 圧縮空気
４０ 燃焼ガス
４２Ｂ ダイアフラム
４２Ｃ ダイアフラム
４４Ａ タービンシュラウド
４４Ｂ タービンシュラウド
４４Ｃ タービンシュラウド
４６ 内側壁
４８ 外側壁
５０ エーロフォイル
５２ 内側壁の半径方向外面
５４ 内側壁の半径方向内面
５６ 外側壁の半径方向内面
５８ 外側壁の半径方向外面
６０ 内側壁の前面
６２ 内側壁の後面
６４ 内側壁の第１の周方向面
６６ 内側壁の第２の周方向面
６８ 外側壁の前面
７０ 外側壁の後面
７２ 外側壁の第１の周方向面
７４ 外側壁の第２の周方向面
７６ 前縁
７８ 後縁
８０ 圧力側壁
８２ 負圧側壁
８４ 前方内部空洞
８６ 後方内部空洞
８８ 前方インサート
９０ 後方インサート
９２ リブ
１００ インピンジメント冷却システム
１０４ インサート
１０６ ターボ機械構成部品空洞
１０８ ターボ機械構成部品
１１０ インサート本体
１１２ インサート空洞
１１４ インサート本体の内面
１１６ インサート本体の外面
１１８ ターボ機械構成部品の内面
１２０ インピンジメント孔
１２２ インピンジメント孔の直線列
１２４ ばね体
１２６ ばね体の直線列
１２８ ばね体の第１の部分
１３０ ばね体の第２の部分
１３２ ばね体の第３の部分
１３４ 第１の角度
１３６ 第２の角度
１３８ ばね体の第４の部分
１４０ ばね体の第５の部分
１２ 圧縮機セクション
１４ 入口
１６ 圧縮機
１８ 燃焼セクション
２０ 燃焼器
２２ タービンセクション
２４ タービン
２６ ロータシャフト
２８ 軸方向中心線
３０Ａ 第１タービン段
３０Ｂ 第２タービン段
３０Ｃ 第３タービン段
３２Ａ タービンノズル
３２Ｂ タービンノズル
３２Ｃ タービンノズル
３４Ａ タービンロータブレード
３４Ｂ タービンロータブレード
３４Ｃ タービンロータブレード
３６ シェル／ケーシング
３８ 圧縮空気
４０ 燃焼ガス
４２Ｂ ダイアフラム
４２Ｃ ダイアフラム
４４Ａ タービンシュラウド
４４Ｂ タービンシュラウド
４４Ｃ タービンシュラウド
４６ 内側壁
４８ 外側壁
５０ エーロフォイル
５２ 内側壁の半径方向外面
５４ 内側壁の半径方向内面
５６ 外側壁の半径方向内面
５８ 外側壁の半径方向外面
６０ 内側壁の前面
６２ 内側壁の後面
６４ 内側壁の第１の周方向面
６６ 内側壁の第２の周方向面
６８ 外側壁の前面
７０ 外側壁の後面
７２ 外側壁の第１の周方向面
７４ 外側壁の第２の周方向面
７６ 前縁
７８ 後縁
８０ 圧力側壁
８２ 負圧側壁
８４ 前方内部空洞
８６ 後方内部空洞
８８ 前方インサート
９０ 後方インサート
９２ リブ
１００ インピンジメント冷却システム
１０４ インサート
１０６ ターボ機械構成部品空洞
１０８ ターボ機械構成部品
１１０ インサート本体
１１２ インサート空洞
１１４ インサート本体の内面
１１６ インサート本体の外面
１１８ ターボ機械構成部品の内面
１２０ インピンジメント孔
１２２ インピンジメント孔の直線列
１２４ ばね体
１２６ ばね体の直線列
１２８ ばね体の第１の部分
１３０ ばね体の第２の部分
１３２ ばね体の第３の部分
１３４ 第１の角度
１３６ 第２の角度
１３８ ばね体の第４の部分
１４０ ばね体の第５の部分
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
