(57)【要約】【課題】ガスタービン・エンジンのタービンブレードのための後縁衝突冷却系を提供する。【解決手段】ガスタービン・エンジンのタービンブレードの冷却系は後縁と、凹面側と凸面側を有するタービンブレードを含む。後縁は、それぞれが、凹面側と凸面側のいずれか一方において最も近い部分のブレードの縁部に対して、凹面側と凸面側のいずれか他方において最も近い部分のブレードの縁部に対するよりも相対的に近い長手方向中心軸を有する、少なくとも１組の衝突孔を画定する。代替的に、あるいは前述の構成に追加して、後縁は、それぞれが、凹面側と凸面側のいずれか一方に向かって、凹面側と凸面側のいずれか他方に相対して、冷媒流の方向において傾斜される長手方向中心軸を有する、少なくとも１組の衝突孔を画定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
後縁と、凹面側と凸面側を有するタービンブレードを含み、後縁は、それぞれが、凹面側と凸面側のいずれか一方において最も近い部分のブレードの縁部に対して、凹面側と凸面側のいずれか他方において最も近い部分のブレードの縁部に対するよりも相対的に近い長手方向中心軸を有する、少なくとも１組の衝突孔を画定することを特徴とする、タービンブレード冷却系。
【請求項２】
前記少なくとも１組の衝突孔の長手方向中心軸が、冷媒流の方向において、前記凹面側と凸面側のいずれか一方に向かって、前記凹面側と凸面側のいずれか他方に対するよりも相対的に傾斜されることを特徴とする、請求項１記載のタービンブレード冷却系。
【請求項３】
前記少なくとも１組の衝突孔のそれぞれが、前記凹面側において最も近い部分のブレードの縁部に対して、前記凸面側において最も近い部分のブレードの縁部に対するよりも相対的に近い長手方向中心軸を有することを特徴とする、請求項１記載のタービンブレード冷却系。
【請求項４】
前記少なくとも１組の衝突孔のそれぞれの前記長手方向中心軸が、前記凹面側に相対して、前記凸面側に向かって冷媒流の方向で傾斜されることを特徴とする、請求項１記載のタービンブレード冷却系。
【請求項５】
前記タービンブレードが、前記少なくとも１組の衝突孔と連通する少なくとも１つの供給キャビティをさらに画定することを特徴とする、請求項１記載のタービンブレード冷却系。
【請求項６】
前記タービンブレードが、前記少なくとも１組の衝突孔と連通する少なくとも１つの移動チャンバをさらに画定することを特徴とする、請求項１記載のタービンブレード冷却系。
【請求項７】
前記タービンブレードが、少なくとも１つの供給キャビティと第２の移動チャンバをさらに画定し、前記少なくとも１組の衝突孔は、前記少なくとも１つの供給キャビティと前記第１の移動チャンバを接続する第１の衝突孔の組と、前記第１の移動チャンバと前記第２の移動チャンバを接続する第２の衝突孔の組とを含むことを特徴とする、請求項１記載のタービンブレード冷却系。
【請求項８】
後縁と、凹面側と凸面側を有するタービンブレードを含み、後縁は、それぞれが、凹面側と凸面側のいずれか一方に向かって、凹面側と凸面側のいずれか他方に相対して、冷媒流の方向において傾斜される長手方向中心軸を有する、少なくとも１組の衝突孔を画定することを特徴とする、タービンブレード冷却系。
【請求項９】
前記少なくとも１組の衝突孔のそれぞれが、凸面側に向かって、凹面側に相対して、冷媒流の方向において傾斜される長手方向中心軸を有することを特徴とする、請求項８記載のタービンブレード冷却系。
【請求項１０】
前記タービンブレードが、前記少なくとも１組の衝突孔と連通する少なくとも１つの供給キャビティをさらに画定することを特徴とする、請求項９記載のタービンブレード冷却系。
【請求項１１】
前記タービンブレードが、前記少なくとも１組の衝突孔と連通する少なくとも１つの移動チャンバをさらに画定することを特徴とする、請求項９記載のタービンブレード冷却系。
【請求項１２】
前記タービンブレードが、少なくとも１つの供給キャビティと第２の移動チャンバをさらに画定し、前記少なくとも１組の衝突孔は、前記少なくとも１つの供給キャビティと前記第１の移動チャンバを接続する第１の衝突孔の組と、前記第１の移動チャンバと前記第２の移動チャンバを接続する第２の衝突孔の組とを含むことを特徴とする、請求項９記載のタービンブレード冷却系。
【請求項１３】
後縁と、凹面側と凸面側を有するタービンブレードを含み、後縁は、それぞれが、凹面側において最も近い部分のブレードの縁部に対して、凸面側において最も近い部分のブレードの縁部に対するよりも相対的に近い長手方向中心軸を有する、少なくとも１組の衝突孔を画定することを特徴とする、タービンブレード冷却系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ガスタービン・エンジンのタービンブレードに関し、より詳細には、タービンブレード冷却系に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン・エンジンのタービンブレードの後縁は、衝突伝熱方式を利用して冷却される場合が多々ある。衝突方式は、オリフィスを通る流れを加速させ、この流れを、所望の伝熱面上に衝突させるように、下流面に向かって方向付けることによって作用する。冷却タービンエアフォイルの後縁に適用する場合、通常、系は１つ以上のリブで交差する孔の組を有する形態を呈する。冷却流は、上流のキャビティから加速され、衝突キャビティへのリブの一方の側面側に対して高圧で維持され、リブの他方の側面側に対しては低圧で維持される。そのような後縁の衝突冷却系の例を、図１と図２に示す。この特定の例では、２つの衝突冷却系が、直列に配置されている。図１に示すように、概して符号１０で示すタービンブレードは、直列に連結された第１の供給キャビティ１２と第２の供給キャビティ１４を画定する。第２のキャビティ１４は、移動領域において、ブレード１０で画定される第１と第２の移動チャンバ１６，１８と連通させることにより、移動チャンバを介して、ブレードの後縁領域２４においてブレードによって画定される排気スロット２２に冷媒の衝突ジェット流を供給する。衝突冷却機構の全体は、個々に独立して配置された衝突冷却系又は、複数のそのような系を組み合わせて、相互に直列又は並列に配列したものを具備することができる。
【０００３】
衝突冷却系は、冷媒と部品の内部壁の間における対流伝熱を促進することによって後縁領域２４の冷却を容易にする。対流冷却は、衝突キャビティ自体の内部と、衝突孔内部の両方で増進される。
【０００４】
典型的な後縁の衝突冷却系では、通常、衝突孔を画定する一組の衝突リブの長手方向中心軸に沿って一組の衝突孔が中央に配置される。これは、部品の製造に使用されるインベストメント鋳造法の知覚された制約条件に部分的に起因し、さらに、下流の特定の対象面への衝突流の集中に起因する。衝突リブの中央に配置された衝突孔による衝突孔内への対流を介するエアフォイルの凹面並びに凸面の冷却は、伝導抵抗力がいずれの方向においても本質的に同じであるという傾向を有するために比較的均一である。
【０００５】
図２でさらにわかるように、従来の後縁の衝突系を備えるタービンブレード１０は、第２の供給キャビティ１４と第１の移動チャンバ１６を接続する衝突リブによって画定される第１の衝突孔の組２６と、第１の移動チャンバ１６と第２の移動チャンバを接続する衝突リブによって画定される第２の衝突孔の組２８を有する。図２に見られるように、衝突孔の組２６，２８の衝突孔のそれぞれは、衝突リブ又はブレード１０の局在する長手方向中心軸と一致した、空気流の方向に延びる長手方向中心軸を有する。すなわち、第１と第２の衝突孔の組２６，２８は、それぞれがブレードの凸面側３１において最も近いブレード縁部３０からの間隔と、凹面側３３において最も近いブレード縁部３２からの間隔が概ね等しい長手方向中心軸を有する。その結果、ブレード１０の凹面側に対する伝導抵抗力３４と、凸面側に対する伝導抵抗力３６は概ね等しいものとなる。
【０００６】
従来の後縁における冷却系に伴う問題は、冷媒の衝突ジェット流によるエアフォイルの凹面側と凸面側の冷却が、その両側からの熱が相当不均衡である場合に関連する。例えば、凹面側に対する加速した流れ、表面粗さ、加速したフィルム崩壊特性などの有害なフィルム冷却効果のために、エアフォイルの凹面（正圧）側にかかる熱負荷が、凸面（負圧）側にかかる熱負荷よりも相当大きくなる場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、上述の欠点並びに不利点を克服する、ガスタービン・エンジンのタービンブレードのための後縁衝突冷却系を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様において、ガスタービン・エンジンのタービンブレード冷却系は、後縁と、凹面側と凸面側を有するタービンブレードを備える。後縁は、それぞれが長手方向中心軸を有する少なくとも１組の衝突孔を画定する。この長手方向中心軸は、凹面側と凸面側のいずれか一方において最も近いブレードの縁部に対して、凹面側と凸面側の他方において最も近いブレードの縁部に対するよりも相対的に近いものである。
【０００９】
本発明の第２の態様において、ガスタービン・エンジンのタービンブレードの冷却系は、後縁と、凹面側と凸面側を有するタービンブレードを具備する。後縁は、それぞれが長手方向中心軸を有する少なくとも１組の衝突孔を画定する。この長手方向中心軸は、冷媒流の方向において、凹面側と凸面側のいずれか一方に対して、凹面側と凸面側の他方に相対して傾斜される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図３を参照すると、本発明を実施する後縁冷却系を有するタービンブレードが、概して符号１００で示されている。タービンブレード１００は、ブレードの凹面側１０４にかかる、凸面側１０２にかかるものよりも相対的に高い熱負荷に適応するよう構成された内部対流冷却系を有する。タービンブレード１００は、例示するためだけであるが、以下でより詳細に説明するブレード内の衝突孔の配置を除いて、図２のタービンブレード１０と同じである。しかしながら、本発明の範囲を逸脱することなく、供給キャビティの数及び配置や、移動チャンバや、排出スロットなどのブレードのその他の特徴は変更可能であることは理解すべきである。
【００１１】
図３に関して、タービンブレード１００は、第２の供給キャビティ１０８と第１の移動チャンバ１１０を接続する衝突リブによって画定された第１の衝突孔の組１０６と、第１の移動チャンバ１１０と第２の移動チャンバ１１４を接続する、衝突リブによって画定された第２の衝突孔の組１１２を有する。衝突孔の組１０６，１１２は、それぞれが、冷媒が流れる方向で延び、ブレード１００の局在する長手方向中心軸に対してオフセットされた長手方向中心軸を有する。第１と第２の衝突孔の組１０６，１１２は、それぞれが、凹面側１０４か又は凸面側１０２のいずれか一方において最も近い部分のブレード縁部に対するよりも、凹面側１０４か又は凸面側１０２のいずれか他方において最も近い部分のブレード縁部により近い長手方向中心軸を有する。図３に示すように、例えば、第１と第２の衝突孔の組１０６，１１２は、それぞれが、凹面側１０４において最も近い部分のブレード１００の縁部１１６に対して、凸面側１０２において最も近い部分のブレード１００の縁部１１８に対するよりも近くにある長手方向中心軸を有する。その結果、ブレード１００の凹面側１０４に対する伝導抵抗力１２０は、ブレードの凸面側１０２に対する伝導抵抗力１２２よりも小さいものとなる。
【００１２】
即ち、衝突孔の組１０６，１１２は、ブレード１００に対してバイアスされている、つまりブレード１００の一方の側面に対して配置されている。衝突孔の組１０６，１１２をこのようにオフセットすることにより、衝突孔と冷媒の衝突ジェット流によって冷却される外部表面の間の伝導抵抗力に影響を及ぼすことができる。具体的には、凸面側１０２と比較して、凹面側１０４においてより生じる可能性のある追加の熱負荷を補償するために、衝突孔の組１０６，１１２を凹面側１０４に向かってオフセットする。従って、オフセットした衝突孔の組１０６，１１２により、ブレード１００の凹面側１０４の縁部１１６と凸面側の縁部１１８が、相互により均一な温度で機能するようになる。冷媒の衝突ジェット流は衝突リブの角度に対してほぼ垂直な方向で集中する。
【００１３】
図４を参照すると、本発明の第２の実施態様による後縁冷却系を有するタービンブレードが、概して符号２００で示されている。タービンブレード２００は、ブレード２００の凸面側２０２にかかる熱負荷が、ブレード２００の凹面側２０４にかかる熱負荷よりも高い場合の熱負荷に適応するよう構成された、内部対流冷却系を有する。
【００１４】
図４に関して、タービンブレード２００は、第１の供給キャビティ２０８と第１の移動チャンバ２１０を接続する衝突リブによって画定される第１の衝突孔の組２０６と、第１の移動チャンバ２１０と第２の移動チャンバ２１４を接続する衝突リブによって画定される第２の衝突孔の組２１２を有する。衝突孔の組２０６，２１２は、それぞれが、ブレード２００の局在的な長手方向中心軸に相対して、ブレード２００の一方又は他方の側部に対してオフセットされた、冷媒の流れの方向に延びる長手方向中心軸を有する。図４に示すように、例えば、第１と第２の衝突孔の組２０６，２１２は、それぞれが、凸面側２０２において最も近い部分のブレード２００の縁部２１８に対するよりも、凹面側２０４において最も近い部分のブレード２００の縁部２１６に対してより近い長手方向中心軸を有する。その結果、ブレード２００の凹面側２０４に対する伝導抵抗力２２０は、ブレード２００の凸面側２０２にかかる伝導抵抗力２２２よりも小さいものとなる。
【００１５】
言い換えると、衝突孔の組２０６，２１２は、ブレード２００に対してバイアスされている、つまりブレード２００の一方の側面側に対して配置されている。衝突孔の組２０６，２１２をこのようにオフセットすることにより、衝突孔と冷媒の衝突ジェット流によって冷却される外部表面の間の伝導抵抗力に影響を与えることができる。具体的には、凸面側２０２と比較して、凹面側２０４においてより生じる可能性のある追加の熱負荷を補償するために、衝突孔の組２０６，２１２を凹面側２０４に向かってオフセットする。従って、オフセットした衝突孔の組２０６，２１２により、ブレード２００の凹面側２０４の縁部２１６と凸面側の縁部２１８が、相互により均一な温度で機能するようになる。冷媒の衝突ジェット流は、衝突リブの角度に対してほぼ垂直な方向で集中する。
【００１６】
さらに、冷媒の衝突ジェット流の対象（ｔａｒｇｅｔ）をさらに改良しかつ最適化するために、衝突孔の組２０６，２１２を画定する衝突リブを、衝突孔の組の長手方向中心軸が冷媒の流れの方向でブレード２００の一方の側に対するよりも他方の側に向かって若干傾斜するように傾斜させることができる。図４に示すように、例えば、衝突孔の組の長手方向中心軸を、凹面側２０４に相対して、凸面側２０２に若干向かって冷媒の流れの方向で傾斜させる。図４を基準にして例示かつ説明したように、傾斜した長手方向中心軸を有する衝突孔の組も又、オフセットしたものとして例示しかつ説明しているが、本発明の範囲を逸脱することなく、傾斜した衝突孔の組をオフセットしていないものとすることも、又可能であることは理解すべきである。
【００１７】
当業者等が認識するように、本発明の範囲を逸脱することなく、上述の本発明の実施態様に対して多数の変更及び置き換えを行うことができる。従って、本明細書の前述の記載は、限定するものではなく、例示的なものとして見なすべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】後縁冷却系を備えるタービンブレードの断面平面図である。
【図２】図１のタービンブレードの拡大した断面平面図である。
【図３】本発明による後縁冷却系を有するタービンブレードの拡大した断面平面図である。
【図４】本発明の第２の態様による、後縁冷却系を有するタービンブレードの拡大した断面平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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