JP2017532483A - ガスタービン翼の後方冷却キャビティ内に壁近傍冷却通路を形成する挿入体を有する内部冷却システム - Google Patents

Abstract

ガスタービンエンジン用の翼（１０）が開示されており、このガスタービンエンジンでは、翼（１０）は１つ以上の内部キャビティを有する内部冷却システム（１４）を備えており、内部キャビティは、向上された流れパターンを有する壁近傍冷却通路を形成するために、後方冷却キャビティ（７６）内に含まれる挿入体（１８）を有している。壁近傍冷却通路内の冷却流体流は、全体として中空で細長い翼（２６）を形成する外壁（２４）から延在する複数の冷却流体流制御体（２２）によって制御されてよい。冷却流体流制御体（２２）は、翼幅方向に延在する列を成すようにまとめられてよい。少なくとも１つの実施形態では、冷却流体流制御体（２２）は、正圧面壁近傍冷却通路（４８）内と、負圧面壁近傍冷却通路（５０）内とに位置していてよく、これら両通路は後縁通路（３０）と流体連通している。後縁通路（３０）も冷却流体流制御体（２２）を有していてよく、この冷却流体流制御体（２２）は、正圧面を形成する外壁（１２）と負圧面を形成する外壁（１３）との間に延在している。

Description

本発明は、一般にガスタービンエンジンに関し、より詳細にはガスタービンエンジンの翼用の内部冷却システムに関する。

通常、ガスタービンエンジンは、空気を圧縮するための圧縮機と、圧縮空気を燃料と混合し、混合物に点火するための燃焼器と、電力を発生するためのタービンブレードアセンブリとを有する。燃焼器はしばしば、華氏２５００度を超過し得る高温で作動する。典型的なタービン燃焼器構成は、タービンベーン及びブレードアセンブリを高温に曝す。結果としてタービンベーンとブレードとは、このような高温に耐え得る材料から形成されていなければならず、又は、構成要素を、その材料の能力を超える環境内で持ちこたえられるようにする冷却特徴を有していなければならない。タービンエンジンは、通常、シェルから半径方向内方へ延びる固定のタービンベーンの複数の列と、ロータを回転させるためのロータアセンブリに取り付けられた回転可能なタービンブレードの複数の列とを有する。

通常、タービンベーンは、高温の燃焼器ガスに曝され、このガスにより翼は加熱される。翼は、翼の温度を減じるために内部冷却システムを備えている。翼は、壁近傍冷却通路を形成する内部挿入体を有している。しかしながら、多くの挿入体は、翼の正圧面及び負圧面にインピンジメント冷却を提供するための複数のインピンジメント孔を有する平らなシートメタルから形成されている。上流側の以前のインピンジメント空気は、下流のインピンジメント噴流を通過し、フィルム孔から出ていく前にクロスフローを形成する。クロスフローは、インピンジメント噴流を曲がらせて、インピンジメントターゲット面から離して、冷却効果を減じる恐れがある。クロスフローの量を減じるために、以前のインピンジメント空気は、外部のフィルム孔から外へ抜かれる。しかしながら、フィルム冷却孔の数が多いほど、冷却空気の利用の効率は少なくなる。インピンジメント孔は冷却空気圧を消費し、シャワーヘッド孔が、外部表面上で高い滞留ガス圧を受ける前縁で問題を引き起こすことが多い。従って、ガスタービン翼用のより効率的な内部冷却システムの必要性がある。

ガスタービンエンジン用の翼が開示されており、このガスタービンエンジンでは、翼は１つ以上の内部キャビティを有する内部冷却システムを備えており、内部キャビティは、この内部キャビティ内に含まれる挿入体を有していて、この挿入体は、向上された流れパターンを有する壁近傍冷却通路を形成している。壁近傍冷却通路内の冷却流体流は、全体として細長い中空翼を形成する外壁から延在する複数の冷却流体流制御体によって制御されてよい。冷却流体流制御体は、翼幅方向に延在する列を成すようにまとめられてよい。少なくとも１つの実施形態では、冷却流体流制御体は、正圧面壁近傍冷却通路内と、負圧面壁近傍冷却通路内とに位置していてよく、これら両通路は後縁通路と流体連通している。後縁通路も、冷却流体流制御体を有していてよく、この冷却流体流制御体は、正圧面を形成する外壁と負圧面を形成する外壁との間に延在していて、これにより内部冷却システムの有効性が向上する。内部冷却システムは、１つ以上のバイパス流低減体を備えていてよい。このバイパス流低減体は、挿入体から外壁に向かって延在しており、冷却流体流制御体によって形成された壁近傍冷却通路を通る冷却流体を方向付ける。これにより内部冷却システムの有効性は向上する。

少なくとも１つの実施形態では、ガスタービンエンジン用のタービン翼は、外壁により形成された全体として細長い中空翼を備えていてよく、さらに前縁と、後縁と、正圧面と、負圧面と、第１端部における内側端壁と、この第１端部とは全体として細長い中空翼のほぼ反対側の第２端部における外側端壁と、全体として細長い中空翼の内側面に位置する冷却システムとを有していてよい。冷却システムは、１つ以上の後方冷却キャビティを有していてよく、この冷却キャビティ内には挿入体が位置していて、この挿入体は正圧面壁近傍冷却通路と、負圧面壁近傍冷却通路とを形成する。全体として細長い中空翼を形成する外壁から挿入体に向かって複数の冷却流体流制御体が延在していてよく、冷却流体流制御体は、後縁に向かって下流へと延在する複数の交互のジグザグ通路を形成している。冷却流体のバイパス流を減じるために１つ以上のバイパス流低減体が、挿入体から外壁へと延在してよい。

冷却流体流制御体のうちの１つ以上は、正圧面によって形成される横断面積を有していてよく、この正圧面は負圧面の反対側にあり、この正圧面と負圧面とは、前縁と、前縁とは少なくとも１つの冷却流体流制御体の反対側の端部にある後縁とによって互いに連結されており、正圧面はほぼ凹状に湾曲した面を有していて、負圧面はほぼ凸状に湾曲した面を有している。複数の冷却流体流制御体は、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体の第１の列を成すようにまとめられていてよく、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体の第１の列内の各冷却流体流制御体は、翼幅方向に延在する第１の列の端部における冷却流体流制御体を除いて、１つの冷却流体流制御体の正圧面が、隣接する冷却流体流制御体の負圧面に隣接するように、同様に位置していてよい。

翼幅方向に延在する冷却流体流制御体の第１の列の下流に、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体の第２の列が位置していてよい。翼幅方向に延在する冷却流体流制御体の第２の列は、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体の第１の列における冷却流体流制御体とは反対側に正圧面を有する１つ以上の冷却流体流制御体を有していてよく、これにより、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体の第２の列を通って流れる冷却流体は、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体の第１の列により冷却流体に加えられる翼幅方向ベクトルとは反対の翼幅方向ベクトルを伴い下流へと方向付けられる。従って、冷却流体のジグザグ流パターンを、冷却キャビティ内に形成することができる。

翼幅方向に延在する冷却流体流制御体の第２の列を形成する各冷却流体流制御体は、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体の第１の列における冷却流体流制御体とは反対側に正圧面を有する１つ以上の冷却流体流制御体を有していてよい。少なくとも１つの実施形態では、複数の冷却流体流制御体は、全体として細長い中空翼の正圧面を形成する外壁から延在してよい。別の実施形態では、複数の冷却流体流制御体は、全体として細長い中空翼の負圧面を形成する外壁から延在してよい。

内部冷却システムは後縁通路を備えていてよい。少なくとも１つの実施形態では、正圧面壁近傍冷却通路及び負圧面壁近傍冷却通路の両方は、後縁通路と流体連通していてよい。後縁通路は、正圧面を形成する外壁から負圧面を形成する外壁まで延在する複数の冷却流体流制御体を備えていてよく、これらの冷却流体流制御体は、複数の交互のジグザグ通路を形成している。複数の冷却流体流制御体は、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体の第１の列を成すようにまとめられてよく、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体の第１の列内の各冷却流体流制御体は、翼幅方向に延在する第１の列の端部における冷却流体流制御体を除いて、１つの冷却流体流制御体の正圧面が、隣接する冷却流体流制御体の負圧面に隣接するように、同様に位置していている。翼幅方向に延在する冷却流体流制御体の第２の列が、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体の第１の列の下流に位置していてよく、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体の第２の列は、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体の第１の列における冷却流体流制御体とは反対側に正圧面を有する少なくとも１つの冷却流体流制御体を有しており、これにより、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体の第２の列を通って流れる冷却流体は、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体の第１の列により冷却流体に加えられる翼幅方向ベクトルとは反対の翼幅方向ベクトルを伴い下流へと方向付けられる。

挿入体は、正圧面壁近傍冷却通路及び負圧面壁近傍冷却通路に加えて付加的に、後縁通路に供給するための１つ以上のリフレッシャ孔を備えていてよい。後方冷却キャビティ内の挿入体は、１つ以上の入口を有していてよく、入口は、全体として細長い中空翼の内径に位置する冷却流体供給部に流体連通している。

内部冷却システムの利点は、冷却流体流制御体により、冷却システム内の露出した表面積が著しく増大し、これにより改善された冷却システム性能が得られることにある。

内部冷却システムの別の利点は、バイパス流低減体を有する挿入体が、この挿入体において、クロスフローに関連した問題を増加させるだけであるより多数のインピンジメント孔を使用するのではなく、冷却を向上させるために冷却流体を外壁に向かって方向付けることにある。

内部冷却システムのさらに別の利点は、バイパス流低減体により、翼の高温の外壁に隣接する冷却流体流制御体の複数の列により形成されるジグザグ通路内に、より高速の冷却空気が効果的に向けられることにある。

これらの実施の形態及びその他の実施の形態を、以下でさらに詳細に説明する。

本明細書に組み込まれ明細書の一部を成す添付の図面は、本発明の実施形態を示しており、詳細な説明と共に、本発明の原理を開示している。

内部冷却システムを備えたタービン翼を示す斜視図である。 図１のタービン翼を示す部分斜視図である。 図２の３−３線に沿って切断したタービン翼の斜視断面図である。 図２の３−３線に沿って切断したタービン翼の断面図である。 図３の５−５線に沿って切断した内部冷却システムの斜視断面図である。 図５に示した内部冷却の後方挿入体の詳細図である。 図６の細部７で切断した後縁通路内に示された内部冷却システムの構成要素を示す詳細図である。 図７の後縁通路内に示された内部冷却システムの構成要素を詳細に示した斜視図である。 内部冷却システムを備えたタービン翼を正圧面から見た図である。 内部冷却システムを備えたタービン翼を負圧面から見た図である。 負圧面を形成する外壁から突出する内部冷却システムの構成要素を示す、図９の１１−１１線に沿って切断したタービン翼の断面図である。 正圧面を形成する外壁から突出する内部冷却システムの構成要素を示す、図１０の１２−１２線に沿って切断したタービン翼の断面図である。 外壁から内側に延在する内部冷却システムの構成要素を備える、タービン翼を形成する外壁の内面を示す斜視図である。 図１３に示した細部１４−１４としての外壁から内側に延在する内部冷却システムの構成要素を備える、タービン翼を形成する外壁の内面を示す詳細な斜視図である。

図１〜図１４にはガスタービンエンジン用の翼１０が開示されており、このガスタービンエンジンでは、翼１０は１つ以上の内部キャビティ１６を有する内部冷却システム１４を備えている。内部キャビティ１６は、この内部キャビティ１６内に含まれる挿入体１８を有していて、この挿入体１８は、向上された流れパターンを有する壁近傍冷却通路２０を形成している。壁近傍冷却通路２０内の冷却流体流は、全体として細長い（generally elongated）中空翼２６を形成する外壁２４から延在する複数の冷却流体流制御体２２によって制御されてよい。冷却流体流制御体２２は、翼幅方向に延在する列２８を成すようにまとめられてよい。少なくとも１つの実施形態では、冷却流体流制御体２２は、正圧面壁近傍冷却通路４８内と、負圧面壁近傍冷却通路５０内とに位置していてよい。これら両通路４８，５０は後縁通路３０と流体連通している。後縁通路３０も、冷却流体流制御体２２を有していてよく、この冷却流体流制御体２２は、正圧面（pressure side）３６を形成する外壁１３と負圧面（suction side）３８を形成する外壁１２との間に延在している。これにより内部冷却システム１４の有効性が向上する。内部冷却システム１４は、１つ以上のバイパス流低減体３１を備えていてよい。このバイパス流低減体３１は、挿入体１８から外壁２４に向かって延在しており、冷却流体流制御体２２によって形成された壁近傍冷却通路２０を通る冷却流体を方向付ける。これにより内部冷却システム１４の有効性は向上する。

図１に示すように、少なくとも１つの実施形態では、翼１０は、ガスタービンエンジン用のタービン翼１０であってよく、外壁２４により形成された全体として細長い中空翼２６を備えていてよく、さらに前縁３２と、後縁３４と、正圧面３６と、負圧面３８と、第１端部４２における内側端壁４０と、この第１端部４２とは全体として細長い中空翼２６のほぼ反対側の第２端部４６における外側端壁４４と、全体として細長い中空翼２６の内側面に位置する冷却システム１４とを有している。図３及び図４に示すように、冷却システム１４は１つ以上の弦中央冷却キャビティ４５を有していてよい。少なくとも１つの実施形態では、弦中央冷却キャビティ４５は１つ以上のリブ７２を有していてよく、このリブ７２は、弦中央冷却キャビティ４５を前方冷却キャビティ７４と、後方冷却キャビティ７６とに分割していて、後方冷却キャビティ７６の上流側端部を形成している。冷却システム１４は、１つ以上の後方冷却キャビティ７６を有していてよく、この冷却キャビティ７６内には後方の挿入体１８が位置していてよく、この挿入体１８は正圧面壁近傍冷却通路４８と、負圧面壁近傍冷却通路５０とを形成する。複数の冷却流体流制御体２２は、図７、図８、図１３、図１４に示すように、全体として細長い中空翼２６を形成する外壁２４から後方の挿入体１８に向かって延在していてよい。冷却流体流制御体２２は、図７に示すように、後縁３４に向かって下流へと延在する複数の交互のジグザグ通路５２を形成してよい。後方の挿入体１８は、図３、図４に示すように、冷却流体流制御体２２の端部１１１と後方の挿入体１８との間にギャップ１１０が存在するように、後方冷却キャビティ７６内に位置していてよい。少なくとも１つの実施形態では、ギャップ１１０は、約０．８ミリメートル未満であってよい。別の実施形態では、ギャップ１１０は、約０．３ミリメートルであってよい。

内部冷却システム１４の少なくとも１つの実施形態では、図４に示すように、冷却流体流制御体２２は、後縁３４に向かって下流へとほぼ弦方向に延在する複数の交互のジグザグ通路５２を形成してよい。ジグザグ通路５２は、正圧面５４によって形成された横断面積を有する１つ以上の冷却流体流制御体２２により形成されてよい。正圧面５４は負圧面５６の反対側にあり、正圧面５４と負圧面５６とは、前縁５８と、この前縁５８とは冷却流体流制御体２２の反対側の端部にある後縁６０とによって互いに連結されてよい。正圧面５４はほぼ凹状に湾曲した面を有していてよく、負圧面５６はほぼ凸状に湾曲した面を有していてよい。少なくとも１つの実施形態では、複数の冷却流体流制御体２２は、全体として細長い中空翼２６の正圧面３６を形成する外壁１２から延在してよい。同様に、複数の冷却流体流制御体２２は、全体として細長い中空翼２６の負圧面３８を形成する外壁１３から延在してよい。

複数の冷却流体流制御体２２は、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の第１の列６４を成すようにまとめられてよい。翼幅方向に延在する第１の列６４を形成する１つ以上の冷却流体流制御体２２は、負圧面５６の反対側にある正圧面５４によって形成される横断面積を有していてよい。正圧面５４と負圧面５６とは、前縁５８と、この前縁５８とは冷却流体流制御体２２の反対側にある後縁６０とによって互いに連結されている。１つの冷却流体流制御体２２の正圧面５４は、隣接する冷却流体流制御体２２の負圧面５６に隣接していてよい。少なくとも１つの実施形態では、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の第１の列６４内の各冷却流体流制御体２２は、隣接する冷却流体流制御体２２をもたない翼幅方向に延在する第１の列６４の端部における冷却流体流制御体２２を除いて、１つの冷却流体流制御体２２の正圧面５４が、隣接する冷却流体流制御体２２の負圧面５６に隣接するように、同様に位置していてよい。

内部冷却システム１４はさらに、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の第１の列６４の下流に位置する、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の第２の列６６を備えていてよい。翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の第２の列６６は、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の第１の列における冷却流体流制御体２２とは反対側に正圧面５４を有する１つ以上の冷却流体流制御体２２を有していてよい。これにより、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の第２の列６６を通って流れる冷却流体は、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の第１の列６４により冷却流体に加えられる翼幅方向ベクトル７０とは反対の翼幅方向ベクトル６８を伴い下流へと方向付けられる。少なくとも１つの実施形態では、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の第２の列６６を形成する各冷却流体流制御体２２は、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の第１の列６４における冷却流体流制御体２２とは反対側に正圧面５４を有している。後縁３４に向かってほぼ弦方向に延在する交互のジグザグ通路５２を形成するために、正圧面壁近傍冷却通路４８又は負圧面壁近傍冷却通路５０、又はその両方は、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の第１の列６４及び第２の列６６の各パターンを備えていてよい。

図７及び図８に示すように、外壁１２と外壁１３の内面１４４は、ジグザグ通路５２内で内側に突出し、後縁６０に向かって延在する１つ以上のミニリブ１４６を有していてよい。ミニリブ１４６は、ジグザグ通路５２を通る冷却流体流の方向に対してほぼ直交方向に延在していてよい。ミニリブ１４６は、隣接する冷却流体流制御体２２の間の距離よりも小さい幅を有していてよく、又は隣接する冷却流体流制御体２２に接触するように延在していてよい。ミニリブ１４６は、ジグザグ通路５２の高さの１／２未満の高さを有していてもよい。別の実施形態では、ミニリブ１４６は、ジグザグ通路５２の高さの１／４未満の高さを有していてよい。さらに別の実施形態では、ミニリブ１４６は、ジグザグ通路５２の高さの１／８未満の高さを有していてよい。ミニリブ１４６は、隣接するミニリブ１４６の間の間隔の１／２未満の厚さを冷却流体の流れ方向で有していてよい。

図３及び図４に示すように、少なくとも１つの実施形態では、正圧面壁近傍冷却通路４８及び負圧面壁近傍冷却通路５０の一方、又は両方は、後縁通路３０と流体連通していてよい。挿入体１８は、後縁通路３０へと供給する正圧面壁近傍冷却通路４８及び負圧面壁近傍冷却通路５０に加えて付加的に、後縁通路３０に供給するための１つ以上のリフレッシャ孔８４を備えていてよい。リフレッシャ孔８４は、挿入体１８の後端部８６の極めて近くで翼幅方向に延在する１つ以上の列を成すように整列していてよい。リフレッシャ孔８４は、挿入体１８から後縁通路３０へと冷却流体を効果的に排出するために適切な任意の大きさ、長さ、形状を有していてよい。後方冷却キャビティ７６内の挿入体１８は、図２に示すように、１つ以上の入口８８を有していてよく、この入口８８は、全体として細長い中空翼２６の内径９２に位置する冷却流体供給部９０に流体連通している。従って、冷却流体は、内径９２における入口８８を介して後方冷却キャビティ７６内の挿入体１８内へ受容され、外側端壁４４に向かって半径方向外側へと流れる。冷却流体の少なくとも一部は、リフレッシャ孔８４を通って後縁通路３０へと流れる。

後縁通路３０は、正圧面３６を形成する外壁１２から負圧面３８を形成する外壁１３まで延在する複数の冷却流体流制御体２２を備えていてよく、冷却流体流制御体２２は、複数の交互のジグザグ通路５２を形成してよい。後縁通路３０における複数の冷却流体流制御体２２は、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の第１の列９４を成すようにまとめられてよい。後縁通路３０内で翼幅方向に延在する第１の列９４を形成する１つ以上の冷却流体流制御体２２は、負圧面５６の反対側にある正圧面５４によって形成される横断面積を有していてよい。正圧面５４と負圧面５６とは、前縁５８と、この前縁５８とは冷却流体流制御体２２の反対側の端部にある後縁６０とによって互いに連結されている。翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の第１の列９４内における１つ以上の冷却流体流制御体２２は、１つの冷却流体流制御体２２の正圧面５４を備えていてよく、この正圧面５４は、隣接する冷却流体流制御体２２の負圧面５６に隣接している。少なくとも１つの実施形態では、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の第１の列９４内の各冷却流体流制御体２２は、翼幅方向に延在する第１の列９４の端部における冷却流体流制御体２２を除いて、１つの冷却流体流制御体２２の正圧面５４が、隣接する冷却流体流制御体２２の負圧面５６に隣接するように、同様に位置している。

後縁通路３０はさらに、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の第１の列９４の下流に位置する、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の１つ以上の第２の列９６を備えていてよい。翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の第２の列９６は、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の第１の列９４における冷却流体流制御体２２とは反対側に正圧面５４を有する１つ以上の冷却流体流制御体２２を有していてよい。これにより、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の第２の列９６を通って流れる冷却流体は、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の第１の列９４により冷却流体に加えられる翼幅方向ベクトル７０とは反対の翼幅方向ベクトル６８を伴い下流へと方向付けられる。後縁３４に向かってほぼ弦方向に延在する交互のジグザグ通路５２を形成するために、後縁通路３０は、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の第１の列９４及び第２の列９６の反復するパターンを含んでいてよい。

後縁通路３０は、正圧面３６を形成する外壁１２から負圧面３８を形成する外壁１３まで延在し、かつ冷却流体流制御体２２の下流の１つ以上のピンフィン１０２の列を備えていてよい。ピンフィン１０２は、ほぼ円形の横断面積又は別の適当な形状を有してよい。ピンフィン１０２は、翼幅方向に延在する１つ以上のピンフィン１０２の列１０４に位置していてよい。少なくとも１つの実施形態では、ピンフィン１０２は、互いの間に、又は外壁１２，１３以外の隣接する構造体との間に約１．５ミリメートルの最小間隔を有していてよい。

後方の挿入体１８は、翼２６の正圧面３６を形成する外壁１２の最も近くに位置する後方の挿入体１８の側に、１つ以上の正圧面排出口１１２を備えていてよい。正圧面排出口１１２は、後方の挿入体１８の前方壁１１６の近くに位置していてよい。正圧面排出口１１２は、翼幅方向に延在する列１１８を成すように整列していてよい。少なくとも１つの実施形態では、後方の挿入体１８は、翼２６の正圧面３６を形成する外壁１２の最も近くに位置する後方の挿入体１８の側に、翼幅方向に延在する２つの列１１８を成すように形成される複数の正圧面排出口１１２を備えていてよい。正圧面排出口１１２は、正圧面壁近傍冷却通路４８に冷却流体を供給する。

後方の挿入体１８は、翼２６の負圧面３８を形成する外壁１３の最も近くに位置する後方の挿入体１８の側に、１つ以上の負圧面排出口１２０を備えていてよい。負圧面排出口１２０は、後方の挿入体１８の前方壁１１６の近くに位置していてよい。負圧面排出口１２０は、翼幅方向に延在する列１１８を成すように整列していてよい。少なくとも１つの実施形態では、後方の挿入体１８は、翼２６の負圧面３８を形成する外壁１３の最も近くに位置する後方の挿入体１８の側に、翼幅方向に延在する２つの列１１８を成すように形成される複数の負圧面排出口１２０を備えていてよい。負圧面排出口１２０は、負圧面壁近傍冷却通路５０に冷却流体を供給する。

冷却システム１４はさらに、ギャップ１１０を通る冷却流体流を減じるために、後方の挿入体１８から、正圧面３６を形成する外壁１２又は負圧面３８を形成する外壁１３、又はその両方へと延在する１つ以上のバイパス流低減体３１を備えていてよい。少なくとも１つの実施形態では、図３及び図４に示すように、内部冷却システム１４は複数のバイパス流低減体３０を有していてよい。複数のバイパス流低減体３０のうちの１つ以上は、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体２２の隣接する列２８の間に位置していてよい。バイパス流低減体３０は、後方の挿入体１８から正圧面３６を形成する外壁２４の内面８２までの距離の半分未満で延在していてよい。別の実施形態では、バイパス流低減体３０は、後方の挿入体１８から正圧面３６を形成する外壁２４の内面８２までの距離の半分以上で延在していてよい。後方の挿入体１８は、全て同じ高さと長さを有する、又は高さと長さが変化するバイパス流低減体３０を有していてよい。

冷却システム１４は、正圧面３６を形成する外壁１２内に１つ以上のフィルム冷却孔１３６を有していてよい。フィルム冷却孔１３６は、前方と後方の冷却キャビティ７４，７６の間に位置するリブ７２の近くの正圧面壁近傍冷却通路４８からの冷却流体を排出してよい。フィルム冷却孔１３６は、翼幅方向に延在する列に位置していてよい。

前方の冷却キャビティ７４は１つ以上の前方の挿入体１２４を有していてよい。前方の挿入体１２４は、正圧面壁近傍冷却通路１２６と負圧面壁近傍冷却通路１２８とを形成してよい。前方の挿入体１２４は、前方の挿入体１２４の正圧面１３２と前方の挿入体１２４の負圧面１３４とを通って延在する複数のインピンジメントオリフィス１３０を有していてよい。インピンジメントオリフィス１３０は、前方の挿入体１２４と内部冷却システム１４の冷却能力を向上させる任意の適切な構造を有していてよい。翼２６の前縁３２は複数のフィルム冷却孔１３６を有していてよく、これらのフィルム冷却孔１３６は、フィルム冷却孔１３６のシャワーヘッド列を形成する。前方の冷却キャビティ７４は、流体源に接続された入口１３８を備えていてよい。流体源は、翼２６の外側にあり、冷却流体を入口１３８と前方の挿入体１２４へと供給するように構成されている。

使用中、冷却流体は、圧縮機又は別のそのような冷却空気源から、内部冷却システム１４の前方の挿入体１２４の内側チャンバ１０６へと供給されてよい。冷却流体は、前方の挿入体１２４を充填することができ、一般的に、前方の挿入体１２４を通過して半径方向内側方向に翼幅方向で流れる。冷却流体は、インピンジメントオリフィス１３０を通過して正圧面壁近傍冷却通路１２６内へ到り、インピンジメントオリフィス１３０を通過して負圧面壁近傍冷却通路１２８内へと到る。インピンジメント孔１３０から流れる冷却流体は、正圧面３６を形成する外壁１２と、負圧面３８を形成する外壁１３とに衝突し、これにより外壁１２，１３を冷却する。正圧面及び負圧面壁近傍冷却通路１２６，１２８からの冷却流体の一部は、シャワーヘッドを形成する複数のフィルム冷却孔１３６と別のフィルム冷却孔とを介して内部冷却システム１４から排出される。冷却流体はさらに、シャワーヘッドを形成するように構成された前縁３２におけるフィルム冷却孔１３６と、正圧面３６及び負圧面３８を形成する外壁１２，１３におけるその他のフィルム冷却孔とを介して外壁１２，１３の外面にフィルム冷却を形成してよい。

冷却流体は、入口８８を介して後方の挿入体１８へと供給されてよい。冷却流体は、前方の挿入体１２４に連通された通路又は別の供給源から供給されてよい。冷却流体は、後方の挿入体１８を充填することができ、一般的に、後方の挿入体１８を通過して翼幅方向で流れる。冷却流体は、正圧面排出口１１２を通過して正圧面壁近傍冷却通路４８内へ到り、負圧面排出口１１４を通過して負圧面壁近傍冷却通路５０内へと到る。正圧面排出口１１２を通過して正圧面壁近傍冷却通路４８内へ流れる冷却流体は、正圧面３６を形成する外壁１２に衝突する。冷却流体の一部は、正圧面壁近傍冷却通路４８の上流端部を形成するリブ７２近くの正圧面壁近傍冷却通路４８の上流端部のフィルム冷却オリフィスを通過して排出されてよい。負圧面排出口１１４を通過して負圧面壁近傍冷却通路５０内へ流れる冷却流体は、負圧面３８を形成する外壁１３に衝突する。

正圧面３６の正圧面壁近傍冷却通路４８における冷却流体は、第１のバイパス流低減体３１によって、正圧面３６を形成する外壁１２の内面に向かって方向付けられる。この場合、冷却流体は、冷却流体流制御体２２の端部１１１と後方の挿入体１８との間の小さいギャップ１１０を通って流れずに、冷却流体流制御体２２の第１の列を通って流れる。バイパス流低減体３１は、正圧面３６を形成する外壁１２に向かって冷却流体を方向付け、これにより、冷却流体流制御体２２の端部１１１と後方の挿入体１８との間に形成されるギャップ１１０の冷却流体の流れは実質的に減じられる。ギャップ１１０のサイズは、組み立てにより約０．３ミリメートルであってよい。各側における厳しい公差は、流れとＨ／Ｔ特性の助けと成り、クリアランスの増加は、流れとＨ／Ｔとに悪影響を及ぼす。さらに、バイパス流低減体３１は、燃焼器排ガスに直接曝されることにより最も冷却を必要とする、正圧面３６を形成する外壁１２に向かって冷却流体を方向付けてよい。冷却流体は、冷却流体流制御体２２の連続した列をジグザグ状に前後に通過して流れ、後縁３４に向かって移動しながら外壁１２や冷却流体流制御体２２から熱を受け取るので、その温度は上昇する。負圧面壁近傍冷却通路５０に入る冷却流体は、上述した正圧面壁近傍冷却通路４８における流体とほぼ同じように流れてよく、従って、簡潔さのために、ここではさらに繰り返し説明しない。

正圧面壁近傍冷却通路４８及び負圧面壁近傍冷却通路５０からの冷却流体は、後縁通路３０へと排出されてよい。さらに、後方の挿入体１８からの冷却流体は、リフレッシャ孔８４を介して後縁通路３０へと直接排出されてよい。冷却流体が後縁通路３０に入るとき、冷却流体は、翼幅方向に延在する第１及び第２の列９４，９６を通過し、この場合、冷却流体は冷却流体流制御体２２にぶつかり、その温度は上昇する。翼幅方向に延在する流体流制御体２２の第１及び第２の列９４，９６も、冷却流体にジグザグ運動を与える。冷却流体は、さらに、ピンフィン１０２の１つ以上の列を通過してよく、後縁排出オリフィス１４０から排出されてよい。

上記説明は、本発明を例示、説明及び記述するという目的で提供されている。これらの実施の形態に対する変更及び適応は、当業者に明らかになるであろうし、本発明の範囲又は思想から逸脱することなく成し得るものである。

内部冷却システムを備えたタービン翼を示す斜視図である。 図１のタービン翼を示す部分斜視図である。 図２の３−３線に沿って切断したタービン翼の斜視断面図である。 図２の３−３線に沿って切断したタービン翼の断面図である。 図２の細部５で切断した後縁通路内に示された内部冷却システムの構成要素を示す詳細図である。 図５の後縁通路内に示された内部冷却システムの構成要素を詳細に示した図である。 内部冷却システムを備えたタービン翼を正圧面から見た図である。 内部冷却システムを備えたタービン翼を負圧面から見た図である。 負圧面を形成する外壁から突出する内部冷却システムの構成要素を示す、図７の９−９線に沿って切断したタービン翼の断面図である。 正圧面を形成する外壁から突出する内部冷却システムの構成要素を示す、図８の１０−１０線に沿って切断したタービン翼の断面図である。 外壁から内側に延在する内部冷却システムの構成要素を備える、タービン翼を形成する外壁の内面を示す斜視図である。 図１１に示した細部１４−１４としての外壁から内側に延在する内部冷却システムの構成要素を備える、タービン翼を形成する外壁の内面を示す詳細な斜視図である。

図１〜図１２にはガスタービンエンジン用の翼１０が開示されており、このガスタービンエンジンでは、翼１０は１つ以上の内部キャビティ１６を有する内部冷却システム１４を備えている。内部キャビティ１６は、この内部キャビティ１６内に含まれる挿入体１８を有していて、この挿入体１８は、向上された流れパターンを有する壁近傍冷却通路２０を形成している。壁近傍冷却通路２０内の冷却流体流は、全体として細長い（generally elongated）中空翼２６を形成する外壁２４から延在する複数の冷却流体流制御体２２によって制御されてよい。冷却流体流制御体２２は、翼幅方向に延在する列２８を成すようにまとめられてよい。少なくとも１つの実施形態では、冷却流体流制御体２２は、正圧面壁近傍冷却通路４８内と、負圧面壁近傍冷却通路５０内とに位置していてよい。これら両通路４８，５０は後縁通路３０と流体連通している。後縁通路３０も、冷却流体流制御体２２を有していてよく、この冷却流体流制御体２２は、正圧面（pressure side）３６を形成する外壁１３と負圧面（suction side）３８を形成する外壁１２との間に延在している。これにより内部冷却システム１４の有効性が向上する。内部冷却システム１４は、１つ以上のバイパス流低減体３１を備えていてよい。このバイパス流低減体３１は、挿入体１８から外壁２４に向かって延在しており、冷却流体流制御体２２によって形成された壁近傍冷却通路２０を通る冷却流体を方向付ける。これにより内部冷却システム１４の有効性は向上する。

図１に示すように、少なくとも１つの実施形態では、翼１０は、ガスタービンエンジン用のタービン翼１０であってよく、外壁２４により形成された全体として細長い中空翼２６を備えていてよく、さらに前縁３２と、後縁３４と、正圧面３６と、負圧面３８と、第１端部４２における内側端壁４０と、この第１端部４２とは全体として細長い中空翼２６のほぼ反対側の第２端部４６における外側端壁４４と、全体として細長い中空翼２６の内側面に位置する冷却システム１４とを有している。図３及び図４に示すように、冷却システム１４は１つ以上の弦中央冷却キャビティ４５を有していてよい。少なくとも１つの実施形態では、弦中央冷却キャビティ４５は１つ以上のリブ７２を有していてよく、このリブ７２は、弦中央冷却キャビティ４５を前方冷却キャビティ７４と、後方冷却キャビティ７６とに分割していて、後方冷却キャビティ７６の上流側端部を形成している。冷却システム１４は、１つ以上の後方冷却キャビティ７６を有していてよく、この冷却キャビティ７６内には後方の挿入体１８が位置していてよく、この挿入体１８は正圧面壁近傍冷却通路４８と、負圧面壁近傍冷却通路５０とを形成する。複数の冷却流体流制御体２２は、図５、図６、図１１、図１２に示すように、全体として細長い中空翼２６を形成する外壁２４から後方の挿入体１８に向かって延在していてよい。冷却流体流制御体２２は、図５に示すように、後縁３４に向かって下流へと延在する複数の交互のジグザグ通路５２を形成してよい。後方の挿入体１８は、図３、図４に示すように、冷却流体流制御体２２の端部１１１と後方の挿入体１８との間にギャップ１１０が存在するように、後方冷却キャビティ７６内に位置していてよい。少なくとも１つの実施形態では、ギャップ１１０は、約０．８ミリメートル未満であってよい。別の実施形態では、ギャップ１１０は、約０．３ミリメートルであってよい。

図５及び図６に示すように、外壁１２と外壁１３の内面１４４は、ジグザグ通路５２内で内側に突出し、後縁６０に向かって延在する１つ以上のミニリブ１４６を有していてよい。ミニリブ１４６は、ジグザグ通路５２を通る冷却流体流の方向に対してほぼ直交方向に延在していてよい。ミニリブ１４６は、隣接する冷却流体流制御体２２の間の距離よりも小さい幅を有していてよく、又は隣接する冷却流体流制御体２２に接触するように延在していてよい。ミニリブ１４６は、ジグザグ通路５２の高さの１／２未満の高さを有していてもよい。別の実施形態では、ミニリブ１４６は、ジグザグ通路５２の高さの１／４未満の高さを有していてよい。さらに別の実施形態では、ミニリブ１４６は、ジグザグ通路５２の高さの１／８未満の高さを有していてよい。ミニリブ１４６は、隣接するミニリブ１４６の間の間隔の１／２未満の厚さを冷却流体の流れ方向で有していてよい。

Claims (12)

1. ガスタービンエンジン用のタービン翼（１０）であって、
   外壁（２４）により形成された全体として細長い中空翼（２６）であって、前縁（３２）と、後縁（３４）と、正圧面（３６）と、負圧面（３８）と、第１端部（４２）における内側端壁（４０）と、前記第１端部（４２）とは前記全体として細長い中空翼（２６）のほぼ反対側の第２端部（４６）における外側端壁（４４）と、前記全体として細長い中空翼（２６）の内側面に位置している冷却システム（１４）と、を有している中空翼（２６）を備え、
   前記冷却システム（１４）は、少なくとも１つの後方冷却キャビティ（７６）を有しており、該冷却キャビティ（７６）内には挿入体（１８）が位置しており、該挿入体（１８）は正圧面壁近傍冷却通路（４８）と、負圧面壁近傍冷却通路（５０）とを形成しており、
   前記全体として細長い中空翼（２６）を形成する前記外壁（２４）から前記挿入体（１８）に向かって複数の冷却流体流制御体（２２）が延在しており、該冷却流体流制御体（２２）は、前記後縁（３４）に向かって下流へと延在する複数の交互のジグザグ通路（５２）を形成しており、
   冷却流体のバイパス流を減じる、前記挿入体（１８）から前記外壁（２４）へと延在する少なくとも１つのバイパス流低減体（３１）を有していることを特徴とする、ガスタービンエンジン用のタービン翼（１０）。
2. 前記冷却流体流制御体（２２）のうちの少なくとも１つは、正圧面（５４）によって形成される横断面積を有しており、前記正圧面（５４）は負圧面（５６）の反対側にあり、前記正圧面（５４）と前記負圧面（５６）とは、前縁（５８）と、該前縁（５８）とは前記少なくとも１つの冷却流体流制御体（２２）の反対側の端部にある後縁（６０）とによって互いに連結されており、前記正圧面（５４）はほぼ凹状に湾曲した面を有しており、前記負圧面（５６）はほぼ凸状に湾曲した面を有している、請求項１記載のタービン翼（１０）。
3. 前記複数の冷却流体流制御体（２２）は、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体（２２）の第１の列（６４）を成すようにまとめられており、前記翼幅方向に延在する冷却流体流制御体（２２）の第１の列（６４）内の各冷却流体流制御体（２２）は、前記翼幅方向に延在する第１の列（６４）の端部における冷却流体流制御体（２２）を除いて、１つの冷却流体流制御体（２２）の正圧面（５４）が、隣接する冷却流体流制御体（２２）の負圧面（５６）に隣接するように、同様に位置している、請求項２記載のタービン翼（１０）。
4. 前記翼幅方向に延在する冷却流体流制御体（２２）の第１の列（６４）の下流に位置する、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体（２２）の第２の列（６６）をさらに有する、請求項３記載のタービン翼（１０）。
5. 前記翼幅方向に延在する冷却流体流制御体（２２）の第２の列（６６）は、前記翼幅方向に延在する冷却流体流制御体（２２）の第１の列（６４）における前記冷却流体流制御体（２２）とは反対側に正圧面（５４）を有する少なくとも１つの冷却流体流制御体（２２）を有しており、これにより、前記翼幅方向に延在する冷却流体流制御体（２２）の第２の列（６６）を通って流れる冷却流体は、前記翼幅方向に延在する冷却流体流制御体（２２）の第１の列（６４）により前記冷却流体に加えられる翼幅方向ベクトル（７０）とは反対の翼幅方向ベクトル（６８）を伴い下流へと方向付けられる、請求項４記載のタービン翼（１０）。
6. 前記翼幅方向に延在する冷却流体流制御体（２２）の第２の列（６６）を形成する各冷却流体流制御体（２２）は、前記翼幅方向に延在する冷却流体流制御体（２２）の第１の列（６４）における前記冷却流体流制御体（２２）とは反対側に正圧面（５４）を有する少なくとも１つの冷却流体流制御体（２２）を有している、請求項５記載のタービン翼（１０）。
7. 前記複数の冷却流体流制御体（２２）は、前記全体として細長い中空翼（２６）の前記正圧面（３６）を形成する外壁（１２）から延在しており、前記複数の冷却流体流制御体（２２）は、前記全体として細長い中空翼（２６）の前記負圧面（３８）を形成する外壁（１３）から延在している、請求項１記載のタービン翼（１０）。
8. 前記正圧面壁近傍冷却通路（４８）と、前記負圧面壁近傍冷却通路（５０）との両方は、後縁通路（３０）と流体連通している、請求項１記載のタービン翼（１０）。
9. 前記後縁通路（３０）は、前記正圧面（３６）を形成する前記外壁（１２）から前記負圧面（３８）を形成する前記外壁（１３）まで延在する複数の冷却流体流制御体（２２）を備えており、前記冷却流体流制御体（２２）は、複数の交互のジグザグ通路（５２）を形成している、請求項８記載のタービン翼（１０）。
10. 前記複数の冷却流体流制御体（２２）は、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体（２２）の第１の列（６４）を成すようにまとめられており、前記翼幅方向に延在する冷却流体流制御体（２２）の第１の列（６４）内の各冷却流体流制御体（２２）は、前記翼幅方向に延在する第１の列（６４）の端部における冷却流体流制御体（２２）を除いて、１つの冷却流体流制御体（２２）の正圧面（５４）が、隣接する冷却流体流制御体（２２）の負圧面（５６）に隣接するように、同様に位置しており、前記翼幅方向に延在する冷却流体流制御体（２２）の第１の列（６４）の下流に位置する、翼幅方向に延在する冷却流体流制御体（２２）の第２の列（６６）をさらに有しており、前記翼幅方向に延在する冷却流体流制御体（２２）の第２の列（６６）は、前記翼幅方向に延在する冷却流体流制御体（２２）の第１の列（６４）における前記冷却流体流制御体（２２）とは反対側に正圧面（５４）を有する少なくとも１つの冷却流体流制御体（２２）を有しており、これにより、前記翼幅方向に延在する冷却流体流制御体（２２）の第２の列（６６）を通って流れる冷却流体は、前記翼幅方向に延在する冷却流体流制御体（２２）の第１の列（６４）により前記冷却流体に加えられる翼幅方向ベクトル（７０）とは反対の翼幅方向ベクトル（６８）を伴い下流へと方向付けられる、請求項９記載のタービン翼（１０）。
11. 前記挿入体（１８）は、前記正圧面壁近傍冷却通路（４８）及び前記負圧面壁近傍冷却通路（５０）に加えて付加的に、前記後縁通路（３０）に供給するための少なくとも１つのリフレッシャ孔（８４）を備えている、請求項８記載のタービン翼（１０）。
12. 前記少なくとも１つの後方冷却キャビティ（７６）内の前記挿入体（１８）は、少なくとも１つの入口（８８）を有しており、該入口（８８）は、前記全体として細長い中空翼（２６）の内径（９２）に位置する冷却流体供給部（９０）に流体連通している、請求項１記載のタービン翼（１０）。

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