JP5977884B2

JP5977884B2 - 非対称形状の後縁冷却孔

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Publication number: JP5977884B2
Application number: JP2015511683A
Authority: JP
Inventors: バーグホルツ，ロバート・フレドリック，ジュニア; ダーストック，ダニエル・リー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2013-05-09
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2033-05-09
Also published as: CA2872187A1; CA2872187C; CN104487658B; WO2014031189A1; US9145773B2; US20130302178A1; JP2015516540A; WO2014031189A8; EP2850287A1; BR112014027903A2; CN104487658A

Description

本発明は、概して、ガスタービンエンジンのタービン翼の冷却に関し、さらに具体的には、タービン翼の後縁冷却スロットに通じる後縁冷却孔に関する。

ガスタービンエンジンでは、空気が圧縮機で加圧され、高温燃焼ガスを発生させるための燃焼器で燃料と混合される。高温ガスは、タービンの幾つかの段を通じて運ばれ、幾つかの段は、高温ガスからエネルギーを取り出し、エネルギーは、圧縮機に動力を供給し、典型的な航空機ターボファンエンジンの用途では上流ファンに動力を供給する等の作用を生じさせる。

タービン段は、中空ベーンの列を有する固定タービンノズルを含み、固定タービンノズルは、支持ロータディスクから半径方向外側に延びる対応するロータブレードの列内に燃焼ガスを運ぶ。ベーンおよびブレードは、対応する冷却回路を内部に有する対応する中空翼を有する。

冷却空気は、典型的に圧縮機の放出空気であり、放出空気は、燃焼プロセスから分流され、したがってエンジンの全体効率を低下させる。冷却空気の量は、エンジン効率を最大化するために最小化されなければならないが、それでもタービン翼を適切に冷却し、タービン翼の耐用年数を最大化するための十分な冷却空気が動作中に使用されなければならない。各翼は、翼基部から翼先端まで翼長に沿って長手方向または半径方向外側に延び、前縁と後縁の間で翼弦方向に軸方向に延びる、略凹状の正圧側壁および反対の略凸状の負圧側壁を含む。タービンブレードでは、翼長は、半径方向内側の基台の基部から、周辺タービンシュラウドから離間した半径方向外側の先端まで延びる。タービンベーンでは、翼は、半径方向の内側バンドと一体の基部から、外側バンドと一体の半径方向外側先端まで延びる。

また、各タービン翼は、初めは前縁の尾部方向に厚さが増加し、正圧側壁と負圧側壁が結合する比較的薄くまたは鋭利な後縁まで厚さが減少する。翼の幅広部は、熱伝達を促し翼の内側を冷却する様々な形状の内部冷却回路および乱流翼を収容するための十分な内部空間を有するが、比較的薄い後縁は、対応する制限された内部冷却空間を有する。

各翼は、典型的に、翼の側壁を通じて延びる膜冷却孔の幾つかの列を含み、冷却孔は、内部回路から使用済み冷却空気を放出する。膜冷却孔は、典型的に、後縁に向けて尾部方向に傾き、翼の外面上に冷却空気の薄い膜を形成し、膜は、動作中に翼表面上を流れる高温燃焼ガスに対する追加保護のための断熱空気ブランケットをもたらす。

薄い後縁は、典型的に、後縁冷却孔の列によって保護され、孔は、後縁冷却スロットに膜冷却空気を放出するための、後縁の直上流の吹出部で正圧側壁を破る。各後縁冷却孔は、正圧側に出口開口を有し、出口開口は、吹出部で始まり、冷却スロットを形成する軸方向に延びる隔壁の尾部端に露出した平坦部によって、半径方向に境界を形成されてもよく、形成されなくてもよい。

軸方向隔壁は、翼の正圧側および負圧側と一体に形成されてもよく、それら自体は、隔壁によって形成された冷却スロットを通じて放出される空気によって冷却されなければならない。隔壁は、典型的に後縁に向けて尾部方向に先細り、したがって、冷却スロットは、隔壁の側部に沿う流れ剥離を殆ど伴わずに、放出される冷却空気の拡散を促す浅い漸拡角度で、後縁に向けて漸拡する。

後縁冷却スロットの空力的性能および冷却性能は、冷却スロットおよび介在する隔壁の具体的な形状と直接関連する。冷却スロットの流れ領域は、冷却スロットを通じて放出される冷却空気を調節し、冷却スロットの形状は、その冷却性能に影響を及ぼす。

冷却スロットの漸拡または拡散角度によって、放出空気の性能および冷却の有効性を低下させ得る、放出された冷却空気の望ましくない流れ剥離が生じる場合がある。このことは、タービン効率に悪影響を及ぼす損失も増加させる。個々の冷却スロットの直下流の薄い後縁の部分は、放出された冷却空気によって効果的に冷却され、放出された空気は、隔壁の尾部端に介在して露出した平坦部上に分配もされる。平坦部は、正圧側壁のうち負圧側壁と一体に形成された中実の部分であり、隣接する後縁冷却スロットから放出される空気に冷却を頼らざるを得ない。

これらの出口平坦部の小さなサイズ、後縁冷却スロットの相当な冷却性能にもかかわらず、タービン翼の薄い後縁は、それでも典型的に、ガスタービンエンジンの厳しい環境での高い動作温度によって、それらの翼の寿命を制限する。

タービン流路の主流ガスに対する冷却空気の圧力比は、典型的に後縁で最大となるので、所望のレベルまで冷却流を計量することはしばしば困難である。膜冷却の有効性は、許容可能な金属温度を維持するために、スロットフロアもしくはデッキおよび平坦部の両方で十分高くなければならない。このことは、上面への到達を冷却流の横移動に頼らなければならない平坦部に関しては重大な課題である。

したがって、改善された後縁冷却ならびに翼の耐久性およびエンジン性能を改善するための冷却スロットを有するタービン翼を提供することが望まれる。タービンおよびエンジンの燃料効率を最大化するために、後縁冷却に使用される冷却流の量を最小化することも望まれる。さらに小さい平坦部の表面積と共に平坦部の縁部の良好な流れ調整を伴って、スロットフロアの良好な膜有効性、少ない冷却流、冷却膜の有効性を平坦部上で維持するために、スロットへの冷却孔出口での噴出比が最小化されるように冷却空気を計量することも望まれる。

国際公開第２０１３／１８０７９５号パンフレット

ガスタービンエンジンのタービン翼（１２）は、幅方向に離間した正圧および負圧側壁（４２、４４）であり、翼基部（３４）から翼先端（３６）まで翼長（Ｓ）に沿って外側に延び、対向する前縁および後縁（ＬＥ、ＴＥ）の間で翼弦方向（Ｃ）に延びる正圧および負圧側壁（４２、４４）を含む。翼長方向に離間した後縁冷却孔（３０）の翼長方向の列（３８）は、正圧および負圧側壁（４２、４４）の間で翼（１２）に収容されるとともに、実質的に後縁（ＴＥ）まで翼弦方向に延び翼長方向に離間した対応する後縁冷却スロット（６６）で終端する。冷却孔（３０）のそれぞれは、後縁冷却スロット（６６）に通じる１つ以上の非対称な中間部と、非対称な流れ断面（７４）とを含む。非対称な流れ断面（７４）は、１つ以上の非対称な中間部を通じて軸方向および翼長方向に延びる中央平面（７５）に関して非対称である。

翼（１２）の列（３８）にある異なる後縁冷却孔（３０）は、異なる非対称な流れ断面（７４）を含んでもよい。少なくとも１つの揚げフロア（ｒａｉｓｅｄｆｌｏｏｒ）（８８）は、正圧または負圧側壁（４２、４４）のうちの一方または両方から離れるように延びてもよく、１つ以上の非対称な中間部内で中間部を少なくとも部分的に通じて下流方向（Ｄ）に延びてもよく、あるいは、１つ以上の非対称な中間部内で中間部を少なくとも部分的に通じ、冷却スロット（６６）を少なくとも部分的に通じて下流方向（Ｄ）に延びてもよい。揚げフロア（８８）は、下流方向に連続する関係で、上部ランプ（９０）、下部ランプ（９４）、ならびに上部および下部ランプ（９０、９４）の間の平坦な遷移部（９２）を含んでもよい。

翼（１２）は、後縁冷却スロット（６６）のうちの翼長方向に隣接するスロットの間に配置された平坦部（５０）と、平坦部（５０）の間で後縁冷却スロット（６６）に配置されたスロットフロア（５１）とをさらに含んでもよい。平坦部（５０）は、冷却スロット（６６）のそれぞれの周りで正圧側壁（４２）の外面（４３）と共面上または同一平面上にあってもよい。

冷却孔（３０）のそれぞれは、下流方向（Ｄ）に連続する冷却流との関係で、冷却孔（３０）の入口（７０）と、１つ以上の非対称な中間部と、後縁冷却スロット（６６）および上部ランプ（９０）とを含んでもよい。

１つ以上の非対称な中間部は、単一の中間部と、非対称な流れ断面（７４）を含む計量部（ｍｅｔｅｒｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎ）（１００）とであってもよい。

翼（１２）の一実施形態は、冷却孔（３０）の入口（７０）を含んでもよく、１つ以上の非対称な中間部は、計量部（１００）および漸拡部（１０２）を含んでもよい。冷却孔（３０）のそれぞれは、下流方向（Ｄ）に連続する冷却流との関係で、入口（７０）、計量部（１００）および漸拡部（１０２）を含む。少なくとも１つの揚げフロア（８８）は、正圧または負圧側壁（４２、４４）のうちの一方または両方から離れるように延びてもよく、計量部（１００）内で計量部を少なくとも部分的に通じ、漸拡部（１０２）を少なくとも部分的に通じて下流方向（Ｄ）に延びてもよい。代わりに、揚げフロア（８８）は、計量部（１００）内で計量部を少なくとも部分的に通じ、漸拡部（１０２）を通じ、冷却スロット（６６）を少なくとも部分的に通じて下流方向（Ｄ）に延びてもよい。

以下の説明では、添付図面と関連して、本発明の前述した態様および他の特徴について説明する。

翼長方向に離間した後縁冷却スロットに達する非対称形状の冷却孔を有するタービンベーンおよびロータブレード翼の例示的な実施形態の長手方向断面図である。図１に図示するブレードの拡大図である。図２に図示する後縁冷却スロットに通じる冷却孔の正圧側断面図である。図３の４−４に沿って取られた、後縁冷却孔およびスロットのうちの１つの概略断面図である。図３に図示する後縁冷却孔およびスロットを上流から見た斜視図である。図３の６−６に沿って取られた、一定幅の計量部の非対称な流れ断面の概略断面図である。図３の６−６に沿って取られた、一定幅の計量部の非対称な流れ断面の第１の代替的な概略断面図である。図３の６−６に沿って取られた、一定幅の計量部の非対称な流れ断面の第２の代替的な概略断面図である。図３の６−６に沿って取られた、一定幅の計量部の非対称な流れ断面の第３の代替的な概略断面図である。図３の６−６に沿って取られた、一定幅の計量部の非対称な流れ断面の第４の代替的な概略断面図である。図３の６−６に沿って取られた、一定幅の計量部の非対称な流れ断面の第５の代替的な概略断面図である。図３に図示する、冷却孔からスロット内への揚げフロアの延長部の概略斜視図である。図２に図示する、後縁冷却スロットに通じる漸拡部を有する非対称な冷却孔の正圧側断面図である。

図１には、エンジンの中心軸線８の周りを取り囲み、燃焼器２０と低圧タービン（ＬＰＴ）２４の間に配置された、例示的なガスタービンエンジンの高圧タービン段１０が図示されている。燃焼器２０は、燃料を加圧空気と混合し、タービンを通じて下流方向Ｄに流れる高温燃焼ガス１９を発生させる。

高圧タービン段１０は、高圧タービン（ＨＰＴ）２２の上流のタービンノズル２８を含み、タービンノズルを通じて燃焼器２０から高圧タービン内に高温燃焼ガス１９が放出される。ここに図示する高圧タービン２２の例示的な実施形態は、円周方向に離間した少なくとも１列の高圧タービンブレード３２を含む。タービンブレード３２のそれぞれは、基台１４と一体に形成されたタービン翼１２と、支持ロータディスク１７の周縁にタービンブレードを取り付けるために使用される軸方向挿入蟻継１６とを含む。

図２を参照すると、翼１２は、ブレード基台１４上の翼基部３４から翼先端３６まで翼長Ｓに沿って半径方向外側に延びる。動作中、高温燃焼ガス１９は、エンジンで発生し、タービン翼１２を越えて下流方向Ｄに流れ、タービン翼は、ブレードを支持するディスクを回転させ、圧縮機（不図示）に動力を供給するためのエネルギーを高温燃焼ガスから取り出す。加圧空気１８の一部は、適当に冷却され、ブレードに導かれ、動作中にブレードを冷却する。

翼１２は、幅方向に離間した略凹状の正圧および略凸状の負圧側壁４２、４４を含む。正圧および負圧側壁４２、４４は、翼基部３４から翼先端３６まで翼長Ｓに沿って長手方向または半径方向外側に延びる。また、側壁は、互いに反対の前縁ＬＥと後縁ＴＥの間で翼弦方向Ｃに軸方向にも延びる。翼１２は、前縁ＬＥと後縁ＴＥの間で幅方向または横方向に離間した正圧および負圧側壁４２、４４を有する中空であって、その内部に、動作中に加圧冷却空気または冷媒流５２を流通させるための内部冷却キャビティまたは回路５４を形成する。加圧冷却空気または冷媒流５２は、圧縮機から分流された加圧空気１８の一部である。

タービン翼１２は、前縁ＬＥから尾部方向の最大幅まで幅Ｗを増大させまたは幅方向に増大し、比較的薄くまたは鋭利な後縁ＴＥへと先細る。したがって、内部冷却回路５４のサイズは、翼の幅Ｗと共に変化し、２つの側壁が一体的に結合し翼１２の薄い後縁部５６を形成する後縁ＴＥの直前では比較的薄い。翼１２のこの薄い後縁部５６またはその付近には、翼長方向に離間した後縁冷却スロット６６が設けられて後縁部ＴＥを冷却する。

図３を参照すると、翼長方向に離間した非対称な後縁冷却孔３０の列３８は、正圧と負圧側壁４２、４４の間で翼１２に収容または埋設されて形成され、翼長方向に離間した後縁冷却スロット６６のうちの対応するスロットで終端する。後縁冷却スロット６６は、実質的に後縁ＴＥまで翼弦方向に延びる。後縁冷却孔３０は、後縁ＴＥの翼長Ｓに沿って配置され、動作中に内部冷却回路から冷媒流５２を放出するための内部冷却回路５４と連通する。

図３には、後縁冷却孔３０がさらに詳細に図示されている。各冷却孔３０は、下流方向Ｄに連続する冷却流との関係で、入口７０と、後縁冷却スロット６６に通じる１つ以上の非対称な中間部１０１とを含む。図３に図示する冷却孔３０の実施形態は、下流方向Ｄに先細る入口７０またはベルマウス状の入口７０を有する。図３に図示する冷却孔３０の実施形態は、非対称な一定面積の流れ断面７４を有する計量部１００である単一の中間部１０１を有する。冷却孔３０は、冷却空気または冷媒流５２をスロットに供給する。後縁冷却スロット６６は、計量部１００の下流端６９にある吹出部５８から始まり、ここに図示する実施形態は、翼長方向に漸拡する。冷却孔３０は、後縁ＴＥに向けて下流方向Ｄに延びる対応する軸方向隔壁６８によって、翼長Ｓに沿って半径方向に互いに離間する。湾曲した入口７０は、ここでは下流方向に先細る入口、特にベルマウス状の入口として図示されている。

入口７０は、隔壁６８の前端７２で前端７２の間に形成される。隔壁６８は、ベルマウス状の入口７０を規定する直径７３を有する半円形の前端７２を含む。冷却孔３０のそれぞれは、軸方向隔壁６８のうちの対応する上部および下部隔壁２５、２６の隣接対に沿って翼長方向に離間した上部および下部孔面４６、４８を含む。孔３０の翼長方向の高さＨは、図３に図示するように、軸方向隔壁６８のうちの上部および下部隔壁２５、２６の上部および下部孔面４６、４８の間で規定される。入口７０、計量部１００および後縁冷却スロット６６は、図３に図示するように、下流方向に延びる第１、第２および第３の長さＬ１、Ｌ２およびＬ３をそれぞれに有する。

図３〜図５を参照すると、孔３０の孔最大幅ＭＷは、図４に図示するように、孔３０において正圧および負圧側壁４２、４４のそれぞれの正圧および負圧側壁面３９、４０の間で規定される。後縁冷却スロット６６は、高圧タービン２２を通過する高温燃焼ガス１９に開放され露出されるスロットフロア５１を含む。スロットフロア５１は、負圧側壁４４に沿って第３の長さＬ３全体に延びる。

軸方向隔壁６８のうちの上部および下部隔壁２５、２６の隣接対ならびに正圧および負圧側壁４２、４４は、翼長方向に孔３０の境界を形成する。図６および図７を参照すると、冷却孔３０は、概して翼長方向に長くてもよく、翼長方向の高さＨが孔最大幅ＭＷよりも実質的に大きい、非対称な流れ断面７４を有する。冷却孔３０は、約２：１〜１０：１の範囲の例示的な高さ最大幅比Ｈ／ＭＷを有してもよい（図４〜図１０参照）。正圧および負圧側壁４２、４４のそれぞれの正圧および負圧側壁面３９、４０は、幅方向で孔３０の境界を形成する。

非対称な冷却孔３０の内側には、計量部１００に非対称な一定面積の流れ断面７４を提供する揚げフロア８８がある。一定面積の流れ断面７４は、図４から図１１に図示するように、冷却孔３０の１つ以上の非対称な中間部１０１を通じて軸方向および翼長方向に延びる中央平面７５に関して非対称である。揚げフロア８８は、入口７０から少なくとも部分的に計量部１００を通じて下流方向Ｄに延びており、図１２に図示するように、少なくとも部分的に冷却スロット６６を通じて延びてもよい。揚げフロア８８は、下流方向に連続する関係で、入口７０の上部ランプ９０と、計量部１００の端部の下部ランプ９４と、計量部１００で上部および下部ランプ９０、９４の間に非対称な一定面積の流れ断面７４を提供する平坦な遷移部９２とを含む。下部ランプ９４を含む揚げフロア８８は、図１２に図示するように、後縁冷却スロット６６内に延びてもよい。

図４を参照すると、揚げフロア８８は、図４に図示するように負圧側壁４４の負圧側壁面４０から隆起しまたは離れるように延び、代わりに、正圧側壁４２の正圧側壁面３９から隆起しまたは離れるように延びる。上部ランプ９０は、計量部１００の端部で負圧側壁面４０から上方に傾斜して下流方向Ｄに延びる。下部ランプ９４は、遷移部９２から後縁ＴＥまで下方に傾斜して下流方向Ｄに延びる。図４に図示する冷却孔３０の実施形態は、冷却孔３０を通じて固定または一定の最大幅ＭＷを有し、正圧および負圧側壁面３９、４０は、冷却孔３０の第１および第２の長さＬ１、Ｌ２全体を通じて平行である。正圧側壁面３９は、入口７０および計量部１００ならびにそれらの対応する冷却孔３０の第１および第２の長さＬ１、Ｌ２の全体を通じて平坦状または平面状である。冷却孔３０のこの実施形態では、負圧側壁面４０は、入口７０および計量部１００ならびにそれらの対応する冷却孔３０の第１および第２の長さＬ１、Ｌ２の全体を通じて平坦状または平面状である。スロットフロア５１は、孔３０内で負圧側壁面４０と共面上にある。

冷却孔３０の計量部１００は、後縁ＴＥから前方または上流方向に離間した吹出リップ４９で正圧側壁４２の外面４３を破る後縁冷却スロット６６に通じる。各後縁冷却スロット６６は、対応する隔壁６８の尾部端を形成する露出した平坦部５０で半径方向または翼長方向の境界が形成され、隔壁の前端は、対応する吹出リップ４９から前方にまたは前縁に向けて上流に延びる。図４に実線で図示する平坦部５０の一実施形態は、露出した冷却スロット６６のそれぞれの周りで正圧側壁４２の外面４３と共面上または同一面上にあり、それらの間から半径方向に延びる共通の吹出リップ４９を含む。このことは、翼の正圧側の流れの連続性を最大化する。

図５を参照すると、スロット面６０は、平坦部５０とスロットフロア５１の間で幅方向に延びる。スロット面６０とスロットフロア５１の間のスロットコーナ６４の丸み部６２は、計量部１００の流れ断面７４の底コーナ半径ＲＴと実質的に同じサイズを底コーナ半径ＲＴに隣接して有してもよい丸み半径ＲＦを有する。丸み半径ＲＦは、後縁冷却スロット６６の鋳造を助ける。丸み半径ＲＦは、スロットフロア５１および平坦部５０における冷媒流５２の膜の適用範囲をさらに一様にするために、後縁冷却スロットでスロットフロア５１から平坦部５０まで冷媒流５２を再分配することによって、平坦部５０の冷却を改善するのに役立つ。

平坦部５０の他の実施形態は、図４に破線で図示されており、露出した冷却スロット６６のそれぞれの周りで正圧側壁４２の外面４３と共面上または同一面上にはない平坦部５０を含む。これらのさらに短い平坦部５０は、スロットフロア５１に向けて正圧側壁４２の外面４３から離れるようにさらに傾いている。平坦部５０は、０〜５度の範囲の平坦部角度Ａ３で外面４３から離れるように傾いてもよく、平坦部５０は、後縁ＴＥの上流でスロットフロア５１と交差してもよい。翼のこのより短い平坦部の実施形態は、スロットフロア５１用の構造および表面を提供するデッキ１３０をさらに含む。デッキ１３０は、冷却孔３０の計量部１００からスロットフロア５１を通過して実質的に後縁ＴＥまで翼弦方向または下流方向に延びる。

図６および図７には、冷却孔３０の計量部１００の非対称な流れ断面７４が図示されている。図６に図示する揚げフロア８８は、正圧側壁４２の正圧側壁面３９から上方に隆起する。図７に図示する揚げフロア８８は、負圧側壁４４の負圧側壁面４０から上方に隆起する。冷却孔３０は、非対称な断面孔領域ＡＨを有し、揚げフロア８８は、揚げフロア断面領域ＡＰを有する。揚げフロア８８と冷却孔３０の間の流れ断面７４は、孔領域ＡＨと揚げフロア領域ＡＰの差に等しい流れ断面領域ＡＦを有する。図８、図９および図１０には、他の例示的な非対称な流れ断面７４が図示されている。図１０に図示する計量部１００の非対称流れ断面７４は、中央部７１、上部および下部揚げフロア８８Ｕ、８８Ｌならびに揚げフロア上部および下部領域ＡＰ１、ＡＰ２をそれぞれ有する。

図６〜図１０に図示する流れ断面７４の実施形態は、概して、相対的に狭い矩形中央部１２４であってもよい中央部１２４の先端１２２に２つ以上のローブ１２０を有すると説明されてもよい。図１１に図示する流れ断面７４の実施形態は、３つのローブ１２０を有する。流れ断面７４の高さＨは、計量部１００の長さ全体を通じて増加する。

翼長方向に離間した非対称な後縁冷却孔３０の列３８における異なる非対称な後縁冷却孔３０は、非対称な中間部１０１に、対応する異なる非対称な流れ断面７４を有してもよい。このことは、翼１２および後縁ＴＥの冷却を局所的な加熱および冷却要件に適合させる。

冷却孔３０、後縁冷却スロット６６および平坦部５０は、冷却形状構成に鋳造される。これらの形状構成の鋳造によって、翼およびブレードならびにベーンの良好な強度、低い製造コストおよび耐久性がもたらされる。非対称形状の流れ断面７４によって、翼の冷却に必要である冷媒流５２の量を低減させる良好な冷却流特性がもたらされる。下コーナ半径ＲＴは、これらの冷却形状構成の良好な冷却、鋳造性および強度に寄与し、特に、平坦部５０の冷却に役立ち、したがって使用される冷媒流５２の量を低減させる。

図１３には、実質的に一定面積の計量部および翼長方向漸拡部１００、１０２を含む２つの中間部１０１を有する後縁冷却孔３０が図示されている。後縁冷却孔３０のそれぞれは、下流方向に連続する冷却流との関係で、下流方向に先細る湾曲した入口７０またはベルマウス状の湾曲した入口７０、実質的に一定面積の非対称な流れ断面の計量部１００および後縁冷却スロット６６に通じる翼長方向漸拡部１０２を含む。後縁冷却孔３０のそれぞれは、冷却空気または冷媒流５２をスロット６６に供給する。揚げフロア８８は、計量部および漸拡部１００、１０２に非対称な一定面積の流れ断面７４を提供する。揚げフロア８８は、下流方向に連続する関係で、入口７０の上部ランプ９０と、計量部１００の端部の下部ランプ９４と、計量部および漸拡部１００、１０２で上部および下部ランプ９０、９４の間に非対称な一定面積の流れ断面７４を提供する平坦な遷移部９２とを含む。下部ランプ９４を含む揚げフロア８８は、図１２に図示するように、後縁冷却スロット６６内に延びてもよい。

揚げフロア８８は、スロットフロアから平坦部上に冷却流を押しやることに寄与する。この非対称な計量部１００は、著しい冷却流領域および冷却流要件を可能にする冷却流の抑制をもたらす。冷却孔の非対称形状の計量部は、設計ニーズを満たすように大きく変形されてもよく、冷却孔の上部または下部に置かれてもよい。冷却孔の非対称形状の計量部は、撓みを低減するようにＩビーム効果を取り入れることによって、コア強度を向上させることができる。計量部の流れ断面７４の非対称形状。

冷却孔の非対称形状の計量部は、翼の後縁冷却流を効果的に計量するという問題を解決し、同時に翼の後縁膜の有効性を向上させる。冷却流の計量は、冷却孔入口７０で実現され、噴出比は、低減した冷却流によって良好なスロットフロア膜の有効性を維持するように、スロット６６への冷却孔出口で低減される。スロットフロア上の冷却膜の有効性は、さらに小さい平坦部の表面積と共に平坦部の縁部の良好な流れ調整によって向上される。冷却孔の非対称形状の計量部は、タービン冷却流を低減することに役立ち、よって、後縁のさらに低いピーク金属温度と共に、さらに良好なエンジン性能およびさらに低いＳＣＦをもたらす。

一定幅Ｗを有する計量部１００は、エンジンサイクルに役立つように冷媒流５２の量を制御するようにサイズを決定される。計量部１００は、吹出部５８での流れの適用範囲を拡張し、スロットフロア５１および平坦部５０上の冷媒流５２の膜の適用範囲をさらに一様にするために、スロットフロア５１から平坦部５０までの後縁冷却スロット６６で冷媒流５２を再分配する。孔３０の漸拡部１０２の上流にある一定幅Ｗの計量部１００は、漸拡部１０２で冷媒流５２の完全な付着を維持するのに役立つ。

これによって、スロットフロア５１の表面領域の増加および平坦部５０の表面領域の低減が可能になる。一定幅Ｗの計量部１００および漸拡部１０２は、平坦部上でさらに多くの冷媒流５２を得るように、平坦部５０に対して吹出部でさらに好ましい流れ角度Ａ２を設定するのに役立つ。冷却孔３０の第１および第２の長さＬ１、Ｌ２全体を通じた平面状の正圧側壁面３９は、平坦部上でさらに多くの冷媒流５２を得るように、平坦部５０に対して吹出部でさらに好ましい流れ角度を設定するのにも役立つ。

冷却孔３０の一定幅と、それとは別に冷却孔３０の平面状の正圧側壁面３９は、吹出部で冷媒流５２の冷媒速度と正圧側壁４２の外面４３に沿う高温燃焼ガスのガス速度とを凡そ等しく維持するのに役立ち、タービン効率に悪影響をもたらし得る空力的損失を最小化する。これらの２つの特徴は、スロット６６の拡張部で冷媒流５２の流れ付着を維持するのにも役立つ。

本発明を図示的な方法で説明した。使用している用語は、限定の用語よりも説明の用語の性質を帯びるものとして意図されることは当然である。ここでは本発明の好ましい例示的な実施形態と考えられるものを説明しているが、本発明の他の修正は、ここにある教示から当業者にとって明らかであり、したがって、本発明の本来の主旨および範囲に含まれるそのような修正の全ては添付の特許請求の範囲に確保されることが望まれる。

したがって、特許による保護を求めるものは、以下の特許請求の範囲に規定され差別化されるような本発明である。

８中心軸線
１０高圧タービン段
１２タービン翼
１４ブレード基台
１６軸方向挿入蟻継
１７支持ロータディスク
１８加圧空気
１９高温燃焼ガス
２０燃焼器
２２高圧タービン（ＨＰＴ）
２４低圧タービン（ＬＰＴ）
２５上部隔壁
２６下部隔壁
２８タービンノズル
３０後縁冷却孔
３２高圧タービンブレード
３４翼基部
３６翼先端
３８後縁冷却孔の列
３９正圧側壁面
４０負圧側壁面
４２正圧側壁
４３外面
４４負圧側壁
４６上部孔面
４８下部孔面
４９吹出リップ
５０平坦部
５１スロットフロア
５２加圧冷却空気または冷媒流
５４内部冷却キャビティまたは回路
５６薄い後縁部
５８吹出部
６０スロット面
６２丸み部
６４スロットコーナ
６６後縁冷却スロット
６８軸方向隔壁
６９下流端
７０入口
７１中央部
７２前端
７３直径
７４流れ断面
７５中央平面
８８揚げフロア
８８Ｕ上部揚げフロア
８８Ｌ下部揚げフロア
９０上部ランプ
９２遷移部
９４下部ランプ
１００計量部
１０１中間部
１０２翼長方向漸拡部
１２０ローブ
１２２先端
１２４中央部
１３０デッキ
ＡＦ流れ断面領域
ＡＨ断面孔領域
ＡＰ揚げフロア断面領域
ＡＰ１揚げフロア上部領域
ＡＰ２揚げフロア下部領域
Ａ２流れ角度
Ａ３平坦部角度
Ｃ翼弦方向
Ｄ下流方向
Ｈ高さ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３長さ
ＬＥ前縁
ＭＷ孔最大幅
ＲＦ丸み半径
ＲＴ底コーナ半径
Ｓ翼長
ＴＥ後縁
Ｗ幅

Claims

ガスタービンエンジンのタービン翼（１２）であって、
幅方向に離間した正圧および負圧側壁（４２、４４）であり、翼基部（３４）から翼先端（３６）まで翼長（Ｓ）に沿って外側に延び、対向する前縁および後縁（ＬＥ、ＴＥ）の間で翼弦方向（Ｃ）に延びる正圧および負圧側壁（４２、４４）と、
翼長方向に離間した後縁冷却孔（３０）の翼長方向の列（３８）であり、前記正圧および負圧側壁（４２、４４）の間で前記翼（１２）に収容されるとともに、実質的に前記後縁（ＴＥ）まで翼弦方向に延び翼長方向に離間した対応する後縁冷却スロット（６６）で終端する後縁冷却孔（３０）の翼長方向の列（３８）と
を備え、
前記冷却孔（３０）のそれぞれは、前記後縁冷却スロット（６６）に通じる１つ以上の計量部（１００）を含み、
前記計量部（１００）は、正圧側壁面（３９）および負圧側壁面（４０）の間で規定され、
前記計量部（１００）は、前記正圧側壁面（３９）および前記負圧側壁面（４０）のうちの少なくとも一方から離れるように、前記後縁冷却スロット（６６）まで前記計量部（１００）の長手方向に延びる、少なくとも１つの揚げフロア（８８）を備え、
前記揚げフロア（８８）は、上部ランプ（９０）と、下部ランプ（９４）と、前記上部および下部ランプ（９０、９４）の間の平坦な遷移部（９２）とを含む、
タービン翼（１２）。
前記列（３８）の複数の前記後縁冷却孔（３０）の各々が、前記揚げフロア（８８）を備える前記計量部（１００）を含む、請求項１に記載のタービン翼（１２）。
前記後縁冷却スロット（６６）のうちの翼長方向に隣接するスロットの間に配置された平坦部（５０）と、前記平坦部（５０）の間で前記後縁冷却スロット（６６）に配置されたスロットフロア（５１）とをさらに備える、請求項１または２に記載のタービン翼（１２）。
前記冷却スロット（６６）のそれぞれの周りで前記正圧側壁（４２）の外面（４３）と共面上または同一平面上にある前記平坦部（５０）をさらに備える、請求項３に記載のタービン翼（１２）。
下流方向（Ｄ）に連続する冷却流との関係で、前記冷却孔（３０）の入口（７０）と、前記計量部（１００）と、前記後縁冷却スロット（６６）および前記入口（７０）にある前記上部ランプ（９０）とを含む、前記冷却孔（３０）のそれぞれを備える、請求項１乃至４のいずれかに記載のタービン翼（１２）。
前記揚げフロア（８８）は、前記計量部（１００）の全長に渡って延びる、請求項１乃至５のいずれかに記載のタービン翼（１２）。
前記計量部（１００）は、漸拡部（１０２）を含み、該漸拡部（１０２）は、前記冷却スロット（６６）を少なくとも部分的に通じて下流方向（Ｄ）に延びる、少なくとも１つの揚げフロア（８８）と、
をさらに備える、請求項１乃至６のいずれかに記載のタービン翼（１２）。
タービンブレード（３２）であって、
基台（１４）と一体に形成された請求項１乃至７のいずれかに記載のタービン翼（１２）と、
支持ロータディスク（１７）の周縁に前記タービンブレード（３２）を取り付けるために使用される軸方向挿入蟻継１６とを含む、
タービンブレード（３２）。
燃料を加圧空気と混合し、高温燃焼ガス（１９）を発生させる燃焼器（２０）と、
請求項８に記載のタービンブレード（３２）と、
前記タービンブレード（３２）の上流に配置されたタービンノズル（２８）とを含む、
高圧タービン段（１０）と、
該高圧タービン段（１０）の下流に配置された低圧タービン段（２４）と、
を含む、
ガスタービンエンジン。