(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボ機械用のインピンジメントインサートに関する。【解決手段】インピンジメントインサートは、内面（１１４）と、内面から離間した外面（１１６）と、内面から外面まで延在する厚さ（１１８）と、を含むインサート体（１１０）を含む。インサート体は、内面または外面の一方からインサート体内まで延在する第１の凹部（１２４Ａ、１２４Ｂ）を画定する。第１の凹部は、直径（１３０Ａ、１３０Ｂ）を有する。インサート体は、第１の凹部からインサート体（１１０）を貫通して延在するインピンジメント開口部（１２２）をさらに画定する。インピンジメント開口部は、長さ（１２６）および直径（１２８）を有する。インサート体の厚さは、インピンジメント開口部の長さよりも大きく、第１の凹部の直径は、インピンジメント開口部の直径よりも大きい。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械（１０）用のインピンジメントインサート（１００）であって、
内面（１１４）と、前記内面（１１４）から離間した外面（１１６）と、前記内面（１１４）から前記外面（１１６）まで延在する厚さ（１１８）と、を含むインサート体（１１０）を含み、前記インサート体（１１０）は、前記内面（１１４）または前記外面（１１６）の一方から前記インサート体（１１０）内まで延在する第１の凹部（１２４Ａ）を画定し、前記第１の凹部（１２４Ａ）は直径（１３０Ａ）を有し、前記インサート体（１１０）は、前記第１の凹部（１２４Ａ）から前記インサート体（１１０）を貫通して延在するインピンジメント開口部（１２２）をさらに画定し、前記インピンジメント開口部（１２２）は長さ（１２６）および直径（１２８）を有し、
前記インサート体（１１０）の厚さ（１１８）は前記インピンジメント開口部（１２２）の前記長さ（１２６）よりも大きく、前記第１の凹部（１２４Ａ）の前記直径（１３０Ａ）は前記インピンジメント開口部（１２２）の前記直径（１２８）よりも大きい、インピンジメントインサート（１００）。
【請求項２】
前記インピンジメント開口部（１２２）の前記長さ（１２６）は、前記インピンジメント開口部（１２２）の前記直径（１２８）以下である、請求項１に記載のインピンジメントインサート（１００）。
【請求項３】
前記第１の凹部（１２４Ａ）の前記直径（１３０Ａ）は、前記インピンジメント開口部（１２２）の前記直径（１２８）の２〜４倍大きい、請求項１に記載のインピンジメントインサート（１００）。
【請求項４】
前記第１の凹部（１２４Ａ）の前記直径（１３０Ａ）は、前記インピンジメント開口部（１２２）の前記直径（１２８）よりも少なくとも３倍大きい、請求項１に記載のインピンジメントインサート（１００）。
【請求項５】
前記第１の凹部（１２４Ａ）は、前記内面（１１４）から前記インサート体（１１０）内まで延在し、前記インピンジメント開口部（１２２）は、前記第１の凹部（１２４Ａ）から前記外面（１１６）まで延在する、請求項１に記載のインピンジメントインサート（１００）。
【請求項６】
前記第１の凹部（１２４Ａ）は、前記外面（１１６）から前記インサート体（１１０）内まで延在し、前記インピンジメント開口部（１２２）は、前記第１の凹部（１２４Ａ）から前記内面（１１４）まで延在する、請求項１に記載のインピンジメントインサート（１００）。
【請求項７】
前記インサート体（１１０）は、前記内面（１１４）または前記外面（１１６）の他方から前記インサート体（１１０）内まで延在する第２の凹部（１２４Ｂ）を画定し、前記インピンジメント開口部（１２２）は、前記第１の凹部（１２４Ａ）から前記第２の凹部（１２４Ｂ）まで延在する、請求項１に記載のインピンジメントインサート（１００）。
【請求項８】
前記第２の凹部（１２４Ｂ）は直径（１３０Ｂ）を有し、前記第１の凹部（１２４Ａ）の前記直径（１３０Ａ）は前記第２の凹部（１２４Ｂ）の前記直径（１３０Ｂ）と同じである、請求項７に記載のインピンジメントインサート（１００）。
【請求項９】
前記第１の凹部（１２４Ａ）は、前記インサート体（１１０）の第１の端部から前記第１の端部から離間した前記インサート体（１１０）の第２の端部まで延在するスロットである、請求項１に記載のインピンジメントインサート（１００）。
【請求項１０】
前記第１の凹部（１２４Ａ）は、前記インピンジメント開口部（１２２）に局在する、請求項１に記載のインピンジメントインサート（１００）。
【請求項１１】
ターボ機械（１０）であって、
ターボ機械部品と、
前記ターボ機械部品内に配置されたインピンジメントインサート（１００）と、を含み、前記インピンジメントインサート（１００）は、
内面（１１４）と、前記内面（１１４）から離間した外面（１１６）と、前記内面（１１４）から前記外面（１１６）まで延在する厚さ（１１８）と、を含むインサート体（１１０）を含み、前記インサート体（１１０）は、前記内面（１１４）または前記外面（１１６）の一方から前記インサート体（１１０）内まで延在する第１の凹部（１２４Ａ）を画定し、前記第１の凹部（１２４Ａ）は直径（１３０Ａ）を有し、前記インサート体（１１０）は、前記第１の凹部（１２４Ａ）から前記インサート体（１１０）を貫通して延在するインピンジメント開口部（１２２）をさらに画定し、前記インピンジメント開口部（１２２）は長さ（１２６）および直径（１２８）を有し、
前記インサート体（１１０）の厚さ（１１８）は前記インピンジメント開口部（１２２）の前記長さ（１２６）よりも大きく、前記第１の凹部（１２４Ａ）の前記直径（１３０Ａ）は前記インピンジメント開口部（１２２）の前記直径（１２８）よりも大きい、ターボ機械（１０）。
【請求項１２】
前記インピンジメント開口部（１２２）の前記長さ（１２６）は、前記インピンジメント開口部（１２２）の前記直径（１２８）以下である、請求項１１に記載のターボ機械（１０）。
【請求項１３】
前記第１の凹部（１２４Ａ）の前記直径（１３０Ａ）は、前記インピンジメント開口部（１２２）の前記直径（１２８）の２〜４倍大きい、請求項１１に記載のターボ機械（１０）。
【請求項１４】
前記第１の凹部（１２４Ａ）の前記直径（１３０Ａ）は、前記インピンジメント開口部（１２２）の前記直径（１２８）よりも少なくとも３倍大きい、請求項１１に記載のターボ機械（１０）。
【請求項１５】
前記第１の凹部（１２４Ａ）は、前記内面（１１４）から前記インサート体（１１０）内まで延在し、前記インピンジメント開口部（１２２）は、前記第１の凹部（１２４Ａ）から前記外面（１１６）まで延在する、請求項１１に記載のターボ機械（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的にターボ機械に関する。より詳細には、本開示は、ターボ機械用のインピンジメント冷却インサートに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、一般に、圧縮機部と、燃焼部と、タービン部と、を含む。圧縮機部は、ガスタービンエンジンに入る空気の圧力を徐々に高め、この圧縮空気を燃焼部に供給する。圧縮空気および燃料（例えば、天然ガス）が、燃焼部において混合され、燃焼室において燃焼して、高圧および高温の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、燃焼部からタービン部に流れ、そこで膨張して仕事を発生させる。例えば、タービン部における燃焼ガスの膨張は、電気を発生させるために発電機に接続されたロータシャフトを回転させることができる。
【０００３】
タービン部は、１つまたは複数のタービンロータブレード上に燃焼ガスの流れを導く、１つまたは複数のタービンノズルを含む。１つまたは複数のタービンロータブレードは、次に燃焼ガスから運動エネルギーおよび／または熱エネルギーを抽出し、それによってロータシャフトを駆動する。一般に、各タービンノズルは、内側側壁、外側側壁、および内側側壁と外側側壁との間に延在する１つまたは複数の翼形部を含む。１つまたは複数の翼形部が燃焼ガスと直接接触するため、翼形部を冷却することが必要な場合がある。
【０００４】
特定の構成では、冷却空気は、翼形部によって画定される１つまたは複数の内部キャビティを通って送られる。通常、この冷却空気は、圧縮機部から抽気される圧縮空気である。しかしながら、圧縮機部からの抽気は、燃焼に利用可能な圧縮空気の量を減少させ、それによってガスタービンエンジンの効率を低下させる。
【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２０１７／００６７６９９号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本技術の態様および利点は、その一部を以下の説明に記載しており、またはその説明から明らかになり、または本技術の実施により学ぶことができる。
【０００７】
一態様では、本開示は、ターボ機械用のインピンジメントインサートに関する。インピンジメントインサートは、内面と、内面から離間した外面と、内面から外面まで延在する厚さと、を含むインサート体を含む。インサート体は、内面または外面の一方からインサート体内まで延在する第１の凹部を画定する。第１の凹部は直径を有する。インサート体は、第１の凹部からインサート体を貫通して延在するインピンジメント開口部をさらに画定する。インピンジメント開口部は、長さおよび直径を有する。インサート体の厚さはインピンジメント開口部の長さよりも大きく、第１の凹部の直径はインピンジメント開口部の直径よりも大きい。
【０００８】
別の態様では、本開示は、ターボ機械部品と、ターボ機械部品内に配置されたインピンジメントインサートと、を含むターボ機械に関する。インピンジメントインサートは、内面と、内面から離間した外面と、内面から外面まで延在する厚さと、を含むインサート体を含む。インサート体は、内面または外面の一方からインサート体内まで延在する第１の凹部を画定する。第１の凹部は直径を有する。インサート体は、第１の凹部からインサート体を貫通して延在するインピンジメント開口部をさらに画定する。インピンジメント開口部は、長さおよび直径を有する。インサート体の厚さはインピンジメント開口部の長さよりも大きく、第１の凹部の直径はインピンジメント開口部の直径よりも大きい。
【０００９】
本技術のこれらの特徴、態様、および利点、ならびに他の特徴、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して、よりよく理解されよう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するものであるが、本技術の実施形態を例示し、明細書における説明と併せて本技術の原理を説明する役に立つ。
【００１０】
様々な実施形態を実施する最良の形態を含む、本技術の完全かつ可能な開示が、添付の図面を参照して本明細書に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の実施形態による例示的なガスタービンエンジンの概略図である。
【図２】本開示の実施形態による例示的なタービン部の断面図である。
【図３】本開示の実施形態による例示的なノズルの斜視図である。
【図４】本開示の実施形態による、概ね図３の線４−４の周りのノズルの断面図である。
【図５】本開示の実施形態による高温ガス経路部品内に配置されたインピンジメントインサートの一実施形態の斜視図である。
【図６】本開示の実施形態によるインピンジメントインサートの一実施形態の斜視図である。
【図７】本開示の実施形態によるインピンジメント開口部の一実施形態を示す、インピンジメントインサートの一部の断面図である。
【図８】本開示の実施形態によるインピンジメント開口部の別の実施形態を示す、インピンジメントインサートの一部の断面図である。
【図９】本開示の実施形態によるインピンジメント開口部のさらなる実施形態を示す、インピンジメントインサートの一部の断面図である。
【図１０】本開示の実施形態によるインピンジメントインサートの別の実施形態の斜視図である。
【図１１】本開示の実施形態によるインピンジメントインサートのさらなる実施形態の斜視図である。
【図１２】本開示の実施形態によるインピンジメントインサートのさらに別の実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書および図面における符号の反復使用は、本技術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。
【００１３】
本技術の実施形態を示すために、ここで詳細に参照を行うが、それの１つまたは複数の実施例を添付の図面に示す。詳細な説明では、図面中の特徴を参照するために数字および文字による符号を用いる。図面および説明の同様のまたは類似の符号は、本技術の同様のまたは類似の部品を参照するために使用されている。本明細書において、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、１つの構成要素と別の構成要素とを区別するために交換可能に用いることができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図しない。「上流」および「下流」という用語は、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。
【００１４】
各々の実施例は、本技術の説明のために提示されており、本技術を限定するものではない。実際、本技術の範囲または趣旨から逸脱することなく、修正および変更が本技術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記載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。したがって、本技術は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲に含まれるような修正および変更を包含するように意図されている。
【００１５】
産業用または陸上用のガスタービンが本明細書に示されて説明されているが、本明細書に示されて説明される本技術は、特許請求の範囲に特に明記されない限り、陸上用および／または産業用ガスタービンに限定されない。例えば、本明細書に記載の技術は、これらに限られるわけではないが、航空ガスタービン（例えば、ターボファン、など）、蒸気タービン、および海洋ガスタービンなど、任意の種類のターボ機械において使用することができる。
【００１６】
ここで図面を参照すると、図面全体にわたって同一の符号は同じ要素を示しており、図１はガスタービンエンジン１０を概略的に示している。図示するように、ガスタービンエンジン１０は、一般に、軸流圧縮機１６の上流端に配置された入口１４を有する圧縮機部１２を含む。ガスタービンエンジン１０はまた、圧縮機１６の下流に配置された１つまたは複数の燃焼器２０を有する燃焼部１８を含む。ガスタービンエンジン１０は、燃焼部１８の下流に配置されたタービン２４（例えば、膨張タービン）を有するタービン部２２をさらに含む。シャフト２６が、ガスタービンエンジン１０の軸方向中心線２８に沿って圧縮機１６およびタービン２４を軸方向に貫通して延在する。
【００１７】
図２は、タービン２４の断面側面図である。図示するように、タービン２４は複数のタービン段を含むことができる。例えば、タービン２４は、第１段３０Ａ、第２段３０Ｂ、および第３段３０Ｃを含むことができる。ただし、タービン２４は、代替的な実施形態では、より多くのまたはより少ないタービン段を含んでもよい。
【００１８】
各段３０Ａ〜３０Ｃは、流れの順に、ロータシャフト２６（図１）に沿って軸方向に間隔を置いて配置された、タービンノズル３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃの列と、タービンロータブレード３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃの対応する列と、を含む  。タービンノズル３２Ａ〜３２Ｃの各々は、ガスタービン１０の動作中、タービンロータブレード３４Ａ〜３４Ｃに対して静止したままである。タービンノズル３２Ｂ、３２Ｃの各列は、対応するダイアフラム４２Ｂ、４２Ｃにそれぞれ結合されている。図２には示していないが、タービンノズル３２Ａの列はまた、対応するダイアフラムに結合されてもよい。第１のタービンシュラウド４４Ａ、第２のタービンシュラウド４４Ｂ、および第３のタービンシュラウド４４Ｃは、タービンブレード３４Ａ〜３４Ｃの対応する列を円周方向に囲む。ケーシングまたはシェル３６は、タービンノズル３２Ａ〜３２Ｃおよびタービンロータブレード３４Ａ〜３４Ｃの各段３０Ａ〜３０Ｃを円周方向に取り囲んでいる。
【００１９】
図１および図２に示すように、圧縮機１６は、圧縮空気３８を燃焼器２０に供給する。圧縮空気３８は、燃焼器２０内の燃料（例えば、天然ガス）と混合して燃焼し、燃焼ガス４０を生成し、燃焼ガス４０はタービン２４に流入する。タービンノズル３２Ａ〜３２Ｃおよびタービンロータブレード３４Ａ〜３４Ｃは、燃焼ガス４０からの運動エネルギーおよび／または熱エネルギーを抽出し、それによってロータシャフト２６を駆動する。次に燃焼ガス４０は、タービン２４およびガスタービンエンジン１０から出る。以下により詳細に説明するように、圧縮空気３８の一部は、タービンノズル３２Ａ〜３２Ｃなどのタービン２４の様々な部品を冷却するための冷却媒体として使用することができる。
【００２０】
図３は、第２段３０Ｂのタービンノズル３２Ｂの斜視図である。他のタービンノズル３２Ａ、３２Ｃは、タービンノズル３２Ｂと同様の特徴を有する。図３に示すように、タービンノズル３２Ｂは、内側側壁４６と、内側側壁４６から半径方向に離間された外側側壁４８と、を含む。一対の翼形部５０が、内側側壁４６から外側側壁４８までまたがって延在する。代替的な実施形態では、タービンノズル３２Ｂは、ただ１つの翼形部５０、３つの翼形部５０、またはそれより多くの翼形部５０を有しても胃。
【００２１】
図３に示すように、内側側壁４６および外側側壁４８は様々な表面を含む。より具体的には、内側側壁４６は、半径方向外面５２と、半径方向外面５２から半径方向内側に位置決めされた半径方向内面５４と、を含む。同様に、外側側壁４８は、半径方向内面５６と、半径方向内面５６から半径方向外側に向いた半径方向外面５８と、を含む。図２および図３に示すように、外側側壁４８の半径方向内面５６および内側側壁４６の半径方向外面５２は、タービン２４を流れる燃焼ガス４０の内側および外側半径方向流れ境界をそれぞれ画定する。内側側壁４６はまた、前面６０と、前面６０の下流に位置する後面６２と、を含む。内側側壁４６は、第１の円周面６４と、第１の円周面６４から円周方向に離間した第２の円周面６６と、をさらに含む。同様に、外側側壁４８は、前面６８と、前面６８の下流に位置する後面７０と、を含む。外側側壁４８はまた、第１の円周面７２と、第１の円周面７２から離間した第２の円周面７４と、を含む。
【００２２】
上述したように、２つの翼形部５０は、内側側壁４６から外側側壁４８まで延在する。図３および図４に示すように、各翼形部５０は、内側側壁４６および外側側壁４８の前面６０、６８に近接して配置された前縁７６を含む。各翼形部５０はまた、内側側壁４６および外側側壁４８の後面６２、７０に近接して配置された後縁７８をも含む。さらに、各翼形部５０は、前縁７６から後縁７８まで延在する正圧側壁８０および対向する負圧側壁８２を含む。
【００２３】
各翼形部５０は、内部に１つまたは複数の内部キャビティを画定することができる。インサートは、内部キャビティの各々の中に位置決めされて、圧縮空気３８を（例えば、インピンジメント冷却を介して）翼形部５０の正圧側壁８０および負圧側壁８２に提供することができる。図４に示す実施形態では、各翼形部５０は、前方インサート８８を内部に位置決めされた前方内部キャビティ８４、および、後方インサート９０を内部に位置決めされた後方内部キャビティ８６を画定する。リブ９２が、前方内部キャビティ８４と後方内部キャビティ８６とを分離することができる。それにもかかわらず、代替的な実施形態では、翼形部５０は、１つの内部キャビティ、３つの内部キャビティ、または４つ以上の内部キャビティを画定することができる。さらに、内部キャビティのいくつかは、特定の実施形態においてはインサートを含まなくてもよい。
【００２４】
図５〜図１０は、高温ガス経路部品１０４によって画定される高温ガス経路部品キャビティ１０２に配置することができるインピンジメントインサート１００の実施形態を示す。いくつかの実施形態では、例えば、インピンジメントインサート１００は、図４に示す前方インサート８８の代わりに、ノズル３２Ｂ内の翼形部５０のうちの１つの前方内部キャビティ８４に配置されてもよい。このような実施形態では、高温ガス経路部品キャビティ１０２は、前方内部キャビティ８４であってもよく、高温ガス経路部品１０４は、ノズル３２Ｂであってもよい。さらなる実施形態では、高温ガス経路部品１０４は、タービンシュラウド４４Ａ〜４４Ｃのうちの１つ、またはロータブレード３４Ａ〜３４Ｃのうちの１つの他のノズルであってもよい。それにもかかわらず、高温ガス経路部品１０４は、ガスタービンエンジン１０内の任意の適切な構成要素であってもよい。このように、高温ガス経路部品キャビティ１０２は、ガスタービンエンジン１０内の任意の適切なキャビティであってもよい。
【００２５】
高温ガス経路部品１０４は、環状断面を有するものとして図５に一般的に示されている。それにもかかわらず、高温ガス経路部品１０４は、平板であってもよいし、あるいは、任意の適切な断面および／または形状を有してもよい。
【００２６】
図５〜図１０に示すように、インピンジメントインサート１００は、軸方向Ａと、半径方向Ｒと、円周方向Ｃと、を規定する。一般に、軸方向Ａは、インピンジメントインサート１００の上端部１０６とインピンジメントインサート１００の底端部１０８との間に延びている。さらに、半径方向Ｒは、軸方向Ａから外向きに直交して延び、円周方向Ｃは軸方向Ａを中心に同心に延びる。
【００２７】
特に図５および図６を参照すると、インピンジメントインサート１００は、その中にインピンジメントインサートキャビティ１１２を画定するインサート体１１０を含む。この点において、インサート体１１０は、インピンジメントインサートキャビティ１１２の外側境界を形成する内面１１４と、内面１１４から離間した外面１１６と、を含む。このように、インサート体１１０は、内面１１４と外面１１６との間に延在するインサート体の厚さ１１８（図７）を有する。図示した実施形態では、インピンジメントインサート１００は、一般的に環状断面を有する。ただし、インピンジメントインサート１００は、他の実施形態では、任意の適切な形状または構成（例えば、平板）を有することができる。
【００２８】
上述のように、インピンジメントインサート１００は、高温ガス経路部品１０４の高温ガス経路部品キャビティ１０２内に配置される。より具体的には、高温ガス経路部品１０４の内面１２０は、高温ガス経路部品キャビティ１０２の外側境界を形成する。インピンジメントインサート１００は、インサート体１１０の外面１１６が高温ガス経路部品１０４の内面１２０から離間されるように、高温ガス経路部品キャビティ１０２内に配置される。インサート体１１０の外面１１６と高温ガス経路部品１０４の内面１２０との間の間隔は、以下でより詳細に説明するように、内面１２０のインピンジメント冷却を容易にするような大きさにすることができる。
【００２９】
図６に示すように、インピンジメントインサート１００は、複数のインピンジメント開口部１２２を画定する。図示した実施形態では、インピンジメント開口部１２２は、円形の断面を有する。ただし、インピンジメント開口部１２２は、代替的な実施形態では、任意の適切な断面（例えば、長方形、三角形、長円形、楕円形、五角形、六角形、星形など）を有してもよい。さらに、インピンジメントインサート１００は、任意の適切な数のインピンジメント開口部１２２を画定することができる。
【００３０】
図７は、図６に示すインピンジメント開口部１２２のうちの１つの断面図を示す。図示するように、インサート体１１０は、外面１１６からインサート体１１０内に半径方向に延在する凹部１２４を画定する。図示した実施形態では、凹部１２４は半球状である。ただし、他の実施形態では、凹部１２４は他の適切な形状を有してもよい。インサート体１１０はまた、インピンジメント開口部１２２を画定し、インピンジメント開口部１２２は、凹部１２４から半径方向にインサート体１１０を貫通して内面１１４まで延在する。この点で、インピンジメント開口部１２２および凹部１２４は、インピンジメントインサートキャビティ１１２と高温ガス経路部品キャビティ１０２とを流体結合する。
【００３１】
凹部１２４は、図７に示す実施形態のインピンジメント開口部１２２に局在している。凹部１２４が局在する場合には、凹部１２４からインサート体１１０を貫通して１つのインピンジメント開口部１２２だけが延在する。
【００３２】
図７に示すように、インピンジメント開口部１２２および凹部１２４は、様々な寸法を有することができる。図示するように、インピンジメント開口部１２２は、凹部１２４と内面１１４との間に延在する長さ１２６を有する。インピンジメント開口部１２２はまた、直径１２８を有する。同様に、凹部１２４は直径１３０を有する。インピンジメント開口部１２２および／または凹部１２４が非円形断面を有する実施形態では、直径１２８、１３０は、インピンジメント開口部１２２および／または凹部１２４の最も広い寸法である。
【００３３】
図７は、インピンジメント開口部１２２および凹部１２４の寸法の一実施形態を示す。より具体的には、インサート体１１０の厚さ１１８は、インピンジメント開口部１２２の長さ１２６よりも大きい。インピンジメント開口部１２２の直径１２８に対するインピンジメント開口部１２２の長さ１２６の比は、１以下であってもよい。この点において、長さ１２６は、図７に示すように直径１２８より小さくてもよく、図８に示すように直径１２８に等しくてもよい。さらに、凹部１２４の直径１３０は、インピンジメント開口部１２２の直径１２８よりも大きい。いくつかの実施形態では、例えば、凹部１２４の直径１３０は、インピンジメント開口部１２２の直径１２８の２倍から４倍大きくてもよい。一実施形態では、凹部１２４の直径１３０は、インピンジメント開口部１２２の直径１２８の少なくとも３倍大きくてもよい。しかし、代替的な実施形態では、インピンジメント開口部１２２および凹部１２４は、インピンジメント開口部１２２が高温ガス経路部品１０４（図５）へのインピンジメント冷却を提供することを可能にする任意の適切な寸法を有してもよい。
【００３４】
図８は、インピンジメント開口部１２２の別の実施形態の断面図を示す。図示するように、インサート体１１０は、内面１１４からインサート体１１０内に半径方向に延在する凹部１２４を画定する。インサート体１１０はまた、インピンジメント開口部１２２を画定し、インピンジメント開口部１２２は、凹部１２４から半径方向にインサート体１１０を貫通して外面１１６まで延在する。
【００３５】
図９は、インピンジメント開口部１２２のさらなる実施形態の断面図を示す。図示するように、インサート体１１０は、内面１１４からインサート体１１０内に半径方向に延在する第１の凹部１２４Ａと、外面１１６からインサート体１１０内に半径方向に延在する第２の凹部１２４Ｂと、を画定する。第１の凹部１２４Ａは直径１３０Ａを有し、第２の凹部１２４Ｂは直径１３０Ｂを有する。図示した実施形態では、第１および第２の凹部１２４Ａ、１２４Ｂの直径１３０Ａ、１３０Ｂは同じである。ただし、直径１３０Ａ、１３０Ｂは、他の実施形態では異なっていてもよい。さらに、第１および第２の凹部１２４Ａ、１２４Ｂは、インサート体１１０内への同じ深さまたは異なる深さを有してもよい。インサート体１１０はまた、インピンジメント開口部１２２を画定し、インピンジメント開口部１２２は、第１の凹部１２４Ａから半径方向にインサート体１１０を貫通して第２の凹部１２４Ｂまで延在する。
【００３６】
図１０は、インピンジメントインサート１００の別の実施形態を示す。図６〜図９に示すインピンジメントインサート１００の実施形態と同様に、図１０に示すインピンジメントインサート１００のインサート体１１０は、インピンジメント開口部１２２および凹部１２４を画定する。しかし、図１０の各凹部１２４は、インピンジメント開口部１２２のうちの１つに局在していない。代わりに、各凹部１２４は、インピンジメントインサート１００の上端部１０６からインピンジメントインサート１００の底端部１０８まで、そして外面１１６からインサート体１１０内に延在するスロットである。この点において、複数のインピンジメント開口部１２２が各凹部１２４からインサート体１１０を貫通して延在する。例えば、図示した実施形態では、３つのインピンジメント開口部１２２が各凹部１２４からインサート体１１０を貫通して延在する。ただし、他の実施形態では、２つ、４つ、５つ、またはそれより多くのインピンジメント開口部１２２が、各凹部１２４からインサート体１１０を貫通して延在してもよい。別の実施形態では、凹部１２４は、任意の形状および／または構成を有することができる。例えば、凹部１２４は、図１１に示すように、インピンジメントインサート１００の上端部１０６と底端部１０８との間で部分的にのみ延在してもよい。さらに、図１２に示すように、凹部１２４は、内面１１４からインサート体１１０内に延在することができる。
【００３７】
いくつかの実施形態では、インピンジメントインサート１００は、積層造形によって形成される。本明細書で使用される場合、「積層造形」という用語は、有用な３次元物体をもたらし、一度に１層ずつ物体の形状を連続的に形成するステップを含む、任意のプロセスを指す。積層造形プロセスは、３Ｄプリンティング（３ＤＰ）プロセス、レーザネットシェイプ製造、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）、直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）、粉体プラズマアーク溶接、自由形状造形などを含む。特定のタイプの積層造形プロセスは、粉末材料を焼結または溶融するために、エネルギービーム、例えば電子ビームまたはレーザビームなどの電磁放射線を使用する。積層造形プロセスは、通常、金属粉末材料またはワイヤを原料として使用する。それにもかかわらず、インピンジメントインサート１００は、任意の適切な製造プロセスを使用して構築されてもよい。
【００３８】
動作中に、インピンジメントインサート１００は、高温ガス経路部品１０４にインピンジメント冷却を提供する。より具体的には、圧縮機部１２から抽気された圧縮空気３８などの冷却空気が、インピンジメントインサートキャビティ１１２内に導かれる。インピンジメントインサートキャビティ１１２内の冷却空気は、インピンジメント開口部１２２および対応する凹部１２４を通り、高温ガス経路部品１０４の内面１２０に当たるまで、高温ガス経路部品キャビティ１０２を横切って流れる。
【００３９】
凹部１２４は、インピンジメント冷却効果を改善する。より具体的には、インピンジメント冷却効果は、インサート体１１０の厚さ１１８が減少するにつれて増加する。それにもかかわらず、インサート体１１０の厚さ１１８が薄すぎると、インピンジメントインサート１００が弱くなり、取り扱いおよび／または動作環境に耐えられなくなる可能性がある。この点に関して、凹部１２４は、インピンジメント冷却を改善するためにインサート体１１０の厚さをインピンジメント開口部１２２に近接して減少させる一方で、取り扱いおよび／または動作環境に耐えるように、他の場所のインサート体１１０を十分な厚さに維持しておく。
【００４０】
上述のように、凹部１２４は、十分な強度を維持しながら、改善されたインピンジメント冷却性能を提供する。この点において、インピンジメントインサート１００は、従来のインピンジメントインサートよりも高温ガス経路部品１０４の内面１２０により大きなインピンジメント冷却を提供する。このように、インピンジメントインサート１００では、圧縮機部１２（図１）を迂回する圧縮空気３８が従来のインサートよりも少なく、それによってガスタービンエンジン１０の効率を高める。
【００４１】
この明細書は、本技術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、いかなる当業者も本技術を実施することができるように実施例を用いており、任意の装置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。本技術の特許され得る範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、あるいは特許請求の範囲の文言との実質的な相違がない同等の構造要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
［実施態様１］
ターボ機械（１０）用のインピンジメントインサート（１００）であって、
内面（１１４）と、前記内面（１１４）から離間した外面（１１６）と、前記内面（１１４）から前記外面（１１６）まで延在する厚さ（１１８）と、を含むインサート体（１１０）を含み、前記インサート体（１１０）は、前記内面（１１４）または前記外面（１１６）の一方から前記インサート体（１１０）内まで延在する第１の凹部（１２４Ａ）を画定し、前記第１の凹部（１２４Ａ）は直径（１３０Ａ）を有し、前記インサート体（１１０）は、前記第１の凹部（１２４Ａ）から前記インサート体（１１０）を貫通して延在するインピンジメント開口部（１２２）をさらに画定し、前記インピンジメント開口部（１２２）は長さ（１２６）および直径（１２８）を有し、
前記インサート体（１１０）の厚さ（１１８）は前記インピンジメント開口部（１２２）の前記長さ（１２６）よりも大きく、前記第１の凹部（１２４Ａ）の前記直径（１３０Ａ）は前記インピンジメント開口部（１２２）の前記直径（１２８）よりも大きい、インピンジメントインサート（１００）。
［実施態様２］
前記インピンジメント開口部（１２２）の前記長さ（１２６）は、前記インピンジメント開口部（１２２）の前記直径（１２８）以下である、実施態様１に記載のインピンジメントインサート（１００）。
［実施態様３］
前記第１の凹部（１２４Ａ）の前記直径（１３０Ａ）は、前記インピンジメント開口部（１２２）の前記直径（１２８）の２〜４倍大きい、実施態様１に記載のインピンジメントインサート（１００）。
［実施態様４］
前記第１の凹部（１２４Ａ）の前記直径（１３０Ａ）は、前記インピンジメント開口部（１２２）の前記直径（１２８）よりも少なくとも３倍大きい、実施態様１に記載のインピンジメントインサート（１００）。
［実施態様５］
前記第１の凹部（１２４Ａ）は、前記内面（１１４）から前記インサート体（１１０）内まで延在し、前記インピンジメント開口部（１２２）は、前記第１の凹部（１２４Ａ）から前記外面（１１６）まで延在する、実施態様１に記載のインピンジメントインサート（１００）。
［実施態様６］
前記第１の凹部（１２４Ａ）は、前記外面（１１６）から前記インサート体（１１０）内まで延在し、前記インピンジメント開口部（１２２）は、前記第１の凹部（１２４Ａ）から前記内面（１１４）まで延在する、実施態様１に記載のインピンジメントインサート（１００）。
［実施態様７］
前記インサート体（１１０）は、前記内面（１１４）または前記外面（１１６）の他方から前記インサート体（１１０）内まで延在する第２の凹部（１２４Ｂ）を画定し、前記インピンジメント開口部（１２２）は、前記第１の凹部（１２４Ａ）から前記第２の凹部（１２４Ｂ）まで延在する、実施態様１に記載のインピンジメントインサート（１００）。
［実施態様８］
前記第２の凹部（１２４Ｂ）は直径（１３０Ｂ）を有し、前記第１の凹部（１２４Ａ）の前記直径（１３０Ａ）は前記第２の凹部（１２４Ｂ）の前記直径（１３０Ｂ）と同じである、実施態様７に記載のインピンジメントインサート（１００）。
［実施態様９］
前記第１の凹部（１２４Ａ）は、前記インサート体（１１０）の第１の端部から前記第１の端部から離間した前記インサート体（１１０）の第２の端部まで延在するスロットである、実施態様１に記載のインピンジメントインサート（１００）。
［実施態様１０］
前記第１の凹部（１２４Ａ）は、前記インピンジメント開口部（１２２）に局在する、実施態様１に記載のインピンジメントインサート（１００）。
［実施態様１１］
ターボ機械（１０）であって、
ターボ機械部品と、
前記ターボ機械部品内に配置されたインピンジメントインサート（１００）と、を含み、前記インピンジメントインサート（１００）は、
内面（１１４）と、前記内面（１１４）から離間した外面（１１６）と、前記内面（１１４）から前記外面（１１６）まで延在する厚さ（１１８）と、を含むインサート体（１１０）を含み、前記インサート体（１１０）は、前記内面（１１４）または前記外面（１１６）の一方から前記インサート体（１１０）内まで延在する第１の凹部（１２４Ａ）を画定し、前記第１の凹部（１２４Ａ）は直径（１３０Ａ）を有し、前記インサート体（１１０）は、前記第１の凹部（１２４Ａ）から前記インサート体（１１０）を貫通して延在するインピンジメント開口部（１２２）をさらに画定し、前記インピンジメント開口部（１２２）は長さ（１２６）および直径（１２８）を有し、
前記インサート体（１１０）の厚さ（１１８）は前記インピンジメント開口部（１２２）の前記長さ（１２６）よりも大きく、前記第１の凹部（１２４Ａ）の前記直径（１３０Ａ）は前記インピンジメント開口部（１２２）の前記直径（１２８）よりも大きい、ターボ機械（１０）。
［実施態様１２］
前記インピンジメント開口部（１２２）の前記長さ（１２６）は、前記インピンジメント開口部（１２２）の前記直径（１２８）以下である、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１３］
前記第１の凹部（１２４Ａ）の前記直径（１３０Ａ）は、前記インピンジメント開口部（１２２）の前記直径（１２８）の２〜４倍大きい、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１４］
前記第１の凹部（１２４Ａ）の前記直径（１３０Ａ）は、前記インピンジメント開口部（１２２）の前記直径（１２８）よりも少なくとも３倍大きい、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１５］
前記第１の凹部（１２４Ａ）は、前記内面（１１４）から前記インサート体（１１０）内まで延在し、前記インピンジメント開口部（１２２）は、前記第１の凹部（１２４Ａ）から前記外面（１１６）まで延在する、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１６］
前記第１の凹部（１２４Ａ）は、前記外面（１１６）から前記インサート体（１１０）内まで延在し、前記インピンジメント開口部（１２２）は、前記第１の凹部（１２４Ａ）から前記内面（１１４）まで延在する、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１７］
前記インサート体（１１０）は、前記内面（１１４）または前記外面（１１６）の他方から前記インサート体（１１０）内まで延在する第２の凹部（１２４Ｂ）を画定し、前記インピンジメント開口部（１２２）は、前記第１の凹部（１２４Ａ）から前記第２の凹部（１２４Ｂ）まで延在する、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１８］
前記第２の凹部（１２４Ｂ）は直径（１３０Ｂ）を有し、前記第１の凹部（１２４Ａ）の前記直径（１３０Ａ）は前記第２の凹部（１２４Ｂ）の前記直径（１３０Ｂ）と同じである、実施態様１７に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様１９］
前記第１の凹部（１２４Ａ）は、前記インサート体（１１０）の第１の端部から前記第１の端部から離間した前記インサート体（１１０）の第２の端部まで延在するスロットである、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
［実施態様２０］
前記第１の凹部（１２４Ａ）は、前記インピンジメント開口部（１２２）に局在する、実施態様１１に記載のターボ機械（１０）。
【符号の説明】
【００４２】
１０  ガスタービンエンジン
１２  圧縮機部
１４  入口
１６  圧縮機
１８  燃焼部
２０  燃焼器
２２  タービン部
２４  タービン
２６  ロータシャフト
２８  軸方向中心線
３０Ａ  第１のタービン段
３０Ｂ  第２のタービン段
３０Ｃ  第３のタービン段
３２Ａ  タービンノズル
３２Ｂ  タービンノズル
３２Ｃ  タービンノズル
３４Ａ  タービンロータブレード
３４Ｂ  タービンロータブレード
３４Ｃ  タービンロータブレード
３６  シェル／ケーシング
３８  圧縮空気
４０  燃焼ガス
４２Ｂ  ダイアフラム
４２Ｃ  ダイアフラム
４４Ａ  タービンシュラウド
４４Ｂ  タービンシュラウド
４４Ｃ  タービンシュラウド
４６  内側側壁
４８  外側側壁
５０  翼形部
５２  内側側壁の半径方向外面
５４  内側側壁の半径方向内面
５６  外側側壁の半径方向内面
５８  外側側壁の半径方向外面
６０  内側側壁の前面
６２  内側側壁の後面
６４  内側側壁の第１の円周面
６６  内側側壁の第２の円周面
６８  外側側壁の前面
７０  外側側壁の後面
７２  外側側壁の第１の円周面
７４  外側側壁の第２の円周面
７６  前縁
７８  後縁
８０  正圧側壁
８２  負圧側壁
８４  前方内部キャビティ
８６  後方内部キャビティ
８８  前方インサート
９０  後方インサート
９２  リブ
１００  インピンジメントインサート
１０２  高温ガス経路部品キャビティ
１０４  高温ガス経路部品
１０６  インピンジメントインサートの上端部
１０８  インピンジメントインサートの底端部
１１０  インサート体
１１２  インピンジメントインサートキャビティ
１１４  内面
１１６  外面
１１８  インサート体の厚さ
１２０  高温ガス経路部品の内面
１２２  インピンジメント開口部
１２４  凹部
１２４Ａ  第１の凹部
１２４Ｂ  第２の凹部
１２６  インピンジメント開口部の長さ
１２８  インピンジメント開口部の直径
１３０  凹部の直径
１３０Ａ  第１の凹部の直径
１３０Ｂ  第２の凹部の直径
【図１】
2019060335.tif 000003
【図２】
2019060335.tif 000004
【図３】
2019060335.tif 000005
【図４】
2019060335.tif 000006
【図５】
2019060335.tif 000007
【図６】
2019060335.tif 000008
【図７】
2019060335.tif 000009
【図８】
2019060335.tif 000010
【図９】
2019060335.tif 000011
【図１０】
2019060335.tif 000012
【図１１】
2019060335.tif 000013
【図１２】
2019060335.tif 000014
【外国語明細書】
2019060335000001.pdf