(57)【要約】【課題】タービン翼の前縁のための改良された冷却構造を提供する。【解決手段】複数の膜冷却孔１，２が、内部冷却通路３から前縁領域に沿って前縁領域の外面まで延びており、膜冷却孔１，２がそれぞれ、少なくとも膜冷却孔１，２の長さの一部に亘って、翼１の前縁の半径方向外方に拡開した形状を有しており、冷却孔１，２が主軸線１７を有しており、前記形状が、主軸線１７から前方傾斜軸線２０に沿って半径方向外方へ拡開させられることによって非対称的に拡開させられており、冷却孔がさらに、主軸線１７から第２の横方向に横方向傾斜軸線２１に沿って拡開させられている。【選択図】図１
2008051107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
根元から先端部まで及び前縁領域から後縁まで延びた、圧力側壁部（１５）と吸込み側壁部（１６）とを備えたガスタービン翼（１）であって、冷却空気を翼内に通過させかつ翼を内部から冷却するために圧力側壁部（１５）と吸込み側壁部（１６）との間に少なくとも１つの冷却通路が設けられており、冷却通路（３）のうちの１つ又は複数が翼（１）の前縁に沿って延びており、複数の膜冷却孔（１，２）が、内部冷却通路（３）から前縁領域に沿って前縁領域の外面まで延びており、膜冷却孔（１，２）がそれぞれ、少なくとも膜冷却孔（１，２）の長さの一部に亘って、翼（１）の前縁の半径方向外方に拡開した形状を有する形式のものにおいて、
冷却孔（１，２）が主軸線（１７）を有しており、前記形状が、主軸線（１７）から前方傾斜軸線（２０）に沿って半径方向外方へ拡開させられることによって非対称的に拡開させられており、冷却孔がさらに、主軸線（１７）から第２の横方向に横方向傾斜軸線（２１）に沿って拡開させられていることを特徴とする、ガスタービン翼。
【請求項２】
前記形状が、半径方向外方に前方傾斜軸線（２０）に沿って実質的に円筒状に拡開させられており、かつ／又は前記形状が、第２の横方向に横方向傾斜軸線（２１）に実質的に円筒状に拡開させられており、２つの円筒状拡開の間の形状が、両方の円筒状拡開に対して実質的に接線方向の接続面によって平滑化されている、請求項１記載の翼。
【請求項３】
主軸線（１７）が水平面から５０〜７０度だけ半径方向に傾斜させられている、請求項１又は２記載の翼。
【請求項４】
前方傾斜軸線（２０）が主軸線（１７）から翼の半径方向に向かって傾斜させられており、主軸線（１７）と前方傾斜軸線（２０）との間の角度（β）が５〜２０゜である、請求項１から３までのいずれか１項記載の翼。
【請求項５】
横方向傾斜軸線（２１）が主軸線（１７）から、前縁におけるよどみ線（２５）に対して垂直方向に沿って傾斜させられており、主軸線（１７）と横方向傾斜軸線（２０）との間の角度（γ）が５〜２０゜である、請求項１から４までのいずれか１項記載の翼。
【請求項６】
翼（１）がよどみ線（２５）を有しており、冷却孔の第１の列（１）がよどみ線（２５）の圧力側に配置されており、冷却孔の第２の列（２）がよどみ線（２５）の吸込み側に配置されており、これらの２つの列がよどみ線から等しい距離に配置されており、それぞれの列において、孔がよどみ線（２５）から等しい距離に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の翼。
【請求項７】
それぞれの列における冷却孔（１，２）が、他方の列における冷却孔と冷却孔との間に位置するように該他方の列における冷却孔に対して半径方向にずれて配置されている、請求項６記載の翼。
【請求項８】
それぞれの列における冷却孔（１，２）が、よどみ線（２５）から、孔の直径の３〜３．５倍の距離だけ離れて配置されている、請求項６又は７記載の翼。
【請求項９】
冷却孔（１，２）が、冷却通路（３）に通じた入口部分（１３，１４）において円筒状区分（１８）を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の翼。
【請求項１０】
冷却孔（１，２）が、１．５〜６の、直径に対する長さの比を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の翼。
【請求項１１】
孔の円筒状区分（１８）における断面（Ｃ）に対する、孔（１，２）の拡開部分（１９）における断面（Ｄ）の比が、１．５〜２．４５である、請求項１から１０までのいずれか１項記載の翼。
【請求項１２】
横方向傾斜軸線（２１）が、孔（１，２）の出口部分の前側縁部（Ａ）及び後側縁部（Ｂ）に配置されているか又は該前側縁部（Ａ）と後側縁部（Ｂ）との間に配置されておりかつ、円筒状部分と拡開部分との移行部において円筒状区分の軸線（１７）と傾斜軸線（２１）が交差するような方向に主軸線（１７）から傾斜させられている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の翼。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の翼のための冷却孔を形成する方法において、冷却孔が、慣用のドリル加工によって形成されており、かつ／又は第１のステップにおいて、主軸線と円筒状区分とを規定する円筒状の完全に貫通した孔が穿孔され、その後のステップにおいて、翼の外側から横方向傾斜軸線と前方傾斜軸線とに沿って２つの付加的な円筒状穿孔が行われ、最後のステップにおいて、冷却孔の拡開領域の拡開する内面が平滑化されることを特徴とする、冷却孔を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービンの翼、特にこの翼の前縁のための冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの翼、タービンロータブレード及びステータ羽根は、金属温度を所定の許容レベル未満に保ちかつ過熱による損傷を回避するために広範囲な冷却を必要とする。通常、このような翼は、冷却流体が流過するための、中空空間及び複数の通路及びキャビティを備えて設計されている。冷却流体は通常、タービン内を流れるガスと比較してより高い圧力及びより低い温度を有する圧縮機から供給される空気である。より高い圧力は、空気をキャビティ及び通路に流れさせ、この際に空気は翼の壁部から熱を運び去る。冷却構造はさらに通常、翼内の中空空間から、前縁及び後縁の外面及び吸込み側壁部及び圧力側壁部まで延びた、膜冷却孔を有している。
【０００３】
タービンブレードの前縁は、最も高温のガス流条件に曝される領域の１つであり、ひいては冷却されるべき最も決定的な領域の１つである。前縁は、強い表面曲率と、ひいてはよどみ線のそれぞれの側からの著しく加速された流れとを有するという特殊性を有する。極めて高温のガス温度条件の場合、内部冷却通路を用いて前縁を冷却するだけでは通常十分ではなく、孔を介して熱を直接に取り上げかつ外面に冷媒膜の層を提供するために、前縁に穿孔された付加的な孔の列を必要とする。しかしながら、これらの孔の列から噴出された冷媒流と、主たる高温ガスとの相互作用は、入射角の変化によりよどみ線の位置が不確実であるおそれがある状況では、予測することが困難であるおそれがある。この理由から、タービン翼の前縁をシミュレーションした円筒体及び鈍いボディモデルを含む、複数の前縁膜冷却構成において研究が行われてきた。
【０００４】
従来技術において、概して翼内の冷却通路から前縁まで延びた膜冷却孔は、前縁の面に対して大きな角度を成して配置されておりかつ、直径に対する長さの小さな比を備えて設計されている。通常、冷却孔の軸線と、前縁の面とが成す角度は、２０度よりも著しく大きく、冷却孔の直径に対する冷却孔の長さの比は約１０、通常は１５未満である。このような孔は放電機械加工、最近ではレーザドリル加工によって穿孔される。このような膜冷却孔は、翼前縁の根元と先端との間に配置された膜冷却孔全てを合計した累積対流冷却領域により、翼の前縁の良好な対流冷却を提供する。膜冷却孔から出る冷却空気はさらに、翼前縁の表面に沿って通過する膜によって冷却を提供する。
【０００５】
前縁に沿った多数の出口孔による冷却膜の形成は、出口孔における圧力差に対して敏感である。圧力差が小さすぎると、膜冷却孔内への高温ガスの摂取が生じるおそれがあり、圧力差が大きすぎると、冷却空気が孔から吹き出し、膜形成のために翼の表面に再接触しない。
【０００６】
さらに、膜冷却孔の直径に対する長さの小さな比と、孔軸線と前縁表面とが成す角度とは、出口孔を中心とする渦の形成を生じるおそれがある。このことは、翼の表面から離れた冷却膜の高い溶け込みと、翼の前縁における膜冷却効率の低下とを生じる。
【０００７】
翼表面のより良好な膜冷却を提供するための１つの方法は、膜冷却孔を、前縁表面に対してより小さな角度で向き付けることである。このことは、渦形成の傾向を低減する。しかしながら、より小さな角度は、膜冷却孔の直径に対する長さの比を大きくさせ、このことは今日のレーザドリル機械の能力を超えている。
【０００８】
欧州特許第０９２４３８４号明細書は、表面の改良された膜冷却を提供する、翼の前縁の冷却構造を備えた翼を開示している。開示された翼は、前縁に沿って翼の根元から先端まで延びた溝を有している。膜冷却孔のアパーチャは、連続的な直線的な列でこの溝内に配置されている。冷却空気は、これらのアパーチャの両側に流出し、下流において及び翼の両側に均一な冷却膜を提供する。
【０００９】
米国特許第５７７９４３７号明細書は、多数の通路が設けられたシャワーヘッド領域のための冷却システムを提供し、各通路は、前縁軸線に対して半径方向成分と下流成分とを有しており、各通路の出口は、円錐状に機械加工することによって形成されたディフューザ領域を有しており、このディフューザ領域は、通路の下流の壁部分において凹まされている。
【００１０】
欧州特許第１６４５７２１号明細書は、出口ポートを備えた前縁における複数の膜冷却孔を有する翼を開示している。膜冷却孔は、膜冷却孔の少なくとも一部に亘って翼の先端部の方向に拡開された側壁を有する。さらに、冷却孔はさらに、前縁の外面の近くにおいてフレア状の輪郭を有している。膜冷却孔は、渦形成の減少及び冷却空気膜の浸透深さの減少とにより、改良された膜冷却孔率を提供すると述べられている。
【特許文献１】欧州特許第０９２４３８４号明細書
【特許文献２】米国特許第５７７９４３７号明細書
【特許文献３】欧州特許第１６４５７２１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の１つの目的は、タービン翼の前縁のための改良された冷却構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
特に、本発明は、根元から先端部へ及び前縁領域から後縁へ延びておりかつ、冷却空気が翼の内部を通過して内部から翼を冷却するために圧力側壁部と吸込み側壁部との間に少なくとも１つの冷却通路を有する、圧力側壁部及び吸込み側壁部を備えたガスタービン翼の改良に関する。付加的に、１つ又は複数の冷却通路は翼の前縁に沿って延びており、複数の膜冷却孔は内部冷却通路から前縁領域に沿って前縁領域の外面まで延びており、膜冷却孔はそれぞれ、少なくとも膜冷却孔の長さの一部に亘って翼の前縁の半径方向外方に拡開した形状を有している。
【００１３】
この種の構造の改良は、その出口が２つの異なる方向で非対称的に拡開された冷却孔を提供することによって達成される。特に、冷却孔は、主軸線（通常、入口領域に配置された、すなわち内部冷却通路に隣接した、冷却孔の円筒状区分によって規定されている）を有しており、形状は、一方では、前方傾斜軸線に沿って主軸線から傾斜された半径方向外方へ、他方では横方向傾斜軸線に沿って主軸線から傾斜させられた第２の横方向（前方傾斜方向とは異なる）に、非対称的に拡開させられている。
【００１４】
したがって、本発明の重要な特徴は、冷却孔が出口において単に円錐状に拡開しているか、又は半径方向にのみ選択的に円錐状に拡開している従来技術とは対照的に、本発明によれば、特に、冷却孔の開口が拡開する２つ（又は３つ以上の）方向が規定されているということである。一方では、半径方向での拡開が存在し、このことは、前方傾斜軸線によって規定されているような、半径方向に沿った非対称性を提供する。他方では、半径方向に対して垂直にかつ高温ガス流の下流に、横方向傾斜軸線によって規定されているように、すなわちよどみ線から離れる方向で、横方向の拡開が存在する。選択的にかつ極めて効率的に出口部分のこの二重の拡開形状を用いることにより、膜冷却は、冷却孔の下流において、半径方向、及び付加的に、シャワーヘッド領域、すなわち前縁領域に衝突しかつ後縁まで流れる高温ガスの方向で、すなわち前縁に沿ったよどみ線に対して実質的に垂直な横方向で提供される。
【００１５】
本発明による冷却孔の第１の好適な実施形態は、冷却孔の形状が、前方傾斜軸線に沿って半径方向外方に実質的に円筒状に（又は僅かに円錐状に）拡開されていることを特徴とする。択一的に又は付加的に、形状は、横方向傾斜軸線に沿って第２の横方向に実質的に円筒状に（又は僅かに円錐状に）拡開されている。したがって、好適には、２つの円筒状の拡開部分の間の形状又は拡開部分面は、例えば、２つの異なる方向に沿った両円筒状拡開区分に対して好適には実質的に接線方向である結合面を介して平滑化されている。
【００１６】
別の好適な実施形態は、主軸線が水平面から、すなわち、冷却孔の位置における翼の面から、５０〜７０゜だけ半径方向に傾斜させられていることを特徴とする。したがって、平面とこの主軸線との間の角度αは、２０〜４０゜の範囲の鋭角である。半径方向に対して実質的に垂直方向の水平面に対する垂線に対する８５〜１０５゜の傾斜角度を備えた、前縁に対する下流（又は反対方向）成分に沿って主軸線を傾斜させることも可能であるが、好適には、主軸線は半径方向でのみ傾斜され、よどみ線に対して平行である。
【００１７】
別の好適な実施形態によれば、前方傾斜軸線は、主軸線から翼の半径方向に向かって（したがって半径方向で及び翼の表面に向かって）傾斜されており、主軸線と前方傾斜軸線との間の角度βは、５〜２０゜、好適には５〜１５゜の範囲である。好適なように、主軸線が、約３０゜の平面と角度αを取り囲んでいるならば、前方傾斜軸線と平面との間の角度は、１０〜２５゜の範囲である。
【００１８】
別の好適な実施形態は、横方向傾斜軸線が、主軸線から、前縁におけるよどみ線に対して実質的に垂直な方向に沿って及び下流方向に傾斜させられており、主軸線と横方向傾斜軸線との間の角度γが５〜２０゜、好適には５〜１５゜の範囲であることを特徴とする。好適なものとして、主軸線が下流成分に沿って傾斜させられていないならば、これは、横方向傾斜軸線が、下流方向の冷却孔の出口領域における翼の平面と７０〜８５゜の範囲の角度を成していることを意味する。
【００１９】
付加的には、１つの冷却孔の列がよどみ線の圧力側に配置されておりかつ第２の冷却孔の列がよどみ線の吸込み側に配置されているならば好適である。好適には、これらの２つの列は、よどみ線から両側において等しく距離を置かれている。それぞれの列において少なくとも複数の孔、好適には全ての孔がよどみ線から等しく距離を置かれているならば、特に効率的な冷却が達成されることができる。それぞれの列における冷却孔が、他方の列における冷却孔と冷却孔との間に位置するように該他方の列における冷却孔に対して半径方向にずれて（穴１つ分のピッチでずれて）配置されているとさらに好適である。
【００２０】
よどみ線からの２つの列の距離に関して、それぞれの孔の列が少なくともよどみ線から少なくとも孔の直径の３倍、好適にはよどみ線から孔の直径の３〜３．５倍だけ離れて配置されていると、特に効率的な冷却が達成されることができる。半径方向において、好適には冷却孔は少なくとも孔直径１つ分、好適には孔直径の４〜６倍の範囲だけ距離を置かれている（距離は通常は図３にｙで示されているように計測され、孔直径は通常、孔の円筒状領域又は拡開された領域における直径として見なされる）。
【００２１】
既に上述のように、好適かつ有効には、冷却孔は、冷却通路に面した入口部分に円筒状区分を有する。２つの円筒状拡開の直径が、等しいか又は入口部分の円筒状区分の直径の範囲であることがさらに好適である。
【００２２】
別の好適な実施形態によれば、冷却孔は、２〜６である、孔の直径に対する長さの比を有しており、この場合、直径は、孔の円筒状領域又は拡開した領域における直径として見なされる。
【００２３】
別の好適な実施形態は、孔の円筒状区分における断面に対する、孔の拡開する部分における断面の比が、１．５〜２．４５の範囲、好適には１．８〜２．０の範囲であることを特徴とする。通常、約１．９５である。
【００２４】
横方向傾斜は、冷却孔の前方向に沿った種々異なる位置に配置されることができる。実際には、横方向傾斜は、孔の前側縁部又は後側縁部によって与えられる２つの末端部、又はこれらの末端部の間の範囲に配置されることができる。したがって、別の好適な実施形態によれば、横方向傾斜軸線は、孔の出口部分の前側縁部及び後側縁部に、又はこれらの間に配置されておりかつ、好適には、実質的に円筒状部分及び拡開部分の移行部において円筒状区分の軸線と傾斜の軸線とが交差するような方向に沿って主軸線から傾斜させられている。
【００２５】
このような冷却孔構造を形成するための可能な方法に関して、このような冷却孔構造は、放電加工を含む慣用の穿孔方法によって、しかしながら好適にはレーザドリル方法によって形成されることができる。機械加工プロセスは、まず主軸線ひいては存在するならば円筒状区分を規定する円筒状の完全に貫通した孔が機械加工されることによって行われることができる。引き続き、２つの付加的な円筒状機械加工ステップが、横方向傾斜軸線及び前方傾斜軸線に沿って行われる。最後のステップにおいて、冷却孔の拡開領域の面が滑らかにされる。まず横方向傾斜軸線と前方傾斜軸線とに沿って２つの機械加工ステップによって拡開領域を生ぜしめ、その後のステップにおいて主軸線を規定する完全に貫通した孔を機械加工することも可能である。択一的に、例えばレーザドリル加工又はＥＤＭ法によって１つのステッププロセスにおいてこれらの孔を製造することも可能である。
【００２６】
本発明の別の実施形態は従属請求項に示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の好適な実施形態を示すためのものであるが本発明を制限するためのものではない図面を参照すると、図１は、ガスタービン翼６の前縁すなわちシャワーヘッド領域の、ガスタービンブレードの列の半径方向に対して垂直な平面で見た断面図を示している。ガスタービン翼６は、圧力側壁部１５と吸込み側壁部１６とによって規定された中空体として与えられており、これらの壁部は、前縁においては、シャワーヘッド領域又は前縁領域において集束しておりかつ、後縁２９（図示せず）においても集束している。ガスタービン翼６内には複数の冷却空気通路が設けられており、この特定の実施形態では、前縁領域に１つの半径方向冷却空気通路３が設けられている。
【００２８】
このような翼を冷却するために、冷却空気通路を通る内部循環が効果的であり、内部冷却に加えて、特に前縁領域において膜冷却も用いられ、この前縁領域においては高温のガスが翼に衝突し、過熱が回避されなければならない。このために、図１に示されたような特定の実施形態において、吸込み側８には膜冷却孔４，５が設けられており、これらの膜冷却孔のうちの一方は前縁の近くに配置されており、他方は前縁から離れて配置されている。
【００２９】
前縁の領域に、冷却孔の２つの列が設けられている。圧力側には第１の冷却孔の列１が設けられており、吸込み側には第２の冷却孔の列２が設けられている。通常冷却空気通路３内を半径方向に流れる冷却空気は、対応する入口部分１３及び１４を介してこれらの冷却孔１，２に流入し、冷却孔を通過し、冷却空気放出９及び１０の形式で出口部分１１及び１２を介してこれらの冷却孔から流出する。
【００３０】
これらの冷却孔１，２の効率的な膜冷却効果を有するために、冷却空気放出９，１０が実際には膜を形成することを保証することが重要であり、この膜は、翼６の外面上に残りかつできるだけ少ない渦とともに生ぜしめられる。
【００３１】
図２は、本発明において提案されているような冷却孔の非対称的な構造を示している。これらの冷却孔は、拡開部分１９を有しており、この拡開部分はしかしながら極めて特別な構造を有する。この拡開部分１９は、単に円錐状の拡開ではなく、２つの異なる方向で実質的に非対称性を有する非対称的な拡開である。
【００３２】
冷却孔１，２は出口部分１１，１２の領域において、円筒状部分１８を有している。この円筒状部分１８は、冷却孔１，２の主軸線１７を規定している。図２に示されているように、この主軸線１７は、この前縁領域において側壁の平面に対する垂線から傾斜させられている。主軸線は、図２に示されたように、半径方向におけるこの平面に対する垂線から、９０゜−αだけ傾斜させられている。角度αは理想的には約２５〜３５゜の範囲である。主軸線１７のこの半径方向配列は、冷却空気通路において矢印で示されているような冷却ガスの流れが、出口部分１１，１２を介して冷却孔に滑らかに流入することを保証する。また、このことは、基本的に、後で説明される別の拡開部分１９に関連して使用されるならば、膜冷却のための、渦を生じない膜の形成を保証する。
【００３３】
この拡開部分１９は、符号２０で示されているように、前方傾斜軸線に沿った第１の拡開を有している。この前方傾斜軸線は、主軸線１７よりもさらに半径方向に傾斜させられている。実際には、軸線１７及び２０は半径方向平面において整合させられており、主軸線１７と前方傾斜軸線とは角度βを成しており、この角度βは通常１０゜の範囲である。この前方傾斜軸線２０によって規定されているような拡開部は、実際には、円筒状部分１８が始まるまで延びた軸線２０を備える実質的に円筒状のボアである。
【００３４】
横方向に沿って、すなわち以下の図３において見られるようなよどみ線２５に対して垂直な下流方向で、第２の非対称性が存在する。この横方向においても、この拡開は、軸線、すなわち横方向傾斜軸線２１によって規定されている。この横方向傾斜軸線２１は主軸線１７に対して角度γを成している。
【００３５】
この横方向傾斜は種々異なる位置に配置されることができる。プロセスモードについて言えば、例えばまず軸線１７に沿って円筒状区分を機械加工し、次いで軸線２０に沿って前方傾斜を穿孔する。次いで、これにより、前側縁部Ａ及び後側縁部Ｂを有する孔が提供される。ここで、横方向傾斜は、前側縁部Ａにおいて開始することによって又は後側縁部Ｂにおいて開始することによって、又は原理的にこれらの２つの位置の間の全範囲において穿孔されることができる。図２に示されているような状況は、横方向穿孔が位置Ｂから、すなわち後側縁部Ｂにおいて行われたものである。
【００３６】
主軸線１７のこの傾斜と、前方傾斜軸線２０の別の傾斜と、横方向傾斜軸線２１に沿った、半径方向に対して垂直な方向での第２の傾斜とが組み合わされることにより、このことは、冷却孔の出口の極めて非対称的な輪郭２２を提供する。
【００３７】
このことは、２つの異なる断面、すなわち円筒状区分における第１の横断面Ｃと、孔の拡開部分における、図２にＤで示されたような第２のより大きな横断面とを提供する。これらの２つのパラメータを使用することは、ＤとＣとの間の比である面積比を規定することができる。この比は通常１．５〜２．４５の範囲、好適には１．８〜２．０の範囲、すなわち通常は約１．９である。
【００３８】
この極めて非対称的な輪郭と、拡開部分１９の二重軸線非対称拡開とは、実質的に渦を生じることなく、冷却孔１，２の下流の領域の広いカバーリングを備えた、極めて効率的な冷却膜形成を提供する。これに加えて、冷却孔は、完全に貫通した冷却孔を形成するために、第１のステップにおいて、所望の円筒状部分の直径に対応する直径を備えるように主軸線に沿って慣用の円筒状ドリル工具を用いて穿孔が行われるならば、かなり単純な形式で製造されることができる。２つのこれに続くステップにおいて、好適には同じドリル工具を用いて、まず前方傾斜軸線２０に沿って穿孔することによって前方傾斜が生ぜしめられ、次いで、横方向傾斜軸線２１に沿って二回目の穿孔を行うことによって横方向傾斜が生ぜしめられる。これに続き、必要であれば、例えば三回の穿孔プロセスにおいて生ぜしめられた円筒状部分を接線方向に連結することによって、拡開部１９の内面を平滑化することができる。
【００３９】
しかしながら、前記のように、これらの孔を形成するために、１つのステップ方法、例えばレーザドリル又はＥＤＭ法を使用することもできる。
【００４０】
図２に示されたような冷却孔は、図３に示されたように前縁に沿って配置されることができる。図３は、実際には図１に示された矢印Ａの方向で見た図であり、図３は、翼の表面の展開図を示している。図示のように、基本的に、図１に矢印Ａによって示されたような方向で表面に衝突する高温空気は、それぞれ圧力側と吸込み側とに沿って流れる２つの高温のガス流２７及び２８に分割される。これらの２つの流れは実質的に、図３に破線で示されたいわゆるよどみ線２５に沿って生じる。
【００４１】
冷却孔は、よどみ線２５の両側に対称的に配置された２つの列に配置されている。冷却孔は、孔の直径（上に定義されたような直径Ｃとして考えられる）の約３．２５倍だけよどみ線２５から間隔を置かれており、それぞれの列における冷却孔（１，２）が、他方の列における冷却孔と冷却孔との間に位置するように該他方の列における冷却孔に対して半径方向にずれて配置されている。図３は、前方傾斜角度βが１０゜であり、横方向傾斜γも１０゜である状況を示している。孔は、通常孔の直径Ｃの４〜６倍の範囲の距離だけ半径方向に間隔を置かれている。
【００４２】
図４は、このような前縁の表面の斜視図を示しており、冷却孔１，２の拡開部分１９の極めて非対称的な輪郭２２を明瞭に示している。
【００４３】
図５は、前縁に設けられた冷却孔の２つの列を配置するための４つの異なる可能性を示している。５ａ）及びｂ）は、角度βが１０゜でありかつγも１０゜である状況を示している。これらの２つの実施形態の相違点は、図５ａにおいて横方向傾斜が孔の後側縁部Ｂにおいて穿孔又は提供されていることである。このことは後側領域における拡開を提供する。
【００４４】
これに対して図５ｂにおいては横方向傾斜は孔の前側縁部Ａにおいて穿孔されている。このことは孔の前方での拡開を提供する。
【００４５】
上述のように、横方向傾斜の中間位置決めも、Ａ又はＢにおける２つの末端部の間において可能である。
【００４６】
図５ｃ）及びｄ）は、前方傾斜角度βが１０゜である状況を示している。しかしながら、この場合、横方向傾斜角度γがより大きく、このことは、冷却孔のより幅広の輪郭２２を提供する。やはり、これらの２つの実施形態の相違点は、図５ｃにおいては横方向傾斜が孔の後側縁部Ｂにおいて穿孔又は提供されているということである。このことは、むしろ後側領域において拡開を提供する。これに対して、図５ｄにおいては横方向傾斜は孔の前側縁部Ａにおいて穿孔されている。このことは孔の前方への拡開を提供する。この場合にも、横方向傾斜の中間位置決めが、Ａ又はＢにおける２つの末端部の間において可能である。
【００４７】
図６及び図７は、上に説明されかつ請求項に記載された冷却孔構造を用いて達成されることができる、予想外でかつ極めて効率的な膜冷却を記録している。高温の主の流れにおいて試験モデルアセンブリを使用して、高温ガスと断熱壁温度との温度差を、高温ガス温度と冷却ガス温度との差によって割ったものとして規定される膜冷却効率ηと、前縁直径に基づく、ヌセルト数として規定された熱伝達係数ＮｕDを、前縁直径に基づく、レイノルズ数ＲｅDの平方根によって割ったものが、常に右側に表示されている。
【００４８】
図６において、高温ガスの入射角度が０゜でありかつ２．０のブローイング比が使用されている状況が示されている。図６ａには、３０゜の角度αを備えかつ横方向での下流傾斜を備えない円筒状の冷却孔が設けられた状況が示されており、ｂ）では、実質的に図５ａによる構成が用いられている。
【００４９】
図７においては、同じ計測が、５゜の高温空気の入射角度を用いて行われており、すなわち高温空気は冷却孔の２つの列に非対称的に衝突する。
【００５０】
２つの図６及び図７から分かるように、提案された構造は、効率的な断熱膜冷却と、下流だけでなく半径方向においても、広い領域に亘って高い熱伝達係数とを備えた、膜冷却の極めて広い広がりを提供することができる。さらに図７から分かるように、冷却システムは、高温空気の入射角度の変化に対しても極めて頑丈であり、このことは、種々異なる動作条件に関する冷却システムのより高い柔軟性及び安定性を提供する。
【００５１】
要するに、提案された膜冷却孔は、内部冷却通路から翼外面まで、ブレードの表面に対する特定の半径方向及び流れ方向角度で延びている。孔は、互いに半径方向で互いにずらされており、通常は２〜６の範囲の、直径に対する孔長さの比を有している。
【００５２】
本発明において、孔は、図２、３及び４によって示されているように、流れ方向（すなわち高温ガス流に対して平行）及びスパン方向（すなわち半径方向）の両方において、拡散角度を備えた成形されている。成形された冷却孔の複数のその他の設計変更が可能である。
【００５３】
試験室翼列試験調整からの膜冷却効力及び熱伝達係数の試験結果は、本発明の利点を示している。
【００５４】
以下の主な態様が出現する：
・ガスタービンブレードの前縁の高められた膜冷却
・翼の前縁において互いから１つの穴分のピットだけ半径方向ずらされた膜冷却孔の２つの列
・整形された孔は半径方向（すなわちスパン方向）及び流れ方向で拡開されている。流れ方向において、孔は、穴形状全体に沿ってではなく、１つの角個所においてのみ拡開されている（図２及び図３参照）
・整形された孔は、スパン方向及び流れ方向で、５度〜２０度、好適には１０度の範囲の拡開角度を有している
・孔のそれぞれの列は、翼におけるよどみ点から、孔直径の少なくとも３倍、好適には孔直径の３．２５倍だけ離れて配置されている
・孔は、水平面（すなわち高温ガス流れ方向又は下流方向）から、６０度（及び５０〜７０度の範囲に亘ることができる）だけ半径方向に傾斜させられている
・面に対するシャワーヘッド孔穿孔角度は、翼表面に対して、８５〜１０５度、好適には９０度である
・５度〜２０度、好適には１０度の範囲の、拡開された半径方向及びスパン方向角度を備えた、成型された孔の拡開角度
・１．５〜５の範囲の、孔の直径に対する長さの比
・孔は、（冷却流入口における）円筒状部分と、孔出口における拡開区分とから成る
・円筒状部分に対する拡開部分の、孔断面積比は、１．５〜２．４５、好適には１．９５である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】半径方向に対して垂直な平面におけるタービン翼の前縁領域の断面図である。
【図２】本発明による二重拡開型冷却孔の断面図である。
【図３】図１に示された矢印Ａの方向で見た冷却孔配列を示す図である。
【図４】本発明による冷却孔を備えた前縁の概略的な斜視図である。
【図５】図１に示された矢印Ａの方向で見た冷却孔の配列の様々な異なるパターンを示す図である。
【図６】円筒状の孔（ａ）及び本発明による二重拡開型冷却孔（ｂ）の、２．０の吹出し比及び０゜の入射角の場合の、膜冷却断熱効率（左）及び熱伝達係数（右）を示す図である。
【図７】円筒状の孔（ａ）及び本発明による二重拡開型冷却孔（ｂ）の、２．０の吹出し比及び５゜の入射角の場合の、膜冷却断熱効率（左）及び熱伝達係数（右）を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  第１の冷却孔の列、  ２  第２の冷却孔の列、  ３  冷却空気通路、  ４，５  膜冷却孔、  ６  ガスタービン翼、  ８  吸込み側、  ９，１０  冷却空気放出、  １１，１２  出口部分、  １３，１４  入口部分、  １５  圧力側壁部、  １６  吸込み側壁部、  １７  主軸線、  １８  円筒状部分、  １９  拡開部分、  ２０  前方傾斜軸線、  ２１  横方向傾斜軸線、  ２９  後縁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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