JP2017110661A - 微細チャネル回路に入口通路を形成する際にターゲット特徴を利用するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細チャネル回路に入口通路を形成する際にターゲット特徴を利用する。
【解決手段】ガスタービンに使用するためのシュラウドセグメントが、本体、前縁、後縁、第１および第２の側縁、ならびに前縁および後縁と第１の側縁および第２の側縁との間の向かい合った側面の対を含む。側面のうちの第１の側面が、冷却流体を有する空洞と相互作用する。第２の側面が、高温ガス流路と相互作用する。本体内に配置された第１のチャネルが、第１および第２の端部を含む。本体内に配置された第２のチャネルが、第３および第４の端部を有する。第１および第２のチャネルは、本体を冷却するために空洞から冷却流体を受け取る。第１および第４の端部は、自由端を含む部分を有し、自由端は、自由端に連結された隣接部分よりも大きい幅を有する。
【選択図】図１

Description

本明細書で開示される発明は、ガスタービン機関に関し、より詳細には、ガスタービン機関のためのタービンシュラウドに関する。

ガスタービン機関などのターボ機械は、圧縮機、燃焼器、およびタービンを含み得る。ガスが圧縮機内で圧縮され、燃料と結合されて、燃焼器内に送り込まれ、燃焼器では、ガス／燃料混合気が燃焼される。次いで、高温かつ高エネルギーの排出流体が、高温ガス経路に沿ってタービンに送り込まれ、そこで流体のエネルギーは、機械的エネルギーに変換される。高温ガス経路沿いの高温は、タービン構成要素（例えば、タービンシュラウド）を加熱して、構成要素の劣化をもたらし得る。

米国特許第９１２７５４９号公報

本来請求された本発明の範囲に相応する特定の実施形態を、以下に要約する。これらの実施形態は、請求された本発明の範囲を限定することを意図したものではなく、むしろ、これらの実施形態は、本発明の可能な形態の概要を提供することのみを意図したものである。実際には、本発明は、以下に提示される実施形態に類似し得るまたは異なり得る様々な形態を含むことができる。

第１の実施形態では、システムが、ガスタービン機関のタービンセクションに使用するためのシュラウドセグメントを含み、このシュラウドセグメントは、前縁、後縁、第１の側縁、第２の側縁、ならびに前縁および後縁と第１の側縁および第２の側縁との間の向かい合った側面の対を含む、本体を具備する。システムは、冷却流体を有する空洞と相互作用する、向かい合った側面の対のうちの第１の側面を含む。システムはまた、高温ガス流路と相互作用する、向かい合った側面の対のうちの第２の側面と、本体内に配置された第１のチャネルとを含み、第１のチャネルは、第１の端部および第２の端部を具備する。第１の端部は、第１の側縁に隣接して配置され、第２の端部は、第２の側縁に隣接して配置される。システムはまた、本体内に配置された第２のチャネルを含み、第２のチャネルは、第３の端部および第４の端部を具備する。第３の端部は、第１の側縁に隣接して配置され、第４の端部は、第２の側縁に隣接して配置される。第１および第２のチャネルは、本体を冷却するために空洞から冷却流体を受け取り、第１の端部および第４の端部はそれぞれ、自由端を有する部分を含む。各自由端は、前縁から後縁に向かう方向において、自由端に連結された部分のうちの隣接部分よりも大きい幅を有する。

第２の実施形態では、装置が、ガスタービン機関を含み、このガスタービン機関は、圧縮機、燃焼システム、およびタービンセクションを具備する。装置は、ケーシング、外部ケーシングに連結された外部シュラウドセグメント、および、圧縮機から放出された冷却流体を受け取るように構成された空洞を形成するために外部シュラウドセグメントに連結された内部シュラウドセグメントを含む。内部シュラウドセグメントは、本体を含み、本体は、前縁、後縁、第１の側縁、第２の側縁、ならびに前縁および後縁と第１の側縁および第２の側縁との間の向かい合った側面の対を有し、向かい合った側面の対のうちの第１の側面が、空洞と相互作用するように構成され、向かい合った側面の対のうちの第２の側面が、高温ガス流路と相互作用するように構成される。装置はまた、本体内に配置されかつ第１の側縁の付近から第２の側縁の付近まで延在する、複数のチャネルを含み、複数のチャネルの各チャネルは、部分を有する第１の端部、および第２の端部を備える。複数のチャネルは、本体を冷却するために空洞から冷却流体を受け取るように構成される。第１の端部はそれぞれ、自由端を有する部分を備え、各自由端は、前縁から後縁に向かう方向において、自由端に連結された部分のうちの隣接部分よりも大きい幅を有する。

第３の実施形態では、システムが、ガスタービン機関のタービンセクションに使用するためのシュラウドセグメントを含む。システムは本体を含み、本体は、前縁、後縁、第１の側縁、第２の側縁、ならびに前縁および後縁と第１の側縁および第２の側縁との間の向かい合った側面の対を具備する。向かい合った側面の対のうちの第１の側面が、冷却流体を有する空洞と相互作用するように構成され、向かい合った側面の対のうちの第２の側面が、高温ガス流路と相互作用するように構成される。第１のチャネルが、本体内に配置され、また、第１のチャネルは、第１の端部および第２の端部を含む。第１の端部は、第１の側縁に隣接して配置され、第２の端部は、第２の側縁に隣接して配置される。第２のチャネルが、本体内に配置され、また、第２のチャネルは、第３の端部および第４の端部を含む。第３の端部は、第１の側縁に隣接して配置され、第４の端部は、第２の側縁に隣接して配置される。第１および第２のチャネルは、本体を冷却するために空洞から冷却流体を受け取るように構成され、第１の端部および第４の端部はそれぞれ、自由端を有する部分を含む。自由端は、楕円形状を有し、また、自由端に隣接した直線部分を有する。

本発明の上記その他の特徴、態様、および利点は、同様の文字が全体にわたって同様の部品を示している添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読んだときに、よりよく理解されるであろう。

冷却チャネル付きのタービンシュラウドを有するタービンシステムの一実施形態のブロック図である。 外部タービンシュラウドセグメントに連結された内部タービンシュラウドセグメントの一実施形態の斜視図である。 内部タービンシュラウドセグメントの一実施形態の底面図（例えば、高温ガス流路に向けられた側面の図）である。 内部タービンシュラウドセグメントの一実施形態の上面図（例えば、空洞と相互作用する側面の図）である。 線５〜５に沿った、図４の内部タービンシュラウドセグメントの一部分の一実施形態の（入口通路およびチャネルが破線で示されている）断面斜視図である。 内部タービンシュラウドセグメントの一部分の一実施形態の斜視図である。 図３の線７〜７内における、内部タービンシュラウドセグメントの一実施形態の底面図である。 内部タービンシュラウドセグメントを製造するための方法の一実施形態の流れ図である。

本発明の１つまたは複数の特定の実施形態について、以下に説明する。それらの実施形態を簡潔に説明するために、本明細書では、実際の実施のすべての特徴が説明されない可能性がある。そのようないかなる実際の実施の開発においても、どのような工学または設計の計画とも同様に、システム関連およびビジネス関連の制約を順守することなどの、実施によって異なり得る開発者の特定の目的を達成するために、実施特有の多数の決定がなされなければならないことが、理解されるべきである。さらに、そのような開発努力は、複雑でありかつ時間がかかるが、本開示の利益を有する当業者にとっては設計、組立、および製造に関する日常的な業務であることが、理解されるべきである。

本発明の様々な実施形態の要素を紹介するにあたって、「ある（ａ、ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、および「前述の（ｓａｉｄ）」という冠詞は、その要素が１つまたは複数存在することを意味するように意図されている。「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｎｇ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有している（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的であるように、また、挙げられた要素以外の追加的な要素が存在し得ることを意味するように、意図されている。

以下に詳述するように、ガス機関に関連するタービンシュラウドのいくつかの実施形態は、タービンブレードの圧力側と吸引側との間での高温ガスの漏れを軽減する。タービンシュラウドはまた、タービンブレードに冷却流（例えば、空気）を提供して、ブレードおよび関連するブレード構成要素の早期故障を少なくするか、または隣接したシュラウド間の領域を冷却することができる。本明細書で説明されるようなタービンシュラウドは、複数の冷却チャネルを利用する。冷却チャネルは、シュラウド本体のどちらかの側（例えば、内部シュラウドセグメント、または外部シュラウドセグメント）に形成され得る。冷却チャネルは、放電加工などの適切なプロセスを介してシュラウド本体に機械加工されてもよく、そのようなプロセスは（例えば、一貫したサイズの出口穴径を作り出すことにより）、冷却チャネルにわたる圧力降下を制御するのに役立つ。冷却チャネルはまた、フック部分上に配置された自由端を含む。自由端（例えば、ターゲット）は、冷却流体を受け取るために、入口通路に連結する。ターゲット特徴は、入口通路（例えば、供給穴（ｆｅｅｄｈｏｌｅ）を形成している）がチャネルと交わることを可能にし、それにより、シュラウドセグメントの冷却を向上させる。入口通路が冷却流（例えば、空気）を受け取ることができるように、入口通路および自由端（例えば、ターゲット）が位置合わせされ、また、出口制量穴が放電加工される。以下に詳細に説明するように、複数の冷却チャネル（例えば、第１のチャネル、第２のチャネル）が、シュラウドセグメント上に配置され得る。内部シュラウドセグメントは、前縁および後縁を有するシュラウド本体を含み得る。本体は、第１の側縁および第２の側縁を有する。向かい合った側面の対が、前縁と後縁との間に配置され得る。向かい合った側面は、第１の側面および第２の側面と称され得る。第１の側面（例えば、シュラウド本体の底面）は、内部シュラウドセグメントと外部シュラウドセグメントとによって画定された空洞と相互作用する。外部シュラウドセグメントは、内部シュラウドセグメントに連結される。第２の側面（例えば、シュラウド本体の最外面）は、高温ガス流路（例えば、排気ガス）と相互作用するように構成され得る。

第１のチャネルは、第１の側縁に隣接して配置される第１の端部と、第２の側縁に隣接して配置される第２の端部とを含む。第２のチャネルは、シュラウド本体内に配置され、かつ、第３の端部および第４の端部を含む。第３の端部は、第１の側縁に隣接して配置され、第４の端部は、第２の側縁に隣接して配置される。第１および第２のチャネルは、第１の側面と第２の側面との間に形成された空洞から冷却流体（例えば、空気）を受け取る。冷却流体は、冷却チャネルを通って流れるときに、シュラウド本体、および隣接したシュラウド間の空間を冷却する。第１の端部および第４の端部の両方が、自由端（例えば、ターゲット）を有する部分を含む。自由端（例えば、ターゲット）は、前縁から後縁に向かう方向において、自由端に連結される部分のうちの隣接部分よりも大きい幅を有し得る。端部は、冷却流体を受け取るために入口通路が冷却チャネルと交わることを可能にするターゲット特徴を含むことができ、それにより、シュラウドセグメントの冷却を向上させる。

図面を参照すると、図１は、タービンシステム１０の一実施形態のブロック図である。以下に詳細に説明するように、開示されるタービンシステム１０（例えば、ガスタービン機関）は、以下に説明する冷却チャネルを有するタービンシュラウドを用いることができ、このタービンシュラウドは、高温ガス経路構成要素における応力モードを軽減させ、かつ、タービンシステム１０の効率を高めることができる。タービンシステム１０は、液体燃料、または天然ガスおよび／もしくは水素リッチ合成ガスなどの気体燃料を使用して駆動することができる。図示のように、燃料ノズル１２が、燃料供給１４を取り入れて、燃料を、空気、酸素、酸素富化空気、酸素減少空気（ｏｘｙｇｅｎ ｒｅｄｕｃｅｄ ａｉｒ）、またはそれらの任意の組合せなどの酸化剤と混合する。以下の論述では、空気が酸化剤と見なされるが、任意の適切な酸化剤が、開示された実施形態に使用され得る。燃料と空気とが混合されると、燃料ノズル１２は、最適な燃焼、排気、燃費、および出力のための適切な比率で、燃料−空気混合気を燃焼器１６内に分散させる。タービンシステム１０は、１つまたは複数の燃焼器１６内に配置された、１つまたは複数の燃料ノズル１２を含み得る。燃料−空気混合気は、燃焼器１６内のチャンバにおいて燃焼し、それにより、高温の加圧排気ガスを生成する。燃焼器１６は、排気ガス（例えば、高温の加圧ガス）を、トランジションピースを介してタービンノズル（または、「１段目ノズル」）ならびに他の動翼（またはブレード）およびノズルの段内へ向かわせ、それにより、タービンケーシング１９（例えば、外部ケーシング）内でタービン１８を回転させる。排気ガスは、排気出口２０に向かって流れる。排気ガスがタービン１８を通過するときに、ガスは、タービン動翼（または、ブレード）にシャフト２２をタービンシステム１０の軸に沿って回転させることを強いる。図に示すように、シャフト２２は、圧縮機２４を含めてタービンシステム１０の様々な構成要素に接続され得る。圧縮機２４もまた、シャフト２２に連結されたブレードを含む。シャフト２２が回転すると、圧縮機２４内のブレードも回転し、それにより、空気取入れ口２６からの空気が圧縮機２４を通過して燃料ノズル１２および／または燃焼器１６内に押し込まれる。圧縮機２４からの圧縮空気の一部分（例えば、排出される空気）は、燃焼器１６を通過することなくタービン１８またはその構成要素へ分流され得る。排出される空気（例えば、冷却流体）は、回転子上の動翼、ディスク、および隔板に加えて、固定子上のシュラウドおよびノズルなどのタービン構成要素を冷却するために利用され得る。シャフト２２はまた、負荷２８に接続されることができ、この負荷２８は、例えば発電所の発電機または航空機のプロペラなどの、乗り物または固定負荷であり得る。負荷２８は、タービンシステム１０の回転出力によって作動することが可能な任意の適切なデバイスを含み得る。タービンシステム１０は、軸方向の軸線または方向３０、軸線３０に向かうまたは軸線３０から離れる半径方向３２、および、軸線３０の周りの円周方向３４に沿って延在し得る。一実施形態では、高温ガス構成要素（例えば、タービンシュラウド、ノズル、等）は、タービン１８内に配置され、タービン１８では、高温ガスが構成要素にわたって流れて、タービン構成要素のクリープ、酸化、摩耗、および熱疲労を生じさせる。タービン１８は、構成要素におけるディストレスモード（ｄｉｓｔｒｅｓｓ ｍｏｄｅ）を軽減するため、構成要素の耐用寿命を（それらの意図された機能を行いながらも）延長するため、タービンシステム１０の運用に関連する費用を抑えるため、および、ガスタービンシステム１０の効率を向上させるために、高温ガス経路構成要素の温度を（例えば、シュラウドのための典型的な冷却システムよりも少ない冷却空気を利用して）制御することを可能にする冷却通路（例えば、表面近くの微細チャネル）を有する、１つまたは複数のタービンシュラウドセグメント（例えば、内部タービンシュラウドセグメント）を含むことができる。

図２は、タービンシュラウドセグメント４０を形成するために外部タービンシュラウドセグメント３８に連結された内部タービンシュラウドセグメント３６の一実施形態の斜視図である。タービン１８は、複数のタービンシュラウドセグメント４０を含み、それらのタービンシュラウドセグメント４０は、それぞれのタービン段の周りにそれぞれのリングを一緒に形成する。いくつかの実施形態では、タービン１８は、タービン１８（および、タービン段）の回転軸線の周りに円周方向３４に配置された各タービンシュラウドセグメント４０に対して、それぞれの外部タービンシュラウドセグメント３８に連結された複数の内部タービンシュラウドセグメント３６を含み得る。他の実施形態では、タービン１８は、タービンシュラウドセグメント４０を形成するために外部タービンシュラウドセグメント３８に連結された複数の内部タービンシュラウドセグメント３６を含み得る。

図示のように、内部タービンシュラウドセグメント３６は、上流縁または前縁４４および下流縁または後縁４６を有する本体４２を含み、前縁４４および後縁４６は、どちらも高温ガス流路４７と相互作用する。本体４２はまた、どちらも前縁４４と後縁４６との間に延在する、第１の側縁４８（例えば、第１のスラッシュ面）と、第１の側縁４８の向かい側に配置された第２の側縁５０（例えば、第２のスラッシュ面）とを含む。本体４２はさらに、前縁４４および後縁４６と第１の側縁４８および第２の側縁５０との間に延在する、向かい合った側面５２、５４の対を含む。いくつかの実施形態では、本体４２（具体的には、側面５２、５４）は、第１の側縁４８と第２の側縁５０との間で円周方向３４において、かつ／または、前縁４４と後縁４６との間で軸方向３０において、弓形形状とされ得る。側面５２は、内部タービンシュラウドセグメント３６と外部タービンシュラウドセグメント３８との間に画定された空洞５６と相互作用するように構成される。側面５４は、タービン１８内の高温ガス流路４７に向けられるように構成される。

以下により詳細に説明するように、本体４２は、高温ガス流経路構成要素（例えば、タービンシュラウド４０、内部タービンシュラウドセグメント３６、等）の冷却を助長するために、側面５４内に配置された複数のチャネル（例えば、冷却チャネルまたは微細チャネル）を含み得る。予備焼結プリフォーム（ＰＳＰ；ｐｒｅ−ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｐｒｅｆｏｒｍ）層５８が、ＰＳＰ層５８の第１の表面６０が本体４２と一緒にチャネルを画定（例えば、包囲）するように、また、ＰＳＰ層５８の第２の表面６２が高温ガス流路４７と相互作用するように、側面５４上に配置（例えば、ろう付け）され得る。ＰＳＰ層５８は、超合金およびろう材で形成され得る。いくつかの実施形態では、ＰＳＰ層５８の代替品として、本体４２と一緒にチャネルを画定する非ＰＳＰ金属シートが、側面５４上に配置され得る。いくつかの実施形態では、チャネルは、側面５４の近くで完全に本体４２内に鋳造され得る。いくつかの実施形態では、ＰＳＰ層５８の代替品として、本体４２内にチャネルを封入するために、バリアコーティングまたは遮熱コーティングのブリッジングが利用され得る。

いくつかの実施形態では、本体４２は、内部タービンシュラウドセグメント３６を外部タービンシュラウドセグメント３８に連結できるようにするために、フック部分を含む。上述のように、内部タービンシュラウドセグメント３６の側面５２、および外部タービンシュラウドセグメント３８は、空洞５６を画定する。外部タービンシュラウドセグメント３８は一般に、タービン１８において、圧縮機２４からの比較的低温の流体または空気（すなわち、高温ガス流路４７内の温度よりも低温）に近接する。外部タービンシュラウドセグメント３８は、空洞５６に冷却流体を提供する圧縮機２４から冷却流体または空気を受け取るための通路（図示せず）を含む。以下により詳細に説明するように、冷却流体は、側面５２からチャネルまで延在する本体４２内に配置された入口通路を介して、内部タービンシュラウドセグメント３６の本体４２内のチャネルへ流れる。各チャネルは、自由端を有するフック形状部分を含む第１の端部と、第２の端部とを備える。第２の端部は、チャネル内の冷却流体の流れを調節するために、または、チャネルの閉塞を緩和するために、制量特徴（例えば、チャネル内まで延在する本体４２の一部分）を含み得る。いくつかの実施形態では、各チャネル自体（第２の端部を除く）が、制量特徴としての働きをする（例えば、チャネル内まで延在する本体４２の一部分を含む）。他の実施形態では、フック形状部分に連結された入口通路が、制量特徴（例えば、入口通路内まで延在する本体４２の部分）を含み得る。いくつかの実施形態では、チャネル自体、第２の端部、もしくは入口通路、またはそれらの組合せが、制量特徴を含む。さらに、冷却流体は、第１の側縁４８および／または第２の側縁５０において、第２の端部を介してチャネル（および、本体４２）から出て行く。いくつかの実施形態では、各チャネルは、あるチャネルが、第１の側縁４８に隣接して配置された第１の端部と、第２の側縁に隣接して配置された第２の端部とを有し、隣接したチャネルが、逆の配向（すなわち、第２の側縁５０に隣接して配置された第１の端部、および第１の側縁４８に隣接して配置された第２の端部）を有する、交互に並んだパターンで配置され得る。チャネルのフック形状部分は、流量を最小限に保ちながらもスラッシュ面に隣接した冷却チャネルの長さを増すことにより、より大きな冷却領域（例えば、タービンシュラウドのための典型的な冷却システムよりも大きい）を提供する。さらに、フック形状部分は、各チャネルの直線部分のより良好な間隔空けを可能にする。チャネルの形状はまた、チャネルが詰まった場合に十分な冷却を実現するように最適化される。内部タービンシュラウドセグメントの開示された実施形態は、より少ない空気（例えば、タービンシュラウドのための典型的な冷却システムに比べて）で内部タービンシュラウドセグメントを冷却できるようにすることができ、結果的に、冷却に利用される給気に関する費用が削減される。

図３は、ＰＳＰ層５８を含まない、内部タービンシュラウドセグメント３６の一実施形態の底面図（例えば、高温ガス流路に向けられた、本体４２の側面５４の図）である。図示のように、本体４２は、側面５４内に配置された複数のチャネル７４（例えば、冷却チャネルまたは微細チャネル）を含む。本体４２は、２個から４０個、またはより多くのチャネル７４を含み得る（図示のように、本体４２は、２３個のチャネル７４を含む）。各チャネル７４は、空洞５６から冷却流体を受け取るように構成される。各チャネル７４は、第１の端部７６を備え、第１の端部７６は、自由端８０を有するフック形状部分７８を含む。自由端８０は、いくつかの実施形態では楕円形状を有する場合があり、自由端８０に近い隣接部分が、直線形状を有する場合がある。各フック形状部分７８は、おおよそ０．０５から４ｍｍ、０．１から３ミリメートル（ｍｍ）、１．１４から２．５ｍｍの範囲、およびそれらの間のすべての部分範囲のフック旋回半径（ｈｏｏｋ ｔｕｒｎ ｒａｄｉｕｓ）を有する。以下により詳細に説明するように、各フック形状部分７８の自由端８０は、チャネル７４が空洞５６から冷却流体を受け取ることを可能にする入口通路に連結される。フック形状部分７８の曲りは、側面５４内により多くのチャネル７４が配置されることを可能にする。さらに、フック形状部分７８は、流量を最小限に保ちながらも側縁４８、５０に隣接した冷却チャネル７４の長さを増すことにより、より大きな冷却領域（例えば、タービンシュラウドのための典型的な冷却システムに比べて）を提供する。さらに、フック形状部分７８は、各チャネル７４の直線部分のより良好な間隔空けを可能にする。さらに、フック形状部分７８の折り返し部分（ｔｕｒｎｉｎｇ ｂａｃｋ）は、チャネルの直線部分がシュラウドセグメント３６の本体４２の主要部分を冷却するために隣接するチャネルから一様に離れることを可能にする。いくつかの実施形態では、フック形状部分７８は、より高い熱負荷帯に対してチャネル７４の直線部分の間隔をより密に詰めることができるように、調整され得る。全体として、チャネル７４の形状はまた、チャネル７４が詰まった場合に十分な冷却を実現するように最適化される。各チャネル７４はまた、第２の端部８２を含み、第２の端部は、使用済み冷却流体が、矢印８４によって示されるように出口穴を介して側縁４８、５０を経て本体４２から出て行くことを可能にする。いくつかの実施形態では、第２の端部８２は、それぞれのチャネル７４内の冷却流体の流れを調節（例えば、制量）するように構成された制量特徴を含む。いくつかの実施形態では、各チャネル７４は、第２の端部８２において、分割されたチャネルを形成し得る。具体的には、本体４２のブリッジ部分が、第２の端部８２内で各チャネル７４を（例えば、前縁４４から後縁４６に向かう方向に）横切って延在することができ、第２の端部８２は、ブリッジ部分の上流のチャネル７４の部分と、ブリッジ部分の下流のチャネル７４の部分とを含む。通路が、ブリッジ部分の下側に延在して、ブリッジ部分の上流および下流のチャネル７４の各部分を流体的に接続することができる。いくつかの実施形態では、各チャネル７４自体（第２の端部８２を除く）が、制量特徴としての働きをする（例えば、チャネル内まで延在する本体４２の一部分を含む）。他の実施形態では、フック形状部分７８に連結された入口通路が、制量特徴（例えば、入口通路内まで延在する本体４２の一部分）を含み得る。いくつかの実施形態では、チャネル７４自体、第２の端部８２、もしくは入口通路、またはそれらの組合せが、制量特徴を含む。

図示のように、チャネル７４のうちのいくつか（例えば、チャネル８６）は、側縁５０に隣接して配置された第１の端部７６のフック形状部分７８と、側縁４８に隣接して配置された第２の端部８２とを含み、一方で、チャネル７４のうちのいくつか（例えば、チャネル８８）は、側縁４８に隣接して配置された第１の端部７６のフック形状部分７８と、側縁５０に隣接して配置された第２の端部８２とを含む。いくつかの実施形態では、各チャネル７４は、１つのチャネル７４が、一方の側縁４８または５０に隣接して配置されたフック形状部分７８と、向かい側の側縁４８または５０に隣接して配置された第２の端部８２（例えば、いくつかの実施形態では制量特徴を有する）とを有し、隣接したチャネル７４が逆の配向を有する、交互に並んだパターンで配置される（例えば、チャネル８６、８８）。図示のように、チャネル７４は、側縁４８と側縁５０との間で、前縁４４の付近から後縁４６の付近まで延在する。いくつかの実施形態では、チャネル７４は、前縁４４から後縁４６までの本体４２の長さ９０のおおよそ５０から９０パーセント、５０から７０パーセント、７０から９０パーセント、およびそのすべての部分範囲をカバーして、側縁４８と側縁５０との間に延在し得る。例えば、チャネル７４は、長さ９０のおおよそ５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、または９０パーセントをカバーして、側縁４８と側縁５０との間に延在し得る。それにより、前縁４４と後縁４６との間、および側縁４８と側縁５０との間の両方で、側縁４８、５０の両方に沿った冷却、ならびに本体４２の大部分（特に、高温ガス流路４７に向けられた側面５４）にわたる冷却が可能になる。

シュラウド４２は、複数の冷却チャネル７４を含み得る。例えば、例示された実施形態は、第１のチャネル８６、および第２のチャネル８８を示す。第１のチャネル８６は、第１の端部７６、および第２の端部８２を含む。第１の端部７６は、第１の側縁４８に隣接して配置されることができ、第２の端部８２は、第２の側縁５０に隣接して配置される。第２のチャネル８８は、シュラウド本体４２内に配置され、かつ、第３の端部、および第４の端部を含む。第３の端部は、第１の側縁４８に隣接して配置され、第４の端部は、第２の側縁５０に隣接して配置される。本明細書での論述は、２個の冷却チャネル７４を説明しているが、シュラウド本体４２は、２個から１００個、５個から５０個、または１０個から３０個の冷却チャネル、およびそれらの間のすべての部分範囲の冷却チャネルを含むことができる。

第１のチャネル８６および第２のチャネル８８は、本体４２を冷却するために空洞から冷却流体（例えば、空気）を受け取るように構成される。第１の端部７６および第４の端部８５はそれぞれ、自由端８０を有するフック形状部分７８を備え、各自由端は、前縁４２から後縁４４に向かう方向において、自由端８０に連結されたフック形状部分７８の隣接部分よりも大きい幅を有する。いくつかの実施形態では、フック形状部分７８は、おおよそ０．０５から４ｍｍ、０．１から３ミリメートル（ｍｍ）、１．１４から２．５ｍｍ、およびそれらの間のすべての部分範囲の半径を有し得る。いくつかの実施形態では、フック形状部分は、おおよそ０．０５から４ｍｍ、０．１から３ｍｍ、１．２７ｍｍから２．５ｍｍ、およびそれらの間のすべての部分範囲の深さを備える。フック形状部分の深さは、フック形状部分７８の半径を下回るか、上回るか、またはおおよそ等しい場合がある。

本明細書で説明される冷却チャネル７４は、フック形状の端部を有するものとして説明されるが、本明細書での論述は、冷却チャネルの端部の幾何形状を限定することを意図したものではない。例えば、冷却チャネルは、球形の端部、方形の端部、卵形の端部、楕円形の端部、正方形の端部、または任意の他の適切な多角形の形状を含めて、任意の他の適切な幾何形状を端部に利用することができる。第１および第４の端部７６、８５は、位置合わせされる入口通路のためのターゲット部分（例えば、自由端）を含む。すると、冷却チャネル７４は、ターゲット部分（例えば、自由端）に連結されて、シュラウド本体４２にわたって冷却流れを提供することができる。ターゲット部分（例えば、自由端）は、おおよそ同じサイズになるように製造される。例えば、ターゲット部分は、直径がおおよそ一定であり得る。ターゲット部分を同じサイズになるように製造することにより、いずれか１つの冷却チャネルが塞がれるまたは詰まるのを防ぐことで冷却チャネルを実質的に異物のない状態に維持することができる。ターゲット部分はまた、冷却チャネルを通る冷却流体（例えば、空気）の制御された圧力降下および流れを可能にする。

図４は、内部タービンシュラウドセグメント３６の一実施形態の上面図（例えば、空洞５６と相互作用する側面５２の図）である。図示のように、本体は、冷却流体が空洞５６から入口通路を介してチャネル７４内に流れるのを可能にする、複数の穴または開口９２を含む。図５は、線５〜５に沿った、図４の内部タービンシュラウドセグメント３６の一実施形態の断面斜視図である。図示のように、入口通路９４（破線で示す）が、チャネル７４のフック形状部分７８の自由端８０から側面５２まで、概ね半径方向３２に延在して、冷却流体の流れがチャネル７４に入ることを可能にする。いくつかの実施形態では、入口通路９４は、側面５４に対して角度を付けられ得る。例えば、入口通路９４の角度は、おおよそ４５度から９０度の間、４５度から７０度の間、７０度から９０度の間の範囲、およびそのすべての部分範囲に及び得る。

図６は、チャネル７４の第２の端部８２のためのセグメント化されたチャネル９６を例示する、内部タービンシュラウドセグメント３６の一実施形態の一部分の（例えば、ＰＳＰ層５８を含まない）斜視図である。いくつかの実施形態では、第２の端部８２は、それぞれのチャネル７４内の冷却流体の流れを調節（例えば、制量）するように構成された制量特徴（例えば、ブリッジ部分９８）を含む。具体的には、本体４２のブリッジ部分９８は、第２の端部８２内で各チャネル７４を（例えば、前縁４４から後縁４６に向かう方向（例えば、軸方向３０）に）横切って延在して、ブリッジ部分９８の上流のチャネル７４の部分１００とブリッジ部分９８の下流のチャネル７４の部分１０２とを含むセグメント化されたチャネル９６を形成し得る。ブリッジ部分９８はまた、半径方向３２においてチャネル７４内に部分的に延在し得る。冷却流体が出口穴１０５を介して出て行くことを可能にするために、通路１０４が、ブリッジ部分９８の下側に延在して、ブリッジ部分９８の上流および下流のチャネル７４の部分１００、１０２を流体的に接続し得る。いくつかの実施形態では、各チャネル７４自体（第２の端部８２を除く）が、制量特徴としての働きをする（例えば、チャネル内まで延在する本体４２の一部分を含む）。他の実施形態では、フック形状部分７８に連結された入口通路９４が、制量特徴（例えば、入口通路内まで延在する本体４２の部分）を含み得る。いくつかの実施形態では、チャネル７４自体、第２の端部８２、もしくは入口通路９４、またはそれらの組合せが、制量特徴を含む。

図７は、図３の線７〜７内における、内部タービンシュラウドセグメント３６の一実施形態の底面図である。本明細書で説明される以下の論述は、一般に、チャネル７４のフック形状部分７８を意味すると理解され得る端部に言及し得る。フック形状部分７８は、自由端８０を含む。自由端８０は、入口通路９４から冷却流体を受け取ることができる。フック形状部分が例示されているが、入口通路９４から冷却流体を受け取るための第１の端部７６および第４の端部８５には、任意の適切な形状を使用することができる。上記のように、自由端８０は、前縁４４から後縁４６に向かう方向において、自由端８０に（例えば、直接に）連結されたフック形状部分７８の隣接部分（例えば、直線部分）の幅９５よりも大きい幅８１を有する。

端部８０は、楕円形（例えば、円形、卵形、等）の形状であり得る。実質的に一直線の部分が、自由端８０に隣接して（例えば、すぐ下流に）配置され得る。上記のように、フック形状部分７８は、おおよそ０．０５から４ｍｍ、０．１から３ｍｍ、１．１４から２．５ｍｍ、およびそれらの間のすべての部分範囲の半径９１を有し得る。フック形状部分７８は、おおよそ０．０５から４ｍｍ、０．１から３ｍｍ、１．２７から２．５ｍｍ、およびそれらの間のすべての部分範囲の深さ（矢印９６によって示される）を備える。いくつかの実施形態では、フック形状部分７８の深さ９６は、フック形状部分７８の半径９１を下回るか、上回るか、またはおおよそ等しい場合がある。フック形状部分７８の深さおよび半径９１に関して上記の範囲が説明されたが、範囲は本明細書で説明される範囲に限定されるものではないことが、理解されるべきである。上記のように、端部８０（例えば、フック形状部分７８）は、冷却流体を受け取るために入口通路９４が冷却チャネル７４と交わることを可能にするターゲット特徴を含み、それにより、シュラウドセグメント３６の冷却を向上させる。

自由端８０は、ターゲット（例えば、フック部分７８）を介してそれぞれの入口通路９４に連結する。入口通路９４は、空洞からの冷却流（例えば、冷却流体、空気）を冷却チャネル７４に提供する。例示された実施形態では、フック形状部分７８に隣接した直線部分の幅９５は、フック形状部分７８の幅８１よりも狭い。隣接部分の幅９５は、第１の直線部分９７上に示されている。第１の直線部分９７は、第１の曲線部分９９に隣接して配置されている。第１の曲線部分９９は、第２の直線部分１０１に隣接して配置されている。第２の直線部分１０１は、第２の曲線部分１０３に隣接して配置されており、第２の曲線部分１０３は、第３の直線部分１０７に隣接して配置されている。第３の直線部分１０７は、第２の直線部分１０１に対して実質的に直角である。第１の直線部分９７および第３の直線部分１０７は、互いに実質的に平行である。フック形状部分７８は、平面８７から方向３２とは反対の方向に延在する部分（矢印９６によって示される）を有する。

図８は、内部タービンシュラウドセグメント３６を製造するための方法１０６の一実施形態の流れ図である。方法１０６は、本体４２を鋳造すること（ブロック１０８）を含む。方法１０６はまた、本体４２上にガス経路表面を研削すること（ブロック１１０）を含む。具体的には、高温ガス流路４７に向けられるように構成された側面５４が、第１の側縁４８と第２の側縁５０との間で円周方向３４にかつ／または前縁４４と後縁４６との間で軸方向３０に研削されて、弓形形状にされ得る。方法１０６は、本体４２の側面５４にはチャネル７４を形成し、端部の自由端にはターゲット特徴を形成（例えば、機械加工、放電加工、等）すること（ブロック１１２）をさらに含む。ターゲット特徴は、制量特徴がチャネル７４に交わることを可能にする。方法１０６はまた、チャネル７４の第２の端部８２に出口穴１０５を穿孔または放電加工すべき場所を示す出口特徴または出口マーキング特徴（例えば、ブリッジ部分１０２）を形成（例えば、機械加工、放電加工、等）すること（ブロック１１４）をさらに含む。方法１０６はまた、側面５２からチャネル７４の第１の端部７６のフック形状部分７８の自由端８０まで入口通路９４を形成（例えば、機械加工、放電加工、等）すること（ブロック１１６）をさらに含む。方法１０６は、内部タービンシュラウドセグメント３６の製造中に異物がチャネル７４に入るのを防ぐために、入口通路９４の穴または開口９２をマスクすること（ブロック１１８）を含む。方法１０６は、ＰＳＰ層５８の第１の表面６０が本体４２と一緒にチャネル７４を画定（例えば、包囲）するように、また、ＰＳＰ層５８の第２の表面６２が高温ガス流路４７と相互作用するように、側面５４上にＰＳＰ層５８をろう付けすること（ブロック１２０）を含む。いくつかの実施形態では、ＰＳＰ層５８の代替品として、本体４２と一緒にチャネル７４を画定する非ＰＳＰ金属シートが、側面５４上に配置され得る。いくつかの実施形態では、ＰＳＰ層５８の代替品として、本体４２内にチャネル７４を封入するために、バリアコーティングまたはＴＢＣブリッジングが利用され得る。方法１０６はまた、本体４２へのＰＳＰ層５８のろう付けを検査すること（ブロック１２２）を含む。方法１０６はまた、スラッシュ面（例えば、側縁４８、５０）を機械加工すること（ブロック１２４）をさらに含む。方法１０６はまた、入口通路９４の穴９２からマスクを取り除くこと（ブロック１２６）をさらに含む。方法１０６は、冷却流体が側縁４８、５０から出て行くのを可能にするために、チャネル７４の第２の端部８２の出口穴１０５を形成（例えば、機械加工、放電加工、等）すること（ブロック１２８）をなおもさらに含む。いくつかの実施形態では、チャネル７４、制量特徴、および入口通路９４は、本体４２内に鋳造され得る。

開示された実施形態の技術的効果は、タービンブレードに冷却流（例えば、空気）を提供するための複数の冷却チャネルを製造して、ブレードおよび関連する構成要素の早期故障を少なくすることを含む。冷却チャネルは、内部シュラウドセグメントおよび／または外部シュラウドセグメント上に形成され得る。冷却チャネル、および関連するターゲット（例えば、自由端）は、放電加工などの適切な技法によって形成され得る。冷却チャネルは、フック形状部分上に配置された自由端（例えば、ターゲット）を含む。自由端は、空洞から冷却流体を受け取るために入口通路に連結して、タービンシュラウドを冷却する。

本明細書は、最良の形態を含めて本発明を開示するため、また、任意のデバイスまたはシステムを製造および使用することならびに任意の組み込まれた方法を行うことを含めて、いかなる当業者にも本発明を実践することを可能とするために、実施例を使用している。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るものであり、当業者に思い浮かぶ他の実施例を含み得る。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲に記載の文言と異ならない構成要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲に記載の文言と実質的な差異のない均等な構成要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあると意図される。

１０ タービンシステム
１２ 燃料ノズル
１４ 燃料供給
１６ 燃焼器
１８ タービン
１９ タービンケーシング
２０ 排気出口
２２ シャフト
２４ 圧縮機
２６ 空気取入れ口
２８ 負荷
３０ 軸方向の軸線または方向
３２ 半径方向
３４ 円周方向
３６ 内部タービンシュラウドセグメント
３８ 外部タービンシュラウドセグメント
４０ タービンシュラウドセグメント
４２ 本体、シュラウド、シュラウド本体
４４ 前縁
４６ 後縁
４７ 高温ガス流路
４８ 第１の側縁
５０ 第２の側縁
５２ 第１の側面
５４ 第２の側面
５６ 空洞
５８ 予備焼結（ＰＳＰ）層
６０ 第１の表面
６２ 第２の表面
７４ 冷却チャネル
７６ 第１の端部
７８ フック形状部分
８０ 自由端
８１ 幅
８２ 第２の端部
８４ 矢印
８５ 第４の端部
８６ 第１のチャネル
８７ 平面
８８ 第２のチャネル
９０ 長さ
９１ 半径
９２ 開口
９４ 入口通路
９５ 幅
９６ セグメント化されたチャネル、矢印、深さ
９７ 第１の直線部分
９８ ブリッジ部分
９９ 第１の曲線部分
１００ 部分
１０１ 第２の直線部分
１０２ 部分
１０３ 第２の曲線部分
１０４ 通路
１０５ 出口穴
１０６ 方法
１０７ 第３の直線部分
１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２２、１２４、１２６、１２８ ブロック

Claims (20)

1. 前縁（４４）、後縁（４６）、第１の側縁（４８）、第２の側縁（５０）、ならびに前記前縁（４４）および前記後縁（４６）と前記第１の側縁（４８）および前記第２の側縁（５０）との間の向かい合った側面（５２、５４）の対を含む本体（４２）であって、前記向かい合った側面（５２、５４）の対のうちの第１の側面（５２）が、冷却流体を有する空洞（５６）と相互作用するように構成され、前記向かい合った側面（５２、５４）の対のうちの第２の側面（５４）が、高温ガス流路（４７）と相互作用するように構成される、本体（４２）と、
   前記本体（４２）内に配置された第１のチャネル（８６）であって、第１の端部（７６）および第２の端部（８２）を具備し、前記第１の端部（７６）が、前記第１の側縁（４８）に隣接して配置され、前記第２の端部（８２）が、前記第２の側縁（５０）に隣接して配置される、第１のチャネル（８６）と、
   前記本体（４２）内に配置された第２のチャネル（８８）であって、第３の端部および第４の端部（８５）を具備し、前記第３の端部が、前記第１の側縁（４８）に隣接して配置され、前記第４の端部（８５）が、前記第２の側縁（５０）に隣接して配置される、第２のチャネル（８８）と、
   を備える、シュラウドセグメント（４０）であって、
   前記第１および第２のチャネル（８６、８８）が、前記本体（４２）を冷却するために前記空洞（５６）から前記冷却流体を受け取るように構成され、前記第１の端部（７６）および前記第４の端部（８５）がそれぞれ、自由端（８０）を有する部分を含み、各前記自由端（８０）が、前記前縁（４４）から前記後縁（４６）に向かう方向において、前記自由端（８０）に連結された前記部分のうちの隣接部分よりも大きい幅（８１）を有する、シュラウドセグメント（４０）。
2. 各自由端（８０）が、前記自由端（８０）から前記第１の側面（５２）まで半径方向（３２）に延在しているそれぞれの入口通路（９４）に連結するように構成され、それぞれの入口通路（９４）が、前記空洞（５６）からの前記冷却流体を前記それぞれのチャネル（７４）に提供するように構成される、請求項１記載のシュラウドセグメント（４０）。
3. 前記それぞれの入口通路（９４）の幅が、前記それぞれの自由端（８０）の前記幅（８１）を下回る、請求項２記載のシュラウドセグメント（４０）。
4. 前記第１および第２のチャネル（８６、８８）が、前記本体（４２）内に放電加工される、請求項２記載のシュラウドセグメント（４０）。
5. 前記それぞれの入口通路（９４）が、前記本体（４２）内に放電加工される、請求項２記載のシュラウドセグメント（４０）。
6. 前記第２の端部（８２）および前記第３の端部が、前記第２の側面（５４）まで半径方向に延在しているそれぞれの出口通路に連結するように構成され、それぞれの出口通路が、前記内部シュラウドセグメント（３６）の本体から前記高温ガス流路（４７）内に冷却流体を放出するように構成される、請求項１記載のシュラウドセグメント（４０）。
7. 各自由端（８０）が、楕円形状を備え、各隣接部分が、直線部分を含む、請求項１記載のシュラウドセグメント（４０）。
8. ガスタービン機関において利用されるように構成される、請求項１記載のシュラウドセグメント（４０）。
9. 圧縮機（２４）、
   燃焼システム（１６）、および
   タービンセクション（１８）
   を備える、ガスタービン機関であって、前記タービンセクション（１８）が、
   ケーシング（１９）と、
   前記外部ケーシング（１９）に連結された外部シュラウドセグメント（３８）と、
   前記圧縮機（２４）から放出された冷却流体を受け取るように構成された空洞（５６）を形成するために前記外部シュラウドセグメント（３８）に連結された、内部シュラウドセグメント（３６）と、
   を備え、前記内部シュラウドセグメント（３６）が、
   前縁（４４）、後縁（４６）、第１の側縁（４８）、第２の側縁（５０）、ならびに前記前縁（４４）および前記後縁（４８）と前記第１の側縁（４８）および前記第２の側縁（５０）との間の向かい合った側面（５２、５４）の対を含む本体（４２）であって、前記向かい合った側面（５２、５４）の対のうちの第１の側面（５２）が、前記空洞（５６）と相互作用するように構成され、前記向かい合った側面（５２、５４）の対のうちの第２の側面（５４）が、高温ガス流路（４７）と相互作用するように構成される、本体（４２）と、
   前記本体（４２）内に配置され、かつ、前記第１の側縁（４８）の付近から前記第２の側縁（５０）の付近まで延在する、複数のチャネル（７４）であって、前記複数のチャネル（７４）の各チャネル（７４）が、部分を有する第１の端部（７６）、および第２の端部（８２）を具備する、複数のチャネル（７４）と、
   を備え、前記複数のチャネル（７４）が、前記本体（４２）を冷却するために前記空洞（５６）から冷却流体を受け取るように構成され、前記第１の端部（７６）がそれぞれ、自由端（８０）を有する部分を具備し、各自由端（８０）が、前記前縁（４４）から前記後縁（４６）に向かう方向において、前記自由端（８０）に連結された前記部分のうちの隣接部分よりも大きい幅（８１）を有する、ガスタービン機関。
10. 各自由端（８０）が、前記自由端（８０）から前記第１の側面（５２）まで半径方向（３２）に延在しているそれぞれの入口通路（９４）に連結するように構成され、それぞれの入口通路（９４）が、前記空洞（５６）からの前記冷却流体を前記それぞれのチャネル（７４）に提供するように構成される、請求項９記載のガスタービン機関。
11. 前記それぞれの入口通路（９４）の幅が、前記それぞれの自由端（８０）の前記幅（８１）よりも狭い、請求項１０記載のガスタービン機関。
12. 前記それぞれの入口通路（９４）が、前記本体（４２）内に放電加工される、請求項１０記載のガスタービン機関。
13. 各自由端（８０）が、楕円形状を備え、各隣接部分が、直線部分を含む、請求項９記載のガスタービン機関。
14. 各第２の端部（８２）が、延在しているそれぞれの出口通路に連結され、それぞれの出口通路が、前記内部シュラウドセグメント（３６）の前記本体（４２）から前記冷却流体を放出するように構成される、請求項９記載のガスタービン機関。
15. 前記第２の側面（５４）上にろう付けされた予備焼結プリフォーム層（５８）を備え、前記予備焼結プリフォーム層（５８）が、前記高温ガス流路（４７）と相互作用するように構成された第１の表面（６０）と、前記本体（４２）と相互作用して前記複数のチャネル（７４）を画定するように構成された第２の表面（６２）とを含む、請求項９記載のガスタービン機関。
16. 前記タービンセクション（１８）の回転軸線の周りに円周方向（３４）に配置された複数の内部シュラウドセグメント（３６）を備える、請求項９記載のガスタービン機関。
17. 前記部分が、ターゲット特徴を含む、請求項９記載のガスタービン機関。
18. 前記部分が、おおよそ１．１４ｍｍの半径を備える、請求項９記載のガスタービン機関。
19. ガスタービン機関のタービンセクション（１８）に使用するためのシュラウドセグメント（４０）であって、
    前縁（４４）、後縁（４６）、第１の側縁（４８）、第２の側縁（５０）、ならびに前記前縁（４４）および前記後縁（４６）と前記第１の側縁（４８）および前記第２の側縁（５０）との間の向かい合った側面（５２、５４）の対を含む本体（４２）であって、前記向かい合った側面（５２、５４）の対のうちの第１の側面（５２）が、冷却流体を有する空洞（５６）と相互作用するように構成され、前記向かい合った側面（５２、５４）の対のうちの第２の側面（５４）が、高温ガス流路（４７）と相互作用するように構成される、本体（４２）と、
    前記本体（４２）内に配置された第１のチャネル（８６）であって、第１の端部（７６）および第２の端部（８２）を具備し、前記第１の端部（７６）が、前記第１の側縁（４８）に隣接して配置され、前記第２の端部（８２）が、前記第２の側縁（５０）に隣接して配置される、第１のチャネル（８６）と、
    前記本体（４２）内に配置された第２のチャネル（８８）であって、第３の端部および第４の端部（８５）を具備し、前記第３の端部が、前記第１の側縁（４８）に隣接して配置され、前記第４の端部（８５）が、前記第２の側縁（５０）に隣接して配置される、第２のチャネル（８８）と、
    を備え、
    前記第１および第２のチャネル（８６、８８）が、前記本体（４２）を冷却するために前記空洞（５６）から前記冷却流体を受け取るように構成され、前記第１の端部（７６）および前記第４の端部（８５）がそれぞれ、自由端（８０）を含みかつ楕円形状を有する部分と、前記自由端（８０）に隣接した直線部分（９７）とを備える、シュラウドセグメント（４０）。
20. 各自由端（８０）が、前記自由端（８０）から前記第１の側面（５２）まで半径方向に延在しているそれぞれの入口通路に連結するように構成され、それぞれの入口通路（９４）が、前記空洞（５６）からの前記冷却流体を前記それぞれのチャネル（７４）に提供するように構成される、請求項１９記載のシュラウドセグメント（４０）。