JP2018529046A - 流れ押退け特徴を備える内部で冷却されるタービン翼 - Google Patents

Abstract

タービン翼（１０）は、略中空の翼ボディ（１２）の内部（１１）における一対の隣接する隔壁（２４）の間の空間を占める流れ押退け要素（２６）を有する。流れ押退け要素（２６）は、半径方向に長さ方向に延びる延在した本体（２８）と、本体（２８）を翼（１０）の正圧面（１６）および負圧面（１８）にそれぞれ接続する一対のコネクタリブ（３２，３４）とを有する。対称的に対向した流れ横断面の一対の隣接する半径方向流路（４３−４４，４５−４６）が、流れ押退け要素（２６）の翼弦方向で互いに反対の側に規定されている。半径方向流路（４３−４４，４５−４６）は、互いに反対の半径方向に冷却流体を導き、流れ押退け要素（２６）と、翼本体（１２）の半径方向端面（５２）との間で内部（１１）に画成された翼弦方向通路（５０ａ，５０ｃ）を介して直列に接続されており、蛇行した冷却経路（６０ａ，６０ｂ）を形成する。

Description

本発明は、一般にタービン翼に関し、より詳細には、翼を通って冷却流体を導くための内部冷却チャネルを有するタービン翼に関する。

ガスタービンエンジンなどのターボ機械では、空気は、圧縮機セクションにおいて加圧され、次いで、燃料と混合され、燃焼器セクションにおいて燃焼し、高温燃焼ガスを生成する。高温燃焼ガスは、エンジンのタービンセクション内で膨張し、タービンセクションにおいてエネルギが抽出され、これにより、圧縮機セクションに動力を与え、電気を発生するために発電機を回転させるなどの有効仕事を提供する。高温燃焼ガスは、タービンセクション内の一連のタービン段を通過する。タービン段は、固定翼、すなわちベーンの列と、それに続く、回転翼、すなわちタービンブレードの列とを有していてもよく、タービンブレードは、出力を提供するために高温燃焼ガスからエネルギを抽出する。翼、すなわちベーンおよびタービンブレードは高温燃焼ガスに直接的に曝されるので、翼には、典型的には、翼を通って圧縮機抽気などの冷却空気を導く内部冷却チャネルが設けられている。

１つのタイプの翼は、根元端部における半径方向内側プラットフォームから翼の半径方向外側部分まで延びており、互いに反対側の正圧面壁部および負圧面壁部を有する。正圧面壁部および負圧面壁部は、半径方向に沿って翼幅方向に延びており、翼の前縁から後縁まで軸方向に延びている。冷却チャネルは、翼内に正圧面壁部と負圧面壁部との間に延びており、翼を通って交互に半径方向に冷却流体を導いてもよい。冷却チャネルは、正圧面壁部および負圧面壁部から熱を除去し、これによって、これらの部分の過熱を回避する。

簡単に言えば、本発明の態様は、流れ押退け特徴を備える内部冷却チャネルを有するタービン翼を提供する。

本発明の実施の形態は、半径方向に沿って翼幅方向に延びる外壁によって形成された、略中空の翼ボディを有するタービン翼を提供する。外壁は、前縁および後縁において接続された、正圧面および負圧面を含む。正圧面と負圧面との間の略中央に延びる翼弦軸線が規定されている。

発明の第１の態様によれば、タービン翼は、正圧面と負圧面とを接続する、翼ボディの内部に配置された複数の半径方向に延びる隔壁を有する。隔壁は、翼弦軸線に沿って離間している。流れ押退け要素は、一対の隣接する隔壁の間の空間を占めるように配置されている。流れ押退け要素は、半径方向に沿って長さ方向に延びる細長い本体と、半径方向範囲に沿って本体を正圧面および負圧面にそれぞれ接続する複数のコネクタリブとを有する。対称的に対向した流れ横断面を有する、一対の隣接する半径方向流路が、流れ押退け要素の翼弦方向で互いに反対の側に画成されている。一対の隣接する半径方向流路は、互いに反対の半径方向に冷却流体を導き、流れ押退け要素と翼ボディの半径方向端面との間において内部に画成された翼弦方向流路を介して、直列に流体接続されており、蛇行した冷却経路を形成している。

本発明の第２の態様によれば、タービン翼は、翼ボディの内部に形成された１つまたは複数の蛇行した冷却経路を有し、各冷却経路は、対称的に反対向きのそれぞれのＣ字形の流れ横断面を有する、少なくとも一対の隣接する半径方向流路を有する。各半径方向流路は、負圧面に隣接した第１の壁近傍冷却経路と、正圧面に隣接した第２の壁近傍冷却経路と、半径方向範囲に沿って第１および第２の壁近傍冷却経路に接続された中央冷却チャネルとによって形成されている。隣接する半径方向流路の対は、冷却流体を半径方向で互いに反対方向に導き、中空の翼ボディの内部に画成された翼弦方向流路によって直列に流体接続されている。

本発明の第３の態様によれば、タービン翼は、翼ボディの内部に配置された複数の翼弦方向に離間された隔壁を有し、各隔壁は、半径方向に延びており、さらに、実質的に直線的な輪郭に沿って翼弦軸線を横切って延びており、正圧面と負圧面とを接続している。流れ押退け要素は、一対の隣接する隔壁の間の空間を占めるように配置されている。流れ押退け要素は、半径方向に沿って長さ方向に延びる細長い本体と、半径方向範囲に沿って本体を正圧面および負圧面にそれぞれ接続する複数のコネクタリブとを有する。一対の隣接する半径方向流路が、流れ押退け要素の翼弦方向で互いに反対の側に画成されている。各半径方向流路は、本体と、正圧面および負圧面のそれぞれとの間に形成された壁近傍冷却経路と、壁近傍冷却経路を接続する中央冷却チャネルとによって形成されており、中央冷却チャネルは、本体と、隣接する隔壁のそれぞれ１つとの間に画成されている。一対の隣接する半径方向流路は、互いに反対の半径方向に冷却流体を導き、流れ押退け要素と翼ボディの半径方向端面との間において内部に形成された翼弦方向流路を介して、直列に流体接続されており、蛇行した冷却経路を形成している。

本発明は、図面の助けを借りてさらに詳細に示されている。図面は好適な構成を示しており、本発明の範囲を限定しない。

１つの実施の形態によるタービン翼の一例の斜視図である。 本発明の態様を示す、図１の断面ＩＩ−ＩＩに沿ったタービン翼の断面図である。 １つの実施の形態による、翼を通る典型的な蛇行流れ機構を例示する流れ図である。

好適な実施の形態の以下の詳細な説明において、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、本発明を実施可能な特定の実施の形態が示されている。本発明の思想およ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。

本発明の態様は、内部で冷却されるタービン翼に関する。ガスタービンエンジンでは、タービン翼内の内部冷却経路に供給される冷却材は、しばしば、圧縮機セクションから逸らされた空気を含む。熱伝達率に基づいて高い冷却効率を達成することは、冷却のために圧縮機から逸らされる冷却材空気の体積を最小限にするために、重要な設計上の考慮事項である。多くのタービンブレードおよびベーンは、前縁と後縁とで接続された正圧面壁部と負圧面壁部とを有する二壁構造を有する。内部通路および冷却回路は、正圧面壁部と負圧面壁部とを直接線形形式で接続する内部隔壁またはリブを使用することによって形成されている。本願発明者らは、上記設計が低い熱応力レベルを提供するが、上記設計は、単純な前方または後方へ流れる蛇行形状の冷却経路と、比較的大きな断面流れ面積とに起因して、冷却材流の増大から生じる熱効率に制約を課すことがある。

本明細書に示す実施の形態は、エンジン作動中に受ける熱機械的負荷に耐えるための構造的一体性を妥協することなく、より高い熱効率を提供する内部冷却経路を備えるタービン翼を提供する。熱効率は、冷却材流量を減じることによって高めることができる。例示される実施の形態によれば、上記のことは、冷却材の半径方向流れの断面流れ面積を減らすために少なくとも１つの流れ押退け（flow displacement）要素を提供することによって達成され、これにより、対流熱伝達を増大させる。典型的な二壁タービン翼では、半径方向流路内の流れの大部分が、正圧面壁部と負圧面壁部との間の流れ断面の中央に偏ったままであり、ひいては、対流冷却のために十分に利用されない。本発明の実施の形態は、半径方向流路内の流れを高温の正圧面壁部および負圧面壁部に向かって押し退けるように機能する１つまたは複数の流れ押退け要素を提供する一方、流れ断面の狭まりの結果として目標壁速度をも増大させることを含む。

ここで図１を参照すると、１つの実施の形態によるタービン翼１０が示されている。例示されているように、翼１０は、ガスタービンエンジン用のタービンブレードである。しかしながら、本発明の態様は、加えて、ガスタービンエンジン内の固定ベーンに組み込むことができる点に留意すべきである。翼１０は、例えば軸流ガスタービンエンジンの高圧段において使用するように適応された、外壁１４から形成された全体として細長い中空の翼ボディ１２を有していてもよい。外壁１４は、タービンエンジンの半径方向に沿って翼幅方向に延びており、略凹面状の正圧面１６と、略凸面状の負圧面１８とを有する。正圧面１６および負圧面１８は、前縁２０および後縁２２で接続されている。図示のように、全体として細長い中空の翼ボディ１２は、プラットフォーム５８において根元部５６に接続されていてもよい。根元部５６は、タービン翼１０をタービンエンジンのディスク（図示せず）に接続してもよい。全体として細長い中空の翼ボディ１２は、半径方向で、半径方向外側の端面または翼先端５２と、プラットフォーム５８に接続された半径方向内側の端面５４とによって画成されている。他の実施の形態では、翼１０は、タービンエンジンのタービンセクションの内径に接続された半径方向内側の端面と、タービンエンジンのタービンセクションの外径に接続された半径方向外側の端面とを備える、固定のタービンベーンであってもよい。

図２を参照すると、正圧面１６と負圧面１８との間の略中央に延びる翼弦軸線３０が規定されている。図示のように、中空の細長い翼ボディ１２は、内部１１を有する。内部１１は、根元部５６を通る１つまたは複数の冷却流体供給通路（図示せず）を介して、圧縮機セクション（図示せず）から空気などの冷却流体を受け取ってもよい。翼弦方向に、すなわち、翼弦軸線３０に沿って離間した複数の隔壁２４が、内部１１に配置されている。隔壁２４は、半径方向に延びており、さらに、翼弦軸線３０を横切って延びており、半径方向キャビティまたは流路４１〜４７を画成するように、正圧面１６と負圧面１８とを接続している。冷却流体は、流路４１〜４７を通流し、前縁２０および後縁２２のそれぞれに沿って配置された排出口２７および２９を介して翼ボディ１２から出る。排出口２７は、前縁２０に沿ってフィルム冷却を提供する（図１参照）。図示されていないが、フィルム冷却オリフィスは、正圧面１６、負圧面１８、前縁２０および翼先端５２におけるあらゆるところを含む複数の位置に設けられてもよい。しかしながら、本発明の実施の形態は、少ない冷却材流を利用して改良された対流熱伝達を提供するが、これは、図１に示すように、前縁２０のみにフィルム冷却を限定することを可能にする。

例示された実施の形態によれば、１つまたは複数の流れ押退け要素２６が、翼ボディ１２の内部１１に設けられていてもよい。各流れ押退け要素２６は、一対の隣接する隔壁２４の間の空間を占め、半径方向に沿って長さ方向に延びる細長い本体２８を有する。例示された実施の形態では、各本体２８は、中空であり、それぞれの非活動キャビティＴ１，Ｔ２を内部に画成している。非活動キャビティは、非活動キャビティを通るいかなる流体流れも有していなくてもよい。例えば、各非活動キャビティＴ１，Ｔ２は、流体のいかなる活動流れも有さないデッドスペースであってもよいが、冷却流体の半径方向流れの流過横断面を減らし、さらに、冷却流体を正圧面１６および負圧面１８に向かって押し退けるように機能する。各非活動キャビティＴ１，Ｔ２は、半径方向に延びており、外壁１４から隔離されている。他の実施の形態（図示せず）では、１つまたは複数の本体２８は、いかなるキャビティも有さない中実体構造を有していてもよい。内部に非活動キャビティＴ１，Ｔ２を有する本体２８の略中空の構造は、中実体構造と比較して、減少した熱応力を提供してもよい。一対のコネクタリブ３２，３４はそれぞれ、半径方向範囲に沿って本体２８を正圧面１６および負圧面１８に接続している。好適な実施の形態では、流れ押退け要素２６は、インサートの場合のように製造後組立てを必要としないあらゆる製造技術を用いて翼ボディ１２と一体に製造されてもよい。１つの例では、流れ押退け要素２６は、例えばセラミック成形コアから、翼ボディ１２と一体に成形されてもよい。その他の製造技術は、例えば、３Ｄプリンティングなどの付加製造法を含んでもよい。これは、本発明の設計が、３Ｄで輪郭付けられたブレードおよびベーンを含む、精密に輪郭付けられた翼のために利用されることを可能にする。

本体２８は、翼弦軸線３０を横切って延びていてもよく、正圧面１６および負圧面１８から離間している。例示された実施の形態では、本体２８は、それぞれ正圧面１６および負圧面１８に面した、反対側の第１および第２の側壁８２，８４を有する。第１および第２の側壁８２，８４は、翼弦軸線３０に対して略垂直な方向で離間していてもよい。本体２８は、さらに、第１および第２の側壁８２，８４の間に延びていてもよくかつ翼弦軸線３０に沿って離間していてもよい、前方および後方の端壁８６，８８を有する。代替的な実施の形態では、本体２８は、例えば、三角形、円形、楕円形、長円形、多角形またはあらゆるその他の形状または外輪郭を有していてもよい。例示した実施の形態では、コネクタリブ３２，３４はそれぞれ、第１および第２の反対側の側壁８２，８４に接続されている。本体２８およびコネクタリブ３２，３４を含む各流れ押退け要素２６は、半径方向に延びており、半径方向端部のうちの一方は、間隙を形成するために、中空の翼ボディ１２の内部１１において、半径方向端面、この場合は翼先端５２に到達せずに終わっている。図示した例では、非活動キャビティＴ１，Ｔ２はそれぞれ、根元部５６に配置された第１の端部３６から、翼ボディ１２の内部１１に配置された第２の端部３８まで半径方向外方へ延びており、翼先端５２に到達せずに終わっている。これにより、翼ボディ１２の内部１１において、翼先端５２と、それぞれの非活動キャビティＴ１，Ｔ２との間に、間隙５１（図３参照）が形成されている。各非活動キャビティＴ１，Ｔ２の端部３６，３８のうちの少なくとも一方は、非活動キャビティＴ１，Ｔ２を通る流体流れが存在しないことを保証するために閉鎖されていてもよいし、キャップが取り付けられていてもよい。１つの実施の形態では、非活動キャビティＴ１，Ｔ２は、第２の端部３８で開放しながら、根元部５６における第１の端部３６で閉鎖されていてもよい。非活動キャビティＴ１，Ｔ２と、隣接する流路との間の差圧は、開放した第２の端部３８を通る冷却流体の進入を防止する。第２の端部３８を開放したままにしておくことは、流れ押退け要素２６の先端において内部応力を減らし、堅くするために有利であり得る。他の実施の形態では、非活動キャビティＴ１，Ｔ２は、第１の端部３６が閉鎖される一方、第２の端部３８にキャップが取り付けられていてもよいし、部分的にキャップが取り付けられていてもよい。

図２に示したように、翼弦軸線３０に沿って、各流れ押退け要素２６の反対側で、隣接する隔壁２４の間に一対の隣接する半径方向流路が形成されている。例えば、隣接する半径方向流路４３，４４の第１の対は、第１の流れ押退け要素２６の、翼弦方向で互いに反対の側に画成されているのに対し、隣接する半径方向流路４５，４６の第２の対は、第２の流れ押退け要素２６の、翼弦方向で互いに反対の側に画成されている。各半径方向流路４３〜４６は、正圧面１６に隣接した第１の壁近傍冷却経路７２と、負圧面１８に隣接した第２の壁近傍冷却経路７４と、第１および第２の壁近傍冷却経路７２，７４を接続する中央冷却チャネル７６と、によって形成されている。壁近傍冷却経路７２，７４を接続する中央冷却チャネル７６の提供は、特に、タービンブレードなどの回転する翼のために、減少した応力レベルを提供する。例示された実施の形態では、第１の壁近傍冷却経路７２は、正圧面１６と、本体２８の第１の側壁８２との間に画成されている。第２の壁近傍冷却経路７４は、負圧面１８と、本体２８の第２の側壁８４との間に画成されている。中央冷却チャネル７６は、本体２８のそれぞれの端壁８６，８８と、隣接する隔壁２４のそれぞれ１つとの間に画成されている。第１および第２の壁近傍冷却経路７２，７４ならびに中央冷却チャネル７６は、半径方向に沿って延びており、中央冷却チャネル７６は、半径方向範囲に沿って第１および第２の壁近傍冷却経路７２，７４に接続されている。

高温の外壁１４の有効な壁近傍冷却を提供するために、第１および第２の壁近傍冷却経路７２，７４のうちの１つまたは複数は、翼弦軸線３０に対して略平行な、延在した寸法を有していてもよい。すなわち、壁近傍冷却経路７２，７４のうちの１つまたは複数は、翼弦軸線３０に対して略垂直な幅寸法よりも大きな、翼弦軸線３０に対して略平行な長さ寸法を有していてもよい。さらに、中央冷却チャネル７６の１つまたは複数は、翼弦軸線３０に対して略垂直な延在した寸法を有していてもよい。すなわち、中央冷却チャネル７６の１つまたは複数は、翼弦軸線３０に対して略平行な幅寸法よりも大きな、翼弦軸線３０に対して略垂直な長さ寸法を有していてもよい。このために、本体２８は、第１および第２の互いに反対側の側壁８２および８４がそれぞれ正圧面１６および負圧面１８に対して略平行であるように成形されていてもよい。例示された実施の形態では、中央冷却チャネル７６は、第１および第２の壁近傍冷却経路７２および７４が翼弦軸線３０の互いに反対側に配置されるように、翼弦軸線３０を横切って横方向に延びている。例示された実施の形態は、冷却材流量が低い場合でさえも、より高いマッハ数を達成することを可能にする。

図示のように、各流路４３〜４６は、それぞれの壁近傍冷却経路７２，７４の対と、それぞれの中央冷却チャネル７６とによって画成されたＣ字形の流れ横断面を有する。さらに、図示のように、各流れ押退け要素２６の翼弦方向で互いに反対の側における一対の隣接する半径方向流路は、対称的に対向した流れ横断面を有する。図示の例では、半径方向流路４３，４４の第１の対はそれぞれ、対称的に対向した構成のＣ字形流れ横断面を有する。すなわち、半径方向流路４４の流れ横断面は、翼弦軸線３０に対して略垂直な鏡像軸線に関して、半径方向流路４３の流れ横断面の鏡像に対応する。同じ説明が、半径方向流路４５，４６の第２の対にも当てはまる。この文脈における「対称的に対向」という用語は、特に精密な輪郭の翼においてはしばしば達成することができない、流れ横断面の正確な寸法対称性に限定されることを意味するのではないことに留意すべきである。その代わり、「対称的に対向」という用語は、本明細書で用いられる場合、流れ横断面を形成する要素（すなわち、この例では壁近傍冷却経路７２，７４および中央冷却チャネル７６）の対称的に対向した相対的な幾何形状をいう。対称的に対向した流れ横断面を有する対の流路４３−４４，４５−４６は、冷却流体を互いに反対の半径方向へ導き、図３を参照して示すように、蛇行した冷却経路を形成するようにそれぞれの翼弦方向流路５０ａ，５０ｃを介して流体接続されている。翼弦方向流路５０ａ，５０ｃは、流れ押退け要素２６と、半径方向端面、この場合は翼先端５２との間の中空の翼ボディ１２の内部１１に画成されていてもよい。図３に示す例では、各翼弦方向流路５０ａ，５０ｃは、翼弦軸線３０に対して略平行に延びており、翼先端５２とそれぞれの非活動キャビティＴ１，Ｔ２との間の間隙５１によって画成されている。

ここで図３を参照すると、本発明の態様を有する一例としての冷却方式が示されている。例示された冷却方式は、２つの独立した、互いに反対向きに方向付けられた蛇行する冷却経路、すなわち、第１の蛇行した冷却経路６０ａと、第２の蛇行した冷却経路６０ｂとを有する。第１の蛇行した冷却経路６０ａは、タービン翼１０の根元部５６に配置されてよいそれぞれの冷却流体供給部から冷却流体を受け取る半径方向流路４４で始まる。次いで、冷却流体は、半径方向流路４４，４３および４２を通って、交互に半径方向に流れる。半径方向流路４４，４３および４２は、それぞれの翼弦方向流路５０ａ，５０ｂを介して直列に接続されており、これにより、翼弦軸線３０に沿って後方から前方への方向に沿って延びる蛇行した経路６０ａを形成している。冷却材流体は、半径方向流路４２から、インピンジメント開口２３を介して半径方向キャビティ４１に進入し、次いで、外壁における排出口２７を介して高温ガス通路内へ排出される。排出口２７は、集合的に、タービン翼１０の前縁２０を冷却するためのシャワーヘッドを形成している。第２の蛇行した冷却経路６０ｂは、タービン翼１０の根元部５６に配置されてよいそれぞれの冷却流体供給部から冷却流体を受け取る半径方向流路４５で始まる。次いで、冷却流体は、半径方向流路４５，４６および４７を通って、交互に半径方向に流れる。半径方向流路４５，４６および４７は、それぞれの翼弦方向流路５０ｃ，５０ｄを介して直列に接続されており、これにより、翼弦軸線３０に沿って前方から後方への方向に沿って延びる蛇行した経路６０ｂを形成している。半径方向キャビティ４７は、後縁２２に沿って配置された排出口２９を介して高温ガス通路内へ排出される前に、例えば、タービュレータまたはピンフィンまたはそれらの組合せを含む、当業者に知られているような後縁冷却特徴４９（図２）を有していてもよい。

中空の翼ボディ１２の内部１１における間隙５１は、隣接する半径方向流路４３−４４または４５−４６の対の対称的に対向した流れ横断面と共同で、それぞれの蛇行した冷却経路６０ａ，６０ｂにおいて、上流の半径方向流路４４または４５からそれぞれの下流の半径方向流路４３または４６へ翼弦方向通路５０ａ，５０ｃ内で均一な流れ方向転換を保証する。間隙５１は、比較的高温の正圧面壁部１６および負圧面壁部１８に対する熱膨張率の差に起因する流れ押退け要素２６が受ける機械的応力も減じ、さらに、翼ボディ１２の半径方向端面５２の対流シェルフ冷却を提供する。翼弦方向流路５０ｂおよび５０ｄは、例えば、中空の翼ボディ１２の内部１１において、またはプラットフォーム５８に配置されていてもよい。成形中の製造支持のために、非活動キャビティＴ１，Ｔ２は、コアタイを介して、隣接する活動的半径方向流路に連結されてもよい。その結果、それぞれの非活動キャビティＴ１，Ｔ２をそれぞれの隣接する半径方向流路４３，４６に接続する複数のクロスオーバ孔２５が、各本体２８を貫通して形成されていてもよい。非活動キャビティＴ１，Ｔ２を形成するために３Ｄプリンティングなどのその他の製造技術が利用されるかまたは本体２８がキャビティを備えない中実であるその他の実施の形態では、クロスオーバ孔２５は省略されてもよい。

再び図２を参照すると、例示した実施の形態では、各隔壁２４は、直線的なリブである。直線的なリブは、直線的な輪郭に沿って翼弦軸線３０を横切って延びており、正圧面１６と負圧面１８とを接続している。非活動キャビティＴ１およびＴ２の間に隔壁２４を提供することは、各半径方向流路４３〜４６がＣ字形の流れ横断面を有することを保証する。隣接する流路４３−４４および４５−４６のそれぞれの第１および第２の対は、対称的に対向した流れ横断面を有する各流れ押退け要素２６の互いに反対の側に画成されている。非活動キャビティＴ１，Ｔ２の間の隔壁２４が存在しないと、隣接する半径方向流路内で、異なる形状の（すなわち、対称的に対向していない）流れ横断面が生じる。例えば、図示した実施の形態では、非活動キャビティＴ１およびＴ２の間の隔壁２４が存在しないと、蛇行した冷却経路内で、Ｃ字形流れ横断面からＩ字形流れ横断面への移行が生じる。これは、移行の下流の半径方向流路内で不均一な流れを生じ得る。

例示された実施の形態では、隔壁２４によって分離された２つの非活動キャビティＴ１，Ｔ２を備える構成を提供する。本発明の態様は、例示された実施の形態に限定されず、１つまたは複数の流れ押退け要素２６を備える翼に適用可能であってもよく、各流れ押退け要素２６は、それぞれの非活動キャビティＴ１，Ｔ２．．．を画成する本体２８を有する。例えば、１つの実施の形態では、複数の（例えば、３つ以上の）流れ押退け要素２６が、翼内部１１に配置されてもよく、これにより、非活動キャビティＴ１，Ｔ２．．．を有する本体２８は、翼弦軸線３０に沿って隔壁２４と交互に位置し、本明細書に説明された本発明の概念に従って１つまたは複数の蛇行した冷却経路を画成する。いかなるキャビティも備えない中実の本体２８を有する流れ押退け要素２６を備える同様の配列が設計されてもよい。

本発明によって提供される対流熱伝達は、当業者に公知の付加的な特徴によってさらに容易にすることができる。例えば、タービュレータリブなどのタービュレータ特徴が、蛇行した冷却経路の半径方向流路において高温の外壁１４の内面に形成されていてもよい。例えば、タービュレータリブは、蛇行した冷却経路の上流端部における過冷却を防止するように構成することができる。特に、下流方向により多数のタービュレータを提供しかつより大きなタービュレータリブを提供することなどによって、冷却経路に沿ってタービュレータリブの数およびサイズを変化させて、冷却空気が温まるときに、冷却経路の下流方向においてタービュレータリブの熱伝達効果を高めることができ、これにより、加熱された冷却空気が、下流方向で外壁から十分な量の熱を除去することが可能になる。加えて、特にＣ字形半径方向流路に、流れガイドが提供されてもよい。流れガイドは、これらの流路における流れ分配を最適化しかつ壁部熱伝達を目標付ける。さらに、リフレッシャフィードが、蛇行した冷却経路に設けられてもよい。さらに、局所的冷却のための蛇行した冷却経路に沿った様々な位置にフィルム冷却が設けられてもよい。

本発明の態様を含む代替的な実施の形態が考えられてもよい。例えば、上述の実施の形態とは対照的に、非活動キャビティＴ１，Ｔ２を備える本体２８は、翼先端５２から半径方向内方へ延びていてもよく、翼ボディ１２の半径方向内側端面５４に到達せずに終わっている。この場合、一対の対称的に対向したＣ字形の半径方向流路は、非活動キャビティＴ１，Ｔ２と、半径方向内側端面５４との間に画成された翼弦方向流路によって流体接続されていてもよい。さらに別の実施の形態では、一方の非活動キャビティＴ１は翼先端５２に到達せずに終わっているのに対し、他方の非活動キャビティＴ２は、半径方向内側端面５４に到達せずに終わっており、それらの間にそれぞれの翼弦方向通路を画成するように、非活動キャビティＴ１およびＴ２が半径方向に互い違いになっていてもよい。このような場合における典型的な冷却方式は、１つの蛇行した冷却経路を含んでもよく、この冷却経路は、前方から後方または後方から前方のいずれかへ延びていてもよく、全ての半径方向流路４３〜４６は、直列に流体接続されていてもよい。いかなるキャビティも備えない中実の本体２８を有する流れ押退け要素２６を備える同様の方式が設計されてもよい。

特定の実施の形態を詳細に説明してきたが、全体的な開示内容を考慮して、これらの詳細に対する様々な変更および代用を開発することができることを当業者は認識するであろう。したがって、開示された特定の配列は、例示的でしかなく、本発明の範囲を制限するものではないことを意味しており、添付の請求項およびそのあらゆる全ての均等物の全範囲が与えられるべきである。

Claims (20)

1. タービン翼（１０）であって、
   半径方向に沿って翼幅方向に延びる外壁（１４）によって形成された略中空の翼ボディ（１２）であって、前記外壁（１４）は、前縁（２０）および後縁（２２）で接続された正圧面（１６）および負圧面（１８）を有し、前記正圧面（１６）と前記負圧面（１８）との間の略中央に延びる翼弦軸線（３０）が規定されている、略中空の翼ボディ（１２）と、
   前記翼ボディ（１２）の内部（１１）に配置されかつ前記正圧面（１６）と前記負圧面（１８）とを接続する、前記翼弦軸線（３０）に沿って離間した、複数の半径方向に延びる隔壁（２４）と、
   一対の隣接する前記隔壁（２４）の間の空間を占めるように配置され、半径方向に沿って長さ方向に延びる細長い本体（２８）と、半径方向範囲に沿って前記本体（２８）を前記正圧面（１６）および前記負圧面（１８）にそれぞれ接続する一対のコネクタリブ（３２，３４）とを有する流れ押退け要素（２６）であって、対称的に対向した流れ横断面を有する一対の隣接する半径方向流路（４３−４４，４５−４６）が、前記流れ押退け要素（２６）の翼弦方向で互いに反対の側に画成されている、流れ押退け要素（２６）と、
   を備え、
   前記一対の隣接する半径方向流路（４３−４４，４５−４６）は、冷却流体を互いに反対の半径方向へ導き、前記流れ押退け要素（２６）と前記翼ボディ（１２）の半径方向端面（５２）との間で前記内部（１１）に画成された翼弦方向流路（５０ａ，５０ｂ）を介して直列に流体接続されており、蛇行した冷却経路（６０ａ，６０ｂ）を形成する、
   タービン翼（１０）。
2. 前記本体（２８）は、中空であり、前記外壁（１４）から隔離されかつ半径方向に第１の端部（３６）から第２の端部（３８）まで延びる非活動キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）を画成しており、前記翼弦方向流路（５０ａ，５０ｃ）を形成する間隙（５１）を画成するように、前記第２の端部（３８）で前記翼ボディ（１２）の前記半径方向端面（５２）に到達せずに終わっている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
3. 前記非活動キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）は、前記第１の端部（３６）で閉鎖されている、請求項２記載のタービン翼（１０）。
4. 前記半径方向端面は、半径方向外側の翼先端（５２）を有し、前記非活動キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）の前記第１の端部（３６）は、前記タービン翼（１０）の根元部（５６）に配置されている、請求項２記載のタービン翼（１０）。
5. 各半径方向流路（４３−４４，４５−４６）は、前記本体（２８）と、前記正圧面（１６）および前記負圧面（１８）のそれぞれとの間に画成された壁近傍冷却経路（７２，７４）と、該壁近傍冷却経路（７２，７４）を接続する中央冷却チャネル（７６）とによって形成されており、該中央冷却チャネル（７６）は、前記本体（２８）と、前記隣接する隔壁（２４）のそれぞれ１つとの間に画成されている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
6. 前記各半径方向流路（４３−４４，４５−４６）は、それぞれの前記壁近傍冷却経路（７２，７４）とそれぞれの前記中央冷却チャネル（７６）とによって画成されたＣ字形の流れ横断面を有する、請求項５記載のタービン翼（１０）。
7. 前記壁近傍冷却経路（７２，７４）は、前記翼弦軸線（３０）の互いに反対の側に配置されている、請求項５記載のタービン翼（１０）。
8. 前記壁近傍冷却経路（７２，７４）のうちの１つまたは複数は、前記翼弦軸線（３０）に対して略平行な延在した寸法を有し、前記中央冷却チャネル（７６）は、前記翼弦軸線（３０）に対して略垂直な延在した寸法を有する、請求項５記載のタービン翼（１０）。
9. 前記本体（２８）は、
   前記正圧面（１６）および前記負圧面（１８）にそれぞれ面した、互いに反対側の第１の側壁（８２）および第２の側壁（８４）と、
   前記第１の側壁（８２）と前記第２の側壁（８４）との間に延びる前方端壁（８６）および後方端壁（８８）と、を有し、
   前記蛇行した冷却経路（６０ａ，６０ｂ）内の流れは、前記端壁（８６，８８）を順次に通過する、請求項１記載のタービン翼（１０）。
10. 互いに反対側の前記第１の側壁（８２）および前記第２の側壁（８４）は、それぞれ前記正圧面（１６）および前記負圧面（１８）に対して略平行である、請求項９記載のタービン翼（１０）。
11. 前記流れ押退け要素（２６）は、前記翼ボディ（１２）と一体に製造されている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
12. 前記隣接する隔壁（２４）のそれぞれは、実質的に直線的な輪郭に沿って、前記翼弦軸線（３０）を横切って延びており、前記正圧面（１６）と前記負圧面（１８）とを接続している、請求項１記載の翼（１０）。
13. それぞれがそれぞれの本体（２８）を有する複数の流れ押退け要素（２６）を備え、該流れ押退け要素（２６）は、前記本体（２８）が前記翼弦軸線（３０）に沿って前記隔壁（２４）と交互に位置するように配置されている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
14. 第１の流れ押退け要素（２６）の翼弦方向で互いに反対の側における、隣接する半径方向流路（４３，４４）の第１の対は、前記翼弦軸線（３０）に沿って、後方から前方への蛇行した冷却経路（６０ａ）を形成しており、前記第２の流れ押退け要素（２６）の翼弦方向で互いに反対の側における、隣接する半径方向流路（４５，４６）の第２の対は、前記翼弦軸線（３０）に沿って、前方から後方への蛇行した冷却経路（６０ｂ）を形成している、請求項１３記載のタービン翼（１０）。
15. タービン翼（１０）であって、
    半径方向に沿って翼幅方向に延びる外壁（１４）によって形成された、略中空の翼ボディ（１２）を備え、前記外壁は、前縁（２０）および後縁（２２）で接続された正圧面（１６）および負圧面（１８）を有し、前記正圧面（１６）と前記負圧面（１８）との間の略中央に延びる翼弦軸線（３０）が規定されており、
    １つまたは複数の蛇行した冷却経路（６０ａ，６０ｂ）が、前記翼ボディ（１２）の内部（１１）に形成されており、前記１つまたは複数の蛇行した冷却経路（６０ａ，６０ｂ）のそれぞれは、対称的に対向した向きのそれぞれのＣ字形の流れ横断面を有する少なくとも一対の隣接する半径方向流路（４３−４４，４５−４６）を有し、
    前記各半径方向流路（４３−４４，４５−４６）は、前記正圧面（１６）に隣接した第１の壁近傍冷却経路（７２）と、前記負圧面（１８）に隣接した第２の壁近傍冷却経路（７４）と、半径方向範囲に沿って前記第１の壁近傍冷却経路（７２）および前記第２の壁近傍冷却経路（７４）に接続された中央冷却チャネル（７６）とによって形成されており、
    前記隣接する半径方向流路（４３−４４，４５−４６）の対は、冷却流体を半径方向で互いに反対方向に導き、前記中空の翼ボディ（１２）の前記内部（１１）に画成された翼弦方向流路（５０ａ，５０ｃ）によって直列に流体接続されている、
    タービン翼（１０）。
16. 前記隣接する半径方向流路（４３−４４，４５−４６）の対は、非活動キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）の翼弦方向で互いに反対の側に形成されており、前記非活動キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）は、前記外壁（１４）から隔離されておりかつ半径方向端部（３６，３８）の間に半径方向に延びており、該半径方向端部（３８）のうちの一方は、間隙（５１）を画成するように、前記内部（１１）において、前記翼ボディ（１２）の半径方向端面（５２）に到達せずに終わっており、前記間隙（５１）は、前記対の前記半径方向流路（４３−４４，４５−４６）を接続する翼弦方向通路（５０，５０ｃ）を形成している、請求項１５記載のタービン翼（１０）。
17. 前記中央冷却チャネル（７６）は、前記翼弦軸線（３０）を横切って延びている、請求項１５記載のタービン翼（１０）。
18. 前記１つまたは複数の蛇行した冷却経路（６０ａ，６０ｂ）は、それぞれ前記翼弦軸線（３０）に沿って後方から前方への方向および前方から後方への方向に沿って延びる、第１および第２の蛇行した冷却経路（６０ａ，６０ｂ）を含む、請求項１５記載のタービン翼（１０）。
19. タービン翼（１０）であって、
    半径方向に沿って翼幅方向に延びる外壁（１４）によって形成され、翼先端（５２）によって半径方向外側端部に画成された、略中空の翼ボディ（１２）であって、前記外壁（１４）は、前縁（２０）および後縁（２２）で接続された正圧面（１６）および負圧面（１８）を有し、前記正圧面（１６）と前記負圧面（１８）との間の略中央に延びる翼弦軸線（３０）が規定されている、略中空の翼ボディ（１２）と、
    前記翼ボディ（１２）の内部（１１）に配置され、それぞれが半径方向に延びており、さらに、実質的に直線的な輪郭に沿って前記翼弦軸線（３０）を横切って延びており、前記正圧面（１６）と前記負圧面（１８）とを接続している、複数の翼弦方向に離間した隔壁（２４）と、
    一対の隣接する隔壁（２４）の間の空間を占めるように配置され、半径方向に長さ方向に延びる延在した本体（２８）と、半径方向範囲に沿って前記本体（２８）を前記正圧面（１６）および前記負圧面（１８）にそれぞれ接続する一対のコネクタリブ（３２，３４）とを有する、流れ押退け要素（２６）と、を備え、
    前記流れ押退け要素（２６）の翼弦方向で互いに反対の側に、一対の隣接する半径方向流路（４３−４４，４５−４６）が形成されており、
    各半径方向流路（４３〜４６）は、前記本体（２８）と、前記正圧面（１６）および前記負圧面（１８）のそれぞれとの間に画成された壁近傍冷却経路（７２，７４）と、該壁近傍冷却経路（７２，７４）を接続する中央冷却チャネル（７６）とによって形成されており、該中央冷却チャネル（７６）は、前記本体（２８）と、前記隣接する隔壁（２４）のそれぞれ１つとの間に画成されており、
    前記隣接する半径方向流路（４３−４４，４５−４６）の対は、冷却流体を互いに反対の半径方向に導き、前記流れ押退け要素（２６）と前記翼先端（５２）との間で前記内部（１１）に画成された翼弦方向流路（５０ａ，５０ｂ）を介して直列に流体接続されており、蛇行した冷却経路（６０ａ，６０ｂ）を形成する、
    タービン翼（１０）。
20. 前記本体（２８）は、中空であり、前記外壁（１４）から隔離されかつ半径方向に第１の端部（３６）から第２の端部（３８）まで延びる非活動キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）を画成しており、前記翼弦方向流路（５０ａ，５０ｃ）を形成する間隙（５１）を画成するように、前記第２の端部（３８）で前記翼ボディ（１２）の前記半径方向端面（５２）に到達せずに終わっている、請求項１９記載のタービン翼（１０）。

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