(57)【要約】タービンエンジンの部品壁に形成されるフィルム冷却構造及び該フィルム冷却構造を形成する方法。フィルム冷却構造は、壁に形成された複数の個別拡散区域を含み、各拡散区域は、拡散区域を区画する壁の突出部へ冷却空気を向ける１つの冷却路を含む。フィルム冷却構造は、壁に形成すべき複数の拡散区域の形状を区画する開口を含んだマスキングテンプレートを用いて形成し得る。マスキング材を、壁に対し、前記開口を通して露出する冷却路の出口を塞ぐように、マスキングテンプレートの開口中に塗布することができる。マスキングテンプレートは除去可能であり、マスキングテンプレートを除去した後、材料が壁の外表面に塗布され、該材料が拡散区域を区画する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジンにおける部品壁であって、
第１表面及び該第１表面とは反対側の第２表面を有する基板と、
前記第１表面及び前記第２表面の間の底面と、前記第２表面に位置した開口頂部と、前記底面から前記第２表面まで延伸した壁構造と、によりそれぞれ区画され、前記第２表面中に配置された複数の拡散区域と、
を備え、
前記壁構造は、それぞれの前記拡散区域を取り囲み、少なくとも、第１側壁と該第１側壁とは反対側の第２側壁とを備え、
各前記拡散区域の第１側壁は、各前記拡散区域の第２側壁へ向かって突き出た突出部を備え、
各前記拡散区域は、１つの冷却路を備え、各前記拡散区域の該冷却路は、前記基板を通して前記第１表面から各前記拡散区域の底面へ延伸し、各当該冷却路の出口が各前記拡散区域内に配設され、該出口を通って各前記冷却路を出る冷却空気が各前記第１側壁の突出部へ向けられる、部品壁。
【請求項２】
各前記拡散区域の壁構造の第１及び第２側壁は、前記第２表面に対し実質的に垂直である、請求項１記載の部品壁。
【請求項３】
前記第２表面及び各前記拡散区域の底面は、互いに実質的に平行である、請求項１に記載の部品壁。
【請求項４】
各前記拡散区域の第１側壁の突出部は、前記第１側壁に沿った冷却空気の分岐流を生成するべく各前記冷却路の出口と位置合わせされている頂点を備える、請求項１に記載の部品壁。
【請求項５】
少なくとも１つの前記突出部は、前記第１側壁の湾曲壁域によって画定されており、該突出部の頂点は、前記第２側壁に最も近く位置した前記湾曲壁域の部分によって画定される、請求項４に記載の部品壁。
【請求項６】
少なくとも１つの前記突出部は、互いに対し角度をもって延伸し且つ前記頂点で交わる前記第１側壁の一対の壁域によって画定される、請求項４に記載の部品壁。
【請求項７】
前記壁構造は、
前記第１側壁及び前記第２側壁の間に延びた第３側壁と、
該第３側壁とは反対側で前記第１側壁及び前記第２側壁の間に延びた第４側壁と、
を備え、
前記底面は、前記第３側壁から前記第４側壁まで延伸している、
請求項１に記載の部品壁。
【請求項８】
各前記拡散区域の第２側壁は、
前記第３側壁から前記第４側壁まで延伸したほぼ真っ直ぐの壁域で構成され、
前記第２表面に対してほぼ垂直である、
請求項７に記載の部品壁。
【請求項９】
タービンエンジンにおける部品壁であって、
第１表面及び該第１表面とは反対側の第２表面を有する基板と、
前記第１表面及び前記第２表面の間の底面と、前記第２表面に位置した開口頂部と、前記底面から前記第２表面まで延伸した壁構造と、によりそれぞれ区画され、前記第２表面中に配置された複数の拡散区域と、
を備え、
前記壁構造は、それぞれの前記拡散区域を取り囲み、第１側壁と、該第１側壁とは反対側の第２側壁と、前記第１側壁及び前記第２側壁の間に延びた第３側壁と、該第３側壁とは反対側で前記第１側壁及び前記第２側壁の間に延びた第４側壁と、を備え、
各前記拡散区域の底面は、前記第２表面と実質的に平行で、前記第３側壁から前記第４側壁まで延伸し、
各前記拡散区域の第１側壁は、前記第２表面に対し実質的に垂直で、各前記拡散区域の第２側壁へ向かって突き出た突出部を備え、
各前記拡散区域は、１つの冷却路を備え、各前記拡散区域の該冷却路は、前記基板を通して前記第１表面から各前記拡散区域の底面へ延伸し、各当該冷却路の出口が各前記拡散区域内に配設され、該出口を通って各前記冷却路を出る冷却空気が各前記突出部の頂点へ向けられて各前記第１側壁に沿った冷却空気の分岐流を生成する、部品壁。
【請求項１０】
少なくとも１つの前記突出部は、
前記第１側壁の湾曲壁域であって、該突出部の頂点が、前記第２側壁に最も近く位置した当該湾曲壁域の部分によって画定される、湾曲壁域、及び、
互いに対し角度をもって延伸し且つ前記頂点で交わる、前記第１側壁の一対の壁域、
のいずれかによって画定される、
請求項９に記載の部品壁。
【請求項１１】
タービンエンジンの部品壁に冷却構造を形成する方法であって、
前記部品壁に形成すべき複数の拡散区域の形状を区画し且つ前記部品壁の内側層を通して延伸する冷却路の出口間隔に対応して互いに離されていて前記冷却路の出口を露出させる開口、を含むマスキングテンプレートで、前記部品壁の内側層の外表面をマスクし、
マスキング材を、前記部品壁に対し、前記冷却路の出口を塞ぐように前記マスキングテンプレート内の前記開口の中へ塗布し、
前記マスキングテンプレートを除去し、
前記内側層の外表面に材料を塗布し、前記部品壁に形成すべき複数の拡散区域を取り囲む前記部品壁の外側層を、前記内側層の上に形成する、
ことを含む方法。
【請求項１２】
前記マスキング材を除去し、前記部品壁において該マスキング材が前に位置していた所に、前記複数の拡散区域を形成する、ことをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
各前記拡散区域は、
前記部品壁の内側層の外表面の、前記マスキング材が前に位置していた表面領域に対応し、前記部品壁の外側層の外表面と実質的に平行な底面と、
前記部品壁の外側層を形成する材料によって画定され、前記底面に対し実質的に垂直である第１側壁と、
該第１側壁から離れており、前記部品壁の外側層を形成する材料によって画定される第２側壁と、
によって区画される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
各前記拡散区域は、
前記第１側壁及び前記第２側壁の間に延伸し、前記底面に対し実質的に垂直である第３側壁と、
該第３側壁とは反対側で前記第１側壁及び前記第２側壁の間に延伸し、前記底面に対し実質的に垂直である第４側壁と、
によってさらに区画される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２側壁が、前記底面に対し実質的に垂直である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
各前記拡散区域の底面が、前記第３側壁から前記第４側壁まで延伸している、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記マスキングテンプレートは、形成すべき前記拡散区域それぞれの前記第２側壁へ向かって突き出し且つ各前記冷却路の出口に位置合わせした、各前記第１側壁における突出部、を形成するように構成されている、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記内側層の外表面に前記材料を塗布する前に、前記部品壁の内側層の外表面に接着被覆を塗布する、ことをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記内側層の外表面に前記材料を塗布するときに、前記内側層の外表面に断熱被覆を塗布することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記マスキング材を塗布した後で且つ前記内側層の外表面に前記材料を塗布する前に、前記マスキング材をキュアする、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンエンジンに関し、特に、ガスタービンエンジンの翼などの部品壁に形成される冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンなどのターボ機械において、コンプレッサで加圧された空気は燃料と混合され、そして、燃焼器で燃焼して高温燃焼ガスを発生する。高温燃焼ガスは、エンジンのタービン内で膨張し、エネルギーが取り出されて、コンプレッサを動作させ、電気を生成するべく使用される出力パワーを供給する。高温燃焼ガスは一連のタービンステージを通過する。タービンステージは、回転翼すなわちタービンブレードの列が後に続く、静止翼すなわちベーンの列、を含み得る。タービンブレードが高温燃焼ガスからエネルギーを取り出し、コンプレッサを動作させ、出力パワーを供給する。
【０００３】
翼、すなわちベーン及びタービンブレードは、タービンを通るガスである高温燃焼ガスに直接曝されるので、これら翼には、通例、内部冷却回路が設けられる。内部冷却回路は、コンプレッサ抽気などの冷却剤を、翼及び翼表面の各種フィルム冷却孔を通して送る。例えば、フィルム冷却孔は、通例、翼の壁に設けられ、壁を通して冷却空気を送って翼の外側へ該空気を排出し、高温燃焼ガスから翼を守る空気のフィルム冷却層を形成する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様によれば、部品壁がタービンエンジンにおいて提供される。この部品壁は、第１表面及び該第１表面とは反対側の第２表面を有する基板と、その第２表面中に配置された複数の拡散区域と、を備える。各拡散区域は、第１及び第２表面間の底面と、第２表面に位置した開口頂部と、その底面から第２表面まで延伸した壁構造と、により区画される。当該壁構造は、各拡散区域を取り囲み、少なくとも、第１側壁と該第１側壁とは反対側の第２側壁とを備える。各拡散区域の第１側壁は、各拡散区域の第２側壁へ向かって突き出た突出部を備える。各拡散区域は１つの冷却路を備え、各拡散区域の該冷却路は、基板を通して第１表面から各拡散区域の底面へ延伸する。各冷却路の出口は各拡散区域内に配設され、該出口を通って各冷却路を出る冷却空気は、各第１側壁の突出部へ向けられる。
【０００５】
本発明の第２の態様によれば、部品壁がタービンエンジンにおいて提供される。この部品壁は、第１表面及び該第１表面とは反対側の第２表面を有する基板と、その第２表面中に配置された複数の拡散区域と、を備える。各拡散区域は、第１及び第２表面間の底面と、第２表面に位置した開口頂部と、その底面から第２表面まで延伸した壁構造と、により区画される。当該壁構造は、各拡散区域を取り囲み、第１側壁と、該第１側壁とは反対側の第２側壁と、これら第１及び第２側壁の間に延びた第３側壁と、該第３側壁とは反対側で第１及び第２側壁の間に延びた第４側壁と、を備える。各拡散区域の底面は、実質的に第２表面と平行で、第３側壁から第４側壁まで延伸する。各拡散区域の第１側壁は、実質的に第２表面に垂直で、各拡散区域の第２側壁へ向かって突き出た突出部を備える。各拡散区域は１つの冷却路を備え、各拡散区域の該冷却路は、基板を通して第１表面から各拡散区域の底面へ延伸する。各冷却路の出口は各拡散区域内に配設され、該出口を通って各冷却路を出る冷却空気が各突出部の頂点へ向けられ、各第１側壁に沿った冷却空気の分岐流を生成する。
【０００６】
本発明の第３の態様によれば、タービンエンジンの部品壁に冷却構造を形成する方法が提供される。部品壁内側層の外表面をマスキングテンプレートでマスクする。そのマスキングテンプレートは、部品壁に形成すべき複数の拡散区域の形状を区画する開口を含む。当該開口は、部品壁の内側層を通して延伸する冷却路の出口間隔に対応して互いに離されており、該開口を通して冷却路の出口が露出する。マスキング材を、部品壁に対し、冷却路の出口を塞ぐようにマスキングテンプレート内の開口の中へ塗布する。マスキングテンプレートを除去し、内側層の外表面上に材料を塗布し、内側層の上に部品壁の外側層を形成する。この外側層は、部品壁に形成すべき複数の拡散区域を取り囲む。
【０００７】
当明細書は、本発明を詳細に示し且つ明確に請求する特許請求の範囲で締めくくられているが、本発明は、添付図面を伴う以下の記述からさらに理解が進むと考える。図中の同じ参照符号は同じ要素を示している。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係るフィルム冷却部品壁の部分斜視図。
【図２】図１中の２−２線に沿ったフィルム冷却部品壁の側方断面図。
【図３】図１に示すフィルム冷却部品壁の平面図。
【図４】本発明の一実施形態に係る、部品壁に複数の拡散区域を形成する方法を例示する図。
【図５】図４に示す方法に係る、部品壁に複数の拡散区域を形成するステップを例示する図。
【図６】図４に示す方法に係る、部品壁に複数の拡散区域を形成するステップを例示する図。
【図７】図４に示す方法に係る、部品壁に複数の拡散区域を形成するステップを例示する図。
【図８】図４に示す方法に係る、部品壁に複数の拡散区域を形成するステップを例示する図。
【図９】本発明の他の実施形態に係るフィルム冷却部品壁の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に示す好適な実施形態の詳細な記述において、その一部をなし、本発明を実施する特定の好適な実施形態を限定ではなく例示の目的で示す、添付図面について述べる。他の実施形態が利用され得るし、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく変更をなし得ると理解されるべきである。
【００１０】
図１〜図３を参照すると、本発明の一実施形態に係るフィルム冷却部品壁１０が示されている。部品壁１０は、回転タービンブレード又は静止ベーンである翼、燃焼器ライナー、排気ノズルなどの、タービンエンジンにおける部品の一部を構成し得る。
【００１１】
部品壁１０は、第１表面１４及び第２表面１６を有する基板１２を備える。第１表面１４は、冷却空気に曝されるので「冷却」表面とも表し、他方、第２表面１６は運転中高温燃焼ガスに曝されるので「高温」表面とも表す。このような燃焼ガスは、エンジン運転中おおよそ２，０００℃の温度になり得る。図示の実施形態において、第１表面１４及び第２表面１６は、互いに背中合わせ且つ実質的に平行である。
【００１２】
基板１２を形成する材料は、部品壁１０の適用例に従って変えられる。例えば、タービンエンジン部品の場合、基板１２は、エンジンの各部分で生じる代表的な運転条件に耐えることの可能な材料、一例として、セラミックス及び金属ベースの材料、例えば、鋼あるいはニッケル、コバルト、又は鉄ベースの超合金などで構成される。
【００１３】
図１及び図２を参照すると、基板１２は１以上の層を備え、図示の実施形態では、内側層１８Ａと、外側層１８Ｂと、内側及び外側層１８Ａ,１８Ｂの間の中間層１８Ｃと、を備える。図示の実施形態における内側層１８Ａは、例えば、鋼あるいはニッケル、コバルト、又は鉄ベースの超合金で構成され、一実施形態では、約１．２ｍｍ〜約２．０ｍｍの厚さＴA（図２参照）をもつ。図示の実施形態における外側層１８Ｂは、部品壁１０に高耐熱性を与えるべく使用される断熱被覆で構成され、一実施形態では、約０．５ｍｍ〜約１．０ｍｍの厚さＴB（図２参照）をもつ。図示の実施形態における中間層１８Ｃは、外側層１８Ｂを内側層１８Ａへ接着するべく使用される接着被覆で構成され、一実施形態では、約０．１ｍｍ〜約０．２ｍｍの厚さＴC（図２参照）をもつ。図示の実施形態における基板１２は内側、外側、及び中間層１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃを備えるが、より多くのあるいはより少ない層を有する基板も使用可能であることはもちろんである。例えば、断熱被覆、すなわち外側層１８Ｂは、単層の構成でもよいし、複数層の構成でもよい。複数層の断熱被覆例の場合、各層は、同じ又は異なる組成で構成し得るし、同じ又は異なる厚さで構成し得る。
【００１４】
図１〜図３に示すように、複数の拡散区域２０（クレーター、トレンチ、又はスロットとも呼ぶ）が部品壁１０に形成される。拡散区域２０は、基板１２の第２表面１６に形成され、すなわち、拡散区域２０は、外側層１８Ｂを通して、又は、図示の実施形態においては外側及び中間層１８Ｂ，１８Ｃの両方を通して（図２参照）、延伸する。
【００１５】
拡散区域２０のそれぞれは、各拡散区域２０を取り囲む壁構造２２と、基板１２の第２表面１６に位置した開口頂部２４と、底面２６と、を備える。壁構造２２は、底面２６と基板１２の第２表面１６との間に延伸する。図示の実施形態において壁構造２２は、第１側壁２２Ａと、第１側壁２２Ａから離れた第２側壁２２Ｂと、第１及び第２側壁２２Ａ，２２Ｂの間に延伸する第３側壁２２Ｃと、第３側壁２２Ｃから離れて同様に第１及び第２側壁２２Ａ，２２Ｂの間に延伸する第４側壁２２Ｄと、を備える。図３に示すように、各拡散区域２０の底面２６は、第３側壁２２Ｃから第４側壁２２Ｄまで延伸する。本欄にさらに詳しく説明するように、高温ガスＨGの運転中の流れの方向（図１〜図３参照）に関し、第１側壁２２Ａが第２側壁２２Ｂより下流にあるのが特徴である。
【００１６】
第１、第２、第３、及び第４側壁２２Ａ〜２２Ｄはそれぞれ、各拡散区域２０の底面２６から外側へ向かって連続して基板１２の第２表面１６まで延伸する。すなわち、第１、第２、第３、及び第４側壁２２Ａ〜２２Ｄは、底面２６と第２表面１６との間に連続しておおよそ垂直に延伸する。さらに、図示の実施形態において第１、第２、第３、及び第４側壁２２Ａ〜２２Ｄは、基板１２の第２表面１６に対して、及び各拡散区域２０の底面２６に対しても、それぞれ実質的に垂直に延伸する。加えて、本実施形態に係る各拡散区域２０の第２側壁２２Ｂは、図３に最も明確に示されるように、第３側壁２２Ｃから第４側壁２２Ｄまで延びたほぼ真っ直ぐな壁で構成される。
【００１７】
図示の実施形態における底面２６は、図１〜図３に示されるように、基板１２の内側層１８Ａの外表面２８に区画される。図示の実施形態において、底面２６は、基板１２の第２表面１６に対して、及び基板１２の第１表面１４に対しても、実質的に平行である。
【００１８】
図１及び図３に最も明確に示されるように、各拡散区域２０の第１側壁２２Ａは、１つの突出部３０（こぶ、でっぱり等とも表す）を備える。突出部３０は、各拡散区域２０の第２側壁２２Ｂへ向かって、軸方向に又は高温ガスＨGの流れの方向とほぼ平行に、突き出る。本実施形態に係る各突出部３０は、頂点３２と隣接壁部分３０ａ，３０ｂとを備える。隣接壁部分３０ａ，３０ｂは、高温ガスＨGの流れの方向において、分岐するように互いに角度をもって、頂点３２から第３及び第４側壁２２Ｃ，２２Ｄとの各接続部３３ａ，３３ｂまで、延伸する。各突出部３０の形状は変わり得るが、当該形状は、本欄に詳しく記述するように、冷却空気ＣAの流れの方向を高温ガスＨGの流れとほぼ平行から高温ガスＨGの流れを横切るように変えるべく、運転中に第１側壁２２Ａに沿って冷却空気ＣAの分岐流（図１参照）を生成するようなものとされる。さらに、図示の実施形態における各拡散区域２０の突出部３０はほぼ同じ形状で構成されているが、１以上の突出部３０を１以上の異なる形状で構成し得るのは当然のことである。突出部３０の頂点３２は、本欄に記述するように、図１〜図３に示すようにシャープな角で構成することが可能であるし、あるいは、図９に示すように様々な度合いで湾曲させることが可能であることも、特徴的である。
【００１９】
図１〜図３を参照すると、各拡散区域２０は、１つの冷却路４２を備える。冷却路４２は、基板１２を通して基板１２の第１表面１４から各拡散区域２０の底面２６へ延伸し、すなわち、各拡散区域２０の冷却路４２は、図示の実施形態において第１層１８Ａを貫通して延伸する。本実施形態において、各冷却路４２は傾斜しており、すなわち、図２に示すように、角度θをもって基板１２を通し延伸する。角度θは、例えば、底面２６により画定される平面に対して約１５度〜約６０度とすることができ、好適な実施形態では約３０度〜約４５度の間である。
【００２０】
冷却路４２の直径は、その全長にわたって一様であるか、又は、変化し得る。例えば、冷却路４２ののど部４４（図２及び図３参照）は実質的に円筒状にする一方、冷却路４２の出口４６は、楕円状、ディフューザー形状、あるいは、その他の適切な形状をもたせることができる。各冷却路４２の出口４６は、冷却路４２が各拡散区域２０の底面２６で終端する領域であることが特徴である。冷却路４２の出口４６がディフューザー形状を有する場合、出口４６の境界を画定する基板１２の部分には、各冷却路４２の軸に対して約１０度の角度を付けることができることも特徴的である。また、第３及び第４側壁２２Ｃ，２２Ｄは、互いから分岐するように示されている（図１及び図３参照）。より詳細には、第３及び第４側壁２２Ｃ，２２Ｄには、各冷却路４２の軸に対して約１０度の角度が付けられる。
【００２１】
図１及び図３に示すように、各冷却路４２の出口４６は、各拡散区域２０内で、各拡散区域２０の第１、第２、第３、及び第４側壁２２Ａ〜２２Ｄの間に配設され、各突出部３０の頂点３２に対し軸方向で位置合わせされる。したがって、出口４６を通って各冷却路４２を出る冷却空気ＣAは、各第１側壁２２の突出部３０へ向けられる。この構造は、有利なことに、冷却空気ＣAを各突出部３０の頂点３２に向かって流れさせ、図１及び図３中に実線矢印で示すように、運転中に、隣接した各壁部分３０ａ，３０ｂに沿う冷却空気ＣAの分岐流を生成する。
【００２２】
運転中、例えばコンプレッサ排出空気又はその他の適切な冷却流体である冷却空気ＣAは、冷却空気源（図示せず）から冷却路４２へ流れる。冷却空気ＣAは、冷却路４２を通り、出口４６を経て対応する拡散区域２０内へ冷却路４２を出る。
【００２３】
各冷却路４２の出口４６から流れ出る冷却空気ＣAは続いて、各第１側壁２２Ａの突出部３０の頂点３２へ向かって流れる。図１及び図３に示すように、各第１側壁２２Ａの頂点３２は、隣接壁部分３０ａ，３０ｂに沿った冷却空気ＣAの分岐流を生成し、対応する拡散区域２０内に冷却空気ＣAを広げる。冷却空気ＣAはおおよそ隣接壁部分３０ａ，３０ｂに沿って接続部３３ａ，３３ｂへ流れて拡散区域２０内に広がる。拡散区域２０内の冷却空気ＣAの広がりは、実質的に各拡散区域２０全域において冷却空気ＣAの「シート」を作り出し、各拡散区域２０内で冷却空気ＣAのフィルムカバレッジ（被覆性）を向上させる。したがって、冷却空気ＣAにより提供される各拡散区域２０のフィルム冷却流が増加すると考えられる。
【００２４】
高温ガスＨGは、図１〜図３に示すように、基板１２の第２表面１６に沿って拡散区域２０へ向かって流れる。拡散区域２０における冷却空気ＣAが上述のように各拡散区域２０内に冷却空気ＣAのシートを形成するので、拡散区域２０内で冷却空気ＣAと混ざる高温ガスＨGは、減少するか、実質的に回避されると考えられる。むしろ、高温ガスＨGのほとんどは、拡散区域２０の間の基板１２の第２表面１６を横切ると共に拡散区域２０及びその中の冷却空気ＣAのシートの上を流れると考えられる。
【００２５】
図１に例示するように、冷却空気ＣAの一部は第１側壁２２Ａを越えて各拡散区域２０から基板１２の第２表面１６へ流れ出る。冷却空気ＣAのこの部分は、基板１２の第２表面１６に対しフィルム冷却を提供する。拡散区域２０における高温ガスＨG及び冷却空気ＣAの混合は、上述したように、減少もしくは実質的に回避されると考えられるので、実質的に均等に拡散した冷却空気ＣAの「カーテン」が各拡散区域２０から流れ出て基板１２の第２表面１６上を拭い、第２表面１６に対するフィルム冷却を提供する。基板１２の第２表面１６に対するフィルム冷却は、各拡散区域２０から第２表面１６へ流れ出る冷却流体ＣAの実質的に均等に拡散したカーテンによって向上すると考えられる。
【００２６】
図４及びさらに図５〜図８を参照すると、タービンエンジンの部品壁に冷却構造を形成する方法５０が例示されている。代表例として、図４に関連して本欄に記載する部品壁は、図１〜図３に関連して上述した部品壁１０と同じものである。
【００２７】
ステップ５２において、図５に示すように、部品壁１０の内側層１８Ａの外表面２８を、除去可能なマスキングテンプレート７０でマスクする。マスキングテンプレート７０は、該テンプレート内に形成された複数の開口７２を含む。本欄に記載するように、開口７２は、部品壁１０に形成すべき拡散区域の形状を区画する。図５に示すように、開口７２は、冷却路４２の出口４６の間隔に対応させて互いから離してある。冷却路４２は、部品壁１０の内側層１８Ａを貫通して延伸し、冷却路４２の出口４６は、開口７２を通して露出する。図示の実施形態において、マスキングテンプレート７０は、本欄に記述するごとく、形成すべき拡散区域の突出部が冷却路４２それぞれの出口４６と整列するように、構成される。マスキングテンプレート７０は、例えば、テープ構造その他の適切な除去可能材料である。
【００２８】
ステップ５４において、図６に示すように、除去可能なマスキング材７６を、部品壁１０に対し、マスキングテンプレート７０の開口７２内へ塗布する。マスキング材７６は、例えば、ペースト状のマスキング材７６を部品壁１０上に広げる、マスキング材７６を部品壁１０上にスプレー塗布する、部品壁１０をマスキング材７６の中に浸す、あるいは、その他の適切な手法によって、塗布される。マスキング材７６をマスキングテンプレート７０の開口７２内に塗布すると、冷却路４２の出口４６を塞いで実質的に開口７２を満たし、マスキング材７６は、形成すべき拡散区域の形状を画定することができる。マスキング材７６は、例えば、熱硬化性又は熱可塑性材料、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、熱可塑性ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、スチレンベースの樹脂、及び熱可塑性材料の共重合体又は混合体など、から形成される。
【００２９】
ステップ５６において、マスキングテンプレート７０を部品壁１０から除去し、マスキング材７６を、部品壁１０上でマスキングテンプレート７０の開口７２が前に位置していた所に残す。したがって、マスキング材７６は、組み立ての現ステージにおいては、冷却路４２の出口４６を未だ塞いでいる。
【００３０】
ステップ５８において、マスキング材７６をキュア（cure）する。マスキング材７６の「キュアリング（curing）」は、一般に、マスキング材７６のクールダウン及び硬化を示すが、ただし、当業者に明らかな、マスキング材７６を固化又は硬化させる他の方法を使用可能である。マスキング材７６は、ステップ５６でマスキングテンプレート７０を除去する前にキュアすることも可能であり、この場合、マスキングテンプレート７０はマスキング材７６と一緒にキュア可能であることが特徴的である。これは、例えば、マスキングテンプレート７０が、本欄に記述する部品壁１０に冷却構造を形成するために使用された後に処分されるべきであるような場合に、好ましい。
【００３１】
ステップ６０において、図７に例示するように、例えば耐熱被覆などの材料８０を内側層１８Ａの外表面２８に配置し、内側層１８Ａ上に部品壁１０の外側層１８Ｂを形成する。選択的に、内側層１８Ａに外側層１８Ｂを配置する前に、例えば接着被覆などの中間層１８Ｃ（図７参照）を内側層１８Ａに塗布し、内側層１８Ａに対する外側層１８Ｂの接着を容易にしてもよい。別の選択肢として、ステップ５２で内側層１８Ａにマスキングテンプレート７０を適用する前に、接着被覆を内側層１８Ａに塗布してもよい。これは、接着被覆が冷却路４２の出口４６をほぼ実質的に塞がないことで、許容される。
【００３２】
ステップ６２において、マスキング材７６を部品壁１０から除去し、図８に示すように、部品壁１０において前にマスキング材７６が位置していた所に複数の拡散区域２０を形成する。拡散区域２０は、それぞれ、図１〜図３に関連して上述したように、壁構造２２、開口頂部２４、及び底面２６によって区画される。底面２６は、前にマスキング材７６が位置していた、内側層１８Ａの外表面２８の表面領域に対応する。第１側壁２２Ａは、部品壁１０の外側層１８Ｂを形成する材料によって画定され、上述のように、各冷却路４２の出口４６に位置合わせした頂点３２を含む突出部３０を備える。壁構造２２の第２、第３、及び第４側壁２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄも、部品壁１０の外側層１８Ｂを形成する材料によって画定される。
【００３３】
ステップ６２でマスキング材７６を除去すると、冷却路４２の出口４６が開き、上述のように、冷却空気ＣAが冷却路４２を通過してその出口４６から各第１側壁２２Ａの突出部３０に向かって流出可能となる。
【００３４】
本欄に開示する部品壁１０は、基板１２の第２表面１６全域に拡がった又は全域には拡がっていない、１以上の拡散区域２０、クレーター、トレンチ、又はスロットを備える。部品壁１０が複数の拡散区域２０を備える場合、対応する冷却路４２及びその出口４６の個数、形状、及び配置は、本欄に記述した拡散区域２０において示すのと同じか又は異なっていてよい。さらに、第１、第２、第３、及び第４側壁２２Ａ〜２２Ｄの構造に加えて突出部３０の形状も、本欄に示す拡散区域２０のものと同じか又は異なっていてよい。
【００３５】
有益なことには、既存のフィルム冷却部品壁と比べた場合に、冷却と空力的性能の両方に関するパフォーマンスの向上が、本欄に記述した開示部品壁１０で実現可能である。さらに、本欄に記述する方法５０が、部品壁１０の複数の拡散区域２０を効率的に形成するために使用される。とりわけ、出口４６のそれぞれを個数分のマスキング材で別々にカバーしていくことを必要とするのではなくて、マスキングテンプレート７０及びマスキング材７６の使用で、冷却路出口４６の全部を１ステップ、すなわちマスキング材７６でカバーすることができる。したがって、部品壁１０の冷却構造を形成するために要する時間及びその手間が、冷却路４２の出口４６を１つ１つカバーしていかなければならない場合に比べて、減少する。また、マスキングテンプレート７０の使用で、形成すべき拡散区域の形状を予定通りに作ることができる。
【００３６】
図９を参照すれば、他の実施形態に従う、複数の拡散区域１２０を有する部品壁１１０が示されている。図９において、図１〜図３に関連して上述したものと同様の構造は、同じ参照符号を１００増加させて含む。さらに、図１〜図３に関連して上述したものと異なる構造のみ、図９と関連させて本欄に詳しく記述する。
【００３７】
図９において、複数の拡散区域１２０それぞれの第１側壁１２２Ａの突出部１３０は、各突出部１３０の湾曲壁域１３１により画定される滑らかな湾曲パターンで形成される。図９において実線矢印で示すように、冷却路１４２の出口１４６から流出する冷却空気ＣAは、突出部１３０の頂点１３２へ向けられる。この頂点１３２は、各拡散区域１２０の第２側壁１２２Ｂに最も近く位置した湾曲壁域１３１の部分によって画定される。湾曲壁域１３１の壁部分１３０ａ，１３０ｂは、頂点１３２の両脇から分岐し、第１側壁１２２Ａに沿った冷却空気ＣAの分岐流を生成する。
【００３８】
本欄に記述する拡散区域２０，１２０は、修理工程の一部として形成するか、新翼設計で実装し得る。さらに、拡散区域２０，１２０は、本欄に記述するのとは違う工程により形成してもよい。例えば、基板１２は単一層であり得るし、拡散区域２０，１２０は基板層の外表面１６に機械加工で形成してもよい。
【００３９】
本発明の特定の実施形態を例示して説明したが、当業者であれば、様々なその他の変更、修正を発明の思想と範囲から逸脱しないでなし得ることは自明である。したがって、本発明の範囲内にあるそのような変更及び修正のすべてを付属の特許請求の範囲において含むことが意図されている。
【符号の説明】
【００４０】
１０，１１０  部品壁
１２  基板
１４  第１表面
１６  第２表面
１８Ａ，１１８Ａ  内側層
１８Ｂ，１１８Ｂ  外側層
１８Ｃ，１１８Ｃ  中間層
２０，１２０  拡散区域
２２，１２２  壁構造
２２Ａ，１２２Ａ  第１側壁
２２Ｂ，１２２Ｂ  第２側壁
２２Ｃ，１２２Ｃ  第３側壁
２２Ｄ，１２２Ｄ  第４側壁
２４  開口頂部
２６  底面
２８  外表面
３０，１３０  突出部
３０ａ，３０ｂ  隣接壁部分
３２，１３２  頂点
３３ａ，３３ｂ，１３３ａ，１３３ｂ  接続部
４２，１４２  冷却路
４４  のど部
４６，１４６  出口
７０  マスキングテンプレート
７２  開口
７６  マスキング材
１３０ａ，１３０ｂ  壁部分
１３１  湾曲壁域
【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】
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【図９】
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【国際調査報告】
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