JP5583272B2 - タービンエンジンのフィルム冷却される構成部材壁 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、タービンエンジンに関し、特にガスタービンエンジンの翼部分（airfoil）に用いられる側壁のような、構成部材の側壁に設けられるフィルム冷却通路に関する。

背景技術
ガスタービンエンジンのようなターボ機械において、空気は圧縮機内で加圧され、次いで燃料と混合され、高温の燃焼ガスを発生させるために燃焼機内で燃焼される。高温の燃焼ガスは、エンジンのタービンの内部で膨張させられる。このタービンにおいて、圧縮機に動力を供給し、かつ電力を形成するために使用される出力を提供するエネルギが取り出される。高温燃焼ガスは、連続するタービン段を通って移動する。１つのタービン段は、静翼の列、つまりベーンを含んでいてよく、この静翼の列には、回転する翼の列、つまりタービンブレードが続いている。タービンブレードは高温燃焼ガスから圧縮機に動力を供給し、かつ出力を提供するエネルギを取り出す。

ガスがタービンを通過するときに、翼部分、つまりベーンおよびタービンブレードは、直接に高温燃焼ガスにさらされるので、これらの翼部分には、典型的には内部冷却回路が設けられている。この冷却回路は、圧縮機からの抽気のような冷媒を、翼部分および種々のフィルム冷却孔を通じて該翼部分の表面を取り囲むように導く。たとえば、壁を通じて冷却空気を導くように、典型的には翼部分の壁にフィルム冷却孔が設けられている。これにより、高温燃焼ガスから翼部分を保護する空気のフィルム冷却層を形成するように、翼部分の外側に空気を排出することができる。

フィルム冷却効果は、冷却されるべき面におけるフィルム冷却流体の濃度に関する。概して、冷却効果が大きければ大きいほど、一層効果的に面を冷却することができる。冷却効果の減少は、所定の冷却能力を維持するために使用される一層大量の冷却空気をもたらし、この大量の冷却空気は、エンジン効率の低下をもたらし得る。

発明の概要
本発明の第１の態様に関連して、構成部材壁は、タービンエンジン内に設けられている。構成部材壁は、基板と、溝と、複数の冷却通路とを有している。基板は、第１の面と、該第１の面とは反対の側に位置する第２の面とを有している。溝は、第２の面に配置されていて、第１の面と第２の面との間の底面と、第１の側壁と、該第１の側壁から間隔を置いた第２の側壁とにより画定されている。第１の側壁は、溝の底面から第２の面に半径方向外方に向かって連続的に延びている。第１の側壁は、第２の側壁に向かって延びる複数の第１の突起を有している。複数の冷却通路は、基板を通って第１の面から溝の底面に延びている。冷却通路の出口は、当該出口を通って冷却通路を流出する冷却空気が、第１の側壁の第１の突起のうちのそれぞれ１つの突起に向けられるように、溝内に配置されている。

本発明の第２の態様に関連して、構成部材壁は、タービンエンジン内に設けられている。構成部材壁は、基板と、溝と、複数の冷却通路とを有している。基板は、第１の面と、該第１の面とは反対の側に位置する第２の面とを有している。溝は、第２の面に配置されていて、第１の面と第２の面との間の底面と、第１の側壁と、該第１の側壁から間隔を置いた第２の側壁とにより画定されている。第１の側壁は、第２の側壁に向かって延びる複数の第１の突起を有していて、第２の側壁は、第１の側壁に向かって延び、かつ前記第１の突起のうちの隣接し合う突起の間に配置された複数の第２の突起を有している。複数の冷却通路は、基板を通って第１の面から溝の底面に延びている。冷却通路の出口は、当該出口から冷却通路を流出する冷却空気が、第１の側壁の第１の突起のうちのそれぞれ１つの第１の突起に向けられるように、溝内に配置されている。

本発明の第３の態様に関連して、タービンエンジンの構成部材壁に溝を形成する方法が提供される。構成部材壁に設けられた内側層の外側面は、除去可能な材料でマスキング（遮蔽）されていて、構成部材壁に形成されるべき溝の形状を画定する。除去可能な材料は、構成部材壁の内側層を通って延びる少なくとも１つの冷却通路の出口を塞ぐ。除去可能な材料は、形成されるべき溝の少なくとも１つの突起が、各冷却通路出口に整列されるように構成されている。内側層の上に構成部材壁の外側層を形成するために、内側層の外側面に材料が配置される。除去可能な材料は、該除去可能な材料がそれまで配置されていた箇所において溝が構成部材壁に形成されるように、構成部材壁から取り除かれる。溝は、底面と、第１の側壁と、第２の側壁とによって画定される。底面は、除去可能な材料がそれまで配置されていた、構成部材壁の内側層の外側面の表面領域に相当する。第１の側壁は、構成部材壁の外側層を形成する材料によって画定されている。第２の側壁は、第１の側壁から間隔を空けていて、構成部材壁の外側層を形成する材料により画定されている。第１の側壁は、各冷却通路出口に整列させられた少なくとも１つの突起を有している。この少なくとも１つの突起は、第２の側壁に向かって延びている。除去可能な材料の除去は、冷却空気が冷却通路を通って、該冷却通路の出口から第１の側壁のそれぞれの第１の突起に向かって流出するように、少なくとも１つの冷却通路の出口を開放する。

明細書が、本発明を特に指摘し、明確に請求する特許請求の範囲で締めくくられる一方で、本発明は、添付の図面と併せた以下の説明からより良好に理解され得るものと考える。図面では、同じ符号は、同じ構成部材を示している。

本発明の１態様によるフィルム冷却される構成部材壁の一部を示す斜視図である。 図１に示したフィルム冷却される構成部材壁の断面図である。 図１に示したフィルム冷却される構成部材壁の断面を示す平面図である。 本発明の１態様によるフィルム冷却される構成部材壁を溝内に形成する方法を示す図である。 図１に示したフィルム冷却される構成部材壁の形成に用いられる除去可能な材料を示す図である。 本発明の付加的な態様によるフィルム冷却される構成部材壁を示す正面図である。 本発明の別の付加的な態様によるフィルム冷却される構成部材壁を示す正面図である。 本発明のさらに別の付加的な態様によるフィルム冷却される構成部材壁を示す正面図である。 本発明のさらに別の付加的な態様によるフィルム冷却される構成部材壁を示す正面図である。

本発明の有利な複数の態様に関する以下の詳細な説明において、本明細書の一部を成す添付の図面が参照され、該図面には例示的な目的で、つまり制限する目的ではなく、本発明が実施され得る有利な特定の態様が示されている。本願発明の範囲を逸脱することなしに、別の態様を使用し、かつ変更が成され得ると理解することができる。

図１を参照すると、本発明の１態様によるフィルム冷却される構成部材壁１０が示されている。この構成部材壁１０は、たとえば翼部分、つまり回転するタービンブレードまたは静止するベーン、燃焼機内筒、排出ノズル等のようなタービンエンジン内の構成部材の一部を有していてよい。

構成部材壁１０は、第１の面１４および第２の面１６を有する基板１２を有している。第１の面１４は冷却空気にさらされ得ることから、第１の面１４は「冷却」面とも呼称され得るのに対し、第２の面１６は運転中に高温の燃焼ガスにさらされ得ることから、第２の面１６は「高温」面とも呼称され得る。このような燃焼ガスは、エンジンの運転中に約２０００℃までの温度を有し得る。図示された態様では、第１の面１４および第２の面１６は、互いに反対の側に位置していて、かつ互いに対して実質的に平行に延びている。

基板１２を形成する材料は、構成部材壁１０の用途に応じて変更されてよい。たとえばタービンエンジン部材用には、基板１２が、エンジンの各部分内で生じる典型的な運転条件に耐えることができる材料、たとえばセラミクス、金属ベース材料、たとえば鋼またはニッケル、コバルトまたは鉄ベースの超合金等のような材料から成っていると有利である。

図２を参照すると、基板１２は、１つ以上の層を有していてよく、図示された態様では、内側層１８Ａ、外側層１８Ｂ、および内側層１８Ａと外側層１８Ｂとの間の中間層１８Ｃを有している。図示された態様における内側層１８Ａは、たとえば鋼またはニッケル、コバルト、または鉄ベースの超合金から成り、１つの態様では、約１．２ｍｍから約２．０ｍｍの厚さＴ_Ａを有していてよい。図示された態様における外側層１８Ｂは、構成部材壁１０に高い耐熱性を提供するように使用された断熱コーティングを有しており、１つの態様では、約０．５ｍｍから約１．０ｍｍの厚さＴ_Ｂを有していてよい。図示された態様における中間層１８Ｃは、外側層１８Ｂを内側層１８Ａに接着するために使用されるボンディングコートを有しており、１つの態様では、約０．１ｍｍから約０．２ｍｍの厚さＴ_Ｃを有していてよい。図示された態様における基板１２が、内側層１８Ａ、外側層１８Ｂおよび中間層１８Ｃを有しているのに対して、付加的な層を有するか、またはより少ない層を有する基板が使用され得ると理解される。たとえば、断熱コーティング、つまり外側層１８Ｂが単独の層から成っていてもよく、または１つよりも多い層から成っていてもよい。多層の断熱コーティングを使用する場合、各層は、同様の組成または互いに異なる組成を有していてよく、かつ同様の厚さまたは互いに異なる厚さを有していてもよい。

図１から図３に示したように、ディフューザ区分またはスロットとも呼称される溝２０は、構成部材壁１０に形成されている。溝２０は、基板１２の第２の面１６に形成されている、つまり溝２０は、図示された態様（図２を参照）では、外側層１８Ｂ、または外側層１８Ｂおよび中間層１８Ｃの両方を通って延びていて、かつ第２の面１６にわたって長手方向に延びている。

溝２０は、第１の側壁２２と、該第１の側壁２２から間隔を置いた第２の側壁２４と、底面２６とを有している。以下でより詳細に説明されるように、第１の側壁２２は、運転中の高温ガスＨ_Ｇ（図１を参照）の流れの方向に関して、第２の側壁２４より下流側にあることが判る。第１の側壁２２および第２の側壁２４はそれぞれ、溝２０の底面２６から基板１２の第２の面１６に半径方向外方に向かって連続的に延びている。つまり、第１の側壁２２と第２の側壁２４とは、連続的に概して垂直方向に、半径方向で底面２６と第２の面１６との間に、溝２０の長さＬ（図３を参照）にわたって延びている。さらに、図示された態様において、第１の側壁２２および第２の側壁２４はそれぞれ基板１２の第２の面１６に対して実質的に垂直に延びている。図示された態様における底面２６は、図２に示されているように、基板１２の内側層１８Ａの外側面２８によって画定されている。図示された態様では、底面２６は、基板１２の第２の面１６に対しても、基板１２の第１の面１４に対しても、実質的に平行に形成されている。

図１および図３に示されているように、第１の側壁２２は、一連の第１の突起３０を有している。第１の突起３０は、凸部、突出部等と呼称されてもよく、この第１の突起３０は、軸方向に、または高温ガスＨ_Ｇの流れの方向に対して概して平行に、第２の側壁２４に向かって延びている。本態様による第１の突起３０はそれぞれ、頂部３２と、隣接し合う壁部分３０ａ，３０ｂとを有している。これらの隣接し合う壁部分３０ａ，３０ｂは、高温ガスＨ_Ｇの流れの方向で、頂部３２から、分岐するように延びている。第１の突起３０は、第１の側壁２２にジグザグまたは蛇行形状を与えるように配置されている。第１の突起３０の形状は変更することができ、形状は、運転中に第１の側壁２２に沿った冷却空気Ｃ_Ａの分岐流（図１を参照）を生ぜしめるように構成されていて、これによって冷却空気Ｃ_Ａの流れの方向を、高温ガスＨ_Ｇの流れに対して概して平行な方向から、以下に詳細に説明するように高温ガスＨ_Ｇの流れに対して横方向に変化させることができる。さらに、図示された態様における全ての第１の突起３０は、概して同一の形状を有している。１つ以上の第１の突起３０が、１つ以上の異なる形状を有し得ることも理解される。第１の突起３０の頂部３２は、鋭角を有していてよく、または種々な程度に丸み付けされていてもよい。

図１および図３を参照すると、図示された態様における第２の側壁２４は、一連の第２の突起３８を有している。これらの第２の突起３８は、凸部、突出部等と呼称されてもよく、この第２の突起３８は、軸方向に、または高温ガスＨ_Ｇの流れの方向に対して概して平行に、第１の側壁２２に向かって延びている。本態様による第２の突起３８はそれぞれ、頂部４０と、隣接し合う壁部分３８ａ，３８ｂとを有している。これらの壁部分３８ａ，３８ｂは、高温ガスＨ_Ｇの流れの方向で、頂部４０に向かって収束するように延びている。第２の突起３８は、第２の側壁２４にジグザグまたは蛇行形状を与えるように配置されている。図示された態様における全ての第２の突起３８は、概して同一の形状を有している。１つ以上の第２の突起３２が、１つ以上の異なる形状を有し得ることも理解される。第２の突起３８の頂部４０は、鋭角を有していてよく、または種々の程度に丸み付けされていてもよい。さらに、第２の側壁２４は、第２の突起３８を有していなくてよいことに注意されたい。たとえば第２の側壁２４は、溝２０の長さＬの方向に延びる概して直線状の側壁２４を有していてよい。

図３に最も明瞭に示されているように、第１の側壁２２および第２の側壁２４の形状は、概してジグザグまたは蛇行形状を有する溝２０を提供している。この場合、第１の側壁２２の第１の突起３０は、第２の側壁２４の第２の突起３８のうちの隣接し合う第２の突起３８の間に配置されていて、第２の側壁２４の第２の突起３８は、第１の側壁２２の第１の突起３０のうちの隣接し合う第１の突起３０の間に配置されている。したがって、第１の側壁２２と第２の側壁２４との間の距離は、概して溝２０の実質的な長さにわたって同様である。

図１から図３を参照すると、複数の冷却通路４２が、基板１２の第１の面１４から溝２０の底面２６に、基板１２を通って延びている。つまり、これらの冷却通路４２は、図示された態様では第１の層１８Ａを通って延びている。本態様では、冷却通路２４は傾斜している、つまり角度θで、図２に示したように基板１２を通って延びている。この角度θは、底面２６により画定される平面に対して、たとえば約１５度から約６０度であってよく、有利な態様では、約３０度から約４５度の角度であってよい。図１および図３に示したように、冷却通路４２は、溝２０の長さＬに沿って互いから離れて間隔を置いて配置されている。

冷却通路４２の直径は、該冷却通路４２の長さにわたって均一であってよく、変化してもよい。たとえば、冷却通路４２のスロート部分４４が、実質的に円筒形であってよいのに対して、冷却通路４２の出口４６は、楕円形、ディフューザ形、または別の適切な幾何学形状を有していてよい。各冷却通路４２の出口４６は、溝２０の底面２６において冷却通路４２が終わっている領域であることが判る。冷却通路４２の出口４６がディフューザ形である場合、出口４６の境界線を画定する基板１２の部分は、各冷却通路４２の軸線に関して約１０度の角度を付けられていてよい。

図１に示したように、冷却通路４２は、出口４６が、第１の突起３０の各頂部３２に軸方向で整列されているように、溝２０内に配置されている。この場合、出口４６を通って冷却通路４２を流出する冷却空気Ｃ_Ａは、第１の側壁２２の第１の突起３０のうちのそれぞれ１つの第１の突起３０に向けられている。この構成は、有利には、冷却空気Ｃ_Ａが、突起３０の頂部３２に流れることを可能にし、これにより図１に実線の矢印で示されているように、運転中に、冷却空気Ｃ_Ａの、隣接し合う壁部分３０ａ，３０ｂに沿った分岐流を生ぜしめることができる。

さらに、冷却通路４２は、当該冷却通路４２が第２の側壁２４の第２の突起３８のうちの隣接し合う第２の突起３８の間に配置されるように、配置されている。このことは、第１の側壁２２と第２の側壁２４との間の距離が、上述のように溝２０の実質的な長さＬにわたって概して同様であることを可能にする。第１の側壁２２と第２の側壁２４との間の概して同様の距離は、以下に詳細に説明するように、溝２０内への高温ガスＨ_Ｇの摂取を減じると考えられている。さらに第２の側壁２４の第２の突起３８は、溝２０を通過する高温ガスＨ_Ｇをガイドする付加的な面を提供する。これにより、溝２０内での高温ガスＨ_Ｇと冷却空気Ｃ_Ａとの混合を制限し、かつ溝２０にわたって実質的に一定な流れ領域を形成することによって冷却空気Ｃ_Ａが壁部分３０ａ，３０ｂにおいて分岐するように、冷却空気Ｃ_Ａをガイドすることができる。

運転中に、たとえばコンプレッサの排出空気または別の適切な冷却流体から成り得る冷却空気Ｃ_Ａは、冷却空気源（図示せず）から、冷却通路４２に移動する。冷却空気Ｃ_Ａは、冷却通路４２を通って流れ、かつ出口４６を介して冷却通路４２から流出する。

冷却空気Ｃ_Ａが出口４６から流出した後に、冷却空気Ｃ_Ａは、第１の側壁２２に設けられた第１の突起３０の頂点３２に流れる。図１に示したように、頂部３２は、冷却空気Ｃ_Ａの、隣接し合う壁部分３０ａ，３０ｂに沿った分岐流を生ぜしめ、これにより冷却空気Ｃ_Ａを溝２０内で分散させる。溝２０内における冷却空気Ｃ_Ａの分散は、溝２０内の実質的に全体で冷却空気Ｃ_Ａの「シート」を形成し、溝２０内での冷却空気Ｃ_Ａのフィルムカバーを改善させる。したがって、冷却空気Ｃ_Ａにより提供される溝２０内でのフィルム冷却は、高められると考えられている。

高温ガスＨ_Ｇは、図１に示したように、基板１２の第２の面１６に沿って溝２０に向かって流れている。溝２０内の冷却空気Ｃ_Ａは、上述のように溝２０内で冷却空気Ｃ_Ａのシートを形成するので、溝２０内への高温ガスＨ_Ｇの取込みは、減じられると考えられている。むしろ、高温ガスＨ_Ｇの大部分は、溝２０と、該溝２０内の冷却空気Ｃ_Ａとを超えて流れると考えられている。したがって、溝２０内での高温ガスＨ_Ｇと冷却空気Ｃ_Ａとの混合は減じられるか、実質的に回避されると考えられる。

図１に示したように、冷却空気Ｃ_Ａの一部は、第１の側壁２２を超えて溝２０から流出し基板１２の第２の面１６へ流れる。冷却空気Ｃ_Ａのこの部分は、基板１２の第２の面１６にフィルム冷却を提供する。溝２０内での高温ガスＨ_Ｇと冷却空気Ｃ_Ａとの混合が、上述のように減じられるか、実質的に回避されると考えられるので、実質的に均等に分散された冷却流体Ｃ_Ａの「カーテン」が溝２０から流出し、基板１２の第２の面１６上に打ちあげられ、これにより第２の面１６に対するフィルム冷却が提供される。基板１２の第２の面１６に対するフィルム冷却は、溝２０から流出して第２の面１６へ流れる冷却流体Ｃ_Ａの実質的に均一に分散されたカーテンによって改善されると考えられる。

図４を参照すると、タービンエンジンの構成部材壁に溝を形成する方法５０が示されている。例示的な目的のために、図４に関して説明される構成部材壁は、図１から図３に関連して上記で説明された構成部材壁と同一の構成部材壁であってよい。

ステップ５２において、構成部材壁１０の内側層１８Ａの外側面２８は、構成部材壁１０に形成されるべき溝２０の形状を画定するように、除去可能な材料Ｒ_Ｍでマスキングされる（図４Ａを参照）。除去可能な材料Ｒ_Ｍは、たとえば、テンプレートを用いて付着された帯状構造体であるか、またはマスキング材料であってよい。除去可能な材料Ｒ_Ｍは、構成部材壁１０の内側層１８Ａを通って延びる冷却通路４２の出口４６を塞ぐ。除去可能な材料Ｒ_Ｍは、形成されるべき溝２０の第１の突起３０が、複数の冷却通路４２のうちのそれぞれ１つの冷却通路の出口４６に整列するように、構成されている。除去可能な材料Ｒ_Ｍは、構成部材壁１０上にジグザグパターンでマスキングされてよく、これにより、得られる溝２０は、図１および図３に示したような相応するジグザグパターンを有するようにされる。

ステップ５４において、内側層１８Ａ上に構成部材壁１０の外側層１８Ｂを形成するように、材料、たとえば断熱コーティングが、内側層１８Ａの外側面２８に配置される。任意には、内側層１８Ａ上に外側層１８Ｂを配置させる前に、中間層１８Ｃ、たとえばボンディングコートを内側層１８Ａに付着させてよく、これにより外側層１８Ｂと内側層１８Ａとの接着を可能にすることができる。

ステップ５６において、除去可能な材料Ｒ_Ｍがそれまで配置されていた箇所で構成部材壁１０に溝２０が形成されるように、除去可能な材料Ｒ_Ｍが、構成部材壁１０から除去される。溝２０は、図１から図３に示されているように、底面２６、第１の側壁２２および第２の側壁２４によって画定されていてよい。底面２６は、除去可能な材料Ｒ_Ｍがそれまで配置されていた、内側層１８Ａの外側面２８の表面領域に相当する。第１の側壁２２は、構成部材壁１０の外側層１８Ｂを形成する材料によって画定されていてよく、複数の第１の突起３０を有している。これらの第１の突起３０は、冷却通路４２の出口４６に整列していて、かつ第２の側壁２４に向かって延びている。第２の側壁２４は、第１の側壁２２から間隔を空けており、構成部材壁１０の外側層１８Ｂを形成する材料により画定されていてよい。除去可能な材料Ｒ_Ｍは、上述のように第２の側壁２４に第２の突起３８を生ぜしめるように、内側層１８Ａの外側面２８上に配置されていてよい。

ステップ５６における除去可能な材料Ｒ_Ｍの除去は、冷却通路４２の出口４６を開放し、これにより冷却空気Ｃ_Ａが、冷却通路４２を通って、該冷却通路４２の出口４６から第１の側壁２２の第１の突起３０に向かって流出することができる。

本明細書に開示された構成部材壁１０は、１つより多くの溝２０またはスロットを有していてよく、これらの溝２０またはスロットは、基板１２の第２の面１６全体にわたって延びているか、または基板１２の第２の面１６全体にわたって延びていなくてもよい。構成部材壁１０が、複数の溝２０を有している場合、付加的な冷却通路４２および該冷却通路４２の開口４６の個数、形状および配置は、上述の溝２０におけるのと同一であってもよく、または異なっていてもよい。さらに、第１の側壁２２の第１の突起３０および／または第２の側壁２４の第２の突起３８の形状は、上述の溝２０におけるものと同一であってもよく、または異なっていてもよい。

有利なことに、フィルム冷却される既存の構成部材壁と比較して、冷却および空力学の両方のために向上された性能が、本明細書に開示された構成部材壁１０により実現され得る。さらに本明細書に開示された方法５０は、構成部材壁１０内に１つ以上の溝２０を効率的に形成するために採用され得る。この場合、構成部材壁１０内に形成された冷却通路４２の出口４６は、除去可能な材料Ｒ_Ｍの除去により開放されるようになり、これにより冷却空気Ｃ_Ａは、出口４６から溝２０内に流出することができる。

ここで図５から図８を参照すると、別の態様によって構成部材壁に形成された複数の溝を有する構成部材壁が示されている。これらの図面では、図１から図３を参照して上記で説明された構造と類似の構造が、各図のために１００ずつ増やされた同じ参照番号を有している。さらに、図１から図３につき上記で説明された構造とは異なる構造だけが、特に各図５〜図８を参照して説明される。

図５において、溝１２０に設けられた第１の側壁１２２の第１の突起１３０は、滑らかな波のようなパターンで形成されている。図５において実線矢印で示されているように、冷却通路１４２の出口１４６から流出する冷却空気Ｃ_Ａは、第１の突起１３０の頂部１３２に向けられていて、冷却空気Ｃ_Ａの分岐した流れは、壁部分１３０ａ，１３０ｂにより生ぜしめられている。これらの壁部分１３０ａ，１３０ｂは、冷却空気Ｃ_Ａを第１の側壁１２２に沿って方向付けるように、頂部１３２から分岐している。

この態様による溝１２０に設けられた第２の側壁１２４の第２の突起１３８は、頂部１４０と、隣接し合う壁部分１３８ａ，１３８ｂとを有している。これらの壁部分１３８ａ，１３８ｂは、高温ガスＨ_Ｇの流れの方向に関連して収束するように、頂部１４０に向かって延びている。さらに、第２の側壁１２４の中間壁部分１３８ｃは、各壁部分１３８ａおよび１３８ｂの間に、冷却通路１４２の出口１４６に隣接して延びている。中間壁部分１３８ｃは、高温ガスＨ_Ｇと冷却空気Ｃ_Ａとの溝１２０内での混合がさらに減じられるように、高温ガスＨ_Ｇが溝１２０内に進入することのできる領域を減じる。

図１から図３を参照して上述した態様のように、第１の側壁１２２の頂部１３２は、第２の側壁１２４の２つの頂部１４０の間に配置されていて、かつ逆に、第２の側壁１２４の頂部１４０は、第１の側壁１２２の２つの頂部１３２の間に配置されていて、これによって、第１の側壁１２２と第２の側壁１２４との間で概して同様の距離を提供することができる。

図６では、溝２２０に設けられた第２の側壁２２４の第２の突起２３８が、滑らかに、波のようなパターンで形成されている。さらにこの態様による構成部材壁２１０に形成された冷却通路２４２の出口２４６は、楕円形の形状を有している。

図１から図３を参照して上述した態様のように、第１の側壁２２２の頂部２３２は、第２の側壁２２４の２つの頂部２４０の間に配置されていて、かつ逆に、第２の側壁２２４の頂部２４０は、第１の側壁２２２の２つの頂部２３２の間に配置されていて、これにより第１の側壁２２２と第２の側壁２２４との間で概して同様の距離を提供することができる。

図７では、溝３２０に設けられた第１の側壁３２２の第１の突起３３０は、滑らかに波のようなパターンで形成されている。付加的には、溝３２０に設けられた第２の側壁３２４の第２の突起３３８は、滑らかに波のようなパターンで形成されている。さらにこの態様による構成部材壁３１０に形成された冷却通路３４２の出口３４６は、楕円形の形状を有している。

図１から図３を参照して上述した態様のように、第１の側壁３２２の頂部３３２は、第２の側壁３２４の２つの頂部３４０の間に配置されていて、かつ逆に、第２の側壁３２４の頂部３４０は、第１の側壁３２２の２つの頂部３３２の間に配置されていて、これにより第１の側壁３２２と第２の側壁３２４との間で概して同様の距離を提供することができる。

図８では、溝４２０に設けられた第２の側壁４２４の第２の突起４３８は、上述の態様に比べて第１の側壁４２２に向かってさらに延びており、かつ出口４４６の端部に実質的に相当する軸方向位置に延びていてよい。したがって、溝４２０を充填する、つまり溝４２０内で冷却空気Ｃ_Ａのシートを形成するために、より少ない冷却空気Ｃ_Ａしか要求されないように、溝４２０の容量が減じられている。さらに、この態様による第２の突起４３８は、冷却通路４４２の２つの出口４４６の間に、延長された表面領域を提供しており、高温ガスＨ_Ｇが溝４２０を通過するように方向付ける。さらに、この態様の第２の側壁４２４の中間壁部分４３８ｃは、第２の側壁２４２の各壁部分４３８ａ，４３８ｂの間に、冷却通路４４２の出口４４６に隣接して延びている。この中間壁部分４３８ｃは、高温ガスＨ_Ｇが溝４２０内に進入することができる領域を減じるので、高温ガスＨ_Ｇと冷却空気Ｃ_Ａとの溝４２０内での混合をさらに減じることができる。

図１から図３を参照して上述した態様のように、第１の側壁４２２の頂部４３２は、第２の側壁４２４の２つの頂部４４０の間に配置されていて、かつ逆に、第２の側壁４２４の頂部４４０は、第１の側壁４２２の２つの頂部４３２の間に配置されていて、これにより、第１の側壁４２２と第２の側壁４２４との間で概して同様の距離を提供することができる。

上記で説明された溝は、修理プロセスの一部として形成されてよく、または新しい動翼設計に組み込まれてもよい。さらに溝は、上述のプロセスとは別のプロセスにより形成されてもよい。たとえば、基板が、単一の層を有していてもよく、溝は、基板層の外側面に機械加工されてもよい。

本発明の特定の態様を図示し説明したが、当業者にとって、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々異なる別の変更および改良を行うことができることは明らかである。したがって、特許請求の範囲の従属請求項は、本発明の範囲内の全ての変更および改良をカバーするようにされている。

Claims (20)

1. タービンエンジンの構成部材壁であって、
   第１の面と、該第１の面とは反対の側に位置する第２の面とを有する基板と、
   前記第１の面と前記第２の面との間に位置する底面と、第１の側壁と、該第１の側壁から間隔を置いた第２の側壁とにより画定される溝であって、前記第１の側壁は、前記溝の前記底面から前記第２の面に半径方向外方に向かって連続的に延びていて、前記第１の側壁は、前記第２の側壁に向かって延びる複数の第１の突起を有していて、前記第２の側壁は、前記第１の側壁に向かって延びる複数の第２の突起を有している、前記第２の面に配置された溝と、
   前記基板を通って前記第１の面から前記溝の前記底面に延びる複数の冷却通路であって、該冷却通路の出口は、該出口を通って前記冷却通路を流出する冷却空気が前記第１の側壁の前記第１の突起のうちのそれぞれ１つの第１の突起に向けられるように、前記溝内に配置されている、冷却通路と、
   を備えることを特徴とする、タービンエンジンの構成部材壁。
2. 前記第１の側壁および第２の側壁は、前記第２の面に対して実質的に垂直である、請求項１記載の構成部材壁。
3. 前記冷却通路出口のうちの少なくとも１つの冷却通路出口は、ディフューザ形状を有している、請求項１記載の構成部材壁。
4. 前記冷却通路は、所定の角度で前記基板を通って延びている、請求項１記載の構成部材壁。
5. 前記角度は、前記溝の前記底面に対して、約１５度から約６０度の角度である、請求項４記載の構成部材壁。
6. 前記第２の面と、前記溝の前記底面とは、互いに対して実質的に平行である、請求項１記載の構成部材壁。
7. 前記第２の側壁の前記第２の突起は、前記冷却通路のうちの隣接し合う冷却通路の間に配置されている、請求項１記載の構成部材壁。
8. 前記第１の側壁の前記第１の突起は、前記第２の側壁の前記第２の突起のうちの隣接し合う突起の間に配置されていて、
   前記第２の側壁の前記第２の突起は、前記第１の側壁の前記第１の突起のうちの隣接し合う突起の間に配置されていて、これにより前記第１の側壁と前記第２の側壁との間の距離は、前記溝の実質的な長さにわたって概して同様である、請求項７記載の構成部材壁。
9. 前記第１の側壁の前記第１の突起は、前記第１の側壁に沿った冷却空気の分岐流を生ぜしめるように、各冷却通路の出口に整列した頂部を有している、請求項１記載の構成部材壁。
10. 前記第１の側壁の前記頂部は、軸方向で前記冷却通路の前記出口から離れており、前記軸方向は前記第１の側壁と前記第２の側壁との間の方向により規定されている、請求項９記載の構成部材壁。
11. 前記溝は、ジグザグ形状を画定している、請求項１記載の構成部材壁。
12. 前記第２の面は、断熱コーティングを有している、請求項１記載の構成部材壁。
13. タービンエンジンの構成部材壁であって、
    第１の面と、該第１の面とは反対の側に位置する第２の面とを有する基板と、
    前記第１の面と前記第２の面との間に位置する底面と、第１の側壁と、該第１の側壁から間隔を置いた第２の側壁とにより画定される溝であって、前記第１の側壁は、前記第２の側壁に向かって延びる複数の第１の突起を有していて、前記第２の側壁は、前記第１の側壁に向かって延び、かつ前記第１の突起のうちの隣接し合う第１の突起の間に配置された複数の第２の突起を有している、前記第２の面に配置された溝と、
    前記基板を通って前記第１の面から前記溝の前記底面に延びる複数の冷却通路であって、該冷却通路の出口は、前記冷却通路を前記出口から流出する冷却空気が前記第１の側壁の前記第１の突起のうちのそれぞれ１つの第１の突起に向けられているように、前記溝内に配置されている、冷却通路と、
    を備えることを特徴とする、タービンエンジンの構成部材壁。
14. 前記第１の側壁は、前記溝の前記底面から前記第２の面に半径方向外方に向かって連続的に延びている、請求項１３記載の構成部材壁。
15. 前記第２の側壁の前記第２の突起は、前記冷却通路のうちの隣接し合う冷却通路の間に配置されている、請求項１３記載の構成部材壁。
16. 前記第１の側壁と前記第２の側壁との間の距離が、前記溝の実質的な長さにわたって概して同様であるように、前記第１の側壁の前記第１の突起は、前記第２の側壁の前記第２の突起のうちの隣接し合う第２の突起の間に配置されている、請求項１５記載の構成部材壁。
17. 前記第１の側壁の前記第１の突起は、前記第１の側壁に沿った冷却空気の分岐流を生ぜしめるように、各冷却通路の出口に整列した頂部を有していている、請求項１３記載の構成部材壁。
18. 前記第１の側壁の前記頂部は、軸方向で前記冷却通路の前記出口から離れており、前記軸方向は前記第１の側壁と前記第２の側壁との間の方向により規定されている、請求項１７記載の構成部材壁。
19. 前記溝はジグザグ形状を画定している、請求項１３記載の構成部材壁。
20. タービンエンジンの構成部材壁に溝を形成する方法であって、
    構成部材壁に形成されるべき溝の形状を画定するように、前記構成部材壁の内側層の外側面を除去可能な材料でマスキングし、前記除去可能な材料は、前記構成部材壁の前記内側層を通って延びる冷却通路の出口を塞ぎ、前記除去可能な材料は、前記形成されるべき溝の突起が冷却通路のうちの１つの冷却通路の出口にそれぞれ整列するように構成されており、
    前記内側層の上に前記構成部材壁の外側層を形成するように、前記内側層の前記外側面に材料を配置させ、
    前記除去可能な材料を、該除去可能な材料がそれまで配置されていた箇所において前記構成部材壁に前記溝が形成されるように、前記構成部材壁から除去し、
    前記溝は、
    前記構成部材壁に設けられた前記内側層の前記外側面の、除去可能な材料がそれまで配置されていた表面領域に一致する底面と、
    前記構成部材壁の前記外側層を形成する材料により画定された第１の側壁と、
    該第１の側壁から間隔をおいて配置され、前記構成部材壁の前記外側層を形成する材料により画定された第２の側壁と、により画定されており、
    前記第１の側壁は、前記冷却通路の出口に整列する突起を有しており、該突起は、前記第２の側壁に向かって延びており、
    前記除去可能な材料の除去は、冷却空気が冷却通路を通って、該冷却通路の出口から前記第１の側壁の突起に向かって流出するように、冷却通路の前記出口を開放し、
    内側層の外側面のマスキングは、前記第１の側壁および前記第２の側壁のそれぞれに相応するジグザグパターンまたは蛇行形状を形成するために、前記内側層の前記外側面に帯状構造体およびマスキング材料のうちの１つをテンプレートを用いてジグザグパターンまたは蛇行形状で付着させることを含む
    ことを特徴とする、タービンエンジンの構成部材壁に溝を形成する方法。

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