JP4856417B2 - タービン壁 - Google Patents

Description

本発明は、総括的にはガスタービンエンジン壁に関し、より具体的には、ガスタービンエンジン内における冷却に関する。

一般的なガスタービンエンジンは、空気を加圧する多段圧縮機を含み、加圧された空気は次ぎに、燃焼器内で燃料と混合されて高温の燃焼ガスを発生する。多数のタービン段においてこのガスからエネルギーを取り出して圧縮機に動力を供給し、また航空機ターボファン用途の場合にはファンに動力を供給し或いは船舶及び産業用途の場合には出力シャフトに動力を供給することによって有用な仕事を行う。

高温燃焼ガスは、エンジンの様々な構成部品に沿って流れ、これら構成部品は次に、一般的には圧縮機から抽気した加圧空気の一部分を使用して冷却される。例えば、燃焼ガスは、一般的に半径方向外側及び内側環状燃焼ライナによって形成された燃焼器内で生成される。ライナには一般的に、それを貫通したフィルム冷却孔が設けられ、このフィルム冷却孔を通して圧縮機の加圧ブリード空気を流してフィルム冷却孔の出口から下流に冷却空気の断熱フィルムを形成するようにする。

燃焼器はまた、燃焼器の上流ドーム内に、対応する燃料噴射器を囲む空気スワーラと、バッフルと、スプラッシュプレートとを含み、また構成部品の冷却のために付加的パターンのフィルム冷却孔がこの領域内に設けられる。

高温燃焼ガスは先ず、ステータノズルベーンの列を含む高圧タービンノズル内に吐出される。ベーンは中空であり、その側壁内にベーン翼形部の外面上にフィルム冷却空気を吐出するためのフィルム冷却孔を備える。

第１段タービンはまた、支持ロータディスクから半径方向外向きに延びるタービンロータブレードの列を含む。各ブレードは、その側壁を貫通してその外面をフィルム冷却するようになった様々な列のフィルム冷却孔を有する中空のタービン翼形部を含む。

タービンブレードを囲むのは、周囲のケーシングにより懸垂されたタービンシュラウドである。一般的に、タービンシュラウドはまた、それを貫通して、ブレード先端を囲むその半径方向内面をフィルム冷却するようになったフィルム冷却孔を含む。

フィルム冷却孔はまた、一般的なガスタービンエンジンの他の構成部品においても見られ、高温燃焼ガスとの境界になるその外側面上にフィルム冷却空気ブランケットを形成するのを促進するような様々なパターンで配置される。フィルム冷却孔は一般的に、横方向に間隔を置いて配置されて燃焼ガスによる局所的熱負荷に適応する必要性に応じてフィルム冷却空気を分布するようになった直線の列の形態で配置される。

フィルム冷却孔の構成、数量及びパターンは、構成部品ごとにまた個々の構成部品の外側面にわたって変化する予測熱負荷に合わせて特別に調整される。その主要な目的は、燃焼プロセスで使用されず、従ってエンジン効率を低下させることになる、圧縮機から抽気されるフィルム冷却空気の量を最少にすることである。

しかしながら、フィルム冷却孔の性能は、その特定の幾何学形状と、フィルム冷却孔の外側面及び内側面間の差圧又は圧力比を含む、特定の構成部品における局所的状態と、外側面上の燃焼ガスの速度及び圧力分布とによって影響を受ける。

一般的なフィルム冷却孔は、管状又は円筒形であり、例えばレーザ穿孔加工によって製作される。フィルム冷却孔は、構成部品壁を傾斜して貫通しており、壁の内側面上に入口を有しかつ壁の外側面上に出口を有する。従って、各傾斜したフィルム冷却孔は、構成部品壁両側の対応する駆動差圧の下でかつ孔出口を通る対応する吐出速度で局所的な冷却空気噴流を吐出する。

構成部品壁の両側に作用する差圧のブローレシオは、吐出フィルム冷却空気噴流が望ましくない外側面からの剥離すなわちブローオフを生じる傾向に影響を与える。一般的なフィルム冷却孔は、約３０度の浅い傾斜角度を有して、吐出フィルム冷却空気が外側面に付着した状態を維持しかつ燃焼ガス流の主方向に対応する後方方向に外側面に沿って下流方向に延びるフィルムを形成することを確実なものする。

各フィルム冷却孔の列は、隣接する孔の中心線間に特定のピッチ間隔を有し、冷却空気の別々の噴流が共通の列から下流方向に横方向に広がって構成部品壁に沿って横方向と後方との両方向に連続した冷却空気のフィルムを形成するのを促進するようになる。

フィルム冷却空気はフィルム冷却孔出口から後方に流れるので、その冷却効果は、フィルム冷却孔出口上を流れる燃焼ガスと混合し始めると減少する。従って、一般的に、付加的なフィルム冷却孔の列を使用しかつ下流方向において横方向に間隔を置いて配置して、前述のフィルム冷却孔の列からのフィルム冷却空気を再強化しかつ構成部品の外側面上に有効なフィルム冷却空気形成範囲を確保して構成部品を高温燃焼ガスから断熱するようにする。

フィルム冷却孔の別の形態は、当技術分野では様々な形状を有する拡散形の孔である。拡散孔では、その出口部分は、上流入口から下流後方方向に発散しすなわち流れ面積が増大して出口部分からの吐出速度を低下させるようにする。例示的な拡散孔は、好適な小さい拡散角度で発散した側縁と孔の入口部分の基準傾斜角度よりも浅い傾斜角度で構成部品外側面に滑らかに連続する内側ランド部とを備えた台形出口を有する。

このようにして、一般的な拡散孔は、吐出冷却空気噴流を横方向に広げかつフィルム冷却性能を局所的に高めるのに有効である。

発散拡散形フィルム冷却孔の複雑性を考慮して、これらの孔は一般的に、拡散孔の所望の形状と一致する特別に構成したＥＤＭ電極を必要とする放電加工（ＥＤＭ）法によって製作される。ＥＤＭ穿孔加工は、円筒形フィルム冷却孔の一般的なレーザ穿孔加工よりも実質上多くの費用がかかり、一般的に個々の構成部品に見られる多数のフィルム冷却孔の点から見て製作コストが大幅に上昇する。

タービンロータブレード又はノズルベーンなどの一般的なタービン構成部品は、それらの異なる領域に様々な円筒形フィルム冷却孔及び成形拡散孔の列を使用して、運転時に異なる熱負荷を受けるブレードの局所的領域におけるフィルム冷却性能を最大になるようにすることができる。円筒形フィルム冷却孔の列及び拡散孔の列は、対応するピッチ間隔を有しかつ孔の列から横方向及び下流後方方向の両方向に異なる性能及び有効度を有する。どちらの構成でも、孔の有効な形成範囲及び密度は、対応して異なり、それに応じてフィルム冷却空気性能とこれらの孔の様々な複雑さによる製造コストとに影響する。
４６０１６３８号、０７−１９８６発行、発明者 Ｈｉｌｌ ｅｔ ａｌ ４６５３９８３号、０３−１９８７発行、発明者 Ｖｅｈｒ ４６７６７１９号、０６−１９８７発行、発明者 Ａｕｘｉｅｒ ｅｔ ａｌ ４６８４３２３号、０８−１９８７発行、発明者 Ｆｉｅｌｄ ４７６２４６４号、０８−１９８８発行、発明者 Ｖｅｒｔｚ ｅｔ ａｌ ５６６０５２５号、０９−１９８７発行、発明者 Ｌｅｅ ｅｔ ａｌ ６３５４７９７号、０３−２００２発行、発明者Ｈｅｙｗａｒｄ ｅｔ ａｌ

従って、ガスタービンエンジン構成部品用の改良型フィルム冷却装置を提供することが望ましい。

タービン壁は、共通の列の形態で配置された複数の第１及び第２のフィルム冷却孔を含む。これら孔は、多数の形状を有しかつ列の形態で交互になって、これら孔によって全体としてフィルム冷却性能が得られる。

好ましくかつ例示的な実施形態により、添付図面と関連してなされた以下の詳細な記載において、本発明をその更なる目的及び利点と共により具体的に説明する。

タービンロータブレード１０の形態でのガスタービンエンジンの例示的な構成部品を図１に示す。ブレードは、その根元でプラットフォーム１４に対して一体形に接合された翼形部１２を含み、プラットフォームは次ぎに、支持用軸方向挿入式ダブテール１６に対して接合され、ダブテール１６は、ブレードを従来通りの方法でタービンロータディスク（図示せず）の周辺部に取付ける。

さらに図２に示すように、翼形部は中空であり、薄い側壁１８によって境界付けられ、この側壁は、前縁２０と対向する後縁２２との間で翼弦にわたって軸方向下流方向に延びる、翼形部のほぼ凹面形の正圧側面と翼形部のほぼ凸面形の負圧側面とを形成する。

翼形部は、あらゆる従来型の構成を有することができる内部冷却回路２４を含み、内部冷却回路２４は一般的に、典型的には従来から公知の多経路蛇行回路を含む１つ又はそれ以上の専用の回路内で翼形部の２つの側面を橋絡する半径方向の仕切壁によって分離された半径方向に延びる流路を含む。

運転中、燃焼ガス２６は、燃焼器（図示せず）内で発生し、翼形部１２の外面上を下流方向に流れる。加圧冷却空気２８は、圧縮機（図示せず）から抽気され、ブレードダブテール１６を半径方向に貫通する入口開口を通して好適に流れて内部冷却回路２４に送り込まれる。

図１に示すブレードの内部冷却回路は、所望に応じて前縁と後縁との間の翼形部の様々な部分を冷却するように構成することができ、一般的には、翼形部の正圧及び負圧側面を貫通して内部冷却回路２４から冷却空気２８を吐出するようになった様々な従来型のフィルム冷却孔３０の半径方向列を含む。また、翼形部の薄い後縁２２は一般的に、何らかの従来型の構成になった正圧側面後縁冷却孔３２の列によって冷却される。

図１及び図２に示す例示的な実施形態では、フィルム冷却孔３０は、従来から公知のシャワーヘッド及びギルホール構成として翼形部の前縁領域周りの様々な列の形態で配置される。このようにして、特別に形成したフィルム冷却孔は、翼形部の正圧及び負圧側面における前縁の異なる部分に対して局所的な冷却を与え、異なる圧力及び速度分布で翼形部の正圧及び負圧側面上を流れる燃焼ガスによる異なる熱負荷に適応する。

例示的なフィルム冷却孔３０は一般的に、前縁周りの翼形部の変化する外形に対して様々な傾斜角度で翼形部側壁を傾斜して貫通して前縁のフィルム冷却を行うようになった円筒形又は管状の孔である。

図１及び図２はまた、翼形部の正圧側面に沿った例示的な位置における改良型構成のフィルム冷却孔を示しているが、これらの孔は、翼形部又はフィルム冷却を必要とする他のタービンエンジン構成部品において望まれるところにはどこにでも設置することができる。より具体的には、翼形部の側壁つまり単に壁１８は、比較的薄くかつ内部冷却回路２４の境界となっており、また共通の列の横方向に交互する多形フィルム冷却孔３４、３６を含み、これらの冷却孔３４、３６は、内部冷却回路２４と流れ連通して最初に翼形部を内部冷却するのに使用した加圧冷却空気２８を受けるように壁を長手方向に貫通している。

第１のフィルム冷却孔３４は、燃焼ガスの下流方向の方向にほぼ垂直な列の形態で翼形部の半径方向スパンに沿って同一直線上に配置される。また、第２のフィルム冷却孔３６もまた、第１の孔３４と共通の列の形態で翼形部のスパンに沿って同一直線上に配置され、かつ第１の孔のそれぞれの１つと横方向に交互する。

図３は、翼形部を貫通する共通の列すなわち半径方向縦列の多形孔３４、３６をより詳細に示す。多形孔３４、３６は、翼形部スパンに沿って延びる単一すなわち共通の長手方向の列の形態でこれら孔の冷却性能を補完し合うように、互いに異なったものとして特別に構成される。第１の孔３４は、管状又は円筒形であり、側壁１８を貫通して真直ぐ延びる。第２の孔３６は、第１の孔とは異なる形状を有しており、あらゆる従来型の形状を有することができる発散拡散形フィルム冷却孔の形態とするのが好ましい。

図４及び図５は、第１及び第２の孔３４、３６の異なる形状を断面で示し、これらの孔はその内部すなわち内側面３８とその外部すなわち外側面４０との間で共通の側壁１８を貫通する。図４に示す管状の第１の孔３４は、例えば約３０度の浅い傾斜角度Ａで壁１８を傾斜して貫通しているのが好ましい。拡散形の第２の孔３６は、円筒形の第１の孔３４とは形状が異なっており、対応する傾斜角度Ｂで同様に壁１８を傾斜して貫通しているのが好ましい。

図４に示す第１の孔３４の各々は、壁の内側面３８における開口の形態になった対応する第１の入口４２と、翼形部の外側面４０における開口の形態になった長手方向に対向する第１の出口４４とを含む。

図５に示す第２の孔３６の各々は、内側面３８における開口の形態になった対応する第２の入口４６と、外側面４０における開口の形態になったより大きい第２の出口４８とを含む。

図３〜図５に示す第１及び第２の孔３４、３６は各々、あらゆる従来型の形状を有することができるが、性能を高める場合にはそれら孔を組合せた列の形態とする。例えば、円筒形の第１の孔３４は、側壁１８を傾斜して貫通しており、その傾斜角度のために、対向する内側及び外側面上に卵形すなわち楕円形の第１の入口４２及び出口４４を形成する。

第２の孔３６は、前方部分において側壁を貫通する円筒形の第２の入口４６を有することができ、孔３６は、後方部分において側壁を貫通して外側面上のほぼ台形の第２の出口４８まで発散することができる。

２つの孔３４、３６の組の円筒形部分は、直径すなわち流れ面積をほぼ同一とすることができ、第１及び第２の入口４２、４６と第１の出口４４とは、所望に応じて形状及び流れ面積をほぼ同一とすることができる。

図４及び図５に示すように、第１及び第２の孔３４、３６は、例えば約３０度で互いに等しくすることができる対応する長手方向傾斜角度Ａ、Ｂで同様に側壁１８を傾斜して貫通させるのが好ましい。第２の孔３６は、その円筒形入口から長手方向後方に、外側面４０における対応する第２の出口４８における又はその出口４８の近傍における好ましくは浅い傾斜角度Ｃで発散する。

孔出口の傾斜角度Ｃは、例えば約１５度とすることができ、この角度により、冷却空気２８が後方方向に拡散すること及び孔出口がそれから下流の露出外側面４０と滑らかに連続することが可能になる。図３に示すように、例示的な台形出口４８は左右対称でありかつ発散形側面を有しており、発散形側面は各々、従来通りの方法で浅い傾斜角度Ｃと協働する例えば約７．５度の好適な小さい拡散角度を有する。

図４及び図５に示すフィルム冷却孔３４、３６の両方の形状においては、その管状入口部分が、翼形部の内部冷却回路からの加圧冷却空気２８の吐出量を調量する。第２の孔３６の発散拡散形出口４８は、それからの吐出速度を低下させ、図３に概略的に示すように、フィルム冷却空気をスパン方向において横方向に広げる。

このようにして、燃焼ガスと同一流れ方向にかつ隣接する第２の孔３６から吐出される対応する比較的低速度のフィルム冷却空気噴流間に、比較的高速度の冷却空気噴流を円筒形の第１の孔３４から吐出することができる。

２つのフィルム冷却孔の異なる形状、それらフィルム冷却孔の異なる性能及びそれらフィルム冷却孔から吐出される冷却空気噴流の異なる分布を使用して、それらフィルム冷却孔の共通の横方向の列から下流方向に吐出される冷却空気の集合した（全体的な）フィルムを形成するようにそれらフィルム冷却孔間の性能を選択的に補完することができる。

上記のように、フィルム冷却孔は、それらフィルム冷却孔から半径方向スパン方向における狭い横方向分布で下流方向に延びる、フィルム冷却作用を有する冷却空気噴流を吐出する。フィルム冷却孔の２つの形状は、全体的な冷却空気フィルムの下流方向すなわち後方有効度とフィルム冷却孔の共通の列の長手方向範囲に沿った孔毎からのフィルム冷却空気の横方向有効度との両方を高めるような、孔の対応する全体的密度と孔の対応する出口の対応する形成範囲すなわち専有面積とでパッキングする（密に配置する）ことができる。

さらに、第１及び第２の出口４４、４８の異なる形状により、２つの形式の孔間で形成範囲を補完することが可能になり、また２つの形式の孔は、円筒形孔３４の場合にはより安価なレーザ穿孔加工を使用し、成形拡散孔３６の場合にはより高価なＥＤＭ加工を使用して従来通りの方法で製作することができる。従って、その付随するコストが高い全て拡散孔３６だけの列を使用する代わりに、拡散孔をより安価なレーザ穿孔形の孔と交互させて、翼形部のコストを低減すると同時に共通の列の多形孔から吐出される加圧冷却空気の性能を高めることができる。

上記のように、個々のフィルム冷却孔３４及び３６は、例えば孔３４が拡散を備えておらずまた孔３６が拡散を備えているようなあらゆる好適な従来型の形状を有し、それら孔の構成及び性能を補完するように横に並んだ共通の列の形態で配置することができる。例えば、図３は、２つの異なる出口の上流端部が互いにほほ整列した状態で、第１の出口４４が側壁の半径方向すなわち長手方向スパンに沿って第２の出口４８と同一直線上に整列していることを示す。２つの出口は異なる形状を有するので、それらの下流端部は、同じように整列していても整列していなくてもよい。

図３に示す例示的な実施形態では、第１の孔３４及び第２の孔３６の入口の基準直径は、１０〜４０ミルの例示的な範囲内で等しくすることができる。基準傾斜角度Ａ、Ｂもまた、互いに等しく、例えば約３０度とすることができる。この構成では、台形の第２の出口４８は、吐出流れ面積が第１の出口４４の吐出流れ面積よりも大きくなる。

しかしながら、台形の第２の出口４８の２つの側面は、下流方向に発散しており、楕円形の第１の出口４４のそれぞれの１つを都合よくその中心に配置することができる収束形ランド部を隣接する第２の孔３６間に形成する。

図３に示す第１の孔３４は、均一なピッチ間隔Ｄを有するのが好ましく、第２の孔３６もまた、均一なピッチ間隔Ｅを有するのが好ましい。さらに、共通の列における全ての孔３４、３６のピッチ間隔は、ピッチ間隔Ｄがピッチ間隔Ｅに等しくかつ孔の直径の約２〜５倍の範囲にある状態で、ほぼ等しくすることができる。

この構成では、多形孔３４、３６は、楕円形の第１の出口４４が都合よく発散形の第２の出口４８間の利用可能なランド部内に配置された状態で、共通の列の半径方向スパンに沿って一様に分散配置される。発散形出口４８から吐出されるフィルム冷却空気は、それが後方下流方向に流れると横方向に広がる。フィルム冷却空気は、第２の孔３６よりも早い速度で楕円形の第１の出口４４から吐出され、拡散フィルム冷却空気を孔から孔に橋絡してそのより遅い移動空気を再強化する。

図６は、多形孔３４、３６の列の変形例を示し、この変形例では、第１の出口４４は、対応する第２の出口４８の前方にその一部だけがその対応する入口に向かって上流方向に軸方向間隔Ｆほどオフセットしている。第１の出口４４は、２つの形状の孔を管状の第１の孔３４と拡散形の第２の孔３６とだけの２つの独立しかつ分離した孔に切り離さずにその共通の横方向の列を維持するように、その大半部を第２の出口４８の上流端部からオフセットさせることができる。

この構成では、第１の孔３４は、第２の孔３６からさらに前方に設置され、これにより、所望に応じて第２の孔が図３の実施形態におけるよりもより近接したピッチ間隔Ｅを有することが可能になる。発散形出口４８は、一連の第２の孔３６間に収束形ランド部を形成するので、対応する第１の出口４４を配置するのに第２の出口の前方端部間でより多くのスペースが利用可能になる。

付加的な横方向スペースを縮小して共通の列における孔のパッキング密度を増大させることができる。従って、全体的な多形孔３４、３６の対応する密度及び形成範囲は、共通の列における孔の性能及び形成範囲を最大にするように調整することができる。

しかしながら、第２の孔３６の上流に第１の孔３４を配置することによって、それら第１の孔はまた、第２の孔３６の後方端部に続く下流ターゲット領域からより大きな距離で配置されることになる。上記のように、フィルム冷却空気の有効度は、フィルム冷却孔の出口端部から下流方向に向かうにつれて低下し、一般的にこのことは、出口端部から下流に付加的なフィルム冷却孔の列を導入することによって対応される。図６に示す第１及び第２の孔の異なるパッキングパターンの性能に関するトレードオフは、孔の様々な性能特性に対して個別的にかつ全体的に行うことができる。

図７は、第１及び第２の孔３４、３６のパッキングの別の変形例を示し、この変形例では、第１の出口４４は、対応する第２の出口４８から後方にその一部だけがこれらの孔の対応する入口から離れるように下流方向に軸方向間隔Ｆほどオフセットしている。この構成では、第１の出口４４は、その一部が成形出口４８の後方端部を越えて延び、第１の孔３４からより高速のフィルム冷却空気を吐出して図３及び図６に示す実施形態のいずれよりも大きな有効下流形成範囲を生じるようになる。

上記のように、第１の孔３４は、第２の孔３６の軸方向範囲内に設けて、性能が互いに切り離された円筒形孔だけ及び拡散孔だけの２つの独立しかつ別個になった列の形成を避けるようにしなければならない。発散形出口４８は、一連の第２の出口４８間で収束するので、第１の出口４４を導入するために利用可能なスペースはより少なくなる。

従って、この実施形態における第２の孔３６は、図３の実施形態におけるよりもより幅広のすなわちより大きいピッチ間隔Ｅを有するのが好ましい。より大きいピッチ間隔により、隣接する第２の出口４８の収束側面間の横方向スペースが増大し、隣接する第２の孔３６間に後方オフセットした第１の孔３４をパッキングするための適切なスペースが得られる。

図３、図６及び図７は、２つの異なる形状のフィルム冷却孔３４、３６が互いの軸方向又はオフセット間隔Ｆを変化させると同時に互いの半径方向又はピッチ間隔Ｄ、Ｅを変化させて、それら孔のパッキング密度と、全体的な出口形成範囲と、異なる第１及び第２の出口４４、４８から吐出されるフィルム冷却空気噴流の補完的性能とを調整することができるような異なる実施形態を示す。

これらの３つの図はまた、第１及び第２の多形孔３４、３６は、それら孔の一対一の配置としてその共通の列の形態で順々に等しく交互させることができることを示す。従って、円筒形の第１の孔３４の対応する利点は、上述のような構成及び性能の相互作用を有する共通の列の形態で、拡散形の第２の孔３６の対応する利点と組合せることができる。

図８は、多形孔３４、３６のさらに別の実施形態を示し、この実施形態では、円筒形の第１の孔３４は、一対二の繰返し順序で拡散形の第２の孔３６と交互している。このようにして、２つの隣接する拡散孔３６の組合せ効力は、一連の第２の孔３６の対間に順番に配置された単一の円筒形の第１の孔３４と組合せることができる。

図９は、さらに別の実施形態を示し、この実施形態では、多形孔は、２つの第１の円筒形孔３４と第１の孔３４のそれぞれの対間の１つの拡散形の第２の孔３６とで交互する。このようにして、２つの一連の円筒形孔３４は、その両側の次の隣接する拡散孔３６間に、該円筒形孔から下流方向により高速のフィルム冷却空気を吐出し、該円筒形孔から吐出されたフィルム冷却空気を分布させるようにすることができる。図９の実施形態では、２つの円筒形孔３４が単一の拡散孔３６と交互するので、孔を導入するための対応する製造コストは、全て拡散孔それ自体の列よりも安価になる。

図１０は、第１及び第２の孔３４、３６のさらに別の実施形態を示し、これら孔は、長手方向と横方向との両方向の合成傾斜角度で壁を貫通して長手方向に延びる。上記のように、両形式の孔は、それら孔が壁を長手方向に貫通して、それから使用済み冷却空気を吐出する内部冷却回路２４に到達するような浅い傾斜角度Ａ、Ｂを有する。

図１０において、両方の孔３４、３６はさらに、共通の列のスパンに沿って例えば約４５度の同様の横方向傾斜角度Ｇを含み、この角度により、これらの孔は燃焼ガスの基準軸方向下流方向から横方向に向きを変えている。従って、各フィルム冷却孔３４、３６は、吐出フィルム冷却空気をさらに横方向に広げて高温燃焼ガスからの熱保護を向上させるように合成角度で傾斜している。

多形孔３４、３６の合成角度構成は、その設計を最少量の冷却空気で冷却性能を最大にするように変更するのに役立つ別の変動要素を導入する。合成角度の第１の孔３４は、楕円形入口及び楕円形出口を有する左右対称の状態のままである。

しかしながら、発散形の第２の出口４８は、３つの傾斜角度Ｂ、Ｃ、Ｇだけでなく、その側壁の拡散半角度も含み、これにより、その周辺部が外側面４０に沿って非対称にねじれるか又は歪んだ状態になる。図３において、第２の出口４８の基本的な輪郭は、台形でありかつ左右対称である。図１０において、複合傾斜は、出口台形を歪んだ涙滴形状に変形させる。それにも拘わらず、第１及び第２の孔の得られた多数の形状は、それらの協働により高い冷却性能を持つ。

例示した全ての実施形態の成形拡散孔３６は、図１０に示すような通常のＥＤＭツール５６を使用して製作することができる。ツール５６は、寸法が円筒部に収束したより大きい基端部と一体形に形成された円筒形の末端部を有する。基端部は、所望の拡散半角度で発散する側壁を有する。基端部は、円筒部と同軸であり、円筒部と整列した１つの壁と図５に示す角度Ｃで傾斜した対向する壁とを有する。

図５において、ＥＤＭツール５６は、単一の傾斜角度Ｂで壁１８を貫通して押し進められて、放電加工によって図示した最終の第２の孔３６を形成することになる。

図１０においては、ＥＤＭツール５６は、合成傾斜角度Ｂ及びＧで壁１８を貫通して押し進められて、この実施形態の最終の合成角度の第２の孔３６を形成する。

上記のように、従来技術は、異なる利点を得るために多くの様々な形状のフィルム冷却孔を備えている。今や共通の列の形態で２つ又はそれ以上の異なる形状のその他の点では従来型のフィルム冷却孔を交互させることができることにより、様々なガスタービンエンジン構成部品における冷却性能の付加的な調整が可能になる。上に開示した幾つかの図は、タービン構成部品において２つの異なる形式のフィルム冷却孔を共通の列の形態で利用する基本的な改良形態及びパッキング構成を示す。

フィルム冷却孔は、一般的なガスタービンエンジン内で至る所に存在するので、図１は、多形孔３４、３６がロータブレード１０の中空のタービン翼形部１２において、所望に応じて正圧側壁又は負圧側壁のいずれか或いはその両方を含むその外面の周りの所望の位置で使用することができることを概略的に示す。

また、図１は、多形孔３４、３６が、その対向する正圧及び負圧側面が半径方向外側及び内側バンド（図示せず）間で延びる一般的なタービンステータノズルの中空の翼形部ベーン５０内でも使用することができることを概略的に示す。第１段ノズルベーンは一般的に、中空であり、その側壁を貫通する様々な列のフィルム冷却孔を通して使用済み冷却空気を吐出する内部冷却回路が設けられる。多形孔は、ノズルベーンにおいてその外面の周りのあらゆる好適な位置に都合よく導入することができる。

また、図１は、多形孔３４、３６が、所望に応じて一般的な環状内側又は外側燃焼ライナ５２において、そうでなければ従来型のフィルム冷却孔を使用することになっていたあらゆる領域内で使用することができることを概略的に示す。

上記に示すように、タービンシュラウド５４は、図１に示すタービンブレードの半径方向外側先端を囲み、かつ一般的にはフィルム冷却を備える。従って、多形孔３４、３６はまた、所望に応じて従来型パターンのフィルム冷却孔の代わりにタービンシュラウド５４内に導入することができる。

さらに、図１は、フィルム冷却孔が様々なパターンで見られるような、一般的なガスタービンエンジンにおける様々な他の構成部品が存在することを概略的に示す。ガスタービンエンジンの様々な構成部品内に多形孔３４、３６を導入することを使用して、補完的パッキングにおける異なる第１及び第２の孔の補完的性能を享受する利点を得ることができる。従来型のフィルム冷却孔は通常、全てが単一形状のフィルム冷却孔を有する直線的な列の形態で又は二次元パターンの多くの列の形態で使用される。ガスタービンエンジン構成部品の局所的な領域内において異なる形状のフィルム冷却孔を交互することができることにより、そのフィルム冷却性能における別の変動要素が可能になり、その変動要素を使用してガスタービンエンジンの効率を最大にする際に利点を得ることができる。

様々なパターンのフィルム冷却孔は一般的に、それに対応する列を含むので、これらの列のいずれか１つ又はそれ以上を交互する多形孔３４、３６を導入するように改良してその補完的性能を享受するようにすることができる。

本明細書では、本発明の好ましくかつ例示的な実施形態である考えられるものを説明してきたが、本発明の他の改良が本明細書の教示から当業者には明らかであり、従って本発明の技術思想及び技術的範囲内に属する全てのそのような改良は、特許請求の範囲で保護されることを望む。

従って、本特許によって保護されることを望むものは、特許請求の範囲に記載しかつ特定した発明である。

例示的な実施形態における多形フィルム冷却孔を備えた例示的なガスタービンエンジンタービンロータブレードの斜視図。 線２−２に沿って取った、図１に示すブレード翼形部の半径方向断面図。 図１に示す多形孔の列の一部分の拡大側面図。 線４−４に沿って取った、図３に示す円筒形の第１のフィルム冷却孔の拡大半径方向断面図。 線５−５に沿って取った、図３に示す拡散形の第２のフィルム冷却孔の拡大半径方向断面図。 別の実施形態における多形孔の列の、図３と同様の拡大側面図。 別の実施形態における多形孔の列の、図３と同様の拡大側面図。 別の実施形態における多形孔の列の、図３と同様の拡大側面図。 別の実施形態における多形孔の列の、図３と同様の拡大側面図。 別の実施形態における多形孔の列の、図３と同様の拡大側面図。

符号の説明

１０ タービンロータブレード
１２ 翼形部
１４ プラットフォーム
１６ ダブテール
１８ 側壁
２０ 前縁
２２ 後縁
２６ 燃焼ガス
２８ 冷却空気
３０ フィルム冷却孔
３２ 後縁冷却孔
３４、３６ 多形フィルム冷却孔
５０ ベーン
５２ ライナ
５４ シュラウド

Claims (8)

1. タービン壁（１８）であって、
   タービンの半径方向スパンに沿って延びる列の形態で配置された複数の円筒形の第１のフィルム冷却孔（３４）と、
   前記第１の孔（３４）の列と一直線上に配置され且つ該第１の孔（３４）と交互に配置された、該第１の孔（３４）とは異なる形状を有する複数の発散拡散形の第２のフィルム冷却孔（３６）と、
   を含み、
   前記第１の孔（３４）の第１の出口（４４）が、前記第２の孔（３６）の第２の出口（４８）から上流又は下流方向にその一部がオフセットすることを特徴とする、タービン壁（１８）。
2. 前記第１及び第２の孔（３４、３６）が、該壁（１８）の対向する内側及び外側面（３８、４０）間で該壁を傾斜して貫通しており、前記内側面（３８）上に対応する第１及び第２の入口（４２、４６）を有し、前記第１及び第２の出口（４４、４８）は、前記外側面（４０）上に配置されていることを特徴とする請求項１記載のタービン壁。
3. 前記第２の入口（４６）が円筒形であり、また前記第２の出口（４８）が、それから後方に発散することを特徴とする請求項２記載のタービン壁。
4. 前記第１及び第２の孔（３４、３６）が、前記タービンの軸方向及び半径方向の両方向に対して傾斜して該壁を貫通することを特徴とする請求項３記載のタービン壁。
5. 前記第２の出口（４８）が、前記外側面（４０）に対して異なる傾斜角度を形成する複数の非対称な流路壁を有することを特徴とする請求項４記載のタービン壁。
   
   
   
6. 前記第１及び第２の孔（３４、３６）が、一対一で交互になっていることを特徴とする請求項３記載のタービン壁。
7. 前記第１及び第２の孔（３４、３６）が、それぞれ一対二で交互になっていることを特徴とする請求項３記載のタービン壁。
8. 前記第１及び第２の孔（３４、３６）が、それぞれ二対一で交互になっていることを特徴とする請求項３記載のタービン壁。