JP6594525B2 - 部分的にシールされた半径方向通路を備える流れ押退け特徴を有するタービン翼 - Google Patents

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流体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、部分的にシールされた半径方向通路を備える流れ押退け特徴を有する、内部で冷却され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、前縁および後縁で接続された、正圧面壁部および負圧面壁部を含む。正圧面壁部と負圧面壁部との間の略中央に延びる翼弦軸線が規定されている。

本発明の第１の態様によれば、タービン翼は、正圧面壁部と負圧面壁部とを接続する、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。流れ押退け要素が、一対の隣接する隔壁の間の空間に配置されている。流れ押退け要素は、正圧面壁部および負圧面壁部から離間しかつさらに隣接する隔壁のうちの一方または両方から離間した、半径方向に延びる細長い本体を有し、第１の壁近傍通路が、本体と正圧面壁部との間に形成されており、第２の壁近傍通路が、本体と負圧面壁部との間に形成されており、中央通路が、本体と、隣接する隔壁のそれぞれ１つとの間に形成されている。中央チャネルが、半径方向範囲に沿って第１および第２の壁近傍通路に接続されている。１つまたは複数の半径方向リブが、中央チャネルに配置されており、本体と、それぞれの隣接する隔壁との間で中央チャネルを部分的に横切って延びている。

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複数の半径方向に延びる冷却材通路を有する。少なくとも１つの冷却材通路が、正圧面壁部に隣接した第１の壁近傍通路と、負圧面壁部に隣接した第２の壁近傍通路と、翼弦軸線に対して横方向に延びかつ半径方向範囲に沿って第１および第２の壁近傍通路に接続された中央チャネルとから形成されている。翼弦軸線に沿った中央チャネルの幅が、半径方向範囲に沿って部分的にシールされている。

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。

壁近傍冷却通路を備えるタービン翼の断面図である。 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。 第１の実施の形態による、図２の断面ＩＩＩ−ＩＩＩに沿ったタービン翼の断面図である。 図３における断面線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。 図３における断面線Ｖ−Ｖに沿った断面図である。 第２の実施の形態によるタービン翼の断面図である

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、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通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。多くのタービン翼において、冷却通路は、正圧面壁部と負圧面壁部との間で翼内に延びており、翼を通って半径方向で交互に冷却材空気を導いて、蛇行した冷却経路を形成する。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。利用できる冷却材空気が減ると、翼を冷却することが著しく困難になり得る。例えば、翼から除去することができる熱が少なくなることに加え、冷却材流が少ないと、冷却要求を満たすための高い十分な内部マッハ数を生じさせることも困難にし得る。図１に示すように、この問題を解決する１つの方法は、冷却材流を翼の中央から高温の正圧面壁部および負圧面壁部ＰＳおよびＳＳに向かって押し退ける１つまたは複数の流れ押退け（flow displacement）要素Ｆを提供し、高温の正圧面壁部および負圧面壁部ＰＳおよびＳＳに隣接したそれぞれの壁近傍冷却通路ＮＰおよびＮＳを形成することによって、半径方向冷却通路の流れ横断面を減らすことである。高い熱応力を回避するために、壁近傍冷却通路ＮＰおよびＮＳは、それぞれの接続通路Ｒによって、半径方向範囲に沿って接続されていてもよい。本願発明者らは、特に回転中のタービンブレードの場合、冷却材流が、接続通路Ｒを介して負圧面ＳＳから正圧面ＰＳへ移動することがあり、流れの不均一な分配を生じるということに注目した。さらに、回転ブレードおよび固定ベーンを備えるあらゆるタービン翼において、接続通路Ｒを通って半径方向に流れる冷却材は、ほとんどが、高温ガスに曝されない、実質的な冷却を必要としない壁部において無駄に利用されることがあり、これは、特に低冷却材流設計においては好ましくないことがある。本発明の実施の形態は、上述の条件のうちの１つまたは複数を軽減しつつ、高い熱応力をも回避し得る翼設計を提供する。

ここで図２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。図示のように、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。タービン翼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、略凹面状の正圧面壁部１６と、略凸面状の負圧面壁部１８とを有する。正圧面壁部１６および負圧面壁部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）に接続していてもよい。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、タービン翼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。当業者に知られているように、高温ガスに曝されるタービン翼１０の外面に、サーマルバリヤコーティング（ＴＢＣ）が設けられてもよい。

図３を参照すると、正圧面壁部１６と負圧面壁部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を有し、この内部１１には、翼弦方向、すなわち翼弦軸線３０に沿って離間して複数の隔壁２４が配置されている。隔壁２４は、半径方向に延びており、さらに、翼弦軸線３０を横切って直線に延びて、正圧面壁部１６と負圧面壁部１８とを接続してもよく、内部冷却通路を形成する半径方向キャビティ４１〜４８を画成している。圧縮機セクション（図示せず）からの空気などの冷却流体は、内部冷却通路４１〜４８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（図２参照）。排出口２７は、前縁２０に沿ってフィルム冷却を提供する。図示されていないが、フィルム冷却口は、正圧面壁部１６、負圧面壁部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善された熱伝達係数を提供し、これは、図２に示したように前縁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２６Ａ，２６Ｂが設けられており、各流れ押退け要素は、一対の隣接する隔壁２４の間の空間に配置されている。各流れ押退け要素２６Ａ，２６Ｂは本体２８を有する。本体２８は、正圧面壁部１６および負圧面壁部１８から離間しており、さらに、隣接する隔壁２４から離間している。例示された実施の形態では、本体２８は、中空で、半径方向に沿って延在しており（図４参照）、これにより、本体２８内にそれぞれの延在した半径方向キャビティＴ１，Ｔ２を形成している。例示された実施の形態では、各キャビティＴ１，Ｔ２は非活動キャビティである。非活動キャビティは、冷却流体を導かないが、翼の中央における流れ横断面の一部を占めるように機能し、冷却材流を第１および第２の壁近傍通路７２，７４に向かって押し退ける。この例では、各非活動キャビティＴ１，Ｔ２は、第１の端部から第２の端部へ半径方向に延びている。第１の端部（図示せず）は、例えば根元部５６に配置されていてもよいし閉鎖されていてもよいが、第２の端部は、翼ボディ１２の内部１１に配置されていてもよく、間隙５０を画成するように翼先端５２に到達せずに終わっている（図４参照）。図示した例では、第２の端部は先端キャップ３９によって閉鎖されている。別の例では、例えば固定のタービンベーンの場合、非活動キャビティを有するのと対照的に、中空の延在した本体２８のうちの１つまたは複数が、二次的な冷却通路を画成してもよく、この二次的な冷却通路は、隣接する半径方向キャビティ４３−４６と流体連通しないように隔離されている。二次的な冷却通路は、例えば、タービンエンジンのタービンセクションの内径と外径との間に冷却流体を導いてもよい。さらに他の実施の形態では、流れ押退け要素２６Ａ，２６Ｂのうちの１つまたは複数は、いかなるキャビティも備えない中実体構造を有する本体２８を有していてもよい。本体２８の中空構造は、中実体構造と比較して、より小さい熱応力を提供することができる。

第１の壁近傍通路７２は、半径方向に延びており、本体２８と正圧面壁部１６との間に画成されている。第２の壁近傍通路７４は、半径方向に延びており、本体２８と負圧面壁部１８との間に画成されている。第１および第２の壁近傍通路７２，７４は、半径方向範囲に沿って、それぞれの中央チャネル７６によって接続されている。中央チャネル７６は、半径方向に延びており、本体２８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。半径方向流れ断面において、第１および第２の壁近傍通路７２，７４は、正圧面壁部１６に沿っておよび負圧面壁部１８に沿ってそれぞれ略長さ方向に延びており、また、本体２８と、正圧面壁部１６および負圧面壁部１８それぞれとの間に幅方向に延びている。図示の例では、壁近傍通路７２，７４の長さ方向は、翼弦軸線３０に対して略平行に延びていてもよく、これに対して、壁近傍通路７２，７４の幅方向は、翼弦軸線３０に対して略垂直に延びていてもよい。半径方向流れ断面において、中央チャネル７６は、第１の壁近傍通路７２から第２の壁近傍通路７４まで延びる長さ方向と、本体２８からそれぞれの隣接する隔壁２４まで延びる幅方向とを有する。図示の例では、中央チャネル７６の長さ方向は翼弦軸線３０に対して横方向であるのに対し、中央チャネル７６の幅方向は、翼弦軸線３０に対して略平行である。高温の外壁１４の有効な壁近傍冷却を提供しながら低い冷却材流を達成するために、第１の壁近傍通路７２、第２の壁近傍通路７４および中央チャネル７６のうちの１つまたは複数は、幅方向寸法よりも大きな長さ方向寸法を有する、細長い形状であってもよい。

図１と対照的に、図３に示す実施の形態では、１つまたは複数の半径方向リブ６４が中央チャネル７６に配置されていてもよい。半径方向リブ６４は、本体２８と、それぞれの隣接する隔壁２４との間で中央チャネル７６の幅を部分的に横切って延びている。半径方向リブ６４のうちの１つまたは複数は、半径方向範囲に沿って本体２８に接続され、それぞれの隣接する隔壁２４から離間していてもよい。代替的にまたは付加的に、半径方向リブ６４のうちの１つまたは複数は、半径方向範囲に沿ってそれぞれの隣接する隔壁２４に接続され、本体２８から離間していてもよい。図３に示す実施の形態では、複数の半径方向リブ６４は、各中央チャネル７６に配置されており、それぞれの中央チャネル７６の長さ方向に離間しており、この長さ方向は、この場合、翼弦軸線３０に対して横方向である。半径方向リブ６４は、中央チャネル７６の幅方向に延びている。幅方向は、この場合、翼弦軸線３０に対して略平行である。半径方向リブ６４は、半径方向にさらに、例えば、中央チャネル７６の実質的に半径方向範囲全体に沿って延びていてもよい（図４参照）。図示した実施の形態では、連続する半径方向リブ６４が、本体２８またはそれぞれの隣接する隔壁２４に交互に接続されているが、双方には接続されていない。連続する半径方向リブ６４は、中央チャネル７６の長さに沿って互い違いに配置されており、中央チャネル７６の幅方向で部分的に重なり合っている。この場合、重なり合いは、翼弦軸線３０に対して略平行な方向であってもよい。これにより、あいじゃくりシーリング構成が実現されてもよい。この構成では、中央チャネル７６は、それぞれの中央チャネル７６の幅を横切る各半径方向リブ６４の部分的延在により、完全にはブロックされていない。すなわち、冷却流体は、中央チャネル７６および壁近傍通路７２，７４を通って半径方向に通過させられる。しかしながら、この構成は、中央チャネル７６を介して第１および第２の壁近傍通路７２，７４へのおよび第１および第２の壁近傍通路７２，７４からの冷却流体の移動の可能性を低減する。このような移動は、さもなければ、例えば、回転中のタービンブレードにおいて生じ得る。これは、意図したところに冷却流体がとどまることを保証するための設計のロバスト性を高める。

各半径方向リブ６４が、第１の端部９２から第２の端部９４まで延びていてもよく、これらの端部は、それぞれの中央チャネル７６の半径方向内側および外側の端部とそれぞれ整列していてもよい。別の特徴として、図４に示すように、流れ妨害（flow blocking）要素６６が、半径方向リブ６４の端部９２，９４のうちの一方または両方において、特に、図４に示すように冷却材流６０に関してそれぞれの中央チャネル７６の上流端部において、中央チャネル７６をカバーするように配置されていてもよい。流れ妨害要素６６は、１つまたは複数の半径方向リブ６４のそれぞれの半径方向端部９２，９４において中央チャネル７６の流れ横断面を実質的にまたは完全に横切って延びていてもよい。流れ妨害要素６６は、例えば、半径方向端部９２，９４において中央チャネル７６の幅を完全にまたは部分的に横切って延びかつさらに中央チャネル７６の長さ方向に延びる流れ妨害リブから形成されていてもよい。本発明の１つの実施の形態によれば、異なる熱膨張による熱応力を回避するために、流れ妨害要素６６は、本体２８および隣接する隔壁２４の両方に接続された１つのリブを有するのではなく、組み合わさることにより半径方向端部９２，９４において中央チャネル７６の全幅を横切って延びる複数の重なり合うリブを有していてもよい。図４に示す典型的な実施の形態では、各流れ妨害要素６６は、中央チャネル７６の幅Ｗを部分的に横切って個々に延びる、半径方向に互い違いに配置された一対の重なり合うリブ６６ａ，６６ｂを構成している。リブ６６ａは、本体２８に接続されており、それぞれの隣接する隔壁２４から離間しており、狭い間隙を形成しているのに対し、リブ６６ｂは、それぞれの隣接する隔壁２４に接続されており、本体２８から離間しており、狭い間隙を形成している。重なり合うリブ６６ａ，６６ｂは、組み合わさって、端部９２または９４において中央チャネル７６をカバーするように、中央チャネルの全幅Ｗを横切って延びていてもよい。他の実施の形態では、リブ６６ａまたは６６ｂのうちの一方のみを流れ妨害要素６６として使用することが可能である。この流れ妨害要素６６は、本体２８またはそれぞれの隣接する隔壁２４のいずれかに接続されており、他方と狭い間隙を形成する。さらに、図５に示すように、流れ妨害要素６６（またはリブ６６ａ，６６ｂ）は、中央チャネル７６の長さＬの全体または一部を横切って中央チャネル７６の長さ方向に延びていてもよく、この長さ方向は、この場合、翼弦軸線３０に対して横方向である。流れ妨害要素６６が複数の部分から形成されるように構成することも可能である。複数の部分が、中央チャネル７６の長さ方向に沿って重なり合い、組み合わさって中央チャネル７６の全長Ｌをカバーしてもよい。図４に示したように、冷却流体６０は、流れ妨害要素６６により、半径方向内側または外側端部からそれぞれの中央チャネル７６に進入することを防止されてもよく、これにより、点線の矢印６０によって概略的に示されているように、冷却流体のほとんど全体を第１および第２の壁近傍通路７２，７４に向かって有効に押し退ける。冷却流体が第１および第２の壁近傍通路７２，７４に入ると、半径方向リブ６４は、第１および第２の壁近傍通路７２，７４へのおよび第１および第２の壁近傍通路７２，７４からの冷却流体の移動を防止する。冷却流体を、意図した領域、すなわち正圧面壁部および負圧面壁部１６，１８に向かって完全にまたは少なくとも著しく押し退け、冷却があまり必要とされない領域を回避するという能力は、冷却材流をさらに減少させる。図５を参照すると、別の変化態様として、流れ妨害要素６６は、点線によって示されているように、中央チャネル７６の長さに沿った方向で、冷却流体を中央チャネル７６から離れるようにかつ壁近傍通路７２，７４に向かって特に案内するように輪郭付けられていてもよい。

再び図３を参照すると、各流れ押退け要素２６Ａ，２６Ｂの本体２８は、翼弦軸線３０を横切って延びていてもよく、これにより、第１および第２の壁近傍通路７２，７４は翼弦軸線３０の互いに反対の側に配置されている。例示された実施の形態では、本体２８は、それぞれ正圧面壁部および負圧面壁部１６，１８に面した、互いに反対側の第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。図示された実施の形態では、第１の側壁８２は、正圧面壁部１６に対して略平行であり、第２の側壁８４は、負圧面壁部１８に対して略平行である。本体２８は、さらに、第１および第２の側壁８２，８４の間に延び、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。図示したように、コネクタリブ３２，３４はそれぞれ、第１および第２の側壁８２，８４に接続されていてもよい。各半径方向リブ６４は、本体２８の前方または後方の端壁８６，８８と、それぞれの隣接する隔壁２４との間で中央チャネル７６を部分的に横切って延びている。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他の形状または外輪郭を有していてもよい。

例示された実施の形態では、一対のコネクタリブ３２，３４はそれぞれ、本体２８を正圧面壁部１６および負圧面壁部１８に接続している。その結果、一対の隣接する半径方向キャビティ４３−４４，４５−４６は、各流れ押退け要素２６Ａ，２６Ｂの翼弦方向で反対の側に、画成されている。この例では、隣接する半径方向キャビティ４３−４４の第１の対は、第１の流れ押退け要素２６Ａの翼弦方向で互いに反対の側に画成されている。同様に、隣接する半径方向キャビティ４５−４６の第２の対は、第２の流れ押退け要素２６Ｂの翼弦方向で互いに反対の側に画成されている。各半径方向キャビティ４３−４６は、それぞれの第１および第２の壁近傍通路７２，７４と、それぞれの第１および第２の壁近傍通路７２，７４を接続するそれぞれの中央チャネル７６とによって形成されている。各中央チャネル７６は、前述のように１つまたは複数の半径方向リブ６４によって部分的にシールされていてもよい。

図示のように、各半径方向キャビティ４３−４６は、それぞれの壁近傍通路７２，７４の対と、それぞれの中央チャネル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２６Ａ，２６Ｂ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キャビティは、対称的に対向した流れ横断面を有する。図示の例では、隣接する半径方向キャビティ４３，４４の第１の対はそれぞれ、対称的に対向した構成のＣ字形の流れ横断面を有する。すなわち、半径方向キャビティ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、半径方向キャビティ４３の流れ横断面の鏡像に対応する。同じ説明が、隣接する半径方向キャビティ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、この例では壁近傍通路７２，７４および中央チャネル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隣接する半径方向キャビティ４３−４４，４５−４６は、冷却流体を互いに反対の半径方向へ導いてもよく、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コネクタ通路を介して流体接続されていてもよい。この例では、図４に示したように、隣接する半径方向キャビティ４３−４５の間の翼弦方向コネクタ通路は、流れ押退け要素２６Ａと、翼ボディ１２の半径方向端面、この場合は翼先端５２との間の間隙５０によって画成されていてもよい。同様に、隣接する半径方向キャビティ４５−４６の間の翼弦方向コネクタ通路は、第２の流れ押退け要素２６Ｂと、翼ボディ１２の半径方向端面５２，５４のうちの一方との間の間隙によって画成されていてもよい。中空の翼ボディ１２の内部１１における間隙５０は、隣接する半径方向キャビティ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において、上流の半径方向キャビティから下流の半径方向キャビティへ翼弦方向コネクタ通路内で均一な流れの方向転換を保証する。間隙５０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して流れ押退け要素２６Ａ，２６Ｂが受ける応力も減らし、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。

例示された実施の形態は、様々な異なる冷却方式と併せて使用されてもよい。例えば、１つの実施の形態では、隣接する半径方向キャビティ４３−４４の第１の対は、翼の前方へ延びる第１の蛇行した冷却経路の一部を形成してもよく、さらに、隣接する半径方向キャビティ４５−４６の第２の対は、翼の後方へ延びる第２の蛇行した冷却経路の一部を形成してもよい。代替的な実施の形態では、半径方向キャビティ４３−４６は、それぞれの翼弦方向コネクタ通路によって直列に接続されて、翼の前方または後方のいずれかへ延びる１つの蛇行した冷却経路を形成してもよい。さらに別の実施の形態では、前述の蛇行した冷却方式は、最終的に冷却流体を前縁および／または後縁の半径方向キャビティ４１および４８にそれぞれ導くために、インピンジメント冷却などの他の冷却方式と組み合わされてもよい。冷却流体は、半径方向キャビティ４１および４８から、翼ボディ１２の前縁および後縁２０，２２に沿って配置されたオリフィス２７および２９を介して翼ボディ１２から排出されてもよい（図２参照）。しかしながら、使用される特定の冷却方式は、本発明の態様にとって重要ではないことに留意すべきである。

図６を参照すると、本発明の態様は、例えば、上述の蛇行冷却方式の全部ではないとしても、少なくとも一部を置換することができる、内部インピンジメント冷却特徴を有する代替的な構成に適用されてもよい。例示された構成は、最も冷却を必要とする領域、すなわち正圧面壁部１６および負圧面壁部１８に冷却流体の目標を定められた衝突を提供するインピンジメント構造として具体化された、１つまたは複数の流れ押退け要素２６Ａ’，２６Ｂ’を有していてもよい。流れ押退け要素２６Ａ’，２６Ｂ’の構造的特徴およびその結果としての半径方向キャビティ４３−４６の形状は、図３に示した流れ押退け要素２６Ａ，２６Ｂとほとんど同じであってもよく、さらに説明しない。しかしながら、図３の実施の形態とは対照的に、この実施の形態の中空の細長い流れ押退け要素２６Ａ’，２６Ｂ’は、これらの流れ押退け要素内に、冷却材流体を受け入れるそれぞれの冷却材キャビティＣ１，Ｃ２を形成している。この場合、冷却材キャビティＣ１，Ｃ２は、圧縮機セクション（図示せず）から逸らされた空気を提供する冷却流体供給通路を介して冷却流体を受け取るために、例えば根元部５６で開放していてもよい。冷却材キャビティＣ１，Ｃ２の反対側の半径方向端部は、翼ボディ１２の内部１１に配置されていてもよいし閉鎖されていてもよい。図示したように、それぞれの冷却材キャビティＣ１，Ｃ２を第１および第２の壁近傍通路７２および７４に接続する複数のインピンジメント開口２５が、各本体２８を貫通して形成されていてもよい。インピンジメント開口２５は、正圧面壁部１６および負圧面壁部１８に衝突するように、冷却材キャビティ６４内を流れる冷却流体を方向付ける。特に、インピンジメント開口は、それぞれ正圧面壁部１６および負圧面壁部１８に面する本体の第１および第２の反対側の側壁８２，８４に形成されていてもよい。インピンジメント開口２５は、各側壁８２，８４にインピンジメント配列を形成するために、翼弦方向および半径方向で離間していてもよい。

作動中、冷却流体６０は、冷却材キャビティＣ１，Ｃ２を通って半径方向に流れ、インピンジメント開口２５を通って排出され、高温の正圧面壁部および負圧面壁部１６および１８の内面に特に衝突して、これらの面にインピンジメント冷却を提供する。衝突後、冷却流体は、隣接するＣ字形の半径方向キャビティ４３−４４または４５−４６を通流し、正圧面壁部および負圧面壁部１６および１８のみならず、隔壁２４をも含む隣接する高温壁の対流冷却を提供する。特に、本体２８は、冷却流体を、翼の中央から、半径方向キャビティ４３−４４および４５−４６の壁近傍通路７２および７４に向かって移動させる。１つまたは複数の半径方向リブ６４が、前に説明した形式で中央チャネルを部分的にシールするために中央チャネル７６に配置されていてもよい。半径方向リブを有することで、中央チャネル７６を介した第１および第２の壁近傍通路７２，７４へのおよび第１および第２の壁近傍通路７２，７４からの冷却流体の移動を防止する。このような移動は、例えば、回転中のタービンブレードにおいて生じ得る。加えて、各中央チャネル７６は、冷却流体が半径方向内側および／または外側の端部からそれぞれの中央チャネル７６に進入することを防止するために、前に説明した形式でそれぞれの流れ妨害要素６６によってリブ６４の一方または両方の半径方向端部でカバーされていてもよい。

Ｃ字形の半径方向キャビティ４３−４４および４５−４６は、それぞれの冷却材キャビティＣ１，Ｃ２と翼先端５２との間の間隙によって画成されたそれぞれ翼弦方向コネクタ通路を介して、流体接続されていてもよい。翼先端５２には排出口が設けられていてもよく、これらの排出口を介して、冷却材流体が翼１０から排出されて、高温ガスに曝される翼先端５２の外面にフィルム冷却を提供してもよい。前述のインピンジメント冷却特徴は、最終的に冷却流体を前縁および後縁の半径方向キャビティ４１および４８にそれぞれ導くために、他の蛇行冷却方式および／またはインピンジメント冷却方式および／またはあらゆる他の冷却方式と組み合わされてもよい。冷却流体は、半径方向キャビティ４１および４８から、翼ボディ１２の前縁および後縁２０，２２に沿って配置されたオリフィス２７および２９を介して翼ボディ１２から排出されてもよい（図２参照）。ここでも、使用される特定の冷却方式は、本発明の態様にとって重要ではない。

好適な実施の形態では、流れ押退け要素２６Ａ，２６Ｂまたは２６Ａ’，２６Ｂ’および半径方向リブ６４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。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。

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 (10)

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壁部（１６）および負圧面壁部（１８）を有し、前記正圧面壁部（１６）と前記負圧面壁部（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壁部（１６）と前記負圧面壁部（１８）とを接続する複数の半径方向に延びる隔壁（２４）であって、前記翼弦軸線（３０）に沿って離間している、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）の間の空間に配置された流れ押退け要素（２６Ａ−２６Ｂ，２６Ａ’−２６Ｂ’）であって、前記正圧面壁部（１６）および前記負圧面壁部（１８）から離間しかつ前記隣接する隔壁（２４）のうちの一方または両方から離間した、半径方向に延びる延在した本体（２８）を有し、該本体（２８）と前記正圧面壁部（１６）との間に第１の壁近傍通路（７２）が画成されており、前記本体（２８）と前記負圧面壁部（１８）との間に第２の壁近傍通路（７４）が画成されており、前記本体（２８）と、前記隣接する隔壁（２４）のそれぞれとの間に中央チャネル（７６）が画成されており、該中央チャネル（７６）は、半径方向範囲に沿って前記第１の壁近傍通路（７２）および前記第２の壁近傍通路（７４）に接続されている、流れ押退け要素（２６Ａ−２６Ｂ，２６Ａ’−２６Ｂ’）と、を備え、
   前記本体（２８）とそれぞれの前記隣接する隔壁（２４）との間で部分的に前記中央チャネル（７６）を横切って延びる１つまたは複数の半径方向リブ（６４）が、前記中央チャネル（７６）に配置されている、
   タービン翼（１０）。
2. 前記１つまたは複数の半径方向リブ（６４）のうちの少なくとも１つは、半径方向範囲に沿って前記本体（２８）に接続されておりかつそれぞれの前記隣接する隔壁（２４）から離間している、請求項１記載のタービン翼（１０）。
3. 前記１つまたは複数の半径方向リブ（６４）のうちの少なくとも１つは、半径方向範囲に沿ってそれぞれの前記隣接する隔壁（２４）に接続されておりかつ前記本体（２８）から離間している、請求項１または２記載のタービン翼（１０）。
4. 前記１つまたは複数の半径方向リブ（６４）は、前記中央チャネル（７６）の長さ方向で離間した複数の半径方向リブ（６４）を有し、連続する前記半径方向リブ（６４）は、前記本体（２８）またはそれぞれの前記隣接する隔壁（２４）に交互に接続されており、前記連続する半径方向リブ（６４）は、前記中央チャネル（７６）の幅方向に沿って部分的に重なり合っている、請求項１から３までのいずれか１項記載のタービン翼（１０）。
5. 前記１つまたは複数の半径方向リブ（６４）は、実質的に前記中央チャネル（７６）の半径方向範囲全体に沿って延びている、請求項１から４までのいずれか１項記載のタービン翼（１０）。
6. 流れ妨害要素（６６）が、前記１つまたは複数の半径方向リブ（６４）の半径方向端部（９２，９４）で前記中央チャネル（７６）をカバーするように配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のタービン翼（１０）。
7. 前記流れ妨害要素（６６）は、複数の重なり合う部分（６６ａ，６６ｂ）を有し、該複数の重なり合う部分（６６ａ，６６ｂ）は、組み合わさって、前記半径方向端部（９２，９４）で前記中央チャネル（７６）の流れ横断面を横切って延びている、請求項６記載のタービン翼（１０）。
8. 前記流れ妨害要素（６６）は、冷却流体流を前記壁近傍通路（７２，７４）に向かって案内するように、前記翼弦軸線（３０）に対して横方向の前記中央チャネル（７６）の長さに沿った方向で輪郭付けられている、請求項７記載のタービン翼（１０）。
9. 前記本体（２８）を前記正圧面壁部（１６）および前記負圧面壁部（１８）にそれぞれ接続する第１のコネクタリブ（３２）および第２のコネクタリブ（３４）をさらに有し、
   前記流れ押退け要素（２６Ａ−２６Ｂ，２６Ａ’−２６Ｂ’）の翼弦方向で反対の側に、一対の隣接する半径方向キャビティ（４３−４４，４５−４６）が画成されており、
   前記各半径方向キャビティ（４３−４６）は、それぞれの前記第１の壁近傍通路（７２）と、前記第２の壁近傍通路（７４）と、それぞれの前記第１の壁近傍通路（７２）と前記第２の壁近傍通路（７４）とを接続するそれぞれの中央チャネル（７６）とによって形成されており、該それぞれの中央チャネル（７６）は、該それぞれの中央チャネルに配置された前記１つまたは複数の半径方向リブ（６４）のうちの少なくとも１つを有する、請求項１から８までのいずれか１項記載のタービン翼（１０）。
10. 前記一対の前記隣接する半径方向キャビティ（４３−４４，４５−４６）は、前記流れ押退け要素（２６Ａ−２６Ｂ，２６Ａ’−２６Ｂ’）と前記翼ボディ（１２）の半径方向端面（５２）との間の間隙（５０）によって画成された翼弦方向コネクタ通路によって流体接続されている、請求項９記載のタービン翼（１０）。

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