(57)【要約】      （修正有）【課題】インピンジメント冷却用のチャネルを有する部品を提供する。【解決手段】インピンジメント冷却のために構成された部品１００は、複数の開口部１３４を画定する内壁１０４を含む。複数の各開口部１３４は、各開口部１３４を通して冷却流体を放出するように構成される。部品１００はまた、内壁１０４から離間した外壁１０２を含む。外壁１０２および内壁１０４は、部品１００の長手方向軸線に沿って延在する。部品１００は、内壁１０４と外壁１０２との間に延在する複数の傾斜壁をさらに含む。複数の傾斜壁は、複数の開口部１３４と流体連通する複数の傾斜チャネル１２４を画定する。複数の傾斜壁の各傾斜壁は、長手方向軸線に対して鋭角に延在する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インピンジメント冷却のために構成された部品（１００）であって、前記部品（１００）は、
複数の開口部（１３４）を画定する内壁（１０４）であって、前記複数の開口部（１３４）の各開口部（１３４）は、前記各開口部（１３４）を通して冷却流体を放出するように構成される、内壁（１０４）と、
前記内壁（１０４）から離間した外壁（１０２）であって、前記外壁（１０２）と前記内壁（１０４）は前記部品（１００）の長手方向軸線（１２０）に沿って延在する、外壁（１０２）と、
前記内壁（１０４）と前記外壁（１０２）との間に延在し、かつ、前記複数の開口部（１３４）と流体連通する複数の傾斜チャネル（１２４）を画定する複数の傾斜壁（１３８）と、を含み、前記複数の傾斜壁（１３８）の各傾斜壁（１３８）は、前記長手方向軸線（１２０）に対して鋭角に延在する、部品（１００）。
【請求項２】
前記内壁（１０４）によって少なくとも部分的に画定される少なくとも１つの供給プレナム（１０６）をさらに含み、前記少なくとも１つの供給プレナム（１０６）は、前記複数の開口部（１３４）に前記冷却流体を供給するように構成される、請求項１に記載の部品（１００）。
【請求項３】
前記内壁（１０４）によって少なくとも部分的に画定され、前記複数の傾斜チャネル（１２４）と流体連通する少なくとも１つの回収プレナム（１２２）をさらに含み、前記少なくとも１つの回収プレナム（１２２）は、前記冷却流体の戻り流路を画定するように構成される、請求項１に記載の部品（１００）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの回収プレナム（１２２）は、前記長手方向軸線（１２０）に沿って延在し、かつ、前記冷却流体を第１の方向に導くように構成され、前記複数の傾斜壁（１３８）は、前記冷却流体を前記少なくとも１つの回収プレナム（１２２）内に少なくとも部分的に前記第１の方向に導くように構成される、請求項３に記載の部品（１００）。
【請求項５】
前記内壁（１０４）は第１の表面をさらに画定し、前記外壁（１０２）は前記第１の表面に対向する第２の表面を画定し、前記複数の傾斜壁（１３８）の前記各傾斜壁（１３８）は前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する、請求項１に記載の部品（１００）。
【請求項６】
前記複数の傾斜壁（１３８）の各傾斜壁（１３８）は、前記第１の表面および前記第２の表面に対して垂直である、請求項５に記載の部品（１００）。
【請求項７】
前記複数の傾斜壁（１３８）の各傾斜壁（１３８）は、第１の表面、第２の表面、および前記第１の表面と前記第２の表面との間に画定された厚さを含む、請求項１に記載の部品（１００）。
【請求項８】
前記複数の傾斜壁（１３８）のうちの少なくとも１つの傾斜壁（１３８）は、湾曲部分（２０６）を含む、請求項１に記載の部品（１００）。
【請求項９】
前記複数の傾斜壁（１３８）のうちの前記少なくとも１つの傾斜壁（１３８）は湾曲し、かつ、前記外壁（１０２）から前記内壁（１０４）に向かって増加する曲率半径を有する、請求項１に記載の部品（１００）。
【請求項１０】
前記複数の傾斜壁（１３８）は、第１の組の傾斜壁（１３８）と第２の組の傾斜壁（１３８）とを含み、前記第１の組の傾斜壁（１３８）の各傾斜壁（１３８）は第１の方向に延在し、前記第２の組の傾斜壁（１３８）の各傾斜壁（１３８）は、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延在する、請求項１に記載の部品（１００）。
【請求項１１】
回転機械（１０）であって、
燃焼ガスを生成するように構成された燃焼器部（１６）と、
前記燃焼器部（１６）から燃焼ガスを受け取り、前記燃焼ガスから機械的回転エネルギーを生成するように構成されたタービン部（１８）であって、前記回転機械（１０）を通る前記燃焼ガスの流路が高温ガス流路を画定する、タービン部（１８）と、
前記高温ガス流路に近接する部品（１００）と、を含み、前記部品（１００）は、
複数の開口部（１３４）を画定する内壁（１０４）であって、前記複数の開口部（１３４）の各開口部（１３４）は、前記各開口部（１３４）を通して冷却流体を放出するように構成される、内壁（１０４）と、
前記内壁（１０４）から離間した外壁（１０２）であって、前記外壁（１０２）と前記内壁（１０４）は前記部品（１００）の長手方向軸線（１２０）に沿って延在する、外壁（１０２）と、
前記内壁（１０４）と前記外壁（１０２）との間に延在し、かつ、前記複数の開口部（１３４）と流体連通する複数の傾斜チャネル（１２４）を画定する複数の傾斜壁（１３８）と、を含み、前記複数の傾斜壁（１３８）の各傾斜壁（１３８）は、前記長手方向軸線（１２０）に対して鋭角に延在する、回転機械（１０）。
【請求項１２】
前記部品（１００）は、前記内壁（１０４）によって少なくとも部分的に画定される少なくとも１つの供給プレナム（１０６）をさらに含み、前記少なくとも１つの供給プレナム（１０６）は、前記複数の開口部（１３４）に前記冷却流体を供給するように構成される、請求項１１に記載の回転機械（１０）。
【請求項１３】
前記部品（１００）は、前記内壁（１０４）によって少なくとも部分的に画定され、かつ、前記複数の傾斜チャネル（１２４）と流体連通する少なくとも１つの回収プレナム（１２２）をさらに含み、前記少なくとも１つの回収プレナム（１２２）は、前記冷却流体の戻り流路を画定するように構成される、請求項１１に記載の回転機械（１０）。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの回収プレナム（１２２）は、前記長手方向軸線（１２０）に沿って延在し、かつ、前記冷却流体を第１の方向に導くように構成され、前記複数の傾斜壁（１３８）は、前記冷却流体を前記少なくとも１つの回収プレナム（１２２）内に少なくとも部分的に前記第１の方向に導くように構成される、請求項１３に記載の回転機械（１０）。
【請求項１５】
前記内壁（１０４）は第１の表面をさらに画定し、前記外壁（１０２）は前記第１の表面に対向する第２の表面を画定し、前記複数の傾斜壁（１３８）の前記各傾斜壁（１３８）は前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する、請求項１１に記載の回転機械（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般に、内部インピンジメント冷却を含む部品に関し、より詳細には、インピンジメント冷却用の複数の傾斜チャネルを含む部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの高温ガス流路部品などのいくつかの部品は高温にさらされる。そのような部品の少なくともいくつかは、部品をしきい値温度以下に維持するための内部冷却システムを有する。動作中、内部冷却システムは、外壁と内壁との間に画定されたインピンジメントキャビティ内に冷却流体を供給する。しかしながら、少なくともいくつかの部品では、このようなインピンジメントキャビティは、外壁などの部品の各部分の熱膨張に起因して増大した応力を受ける。例えば、いくつかの部品では、外壁は、動作中に内壁よりも高い温度を有する。したがって、外壁は内壁とは異なる速度で熱膨張により膨張し、外壁の支持部材は増大した応力を受ける。
【０００３】
少なくともいくつかの部品は、冷却流体がインピンジメントキャビティを通って流れた後に冷却流体を回収するための回収プレナムを含む。しかし、冷却流体の圧力は回収プレナムに沿って変化する。例えば、少なくともいくつかの部品では、冷却流体は、反対側から回収プレナムに入り、回収プレナムに沿って圧力を変化させる流れ構造を生成する。圧力変化のために、冷却流体の不均衡な量は、回収プレナムの上流部分をバイパスし、回収プレナムの下流部分に入る。その結果、冷却システムの冷却効率が低下する。さらに、部品の冷却の均一性が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／０１３１３６５号明細書
【発明の概要】
【０００５】
一態様では、インピンジメント冷却のために構成された部品が提供される。部品は、複数の開口部を画定する内壁を含む。複数の開口部の各開口部は、各開口部を通して冷却流体を放出するように構成される。部品はまた、内壁から離間した外壁を含む。外壁および内壁は、部品の長手方向軸線に沿って延在する。部品は、内壁と外壁との間に延在する複数の傾斜壁をさらに含む。複数の傾斜壁は、複数の開口部と流体連通する複数の傾斜チャネルを画定する。複数の傾斜壁の各傾斜壁は、長手方向軸線に対して鋭角に延在する。
【０００６】
別の態様では、回転機械が提供される。回転機械は、燃焼ガスを生成するように構成された燃焼器部と、燃焼器部から燃焼ガスを受け取り、燃焼ガスから機械的回転エネルギーを生成するように構成されたタービン部と、を含む。回転機械を通る燃焼ガスの流路は、高温ガス流路を画定する。回転機械はまた、高温ガス流路に近接する部品を含む。部品は、内壁と、内壁から離間した外壁と、を含む。内壁は、そこを通って冷却流体を放出するように構成された複数の開口部を画定する。外壁および内壁は、部品の長手方向軸線に沿って延在する。部品は、内壁と外壁との間に延在する複数の傾斜壁をさらに含む。複数の傾斜壁は、複数の開口部と流体連通する複数の傾斜チャネルを画定する。複数の傾斜壁の各傾斜壁は、長手方向軸線に対して鋭角に延在する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】例示的な回転機械の概略図である。
【図２】図１に示す回転機械で用いられる例示的な部品の概略斜視図である。
【図３】図２に示す部品の、図２に示す線３−３に沿った断面図である。
【図４】図２に示す部品の一部の概略断面図である。
【図５】図２に示す部品の傾斜チャネルの概略側面図である。
【図６】図５に示す傾斜チャネルの代替的な構成の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の明細書および特許請求の範囲において、いくつかの用語に言及するが、それらは以下の意味を有すると規定する。
【０００９】
単数形の表現「１つの（ａ、ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、文脈上明らかに指示する場合を除き、複数形を含む。
【００１０】
「任意の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」または「任意に（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、続いて記載された事象または状況が生じてもよいし、また生じなくてもよいことを意味し、かつ、その説明が、事象が起こる場合と、それが起こらない場合と、を含むことを意味する。
【００１１】
本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、概略を表す文言（Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｎｇ  ｌａｎｇｕａｇｅ）は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動できる任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似する文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに明細書および特許請求の範囲の全体を通じて、範囲限界を特定することができる。このような範囲は、組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈または文言が特に指示しない限り、本明細書に含まれるすべての部分範囲を含む。
【００１２】
本明細書に記載されたシステムおよび方法は、傾斜チャネルを通ってインピンジメント冷却を導く複数の傾斜壁を含む部品を提供する。傾斜壁は、部品を支持し、部品の熱膨張中に生じる応力を低減する。特に、傾斜壁は、動作中に外壁を支持するために部品の内壁から外壁まで延在する。さらに、傾斜チャネルは、冷却流を回収プレナムに導き、回収プレナムに沿った圧力損失を低減する。結果として、本明細書に記載の実施形態は、部品のインピンジメント冷却の均一性および効率を高める。
【００１３】
図１は、例示的な回転機械１０の概略図である。この例示的な実施形態では、回転機械１０は、吸気部１２、吸気部１２の下流側に結合された圧縮機部１４、圧縮機部１４の下流側に結合された燃焼器部１６、燃焼器部１６の下流側に結合されたタービン部１８、およびタービン部１８の下流側に結合された排気部２０を含むガスタービンである。ほぼ管状のケーシング２２は、吸気部１２、圧縮機部１４、燃焼器部１６、タービン部１８、および排気部２０のうちの１つまたは複数を少なくとも部分的に取り囲む。代替的な実施形態では、回転機械１０は、本明細書で説明するように、内部流路を備えて形成された部品を含む任意の回転機械である。さらに、本明細書に記載のいくつかの実施形態は、部品を冷却することを含むが、必ずしも回転機械を含む必要はない任意の用途に適用可能である。
【００１４】
例示的な実施形態では、タービン部１８は、ロータシャフト２４を介して圧縮機部１４に結合される。本明細書で使用される場合、「結合する」という用語は、構成要素間の直接的な機械的、電気的、および／または通信接続に限定されず、複数の構成要素間の間接的な機械的、電気的、および／または通信接続も含むことができることに留意されたい。
【００１５】
回転機械１０の動作中には、吸気部１２は、圧縮機部１４に向かって空気を送る。圧縮機部１４は、空気を圧縮してより高い圧力および温度にする。より具体的には、ロータシャフト２４は、圧縮機部１４内のロータシャフト２４に結合された圧縮機ブレード２６の少なくとも１つの円周方向列に回転エネルギーを与える。例示的な実施形態では、圧縮機ブレード２６の各列に先行して、ケーシング２２から半径方向内側に延在する圧縮機ステータベーン２８の円周方向の列が設けられる。ステータベーン２８は、空気流を圧縮機ブレード２６内に導く。圧縮機ブレード２６の回転エネルギーは、空気の圧力および温度を上昇させる。圧縮機部１４は、燃焼器部１６に向けて圧縮空気を排出する。
【００１６】
燃焼器部１６では、圧縮空気が燃料と混合され、点火されて、タービン部１８に向けて送られる燃焼ガスを発生する。より具体的には、燃焼器部１６は少なくとも１つの燃焼器３０を含み、そこでは、例えば、天然ガスおよび／または燃料オイルなどの燃料が空気流内に噴射され、燃料空気混合気が点火されて、タービン部１８に向けて送られる高温の燃焼ガスを発生する。
【００１７】
タービン部１８は、燃焼ガス流の熱エネルギーを機械的回転エネルギーに変換する。より具体的には、燃焼ガスは、タービン部１８内のロータシャフト２４に結合されたロータブレード３２の少なくとも１つの円周方向の列に回転エネルギーを与える。例示的な実施形態では、ロータブレード３２の各列に先行して、ケーシング２２から半径方向内側に延在するタービンステータベーン３４の円周方向の列が設けられる。ステータベーン３４は、燃焼ガスをロータブレード３２内に導く。いくつかの実施形態では、ロータシャフト２４は、限定はしないが、発電機および／または機械的駆動用途などの負荷（図示せず）に結合される。排出された燃焼ガスは、タービン部１８から下流へ流れ、排気部２０に入る。回転機械１０を通る燃焼ガスの流路は、回転機械１０の高温ガス流路を画定する。ブレード３２およびステータベーン３４などの高温ガス流路に近接する回転機械１０の部品は、回転機械１０の動作中に高温にさらされる。
【００１８】
図２は、回転機械１０（図１に示す）で用いるための例示的な部品１００の概略斜視図である。図３は、線３−３（図２に示す）に沿った、部品１００の断面図である。例示的な実施形態では、部品１００は、ロータブレード３２（図１に示す）またはステータベーン３４（図１に示す）のうちの１つであり、回転機械１０（図１に示す）の動作中に高温にさらされる。代替的な実施形態では、部品１００は、燃焼器ライナー、シュラウド、およびベーン端壁などの高温環境にさらされる任意の部品である。
【００１９】
例示的な実施形態では、部品１００は、外壁１０２と、内壁１０４と、少なくとも１つの供給プレナム１０６と、を含む。内壁１０４は、外壁１０２の内側に配置され、内壁１０４の内部に４つの供給プレナム１０６を少なくとも部分的に画定する。動作中に、部品１００を所望の温度より低く維持することを容易にするために供給プレナム１０６に冷却流体が供給され、部品１００が耐用年数にわたって高温の燃焼ガスに耐えるのを容易にする。代替的な実施形態では、部品１００は、部品１００が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意の空隙および／またはプレナムを含む。
【００２０】
また、例示的な実施形態では、部品１００、例えばロータブレード３２（図１に示す）またはステータベーン３４（図１に示す）は、正圧側面１０８および反対側の負圧側面１１０を含む。正圧側面１０８および負圧側面１１０の各々は、前縁１１２から反対側の後縁１１４まで延在する。さらに、部品１００は、根元端部１１６から反対側の先端部１１８まで延在する。部品１００の長手方向軸線１２０は、根元端部１１６および先端部１１８を通って延びる。例示的な実施形態では、外壁１０２は、前縁１１２と後縁１１４との間で円周方向に延在し、根元端部１１６と先端部１１８との間で長手方向に延在する。代替的な実施形態では、部品１００は、部品１００が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意の構成を有する。
【００２１】
さらに、例示的な実施形態では、各供給プレナム１０６は、根元端部１１６から先端部１１８の近くまで延在する。各供給プレナム１０６は、内壁１０４と、正圧側面１０８と負圧側面１１０との間に少なくとも部分的に延在する少なくとも１つの隔壁１２１とによって画定される。各隔壁１２１は、正圧側面１０８の外壁１０２から負圧側面１１０の外壁１０２まで延在する。代替的な実施形態では、部品１００は、部品１００が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意の供給プレナム１０６を含む。例えば、いくつかの実施形態では、部品１００は、単一の供給プレナム１０６を含む。更なる実施形態では、部品１００は、正圧側面１０８の内壁１０４から負圧側面１１０の内壁１０４まで延在する隔壁１２１を含む。更なる実施形態では、隔壁１２１は、正圧側面１０８の内壁１０４から外壁１０２まで、および／または負圧側面１１０の内壁１０４から外壁１０２まで延在する。
【００２２】
さらに、例示的な実施形態では、部品１００は、少なくとも１つの傾斜チャネル１２４と流体連通する少なくとも１つの回収プレナム１２２をさらに含み、各回収プレナム１２２は、外壁１０２のインピンジメント冷却に使用される流体の戻り流体流路を提供する。例えば、例示的な実施形態では、内壁１０４は、複数の傾斜チャネル１２４に隣接して延在する複数の回収プレナム１２２を少なくとも部分的に画定する。例示的な実施形態では、各回収プレナム１２２は、根元端部１１６から先端部１１８の近くまで延在する。代替的な実施形態では、部品１００は、部品１００が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の回収プレナム１２２を含む。例えば、いくつかの実施形態では、回収プレナム１２２は、内壁１０４の湾曲に沿うように任意の方向に延在する。更なる実施形態では、複数の回収プレナムが単一の軸に沿って延在する。
【００２３】
図４は、部品１００の一部の概略断面図である。外壁１０２は、外面１２６および内面１２８を含む。内壁１０４は、第１の表面１３０および第２の表面１３２を含む。さらに、内壁１０４は、第１の表面１３０から第２の表面１３２まで延在する複数の開口部１３４を画定する。例示的な実施形態では、外壁１０２および内壁１０４は一体に形成される。代替的な実施形態では、部品１００は、部品１００が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意の壁を含む。
【００２４】
例示的な実施形態では、内壁１０４の少なくとも一部は、外壁１０２の少なくとも一部に円周方向および長手方向に隣接して延在し、外壁１０２からオフセット距離１３６だけ離れている。特に、内壁１０４の第１の表面１３０は、外壁１０２の内面１２８と対向して離間し、オフセット距離１３６が第１の表面１３０と内面１２８との間に画定される。例示的な実施形態では、オフセット距離１３６は、プレナム１０６を通って供給され、内壁１０４に画定された開口部１３４を通って外壁１０２の内面１２８に向かって放出される冷却流体によって、外壁１０２の効果的なインピンジメント冷却を促進するように選択される。例えば、限定しないが、オフセット距離１３６は、部品１００に沿って円周方向および／または長手方向に変化し、外壁１０２のそれぞれの部分に沿った局所的な冷却要件を容易にする。代替的な実施形態では、部品１００は、部品１００が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意のオフセット距離１３６を有する。
【００２５】
図５は、部品１００の傾斜チャネル１２４の概略側面図である。図４および図５を参照すると、例示的な実施形態では、複数の傾斜壁１３８が、外壁１０２と内壁１０４との間に延在し、複数の傾斜チャネル１２４を画定する。特に、傾斜壁１３８は、第１の表面１３０から内面１２８まで延在する。さらに、図４に示すように、傾斜壁１３８は、第１の表面１３０および内面１２８に対して実質的に垂直である。傾斜壁１３８は、各傾斜チャネル１２４が、開口部１３４のうちの少なくとも１つを介して少なくとも１つの供給プレナム１０６と流体連通するように構成される。また、例示的な実施形態では、各傾斜壁１３８は、第１の表面１４０および第２の表面１４２を含む。第１の表面１４０および第２の表面１４２は、それらの間の傾斜壁１３８の厚さを画定する。代替的な実施形態では、部品１００は、部品１００が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意の傾斜壁１３８を含む。
【００２６】
また、例示的な実施形態では、傾斜壁１３８および傾斜チャネル１２４は、傾斜しており、部品１００の長手方向軸線１２０に沿って少なくとも部分的に延在する。したがって、傾斜壁１３８は、冷却流体を少なくとも部分的に長手方向軸線１２０に沿って導く。その結果、冷却流体が複数の傾斜チャネル１２４から回収プレナム１２２に入ると、冷却流体は長手方向軸線１２０に沿って少なくとも部分的に同じ方向に流れ、圧力損失を増加させ、システム効率を低下させる流れ構造の発生を抑制する。
【００２７】
さらに、例示的な実施形態では、各傾斜壁１３８は、長手方向軸線１２０に対して角度１４４で延在し、横軸１３３に対して角度１４６で延在する。角度１４４および角度１４６の各々は、鋭角である。本明細書で使用する「鋭角」という用語は、０°〜９０°の角度を指す。代替的な実施形態では、傾斜壁１３８は、部品１００が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意の角度で延在する。
【００２８】
さらに、例示的な実施形態では、傾斜チャネル１２４の第１の組１４８が回収プレナム１２２の第１の側に配置され、傾斜チャネル１２４の第２の組１５０が傾斜チャネル１２４の第１の組１４８の反対側である回収プレナム１２２の第２の側に配置される。傾斜チャネル１２４の第１の組１４８は実質的に平行であり、傾斜チャネル１２４の第２の組１５０は実質的に平行である。傾斜チャネル１２４の第１の組１４８および傾斜チャネル１２４の第２の組１５０は、異なる方向に延在する。傾斜チャネル１２４の第１の組および傾斜チャネルの第２の組が、冷却流体を少なくとも部分的に長手方向に回収プレナム１２２内に導くので、回収プレナム１２２内の流れの外乱は減少する。代替的な実施形態では、傾斜チャネル１２４は、部品１００が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意の方向に流体を導く。いくつかの実施形態では、傾斜壁１３８の角度は、回収プレナム１２２に沿ったインピンジメント流を「調整」するように変更される。すなわち、傾斜チャネル１２４がインピンジメント流の特性を制御するために使用される。
【００２９】
また、例示的な実施形態では、各傾斜チャネル１２４は、傾斜チャネル１２４から回収プレナム１２２内へ流体を排出するための傾斜壁１３８によって画定されるチャネル出口１５２を含む。例示的な実施形態では、チャネル出口１５２は、互いに実質的に類似している。代替的な実施形態では、各傾斜チャネル１２４は、部品１００が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意のチャネル出口１５２を含む。例えば、いくつかの実施形態では、チャネル出口１５２は、異なるサイズおよび／または形状を有する。
【００３０】
いくつかの実施形態では、チャネル出口１５２の形状および／またはサイズは、回収プレナム１２２内に所望の流れを提供するように予め選択される。例えば、いくつかの実施形態では、チャネル出口１５２の面積が回収プレナム１２２に沿って変化して、回収プレナム１２２内へのインピンジメント流を「調整」し、開口部１３４を通る流れの量を変化させる。特に、チャネル出口１５２の面積を減少させると、チャネル出口１５２および開口部１３４を通る流れの量が減少する。その結果、部品１００から除去される熱が局所的に調整され、部品１００の温度が局所的に変化してより均一な温度が得られ、温度勾配が減少する。いくつかの実施形態では、チャネル出口１５２の面積は、傾斜チャネル１２４の角度１４４を変化させることによって変化する。特に、いくつかの実施形態では、傾斜チャネル１２４の面積が回収プレナム１２２内の圧力変化に対応するように、下流の傾斜チャネル１２４は、上流の傾斜チャネル１２４の角度１４４より小さい角度１４４を有する。
【００３１】
また、例示的な実施形態では、開口部１３４は、外壁１０２の効果的なインピンジメント冷却を促進するように選択されたパターンで配置される。例えば、いくつかの実施形態では、開口部１３４のパターンは、部品１００に沿って円周方向および／または長手方向に変化して、外壁１０２のそれぞれの部分に沿った局所的な冷却要件を容易にする。いくつかの実施形態では、開口部１３４は、それを通る冷却流体を内面１２８に向かって噴流で放出するようにサイズおよび形状がそれぞれ決められている。例えば、開口部１３４は、実質的に円形または卵形の断面をそれぞれ有する。代替的な実施形態では、部品１００は、部品１００が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意の開口部１３４を有する。例えば、いくつかの実施形態では、外壁１０２はまた、それを貫通して延在する開口部（図示せず）を含み、傾斜チャネル１２４からの流体を導き、外壁１０２の外部の膜冷却を提供する。
【００３２】
さらに、例示的な実施形態では、部品１００は、ニッケル基超合金から形成される。代替的な実施形態では、部品１００は、部品１００が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意の材料から形成される。例えば、いくつかの実施形態では、部品１００は、コバルト基超合金、鉄基合金、およびチタン基合金のうちの少なくとも１つから形成される。
【００３３】
図４を参照すると、例示的な実施形態では、部品１００は、外壁１０２の外面１２６上にコーティング１５４をさらに含む。コーティング１５４は、外壁１０２を高温環境から保護するために選択された少なくとも１つの材料から形成される。例えば、断熱コーティング１５４は、外面１２６に隣接して付着するように構成されたボンドコート層と、ボンドコート層に隣接する断熱外層と、を含む。代替的な実施形態では、部品１００は、部品１００が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意のコーティング１５４を含む。
【００３４】
図１、図２および図４を参照すると、動作中に、冷却流体は部品１００の根元端部１１６を通ってプレナム１０６に供給される。冷却流体がほぼ先端部１１８に向かって流れるにつれて、冷却流体の一部が、開口部１３４を通って傾斜チャネル１２４内に押しやられ、外壁１０２の内面１２８に衝突する。傾斜チャネル１２４は、流れを長手方向軸線１２０に少なくとも部分的に沿う方向に回収プレナム１２２内に導く。例示的な実施形態では、使用済みの冷却流体は、一般に、回収プレナム１２２を通ってほぼ根元端部１１６に向かって流れ、部品１００から流出する。いくつかのこのような実施形態では、供給プレナム１０６、傾斜チャネル１２４および回収プレナム１２２の配置は、回転機械１０の冷却回路の一部を形成し、使用済みの冷却流体は、回転機械１０を通る作動流体流に戻される。いくつかの実施形態では、冷却流体は、燃焼器部１６内、燃焼器部１６の上流、燃焼器部１６の下流、部品１００内、および／または回転機械１０の他の部分内などの回転機械１０の任意の部分で再利用される。このような実施形態は、使用済み冷却流体を部品１００からタービン部１８内の作動流体に直接排出する冷却システムと比較して、回転機械１０の改善された動作効率を提供する。プレナム１０６および傾斜チャネル１２４を通るインピンジメント流および回収プレナム１２２を通る戻り流は、部品１００がロータブレード３２および／またはステータベーン３４である実施形態に関して説明されているが、代替的な実施形態では、回転機械１０の任意の部品１００は、プレナム１０６、傾斜チャネル１２４、および／または回収プレナム１２２の回路を含む。
【００３５】
図６は、傾斜チャネル１２４の代替的な構成の概略図である。いくつかの実施形態では、開口部１３４は、傾斜チャネル１２４に沿って列に整列される。第１の構成２００では、各傾斜チャネル１２４は、開口部１３４の単一列と流体連通している。第２の構成２０２では、各傾斜チャネル１２４は、開口部１３４の複数の列と流体連通している。代替的な実施形態では、傾斜チャネル１２４は、部品１００（図２に示す）が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意の開口部１３４と流体連通する。
【００３６】
第３の構成２０４では、傾斜壁１３８は湾曲部分２０６を含む。湾曲部分２０６は、動作中に傾斜壁１３８が外壁１０２を支持するのを容易にするために、外壁１０２の膨張方向、例えば長手方向に少なくとも部分的に延在するように構成される。特に、湾曲部分２０６は、外壁１０２の膨張による部品１００（図２に示す）内の応力を低減する。代替的な実施形態では、傾斜壁１３８は、部品１００（図２に示す）が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意の湾曲部分２０６を含む。
【００３７】
第４の構成２０８では、各傾斜壁１３８は、冷却流体が湾曲経路２１０に沿って傾斜チャネル１２４を通り、回収プレナム１２２に向かって導かれるように、実質的に湾曲している。湾曲経路２１０は、冷却流体が長手方向軸線１２０と少なくとも部分的に整列する方向で回収プレナム１２２内に流れることを容易にする。したがって、回収プレナム１２２内の圧力変化が低減される。さらに、例示的な実施形態では、傾斜壁１３８の曲率半径は、外壁１０２から内壁１０４に向かって増加する。代替的な実施形態では、傾斜壁１３８は、部品１００（図２に示す）が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意の湾曲を有する。
【００３８】
上述の実施形態は、傾斜チャネルを通してインピンジメント冷却を導く複数の傾斜壁を含む部品を提供する。傾斜壁は、部品を支持し、部品の熱膨張中に生じる応力を低減する。特に、傾斜壁は、動作中に外壁を支持するために部品の内壁から外壁まで延在する。さらに、傾斜チャネルは、冷却流を回収プレナムに導き、回収プレナムに沿った圧力損失を低減する。結果として、本明細書に記載の実施形態は、部品のインピンジメント冷却の均一性および効率を高める。
【００３９】
本明細書に記載の方法、システム、および装置の例示的な技術的効果は、（ａ）熱膨張による部品の応力を低減すること、（ｂ）部品冷却システム内の回収プレナムに沿った圧力損失を低減すること、（ｃ）部品冷却システムの冷却均一性を高めること、（ｄ）部品冷却システムのインピンジメント熱伝達係数を改善すること、のうちの少なくとも１つを含む。
【００４０】
以上、内部インピンジメント冷却部品の例示的な実施形態について詳細に説明した。部品、ならびにこのような部品を用いた方法およびシステムは、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、システムの部品および／または方法のステップは、本明細書に記載した他の部品および／またはステップから独立してかつ別個に利用することができる。例えば、例示的な実施形態は、高温環境で部品を用いるように現在構成された他の多くの用途に関連して実現および利用することができる。
【００４１】
本開示の様々な実施形態の具体的な特徴をいくつかの図面には示してあって、他の図面には示していないが、これは単に便宜上のためである。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴は、他の任意の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または請求することができる。
【００４２】
本明細書は、実施形態を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も実施形態を実施することができるように実施例を用いており、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んでいる。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実施例を含むことができる。このような他の実施例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、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、このような他の実施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］
インピンジメント冷却のために構成された部品（１００）であって、前記部品（１００）は、
複数の開口部（１３４）を画定する内壁（１０４）であって、前記複数の開口部（１３４）の各開口部（１３４）は、前記各開口部（１３４）を通して冷却流体を放出するように構成される、内壁（１０４）と、
前記内壁（１０４）から離間した外壁（１０２）であって、前記外壁（１０２）と前記内壁（１０４）は前記部品（１００）の長手方向軸線（１２０）に沿って延在する、外壁（１０２）と、
前記内壁（１０４）と前記外壁（１０２）との間に延在し、かつ、前記複数の開口部（１３４）と流体連通する複数の傾斜チャネル（１２４）を画定する複数の傾斜壁（１３８）と、を含み、前記複数の傾斜壁（１３８）の各傾斜壁（１３８）は、前記長手方向軸線（１２０）に対して鋭角に延在する、部品（１００）。
［実施態様２］
前記内壁（１０４）によって少なくとも部分的に画定される少なくとも１つの供給プレナム（１０６）をさらに含み、前記少なくとも１つの供給プレナム（１０６）は、前記複数の開口部（１３４）に前記冷却流体を供給するように構成される、実施態様１に記載の部品（１００）。
［実施態様３］
前記内壁（１０４）によって少なくとも部分的に画定され、前記複数の傾斜チャネル（１２４）と流体連通する少なくとも１つの回収プレナム（１２２）をさらに含み、前記少なくとも１つの回収プレナム（１２２）は、前記冷却流体の戻り流路を画定するように構成される、実施態様１に記載の部品（１００）。
［実施態様４］
前記少なくとも１つの回収プレナム（１２２）は、前記長手方向軸線（１２０）に沿って延在し、かつ、前記冷却流体を第１の方向に導くように構成され、前記複数の傾斜壁（１３８）は、前記冷却流体を前記少なくとも１つの回収プレナム（１２２）内に少なくとも部分的に前記第１の方向に導くように構成される、実施態様３に記載の部品（１００）。
［実施態様５］
前記内壁（１０４）は第１の表面をさらに画定し、前記外壁（１０２）は前記第１の表面に対向する第２の表面を画定し、前記複数の傾斜壁（１３８）の前記各傾斜壁（１３８）は前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する、実施態様１に記載の部品（１００）。
［実施態様６］
前記複数の傾斜壁（１３８）の各傾斜壁（１３８）は、前記第１の表面および前記第２の表面に対して垂直である、実施態様５に記載の部品（１００）。
［実施態様７］
前記複数の傾斜壁（１３８）の各傾斜壁（１３８）は、第１の表面、第２の表面、および前記第１の表面と前記第２の表面との間に画定された厚さを含む、実施態様１に記載の部品（１００）。
［実施態様８］
前記複数の傾斜壁（１３８）のうちの少なくとも１つの傾斜壁（１３８）は、湾曲部分（２０６）を含む、実施態様１に記載の部品（１００）。
［実施態様９］
前記複数の傾斜壁（１３８）のうちの前記少なくとも１つの傾斜壁（１３８）は湾曲し、かつ、前記外壁（１０２）から前記内壁（１０４）に向かって増加する曲率半径を有する、実施態様１に記載の部品（１００）。
［実施態様１０］
前記複数の傾斜壁（１３８）は、第１の組の傾斜壁（１３８）と第２の組の傾斜壁（１３８）とを含み、前記第１の組の傾斜壁（１３８）の各傾斜壁（１３８）は第１の方向に延在し、前記第２の組の傾斜壁（１３８）の各傾斜壁（１３８）は、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延在する、実施態様１に記載の部品（１００）。
［実施態様１１］
回転機械（１０）であって、
燃焼ガスを生成するように構成された燃焼器部（１６）と、
前記燃焼器部（１６）から燃焼ガスを受け取り、前記燃焼ガスから機械的回転エネルギーを生成するように構成されたタービン部（１８）であって、前記回転機械（１０）を通る前記燃焼ガスの流路が高温ガス流路を画定する、タービン部（１８）と、
前記高温ガス流路に近接する部品（１００）と、を含み、前記部品（１００）は、
複数の開口部（１３４）を画定する内壁（１０４）であって、前記複数の開口部（１３４）の各開口部（１３４）は、前記各開口部（１３４）を通して冷却流体を放出するように構成される、内壁（１０４）と、
前記内壁（１０４）から離間した外壁（１０２）であって、前記外壁（１０２）と前記内壁（１０４）は前記部品（１００）の長手方向軸線（１２０）に沿って延在する、外壁（１０２）と、
前記内壁（１０４）と前記外壁（１０２）との間に延在し、かつ、前記複数の開口部（１３４）と流体連通する複数の傾斜チャネル（１２４）を画定する複数の傾斜壁（１３８）と、を含み、前記複数の傾斜壁（１３８）の各傾斜壁（１３８）は、前記長手方向軸線（１２０）に対して鋭角に延在する、回転機械（１０）。
［実施態様１２］
前記部品（１００）は、前記内壁（１０４）によって少なくとも部分的に画定される少なくとも１つの供給プレナム（１０６）をさらに含み、前記少なくとも１つの供給プレナム（１０６）は、前記複数の開口部（１３４）に前記冷却流体を供給するように構成される、実施態様１１に記載の回転機械（１０）。
［実施態様１３］
前記部品（１００）は、前記内壁（１０４）によって少なくとも部分的に画定され、かつ、前記複数の傾斜チャネル（１２４）と流体連通する少なくとも１つの回収プレナム（１２２）をさらに含み、前記少なくとも１つの回収プレナム（１２２）は、前記冷却流体の戻り流路を画定するように構成される、実施態様１１に記載の回転機械（１０）。
［実施態様１４］
前記少なくとも１つの回収プレナム（１２２）は、前記長手方向軸線（１２０）に沿って延在し、かつ、前記冷却流体を第１の方向に導くように構成され、前記複数の傾斜壁（１３８）は、前記冷却流体を前記少なくとも１つの回収プレナム（１２２）内に少なくとも部分的に前記第１の方向に導くように構成される、実施態様１３に記載の回転機械（１０）。
［実施態様１５］
前記内壁（１０４）は第１の表面をさらに画定し、前記外壁（１０２）は前記第１の表面に対向する第２の表面を画定し、前記複数の傾斜壁（１３８）の前記各傾斜壁（１３８）は前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する、実施態様１１に記載の回転機械（１０）。
［実施態様１６］
前記複数の傾斜壁（１３８）の各傾斜壁（１３８）は、前記第１の表面および前記第２の表面に対して垂直である、実施態様１５に記載の回転機械（１０）。
［実施態様１７］
前記複数の傾斜壁（１３８）の各傾斜壁（１３８）は、第１の表面、第２の表面、および前記第１の表面と前記第２の表面との間に画定された厚さを含む、実施態様１１に記載の回転機械（１０）。
［実施態様１８］
前記複数の傾斜壁（１３８）のうちの少なくとも１つの傾斜壁（１３８）は、湾曲部分（２０６）を含む、実施態様１１に記載の回転機械（１０）。
［実施態様１９］
前記複数の傾斜壁（１３８）のうちの前記少なくとも１つの傾斜壁（１３８）は湾曲し、かつ、前記外壁（１０２）から前記内壁（１０４）に向かって増加する曲率半径を有する、実施態様１１に記載の回転機械（１０）。
［実施態様２０］
前記複数の傾斜壁（１３８）は、第１の組の傾斜壁（１３８）と第２の組の傾斜壁（１３８）とを含み、前記第１の組の傾斜壁（１３８）の各傾斜壁（１３８）は第１の方向に延在し、前記第２の組の傾斜壁（１３８）の各傾斜壁（１３８）は、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延在する、実施態様１１に記載の回転機械（１０）。
【符号の説明】
【００４３】
１０  回転機械
１０  回転機械
１２  吸気部
１４  圧縮機部
１６  燃焼器部
１８  タービン部
２０  排気部
２２  ケーシング
２４  ロータシャフト
２６  圧縮機ブレード
２８  圧縮機ステータベーン
３０  燃焼器
３２  ロータブレード
３４  タービンステータベーン
１００  部品
１０２  外壁
１０４  内壁
１０６  供給プレナム
１０８  正圧側面
１１０  負圧側面
１１２  前縁
１１４  後縁
１１６  根元端部
１１８  先端部
１２０  長手方向軸線
１２１  隔壁
１２２  回収プレナム
１２４  傾斜チャネル
１２６  外面
１２８  内面
１３０  表面
１３２  表面
１３３  横軸
１３４  開口部
１３６  オフセット距離
１３８  傾斜壁
１４０  表面
１４２  表面
１４４  角度
１４６  角度
１４８  組
１５０  組
１５２  チャネル出口
１５４  断熱コーティング
２００  構成
２０２  構成
２０４  構成
２０６  湾曲部分
２０８  構成
２１０  湾曲経路
【図１】
2018135877.tif 000003
【図２】
2018135877.tif 000004
【図３】
2018135877.tif 000005
【図４】
2018135877.tif 000006
【図５】
2018135877.tif 000007
【図６】
2018135877.tif 000008
【外国語明細書】
2018135877000001.pdf