JP2017106458A - フィルム冷却を用いるエンジン構成要素 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンエンジンの構成要素内の空洞を冷却するための構造を提供する。【解決手段】エンジン構成要素は、冷却流Ｃに隣接する冷却面１２２と、流体の高温流Ｈに隣接する高温面１２４とを含み得る。構成要素は、高温流Ｈと冷却流Ｃを分離する壁１２０であって、冷却面１２２および高温面１２４を画定し、壁に配置される複数のフィルム孔１５０を有する壁１２０を含み得る。少なくとも１つのタービュレーター１３０および少なくとも１つのフィルム孔導入口１５２が冷却面１２２上に配置され得る。タービュレーター１３０と導入口１５２は、フィルム孔１５０に冷却流体Ｃの定常流をもたらすように配置され得る。１つの配置は、タービュレーター１３０からタービュレーターの高さ１３６少なくとも２つ分、フィルム孔導入口１５２を離間することを含み得る。【選択図】図４

Description

本発明は、フィルム冷却を用いるエンジン構成要素に関する。

タービンエンジン、特にガスまたは燃焼タービンエンジンは、動翼および静翼対を含む圧縮機段から燃焼器、その次の複数のタービン動翼への一連であるエンジンを通り抜ける燃焼されたガスの流れからエネルギーを抽出するロータリエンジンである。ガスタービンエンジンは、陸上および航海上の移動ならびに電力生成に用いられてきたが、例えばヘリコプターを含む飛行機である航空上の利用に通常用いられている。飛行機分野では、ガスタービンエンジンは、航空機の推進に用いられる。

航空機のガスタービンエンジンは、高温で作動してエンジン効率を最大化するように設計されているため、高圧タービンや低圧タービンなど特定のエンジン構成要素の冷却が必要であり得る。典型的には、冷却は、高圧および／または低圧圧縮機から冷却を必要とするエンジン構成要素に冷却空気をダクトで送ることによって達成される。高圧タービン内の温度は約１０００℃〜２０００℃で、圧縮機からの冷却空気は約５００℃〜７００℃である。圧縮機空気は高温であるが、それはタービン空気に比べて低温で、タービンを冷却するのに用いられ得る。

熱冷却的特徴として、冷却流に隣接する面上にタービュレーターが用いられてきたが、タービュレーターは、そこを冷却流が抜けるか覆って通る際に非定常または渦状の空気流を発生させる傾向があり、それが、冷却流体流に依存する追加的な冷却的特徴を混乱させ得る。

米国特許第４５１４１４４号

一態様では、高温燃焼ガス流を発生させ、冷却流体流をもたらす、ガスタービンエンジンのエンジン構成要素は、高温燃焼ガス流を冷却流体流から分離する壁であって、高温流路における高温燃焼ガス流に沿った高温面と、冷却流体流に面する冷却面とを有する壁を含む。エンジン構成要素は、タービュレーターの高さと、冷却流体流に直面する前面と、冷却流体流の向かうほうを向く後面とを画定するように冷却面から離れるほうに延びる少なくとも１つのタービュレーターをさらに含む。エンジン構成要素は、冷却面に設けられた導入口と、高温面に設けられた排出口と、導入口と排出口を接続する通路とを有する少なくとも１つのフィルム孔をさらに含み、導入口は、タービュレーターからタービュレーターの高さ少なくとも２つ分以内に離間される。

他の一態様では、ガスタービンエンジンの構成要素内の空洞を冷却する方法は、導入口の下流に配置されるタービュレーターの高さ２つ分以内にあるフィルム孔のその導入口の中に空気を向けることを含む。

なおも他の一態様では、高温燃焼ガス流を発生させ、冷却流体流をもたらす、ガスタービンエンジンのエンジン構成要素は、高温燃焼ガス流を冷却流体流から分離する壁であって、高温流路における高温燃焼ガス流に沿った高温面と、冷却流体流に面する冷却面と、流れ方向に延びる冷却面に形成されるチャネルとを有する壁を含む。エンジン構成要素は、タービュレーターの高さと、冷却流体流に直面する前面と、冷却流体流の向かうほうを向く後面とを画定するようにチャネル内に配置され冷却面から離れるほうに延びる複数のタービュレーターをさらに含み、かつ冷却面に設けられた導入口と、高温面に設けられた排出口と、導入口と排出口を接続する通路とを有する複数のフィルム孔をさらに含む。導入口の少なくとも１つは、タービュレーターの１つの上流にタービュレーターの高さ少なくとも２つ分以内に配置される。

図面は、以下のとおりである。
ガスタービンエンジンの概略図である。 図１のエンジンのタービン動翼という形におけるエンジン構成要素の斜視図である。 内部冷却通路を示す、図２の動翼の断面図である。 複数のタービュレーターおよびフィルム孔を有するエンジン構成要素の一部の斜視図である。 タービュレーターに関連して配置されたフィルム孔導入口を示す、図３のエンジン構成要素の上面図である。 図５のエンジン構成要素に沿った温度の変化を示す、温度勾配のプロットである。 タービュレーターの下流のフィルム孔導入口を示す、図３のエンジン構成要素の上面図である。 複数の山形部に関連して配置されたフィルム孔導入口を示す、図３のエンジン構成要素の上面図である。 山形部の中心角部の上流にあるフィルム孔導入口を示す、図３のエンジン構成要素の上面図である。

記載される本発明の実施形態は、タービンエンジンに流れる空気の経路決定に関する機械、方法および他の装置を対象にする。説明を目的として、本発明は航空機のガスタービンエンジンに関して記載することとする。しかしながら、この発明は、それに限定されず、例えば他の移動体への応用および非移動体への工業的、商業的かつ居住的応用である、航空機以外の応用での通常の適応性を有しうることは理解されるであろう。

説明を目的として、本発明は、タービンエンジンのタービン動翼のエーロフォイル関して記載される、ということをさらに理解されたい。しかしながら、本発明は、タービン動翼に限定されず、非限定的な例として、圧縮機動翼、タービン静翼もしくは圧縮機静翼、ファン動翼、支柱、シュラウドアセンブリ、燃焼器ディフレクター、もしくは燃焼器ライナー、または冷却を必要とする他の任意のエンジン構成要素など、いかなるエーロフォイル構造をも含み得る、ということが理解されるであろう。

本明細書で使用される場合、用語「前方」または「上流」は、エンジン導入口に向かう方向に動くこと、または或る構成要素が他の構成要素に比べてエンジン導入口に相対的により近くにあることを指す。「前方」または「上流」と関連して用いられる用語「後方」または「下流」は、エンジン中心線よりエンジンの後部または排出口に向かう方向を指す。

加えて、本明細書で使用される場合、用語「放射状」または「放射状に」は、エンジンの中心長手方向軸線とエンジン外周との間に延びる広がりを指す。

さらに、本明細書で使用される場合、用語「流れ方向」もしくは「流線」または類似の用語は、流れ、流体、ガス、位置、または線形とともに用いられるとき、直線的であり得る流体もしくはガスの流れ方向か、または流れが非直線的である、つまり流れの方向がいずれかの位置または時点で動いている、流れの進路か、を指す。

さらに、本明細書で使用される場合、用語「流れ要素」は、タービュレーター、山形部、チャネル、ピンバンク、メッシュ、冷却通路、または、エンジン構成要素内における流線流の変化に影響または作用し得る他のいかなる要素をも含み得る。

方向に関する全ての言及（例えば、放射状、軸方向、近位、遠位、上方、下方、上向き、下向き、左、右、横、前、後、上、底、上に、下に、垂直、水平、右回り、左回り、上流、下流、後方、等）は、読者が本発明を理解するのを補助する識別目的のためにのみ用いられ、特に、本発明の位置、方向性、または使用に関して限定を生じさせない。接続に関する言及（例えば、取り付けられる、連結される、接続される、および接合される）は、広く解釈されるものとし、他に断りがなければ、一組の要素間における中間部材および要素間の相対的運動を含み得る。そういうものとして、接続に関する言及は、２つの要素がお互いに対して直接接続されて固定した関係にあるということを必ずしも暗示しない。例示的な図面は説明目的にすぎず、本明細書に添付した図面に反映される寸法、位置、順序、および相対的サイズは種々あり得る。

図１は、航空機のガスタービンエンジン１０の概略断面図である。エンジン１０は、概して長手方向に延びる軸線または前方１４から後方１６へ延びる中心線１２を有する。エンジン１０は、下流への直列流れ関係で、ファン２０を含むファンセクション１８、ブースターまたは低圧（ＬＰ）圧縮機２４および高圧（ＨＰ）圧縮機２６を含む圧縮機セクション２２、燃焼器３０を含む燃焼セクション２８、ＨＰタービン３４およびＬＰタービン３６を含むタービンセクション３２および排気セクション３８を含む。

ファンセクション１８は、ファン２０を包囲するファンケーシング４０を含む。ファン２０は、中心線１２回りに放射状に配置される複数のファンブレード４２を含む。ＨＰ圧縮機２６、燃焼器３０およびＨＰタービン３４は、燃焼ガスを生成するエンジン１０のコア４４を形成する。コア４４は、ファンケーシング４０と連結され得るコアケーシング４６によって包囲される。

エンジン１０の中心線１２回りに同軸上に配置されるＨＰシャフトまたはスプール４８は、ＨＰタービン３４をＨＰ圧縮機２６と駆動的に連結する。大きい直径である環状のＨＰスプール４８内でエンジン１０の中心線１２回りに同軸上に配置されるＬＰシャフトまたはスプール５０は、ＬＰタービン３６をＬＰ圧縮機２４およびファン２０と駆動的に連結する。スプール４８、５０のいずれかまたは双方に搭載されて、ともに回転するエンジン１０の部分を、個別にまたはまとめて回転子５１と呼ぶ。

ＬＰ圧縮機２４およびＨＰ圧縮機２６は複数の圧縮機段５２、５４をそれぞれ含み、そこで圧縮機動翼５８の集合は、対応する静的な圧縮機静翼６０、６２（ノズルとも呼ばれる）の集合に対して回転して、上記段を通り抜ける流体の流れを圧縮または加圧する。１つの圧縮機段５２、５４において、多数の圧縮機動翼５６、５８は、環内に設けられることが可能であり、動翼プラットフォームから動翼端まで、中心線１２に対して半径方向に外側に延びることが可能である一方で、対応する静的な圧縮機静翼６０、６２が、動翼５６、５８にその下流に隣接して位置する。図１に示す動翼、静翼および圧縮機段の数は、説明の目的のためだけに選択されたものであり、他の数が可能であることに留意されたい。ある圧縮機段の動翼５６、５８は、ディスク５３に搭載可能であり、それは、その所有のディスクを有する各段を伴うＨＰおよびＬＰスプール４８、５０のうちの対応するひとつに搭載される。静翼６０、６２は、回転子５１回りの円周方向配置のコアケーシング４６に搭載される。

ＨＰタービン３４およびＬＰタービン３６は複数のタービン段６４、６６をそれぞれ含み、そこでタービン動翼６８、７０の集合は、対応する静的なタービン静翼７２、７４（ノズルとも呼ばれる）の集合に対して回転して、上記段を通り抜ける流体の流れからエネルギーを抽出する。１つのタービン段６４、６６において、多数のタービン動翼６８、７０は、環内に設けられることが可能であり、動翼プラットフォームから動翼端まで、中心線１２に対して半径方向に外側に延びることが可能である一方で、対応する静的なタービン静翼７２、７４が、動翼６８、７０にその上流に隣接して位置する。図１に示す動翼、静翼およびタービン段の数は、説明の目的のためだけに選択されたものであり、他の数が可能であることに留意されたい。

作動において、回転ファン２０は、ＬＰ圧縮機２４へ周辺空気を供給し、その後周辺空気をさらに加圧するＨＰ圧縮機２６へ加圧された周辺空気を供給する。ＨＰ圧縮機２６からの加圧空気は、燃焼器３０において燃料と混合して点火され、それによって燃焼ガスを生成する。ある仕事量が、ＨＰタービン３４によってこれらのガスから抽出され、ＨＰ圧縮機２６を駆動する。燃焼ガスは、ＬＰ圧縮機２４を駆動する追加の仕事量を抽出するＬＰタービン３６へ流れ出て、排気ガスは、最終的に、排気セクション３８を経由してエンジン１０から排出される。ＬＰタービン３６の駆動がＬＰスプール５０を駆動し、ファン２０およびＬＰ圧縮機２４を回転する。

ファン２０によって供給されるいくつかの周辺空気は、エンジンコア４４を回避することが可能であり、エンジン１０の部分、特に高温部分の冷却に用いること、および／または他の態様の航空機の冷却もしくは動力に用いることが可能である。タービンエンジンの文脈において、エンジンにおける高温部分とは、通常、燃焼器３０の下流、特に燃焼セクション２８の直下流であるために最高温部分となるＨＰタービン３４を伴う、タービンセクション３２である。他の冷却流体の源としては、限定するものではないが、ＬＰ圧縮機２４またはＨＰ圧縮機２６から流れ出る流体がありうる。

図２は、図１のエンジン１０のタービン動翼６８の１つという形におけるエンジン構成要素の斜視図である。タービン動翼６８は、蟻ほぞ７６およびエーロフォイル７８を含む。蟻ほぞ７６は、エンジン１０上のタービン回転子ディスクに搭載されるように構成され得る。エーロフォイル７８は、先端８０から根元８２に延びて翼長方向を画定する。蟻ほぞ７６は、根元８２でエーロフォイル７８と一体的になったプラットフォーム８４をさらに含み、このことにより、タービン空気流を放射状に含有するのを助ける。蟻ほぞ７６は、第１の導入口通路８８、第２の導入口通路９０、および第３の導入口通路９２として例示的に示される少なくとも１つの導入口通路を含み、それぞれが蟻ほぞ７６を通って延びて、通路排出口９４でエーロフォイル７８との内部流体連通をもたらす。示される導入口通路８８、９０、９２は、例示的であり、限定的として理解されないものとする。より多いかまたはより少ない導入口通路を用いて、エーロフォイル７８の内部の流体の流れをもたらし得る。蟻ほぞ７６は、断面が示されており、導入口通路８８、９０、９２が蟻ほぞ７６の本体内に収納されるようになっている、ということを理解されたい。本明細書に記載される通り、エンジン構成要素は、エーロフォイル７８として記載されるが、これは限定的として解釈されないものとし、非限定的な例として、動翼、静翼、支柱、またはシュラウドアセンブリなど追加的なエンジン構成要素がエーロフォイルの代わりに用いられ得る、ということをさらに理解されたい。

図３を見ると、断面で示されるエーロフォイル７８は、凹状圧力壁９８を画定する外壁と、凸状吸引壁１００とを有し、それらは、エーロフォイル形状を画定するように接合される。前縁１０２と後縁１０４は、その間に延びる翼弦方向を画定する。エーロフォイル７８は、圧力壁９８が吸引壁１００の後に続くような方向に回転する。そうして、図３に示すように、エーロフォイル７８は、ページの上のほうに、上向きに回転することになる。

エーロフォイル７８は、第１の冷却通路１０６、第２の冷却通路１０８、および第３の冷却通路１１０によって画定される内部空間９６を含む。冷却流体など流体の流れが冷却通路１０６、１０８、１１０内を通って、エーロフォイル７８に冷却をもたらすことができる。通路１０６、１０８、１１０は、エーロフォイル７８の側壁どうしの間に延びる１つまたは複数の畝部１１２によって画定され分離され得る。通路１０６、１０８、１１０および畝部１１２は、通路１０６、１０８、１１０内の流れを利用するに当って空気流または冷却要素をもたらすための内部空間面を画定し得る。

我々は、容積内部空洞または通路をもった従来の冷却エーロフォイルを示しているが、本発明は、タービュレーターが利用できるいかなるところにも適用される、ということを理解されたい。これは、壁近傍冷却通路および微小回路冷却通路だけでなく、静翼、動翼、シュラウド、燃焼器のライナーおよびディフレクター、末端壁、プラットフォーム、またはその他を含む全ての冷却構成要素への延長をも含むことができる。加えて、タービュレーターは典型的な形式で示されており、タービュレーターはまた、トリップストリップまたはリブラフナー（ｒｉｂ ｒｏｕｇｈｅｎｅｒ）だけでなく、ピン、バンプ（ｂｕｍｐ）、ボルテックスジェネレーター、山形部等をも含み得ることが考えられる。それぞれの要素は、冷却流体流に直面する面と、冷却流体流の向かうほうを向く面とを含む共通の特徴を共有する。

ここで図４を見ると、エンジン構成要素の一部は、冷却流体流Ｃに隣接する、チャネルを含み得る冷却面１２２と、高温ガス流Ｈに隣接する高温面１２４と、を有する壁１２０として示される。冷却面１２２は、平坦な延長された面を含み得るか、または冷却流体流Ｃに隣接して画定されたチャネルを含み得る。タービュレーター１３０として例示される複数の流れ要素は、冷却面１２２に沿って配置される。タービュレーター１３０は、四辺形で、冷却流体流Ｃに直面する前面１３２と、冷却流体流Ｃの向かうほうを向く後面１３４とを有する。あるいは、タービュレーター１３０は、タービュレーター面の一部が冷却流体流Ｃに直面し、他の部分が冷却流体流Ｃの向かうほうを向くように、非限定的な例として、湾曲状、弓状、三角形、または他の形状など、別の形状を含み得る。タービュレーター１３０は、冷却面１２２から延びるタービュレーター１３０の前面１３２または後面１３４の距離によって画定される高さ１３６をさらに含み得る。角部１３８が、前面１３２と冷却面１２２の間の接合部に画定され得る。タービュレーター１３０は、タービュレーター１３０の長手方向の縦に沿ってタービュレーター軸線１４０を画定し得る。図４は、鋭利な縁部と鋭利な角部１３８を示すけれども、かかる特徴は限定的ではなく、丸まったコーナーを含むか境界フィレット（ｆｉｎｉｔｅ ｆｉｌｌｅｔ）を有するかし得る、ということを理解されたい。

冷却面１２２に導入口１５２を有し、高温面１２４に排出口１５４を有し、導入口１５２を排出口１５４に流体的に連結するフィルム孔通路１５６をもった、複数のフィルム孔１５０が、壁１２０に配置され得る。冷却通路流軸線１５８が、冷却面１２２に沿って導入口１５２の中心を通って置かれ得るとともに、フィルム孔通路軸線１６０が、フィルム孔通路１５６の中心に沿って画定され得る。冷却通路流軸線１５８は、冷却面１２２に沿って冷却流体流Ｃの局所方向に平行であり得るか、あるいは、冷却チャネル方向軸線に平行であり得る。冷却流体流Ｃの局所方向は、チャネル軸線方向に沿っていなくてもよく、冷却チャネルの軸方向に対して偏位していてもよい。したがって、冷却通路流軸線１５８は、冷却流体流Ｃの局所方向に平行であってもよく、その方向は、近くのタービュレーター１３０によってかまたはエンジン構成要素全体を通して変更されてもよい。タービュレーター１３０が冷却流体流Ｃに対して或る角度で方向付けられ得るように、タービュレーター軸線１４０と冷却通路流軸線１５８の間にタービュレーター角度１６４が画定され得る。

フィルム孔導入口１５２は、タービュレーター１３０の上流に配置され得る。フィルム孔導入口１５２は、タービュレーター１３０の高さ１３６に相対的な距離として画定される空間１６６によって、タービュレーター１３０から離間され得る。例えば、空間１６６は、タービュレーター１３０からタービュレーターの高さ１３６の２つ分以内であり得る。

作動の間、冷却流体流Ｃは、導入口１５２を通してフィルム孔１５０に供給され、排出口１５４を通して排気され、高温面１２４に冷却流体流Ｃをもたらし、高温面１２４に沿って冷却流体のフィルムを伸ばす。

図５を見ると、冷却面１２２の上面図が、２つの壁１７２の間に配置されるチャネル１７０として示される。チャネル１７０は、図４の冷却面１２２であり得る冷却面１２２をさらに含み得る。複数のタービュレーター１３０が、チャネル１７０に沿って配置され、流れ方向に離間された並べ方で構成され得る。各タービュレーター１３０は、壁１７２と４つの角部を画定して、タービュレーター１３０の上流に配置された２つの角部１７４ａ、１７４ｂと、タービュレーター１３０の下流に配置された２つの角部１７４ｃ、１７４ｄとを有し得る。チャネルは、チャネル軸線１７６をさらに画定し得て、これは、冷却流体の全体的な流れＣの方向に平行であり得る。タービュレーター１３０は、壁１７２またはチャネル軸線１７６のいずれかに対して、タービュレーター角度１６４で角度を付けられ得る タービュレーター１３０は、第１の角部１７４ａが第２の角部１７４ｂの上流に配置され、第３の角部１７４ｃが第４の角部１７４ｄの上流に配置されるように角度を付けられ得る。タービュレーター１３０は、タービュレーター角度１６４で配置され得て、第２の角部１７４ｂを有し、一方、冷却流体流Ｃに対して、タービュレーター１３０の上流にあることは、第３の角部１７４ｃの下流に配置される。示す角部は例示的なものであり、角部によっては、タービュレーター１３０によって画定され得るように、他の角部の上流または下流に配置され得て、図５に示す特定の配置に限定されない、ということを理解されたい。

フィルム孔導入口１５２は、角部１７４ａ〜ｄに配置され得る。図５は第２の角部１７４ｂに配置されるフィルム孔導入口１５２を示すが、その例示は例示用のものであり、導入口１５２は、タービュレーター１３０によって画定されるいずれの角部１７４ａ〜ｄにも配置され得る、ということを理解されたい。さらに、導入口１５２は、タービュレーター１３０に隣接するとして示されるが、非限定的な例では、導入口１５２は、タービュレーターの高さ２つ分の長さなど、タービュレーターから離間され得る。

図５は、タービュレーター１３０によって画定される角部にフィルム孔導入口１５２を配置するとして記載されていることを理解されたいが、導入口１５２は、チャネル１７０の横方向位置またはそれに配置されるタービュレーター１３０に沿ったどこにでも配置され得ることがさらに考えられる。さらに、導入口１５２は、角部１７４ａ〜ｄから離間され得る。例えば、導入口１５２は、角部から、タービュレーターの高さ少なくとも２つ分以内に離間され得る。

図６を見ると、フィルム孔の追加および配置の前の図５のエンジン構成要素の温度勾配プロットは、後でフィルム孔導入口１５２が配置される位置での温度の上昇を示す。図は、フィルム孔導入口１５２なしではより高い材料温度を受ける領域に、フィルム孔導入口１５２が望ましくは配置されることを示す。冷却流体流Ｃは、冷却チャネル１７０の内面（図６には図示せず）を冷却し、タービュレーター１３０に隣接するところで温度Ｚが最も高くなるのを助ける。冷却流体がタービュレーター１３０に近づくに従い、導入口１５２のほうに流れるとき、エンジン構成要素に対する温度は、高い温度Ｘから最も高い温度Ｗへ上昇する。導入口１５２から遠いほうである対向側の、タービュレーター１３０から下流にありかつ上流寄りの角部で、温度は低い温度Ｙになり、一方、最も低い温度Ｚは、タービュレーター１３０の下流にある上流寄りの角部の温度に最も近い。このようにして、下流寄りの角部に導入口１５２を配置することは、エンジン構成要素の温度を低減させるのを助けることができ、そうでなければ再循環または停滞している流れが内部の温度を発生および上昇させ得る。このようにして、タービュレーター１３０に対する導入口１５２の相対的配置は、エンジン構成要素内の温度を管理するだけでなく導入口への流れを活発にするようにも利用され得る、ということを理解されたい。示し記載する流れは例示的なものであり、異なる空気流と結果的な温度が種々の構成で可能である、ということを理解されたい。

最も高い、高い、低い、最も低い温度であるＺ、Ｙ、Ｘ、Ｗを含む温度は、相互に相対的な温度であり、それらの間の特定の温度または差異に限定されず、なぜならそれは、異なるエンジン構成要素は、エンジン全体において異なる内部温度を有し得るからである、ということを理解されたい。

ここで図７を見ると、タービュレーター１３０は、図５のそれとは反対の角度でチャネルに沿って配置される。第２の例では、フィルム孔導入口１５２は、図４および５に示されるタービュレーター１３０の上流寄りとは反対に、タービュレーター１３０の下流寄りに配置される。タービュレーター１３０は、タービュレーター１３０に隣接するかまたはそれから下流のほうに離間され得る。導入口１５２は、例えば、タービュレーター１３０から少なくともタービュレーターの高さ２つ分の長さ以内に離間され得る。

図４は、タービュレーター１３０の上流に配置されるフィルム孔導入口１５２を示し、図７は、タービュレーター１３０の下流にあるフィルム孔導入口１５２を示すが、導入口１５２は、導入口が或るタービュレーター１３０の上流にも他のタービュレーター１３０の下流にもあるようにタービュレーター１３０どうしの間の中心に離間されて配置され得る、ということを理解されたい。上流および下流両方のタービュレーター１３０の間にあるこの距離は、タービュレーター１３０の近くの乱気流（ｔｕｒｂｕｌａｔｉｏｎ ａｉｒｆｌｏｗ）が回避されるように、タービュレーターの高さ２つ分より大きくし得る。

ここで図８を見ると、タービュレーターはまた、山形部１８０を含み得る。山形部は、チャネル１７０内において、チャネル１７０を画定する壁１７２どうしの間に配置され得る。山形部１８０は、上流側の角部１８２ａ、下流側の角部１８２ｂ、および中心の角部１８２ｃを画定し得る。フィルム孔導入口１５２は、上流側の角部１８２ａに配置されているが、導入口１５２は、いずれの角部１８２ａ〜ｃにも配置され得るかまたはチャネル１７０の任意の横方向位置に沿って山形部１８０から離間され得る、ということが考えられる。

図９では、複数の山形部１９０が図８の位置とは逆向きになっており、上流側の２つの角部１９２ａ、下流側の２つの角部１９２ｂ、および中心の角部１９２ｃを画定している。導入口１５２は、中心の角部１９２ｃに配置されるとして示されているが、導入口１５２は、いずれの角部１９２ａ〜ｃにも配置され得るかまたはチャネル１７０の任意の横方向位置で山形部１９０から離間され得る、ということが考えられる。

図８および９は、山形部１８０、１９０によって画定される角部１８２ａ〜ｃ、１９２ａ〜ｃに導入口１５２を配置することに限定されないが、チャネル１７０内で山形部１８０、１９０の間の空間内に配置され得るとともに、少なくとも１つの山形部１８０、１９０から山形部の高さ少なくとも２つ分以内に離間される、ということを理解されたい。加えて、導入口１５２は、角部１８２ａ〜ｃ、１９２ａ〜ｃから、例えば、山形部の高さ少なくとも２つ分以内に離間され得る。さらにまた、導入口１５２は、上流寄りの山形部１８０、１９０と下流寄りの山形部１８０、１９０との間に離間され、両方の山形部１８０、１９０から山形部の高さ少なくとも２つ分によって距離を置かれ、山形部１８０、１９０によって作り出される乱気流の外側に配置され得る。

タービュレーターに相対的にフィルム孔を配置することはまた、ガスタービンエンジンの構成要素内で空洞を冷却する方法を含み得る。方法は、導入口の下流に配置されるタービュレーターの高さ２つ分以内にあるフィルム孔のその導入口の中に空気を向けることを含み得る。空気は、構成要素の高温面に沿って冷却フィルムを設けるように排出口から排気され得る。空気はまた、タービュレーターによって画定される角部からタービュレーターの高さ２つ分以内に配置される導入口の中に向けられ得る。加えて、空気を複数のフィルム孔導入口の中に向ける複数のフィルム孔が考えられる。

本明細書に記載の例は非限定的であり、導入口またはフィルム孔は、タービュレーターまたは山形部によって画定される１つまたは複数の角部に配置され得る、ということをさらに理解されたい。さらに、導入口またはフィルム孔は、冷却面の空間において、隣接するタービュレーターどうしまたは山形部どうしの間に配置され得て、それらから離間され得る。例えば、離間されることは、タービュレーターもしくは山形部からタービュレーターもしくは山形部の高さ少なくとも２つ分以内、または上流寄りおよび下流寄り両方のタービュレーターもしくは山形部からタービュレーターの高さ少なくとも２つ分以内、に離間されるなど、タービュレーターまたは山形部の高さと相対的であり得る。さらに、導入口は、タービュレーターまたは山形部の高さ２つ分以内などの距離によって角部から離間され得る。

本開示は、冷却通路またはチャネルの内側のタービュレーターと相対的にフィルム孔導入口を好ましく配置することに関する、ということを理解されたい。タービュレーターと相対的に導入口を配置することは、排出の係数および流量を改善するなど、フィルム孔またはフィルムの冷却性能を改善する。タービュレーターと相対的にフィルム孔導入口を配置することにより、冷却通路内のタービュレーターによって発生される流れパターンを利用または回避し得る タービュレーターからタービュレーターの高さ少なくとも２つ分以内または上流寄りおよび下流寄り両方のタービュレーターからタービュレーターの高さ少なくとも２つ分以内にフィルム孔を配置することにより、タービュレーターによって作り出される非定常の流れを回避し得る。タービュレーターは、タービュレーターに隣接する再循環流を発生させ得、導入口をそこから離間して配置することは、この再循環流を回避し、定常流をフィルム孔にもたらし得る。加えて、導入口を角部に配置することは、通路内に加圧または停滞の起こっている領域をなくし、流れの効率および冷却をさらに改善するのを助け得る。

記載したこの記述は、例を用いて、最良の形態を含むこの発明を開示して、かつ、いかなる当業者に対しても、任意の装置またはシステムを作成し用いることおよび任意の統合された方法を実行することを含んだこの発明の実施をすることができるようにする。特許を受けることができるこの発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の実施例を含みうる。そうした他の実施例は、特許請求の範囲の字義どおりの用語と異なるものではない構造的要素を有する場合、または特許請求の範囲の字義どおりの用語と実体のない差異をもつ同等の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内であることが意図される。
［実施態様１］
高温燃焼ガス流（Ｈ）を発生させ、冷却流体流（Ｃ）をもたらす、ガスタービンエンジンのエンジン構成要素（１０）であって、
前記高温燃焼ガス流（Ｈ）を前記冷却流体流（Ｃ）から分離する壁（１２０）であって、高温流路における前記高温燃焼ガス流（Ｈ）に沿った高温面（１２４）と、前記冷却流体流（Ｃ）に面する冷却面（１２２）とを有する、壁（１２０）と；
タービュレーターの高さ（１３６）と、前記冷却流体流（Ｃ）に直面する前面（１３２）と、前記冷却流体流（Ｃ）の向かうほうを向く後面（１３４）とを画定するように、前記冷却面（１２２）から離れるほうに延びる少なくとも１つのタービュレーター（１３０）と；
前記冷却面（１２２）に設けられた導入口（１５２）と、前記高温面（１２４）に設けられた排出口（１５４）と、前記導入口（１５２）と前記排出口（１５４）を接続する通路（１５６）とを有する少なくとも１つのフィルム孔（１５０）と、を含み、
前記導入口（１５２）は、前記少なくとも１つのタービュレーター（１３０）から離間される、エンジン構成要素（１０）。
［実施態様２］
前記導入口（１５２）は、前記タービュレーター（１３０）からタービュレーターの高さ（１３６）少なくとも２つ分以内に離間される、実施態様１に記載のエンジン構成要素（１０）。
［実施態様３］
前記冷却面（１２２）上にチャネル（１７０）をさらに含み、前記タービュレーター（１３０）は前記チャネル（１７０）とともに少なくとも１つの角部（１３８）を形成し、前記導入口（１５２）は前記角部（１３８）からタービュレーターの高さ（１３６）２つ分以内に配置される、実施態様２に記載のエンジン構成要素（１０）。
［実施態様４］
前記タービュレーター（１３０）は、前記チャネル（１７０）に対して角度（１６４）を付けて方向付けられる、実施態様３に記載のエンジン構成要素（１０）。
［実施態様５］
前記タービュレーター（１３０）は、畝部および山形部（１８０、１９０）の最少の１つを含む、実施態様２に記載のエンジン構成要素（１０）。
［実施態様６］
前記通路（１５６）は、前記冷却面（１２２）に対して角度を形成する、実施態様２に記載のエンジン構成要素（１０）。
［実施態様７］
少なくとも１つのタービュレーター（１３０）は、離間された複数のタービュレーター（１３０）を含む、実施態様１に記載のエンジン構成要素（１０）。
［実施態様８］
前記離間された複数のタービュレーター（１３０）は、前記冷却流体流（Ｃ）に対して流れ方向に離間される、実施態様７に記載のエンジン構成要素（１０）。
［実施態様９］
前記導入口（１５２）は、２つのタービュレーター（１３０）の間に配置され、前記タービュレーター（１３０）からタービュレーターの高さ（１３６）少なくとも２つ分離間される、実施態様８に記載のエンジン構成要素（１０）。
［実施態様１０］
前記少なくとも１つのフィルム孔（１５０）は、複数のフィルム孔（１５０）を含む、実施態様８に記載のエンジン構成要素（１０）。
［実施態様１１］
隣接するタービュレーター（１３０）どうしの間で、１つのタービュレーター（１３０）からタービュレーターの高さ（１３６）２つ分以内にフィルム孔（１５０）が配置される、実施態様１０に記載のエンジン構成要素（１０）。
［実施態様１２］
前記タービュレーター（１３０）は、角部（１３８）の一部を画定し、前記フィルム孔（１５０）は、前記角部（１３８）からタービュレーターの高さ（１３６）２つ分以内に配置される、実施態様１１に記載のエンジン構成要素（１０）。
［実施態様１３］
流れ方向に離間された並べ方で前記タービュレーター（１３０）がチャネル（１７０）内に配置された前記チャネル（１７０）をさらに含む、実施態様１２に記載のエンジン構成要素（１０）。
［実施態様１４］
前記エンジン構成要素（１０）は、静翼、動翼、シュラウド、燃焼器ディフレクター、および燃焼器ライナーの任意の１つを含み得る、実施態様１に記載のエンジン構成要素（１０）。
［実施態様１５］
前記エンジン構成要素（１０）は、次の内部冷却通路：平滑な、乱気流の、ピンバンク、メッシュ、前縁、後縁、先端、末端壁、または微小回路、の少なくとも１つをもった静翼または動翼の１つであり；前記導入口（１５２）は、前記冷却通路に配置される、実施態様１４に記載のエンジン構成要素（１０）。
［実施態様１６］
フィルム孔（１５０）の導入口（１５２）の下流に配置されるタービュレーターの高さ（１３６）２つ分以内にある前記導入口（１５２）の中に空気を向けることを含む、ガスタービンエンジンの構成要素内の空洞を冷却する方法。
［実施態様１７］
前記導入口（１５２）に空気を向けることは、前記タービュレーター（１３０）によって部分的に画定される角部（１３８）からタービュレーターの高さ（１３６）２つ分以内にある前記導入口（１５２）に空気を向けることを含む、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様１８］
フィルム孔（１５０）の導入口（１５２）に空気を向けることは、対応するタービュレーター（１３０）の上流に配置される複数の導入口（１５２）への直接的空気を含む、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様１９］
高温燃焼ガス流（Ｈ）を発生させ、冷却流体流（Ｃ）をもたらす、ガスタービンエンジンのエンジン構成要素（１０）であって、
前記高温燃焼ガス流（Ｈ）を前記冷却流体流（Ｃ）から分離する壁（１２０）であって、高温流路における前記高温燃焼ガス流（Ｈ）に沿った高温面（１２４）と、前記冷却流体流（Ｃ）に面する冷却面（１２２）とを有する、壁（１２０）と；
前記冷却面（１２２）に形成され、流れ方向に延びるチャネル（１７０）と；
前記チャネル（１７０）内に配置されており、タービュレーターの高さ（１３６）と、前記冷却流体流（Ｃ）に直面する前面（１３２）と、前記冷却流体流（Ｃ）の向かうほうを向く後面（１３４）とを画定するように冷却面（１２２）から離れるほうに延びる、複数のタービュレーター（１３０）と；
前記冷却面（１２２）に設けられた導入口（１５２）と、前記高温面（１２４）に設けられた排出口（１５４）と、前記導入口（１５２）と前記排出口（１５４）を接続する通路（１５６）とを有する複数のフィルム孔（１５０）と；
前記導入口（１５２）の少なくとも１つは、前記タービュレーター（１３０）の１つの上流にタービュレーターの高さ（１３６）少なくとも２つ分以内に配置される。
［実施態様２０］
前記タービュレーター（１３０）は、前記チャネル（１７０）とともに角部（１３８）を形成し、前記導入口（１５２）は、前記角部（１３８）からタービュレーターの高さ（１３６）２つ分以内に配置される、実施態様１９に記載のエンジン構成要素（１０）。
［実施態様２１］
前記タービュレーター（１３０）は、前記チャネル（１７０）に対して角度を形成する、実施態様２０に記載のエンジン構成要素（１０）。
［実施態様２２］
高温燃焼ガス流（Ｈ）を冷却流体流（Ｃ）から分離する壁（１２０）と、前記壁（１２０）に配置され前記冷却流体流（Ｃ）に直面するタービュレーター（１３０）と、前記壁（１２０）を貫通し、前記タービュレーター（１３０）からタービュレーターの高さ（１３６）少なくとも２つ分以内に配置される導入口（１５２）を有するフィルム孔（１５０）と、を含む、ガスタービンエンジンのエンジン構成要素（１０）。

１０ エンジン
１２ 長手方向軸線（中心線）
１４ 前方
１６ 後方
１８ ファンセクション
２０ ファン
２２ 圧縮機セクション
２４ 低圧圧縮機
２６ 高圧圧縮機
２８ 燃焼セクション
３０ 燃焼器
３２ タービンセクション
３４ ＨＰタービン
３６ ＬＰタービン
３８ 排気セクション
４０ ファンケーシング
４２ ファンブレード
４４ コア
４６ コアケーシング
４８ ＨＰシャフト／ＨＰスプール
５０ ＬＰシャフト／ＬＰスプール
５２ 圧縮機段
５４ 圧縮機段
５６ 圧縮機動翼
５８ 圧縮機動翼
６０ 圧縮機静翼（ノズル）
６２ 圧縮機静翼（ノズル）
６４ タービン段
６６ タービン段
６８ タービン動翼
７０ タービン動翼
７２ タービン静翼
７４ タービン静翼
７６ 蟻ほぞ
７８ エーロフォイル
８０ 先端
８２ 根元
８４ プラットフォーム
８８ 第１の導入口通路
９０ 第２の導入口通路
９２ 第３の導入口通路
９２ａ 前縁側導入口
９２ｂ 縁側導入口
９４ 通路排出口
９６ 内部空間
９８ 圧力側壁
１００ 吸引側壁
１０２ 前縁
１０４ 後縁
１０６ 第１の冷却通路
１０８ 第２の冷却通路
１１０ 第３の冷却通路
１１２ 畝部
Ｃ 冷却流体流
Ｈ 高温ガス流
Ｚ 最も高い温度
Ｙ 高い温度
Ｘ 低い温度
Ｗ 最も低い温度
１２ 壁
１２２ 冷却面
１２４ 高温面
１３０ タービュレーター
１３２ 前面
１３４ 後面
１３６ 高さ
１３８ 角部
１４０ タービュレーター軸線
１５０ フィルム孔
１５２ 導入口
１５４ 排出口
１５６ 通路
１５８ 流れ軸線
１６０ 通路軸線
１６２ 通路角度
１６４ タービュレーター角度
１６６ 空間
１７０ チャネル
１７２ 壁
１７４ 角部
１７４ａ 第１の角部
１７４ｂ 第２の角部
１７４ｃ 第３の角部
１７４ｄ 第４の角部
１７６ タービュレーター角度
１８０ 山形部
１８２ａ 上流側角部
１８２ｂ 下流側角部
１８２ｃ 中央角部
１９０ 山形部
１９２ａ 上流側角部
１９２ｂ 流側角部
１９２ｃ 中央角部

Claims (10)

1. 高温燃焼ガス流[H]を発生させ、冷却流体流[C]をもたらす、ガスタービンエンジンのエンジン構成要素であって[10]、
   前記高温燃焼ガス流[H]を前記冷却流体流[C]から分離する壁[120]であって、高温流路における前記高温燃焼ガス流[H]に沿った高温面[124]と、前記冷却流体流[C]に面する冷却面[122]とを有する、壁[120]と；
   タービュレーターの高さ[136]と、前記冷却流体流[C]に直面する前面[132]と、前記冷却流体流[C]の向かうほうを向く後面[134]とを画定するように、前記冷却面[122]から離れるほうに延びる少なくとも１つのタービュレーター[130]と；
   前記冷却面[122]に設けられた導入口[152]と、前記高温面[124]に設けられた排出口[154]と、前記導入口[152]と前記排出口[154]を接続する通路[156]とを有する少なくとも１つのフィルム孔[150]と、を含み、
   前記導入口[152]は、前記少なくとも１つのタービュレーター[130]から離間される、エンジン構成要素。
2. 前記導入口[152]は、前記タービュレーター[130]からタービュレーターの高さ[136]少なくとも２つ分以内に離間される、請求項１に記載のエンジン構成要素。
3. 前記冷却面[122]上にチャネル[170]をさらに含み、前記タービュレーター[130]は前記チャネル[170]とともに少なくとも１つの角部[138]を形成し、前記導入口[152]は前記角部[138]からタービュレーターの高さ[136]２つ分以内に配置される、請求項２に記載のエンジン構成要素。
4. 前記タービュレーター[130]は、前記チャネル[170]に対して角度[164]を付けて方向付けられる、請求項３に記載のエンジン構成要素。
5. 前記タービュレーター[130]は、畝部および山形部[180]の最少の１つを含む、請求項２に記載のエンジン構成要素。
6. 前記通路[156]は、前記冷却面[122]に対して角度[162]を形成する、請求項２に記載のエンジン構成要素。
7. 少なくとも１つのタービュレーター[130]は、離間された複数のタービュレーター[130]を含む、請求項１に記載のエンジン構成要素。
8. 前記離間された複数のタービュレーター[130]は、前記冷却流体流[C]に対して流れ方向に離間される、請求項７に記載のエンジン構成要素。
9. 前記導入口[ 152]は、２つのタービュレーター[130]の間に配置され、前記タービュレーター[130]からタービュレーターの高さ[136]少なくとも２つ分離間される、請求項８に記載のエンジン構成要素。
10. 隣接するタービュレーター[130]どうしの間で、１つのタービュレーター[130]からタービュレーターの高さ[136]２つ分以内にフィルム孔[150]が配置される、請求項9に記載のエンジン構成要素。