(57)【要約】【課題】  タービン要素（１２０）のエアフォイルの後縁領域を適切に冷却するとともに、冷却のために使用される冷却空気を最少化する。【解決手段】  プラットフォーム（２６）とエアフォイルとを有するタービン要素（１２０）であって、上記エアフォイルは、プラットフォーム（２６）における第１の端部から第２の端部まである長さに沿って延在するとともに、前縁、後縁、正圧面、および負圧面を有する。さらに、上記エアフォイルは、後縁通路（１２４）と、この後縁通路から後縁に向かって延びるスロットと、を備える冷却通路網を有する。上記スロットは、上記エアフォイルの正圧側壁と負圧側壁とを局部的に分離するとともに、対向する第１および第２のスロット面を有する。複数の独立したポスト（１３０，１３２，１３４，１３６，１３８，１４０，１４２，１４４，１４６）が、正圧側壁部分と負圧側壁部分との間に延在する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラットフォームとエアフォイルとを含むタービン要素であって、前記エアフォイルは、前記プラットフォームにおける第１の端部から第２の端部まで延在し、かつ前縁と後縁および正圧面と負圧面を備えるとともに、冷却通路網を有しており、
前記冷却通路網は、
後縁通路と、
前記後縁通路から前記後縁に向かって延びており、かつ前記エアフォイルの正圧側壁部分と負圧側壁部分とを局部的に分離するとともに、対向する第１および第２のスロット面を有するスロットと、
前記正圧側壁部分と前記負圧側壁部分との間で、前記スロットにわたって延在する複数の独立したポストと、含むことを特徴とするタービン要素。
【請求項２】
前記ポストは、スロットに沿って２．５４ｍｍ以下の寸法を有することを特徴とする請求項１記載のタービン要素。
【請求項３】
前記第２の端部は、自由先端部であることを特徴とする請求項１記載のタービン要素。
【請求項４】
前記複数のポストは、
ポストの前方の群と、
前記前方の群の後方に位置するとともに、該前方の群よりも大きい制限係数を有するポストの第１の計量列と、
前記第１の計量列の後方に位置するとともに、前記前方の群よりも大きい制限係数を有するポストの第２の計量列と、
前記第１の計量列と前記第２の計量列との間に位置するとともに、これらの第１の計量列および第２の計量列よりも小さい制限係数を有する少なくとも１つの中間の群と、を含むことを特徴とする請求項１記載のタービン要素。
【請求項５】
前記複数のポストは、前記スロットの出口の前方に離間して設けられたポストの後方の列を含むことを特徴とする請求項１記載のタービン要素。
【請求項６】
前記ブレードは、実質的にニッケル合金からなることを特徴とする請求項１記載のタービン要素。
【請求項７】
前記エアフォイルの正確な後縁は、前記スロットの出口に沿って位置していることを特徴とする請求項１記載のタービン要素。
【請求項８】
前記複数のポストは、
実質的に円形の部分を有する複数のポストの列を含む前方の群と、
実質的に円形の部分を有する後方のポストの列と、
関連する列の方向に延長された部分を有する複数の中間のポストの列と、を含むことを特徴とする請求項１記載のタービン要素。
【請求項９】
プラットフォームとエアフォイルとを含むタービン要素であって、前記エアフォイルは、前記プラットフォームにおける第１の端部から第２の端部まで延在し、かつ前縁と後縁および正圧面と負圧面を備えるとともに、冷却通路網を有しており、
前記冷却通路網は、
後縁通路と、
前記後縁通路から前記後縁に向かって延びており、かつ前記エアフォイルの正圧側壁部分と負圧側壁部分とを局部的に分離するとともに、対向する第１および第２のスロット面を有するスロットと、
第１の領域にわたって実質的に徐々に後方に増加する熱伝達係数と、前記第１の領域の後方の第１の位置における第１のピーク熱伝達係数と、前記第１の位置の後方に位置する第２の位置における第１のピーク熱伝達係数よりも低い第２のピーク熱伝達係数と、前記第１の位置と前記第２の位置との間における局部的な熱伝達係数の谷と、を提供するスロット内の手段と、を含むことを特徴とするタービン要素。
【請求項１０】
前記手段は、スロットに沿って２．５４ｍｍ以下の寸法を有する複数のポストを含むことを特徴とする請求項９記載のタービン要素。
【請求項１１】
タービン要素を形成するコアアセンブリであって、
前記タービン要素の管路網の関連するレッグ部を少なくとも部分的に定める複数の部分を有する少なくとも１つのセラミック要素と、
前記少なくとも１つのセラミック要素に固定されるとともに、前記複数の部分の後縁側のものから後方に延在するように配置された少なくとも１つの高融点金属シートと、を有し、前記高融点金属シートは、
それぞれ反対側に向いた第１の面と第２の面と、
前記タービン要素のエアフォイルの正圧面部分と負圧面部分との間に関連するポストを形成するために、前記第１の面と前記第２の面との間に延びる複数の開口部と、を含むことを特徴とするタービン要素を形成するコアアセンブリ。
【請求項１２】
前記複数の開口部は、
少なくとも１列の円状の開口部の列と、
実質的に列の方向に延長された少なくとも１列の細長い開口部の列と、を含むことを特徴とする請求項１１記載のタービン要素を形成するコアアセンブリ。
【請求項１３】
前記複数の開口部は、
円状の開口部の複数の列と、
実質的に列の方向に延長された細長い開口部の複数の列と、を含むことを特徴とする請求項１１記載のタービン要素を形成するコアアセンブリ。
【請求項１４】
前記細長い開口部の少なくともいくつかは、実質的に矩形であることを特徴とする請求項１３記載のタービン要素を形成するコアアセンブリ。
【請求項１５】
前記複数の開口部は、前記開口部の弓形の複数の列を含むことを特徴とする請求項１１記載のタービン要素を形成するコアアセンブリ。
【請求項１６】
前記複数の開口部は、複数の列に配列されており、
前記複数の列のうちの第１の複数の列では、各々の列の開口部が特有の幅と比較的大きい特有の離間距離とを有し、
前記第１の複数の列の後方に位置する、前記複数の列のうちの少なくとも１列の第１の計量列では、各々の列の開口部が特有の幅と比較的小さい特有の離間距離とを有することを特徴とする請求項１１記載のタービン要素を形成するコアアセンブリ。
【請求項１７】
鋳型と組み合わされた請求項１１に記載のコアアセンブリであって、前記鋳型と前記高融点金属シートとが接触する前方の正圧面および負圧面上の位置が、前記シートの実質的に開口部を含まない部分に沿って設けられていることを特徴とする請求項１１記載のタービン要素を形成するコアアセンブリ。
【請求項１８】
タービンブレードの製造方法であって、
少なくとも１つのセラミックコアと、孔があいた高融点金属シートと、を組み合わせるとともに、
前記セラミックコアと前記高融点金属シートとの周囲に鋳型を形成することを含み、
前記鋳型は、ブレードのプラットフォームとエアフォイルとを実質的に定める面を有し、該エアフォイルは、前記プラットフォームにおける根部から先端部まである長さに沿って延在するとともに、正圧面と負圧面とを分離する前縁と後縁とを有しており、
組み合わされた前記セラミックコアと前記高融点金属シートとは、前記エアフォイルを通る冷却通路網を形成するための表面を有しており、
さらに、前記鋳型に溶融合金を流し込み、
ブレードの初期形状を形成するように前記合金を凝固させ、
前記鋳型を取り除き、
前記セラミックコアと前記高融点金属シートを破壊的に取り除くことを含むことを特徴とするタービンブレードの製造方法。
【請求項１９】
前記冷却通路網をさらに形成するために、前記ブレードに複数の孔をあけることをさらに含むことを特徴とする請求項１８記載のタービンブレードの製造方法。
【請求項２０】
前記高融点金属シートを前記セラミックコアと組み合わせる前に、該高融点金属シートに複数の孔をあけることを特徴とする請求項１８記載のタービンブレードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、特に（ブレードやベーンなどの）冷却されるタービン要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
効率は、タービン要素の熱的な性能によって制限されている。エンジンの圧縮機からの空気は、燃焼器を迂回して要素を冷却し、これらの要素がその合金基体の融点を優に越える温度にさらされることを可能とする。迂回する冷却空気は、損失であるので、使用する空気をできる限り少なくすることが望ましい。要素のエアフォイルの後縁の冷却が特に重要である。空力的には、衝撃損を最小にするために、後縁部を薄くかつ小さいウェッジ角を有するように設けることが望ましい。
【０００３】
一般的な製造方法の１つでは、要素のエアフォイルにおける冷却網の主通路が、要素の鋳造工程において犠牲コアを使用して形成される。エアフォイルの表面には、冷却網と連通する孔を設けることができる。これらの孔の幾つかまたは全てをドリルであけることができる。これらの孔には、正圧面および負圧面に設けられるフィルム孔や、後縁に沿ってまたは後縁の近傍に設けられる孔が含まれうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、タービン要素のエアフォイルの後縁領域を適切に冷却するとともに、冷却のために使用される冷却空気を最少化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの形態は、プラットフォームとエアフォイルとを有するタービン要素である。このエアフォイルは、プラットフォームにおける第１の端部から第２の端部まである長さに沿って延在する。また、エアフォイルは、前縁、後縁、正圧面、および負圧面を有する。さらに、エアフォイルは、後縁通路と、この後縁通路から後縁に向かって延びるスロットと、を備える冷却通路網を有する。このスロットは、エアフォイルの正圧側壁と負圧側壁とを局部的に分離するとともに、対向する第１および第２のスロット面を有する。複数の独立したポストが、正圧側壁部分と負圧側壁部分との間に延在する。
【０００６】
種々の実施例では、上記ポストは、スロットに沿って０．１０インチ（２．５４ｍｍ）以下の寸法を有しうる。第２の端部は、自由先端部であってもよい。また、ポストは、前方のポストの群、前方の群の後方に位置する第１のポストの計量列、第１の計量列の後方に位置する第２のポストの計量列、および第１の計量列と第２の計量列との間に位置する少なくとも１つの中間の群を含むことができる。第１の計量列は、前方の群よりも大きい制限係数（ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ  ｆａｃｔｏｒ）を有しうる。第２の計量列も、前方の群よりも大きい制限係数を有しうる。中間の群は、第１および第２の計量列よりも小さい制限係数を有しうる。これらのポストは、スロットの出口の前方に離間して設けられた後方のポストの列を含むことができる。ブレードは、実質的にニッケル合金から構成することができる。エアフォイルの正確な後縁は、スロットの出口に沿って位置しうる。ポストは、実質的に円状のポストを含む複数の列の前方の群、実質的に円状のポストを含む後方の列、および関連する列の方向に延長された部分を有するポストを含む中間の列を含むことができる。これらのポストは、スロットに沿って０．１０インチ以下の寸法を有しうる。
【０００７】
本発明の他の形態は、セラミック要素と高融点金属シートとを含むタービン要素を形成するコアアセンブリである。セラミック要素は、タービン要素の管路網の関連するレッグ部を少なくとも部分的に定める部分を有する。高融点金属シートは、上記部分の後縁側部分から後方に延在するようにセラミック要素に固定される。上記シートは、タービン要素のエアフォイルの正圧面部分と負圧面部分との間に関連するポストを形成するために、それぞれ反対側に向いた第１の面と第２の面との間に延びる開口部を有する。
【０００８】
種々の実施例では、少なくとも１列の円状の開口部と、少なくとも１列の実質的に列の方向に延長された開口部と、が含まれうる。このような延長された開口部の列は、複数あってもよい。また、延長された開口部は、実質的に矩形とすることができる。列は、弓形でもよい。これらの列は、比較的大きい特有の離間距離を有する開口部を含む第１の列の群と、第１の群の後方に位置するとともに比較的小さい特有の離間距離を有する開口部を含む第１の計量列と、を含みうる。上記アセンブリは、鋳型と組み合わせることができ、鋳型とシートとが接触する正圧面および負圧面上の位置は、実質的に開口部を含まないシートの部分に沿って設けられる。
【０００９】
本発明の他の形態は、タービンブレードの製造に関する。セラミックコアと孔あきの高融点金属シートとが組み合わされる。コアとシートとの周囲に鋳型が形成される。この鋳型は、ブレードのプラットフォームと、プラットフォームにおける根部から先端部まで延在するエアフォイルと、を定める面を有する。組み合わされたコアとシートとは、エアフォイルを通る冷却通路網を形成する面を有する。溶融合金が鋳型に流し込まれ、ブレードの初期形状を形成するように凝固する。鋳型は取り除かれる。組み合わされたコアと高融点金属シートとは、破壊的に取り除かれる。続いて、冷却通路網をさらに形成するために、複数の孔をブレードにあけることができる。シートをコアと組み合わせる前に、シートに孔をレーザであけることができる。
【００１０】
本発明の１つまたはそれ以上の実施例の詳細は、添付の図面および以下の実施形態に開示されている。本発明の他の特徴、目的、および利点は、明細書、図面、および請求項によって明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１には、従来のタービンブレード２０が示されており、このタービンブレード２０は、内側プラットフォーム２６における近位の根部２４からブレードの先端部を定める遠位の端部２８までの長さに沿って延在するエアフォイル２２を有する。このようなブレードは、それぞれのプラットフォームが流路の内側部分を境界づける内側リングを構成するように並べて組み合わせることができる。例示的な実施例では、ブレードは、金属合金から一体に形成されている。
【００１２】
エアフォイル２２は、前縁３０から後縁３２まで延在する。前縁３０と後縁３２とは、正圧面３４と負圧面３６（図２参照）とを分離している。エアフォイルを冷却するために、エアフォイルには、プラットフォームのポート４２とつながった冷却通路網４０（図１参照）が提供されている。例示的な通路網４０は、エアフォイル２２に沿って実質的に長手方向に延びる一連のキャビティを含む。最も後方のキャビティは、後縁キャビティ４４と呼ばれており、後縁３２に対して実質的に平行に延びる。最後から２番目のキャビティ４６が、後縁キャビティ３２の前方に設けられている。図示の実施例では、キャビティ４４，４６は、インピンジメントキャビティである。最後から２番目のキャビティ４６は、このキャビティ４６と供給キャビティ５０とを分離する壁５４に設けられた開口部５２の列を通して、供給キャビティ５０の主要部４８から空気を受け入れる。供給キャビティ５０は、プラットフォームに設けられた後縁側のポートの群から空気を受け入れる。同様に、後縁キャビティ４４は、この後縁キャビティ４４と最後から２番目のキャビティ４６との間の壁５８に設けられた開口部５６を通して最後から２番目のキャビティ４６から空気を受け入れる。主要部４８の下流側では、供給キャビティ５０は、一連の蛇行レッグ部６０，６１，６２，６３を有する。最終のレッグ部６３は、開口部６５を介して先端部すなわちポケット６４と連通する遠位端部を有する。例示的なブレードは、さらに、プラットフォームに設けられた前縁側のポートの群から空気を受け入れる前方供給キャビティ６６を含む。この例示的な前方供給キャビティ６６は、プラットフォームから先端部２８に向かって延在する主要部６８のみを有するとともに、開口部７０を介して先端ポケット６４と連通する遠位端部を有する。前縁キャビティ７２が、３つの独立したセグメントを有しており、これらのセグメントは、前縁の内側に縦に並んで延びているとともに壁７４によって互いに分離されている。前縁キャビティ７２は、この前縁キャビティ７２と主要部６８とを分離する壁７７に設けられた開口部７６の列を通して主要部６８から空気を受け入れる。
【００１３】
ブレードは、さらに、通路網４０から正圧面３４および負圧面３６まで延びる孔８０Ａ〜８０Ｐ（図２参照）を含むことができ、これらの孔は、表面をさらに冷却するとともに表面を外部の高温から断熱する。これらの孔に含まれる後縁孔８０Ｐは、後縁に隣接する位置と後縁衝突キャビティ４４の後方端部との間に延びている。図示の孔８０Ｐは、正圧面に沿って後縁３２の僅かに前方に位置する出口８２を有する。また、図示の孔８０Ｐは、アイランド部８４（図１参照）によって分離されたスロットとして形成されている。
【００１４】
例示的なブレードでは、空気が主要部４８からキャビティ４６，４４を通過して、壁５４，５８に順に衝突する。よって、キャビティ４６，４４は、インピンジメントキャビティと呼ばれる。空気は、スロット８０Ｐを通ってキャビティ４４から流出する。追加の空気が、後縁先端部スロット９０（図１参照）を通って排出され、この後縁先端部スロット９０は、主要部４８の遠位端部から供給を受けるとともに壁９２によってキャビティ４６，４４から分離されている。
【００１５】
ブレードは、犠牲コアを用いた鋳造によって製造可能である。例示的なプロセスでは、コアは、セラミック片またはセラミック片の組み合わせからなり、これらのセラミック片は、フィルム孔８０Ａ〜８０Ｏを除く、キャビティ、先端ポケット、種々の接続開口部、および孔８０Ｐを含む冷却通路網の反転部（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）を構成する。コアは、ブレードの基本形状を有する永久鋳型内に配置可能であり、ブレードのプラグを構成するためにワックスまたは他の犠牲材料を流し込むことができる。鋳型は取り除かれ、プラグの外部にセラミックコーティングが施される。このセラミックコーティングが、犠牲鋳型を構成する。ワックスにとって代わるように溶融金属が流し込まれる。冷却後に（ケミカルリーチングなどにより）犠牲鋳型とコアとを取り除くことができる。追加の機械加工および仕上げステップは、孔８０Ａ〜８０Ｏの孔あけを含みうる。（エアフォイルの両端部にプラットフォームを有する）ベーンも、同様に形成可能である。
【００１６】
図３は、本発明のブレード１２０を示している。このブレード１２０は、説明の目的で、図１のブレード２０の再設計による変更を最小限にして例示的に示されている。この再設計では、ブレードの外部寸法は実質的に変わらない。さらに、後縁供給キャビティ１２４の主要部１２２の前方に位置する内部特徴部は同一であり、かつ同一の番号が付されている。上述の記載にかかわらず、他の再設計によってさらに変更が生じうる。主要部１２２の後方端部１２６の後方には、間に壁がない状態でポストすなわちペデスタルの複数の列１３０，１３２，１３４，１３６，１３８，１４０，１４２，１４４，１４６が設けられている。例示的な実施例では、これらの列は僅かに弓形となっており、後縁３２の弓形形状に対応している。また、例示的な実施例では、前方の列１３０は、エアフォイルの長さの（例えば、約半分の）遠位の部分のみにわたって延びている。残りの列は、根部から先端部に隣接する位置までの大部分にわたって延びている。例示的な実施例では、前方の５つの列１３０〜１３８の群は、実質的に直円柱として形成されるとともに間に間隙１６１を有するペデスタル１６０を含む。ペデスタル１６０は、第１の直径Ｄ1と、第１の中心間隔つまりピッチＰ1と、第１の離間距離Ｓ1とを有し、ここで、Ｓ1＝Ｐ1−Ｄ1である。よって、Ｄ1は、ペデスタル１６０の関連する列の中心線および横方向に沿った特有の寸法である。列のピッチすなわち中心線から中心線までの間隔Ｒ1は、Ｐ1よりも僅かに小さく、かつＳ1より僅かに大きい。これらの列の位相は、僅かに互い違いになっている。この僅かに互い違いの配列は、遠心作用の影響を反映する全体的な流れ方向５１０からみて、隣接するペデスタイルの位相が実質的にずれるように設けられている。
【００１７】
次の列１４０は、実質的に角の丸い直四角柱として形成されたペデスタル１６２を有する。これらのペデスタル１６２は、（列に対して平行に測定された）長さＬ2、（列に対して垂直に測定された）幅Ｗ2、ピッチＰ2、および離間距離Ｓ2を有する。例示的な実施例では、ピッチがＰ1と実質的に同じであり、ペデスタル１６２は、前方の群の最後の列１３８のペデスタル１６０とちょうど位相がずれている。これにより、前方の群の最後の列１３８のペデスタル１６０が、ペデスタル１６２の間の間隙１６３のすぐ前に位置する。列１４０と列１３８との間の列のピッチＲ2は、Ｒ1よりも僅かに小さい。次の列１４２も、実質的に角の丸い直四角柱として形成されたペデスタル１６４を有する。この列のペデスタルは、長さＬ3、幅Ｗ3、ピッチＰ3、および離間距離Ｓ3を有する。例示的な実施例では、Ｌ3，Ｗ3は、共にＬ2，Ｗ2よりも実質的に小さい。しかし、ピッチＰ3は、Ｐ1と実質的に同じであり、かつ食い違った配置の位相が完全にずれている。これにより、ペデスタル１６４は、関連する間隙１６３のすぐ後に位置するとともに、ペデスタル１６４の間の間隙１６５は、関連するペデスタル１６２のすぐ後に位置する。列１４２とその前の列１４０との間の列のピッチＲ3は、Ｒ2，Ｒ1よりもやや小さい。次の列１４４も、実質的に角の丸い直四角柱として形成されたペデスタル１６６を有する。これらのペデスタル１６６は、長さＬ4、幅Ｗ4、ピッチＰ4、および離間距離Ｓ4を有する。例示的な実施例では、これらの寸法は、前の列１４２の対応する寸法と実質的に同じであるが、完全に位相がずれており、各々のペデスタル１６６は間隙１６５のすぐ後に位置するとともに、各々の間隙１６７はペデスタル１６４のすぐ後に位置する。列１４４とその前の列１４２との間の列のピッチＲ4は、Ｒ3と同様にＲ2，Ｒ1よりも実質的に小さい。例示的な実施例では、後縁の列１４６は、実質的に直円柱として形成されたペデスタル１６８を有し、これらのペデスタル１６８は、直径Ｄ5、ピッチＰ5、および間の間隙１６９つまり離間距離Ｓ5を有する。例示的な実施例では、Ｄ5は、Ｄ1および矩形のペデスタルの長さよりも小さい。さらに、ピッチＰ5は、他の列のピッチよりも小さく、離間距離Ｓ5は、列１４０以外の列の離間距離よりも小さい。列１４６とその前の列１４４との間のピッチＲ5は、Ｒ3，Ｒ4と同様にＲ1，Ｒ2よりも実質的に小さい。例示的な実施例では、列１４６の中心線は、各々のペデスタル１６８の後縁側端部と後縁３２との間に間隙１８０が設けられるように十分に後縁３２の前方に位置する。この例示的な間隙１８０は、直径Ｄ5の約１００〜２００％の厚さＴを有する。
【００１８】
図４は、説明の目的で、各々の列１３２〜１４６を通る断面を示している。これらのペデスタルは、主要部１２２の後方端部１２６における入口１８３から後縁３２における出口１８４まで延びるスロット１８２内に形成されている。このスロット１８２は、高さＨと入口から出口までの長さＬを有する。また、このスロット１８２は、エアフォイルの正圧面および負圧面に沿って、対向する平行な内側面１９３，１９４をそれぞれ有する壁部１９０，１９２を局所的に分離する。このスロット１８２は、さらに、プラットフォーム２６における内側端部１９５（図３参照）から先端部２８に隣接する外側端部１９６まで延びている。
【００１９】
好適な製造方法では、ペデスタルは、セラミックコアに組み付けられた薄い犠牲要素の上にブレードを鋳造することによって形成される。例示的な犠牲要素は、コアの一致する特徴部に部分的に挿入される金属製の要素（インサート）である。このインサートは、（例えばモルブデンなどの）高融点金属のシートで形成してからセラミックコアに組み付けることができる。図５は、（例えば、レーザ切断／孔あけによる）原型シートの機械加工によって形成されたインサート２００を示している。このインサートは、それ自体の前縁２０２および後縁２０４、そして内側端部２０６および外側端部２０７を有する。内側端部２０６と外側端部２０７の中央部は、スロットの内側端部１９５および外側端部１９６に対応してこのスロットを定める。インサートは、開口部２３０，２３２，２３４，２３６，２３８の列２１０，２１２，２１４，２１６，２１８，２２０，２２２，２２４，２２６を有し、これらの列は、ペデスタル１６０〜１６８の列１３０〜１４６に対応してこれらの列を定める。図５は、さらに、インサート２００が後縁２０４から延在する一対の取扱いタブ２４０を有しているのを示している。前縁部分２５２は、セラミックコアの相補的なスロットに挿入されるように設けられる。参考までに、この部分の後縁側境界を示す線２５４が追加されている。同様に、線２５６は、最終的なブレードの後縁位置を示している。図６は、ブレードの製造の中間段階を示す。ブレードの原型は、インサート２００とセラミックコア３０２のアセンブリの周囲に設けられた犠牲セラミック鋳型３００内で鋳造されて示されている。インサートの前縁部分２５２は、後方供給キャビティ４８を形成するコアの後縁側部分３０６に設けられたスロット３０４内にはめ込まれている。コアの追加の部分３０８，３１０，３１２，３１４，３１６，３１８は、レッグ部６０〜６３、前方供給キャビティ６６、および前縁衝突キャビティ７２を形成する。他の部分（図示省略）は、先端ポケットと図３のブレードの追加の内部特徴部を構成する。インサートの正圧面２０８および負圧面２０９の中央部は、スロットの正圧側および負圧側の面１９３，１９４と、境界となる壁部分１９０，１９２に対応するとともにこれらの面および壁部分を定めている。鋳造後に、鋳型、コア、およびインサートは、ケミカルリーチングなどによって破壊的に取り除かれる。その後、ブレードにさらに（レーザ、放電、または他の手段によるフィルム孔の孔あけおよび仕上げ加工を含む）機械加工や（熱処理、表面処理、コーティングなどの）処理を行うことができる。
【００２０】
インサートの使用によって、単一のセラミックコアでは経済的に、確実に、または容易に得られなかったペデスタルの寸法、形状、および位置を制御することが可能になる。例示的なストリップの厚さおよび関連するスロットの高さＨは、０．０１２インチ（０．３０４８ｍｍ）である。ペデスタルの例示的な組合わせおよび配列では、直径Ｄ1は０．０２５インチ（０．６３５ｍｍ）、ピッチＰ1は０．０６０インチ（１．５２４ｍｍ）、残る離間距離Ｓ1は０．０３５インチ（０．８８９ｍｍ）である。ピッチに対する列に沿ったペデスタルの寸法（Ｄ1）の比率によって、列に沿ってペデスタルで塞がった面積の割合が定められる。上記で特定した寸法では、このブロッケージ係数は、前方の列の群の各々の列において４１．７％である。列のピッチＲ1は、０．０６０インチ（１．５２４ｍｍ）である。直径Ｄ5は、０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）、ピッチＰ5は０．０３８インチ（０．９６５２ｍｍ）、離間距離Ｓ5は０．０１８インチ（０．４５７２ｍｍ）、ブロッケージ係数は５２．６％である。列のピッチＲ5は、０．０３１インチ（０．７８７４ｍｍ）である。例示的な角が丸い矩形のペデスタルは、０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）のコーナ半径を有する。長さＬ2は０．０４インチ（１．０１６ｍｍ）、幅Ｗ2は０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）、ピッチＰ2は０．０６３インチ（１．６００２ｍｍ）、残る離間距離Ｓ2は０．０２３インチ（０．５８４２ｍｍ）、ブロッケージ係数は６３．５％である。列のピッチＲ2は０．０５５インチ（１．３９７ｍｍ）である。長さＬ3は０．０２５インチ（０．６３５ｍｍ）、幅Ｗ3は０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）、ピッチＰ3は０．０６３インチ（１．６００２ｍｍ）、残りの離間距離Ｓ3は０．０３８インチ（０．９６５２ｍｍ）、ブロッケージ係数は３９．７％である。列のピッチＲ3は０．０４０インチ（１．０１６ｍｍ）である。長さＬ4は０．０２５インチ（０．６３５ｍｍ）、幅Ｗ4は０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）、ピッチＰ4は０．０６３インチ（１．６００２ｍｍ）、残る離間距離Ｓ4は０．０３８インチ（０．９６５２）、ブロッケージ係数は３９．７％である。列のピッチＲ4は、０．０３３インチ（０．８３８２ｍｍ）である。
【００２１】
ペデスタルの形状、寸法、および配列は、熱伝達を含む所望の熱流特性を達成するために調整可能である。前方の領域にわたるペデスタルの比較的低いブロッケージ配列と、そのすぐ後方および後縁の近傍の計量領域（列）における比較的高いブロッケージとの組合わせは、２つの計量列の近傍において比較的高い熱伝達を達成するために有用でありうる。このような集中は、インピンジメントキャビティに関連する圧力低下よりも低い圧力低下によって達成され、結果的に熱的／機械的な応力および関連する疲労が少なくなる。第１の計量列に（総合的なブロッケージ係数が同様となる多数の比較的小さいペデスタルに比べて）延長されたペデスタルを使用することで局部的な流速が制御される。また、後方の計量列に比較的多数の短いペデスタルを使用することで、後縁の伴流における乱流が最少化される。これらの２つの計量列の間の中間的な長さを有するペデスタルは、２つの計量列の間の伴流／乱流を連続的に変化させるように機能する。後方の計量列に関連する小さい離間距離と高いブロッケージ係数は、さらに、スロット出口から流出する流れと正圧面および負圧面にわたる流れとの間で、有効に調和するマッハ数まで流れを加速させるように機能する。これは、例示的な実施例のように、真の後縁から正圧面に沿って上流に出口を有するのではなく、真の後縁がスロットの出口と一致する場合に特に有利である。有利なバランスでは、スロット後縁マッハ数を正圧面および負圧面のマッハ数の少なくとも５０％（例えば、正圧面または負圧面のマッハ数が０．８のときにスロット後縁マッハ数が０．４５〜０．５５）とすることができる。ペデスタルの後縁の列の後方の間隙１８０は、スロット出口の先で伴流をさらに拡散させるように機能する。これにより、伴流に捕捉された燃焼ガスと関連する酸化のおそれが減少しうる。この目的のために、間隙は、少なくとも後縁ペデスタル（Ｄ5）の列に沿った寸法とすることができる。より広い範囲は、この寸法の１．５倍であり、特にこの寸法の１．５〜２．０倍である。
【００２２】
前方の群に後方の計量列よりも比較的小さい数でかつ比較的直径が大きい円形ペデスタルを使用することで、熱伝達がそれほど要求されない前方領域にわたる熱伝達が少なくなる。また、比較的直径が大きいペデスタルを所望の密度で設けることで、構造的な一体性が大きくなる。
【００２３】
本発明の１つまたはそれ以上の実施例を開示した。しかし、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、種々の変更が可能である。例えば、タービン要素の外部形状および外部環境の詳細が、冷却の必要性および本発明の特定の実施に影響を与えうる。既存の要素の再設計や再制作として適用された場合には、既存の要素の特徴によって、実施の特徴が制約もしく影響されうる。従って、他の実施例も、本発明の請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来技術に係るブレードの長手方向断面図である。
【図２】図１のブレードのエアフォイルの断面図である。
【図３】本発明に係るブレードの長手方向の断面図である。
【図３Ａ】図３の部分拡大断面図である。
【図４】図３のブレードのエアフォイルの断面図である。
【図５】図３のブレードを形成するためのインサートの負圧面の平面図である。
【図５Ａ】図５の部分拡大断面図である。
【図６】図３のブレードのエアフォイルの製造時における断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
２６…プラットフォーム
２８…先端部
３２…後縁
１２０…ブレード
１２２…主要部
１２４…後縁供給キャビティ
１２６…主要部の後方端部
１３０，１３２，１３４，１３６，１３８，１４０，１４２，１４４，１４６…ペデスタルの列
１９５…スロットの内側端部
１９６…スロットの外側端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図６】
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