(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-12-19
(54)【発明の名称】独立冷却回路を有するガスタービンエンジン構成要素
(51)【国際特許分類】
F01D 5/18 20060101AFI20221212BHJP
F01D 9/02 20060101ALI20221212BHJP
F02C 7/18 20060101ALI20221212BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20221212BHJP
B33Y 80/00 20150101ALI20221212BHJP
【ＦＩ】
F01D5/18
F01D9/02 102
F02C7/18 A
F02C7/18 C
F02C7/18 E
B33Y10/00
B33Y80/00
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022522633
(86)(22)【出願日】2020-08-24
(85)【翻訳文提出日】2022-06-10
(86)【国際出願番号】 US2020047574
(87)【国際公開番号】W WO2021080680
(87)【国際公開日】2021-04-29
(31)【優先権主張番号】16/663,912
(32)【優先日】2019-10-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】ハフナー、マシュー トロイ
(72)【発明者】
【氏名】ヴァンタッセル、ブラッド ウィルソン
(72)【発明者】
【氏名】ポーター、クリストファー ドナルド
(72)【発明者】
【氏名】コッティリンガム、スリカンス チャンドルドゥ
【テーマコード（参考）】
3G202
【Ｆターム（参考）】
3G202CA07
3G202CB01
3G202GA08
3G202GB01
3G202JJ02
3G202JJ14
3G202JJ33
(57)【要約】
冷却流体をガスタービンシステムの構成要素に選択的に送達するための独立冷却回路の実施形態は、構成要素の外壁内に埋め込まれた冷却チャネルの複数の独立した冷却チャネル回路であって、複数の冷却チャネル回路が互いに織り合わされている、複数の冷却チャネル回路と、インピンジメントプレートと、インピンジメントプレートを構成要素の外壁に接続し、複数の冷却チャネル回路の各々を少なくとも１つの冷却流体の供給に流体結合する複数の供給管とを備え、複数の冷却チャネル回路の各々において、冷却流体が、冷却チャネル回路の冷却チャネルのうちの少なくとも１つを露出させる構成要素の外壁の破損の形成に応答してのみ、複数の供給管を通って冷却チャネル回路に流入する。
【選択図】図１０
【選択図】図１０
【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷却流体（２１０、２１２）をガスタービンシステム（１０）の構成要素（１０２）に選択的に送達するための独立冷却回路（２００）であって、前記構成要素（１０２）の外壁（１０６）内に埋め込まれた冷却チャネル（２０６、２０８）の複数の独立した冷却チャネル回路（２０２、２０４）であって、前記複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）が互いに織り合わされている、複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）と、
インピンジメントプレート（１１４）と、
前記インピンジメントプレート（１１４）を前記構成要素（１０２）の前記外壁（１０６）に接続し、前記複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）の各々を少なくとも１つの冷却流体（２１０、２１２）の供給に流体結合する複数の供給管（２１８、２２２）と
を備え、
前記複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）の各々において、前記冷却流体（２１０、２１２）が、前記冷却チャネル回路（２０２、２０４）の前記冷却チャネル（２０６、２０８）のうちの少なくとも１つを露出させる前記構成要素（１０２）の前記外壁（１０６）の破損の形成に応答してのみ、前記複数の供給管（２１８、２２２）を通って前記冷却チャネル回路（２０２、２０４）に流入する、独立冷却回路。
【請求項2】
前記少なくとも１つの冷却流体（２１０、２１２）の供給が、前記複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）のうちの少なくとも１つに冷却流体（２１０、２１２）をそれぞれ供給する、冷却流体の複数の独立した供給を含む、請求項１に記載の独立冷却回路。
【請求項3】
前記冷却流体（２１０、２１２）の複数の独立した供給が、再利用された冷却流体の供給を含む、請求項２に記載の独立冷却回路。
【請求項4】
前記再利用された冷却流体が、インピンジメント後の冷却流体を含み、前記独立冷却回路（２００）が、前記構成要素（１０２）内のインピンジメントキャビティ（１１８）から前記複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）のうちの少なくとも１つに前記インピンジメント後の冷却流体を導くための、前記外壁（１０６）の内表面（１１６）の複数の開口部（１２１）をさらに含む、請求項３に記載の独立冷却回路。
【請求項5】
前記複数の冷却チャネル回路の第１および第２の冷却チャネル回路（２０２、２０４）の前記冷却チャネル（２０６、２０８）が互いに対して直角に織り交ぜられている、請求項１に記載の独立冷却回路。
【請求項6】
前記複数の冷却チャネル回路のうちの第３の冷却チャネル回路（３０６）の前記冷却チャネル（３１２）が、前記複数の冷却チャネル回路のうちの第１および第２の冷却チャネル回路（３０２、３０４）の前記冷却チャネル（３０８、３１０）に対して鋭角に織り交ぜられている、請求項５に記載の独立冷却回路。
【請求項7】
前記複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）の各々において、各冷却チャネル（２０６、２０８）が複数の前記供給管（２１８、２２２）の間に延在し流体結合する、請求項１に記載の独立冷却回路。
【請求項8】
前記複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）の少なくとも１つの冷却チャネル（２０６、２０８）の少なくとも１つは、前記冷却チャネル（２０６、２０８）の少なくとも１つと前記構成要素（１０２）の前記外壁（１０６）の外表面（１３２）との間の距離が変化するように複数の前記供給管（２１８、２２２）の間に非直線的に延在する、請求項７に記載の独立冷却回路。
【請求項9】
前記複数の冷却チャネル回路の第１の冷却チャネル回路（２０２）の前記冷却チャネル（２０６）が第１の方向において複数の前記供給管（２１８）の間に延在し、前記複数の冷却チャネル回路の第２の冷却チャネル回路（２０４）の前記冷却チャネル（２０８）が第２の異なる方向において複数の前記供給管（２２２）の間に延在する、請求項１に記載の独立冷却回路。
【請求項10】
付加製造プロセスを使用して形成された壁クーポン（５００）をさらに備え、前記壁クーポン（５００）が前記構成要素（１０２）の前記外壁（１０６）のセクション（５０２）および前記複数の供給管（２１８、２２２）を含み、前記複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）が前記外壁（１０６）の前記セクション（５０２）内に埋め込まれる、請求項１に記載の独立冷却回路。
【請求項11】
前記壁クーポン（５００）が、前記複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）のうちの少なくとも１つから前記外壁（１０６）の前記セクション（５０２）の外表面（１３２）まで延在する複数の粉末除去開口部（６００）を含む、請求項１０に記載の独立冷却回路。
【請求項12】
ガスタービンシステム（１０）の構成要素（１０２）と、冷却流体（２１０、２１２）をガスタービンシステム（１０）の前記構成要素（１０２）に選択的に送達するための独立冷却回路（２００）と
を備える冷却システムであって、前記独立冷却回路（２００）が、
前記構成要素（１０２）の外壁（１０６）内に埋め込まれた冷却チャネル（２０６、２０８）の複数の独立した冷却チャネル回路（２０２、２０４）であって、前記複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）が互いに織り合わされている、複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）と、
インピンジメントプレート（１１４）と、
前記インピンジメントプレート（１１４）を前記構成要素（１０２）の前記外壁（１０６）に接続し、前記複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）の各々を冷却流体（２１０、２１２）の少なくとも１つの供給に流体結合する複数の供給管（２１８、２２２）と
を備え、
前記複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）の各々において、前記冷却流体（２１０、２１２）が、前記冷却チャネル回路（２０２、２０４）の前記冷却チャネル（２０６、２０８）のうちの少なくとも１つを露出させる前記構成要素（１０２）の前記外壁（１０６）の破損の形成に応答してのみ、前記複数の供給管（２１８、２２２）を通って前記冷却チャネル回路（２０２、２０４）に流入する、冷却システム。
【請求項13】
冷却流体（２１０、２１２）の前記少なくとも１つの供給が、前記複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）のうちの少なくとも１つに冷却流体（２１０、２１２）をそれぞれ供給する、冷却流体の複数の独立した供給を含む、請求項１２に記載の冷却システム。
【請求項14】
冷却流体（２１０、２１２）の前記複数の独立した供給が、再利用された冷却流体の供給を含む、請求項１３に記載の冷却システム。
【請求項15】
前記複数の冷却チャネル回路の第１および第２の冷却チャネル回路（２０２、２０４）の前記冷却チャネル（２０６、２０８）が互いに対して直角に織り交ぜられている、請求項１２に記載の冷却システム。
【請求項16】
前記複数の冷却チャネル回路のうちの第３の冷却チャネル回路（３０６）の前記冷却チャネル（３１２）が、前記複数の冷却チャネル回路のうちの第１および第２の冷却チャネル回路（３０２、３０４）の前記冷却チャネル（３０８、３１０）に対して鋭角に織り交ぜられている、請求項１５に記載の冷却システム。
【請求項17】
前記複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）の少なくとも１つの冷却チャネル（２０６、２０８）の少なくとも１つは、前記冷却チャネル（２０６、２０８）の少なくとも１つと前記構成要素（１０２）の前記外壁（１０６）の外表面（１３２）との間の距離が変化するように複数の前記供給管（２１８、２２２）の間に非直線的に延在する、請求項１２に記載の冷却システム。
【請求項18】
付加製造プロセスを使用して形成された壁クーポン（５００）をさらに備え、前記壁クーポン（５００）が前記構成要素（１０２）の前記外壁（１０６）のセクション（５０２）および前記複数の供給管（２１８、２２２）を含み、前記複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）が前記外壁（１０６）の前記セクション（５０２）内に埋め込まれ、前記壁クーポン（５００）が、前記複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）のうちの少なくとも１つから前記外壁（１０６）の前記セクション（５０２）の外表面（１３２）まで延在する複数の粉末除去開口部（６００）をさらに含む、請求項１２に記載の冷却システム。
【請求項19】
ガスタービンシステム（１０）の構成要素（１０２）への破砕関連損傷を低減する方法であって、前記構成要素（１０２）の外壁（１０６）のセクション（５０２）内に複数の独立した冷却チャネル回路（２０２、２０４）を埋め込むことであって、前記複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）が互いに織り合わされている、埋め込むことと、
前記複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）のうちの少なくとも１つの一部を露出させる壁の破損に応答してのみ、前記複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）のうちの前記少なくとも１つに冷却流体（２１０、２１２）の流れを導くことと
を含む方法。
【請求項20】
前記複数の冷却チャネル回路（２０２、２０４）の各々に冷却流体（２１０、２１２）の独立した供給を行うことをさらに含む、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、一般にタービンシステムに関し、より詳細には、独立冷却回路を介したガスタービンシステムの構成要素への冷却流体の送達に関する。
【背景技術】
【0002】
ガスタービンシステムは、発電などの分野で広く利用されているターボ機械の一例である。従来のガスタービンシステムは、一般に、圧縮機セクションと、燃焼器セクションと、タービンセクションとを含む。ガスタービンシステムの動作中、タービンブレード、ノズル翼形部、およびシュラウドセグメントなどのシステム内の様々な構成要素が高温のガス流に曝され、構成要素を故障させる可能性がある。より高温のガス流は、一般に、ガスタービンシステムの性能、効率、および出力の向上をもたらすため、高温のガス流に曝される構成要素を冷却し、ガスタービンシステムをより高い温度で動作させ、かつガスタービンシステムの構成要素の寿命を延ばすことが有益である。
【0003】
冷却（例えば、対流冷却、インピンジメント冷却など）は、ガスタービンシステムの構成要素に形成された内部通路を通して冷却流体の流れを導くことによって提供されることが多い。多くの場合、冷却流体は、ガスタービンシステムの圧縮機セクションによって放出された空気の一部を抽気することによって提供される。
【0004】
遮熱コーティング（ＴＢＣ）が、保護熱シールドを提供し、高温による損傷を防止し、酸化および熱疲労を低減することによって構成要素寿命を延ばすために、ガスタービンシステムの構成要素に適用されることが多い。ＴＢＣの破砕は、ガスタービンシステムにおける共通の問題である。ＴＢＣが破砕すると、ＴＢＣの一部が割れて構成要素を破壊し、下にある表面を高温に曝し、損傷（例えば、壁破損部）を与える可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】米国特許出願公開第２０１９／３０９６３４（Ａ１）号明細書
【発明の概要】
【0006】
本開示の一態様は、冷却流体をガスタービンシステムの構成要素に選択的に送達するための独立冷却回路に関し、独立冷却回路は、構成要素の外壁内に埋め込まれた複数の独立した冷却チャネル回路であって、複数の冷却チャネル回路が互いに織り合わされている、複数の冷却チャネル回路と、インピンジメントプレートと、インピンジメントプレートを構成要素の外壁に接続し、複数の冷却チャネル回路の各々を少なくとも１つの冷却流体の供給に流体結合する複数の供給管とを含み、複数の冷却チャネル回路の各々において、冷却流体が、冷却チャネル回路の冷却チャネルのうちの少なくとも１つを露出させる構成要素の外壁の破損の形成に応答してのみ、複数の供給管を通って冷却チャネル回路に流入する。
【0007】
本開示の別の態様は、ガスタービンシステムの構成要素と、冷却流体をガスタービンシステムの構成要素に選択的に送達するための独立冷却回路とを備える冷却システムに関し、独立冷却回路が、構成要素の外壁内に埋め込まれた複数の独立した冷却チャネル回路であって、複数の冷却チャネル回路が互いに織り合わされている、複数の冷却チャネル回路と、インピンジメントプレートと、インピンジメントプレートを構成要素の外壁に接続し、複数の冷却チャネル回路の各々を少なくとも１つの冷却流体の供給に流体結合する複数の供給管とを備え、複数の冷却チャネル回路の各々において、冷却流体が、冷却チャネル回路の冷却チャネルのうちの少なくとも１つを露出させる構成要素の外壁の破損の形成に応答してのみ、複数の供給管を通って冷却チャネル回路に流入する。
【0008】
本開示のさらなる態様は、ガスタービンシステムの構成要素への破砕関連損傷を低減する方法に関し、本方法は、構成要素の外壁のセクション内に複数の独立した冷却チャネル回路を埋め込むことであって、複数の冷却チャネル回路が互いに織り合わされている、埋め込むことと、複数の冷却チャネル回路のうちの少なくとも１つの一部を露出させる壁の破損に応答してのみ、複数の冷却チャネル回路のうちの少なくとも１つに冷却流体の流れを導くこととを含む。
【0009】
本開示の例示的な態様は、本明細書で説明される問題および／または議論されていない他の問題を解決する。
【0010】
本開示のこれらの特徴および他の特徴は、本開示の様々の態様の以下の詳細な説明を本開示の種々の実施形態を示す添付の図面と併せて検討することで、より容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施形態によるガスタービンシステムの概略図である。
【図2】実施形態によるガスタービンシステムのタービンセクションの一部の側面図である。
【図3】実施形態によるタービンブレードの斜視図である。
【図4A】壁破損の形成前のインピンジメント冷却の例を示す。
【図4B】壁破損の形成後のインピンジメント冷却の例を示す。
【図5】実施形態による構成要素の内部から外向きに見た、ガスタービンシステムの構成要素の独立冷却回路を示す図である。
【図11】追加的な実施形態によるガスタービンシステムの構成要素の独立冷却回路を示す図である。
【図14】さらなる実施形態によるガスタービンシステムの構成要素の独立冷却回路を示す図である。
【図17】さらに別の実施形態による独立冷却回路を示す図である。
【図18】実施形態による物体を表すコードを記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含む付加製造プロセスのブロック図である。
【図19】実施形態によるガスタービンシステムの構成要素用の付加製造された壁クーポンを示す図である。
【図20】実施形態によるガスタービンシステムの構成要素用の付加製造された壁クーポンを示す図である。
【図21】実施形態による粉末除去開口部を有する付加製造された壁クーポンを示す図である。
【図22】実施形態による粉末除去開口部を有する付加製造された壁クーポンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本開示の図面は、必ずしも原寸に比例しないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様のみを図示することを意図しており、したがって、本開示の範囲を限定するものと考えるべきではない。図面では、類似する符号は、図面間で類似する要素を表す。
【0013】
ここで、添付の図面に示される代表的な実施形態を詳細に参照する。以下の説明は、実施形態を１つの好ましい実施形態に限定するものではないことを理解されたい。むしろ反対に、添付の特許請求の範囲によって定義される、記載している実施形態の趣旨および範囲内に含まれ得る代替形態、修正形態、および均等形態も包含し得ることが意図される。
【0014】
始めに、本開示について明確に説明するために、本開示の範囲内にある、関連する機械構成要素を参照して述べる際に、特定の専門用語を選択することが必要になる。その際、可能な限り、一般的な工業専門用語が、その受け入れられている意味と同じ意味で使用され、かつ利用される。別途記載のない限り、このような専門用語には、本出願の文脈および添付の特許請求の範囲と矛盾しない広範な解釈が付与されるべきである。当業者であれば、多くの場合、特定の構成要素がいくつかの異なるまたは重複する用語を使用して参照されることがあることを理解するであろう。単一の部品であるとして本明細書に記載され得るものは、複数の構成要素からなるものとして別の文脈を含み、かつ別の文脈で参照されてもよい。あるいは、複数の構成要素を含むものとして本明細書に記載され得るものを、単一の部品として他の場所で参照してもよい。
【0015】
加えて、本明細書ではいくつかの記述的用語をしばしば使用することがあり、このセクションの最初にこれらの用語を定義することが有用であることが分かるはずである。これらの用語およびその定義は、別途記載のない限り、以下の通りである。本明細書で使用する場合、「下流」および「上流」とは、タービンエンジンを通る作動流体、または例えば、燃焼器を通る空気の流れ、もしくはタービンの構成要素システムの１つを通る冷却剤などの流体の流れに対する方向を示す用語である。「下流」という用語は、流体の流れの方向に対応し、「上流」という用語は、流れの反対の方向を指す。「前方」および「後方」という用語は、別途指定のない限り、方向を指し、「前方」はエンジンの前部または圧縮機端を指し、「後方」はエンジンの後部またはタービン端を指す。さらに、「先導する」および「後続する」という用語は、それぞれ、「前方」および「後方」という用語と同様の記述で使用され、および／または理解され得る。多くの場合、異なる半径方向、軸方向および／または周方向の位置にある部品を説明することが要求される。「Ａ」軸線は、軸方向を表す。本明細書で使用する場合、「軸方向の」および／または「軸方向に」という用語は、ガスタービンシステム（特に、ロータセクション）の回転軸と実質的に平行な軸線Ａに沿った物体の相対的な位置／方向を指す。さらに本明細書で使用する場合、「半径方向の」および／または「半径方向に」という用語は、軸線Ａと実質的に垂直でありかつただ１つの場所において軸線Ａと交差する方向「Ｒ」（図１参照）に沿った物体の相対的な位置／方向を指す。最後に、「周方向の」という用語は、軸線Ａの周囲の移動または位置を指す（例えば、方向「Ｃ」）。
【0016】
様々な実施形態において、互いに「流体結合された」または「流体連通する」と記載された構成要素は、１つまたは複数の界面に沿って接合することができる。いくつかの実施形態では、これらの界面は、別個の構成要素間の接合部を含むことができ、他の場合には、これらの界面は途切れなく、および／または一体的に形成された相互接続を含むことができる。すなわち、いくつかの場合には、互いに「連結された」構成要素は、単一の連続部材を画定するように同時に形成され得る。ただし、他の実施形態では、これらの連結された構成要素を別々の部材として形成することができ、その後これらを公知のプロセス（例えば、固定、超音波溶接、接着）によって接合することができる。
【0017】
ある要素または層が、別の要素に対して「上に位置し」、「係合し」、「接続され」または「結合され」ていると称される場合、他の要素に対して直接的に上に位置し、係合し、接続され、あるいは結合されても、介在の要素が存在してもよい。逆に、ある要素が別の要素に対して「直接上に位置し」、「直接係合し」、「直接接続され」または「直接結合され」と言及される場合には、介在する要素または層は存在しなくてもよい。要素間の関係について説明するために使用される他の語も、同様に解釈されるべきである（例えば、「～の間に」に対して「直接～の間に」、「～に隣接して」に対して「直接～に隣接して」など）。本明細書で使用する場合、「および／または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの１つまたは複数の任意のおよびすべての組合せを含む。
【0018】
図１は、様々な実施形態による、ガスタービンシステム１０の概略図を示す。図示のように、ガスタービンシステム１０は、流入する空気１４の流れを圧縮し、次いで圧縮空気１６の流れを燃焼器セクション１８に送達するための圧縮機セクション１２を含む。燃焼器セクション１８は、圧縮空気１６の流れを燃料２０の加圧された供給物と混合し、混合物に点火して燃焼ガス２２の流れを生成する。単一の燃焼器セクション１８のみが図示されているが、ガスタービンシステム１０は、任意の数の燃焼器セクション１８を含んでいてもよい。燃焼ガス２２の流れは、次いでタービンセクション２４に送達される。燃焼ガス２２の流れは、タービンセクション２４を駆動して機械的仕事を生成する。タービンセクション２４で生成された機械的仕事は、シャフト２６を介して圧縮機セクション１２を駆動し、さらに発電機などの外部負荷２８を駆動するために使用されてもよい。
【0019】
図２は、タービンブレード３２の少なくとも１つの段３０（１つを示す）およびタービンセクション２４のケーシング３８内に位置決めされたノズル３６の少なくとも１つの段３４（１つを示す）を含む、ガスタービンシステムのタービンセクション２４の一部の側面図を示す。タービンブレード３２の各段３０は、ロータ２６に結合され、ロータ２６の周りに周方向に位置決めされており、燃焼ガス２２によって駆動される複数のタービンブレード３２を含む。ノズル３６の各段３４は、タービンセクション２４のケーシング３８に結合され、その周りに周方向に位置決めされた複数のノズル３６を含む。図２に示す実施形態では、各ノズル３６は、外側プラットフォーム４２と内側プラットフォーム４４との間に位置決めされた翼形部４０を含む。
【0020】
ノズル３６と同様に、タービンセクション２４の各タービンブレード３２は、ロータ２６から半径方向に延在する翼形部４６を含む。各翼形部４６は、先端部分４８と、先端部分４８の反対側に位置決めされたプラットフォーム５０とを含む。
【0021】
タービンブレード３２およびノズル３６は、ケーシング３８内で互いに隣接して軸方向に位置決めすることができる。図２では、例えば、軸方向においてタービンブレード３２に隣接し、その下流に位置決めされたノズル３６が示されている。タービンセクション２４は、ケーシング３８全体にわたって軸方向に位置決めされたタービンブレード３２の複数の段３０およびノズル３６の複数の段３４を含むことができる。
【0022】
ガスタービンシステム１０のタービンセクション２４は、ケーシング３８全体にわたって軸方向に位置決めされたシュラウド５４の複数の段５２（図２に示す１つの段）を含むことができる。図２では、例えば、シュラウド５４の段５２が、タービンブレード３２の段３０に隣接して半径方向に位置決めされ、これを実質的に囲むかまたは包囲するように示されている。シュラウド５４の段５２はまた、軸方向においてノズル３６の段３４に隣接して、および／またはその上流に位置決めされてもよい。さらに、シュラウド５４の段５２は、タービンブレード３２の段３０の対向する両側に位置するノズル３６の２つの隣接する段３４の間に位置決めされることができる。シュラウド５４の段５２は、各々がシュラウド５４の対応するセクションを受け入れるように構成された開口部５８を含む延長部５６のセットを使用して、タービンセクション２４のケーシング３８の周りに結合され得る。
【0023】
図３を参照すると、タービンブレード３２の斜視図が示されている。タービンブレード３２は、シャンク６０と、プラットフォーム５０の半径方向上方に配置されたプラットフォーム５０と、プラットフォーム５０に結合され、プラットフォーム５０から半径方向外側に延在する翼形部４６とを含む。翼形部４６は、圧縮側面６２と、対向する吸引側面６４と、先端部分４８とを含む。翼形部４６は、圧縮側面６２と吸引側面６４との間の前縁６８と、前縁６８の反対側の圧縮側面６２と吸引側面６４との間の後縁７０とをさらに含む。
【0024】
ガスタービンシステムの多くの構成要素（例えば、タービンブレード、ノズル、シュラウドなど）は、構成要素に形成された内部通路を通して冷却流体の固定供給を導くことによって、動作中に冷却されることができる。多くの場合、冷却流体は、ガスタービンシステムの圧縮機セクションによって放出された固定供給を抽気することによって供給される。
【0025】
例えば、対流冷却、フィルム冷却、およびインピンジメント冷却を含む多くの異なる内部冷却方法を使用して、ガスタービンシステムの構成要素を冷却することができる。対流冷却は、冷却流体の流れを構成要素の内部の通路に通過させることによって機能する。熱は、構成要素を通じての伝導によって伝達され、次いで構成要素を流れる冷却流体に伝達される。フィルム冷却により、冷却流体は、構成要素の外壁を貫通して形成された小孔を介して構成要素の外面に放出される。冷却流体は、構成要素の外面に沿って薄く冷たい絶縁ブランケットを提供する。対流冷却の変形であるインピンジメント冷却は、冷却流体のより高速の流れを構成要素の内面に向けることによって機能する。これにより、通常の対流冷却よりも多くの熱を対流によって伝達することができる。インピンジメント冷却は、高い熱負荷に曝される構成要素の領域（例えば、タービンブレードの前縁）で使用されることが多い。
【0026】
破損がガスタービンシステムの構成要素の一部に（例えば、ＴＢＣ破砕または他の損傷の結果として）形成され、内部冷却通路を露出させる場合、冷却流体の固定供給の一部は、露出した内部冷却通路から破損を通って構成要素から流出し得る。これは、構成要素に利用可能な冷却流体の固定供給の残りの量を減少させ、冷却効果を低下させ、潜在的に構成要素の故障をもたらす。そのような壁の破損の例が、図４Ａおよび図４Ｂに示されている。
【0027】
図４Ａは、ガスタービンシステム（例えば、図１のガスタービンシステム１０）の構成要素８０におけるインピンジメント冷却の例を示す。図示のように、冷却流体８２の供給は、インピンジメントプレート９０に形成された複数の開口部８８を通って構成要素８０の外壁８６の内表面８４に向けられる。構成要素８０の外壁８６の外表面９２は、高温ガス流９４に曝される。図４Ｂは、外壁８６を通って延在する破損部９６を有する構成要素８０を示す。図示のように、冷却流体８２の一部が、破損部９６を通って構成要素８０の外壁８６を通って漏れ、構成要素８０への利用可能な冷却を減少させ、損傷を広げ、構成要素の故障を引き起こす可能性がある。
【0028】
実施形態によれば、部分的または完全な壁の破損に応答して、冷却流体の追加的な独立した供給をガスタービンシステムの構成要素に送達するための独立冷却回路が提供される。構成要素は、例えば、タービンブレード、ノズル翼形部、シュラウドセグメント、燃焼ライナ、またはガスタービンシステムの動作中に冷却を必要とし得る他の構成要素を含むことができる。冷却チャネルの少なくとも１つの相互接続された回路が、構成要素の外壁内に埋め込まれてもよい。複数の冷却剤供給チャネルが、構成要素（例えば、インピンジメントプレートまたはインサートの内部／上、内壁の内部／上など）に設けられる。複数の供給管が、冷却剤供給チャネルと、構成要素の外壁内に埋め込まれた冷却チャネルの各相互接続回路とを流体結合する。通常動作中（例えば、構成要素の外壁に部分的または完全な破損がない）、冷却流体のための出口がないため、冷却流体は独立冷却回路を通って流れない。しかしながら、部分的または完全な壁の破損が発生し、構成要素の外壁内に埋め込まれた冷却チャネルの相互接続された回路の少なくとも一部を露出させると、流路が形成され、冷却流体の供給が独立した冷却システムを通って影響領域に向かって流れることを可能にする。この追加的な独立した冷却流体の流れによって提供される冷却は、構成要素内のベースライン冷却効果（例えば、インピンジメント冷却）に影響を及ぼすことなく、表面損傷が発生した後に構成要素の寿命を延ばす（例えば、破損の領域における追加的な破砕を低減／防止する）ことができる。
【0029】
実施形態によるガスタービンシステム１０（図１）の構成要素１０２用の独立冷却回路１００の第１の実施形態を図５～図１０に示す。構成要素１０２は、限定はしないが、タービンブレード、ノズル翼形部、シュラウドセグメント、燃焼ライナなどを含む、冷却を必要とし得るガスタービンシステム１０の任意の構成要素を含むことができる。この例では、構成要素１０２の外壁１０６を冷却するためにインピンジメント冷却装置１０４が使用される。例えば、インピンジメント冷却を提供するために、冷却流体１０８の供給は、ガスタービンシステム１０の動作中に構成要素１０２の内部キャビティ１１０内に導かれてもよい。冷却流体１０８の供給は、例えば、ガスタービンシステム１０の圧縮機セクション１２（図１）によって放出された空気の供給を抽気することによって提供することができる。冷却流体１０８は、内部キャビティ１１０から、インピンジメントプレート１１４に形成された複数のインピンジメント孔１１２を通って、インピンジメントキャビティ１１８に流入し、構成要素１０２の外壁１０６の内表面１１６に対して流れる。外壁１０６の内表面１１６に衝突した後、冷却流体１０８は、インピンジメントキャビティ１１８から構成要素１０２の１つまたは複数の内部／外部領域に（例えば、フィルム冷却のために）導かれることができる。インピンジメント冷却に関連してこの実施形態および他の実施形態で説明したが、独立冷却回路１００は、他の冷却装置（例えば、対流冷却など）とともに使用することができる。
【0030】
図５～図１０（同時に参照される）に示す独立冷却回路１００は、複数の冷却剤供給チャネル１２０（用途に応じて必ずしも必要ではないが）、複数の供給管１２２、および構成要素１０２の外壁１０６内に埋め込まれた冷却チャネル１２６の相互接続回路１２４（図７～図１０）を含む。冷却チャネル１２６の相互接続回路１２４は、構成要素１０２の外壁１０６内に完全に囲まれており、冷却チャネル１２６のいずれも外壁１０６の外表面１３２（例えば、高温ガス表面）まで延在していないか、または外表面１３２に露出していない。冷却剤供給チャネル１２０は、インピンジメントプレート１１４に取り付けられてもよく、インピンジメントプレート１１４の一部として形成されても、もしくはインピンジメントプレート１１４の内部に形成されてもよく、または任意の他の適切な方法で設けられてもよい。実施形態によれば、供給管１２２の公称位置は、交差部１３０で発生する可能性が最も高い破損で冷却剤の供給を確実にするために、交差部１３０どうしの中間にあってもよい。他の実施形態では、供給管１２２は、交差部１３０またはその近くに配置されてもよい。
【0031】
冷却剤供給チャネル１２０の各々は、インピンジメントプレート１１４の複数の開口部１２１および複数の供給管１２２を介して、冷却チャネル１２６の相互接続回路１２４に流体結合される。冷却剤供給チャネル１２０はそれぞれ、インピンジメント冷却装置１０４に供給される冷却流体１０８の供給とは無関係の冷却流体１２８の加圧供給に流体結合される。冷却流体１２８の供給は、ガスタービンシステム１０の圧縮機セクション１２によって放出された空気の供給を抽気することによって、または任意の他の適切な方法（例えば、ガスタービンシステム１０の圧縮機セクション１２以外の供給源によって供給される圧縮空気の供給源）で提供することができる。冷却チャネル１２６の相互接続回路１２４は、冷却流体１２８のための出口を含まない。冷却剤供給チャネル１２０は、必要に応じて、各供給管１２２に供給する個々の流路も含むことができる。他の実施形態では、冷却剤供給チャネル１２０は、外壁１０６と一体であってもよい。
【0032】
図５～図１０に示す実施形態では、相互接続回路１２４の冷却チャネル１２６は、（例えば、平面構成で）外壁１０６の外表面１３２からほぼ同じ距離で構成要素１０２の外壁１０６内に埋め込まれてもよい。さらに、供給管１２２は、相互接続回路１２４の冷却チャネル１２６まで外壁１０６内にほぼ同じ距離だけ延在することができる。相互接続回路１２４の冷却チャネル１２６のすべてを流体的に相互接続するために、複数の交差部１３０を設けることができる。冷却チャネル１２６は、外壁１０６内に格子状パターン（例えば、長方形の格子）で配置されてもよく、供給管１２２間および／または交差部１３０間に直線的に延在してもよい。
【0033】
他の実施形態では、相互接続回路１２４の冷却チャネル１２６（またはその一部）は、外壁１０６の外表面１３２から異なる距離で外壁１０６内に埋め込まれてもよい。これは、供給管１２２が、相互接続回路１２４の冷却チャネル１２６まで外壁１０６内に異なる距離だけ延在することを必要とする場合がある。さらに、他の実施形態では、冷却流体の単一の加圧供給および冷却チャネルの単一の相互接続回路を使用する代わりに、冷却チャネルの複数の独立した回路を使用することができる。冷却流体の単一の加圧供給は、冷却チャネルの回路のすべてに流体結合されてもよく、または冷却流体の複数の別個の加圧供給が使用されてもよく、それぞれが冷却チャネルの回路の１つまたは複数に流体結合される。冷却剤供給チャネル１２０が使用されない実施形態では、インピンジメント前の冷却流体１０８は、複数の供給管１２２を通って冷却チャネル１２６の相互接続回路１２４に供給されてもよい。
【0034】
再び図５～図１０を参照すると、通常動作中（例えば、構成要素１０２の外壁１０６に部分的または完全な破損がない）、冷却チャネル１２６の相互接続回路１２４は外壁１０６内に埋め込まれ完全に囲まれており、冷却流体１２８の出口を含まないため、独立冷却回路１００を通る冷却流体１２８の流れはない。しかしながら、図１０に示すように、構成要素１０２の外壁１０６に部分的または完全な壁破損部９６が形成されたことに応答して、構成要素１０２の外壁１０６の冷却チャネル１２６の少なくとも一部が露出し、冷却流体１２８の出口を提供し得る。この限りにおいて、冷却流体１２８は、壁破損部９６によって露出された冷却チャネル１２６を通って流れることができる。特に、冷却流体１２８は、冷却剤供給チャネル１２０、複数の供給管１２２、および相互接続回路１２４の冷却チャネル１２６を通って、壁破損部９６によって露出した冷却チャネル１２６に向かって、およびその外に流れることができる。冷却流体１２８は、最終的に、破損部９６の露出した冷却チャネル１２６から構成要素１０２の外部に流出する。一般に、冷却流体１２８の流量は、破損部９６に最も近いチャネルで増加する。冷却流体１２８の流れは、インピンジメント冷却装置１０４によって提供される冷却とは無関係に、壁破損部９６に隣接する領域において構成要素１０２に追加的な冷却を提供する。冷却流体１２８によって提供される追加的な冷却は、例えば、追加的な破砕を低減するか、または破損部９６の領域に追加的な破砕が生じるのを防ぐことができる。これにより、破損部９６のサイズが増大するのを防止することができ、構成要素１０２の動作寿命を延ばすことができる。
【0035】
独立冷却システム１００は、冷却流体１２８の単一の加圧供給部と、複数の冷却剤供給チャネル１２０と、冷却チャネル１２６の相互接続回路１２４を接続する複数の交差部１３０と、複数の供給管１２２とを含む。独立冷却回路２００の別の実施形態が、図１１～図１３に示されており、同時に参照される。独立冷却回路２００は、ガスタービンシステム１０（図１）の構成要素１０２の外壁１０６内にそれぞれ埋め込まれた冷却チャネル２０６、２０８の複数（例えば、この例では２つ）の独立した回路２０２、２０４と、冷却流体２１０、２１２の複数（例えば、この例では２つ）の加圧供給部とを含む。実施形態によれば、冷却流体２１０、２１２の供給部は、互いに独立していてもよく、冷却流体の１つまたは複数の供給源によって（例えば、ガスタービンシステム１０の圧縮機セクション１２によって放出された空気の異なる部分を抽気することによって、冷却流体１０８を再利用することによってなど）提供されてもよい。
【0036】
図示のように、冷却チャネル２０６、２０８の回路２０２、２０４は、冷却チャネル２０６、２０８が直角に織り交ぜられて冷却チャネル２０６、２０８のファブリック２１４を形成するように織り合わされてもよい。冷却流体２１０、２１２の供給部の各々は、冷却チャネル２０６、２０８のそれぞれの回路２０２、２０４に流体結合されてもよい。冷却チャネル２０６、２０８の回路２０２、２０４の各々は、構成要素１０２の外壁１０６内に完全に囲まれており、冷却チャネル２０６、２０８のいずれも構成要素１０２の外壁１０６の外表面１３２まで延在していないか、または外表面１３２に露出していない。
【0037】
冷却チャネル２０６の回路２０２は、複数の供給管２１８を介して第１のセットの冷却剤供給チャネル２１６（用途に応じて必ずしも必要ではないが）に流体結合されている。冷却流体２１０の供給は、第１のセットの冷却チャネル２１６内に導かれる。同様に、冷却チャネル２０８の回路２０４は、複数の供給管２２２を介して第２のセットの冷却剤供給チャネル２２０に流体結合される。冷却流体２１２の供給は、第２のセットの冷却チャネル２２０内に導かれる。冷却剤供給チャネル２１６、２２０のセットは、構成要素１０２内のインピンジメントプレート１１４に取り付けられてもよく、インピンジメントプレート１１４の一部として形成されても、もしくはインピンジメントプレート１１４の内部に形成されてもよく、または任意の他の適切な方法で設けられてもよい。冷却チャネル２０６、２０８の回路２０２、２０４のいずれも、冷却流体２１０、２１２の供給のための出口を含まない。
【0038】
図５～図１０に示す実施形態のように、インピンジメント冷却システム１０４を設けて、構成要素１０２の外壁１０６を冷却することができる。インピンジメント冷却を提供するために、冷却流体１０８の供給は、ガスタービンシステム１０の動作中に構成要素１０２の内部キャビティ１１０（例えば、図５を参照）に導かれる。冷却流体１０８は、内部キャビティ１１０から、複数のインピンジメント孔１１２（例えば、インピンジメントプレート１１４に形成される）を通って、インピンジメントキャビティ１１８に流入し、構成要素１０２の外壁１０６の内表面１１６に対して流れる。
【0039】
供給管１２２間および／または交差部１３０間で直線的に延在する、図５～図１０に関して上述した相互接続回路１２４の冷却チャネル１２６とは異なり、独立冷却回路２００の回路２０２、２０４内の冷却チャネル２０６、２０８の一部またはすべては、非直線構成（例えば、図示のジグザグ構成、正弦波構成など）を有することができる。例えば、図１１～図１３に示すように、冷却チャネル２０６は、供給管２１８の間の外壁１０６内で第１の方向にジグザグになっていてもよく、冷却チャネル２０８は、冷却チャネル２０６に垂直な第２の方向に供給管２２２の間の外壁１０６内でジグザグになっていてもよく、冷却チャネル２０６、２０８は直角に織り交ぜられている。その結果、冷却チャネル２０６、２０８と外壁１０６の外表面１３２との間の距離は変化し得る。
【0040】
冷却チャネル２０６、２０８の回路２０２、２０４は外壁１０６内に埋め込まれて完全に囲まれており、冷却流体２１０、２１２のための出口を含まないため、通常動作中（例えば、構成要素１０２の外壁１０６に部分的または完全な破損がない）、独立冷却回路２００の冷却チャネル２０６、２０８の回路２０２、２０４のいずれかを通る冷却流体２１０、２１２の流れはない。
【0041】
部分的または完全な壁破損部９６（例えば、図１０を参照）が外壁１０６に発生すると、構成要素１０２の外壁１０６内の冷却チャネル２０６、２０８のうちの１つまたは複数の少なくとも一部が露出し得る。回路２０２内の冷却チャネル２０６のうちの１つまたは複数の露出は、冷却流体２１０のための出口を形成する。その結果、冷却流体２１０は、ここで、冷却剤供給チャネル２１６、供給管２１８、および冷却チャネル２０６を通って、壁破損部９６によって露出した冷却チャネル２０６に向かって（およびその外に）流れることができる。同様に、回路２０４内の冷却チャネル２０８のうちの１つまたは複数の露出は、冷却流体２１２のための出口を形成する。冷却流体２１２は、ここで、冷却剤供給チャネル２２０、供給管２２２、および冷却チャネル２０８を通って、壁破損部９６によって露出した冷却チャネル２０８に向かって（およびその外に）流れることができる。冷却流体２１０は、冷却チャネル２０６のうちの１つまたは複数の露出に応答してのみ、冷却チャネル２０６の回路２０２を通って流れる。同様に、冷却流体２１２は、冷却チャネル２０８のうちの１つまたは複数の露出に応答してのみ、冷却チャネル２０８の回路２０４を通って流れる。この限りにおいて、冷却チャネル２０６、２０８の回路２０２、２０４の一方または両方は、どの冷却チャネル２０６、２０８が壁破損部９６によって露出しているかに応じて作動することができる。
【0042】
独立冷却回路２００を介した冷却流体２１０および／または２１２の流れは、インピンジメント冷却装置１０４によって提供される冷却とは無関係に、壁破損部９６に隣接する領域内の構成要素１０２に追加的な冷却を提供する。冷却流体２１０および／または２１２によって提供される追加的な冷却は、例えば、追加的な破砕を低減するか、または破損部９６の領域に追加的な破砕が生じるのを防止することができる。これにより、破損部９６のサイズが増大するのを防止することができ、構成要素１０２の動作寿命を延ばすことができる。
【0043】
冷却チャネル２０６、２０８の非直線構成は、構成要素１０２の外壁１０６内のより長い流路を提供し、冷却流体２１０、２１２への熱伝達を促進し、独立冷却回路２００の冷却効果を高めることができる。さらに、構成要素１０２の外壁１０６の外表面１３２のより近くに位置する冷却チャネル２０６、２０８の部分は、より浅い／より小さい破損部９６の形成に応答して露出し得る。結果として、独立冷却回路２００は、平面構成を有する独立冷却回路１００よりも早く破砕事象に応答して作動することができる。
【0044】
独立冷却回路３００の別の実施形態が、図１４～図１７に示されており、同時に参照される。独立冷却回路２００と同様に、独立冷却回路３００は、ガスタービンシステム１０（図１）の構成要素１０２の外壁１０６内に埋め込まれた冷却チャネル３０８、３１０、３１２の複数（例えば、この例では３つ）の独立した回路３０２、３０４、３０６と、冷却流体３１４、３１６、３１８の複数（例えば、この例では３つ）の加圧供給源とをそれぞれ含む。実施形態によれば、冷却流体３１４、３１６、３１８の供給は、互いに独立していてもよく、冷却流体の１つまたは複数の供給源（例えば、ガスタービンシステム１０の圧縮機セクション１２によって放出された空気の異なる部分を抽気することによって、冷却流体１０８を再利用することによってなど）によって提供されてもよい。
【0045】
図示のように、冷却チャネル３０８、３１０、３１２の回路３０２、３０４、３０６の各々は、格子状のパターンで配置されてもよく、構成要素１０２の外壁１０６内に冷却チャネル３０８、３１０、３１２のファブリック３２０を形成するために互いに織り合わされてもよい。実施形態によれば、冷却チャネル３０８、３１０の回路３０２、３０４は、互いに直角に織り交ぜられ、冷却チャネル３１２の回路３０６は、冷却チャネル３０８、３１０の回路３０２、３０４の両方に対して鋭角（例えば、約４５度）に織り交ぜられる。したがって、冷却チャネル３１２の回路３０６は、冷却チャネル３０８、３１０の回路３０２、３０４に対して斜めにずらされている。
【0046】
冷却流体３１４、３１６、３１８の供給の各々は、冷却チャネル３０８、３１０、３１２のそれぞれの回路３０２、３０４、３０６に流体結合されてもよい。冷却チャネル３０８、３１０、３１２の回路３０２、３０４、３０６の各々は、構成要素１０２の外壁１０６内に完全に囲まれており、冷却チャネル３０８、３１０、３１２のいずれも構成要素１０２の外壁１０６の外表面１３２まで延在していないか、または外表面１３２に露出していない。
【0047】
冷却チャネル３０８の回路３０２は、複数の供給管３２４を介して第１のセットの冷却剤供給チャネル３２２（明確にするために冷却剤供給チャネル３２２の一部のみを破線で示す）に流体結合されている。冷却流体３１４の供給は、第１のセットの冷却剤供給チャネル３２２内に導かれる。同様に、冷却チャネル３１０、３１２の回路３０４、３０６は、複数の供給管３３０、３３２を介してそれぞれ第２および第３のセットの冷却剤供給チャネル３２６、３２８（明確にするために冷却剤供給チャネル３２６、３２８の一部のみを破線で示す）に流体結合されている。冷却流体３１６、３１８の供給は、それぞれ第２および第３のセットの冷却チャネル３２６、３２８内に導かれる。冷却剤供給チャネル３２２、３２６、３２８のセットは、構成要素１０２内のインピンジメントプレート１１４に取り付けられてもよく、インピンジメントプレート１１４の一部として、もしくはインピンジメントプレート１１４の内部に形成されてもよく、または任意の他の適切な方法で設けられてもよい。冷却チャネル３０８、３１０、３１２の回路３０２、３０４、３０６のいずれも、冷却流体３１４、３１６、３１８の供給のための出口を含まない。
【0048】
前述の実施形態のように、インピンジメント冷却システム１０４を設けて、構成要素１０２の外壁１０６を冷却することができる。インピンジメント冷却を提供するために、冷却流体１０８の供給は、ガスタービンシステム１０の動作中に構成要素１０２の内部キャビティ１１０（例えば、図５を参照）に導かれる。冷却流体１０８は、内部キャビティ１１０から、複数のインピンジメント孔１１２（例えば、インピンジメントプレート１１４に形成される）を通って、インピンジメントキャビティ１１８に流入し、構成要素１０２の外壁１０６の内表面１１６に対して流れる。
【0049】
実施形態によれば、独立冷却回路３００の回路３０２、３０４、３０６内の冷却チャネル３０８、３１０、３１２の一部またはすべては、非直線構成（例えば、図示のジグザグ構成、正弦波構成など）を有することができる。その結果、冷却チャネル３０８、３１０、３１２と外壁１０６の外表面１３２との間の距離は変化し得る。
【0050】
冷却チャネル３０８、３１０、３１２の回路３０２、３０４、３０６は外壁１０６内に埋め込まれて完全に囲まれており、冷却流体３１４、３１６、３１８のための出口を含まないため、通常動作中（例えば、構成要素１０２の外壁１０６に部分的または完全な破損がない）、独立冷却回路３００の冷却チャネル３０８、３１０、３１２の回路３０２、３０４、３０６のいずれを通る冷却流体３１４、３１６、３１８の流れもない。
【0051】
構成要素１０２の外壁１０６に部分的または完全な壁破損部９６（例えば、図１０を参照）が生じると、外壁１０６内の冷却チャネル３０８、３１０、３１２のうちの少なくとも一部が露出し得る。回路３０２内の冷却チャネル３０８のうちの１つまたは複数の露出は、冷却流体３１４のための出口を形成する。その結果、冷却流体３１４は、ここで、冷却剤供給チャネル３２２、供給管３２４、および冷却チャネル３０８を通って、壁破損部９６によって露出した冷却チャネル３０８に向かって（およびその外に）流れることができる。冷却流体３１４は、冷却チャネル３０８のうちの１つまたは複数の露出に応答してのみ、冷却チャネル３０８の回路３０２を通って流れる。回路３０４内の冷却チャネル３１０のうちの１つまたは複数の露出は、冷却流体３１６のための出口を形成する。冷却流体３１６は、ここで、冷却剤供給チャネル３２６、供給管３３０、および冷却チャネル３１０を通って、壁破損部９６によって露出した冷却チャネル３１０に向かって（およびその外に）流れることができる。冷却流体３１６は、冷却チャネル３１０のうちの１つまたは複数の露出に応答してのみ、冷却チャネル３１０の回路３０４を通って流れる。回路３０６内の冷却チャネル３１２のうちの１つまたは複数の露出は、冷却流体３１８のための出口を形成する。冷却流体３１８は、ここで、冷却剤供給チャネル３２８、供給管３３２、および冷却チャネル３１２を通って、壁破損部９６によって露出した冷却チャネル３１２に向かって（およびその外に）流れることができる。冷却流体３１８は、冷却チャネル３１２のうちの１つまたは複数の露出に応答してのみ、冷却チャネル３１２の回路３０６を通って流れる。この限りにおいて、冷却チャネル３０８、３１０、３１２の回路３０２、３０４、３０６のうちの１つ、２つ、または３つすべてを、どの冷却チャネル３０８、３１０、３１２が壁破損部９６によって露出しているかに応じて作動させることができる。
【0052】
独立冷却回路３００を介した冷却流体３１４、３１６および／または３１８の流れは、インピンジメント冷却装置１０４によって提供される冷却とは無関係に、壁破損部９６に隣接する領域内の構成要素１０２に追加的な冷却を提供する。冷却流体３１４、３１６および／または３１８によって提供される追加的な冷却は、例えば、追加的な破砕を低減するか、または破損部９６の領域に追加的な破砕が生じるのを防止することができる。これにより、破損部９６のサイズが増大するのを防止することができ、構成要素１０２の動作寿命を延ばすことができる。
【0053】
冷却チャネル３０８、３１０、３１２の非直線構成は、構成要素１０２の外壁１０６内のより長い流路を提供し、冷却流体３１４、３１６、３１８への熱伝達を促進し、独立冷却回路３００の冷却効果を高めることができる。さらに、構成要素１０２の外壁１０６の外表面１３２のより近くに位置する冷却チャネル３０８、３１０、３１２の部分は、より浅い／より小さい破損部９６の形成に応答して露出し得る。結果として、独立冷却回路３００は、平面構成を有する独立冷却回路１００よりも早く破砕事象に応答して作動することができる。
【0054】
図１６を図８および図１１と比較すると、独立冷却回路３００は、独立冷却回路１００、２００のいずれよりも、（例えば、冷却チャネル３１２の回路３０６の斜めのずれに起因して）構成要素１０２の外壁１０６に高密度の冷却チャネルを提供することができることが分かる。より高い密度は、独立冷却回路３００の冷却効果を高めることができる。
【0055】
独立冷却回路１００、２００、３００において、冷却流体の供給は、破砕事象に起因して冷却チャネルの大面積が露出する場合にバックフローマージン（ＢＦＭ：ｂａｃｋ ｆｌｏｗ ｍａｒｇｉｎ）のいかなる減少も制限するために、冷却流体の主供給（例えば、インピンジメント冷却に使用される冷却流体１０８の供給）とは独立して提供されてもよい。ＢＦＭは、ガスタービンシステム１０の構成要素１０２の内部の冷却流体の圧力と、構成要素１０２の外部の燃焼ガス２２（図１）の局所圧力との差として定義される。有利には、冷却チャネルの回路が互いに独立している独立冷却回路２００、３００に冷却チャネルの複数の織り合わされた回路を設けることによって、用途に応じて冷却流体源の組合せが利用可能である。例えば、独立冷却回路２００、３００の冷却チャネルの回路のすべては、ガスタービン１０の圧縮機セクション１２によって生成された圧縮空気から供給されてもよく、独立冷却回路２００、３００の冷却チャネルの回路のすべては、構成要素１０２の主冷却回路、またはそのような供給源の何らかの組合せからの冷却流体（例えば、インピンジメント冷却装置１０４のインピンジメント冷却に使用される冷却流体１０８）を再利用してもよい。組合せの場合、破砕事象は、内部圧力の低下を制限しながら、主冷却回路内の余分な冷却を可能にすることができる。
【0056】
冷却流体源の組合せを利用する、図１４～図１６に示す独立冷却回路３００の変形例を図１７に示す。図１７の独立冷却回路３００’は、前述の独立冷却回路３００と同様に動作する。特に、冷却チャネル３０８、３１２の回路３０２、３０６は、供給管３２４、３３２を介して冷却流体３１４、３１８の供給源に流体結合され、上述のように動作する。しかしながら、独立冷却回路３００とは異なり、独立冷却回路３００’の冷却チャネル３１０の回路３０４は、構成要素１０２の外壁１０６に形成された複数の開口部３３４を介してインピンジメントキャビティ１１８および冷却流体１０８の供給部に流体結合される。外壁１０６の壁破損部９６が冷却チャネル３１０のうちの１つまたは複数の少なくとも一部を露出させると、冷却流体１０８は、インピンジメントキャビティ１１８から開口部３３４を通って冷却チャネル３１０の回路３０４内に、壁破損部９６によって露出した冷却チャネル３１０に向かって（およびその外に）流れることができる。このようにして、インピンジメント冷却に使用される冷却流体１０８は、独立冷却回路３００’によって再利用される。
【0057】
本開示の独立冷却回路１００、２００、３００、３００’の様々な構成要素および特徴は、付加製造プロセスを使用して形成することができる。有利には、付加製造は、よりカスタマイズ可能で複雑な特徴の設計および製造を可能にする。
【0058】
本明細書で使用される場合、付加製造は、従来のプロセスの場合である材料の除去ではなく、材料の連続的な層形成によって物体を製造する任意のプロセスを含むことができる。付加製造では、あらゆる種類の成形用具、金型、または固定具を使用することなく、かつ廃棄材料をほとんどまたは全く発生させることなく、複雑な幾何学的形状を形成することができる。その多くが切り落とされて廃棄されることになるプラスチック製または金属製の固体ビレットから構成要素を機械加工するのとは異なり、付加製造に使用される材料は、当該部品を成形するために必要となる材料のみである。付加製造プロセスは、三次元印刷、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ：ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）、ダイレクトデジタルマニュファクチャリング（ＤＤＭ：ｄｉｒｅｃｔ ｄｉｇｉｔａｌ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）、バインダージェッティング、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ：ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｓｅｒ ｍｅｌｔｉｎｇ）、および直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ：ｄｉｒｅｃｔ ｍｅｔａｌ ｌａｓｅｒ ｍｅｌｔｉｎｇ）を含んでもよいが、それらに限定されない。現行の設定では、ＤＭＬＭまたはＳＬＭが好適であることが分かっている。
【0059】
付加製造プロセスの例を説明するために、図１８は、物体４０２を生成するための例示的なコンピュータ化された付加製造システム４００の概略／ブロック図を示す。この例では、システム４００はＤＭＬＭ用に構成されているが、本開示の一般的な教示は他の形態の付加製造にも等しく適用可能であることを理解されたい。ＡＭシステム４００は、一般に、コンピュータ化された付加製造（ＡＭ：ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）制御システム４０４およびＡＭプリンタ４０６を含む。ＡＭシステム４００は、ＡＭプリンタ４０６を使用して物体４０２を物理的に生成するために物体４０２を定義するコンピュータ実行可能命令のセットを含むコード４２０を実行する。各ＡＭプロセスは、例えば、細粒粉末、液体（例えば、ポリマー）、シートなどの形態の異なる原材料を使用することができ、そのストックは、ＡＭプリンタ４０６のチャンバ４１０に保持することができる。実施形態によれば、物体４０２は、ガスタービンシステム１０（図１）の環境に耐えることができる金属または金属化合物で作ることができる。図示のように、アプリケータ４１２が、ＡＭプリンタ４０６の構築プレート４４４上にブランクキャンバスとして広げられた原材料４１４の薄層を作成することができ、そこから最終物体の各連続スライスが作成される。他の場合には、アプリケータ４１２は、コード４２０によって定義されるように、前の層上に次の層を直接適用または印刷することができる。図示されている例では、レーザまたは電子ビームは、コード４２０によって定義されるように、各スライスの粒子を融合する。ＡＭプリンタ４０６の様々な部分は、各新しい層の追加に対応するように移動することができ、例えば、各層の後に構築プラットフォーム４１８が下降することができ、および／またはチャンバ４１０および／またはアプリケータ４１２が上昇することができる。
【0060】
ＡＭ制御システム４０４は、コンピュータプログラムコードとしてコンピュータ４３０上に実装されて示されている。この点に関して、コンピュータ４３０は、メモリ４３２、プロセッサ４３４、入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース４３６、およびバス４３８を含むものとして示されている。さらに、コンピュータ４３０は、外部Ｉ／Ｏデバイス／リソース４４０および記憶システム４４２と通信するように示されている。一般に、プロセッサ４３４は、物体４０２を表すコード４２０からの命令の下で、メモリ４３２および／または記憶システム４４２に記憶されたＡＭ制御システム４０４などのコンピュータプログラムコードを実行する。
【0061】
付加製造プロセスは、非一時的コンピュータ可読記憶媒体（例えば、メモリ４３２、記憶システム４４２など）が物体４０２を表すコード４２０を記憶することから始まる。例えば、コード４２０は、物体４０２の正確に定義された３Ｄモデルを含むことができ、多種多様な周知のコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアシステムのいずれかから生成することができる。ＡＭ制御システム４０４は、コード４２０を実行し、物体４０２を一連の薄いスライスに分割し、ＡＭプリンタ４０６を使用して液体、粉末、シートまたは他の材料の連続層で組み立てる。
【0062】
ガスタービンシステム１０の様々な構成要素（図１）、またはそのような構成要素の一部は、（例えば、図１８のＡＭシステム４００を用いて）付加製造（ＡＭ）プロセスを使用して製造することができる。例えば、冷却チャネルの相互接続回路を含む構成要素の外壁の少なくとも一部は、ＡＭプロセスによって製造することができる。
【0063】
図１９では、例えば、図５～図１０に示す構成要素１０２用の壁クーポン５００が、ＡＭプロセスによって製造（例えば、印刷）されている。壁クーポン５００は、構成要素１０２の外壁１０６のセクション５０２を含む。冷却チャネル１２６の相互接続回路１２４の少なくとも一部は、壁セクション５０２内に埋め込まれている。壁クーポン５００は、冷却チャネル１２６に流体結合された複数の供給管１２２をさらに含む。この点に関して、壁クーポン５００は、上述した独立冷却回路１００の一部を形成する。
【0064】
実施形態によれば、壁クーポン５００は、ＡＭプロセスを介して任意のサイズに製造することができ、構成要素１０２の別のセクション５０４に取り付けられて、独立冷却回路１００の少なくとも一部（例えば、図２０を参照）を形成することができる。構成要素１０２のセクション５０４は、従来の方法（例えば、機械加工、鋳造など）で形成されてもよく、またはＡＭプロセスを使用して形成されてもよい。壁クーポン５００は、本明細書に記載の独立冷却回路１００、２００、３００、３００’のいずれかで使用するように構成することができることに留意されたい。取り付けは、例えば、ろう付け、溶接、または他の適切な金属接合プロセスを使用して達成することができる。図２０は、独立冷却回路１００の少なくとも一部を形成するために構成要素１０２のインピンジメントプレート１１４に（例えば、ろう付け／溶接を介して）取り付けられた壁クーポン５００を示す。他の実施形態では、図２０に示す冷却構造全体は、ＡＭプロセスを使用して形成することができ、ガスタービンシステム１０の構成要素１０２の一部に取り付けることができる。
【0065】
ＡＭプリントされた壁クーポン５００を使用して形成された独立冷却回路１００は、破砕を受ける可能性があるガスタービンシステム１０の構成要素１０２の領域に戦略的に設けられてもよい。これは、例えば、ＡＭプロセスを使用して構成要素１０２全体を製造する必要なく行うことができる。さらに、ＡＭプリントされた壁クーポン５００を使用して形成された独立冷却回路１００は、ガスタービンシステム１０の既存の構成要素１０２に後付け可能であり、破砕によって以前に損傷した領域を修復し、および／または上述したように破砕を受ける構成要素１０２の領域に強化された冷却を選択的に提供することができる。
【0066】
ＡＭプロセスを使用して独立冷却回路１００、２００、３００、３００’（またはその一部）を製造する場合、過剰な粉末除去が懸念される場合がある。独立冷却回路１００、２００、３００、３００’は冷却流体１２８のための出口を有さない（例えば、回路は意図的に行き止まりにされる）ため、過剰な粉末を除去しようとするために強制空気を使用する容易な方法はない。
【0067】
実施形態によれば、図２１および図２２に示され、ＡＭプロセス（図１９および図２０）を使用して生成された壁クーポン５００を参照して説明されるように、粉末除去のための複数の小さな開口部６００を壁クーポン５００の外壁セクション５０２に設けることができる（例えば、ＡＭプロセス中に形成される）。例えば、図１９および図２０では、開口部６００は、独立冷却回路１００の冷却チャネル１２６の相互接続回路１２４から外壁セクション５０２を通って壁クーポン５００の外表面１３２まで延在するように示されている。
【0068】
開口部６００は、過剰な粉末を除去するために使用することができる出口を提供する。粉末は、例えば、振動を使用して、または空気を冷却チャネル１２６の相互接続回路１２４に押し込み、開口部６００を通って押し出すことによって除去することができる。粉末除去後、開口部６００は、独立冷却回路１００を閉じるために任意の適切な方法（例えば、金属、シーラントなどで充填される）で充填／封止されてもよい。開口部６００は、後に壁クーポン５００の外表面１３２にＴＢＣコーティングを施す前に充填／封止されてもよく、または単にＴＢＣコーティング自体によって封止されてもよい。場合によっては、破砕事象は、冷却チャネル１２６の相互接続回路１２４のいずれかが破損の形成により露出する前に、封止された開口部６００のいくつかの閉塞を解除することができる。次いで、冷却流体１２８は、独立冷却回路１００を介して閉塞されていない開口部６００に向かって流れ、そこから流出することができ、即時の冷却効果を提供する。
【0069】
本明細書で使用される専門用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、特に明示しない限り、複数形も含むことを意図している。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用する場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することを明示するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの組が存在することまたは追加することを除外しないことがさらに理解されよう。
【0070】
本明細書は、最良の形態を含んだ本発明の開示のために、また、任意のデバイスまたはシステムの製作および使用、ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含んだ本発明の実施がいかなる当業者にも可能になるように、実施例を用いている。本発明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例を含んでいてもよい。このような他の例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。
【符号の説明】
【0071】
１０ ガスタービンシステム、ガスタービン
１２ 圧縮機セクション
１４ 空気
１６ 圧縮空気
１８ 燃焼器セクション
２０ 燃料
２２ 燃焼ガス
２４ タービンセクション
２６ シャフト、ロータ
２８ 外部負荷
３０ 段
３２ タービンブレード
３４ 段
３６ ノズル
３８ ケーシング
４０ 翼形部
４２ 外側プラットフォーム
４４ 内側プラットフォーム
４６ 翼形部
４８ 先端部分
５０ プラットフォーム
５２ 段
５４ シュラウド
５６ 延長部
５８ 開口部
６０ シャンク
６２ 圧縮側面
６４ 吸引側面
６８ 前縁
７０ 後縁
８０ 構成要素
８２ 冷却流体
８４ 内表面
８６ 外壁
８８ 開口部
９０ インピンジメントプレート
９２ 外表面
９４ 高温ガス流
９６ 壁破損部
１００ 独立冷却回路、独立冷却システム
１０２ 構成要素
１０４ インピンジメント冷却装置、インピンジメント冷却装置
１０６ 外壁
１０８ 冷却流体
１１０ 内部キャビティ
１１２ インピンジメント孔
１１４ インピンジメントプレート
１１６ 内表面
１１８ インピンジメントキャビティ
１２０ 冷却剤供給チャネル
１２１ 開口部
１２２ 供給管
１２４ 相互接続回路
１２６ 冷却チャネル
１２８ 冷却流体
１３０ 交差部
１３２ 外表面
２００ 独立冷却回路
２０２ 回路
２０４ 回路
２０６ 冷却チャネル
２０８ 冷却チャネル
２１０ 冷却流体
２１２ 冷却流体
２１４ ファブリック
２１６ 第１のセットの冷却剤供給チャネル
２１８ 供給管
２２０ 第２のセットの冷却剤供給チャネル
２２２ 供給管
３００ 独立冷却回路
３００’ 独立冷却回路
３０２ 回路
３０４ 回路
３０６ 回路
３０８ 冷却チャネル
３１０ 冷却チャネル
３１２ 冷却チャネル
３１４ 冷却流体
３１６ 冷却流体
３１８ 冷却流体
３２０ ファブリック
３２２ 第１のセットの冷却剤供給チャネル
３２４ 供給管
３２６ 第２のセットの冷却剤供給チャネル
３２８ 第３のセットの冷却剤供給チャネル
３３０ 供給管
３３２ 供給管
３３４ 開口部
４００ 付加製造（ＡＭ）システム
４０２ 物体
４０４ 付加製造（ＡＭ）制御システム
４０６ ＡＭプリンタ
４１０ チャンバ
４１２ アプリケータ
４１４ 原材料
４１８ 構築プラットフォーム
４２０ コード
４３０ コンピュータ
４３２ メモリ
４３４ プロセッサ
４３６ 入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース
４３８ バス
４４０ 外部Ｉ／Ｏデバイス／リソース
４４２ 記憶システム
４４４ 構築プレート
５００ 壁クーポン
５０２ 外壁セクション
５０４ セクション
６００ 開口部
１２ 圧縮機セクション
１４ 空気
１６ 圧縮空気
１８ 燃焼器セクション
２０ 燃料
２２ 燃焼ガス
２４ タービンセクション
２６ シャフト、ロータ
２８ 外部負荷
３０ 段
３２ タービンブレード
３４ 段
３６ ノズル
３８ ケーシング
４０ 翼形部
４２ 外側プラットフォーム
４４ 内側プラットフォーム
４６ 翼形部
４８ 先端部分
５０ プラットフォーム
５２ 段
５４ シュラウド
５６ 延長部
５８ 開口部
６０ シャンク
６２ 圧縮側面
６４ 吸引側面
６８ 前縁
７０ 後縁
８０ 構成要素
８２ 冷却流体
８４ 内表面
８６ 外壁
８８ 開口部
９０ インピンジメントプレート
９２ 外表面
９４ 高温ガス流
９６ 壁破損部
１００ 独立冷却回路、独立冷却システム
１０２ 構成要素
１０４ インピンジメント冷却装置、インピンジメント冷却装置
１０６ 外壁
１０８ 冷却流体
１１０ 内部キャビティ
１１２ インピンジメント孔
１１４ インピンジメントプレート
１１６ 内表面
１１８ インピンジメントキャビティ
１２０ 冷却剤供給チャネル
１２１ 開口部
１２２ 供給管
１２４ 相互接続回路
１２６ 冷却チャネル
１２８ 冷却流体
１３０ 交差部
１３２ 外表面
２００ 独立冷却回路
２０２ 回路
２０４ 回路
２０６ 冷却チャネル
２０８ 冷却チャネル
２１０ 冷却流体
２１２ 冷却流体
２１４ ファブリック
２１６ 第１のセットの冷却剤供給チャネル
２１８ 供給管
２２０ 第２のセットの冷却剤供給チャネル
２２２ 供給管
３００ 独立冷却回路
３００’ 独立冷却回路
３０２ 回路
３０４ 回路
３０６ 回路
３０８ 冷却チャネル
３１０ 冷却チャネル
３１２ 冷却チャネル
３１４ 冷却流体
３１６ 冷却流体
３１８ 冷却流体
３２０ ファブリック
３２２ 第１のセットの冷却剤供給チャネル
３２４ 供給管
３２６ 第２のセットの冷却剤供給チャネル
３２８ 第３のセットの冷却剤供給チャネル
３３０ 供給管
３３２ 供給管
３３４ 開口部
４００ 付加製造（ＡＭ）システム
４０２ 物体
４０４ 付加製造（ＡＭ）制御システム
４０６ ＡＭプリンタ
４１０ チャンバ
４１２ アプリケータ
４１４ 原材料
４１８ 構築プラットフォーム
４２０ コード
４３０ コンピュータ
４３２ メモリ
４３４ プロセッサ
４３６ 入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース
４３８ バス
４４０ 外部Ｉ／Ｏデバイス／リソース
４４２ 記憶システム
４４４ 構築プレート
５００ 壁クーポン
５０２ 外壁セクション
５０４ セクション
６００ 開口部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【国際調査報告】