(57)【要約】      （修正有）【課題】翼形部のためのインサートシステムを提供する。【解決手段】翼形部は、翼形部の後方部分内に延びるプレナムを含む。プレナムは、プレナム入口を含み、プレナム入口の全体は、後方部分の軸方向前方に画定される。インサートシステム（３００）は、第１のインサート（３０２）と第２のインサート（３０４）を含む。第１のインサートおよび第２のインサートは、内部に画定された複数の衝突開口部（３７４）を含む。第１のインサートは、第１のネック部（３１２）を含む。第１のインサートは、プレナム入口を通して半径方向にプレナムに挿入される大きさであり、第１のインサートは、第１のネック部がプレナム入口の後方に位置するように、プレナム内を後方に設置位置に移動可能である。第２のインサートは、設置位置で第１のネック部の前方のプレナム入口を通して半径方向にプレナムに挿入される大きさである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼形部（２０２）のためのインサートシステム（３００）であって、前記翼形部（２０２）は、前記翼形部（２０２）の後方部分（２２８）内に延びるプレナム（２３６）を含み、前記プレナム（２３６）はプレナム入口（２３４）を含み、前記プレナム入口（２３４）の全体が前記後方部分（２２８）の軸方向前方に画定され、前記インサートシステム（３００）は、
第１のネック部（３１２）を備える第１のインサート（３０２）であって、前記第１のインサート（３０２）は、前記プレナム入口（２３４）を半径方向に前記プレナム（２３６）に挿入される大きさであり、前記第１のインサート（３０２）は、前記第１のネック部（３１２）が前記プレナム入口（２３４）の後方に位置するように、前記プレナム（２３６）内を後方に設置位置に移動可能である、第１のインサート（３０２）と、
前記設置位置において前記第１のネック部（３１２）の前方の前記プレナム入口（２３４）を通して半径方向に前記プレナム（２３６）に挿入される大きさの第２のインサート（３０４）であって、前記第１のインサート（３０２）および前記第２のインサート（３０４）は、内部に画定された複数の衝突開口部（３７４）を備える、第２のインサート（３０４）と
を備える、インサートシステム（３００）。
【請求項２】
前記第２のインサート（３０４）が、前記設置位置において前記第１のネック部（３１２）の前方の前記プレナム入口（２３４）に配置されるように構成された第２のネック部（３４２）を備える、請求項１に記載のインサートシステム（３００）。
【請求項３】
前記翼形部（２０２）が半径方向外壁（４０２）を含み、前記プレナム入口（２３４）が前記半径方向外壁（４０２）に画定され、前記第１のネック部（３１２）は第１のインサート入口開口部（３３４）を備え、前記第１のインサート（３０２）は、前記第１のインサート入口開口部（３３４）の周囲から外側に延在し、前記翼形部（２０２）の前記半径方向外壁（４０２）とインタフェースするように構成された第１のフランジ（３１４）をさらに備える、請求項１に記載のインサートシステム（３００）。
【請求項４】
前記第１のインサート（３０２）が第１の前方壁（３１８）をさらに備え、前記第２のインサート（３０４）が後方壁（３４８）をさらに備え、前記インサートシステム（３００）が、前記後方壁（３４８）と前記第１の前方壁（３１８）との間に延びるシール機構（３９０）をさらに備える、請求項１に記載のインサートシステム（３００）。
【請求項５】
前記第１のインサート（３０２）および前記第２のインサート（３０４）の少なくとも一方が、前記第１のインサート（３０２）および前記第２のインサート（３０４）の前記少なくとも一方の内部キャビティに広がる少なくとも１つの支持部材（４６６）を含む、請求項１に記載のインサートシステム（３００）。
【請求項６】
前記第１のインサート（３０２）が第１の前方壁（３１８）をさらに備え、前記第２のインサート（３０４）が後方壁（３４８）をさらに備え、バイパス開口部（５００）が、前記後方壁（３４８）および前記第１の前方壁（３１８）内に画定され、それらを通って延びる、請求項１に記載のインサートシステム（３００）。
【請求項７】
ガスタービンシステム（１００）が
圧縮機部（１０４）と、
前記圧縮機部（１０４）と流れ連通して結合された燃焼システム（１０６）と、
前記燃焼システム（１０６）と流れ連通して結合されたタービン部（１０８）と、
を備え、前記タービン部（１０８）は、
前記翼形部（２０２）の後方部分（２２８）に延びるプレナム（２３６）を備える翼形部（２０２）であって、前記プレナム（２３６）はプレナム入口（２３４）を含み、前記プレナム入口（２３４）の全体は前記後方部分（２２８）の軸方向前方に画定される、翼形部（２０２）と、
前記プレナム（２３６）内に配置された第１のインサート（３０２）であって、前記第１のインサート（３０２）は、前記後方部分（２２８）に延びる第１の本体部（３１０）と、前記プレナム入口（２３４）の後方に位置する第１のネック部（３１２）とを備える、第１のインサート（３０２）と、
前記第１のインサート（３０２）の前方の前記プレナム（２３６）内に配置された第２のインサート（３０４）であって、前記第２のインサート（３０４）は、前記第１のネック部（３１２）の前方の前記プレナム入口（２３４）に配置された第２のネック部（３４２）を備え、前記第１のインサート（３０２）および前記第２のインサート（３０４）は、内部に画定された複数の衝突開口部（３７４）を備える、第２のインサート（３０４）と、
を備える、ガスタービンシステム（１００）。
【請求項８】
前記ガスタービンシステム（１００）が、ケーシング（２０８）と、前記ケーシング（２０８）と前記翼形部（２０２）との間に結合された後方支持フランジ（２２６）とをさらに備え、前記後方部分（２２８）は、前記後方支持フランジ（２２６）の真下に延びる、請求項７に記載のガスタービンシステム（１００）。
【請求項９】
前記ガスタービンシステム（１００）が、前記圧縮機部（１０４）から前記プレナム入口（２３４）へ加圧ブリード空気（２４０）の流れを導くように構成される、請求項７に記載のガスタービンシステム（１００）。
【請求項１０】
前記翼形部（２０２）が後縁（２２４）および後方ピンバンク（６２４）をさらに備え、前記プレナム（２３６）が前記第１のインサート（３０２）と前記後縁（２２４）との間で軸方向に配置された後方プレナム部分（６１８）を備え、前記後方ピンバンク（６２４）は、前記後方プレナム部分（６１８）を通って延びる複数のピン（６２６）を備える、請求項７に記載のガスタービンシステム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、概して、翼形部の冷却に関し、より具体的には、回転機械構成要素の衝突冷却のためのインサートに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくともいくつかの既知の回転機械では、機械的負荷に動力を供給するタービン内のガス流からエネルギーが抽出される。回転機械の動作中には、様々な高温ガス経路構成要素が高温ガス流に曝され、高温ガス経路構成要素に磨耗を誘発する可能性がある。例えば、空気は圧縮機で加圧され、高温ガスの流れを生成するために燃焼器で燃料と混合される。一般に、より高温のガスは、回転機械の性能、効率、および動力出力を増加させる。したがって、少なくともいくつかの既知の高温ガス経路構成要素は、高温ガス流が増加した状態で回転機械の動作を促進するために冷却される。ただし、高温のガスは、回転機械構成要素の熱応力および／または熱劣化を増加させる可能性もある。
【０００３】
いくつかの既知の高温ガス経路構成要素は、内部冷却システムを備えた翼形部を含み、圧縮機または蒸気から抽出された抽気などの冷却流体が、翼形部内に画定されたプレナムに押し込まれる。この強制冷却は、高温ガス経路構成要素が高温ガス流中で機能することを容易にする。少なくともいくつかの既知のプレナムは、入口開口部と、複数の衝突開口部を備えた統合構成要素またはインサートを含む。これらの構成要素またはインサートにより、プレナム入口開口部からプレナムに導かれた冷却流体が、衝突開口部によって翼形部の内面に衝突するように導かれ、したがって、翼形部の内部構成要素の冷却が高まる。ただし、少なくともいくつかの既知の統合構成要素の取り外しおよび交換には、翼形部全体の分解および／または交換が必要になるため、衝突開口部を備えた少なくともいくつかの既知の統合構成要素を簡単に交換することはできない。さらに、少なくともいくつかの既知の取り外し可能なインサートは、プレナムの入口開口部の寸法によって制約されるため、プレナムへの挿入深さの範囲が制限されている。そのため、これらのインサートは、翼形部の一部の内面の効果的な衝突冷却を提供しない場合がある。
【発明の概要】
【０００４】
一態様では、翼形部のためのインサートシステムが提供される。翼形部は、翼形部の後方部分に延びるプレナムを含む。プレナムにはプレナム入口が含まれる。プレナム入口の全体は、後方部分の軸方向前方に画定される。インサートシステムは、第１のインサートと第２のインサートを含む。第１のインサートは、第１のネック部を含む。第１のインサートは、プレナム入口を通して半径方向にプレナムに挿入される大きさであり、第１のネック部がプレナム入口の後方に位置するように、プレナム内を後方に設置位置に移動可能である。第２のインサートは、設置位置で第１のネック部の前方のプレナム入口を通して半径方向にプレナムに挿入される大きさである。第１のインサートおよび第２のインサートは、内部に画定された複数の衝突開口部をさらに含む。
【０００５】
別の態様では、ガスタービンシステムが提供される。ガスタービンシステムは、圧縮機部と、燃焼部と、タービン部と、を含む。燃焼システムは、圧縮機部と流れ連通して結合される。タービン部は、燃焼システムと流れ連通して結合される。タービン部は、翼形部、第１のインサート、および第２のインサートを含む。翼形部は、翼形部の後方部分に延びるプレナムを含む。プレナムにはプレナム入口が含まれる。プレナム入口の全体は、後方部分の軸方向前方に画定される。第１のインサートは、プレナム内に配置され、後方部分に延びる第１の本体部と、プレナム入口の後方に配置された第１のネック部とを含む。第２のインサートは、第１のインサートの前方のプレナム内に配置され、第１のネック部の前方のプレナム入口に配置された第２のネック部を含む。第１のインサートおよび第２のインサートは、内部に画定された複数の衝突開口部をさらに含む。
【０００６】
別の態様では、インサートシステムを翼形部に設置する方法が提供される。翼形部は、翼形部の後方部分に延びるプレナムを含む。プレナムにはプレナム入口が含まれる。プレナム入口の全体は、後方部分の軸方向前方に画定される。この方法は、プレナム入口を通してプレナムに第１のインサートを挿入するステップを含む。第１のインサートは、第１のネック部と第１の本体部とを含む。この方法はまた、第１のネック部がプレナム入口内で後方に位置し、第１の本体部が後方部分内に延びるように、第１のインサートをプレナム内で設置位置に後方に移動させるステップを含む。この方法は、第１のネック部の前方のプレナム入口を通して半径方向にプレナムに第２のインサートを挿入するステップをさらに含む。第１のインサートおよび第２のインサートは、内部に画定された複数の衝突開口部を含む。
【０００７】
本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、同様の符号は同様の部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的な回転機械の概略図である。
【図２】図１に示す回転機械の例示的なタービン段の拡大概略図である。
【図３】図２に示すタービン段の固定翼形部と共に使用する例示的なインサートシステムの側面図である。
【図４】図２に示す線４−４に沿った、図３のインサートシステムが内部に設置された例示的な固定翼形部の断面図である。
【図５】図２に示すタービン段の固定翼形部に設置されたインサートシステムの別の例示的な実施形態の斜視図である。
【図６】図２に示す線６−６に沿った、図３のインサートシステムが内部に設置された例示的な固定翼形部の一部の断面図である。
【図７】図３または図５のインサートシステムを設置する例示的な方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
特に明記しない限り、本明細書において提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を図示するものである。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を含む多種多様なシステムで適用可能であると考えられる。したがって、図面は、本明細書に開示する実施形態の実施のために必要とされる当業者に知られているすべての従来の特徴を含むことを意図しない。
【００１０】
以下の明細書および特許請求の範囲において、いくつかの用語に言及するが、それらは以下の意味を有すると規定する。
【００１１】
単数形「１つの（ａ、ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、文脈が特に明確に指示しない限り、複数の言及を含む。
【００１２】
別途指定のない限り、本明細書で使用される「一般に」、「実質的に」、および「およそ」などの近似を表す文言は、そのように修飾された用語が、絶対的または完全な程度ではなく、当業者によって認識されるようなおおよその程度にのみ適用され得ることを示している。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例において、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応し得る。ここで、ならびに明細書および特許請求の範囲の全体を通じて、範囲の限界が特定されてもよい。このような範囲は、組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈または文言が特に指示しない限り、本明細書に含まれるすべての部分範囲を含む。さらに、別途指定のない限り、「第１の」、「第２の」、などの用語は、本明細書において単に標識として使用されているにすぎず、これらの用語が言及する要素について順序、位置、または階層上の要件を加えることを意図するものではない。さらに、例えば、「第２の」要素への言及は、例えば、「第１の」要素またはより小さい数字で言及される要素あるいは「第３の」要素またはより大きな数字で言及される要素の存在を、必要とするものでも、排除するものでもない。
【００１３】
本明細書で用いる「軸方向の」および「軸方向に」という用語は、回転機械の長手方向軸に対して実質的に平行に延びる方向および向きを指す。また、「半径方向の」および「半径方向に」という用語は、回転機械の長手方向軸に対して実質的に垂直に延びる方向および向きを指す。さらに、本明細書で使用する「円周方向の」および「円周方向に」という用語は、回転機械の長手方向軸の周りに円弧状に延びる方向および向きを指す。さらに、本明細書で使用される「上流」という用語は、回転機械の前方端部または入口端部を指し、「下流」という用語は、回転機械の後方端部または排気端部を指す。
【００１４】
本明細書で説明するシステムは、インサートシステムを使用した回転機械の冷却構成要素、およびその設置方法に関する。具体的には、例示的な実施形態では、構成要素は翼形部を含む。翼形部は、翼形部の後方部分に延びるプレナムを含み、プレナム入口開口部を含む。プレナム入口開口部は、翼形部の内部冷却のための冷却流体を受け入れるように構成されている。プレナム入口開口部の全体が、後方部分の軸方向前方に画定されている。インサートシステムは、それぞれが貫通する衝突開口部を有する第１のインサートと第２のインサートを含む。第１のインサートは、第１のインサートの一部が翼形部の後方部分に向かってプレナム内に後方に延びるように、プレナム入口を通してプレナム内に半径方向に挿入可能であり、プレナム内で後方に移動可能である。また、第２のインサートは、プレナム入口を通して半径方向にプレナムに挿入可能であり、挿入されると、第２のインサートは、設置位置で第１のインサートの前方に配置される。第１および第２のインサートはそれぞれ、半径方向外側に面する入口開口部を有し、設置後、プレナム入口に並べて配置される。動作中、翼形部のプレナム入口に導かれた冷却流体の第１の部分は、第１のインサート入口開口部を通して受け入れられ、翼形部のプレナム入口に導かれた冷却流体の第２の部分は第２のインサートの入口開口部を通ってキャビティに受け入れられる。受け入れた冷却流体のそれぞれの部分は、翼形部の後方部分に対して配置された第１のインサートの衝突開口部を含む、それぞれのインサートの衝突開口部を通して導かれる。したがって、インサートシステムは、プレナム入口の後方に延びる翼形部の部分の効果的な衝突冷却を促進する。加えて、インサートシステムは、翼形部への設置の容易さ、およびいくつかの実施形態では、修理および交換のための翼形部からの取り外しの容易さを促進する。
【００１５】
図１は、例示的な回転機械１００、すなわちターボ機械、より具体的にはタービンエンジンの概略図である。例示的な実施形態では、回転機械１００はガスタービンエンジンである。あるいは、回転機械は、蒸気タービンエンジン、ガスターボファン航空機エンジン、別の航空機エンジン、風力タービン、圧縮機、およびポンプを含むが、これらに限定されない、任意の他のタービンエンジンおよび／または回転機械であってもよい。この例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１００は、吸気部１０２、吸気部１０２の下流側に結合された圧縮機部１０４、圧縮機部１０４の下流側に結合された燃焼器部１０６、燃焼器部１０６の下流側に結合されたタービン部１０８、およびタービン部１０８の下流側に結合された排気部１１０を含む。タービン部１０８は、ロータシャフト１１２を介して圧縮機部１０４に結合されている。本明細書で使用される場合、「結合する」という用語は、構成要素間の直接的な機械的、熱的、電気的、および／または流れ連通接続に限定されず、複数の構成要素間の間接的な機械的、熱的、電気的、および／または流れ連通接続も含むことができることに留意されたい。例示的な実施形態では、燃焼器部１０６は、複数の燃焼器１１４を含む。燃焼器部１０６は、各燃焼器１１４が圧縮機部１０４と流れ連通するように、圧縮機部１０４に結合される。ロータシャフト１１２は、限定はしないが、発電機および／または機械的駆動用途などの負荷１１６にさらに結合される。例示的な実施形態では、圧縮機部１０４およびタービン部１０８のそれぞれは、ロータシャフト１１２に結合された少なくとも１つのロータアセンブリ１１８を含む。
【００１６】
動作中、吸気部１０２は、空気１２０を圧縮機部１０４に向けて導く。圧縮機部１０４は、吸入空気１２０をより高い圧力に圧縮し、その後に圧縮空気１２２を燃焼器部１０６に向けて放出する。圧縮空気１２２は、燃焼器部１０６に導かれ、そこで燃料（図示せず）と混合され、燃焼されて高温燃焼ガス１２４を生成する。燃焼ガス１２４はタービン部１０８に向かって下流に導かれ、タービンブレード（図示せず）に衝突し、熱エネルギーは、ロータアセンブリ１１８を長手方向軸１２６の周りに駆動するために使用される機械的回転エネルギーに変換される。しばしば、燃焼器部１０６およびタービン部１０８は、タービンエンジン１００の高温ガス部と呼ばれる。次いで、排気ガス１２８は、排気部１１０を通って大気に排出される。
【００１７】
図２は、タービンエンジン１００（図１に示す）の例示的なタービン段２００の拡大概略図である。段２００は、長手方向軸１２６の周りに円周方向に間隔を置いて配置された複数の半径方向に延びる固定翼形部２０２と、固定翼形部２０２の下流で長手方向軸１２６の周りに円周方向に間隔を置いて配置された複数の半径方向に延びる回転翼形部２０４とを含む。各回転翼形部２０４は、ディスク２３０を介してロータシャフト１１２（図１に示す）に結合され、ケーシング２０８に向かって半径方向外側に延びる。
【００１８】
例示的な実施形態では、各固定翼形部２０２は、タービン部１０８のケーシング２０８に結合された第１の端部２１６を含み、半径方向２１８に沿って第２の端部２１４まで半径方向内側に延びる。例えば、固定翼形部２０２は、後方支持フランジまたはハンガ２２６を介してケーシング２０８に結合される。加えて、各固定翼形部２０２は、前縁２２２から対向する後縁２２４まで下流に軸方向に延びる。動作中、固定翼形部２０２および回転翼形部２０４は高温ガス流路２３２内に配置され、高温燃焼ガス１２４の流れがそこを通して導かれ、固定翼形部２０２および回転翼形部２０４の外面を高温および潜在的な対応する熱応力および／または熱劣化に曝す。そのような熱効果を緩和するために、内部キャビティまたはプレナム２３６は、固定翼形部２０２内、すなわち、固定翼形部２０２の正圧側壁２１０と反対側の負圧側壁２１２（図４に示す）との間に画定され、外壁の内面の内部衝突冷却を促進する。例えば、プレナム２３６は、固定翼形部２０２の正圧側壁２１０および負圧側壁２１２（図４に示す）の内面によって少なくとも部分的に画定される。プレナム２３６は、第１の端部２１６で固定翼形部２０２に画定されたプレナム入口２３４を介して冷却剤供給チャネル２３３と流れ連通している。例示的な実施形態では、冷却剤供給チャネル２３３は、圧縮機部１０４（図１に示す）からプレナム入口２３４に向かう加圧ブリード空気の流れなどの冷却流体２４０を導く。あるいは、冷却流体２４０は、空気以外の適切な流体である。本明細書で使用する流体という用語は、空気および蒸気を含むがこれらに限定されない、流れる任意の媒体または材料を含む。
【００１９】
例示的な実施形態では、段２００はタービン部１０８の第１段であり、固定翼形部２０２は、燃焼器部１０６（図１に示す）のすぐ下流の第１段タービンノズルを画定する。代替実施形態では、段２００は、タービン部１０８の任意の適切な段である。例示的な実施形態では、プレナム２３６は、固定翼形部２０２の後方部分２２８内に軸方向後方に延びる。プレナム入口２３４の全体は、後方部分２２８の前方に画定され、すなわち、プレナム入口２３４は、後方部分２２８にわたって軸方向に延在せず、これにより、後方部分２２８の外壁の内面に効果的に衝突するために冷却剤供給チャネル２３３から冷却流体を向ける既知のシステムの能力を制限する。例えば、後方部分２２８は、後方支持フランジ２２６の真下に相当な長さだけ延び、すなわち「張り出し」、プレナム入口２３４が後方部分２２８上に直接延びることを妨げている。いくつかの実施形態では、タービン部１０８の第１段で所望の回転角を実現するために、固定翼形部２０２にそのような張り出しが必要である。
【００２０】
図３は、固定翼形部２０２と共に使用する例示的なインサートシステム３００の側面図である。図４は、図２に示す線４−４に沿って、すなわち、固定翼形部２０２の第１の端部２１６に沿って取られた、インサートシステム３００が内部に設置された例示的な固定翼形部２０２の断面図である。図３および図４を参照すると、インサートシステム３００は、プレナム入口２３４を介してプレナム２３６に順次挿入される大きさであり、プレナム２３６内で軸方向に直列に結合されるように構成される第１のインサート３０２および第２のインサート３０４を含む。より具体的には、第１のインサート３０２は、プレナム入口２３４を通して半径方向にプレナム２３６に挿入される大きさであり、第１のネック部３１２がプレナム入口２３４の後方に位置し、かつ第１のインサート３０２が固定翼形部２０２の後方部分２２８内に延びている設置位置にプレナム２３６内で後方に移動可能である。第２のインサート３０４は、設置位置で第１のネック部３１２の前方のプレナム入口２３４を通して半径方向にプレナム２３６に挿入される大きさである。例示的な実施形態では、第１のインサート３０２および第２のインサート３０４はそれぞれ、内部に画定され貫通して延びる複数の衝突開口部３７４を含む薄壁中空体である。代替実施形態では、第１のインサート３０２および第２のインサート３０４は、衝突開口部３７４を内部に画定することを可能にする任意の適切な構造を有する。衝突開口部３７４は、プレナム入口２３４を介して供給される冷却流体２４０を、固定翼形部２０２の正圧側壁２１０および負圧側壁２１２の内面に向けるように方向付けられている。
【００２１】
例示的な実施形態では、第１のインサート３０２は、第１の端部３０１から半径方向内側に第２の端部３０３まで延びる。第１のインサート３０２は、第１の端部３０１に隣接する第１のネック部３１２、第２の端部３０３に隣接する足部３０８、およびそれらの間に半径方向に延びる第１の本体部３１０を含む。第１の本体部３１０は、第１の前方壁３１８から後方縁部３２０まで下流に軸方向に延び、それらの間に第１のインサート軸方向長さ３１６を画定する。例示的な実施形態では、第１のインサート軸方向長さ３１６は、プレナム入口２３４のプレナム入口軸方向長さ２４２よりも短いため、第１のインサート３０２は、プレナム入口２３４を通して半径方向にプレナム２３６に挿入可能であり、その後プレナム２３６から取り外し可能である。代替実施形態では、第１のインサート軸方向長さ３１６は、インサートシステム３００が本明細書で説明されるように機能することを可能にする任意の適切な長さである。さらに、プレナム入口２３４を介してプレナム２３６に挿入された後、第１のインサート３０２は、第１の本体部３１０が固定翼形部２０２の後方部分２２８に延びるように、プレナム２３６内で設置位置に後方に移動可能である。例えば、図示された実施形態では、挿入後、第１のインサート３０２は、プレナム２３６内で設置位置へと後方にスライド可能である。
【００２２】
例示的な実施形態では、足部３０８は、第１の前方壁３１８から後方縁部３２４まで下流に軸方向に延び、第１のインサート軸方向長さ３１６よりも短い軸方向長さ３２２をその間に画定する。同様に、第１のネック部３１２は、第１の前方壁３１８から後方縁部３３２まで下流に軸方向に延び、第１のインサート軸方向長さ３１６よりも短い第１のネック軸方向長さ３３０を画定する。さらに、第１のネック部３１２は、第１の端部３０１に第１のインサート入口開口部３３４を画定する。第１のインサート入口開口部３３４は、冷却流体２４０を冷却剤供給チャネル２３３（図２に示す）から第１のインサート３０２の内部に導くように構成される。
【００２３】
例示的な実施形態では、第１のネック部３１２、足部３０８、および第１の本体部３１０は、プレナム２３６の対応する第１の部分の形状に概ね一致する形状であり、第１のインサート３０２に画定される衝突開口部３７４は、第１のインサート３０２が設置位置にあるとき、所定の衝突オフセット２３８だけ正圧側壁２１０および負圧側壁２１２の内面から離間している。特に、設置位置では、第１のネック部３１２は、冷却剤供給チャネル２３３（図２に示す）の後方部分と整列し、そこから冷却流体２４０を受け入れるように構成される。また、設置位置において、第１の本体部３１０は、第１のネック部３１２を超えて固定翼形部２０２の後方部分２２８へと後方に延び、後方部分２２８の効果的な衝突冷却のために第１のネック部３１２を通して受け入れた冷却流体２４０を導くように構成される。したがって、インサートシステム３００は、例えば、後方部分２２８が後方支持フランジ２２６（図２に示す）の真下に張り出す実施形態において、プレナム入口２３４から後方部分２２８に冷却流体を導く際の衝突冷却に関して既知のインサートよりも有利である。
【００２４】
いくつかの実施形態では、足部３０８は、プレナム２３６に対する第１のインサート３０２の位置決めを容易にする。例えば、足部３０８は、設置位置を超える第１のインサート３０２のさらなる後方および／または半径方向の動きが阻止されるように、固定翼形部２０２内の内面（図示せず）と干渉するように構成され得る。代替実施形態では、第１のインサート３０２は足部３０８を含まない。例えば、第１のインサート３０２の第２の端部３０３は、第１の本体部３１０の半径方向内側端部３２８によって画定され、第２のインサート３０４は、第１のインサート３０２よりも半径方向内側に大きく延びる。
【００２５】
例示的な実施形態では、第２のインサート３０４は、第１の端部３０５から半径方向内側に第２の端部３０７まで延びる。第２のインサート３０４は、第１の端部３０５に隣接する第２のネック部３４２と、第２のネック部３４２から第２の端部３０７まで半径方向内側に延びる第２の本体部３４０とを含む。第２の本体部３４０は、後方壁３４８から第２の前方壁３５０まで上流に軸方向に延び、それらの間に第２のインサート軸方向長さ３５２を画定する。例示的な実施形態では、第２のインサート軸方向長さ３５２はプレナム入口軸方向長さ２４２と第１のネック軸方向長さ３３０との差よりも小さいので、第１のインサート３０２が、第１のネック部３１２がプレナム入口２３４の後方に位置する設置位置にシフトされた後、第２のインサート３０４は、第１のネック部３１２の前方のプレナム入口２３４を通して半径方向にプレナム２３６に挿入可能であり、その後、プレナム２３６から取り外し可能である。代替実施形態では、第２のインサート軸方向長さ３５２は、インサートシステム３００が本明細書で説明されるように機能することを可能にする任意の適切な長さである。
【００２６】
第２のネック部３４２は、後方壁３４８から第２の前方壁３５０まで上流に軸方向に延び、それらの間に軸方向長さ３６０を画定する。例示的な実施形態では、軸方向長さ３６０は、第２のインサート軸方向長さ３５２よりも短い。代替実施形態では、軸方向長さ３６０は、インサートシステム３００が本明細書で説明されるように機能することを可能にする任意の適切な長さである。第２のネック部３４２は、第１の端部３０５に第２のインサート入口開口部３９４を画定する。第２のネック部３４２は、設置位置で第１のネック部３１２の前方のプレナム入口２３４に配置されるように構成される。第２のインサート入口開口部３９４は、冷却流体２４０を冷却剤供給チャネル２３３（図２に示す）の前方部分から第２のインサート３０４の内部に導くように構成される。
【００２７】
例示的な実施形態では、第２のネック部３４２および第２の本体部３４０は、プレナム２３６の対応する第２の部分の形状に概ね一致する形状であり、第２のインサート３０４に画定される衝突開口部３７４は、所定の衝突オフセット２３８だけ正圧側壁２１０および負圧側壁２１２の内面から再び離間している。特に、第２のネック部３４２は、冷却剤供給チャネル２３３（図２に示す）の前方部分と整列し、そこから冷却流体２４０を受け入れるように構成される。
【００２８】
例示的な実施形態では、衝突開口部３７４は、正圧側壁２１０および負圧側壁２１２に面する第１のインサート３０２および第２のインサート３０４の部分にわたって配置される。例えば、衝突開口部３７４は、半径方向に延びる列３７６に配置され、各列３７６の衝突開口部は、隣接する列３７６の衝突開口部３７４から半径方向にオフセットされている、すなわち「ずれている（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ）」。代替実施形態では、衝突開口部３７４は、インサートシステム３００が本明細書で説明されるように機能することを可能にする任意の適切な様式で配置される。
【００２９】
例示的な実施形態では、固定翼形部２０２は、第１の端部２１６で正圧側壁２１０と負圧側壁２１２との間に画定される半径方向外壁４０２をさらに含み、プレナム入口２３４が半径方向外壁４０２に画定され貫通する。さらに、第１のインサート３０２は、半径方向外壁４０２とインタフェースするように構成された第１のフランジ３１４を含む。例示的な実施形態では、第１のフランジ３１４は、第１のインサート入口開口部３３４の周囲から半径方向２１８に対して横方向に外側に延在する。例えば、図示の実施形態では、第１のフランジ３１４は、第１の前方壁３１８によって画定される第１のインサート入口開口部３３４の一部を除いて、第１のインサート入口開口部３３４の周囲のすべての部分から延びる。第１のフランジ３１４は、第１のインサート３０２がプレナム２３６内に適切に配置されたときに半径方向外壁４０２に当接するように構成される。したがって、第１のフランジ３１４は、第１のインサート３０２の設置を容易にする。代替実施形態では、第１のインサート３０２は第１のフランジ３１４を含まない。
【００３０】
同様に、例示的な実施形態では、第２のインサート３０４は、半径方向外壁４０２とインタフェースするように構成された第２のフランジ３４４を含む。例示的な実施形態では、第２のフランジ３４４は、第２のインサート入口開口部３９４の周囲から半径方向２１８に対して横方向に外側に延在する。例えば、図示の実施形態では、第２のフランジ３４４は、後方壁３４８によって画定される部分を除いて、第２のインサート入口開口部３９４の周囲のすべての部分から延びる。第２のフランジ３４４は、第２のインサート３０４がプレナム２３６内に適切に配置されたときに半径方向外壁４０２に当接するように構成される。したがって、第２のフランジ３４４は、第２のインサート３０４の設置を容易にする。代替実施形態では、第２のインサート３０４は第２のフランジ３４４を含まない。
【００３１】
いくつかの実施形態では、インサートシステム３００が設置された構成になった後、第２のインサート３０４の後方壁３４８と第１のインサート３０２の第１の前方壁３１８との間にギャップ３９２が画定される。例示的な実施形態では、インサートシステム３００は、後方壁３４８と第１の前方壁３１８との間に延在し、正圧側壁２１０と負圧側壁２１２との間のプレナム２３６内のクロスフローに対してギャップ３９２をシールするように構成されるシール機構３９０を含む。例えば、シール機構３９０は、後方壁３４８および第１の前方壁３１８の一方に固定された少なくとも１つの半径方向に延びるリッジまたはリップを含む。リッジまたはリップは、軸方向に突出して、後方壁３４８および第１の前方壁３１８の他方と当接する。別の例では、シール機構３９０は、後方壁３４８と第１の前方壁３１８との間で圧縮される少なくとも１つの半径方向に延びる弾性部材を含む。代替実施形態では、インサートシステム３００は、シール機構３９０を含まない。例えば、後方壁３４８は、第２のインサート３０４が取り付けられた後、第１の前方壁３１８に直接当接する。
【００３２】
例示的な実施形態では、第１のインサート３０２および第２のインサート３０４はそれぞれ、インサートの内部キャビティに広がる少なくとも１つの支持部材４６６を含む。例えば、各支持部材４６６は、薄壁中空構造に構造的支持を提供するように構成された少なくとも１つの細長いロッドまたはビームを含む。例示的な実施形態では、各支持部材４６６は、対応するインサート３０２または３０４の対向する側面４１０間に延在する。例えば、図示の実施形態では、第１のインサート３０２は、それぞれが第１のインサート３０２の軸方向長さの約３３パーセントおよび約６７パーセントに位置する単一のビームを含む一対の支持部材４６６を含む。別の例として、図示の実施形態では、第２のインサート３０４は、それぞれ第２のインサート３０４の軸方向長さの約２０パーセント、約４０パーセント、約６０パーセント、および約８０パーセントに位置する「Ｘ」形状の中央で接合される一対のビームを含む４つの支持部材４６６を含む。代替実施形態では、第１のインサート３０２および第２のインサート３０４の各々は、任意の適切な数の支持部材４６６を含み、および／または各支持部材４６６は、第１のインサート３０２および第２のインサート３０４が本明細書に記載されるように機能するのを可能にする任意の適切な形状および位置を有する。他の代替実施形態では、第１のインサート３０２および第２のインサート３０４の少なくとも一方は、支持部材４６６を含まない。
【００３３】
図５は、固定翼形部２０２に設置されたインサートシステム３００の別の例示的な実施形態の斜視図である。図５に示す実施形態は、以下に説明することを除いて、図３および図４に示す実施形態と実質的に同様であり、同様の部分には同じ番号が付けられている。特定の実施形態では、第１のインサート入口開口部３３４のサイズは、それ自体では、第１のインサート３０２への冷却流体２４０（図２に示す）の十分な流れを可能にしない。そのような実施形態では、インサートシステム３００は、後方壁３４８および第１の前方壁３１８に画定され、これらを貫通するバイパス開口部または通路５００をさらに含み、第２のインサート入口開口部３９４を通して受け入れた冷却流体２４０の一部が、第１のインサート入口開口部３３４を介して受け入れた冷却流体２４０を補充するために、第１のインサート３０２に導かれる。いくつかの実施形態では、シール機構３９０（図３に示す）は、バイパス開口部５００以外の位置で、上述のように、後方壁３４８と第１の前方壁３１８との間で半径方向に延びる。
【００３４】
例えば、図５に示す実施形態では、バイパス開口部５００は、インサートシステム３００が設置されたときに第２のノッチ５０４が第１のノッチ５０２と位置合わせするように、第１の前方壁３１８に画定される第１のノッチ５０２および後方壁３４８に画定される第２のノッチ５０４によって画定される。例示的な実施形態では、第１のノッチ５０２および第２のノッチ５０４は一般にＶ字形であり、それぞれ第１のインサート３０２の第１の端部３０１および第２のインサート３０４の第１の端部３０５から開いている。代替実施形態では、バイパス開口部５００は、任意の適切な形状を有し、および／または後方壁３４８および第１の前方壁３１８の任意の適切な位置合わせされた位置に画定される。
【００３５】
いくつかの実施形態では、後方壁３４８および第１の前方壁３１８は、バイパス開口部５００の周囲に沿って第１のインサート３０２および第２のインサート３０４を互いに結合するためにインタフェースするように構成される。例えば、例示的な実施形態では、第１の前方壁３１８は、第１のノッチ５０２の周囲の縁部５１８を画定し、第２のインサート３０４は、第２のノッチ５０４の周囲の後方壁３４８から後方に突出するリップ５４６を含む。リップ５４６および後方壁３４８は、第２のインサート３０４がプレナム入口２３４を介して半径方向に第１のインサート３０２に隣接する位置に挿入されると、縁部５１８を摺動可能に受容する大きさの溝５４８を画定するように協働する。溝５４８および縁部５１８は、バイパス開口部５００の周囲に沿って第２のインサート３０４に対して第１のインサート３０２を固定するようにインタフェースする。代替実施形態では、後方壁３４８および第１の前方壁３１８は、インサートシステム３００が本明細書で説明されるように機能することを可能にする任意の適切な様式でインタフェースするように構成される。他の代替実施形態では、後方壁３４８と第１の前方壁３１８は、インタフェースするように構成されていない。
【００３６】
図６は、図２に示す線６−６に沿って、すなわち、固定翼形部２０２に沿った中央スパン位置で、インサートシステム３００が設置された固定翼形部２０２の断面図である。図６に示す実施形態は、図３および図４に示す実施形態と実質的に類似しており、同様の部分には同じ番号が付けられている。例示的な実施形態では、正圧側壁２１０および負圧側壁２１２が互いに向かって先細りして後縁２２４で一緒に結合するため、第１のインサート３０２がプレナム２３６内で後方に延びるための空間が不十分である。より具体的には、プレナム２３６は、第１のインサート３０２と後縁２２４との間に軸方向に配置された後方プレナム部分６１８を含む。動作中、冷却流体２４０（図２に示す）は、第１のインサート３０２および第２のインサート３０４に導かれ、複数の衝突開口部３７４を通って、正圧側壁２１０および負圧側壁２１２のそれぞれの内面に衝突する。衝突後、冷却流体２４０の流れの少なくとも一部は、後方プレナム部分６１８に後方に導かれる。
【００３７】
例示的な実施形態では、固定翼形部２０２は、後方ピンバンク６２４を含む。後方ピンバンク６２４は、後方プレナム部分６１８を通って正圧側壁２１０と負圧側壁２１２との間に延びる複数のピン６２６を含む。例示的な実施形態では、ピン６２６は、軸方向だけでなく後方プレナム部分６１８に沿って半径方向に分布し、衝突後冷却流体２４０と正圧側壁２１０および後縁２２４に近接した負圧側壁２１２との間の熱交換を促進する。代替実施形態では、ピン６２６は、固定翼形部２０２が本明細書で説明されるように機能することを可能にする任意の適切な様式で分布する。他の代替実施形態では、固定翼形部２０２は後方ピンバンク６２４を含まない。例示的な実施形態では、衝突後冷却流体２４０は、後縁２２４に沿った出口開口部（図示せず）を通って固定翼形部２０２から排出される。代替実施形態では、衝突後冷却流体２４０は、固定翼形部２０２が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の適切な方法で、他の任意の適切な場所に導かれる。
【００３８】
図７は、インサートシステム３００などのインサートシステムを、翼形部２０２（図２〜図５に示す）などの翼形部に設置する例示的な方法７００のフロー図である。翼形部は、翼形部の後方部分２２８などの後方部分に延びるプレナム２３６などのプレナムを含む。プレナムは、プレナム入口２３４などのプレナム入口を含み、プレナム入口の全体は、後方部分の軸方向前方に画定される。例示的な実施形態では、方法７００は、プレナム入口を通して半径方向にプレナムに第１のインサート３０２などの第１のインサートを挿入するステップ７０２を含む。第１のインサートは、第１のネック部３１２などの第１のネック部と、第１の本体部３１０などの第１の本体部とを含む。方法７００は、第１のネック部がプレナム入口内で後方に配置され、第１の本体部が後方部分内に延びるように、第１のインサートをプレナム内で設置位置に後方に移動させるステップ７０４も含む。方法７００は、第１のネック部の前方のプレナム入口を通して半径方向にプレナムに第２のインサート３０４などの第２のインサートを挿入するステップ７０６をさらに含む。第１のインサートおよび第２のインサートは、内部に画定された衝突開口部３７４などの複数の衝突開口部を含む。
【００３９】
いくつかの実施形態では、方法７００は、第１のネック部の前方のプレナム入口に第２のインサートの第２のネック部３４２などの第２のネック部を配置するステップをさらに含む。
【００４０】
特定の実施形態では、翼形部は、半径方向外壁４０２などの半径方向外壁を含み、プレナム入口は半径方向外壁に画定され、第１のネック部は、第１のインサート入口開口部３３４などの第１のインサート入口開口部を含み、第１のインサートは、第１のインサート入口開口部の周囲から外側に延びる第１のフランジ３１４などの第１のフランジをさらに含む。いくつかのそのような実施形態では、方法７００は、第１のフランジを翼形部の半径方向外壁とインタフェースするステップをさらに含む。
【００４１】
いくつかの実施形態では、第１のインサートは、第１の前方壁３１８などの第１の前方壁をさらに含み、第２のインサートは、後方壁３４８などの後方壁をさらに含む。いくつかのそのような実施形態では、方法７００は、後方壁と第１の前方壁との間にシール機構３９０などのシール機構を配置するステップをさらに含む。
【００４２】
いくつかの実施形態では、第１のインサートは、内部に画定された第１のノッチ５０２などの第１のノッチを有する第１の前方壁をさらに含み、第２のインサートは、内部に画定された第２のノッチ５０４などの第２のノッチを有する後方壁をさらに含む。いくつかのそのような実施形態では、プレナムに第２のインサートを挿入するステップ７０６は、第２のノッチを第１のノッチと位置合わせするステップをさらに含む。
【００４３】
プレナムの開口部を通して挿入するための上記のインサートシステムは、翼形部の後方部分の効果的な衝突冷却を促進し、したがって、後方部分の継続的な高温露出に関連する劣化を減らし、翼形部の寿命を延ばす。インサートシステムは、後端に向かってより大きな回転部を備えた翼形部などの、翼形部の後方部分が翼形部支持フランジの真下に張り出す翼形部において特に有利であり得る。２インサートシステムにより、衝突インサートを翼形部の既存のプレナム開口部に挿入し、簡単なプロセスで翼形部のオーバーハング部分に後方に移動し、この後方部分がより効果的な衝突冷却を受けることができる。本開示のインサートシステムがない場合、インサート構成は、プレナムの開口部の寸法によって実質的に制限され得る。
【００４４】
加えて、本明細書に開示される特定の実施形態では、２つのインサートは、単一の圧力で単一の冷却流体供給チャネルから供給されてもよい。したがって、これらの実施形態では、２つのインサートは実質的に均一な入口圧力を有し、これにより、例えば、両方のインサートの近位の表面のより効果的で一貫した衝突冷却が可能になる。また、２つの異なるインサートに別々に冷却流体を供給するために、回転機械の他の構成要素を構成する必要性を減らすこともできる。さらに、いくつかの実施形態では、インサートシステムは簡単なプロセスで取り外し可能であり、修理および交換の容易さを促進する。
【００４５】
本明細書に記載のシステムおよび方法の例示的な技術的効果は、（ａ）翼形部を含む回転機械構成要素から熱を除去すること；（ｂ）構成要素効率を改善するために翼形部の一定の温度勾配を維持すること；（ｃ）圧縮機から抽出される冷却流体の量を減少させること；（ｄ）従来から冷却することが困難である構成要素領域の冷媒流効率を高めること；（ｅ）回転機械の効率を高めること、のうちの少なくとも１つである。
【００４６】
以上、回転機械の翼形部を冷却するシステムおよび方法の例示的な実施形態を詳細に説明した。本方法およびシステムは、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、システムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書に記載した他の構成要素および／またはステップから独立に、かつ別個に利用することができる。例えば、本方法は、他のタービン構成要素と組み合わせて使用することもでき、本明細書に記載したガスタービンエンジンの固定翼形部のみで実施することに限定されない。むしろ、例示的な実施形態は、他の多くの回転機械用途と関連して実現および利用することができる。
【００４７】
本開示の様々な実施形態の具体的な特徴がいくつかの図面には示されており、他の図面には示されていないが、これは単に便宜上のものである。本開示の実施形態の原理によれば、図面の任意の特徴は、他の任意の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または請求することができる。
【００４８】
この明細書は、本開示の実施形態を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本開示の実施形態を実施することができるように実施例を用いており、任意の装置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んでいる。本明細書に記載した実施形態の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にある。
【符号の説明】
【００４９】
１００  回転機械、ガスタービンエンジン
１０２  吸気部
１０４  圧縮機部
１０６  燃焼器部
１０８  タービン部
１１０  排気部
１１２  ロータシャフト
１１４  燃焼器
１１６  負荷
１１８  ロータアセンブリ
１２０  空気
１２２  圧縮空気
１２４  高温燃焼ガス
１２６  長手方向軸
１２８  排気ガス
２００  タービン段
２０２  固定翼形部
２０４  回転翼形部
２０８  ケーシング
２１０  正圧側壁
２１２  負圧側壁
２１４  第２の端部
２１６  第１の端部
２１８  半径方向
２２２  前縁
２２４  後縁
２２６  後方支持フランジまたはハンガ
２２８  後方部分
２３０  ディスク
２３２  高温ガス流路
２３３  冷却剤供給チャネル
２３４  プレナム入口
２３６  プレナム
２３８  衝突オフセット
２４０  冷却流体
２４２  プレナム入口軸方向長さ
３００  インサートシステム
３０１  第１の端部
３０２  第１のインサート
３０３  第２の端部
３０４  第２のインサート
３０５  第１の端部
３０７  第２の端部
３０８  足部
３１０  第１の本体部
３１２  第１のネック部
３１４  第１のフランジ
３１６  第１のインサート軸方向長さ
３１８  第１の前方壁
３２０  後方縁部
３２２  軸方向長さ
３２４  後方縁部
３２８  半径方向内側端部
３３０  第１のネック軸方向長さ
３３２  後方縁部
３３４  第１のインサート入口開口部
３４０  第２の本体部
３４２  第２のネック部
３４４  第２のフランジ
３４８  後方壁
３５０  第２の前方壁
３５２  第２のインサート軸方向長さ
３６０  軸方向長さ
３７４  衝突開口部
３７６  列
３９０  シール機構
３９２  ギャップ
３９４  第２のインサート入口開口部
４０２  半径方向外壁
４１０  側面
４６６  支持部材
５００  バイパス開口部または通路
５０２  第１のノッチ
５０４  第２のノッチ
５１８  縁部
５４６  リップ
５４８  溝
６１８  後方プレナム部分
６２４  後方ピンバンク
６２６  ピン
７００  方法
【図１】
2020115011.tif 000003
【図２】
2020115011.tif 000004
【図３】
2020115011.tif 000005
【図４】
2020115011.tif 000006
【図５】
2020115011.tif 000007
【図６】
2020115011.tif 000008
【図７】
2020115011.tif 000009
【外国語明細書】
2020115011000001.pdf
2020115011000002.pdf
2020115011000003.pdf
2020115011000004.pdf