JP2016540154A

JP2016540154A - 冷却される翼形部後縁及び翼形部後縁を冷却する方法

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Publication number: JP2016540154A
Application number: JP2016534137A
Authority: JP
Inventors: ワン，グアンファ; バンカー，ロナルド・スコット; ベイリー，ジェレミー・クライド; デランシー，ジェームズ・ピーター; ヘルマー，デイヴィッド・ベンジャミン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2016-12-22
Also published as: CN105745397B; BR112016010173A2; WO2015108622A3; EP3074604A2; US9732617B2; CN105745397A; CA2930613A1; US20150147158A1; WO2015108622A2

Abstract

前縁、後縁、吸引側、加圧側、及び、冷却流体を輸送するように構成された少なくとも１つの内部冷却チャネルを含む翼形部及び翼形部を冷却する方法が提供される。複数の後縁抽気スロットは、少なくとも１つの内部冷却チャネルと流体連通しており、翼形部の加圧側の下流縁は、複数の後縁抽気スロットを翼形部の後縁に隣接して露出させるように吸引側の下流縁の上流にある。少なくとも１つの内部冷却チャネルは、冷却流体の供給源から複数の後縁抽気スロットに向けて冷却流体を供給するように構成される。複数の阻害機構は、少なくとも１つの内部冷却チャネルにおいて残りの加圧側の下流縁に配される。１つ以上の阻害機構は、冷却流体の流れを分散させ複数の後縁抽気スロットに分散冷却をもたらすように、所定の略多角形形状を有するように構成される。【選択図】図１

Description

本開示は、概して翼形部後縁に関し、特に、冷却されるタービン翼形部後縁に関する。

一般に、非限定的な例において、冷却される翼形部タービンは、前縁及び後縁を含む。タービンの翼形部の外部表面上の高温流体は、後縁での活動的な大きな流体速度と組み合わさって、材料温度が合理的な値に制限されるときに大きな熱流束をもたらす。後縁の加熱は、後縁の劣化及び短寿命化をもたらす。過去には、後縁の加熱を低減させるために様々なアプローチが利用されてきた。このようなアプローチの典型的な例は、後縁の厚さを増加させ、それにより、後縁の内部冷却を可能にして、加えられる熱流束による後縁の劣化を低減させることである。しかし、後縁の厚さが翼形部の空気力学的な効率に反比例することが一般に知られている。したがって、後縁の厚さを増加させることは、翼形部の効率に悪影響を及ぼす。対照的に、後縁の厚さを低減することは、十分に効果的な冷却手段が存在しない場合、後縁を急激に劣化させ得る。

一部の翼形部は、後縁を冷却するために冷却システムを利用する。このようなアプローチの１つは、翼形部加圧側の抽気スロットであり、その場合、翼形部加圧側の後方部分は、鋳造法による翼形部の形成中に中間ランドを伴う一連のスロットとして形成される。抽気スロットは、内部冷却チャネルに接続され、冷却流体の流れを後縁にもたらす。冷却流体は、加熱された後縁の温度を低減させる。しかし、冷却効果は、典型的に入口効果により良好な耐久性の点を超えて減少する。より具体的に、冷却流の径方向供給は、低い膜効率及び結果としての高い金属温度をもたらす、後縁冷媒流中の流れの歪又は剥離を引き起こす場合がある。このことは、望ましくないコスト及び翼形部の非効率並びに短い部分上昇を生じさせる。したがって、後縁上の十分な冷却を得ることが引き続き課題とされる。

加えて、後縁を冷却するために用いられる冷却空気の量が問題となる。多くの設計において、後縁の冷却流量は、効果的な冷却を達成するために必要とされるよりも大きいが、実際に達成できる製造及び寸法により制約される。したがって、製造可能であるより少ない冷却流の使用を可能にする改良は、より効率的なエンジンをもたらす。

したがって、前述した問題を取り扱うために新規な冷却される翼形部を提供することが望ましいであろう。

欧州特許出願公開第２５６８１１９号明細書

従来技術のこれら及び他の欠点は、本開示により取り扱われ、本開示は、冷却される翼形部後縁及び翼形部後縁を冷却する方法を提供する。

本開示の一態様は、前縁と、後縁と、吸引側、加圧側、翼形部の加圧側と吸引側の間に画定され冷却流体を輸送するように構成された少なくとも１つの内部冷却チャネルと、少なくとも１つの内部冷却チャネルと流体連通している複数の後縁抽気スロットと、少なくとも１つの内部冷却チャネルにおいて残りの加圧側の下流縁にある１つ以上の阻害機構とを備える、翼形部にある。翼形部の加圧側の下流縁は、複数の後縁抽気スロットを翼形部の後縁に隣接して露出させるように、吸引側の下流縁の上流にある。少なくとも１つの冷却チャネルは、複数の後縁抽気スロットに向けて冷却流体を供給するように構成される。１つ以上の阻害機構は、冷却流体の流れを分散させ、複数の後縁抽気スロットに分散冷却をもたらすように構成される。

本開示の別の態様は、前縁と、後縁と、吸引側、加圧側、翼形部の加圧側と吸引側の間に画定され冷却流体を輸送するように構成された少なくとも１つの内部冷却チャネルと、少なくとも１つの内部冷却チャネルと流体連通している複数の後縁抽気スロットと、冷却流体の流れを後縁に向けて分散させるように少なくとも１つの内部冷却チャネル内に配置されたピンアレイと、少なくとも１つの内部冷却チャネルにおいて残りの加圧側の下流縁に配された１つ以上の阻害機構とを備える、翼形部にある。翼形部の加圧側の下流縁は、複数の後縁抽気スロットを翼形部の後縁に隣接して露出させるように、吸引側の下流縁の上流にある。少なくとも１つの冷却チャネルは、冷却流体の供給源から複数の後縁抽気スロットに向けて冷却流体を供給するように構成される。１つ以上の阻害機構は、所定の略多角形形状を備え、冷却流体の流れを分散させ、複数の後縁抽気スロットに分散冷却をもたらすように構成される。

本開示のまた別の態様は、前縁、後縁、吸引側、加圧側、冷却流体を輸送するように構成された少なくとも１つの内部冷却チャネルを備える翼形部を冷却する方法にある。方法は、少なくとも１つの内部冷却チャネルから、少なくとも１つの内部冷却チャネルと流体連通している複数の後縁抽気スロットに向けて冷却流体を供給すること、及び、冷却流体の流れを複数の阻害機構により分散させて、複数の阻害機構により後縁を冷却するための冷却流体の方向付けられた膜を後縁抽気スロット上に形成することを含む。翼形部の加圧側の下流縁は、複数の後縁抽気スロットを翼形部の後縁に隣接して露出させるように、吸引側の下流縁の上流にある。少なくとも１つの内部冷却チャネルは、少なくとも１つの内部冷却チャネルにおいて残りの加圧側の下流縁に配された複数の阻害機構を含み、複数の阻害機構は、冷却流体の流れを分散させるように構成される。

本開示の各種の態様に関して、上記された特徴の各種の改良が存在する。これらの各種の態様には、さらなる特徴が組み込まれてもよい。これらの改良及び追加特徴は、個々に又は任意の組合せで存在してもよい。例えば、例示される実施形態の１つ以上に関して以下で議論される各種の特徴は、本開示の前述された態様のいずれかに単独で又は任意の組合せで組み込まれてもよい。再び、上に提示された概要は、請求される主題を限定せずに、本開示の特定の態様及び内容に読者を慣れさせることのみを意図している。

本開示の上記及び他の特徴、態様、及び利点は、同様の文字が図面を通して同様の部品を表している添付図面を参照して、以下の詳細な説明が読まれるときに、より良く理解されるであろう。

本明細書に示されるか記述される１つ以上の実施形態による、冷却される翼形部後縁及び翼形部後縁を冷却する方法を組み込む、従来のタービンエンジンの略図である。本明細書に示されるか記述される１つ以上の実施形態による、図１の高圧タービンの冷却される翼形部の略図である。本明細書に示されるか記述される１つ以上の実施形態による、複数の阻害機構及び複数の抽気スロットを示す、図２の冷却される翼形部の後縁の断面図の略図である。本開示のある実施形態による、図２の冷却される翼形部の後縁の一部分の拡大略図である。本明細書に示されるか記述される１つ以上の実施形態による、少なくとも１つの冷却チャネルの一部分、露出した抽気スロット、及び複数の阻害機構を示す、図４の翼形部後縁の略図である。本明細書に示されるか記述される１つ以上の実施形態による、少なくとも１つの内部冷却チャネルの一部分、露出した抽気スロット、及び、横方向オフセット位置にある複数の阻害機構を示す、翼形部後縁のある代替的な実施形態の略図である。本明細書に示されるか記述される１つ以上の実施形態による、少なくとも１つの内部冷却チャネルの一部分、露出した抽気スロット、及び、複数の阻害要素を含むようにそれぞれに構成された複数の阻害機構を示す、翼形部後縁のある代替的な実施形態の略図である。本明細書に示されるか記述される１つ以上の実施形態による、冷却される翼形部の後縁における冷却効果が示された２Ｄ熱画像である。

１つ以上の具体的な実施形態が後述される。これらの実施形態の正確な説明を提供する努力において、実際の実施の全ての特徴が本明細書に記述されていない場合がある。このような任意の実際の実施の開発においては、任意の工学又は設計プロジェクトにおけるのと同様に、システム関連及びビジネス関連の制約に準拠するなど、実施毎に変わり得る開発者固有の目標を達成するために実施固有の多数の判断を行わなければならないことを理解されたい。その上、このような開発努力は、複雑かつ時間を要し得るが、この開示の利益を受ける当業者にとっては設計、製作及び製造の日常的業務であることを理解されたい。

さらに、各例又は各実施形態は、本開示の特定の態様の説明を容易にするために提供されており、本開示の範囲を限定すると解釈されるべきではない。実際、本開示の範囲又は主旨から逸脱せずに、各種の修正及び変形を本開示に施せることが、当業者には理解されるであろう。例えば、またさらなる実施形態を生み出すために、一実施形態の部分として例示又は記述される特徴を別の実施形態と共に用いることができる。よって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内にある、このような修正及び変形をカバーすることを意図している。

本開示は、概してタービン構成要素に向けられ、特に、それぞれの構成要素の冷却を容易にするためなどの冷却機構を伴って形成された高温ガス路構成要素に向けられる。特に、本開示の態様は、タービン内で用いるための高温ガス路構成要素の後縁を冷却することに向けられる。この点をふまえて、以下の議論は、冷やされる後縁を含むこのような高温ガス路構成要素を利用し得る代表的なタービンシステムの概観、並びに、このようなタービンシステム及び冷却する方法の適当な構成要素における冷やされる後縁の構成の議論を提供する。

以下で詳細に議論されるように、本開示の実施形態は、翼形部及び翼形部を冷却するための方法を含む。翼形部は、翼形部の後縁に隣接して複数の抽気スロットを画定する露出した部分を有する少なくとも１つの内部冷却チャネルを含む。翼形部の加圧側の下流縁は、複数の後縁抽気スロットを翼形部の後縁に隣接して露出させるように、吸引側の下流縁の上流にある。抽気スロットは、衝突する冷却流の分散のために上流端にさらに配された複数の阻害機構を有する。

一般に、翼形部の翼形部の外部表面上の高温流体は、後縁での活動的な大きな流体速度と組み合わさって、材料温度が合理的な値に制限されるときに大きな熱流束をもたらす。後縁のより高い材料温度は、翼形部の劣化及びより多くのメンテナンスコストをもたらす。冷却流により達成される翼形部後縁の冷却は、業界の標準である。後縁冷却チャネルの既知の設計によって、径方向供給は、後縁冷媒流中の流れの歪又は剥離を引き起こす場合があり、そのことは、低い膜効率及び部分上昇の短縮化をもたらす。したがって、この径方向供給により引き起こされる流れの歪又は剥離を低減することにより後縁を冷却するための機構を提供する新規の翼形部、並びに翼形部を冷却する方法が、図１から図８を参照して後述される。

同一の参照数字が各種の図を通して同じ要素を示す図面を参照すると、図１は、本開示による例示的な航空機エンジン組立体１０の略図を示している。エンジン組立体１０は、長手方向の中心線又は軸線１２と、軸線１２の周りに同心に軸線１２に沿って同軸に配された外側固定環状ケーシング１４とを有する。例示的な実施形態において、エンジン組立体１０は、直列流連通状態で、ファン組立体１６、ブースタ圧縮器１８、コアガスタービンエンジン２０、並びに、ファン組立体１６及びブースタ圧縮器１８に結合され得る低圧タービン２１を含む。ファン組立体１６は、ファンロータディスク２６から略径方向外側に延びる複数のロータファンブレード２４と、ロータファンブレード２４の下流に配置され得る複数の構造支柱部材２８及び出口ガイドベーン（「ＯＧＶ」）２９とを含む。この例において、空気力学的な構造的機能のために個別の部材が設けられる。他の構成において、ＯＧＶ２９のそれぞれは、（前述された）環状ファンケーシングのための、空気方向転換要素と構造支持体の両方であり得る。

コアガスタービンエンジン２０は、高圧圧縮器３０、燃焼器３２、及び高圧タービン３４を含む。ブースタ圧縮器１８は、第１の駆動シャフト４０に結合された圧縮器ロータディスク３８から略径方向外側に延びる複数のロータブレード３６を含む。高圧圧縮器３０と高圧タービン３４は、第２の駆動シャフト４２により互いに結合される。第１及び第２の駆動シャフト４０及び４２は、ファンフレーム４５内及びタービン後方フレーム４７内に取り付けられる支承４３に回転可能に取り付けられる。ファンフレーム４５は、環状ファンケーシング５１に接続された中央ハブ４９を有する。エンジン組立体１０は、吸気側４４、コアエンジン排気側４６、及びファン排気側４８も含む。

運転中、ファン組立体１６は、吸気側４４を通ってエンジン組立体１０に入る空気を圧縮する。ファン組立体１６から出る空気流は分割され、もって、空気流５０の一部分が圧縮空気流としてブースタ圧縮器１８内に方向付けられ、空気流の残りの部分５２がブースタ圧縮器１８及びコアガスタービンエンジン２０を迂回し、迂回空気としてファン排気側４８を通ってエンジン組立体１０から出るようになっている。この迂回空気部分５２は、構造支柱部材２８及び出口ガイドベーン２９を通過して流れ、それらと相互作用する。複数のロータブレード３６は、圧縮空気流５０を圧縮し、コアガスタービンエンジン２０に向けて送出する。さらに、空気流５０は、高圧圧縮器３０によりさらに圧縮され、燃焼器３２に送出される。高度に加圧された圧縮空気は、燃焼器３２において燃料と混合され発火して、高度に加圧された高温推進ガスを発生させ、それらのガスは、さらに下流に流れ、高圧圧縮器３０を駆動するために高圧タービン３４により利用される。高度に加圧された高温推進ガスは、膨張し、それらのエネルギーの一部を喪失し、さらに下流に流れ続ける。

その上、燃焼器３２からの圧縮空気流５０は、回転する高圧タービン３４及び低圧タービン２１を駆動して、ファン組立体１６及びブースタ圧縮器１８を駆動する。高度に加圧された高温推進ガスは、コアエンジン排気側４６を通ってエンジン組立体１０から出る。

ある実施形態において、高圧タービン３４は複数の翼形部２２（図２）を含む。翼形部２２は、図２を参照してより詳細に記述される。本明細書において、タービンエンジンを参照して翼形部２２が議論されるが、翼形部２２は、後縁の加熱が制御される必要がある、冷却されるベーン又はノズルなどの任意の他の用途にも適用可能であることが想定されることに留意されたい。特に、本開示の概念は、冷却される装置の例として翼形部２２を用いて記述されるが、それらの概念は、エンジン組立体１０内の任意の空気方向転換又は固定の翼形部タイプの構造体に適用可能であることが理解されるであろう。

図２は、図１の高圧タービン３４の翼形部２２の略図である。翼形部２２は、流体の流れを上昇させ方向付ける前縁６２及び後縁６４を含む。本明細書において、入来ガスに接触するための翼形部２２の第１の縁が前縁６２と称され、翼形部２２を通過して流れるときのガスに接触する第２の縁が後縁６４と称されることに留意されたい。本開示のある実施形態において、翼形部２２は、インベストメント鋳造法により形成される。別の実施形態において、翼形部２２は、非限定的にブレード、バケット、ベーン及びノズルを含み得る。運転中、高度に加圧された高温推進ガスは、高圧タービン３４（図１）の上を流れ、翼形部２２を回転させる。高い圧力を受ける翼形部２２の面が加圧側６６と称される一方、低い圧力を受ける面が吸引側６８と称される。高度に加圧された高温推進ガスは、翼形部の両側の上を前縁６２から後縁６４に向けて方向７０に概ね流れる。ガスは、翼形部２２を通過して流れるとき、短い側よりも長い側の上をより速く流れる。速く移動するガスストリームは、遅く移動するガスストリームよりも低い圧力を有する。この圧力差は、翼形部２２の吸引側６８の方向に力を作り出す。この力は揚力と称される。高度に加圧された高温推進ガスの方向７０の流れは、後縁６４を加熱する。後縁６４を冷却する可能性は、後縁６４の厚さ、幾何形状、及び製造に直接関係する。後縁６４の冷却を助けるために、例示されるように、加圧側６６は、加圧側の下流縁６７が吸引側６８の下流縁７７の上流にあるように鋳造されている。ある例示的な実施形態において、そのように構成された加圧側６６は、後縁６４の後縁厚さの約４０パーセントの減少を生じさせる。加えて、後縁６４の温度を低減するために少なくとも１つの内部冷却チャネル（次の図３及び図４に示される）が設けられる。さらに、後縁６４に隣接する少なくとも１つの冷却チャネルのそれぞれの端には、１つ以上の流れ阻害機構（前述された）を含む複数の後縁抽気スロット７２が形成される。

翼形部２２は、従来のロータディスクに取り付けられた従来の蟻継７４を含み得る。ブレード付根７６が、蟻継７４から上向きに延び、ブレード付根７６から外側に突出しブレード付根７６を包囲する台座７８で終端する。中空翼形部２２は台座７８から外側に延びる。翼形部２２は、台座７８との交差部の根元８０と、その外側端の先端８２とを有する。翼形部２２は、多数の前縁冷却孔８４を含み得る。翼形部２２は、例としてのみ本明細書に記述される。翼形部２２は、燃焼ガスの流れからエネルギーを取り出すのに適した任意の大きさ又は形状を有し得る。本明細書においては、他の構成要素及び他の構成が用いられてもよい。

図３は、図２の線３−３に沿う翼形部２２の側断面図を示している。典型的に、運転中に後縁６４を冷却するために、翼形部２２内に冷却システムが設けられる。示されるように、翼形部２２は、キャビティ、チャンバなどとも一般に称され加圧側６６と吸引側６８（図２）の間に画定された少なくとも１つの内部冷却チャネル８６を含む。ある実施形態において、翼形部２２は、多数の内部冷却チャネル８６を含み得、それらの複数が図３に例示されている。少なくとも１つの冷却チャネル８６は、エンジン冷却回路により供給されるなどの、冷却空気８７の供給源からの冷却流体８８を、翼形部２２の後縁６４に向けて供給して、後縁６４の温度を低減させるように、翼形部２２の全長２３に沿って配される。ある代替的な実施形態において、少なくとも１つの冷却チャネル８６は、冷却流体を翼形部に供給するように、軸線方向に又は何らかの他の様式で、配向され得る。

本開示のある実施形態において、少なくとも１つの内部冷却チャネル８６は、インベストメント鋳造法、以下では「ＥＤＭ」と称される放電加工、以下では「ＥＣＭ」と称される電気化学加工、切削、又はそれらの組合せにより形成される。別の実施形態において、少なくとも１つの内部冷却チャネル８６は、レーストラック型、楕円形又は円形の断面を有する。翼形部２２は、空気冷却されてもよく、蒸気冷却されてもよく、開放回路であってもよく、閉鎖回路であってもよい。前縁冷却孔８４は、内部冷却チャネル８６の１つ以上と連通し得る。同様に、複数の後縁抽気スロット７２は、内部冷却チャネル８６の１つ以上と連通し得る。内部冷却チャネル８６の１つ以上は、ピンアレイ９０も含み得る。ピンアレイ９０は、ピンフィン９２のアレイであり得る。ピンフィン９２は、任意の所望の大きさ、形状、又は構成を有し得る。この例において、ピンアレイ９０は、後縁６４及び複数の後縁抽気スロット７２の上流に配置される。前に暗示されたように、翼形部２２は、ピンアレイ９０の下流及び複数の後縁抽気スロット７２の上流に配された１つ以上の流れ阻害機構１００をさらに含み得る。１つ以上の流れ阻害機構１００は、少なくとも１つの内部冷却チャネル８６において加圧側６６の下流縁６７（図２）に隣接して配される。１つ以上の流れ阻害機構１００は、後縁６４、特に複数の後縁抽気スロット７２の冷却を向上させ、事実上、流路の製造上の制約を犯さずに、必要な冷却流の量を減少させる。後縁６４を冷却するために必要とされる冷却流の率の得られた減少は、燃料消費率（ＳＦＣ）を向上させ、燃料効率を増加させる。

図４は、図３に破線６９により示されるような、本開示のある実施形態による翼形部２２の後縁６４の一部分の拡大略図である。翼形部２２は、複数の後縁抽気スロット７２を含み、それらの間に画定されたランド延長部７３を有する。この特定の実施形態において、ランド延長部７３は、略線形又は矩形の幾何形状として例示されるが、図６及び図７に後述される実施形態などの代替的な実施形態において、ランド延長部７３は代替的な構成を含んでもよい。冷却流体８８の冷却流８９は、翼形部２２を冷却するように、内部冷却チャネル８６及びピンアレイ９０を通って１つ以上の流れ阻害機構１００に向けて流れ、複数の後縁抽気スロット７２を介して翼形部２２から出得る。冷却流８９は、複数の後縁抽気スロット７２に向けてピンアレイ９０を通過するために方向転換することが必要とされる。本明細書において、他の構成及び他の構成要素が用いられてもよい。

図４に例示されるように、１つ以上の阻害機構１００は、少なくとも１つの内部冷却チャネル８６において、複数の後縁抽気スロット７２の上流端で加圧側６６の下流縁６７（破線により示される）に隣接して配される。冷却流体８８の冷却流８９は、１つ以上の阻害機構１００に衝突し、複数の後縁抽気スロット７２の１つ以上の外側部分７１に向けて分散し、方向付けられた膜８１を側壁７９上に形成し、それにより、複数の後縁抽気スロット７２（前述された）のそれぞれのより大きな部分を冷却する。概ねランド延長部７３の方向における１つ以上の外側部分７１に向けた冷却流８９のこの分散は、複数の後縁抽気スロット７２、より具体的には複数の後縁抽気スロット７２のスロット床部７５に対する冷媒流体の分散に関する潜在的な入口効果を解消させる。

次に図５から図７を参照すると、本明細書に開示されるような１つ以上の阻害機構１００の代替的な構成が例示されている。加えて、ランド延長部７３は、代替的な構成を含むように例示されている。この開示により、開示される阻害構成とランド延長構成の任意の組合せが予想されることを理解されたい。加えて、図５から図７には、網掛けによって、１つ以上の阻害機構１００による冷却流体８８の分散が例示されていることに留意されたい。

これ以上なく具体的に図５を参照すると、少なくとも１つの内部冷却チャネル８６の一部分、より具体的には、複数の後縁抽気スロット７２に向けて流れるときの冷却流８９の上部断面略図が例示されている。この例示において、複数の後縁抽気スロット７２のうちの３つが、それらの間に配されスロット床部７５を画定するランド延長部７３を有するように示されている。この特定の実施形態において、ランド延長部７３は、図３及び図４に関して前述されたように略線形の構成である。各種の流れ阻害機構１００は、少なくとも１つの内部冷却チャネル８６において、複数の後縁抽気スロット７２の上流端で加圧側６６の下流縁６７（破線により示される）に隣接して配されるように例示される。この特定の実施形態において、１つ以上の阻害機構１００は、略多角形形状を有するように構成され、特に、略楕円形の幾何形状、略円形の幾何形状、又は、製造許容差を考慮して面取りされた縁を含むなど、付随する後縁抽気スロット７２の形状に似た形状など、略多角形の幾何形状を有するように構成され得る。特に、１つ以上の阻害機構１００は、略楕円形の阻害機構１０２、略円形の阻害機構１０４、又は略多角形形状の阻害機構１０６のいずれかとして構成され得る。例示される実施形態において、１つ以上の阻害機構１００のそれぞれは、阻害機構１００の周りに冷却流８９を対称的に分散させるように複数の後縁抽気スロット７２の１つに隣接して配置される。例示されるように、冷却流８９は、１つ以上の阻害機構１００に衝突し、後縁６４の冷却を向上させるように後縁抽気スロット７２のそれぞれの外側部分７１に向けて対称的に分散する。後縁抽気スロット７２、及び、後縁抽気スロット７２に供給する内部冷却チャネル８６の一部分も、典型的に、拡散角度を含むように構成され得る。当該分野で知られているように、一方又は両方の側壁７９に対する凡そ７度以下の物理的な（幾何学的な）拡散角度は、後縁抽気スロット７２を画定する一方又は両方の側壁７９からの冷却流体８８の剥離を伴わずに、冷却流体８８が自由に広がり、空間を満たすことを可能にする。本明細書に記述されるような阻害部の提供は、優先的に後縁抽気スロット７２の外側部分７１に冷却流体８８を分散させ、それにより、図７に例示されるなどの、利用されるべき典型的な拡散角度よりも大きな拡散角度を可能にする。この大きな拡散角度が用いられるか否か、後縁抽気スロット７２の外側部分７１に対する冷却流体８８の方向は、これらの領域及び隣接するランド延長部７３の冷却を向上させる。

図６は、少なくとも１つの内部冷却チャネル８６の一部分、より具体的には、複数の後縁抽気スロット７２に向けて流れるときの冷却流８９の別の実施形態の上部断面図の略図である。図５の実施形態と同様に、複数の後縁抽気スロット７２のうちの３つが、それらの間に配されスロット床部７５を画定するランド延長部７３を有するように示されている。この特定の実施形態において、ランド延長部７３は、直線状の下流部分へ延びる傾斜した又は先細った上流部分を含むように構成される。各種の流れ阻害機構１００は、少なくとも１つの内部冷却チャネル８６において、複数の後縁抽気スロット７２のそれぞれの上流端で加圧側６６の下流縁６７（破線により示される）に隣接して配されるように例示される。この例示される実施形態において、１つ以上の阻害機構１００のそれぞれは、複数の後縁抽気スロット７２のそれぞれに対して、「ｘ」で示されるように横方向にオフセットしており、特に、抽気スロット７２の中心線１０３から「ｘ」だけ横方向にオフセットした中心線１０１を有する。前の実施形態に記述されたように、阻害機構１００のそれぞれは、略多角形形状を有するように構成され、特に、略楕円形の幾何形状、略円形の幾何形状、又は、製造許容差を考慮して面取りされた縁を含むなど、付随する後縁抽気スロット７２の形状に似た形状など、略多角形の幾何形状を有するように構成され得る。特に、１つ以上の阻害機構１００のそれぞれは、横方向にオフセットした略楕円形の阻害機構１０８、横方向にオフセットした略円形の阻害機構１１０、又は横方向にオフセットした略多角形形状の阻害機構１１２として構成され得る。１つ以上の阻害機構１００はそれぞれ、冷却流８９を非対称的に分散させるように、複数の抽気スロット７２の１つに対して横方向に「ｘ」だけオフセットして配置される。前の実施形態と同様に、冷却流８９は、１つ以上の阻害機構１００に衝突し、抽気スロット７２のそれぞれの外側部分７１に向けて分散する。前の実施形態とは対照的に、後縁抽気スロット７２に対する阻害機構１００のそれぞれの横方向オフセット「ｘ」は、抽気スロット７２内の阻害機構１００の非対称的な配置に応じて冷却流８９を分散させて、後縁６４の冷却を向上させる。

図７は、少なくとも１つの内部冷却チャネル８６の一部分、より具体的には、複数の後縁抽気スロット７２に向けて流れるときの冷却流８９のまた別の実施形態の上部断面図の略図である。図５及び図６の実施形態と同様に、複数の後縁抽気スロット７２のうちの３つが、それらの間に配されスロット床部７５を画定するランド延長部７３を有するように示されている。この特定の実施形態において、ランド延長部７３は、下流部分に向けて延びる傾斜した又は先細った上流部分を含むように構成される。各種の流れ阻害機構１００は、加圧側６６の下流縁６７（破線にて示される）に配されるように図示されている。例示される実施形態において、１つ以上の阻害機構１００のそれぞれは、略多角形形状を有するように構成され、特に、略楕円形の幾何形状、略円形の幾何形状、又は、製造許容差を考慮して面取りされた縁を含むなど、付随する後縁抽気スロット７２の形状に似た形状など、略多角形の幾何形状を有するように構成された、複数の個々の阻害ピン１１４で構成される。例示される実施形態において、各阻害機構１００は、２つの阻害ピンを含むように例示されるが、各阻害機構１００は、冷却流８９の所望の分散をもたらすように任意の数の阻害ピンを含んでもよいことが予想される。例示される実施形態において、１つ以上の阻害機構１００のそれぞれは、外側部分の周り及びそれらの間における冷却流８９の分散のために、複数要素の阻害機構１１４を構成する個々の複数要素を提供するように隔てられた関係にある、複数要素の阻害機構１１４として構成され得る。前の実施形態と同様に、冷却流８９は、１つ以上の阻害機構１００に衝突し、冷却流８９の一部分が阻害機構１００の中央部分１１５の下に分散した状態で、抽気スロット７２のそれぞれの外側部分７１に向けて分散する。前の実施形態とは対照的に、複数要素の阻害機構１１４は、抽気スロット７２における冷却流８９の分散をより個別化し、後縁６４の冷却を向上させる。

図８に転ずると、本明細書に開示される実施形態による、図１から図７の翼形部２２などの翼形部の後縁における冷却効果の２Ｄ熱画像１２０が示されている。本例において、２Ｄ熱画像１２０は、３つの後縁抽気スロット７２並びにそれらそれぞれのスロット床部７５及びランド延長部７３を例示している。例示されるように、例示される後縁抽気スロット７２のうちの２つは、冷却流８９の経路において上流端に配された阻害機構１００を含む。例示される中央抽気スロット７２は、本明細書に開示されるような阻害機構１００を含まない。熱画像は、阻害機構１００による冷却流８９の分散が、抽気スロット７２を横切る、特にスロット床部７５を横切る冷媒分散に関する入口効果の増加をもたらすことを比較的に例示している。径方向供給は、典型的に後縁冷媒流中の流れの歪又は剥離を引き起こし、低い膜効率及び結果としての高い金属温度及び短い部分上昇をもたらす。本明細書に開示されるような冷却流８９の分散は、冷却エリアの増加に必要とされる冷却流の減少を伴って、冷却エリアの増加をもたらす。結果として、冷却流８９の低減された率は、ＳＦＣの向上、冷却流の径方向供給に起因して入口により引き起こされた流れの歪又は剥離の低減、ランド膜の効率の向上、並びに、膜冷却の均一性の向上による部分上昇の向上をもたらす。

前述された翼形部の各種の実施形態は、後縁のための冷却流が向上された後縁を含む翼形部を提供する。後縁の厚さは、後縁抽気スロットを後縁に隣接して露出させるように低減される。１つ以上の阻害機構は、冷却流を分散させるために、少なくとも１つの内部冷却チャネルにおいて、複数の後縁抽気スロットの上流端で加圧側の下流縁に近接して配される。冷却流の分散は、運転中に後縁を冷却するための方向付けられた冷却流体膜を後縁に形成し、全体的な冷却効率を高めるために、より広い表面エリアの上に冷媒を拡散させながら後縁の表面に冷媒を保つ。よって、開示される冷却システム及び方法は、後縁を適切に冷却しながら後縁冷媒流中の流れの歪又は剥離を最小化し、翼形部の効率の増加及び翼形部のメンテナンスコストの低下を生じさせる。

もちろん、任意の特定の実施形態によって、このような前述された目的又は利点の全てが必ずしも達成されない場合があることが理解されるべきである。よって、例えば、当業者は、本明細書に記述されるシステム及び技術が、本明細書に教示されるような１つの利点又は一群の利点を達成又は最適化する方法で、本明細書に教示又は示唆され得る他の目的又は利点を必ずしも達成せずに、具現化又は実施され得ることを認識するであろう。

さらに、当業者は、様々な実施形態から各種の特徴の相互交換の可能性を認識するであろう。例えば、記述される各種の特徴及び各特徴の他の既知の均等物は、追加のシステム及び技術を作り出すために、この開示の原理によって当業者により組み合わせられ調和されてもよい。

本明細書には本開示の特定の特徴のみが例示され記述されてきたが、当業者には多くの修正及び変更が想起されるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示の本来の主旨に属するような、このような全ての修正及び変更をカバーすることを意図していると理解されるべきである。この明細書は、ベストモードを含めて本開示を開示するために、並びに、任意の装置若しくはシステムの製作及び使用、並びに組み込まれた任意の方法の実施を含めて当業者が本開示を実践することも可能にするために、例を用いている。本明細書に提供される代表的な例及び実施形態は、本開示の範囲内にある追加の実施形態を形成するために、互いに組み合わせられ他の開示される実施形態又は例の特徴と組み合わせられ得る特徴を含む。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲により定義されており、当業者が想起する他の例を含み得る。このような他の例は、特許請求の範囲の文言から相違しない構成要素を有する場合、又は、特許請求の範囲の文言から実質的に相違しない均等な構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることが意図される。

本願発明は、以下の実施形態を含む。
［実施形態１］
翼形部（２２）であって、
前縁（６２）と、
後縁（６４）と、
吸引側（６８）、加圧側（６６）、前記吸引側（６８）と前記加圧側（６６）の間に画定され冷却流体（８８）を輸送するように構成された少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）と、
前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）と流体連通している複数の後縁抽気スロット（７２）であって、前記翼形部（２２）の前記加圧側（６６）の下流縁（６７）が、前記複数の後縁抽気スロット（７２）を前記翼形部（２２）の前記後縁（６４）に隣接して露出させるように前記吸引側（６８）の下流縁（７７）の上流にあり、前記少なくとも１つの冷却チャネル（８６）が、前記複数の後縁抽気スロット（７２）に向けて前記冷却流体（８８）を供給するように構成される、複数の後縁抽気スロット（７２）と、
前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）において前記加圧側（６６）の下流縁（６７）に配された１つ以上の阻害機構（１００）であって、前記冷却流体（８８）の流れ（８９）を分散させ前記複数の後縁抽気スロット（７２）に分散冷却をもたらすように構成される、１つ以上の阻害機構（１００）と、
を備える翼形部（２２）。
［実施形態２］
前記冷却流体（８８）の前記流れ（８９）を前記後縁（６４）に向けて分散させるように前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）内に配置されたピンアレイ（９０）をさらに備える、実施形態１に記載の翼形部（２２）。
［実施形態３］
前記１つ以上の阻害機構（１００）が、所定の略多角形形状を備える、実施形態１に記載の翼形部（２２）。
［実施形態４］
前記１つ以上の阻害機構（１００）が、略楕円形の阻害機構（１０２）として構成される、実施形態３に記載の翼形部（２２）。
［実施形態５］
前記１つ以上の阻害機構（１００）が、略円形の阻害機構（１０４）として構成される、実施形態３に記載の翼形部（２２）。
［実施形態６］
前記１つ以上の阻害機構（１００）が、前記冷却流体（８８）の前記流れ（８９）を前記複数の後縁抽気スロット（７２）に対して非対称的に分散させるように、前記複数の後縁抽気スロット（７２）に対して前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）内に横方向にオフセットして配される、実施形態３に記載の翼形部（２２）。
［実施形態７］
前記１つ以上の阻害機構（１００）が、前記冷却流体（８８）の前記流れ（８９）を前記複数の後縁抽気スロット（７２）に対して対称的に分散させるように、前記複数の後縁抽気スロット（７２）に対して前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）内の中央に配される、実施形態３に記載の翼形部（２２）。
［実施形態８］
前記１つ以上の阻害機構（１００）のそれぞれが、複数要素の阻害機構（１１４）として構成される、実施形態３に記載の翼形部（２２）。
［実施形態９］
前記翼形部（２２）が、ガスタービンブレードの翼形部を備える、実施形態１に記載の翼形部（２２）。
［実施形態１０］
前記翼形部（２２）が、ガスタービンベーンの翼形部を備える、実施形態１に記載の翼形部（２２）。
［実施形態１１］
翼形部（２２）であって、
前縁（６２）と、
後縁（６４）と、
吸引側（６８）、加圧側（６６）、前記翼形部（２２）の前記吸引側（６８）と前記加圧側（６６）の間に配され冷却流体（８８）を輸送するように構成された少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）と、
前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）と流体連通している複数の後縁抽気スロット（７２）であって、前記翼形部（２２）の前記加圧側（６６）の下流縁（６７）が、前記複数の後縁抽気スロット（７２）を前記翼形部（２２）の前記後縁（６４）に隣接して露出させるように前記吸引側（６８）の下流縁（７７）の上流にあり、前記少なくとも１つの冷却チャネル（８６）が、冷却流体（８８）の供給源から前記複数の後縁抽気スロット（７２）に向けて前記冷却流体（８８）を供給するように構成される、複数の後縁抽気スロット（７２）と、
前記冷却流体（８８）の前記流れ（８９）を前記後縁（６４）に向けて分散させるように前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）内に配置されたピンアレイ（９０）と、
前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）において残りの加圧側（６６）の下流縁（６７）に配された１つ以上の阻害機構（１００）であって、所定の略多角形形状を備え、前記冷却流体（８８）の流れ（８９）を分散させ前記複数の後縁抽気スロット（７２）に分散冷却をもたらすように構成された、翼形部（２２）。
［実施形態１２］
前記１つ以上の阻害機構（１００）が、略楕円形の阻害機構（１０２）、略円形の阻害機構（１０４）、前記複数の後縁抽気スロット（７２）の１つの形状に似た略多角形形状の阻害機構（１０６）、或いは、略楕円形の阻害機構、略円形の阻害機構及び略多角形形状の阻害機構の組合せとして構成される、実施形態１１に記載の翼形部（２２）。
［実施形態１３］
前記１つ以上の阻害機構（１００）が、前記冷却流体（８８）の前記流れ（８９）を前記複数の後縁抽気スロット（７２）に非対称的に分散させるように、前記複数の後縁抽気スロット（７２）に対して前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）内に横方向にオフセットして配される、実施形態１２に記載の翼形部（２２）。
［実施形態１４］
前記１つ以上の阻害機構（１００）が、前記冷却流体（８８）の前記流れ（８９）を前記複数の後縁抽気スロット（７２）に対称的に分散させるように、前記複数の後縁抽気スロット（７２）に対して前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）内の中央に配される、実施形態１２に記載の翼形部（２２）。
［実施形態１５］
前記１つ以上の阻害機構（１００）のそれぞれが、複数要素の阻害機構（１１４）として構成される、実施形態１１に記載の翼形部（２２）。
［実施形態１６］
前記翼形部（２２）が、ガスタービンブレードの翼形部又はガスタービンベーンの翼形部の一方である、実施形態１１に記載の翼形部（２２）。
［実施形態１７］
前縁（６２）、後縁（６４）、吸引側（６８）、加圧側（６６）、及び冷却流体（８８）を輸送するように構成された少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）を備える翼形部（２２）を冷却する方法であって、前記方法が、
前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）から、前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）と流体連通している複数の後縁抽気スロット（７２）に向けて前記冷却流体（８８）を供給することを含み、
前記翼形部（２２）の前記加圧側（６６）の下流縁（６７）が、前記複数の後縁抽気スロット（７２）を前記翼形部（２２）の前記後縁（６４）に隣接して露出させるように前記吸引側（６８）の下流縁（７７）の上流にあり、
前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）が、前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）において残りの加圧側（６６）の下流縁（６７）に配された複数の阻害機構（１００）を含み、前記複数の阻害機構（１００）が、前記冷却流体（８８）の流れ（８９）を分散させるように構成され、
前記方法が、前記複数の阻害機構（１００）により前記冷却流体（８８）の前記流れ（８９）を分散させて、前記複数の阻害機構（１００）により前記後縁（６４）を冷却するための前記冷却流体（８８）の方向付けられた膜（８１）を前記後縁抽気スロット（７２）上に形成することを含む、方法。
［実施形態１８］
前記１つ以上の阻害機構（１００）が、略楕円形の阻害機構（１０２）、略円形の阻害機構（１０４）、略多角形形状の阻害機構（１０６）、横方向にオフセットした略楕円形の阻害機構（１０８）、横方向にオフセットした略円形の阻害機構（１１０）、横方向にオフセットした略多角形形状の阻害機構（１１２）、複数要素の阻害機構（１１４）、又はそれらの組合せとして構成される、実施形態１７に記載の方法。
［実施形態１９］
前記翼形部（２２）を冷却することが、ガスタービンブレードの翼形部を冷却することを含む、実施形態１７に記載の方法。
［実施形態２０］
前記翼形部（２２）を冷却することが、ガスタービンベーンの翼形部を冷却することを含む、実施形態１７に記載の方法。

１０エンジン組立体
１２中心線又は軸線
１４外側固定環状ケーシング
１６ファン組立体
１８ブースタ圧縮器
２０コアガスタービンエンジン
２１低圧タービン
２２翼形部
２３全長
２４ロータファンブレード
２６ファンロータディスク
２８構造支柱部材
２９出口ガイドベーン（ＯＧＶ）
３０高圧圧縮器
３２燃焼器
３４高圧タービン
３６ロータブレード
３８圧縮器ロータディスク
４０第１の駆動シャフト
４２第２の駆動シャフト
４３支承
４４吸気側
４５ファンフレーム
４６コアエンジン排気側
４７タービン後方フレーム
４８ファン排気側
４９中央ハブ
５０圧縮空気流、空気流
５１環状ファンケーシング
５２迂回空気部分
６２前縁
６４後縁
６６加圧側
６７下流縁
６８吸引側
６９破線
７０方向
７１外側部分
７２後縁抽気スロット、中央抽気スロット
７３ランド延長部
７４蟻継
７５スロット床部
７６ブレード付根
７７下流縁
７８台座
７９側壁
８０根元
８１膜
８２先端
８４前縁冷却孔
８６内部冷却チャネル、冷却チャネル
８７冷却空気
８８冷却流体
８９冷却流
９０ピンアレイ
９２ピンフィン
１００流れ阻害機構、阻害機構
１０１中心線
１０２略楕円形の阻害機構
１０３中心線
１０４略円形の阻害機構
１０６略多角形形状の阻害機構
１０８略楕円形の阻害機構
１１０略円形の阻害機構
１１２略多角形形状の阻害機構
１１４複数要素の阻害機構、阻害ピン
１１５中央部分
１２０２Ｄ熱画像

Claims

翼形部（２２）であって、
前縁（６２）と、
後縁（６４）と、
吸引側（６８）、加圧側（６６）、前記吸引側（６８）と前記加圧側（６６）の間に画定され冷却流体（８８）を輸送するように構成された少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）と、
前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）と流体連通している複数の後縁抽気スロット（７２）であって、前記翼形部（２２）の前記加圧側（６６）の下流縁（６７）が、前記複数の後縁抽気スロット（７２）を前記翼形部（２２）の前記後縁（６４）に隣接して露出させるように前記吸引側（６８）の下流縁（７７）の上流にあり、前記少なくとも１つの冷却チャネル（８６）が、前記複数の後縁抽気スロット（７２）に向けて前記冷却流体（８８）を供給するように構成される、複数の後縁抽気スロット（７２）と、
前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）において前記加圧側（６６）の下流縁（６７）に配された１つ以上の阻害機構（１００）であって、前記冷却流体（８８）の流れ（８９）を分散させ前記複数の後縁抽気スロット（７２）に分散冷却をもたらすように構成される、１つ以上の阻害機構（１００）と、
を備える翼形部（２２）。
前記冷却流体（８８）の前記流れ（８９）を前記後縁（６４）に向けて分散させるように前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）内に配置されたピンアレイ（９０）をさらに備える、請求項１に記載の翼形部（２２）。
前記１つ以上の阻害機構（１００）が、所定の略多角形形状を備える、請求項１又は２に記載の翼形部（２２）。
前記１つ以上の阻害機構（１００）が、略楕円形の阻害機構（１０２）として構成される、請求項３に記載の翼形部（２２）。
前記１つ以上の阻害機構（１００）が、略円形の阻害機構（１０４）として構成される、請求項３に記載の翼形部（２２）。
前記１つ以上の阻害機構（１００）が、前記冷却流体（８８）の前記流れ（８９）を前記複数の後縁抽気スロット（７２）に対して非対称的に分散させるように、前記複数の後縁抽気スロット（７２）に対して前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）内に横方向にオフセットして配される、請求項３乃至５のいずれか１項に記載の翼形部（２２）。
前記１つ以上の阻害機構（１００）が、前記冷却流体（８８）の前記流れ（８９）を前記複数の後縁抽気スロット（７２）に対して対称的に分散させるように、前記複数の後縁抽気スロット（７２）に対して前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）内の中央に配される、請求項３乃至５のいずれか１項に記載の翼形部（２２）。
前記１つ以上の阻害機構（１００）のそれぞれが、複数要素の阻害機構（１１４）として構成される、請求項３乃至７のいずれか１項に記載の翼形部（２２）。
前記翼形部（２２）が、ガスタービンブレードの翼形部を備える、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の翼形部（２２）。
前記翼形部（２２）が、ガスタービンベーンの翼形部を備える、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の翼形部（２２）。
前縁（６２）、後縁（６４）、吸引側（６８）、加圧側（６６）、及び冷却流体（８８）を輸送するように構成された少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）を備える翼形部（２２）を冷却する方法であって、前記方法が、
前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）から、前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）と流体連通している複数の後縁抽気スロット（７２）に向けて前記冷却流体（８８）を供給することを含み、
前記翼形部（２２）の前記加圧側（６６）の下流縁（６７）が、前記複数の後縁抽気スロット（７２）を前記翼形部（２２）の前記後縁（６４）に隣接して露出させるように前記吸引側（６８）の下流縁（７７）の上流にあり、
前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）が、前記少なくとも１つの内部冷却チャネル（８６）において残りの加圧側（６６）の下流縁（６７）に配された複数の阻害機構（１００）を含み、前記複数の阻害機構（１００）が、前記冷却流体（８８）の流れ（８９）を分散させるように構成され、
前記方法が、前記複数の阻害機構（１００）により前記冷却流体（８８）の前記流れ（８９）を分散させて、前記複数の阻害機構（１００）により前記後縁（６４）を冷却するための前記冷却流体（８８）の方向付けられた膜（８１）を前記後縁抽気スロット（７２）上に形成することを含む、方法。
前記１つ以上の阻害機構（１００）が、略楕円形の阻害機構（１０２）、略円形の阻害機構（１０４）、略多角形形状の阻害機構（１０６）、横方向にオフセットした略楕円形の阻害機構（１０８）、横方向にオフセットした略円形の阻害機構（１１０）、横方向にオフセットした略多角形形状の阻害機構（１１２）、複数要素の阻害機構（１１４）、又はそれらの組合せとして構成される、請求項１１に記載の方法。
前記翼形部（２２）を冷却することが、ガスタービンブレードの翼形部を冷却することを含む、請求項１１又は１２に記載の方法。
前記翼形部（２２）を冷却することが、ガスタービンベーンの翼形部を冷却することを含む、請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。