(57)【要約】      （修正有）【課題】多壁ブレード用冷却回路を提供する。【解決手段】多壁ブレード用冷却回路３０は、多壁ブレード６の正圧側面８に隣接する表面６０を有する正圧側キャビティ２０Ａと、多壁ブレード６の負圧側面に隣接する表面６２を有する負圧側キャビティ２２Ａと、正圧側キャビティと負圧側キャビティとの間に配置された中央キャビティ２６Ａであって、多壁ブレードの正圧側面および負圧側面に隣接する表面を含まない中央キャビティと、多壁ブレードの正圧側面および負圧側面に隣接する表面を有し、中央キャビティの前方に位置する第１の前縁キャビティ１８Ｂと、第１の前縁キャビティの前方に位置する第２の前縁キャビティ１８Ａと、第１の前縁キャビティを第２の前縁キャビティに流体結合するための少なくとも１つの衝突開口部４４と、中央キャビティを多壁ブレードの先端部に流体結合するための少なくとも１つのチャネルと、を含む。【選択図】図３
2018048627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多壁ブレード（６）用冷却回路（３０、１３０）であって、
前記多壁ブレード（６）の正圧側面（８）に隣接する表面（６０）を有する正圧側キャビティ（２０）と、
前記多壁ブレード（６）の負圧側面（１０）に隣接する表面（６２）を有する負圧側キャビティ（２２）と、
前記正圧側キャビティ（２０）と前記負圧側キャビティ（２２）との間に配置された中央キャビティ（２６）であって、前記多壁ブレード（６）の前記正圧側面（８）および前記負圧側面（１０）に隣接する表面を含まない中央キャビティ（２６）と、
前記多壁ブレード（６）の前記正圧側面（８）および前記負圧側面（１０）に隣接する表面（３６、４０）を有し、前記中央キャビティ（２６）の前方に位置する第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）と、
前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）の前方に位置する第２の前縁キャビティ（１８Ａ）と、
前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）を前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）に流体結合するための少なくとも１つの衝突開口部（４４）と、
前記中央キャビティ（２６）を前記多壁ブレード（６）の先端部（７８）に流体結合するための少なくとも１つのチャネル（７６）と、を含む冷却回路（３０、１３０）。
【請求項２】
前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）を前記多壁ブレード（６）の前縁（１４）に流体結合するための少なくとも１つの前縁膜孔（４８）をさらに含む、請求項１に記載の冷却回路（３０、１３０）。
【請求項３】
前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）内に導かれる冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れと、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れを前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）から前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）内に導く、前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）内の前記少なくとも１つの衝突開口部（４４）と、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの第１の部分（４６、１４６）を前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）から前記正圧側キャビティ（２０）内に導くための折り返し部（５２、５６、６４）と、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの第２の部分（５０、１５０）を前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）から前記負圧側キャビティ（２２）内に導くための折り返し部（５２、５６、６４）と、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第１の部分（４６、１４６）を前記正圧側キャビティ（２０）から前記中央キャビティ（２６）に導くための折り返し部（５２、５６、６４）と、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第２の部分（５０、１５０）を前記負圧側キャビティ（２２）から前記中央キャビティ（２６）内に導くための折り返し部（５２、５６、６４）と、をさらに含み、前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第１の部分（４６、１４６）および第２の部分（５０、１５０）は、前記中央キャビティ（２６）内の冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の合流した流れに合流する、請求項１に記載の冷却回路（３０、１３０）。
【請求項４】
少なくとも１つの前縁膜孔（４８）をさらに含み、前記少なくとも１つの前縁膜孔（４８）は、前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）から前記多壁ブレード（６）の前記前縁（１４）まで延在する、請求項３に記載の冷却回路（３０、１３０）。
【請求項５】
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの第３の部分（５４、１５４）は、前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）から前記少なくとも１つの前縁膜孔（４８）を通って前記多壁ブレード（６）の前記前縁（１４）に排出され、前記多壁ブレード（６）の前記前縁（１４）の膜冷却を提供する、請求項４に記載の冷却回路（３０、１３０）。
【請求項６】
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の合流した流れの少なくとも一部は、前記中央キャビティ（２６）から前記少なくとも１つのチャネル（７６）を通って前記多壁ブレード（６）の前記先端部（７８）に排出され、前記多壁ブレード（６）の前記先端部（７８）の膜冷却を提供する、請求項４に記載の冷却回路（３０、１３０）。
【請求項７】
前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）内の前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れは、前記多壁ブレード（６）を通って第１の方向に流れ、前記正圧側キャビティ（２０）内の前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第１の部分（４６、１４６）および前記負圧側キャビティ（２２）内の前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第２の部分（５０、１５０）は、前記多壁ブレード（６）を通って第２の方向に流れる、請求項４に記載の冷却回路（３０、１３０）。
【請求項８】
前記第１の方向は、前記多壁ブレード（６）を通って半径方向外向きであり、前記第２の方向は、前記多壁ブレード（６）を通って半径方向内向きである、請求項７に記載の冷却回路（３０、１３０）。
【請求項９】
前記第１の方向は、前記多壁ブレード（６）を通って半径方向内向きであり、前記第２の方向は、前記多壁ブレード（６）を通って半径方向外向きである、請求項７に記載の冷却回路（３０、１３０）。
【請求項１０】
装置であって、
多壁タービンブレード（６）と、
前記多壁タービンブレード（６）内に配置された冷却回路（３０、１３０）と、を含み、前記冷却回路（３０、１３０）は、
前記多壁ブレード（６）の正圧側面（８）に隣接する表面（６０）を有する正圧側キャビティ（２０）と、
前記多壁ブレード（６）の負圧側面（１０）に隣接する表面（６２）を有する負圧側キャビティ（２２）と、
前記正圧側キャビティ（２０）と前記負圧側キャビティ（２２）との間に配置された中央キャビティ（２６）であって、前記多壁ブレード（６）の前記正圧側面（８）および前記負圧側面（１０）に隣接する表面を含まない中央キャビティ（２６）と、
前記多壁ブレード（６）の前記正圧側面（８）および前記負圧側面（１０）に隣接する表面（３６、４０）を有し、前記中央キャビティ（２６）の前方に位置する第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）と、
前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）の前方に位置する第２の前縁キャビティ（１８Ａ）と、
前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）を前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）に流体結合するための少なくとも１つの衝突開口部（４４）と、
前記中央キャビティ（２６）を前記多壁ブレード（６）の先端部（７８）に流体結合するための少なくとも１つのチャネル（７６）と、を含む装置。
【請求項１１】
前記冷却回路（３０、１３０）は、前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）を前記多壁ブレード（６）の前縁（１４）に流体結合するための少なくとも１つの前縁膜孔（４８）をさらに含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記冷却回路（３０、１３０）は、
前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）内に導かれる冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れと、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れを前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）から前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）内に導く、前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）内の前記少なくとも１つの衝突開口部（４４）と、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの第１の部分（４６、１４６）を前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）から前記正圧側キャビティ（２０）内に導くための折り返し部（５２、５６、６４）と、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの第２の部分（５０、１５０）を前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）から前記負圧側キャビティ（２２）内に導くための折り返し部（５２、５６、６４）と、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第１の部分（４６、１４６）を前記正圧側キャビティ（２０）から前記中央キャビティ（２６）に導くための折り返し部（５２、５６、６４）と、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第２の部分（５０、１５０）を前記負圧側キャビティ（２２）から前記中央キャビティ（２６）内に導くための折り返し部（５２、５６、６４）と、をさらに含み、前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第１および第２の部分（５０、１５０）は、前記中央キャビティ（２６）内の冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の合流した流れに合流する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記冷却回路（３０、１３０）は、少なくとも１つの前縁膜孔（４８）をさらに含み、前記少なくとも１つの前縁膜孔（４８）は、前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）から前記多壁ブレード（６）の前記前縁（１４）まで延在する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの第３の部分（５４、１５４）は、前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）から前記少なくとも１つの前縁膜孔（４８）を通って前記多壁ブレード（６）の前記前縁（１４）に排出され、前記多壁ブレード（６）の前記前縁（１４）の膜冷却を提供する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の合流した流れの少なくとも一部は、前記中央キャビティ（２６）から前記少なくとも１つのチャネル（７６）を通って前記多壁ブレード（６）の前記先端部（７８）に排出され、前記多壁ブレード（６）の前記先端部（７８）の膜冷却を提供する、請求項１２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的には、タービンシステムに関し、より詳細には、多壁ブレード用冷却回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンシステムは、発電などの分野で広く利用されているターボ機械の一例である。従来のガスタービンシステムは、圧縮機部と、燃焼器部と、タービン部と、を含む。ガスタービンシステムの動作中に、タービンブレードなどの、システム内の様々な部品は、高温の流れに曝されており、それによって部品が故障する可能性がある。より高温の流れは、一般に、ガスタービンシステムの性能、効率、および出力を増加させる結果になるので、ガスタービンシステムを高温で動作させることができるように、高温の流れに曝される部品を冷却することが有利である。
【０００３】
タービンブレードは、通常、内部冷却チャネルの複雑な迷路を含む。例えば、ガスタービンシステムの圧縮機によって供給される冷却空気は、内部冷却チャネルを通ってタービンブレードを冷却することができる。
【０００４】
多壁タービンブレード冷却システムは、内部の壁近傍冷却回路を含むことができる。このような壁近傍冷却回路は、例えば、多壁ブレードの外壁に隣接する壁近傍冷却チャネルを含むことができる。壁近傍冷却チャネルは、効果的な冷却を行うのに十分な速度を維持しつつ、通常、小さく、必要な冷却流がより少ない。多壁ブレードの他の、通常、より大きい、冷却効果の低い中央チャネルは、冷却空気の供給源として使用されてもよく、１つまたは複数の再使用回路で使用されて、多壁ブレードの熱負荷の低い領域への再分配のために「消費された」冷却流を収集して経路変更することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／０１８４５１９号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本開示の第１の態様は多壁ブレード用冷却回路を提供し、冷却回路は、多壁ブレードの正圧側面に隣接する表面を有する正圧側キャビティと、多壁ブレードの負圧側面に隣接する表面を有する負圧側キャビティと、正圧側キャビティと負圧側キャビティとの間に配置された中央キャビティであって、多壁ブレードの正圧側面および負圧側面に隣接する表面を含まない中央キャビティと、多壁ブレードの正圧側面および負圧側面に隣接する表面を有し、中央キャビティの前方に位置する第１の前縁キャビティと、第１の前縁キャビティの前方に位置する第２の前縁キャビティと、第１の前縁キャビティを第２の前縁キャビティに流体結合するための少なくとも１つの衝突開口部と、中央キャビティを多壁ブレードの先端部に流体結合するための少なくとも１つのチャネルと、を含む。
【０００７】
本開示の第２の態様は装置を提供し、本装置は、多壁タービンブレードと、多壁タービンブレード内に配置された冷却回路と、を含み、冷却回路は、多壁ブレードの正圧側面に隣接する表面を有する正圧側キャビティと、多壁ブレードの負圧側面に隣接する表面を有する負圧側キャビティと、正圧側キャビティと負圧側キャビティとの間に配置された中央キャビティであって、多壁ブレードの正圧側面および負圧側面に隣接する表面を含まない中央キャビティと、多壁ブレードの正圧側面および負圧側面に隣接する表面を有し、中央キャビティの前方に位置する第１の前縁キャビティと、第１の前縁キャビティの前方に位置する第２の前縁キャビティと、第１の前縁キャビティを第２の前縁キャビティに流体結合するための少なくとも１つの衝突開口部と、中央キャビティを多壁ブレードの先端部に流体結合するための少なくとも１つのチャネルと、を含む。
【０００８】
本開示の第３の態様はターボ機械を提供し、ターボ機械は、圧縮機部品、燃焼器部品、およびタービン部品を含むガスタービンシステムであって、タービン部品は複数のターボ機械ブレードを含み、ターボ機械ブレードの少なくとも１つは多壁ブレードを含む、ガスタービンシステムと、多壁ブレード内に配置された冷却回路と、を含み、冷却回路は、多壁ブレードの正圧側面に隣接する表面を有する正圧側キャビティと、多壁ブレードの負圧側面に隣接する表面を有する負圧側キャビティと、正圧側キャビティと負圧側キャビティとの間に配置された中央キャビティであって、多壁ブレードの正圧側面および負圧側面に隣接する表面を含まない中央キャビティと、多壁ブレードの正圧側面および負圧側面に隣接する表面を有し、中央キャビティの前方に位置する第１の前縁キャビティと、第１の前縁キャビティの前方に位置する第２の前縁キャビティと、第１の前縁キャビティを第２の前縁キャビティに流体結合するための少なくとも１つの衝突開口部と、中央キャビティを多壁ブレードの先端部に流体結合するための少なくとも１つのチャネルと、を含む。
【０００９】
本開示の例示的な態様は、本明細書で説明される問題および／または議論されていない他の問題を解決する。
【００１０】
本開示のこれらのおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付の図面と併せて、本開示の様々な態様の以下の詳細な説明から、より容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態による多壁ブレードの斜視図である。
【図２】様々な実施形態による、図１の線Ｘ−Ｘに沿った、図１の多壁ブレードの断面図である。
【図３】図２の断面図の一部であり、様々な実施形態による前縁冷却回路を示す。
【図４】様々な実施形態による前縁冷却回路の斜視図である。
【図５】図２の断面図の一部であり、様々な実施形態による前縁冷却回路を示す。
【図６】様々な実施形態によるガスタービンシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示の図面は必ずしも一定の比率ではないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様だけを示すことを目的としており、したがって、本開示の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面においては、図面間で類似する符号は類似する要素を示す。
【００１３】
上述したように、本開示は、一般的には、タービンシステムに関し、より詳細には、多壁ブレードを冷却するための冷却回路に関する。
【００１４】
図面（例えば、図６参照）において、「Ａ」軸は軸方向を示す。本明細書で用いる「軸方向の」および／または「軸方向に」という用語は、軸線Ａに沿った対象物の相対的な位置／方向を指し、軸線Ａはターボ機械の回転軸（具体的には、ロータ部）と実質的に平行である。さらに本明細書で用いる「半径方向の」および／または「半径方向に」という用語は、軸線「ｒ」（例えば、図１参照）に沿った対象物の相対的な位置／方向を指し、軸線「ｒ」は軸線Ａと実質的に直交し、かつ一箇所のみで軸線Ａと交差する。さらに、「円周方向の」および／または「円周方向に」という用語は、円周線（ｃ）に沿った対象物の相対的な位置／方向を指し、円周線（ｃ）は軸線Ａを取り囲むが、いずれの位置でも軸線Ａと交差しない。
【００１５】
図１を参照すると、ターボ機械ブレード２の斜視図が示されている。ターボ機械ブレード２は、シャンク４と、シャンク４に結合され、かつシャンク４から半径方向外向きに延在する多壁ブレード６と、を含む。多壁ブレード６は、正圧側面８と、対向する負圧側面１０と、先端領域３８と、を含む。多壁ブレード６は、正圧側面８と負圧側面１０との間の前縁１４と、正圧側面８と負圧側面１０との間で前縁１４と反対側の後縁１６と、をさらに含む。多壁ブレード６は、正圧側プラットフォーム５および負圧側プラットフォーム７を含むプラットフォーム３から半径方向に延在する。
【００１６】
シャンク４および多壁ブレード６は、それぞれ、１つまたは複数の金属（例えば、ニッケル、ニッケルの合金など）から形成されてもよく、従来の手法により形成（例えば、鋳造、鍛造または機械加工）されてもよい。シャンク４および多壁ブレード６は、一体成形（例えば、鋳造、鍛造、三次元印刷など）されてもよく、または別個の部品として形成されて、その後に接合（例えば、溶接、ろう付け、接着または他の結合機構を介して）されてもよい。多壁ブレード６は、固定ブレード（ノズル）または回転可能なブレードであってもよい。
【００１７】
図２は、図１の線Ｘ−Ｘに沿った多壁ブレード６の断面図を示す。図示するように、多壁ブレード６は、複数の内部キャビティを含むことができる。実施形態では、多壁ブレード６は、複数の前縁キャビティ１８Ａ、１８Ｂと、複数の正圧側（外側）キャビティ２０Ａ〜２０Ｄと、複数の負圧側（外側）キャビティ２２Ａ〜２２Ｅと、複数の後縁キャビティ２４Ａ〜２４Ｃと、複数の中央キャビティ２６Ａ、２６Ｂと、を含む。前縁キャビティ１８Ｂは、前縁キャビティ１８Ａの後方（後縁１６に近い）にある。多壁ブレード６内のキャビティ１８、２０、２２、２４、２６の数は、例えば、多壁ブレード６の具体的な構成、サイズ、使用目的などに応じて変化してもよいことは勿論である。この範囲内で、本明細書に開示する実施形態に示したキャビティ１８、２０、２２、２４、２６の数は、限定することを意味しない。実施形態によれば、キャビティ１８、２０、２２、２４、２６の異なる組み合わせを使用して様々な冷却回路を設けることができる。
【００１８】
実施形態による前縁蛇行冷却回路３０が、図３および図４に示されている。名称が示すように、前縁冷却回路３０は、多壁ブレード６の前縁１４に隣接して、多壁ブレード６の正圧側面８と負圧側面１０との間に配置される。
【００１９】
図３および図４を同時に参照すると、例えばガスタービンシステム１０２（図６）の圧縮機１０４によって生成された冷却空気３２の流れは、シャンク４（図１）を通って前縁冷却回路３０に供給される（例えば、少なくとも１つの冷却空気供給部を介して）。冷却空気３２の流れは、前縁キャビティ１８Ｂの基部３４に供給される。冷却空気３２の流れは、前縁キャビティ１８Ｂを通って多壁ブレード６の先端領域３８（図１）に向かって半径方向外向きに流れて、対流冷却を提供する。図３に示すように、前縁キャビティ１８Ｂは、多壁ブレード６の正圧側面８に隣接する表面３６と、多壁ブレード６の負圧側面１０に隣接する表面４０と、を有する。
【００２０】
前縁キャビティ１８Ｂを通過した後、冷却空気３２の流れは、少なくとも１つの衝突孔４４を介して前縁キャビティ１８Ａの前壁４２上に導かれて、衝突冷却を提供する。冷却空気３２の衝突後の流れの第１の部分４６は、少なくとも１つの膜孔４８を介して前縁キャビティ１８Ａから多壁ブレード６の前縁１４に流れ出て、前縁１４の膜冷却を提供する。
【００２１】
図３および図４に示すように、冷却空気３２の衝突後の流れの第２の部分５０は、折り返し部５２によって正圧側キャビティ２０Ａ内に導かれる。同様に、冷却空気３２の衝突後の流れの第３の部分５４は、折り返し部５６によって負圧側キャビティ２２Ａ内に導かれる。実施形態によれば、折り返し部５２、５６（ならびに以下に説明する他の折り返し部）は、導管、チューブ、パイプ、チャネル、および／または空気もしくは任意の他の気体を多壁ブレード６内の１つの場所から別の場所に送ることができる他の任意の適切な機構を含むことができる。
【００２２】
冷却空気３２の流れの第２の部分５０は、正圧側キャビティ２０Ａを通って正圧側キャビティ２０Ａの基部５８に向かって半径方向内向きに流れて、対流冷却を提供する。正圧側キャビティ２０Ａは、多壁ブレード６の正圧側面８に隣接する表面６０を含む。冷却空気３２の流れの第３の部分５４は、負圧側キャビティ２２Ａを通って負圧側キャビティ２２Ａの基部（図示せず）に向かって半径方向内向きに流れて、対流冷却を提供する。負圧側キャビティ２２Ａは、多壁ブレード６の負圧側面１０に隣接する表面６２を含む。
【００２３】
折り返し部６４は、冷却空気３２の流れの第２の部分５０を、正圧側キャビティ２０Ａの基部５８から中央キャビティ２６Ａの基部７２に方向転換する。別の折り返し部（図示せず）は、冷却空気３２の流れの第３の部分５４を、負圧側キャビティ２２Ａの基部（図示せず）から中央キャビティ２６Ａの基部７２に方向転換する。冷却空気３２の流れの第２および第３の部分５０、５４は、中央キャビティ２６Ａを通って半径方向外向きに流れる冷却空気７４の流れに合流する。多壁ブレード６の正圧側面８に隣接する表面６０を有する正圧側キャビティ２０Ａ、および多壁ブレード６の負圧側面１０に隣接する表面６２を有する負圧側キャビティ２２Ａとは異なり、中央キャビティ２６Ａは、多壁ブレード６の正圧側面８または負圧側面１０のいずれかに隣接する表面を有しない。
【００２４】
冷却空気７４の流れは、中央キャビティ２６Ａを通って多壁ブレード６の先端領域３８（図１）に向かって半径方向外向きに流れる。冷却空気７４の流れは、中央キャビティ２６Ａから少なくとも１つのチャネル７６を通って流れ、先端膜８０として多壁ブレード６の先端部７８から排出され、先端膜冷却を提供する。他の実施形態では、冷却空気７４の流れまたはその一部は、先端部７８またはプラットフォーム３（または内側／外側側壁）の冷却回路に送られてもよく、および／または前縁蛇行冷却回路３０の後方の他の冷却回路で再利用されてもよい。
【００２５】
図５に示すように、他の実施形態では、流れ方向を逆にすることができる。例えば、図５に示す前縁蛇行冷却回路１３０では、冷却空気１３２の流れは、前縁キャビティ１８Ｂを通って半径方向内向きに供給されてもよい。前縁キャビティ１８Ｂを通過した後、冷却空気１３２の流れは、少なくとも１つの衝突孔４４を介して前縁キャビティ１８Ａの前壁４２上に導かれて、衝突冷却を提供する。冷却空気１３２の衝突後の流れの第１の部分１４６は、少なくとも１つの膜孔４８を介して前縁キャビティ１８Ａから多壁ブレード６の前縁１４に流れ出て、前縁１４の膜冷却を提供する。冷却空気１３２の衝突後の流れの第２の部分１５０は、正圧側キャビティ２０Ａ内に導かれる。同様に、冷却空気１３２の衝突後の流れの第３の部分１５４は、負圧側キャビティ２２Ａ内に導かれる。冷却空気１３２の流れの第２および第３の部分１５０、１５４は、中央キャビティ２６Ａ内に導かれ、冷却空気１７４の流れに合流する。冷却空気１７４の流れは、中央キャビティ２６Ａを通って半径方向内向きに流れる。冷却空気１７４の流れは、少なくとも１つのチャネルを通ってさらに導かれて、先端膜を提供する。他の実施形態では、冷却空気１７４の流れまたはその一部は、プラットフォーム３（または内側／外側側壁）に送られてもよく、および／または前縁蛇行冷却回路１３０の後方の他の冷却回路で再利用されてもよい。
【００２６】
冷却回路３０、１３０は、ガスタービンの動作中に回転するターボ機械ブレード２の多壁ブレード６に使用するように記載されている。しかしながら、冷却回路３０、１３０は、ガスタービンの固定タービンノズル内の冷却に使用することもできる。さらに、冷却回路３０、１３０を使用して、動作中に冷却空気の内部流れを必要とする他の構造を冷却することができる。
【００２７】
図６は、本明細書で使用され得るガスターボ機械１０２の概略図を示す。ガスターボ機械１０２は、圧縮機１０４を含むことができる。圧縮機１０４は、流入する空気１０６の流れを圧縮する。圧縮機１０４は、圧縮空気１０８の流れを燃焼器１１０に供給する。燃焼器１１０は、圧縮空気１０８の流れを加圧された燃料１１２の流れと混合し、その混合物に点火して、燃焼ガス１１４の流れを生成する。単一の燃焼器１１０のみを示しているが、ガスタービンシステム１０２は、任意の数の燃焼器１１０を含むことができる。次に燃焼ガス１１４の流れは、通常、複数のターボ機械ブレード２（図１）を含むタービン１１６に供給される。燃焼ガス１１４の流れは、タービン１１６を駆動して、機械的仕事を生成する。タービン１１６で生成された機械的仕事は、シャフト１１８を介して圧縮機１０４を駆動し、発電機などの外部負荷１２０を駆動するために用いることができる。
【００２８】
様々な実施形態では、互いに「結合される」ものとして記載された構成要素は、１つまたは複数の界面に沿って接合されてもよい。いくつかの実施形態では、これらの界面は、異なる構成要素間の接合を含むことができ、他の場合では、これらの界面は、堅固におよび／または一体的に形成された相互接続を含むことができる。すなわち、場合によっては、互いに「結合された」構成要素は、単一の連続した部材を画成するように同時に形成することができる。しかし、他の実施形態では、これらの結合された構成要素は、別個の部材として形成され、その後に公知の方法（例えば、留め具、超音波溶接、ボンディング）により接合されてもよい。
【００２９】
ある要素または層が別の要素に対して「上に」、「係合される」、「接続される」、または「結合される」と言及される場合には、他の要素に対して直接的に上に、係合され、接続され、または結合されてもよいし、あるいは介在する要素が存在してもよい。逆に、ある要素が別の要素に対して「直接上に」、「直接係合される」、「直接接続される」または「直接結合される」と言及される場合には、介在する要素または層は存在しなくてもよい。要素間の関係を記述するために使用される他の単語も同様なやり方（例えば、「間に」対「直接間に」、「隣接する」対「直接隣接する」など）で解釈するべきである。本明細書で用いられる「および／または」という用語は、関連する列挙された項目のいずれかおよび１つもしくは複数のすべての組み合わせを含む。
【００３０】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本開示を限定するためのものではない。本明細書で用いられるように、文脈で別途明確に指示しない限り、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「前記（ｔｈｅ）」は複数形も含むものとする。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される場合に、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成部品の存在を示すが、１つもしくは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成部品、および／またはこれらのグループの存在もしくは追加を排除するものではないことがさらに理解されるであろう。
【００３１】
本明細書は、最良の形態を含めて、本発明を開示するために実施例を用いており、また、任意のデバイス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めて、いかなる当業者も本発明を実施することが可能となるように実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその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。
［実施態様１］
多壁ブレード（６）用冷却回路（３０、１３０）であって、
前記多壁ブレード（６）の正圧側面（８）に隣接する表面（６０）を有する正圧側キャビティ（２０）と、
前記多壁ブレード（６）の負圧側面（１０）に隣接する表面（６２）を有する負圧側キャビティ（２２）と、
前記正圧側キャビティ（２０）と前記負圧側キャビティ（２２）との間に配置された中央キャビティ（２６）であって、前記多壁ブレード（６）の前記正圧側面（８）および前記負圧側面（１０）に隣接する表面を含まない中央キャビティ（２６）と、
前記多壁ブレード（６）の前記正圧側面（８）および前記負圧側面（１０）に隣接する表面（３６、４０）を有し、前記中央キャビティ（２６）の前方に位置する第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）と、
前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）の前方に位置する第２の前縁キャビティ（１８Ａ）と、
前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）を前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）に流体結合するための少なくとも１つの衝突開口部（４４）と、
前記中央キャビティ（２６）を前記多壁ブレード（６）の先端部（７８）に流体結合するための少なくとも１つのチャネル（７６）と、を含む冷却回路（３０、１３０）。
［実施態様２］
前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）を前記多壁ブレード（６）の前縁（１４）に流体結合するための少なくとも１つの前縁膜孔（４８）をさらに含む、実施態様１に記載の冷却回路（３０、１３０）。
［実施態様３］
前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）内に導かれる冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れと、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れを前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）から前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）内に導く、前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）内の前記少なくとも１つの衝突開口部（４４）と、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの第１の部分（４６、１４６）を前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）から前記正圧側キャビティ（２０）内に導くための折り返し部（５２、５６、６４）と、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの第２の部分（５０、１５０）を前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）から前記負圧側キャビティ（２２）内に導くための折り返し部（５２、５６、６４）と、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第１の部分（４６、１４６）を前記正圧側キャビティ（２０）から前記中央キャビティ（２６）に導くための折り返し部（５２、５６、６４）と、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第２の部分（５０、１５０）を前記負圧側キャビティ（２２）から前記中央キャビティ（２６）内に導くための折り返し部（５２、５６、６４）と、をさらに含み、前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第１の部分（４６、１４６）および第２の部分（５０、１５０）は、前記中央キャビティ（２６）内の冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の合流した流れに合流する、実施態様１に記載の冷却回路（３０、１３０）。
［実施態様４］
少なくとも１つの前縁膜孔（４８）をさらに含み、前記少なくとも１つの前縁膜孔（４８）は、前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）から前記多壁ブレード（６）の前記前縁（１４）まで延在する、実施態様３に記載の冷却回路（３０、１３０）。
［実施態様５］
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの第３の部分（５４、１５４）は、前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）から前記少なくとも１つの前縁膜孔（４８）を通って前記多壁ブレード（６）の前記前縁（１４）に排出され、前記多壁ブレード（６）の前記前縁（１４）の膜冷却を提供する、実施態様４に記載の冷却回路（３０、１３０）。
［実施態様６］
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の合流した流れの少なくとも一部は、前記中央キャビティ（２６）から前記少なくとも１つのチャネル（７６）を通って前記多壁ブレード（６）の前記先端部（７８）に排出され、前記多壁ブレード（６）の前記先端部（７８）の膜冷却を提供する、実施態様４に記載の冷却回路（３０、１３０）。
［実施態様７］
前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）内の前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れおよび前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）内の前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の合流した流れは、前記多壁ブレード（６）を通って第１の方向に流れ、前記正圧側キャビティ（２０）内の前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第１の部分（４６、１４６）および前記負圧側キャビティ（２２）内の前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第２の部分（５０、１５０）は、前記多壁ブレード（６）を通って第２の方向に流れる、実施態様４に記載の冷却回路（３０、１３０）。
［実施態様８］
前記第１の方向は、前記多壁ブレード（６）を通って半径方向外向きであり、前記第２の方向は、前記多壁ブレード（６）を通って半径方向内向きである、実施態様７に記載の冷却回路（３０、１３０）。
［実施態様９］
前記第１の方向は、前記多壁ブレード（６）を通って半径方向内向きであり、前記第２の方向は、前記多壁ブレード（６）を通って半径方向外向きである、実施態様７に記載の冷却回路（３０、１３０）。
［実施態様１０］
装置であって、
多壁タービンブレード（６）と、
前記多壁タービンブレード（６）内に配置された冷却回路（３０、１３０）と、を含み、前記冷却回路（３０、１３０）は、
前記多壁ブレード（６）の正圧側面（８）に隣接する表面（６０）を有する正圧側キャビティ（２０）と、
前記多壁ブレード（６）の負圧側面（１０）に隣接する表面（６２）を有する負圧側キャビティ（２２）と、
前記正圧側キャビティ（２０）と前記負圧側キャビティ（２２）との間に配置された中央キャビティ（２６）であって、前記多壁ブレード（６）の前記正圧側面（８）および前記負圧側面（１０）に隣接する表面を含まない中央キャビティ（２６）と、
前記多壁ブレード（６）の前記正圧側面（８）および前記負圧側面（１０）に隣接する表面（３６、４０）を有し、前記中央キャビティ（２６）の前方に位置する第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）と、
前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）の前方に位置する第２の前縁キャビティ（１８Ａ）と、
前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）を前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）に流体結合するための少なくとも１つの衝突開口部（４４）と、
前記中央キャビティ（２６）を前記多壁ブレード（６）の先端部（７８）に流体結合するための少なくとも１つのチャネル（７６）と、を含む装置。
［実施態様１１］
前記冷却回路（３０、１３０）は、前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）を前記多壁ブレード（６）の前縁（１４）に流体結合するための少なくとも１つの前縁膜孔（４８）をさらに含む、実施態様１０に記載の装置。
［実施態様１２］
前記冷却回路（３０、１３０）は、
前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）内に導かれる冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れと、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れを前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）から前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）内に導く、前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）内の前記少なくとも１つの衝突開口部（４４）と、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの第１の部分（４６、１４６）を前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）から前記正圧側キャビティ（２０）内に導くための折り返し部（５２、５６、６４）と、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの第２の部分（５０、１５０）を前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）から前記負圧側キャビティ（２２）内に導くための折り返し部（５２、５６、６４）と、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第１の部分（４６、１４６）を前記正圧側キャビティ（２０）から前記中央キャビティ（２６）に導くための折り返し部（５２、５６、６４）と、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第２の部分（５０、１５０）を前記負圧側キャビティ（２２）から前記中央キャビティ（２６）内に導くための折り返し部（５２、５６、６４）と、をさらに含み、前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第１および第２の部分（５０、１５０）は、前記中央キャビティ（２６）内の冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の合流した流れに合流する、実施態様１０に記載の装置。
［実施態様１３］
前記冷却回路（３０、１３０）は、少なくとも１つの前縁膜孔（４８）をさらに含み、前記少なくとも１つの前縁膜孔（４８）は、前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）から前記多壁ブレード（６）の前記前縁（１４）まで延在する、実施態様１２に記載の装置。
［実施態様１４］
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの第３の部分（５４、１５４）は、前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）から前記少なくとも１つの前縁膜孔（４８）を通って前記多壁ブレード（６）の前記前縁（１４）に排出され、前記多壁ブレード（６）の前記前縁（１４）の膜冷却を提供する、実施態様１２に記載の装置。
［実施態様１５］
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の合流した流れの少なくとも一部は、前記中央キャビティ（２６）から前記少なくとも１つのチャネル（７６）を通って前記多壁ブレード（６）の前記先端部（７８）に排出され、前記多壁ブレード（６）の前記先端部（７８）の膜冷却を提供する、実施態様１２に記載の装置。
［実施態様１６］
前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）内の前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れおよび前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）内の前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の合流した流れは、前記多壁ブレード（６）を通って第１の方向に流れ、前記正圧側キャビティ（２０）内の前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第１の部分（４６、１４６）および前記負圧側キャビティ（２２）内の前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第２の部分（５０、１５０）は、前記多壁ブレード（６）を通って第２の方向に流れる、実施態様１２に記載の装置。
［実施態様１７］
前記第１の方向は、前記多壁ブレード（６）を通って半径方向外向きであり、前記第２の方向は、前記多壁ブレード（６）を通って半径方向内向きである、実施態様１６に記載の装置。
［実施態様１８］
前記第１の方向は、前記多壁ブレード（６）を通って半径方向内向きであり、前記第２の方向は、前記多壁ブレード（６）を通って半径方向外向きである、実施態様１６に記載の装置。
［実施態様１９］
ターボ機械（１０２）であって、
圧縮機部品、燃焼器部品、およびタービン部品を含むガスタービンシステムであって、前記タービン部品は複数のターボ機械ブレード（２）を含み、前記ターボ機械ブレード（２）の少なくとも１つは多壁ブレード（６）を含む、ガスタービンシステムと、
前記多壁ブレード（６）内に配置された冷却回路（３０、１３０）と、を含み、前記冷却回路（３０、１３０）は、
前記多壁ブレード（６）の正圧側面（８）に隣接する表面（６０）を有する正圧側キャビティ（２０）と、
前記多壁ブレード（６）の負圧側面（１０）に隣接する表面（６２）を有する負圧側キャビティ（２２）と、
前記正圧側キャビティ（２０）と前記負圧側キャビティ（２２）との間に配置された中央キャビティ（２６）であって、前記多壁ブレード（６）の前記正圧側面（８）および前記負圧側面（１０）に隣接する表面を含まない中央キャビティ（２６）と、
前記多壁ブレード（６）の前記正圧側面（８）および前記負圧側面（１０）に隣接する表面（３６、４０）を有し、前記中央キャビティ（２６）の前方に位置する第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）と、
前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）の前方に位置する第２の前縁キャビティ（１８Ａ）と、
前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）を前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）に流体結合するための少なくとも１つの衝突開口部（４４）と、
前記中央キャビティ（２６）を前記多壁ブレード（６）の先端部（７８）に流体結合するための少なくとも１つのチャネル（７６）と、を含む、ターボ機械（１０２）。
［実施態様２０］
前記冷却回路（３０、１３０）は、
前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）内に導かれる冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れと、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れを前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）から前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）内に導く、前記第１の前縁キャビティ（１８Ｂ）内の前記少なくとも１つの衝突開口部（４４）と、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの第１の部分（４６、１４６）を前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）から前記正圧側キャビティ（２０）内に導くための折り返し部（５２、５６、６４）と、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの第２の部分（５０、１５０）を前記第２の前縁キャビティ（１８Ａ）から前記負圧側キャビティ（２２）内に導くための折り返し部（５２、５６、６４）と、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第１の部分（４６、１４６）を前記正圧側キャビティ（２０）から前記中央キャビティ（２６）に導くための折り返し部（５２、５６、６４）と、
前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第２の部分（５０、１５０）を前記負圧側キャビティ（２２）から前記中央キャビティ（２６）内に導くための折り返し部（５２、５６、６４）と、をさらに含み、前記冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の流れの前記第１および第２の部分（５０、１５０）は、前記中央キャビティ（２６）内の冷却空気（３２、７４、１３２、１７４）の合流した流れに合流する、実施態様１９に記載のターボ機械（１０２）。
【符号の説明】
【００３２】
２  ターボ機械ブレード
３  プラットフォーム
４  シャンク
５  正圧側プラットフォーム
６  多壁ブレード
７  負圧側プラットフォーム
８  正圧側面
１０  負圧側面
１４  前縁
１６  後縁
１８Ａ、１８Ｂ  前縁キャビティ
２０Ａ〜２０Ｄ  制圧側（外側）キャビティ
２２Ａ〜２２Ｅ  負圧側（外側）キャビティ
２４Ａ〜２４Ｃ  後縁キャビティ
２６Ａ、２６Ｂ  中央キャビティ
３０  前縁冷却回路
３２  冷却空気
３４  基部
３６  表面
３８  先端領域
４０  表面
４２  前壁
４４  衝突孔
４６  冷却空気３２の流れの第１の部分
４８  膜孔
５０  冷却空気３２の流れの第１の部分
５２  折り返し部
５４  冷却空気３２の流れの第１の部分
５６  折り返し部
５８  基部
６０  表面
６２  表面
６４  折り返し部
７２  基部
７４  冷却空気
７６  チャネル
７８  先端部
８０  先端膜
１０２  ガスターボ機械、ガスタービンシステム
１０４  圧縮機
１０６  空気
１０８  圧縮空気
１１０  燃焼器
１１２  燃料
１１４  燃焼ガス
１１６  タービン
１１８  シャフト
１２０  外部負荷
１３０  前縁冷却回路
１３２  冷却空気
１４６  冷却空気３２の流れの第１の部分
１５０  冷却空気３２の流れの第１の部分
１５４  冷却空気３２の流れの第１の部分
１７４  冷却空気
【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】
2018048627.tif 000007
【図６】
2018048627.tif 000008
【外国語明細書】
2018048627000001.pdf