JP7045828B2

JP7045828B2 - 冷却構造体のための織り合わされた表面近傍冷却チャネル

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Publication number: JP7045828B2
Application number: JP2017204129A
Authority: JP
Inventors: ベンジャミン・ポール・レイシー; クリストファー・ドナルド・ポーター; デビッド・エドワード・シック; リンゼイ・マリー・キブラー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2016-11-03
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2037-10-23
Also published as: US20180119570A1; JP2018112184A; US10443437B2; EP3318720A1; EP3318720B1; CN108019239A; CN108019239B

Description

本開示は、一般的には、ガスタービンの冷却構造体に関し、より具体的には、構造体の端部冷却を最大にするように経路設定された織り合わされた冷却チャネルに関する。

大型のヘビーデューティ産業用ガスタービンエンジンでは、燃焼器内で発生した高温ガス流をタービンに通して機械的仕事を発生させる。タービンは、徐々に減少する温度で高温ガス流と作用する１つまたは複数の列もしくは段のステータベーンおよびロータブレードを含む。より高い温度のガス流をタービンに通すことによって、タービンの効率、したがってエンジンの効率を高めることができる。しかしながら、タービン入口温度は、タービンの材料特性、特に第１段のベーンおよびブレード、ならびにこれらの第１段の翼形部の冷却能力の量に制限される。

第１段のロータブレードおよびステータベーンは、ガス流がタービン段を通過するにつれて温度が徐々に低下する最高のガス流温度に曝される。冷却空気を内部冷却流路に通し、冷却空気を膜冷却孔を介して排出して冷却空気のブランケット層を提供し、高温ガス流から冷却表面を保護することによって、第１段および第２段の翼形部（ブレードおよびベーン）を冷却しなければならない。

タービン・ロータ・ブレードは、ブレード先端部との間に隙間を形成するシュラウドによって形成された冷却表面内で回転する。シュラウドは、リングキャリア内に固定された多数のセグメントから形成される。隙間を通過する高温ガス流の漏れは、タービン効率を低下させるだけでなく、シュラウド上にホットスポットを形成して、部品寿命を短くさせる浸食または他の熱誘導損傷をもたらす。

米国特許第９０１５９４４号明細書

本開示の態様および利点は、以下の説明である程度述べられ、この説明から明らかとなり、あるいは本開示の実施によって知ることができる。

一実施形態では、ガスタービンエンジンの冷却構造体は、前縁、後縁、第１の側面部分、第２の側面部分、およびキャビティを備える本体を有する。冷却空気マイクロチャネルの第１の組は、キャビティから延在し、第１の側面部分に沿って配置される。冷却空気マイクロチャネルの第２の組は、キャビティから延在し、第２の側面部分に沿って配置される。冷却空気マイクロチャネルの第１および第２の組は、互いに隣接して配置された折り返し部分と、各反対側のマイクロチャネルから生じる織り合わされた排気端部と、を有する。各織り合わされた排気端部は、対向する折り返し部分の周りに延在し、折り返し部分からほぼ半径方向外方に位置する複数の排気ポートから冷却空気を排出するように構成される。

別の実施形態では、上述の冷却構造体は、圧縮機部と、圧縮機の下流に位置する燃焼部内の複数の燃焼器と、燃焼部の下流に配置されたタービン部と、を有するガスタービンの一部である。

本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付の図面を参照すれば、より良く理解されよう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成しており、本開示の実施形態を例示し、説明と共に、本開示の原理を説明するのに役立つ。

完全かつ可能な開示は、その最良の形態を含み、当業者に向けられて、本明細書に記載されており、それは以下の添付の図面を参照している。

本発明の様々な実施形態を組み込むことができる典型的なガスタービンの概略図である。本開示の様々な実施形態による、例示的なロータブレードを含むタービン部の一部と、第２段シュラウド・ブロック・アセンブリの一部と、の拡大断面側面図である。ガスタービンの第１段に典型的なタービン・シュラウド・ブロック・アセンブリを形成するために外側タービン・シュラウド・セグメントに結合された内側タービン・シュラウド・セグメントの一実施形態の斜視図である。本開示の様々な実施形態による、マイクロチャネルを有する内側タービン・シュラウド・セグメントの斜視図である。内側タービン・シュラウド・セグメント・マイクロチャネルの一実施形態の底面図であり、予め焼結されたプリフォーム（ＰＳＰ）層はない。マイクロチャネルの折り返し部分と織り合わされた排気端部を示す拡大底面図である。第１の側面部分（例えば、第１のスラッシュ面）の拡大側面図であり、燃焼ガス側面からほぼ半径方向外方に延在し、マイクロチャネルの折り返し部分の間で織り合わさって、折り返し部分からほぼ半径方向外方に位置する排気ポートから冷却空気を排出する排気端部を示す。

本明細書および図面における符号の反復使用は、本開示の同じまたは類似の特徴もしくは要素を表すことを意図している。

本発明の実施形態を示すために、ここで詳細に参照を行うが、それの１つまたは複数の実施例を添付の図面に示す。詳細な説明では、図面中の特徴を参照するために数値および文字による記号が使用されている。図面および説明の同様のまたは類似の符号は、本発明の同様のまたは類似の部材を指すために用いている。本明細書で使用する場合、用語「第１の」、「第２の」、および「第３の」は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用することができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図するものではない。「上流」または「後方」、ならびに「下流」（または「前方」）という用語は、流体経路における流体の流れに関する相対的な方向を指す。例えば、「上流」または「後方」は、流体が流れる方向を指し、「後部」と呼ばれることもある。「下流」または「前方」は、流体が流れる方向を指し、「前部」と呼ばれることもある。「半径方向」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に垂直な相対方向を指し、「軸方向」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行な相対方向を指す。

各例は、本発明の限定としてではなく、本発明の例示として提示される。実際、本発明の範囲または趣旨を逸脱せずに、修正および変更が本発明において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または記載する特徴は、さらに別の実施形態を与えるために、別の実施形態で用いることができる。よって、本発明は、添付の請求項およびそれらの均等物の範囲内にある、そのような修正形態および変形形態をカバーすることを意図している。本発明の例示的実施形態について、説明のために、一般的に産業用ガスタービンの文脈で記載しているが、本発明の実施形態が任意のターボ機械に適用することができ、特許請求の範囲において特に詳述されない限り、産業用ガスタービンに限定されないことは、当業者は容易に認めるであろう。産業、海洋、または陸上ベースのガスタービンが本明細書に示され説明されているが、本明細書に示され説明される本開示は、特許請求の範囲に特に明記されない限り、陸上ベースおよび／または産業用、および／または海洋用ガスタービンに限定されない。例えば、本明細書に記載する開示は、限定はしないが、航空派生タービンまたは海洋用ガスタービンならびに航空エンジンタービンを含む任意のタイプのタービンに使用することができる。

本明細書の冷却構造体は、構造体の完全性を保つために、強制冷却空気源との直接接触を必要とする任意の構造体として定義される。これらの構造体は、タービンシュラウド、ノズル、ブレード、およびタービンの任意の他の高温ガス経路部品の一部を含むことができる。

ここで図面を参照すると、同様の符号は同様の構成要素を示し、図１は本発明の様々な実施形態を組み込むことができるガスタービン１０の一例を示す。図示するように、ガスタービン１０は、一般に、ガスタービン１０の上流端部に配置された吸気口１４有する圧縮機部１２と、圧縮機部１２を少なくとも部分的に取り囲むケーシング１６と、を含む。ガスタービン１０は、圧縮機部１２の下流に少なくとも１つの燃焼器２０を有する燃焼部１８と、燃焼部１８の下流のタービン部２２と、をさらに含む。図示するように、燃焼部１８は、複数の燃焼器２０を含むことができる。シャフト２４は、ガスタービン１０を軸方向に貫通して延在する。

動作中には、空気２６は、圧縮機部１２の吸気口１４に引き込まれ、次第に圧縮されて圧縮空気２８を燃焼部１８に提供する。圧縮空気２８は、燃焼部１８に流入し、燃焼器２０内の燃料と混合されて可燃混合気を形成する。可燃混合気は、燃焼器２０で燃焼され、それにより高温ガス３０を発生させ、高温ガス３０は、燃焼器２０からタービンノズル３４の第１段３２を横切ってタービン部２２に流入する。タービン部は、一般に、タービンノズル３４の隣接する列によって軸方向に分離されたロータブレード３６の１つまたは複数の列を含む。ロータブレード３６は、ロータディスクを介してロータシャフト２４に結合される。タービンケーシング３８は、ロータブレード３６およびタービンノズル３４を少なくとも部分的に包む。ロータブレード３６の列の各々またはいくつかは、タービンケーシング３８内に配置されたシュラウド・ブロック・アセンブリ４０によって円周方向に囲まれてもよい。高温ガス３０は、タービン部２２を流れる際に急速に膨張する。熱エネルギーおよび／または運動エネルギーが高温ガス３０からロータブレード３６の各段に伝達され、それによりシャフト２４が回転して機械的仕事が生成される。シャフト２４は、発電機（図示せず）などの負荷に結合されて電気を生成することができる。それに加えて、またはこれに代えて、シャフト２４を使用して、ガスタービンの圧縮機部１２を駆動することができる。

図２は、本開示の様々な実施形態による、例示的なロータブレード３６および第２段シュラウド・ブロック・アセンブリ４０の一部を含むタービン部２２の一部の拡大断面側面図である。図２に示すように、シュラウド・ブロック・アセンブリ４０は、一般的に、タービンケーシング３８とロータブレード３６の先端部分４２との間に半径方向に延在する。シュラウド・ブロック・アセンブリ４０は、冷却流路４４と流体連通している。冷却流路４４は、外側ケーシング３８によって少なくとも部分的に画定されてもよい。シュラウド・ブロック・アセンブリ４０は、シュラウド・ブロック・アセンブリ４０をタービンケーシング３８に固定するための、および／またはタービンケーシング３８内のロータブレード３６の周りに環状アレイ状に配置された複数のシュラウド・ブロック・セグメント１００を支持するための、装着金具４６を含む。

図３は、ガスタービン１０の第１段について典型的な例である、タービン・シュラウド・ブロック・アセンブリ４０を形成するために外側タービン・シュラウド・セグメント６２に結合された内側タービン・シュラウド・セグメント６０の一実施形態の斜視図である。タービン１０は、それぞれのタービン段の周りにリングを共に形成する複数のタービンシュラウド・ブロック・アセンブリ４０を含む。特定の実施形態では、タービン１０は、タービン１０の回転軸の周りに円周方向９０に配置された各タービン・シュラウド・セグメント４０について、それぞれの外側タービン・シュラウド・セグメント６２に結合された複数の内側タービン・シュラウド・セグメント６０を含むことができる。他の実施形態では、タービン１０は、外側タービン・シュラウド・セグメント６２に結合されてタービン・ブロック・アセンブリ４０を形成する複数の内側タービン・シュラウド・セグメント６０を含むことができる。

図示するように、内側タービン・シュラウド・セグメント６０は、高温ガス流路３０と両方が接合する上流もしくは前縁１０４および下流もしくは後縁１０６を有する本体１０２を含む。本体１０２はまた、前縁１０４および後縁１０６に対して事実上垂直に配置された第１の側面部分１０８（例えば、第１のスラッシュ面）および第２の側面部分１１０（例えば、第２のスラッシュ面）を含む。本体１０２はさらに、一対の対向する側面部分、すなわち、前縁１０４と後縁１０６との間に延在する燃焼ガス側面１１２および裏面１１４、ならびに第１の側面部分１０８および第２の側面部分１１０をさらに含む。特定の実施形態では、本体１０２（特に、対向する側面１１２、１１４）は、第１の側面部分１０８と第２の側面部分１１０との間で円周方向９０に、かつ／または前縁１０４と後縁１０６との間で軸方向９２に円弧状の形状であってもよい。裏面１１４は、内側タービン・シュラウド・セグメント６０と外側タービン・シュラウド・セグメント６２との間に画定されたキャビティ１１８と接合するように構成される。

図４および図５に見られるように、本体１０２は、燃焼ガス側面１１２内に配置された複数の冷却空気マイクロチャネル７４（例えば、冷却チャネルまたはマイクロチャネル）を含むことができ、高温ガス流路部品（例えば、タービンシュラウド４０、内側タービン・シュラウド・セグメント６０など）を冷却するのを助けることができる。特定の実施形態では、これらのチャネルのうちのいくつかは、本体１０２の第１および第２の側面部分１０８、１１０内に配置された他のチャネルの有無にかかわらず、後縁１０６または前縁１０４に隣接して配置される。いくつかの実施形態では、予め焼結されたプリフォーム（ＰＳＰ）層５８を燃焼ガス側面１１２に配置する（例えば、ろう付けする）ことができ、そのようにして、本体１０２と共にＰＳＰ層５８の第１のＰＳＰ表面６４がチャネルを画定し（例えば、囲み）、ＰＳＰ層５８の第２のＰＳＰ表面６６が高温ガス流路３０と接合する。ＰＳＰ層５８は、超合金、ろう付け材料、またはそれらの混合物で形成することができる。特定の実施形態では、ＰＳＰ層５８の代替物として、本体１０２と共にチャネルを画定する非ＰＳＰ金属シートを燃焼ガス側面１１２に配置することができる。いくつかの実施形態では、ＰＳＰ層５８の代替物として、バリアコーティングまたは遮熱コーティングを利用して、本体１０２内のチャネルを囲むことができる。

いくつかの実施形態では、冷却構造体およびマイクロチャネルは、全体が鋳造されてもよく、液体ジェット誘導レーザ技術（液体マイクロジェットと呼ばれることもある）で切削されてもよく、積層造形プロセスによって「３Ｄ印刷」されてもよく、または燃焼ガス側面１１２の近くの本体１０２内で精密に機械加工されてもよい。積層造形構築方法は、結合剤噴射、指向性エネルギー堆積、材料押出、材料噴射、粉末床溶融結合、シート積層、および液槽光重合のうちの任意の形態を含むことができる。より具体的には、直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）および直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）を用いて、冷却構造体およびマイクロチャネルを製造することができる。

図４および図５に示す例示的な実施形態は、互いに隣接して配置された折り返し部分７８を含む本体１０２を有する。内側タービン・シュラウド・セグメント６０は、一般的に、圧縮機１２からタービン１０内の冷却媒体２００または空気に近接している（すなわち、高温ガス流路３０の燃焼ガス側面１１２の温度よりも低い）。内側タービン・シュラウド・セグメント６０は、冷却流体をキャビティ１１８に供給する圧縮機１２から冷却流体または空気を受け取るための吸気端部７６を含む。冷却媒体２００は、裏面１１４からチャネル７４まで延在する本体１０２内に配置された吸気端部７６を介して、内側タービン・シュラウド・セグメント６０の本体１０２内のチャネル７４に流れる。各チャネル７４は、吸気端部７６および排気端部８２を有する折り返し部分７８を含む。排気端部８２は、チャネル７４内の冷却流体の流れを調整するための調量機構（例えば、チャネルの隣接する断面積に対してチャネルの一部の断面積を狭める、チャネル内に延在する本体１０２の一部）を含むことができる。特定の実施形態では、各チャネル７４自体（排気端部分を除く）は、調量機構（例えば、チャネル内まで延在する本体１０２の一部を含む）として機能する。他の実施形態では、折り返し部分７８に結合された吸気端部７６が、調量機構（例えば、吸気端部７６内まで延在する本体１０２の一部）を含むことができる。特定の実施形態では、チャネル７４自体、排気端部８２、または吸気端部７６、またはこれらの組み合わせが、調量機構を含む。さらに、冷却流体は、第１の側面部分１０８および／または第２の側面部分１１０において排気端部８２を介してチャネル７４（および本体１０２）から出る。特定の実施形態では、チャネルは、第１の側面部分１０８に隣接して配置された吸気端部７６を有する第１の組のチャネルと、第２の側面部分１１０に隣接して配置された第２の組のチャネルとの、交互パターンで配置することができ、隣接するチャネルは反対の向きになる。チャネル７４の折り返し部分７８は、冷却空気流を最小限に保ちながら、スラッシュ面１０８、１１０に隣接する冷却チャネル７４の長さを増加させることにより、より大きな冷却領域（例えば、タービンシュラウドのための典型的な冷却システムよりも大きい）を提供する。各組のチャネルにおいて、折り返し部分７８は、互いに隣接して配置され、対向するマイクロチャネル７４からの織り合わされた排気端部８２を組み込む。織り合わされた排気端部８２は、対向する折り返し部分７８の周りに延在し、折り返し部分７８からほぼ半径方向外方に位置する複数の排気ポート８０から冷却空気２００を排出するように構成される。織り合わされた排気端部８２は、半径方向外方、軸方向前方、軸方向後方、およびこれらの混合など、折り返し部分７８の周りのほとんど任意の方向に延在することができる。特定の実施形態では、本体１０２は、本体１０２の残りの部分に配置されたチャネルとは異なる形状の後縁１０６および前縁１０４に隣接して配置されたチャネルを含む。例えば、後縁１０６または前縁１０４に隣接するチャネルは、それぞれ蛇行パターンを含むことができる。チャネル７４の形状もまた、プラグされたチャネルの場合に適切な冷却を提供するように最適化される。開示された内側タービン・シュラウド・セグメントの実施形態は、（例えば、タービンシュラウドの典型的な冷却システムよりも）少ない空気で内側タービン・シュラウド・セグメント６０の冷却を可能にし、その結果、冷却に利用される装入可能な空気に関連するコストを低減することができる。

図４は、様々な実施形態による、マイクロチャネル７４を有する例示的なシュラウド・ブロック・セグメント１００の斜視図である。図４に示すように、シュラウド・ブロック・セグメント１００は、前縁部分１０４と、後縁部分１０６と、第１の側面部分１０８と、対向する第２の側面部分１１０と、を有する本体１０２を含む。第１および第２の側面部分１０８、１１０は、前縁部分１０４と後縁部分１０６との間で軸方向に延在する。本体１０２は、対向する裏面１１４から半径方向に分離された燃焼ガス側面１１２をさらに含む。燃焼ガス側面１１２は、シュラウド・ブロック・セグメント１００の軸方向中心線１１６に対してほぼ円弧状または円周状の形状を有する。燃焼ガス側面１１２は、遮熱コーティングなどの耐熱コーティングでコーティングすることができる。冷却ポケットまたはキャビティ１１８が、裏面１１４に画定される。キャビティ１１８は、前縁部分１０４と、後縁部分１０６と、第１の側面部分１０８と、対向する第２の側面部分１１０との間に少なくとも部分的に画定される。キャビティ１１８は、燃焼ガス側面１１２から半径方向外方に配置され、傾斜した外周壁１２０をさらに画定する。傾斜した外周壁１２０は、約０度から約９０度までの、半径方向９４から測定した任意の適切な角度で配置することができ、マイクロチャネル７４の吸気端部７６においてキャビティ１１８の周囲に冷却空気を適切に分布させることができる。

図５は、ＰＳＰ層５８を用いずに内側タービン・シュラウド・セグメント６０に配置された冷却空気マイクロチャネル７４の一実施形態の底面図である。図示するように、本体１０２は、燃焼ガス側面１１２内に配置された複数のチャネル７４（例えば、冷却チャネルまたはマイクロチャネル）を含む。本体１０２は、２～４０以上のチャネル７４を含むことができる。各チャネル７４は、キャビティ１１８から冷却流体を受け取るように構成される。各チャネル７４は、互いに隣接して配置された折り返し部分７８を含む吸気端部分７６を含む。各折り返し部分７８は、約０．０５～１３ミリメートル（ｍｍ）、０．１～１０ｍｍ、１．１４～７ｍｍの範囲、およびこれらの間の部分範囲の折り返し半径８４を有する。各折り返し部分７８の吸気端部７６は、キャビティ１１８から冷却流体を受け取るようにキャビティ１１８に結合されている。折り返し部分７８および織り合わされた半径方向にずれた排気端部８２を湾曲させることで、チャネル７４および折り返し部分７８を第１および第２の側面部分１０８、１１０内で互いに隣接して配置することが可能になる。さらに、折り返し部分７８および織り合わされた半径方向にずれた排気端部８２は、流れを最小限に保ちながら、側面部分１０８、１１０に隣接する冷却チャネル７４の長さを増加させることにより、より大きな冷却領域を提供する。そして、折り返し部分７８および織り合わされた半径方向にずれた排気端部８２により、チャネル７４の直線部分のより良い間隔が可能になる。さらに、折り返し部分７８および織り合わされた半径方向にずれた排気端部８２のループ形状により、チャネルの直線部分を隣接チャネルから一様に離して、温度勾配を回避し、シュラウドセグメント４０の本体１０２の主要部分を均一に冷却することが可能になる。特定の実施形態では、折り返し部分７８は、チャネル７４の直線部分の間隔を、より高い熱負荷ゾーンに対してより密着して詰めることができるように調整することができる。全体的に、チャネル７４の形状はまた、プラグされたチャネル７４の場合に適切な冷却を提供するように最適化される。各チャネル７４はまた、使用済みの冷却流体が、矢印で示すように側面部分１０８、１１０を介し、排気ポート８０を介して本体１０２から出ることを可能にする排気端部８２を含む。特定の実施形態では、排気端部８２は、それぞれのチャネル７４内の冷却流体の流れを調整（例えば、調量）するように構成された調量機構を含む。特定の実施形態では、各チャネル７４は、排気端部８２においてセグメント化チャネルを形成することができる。特定の実施形態では、排気端部８２を除いて、各チャネル７４自体が調量機構として機能する。他の実施形態では、折り返し部分７８に結合された吸気端部７６が、調量機構（例えば、吸気端部７６内まで延在する本体１０２の一部）を含むことができる。特定の実施形態では、チャネル７４自体、排気端部８２、または吸気端部７６、またはこれらの組み合わせが、調量機構を含む。

図６は、対向する排気端部８２を示す拡大底面図であり、排気端部８２は、第１の側面部分１０８を通って経路設定され、半径方向の異なる高さでマイクロチャネル７４の折り返し部分７８と織り合わされている。排気端部８２と折り返し部分７８との織り合わせ形状、ならびに異なる高さでの傾斜した外周壁１２０への吸気端部７６の接続が示されている。

図７は、第１の側面部分１０８（例えば、第１のスラッシュ面）の拡大側面図であり、燃焼ガス側面１１２、または任意の高温ガス表面からほぼ半径方向外方に延在し、マイクロチャネル７４の折り返し部分７８の間で織り合わさって、折り返し部分７８からほぼ半径方向外方に位置する排気ポート８０から冷却空気を排出する排気端部８２を示す。シール８６は、図４に示すようにシールスロット８８内に配置された第１の側面部分１０８において示され、排気端部８２はシール８６の上方と下方の両方に排出されるように経路設定される。

いくつかの実施形態では、シュラウド・ブロック・アセンブリ４０は、本明細書で開示する冷却構造体とみなすことができる。冷却空気マイクロチャネル７４は、燃焼ガス側面１１２と平行な流路を形成することができる。また、各冷却空気マイクロチャネル７４は、キャビティ１１８の傾斜した外周壁１２０の周りに、または冷却空気２００に曝されたシュラウド・ブロック・アセンブリ４０上の他の任意の位置に配置された吸気端部７６を有することができ、吸気端部７６は、冷却流路４４から圧縮冷却空気２００を受け入れるように構成されている。

冷却構造体のいくつかの実施形態では、吸気端部７６は織り合わされ、少なくとも２つの折り返し部分７８を横切るように構成される。さらなる実施形態では、折り返し部分７８の半径８４は、少なくとも２つの吸気端部７６を横切るのに十分であり、かつ／または少なくとも２つの排気端部８２を横切るのに十分である。

他の実施形態では、各冷却空気マイクロチャネル排気ポート８０は、シール８６の半径方向内側、シール８６の半径方向外側、およびこれらの混合からなる群から選択される少なくとも１つの位置に配置される。さらに別の実施形態では、排気端部８２は織り合わされ、少なくとも２つの折り返し部分７８を横切るように構成される。さらなる実施形態では、折り返し部分７８は、半径方向に互いに重なり合うように構成される。

本明細書は、最良の形態を含めて、本発明を開示するために実施例を用いており、また、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含めて、いかなる当業者も本発明を実施することが可能となるように実施例を用いている。開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を含む場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
ガスタービン（１０）エンジンの冷却構造体であって、
前縁（１０４）と、後縁（１０６）と、第１の側面部分（１０８）と、第２の側面部分（１１０）と、キャビティ（１１８）と、を有する本体（１０２）と、
前記キャビティ（１１８）から延在し、前記第１の側面部分（１０８）に沿って配置された冷却空気（２００）マイクロチャネル（７４）の第１の組と、
前記キャビティ（１１８）から延在し、前記第２の側面部分（１１０）に沿って配置された冷却空気（２００）マイクロチャネル（７４）の第２の組と、を含み、
前記冷却空気（２００）マイクロチャネル（７４）の第１の組および第２の組は、互いに隣接して配置された折り返し部分（７８）と、各反対側のマイクロチャネル（７４）から生じる織り合わされた排気端部（８２）と、をさらに含み、各織り合わされた排気端部（８２）は、前記対向する折り返し部分（７８）の周りに延在し、前記織り合わされた排気端部（８２）は、前記折り返し部分（７８）からほぼ半径方向（９４）外方に位置する複数の排気ポート（８０）から冷却空気（２００）を排出するように構成される、冷却構造体。
［実施態様２］
前記キャビティ（１１８）から延在し、前記前縁（１０４）および前記後縁（１０６）に沿って配置された冷却空気（２００）マイクロチャネル（７４）の第３の組を含む、実施態様１に記載の冷却構造体。
［実施態様３］
前記排気端部（８２）は、半径方向（９４）外方、軸方向（９２）前方、軸方向（９２）後方、およびこれらの混合に延在する、実施態様１に記載の冷却構造体。
［実施態様４］
前記キャビティ（１１８）は、傾斜した外周壁（１２０）をさらに画定する、実施態様１に記載の冷却構造体。
［実施態様５］
各冷却空気（２００）マイクロチャネル（７４）は、前記傾斜した外周壁（１２０）の周りに配置された吸気端部（７６）を含み、各吸気端部（７６）は、冷却流路（４４）から圧縮冷却空気（２００）を受け入れるように構成される、実施態様４に記載の冷却構造体。
［実施態様６］
前記吸気端部（７６）は、織り合わされ、少なくとも２つの折り返し部分（７８）を横切るように構成される、実施態様５に記載の冷却構造体。
［実施態様７］
各冷却空気（２００）マイクロチャネル（７４）の排気ポート（８０）は、シール（８６）の半径方向（９４）内方に、前記シール（８６）の半径方向（９４）外方に、およびこれらの混合に配置される、実施態様１に記載の冷却構造体。
［実施態様８］
前記織り合わされた排気端部（８２）は、少なくとも２つの折り返し部分（７８）を横切るように構成される、実施態様１に記載の冷却構造体。
［実施態様９］
前記折り返し部分（７８）は、半径方向（９４）に互いに重なり合う、実施態様１に記載の冷却構造体。
［実施態様１０］
実施態様１に記載の前記冷却構造体を、結合剤噴射、指向性エネルギー堆積、材料押出、材料噴射、粉末床溶融結合、シート積層、液槽光重合、およびこれらの混合によって付加的に構築するプロセスを含む、冷却構造体の製造方法。
［実施態様１１］
ガスタービン（１０）であって、
圧縮機部（１２）と、
前記圧縮機の下流に位置する燃焼部（１８）内の複数の燃焼器（２０）と、
前記燃焼部（１８）の下流に位置するタービン部（２２）と、を含み、
前記ガスタービン（１０）は複数の冷却構造体を含み、各冷却構造体は、
前縁（１０４）と、後縁（１０６）と、第１の側面部分（１０８）と、第２の側面部分（１１０）と、キャビティ（１１８）と、を有する本体（１０２）と、
前記キャビティ（１１８）から延在し、前記第１の側面部分（１０８）に沿って配置された冷却空気（２００）マイクロチャネル（７４）の第１の組と、
前記キャビティ（１１８）から延在し、前記第２の側面部分（１１０）に沿って配置された冷却空気（２００）マイクロチャネル（７４）の第２の組と、を含み、
前記冷却空気（２００）マイクロチャネル（７４）の第１の組および第２の組は、互いに隣接して配置された折り返し部分（７８）と、各反対側のマイクロチャネル（７４）から生じる織り合わされた排気端部（８２）と、をさらに含み、各織り合わされた排気端部（８２）は、前記対向する折り返し部分（７８）の周りに延在し、前記織り合わされた排気端部（８２）は、前記折り返し部分（７８）からほぼ半径方向（９４）外方に位置する複数の排気ポート（８０）から冷却空気（２００）を排出するように構成される、ガスタービン（１０）。
［実施態様１２］
前記キャビティ（１１８）から延在し、前記前縁（１０４）および前記後縁（１０６）に沿って配置された冷却空気（２００）マイクロチャネル（７４）の第３の組を含む、実施態様１１に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様１３］
前記排気端部（８２）は、半径方向（９４）外方、軸方向（９２）前方、軸方向（９２）後方、およびこれらの混合に延在する、実施態様１１に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様１４］
前記キャビティ（１１８）は、傾斜した外周壁（１２０）をさらに画定する、実施態様１１に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様１５］
各冷却空気（２００）マイクロチャネル（７４）は、前記傾斜した外周壁（１２０）の周りに配置された吸気端部（７６）を含み、各吸気端部（７６）は、冷却流路（４４）から圧縮冷却空気（２００）を受け入れるように構成される、実施態様１４に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様１６］
前記吸気端部（７６）は、織り合わされ、少なくとも２つの折り返し部分（７８）を横切るように構成される、実施態様１５に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様１７］
各冷却空気（２００）マイクロチャネル（７４）の排気ポート（８０）は、シール（８６）の半径方向（９４）内方に、前記シール（８６）の半径方向（９４）外方に、およびこれらの混合に配置される、実施態様１１に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様１８］
前記織り合わされた排気端部（８２）は、少なくとも２つの折り返し部分（７８）を横切るように構成される、実施態様１１に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様１９］
前記折り返し部分（７８）は、半径方向（９４）に互いに重なり合う、実施態様１１に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様２０］
前記折り返し部分（７８）は、約０．０５～１３ミリメートルの範囲の折り返し半径を有する、実施態様１１に記載のガスタービン（１０）。

１０ガスタービン
１２圧縮機部
１４吸気口
１６ケーシング
１８燃焼部
２０燃焼器
２２タービン部
２４ロータシャフト
２６空気
２８圧縮空気
３０高温ガス、高温ガス流路
３２第１段
３４タービンノズル
３６ロータブレード
３８タービンケーシング、外側ケーシング
４０シュラウド・ブロック・アセンブリ、タービン・シュラウド・セグメント
４２先端部分
４４冷却流路
４６装着金具
５８ＰＳＰ層
６０内側タービン・シュラウド・セグメント
６２外側タービン・シュラウド・セグメント
６４第１のＰＳＰ表面
６６第２のＰＳＰ表面
７４冷却空気マイクロチャネル、冷却チャネル、マイクロチャネル
７６吸気端部、吸気端部分
７８折り返し部分
８０冷却空気マイクロチャネル排気ポート
８２排気端部
８４折り返し部分の半径
８６シール
８８シールスロット
９０円周方向
９２軸方向
９４半径方向
１００シュラウド・ブロック・セグメント
１０２本体
１０４前縁、前縁部分
１０６後縁、後縁部分
１０８第１の側面部分、スラッシュ面
１１０第２の側面部分、スラッシュ面
１１２燃焼ガス側面
１１４裏面
１１６軸方向中心線
１１８キャビティ
１２０傾斜した外周壁
２００冷却媒体、圧縮冷却空気

Claims

ガスタービン（１０）エンジンの冷却構造体であって、当該冷却構造体が、
前縁（１０４）、後縁（１０６）、第１の側面部分（１０８）、第２の側面部分（１１０）及びキャビティ（１１８）を有する本体（１０２）と、
前記第１の側面部分（１０８）に隣接して前記キャビティ（１１８）に結合した吸気端部（７６）から各々延在する冷却空気マイクロチャネル（７４）の第１の組と、
前記第２の側面部分（１１０）に隣接して前記キャビティ（１１８）に結合した吸気端部（７６）から各々延在する冷却空気マイクロチャネル（７４）の第２の組と
を備えており、
前記冷却空気マイクロチャネル（７４）の第１の組及び第２の組が、互いに隣接して配置された折り返し部分（７８）と、織り合わされた排気端部（８２）とをさらに含んでおり、各々の折り返し部分（７８）が前記吸気端部（７６）に結合し、前記冷却空気マイクロチャネル（７４）の第１の組及び第２の組の各々の織り合わされた排気端部（８２）が、前記冷却空気マイクロチャネル（７４）の別の組の折り返し部分（７８）の周りに延在し、前記織り合わされた排気端部（８２）が、前記折り返し部分（７８）からほぼ半径方向（９４）外方に位置する複数の排気ポート（８０）から冷却空気（２００）を排出するように構成される、冷却構造体。
前記キャビティ（１１８）から延在し、前記前縁（１０４）及び前記後縁（１０６）に沿って配置された冷却空気マイクロチャネル（７４）の第３の組を含む、請求項１に記載の冷却構造体。
前記排気端部（８２）が、半径方向（９４）外方、軸方向（９２）前方、軸方向（９２）後方及びこれらの混合に延在する、請求項１又は請求項２に記載の冷却構造体。
前記キャビティ（１１８）が、傾斜した外周壁（１２０）をさらに画定する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の冷却構造体。
前記吸気端部（７６）の各々が、前記傾斜した外周壁（１２０）の周りに配置されており、各吸気端部（７６）が、冷却流路（４４）から前記キャビティ（１１８）を介して圧縮冷却空気（２００）を受け入れるように構成される、請求項４に記載の冷却構造体。
前記吸気端部（７６）が、織り合わされ、少なくとも２つの折り返し部分（７８）を横切るように構成される、請求項５に記載の冷却構造体。
前記排気ポート（８０）の各々が、シール（８６）の半径方向（９４）内方に、前記シール（８６）の半径方向（９４）外方に及びこれらの混合に配置される、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の冷却構造体。
前記織り合わされた排気端部（８２）が、少なくとも２つの折り返し部分（７８）を横切るように構成される、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の冷却構造体。
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の前記冷却構造体を、結合剤噴射、指向性エネルギー堆積、材料押出、材料噴射、粉末床溶融結合、シート積層、液槽光重合及びこれらの混合によって付加的に構築するプロセスを含む、冷却構造体の製造方法。
ガスタービン（１０）であって、当該ガスタービン（１０）が
圧縮機部（１２）と、
前記圧縮機部（１２）の下流に位置する燃焼部（１８）内の少なくとも１つの燃焼器（２０）と、
前記燃焼部（１８）の下流に位置するタービン部（２２）と
を備えており、当該ガスタービン（１０）が、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の冷却構造体を複数含んでいる、ガスタービン（１０）。