(57)【要約】【課題】フィレット領域における高い応力を阻止し、フィレットの安全かつ効率的な冷却と、冷却ガスの効率的な使用とを保証する。【解決手段】プラットホーム（１８）と、翼（１１）とを備えるベーン（１０）であって、翼は、プラットホームから延び、プラットホームにフィレットにより接続されている。翼内に挿入されたインピンジメントチューブは、側壁（１４ａ，１５ａ）との間に冷却チャンネル（２６）を画定する。ベーンは、フィレットに隣接して位置決めされたバッフル構造体（２０）を有しており、バッフル構造体は、フィレットの内側輪郭に倣って形成されていて、バッフル構造体との間に第１の冷却通路（２３）を画定する。側壁へのフィレットの接続部において翼の内部に、冷却チャンネルから第１の冷却通路を分離し、第１の冷却通路からインピンジメントチューブ内に冷却ガスをガイドする第１の障害物が配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラットホーム（１８）と、翼（１１）とを備えるベーン（１０）であって、
前記翼（１１）は、前記プラットホーム（１８）から延び、かつ該プラットホーム（１８）にフィレット（１６）により接続されており、
長手方向で前記プラットホーム（１８）から離れる方向に延びる前記翼（１１）は、圧力側壁（１４ａ）および吸込側壁（１５ａ）を備えた圧力側（１４）および吸込側（１５）を有しており、前記圧力側壁（１４ａ）および前記吸込側壁（１５ａ）は、前縁（１２）および後縁（１３）において接続し、
前記翼（１１）内に挿入されたインピンジメントチューブ（２２）は、該インピンジメントチューブ（２２）と前記側壁（１４ａ，１５ａ）との間に冷却チャンネル（２６）を画定する、ベーン（１０）において、
該ベーン（１０）は、前記フィレット（１６）に隣接して位置決めされたバッフル構造体（２０）を有しており、該バッフル構造体（２０）は、前記フィレット（１６）の内側輪郭に倣って形成されていて、該フィレット（１６）と前記バッフル構造体（２０）との間で第１の冷却通路（２３）を画定し、前記側壁（１４ａ、１５ａ）への前記フィレット（１６）の接続部において前記翼（１１）の内部に、前記冷却チャンネル（２６）から前記第１の冷却通路（２３）を分離するための第１の障害物（２５）が配置されていることを特徴とする、プラットホーム（１８）と翼（１１）とを備えるベーン（１０）。
【請求項２】
前記バッフル構造体（２０）は、前記フィレット（１６）のインピンジメント冷却のための複数のインピンジメント穴を有している、請求項１記載のベーン。
【請求項３】
前記ベーン（１０）は、前記プラットホーム（１８）に隣接する第２のインピンジメント構造体（２７）を有しており、該第２のインピンジメント構造体（２７）は、前記プラットホーム（１８）の輪郭に倣って形成されており、該プラットホーム（１８）と前記第２のインピンジメント構造体（２７）との間に第２の冷却通路（２４）を画定している、請求項１または２記載のベーン。
【請求項４】
前記プラットホーム（１８）の内部に、前記第２の冷却通路（２４）と前記第１の冷却通路（２３）との間の接続部において、前記第１の冷却通路（２３）を前記第２の冷却通路（２４）から分離するために、第２の障害物（２８）が配置されている、請求項３記載のベーン。
【請求項５】
前記第２の障害物（２８）は、前記フィレット（１６）の周囲を取り囲むように延びている、請求項４記載のベーン。
【請求項６】
前記フィレット（１６）の前縁領域および／または後縁領域において前記第２の冷却通路（２４）から前記第１の冷却通路（２３）に向かって到来する冷却ガスの直交流から前記フィレット（１６）のインピンジメント冷却を遮蔽するために、前記第２の障害物（２８）が前記前縁および前記後縁を取り囲んで延びている、請求項４記載のベーン。
【請求項７】
冷却ガスが、運転中の前記フィレット（１６）の続く対流冷却のために、前記第２の冷却通路（２４）から前記第１の冷却通路（２３）に流れるように、前記第２の冷却通路（２４）は、前記第１の冷却通路（２３）への開口を有している、請求項３から６までのいずれか１項記載のベーン。
【請求項８】
冷却ガス（３３）が、運転中の前記翼（１１）の続くインピンジメント冷却のために、前記第２の冷却通路（２４）から前記インピンジメントチューブ（２２）へ流れるように、第２の冷却通路（２４）は、前記インピンジメントチューブ（２２）への開口を有している、請求項３から７までのいずれか１項記載のベーン。
【請求項９】
冷却ガス（３３）が、運転中の前記翼（１１）の続くインピンジメント冷却のために、前記第１の冷却通路（２３）から前記インピンジメントチューブ（２２）へと流れるように、前記第１の冷却通路（２３）は、前記インピンジメントチューブ（２２）への開口を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載のベーン。
【請求項１０】
運転中に冷却ガス（３３）が、インピンジメント冷却後に前記フィレット（１６）のフィルム冷却のために使用されるように、前記フィレット（１６）は、該フィレットの壁に配置された複数のフィルム冷却穴（３４）の列を有し、かつ／または
運転中に、冷却ガス（３３）がインピンジメント冷却後に前記プラットホーム（１８）の対流冷却のために使用されるように、前記プラットホーム（１８）が、該プラットホーム（１８）に配置された対流冷却穴（３５）を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載のベーン。
【請求項１１】
前記フィレット（１６）は、運転中に高温ガスに面する外面を備えた湾曲した形状を有しており、該湾曲は、前記プラットホーム（１８）に対する前記フィレット（１６）の接続部において前記プラットホーム（１８）の外面に対して接線方向であり、かつ前記翼（１１）に対する前記フィレット（１６）の接続部における前記翼（１１）の外面に対して接線方向である、請求項１から１０までのいずれか１項記載のベーン。
【請求項１２】
フィレット（１６）の壁厚さは、前記プラットホーム（１８）に対する接続部において、前記プラットホーム（１８）の壁厚さに等しく、かつ
前記フィレット（１６）の壁厚さは、前記翼側壁（１４ａ，１５ａ）に対する接続部において前記翼側壁（１４ａ、１５ａ）の壁厚さに等しく、
前記フィレット（１６）の壁厚さは、前記プラットホーム（１８）から前記側壁（１４ａ、１５ａ）への前記フィレット（１６）の延在長さに沿って連続的に減少するか、または連続的に増大する、請求項１から１１までのいずれか１項記載のベーン。
【請求項１３】
前記インピンジメントチューブ（２２）は、前記翼（１１）の前縁区分に配置されており、対流冷却区分（３０，３１）は、前記翼の後縁区分に配置されており、前記対流冷却区分（３０，３１）は、前記プラットホーム（１８）に隣接する第１の対流冷却区分（３０）と、前記翼（１１）の反対の側の端部に向かって延びる第２の対流冷却区分（３１）とに壁（２９）によって分割されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載のベーン。
【請求項１４】
前記第１の冷却通路（２３）から前記第１の対流冷却区分（３０）へと冷却ガスを直接に供給するために、冷却ガス供給部は、前記第１の冷却通路（２３）を前記第１の対流冷却区分（３０）に接続している、請求項１３記載のベーン。
【請求項１５】
プラットホーム（１８）と翼（１１）を有するベーン（１０）の冷却法であって、前記翼（１１）は、前記プラットホーム（１８）から延び、フィレット（１６）により前記プラットホーム（１８）に接続されており、前記プラットホーム（１８）から離れる方向で長手方向に延びる前記翼（１１）は、圧力側壁（１４ａ）および吸込側壁（１５ａ）を備えた圧力側（１４）および吸込側（１５）を有し、前記圧力側壁（１４ａ）および前記吸込側壁（１５ａ）は前縁（１２）および後縁（１３）において接合し、前記翼（１１）にインピンジメントチューブ（２２）が挿入され、該インピンジメントチューブ（２２）と前記側壁（１４ａ、１５ａ）との間で冷却チャンネル（２６）を画定している、ベーン（１１）の冷却法において、
前記ベーン（１１）の冷却は、
前記フィレット（１６）に隣接して位置決めされ、前記フィレット（１６）の内側輪郭に倣って形成されたバッフル構造体（２０）であって、前記フィレット（１６）と前記バッフル構造体（２０）との間の第１の冷却通路（２３）を画定しているバッフル構造体（２０）に、冷却ガスを供給するステップと、
前記冷却ガス（３３）をインピンジメント冷却のために前記フィレット（１６）に衝突させるステップと、
前記側壁（１４ａ，１５ａ）への前記フィレット（１６）の接続部において前記翼（１１）の内部に配置された障害物（２５）によって、前記冷却ガス（３３）を前記インピンジメントチューブ（２２）内へとガイドするステップと、
前記冷却ガス（３３）を前記側壁（１４ａ，１５ａ）に衝突させるステップと、
を有することを特徴とする、ベーン（１１）の冷却法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンベーンに関し、特にベーンのプラットホームと翼との間に挿入されたフィレットを備える冷却されたベーンに関する。さらに本発明は、このようなベーンの冷却法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電サイクルの熱力学的な効率は、その作動流体の最大温度に依存する。作動流体の最大温度とは、ガスタービンの例の場合、燃焼器から出る高温ガスの温度である。高温ガスの許容可能な最大温度は、燃焼エミッションによって制限されているだけではなく、この高温ガスに接触する部材の運転温度限界によっても制限されており、かつ高温ガス温度の下方にこれらの部材を冷却する能力に依存する。特に、ブレード、つまり回転するブレードおよびベーン（定置のブレード）は高温の燃焼ガスにさらされており、結果として、高い熱応力にさらされている。ベーンを冷却し、熱応力を低減するために技術的に複数の方法が知られている。典型的には、コンプレッサから排出された高圧の空気が、ベーン基部から空冷されたベーンの内部に導入される。ベーンの冷却後に、冷却ガスは、ベーンからガスタービンの高温ガス流路内へと排出されている。
【０００３】
翼がプラットホームに接続されているベーンの領域には、高い負荷が加えられており、この領域は、しばしば、翼およびプラットホームの熱的な不整合および互いに異なる熱膨張に基づいて付加的な応力にさらされている。円滑な移行のために、かつ応力分布におけるピークを減じるために、プラットホームから翼までの曲線的な移行部が提案されている。このような曲線的な移行部または接続部は、典型的にフィレットと呼ばれている。
【０００４】
しかし、フィレットの冷却は困難であり、付加的な冷却ガス流を要求する。このことは、動力および効率の減少をもたらし得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示の課題は、フィレット領域における高い応力を阻止し、フィレットの安全かつ効率的な冷却と、冷却ガスの効率的な使用とを保証するベーンを提案することであり、つまり開示されたベーンは、ベーンにおけるプラットホームから翼への移行領域のための適切な冷却を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の態様によれば、ベーンは、プラットホームと翼とを有している。翼は、プラットホームから離れる方向で長手方向に延びている。フィレットは、プラットホームを翼に接続している。翼は、プラットホームから翼先端または反対の側に位置するプラットホームに延びている。翼は、圧力側壁より画定された圧力側と、吸込側壁により画定された吸込側とを有している。圧力側壁および吸込側壁は、前縁および後縁において接合されている。翼内にはインピンジメントチューブが挿入されていてよく、インピンジメントチューブと側壁との間に冷却チャンネルを画定している。ベーンはさらに、フィレットに隣接して位置決めされたバッフル構造体を有しており、該バッフル構造体は、フィレットの内側輪郭に倣うように形成されており、フィレットとバッフル構造体との間に第１の冷却通路を画定している。ベーンの内面、たとえばフィレットの内面は、このようなベーンを有するタービンの運転中に高温ガス側から離れる方向に向いている面である。第１の障害物は、第１の冷却通路を冷却チャンネルから分離するために、フィレットと側壁との間の接続部において翼の内部に配置されている。この第１の障害物は、さらに冷却ガスを翼側壁から離れるようにガイドすることができる。
【０００７】
この分離により、冷却チャンネル内で使用された冷却ガスは、別の冷却目的のために再利用され得る。応力を減じるために、フィレットは、基部における翼（つまりプラットホームへの接続領域）の厚さまでのオーダの大きな湾曲を有していてよい。ガスタービン運転の過渡期における異なる熱膨張に基づく応力を最小限にするために、フィレットは理想的には一定の壁厚さを有している。翼側壁の壁厚さがプラットホームの壁厚さとは異なる場合、フィレット壁厚さの一定の変化が有利であり得る。その結果、フィレットの内側輪郭はベルマウス状の形状を有していることがある。湾曲およびベルマウス状に形成されたこのフィレットの大きな表面積により、大量の冷却ガスが、フィレットの冷却のために必要とされ得る。したがって、ベーンの別の冷却のためのフィレット冷却ガスの再利用は、タービンの良好な総効率に大いに寄与する。
【０００８】
フィレット冷却が翼冷却から独立して提供されていると有利であり得る。好適には、フィレット冷却ガスは、翼の冷却のために再利用されている。独立した冷却スキームおよび冷却空気の再利用によって、翼冷却設計に影響を与えることなく、かつベーンの全体的な冷却消費を増大することなしに、この領域における冷却材消費を増大させることが可能である。これにより、翼の冷却効率は、独立して最適化され得る。
【０００９】
ベーンがエアブリージングガスタービンに設置されている場合、冷却ガスは、ガスタービンのコンプレッサにより圧縮された空気であってよい。冷却ガスは、別のガスまたは複数のガスの混合物であってよい。たとえば、冷却ガスは、コンプレッサ入口内への燃料ガス再循環を伴うガスタービンのための空気と燃料ガスとの混合物であってよい。
【００１０】
ベーンは、翼の一端にプラットホームを有していてよく、翼の他方の端部において先端で終端している。この場合、冷却ガスは、プラットホームの側方から供給されている。ベーンは、翼の両側にプラットホームを有していてもよい。両側にプラットホームを有するベーンでは、冷却ガスは両側から供給されるか、またはどちらか一方の側から供給され得る。冷却ガスが、２つのプラットホームを有するベーンの一方の側でしか供給されない場合、ベーンは、冷却ガス供給部を有する側から反対の側に冷却ガスを供給するために、典型的には中空の翼内にチャンネルまたはダクトを有している。
【００１１】
別の態様では、ベーンは、プラットホームに隣接した第２のインピンジメント構造体を有している。第２のインピンジメント構造体は、プラットホームの輪郭に倣うように形成されている。この第２のインピンジメント構造体は、プラットホームと第２のインピンジメント構造体との間に第２の冷却通路を画定している。インピンジメント構造体は、部分的にまたは完全に、プラットホームを覆っている、つまりプラットホームは部分的にまたは完全に、インピンジメント構造体によりインピンジメント冷却されている。
【００１２】
ベーンの１態様では、第２の冷却通路の領域においてプラットホームのインピンジメント冷却に使用された冷却ガスは、第１の冷却通路を通過する間にフィレットを対流冷却するために、第１の冷却通路へと流れる。
【００１３】
ベーンの別の態様では、バッフル構造体が、フィレットのインピンジメント冷却のためのインピンジメント穴を有している。
【００１４】
ベーンの別の態様では、第２の障害物が、第２の冷却通路から第１の冷却通路を分離するために、プラットホームの内側で第２の冷却通路と第１の冷却通路との間の接続部に配置されている。この第２の障害物は、第１の冷却通路を通じた第２の冷却通路からの冷却ガスの直交流を阻止する。この直交流は、第１の冷却通路におけるインピンジメント冷却に悪影響を有している。
【００１５】
第２の障害物は、第２の冷却通路から第１の冷却通路を部分的にまたは完全に分離することができる。
【００１６】
プラットホームのインピンジメント冷却のために使用された冷却ガスは、たとえば、別の使用のために、第２の冷却通路から翼のインピンジメントチューブへと圧送され得る。
【００１７】
ベーンの別の態様では、第２の障害物は、フィレットの周囲に延びている。択一的な態様では、第２の障害物は、第２の冷却通路から、フィレットの前縁部領域および／または後縁部領域内の第１の冷却通路に向かって到来する冷却ガスの直交流から、フィレットのインピンジメント冷却を保護するために、前縁部および／または後縁部の周りに延びている。
【００１８】
ベーンの別の態様では、第２の冷却通路は、第１の冷却通路への開口を有している。これにより、冷却ガスは、第２の冷却通路から第１の冷却通路へと流れる。開口は、バッフル構造体と第２のインピンジメント構造体とのシームレスの接続部であってよい。バッフル構造体および第２のインピンジメント構造体は、１つの構造体または１つの部品または１つのプレートに組み合わせられ得る。第２の冷却通路を出た冷却ガスは、したがって運転中にフィレットの続く対流冷却のために再利用され得る。
【００１９】
ベーンの別の態様では、第２の冷却通路は、インピンジメントチューブへの流れチャンネルまたは接続プレナムのような開口および接続部を有している。これにより冷却ガスは、運転中の翼の続くインピンジメント冷却のために、第２の冷却通路からインピンジメントチューブへと流れる。
【００２０】
ベーンのさらに別の態様では、第１の冷却通路は、インピンジメントチューブへの開口または流れチャンネルを有しているので、冷却ガスは、運転中の翼の続くインピンジメント冷却のために、第１の冷却通路からインピンジメントチューブ内へと流れる。
【００２１】
フィレットまたはフィレット領域が、フィレット壁に配置されたフィルム冷却穴の列を有しており、これにより運転中に第１の冷却通路からの冷却ガスが、インピンジメント冷却後にフィレットのフィルム冷却のために使用されるとさらに有利である。さらにまたは択一的には、プラットホームは、該プラットホームに配置された少なくとも１つの対流冷却穴を有している。これにより運転中に、第２の冷却通路からの冷却ガスが、インピンジメント冷却後に、プラットホームの対流冷却のために利用されている。この対流冷却穴は、冷却ガスを高温ガス通路内に排出することができる。
【００２２】
フィレットのフィルム冷却およびプラットホームの対流冷却は、第１の冷却通路および第２の冷却通路内に流入する冷却ガスを全て排出するために利用される。これにより翼冷却をプラットホームおよびフィレット冷却から完全に分離することができる。フィレットのフィルム冷却穴およびプラットホームの対流冷却穴は、第１の冷却通路を翼のインピンジメントチューブに接続する開口または流れチャンネルと組合わされて配置されていてもよい。これにより、冷却ガスの一部は、翼のインピンジメント冷却のために再利用され、冷却ガスの一部は、フィルム冷却および／または対流冷却のために利用される。
【００２３】
ベーンの別の態様では、フィレットが、運転中に高温ガスに面する外面を有する湾曲形状を有している。湾曲は、プラットホームへのフィレットの接続部においてプラットホームの外面に対して接線方向であり、かつ翼へのフィレットの接続部において、翼の外面に対して接線方向である。
【００２４】
さらに別の態様では、フィレットは、プラットホームへの接続部におけるプラットホームの壁厚さと等しく、かつ翼への接続部において翼側壁の壁厚さと等しい壁厚さを有しており、これにより、応力を最小限にすることができる。フィレットの壁厚さは、たとえば、プラットホームから側壁への延在長さに沿って連続的に減少するか、または連続的に増大することができる。壁厚さは、たとえば連続一次導関数で変化する、つまり厚さは、フィレットの、プラットホームへの接続部から側壁への接続部までの延在長さに沿って段差なしに連続的に変化する。
【００２５】
ベーンの別の態様では、インピンジメントチューブが、翼の前縁区分の内部に配置されており、対流冷却区分は、翼の後縁区分の内部に配置されている。壁が、対流冷却区分をプラットホームに隣接した第１の対流冷却区分と、ベーン先端もしくは翼の反対の側の端部のプラットホームに向かって延びる第２の対流冷却区分とにそれぞれ分割している。
【００２６】
リブは、さらに翼の基部に沿って第１の冷却通路内へ冷却ガスをガイドするために働くことができる。
【００２７】
第１の対流冷却区分および／または第２の対流冷却区分における対流冷却は、たとえばピン領域およびまたは冷却リブのような乱流発生器により促進され得る。
【００２８】
別の態様では、第１の冷却通路から第１の対流冷却区分への冷却ガスの直接的な供給のために、冷却ガス供給部が、第１の冷却通路を第１の対流冷却区分に接続している。したがって、第１の冷却通路を出た冷却ガスは、インピンジメントチューブを介して対流冷却区分に流入するのではなく、第１の冷却通路から直接的に流入する。したがって、冷却ガスの圧力は、翼の基部区分を効果的に冷却するために、第１の冷却通路内で高いまま維持される。
【００２９】
ベーンの他に、ベーンの冷却法も、本開示の対象である。
【００３０】
開示されたベーンは、フィレットの良好な冷却を可能にし、フィレットにおける応力を減じる。さらに、フィレットの冷却のために使用される冷却ガスの再利用を可能にする。
【００３１】
この方法により冷却されるべきベーンは、プラットホームと翼とを有している。プラットホームから離れる方向で長手方向に延びる翼は、フィレットによりプラットホームに接続されている。翼は、圧力側壁を有する圧力側と、吸込側壁を有する吸込側とを有している。これらの側壁は、前縁および後縁において接合されている。インピンジメントチューブが、該インピンジメントチューブと両側壁との間に冷却通路を画定しながら、前記翼内に挿入されている。このようなベーンの冷却法は、以下のステップを有している。
−フィレットに隣接して位置決めされたバッフル構造体であって、フィレットの内側輪郭に倣って形成され、かつフィレットとバッフル構造体との間に第１の冷却通路を画定するバッフル構造体に冷却ガスを供給するステップ、
−冷却ガスを、インピンジメント冷却のためにフィレットに衝突させるステップ、
−衝突後に、側壁へのフィレットの接続部において翼の内部に配置された障害物により、第１の冷却通路から出た冷却ガスをインピンジメントチューブ内にガイドするステップ、および
−冷却ガスを翼の側壁に衝突させるステップ。
【００３２】
本開示をその性質および利点に関して、添付の概略図を用いて以下に詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】例示的なタービンベーンの斜視図である。
【図２】ａおよびｂは、図１に示したベーンの基部の下面図である。
【図３】プラットホームの断面およびプラットホームへの接続部における翼の一部を示す例示的な図である。
【図４】図３に示したプラットホームの変更された詳細図である。
【図５】プラットホームの断面と、プラットホームへの接続部における翼の一部を示す別の例示的な図である。
【図６】プラットホームの断面と、プラットホームへの接続部における翼の一部を示す別の例示的な図である。
【図７】プラットホームの断面と、プラットホームへの接続部における翼の一部を示す別の例示的な図である。
【図８】翼の例示的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本開示の例示的な実施の形態によるタービンのベーン（静翼）１０が図１に示されている。ベーン１０は、翼１１を有している。翼１１は、長手方向でプラットホーム１８からベーン先端１７に向かって延びている。この文脈における翼１１の長手方向とは、プラットホームから先端に向かう方向であるか、もしくはプラットホームから、ベーンの反対の側に位置するプラットホームに向かう方向である。この方向は、典型的にはタービンの流路内での高温ガスの流れ方向に対して実質的に垂直な方向である。翼１１は、圧力側（腹側）１４と、吸込側（背側）１５と、前縁１２と、後縁１３とを有している。プラットホーム１８は、フック状の固定エレメント１９ａ，１９ｂを頂部に備えている。翼１１は、基部においてフィレット１６でプラットホーム１８に統合する。後縁１３には、冷却ガスのための排出開口２１が、後縁１３に沿って分散された形式で配置されており、かつこれらの排出開口２１は、その間に配置されたリブ３２によって互いに分離されている。翼１１は、外方に向かって、圧力側壁１４ａおよび吸込側壁１５ａによって区切られている。フィルム冷却ガス穴が、吸込側壁１５ａおよび圧力側壁１４ａの表面に配置されていてよい（図示せず）。フィルム冷却ガス穴は、側壁１４ａ，１５ａの前縁領域に配置されていると有利である。
【００３５】
図１に示したベーンは、１つのプラットホーム１８から延び、先端１７において終端する翼１１を有している。設計および用途に応じて、ベーンは、２つのプラットホーム１８を有していてよく、一方のプラットホームから他方のプラットホームへ向かって延びる１つの翼１１が設けられている。
【００３６】
図２ａは、図１に示したベーンを上から見た図でプラットホーム１８を示している。図２ａの上面図では、インピンジメントプレートおよび冷却ガスをガイドするためのバッフルは、ベーン内への視野を確保するために省略されている。図２ａは、プラットホーム１８を示している。翼自体は、プラットホーム１８から離れる方向を向いているので見えないが、プラットホームの、空力学的なプロフィールを有する開口は見える。プラットホーム１８を翼に接続している湾曲したフィレット１６が、輪郭形成されたベーン開口を取り囲んでいる。運転中に、冷却ガス３３は、プラットホーム１８からフィレットを越えて、該フィレット１６の湾曲に沿って流れる。冷却ガス流３３をさらにガイドするために第１の障害物２５が、翼１１へのフィレット１６の接続部においてベーンの内部に配置されている。第２の障害物２８は、前縁領域および後縁領域において、プラットホーム１８へのフィレット１６の接続部においてプラットホーム１８に配置されている。第２の障害物２８は、フィレット１６の前縁領域および後縁領域を、運転中のプラットホーム１８からの冷却ガス流の直交流から遮蔽する。
【００３７】
図２ｂは、図２ａに基づいている。図２ｂでは、インピンジメント冷却穴３６の配置の例が示されている。この例では、冷却穴３６は、プラットホーム上と、フィレット１６の前縁および後縁領域にも分配されている。フィレット１６の前縁および後縁領域の効果的なインピンジメント冷却は、第２の障害物２８によって促進されている。第２の障害物２８は、フィレット１６の前縁および後縁領域を、プラットホーム１８から翼１１に向かって流れる冷却ガス３３から遮蔽している。
【００３８】
図３，図５，図６および図７は、図２ａおよび図２ｂに示されたベーン１０のＡ−Ａ線に沿った断面を示している。これらの図は、対応する冷却スキームを有するプラットホームと、フィレットと翼との接続部の種々異なる実施の形態を示している。先端領域は本発明の対象ではないので、プラットホームの近傍の翼１１の切取り領域のみを示している。ベーン１０が翼１１の両端部にプラットホームを有している場合、これらのプラットホームは、図示の原理と同様の原理に対応して設計されていてよい。
【００３９】
図３に示したベーンは、プラットホーム１８と、該プラットホーム１８から離れるように（運転中に）高温ガス流内に延びる翼１１とを有している。翼１１は、フィレット１６によりプラットホーム１８に接続されている。前縁領域において見えるように、フィレット１６は、それぞれの接続部においてプラットホーム１８もしくは翼１１に向かって湾曲され、かつ漸近的である。
【００４０】
バッフル構造体２０は、フィレット１６に隣接して位置決めされており、フィレット１６の内側輪郭に倣って形成されている。第１の冷却通路２３は、フィレット１６とバッフル構造体２０との間に配置されている。この例では、バッフル構造体２０は、バッフル構造体２０の上方のプレナム３７から供給された加圧された冷却ガス３３によるフィレット１６のインピンジメント冷却のためのインピンジメントプレートとして構成されている。
【００４１】
インピンジメントチューブ２２が、当該インピンジメントチューブ２２と側壁１４ａ，１５ａとの間に冷却チャンネル２６を画定するように翼１１内に挿入されている。インピンジメントチューブ２２は、翼１１の前縁の隣りに配置されており、前縁領域における側壁１４ａ，１５ａのインピンジメント冷却を可能にする。側壁１４ａ，１５ａへの衝突後に、冷却ガス３３は、フィルム冷却穴（図示せず）を通じて翼の外面に排出されることによって、または側壁１４ａ，１５ａおよびインピンジメントチューブ２２により形成された冷却チャンネル２６を通じて側壁１４ａ，１５ａに沿ってベーンの後縁に向かってガイドされることによって、翼のさらなる冷却に使用されてよく、これにより、翼１１を対流冷却する。
【００４２】
第１の冷却通路２３と冷却チャンネル２６との間には、第１の障害物２５が、フィレット１６と側壁１４ａ，１５ａとの接続部において翼１１の内部に配置されている。第１の障害物２５は、冷却ガス３３が、第１の冷却通路２３から出て直接に冷却チャンネル２６内に流入することを阻止し、冷却ガス３３を、第１の冷却通路２３の開口から出てインピンジメントチューブ２２内へと流れるようにする。したがって、冷却ガス３３は、二度使用され得る。インピンジメントチューブ２２の上端部の上方の閉鎖プレート３８は、冷却ガス３３がプレナム３７からインピンジメントチューブ２２内に直接に流入することを阻止する。
【００４３】
この実施の形態では、ベーンが、さらにプラットホーム１８に隣接した第２のインピンジメント構造体２７を有している。この第２のインピンジメント構造体２７は、プラットホームに対してずらされかつ平行に配置されたインピンジメントプレートとして構成されている。第２の冷却通路２４は、プラットホーム１８と第２のインピンジメント構造体２７との間に形成されている。冷却ガス３３は、プラットホーム１８に衝突し、次いで第２の冷却通路２４内でプラットホーム１８の内面に沿って流れる。
【００４４】
この実施の形態では、ベーンは、第２の障害物２８を有している。第２の障害物２８は、第２の冷却通路２４と第１の冷却通路２３との間の接続部においてプラットホーム１８の内部に配置されている。第２の障害物２８は、第１の冷却通路２３を第２の冷却通路２４から少なくとも部分的に分離していて、これにより、第２の冷却通路２４からインピンジメント冷却された第１の冷却通路２３内への冷却ガス３３の直交流を阻止する。
【００４５】
冷却ガス３３は、第２の冷却通路２４から開口を介して流出し、直接にインピンジメントチューブ２２（図示せず）へとガイドされるか、または第１の冷却通路２３の区分を通って流れることができる。第１の冷却通路２３のこの区分は、第２の障害物によってブロックされていない（ここには図示されていないが、図２ａ，図２ｂに示されている）。
【００４６】
インピンジメントチューブ２２の下流側の翼領域、すなわち運転中にベーンを取り囲んで流れる高温ガスの流れ方向で下流側の翼領域は、インピンジメントチューブ２２を出た冷却ガス３３または直接にインピンジメントチューブ２２の下流側の側壁１４ａ，１５ａの間の領域に供給された冷却ガスによって対流冷却され得る。本実施の形態では、第１および第２の対流冷却区分３０，３１が、側壁１４ａ，１５ａの対流冷却のために、翼１１においてインピンジメントチューブ２２の下流側に配置されている。第１の対流冷却区分３０には、フィレット１６の冷却後に第１の冷却通路２３から到来する冷却ガス３３が供給される。第１の対流冷却区分３０は、第２の対流冷却区分３１から壁２９によって分離されている。この壁２９は、基本的にはプラットホーム１８に対して平行に延び、圧力側壁１４ａと吸込側壁１５ａの間に延びている。第２の対流冷却区分３１には、インピンジメント冷却後に冷却チャンネル２６を出た冷却ガス３３が供給される。この配列では、高い圧力レベルを有する冷却ガス３３が、高負荷される領域をより良好に冷却するために、プラットホームの近傍の第１の対流冷却区分３０に供給される。図示された本実施の形態では、第１および第２の対流冷却区分３０，３１は、ピンが設けられたピン領域として構成されている。ピン領域の代わりに、別の熱伝達手段が使用され得るか、または冷却要求に応じて側壁の少なくとも一部が滑らかな内面を有していてもよい。
【００４７】
図４は、図３に示した詳細部ＩＶのプラットホーム１８の冷却設計の変化形を示している。この実施の形態では、第１の冷却通路２３および第２の冷却通路２４は接続されており、第１の冷却通路２３と第２の冷却通路２４との間に障害物は配置されていない。さらに、バッフル構造体２０および第２のインピンジメント構造体２７は、纏められて１つのインピンジメントプレートを形成する。このインピンジメントプレートは、プラットホーム１８の輪郭に倣って形成されており、フィレット１６の湾曲部を取り囲んでいる。
【００４８】
本実施の形態では、第１および第２の冷却通路に供給された冷却ガス３３は、さらにフィルム冷却穴３４を通じたフィレット１６のフィルム冷却のために使用され、かつ対流冷却穴３５を通じたプラットホーム１８の上流側の端部の対流冷却のために使用される。
【００４９】
図５は、図３に基づいている。しかし、第２の冷却通路２４は、介在された障害物なしに、第１の冷却構造体に接続されている。さらに、バッフル構造体２０は、インピンジメントプレートとして構成されていないが、フィレット１６の対流冷却のために第２の冷却通路２４を出る冷却ガス３３をフィレット１６に沿ってガイドするためのガイドプレートとして構成されている。この配列では、冷却ガスは、まずプラットホームをインピンジメント冷却し、次いでフィレット１６を対流冷却し、次いでインピンジメントチューブ２２内へと供給されて最終的に翼１１を冷却する。
【００５０】
図６も、図３に基づいている。プラットホーム１８の冷却設計は、図３に示した実施の形態の設計を変更している。この実施の形態では、第２の冷却通路２４の高さが変更されている。第２の冷却通路２４は、第１の冷却通路２３よりも高い。増大された冷却通路高さは、通路を通る冷却ガス３３の大きな流量をガイドするために有利であり得る。このことは、たとえば、プラットホーム１８を冷却するために使用された冷却ガス３３を、第２の障害物２８を取り囲む前縁領域においてベーンの圧力側１４もしくは吸込側１５にガイドするために使用される。圧力側１４もしくは吸込側１５で、冷却ガス３３は、フィレット１６を対流冷却するために使用され得る。
【００５１】
図６には、第２の対流冷却区分３１の変化形も示されている。この実施の形態では、リブ２３の列が、翼１１の後縁に配置されている。これらのリブ３２は、熱伝達をさらに向上するために利用され得る。
【００５２】
図３に基づく別の変化形が図７に示されている。この実施の形態は、第１および第２の対流冷却区分３０，３１には、両方とも、インピンジメントチューブ２２から冷却ガスが供給され、この場合に、第１の冷却通路２３から第１の対流冷却区分３０に直接に供給されることはない。
【００５３】
図８は、翼１１の断面の概略的な例として、図７に示したVIII−VIII線に沿った断面を概略的に示している。吸込側壁１５ａおよび圧力側壁１４ａは、翼１１の中空断面を画定している。翼１１の前縁に向かって、インピンジメントチューブ２２は、中空横断面の内部に配置されている。冷却ガス３３は、インピンジメントチューブ２２内に供給され、冷却のために吸込側壁１５ａおよび圧力側壁１４ａの内側に衝突する。結果として、冷却ガス３３の一部は、フィルム冷却のために利用され、かつ翼１１のフィルム冷却穴３９を介して排出される。冷却ガス３３の別の部分は、インピンジメントチューブ２２と吸込側壁１５ａもしくは圧力側壁１４ａとの間の冷却チャンネル２６内を第２の対流冷却区分３１に向かって流れ、翼１１の後縁を介して排出される。
【符号の説明】
【００５４】
１０  ベーン
１１  翼
１２  前縁
１３  後縁
１４  圧力側
１４ａ  圧力側壁
１５  吸込側
１５ａ  吸込側壁
１６  フィレット
１７  ブレード先端
１８  プラットホーム
１９ａ，ｂ  固定エレメント
２０  バッフル構造体
２１  排出開口
２２  インピンジメントチューブ
２３  第１の冷却通路
２４  第２の冷却通路
２５  第１の障害物
２６  冷却チャンネル
２７  第２のインピンジメント構造体
２８  第２の障害物
２９  壁
３０  第１の対流冷却領域
３１  第２の対流冷却領域
３２  リブ
３３  冷却ガス
３４  フィルム冷却穴
３５  対流冷却穴
３６  インピンジメント冷却穴
３７  プレナム
３８  閉鎖プレート
３９  翼のフィルム冷却穴
【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１】
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【外国語明細書】
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