JP2001065306A - 回転機械用の冷却可能なステータベーン - Google Patents

回転機械用の冷却可能なステータベーン

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JP2001065306A
JP2001065306A JP2000233872A JP2000233872A JP2001065306A JP 2001065306 A JP2001065306 A JP 2001065306A JP 2000233872 A JP2000233872 A JP 2000233872A JP 2000233872 A JP2000233872 A JP 2000233872A JP 2001065306 A JP2001065306 A JP 2001065306A
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Mark F Zelesky
エフ．ゼルスキー マーク
Gary D Steuber
ディー．ステュウバー ギャリー
Daniel E Kane
イー．カイン ダニエル
Brian Merry
メリー ブライアン
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United Technologies Corp
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/80—Platforms for stationary or moving blades
    • F05D2240/81—Cooled platforms
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステータベーンの後縁領域用の比較的単純な
冷却流路（１６８）を提供する。 【解決手段】 ステータベーン用のプラットフォーム
は、ベーンの後縁領域に設けられた２つのパス（１６
９，１７０）を含む冷却流体用の蛇行流路（１６８）を
含み、この蛇行流路（１６８）は、側方に延びるととも
に折り返して流れを逆流させており、蛇行流路（１６
８）の最端部は、流路に流入する少なくとも半分の流れ
を受け入れるとともにこの流れをプラットフォームのガ
ス流路面及び後縁（１３４）を通って放出するように、
後縁（１３４）に隣接している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内部が冷却された
ステータベーンに関し、特に、冷却可能なプラットフォ
ームを有するステータベーンに関する。
【０００２】本発明は、ブライアン メリーによる係属
中の米国特許出願第０９／３６５，４８８号、名称「冷
却流路の形成方法及び回転機械のタービンセクションの
冷却方法」の関連出願である。
【０００３】
【従来の技術】航空機用のガスタービンエンジンなどの
軸流回転機械は、圧縮セクション、燃焼セクション、及
びタービンセクションを有する。作動媒体ガス用の環状
流路は、これらのエンジンセクションを通って軸方向に
延びる。
【０００４】エンジンでは、作動媒体ガスに燃料が加え
られ、燃焼セクションにおいて燃料が燃焼することによ
って熱い加圧ガスが生じる。熱い作動媒体ガスは、ター
ビンセクションを通して膨張され、仕事としてエネルギ
をガスから抽出する。このエネルギは、流入するガスを
加圧するために圧縮セクションへと伝達される。
【０００５】タービンセクションは、熱い作動媒体ガス
からこの仕事を受け取るロータを含む。ロータは、エン
ジンを通って軸方向に延びる。このロータは、タービン
セクション内にロータアセンブリを含む。ロータは、圧
縮セクション内にもロータアセンブリを有する。これら
のロータアセンブリは、ガスが導かれる作動媒体流路を
横切って外向きに延びるロータブレードの列を有する。
タービンセクション内のロータブレードの列は、熱い作
動媒体ガスからエネルギを受け取り、回転軸を中心にロ
ータアセンブリを高速で駆動する。圧縮セクション内の
ロータブレードの列は、ロータによってエアフォイルが
回転軸を中心に駆動されるのに従って、ガスを圧縮する
ように作動媒体ガスにエネルギを伝達する。
【０００６】エンジンは、ロータの周囲に配置されたス
テータを含む。このステータは、外側ケースを有するス
テータアセンブリを有する。外側ケースは、作動媒体流
路の周辺部に亘って延在して流路を境界づける。ステー
タアセンブリは、ロータアセンブリの周囲に配置された
周方向に延在するシール部材などのシール要素を有す
る。このシール要素は、弓状のセグメントによって構成
されており、これにより、エンジンの運転状態に応答し
てシール部材の直径が変化可能となっている。シール部
材は、ロータブレードの先端部にかなり近接して設けら
れており、流路から作動媒体ガスが漏れるのを防止する
シールを形成する。
【０００７】ステータアセンブリには、ステータベーン
の列も含まれ、これらのステータベーンは、作動媒体流
路を横切るように径方向内向きに延在する。ステータベ
ーンは、一般にベーンクラスタと呼ばれ、１つまたはそ
れ以上のエアフォイル即ちステータベーンを含む。ステ
ータベーンは、エンジンの軸Ａを中心に周方向に配置さ
れているとともに、小さな周方向の間隙Ｇによって離間
されている。
【０００８】ステータベーンの列は、圧縮セクションと
タービンセクションの両方においてロータブレードの列
の上流に配置されている。ステータベーンは、ガスが流
路に沿って流れるのに従って作動媒体ガスを導く。各ス
テータベーンは、エンジンを通って作動媒体ガスが流れ
るにつれて、このガスを受け入れ、これと相互に作用し
てから、放出するように設計されたエアフォイルを有す
る。ステータベーンは、作動媒体ガスの流路を境界づけ
る、内側プラットフォームや外側プラットフォームなど
の構造体を有する。
【０００９】タービンセクションのエアフォイルは、運
転状態において熱い作動媒体ガスを浴びる。タービンセ
クションにおいて、高圧タービンのステータベーンなど
の特定のエアフォイルは、エアフォイル壁が許容できな
いほど高温になることを避けるために、エアフォイルを
通して冷却空気を流すことによって冷却される。各ステ
ータベーンは、その内側端部及び外側ケースの近くの外
側端部に冷却空気を受け入れるための１つまたはそれ以
上の大きい開口部を有する。
【００１０】一般にフェザーシールと呼ばれるフェザー
シール部材は、近代型のエンジンにおいて、周方向に離
間されているとともにそれぞれ対となったステータベー
ンの間に通常設けられている。シール部材は、ベーンに
供給される冷却空気が間隙Ｇを通って作動媒体流路へと
漏れるのを防止するように、ステータベーンの間の間隙
Ｇに亘って延びる。一例として、このような冷却可能な
壁セグメントの列は、クレベンガー等に付与された米国
特許第４，７６７，２６０号、名称「ステータベーンプ
ラットフォームの冷却手段」に開示されている。フェザ
ーシールのスロットは、ステータベーンを隣接する構造
体に接続するための後部レールの近傍へと延びている。
いくつかの構成では、径方向に延在するフェザーシール
がレールに配置される。他の構成では、オルセンに付与
された米国特許第４，６８８，９８８号、名称「ガスタ
ービンエンジン用の冷却可能なステータアセンブリ」に
開示のように、一対のフェザーシールが冷却空気のダク
トを構成するように使用されており、これらのフェザー
シールの間を通って下流位置へと冷却空気が流れる。ス
テータベーンは、通常、エアフォイルの内部からエアフ
ォイルの外部へと延びる多くの小さい冷却空気孔を有す
る。冷却空気孔は、対流によってエアフォイルを冷却
し、前縁領域や後縁領域などのエアフォイル領域にフィ
ルム冷却を提供するようにガス流路面で冷却空気を放出
する。
【００１１】外側エアシールの壁セグメントとステータ
ベーンのプラットフォームは、熱い作動媒体ガスと直接
接触しており、プラットフォームの表面に亘って変化す
る量の熱をガスから受け取る。外側エアシールセグメン
ト及びタービンベーンのプラットフォームには、内部冷
却流路と流体的に連通している開口部より冷却空気が供
給される。一例が、カルダーバンクに付与された米国特
許第５，４１３，４５８号、名称「２倍の冷却流体供給
量を有するプラットフォームキャビティを含むタービン
ベーン」に開示されている。この特許では、タービンベ
ーンは、ステータベーンの正圧面に設けられた第１の入
口と、負圧面に設けられた第２の入口と、を有するプラ
ットフォームキャビティを含む。冷却流路がこれらの両
方の位置から後方に延びており、プラットフォームの後
縁に向かって同じ方向で流れるようになっている。この
流れは、対流冷却とフィルム冷却を提供し、フィルム冷
却は、流路からプラットフォーム上の流れの面へと延び
るフィルム冷却孔などの出口管路を通して冷却流体を放
出することによってなされる。
【００１２】ベーンのプラットフォームの冷却機構の初
期の例は、スムランド等に付与された米国特許第３，６
２８，８８０号、名称「ベーンアセンブリ及び温度制御
装置」に開示されている。プルジエンベルに付与された
米国特許第４，０１７，２１３号、名称「冷却されたプ
ラットフォームを有するターボ機械のベーンまたはブレ
ード」には、衝突冷却、対流冷却、及びフィルム冷却の
組み合わせをプラットフォームに提供する小さい冷却管
路を含む装置が開示されている。管路の選択的な配置に
は、後縁を対流冷却するためにプラットフォームの後縁
を通って延びる管路が含まれる。イトウに付与された米
国特許第４，９４６，３４６号、名称「ガスタービンベ
ーン」には、後縁領域を通って延びる複数の小さい管路
と、これらの管路とともに使用されるフィルム冷却孔
と、が開示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】外側エアシールの冷却
やタービンベーンの冷却には、蛇行流路も使用されてき
た。蛇行流路を有する外側エアシール構成の一例は、ト
ムプソン等に付与された米国特許第５，５３８，３９３
号、名称「曲がり流路を含む蛇行冷却チャネルを有する
タービンシュラウドセグメント」に開示されている。こ
の特許では、外側エアシールに外側エアシールセグメン
トの側面間で延びる複数の蛇行チャネルが設けられてい
る。蛇行チャネルは、ハウサーに付与された米国特許第
４，３５３，６７９号、名称「流体冷却された要素」で
も使用されている。この特許では、蛇行チャネルは、後
方でかつ側面から側面へと延びており、プラットフォー
ムに亘って後方に流れるフィルム冷却空気を放出するよ
うに、後縁からプラットフォームの前方へ移動する流路
が形成されている。
【００１４】ステータベーンのプラットフォームを冷却
するために、ステータベーンの後縁領域に設けられる比
較的単純な冷却流路を開発することが更に求められてい
る。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明では、ステータベ
ーンのプラットフォームの負圧側面に近接する端部領域
が、ステータベーンの列の間の流れによって一部生じ
る、流れにおける端部壁の影響（ｅｎｄ ｗａｌｌ ｅ
ｆｆｅｃｔｓ）によって、特に熱伝達が困難であるとい
う難点を有しているという認識に一部基づいている。ま
た、１つのステータベーンから放出される冷却空気を、
隣接する構造物において要求される冷却量を補うように
利用することができるという認識に基づいている。
【００１６】本発明によると、ステータベーン用のプラ
ットフォームは、ベーンの後縁領域に設けられた２つの
パスを含む冷却流体用流路を含み、この流路は、側方に
延びるとともに折り返して流れを逆流させており、流路
の後縁に隣接する最端部は、流路に流入する少なくとも
半分の流れを受け入れるとともにこの流れをガス流路面
及び後縁を通って放出する（ここで、“流れ”とは、所
定の時間において流れる冷却流体の量のことをいってい
る）。
【００１７】本発明の１つの詳細な実施例では、流路
は、プラットフォームの側面に隣接する湾曲領域を有
し、この湾曲領域によって、流路は、１８０度を超える
和を有する湾曲領域の角度をに亘って曲がっている。
【００１８】本発明の１つの実施例では、流路は、流れ
に対して角度を有する流路壁に対して流れを衝突させる
ように方向づけられており、この領域における熱伝達を
増加させるようになっている。
【００１９】本発明の１つの詳細な実施例では、プラッ
トフォームの外部と流体的に連通している、流路の出口
管路の流れ特性によって、端部に隣接する流路部分に流
入する流れの少なくとも半分がプラットフォームの後縁
を通って放出される。
【００２０】本発明の主な特徴は、エアフォイルの後縁
領域に配置されたレッグ部を有する冷却流路である。こ
れらのレッグ部は、プラットフォームの側面に向かって
反対方向で延びるパスをそれぞれ有している。１つの実
施例では、隣接するレッグ部の間に設けられた湾曲領域
が特徴となっており、この湾曲領域によって、流路は、
１８０度より大きい和を有する角度に亘って曲がってい
る。他の特徴は、流路に亘って、かつ流れてくる流れに
向かって延びるリブである。また他の特徴は、負圧側面
と平行でかつプラットフォームの後縁に向って延びる流
路のレッグ部である。更に他の特徴は、流路の断面積に
対する出口管路の面積の比率と、後縁に隣接するととも
にその上流に位置する流路部分における管路の流れ特性
である。
【００２１】本発明の主な利点は、プラットフォームの
後縁領域における冷却空気流体の効果的な使用により、
エンジンの効率とステータベーンの耐久性が高まる点で
ある。他の利点は、冷却空気がプラットフォームから噴
流として放出されるときに、隣接する構造体にフィルム
冷却を提供するように冷却空気を導くことにより、隣接
するステータベーンと下流のロータブレードの耐久性が
高まる点である。また他の利点は、プラットフォームの
重要な領域の壁に流路内の流れを衝突させて局部的な熱
伝達率を増加させることにより、これらの領域における
熱伝達が増加する点である。更に他の利点は、鋳造が容
易となるような長さ、幅、及び２つの流路を有する流路
を用いることにより、エアフォイルの鋳造が容易となる
ことである。
【００２２】
【発明の実施の形態】図１は、ターボファンガスタービ
ンエンジンなどの回転機械１０の概略的な側面図であ
る。エンジンは、対称軸Ａを中心に配置されており、回
転軸Ａｒを有する。このエンジンは、圧縮セクション１
２，燃焼セクション１４，タービンセクション１６を含
む。作動媒体ガス用の環状の一次流路１８が、これらの
エンジンセクションを通って軸方向に延びている。バイ
パス流路２０は、一次流路１８の外側に位置する。エン
ジンは、タービンセクション１６のステータ２２とロー
タ２４を図示するために部分的に切り欠いてある。ステ
ータ２２は、一次流路１８の周囲で周方向に延びる外側
ケース２８を有するステータアセンブリ２６を含む。
【００２３】図２は、図１のタービンセクション１６の
部分的な拡大側面図である。ロータアセンブリは、ロー
タディスク３４と、ロータブレード３６によって示され
る複数のロータブレード（即ち、２つ以上の不定数のブ
レード）の列と、を有する。各ロータブレード３６は、
プラットフォーム３８を有する。このプラットフォーム
３８は、作動媒体流路１８を内側で境界づける。ロータ
ブレード３６は、ステータ２２に近接する位置まで作動
媒体流路を横切って径方向外向きに延びる。
【００２４】ステータ２２は、更にシール部材４２を含
む。このシール部材４２は、外側ケースによって支持さ
れる。シール部材４２は、ロータブレード３６の最も外
側部分に近接して配置されるとともに、作動媒体流路１
８を外側で境界づける。シール部材４２は、弓状セグメ
ント４４によって示される、複数の弓状の外側エアシー
ルセグメントより構成されている。各セグメント４４
は、周方向の小さな間隙（図示省略）によって隣接する
セグメント４４から離間されている。これらのシールセ
グメント４４は、エンジンの運転状態に応答してステー
タアセンブリ２６の外側ケース２８が内向きまたは外向
きに移動するのに従って、内向きまたは外向きに移動す
る。セグメント化されたシール部材４２は、周方向強度
が非常に小さく、一体型で周方向で分割されていないシ
ール部材に比べてケース２８の移動に対する抵抗が小さ
い。
【００２５】ステータアセンブリ２６は、軸Ａ及び軸Ａ
ｒを中心に周方向に延在する。ステータアセンブリ２６
は、一般にケースとベーンのアセンブリと呼ばれる。ス
テータアセンブリ２６は、クラスタ４６によって示され
るステータベーンクラスタの列を含む。これらのクラス
タ４６は、軸Ａを中心に周方向に配置される。各クラス
タ４６は、一般にステータベーンと呼ばれる。ステータ
ベーン４６は、ガス流路面５２を有する外径プラットフ
ォーム４８と、ガス流路面５６を有する内径プラットフ
ォーム５４と、を含む。これらのプラットフォーム４
８，５４のガス流路面は、周方向及び軸方向に延びて作
動媒体流路を径方向で境界づける。エアフォイル５８に
よって示される１つまたはそれ以上のエアフォイルは、
作動媒体流路を横切ってプラットフォームの間で径方向
に延びる。各エアフォイル５８は、前縁５９と後縁６０
とを有する。ステータアセンブリ２６は、外側ケース２
８に加えて内側ケース６２を含む。ステータベーン４６
は、内側ケース６２に対してステータベーン４６を配置
するための内側レール６４を有する。各ステータベーン
４６は、内側レール６４を貫通するボルト６６によって
内側ケース６２に対して配置されている。ステータベー
ン４６は、レール６８によって示される、外側ケース２
８に対してステータベーン４６を配置するための１つま
たはそれ以上の外側レールを有する。開示した実施例で
は、各ステータベーン４６は、外側レール６８と係合す
るボルト、ピン、ラグ（図示省略）によって外側ケース
２８に対して配置されている。
【００２６】ステータ２２は、内径領域７０と外径領域
７２とを有する。ステータ２２は、圧縮セクション１２
からの冷却空気などの冷却流体用の第１の環状プレナム
７４を有し、この第１の環状プレナム７４は、外径領域
７２の周囲で周方向に延びる。冷却空気用の第２の環状
プレナム７６は、ステータの内径領域７０の周囲で周方
向に延在する。各ステータベーン４６は、ベーン４６の
内部をプレナムと流体的に連通させる少なくとも１つの
開口部を各端部に有し、これらの開口部を通して冷却空
気がベーン４６に供給される。これらの開口部は、外側
プラットフォーム４６に隣接する開口部７８と、内側プ
ラットフォーム５４に隣接する開口部８２として示され
ている。
【００２７】図３は、隣接するステータベーン４６ａ，
４６ｂの部分的な概略図であり、外側プラットフォーム
４８ａ，４８ｂを一部示している。プラットフォーム４
８ｂの設置位置は、破線によって示されている。図２，
図３に示すように、ステータベーン４６の各プラットフ
ォームは、更にスロットを有する。スロットは、フェザ
ーシールスロット８４，８６及び外側プラットフォーム
４８における延長スロット８８、フェザーシールスロッ
ト９２，９４及び内側プラットフォーム５４における延
長スロット９６として示されている。隣接するベーンの
対となったフェザーシールスロットは、フェザーシール
部材９８として示される対応するフェザーシール部材を
受け入れるように周方向に面している。各フェザーシー
ル部材９８は、設置状態において、隣接する対となった
ステータベーン４６ａ，４６ｂの間で延在する。フェザ
ーシール部材９８は、軸方向のレッグ部１０２と径方向
レッグ部１０４とを有する。フェザーシール部材９８
は、対応するステータベーン４６と摺動可能に係合し、
隣接するベーン間の間隙Ｇにシールを提供する。ステー
タベーン４６及びフェザーシール部材９８は、作動媒体
流路１８とプレナム７４との間で周方向に連続するバリ
アを実質的に形成し、フェザーシール部材９８は、間隙
Ｇを閉鎖するとともに、エンジンの運転状態に応答して
ステータアセンブリが内向きまたは外向きに移動するの
に従ってベーン上で摺動する。
【００２８】図４は、対となった隣接するステータベー
ン４６ａ，４６ｂの下方からの斜視図である。エアフォ
イル５８は、前縁５９と後縁６０の間で延びる、負圧面
１０６及び正圧面１０８などの流れを導く面を有する。
【００２９】図２，図５で示しているように、外側プラ
ットフォーム４８は、前縁１１２を有する。後縁１１４
は、後縁１１４に対して垂直に測定した距離Ｃｒだけ前
縁１１２から軸方向に離間されている。プラットフォー
ム４８の前縁１１２及び後縁１１４は、設置状態におい
てエンジンの軸Ａに垂直な径方向の平面内に含まれる。
プラットフォーム４８は、負圧側面１１６と正圧側面１
１８とを有する。１つのプラットフォームの負圧側面１
１６は、隣接するプラットフォームの正圧側面１１８に
面している。各側面１１６，１１８は、前縁１１２と後
縁１１４との間で延びている。正圧側面１１８は、負圧
側面１１６から幅Ｗｐｌだけ横方向に（ｌａｔｅｒａｌ
ｌｙ）離間される。この幅Ｗｐｌは、プラットフォーム
の後縁１１４に平行な線に沿って測定される。
【００３０】外側プラットフォーム４８は、エアフォイ
ル５８の前方に前縁領域１２２を有する。外側プラット
フォームは、また、エアフォイル５８が延びる翼弦中間
領域１２４を有する。外側プラットフォームは、更に、
翼弦中間領域１２４の後方に後縁領域１２６を有する。
プラットフォームの後縁領域１２６は、最も後方の接続
レール６８から後縁まで後方に延びる。
【００３１】内側プラットフォーム５４は、前縁１３２
を有する。後縁１３４は、後縁１３４に対して垂直に測
定して距離Ｃｒだけ前縁１３２から軸方向に離間されて
いる。プラットフォームの前縁１３２及び後縁１３４
は、設置状態において、それぞれエンジンの軸Ａに垂直
な径方向の平面内に含まれる。内側プラットフォーム
は、負圧側面１３６と正圧側面１３８とを有する。１つ
のプラットフォームの負圧側面１３６は、隣接するプラ
ットフォームの正圧側面１３８に面している。各面１３
６，１３８は、前縁１３２と後縁１３４との間で延び
る。正圧側面１３８は、負圧側面１３６から幅Ｗｐｌだ
け横方向に離間されている。この幅Ｗｐｌは、プラット
フォームの後縁１３４に平行な線に沿って測定される。
外径プラットフォーム４８の幅Ｗｐｌと内径プラットフ
ォーム５４の幅Ｗｐｌとは、等しくない。
【００３２】内側プラットフォーム５４は、エアフォイ
ル５８の前方に前縁領域１４２を有する。内側プラット
フォームは、また、エアフォイル５８が延びる翼弦中間
領域１４４を有する。内側プラットフォームは、更に、
翼弦中間領域１４４の後方に後縁領域１４６を有する。
プラットフォームの後縁領域１４６は、最も後方の接続
レール６４から後縁まで後方に延びる。
【００３３】図５は、図４に示したステータベーン４６
の拡大斜視図であり、後縁領域１２６，１４６において
ベーンを部分的に切り欠いてある。外側プラットフォー
ム４８は、冷却空気のために外側プレナム７４と流体的
に連通する外側開口部７８を有する。内側プラットフォ
ーム５４は、負圧側開口部８２ｓと正圧側開口部８２ｐ
を有する。それぞれの開口部８２ｓ，８２ｐは、内側冷
却空気プレナム７６と流体的に連通する。それぞれのプ
ラットフォームの後縁領域１２６，１４６において、外
側プラットフォーム４８の内部に設けられた内部開口部
１４８と内側プラットフォーム５４の内部に設けられた
内部開口部１５２によって、それぞれの後縁領域と対応
する冷却空気用のプレナムとが流体的に連通している。
【００３４】図６は、図５の矢印６の方向からみたステ
ータベーン４６の内側プラットフォーム５４の下方から
の図である。プラットフォームは、その後縁領域１４６
を示すように切り欠いてある。プラットフォームは、後
縁領域において、２つの側面の間に延在する第１の壁１
５４を有する。第１の壁１５４は、プラットフォームを
内側プレナム７６と流体的に連通させる開口部１５２を
有する。プラットフォームは、後縁１３４に隣接する第
２の壁１５６を有し、この第２の壁１５６は、側面１３
６，１３８の間で横方向に延在し、かつ第１の壁１５４
から軸方向に離間されており、第１の壁１５４との間に
冷却流体用のキャビティ１５８を形成する。このキャビ
ティ１５８は、翼幅方向に面する一対の壁によって翼幅
方向に境界づけられている。このような壁１６０の一方
は、図５に示されている。壁１６０は、ガス流路面５６
から翼幅方向に離間されている。プラットフォームは、
負圧側面壁１６２を有する。この負圧側面壁１６２は、
第１の壁１５４から第２の壁１５６まで延びて、キャビ
ティ１５８をプラットフォームの負圧側面で横方向に境
界づける。負圧側面壁の一部は、ベーンのプラットフォ
ームの負圧側面１３６と実質的に平行に延在する。正圧
側面壁１６４は、第１の壁１５４から第２の壁１５６ま
で延びて、キャビティ１５８を正圧側面で横方向に境界
づける。
【００３５】正圧側面壁１６４は、正圧側面壁１６４か
ら負圧側面壁１６２に向かって横方向に延在する単一の
リブ１６６を有する。このリブは、第１の壁１５４及び
第２の壁１５６から軸方向に離間されているとともに、
キャビティ１５８内で冷却流体用の蛇行流路１６８を形
成する。この流路は、プラットフォームに亘って実質的
に横方向に延びる第１の（前方）パス１６９と後方パス
１７０とを有する。流路には、図５に示しているよう
に、複数のトリップストリップ１７１がガス流路面の下
側で壁１６０に設けられている。これらのトリップスト
リップ１７１は、直線状もしくは山形である。流路１６
８は、流路の中心線に沿って測定した長さＬを有し、こ
の長さは、プラットフォームの幅Ｗｐｌの５／４以下で
ある（Ｌ≦１．２５Ｗｐｌ）。流路１６８は、流路の中
心線に垂直に測定した幅Ｗｐａを有する。この幅は、比
較的広く、プラットフォームの幅Ｗｐｌの１０％〜１５
％の範囲である（０．１Ｗｐｌ≦Ｗｐａ≦０．１５Ｗｐ
ｌ）。
【００３６】リブ１６６は、第１の壁１５４から軸方向
に、かつ負圧側面壁１６２から横方向に離間されてお
り、これらの間に第１の湾曲領域１７２を形成してい
る。リブ１６６は、第１の壁１５４の方向、即ち運転状
態において冷却空気が流れてくる方向に曲がった突出部
１７４を有する。角度を有する突出部１７４によって、
流路は鋭角ａで曲がっている。第１の湾曲領域は、その
後、１８０度の角度ｂに亘って更に曲がっている。
【００３７】突出部１７４は、負圧側面壁１６２に平行
な壁１７６を有し、この壁は、エアフォイルの負圧側面
１３６及び負圧側面壁に対して実質的に平行に延びる。
これらの２つの壁１６２，１７６は、流路１６８内の流
れを、プラットフォームの負圧側面に隣接する位置にお
いて後縁１３４に隣接する第２の壁１５６に対して導
き、この流れは、鋭角ｃを有する第２の湾曲領域１７７
を通過する。
【００３８】図６で示すように、運転状態において流路
からプラットフォームの外部へと冷却空気を流出させる
ように複数の出口管路１７８，１８２が設けられてい
る。複数の出口管路は、フィルム冷却管路１７８として
示される少なくとも１つのフィルム冷却管路を含み、こ
れらのフィルム冷却管路は、プラットフォームのガス流
路面５６と流体的に連通している。複数の出口管路は、
更に、後縁管路１８２として示される少なくとも１つの
後縁管路を含み、この後縁管路は、流路の後方パス１７
０からステータベーンの後縁１３４まで延びている。
【００３９】実施例では、流路の最も後方の部分（後方
パスまたは後方レッグ部１７０）は、プラットフォーム
の面と流体的に連通しており、４つのフィルム冷却管路
１７８は、運転状態において総流路断面積Ａｒｆｃと関
連する流れ特性（流動率）Ｃｒｆｃを有する。総流路断
面積とは、４つのフィルム冷却管路の面積の和である。
更に、最も後方のレッグ部１７０の上流の流路の一部
は、第１の湾曲領域１７２に設けられた３つのフィルム
冷却管路１７８によってプラットフォームの面と流体的
に連通している。これらのフィルム冷却管路１７８は、
運転状態において、総流路断面積Ａｐｆｃと関連する流
れ特性Ｃｐｆｃを有する。従って、プラットフォームの
内部から内側プラットフォームの外部へは、７つの冷却
管路のみが延びており、残りの流れは、プラットフォー
ムのガス流路面と流体的に連通していない、後縁に設け
られた他の出口管路を通して放出される。他の出口管路
とは、後方レッグ部に流入する冷却流体を後縁で放出す
る４つの後縁管路１８２であり、これらの後縁管路は、
総流路断面積Ａｒｔｅと関連する流れ特性Ｃｒｔｅを有
する。図６で示した実施例では、総流路断面積Ａｒｔｅ
が、最初の出口管路（最後のレッグ部の出口管路１７８
または１８２のいずれか）に隣接した最後のレッグ部の
位置Ａにおける流路断面積Ａｒｐａの約７％に等しくな
るように選択される。後方レッグ部からガス流路面まで
延びるフィルム冷却孔の面積Ａｒｆｃは、後方レッグ部
の流路断面積Ａｒｐａの約６％である。第１の湾曲領域
におけるフィルム冷却孔の流路断面積Ａｐｆｃは、後方
レッグ部の流路断面積Ａｒｐａの約５％である。
【００４０】リブ及び壁は、協同して互いに対して連続
的に配置された複数のレッグ部を形成する。流路のレッ
グ部は、流れが流路を通って移動するのに従って流れを
受け入れ、この流れは、プラットフォームの後縁領域に
おける２つのパスを通過するだけでこれらの複数のレッ
グ部を通過する。レッグ部は、第１のレッグ部１８４、
第２のレッグ部１８６、最も後方のレッグ部即ち後方レ
ッグ部１７０、及び第４のレッグ部１８８を含む。後方
レッグ部は、後方パスと同一の広がりを有する。第１の
レッグ部１８４は、下流側で隣接する第２のレッグ部に
対して角度α（α＝ａ＋ｂ）で設けられている。後方レ
ッグ部は、流路の最も後方のレッグ部であり、上流側で
隣接するレッグ部に対して角度ｃで設けられている。こ
の特定の実施例では、この上流側で隣接するレッグ部
は、第２のレッグ部１８６である。後方レッグ部１７０
は、後縁１３４に平行に測定したプラットフォームの幅
Ｗｐｌの幅の半分以上に亘って横方向に延びている。
【００４１】第４のレッグ部１８８によって、第１の壁
１５４を貫通する開口部１５２が第１のレッグ部１８４
と流体的に連通している。従って、第４のレッグ部１８
８は、流路の入口セクションを構成する。図７は、図６
の線７−７に沿った流路１６８の断面図である。流路
は、約０．２００インチ（５．０８ミリ）の幅Ｗｐａと
０．１００インチ（２．５４ミリ）の高さＨｐａを有す
る。流路は、通常、約１／２のＨｐａ／Ｗｐａ縦横比を
有する。
【００４２】第４のレッグ部１８８は、プラットフォー
ムの正圧側面壁に隣接しており、プラットフォーム１３
８の正圧側面に対して実質的に平行に延びている。第３
の湾曲領域１９２が第４のレッグ部１８８と第１のレッ
グ部１８４との間に設けられている。流路は、第３の湾
曲領域１９２において、９０度よりも大きい角度ｄに亘
って湾曲し、その後、直線状の第１のレッグ部１８４に
沿って延びる。上述のように、第１の湾曲領域１７２
は、第１のレッグ部１８４を第２のレッグ部１８６へと
連続的に接続する。第１の湾曲領域１７２は、１８０度
よりも大きい和を有する角度に亘って流路を湾曲させ
る。第１の湾曲領域１７２の後には、流路の直線状の第
２のレッグ部１８６が続き、その後に第２のレッグ部１
８６と後方レッグ部１７０との間に設けられた第２の湾
曲領域１７７が続いている。第２の湾曲領域１７７は、
４５度より大きい鋭角で流路を湾曲させる。
【００４３】図８は、図６に示した内側プラットフォー
ム５４の他の実施例であり、後縁と流体的に連通する単
一の後縁管路１８２を有している。この点を除くと、図
６に示す実施例と同様である。冷却空気は、エアフォイ
ルの正圧面及び隣接するエアフォイルの負圧面に隣接し
て、噴流即ち加圧された流れとして放出される。
【００４４】図９は、図６に示した内側プラットフォー
ム５４のまた他の実施例である。プラットフォームは、
フェザーシールスロットの延長部まで横方向に延びる単
一の後縁管路１９４を有する。フェザーシールスロット
の延長部には、フェザーシールは配置されていない。こ
れにより、フェザーシール１９６は、隣接するフェザー
シールスロット９６の延長部（９６ａ，９６ｂなど）と
協同して、両方のベーン４６ａ，４６ｂにおいて後縁１
３４ａ，１３４ｂまで後方に延びる後縁管路１９８を形
成する。
【００４５】図１０Ａは、図５の矢印１０の方向からみ
た、外側プラットフォーム４８の上方からの後縁領域１
２６の断面図である。図１０Ａに示すように、外側プラ
ットフォームは、後縁領域において流路２０２を有し、
この流路は、第１の湾曲領域と第２の湾曲領域とを通る
２つのパス２０４，２０６を含む。この流路は、後方レ
ッグ部で急速に先細となり、図９で示した実施例の後縁
管路と同様に、横方向に延びる横方向の管路２１２で終
端となっている。フェザーシールスロットの延長部８８
は、図９の後縁管路１９８と同様の後縁管路２１４を形
成する。
【００４６】図３は、上述したように、図４に示した２
つの隣接するステータベーン４６ａ，４６ｂの斜視図で
ある。図３は、フェザーシールスロット８４，８６の関
係と、図１０Ａに示している横方向に延びる管路２１２
へのフェザーシールスロットの延長部８８と、を示して
いる。図１０Ａ，図３に示しているように、管路は、ベ
ーン４６ａの正圧側面で延びている。管路は、フェザー
シールスロットの延長部８８ａ，８８ｂと流体的に連通
する。フェザーシール部材９８は、延長部の上流端を塞
ぐ。フェザーシール部材９８と延長部とは、後縁管路２
１４ａ、２１４ｂを構成し、これらの後縁管路２１４
ａ，２１４ｂは、冷却空気が外側プラットフォーム４８
の後方レッグ部もしくは後方パス２０６から放出された
後に、冷却流体を後方へと送るように後縁１１４まで延
びる。
【００４７】図１に示したガスタービンエンジン１０の
運転時には、作動媒体ガスがエンジンの一次流路１８に
沿って及び燃焼セクション１４を通って流れる。作動媒
体ガスは、ガスの温度を上昇させるために燃料とともに
燃焼される酸素を含む。このような熱いガスは、燃焼セ
クション１４のすぐ下流のステータベーン４６の列を通
過し、タービンセクション１６を通って膨張する。作動
媒体ガスの境界層が、外側プラットフォーム４８及び内
側プラットフォーム５４のガス流路面５２，５６に形成
される。
【００４８】圧縮セクション１２からの冷却空気は、内
側プラットフォーム５４に隣接する環状の内側プレナム
７６へと流れる。冷却空気は、プラットフォームの後縁
領域１４６における流路のレッグ部１８８，１８６，１
８４，１７０を通して２つのパス１６９，１７０へ流れ
る。冷却空気は、エアフォイルを対流冷却するととも
に、ある程度フィルム冷却に用いられる。流路の流れ特
性Ｃｐａ、フィルム冷却管路の流れ特性Ｃｐｆｃ，Ｃｒ
ｆｃ、及び後縁管路の流れ特性Ｃｒｔｅは、ステータベ
ーンが耐久性を有するための基準冷却空気流が得られる
ように決定される。この実施例では、ベーンが耐久性を
有する状態の冷却空気の流れは、エンジンの海面離陸
（ＳＬＴＯ）条件で要求される流れと類似する。この条
件では、ベーンの正圧側開口部に流入する冷却空気の少
なくとも半分が流路を通って流れる。この特定の実施例
では、冷却空気流の約６０％が流路に流入する。
【００４９】冷却空気が流路に流れるのに従って、流路
に流入する冷却空気の６０％以上が後縁に隣接する流路
の後方レッグ部を通って放出される。開示した実施例で
は、空気の約３／４がこのように放出される。
【００５０】流路１６８に流入する冷却空気の約１／４
のみが、第１の湾曲領域１７２で放出される。冷却空気
は、プラットフォームの上流部分で３つのフィルム冷却
管路１７８から放出される。この位置での空気流の放出
は、後縁に隣接するフィルム冷却管路から放出される空
気流よりも、隣接するガス流路面５６に形成される境界
層により大きく侵入する。境界層のこの部分へと冷却空
気を放出することは、ステータベーンの空力的効率に悪
影響を与えるので避けることが望ましい。後方パス（後
方レッグ部１７０）から外向きに延びる４つのフィルム
冷却管路１７８は、空力的な効率に与える影響がより小
さい。これは、これらの管路による流路への侵入によっ
て、ステータベーンの後方のより重要でない位置におけ
るプラットフォームの境界層の小さい部分のみが妨害さ
れるからである。
【００５１】従って、冷却空気の流れが流路を通って流
れるに従って、流れの約７０％〜８０％が流路の後方レ
ッグ部１７０の管路１７８，１８２から放出される。後
方レッグ部における後縁管路及びフィルム冷却管路の流
れ特性Ｃｒｔｅ，Ｃｒｆｃは、後方レッグ部１７０に流
入する流れの約半分（５５％）が後縁管路１８２を通し
て放出され、流れの約半分（４５％）がフィルム冷却管
路１７８を通して放出されるように定められる。後縁管
路１８２において、期待される流れの範囲は、後方レッ
グ部１７０に流入する流れの約４０〜６０％であり、流
れの残りの部分は、フィルム冷却管路１７８を通して放
出される。更に、後方レッグ部１７０の上流のフィルム
冷却孔１７８の流れ特性は、流路に流入する流れの約２
５％（即ち、２０〜３０％）のみが、第１の湾曲領域１
７２における３つのフィルム冷却管路１７８を通して放
出されるように選択される。このようなフィルム冷却管
路と後縁管路との組み合わせにより、これらの管路を通
してステータベーンの負圧側面に提供されるフィルム冷
却及び対流冷却の流れのレベルが、ステータベーンの後
方レッグ部１７０の後縁におけるフィルム冷却及び対流
冷却の流れのレベルよりも小さくなる。
【００５２】後縁管路１８２を通して放出される冷却空
気は、内側プラットフォーム５４の正圧側面１３８によ
り近い位置から後方に放出される。この流れは、隣接す
るロータアセンブリ３２のロータブレード３６の回転方
向の速度成分を有する。後縁管路の流れ特性Ｃｒｔｅ
は、冷却空気が、加圧下で噴流もしくはストリームとし
て放出され、プラットフォームの後縁１１４に形成され
る境界層を確実に貫くように定められる。このような噴
流は、下流側のロータブレードのプラットフォーム３８
に亘って延びる冷却空気のフィルムとなる。これによ
り、ロータブレードにフィルム冷却が提供され、ロータ
ブレードのプラットフォームの一部が熱い作動媒体ガス
から保護される。従って、後縁管路１８２を通じて冷却
空気の流れの約４０％を放出することによって、流路１
６８に流入する空気の３０％よりも少ない量が第１の湾
曲領域１７２からプラットフォームのガス流路面へと放
出されるとともに、約１／３が後方レッグ部１７０のフ
ィルム冷却孔から放出される。上述したように、これに
よってガス流路面に形成される境界層内に侵入するフィ
ルム冷却空気が減少し、ステータベーンの段の空力的効
率に良好な影響が及ぼされる。
【００５３】本発明の利点は、特に、冷却空気が第１の
湾曲領域１７２を通って流れるのに従って連続する湾曲
部を通ることによって、プラットフォームの側面間にお
いて内部で起こる対流熱伝達である。湾曲部の空力的効
果によって流れに入口効果が生じ、対流熱伝達を増加さ
せる。プラットフォームのこのセクションにおいて対流
熱伝達が増加することで、３つのフィルム冷却管路を通
して提供されるフィルム冷却がプラットフォーム温度に
与える効果が高まる。このような効果は、継続し、突出
部１７４と残る湾曲部によってさらに高まる。湾曲部の
角度の和は、１８０度よりも大きく、流れがリブ１６６
上の突出部１７４の方向に導かれるに従って流れが移動
する角度ａを含む。この突出部による流れの分断は、流
れにおける乱流をかなり増加させ、これにより、対流熱
伝達率が増加し、プラットフォームの負圧側面におい
て、３つのフィルム冷却管路によって提供されるフィル
ム冷却のレベルが許容される程度の対流熱伝達レベルが
提供される。流れは、続いて第２のレッグ部１８６を通
過し、この第２のレッグ部は、流れを再度方向づけると
ともに、この流れを第２の（後縁）壁１５６における鋭
角の湾曲部に向かって導く。これによって、後縁の負圧
側面及び角部に向かって流れが再度移動し、プラットフ
ォームのこの領域においてプラットフォームから冷却流
体へと熱が伝達される。その後、流れは、後方レッグ部
１７０を通って横方向に進む。
【００５４】後方レッグ部は、流路１６８の幅に亘って
ガス流路壁１６０上に延びる山形のトリップストリップ
１７１を含む。これらのトリップストリップ１７１は、
互いに反対方向に回転する渦Ｖ１，Ｖ２の形成を促進す
るように、空気が流れてくる方向とは反対に、即ち下流
に向いており、これらの渦は、プラットフォームの壁を
こすって対流熱伝達率を増加させる。流路は、流れが後
方レッグ部に沿って移動するのに従って、流れの速度と
レイノルズ数（流体における粘性と運動量との比）が増
加して、対流熱伝達率が増加するように横方向で先細と
なっている。上述したように、続いて、流れは、フィル
ム冷却管路１７８及び後縁管路を通して放出される。
【００５５】本発明のまた他の利点は、２つのパス１６
９，１７０のみを用いてステータベーン４６の後縁領域
１２６において冷却を提供することである。レール６４
の下流側のこれらの２つの流路は、冷却空気とプラット
フォームの壁との間の温度勾配を提供し、この温度勾配
は、第１の湾曲領域において、後縁領域に２つ以上のパ
スを含む複数のパスの構成よりも大きい。第１の湾曲領
域に到達するまでの流路１６８の長さ（即ち、冷却空気
にさらされる熱伝達領域）は、第１の湾曲領域における
壁と冷却空気との間の温度勾配に対して、流路の数が与
える影響の１つの指標である。熱伝達効果を有する流路
長さを示す無次元の測度の１つでは、後縁領域における
蛇行流路の長さと後縁領域の幅とを比較する。流路１６
８の長さは、プラットフォームの幅Ｗｐｌの３／２より
も小さく、開示された構成では、プラットフォームの幅
の５／４よりも小さい。更に、流路の高さ対幅の縦横比
は、比較的小さい。流路は、先細でない部分において、
約１／２の高さ対幅の比を有する。
【００５６】本発明によって、比較的短く、かつ比較的
幅の広い流路が形成され、この流路は、エアフォイルの
ガス流路面に流れる冷却空気の量を減少させるように、
プラットフォームの重要な領域において大きい湾曲部や
突出構造体を有し、ステータベーンの空力的効果に関す
る利点を伴う。また、流路のこのような大きさは、多く
の狭い流路を有する構成に比べて容易に鋳造することが
できる。
【００５７】図１０Ａに示すように、冷却空気は、ステ
ータベーン外側プラットフォーム４８ａの管路２１２か
ら隣接するステータベーン４８ｂの負圧面１１６ｂに対
して横方向に放出され、続いて下流のロータブレードの
列にフィルム冷却を提供するように後方に放出される。
この構成の利点は、特に、１つのステータベーンの正圧
面からの冷却空気が、隣接するステータベーンの負圧面
の衝突冷却に利用される点である。これにより、隣接す
るステータベーンのガス流路面に上流位置でフィルム冷
却孔を設ける必要性が少なくなる。従って、このような
対となったステータベーンの冷却方法は、第１のステー
タベーン４６ａにプラットフォーム４８を形成するとと
もに、隣接する（第２の）ステータベーン４６ｂにプラ
ットフォーム４８ｂを形成するステップを含み、これら
の各ベーンは、それぞれフェザーシールスロット８６
ａ，８６ｂとフェザーシールスロットの延長部８８ａ，
８８ｂとを有する。続いて、フェザーシールスロットを
形成するステップが行われ、このステップは、一方また
は両方のステータベーンのスロットを後縁まで延長する
ことを含む。このスロットは、放電加工（ＥＤＭ）や研
削などの機械加工によって形成可能である。プラットフ
ォームの側面に他のスロットを特別に形成することより
も、スロットを延長することの方が単純である。
【００５８】従って、ステータベーンとその下流のロー
タブレードの冷却方法の利点は、特に、単にフェザーシ
ールスロットの延長部を形成することで後縁管路を構成
するという単純性である。フェザーシールスロットは、
径方向のフェザーシールスロットと交差した後ですぐ終
端となるのではなく、機械加工中に単に延長される。
【００５９】開示した実施例における次のステップは、
プラットフォームから径方向（翼幅方向）に延びるフェ
ザーシールスロット８４をレールに形成することであ
る。この径方向のフェザーシールスロットは、第１のフ
ェザーシールスロットと交差する。第１のフェザーシー
ルスロット８６ａ，８６ｂ内に第１のレッグ部１０２が
配置されるフェザーシール部材９８がスロット内に配置
される。第１のレッグ部１０２は、エアフォイルの後縁
の延長部８８ａ，８８ｂ内まで延びない。フェザーシー
ル部材９８は、第１のレッグ部と一体となった径方向に
延びる第２のレッグ部１０４を有する。従って、フェザ
ーシール部材は、第２のフェザーシールスロット内に配
置されることで、軸方向で捕捉される。
【００６０】本発明の方法は、プラットフォームの内部
に出口管路２１２ａを形成することを含み、この出口管
路２１２ａは、後縁に隣接するとともにプラットフォー
ムに亘って延びる後方レッグ部２０６を含む。運転状態
において、後方レッグ部２０６を通して第１のベーンか
ら冷却空気が送られる。後方レッグ部２０６内の横方向
の流れは、出口管路２１２ａ及び管路内を通る流れと一
致する。本発明の方法は、運転状態における出口管路内
の流れが、第２のベーンのプラットフォームの負圧面１
１６ｂに衝突する流れを形成するように管路を方向づけ
ることを含む。衝突とは、流れによって面に衝突冷却が
提供されるように、流れが面に衝突もしくは近接するよ
うに流れる状態を意味する。
【００６１】本発明の方法は、フェザーシールスロット
の延長部で冷却空気の噴流を生じさせるように、スロッ
トによって構成された後縁管路２１４を通して冷却空気
を後方に流すことを含む。冷却空気の噴流または流れ
は、隣接する下流構造体に向けられ、この下流構造体に
フィルム冷却を提供する。他の実施例では、フェザーシ
ールスロットの延長部を利用して冷却流路を構成する方
法には、延長部においてフェザースロットの端部をブロ
ックしてフェザーシールスロット内でのフェザーシール
部材の後方への移動を阻止することや、各プラットフォ
ームの後縁からフェザーシールスロットまで達しない延
長部に相当するものを機械加工することが含まれる。図
１０Ｂに示すように、スロットの延長部は、１つのステ
ータベーンのプラットフォームのみに形成することがで
きる。例えば、プラットフォーム４８ａに延長部を設け
ないで、プラットフォーム４８ｂだけに設けることがで
きる。
【００６２】本発明の利点は、特に、流路２１２ａから
の冷却空気を、これに面する隣接するエアフォイルの負
圧面１１６ｂに衝突させることによって得られる熱伝達
である。この効果は、フェザーシールスロットの延長部
８８ｂを境界づけるプラットフォーム構造体によって、
プラットフォーム４８ｂの負圧側面において更に高めら
れる。スロットを境界づける構造体は、プラットフォー
ムの厚い部分から横方向に延びて縦横比の低いチャネル
を形成し、これにより、水力直径が減少することで熱伝
達が増加する。
【００６３】運転状態によっては、間隙Ｇが僅かに開口
して、冷却空気が間隙Ｇを通して外向きに放出可能とな
る。これにより、プラットフォームの負圧側面及び正圧
側面にフィルム冷却が提供される。エンジンの特に過酷
な運転状態は、海面離陸（ＳＬＴＯ）運転状態である。
この状態では、エンジンがアイドルスラスト状態から海
面離陸用の非常に高いスラスト状態まで急速に加速す
る。アイドル時の隣接するステータベーン間の間隙Ｇ
は、巡航時に生じる間隙Ｇに比べて比較的小さい。巡航
時の間隙Ｇは、作動媒体流路１８から外側ケースへの熱
伝達に応答して外側ケースが外向きに移動し、ステータ
ベーンの列を直径がより大きくなるように移動させるこ
とによって生じる。海面離陸時における燃焼室からター
ビンセクションへの熱い作動媒体ガスの急な増加によっ
て、流路に近接するロータブレードの表面温度が急速に
上昇する。同時に、ロータブレードは、ロータアセンブ
リの回転速度が急激に増加するのに従って過渡的な力を
受ける。この運転状態では、フェザーシールスロットを
通じて少量の冷却空気のみが失われる。これにより、巡
航時よりもフェザーシールスロットの延長部により多く
の空気が導かれる。冷却空気は、周辺部に離間された冷
却空気の噴流を形成するように後方に導かれる。ロータ
ブレードがこれらの噴流を通過すると、冷却空気のフィ
ルムが発達し、下流のロータブレードのプラットフォー
ムの前縁への熱伝達を減少させる。定常状態における間
隙Ｇは、海面離陸時よりも大きく開き、冷却空気の一部
が外側に流出してステータベーンの表面を保護する冷却
空気のフィルムを形成し、残りの冷却空気がロータブレ
ードをフィルム冷却する。
【００６４】その詳細な実施例に沿って本発明を開示及
び説明したが、当業者であれば分かるように、請求項に
開示された本発明の趣旨及び範囲から逸脱することな
く、その形態や詳細に種々の変更を加えることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転軸Ａｒを有するターボファンガスタービン
エンジンなどの回転機械の側面図である。
【図２】図１のガスタービンエンジンの燃焼セクション
及びタービンセクションを部分的に示すように一部切り
欠いた拡大断面図である。
【図３】隣接するステータベーンの正圧面及び負圧面に
形成されたスロットとフェザーシール部材との関係を示
す図２に示した外側プラットフォームの斜視図である。
【図４】図２に示したタイプの対となったステータベー
ンの斜視図である。
【図５】図４で示したステータベーンの後縁領域に設け
た冷却流路を示す一部切り欠き説明図である。
【図６】図５で示したステータベーンの後縁領域の下方
からの一部切り欠き説明図である。
【図７】図６の線７−７に沿った一部切り欠き断面図で
ある。
【図８】図６の他の実施例を示す説明図である。
【図９】図６の他の実施例を示す説明図である。
【図１０】図１０Ａは、矢印１０の方向からみたステー
タベーンの外側プラットフォームの後縁領域の上方から
の説明図であり、図１０Ｂは、図１０Ａの他の実施例で
ある。
【符号の説明】
１３４…後縁 １６８…蛇行流路 １６９…第１の（前方）パス １７０…後方パス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギャリー ディー．ステュウバー アメリカ合衆国，オハイオ，ラヴランド, ウィロウ ドライヴ 10270 (72)発明者 ダニエル イー．カイン アメリカ合衆国，コネチカット，トルラン ド，マイル ヒル ロード 92 (72)発明者 ブライアン メリー アメリカ合衆国，コネチカット，ミドルタ ウン，フォレスト グレン サークル １ −18

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軸Ａと作動媒体ガス用の流路を有する回
    転機械用の冷却可能なステータベーンであって、該ステ
    ータベーンは、冷却流体用の供給プレナムと流体的に連
    通するように設けられているとともに、前記作動媒体流
    路内に径方向外向きに延びるエアフォイルを有してお
    り、該エアフォイルは、前縁と、後縁と、これらの縁の
    間で延びる負圧面及び正圧面などの流れを導く面と、を
    有し、前記ステータベーンは、該ステータベーンと支持
    部とを係合させるとともに後縁に隣接するレールを有
    し、かつ前記作動媒体流路を境界づける構造体を有して
    おり、 流路を境界づけるガス流路面を有するプラットフォーム
    を有し、該プラットフォームは、 前縁と、該前縁から軸方向に離間された後縁と、 負圧側面と、該負圧側面から横方向に離間された正圧側
    面と、 エアフォイルの前方の前縁領域と、前記エアフォイルが
    延びる翼弦中間領域と、前記プラットフォームの最も後
    方のレールから後方に延びる後縁領域と、 前記後縁領域において前記側面の間で横方向に延びると
    ともに、前記プラットフォームと前記プレナムとを流体
    的に連通させる開口部を有する第１の壁と、 前記後縁に隣接して前記側面の間で横方向に延びるとと
    もに、前記第１の壁から軸方向に離間されており、該第
    １の壁との間に冷却流体用のキャビティを形成する第２
    の壁と、 前記ベーンの前記プラットフォームの前記正圧側面に隣
    接して、前記キャビティを境界づけるように前記第１の
    壁から前記第２の壁まで延びる正圧側面壁と、 前記ベーンの前記プラットフォームの前記負圧側面に隣
    接して、前記キャビティを境界づけるように前記第１の
    壁から前記第２の壁まで延びる負圧側面壁と、 前記正圧側面壁から前記負圧側面壁に向かって横方向に
    延びるとともに、前記キャビティ内に第１のパスと第２
    のパスとを含む冷却流体用の蛇行流路を形成するように
    前記第１の壁及び前記第２の壁から軸方向に離間されて
    おり、かつ前記第１の壁から軸方向に離間されるととも
    に前記負圧側面壁から横方向に離間されて間に第１の湾
    曲領域を形成するリブと、 前記流路から前記プラットフォームの外部へと冷却流体
    を導くように設けられるとともに、前記プラットフォー
    ムの前記ガス流路面と流体的に連通する少なくとも１つ
    のフィルム冷却管路と、前記流路と前記後縁との間に延
    びる少なくとも１つの後縁管路と、を含む複数の出口管
    路と、を有しており、 前記リブと前記壁とは、協同して流路を形成し、この流
    路は、互いに連続して配置されるとともに流れが流路を
    通って移動するのに従って流れを連続して受け入れる２
    つのパスと複数のレッグ部とを有し、前記後縁に隣接す
    る第２のパスは、前記後縁領域の上流部分を通る第１の
    パスにおいて加熱された冷却流体を受け入れ、 最も後方のパスの上流の流路部分が、総流路断面積Ａｐ
    ｆｃと運転状態において関連する流れ特性Ｃｐｆｃとを
    有する少なくとも１つの前記フィルム冷却管路を通して
    前記プラットフォームの前記面と流体的に連通してお
    り、 前記後方パスは、総流路断面積Ａｒｆｃと運転状態にお
    いて関連する流れ特性Ｃｒｆｃとを有する少なくとも１
    つの前記フィルム冷却管路を通して前記プラットフォー
    ムの前記面と流体的に連通しているとともに、前記後方
    パスに流入する冷却流体を前記後縁で放出するように総
    流路断面積Ａｒｔｅと関連する流れ特性Ｃｒｔｅとを有
    する少なくとも１つの前記後縁管路を通して前記プラッ
    トフォームの前記後縁と流体的に連通しており、 前記面積及び前記関連する流れ特性は、前記流路に流入
    する冷却流体の６０％より多い量が最も後方の前記レッ
    グ部から前記プラットフォームの外部へと流れて、隣接
    するタービン構造体を冷却するとともに前記後縁領域に
    フィルム冷却を提供し、かつエンジンの運転状態におい
    て、前記蛇行流路に流入する冷却流体の４０％より少な
    い量が最も後方の前記レッグ部の上流で作動媒体ガス用
    の流路内に放出されるように設定され、前記湾曲領域
    は、前記プラットフォームの前記負圧側面壁に隣接する
    位置に設けられており、この位置における対流冷却を増
    加させることを特徴とする回転機械用の冷却可能なステ
    ータベーン。
  2. 【請求項２】 前記負圧側面と正圧側面とは、前記プラ
    ットフォームの前記後縁に平行な線に沿って測定した幅
    Ｗｐｌによって離間されており、 前記流路は、前記流路の中心線に垂直に測定した幅Ｗｐ
    ａを有し、この幅Ｗｐａは、前記プラットフォームの前
    記幅Ｗｐｌの１０％〜１５％の範囲（０．１Ｗｐｌ≦Ｗ
    ｐａ≦０．１５Ｗｐｌ）にあるとともに、前記流路の前
    記中心線に沿って測定した長さＬを有し、この長さＬ
    は、前記プラットフォームの幅の３／２以下（Ｌ≦１．
    ５Ｗｐｌ）であることを特徴とする請求項１記載の回転
    機械用の冷却可能なステータベーン。
  3. 【請求項３】 前記第１の湾曲領域は、１８０度より大
    きい和を有する角度に亘って湾曲するように、前記第１
    のパスを前記第２のパスへと連続的に接続しており、こ
    れにより、前記湾曲領域において対流熱伝達が提供され
    ることを特徴とする請求項１記載の回転機械用の冷却可
    能なステータベーン。
  4. 【請求項４】 前記リブは、前記第１の湾曲領域におい
    て突出部を有し、該突出部は、前記流路が鋭角に曲がる
    ように、運転状態において前記第１の壁と流れが流れて
    くる方向に対して角度を有し、その後の湾曲領域は、１
    ８０度の湾曲部を有し、前記リブ上の前記突出部は、該
    突出部と前記流れとが、乱流を生じるように相互に作用
    するのに従って、前記プラットフォームから前記冷却流
    体への熱伝達を提供し、該突出部は、前記流れを比較的
    大きい湾曲領域内において分流するために該流れの流れ
    てくる方向に対して傾いていることを特徴とする請求項
    ３記載の回転機械用の冷却可能なステータベーン。
  5. 【請求項５】 前記突出部は、前記負圧側面壁の一部に
    平行な壁を有し、該突出部の該壁は、前記エアフォイル
    の負圧面と実質的に平行に、かつ前記負圧側面壁の一部
    に対して平行に延びており、前記プラットフォームの前
    記負圧側面に隣接した位置において、前記流路内の流れ
    を前記後縁に隣接した前記第２の壁に対して導くことを
    特徴とする請求項４記載の回転機械用の冷却可能なステ
    ータベーン。
  6. 【請求項６】 前記壁と前記リブとは、複数のレッグ部
    を形成しており、該レッグ部は、前記リブと前記第１の
    壁との間の第１のレッグ部と、前記リブの前記突出部と
    前記負圧側面壁との間の第２のレッグ部と、前記リブと
    前記第２の壁との間の後方レッグ部と、を含み、前記第
    １のレッグ部は、下流側で隣接する前記第２のレッグ部
    に対してある角度で配置されており、前記後方レッグ部
    は、前記流路の最も後方のレッグ部であるとともに、第
    ２の湾曲領域を形成するその上流側で隣接するレッグ部
    に対してある角度で配置されており、かつ前記後縁に対
    して平行に測定した前記プラットフォームの幅Ｗｐｌの
    半分以上に亘って横方向に延びており、更に、前記流路
    の前記開口部に隣接する第４のレッグ部を含み、該第４
    のレッグ部は、前記プラットフォームの前記正圧側面壁
    に隣接するとともに該プラットフォームの該正圧側面壁
    に対して実質的に平行に延びていることを特徴とする請
    求項５記載の回転機械用の冷却可能なステータベーン。
  7. 【請求項７】 前記後方パスは、前記プラットフォーム
    の前記正圧側面に向かって横方向に延びるに従って、幅
    が減少するように先細となっていることを特徴とする請
    求項１記載の回転機械用の冷却可能なステータベーン。
  8. 【請求項８】 前記流路は、第３の湾曲領域を有し、該
    第３の湾曲領域は、前記第４のレッグ部とその上流側に
    隣接したレッグ部とを連続して接続しており、これによ
    り、前記流路が９０度よりも大きい和を有する角度に亘
    って湾曲していることを特徴とする請求項６記載の回転
    機械用の冷却可能なステータベーン。
  9. 【請求項９】 前記リブは、前記第１の湾曲領域におい
    て突出部を有し、該突出部は、前記流路が鋭角に曲がる
    ように、運転状態において前記第１の壁と流れが流れて
    くる方向に対して角度を有し、その後の湾曲領域は、更
    に、１８０度の湾曲部を有し、前記リブ上の前記突出部
    は、該突出部と前記流れとが、乱流を生じるように相互
    に作用するのに従って、前記プラットフォームから前記
    冷却流体への熱伝達を提供し、該突出部は、前記流れを
    比較的大きい湾曲領域内において分流するために該流れ
    の流れてくる方向に対して傾いていることを特徴とする
    請求項１記載の回転機械用の冷却可能なステータベー
    ン。
  10. 【請求項１０】 前記突出部は、前記負圧側面壁に平行
    な壁を有し、該壁は、前記エアフォイルの前記負圧面に
    実質的に平行で、かつ前記負圧側面壁の一部に対して平
    行に延びており、前記プラットフォームの前記負圧側面
    に隣接した位置において前記後縁に隣接する前記第２の
    壁に対して前記流路内の流れを導くことを特徴とする請
    求項９記載の回転機械用の冷却可能なステータベーン。
  11. 【請求項１１】 前記管路の流路断面積Ａｐｆｃ，Ａｒ
    ｆｃ，Ａｒｔｅは、それぞれ前記後方レッグ部の第１の
    出口流路に隣接する位置における該後方レッグ部の流路
    断面積Ａｒｐａの約４〜１０％の範囲にあることを特徴
    とする請求項１記載の回転機械用の冷却可能なステータ
    ベーン。
  12. 【請求項１２】 前記管路の前記断面積Ａｐｆｃ，Ａｒ
    ｆｃ，Ａｒｔｅの和は、前記最後のレッグ部の流路断面
    積Ａｒｐａの２５％よりも小さくなっており、少なくと
    も１つの運転状態において、下流側で隣接するロータブ
    レードのプラットフォームにフィルム冷却を提供するよ
    うに、前記蛇行流路に流入する冷却流体の６０％より多
    くの量が前記後方レッグ部に受け入れられるとともに、
    前記蛇行流路に流入する冷却流体の５０％より少ない量
    が前記後方パスよりも上流から前記作動媒体ガスの前記
    流路内へと放出されることを特徴とする請求項１記載の
    回転機械用の冷却可能なステータベーン。
  13. 【請求項１３】 前記流れ特性は、少なくとも１つの運
    転状態において、前記流路内の流れの約３０％より少な
    い流れが前記プラットフォーム内の前記最も後方のパス
    の上流のフィルム冷却管路を通して放出されるととも
    に、該流れの約７０％が前記プラットフォームの前記最
    も後方のパスにおける出口管路を通して放出されること
    を特徴とする請求項１記載の回転機械用の冷却可能なス
    テータベーン。
  14. 【請求項１４】 少なくとも１つの運転状態において、
    前記流路内の流れの約２５％が前記プラットフォームの
    前記最も後方のパスの上流のフィルム冷却管路を通して
    放出されるとともに、該流れの約７５％が前記プラット
    フォームの前記最も後方のパスにおける出口管路を通し
    て放出されることを特徴とする請求項１３記載の回転機
    械用の冷却可能なステータベーン。
  15. 【請求項１５】 前記後縁管路を通して放出される流れ
    は、前記最も後方のパスに流入する流れの約４０〜６０
    ％の範囲であるとともに、前記後縁領域の前記フィルム
    冷却管路を通して放出される流れは、前記プラットフォ
    ームの前記最も後方のパスに流入する流れの約４０〜６
    ０％の範囲であることを特徴とする請求項１３記載の回
    転機械用の冷却可能なステータベーン。
  16. 【請求項１６】 前記最も後方のパスの前記後縁管路を
    通して放出される流れは、前記最も後方のパスの前記フ
    ィルム冷却管路を通じて放出される流れよりも量が多い
    ことを特徴とする請求項１３記載の回転機械用の冷却可
    能なステータベーン。
  17. 【請求項１７】 軸Ａと作動媒体ガス用の流路を有する
    回転機械用の冷却可能なステータベーンであって、該ス
    テータベーンは、冷却流体用の供給プレナムと流体的に
    連通するように設けられているとともに、前記作動媒体
    流路内に径方向外向きに延びるエアフォイルを有してお
    り、該エアフォイルは、前縁と、後縁と、これらの縁の
    間で延びる負圧面及び正圧面などの流れを導く面と、を
    有し、前記ステータベーンは、該ステータベーンと支持
    部とを係合させるとともに後縁に隣接するレールを有
    し、かつ前記作動媒体流路を境界づける構造体を有して
    おり、 流路を境界づけるガス流路面を有するプラットフォーム
    を有し、該プラットフォームは、 前縁と、前記プラットフォームの前記後縁に垂直に軸方
    向で測定した長さＣｖによって該前縁から離間された後
    縁と、 それぞれ前記前縁から前記後縁まで延びている、負圧側
    面と、前記プラットフォームの前記後縁に平行な線に沿
    って測定した幅Ｗｐｌによって該負圧側面から横方向に
    離間された正圧側面と、 エアフォイルの前方の前縁領域と、前記エアフォイルが
    延びる翼弦中間領域と、前記プラットフォームの最も後
    方のレールから後方に延びる後縁領域と、 前記後縁領域において前記側面の間で横方向に延びると
    ともに、前記プラットフォームと前記プレナムとを流体
    的に連通させる開口部を有する第１の壁と、 前記後縁に隣接して前記側面の間で横方向に延びるとと
    もに、前記第１の壁から軸方向に離間されており、該第
    １の壁との間に冷却流体用のキャビティを形成する第２
    の壁と、 前記キャビティを境界づけるように前記第１の壁から前
    記第２の壁まで延びる正圧側面壁と、 前記ベーンの前記プラットフォームの前記負圧側面に実
    質的に平行に、前記キャビティを境界づけるように前記
    第１の壁から前記第２の壁まで延びる負圧側面壁と、 前記正圧側面壁から前記負圧側面壁に向かって横方向に
    延びるとともに、前記キャビティ内に冷却流体用の蛇行
    流路を形成するように前記第１の壁及び前記第２の壁か
    ら軸方向で離間されている単一のリブと、を有し、前記
    流路は、前記流路の中心線に沿って測定した長さＬを有
    し、この長さＬは、前記プラットフォームの幅の５／４
    以下（Ｌ≦１．２５Ｗｐｌ）であり、前記流路の中心線
    に対して垂直に測定した幅Ｗｐａを有し、この幅Ｗｐａ
    は、前記プラットフォームの前記幅Ｗｐｌの１０％〜１
    ５％の範囲にあり（０．１Ｗｐｌ≦Ｗｐａ≦０．１５Ｗ
    ｐｌ）、前記リブは、前記第１の壁から軸方向で、かつ
    前記負圧側面壁から横方向に離間されており、これによ
    り、これらの壁の間に第１の湾曲領域が形成され、 前記流路から前記プラットフォームの外部へと冷却流体
    を導くように設けられるとともに、前記プラットフォー
    ムの前記ガス流路面と流体的に連通する少なくとも１つ
    のフィルム冷却管路と、前記流路と前記後縁との間に延
    びる少なくとも１つの後縁管路と、を含む複数の出口管
    路を有しており、 前記リブは、突出部を有し、前記流路が鋭角に曲がるよ
    うに、該突出部は、運転状態において前記第１の壁と流
    れが流れてくる方向に対して角度を有し、その後の湾曲
    領域は、更に１８０度の湾曲部を有し、該突出部は、前
    記プラットフォームの前記負圧側面に隣接する位置にお
    いて、前記流路内の流れを前記後縁に隣接する前記第２
    の壁に対して導くように、前記エアフォイルの前記負圧
    面の一部と平行で、かつ前記負圧側面壁の一部に対して
    平行に延びる壁を有し、 前記リブと前記壁とは、協同して流路を形成し、該流路
    は、互いに連続して配置されるとともに、冷却流体の流
    れが流路を通って移動するのに従って該流れを連続的に
    受け入れる２つのパスと複数のレッグ部とを有し、第２
    のパスは、前記後縁領域で第１のパスにおいて加熱され
    た冷却流体を受け入れ、 前記複数のレッグ部は、前記リブと前記第１の壁との間
    の第１のレッグ部と、前記リブの突出部と前記負圧側面
    壁との間の第２のレッグ部と、前記リブと前記第２の壁
    との間の後方レッグ部と、を含み、前記第１のレッグ部
    は、下流側で隣接する前記第２のレッグ部に対してある
    角度で配置されており、前記後方レッグ部は、前記流路
    の最も後方のレッグ部であるとともに、前記第２のレッ
    グ部との間に第２の湾曲領域が形成されるように該第２
    のレッグ部に対してある角度で配置されており、前記第
    ２のパスは、前記後縁に平行に測定した前記プラットフ
    ォームの幅Ｗｐｌの半分以上に亘って横方向に延びてお
    り、更に、前記流路の前記開口部に隣接する第４のレッ
    グ部を含み、該第４のレッグ部は、前記プラットフォー
    ムの前記正圧側面壁に隣接するとともに該プラットフォ
    ームの該正圧側面壁に対して実質的に平行に延びてお
    り、 前記第１の湾曲領域は、１８０度より大きい和を有する
    角度に亘って湾曲するように、前記第１のパスを前記第
    ２のパスへと連続的に接続しており、これにより、前記
    湾曲領域において対流熱伝達が提供され、前記リブ上の
    突出部は、流れを比較的大きい湾曲領域内で分流するた
    めに流れの流れてくる方向に対して傾いた該突出部と、
    前記流れとが、乱流を生じるように相互に作用するのに
    従って、更に前記プラットフォームから冷却流体への熱
    伝達を提供し、 前記流路は、第３の湾曲領域を有し、該第３の湾曲領域
    は、前記流路が、９０度より大きい和を有する角度に亘
    って湾曲するように前記第４のレッグ部と上流側で隣接
    するレッグ部とを接続しており、 前記最も後方のレッグ部の上流の流路部分が、総流路断
    面積Ａｐｆｃと運転状態において関連する流れ特性Ｃｐ
    ｆｃとを有する少なくとも１つのフィルム冷却管路を通
    して前記プラットフォームの前記面と流体的に連通して
    おり、 前記後方レッグ部は、総流路断面積Ａｒｆｃと運転状態
    において関連する流れ特性Ｃｒｆｃとを有する少なくと
    も１つのフィルム冷却管路を通して前記プラットフォー
    ムの前記面と流体的に連通しているとともに、前記後方
    レッグ部に流入する冷却流体を前記後縁で放出するため
    に総流路断面積Ａｒｔｅと関連する流れ特性Ｃｒｔｅと
    を有する少なくとも１つの後縁管路を通して前記プラッ
    トフォームの前記後縁と流体的に連通しており、前記管
    路の前記流路断面積Ａｐｆｃ，Ａｒｆｃ，Ａｒｔｅは、
    それぞれ前記後方レッグ部の第１の出口管路に隣接した
    位置における該後方レッグ部の流路断面積Ａｒｐａの約
    ４〜１０％の範囲にあり、 下流側で隣接するロータブレードのプラットフォームに
    フィルム冷却を提供するために、前記後方レッグ部が、
    前記蛇行流路に流入する冷却流体の５０％より多くの量
    を受け入れるように、前記管路の前記断面積Ａｐｆｃ，
    Ａｒｆｃ，Ａｒｔｅの和は、前記最後のレッグ部の流路
    断面積Ａｒｐａの２５％よりも小さくなっており、運転
    状態において、前記蛇行流路に流入する冷却流体の５０
    ％より少ない量が後方レッグ部よりも上流で前記作動媒
    体ガス用の流路内へと放出されることを特徴とする回転
    機械用の冷却可能なステータベーン。
  18. 【請求項１８】 前記蛇行流路は、前記後方レッグ部の
    上流に４つより少ないフィルム冷却孔を有することを特
    徴とする請求項１７記載の回転機械用の冷却可能なステ
    ータベーン。
  19. 【請求項１９】 前記後方レッグ部の上流の前記フィル
    ム冷却孔は、前記第１の湾曲領域と流体的に連通してい
    ることを特徴とする請求項１８記載の回転機械用の冷却
    可能なステータベーン。
  20. 【請求項２０】 前記後方レッグ部は、該後方レッグ部
    と流体的に連通する前記フィルム冷却孔を少なくとも４
    つ有していることを特徴とする請求項１８記載の回転機
    械用の冷却可能なステータベーン。
  21. 【請求項２１】 前記後方レッグ部は、該後方レッグ部
    と流体的に連通する前記後縁冷却孔を少なくとも４つ有
    していることを特徴とする請求項１８記載の回転機械用
    の冷却可能なステータベーン。
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