(57)【要約】      （修正有）【課題】ブレード先端とのギャップを通過する高温ガス流漏れは、シュラウド上にホットスポットを形成し、寿命を縮めるような浸食または他の熱による損傷をもたらす。【解決手段】ガスタービンエンジンの冷却構造が、前縁と、後縁と、第１の側部と、第２の側部と、キャビティとを備えた本体を有する。冷却空気マイクロチャネル（７４）の第１セットが、キャビティ（１１８）から延び、第１の側部に沿って配置される。冷却空気マイクロチャネル（７４）の第２セットが、キャビティ（１１８）から延び、第２の側部に沿って配置される。冷却空気マイクロチャネル（７４）の各セットは、隣接するマイクロチャネル（７４）と流体連通し、また、吸気端（７６）、排気端（８２）、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つと流体連通している少なくとも１つの移行マニホールド（８８）を有する。【選択図】図４
2018115654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前縁（１０４）と、後縁（１０６）と、第１の側部（１０８）と、第２の側部（１１０）と、キャビティ（１１８）とを有する本体（１０２）と、
前記キャビティ（１１８）から延び、前記第１の側部（１０８）に沿って配置された冷却空気マイクロチャネル（７４）の第１セット（６８）と、
前記キャビティ（１１８）から延び、前記第２の側部（１１０）に沿って配置された冷却空気マイクロチャネル（７４）の第２セット（７０）と
を備えた、ガスタービンエンジンの冷却構造であって、
前記冷却空気マイクロチャネル（７４）の各セット（６８、７０、７２）は、隣接するマイクロチャネル（７４）と流体連通し、吸気端（７６）、排気端（８２）、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つと流体連通している少なくとも１つの移行マニホールド（８８）をさらに備える、
冷却構造。
【請求項２】
前記キャビティ（１１８）から延び、前記前縁（１０４）および前記後縁（１０６）に沿って配置された冷却空気マイクロチャネル（７４）の第３セット（７２）を備える、請求項１に記載の冷却構造。
【請求項３】
前記移行マニホールド（８８）の断面積が、前記隣接するマイクロチャネル（７４）の断面積以上である、請求項１に記載の冷却構造。
【請求項４】
前記移行マニホールド（８８）が、略半径方向外側の方向に延びる、請求項１に記載の冷却構造。
【請求項５】
前記吸気端（７６）が、前記キャビティ（１１８）と流体連通している、請求項１に記載の冷却構造。
【請求項６】
前記排気端（８２）が、ガスタービン（１０）の高温ガス経路と流体連通している、請求項１に記載の冷却構造。
【請求項７】
前記キャビティ（１１８）が、燃焼ガス側（１１２）から半径方向外側に配置され、前記キャビティ（１１８）は、傾斜した外周壁（１２０）をさらに画定する、請求項１に記載の冷却構造。
【請求項８】
各マイクロチャネル（７４）が、互いに隣接して配置され、前記少なくとも１つの移行マニホールド（８８）と流体連通しているｔ字形部分（８６）を備え、各マイクロチャネル（７４）の前記ｔ字形部分（８６）が、隣接するｔ字形部分（８６）と流体連通している、請求項１に記載の冷却構造。
【請求項９】
圧縮機セクション（１２）と、
前記圧縮機の下流に位置する燃焼セクション（１８）内の複数の燃焼器（２０）と、
前記燃焼セクション（１８）の下流に位置するタービンセクション（２２）と、
を備えるガスタービン（１０）であって、
前記ガスタービン（１０）は複数の冷却構造を含み、各冷却構造は、
前縁（１０４）、後縁（１０６）、第１の側部（１０８）、第２の側部（１１０）、およびキャビティ（１１８）を有する本体（１０２）と、
前記キャビティ（１１８）から延び、前記第１の側部（１０８）に沿って配置された冷却空気マイクロチャネル（７４）の第１セット（６８）と、
前記キャビティ（１１８）から延び、前記第２の側部（１１０）に沿って配置された冷却空気マイクロチャネル（７４）の第２セット（７０）と
を備え、
前記冷却空気マイクロチャネル（７４）の各セット（６８、７０、７２）は、隣接するマイクロチャネル（７４）と流体連通し、吸気端（７６）、排気端（８２）、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つと流体連通している少なくとも１つの移行マニホールド（８８）をさらに備える、
ガスタービン（１０）。
【請求項１０】
前記移行マニホールド（８８）の断面積が、前記隣接するマイクロチャネル（７４）の断面積以上である、請求項９に記載のガスタービン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、ガスタービンの冷却構造に関し、より具体的には、構造の縁部冷却を最大限にして制御する、チャネルの吸気および排気接続部を冷却するための移行マニホールドに関する。
【背景技術】
【０００２】
大型の強力な産業用ガスタービンエンジンでは、燃焼器内で発生した高温ガス流をタービンに通して機械的仕事を生じる。タービンは、次第に減少する温度で高温ガス流と反応するステータベーンおよびロータブレードの１つまたは複数の列または段を含む。より高い温度のガス流をタービンに通すことによって、タービンの効率、したがってエンジンの効率を高めることができる。ただし、タービンの入口温度は、タービン、特に第１段のベーンおよびブレードの材料特性、ならびにこれらの第１段の翼形部の冷却能力の大きさに制限される。
【０００３】
第１段のロータブレードおよびステータベーンは、最も高いガス流温度に曝され、ガス流がタービン段を通過するにつれて温度が徐々に低下する。冷却空気を内部冷却通路に通し、冷却空気をフィルム冷却孔に排出して、冷却空気のブランケット層を提供して、冷却表面を高温ガス流から保護することによって、第１段および第２段の翼形部（ブレードおよびベーン）ならびにシュラウドおよび他の構造体は冷却されなければならない。
【０００４】
タービンロータブレードは、ブレード先端とのギャップを形成するシュラウドによって形成された冷却表面内で回転する。シュラウドは、リングキャリア内に固定された多数のセグメントから形成される。ギャップを通過する高温ガス流漏れは、タービン効率を低下させるだけでなく、シュラウド上にホットスポットを形成して、寿命を縮めるような浸食または他の熱による損傷をもたらす。
【０００５】
マイクロチャネルの吸気端および排気端の現行の製造プロセスでは、端部を各端部が役立つ正しいチャネルと整列させるために高精度の機械加工が必要とされる。これらの製造上の制限は、冷却空気流の計量のための吸気端および排気端のサイズ、断面積および流れ面積の柔軟性を妨げる。現行の許容スタッキングでは、マイクロチャネルを測定することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第９１２７５４９号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本開示の態様および利点は、以下の説明に一部が記載されるか、またはその説明から明らかにすることができ、あるいは本開示の実施を通じて理解することができる。
【０００８】
ガスタービンエンジンの冷却構造の一実施形態は、前縁、後縁、第１の側部、第２の側部、およびキャビティを備えた本体を有する。冷却空気マイクロチャネルの第１セットは、キャビティから延び、第１の側部に沿って配置される。冷却空気マイクロチャネルの第２セットは、キャビティから延び、第２の側部に沿って配置される。冷却空気マイクロチャネルの各セットは、隣接するマイクロチャネルと流体連通し、また、吸気端、排気端、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つと流体連通している少なくとも１つの移行マニホールドを有する。
【０００９】
別の実施形態は、圧縮機セクションと、圧縮機の下流に位置する燃焼セクション内の複数の燃焼器と、燃焼セクションの下流に位置するタービンセクションとを有するガスタービン内で実施される、上記の冷却構造を有する。
【００１０】
本開示の、これらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照することによってより良く理解されよう。添付の図面は、本明細書に組み込まれて、本明細書の一部を構成し、本開示の実施形態を例示し、説明と共に本開示の原理を説明するのに役立つ。
【００１１】
最良の形態を含み、当業者を対象とする、完全かつ実施可能な程度の開示が本明細書に記載され、以下の添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のさまざまな実施形態を組み込むことができる典型的なガスタービンの概略図である。
【図２】本開示のさまざまな実施形態による、例示的なロータブレードおよび第２段のシュラウドブロックアセンブリの一部を含むタービンセクションの一部の拡大断面側面図である。
【図３】ガスタービンの第１段に典型的なタービンシュラウドブロックアセンブリを形成するために外側タービンシュラウドセグメントに連結された内側タービンシュラウドセグメントの一実施形態の斜視図である。
【図４】さまざまなチャネル経路および関連する移行マニホールドの配置を示す冷却構造の実施形態の部分図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｃはそれぞれ、移行マニホールドおよび関連するマイクロチャネルの実施形態の平面図および断面図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｃはそれぞれ、移行マニホールドおよび関連するマイクロチャネルの別の実施形態の平面図および断面図である。
【図７】図７Ａ〜図７Ｃはそれぞれ、移行マニホールドおよび関連するマイクロチャネルの別の実施形態の平面図および断面図である。
【図８】図８Ａおよび図８Ｂはそれぞれ、拡大された移行マニホールドと共に使用することができる吸気端および排気端の異なる形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書および図面における符号の反復使用は、本開示の同じまたは類似の特徴もしくは要素を表すことを意図している。
【００１４】
以下、本発明の本実施形態について詳しく説明するが、その１つまたは複数の例が、添付の図面に示されている。詳細な説明では、図面中の特徴を参照するために数値および文字による記号が使用されている。図面および説明の中で同じまたは類似の記号は、本発明の同じまたは類似の部品を参照するために使用されている。本明細書で使用する場合、用語「第１の」、「第２の」、および「第３の」は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用されることができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図するものではない。用語「上流」および「下流」は、流体経路における流体の流れに対する相対的な方向を指す。例えば、「上流」は流体が流れてくる方向を指し、「下流」は流体が流れていく方向を指す。用語「半径方向に」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に垂直な相対方向を指し、用語「軸方向に」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行な相対方向を指す。「断面積」は、本明細書では、冷却空気または他の流体が流れる通路の平面領域として規定される。本明細書で使用する「マイクロチャネル」は、約８００ミクロン（μｍ）〜約３ミリメートル（ｍｍ）の水力直径を有する小さなチャネルであり、高温表面領域の温度を許容範囲内に維持するために、冷却構造の高温表面の近くに配置されて、冷却構造に冷却流体（例えば、圧縮機冷却空気）を輸送し、熱を交換する。グループを記述するために本明細書で使用する「セット」という用語は、「少なくとも１つの」マイクロチャネルまたは「少なくとも１つの」要素として規定される。
【００１５】
各例は、本発明の限定としてではなく、本発明の例示として提示される。実際、本開示の範囲または趣旨を逸脱せずに、修正および変更が本発明において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または説明された特徴を別の実施形態で使用し、さらに別の実施形態を得ることができる。よって、本発明は、添付の請求項およびそれらの均等物の範囲内にある、そのような修正形態および変形形態をカバーすることを意図している。本発明の例示的な実施形態は、説明の目的で産業用ガスタービンに関して一般的に説明されるが、当業者であれば、本発明の実施形態を任意のターボ機械に適用することができ、特許請求の範囲に具体的に列挙しない限り、産業用ガスタービンに限定されないことを容易に理解するであろう。産業用、舶用、または陸上用のガスタービンが本明細書に示され説明されているが、本明細書に示され説明される本開示は、特許請求の範囲に特に明記されない限り、陸上用および／または産業用、および／または舶用のガスタービンに限定されない。例えば、本明細書に記載される開示は、限定されるものではないが、航空機転用タービンまたは舶用ガスタービンならびに航空機エンジンタービンを含む任意のタイプのタービンに使用され得る。
【００１６】
本明細書の冷却構造は、構造の完全性を保つために、強制冷却空気源との直接接触を必要とする任意の構造として規定される。これらの構造は、タービンシュラウド、ノズル、ブレード、およびタービンの任意の他の高温ガス経路構成要素の部分を含むことができる。
【００１７】
本明細書に記載の移行マニホールドは、改良された見通し線および製造のための目標領域を提供するために、マイクロチャネルの吸気端および排気端の近くに配置される。移行マニホールドを、約０．２ミリメートル（ｍｍ）〜約３ミリメートル（ｍｍ）の範囲の水力直径を有する従来のチャネル、ミニチャネル、マイクロチャネルなどを含む任意のサイズの冷却通路に適用することができる。移行マニホールドは、流量計量を可能にし、マイクロチャネルを通る冷却空気流を制御することができるように、サイズを変えることもできる。一般的に半径方向の多様なマニホールド深さは、他のマイクロチャネルまたは他の本体機構の周りの流れの方向転換を可能にし、そうでなければ、可能な交差を避けるために見通し線および十分な材料リガメントを必要とする。
【００１８】
隣接するマイクロチャネルより大きな断面積および冷却空気流面積を有する移行マニホールドは、吸気端および排気端を製造するためのより大きな目標を提供し、既存の製造上の限界を克服するためにより大きな計量孔を受け入れることができる。吸気端および排気端の計量領域は、チャネル寸法の製造ばらつきの影響を受けにくい制御された流れおよび圧力を可能にする。排気流を機構間でルーティングするのではなく、上向きにルーティングしかつ縁部上で冷却することによって、冷却チャネルを、縁部に沿って互いにより接近して移動させることができ、より多くの縁部表面を効果的に冷却することができる。吸気流を、構成要素の前縁、後縁、または側縁で、到達しにくいチャネルに供給し、方向付けることができる。目標とする移行マニホールドのサイズを大きくすることにより、製造可能な吸気端および排気端のサイズも大きくすることができ、これにより、ラウンド形、レーストラック形、または他の形状の吸気／排気プロファイルを可能にし、製造中のバックストライキ（ｂａｃｋｓｔｒｉｋｅ）のリスクを低減する。
【００１９】
移行マニホールドは、マニホールドが吸気端または排気端でタップされているかどうかに応じて、冷却空気流の方向および経路を柔軟にすることができる。移行マニホールドは、円筒形、正方形、長方形、または冷却空気をチャネルに通す他の形状を含む任意の形状を取ることができる。移行マニホールドは、鋳造され、穿孔され、ＥＤＭ（放電加工）され、粉砕され得るか、付加的に製造され得るか、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。単一または複数の移行マニホールドを各マイクロチャネルで使用することができる
移行マニホールド機構を、ＥＤＭプランジや、粉砕、鋳造、プリントなどで既存のチャネル設計に組み込むことができるため、追加の製造工程は必要とされない。既存のＥＤＭまたは鋳造による製造方法をわずかに変更することによって、チャネル形成と共に同じ製造工程に機構を追加することができる。
【００２０】
ここで図面を参照すると、同じ参照符号は同じ構成要素を指し、図１は本発明のさまざまな実施形態を組み込むことができるガスタービン１０の例を示している。図示のように、ガスタービン１０は、一般に、ガスタービン１０の上流端に配置された入口１４と、圧縮機セクション１２を少なくとも部分的に取り囲むケーシング１６とを有する圧縮機セクション１２を含む。ガスタービン１０は、圧縮機セクション１２の下流に少なくとも１つの燃焼器２０を有する燃焼セクション１８と、燃焼セクション１８の下流のタービンセクション２２とをさらに含む。図示のように、燃焼セクション１８は、複数の燃焼器２０を含むことができる。シャフト２４が、ガスタービン１０を軸方向に貫通して延びている。
【００２１】
動作中、空気２６は、圧縮機セクション１２の入口１４に引き込まれ、次第に圧縮されて圧縮空気２８を燃焼セクション１８に提供する。圧縮空気２８は、燃焼セクション１８に流入し、燃焼器２０内の燃料と混合されて可燃混合物を形成する。可燃混合物は、燃焼器２０で燃焼され、それにより燃焼器２０からタービンノズル３４の第１段３２を横切ってタービンセクション２２に流れる高温ガス３０を発生させる。タービンセクションは、一般に、タービンノズル３４の隣接列によって軸方向に分離された１または複数の列のロータブレード３６を含む。ロータブレード３６は、ロータディスクを介してロータシャフト２４に連結される。タービンケーシング３８は、ロータブレード３６およびタービンノズル３４を少なくとも部分的に入れる。ロータブレード３６の列の各々またはいくつかは、タービンケーシング３８内に配置されたシュラウドブロックアセンブリ４０によって周方向に囲まれてもよい。高温ガス３０は、タービンセクション２２を流れる際に急速に膨張する。熱および／または運動エネルギーが高温ガス３０からロータブレード３６の各段に伝達され、それによりシャフト２４が回転して機械的仕事を生じる。シャフト２４は、発電機（図示せず）のような負荷に連結されて電気を生成することができる。加えて、または代わりに、シャフト２４を使用して、ガスタービンの圧縮機セクション１２を駆動することができる。
【００２２】
図２は、本開示のさまざまな実施形態による例示的なロータブレード３６および第２段のシュラウドブロックアセンブリ４０の一部を含むタービンセクション２２の一部の拡大断面側面図を示している。図２に示すように、シュラウドブロックアセンブリ４０は、通常、タービンケーシング３８とロータブレード３６の先端部４２との間で半径方向に延びる。シュラウドブロックアセンブリ４０は、冷却流路４４と流体連通している。冷却流路４４は、外側ケーシング３８によって少なくとも部分的に画定され得る。シュラウドブロックアセンブリ４０は、通常、シュラウドブロックアセンブリ４０をタービンケーシング３８に固定するための、および／またはタービンケーシング３８内のロータブレード３６の周りに環状アレイに配置された複数のシュラウドブロックセグメント１００を支持するための取り付けハードウェア４６を含む。
【００２３】
図３は、ガスタービン１０の第１段に典型的な、外側タービンシュラウドセグメント６２に連結されてタービンシュラウドブロックアセンブリ４０を形成する内側タービンシュラウドセグメント６０の一実施形態の斜視図である。タービン１０は、それぞれのタービン段の周りにリングを一緒に形成する複数のタービンシュラウドブロックアセンブリ４０を含む。特定の実施形態では、タービン１０は、タービン１０の回転軸の周りに周方向９０に配置された各タービンシュラウドセグメント４０のためのそれぞれの外側タービンシュラウドセグメント６２に連結された複数の内側タービンシュラウドセグメント６０を含んでもよい。他の実施形態では、タービン１０は、外側タービンシュラウドセグメント６２に連結されてタービンブロックアセンブリ４０を形成する複数の内側タービンシュラウドセグメント６０を含んでもよい。
【００２４】
図示されているように、内側タービンシュラウドセグメント６０は、上流の縁すなわち前縁１０４および下流の縁すなわち後縁１０６を有する本体１０２を含み、その両方が高温ガス流路３０に接する。本体１０２はまた、前縁１０４および後縁１０６に対して略垂直に配置された第１の側部１０８（例えば、第１のスラッシュ面）および第２の側部１１０（例えば、第２のスラッシュ面）を含む。本体１０２は、一対の対向する側をさらに含み、燃焼ガス側１１２は前縁１０４と後縁１０６との間に延び、後側１１４は、第１の側部１０８と第２の側部１１０との間に延びる。特定の実施形態では、本体１０２（特に、対向する側１１２，１１４）は、第１の側部１０８と第２の側部１１０との間の周方向９０において、および／または前縁１０４と後縁１０６との間の軸方向９２において、円弧形状であってもよい。後側１１４は、内側タービンシュラウドセグメント６０と外側タービンシュラウドセグメント６２との間に画定されたキャビティ１１８と接するように構成される。
【００２５】
図４は、さまざまなチャネル７４の経路および関連する移行マニホールド８８の配置を示す冷却構造の実施形態の一部分である。図示されるように、本体１０２は、キャビティ１１８の傾斜した外周壁１２０から延びる複数のチャネル７４を含み、冷却構造の第１の側部１０８に沿って配置される。本体１０２は、２〜３０個、またはそれ以上のチャネル７４を含んでもよい。各チャネル７４は、キャビティ１１８から吸気端７６を介して冷却媒体２００を受け入れ、排気ポート８０で排気端８２を介して使用済み冷却媒体を排出するように構成される。
【００２６】
特定の実施形態では、チャネル７４は、チャネル７４に関して上述したような計量機構を含むことができる。いくつかの実施形態では、チャネルは、完全に鋳造され、液体ジェット誘導レーザ技術（液体マイクロジェットと呼ばれることもある）で切断され、付加製造プロセスで「３Ｄプリントされ」、ＥＤＭ／ＥＣＭされ、または本体１０２内で燃焼ガス側１１２の近くで精密に機械加工されてもよい。冷却構造に使用できる付加製造技術には、バインダ噴射、指向性エネルギーデポジション、材料押出し、材料噴射、粉末床溶融、シートラミネーション、バット光重合、およびそれらの組み合わせが含まれる。
【００２７】
図４〜図７に示す例示的な実施形態は、異なる位置で移行マニホールド８８を使用することによって可能にされる多くのマイクロチャネルパターンを含む本体１０２を有する。内側タービンシュラウドセグメント６０は、通常、圧縮機１２からの冷却媒体２００に近接している。内側タービンシュラウドセグメント６０は、冷却媒体２００または空気を圧縮機１２から受け入れるための吸気端７６を含む。冷却媒体２００は、後側１１４からチャネル７４に延びる本体１０２内に配置された吸気端７６を介して内側タービンシュラウドセグメント６０の本体１０２内のチャネル７４に流れる。各チャネル７４は、図７Ａに示されているように、ループ状部分７８を含むことができ、ほとんどの任意のパターンは他の図に示されている。ただし、マイクロチャネルの経路およびパターンは、特定の方向または向きに限定されない。排気端８２または吸気端７６は、計量機構（例えば、チャネルの隣接する断面積に対してチャネルの一部の断面積を狭める、チャネル内に延びる本体１０２の一部分）を含むことができ、チャネル７４内の冷却流体の流れを調節する。特定の実施形態では、各チャネル７４自体（排気端部分を除く）は、計量機構（例えば、チャネル内に延びる本体１０２の一部を含む）として機能する。他の実施形態では、ループ状部分７８または他のチャネル７４部分に連結された吸気端７６は、計量機構（例えば、吸気端７６内に延びる本体１０２の一部）を含んでもよい。特定の実施形態では、チャネル７４自体、排気端８２、または吸気端７６、またはそれらの組み合わせは、計量機構を含む。さらに、冷却流体は、第１の側部１０８、第２の側部１１０、前縁１０４、後縁１０６、またはそれらの組み合わせにおいて排気端８２を介してチャネル７４（および本体１０２）から出る。特定の実施形態では、チャネルは、第１の側部１０８に隣接して配置された吸気端７６を有するチャネルの第１セット６８と、第２の側部１１０に隣接して配置されたチャネルの第２セット７０とで、交互のパターンで配置されてもよく、隣接するチャネルは反対の向きを有する。
【００２８】
図４〜図８において、供給または吸気冷却空気流が直線矢印記号を用いて示され、排気冷却空気流が「曲がりくねった（ｓｑｕｉｇｇｌｙ）」矢印記号を用いて示されている。図５Ａ〜図５Ｃにおいて、ｔ字形部分８６は、前縁１０４に隣接する冷却チャネル７４の長さを増加させることにより、より大きな冷却領域を提供する。チャネルの各セット６８、７０、および７２において、ｔ字形部分８６は互いに隣接して配置され、対向する側のマイクロチャネル７４からの排気端８２を組み込むことができる。吸気端７６は、キャビティ１１８からチャネル７４と流体連通している吸気移行マニホールド８８まで延びている。排気端８２は、ｔ字形部分８６から略半径方向外側に配置され、それにより、ｔ字形部分８６を互いに隣接して配置することを可能にする。各排気端８２は、ｔ字形部分８６から略半径方向外側に配置された複数の排気ポート８０から冷却空気を排出するように構成された移行マニホールド８８から延びている。特定の実施形態では、本体１０２は、本体１０２の残りの部分に配置されたチャネルとは異なる形状の後縁１０６に隣接して配置されたチャネルを含む。例えば、後縁１０６に隣接するチャネルはそれぞれ蛇行パターンを含んでもよい。
【００２９】
図６Ａ〜図６Ｃは、マイクロチャネル７４を有する図５の変形例の平面図および断面図を示しており、ここで、ｔ字形部分８６は、ブリッジ部分９６と相互接続されている。ブリッジ部分８８は、前縁１０４の全長がマイクロチャネル７４によって冷却されるように、前縁１０４に十分なマイクロチャネル冷却面を追加する。チャネルの各セット６８、７０、および７２において、ｔ字形部分８６は、対向する側のマイクロチャネル７４からの排気端８２を組み込んでいる。吸気端７６は、キャビティ１１８からチャネル７４と流体連通している吸気移行マニホールド８８まで延びている。排気端８２は、ｔ字形部分８６から略半径方向外側に配置され、それによって、ｔ字形部分８６が互いに流体連通するように、ｔ字形部分８６をブリッジ部分９６によって延長することができる。各排気端８２は、ｔ字形部分８６から略半径方向外側に配置された複数の排気ポート８０から冷却空気を排出するように構成された移行マニホールド８８から延びている。特定の実施形態では、本体１０２は、本体１０２の残りの部分に配置されたチャネルとは異なる形状の後縁１０６に隣接して配置されたチャネルを含む。例えば、後縁１０６に隣接するチャネルはそれぞれ蛇行パターンを含んでもよい。
【００３０】
図７Ａ〜図７Ｃは、マイクロチャネル７４を有する例示的な実施形態の平面図および断面図を示しており、ここで、ループ状部分７８は、ループの中央部分内に配置された排気移行マニホールド８８を有する。チャネルの各セット６８、７０、および７２において、ループ状部分７８は、対向する側のマイクロチャネル７４から排気端８２を組み込んでいる。吸気端７６は、キャビティ１１８からチャネル７４と流体連通している吸気移行マニホールド８８まで延びている。排気端８２は、ループ状部分７８から略半径方向外側に配置される。各排気端８２は、ループ状部分７８から略半径方向外側に配置された複数の排気ポート８０から冷却空気を排出するように構成された移行マニホールド８８から延びている。特定の実施形態では、本体１０２は、本体１０２の残りの部分に配置されたチャネルとは異なる形状の後縁１０６に隣接して配置されたチャネルを含む。例えば、後縁１０６に隣接するチャネルはそれぞれ蛇行パターンを含んでもよい。チャネル７４の形状もまた、プラグされたチャネルの場合に適切な冷却を提供するように最適化される。開示された内側タービンシュラウドセグメント６０の実施形態は、（例えば、タービンシュラウドのための典型的な冷却システムよりも）少ない空気で冷却することを可能にし、その結果、冷却に利用されるチャージ可能な空気に関連するコストを低減する。
【００３１】
図８Ａおよび図８Ｂは、移行マニホールド８８の追加の形状および特徴を示している。図８Ａは、構造的完全性を維持するのに十分な金属リガメントで表面近くの既存のマイクロチャネル８７をバイパスすることができる移行マニホールド８８の深いプランジを示している。コーティング８９を、熱的および構造的保護のために本体１０２の表面に適用することができる。深いプランジは、吸気端７６および／または排気端８２の接続部のためのより大きなまたはレーストラック形の孔を可能にする。図８Ｂは、出口における移行マニホールド８８の余分なプランジ深さを示しており、これにより、排気端８２においてより大きいＬ／Ｄ（長さ／直径）のフィルム孔を可能にすることができる。
【００３２】
ここに記載された説明は、最良の形態を含む本発明を開示するため、また、任意の装置またはシステムの作成および使用、ならびに任意の組み合わせられた方法の実行を含み、当業者が本発明を実施できるようにするために例を用いる。開示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例を含むことができる。このような他の例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を含む場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
前縁（１０４）と、後縁（１０６）と、第１の側部（１０８）と、第２の側部（１１０）と、キャビティ（１１８）とを有する本体（１０２）と、
前記キャビティ（１１８）から延び、前記第１の側部（１０８）に沿って配置された冷却空気マイクロチャネル（７４）の第１セット（６８）と、
前記キャビティ（１１８）から延び、前記第２の側部（１１０）に沿って配置された冷却空気マイクロチャネル（７４）の第２セット（７０）と
を備えた、ガスタービンエンジンの冷却構造であって、
前記冷却空気マイクロチャネル（７４）の各セット（６８、７０、７２）は、隣接するマイクロチャネル（７４）と流体連通し、吸気端（７６）、排気端（８２）、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つと流体連通している少なくとも１つの移行マニホールド（８８）をさらに備える、
冷却構造。
［実施態様２］
前記キャビティ（１１８）から延び、前記前縁（１０４）および前記後縁（１０６）に沿って配置された冷却空気マイクロチャネル（７４）の第３セット（７２）を備える、実施態様１に記載の冷却構造。
［実施態様３］
前記移行マニホールド（８８）の断面積が、前記隣接するマイクロチャネル（７４）の断面積以上である、実施態様１に記載の冷却構造。
［実施態様４］
前記移行マニホールド（８８）が、略半径方向外側の方向に延びる、実施態様１に記載の冷却構造。
［実施態様５］
前記吸気端（７６）が、前記キャビティ（１１８）と流体連通している、実施態様１に記載の冷却構造。
［実施態様６］
前記排気端（８２）が、ガスタービン（１０）の高温ガス経路と流体連通している、実施態様１に記載の冷却構造。
［実施態様７］
前記キャビティ（１１８）が、燃焼ガス側（１１２）から半径方向外側に配置され、前記キャビティ（１１８）は、傾斜した外周壁（１２０）をさらに画定する、実施態様１に記載の冷却構造。
［実施態様８］
各吸気端（７６）が、前記傾斜した外周壁（１２０）の周囲に配置され、冷却流路（４４）から圧縮された冷却空気を受け入れるように構成されている、実施態様７に記載の冷却構造。
［実施態様９］
各マイクロチャネル（７４）が、互いに隣接して配置され、前記少なくとも１つの移行マニホールド（８８）と流体連通しているｔ字形部分（８６）を備える、実施態様１に記載の冷却構造。
［実施態様１０］
各マイクロチャネル（７４）の前記ｔ字形部分（８６）が、隣接するｔ字形部分（８６）と流体連通している、実施態様９に記載の冷却構造。
［実施態様１１］
各マイクロチャネル（７４）がループ形状の吸気端（７６）を備え、前記移行マニホールド（８８）は前記ループの中央部分内に配置されている、実施態様１に記載の冷却構造。
［実施態様１２］
圧縮機セクション（１２）と、
前記圧縮機の下流に位置する燃焼セクション（１８）内の複数の燃焼器（２０）と、
前記燃焼セクション（１８）の下流に位置するタービンセクション（２２）と、
を備えるガスタービン（１０）であって、
前記ガスタービン（１０）は複数の冷却構造を含み、各冷却構造は、
前縁（１０４）、後縁（１０６）、第１の側部（１０８）、第２の側部（１１０）、およびキャビティ（１１８）を有する本体（１０２）と、
前記キャビティ（１１８）から延び、前記第１の側部（１０８）に沿って配置された冷却空気マイクロチャネル（７４）の第１セット（６８）と、
前記キャビティ（１１８）から延び、前記第２の側部（１１０）に沿って配置された冷却空気マイクロチャネル（７４）の第２セット（７０）と
を備え、
前記冷却空気マイクロチャネル（７４）の各セット（６８、７０、７２）は、隣接するマイクロチャネル（７４）と流体連通し、吸気端（７６）、排気端（８２）、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つと流体連通している少なくとも１つの移行マニホールド（８８）をさらに備える、
ガスタービン（１０）。
［実施態様１３］
前記キャビティ（１１８）から延び、前記前縁（１０４）および前記後縁（１０６）に沿って配置された冷却空気マイクロチャネル（７４）の第３セット（７２）を備える、実施態様１２に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様１４］
前記移行マニホールド（８８）の断面積が、前記隣接するマイクロチャネル（７４）の断面積以上である、実施態様１２に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様１５］
前記吸気端（７６）が、前記キャビティ（１１８）と流体連通している、実施態様１２に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様１６］
前記排気端（８２）が、ガスタービン（１０）の高温ガス経路と流体連通している、実施態様１２に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様１７］
前記キャビティ（１１８）が、燃焼ガス側（１１２）から半径方向外側に配置され、前記キャビティ（１１８）は、傾斜した外周壁（１２０）をさらに画定する、実施態様１２に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様１８］
各吸気端（７６）が、前記傾斜した外周壁（１２０）の周囲に配置され、冷却流路（４４）から圧縮された冷却空気を受け入れるように構成されている、実施態様１７に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様１９］
各マイクロチャネル（７４）が、互いに隣接して配置され、前記少なくとも１つの移行マニホールド（８８）と流体連通しているｔ字形部分（８６）を備える、実施態様１２に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様２０］
各マイクロチャネル（７４）の前記ｔ字形部分（８６）が、隣接するｔ字形部分（８６）と流体連通している、実施態様１９に記載のガスタービン（１０）。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ガスタービン
１２  圧縮機セクション、圧縮機
１４  入口
１６  ケーシング
１８  燃焼セクション
２０  燃焼器
２２  タービンセクション
２４  ロータシャフト
２６  空気
２８  圧縮空気
３０  高温ガス、高温ガス流路
３２  第１段
３４  タービンノズル
３６  ロータブレード
３８  タービンケーシング、外側ケーシング
４０  タービンシュラウドブロックアセンブリ、タービンシュラウドセグメント
４２  先端部
４４  冷却流路
４６  取り付けハードウェア
６０  内側タービンシュラウドセグメント
６２  外側タービンシュラウドセグメント
６８  チャネルの第１セット
７０  チャネルの第２セット
７２  チャネルのセット
７４  マイクロチャネル、冷却チャネル
７６  吸気端
７８  ループ状部分
８０  排気ポート
８２  排気端
８６  ｔ字形部分
８７  マイクロチャネル
８８  吸気移行マニホールド、排気移行マニホールド、ブリッジ部分
８９  コーティング
９０  周方向
９２  軸方向
９４  半径方向
９６  ブリッジ部分
１００  シュラウドブロックセグメント
１０２  本体
１０４  前縁
１０６  後縁
１０８  第１の側部
１１０  第２の側部
１１２  燃焼ガス側
１１４  後側
１１８  キャビティ
１２０  傾斜した外周壁
２００  冷却媒体
【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】
2018115654.tif 000010
【外国語明細書】
2018115654000001.pdf