(57)【要約】      （修正有）【課題】タービン部品から効率良く熱を除去する翼形部を提供する。【解決手段】翼形部２０６の外壁３０２は、第１の内部空間３０４を画定する。外壁はまた、正圧側壁２１０および負圧側壁２１２を含む。衝突システムは、第１の内部空間内に配置され第２の内部空間２３４を画定する内壁３０８と、冷媒３２６の流れを第２の内部空間から第１の内部空間に導く複数の衝突孔３２４と、を含む。内壁３０８は、変化する孔密度パターンを有する衝突孔密度を有する。衝突システムはまた、内壁３０８から外壁３０２まで延在する隔壁を含む。内壁、外壁、および隔壁は、流体連通して結合された第１および第２の領域３１８、３２０を画定する。衝突孔密度は、第１および第２の領域への流れを別々に調整する。【選択図】図３
0003213107.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
翼形部（２０６，２２４）であって、
内面（３０７）、外面（４０６，４１２）、および複数の外壁領域を含む外壁（３０２）であって、第１の内部空間（３０４）を画定し、
正圧側壁（２１０）と、
前記正圧側壁（２１０）に結合された負圧側壁（２１２）と、を含み、前記負圧側壁（２１２）および前記正圧側壁（２１０）は、前縁（２２０）と前記前縁（２２０）に対向する後縁（２２２）とを画定する、外壁（３０２）と、
根元部分（２１４）と、
前記根元部分（２１４）に対向する先端部分（２１６）と、
前記第１の内部空間（３０４）内に配置された三連後縁ピンバンクと、
前記第１の内部空間（３０４）内に配置された衝突システム（２３０）と、を含み、前記衝突システム（２３０）は、冷媒流（４６４，４６６）を前記外壁（３０２）に導くように構成され、前記衝突システム（２３０）は、
前記外壁（３０２）と実質的に平行な内壁（３０８）であって、第２の内部空間を画定し、前記第２の内部空間から前記第１の内部空間（３０４）へ冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを導くように構成された複数の衝突孔（３２４）をさらに画定し、変化する孔密度パターンを有する衝突孔密度を有する内壁（３０８）と、
前記内壁（３０８）から前記外壁（３０２）まで延在する複数の隔壁（３１４，３１６）と、を含み、前記内壁（３０８）、前記外壁（３０２）、および前記複数の隔壁（３１４，３１６）は、第１の領域および第２の領域（３１８，３２０）を画定し、前記第１の領域および前記第２の領域（３１８，３２０）は流体連通して結合され、前記衝突孔密度は、前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成される、翼形部（２０６，２２４）。
【請求項２】
前記冷媒流（４６４，４６６）は、前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成された供給源圧力を有する、請求項１に記載の翼形部（２０６，２２４）。
【請求項３】
前記外壁（３０２）は、前記第１の内部空間（３０４）から冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを導くことによって前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成された複数の膜孔（３０３）をさらに画定する、請求項２に記載の翼形部（２０６，２２４）。
【請求項４】
前記第１および第２の領域（３１８，３２０）は、前記冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを前記三連後縁ピンバンクに導くように構成され、前記三連後縁ピンバンク内の前記冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れは圧力降下を有し、前記圧力降下は、前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成される、請求項３に記載の翼形部（２０６，２２４）。
【請求項５】
前記内壁（３０８）、前記外壁（３０２）、および前記複数の隔壁（３１４，３１６）は、第３の領域（３２２）をさらに画定し、前記複数の隔壁（３１４，３１６）は、第１の隔壁（３１４）と第２の隔壁（３１６）とを含み、前記第１の隔壁（３１４）は前記第３の領域（３２２）から前記第１の領域（３１８）を分離し、前記第２の隔壁（３１６）は前記第３の領域（３２２）から前記第２の領域（３２０）を分離し、前記第１、第２、および第３の領域（３１８，３２０，３２２）は区画配置を有し、前記区画配置は、前記第１、第２、および第３の領域（３１８，３２０，３２２）への流れを別々に調整するように構成される、請求項４に記載の翼形部（２０６，２２４）。
【請求項６】
前記複数の衝突孔（３２４）および前記複数の膜孔（３０３）は、前記第１の領域（３１８）、前記第２の領域（３２０）、および前記第３の領域（３２２）内の冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを双方向の交差流パターンで導くように配置される、請求項５に記載の翼形部（２０６，２２４）。
【請求項７】
前記三連後縁ピンバンクは、
前記後縁（２２２）に隣接する前記負圧側壁（２１２）に結合され、前記負圧側壁（２１２）から前記正圧側壁（２１０）に向かって延在する第１の複数の突起部（４３０）と、
前記後縁（２２２）に隣接する前記正圧側壁（２１０）に結合され、前記正圧側壁（２１０）から前記負圧側壁（２１２）に向かって延在する第２の複数の突起部（４４０）と、
前記第１の複数の突起部（４３０）および前記第２の複数の突起部（４４０）に結合され、前記第１の複数の突起部（４３０）と前記第２の複数の突起部（４４０）との間に画定された空間内に延在する仕切り（４３６）であって、第１の冷却チャネルが前記負圧側壁（２１２）に隣接して画定され、第２の冷却チャネルが前記正圧側壁（２１０）に隣接して画定される、仕切り（４３６）と、を含み、前記第１の冷却チャネルと前記第２の冷却チャネルは、前記少なくとも１つの冷媒流（４６４，４６６）を受け取るように構成され、前記第１の複数の突起部（４３０）は、前記第１の冷却チャネルを通る前記少なくとも１つの冷媒流（４６４，４６６）を調整するように構成され、前記第２の複数の突起部（４４０）は、前記第２の冷却チャネルを通る前記少なくとも１つの冷媒流（４６４，４６６）を調整するように構成される、請求項１に記載の翼形部（２０６，２２４）。
【請求項８】
翼形部（２０６，２２４）から熱を除去するためのシステムであって、前記翼形部（２０６，２２４）は、三連後縁ピンバンクと、内面（３０７）、外面（４０６，４１２）、および複数の外壁領域を含む外壁（３０２）と、を含み、前記外壁（３０２）は、第１の内部空間（３０４）を画定し、前記外壁（３０２）は正圧側壁（２１０）と、前記正圧側壁（２１０）に結合された負圧側壁（２１２）と、を含み、前記負圧側壁（２１２）および前記正圧側壁（２１０）は、前縁（２２０）および前記前縁（２２０）に対向する後縁（２２２）を画定し、前記翼形部（２０６，２２４）は、根元部分（２１４）と、前記根元部分（２１４）に対向する先端部分（２１６）と、をさらに含み、前記システムは、
前記第１の内部空間（３０４）内に配置された衝突システム（２３０）を含み、前記衝突システム（２３０）は、冷媒流（４６４，４６６）を前記外壁（３０２）に導くように構成され、前記衝突システム（２３０）は、
前記外壁（３０２）と実質的に平行な内壁（３０８）であって、第２の内部空間を画定し、前記第２の内部空間から前記第１の内部空間（３０４）へ冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを導くように構成された複数の衝突孔（３２４）をさらに画定し、変化する孔密度パターンを有する衝突孔密度を有する内壁（３０８）と、
前記内壁（３０８）から前記外壁（３０２）まで延在する複数の隔壁（３１４，３１６）と、を含み、前記内壁（３０８）、前記外壁（３０２）、および前記複数の隔壁（３１４，３１６）は、第１の領域および第２の領域（３１８，３２０）を画定し、前記第１の領域および前記第２の領域（３１８，３２０）は流体連通して結合され、前記衝突孔密度は、前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成される、翼形部（２０６，２２４）から熱を除去するためのシステム。
【請求項９】
前記冷媒流（４６４，４６６）は、前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成された供給源圧力を有する、請求項８に記載の翼形部（２０６，２２４）から熱を除去するためのシステム。
【請求項１０】
前記外壁（３０２）は、前記第１の内部空間（３０４）から冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを導くことによって前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成された複数の膜孔（３０３）をさらに画定する、請求項９に記載の翼形部（２０６，２２４）から熱を除去するためのシステム。
【請求項１１】
前記第１および第２の領域（３１８，３２０）は、前記冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを前記三連後縁ピンバンクに導くように構成され、前記三連後縁ピンバンク内の前記冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れは圧力降下を有し、前記圧力降下は、前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成される、請求項１０に記載の翼形部（２０６，２２４）から熱を除去するためのシステム。
【請求項１２】
前記内壁（３０８）、前記外壁（３０２）、および前記複数の隔壁（３１４，３１６）は、第３の領域（３２２）をさらに画定し、前記複数の隔壁（３１４，３１６）は、第１の隔壁（３１４）と第２の隔壁（３１６）とを含み、前記第１の隔壁（３１４）は前記第３の領域（３２２）から前記第１の領域（３１８）を分離し、前記第２の隔壁（３１６）は前記第３の領域（３２２）から前記第２の領域（３２０）を分離し、前記第１、第２、および第３の領域（３１８，３２０，３２２）は区画配置を有し、前記区画配置は、前記第１、第２、および第３の領域（３１８，３２０，３２２）への流れを別々に調整するように構成される、請求項１１に記載の翼形部（２０６，２２４）から熱を除去するためのシステム。
【請求項１３】
前記複数の衝突孔（３２４）および前記複数の膜孔（３０３）は、前記第１の領域（３１８）、前記第２の領域（３２０）、および前記第３の領域（３２２）内の冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを双方向の交差流パターンで導くように配置される、請求項１２に記載の翼形部（２０６，２２４）から熱を除去するためのシステム。
【請求項１４】
ガスタービンシステム（１００）であって、前記ガスタービンシステム（１００）は、
圧縮機部（１０４）と、
前記圧縮機部（１０４）と流体連通して結合された燃焼システム（１０６）と、
前記燃焼システム（１０６）と流体連通して結合されたタービン部（１０８）と、を含み、前記タービン部（１０８）は、
翼形部（２０６，２２４）を含み、前記翼形部（２０６，２２４）は、
内面（３０７）、外面（４０６，４１２）、および複数の外壁領域を含む外壁（３０２）であって、第１の内部空間（３０４）を画定し、
正圧側壁（２１０）と、
前記正圧側壁（２１０）に結合された負圧側壁（２１２）と、を含み、前記負圧側壁（２１２）および前記正圧側壁（２１０）は、前縁（２２０）と前記前縁（２２０）に対向する後縁（２２２）とを画定する、外壁（３０２）と、
根元部分（２１４）と、
前記根元部分（２１４）に対向する先端部分（２１６）と、
前記第１の内部空間（３０４）内に配置された三連後縁ピンバンクと、
前記第１の内部空間（３０４）内に配置された衝突システム（２３０）と、を含み、前記衝突システム（２３０）は、冷媒流（４６４，４６６）を前記外壁（３０２）に導くように構成され、前記衝突システム（２３０）は、
前記外壁（３０２）と実質的に平行な内壁（３０８）であって、第２の内部空間を画定し、前記第２の内部空間から前記第１の内部空間（３０４）へ冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを導くように構成された複数の衝突孔（３２４）をさらに画定し、変化する孔密度パターンを有する衝突孔密度を有する内壁（３０８）と、
前記内壁（３０８）から前記外壁（３０２）まで延在する複数の隔壁（３１４，３１６）と、を含み、前記内壁（３０８）、前記外壁（３０２）、および前記複数の隔壁（３１４，３１６）は、第１の領域および第２の領域（３１８，３２０）を画定し、前記第１の領域および前記第２の領域（３１８，３２０）は流体連通して結合され、前記衝突孔密度は、前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成される、ガスタービンシステム（１００）。
【請求項１５】
前記冷媒流（４６４，４６６）は、前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成された供給源圧力を有する、請求項１４に記載のガスタービン（１００）。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般的には、ターボ機械に関し、より詳細には、タービン部品から熱を除去するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくともいくつかの公知のガスタービンエンジンでは、空気が圧縮機で加圧され、高温燃焼ガス流を生成するために、燃焼器内の燃料と混合される。タービン内のガス流からエネルギーが抽出され、機械的負荷に動力を供給する。ガスタービンエンジンの動作中には、さまざまな高温ガス経路部品が高温ガス流に曝され、高温ガス経路部品に磨耗を誘発する可能性がある。一般に、より高温のガスは、ガスタービンエンジンの性能、効率、および動力出力を増加させる。したがって、ガスタービンエンジンを高められた高温燃焼ガス流で作動させるのを容易にするために、少なくともいくつかの公知の高温ガス経路部品を冷却する。
【０００３】
いくつかの公知の高温ガス経路部品は、冷却システムを備えた翼形部を含み、空気、典型的には圧縮機から抽出された抽気空気が翼形部内に画定された内部冷却流路を通過する。次いで、空気は、高温ガス経路部品から熱を伝達させるために、翼形部の外面に配置された冷却孔または流路を通って排出される。この強制空冷は、高温ガス経路部品が高温ガス流中で機能することを容易にする。少なくともいくつかの公知の冷却システムは、翼形部の側壁厚さを増加させて後縁を通る冷却空気の流速を増加させ、そこからの熱伝達を促進させる。しかしながら、翼形部の側壁厚さを増加させることはまた、冷却すべき表面の熱抵抗を増加させる。少なくともいくつかの他の公知の冷却システムは、圧縮機から追加の抽気を抽出することによって冷却空気の流速を増加させる。しかしながら、追加の抽気を抽出することは、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】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第９２９７２６１号明細書
【考案の概要】
【０００５】
一態様では、翼形部が提供される。翼形部は、外壁、根元部分、先端部分、三連後縁ピンバンク、および衝突システムを含む。外壁は、内面、外面、および複数の外壁領域を含み、第１の内部空間を画定する。外壁はまた、正圧側壁と、正圧側壁に結合された負圧側壁と、を含む。負圧側壁および正圧側壁は、前縁と、前縁に対向する後縁と、を画定する。先端部分は、根元部分の反対側にある。三連後縁ピンバンクは、第１の内部空間内に配置される。衝突システムは、第１の内部空間内に配置され、冷媒流を外壁に導くように構成される。衝突システムは、外壁と実質的に平行な内壁を含む。内壁は、第２の内部空間を画定する。内壁は、冷媒の流れを第２の内部空間から第１の内部空間に導くように構成された複数の衝突孔をさらに画定する。内壁は、変化する孔密度パターンを有する衝突孔密度を有する。衝突システムはまた、内壁から外壁まで延在する複数の隔壁を含む。内壁、外壁、および複数の隔壁は、第１の領域および第２の領域を画定する。第１の領域および第２の領域は、流体連通して結合される。衝突孔密度は、第１および第２の領域への流れを別々に調整するように構成される。
【０００６】
別の態様では、翼形部から熱を除去するためのシステムが提供される。翼形部は、三連後縁ピンバンクと、内面、外面、および複数の外壁領域を含む外壁と、を含む。外壁は、第１の内部空間を画定し、正圧側壁と、正圧側壁に結合された負圧側壁と、を含む。負圧側壁および正圧側壁は、前縁と、前縁に対向する後縁と、を画定する。翼形部は、根元部分と、根元部分に対向する先端部分と、をさらに含む。翼形部から熱を除去するためのシステムは、第１の内部空間内に配置された衝突システムを含む。衝突システムは、冷媒流を外壁に導くように構成される。衝突システムは、外壁と実質的に平行な内壁を含む。内壁は、第２の内部空間を画定する。内壁は、冷媒の流れを第２の内部空間から第１の内部空間に導くように構成された複数の衝突孔をさらに画定する。内壁は、変化する孔密度パターンを有する衝突孔密度を有する。衝突システムはまた、内壁から外壁まで延在する複数の隔壁を含む。内壁、外壁、および複数の隔壁は、第１の領域および第２の領域を画定する。第１の領域および第２の領域は、流体連通して結合される。衝突孔密度は、第１および第２の領域への流れを別々に調整するように構成される。
【０００７】
さらに別の態様では、ガスタービンシステムが提供される。ガスタービンシステムは、圧縮機部と、燃焼部と、タービン部と、を含む。燃焼システムは、圧縮機部と流体連通して結合される。タービン部は、燃焼システムと流体連通して結合される。タービン部は、外壁と、根元部分と、先端部分と、三連後縁ピンバンクと、衝突システムと、を含む翼形部を含む。外壁は、内面、外面、および複数の外壁領域を含み、第１の内部空間を画定する。外壁はまた、正圧側壁と、正圧側壁に結合された負圧側壁と、を含む。負圧側壁および正圧側壁は、前縁と、前縁に対向する後縁と、を画定する。先端部分は、根元部分の反対側にある。三連後縁ピンバンクは、第１の内部空間内に配置される。衝突システムは、第１の内部空間内に配置され、冷媒流を外壁に導くように構成される。衝突システムは、外壁と実質的に平行な内壁を含む。内壁は、第２の内部空間を画定する。内壁は、冷媒の流れを第２の内部空間から第１の内部空間に導くように構成された複数の衝突孔をさらに画定する。内壁は、変化する孔密度パターンを有する衝突孔密度を有する。衝突システムはまた、内壁から外壁まで延在する複数の隔壁を含む。内壁、外壁、および複数の隔壁は、第１の領域および第２の領域を画定する。第１の領域および第２の領域は、流体連通して結合される。衝突孔密度は、第１および第２の領域への流れを別々に調整するように構成される。
【０００８】
本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的なロータ機械、すなわちガスタービンエンジンの概略図である。
【図２】図１に示すガスタービンエンジンの例示的な第１のタービン段の拡大概略図である。
【図３】図２に示す例示的な翼形部の断面図である。
【図４】線４−４に沿った図２に示す例示的な後縁の断面図である。
【図５】図２に示す内壁の断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１０】
特に明記しない限り、本明細書において提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を図示するものである。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を含む多種多様なシステムで適用できると考えられる。したがって、図面は、本明細書に開示される実施形態の実施のために必要とされる当業者に知られているすべての従来の特徴を含むわけではない。
【００１１】
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。
【００１２】
単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が特に明確に指示しない限り、複数の言及を含む。
【００１３】
「任意の」または「任意に」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。
【００１４】
近似する文言は、本明細書および特許請求の範囲全体にわたってここで使用する場合、関連する基本的機能に変更をもたらすことなく許容的に変化し得る定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、範囲限界を組み合わせてもよいし、および／または置き換えてもよい。文脈または文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、本明細書に含まれるすべての部分範囲を含む。
【００１５】
本明細書で用いる「軸方向の」および「軸方向に」という用語は、ガスタービンエンジンの長手方向軸に対して実質的に平行に延びる方向および向きを指す。また、「半径方向の」および「半径方向に」という用語は、ガスタービンエンジンの長手方向軸に対して実質的に垂直に延びる方向および向きを指す。さらに、本明細書で使用する「円周方向の」および「円周方向に」という用語は、ガスタービンエンジンの長手方向軸の周りに円弧状に延びる方向および向きを指す。
【００１６】
本開示の実施形態は、ガスタービン部品から熱を除去するシステムに関する。具体的には、例示的な実施形態では、ガスタービン部品は、翼形部本体の外壁内に画定された衝突システムを備えた翼形部を含む。衝突システムおよび外壁は、その間に衝突後空間を画定する。複数の仕切りが、衝突システムから外壁まで延在し、それらの各々は、衝突後空間を複数の衝突後領域に区画する。内壁はさらに、冷媒の流れを衝突後領域に導く複数の衝突孔を画定する。翼形部はまた、仕切りによって分離された２つの冷却チャネル、すなわち正圧側壁冷却チャネルおよび負圧側壁冷却チャネルを含む後縁を含み、各冷却チャネルはピンバンクによって画定される。ガスタービンエンジンの動作中には、翼形部本体の異なる領域は、ガスタービンエンジン内の翼形部本体の配置に応じて、異なる温度および高温流体の流れに曝されることがある。このように、翼形部本体の異なる領域は、異なる外壁境界条件を経験し、これらの異なる領域から熱を除去するための異なる局所的要件を有することがある。翼形部本体内の外壁、衝突システム、隔壁、衝突後領域、仕切り、およびピンバンクの配置は、速度、圧力降下、レイノルズ数、および外壁の内面に沿って流れる冷媒流の熱伝達係数の調整を容易にして、翼形部からの熱を除去し、翼形部の一貫した一様な温度を維持する。翼形部本体の局部的な熱除去要件に対して冷媒流を調整することは、衝突システムを通って流れる冷媒流のための圧縮機から抽出された抽気を減少させるが、一方では、従来は冷却が困難であった部品領域内の冷媒流効率を増加させる。ガスタービンエンジンの効率は、冷媒流として使用される抽気が少なくなるので増加する。
【００１７】
図１は、回転機械１００、すなわちターボ機械、より具体的にはタービンエンジンの概略図である。例示的な実施形態では、タービンエンジン１００はガスタービンエンジンである。あるいは、タービンエンジン１００は、蒸気タービンエンジン、航空機エンジン、風力タービン、および圧縮機を含むがこれらに限定されない、任意の他のタービンエンジンおよび／または回転機械である。例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１００は、吸気部１０２と、吸気部１０２の下流に結合され、吸気部１０２と流体連通する圧縮機部１０４と、を含む。燃焼器部１０６は、圧縮機部１０４の下流に結合され、圧縮機部１０４と流体連通し、タービン部１０８は、燃焼部１０６の下流に結合され、燃焼部１０６と流体連通している。タービン部１０８の下流には、排気部１１０がある。さらに、例示的な実施形態では、タービン部１０８は、ロータアセンブリ１１２を介して圧縮機部１０４に回転可能に結合される。
【００１８】
動作中には、吸気部１０２は、空気１１４を圧縮機部１０４に向けて導く。圧縮機部１０４は、吸入空気１１４をより高い圧力に圧縮し、その後に圧縮空気１１６を燃焼器部１０６に向けて放出する。圧縮空気１１６は、燃焼器部１０６に送られ、燃料（図示せず）と混合され、燃焼されて高温燃焼ガス１１８を生成する。燃焼ガス１１８はタービン部１０８に向かって下流に導かれ、タービンブレード（図示せず）に衝突した後、熱エネルギーは、ロータアセンブリ１１２を長手方向軸１２０の周りに駆動するために使用される機械的回転エネルギーに変換される。しばしば、燃焼器部１０６およびタービン部１０８は、タービンエンジン１００の高温ガス部と呼ばれる。次いで、排気ガス１２２は、排気部１１０を通って大気に排出される。
【００１９】
図２は、タービンエンジン１００（図１に示す）の第１のタービン段２００の拡大概略図である。例示的な実施形態では、タービン部１０８は、長手方向軸１２０（図１に示す）の周りに円周方向に間隔を置いて配置された複数のステータベーン２０２と、長手方向軸１２０の周りに円周方向に間隔を置いて配置された複数のタービンブレード２０４と、を含む。ステータベーン２０２の列とタービンブレード２０４の列は、タービン段、例えば、燃焼器部１０６（図１に示す）の下流の第１のタービン段である、第１のタービン段２００を形成する。単一のタービン段２００が図２に示されているが、タービン部１０８は、任意の数の軸方向に間隔を置いて配置されたタービン段を含むことができる。
【００２０】
例示的な実施形態では、ステータベーン２０２は、タービンケーシング２０８に結合された翼形部２０６を含む。翼形部２０６は、対向する負圧側壁２１２に結合された正圧側壁２１０を含む。正圧側壁２１０および負圧側壁２１２は、根元部２１４から、半径方向２１７を画定する反対側の先端部２１６まで延在しており、翼形部２０６は半径方向２１７に延びる半径方向長さ２１８を有する。正圧側壁２１０および負圧側壁２１２はまた、前縁２２０および対向する後縁２２２を画定する。前縁２２０および後縁２２２は、長手方向２２３を画定する。さらに、タービンブレード２０４は、ディスク２２６を介してロータアセンブリ１１２に結合される翼形部２２４を含む。各翼形部２０６、２２４は、サーマルボンドコート（ＴＢＣ）の層２２５でコーティングされている。高温燃焼ガス１１８からさらに保護するために、各翼形部２０６、２２４上にＴＢＣが形成されている。各翼形部２０６、２２４は、第１の目標衝突面２３８、第２の目標衝突面２４０、および第３の目標衝突面２４２を含む。
【００２１】
タービンエンジン１００の動作中には、ステータベーン２０２およびタービンブレード２０４は、タービンケーシング２０８の高温ガス流路２２８内に配置され、高温燃焼ガス１１８の流れがそこを通って流れ、ステータベーン翼形部２０６およびタービンブレードの翼形部２２４の外面を高温に露出させ、潜在的に対応する熱応力および／または熱劣化をもたらす。このような熱暴露に少なくとも部分的に対処するために、ステータベーン翼形部２０６および／または任意の他の高温ガス部部品は、衝突システム２３０を含む。衝突システム２３０は、タービンケーシング２０８内に画定され、ステータベーン翼形部２０６内に画定された少なくとも１つの冷却流路２３４と流体連通して結合された冷却供給流路２３２を含む。冷媒流体２３６の流れは、冷媒流供給源（図示せず）を介して衝突システム２３０に送られて、翼形部２０６からの熱の除去を容易にし、翼形部２０６の一貫した一様な温度勾配を維持して部品効率を高める。例示的な実施形態では、冷媒流体２３６は、圧縮機部１０４（図１に示す）からの加圧抽気を含む。空気が具体的に記載されているが、代替的な実施形態では、空気以外の流体を使用して、燃焼ガス１１８に曝される部品を冷却することができる。本明細書で使用する流体という用語は、ガス、蒸気、および空気を含むが、これらに限定されず、流れる任意の媒体または材料を含む。
【００２２】
図３は、図２に示す例示的なステータベーン翼形部２０６の断面図である。例示的な実施形態では、ステータベーン翼形部２０６は、前縁２２０および後縁２２２において負圧側壁２１２に結合された正圧側壁２１０を含む外壁３０２を含む。外壁３０２は、ステータベーン翼形部２０６の内部容積全体を含む第１の内部空間３０４を画定する。外壁３０２は、第１の内部空間３０４からステータベーン翼形部２０６の外へ冷媒の流れを導くように構成された複数の膜孔３０３をさらに画定する。ステータベーン翼形部２０６はまた、後縁２２２に近接する第１の内部空間３０４内に配置された後縁冷却システム３０５を含む。例示的な実施形態では、後縁冷却システム３０５は、三連後縁ピンバンクである。外壁３０２は内面３０７を含み、内面３０７は、第１の目標衝突面２３８、第２の目標衝突面２４０、および第３の目標衝突面２４２を含む。
【００２３】
翼形部衝突システム３０６は、第１の内部空間３０４内に配置される。翼形部衝突システム３０６は、外壁３０２から離間し、外壁３０２に対して実質的に平行な内壁３０８を含む。内壁３０８は、第１の内部空間３０４と共に冷却流路２３４を画定する。外壁３０２および内壁３０８は、外壁３０２と内壁３０８との間の衝突後空間３１２を画定する。例示的な実施形態では、内壁３０８、冷却流路２３４、および衝突後空間３１２は、根元部２１４から先端部２１６まで半径方向長さ２１８に沿って延在する。別の実施形態では、内壁３０８、冷却流路２３４、および衝突後空間３１２は、半径方向長さ２１８よりも短い長さで半径方向２１７に延在する。内壁３０８、冷却流路２３４、および衝突後空間３１２は、根元部２１４と先端部２１６との間の任意の長さで半径方向２１７に延在し、翼形部衝突システム３０６が本明細書に記載するように動作することを可能にする。
【００２４】
翼形部衝突システム３０６はまた、内壁３０８から外壁３０２まで延在する複数の隔壁３１４、３１６を含む。例示的な実施形態では、複数の隔壁３１４、３１６は、第１の隔壁３１４および第２の隔壁３１６を含む。翼形部衝突システム３０６は、図３に示すような２つの隔壁に限定されない。別の実施形態では、翼形部衝突システム３０６は、１つ、３つ、または４つ以上の隔壁を含むことができる。翼形部衝突システム３０６は、本明細書に記載されるように翼形部衝突システム３０６を動作させることができる任意の数の隔壁を含むことができる。
【００２５】
隔壁３１４、３１６は、衝突後空間３１２を複数の衝突後領域３１８、３２０、３２２に区画する。例示的な実施形態では、複数の衝突後領域３１８、３２０、３２２は、第１の衝突後領域すなわち正圧側衝突領域３１８、第２の衝突後領域すなわち負圧側衝突領域３２０、および第３の衝突後領域すなわち前縁衝突領域３２２を含む。翼形部衝突システム３０６は、図３に示すような３つの衝突後領域に限定されない。別の実施形態では、翼形部衝突システム３０６は、１つ、２つ、４つ、または５つ以上の衝突後領域を含むことができる。翼形部衝突システム３０６は、本明細書に記載されるように翼形部衝突システム３０６を動作させることができる任意の数の衝突後領域を含むことができる。例示的な実施形態では、隔壁３１４、３１６および衝突後領域３１８、３２０、３２２は、根元部２１４から先端部２１６まで半径方向長さ２１８に沿って延在する。別の実施形態では、隔壁３１４、３１６および衝突後領域３１８、３２０、３２２は、半径方向長さ２１８よりも短く、かつ、内壁３０８、冷却流路２３４、および衝突後空間３１２が半径方向２１７に延在する長さよりも短く、半径方向２１７に延在する。隔壁３１４、３１６および衝突後領域３１８、３２０、３２２は、根元部２１４と先端部２１６との間の任意の長さで半径方向２１７に延在し、翼形部衝突システム３０６が本明細書に記載するように動作することを可能にする。
【００２６】
正圧側衝突領域３１８は、第１の目標衝突面２３８、内壁３０８、第１の隔壁３１４、および後縁冷却システム３０５によって画定される。負圧側衝突領域３２０は、第２の目標衝突面２４０、内壁３０８、第２の隔壁３１６、および後縁冷却システム３０５によって画定される。前縁衝突領域３２２は、第３の目標衝突面２４２、内壁３０８、第１の隔壁３１４、および第２の隔壁３１６によって画定される。正圧側衝突領域３１８および負圧側衝突領域３２０は、後縁冷却システム３０５を介して流体連通して結合され、前縁衝突領域３２２は、正圧側衝突領域３１８および負圧側衝突領域３２０から隔離されている。
【００２７】
内壁３０８はさらに、冷却流路２３４から冷媒の流れを衝突後空間３１２に導くように構成された複数の衝突孔３２４を画定する。例示的な実施形態では、衝突孔３２４は、内壁３０８を貫通する円筒形のチャネルである。しかしながら、衝突孔３２４は、翼形部衝突システム３０６が本明細書に記載するように動作することを可能にする任意の形状を含むことができる。さらに、翼形部衝突システム３０６は、翼形部衝突システム３０６が本明細書で記載するように動作することを可能にする任意の数の衝突孔を含むことができる。衝突孔３２４の直径は、冷媒の圧力と共に、衝突孔３２４を通る冷媒の流量を決定する主要パラメータの１つである。例示的な実施形態では、すべての衝突孔３２４は同じ直径を有する。しかしながら、翼形部衝突システム３０６は、異なる直径の衝突孔３２４を含むことができる。
【００２８】
図４は、図２に示す線３−３に沿った例示的な後縁２２２の断面図である。例示的な実施形態では、正圧側壁２１０および負圧側壁２１２は、互いに向かって徐々に先細りして、各側壁２１０、２１２が互いに結合された後縁先端部４００を形成する。正圧側壁２１０は、燃焼ガス１１８（図１および図２に示す）に曝された外面４０６および反対側の内面４０８を有する、実質的に均一な厚さ４０４を含む。同様に、負圧側壁２１２は、燃焼ガス１１８に曝された外面４１２および反対側の内面４１４を有する、実質的に均一な厚さ４１０を含む。
【００２９】
後縁２２２は、後縁冷却システム３０５をさらに含む。後縁冷却システム３０５は、図２および図３に記載され参照される全体的な翼形部衝突システム２３０内に含まれる。後縁冷却システム３０５は、３つの冷却チャネル、後方冷却チャネル４１８、負圧側壁冷却チャネル４２０、および正圧側壁冷却チャネル４２２を含む。後方冷却チャネル４１８は、後縁先端部４００から前縁２２０（図２に示す）に向かって長手方向２２３に沿って第１の距離４２４だけ延在し、正圧側壁２１０と負圧側壁２１２との間に位置する。後方冷却チャネル４１８は、後方ピンバンク４２８を含む。後方ピンバンク４２８は、正圧側壁内面４０８と負圧側壁内面４１４との間に延在する、ピンとも呼ばれる複数の支持突起部４３０を含む。例示的な実施形態では、各支持突起部４３０は実質的に円筒形であり、複数の支持突起部４３０は、第１の距離４２４に沿って延在し、かつ翼形部長さ２１８（図２に示す）に沿って延在する後方冷却チャネル４１８全体に配置される。後縁２２２は、複数の後縁冷却孔３４１を画定する。代替的な実施形態では、各支持突起部４３０は、後方冷却チャネル４１８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他の寸法プロファイル、例えばサイズおよび／または形状を有する。
【００３０】
例示的な実施形態では、正圧側壁内面４０８および負圧側壁内面４１４は互いに向かって先細りし、したがって互いに平行ではない。このように、複数の支持突起部４３０は、各支持突起部４３０が後縁先端部４００の近くに配置されているので、一般に、長さ４３２およびサイズが減少し、間隔が広がる。支持突起部４３０のサイズが減少し、間隔が広がると、後方冷却チャネル４１８は、先細の側壁２１０、２１２を有する場合であっても、チャネル４１８全体にわたって滑らかに変化する断面流れ面積４３３を有する。
【００３１】
負圧側壁冷却チャネル４２０は、後方冷却チャネル４１８から前縁２２０に向かって長手方向距離２２３に沿って第２の距離４３４だけ延在する。負圧側壁冷却チャネル４２０は、負圧側壁２１２と仕切り４３６との間に配置され、仕切り４３６は、負圧側壁２１２と正圧側壁２１０との間に配置される。負圧側壁冷却チャネル４２０は、負圧側壁ピンバンク４３８を含む。負圧側壁ピンバンク４３８は、負圧側壁内面４１４と仕切り４３６の第１の面４４２との間に延在する、ピンとも呼ばれる複数の支持突起部４４０を含む。例示的な実施形態では、各支持突起部４４０は実質的に円筒形であり、複数の支持突起部４４０は、第２の距離４３４に沿って延在し、かつ翼形部長さ２１８に沿って延在する負圧側壁冷却チャネル４２０全体に配置される。別の実施形態では、各支持突起部４４０は、負圧側壁冷却チャネル４２０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他の任意の形状を有する。
【００３２】
例示的な実施形態では、負圧側壁内面４１４および仕切り４３６の第１の面４４２は、互いに実質的に平行である。このように、各支持突起部４４０は、一般に、同様の長さ４４４を有する。さらに、各支持突起部４４０は、一般に、同様のサイズおよび間隔を有する。支持突起部４４０は、第２の距離４２６に沿って延在し等間隔４４７に離間した複数の列４４６に配置され、各列４４６は、長手方向長さ２１８に沿って延在する複数の列（図示せず）を含む。各支持突起部４４０は、互いにほぼ等しいサイズであり、等間隔４４７に配置される。一貫したサイズおよび間隔を有する支持突起部４４０によって、負圧側壁冷却チャネル４２０は、チャネル４２０全体にわたって一貫した断面流れ面積４４９を有する。代替的な実施形態では、負圧側壁冷却チャネル４２０および負圧側壁ピンバンク４３８は、後縁冷却システム３０５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他の任意のサイズおよび形状とすることができる。
【００３３】
正圧側壁冷却チャネル４２２は、後方冷却チャネル４１８から前縁２２０に向かって長手方向距離２２３に沿って第３の距離４４８だけ延在する。正圧側壁冷却チャネル４２２は、正圧側壁２１０と仕切り４３６との間に配置される。正圧側壁冷却チャネル４２２は、正圧側壁ピンバンク４５０を含む。正圧側壁ピンバンク４５０は、正圧側壁内面４０８と仕切り４３６の第２の面４５４との間に延在する、ピンとも呼ばれる複数の支持突起部４５２を含む。例示的な実施形態では、各支持突起部４５２は実質的に円筒形であり、複数の支持突起部４５２は、第３の距離４４８に沿って延在し、かつ翼形部長さ２１８に沿って延在する正圧側壁冷却チャネル４２２全体に配置される。別の実施形態では、各支持突起部４５２は、正圧側壁冷却チャネル４２２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他の任意の形状を有する。
【００３４】
例示的な実施形態では、正圧側壁内面４０８と仕切り面４５４は、互いに実質的に平行である。このように、各支持突起部４５２は、一般に、同様の長さ４５６を有する。さらに、各支持突起部４５２は、一般に、同様のサイズおよび間隔を有する。支持突起部４５２は、第３の距離４４８に沿って延在し等間隔４５９に離間した複数の列４５８に配置され、各列４５８は、長手方向長さ２１８に沿って延在する複数の列（図示せず）を含む。各支持突起部４５２は、互いにほぼ等しいサイズであり、等間隔４５９に配置される。一貫したサイズおよび間隔を有する支持突起部４５２によって、正圧側壁冷却チャネル４２２は、チャネル４２２全体にわたって一貫した断面流れ面積４６１を有する。代替的な実施形態では、正圧側壁冷却チャネル４２２および正圧側壁ピンバンク４５０は、後縁冷却システム３０５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他の任意のサイズおよび形状とすることができる。
【００３５】
側壁２１０、２１２、翼形部衝突システム３０６、および後縁２２２を含む翼形部２０６は、鋳造プロセスによって製造される。例えば、翼形部２０６の基材がセラミックコアの周りに鋳造され得るように、翼形部衝突システム３０６および後縁冷却システム３０５の形状で、セラミックコア（図示せず）が形成される。次いで、翼形部衝突システム３０６および後縁冷却システム３０５が形成された翼形部２０６を残して、セラミックコアを除去する。例示的な実施形態では、この鋳造プロセスの一部として仕切り４３６が形成される。しかしながら、代替的な実施形態では、仕切り４３６は、鋳造プロセスの一部ではなく、別々に形成されてもよい。この代替的な実施形態では、仕切り４３６は、翼形部２０６が鋳造された後、翼形部２０６に、および負圧側壁ピンバンク４３８と正圧側壁ピンバンク４５０との間に結合され、仕切り４３６は各ピンバンク４３８、４５０にろう付け４６０される。あるいは、挿入仕切り４３６は、任意の他の適切な方法によって翼形部２０６に圧入または結合されてもよい。追加的または代替的に、翼形部２０６は、翼形部衝突システム３０６および後縁冷却システム３０５が本明細書に記載するように機能することを可能にする任意の他の適切な製造方法を使用して、例えば積層造形法またはポストキャスト機械加工によって、製造することができる。
【００３６】
例示的な実施形態では、翼形部衝突システム３０６および後縁冷却システム３０５は、ステータベーン２０２の翼形部２０６内に図示されているが、代替的な実施形態では、翼形部衝突システム３０６および後縁冷却システム３０５は、ブレード翼形部２２４（図２に示す）および／または翼形部を含む任意の他のタービンエンジン部品内に含まれる後縁内にある。
【００３７】
タービンエンジン１００（図１に示す）の動作中、翼形部２０６は高温燃焼ガス１１８（図１および図２に示す）に曝される。翼形部２０６の対応する熱応力および／または熱劣化を低減するために、冷媒流体２３６は、翼形部２０６内に画定された冷却流路２３４を通って流入し、冷媒流をその内部に提供する。例えば、冷媒流体２３６は、冷却流路２３４を通って衝突孔３２４の中に導かれる。衝突孔３２４は、冷媒流体３２６の流れを衝突後領域３１８、３２０、３２２に導く。例示的な実施形態では、衝突孔３２４は、第１の目標衝突面２３８、第２の目標衝突面２４０、および第３の目標衝突面２４２に当たる空気のジェットを形成して、衝突冷却し、熱を除去して、燃焼ガス１１８と接触している各側壁２１０、２１２の温度を低下させる。第１の目標衝突面２３８、第２の目標衝突面２４０、および第３の目標衝突面２４２に接触した後に、前縁衝突領域３２２内の冷媒流体３２８の流れは、膜孔３０３を通って翼形部２０６の外へさらに流されおよび／または導かれる。正圧側衝突領域３１８および負圧側衝突領域３２０内で、冷媒流体３３０の流れは、膜孔３０３または後縁冷却システム３０５のいずれかに導かれ、後縁冷却孔３４１から双方向交差流パターンで排出される。正圧側衝突領域３１８および負圧側衝突領域３２０は、後縁冷却システム３０５を介して流体連通して結合されている。
【００３８】
図５は、図３に示す内壁３０８の断面図である。内壁３０８は、衝突孔３２４を含む。内壁３０８内の各衝突孔３２４は、重心５０６および衝突孔直径５０８を含む。内壁３０８内の衝突孔３２４は、変化する衝突孔密度パターンを含む。変化する衝突孔密度パターンは、半径方向２１７および長手方向２２３に変化することができる。変化する衝突孔密度パターンを示すために、図５に示す衝突孔３２４は、第１の衝突孔距離５１０および第２の衝突孔距離５１２を含む。内壁３０８の局所領域内の衝突孔３２４の密度の１つの尺度は、衝突孔直径５０８で割った衝突孔距離（５１０および５１２）である。衝突孔距離（５１０および５１２）が増加すると、衝突孔３２４の密度は減少する。反対に、衝突孔距離（５１０および５１２）が減少すると、衝突孔３２４の密度が増加する。図５に示すように、第１の衝突孔距離５１０は、第２の衝突孔距離５１２より小さい。したがって、図５に示すように、内壁３０８の衝突孔密度は、長手方向２２３および半径方向２１７に沿って変化する。長手方向２２３および半径方向２１７に沿った内壁３０８の衝突孔密度を変化させることは、説明の目的のみのために示されている。内壁３０８の衝突孔密度の変化は、長手方向２２３および半径方向２１７に沿った変化に限定されず、翼形部衝突システム３０６が本明細書に記載するように動作することを可能にする任意の方向に変化し得る。
【００３９】
内壁３０８の局所領域内の衝突孔３２４の密度は、流量、速度、圧力降下、レイノルズ数、および最終的に冷媒流体３２８、３３０の熱伝達係数を決定する主要なパラメータの１つである。そのパラメータの組み合わせは、第１の目標衝突面２３８、第２の目標衝突面２４０、および第３の目標衝突面２４２に沿った最終的な熱伝達係数および熱伝達率を決定する。
【００４０】
内壁３０８の局所領域内の衝突孔３２４の密度を調整することは、衝突後空間３１２を衝突領域３１８、３２０、３２２に区画化すること、および、正圧側衝突領域３１８と負圧側衝突領域３２０とを後縁冷却システム３０５を介して流体連通して結合させることと併せて、流量、速度、圧力降下、レイノルズ数の調整を容易にし、最終的に冷媒流体３２８、３３０と外壁３０２との間の熱伝達係数に影響を及ぼす。局所的要件に合わせて熱伝達係数を調整することにより、衝突システム３０６は、翼形部を一定かつ均一な温度に維持して、翼形部２０６の熱応力および／または熱劣化を低減することができる。
【００４１】
例示的な実施形態では、図４に示すように、冷媒流体３３０の一部４６４は、正圧側壁冷却チャネル４２２を通って導かれ、第３の距離４４８に沿って正圧側壁２１０を冷却することを容易にする。同様に、冷媒流体３３０の一部４６６は、負圧側壁冷却チャネル４２０を通って導かれ、第２の距離４３４に沿って負圧側壁２１２を冷却することを容易にする。正圧側壁冷却チャネル４２２と負圧側壁冷却チャネル４２０との間に仕切り４３６を配置することによって、負圧側壁冷却チャネル４２０および正圧側壁冷却チャネル４２２の各流れ面積４４９、４６１は、後縁２２２を通る冷媒流４６４、４６６の速度を調整し増加させるようにサイズが設定され、したがってレイノルズ数を増加させて、熱伝達および部品冷却を促進する。冷媒流の一部４６４、４６６の両方は、後方冷却チャネル４１８を通って導かれ、第１の距離４２４に沿って正圧側壁２１０および負圧側壁２１２を冷却することを容易にする。次に、冷媒流体２３６は、後縁先端部４００内に画定され、翼形部長さ２１８に沿って離間した後縁冷却孔３４１から排出される。
【００４２】
正圧側壁厚さ４０４は、第１および第３の距離４２４、４４８の両方を含む後縁２２２を通して実質的に類似しており、負圧側壁厚さ４１０は、第１および第２の距離４２４、４３４の両方を含む後縁２２２を通して実質的に類似している。後縁２２２全体にわたって一貫した側壁厚さ４０４、４１０を維持することによって、より薄い側壁２１０、２１２の熱抵抗がより小さくなるので、熱伝達および部品の冷却がさらに容易になる。
【００４３】
負圧側壁冷却チャネル４２０およびピンバンク４３８は、それを通る冷媒流４６６のための実質的に一定の流れ面積４４９を維持するようなサイズである。さらに、正圧側壁冷却チャネル４２２およびピンバンク４５０は、それを通る冷媒流４６４のための実質的に一定の流れ面積４６１を維持するようなサイズである。例示的な実施形態では、冷却流路２３４は、正圧側壁冷却チャネル４２２および負圧側壁冷却チャネル４２０が別個の異なる供給源圧力要件４７２、４７４を有するように、仕切り４３６に結合４７０される。例えば、正圧側２１０の衝突冷却に使用される冷却流体２３６は、正圧側冷却チャネル４２２に直接導かれ４６４、第１の圧力４７２を有し、一方、負圧側２１２の衝突冷却に使用される冷却流体２３６は、負圧側冷却チャネル４２０に直接導かれ４６６、第２の圧力４７４を有する。このように、負圧側壁支持突起部４４０は、正圧側壁支持突起部４５２と同じ大きさではないので、負圧側壁流れ面積４４９が正圧側壁流れ面積４６１と等しくならず、同様の速度および調整を維持し、したがって冷媒流４６４、４６６の一様な熱伝達を維持する。しかし、正圧側壁冷却チャネル４２２と負圧側壁冷却チャネル４２０の両方は、後方冷却チャネル４１８のための供給源圧力要件でもある、同様の吸込み圧力要件４７６を有する。このように、正圧側壁冷却チャネル４２２と負圧側壁冷却チャネル４２０とを合わせた出口流れ面積は、後方冷却チャネル４１８入口流れ面積とほぼ等しいか、またはわずかに大きい。
【００４４】
別の実施形態では、冷却流路２３４は仕切り４３６に接続されておらず、仕切り４３６から分離されているので、正圧側壁冷却チャネル４２２と負圧側壁冷却チャネル４２０の両方が冷媒流４６４、４６６について同様の入口圧力４７２、４７４を有する。このように、負圧側壁支持突起部４４０は、正圧側壁支持突起部４５２と実質的に等しい大きさであり、負圧側壁流れ面積４４９は、正圧側壁流れ面積４６１と実質的に等しく、同様の速度および調整を容易にし、したがって冷媒流４６４、４６６の一様な熱伝達を容易にする。さらに、正圧側壁冷却チャネル４２２および負圧側壁冷却チャネル４２０の両方は、後方冷却チャネル４１８のための供給源圧力要件でもある、同様の吸込み圧力要件４７６を有する。このように、正圧側壁冷却チャネル４２２と負圧側壁冷却チャネル４２０とを合わせた出口流れ面積は、後方冷却チャネル４１８の入口流れ面積４３３とほぼ等しいか、またはわずかに大きい。
【００４５】
例示的な実施形態では、正圧側壁冷却チャネル４２２および負圧側壁冷却チャネル４２０は、同様の支持突起部４４０、４５２のサイズ、スパン、および間隔、ならびに同様の断面流れ面積を有するものとして示されている。しかし、代替的な実施形態では、正圧側壁冷却チャネル４２２および負圧側壁冷却チャネル４２０は、それぞれの側壁２１０または２１２の冷却を容易にするために互いに異なっていてもよい。例えば、正圧側壁支持突起部４５２は、負圧側壁支持突起部４４０よりも大きいサイズにすることができる。
【００４６】
上記の実施形態は、熱を除去してガスタービン部品を冷却するための効率的なシステムを提供する。具体的には、例示的な実施形態では、ガスタービン部品は、翼形部本体内に画定された衝突システムを備えた翼形部を含む。衝突システムは、内部空間を画定する内壁を含む。内壁および外壁は、それらの間に衝突後空間を画定する。複数の仕切りが内壁から外壁まで延在し、それらの各々は、衝突後空間を複数の衝突後領域に区画する。内壁はさらに、冷媒の流れを衝突後領域に導く複数の衝突孔を画定する。衝突後領域は、外壁からの熱を除去するために、外壁の内面に沿って冷媒の流れを導く。ガスタービンエンジンの動作中には、翼形部本体の異なる領域は、ガスタービンエンジン内の翼形部本体の配置に応じて、異なる温度および高温流体の流れに曝されることがある。このように、翼形部本体の異なる領域は、異なる外壁境界条件を経験し、これらの異なる領域から熱を除去するための異なる局所的要件を有することがある。衝突後空間を衝突後領域に区画することにより、冷媒の流れの流量および速度を翼形部本体の異なる領域の局所的な熱除去要件に合わせて独立に調整することができ、翼形部本体の一貫した一様な温度を維持することができる。
【００４７】
本明細書に記載のシステムおよび方法の例示的な技術的効果は、（ａ）翼形部を含むガスタービンエンジン部品から熱を除去すること、（ｂ）部品効率を改善するために翼形部の一定の温度を維持すること、（ｃ）圧縮機から抽出される冷媒流体の量を減少させること、（ｄ）従来から冷却することが困難である部品領域の冷媒流効率を高めること、（ｅ）ガスタービンエンジンの効率を高めること、のうちの少なくとも１つである。
【００４８】
ガスタービンエンジン部品から熱を除去するためのシステムおよび方法の例示的な実施形態について、上で詳細に説明している。本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、システムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書に記載した他の構成要素および／またはステップから独立に、かつ別個に利用することができる。例えば、本方法は、他のタービン部品と組み合わせて使用することもでき、本明細書に記載したガスタービンエンジンのステータベーンのみで実施することに限定されない。そうではなく、例示的な実施形態は、他の多くのガスタービンエンジン用途と関連して実現および利用することができる。
【００４９】
本開示のさまざまな実施形態の具体的な特徴がいくつかの図面には示されており、他の図面には示されていないが、これは単に便宜上のものである。本開示の実施形態の原理によれば、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。
【００５０】
この明細書は、本開示の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、いかなる当業者も本開示の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。本明細書に記載した実施形態の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者が想到する他の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］
翼形部（２０６，２２４）であって、
内面（３０７）、外面（４０６，４１２）、および複数の外壁領域を含む外壁（３０２）であって、第１の内部空間（３０４）を画定し、
正圧側壁（２１０）と、
前記正圧側壁（２１０）に結合された負圧側壁（２１２）と、を含み、前記負圧側壁（２１２）および前記正圧側壁（２１０）は、前縁（２２０）と前記前縁（２２０）に対向する後縁（２２２）とを画定する、外壁（３０２）と、
根元部分（２１４）と、
前記根元部分（２１４）に対向する先端部分（２１６）と、
前記第１の内部空間（３０４）内に配置された三連後縁ピンバンクと、
前記第１の内部空間（３０４）内に配置された衝突システム（２３０）と、を含み、前記衝突システム（２３０）は、冷媒流（４６４，４６６）を前記外壁（３０２）に導くように構成され、前記衝突システム（２３０）は、
前記外壁（３０２）と実質的に平行な内壁（３０８）であって、第２の内部空間を画定し、前記第２の内部空間から前記第１の内部空間（３０４）へ冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを導くように構成された複数の衝突孔（３２４）をさらに画定し、変化する孔密度パターンを有する衝突孔密度を有する内壁（３０８）と、
前記内壁（３０８）から前記外壁（３０２）まで延在する複数の隔壁（３１４，３１６）と、を含み、前記内壁（３０８）、前記外壁（３０２）、および前記複数の隔壁（３１４，３１６）は、第１の領域および第２の領域（３１８，３２０）を画定し、前記第１の領域および前記第２の領域（３１８，３２０）は流体連通して結合され、前記衝突孔密度は、前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成される、翼形部（２０６，２２４）。
［実施態様２］
前記冷媒流（４６４，４６６）は、前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成された供給源圧力を有する、請求項１に記載の翼形部（２０６，２２４）。
［実施態様３］
前記外壁（３０２）は、前記第１の内部空間（３０４）から冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを導くことによって前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成された複数の膜孔（３０３）をさらに画定する、実施態様２に記載の翼形部（２０６，２２４）。
［実施態様４］
前記第１および第２の領域（３１８，３２０）は、前記冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを前記三連後縁ピンバンクに導くように構成され、前記三連後縁ピンバンク内の前記冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れは圧力降下を有し、前記圧力降下は、前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成される、実施態様３に記載の翼形部（２０６，２２４）。
［実施態様５］
前記内壁（３０８）、前記外壁（３０２）、および前記複数の隔壁（３１４，３１６）は、第３の領域（３２２）をさらに画定し、前記複数の隔壁（３１４，３１６）は、第１の隔壁（３１４）と第２の隔壁（３１６）とを含み、前記第１の隔壁（３１４）は前記第３の領域（３２２）から前記第１の領域（３１８）を分離し、前記第２の隔壁（３１６）は前記第３の領域（３２２）から前記第２の領域（３２０）を分離し、前記第１、第２、および第３の領域（３１８，３２０，３２２）は区画配置を有し、前記区画配置は、前記第１、第２、および第３の領域（３１８，３２０，３２２）への流れを別々に調整するように構成される、実施態様４に記載の翼形部（２０６，２２４）。
［実施態様６］
前記複数の衝突孔（３２４）および前記複数の膜孔（３０３）は、前記第１の領域（３１８）、前記第２の領域（３２０）、および前記第３の領域（３２２）内の冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを双方向の交差流パターンで導くように配置される、実施態様５に記載の翼形部（２０６，２２４）。
［実施態様７］
前記三連後縁ピンバンクは、
前記後縁（２２２）に隣接する前記負圧側壁（２１２）に結合され、前記負圧側壁（２１２）から前記正圧側壁（２１０）に向かって延在する第１の複数の突起部（４３０）と、
前記後縁（２２２）に隣接する前記正圧側壁（２１０）に結合され、前記正圧側壁（２１０）から前記負圧側壁（２１２）に向かって延在する第２の複数の突起部（４４０）と、
前記第１の複数の突起部（４３０）および前記第２の複数の突起部（４４０）に結合され、前記第１の複数の突起部（４３０）と前記第２の複数の突起部（４４０）との間に画定された空間内に延在する仕切り（４３６）であって、第１の冷却チャネルが前記負圧側壁（２１２）に隣接して画定され、第２の冷却チャネルが前記正圧側壁（２１０）に隣接して画定される、仕切り（４３６）と、を含み、前記第１の冷却チャネルと前記第２の冷却チャネルは、前記少なくとも１つの冷媒流（４６４，４６６）を受け取るように構成され、前記第１の複数の突起部（４３０）は、前記第１の冷却チャネルを通る前記少なくとも１つの冷媒流（４６４，４６６）を調整するように構成され、前記第２の複数の突起部（４４０）は、前記第２の冷却チャネルを通る前記少なくとも１つの冷媒流（４６４，４６６）を調整するように構成される、実施態様１に記載の翼形部（２０６，２２４）。
［実施態様８］
翼形部（２０６，２２４）から熱を除去するためのシステムであって、前記翼形部（２０６，２２４）は、三連後縁ピンバンクと、内面（３０７）、外面（４０６，４１２）、および複数の外壁領域を含む外壁（３０２）と、を含み、前記外壁（３０２）は、第１の内部空間（３０４）を画定し、前記外壁（３０２）は正圧側壁（２１０）と、前記正圧側壁（２１０）に結合された負圧側壁（２１２）と、を含み、前記負圧側壁（２１２）および前記正圧側壁（２１０）は、前縁（２２０）および前記前縁（２２０）に対向する後縁（２２２）を画定し、前記翼形部（２０６，２２４）は、根元部分（２１４）と、前記根元部分（２１４）に対向する先端部分（２１６）と、をさらに含み、前記システムは、
前記第１の内部空間（３０４）内に配置された衝突システム（２３０）を含み、前記衝突システム（２３０）は、冷媒流（４６４，４６６）を前記外壁（３０２）に導くように構成され、前記衝突システム（２３０）は、
前記外壁（３０２）と実質的に平行な内壁（３０８）であって、第２の内部空間を画定し、前記第２の内部空間から前記第１の内部空間（３０４）へ冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを導くように構成された複数の衝突孔（３２４）をさらに画定し、変化する孔密度パターンを有する衝突孔密度を有する内壁（３０８）と、
前記内壁（３０８）から前記外壁（３０２）まで延在する複数の隔壁（３１４，３１６）と、を含み、前記内壁（３０８）、前記外壁（３０２）、および前記複数の隔壁（３１４，３１６）は、第１の領域および第２の領域（３１８，３２０）を画定し、前記第１の領域および前記第２の領域（３１８，３２０）は流体連通して結合され、前記衝突孔密度は、前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成される、翼形部（２０６，２２４）から熱を除去するためのシステム。
［実施態様９］
前記冷媒流（４６４，４６６）は、前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成された供給源圧力を有する、実施態様８に記載の翼形部（２０６，２２４）から熱を除去するためのシステム。
［実施態様１０］
前記外壁（３０２）は、前記第１の内部空間（３０４）から冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを導くことによって前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成された複数の膜孔（３０３）をさらに画定する、実施態様９に記載の翼形部（２０６，２２４）から熱を除去するためのシステム。
［実施態様１１］
前記第１および第２の領域（３１８，３２０）は、前記冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを前記三連後縁ピンバンクに導くように構成され、前記三連後縁ピンバンク内の前記冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れは圧力降下を有し、前記圧力降下は、前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成される、実施態様１０に記載の翼形部（２０６，２２４）から熱を除去するためのシステム。
［実施態様１２］
前記内壁（３０８）、前記外壁（３０２）、および前記複数の隔壁（３１４，３１６）は、第３の領域（３２２）をさらに画定し、前記複数の隔壁（３１４，３１６）は、第１の隔壁（３１４）と第２の隔壁（３１６）とを含み、前記第１の隔壁（３１４）は前記第３の領域（３２２）から前記第１の領域（３１８）を分離し、前記第２の隔壁（３１６）は前記第３の領域（３２２）から前記第２の領域（３２０）を分離し、前記第１、第２、および第３の領域（３１８，３２０，３２２）は区画配置を有し、前記区画配置は、前記第１、第２、および第３の領域（３１８，３２０，３２２）への流れを別々に調整するように構成される、実施態様１１に記載の翼形部（２０６，２２４）から熱を除去するためのシステム。
［実施態様１３］
前記複数の衝突孔（３２４）および前記複数の膜孔（３０３）は、前記第１の領域（３１８）、前記第２の領域（３２０）、および前記第３の領域（３２２）内の冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを双方向の交差流パターンで導くように配置される、実施態様１２に記載の翼形部（２０６，２２４）から熱を除去するためのシステム。
［実施態様１４］
ガスタービンシステム（１００）であって、前記ガスタービンシステム（１００）は、
圧縮機部（１０４）と、
前記圧縮機部（１０４）と流体連通して結合された燃焼システム（１０６）と、
前記燃焼システム（１０６）と流体連通して結合されたタービン部（１０８）と、を含み、前記タービン部（１０８）は、
翼形部（２０６，２２４）を含み、前記翼形部（２０６，２２４）は、
内面（３０７）、外面（４０６，４１２）、および複数の外壁領域を含む外壁（３０２）であって、第１の内部空間（３０４）を画定し、
正圧側壁（２１０）と、
前記正圧側壁（２１０）に結合された負圧側壁（２１２）と、を含み、前記負圧側壁（２１２）および前記正圧側壁（２１０）は、前縁（２２０）と前記前縁（２２０）に対向する後縁（２２２）とを画定する、外壁（３０２）と、
根元部分（２１４）と、
前記根元部分（２１４）に対向する先端部分（２１６）と、
前記第１の内部空間（３０４）内に配置された三連後縁ピンバンクと、
前記第１の内部空間（３０４）内に配置された衝突システム（２３０）と、を含み、前記衝突システム（２３０）は、冷媒流（４６４，４６６）を前記外壁（３０２）に導くように構成され、前記衝突システム（２３０）は、
前記外壁（３０２）と実質的に平行な内壁（３０８）であって、第２の内部空間を画定し、前記第２の内部空間から前記第１の内部空間（３０４）へ冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを導くように構成された複数の衝突孔（３２４）をさらに画定し、変化する孔密度パターンを有する衝突孔密度を有する内壁（３０８）と、
前記内壁（３０８）から前記外壁（３０２）まで延在する複数の隔壁（３１４，３１６）と、を含み、前記内壁（３０８）、前記外壁（３０２）、および前記複数の隔壁（３１４，３１６）は、第１の領域および第２の領域（３１８，３２０）を画定し、前記第１の領域および前記第２の領域（３１８，３２０）は流体連通して結合され、前記衝突孔密度は、前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成される、ガスタービンシステム（１００）。
［実施態様１５］
前記冷媒流（４６４，４６６）は、前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成された供給源圧力を有する、実施態様１４に記載のガスタービン（１００）。
［実施態様１６］
前記外壁（３０２）は、前記第１の内部空間（３０４）から冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを導くことによって前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成された複数の膜孔（３０３）をさらに画定する、実施態様１５に記載のガスタービン（１００）。
［実施態様１７］
前記第１および第２の領域（３１８，３２０）は、前記冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを前記三連後縁ピンバンクに導くように構成され、前記三連後縁ピンバンク内の前記冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れは圧力降下を有し、前記圧力降下は、前記第１および第２の領域（３１８，３２０）への流れを別々に調整するように構成される、実施態様１６に記載のガスタービン（１００）。
［実施態様１８］
前記内壁（３０８）、前記外壁（３０２）、および前記複数の隔壁（３１４，３１６）は、第３の領域（３２２）をさらに画定し、前記複数の隔壁は、第１の隔壁（３１４）と第２の隔壁（３１６）とを含み、前記第１の隔壁（３１４）は前記第３の領域（３２２）から前記第１の領域（３１８）を分離し、前記第２の隔壁（３１６）は前記第３の領域（３２２）から前記第２の領域（３２０）を分離し、前記第１、第２、および第３の領域（３１８，３２０，３２２）は区画配置を有し、前記区画配置は、前記第１、第２、および第３の領域（３１８，３２０，３２２）への流れを別々に調整するように構成される、実施態様１７に記載のガスタービン（１００）。
［実施態様１９］
前記複数の衝突孔（３２４）および前記複数の膜孔（３０３）は、前記第１の領域（３１８）、前記第２の領域（３２０）、および前記第３の領域（３２２）内の冷媒（３２６，３２８，３３０）の流れを双方向の交差流パターンで導くように配置される、実施態様１８に記載のガスタービン（１００）。
［実施態様２０］
前記三連後縁ピンバンクは、
前記後縁（２２２）に隣接する前記負圧側壁（２１２）に結合され、前記負圧側壁（２１２）から前記正圧側壁（２１０）に向かって延在する第１の複数の突起部（４３０）と、
前記後縁（２２２）に隣接する前記正圧側壁（２１０）に結合され、前記正圧側壁（２１０）から前記負圧側壁（２１２）に向かって延在する第２の複数の突起部（４４０）と、
前記第１の複数の突起部（４３０）および前記第２の複数の突起部（４４０）に結合され、前記第１の複数の突起部（４３０）と前記第２の複数の突起部（４４０）との間に画定された空間内に延在する仕切り（４３６）であって、第１の冷却チャネルが前記負圧側壁（２１２）に隣接して画定され、第２の冷却チャネルが前記正圧側壁（２１０）に隣接して画定される、仕切り（４３６）と、を含み、前記第１の冷却チャネルと前記第２の冷却チャネルは、前記少なくとも１つの冷媒流（４６４，４６６）を受け取るように構成され、前記第１の複数の突起部（４３０）は、前記第１の冷却チャネルを通る前記少なくとも１つの冷媒流（４６４，４６６）を調整するように構成され、前記第２の複数の突起部（４４０）は、前記第２の冷却チャネルを通る前記少なくとも１つの冷媒流（４６４，４６６）を調整するように構成される、実施態様１４に記載のガスタービン（１００）。
【符号の説明】
【００５１】
１００  ガスタービンエンジン、回転機械
１０２  吸気部
１０４  圧縮機部
１０６  燃焼器部、燃焼部
１０８  タービン部
１１０  排気部
１１２  ロータアセンブリ
１１４  吸入空気
１１６  圧縮空気
１１８  高温燃焼ガス
１２０  長手方向軸
１２２  排気ガス
２００  タービン段
２０２  ステータベーン
２０４  タービンブレード
２０６  ステータベーン翼形部
２０８  タービンケーシング
２１０  正圧側壁、正圧側
２１２  負圧側壁、負圧側
２１４  根元部
２１６  先端部
２１７  半径方向
２１８  翼形部長さ
２２０  前縁
２２２  後縁
２２３  長手方向距離、長手方向
２２４  ブレード翼形部
２２５  層
２２６  ディスク
２２８  高温ガス流路
２３０  翼形部衝突システム
２３２  冷却供給流路
２３４  冷却流路
２３６  冷却流体、冷媒流体
２３８  第１の目標衝突面
２４０  第２の目標衝突面
２４２  第３の目標衝突面
３０２  外壁
３０３  膜孔
３０４  第１の内部空間
３０５  後縁冷却システム
３０６  翼形部衝突システム
３０７  内面
３０８  内壁
３１２  衝突後空間
３１４  第１の隔壁
３１６  第２の隔壁
３１８  正圧側衝突領域、衝突後領域
３２０  負圧側衝突領域、衝突後領域
３２２  前縁衝突領域、衝突後領域
３２４  衝突孔
３２６  冷媒流体
３２８  冷媒流体
３３０  冷媒流体
３４１  後縁冷却孔
４００  後縁先端部
４０２  角度
４０４  正圧側壁厚さ
４０６  外面
４０８  正圧側壁内面
４１０  負圧側壁厚さ
４１２  外面
４１４  負圧側壁内面
４１８  後方冷却チャネル
４２０  負圧側壁冷却チャネル、負圧側冷却チャネル
４２２  正圧側壁冷却チャネル、正圧側冷却チャネル
４２４  第１の距離
４２６  第２の距離
４２８  後方ピンバンク
４３０  支持突起部
４３２  長さ
４３３  断面流れ面積
４３４  第２の距離
４３６  挿入仕切り
４３８  負圧側壁ピンバンク
４４０  支持突起部
４４２  第１の面
４４４  長さ
４４６  列
４４７  等間隔
４４８  第３の距離
４４９  負圧側壁流れ面積
４５０  正圧側壁ピンバンク
４５２  支持突起部
４５４  第２の面
４５６  長さ
４５８  列
４５９  等間隔
４６０  ろう付け
４６１  正圧側壁流れ面積
４６４  冷媒流、一部
４６６  冷媒流、一部
４７２  第１の圧力、入口圧力、供給源圧力要件
４７４  第２の圧力、入口圧力、供給源圧力要件
４７６  吸込み圧力要件
５０６  重心
５０８  衝突孔直径
５１０  第１の衝突孔距離
５１２  第２の衝突孔距離
【図１】
0003213107.tif 000003
【図２】
0003213107.tif 000004
【図３】
0003213107.tif 000005
【図４】
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【図５】
0003213107.tif 000007