(57)【要約】  タービンエアフォイル（１２）が翼高さ（Ｓ）に沿って基部（３４）から先端（３６）まで延びる圧力面側壁と負圧面側壁（４２、４４）を含む。圧力面側壁の翼高さ方向に離間した後縁冷却穴（３０）は、翼弦方向に実質的に後縁（ＴＥ）まで延びる対応する翼高さ方向に離間した後縁冷却スロット（６６）で終結する。各冷却穴は、下流の連続冷却流関係にある、湾曲入口（７０）、一定面積および一定幅の定量部（１００）および後縁冷却スロットにつながる翼高さ方向の拡散部（１０２）、および冷却穴を通して穴幅（Ｗ）よりも実質的に大きい翼高さ方向高さ（Ｈ）を含む。圧力面側壁（４２）の圧力面側壁表面（３９）は、定量部および拡散部を通して平面状であり得る。幅（Ｗ）は、定量部および拡散部を通して一定であり得る。上げ床（８８）は、拡散部（１０２）の平坦な上りランプ（９０）と、後縁冷却スロットの平坦な下りランプ（９４）を含み得る。【選択図】図１
2015512487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジンのタービンエアフォイル（１２）であって、
翼高さ（Ｓ）に沿ってエアフォイル基部（３４）からエアフォイル先端（３６）まで外向きに延びる幅方向に離間した圧力面側壁と負圧面側壁（４２、４４）であって、対向する前縁と後縁（ＬＥ、ＴＥ）との間で翼弦方向（Ｃ）に延びる、圧力面側壁と負圧面側壁（４２、４４）と、
前記圧力面側壁（４２）に収容され、翼弦方向に実質的に前記後縁ＴＥまで延びる対応する翼高さ方向に離間した後縁冷却スロット（６６）で終結する、翼高さ方向に離間した後縁冷却穴（３０）の翼高さ方向の列（３８）であって、前記冷却穴（３０）は、下流方向に連続的冷却流関係にある湾曲入口（７０）、一定面積と一定幅の流れ断面（７４）を有する定量部（１００）および前記後縁冷却スロット（６６）につながる翼高さ方向拡散部（１０２）を含む、列（３８）と、
前記冷却穴（３０）を通して穴幅（Ｗ）よりも実質的に大きい翼高さ方向高さ（Ｈ）と
を含む、エアフォイル（１２）。
【請求項２】
前記穴（３０）内に前記圧力面側壁と負圧面側壁（４２、４４）のそれぞれ圧力面側壁表面と負圧面側壁表面（３９、４０）をさらに含み、前記圧力面側壁表面（３９）が前記定量部および拡散部（１００、１０２）全体を通して平面状である、請求項１に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項３】
前記穴（３０）の前記定量部および拡散部（１００、１０２）を通して一定である幅（Ｗ）をさらに含む、請求項２に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項４】
前記後縁冷却スロット（６６）の翼高さ方向に隣接するものの間に配置されたランド（５０）と、前記ランド（５０）の間の前記後縁冷却スロット（６６）のスロット床（５１）をさらに含む、請求項３に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項５】
前記ランド（５０）が前記冷却スロット（６６）それぞれの周りで前記圧力面側壁（４２）の外部表面（４３）と同一面上にあるかまたは面一であることをさらに含む、請求項４に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項６】
前記拡散部（１０２）が競馬場の形の流れ断面（７４）を有し、
前記競馬場の形の流れ断面（７４）が翼高さ方向に離間した丸いかまたは半円形の内部端区画と外部端区画（８２、８４）との間に長方形区画（７５）を含み、
前記競馬場の形の流れ断面（７４）が翼高さ方向に離間した丸いかまたは半円形の角半径（Ｒ）を有する内部端区画と外部端区画（８２、８４）との間に長方形区画（７５）を含み、
前記ランド（５０）と前記スロット床（５１）との間のスロット角（６４）のフィレット（６２）および
前記フィレット（６２）が前記流れ断面（７４）の角半径（Ｒ）と実質的に同じサイズのフィレット半径（ＲＦ）を有することをさらに含む、請求項４に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項７】
前記拡散部（１０２）と前記後縁冷却スロット（６６）がそれぞれ異なる第１拡散角度と第２拡散角度（Ａ１、Ａ２）で拡がることをさらに含む、請求項４に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項８】
前記ランド（５０）が前記冷却スロット（６６）それぞれの周りで前記圧力面側壁（４２）の外部表面（４３）と同一面上にあるかまたは面一であることをさらに含む、請求項７に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項９】
前記拡散部（１０２）が競馬場の形の流れ断面（７４）を有し、
前記競馬場の形の流れ断面（７４）が翼高さ方向に離間した丸いかまたは半円形の角半径（Ｒ）を有する内部端区画と外部端区画（８２、８４）との間に長方形区画（７５）を含み、
前記ランド（５０）と前記スロット床（５１）との間のスロット角（６４）のフィレット（６２）および
前記フィレット（６２）が前記流れ断面（７４）の角半径（Ｒ）と実質的に同じサイズのフィレット半径（ＲＦ）を有することをさらに含む、請求項７に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項１０】
前記定量部および拡散部（１００、１０２）が、翼高さ方向高さ（Ｈ）と穴幅（Ｗ）が約２：１から１０：１の範囲である穴高さと穴幅の比（Ｈ／Ｗ）を有することをさらに含む、請求項１に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項１１】
前記穴（３０）内に前記圧力面側壁と負圧面側壁（４２、４４）のそれぞれ圧力面側壁表面と負圧面側壁表面（３９、４０）をさらに含み、前記圧力面側壁表面（３９）が前記定量部および拡散部（１００、１０２）全体を通して平面状である、請求項１０に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項１２】
前記穴（３０）の前記定量部および拡散部（１００、１０２）を通して一定である幅（Ｗ）をさらに含む、請求項１１に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項１３】
前記後縁冷却スロット（６６）の翼高さ方向に隣接するものの間に配置されたランド（５０）と、前記ランド（５０）の間の前記後縁冷却スロット（６６）のスロット床（５１）をさらに含む、請求項１２に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項１４】
前記ランド（５０）が前記冷却スロット（６６）それぞれの周りで前記圧力面側壁（４２）の外部表面（４３）と同一面上にあるかまたは面一であることをさらに含む、請求項１３に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項１５】
前記拡散部（１０２）が競馬場の形の流れ断面（７４）を有し、
前記競馬場の形の流れ断面（７４）が翼高さ方向に離間した丸いかまたは半円形の角半径（Ｒ）を有する内部端区画と外部端区画（８２、８４）との間に長方形区画（７５）を含み、
前記ランド（５０）と前記スロット床（５１）との間のスロット角（６４）のフィレット（６２）および
前記フィレット（６２）が前記流れ断面（７４）の角半径（Ｒ）と実質的に同じサイズのフィレット半径（ＲＦ）を有することをさらに含む、請求項１３に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項１６】
前記拡散部（１０２）と前記後縁冷却スロット（６６）がそれぞれ異なる第１拡散角度と第２拡散角度（Ａ１、Ａ２）で拡がることをさらに含む、請求項１３に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項１７】
前記ランド（５０）が前記冷却スロット（６６）それぞれの周りで前記圧力面側壁（４２）の外部表面（４３）と同一面上にあるかまたは面一であることをさらに含む、請求項１６に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項１８】
前記拡散部（１０２）が競馬場の形の流れ断面（７４）を有し、
前記競馬場の形の流れ断面（７４）が翼高さ方向に離間した丸いかまたは半円形の角半径（Ｒ）を有する内部端区画と外部端区画（８２、８４）との間に長方形区画（７５）を含み、
前記ランド（５０）と前記スロット床（５１）との間のスロット角（６４）のフィレット（６２）および
前記フィレット（６２）が前記流れ断面（７４）の角半径（Ｒ）と実質的に同じサイズのフィレット半径（ＲＦ）を有することをさらに含む、請求項１６に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項１９】
前記入口（７０）が下流に向けて先細またはベルマウスの形であることをさらに含む、請求項１３に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項２０】
前記ランド（５０）が前記冷却スロット（６６）それぞれの周りで前記圧力面側壁（４２）の外部表面（４３）と同一面上にあるかまたは面一であることをさらに含む、請求項１９に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項２１】
前記拡散部（１０２）が競馬場の形の流れ断面（７４）を有し、
前記競馬場の形の流れ断面（７４）が翼高さ方向に離間した丸いかまたは半円形の内部端区画と外部端区画（８２、８４）との間に長方形区画（７５）を含み、
前記内部端区画と外部端区画（８２、８４）が角半径（Ｒ）を含み、
前記ランド（５０）と前記スロット床（５１）との間のスロット角（６４）のフィレット（６２）および
前記フィレットの半径（ＲＦ）が前記流れ断面（７４）の前記角半径（Ｒ）と実質的に同じサイズであることをさらに含む、請求項１９に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項２２】
前記拡散部（１０２）と前記後縁冷却スロット（６６）がそれぞれ異なる第１拡散角度と第２拡散角度（Ａ１、Ａ２）で拡がることをさらに含む、請求項１９に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項２３】
前記ランド（５０）が前記冷却スロット（６６）それぞれの周りで前記圧力面側壁（４２）の外部表面（４３）と同一面上にあるかまたは面一であることをさらに含む、請求項２２に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項２４】
前記拡散部（１０２）が競馬場の形の流れ断面（７４）を有し、
前記競馬場の形の流れ断面（７４）が翼高さ方向に離間した丸いかまたは半円形の内部端区画と外部端区画（８２、８４）との間に長方形区画（７５）を含み、
前記内部端区画と外部端区画（８２、８４）が角半径（Ｒ）を含み、
前記ランド（５０）と前記スロット床（５１）との間のスロット角（６４）のフィレット（６２）および
前記フィレットの半径（ＲＦ）が前記流れ断面（７４）の前記角半径（Ｒ）と実質的に同じサイズであることをさらに含む、請求項２２に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項２５】
前記冷却穴（３０）の少なくとも１つがそれぞれの拡散部（１０２）を通って対応する定量部（１００）の端部から始まり少なくとも部分的には対応する冷却スロット（６６）の中に下流に延びる上げ床（８８）を含み、
前記上げ床（８８）は、下流方向に連続する、前記拡散部（１０２）の平坦な上りランプ（９０）、前記後縁冷却スロット（６６）の平坦な下りランプ（９４）および前記上りランプと下りランプ（９０、９４）との間の移行部（９２）を含み、
前記上りランプ（９０）は上向きに勾配し、前記定量部（１００）の端部の前記負圧面側壁表面（４０）から下流に延び、
前記下りランプ（９４）は下向きに勾配し、前記移行部（９２）から前記後縁（ＴＥ）に下流に延びることをさらに含む、請求項２に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項２６】
前記後縁冷却スロット（６６）の翼高さ方向に隣接するものの間に配置されたランド（５０）と、前記ランド（５０）の間の前記後縁冷却スロット（６６）のスロット床（５１）をさらに含む、請求項２４に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項２７】
前記ランド（５０）が前記冷却スロット（６６）それぞれの周りで前記圧力面側壁（４２）の外部表面（４３）と同一面上にあるかまたは面一であることをさらに含む、請求項２６に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項２８】
前記拡散部（１０２）が競馬場の形の流れ断面（７４）を有し、
前記競馬場の形の流れ断面（７４）が翼高さ方向に離間した丸いかまたは半円形の内部端区画と外部端区画（８２、８４）との間に長方形区画（７５）を含み、
前記内部端区画と外部端区画（８２、８４）が角半径（Ｒ）を含み、
前記ランド（５０）と前記スロット床（５１）との間のスロット角（６４）のフィレット（６２）および
前記フィレットの半径（ＲＦ）が前記流れ断面（７４）の前記角半径（Ｒ）と実質的に同じサイズであることをさらに含む、請求項２６に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項２９】
前記拡散部（１０２）と前記後縁冷却スロット（６６）がそれぞれ異なる第１拡散角度と第２拡散角度（Ａ１、Ａ２）で拡がることをさらに含む、請求項２６に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項３０】
前記拡散部（１０２）が競馬場の形の流れ断面（７４）を有し、
前記競馬場の形の流れ断面（７４）が翼高さ方向に離間した丸いかまたは半円形の内部端区画と外部端区画（８２、８４）との間に長方形区画（７５）を含み、
前記内部端区画と外部端区画（８２、８４）が角半径（Ｒ）を含み、
前記ランド（５０）と前記スロット床（５１）との間のスロット角（６４）のフィレット（６２）および
前記フィレットの半径（ＲＦ）が前記流れ断面（７４）の前記角半径（Ｒ）と実質的に同じサイズであることをさらに含む、請求項２９に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項３１】
前記定量部および拡散部（１００、１０２）が、翼高さ方向高さ（Ｈ）と穴幅（Ｗ）が約２：１から１０：１の範囲である穴高さと穴幅の比（Ｈ／Ｗ）を有することをさらに含む、請求項２５に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項３２】
前記穴（３０）内に前記圧力面側壁と負圧面側壁（４２、４４）のそれぞれ圧力面側壁表面と負圧面側壁表面（３９、４０）をさらに含み、前記圧力面側壁表面（３９）が前記定量部および拡散部（１００、１０２）全体を通して平面状である、請求項３１に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項３３】
前記後縁冷却スロット（６６）の翼高さ方向に隣接するものの間に配置されたランド（５０）と、前記ランド（５０）の間の前記後縁冷却スロット（６６）のスロット床（５１）をさらに含む、請求項３２に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項３４】
前記拡散部（１０２）と前記後縁冷却スロット（６６）がそれぞれ異なる第１拡散角度と第２拡散角度（Ａ１、Ａ２）で拡がることをさらに含む、請求項３３に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項３５】
前記入口（７０）が下流に向けて先細またはベルマウスの形であることをさらに含む、請求項３４に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項３６】
前記ランド（５０）が前記スロット床（５１）に対し角度がつけられて前記圧力面側壁（４２）の外部表面（４３）から離れ、前記ランド（５０）が前記後縁（ＴＥ）の上流で前記スロット床（５１）と交わることをさらに含む、請求項４に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項３７】
前記ランド（５０）が、０〜５度の範囲のランド角度（Ａ３）だけ前記外部表面（４３）から角度をつけられることをさらに含む、請求項３６に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項３８】
前記拡散部（１０２）と前記後縁冷却スロット（６６）がそれぞれ異なる第１拡散角度と第２拡散角度（Ａ１、Ａ２）で拡がることをさらに含む、請求項３７に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項３９】
前記拡散部（１０２）が競馬場の形の流れ断面（７４）を有し、
前記競馬場の形の流れ断面（７４）が翼高さ方向に離間した丸いかまたは半円形の角半径（Ｒ）を有する内部端区画と外部端区画（８２、８４）との間に長方形区画（７５）を含み、
前記ランド（５０）と前記スロット床（５１）との間のスロット角（６４）のフィレット（６２）および
前記フィレット（６２）が前記流れ断面（７４）の角半径（Ｒ）と実質的に同じサイズのフィレット半径（ＲＦ）を有すること、をさらに含む、請求項３６に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項４０】
前記定量部および拡散部（１００、１０２）が、翼高さ方向高さ（Ｈ）と穴幅（Ｗ）が約２：１から１０：１の範囲である穴高さと穴幅の比（Ｈ／Ｗ）を有することをさらに含む、請求項３６に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項４１】
前記穴（３０）内に前記圧力面側壁と負圧面側壁（４２、４４）のそれぞれ圧力面側壁表面と負圧面側壁表面（３９、４０）をさらに含み、前記圧力面側壁表面（３９）が前記定量部および拡散部（１００、１０２）全体を通して平面状である、請求項４０に記載のエアフォイル（１２）。
【請求項４２】
前記穴（３０）の前記定量部および拡散部（１００、１０２）を通して一定である幅（Ｗ）をさらに含む、請求項４１に記載のエアフォイル（１２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してガスタービンエンジンのタービンエアフォイルの冷却に関し、より詳細にはタービンエアフォイル後縁冷却スロットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンにおいて、圧縮機で圧縮された空気が燃焼器で燃料と混合されて高温燃焼ガスが生成される。高圧ガスは、タービンの様々な段を通って運ばれ、タービン段は高圧ガスのエネルギーを抽出し、圧縮機に動力を与え、典型的な航空機用ターボファンエンジン用途において上流ファンに動力を供給するなどの仕事をする。
【０００３】
タービン段には、支持ロータディスクから半径方向外向きに延びるロータ翼の対応する列に燃焼ガスを送る、中空のベーンの列を有する静止タービンノズルが含まれる。ベーンと翼は、対応する冷却回路を内部に有する対応する中空のエアフォイルを有する。
【０００４】
冷却空気は、典型的には、燃焼プロセスから分流する圧縮機の吐出空気なので、エンジン全効率が低下する。エンジン効率を最大にするためには冷却空気の量を最小限にする必要があるが、とはいえタービンエアフォイルの耐用年数を最大にするためには、適切に冷却する十分な冷却空気を運転中に用いなければならない。各エアフォイルは、エアフォイル基部からエアフォイル先端まで翼高さに沿って長手方向または半径方向外向きに延在すると同時に前縁と後縁との間で翼弦方向に軸方向に延在する、概ね凹型の圧力面側壁と、反対側の、概ね凸型の負圧面側壁を含む。タービン翼については、エアフォイルの翼高さは、取り囲んでいるタービンシュラウドと間隔を置いて半径方向内側プラットフォームの根元から半径方向外側の先端まで延在している。タービンベーンについては、エアフォイルは半径方向内側バンドと一体の根元から外部バンドと一体の半径方向外側先端まで延在している。
【０００５】
各タービンエアフォイルはまた、前縁の後方ではまず翼厚が増し、その後翼厚は減少し、圧力面側壁と負圧面側壁が接合された比較的薄いまたは鋭利な後縁となる。エアフォイルの幅広部分は様々な形態の内部冷却回路および熱移動を増強する攪拌機を収容する十分な内部空間を有してエアフォイル内部を冷却するが、比較的薄い後縁は対応して限られた内部冷却空間を有する。
【０００６】
各エアフォイルは、典型的には、内部回路から消費された冷却空気を排出する、その側壁を貫通して延在するフィルム冷却穴の様々な列を含む。フィルム冷却穴は、典型的には、後縁に向けて後方に傾斜し、運転中エアフォイル上を流れる高温燃焼ガスからさらに保護する断熱ブランケットを提供する冷却空気の薄膜をエアフォイルの外部表面上に生成する。
【０００７】
薄い後縁は、典型的には、後縁のすぐ上流の突破口で圧力面側壁を破り、フィルム冷却空気をその上に排出する後縁冷却スロットの列で保護される。各後縁冷却スロットは、圧力面側に、突破口から始まる、冷却スロットを画定する軸方向に延在する仕切りの後方端で露出ランドにより半径方向に区切られていてもいなくてもよい出口開口を有する。
【０００８】
軸方向仕切りは、エアフォイルの圧力面側と負圧面側と一体形成され得、それによって画定される冷却スロットから排出される空気により自体が冷却されなければならない。仕切りは、典型的には、後縁に向けて後方に先細になるので、冷却スロットは、排出された冷却空気が仕切りの側面に沿って、たとえあるにしてもほとんど流れが剥離することなく拡散しやすくする浅い拡散角度で、後縁に向けて拡がる。
【０００９】
後縁冷却スロットの空力学および冷却機能は、冷却スロットおよび間の仕切りの具体的な構成と直接関係がある。冷却スロットの流れ領域は冷却スロットから排出された冷却空気の流れを制御し、冷却スロットの幾何学的形状はその冷却機能に影響を及ぼす。
【００１０】
冷却スロットの拡散角度または放散角度は、排出された冷却空気の望ましくない流れ剥離をもたらし得、排出空気の機能および冷却効率を低下させることにもなる。また、タービン効率に影響を及ぼす損失も増加する。各冷却スロットの真下にある薄い後縁の部分は排出された空気で効果的に冷却されるが、排出された冷却空気は仕切りの後方端の介在する露出ランド上にも分配されている。ランドは、負圧面側壁と一体形成された圧力面側壁の中実部分であり、隣接する後縁冷却スロットから排出される空気に冷却を依存しなければならない。
【００１１】
しかし、これらの出口ランドの小さい寸法と後縁冷却スロットの相当な冷却機能にもかかわらず、タービンエアフォイルの薄い後縁は、ガスタービンエンジンの苛酷な環境における高い運転温度のせいで、典型的にはそれらエアフォイルの寿命を制限してしまう。
【００１２】
したがって、エアフォイルの耐久性とエンジン性能の向上のため、改善された後縁冷却および冷却スロットを有するタービンエアフォイルを提供することが望まれている。タービンおよびエンジンの燃費を最大限にするために、後縁冷却に使用される冷却流の量を最小限にすることも望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】国際出願公開２００９／１０９４６２Ａ１号
【発明の概要】
【００１４】
ガスタービンエンジンのタービンエアフォイル（１２）が、翼高さ（Ｓ）に沿ってエアフォイル基部（３４）からエアフォイル先端（３６）まで外向きに延び、かつ対向する前縁と後縁（ＬＥ、ＴＥ）との間で翼弦方向（Ｃ）に延びる、幅方向に離間した圧力面側壁と負圧面側壁（４２、４４）を含む。圧力面側壁（４２）に収容された翼高さ方向に離間した後縁冷却穴（３０）の翼高さ方向の列（３８）が、翼弦方向に実質的に後縁ＴＥまで延びる対応する翼高さ方向に離間した後縁冷却スロット（６６）で終結する。冷却穴（３０）は、下流方向に連続的冷却流関係にある湾曲入口（７０）、一定面積と一定幅の流れ断面定量部（１００）および後縁冷却スロット（６６）につながる翼高さ方向の拡散部（１０２）を含む。翼高さ方向高さ（Ｈ）は、冷却穴（３０）を通して穴幅（Ｗ）よりも実質的に大きい。
【００１５】
圧力面側壁と負圧面側壁（３９、４０）は、穴（３０）内にそれぞれ圧力面側壁表面と負圧面側壁表面（４２、４４）を含み、圧力面側壁表面（３９）は定量部および拡散部（１００、１０２）全体を通して平面状であり得る。幅（Ｗ）は、穴（３０）の定量部および拡散部（１００、１０２）を通して一定であり得る。
【００１６】
ランド（５０）は、後縁冷却スロット（６６）の翼高さ方向に隣接するものの間に配置され得、スロット床（５１）はランド（５０）の間の後縁冷却スロット（６６）に配置され得る。ランド（５０）は、冷却スロット（６６）それぞれの周りで圧力面側壁（４２）の外部表面（４３）と同一面上にあるかまたは面一であり得る。
【００１７】
拡散部（１０２）は競馬場の形の流れ断面（７４）を有し得る。競馬場の形の流れ断面（７４）は、翼高さ方向に離間した丸いかまたは半円形の角半径（Ｒ）を有する内部端区画と外部端区画（８２、８４）との間に長方形区画（７５）を含む。フィレット半径（ＲＦ）を有するフィレット（６２）がランド（５０）とスロット床（５１）との間のスロット角（６４）にあり、フィレット半径（ＲＦ）は流れ断面（７４）の角半径（Ｒ）と実質的に同じサイズである。
【００１８】
入口（７０）は下流に向けて先細またはベルマウス形であり得る。
【００１９】
冷却穴（３０）の少なくとも１つが、それぞれの拡散部（１０２）を通って定量部（１００）の端部から始まり少なくとも部分的には冷却スロット（６６）の中まで下流に延びる上げ床（８８）を含み得る。上げ床（８８）は、下流方向に連続する、拡散部（１０２）の平坦または湾曲した上りランプ（９０）、後縁冷却スロット（６６）の平坦または湾曲した下りランプ（９４）および上りランプと下りランプ（９０、９４）との間の移行部（９２）を含む。上りランプ（９０）は上向きに勾配し、定量部（１００）の端部の負圧面側壁表面（４０）から下流に延びる。下りランプ（９４）は下向きに勾配し、移行部（９２）から後縁（ＴＥ）まで下流に延びる。
【００２０】
ランド（５０）は、スロット床（５１）に対し角度がつけられて圧力面側壁（４２）の外部表面（４３）から離れ、ランド（５０）は後縁（ＴＥ）の上流でスロット床（５１）と交わり得る。
【００２１】
以上の本発明の態様および他の特徴を、添付の図面と合わせて以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】翼高さ方向に離間した後縁冷却スロットとなる冷却穴を有するタービンベーンおよびロータ翼のエアフォイルの例示的実施形態の長手方向断面図である。
【図２】図１に示される翼の拡大図である。
【図３】図２に示される一定幅の定量部および後縁冷却スロットにつながる拡散部を有する、冷却穴の圧力面側の断面図である。
【図４】図３の４−４線で切断された、後縁冷却スロットと冷却穴の断面概略図である。
【図５】図３に示される後縁冷却スロットの上流に向いた斜視図である。
【図６】図３の６−６線で切断された、一定幅の定量部における細長い流れ断面の断面概略図である。
【図７】図３の７−７線で切断された、拡散部における細長い流れ断面の断面概略図である。
【図８】４つの等しい角半径を有する競馬場の形の流れ断面の断面概略図である。
【図９】図８に示される競馬場の形の流れ断面よりも大きい幅高さ比を有する代替の競馬場の形の流れ断面の断面概略図である。
【図１０】上部と底部の角半径が等しくない代替の流れ断面の断面概略図である。
【図１１】細長く、全体が曲線であり、曲線の四分辺（ｑｕａｒｔｅｒ  ｓｉｄｅｓ）を含む、別の代替流れ断面の断面概略図である。
【図１２】冷却穴および後縁冷却スロットにおいて、上げ床が湾曲して上昇し下降するランプの断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１には、エンジンの中心線軸８の周りに外接し、燃焼器２０と低圧タービン（ＬＰＴ）２４との間に配置された例示的なガスタービンエンジンの高圧タービン段１０を示す。燃焼器２０は、燃料を圧縮空気と混合して、タービンを通って下流に流れる高温燃焼ガス１９を生成する。
【００２４】
高圧タービン段１０は、燃焼器２０からの高温燃焼ガス１９を流入させるタービンノズル２８を高圧タービン（ＨＰＴ）２２の上流に含む。本明細書で説明される高圧タービン２２の例示的実施形態は、少なくとも１列の周方向に離間した高圧タービン翼３２を含む。高圧タービン翼３２はそれぞれ、プラットフォーム１４と一体形成されたタービンエアフォイル１２と、タービン翼を支持ロータディスク１７の外周に取り付けるのに使用される軸方向挿入ダブテール１６を含む。
【００２５】
図２を参照すると、タービンエアフォイル１２は、翼プラットフォーム１４のエアフォイル基部３４から翼高さＳに沿って半径方向外向きにエアフォイル先端３６まで延びる。運転中、高温燃焼ガス１９がエンジン内で生成され、タービンエアフォイル１２上を下流に流れ、タービンエアフォイル１２は高温燃焼ガス１９からエネルギーを抽出して翼を支持するディスクを回転させて圧縮機（図示せず）に動力を供給する。運転中、圧縮空気１８の一部分は適切に冷却され、翼に流れて翼を冷却する。
【００２６】
タービンエアフォイル１２は、幅方向に離間した、概ね凹型の圧力面側壁４２と凸型の負圧面側壁４４を含む。圧力面側壁４２と負圧面側壁４４は、エアフォイル基部３４からエアフォイル先端３６まで翼高さＳに沿って長手方向または半径方向外向きに延びる。これらの側壁はまた、対向する前縁ＬＥと後縁ＴＥとの間で翼弦方向Ｃに軸方向にも延びる。タービンエアフォイル１２は中空であり、圧力面側壁４２と負圧面側壁４４は前縁ＬＥと後縁ＴＥとの間で幅方向または横方向に離間して、そこに内部冷却空洞または内部冷却回路５４を画定し、運転中に圧縮冷却空気または冷媒流５２を循環させる。圧縮冷却空気または冷媒流５２は、圧縮機から分流した圧縮空気１８の一部分である。
【００２７】
タービンエアフォイル１２は、前縁ＬＥの後方から幅Ｗが増大すなわち幅方向に増大して最大幅になり、それから比較的薄いまたは鋭利な後縁ＴＥまで先細になる。したがって、内部冷却回路５４のサイズはエアフォイルの幅Ｗとともに変わり、２つの側壁が一体に接合されてタービンエアフォイル１２の後縁薄部分５６を形成する後縁の直前では比較的薄い。翼高さ方向に離間した後縁冷却スロット６６は、タービンエアフォイル１２のこの後縁薄部分５６に、またはその付近に設けられて、タービンエアフォイル１２を冷却する。
【００２８】
図３には、翼高さ方向に離間した後縁冷却スロット６６の対応するものの圧力面側壁４２に収容または埋め込まれ、形成された翼高さ方向に離間した後縁冷却穴３０の列３８が示されている。後縁冷却スロット６６は、翼弦方向に実質的に後縁ＴＥまで延びる。後縁冷却穴３０は、内部冷却回路５４と流体連通して後縁ＴＥの翼高さＳに沿って配置され、運転中そこから冷媒流５２を排出する。
【００２９】
後縁冷却穴３０をより具体的に図３に示す。各後縁冷却穴３０は、下流方向に連続冷却流関係にある、下流に向けて先細またはベルマウス形の湾曲入口７０、一定面積および一定幅の流れ断面定量部１００および後縁冷却スロット６６につながりスロットに冷却空気または冷媒流５２を供給する翼高さ方向拡散部１０２を含む。後縁冷却スロット６６は、拡散部１０２の下流端６９の突破口５８から始まり、本明細書で説明する実施形態は翼高さ方向に拡がる。後縁冷却穴３０は、後縁ＴＥに向けて下流に延びる対応する軸方向仕切り６８により、翼高さＳに沿って互いに半径方向に分けられている。湾曲入口７０は、本明細書では、下流に向けて先細になる、またはより具体的にはベルマウス入口として示されている。
【００３０】
入口７０は、軸方向仕切り６８の前方端７２およびその間に画定される。軸方向仕切り６８は、ベルマウス入口７０を画定する直径７３を有する半円形の前方端７２を含む。各後縁冷却穴３０は、軸方向仕切り６８の対応する上側２５と下側２６の隣接する対に沿って、翼高さ方向に離間した上部穴表面４６と下部穴表面４８を含む。後縁冷却穴３０の翼高さ方向高さＨが、図３に示すように、軸方向仕切り６８の上側２５と下側２６の上部穴表面４６と下部穴表面４８との間に画定される。
【００３１】
図３〜５を参照すると、図４に示すように、後縁冷却穴３０の穴幅Ｗが、圧力面側壁４２と負圧面側壁４４のそれぞれ圧力面側壁表面３９と負圧面側壁表面４０との間で後縁冷却穴３０において画定される。後縁冷却スロット６６は、高圧タービン２２を通過する高温燃焼ガス１９に対し開口し露出しているスロット床５１を含む。スロット床５１は、負圧面側壁４４に沿って第３長さＬ３全体を延びる。
【００３２】
軸方向仕切り６８の上側２５と下側２６の隣接する対および圧力面側壁４２と負圧面側壁４４は、翼高さ方向に後縁冷却穴３０を区切る。図６と図７を参照すると、後縁冷却穴３０は概ね翼高さ方向に細長い流れ断面７４を有し、翼高さ方向高さＨは穴幅Ｗよりもかなり大きい。後縁冷却穴３０の高さ幅比Ｈ／Ｗは、約２：１から１０：１の範囲である（図４〜図１０参照）。圧力面側壁４２と負圧面側壁４４のそれぞれ圧力面側壁表面３９および負圧面側壁表面４０は、幅方向に後縁冷却穴３０を区切る。定量部１００、拡散部１０２および後縁冷却スロット６６は、図３に示すように、それぞれ下流に延びる第１長さＬ１、第２長さＬ２および第３長さＬ３を有する。
【００３３】
図４に示す後縁冷却穴３０の実施形態は、後縁冷却穴３０を通して固定すなわち一定の幅Ｗを有し、圧力面側壁表面３９および負圧面側壁表面４０は後縁冷却穴３０の第１長さＬ１と第２長さＬ２全体を通して平行である。圧力面側壁表面３９は、定量部１００と拡散部１０２全体およびそれらに対応する後縁冷却穴３０の第１長さＬ１と第２長さＬ２全体を通して平坦または平面状である。この後縁冷却穴３０の実施形態では、負圧面側壁表面４０は、定量部１００と拡散部１０２全体およびそれらに対応する後縁冷却穴３０の第１長さＬ１と第２長さＬ２を通して平坦または平面状である。スロット床５１は、後縁冷却穴３０において負圧面側壁表面４０と同一面にある。図３に示す、かつ図４に実線で概略的に示す後縁冷却穴３０の実施形態において、入口７０、定量部１００および拡散部１０２は、同じ穴幅Ｗを有するか、一定幅Ｗである。拡散部１０２は翼高さ方向に拡がる。
【００３４】
後縁冷却穴３０の拡散部１０２は、後縁ＴＥの前方または上流に離間した突破口リップ４９から圧力面側壁４２の外部表面４３を破る後縁冷却スロット６６に続いている。各後縁冷却スロット６６は、対応する軸方向仕切り６８の後方端を形成する露出ランド５０で半径方向または翼高さ方向に区切られ、仕切りの前方端は対応する突破口リップ４９から前縁に向けて前方または上流に延びている。図４に実線で示すように、露出ランド５０は、各露出冷却スロット６６の周りで圧力面側壁４２の外部表面４３と、その間で半径方向に延びる共通の突破口リップ４９を含め、同一面上にあるかまたは面一である。これにより、エアフォイルの圧力面側の流れの連続性が最大になる。
【００３５】
スロット表面６０は、露出ランド５０とスロット床５１との間を幅方向に延びる。露出ランド５０とスロット床５１との間のスロット角６４のフィレット６２は、底部角半径ＲＴに隣接する拡散部１０２の流れ断面７４の底部角半径ＲＴとほぼ同じサイズであり得るフィレット半径ＲＦを有する。フィレット半径ＲＦは、後縁冷却スロット６６を鋳造しやすくする。フィレット半径ＲＦは、スロット床５１上と露出ランド５０上の冷媒流５２のフィルム範囲をより均等にするために、後縁冷却スロットにおいてスロット床５１から露出ランド５０に冷媒流５２を再分散させることで、露出ランド５０の冷却の改良を助ける。
【００３６】
露出ランド５０の別の実施形態が図４に破線で示されており、露出ランド５０は、各露出冷却スロット６６の周りで圧力面側壁４２の外部表面４３と同一面上にないかまたは面一ではない。露出ランド５０は、スロット床５１に対しより大きな角度であり得、圧力面側壁４２の外部表面４３から離れ得る。露出ランド５０は、０〜５度の範囲のランド角度Ａ３だけ外部表面４３から離れ得、露出ランド５０は後縁ＴＥの上流でスロット床５１と交わり得る。
【００３７】
図３〜図６に示す流れ断面７４の実施形態は、翼高さ方向または半径方向に離間した丸いかまたは半円形の内部端区画８２と外部端区画８４との間に長方形区画７５を有する、競馬場の形の流れ断面７４を有する。流れ断面７４に適した４つの例示的な形を図８〜図１１に示す。図８に示す競馬場の形の流れ断面７４は翼高さ方向に細長く、４つの等しい角半径Ｒを有し、０．２５〜０．５０の範囲の幅高さ比Ｗ／Ｈを有する。図９に示す競馬場の形の流れ断面７４は、翼高さ方向に細長く、４つの等しい角半径Ｒを有し、０．１５〜０．５０の範囲の幅高さ比Ｗ／Ｈを有する。図１０に示す競馬場の形の流れ断面７４は、図８に示したものと似ているが、上部角半径ＲＢと底部角半径ＲＴの半径Ｒは等しくない。例示的な角比ＲＢ／ＲＴは１〜３の範囲である。図１１に示す競馬場の形の流れ断面７４は、翼高さ方向に細長く、完全に曲線であり、楕円形、放物線状または多項式の混合（ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ  ｂｌｅｎｄｓ）であり得る曲線の四分辺７８を含む。
【００３８】
後縁冷却穴３０、後縁冷却スロット６６および露出ランド５０は冷却部品として鋳造される。これらの部品を鋳造することで、エアフォイル、翼およびベーンの良好な強度、低製造コストおよび耐性が得られる。翼高さ方向または半径方向に離間した丸いかまたは半円形の内部端区画８２と外部端区画８４との間に長方形区画７５を有する競馬場の形の流れ断面７４は、エアフォイルの冷却に要する冷媒流５２の量を削減する良好な冷却流特徴を提供する。角半径Ｒは、これらの冷却部品の良好な冷却、鋳造しやすさおよび強度に貢献するが、特に露出ランド５０を冷却しやすくするので、使用される冷媒流５２の量が削減される。
【００３９】
図３および図５に示す後縁冷却穴３０と後縁冷却スロット６６の実施形態には、末広がりの後縁冷却スロット６６が含まれる。拡散部１０２と後縁冷却スロット６６は、図３に示すように、異なる第１拡散角度Ａ１と第２拡散角度Ａ２で拡がり得る。後縁冷却穴３０の拡散部１０２と後縁冷却スロット６６の翼高さ方向高さＨは、下流方向Ｄに増大する。突破口で冷媒流５２をランドに乗せるのにより好ましいランドに対する流れ角度は、スロットの拡散部１０２の拡大角度Ａ１と、外部拡散部６６の間の相対確度、つまりＡ２  Ｂ  Ａ１で設定される。
【００４０】
翼高さ方向に細長い、一定幅Ｗを有する定量部１００は、エンジンサイクルに有利なように冷媒流５２の量を制御するような寸法にされる。翼高さ方向に細長い定量部１００と拡散部１０２は流れ範囲を突破口５８のところで拡大し、スロット床５１上と露出ランド５０上の冷媒流５２のフィルム範囲をより均等にするために、後縁冷却スロットにおいて冷媒流５２をスロット床５１から露出ランド５０に再分散させる。後縁冷却穴３０の拡散部１０２の上流の一定幅Ｗの定量部１００は、冷媒流５２が拡散部１０２において完全に付着し続けるのを補助する。
【００４１】
これにより、スロット床５１の表面積を増大し、露出ランド５０の表面積を減少できる。一定幅Ｗの定量部１００と拡散部１０２は、突破口で露出ランド５０に対するより好ましい流れ角度を設定するのを補助し、より多くの冷媒流５２がランド上にもたらされる。後縁冷却穴３０の第１長さＬ１と第２長さＬ２全体を通して平面状の圧力面側壁表面３９もまた、突破口で露出ランド５０に対するより好ましい流れ角度を設定するのを補助し、より多くの冷媒流５２がランド上にもたらされる。後縁冷却穴３０の一定幅と平面状の圧力面側壁表面３９は、冷媒流５２の流れがスロットの拡大部に付着し続けるのをそれぞれ補助する。
【００４２】
後縁冷却穴３０の別の実施形態が図４に破線で示され、後縁冷却穴３０の拡散部１０２の内部で圧力面側壁４２と負圧面側壁４４のそれぞれ圧力面側壁表面３９および負圧面側壁表面４０の間に一定幅Ｗの代わりに可変幅ＷＶが設けられている。可変幅ＷＶは、拡散部１０２を通って定量部１００の端部から始まり少なくとも部分的には後縁冷却スロット６６の中に下流に延びる上げ床８８により提供される。上げ床８８は、下流方向に連続する、拡散部１０２の平坦なまたは上向きに湾曲したランプ９０、後縁冷却スロット６６の平坦なまたは下向きに湾曲したランプ９４、および上りランプ９０と下りランプ９４との間の移行部９２を含む。
【００４３】
平坦な上りランプ９０と下りランプ９４を図４に示し、湾曲した上りランプ９０と下りランプ９４および湾曲した移行部９２を図１２に示す。上りランプ９０は上向きに勾配し、定量部１００の端部の負圧面側壁表面４０から下流に延びる。下りランプ９４は下向きに勾配し、移行部９２から後縁ＴＥまで下流に延びる。移行部９２は、平坦でも湾曲していてもよい。湾曲した上りランプ９０と下りランプ９４および湾曲した移行部９２は、ベジェスプラインを用いて設計し製造され得る。
【００４４】
後縁冷却穴３０のこの可変幅ＷＶの拡散部１０２は、冷媒流５２の流出速度と圧力面側壁４２の外部表面４３を流れる高温燃焼ガスの気体速度が突破口のところでだいたい等しくなるようにし、空気損失とその結果としてのタービン効率の負の効果を最小限にするのを補助する。
【００４５】
本発明を例証しながら説明した。なお、使用された用語は、限定的なものではなく説明的なものとして理解すべきである。本明細書には、本発明の好ましい例示的な実施形態とされるものが記載されたが、当業者には本明細書の教示から本発明の他の変形が自明であり、したがって、本発明の真の精神と範囲内にあるそのような変形の全てが添付の特許請求の範囲において保障されることが望ましい。
【００４６】
したがって、以下の請求項により定義され分化される本発明を米国特許証により保障されたい。
【符号の説明】
【００４７】
８  中心線軸
１０  高圧タービン段
１２  タービンエアフォイル
１４  プラットフォーム
１６  軸方向挿入ダブテール
１７  支持ロータディスク
１８  圧縮空気
１９  高温燃焼ガス
２０  燃焼器
２２  高圧タービン
２５  上側
２６  下側
２８  タービンノズル
３０  後縁冷却穴
３４  エアフォイル基部
３６  エアフォイル先端
３８  列
３９  圧力面側壁表面
４０  負圧面側壁表面
４２  圧力面側壁
４３  外部表面
４４  負圧面側壁
４６  上部穴表面
４８  下部穴表面
４９  突破口リップ
５０  露出ランド
５１  スロット床
５２  冷媒流
５４  内部冷却回路
５６  後縁薄部分
５８  突破口
６０  スロット表面
６２  フィレット
６４  スロット角
６６  冷却スロット（外部拡散部）
６８  軸方向仕切り
６９  下流端
７０  入口
７２  前方端
７４  断面
７５  長方形区画
７８  四分辺
８２  内部端区画
８４  外部端区画
８８  上げ床
９０  ランプ
９２  移行部
９４  ランプ
１００  定量部
１０２  拡散部
Ａ１  第１拡散角度（拡大角度）
Ａ２  第２拡散角度
Ａ３  ランド角度
Ｃ    翼弦方向
Ｄ    下流方向
Ｈ    翼高さ方向高さ
ＬＥ  前縁
Ｒ    半径
ＲＢ  上部角半径
ＲＦ  フィレット半径
ＲＴ  底部角半径
Ｓ    翼高さ
ＴＥ  後縁
Ｗ    穴幅（一定幅）
ＷＶ  可変幅
【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】
2015512487.tif 000012
【図１１】
2015512487.tif 000013
【図１２】
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【国際調査報告】
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2015512487.tif 000016
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