(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却空気（１８）を受取る第１の入口（３６）を持つ内側バンド（２２）と、
冷却空気を受取る第２の入口（３８）を持つ外側バンド（２４）と、
前記バンドの間を一体に伸び、各々が、前縁及び後縁（３２、３４）の間並びに前記バンドの間を伸びる向かい合った圧力側及び吸込み側（２８、３０）を持つ複数個のベーン（２６）と、
前記第１の入口と流れが連通して、前記バンドの間及び圧力側及び吸込み側の間を延びて各々のベーン内を通る前縁冷却流路（４０）であって、前記前縁（３２）の背後に配置された前縁冷却流路（４０）と、
前記第２の入口（３８）と流れが連通して、前記バンド及び圧力側及び吸込み側の間を延びて各々のベーン内を通る弦中央冷却流路（４２）であって、前記前縁冷却流路（４０）の背後に配置され前記後縁により近接する弦中央冷却流路（４２）と、
前記内側及び外側バンド間で各々のベーンの中に該内側及び外側バンドと一体に形成されて前記前縁冷却流路及び弦中央冷却流路を分離すると共に、前記前縁冷却流路を前記第１の入口から遠ざかる向きに収斂させると共に、前記弦中央冷却流路（４２）を前記第２の入口から遠ざかる向きに収斂させるように、前記内側及び外側バンド間で該内側バンドでは前記前縁（３２）から一層遠く、前記外側バンドでは前記前縁に一層接近するように傾斜している隔壁（４６）と、
を有しているタービン・ノズル。
【請求項２】
前記前縁冷却流路（４０）が、前記バンド（２２、２４）の間で相隔たる複数個の第１の出口（５０）を持ち、前記弦中央冷却流路（４２）が前記バンドの間で相隔たる複数個の第２の出口（５２）を持っている請求項１記載のタービン・ノズル。
【請求項３】
各々のベーン（２６）が更に、圧力側及び吸込み側（２８、３０）の両方に沿って、前記前縁冷却流路及び弦中央冷却流路（４０、４２）の各々の中に配置された複数個の乱流部材（５８）を含む請求項１又は２記載のタービン・ノズル。
【請求項４】
前記前縁冷却流路（４０）には前記第１の入口（３６）の近くに前記乱流部材（５８）がなく、前記弦中央冷却流路には前記第２の入口（３８）の近くに前記乱流部材（５８）を含む請求項３記載のタービン・ノズル。
【請求項５】
前記前縁冷却流路（４０）が前記外側バンド（２４）まで前記乱流部材（５８）を含み、前記弦中央冷却流路（４２）が前記内側バンド（２２）まで前記乱流部材を含む請求項４記載のタービン・ノズル。
【請求項６】
前記内側及び外側バンド間で伸び、架橋部（４８）によって前記弦中間冷却流路から分離された後縁冷却流路（４４）を更に有し、
前記第２の出口（５２）は、前記弦中間冷却流路及び後縁冷却流路（４２、４４）と流れが連通するように、前記架橋部を通り抜ける１列のクロスオーバ出口（５４）を含む、請求項２記載のタービン・ノズル。
【請求項７】
前記前縁冷却流路（４０）が前記内側バンド（２２）に第１の空気入口（３６）を持ち、前記弦中央冷却流路（４２）が前記外側バンド（２４）に第２の空気入口（３８）を持ち、３つの流路全部が、それから冷却空気を吐出する為の夫々の出口孔（５０、５２、５４、５６）を持っている請求項６記載のタービン・ノズル。
【請求項８】
前記隔壁（４６）が無孔であり、前記出口孔（５０−５６）が前記ベーンの圧力側及び吸込み側（２８、３０）の中に複数の列をなして配置されると共に、前記架橋部（４８）の中に１列に配置され、且つ前記ベーンの後縁（３４）に沿って別の１列として配置されている請求項６又は７記載のタービン・ノズル。
【請求項９】
前記前縁冷却流路及び弦中央冷却流路（４０、４２）の両方が、前記内側バンド（２２）の第１の入口（３６）に隣接する前縁冷却流路（４０）の部分を除いて、その中に乱流部材（５８）を含んでいる請求項６乃至８のいずれか１項に記載のタービン・ノズル。
【請求項１０】
前記前縁冷却流路（４０）には、前記内側バンド（２２）から前記ベーン（２６）のスパンの約１／４に互って、前記乱流部材（４８）が設けられていない請求項９記載のタービン・ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は全体的にガスタービンエンジン、更に具体的に言えば、タービン・ノズルの冷却に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンでは、空気が圧縮機で加圧され、燃料と混合されて燃焼器で点火され、高温燃焼ガスを発生し、この燃焼ガスがタービン段の中を流れて、それからエネルギを抽出する。ターボファン・エンジンでは、高圧タービンが圧縮機に動力を供給し、低圧タービンが、圧縮機より上流側に配置されたファンに動力を供給する。各々のタービンが、内側及び外側バンドの間に装着したベーンを持つ不動タービン・ノズルを含み、その後に回転子円板から外向きに伸びる１列の回転羽根が続く。
【０００３】
高圧タービン・ノズルが燃焼器の出口に配置され、最高温度の燃焼ガスをそれから受取り、下流側のタービン段でガスからエネルギが抽出されるにつれて、温度が下がる。ノズル・ベーン及び回転羽根の両方が中空のエーロフォイルを持ち、その中に圧縮機から抽出した空気の一部分を使って、その冷却を行う。圧縮機から冷却空気を抽出すると、必然的にエンジンの全体的な効率が低下し、この為、ベーン及び羽根を適切に冷却しながら、使う冷却空気を出来るだけ少なくすることが望まれている。
【０００４】
ベーンは不動部品であるが、羽根は回転部品であり、従って、遠心力及び熱応力を含む異なる動作環境、燃焼ガスと夫々のエーロフォイルの間の伝熱係数の変動を考えて、異なる冷却装置を持っている。
【０００５】
この国で何年にも互って商業的に成功裡に使われてきた１形式のターボファン航空機エンジンでは、高圧タービン・ノズルが、ベーン・エーロフォイルの前縁及び後縁の間に３つの半径方向の冷却流路を持ち、それらが対応する半径方向リブ又は架橋部（ブリッジ）によって隔てられている。外側バンドにある共通の入口から各々のベーンに冷却空気が供給され、空気の一部分が半径方向内向きに前縁流路及び隣接する弦中央(midchord)流路に分割される。２つの流路に対する共通の外側入口を除いて、冷却空気が別々に通される。
【０００６】
ベーンが、その圧力側及び吸込み側を通る種々の膜冷却(film cooling)孔を持ち、これによって２つの流路からの空気が吐出され、運転中、ベーンの外部膜冷却を行う。
【０００７】
ノズルは、弦中央流路より後方に配置され、それから対応するリブ及び架橋部によって隔てられた第３の流路又は後縁流路をも含む。第３の流路が、ベーンの圧力側及び吸込み側の間に相隔たるピンを含んでいて、その間に通される冷却空気の熱伝達を高める。各々のベーンが、１列の後縁出口孔を含み、これから第３の流路内の冷却空気が吐出される。
【０００８】
第３の流路は、外側バンドにあるそれ自身の入口からその冷却空気を受取ると共に、弦中央リブをその内側端で截頭することによって、第２の流路からの空気の別の部分をも受取ることが出来る。別の実施例では、弦中央リブは１列のクロスオーバ孔を持っていてよく、これが第２の流路からスパンの高さに沿って、第３の流路への唯一の空気源となる。
【０００９】
弦中央流路に通される空気の冷却効果を高める為、典型的には、ベーンの圧力側又は凹側の内側に、横方向に伸びる乱流部材リブが配置される。第１の流路も第３の流路も、それに伴う圧力損失を避ける為に乱流部材を含んでおらず、受容れることの出来る冷却をしながら、エンジンの性能を最大にする。
【００１０】
典型的には、ベーンの前縁は最も厳しい冷却条件を持っている。こういう前縁は、最初に高温燃焼ガスを受ける。そのガスは、ベーンの圧力側及び吸込み側に沿って分割されて、ベーンの前縁に沿ってかなりの岐点圧を生ずる。燃焼ガスは、ベーンの前縁に沿って高い伝熱係数を持つと共に高い静圧を持っている。
【００１１】
従って、前縁冷却流路に通される空気は、高温燃焼ガスが膜冷却孔を介して羽根の中に吸い込まれるのを防止する為の逆流余裕を持たせる為には、外部燃焼ガスの圧力よりも十分高い圧力を持っていなければならない。
【００１２】
ベーンに通される冷却空気の圧力損失は、典型的には、冷却用の特徴の複雑さが高まると共に増加する。乱流部材は冷却効果を高めるが、それは、それに対応する犠牲を払い、それに対する圧力損失を伴ってのことである。この為、供給される冷却空気が、最後の出口孔までの冷却流路の範囲全体に沿って、適切な逆流余裕を保つ為に、その中での予想される損失に対処する十分な圧力を持つことが必要になる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上に述べたタービン・ノズルは、何年もの間、商業的に成功裡に使われてきたが、エンジンの実質的な動力の伸びにより、現在の設計によっては満たすことの出来ないような、ノズルの冷却作用の対応する増加を必要としている。エンジンの動力の伸びは、燃焼ガス温度の実質的な上昇によってもたらされている。一層高温の燃焼ガスは、圧縮機から必要とする冷却空気をあまり増加することなく、更に効果的に冷却されるタービン・ノズルを必要とする。
【００１４】
従って、それに伴う圧力損失を最小限にしながら、改良された冷却用のタービン・ノズルを提供することが望まれる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
タービン・ノズルが、夫々の空気入口を持つ内側及び外側バンドを含む。複数個の中空ベーンが、入口と流れが連通するようにしてバンドに一体に結合される。各ベーンが、バンドの間を伸びていて、傾斜した隔壁によって隔てられた第１及び第２の冷却流路を含み、この隔壁が２つの流路を対応する入口から遠ざかる向きに収斂させて、冷却空気が吐出されるときの圧力降下を減らす。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１には、一部分だけ示した環状燃焼器１２の出口側の端に配置された高圧タービン・ノズル１０が示されている。ノズル及び燃焼器は、縦方向又は軸方向中心線１４に対して軸対称であり、環状ケーシング１６の内側に適当に取付けられている。
【００１７】
ノズル及び燃焼器はガスタービンエンジンの部分であり、このエンジンは、空気１８が多段圧縮機（図に示していない）で加圧され、燃料と混合され、燃焼器で点火されて、高温燃焼ガス２０を発生し、この燃焼ガスをノズルを介して、支持用の回転子円板から外向きに伸びる第１段の１列のタービン回転羽根（図に示していない）に吐出されるような任意の普通の形式を持っていてよい。圧縮機が第１の又は高圧タービンから動力を受け、低圧タービン（図に示していない）が典型的には第１のタービンの下流側に配置されて、燃焼ガスから別のエネルギを抽出して、典型的なターボファン航空機用エンジンの用途では、圧縮機の上流側に配置された普通のファン（図に示していない）に動力を供給する。
【００１８】
タービン・ノズル１０は半径方向内側バンド又はハブ２２と半径方向外側バンド２４を含み、その間に円周方向に隔たる複数個の固定ベーン２６が、典型的には一体の鋳物の形で、それと一体に伸びている。
【００１９】
図２に示すように、タービン・ノズルは複数個の円周方向の扇形部分に分けて形成されるのが典型的であり、その１つを図面に示してあり、これに対応する弓形の内側及び外側のバンドが２つ又は更に多くのベーンを持っている。扇形部分が完全なリングに配置されて、それらの間に適当な封じが設けられて、高温燃焼ガス２０及び冷却空気１８に曝されるときの部品の膨脹及び収縮による運転中の熱応力を減らす。冷却空気は、圧縮機に通される空気の一部分を抽出し、それを中空である個別のベーンに適当に通すことによって得られる。
【００２０】
各々のベーン２６は、軸方向には前縁及び後縁３２、３４の間、そして半径方向には内側及び外側バンドの間を伸びる全体的に凹の圧力側２８及び全体的に凸の吸込み側３０を持っている。燃焼ガスが最初にベーンの前縁３２に当たり、その後ベーンの両側に沿ってに分割されて、その上を流れ、後縁を通越す。従って、燃焼ガスはベーンの前縁で最大の静圧にぶつかるが、これはその後ベーンの両側で減少する。
【００２１】
図２に示したベーン２６の内の１つの断面図が、図３に更に詳しく示されている。内側バンド２２が、冷却空気１８の対応する部分を受取る半径方向内側の第１の入口３６を含み、外側バンド２４は冷却空気の夫々の部分に対する対応する半径方向外側又は第２の入口３８を含む。
【００２２】
各々のベーンは、第１の入口３６と流れが連通するように、内側及び外側バンドの間を半径方向に伸びる第１の冷却回路又は流路４０をも含む。第２の冷却回路又は流路４２が、第２の入口３８と流れが連通するように、外側及び内側バンドの間を半径方向に各々のベーンを通抜ける。図３に示す好ましい実施例では、第３の冷却回路又は流路４４が、後縁に沿って、第２の流路に隣接して、半径方向に内側及び外側バンドの間を伸びている。
【００２３】
３つの流路４０、４２、４４は互いに隣接して配置されていて、その半径方向外側端に対応する内側及び外側バンドが一体に形成された半径方向に伸びる隔壁４６及び半径方向に伸びるリブ又は架橋部４８によって隔てられている。
【００２４】
図３に示す好ましい実施例では、第１の流路４０がベーンの前縁３０の直ぐ背後でベーンの内側に配置され、第２の流路４２が第１の流路の直ぐ後側に配置され、その後ベーンの後縁３４に隣接して配置された第３の流路４４が続く。この為、第１の流路４０は前縁冷却流路であり、第３の流路４４は後縁冷却流路であり、第２の流路４２はそれらの間に配置されていて、前縁及び後縁から夫々隔たる弦中央冷却流路である。
【００２５】
第１の流路４０には、内側バンド２２にある対応する第１の空気入口３６から冷却空気が供給され、第２の流路４２には、外側バンド２４にある第２の空気入口３８から冷却空気が供給される。こうして前縁及び弦中央冷却流路は、最大の圧力及び最大の冷却能力を持つ別々の独立した冷却空気源を持っている。冷却空気が、内側バンドより半径方向内側及び外側バンドより半径方向外側で共通の圧縮機からの独立の流路を通して、これらの２つの流路にも送出される。
【００２６】
空気が第１の流路４０を流れて、ベーンをその前縁に沿って内側から冷却する。複数個の第１の出口５０が、ベーンの圧力側及び吸込み側の両方を通って、第１の流路に設けられていると共に、内側及び外側バンドの間を伸びる列に分かれて隔たっている。典型的には、第１の出口５０は傾斜した膜冷却孔の形をしており、これらの膜冷却孔は、ベーンの外面の上に対応する膜として冷却空気を吐出する為の任意の普通の形を持っていて、高温燃焼ガスに対する絶縁空気障壁を作ることが出来る。
【００２７】
同様に、第２の流路４２が、ベーンの圧力側及び吸込み側の両方を通抜けると共に、内側及び外側バンドの間に列となって隔たる複数個の第２の出口５２を含む。
【００２８】
第１及び第２の出口５０、５２は、高温燃焼ガスに対する熱絶縁障壁とする為に、ベーンの外面に沿って、夫々の冷却空気の膜を形成する為の任意の普通の形を持つ傾斜した膜冷却孔として、ベーンの圧力側及び吸込み側を通る半径方向の列として配置することが好ましい。隔壁４６が無孔であって、第１の出口５０が、対応する第１の入口３６からその中に通された空気に対する第１の流路４０の唯一の出口となることが好ましい。
【００２９】
同様に、第２の流路４２の境界となるベーンの両側を通る第２の出口５２が、第２の入口３８から通される空気に対する第２の流路に対する出口となる。
【００３０】
好ましい実施例では、内側及び外側バンドが、第３の流路４４の下方及び上方で無孔であって、架橋部４８が、第２及び第３の流路４２、４４の間で流れを連通させる、架橋部を通抜けるクロスオーバ出口５４の形をした１列の別の第２の出口を持っている。こうすることにより、第２の流路４２から通ってきた空気の一部分が、それから架橋部４８を介して吐出され、第３の流路４４に冷却空気を供給して、ベーンのこの部分を冷却する。第３の流路４４からの空気が、ベーンの後縁３４に沿って、１列の後縁出口孔５６を介して吐出される。
【００３１】
無孔の隔壁４６は第１の流路４０を第２の流路４２から隔離し、ベーンの前縁の背後に通される空気の冷却性能を最大にする。前に述べたように、運転中、燃焼ガス２０がベーンの前縁３２で分割されるとき、燃焼ガスは最大の静圧に出会う。隔離された前縁流路４０は、その中に通された対応する圧力の冷却空気１８が、出来るだけ高いま丶に留まって、運転中、第１の出口５０を介して高温燃焼ガスを吸込むことを防止する為の適当な逆流余裕を持たせることを確実にする。
【００３２】
しかし、冷却空気１８が第１の流路４０の中を半径方向外向きに進むとき、それが摩擦によって圧力損失を受ける。その為、隔壁４６は内側及び外側バンドの間で傾斜していて、内側バンドでは前縁３２から一層遠く、外側バンドでは前縁に一層接近して、第１の流路４０が第１の入口３６から遠ざかる向きに収斂するようにする。
【００３３】
収斂する第１の流路は、空気が半径方向外向きに進んで、対応する第１の出口５０を介して吐出されるとき、流れの断面積を減少する。従って、収斂する第１の流路４０は、減少する残りの空気の流量を減少する流路の流れ面積と一層よく釣合わせ、空気が第１の流路４０の中を半径方向外向きに進むときの冷却空気の速度及び圧力の低下を最小限に抑え、その熱伝達による冷却効果及び対応する逆流余裕を高める。こうすることにより、ベーンの前縁３２は、所定量及び所定圧力の冷却空気１８が供給された場合の、高温燃焼ガス２０からの熱の流入に対して更に有効な冷却作用を持つように、圧力補償される。
【００３４】
第２の流路４２の１つの境界を形成する傾斜した隔壁４６は、架橋部４８と協働して、第２の流路４２を第２の入口３８から半径方向内向きに遠ざかる向きに収斂させることが好ましい。架橋部４８は隔壁４６とは反対向きに傾斜させて、第２の入口３８から遠ざかる向きに第２の流路４２を最大限に収斂させることが好ましい。こうして共通の隔壁４６は、第１及び第２の流路４０、４２が互いに反対に、そして夫々の入口から遠ざかる向きに別々に収斂することが出来るようにする。
【００３５】
第２の流路４２は断面積が減少するように外側バンドから内側バンドまで収斂して、対応する出口５２、５４から吐出されるときの冷却空気の損失に対処する。この為、第２の流路４２の冷却空気の圧力及び速度が、孔から空気が順次吐出されるとき、より一定で均一になるように保たれる。これが、第２の流路の中を流れるときの空気の冷却効果を改善すると共に、前縁流路４０と同じように、膜冷却出口５２の前後でも適当な逆流余裕を保つ。
【００３６】
第１及び第２の流路４０、４２の各々は別々の専用の空気入口３６、３８を持っており、この為ベーンの重要な前縁３２は、第１の流路４０に通される利用し得る冷却空気によって最大限に冷却することが出来る。弦中央流路４２は、ベーンの外側を流れる燃焼ガスによる加熱作用がより少ないから、それに対して送出される冷却空気は、ベーンの弦中央領域だけでなく、その後方をも冷却するという別の能力を有する。
【００３７】
従って、クロスオーバ出口５４は、第３の流路４４を介してベーンの後方を冷却するのに使う為に、第２の流路４２から冷却空気の一部分を取出す。最初は半径方向の向きに第２の流路４２を流れる空気は、クロスオーバ孔５４及び第３の流路４４を軸方向に流れて、後縁孔５６から吐出される。
【００３８】
図３に示すように、各々のベーンは、第１及び第２の流路４０、４２の各々、好ましくはその圧力側及び吸込み側の両方に沿って配置された複数個の乱流部材５８をも含んでいて、冷却空気１８の冷却効果を高める。乱流部材５８は、冷却空気１８の半径方向に対して垂直に又は横方向に配置された軸方向に伸びるリブの形をしていて、ピッチ間隔Ａで互いに隔たっている。乱流部材は、第１及び第２の流路４０、４２を半径方向に流れるときの冷却空気をはじいて、その冷却効果を高める。
【００３９】
乱流部材は任意の普通の形を持っていてよいが、典型的には、例えば約１．３ｍｍのピッチ間隔Ａで、約０．４ｍｍの等しい幅及び高さを持っている。図２に示すように、ベーンの向かい合った圧力側及び吸込み側にある乱流部材５８は、従来のように、半径方向に互い違いであることが好ましい。
【００４０】
これに対応して、第３の流路４４は複数個のピン６０を含み、これらのピンはベーンの向かい合った圧力側及び吸込み側の間でこの流路を完全に通抜け、乱流作用をもたらし、普通のように、第３の流路４４に於ける冷却効果を高める。
【００４１】
乱流部材５８がそれに対応して、第１及び第２の流路を流れるときの冷却空気の利用し得る圧力を下げるので、乱流部材は、内側バンドにある第１の入口３６に隣接した第１の流路４０を除いて、これらの流路の中に設けることが好ましい。図３に示すように、第１の流路４０は、内側バンドから最初のスパンのある部分の高さＢに互って、乱流部材のない領域を含み、この領域にはベーンの両側で乱流部材がない。この為、第１の流路４０は、乱流部材のないスパン高さＢの連続した滑らかな入口領域を持っていて、冷却空気に望ましくない圧力損失が入込むのを避けている。
【００４２】
第１の流路の入口に於ける冷却空気は最大の圧力及び速度を持っているから、この空気は、乱流部材を必要としないで、内側バンドに近いベーンの前縁領域を十分に冷却する為の最大の冷却効果を持っている。更に、ベーンの前縁に当たるときの燃焼ガス２０の半径方向の分布は、内側及び外側バンドの近くでは、それに対応して低下した温度を持っており、こうして第１の流路の入口から乱流部材を除くことが出来るようにしている。
【００４３】
乱流部材のない第１の流路の入口スパン高さＢは、各々の設計の用途に対して決定することが出来、図３に示す実施例では、前縁に於けるベーンのスパン高さ全体の約１／４である。この他、乱流部材のピッチ間隔Ａに応じて、第１の流路の入口に多数の乱流部材５８を導入してもよいが、必要ではない。
【００４４】
第１の流路４０の入口には乱流部材がないが、それでも第１の流路は、従来のやり方通り、外側バンド２４まで乱流部材を含んでいることが好ましく、第２の流路４２は、外側バンド２４から内側バンド２２までの半径方向の範囲全体に互って、乱流部材５８を含んでいることが好ましい。
【００４５】
典型的には、タービン・ノズルは、衝突冷却を使って冷却効果を高める為に、対応する空所又は流路に衝突バッフル(baffle)を含んでいる。しかし、図３に示す好ましい実施例では、第１及び第２の流路４０、４２は空で、衝突バッフルがその中にないことが好ましい。冷却作用は、対応する流路の中での内部の対流と対応する出口からの外部の膜冷却だけによって行われる。こうすると、衝突バッフルを導入することに伴う複雑さが避けられるが、それでもベーン、特にその前縁の有効な冷却が得られる。
【００４６】
上に開示した改良されたタービン・ノズルは、比較的簡単な形で、改善された冷却効果を持つ特徴の組合せにもなっている。乱流部材と収斂する流路４０、４２を戦略的に使うことにより、別々の流路に沿った冷却空気の速度及び圧力を最大にしながら、特にベーンの前縁で選択的な冷却作用が得られる。２つの流路に於ける空気の損失が、流れ面積を減らして圧力降下を減らすことによって補償される。対応する長い有効寿命を持つタービン・ノズルで、有効な逆流余裕を保ちながら、冷却作用を高めることが達成される。
【００４７】
しかし、ノズル１０を本来その為に設計したエンジンが、新形モデルで一層高い動力出力を持つようにすると、ノズルの冷却効果はその限界にぶつかる。動力を一層高くするには、燃焼ガスの温度を一層高くすることを必要とするのが典型的であるが、これは限られた冷却能力を持つノズルの有効寿命をかなり短くする。
【００４８】
上に述べた改良されたノズル１０は収斂する空気流路４０、４２を持っており、これは更に冷却を強める為に、対応する衝突バッフル６２を後で導入するのに有利な形になっている。バッフル６２は、第１及び第２の流路４０、４２に夫々配置される板金スリーブである。
【００４９】
第１及び第２の入口３６、３８はそこでの第１及び第２の流路と同じ位の寸法にすることが好ましく、バッフルは、それに対応して、夫々内側及び外側バンド２２、２４に配置される大きな入口６４を持っている。冷却空気１８が最初にその入口からバッフルに入り、衝突孔６６を介して、ベーンの内面に差し向けた冷却空気のジェットとして吐出される。
【００５０】
衝突冷却効果が伝熱係数を高めて、内部冷却を改善するが、これは衝突孔の前後での実質的な圧力降下という犠牲を払ってのことである。従って、衝突バッフルを持たないで設計されたノズルは、圧力降下がベーンの膜冷却出口孔に於ける逆流余裕を適当な値より低い値に対応的に下げる為に、衝突バッフルを後からはめ込むことが出来ない。普通、衝突バッフルを使うには、適切な逆流余裕を保つ為に、それを取入れる為にタービン・ノズルの全体的な設計の変更を必要とする。
【００５１】
図３及び４に示した先細流路ノズルの設計の特定の利点は、衝突バッフル６２があってもなくても、変更なしに、同じ設計を使うことが出来ることである。第１及び第２の流路４０、４２及びその中の出口孔は、最初から、バッフルがない場合だけでなく、バッフルがあった場合でも、それから生ずる実質的な圧力降下に関係なく、確実な逆流余裕を保つような形及び寸法にする。
【００５２】
従って、バッフル６２を持つ又は持たないガスタービンエンジンに同じノズルの設計を使うことが出来、こうしてエンジンの拡大に対してノズルを設計し直す必要が避けられる。
【００５３】
先細流路４０、４２は、その為の大きな入口を持ち、対応する大きな入口６４を持つバッフルを使うことが出来るようにする。大きなバッフルの入口は、その中に最初に通される冷却空気の流れに対する抵抗が最小限となり、その加速を制限する。冷却空気の加速は、それに伴う静圧が減少し、こうして衝突孔の前後で降下する利用し得る圧力が低下するので、望ましくない。先細バッフルは、バッフルがその末端に収斂するとき、冷却空気の利用し得る圧力を最大にし、ベーンのスパンに互って逆流余裕を保つ。
【００５４】
衝突バッフルなしに使われるノズルは、長い寿命に互って有効な冷却作用を与えながら、コストが大幅に低下する。エンジンの動力の設計が高くなったとき、普通は必要な設計のやり直しに伴うコストをかけずに、同じノズルの設計にバッフルを後からはめ込むことが出来る。バッフル付きのノズルに冷却空気を送込み、その冷却作用を高める為に、エンジンの圧縮機から余分の空気圧力を容易に得ることが出来る。
【００５５】
この発明の好ましい実施例と考えられるものを説明したが、当業者には、以上の説明から、この発明のこの他の変更が容易に考えられよう。従って、この発明の範囲内に属するこのような全ての変更は、特許請求の範囲に含まれるものと解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例に従って燃焼器の出口に配置された高圧タービン・ノズルの一部分の軸方向断面図。
【図２】実施例による冷却流路を示す、図１のタービン・ノズルの扇形部分の一部破断斜視図。
【図３】図２に示した１つのノズル・ベーンを全体的に線３−３で切った軸断面図。
【図４】図３と同様であるが、この発明の別の実施例に従って衝突バッフルをその中に含む１つのノズル・ベーンの軸断面図。
【図１】
0004627840.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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