JP7440712B2 - ガスタービンエンジン用のシュラウド - Google Patents

Description

本明細書に開示される主題は、ガスタービンエンジンのタービン内の高温ガス経路構成要素に関し、より具体的には、限定はしないが、タービンロータブレードの周りに形成された静止シュラウドの内部構造および冷却構成に関する。

ガスタービンエンジンは、ブレードの列が軸方向に階段状に積み重ねられた圧縮機セクションおよびタービンセクションを含む。各段は、典型的には、円周方向に間隔をおいて配置される固定されたステータブレードの列と、中心タービン軸またはシャフトの周りを回転するロータブレードの列とを含む。動作中、一般に、圧縮機ロータブレードは、シャフトの周りで回転され、ステータブレードと協働して空気の流れを圧縮する。このようにして供給された圧縮空気は、その後、燃焼器内で使用されて供給された燃料を燃焼する。しばしば作動流体と呼ばれる、燃焼により生じた高温膨張燃焼ガスの流れは、その後、エンジンのタービンセクションを通って膨張する。タービン内では、作動流体がステータブレードによってロータブレードに向け直され、回転力を与える。静止シュラウドをロータブレードの周りに構築し、高温ガス経路の境界を画定することができる。ロータブレードは、ロータブレードの回転がシャフトを回転させるように中心シャフトに接続され、このようにして、燃料のエネルギーは回転シャフトの機械的エネルギーに変換され、例えば、圧縮機のロータブレードを回転させるために使用することができ、これによって燃焼のために必要な圧縮空気の供給が生じるだけでなく、発電機のコイルを回転させて電力を生成することができる。動作中、高温、作動流体の速度、およびエンジンの回転速度のために、高温ガス経路内の構成要素の多くは、極度の機械的負荷および熱的負荷によって大きな応力を受けるようになる。

発電および航空機を含むような多くの産業用途は今なおガスタービンエンジンに大きく依存しており、このため、より効率的なエンジンの設計が継続的な目標となっている。機械の性能、効率、または費用対効果が少しずつでも向上すれば、この技術を中心に進化している競争の激しい市場において意味がある。ガスタービンの効率を改善するためのいくつかの既知の戦略が存在するが（例えば、エンジンのサイズ、燃焼温度、または回転速度の増加）、その各々は、一般に、すでに大きな応力を受けている高温ガス経路構成要素にさらなる負担をかけてしまう。その結果、そのような応力を軽減するための、あるいは応力によく耐えることができるようにそのような構成要素の耐久性を強化するための、装置、方法、またはシステムの改善が一般になお必要とされている。例えば、高温ガス経路の極度の温度は、ロータブレードの列の周りに形成された静止シュラウドに応力を加え、これにより劣化が引き起こされ、構成要素の耐用年数を短縮する。冷却剤効率およびシーリング効率を最適化すると同時に、構築に費用対効果があり、耐久性があり、かつ用途に柔軟に対応する新規のシュラウド設計が必要とされている。

欧州特許出願公開第１２４９５９２Ａ２号明細書

本出願は、内側シュラウドセグメントを有する静止シュラウドリングを含むガスタービンエンジンのタービンを説明する。内側シュラウドセグメントは、チャネルが内側シュラウドセグメントの内部を通して冷却剤を受け入れて送るように構成される冷却構成を含むことができる。冷却構成は、第１のクロスフローチャネルが隣り合う第２のクロスフローチャネルと並んで延びる一対の向流クロスフローチャネルと、隣り合う供給および出口チャネルを備える供給および出口チャネル構成とを含み得る。供給チャネルは、第１の接続部で第１のクロスフローチャネルの上流端に接続することができ、出口チャネルは、第２の接続部で第２のクロスフローチャネルの下流端に接続することができる。供給チャネルは、内側シュラウドセグメントの外面を通して形成された入口から第１の接続部まで内側半径方向に延びることができる。出口チャネルは、第２の接続部から内側シュラウドセグメントの外面を通して形成された出口まで外側半径方向に延びることができる。供給チャネルは、出口チャネルをアンダーカットするセクションを含み得る。

本開示のこれらのおよび他の特徴は、以下の添付の図面と併せて、本開示の例示的な実施形態についての以下のより詳細な説明を慎重に検討することによって、より完全に理解され認識されよう。

本開示のシュラウドを使用することができるガスタービンエンジンのブロック図である。 ロータブレードおよび静止シュラウドを有する高温ガス経路の側面図である。 本開示による、隣り合う内側シュラウドセグメントの側面断面図である。 本開示による、内側シュラウドセグメントの斜視図である。 本開示による、例示的なクロスフローチャネルを示す内側シュラウドセグメントの断面図である。 本開示による、例示的なクロスフローチャネルの概略上面図である。 本開示による、複数のクロスフローチャネルの例示的な配置を有する内側シュラウドセグメントの透明斜視図である。 本開示の実施形態による、例示的なトラフが外方空洞の床に形成されている内側シュラウドセグメントの斜視図である。 本開示の実施形態による、クロスフローチャネル間に形成された例示的なトラフの上面図である。 図９の視線１０－１０に沿った断面図である。 本開示による、例示的な供給および出口チャネル構成の透明外側半径方向図である。 本開示による、例示的な供給および出口チャネル構成の透明内側半径方向図である。 本開示の例示的な供給および出口チャネル構成による、供給チャネルに沿って取られた断面を有する斜視透明図である。 本開示の例示的な供給および出口チャネル構成による、出口チャネルに沿って取られた断面を有する斜視透明図である。 本開示の例示的な供給および出口チャネル構成による、出口および入口チャネルにわたって取られた断面を有する斜視図である。 本開示の例示的な構成による、前縁または後縁レールの構造構成の透明図である。 本開示の例示的な構成による、前縁または後縁レールの構造構成の透明図である。

本開示は、高温ガス経路に沿って配置された、タービンの構成要素、具体的には、内側シュラウドセグメントを構成および冷却するためのシステムおよび方法に関する。見られるように、本発明の内側シュラウドセグメントは、特定のチャネルが内側シュラウドセグメントの内部内に形成される内部冷却構成（または「冷却構成」）を含む。

本明細書で使用される場合、「下流」および「上流」は、チャネルまたは通路を通る流体の流れ方向を示す用語である。したがって、例えば、タービンを通る作動流体の流れに関して、「下流」という用語は、流れの方向に概ね対応する方向を指し、「上流」という用語は、概ね流れの方向と反対の方向を指す。「半径方向の」または「半径方向」という用語は、中心線または軸線に垂直な移動または位置を指す。これに関連して、軸線に関して異なる半径方向位置に存在する構成要素を説明する必要がある場合がある。本明細書で使用される場合、第１の構成要素の半径方向位置が第２の構成要素の半径方向位置よりも軸線から遠くにある場合、第１の構成要素は、第２の構成要素と比較して「上にある」または「隆起している」または「上昇している」ものとして説明することができる。あるいは、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸線から遠くに存在する場合、本明細書では、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向外側」または「外方」にあると述べることができる。一方、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸線の近くに存在する場合、本明細書では、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向内側」または「内方」にあると述べることができる。「軸方向」という用語は、軸線に平行な移動または位置を指す。最後に、「円周方向」という用語は、軸線周りの移動または位置を指す。以下に提供されるように、そのような用語は、タービンエンジンまたはタービンの中心軸に関して画定された軸方向３０、半径方向３１、および円周方向３２に対して使用され得る。

図面を参照すると、図１は、ガスタービンシステムまたはエンジン（または「ガスタービン」）１０のブロック図である。以下でさらに説明するように、ガスタービン１０は、高温ガス経路構成要素の応力態様を低減し、エンジンの全体的な効率を改善する冷却チャネルを有するシュラウドセグメントを含み得る。ガスタービン１０は、天然ガスおよび／または水素富化合成ガスなどの液体燃料またはガス燃料を使用することができる。図示するように、燃料ノズル１２が燃料供給１４を取り入れ、燃料を空気、酸素、酸素富化空気、酸素還元空気、またはそれらの任意の組み合わせなどの酸化剤と混合する。燃料と空気が混合されると、燃料ノズル１２は、最適な燃焼、排出量、燃料消費、および動力出力に適した比率で、燃料－空気混合物を燃焼器１６に分配する。

ガスタービン１０は、１つまたは複数の燃焼器１６の内部に位置する１つまたは複数の燃料ノズル１２を含むことができる。燃料－空気混合物は、燃焼器１６内の燃焼室において燃焼することで、高温の加圧された排気ガスを生成する。燃焼器１６は、排気ガス（例えば、高温加圧ガス）をトランジションピースを通して静止ステータブレードと回転ロータブレードの交互の列に送り、これにより、タービンケーシング内のタービンセクションまたはタービン１８の回転が生じる。排気ガスはタービン１８を通って膨張し、排気出口２０に向かって流れる。排気ガスがタービン１８を通過するとき、ガスはロータブレードにシャフト２２を回転させる。シャフト２２は、タービン１８を圧縮機２４に動作可能に接続する。シャフト２２は、そのタービン１８および圧縮機２４を含む、ガスタービン１０の中心軸を画定する。シャフト２２はまた、負荷２８、例えば、発電プラント内の発電機などの車両または静止負荷に接続される。シャフト２２によって画定された中心軸に対して、中心軸に沿った移動を表す軸方向３０が画定され、中心軸に向かうまたは中心軸から離れる移動を表す半径方向３１が画定され、中心軸の周りの移動を表す円周方向３２が画定される。圧縮機２４はまた、シャフト２２に結合されたブレードを含む。シャフト２２が回転すると、圧縮機２４内のブレードも回転し、それによって空気が吸気口２６を介して圧縮機２４を通って移動する際に取り込まれた空気を圧縮し、燃料ノズル１２および／または燃焼器１６に送る。

圧縮機２４からの圧縮空気の一部は、燃焼器１６を通過せずにタービン１８に迂回させ、ロータ上のロータブレード、ディスク、およびスペーサと共に、ステータ上のシュラウドおよびノズルなどの高温ガス経路構成要素に対する冷却剤として利用することができる。タービン１８は、そのような冷却剤を循環させて動作中の温度を制御するための冷却通路を含む内部冷却構成（または「冷却構成」）を有する１つまたは複数のシュラウドセグメント（例えば、内側シュラウドセグメント）を含み得る。見られるように、本開示の冷却構成は、内側シュラウドセグメント内で使用することができ、冷却剤効率をより改善するだけでなく、構造および構築性に関連する他の利益を達成する。このようにして、本開示の冷却構成は、応力態様を低減し、構成要素の耐用年数を延長させ、構成要素のコストおよび保守コストを削減し、かつエンジン効率を改善し得る。

図２は、ガスタービンエンジンのタービンセクション内に含まれる高温ガス経路３８の例示的な軸方向セクションを示す。示すように、高温ガス経路３８は、ロータブレードの列の一部であるロータブレード３３を含み得、これは、静止タービンステータブレードの列（図示せず）の軸方向後方または下流に連続流関係で配置される。高温ガス経路３８はまた、ロータブレード３３の周りに半径方向外側または外方に円周方向に配置された静止シュラウドセグメント３４を含み得る。図示のように、シュラウドセグメント３４は、外側シュラウドセグメント３６の半径方向内側または内方に存在する内側シュラウドセグメント３５を含むことができる。複数のシュラウドセグメント３４を円周方向に積み重ね、ロータブレードの列のすぐ外方に配置されたシュラウドリングを形成することができ、シュラウドセグメント３４の各々は、１つまたは複数の外側シュラウドセグメント３６に結合された１つまたは複数の内側シュラウドセグメント３５を有する。内側および外側シュラウドセグメント３５、３６のアセンブリ間には、空洞３７が形成され得る。例えば、内側シュラウドセグメント３５は、溶接、ろう付け、締まりばめまたは機械的嵌合などの任意の従来のプロセスを介して外側シュラウドセグメント３６に接続され、本明細書に記載の機能のために空洞３７を形成およびシールすることができる。内側シュラウドセグメント３５および外側シュラウドセグメント３６はまた、単一の部品として形成されてもよい。動作中、加圧された冷却空気または冷却剤の供給は、外側シュラウドセグメント３６を介して形成され得る、１つまたは複数の冷却剤供給チャネル３９を介して空洞３７に送達することができる。見られるように、次に、空洞３７に供給された冷却剤は、内側シュラウドセグメント３５の内部を通して形成された冷却通路またはチャネルに送られ得る。

タービンセクション内のその一般的な構成および配向に関して、内側シュラウドセグメント３５は、以下のように説明することができる。図２および図３に示されるように、内側シュラウドセグメント３５は、上流または前縁４４と、対向する下流または後縁４６とを含む。内側シュラウドセグメント３５は、第２の円周方向縁部５０に対向する第１の円周方向縁部４８を含み、第１および第２の円周方向縁部４８、５０は、前縁４４と後縁４６との間に延びる。さらに、内側シュラウドセグメント３５は、前縁および後縁４４、４６と第１および第２の円周方向縁部４８、５０との間に延びる一対の対向した側方側または面５２、５４によって形成される。本明細書で使用される場合、対向した側方面５２、５４は、外方面５２と、内方面５４とを含む。外方面５２は、外側シュラウドセグメント３６および／または空洞３７に向けられ、内方面５４は、高温ガス経路３８に向けられ、その境界を画定する。認識されるように、内方面５４は、前縁および後縁４４、４６の間で実質的に平面であり、第１および第２の円周方向縁部４８、５０の間で漸進的な弧状の形状を有し得る。

タービン１８の中心軸の周りにあるように位置決めされた内側シュラウドセグメント３５の形状および寸法が、タービン１８の軸方向、半径方向、および円周方向３０、３１、３２に対してさらに説明され得る。したがって、対向した前縁および後縁４４、４６は、軸方向３０にオフセットされている。本明細書で使用される場合、軸方向３０におけるこのオフセットの距離は、内側シュラウドセグメント３５の幅寸法（または「幅」）として画定される。加えて、内側シュラウドセグメント３５の対向した第１および第２の円周方向縁部４８、５０は、円周方向３２にオフセットされている。本明細書で使用される場合、円周方向３２におけるこのオフセットの距離は、内側シュラウドセグメント３５の長さ寸法（または「長さ」）として画定される。最後に、内側シュラウドセグメント３５の対向した内側面および外方面５２、５４は、半径方向３１にオフセットされている。本明細書で使用される場合、半径方向３１におけるこのオフセットの距離は、内側シュラウドセグメント３５の高さ寸法（または「高さ」）として画定される。

ここで図３を参照すると、例示的な高温ガス経路構成による、隣接する第１および第２の内側シュラウドセグメント３５ａ、３５ｂの断面側面図が提供されている。示されるように、隣接する内側シュラウドセグメント３５ａ、３５ｂは、第１の内側シュラウドセグメント３５ａの第１の円周方向縁部４８と第２の内側シュラウドセグメント３５ｂの第２の円周方向縁部５０との間に形成された界面５６に沿って互いに隣り合う。界面５６の一部として、シール５５が提供される。シール５５は、対応するシーリング部材５８を受け入れるために、隣り合う円周方向縁部４８、５０の各々内に形成されたスロット５７を含む。いずれの場合も、スロット５７は、それぞれの円周方向縁部４８、５０に沿って、それぞれの内側シュラウドセグメント３５ａ、３５ｂの前縁４４から後縁４６まで延びることができる。シーリング部材５８は、スロット５７内に位置決めされる。シーリング部材５８はまた、内側シュラウドセグメント３５ａ、３５ｂの前縁４４から後縁４６まで延びることができる。内側シュラウドセグメント３５ａ、３５ｂが組み立てられて界面５６を形成すると、スロット５７が協調または整列し、界面５６に跨るシールチャンバを形成することが認識されよう。シーリング部材５８は、設置されると、界面５６に跨り、それによって排気ガスが界面５６を通って高温ガス経路３８から漏れるまたは逃げるのを防止または限定するように、シールチャンバに対応して成形される。

ここで図４を参照すると、本開示のいくつかの態様および特徴を含む例示的な内側シュラウドセグメント３５が示されている。図４の内側シュラウドセグメント３５は、図２および図３に関して上で紹介したものと同じ一般的な構成および構成要素を含むので、同様の参照番号を使用してラベル付けされている。以下でさらに説明するように、本発明の内側シュラウドセグメント３５は、いくつかの他の新規の内部および外部の構成および特徴をさらに含み得る。例えば、本開示の内側シュラウドセグメント３５は、冷却剤を受け入れて内部領域を通して送るための、特別に構成された冷却チャネルの１つまたは複数を有する冷却構成を含むことができる。さらに、本開示の内側シュラウドセグメント３５は、１つまたは複数の特定の外部もしくは表面の構成もしくは特徴および／または内部もしくは構造の構成もしくは特徴を含み得、これらの各々は、構築性、耐久性構造および／または材料もしくは重量の低減に関連する利益を提供する。見られるように、外部および／または内部構成の態様は、内部冷却構成の態様によって、またはその態様の手段によって可能にされ得、そのような組み合わせは、構成要素の機能、性能、および／または構築性を強化することができる。したがって、代替の実施形態は、本明細書に記載の特徴または実施形態のいずれかを、本明細書に記載の他の特徴または実施形態のいずれかと組み合わせることを含む。しかし、明示的に限定されない限り、本明細書に提示されるいくつかの特徴および実施形態もまた、そのような組み合わせなしで別々に使用され得ると想定されるべきである。

図４にさらに示されるように、内側シュラウドセグメント３５は、外方空洞７１を囲んで画定する外方面５２に形成されたレールを含み得る。一般に、そのようなレール７２、７３は、内側シュラウドセグメント３５の縁部に隣接して沿って延びるように形成された半径方向高さまたは山部が増加したエリアを表す。説明の目的のために、レールは、円周方向縁部４８、５０に隣接して延びる円周方向レール７２、ならびに前縁および後縁４４、４６に隣接して延びる軸方向レール７３と呼ばれ得る。レール７２、７３によって囲まれた内側シュラウドセグメント３５の中心エリアは、外方空洞７１の床７４と呼ばれ得る。さらに、レール７２、７３の各々の内向きの側は、内側７５と呼ばれ得る。認識されるように、外方空洞７１は、図２に示すように、空洞３７の一部を形成する。

ここで図５～図７を参照すると、１つまたは複数のクロスフロー冷却チャネル（または「クロスフローチャネル」）６０を有する内側シュラウドセグメント３５が、本開示の例示的な実施形態に従って導入される。便宜上、前の図ですでに識別されたものに対応する構成要素および要素は、同様の参照番号で識別されるが、本実施形態を理解するために必要な場合にのみ、特に説明する。以下の説明の多くは、単一の例示的なクロスフローチャネル６０を参照してクロスフローチャネル６０の特性を説明するが、本開示の冷却構成は、任意の数のそのようなクロスフローチャネル６０、例えば、１つ、５つ、１０個、２０個などを含み得ることを認識されたい。図５は、例示的なクロスフローチャネル６０の基本的な配向および位置を示す簡略化された断面図を提供する。図６は、特定の特性を説明するために使用される、例示的なクロスフローチャネル６０の概略上面図を提供する。最後に、図７は、複数のクロスフローチャネル６０を有する例示的な配置が示されている、内側シュラウドセグメント３５の透明斜視図を提供する。

図５および図６に示すように、本開示のクロスフローチャネル６０は、第１の端部または上流端６１と第２の端部または下流端６２との間で縦方向に延びることができる。上流端６１と下流端６２との間において、クロスフローチャネル６０は、説明の目的のために、クロスフローチャネル６０を接続されたセクションに縦方向に分割する接合点６５に従って説明され得、ここで、第１のセクションまたは上流セクション６６は、第２のセクションまたは下流セクション６７に接続する。上流セクション６６は、上流端６１と接合点６５との間に延び、下流セクション６７は、接合点６５と下流端６２との間に延びる。

図６および図７に示すように、本開示のクロスフローチャネル６０は、可変の断面流れ面積、すなわち、上流端および下流端６１、６２の間で縦方向に変化する面積を有するように構成され得る。例示的な実施形態によれば、断面流れ面積は、上流セクション６６の断面流れ面積が上流端６１と接合点６５との間で減少し（すなわち、上流セクション６６が上流端６１から接合点６５に延びるにつれて）、下流セクション６７の断面流れ面積が接合点６５と下流端６２との間で増加する（すなわち、下流セクション６７が接合点６５から下流端６２に延びるにつれて）ように変化する。したがって、クロスフローチャネル６０は、砂時計と同様の断面流れ面積を有し得る。すなわち、クロスフローチャネル６０の断面流れ面積は、砂時計の「ネック」を表す接合点６５へと狭くなり、その後そこから広がり得る。本明細書で使用される場合、接合点６５またはネックは、クロスフローチャネル６０が最小の断面流れ面積を含む場所である。

上流セクション６６を通る断面流れ面積の減少は、滑らかで漸進的な減少であり得る。下流セクション６７を通る断面流れ面積の増加は、滑らかで漸進的な増加であり得る。クロスフローチャネル６０の断面流れ面積が減少または増加する様式は、それぞれ、１つまたは複数の次元方向３０、３１、３２におけるクロスフローチャネル６０の狭小化または拡幅化を含み得る。例示的な実施形態によれば、図６に最も明確に示すように、上流セクション６６の断面流れ面積の減少は、軸方向３０における滑らかで漸進的な狭小化によって達成され、下流セクション６７の断面流れ面積の増加は、軸方向３０における滑らかで漸進的な拡幅化によって達成される。他の構成も可能であるが、例示的な実施形態によれば、上流セクション６６の断面流れ面積が減少すると、接合点６５での断面流れ面積は、上流端６１での断面流れ面積の５０％未満になる。同様に、下流セクション６７の断面流れ面積が増加すると、接合点６５での断面流れ面積は、下流端６２での断面流れ面積の５０％未満になり得る。他の例示的な実施形態によれば、上流セクション６６の断面流れ面積が減少すると、接合点６５での断面流れ面積は、上流端６１での断面流れ面積の６５％未満になり、下流セクション６７の断面流れ面積が増加すると、接合点６５での断面流れ面積は、下流端６２での断面流れ面積の６５％未満になる。

他の構成も可能であるが、本開示のクロスフローチャネル６０は、円周方向３２に配向された実質的に線形の経路に沿って縦方向に延びることができる。すなわち、クロスフローチャネル６０の長手方向軸は、タービンの円周方向３２とほぼ整列するか、または平行である。したがって、例示的な実施形態によれば、クロスフローチャネル６０は、内側シュラウドセグメント３５内に配向され、ほぼ円周方向３２に延び、例えば、クロスフローチャネル６０と円周方向３２との間に１５°未満の角度を形成する。他の実施形態によれば、クロスフローチャネル６０は、クロスフローチャネル６０と円周方向３２との間に形成される角度が５°未満になるように配向される。例示的な実施形態によれば、シュラウド冷却構成内のクロスフローチャネル６０は、平行配置を有し、すなわち、互いに対して平行に配置され得る。さらに、図７に示すように、そのようなクロスフローチャネル６０は、クロスフローチャネル６０の隣接するチャネルが反対配向の流れ方向を有する、すなわち、冷却剤が反対方向に流れるように配向される交互の向流配置に従って構成されてもよい。

クロスフローチャネル６０は、内側シュラウドセグメント３５の長さの大部分にわたって延びることができる。例えば、例示的な実施形態によれば、クロスフローチャネル６０は、内側シュラウドセグメント３５の長さの少なくとも６０％にわたって延びる。他の実施形態によれば、クロスフローチャネル６０は、内側シュラウドセグメント３５の長さの少なくとも７５％にわたって延びる。示すように配向されたクロスフローチャネル６０の長さは、上流端６１と下流端６２との間の円周方向３２における距離として画定される。クロスフローチャネル６０の高さは、クロスフローチャネル６０の内側半径方向床と外側半径方向天井との間の半径方向３１における距離として画定される。図５に示すように、例示的な実施形態によれば、クロスフローチャネル６０の高さは、上流端および下流端６１、６２の間で実質的に一定であり得る。前に述べたように、クロスフローチャネル６０は、半径方向面５４の近くに、その内側に配置することができる。好ましい実施形態によれば、図５に示すように、クロスフローチャネル６０は、内方面５４から実質的に一定の距離またはオフセットを維持し得る。図６に示すように、クロスフローチャネル６０の幅は、本明細書では、クロスフローチャネル６０の第１の側と第２の側との間の軸方向３０における距離として画定される。例示的な実施形態によれば、上流セクション６６の断面流れ面積の減少は、クロスフローチャネル６０の幅の漸進的な先細りを介して達成される。同様に、下流セクション６７の断面流れ面積の増加は、クロスフローチャネル６０の幅の漸進的な拡大化または拡幅化を介して達成される。

例示的な実施形態によれば、クロスフローチャネル６０の上流端６１は、第１の円周方向縁部４８の近くに配置される。例えば、クロスフローチャネル６０の上流端６１は、第１の円周方向縁部４８から、内側シュラウドセグメント３５の長さの２０％に等しい距離を超えて配置されない。同様に、クロスフローチャネル６０の下流端６２は、第２の円周方向縁部５０の近くに配置することができる。例えば、クロスフローチャネル６０の下流端６２は、第２の円周方向縁部５０から、内側シュラウドセグメント３５の長さの２０％に等しい距離を超えて配置され得ない。

例示的な実施形態によれば、接合点６５は、クロスフローチャネル６０の中間部分の近くに位置する。例えば、例示的な実施形態によれば、接合点６５は、クロスフローチャネル６０の長さの３５％～６５％の範囲内に位置する。他の実施形態によれば、接合点６５は、クロスフローチャネル６０の長さの４５％～５５％の範囲内に位置する。接合点６５はまた、クロスフローチャネル６０の長さの中間点に位置し得る。

例示的な実施形態によれば、図５に最も明確に示されているように、クロスフローチャネル６０は、供給チャネル８１を介して冷却剤を供給され得る。クロスフローチャネル６０はまた、通過する冷却剤を排出するために出口チャネル８２に接続することができる。以下でさらに説明するように、供給チャネル８１は、内側シュラウドセグメント３５の外面に形成された入口９１とクロスフローチャネル６０の上流端６１との間に延びることができ、出口チャネル８２は、クロスフローチャネル６０の下流端６２と内側シュラウドセグメント３５の外面に形成された出口９２との間に延びることができる。例えば、入口９１は、内側シュラウドセグメント３５の外方空洞７１内に形成され、空洞３７と流体連通していてもよい。より具体的には、入口９１は、円周方向レール７２の内側７５に形成され得る。出口９２は、第１または第２の円周方向縁部４８、５０に形成され得る。この配置を考慮すると、空洞３７に供給される冷却剤は、入口９１を介してクロスフローチャネル６０によって取り込まれ得ることを認識されたい。次に、冷却剤は、内側シュラウドセグメント３５の内方面５４を冷却するために、供給チャネル８１を介してクロスフローチャネル６０に送られ、チャネルを通して循環させることができる。冷却剤がクロスフローチャネル６０を通過すると、出口チャネル８２によって出口９２に送られ得、そこで内側シュラウドセグメント３５から排出される。

さらに図示するように、供給チャネル８１は、円周方向レール７２の一方のレール内に配置され得、対応する出口チャネル８２は、対向する円周方向レール７２内に配置される。以下でさらに説明するように、供給チャネル８１は、入口９１からクロスフローチャネル６０の上流端６１との接続部に向かって内方方向に傾斜し得る。その接続部は、内方面５４の近くにあり得る。供給チャネル８１は、円周方向３２に対して約１８０°冷却剤の流れ方向を旋回させる湾曲経路を含むことができる。出口チャネル８２は、クロスフローチャネル６０の下流端６２との接続部から出口９２に向かって外方方向に傾斜し得る。

図７は、複数のクロスフローチャネル６０を有する内側シュラウドセグメント３５の例示的な実施形態を提供する。図示するように、そのようなクロスフローチャネル６０は、交互の配置に従って反対に配向させることができ、これは、本明細書では、交互の向流配置と呼ばれる。したがって、第１のセットのクロスフローチャネル６０は、冷却剤を第１の円周方向縁部４８に形成された出口９２に送るように配向させることができ、第１のセットのチャネルと載置が交互になっている第２のセットのクロスフローチャネル６０は、冷却剤を第２の円周方向縁部５０に形成された出口９２に送る。したがって、この配置を考慮すると、第１のセットのクロスフローチャネル６０は、第２の円周方向縁部５０の円周方向レール７２の内側７５に形成された入口９１を有し、第２のセットのクロスフローチャネル６０は、第１の円周方向縁部４８の円周方向レール７２の内側７５に形成された入口９１を有する。このようにして、本発明の冷却構成は、冷却剤を内側シュラウドセグメント３５の様々な内部領域に均一に提供し、実質的に使い果たされると、冷却剤を界面５６内に放出し、内部で冷却およびシーリングの利益を提供することができる。クロスフローチャネル６０の交互の平行配置は、出口９２が円周方向縁部４８、５０にわたって等間隔に一定の間隔をおいて配置されることを可能にする。

開示されたクロスフローチャネルは、従来の冷却構成よりも少ない冷却剤を使用して静止シュラウドなどの高温ガス構成要素を冷却し、その結果、冷却に関連するコストが削減され、エンジン効率が向上することが見出された。例えば、本開示のクロスフローチャネルは、内側シュラウドセグメント内、特に、内方面の近くの領域内でより均一な温度を維持する方式で、冷却剤の熱容量の使用を最大化する。クロスフローチャネルを通る冷却剤の質量流量が実質的に一定のままであるため、上流セクションを通る断面流れ面積が減少すると、冷却剤の速度が増加する。すなわち、冷却剤が上流端から接合点またはネックに移動するにつれて断面流れ面積が減少し、冷却剤の速度が増加する。ダクトフローの熱伝達係数（ＨＴＣ）が流体速度に直接依存するため、冷却剤の速度の増加は、冷却剤がクロスフローチャネルの上流セクションを通過するとＨＴＣを増加させる。もちろん、冷却剤が加熱されたダクトを通って移動すると、周囲の壁から熱を吸収して温度が上昇し、冷却剤の効果が低下する。しかし、本出願によれば、この温度の上昇／冷却剤の効果の減少は、冷却剤の速度の増加に起因する熱伝達係数の増加によってオフセットされる。このようにして、冷却剤は、クロスフローチャネルの上流セクションを通って移動するとき、比較的一定の熱伝達率を維持する。接合点またはネックは、クロスフローチャネルの長さに沿って位置決めされ得る。例えば、接合点は、クロスフローチャネルを通って移動する冷却剤が、吸収することが可能な実質的にすべての熱を吸収すると、断面流れ面積が広がり、それにより使用済み冷却剤が出口に向けて効率的に送られるように位置決めすることができる。好ましい実施形態によれば、内側シュラウドセグメントを通して均一な冷却を促進するために、冷却構成は、交互の向流配置を有し得、すなわち、隣り合うクロスフローチャネルは、反対の冷却剤の流れ方向を有する。この配置により、クロスフローチャネルの各下流セクションが隣り合うクロスフローチャネルの隣接して並んでいる上流セクションによって補償されるため、冷却の均一性が向上する。

ここで図８～図１０を参照すると、代替の実施形態によれば、内側シュラウドセグメント３５は、外方面５２内、より具体的には、内側シュラウドセグメント３５の外方空洞７１の床７４内に形成される細長い溝またはトラフ１０１を含み得る。各トラフ１０１は、内側シュラウドセグメント３５の対向する円周方向レール７２の近くに位置決めされた端部１０３の間で縦方向に延びることができる。この長さに沿って、各トラフ１０１は、可変の深さおよび幅を有することができる。本明細書で使用される場合、トラフ１０１の深さは、床７４の周囲の表面とトラフ１０１内の最も低い点との間の半径方向３１における距離として画定される。トラフ１０１の幅は、トラフ１０１の対向する側面１０７の間の軸方向３０における距離として画定される。可変の深さおよび幅は、トラフ１０１が分割線１０５を介して画定される中心エリアまたは中央線に向かって延びるので、端部１０３でそれぞれ浅くかつ狭く、次にそれぞれ深くかつ広くなるようなトラフ１０１を含み得る。したがって、トラフ１０１は、端部１０３から分割線１０５に向かって内側に延びるにつれて、広がって深くなり得る。図示のように、分割線１０５は、最大の幅および深さを有するトラフ１０１の長さに沿った点を指定する基準場所とすることができる。

端部１０３の各々からのトラフ１０１の拡幅化は、滑らかで漸進的であり得る。図９に示されるように、端部１０３の各々からのトラフ１０１の拡幅化は線形であり得、したがって、側面１０７の間に形成された角度１０６に従って記述可能である。他の構成も可能であるが、角度１０６は、５°～１５°であり得る。好ましい実施形態によれば、図９に示すように、トラフ１０１の拡幅化は、トラフ１０１の各側面に形成される一対のクロスフローチャネル６０の狭小化に対応し得る。上述のように、隣接するクロスフローチャネル６０がそれぞれのネックまたは接合点６５に向かって狭小化することにより、トラフ１０１が広がって深くなるためのスペースを利用可能にしながら、トラフ１０１と隣り合うクロスフローチャネル６０との間の密接に並んだ関係を維持することもできる。トラフ１０１の各々の拡幅化および深化は、実質的に一定の距離がトラフ１０１の側面と、トラフ１０１と並んでいる一対のクロスフローチャネル６０の側面との間で維持されるように構成され得る。さらに、トラフ１０１の分割線１０５は、隣接するクロスフローチャネル６０の接合点６５と円周方向に整列し得る。例示的な実施形態によれば、分割線１０５は、トラフ１０１の長さの３５％～６５％の範囲内に位置する。他の実施形態によれば、分割線１０５は、トラフ１０１の長さの４５％～５５％の範囲内に位置する。

端部１０３の各々からのトラフ１０１の深化は、滑らかで漸進的であり得る。図８に示すように、トラフ１０１は、比較的浅い第１の角度１０８に従って、端部１０３の各々から深くなり得る。例えば、他の構成も可能であるが、第１の角度１０８は、５°～１５°であり得る。図１０に示すように、トラフ１０１は、一般に第１の角度１０８よりも急勾配である第２の角度１０９に従って、各側面１０７から深くなり得る。他の構成も可能であるが、第２の角度１０９（または「降下角度」）は、２５°～４５°であり得る。

他の構成も可能であるが、本開示のトラフ１０１は、実質的に線形であり、円周方向３２に配向され得る。すなわち、トラフ１０１の長手方向軸は、タービンの円周方向３２とほぼ整列するか、または平行であり得る。したがって、例示的な実施形態によれば、トラフ１０１は、ほぼ円周方向３２に延びるように内側シュラウドセグメント３５内に配向され得、例えば、上述のクロスフローチャネル６０の実施形態のいずれかに平行に配置され得る。トラフ１０１の各々は、トラフ１０１と並んでいる一対のクロスフローチャネル６０の間に位置決めされ、平行に縦方向に延びることができる。トラフ１０１は、このようにして、内側シュラウドセグメント３５の長さの大部分にわたって延びることができる。例えば、例示的な実施形態によれば、トラフ１０１は、内側シュラウドセグメント３５の長さの５０％を超えて延びる。他の実施形態によれば、トラフ１０１は、内側シュラウドセグメント３５の長さの少なくとも６５％にわたって延びる。図示のように、複数の平行なトラフ１０１を提供することが可能である。

本明細書に記載のトラフの実施形態を含めることは、いくつかの利点を内側シュラウドセグメントに提供し得る。第一に、トラフは、内側シュラウドセグメントから材料を除去する方式を提供し、構成要素をより経済的に製造することを可能にするだけでなく、有利には、エンジンの総重量を低減する。第二に、記載のように構成されたトラフは、内側シュラウドセグメントの前縁と後縁との間に波形のトラス状の構造を互いに形成することができ、材料の除去が構造的堅牢性に悪影響を与えないように剛性を維持する。第三に、トラフは、内側シュラウドセグメントの外方面の表面積を増加させる。外方面はより低い温度に曝されるため、これは、動作中の構成要素全体の温度プロファイルに利益をもたらす。第四に、トラフがクロスフローチャネルの可変の形状に対応する様式は、クロスフローチャネルの近くに存在する外方面の表面積の増加をもたらし、これは、内部の冷却剤温度を低下させ、その有効性を強化する。

ここで図１１～図１５を参照すると、本開示の内部冷却構成のさらなる実施形態が提示されている。便宜上、前の図ですでに識別されたものに対応する構成要素および要素（特に図５～図７のクロスフローチャネル６０に関連するもの）は、同様の参照番号で識別されるが、本実施形態を理解するために必要な場合にのみ、特に説明する。見られるように、図１１～図１５の実施形態は、主に供給チャネル８１および出口チャネル８２に関連する追加の特性および実施形態を含む。これらの特性については、次の両方に関連して説明する。１）上流セクションとして供給チャネル８１、中間セクション（例えば、クロスフローチャネル６０）、および下流セクションとして出口チャネル８２を有する単一の冷却チャネル、および２）一対の隣接するクロスフローチャネル６０など、隣接する向流冷却チャネルに取り付ける隣接する供給および出口チャネル８１、８２を含む供給および出口チャネル構成１２１。後者に関して、供給および出口チャネル構成１２１の説明は、改善された冷却性能、空間効率、および構造的堅牢性のために、隣り合う供給および出口チャネル８１、８２が互いに関連して構成される様式に焦点を合わせている。

例えば、供給および出口チャネル構成１２１は、内側シュラウドセグメント３５の縁部（図示するように、第１または第２の円周方向縁部４８、５０）の近くに配置され、一対の隣接する向流クロスフローチャネル６０（「対の向流クロスフローチャネル６０」とも呼ばれる）に／から冷却剤を供給／除去するように機能し得る。見られるように、供給および出口チャネル構成１２１の実施形態は、対の向流クロスフローチャネル６０に対する冷却剤の送達および除去が可能な効率的な方式を提供すると同時に、強化された冷却性能も提供する。図１１および図１２は、本開示による、供給および出口チャネル構成１２１の透明な外側および内側の半径方向図をそれぞれ提示する。図１３は、例示的な供給および出口チャネル構成１２１内の供給チャネル８１の１つに沿って取られた断面を有する透明斜視図を示し、図１４は、例示的な供給および出口チャネル構成１２１内の出口チャネル８２の１つに沿って取られた断面を有する透明斜視図を示す。最後に、図１５は、本開示による、供給チャネル８１と出口チャネル８２の両方を横切って取られた断面を有する斜視図を示す。

例示的な実施形態によれば、各クロスフローチャネル６０は、上流端６１で供給チャネル８１に接続し、下流端６２で出口チャネル８２に接続することができ、供給チャネル８１および出口チャネル８２は、本明細書に開示される実施形態の特性のいずれかを含み得る。例示的な動作によれば、このように構成された冷却チャネルは、一般に、以下のように機能し得る。冷却チャネルは、入口９１を介して冷却剤を取り込み、次いで、その冷却剤を、供給チャネル８１を介してクロスフローチャネル６０に送達することができる。次に、冷却剤は、クロスフローチャネル６０を通過し、それによって、内側シュラウドセグメント３５の内方面５４を冷却することができる。冷却剤がクロスフローチャネル６０を通過すると、次に、出口チャネル８２を介して出口９２に送られ得、そこで内側シュラウドセグメント３５から排出される。

供給および出口チャネル構成１２１の実施形態に関して、特定の特性が、図示の構成を参照してここで提示されている。例えば、供給および出口チャネル構成１２１は、一対の隣接する向流クロスフローチャネル６０に接続することができ、これは、すでに説明したように、内側シュラウドセグメント３５にわたって並んで延びることができる。好ましい実施形態によれば、供給および出口チャネル構成１２１は、そのような一対の隣接する向流クロスフローチャネル６０の各対向する端部に配置される。より一般的には、供給および出口チャネル構成１２１は、内側シュラウドセグメント３５内で必要に応じて繰り返され得、したがってその一対の隣接する向流クロスフローチャネル６０の各々と共に使用される。例示的な供給および出口チャネル構成１２１を説明する目的のために、一対の対応する隣接する向流クロスフローチャネル６０は、供給チャネル８１に接続する第１のクロスフローチャネル６０と、出口チャネル８２に接続する第２のクロスフローチャネル６０とを含むものとして参照される。

供給および出口チャネル構成１２１は、一般に、供給チャネル８１と、隣接するまたは隣り合う出口チャネル８２とを含む。両方とも、内側シュラウドセグメント３５の縁部、例えば、第１および第２の円周方向縁部４８、５０の近くに配置することができる。供給チャネル８１は、内側シュラウドセグメント３５の外面に形成された入口９１と、対のクロスフローチャネル６０の第１のクロスフローチャネル６０との接続部との間に延びることができる。好ましい実施形態によれば、入口９１は、内側シュラウドセグメント３５の外方面５２を通して形成され得、それにより入口９１は、内側シュラウドセグメント３５の空洞３７および／または外方空洞７１と流体連通する。例えば、入口９１は、第１の円周方向縁部４８の円周方向レール７２の内側７５に形成されてもよい。別の例として、供給および出口チャネル構成１２１が内側シュラウドセグメント３５の反対側で発生するとき、入口９１は、第２の円周方向縁部５０の円周方向レール７２の内側７５に形成され得る。出口チャネル８２に関して、これは、対のクロスフローチャネルの第２のクロスフローチャネル６０との接続部と、内側シュラウドセグメント３５の外面に形成された出口９２との間に延びることができる。例えば、出口９２は、第１の円周方向縁部４８に形成されてもよい。供給および出口チャネル構成１２１が内側シュラウドセグメント３５の反対側で発生するとき、出口９２は、第２の円周方向縁部５０に形成され得る。

例示的な実施形態によれば、供給および出口チャネル構成１２１の特定の構成属性が、ここで説明される。説明の目的のために、そのような実施形態における供給および出口チャネル８１、８２の形状は、主に２つの方式で説明される。これらの第１の方式では、外側半径方向または「外方視点（ｏｕｔｂｏａｒｄ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ）」が参照される。本明細書で使用される場合、「外方視点」は、説明されている特徴の直接外方の位置から内方方向に見た図として意図されている。この視点は、供給チャネル８１および出口チャネル８２の経路が軸方向および円周方向３０、３２でどのように成形されているかを説明するのに有用である。構成を説明する第２の方式は、半径方向位置における相対的な変化を参照することである。

それを念頭に置いて、好ましい実施形態によれば、供給チャネル８１は、最初に、入口９１で半径方向に上昇した初期の位置から床７４またはクロスフローチャネル６０（内方面５４の近くであり得る）のおよその半径方向レベルまで内方方向に傾斜する。外方視点から、この第１の傾斜セクションは、実質的に線形であり、円周方向３２と整列し得る。外方視点から、供給チャネル８１は、供給チャネル８１が第１のクロスフローチャネル６０の上流端６１と接続する前に、約１８０°冷却剤の流れを旋回させる湾曲またはループする第２のセクションを介して継続し得る。したがって、供給チャネル８１内の初期の流れ方向が第１の円周方向縁部４８に向けられている間、供給チャネル８１と第１のクロスフローチャネル６０との接続部において、流れ方向は円周方向に逆転され、その結果、ここで冷却剤の流れは、第２の円周方向縁部５０に向けられる。外方視点から、この１８０°の旋回を行う際、供給チャネル８１の湾曲は、出口チャネル８２に向かって外側に弓形である。外方視点から、この第２のまたは弓形セクション１２３は、出口チャネル８２のセクションをアンダーカットするように構成される。より具体的には、再び、外方視点から、供給チャネル８１の弓形セクション１２３は、出口チャネル８２のセクションと軸方向および円周方向に重なり、一方、そこから内方方向へと半径方向にオフセットされる。

外方視点から、第１のクロスフローチャネル６０の上流端６１は、入口９１と軸方向に重なるように位置決めされ、一方、そこから内方方向へと半径方向にオフセットされ得る。したがって、外方視点から、図１２に最も明確に示すように、供給チャネル８１は、その湾曲を逆転させて真っ直ぐになり入口９１と軸方向に重なる位置で上流端６１と接続する前に、ループし続ける（ほぼ一周する）ことができる。

好ましい実施形態によれば、出口チャネル８２の第１のセクションは、出口チャネル８２とクロスフローチャネル６０の下流端６２との接続部から外方方向に傾斜し得る。より具体的には、図１３に最も明確に示すように、出口チャネル８２は、冷却剤を、内方面５４に近い初期の半径方向位置から円周方向レール７２の半径方向中間点の外方にある隆起した外方位置に運ぶ第１のまたは外方傾斜セクション１２５を含み得る。外方傾斜セクション１２５の後、次に、出口チャネル８２の第２のセクションは、半径方向に平らになり、出口９２に向かって延び得、第１の円周方向縁部４８に配置することができる。認識されるように、外方傾斜セクション１２５は、供給チャネル８１の弓形セクション１２３が出口チャネル８２をアンダーカットするために必要な内側の半径方向空間を提供する。外方視点から、図１１に最も明確に示すように、出口チャネル８２は、下流端６２と出口９２との間の線形経路を維持することができる。この線形経路は、円周方向とほぼ整列し、かつ／または第２のクロスフローチャネル６０によって画定された線形経路の継続を提供することができる。

さらなる特徴として、円周方向レール７２の内側７５は、交互の山部１３１および谷部１３３を有する波形構成１３０を含み得、これは、見られるように、供給および出口チャネル構成１２１を有する供給および出口チャネル８１、８２の載置に対応するように構成され得る。一般に、山部１３１および谷部１３３は、円周方向に延び、円周方向レール７２の内側７５の輪郭に沿って外方方向に傾斜し得る。図１５に最も明確に示すように、円周方向に延びる山部１３１は、出口チャネル８２の外方傾斜セクション１２５の各々の周りに形成され得る。具体的には、各山部１３１は、出口チャネル８２の１つの外方傾斜セクション１２５の形状に対応するように構成され得、一般に、このセクションの外側半径方向の半分を包み込む。隣り合う山部１３１の各々の間には、円周方向に延びる窪みまたは谷部１３３が形成され得、その中には供給チャネル８１のための入口９１が位置し得る。いくつかの図に示されるように、波形構成１３０は、供給および出口チャネル構成１２１の繰り返しに対応するように、円周方向レール７２の各々に対して内側７５に沿って繰り返され得る。説明の目的のために、波形構成１３０内では、「山部」部分は、外方方向に突き出る特徴であり、「谷部」部分は、内方方向に作られた切り取られた部分または窪みであることが認識されよう。

波形構成１３０の利点には、構成要素の構造的堅牢性を維持しながら、余分な材料を除去することが挙げられる。さらに、波形構成１３０は、供給および出口チャネル構成１２１の態様を有効化または強化することに関連する利益を提供する。例えば、山部１３１は、出口チャネル８２の外方傾斜セクション１２５がより急勾配な角度で円周方向に延びることを可能にし、これは、供給チャネル８１が上述の様式で出口チャネル８２の下でカールするための空間を外方傾斜セクション１２５の内方側に形成する。別の例として、谷部１３３は、より低い半径方向高さでの入口９１の位置決めを可能にし、これはまた、供給チャネル８１が所望の様式で出口チャネル８２の下でカールすることを容易にする。さらに、入口９１のより低い半径方向高さは、より短い長さの供給チャネル８１をもたらし、これは、空気力学的損失を減少させる。

ここで図１６および図１７を参照すると、例えば、前縁または後縁の軸方向レール７３を支持するために内部で使用され得る構造構成が開示される。図１６は、軸方向レール７３の例示的な構造構成、すなわち、前縁または後縁４４、４６のいずれかに沿って形成されるレールの透明図であり、図１７は、その構造構成の特定の態様の拡大図を提供する。例示的な実施形態によれば、構造構成は、構造的支持のために軸方向レール７３の内部内に形成されるトラス状の配置または構造（または「トラス構造」）１５１を含み得る。図示のように、トラス構造１５１は、三角形形状を有する繰り返し配置の部材１５３を含み得、これは、材料の除去を可能にし、軸方向レール７３から繰り返しの三角形の中空部分１５５を形成する。三角形形状は、軸方向レールの外方縁部と軸方向レールの内方縁部との間に延びることができる。部材１５３は、軸方向レール７３の外方縁部と内方縁部との間で傾斜する傾斜部材を含み得る。傾斜部材がトラス構造１５１の各縁部となす角度１５７は、６０°以下であり得る。好ましい実施形態によれば、傾斜部材がトラス構造１５１の各縁部となす角度１５７は、４５°以下であり得る。

軸方向レール７３におけるトラス構造１５１は、許容可能な構造的剛性および支持も維持しながら、大部分の材料、すなわち、三角形の中空部分の除去を可能にし、その結果、重量およびコストを節約することが見出された。さらに、以下でさらに説明するように、トラス構造１５１は、鋳造に必要とされる最小の肉厚の制限なしに、必要な要件に従って付加製造プロセスによって効率的に製造され得るように構成される。

高温ガス経路構成要素、例えば、内側シュラウドセグメントのための上述の表面および内部構成ならびに冷却チャネルの実施形態は、放電加工、掘削、鋳造、付加製造、それらの組み合わせ、または任意の他の技法を含む任意の従来の製造技法を介して、形成または構築することができる。これから説明するように、上記で開示された実施形態の特定の態様は、付加製造プロセスを介した迅速かつ費用対効果のある製造のための構築性における利点を提供するように特に構成される。

例えば、選択的堆積付加製造などの特定の付加製造プロセスでは、材料は、構成要素の以前に形成された部分または堆積された部分に堆積され、自立様式で蓄積方向（実質的に垂直であり得る）に沿って構成要素を順次蓄積する。選択的堆積付加製造では、新たに堆積された材料が限られた範囲で支持材料からオーバハングするように材料を堆積させることができる。このような新たに堆積された材料は、典型的には垂直から測定される「オーバハング角度」だけオーバハングすると言われている。選択的堆積付加製造において自立構造を確実かつ正確に製造するために、オーバハング部分のオーバハング角度は、垂直軸から６０°を超えてはならないことが見出された。構成要素の表面仕上げは、構成要素のオーバハング角度によって影響を及ぼされる可能性があり、したがって垂直軸から４５°未満などのより小さなオーバハング角度が、一般に、より良い表面仕上げをもたらす。表面仕上げは、内側シュラウドセグメントなどの高温ガス構成要素の寿命に影響を及ぼす可能性があるため、これは重要な考慮事項である。具体的には、高温ガス経路の高い応力に耐える構成要素の場合、許容可能な表面仕上げ、したがって許容可能な構成要素寿命を実現するために、垂直軸からのより小さな角度が必要になり得る。

本明細書に開示される内側シュラウドセグメント３５の実施形態は、典型的な蓄積方向が約６０°の最大オーバハング角度、または他の代替法によれば、約４５°の最大オーバハング角度をもたらすように構成される。例えば、内側シュラウドセグメントの縦軸が垂直蓄積方向と整列していると仮定すると、第１および第２の角度１０８、１０９について本明細書で提供される範囲が与えられるトラフ１０１を構築するための予想オーバハング角度は、６０°および／または４５°未満の浅いオーバハング角度をもたらす。これは、内側シュラウドセグメントの幅軸が代わりに垂直蓄積方向との位置合わせのために選択された軸である場合にも当てはまる。別の例として、内側シュラウドセグメントの縦軸が垂直蓄積方向と整列していると仮定すると、角度１５７について本明細書で提供される範囲が与えられるトラス構造１５１の角度付き部材１５３を構築するための予想オーバハング角度は、６０°未満および／または４５°未満の浅いオーバハング角度をもたらす。

当業者には認識されることとなるように、いくつかの例示的な実施形態に関して上述した多くの様々な特徴および構成は、本開示の他の可能な実施形態を形成するためにさらに選択的に適用することができる。簡潔にするため、および当業者の能力を考慮に入れて、可能な繰り返しの各々については詳細に提示または説明しないが、以下のまたはそれ以外のいくつかの請求項に包含されるすべての組み合わせおよび可能な実施形態は本出願の一部であることが意図されている。加えて、本発明のいくつかの例示的な実施形態の上記の説明から、当業者は、改良、変更、および変形を認識されよう。また当技術の範囲内のこのような改良、変更、および変形は、添付の特許請求の範囲に含まれることを意図している。さらに、前述の記載は本出願の記載された実施形態のみに関係しており、以下の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される本出願の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書において多くの変更および変形が可能であることは明らかである。

１０ ガスタービンエンジン
１２ 燃料ノズル
１４ 燃料供給
１６ 燃焼器
１８ タービン
２０ 排気出口
２２ シャフト／中心軸
２４ 圧縮機
２６ 吸気口
２８ 負荷
３０ 軸方向
３１ 半径方向
３２ 円周方向
３３ ロータブレード
３４ 静止シュラウドセグメント
３５ 内側シュラウドセグメント
３５ａ 第１の内側シュラウドセグメント
３５ｂ 第２の内側シュラウドセグメント
３６ 外側シュラウドセグメント
３７ 空洞
３８ 高温ガス経路
３９ 冷却剤供給チャネル
４４ 前縁
４６ 後縁
４８ 第１の円周方向縁部
５０ 第２の円周方向縁部
５２ 外方面
５４ 内方面
５５ シール
５６ 界面
５７ スロット
５８ シーリング部材
６０ クロスフローチャネル
６１ 上流端
６２ 下流端
６５ 接合点
６６ 上流セクション
６７ 下流セクション
７１ 外方空洞
７２ 円周方向レール
７３ 軸方向レール
７４ 床
７５ 内側
８１ 供給チャネル
８２ 出口チャネル
９１ 入口
９２ 出口
１０１ トラフ
１０３ 端部
１０５ 分割線
１０６ 角度
１０７ 側面
１０８ 第１の角度
１０９ 第２の角度
１２１ 供給および出口チャネル構成
１２３ 弓形セクション
１２５ 外方傾斜セクション
１３０ 波形構成
１３１ 山部
１３３ 谷部
１５１ トラス構造
１５３ 繰り返し配置の部材
１５５ 三角形の中空部分／三角形形状
１５７ 角度
１０－１０ 視線

Claims (14)

1. ガスタービンエンジン（１０）のタービン（１８）であって、当該タービン（１８）が、中心軸（２２）を備えていて、前記中心軸（２２）が、前記中心軸（２２）に平行に延びる軸方向（３０）、前記中心軸（２２）に垂直に延びる半径方向（３１）、及び前記中心軸（２２）の周りに延びる円周方向（３２）を画定しており、当該タービン（１８）が、内側シュラウドセグメント（３５）を有する静止シュラウドリングを備えており、前記内側シュラウドセグメント（３５）が、
   床（７４）から半径方向に突出する周囲のレール（７２、７３）によって画定される外方空洞（７１）を備える外方面（５２）であって、前記レールが、前縁（４４）及び後縁（４６）の少なくとも１つに沿って隣接して延びる軸方向レール（７３）を備えており、前記軸方向レール（７３）が、トラス構造（１５１）を備えていて、前記トラス構造（１５１）が、三角形形状（１５５）を形成する繰り返し配置の部材（１５３）を含む、外方面（５２）と、
   前記内側シュラウドセグメント（３５）の内部を通して冷却剤を受け入れて送るように構成される冷却構成と
   を備えており、前記冷却構成が、
   第１のクロスフローチャネル（６０）が隣り合う第２のクロスフローチャネル（６０）と並んで延びる一対の向流クロスフローチャネル（６０）と、
   隣り合う供給及び出口チャネル（８１、８２）を備える供給及び出口チャネル構成（１２１）であって、前記供給チャネル（８１）が、前記冷却構成を通る前記冷却剤の流れの方向に対して、第１の接続部で前記第１のクロスフローチャネル（６０）の上流端（６１）に接続し、前記出口チャネル（８２）が、前記冷却構成を通る前記冷却剤の前記流れの方向に対して、第２の接続部で前記第２のクロスフローチャネル（６０）の下流端（６２）に接続する、供給及び出口チャネル構成（１２１）と
   を備えており、
   前記供給チャネル（８１）が、前記内側シュラウドセグメント（３５）の外面と流体連通している入口（９１）から前記第１の接続部に延び、前記出口チャネル（８２）が、前記第２の接続部から前記内側シュラウドセグメント（３５）の前記外面と流体連通している出口（９２）に延び、前記供給チャネル（８１）が、前記半径方向（３１）に前記出口チャネル（８２）をアンダーカットするセクション（１２３）を備える、タービン（１８）。
2. 前記内側シュラウドセグメント（３５）が、対向した第１及び第２の円周方向縁部（４８、５０）と、前記外方面（５２）と対向した内方面（５４）とを備えており、前記内側シュラウドセグメント（３５）が、
   前記前縁（４４）及び前記後縁（４６）が、互いに対向し、前記軸方向（３０）に主にオフセットされ、それらの間の前記オフセットが前記内側シュラウドセグメント（３５）の幅を画定し、
   前記第１及び前記第２の円周方向縁部（４８、５０）が、前記円周方向（３２）に主にオフセットされ、それらの間の前記オフセットが前記内側シュラウドセグメント（３５）の長さを画定し、かつ
   前記内方面（５４）及び前記外方面（５２）が、前記半径方向（３１）に主にオフセットされ、それらの間の前記オフセットが前記内側シュラウドセグメント（３５）の高さを画定する
   ように配向している、請求項１に記載のタービン（１８）。
3. 前記レール（７２、７３）が、前記第１の円周方向縁部（４８）に沿って隣接して延びる円周方向レール（７２）を備えており、
   前記入口（９１）が、前記外方空洞（７１）と流体連通するように前記内側シュラウドセグメント（３５）の前記外方面（５２）を通して形成され、
   前記出口（９２）が、前記内側シュラウドセグメント（３５）の前記第１の円周方向縁部（４８）を通して形成される、請求項２に記載のタービン（１８）。
4. 前記入口（９１）が、前記外方空洞（７１）に面する前記円周方向レール（７２）の内側（７５）を通して形成され、
   前記入口（９１）及び前記出口（９２）の各々が、前記床（７４）の半径方向レベルに対して半径方向に上昇した位置を備える、請求項３に記載のタービン（１８）。
5. 外方視点が、前記供給及び出口チャネル構成（１２１）の直接外方の位置からの内方方向図であり、
   前記入口（９１）から前記第１の接続部まで、前記供給チャネル（８１）が、連続する第１及び第２のセクション（１２３）を備えており、
   前記供給チャネル（８１）の前記第１のセクションが、前記床（７４）の前記半径方向レベルにほぼ等しい半径方向位置まで内方方向に傾斜する線形セクションであり、
   前記外方視点から、前記第１のセクションが、実質的に線形であり、前記円周方向（３２）とほぼ整列し、
   前記外方視点から、前記第２のセクション（１２３）が、約１８０°の湾曲を備えており、
   前記外方視点から、前記出口チャネル（８２）が、前記第２の接続部と前記出口（９２）との間の実質的に線形の経路を維持する、請求項４に記載のタービン（１８）。
6. 前記第２の接続部から前記出口（９２）まで、前記出口チャネル（８２）が、連続する第１及び第２のセクション（１２５）を備え
   前記出口チャネル（８２）の前記第１のセクション（１２５）が、前記床（７４）の内方にある第１の位置から前記第１の円周方向レール（７２）の半径方向中間点の外方にある第２の位置に外方方向に傾斜し、
   前記出口チャネル（８２）の前記第２のセクションが、前記出口チャネル（８２）が前記出口（９２）に向かって延びるにつれて半径方向に平らになる、請求項５に記載のタービン（１８）。
7. 前記第１のクロスフローチャネル（６０）の前記上流端（６１）が、前記供給チャネル（８１）の前記入口（９１）と軸方向に重なり、
   前記第１及び前記第２のクロスフローチャネル（６０）の各々が、
   １５°未満の前記円周方向（３２）の角度を形成する縦方向の位置合わせを含み、
   前記内側シュラウドセグメント（３５）の前記長さの少なくとも６０％にわたって延びる、請求項５に記載のタービン（１８）。
8. 前記内側シュラウドセグメント（３５）の前記冷却構成が、前記供給及び出口チャネル構成（１２１）のそれぞれの少なくとも５つに接続する前記一対の向流クロスフローチャネル（６０）の少なくとも５つを備えており、
   前記一対の向流クロスフローチャネル（６０）の前記少なくとも５つが、互いに平行に配置される、請求項７に記載のタービン（１８）。
9. 前記外方視点から、約１８０°の前記湾曲を行う際、前記供給チャネル（８１）の前記第２のセクション（１２３）が、前記供給チャネル（８１）の前記第２のセクション（１２３）のセクションが前記出口チャネル（８２）のセクションと軸方向及び円周方向に重なる一方、前記内方方向にそこから半径方向にオフセットされるように、前記出口チャネル（８２）に向かって弓形であり、
   前記外方面（５２）が、前記第２の円周方向縁部（５０）に沿って隣接して延びる円周方向レール（７２）を備えており、
   前記冷却構成の前記供給及び出口チャネル構成（１２１）が、第１の供給及び出口チャネル構成（１２１）と指定され、前記冷却構成が、第２の供給及び出口チャネル構成（１２１）を備えており、
   前記第１の供給及び出口チャネル構成（１２１）が、前記一対の向流クロスフローチャネル（６０）の第１の端部に接続し、前記第２の供給及び出口チャネル構成（１２１）が、前記一対の向流クロスフローチャネル（６０）の第２の端部に接続し、前記第２の供給及び出口チャネル構成（１２１）が、
   前記第２の供給及び出口チャネル構成（１２１）の前記供給チャネル（８１）が前記第２のクロスフローチャネル（６０）の上流端（６１）に接続し、
   前記第２の供給及び出口チャネル構成（１２１）の前記出口チャネル（８２）が前記第２のクロスフローチャネル（６０）の下流端（６２）に接続する
   ように転置され、
   前記第２の供給及び出口チャネル構成（１２１）の前記供給チャネル（８１）の前記入口（９１）が、前記第２の円周方向縁部（５０）の前記円周方向レール（７２）の前記内側（７５）を通して形成され、
   前記第２の供給及び出口チャネル構成（１２１）の前記出口チャネル（８２）の前記出口（９２）が、前記第２の円周方向縁部（５０）を通して形成される、請求項５に記載のタービン（１８）。
10. 前記外方視点から、約１８０°の前記湾曲を行う際、前記供給チャネル（８１）の前記第２のセクション（１２３）が、前記供給チャネル（８１）の前記第２のセクション（１２３）のセクションが前記出口チャネル（８２）のセクションと軸方向及び円周方向に重なる一方、前記内方方向にそこから半径方向にオフセットされるように、前記出口チャネル（８２）に向かって弓形であり、
    前記静止シュラウドリングが、外側シュラウドセグメント（３６）が前記内側シュラウドセグメント（３５）の外方に形成されるシュラウドセグメントを備えており、前記シュラウドリングが、ロータブレード（３３）の列の周りに形成され、
    前記内側シュラウドセグメント（３５）の前記内方面（５４）が、当該タービン（１８）を通して画定された高温ガス経路（３８）に向けられ、
    前記内側シュラウドセグメント（３５）の前記外方面（５２）が、前記外側シュラウドセグメント（３６）に向けられ、
    前記外側シュラウドセグメント（３６）が、前記内側シュラウドセグメント（３５）の前記外方空洞（７１）と流体連通する冷却剤供給チャネル（３９）を備える、請求項５に記載のタービン（１８）。
11. 前記外方視点から、約１８０°の前記湾曲を行う際、前記供給チャネル（８１）の前記第２のセクション（１２３）が、前記供給チャネル（８１）の前記第２のセクション（１２３）のセクションが前記出口チャネル（８２）のセクションと軸方向及び円周方向に重なる一方、前記内方方向にそこから半径方向にオフセットされるように、前記出口チャネル（８２）に向かって弓形であり、
    前記第１及び第２のクロスフローチャネル（６０）の各々が、
    ５°未満の前記円周方向（３２）の角度を形成する縦方向の位置合わせを含み、
    前記内側シュラウドセグメント（３５）の前記長さの少なくとも７５％にわたって延びる、請求項５に記載のタービン（１８）。
12. 前記円周方向レール（７２）の前記内側（７５）が、交互の山部及び谷部（１３１、１３３）を有する波形構成（１３０）を含み、前記交互の山部及び谷部（１３１、１３３）が、第１の山部（１３１）、続いて第１の谷部（１３３）、続いて第２の山部（１３１）を備えており、
    前記山部及び前記谷部（１３１、１３３）の各々が、前記円周方向（３２）に延び、前記円周方向レール（７２）の前記内側（７５）の輪郭に沿って前記外方方向に傾斜し、前記出口チャネル（８２）の前記第１のセクション（１２５）が、第１の山部（１３１）内に形成され、
    前記供給チャネル（８１）の前記入口（９１）が、前記第１の谷部（１３３）内に配置される、請求項４に記載のタービン（１８）。
13. 前記三角形形状（１５５）が、前記軸方向レール（７３）の外方縁部と前記軸方向レール（７３）の内方縁部との間に延び、前記三角形形状（１５５）の内部が中空である、請求項１に記載のタービン（１８）。
14. 前記繰り返し配置の部材（１５３）の傾斜部材が、前記軸方向レール（７３）の前記外方縁部と前記内方縁部との間で傾斜し、
    前記傾斜部材と前記軸方向レール（７３）の前記外方縁部及び前記内方縁部との間になされる第１の角度（１５７）及び第２の角度（１５７）が、それぞれ、６０°以下である、請求項１に記載のタービン（１８）。

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