(57)【要約】タービンエンジン用の翼型部（１０）は、冷却チャネル（５２、５４）が隣接するピン（３０）間のインタースペースに規定されるように、翼型部（１０）の内部空洞（２６）内に位置決めされたピン（３０）のアレイを含む。各ピン（３０）は、第１の翼型壁（１４）から第２の翼型壁（１６）まで長さ方向に延び、第１の交差部（４２）と第２の交差部（４４）でそれぞれ接続されている。ピン（３０）は、それぞれの交差部（４２、４４）にある第１の断面形状（６０、６０’）と、第１及び第２の交差部（４２、４４）の間に位置する中間平面（４６）にある第２の断面形状（７０、７０’）とを有する。第１の断面形状（６０、６０’）は、比較的鋭い角部（６６、６６’）によって画定される閉鎖形状を含み、第２の断面形状（７０、７０’）は、比較的丸い角部（７６、７６’）によって画定される閉鎖形状を含む。中間平面（４６）におけるピン（３０）の断面積は、それぞれの交差部（４２、４４）におけるピン（３０）の断面積よりも大きい。
2021535974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン用の翼型（１０）であって、
内部空洞（２６）を区切る第１の翼型壁（１４）と第２の翼型壁（１６）を有し、
前記内部空洞（２６）内に配置され複数のピン（３０）の並びを有し、それによって、冷却流路（５２，５４）は、前記並びの隣接する前記ピン（３０）の間の空間内で画定される、
前記第１の翼型壁（１４）から前記第２の翼型壁（１６）へ長手に延びる各ピン（３０）を有し、前記ピン（３０）は、第１の交差部（４２）で前記第１の翼型壁（１４）と接続され、第２の交差部（４４）で前記第２の翼型壁（１４）と接続されており、
長手方向に対して垂直な中間面（４６）が、前記第１の交差部（４２）及び前記第２の交差部（４４）の間の位置で規定されており、
前記ピン（３０）は、それぞれの交差部（４２，４４）にて第１の断面形状（６０，６０’）を有しまた前記中間面（４６）にて前記第２の断面形状（７０，７０’）を有し、
前記第１の断面形状（６０，６０’）は、比較的鋭い角部（６６、６６’）によって画定される閉鎖形状を含み、前記第２の断面形状（７０，７０’）は、比較的丸い角部（７６，７６’）によって画定される閉鎖形状を含み、
前記中間面（４６）における前記ピン（３０）の断面積は、前記それぞれの交差部（４２、４４）における前記ピン（３０）の断面積よりも大きい、
翼型（１０）。
【請求項２】
中間面（４６）近傍のピン（３０）の一部分はバルジ（４０）を含む、請求項１記載の翼型（１０）。
【請求項３】
前記ピン（３０）は、前記ピン（３０）の形状が前記第１の断面形状（６０，６０’）から前記第２の断面形状（７０，７０’）に滑らかに遷移するモーフィング領域（３６）を含む請求項１又は２に記載のタービン翼型（１０）。
【請求項４】
前記ピン（３０）の形状が、前記第１の断面形状（６０，６０’）から第２の断面形状（７０，７０’）へ、中間面（４６）と前記それぞれの交差部（４４，４４）との間の位置で鋭く移行する、請求項１から３の何れか１項に記載の翼型（１０）。
【請求項５】
前記ピン（３０）の少なくとも一部分は、前記中間面（４６）から前記それぞれの交差部（４２，４４）へ向かう方向に、テーパ（４８）を設けられている、請求項１から４の何れか１項に記載の翼型（１０）。
【請求項６】
前記ピン（３０）が、
前記それぞれの交差部（４４，４４）の近傍の第１の部分（３２）を含み、前記ピン（３０）は前記第１の部分（３２）の長さに沿って比較的鋭い角部を含み、
前記中間面（４６）の近傍の第２の部分（３４）を含み、当該第２の部分（３４）では前記ピン（３０）の形状が比較的丸い角部を含むように移行する、請求項１から５の何れか１項に記載の翼型（１０）。
【請求項７】
前記中間面（４６）における前記ピン（３０）の幅（Ｗ１）の前記それぞれの交差部（４２、４４）における前記ピン（３０）の幅（Ｗ２）に対する比率が、１．１〜２の範囲にある、請求項１から６の何れか１項に記載の翼型（１０）。
【請求項８】
前記断面形状（６０，６０’，７０，７０’）のそれぞれは、直交軸に沿って、それぞれの高さ（Ｈ２，Ｈ１）及びそれぞれの幅（Ｗ２，Ｗ１）によって定義される伸長形状を含み、それぞれの高さ（Ｈ２、Ｈ１）はそれぞれの幅（Ｗ2、Ｗ1）よりも大きい、請求項１から７の何れかに記載の翼型（１０）。
【請求項９】
前記第１の断面形状（６０）は長方形であり、
前記第２の断面形状（７０）は、一対の凸曲線（７４）によって両端が連結された一対の平行な直線側面（７２）からなるレーストラック形状である、
請求項８に記載の翼型。
【請求項１０】
前記第１の断面形状（６０’）は、比較的鋭い角部（６６’）によって画定されるＩ型ビームであり、
前記第２の断面形状（７０’）は、丸い角部（７６’）によって画定される変形Ｉ型ビームである、
請求項８に記載の翼型（１０）。
【請求項１１】
前記第１の翼型壁（１４）は押力側壁であり、前記第２の翼壁（１６）は引力側壁であることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の翼型（１０）。
【請求項１２】
前記内部空洞（２６）は、前記翼型（１０）の後縁（２０）の近傍に位置することを特徴とする請求項１１に記載の翼型（１０）。
【請求項１３】
前記ピン（３０）の前記並びは、前記ピン（３０）の複数の列を含み、各列は、前記翼型（１０）のスパン方向に沿って延在し、前記複数の列は、前記翼型（１０）の翼弦方向に沿って互いに離間されており、
それによって、翼弦方向に延在する前記冷却流路（５２）は、１つの列において隣り合うピン（３０）の間で画定され、スパン方向に延在する前記冷却流路（５４）は、隣り合う列においてピン（３０）の間に画定され、
前記翼弦方向に延在する前記冷却流路（５２）及び前記スパン方向に延在する前記冷却流路（５４）は、前記ピン（３０）の前記複数の列への連続的な衝突を経て、前記後縁（２０）に向かって加圧された冷却流体を導くように、相互接続されている、請求項１２に記載の翼型（１０）。
【請求項１４】
隣り合う列のピン（３０）は、スパン方向に千鳥配置されている、請求項１３記載の翼型（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
１．分野
本発明は、全体的にタービンエンジン内の翼型に関し、特に、タービン翼型内の冷却特徴に関する。
【背景技術】
【０００２】
２．関連技術の説明
ガスタービンエンジンは通常、周囲空気を圧縮するためのコンプレッサ部と、圧縮空気を燃料と混合しまた熱い作動媒体流体を形成するために混合物に点火する燃焼器部と、作動媒体流体から動力を抽出するために作動媒体流体を膨張させるためのタービン部とを含む。タービン部は通常、複数のタービン段を備え、各段は、１列の回転ブレードの上流に１列の静止ベーンを有する。
【０００３】
高い作動温度に曝されるベーン及びブレードの翼型は、部品寿命を延ばすために、冷却される必要がある。相対的に冷却器であるコンプレッサ部から排出される圧縮空気の一部は、タービン翼型を冷却するために転用されてもよい。タービン翼型の効果的な冷却は、タービンブレード又は静止ベーンの後縁に沿うような重要な領域に比較的冷たい空気を逸らせることを必要とする。翼型は一般的に、熱応力を最小化にするために押力側壁及び引力側壁から熱を除去する内部冷却流路を含む。熱伝達率に基づく高い冷却効率を達成することは、冷却のために圧縮機から分流される冷却空気の体積を最小にするために重要な設計上の考慮事項である。
【０００４】
タービン翼型は、しばしば、鋳造コアを含む鋳造プロセスによって製造されまた通常は内部冷却流路を規定するラミック材料で作られる。
【発明の概要】
【０００５】
概要
簡単に説明すると、本発明の態様は、改善された熱伝達及び圧力降下を提供しそれによって冷却流の必要性を低減するハイブリッド形状を有するピンを組み込んだタービン翼型冷却特徴に関する。本発明の態様は、特に鋳造によって製造されるタービン翼型の場合、製造の複雑さを低減し得る。
【０００６】
本発明の一態様に従って、タービンエンジン用の翼型が提供される。翼型は、第１の翼型壁と、内部空洞を区切る第２の翼型壁を含む。ピンの並びは、内部空洞内に配置され、それによって、冷却流路は、並びの隣り合うピンの間の内部空間内で画定される。各ピンは、長さ方向で第１の翼型壁から第２の翼型壁まで延びており、このピンは、第１の交差部では第１の翼型壁に接続され、第２の交差部で第２の翼型壁に接続されている。長さ方向に対して垂直な中間面は、第１の交差部部と第２の交差部部の間の位置で画定される。ピンは、それぞれの交差部では第１の断面形状を有しており、また、中間面では第２の断面形状を有している。第１の断面形状は、比較的鋭い角によって画定される閉じた形状を含み、第２の断面形状は、比較的丸い角によって画定される閉じた形状を含む。中間面でのピンの断面積は、それぞれの交差部でのピンの断面積よりも大きい。
【０００７】
図面の簡単な説明
本発明は、図面の助けを借りて、より詳細に示される。図は好ましい構成を示しており、本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の態様による、タービン翼型の半径方向で見た断面図である。
【図２】第１の実施例に従うピンの並びを示す、セクションＩＩ−ＩＩに沿った図１のタービン翼型部の後縁部分の内部図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に従うハイブリッドピンを示す。
【図４】図３のハイブリッドピンの、ピンと翼型壁との交差部におけるセクションＩＶ−ＩＶに沿った断面形状を示す図。
【図５】ピンの中間面に対応するセクションＶ−Ｖに沿った図３のハイブリッドピンの断面形状を示す。
【図６】ハイブリッドピンのさらなる変形を示しており、各図は中間面に沿って切り取られたピンの４分の１部分の斜視図を示している。
【図７】ハイブリッドピンのさらなる変形を示しており、各図は中間面に沿って切り取られたピンの４分の１部分の斜視図を示している。
【図８】ハイブリッドピンのさらなる変形を示しており、各図は中間面に沿って切り取られたピンの４分の１部分の斜視図を示している。
【図９】第２の実施例に従うピンの並びを示す、押力側から引力側への方向を見たタービン翼型の後縁部分の内部断面図である。
【図１０】第２の実施形態に従うハイブリッドピンの、翼型壁との交差部での断面形状を示す。
【図１１】第２の実施形態に従うハイブリッドピンの、中間面での断面形状を示す。
【図１２】第２の実施形態に従う、中間面に沿って切断されたハイブリッドピンの４分の１部分の斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
発明の詳細な説明
好ましい実施形態の以下の詳細な説明においては、その一部を構成する添付の図面が参照され、その中で、限定としてではなく例として、本発明が実施されてもよい具体的な実施形態が示されている。他の実施形態が利用されてもよいこと、そして、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく変更が行われてもよいこと、が理解されるべきである。
【００１０】
図１を参照すると、タービン翼型１０は、ガスタービンエンジンのタービン部分の回転軸に対して半径方向でスパン方向に延びる外壁１２を含むことができる。半径方向又はスパン方向は、図１の面に対して垂直である。外壁１２は、緩やかな凹状の押力側壁１４と、緩やかな凸状の引力側壁１６とによって形成される。押力側壁１４及び引力側壁１６は、前縁１８及び後縁２０いて接合されている。翼型の翼弦方向軸２２は、前縁１８から後縁２０まで、押力側壁１４及び引力側壁１６の間で、中央に延びるように規定されてもよい。図示のように、翼型１０は、内部空洞２６を規定するために圧力側壁１４及び引力側壁１６を連結する内部隔壁又はリブ２４を含むことができる。空洞２６は、内部冷却通路を形成するために、半径方向に延びる。
【００１１】
図示の実施形態では、翼型１０は、回転可能なタービンブレードの一部である。しかしながら、本発明の態様は、静止タービンベーンの翼型に追加的に組み込むことができることに留意されたい。本例では、冷却流体、例えばタービンエンジンのコンプレッサ部から分流された圧縮空気は、ブレードの根元に設けられた開口部を介して内部空洞２６の１つまたは複数に入ることができる。様々な構成において、いくつかの内部空洞２６は、１つまたは複数の蛇行冷却回路の一部を形成することができ、それによって、冷却流体は、交互の半径方向に連続的に導かれる。後縁空洞とも呼ばれる、後縁２０と隣り合う最も後側の内部空洞２６は、内部冷却特徴３０（図２により詳細に示す）の配列を含むことができる。冷却流体は、後縁２０に沿って配置された出口スロット２８を介して翼型部１０を離れる前に、冷却特徴の配列を通って軸方向（すなわち翼弦方向）に横断してもよい。
【００１２】
従来の後縁冷却特徴は、軸方向又は翼弦方向に沿って互いに隣り合って配置された、通常は数が２つ又は３つの一連の衝突プレートを含んでいた。しかしながら、この配置は、冷却流体が後縁で翼型から出る前に短い距離しか進まないことをもたらす。冷却効率を向上させるため、熱の伝達のためのより多くの表面積を有するために、後縁部分に沿ってより長い冷却流路を有することが、望ましい場合がある。
【００１３】
図２に示すように、図示された実施形態の後縁空洞２６は、ピンとして具現化され得る冷却特徴３０の並びを含む。各ピン３０は、押力側壁１４から引力側壁１６（図１参照）へ延びている。並びは、多数のスパン方向又は半径方向に延びるピン３０の列で形成することができ、複数の列は、軸方向又は翼弦方向に沿って互いに隣り合って配置される。各列のピン３０は、軸方向に延びる冷却流路５２が一列の隣り合うピン３０の間で画定されるように、半径方向に離間されている。複数の列は、半径方向に延びる冷却チャネル５４が隣の列の隣り合うピン３０の間で画定されるように、軸方向に離間されている。軸方向及び半径方向流路５２、５４は、（断面で）押力側壁１４から引力側壁１６に延び、そして、加圧された冷却流体を後縁出口スロット２８に向かってほぼ軸方向に導くために、流体的に相互接続されている（図１に示す）。特に、加圧された冷却流体は、ピン３０の列に連続的に衝突して、冷却流体の圧力の低下を伴って冷却流体への熱の伝達を導いて、ほぼ前後に流れる。このような連続的な衝突を容易にするために、隣り合う列のピン３０は、スパン方向に千鳥配置されていてもよい。
【００１４】
特に、ピンの並びは、高い圧力降下を提供するために長い断面形状を有し、それによって冷却流の必要性を低減し、同時に高い熱伝達を提供するピン３０の多数の列で構成されていてもよい。図２に示すように、各ピン３０は、高さ寸法Ｈが幅寸法Ｗよりもはるかに大きいような、高さ寸法Ｈと直交軸に沿った幅寸法Ｗとを有することができる。ここに示す例では、ピン３０は、ほぼ長方形の断面形状を有する。しかしながら、本発明の態様は、特定のピンの断面形状又は並びの構成に限定されない。発明のアイデアは、いくつかの例示的なピン形状及び並び構成に拡張することができ、そのいくつかは、本出願人による２０１７年１月１８日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１７／０１３８９２号「高い圧力降下および熱伝達のためのタービンエレメント（Turbine Element for High Pressure Drop and Heat Transfer）」に開示されている。
【００１５】
特に、数ある中でも長方形の形状のような鋭い角によって画定された断面形状を有するピンによって、高い圧力降下が達成され得ることが観察されている。本発明者らは、鋳造プロセスによって鋭い角を有するピンを製造することは、セラミック鋳造コアを製造する場合の、それによって製造の複雑さが増加する場合の、フラッシュの取り除きに関する課題を提起し得ることを認識した。上述に対して考えられる解決策は、鋭い長方形の代わりに、「レーストラック」形状の断面を有するもののような、より丸い形状のピンを使用することである。発明者らは、このような丸い形状は、フラッシュの取り除きを容易にする一方で、鋭い角を有するピン形状と比較して、圧力降下の減少により冷却効率の損失をもたらす可能性があると判断した。
【００１６】
以下に開示する本発明の実施形態は、様々なハイブリッドピン形状を提供しており、それらは高い圧力降下及び熱伝達をもたらすと同時に、特に鋳造の環境における、製造の複雑さを低減する。しかしながら、記載された実施形態は、特定のタイプの製造プロセスに限定されるものではなく、付加製造（additive manufacturing）のような他のプロセスによって製造されるタービン翼型にも適用され得ることが理解されるべきである。
【００１７】
次に、図３を参照すると、ハイブリッドピン３０の第１の実施形態が図示されている。ピン３０は、第１の翼型壁から第２の翼型壁まで延びており、それらは翼型の内部空洞を区画している。この実施の形態では、第１の翼型壁は翼型１０の押力側壁１４であり、第２の翼型壁は翼型１０の引力側壁１６である。ピン３０は、この場合、押力側壁１４及び引力側壁１６で区切られた後縁キャビティ２６内に位置するピンの並びの一部である（図１参照）。様々な実施形態（本明細書では図示せず）において、本明細書に例示されているようなハイブリッドピン３０の並びは、数ある中でも、前縁キャビティ内、又は翼弦中間キャビティ内、又はマルチ翼型内の壁近傍通路内のような、他の翼型冷却位置に設けられてもよい。ピン３０について説明した一般的な幾何形状は、ピンの並びの複数のピンに適用することができる。図１から理解され得るように、翼型部１０の押力側壁１４及び引力側壁１６は、一般的には、互いに平行ではないことが理解され得る。
【００１８】
図３に示すように、ピン３０は、長さ方向で第１の翼型壁１４から第２の翼型壁１６まで延びている。ピン３０は、第１の交差部４２で第１の翼型壁１４に接続されており、また、第２の交差部４４で第２の翼型壁１６に接続されている。中間面４６は、長手方向に対して垂直であり、第１の交差部４２と第２の交差部４４との間に位置するように規定されてもよい。中間面４６の位置は、フラッシュが形成されることが観察された鋳造コアの製造における分割線に対応することができる。一例では、中間面４６は、第１の交差部４２と第２の交差部４４との中間に位置することができる。
【００１９】
ハイブリッドピン３０の第１の特徴は、ピン３０の断面形状が、ピン３０の長さに沿って変化することである。ピン３０は、中間面４６の両側に位置する２つのセクションからなると言うことができる。各セクションにおいて、ピン３０は、第１の断面形状（図４及び図１０に示す例）をそれぞれの交差部４２、４４に有し、第２の断面形状（図５及び図１１に示す例）を中間面４６に有する。ここに図示されるように、第１の断面形状は、比較的鋭い角によって画定される閉じた形状を含み、第２の断面形状は、比較的丸い角によって画定される閉じた形状を含む。縦方向に沿って、ピン３０の各セクションは、それぞれの交差部４２、４４と隣り合って位置する第１の部分３２と、中間面４６と隣り合って位置する第２の部分３４とを備えることができる。図３に示す例では、第１の部分３２の断面形状は、比較的鋭い角によって規定される第１の断面形状に対応している。すなわち、ピン３０は、第１の部分３２の長さに沿って鋭い角を備えている。第２の部分３４では、ピン３０の形状は、中間面４６にてピン３０が第２の断面形状を有するように、より丸みを帯びた断面形状に移行する。一様に丸みを帯びた断面形状を有するピンとの関連で、翼型壁１４、１６の近くの鋭い角部は冷却流体のより高い圧力降下をもたらす。中間面４６における丸みを帯びた形状は、磁気コアの製造後、例えば自動化されたカッターによって、フラッシュを容易に除去することを可能にする。図３において、隣り合うピン３０の間の白色（影なし）領域８０は、コアの位置を表す。
【００２０】
冷却流体の効率的な使用を確実にするために、ピン３０は、ａ）翼型壁１４及び翼型壁１６からの熱伝達を増大させるように、そして、ｂ）高い圧力降下をもたらすことによって全体の冷却流を制限するように、設計されてもよい。より高い圧力降下は鋭い角に関連していることが観察されるので、いくつかの実施形態では、ピン３０は、その長さの主要部分について比較的鋭い角を有する断面形状を有するように、そして、フラッシュ除去を容易にするために中間面４６の近くでは比較的丸い角を有する断面形状に移行するように、設計されてもよい。本発明者らは、中間面４６における丸みを帯びた形状が、中間面４６の領域における冷却流の増加を引き起こす可能性があり、これは、ピン３０の残りの部分と比較して、圧力降下及び翼型壁１４及び１６からの熱伝達に影響を及ぼす可能性があることを観察した。
【００２１】
ハイブリッドピン３０の第２の特徴は、その結果、中間面４６でのピン３０の断面積（図５及び図１１に示す例）が、それぞれの交差部４２、４４でのピン３０の断面積（図４及び図１０に示す例）よりも大きくなるように、中間面４６の領域におけるピン３０の断面積が増加することである。高温の翼型壁１４及び１６から離れている中間面４６にてピン３０がより大きな断面積を有することは、角部を回ることによる圧力降下に関する前述の損失を回復し、更に、高温壁１４及び１６へ向けて冷却剤流を押し、それによって翼型壁１４及び１６からの熱伝達を増大させる。図示の実施形態では、ピン３０は、中間面４０と隣り合うピン３０の一部分の周りにバルジ又は突起４０を設けられている。バルジ４０は、前述の技術的効果をもたらし、それによって、上述の目的ａ）及びｂ）の両方に対処する。
【００２２】
次に、図４及び図５を参照すると、第１の実施形態によれば、ピン３０は、それぞれの交差部４２、４４において長方形として構成された第１の断面形状６０と、中間面４６においてレーストラックとして構成された第２の断面形状７０とを有することができる。各断面形状６０、７０は、冷却流体のバルク流方向Ｆに直交する方向に延ばされている。この場合、断面形状６０、７０は、半径方向又はスパン方向に延ばされている。それぞれの形状６０、７０は、それぞれの高さＨ２、Ｈ１及び直交軸に沿ったそれぞれの幅Ｗ２、Ｗ１によって定義され、これらはこの場合、それぞれ放射方向又はスパン方向に伸びている。それぞれの場合で、ピン３０の高さは、幅よりも大きい。
【００２３】
図４に示されるように、それぞれの交差部４２、４４での長方形の断面形状６０は、半径方向に延在する第１の一対の平行な直線状側面６２と、軸方向に延在する第２の一対の平行な直線状側面６４とによって画定される。側面６２、６４は直角に交差し、交差点は比較的鋭い角６６によって画定される。図５に示すように、中間面４６におけるレーストラック状断面形状７０は、半径方向に延びる一対の平行な直線状側面７２によって画定され、これらの側面は、一対の凸曲線７４によって対向端部で接属され、この一対の凸曲線は、長方形断面形状６０のコーナー６６よりも大きな半径を有する比較的丸いコーナー７６を画定する。一般に、比較的鋭い形状から比較的丸い形状への移行は、より大きな半径のコーナーを有する丸みを帯びた形状と共に、コーナーの曲率半径の増加を含み得る。
【００２４】
原則として、鋭い形状から丸い形状への移行は、多くの異なる方法で実施され得る。図６から図８は、上記がどのように達成され得るかについてのいくつかの非限定的な例を示しており、各設計は、熱伝達及び圧力降下に関連して独特の特性を提供する。
【００２５】
図６から図８は、それぞれの場合でのピンの４分の１の部分を示し、中間面における斜視断面図を示す。図６に図示の実施形態では、ピン３０は、ピンの形状が鋭い形状から丸い形状に滑らかに移行するモーフィング領域３６を含む。この場合、モーフィング領域３６は、それぞれの交差部４２、４４と隣り合うピン３０の第１の部分３２に位置する。中間面４６と隣り合う第２の部分３４では、ピン３０は、中間面４６まで延びる丸みを帯びた断面形状（この場合、レーストラック形状）を有する。図７に図示の実施形態では、ピン３０は、ピン３０の形状が鋭い形状から丸い形状に滑らかに移行する中間面４６と隣り合うピン３０の第２の部分３４に位置するモーフィング領域３６を有しているが、第１の部分３２では、ピン３０の形状は鋭い角を備えている。図８の実施形態は、図７の実施形態と概ね類似しており、１つの相違点は、緩やかな又は滑らかなモーフィングの代わりに、ピン３０の断面形状が、ピン３０の第２の部分３４で鋭く又は急激に移行していることである。図７及び図８の実施形態では、最大の圧力降下及び熱伝達をもたらすために、ピン３０の（鋭い角を有する）第１の部分３２は、ピン３０の長さの主要部分、例えば、中間面４６とそれぞれの交差部４２、４４との間のピン３０の長さの少なくとも７０％に渡って延在してもよい。第２の部分３４（移行部を含む）は、中間面４６とそれぞれの交差部４２、４４との間のピン３０の残りの長さに渡って延在してもよい。なお、図６から図８には示していないが、中間面４６と隣り合うピンの一部には、図３に示すような膨らみを設けてもよい。
【００２６】
一実施形態では、図３に最もよく示されるように、ピン３０の少なくとも一部（ここでは、それぞれの交差部４２、４４と隣り合う第１の部分３２）に、中間面４６からそれぞれの交差部４２、４４へ向かう方向にテーパ４８を設けてもよい。テーパ４８は、（図３に示すような）直線テーパ、又は、曲線テーパ（図示せず）、を含むことができる。様々な実施形態では、中間面４６におけるピン３０の幅Ｗ１の、それぞれの交差部４２、４４におけるピン３０の幅Ｗ２に対する比率は、１．１〜２の範囲にあってもよい。更に、様々な実施形態において、テーパ４８とバルジ４０は、図３に示されるように組み合わせて又は個々に（即ち、バルジ又はテーパのいずれかが）、採用されてもよい。
【００２７】
図９は代替的な構成に従うピンの並びを示している。この第２の実施形態に従い、ハイブリッドピン３０は、Ｉ型ビームの一般的な断面形状を有するものが採用される。前述の実施形態のように、各ピン３０は、第１の翼型壁（例えば、押力側壁）から、翼型部の内部空洞を区切る第２の翼型壁（例えば、引力側壁）へ延在してもよい。並びは、多数のスパン方向又は半径方向に延びる列のピン３０で形成することができ、列は軸方向に沿って互いに隣り合って配置される。各列のピン３０は、軸方向に延びる冷却流路５２が１つの列の隣り合うピン３０の間で画定されるように、半径方向に離間されている。複数の列は、半径方向に延びる冷却流路５４が隣の列の隣り合うピン３０の間で画定されるように、軸方向に離間されている。軸方向及び半径方向の流路５２、５４は、（断面において）押力側壁１４から引力側壁１６に延びており、後縁出口スロットに向かってほぼ軸方向に加圧された冷却流体を導くために流れ的に相互接続されている。各ピン３０は、高さ寸法Ｈが幅寸法Ｗよりもはるかに大きいような、高さ寸法Ｈと直交軸に沿った幅寸法Ｗとを有してもよい。
【００２８】
図１０から図１２は、ハイブリッドＩ型ビームピン３０の一例を示す。図１０及び図１１は、第２の実施形態に従うハイブリッドピンの、翼型壁とのそれぞれの交差部での及び中間面での、断面形状の例をそれぞれ示している。図１０に示すように、ピン３０は、翼壁１４、１６のうちの１つとのそれぞれの交差部４２、４４にて、第１の断面形状６０’を有する。この場合、断面形状６０’は、比較的鋭い角部６６’によって画定されるＩ型ビームを表す閉じた形状である。図１１を参照すると、ピン３０の形状は、ピンの中間面にて、より丸みを帯びた第２の断面形状７０’に移行する。この場合の中間面４６における断面形状７０’は、より丸みを帯びた角７６’によって画定されるＩ型ビームを表す閉じた形状である。中間面におけるコーナー７６’は、それぞれの交差部４２、４４におけるコーナー６６’よりも大きな半径を有する。一般に、比較的鋭い形状から丸い形状への移行は、より大きな半径の角を有する丸みを帯びた形状と共に、角部の曲率半径の増加を含み得る。中間面でのより丸みを帯びた形状への移行による冷却流減少における損失を回復するために、ピンは、それぞれの交差部４２、４４（図１０参照）よりも中間面（図１１参照）でより大きい断面積を有する。断面形状６０’、７０’の各々は、冷却流体のバルク流れ方向Ｆに直交する方向に延ばされている。それぞれの形状６０’、７０’は、それぞれの高さＨ２、Ｈ１と、直交軸に沿ったそれぞれの幅Ｗ２、Ｗ１によって定義され、それらはこの例では、それぞれ半径方向と軸方向に延びる。それぞれの場合で、ピンの高さは幅よりも大きい。
【００２９】
鋭い形状から丸い形状への移行は、長方形とレーストラック形のハイブリッドピンに関連して上述したものと同様の、多数の方法で実施されてもよい。例えば、移行は、滑らかなモーフィング領域又は鋭い遷移によって実施することができる。高い圧力降下に加えて熱伝達を増大させるために、中間面４６と隣り合うピン３０の一部は、図１２に示すように、バルジ４０を含むことができる。
【００３０】
特定の実施形態が詳細に説明されてきたが、当業者であれば、本開示の全体的な教示に照らして、それらの詳細に対する様々な変更及び代替案を展開することができることを理解するであろう。従って、開示された特定の装置は、例示的なものに過ぎないことが意図されており、添付の特許請求の範囲の全容に与えられるべき本発明の範囲、及び、そのいずれか及び全ての同等の範囲を限定するとみなされるべきではない。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年6月8日(2021.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン用の翼型（１０）であって、
内部空洞（２６）を区切る第１の翼型壁（１４）と第２の翼型壁（１６）を有し、
前記内部空洞（２６）内に配置され複数のピン（３０）の並びを有し、それによって、冷却流路（５２，５４）は、前記並びの隣接する前記ピン（３０）の間の空間内で画定される、
前記第１の翼型壁（１４）から前記第２の翼型壁（１６）へ長手に延びる各ピン（３０）を有し、前記ピン（３０）は、第１の交差部（４２）で前記第１の翼型壁（１４）と接続され、第２の交差部（４４）で前記第２の翼型壁（１４）と接続されており、
長手方向に対して垂直な中間面（４６）が、前記第１の交差部（４２）及び前記第２の交差部（４４）の間の位置で規定されており、
前記ピン（３０）は、それぞれの交差部（４２，４４）にて第１の断面形状（６０，６０’）を有しまた前記中間面（４６）にて前記第２の断面形状（７０，７０’）を有し、
前記第１の断面形状（６０，６０’）は、比較的鋭い角部（６６、６６’）によって画定される閉鎖形状を含み、前記第２の断面形状（７０，７０’）は、比較的丸い角部（７６，７６’）によって画定される閉鎖形状を含み、前記比較的丸い角部は前記比較的鋭い角部よりも大きな半径を有しており、
前記中間面（４６）における前記ピン（３０）の断面積は、前記それぞれの交差部（４２、４４）における前記ピン（３０）の断面積よりも大きい、
翼型（１０）。
【請求項２】
前記中間面（４６）近傍の前記ピン（３０）の一部分はバルジ（４０）を含む、請求項１記載の翼型（１０）。
【請求項３】
前記ピン（３０）は、前記ピン（３０）の形状が前記第１の断面形状（６０，６０’）から前記第２の断面形状（７０，７０’）に滑らかに移行するモーフィング領域（３６）を含む請求項１又は２に記載の翼型（１０）。
【請求項４】
前記ピン（３０）の形状が、前記第１の断面形状（６０，６０’）から第２の断面形状（７０，７０’）へ、前記中間面（４６）と前記それぞれの交差部（４２，４４）との間の位置で鋭く移行する、請求項１から３の何れか１項に記載の翼型（１０）。
【請求項５】
前記ピン（３０）の少なくとも一部分は、前記中間面（４６）から前記それぞれの交差部（４２，４４）へ向かう方向に、テーパ（４８）を設けられている、請求項１から４の何れか１項に記載の翼型（１０）。
【請求項６】
前記ピン（３０）が、
前記それぞれの交差部（４４，４４）の近傍の第１の部分（３２）を含み、前記ピン（３０）は前記第１の部分（３２）の長さに沿って比較的鋭い角部を含み、
前記中間面（４６）の近傍の第２の部分（３４）を含み、当該第２の部分（３４）では前記ピン（３０）の形状が比較的丸い角部を含むように移行し、前記比較的丸い角部は前記比較的鋭い角部よりも大きな半径を有している、請求項１から５の何れか１項に記載の翼型（１０）。
【請求項７】
前記中間面（４６）における前記ピン（３０）の幅（Ｗ１）の前記それぞれの交点（４２、４４）における前記ピン（３０）の幅（Ｗ２）に対する比率が、１．１〜２の範囲にある、請求項１から６の何れか１項に記載の翼型（１０）。
【請求項８】
前記断面形状（６０，６０’，７０，７０’）のそれぞれは、直交軸に沿って、それぞれの高さ（Ｈ２，Ｈ１）及びそれぞれの幅（Ｗ２，Ｗ１）によって定義される伸長形状を含み、それぞれの高さ（Ｈ２、Ｈ１）はそれぞれの幅（Ｗ2、Ｗ1）よりも大きい、請求項１から７の何れかに記載の翼型（１０）。
【請求項９】
第１の断面形状（６０）は長方形であり、
第２の断面形状（７０）は、一対の凸曲線（７４）によって両端が連結された一対の平行な直線側面（７２）からなるレーストラック形状である、
請求項８に記載の翼型。
【請求項１０】
第１の断面形状（６０’）は、比較的鋭い角部（６６’）によって画定されるＩ型ビームであり、
第２の断面形状（７０’）は、比較的丸い角部（７６’）によって画定される変形Ｉ型ビームであり、前記比較的丸い角部は前記比較的鋭い角部よりも大きな半径を有している、
請求項８に記載の翼型（１０）。
【請求項１１】
前記第１の翼型壁（１４）は押力側壁であり、前記第２の翼壁（１６）は引力側壁であることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の翼型（１０）。
【請求項１２】
前記内部空洞（２６）は、前記翼型（１０）の後縁（２０）の近傍に位置することを特徴とする請求項１１に記載の翼型（１０）。
【請求項１３】
前記ピン（３０）の前記並びは、前記ピン（３０）の複数の列を含み、各列は、前記翼型（１０）のスパン方向に沿って延在し、前記複数の列は、前記翼型（１０）の翼弦方向に沿って互いに離間されており、
それによって、翼弦方向に延在する前記冷却流路（５２）は、１つの列において隣り合うピン（３０）の間で画定され、スパン方向に延在する前記冷却流路（５４）は、隣り合う列においてピン（３０）の間に画定され、
前記翼弦方向に延在する前記冷却流路（５２）及び前記スパン方向に延在する前記冷却流路（５４）は、前記ピン（３０）の前記複数の列への連続的な衝突を経て、前記後縁（２０）に向かって加圧された冷却流体を導くように、相互接続されている、請求項１２に記載の翼型（１０）。
【請求項１４】
隣り合う列のピン（３０）は、スパン方向に千鳥配置されている、請求項１３記載の翼型（１０）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
図１を参照すると、タービン翼型１０は、ガスタービンエンジンのタービン部分の回転軸に対して半径方向でスパン方向に延びる外壁１２を含むことができる。半径方向又はスパン方向は、図１の面に対して垂直である。外壁１２は、緩やかな凹状の押力側壁１４と、緩やかな凸状の引力側壁１６とによって形成される。押力側壁１４及び引力側壁１６は、前縁１８及び後縁２０にて接合されている。翼型の翼弦方向軸２２は、前縁１８から後縁２０まで、押力側壁１４及び引力側壁１６の間で、中央に延びるように規定されてもよい。図示のように、翼型１０は、内部空洞２６を規定するために圧力側壁１４及び引力側壁１６を連結する内部隔壁又はリブ２４を含むことができる。空洞２６は、内部冷却通路を形成するために、半径方向に延びる。
【国際調査報告】
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