(57)【要約】  タービン翼形部が、翼長に沿って基端から先端に延びている、正圧側壁と負圧側壁を含む。正圧側壁において、翼長方向に離れて間隔を置いている後縁の冷却孔が、概ね翼弦方向に翼形部後縁に向かって延びている後縁冷却スロットで終端する。各冷却孔は、湾曲した入口部と、一定面積および一定幅の流れ断面を有する計量部と、スロットに通じる翼長方向の分岐部とを含む。軸方向の仕切りが冷却孔間で翼弦方向に延び、翼長に沿った冷却孔を半径方向に分離している。仕切りの後端部が、スイープボートテールを含む。上方のデッキ側壁と下方のデッキ側壁がスロットのデッキを囲み、正圧側壁の外面に向かって外向きに延びている。正圧側壁および負圧側壁とデッキとの間にある隅肉部が、分岐部の流れ断面において隣接している下の角の半径と略同じ大きさの隅肉半径を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅方向に間隔を置いて配置され翼長（Ｓ）に沿って翼形部基端（３４）から翼形部先端（３６）に外向きに延びている正圧側壁（４２）および負圧側壁（４４）であって、対向する前縁（ＬＥ）と後縁（ＴＥ）との間で翼弦方向（Ｃ）に延びている、正圧側壁（４２）および負圧側壁（４４）と、
翼長方向に間隔を置いて配置され翼長方向に列（３８）を形成する、記正圧側壁（４２）に入れられた複数の冷却孔（３０）であって、該冷却孔（３０）が、翼長方向に延びている単体の後縁冷却スロット（６６）で終端し、前記後縁冷却スロット（６６）が概ね後縁に向かって翼弦方向（Ｃ）に延びており、該冷却孔（３０）の各々が、冷却流の下流方向（Ｄ）へ順に、湾曲した入口部（７０）と、一定面積および一定幅（Ｗ）の流れ断面（７４）を有する計量部（１００）と、前記後縁冷却スロット（６６）に通じる翼長方向の分岐部（１０２）とを含む、複数の冷却孔（３０）と、
前記冷却孔（３０）の間で翼弦方向（Ｃ）に延び、前記翼長に沿った前記冷却孔（３０）を半径方向に分離している軸方向の仕切り（６８）と、
スイープボートテール（８８）を含む前記仕切り（６８）の後端部（８６）と
を含む、ガスタービンエンジンのタービン翼形部（１２）。
【請求項２】
前記冷却孔（３０）全体に、孔幅（Ｗ）よりも実質的に大きい翼長方向の高さ（Ｈ）をさらに有する、請求項１に記載のタービン翼形部（１２）。
【請求項３】
前記冷却孔（３０）内に、前記正圧側壁（４２）の正圧側壁表面（３９）と前記負圧側壁（４４）の負圧側壁表面（４０）とをさらに含み、前記正圧側壁表面（３９）は、計量部（１００）と分岐部（１０２）全体にわたって平らである、請求項１に記載のタービン翼形部（１２）。
【請求項４】
前記冷却孔（３０）の前記計量部（１００）と前記分岐部（１０２）にわたって一定の幅（Ｗ）をさらに有する、請求項３に記載のタービン翼形部（１２）。
【請求項５】
翼弦方向（Ｃ）すなわち前記冷却孔（３０）の前記分岐部（１０２）から概ね前記翼形部後縁（ＴＥ）に向かって下流方向（Ｄ）に延びている前記スロット（６６）内のデッキ（１３０）であって、前記デッキ（１３０）が翼長方向すなわち前記後縁冷却孔（３０）の最も基端にある冷却孔（１３２）から最も先端にある冷却孔（１３４）に半径方向外向きに延びている、デッキ（１３０）と、
前記デッキ（１３０）を囲み、前記デッキ（１３０）から前記正圧側壁（４２）の外面に延びている、上方のデッキ側壁（１３６）および下方のデッキ側壁（１３８）と、
前記上方のデッキ側壁と前記下方のデッキ側壁（１３８）との間にあるスロット角部（６４）における隅肉部（６２）と
をさらに含む、請求項１に記載のタービン翼形部（１２）。
【請求項６】
前記隅肉部（６２）が、前記分岐部（１０２）の流れ断面（７４）において隣接している下の角の半径と略同じ大きさである隅肉半径（ＲＦ）を有する、請求項５に記載のタービン翼形部（１２）。
【請求項７】
前記分岐部（１０２）が、レーストラック状の流れ断面（７４）を有し、
前記レーストラック状の流れ断面（７４）が、翼長方向に間隔を置いて配置されている湾曲した、半径（Ｒ）を有する半円状の内端部（８２）と外端部（８４）との間に長方形部分（７５）を含み、
前記タービン翼形部（１２）が、
翼弦方向（Ｃ）すなわち前記冷却孔（３０）の前記分岐部（１０２）から概ね前記翼形部後縁（ＴＥ）に向かって下流方向（Ｄ）に延びている前記スロット（６６）内のデッキ（１３０）であって、前記デッキ（１３０）が翼長方向すなわち前記後縁冷却孔（３０）の最も基端にある冷却孔（１３２）から最も先端にある冷却孔（１３４）に半径方向外向きに延びている、デッキ（１３０）と、
前記デッキ（１３０）を囲み、前記デッキ（１３０）から前記正圧側壁（４２）の外面に延びている、上方のデッキ側壁（１３６）および下方のデッキ側壁（１３８）と、
前記上方のデッキ側壁（１３６）と前記下方のデッキ側壁（１３８）との間にあるスロット角部（６４）における隅肉部（６２）であって、前記流れ断面（７４）における前記半径（Ｒ）と略同じ大きさである隅肉半径（ＲＦ）を有する、隅肉部（６２）と
をさらに含む、請求項４に記載のタービン翼形部（１２）。
【請求項８】
前記ボートテール（８８）がスイープされ、
前記各ボートテール（８８）が、前記正圧側壁（４２）と前記負圧側壁（４４）との間で翼長方向に配置されている頂部（９２）を有するボートテール後縁（９０）を含み、
前記ボートテール後縁（９０）が、前記頂部（９２）から後方すなわち下流方向（Ｄ）にスイープし、前記頂部（９２）から前記正圧側壁（４２）に向かって翼長方向すなわち半径方向外向きにスイープし、前記頂部（９２）から前記負圧側壁（４４）に向かって半径方向内向きにスイープしている、請求項１に記載のタービン翼形部（１２）。
【請求項９】
前記スイープボートテール（８８）が、翼長方向の対（９４）の隣接する冷却孔（３０）間にある前記仕切り（６８）の前記後端部（８６）を通る、丸みを帯びた断面（９６）を有する、請求項８に記載のタービン翼形部（１２）。
【請求項１０】
前記計量部（１００）および前記分岐部（１０２）が、翼長方向の高さ（Ｈ）と孔幅（Ｗ）の比が約２：１〜約１０：１の範囲である前記孔幅（Ｗ）に対する前記孔の高さ（Ｈ）を有する、請求項９に記載のタービン翼形部（１２）。
【請求項１１】
前記冷却孔（３０）内に、前記正圧側壁（４２）の正圧側壁表面（３９）と前記負圧側壁（４４）の負圧側壁表面（４０）とをさらに含み、前記正圧側壁表面（３９）は、前記計量部（１００）と前記分岐部（１０２）全体にわたって平らである、請求項９に記載のタービン翼形部（１２）。
【請求項１２】
前記冷却孔（３０）の前記計量部（１００）と前記分岐部（１０２）にわたって一定の幅（Ｗ）をさらに有する、請求項１１に記載の翼形部（１２）。
【請求項１３】
前記入口部（７０）が、下流方向（Ｄ）に収束形すなわちベルマウス形状に湾曲している、請求項１２に記載のタービン翼形部（１２）。
【請求項１４】
幅方向に間隔を置いて配置され、翼長（Ｓ）に沿って翼形部基端（３４）から翼形部先端（３６）に外向きに延びている、正圧側壁（４２）および負圧側壁（４４）であって、対向する前縁（ＬＥ）と後縁（ＴＥ）との間で翼弦方向（Ｃ）に延びている、正圧側壁（４２）および負圧側壁（４４）と、
前記正圧側壁（４２）に包含され、翼長方向に列（３８）を成して翼長方向に間隔を置いて配置された複数の冷却孔（３０）であって、該冷却孔（３０）は、翼長方向に延びている単体の後縁冷却スロット（６６）で終端し、前記後縁冷却スロット（６６）が概ね後縁に向かって翼弦方向（Ｃ）に延びており、該冷却孔（３０）の各々が、冷却流の下流方向（Ｄ）へ順に、湾曲した入口部（７０）と、一定面積および一定幅（Ｗ）の流れ断面（７４）を有する計量部（１００）と、前記後縁冷却スロット（６６）に通じる翼長方向の分岐部とを含む、複数の冷却孔（３０）と、
前記冷却孔（３０）の間で翼弦方向（Ｃ）に延び、前記翼長に沿った前記冷却孔（３０）を半径方向に分離している軸方向の仕切り（６８）と、
スイープボートテール（８８）を含む前記仕切り（６８）の後端部（８６）と
を含む、ガスタービンエンジンのタービン翼形部（１２）。
【請求項１５】
前記ボートテール（８８）がスイープされ、
前記各ボートテール（８８）が、前記正圧側壁（４２）と前記負圧側壁（４４）との間で翼長方向に配置されている頂部（９２）を有するボートテール後縁（９０）を含み、
前記ボートテール後縁（９０）が、前記頂部（９２）から後方すなわち下流方向（Ｄ）にスイープし、前記頂部（９２）から前記正圧側壁（４２）に向かって翼長方向すなわち半径方向外向きにスイープし、前記頂部（９２）から前記負圧側壁（４４）に向かって半径方向内向きにスイープしている、請求項１４に記載のタービン翼形部（１２）。
【請求項１６】
前記スイープボートテール（８８）が、翼長方向の対（９４）の隣接する冷却孔（３０）間にある前記仕切り（６８）の前記後端部を通る、丸みを帯びた断面（９６）を有する、請求項１５に記載のタービン翼形部（１２）。
【請求項１７】
翼弦方向（Ｃ）すなわち前記冷却孔（３０）の前記分岐部（１０２）から概ね前記翼形部後縁（ＴＥ）に向かって下流方向（Ｄ）に延びている前記スロット（６６）内のデッキ（１３０）であって、前記デッキ（１３０）が翼長方向すなわち前記後縁冷却孔（３０）の最も基端にある冷却孔（１３２）から最も先端にある冷却孔（１３４）に半径方向外向きに延びている、デッキ（１３０）と、
前記デッキ（１３０）を囲み、前記デッキ（１３０）から前記正圧側壁（４２）の外面に延びている、上方のデッキ側壁（１３６）および下方のデッキ側壁（１３８）と、
前記上方のデッキ側壁（１３６）と前記下方のデッキ側壁（１３８）との間にあるスロット角部（６４）における隅肉部（６２）と
をさらに含む、請求項１６に記載のタービン翼形部（１２）。
【請求項１８】
前記隅肉部（６２）が、前記分岐部（１０２）の前記流れ断面（７４）において隣接している下の角の半径と略同じ大きさである隅肉半径（ＲＦ）を有する、請求項１７に記載のタービン翼形部（１２）。
【請求項１９】
前記分岐部（１０２）が、レーストラック状の流れ断面（７４）を有し、
前記レーストラック状の流れ断面（７４）が、翼長方向に間隔を置いて配置されている湾曲した、半径（Ｒ）を有する半円状の内端部（８２）と外端部（８４）との間に長方形部分（７５）を含み、
前記タービン翼形部（１２）が、
翼弦方向（Ｃ）すなわち前記冷却孔（３０）の前記分岐部（１０２）から概ね前記翼形部後縁（ＴＥ）に向かって下流方向（Ｄ）に延びている前記スロット（６６）内のデッキ（１３０）であって、前記デッキ（１３０）が翼長方向すなわち前記後縁冷却孔（３０）の最も基端にある冷却孔（１３２）から最も先端にある冷却孔（１３４）に半径方向外向きに延びている、デッキ（１３０）と、
前記デッキ（１３０）を囲み、前記デッキ（１３０）から前記正圧側壁（４２）の外面に延びている、上方のデッキ側壁（１３６）および下方のデッキ側壁（１３８）と、
前記上方のデッキ側壁（１３６）と前記下方のデッキ側壁（１３８）との間にある前記スロット角部（６４）における隅肉部（６２）であって、前記流れ断面（７４）における前記半径（Ｒ）と略同じ大きさである隅肉半径（ＲＦ）を有する、隅肉部（６２）と
をさらに含む、請求項１６に記載のタービン翼形部（１２）。
【請求項２０】
前記計量部（１００）および前記分岐部（１０２）が、翼長方向の高さ（Ｈ）と孔幅（Ｗ）の比が約２：１〜約１０：１の範囲である前記孔幅（Ｗ）に対する前記孔の高さ（Ｈ）を有する、請求項１９に記載のタービン翼形部（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翼形部の冷却に関し、より詳細には、タービン翼形部の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、空気は圧縮機で圧縮され、高温燃焼ガスを生成するために燃焼器で燃料と混合される。高温ガスは、タービンの各段を通って流れ、このタービンは、一般的な航空機のターボファンエンジンに適用する際に上流のファンに動力を供給するように、圧縮機に動力を供給し仕事を引き起こすために、高温ガスからエネルギーを抽出する。
【０００３】
このタービン段は、中空静翼の列を有する固定されたタービンノズルを含み、このタービンノズルが、燃焼ガスを、支持ロータディスクから半径方向外向きに延びている対応する動翼の列に流す。静翼および動翼は、その中に対応する冷却回路を伴った、対応する中空翼形部を有する。
【０００４】
冷却空気は、一般的に、燃焼過程から流用される、圧縮機が排出する空気であり、これにより、エンジンの全体的な効率を向上させる。エンジンの効率を最も高くするために、冷却空気の量が最小化される必要があるが、動作しながらエンジンの耐用年数を最大化するためには、それでも、適切にタービン翼形部を冷却するために、十分な冷却空気が使用されなければならない。各翼形部は、翼長に沿って翼形部基端から翼形部先端に長手方向すなわち半径方向外向きに延び、さらに前縁と後縁との間で翼弦方向の軸方向に延びる、略凹形の正圧側壁と、反対側にある略凸形の負圧側壁を含む。タービン動翼の翼形部の翼長は、半径方向内側の根元におけるプラットフォームから、周りのタービンシュラウドと間隔を置いた半径方向外側の先端部に延びる。タービン静翼の翼形部は、半径方向の内側バンドと一体になった根元から、半径方向外側の外側バンドと一体になった先端部に延びる。
【０００５】
各タービン翼形部は、最初に前縁の後部の厚みが増加し、その後、後縁に向かって比較的細く尖って厚みが減少し、正圧側壁と負圧側壁が後縁で合わさる。翼形部のより広くなっている部分は、さまざまな形態の内部冷却回路を収容するための十分な内部空間、および翼形部の内部を冷却する熱伝達を向上させるためのタービュレータを有するが、一方で、比較的薄い後縁は、相応して限られた内部冷却空間を有する。
【０００６】
各翼形部は、一般に、翼形部の側壁を通って延びるさまざまな膜冷却孔の列を含み、この膜冷却孔が、内部冷却回路からの使用済みの冷却空気を排出する。膜冷却孔は、一般に、後縁に向かって後方で傾斜し、翼形部の外面上に冷却空気の薄い膜を作ることにより、動作中に翼形部表面上に流れる高温燃焼ガスに対する追加的な保護のための断熱空気層を提供する。
【０００７】
薄い後縁は、一般に、列を成す後縁冷却スロットまたは単体の細長いスロットによって保護され、このスロットが、スロット上に膜冷却空気を排出するために、後縁のすぐ上方にあるブレイクアウト部で正圧側壁を突破する。各後縁冷却スロットは、ブレイクアウト部で始まる正圧側に出口開口部を有しており、冷却スロットを画成する軸方向に延びる仕切りの後端部にある露出したランドによって、半径方向に囲まれている場合と、囲まれていない場合がある。
【０００８】
軸方向の仕切りは、翼形部の正圧側および負圧側に一体的に形成され得、この仕切り自体が、仕切りよって画成される冷却スロットを通って排出される空気によって冷却されなければならない。仕切りは、通常、後縁に向かって後方で収束するため、冷却スロットは、浅い分岐角度で後縁に向かって分岐し、仕切りの側面に沿った流れの剥離がある場合にも、排出される冷却空気をほとんど拡散させないようにする。
【０００９】
後縁冷却スロットの空力性能および冷却性能が、冷却スロットおよび介在する仕切りの特定の形状に直接関係している。冷却スロットの流路面積が、冷却スロットを通って排出される冷却空気の流れを制御し、冷却スロットの形状が、冷却スロットの冷却性能に影響する。
【００１０】
冷却スロットの分岐角度すなわち拡散角度によって、排出される空気の性能および冷却効果を低下させるであろう、好ましくない流れの剥離がおこる場合がある。また、これにより、タービン効率にマイナスの影響を与える損失を増加させる。各冷却スロットのすぐ下にある薄い後縁の一部は、仕切りの後端部に介在する露出したランド上に分流する排出された冷却空気によって、効果的に冷却される。このランドは、負圧側壁と一体に形成された正圧側壁の固体部分であり、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】
出口ランドのサイズは小さく、後縁冷却スロットの冷却性能が実質的であるにもかかわらず、それでもなお、典型的に、ガスタービンエンジンの厳しい環境での、タービン翼形部の薄い後縁の高い動作温度が原因で、翼形部の寿命が制限される。
【００１２】
したがって、翼形部の耐久性およびエンジン性能を改善するために、後縁冷却および冷却スロットが改善されたタービン翼形部が提供されることが望ましい。また、タービンおよびエンジンの燃料効率を最大にするために、後縁の冷却に使用される冷却流の量を最小にすることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０８５９１５号明細書
【発明の概要】
【００１４】
ガスタービンエンジンのタービン翼形部が、正圧側壁および負圧側壁を含み、この正圧側壁および負圧側壁は、幅方向に間隔を置いて配置され、翼長に沿って翼形部基端から翼形部先端に外向きに延び、さらに対向する前縁と後縁との間で翼弦方向に延びている。翼長方向に列を成し翼長方向に間隔を置いて配置されている後縁の冷却孔が、正圧側壁と負圧側壁との間で翼形部に入れられ、この冷却孔は、翼長方向に延びている単体の後縁冷却スロットで終端し、この後縁冷却スロットは概ね後縁に向かって翼弦方向に延びている。各冷却孔は、下流方向への連続的な冷却流と関係して、湾曲した入口部と、一定面積および一定幅の流れ断面を有する計量部と、後縁冷却スロットに通じる翼長方向の分岐部とを含む。軸方向の仕切りが冷却孔の間で翼弦方向に延び、翼長に沿った冷却孔を半径方向に分離している。仕切りの後端部が、スイープボートテールを含む。
【００１５】
ボートテールは、スイープされることが可能であり、各ボートテールは、正圧側壁と負圧側壁との間で翼長方向に配置されている頂部を有するボートテール後縁を含む。ボートテール後縁は、頂部から後方すなわち下流方向にスイープする。ボートテール後縁は、頂部から正圧側壁に向かって翼長方向すなわち半径方向外向きにスイープし、頂部から負圧側壁に向かって半径方向内向きにスイープする。スイープボートテールはさらに、翼長方向の対の隣接する冷却孔間にある仕切りの後端部を通る、丸みを帯びた断面を含むことができる。
【００１６】
正圧側壁と負圧側壁それぞれが、孔内に正圧側壁表面と負圧側壁表面を含むことができ、正圧側壁表面は、計量部と分岐部全体にわたって平らであり得る。冷却孔の計量部と分岐部にわたって、その幅は一定であり得る。
【００１７】
翼形部は、スロット内にデッキを含むことが可能であり、このスロットは、翼弦方向すなわち冷却孔の分岐部から概ね翼形部後縁に向かって下流方向に延び、さらに翼長方向すなわち後縁冷却孔の最も基端にある冷却孔から最も先端にある冷却孔に半径方向外向きに延びている。上方のデッキ側壁および下方のデッキ側壁がデッキを囲み、このデッキから正圧側壁の外面に延びている。上方のデッキ側壁と下方のデッキ側壁とデッキとの間にあるスロット角部における隅肉部が、隅肉半径を有し、この隅肉半径は、分岐部の流れ断面において隣接している下の角の半径と略同じ大きさである。
【００１８】
本発明の前述の態様および他の特徴は、添付の図面と併せて、以下の記述において説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】翼長方向に延びている後縁冷却スロットで終端する冷却孔を有する、タービン静翼および動翼の翼形部の例示的な実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１に示されている動翼の拡大図である。
【図３】図２に示されている、後縁冷却スロットに通じる計量部および拡散部において一定幅を有する冷却孔の、正圧側の断面図である。
【図４】図３の４−４に沿って見た、後縁冷却スロットに通じる一定幅の計量部および拡散部を有する冷却孔の、断面の概略図である。
【図５】図３に示されている冷却孔および後縁冷却スロットの、上流側を見た斜視図である。
【図６】図５に示されている冷却孔間にある、軸方向の仕切りのボートテール後端部の拡大斜視図である。
【図７】図３の７−７に沿って見た、一定幅の計量部における細長い流れ断面の概略図である。
【図８】図３の８−８に沿って見た、拡散部における細長い流れ断面の概略図である。
【図９】４つの等しい半径を有するレーストラック状の流れ断面の概略図である。
【図１０】図９に示されているレーストラック状の流れ断面より、高さに対する幅の比率が大きい、別のレーストラック状の流れ断面の概略図である。
【図１１】上下の角の半径が同じでない、別の流れ断面の概略図である。
【図１２】細長く完全に湾曲して、湾曲した４等分の辺を含む、さらに別の流れ断面の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に示されているのは、例示的なガスタービンエンジンの高圧タービン段１０であり、この高圧タービンの段１０は、エンジン中心軸線８の周りを囲み、燃焼器２０と低圧タービン（ＬＰＴ）２４の間に配置されている。燃焼器２０は、タービンを通って下流方向Ｄに流れる高温燃焼ガス１９を生成するために、燃料を圧縮空気と混合する。
【００２１】
高圧タービン段１０は、高圧タービン（ＨＰＴ）２２の上流側にタービンノズル２８を含み、このタービンノズル２８を通って、燃焼器２０から高温燃焼ガス１９が排出される。本明細書に示されている高圧タービン２２の例示的な実施形態が、円周方向に間隔を置いて配置されている高圧タービン動翼３２の少なくとも１つの列を含む。各タービン動翼３２は、タービン翼形部１２を含み、このタービン翼形部１２は、プラットフォーム１４およびタービン動翼を支持ロータディスク１７の周辺に取り付けるために使用される軸方向に挿入したダブテール１６と、一体に形成されている。
【００２２】
図２を参照すると、翼形部１２は、動翼のプラットフォーム１４上の翼形部基端３４から、翼形部先端３６に、翼長Ｓに沿って半径方向外向きに延びている。動作中、高温燃焼ガス１９は、エンジンで生成され、タービン翼形部１２上を下流方向Ｄに流れる。このタービン翼形部１２は、高温燃焼ガス１９から動翼を支持するディスクを回転させるためのエネルギーを抽出し、圧縮機（不図示）に動力を供給する。圧縮空気１８の一部は、適切に冷却され、動作中にその冷却のために動翼に向けられる。
【００２３】
翼形部１２は、幅方向に間隔を置いて配置されている、略凹形の正圧側壁４２と略凸形の負圧側壁４４を含む。正圧側壁４２と負圧側壁４４は、翼長Ｓに沿って翼形部基端３４から翼形部先端３６に、長手方向すなわち半径方向外向きに延びている。また、正圧側壁４２と負圧側壁４４は、対向している翼形部の前縁ＬＥと後縁ＴＥとの間において、翼弦方向Ｃで軸方向に延びている。翼形部１２は、正圧側壁４２と負圧側壁４４によって中空になっている。この正圧側壁４２と負圧側壁４４は、幅方向に間隔が置かれ、翼形部の前縁ＬＥと後縁ＴＥとの間で側面が離れているため、この中空に内部冷却用空洞すなわち内部冷却回路５４を画成している。この冷却回路５４は、動作中に、圧縮された冷却空気すなわち冷媒流５２を循環させる。圧縮された冷却空気すなわち冷媒流５２は、圧縮機から流用される圧縮空気１８の一部によるものである。
【００２４】
タービン翼形部１２において、幅Ｗが翼形部の前縁ＬＥから後部の最大幅まで増加し、そこから続いて、比較的薄く尖っている翼形部後縁ＴＥに収束している。内部冷却回路５４の大きさは、このため、翼形部の幅Ｗに従って変化し、２つの側壁が一体となって接合している後縁の直前が比較的薄くなり、翼形部１２の薄い後縁部５６を形成している。翼長方向に延びている後縁冷却スロット６６が、翼形部１２の薄い後縁部５６に、もしくはその近くに、後縁部５６を冷却するために、設けられている。
【００２５】
図３および図５を参照すると、翼長方向に列３８を成し翼長方向に間隔を置いて配置されている後縁の冷却孔３０が、後縁冷却スロット６６で終端している。この冷却孔３０は、正圧側壁４２と負圧側壁４４との間で翼形部１２に入れられすなわち埋め込まれて形成されている。後縁冷却スロット６６は、概ね後縁ＴＥに向かって翼弦方向に延びている。後縁の冷却孔３０は、動作中に、冷媒流５２を排出するための内部冷却回路５４と流体連通するように、後縁ＴＥの翼長Ｓに沿って配置されている。後縁冷却スロット６６の床部すなわちデッキ１３０が、冷却孔３０の分岐部１０２から概ね翼形部後縁ＴＥに向かって、翼弦方向すなわち下流方向に延びている。デッキ１３０は、後縁の冷却孔３０の最も基端にある冷却孔１３２から最も先端にある冷却孔１３４に、翼長方向すなわち半径方向外向きに延びている。デッキ１３０は、デッキ１３０から正圧側壁４２の外面４３に延びている上方のデッキ側壁１３６と下方のデッキ側壁１３８によって、翼長方向に囲まれている。スロット表面６０が、デッキ１３０に沿って、上方のデッキ側壁１３６と下方のデッキ側壁１３８との間で、幅方向に延びている。上方のデッキ側壁１３６と下方のデッキ側壁１３８とデッキ１３０との間にあるスロット角部６４における隅肉部６２が、隅肉半径ＲＦを有する。この隅肉半径ＲＦは、分岐部１０２の流れ断面７４において隣接している下の角の半径ＲＴと略同じ大きさであり得る（図７〜図１０に示されている）。隅肉半径ＲＦにより、後縁冷却スロット６６の鋳造性が改善される。
【００２６】
後縁の冷却孔３０は、図３において、より詳細に示されている。各冷却孔３０は、下流方向への連続的な冷却流と関係して、下流方向に収束形すなわちベルマウス形状に湾曲した入口部７０と、一定面積および一定幅の流れ断面を有する計量部１００と、翼長方向の分岐部１０２とを含む。この分岐部１０２は、後縁冷却スロット６６に通じて、このスロット６６に冷却空気すなわち冷媒流５２を供給する。図４〜図６を参照すると、後縁冷却スロット６６は、分岐部１０２の下流方向の端部６９に配置されているブレイクアウト部５８を起点としている。冷却孔３０の分岐部１０２は、後縁ＴＥの前方すなわち上方に配置されているブレイクアウトリップ部４９で後縁冷却スロット６６に通じ、正圧側壁４２の外面４３に突破している。
【００２７】
図３および図５を参照すると、冷却孔３０は、後縁ＴＥに向かって下流方向に延びている軸方向の仕切り６８に対応することによって、翼長Ｓに沿って半径方向に、互いに分離されている。湾曲した入口部７０は、下流方向に収束する入口部として、より具体的には、ベルマウス入口部として、本明細書に示されている。入口部７０は、仕切り６８の先端部７２およびその間に、画成されている。仕切り６８は、直径７３を有する半円形の先端部７２を含み、ベルマウス入口部７０を画成している。各冷却孔３０は、翼長方向に間隔を置いて配置されている、孔の上側表面４６と孔の下側表面４８を含む。この孔の上側表面４６と孔の下側表面４８は、軸方向の複数の仕切り６８に対応する隣接した対の、上側の仕切り２５と下側の仕切り２６に沿っている。図３に示されているように、冷却孔３０の翼長方向の高さＨが、軸方向の仕切り６８の上側の仕切り２５と下側の仕切り２６における、孔の上側表面４６と孔の下側表面４８との間で画定されている。図３に示されているように、計量部１００、分岐部１０２、および後縁冷却スロット６６はそれぞれ、下流方向に延びている第１の長さＬ１、第２の長さＬ２、および第３の長さＬ３を有する。
【００２８】
図３、図５、および図６を参照すると、仕切り６８の後端部８６が、空気力学的に形作られたスイープボートテール８８を有し、この後端部８６での流れの剥離による空力損失を低減するように設計され形作られている。また、スイープボートテール８８は、分岐部１０２の下流方向の端部６９で、スロットのブレイクアウト部５８を通り過ぎて分離する流れを容易にするように設計されている。図６に示されているように、各スイープボートテール８８は、正圧側壁４２と負圧側壁４４との間で翼長方向に延びているボートテール後縁９０を含み、このボートテール後縁９０は、ブレイクアウトリップ部４９または正圧側壁４２と負圧側壁４４との間で翼長方向に配置されている頂部９２を有する。ボートテール後縁９０は、頂部９２から後方すなわち下流方向にスイープする。ボートテール後縁９０は、頂部９２からブレイクアウトリップ部４９または正圧側壁４２に向かって翼長方向すなわち半径方向外向きにスイープし、頂部９２から負圧側壁４４に向かって半径方向内向きにスイープする。各スイープボートテール８８は、翼長方向の対９４の隣接する冷却孔３０間にある仕切り６８の後端部８６を通る、丸みを帯びた断面９６を有する。ボートテール後縁９０は、ブレイクアウトリップ部４９で付加的な強度を提供し、冷却孔３０の出口となる、ブレイクアウト部５８の上流にある床部すなわちデッキ１３０で、異なる冷却孔３０による流れを統合する。
【００２９】
冷却流を大幅に削減した場合でも、冷却孔３０、後縁冷却スロット６６、およびスイープボートテール８８は、翼長方向のデッキ１３０の膜有効性を、下流方向すなわち後方にスロットデッキ１３０全体を超えて、デッキ１３０の末端の翼形部後縁ＴＥにまで提供するように設計されている。翼形部の冷却設計の研究によって、段１の動翼を流れる冷却流を約１０パーセント削減できる可能性が示された。また、同時にこの研究によって、従来のスロット設計よりも後縁の温度が華氏８０度〜９０度も低くなるため、更なる冷却流の削減が可能であることが示された。このことは、エンジン性能にとって重要な利点である。
【００３０】
図３から図５を参照すると、冷却孔３０の孔幅Ｗが、図４に示されるように、正圧側壁４２の正圧側壁表面３９と負圧側壁４４の負圧側壁表面４０との間で、画定される。後縁冷却スロット６６およびデッキ１３０は開口しているため、高圧タービン２２を通過する高温燃焼ガス１９にさらされる。デッキ１３０は、負圧側壁４４に沿って、第３の長さＬ３全体にわたって延びている。
【００３１】
軸方向の仕切り６８に隣接した対の、上側の仕切り２５および下側の仕切り２６と正圧側壁４２および負圧側壁４４が、冷却孔３０を翼長方向に囲んでいる。図７および図８を参照すると、冷却孔３０は、概ね翼長方向に細長い流れ断面７４を有し、翼長方向の高さＨが孔幅Ｗよりも実質的に大きい。この冷却孔３０は、幅に対する高さの比Ｈ／Ｗが約２：１〜約１０：１の範囲である（図７〜図１２を参照）。正圧側壁４２の正圧側壁表面３９と負圧側壁４４の負圧側壁表面４０が、冷却孔３０を幅方向に囲んでいる。
【００３２】
図４に示されている冷却孔３０の実施形態において、冷却孔３０全体に一定幅Ｗを有し、正圧側壁表面３９と負圧側壁表面４０は、冷却孔３０の第１の長さＬ１と第２の長さＬ２の全体にわたって平行である。正圧側壁表面３９は、冷却孔３０における計量部１００および分岐部１０２とこれらが対応する第１の長さＬ１と第２の長さＬ２の全体にわたって平らである。この冷却孔３０の実施形態において、負圧側壁表面４０は、冷却孔３０の計量部１００および分岐部１０２に対応する第１の長さＬ１および第２の長さＬ２の全体にわたって平らである。デッキ１３０は、冷却孔３０の負圧側壁表面４０と同一平面上にある。図３に示され、図４には実線で概略的に示されている後縁の冷却孔３０の実施形態において、入口部７０、計量部１００、および分岐部１０２は、同一の孔幅Ｗを有し、すなわち孔幅Ｗが一定である。分岐部１０２は、翼長方向に分岐している。
【００３３】
冷却孔３０および後縁冷却スロット６６は、冷却機能を有するように鋳造される。冷却機能を有するように鋳造することによって、翼形部と動翼と静翼に、良好な強度、低い製造コスト、および耐久性が提供される。翼長方向すなわち半径方向に間隔を置いて配置されている湾曲した半円状の内端部８２と外端部８４との間に長方形部分７５を含むレーストラック状の流れ断面７４により、翼形部を冷却するために必要となる冷却流５２の量を削減する、良好な冷却流の特徴が提供される。下の角の半径ＲＴが、冷却機能において、良好な冷却、鋳造性、および強度に寄与する。
【００３４】
流れ断面７４に適当な４つの例示的な形状が、図９〜図１２に示されている。図９に示されているレーストラック状の流れ断面７４は、翼長方向に細長く、４つの等しい角の半径Ｒを有し、高さに対する幅の比率Ｗ／Ｈが、０．２５〜０．５０の範囲である。図１０に示されているレーストラック状の流れ断面７４は、翼長方向に細長く、４つの等しい角の半径Ｒを有し、高さに対する幅の比率Ｗ／Ｈが、０．１５〜０．５０の範囲である。図１１に示されているレーストラック状の流れ断面７４は、図９に示されている流れ断面と似ているが、上の角の半径ＲＴと下の角の半径ＲＢが同じでない。例示的な範囲の上の角の半径に対する下の角の半径の比率ＲＢ／ＲＴは、１〜３である。図１２に示されているレーストラック状の流れ断面７４は、翼長方向に細長く完全に湾曲して、湾曲した４等分の辺７８を含み、この断面７４は楕円、放物線、または多項式曲線であり得る。
【００３５】
一定幅Ｗを有する翼長方向に細長い計量部１００は、冷媒流５２の量を制御するように形成されているため、エンジンサイクルに利益をもたらす。翼長方向に細長い計量部１００および分岐部１０２は、ブレイクアウト部５８で収束する流れを拡げ、冷媒流５２を後縁冷却スロット６６に均等に分流させる。冷却孔３０の分岐部１０２の上流にある一定幅Ｗを有する計量部１００は、冷媒流５２が分岐部１０２に完全に流入するように助ける。
【００３６】
冷却孔３０が一定幅であること、また、冷却孔３０の正圧側壁表面３９が平らであることは、冷媒流５２の冷媒速度および正圧側壁４２の外面４３に沿った高温燃焼ガスのガス速度が、ブレイクアウト部でおよそ等しくなるように助け、これにより、タービン効率にマイナスの効果をもたらし得る空力損失を最小化する。この２つの特徴は、さらに、冷媒流５２がスロット６６に流入するように助ける。
【００３７】
本発明について、例示的な方法で説明してきた。使用された用語は、限定ではなく説明の語としての性質を意図したものであることが理解されるべきである。本明細書において、本発明の好ましい実施形態および例示的な実施形態を示唆したが、本明細書による教示から本発明の他の変更形態を実施できることは、当業者に明らかであろう。よって、このようなすべての変更形態は、本発明の真の趣旨および範囲内であるとして、添付の特許請求の範囲に保護されることが望ましい。
【００３８】
したがって、特許請求の範囲に定義され区別される本発明が、特許証によって保護されることが望ましい。
【符号の説明】
【００３９】
８  中心軸線
１０  高圧タービンの段
１２  翼形部
１４  プラットフォーム
１６  ダブテール
１７  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（ＨＰＴ）
２４  低圧タービン（ＬＰＴ）
２５  上側の仕切り
２６  下側の仕切り
２８  タービンノズル
３０  冷却孔
３２  タービン動翼
３４  翼形部基端
３６  翼形部先端
３８  列
３９  正圧側壁表面
４０  負圧側壁表面
４２  正圧側壁
４３  外面
４４  負圧側壁
４６  孔の上側表面
４８  孔の下側表面
４９  ブレイクアウトリップ部
５２  冷媒流
５４  冷却回路
５６  後縁部
５８  ブレイクアウト部
６０  スロット表面
６２  隅肉部
６４  スロット角部
６６  冷却スロット
６８  仕切り
６９  端部
７０  入口部
７２  先端部
７４  流れ断面
７５  長方形部分
７８  辺
８２  内端部
８４  外端部
８６  後端部
８８  ボートテール
９０  ボートテール後縁
９２  頂部
９４  対
９６  断面
１００  計測部
１０２  分岐部
１３０  デッキ
１３２  最も基端にある冷却孔
１３４  最も先端にある冷却孔
１３６  上方のデッキ側壁
１３８  下方のデッキ側壁
Ｃ  翼弦方向
Ｄ  下流方向
Ｈ  高さ
Ｌ１  第１の長さ
Ｌ２  第２の長さ
Ｌ３  第３の長さ
ＬＥ  前縁
ＴＥ  後縁
ＲＦ  隅肉半径
ＲＴ  上の角の半径
ＲＢ  下の角の半径
Ｓ  翼長
Ｗ  幅
Ｒ  半径
【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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【国際調査報告】
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