(57)【要約】【課題】ガスタービンエンジン内のベーンアセンブリのための端部壁冷却を提供するマイクロサーキット冷却モジュールを提供する。【解決手段】ガスタービンのベーンアセンブリの端部壁のためのマイクロサーキット冷却モジュール８４であって、該モジュールは、内部に混合チャンバ９６を画定する外周レール９０、上側プレート９２および下側プレート９４と、第１の方向に沿って前記混合チャンバの上側チャンネル９８内に延びる、相隔たった第１の複数のストリップエレメント１００と、前記第１の方向とは逆方向の第２の方向に沿って前記混合チャンバの下側チャンネル１０２内に延びる、相隔たった第２の複数のストリップエレメント１０４と、を有し、前記第１の複数のストリップエレメントと、前記第２の複数のストリップエレメントとが十字形に交差した構造を形成する。【選択図】図４
2015105655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンのベーンアセンブリの端部壁のためのマイクロサーキット冷却モジュールであって、該モジュールは、
内部に混合チャンバを画定する外周レール、上側プレートおよび下側プレートと、
第１の方向に沿って前記混合チャンバの上側チャンネル内に延びる、相隔たった第１の複数のストリップエレメントと、
前記第１の方向とは逆方向の第２の方向に沿って前記混合チャンバの下側チャンネル内に延びる、相隔たった第２の複数のストリップエレメントと、
を有し、
前記第１の複数のストリップエレメントと、前記第２の複数のストリップエレメントとが、十字形に交差した構造を形成することを特徴とする、ガスタービンのベーンアセンブリの端部壁のためのマイクロサーキット冷却モジュール。
【請求項２】
前記混合チャンバの一方の端部で前記下側プレートを通って延び、かつ前記混合チャンバに流体接続する複数の調量穴と、
前記混合チャンバの、前記端部とは反対の側に位置する端部において前記上側プレートに形成された複数のフィルムスロットとをさらに有する、請求項１記載の冷却モジュール。
【請求項３】
前記フィルムスロットは、前記端部壁の表面にフィルム冷却を生ぜしめる、請求項２記載の冷却モジュール。
【請求項４】
前記端部壁は、内径側端部壁である、請求項１記載の冷却モジュール。
【請求項５】
前記端部壁は、外径側端部壁である、請求項１記載の冷却モジュール。
【請求項６】
前記端部壁は、前記端部壁のコンパートメント内に設けられた複数の前記マイクロサーキット冷却モジュールを含む、請求項１記載の冷却モジュール。
【請求項７】
前記冷却モジュールは、印刷部品製造プロセスを用いてワンピースの構造体として形成されている、請求項１記載の冷却モジュール。
【請求項８】
前記ベーンアセンブリは、前記ガスタービンエンジンのタービン区分の１列目のベーンの一部である、請求項１記載の冷却モジュール。
【請求項９】
ガスタービンエンジン用のベーンアセンブリであって、前記ベーンアセンブリは、翼と、該翼の一方の端部の内径側端部壁と、該翼の、前記端部とは反対の側に位置する端部の外径側端部壁と、を備え、各端部壁は、少なくとも１つのマイクロサーキット冷却モジュールを有していて、該モジュールは、その内部に混合チャンバを画定する外周レール、上側プレートおよび下側プレートと、第１の方向に沿って前記混合チャンバの上側チャンネル内に延びる相隔たった第１の複数のストリップエレメントと、前記第１の方向とは逆方向の第２の方向に沿って前記混合チャンバの下側チャンネル内に延びる相隔たった第２の複数のストリップエレメントと、を備え、前記第１の複数のストリップエレメントと、前記第２の複数のストリップエレメントとが、十字形に交差した構造を形成し、前記混合チャンバの一方の端部で前記下側プレートを通じて延び、かつ前記混合チャンバに流体接続する複数の調量穴と、前記混合チャンバの、前記端部とは反対の側に位置する端部において前記上側プレートに形成された複数のフィルムスロットとを有することを特徴とする、ガスタービンエンジンのベーンアセンブリ。
【請求項１０】
前記内径側端部壁と前記外径側端部壁とは両方とも、複数のマイクロサーキット冷却モジュールを有している、請求項９記載のベーンアセンブリ。
【請求項１１】
複数のマイクロサーキット冷却モジュールは、前記端部壁のコンパートメント内に設けられている、請求項１０記載のベーンアセンブリ。
【請求項１２】
前記フィルムスロットは、前記端部壁の表面にフィルム冷却を生ぜしめる、請求項９記載のベーンアセンブリ。
【請求項１３】
前記冷却モジュールは、印刷部品製造プロセスを用いてワンピースの構造体として形成されている、請求項９記載のベーンアセンブリ。
【請求項１４】
前記ベーンアセンブリは、前記ガスタービンエンジンのタービン区分の１列目のベーンの一部である、請求項９記載のベーンアセンブリ。
【請求項１５】
ガスタービンエンジンであって、
外側のハウジングと、
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、
前記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、前記タービン区分と
を備え、
前記ベーンのうちの少なくとも幾つかのベーンは、翼と、該翼の一方の端部の内径側端部壁と、該翼の反対の側に位置する端部の外径側端部壁とを有するベーンアセンブリから構成されており、各端部壁は、少なくとも１つのマイクロサーキット冷却モジュールを有していて、該冷却モジュールは、その内部に混合チャンバを画定する外周レール、上側プレートおよび下側プレートと、第１の方向に沿って前記混合チャンバの上側チャンネル内に延びる、相隔たった第１の複数のストリップエレメントと、前記第１の方向とは逆方向の第２の方向に沿って前記混合チャンバの下側チャンネル内に延びる、相隔たった第２の複数のストリップエレメントと、を備えているので、前記第１の複数のストリップエレメントと、前記第２の複数のストリップエレメントとが、十字形に交差する構造を形成する、ことを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項１６】
前記冷却モジュールは、
前記混合チャンバの一方の端部において前記下側プレートを通じて延び、かつ前記混合チャンバに流体接続する複数の調量穴と、
前記混合チャンバの、前記端部とは反対側に位置する端部において前記上側プレートに形成された複数のフィルムスロットとを有する、請求項１５記載のガスタービンエンジン。
【請求項１７】
前記フィルムスロットは、前記端部壁の表面にフィルム冷却を生ぜしめる、請求項１６記載のガスタービンエンジン。
【請求項１８】
前記内径側端部壁および前記外径側端部壁とは、該端部壁内のコンパートメント内に設けられた複数のマイクロサーキットモジュールを有している、請求項１５記載のガスタービンエンジン。
【請求項１９】
前記冷却モジュールは、印刷部品製造プロセスを用いてワンピースの構造体として形成されている、請求項１５記載のガスタービンエンジン。
【請求項２０】
前記ベーンアセンブリは、前記ガスタービンエンジンのタービン区分の１列目のベーンの一部である、請求項１５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、ガスタービンエンジン内のベーンアセンブリのための端部壁冷却を提供するマイクロサーキット冷却モジュールに関し、特にガスタービンアセンブリ内のベーンアセンブリのための端部壁冷却を提供するためのマイクロサーキット冷却モジュールであって、該マイクロサーキット冷却モジュールが、撹拌された冷却空気流を提供する十字形に交差した複数のチャンネルを有している、マイクロサーキット冷却モジュールに関する。
【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、このことは確実で廉価な、かつ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、高効率の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ことにより、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、高い温度は、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、作業ガスの温度が高ければ高いほど、ガスの流れが速くなり、このことは、エンジンのより効率的な運転をもたらすので、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。
【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要素、典型的にはベーン、ブレードおよび環状セグメント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ければ多いほど、かつ／または冷却が効率的であるほど、構成要素をより低温に維持することができ、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ない圧縮ガスが必要とされ、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ない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に基づいて、より少ない冷却空気が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】
フィルム冷却の複数の列と関連する背面インピンジメントが、幾つかのタービン設計において、高温の第１のベーン端部壁の冷却を提供するために採用されている。冷却流および圧力分配のより良好な制御のために、端部壁の背面にはコンパートメント（区画構造）が採用されている。しかし、インピンジメント穴を通る固定のインピンジメント圧力またはポストインピンジメントの冷却空気圧力のために、各個別のコンパートメントは、主流圧力対冷却空気圧力の大きな変動にさらされている。さらに、各インピンジメントコンパートメントは、良好な逆流マージン（ＢＦＭ）を達成するために、主流高温ガスの最大圧力よりも高い、ポストインピンジメント圧力を提供する必要がある。したがって、典型的には、主流高温ガスの圧力が比較的低い箇所において過剰圧力が生じる。この過剰圧力は、ベーンサクション側（ＳＳ）の後部部分において強くなり、この箇所で、端部壁は最大の主流変動と、最大の冷却空気圧力対高温ガス圧力の比とを被る。端部壁表面における最大のフィルム冷却を得るための、インピンジメント穴を介した冷却圧力の広範囲の調量は、幾つかのインピンジメント穴が汚れまたは別の破片により詰まった場合に、高温ガス取込みの問題を引き起こし得る。この大きなコンパートメント冷却構造により、外側の高い高温ガス温度および圧力変動を有するベーン端部壁のために、流れに沿った円周方向の冷却流の制御を達成することはしばしば困難である。さらに、大きな端部壁領域を覆うために大きなインピンジメント空間を備えた単一のインピンジメント技術は、概して冷却空気の使用のための最適な方法ではない。結果として生じる冷却流の不完全な分配は、低い対流冷却効果をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、ガスタービンエンジン内のベーンアセンブリのための端部壁冷却を提供するマイクロサーキット冷却モジュールを提供することである。
【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よるガスタービンのベーンアセンブリの端部壁のためのマイクロサーキット冷却モジュールの構造では、該モジュールは、内部に混合チャンバを画定する外周レール、上側プレートおよび下側プレートと、第１の方向に沿って前記混合チャンバの上側チャンネル内に延びる、相隔たった第１の複数のストリップエレメントと、第１の方向とは逆方向の第２の方向に沿って混合チャンバの下側チャンネル内に延びる、相隔たった第２の複数のストリップエレメントと、を有し、第１の複数のストリップエレメントと、第２の複数のストリップエレメントとが十字形に交差した構造を形成する。
【０００８】
本発明の好適な態様によれば、混合チャンバの一方の端部で下側プレートを通じて延び、かつ混合チャンバに流体接続する複数の調量穴と、混合チャンバの反対の側に位置する端部において上側プレートに形成された複数のフィルムスロットとをさらに有する。
【０００９】
本発明の好適な態様によれば、フィルムスロットは、端部壁の表面にフィルム冷却を生ぜしめる。
【００１０】
本発明の好適な態様によれば、端部壁は、内径側端部壁である。
【００１１】
本発明の好適な態様によれば、端部壁は、外径側端部壁である。
【００１２】
本発明の好適な態様によれば、端部壁は、端部壁のコンパートメントに設けられた複数のマイクロサーキット冷却モジュールを含んでいる。
【００１３】
本発明の好適な態様によれば、冷却モジュールは、印刷部品製造プロセスを用いて一体的な構造体として形成されている。
【００１４】
本発明の好適な態様によれば、ベーンアセンブリは、ガスタービンエンジンのタービン区分の１列目のベーンの一部である。
【００１５】
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ベーンアセンブリの構成では、ベーンアセンブリは、翼と、該翼の一方の端部の内径側端部壁と、該翼の、反対の側に位置する端部の外径側端部壁と、を備え、各端部壁は、少なくとも１つのマイクロサーキット冷却モジュールを有していて、該モジュールは、その内部に混合チャンバを画定する外周レール、上側プレートおよび下側プレートと、第１の方向に沿って混合チャンバの上側チャンネル内に延びる相隔たった第１の複数のストリップエレメントと、第１の方向とは逆方向の第２の方向に沿って混合チャンバの下側チャンネルに延びる相隔たった第２の複数のストリップエレメントと、を備え、第１の複数のストリップエレメントと、第２の複数のストリップエレメントとが、十字形に交差した構造を形成し、混合チャンバの一方の端部で下側プレートを通じて延び、かつ混合チャンバに流体接続する複数の調量穴と、混合チャンバの、反対の側に位置する端部において上側プレートに形成された複数のフィルムスロットとを有する。
【００１６】
本発明の好適な態様によれば、内径側端部壁と外径側端部壁とは両方とも、複数のマイクロサーキット冷却モジュールを有している。
【００１７】
本発明の好適な態様によれば、複数のマイクロサーキット冷却モジュールは、端部壁のコンパートメント内に設けられている。
【００１８】
本発明の好適な態様によれば、フィルムスロットは、端部壁の表面にフィルム冷却を生ぜしめる。
【００１９】
本発明の好適な態様によれば、冷却モジュールは、印刷部品製造プロセスを用いてワンピースの構造体として形成されている。
【００２０】
本発明の好適な態様によれば、ベーンアセンブリは、ガスタービンエンジンのタービン区分の１列目のベーンの一部である。
【００２１】
前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では、外側のハウジングと、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、圧縮機区分に流体接続し、圧縮された空気流の燃焼部分を受け取る燃焼器区分であって、該燃焼器区分は、圧縮された空気流の燃焼部分を燃料と混合し、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、該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、ベーンのうちの少なくとも幾つかのベーンは、翼と、該翼の一方の端部の内径側端部壁と、該翼の、反対の側に位置する端部の外径側端部壁とを有するベーンアセンブリから構成されており、各端部壁は、少なくとも１つのマイクロサーキット冷却モジュールを有していて、該冷却モジュールは、その内部に混合チャンバを画定する外周レール、上側プレートおよび下側プレートと、第１の方向に沿って混合チャンバの上側チャンネルに延びる、相隔たった第１の複数のストリップエレメントと、第１の方向とは逆方向の第２の方向に沿って混合チャンバの下側チャンネルに延びる、相隔たった第２の複数のストリップエレメントと、を備えているので、第１の複数のストリップエレメントと、第２の複数のストリップエレメントとが、十字形に交差する構造を形成する。
【００２２】
本発明の好適な態様によれば、冷却モジュールは、混合チャンバの一方の端部において下側プレートを通じて延び、かつ混合チャンバに流体接続する複数の調量穴と、混合チャンバの、反対の側に位置する端部において上側プレートに形成された複数のフィルムスロットとを有する。
【００２３】
本発明の好適な態様によれば、フィルムスロットは、端部壁の表面にフィルム冷却を生ぜしめる。
【００２４】
本発明の好適な態様によれば、内径側端部壁および外径側端部壁とは、該端部壁内のコンパートメント内に設けられた複数のマイクロサーキットモジュールを有している。
【００２５】
本発明の好適な態様によれば、冷却モジュールは、印刷部品製造プロセスを用いてワンピースの構造体として形成されている。
【００２６】
本発明の好適な態様によれば、ベーンアセンブリは、前記ガスタービンエンジンのタービン区分の１列目のベーンの部分である。
【発明の効果】
【００２７】
本開示は、ガスタービンエンジン内のベーンアセンブリのための端部壁冷却を提供するマイクロサーキット冷却モジュールを提供する。マイクロサーキット冷却モジュールは、外周レールと、上側プレートと、下側プレートとを有し、外周レールと上側プレートと下側プレートとは、その内部に混合チャンバを画定する。相隔たる第１の複数のストリップが、第１の方向に沿って混合チャンバの上側チャンネル内に延びていて、相隔たる第２の複数のストリップが、第１の方向とは逆方向の第２の方向に沿って混合チャンバの下側チャンネル内に延びているので、第１の複数のストリップエレメントと、第２の複数のストリップエレメントとは、十字形に交差した配置を形成する。空気は、下側プレートの調量穴を通じてモジュール内に流入し、混合チャンバを通じて交差エレメントを横切って乱流の形式で流れ、上側プレートのスロットを通じてモジュールから流出する。
【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部分的に切り取った等尺図である。
【図２】図１に示したガスタービンエンジンのための公知のベーンアセンブリを示す等尺図であり、ベーンアセンブリは、内径端部壁と外径端部壁とを有している。
【図３】図１に示したガスタービンエンジンのための公知のベーンアセンブリを示す等尺図であり、ベーンアセンブリは、内径端部壁と外径端部壁とを有しており、これらの端部壁は冷却を提供するマイクロサーキットモジュールを有している。
【図４】図３に示した端部壁の一方に設けられたマイクロサーキット冷却モジュールを上から見た平面図である。
【図５】マイクロサーキット冷却モジュールの、図４に示した５−５線での断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
ガスタービンエンジンに関連したベーンアセンブリの端部壁内の冷却を提供するマイクロサーキット冷却モジュー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、以下の本発明の考察に関連して、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へと搬送され得る。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、作業ガスを形成するために燃焼する。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、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）によりタービン区分１６へと方向付けられ、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。この制限されない実施例では、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は、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、一列目のベーンのための公知のベーンアセンブリ４０の等尺図である。ベーンアセンブリ４０は、ベーン翼４２と、該ベーン翼４２の一方の側に組み付けられた内径（ＩＤ）側端部壁４４と、ベーン翼４２の反対に位置する側に組み付けられた外径側（ＯＤ）端部壁４６とを有している。複数のベーンアセンブリが組み立てられ、１つのベーンアセンブリ４０のＩＤ端部壁４４は、隣り合うベーンアセンブリのＯＤ端部壁４６に組み付けられ、これによりベーンの複数の列の１つを提供する環状の構造体を規定することができる。ＯＤ端部壁４６は、外周レール４８と、複数の内側の仕切りリブ５０と、ベースプレート５２とを有している。外周レール４８と、複数の内側の仕切りリブ５０と、ベースプレート５２とは、特別に形成された複数のインピンジメントコンパートメント５４を画定している。端部壁４６の開口５６は、翼４２内の内側チャンバ５８に通じている。ＩＤ端部壁４４は、外周レール６０と、内側の組付けレール６２と、ベースプレート６４とを有しており、外周レール６０と、内側の組付けレール６２と、ベースプレート６４とはやはりインピンジメントコンパートメントを画定している。
【００３４】
特別に形成された連続するフィルム冷却穴７０は、ＩＤ端部壁４４のベースプレート６４を通って形成されており、特別に形成された複数のフィルム穴７２は、ベーン翼４２を通じて形成されており、特別に形成された複数のフィルム穴７４は、ＯＤ端部壁４６のベースプレート５２を通って形成されている。特定のベーンの列に関連する全ての翼内の内側チャンバ５８を通って流れる、圧縮機区分１２からの冷却空気は、フィルム穴７２を通流し、ベーン翼４２の外面に冷却フィルムを形成する。同様に、ＯＤ端部壁４６のインピンジメントコンパートメント５４内に流入する冷却流は、フィルム穴７４を通流し、ベースプレート５２の外面に冷却フィルムを提供する。さらに、ＩＤ端部壁４４のインピンジメントコンパートメント内に流入する空気流は、フィルム穴７０を通流し、ベースプレート６４の表面に冷却フィルムを形成する。
【００３５】
上述のように、ベーン端部壁においてフィルム冷却を提供するために説明された上述のインピンジメントコンパートメント設計は改良され得る。本発明は、複数のマイクロサーキット冷却モジュールを提案する。マイクロサーキット冷却モジュールは、ベーンアセンブリ４０の存在する端部壁４４，４６内に適合するように形成されかつ構成されており、改良されたベーン冷却を提供する。マイクロサーキット冷却モジュールは概して、ベーンアセンブリ４０に類似のベーンアセンブリ８０を示す図３に描かれている。類似の構成要素は、同一の参照符号により示されている。下記で詳細に説明するように、ＩＤ端部壁４４とＯＤ端部壁４６とは両方とも、内側の仕切りリブ８２を備えるように再構成されている。内側の仕切りリブ８２は、フィルム冷却を提供する特別に形成された複数のマイクロサーキット冷却モジュール８４に収容するために特別に形成されたコンパートメント８６を画定している。
【００３６】
図４は、ＩＤ端部壁４４から取り除かれたマイクロサーキット冷却モジュール８４の１つの水平断面図あり、図５は、図４に示す５−５線に沿った垂直断面図である。モジュール８４は、図４および図５では長方形として示されているが、モジュール８４の形状は端部壁４４および４６の複数のコンパートメントのために最適なあらゆる形状であってよいことが強調される。モジュール８４は、外周壁９０を含んでおり、高温側の上側プレート９２と、低温側の下側プレート９４とを有しており、上側プレート９２および下側プレート９４は、内部に混合チャンバ９６を画定する包囲部を形成している。混合チャンバ９６は、図示されているように、第１の方向に沿って延びる相隔たる複数のストリップ１００を含む、上側プレート９２に近接する上側チャンネル９８と、ストリップ１００とは逆方向に、かつストリップ１００に対して垂直方向に構成された相隔たる複数のストリップ１０４を含む、下側プレート９４に近接する下側チャンネル１０２とを有している。重なり合ったストリップ１００および１０４は、交差する冷却交差点１０６を形成する。冷却交差点１０６では、空気流が交差し、乱流となる。相隔たって連続する調量穴１１０は、混合チャンバ９６の一方の端部で下側プレート９４を通じて形成されており、空気が拡散ゾーン１１２を通じて混合チャンバ９６内に流入することを可能にする。連続するフィルムスロット１１４が、混合チャンバ９６の反対の側に位置する端部において上側プレート９２を通じて形成されており、空気が、拡散ゾーン１１６内に集められた後に混合チャンバ９６から流出することを可能にする。フィルムスロット１１４は、冷却空気が、端部壁の表面である、上側プレート９２の外面に冷却フィルムを形成することも可能にする。
【００３７】
概して、十字形に交差する混合チャンバを有する複数のマイクロサーキット冷却モジュール８４は、高い冷却流体速度と、高い内部伝熱係数とを生ぜしめ、したがって、高い全体冷却効率を得る。運転時に冷却空気は、各モジュール８４のための調量穴１１０に供給され、混合チャンバ９６内のチャンネル９８および１０２を通じて、かつ十字形に交差するストリップ１００および１０４を巡って逆の流れ方向に方向付けられる。混合チャンバ９６の上側チャンネル９８を通る冷却流は、混合チャンバ９６の下側チャンネル１０２を通じた冷却流に対して相対的に９０°の角度をもって流れる。冷却空気の両方の流れは、上側チャンネル９８と下側チャンネル１０２とが互いに対して十字形に交差する交差点１０６において一緒に混合される。乱流の空気流の高レベルの混合が生じ、端部壁伝導冷却のための熱伝導の高い割合が生じる。使用された冷却空気は、次いでスロット１１４を通じて端部壁表面に排出され、フィルム冷却のための薄いフィルム層を形成することができる。
【００３８】
複数のマイクロサーキット冷却モジュール８４および複数のコンパートメントチャンバ８６とは、流れ方向かつ周方向での、端部壁のガス側の圧力分布に基づいて設計されている。さらに、個別の乱流混合チャンバは、端部壁の局所的な外側からの熱負荷に基づいて設計されていてよく、これにより局所的な金属温度の所望のレベルを達成することができる。このことは、入口調量穴１１０のサイズ変更および混合チャンバ９６内の十字に交差したチャンネル９８および１０２の密度の変更により達成されている。この冷却アプローチの結果として、フィルム冷却スロット１１４にわたる冷却流および圧力の比は、局所的な熱負荷および高温のガス圧力状態に合わせて調整され得る。マイクロサーキット冷却モジュール８４は、水力直径比に対して長い長さにより設計されるか、複数の短い冷却チャンネルとして、冷却流および圧力を調節するために設計され得る。マイクロサーキット冷却モジュール８４は、列に構成されているか、互い違いに構成されていてよい。
【００３９】
マイクロサーキット冷却モジュール８４は、ワンピースのつまり一体の構造体として、当業者に公知である印刷部品製造プロセスを用いて形成されていてよい。印刷部品製造は、従来の背面インピンジメントプレートを省略し、インピンジメントプレートの溶接およびフィルム冷却穴の穿孔を省略する。とりわけ、従来の鋳造プロセスのために必要であるセラミックス製のコア型およびセラミックス製のコアが省略される。
【００４０】
規定の翼入口ガス温度および圧力プロフィールのために達成されたマイクロサーキット冷却モジュール８４の端部壁冷却構造は、総合的な冷却空気の使用を最大限にする。さらに、複数のマイクロサーキット冷却モジュール８４および複数の十字形に交差した混合チャンバ９６は、冷媒流の乱流の高いレベルを生ぜしめ、先行技術の従来の冷却設計で使用される単独の通路の背面インピンジメントよりも高い内部の対流冷却効率を得る。最新の製造技術の使用は、第１のベーン構成要素のためのさらに低い部品コストを達成する。ベーンのためのこの冷却および製造アプローチは、全てのタービン製造会社により使用され得る。
【００４１】
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】
【００４２】
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  ベーンアセンブリ
４２  翼
４４  内径側端部壁
４６  外径側端部壁
４８  外周レール
５０  仕切りリブ
５２  ベースプレート
５４  コンパートメント
５６  開口
５８  内側チャンバ
６０  外周レール
６２  組付けレール
６４  ベースプレート
７０  フィルム穴
７２  フィルム穴
７４  フィルム穴
８０  ベーンアセンブリ
８２  仕切りリブ
８４  マイクロサーキット冷却モジュール
８６  コンパートメント
９０  外周壁
９２  上側プレート
９４  下側プレート
９６  混合チャンバ
９８  上側チャンネル
１００  ストリップ
１０２  下側チャンネル
１０４  ストリップ
１０６  公差点
１１０  調量穴
１１２  拡散ゾーン
１１４  スロット
１１６  拡散ゾーン
【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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【外国語明細書】
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