JP2018505339A - フィルム冷却されるガスタービン構成部品 - Google Patents

Abstract

本発明は、ガスタービンのためのフィルム冷却されるガスタービン構成部品に関し、この構成部品は、高温ガス（３９）に暴露され得る表面（３８）を備え、この表面には複数のフィルム冷却開口部（３６）が開口しており、対象の各フィルム冷却開口部（３６）は、その貫流方向に沿って、チャネルセグメント（４８）およびチャネルセグメントに直接隣接した拡散器セグメント（４６）を備え、拡散器セグメント（４６）は上流に配置された拡散器縁（４０）、２つの長手縁（４２）、および下流に配置された拡散器縁（４４）を具備し、各長手縁（４２）はコーナー領域（５４）において下流に配置された拡散器縁（４４）と交差している。フィルム冷却開口部（３６）の効果的な配列を提供するために、その配列の冷却フィルムは、先行技術のものよりも、本発明により、下流に配置された拡散器縁の後により近接しており、列（３０、３４）の少なくとも２つの直近の隣接したフィルム冷却開口部（３６）、好適にすべてのフィルム冷却開口部（３６）は、フィルム冷却開口部の個々のチャネルセグメント（４８）のチャネル軸（５０）が、局所的な前記高温ガス（３９）の流れ方向（５２）から傾斜され、フィルム冷却開口部の拡散器セグメント（４６）は各々非対称であり、対象のフィルム冷却開口部（３６）の直近の隣接したコーナー領域（５４）は、高温ガス（３９）の流れ方向（５２）から見て整列されているように設計されている。

Description

本発明はガスタービンのための、フィルム冷却されるガスタービン構成部品に関し、この構成部品は、高温ガスに暴露され得る表面を備え、この表面には複数のフィルム冷却開口部が開口しており、フィルム冷却開口部は組み合わされて、高温ガスの流れ方向に対して横方向に少なくとも１つの列を形成することが可能であり、各個別のフィルム冷却開口部は、その貫流方向に沿って、ダクトセクションおよびダクトセクションに直接隣接した拡散器セクションを備え、拡散器セクションは上流拡散器縁、２つの拡散器長手縁、および下流拡散器縁を具備し、各拡散器長手縁はコーナー領域において下流拡散器縁と交差している。

先行技術においては、多数の異なったガスタービン構成要素が、導入部に記載されたフィルム冷却開口部を備えているとして知られている。例えば、特許文献１はフィルム冷却開口部を備えたタービンブレードを開示しており、拡散器状の領域は、リブにより離間された２つのベーン領域に遷移している。フィルム冷却開口部は、材料またはガスタービン構成部品への早期の損傷を回避する目的を伴った公知の様式において使用され、それは所定のサービス寿命が達成されるためである。詳細には、フィルム冷却開口部を用いることにより、運転の際に、表面に沿って流れる高温ガスの損傷の影響に対して表面を保護するために、ガスタービン構成部品の表面上に局所的な冷却フィルムを提供することが求められている。しかしながら、冷却フィルムを形成するために必要な冷却空気は、提供されなければならない。この冷却空気は頻繁にガスタービンのサイクルから抽出され、抽出されたものの一部はエネルギの発生に加わらない。このことはガスタービンの効率を低下させ、冷却空気流量をできるだけ低く維持することが同様に望まれる。さらに、多数のフィルム冷却穴の列を維持する必要があり、このことは冷却空気を節約するだけでなく、ガスタービン構成部品の生産をより容易にし、且つより安価にする。

これに対する代替的な構成は、特許文献２から公知である。この文献においては、拡幅されたフィルム冷却穴の列が、互いに接触することが提案されている。ここで、拡散器領域は縁部に沿って接触しており、これにより拡散器領域は、隣接した拡散器の側方縁部の下流において終端となっている。このことは、干渉した直線的な拡散器出口縁部を有する、接近して連続したコーナーのギャップの無い列を形成し、このことはブレード材料を弱体化させ得る。

そのようなフィルム冷却穴が、ガスタービン構成部品の局所的な冷却だけではなく、タービン動翼の自由端に配置され且つガスタービンの流れ経路の固定ハウジング壁に対して移動する、いわゆる摩擦縁の冷却にも使用されることも公知である。そのような摩擦縁は、同様に高温ガスの影響に暴露され、それらが暴露される位置により、一般的には、それらはガスタービンの流れ経路の区画にほぼ平行に向けられたタービンブレード壁面から、独立する様式で直交して突出しており、それらの摩擦縁は冷却が比較的困難である。

特に従来技術においては、効果は目立っており、それによりフィルム冷却開口部からの距離が増大するにつれて、その位置に対して整列した個別の冷却空気フィラメントは融合して、局所的な冷却フィルムを形成するのみである。しかしながら、タービンブレードの内部冷却ダクト構造、ひいては摩擦縁の冷却のために設けられたフィルム冷却穴の事前決定された位置により、これらのフィルム冷却穴は、これまでは摩擦縁にも過度に接近して配置されて、ギャップの内冷却フィルムを形成でていきない。結果的に、局所的な視点においては、高温ガスフィラメントは、冷却空気フィラメントの融合の前に、個別の冷却空気フィラメント間において発生し、これにより高温ガスフィラメントは、摩擦縁に局所的な損傷を与える原因となり得る。

この理由により、特に摩擦縁の冷却のために使用されるフィルム冷却開口部の複数の列に関して、フィルム冷却開口部の下流に可能な限り接近して構成されるフィルム冷却開口部に沿った局所的に連続した冷却が望まれている。

国際公開第ＷＯ ２０１３／１８８６４５号パンフレット 米国特許出願公開第２０１３／０２０５８０３号明細書

したがって、本発明の目的はフィルム冷却手段を備えたガスタービン構成部品を提供することであり、この場合において、連続した冷却フィルムの形式が、直近の隣接した２つのフィルム冷却開口部の間の領域に関しても、フィルム冷却開口部の下流縁に可能な限り近接して開始される。

この目的を達成するために、本発明は、冷却されるガスタービン構成部品であって、高温ガスに暴露され得る表面を備え、この表面には複数のフィルム冷却開口部が開口しており、これらのフィルム冷却開口部は組み合わされて、表面に近接した高温ガスの局所的な流れ方向に対して横方向に列を形成することが可能であり、各個別のフィルム冷却開口部は、その貫流方向に沿って、ダクトセクションおよびダクトセクションに直接隣接した拡散器セクションを備え、拡散器セクションは上流拡散器縁、２つの拡散器長手縁、および上流拡散器縁を具備し、各拡散器長手縁はコーナー領域において下流拡散器縁と交差しており、列の少なくとも２つの直近の隣接したフィルム冷却開口部、好適にすべてのフィルム冷却開口部は、個々の前記ダクトセクションのダクト軸が、表面に近接した局所的な高温ガスの流れ方向に対して側方に傾斜され、すなわち斜めになっており、拡散器セクションは、ダクト軸の投影に対して各場合において非対称に形成されており、直近の隣接したフィルム冷却開口部の直近の隣接したコーナー領域は、高温ガスの流れ方向から見て、個々の拡散器セクションが互いに接触することなく整列されているか、または重なっているガスタービン構成部品を提案している。ここで「側方に」とは、ダクト軸の配向が表面に近接した高温ガスの流れ方向を横断する成分を有することを意味している。

ここで、拡散器セクションの非対称性は、ダクト軸の直線投影に関するものであり、この投影は拡散器セクションの端部まで延びている。

本発明は、高温ガスの局所的な流れに対するダクト軸の傾斜により、冷却空気が高温ガスの流れ方向に対して斜めに放出されるが、これは保護用冷却フィルムの形状に関していかなる影響も与えないことを実現することに基づいている。このことは、高温ガス流れの運動量が、直線であると仮定した高温ガスの流れ方向に対して斜めに放出される冷却空気のそのような範囲に対して、冷却空気が拡散器セクションを出た直後において支配的であることによるものである。同時に、本発明はダクト軸の側方に傾斜した配向に加えて、拡散器セクションが同様に非対称に形成されていることを実現することに基づいている。下流拡散器縁は先行技術のものよりも長く、一方で拡散器の緩やかな開口角を維持しており、局所的な高温ガスの流れ方向に対して直交した方向から見て、直近の隣接したフィルム冷却開口部の直近の隣接した２つのコーナー領域の間隔は、実質的に減少されているか、または最良では排除されており、それにより隣接したフィルム冷却開口部から放出された冷却空気のより良好な相互作用が達成され得る。特に、個々のフィルム冷却開口部の直近の隣接したコーナー領域が、高温ガスの流れ方向から見て整列されているか、または重なっている場合、２つの個別の冷却空気の流れが融合されて、下流拡散器縁の直近において近接した冷却フィルムを形成することが有利なことであると証明されている。換言すると、下流拡散器縁と、その下流の、各フィルム冷却開口部の個別の冷却空気流れが実質的にギャップのない状態を形成した位置、ひいては局所的な冷却フィルムと、の間の距離は、本発明を利用して顕著に減少されている。

それに加えて、個別のフィラメント間の高温ガス領域の不存在による、高温ガスの引き込みの減少のために、提案された発明は、実験により検証された様式において、フィルム冷却列のフィルム冷却の横方向における平均的な効率を改善しており、それによりガスタービン構成部品の材料は、高温ガスの影響に対してさらに保護されている。

有利な改良は従属請求項に特定されており、それらは任意の所望の様式において互いに組み合わされ得る。

ガスタービン構成部品の第１の有利な改良においては、拡散器セクションは、角錐台の半分の形状の拡散器空間の痕跡と一致し、この空間は拡散器セクションの非対称性を形成するために、ダクト軸の周りに回転角度を経て回転されている。このようにして、拡散器は、流入側長手縁において、他方の長手縁よりもより深くブレードの表面内に窪まされており、側方に伝播した拡散器内の冷却空気流れは、それを横断して流れる高温ガスの同伴効果に対抗する前よりもより効果的に保護されている。詳細には、この回転は、フィルム冷却開口部の外側に流れる冷却空気の再分配を生じ、空気の流れが、ダクトセクションからさらに離れたフィルム冷却開口部のコーナー領域にも導入されると考えられる。隣接した２つの拡散器のコーナー領域が整列され、または場合によっては重なって配置されることにより、全体的に見て、列は少なくとも実質的にギャップのない状態を形成し、下流拡散器縁の実質的に直接的に下流の、冷却空気の均質化された冷却フィルムには、先行技術において形成され得る冷却空気フィラメント間に初期的に生じる高温ガスフィラメントが存在していない。

実験において、特に１５°の回転角度が特に有利であることが見出された。それにもかかわらず、単一のフィルム冷却開口部からの冷却空気の再分配の類似のまたは等価な効果は、１５°以外の数値を用いても達成される。

両方またはすべてのフィルム冷却開口部の個々の拡散器セクションの上流拡散器縁、１つもしくは２つの拡散器長手縁、および／または下流拡散器縁は、略直線形状である場合、さらに好適である。ここで「略」は、非平坦な表面が重要でないために、場合によってはわずかに丸められたコーナー領域またはわずかな隆起を意味している。側面の角度、回転角度、および拡散器の開放角度に依存して、下流拡散器縁は、多かれ少なかれ局所的な流れ方向に対して横方向に配置される。

特に好適な実施形態においては、個々の拡散器セクションの下流拡散器縁は、局所的な高温ガスの流れ方向と共に、９０°とは異なった角度を形成している。この角度は好適に７５°である。このことは、そのようなフィルム冷却開口部の列の場合に、個々の拡散器セクションの下流のコーナー領域が、共通の単一の仮想直線上に存在していないことに帰結する。むしろその場合、２つの平行な仮想直線が存在し、それらの直線上に、個々の拡散器セクションの左側のコーナー領域または右側のコーナー領域が配置される。

この配置は、先行技術において、共通の単一の仮想直線上に位置したコーナー領域が、比較的小さいコーナー間隔を有する直線タイプのミシン目を形成し、それに沿って欠陥および特にクラックが比較的容易に生じるといった認識に基づいている。ここでの好適な改良において、列に沿ってみた場合に反復されたコーナー領域は、ここでは互いに対してオフセットされて配置されている。結果的に、同一の直線上に配置された２つのコーナー領域間の、２つの仮想直線に沿った間隔はここでは増大されており、そのことは初期段段階において形成されるギャップの無い冷却フィルムなしで済ます必要性を排除して、ブレード材料の前述の脆弱性を減少している。

個々のダクト軸が、壁に近接した局所的な高温ガスの流れ方向に対して、約５０°の傾斜角だけ側方に傾斜されていることは、さらに好適である。この角度の数値は特に有利であると実験において証明されており、それは、傾斜角が増大するにつれて、直近の隣接した２つのフィルム冷却開口部の間の距離も増大することが可能であり、一方で第一にまだ有効な冷却フィルムを維持し、第二に十分な距離だけ下流に延びたフィルム冷却を達成するためである。

ガスタービン構成部品は、内部冷却され且つフィルム冷却されるタービン動翼として特に好適に設計されており、この動翼は径方向に沿って連続的に配置されたブレード根、プラットフォーム、および空力的に輪郭形成されたブレード翼を備え、ブレード翼は吸引側壁および圧力側壁を具備し、これらの両方の壁は、ブレード翼のプロファイル弦に関して、ブレード翼の前縁からブレード翼の後縁へと延びており、径方向に関して、ハブ側端部からブレード翼先端の自由端へと延びており、ブレード翼先端の少なくとも圧力側には摩擦縁が設けられ、フィルム冷却開口部の列の少なくとも１つは、その冷却のために、摩擦縁からおおよそ一定の距離でプロファイル弦に沿って圧力側にある。

ここで、後縁からの距離が減少するにつれて、直近の隣接した２つのフィルム冷却開口部の間の距離が増大すること、および／または後縁からの距離が減少するにつれて、ダクト軸の後縁に対する角度が増大することは、特に有利である。特にこの改良は、摩擦縁の完全な保護のために、比較的少ない数のフィルム冷却開口部と共に低温および高温フィラメントが初期的に存在しない、プロファイル弦に沿った冷却フィルムの実質的にギャップの無い形状を可能としている。このギャップの無いフィルム冷却により、プロファイル弦に沿って非常に大きい領域の摩擦縁が、局所的に且つギャップの無い様式で冷却されることが可能であり、先行技術において生じた摩耗現象が回避され得る。プロファイル弦に沿った個別のフィルム冷却開口部の配置および配向が、壁に近接した局所的な高温ガスの流れ方向を考慮して最初に実行され、および直近の隣接した２つのフィルム冷却開口部の間の距離が、後縁からの距離が減少するにつれて増大し得るので、フィルム冷却列は、ここでは先行技術よりも少ない数のフィルム冷却開口部とともに形成され、それにもかかわらず先行技術におけるよりもより効果的な冷却フィルムを提供することが可能であるように提案されている。摩擦縁のより効果的なこの保護は、冷却空気の消費を減少させ、ひいてはタービンブレードがよりコスト効果高く製造されることを可能にしており、それはいくつかのフィルム冷却穴の製造のための経費が節約され得るためである。

要するに、それ故本発明はガスタービンのための冷却されるガスタービン構成部品に関し、この構成部品は高温ガスに暴露され得る表面を備え、この表面には複数のフィルム冷却開口部が開口しており、各個別のフィルム冷却開口部は、その貫流方向に沿って、ダクトセクションおよびダクトセクションに直接隣接した拡散器セクションを備え、拡散器セクションは上流拡散器縁、２つの長手縁、および下流拡散器縁を具備し、各長手縁はコーナー領域において下流拡散器縁と交差している。フィルム冷却開口部の特に有効な構成を提供するために、概略近接した冷却空気フィルムを形成するための、個別のフィルム冷却開口部の個別の冷却空気フィラメントの混合の位置は、先行技術によるものよりも下流拡散器縁により近接して配置されており、列の少なくとも２つの直近の隣接したフィルム冷却開口部、好適にすべてのフィルム冷却開口部は、個々のダクトセクションのダクト軸が、壁に近接した局所的な高温ガスの流れ方向に対して側方に傾斜され、拡散器セクションは各場合において非対称であり、個々のフィルム冷却開口部の直近の隣接したコーナー領域は、高温ガスの流れ方向から見て、個々の拡散器セクションが互いに接触することなく整列されているか、または重なっているように設計されている。

本発明のさらなる利点および特徴は、以下の図の記載において、複数の例示的な実施形態に基づいてより詳細に論じられている。各場合の図が概略的に示されている。

タービン動翼を示した斜視図である。 本発明によるフィルム冷却開口部の列を示した平面図である。 従来のフィルム冷却開口部と本発明によるフィルム冷却開口部との間の局所的なフィルム冷却効果の比較を示した図である。 タービン動翼先端の領域の壁に近接した、異なった方向の高温ガス流れを示した図である。 本発明により設計および配列されたフィルム冷却開口部を備えた、タービン動翼の翼先端を示した斜視図である。

全図において、同一の部材は同様の参照符号により示されている。

ガスタービンの冷却されるガスタービン構成部品８の非限定的な例として、図１はタービン動翼１０の斜視図を示している。タービン動翼１０は、モミの木形状の断面を備えたブレード根１２およびこのブレード根上に配置されたプラットフォーム１４を具備している。プラットフォーム１４は、空力的プロファイルのブレード翼１６に隣接しており、ブレード翼は前縁１８および後縁２０を備えている。ガスタービン内においてタービン動翼１０が装着された状態に関して、ブレード翼１６は、ハブ側端部１７からブレード先端３２へと径方向に延びている。前縁１８において、いわゆる「シャワーヘッド」として配列された冷却開口部が設けられ、これらの冷却開口部から、好適に冷却空気である、内部を流れる冷媒が放出され得る。ブレード翼１６は、吸引側壁２２および圧力側壁２４を具備している。後縁２０に沿って、「カットバック」と称される複数の後縁開口部２８が設けられている。圧力側壁２４の局所的冷却のためのフィルム冷却開口部３６の第１列３０は、前縁１８と後縁２０との間のほぼ中央に配置されている。同様に、さらなるフィルム冷却列３４は、ブレード先端３２の近傍の圧力側に配置されている。このさらなるフィルム冷却列は、前縁１８と後縁２０との間の長手方向範囲の大部分にわたった、タービン動翼１０の摩擦縁（図１にはそれ以上詳細に図示されていない）の冷却に寄与している。列３０および３４の本発明によるフィルム冷却開口部の幾何形状は、以下により具体的に詳細に論じられている。

図２は、本発明によるフィルム冷却開口部３６の第１列３０の詳細な平面図を示しており、これらの開口部は、タービン動翼１０の高温ガス３９に暴露され得る表面３８に開口している。図示された例示的な実施形態においては、列３０は４つのみのフィルム冷却開口部３６を備えている。しかしながら、列内のフィルム冷却開口部３６の数は変化してもよく、少なくとも２つのフィルム冷却開口部３６が設けられる限り、原理上は本発明の効果に関して重要ではない。ここでは、フィルム冷却開口部３６の間隔は、各場合において同一である。

高温ガス３９は、圧力側壁２４の表面３８に沿って、図示された方向に流されることが可能である。したがって、壁近傍の局所流れ方向５２は軸５３に平行である。

各フィルム冷却開口部３６は拡散器セクション４６を具備し、このセクションは上流拡散器縁４０、２つの拡散器長手縁４２、および下流拡散器縁４４によって画定されている。拡散器セクション４６の上流において、各フィルム冷却開口部３６はダクトセクション４８を具備しているが、このセクションは、図示された４つのフィルム冷却開口部３６の最上部にのみ図示されている。拡散器セクションとの関連において、「上流」および「下流」の用語は高温ガスの流れ方向に関連している。

ここで、各拡散器長手縁４２は、コーナー領域５４において下流拡散器縁４４と交差し、図２に示されたように、各拡散器セクション４６は、上側コーナー領域および下側コーナー領域５４を備えている。「上」および「底」、ならびにさらに後で記載れた「左」および「右」との相対的表現は、ここに提供された図のみに関連しており、完成したガスタービン構成部品におけるコーナー領域の位置ではない。さらに、表現「径方向」および「軸方向」は、より詳細には示されていないガスタービンの機械軸に関連している。この点において、前述の表現は限定的であるとは理解されず、むしろ単に本発明の説明に寄与しているのみである。

上流に配置された拡散器縁４０は、下流に配置された拡散器縁４４よりも短く、拡散器縁４０、４２、４４により囲まれた領域は、冷却空気のための拡散器を形成し、この空気はダクトセクション４８から流出して、拡散器セクション内に流入し、拡散器内において、多少点状の形態で供給された冷却空気は、２つのコーナー領域５４に間の領域にわたって拡散される。拡散器の開放角δは、２つの拡散器長手縁４２の間に囲まれており、例示的な本実施形態においては、その大きさは約２０°である。

図示された例示的な実施形態においては、拡散器の空間は、各場合において１０°の開放角を備えた角錐台の半分の形状を有する。このことは、３つの拡散器斜面がダクト軸５０に対して１０°の角度で開放し、角錐台の半分の対称面は０°となることを意味している。

図示された例示的な実施形態においては、各フィルム冷却開口部３６の場合において、上側長手縁４２ｂおよび下流拡散器縁４４は鈍角において交差し、一方で下側長手縁４２ａおよび下流拡散器縁４４は鋭角において交差しており、上側コーナー領域５４は結果的に鈍角を有し、下側コーナー領域５４は鋭角を有する。ここで、コーナー領域５４がコーナーとして必須的に形成される必要がないことは自明である。必然的に、わずかに丸められたコーナー領域も可能である。したがって、拡散器セクション４６は、ダクト軸５０またはその投影に関して非対称である。

図２の最上部に示されたフィルム冷却開口部３６と同様に、その他の各フィルム冷却開口部３６も、上側コーナー領域５４ａおよび下側コーナー領域５４ｂを備えている。

ここで、下側長手縁４２ａは、側方傾斜のために高温ガス３９により衝突もされる２つの長手縁のうちの１つである。この長手縁は、結果的に流入側長手縁としても参照され、拡散器は下側長手縁４２ａおよび上流拡散器縁４０のコーナー領域５７において、上側長手縁４２ｂおよび上流拡散器縁４０のコーナー領域５５におけるよりも、表面３８内のより深くに窪んでいる。

運転の際に、好適に空気である冷媒はダクトセクション４８を通じて導入され、冷却されるガスタービン構成部品８の低温ガス側表面（図示略）から、拡散器セクション４６を通じて冷却される構成部片の表面３８へ通じることを含んでいる。本発明によれば、ここでの場合、直近の隣接した２つのフィルム冷却開口部３６において、それらの直近の隣接したコーナー領域５４は、第１フィルム冷却開口部３６（図２の最上部に図示されたフィルム冷却開口部）の一方のコーナー領域５４ｂ（この場合、鋭角を有する）は、高温ガスの流れ方向５２に関連した視点において、第１フィルム冷却開口部の下に配置されたフィルム冷却開口部３６の他方のコーナー領域５４ａ（この場合、鈍角を有する）の下流に配置されている。これは、フィルム冷却開口部３６の全列に好適に当てはまる。本発明によるガスタービン構成部品における、一方が他方の後方に配列された２つ以上の列に関して、この配列が可能であることも自明である。

図３は、フィルム冷却開口部の下流のフィルム冷却効果の分布を示しており、第１（図３において上側に示された）には、対称な拡散器を備えた先行技術から公知のフィルム冷却開口部に関するものであり、第２（図３において下側に示された）には、本発明によるフィルム冷却開口部に関するものである。各個別のフィルム冷却開口部の冷却空気フィラメント５８は、初期的に先行技術におけるように存在し、本発明による配列を用いて回避され得る。高温ガス３９の流れ方向５２に直交した方向から見ると、本発明によるフィルム冷却開口部３６の下流の温度プロファイルは、先行技術におけるものよりもさらにより均一である。このことは、局所的なフィルム冷却流れが高温ガスフィラメント６０をほぼ有しておらず、先行技術のものよりも下流拡散器縁４４にさらに接近して形成され得る効果を有する。

フィルム冷却開口部３６、ひいては特にそのダクトセクション４８は、チップ除去ドリル処理、レーザードリルにより、または腐食により、もしくは他の何らかの方法により製造され得る。ダクトセクション４８の断面形状は、一般的に円形である。貫流交差セクションの他の形状が、同様に考慮され得る。一般的に、ダクトセクション４８はそのダクト軸５０に沿って直線的に形成され、ダクトセクション５０は、仮想的に可変として拡散器セクション４６の下流端部までおよびそこを越えて直線的に延びている。

図２を参照すると、本発明によるフィルム冷却開口部３６は、ダクト軸５０が、高温ガス３９の局所流れ方向５２に対して傾斜角βだけ側方に傾斜され、且つ相互に隣接したフィルム冷却開口部３６が互いに接触していないように特徴付けられている。実験において、５０°の傾斜角βが特に有利であることが見出された。しかしながら、この数値は限定的なものではなく、この数値は異なって選択された境界条件によりそこから逸脱し得る。

先行技術から公知のフィルム冷却開口部（図３の上側に示されている）に関連して、この開口部は対称な拡散器セクションを備えており、本発明による拡散器セクションは非対称である。非対称性は、ダクト軸５０の周りの拡散器の回転を利用して実現されている。実験において、１５°の大きさの回転角度γを通じた回転が、特に有利であることが見出された。拡散器の回転も、拡散器セクション４６が角錐台の半分の形状を有する拡散器空間の痕跡と一致し、その回転が回転角度γだけダクト軸５０の周りに実行されるという計算書により記載されている。

拡散器セクション４６、傾斜角β、選択された回転角度γ、および表面３８に対する拡散器基面３７の鈍角の表面角度（これ以上詳細に示されていない）の非対称構成により、直線の下流拡散器縁４４は、高温ガス３９の流れ方向５２に対して直交するように配向されているのではなく、この例示的な実施形態においては、約７５°の角度αを成している。このことは、高温ガス３９の流れ方向に関連して、鈍角とされたコーナー領域５４が、鋭角とされたコーナー領域５４の上流に配置されることが可能であることに帰結している。このようにして、２つの直近の隣接したフィルム冷却開口部の間の距離は、これらのフィルム冷却開口部３６の２つのコーナー領域５４が、高温ガス３９の流れ方向５２から見て整列されることが可能であるように選択されることを可能にしており、フィルム冷却開口部の拡散器セクションが互いに接触することはない。このことは、各個別のフィルム冷却開口部の下流拡散器縁４４の、高温ガスの流れ方向５２に直交した測定可能な幅Ｂ（図３）に帰結し、したがって、それにより生じ得る冷却空気フィラメント５６が、拡散器流出縁４４のすぐ下流において互いの接線となり、且つこの目的のためにより大きい密度のフィルム冷却開口部を必要とすることなく、わずかに重なる可能性さえも存在する。より大きい密度は、距離Ａ（例えば図３）を減少させることにより達成され得る。

図４はタービン動翼１０のブレード翼１６の斜視図を示しており、ブレード先端の壁近傍における高温ガスの局所的に異なった流れ方向が、矢印６４により示されている。ブレード翼１６の後縁２０の近傍に漸次的により近接するにつれて、ブレード先端３２において生じた壁近傍の局所的な高温ガス流れ６４は、前縁１８の近辺における流よりもより大きい軸流成分を備えている。結果的に、前縁１８により接近して形成された高温ガス流れ６４は、軸方向よりもむしろより径方向に配向される。

ブレード翼先端における局所的な高温ガス流れを考慮し、且つ本発明によるフィルム冷却開口部３６の補助を伴って具現化されると、局所的にギャップのないフィルム冷却が、先行技術におけるものよりも拡散器セクション４６の下流縁４４により近接して提供され、この構成は、ブレード翼１６（図５）の摩擦縁６２の冷却に関して特に適している。

摩擦縁６２に対してほぼ一定の距離を有して径方向に配置された、本発明によるフィルム冷却開口部列３４の場合には、フィルム冷却開口部３６が距離Ａと共にプロファイル弦に沿って分配されることが可能であり、距離Ａは、フィルム冷却開口部３６の位置が後縁２０により接近するにつれて増大する。図５に見られているように、この場合左に配置された、第１フィルム冷却開口部３６の鈍角のコーナー領域５４、およびその直近の右側に隣接して配置された、（第２）フィルム冷却開口部の鋭角のコーナー領域５４は、第１フィルム冷却開口部３６から流出した冷却空気の流れが、第２フィルム冷却開口部３６の冷却空気の流れに対して少なくとも接線となるように配列されている。列３４のフィルム冷却開口部３６の場合もまた、フィルム冷却開口部３６のダクト軸５０が、各場合において壁に近接した高温ガス流れの局所的な方向変化に対して約５０°傾斜しており、後縁２０に接近するにつれて、個々のダクト軸５０の向きも変化している。図５において選択された斜視図および圧力側のアーチ面により、視点はすべての位置において表面に対して直交しておらず、むしろ部分的に正接的になっている。結果的に、示された傾斜角は異なっていると理解されることが可能である。それにもかかわらず、このようにして、冷却フィルムが提供されることが可能であり、それはフィルム冷却列の方向から見て概略ギャップが無い。技術的に正確な意味で表現すると、このことは、下流拡散器縁４４の下流の位置およびそれらの間において、局所的な温度差が顕著に減少されることが可能であることを意味している。

特に前述の改良を用いて、タービン動翼１０の摩擦縁６２が、高温ガスの損傷の影響に対して保護され、ひいてはそのサービス寿命が、先行技術において述べられた摩耗の事象を生じることなく、顕著に延長されることを可能にしている。

本発明は、好適な例示的実施形態に基づいて、より詳細に図示され且つ詳細に記載されたが、本発明は開示された実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲から逸脱することなく、他の変形が当業者から導き出され得る。例えば、ガスタービン構成部品は高温ガスダクト壁のリング形状セグメントとして、またはガスタービンの燃焼チャンバ壁として構成されてもよい。

１０ ・・・タービン動翼
１２ ・・・ブレード根
１４ ・・・プラットフォーム
１６ ・・・ブレード翼
１７ ・・・ハブ側端部
１８ ・・・前縁
２０ ・・・後縁
２２ ・・・吸引側壁
２４ ・・・圧力側壁
２８ ・・・後縁開口部
３０ ・・・第１列
３２ ・・・ブレード先端
３４・・・ さらなるフィルム冷却列
３６ ・・・フィルム冷却開口部
３７ ・・・拡散器基面
３８ ・・・表面
３９ ・・・高温ガス
４０ ・・・上流拡散器縁
４２ ・・・拡散器長手縁
４４ ・・・下流拡散器縁
４６ ・・・拡散器セクション
４８ ・・・ダクトセクション
５０ ・・・ダクト軸
５２ ・・・局所流れ方向
５３ ・・・軸
５４ ・・・コーナー領域
５６ ・・・冷却空気フィラメント
５８ ・・・冷却空気フィラメント
６２ ・・・摩擦縁

Claims (9)

1. ガスタービンのためのフィルム冷却されるガスタービン構成部品（８）であって、
   高温ガス（３９）に暴露され得る表面（３８）を備え、該表面には複数のフィルム冷却開口部（３６）が開口しており、該フィルム冷却開口部は組み合されて、前記高温ガス（３９）の流れ方向（５２）に対して横方向に少なくとも１つの列（３０、３４）を形成することが可能であり、
   各個別のフィルム冷却開口部（３６）は、その貫流方向に沿って、ダクトセクション（４８）および該ダクトセクション（４８）に直接隣接した拡散器セクション（４６）を備え、該拡散器セクションは上流拡散器縁（４０）、２つの拡散器長手縁（４２）、および上流拡散器縁（４４）を具備し、各拡散器長手縁（４２）はコーナー領域（５４）において前記下流拡散器縁（４４）と交差したガスタービン構成部品において、
   個々の前記列（３０、３４）の少なくとも２つの直近の隣接したフィルム冷却開口部（３６）、好適にすべてのフィルム冷却開口部（３６）は、個々の前記ダクトセクション（４８）のダクト軸（５０）が、前記高温ガス（３９）の局所的な流れ方向（５２）に対して側方に傾斜され、前記拡散器セクション（４６）は、前記ダクト軸（５０）の投影に対して各場合において非対称に形成されており、個々のフィルム冷却開口部（３６）の直近の隣接したコーナー領域（５４）は、前記高温ガス（３９）の流れ方向（５２）から見て、個々の拡散器セクション（４６）が互いに接触することなく整列されているか、または重なっているように設計されていることを特徴とするガスタービン構成部品（８）。
2. 個々の前記拡散器セクション（４６）は、角錐台の半分の形状の拡散器空間の痕跡と一致し、前記空間は非対称性を形成するために、前記ダクト軸（５０）の周りに回転角度（γ）だけ回転されていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン構成部品（８）。
3. 前記回転角度（γ）は約１５°の大きさであることを特徴とする請求項２に記載のガスタービン構成部品（８）。
4. 個々の前記拡散器（４６）の前記上流拡散器縁（４０）、１つまたは２つの前記長手縁（４２）、および／または前記下流拡散器縁（４４）は、概略直線であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスタービン構成部品（８）。
5. 個々の前記拡散器セクション（４６）の前記下流拡散器縁（４４）は、前記高温ガスの局所的な流れ方向とともに、９０°とは異なった角度（α）を形成していることを特徴とする請求項３に記載のガスタービン構成部品（８）。
6. 個々の前記ダクト軸（５０）は、前記高温ガス（３９）の全体的な流れ方向（５２）に対して約５０°の傾斜角（β）を形成していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のガスタービン構成部品（８）。
7. 空力的に輪郭形成されたブレード翼（１６）を備えた、冷却されるタービン動翼（１０）として設計されたガスタービン構成部品（８）であって、前記ブレード翼（１６）は吸引側壁（２２）および圧力側壁（２４）を具備し、これらの両方の壁は、前記ブレード翼（１６）のプロファイル弦に関して、前記ブレード翼（１６）の前縁（１８）から前記ブレード翼（１６）の後縁（２０）へと延びており、径方向に関して、ハブ側端部（１７）からブレード翼先端（３２）の自由端へと延びており、
   前記ブレード翼先端（３２）の少なくとも前記圧力側には摩擦縁（６２）が設けられ、
   前記フィルム冷却開口部（３６）の列の少なくとも１つは、その冷却のために前記摩擦縁（６２）からおおよそ一定の距離で前記プロファイル弦に沿って前記圧力側に分布していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のガスタービン構成部品（８）。
8. 前記後縁（２０）からの距離が減少するにつれて、直近の隣接した２つの前記フィルム冷却開口部（３６）の間の距離（Ａ）が増大することを特徴とする請求項７に記載のタービン動翼（１０）。
9. 前記後縁（２０）からの距離が減少するにつれて、前記ダクト軸（５０）は前記後縁（２０）に対して傾斜角度が増大することを特徴とする請求項７または８に記載のタービン動翼（１０）。

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