JP2024020132A - プレナムを介してフィルム冷却孔に結合した前縁冷却通路を有するタービン翼形部並びに関連方法 - Google Patents

Abstract

【課題】翼形部前縁の冷却回路を提供する。【解決手段】翼形部の本体の壁内の冷却回路１８０は、ａ）前縁周辺で負圧側から正圧側に向かって正圧側壁内に画成された第１のプレナム１８６まで延在する１以上の第１の冷却通路２００と、第１のプレナムと流体連通し正圧側壁を貫通する複数の第１のフィルム冷却孔２１４とを含み、第１の冷却剤源２１０からの第１の冷却剤２２０が１以上の第１の冷却通路及び第１のプレナムを流れて複数の第１のフィルム冷却孔から出る冷却サブ回路１８２と、ｂ）前縁周辺で正圧側から負圧側に向かって負圧側壁内に画成された第２のプレナム１８８まで延在する１以上の第２の冷却通路２０２と、第２のプレナムと流体連通し負圧側壁を貫通する複数の第２のフィルム冷却孔２３４とを含み、第２の冷却剤源２３０からの第２の冷却剤２４０が１以上の第２の冷却通路及び第２のプレナムを流れて複数の第２のフィルム冷却孔から出る冷却サブ回路１８４との少なくとも一方を含む。【選択図】図５Ｃ

Description

本開示は、一般に、ターボ機械に関し、さらに具体的には、前縁の周辺の冷却剤をプレナム及び次いでフィルム冷却孔と連通させる前縁の冷却通路に関する。翼形部を含むタービンノズル並びに翼形部を冷却する関連方法も提供する。

タービン翼形部の前縁は、通例、翼形部の前縁の一群の外側に向けられた冷却孔で冷却される。冷却孔は、冷却通路を介して翼形部の本体内の冷却剤源に流体結合される。冷却孔の位置は、前縁の効果的な冷却に必要な冷却剤の量に影響する。改善された冷却剤供給システムによって冷却剤の量を削減できれば、ガスタービンの効率及び出力に好影響を与える。

以下に挙げるすべての態様、具体例及び特徴は、技術的に可能な方法で組合せることができる。

本開示の一態様は、正圧側、負圧側及び正圧側と負圧側の間に延在する前縁を画成する壁を含む本体と、本体の壁の内部の冷却回路とを備えるタービン翼形部であって、冷却回路が、ａ）本体の壁の内部で前縁周辺で負圧側から正圧側に向かって正圧側の壁内に画成された第１のプレナムまで延在する１以上の第１の冷却通路と、第１のプレナムと流体連通しかつ正圧側で壁を貫通する複数の第１のフィルム冷却孔とを含む負圧側乃至正圧側冷却サブ回路であって、第１の冷却剤源からの第１の冷却剤が１以上の第１の冷却通路及び第１のプレナムを流れて複数の第１のフィルム冷却孔を通って出る、負圧側乃至正圧側冷却サブ回路、及びｂ）本体の壁の内部で前縁周辺で正圧側から負圧側に向かって負圧側の壁内に画成された第２のプレナムまで延在する１以上の第２の冷却通路と、第２のプレナムと流体連通しかつ負圧側で壁を貫通する複数の第２のフィルム冷却孔とを含む正圧側乃至負圧側冷却サブ回路であって、第２の冷却剤源からの第２の冷却剤が１以上の第２の冷却通路及び第２のプレナムを流れて複数の第２のフィルム冷却孔を通って出る、正圧側乃至負圧側冷却サブ回路の少なくとも一方を含む、タービン翼形部を提供する。

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、冷却回路が正圧側乃至負圧側冷却サブ回路及び負圧側乃至正圧側冷却サブ回路の両方を含んでいる。

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、１以上の第１の冷却通路が複数の第１の冷却通路を含んでおり、１以上の第２の冷却通路が複数の第２の冷却通路を含んでおり、複数の第１の冷却通路が複数の第２の冷却通路と翼形部の前縁に沿って半径方向に交互に配置されている。

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、ａ）複数の第１のフィルム冷却孔が、１以上の第１の冷却通路よりも断面積の小さい部分を含んでいて、第１のプレナム及び１以上の第１の冷却通路に背圧を生じること、及びｂ）複数の第２のフィルム冷却孔が、１以上の第２の冷却通路よりも断面積の小さい部分を含んでいて、第２のプレナム及び１以上の第２の冷却通路に背圧を生じることの少なくとも一方を含んでいる。

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、１以上の第１の冷却通路及び１以上の第２の冷却通路が各々０．１ｍｍ^２以下の平均断面積を有する。

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、第１の冷却剤源及び第２の冷却剤源が、本体内で分離壁によって流体分離されている。

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、ａ）複数の第１のフィルム冷却孔の１以上は、本体内で１以上の第１の冷却通路とは異なる半径方向位置にあり、ｂ）複数の第２のフィルム冷却孔の１以上は、本体内で１以上の第２の冷却通路とは異なる半径方向位置にある。

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、ａ）複数の第１のフィルム冷却孔は、１以上の第１の冷却通路の数とは異なる数の冷却孔を含んでおり、ｂ）複数の第２のフィルム冷却孔は、１以上の第２の冷却通路の数とは異なる数の冷却孔を含んでいる。

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、第１のプレナム及び第２のプレナムの少なくとも一方は、一貫していない断面積を有する。

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、本体は、その半径方向内側端で半径方向内側プラットフォームに結合し、その半径方向外側端で半径方向外側プラットフォームに結合して、タービンノズルを形成している。

本開示の別の態様は、正圧側、負圧側及び正圧側と負圧側の間に延在する前縁を画成する壁を含む翼形部本体と、翼形部本体にその半径方向内側端で結合した半径方向内側プラットフォームと、翼形部本体にその半径方向外側端で結合した半径方向外側プラットフォームと、翼形部本体の壁の内部の冷却回路とを備えるタービンノズルであって、冷却回路が、ａ）本体の壁の内部で前縁周辺で負圧側から正圧側に向かって正圧側の壁内に画成された第１のプレナムまで延在する１以上の第１の冷却通路と、第１のプレナムと流体連通しかつ正圧側で壁を貫通する複数の第１のフィルム冷却孔とを含む負圧側乃至正圧側冷却サブ回路であって、第１の冷却剤源からの第１の冷却剤が１以上の第１の冷却通路及び第１のプレナムを流れて複数の第１のフィルム冷却孔を通って出る、負圧側乃至正圧側冷却サブ回路、及びｂ）本体の壁の内部で前縁周辺で正圧側から負圧側に向かって負圧側の壁内に画成された第２のプレナムまで延在する１以上の第２の冷却通路と、第２のプレナムと流体連通しかつ負圧側で壁を貫通する複数の第２のフィルム冷却孔とを含む正圧側乃至負圧側冷却サブ回路であって、第２の冷却剤源からの第２の冷却剤が１以上の第２の冷却通路及び第２のプレナムを流れて複数の第２のフィルム冷却孔を通って出る、正圧側乃至負圧側冷却サブ回路の少なくとも一方を含む、タービンノズルを提供する。

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、冷却回路が正圧側乃至負圧側冷却サブ回路及び負圧側乃至正圧側冷却サブ回路の両方を含んでおり、１以上の第１の冷却通路が複数の第１の冷却通路を含んでおり、１以上の第２の冷却通路が複数の第２の冷却通路を含んでおり、複数の第１の冷却通路が複数の第２の冷却通路と翼形部の前縁に沿って半径方向に交互に配置されている。

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、ａ）複数の第１のフィルム冷却孔が、１以上の第１の冷却通路よりも断面積の小さい部分を含んでいて、第１のプレナム及び１以上の第１の冷却通路に背圧を生じること、及びｂ）複数の第２のフィルム冷却孔が、１以上の第２の冷却通路よりも断面積の小さい部分を含んでいて、第２のプレナム及び１以上の第２の冷却通路に背圧を生じることの少なくとも一方を含んでいる。

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、第１の冷却剤源及び第２の冷却剤源が本体内で分離壁によって流体分離されている。

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、ａ）複数の第１のフィルム冷却孔の１以上は、翼形部本体内で１以上の第１の冷却通路とは異なる半径方向位置にあり、ｂ）複数の第２のフィルム冷却孔の１以上は、翼形部本体内で１以上の第２の冷却通路とは異なる半径方向位置にある。

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、ａ）複数の第１のフィルム冷却孔は、１以上の第１の冷却通路の数とは異なる数の冷却孔を含んでおり、ｂ）複数の第２のフィルム冷却孔は、１以上の第２の冷却通路の数とは異なる数の冷却孔を含んでいる。

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、第１のプレナム及び第２のプレナムの少なくとも一方は、一貫していない断面積を有する。

本開示の一態様は、タービン翼形部を冷却する方法を包含し、本方法は、正圧側、負圧側及び正圧側と負圧側の間に延在する前縁を画成する壁を含む本体を含むタービン翼形部において、ａ）１以上の第１の冷却通路の内部で、第１の冷却剤を負圧側の第１の冷却剤源から前縁を巡って第１のプレナムに、次いで正圧側の壁を通して複数の第１のフィルム冷却孔に流すこと、及びｂ）１以上の第２の冷却通路の内部で、第２の冷却剤を第２の冷却剤源から正圧側から前縁を巡って第２のプレナムに、次いで負圧側の壁を通って複数の第２のフィルム冷却孔に流すことの少なくとも一方を実施することを含む。

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、実施が、ａ）及びｂ）の両方を実施することを含んでおり、１以上の第１の冷却通路が複数の第１の冷却通路を含んでおり、１以上の第２の冷却通路が複数の第２の冷却通路を含んでおり、複数の第１の冷却通路が複数の第２の冷却通路と翼形部の前縁に沿って半径方向に交互に配置されている。

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、ａ）１以上の第１のフィルム冷却孔に１以上の第１の冷却通路よりも断面積の小さい部分を設けることによって、第１のプレナム及び１以上の第１の冷却通路、及びｂ）１以上の第２のフィルム冷却孔に１以上の第２の冷却通路よりも断面積の小さい部分を設けることによって、第２のプレナム及び１以上の第２の冷却通路、の少なくとも一方に背圧を生じさせることをさらに含んでいる。

この発明の概要の欄に記載した態様も含めて、本開示に記載した２以上の態様を組合せて、本明細書に具体的に記載されていない実施態様としてもよい。

１以上の実施態様の詳細を、添付の図面及び以下の説明に記載する。その他の特徴、目的及び利点は、発明の詳細な説明、図面並びに特許請求の範囲から明らかになろう。

本開示の上記その他の特徴については、本開示の様々な実施形態について記載する添付図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができよう。
ガスタービンシステムの形態の例示的なターボ機械の簡略化した断面図。 図１のガスタービンシステムで使用し得る例示的なタービンセクションの断面図。 本開示の実施形態を用いることができるタイプのタービン動翼の側方斜視図。 本開示の実施形態を用いることができるタイプのタービンノズルの側方斜視図。 本開示の実施形態を用いることができるタイプで第１の冷却サブ回路を含むタービンノズルの前方斜視図。 本開示の実施形態を用いることができるタイプで第２の冷却サブ回路を含むタービンノズルの前方斜視図。 本開示の実施形態を用いることができるタイプで第１及び第２の冷却サブ回路に両方を含むタービンノズルの前方斜視図。 本開示の実施形態に係る図５Ａ及び図５Ｃのタービン翼形部の第１の冷却通路を通るＡ－Ａ矢視断面図。 本開示の実施形態に係る図５Ｂ及び図５Ｃのタービン翼形部の第２の冷却通路を通るＢ－Ｂ矢視断面図。 本開示の他の実施形態に係る図５Ａ及び図５Ｃののタービン翼形部の第１の冷却通路を通るＡ－Ａ矢視断面図。 本開示の他の実施形態に係る図５Ｂ及び図５Ｃのタービン翼形部の第２の冷却通路を通るＢ－Ｂ矢視断面図。 本開示の他の実施形態に係る冷却通路、プレナム及びフィルム冷却孔の拡大概略断面図。 本開示の他の実施形態に係る図５Ａ及び図５Ｃのタービン翼形部の第１の冷却通路を通るＣ－Ｃ矢視断面図。 本開示の他の実施形態に係る、プレナムによってそれぞれ複数のフィルム冷却孔に結合した第１及び第２の冷却通路を含むタービン翼形部の概略正面図。 本開示の実施形態に係る、タービン翼形部の本体における例示的なフィルム冷却孔の側面図。 本開示の他の実施形態に係る図５Ａ及び図５Ｃののタービン翼形部の第１の冷却通路を通るＡ－Ａ矢視断面図。 本開示の他の実施形態に係る図５Ｂ及び図５Ｃのタービン翼形部の第２の冷却通路を通るＢ－Ｂ矢視断面図。 本開示の他の実施形態に係る、プレナムによってそれぞれ複数のフィルム冷却孔に結合した第１及び第２の冷却通路を含むタービン翼形部の概略正面図。 本開示の他の実施形態に係る、プレナムによって複数のフィルム冷却孔に結合した第１及び第２の冷却通路を含むタービン翼形部の概略正面図。 本開示の他の実施形態に係る、プレナムによって複数のフィルム冷却孔に結合した第１及び第２の冷却通路を含むタービン翼形部の概略正面図。

なお、本開示の図面は必ずしも縮尺通りではない。図面は、本開示の典型的な態様を例示するものにすぎず、本開示の技術的範囲を限定するものではない。図面において、同様の符号は複数の図面間で同様の構成要素を表す。

まず、本開示の主題を明確に説明するため、ターボ機械内の関連する機械部品について言及及び説明する際に、用語を選択する必要がある。できるだけ、当技術分野で一般的な用語を、その通常の意味と一致するように用いる。別途記載されていない限り、かかる用語は、本願の文脈及び添付の特許請求の範囲に則して広義に解釈すべきである。ある部品について幾つかの異なる又は重複する用語を用いて言及されることが多々あることは当業者には明らかであろう。本明細書において、単一の部材として記載したものであっても、別の文脈では複数の部品からなるものとして記載することもある。或いは、本明細書のある箇所で複数の部品を含むものとして記載したものであっても、別の箇所では単一の部材として記載することもある。

さらに、本明細書では幾つかの記述的用語を繰返し用いるが、本欄の冒頭でこれらの用語を定義しておくと有用であろう。これらの用語及びその定義は、別途明記しない限り、以下の通りである。本明細書で用いる「下流」及び「上流」という用語は、流体の流れ（例えばタービンエンジンを通る作動流体の流れ、或いは燃焼器を通る空気又はタービンの部品系の１つを通る冷却剤の流れなど）に関する方向を示す用語である。「下流」という用語は流体が流れていく方向に対応し、「上流」という用語は流れと反対の方向（すなわち、流れて来る方向）をいう。「前方」及び「後方」という用語は、それ以上は特定されない方向をいい、「前方」はエンジンの前方又は圧縮機端を示し、「後方」はターボ機械の後方セクションを示す。

中心軸に対して異なる半径方向位置に配置された部品について説明する必要が多々ある。「半径方向」という用語は、軸に垂直な運動又は位置をいう。例えば、第１の部品が第２の部品よりも軸に近い場合、本明細書では第１の部品は第２の部品の「半径方向内側」又は「中心軸近位側」と記載される。一方、第１の部品が第２の部品よりも軸から遠く位置する場合、本明細書では第１の部品は第２の部品の「半径方向外側」又は「中心軸遠位側」と記載される。「軸方向」という用語は、軸（例えばタービンの軸）に平行な運動又は位置をいう。最後に、「周方向」という用語は、軸を中心とした運動又は位置をいう。自明であろうが、かかる用語は、タービンの中心軸に対して適用される。

さらに、本明細書では、以下に記載する通り、幾つかの記述的用語を繰返し用いる。「第１の」、「第２の」及び「第３の」という用語は、ある部品を他の部品と区別するために互換的に用いられ、個々の部品の位置又は重要性を示すものではない。

本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、開示内容を限定するものではない。本明細書において、単数形で記載したものであっても、前後関係から別途明らかでない限り、複数の場合も含めて意味する。本明細書において、「備える」及び／又は「含む」という用語は、記載した特徴、整数、ステップ、操作、構成要素及び／又は部品が存在することを示し、他の１以上の特徴、整数、ステップ、操作、構成要素、部品及び／又はこれらの群の存在又は追加を除外するものではない。「任意」又は「適宜」という用語は、その用語に続いて記載された事象又は状況が起きても起きなくてもよいこと或いはその用語に続いて記載された部品又は構成要素が存在しても存在しなくてもよいことを意味しており、かかる記載はその事象又は状況が起こる場合と起こらない場合並びにその部品又は構成要素が存在する場合と存在しない場合とを包含する。

ある構成要素又は層が別の構成要素又は層「の上」、「に係合」、「に接続」又は「に結合」しているという場合、その別の構成要素又は層の上に直接位置していても、その別の構成要素又は層に直接係合、接続又は結合していてもよいし、或いは介在する構成要素又は層が存在していてもよい。対照的に、ある構成要素が別の構成要素又は層「の直接上」、「に直接係合」、「に直接接続」又は「に直接結合」しているという場合、介在する構成要素又は層は存在しない。構成要素間の関係について説明するために用いられる他の用語（例えば、「～の間」と「直接～の間」、「隣接」と「直接隣接」など）も同様に解釈される。本明細書で用いる「及び／又は」という用語は、記載されたものの１以上のあらゆるすべての組合せを包含する。

上述の通り、本開示は、正圧側、負圧側及び正圧側と負圧側の間に延在する前縁を画成する壁を含む本体を含むタービン翼形部を提供する。本体の壁の内部の冷却回路は、本体の壁の内部で前縁周辺で負圧側から正圧側に向かって正圧側の壁内に画成された第１のプレナムまで延在する１以上の第１の冷却通路を含む負圧側乃至正圧側（ＳＳ－ｔｏ－ＰＳ）冷却サブ回路を含むことができる。ＳＳ－ｔｏ－ＰＳ冷却サブ回路は、第１のプレナムと流体連通し、かつ正圧側で壁を貫通する複数の第１のフィルム冷却孔も含むことができる。第１の冷却剤源からの第１の冷却剤は第１の冷却通路を流れて第１のプレナムに入り、複数の第１のフィルム冷却孔を通って出る。

ＳＳ－ｔｏ－ＰＳ冷却サブ回路に代えて或いはそれに加えて、本体の壁の内部で前縁周辺で正圧側から負圧側に向かって負圧側の壁内に画成された第２のプレナムまで延在する１以上の第２の冷却通路を含む正圧側乃至負圧側（ＰＳ－ｔｏ－ＳＳ）冷却サブ回路を含むことができる。ＰＳ－ｔｏ－ＳＳ冷却サブ回路は、第２のプレナムと流体連通し、かつ負圧側で壁を貫通する複数の第２のフィルム冷却孔も含むことができる。第２の冷却剤源からの第２の冷却剤は１以上の第２の冷却通路を流れて第２のプレナムに入り、複数の第２のフィルム冷却孔を通って出る。翼形部を含むタービンノズル並びに翼形部を冷却するための関連方法も提供する。

冷却剤を（おそらくは両方向に）連通する冷却通路は、比較的長い冷却通路に沿って吸収する熱量が増すので、前縁の冷却に要する冷却剤の量を低減する。さらに、冷却通路は翼形部の前縁周辺に冷却剤を流すので、優れたフィルム被覆域をもたらして前縁からさらに下流側まで冷却を達成する成形フィルム冷却から冷却剤を排出することができる。プレナムは、冷却通路とフィルム冷却孔との流体結合をもたらして、前縁に開口ができたときの作動流体の取込みを防止する。

図１は、例示的な産業機械の概略図を示しており、そのタービン翼形部は、本本開示の教示内容に則した冷却回路を含むことができる。本例では、機械は燃焼又はガスタービンシステムの形態のターボ機械１００を含んでいる。ターボ機械１００は、圧縮機１０２及び燃焼器１０４を含む。燃焼器１０４は、燃焼領域１０６及び燃料ノズルアセンブリ１０８を含んでいる。ターボ機械１００は、タービン１１０（すなわち「膨張タービン」）及び共通の圧縮機／タービンシャフト１１２（ロータ１１２とも呼ばれる）も含んでいる。

一実施形態では、ターボ機械１００は、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社（米国サウスカロライナ州グリーンビル）から市販の７ＨＡ．０３エンジンである。本開示は、いかなる特定のＧＴシステムに限定されるものではなく、例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社の他のＨＡ、Ｆ、Ｂ、ＬＭ、ＧＴ、ＴＭ及びＥクラスエンジンモデル、並びに他社のエンジンモデルを含始めとする、他のエンジンに関しても実施し得る。本開示は、いかなる特定のタービン又はターボ機械に限定されるものではなく、例えば、蒸気タービン、ジェットエンジン、圧縮機、ターボファンなどにおけるタービン翼形部にも適用し得る。

運転中、圧縮機１０２を通って空気が流れ、燃焼器１０４に圧縮空気が供給される。具体的には、圧縮空気は、燃焼器１０４に内蔵された燃料ノズルアセンブリ１０８に供給される。アセンブリ１０８は燃焼領域１０６と流体連通している。燃料ノズルアセンブリ１０８は燃料源（図示せず）とも流体連通しており、燃料及び空気を燃焼領域１０６に導く。燃焼器１０４は燃料を点火して燃焼させ、燃焼生成物のガス流を生じさせる。燃焼器１０４はタービンアセンブリ１１０と流体連通しており、タービンアセンブリ１１０でガス流の熱エネルギーが機械的な回転エネルギーへと変換される。タービンアセンブリ１１０は、ロータ１１２に回転可能に結合してロータ１１２を駆動するタービン１１１を含んでいる。圧縮機１０２もロータ１１２に回転可能に結合している。例示的な実施形態では、複数の燃焼器１０４及び燃料ノズルアセンブリ１０８が存在する。

図２は、図１のガスタービンシステムで使用し得るターボ機械１００（図１）の例示的なタービンアセンブリ１１０の断面図を示す。タービンアセンブリ１１０のタービン１１１は、ターボ機械１００の静止ケーシング１２２に結合したノズル１２０の列又は段を含んでおり、軸方向にブレード１２４の列又は段に隣接している。ノズル１２６（静翼としても知られる）は、半径方向外側プラットフォーム１２８及び半径方向内側プラットフォーム１３０によってタービンアセンブリ１１０内に保持し得る。タービンアセンブリ１１０内のブレード１２４の各段は、ロータ１１２に結合してロータと共に回転する動翼１３２を含んでいる。動翼１３２は、ロータ１１２に結合した半径方向内側プラットフォーム１３４（動翼の根元）と、半径方向外側先端１３６（動翼の先端）とを含むことができる。シュラウド１３８は、ノズル１２６及び動翼１３２の隣接する段を分離し得る。例えばガスタービンにおける燃焼ガスを始めとする作動流体１４０は、高温ガス経路（以下、「ＨＧＰ」）と呼ばれるものに沿ってタービン１１１を通過する。ＨＧＰは、高温に暴露されるタービン１１１の任意の領域とすることができる。例えばタービン１１１において、ノズル１２６及び動翼１３２はすべて、本開示の教示内容による恩恵を受け得るタービン部品の具体例である。

図３～図４は、本開示の教示内容を使用し得る翼形部を含む例示的なタービン部品の側方斜視図を示す。

図３は、本開示の実施形態を用いることができるタイプのタービン動翼１３２の側方斜視図を示す。タービン動翼１３２は根元１４２を含んでおり、動翼１３２は根元１４２によってロータ１１２（図２）に取り付けられる。根元１４２は、ロータ１１２（図２）のロータホイール１４６（図２）の外周上の対応ダブテールスロットに装着されるように構成されたダブテール１４４を含むことができる。自明であろうが、翼形部１５２は、作動流体の流れを受け止めて、ロータホイール１４６を回転させる動翼１３２の能動部品である。

図から分かるように、動翼１３２の翼形部１５２は、正圧側１５４、負圧側１５６、正圧側１５４と負圧側１５６の間に延在する前縁１５８及び後縁１６０を画成する壁１５０を含む本体１４８を含む。さらに具体的には、正圧側１５４は凹面状の正圧側（ＰＳ）壁を含んでおり、負圧側１５６は、周方向又は横方向に反対側の凸面状の負圧側（ＳＳ）壁を含んでおり、軸方向に対向する前縁１５８と後縁１６０の間に延在している。側面１５４及び１５６も、プラットフォーム１３４から半径方向外側先端１３６まで半径方向に延在している。先端１３６は、現在公知の又は将来開発される任意の先端シュラウド（図示せず）を含んでいてもよい。本明細書でさらに具体的に説明する本開示の実施形態に係る通路２００，２０２をそれぞれ含むサブ回路１８２，１８４を含む冷却回路１８０は、例えば、動翼１３２の翼形部１５２内、さらに具体的には、その前縁１５８内で使用することができる。

図４は、本開示の実施形態を用いることができるタイプの静止ノズル１２６の側方斜視図を示す。静止ノズル１２６は半径方向外側プラットフォーム１２８を含んでおり、静止ノズル１２６は半径方向外側プラットフォーム１２８によってターボ機械の静止ケーシング１２２（図２）に取り付けられる。外側プラットフォーム１２８は、ケーシング内の対応マウントに取り付けるための現在公知の又は将来開発される任意の取付構成を含むことができる。静止ノズル１２６は、隣接タービン動翼１３２（図２）及び（翼形部）プラットフォーム１３４（図２）との間に配置される半径方向内側プラットフォーム１３０をさらに含むことができる。プラットフォーム１２８，１３０は、タービンアセンブリ１１０（図２）を通るＨＧＰ（図２）の中心軸遠位側及び中心軸近位側境界のそれぞれの部分を画成する。

自明であろうが、翼形部１６２は、作動流体の流れを受け止めて、その流れをタービン動翼１３２（図３）に向けて導く静止ノズル１２６の能動部品である。図から分かるように、静止ノズル１２６の翼形部１６２は、正圧側１６８、負圧側１７０、正圧側１６８と負圧側１７０の間に延在する前縁１７２及び後縁１７４を画成する壁１６６を含む本体１６４を含んでいる。さらに具体的には、正圧側１６８は凹面状の正圧側（ＰＳ）外壁を含んでおり、負圧側１７０は、周方向又は横方向に反対側の凸面状の負圧側（ＳＳ）外壁を含んでおり、軸方向に対向する前縁１７２と後縁１７４の間に延在している。正圧側１６８及び負圧側１７０も、プラットフォーム１２８からプラットフォーム１３０まで半径方向に延在している。翼形部１６２の本体１６４は、その半径方向内側端１７６で半径方向内側プラットフォーム１３０に結合し、かつその半径方向外側端１７８で半径方向外側のプラットフォーム１２８に結合して、タービンノズル１２６を形成する。本明細書でさらに具体的に説明する本開示の実施形態に係る通路２００，２０２をそれぞれ含むサブ回路１８２，１８４を含む冷却回路１８０は、例えば、静止ノズル１２６の翼形部１６２内、さらに具体的には、その前縁１７２内で使用することができる。

翼形部１５２，１６２の前縁１５８，１７２は、それぞれ、翼形部の最も前方の縁として同定され、各翼形部の正圧側と負圧側の間で湾曲がそこでピークとなる。

図５Ａ～図５Ｃは、タービン翼形部１６２及び様々な実施形態の冷却回路１８０を含むノズル１２６の例示的な翼形部の前方斜視図を示す。冷却回路１８０は、負圧側乃至正圧側冷却サブ回路１８２（図５Ａ及び図５Ｃ、以下「ＳＳ－ｔｏ－ＰＳサブ回路１８２」と略す）、正圧側乃至負圧側冷却サブ回路１８４（図５Ｂ及び図５Ｃ、以下「ＰＳ－ｔｏ－ＳＳサブ回路１８４」と略す）又はその両方（図５Ｃ）を含むことができる。図６は、図５Ａ及び図５Ｃのタービン翼形部１６２のＳＳ－ｔｏ－ＰＳサブ回路１８２及びその冷却通路２００を通るＡ－Ａ矢視断面図を示し、図７は、図５Ｂ及び図５Ｃのタービン翼形部１６２のＰＳ－ｔｏ－ＳＳサブ回路１８４及びその冷却通路２０２を通るＢ－Ｂ矢視断面図を示す。

図３～図７を参照すると、上述の通り、本開示の実施形態は、タービン動翼１３２（図２及び図３）又は静止ノズル１２６（図４～図５Ｃ）にそれぞれ用いられるようなタービン翼形部１５２（図３）又はタービン翼形部１６２（図４～図５Ｃ）を含むことができる。タービン翼形部１５２，１６２は、それらの部材に冷却剤を送ってそれらの部材を冷却するための冷却剤供給チャンバ１９０を含むことができる（例えば図６～図７参照）。翼形部１５２，１６２内の冷却剤供給チャンバ１９０は、本開示の実施形態に係る冷却サブ回路１８２，１８４及び冷却通路２００，２０２のための冷却剤源２１０，２３０（図６～図９）として使用し得る。

説明の便宜上、図６～図９の冷却サブ回路１８２，１８４及び冷却通路２００，２０２の断面図は、ノズル１２６の翼形部１６２に適した内部冷却剤供給チャンバ１９０と共に示してある。ただし、図６～図９の断面図には、動翼１３２の翼形部１５２に関する符号も含まれている。自明であろうが、動翼１３２の翼形部１５２のための冷却剤供給チャンバ１９０（図３）は、例えばそれらの個々の冷却要件に応じて、ノズル１２６（図４～図５Ｃ）について図示したものとは、例えば数、形状、位置及び／又は配置が異なっていてもよい。また、冷却剤供給チャンバ１９０（図６～図９）は、主に翼形部１５２，１６２内で半径方向に延在するものとして図示してあるが、それらは、翼形部１５２，１６２の本体１４８，１６４内で任意の方向に延在し得る。いずれにせよ、本開示の教示内容は、冷却サブ回路１８２，１８４及びそれに付随する冷却通路２００，２０２のための冷却剤源２１０，２３０として機能する任意の冷却剤供給チャンバ１９０を内部に有する任意のタービン翼形部１５２，１６２に適用し得る。

図３を参照すると、動翼１３２用のタービン翼形部１５２は、正圧側１５４、負圧側１５６及び正圧側１５４と負圧側１５６の間に延在する前縁１５８を画成する壁１５０を含む本体１４８を含んでいる。図４及び図５Ａ～図５Ｃに示すように、ノズル１２６用のタービン翼形部１６２は、正圧側１６８、負圧側１７０及び正圧側１６８と負圧側１７０の間に延在する前縁１７２を画成する壁１６６を含む翼形部本体１６４を含んでいる。

図５Ａ～図５Ｃの例示的なノズル実施形態に示すように、本体１６４の内壁１６６の冷却回路１８０は、ＳＳ－ｔｏ－ＰＳサブ回路１８２及びＰＳ－ｔｏ－ＳＳサブ回路１８４の少なくとも一方を含むことができる。図５Ａは、冷却通路２００を含むＳＳ－ｔｏ－ＰＳサブ回路１８２だけを含んでおり、図５Ｂは、冷却通路２０２を含むＰＳ－ｔｏ－ＳＳサブ回路１８４だけを含んでおり、図５Ｃは、本開示の実施形態に係る冷却通路２００，２０２をそれぞれ有するＳＳ－ｔｏ－ＰＳサブ回路１８２及びＰＳ－ｔｏ－ＳＳサブ回路１８４の両方を含んでいる。図５Ａ～図５Ｃに示したものと同じ選択肢及び配置を、タービン動翼１３２（図３）にも採用できる。

図５Ａ、図５Ｃ及び図６に示すように、タービン翼形部１５２，１６２は、本体１４８，１６４の壁１５０，１６６内部で負圧側１５６，１７０から前縁１５８，１７２周辺で正圧側１５４，１６８の壁１５０，１６６内に画成された第１のプレナム１８６まで延在する１以上の第１の冷却通路２００を含むＳＳ－ｔｏ－ＰＳサブ回路１８２を含むことができる。ＳＳ－ｔｏ－ＰＳサブ回路１８２は、第１のプレナム１８６と流体連通し、正圧側１５４，１６８の壁１５０，１６６を貫通する複数の第１のフィルム冷却孔２１４も含むことができる。第１のフィルム冷却孔２１４は、図６の所定の位置に示してあるが、「正圧側」１５４，１６８で壁１５０，１６６を貫通する第１のフィルム冷却孔２１４は、前縁１５８，１７２（よどみ線）の後方の正圧側１５４，１６８に沿った後縁１６０，１７４（図３及び図４）までの任意の位置にあってもよい。

壁１５０，１６６は断面図では単一構造として示してあるが、壁１５０，１６６は任意の数の層（例えば内層、中間層及び／又は外層）を含むことができる。通路２００，２０２は、壁１５０，１６６のどの層にあってもよい。第１の冷却剤源２１０は、翼形部１５２，１６２の前縁１５８，１７２内部の冷却剤供給チャンバ１９０Ａその他の冷却剤供給チャンバ１９０の一部とすることができる。いずれにせよ、第１の冷却剤源２１０からの第１の冷却剤２２０（矢印）は、第１の冷却通路２００及び第１のプレナム１８６を流れ、複数の第１のフィルム冷却孔２１４を通って出る。第１の冷却剤源２１０は、第１の冷却剤２２０を、前縁１５８，１７２に対して負圧側１５６，１７０から導き出すことができる。そこで、第１の冷却通路２００では、第１の冷却剤２２０は負圧側１５６，１７０から正圧側１５４，１６８にしか流れない。第１の冷却剤２２０は、空気のような、冷却剤供給チャンバ１９０Ａで用いられる任意の冷却剤とすることができる。第１の冷却通路２００は、その負圧側端部２２５近傍の第１の冷却剤源２１０（すなわち、前縁１５８，１７２の負圧側）と流体結合し得る。第１の冷却通路２００は湾曲しており、前縁１５８，１７２の輪郭に略従って前縁１５８，１７２の周りを通っているが、前縁の輪郭から若干ずれていてもよい。

ＳＳ－ｔｏ－ＰＳサブ回路１８２において、第１のプレナム１８６は、本体１４８，１６４内で半径方向に延在し、第１の冷却通路２００を複数の第１のフィルム冷却孔２１４とまとめて接続する。サブ回路１８２内の第１の冷却剤２２０の圧力は通例比較的高く、例えば翼形部１５２，１６２の表面上の作動流体１４０よりも高い。こうして、前縁１５８，１７２に沿ったどこかで偶発的に穴２２２（図６の点線）が開口して、第１の冷却通路２００の１以上が露出したとしても、第１の冷却剤２２０は穴２２２から出る。さらに、第１の冷却剤２２０の流れは、作動流体１４０の（例えば冷却通路２００及び／又は第１の冷却剤源２１０への）取込みを防ぐのに十分な圧力を有する。こうして、冷却剤が穴２２２に供給されたとしても、第１の冷却剤２２０は正圧側１５４，１６８に流れ続ける。すなわち、穴２２２の影響を受けない第１の冷却通路２００は、正圧側１５４，１６８に第１の冷却剤２２０を供給し続ける。

ただし、図１７及び図１８に示すように、作動流体１４０の取込みが懸念されるほど第１の冷却剤２２０の圧力が十分に低い場合、他の実施形態では、複数の第１のフィルム冷却孔２１４の１以上は、第１のプレナム１８６及び第１の冷却通路２００に背圧を生じさせるため、第１の冷却通路２００の各々よりも断面積の小さい１以上の部分２２３を含んでいてもよい。部分２２３は、その下流側よりもその上流側で高い圧力を生じさせるための、フィルム冷却孔２１４の断面積を減少させる任意の構造（例えば第１のプレナム１８６の下流の入口通路又は構造）を含んでいてもよい。こうして、第１の冷却剤２２０の圧力を高めて、前縁１５８，１７２に沿ったどこかで偶発的に穴２２２（図６の点線）が開口して、第１の冷却通路２００の１以上が露出したとしても、作動流体１４０が第１の冷却通路２００に取り込まれないようにすることができる。上述の通り、第１の冷却剤２２０は、穴２２２を通って出るが、冷却通路２００を通って正圧側１５４，１６８に流れ続ける。すなわち、第１の冷却剤２２０の流れは、例えば冷却通路２００及び／又は第１の冷却剤源２１０への作動流体１４０の取込みを防止するのに十分な背圧を有する。穴２２２の影響を受けない第１の冷却通路２００は、正圧側１５４，１６８に第１の冷却剤２２０を供給し続ける。図１７は、部分２２３を含む第１のフィルム冷却孔２１４だけを示す。

図５Ｂ、図５Ｃ及び図７に示すように、タービン翼形部１５２，１６２は、本体１４８，１６４の壁１５０，１６６内部で正圧側１５４，１６８から前縁１５８，１７２周辺で負圧側１５６，１７０の壁１５０，１６６内に画成された第２のプレナム１８８まで延在する１以上の第２の冷却通路２０２を含むＰＳ－ｔｏ－ＳＳサブ回路１８４を含むことができる。ＰＳ－ｔｏ－ＳＳサブ回路１８４は、第２のプレナム１８８と流体連通し、負圧側１５６，１７０の壁１５０，１６６を貫通する複数の第２のフィルム冷却孔２３４も含むことができる。第２のフィルム冷却孔２３４は、図７の所定の位置に示してあるが、「負圧側」１５６，１７０で壁１５０，１６６を貫通する第２のフィルム冷却孔２３４は、前縁１５８，１７２（よどみ線）の後方の負圧側１５６，１７０に沿った後縁１６０，１７４（図３及び図４）までの任意の位置にあったもよい。

第２の冷却剤源２３０は、翼形部１５２，１６２の前縁１５８，１７２内部の冷却剤供給チャンバ１９０Ａその他の冷却剤供給チャンバ１９０の一部とすることができる。いずれにせよ、第２の冷却剤源２３０からの第２の冷却剤２４０（矢印）は、第２の冷却通路２０２及び第２のプレナム１８８を流れ、複数の第２のフィルム冷却孔２３４を通って出る。第２の冷却剤源２３０は、第２の冷却剤２４０を、前縁１５８，１７２に対して正圧側１５４，１６８から導き出すことができる。そこで、第２の冷却通路２０２では、第２の冷却剤２４０は正圧側１５４，１６８から負圧側１５６，１７０にしか流れない。第２の冷却剤２４０は、空気のような、冷却剤供給チャンバ１９０Ａで用いられる任意の冷却剤とすることができる。第２の冷却通路２０２は、その正圧側端部２４６近傍の第２の冷却剤源２３０に流体結合し得る。第２の冷却通路２０２は湾曲しており、前縁１５８，１７２の輪郭に略従って前縁１５８，１７２の周りを通っているが、前縁の輪郭から若干すれていてもよい。

ＰＳ－ｔｏ－ＳＳサブ回路１８４において、第２のプレナム１８８は、本体１４８，１６４内で半径方向に延在し、第２の冷却通路２０２を複数の第２のフィルム冷却孔２３４とまとめて接続する。サブ回路１８４内の第２の冷却剤２４０の圧力は比較的低く、例えば翼形部１５２，１６２の表面上の作動流体１４０の圧力以下である。状況によって、前縁１５８，１７２に沿ったどこかで偶発的に穴２２４（図７の点線）が開口して、第２の冷却通路２０２の１以上が露出される場合、第２の冷却剤２４０の圧力は、作動流体１４０の取込みを防止するのに十分高くしてもよい。

ただし、作動流体１４０の取込みが懸念されるほど第２の冷却剤２４０の圧力が十分に低い場合、他の実施形態では、複数の第２のフィルム冷却孔２３４の１以上は、第２のプレナム１８８及び第２の冷却通路２０２に背圧を生じさせるため、第２の冷却通路２０２よりも断面積の小さい部分２２６を含んでいてもよい。部分２２６は、その下流側よりもその上流側で高い圧力を生じさせるための、フィルム冷却孔２３４の断面積を減少させる任意の構造（例えば第２のプレナム１８８の下流の入口通路又は構造）を含んでいてもよい。こうして、第２の冷却剤２４０の圧力を高めて、前縁１５８，１７２に沿ったどこかで偶発的に穴２２４（図７の点線）が開口して、第２の冷却通路２０２の１以上が露出したとしても、作動流体１４０が第２の冷却通路２０２に取り込まれないようにすることができる。そのような場合、第２の冷却剤２４０は、穴２２４を通って出るが、冷却通路２０２を通って正圧側１５４，１６８に流れ続ける。すなわち、第２の冷却剤２４０の流れは、例えば冷却通路２０２及び／又は第２の冷却剤源２３０への作動流体１４０の取込みを防止するのに十分な背圧を有する。穴２２４の影響を受けない第２の冷却通路２０２は、負圧側１５６，１７０に第２の冷却剤２４０を供給し続ける。図７は部分２２６を含む第２のフィルム冷却孔２３４だけを示しているが、図１８は、断面積の小さい部分２２３，２２６を有する第１のフィルム冷却孔２１４及び第２のフィルム冷却孔２３４の両方を示す。

図５Ｃに示すように、他の実施形態では、冷却回路１８０は、両方のサブ回路１８２，１８４を含むことができる。この実施形態では、第２の冷却通路２０２は、タービン翼形部１５２，１６２において第１の冷却通路２００から半径方向に離間して配置される、すなわち、それらは翼形部１５２，１６２の同じ半径方向の位置にはない。どのような間隔を用いてもよく、異なる冷却通路２００，２０２のあらゆる配置を用いることができる。図５Ｃに示す例では、第１の冷却通路２００は、第２の冷却通路２０２と翼形部１５２（及び１６２）の前縁１５８，１７２に沿って半径方向に交互に配置されている。

図３～図５Ｃに示すように、任意の数の冷却通路２００，２０２を翼形部１５２，１６２に使用し得る。すなわち、第１の冷却通路２００は１又は複数の第１の冷却通路２００を含んでいてもよく、第２の冷却通路２０２は１又は複数の第２の冷却通路２０２を含んでいてもよい。２以上の第１の冷却通路２００を使用する場合又は２以上の第２の冷却通路２０２を使用する場合、それらは、翼形部１５２，１６２の少なくとも一部に沿って半径方向に離間して配置してもよく、所望の冷却効果を達成するため様々なパターンで配置し得る。上述の通り、各冷却通路２００，２０２について２以上が設けられて、それらを一緒に使用する場合、それらは、翼形部１５２，１６２の少なくとも一部に沿って半径方向に離間してもよく、所望の冷却効果を達成するために様々なパターンで配置することができる。一例では、複数の第１の冷却通路２００は、翼形部１５２，１６２の前縁１５８，１７２に沿って半径方向に複数の第２の冷却通路２０２と交互に配置してもよい。冷却通路２００，２０２の他のパターン、例えば、限定されるものではないが、２以上の第１及び第２の冷却通路２００，２０２の群を交互に配置してもよい。

特定の実施形態では、第１の冷却通路２００及び第２の冷却通路２０２は、比較的断面的に小さいが長い通路である「マイクロチャネル」とみなすことができる。ある実施形態では、各冷却通路２００，２０２は、０．１ｍｍ^２以下の平均断面積を有し得る。他の平均断面積も可能である。

図６及び図７では、第１の冷却剤源２１０及び第２の冷却剤源２３０は、本体１４８，１６４内部の単一の冷却剤供給チャンバ１９０Ａである。上述の通り、１以上の冷却剤供給チャンバ１９０は、特定の翼形部の翼形部冷却要件に応じて様々な形態を取り得る。図８は、本開示の他の実施形態に係る図５Ａ及び図５Ｃのタービン翼形部１５２，１６２の冷却通路２００を通るＡ－Ａ矢視断面図を示す。図９は、本開示の他の実施形態に係る図５Ｂ及び図５Ｃのタービン翼形部１５２，１６２の冷却通路２０２を通るＢ－Ｂ矢視断面図を示す。これら他の実施形態では、２以上の冷却剤供給チャンバ１９０Ｂ，１９０Ｃは、内部分離壁２５０で分離されていてもよい。第１の冷却剤源２１０はそれ自身の冷却剤供給チャンバ１９０Ｂであってもよいし、第２の冷却剤源２３０はそれ自体の冷却剤供給チャンバ１９０Ｃとは異なる冷却剤供給チャンバ１９０Ｂであってもよい。この例では、第１の冷却剤源２１０は、前縁１５８，１７２に対して負圧側１５６，１７０だけに画成され、第２の冷却剤源２３０は、前縁１５８，１７２に対して正圧側１５４，１６８だけに画成される。冷却剤源２１０，２３０を供給する冷却剤供給チャンバ１９０は、図に示してはいないが、本開示の技術的範囲に属する多種多様な他の形態を取り得る。

図１０は、本開示の他の実施形態に係る冷却通路、プレナム及びフィルム冷却孔の拡大概略断面図を示す。冷却通路２００，２０２及び／又はフィルム冷却孔２１４，２３４の断面積は、熱伝達の調節及び／又は通路を通る圧力／流れの制御のため、それらの長さに沿って変化し得る。例えば、冷却通路２００，２０２及びフィルム冷却孔２１４，２３４（壁１５０，１６６内でのそれらの出口の上流側）は、異なる断面積を有し得る。ある非限定的な例では、冷却通路２００，２０２はそれらの長さに沿って直径Ｄ１を有し、フィルム冷却孔２１４，２３４は直径Ｄ２（壁１５０，１６６内でのそれらの出口の上流側）を有し、Ｄ１＞Ｄ２である。別の例では、１以上の冷却通路２００，２０２は、その一部（例えばプレナム１８６，１８８の上流側）に、流量制御のための調量領域をもたらすべく、小さな断面積（ネックダウン）を有する不連続部分２２８を含んでいてもよい。冷却通路２００，２０２の断面積についてはその他の変更も可能である。特に、前述の通り、背圧は、ａ）１以上の第１のフィルム冷却孔２１４に１以上の第１の冷却通路２００の各々よりも断面積の小さい部分２２３（例えば図１３、図１７及び図１８参照）を設けることによって、第１のプレナム１８６及び１以上の第１の冷却通路２００、及びｂ）１以上の第２のフィルム冷却孔２３４に１以上の第２の冷却通路２０２の各々よりも断面積の小さい部分２２６（例えば図１３参照）を設けることによって、第２のプレナム１８８及び１以上の第２の冷却通路２０２、の少なくとも一方に生じさせることができる。

図１１は、図５Ａ～図５ＣのＣ－Ｃ矢視断面図を示す。翼形部１５２，１６２の半径方向位置に冷却通路２００，２０２が設けられていない箇所では、従来の冷却システムを用いることができる。例えば、図１１に示すように、円形「シャワーヘッド」又は半径方向冷却通路２０４の配置を用いることができる。冷却通路２０４は、冷却通路２００，２０２と任意の配置（例えば交互、特定の通路群など）で用いることができる。

図５Ａ～図５Ｃでは、各フィルム冷却孔２１４，２３４は対応する冷却通路２００，２０２を含んでいる。ただし、この配置はすべての場合に必要とされるわけではない。図１２は、本開示の他の実施形態に係る冷却通路２００，２０２を含む翼形部１５２，１６２の概略正面図を示す。図１２において、第１のフィルム冷却孔２１４Ａ～Ｃ及び第２のフィルム冷却孔２３４Ａ～Ｃの１以上は、対応する第１の冷却通路２００及び第２の冷却通路２０２とは異なる数のフィルム冷却孔２１４又は２３４を含んでいる。すなわち、複数の第１のフィルム冷却孔２１４Ａ～Ｃは、第１の冷却通路２００の数とは異なる数の冷却孔２１４を含んでおり、複数の第２のフィルム冷却孔２３４Ａ～Ｃは、第２の冷却通路２０２の数とは異なる数の冷却孔２３４を含んでいる。どのような配置も本開示の技術的範囲に属する。

図に示す例では、複数の第１のフィルム冷却孔２１４Ａ～Ｃ（図示３個）に、各々の単一の第１の冷却通路２００から第１の冷却剤２２０を供給してもよい。例えば、第１のフィルム冷却孔２１４Ａ～Ｃは、第１の冷却通路２００に結合したプレナム１８６を共有する。他の非限定的な例では、２つの第１の冷却通路２００で、５つのフィルム冷却孔２１４に結合したプレナム１８６に供給してもよいし、或いは３つの第１の冷却通路２００で、２つのフィルム冷却孔２１４に結合したプレナム１８６に供給してもよい。同様に、複数の第２のフィルム冷却孔２３４Ａ～Ｃ（図には３つを示す）に、それぞれの第２の冷却通路２０２から第２の冷却剤２４０を供給してもよい。例えば、第２のフィルム冷却孔２３４Ａ～Ｃは、単一の第２の冷却通路２０２に結合したプレナム１８８を共有する。他の非限定的な例では、２つの第２の冷却通路２０２で、５つのフィルム冷却孔２３４に結合したプレナム１８８に供給してもよいし、或いは３つの第２の冷却通路２０２で、２つのフィルム冷却孔２３４に結合したプレナム１８８に供給してもよい。任意の数の冷却通路２００，２０２及びフィルム冷却孔２１４，２３４は、十分な冷却剤の流れ及び圧力が存在する限り、それぞれプレナム１８６，１８８を共有し得る。上述の通り、１以上の第２のフィルム冷却孔２３４は、プレナム１８８及び／又は第２の冷却通路２０２と比較して断面積の減少した部分２２６を含んでいてもよい。

図１２は、第１のフィルム冷却孔の１以上（例えば２１４Ａ，２１４Ｃ）が、第１の冷却通路２００の１以上とは本体１４８，１６４内の異なる半径方向位置にあってもよいことも示している。それに代えて或いは加えて、複数の第２のフィルム冷却孔の１以上（例えば２３４Ａ又は２３４Ｃ）は、第２の冷却通路２０２の１以上とは本体１４８，１６４内の異なる半径方向位置にあってもよい。様々な配置が可能である。

図１３は、翼形部１５２，１６２の本体１４８，１６４内での例示的なフィルム冷却孔２１４，２３４の側面図を示す。第１及び第２のフィルム冷却孔２１４，２３４は、現在公知の又は将来開発される任意の拡散開口の形態をとり得る。すなわち、フィルム冷却孔２１４，２３４は、単純な円形の「シャワーヘッド」孔ではなく、扇形又は発散開口を含んでおり、翼形部１５２，１６２の正圧側１５４，１６８及び負圧側１５６，１７０に沿って冷却膜を形成するのに役立つ。断面積の小さい部分２２６も図１３に示してある。冷却フィルムは、正圧及び負圧側に沿って翼形部１５２，１６２の外面を冷却するために後方に流れる。

図１４は、本開示の他の実施形態に係る図５Ａ及び図５Ｃの第１の冷却通路２００を通るＡ－Ａ矢視断面図を示し、図１５は、図５Ｂ及び図５Ｃの第２の冷却通路２０２を通るＢ－Ｂ矢視断面図を示す。これらの実施形態では、第１及び第２のフィルム冷却孔２１４，２３４は、それぞれ負圧側１５６，１７０又は正圧側１５４，１６８に垂直であり、断面は略円形であってもよい。これに関して、それらは「シャワーヘッド」孔であり、図１３のように側面で扇形又は発散孔ではない。いずれにせよ、冷却フィルムは正圧及び負圧側に沿って翼形部の外面を冷却するために後方に流れる。かかる実施形態では、第１及び第２のフィルム冷却孔２１４，２３４は、プレナム１８６，１８８の非存在下で、それぞれ第１及び第２の冷却通路２００，２０２に直接結合する。

図１６は、他の実施形態の概略部分断面図を示す。この実施形態では、第１のプレナム１８６及び第２のプレナム１８８の少なくとも一方は、一貫していない断面積を有し得る。図に示す非限定的な例では、両方のプレナム１８６，１８８は、中点からその外端までの断面積が小さくなるように収束する。プレナム１８６，１８８は、様々な因子がある中でも、特に、例えば所望の冷却剤流量、体積又は背圧を達成するため所望の方法で断面積を変化させてもよい。

図１７及び図１８は、他の実施形態の概略部分断面図を示す。図１７及び図１８は、冷却通路２００，２０２が対応する冷却孔２１４，２３４のいずれとも整列していないサブ回路１８２，１８４を示す。上述の通り、図７は、より小さい断面積部２２６を含む１以上の第２のフィルム冷却孔２３４単独を示し、図１７は、背圧を生じるために内部に小さい断面部２２３を含む第１のフィルム冷却孔２１４単独を示し、図１８は、部分２２３を含む第１のフィルム冷却孔２１４及び第２のフィルム冷却孔２３４の両方を示し、より小さな断面積を有する２２６。

本願で用いる冷却通路２００，２０２は、その中を通過する冷却剤２２０，２４０からの熱の伝達を増大させるため、現在公知の又は将来開発される任意のタービュレータその他の熱伝達促進手段（図示せず）を含んでいてもよい。

翼形部１５２，１６２は、鋳造又は積層造形などの任意の製造技術を用いて形成し得る。翼形部１５２，１６２を鋳造する場合、冷却通路２００，２０２は、湾曲した通路を形成するための現在公知の又は将来開発される任意の方法（例えば逐次穴あけ加工、放電加工など）によって形成し得る。

次に、本開示の実施形態に係るタービン翼形部、特にその前縁を冷却する方法について説明する。この方法は、正圧側１５４，１６８、負圧側１５６，１７０及び正圧側１５４，１６８と負圧側１５６，１７０の間に（略半径方向に）延在する前縁１５８，１７２を含む壁１５０，１６６を含む本体１４８，１６４を含むタービン翼形部１５２，１６２で行われる。この方法の実施形態は、第１の冷却通路２００の内部で、第１の冷却剤２２０を負圧側１５６，１７０の第１の冷却剤源２１０から前縁１５８，１７２を巡って第１のプレナム１８６に、次いで正圧側１５４，１６８の壁１５０，１６６を通して複数の第１のフィルム冷却孔２１４に流すことを含むことができる。それに代えて或いは加えて、この方法は、第２の冷却通路２０２の内部で、第２の冷却剤２４０を正圧側１５４，１６８の第２の冷却剤源２３０から前縁１５８，１７２を巡って第２のプレナム１８８に、次いで負圧側１５６，１７０の壁１５０，１６６を通して第２のフィルム冷却孔２３４に流すことを含むことができる。

前述の通り、複数の第１の冷却通路２００及び複数の第２の冷却通路２０２を一緒に設けてもよい。この場合、この方法は、第１の冷却水源２１０から第１の冷却剤２２０を第１の冷却通路２００の各々において負圧側１５６，１７０から正圧側１５４，１６８に流すことと、第２の冷却水源２３０から第２の冷却剤２４０を第２の冷却通路２０２の各々において正圧側１５４，１６８から負圧側１５６，１７０に流すことを含むことができる。複数の第１の冷却通路２００は、複数の第２の冷却通路２０２と例えば翼形部１５２，１６２の前縁１５８，１７２に沿って半径方向に交互に配置してもよい。前述の通り、他のパターンも可能である。

ある実施形態では、第１及び第２の冷却通路２００，２０２は各々０．１ｍｍ^２以下の平均断面積を有し得る。冷却通路２００，２０２の断面積は、熱伝達の調節及び／又は通路を通る圧力／流れの制御のため、それらの長さに沿って変化し得る。例えば、１以上の冷却通路２００，２０２及び／又はフィルム冷却孔２１４，２３４は、流量制御のための調量領域をもたらすべくに、孔２１４，２３４のそれぞれの出口の上流に、小さな断面積（ネックダウン）を含んでいてもよい。
特に、背圧は、ａ）１以上の第１のフィルム冷却孔２１４に１以上の第１の冷却通路２００の各々よりも断面積の小さい部分２２３（図１７及び図１８）を設けることによって、第１のプレナム１８６及び１以上の第１の冷却通路２００、及びｂ）１以上の第２のフィルム冷却孔２３４に１以上の第２の冷却通路２０２の各々よりも断面積の小さい部分２２６（例えば図７、図９、図１０、図１２、図１３及び図１８参照）を設けることによって、第２のプレナム１８８及び１以上の第２の冷却通路２０２、の少なくとも一方に生じさせることができる。前述の通り、第１の冷却剤源２１０及び第２の冷却剤源２３０は、本体１４８，１６４内部の単一の冷却剤供給チャンバ１９０Ａ（図６及び図７）であってもよいし、複数の冷却剤供給チャンバ１９０であってもよい。

本開示の実施形態は、タービン翼形部の前縁で、前縁を取り囲む比較的小さな冷却通路（例えば、０．１ｍｍ^２以下の平均断面積を有するマイクロチャネル）を提供する。冷却通路には冷却剤（翼形部内部から冷却空気など）が供給され、前縁の冷却通路を流れる。次いで、冷却剤はフィルム冷却孔から排出され、前縁の下流の翼形部をさらに冷却する。各冷却サブ回路並びに関連する冷却通路は、比較的長い冷却通路に沿って冷却剤が吸収する熱量が（シャワーヘッド開口と比較して）増すので、前縁の冷却に必要な冷却剤の量を低減し、ターボ機械の効率及び出力を高める。両方のサブ回路が設けられている場合、冷却剤が比較的長い冷却通路に沿って流れて吸収する熱量が増すので、冷却剤を反対方向に流す冷却通路は、前縁の冷却に必要な冷却剤の量をさらに減らすことができる。

さらに、冷却通路は翼形部の前縁の周りで冷却剤を流すので、円形「シャワーヘッド」冷却孔と比較して、優れたフィルム被覆域をもたらして前縁からさらに下流側まで冷却する成形フィルム冷却から冷却剤を排出することができる。フィルム冷却孔の数も減らすことができ、ボンドコーティング及び遮熱コーティングなどの翼形部のコーティングクリーンアップを簡素化できる。プレナムは、冷却通路とフィルム冷却孔の間に流体結合をもたらして、前縁に開口ができたときの作動流体の取込みを防止する。

本明細書及び特許請求の範囲で用いる近似表現は、数量の修飾語であって、その数量が関係する基本機能に変化をもたらさない許容範囲内で変動し得る数量を表すために適用される。したがって、「約」、「略」及び「実質的に」のような用語で修飾された値はその厳密な数値に限定されない。場合によっては、近似表現は、その値を測定する機器の精度に対応する。本明細書及び特許請求の範囲において、数値限定の範囲は互いに結合及び／又は交換可能であり、かかる範囲は、前後関係等から別途明らかでない限り、その範囲に含まれるあらゆる部分範囲を特定しかつ包含する。範囲の特定の値に用いられる「約」は、上下限に適用され、その値を測定する機器の精度に依存する場合を除いて、記載された数値の±１０％を示すことがある。

以下の特許請求の範囲において機能的記載によって特定された構成要素の対応する構造、材料、行為及び均等物は、特許請求の範囲に具体的に記載された他の構成要素と組合せて機能を発揮するあらゆる構造、材料又は行為を包含する。本開示の記載は、例示及び説明を目的としたものであり、網羅的なものでもなければ、開示された形態に限定するものでもない。本開示の技術的範囲及び技術的思想から逸脱せずに、数多くの修正及び変形が当業者には明らかであろう。本開示の実施形態は、本開示の原理及び実用的用途の説明として最も適しかつ当業者が様々な実施形態に関する開示内容及び特定の用途に適した様々な修正について理解できるように、選択して記載したものである。

１１２ ロータ
１２６ タービンノズル
１２８ 半径方向外側プラットフォーム
１３０ 半径方向内側プラットフォーム
１３２ タービン動翼
１３４ 半径方向内側プラットフォーム
１４０ 作動流体
１４２ 動翼の根元
１４６ ロータホイール
１４８，１６４ 翼形部の本体
１５０，１６６ 翼形部本体の壁
１５２，１６２ タービン翼形部
１５４，１６８ 正圧側
１５６，１７０ 負圧側
１５８，１７２ 前縁
１６０，１７４ 後縁
１８０ 冷却回路
１８２ 負圧側乃至正圧側冷却サブ回路
１８４ 正圧側乃至負圧側冷却サブ回路
１８６ 第１のプレナム
１８８ 第２のプレナム
２００ 第１の冷却通路
２０２ 第２の冷却通路
２１０ 第１の冷却剤源
２１４ 第１のフィルム冷却孔
２２０ 第１の冷却剤
２３０ 第２の冷却剤源
２３４ 第２のフィルム冷却孔
２４０ 第２の冷却剤
２５０ 分離壁

Claims (15)

1. タービン翼形部（１５２，１６２）であって、当該タービン翼形部（１５２，１６２）が、
   正圧側（１５４，１６８）、負圧側（１５６，１７０）及び正圧側（１５４，１６８）と負圧側（１５６，１７０）の間に延在する前縁（１５８，１７２）を画成する壁（１５０，１６６）を含む本体（１４８，１６４）と、
   前記本体（１４８，１６４）の壁（１５０，１６６）の内部の冷却回路（１８０）と
   を備えており、前記冷却回路（１８０）が、
   ａ）前記本体（１４８，１６４）の壁（１５０，１６６）の内部で前縁（１５８，１７２）周辺で負圧側（１５６，１７０）から正圧側（１５４，１６８）に向かって正圧側（１５４，１６８）の壁（１５０，１６６）内に画成された第１のプレナム（１８６）まで延在する１以上の第１の冷却通路（２００）と、第１のプレナム（１８６）と流体連通しかつ正圧側（１５４，１６８）で壁（１５０，１６６）を貫通する複数の第１のフィルム冷却孔（２１４）とを含む負圧側乃至正圧側冷却サブ回路（１８２）であって、第１の冷却剤源（２１０）からの第１の冷却剤（２２０）が１以上の第１の冷却通路（２００）及び第１のプレナム（１８６）を流れて複数の第１のフィルム冷却孔（２１４）を通って出る、負圧側乃至正圧側冷却サブ回路（１８２）、及び
   ｂ）前記本体（１４８，１６４）の壁（１５０，１６６）の内部で前縁（１５８，１７２）周辺で正圧側（１５４，１６８）から負圧側（１５６，１７０）に向かって負圧側（１５６，１７０）の壁（１５０，１６６）内に画成された第２のプレナム（１８８）まで延在する１以上の第２の冷却通路（２０２）と、第２のプレナム（１８８）と流体連通しかつ負圧側（１５６，１７０）で壁（１５０，１６６）を貫通する複数の第２のフィルム冷却孔（２３４）とを含む正圧側乃至負圧側冷却サブ回路（１８４）であって、第２の冷却剤源（２３０）からの第２の冷却剤（２４０）が１以上の第２の冷却通路（２０２）及び第２のプレナム（１８８）を流れて複数の第２のフィルム冷却孔（２３４）を通って出る、正圧側乃至負圧側冷却サブ回路（１８４）
   の少なくとも一方を含んでいる、タービン翼形部（１５２，１６２）。
2. 前記冷却回路（１８０）が正圧側乃至負圧側冷却サブ回路（１８４）及び負圧側乃至正圧側冷却サブ回路（１８２）の両方を含んでいる、請求項１に記載のタービン翼形部（１５２，１６２）。
3. １以上の第１の冷却通路（２００）が複数の第１の冷却通路（２００）を含んでおり、１以上の第２の冷却通路（２０２）が複数の第２の冷却通路（２０２）を含んでおり、複数の第１の冷却通路（２００）が複数の第２の冷却通路（２０２）と翼形部の前縁（１５８，１７２）に沿って半径方向に交互に配置されている、請求項２に記載のタービン翼形部（１５２，１６２）。
4. ａ）複数の第１のフィルム冷却孔（２１４）が、１以上の第１の冷却通路（２００）よりも断面積の小さい部分を含んでいて、第１のプレナム（１８６）及び１以上の第１の冷却通路（２００）に背圧を生じること、及び
   ｂ）複数の第２のフィルム冷却孔（２３４）が、１以上の第２の冷却通路（２０２）よりも断面積の小さい部分を含んでいて、第２のプレナム（１８８）及び１以上の第２の冷却通路（２０２）に背圧を生じること
   の少なくとも一方を含んでいる、請求項１に記載のタービン翼形部（１５２，１６２）。
5. １以上の第１の冷却通路（２００）及び１以上の第２の冷却通路（２０２）が各々０．１ｍｍ^２以下の平均断面積を有する、請求項１に記載のタービン翼形部（１５２，１６２）。
6. 第１の冷却剤源（２１０）及び第２の冷却剤源（２３０）が、本体（１４８，１６４）内で分離壁（２５０）によって流体分離されている、請求項１に記載のタービン翼形部（１５２，１６２）。
7. ａ）複数の第１のフィルム冷却孔（２１４）の少なくとも１つが、本体（１４８，１６４）内で１以上の第１の冷却通路（２００）とは異なる半径方向位置にあり、かつ
   ｂ）複数の第２のフィルム冷却孔（２３４）の少なくとも１つが、本体（１４８，１６４）内で１以上の第２の冷却通路（２０２）とは異なる半径方向位置にある、請求項１に記載のタービン翼形部（１５２，１６２）。
8. ａ）複数の第１のフィルム冷却孔（２１４）が、１以上の第１の冷却通路（２００）の数とは異なる数の冷却孔を含んでおり、
   ｂ）複数の第２のフィルム冷却孔（２３４）が、１以上の第２の冷却通路（２０２）の数とは異なる数の冷却孔を含んでいる、請求項１に記載のタービン翼形部（１５２，１６２）。
9. 第１のプレナム（１８６）及び第２のプレナム（１８８）の少なくとも一方が、一貫していない断面積を有する、請求項１に記載のタービン翼形部（１５２，１６２）。
10. 本体（１４８，１６４）が、その半径方向内側端（１７６）で半径方向内側プラットフォーム（１３０）に結合し、その半径方向外側端（１７８）で半径方向外側プラットフォーム（１２８）に結合して、タービンノズル（１２６）を形成している、請求項１に記載のタービン翼形部（１５２，１６２）。
11. タービンノズル（１２６）であって、当該タービンノズル（１２６）が、
    正圧側（１５４，１６８）、負圧側（１５６，１７０）及び正圧側（１５４，１６８）と負圧側（１５６，１７０）の間に延在する前縁（１５８，１７２）を画成する壁（１５０，１６６）を含む翼形部本体（１４８，１６４）と、
    翼形部本体（１４８，１６４）にその半径方向内側端（１７６）で結合した半径方向内側プラットフォーム（１３０）と、
    翼形部本体（１４８，１６４）にその半径方向外側端（１７８）で結合した半径方向外側プラットフォーム（１２８）と、
    翼形部本体（１４８，１６４）の壁（１５０，１６６）の内部の冷却回路（１８０）と
    を備えており、冷却回路（１８０）が、
    ａ）本体（１４８，１６４）の壁（１５０，１６６）の内部で前縁（１５８，１７２）周辺で負圧側（１５６，１７０）から正圧側（１５４，１６８）に向かって正圧側（１５４，１６８）の壁（１５０，１６６）内に画成された第１のプレナム（１８６）まで延在する１以上の第１の冷却通路（２００）と、第１のプレナム（１８６）と流体連通しかつ正圧側（１５４，１６８）で壁（１５０，１６６）を貫通する複数の第１のフィルム冷却孔（２１４）とを含む負圧側乃至正圧側冷却サブ回路（１８２）であって、第１の冷却剤源（２１０）からの第１の冷却剤（２２０）が１以上の第１の冷却通路（２００）及び第１のプレナム（１８６）を流れて複数の第１のフィルム冷却孔（２１４）を通って出る、負圧側乃至正圧側冷却サブ回路（１８２）、及び
    ｂ）本体（１４８，１６４）の壁（１５０，１６６）の内部で前縁（１５８，１７２）周辺で正圧側（１５４，１６８）から負圧側（１５６，１７０）に向かって負圧側（１５６，１７０）の壁（１５０，１６６）内に画成された第２のプレナム（１８８）まで延在する１以上の第２の冷却通路（２０２）と、第２のプレナム（１８８）と流体連通しかつ負圧側（１５６，１７０）で壁（１５０，１６６）を貫通する複数の第２のフィルム冷却孔（２３４）とを含む正圧側乃至負圧側冷却サブ回路（１８４）であって、第２の冷却剤源（２３０）からの第２の冷却剤（２４０）が１以上の第２の冷却通路（２０２）及び第２のプレナム（１８８）を流れて複数の第２のフィルム冷却孔（２３４）を通って出る、正圧側乃至負圧側冷却サブ回路（１８４）
    の少なくとも一方を含んでいる、タービンノズル（１２６）。
12. 冷却回路（１８０）が正圧側乃至負圧側冷却サブ回路（１８４）及び負圧側乃至正圧側冷却サブ回路（１８２）の両方を含んでおり、
    １以上の第１の冷却通路（２００）が複数の第１の冷却通路（２００）を含んでおり、
    １以上の第２の冷却通路（２０２）が複数の第２の冷却通路（２０２）を含んでおり、
    複数の第１の冷却通路（２００）が複数の第２の冷却通路（２０２）と翼形部の前縁（１５８，１７２）に沿って半径方向に交互に配置されている、請求項１１に記載のタービンノズル（１２６）。
13. ａ）複数の第１のフィルム冷却孔（２１４）が、１以上の第１の冷却通路（２００）よりも断面積の小さい部分を含んでいて、第１のプレナム（１８６）及び１以上の第１の冷却通路（２００）に背圧を生じること、及びｂ）複数の第２のフィルム冷却孔（２３４）が、１以上の第２の冷却通路（２０２）よりも断面積の小さい部分を含んでいて、第２のプレナム（１８８）及び１以上の第２の冷却通路（２０２）に背圧を生じることの少なくとも一方を含んでいる、請求項１１に記載のタービンノズル（１２６）。
14. 第１の冷却剤源（２１０）及び第２の冷却剤源（２３０）が本体（１４８，１６４）内で分離壁（２５０）によって流体分離されている、請求項１１に記載のタービンノズル（１２６）。
15. ａ）複数の第１のフィルム冷却孔（２１４）の１以上は、翼形部本体（１４８，１６４）内で１以上の第１の冷却通路（２００）とは異なる半径方向位置にあり、ｂ）複数の第２のフィルム冷却孔（２３４）の１以上は、翼形部本体（１４８，１６４）内で１以上の第２の冷却通路（２０２）とは異なる半径方向位置にある、請求項１１に記載のタービンノズル（１２６）。