(57)【要約】【課題】タービンブレード用の薄壁の前縁部および後縁部の冷却を提供するマイクロサーキット冷却チャンネルを提供する。【解決手段】ブレード１５０は、包囲部、前縁部８０および後縁部８２を画定する外側ハウジング壁を有する翼１５２と、包囲部内で前記翼の長さの少なくとも一部にわたって延び、翼の近位の端部から翼の遠位の端部へと冷却空気流が流れることを可能にする蛇行した流れチャンネル１６６〜１７２を画定する複数のリブ１５４〜１６２と、翼の前縁部において位置決めされた前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネル１８６であって、該マイクロサーキット冷却チャンネルを横切って延びる複数のマイクロピン１９０を含む、前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルと、を備える。【選択図】図５
2015105656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン用のブレードであって、該ブレードは、
包囲部、前縁部および後縁部を画定する外側ハウジング壁を有する翼と、
前記包囲部内で前記翼の長さの少なくとも一部にわたって延び、前記翼の近位の端部から前記翼の遠位の端部へと冷却空気流が流れることを可能にする蛇行した流れチャンネルを画定する複数のリブと、
前記翼の前記前縁部において位置決めされた前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルであって、該マイクロサーキット冷却チャンネルを横切って延びる複数のマイクロピンを含む、前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルと、
を備えることを特徴とする、ガスタービンエンジン用のブレード。
【請求項２】
前記複数のマイクロピンの配列は、該配列の１つの列のマイクロピンが、前記配列において隣接する列のマイクロピンに対して相対的にずらされているように構成されている、請求項１記載のブレード。
【請求項３】
前記前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルは、前記包囲部の壁内に、前記翼の外面から０．００５〜０．００８インチの範囲内にあるように位置決めされている、請求項１記載のブレード。
【請求項４】
前記翼の圧力側で後縁部に位置決めされ、かつ前記翼の長さの少なくとも一部にわたって延びる圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルをさらに備え、該圧力側後縁部マイクロサーキット冷却チャンネルは、該チャンネルを横切って延びる複数のマイクロピンを有している、請求項１記載のブレード。
【請求項５】
前記圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルの前記複数のマイクロピンの配列は、該配列の１つの列のマイクロピンが、前記配列において隣接する列のマイクロピンに対して相対的にずらされているように構成されている、請求項４記載のブレード。
【請求項６】
前記圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルは、前記包囲部の壁内に、前記翼の外面から０．００５〜０．００８インチの範囲内にあるように位置決めされている、請求項４記載のブレード。
【請求項７】
前記圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルは、前記翼の前記後縁部に設けられた一連のオリフィスに流体接続している、請求項４記載のブレード。
【請求項８】
前記翼の吸込側で後縁部に位置決めされ、前記翼の長さの少なくとも一部にわたって延びる吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルをさらに備え、前記吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルは、該チャンネルを横切って延びる複数のマイクロピンを有している、請求項１記載のブレード。
【請求項９】
前記吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルの前記複数のマイクロピンの配列は、該配列の１つの列のマイクロピンが、前記配列において隣接する列のマイクロピンに対して相対的にずらされているように構成されている、請求項８記載のブレード。
【請求項１０】
前記吸込側の後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルは、前記包囲部の壁内に、前記翼の外面から０．００５〜０．００８インチの範囲内にあるように位置決めされている、請求項８記載のブレード。
【請求項１１】
前記吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルは、前記翼の前記後縁部に設けられた一連のオリフィスに流体接続している、請求項８記載のブレード。
【請求項１２】
前記包囲部の前記外壁に設けられた遮熱体をさらに備える、請求項１記載のブレード。
【請求項１３】
前記ブレードは、前記ガスタービンエンジンの一段目の列用である、請求項１記載のブレード。
【請求項１４】
前記前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルは、印刷部品製造プロセスにより形成されている、請求項１記載のブレード。
【請求項１５】
ガスタービンエンジン用のブレードであって、該ブレードは、
包囲部と前縁部と後縁部とを画定する外側ハウジング壁を有する翼と、
前記包囲部内で前記翼の長さの少なくとも一部にわたって延びる複数のリブであって、前記翼の近位の端部から遠位の端部へと冷却空気流が流れることを可能にする蛇行した流れチャンネルを画定する、複数のリブと、
前記翼の前記前縁部に位置決めされた前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルであって、該前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルを横切って延びる複数のマイクロピンを有しており、前記蛇行した流れチャンネルの前方の区間および前記前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルが、前記翼の前縁部冷却を提供する、前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルと、
前記翼の圧力側で前記後縁部に位置決めされ、前記翼の長さの少なくとも一部にわたって延びる圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルであって、該圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルを横切って延びる複数のマイクロピンを有する圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルと、
前記翼の吸込側で前記後縁部に位置決めされ、前記翼の長さの少なくとも一部にわたって延びる吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルであって、該吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルを横切って延びる複数のマイクロピンを有する吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルと、を備え、
前記蛇行した流れチャンネルの後方の区間が、前記圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルと、前記吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルとに分割されていることを特徴とする、ガスタービンエンジン用のブレード。
【請求項１６】
前記前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネル、前記圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルおよび前記吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルは全て、前記包囲部の壁内に、前記翼の外面から０．００５〜０．００８インチの範囲内にあるように位置決めされている、請求項１５記載のブレード。
【請求項１７】
前記前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネル、前記圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルおよび前記吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルの前記複数のマイクロピンの配列は、該配列の１つの列のマイクロピンが、前記配列において隣接する列のマイクロピンに対して相対的にずらされているように構成されている、請求項１５記載のブレード。
【請求項１８】
前記圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルおよび前記吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルは、前記翼の前記後縁部に設けられた一連のオリフィスにずらされた形式で流体接続している、請求項１５記載のブレード。
【請求項１９】
ガスタービンエンジンであって、
外側ハウジングと、
圧縮された空気流を形成するために運転可能な圧縮機区分と、
該圧縮機区分に流体接続し、前記圧縮された空気流の燃焼部分量を受け取る燃焼器区分であって、該燃焼器区分は、前記圧縮された空気流の前記燃焼部分量を燃料と混合し、該混合物を高温の作業ガスを形成するために燃焼する、燃焼器区分と、
前記燃焼器区分に流体接続するタービン区分であって、該タービン区分は、高温の作業ガスを受け取り、ベーンの複数の列と、ブレードの複数の列とを有する、タービン区分と
を備え、
前記ブレードの少なくとも幾つかが、
包囲部を画定する外側ハウジング壁と、
前記包囲部内で前記ブレードの長さの少なくとも一部にわたって延びる複数のリブであって、前記包囲部の近位の端部から遠位の端部へと冷却空気流が流れることを可能にする少なくとも１つの流れチャンネルを画定する、複数のリブと、
前記翼の前縁部において位置決めされた前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルであって、該前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルを横切って延びる複数のマイクロピンを含む、前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルと、
前記翼の後縁部において位置決めされた後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルであって、該後縁部マイクロサーキット冷却チャンネルを横切って延びる複数のマイクロピンを含む後縁部マイクロサーキット冷却チャンネルと
を備えることを特徴とする、ガスタービンエンジン。
【請求項２０】
前記前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネル、前記後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルとは、前記包囲部の壁内に、前記翼の外面から０．００５〜０．００８インチの範囲内にあるように位置決めされている、請求項１９記載のガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
本発明は概して、タービンブレードの前縁部および後縁部に冷却を提供するためのマイクロサーキット冷却チャンネルに関し、特に、タービンブレードの前縁部と後縁部の両方のための二重壁冷却を提供する、複数のクロスピンを備えた流れチャンネルを含むマイクロサーキット冷却チャンネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の考察
世界のエネルギ需要は増大し続けており、このことは安定した廉価な、効率的で環境適合性の動力形成に対する需要をもたらしている。ガスタービンエンジンは、効率的な動力を提供する公知の機械の１つであり、しばしば発電所の発電機あるいは航空機または船舶内のエンジンに適用される。典型的なガスタービンエンジンは、圧縮機区分と、燃焼器区分と、タービン区分とを有している。圧縮機区分は、圧縮された空気流を燃焼器区分に提供し、燃焼器区分では、この圧縮された空気が、天然ガスのような燃料と混合され、高温の作業ガスを形成するために点火される。作業ガスは、タービン区分を通って膨張し、関連したベーンにより、タービン区分内のブレードの列を横切るように方向付けられる。作業ガスがタービン区分を通過すると、ブレードが回転させられて、ブレードの回転により、シャフトが回転させられて、これにより機械的な仕事を提供する。
【０００３】
作業ガスの温度は厳しく制御されているので、作業ガスの温度は個別のタービンエンジン設計のために予め設定された温度を超過しない。なぜならば、高過ぎる温度は、エンジンのタービン区分における様々な部品および構成要素を損傷し得るからである。しかし、作業ガスの温度を、できるだけ高くすることを可能にすることが望ましい。なぜならば作業ガスの温度が高ければ高いほど、ガスの流れは速くなり、このことは、エンジンのより効率的な運転をもたらすからである。
【０００４】
特定のガスタービンエンジン設計では、圧縮された空気流の一部が、タービン区分内の特定の構成部材、典型的にはベーン、ブレードおよび環状セグメントのための冷却を提供するためにも使用されている。これらの構成部材に提供される冷却が多いほど、かつ／または冷却が効率的であるほど、構成部材をより低温に維持することができ、したがって作業ガスの温度をより高温にすることができる。たとえば、圧縮されたガスの温度を減じることによって、部品を所望の温度に維持するためにより少量の圧縮ガスが要求され、このことは、より高い作業ガス温度と、より大きな動力と、エンジンからの効率をもたらす。さらに、タービン区分の１箇所においてより少量の冷却空気を使用することによって、より多くの冷却空気がタービン区分の別の箇所において使用され得る。１つの公知のタービンエンジン設計では、圧縮された空気流の８０％が、作業ガスを提供するために燃料と混合され、圧縮された空気流の２０％が、タービン区分の部品を冷却するために使用されている。冷却空気の温度が比較的低いことの結果として、より少量の冷却空気が１つの特定の箇所で使用される場合、より多くの冷却空気が、タービン区分の別の領域において、増幅された冷却のために使用され得る。
【０００５】
先行技術において、蛇行した冷却空気流チャンネルをタービン区分のブレードの内部に設けることが知られている。この場合、冷却空気がブレードから流出する前に、空気は往復運動で１つのチャンネルを上昇し、隣接するチャンネルを下るように流れる。先行技術において、「シャワーヘッド」冷却チャンネルをタービンブレードの前縁部に設けることも知られている。空気は、前縁部冷却を提供するためにチャンネル内に流入し、角度付けされたオリフィスから流出する。さらに、タービンブレードの後縁部に部分的なフィルム冷却を設けることも知られている。しかし、これらの冷却設計の外部の熱伝達率は、ブレード翼の前縁部および後縁部の両方が高い熱負荷をうけ、したがってさらなる超冷却（super cooling）を要求することを示した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示は、タービンブレード用の薄壁の前縁部および後縁部の冷却を提供するマイクロサーキット冷却チャンネルを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決した本発明に係るガスタービンエンジン用のブレードの構成によれば、ブレードは、ブレードは、包囲部、前縁部および後縁部を画定する外側ハウジング壁を有する翼と、前記包囲部内で前記翼の長さの少なくとも一部にわたって延び、前記翼の近位の端部から前記翼の遠位の端部へと冷却空気流が流れることを可能にする蛇行した流れチャンネルを画定する複数のリブと、前記翼の前記前縁部において位置決めされた前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルであって、該マイクロサーキット冷却チャンネルを横切って延びる複数のマイクロピンを含む、前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルと、を備える。
【０００８】
本発明に係るブレードの好適な態様では、前記複数のマイクロピンの配列は、該配列の１つの列のマイクロピンが、前記配列において隣接する列のマイクロピンに対して相対的にずらされているように構成されている。
【０００９】
本発明に係るブレードの好適な態様では、前記前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルは、前記包囲部の壁内に、前記翼の外面から０．００５〜０．００８インチの範囲内にあるように位置決めされている。
【００１０】
本発明に係るブレードの好適な態様では、前記翼の圧力側で後縁部に位置決めされ、かつ前記翼の長さの少なくとも一部にわたって延びる圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルをさらに備え、該圧力側後縁部マイクロサーキット冷却チャンネルは、該チャンネルを横切って延びる複数のマイクロピンを有している。
【００１１】
本発明に係るブレードの好適な態様では、前記圧力側の後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルの複数のマイクロピンは、配列の１つの列のマイクロピンが、配列の隣接する列のマイクロピンに対して相対的にずらされているような配列で構成されている。
【００１２】
本発明に係るブレードの好適な態様では、前記圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルは、前記包囲部の壁内に、前記翼の外面から０．００５〜０．００８インチの範囲内にあるように位置決めされている。
【００１３】
本発明に係るブレードの好適な態様では、前記圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルは、前記翼の前記後縁部に設けられた一連のオリフィスに流体接続している。
【００１４】
本発明に係るブレードの好適な態様では、前記翼の吸込側で後縁部に位置決めされ、前記翼の長さの少なくとも一部にわたって延びる吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルをさらに備え、前記吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルは、該チャンネルを横切って延びる複数のマイクロピンを有している。
【００１５】
本発明に係るブレードの好適な態様では、前記吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルの前記複数のマイクロピンの配列は、該配列の１つの列のマイクロピンが、前記配列において隣接する列のマイクロピンに対して相対的にずらされているように構成されている。
【００１６】
本発明に係るブレードの好適な態様では、前記吸込側の後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルは、前記包囲部の壁内に、前記翼の外面から０．００５〜０．００８インチの範囲内にあるように位置決めされている。
【００１７】
本発明に係るブレードの好適な態様では、前記吸込側の後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルは、前記翼の前記後縁部内の一連のオリフィスに流体接続している。
【００１８】
本発明に係るブレードの好適な態様では、前記包囲部の前記外壁に設けられた遮熱体をさらに備える。
【００１９】
本発明に係るブレードの好適な態様では、前記ブレードは、前記ブレードは、前記ガスタービンエンジンの一段目の列用である。
【００２０】
本発明に係るブレードの好適な態様では、前記前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルは、印刷部品製造プロセスにより形成されている。
【００２１】
上記課題を解決した本発明に係るガスタービンエンジン用のブレードの構成によれば、ガスタービンエンジン用のブレードであって、該ブレードは、包囲部と前縁部と後縁部とを画定する外側ハウジング壁を有する翼と、前記包囲部内で前記翼の長さの少なくとも一部にわたって延びる複数のリブであって、前記翼の近位の端部から遠位の端部へと冷却空気流が流れることを可能にする蛇行した流れチャンネルを画定する、複数のリブと、前記翼の前記前縁部に位置決めされた前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルであって、該前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルを横切って延びる複数のマイクロピンを有しており、前記蛇行した流れチャンネルの前方の区間および前記前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルが、前記翼の前縁部冷却を提供する、前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルと、前記翼の圧力側で前記後縁部に位置決めされ、前記翼の長さの少なくとも一部にわたって延びる圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルであって、該圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルを横切って延びる複数のマイクロピンを有する圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルと、前記翼の吸込側で前記後縁部に位置決めされ、前記翼の長さの少なくとも一部にわたって延びる吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルであって、該吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルを横切って延びる複数のマイクロピンを有する吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルと、を備え、前記蛇行した流れチャンネルの後方の区間が、前記圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルと、前記吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルとに分割されている。
【００２２】
本発明に係るブレードの好適な態様では、前記前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネル、前記圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルおよび前記吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルは全て、前記包囲部の壁内に、前記翼の外面から０．００５〜０．００８インチの範囲内にあるように位置決めされている。
【００２３】
本発明に係るブレードの好適な態様では、前記前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネル、前記圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルおよび前記吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルの前記複数のマイクロピンの配列は、該配列の１つの列のマイクロピンが、前記配列において隣接する列のマイクロピンに対して相対的にずらされているように構成されている。
【００２４】
本発明に係るブレードの好適な態様では、前記圧力側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルおよび前記吸込側後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルは、前記翼の前記後縁部に設けられた一連のオリフィスにずらされた形式で流体接続している。
【００２５】
上記課題を解決した本発明に係るガスタービンエンジンの構成によれば、外側ハウジングと、圧縮された空気流を形成するために運転可能な圧縮機区分と、該圧縮機区分に流体接続し、前記圧縮された空気流の燃焼部分量を受け取る燃焼器区分であって、該燃焼器区分は、前記圧縮された空気流の前記燃焼部分量を燃料と混合し、該混合物を高温の作業ガスを形成するために燃焼する、燃焼器区分と、前記燃焼器区分に流体接続するタービン区分であって、該タービン区分は、高温の作業ガスを受け取り、ベーンの複数の列と、ブレードの複数の列とを有する、タービン区分とを備え、前記ブレードの少なくとも幾つかが、包囲部を画定する外側ハウジング壁と、前記包囲部内で前記ブレードの長さの少なくとも一部にわたって延びる複数のリブであって、前記包囲部の近位の端部から遠位の端部へと冷却空気流が流れることを可能にする少なくとも１つの流れチャンネルを画定する、複数のリブと、前記翼の前縁部において位置決めされた前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルであって、該前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルを横切って延びる複数のマイクロピンを含む、前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルと、前記翼の後縁部において位置決めされた後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルであって、該後縁部マイクロサーキット冷却チャンネルを横切って延びる複数のマイクロピンを含む後縁部マイクロサーキット冷却チャンネルとを備える。
【００２６】
本発明に係るガスタービンエンジンの好適な態様では、前記前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネル、前記後縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルとは、前記包囲部の壁内に、前記翼の外面から０．００５〜０．００８インチの範囲内にあるように位置決めされている。
【発明の効果】
【００２７】
本開示は、タービンブレードのための肉薄の前縁部および後縁部の冷却を提供するマイクロサーキット冷却チャンネルを提供する。ブレードは、包囲部を画定する外側ハウジング壁と、該包囲部の内部でブレードの長さの少なくとも一部にわたって延び、蛇行する流れチャンネルを画定する複数のリブとを備え、蛇行する流れチャンネルは、冷却空気流が包囲部の近位の端部から遠位の端部にまで流れることを可能にする。マイクロサーキット流れチャンネルは、翼の前縁部と、翼の後縁部とに配置されており、マイクロサーキット冷却チャンネルを横切って延びる複数のマイクロピンを有している。
【００２８】
本発明の付加的な特徴は、以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲から、添付の図面に関連して明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ガスタービンエンジンの一部が切り取られた等尺図である。
【図２】ガスタービンエンジンから分離した公知のタービンブレードの断面図である。
【図３】図２に示したブレードの３−３線に沿った断面図である。
【図４】垂直軸線上に示した熱伝達率（ＨＴＣ）を、水平線上に示したブレード翼の圧力側（ＰＳ）距離および吸込側（ＳＳ）距離に関して示すグラフである。
【図５】ブレードの前縁部および後縁部の両方のマイクロサーキット冷却チャンネルを有するタービンブレードの断面図である。
【図６】図５に示した６−６線に沿った断面図である。
【図７】図５に示された前縁部用マイクロサーキット冷却チャンネルの断面図である。
【図８】図６に示した翼の後縁部の部分的に取り除かれた端面図である。
【図９】図５および図６に示したブレードの冷却流体流れ通路を示す冷却サーキットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
ガスタービンエンジンのブレードの前縁部および後縁部用のマイクロサーキット冷却チャンネルに関する本発明の実施の形態の以下の説明は、単に例示的な性質のものであり、本発明またはその適用または使用を制限することを意図するものではない。
【００３１】
図１は、圧縮機区分１２、燃焼器区分１４およびタービン区分１６を有するガスタービンエンジン１０の、部分的に切り取られた等尺図である。圧縮機区分１２、燃焼器区分１４およびタービン区分１６は全て、外側のハウジング３０内に含まれている。エンジン１０の運転により、中心のシャフトまたはロータ１８が回転し、したがって機械的な仕事を生ぜしめる。エンジン１０は、以下で考察される本発明に関連して、制限することのない実施例の形態で、図示されかつ説明される。当業者であれば、別のガスタービン設計も本発明の利益を享受することを認めるだろう。ロータ１８の回転は、空気を圧縮機区分１２へと引き込み、圧縮機区分１２において、空気はベーン２２により方向付けられ、回転するブレード２０により圧縮されて、燃焼器区分１４へと搬送される。燃焼器区分１４では、圧縮された空気が、天然ガスのような燃料と混合される。燃焼器区分１４では、燃料／空気混合物は、高温の作業ガスを形成するために点火装置２４により点火される。より具体的には、燃焼器区分１４は、複数の環状に配置された燃焼室２６を有している。各燃焼室２６は、インジェクタ（図示せず）により燃焼室２６内に噴射され、圧縮された空気と混合された燃料を受け取り、この燃料は、作業ガスを形成するために点火装置２４により点火される。作業ガスは、移行部２８によってタービン区分１６へと方向付けられる。作業ガスは、タービン区分１６の周方向に配置された複数の静止しているベーン（図示せず）により方向付けられ、周方向に配置された回転可能なタービンブレード３４を横切って流れる。このことはタービンブレード３４を回転させ、したがってロータ１８を回転させる。作業ガスがタービン区分１６を通過すると、エンジン１０から排出ガスとして流出ノズル３６を通じて流出する。
【００３２】
周方向に配置された静止したベーンの各グループはベーンの列を規定し、周方向に配置されたブレード３４の各グループは、ブレード３４の列３８を規定する。この制限しない実施の形態では、タービン区分１６は、回転するブレード３４の４つの列３８と、静止したベーンの４つの列とを交互に連続して有している。別のガスタービンエンジン設計では、タービン区分１６がタービンブレード３４のより多くの列またはより少ない列を有していてよい。一列目のブレードと呼ばれるタービンブレードの最も上流側の列と、一列目のベーンと呼ばれるベーンの最も上流側の列とは、作用ガスの最も高い温度を受ける。作業ガスの温度は、該作業ガスがタービン区分１６を流れるにつれて低くなる。
【００３３】
図２は、公知の翼またはブレード４０の横断面図であり、一列目のブレードを表すことを意図しているが、ガスタービンエンジン１０における複数の列のいずれかのブレード３４を概して表すものでもあり得る。ブレード４０は、下記で詳細に説明するように冷却空気チャンネルを有している。図３は、図２に示す３−３線に沿ったブレード４０の断面図である。ブレード４０は、付設部分４２を有しており、該付設部分４２は、ブレード４０を当業者にとって良く知られた形式でロータ１８に確実に組み付けることを可能にするために構成されている。ブレードプラットホーム４４は、付設部分４２の遠位の端部に設けられており、ブレード４０の先細りする翼部分４６の開始部を画定している。翼部分４６は、圧力側もしくは腹側（Ｐ／Ｓ）８６および吸込側もしくは背側（Ｓ／Ｓ）８４を有している。圧力側（Ｐ／Ｓ）８６および吸込側（Ｓ／Ｓ）８４は、翼部分の回転時に翼部分４６に存在する圧力により規定される。さらに翼部分４６は、前縁部８０および後縁部８２を有している。
【００３４】
翼部分４６は、外側ハウジング４８と、複数の内部リブ５０，５２，５４，５６，５８，６０および６２とを有している。複数の内部リブ５０，５２，５４，５６，５８，６０および６２は、典型的には、単独部品の挿入体として構成されており、セラミックスから製造されている。複数の内部リブ５０，５２，５４，５６，５８，６０および６２は、一連の流れチャンネルを画定している。流れチャンネルは、外側ハウジング４８とリブ５０との間のシャワーヘッド流れチャンネル６４、リブ５０とリブ５２との間の流れチャンネル６６、リブ５２とリブ５４との間の流れチャンネル６８、リブ５４とリブ５６との間の流れチャンネル７０、リブ５６とリブ５８との間の流れチャンネル７２、リブ５８とリブ６０との間のインピンジメント流れチャンネル７４、リブ６０とリブ６２との間のインピンジメント流れチャンネル７６およびリブ６２と外側ハウジング４８との間のインピンジメント流れチャンネル７８を含む。流れチャンネル６８，７０，７２は、蛇行した流れチャンネルを形成するために組み合わせられる。空気は、付設部分４２の流入開口９０を通じてブレード４０に流入し、チャンネル６６に流入し、ハウジング４８の端部９２に向かって流れる。端部９２において、幾らかの空気流は、オリフィス９４を通じて流れチャンネル６６から流出する。幾らかの空気は、リブ５０に設けられたオリフィス９６を通じてシャワーヘッドチャンネル６４内へ流れ、端部９２に向かって上向きに角度付けられた一連のオリフィス１００を通じて翼部分４６から流出する。空気流は、付設部分４２の開口１０２を通じてもブレード４０内に流入し、チャンネル６８内に流入し、チャンネル６８において幾らかの空気流が、オリフィス１０４から流出する。大半の空気流は、チャンネル７０内に流入して、翼４６を逆流し、付設部分４２のチャンバ１０６内に流入する。チャンバ１０６は、カバープレート１０８によってカバーされた開口を有している。したがって空気は、チャンネル７２通じてブレード４０を上るように流れ、かつハウジング４８に設けられたオリフィス１１０を通じて流れる。
【００３５】
リブ５８は、空気がリブ５８，６０の間のチャンネル７４内に流入することを可能にする一連のオリフィス１２０を有しており、リブ６０は、空気がリブ６０，６２の間のチャンネル７６に流入することを可能にする一連のオリフィス１２２を有しており、リブ６２は、空気がリブ６２および外側ハウジング４８の間のチャンネル７８内に流入することを可能にする一連のオリフィス１２４を有している。外側ハウジング４８の一連のオリフィス１３０は、空気がブレード４０から流出することを可能にする。リブ５８，６０，６２に設けられたオリフィス１２０，１２２および１２４は、互いに対してずらされて配置されているので、空気は、直接に１つのチャンネルから次のチャンネルを通じて続くチャンネル内へと流れないことが判る。このことは、オリフィスのうちの１つを通じて流れる空気が、隣のチャンネル内のリブの区分に衝突して乱流を形成し、乱流は冷却効果を増幅させる。特に、空気流効果は、チャンネル７４，７６，７８の内部で渦流を形成し、このことは効果的な冷却のための乱流を提供する。
【００３６】
図２において概して符号１３２で示されているように、流れチャンネル部分６６，６８，７０，７２の内壁に組み付けられた乱流発生器またはトリップストリップの構成を設けることが知られている。この目的のためのトリップストリップは、典型的にはブレード４０の外側ハウジング４８の内面に、冷却空気の流れに対して横方向に形成された金属ストリップである。この設計では、トリップストリップ１３２は、傾斜したトリップストリップとして示されており、トリップストリップは、冷却空気の流れの方向に対して相対的に僅かに角度付けされている。択一的な態様では、トリップストリップ１３２は、空気の流れ方向に対して垂直方向であってよい。傾斜したトリップストリップは、より多くの乱れた空気流を提供する比較的長いトリップストリップを形成するために、時には垂直のトリップストリップよりも好んで採用される。
【００３７】
図４は、垂直方向軸上の熱伝達率（ＨＴＣ）および、水平軸上の、翼４６の圧力側４８および吸込側６２における翼４６に沿った距離を示すグラフである。グラフの曲線１４０は、翼の後縁部８２および前縁部８０が、翼４６の中間の翼弦の領域におけるよりも高い、付加的な冷却を要求するＨＴＣを有することを示している。
【００３８】
上述のように、超冷却は、概して翼４６の前縁部および後縁部において要求されている。この超冷却は、シャワーヘッドチャンネル６４とインピンジメントチャンネル７４，７６および７８によって翼４６に提供されている。この設計は、図４に示されているように、特に現代のガスタービンエンジン設計の増大するタービン温度に関して、前縁部および後縁部の領域で未だに高い熱伝達率を有している。したがって、この熱伝達率を改善することが望まれている。本発明は、下記で説明するように薄壁のマイクロサーキット冷却の使用によって改善された超冷却を提供することを提案する。
【００３９】
図５は、ブレード４０と同一の形状を有する、たとえばガスタービンエンジン１０のタービン区分１６のための翼１５２を含むブレード１５０の断面図であり、図６は、図５に示した６−６線に沿ったブレード１５０の断面図である。ブレード４０と類似のエレメントは同一の参照符号で示されている。ブレード１５０において、シャワーヘッドチャンネル６４とインピンジメントチャンネル７４，７６，７８は除去されていることが判る。ブレード１５０は内部リブ１５４，１５６，１５８，１６０，１６２を有しており、これらの内部リブ１５４，１５６，１５８，１６０，１６２は、一連の流れチャンネルを画定している。流れチャンネルは、リブ１５４とリブ１５６との間の流れチャンネル１６６、リブ１５６とリブ１５８との間の流れチャンネル１６８、リブ１５８とリブ１６０との間の流れチャンネル１７０、リブ１６０とリブ１６２との間の流れチャンネル１７２および翼１５０の圧力側８６と吸込側８４とにおいてそれぞれ、リブ１６２と外側ハウジング４８との間のマイクロサーキット流れチャンネル１７４，１７６を含んでいる。流れチャンネル１６６，１６８，１７０，１７２は、蛇行した流れチャンネルを形成するために組み合わせられる。空気は、付設部分４２に設けられた幾つかの開口１８０を通じてブレード１５０内に流入し、端部９２に向かって流れるようにチャンネル１６６内に流入し、チャンネル１６８を下るように流れ、チャンネル１７０を通じて翼１５２を上るように流れ、チャンネル１７２を通じて翼４６を下るように流れ、マイクロサーキット冷却チャンネル１７４および１７６に流入する。マイクロサーキット冷却チャンネル１７４，１７６を通じて流れる空気は、端部９２の一連のオリフィス１７８を通じて翼１５２から流出する。チャンネル１７４，１７６を通る空気流は、それぞれオリフィス１８２，１８４を通じても後縁部８２から流出する。さらに、チャンネル１８０を通じて付設部分４２に流入する空気は、翼４６の前縁部８０のマイクロサーキット冷却チャンネル１８６に流入し、端部９２の一連のオリフィス１８８を通じて、マイクロサーキット冷却チャンネル１８６から流出する。
【００４０】
図７は、図６の７−７線に沿った部分的に切り取った断面図である。マイクロサーキット冷却チャンネル１８６は、一連のクロスピン１９０を有している。クロスピン１９０は、図示のようにずらされた配列で配置されているので、１つの列のクロスピン１９０は、隣接する列の２つのクロスピン１９０の間に位置決めされている。空気がチャンネル１８６を通って流れると、空気はクロスピン１９０にぶつかって乱流の空気流を形成し、これにより高い効率の冷却を提供することができる。マイクロサーキット冷却流れチャンネル１８６は、薄壁１９４を形成するために、翼１５２の前縁部の外面に対して極めて近傍に位置決めされている。肉薄の壁１９４は、１つの実施の形態において０．００５〜０．００８”の寸法を有している。チャンネル１８６のサイズ、チャンネル１８６が翼１５２の前縁部８０を取り囲んでどの程度延びているか、ならびにクロスピン１６２の構造および個数等は全て、特定のタービンブレードおよび特定の冷却レベルのための固有の設計である。
【００４１】
マイクロサーキット冷却チャンネル１７４は、後縁部８２の圧力側８６に隣接して位置決めされており、マイクロサーキット冷却チャンネル１７６は、後縁部８２の吸込側８４に隣接して位置決めされている。マイクロサーキット冷却チャンネル１８６と同様に、チャンネル１７４，１７６は、翼１５２の長さにわたって延びている。マイクロサーキット冷却チャンネル１７４、１７６は両方とも、円筒状のクロスピン１９８，２００をそれぞれ有しており、これらのクロスピン１９８，２００は、増幅された冷却を提供するためにチャンネル１７４，１７６を横切って（交差するように）延びている。さらに、上述のように、マイクロサーキット冷却チャンネル１７４，１７６は、翼１５２の外側縁部に対して極めて近傍に、つまり０．００５〜０．００８”の範囲に位置決めされている。
【００４２】
図８は、翼１５２の後縁部８２の一部を示す図であり、圧力側壁と吸込側壁とを示している。オリフィス１８２，１８４は、後縁部８２を通って延びており、オリフィス１８２は、マイクロサーキット冷却チャンネル１７４と流体接続していて、オリフィス１８４は、マイクロサーキット冷却チャンネル１７６と流体接続している。オリフィス１８２および１８４はずらされており、オリフィスは１つおきに、チャンネル１７４またはチャンネル１７６に適合している。遮熱コーティング１９６が、所望の冷却を更に増幅させるために、翼１５２の外面に設けられていてもよい。マイクロサーキット冷却チャンネル１８６，１７４および１７６は、薄壁冷却を提供し、当業者にとって良く知られた印刷部品製造プロセス（print part manufacturing process）により形成され得る。
【００４３】
図９は、ブレード１５０の翼部分１５２を通る空気流を示す、冷却流回路２００の図式的な図である。特に、点線２０２は、マイクロサーキット冷却チャンネル１８６を通る空気流を表し、線２０４は、チャンネル１６６を通る空気流を表し、線２０６は、チャンネル１６８を通る空気流を表し、線２０８は、チャンネル１７０を通る空気流を表し、線２１０は、チャンネル１７２を通る空気流を表す。線２１２は、マイクロサーキット冷却チャンネル１７４を通る空気流を表し、線２１４は、マイクロサーキット冷却チャンネル１７６を通る空気流を表す。線２１６は、後縁部８２の開口１８２を通る空気流を表し、線２１８は、後縁部８２の開口１８４を通る空気流を表す。
【００４４】
上述の考察は、本発明の例示的な実施の形態を開示し説明するものに過ぎない。当業者であれば、上記の考察から、かつ図面および特許請求の範囲から、種々の態様、変形および改良形が、以下の特許請求項において規定されるような本発明の範囲から逸脱することなしに成されることは容易に理解するであろう。
【符号の説明】
【００４５】
１０  ガスタービンエンジン
１２  圧縮機区分
１４  燃焼器区分
１６  タービン区分
１８  シャフト
２０  ブレード
２２  ベーン
２４  点火装置
２６  燃焼室
２８  移行部
３０  外側のハウジング
３４  タービンブレード
３６  流出ノズル
３８  ブレードの列
４０  ブレード
４２  付設部分
４４  ブレードプラットホーム
４６  翼
４８  外側ハウジング
５０，５２，５４，５６，５８，６０，６２  内部リブ
６４  シャワーヘッドチャンネル
６６  流れチャンネル
６８  流れチャンネル
７０  流れチャンネル
７２  流れチャンネル
７４  インピンジメント流れチャンネル
７６  インピンジメント流れチャンネル
８０  前縁部
８２  後縁部
８４  吸込側
８６  圧力側
９０  流入開口
９２  端部
９６  オリフィス
１００  オリフィス
１０２  開口
１０４  オリフィス
１０６  チャンバ
１０８  カバープレート
１１０  オリフィス
１２０  オリフィス
１２２  オリフィス
１２４  オリフィス
１３０  オリフィス
１３２  乱流発生器またはトリップストリップ
１４０  線
１５０  ブレード
１５２  翼
１５４，１５６，１５８，１６０，１６２  内部リブ
１６６，１６８，１７０，１７２  流れチャンネル
１７４  マイクロサーキット冷却チャンネル
１７６  マイクロサーキット冷却チャンネル
１７８  オリフィス
１８０  チャンネル
１８２  オリフィス
１８４  オリフィス
１８６  マイクロサーキット冷却チャンネル
１９０  クロスピン
１９４  壁
１９６  遮熱コーティング
１９８  クロスピン
２００  クロスピン
２０２  点線
２０４，２０６，２０８，２１０，２１２，２１４，２１６，２１６，１２８  空気流
【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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【外国語明細書】
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