(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのキャビティ（１４）を有している中空構造の翼（１２）を備えているタービン組立体（１０，１０ｂ〜１０ｆ）であって、
前記キャビティ（１４）が、
前記中空構造の翼（１２）の前記キャビティ（１４）の内部に挿入可能とされ、前記キャビティ（１４）の少なくとも内面（１８）を衝突冷却するために利用される少なくとも１つの衝突冷却用管（１６，１６ａ〜１６ｆ）と、
前記中空構造の翼（１２）のラジアル方向端部（２２，２２′）に配置されている少なくとも１つのプラットフォーム（２０，２０′）と、
少なくとも１つの前記プラットフォーム（２０，２０′）を冷却するために利用され、前記中空構造の翼（１２）に対して前記プラットフォーム（２０，２０′）の反対側に配置されている少なくとも１つの冷却チャンバ（２４，２４′）と、
を備えている、前記タービン組立体（１０，１０ｂ〜１０ｆ）において、
前記冷却チャンバ（２４，２４′）が、前記プラットフォーム（２０，２０′）によって第１のラジアル方向端部（２６，２６′）において制限されており、及び、少なくとも１つのカバープレート（３０，３０′）によって反対側の第２のラジアル方向端部（２８，２８′）において制限されており、
前記衝突冷却用管（１６，１６ａ〜１６ｆ）が、先方部品（４４）及び後方部品（４６）から形成されており、前記先方部品（４４）及び前記後方部品（４６）の両方が、少なくとも１つの前記キャビティ（１４）の内部に挿入されており、
前記先方部品（４４）が、前記中空構造の翼（１２）の先縁部（３８）に向かって配置されており、前記後方部品（４６）が、前記先縁部（３８）から後縁部（４０）に向かう方向で見ると前記先方部品（４４）の下流に配置されており、
前記衝突冷却用管（１６，１６ａ〜１６ｆ）の前記先方部品（４４）が、翼長方向（３６）において前記冷却チャンバ（２４，２４′）を通じて前記プラットフォーム（２０，２０′）から前記カバープレート（３０，３０′）に至るまで少なくとも全体に亘って延在しており、
前記衝突冷却用管（１６，１６ａ〜１６ｆ）の前記後方部品（４６）が、前記翼長方向（３６）において前記プラットフォーム（２０，２０′）で終端していることを特徴とするタービン組立体。
【請求項２】
前記衝突冷却用管（１６，１６ａ〜１６ｆ）の前記先方部品（４４）が、前記カバープレート（３０，３０′）において密閉状態で終端していることを特徴とする請求項１に記載のタービン組立体。
【請求項３】
前記衝突冷却用管（１６，１６ａ〜１６ｆ）が、前記中空構造の翼（１２）の翼長（４２）の全体を通じて延在していることを特徴とする請求項１又は２に記載のタービン組立体。
【請求項４】
前記タービン組立体（１０，１０ｂ〜１０ｆ）が、少なくとも１つのさらなるプラットフォーム（２０′）を備えており、
前記プラットフォーム（２０）と前記少なくとも１つのさらなるプラットフォーム（２０′）とが、前記中空構造の翼（１２）の反対側のラジアル方向端部（２２，２２′）に配置されており、
前記衝突冷却用管（１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｄ，１６ｅ）の前記先方部品（４４）及び前記後方部品（４６）の両方が、特にラジアル方向（４８）において互いに対して密着した状態で、前記少なくとも１つのさらなるプラットフォーム（２０′）において終端していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のタービン組立体。
【請求項５】
前記後縁部（４０）が、前記衝突冷却用管（１６，１６ａ〜１６ｆ）の前記冷却チャンバ（２４，２４′）からの流れと前記先方部品（４４）からの流れと前記後方部品（４６）からの流れとが合流した冷却媒体（５２）の流れを前記中空構造の翼（１２）から流出させるための、出口開口部（５４）を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のタービン組立体。
【請求項６】
前記中空構造の翼（１２）が、タービンブレード又はタービンベーンであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のタービン組立体。
【請求項７】
前記衝突冷却用管（１６ｂ）の前記先方部品（４４）及び前記後方部品（４６）が、前記先方部品（４４）と前記後方部品（４６）との間において冷却媒体（５２）を流通させるための対応する開口部（５０，５０）を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のタービン組立体。
【請求項８】
前記衝突冷却用管（１６，１６ａ〜１６ｆ）の前記先方部品（４４）に供給される冷却媒体（５２）の第１の流れ（５６）によって、及び、最初に前記冷却チャンバ（２４，２４′）に、その後に前記衝突冷却用管（１６，１６ａ〜１６ｆ）の前記後方部品（４６）に引き続き供給される前記冷却媒体（５２）の第２の流れ（５８）によって冷却されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のタービン組立体。
【請求項９】
前記先方部品（４４）と前記後方部品（４６）とが、アキシアル方向（６８）において隣り合って配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のタービン組立体。
【請求項１０】
複数のタービン組立体（１０，１０ｂ−１０ｆ）を備えているガスタービンエンジンにおいて、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の複数のタービン組立体（１０，１０ｂ−１０ｆ）のうち少なくとも１つのタービン組立体が、配置されていることを特徴とするガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばタービンロータブレードやステータベーンのような翼形状のタービン組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、タービンは極高温で運転される場合がある。タービンブレード及び／又はステータブレードに対する温度の影響は、タービンの効果的な運転に悪影響を及ぼし、過酷な環境では、タービンブレード又はステータブレードの歪み及び起こり得る故障の原因となる。このような危険を克服するために、高温のタービンは、冷却を目的としていわゆる衝突管を具備する中空のブレード又はベーンを含んでいる場合がある。
【０００３】
いわゆる衝突管は、ブレード又はベーンの内部でラジアル方向に延在している中空の管である。空気は、これら衝突管に沿って当該衝突管の内部に強制的に送り込まれ、適切な開口部を通じて、当該衝突管と中空のブレード又はベーンの内面との間に形成された空洞の内部に至る。これにより、ブレード又はベーンを冷却するための内部空気流が形成される。
【０００４】
通常、ブレード及びベーンは、中空構造体の衝突冷却領域を衝突冷却するための衝突管が挿入された中空構造を具備する、高精度の鋳物として製造されている。衝突冷却領域のための冷却媒体の温度がブレードやベーンを十分に冷却するには高すぎる状態において、このような冷却に関する技術的思想が利用される場合に、問題が生じる。
【０００５】
このことは、一体化されたプラットフォームと翼冷却システムとが直列に配置されている冷却に関する技術的思想から知られている。圧縮機排出流れが、プラットフォームを冷却するために供給された後に、翼冷却システムに流入する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の第１の目的は、優位な翼状のタービン組立体、例えばタービンロータブレードやステータベーンを提供することである。本発明の第２の目的は、冷却のために当該タービン組立体で利用される優位な衝突管を提供することである。本発明の第３の目的は、少なくとも１つの優位なタービン組立体を備えているガスタービンエンジンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、基本的に中空構造の翼を備えているタービン組立体であって、翼が、中空構造の翼のキャビティの内部に挿入可能とされると共にキャビティの少なくとも内面を衝突冷却するために利用される、少なくとも１つの衝突冷却用管と、中空構造の翼のラジアル方向端部に配置されている少なくとも１つのプラットフォームと、少なくとも１つのプラットフォームを衝突冷却するために利用されると共に中空構造の翼に対してプラットフォームの反対側に配置されている少なくとも１つの冷却チャンバとを備えており、冷却チャンバが、プラットフォームによって第１のラジアル方向端部において、及び、少なくとも１つのカバープレートによって反対側の第２のラジアル方向端部において制限されている、タービン組立体を提供する。
【０００８】
本発明は、先方部品及び後方部品から形成されている衝突冷却用管であって、先方部品が、中空構造の翼の先縁部に向かって配置されており、後方部品が、先縁部から後縁部に向かう方向で見ると先方部品の下流に配置されており、衝突冷却用管の先方部品が、翼長方向において、冷却チャンバを通じてプラットフォームからカバープレートに至るまで少なくとも全体に亘って延在しており、衝突冷却用管の後方部品が、翼長方向においてプラットフォームで終端している、衝突冷却用管を提供する。
【０００９】
発明的事項に起因して、圧縮機排出流れとプラットフォーム冷却流れとの両方が、翼の内部に供給される。これにより、翼冷却効果が著しく改善される一方で、性能低下が最小限に抑えられる。具体的には、従来技術に基づくシステムと比較して、供給される冷却流れの温度が低くなり、冷却流れの量が低減される。さらに、後縁領域における台座冷却領域の冷却効率が最大となる。冷却流が組み合わされた結果として流速が高められるので、熱伝達率が最大となるからである。さらに、両方の冷却システムが良好に制御されている場合には、翼の冷却とプラットフォームの冷却とは独立して調整可能とされる。さらに、空気力学的損失／性能低下が最小限に抑えられる。このようなタービン組立体を利用することによって、ロータブレード及びステータブレードについて従来技術に基づく精密鋳造を利用可能となる。従って、複雑な且つコストを要する当該翼の再生と鋳造プロセスの変更とが不要となる。結論として、優位には効率的なタービン組立体又はタービンを提供することができる。
【００１０】
タービン組立体は、例えばガスタービンのようなタービンのために提供される組立体であって、少なくとも１つの翼を具備する組立体を意味することを意図する。好ましくは、タービン組立体は、周方向に配置された翼並びに／又は翼の反対側端部に配置された外側プラットフォーム及び内側プラットフォームを具備する、タービン翼列及び／又はタービンホイールを有している。本明細書では、“基本的に中空構造の翼”との用語は、少なくとも１つのキャビティを内蔵するケーシングを具備する翼を意味する。翼内部の様々なキャビティを互いから分割すると共に例えば翼の翼長方向に延在している、リブ、レール、及び仕切りのような構造体は、“基本的に中空構造の翼”の形成を阻害しない。好ましくは、翼は中空構造とされる。特に、基本的に中空構造の翼は、以下において翼と呼称されるが、２つの冷却領域、すなわち翼の先縁部における衝突冷却領域と後縁部における従来技術に基づくピンフィン冷却領域／台座冷却領域とを有している。これら領域は、リブを介して互いから分離している。
【００１１】
本明細書では、衝突冷却用管は、翼から独立して構成されている一体部材とされ、及び／又は、翼とは異なる部材とされ、及び／又は、翼と一体形成されていない部材とされる。“中空構造の翼のキャビティの内部に挿入可能とされる”との用語は、タービン組立体の組立プロセスの際に、特に翼とは別体の部材として衝突冷却用管が翼のキャビティの内部に挿入されることを意味する。さらに、“衝突冷却のために利用される”との用語は、衝突冷却プロセスを介して冷却を調整することを意図、準備、構成、及び／又は実現することを意味することを意図する。キャビティの内面は、特に衝突冷却用管の外面に面している表面を形成している。
【００１２】
プラットフォームは、キャビティの、特に翼のキャビティの少なくとも一部分の境界を形成するタービン組立体の領域を意味することを意図する。さらに、プラットフォームが、タービン組立体又はスピンドルの回転軸線からラジアル方向に離隔して配置されている、中空構造の翼のラジアル方向端部に配置されている。プラットフォームは、翼のケーシングの領域とされるか、又は翼に取り付けられた別部品とされる。プラットフォームは、内側プラットフォーム及び／又は外側プラットフォームとされ、好ましくは外側プラットフォームとされる。さらに、プラットフォームは、中空構造の翼の翼長方向に対して基本的に垂直に方向づけられている。翼長方向に対して“基本的に垂直”とされるプラットフォームの配置の意義には、プラットフォームが翼長方向に対して約４５°の角度で傾斜していることも含まれる。好ましくは、プラットフォームは、翼長方向に対して垂直に配置されている。中空構造の翼の翼長方向は、中空構造の翼の翼弦方向として知られている翼の先縁部から後縁部に至る方向に対して基本的に垂直とされる、好ましくは垂直とされる方向として規定されている。以下において、翼弦方向は、アキシアル方向と呼称される。
【００１３】
冷却チャンバは、キャビティの、特にプラットフォームの側壁を冷却するために、冷却媒体が供給、保管、及び／又は導入されるキャビティを意味することを意図する。本明細書では、カバープレートは、基本的に冷却チャンバを覆うプレート、蓋、屋根、及び当業者にとって適切な任意の他の装置を意味する。“基本的に覆う”との用語は、カバープレートが冷却チャンバを密閉しないことを意味することを意図する。従って、カバープレートは、冷却媒体を冷却チャンバの内部に流通させるための穴を有している場合がある。好ましくは、カバープレートは衝突プレートである。“制限”との用語は、“境界”、“終端”、又は“範囲”として理解すべきである。言い換えれば、プラットフォーム及びカバープレートは、冷却チャンバの境界を形成している。
【００１４】
衝突冷却用管の部品は、冷却用管の他の部品から独立した態様で、冷却媒体を衝突冷却用管の外部から供給する衝突冷却用管の一部分を部分的に形成している。衝突冷却用管の部品同士の間に形成された少なくとも１つの接続開口部を介した一方の部品から他方の部品への冷却媒体の供給は、“独立”との用語の定義を阻害しない。
【００１５】
優位には、中空構造の翼は単一のキャビティを備えている。しかしながら、本発明については、２つ以上のキャビティを備えている中空構造の翼であって、キャビティそれぞれが、本発明における衝突冷却用管を収容しており、及び／又は、ピンフィン冷却領域／台座冷却領域の一部分である、中空構造の翼とされる場合もあることに留意すべきである。
【００１６】
上述のように、中空構造の翼は、後縁部及び先縁部を備えており、先方部品が、中空構造の翼の先縁部に向かって配置されており、後縁部が、先縁部から後縁部に向かう方向で見ると先方部品の下流に配置されている。この結果として、この領域において効果的な冷却が可能となり、優位には、従来技術に基づくシステムと比較して、翼の冷却のために供給される冷却媒体の温度を最小限に抑えることができる。低温の圧縮機排出流れは、最も大きい冷却効果が必要とされる翼の先縁部領域に直接供給される。これにより高められた衝突冷却領域全体及び先縁部に亘る冷却効果に起因して、従来技術に基づくシステムと比較して、必要とされる冷却流の量が低減される。性能上の利益に加えて、先縁部領域内における冷却流の量の低減は、直交流の効果が低減されたことに起因して、下流の衝突冷却領域における冷却効果を高めるという効果を有している。
【００１７】
さらに、先方部品が、中空構造の翼の先縁部に向かって配置されており、且つ、後方部品が、先縁部から後縁部に向かう方向で見ると先方部品の下流に配置されているか、又は先方部品より中空構造の翼の後縁部に向かって配置されているので、プラットフォーム冷却流れは、翼のより下流領域に衝突冷却流れを供給するように方向付けられている。
【００１８】
先方部品及び後方部品は、衝突冷却用穴を備えている。従って、冷却チャンバ、先方部品、及び後方部品から合流した冷却媒体流れは、衝突冷却をしないピンフィン冷却領域／台座冷却領域を通過する場合がある。優位には、合流した冷却媒体流れの流速が高いので、ピンフィン冷却領域／台座冷却領域の熱伝達係数は最大となる。場合によっては、合流した冷却媒体流れは翼の後縁部を通じて流出する。従って、後縁部は、合流した冷却媒体流れを中空構造の翼から流出させるための出口開口部を有している。これにより、最も効果的な排出を実現することができる。従って、従来技術に基づくシステムと比較して、空気力学的損失／性能低下を最小限に抑えることができる。これらシステムでは、プラットフォームと翼とが流通していない状態において、互いから独立してプラットフォームと翼とを冷却することができる。冷却媒体を排出するために、これらシステムは、さらなる出口開口部をプラットフォームの近傍に必要とする。さらなる出口開口部を設けることによって、その結果として、本発明における構成と比較してあまり効果的でない態様ではあるが、より多くの冷却媒体を排出させることができる。従って、このような従来技術に基づくプラットフォームの近傍における冷却媒体の排出によって、空気力学的損失／性能低下が大きくなる。
【００１９】
優位な実施例では、衝突冷却用管の先方部品は、カバープレートにおいて密閉状態で終端している。従って、衝突冷却用管の先方部品と冷却チャンバとの間における漏出が効果的に防止される。“終端”との用語は、“終わっている”又は“止まっている”と理解すべきである。好ましくは、衝突冷却用管が、又は先方部品及び後方部品それぞれが、中空構造の翼の翼長の略全体に亘って延在しているので、その結果として、翼を顕著に冷却することができる。しかしながら、先方部品及び後方部品のうち少なくとも１つの部品が、中空構造の翼の翼長の一部分のみに亘って延在していることも想到することができる。
【００２０】
上述のように、衝突冷却用管が、２つの別々の部品、先方部品及び後方部品から形成されており、先方部品は、中空構造の翼の先縁部に向かって配置されており、後方部品は、先縁部から後縁部に向かう方向で見ると先方部品の下流に配置されている。２つ以上の部品を利用するために、衝突冷却用管は、部品の特性を、例えば材料、材料の厚さ、又は当業者にとって適している任意の他の特性を部品の冷却機能のために調整することができる。当該優位な配置によって、先方部品ひいては新鮮で且つ加熱されていない圧縮機排出流れが、先縁部―最も高い冷却効果が必要とされる翼の領域―を直接冷却するために効果的に利用される。
【００２１】
しかしながら、衝突冷却用管を３つの別体部品、特に衝突冷却用管の先方部品、中央部品、後方部品から形成し、先方部品が、翼長方向において冷却チャンバを通じてプラットフォームからカバープレートに至るまで少なくとも全体に亘って延在しており、中空構造の翼の先縁部に向かって配置されており、中央部品が、中空構造の翼又はキャビティの中央に配置されており、及び／又は、後方部品が、中空構造の翼の後縁部に向かって配置されていることも想到することもできる。
【００２２】
優位には、少なくとも２つの部品それぞれが中空構造の翼の翼長の略全体に亘って延在しているので、その結果として翼を効果的に冷却することができる。しかしながら、少なくとも２つの別体の部品のうち少なくとも１つの部品が中空構造の翼の翼長の一部分のみに亘って延在していることも想到することができる。
【００２３】
さらに、タービン組立体が少なくとも１つのさらなるプラットフォームを備えている場合に優位である。最初に言及したプラットフォームについて本明細書で説明した特徴は、当該少なくとも１つのさらなるプラットフォームに適用することができる。プラットフォームと少なくとも１つのさらなるプラットフォームとはそれぞれ、中空構造の翼の反対側のラジアル方向端部に配置されている。さらに、衝突冷却用管の先方部品及び後方部品の両方が、少なくとも１つのさらなるプラットフォームで終端している場合がある。このために、冷却チャンバ又は少なくとも１つのさらなるプラットフォームのうち少なくとも１つのさらなる冷却チャンバは、閉塞されていない空間として形成されている。従って、利用されている衝突冷却用媒体の直交流の流速は低く維持され、閉塞された冷却チャンバと比較して効果的に衝突冷却させることができる。さらに、組立時にこれら部品を翼の内部に適切に且つ確実に配置させることができる。
【００２４】
特に、衝突冷却用管の先方部品及び後方部品が共に、ラジアル方向において互いに対して密着した状態で終端している。本明細書では、“互いに対して密着している”との用語は、部品同士がタービン組立体及び／又は翼及び／又は少なくとも１つのさらなるプラットフォームと同一のラジアル方向高さにおいて終端していることを意味する。
【００２５】
これにより、先方部品及び後方部品は、少なくとも１つのさらなるプラットフォームを通じて延在しているので、当該部品と少なくとも１つのさらなる冷却チャンバとが流通している。代替的には、先方部品及び後方部品は、少なくとも１つのさらなるプラットフォームによって密閉されている。後者の場合には、冷却チャンバ又は少なくとも１つのさらなる冷却チャンバは、冷却媒体を冷却チャンバ又は少なくとも１つのさらなる冷却チャンバから流出させるための少なくとも１つの出口開口部を備えている。
【００２６】
さらに、少なくとも１つのさらなるプラットフォームのうち少なくとも１つのさらなる冷却チャンバは、少なくとも１つのさらなるプラットフォームを冷却するために利用され、中空構造の翼に対して少なくとも１つのさらなるプラットフォームの反対側に配置されており、少なくとも１つのさらなる冷却チャンバが、少なくとも１つのさらなる冷却チャンバによって第１のラジアル方向端部において、及び、少なくとも１つのさらなるカバープレートによって反対側の第２のラジアル方向端部において制限されている。
【００２７】
好ましくは、衝突冷却用管の先方部品は、少なくとも１つのさらなる冷却チャンバに対して密閉されている。これにより、プラットフォーム側から先方部品に流入する圧縮機排出流れは、少なくともさらなるプラットフォーム側から先方部品に流入する冷却媒体の反対方向の流れによって阻害されない。少なくとも１つのさらなるプラットフォームは、先方部品を密閉状態で覆っているので、さらなる密閉手段を設ける必要が無い。先方部品は、少なくとも１つのさらなるプラットフォーム側のその第２のラジアル方向端部に、少なくとも１つの冷却チャンバと流通している開口部を有している。従って、十分な冷却媒体が、後方部品に供給される。
【００２８】
代替的には、先方部品が、翼長方向において少なくとも１つのさらなる冷却チャンバを通じて少なくとも１つのさらなるプラットフォームから少なくとも１つのさらなるカバープレートに至るまで少なくとも全体に亘って延在している場合があり、この場合には、これにより、十分な量の冷却媒体を確実に供給することができる。さらに、衝突冷却用管の先方部品は、カバープレート及び少なくとも１つのさらなるカバープレートの両方において密閉状態で終端しているので、冷却媒体を供給する際における漏出を解消することができる。
【００２９】
代替的な実施例では、衝突冷却用管の先方部品及び後方部品は、先方部品と後方部品との間における流通を可能とするための対応する開口部を有している。このような構成によって、先方部品の衝突冷却用穴を通じた冷却媒体の一部の排出を回避するための迂回路が形成される。従って、低温の冷却媒体が、後方部品を効果的に冷却するために後方部品に流入する。
【００３０】
良好な冷却特性を具備するタービン組立体と翼内部における衝突冷却用管の満足いく配置を実現するために、中空構造の翼は、中空構造の翼のキャビティの内面に対して所定距離で衝突冷却用管を保持するために、少なくとも１つのスペーサを中空構造の翼のキャビティの内面に備えている。好ましくは、スペーサは、衝突冷却用管の構成を単純化するために且つ衝突冷却用管を真っ直ぐに着座させるために、突起、固定用ピン、又はリブとして実現されている。
【００３１】
さらなる優位な実施例では、中空構造の翼は、例えばノズルガイドベーンのようなタービンブレード又はタービンベーンとされる。
【００３２】
代替的な又はさらなる実施例では、一のカバープレート及び／又は一の冷却チャンバが冷却媒体を複数の翼に供給する。すなわち、ステータベーンは例えば複数の翼を具備するセグメントとして構成されている。
【００３３】
本発明における実施例では、タービン組立体は、衝突冷却用管の先方部品に供給される冷却媒体の第１の流れによって、及び、最初に冷却チャンバに供給された後に続いて衝突冷却用管の後方部品に供給される冷却媒体の第２の流れによって冷却されている。優位には、この結果として、従来技術に基づくシステムと比較して、翼に供給される冷却媒体の温度が最小限に抑えられ、これにより、衝突冷却領域全体において衝突冷却の効果が高められる。好ましくは、第１の流れが圧縮機排出流れとなり、第２の流れがプラットフォーム冷却流れとなる。“〜に続いて”との用語は、第２の流れが冷却チャンバ及び後方部品を個別に及び／又は順番に次々に通過することを意味することを意図する。
【００３４】
タービン組立体は、基本的に中空構造の翼を冷却するために利用され、冷却媒体の第１の流れが、衝突冷却用管の先方部品に直接供給され、冷却媒体の第２の流れが、冷却チャンバ及び／又は少なくとも１つのさらなる冷却チャンバに供給された後に続いて衝突冷却用管の後方部品に供給される。
【００３５】
さらに、先方部品及び後方部品は、アキシアル方向において並列に、特にアキシアル方向において直接隣り合って配置されている。従って、様々な調整された冷却機能が、衝突冷却用管が挿入された状態における翼の先方部品及び衝突冷却領域の後縁部に向かって方向づけられる領域のために設けられている。
【００３６】
さらに、本発明は、複数のタービン組立体を具備するガスタービンエンジンであって、少なくとも１つの又はすべてのタービン組立体が、上述のように配置されている、ガスタービンエンジンに関する。
【００３７】
本発明についての上述の特徴、形体、及び利点、並びに、それらが達成される態様は、添付図面に関連して説明される典型的な実施例についての以下の説明によって明瞭となり、明確に理解することができる。
【００３８】
本発明について、図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】２つの部品から形成されている衝突冷却用管が挿入されたタービン組立体の断面図である。
【図２】図１の断面ＩＩ−ＩＩに沿った、衝突冷却用管が挿入された翼の断面図である。
【図３】一体部品として形成された代替的な衝突冷却用管の斜視図である。
【図４】さらなる代替的な衝突冷却用管を具備する代替的なタービン組立体の断面図である。
【図５】さらなる代替的な衝突冷却用管を具備する第２の代替的なタービン組立体の断面図である。
【図６】さらなる代替的な衝突冷却用管を具備する第３の代替的なタービン組立体の断面図である。
【図７】さらなる代替的な衝突冷却用管を具備する第４の代替的なタービン組立体の断面図である。
【図８】さらなる代替的な衝突冷却用管を具備する第５の代替的なタービン組立体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
簡便のため、本明細書ではベーンのみに関して説明するが、本発明がタービンのブレード及びベーンの両方に適用可能であることに留意すべきである。
【００４１】
図１は、タービン組立体１０の断面図を表わす。タービン組立体１０は、基本的に中空構造を具備する翼１２を備えており、翼１２は、２つの冷却領域、具体的には衝突冷却領域７０とピンフィン冷却領域／台座冷却領域７２とを具備するベーンとして構成されている。衝突冷却領域７０は翼１２の先縁部３８に配置されており、ピンフィン冷却領域７２は翼１２の後縁部４０に配置されている。翼１２に互いに向かって反対向きで配置されている中空翼１２の２つのラジアル方向端部２２，２２′に、以下において外側プラットフォーム２０及び内側プラットフォーム２０′と呼称されるプラットフォーム及びさらなるプラットフォームが配置されている。外側プラットフォーム２０及び内側プラットフォーム２０′は、中空構造を具備する翼１２の翼長方向３６に対して垂直に方向づけられている。図示しないタービン翼列の周方向に、幾つかの翼１２が配置されており、すべての翼１２が、外側プラットフォーム２０及び内側プラットフォーム２０′を通じて互いに接続されている。
【００４２】
さらに、冷却集合体１０は、以下において第１の冷却チャンバ２４及びさらなる第２の冷却チャンバ２４′と呼称される冷却チャンバを備えている。第１の冷却チャンバ２４及び第２の冷却チャンバ２４′は、外側プラットフォーム２０及び内側プラットフォーム２０′の反対側において中空構造の翼１２に対して相対的に配置されている。第１の冷却チャンバ２４及び第２の冷却チャンバ２４′の両方が、外側プラットフォーム２０及び内側プラットフォーム２０′によって、第１のラジアル方向端部２６，２６′において制限されており、第１のカバープレート３０及びさらなる第２のカバープレート３０′として以下に呼称されるカバープレートによって、反対側に位置する第２のラジアル方向端部２８，２８′において制限されている。第１のカバープレート３０及び第２のカバープレート３０′は、衝突プレートとして構成されており、冷却媒体５２を第１の冷却チャンバ２４及び第２の冷却チャンバ２４′に搬送するための衝突冷却用穴７４を有している。
【００４３】
中空構造の翼１２のケーシング７６は、衝突冷却領域７０にキャビティ１４を形成している。タービン組立体１０の組立の際にキャビティ１４の内部に挿入される衝突冷却用管１６は、キャビティ１４の内側に配置されている。衝突冷却用管１６は、キャビティ１４の内面１８を衝突冷却するために利用される。内面１８は、衝突冷却用管１６の外面７８に面している。衝突冷却用管１６は、第１の区間３２及び第２の区間３４を有しており、第１の区間３２及び第２の区間３４は、別々の部品４４，４６から構成されているので、衝突冷却用管１６は、２つの別々の部品４４，４６すなわち先方部品４４及び後方部品４６から形成されている。代替的には、第１の区間３２及び第２の区間３４は、隔壁を具備した単一の部品から成る管から構成されている（図３参照）。第１の区間３２又は先方部品４４との用語と、第２の区間３４又は後方部品４６との用語とは、以下において互いに等しいものとして利用されることに留意すべきである。
【００４４】
“部品（piece）”との用語は、本発明に関して、すべての壁を具備する完全なる衝突冷却用管を意味することに留意すべきである。しかしながら、当該用語は、例えば単一の衝突冷却用管を形成するために４つの壁を組み付けることによって、単一の衝突冷却用管が部品から組み立てられることを意味する訳ではない。本発明における部品は、完全な管とされる場合がある。
【００４５】
ベース本体６０は、翼１２のラジアル方向４８において長手方向延伸長さ６２（翼長方向長さ）で延在している。さらに、衝突冷却用管１６すなわち第１の区間３２及び第２の区間３４それぞれが、中空翼１２の翼長４２を完全に貫通して翼長方向３６に延在しており、第１の区間３２は、ラジアル方向４８において第２の区間３４より長い長さ６４を有している。中空翼１２の内面１８において、中空翼１２は、所定の間隔で衝突冷却用管１６を内面１８に保持するための多数のスペーサ８０を備えている。スペーサ８０は、突起又はリブとして構成されており、翼長方向３６に対して垂直に延在している（スペーサの上面図である図２参照）。
【００４６】
第１の区間３２及び第２の区間３４はそれぞれ、ベース本体６０すなわち翼１２のアキシアル方向６８すなわち翼弦方向において並列して配置されている。挿入された衝突冷却用管１６を具備する翼１２の断面を表わす図２から理解されるように、先方部品４４は、先縁部３８に向かって、より具体的には先縁部３８に配置されており、後方部品４６は、アキシアル方向６８で見ると先方部品４４の下流に、より具体的には先方部品４４から後縁部４０に向かって配置されている。
【００４７】
衝突冷却用管１６の第１の区間３２は、翼長方向３６において、外側プラットフォーム２０から第１のカバープレート３０に至るまで第１の冷却チャンバ２４を貫通して延在している。さらに、衝突冷却用管１６の第１の区間３２は、第１のカバープレート３０において第１のラジアル方向端部すなわち第１の長手方向端部６６で密封された状態で終端しているので、冷却媒体５２が第１の区間３２から第１の冷却チャンバ２４の内部に漏れることが防止される。衝突冷却用管１６の第１の区間３２及び第２の区間３４の両方が、内側プラットフォーム２０′を貫通して延在しており、内側プラットフォーム２０′において第２のラジアル方向端部すなわち第２の長手方向端部６６′で終端しており、具体的にはラジアル方向４８において互いに対して密着している。ラジアル方向４８は、既知の態様でタービン組立体１０に配置されている図示しないスピンドルの回転軸線に関して規定されている。第１の区間３２の第２のラジアル方向端部すなわち第２の長手方向端部６６′は、例えばリット（lit）のようなシール手段を介して、第２の冷却チャンバ２４′に対して密閉されている。
【００４８】
タービン組立体１０の動作の際には、衝突冷却用管１６は、例えば空気のような冷却媒体５２のための流路８２として機能する。図示しない圧縮機からの圧縮機排出流れ８４は、衝突冷却用管１６の第１の区間３２に供給され、第１のカバープレート３０及び第２のカバープレート３０′の衝突冷却用穴７４を介して第１の冷却チャンバ２４及び第２の冷却チャンバ２４′の内部に導かれる。その後に、第１の冷却チャンバ２４及び第２の冷却チャンバ２４′からの冷却媒体５２は、プラットフォーム冷却流れ８６として衝突冷却用管１６の第２の区間３４の内部に排出される。従って、タービン組立体１０は、衝突冷却用管１６の第１の区間３２に供給される冷却媒体５２の第１の流れ５６によって、及び、最初に第１の冷却チャンバ２４及び第２の冷却チャンバ２４′に供給された後に衝突冷却用管１６の第２の区間３４に供給される冷却媒体５２の第２の流れ５８によって冷却される。
【００４９】
冷却媒体５２を第１の区間３２及び第２の区間３４から排出することによってキャビティ１４の内面１８を冷却するために、第１の区間３２及び第２の区間３４は、衝突冷却用穴８８を備えている（部分的ではあるが図２〜図４に表わす）。第１の冷却チャンバ２４及び第２の冷却チャンバ２４′から間接的に排出された冷却媒体５２の流れと、第１の区間３２及び第２の区間３４から直接的に排出された冷却媒体５２の流れとは、衝突冷却用管１６の外面７８とキャビティ１４の内面１８との間に形成された空間９０において合流する。このように合流した流れは、後縁部４０に配置されたピンフィン冷却領域／台座冷却領域７２に流れ、後縁部４０の出口開口部５４を通じて中空構造の翼１２から流出する。
【００５０】
図３〜図８は、衝突冷却用管１６及びタービン組立体１０の代替的な実施例を表わす。同一の構成部品、形体、及び機能については、同一の参照符号が付されている。しかしながら、実施例同士を区別するために、図３〜図８に表わす実施例では、“ａ”〜“ｆ”の文字が参照符号に付されている。図１及び図２に表わす実施例と相違する部分についてのみ、以下に説明する。同一の構成部品、形体、及び機能に関しては、図１及び図２に表わす実施例の説明を参照する。
【００５１】
図３は、キャビティの内面を衝突冷却するために、詳細に図示しないタービン組立体の基本的に中空構造の翼のキャビティの内部に挿入するためのベース本体６０ａを備えている衝突冷却用管１６ａを表わす。衝突冷却用管１６ａの第１の区間３２ａ及び第２の区間３４ａは、互いに対して一体に形成されているか、又は非一体に成形されており、隔壁又は隔壁インサートを介して分割されている。衝突冷却用管１６ａがキャビティに挿入された状態において、ベース本体６０ａは、中空構造の翼（図示しないが、図１に示す）のラジアル方向４８において長手方向延長部分（長さ方向延長部分）６２の長さで延在している。第１の区間３２ａ及び第２の区間３４ａが、ベース本体６０ａすなわち翼１２のアキシアル方向６８において並列配置されている。第１の区間３２ａは、ラジアル方向４８において第２の区間３４ａより長い長さ６４を有している。さらに、第１の区間３２ａ及び第２の区間３４ａは、ベース本体６０ａの第２のラジアル方向端部すなわち第２の長手方向端部６６′において互いに対して密着した状態で終端している。従って、ベース本体６０ａは、第１及び第２の区間３２ａ，３４ａのラジアル方向端部すなわち長手方向端部６６，６６′の構成において相違する。
【００５２】
図４は、図１及び図２に表わすタービン組立体と同様に形成されているタービン組立体１０ｂであって、代替的に衝突冷却用管１６ｂを具備するタービン組立体１０ｂの断面図である。図４に表わす実施例は、衝突冷却用管１６ｂの第１の区間３２ｂ及び第２の区間３４ｂが第１の区間３２ｂと第２の区間３４ｂとの間において冷却媒体５２を流通させるために対応する開口部５０，５０′を有している点において、図１及び図２に表わす実施例と相違する。従って、迂回路が設けられており、迂回路によって、冷却媒体５２の第１の流れ５６の一部分が、第１の区間３２ｂの衝突冷却用穴８８を通じて排出されることが防止される。
【００５３】
図５は、図１及び図２に表わすタービン組立体と同様に形成されているタービン組立体１０ｃであって、代替的に衝突冷却用管１６ｃを具備するタービン組立体１０ｃの断面図である。衝突冷却用管１６ｃの第１の区間３２ｃが、翼長方向３６において、第１の冷却チャンバ２４を完全に貫通して第１のプラットフォームすなわち外側プラットフォーム２０から第１のカバープレート３０に至るまで、及び、第２の冷却チャンバ２４′を完全に貫通して第２のプラットフォームすなわち内側プラットフォーム２０′から第２のカバープレート３０′に至るまで延在している点において、図５に表わす実施例は、図１及び図２に表わす実施例と相違する。さらに、第１の区間３２ｃは、第１及び第２のカバープレート３０，３０′において自身のラジアル方向端部すなわち長手方向端部６６，６６′で密閉された状態で終端している。タービン組立体１０ｃは、冷却媒体５２から成る第１の流れ４６によって、及び、最初に第１の流れ４６を第１及第２の冷却チャンバ２４，２４′に供給された後に第２の区間３４ｃに供給される第２の流れ５８によって冷却される。
【００５４】
図６は、代替的に配置された衝突冷却用管を具備する、図１及び図２に表わすタービン組立体に類似するタービン組立体１０ｄの断面図である。衝突冷却用管１６ｄの第１の区間３２ｄが、翼長方向３６において、第２の冷却チャンバ２４′を完全に貫通して第２のプラットフォーム２０′から第２のカバープレート３０′に至るまで延在している点において、図６に表わす実施例は、図１及び図２に表わす実施例と相違する。従って、第１の区間３２ｄは、第２のカバープレート３０′において自身の第２のラジアル方向端部すなわち第２の長手方向端部６６′で密閉された状態で終端している。衝突冷却用管１６ｄの第１の区間３２ｄ及び第２の区間３４ｄの両方が、外側プラットフォーム２０を貫通して延在しており、外側プラットフォーム２０において自身の第１のラジアル方向端部すなわち長手方向端部６６で、特にラジアル方向４８において互いに対して密着した状態で終端している。第１の区間３２ｄの第１のラジアル方向端部すなわち長手方向端部６６が、第１の冷却チャンバ２４に対してシール手段を介して密閉されている。
【００５５】
図７は、代替的な衝突冷却用管１６ｅを具備する、図１及び図２に表わすタービン組立体に類似するタービン組立体１０ｅの断面図である。衝突冷却用管１６ｅの第１の区間３２ｅ及び第２の区間３４ｅが具体的にはラジアル方向４８において互いに対して密着した状態で内側プラットフォーム２０′の翼面において終端している点において、図７に表わす実施例は、図１及び図２に表わす実施例と相違する。結論として、第１の区間３２ｅ及び第２の区間３４ｅの第２のラジアル方向端部すなわち第２の長手方向端部６６′は、内側プラットフォーム２０′を通じて延在しておらず、内側プラットフォーム２０′は、第１の区間３２ｅ及び第２の区間３４ｅ又は第２のラジアル方向端部すなわち第２の長手方向端部６６′を密閉している。従って、内側プラットフォーム２０′の第２の冷却チャンバ２４′に流入する冷却媒体５２は、第２の区間３４ｅに供給されない。冷却媒体５２のための出口を設けることによって第２の冷却チャンバ２４′から流出させるために、第２の冷却チャンバ２４′は出口開口部９２を備えている。
【００５６】
図８は、代替的な衝突冷却用管１６ｆを具備する、図１及び図２に表わすタービン組立体に類似するタービン組立体１０ｆの断面図である。図８に表わす実施例は、衝突冷却用管１６ｆの第１の区間３２ｆが内側プラットフォーム２０′の翼面において終端している点において、図１及び図２に表わす実施例と相違する。従って、第１の区間３２ｆの第２のラジアル方向端部すなわち第２の長手方向端部６６′が、内側プラットフォーム２０′を通じて延在しておらず、内側プラットフォーム２０′が、第１の区間３２ｆ又は第２のラジアル方向端部すなわち第２の長手方向端部６６′を密閉している。さらに、第２の区間３４ｆは、外側プラットフォーム２０の翼面において終端しているので、第２の区間３４ｆの第１のラジアル方向端部すなわち第１の長手方向端部６６は、外側プラットフォーム２０を通じて延在しておらず、外側プラットフォーム２０が、第１の区間３２ｆ又は第１のラジアル方向端部すなわち第１の長手方向端部６６を密閉している。従って、外側プラットフォーム２０の第１の冷却チャンバ２４に流入する冷却媒体５２は、第２の区間３４ｆに供給されない。冷却媒体５２のための出口を設けることによって第１の冷却チャンバ２４から流出させるために、第１の冷却チャンバ２４は出口開口部９２を備えている。
【００５７】
衝突冷却用管１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ又はそのベース本体６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ，６０ｆについての図５〜図８に表わす上述の実施例はそれぞれ、２つの区間３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆを具備する一体の管として、又は２つの別々の部品４４，４６を具備する装置として構成されている場合がある。
【００５８】
“ラジアル”方向が、―回転物が回転する回転軸線を具備するガスタービンエンジンにタービン組立体が組み込まれた場合における―当該回転軸線に対して垂直に且つ当該回転軸線に対するラジアル方向に延在している方向を意味することに留意すべきである。
【００５９】
本発明は、２つの別々の衝突冷却用管が別個に据付可能とされ且つ中空構造を具備する翼に組み込まれた場合に特に優位である。さらに、本発明は、異なる冷却流体を別々の衝突冷却用管に供給する場合に優位である。特に、プラットフォームの後面を冷却するために、プラットフォームに対して平行とされる衝突冷却プレートを貫通する開口部が後方の衝突冷却用管に穿孔されているので、後方の衝突冷却用管による供給が実現される。さらに、特に、プラットフォームの後面を冷却するために、プラットフォームに対して平行とされる衝突冷却プレートを貫通する開口部が前方の衝突冷却用管に穿孔されていないので、前方の衝突冷却用管による供給が実現される。特に前方の衝突冷却用管は、プラットフォームの衝突冷却プレート及びプラットフォームの後面によって形成されているキャビティ内において始端及び／又は終端している場合がある。
【００６０】
さらなる実施例では、後方の冷却衝突用管を複数の後方の衝突冷却用管に置き換えることができる。
【００６１】
本発明について、好ましい実施例を介して詳細に図示及び説明したが、本発明は、上述の実施例に限定される訳ではない。そして、当業者であれば、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、他の変形例を想到することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０    タービン組立体
１２    翼
１４    キャビティ
１６    衝突冷却用管
１６ａ  衝突冷却用管
１８    （キャビティ１４の）内面
２０    外側プラットフォーム
２０′  内側プラットフォーム
２２    ラジアル方向端部
２２′  ラジアル方向端部
２４    第１の冷却チャンバ
２４′  第２の冷却チャンバ
２６    第１のラジアル方向端部
２６′  第１のラジアル方向端部
２８    第２のラジアル方向端部
２８′  第２のラジアル方向端部
３０    第１のカバープレート
３０′  第２のカバープレート
３２    （衝突冷却用管１６の）第１の区間
３４    （衝突冷却用管１６の）第２の区間
３６    （翼１２の）翼長方向
３８    （翼１２の）先縁部
４０    （翼１２の）後縁部
４２    （翼１２の）翼長
４４    先方部品
４６    後方部品
４８    （翼１２の）長さ方向（ラジアル方向）延長部分
５０    開口部
５０′  開口部
５２    冷却媒体
５４    出口開口部
５６    （冷却媒体５２の）第１の流れ
５８    （冷却媒体５２の）第２の流れ
６０    ベース本体
６２    長手方向延長部分（長さ方向延長部分）
６４    （第１の区間３２の）長さ
６６    第１のラジアル方向端部（第１の長手方向端部）
６６′  第２のラジアル方向端部（第２の長手方向端部）
６８    （翼１２の）アキシアル方向
７０    衝突冷却領域
７２    ピンフィン冷却領域／台座冷却領域
７４    衝突冷却用穴
７６    （翼１２の）ケーシング
７８    （衝突冷却用管１６の）外面
８０    スペーサ
８２    流路
８４    圧縮機排出流れ
８６    プラットフォーム冷却流れ
８８    衝突冷却用穴
９０    空間
９２    出口開口部
【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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