JP2017534791A - 一体の前縁及び先端の冷却流体通路を有するガスタービン翼及びこのような翼を形成するために使用されるコア構造体 - Google Patents

Abstract

コア構造体（１０）は、前縁区分（３０）と、先端区分（３２）と、前縁区分（３０）と先端区分（３２）とを接続する転換区分（３４）とを有している。第１のコアエレメント（１６）は、ガスタービンエンジン翼（１００）に前縁冷却回路（１０２）を形成するために使用されるように適合されている。前縁冷却回路（１０２）は、冷却流体通路（１０４）を含み、この冷却流体通路（１０４）は、第１のコアエレメント前縁区分（３０）によって形成される前縁部分（１０６）と、第１のコアエレメント先端区分（３２）によって形成される先端部分（１０８）と、第１のコアエレメント転換区分（３４）により形成される転換部分（１１０）と、を有している。冷却流体通路（１０４）の前縁部分（１０６）、先端部分（１０８）、転換部分（１１０）のそれぞれは、第１のコアエレメント（１６）によって翼（１００）に同時に形成される。

Description

本発明は、タービンエンジンの翼内で使用される冷却システムに関し、より詳細には、一体の前縁及び先端の冷却流体通路及び冷却流体通路を形成するために使用されるコアに関する。

ガスタービンエンジンでは、圧縮機セクションから放出された圧縮空気と、燃料源から導入された燃料とが燃焼セクションで混合されて燃焼され、高温の作動ガスを形成する燃焼生成物を生成する。作動ガスは、エンジンのタービンセクション内で高温ガス路により方向付けられ、そこで膨張してタービンロータを回転させる。タービンロータは発電機に接続することができ、タービンロータの回転を利用して発電機で電力を生成することができる。

現代のエンジンで生じる高い圧力比及び高いエンジン燃焼温度を考慮すると、タービンセクション内の翼アッセンブリ、例えば固定ベーン、回転ブレードなどのいくつかの構成部材は、構成部材の過熱を防止するために、圧縮機セクション内の圧縮機から排出される空気のような冷却流体によって冷却されなければならない。

本発明の第１の態様によれば、ガスタービンエンジン翼内の冷却構造を形成するために使用されるコア構造体が提供される。以後、コアとも呼ばれるこのコア構造体は、第１のコアエレメントを有しており、この第１のコアエレメントは、前縁区分と、前縁区分に一体の先端区分と、前縁区分及び先端区分に一体であり、前縁区分と先端区分とを接続する転換区分と、を含む。第１のコアエレメントは、ガスタービンエンジン翼内に前縁冷却回路を形成するために使用されるように適合されている。前縁冷却回路は、冷却流体通路を含み、この冷却流体通路は、第１のコアエレメント前縁区分によって形成される前縁部分と、第１のコアエレメント先端区分によって形成される先端部分と、第１のコアエレメント転換区分により形成される転換部分と、を有している。前縁部分は、翼の前縁に隣接して翼を半径方向で通って延在しており、先端部分は、翼の前縁に隣接するところから、翼の後縁に隣接するところまで翼弦方向に延在しており、転換部分は、前縁部分と先端部分との間の流体連通を促進する。冷却流体通路の前縁部分、先端部分、転換部分のそれぞれは、第１のコアエレメントによって翼に同時に形成されるように適合されている。

第１のコアエレメントの前縁区分は、前縁区分の半径方向軸線に対して周方向かつ半径方向に延在する複数の螺旋状隆起部を備えていてよく、隆起部は、冷却通路の前縁部分の外側境界を画定する翼の面に延在する対応する螺旋溝を形成しており、螺旋溝は、冷却通路の前縁部分を通って半径方向外側に向かって流れる冷却流体に螺旋状の流れパターンを形成する。

第１のコアエレメントの転換区分は、冷却流体通路の転換部分を、前縁部分と先端部分との間の角度が９０°〜１３０°の範囲内にあるように形成することができる。

コア構造体はさらに、第１のコアエレメントと一体の第２のコアエレメントを有していてよく、第２のコアエレメントは、前縁冷却回路を形成する第１のコアエレメントと同時に、翼内に翼弦中央冷却回路を形成するために使用される翼弦中央区分を含む。翼弦中央区分は、少なくとも２つの半径方向翼弦中央エレメントを備えていてよく、これら半径方向翼弦中央エレメントは、翼弦中央冷却回路内に対応する翼弦中央通路を形成し、翼弦中央通路は、翼の翼弦中央部分をほぼ半径方向で通って延在している。第２のコアエレメントはさらに、翼弦中央区分と一体の後縁区分を備えていてよく、後縁区分は、翼弦中央冷却回路を形成する翼弦中央区分と同時に、翼内に後縁冷却回路を形成するために使用される。

第１のコアエレメントの前縁区分は、第１及び第２の半径方向前縁エレメントを備えていてよく、これら半径方向前縁エレメントは、前縁冷却回路内に対応する第１及び第２の前縁通路を形成する。コア構造体はさらに、第１及び第２の半径方向前縁エレメントの間に延在する複数の移行エレメントを有していてよく、移行エレメントは、第１の前縁通路から第２の前縁通路への流体連通を提供する、翼内の複数の移行通路を形成するために使用され、第１の前縁通路から移行通路を通って第２の前縁通路へ入る冷却流体は、第２の前縁通路の外側境界を画定する翼の面に衝突して、翼面のインピンジメント冷却を提供する。移行エレメントは、移行通路が、翼の正圧面及び負圧面のうちの一方に対して、その他方に対してよりも近くに位置するように、第２の半径方向前縁エレメントの第１の側方部分及び第２の側方部分のうちの一方により近く位置していてよい。

コア構造体はさらに、転換区分の反対側にある、第１のコアエレメントの前縁区分の端部へと延在する入口エレメントを有していてよく、入口エレメントは、結果として生じる翼に形成される入口通路が、冷却通路の前縁部分内へ冷却流体を、前縁部分の半径方向軸線に対して２５°〜６５°の角度で導入するように、前縁区分に対して配置されている。

本発明の第２の態様によれば、ガスタービンエンジン内に翼が設けられる。この翼は、外壁を有しており、外壁は、前縁と、後縁と、正圧面と、負圧面と、半径方向内側端部と、半径方向外側端部とを備え、前縁と後縁との間に翼弦方向が規定されている。翼はさらに、外壁内に画定された前縁冷却回路を有しており、前縁冷却回路は、外壁を冷却する冷却流体を受け取り、前縁冷却回路は、冷却流体通路を有しており、冷却流体通路は、前縁に隣接して翼を半径方向に通って延在する前縁部分と、前縁に隣接するところから後縁に隣接するところまで翼弦方向に延在する先端部分と、前縁部分と先端部分との間の流体連通を促進する転換部分と、を備えている。冷却流体通路の前縁部分は、前縁部分を通って半径方向外側に向かって流れる冷却流体に螺旋状の流れパターンを形成する、複数の流れ方向付け特徴を備えている。

冷却通路の各部分、即ち、前縁部分と、先端部分と、転換部分とは、コア構造体の第１のコアエレメントを使用して同時に形成することができる。

翼はさらに、第１のコアエレメントに一体のコア構造体の翼弦中央区分によって形成される翼弦中央冷却回路であって、前縁冷却回路を形成する第１のコアエレメントと同時に形成される翼弦中央冷却回路と、翼弦中央区分と一体のコア構造体の後縁区分によって形成される後縁冷却回路であって、前縁冷却回路を形成するコア構造体と同時に形成される後縁冷却回路と、を備えていてよい。

冷却流体通路の前縁部分は、翼をほぼ半径方向で通って延在する第１及び第２の前縁通路を備えていてよく、翼はさらに、第１の前縁通路から第２の前縁通路への流体連通を提供する複数の移行通路を有していてよく、第１の前縁通路から移行通路を通って第２の前縁通路へ入る冷却流体は、第１の前縁通路の外側境界を画定する翼の面に衝突して、翼面のインピンジメント冷却を提供する。移行通路は、翼の正圧面及び負圧面のうちの一方に対して、他方に対してよりも近くに位置していてよい。

流れ方向付け特徴は、前縁部分の外側境界を画定する翼の面に延在する溝を有していてよく、この溝は、前縁部分の半径方向軸線に対して周方向かつ半径方向に延在している。溝は、前縁部分の外側境界を画定する翼の面のまわりに、前縁部分の内側端部から、前縁部分の外側端部まで延在していてよい。

翼はさらに、入口通路を有していてよく、入口通路は、前縁部分の半径方向軸線に対して２５°〜６５°の角度で、冷却通路の前縁部分の内側端部内に冷却流体を導入する。

本発明の第３の態様によれば、ガスタービンエンジン内に翼が設けられる。この翼は、外壁を有しており、外壁は、前縁と、後縁と、正圧面と、負圧面と、半径方向内側端部と、半径方向外側端部とを備えており、前縁と後縁との間に翼弦方向が規定されている。翼はさらに、外壁内に画定された前縁冷却回路を有しており、前縁冷却回路は、外壁を冷却する冷却流体を受け取り、前縁冷却回路は、冷却流体通路を有しており、冷却流体通路は、前縁に隣接して翼を半径方向で通って延在する前縁部分を有しており、前縁部分は、翼をほぼ半径方向で通って延在する第１及び第２の前縁通路を含み、前縁に隣接するところから後縁に隣接するところまで翼弦方向に延在する先端部分を有しており、前縁部分の第２の前縁通路と先端部分との間の流体連通を促進する転換部分を有しており、第１の前縁通路から第２の前縁通路への流体連通を提供する複数の移行通路を有している。第１の前縁通路から移行通路を通って第２の前縁通路へ入る冷却流体は、第２の前縁通路の外側境界を画定する翼の面に衝突して、翼面のインピンジメント冷却を提供する。

第２の前縁通路は、第２の前縁通路の外側境界を画定する翼の面に延在する複数の溝を有していてよく、溝は、第２の前縁通路を通って半径方向外側に流れる冷却流体に螺旋状の流れパターンを形成するために、前縁部分の半径方向軸線に対して周方向かつ半径方向に延在している。

明細書は、本発明を特に指摘し、かつ本発明を明瞭に請求する請求項によって結論づけるが、本発明は、同じ参照符号が同じ要素を表している添付の図面に関連した以下の説明からよりよく理解されると考えられる。

ガスタービンエンジン用の翼アッセンブリを形成するために使用される、本発明の１つの実施形態によるコアの側方断面図である。 図１のコアの下方左側部分を拡大して示す図である。 図２に示したコアの下方左側部分を異なる角度から見た拡大斜視図である。 図２に示したコアの下方左側部分を異なる角度から見た拡大斜視図である。 図１のコアを使用して形成した、本発明の１つの態様による翼アッセンブリを側方から見た断面図である。 図５の翼アッセンブリの下方左側部分を拡大して示す図である。 図５に示した翼アッセンブリの前縁に対応する、翼の左側部分で半径方向内側に向かって見た断面図である。

好適な実施の形態の以下の詳細な説明では、その一部を形成する添付の図面が参照され、図面には、例として、限定としてではなく、発明を実施することのできる特定の好適な実施の形態が示されている。本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、その他の実施の形態が使用されてもよく、変更がなされてもよいことが理解されるべきである。

図１〜図４を参照すると、本明細書ではガスタービンエンジン翼とも呼ばれる翼アッセンブリ１００（図５〜図７に示されている）内に冷却構造を形成するために使用される、本明細書ではコア構造体とも呼ばれるコア１０が、本発明の１つの態様により示されている。図示した実施形態では、コア１０は、ガスタービンエンジン（図示せず）内にブレードアッセンブリを形成するために使用されるが、本明細書に開示されたコンセプトは、固定ベーンアッセンブリの形成にも使用できることがわかる。

図５及び図７に示すように、翼アッセンブリ１００は外壁１０１を備えており、この外壁１０１は、前縁Ｌ_Ｅと、後縁Ｔ_Ｅと、正圧面（pressure side）Ｐ_Ｓと、負圧面（suction side）Ｓ_Ｓと、半径方向内側端部１０１Ａと、半径方向外側端部１０１Ｂとを有している。翼弦方向Ｃ_Ｄは前縁Ｌ_Ｅと後縁Ｔ_Ｅとの間に規定され、半径方向Ｒ_Ｄは内側端部１０１Ａと外側端部１０１Ｂとの間に規定される。

当業者には公知であるように、ガスタービンエンジンは、圧縮機セクションと、燃焼器セクションと、タービンセクションとを有する。圧縮機セクションは圧縮機を備え、圧縮機は周囲の空気を圧縮し、少なくともその一部は燃焼器セクションへと搬送される。燃焼器セクションは１つ以上の燃焼器を備え、燃焼器は、圧縮機セクションからの圧縮空気を燃料と混合し、この混合物に点火して、高温の作動ガスを形成する燃焼生成物を発生させる。作動ガスは、タービンセクションへと移動し、タービンセクションで作動ガスは１つ以上のタービン段を通過する。各タービン段は、１列の固定ベーンと１列の回転ブレードとを有している。タービンセクション内のベーンとブレードは、作動ガスがタービンセクションを通過するとき作動ガスにさらされる。

図１に戻り、コア１０は翼区分１２とプラットフォーム／根元区分１４とを含む。コア１０の翼区分１２は、コア１０の前縁１８及び先端２０に向かって位置している第１のコアエレメント１６と、コア１０の後縁２４及び翼弦中央領域２６に向かって位置している第２のコアエレメント２２と、を有している。コア１０のプラットフォーム／根元区分１４は、任意の適切な構造を有していてよく、翼アッセンブリ１００のプラットフォーム／根元部分Ｐ／Ｒ_Ｐを形成するように設けられている。

第１のコアエレメント１６は、前縁区分３０（本明細書では第１のコアエレメント前縁区分とも呼ぶ）と、この前縁区分３０に一体の先端区分３２（本明細書では第１のコアエレメント先端区分とも呼ぶ）と、これら前縁区分３０及び先端区分３２に一体の転換区分３４（本明細書では第１のコアエレメント転換区分とも呼ぶ）とを含む。転換区分３４は、前縁区分３０と先端区分３２との間の分岐部３６に形成されており、前縁区分３０と先端区分３２とを結合している。

本発明の態様によれば、図１及び図５に示したように、第１のコアエレメント１６は、翼アッセンブリ１００の前縁冷却回路１０２を形成するために使用される。図５に示すように、前縁冷却回路１０２は冷却流体通路１０４を有している。この冷却流体通路１０４は、第１のコアエレメント前縁区分３０によって形成される前縁部分１０６と、第１のコアエレメント先端区分３２によって形成される先端部分１０８と、第１のコアエレメント転換区分３４により形成される転換部分１１０と、を有しており、この転換部分１１０は、前縁部分１０６と先端部分１０８との間に流体連通を形成する。

冷却流体通路１０４の前縁部分１０６は、図５に示すように、翼アッセンブリ１００を半径方向Ｒ_Ｄで通って延在して、翼アッセンブリ１００の前縁Ｌ_Ｅに隣接している。先端部分１０８は、図５に示すように、翼アッセンブリ１００の前縁Ｌ_Ｅに隣接するところから、翼アッセンブリ１００の半径方向外側端部１０１Ｂ近くの翼アッセンブリ１００の後縁Ｔ_Ｅに隣接するところまで、翼弦方向Ｃ_Ｄに延在している。冷却流体通路１０４の転換部分１１０は、好適には第１のコアエレメント転換区分３４により形成されており、前縁部分１０６と先端部分１０８との間の角度βは、９０°〜１３０°の範囲内にある（図５参照）。本発明の１つの態様によれば、冷却流体通路１０４の前縁部分１０６、先端部分１０８、転換部分１１０は、コア１０の第１のコアエレメント１６によって翼アッセンブリ１００内に同時に形成される。

図１及び付加的に図２〜図７を参照すると、第１のコアエレメント前縁区分３０は、第１及び第２の半径方向前縁エレメント３８，４０を備えており、これら半径方向前縁エレメントは、前縁冷却回路１０２内に対応する第１及び第２の前縁通路１３０，１３２を形成する（図５〜図７参照）。第１のコアエレメント前縁区分３０はさらに、第１及び第２の半径方向前縁エレメント３８，４０の間にほぼ翼弦方向に延在する複数の移行エレメント４２を含む。移行エレメント４２は、翼アッセンブリ１００に複数の移行通路１３４を形成する。この移行通路１３４は、第１の前縁通路１３０から第２の前縁通路１３２への流体連通を提供する。作動中、第１の前縁通路１３０から移行通路１３４を通って第２の前縁通路１３２に入る冷却流体は、第２の前縁通路１３２の外側境界を画定する翼アッセンブリ１００の面１３６へと衝突し、面１３６のインピンジメント冷却を提供する（図５〜図７参照）。

図３及び図７を参照すると、コア１０の移行エレメント４２は、第２の半径方向前縁エレメント４０の第２の側方部分４０Ｂに対してよりも、第２の半径方向前縁エレメント４０の第１の側方部分４０Ａから遠く離れて位置している。即ち、移行エレメント４２は、第２の半径方向前縁エレメント４０の第１の側方部分４０Ａに対してよりも第２の側方部分４０Ｂに対してより近くに位置しており、これにより結果として形成される移行通路１３４は、翼アッセンブリ１００の正圧面Ｐ_Ｓに対してよりも負圧面Ｓ_Ｓに対してより近くに位置している。このような形式の移行通路１３４の位置により、作動中、第２の前縁通路１３２を通る冷却流体の円形又は螺旋形の流れが形成される。同じ作用は、コア１０の移行エレメント４２を、第２の半径方向前縁エレメント４０の第２の側方部分４０Ｂに対してよりも第１の側方部分４０Ａに対してより近くに形成することによって得られることを記載しておく。この場合、結果として形成される移行通路１３４は、翼アッセンブリ１００の負圧面Ｓ_Ｓに対してよりも正圧面Ｐ_Ｓに対してより近くに位置しており、したがって本発明のこの態様は、移行エレメント４２とその結果として形成される移行通路１３４のこのような選択的な配置をも包含することを意図している。

次に、図２〜図４及び図６、図７を参照すると、コア１０はさらに、第１のコアエレメント前縁区分３０の内側端部５２へと延在する入口エレメント５０を有している。この内側端部５２は、第１のコアエレメント転換区分３４の反対側にある。好適には、入口エレメント５０は、前縁区分３０に対して、翼アッセンブリ１００に結果として形成される入口通路１４０が、冷却流体を前縁部分１０６に、即ち冷却通路１０４の前縁部分１０６の第２の前縁通路１３２に、前縁部分１０６の半径方向軸線Ｒ_Ａに対して例えば２５°〜６５°の角度αを成して導入するように配置されている（図６参照）。さらに、図７に示すように、入口通路１４０は、翼弦方向Ｃ_Ｄに対して例えば約２５°〜６５°の角度Ωで配置されてよい。このような形式の入口通路１４０の構造により、第２の前縁通路１３２を通る冷却流体の円形又は螺旋形の流れの形成がさらに助成される。

図１〜図４に示すように、第１のコアエレメント前縁区分３０、特に第１のコアエレメント前縁区分３０の第２の半径方向前縁エレメント４０は、前縁区分３０の半径方向軸線Ｒ_ＡＣに対して周方向かつ半径方向に延在する複数の螺旋状隆起部５６を備えている（図２参照）。この隆起部５６は、第２の半径方向前縁エレメント４０の外面４０Ａのまわりに連続的に延在していてよい、又は面４０Ａから外側に向かって延在する個々の断片５６Ａとなるように分割されていてよい（図２〜図４参照）。隆起部５６は、図５〜図７に示すように、螺旋溝１４６として、対応する流れ方向の特徴を形成する。この螺旋溝１４６は、冷却通路１０４の前縁部分１０６の第２の前縁通路１３２の外側境界を画定する、翼アッセンブリ１００の面１４８内に延在している。溝１４６は、翼アッセンブリ１００の面１４８のまわりに、前縁部分１０６の内側端部１０６Ａから前縁部分１０６の外側端部１０６Ｂまで延在している（図５参照）。作動中、溝１４６は、冷却通路１０４の前縁部分１０６を通って半径方向外側に流れる冷却流体に、円形又は螺旋形の継続的な流れパターンを与える。

図１及び図５を再び参照して、コア１０の転換区分３４及び先端区分３２は、コア１０の外側端部に向かって、翼アッセンブリ１００の外側端部１０１Ｂにおいて、翼アッセンブリ１００の先端部分１０８及び転換部分１１０を形成するように位置している。コア１０の先端区分３２は出口構造体６０を有しており、この出口構造体６０は、翼アッセンブリ１００の先端部分１０８内に対応する冷却流体出口１５０を形成する。冷却流体出口１５０は、作動中、翼アッセンブリ１００から冷却流体を排出するために設けられている。

図１及び図５をさらに参照して、本発明の態様によれば、第１のコアエレメント１６に一体の第２のコアエレメント２２は、翼弦中央区分６６と後縁区分６８とを備えている。第２のコアエレメント２２の翼弦中央区分６６と後縁区分６８とは、任意の適切な形状と構造とを有していてよい。図１に示した翼弦中央区分６６は、配置された第１及び第２の半径方向翼弦中央エレメント７０，７２を備えており、後縁区分６８は翼形状の冷却構造体７４を備えている。

第２のコアエレメント２２の翼弦中央区分６６と後縁区分６８とは、前縁冷却回路１０２の各構成要素、例えば、冷却流体通路１０４の前縁部分１０６の第１及び第２の前縁通路１３０，１３２と、冷却流体通路１０４の先端部分１０８及び転換部分１１０と、を形成する第１のコアエレメント１６と同時に、翼アッセンブリ１００内に対応する翼弦中央冷却回路１５６と後縁冷却回路１５８とを形成するために使用される。従って、翼アッセンブリ１００内に前縁冷却回路１０２、翼弦中央冷却回路１５６、後縁冷却回路１５８を形成するために、別個のコア構造体は必要ない。

図５に示すように、第２のコアエレメント２２の第１及び第２の半径方向翼弦中央エレメント７０，７２は、翼弦中央冷却回路１５６内に対応する翼弦中央通路１６０，１６２を形成する。この翼弦中央通路１６０，１６２は、翼アッセンブリ１００の翼弦中央部分Ｍ_Ｃを通ってほぼ半径方向に蛇行構造で延在している。さらに図５には、コア１０の翼形状の冷却構造体７４により後縁冷却回路１５８に形成された翼形状の冷却通路１６４が示されている。上述したように、図５に示された翼弦中央冷却回路１５６及び後縁冷却回路１５８の構成要素は例示的なものであり、本発明は、図５に示したような翼弦中央冷却回路１５６及び後縁冷却回路１５８の構造に限定することを意図するものではない。

先端部分１０８と、前縁冷却回路１０２、翼弦中央冷却回路１５６、後縁冷却回路１５８のいずれか又は全てとの間に、翼アッセンブリ１００には小さな穴１７０が形成されてよいことを記載しておく（図５参照）。穴１７０は、コア１０に形成された対応する脚部８０（図１参照）の結果として生じ得るもので、この脚部８０は、コア１０に構造上の保全性を提供するものである。穴１７０は、先端部分１０８と、前縁冷却回路１０２、翼弦中央冷却回路１５６、後縁冷却回路１５８のうちのいずれか又は全てとの間に少量の冷却流体の漏れをもたらすであろうが、それは多量の冷却流体であるとは考えられず、翼アッセンブリ１００を通って流れる冷却流体の冷却特性に大きな影響を与えないと考えられる。

コア１０の部分は、作動中、翼アッセンブリを通って流れる冷却流体によって得られる冷却を向上させる、翼アッセンブリ内の対応する冷却特徴を形成する、例えば、トリップストリップ、凸部、凹部等の乱流特徴部のような従来の冷却向上構造を有していてよいことをさらに補足しておく。

上述したように、冷却流体通路１０４の前縁部分１０６、先端部分１０８、転換部分１１０のそれぞれは、コア１０の第１のコアエレメント１６によって翼アッセンブリ１００内に同時に形成され、翼弦中央冷却回路１５６、後縁冷却回路１５８もこのときに形成される。翼アッセンブリ１００のプラットフォーム／根元部分Ｐ／Ｒ_Ｐも付加的に、このとき形成することができる。鋳造工程のように、１つの成形工程で、１つの共通のコア１０により翼アッセンブリ１００のこれらのパーツを形成することは、翼アッセンブリの別個のパーツを、別個のコアにより、別個の複数の工程で形成する従来の方法に対して有利であると考えられる。

作動中、翼アッセンブリ１００の前縁冷却回路１０２の冷却流体通路１０４の前縁部分１０６は、例えば翼アッセンブリ１００のプラットフォーム／根元部分Ｐ／Ｒ_Ｐからの圧縮機排出空気のような冷却流体を受け取る（図５参照）。冷却流体は第１の前縁通路１３０を通って半径方向外側に向かって流れるので、翼アッセンブリ１００には対流冷却が提供される。

第１の前縁通路１３０を通って流れる冷却流体の部分は、入口通路１４０と移行通路１３４とを通って第２の前縁通路１３２に入る。上述したように、入口通路１４０と移行通路１３４とは、好適には、第２の前縁通路１３２を通る冷却流体の円形又は螺旋形の流れを発生させるように形成されており、溝１４６は、第２の前縁通路１３２を通る連続的な円形又は螺旋形の流れを発生させる。冷却流体は第２の前縁通路１３２を通って半径方向外側に向かって流れるので、翼アッセンブリ１００には前縁Ｌ_Ｅでさらなる冷却が提供される。さらに、上述したように、第１の前縁通路１３０から移行通路１３４を通って第２の前縁通路１３２に入る冷却流体は、翼アッセンブリ１００の面１４８へと衝突し、前縁Ｌ_Ｅで面１４８のインピンジメント冷却を提供する。

第２の前縁通路１３２を通って半径方向外側に向かって流れた後、冷却流体は冷却流体通路１０４の転換部分１１０に入り、この転換部分１１０は、冷却流体通路１０４の第２の前縁通路１３２と先端部分１０８との間に流体連通を提供する。冷却流体が先端部分１０８を通って流れるとき、冷却流体は、翼アッセンブリ１００の半径方向外側端部１０１Ｂに冷却を提供する。冷却流体は次いで、冷却流体出口１５０から翼アッセンブリ１００を出ていく。

付加的な冷却流体は、プラットフォーム／根元部分Ｐ／Ｒ_Ｐから翼アッセンブリ１００の翼弦中央冷却回路１５６及び後縁冷却回路１５８に入り、この冷却流体が、翼アッセンブリ１００のこれらの領域に冷却を提供することは、当業者には理解されるであろう。

本発明の特定の実施の形態が例示及び説明されているが、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく様々なその他の変更及び改変をなし得ることは当業者に明らかであろう。従って、本発明の範囲に包含される全てのこのような変更及び改変を添付の請求項において網羅しようとするものである。

Claims (20)

1. ガスタービンエンジン翼内の冷却構造を形成するために使用されるコア構造体であって、
   第１のコアエレメントを備え、該第１のコアエレメントは、前縁区分と、該前縁区分に一体の先端区分と、前記前縁区分と前記先端区分とに一体であって、前記前縁区分と前記先端区分とを接続する転換区分と、を有し、前記第１のコアエレメントは、ガスタービンエンジン翼内の前縁冷却回路を形成するために使用されるように適合されており、前記前縁冷却回路は冷却流体通路を有しており、該冷却流体通路は、
   前記第１のコアエレメント前縁区分によって形成される前縁部分を有しており、該前縁部分は、前記翼の前縁に隣接して前記翼を半径方向で通って延在しており、
   前記第１のコアエレメント先端区分によって形成される先端部分を有しており、該先端部分は、前記翼の前縁に隣接するところから前記翼の後縁に隣接するところまで翼弦方向に延在しており、
   前記第１のコアエレメント転換区分によって形成される転換部分を有しており、該転換部分は、前記冷却通路の前記前縁部分と前記先端部分との間の流体連通を促進しており、
   前記冷却流体通路の前記前縁部分、前記先端部分、及び前記転換部分のそれぞれは、前記第１のコアエレメントによって前記翼に同時に形成されるように適合されている、コア構造体。
2. 前記第１のコアエレメントの前記前縁区分は、前記前縁区分の半径方向軸線に対して周方向かつ半径方向に延在する複数の螺旋状隆起部を有し、該隆起部は、前記冷却通路の前記前縁部分の外側境界を画定する前記翼の面に延在する対応する螺旋溝を形成しており、該溝は、前記冷却通路の前記前縁部分を通って半径方向外側に向かって流れる冷却流体に螺旋状の流れパターンを形成する、請求項１記載のコア構造体。
3. 前記第１のコアエレメントの前記転換区分は、前記冷却流体通路の前記転換部分を、前記前縁部分と前記先端部分との間の角度が９０°〜１３０°の範囲内にあるように形成する、請求項１記載のコア構造体。
4. 前記第１のコアエレメントに一体の第２のコアエレメントをさらに備え、該第２のコアエレメントは、前記前縁冷却回路を形成する前記第１のコアエレメントと同時に、前記翼内に翼弦中央冷却回路を形成するために使用される翼弦中央区分を含む、請求項１記載のコア構造体。
5. 前記翼弦中央区分は、少なくとも２つの半径方向翼弦中央エレメントを含み、これら半径方向翼弦中央エレメントは、前記翼弦中央冷却回路内に対応する翼弦中央通路を形成し、該翼弦中央通路は、前記翼の翼弦中央部分をほぼ半径方向で通って延在している、請求項４記載のコア構造体。
6. 前記第２のコアエレメントはさらに、前記翼弦中央区分に一体の後縁区分を備え、該後縁区分は、前記翼弦中央冷却回路を形成する前記翼弦中央区分と同時に、前記翼内に後縁冷却回路を形成するために使用される、請求項４記載のコア構造体。
7. 前記第１のコアエレメントの前記前縁区分は、第１及び第２の半径方向前縁エレメントを備え、これら半径方向前縁エレメントは、前記前縁冷却回路内に対応する第１及び第２の前縁通路を形成する、請求項１記載のコア構造体。
8. 前記第１及び第２の半径方向前縁エレメントの間に延在する複数の移行エレメントをさらに備え、該移行エレメントは、前記第１の前縁通路から前記第２の前縁通路への流体連通を提供する、前記翼内の複数の移行通路を形成するために使用され、前記第１の前縁通路から前記移行通路を通って前記第２の前縁通路へ入る冷却流体は、前記第２の前縁通路の外側境界を画定する前記翼の面に衝突して、該面のインピンジメント冷却を提供する、請求項７記載のコア構造体。
9. 前記移行エレメントは、前記移行通路が、前記翼の正圧面及び負圧面のうちの一方に対して、その他方に対してよりも近くに位置するように、前記第２の半径方向前縁エレメントの第１の側方部分及び第２の側方部分のうちの一方に対してより近くに位置している、請求項８記載のコア構造体。
10. 前記転換区分の反対側にある、前記第１のコアエレメントの前記前縁区分の端部へと延在する入口エレメントをさらに備え、該入口エレメントは、結果として生じる前記翼に形成される入口通路が、前記冷却通路の前記前縁部分内へ冷却流体を、前記前縁部分の半径方向軸線に対して２５°〜６５°の角度で導入するように、前記前縁区分に対して配置されている、請求項１記載のコア構造体。
11. ガスタービンエンジン内の翼であって、
    前縁と、後縁と、正圧面と、負圧面と、半径方向内側端部と、半径方向外側端部とを有する外壁を備え、前記前縁と前記後縁との間に翼弦方向が規定されており、
    前記外壁を冷却する冷却流体を受け取る、前記外壁内に画定された前縁冷却回路を備え、該前縁冷却回路は、
    前記前縁に隣接して前記翼を半径方向に通って延在する前縁部分と、
    前記前縁に隣接するところから前記後縁に隣接するところまで翼弦方向に延在する先端部分と、
    前記前縁部分と前記先端部分との間の流体連通を促進する転換部分と、
    を備える冷却流体通路を有し、
    前記冷却流体通路の前記前縁部分は、前記前縁部分を通って半径方向外側に向かって流れる冷却流体に螺旋状の流れパターンを形成する、複数の流れ方向付け特徴を備えている、ガスタービンエンジン内の翼。
12. 前記冷却通路の各部分は、コア構造体の第１のコアエレメントを使用して他の部分と同時に形成される、請求項１１記載の翼。
13. 前記第１のコアエレメントに一体の前記コア構造体の翼弦中央区分によって形成される翼弦中央冷却回路であって、前記前縁冷却回路を形成する前記第１のコアエレメントと同時に形成される翼弦中央冷却回路と、
    前記翼弦中央区分と一体の前記コア構造体の後縁区分によって形成される後縁冷却回路であって、前記前縁冷却回路を形成する前記コア構造体と同時に形成される後縁冷却回路と、
    をさらに有している、請求項１２記載の翼。
14. 前記冷却流体通路の前記前縁部分は、前記翼をほぼ半径方向で通って延在する第１及び第２の前縁通路を含む、請求項１１記載の翼。
15. 前記第１の前縁通路から前記第２の前縁通路への流体連通を提供する複数の移行通路をさらに備え、前記第１の前縁通路から前記移行通路を通って前記第２の前縁通路へ入る冷却流体は、前記第１の前縁通路の外側境界を画定する前記翼の面に衝突して、該面のインピンジメント冷却を提供する、請求項１４記載の翼。
16. 前記移行通路は、前記翼の前記正圧面及び負圧面のうちの一方に対して、他方に対してよりも近くに位置している、請求項１５記載の翼。
17. 前記流れ方向付け特徴は、前記前縁部分の外側境界を画定する前記翼の面に延在する溝を有し、該溝は、前記前縁部分の半径方向軸線に対して周方向かつ半径方向に延在しており、
    前記溝は、前記前縁部分の外側境界を画定する前記翼の前記面のまわりに、前記前縁部分の内側端部から、前記前縁部分の外側端部まで延在している、請求項１１記載の翼。
18. 入口通路をさらに備え、該入口通路は、前記前縁部分の半径方向軸線に対して２５°〜６５°の角度で、前記冷却通路の前記前縁部分の内側端部内に冷却流体を導入する、請求項１１記載の翼。
19. ガスタービンエンジン内の翼であって、
    前縁と、後縁と、正圧面と、負圧面と、半径方向内側端部と、半径方向外側端部とを有する外壁を備え、前記前縁と前記後縁との間に翼弦方向が規定されており、
    前記外壁を冷却する冷却流体を受け取る、該外壁内に画定された前縁冷却回路を備え、該前縁冷却回路は、冷却流体通路を有しており、該冷却流体通路は、
    前記前縁に隣接して前記翼を半径方向で通って延在する前縁部分を有し、該前縁部分は、前記翼をほぼ半径方向で通って延在する第１及び第２の前縁通路を含み、
    前記前縁に隣接するところから前記後縁に隣接するところまで翼弦方向に延在する先端部分を有し、
    前記前縁部分の前記第２の前縁通路と前記先端部分との間の流体連通を促進する転換部分を有し、
    前記第１の前縁通路から前記第２の前縁通路への流体連通を提供する複数の移行通路を有し、前記第１の前縁通路から前記移行通路を通って前記第２の前縁通路へ入る冷却流体は、前記第２の前縁通路の外側境界を画定する前記翼の面に衝突して、該面のインピンジメント冷却を提供する、
    ガスタービンエンジン内の翼。
20. 前記第２の前縁通路は、前記第２の前縁通路の前記外側境界を画定する前記翼の前記面に延在する複数の溝を有し、該溝は、前記第２の前縁通路を通って半径方向外側に流れる冷却流体に螺旋状の流れパターンを形成するために、前記前縁部分の半径方向軸線に対して周方向かつ半径方向に延在している、請求項１９記載の翼。

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