(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼タービン・エンジンのブレードの翼内に形成された内部冷却構成を提供する。【解決手段】内部冷却構成は、セグメントに対する並列構成を有する第１の流路および第２の流路と、第１の流路と第２の流路との間を延び、第１の流路を第２の流路に流体的に接続する複数の横方向の横断通路４３と、を備えていても良い。横断通路４３はずらして配置しても良い。【選択図】図１０
2014134201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼タービン・エンジンのブレードの翼内に形成された内部冷却構成であって、
セグメントに対する並列構成を備える第１の流路および第２の流路と、
前記第１の流路と前記第２の流路との間を延び、前記第１の流路を前記第２の流路に流体的に接続する複数の横方向の横断通路であって、ずらして配置されている横断通路と、を備える内部冷却構成。
【請求項２】
前記ブレードにはタービン・ローター・ブレードが含まれ、前記横断通路は、前記並列構成の前記セグメント内において長手方向に離間配置される請求項１に記載の内部冷却構成。
【請求項３】
前記横断通路はそれぞれ、前記第１の流路にポートにおいて接続し、前記第１の流路の内壁上で長手方向に延びる線状の基準軸の周りに前記第１の流路の前記ポートがずらして配置されるように前記横断通路はずらして配置されている請求項２に記載の内部冷却構成。
【請求項４】
基準面が前記第１の流路および前記第２の流路を二分し、前記基準面はまっすぐな面であり、前記横断通路は前記基準面に対してずらして配置されている請求項２に記載の内部冷却構成。
【請求項５】
前記第１の流路は、前記第２の流路に面する対向する内壁を備え、前記第２の流路は、前記第１の流路に面する対向する内壁を備え、前記横断通路はそれぞれ直線状の構成を備え、前記基準面は、前記第１の流路および前記第２の流路のそれぞれが有する前記対向する内壁を二分する請求項４に記載の内部冷却構成。
【請求項６】
前記基準面は、前記セグメント内で変化する前記翼の寸法に対して画定される曲面である請求項５に記載の内部冷却構成。
【請求項７】
前記基準面は、前記翼の正圧側壁および負圧側壁の少なくとも一方の位置に対して画定される請求項６に記載の内部冷却構成。
【請求項８】
前記基準面は、前記セグメント内で変化する前記第１の流路および前記第２の流路の寸法に対して画定される曲面である請求項５に記載の内部冷却構成。
【請求項９】
前記基準面は、前記第１の流路および前記第２の流路のそれぞれが有する前記対向する内壁の幅に対して画定される請求項８に記載の内部冷却構成。
【請求項１０】
前記基準面は、前記第１の流路および前記第２の流路のそれぞれが有する前記対向する内壁の中心線に対して画定される請求項８に記載の内部冷却構成。
【請求項１１】
前記セグメントは、一定の間隔で長手方向に離間配置された多数の横断通路を備える請求項２に記載の内部冷却構成。
【請求項１２】
前記第１の流路は、前記翼内において、前記翼の内側境界の付近に位置する第１の端部と前記翼の外側境界の付近に位置する第２の端部との間を半径方向に延びるように構成され、前記第２の流路は、前記翼内において、前記翼の内側境界の付近に位置する第１の端部と前記翼の外側境界の付近に位置する第２の端部との間を半径方向に延びるように構成され、前記第２の流路は、動作中に前記ローター・ブレードの根元を通る冷媒の流れを受け取るように構成された供給通路に接続している請求項１１に記載の内部冷却構成。
【請求項１３】
前記第１の流路は前記第２の流路に対して略平行であり、両方とも略半径方向に延び、前記横断通路はそれぞれ、前記第１の流路および前記第２の流路の両方に対して略垂直であり、前記横断通路はそれぞれ、動作中に冷媒流に当たるように構成されている請求項１２に記載の内部冷却構成。
【請求項１４】
５つの連続する横断通路からなるまとまりを少なくとも２つさらに備え、前記基準面に対してずらして配置されるものには、前記２つのまとまりのそれぞれにおける少なくとも１つの横断通路であって、前記基準面の第１のサイドに移動した位置を有する横断通路が含まれる請求項４に記載の内部冷却構成。
【請求項１５】
前記基準面に対してずらして配置されるものには、前記２つのまとまりのそれぞれにおける少なくとも１つの横断通路であって、前記基準面の第２のサイドに移動した位置を有する横断通路が含まれる請求項１４に記載の内部冷却構成。
【請求項１６】
前記基準面に対してずらして配置されるものには、前記２つのまとまりのそれぞれにおける少なくとも１つの横断通路であって、前記基準面と交差する位置を有する横断通路が含まれる請求項１５に記載の内部冷却構成。
【請求項１７】
前記横断通路は非対称な断面形状を備え、前記基準面に対してずらして配置されるものには、前記２つのまとまりのそれぞれにおける少なくとも２つの横断通路であって、前記基準面に対する異なる角度方向を有する横断通路が含まれる請求項１４に記載の内部冷却構成。
【請求項１８】
燃焼タービン・エンジンのローター・ブレードの翼内に形成された内部冷却構成であって、
内側位置と外側位置との間のセグメント内で半径方向に並列に延びる第１の流路および第２の流路と、
前記第１の流路と前記第２の流路との間を直線的に延び、前記第１の流路を前記第２の流路に流体的に接続する複数の横方向の横断通路であって、前記セグメント内で半径方向に規則的な間隔で離間配置される前記横断通路と、を備え、
基準面によって前記第１の流路および前記第２の流路が二分され、前記横断通路は前記基準面に対してずらして配置されている内部冷却構成。
【請求項１９】
前記基準面は、前記セグメント内で変化する前記翼の寸法に対して画定される曲面であり、前記内側位置はプラットフォームの付近であり、前記外側位置は前記翼の外側先端の付近であり、前記第２の流路は、動作中に前記ローター・ブレードの根元を通る冷媒の流れを受け取るように構成された供給通路に接続している請求項１８に記載の内部冷却構成。
【請求項２０】
前記第１の流路には、前記翼の前縁に近接して平行する前縁流路が含まれ、前記内側位置はプラットフォームの付近であり、前記外側位置は前記翼の外側先端の付近であり、５つの連続する横断通路からなるまとまりを少なくとも２つさらに備え、前記基準面に対してずらして配置されるものには、前記基準面の第１のサイドに移動した位置を有する前記２つのまとまりのそれぞれにおける少なくとも１つの横断通路と、前記基準面の第２のサイドに移動した位置を有する前記２つのまとまりのそれぞれにおける少なくとも１つの横断通路とが含まれる請求項１８に記載の内部冷却構成。
【請求項２１】
前記第１の流路には、前記翼の後縁に近接して平行する後縁流路が含まれ、前記内側位置はプラットフォームの付近であり、前記外側位置は前記翼の外側先端の付近であり、５つの連続する横断通路からなるまとまりを少なくとも２つさらに備え、前記基準面に対してずらして配置されるものには、前記基準面の第１のサイドに移動した位置を有する前記２つのまとまりのそれぞれにおける少なくとも１つの横断通路と、前記基準面の第２のサイドに移動した位置を有する前記２つのまとまりのそれぞれにおける少なくとも１つの横断通路とが含まれる請求項１９に記載の内部冷却構成。
【請求項２２】
前記基準面は、前記セグメント内の複数の翼中心線を介して画定される請求項１９に記載の内部冷却構成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は一般的に、タービン・エンジンにおけるローター・ブレードのデザインおよび動作に関連する装置およびアセンブリに関する。より具体的には、しかし限定としてではなく、本出願はタービン・ローター・ブレード内の冷却通路の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下に示すように、本出願の発明を、燃焼タービン・エンジンのタービン部分内での典型的な応用例に関して説明する。当業者であれば分かるように、本発明は、他のタイプの燃焼タービン（たとえば民間航空機で用いられるもの）において用いても良い。
【０００３】
燃焼タービン・エンジンは一般的に、圧縮機、燃焼器、およびタービン部分を備えていることが分かる。圧縮機およびタービン部分では一般的に、ブレードの列が軸方向に段階的に積み重ねられている。各段は、円周方向に離間配置されたステータ・ブレード（固定されている）の列と、ローター・ブレード（中央のタービン軸またはシャフトの周りに回転する）の列とを備えている。動作時には、一般的に、圧縮機ローター・ブレードは、シャフトの周りに回転して、ステータ・ブレードと共に作用して、空気の流れを圧縮する。圧縮空気の供給を次に、燃焼器内で、燃料の供給を燃焼させるために用いる。その結果、高温膨張ガスの流れ（すなわち、作動流体）がこの燃焼から生じ、ガスの流れはエンジンのタービン部分を通って膨張する。作動流体の流れがタービンを通ることによって、ローター・ブレードが回転する。ローター・ブレードは中心シャフトに接続されていて、ローター・ブレードの回転によってシャフトが回転するようになっている。このように、燃料に含まれる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る。回転シャフトは、たとえば、圧縮機のローター・ブレードを回転させて燃焼に必要な圧縮空気の供給を形成するために、また発電機のコイルを回転させて電力を発生させるために用いる場合がある。
【０００４】
動作中、高温ガス経路の極度の温度のために、作動流体の速度と、エンジンおよびタービン・ブレード（述べたように、一般的に、回転ローター・ブレードと、固定の、円周方向に離間配置されたステータ・ブレードとの両方を含む）の回転速度とに、極度の機械的および熱的負荷によって高い応力が加わる。
【０００５】
エネルギー需要は絶えず増加しているために、より効率的な燃焼タービン・エンジンを設計するという目標は、中断することのない重要なものになっている。タービン・エンジンの効率を高めるための方法は複数知られているが、これは困難な目的のままである。なぜならば、これらの代替案（たとえば、エンジンのサイズを大きくすること、高温ガス経路を通して温度を上げること、およびローター・ブレードの回転速度を増加させることが含まれる）では一般的に、すでに高い応力が加わっている部品にさらなる歪みが加わるからである。その結果、タービン・ブレードに加わる動作上の応力を軽減するように装置およびアセンブリを改善することが強く求められている。
【０００６】
当業者であれば分かるように、ブレードに加わる熱応力を軽減するための１つの方法は、動作中の能動冷却によるものである。これによって、ブレードがより高い燃焼温度に耐えること、ブレードが高い動作温度においてより大きな機械的応力に耐えること、および／またはブレードの寿命を延ばすことが可能になる場合がある。これらはすべて、タービン・エンジンの動作の費用対効果および効率を高められる場合がある。動作中にブレードを冷却する１つの方法は、内部冷却通路または回路を用いることによる。一般的に、これには、比較的低温の圧縮空気供給を送ることが伴う。圧縮空気は、タービン・エンジンの圧縮機から、ブレード内の内部冷却通路を通して供給される場合がある。圧縮空気がブレードを通過するときに、ブレードは対流的に冷却される。その結果、部品は、本来は耐えられないであろう燃焼温度に耐えることができる。
【０００７】
複数の理由から、これらの冷却通路の構成をデザインおよび製造する際に十分注意する必要があることが分かる。第１に、冷却用空気を用いることは高く付く。すなわち、圧縮機からエンジンのタービン部分に分流されて冷却を図る空気は燃焼器を迂回するため、エンジンの効率が下がる。こうして、空気を非常に効果的な方法で用いて、すなわち必要な有効範囲および冷却効率を実現して、このために必要な空気量が最小となるように、冷却通路をデザインしなければならない。第２に、機械的負荷を減らすために、冷却通路を形成して不要な重量をブレードから取り除かなくてはならないが、ブレードはやはり、大きな機械的負荷に耐えるために強固な状態のままでなければならない。したがって、冷却通路のデザインは、タービン・ブレードが軽量だが強い構造を有する一方で、ブレードの弾性に悪影響を与えるであろう応力集中が回避されるように、行なわなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，２９０，４６３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
簡単に言えば、必要なのは、タービン・ブレード冷却構成として、より積極的に成形されたより薄い空気力学的ブレード構成において良好に機能し、より軽いブレード内部構造を容易にし、タービン・ブレードの構造支持体を維持し、高い冷却効率を実現する冷却構成である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
したがって、本出願では、燃焼タービン・エンジンのローター・ブレードの翼内に形成された内部冷却構成について説明する。一例では、内部冷却構成は、内側位置と外側位置との間のセグメント内で半径方向に並列に延びる第１の流路および第２の流路と、第１の流路と第２の流路との間を直線的に延び、第１の流路を第２の流路に流体的に接続する複数の横方向の横断通路であって、セグメント内で半径方向に規則的な間隔で離間配置される横断通路と、を備えていても良い。基準面は第１の流路と第２の流路とを二分しても良く、横断通路を基準面に対してずらして配置しても良い。
【００１１】
本出願のこれらおよび他の特徴は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を、図面および添付の請求項とともに検討することで明らかになる。
【００１２】
本発明のこれらおよび他の特徴は、以下の本発明の代表的な実施形態のより詳細な説明を添付図面とともに注意深く検討することによって、より完全に理解および認識される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本出願の特定の実施形態を用いても良い典型的なタービン・エンジンの概略図である。
【図２】図１の燃焼タービン・エンジンの圧縮機部分の断面図である。
【図３】図１の燃焼タービン・エンジンのタービン部分の断面図である。
【図４】本発明の実施形態を用いても良いタイプのタービン・ローター・ブレードの斜視図である。
【図５】従来のデザインの内部冷却通路を有するタービン・ローター・ブレードの側断面図である。
【図６】図５の６−６に沿って見た断面図であり、横断通路の従来の配列を例示する図である。
【図７】従来のデザインによるタービン・ローター・ブレードに対する鋳造コアの斜視図である。
【図８】本発明の実施形態による横断孔のずらし配列を示す概略的な翼デザインの上断面図である。
【図９】本発明の代替的な実施形態による横断孔のずらし配列を示す概略的な翼デザインの上断面図である。
【図１０】本発明の代替的な実施形態による横断孔のずらし配列を示すタービン・ローター・ブレードの上断面図である。
【図１１】図６の断面図として向けられた断面図であり、本発明の実施形態による横断孔のずらし配列を示す図である。
【図１２】図６の断面図として向けられた断面図であり、本発明の代替的な実施形態による横断孔のずらし配列を示す図である。
【図１３】図６の断面図として向けられた断面図であり、本発明の代替的な実施形態による横断孔のずらし配列を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
最初の問題として、本願の発明を明瞭に詳細に記述するために、燃焼タービン・エンジン内の特定の部品または機械部品を指して記述する専門用語を選ぶ必要がある場合がある。述べたように、本明細書で示される実施例は主に、燃焼タービン・エンジンに向けられているが、当業者であれば分かるように、本発明は、燃焼または蒸気タービン・エンジンで用いられるローター・ブレードに適用される。可能ならいつでも、一般的な業界用語を、その通義と一致する方法で使用および採用する。しかし、意味しているのは、任意のこのような専門用語に広い意味を与えて、本明細書で意図される意味および添付の請求項の範囲が不合理に制限されるような狭い解釈を行なわないということである。当業者であれば分かるように、多くの場合に、特定の構成部品を、複数の異なる用語を用いて指しても良い。加えて、本明細書で単一部分であると説明される場合があるものは、複数の部品が含まれている場合があり、また別の文脈では、複合部品からなると言われる場合がある。または、本明細書で複数の部品を含んでいると説明される場合があるものは、他の箇所では、単一部分であると言われる場合がある。こうして、本発明の範囲を理解する際、注意を払うべきは、本明細書で示される専門用語および説明だけでなく、構成部品の構造、構成、機能、および／または使用法、特に添付の請求項において示されるものである。
【００１５】
加えて、複数の記述用語を本明細書において恒常的に用いても良く、これらの用語をこのセクションの始まりで定義することが有用であることが分かるはずである。したがって、これらの用語およびそれらの定義は、他に記載がない限り、以下のようになる。本明細書で用いる場合、「下流」および「上流」は、流体（たとえばタービン・エンジンを通る作動流体）の流れ、または、たとえば、燃焼器を通る空気もしくはタービンの構成部品システムのうちの１つを通る冷媒の流れに対する方向を示す用語である。こうして、用語「下流」は、流体の流れの方向に対応し、用語「上流」流れと反対の方向を指す。用語「前部」および「後部」は、それ以上に何ら特定するものがない状態で、方向を指す。「前部」は、エンジンの前部または圧縮機端部を指し、「後部」は、エンジンの後部またはタービン端部を指す。用語「半径方向の」は、軸に垂直な動きまたは位置を指す。中心軸に関して異なる半径方向位置にある部品を記述する必要があることが多い。このような場合に、第１の構成部品が、第２の構成部品よりも軸の近くに存在する場合には、本明細書では、第１の構成部品は第２の構成部品の「半径方向内側」または「内側」にあると述べる。他方で、第１の構成部品が、第２の構成部品よりも軸から遠くに存在する場合には、本明細書では、第１の構成部品は第２の構成部品の「半径方向外側」または「外側」にあると述べる場合がある。用語「軸方向の」は、軸に平行な動きまたは位置を指す。最後に、用語「円周の」は、軸の周りの動きまたは位置を指す。上記の用語は、タービンの中心軸に関して適用しても良いことが分かる。
【００１６】
背景として、次に図を参照して、図１〜３に、本出願の実施形態を用いても良い典型的な燃焼タービン・エンジンを例示する。当業者であれば分かるように、本発明はこのタイプの使用法に限定されない。述べたように、本発明は、燃焼タービン・エンジンにおいて用いても良い。たとえば、発電および飛行機で用いるエンジン、蒸気タービン・エンジン、および他のタイプのロータリー・エンジンである。示した実施例は、タービン・エンジンのタイプを限定することは意図されていない。
【００１７】
図１は燃焼タービン・エンジン１０の概略図である。一般的に、燃焼タービン・エンジンは、圧縮空気のストリーム中で燃料を燃焼させることによって生成される高温ガスの加圧流体からエネルギーを取り出すことによって動作する。図１に例示するように、燃焼タービン・エンジン１０は、軸流式圧縮機１１（共通のシャフトまたはロータによって下流タービン部分またはタービン１３に機械的に結合されている）と、燃焼器１２（圧縮機１１とタービン１３との間に位置する）とによって構成しても良い。
【００１８】
図２に、図１の燃焼タービン・エンジンにおいて用いても良い典型的な多段型軸流式圧縮機１１の図を例示する。図示したように、圧縮機１１は複数の段を備えていても良い。各段は、圧縮機ローター・ブレード１４の列に続いて圧縮機ステータ・ブレード１５の列を備えていても良い。したがって、第１段は、圧縮機ローター・ブレード１４（中心シャフトの周りに回転する）の列に続いて、圧縮機ステータ・ブレード１５（動作中、固定されたままである）の列を備えていても良い。
【００１９】
図３に、図１の燃焼タービン・エンジンにおいて用いても良い典型的なタービン部分またはタービン１３の部分図を例示する。タービン１３は複数の段を備えていても良い。３つの典型的な段を例示しているが、それよりも多いかまたは少ない段がタービン１３内に存在していても良い。第１段は、複数のタービン動翼またはタービン・ローター・ブレード１６（動作中、シャフトの周りに回転する）と、複数のノズルまたはタービン・ステータ・ブレード１７（動作中、固定されたままである）とを備えている。タービン・ステータ・ブレード１７は一般的に、互いに円周方向に離間配置され、回転軸の周りに固定されている。タービン・ローター・ブレード１６を、タービン・ホイール（図示せず）上に取り付けて、シャフト（図示せず）の周りの回転を図っても良い。第２のタービン段１３も例示している。第２段は、同様に、複数の円周方向に離間配置されたタービン・ステータ・ブレード１７に続いて、複数の円周方向に離間配置されたタービン・ローター・ブレード１６を備えている。これらも、回転用のタービン・ホイール上に取り付けられている。第３の段も例示する。第３の段は、同様に、複数のタービン・ステータ・ブレード１７とローター・ブレード１６とを備えている。タービン・ステータ・ブレード１７とタービン・ローター・ブレード１６とは、タービン１３の高温ガス経路内に配置されていることが分かる。高温ガス経路を通る高温ガスの流れの方向を矢印で示している。当業者であれば分かるように、タービン１３の段は、図３に例示したものよりも多くても良いし、場合によっては少なくても良い。各付加的な段は、タービン・ステータ・ブレード１７の列に続いてタービン・ローター・ブレード１６の列を備えていても良い。
【００２０】
動作の一実施例では、軸流式圧縮機１１内で圧縮機ローター・ブレード１４が回転することによって、空気の流れが圧縮されても良い。燃焼器１２では、エネルギーの放出が、圧縮空気が燃料と混合されて点火されたときに生じても良い。結果として生じる燃焼器１２からの高温ガスの流れ（作動流体と言われる場合がある）を次に、タービン・ローター・ブレード１６上に送る。作動流体の流れによって、シャフトの周りにタービン・ローター・ブレード１６の回転が誘起される。その結果、作動流体の流れのエネルギーは、回転ブレードおよび（ローター・ブレードとシャフトとが接続しているため）回転シャフトの機械的エネルギーに変換される。シャフトの機械的エネルギーを次に用いて、圧縮機ローター・ブレード１４の回転を駆動して、必要な圧縮空気供給がもたらされるようにしても良く、また、たとえば電気を発生させる発電機を駆動しても良い。
【００２１】
図４は、本発明の実施形態を用いても良いタイプのタービン・ローター・ブレード１６の斜視図である。タービン・ローター・ブレード１６は、ローター・ブレード１６をローター・ディスクに取り付けるときに用いる根元２１を備えている。根元２１は、ダブテールであって、ローター・ディスクの周囲にある対応するダブテール・スロット内に取り付けるように構成されたダブテールを備えていても良い。根元２１はさらに、ダブテールとプラットフォーム２４との間を延びるシャンクを備えていても良い。プラットフォーム２４は、翼２５と根元２１との接合部に配置され、タービン１３を通る流路の内側境界の一部を画定している。翼２５は、作動流体の流れを遮断してローター・ディスクを回転させるローター・ブレード１６の能動部品であることが分かる。この実施例のブレードはタービン・ローター・ブレード１６であるが、本発明は、タービン・エンジン１０内の他のタイプのブレード、たとえば、タービン・ステータ・ブレード１７にも適用しても良いことが分かる。ローター・ブレード１６の翼２５は、凹状の正圧側壁２６と、円周方向または横方向に対向する凸状の負圧側壁２７とを備えている。これらは、対向する前縁および後縁２８、２９の間をそれぞれ軸方向に延びていることが分かる。また側壁２６および２７は、プラットフォーム２４から半径方向に外側先端３１まで延びている。
【００２２】
図５〜７に、従来デザインの構成を有する内部冷却通路の複数の図を示す。これらは、以下で図８〜１３に関連して述べるように本発明を用いても良い典型的な内部配置を例示している。一般的に、内部冷却通路には、翼２５内に形成された複数の流路３６に接続する１または複数の供給通路５２が含まれていても良い。供給通路５２は、冷媒供給源にローター・ブレード１６の根元２１を通して接続しても良く、また流路３６に加圧冷媒を供給しても良い。例示したように、流路３６の一部には、複数の軸方向に積み重ねられた蛇行通路が含まれていても良い。このデザイン・タイプは、翼２５の外側先端３１の付近に位置する１８０度方向転換点まで外側に延びる流路３６と、ローター・ブレード１６のプラットフォーム２４の付近に位置する別の１８０度方向転換点まで内側に延びる流路３６と、を備えている場合がある。また図５および７に示すように、翼２５は、蛇行回路の一部ではない別の流路３６を備えていても良い。たとえば、図５に示すように、前縁流路３８が、翼２５の前縁２８に平行かつ近接して延びている。他方のサイドでは、この流路３８の側面には、ある距離またはその長さのセグメントだけ並列に延びる流路３８が位置している。
【００２３】
セグメント内でこのように並列に延びる場合、この流路３６対を、複数の横断通路４３によって接続しても良い。図示したように、横断通路４３は、並列に延びる流路３６間で延びてこれらを接続する狭い衝突通路である。横断通路４３は通常、それらが接続する流路３６の長手軸に略垂直に配向されている。例示したように、多くの横断通路４３が含まれていても良い。横断通路３６は、直線状の構成であっても良く、また流路３６が並列に延びる距離に渡って離間間隔で存在していても良い。特定のデザインにおいて用いる横断通路４３の具体的な数は、並列セグメントの長さ、翼２５の冷却の必要性、および他の関連する基準に応じて変化しても良いことが分かる。
【００２４】
図６は、図５の６−６に沿って見た断面図であり、横断通路４３の従来の配列を例示する図である。図示したように、横断通路４３を基準面４４内で配列しても良い。このタイプの配列の結果、横断通路４３は直線的に配列される。
【００２５】
図７は、別の従来デザインによる内部冷却配置を有するタービン・ローター・ブレード１４用の鋳造コアの斜視図である。図示したように、この場合、後縁流路３９は、翼２５の後縁２９に対して平行に延びる。他方のサイドでは、後縁流路３９は、それに対して離間関係で存在する別の流路３６と並列に延びている。後縁流路３９を、この隣接する流路３６に、複数の同様に形成された横断通路４３を介して接続しても良い。図６に最も明瞭に示すように、流路４３を共通面内に配列しても良く、その結果、線状配列になる。
【００２６】
横断通路４３を設けるのは通常、翼２５の対象領域内の冷媒の冷却効率を高めるためであることが分かる。より具体的には、横断通路４３の狭断面流れ領域は、前縁または後縁流路３８、３９に流れ込む冷媒に当たって熱伝達率または冷却効率を向上させるように構成されている。このタイプの冷却構成を用いて、動作中に最も極度の熱負荷を受ける翼２５の部品に対処しても良い。このような部品には、翼２５の前縁２８および後縁２９を囲む領域が含まれていても良い。
【００２７】
図５〜７に示すように、横断通路４３の従来の配置では、それらは半径方向に規則的に離間配置された間隔で積み重ねられ、共通面または直線軸内に配列されている。この従来の配列によって、ローター・ブレード１６の製造中の鋳造プロセスの特定の態様が単純にはなっているが、翼２５の構造安全性が、延長軸に沿って弱まることによって低下することが分かっている。より具体的には、内部空洞（たとえば、横断通路４３）を形成することによって、弱い領域が翼構造内に形成される。使用中に負荷を受けると、翼構造は、弱いスポットを囲む構造領域に負荷を移動させることによって補い、その結果、応力集中が生じる。内部特徴物を共通面または直線状の軸に従って配列すると（従来のデザインが横断通路４３の場合に行なっているように）、構造は、応力集中をいかに分散または放散し得るかに限定され、その結果、負荷が集中して、疲労およびクリープがローター・ブレード１６に悪影響を与える速度が速くなる。その結果、従来の配置では、ローター・ブレード１６の強度および堅固性に悪影響が及ぼされるため、動作中に翼が劣化する速度が増す。さらに加えて、翼２５の重要な領域に渡って伸びる共通面または軸に沿って弱いスポットおよび応力集中が並ぶことによって、突然のより大規模な故障事象がローター・ブレード１６内で生じる可能性が大きくなる。このような故障事象は、タービン・エンジンに対する大規模損傷に至る可能性がある。これらの従来デザインの欠点によって一般的に、タービン・エンジン１０の運転に付随するコストが増えることが分かる。
【００２８】
図８〜１３を参照して、本発明の複数の典型的な実施形態を例示する。当業者であれば分かるように、本発明はこれらの具体的な構成のみに限定されることはなく、添付の請求項と同様に広範囲に適用しても良い。図８は、本発明の実施形態による横断通路４３のずらし配列を示す概略的な翼２５のデザインの上断面図である。図９に、代替的な実施形態による横断通路４３のずらし配列を示す同様の図を示す。それぞれの典型的な場合に示したように、第１の流路３６と第２の流路３６とが、内側および外側位置内に画定されたセグメント内で、他方と平行かつ離間関係で延びていても良い。内側位置はローター・ブレード１６のプラットフォーム２４の付近であっても良く、外側位置は翼２５の外側先端３１の付近であっても良い。当業者であれば分かるように、本発明を、ここで説明したものと異なる構成を有する翼２５において用いても良い。このセグメント内では、複数の横方向の横断通路４３によって流路３６を接続しても良い。横断通路４３は、流路３６間を直線的に延びることによって、それらを流体的に接続しても良い。前述と同様に、横断通路４３を、セグメント内で一定の半径方向の間隔で離間配置しても良く、すなわち、流路３６の長手軸に沿って離間配置しても良い。
【００２９】
本発明によれば、横断通路４３をずらして配置しても良い。ある実施形態では、横断通路４３を、基準面４４に対してずらして配置しても良いし、またはその周りにずらして配置しても良い。すなわち、基準面４４によって基本的に、ずらした非直線構成を実現するために横断通路４３を配置する相対位置を示す目印が得られる。基準面４４を、本発明により、複数の方法で画定しても良い。
【００３０】
基準面４４によって流路３６は二分されていることが分かる。各流路３６を、対向する内壁４６を備えるとして説明する場合がある。対向する内壁４６は、他方の流路に「面する」かまたはそれに向けられた内壁である。図８および９に、異なる断面形状を有する流路３６の概略図を示す。対向する内壁４６をそれぞれにおいて示して、この用語の意味に関する例を示す。図８では、流路３６の断面形状が矩形であり、対向する内壁４６は、他方の流路に面する矩形のサイドである。図９では、流路３６の断面形状はより曲線的であり、対向する内壁４６は、他方の流路に面する円形の円周の略半分であり、これは、並列流路３６の他方の視野から「見える」であろう内壁４６を指していると記述しても良い。このことを念頭において、基準面４４を、内側の対向壁４６をそれぞれ二分するものと記述しても良い。
【００３１】
基準面４４を、対向する内壁４６の寸法に対して、より具体的に画定しても良い。たとえば、各対向する内壁４６上にある半径方向に延びる基準線を、たとえば、内側の対向壁の外縁または中心に対して画定しても良い。したがって、ある場合には、この半径方向に延びる基準線は、内側の対向壁４６を二分する中心線として画定しても良く、または、他の場合には、内側の対向壁４６の外縁の１つから特定の距離だけずれて存在する基準線として画定しても良い。次に基準面４４を、このようにして内側の対向壁４６上に形成された各基準線を含む滑らかな面として画定しても良いことが分かる。図８および９の両方において、基準面４４が各流路３６の対向する内壁４６の略中央に配置されていることが分かる。
【００３２】
図８および９の断面図を考えると、単一の横断通路４３のみが目に見えるが、目に見えない他の２つの横断通路４３も破線によって示されている。これらの目に見えない横断通路４３は、並列流路３６の長手軸に沿った異なる箇所にあることが分かる。さらに、基準面４４がラインのような図で示されていることが分かる。本発明の実施形態によれば、また図８に例示したように、ずらし構成には、基準面４４の各サイドに対してとともに基準面４４上に配置された横断通路４３が含まれていても良い。本発明の他の実施形態によれば、また図９に例示したように、ずらし構成には、基準面４４の各サイドに配置された横断通路４３のみが含まれていても良い。特定の好ましい実施形態では、横断通路４３の箇所を基準面に対して変えることを、繰り返しパターンとして行なっても良いが、これは必要条件ではない。
【００３３】
基準面４４は、まっすぐなまたは平坦な面であっても良い。翼２５の形状を考えると、基準面４４は、滑らかな湾曲を含む面であっても良いことが分かる。このような場合、基準面４４を、セグメント内で変化する翼２５または流路３６の寸法に対して画定しても良い。前述したように、基準面４４を、流路の厚みまたは中心線に対して画定しても良い。翼２５は湾曲した狭い性質を有し、またその断面形状が変化するために、その内部に形成される流路３６も、湾曲して狭く、また断面形状が変化している場合がある。したがって、基準面４４を並列流路の厚みまたは中心線を介して形成した場合、基準面４４は曲面であっても良い。述べたように、基準面４４を翼２５の寸法に対して画定しても良い。たとえば、ある実施形態では、基準面を、正圧側壁２６もしくは負圧側壁２７または両方の位置に対して画定する。
【００３４】
図１０は、タービン・ローター・ブレードの翼２５の上断面図であり、本発明の代替的な実施形態による横断通路４３のずらし配列を示す図である。この場合、翼２５はまた、流路３６として、その長さのセグメントに沿って並列に延び、基準面４４の周りにずらして配置された複数の横断通路４３によって接続された流路３６を備えている。横断通路４３は、流路３６に、内壁内に形成されたポート４９において接続している。本発明のずらし構成には、横断通路４３またはそれらによって形成されたポート４９が直線的に配列されたものが含まれていても良いことが分かる。このタイプの構成によって、動作上の応力が、従来デザインの線状配列よりも大きな領域上に分散され、その結果、より耐久性のあるローター・ブレード１６が得られることが分かる。
【００３５】
図１０をより詳しく見て、翼２５は、２つの典型的な流路３６対を備えている。これらは、それらの長さのセグメントに渡って並列に延びており、ずらして配置された横断通路４３によって接続されていても良い。それぞれの場合において、流路３６は、翼２５と根元２１との接合部の付近の位置から翼２５の外側先端３１の付近の位置まで並列に延びていても良く、また、半径方向に積み重ねられているがずらして配置されている多くの横断通路４３を、それらの間に備えていても良い。流路３６のうちの１つを、動作中にローター・ブレード１６の根元２１を通して冷媒の流れを受け取るように構成された供給通路５２に接続しても良いことが分かる。ある実施形態では、他方の流路３６は前縁流路３８であっても良い。前縁流路３８は、翼２５の前縁２８に近接して平行な流路である。別の実施形態では、他方の流路３６は後縁流路３９であっても良い。後縁流路３９は、翼２５の後縁２９に近接して平行な流路である。
【００３６】
図１０の断面図では、流路３６の各並列対を接続する多くの横断通路４３のうちの１つのみを示している。本発明によれば、横断通路４３は、所望の冷媒衝突特性が動作中に達成されるように、狭くても良い。横断通路４３は、直線状の構成であっても良く、またそれぞれが接続する流路３６に対して実質的に垂直となるように配列されていても良い。横断通路４３を、基準面４４の周りにずらして配置することで、図５および６の横断通路４３が図示でされているように共通面に従って配列されることがないようにしても良い。１つの好ましい実施形態では、基準面４４は、流路３６に平行に延びる面であって、各流路３６を二分して、セグメント内において、半径方向に積み重ねられた横断通路４３が、次の３つの位置のうちの少なくとも２つに交互に位置し得るようになっている面であっても良い。（１）基準面４４の一方のサイドに対する位置（翼２５の前縁２８の方に位置する流路３６間に示す）、（２）基準面４４の他方のサイドに対する位置（図１０の例では示さず）、または（３）基準面４４上の位置（翼２５の後縁２９の方に位置する流路３６間に示す）。図１０に示すように、１つの好ましい実施形態では、基準面４４を、翼２５の中心線５５に対して形成しても良い。中心線５５は、翼２５の正圧側壁２６と負圧側壁２７との間の中間点を介して形成されたラインであることが分かる。基準面４４を、複数の中心線５５をセグメント内に含むようにか、または複数の中心線５５からの所望のずらしをセグメント内に含むように形成しても良いことが分かる。
【００３７】
図１０では、翼２５の前縁２８の方に位置する流路３６対を接続する単一の横断通路４３とともに、翼２５の後縁２９の方に位置する流路３６対を接続する単一の横断通路４３のみを例示している。本発明の実施形態に従って、各流路３６対は、基準面４４に対して異なる位置を有する横断通路４３を備えていることが分かる。たとえば、翼２５の前縁２８の方の流路３６対は、基準面４４の他方のサイドに位置する横断通路４３を有していても良い。加えて、たとえば、翼２５の後縁２９の方に位置する流路３６対は、基準面４４の一方または両方のサイドに位置する横断通路４３を有していても良い。
【００３８】
述べたように、横断通路４３は、流路３６にポート４９において接続している。横断通路４３のずらし構成を達成し得る１つの方法は、横断通路４３の構成を、流路３６のうちの少なくとも１つの上にあるポート４９が、その上に画定される基準軸の周りにずらして配置されるように設けることである。ある実施形態では、この基準軸は直線状の構成であっても良く、流路３６の一方または両方が有する対向する内壁４６上に画定しても良い。基準軸は、流路の対向する内壁４６上で、長手方向に延びても良い。ある実施形態では、基準軸を、たとえば、翼２５または流路３６に対して画定しても良い。これには、前述した基準面４４のうちの１つが流路３６と交差する箇所を介して画定することが含まれていても良い。加えて、基準軸は、ポート４９をその周りにずらして配置することが非直線的な配列になる限り、任意に画定しても良い。ポート３９を基準軸の周りにずらした配置の構成は、横断通路４３および基準面４４に関して説明したものと同様であっても良く、そのさらなる実施例について図１１〜１３に関して以下に説明する。
【００３９】
次に図１１〜１３を参照して、本発明により、基準面４４に対してずらして配置された横断通路４３の複数の典型的な構成を示す。すぐ上で述べたとおり、これらのずらし構成は、直線状の基準軸の周りにずらして配置されたポート４９にも適用しても良い。特定の実施形態によれば、ずらし構成は、横断通路４３が直線的に配列されていないものであっても良い。他の実施形態によれば、図１１に示すように、ずらし構成を、少なくとも１つの横断通路４３が基準面４４の一方のサイドに位置すると同時に、残りの横断通路４３が基準面４４上に留まるものとして規定しても良い。他の実施形態によれば、図１２に示すように、ずらし構成を、５つの連続する横断通路からなるすべてのまとまりにおいて、少なくとも１つの横断通路４３が基準面４４の各サイドに位置するものとして規定しても良い。また図１２に示すように、ずらし構成を、５つの連続する横断通路からなるすべてのまとまりにおいて、少なくとも１つの横断通路４３が基準面４４の各サイドに位置し、少なくとも１つの横断通路が基準面４４上に位置するものとして規定しても良い。
【００４０】
ある実施形態では、図１３に示すように、横断通路４３は、非対称な断面形状を有していても良い。このような場合、本発明によるずらし構成には、非対象に形成された横断通路４３の基準面４４に対する角度方向を変えることが含まれていても良い。好ましい実施形態では、非対象な形状の横断通路４３は長円形状を有していても良い。例示したように、長円形状の主軸の角度方向を、交互に、基準面４４に平行かまたは垂直にしても良い。図１１〜１３は、特定の好ましいかまたは典型的な配置を表しており、他のずらし配置が可能であることが分かる。
【００４１】
当業者であれば分かるように、複数の典型的な実施形態に関して前述した多くの様々な特徴および構成をさらに選択的に適用して、本発明のその他の可能な実施形態を形成しても良い。簡単にするために、また当業者の能力を考慮して、考えられる繰り返しのすべてを示してはおらずまた詳細にも説明してはいないが、すべての組み合わせおよび可能な実施形態が、以下の複数の請求項に包含されているか、そうでなければ、本願の一部であることが意図されている。加えて、本発明の複数の典型的な実施形態の前述の説明から、当業者であれば、改善、変形、および変更が分かる。当該技術におけるこのような改善、変形、および変更も、添付の請求項に含まれることが意図されている。また、前述したことは本出願の説明した実施形態にのみ関係すること、また以下の請求項およびその均等物によって規定される本明細書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形および変更を施しても良いことが明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【外国語明細書】
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