JP2018519453A

JP2018519453A - 内部冷却チャネルを備えるタービン翼

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Publication number: JP2018519453A
Application number: JP2017557957A
Authority: JP
Inventors: エフ．マーティンジュニアニコラス; ビー．メリルゲアリー; アール．ミラージュニアサミュエル; ラルフベークアレクサンダー
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2018-07-19
Also published as: US20180135432A1; EP3292277A1; CN107636254A; WO2016178689A1

Abstract

壁近傍冷却チャネル（１６）を形成する１つまたは複数のブラダ（１４）を有する内部冷却システム（１２）を備えるタービン翼（１０）が開示されている。ブラダ（１４）は、内部冷却システム（１２）内にキャビティ（１８）を形成する内面（４４）の形状に合致していてもよい。１つまたは複数の離隔リブ（５６）は、キャビティ（１８）を形成する内面（４４）から半径方向内方へ延びていてもよく、これにより、ブラダ（１４）を内面（４４）から離れた位置に保持し、壁近傍冷却チャネル（１６）がブラダ（１４）と内面（４４）との間に形成される。壁近傍冷却チャネル（１６）は、ブラダ（１４）をキャビティ（１８）内へ第１の挿入可能な位置（２２）において挿入し、ブラダ（１４）を第２の膨張した位置（２４）へ膨張させることによって形成されてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、ブラダ（１４）によって形成されたチャンバ（２６）は、冷却システム（１２）の一部としての冷却流体を含まないデッドスペースであってもよい。

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における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、動力を発生するためのタービンブレードアセンブリとを備える。典型的なタービン燃焼器の構成は、タービンベーンおよびブレードアセンブリを高温に曝す。その結果、タービンベーンおよびブレードは、このような高温に耐えることができる材料から形成されなければならないか、または材料の能力を超える環境で構成部材が耐えることを可能にするための冷却構造を備えていなければならない。タービンエンジンは、典型的に、シェルから半径方向内方へ延びる固定タービンベーンの複数の列を有しており、かつ、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を有している。

典型的に、タービンブレードおよびベーンは、翼を加熱する高温の燃焼器ガスに曝される。これらの翼は、翼の温度を低下させるための内部冷却システムを備えている。内部冷却システムのうちの１つは、壁近傍冷却として説明される。壁近傍冷却では、内部冷却流は、冷却されるべき壁の近傍へ方向付けられる。幾つかの翼は、壁近傍冷却チャネルを形成する四壁設計を有する。冷却空気は、外壁を冷却するために壁近傍冷却チャネルを通過する。しかしながら、四壁設計は、外壁と内壁との作動温度の差が著しいことによる固有の構造的問題を有している。外壁は、内壁よりも著しく高い温度で作動する。なぜならば、外壁は、高温ガス通路空気に曝されるのに対し、内壁は、高温ガス通路空気に接触せず、冷却空気の温度付近で作動するからである。この内壁と外壁との作動温度の差は、熱によって誘発される高い応力を壁に生じさせ、翼の寿命を大きく制限する恐れがある。加えて、インベストメント鋳造によって形成されるタービン翼に多数壁を形成するために必要とされる複雑なコアを形成することは、困難である。したがって、壁近傍冷却されるガスタービン翼の外壁と内壁との間の熱応力を減らし、複雑な冷却システムを製作する際の難題を克服する必要性が存在する。

壁近傍冷却チャネルを形成する１つまたは複数のブラダを有する内部冷却システムを備えるタービン翼が開示される。ブラダは、内部冷却システム内にキャビティを形成する内面の形状に合致されてもよい。１つまたは複数の離隔リブは、キャビティを形成する内面から半径方向内方へ延びていてもよく、これにより、ブラダを内面から離れた位置に保持し、壁近傍冷却チャネルがブラダと内面との間に形成される。壁近傍冷却チャネルは、ブラダをキャビティ内へ第１の挿入可能な位置において挿入し、ブラダを第２の膨張した位置へ膨張させることによって形成されてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、ブラダによって形成されたチャンバは、冷却システムの一部としての冷却流体を含まないデッドスペースであってもよい。

少なくとも１つの実施の形態では、タービン翼は、外壁から形成された全体として細長い（generally elongated）中空の翼から形成されていてもよい。全体として細長い中空の翼は、前縁と、後縁と、正圧面と、負圧面と、全体として細長い中空の翼の内面に配置されかつ少なくとも１つのキャビティによって形成された冷却システムとを有する。タービン翼は、冷却システムの１つまたは複数のキャビティ内に配置された１つまたは複数のブラダを有していてもよい。ブラダは、ブラダの外面と、冷却システムのキャビティを形成する内面との間に１つまたは複数の壁近傍冷却チャネルを形成してもよい。ブラダは、連続的な非線形の壁から形成されてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、ブラダは、デッドスペースである内部チャンバを画成してもよい。ブラダは、冷却システムと流体連通していない、シールされた内部チャンバを画成してもよく、これにより、冷却流体を、シールされた内部チャンバと冷却システムとの間で交換することができない。その他の実施の形態では、冷却システムは、ブラダの内部チャンバへの冷却流体の流れを制御または制限するように構成されていてもよい。

タービン翼は、さらに、冷却システムのキャビティを形成する内面から、ブラダと接触するように延びる１つまたは複数の離隔リブを有していてもよい。特に、離隔リブの先端と接触するブラダの部分に横方向に隣接する少なくとも１つのブラダの第１のセクションは、離隔リブの先端よりも、冷却システムのキャビティを形成する内面の近くに配置されていてもよい。ブラダの第２のセクションは、離隔リブの、第１のセクションとは反対の側に配置されていてもよく、離隔リブの先端と接触するブラダの部分に横方向に隣接するブラダの第２のセクションは、離隔リブの先端よりも、冷却システムのキャビティを形成する内面の近くに配置されていてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、離隔リブは、冷却システムのキャビティを形成する内面から、ブラダと接触するように延びる複数の離隔リブを有していてもよい。２つの隣接する離隔リブの間のブラダは、第１の離隔リブの先端から、冷却システムのキャビティを形成する内面に向かって、最も外側の箇所まで湾曲してもよく、冷却システムのキャビティを形成する内面および最も外側の箇所から、第２の離隔リブの先端まで湾曲してもよい。複数の離隔リブを備えるタービン翼の１つの実施の形態では、複数の離隔リブのそれぞれの間に延びるブラダは、第１の離隔リブの先端から、冷却システムのキャビティを形成する内面に向かって、最も外側の箇所まで湾曲してもよいし、冷却システムのキャビティを形成する内面および最も外側の箇所から、第２の離隔リブの先端まで湾曲してもよい。

少なくとも１つの実施の形態では、離隔リブは、壁近傍冷却チャネル内で冷却流体を方向付けるように配置されていてもよい。複数の離隔リブは、翼幅方向に延びる複数の蛇行した形状のリブから形成されていてもよく、互いに翼弦方向でずらされていてもよい。複数の離隔リブは、翼幅方向に延びる方向に対して非平行かつ非直交に配置されてもよいし、翼弦方向に延びる列に形成されていてもよい。

ブラダは、全体として細長い中空の翼の外壁を形成する材料とは異なる材料から形成されてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、ブラダは、全体として細長い中空の翼の外壁を形成する材料よりも高い可塑性を有する材料から形成されてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、ブラダは、第１の厚さを有する第１のセクションと、第１のセクションよりも大きな第２の厚さを有する第２のセクションとから形成されていてもよい。第１のセクションは、テーパした厚さを有する材料から形成されてもよい。

翼は、外壁から形成され、かつ前縁と、後縁と、正圧面と、負圧面と、全体として細長い中空の翼の内面に配置されかつ少なくとも１つのキャビティによって形成された冷却システムと、を有する全体として細長い中空の翼を配置することを含む方法によって形成されてもよい。この方法は、１つまたは複数のブラダを冷却システムのキャビティ内に挿入することを含んでもよく、ブラダは、ブラダの外面と、冷却システムのキャビティを形成する内面との間に少なくとも１つの壁近傍冷却チャネルを形成する。この方法は、冷却システムのキャビティ内でブラダを第１の挿入可能な位置から第２の膨張した位置へ膨張させることを含んでもよく、ブラダの第２の膨張した位置は、第１の挿入可能な位置におけるブラダの体積よりも大きな体積を有する。

少なくとも１つの実施の形態では、冷却システムのキャビティ内でブラダを第１の挿入可能な位置から第２の膨張した位置へ膨張させることにより、ブラダは、冷却システムにおけるキャビティ内の所定の位置にロックされてもよい。冷却システムのキャビティ内でブラダを第１の挿入可能な位置から第２の膨張した位置へ膨張させることは、ブラダ内に圧力を加え、ブラダを第１の挿入可能な位置から第２の膨張した位置へ膨張させることを含んでもよい。別の実施の形態では、冷却システムのキャビティ内でブラダを第１の挿入可能な位置から第２の膨張した位置へ膨張させることは、ブラダの外面と、冷却システムのキャビティを形成する内面との間の壁近傍冷却チャネルを排気し、ブラダを第１の挿入可能な位置から第２の膨張した位置へ膨張させることを含んでもよい。冷却システムのキャビティ内でブラダを第１の挿入可能な位置から第２の膨張した位置へ膨張させることは、さらに、ブラダを加熱して、ブラダを膨張させ、キャビティを形成する内面から延びる少なくとも１つの離隔リブの周囲に部分的にブラダを変形させ、冷却システムを形成するキャビティ内でブラダをロックすることを含んでもよい。

この方法は、ブラダが膨張した後にブラダと接触する金属にブラダが接合されるように、ブラダの外面を金属ろう付けで前処理することを含んでもよい。ブラダの外面を前処理するステップは、ブラダの外面を箔で前処理することを含んでもよく、この箔は、ブラダ壁をリブ外面に化学的に結合させてもよく、これにより、継目なしの連続的な接合を保証する。これは、熱伝達のために必要とされることがある。

内部冷却システムの利点は、内部ブラダを極めて単純なプロセスで形成することができる点であり、これは、従来のインベストメント鋳造よりも、複雑な冷却構成に適している。

これらの実施の形態およびその他の実施の形態を以下でより詳細に説明する。

明細書の一部に組み込まれ、明細書の一部を形成する添付の図面は、ここに開示される発明の実施の形態を例示し、詳細な説明と共に発明の原理を開示する。

タービン翼の斜視図である。冷却システムのキャビティ内の第１の挿入可能な位置におけるブラダを備える、図１における断面線２−２におけるタービン翼の断面図である。図１の断面線２−２に沿って見た図におけるタービン翼の一方の側の部分的な断面図である。図２に示した冷却システムのキャビティ内の第１の挿入可能な位置におけるブラダの部分的な断面図である。冷却システムのキャビティ内の第２の膨張した位置におけるブラダを備える、図１における断面線２−２におけるタービン翼の断面図である。翼のプラットフォームにおける冷却システムのキャビティ内の第１の挿入可能な位置におけるブラダと、翼のプラットフォームにおける冷却システムのキャビティ内の第２の膨張した位置におけるブラダとを備える、図１における断面線６−６に沿って見たタービン翼の断面図である。冷却システムのキャビティ内の第２の膨張した位置におけるブラダを備える、図１における断面線７−７におけるタービン翼の断面図である。冷却システムのキャビティ内の第１の挿入可能な位置におけるブラダを備える、図１における断面線８−８における、外側および内側の端壁を備えるタービンベーンなどの、タービン翼の断面図である。冷却システムのキャビティ内の第２の膨張した位置におけるブラダを備える、図１における断面線９−９に沿って見た、外側および内側の端壁を備えるタービンベーンなどの、タービン翼の断面図である。翼幅方向に延びる、蛇行した形状の離隔リブを備える、図１における断面線１０−１０に沿って見た、タービン翼の外壁の内面の断面フィレット図である。角度づけられた離隔リブの翼弦方向に延びる列を備える、図１における断面線１１−１１に沿って見た、タービン翼の外壁の内面の断面フィレット図である。図１０に示したものよりも小さく狭い蛇行するチャネルである、翼幅方向に延びる、蛇行した形状の離隔リブを備える、図１における断面線１２−１２に沿って見た、タービン翼の外壁の内面の断面フィレット図である。点線で示した離隔リブおよびブラダを備える冷却システムを備える図１のタービン翼の先端の詳細図である。図１３における断面線１４−１４に沿って見た翼先端の断面図である。図１３における断面線１５−１５に沿って見た翼先端の断面図である。テーパしたセクションを備える第１の挿入可能な位置における代替的なブラダの部分的な断面図である。線形のテーパを備える翼幅方向セクションを有するブラダの部分的なキャビティ断面詳細図である。非線形のテーパを備える翼幅方向セクションを有するブラダの部分的な断面詳細図である。ブラダを備える壁近傍冷却チャネルを形成する方法を示す流れ図である。

図１〜図１９に示すように、壁近傍冷却チャネル１６を形成する１つまたは複数のブラダ１４を有する内部冷却システム１２を備えるタービン翼１０が開示されている。ブラダ１４は、内部冷却システム１２内にキャビティ１８を形成する内面４４の形状に合致されていてもよい。１つまたは複数の離隔リブ２０が、キャビティ１８を形成する内面４４から半径方向内方へ延びていてもよく、これにより、ブラダ１４を内面４４から離れた位置に保持し、壁近傍冷却チャネル１６がブラダ１４と内面４４との間に形成される。壁近傍冷却チャネル１６は、第１の挿入可能な位置２２において、ブラダ１４をキャビティ１８内へ挿入し、ブラダ１４を第２の膨張した位置２４へ膨張させることによって形成されてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、ブラダ１４によって形成されたチャンバ２６は、冷却システム１２の一部としての冷却流体を含まないデッドスペースであってもよい。

少なくとも１つの実施の形態では、タービン翼１０は、外壁３２から形成された全体として細長い中空の翼３０から形成されていてよく、全体として細長い中空の翼３０は、前縁３４と、後縁３６と、正圧面３８と、負圧面４０と、全体として細長い中空の翼３０の内面に配置されかつ１つまたは複数のキャビティ１８によって形成された冷却システム１２とを有する。翼３０は、あらゆる従来の形状および構成またはこれまでまだ想定されていない形状および構成を有していてもよい。翼３０は、冷却システム１２の態様を備えるプラットフォーム４８を有していてもよいし、有していなくてもよい。１つまたは複数のブラダ１４が、冷却システム１２のキャビティ１８内に配置されてもよい。ブラダ１４は、ブラダ１４の外面４２と、冷却システム１２のキャビティ１８を形成する内面４４との間に１つまたは複数の壁近傍冷却チャネル１６を形成してもよい。

ブラダ１４は、連続的な非線形の壁４６から形成されていてもよい。ブラダ１４は、全体として細長い中空の翼３０の外壁３２を形成する材料とは異なる材料から形成されていてもよい。ブラダ１４は、冷却システム１２の少なくとも一部を形成するキャビティ１８の内面４４を形成する材料とは異なる材料から形成されていてもよい。ブラダ１４は、全体として細長い中空の翼３０の外壁３２を形成するまたは冷却システム１２の少なくとも一部を形成するキャビティ１８の内面４４を形成する材料よりも高い可塑性を有する材料から形成されていてもよい。ブラダ１４を形成する材料は、材料を破損なしに塑性変形させることができるように、大きな塑性変形範囲を有していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、図４に示すように、ブラダ１４は、第１の厚さを有する第１のセクション５０と、第１のセクション５０よりも大きな第２の厚さを有する第２のセクション５２とから形成されていてもよい。別の実施の形態では、ブラダ１４は、図１６に示すように、第１のセクション５０および第２のセクション５２から形成されていてもよく、第１のセクション５０は、テーパした厚さを有する材料から形成されている。材料は、第１の厚さから、第１の厚さよりも薄い第２の厚さへとテーパしていてもよい。第２のセクション５２もテーパしていてよい。図１７に示すように、第１のセクション５０の厚さが線形にテーパしていてもよい。代替的に、図１８に示すように、第１のセクションの厚さが非線形にテーパしていてもよい。

ブラダ１４は、デッドスペースである内部チャンバ２６を画成していてもよい。特に、ブラダ１４は、シールされていてもよいし、冷却システム１２と流体連通していなくてもよい。これにより、冷却システム１２からの冷却流体は、ブラダ１４に流入しない。ブラダ１４は、冷却システム１２と流体連通していない、シールされた内部チャンバ２６を画成していてもよく、これにより、シールされた内部チャンバ２６と冷却システム１２との間で冷却流体を交換することができない。

冷却システム１２は、さらに、冷却システム１２のキャビティ１８を形成する内面４４から、ブラダ１４と接触するように延びる１つまたは複数の離隔リブ２０を有していてもよい。離隔リブ２０は、一定の断面を有していてもよい。離隔リブ２０は、膨張したブラダ１４と接触し、ブラダ１４が破裂するのを防止するように構成された先端５８を有していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、離隔リブ２０は、離隔リブ２０の先端５８に取り付けられた１つまたは複数の保護部材９６を有していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、保護部材９６は、図２、図３および図５に示すような、キャビティ１８の内面４４の内側でブラダを支持するために離隔リブ２０とＴ字形を形成する、１つまたは複数のサイドアーム９８であってもよい。保護部材９６は、図２、図３および図５に示すような、キャビティ１８の内面４４の内側にブラダを支持するために先端５８に取り付けられた、１つまたは複数の球体１００であってもよい。先端５８は、ブラダ１４を支持し、ブラダ１４が離隔リブ２０の近傍においてキャビティ１８の内面４４に接触するのを防止してもよい。先端５８は、ブラダ１４を離隔リブ２０の周囲において非線形にたるませてもよい。特に、図２に示すように、離隔リブ２０の先端５８と接触するブラダ１４の部分６４に横方向に隣接するブラダ１４の第１のセクション６０は、離隔リブ２０の先端５８よりも、冷却システム１２のキャビティ１８を形成する内面４４の近くに配置されていてもよい。離隔リブ２０の、第１のセクション６０とは反対側における、離隔リブ２０の先端５８と接触するブラダ１４の部分６４に横方向に隣接するブラダ１４の第２のセクション６２は、離隔リブ２０の先端５８よりも、冷却システム１２のキャビティ１８を形成する内面４４の近くに配置されている。

少なくとも１つの実施の形態では、冷却システム１２は、冷却システム１２のキャビティ１８を形成する内面４４から、ブラダ１４と接触するように延びる複数の離隔リブ２０を有していてもよい。２つの隣接する離隔リブ２０の間のブラダ１４は、第１の離隔リブ６６の先端５８から、冷却システム１２のキャビティ１８を形成する内面４４に向かって、最も外側の箇所６８まで湾曲してもよく、冷却システム１２のキャビティ１８を形成する内面４４および最も外側の箇所６８から、第２の離隔リブ７０の先端５８まで湾曲していてもよい。複数の離隔リブ２０の場合、複数の離隔リブ２０のそれぞれの間に延びるブラダ１４は、第１の離隔リブ６６の先端５８から、冷却システム１２のキャビティ１８を形成する内面４４に向かって、最も外側の箇所６８まで湾曲してもよく、冷却システム１２のキャビティ１８を形成する内面４４および最も外側の箇所６８から、第２の離隔リブ７０の先端５８まで湾曲していてもよい。図１０および図１２に示すように、複数の離隔リブ２０は、翼幅方向７２に延びる、互いに翼弦方向でずらされた複数の蛇行した形状のリブ２０から形成されていてもよい。代替的に、複数の離隔リブ２０は、翼幅方向に延びる方向７２に対して非平行かつ非直交に配置されてもよく、図１１に示すように、翼弦方向７５に延びる、翼弦方向に延びる列７４に形成されている。蛇行した形状のリブ２０と、翼弦方向に延びる列７４を形成する離隔リブ２０とが、離れすぎることのないように配置されていてもよく、これにより、離隔リブ２０はブラダ１４を支持し、ブラダ１４が内部冷却システム１２のキャビティ１８の内面４４に当接するまで落ち込むのを防止することによって壁近傍冷却チャネル１６を形成する。蛇行した形状のリブ２０を有する離隔リブ２０と、翼弦方向に延びる列７４を形成する離隔リブ２０とが、壁近傍冷却チャネル１６内で冷却流体を軸方向または半径方向のいずれか、それら両方向または混ざった方向へ逸らせるように構成されていてもよい。蛇行した形状のリブ２０を有する離隔リブ２０と、翼弦方向に延びる列７４を形成する離隔リブ２０とが、タービン翼１０の効率的な冷却のためにチャネル１６内における空気などの、しかしながら空気に限定されない冷却流体流れのためのあらゆる所望の構成で壁近傍冷却チャネル１６を形成するように構成されていてもよい。図１５に示すように、離隔リブ２０は、熱伝達を高めるために壁近傍冷却チャネル１６内の冷却流体のクロスフローを提供するための１つまたは複数のオリフィス７６を有していてもよい。タービュレータなどの、しかしながらタービュレータに限定されない付加的な熱伝達構造が、冷却流体流れをさらに最適化するために離隔リブ２０に付与されてもよい。

図１３〜図１５に示すように、全体として細長い翼３０は、外壁３２から形成された先端１０４を有していてもよい。１つまたは複数の離隔支持体２０は、外壁３２から半径方向内方へ延びていてもよく、壁近傍冷却チャネル１６を形成するために、正圧面３８、負圧面４０またはそれら両方から分離していてもよい。図１５に示すように、ブラダ１４は、半径方向外方へ、部分的に壁近傍冷却チャネル１６内へ延びていてもよい。図１３〜図１５は、先端１０４を形成する外壁３２から半径方向内方へ延びる複数の離隔支持体２０を示している。翼３０の先端１０４における壁近傍冷却チャネル１６は、正圧面３８と負圧面４０との間に延びていてもよく、各壁近傍冷却チャネル１６は、図１４および図１５に示すように、翼弦方向に延びる壁近傍冷却チャネル１６と接続していてもよい。図１３に示した構成を用いて、図４に示すように、第１の挿入可能な位置２２におけるブラダ１４が、翼１０の根元部２８を通じて所定の位置へ挿入され、後で、ブラダ１４が第２の膨張した位置２４に膨張すると、先端１０４を形成する外壁３２から半径方向内方へ延びる離隔支持体２０に付着してもよい。少なくとも幾つかの実施の形態では、翼１０の根元セクションを通じたブラダ１４の挿入は、根元セクションにおける一次入口チャネルの開放を必要とすることがある。そのためには、シールプレート／インサートをろう付けまたは拡散接合して、機能性のために一次入口を調量するまたは減らす必要がある。

タービン翼１０は、翼３０を損傷させるまたは歪めることなく壁近傍冷却チャネル１６のパターンを形成すべく超塑性変形するように構成されていてもよい。離隔リブ２０は、ブラダの膨張を制御するように配置されてもよい。図２および図４に示すように、第１の挿入可能な位置２２におけるブラダ１４は、翼１０の根元部２８または先端１０４を通じて所定の位置に挿入されてもよい。翼１０の根元部２８または先端１０４を通じた挿入箇所に、内部マニホールド１０６が配置されてもよい。内部マニホールド１０６は、冷却流体を壁近傍冷却チャネル１６へ流す。

タービン翼１０は、図１９に示すような方法８０によって形成されてもよく、８２において、外壁３２から形成されかつ前縁３４と、後縁３６と、正圧面３８と、負圧面４０と、全体として細長い中空の翼３０の内面に位置決めされかつ１つまたは複数のキャビティ１８によって形成された冷却システム１２とを有する、全体として細長い中空の翼３０を配置する。この方法８０は、８４において、１つまたは複数のブラダ１４を冷却システム１２のキャビティ１８に挿入することを含んでもよく、ブラダ１４は、ブラダ１４の外面４２と、冷却システム１２のキャビティ１８を形成する内面４４との間に１つまたは複数の壁近傍冷却チャネル１６を形成する。方法８０は、８６において、冷却システム１２のキャビティ１８内でブラダ１４を第１の挿入可能な位置２２から第２の膨張した位置２４へ膨張させることを含んでもよい。ブラダ１４の第２の膨張した位置２４は、第１の挿入可能な位置２２におけるブラダ１４の体積よりも大きな体積を有していてもよい。ブラダ１４は、ブラダ１４を形成する材料が破裂することなく塑性変形するように著しい変形を経ることによって、第１の挿入可能な位置２２から第２の膨張した位置２４へ膨張してもよい。

少なくとも１つの実施の形態では、８６において、冷却システム１２のキャビティ１８内でブラダ１４を第１の挿入可能な位置２２から第２の膨張した位置２４へ膨張させることにより、ブラダ１４は、冷却システム１２のキャビティ１８内の所定の位置にロックされてもよい。ブラダ１４が所定の位置にロックされると、ブラダ１４の移動が実質的に制限される。この方法８０は、８８において、ブラダ１４が膨張した後にブラダ１４と接触する金属にブラダ１４が接合されるように、ブラダ１４の外面４２を金属ろう付けで前処理することを含んでもよい。ブラダ１４が接触する金属は、キャビティ１８を形成する内面４４であってもよい。少なくとも１つの実施の形態では、内面４４は、全体として細長い中空の翼３０を形成する外壁３２の内面４４であってもよい。別の実施の形態では、キャビティ１８の内面４４は、図６に示すように、プラットフォーム４８などの、しかしながらプラットフォーム４８に限定されない、翼３０の内部リブまたはその他の構成部材の内面４４であってもよい。方法８０は、８８において、ブラダ１４の外面４２を前処理し、ブラダの外面４２を箔で前処理することを含んでもよく、この箔は、ブラダ壁１４をリブ外面に化学的に結合させてもよく、これにより、継目のない連続的な接合を保証する。これは、有効な熱伝達を促進するために使用されてもよい。

８６において、冷却システム１２のキャビティ１８内でブラダ１４を第１の挿入可能な位置２２から第２の膨張した位置２４へ膨張させることは、ブラダ１４内に圧力を加え、ブラダ１４を第１の挿入可能な位置２２から第２の膨張した位置２４へ膨張させることを含む。ブラダ１４を膨張させるためにブラダ１４内に圧力を加えるプロセスは、爆発、ブロー成形またはあらゆるその他の適切な方法によって生じてもよい。ブラダ１４内に爆発を起こすために火薬を使用すると、離隔リブ２０へブラダが瞬間的に形成される。ブラダ１４を膨張させるためにブラダ１４内に圧力を加えるプロセスは、支持リブ２０に接触するようにブラダ１４を超塑性成形することを含んでもよい。このようなプロセスは、加圧のために圧力システム（図示せず）へのブラダ１４の連結を必要とし、これは、ブラダを圧力システムに接続するためのカスタムの消耗連結部を必要とすることがある。冷却システム１２内の冷却流体が、ブラダ１４内に形成された内部チャンバ２６へ流入するのを防止するために、ブラダ１４が膨張した後、消耗連結部は切除されてもよく、ブラダ１４がシールされる。８６において、冷却システム１２のキャビティ１８内でブラダ１４を第１の挿入可能な位置２２から第２の膨張した位置２４へ膨張させることは、ブラダ１４の外面４２と、冷却システム１２のキャビティ１８を形成する内面４４との間の壁近傍冷却チャネル１６を排気し、ブラダ１４を第１の挿入可能な位置２２から第２の膨張した位置２４へ膨張させることを含んでもよい。８６において、冷却システム１２のキャビティ１８内でブラダ１４を第１の挿入可能な位置２２から第２の膨張した位置２４へ膨張させることは、ブラダ１４を加熱し（９０）、ブラダ１４を膨張させ、キャビティ１８を形成する内面４４から延びる１つまたは複数の離隔リブ２０の周囲に部分的にブラダ１４を変形させ、冷却システム１２を形成するキャビティ１８内でブラダ１４をロック、機械的にロックまたは化学的にロックすることまたはその両方を含んでもよい。

方法８０は、９２において、拡散接合などによってエッジ接合されたシートによってブラダ１４を形成することを含んでもよく、ブラダ１４は、超塑性成形（ＳＰＦ）によってさらに膨張することができる開放したブラダに予め成形される。ブラダ１４は、材料を破壊せずに塑性変形させることができるように大きな変形範囲を有するあらゆる材料から形成されてもよい。翼３０を形成する外壁３２などの、しかしながらこれに限定されない、翼３０の特別設計された構造が、翼３０を支持するように構成されていてもよく、これにより、ブラダ１４を、より弱い材料から、より薄い壁構成で形成することが可能となる。ブラダ１４は、通常、翼３０を形成する外壁３２から比較的隔離されていることにより、高い表面温度を生じることはない。したがって、より低い温度に耐える材料が使用されてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、ブラダ１４は、ＩＮＣＯＮＥＬ７１８（これに限定されない）などのニッケルクロム基超合金、および、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ（これに限定されない）などチタン基合金を含む（これらに限定されない）、高温シート成形産業において使用される材料（これに限定されない）などの材料から形成されてもよい。

全体として細長い中空の翼３０は、適切な組立て方法によってまたはあらゆる適切な材料から形成されてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、全体として細長い中空の翼３０は、全体として細長い中空の翼３０を形成する外壁３２の内面に、幾何学的ペデスタルおよび同様のものを含む離隔リブ２０などの、しかしながらこれに限定されない、強化された表面構造を備える鋳造プロセスを介して形成されてもよい。全体として細長い中空の翼３０は、開放した壁近傍冷却チャネル１６を備えて形成されてもよい。離隔リブ２０の高さ、幅、ジオメトリおよび位置は、所望の適用のためにカスタマイズされてもよい。保護部材９６は、製造プロセス中に超塑性成形されるブラダのさらなる制御を付加することができる。離隔リブ２０は、内面４４のどこに配置されてもよい。図１０および図１２に示した蛇行した形状のリブ２０と、図１１に示した翼弦方向に延びる列７４を形成する離隔リブ２０とは、フレキシブルな型ツールを使用して製造されてもよい。図１０および図１２に示した蛇行した形状のリブ２０と、図１１に示した翼弦方向に延びる列７４を形成する離隔リブ２０とは、冷却システム１２のキャビティ１８内の所定の位置にブラダ１４を有効に固定するように構成された、スライドしない、非共形なインターロックの複雑なシリーズの開発を許容する。

上記説明は、本発明の実施の形態を例示、説明およ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および適応は、当業者に明らかになるであろうし、本発明の範囲または思想から逸脱することなく成し得るものである。

Claims

外壁（３２）から形成された全体として細長い中空の翼（３０）であって、前縁（３４）と、後縁（３６）と、正圧面（３８）と、負圧面（４０）と、前記全体として細長い中空の翼（３０）の内面に配置されかつ少なくとも１つのキャビティ（１８）によって形成された冷却システム（１２）とを有する、全体として細長い中空の翼（３０）と、
前記冷却システム（１２）の前記少なくとも１つのキャビティ（１８）内に配置された少なくとも１つのブラダ（１４）であって、該少なくとも１つのブラダ（１４）の外面（４２）と、前記冷却システム（１２）の前記少なくとも１つのキャビティ（１８）を形成する内面（４４）との間に少なくとも１つの壁近傍冷却チャネル（１６）を形成する、少なくとも１つのブラダ（１４）と、を備え、
前記少なくとも１つのブラダ（１４）は、連続的な非直線の壁によって形成されていることを特徴とする、タービン翼（１０）。
前記少なくとも１つのブラダ（１４）は、デッドスペースである内部チャンバを画成していることを特徴とする、請求項１記載のタービン翼（１０）。
前記冷却システム（１２）の前記少なくとも１つのキャビティ（１８）を形成する前記内面（４４）から、前記少なくとも１つのブラダ（１４）と接触するように少なくとも１つの離隔リブ（５６）が延びていることを特徴とする、請求項１記載のタービン翼（１０）。
前記少なくとも１つの離隔リブ（５６）の先端（５８）と接触する前記少なくとも１つのブラダ（１４）の部分に横方向に隣接する前記少なくとも１つのブラダ（１４）の第１のセクション（６０）は、前記少なくとも１つの離隔リブ（５６）の前記先端（５８）よりも、前記冷却システム（１２）の前記少なくとも１つのキャビティ（１８）を形成する前記内面（４４）の近くに配置されていることを特徴とする、請求項３記載のタービン翼（１０）。
前記少なくとも１つの離隔リブ（５６）の、前記第１のセクション（６０）とは反対側における前記少なくとも１つのブラダ（１４）の第２のセクションが設けられており、前記少なくとも１つの離隔リブ（５６）の先端（５８）と接触する前記少なくとも１つのブラダ（１４）の部分に横方向に隣接する前記少なくとも１つのブラダ（１４）の第２のセクション（６２）は、前記少なくとも１つの離隔リブ（５６）の前記先端（５８）よりも、前記冷却システム（１２）の前記少なくとも１つのキャビティ（１８）を形成する前記内面（４４）の近くに配置されていることを特徴とする、請求項３記載のタービン翼（１０）。
前記少なくとも１つの離隔リブ（５６）は、前記冷却システム（１２）の前記少なくとも１つのキャビティ（１８）を形成する前記内面（４４）から、前記少なくとも１つのブラダ（１４）と接触するように延びる複数の離隔リブ（５６）を含むことを特徴とする、請求項３記載のタービン翼（１０）。
２つの隣接する前記離隔リブ（５６）の間の前記少なくとも１つのブラダ（１４）は、第１の離隔リブ（６６）の先端（５８）から、前記冷却システム（１２）の前記少なくとも１つのキャビティ（１８）を形成する前記内面（４４）に向かって、最も外側の箇所まで湾曲しており、前記冷却システム（１２）の前記少なくとも１つのキャビティ（１８）を形成する前記内面（４４）および前記最も外側の箇所から、第２の離隔リブ（７０）の先端（５８）まで湾曲していることを特徴とする、請求項６記載のタービン翼（１０）。
前記複数の離隔リブ（５６）のそれぞれの間に延びる前記少なくとも１つのブラダ（１４）は、第１の離隔リブ（６６）の先端（５８）から、前記冷却システム（１２）の前記少なくとも１つのキャビティ（１８）を形成する前記内面（４４）に向かって、最も外側の箇所まで湾曲しており、前記冷却システム（１２）の前記少なくとも１つのキャビティ（１８）を形成する前記内面（４４）および前記最も外側の箇所から、第２の離隔リブ（７０）の先端（５８）まで湾曲していることを特徴とする、請求項７記載のタービン翼（１０）。
前記複数の離隔リブ（５６）は、翼幅方向に延びかつ互いに翼弦方向にずらされた複数の蛇行した形状のリブ（５６）であることを特徴とする、請求項６記載のタービン翼（１０）。
前記複数の離隔リブ（５６）は、翼幅方向に延びる方向（７２）に対して非平行かつ非直交に配置されており、翼弦方向に延びる列（７４）に形成されていることを特徴とする、請求項６記載のタービン翼（１０）。
前記少なくとも１つのブラダ（１４）は、前記全体として細長い中空の翼（３０）の前記外壁（３２）を形成する材料とは異なる材料から形成されていることを特徴とする、請求項１記載のタービン翼（１０）。
前記少なくとも１つのブラダ（１４）は、前記全体として細長い中空の翼（３０）の前記外壁（３２）を形成する材料よりも高い可塑性を有する材料から形成されていることを特徴とする、請求項１１記載のタービン翼（１０）。
前記少なくとも１つのブラダ（１４）は、第１の厚さを有する第１のセクション（６０）と、該第１のセクション（６０）よりも大きな第２の厚さを有する第２のセクション（６２）とから形成されていることを特徴とする、請求項１記載のタービン翼（１０）。
前記少なくとも１つのブラダ（１４）は、第１のセクション（６０）および第２のセクション（６２）から形成されており、前記第１のセクション（６０）は、テーパした厚さを有する材料から形成されていることを特徴とする、請求項１記載のタービン翼（１０）。