(57)【要約】  内部冷却タービンブレード２６は、概ね第１の壁５３ａから第２の壁５３に向かって空気キャビティ３８内に延在する少なくとも１つのデフレクタ４８を備え、このデフレクタにより、冷却空気４９が第１の壁５３ａから離れて概ね第２の壁５３に向かうように偏向され、これによって複数の冷却通路入口４１、４３、４５間の冷却流分布が改善される。
2007500299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジンの内部冷却タービンブレードとロータディスクとの組合せにおいて、前記タービンディスクと前記タービンブレードとが協働してそれらの間に空気キャビティを形成し、前記空気キャビティが、前記タービンディスクに対して概ね半径方向に延在するとともに前記ロータディスクの概ね回転軸方向に沿って延在するディスクの第１の壁と、前記第１の壁に概ね平行して延在するディスクの第２の壁と、上流入口端部と、下流端部と、によって画定され、冷却空気の流れが、運転時に、前記冷却空気の流れに対する前記空気キャビティの回転により、実質的に前記第１の壁に対してある角度で前記空気キャビティに流入し、それによって、前記第１の壁が、運転時に、前記キャビティの前記下流端部に向かって前記キャビティに流入する前記冷却空気の流れの向きを変え、前記タービンブレードが、前記空気キャビティと連通するとともに前記タービンブレードの内側に画定された内側冷却通路と連通する一連の入口と、前記空気キャビティ内に延在する少なくとも１つのデフレクタと、を備え、前記デフレクタが、概ね前記第１の壁から前記第２の壁付近の前記第２の壁から離間している位置に延在し、これによって、前記デフレクタが、前記キャビティに流入する冷却空気を前記第１の壁から離して概ね前記第２の壁に向かう方向に偏向するように構成されることを特徴とするガスタービンエンジンの内部冷却タービンブレードとロータディスクの組合せ。
【請求項２】
前記デフレクタが、前記冷却空気流と接触しかつ前記冷却空気流を偏向する流れ面を有し、前記流れ面が、鋭角で前記第１の壁から延在することを特徴とする請求項１に記載の組合せ。
【請求項３】
前記デフレクタが、前記第１の壁から前記第２の壁まで中間部に満たない距離に亘り前記空気キャビティを横切って延在することを特徴とする請求項１に記載の組合せ。
【請求項４】
前記第１の壁が、前記タービンブレードの正圧側に対応する前記空気キャビティの側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の組合せ。
【請求項５】
前記一連の入口が、最初の入口から最後の入口まで延在する一直線の列をなす入口からなり、前記最後の入口が、前記下流端部に最も近く、前記デフレクタが、前記冷却空気の流れを少なくとも１つの入口に向けて向きを変えるように構成されており、前記少なくとも１つの入口が、前記最後の入口とは異なった前記入口のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の組合せ。
【請求項６】
前記デフレクタが、前記空気キャビティの前記上流端部と前記下流端部の中間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の組合せ。
【請求項７】
前記デフレクタが、前記冷却空気流に対する前縁表面を有し、前記前縁表面が、前記第１の壁に対して垂直でないことを特徴とする請求項１に記載の組合せ。
【請求項８】
前記デフレクタが、前記冷却空気流を前記空気キャビティ内で少なくとも一対の逆回転する主要な渦として旋回させるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の組合せ。
【請求項９】
第２のデフレクタをさらに備え、前記第２のデフレクタが、前記第２の壁から前記第１の壁へ向かって延在するとともに、前記第１の壁に向かって前記キャビティを横切る距離の一部分に亘って延在することを特徴とする請求項１に記載の組合せ。
【請求項１０】
前記空気キャビティが、タービンブレード基部と前記ロータディスクに画定されたブレード取付スロットとの間に画定され、前記スロットが、前記第１の壁および前記第２の壁を画定し、前記デフレクタが、前記基部から一体的に延在することを特徴とする請求項１に記載の組合せ。
【請求項１１】
ロータディスクに画定されたブレード取付スロットに嵌合するよう構成された基部を有する内部冷却タービンブレードであって、前記タービンブレードが、
前記基部の表面に画定された少なくとも１つの入口をそれぞれ有する複数の内部冷却通路であって、前記複数の入口が互いに概ね一直線の列をなして前記表面に配置され、前記一直線の列が直線軸を画定する複数の内部冷却通路と、
前記表面の周縁から前記表面の対向する周縁に向かって前記表面を部分的に横切る少なくとも１つのデフレクタであって、前記デフレクタが運転時に前記スロットに流入する冷却流と接触して向きを変えるように構成された主要面を有し、前記面が前記直線軸に対して鋭角に配置される少なくとも１つのデフレクタと、
を有する内部冷却タービンブレード。
【請求項１２】
前記ブレードが前記ロータディスクに設置される際に、前記デフレクタが前記ブレード取付スロットの側壁に実質的に隣接して配置されるように、前記デフレクタが前記ブレード上に位置決めされ、これによって、前記デフレクタが、前記スロット内の冷却空気流の向きを概ね前記側壁から離して前記スロットの対向する側壁に向けて変えるように構成されることを特徴とする請求項１１に記載の内部冷却タービンブレード。
【請求項１３】
前記一方の側が、前記タービンブレードのエアフォイルの正圧側に対応することを特徴とする請求項１２に記載の内部冷却タービンブレード。
【請求項１４】
前記表面が、前記基部の下面であることを特徴とする請求項１２に記載の内部冷却タービンブレード。
【請求項１５】
前記デフレクタが、前記一直線の列の中間位置の入口に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の内部冷却タービンブレード。
【請求項１６】
第２のデフレクタをさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の内部冷却タービンブレード。
【請求項１７】
前記デフレクタが、前記スロット内の冷却空気の流れの向きを前記中間入口に向けて変えるように構成されることを特徴とする請求項１５に記載の内部冷却タービンブレード。
【請求項１８】
タービンディスクに設けられ、前記ディスクと協働してそれらの間に空気キャビティを形成するよう構成されたタービンブレードであって、前記空気キャビティが、前記タービンディスクに対して概ね半径方向に延在するとともにタービンディスク回転軸に平行な方向に概ね沿って延在する対向している第１の壁および第２の壁を有し、前記ディスクが、運転時に、前記キャビティに供給された冷却空気流に対して回転し、これによって、前記空気キャビティの前記第１の壁が、前記キャビティに流入する前記冷却空気の流れの向きを最初に変えるタービンブレードであって、前記タービンブレードが、
前記ブレードが前記ディスクに取付けられる際に、前記空気キャビティを部分的に画定するように構成された表面を有するとともに、前記対向する第１の壁および第２の壁に対応する第１の側部および第２の側部を有する基部であって、前記第１の側部および前記第２の側部が前記表面の各端部を画定する各端部を有する基部と、
前記表面に沿って延在する入口の列であり、前記入口が前記タービンブレードの内側に画定された内部冷却通路と連通する入口の列と、
前記表面から延在して、実質的に前記第１の側部と前記第２の側部との中間位置まで前記第１の側部から前記表面を横切る少なくとも１つのデフレクタであり、前記表面の端部から離間しているデフレクタと、
を備えるタービンブレード。
【請求項１９】
前記デフレクタが、前記第１の側部から概ね垂直に延在することを特徴とする請求項１８に記載のタービンブレード。
【請求項２０】
前記デフレクタの少なくとも一部が、第１の側部から鋭角に延在することを特徴とする請求項１８に記載のタービンブレード。
【請求項２１】
前記中間位置が、前記第２の側部よりも前記第１の側部に近いことを特徴とする請求項１８に記載のタービンブレード。
【請求項２２】
前記デフレクタが、運転時に、前記入口の列の最後の入口の上流側にある少なくとも１つの入口に向けて、前記第１の側部に沿って流れる冷却空気の向きを変えるよう構成されることを特徴とする請求項１８に記載のタービンブレード。
【請求項２３】
前記第１の側部が、前記ブレードのエアフォイルの正圧側に対応することを特徴とする請求項１８に記載のタービンブレード。
【請求項２４】
前記デフレクタが、前記基部と一体的であることを特徴とする請求項１８に記載のタービンブレード。
【請求項２５】
前記デフレクタが、運転時に、前記少なくとも１つの入口に流入する冷却空気の量を増加させるために冷却空気を偏向するように構成されていることを特徴とする請求項２２に記載のタービンブレード。
【請求項２６】
内部冷却タービンブレードに冷媒流を供給する方法であって、前記ブレードが複数の冷媒入口を画定する基部を有し、前記基部がガスタービンエンジンのロータディスクに画定されたブレード取付スロットに嵌合され、前記方法が、
（ａ）前記ブレード取付スロットに冷媒の旋回を方向付けるステップと、
（ｂ）中央の冷媒入口に対応する位置に低圧力領域が生じないように、前記冷媒流の旋回性質を実質的に維持しつつ前記ブレード取付スロット内の前記冷媒を偏向するステップと、
からなることを特徴とする冷媒流供給方法。
【請求項２７】
前記ステップ（ｂ）が、前記冷媒の旋回に新たな渦構造を生じさせるステップを含むことを特徴とする請求項２６に記載の冷媒流供給方法。
【請求項２８】
前記デフレクタが、前記スロットに流入する主要な旋回流を直接的に分離しないことを特徴とする請求項２６に記載の冷媒流供給方法。
【請求項２９】
前記ステップ（ｂ）が、前記旋回を複数の小さな主要な旋回に分割するステップを含むことを特徴とする請求項２８に記載の冷媒流供給方法。
【請求項３０】
ガスタービンエンジンの回転エアフォイル内部に画定された冷却通路に通じる少なくとも３つの冷却入口に供給された冷却空気の流れの分割を規制する方法であって、前記回転エアフォイルが、ロータリーディスクに設けられ、前記ロータリーディスクと協働してその間に空気キャビティを形成し、前記空気キャビティが、冷却空気の流入を許容するエントランスと、前記エントランスと反対側の前記キャビティの端部における下流端部と、ディスク半径方向軸に沿って半径方向に延在するとともに前記エントランスと前記下流端部との間で軸方向に延在する側壁と、を有し、前記少なくとも３つの入口が、前記空気キャビティに連通するとともに、前記入口の最初の入口から最後の入口まで前記空気キャビティに亘って延在する列をなして配置されており、前記最後の入口が、前記キャビティの下流端部に最も近く、前記方法が、
（ａ）取付けられた前記エアフォイルとともに前記ロータリーディスクを回転させるステップと、
（ｂ）前記エントランスから実質的に前記側壁に沿って前記下流端部に向けて冷却空気を前記空気キャビティに方向付けるステップと、
（ｃ）前記エントランスと前記下流端部の中間位置において、前記側壁から離して前記最初の入口と前記最後の入口の中間に位置する少なくとも１つの入口に向かうように冷却空気を方向付けるステップと、
からなることを特徴とする冷却空気流分割規制方法。
【請求項３１】
前記ステップ（ｃ）が、偏向されない流れによる圧力と比べて、前記少なくとも１つの中間入口に対応する位置における前記冷却流の圧力を高めることを含むことを特徴とする請求項３０に記載の冷却空気流分割規制方法。
【請求項３２】
前記冷却空気が、渦巻き性質を有し、前記ステップ（ｃ）が、前記冷却流の前記渦巻き性質を概ね維持しつつ、冷却空気の渦の低圧力領域を前記少なくとも１つの中間入口から離すように押圧することを含むことを特徴とする請求項３０に記載の冷却空気流分割規制方法。
【請求項３３】
前記ステップ（ｃ）が、前記冷却流の渦構造を再配置するステップを含むことを特徴とする請求項３２に記載の冷却空気流分割規制方法。
【請求項３４】
前記冷却流が、前記エアフォイルの基部によって方向付けられることを特徴とする請求項３２に記載の冷却空気流分割規制方法。
【請求項３５】
前記基部が、前記基部が配置された前記エアフォイルの表面の幅を部分的に横切るように延在することを特徴とする請求項３４に記載の冷却空気流分割規制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温ガス雰囲気にさらされる構成要素の冷却に関し、特に、内部冷却ガスタービンエンジンのエアフォイル構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６Ａを参照すると、従来の内部冷却式タービンロータは、一般に円周方向に間隔をもった複数のタービンブレード１を支持するディスク２を備える。タービンブレード１はその内部に画定された少なくとも１つの内部冷却チャネル５を有し、冷却チャネルはエントランス開口部６を有する。通常、そのようなチャネルは二つ以上あり、図６Ｂおよび図６Ｃには、便宜上例えばＸ、ＹおよびＺで示された３つのチャネルが示されている。各タービンブレードの基部３はディスクのスロット内に配置されている。ブレードとディスクとの間には冷却空気チャネルつまりポケット４が画定されている。この冷却空気ポケット４はエントランス６を介してブレードの内部冷却チャネルと連通している。運転時は、冷却空気ポケットには、例えば接線オンボードインジェクター（ＴＯＢＩ）もしくは他の手段からの冷却空気が供給され、そこから冷却空気は、ブレードの冷却のためエントランス６を通って内部冷却チャネル５に流入する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
冷却空気供給に対してタービンロータの回転速度が比較的速いため、一般的にブレードの内部冷却通路への供給が困難になっている。空気は、互いにほぼ直角をなすようないくつかの角度で何度も方向を変えられなければならないが、高速回転の機械でこれを効率よく行うことは非常に難しい。接線オンボードインジェクター（ＴＯＢＩ）により、部分的な解決がもたらされるが、図６Ｂに示されるように、冷却空気ポケットに流入する空気により、ポケット内側にかなりの再循環の渦が生じる傾向がある。空気が所定の角度で（ディスクの相対回転によって）ポケットに流入し、衝突して、ポケットの「下流」の第一の側（ポケットの下流側は図６Ｂの底部に沿って描かれている）によって方向が変えられ、ポケットの奥に沿って案内されることによって渦が生じる。空気の方向付けが困難であるため、さまざまなブレード入口冷却通路間に不規則な冷却流の分裂が生じてしまう。図６Ｂおよび図６Ｃを参照すると、この不規則な冷却流の分裂により、全体の冷却流の大部分が通路Ｚに入り込む傾向が生じ（図６Ｂおよび図６Ｃに矢印のサイズを不揃いにして概略的に示す）、これにより、通路Ｘ，Ｙを通る冷却効果が減少してしまう。
【０００４】
２００２年１０月２３日に公開された欧州特許第１，２５１，２４３号明細書では、通路間の空気の分布問題は再循環の渦の中心の低圧力領域によって引き起こされる（圧力は一般的に、通路Ｙの位置に対応する点が一番低い）という仮説がたてられ、ポケット内まで延びるようにブレード基部の下面にフェンスを設けて、冷却空気の旋回を分離することが教示されている。欧州特許第１，２５１，２４３号明細書のＵ字型金属シートは、冷却流の渦構造を破壊するような流れ分離器（フロースプリッタ）として機能し、これにより、冷却空気チャネル内に低圧力ゾーンを生じさせないようにするものである。
【０００５】
欧州特許第１，２５１，２４３号明細書により、いくらかの改良がもたらされるが、冷却通路間のより良い圧力および流れ分布をブレードにもたらす内部冷却エアフォイルブレードに、冷却空気流を供給するさらに改善された手段に対するニーズが依然として存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、タービンブレードの内部冷却通路に流入する空気の分裂を制御する新しいブレード入口冷却流デフレクタを提供することである。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、ブレードフィード通路の基部における圧力フィールド分布の特徴を改善することである。
【０００８】
したがって、本発明によれば、ガスタービンエンジンの内部冷却タービンブレードとロータディスクが提供され、該タービンディスクとタービンブレードとは協働してそれらの間に空気キャビティを形成し、空気キャビティは、タービンディスクに対して半径方向に延びかつタービンブレードの回転軸に概ね平行な方向に沿って延びる第１の壁を有し、該第１の壁は運転時、キャビティの下流端部に向かってキャビティに流入する冷却空気の流れの向きを変えるよう構成されており、タービンブレードは、空気キャビティと連通するとともにタービンブレード内側に画定された内側冷却通路と連通する一連の入口と、少なくとも１つのデフレクタと、を備え、該デフレクタは、前記第１の壁と嵌合した背面と、前記空気キャビティを部分的にのみ横切って延在して前記デフレクタの前記背面の反対側の側面上をすべての冷却空気が流れるようにする流れ表面と、を有する。
【０００９】
本発明の更なる一般的な態様によれば、ロータディスクに画定されたブレード取付スロットに嵌合された基部を有する内部冷却タービンブレードが提供され、該タービンブレードは、ブレード取付スロットから前記内部冷却流路内に冷却空気流が流入するように前記基部の表面に画定された少なくとも１つの入口をそれぞれ有する複数の内部冷却流路と、前記表面の一方の側部から前記表面の幅を部分的に亘って延在する少なくとも１つのデフレクタと、を備え、前記デフレクタはブレード取付スロット内部で冷却空気の流れに作用して、前記入口から離れた位置に偏向されるとともに最低圧力領域を有する渦構造を生成し、これにより前記入口における冷却空気の圧力損失を最小限にする。
【００１０】
本発明の更なる一般的な態様によれば、タービンディスクに取り付けられるように構成されたタービンブレードが提供され、ブレードはディスクと協働してそれらの間に空気キャビティを形成するよう構成され、該空気キャビティはタービンディスクに対して半径方向かつタービンディスクの回転軸に概ね平行な方向に沿って延在する第１の壁を有し、該第１の壁は、運転時に、キャビティの下流端部に向かってキャビティに流入する冷却空気流の向きを変えるように構成され、空気キャビティは第１の壁と概ね平行な第２の壁をさらに有し、タービンブレードは、キャビティに沿って最初の入口から最後の入口まで延在する入口の列であって、該最後の入口がキャビティの下流端部に最も近く、入口は、タービンブレード内側に画定された内側冷却通路に通じている入口の列と、第１の壁から延在するよう構成された少なくとも１つのデフレクタと、を備え、前記デフレクタが、最後の入口の上流側に配置され、かつ第１の壁から第２の壁に向かって冷却空気流の向きを変えるように構成される。
【００１１】
本発明の更に別の一般的な態様によれば、冷却入口を画定する基部を有する形態の内部冷却タービンブレードに冷却流を供給する方法が提供され、基部はガスタービンエンジンのロータディスクに画定されたブレード取付スロットに嵌合され、前記方法は、（ａ）前記ブレード取付スロットに冷媒の旋回を方向付けるステップと、（ｂ）冷却流の旋回性質を維持しつつブレード取付スロット内部の冷媒を偏向することにより冷却入口から冷媒の旋回の低圧力領域が外れるようにするステップと、からなる。
【００１２】
本発明の更に別の一般的な態様によれば、ガスタービンエンジンの少なくとも１つの回転エアフォイル内部に画定された冷却通路に通じる複数の冷却入口に供給された冷却空気流の分割を規制する方法が提供される。回転エアフォイルはロータリーディスクに設けられ、ロータリーディスクと協働してそれらの間に空気キャビティを形成し、該空気キャビティは冷却空気の流入を許容するエントランスと、該エントランスと反対側のキャビティ端部における下流端部と、ディスク半径方向軸に沿って半径方向に延在するとともにエントランスと下流端部との間で軸方向に延在する側壁と、を有し、前記入口は空気キャビティと連通するとともに前記入口の最初の入口から最後の入口まで空気キャビティに亘って延在する列として配置されており、最後の入口はキャビティの下流に最も近い。前記方法は、（ａ）ロータリーディスクに取り付けられた少なくとも１つのエアフォイルとともにロータリーディスクを回転させるステップと、（ｂ）エントランスを通して、下流端部に向かって実質的に側壁に沿うように冷却空気を空気キャビティ内に方向付けるステップと、（ｃ）エントランスと下流端部の中間位置において、前記側壁から離して最後の入口の上流の少なくとも１つの入口に向かうように冷却空気を方向付けるステップと、からなる。
【００１３】
冷却空気を偏向するステップは、偏向されない流れと比較して、少なくとも１つの入口に対応する位置において流れの圧力向上をもたらすように実行される。
【００１４】
本発明の性質を全体的に説明したが、好ましい実施例を例示する添付図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１はガスタービンエンジン１０を示す。ガスタービンエンジン１０は概して、直列に流れが連通するように、外気を推進するファン１２と、空気を圧縮する多段圧縮機１４と、圧縮された空気を燃料と混合し、点火して高温の燃焼ガスの環状流を生成する燃焼器１６と、燃焼ガスからエネルギーを抽出するタービン１８と、を備える。
【００１６】
図２の矢印２０によって示されるように、圧縮機１４（または他の冷却源）から流れる空気の一部が冷却のためタービン１８に供給される。タービン１８はとりわけ、ロータ２２を備え、ロータ２２は、タービン１８と圧縮機１４を連結するエンジンシャフト（図示せず）にしっかりと取付けられたディスク２４を有する。ディスク２４は、その周囲に円周方向に設けられた複数のブレード（それらの１つを符号２６で示す）を担持する。
【００１７】
図３に示されるように、各ブレード２６は、前縁２７、後縁２９および先端３１を有するエアフォイル部２８を備える。エアフォイル部２８は、基部３０の上端に設けられたプラットフォーム２５から延在する。基部３０は、ディスク２４の外周に画定されたブレード取付スロット３２（図２参照）に係止される。基部３０は、一般的にモミの木形状に形成されており、ブレード取付スロット３２の嵌合セレーションと協働して、遠心力によってブレード２６が外れないように構成されている。
【００１８】
図２に示されるように、基部３０の下面３４は、軸方向に延在するブレード冷却流入チャネルつまりキャビティ３８を形成するようにスロット３２の底面３６から離間している。チャネル３８は、基部３０の下面３４に付随する後部タブ３９によって下流端部が閉鎖している。チャネル３８は、下流端部に対向するエントランスから延在し、一対の側壁５３によって更に画定される。側壁５３は、ディスクの回転軸とディスクの半径によって画定された平面に概ね平行な平面として方向づけられる（側壁５３は、それら自体平面ではなく、上記の平面に対して正確に平行でないことは理解されるであろう）。チャネル３８は、ブレード２６の基部から先端まで延在する軸方向に離間した複数の冷却空気通路４０，４２，４４を含むブレード内冷却流路と流体連通している。
【００１９】
図３に示されるように、冷却空気通路４０，４２，４４は、基部３０の下面３４に一列に画定された入口開口部４１，４３，４５をそれぞれ有する。本発明によれば、また以下でさらに詳述するように、ブレード冷却流入チャネル３８へ向けられた冷却空気流は、ブレード２６の基部３０の正圧側の部分に沿って（すなわち、後でさらに詳述するが、第１側壁５３ａから）配置されたブレード入口冷却流デフレクタ４８によって所定の割合で内部冷却通路４０，４２，４４に分配される。
【００２０】
デフレクタ４８は、ブレード２６と一体鋳造された下方に延びる突出部として設けられることが好ましい。デフレクタ４８は、ブレード下面３４から下方に突出し、チャネル３８のエントランスとチャネル３８の下流端部の間の位置で、チャネル３８の下流端部（すなわち、タブ３９によって画定された端部）より上流に配置されており、好ましくは、第１の冷却通路４０（すなわち、前縁側冷却通路）の入口４１に隣接する。図４に示すように、デフレクタ４８は、側壁５３ａに密に合致するように設計された湾曲背面５０を有し、またデフレクタ４８は、好ましくは、チャネル３８にスロートを形成するように側壁５３ａから概ね垂直に延在する。デフレクタ４８は湾曲した前縁側表面５１を有し、この前縁側表面によってチャネル３８に流入する冷却空気は側壁５３ａから離れた方向に向けられる。なお、回転するタービンディスクと供給された冷却空気との間の相対的な動きにより、チャネル３８に流入する冷却空気は概して側壁５３ａに対してある角度で流入し、したがって側壁５３ａによって向きが変わる傾向にあることを理解されるであろう。このように向きが変わることにより、チャネル３８内において冷却空気の旋回つまり渦巻き流が形成される傾向にある。これは、バランド（Ｂａｌｌａｎｄ）らによって出願された欧州特許出願第１，２５１，２４３号明細書にも記載されており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれるものである。側壁５３ａは、チャネル３８に流入する冷却空気流に対して反対側の側壁５３の下流にある側壁である（すなわち、側壁５３ａは、チャネルへ流入する冷却流が始めに出会う側壁である）。
【００２１】
運転中、チャネル３８に流入する冷却空気流は、冷却空気供給に対するディスクの回転方向および回転速度により、ブレード２６の正圧側に対応するチャネル３８の側に流れる傾向にある。したがって、空気がチャネル３８に流入すると、ブレード２６の正圧側に対応する側壁５３（図面の符号５３ａによって示す）によって向きが変えられ、これよって、キャビティの下流端部に向かって案内される。上述の背景技術で説明したように、チャネル３８への冷却空気の非対称な流入により、従来技術においては、好ましくない渦が生じてしまう傾向があり、これにより、不均衡な空気流がブレード内の列をなす冷却入口へ流入してしまう場合がある。しかし、本発明では、正圧側の側壁５３ａ上にデフレクタ４８を設けることにより、冷却空気流は側壁５３ａから離れ、概してチャネル３８の中心軸に概ね沿って一列に並べられた冷却孔に向かって偏向される。好ましくは、前縁５１の角度は、チャネル３８に流入する冷却流の方向に対して鋭角であり、かつ上流に向かって面しており、これによって流れが側壁５３ａから離れて、概してもう一方の側壁５３に向かうようにスムーズに案内される。図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、最も好ましくは、デフレクタ４８は最後の入口４５の上流側の少なくとも１つの入口（すなわち、1つまたは複数の入口４１および４３）に向かって冷却空気流を案内するよう適合されており、これにより、所望のように複数の入口の間において冷却流を平衡に保つことができる。（図７Ｂの相対的な矢印の大きさは、入口に流入する主要冷却流要素の相対的な大きさを示す。）設計者により、入口４１，４３，４５に流入する流れの間に意図するバランス（平衡）をもたらすようにデフレクタ４８の位置および形状が調整されてもよい。渦の中心は、図６Ａ〜図６Ｃに示された型式の従来技術においては、低圧力領域であり、中央の入口の位置に相当する位置にあるが、本発明では、冷却空気入口４１，４３，４５から概して離れる方向に「押圧」されて減退し、これにより、冷却空気は最小の圧力損失でブレード２６に流入する。また、好ましくはどの入口の位置においても渦によって生じた低圧力領域に対応しないように、デフレクタにより空気流が入口に向かって押し出される。渦の構造をこのように適切に修正することによって、渦を破壊するのとは異なり、冷却空気はより直接かつスムーズにブレード２６に流入することが可能となる。このようにして、特に前縁側の冷却通路４０において、冷却空気の圧力損失が最小に抑えられる。これにより、冷却空気がブレード冷却流入チャネル３８へ供給される際に圧力を増加させる必要がなくなり、冷却通路間のより均一な分配が可能となる。
【００２２】
図３の矢印４９に見られるように、ブレード冷却流入チャネル３８内の側壁５３ａに沿って進む流れの方向が前方の通路４０，４２に向かって流れるように、デフレクタ４８は空気力学的に形成され、位置決めされることが好ましい。特に、上述したように、デフレクタ４８は、好ましくは、流入空気の一部を直接前縁側通路４０および通路４２に偏向する傾斜した表面５１を有し、これにより、入口４１，４３，４５に流入する流れが所望のバランスになることが可能となる。図７Ａおよび図７Ｂの実施例によれば、前縁５１は平面であり、側壁５３ａから横方向外側に突出している。しかし、前縁５１が、図８Ａに示すような所望の形状に湾曲していてもよいことを理解されたい。さらに後述するが、実際、デフレクタ４８は、入口の数、入口の位置やサイズ、またチャネル３８に流入する冷却流の特徴に応じてさまざまな形状を採用することができる。デフレクタ４８の役割は、関連する低圧力領域を冷却入口４１，４３，４５から極力離すように流れの渦構造を変えることによって、ブレード冷却通路４０，４２，４４の基部における圧力領域分布を改善することである。
【００２３】
従来技術においては（例えば、図６Ａ〜図６Ｃ）、ブレード下の渦は一般的に、空気がポケットの後部に達して一度方向が変えられた結果であるが、これは、流れのバランスの問題を起こす渦というよりは、むしろ渦の中心が入口位置と一致してしまうことが問題である。欧州特許出願第１，２５１，２４３号明細書などの従来技術で行われていたような冷却流を完全に分離または細くする（ｃｈｏｋｅ）ことよりも、本発明では、流入空気の流れを特に望むように空気入口に向け、それにより、流れのバランスが入口間において所望ように保たれ、また渦の中心が入口位置に対して概ね所望のように位置決めされるように渦が制御され得る。
【００２４】
図５は本発明の別の実施例を示し、同様の要素は同様の符号で示している。本実施例は、一対の下方に向かって付随する横断タブ５２ａ，５２ｂの形態で二つ以上のデフレクタを設けている点において図３の実施例と基本的に異なっている。横断タブ５２ａ，５２ｂは、第３の入口４５（すなわち、最終または後縁側の冷却通路に供給する入口）の両側でブレード２６の基部３０の下面３４から直角に延在する。また、本実施例は、これらのデフレクタの前縁がチャネル３８に入ってくる冷却流に対し概ね垂直である点においても図３の実施例と異なっている。タブ５２ａは側壁５３ａから概ね垂直に延在する。タブ５２ｂは他方の側壁５３から概ね垂直に延在する。タブ５２ａ，５２ｂは、チャネル３８の下流端部および最後の入口開口部の上流側位置において側壁上に配置される。タブ５２ａ，５２ｂは横方向に突出し、好ましくは、チャネル３８の両側（すなわち、側壁５３）からチャネル３８の中間部分まで達しないように突出している。各タブ５２は、ブレード取付スロットの側壁５３の湾曲と協働する湾曲背面５０を有する。タブ５２ａ，５２ｂは平坦であるとともに、第３の入口４５への冷却空気の流れを制限するように、これらのタブ間に狭窄通路つまりスロートを画定する。本実施例では、デフレクタの構成要素が協働することにより、空気流が偏向され、これによって、第３の冷却空気入口４５よりも第２の冷却空気入口４３が優先され、最後の冷却入口４５に対する自然な優先度が相殺される。図３の実施例と同様に、空気の大部分が最初の二つの入口４１、４３に送られる第１の渦を形成し、残りの空気が第３の入口４５に送られる第２の渦を形成するように、従来技術の冷却チャネル内の冷却空気の単一の渦は複数のより弱い渦に修正される。さらに別の実施例として、ブレード下の空気流に所望のバランスをもたらすように、設計者が所望する位置に単一のタブ５２ａを設けてもよい。
【００２５】
なお、本発明は、単一の冷却入口を有する内部冷却タービンエアフォイル構造にも用いることができる。この場合、（１つまたは複数の）デフレクタにより、種々の入口間で空気は分離されないが、渦構造が弱められて、ブレード冷却流入チャネルにおける空気の再循環による圧力損失が減少される。設計者は、本明細書における教示を踏まえて、本発明の例示として前述した実施例の数、形状、配置および／または構造を変更して、本発明を実現するさらなる実施例をいくつも提供することができる。たとえば、キャビティに流入してすぐに流れを偏向する（すなわち、壁５３ａから離れるように）のではなく、壁５３ａに対向する壁５３から延在するデフレクタによって流れが偏向されてもよい。この場合、冷却流はキャビティに流入し、壁５３ａに沿って分離されることなく（すなわち、いかなるデフレクタによっても分離されず）キャビティの後部に進み、そこから壁５３ａに対向する壁５３へと再循環し、そこで対向する壁５３から離れるように向きがそらされ（すなわち、上述の教示による対向する壁５３から延在するように設けられたデフレクタによって）、これにより、中間の入口に向かって空気の方向が変わる。つまり、デフレクタは、キャビティ内の最初の冷却空気の渦に対してさらに下流に配置されてもよい。さらに、本発明は、相対的な流れのバランス（平衡）を保つ手段として記載されているが、必要であれば流れをアンバランス（不平衡）にするように用いてもよい。したがって、当業者に明らかなこれらのおよび他の変更形態は、本発明の範囲内、すなわち添付請求の範囲内に含まれるものであることは本発明者の意図するところである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例が適用されたガスタービンエンジンの一部を切欠いた側面図。
【図２】本発明の好ましい実施例によるタービンブレードの基部にあるブレード入口冷却流デフレクタを示すガスタービンエンジンのタービン部の一部の軸方向断面図。
【図３】ブレード基部の下面に付随するブレード入口冷却流デフレクタを備えたタービンブレードの底面斜視図。
【図４】ロータディスクの外周に画定されたブレード取付スロットに嵌入されているタービンブレード基部の正面断面図。
【図５】本発明の第２の実施例によるブレード入口冷却流デフレクタを備えたタービンブレードの底面斜視図。
【図６Ａ】代表的な従来技術の構造の断面図。
【図６Ｂ】代表的な従来技術の構造内の空気流の２次元的な概略図。
【図６Ｃ】代表的な従来技術の構造内の空気流の３次元的な概略図。
【図７Ａ】本発明による空気流の２次元的な概略図
【図７Ｂ】本発明による空気流の３次元的な概略図（ここでは、空気流は矢印と複数の「糸状」の流れ線でそれぞれ示されており、流れ線の密度は空気流の相対的圧力を大まかに対応させたものである）。
【図８Ａ】本発明の別の実施例による空気流の２次元概略図。
【図８Ｂ】本発明の別の実施例による空気流の２次元概略図。
【図１】
2007500299.tif 000003
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
2007500299.tif 000009
【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
2007500299.tif 000011
【図７Ｂ】
2007500299.tif 000012
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年5月31日(2005.5.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン（１０）の内部冷却タービンブレード（２６）とタービンディスク（２４）との組合せにおいて、前記タービンディスク（２４）と前記タービンブレード（２６）とが協働してそれらの間に空気キャビティ（３８）を形成し、前記空気キャビティ（３８）が、前記タービンディスク（２４）に対して概ね半径方向に延在するとともに前記タービンディスク（２４）の概ね回転軸方向に沿って延在するディスクの第１の壁（５３ａ）と、前記第１の壁（５３ａ）に概ね平行して延在するディスクの第２の壁（５３）と、上流入口端部と、下流端部と、によって画定され、冷却空気の流れが、運転時に、前記冷却空気の流れに対する前記空気キャビティ（３８）の回転により、実質的に前記第１の壁（５３ａ）に対してある角度で前記空気キャビティ（３８）に流入し、それによって、前記第１の壁（５３ａ）が、運転時に、前記キャビティ（３８）の前記下流端部に向かって前記キャビティ（３８）に流入する前記冷却空気の流れの向きを変え、前記タービンブレード（２６）が、前記空気キャビティ（３８）と連通するとともに前記タービンブレード（２６）の内側に画定された内側冷却通路（４０，４２，４４）と連通する一連の入口（４１，４３，４５）と、前記空気キャビティ（３８）内に延在する少なくとも１つのデフレクタ（４８）と、を備え、前記デフレクタ（４８）が、概ね前記第１の壁（５３ａ）から前記第２の壁（５３）付近の前記第２の壁（５３）から離間している位置に延在し、これによって、前記デフレクタ（４８）が、前記キャビティ（３８）に流入する冷却空気を前記第１の壁（５３ａ）から離して概ね前記第２の壁（５３）に向かう方向に偏向するように構成されることを特徴とするガスタービンエンジン（１０）の内部冷却タービンブレード（２６）とタービンディスク（２４）の組合せ。
【請求項２】
前記デフレクタ（４８）が、前記冷却空気流と接触しかつ前記冷却空気流を偏向する流れ面（５１）を有し、前記流れ面（５１）が、鋭角で前記第１の壁（５３ａ）から延在することを特徴とする請求項１に記載の組合せ。
【請求項３】
前記デフレクタ（４８）が、前記第１の壁（５３ａ）から前記第２の壁（５３）まで中間部に満たない距離に亘り前記空気キャビティ（３８）を横切って延在することを特徴とする請求項１に記載の組合せ。
【請求項４】
前記第１の壁（５３ａ）が、前記タービンブレード（２６）の正圧側に対応する前記空気キャビティ（３８）の側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の組合せ。
【請求項５】
前記一連の入口（４１，４３，４５）が、最初の入口（４１）から最後の入口（４５）まで延在する一直線の列をなす入口からなり、前記最後の入口（４５）が、前記下流端部に最も近く、前記デフレクタ（４８）が、前記冷却空気の流れを少なくとも１つの入口に向けて向きを変えるように構成されており、前記少なくとも１つの入口が、前記最後の入口（４５）とは異なった前記入口（４１，４３，４５）のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の組合せ。
【請求項６】
前記デフレクタ（４８）が、前記空気キャビティ（３８）の前記上流端部と前記下流端部の中間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の組合せ。
【請求項７】
前記デフレクタ（４８）が、前記冷却空気流に対する前縁表面を有し、前記前縁表面が、前記第１の壁（５３ａ）に対して垂直でないことを特徴とする請求項１に記載の組合せ。
【請求項８】
前記デフレクタ（４８）が、前記冷却空気流を前記空気キャビティ（３８）内で少なくとも一対の逆回転する主要な渦として旋回させるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の組合せ。
【請求項９】
第２のデフレクタをさらに備え、前記第２のデフレクタが、前記第２の壁（５３）から前記第１の壁（５３ａ）へ向かって延在するとともに、前記第１の壁（５３ａ）に向かって前記キャビティ（３８）を横切る距離の一部分に亘って延在することを特徴とする請求項１に記載の組合せ。
【請求項１０】
前記空気キャビティ（３８）が、タービンブレード基部（３０）と前記タービンディスク（２４）に画定されたブレード取付スロット（３２）との間に画定され、前記スロット（３２）が、前記第１の壁（５３ａ）および前記第２の壁（５３）を画定し、前記デフレクタ（４８）が、前記基部（３０）から一体的に延在することを特徴とする請求項１に記載の組合せ。
【請求項１１】
ロータディスク（２４）に画定されたブレード取付スロット（３２）に嵌合するよう構成された基部（３０）を有する内部冷却タービンブレード（２６）であって、前記タービンブレード（２６）が、
前記基部（３０）の表面に画定された少なくとも１つの入口（４１，４３，４５）をそれぞれ有する複数の内部冷却通路（４０，４２，４４）であって、前記複数の入口（４１，４３，４５）が互いに概ね一直線の列をなして前記表面に配置され、前記一直線の列が直線軸を画定する複数の内部冷却通路（４０，４２，４４）を備え、
少なくとも１つのデフレクタ（４８）が、前記表面の周縁から前記表面の対向する周縁に向かって、前記表面を部分的に横切り、前記デフレクタ（４８）が、前記スロット（３２）に流入する冷却流と接触して向きを変えるように構成された主要面（５１）を有し、前記面（５１）が、前記直線軸に対して鋭角に配置されることを特徴とする内部冷却タービンブレード（２６）。
【請求項１２】
前記ブレード（２６）が前記ロータディスク（２４）に設置される際に、前記デフレクタ（４８）が前記ブレード取付スロット（３２）の側壁（５３ａ）に実質的に隣接して配置されるように、前記デフレクタ（４８）が前記ブレード（２６）上に位置決めされ、これによって、前記デフレクタ（４８）が、前記スロット（３２）内の冷却空気流の向きを概ね前記側壁（５３ａ）から離して前記スロット（３２）の対向する側壁（５３）に向けて変えるように構成されることを特徴とする請求項１１に記載の内部冷却タービンブレード（２６）。
【請求項１３】
前記周縁が、前記タービンブレード（２６）のエアフォイル（２８）の正圧側に対応することを特徴とする請求項１２に記載の内部冷却タービンブレード（２６）。
【請求項１４】
前記表面が、前記基部（３０）の下面（３４）であることを特徴とする請求項１２に記載の内部冷却タービンブレード（２６）。
【請求項１５】
前記デフレクタ（４８）が、前記一直線の列の中間位置の入口（４３）に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の内部冷却タービンブレード（２６）。
【請求項１６】
第２のデフレクタをさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の内部冷却タービンブレード（２６）。
【請求項１７】
前記デフレクタ（４８）が、前記スロット（３２）内の冷却空気の流れの向きを前記中間入口（４３）に向けて変えるように構成されることを特徴とする請求項１５に記載の内部冷却タービンブレード（２６）。
【請求項１８】
タービンディスク（２４）に設けられ、前記ディスク（２４）と協働してそれらの間に空気キャビティ（３８）を形成するよう構成されたタービンブレード（２６）であって、前記空気キャビティ（３８）が、前記タービンディスク（２４）に対して概ね半径方向に延在するとともにタービンディスク回転軸に平行な方向に概ね沿って延在する対向している第１の壁（５３ａ）および第２の壁（５３）を有し、前記ディスク（２４）が、運転時に、前記キャビティに供給された冷却空気流に対して回転し、これによって、前記空気キャビティの前記第１の壁（５３ａ）が、前記キャビティ（３８）に流入する前記冷却空気の流れの向きを最初に変えるタービンブレード（２６）であって、前記タービンブレード（２６）が、
前記ブレード（２６）が前記ディスク（２４）に取付けられる際に、前記空気キャビティ（３８）を部分的に画定するように構成された表面（３４）を有するとともに、前記対向する第１の壁（５３ａ）および第２の壁（５３）に対応する第１の側部および第２の側部を有する基部（３０）であって、前記第１の側部および前記第２の側部が前記表面（３４）の各端部を画定する各端部を有する基部（３０）と、
前記表面（３４）に沿って延在する入口の列（４１，４３，４５）であり、前記入口（４１，４３，４５）が前記タービンブレード（２６）の内側に画定された内部冷却通路（４０，４２，４４）と連通する入口の列（４１，４３，４５）と、
を備え、
少なくとも１つのデフレクタ（４８）が、前記表面（３４）から延在して、実質的に前記第１の側部と前記第２の側部との中間位置まで前記第１の側部から前記表面（３４）を横切るとともに、前記表面の端部から離間していることを特徴とするタービンブレード（２６）。
【請求項１９】
前記デフレクタ（４８）が、前記第１の側部から概ね垂直に延在することを特徴とする請求項１８に記載のタービンブレード（２６）。
【請求項２０】
前記デフレクタ（４８）の少なくとも一部が、第１の側部から鋭角に延在することを特徴とする請求項１８に記載のタービンブレード（２６）。
【請求項２１】
前記中間位置が、前記第２の側部よりも前記第１の側部に近いことを特徴とする請求項１８に記載のタービンブレード（２６）。
【請求項２２】
前記デフレクタ（４８）が、運転時に、前記入口の列（４１，４３，４５）の最後の入口の上流側にある少なくとも１つの入口に向けて、前記第１の側部に沿って流れる冷却空気の向きを変えるよう構成されることを特徴とする請求項１８に記載のタービンブレード（２６）。
【請求項２３】
前記第１の側部が、前記ブレード（２６）のエアフォイル（２８）の正圧側に対応することを特徴とする請求項１８に記載のタービンブレード（２６）。
【請求項２４】
前記デフレクタ（４８）が、前記基部（３０）と一体的であることを特徴とする請求項１８に記載のタービンブレード（２６）。
【請求項２５】
前記デフレクタ（４８）が、運転時に、前記少なくとも１つの入口（４１，４３，４５）に流入する冷却空気の量を増加させるために冷却空気を偏向するように構成されていることを特徴とする請求項２２に記載のタービンブレード（２６）。
【請求項２６】
内部冷却タービンブレード（２６）に冷媒流を供給する方法であって、前記ブレード（２６）が複数の冷媒入口（４１，４３，４５）を画定する基部（３０）を有し、前記基部（３０）がガスタービンエンジン（１０）のロータディスク（２４）に画定されたブレード取付スロット（３２）に嵌合され、前記方法が、
（ａ）前記ブレード取付スロット（３２）に冷媒の旋回を方向付けるステップと、
（ｂ）中央の冷媒入口（４３）に対応する位置に低圧力領域が生じないように、前記冷媒流の旋回性質を実質的に維持しつつ前記ブレード取付スロット（３２）内の前記冷媒を偏向するステップと、
からなることを特徴とする冷媒流供給方法。
【請求項２７】
前記ステップ（ｂ）が、前記冷媒の旋回に新たな渦構造を生じさせるステップを含むことを特徴とする請求項２６に記載の冷媒流供給方法。
【請求項２８】
デフレクタ（４８）が、前記基部（３０）から前記スロット（３２）に延在し、前記デフレクタ（４８）が、前記スロット（３２）に流入する主要な旋回流を直接的に分離しないことを特徴とする請求項２６に記載の冷媒流供給方法。
【請求項２９】
前記ステップ（ｂ）が、前記旋回を複数の小さな主要な旋回に分割するステップを含むことを特徴とする請求項２８に記載の冷媒流供給方法。
【請求項３０】
ガスタービンエンジン（１０）の回転エアフォイル（２６）内部に画定された冷却通路（４０，４２，４４）に通じる少なくとも３つの冷却入口（４１，４３，４５）に供給された冷却空気の流れの分割を規制する方法であって、前記回転エアフォイル（２６）が、ロータリーディスクに設けられ、前記ロータリーディスクと協働してその間に空気キャビティ（３８）を形成し、前記空気キャビティ（３８）が、冷却空気の流入を許容するエントランスと、前記エントランスと反対側の前記キャビティ（３８）の端部における下流端部と、ディスク半径方向軸に沿って半径方向に延在するとともに前記エントランスと前記下流端部との間で軸方向に延在する側壁（５３）と、を有し、前記少なくとも３つの入口（４１，４３，４５）が、前記空気キャビティ（３８）に連通するとともに、前記入口の最初の入口から最後の入口まで前記空気キャビティ（３８）に亘って延在する列をなして配置されており、前記最後の入口（４５）が、前記キャビティの下流端部に最も近く、
前記方法が、
（ａ）取付けられた前記エアフォイル（２６）とともに前記ロータリーディスク（２４）を回転させるステップと、
（ｂ）前記エントランスから実質的に前記側壁（５３）に沿って前記下流端部に向けて冷却空気を前記空気キャビティ（３８）に方向付けるステップと、
（ｃ）前記エントランスと前記下流端部の中間位置において、前記側壁（５３）から離して前記最初の入口（４１）と前記最後の入口（４５）の中間に位置する少なくとも１つの入口（４３）に向かうように冷却空気を方向付けるステップと、
からなることを特徴とする冷却空気流分割規制方法。
【請求項３１】
前記ステップ（ｃ）が、偏向されない流れによる圧力と比べて、前記少なくとも１つの中間入口に対応する位置における前記冷却流の圧力を高めることを含むことを特徴とする請求項３０に記載の冷却空気流分割規制方法。
【請求項３２】
前記冷却空気が、渦巻き性質を有し、前記ステップ（ｃ）が、前記冷却流の前記渦巻き性質を概ね維持しつつ、冷却空気の渦の低圧力領域を前記少なくとも１つの中間入口（４３）から離すように押圧することを含むことを特徴とする請求項３０に記載の冷却空気流分割規制方法。
【請求項３３】
前記ステップ（ｃ）が、前記冷却流の渦構造を再配置するステップを含むことを特徴とする請求項３２に記載の冷却空気流分割規制方法。
【請求項３４】
前記冷却流が、前記エアフォイル（２６）の基部（３０）によって方向付けられることを特徴とする請求項３２に記載の冷却空気流分割規制方法。
【請求項３５】
前記基部（３０）が、前記基部（３０）が配置された前記エアフォイル（２６）の表面（３４）の幅を部分的に横切るように延在することを特徴とする請求項３４に記載の冷却空気流分割規制方法。
【国際調査報告】
2007500299.tif 000015
2007500299.tif 000016