JP2001234702A - コリオリ・タービュレータ動翼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】タービン・エーロフォイルの複雑さとコリオリ
の力の方向的な影響とからみて、タービン動動翼タービ
ュレータ設計を一層改善する。 【解決手段】傾斜タービュレータ（３８）を動翼の前縁
（２６）から円周方向にオフセットした半径方向流路
（３２ａ、ｂ、ｈ、ｋ）に配置することを含む、タービ
ン動動翼（１０）にタービュレータを配置する方法であ
る。傾斜タービュレータは、タービュレータに沿ってオ
フセットした通路内のコリオリの流れに対して冷却媒体
を同一方向へ指向するよう、全てが動翼の後縁（２８）
に向かって半径方向内側に傾斜している。特定の実施形
態において、タービュレータ・シェブロン（４４）は同
様に動翼の前縁に対して軸方向に整列された半径方向流
路（３２ｃ、ｄ、ｅ、ｇ）に配置され、その中のコリオ
リの流れに一致させるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、概してガスタービ
ンエンジンに関し、さらに詳細には、かかるエンジンに
使用されるタービン動動翼に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンエンジンにおいて、空気は
圧縮機で加圧された後に燃焼器で燃料と混合され点火さ
れて高温燃焼ガスを発生する。ガスはタービンに導かれ
てエネルギが抽出され、圧縮機に動力を供給し飛行中の
航空機を推進するためファンに動力を供給する等の有用
な仕事を生成する。

【０００３】高圧タービンは最初に燃焼器から燃焼ガス
を受取り、また支持用ディスクから半径方向外側へ延び
るタービン動動翼列に続く固定タービンノズルを含んで
いる。このノズルはエーロフォイル・静翼を含み、これ
は協働するエーロフォイル動翼に燃焼ガスを向ける。

【０００４】静翼と動翼とは中空でありその中に様々な
冷却回路を含んでおり、そこでは空気が圧縮機から分流
されて冷却媒体として使用されて静翼および動翼を熱的
に保護する。静翼と動翼との冷却方法は、根元部から先
端部、および前縁と後縁との間のエーロフォイル周りの
様々な冷却要求に起因して極めて複雑である。

【０００５】典型的にエーロフォイルは、該エーロフォ
イルの前縁、中央翼弦および後縁領域を別々に冷却する
ようエーロフォイルの翼幅に沿って半径方向に延びる軸
方向に間隔をおいて配置された幾つかの冷却回路を含ん
でいる。

【０００６】冷却回路を通って導かれる冷却媒体は、熱
伝達対流によってエーロフォイル内の熱を除去し、典型
的に冷却媒体は、エーロフォイルの正圧側壁および負圧
側壁を通り、エーロフォイル外側面を流れる高温燃焼ガ
スに対して該外側面を断熱する膜冷却孔を通って吐出さ
れる。

【０００７】内部熱伝達は、冷却媒体流を乱して局所的
に熱伝達を高めるタービュレータを形成する、ピンまた
は直線的なリブをエーロフォイルの側壁に沿って設ける
ことで高めることができる。タービュレータとしては、
冷媒流れ方向に直交する種々の形状と方向性とがあり、
さらに異なる回路の個々の冷却媒体通路に対する要求に
応じて傾いている。

【０００８】タービン動動翼は運転中に回転するので、
この冷却は冷却媒体に加わる回転力に起因して更に複雑
になる。例えば、コリオリの力は動翼を通って流れる冷
却媒体に作用してその冷却能力に影響を与える。典型的
な半径方向に延びる冷却通路において、そこを通る主冷
却媒体の主要方向は、典型的な多流波状冷却回路に見ら
れるように、動翼の根元部から先端部へ半径方向外側へ
向くか、または動翼の先端部から根元部へ半径方向内側
へ向くかのいずれかである。

【０００９】典型的な直線状のタービュレータは、エー
ロフォイルの翼弦に沿って指向し、冷却媒体流の半径方
向に対して略直交していてもよく、またはそれに対して
傾いていてもよく、それ相応に異なる性能を果たす。し
かし、どちらの場合もタービュレータは有効でありエー
ロフォイル内面に沿って冷却媒体を局所的に移動させて
熱伝達を高める。

【００１０】しかし、コリオリの力はタービュレータの
冷却性能に影響を与える。コリオリの力は、各々の半径
方向流路を通る外側方向または内側方向に向く冷媒流れ
の半径方向速度と、ロータディスクの軸方向の中心線軸
周りの翼回転速度とのベクトル積に基づいて、冷却媒体
に該冷媒の半径方向流れに直交する方向へ作用する。従
って、冷却媒体に作用するコリオリの力は、内側方向の
流路と外側方向の流路とではそれぞれ反対方向に作用す
る。

【００１１】しかし、両方の例において、コリオリの力
は一対のコリオリ渦を発生させるのに有効であり、渦は
各々の半径方向流路において、半径方向に指向する冷却
媒体の一次流れ場に対する二次流れ場として、逆回転し
ている。従って、各々の通路は、対応する軸方向前方の
コリオリ渦と軸方向後方のコリオリ渦とを成長させ、流
路の内側通路と外側通路中とで異なる回転方向に互いに
逆回転する。

【００１２】Ｌｅｅによる米国特許第５，７９７，７２
６号において、コリオリ渦と協働してタービン動動翼内
部の熱伝達冷却を高めるための、シェブロン（ｃｈｅｖ
ｒｏｎ）とも呼ばれるタービュレータ対が開示されてい
る。シェブロンは、動動翼の正圧側壁および負圧側壁に
沿って異なって指向され、各々の冷却通路における対の
コリオリの渦と協働し、それと反対方向ではなく隣接す
るコリオリ渦と同じ方向に冷却媒体をシェブロンに沿っ
て局所的に指向する。このようにして、シェブロン自身
における局所的な三次流れの影響は二次のコリオリの渦
から減じられるのではなく付加され、流れのよどみを防
いで動翼内部の熱伝達冷却を高める。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】タービン・エーロフォ
イルの複雑さとコリオリの力の方向的な影響からみて、
タービン動動翼タービュレータ設計の一層の改善が望ま
れる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】タービン動動翼にタービ
ュレータを配置する方法は、動翼前縁から円周方向にオ
フセットした半径方向流路に傾斜タービュレータを配置
することを含む。全ての傾斜タービュレータは、動翼の
後縁に向かって半径方向内側に傾斜し、冷却媒体をター
ビュレータに沿ってオフセットした通路内部のコリオリ
流れと同じ方向に指向する。特定の実施形態において、
タービュレータ・シェブロンはまた、動翼前縁に対して
軸方向に整列された半径方向流路内に配置され、その中
でコリオリ流れに合致する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の好適かつ例示的な実施形
態と他の目的および利点は、添付の図面との関連でなさ
れる以下の詳細な説明で、更に具体的に説明されてい
る。

【００１６】図１の軸方向の側面図には複数の例示的タ
ービン動動翼１０の１つが示されており、支持用回転デ
ィスク１２から半径方向外側に延びている。ディスクは
部分的に示されており、軸方向の中心線つまり回転軸１
４を含み、運転中ディスクと動翼とが軸周りに回転す
る。

【００１７】動翼の外側部分は、一体のダブテール１０
ｂから半径方向外側に延びるエーロフォイルを形成し、
ダブテールは動翼をディスク周囲の相補的な軸方向ダブ
テール・スロット内で半径方向に保持するよう従来の方
法で形成されている。

【００１８】図１および図２に示すように、動翼エーロ
フォイルは、全体的に凹形の正圧側壁１６と、円周方向
または横方向に対向する全体的に凸形の負圧側壁１８と
を含む。図１に示すように、２つの側壁は、対応する一
体プラットフォームにおいてエーロフォイルの内側境界
を画定する根元部２２から半径方向外側の先端部２４ま
で、放射軸２０に沿って長手方向に延びる。側壁は、エ
ーロフォイル全長に沿って半径方向に延び、対応する前
縁と後縁２６、２８との間で軸方向に翼弦方向に延び
る。

【００１９】また、側壁は、前縁と後縁との間で円周方
向または横方向に隔てて配置され、翼弦方向に離間して
配置される複数の一体的な壁つまり隔壁３０によって相
互に連結されており、隔壁は、根元部と先端部との間で
翼幅方向へ長手方向に延び、一般的にそこを通って流れ
る冷却媒体３４に関する接頭記号３２により識別され
る、対応する半径方向流路を形成する。冷却媒体は、運
転中に動翼を冷却するよう従来の方法で圧縮機（図示せ
ず）から分流される加圧空気の一部である。

【００２０】流路３２は、内部対流によって動翼を冷却
するために冷却媒体を流すように、あらゆる従来的な方
法を用いて１つまたはそれ以上の冷却回路に形成でき
る。図１および図２に示す例示的な実施形態において、
流路３２は、翼弦中央領域の５つの通路の波状冷却回路
であり、半径方向流路３２ａ−３２ｅの順次連続する形
態で従来同様に配置されている。第１通路３２ａにおい
て、冷却媒体は動翼の根元部から先端部へ半径方向外側
へ流れ、第２通路３２ｂにおいて、冷却媒体は翼先端部
の下方で反転して先端部から根元部へ半径方向内側に流
れる。この順序は第３通路３２ｃ、第４通路３２ｄおよ
び第５通路３２ｅにおいて、冷却媒体の方向で外側およ
び内側方向へ交互に繰り返される。

【００２１】前縁冷却回路は、隣接の供給通路３２ｇに
よる衝突冷却で供給される前縁流路３２ｆを含む。ま
た、後縁冷却回路は、隣接する供給チャネル３２ｋによ
る衝突冷却で供給される後縁チャネル３２ｈを含む。

【００２２】種々の冷却回路は如何なる従来構造でもよ
く、動翼は典型的に対応する流路から正圧側壁と負圧側
壁とを通って延びる数列の膜冷却孔３６を含み、冷却媒
体はここを通って動翼の外部表面に沿って吐出され膜冷
却をもたらす。

【００２３】図２に示すように、この例示的な実施形態
において、動翼は相当量の捩れを有し、後縁２８は、前
縁２６から円周方向または横方向にオフセットしてお
り、動翼の円周方向の回転の際に前縁に先行する。図２
に示すように上から見た場合、動翼の捩れは負圧側壁１
８と回転軸１４との間の捩れ角Ａで表すことができる。
動翼の捩れは、従来の方法で空気力学的な理由で設けら
れ、ある設計において制限してもよく、図２の実施形態
のような他の設計においては極めて重要である。

【００２４】動翼捩れの１つの影響は、前縁から後縁に
向かって１つまたはそれ以上の流路が円周方向または横
方向にオフセットされることである。図２に示す例示的
な実施形態において、流路３２ｂは僅かな部分が前縁２
６からオフセットし；流路３２ａは大部分が前縁からオ
フセットし；後縁チャネル３２ｋと３２ｈとは前縁から
完全にオフセットし、この順にオフセット量が大きくな
っている。

【００２５】対応して、残りの５つの通路３２ｃ、３２
ｄ、３２ｅ、３２ｇ、３２ｆは、相互に且つ前縁とほぼ
軸方向へ整列している。

【００２６】それぞれの流路３２は、正圧側壁および負
圧側壁１６、１８によって円周方向に境界が定められ、
その間を延びる隔壁３０によって軸方向または翼弦方向
に境界が定められているが、動翼の捩れを被る流路は、
回転軸１４に対して斜めの方向性をもっている。オフセ
ットした４つの通路３２ａ、ｂ、ｈ、ｋの斜めの方向性
は、軸方向に整列された５つの通路３２ｃ、ｄ、ｅ、
ｇ、ｆとは対照的に内部対流冷却に著しく影響を及ぼ
す。

【００２７】図１に示すように、冷却媒体３４はまず最
初に、各々の流路を通って半径方向外側または半径方向
内側のいずれかに流される。運転中に動翼１０は回転軸
１４の周りを回転し、流路はそこを通る冷却媒体の一次
流れの境界を定め、閉じこめるので、半径方向の流れ
は、冷却媒体流の半径方向速度と動翼の回転速度とのベ
クトル積の方向のコリオリの力を受ける。コリオリの力
の方向は、冷却媒体の速度ベクトルに対して直交する。
外側に向かう流路における冷却媒体速度ベクトルは、内
側に向かう流路における速度ベクトルとは逆なので、対
応するコリオリの力の方向も逆である。

【００２８】コリオリの力の影響は、上流へ流れる流路
と下流に流れる流路とでは異なる各々の流路の二次の流
れ場を持ち込むことである。図２に示す実質的に閉じら
れた流路内のコリオリの二次流れは、一対の逆回転の渦
３４ａとして観察される。各々の流路の対のコリオリ渦
は、典型的に軸方向前方と軸方向後方の渦として互いに
軸方向に整列している。

【００２９】二次流れの渦は逆回転し、その回転の方向
は上流への流路と下流への流路で異なる。例えば、図２
に示す下流への流路３２ｂにおいて、後方の渦は時計方
向に回転し、前方の渦は反時計方向に回転する。上流へ
の流路３２ｃにおいて、後方の渦は反時計方向に回転
し、前方の渦は時計方向に回転する。

【００３０】本発明によれば、タービュレータの性能と
内部冷却とを高めてそこでの性能低下を回避するよう従
来のタービュレータを別の方法で選択的に導入して、捩
れた構造の動翼を補うようコリオリ渦の性質を利用でき
るより詳細には、図１および図２に示すタービン動動翼
中にタービュレータが配置される改良された方法は、１
つまたはそれ以上の対応する列の傾斜タービュレータ３
８を、円周方向にオフセットした通路３２ａ、ｂ、ｈ、
ｋの少なくとも１つに配置することを含み、通路内の全
ての傾斜タービュレータは、根元部２２および後縁２８
に向けて半径方向内側に傾き、つまり傾斜しており、各
々のオフセットした通路内の渦３４ａからのコリオリの
流れと同方向にタービュレータに沿って冷却媒体を導
く。

【００３１】１つの例示的なオフセットした通路３２ａ
は、図３により詳細に示されている。例示的な流路にお
ける動翼の捩れＡは、前縁近傍で軸方向に整列された通
路に対して流路を時計方向に捩りまたは斜めに方向づけ
する。図３には対のコリオリ渦３４ａが示されており、
それらの相対位置は軸方向に前後している。上流への流
路３２ａで反時計方向に回転する後方コリオリ渦は、図
示のように右から左への流れ方向において負圧側壁１８
上の傾斜タービュレータと局所的に交わることに留意さ
れたい。同様に前方コリオリ渦は、上流への流路３２ａ
で時計方向に回転して、右から左への流れ方向において
正圧側壁１６上の傾斜タービュレータ３８と局所的に交
わる。

【００３２】従って、傾斜タービュレータ３８は、対応
するコリオリ渦を補うよう特別に構成され傾斜されてお
り、傾斜タービュレータはコリオリ渦の性能に直接影響
を与え、一次冷却媒体流が外向きか内向きのいずれかで
あるオフセットした通路内の二次コリオリ流れと同じ方
向であり、対応するタービュレータに沿う三次の局所的
冷却媒体流３４ｂを助長して導くようになっている。

【００３３】傾斜タービュレータ３８の例示的な実施形
態は、負圧側壁１８に関する図４と、協働する正圧側壁
１６に関する図５の側面図に示されている。各々のター
ビュレータ３８は直線状であり、軸方向に対応する前方
隔壁と後方隔壁３０との間を延びることが好ましく、隔
壁は軸方向に流路３２ａの境界を定める。各々のタービ
ュレータは、鋭角な傾斜角Ｂで傾斜もしくは傾いてお
り、動翼後縁に向かうタービュレータの軸方向後方端部
は、前縁に向かうタービュレータの軸方向前方端部に対
して半径方向内側に位置している。各々のタービュレー
タ３８は２つの隔壁３０の間で連続していることが好ま
しい。別の実施形態（図示せず）において、所望のター
ビュレータ構造と傾斜に全体的に影響を与えるよう配列
しつつ、個々のタービュレータを軸方向にセグメント化
してもよい。

【００３４】図４は、負圧側壁１８内の上流への冷却媒
体３４を示し、冷却媒体は反時計方向に回転する後方コ
リオリ渦をもたらし、渦は本質的に傾いたタービュータ
３８と協働して冷却媒体を乱し、局所的にタービュレー
タの流れ３４ｂを負圧側に沿って後方コリオリ渦と略同
一方向に指向する。

【００３５】同様に図５は正圧側壁１６内の上流への冷
却媒体３４を示し、対応するコリオリ渦は時計方向に回
転する。傾斜タービュレータ３８は、選択的に傾いてお
り、タービュレータの流れ３４ｂを正圧側壁に沿って前
方コリオリ渦と同方向に局所的に乱して指向する。

【００３６】図４および図５に示すように、上流への流
路３２ａ内の対向する正圧側壁および負圧側壁上の傾斜
タービュレータ３８の２つの列は、約３０度から約６０
度であってもよい同じ傾斜角Ｂをもつことが好ましい。
対向するタービュレータは、所望であれば互いに半径方
向に整列していてもよく、半径方向にオフセットしてい
てもよい。

【００３７】また、傾斜タービュレータ３８は、境界を
定める隔壁３０の間の流路内の対応する側壁の軸方向の
範囲全体に亘って同一の傾斜をもつことが重要である。
流路３２ａでの動翼の相当大きな捩れ角Ａに起因して、
後方コリオリ渦は主として負圧側壁１８にのみ隣接し、
前方コリオリ渦は主として正圧側壁１６にのみ隣接す
る。

【００３８】図２に示すように、捩れ角Ａは流路から流
路へ動翼後縁２８に向かって大きくなるので、後方コリ
オリ渦は負圧側壁でその影響が大きくなり、正圧側壁で
その影響が小さくなり、同様に前方コリオリ渦は正圧側
壁でその影響が大きくなり、負圧側壁でその影響が小さ
くなる。

【００３９】オフセットした流路内部の傾斜タービュレ
ータ３８と、その中で発達したコリオリ渦との好ましい
配列の重要性は、図４を参照して更に明らかにできる。
図示の傾斜タービュレータ３８が、１２０−１５０度の
傾斜角Ｂで反対に傾斜する場合、局所的なコリオリ渦の
方向は、図示のように左側に向かわず図４の右側に向か
う冷却媒体のタービュレータに沿った局所的な乱れと反
対方向になる。その後、傾斜タービュレータによっても
たらされる局所的な流れは、局所的なコリオリ渦の流れ
と反対になり、局所的な冷却媒体の速度が遅くなり、そ
れに応じて局所的に熱伝達率が小さくなる。

【００４０】しかし、図４に示す好適な実施形態におい
て、傾斜タービュレータは冷却媒体を局所的にコリオリ
渦と同じ方向に指向し、その速度は付加的で熱伝達率が
局所的に大きくなる。

【００４１】図１に示される例示的な上流への流路３２
ａは、翼根元部２２近傍の下側入口４０を含み、従来の
方法でダブテール１０ｂを通して冷却媒体３４を受取
る。その後冷却媒体は、流路３２ａを通って翼先端部２
４に向かって外側へ導かれる。傾斜タービュレータ３８
は、後縁に向かって半径方向内側に傾斜しており、前述
のようにコリオリ渦と選択的に協働する。

【００４２】また、図１に示される第２流蛇行流路３２
ｂは、図２に示すように大きな捩れを受けるので、そこ
にも傾いた傾斜タービュレータ３８を備えることが好ま
しい。しかし、本実施形態において、流路３２ｂは、第
１通路流路３２ａからの冷却媒体３４を半径方向内側方
向に再指向する、逆曲げ形状の上側入口４２を含む。上
側入口４２は、翼先端部２４近傍に配置されており、冷
却媒体を翼根元部２２に向けて半径方向内側に流す。図
４および図５に示すように、２つの通路３２ａおよび３
２ｂの同様に傾いた傾斜タービュレータ３８は、この通
路中に発生する対応するコリオリ渦と協働して、同様の
方法で運転中の熱伝達冷却を高める。

【００４３】大きな捩れを有する最初の２つの蛇行流路
３２ａ、ｂを形成する対応する隔壁３０には孔がないこ
とが好ましく、これにより強力なコリオリ渦が発生し、
協働する傾斜タービュレータによって補われる。また、
後縁供給通路３２ｋは大きな捩れを受け、同様に傾斜タ
ービュレータ３８を含むことができる。

【００４４】供給通路３２ｋの後方隔壁は、小さな衝突
ホールの列を含み冷却媒体を後縁流路３２ｈにある正圧
側壁内部に吐出する。隔壁孔は比較的小さく相当な圧力
降下をもたらすので、供給通路３２k内にコリオリ渦を
それでも発生させることができ、その中の熱伝達冷却を
高めるために傾斜タービュレータを導入することができ
る。

【００４５】図２に示すように、後縁流路３２ｈは、動
翼の最も狭い部分に配置されるでの最も大きな動翼の捩
れを受ける。制限された空間に照らして、傾斜タービュ
レータ３８の列は、その正圧側壁内部にのみ組み込まれ
てもよく、その中に形成される各々のコリオリ渦と協働
して冷却性を高める。通路の負圧側は、タービュレータ
がない平滑のままであってもよい。従って、傾斜タービ
ュレータ３８は、正圧側壁１６等の後縁流路３２ｈの動
翼側壁の少なくとも１つに好都合に組み込むことができ
る。

【００４６】また、オフセットした流路のいずれか１つ
で空間的に都合がつく場所では、タービュレータ３８
は、正圧側壁および負圧側壁沿って同一のまたは類似の
後縁に向かう半径方向内側の傾斜を有する対向する列の
形態で配置されるのが好ましい。

【００４７】前述のように、傾斜タービュレータ３８
を、動翼の捩れに起因して動翼前縁から横方向または円
周方向のオフセットを受ける流路にのみ導入するのが好
ましい。例えば、動翼捩れ角Ａが約４５度を超え、対応
するオフセットした流路の正圧側壁１６と該壁上のター
ビュレータの大部分を同一通路の対向する負圧側壁１８
よりも動翼前縁２６に近づけて配置する場合に傾斜ター
ビュレータ３８は好適である。このことは、図２におい
て４つのオフセットした流路３２ａ、ｂ、ｈ、ｋに関し
て示されており、ここでは正圧側壁は、この通路の対応
する負圧側壁の位置から様々な大きさだけ軸方向の前方
に位置している。

【００４８】図２において３つの流路３２ａ、ｂ、ｋに
示すように、そこにおける対向する正圧側壁および負圧
側壁内側の対応する傾斜タービュレータ３８は、軸方向
に中央で互いにオーバーラップし、負圧側壁上のタービ
ュレータは中央のオーバーラップから後縁２８に向かっ
て後方へ延び、正圧側壁上のタービュレータは中央のオ
ーバーラップから前縁２６に向かって前方に延びる。図
示の例示的な実施形態において、各々のオフセットした
流路の対向するタービュレータの軸方向のオーバーラッ
プ量は、動翼の捩れ角が最大捩れ角約７０度まで大きく
なるにつれて減少する。

【００４９】図２は、それ相応に大きな動翼の捩れに起
因して大きくなった最も後方の流路の歪みまたは曲がり
を明確に示している。それでもやはり対応する流路の半
径方向の断面は略四辺形であり、対応する対のコリオリ
渦は運転中にそこに形成され、その中で軸方向で前後方
向に位置する。動翼の捩れと、このことがコリオリ渦と
協働することの重要性は、目に見えるほどの横方向オフ
セットまたは捩れをもたない軸方向に整列された最も前
方の流路を調べると更に明らかになる。

【００５０】図２に示すオフセットした流路については
傾斜タービュレータ３８のみが望ましいが、顕著な動翼
の捩れなく動翼前縁２６と軸方向へ整列される１つまた
はそれ以上の流路３２ｃ、ｄ、ｅ、ｇ中には、タービュ
レータ・シェブロン４４のみの対応する列を配置するこ
とが更に望ましい。軸方向へ整列される流路は、前縁と
整列してオフセットした流路の前方に配置され、これは
各々の正圧側壁および負圧側壁を、配列された各々の通
路内のコリオリ渦にさらす。

【００５１】図４および図５には、第３の蛇行通路、上
流への流路３２ｃに関する、例示的なタービュレータ・
シェブロン４４の列がより詳細に示されている。各々の
タービュレータ・シェブロン４４は、対向する障壁か
ら、冷却媒体が流れることができる各リブの共通の尾筒
部の形態の頂点へ収束しまたは向かう一対のリブを含ん
でいる。このタービュレータ・シェブロンは、従来と同
様のものであり、Ｌｅｅによる米国特許第５，７９７，
７２６号に詳細に説明されており、その全ては本明細書
に参照文献として組み込まれている。

【００５２】シェブロン４４は、正圧側壁および負圧側
壁１６，１８に沿って、通路３２ｃ等の軸方向に整列さ
れた１つまたはそれ以上の流路内に配置され、冷却媒体
をシェブロンに沿って流路内のコリオリ渦と同じ方向に
局所的に指向する。

【００５３】図２に示すように、タービュレータ・シェ
ブロン４４は、流路３２ｃ内で両側壁に配置され、負圧
側壁１８上のシェブロンは、図４に示すように先端部に
向かって半径方向外側方向に向かい；正圧側壁１６上の
シェブロンは、図５に示すように根元部に向かって半径
方向内側方向に向かう。

【００５４】最初に図２に示したように、両側壁のター
ビュレータ・シェブロンは、流路３２c中の発達した前方
および後方のコリオリ渦の一方と相応に協働する。反時
計方向の後方渦は、同じ方向の流れ成分を得るために負
圧側シェブロンの右半分と協働し、同様に、正圧側シェ
ブロンの右半分と協働する。同様に、時計方向前部コリ
オリ渦は、同じ方向の冷却媒体の流れ成分を得るために
正圧側壁および負圧側壁上の左半分のシェブロンと協働
する。

【００５５】軸方向に整列される前方流路３２ｃ、ｄ、
ｅ、ｇの方向が、横方向にオフセットした後部流路３２
ａ、ｂ、ｈ、ｋに対して異なることに照らして、そこで
はタービュレータ・シェブロンまたは傾斜タービュレー
タのいずれかが使用されるが、その逆はない。軸方向に
整列した前方流路の前方および後方コリオリ渦は、動翼
の正圧側壁および負圧側壁に同様に影響を及ぼすので、
タービュレータ・シェブロン４４は単独で、タービュレ
ータとコリオリ渦との間で不都合な流れのよどみを生じ
ることなく熱伝達を最大にするのに好適である。

【００５６】従って、オフセットした流路の傾斜タービ
ュレータは、その共通の傾斜が後方コリオリ渦で流れを
助長するが、前方コリオリ渦で流れを弱めるので、軸方
向に整列された前方通路においては特に使用しない。２
つのコリオリ渦は、前方通路では正圧側壁および負圧側
壁の各々の異なる局所的方向に作用するので、単一に傾
斜した傾斜タービュレータは、前方通路のコリオリ渦を
補わず、熱伝達冷却能力を最大にできない。これに対応
して、前方流路のタービュレータ・シェブロン４４は、
同じ理由から、後方、横方向にオフセットした流路で使
用しないことが好ましい。後方コリオリ渦は、負圧側壁
に最大の影響を与えるが正圧側壁には殆ど影響を与え
ず、前方コリオリ渦は、正圧側壁に最大の影響を与える
が負圧側壁には殆ど影響を与えないので、後方通路にお
いては単一に傾斜した傾斜タービュレータ３８のみが好
ましい。オフセットした後方通路にタービュレータ・シ
ェブロンを使用してもコリオリ渦の熱伝達性能を最大に
できない。

【００５７】例えば、後方コリオリ渦が負圧側シェブロ
ンの右半分を補っても、シェブロンの左半分の部分の性
能が低下する。同様に、前方コリオリ渦が正圧側シェブ
ロンの左半分を補っても、その右半分の部分の性能が低
下することになる。

【００５８】

【発明の効果】従って、円周方向にオフセットした流路
の傾斜タービュレータと、軸方向に整列された流路のタ
ービュレータ・シェブロンとを選択的に使用することに
よって、そこで発生する対応するコリオリ渦の最大性能
の利点を得ることができる。つまり、傾斜タービュレー
タとシェブロンは、コリオリの力が引き起こす二次的な
流れ循環を有する、上流への流路と下流への流路を通る
冷却媒体の主流れ方向に合致する構成に特に調整され
る。

【００５９】運転中に発生するコリオリ渦は、各々のタ
ービュレータと協働して局所的な冷却媒体を通路の内壁
に沿って連続的に循環させ、そこでの熱伝達を高める。
各々のタービュレータに沿ってコリオリ渦を確実に局所
的な流れと同じ方向に流すこによって、流れのよどみが
低減し除去されて熱伝達冷却能力が最大になり、個々の
流路の捩れや湾曲と無関係にコリオリ渦を局所的に補う
ことができる。

【００６０】本発明の好適かつ例示的な実施形態である
と考えられるものを説明したが、当業者には、以上の説
明から本発明の他の変更を容易に考えることができる。
従って、本発明の真の精神と範囲内にあるこのような全
ての変更は特許請求の範囲において保護されることを求
めるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の例示的実施形態による、支持用ロータ
ディスク中に取り付けられたタービン動動翼の軸方向の
部分断面側面図である。

【図２】図１に示す動翼の線２−２に沿う半径方向の断
面図である。

【図３】図２の標示３の一点鎖線円内に示す円周方向に
オフセットした半径方向流路の拡大図である。

【図４】図２に示す動翼の線４−４に沿う負圧側壁内部
の拡大断面側面図である。

【図５】図２に示す動翼の正圧側壁内部の線５−５に沿
う拡大断面図である。

【符号の説明】

１０ 動翼 １２ ディスク １４ 軸線 １６ 正圧側壁 １８ 負圧側壁 ２０ 半径方向軸 ２２ 根元部 ２４ 先端部 ２６ 前縁 ２８ 後縁 ３０ 隔壁 ３２ 流路 ３４ 冷却媒体 ３６ 孔 ３８ 傾斜タービュレータ ４０ 入口 ４２ 入口 ４４ シェブロン

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 根元部２２から先端部２４へ翼幅方向に
   長手方向へ延び、前縁および後縁２６、２８の間で翼弦
   方向へ延びる正圧側壁および負圧側壁１６、１８；を備
   え、 前記側壁は、前記前縁および後縁の間で横方向に離間し
   て配置され、冷却媒体３４を流すために流路３２を形成
   するよう、前記根元部と先端部との間で長手方向に延び
   る翼弦方向に離間する隔壁３０により相互に連結され；
   動翼は、前記通路３２ａ、ｂ、ｈ、ｋが前記前縁２６か
   ら前記後縁２８に向かって横方向にオフセットするよう
   捩れを有し、前記通路は、長手方向に離間し、冷却媒体
   をタービュレータに沿って前記通路内のコリオリの流れ
   と同一方向に指向させるために、全て前記根元部２２お
   よび後縁２８に向かって内側方向へ傾いている傾斜ター
   ビュレータ３８の列を有する；ことを特徴とするタービ
   ン動動翼１０。
2. 【請求項２】 前記タービュレータ３８は、前記隔壁３
   ０間で直線状に延びることを特徴とする請求項１に記載
   の動翼。
3. 【請求項３】 前記タービュレータ３８は、前記隔壁３
   ０間で連続していることを特徴とする請求項２に記載の
   動翼。
4. 【請求項４】 前記通路３２ａは、前記冷却媒体を前記
   先端部２４に向けて上側へ流すために、前記根元部２２
   近傍に下部入口４０を含むことを特徴とする請求項２に
   記載の動翼。
5. 【請求項５】 前記通路３２ｂは、前記冷却媒体を前記
   根元部２２に向けて内側へ流すために、前記先端部２４
   近傍に上部入口４２を含むことを特徴とする請求項２に
   記載の動翼。
6. 【請求項６】 前記タービュレータ３８は、前記正圧側
   壁および負圧側壁１６、１８の両方に沿って前記通路３
   ２ａ、ｂ、ｋの内側に配置されることを特徴とする請求
   項２に記載の動翼。
7. 【請求項７】 前記通路における前記正圧側壁１６の大
   部分が、前記通路における対向する負圧側壁１８よりも
   前記前縁２６近傍に位置するよう、前記動翼の捩れは４
   ５度より大きいことを特徴とする請求項６に記載の動
   翼。
8. 【請求項８】 前記通路における前記動翼の捩れは、約
   ７０度であることを特徴とする請求項７に記載の動翼。
9. 【請求項９】 前記対向する正圧側壁および負圧側壁内
   の前記タービュレータは、中央で互いにオーバーラップ
   し、前記負圧側壁の前記タービュレータはそこから前記
   後縁２８に向かって後方へ延び、前記正圧側壁１６の前
   記タービュレータはそこから前縁２６に向かって前方に
   延びることを特徴とする請求項７に記載の動翼。
10. 【請求項１０】 前記オフセットした通路の前方に配置
    され、前記前縁２６に整列された別の流路３２ｃ、ｄ、
    ｅ、ｇと；前記正圧側壁および負圧側壁１６、１８に沿
    って前記整列された通路内に配置され、前記正圧側シェ
    ブロンは前記先端部２４に向かって外側方向へ指向し、
    前記負圧側シェブロンは前記根元部２２に向かって内側
    方向へ指向するタービュレータ・シェブロン４４の各々
    の列と；を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の
    動翼。
11. 【請求項１１】 正圧側壁および負圧側壁１６、１８に
    よって円周方向に、その間に延びる隔壁３０によって軸
    方向に境界を定められる内部半径方向流路３２を有し、
    後縁２８を前縁２６から円周方向にオフセットするよう
    捩れを有するタービン動動翼１０にタービュレータ３
    ８、４４を配置する方法であって、 冷却媒体流れをシェブロンに沿って整列された通路内の
    コリオリの流れと同一方向に指向するために、タービュ
    レータ・シェブロン４４を、前記前縁２６に対して軸方
    向に整列された前記通路３２ｃ、ｄ、ｅ、ｇの１つに配
    置し；傾斜タービュレータ３８を、前記前縁から前記後
    縁に向かって円周方向にオフセットした前記通路３２
    ａ、ｂ、ｈ、ｋの１つに配置し、前記冷却媒体を前記タ
    ービュレータに沿って前記オフセットした通路内のコリ
    オリの流れと同一方向に指向するよう、傾斜タービュレ
    ータ３８全てが前記後縁２８に向かって半径方向内側に
    傾いている；ことを特徴とする方法。
12. 【請求項１２】 前記傾斜タービュレータ３８は、前記
    整列された通路３２ｃにはなく、前記シェブロン４４
    は、前記オフセットした通路３２ａにはないことを更に
    含む請求項１１に記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記シェブロン４４を前記整列された
    通路３２c内部の両側壁１６、１８に配置し；前記傾斜
    タービュレータ３８を前記オフセットした通路３２ｈ内
    部の前記側壁１６の少なくとも１つに配置する；ことを
    更に含んでいる請求項１１に記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記負圧側シェブロン４４を半径方向
    外側に指向し、前記正圧側シェブロンを半径方向内側に
    指向することを更に含んでいる請求項１３に記載の方
    法。
15. 【請求項１５】 前記傾斜タービュレータ３８を前記オ
    フセットした通路３２ａ、ｂ、ｋの内部の両側壁１６、
    １８に配置し、前記負圧側および正圧側タービュレータ
    は共に前記後縁２８に向かって半径方向内側に傾いてい
    ることを更に含む請求項１４に記載の方法。
16. 【請求項１６】 正圧側壁および負圧側壁１６、１８に
    よって円周方向に且つその間で延びる隔壁３０によって
    軸方向に境界が定められ、後縁２８が前縁２６から円周
    方向にオフセットするよう捩れを有する動翼に設けられ
    る、内部半径方向流路３２と；整列された通路内のコリ
    オリの流れと同一方向にシェブロンに沿って冷却媒体流
    れを指向するよう、前記前縁２６に対して軸方向に整列
    された前記通路３２ｃ、ｄ、ｅ、ｇの１つに配置される
    タービュレータ・シェブロン４４の列と；前記後縁に向
    かって前記前縁から円周方向にオフセットした前記通路
    ３２ａ、ｂ、ｈ、ｋの１つに配置され、冷却媒体をター
    ビュレータに沿って前記オフセットした通路内のコリオ
    リの流れと同一方向に指向するよう、全てが前記後縁２
    ８に向かって半径方向内側に傾いている傾斜タービュレ
    ータ３８の列と；を含むことを特徴とするタービン動動
    翼１０。
17. 【請求項１７】 前記シェブロン４４は、前記整列され
    た通路３２ｃ内部の両側壁１６、１８に配置され；前記
    タービュレータ３８は、前記オフセットした通路３２ｈ
    の内部の前記側壁１６の少なくとも１つに配置される；
    ことを特徴とする請求項１６に記載の動翼。
18. 【請求項１８】 前記負圧側シェブロン４４は、半径方
    向外側を指向し、前記正圧側シェブロンは、半径方向内
    側に指向することを特徴とする請求項１７に記載の動
    翼。
19. 【請求項１９】 前記タービュレータ３８は、前記オフ
    セットした通路３２ａ、ｂ、ｋの内部の両前記側壁１
    ６，１８に配置され、前記負圧側および正圧側タービュ
    レータは共に、前記後縁２８に向かって半径方向内側に
    傾いていることを特徴とする請求項１８に記載の動翼。
20. 【請求項２０】 前記タービュレータ３８は、直線状に
    延びて前記隔壁３０の間で連続していることを特徴とす
    る請求項１９に記載の動翼。