(57)【要約】  翼長に沿って外側に延び対向する前縁と後縁の間で翼弦方向に延びる正圧側壁および負圧側壁を有する、ガスタービンエンジンのタービン翼。正圧側壁に収容された離間した分岐した後縁冷却孔の翼長方向の列は、実質的に後縁まで翼弦方向に延びる対応する後縁冷却スロットで終端する。軸方向に延びる孔間隔壁は、冷却孔を離隔させる。孔間隔壁の隣接対の間の入口は、漸拡入口部を含む。軸方向の孔内隔壁は、漸拡入口部の下流方向および尾部方向で、漸拡する上部漸拡部と下部漸拡部に冷却孔を分岐させる。孔内隔壁の前端は、漸拡入口部の尾部端を、後縁冷却スロット内に通じる上部漸拡部および下部漸拡部に通じる上部入口流路と下部入口流路に分離させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼基部（３４）から翼先端（３６）まで翼長（Ｓ）に沿って外側に延びる幅（Ｗ）方向に離間した正圧側壁（４２）および負圧側壁（４４）であって、対向する前縁（ＬＥ）と後縁（ＴＥ）の間で翼弦方向（Ｃ）に延びる正圧側壁（４２）および負圧側壁（４４）と、
翼長（Ｓ）方向に離間した分岐した後縁冷却孔（３０）の翼長方向の列（３８）であり、前記正圧側壁（４２）に収容されるとともに、実質的に前記後縁（ＴＥ）まで翼弦方向（Ｃ）に延び翼長（Ｓ）方向に離間した対応する後縁冷却スロット（６６）で終端する、後縁冷却孔（３０）の翼長方向の列（３８）と、
前記冷却孔（３０）を翼長（Ｓ）方向で互いに離隔させる軸方向に延びる孔間隔壁（８０）であって、前記冷却孔（３０）のそれぞれが、前記孔間隔壁（８０）の隣接対の間に入口（７０）を含み、前記入口（７０）が漸拡入口部（１０８）を含む、孔間隔壁（８０）と、
前記後縁（ＴＥ）に向けて下流方向（Ｄ）に延びる軸方向の孔内隔壁（６８）であって、前記漸拡入口部（１０８）の下流方向（Ｄ）および尾部方向で、翼長（Ｓ）方向に離間し翼長（Ｓ）方向に漸拡する上部漸拡部（１０２）と下部漸拡部（１０３）に前記冷却孔（３０）を分岐させる孔内隔壁（６８）と、
前記孔内隔壁（６８）の前端であって、前記漸拡入口部（１０８）の尾部端または下流端（１１０）を、前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）のそれぞれに通じる翼長（Ｓ）方向に離間した上部入口流路（１１２）および下部入口流路（１１４）に分離または分割し、前記冷却孔（３０）のうちのそれぞれの孔の前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）が、前記後縁冷却スロット（６６）のうちの対応するスロットに通じる、前記孔内隔壁（６８）の前端と、
を備える、ガスタービンエンジンのタービン翼（１２）。
【請求項２】
前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）を通じて孔幅（Ｗ）よりも実質的に大きい翼長（Ｓ）方向の高さ（Ｈ）をさらに有する、請求項１に記載の翼（１２）。
【請求項３】
前記正圧側壁（４２）および前記負圧側壁（４４）のそれぞれの正圧側壁面（３９）および負圧側壁面（４０）を前記孔（３０）内にさらに備え、前記正圧側壁面（３９）が、前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）の全体を通じて平面状である、請求項２に記載の翼（１２）。
【請求項４】
前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）を通じて一定の前記幅（Ｗ）をさらに有する、請求項３に記載の翼（１２）。
【請求項５】
平坦部（５０）をさらに備え、前記平坦部（５０）が、前記後縁冷却スロット（６６）のうちの翼長（Ｓ）方向に隣接するスロットの間に配置され、スロットフロア（５１）が前記平坦部（５０）の間の前記後縁冷却スロット（６６）に配置される、請求項４に記載の翼（１２）。
【請求項６】
０〜５度の範囲の平坦部角度（Ａ３）で外面（４３）から離れるように傾いた前記平坦部（５０）をさらに備える、請求項５に記載の翼（１２）。
【請求項７】
前記冷却スロット（６６）のそれぞれの周りで前記正圧側壁（４２）の外面（４３）と共面上または同一平面上にある前記平坦部（５０）をさらに備える、請求項５に記載の翼（１２）。
【請求項８】
下流方向（Ｄ）に連続する流れとの関係で先細入口部（１０６）、喉部（１０４）および前記漸拡入口部（１０８）を含む先細漸拡入口（７０）である前記入口（７０）をさらに備える、請求項１に記載の翼（１２）。
【請求項９】
前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）を通じて孔幅（Ｗ）よりも実質的に大きい翼長（Ｓ）方向の高さ（Ｈ）と、
前記孔（３０）内の前記正圧側壁（４２）および前記負圧側壁（４４）のそれぞれの正圧側壁面（３９）および負圧側壁面（４０）であって、前記正圧側壁面（３９）が、前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）の全体を通じて平面状である、正圧側壁面（３９）および負圧側壁面（４０）と、
前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）を通じて一定の前記幅（Ｗ）と、
前記後縁冷却スロット（６６）のうちの翼長（Ｓ）方向に隣接するスロットの間に配置された平坦部（５０）、および前記平坦部（５０）の間の前記後縁冷却スロット（６６）に配置されたスロットフロア（５１）と、
をさらに備える、請求項８に記載の翼（１２）。
【請求項１０】
前記冷却スロット（６６）のそれぞれの周りで前記正圧側壁（４２）の外面（４３）と共面上または同一平面上にある前記平坦部（５０）をさらに備える、請求項９に記載の翼（１２）。
【請求項１１】
異なる第１の漸拡角度（Ａ１）および第２の漸拡角度（Ａ２）でそれぞれに漸拡する、前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）のそれぞれならびに前記後縁冷却スロット（６６）のうちの対応するスロットをさらに備える、請求項１０に記載の翼（１２）。
【請求項１２】
トラック状の流れ断面（７４）を有する前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）のそれぞれであって、前記トラック状の流れ断面（７４）が、翼長（Ｓ）方向に離間し丸みを帯びたまたは半円形の内側端部（８２）および外側端部（８４）の間の矩形部（７５）を含み、翼長（Ｓ）方向に離間しコーナ半径（Ｒ）を有する丸みを帯びたまたは半円形の内側端部（８２）および外側端部（８４）の間の矩形部（７５）を含む、前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）のそれぞれと、
前記平坦部（５０）と前記スロットフロア（５１）の間のスロットコーナ（６４）の丸み部（６２）であって、前記流れ断面（７４）の前記コーナ半径（Ｒ）と実質的に同じサイズの丸み半径（ＲＦ）を有する丸み部（６２）と、
をさらに備える、請求項５に記載の翼（１２）。
【請求項１３】
前記冷却スロット（６６）のそれぞれの周りで前記正圧側壁（４２）の外面（４３）と共面上または同一平面上にある前記平坦部（５０）をさらに備える、請求項１２に記載の翼（１２）。
【請求項１４】
０〜５度の範囲の平坦部角度（Ａ３）で外面（４３）から離れるように傾いた前記平坦部（５０）をさらに備える、請求項１２に記載の翼（１２）。
【請求項１５】
異なる第１の漸拡角度（Ａ１）および第２の漸拡角度（Ａ２）でそれぞれに漸拡する、前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）のそれぞれならびに前記後縁冷却スロット（６６）のうちの対応するスロットをさらに備える、請求項１３に記載の翼（１２）。
【請求項１６】
異なる第１の漸拡角度（Ａ１）および第２の漸拡角度（Ａ２）でそれぞれに漸拡する、前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）のそれぞれならびに前記後縁冷却スロット（６６）のうちの対応するスロットをさらに備える、請求項５に記載の翼（１２）。
【請求項１７】
前記冷却スロット（６６）のそれぞれの周りで前記正圧側壁（４２）の外面（４３）と共面上または同一平面上にある前記平坦部（５０）をさらに備える、請求項１６に記載の翼（１２）。
【請求項１８】
０〜５度の範囲の平坦部角度（Ａ３）で外面（４３）から離れるように傾いた前記平坦部（５０）をさらに備える、請求項１６に記載の翼（１２）。
【請求項１９】
少なくとも１つの前記冷却孔（３０）であって、漸拡する前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）のそれぞれの少なくとも一部を通じて、対応する前記冷却スロット（６６）の内部に該冷却スロットを少なくとも部分的に通じて下流方向に延びる揚げフロア（８８）を含み、前記揚げフロア（８８）が、下流方向（Ｄ）の連続関係で前記漸拡部（１０２、１０３）の平坦な上部ランプ（９０）、前記後縁冷却スロット（６６）の平坦な下部ランプ（９４）、および前記上部ランプ（９０）と前記下部ランプ（９４）の間の遷移部（９２）を含み、前記上部ランプ（９０）が、前記負圧側壁面（４０）から上方に傾斜し下流方向（Ｄ）に延び、前記下部ランプ（９４）が、下方に傾斜し前記遷移部（９２）から前記後縁（ＴＥ）まで下流方向（Ｄ）に延びる、少なくとも１つの前記冷却孔（３０）をさらに備える、請求項５に記載の翼（１２）。
【請求項２０】
前記冷却スロット（６６）のそれぞれの周りで前記正圧側壁（４２）の外面（４３）と共面上または同一平面上にある前記平坦部（５０）をさらに備える、請求項１９に記載の翼（１２）。
【請求項２１】
下流方向（Ｄ）に連続する流れとの関係で先細入口部（１０６）、喉部（１０４）および前記漸拡入口部（１０８）を含む先細漸拡入口（７０）である前記入口（７０）をさらに備える、請求項２０に記載の翼（１２）。
【請求項２２】
前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）を通じて孔幅（Ｗ）よりも実質的に大きい翼長（Ｓ）方向の高さ（Ｈ）と、
前記孔（３０）内の前記正圧側壁（４２）および前記負圧側壁（４４）のそれぞれの正圧側壁面（３９）および負圧側壁面（４０）であって、前記正圧側壁面（４２）が、前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）の全体を通じて平面状である、正圧側壁面（３９）および負圧側壁面（４０）と、
前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）を通じて一定の前記幅（Ｗ）と、
前記後縁冷却スロット（６６）のうちの翼長（Ｓ）方向に隣接するスロットの間に配置された平坦部（５０）、および前記平坦部（５０）の間の前記後縁冷却スロット（６６）に配置されたスロットフロア（５１）と、
をさらに備える、請求項２１に記載の翼（１２）。
【請求項２３】
異なる第１の漸拡角度（Ａ１）および第２の漸拡角度（Ａ２）でそれぞれに漸拡する、前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）のそれぞれならびに前記後縁冷却スロット（６６）のうちの対応するスロットをさらに備える、請求項２２に記載の翼（１２）。
【請求項２４】
前記漸拡入口部（１０８）の上流の一定面積の入口である前記入口（７０）であって、下流方向（Ｄ）に延びる第１の長さ（Ｌ１）を有し、一定面積（Ａ）の流れ断面（７４）を有する計量部（１００）を含み、計量部（１００）が、前記第１の長さ（Ｌ１）全体を通じて一定幅（Ｗ）および一定高さ（Ｈ）を有する、入口（７０）をさらに備える、請求項１に記載の翼（１２）。
【請求項２５】
前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）を通じて孔幅（Ｗ）よりも実質的に大きい翼長（Ｓ）方向の高さ（Ｈ）と、
前記孔（３０）内の前記正圧側壁（４２）および前記負圧側壁（４４）のそれぞれの正圧側壁面（３９）および負圧側壁面（４０）であって、前記正圧側壁面（３９）が、前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）の全体を通じて平面状である、正圧側壁面（３９）および負圧側壁面（４０）と、
前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）を通じて一定の前記幅（Ｗ）と、
前記後縁冷却スロット（６６）のうちの翼長（Ｓ）方向に隣接するスロットの間に配置された平坦部（５０）、および前記平坦部（５０）の間の前記後縁冷却スロット（６６）に配置されたスロットフロア（５１）と、
をさらに備える、請求項２４に記載の翼（１２）。
【請求項２６】
前記冷却スロット（６６）のそれぞれの周りで前記正圧側壁（４２）の外面（４３）と共面上または同一平面上にある前記平坦部（５０）をさらに備える、請求項２５に記載の翼（１２）。
【請求項２７】
０〜５度の範囲の平坦部角度（Ａ３）で外面（４３）から離れるように傾いた前記平坦部（５０）をさらに備える、請求項２５に記載の翼（１２）。
【請求項２８】
異なる第１の漸拡角度（Ａ１）および第２の漸拡角度（Ａ２）でそれぞれに漸拡する、前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）のそれぞれ、ならびに前記後縁冷却スロット（６６）のうちの対応するスロットをさらに備える、請求項２６に記載の翼（１２）。
【請求項２９】
トラック状の流れ断面（７４）を有する前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）のそれぞれであって、前記トラック状の流れ断面（７４）が、翼長（Ｓ）方向に離間し丸みを帯びたまたは半円形の内側端部（８２）および外側端部（８４）の間の矩形部（７５）を含み、翼長（Ｓ）方向に離間しコーナ半径（Ｒ）を有する丸みを帯びたまたは半円形の内側端部（８２）および外側端部（８４）の間の矩形部（７５）を含む、前記上部漸拡部（１０２）および前記下部漸拡部（１０３）のそれぞれと、
前記平坦部（５０）と前記スロットフロア（５１）の間のスロットコーナ（６４）の丸み部（６２）であって、前記流れ断面（７４）の前記コーナ半径（Ｒ）と実質的に同じサイズの丸み半径（ＲＦ）を有する丸み部（６２）と、
をさらに備える、請求項２８に記載の翼（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の冷却に関し、より具体的には、タービン翼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では、空気が圧縮機で加圧され、高温燃焼ガスを発生させるための燃焼器で燃料と混合される。高温ガスは、タービンの幾つかの段を通って運ばれ、幾つかの段は、高温ガスからエネルギーを取り出し、エネルギーは、圧縮機に動力を供給し、典型的な航空機ターボファンエンジンの用途では上流ファンに動力を供給する等の作用を生じさせる。
【０００３】
タービン段は、中空ベーンの列を有する固定タービンノズルを含み、中空ベーンの列は、支持ロータディスクから半径方向外側に延びる対応するロータブレードの列内に燃焼ガスを運ぶ。ベーンおよびブレードは、対応する冷却回路を内部に有する対応する中空翼を有する。
【０００４】
冷却空気は、典型的に圧縮機の放出空気であり、放出空気は、燃焼プロセスから分流され、したがってエンジンの全体効率を低下させる。冷却空気の量は、エンジン効率を最大化するために最小化される必要があるが、それでもタービン翼を適切に冷却し、タービン翼の耐用年数を最大化するための十分な冷却空気が動作中に使用される必要がある。各翼は、翼基部から翼先端まで長手方向または半径方向外側に延び、前縁と後縁の間で翼弦方向に軸方向に延びる、略凹状の正圧側壁および反対の略凸状の負圧側壁を含む。タービンブレードでは、翼長は、半径方向内側の基台の基部から、周辺タービンシュラウドから離間した半径方向外側の先端まで延びる。タービンベーンでは、翼は、半径方向の内側バンドと一体の基部から、外側バンドと一体の半径方向外側先端まで延びる。
【０００５】
また、各タービン翼は、初めは前縁の尾部方向に厚さが増加し、正圧側壁と負圧側壁が結合する比較的薄くまたは鋭利な後縁まで厚さが減少する。翼の幅広部は、熱伝達を促し翼の内側を冷却する様々な形状の内部冷却回路および乱流翼を収容するための十分な内部空間を有するが、比較的薄い後縁は、対応する制限された内部冷却空間を有する。
【０００６】
各翼は、典型的に、翼の側壁を通って延びる膜冷却孔の幾つかの列を含み、冷却孔は、内部回路から使用済み冷却空気を放出する。膜冷却孔は、典型的に、後縁に向けて尾部方向に傾き、翼の外面上に冷却空気の薄い膜を形成し、膜は、動作中に翼表面上を流れる高温燃焼ガスに対する追加保護のための断熱空気ブランケットをもたらす。
【０００７】
薄い後縁は、典型的に、後縁冷却スロットの列によって保護され、スロットは、正圧側壁上に膜冷却空気を放出するための、後縁の直上流の吹出部で正圧側壁を破る。各後縁冷却スロットは、正圧側に出口開口を有し、出口開口は、吹出部で始まり、冷却スロットを形成する軸方向に延びる隔壁の尾部端に露出した平坦部によって、半径方向に境界を形成されてもよく、形成されなくてもよい。
【０００８】
軸方向隔壁は、翼の正圧側および負圧側と一体に形成されてもよく、それら自体は、隔壁によって形成された冷却スロットを通じて放出される空気によって冷却される必要がある。隔壁は、典型的に後縁に向けて尾部方向に先細り、したがって、冷却スロットは、隔壁の側部に沿う流れの剥離を殆ど伴わずに放出される冷却空気の拡散を促す浅い漸拡角度で、後縁に向けて漸拡する。
【０００９】
後縁冷却スロットの空力的性能および冷却性能は、冷却スロットおよび介在する隔壁の具体的な形状と直接関連する。冷却スロットの流れ領域は、冷却スロットを通って放出される冷却空気を調節し、冷却スロットの形状は、その冷却性能に影響を及ぼす。
【００１０】
冷却スロットの漸拡または拡散角度は、放出空気の性能および冷却効果を低下させうる、放出された冷却空気の望ましくない流れ剥離を生じさせる場合がある。このことは、タービン効率に影響を及ぼす損失も増加させる。個々の冷却スロットの直下の薄い後縁の部分は、放出された冷却空気によって効果的に冷却され、放出された空気は、隔壁の尾部端に介在して露出した平坦部上に分配もされる。平坦部は、正圧側壁のうち負圧側壁と一体に形成された中実の部分であり、隣接する後縁冷却スロットから放出される空気に冷却を依存せざるを得ない。
【００１１】
これらの出口平坦部の小さなサイズ、後縁冷却スロットの相当な冷却性能にもかかわらず、タービン翼の薄い後縁は、それでも典型的に、ガスタービンエンジンの厳しい環境での高い動作温度によって、それらの翼の寿命を制限する。
【００１２】
したがって、改善された後縁冷却、翼の耐久性およびエンジン性能を改善するための冷却スロットを有するタービン翼を提供することが望まれる。タービンおよびエンジンの燃料効率を最大化するために、後縁冷却に使用される冷却流の量を最小化することも望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１５０５２５６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は、翼基部から翼先端まで翼長に沿って外側に延び、対向する前縁と後縁の間で翼弦方向に延びる、幅方向に離間した正圧側壁および負圧側壁を含む。翼長方向に離間した分岐した後縁冷却孔の翼長方向の列は、正圧側壁に収容され、実質的に後縁まで翼弦方向に延び翼長方向に離間した対応する後縁冷却スロットで終端する。冷却孔は、軸方向に延びる孔間隔壁によって互いに離隔される。冷却孔のそれぞれは、孔間隔壁の隣接対の間に先細漸拡入口を含む。先細漸拡入口は、下流方向に連続する冷却流との関係で、先細入口部、喉部および漸拡入口部を含む。後縁に向けて下流方向に延びる軸方向の孔内隔壁は、漸拡入口部の下流方向および尾部方向で、翼長方向に離間し翼長方向に漸拡する上部漸拡部と下部漸拡部に冷却孔を分岐させる。孔内隔壁の前端は、漸拡入口部の尾部端または下流端を、上部漸拡部および下部漸拡部のそれぞれに通じる翼長方向に離間した上部入口流路および下部入口流路に分離または分割する。上部漸拡部および下部漸拡部は、後縁冷却スロットに通じる。
【００１５】
入口は、漸拡入口部の上流にある一定面積の入口であってもよい。一定面積の入口は、下流方向に延びる第１の長さを有し、第１の長さ全体を通じて一定面積の流れ断面、一定幅および一定高さを有する計量部を含む。
【００１６】
正圧側壁および負圧側壁は、正圧側壁面および負圧側壁面を孔内にそれぞれ含み、正圧側壁面は、上部漸拡部および下部漸拡部の全体を通じて平面状であってもよい。幅は、孔の上部漸拡部および下部漸拡部を通じて一定であってもよい。
【００１７】
平坦部は、後縁冷却スロットのうちの翼長方向に隣接するスロットの間に配置されてもよく、スロットフロアは、平坦部の間の後縁冷却スロットに配置されてもよい。平坦部は、冷却スロットのそれぞれの周りで正圧側壁の外面と共面上または同一平面上にあってもよい。代わりに、平坦部は、０〜５度の範囲の平坦部角度で外面から離れるように傾く。
【００１８】
漸拡部は、トラック状の流れ断面を有してもよい。トラック状の流れ断面は、翼長方向に離間しコーナ半径を有する丸みを帯びたまたは半円形の内側端部および外側端部の間の矩形部を含む。丸み半径を有する丸み部は、平坦部とスロットフロアの間のスロットコーナにあり、丸み半径は、流れ断面のコーナ半径と実質的に同じサイズである。
【００１９】
上部漸拡部および下部漸拡部のうちの少なくとも一方は、少なくとも部分的に冷却スロットを通じて下流方向に延びる揚げフロアを含んでもよい。揚げフロアのそれぞれは、下流方向の連続関係で、上部漸拡部および下部漸拡部の平坦なまたは湾曲した上部ランプ、後縁冷却スロットの平坦なまたは湾曲した下部ランプ、および上部ランプと下部ランプの間の遷移部を含む。上部ランプは、上部漸拡部および下部漸拡部で負圧側壁面から上方に傾斜する。下部ランプは、下方に傾斜し遷移部から後縁まで下流方向に延びる。
【００２０】
平坦部は、スロットフロアに向けて正圧側壁の外面および平坦部から離れるように傾き、後縁の上流のスロットフロアと交差してもよい。
【００２１】
以下の説明では、添付図面と関連して、本発明の前述した態様および他の特徴について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】翼長方向に離間した後縁冷却スロットで最高点に達する分岐冷却孔を有するタービンベーンおよびロータブレード翼の例示的な実施形態の長手方向断面図である。
【図２】図１に図示するブレードの拡大図である。
【図３】図２に図示する後縁冷却スロットのうちの２つに通じる分岐拡散部が続く分岐入口を有する冷却孔の正圧側断面図である。
【図４】２つの拡散部のうちの一方およびそれに対応する後縁冷却スロットの、図３の４−４に沿って取られた概略断面図である。
【図５】図３に図示する後縁冷却スロットの、上流から見た斜視図である。
【図６】一定幅の計量部の長形の流れ断面の、図３の６−６に沿って取られた概略断面図である。
【図７】拡散部の長形の流れ断面の、図３の７−７に沿って取られた概略断面図である。
【図８】４つの等しいコーナ半径を有するトラック状の流れ断面の概略断面図である。
【図９】図８に図示するトラック状の流れ断面よりも高さ対幅比が大きい代替的なトラック状の流れ断面の概略断面図である。
【図１０】等しくない上部および下部コーナ半径を有する代替的な流れ断面の概略断面図である。
【図１１】長形で完全に湾曲した、湾曲した４つの四半円部を含む代替的な他の流れ断面の概略断面図である。
【図１２】冷却孔および後縁冷却スロットの揚げフロアの湾曲した上部および下部ランプの概略断面図である。
【図１３】一定幅および一定高さの計量部を有する代替的な入口の正圧側断面図である。
【図１４】図３の計量部のうちの１つの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１には、エンジンの中心軸線８の周りを取り囲み、燃焼器２０と低圧タービン（ＬＰＴ）２４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が図示されている。燃焼器２０は、燃料を加圧空気と混合し、タービンを通って下流に流れる高温燃焼ガス１９を発生させる。
【００２４】
高圧タービン段１０は、高圧タービン（ＨＰＴ）２２の上流のタービンノズル２８を含み、タービンノズルを通って燃焼器２０から高圧タービン内に高温燃焼ガス１９が放出される。ここに図示する高圧タービン２２の例示的な実施形態は、円周方向に離間した少なくとも１列の高圧タービンブレード３２を含む。タービンブレード３２のそれぞれは、基台１４と一体に形成されたタービン翼１２と、支持ロータディスク１７の周縁にタービンブレードを取り付けるために使用される軸方向挿入蟻継１６とを含む。
【００２５】
図２を参照すると、翼１２は、ブレード基台１４上の翼基部３４から翼先端３６まで翼長Ｓに沿って半径方向外側に延びる。動作中、高温燃焼ガス１９は、エンジンで発生し、タービン翼１２を越えて下流に流れ、タービン翼は、ブレードを支持するディスクを回転させ、圧縮機（不図示）に動力を供給するためのエネルギーを高温燃焼ガスから取り出す。加圧空気１８の一部は、適当に冷却され、ブレードに流され、動作中にブレードを冷却する。
【００２６】
翼１２は、幅方向に離間した略凹状の正圧側壁４２および略凸状の負圧側壁４４を含む。正圧および負圧側壁４２、４４は、翼基部３４から翼先端３６まで翼長Ｓに沿って長手方向または半径方向外側に延びる。また、側壁は、互いに反対の前縁ＬＥと後縁ＴＥの間で翼弦方向Ｃに軸方向にも延びる。翼１２は、前縁ＬＥと後縁ＴＥの間で幅方向または横方向に離間した正圧および負圧側壁４２、４４を有する中空であって、その内部に、動作中に加圧冷却空気または冷媒流５２を流通させるための内部冷却キャビティまたは回路５４を形成する。加圧冷却空気または冷媒流５２は、圧縮機から分流された加圧空気１８の一部である。
【００２７】
タービン翼１２は、前縁ＬＥから尾部方向の最大幅まで幅Ｗを増大させまたは幅方向に増大し、比較的薄くまたは鋭利な後縁ＴＥへと先細る。したがって、内部冷却回路５４のサイズは、翼の幅Ｗと共に変化し、２つの側壁が一体的に結合し翼１２の薄い後縁部５６を形成する後縁の直前では比較的薄い。翼１２のこの薄い後縁部５６またはその付近には、翼長方向に離間した後縁冷却スロット６６が設けられて後縁部を冷却する。
【００２８】
図３を参照すると、翼長方向に離間した分岐した後縁冷却孔３０の列３８は、正圧側壁４２に収容または埋設されて形成され、翼長方向に離間した後縁冷却スロット６６のうちの対応するスロットに通じる。冷却孔３０は、下流方向に延びる軸方向の孔間隔壁８０によって翼長Ｓに沿って半径方向に互いに離隔される。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。後縁冷却孔３０は、後縁ＴＥの翼長Ｓに沿って配置され、動作中に内部冷却回路から冷媒流５２を放出するための内部冷却回路５４と連通する。
【００２９】
図３には、後縁冷却孔３０がより詳細に図示されている。冷却孔３０のそれぞれは、孔間隔壁８０の隣接対の間に位置する先細漸拡入口７０を含む。入口７０は、下流方向に連続する流れとの関係で、先細入口部１０６、喉部１０４および漸拡入口部１０８を含む。後縁ＴＥに向けて下流方向に延びる軸方向の孔内隔壁６８は、漸拡入口部１０８の下流方向および尾部方向で、翼長方向に離間し翼長方向に漸拡する上部および下部漸拡部１０２、１０３に冷却孔３０を分岐させる。孔内隔壁６８の前端は、漸拡入口部１０８の尾部または下流端１１０を、上部および下部漸拡部１０２、１０３のそれぞれに通じる翼長方向に離間した上部および下部入口流路１１２、１１４に分離または分割させる。隔壁６８の前端は、上部および下部漸拡部１０２、１０３の開始部を規定するベース直径７３を有する半円形である。
【００３０】
上部および下部漸拡部１０２、１０３のそれぞれは、後縁冷却スロット６６のうちの１つに通じ、膜冷却用の冷却空気または冷媒流５２をスロットに供給する。後縁冷却スロット６６は、上部および下部漸拡部１０２、１０３のそれぞれの下流端６９の吹出部５８から始まる。ここで図示する後縁冷却スロット６６の実施形態は、翼長Ｓによって規定される翼長方向に漸拡する。孔内隔壁６８は、漸拡入口部１０８の下流端１１０の上部および下部流路１１２、１１４から後縁ＴＥに向けて下流方向に延び、上部および下部漸拡部１０２、１０３を互いに離隔させる。
【００３１】
図３〜図５を参照すると、上部および下部漸拡部１０２、１０３のそれぞれの翼長方向の高さＨは、（図３に図示するように）孔内および孔間隔壁６８、８０のそれぞれの上部および下部孔面４６、４８の間で規定される。上部および下部漸拡部１０２、１０３のそれぞれの孔幅Ｗは、図４に図示するように、上部および下部漸拡部１０２、１０３のそれぞれで、正圧および負圧側壁４２、４４のそれぞれの正圧および負圧側壁面３９、４０の間で規定される。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に開放され露出されるスロットフロア５１を含む。スロットフロア５１は、負圧側壁４４に沿って第３の長さＬ３全体に延びる。
【００３２】
図６および図７を参照すると、上部および下部漸拡部１０２、１０３のそれぞれは、概して翼長方向に長い流れ断面７４を有し、翼長方向の高さＨは、孔幅Ｗよりも実質的に大きい。上部および下部漸拡部１０２、１０３のそれぞれは、約２：１〜１０：１の範囲の高さ幅比Ｈ／Ｗを有する（図４〜図１０参照）。正圧および負圧側壁４２、４４のそれぞれの正圧および負圧側壁面３９、４０は、幅方向で孔３０の境界を形成する。上部および下部漸拡部１０２、１０３ならびに後縁冷却スロット６６は、図３に図示するように、下流方向に延びる第２および第３の長さＬ２およびＬ３をそれぞれ有する。
【００３３】
図４に図示する上部および下部漸拡部１０２、１０３の実施形態は、上部および下部漸拡部１０２、１０３を通じて固定または一定の幅Ｗを有し、正圧および負圧側壁面３９、４０は、上部および下部漸拡部１０２、１０３の第２の長さＬ２全体を通じて平行である。正圧側壁面３９は、漸拡部の第２の長さＬ２全体を通じて平坦状または平面状である。冷却孔３０のこの実施形態では、負圧側壁面４０は、上部および下部漸拡部１０２、１０３の全体およびそれらの対応する第２の長さＬ２を通じて平坦状または平面状である。スロットフロア５１は、孔３０内で負圧側壁面４０と共面上にある。上部および下部漸拡部１０２、１０３は、図３に図示するとともに図４に実線で概略的に図示する後縁冷却孔３０の実施形態では、一定幅Ｗである。上部および下部漸拡部１０２、１０３は、翼長方向で漸拡する。
【００３４】
冷却孔３０の上部および下部漸拡部１０２、１０３は、後縁ＴＥから前方または上流方向に離間した吹出リップ４９で正圧側壁４２の外面４３を破る後縁冷却スロット６６に通じる。各後縁冷却スロット６６は、孔内および孔間隔壁６８、８０の尾部端１１６に露出した平坦部５０で半径方向または翼長方向の境界が形成される。図４に実線で図示するように、平坦部５０は、露出した冷却スロット６６のそれぞれの周りで正圧側壁４２の外面４３と共面上または同一面上にあり、それらの間から半径方向に延びる共通の吹出リップ４９を含む。このことは、翼の正圧側の流れの連続性を最大化する。
【００３５】
図４および図５を参照すると、スロット面６０は、スロットフロア５１に沿って平坦部５０の間で幅方向に延びる。平坦部５０とスロットフロア５１の間のスロットコーナ６４の丸み部６２は、漸拡部１０２の流れ断面７４の底コーナ半径ＲＴと実質的に同じサイズを底コーナ半径ＲＴに隣接して有してもよい丸み半径ＲＦを有する。丸み半径ＲＦは、後縁冷却スロット６６の鋳造を助ける。丸み半径ＲＦは、スロットフロア５１および平坦部５０における冷媒流５２の膜の適用範囲をより一様にするために、後縁冷却スロットでスロットフロア５１から平坦部５０まで冷媒流５２を再分配することによって、平坦部５０の冷却を改善するのに役立つ。
【００３６】
平坦部５０の他の実施形態は、図４に破線で図示されており、露出した冷却スロット６６のそれぞれの周りで正圧側壁４２の外面４３と共面上または同一面上にはない平坦部５０を提供する。平坦部５０は、スロットフロア５１に向けて正圧側壁４２の外面４３から離れるようにより傾いてもよい。平坦部５０は、０〜５度の範囲の平坦部角度Ａ３で外面４３から離れるように傾いてもよく、平坦部５０は、後縁ＴＥの上流でスロットフロア５１と交差してもよい。
【００３７】
図３〜図６に図示する流れ断面７４の実施形態は、翼長方向または半径方向に離間し丸みを帯びたまたは半円形の内側および外側端部８２、８４の間の矩形部７５を有するトラック状の流れ断面７４を有する。図８〜図１１には、流れ断面７４に適した４つの例示的な形状が図示されている。図８に図示するトラック状の流れ断面７４は、翼長方向に長く、４つの等しいコーナ半径Ｒを有し、０．２５〜０．５０の範囲の幅高さ比Ｗ／Ｈを有する。図９に図示するトラック状の流れ断面７４は、翼長方向に長く、４つの等しいコーナ半径Ｒを有し、０．１５〜０．５０の範囲の幅高さ比Ｗ／Ｈを有する。図１０に図示するトラック状の流れ断面７４は、図８に図示するものと同様であるが、等しくない上部および下部コーナ半径ＲＢ、ＲＴを有する。コーナ比ＲＢ／ＲＴの例示的な範囲は、１〜３である。図１１に図示するトラック状の流れ断面７４は、翼長方向に長く、完全に湾曲し、楕円、放物線または多項式の組合せであってもよい湾曲した四半分側７８を含む。
【００３８】
冷却孔３０、後縁冷却スロット６６および平坦部５０は、冷却形状構成に鋳造される。これらの形状構成の鋳造によって、翼およびブレードならびにベーンの良好な強度、低い製造コストおよび耐久性がもたらされる。翼長方向または半径方向に離間し丸みを帯びたまたは半円状の内側および外側端部８２、８４の間に矩形部７５を有するトラック状の流れ断面７４によって、翼の冷却に必要である冷媒流５２の量を低減する良好な冷却流特性がもたらされる。コーナ半径Ｒは、これらの冷却形状構成の良好な冷却、鋳造性および強度に寄与し、特に、平坦部５０の冷却に役立ち、したがって使用される冷媒流５２の量を低減する。
【００３９】
図３および図５に図示する冷却孔３０および後縁冷却スロット６６の実施形態は、漸拡する後縁冷却スロット６６を含む。漸拡する上部および下部漸拡部１０２、１０３と、対応する後縁冷却スロット６６とは、図３に図示するように、異なる第１および第２の漸拡角度Ａ１、Ａ２のそれぞれで漸拡してもよい。冷却孔３０および後縁冷却スロット６６の漸拡部の翼長方向の高さＨは、下流方向Ｄに増加する。吹出部での平坦部上の冷媒流５２を得るための、平坦部に対するより好ましい流れ角度は、冷却孔３０の漸拡部の拡がり角度Ａ１、および冷却スロットの漸拡角度と漸拡部の漸拡角度との間の差、すなわちＡ２-Ａ１によって設定される。
【００４０】
漸拡する上部および下部漸拡部１０２、１０３は、吹出部５８での流れ適用範囲を拡張し、スロットフロア５１および平坦部５０上の冷媒流５２の膜の適用範囲をより一様にするために、スロットフロア５１から平坦部５０までの後縁冷却スロットで冷媒流５２を再分配する。漸拡する上部および下部漸拡部１０２、１０３の一定幅Ｗは、漸拡部で冷媒流５２の完全な付着を維持するのに役立つ。
【００４１】
これによって、スロットフロア５１の表面領域の増加および平坦部５０の表面領域の減少が可能になる。一定幅Ｗの上部および下部漸拡部１０２、１０３は、平坦部上でより多くの冷媒流５２を得るように、平坦部５０に対して吹出部でのより好ましい流れ角度を設定するのに役立つ。上部および下部漸拡部１０２、１０３の第２の長さＬ２全体を通じた平面状の正圧側壁面３９も、平坦部上でのより多くの冷媒流５２を得るように、平坦部５０に対して吹出部でのより好ましい流れ角度を設定するのに役立つ。冷却孔３０の一定幅と、それとは別に冷却孔３０の平面状の正圧側壁面３９は、スロットの拡張部に付着した冷媒流５２の流れを維持するのに役立つ。
【００４２】
冷却孔３０の他の実施形態は、図４に破線で図示されており、正圧および負圧側壁４２、４４のそれぞれの正圧および負圧側壁面３９、４０の間に、孔３０の上部および下部漸拡部１０２、１０３の内側の一定幅Ｗに代えて可変幅ＷＶを提供する。可変幅ＷＶは、上部および下部漸拡部１０２、１０３の少なくとも一部を通って、冷却スロット６６内に少なくとも部分的に冷却スロット６６を通って下流方向に延びる、揚げフロア８８によって提供される。揚げフロア８８は、下流方向に連続する関係で、上部および下部漸拡部１０２、１０３の平坦または湾曲した上部ランプ９０と、後縁冷却スロット６６の平坦または湾曲した下部ランプ９４と、上部および下部ランプ９０、９４の間の遷移部９２とを含む。
【００４３】
平坦な上部および下部ランプは、図４に図示されており、湾曲した上部および下部ランプ９０、９４ならびに湾曲した遷移部９２は、図１２に図示されている。上部ランプ９０は、上部および下部漸拡部１０２、１０３のそれぞれで負圧側壁面４０から上方に傾斜して下流方向に延びる。下部ランプ９４は、下方に傾斜して遷移部９２から後縁ＴＥまで下流方向に延びる。遷移部９２は、平坦でもよく湾曲してもよい。湾曲した上部および下部ランプ９０、９４ならびに湾曲した遷移部９２は、ベジエスプラインを用いて設計されて構成されてもよい。
【００４４】
孔３０のこの可変幅ＷＶの上部および下部漸拡部１０２、１０３は、吹出部で冷媒流５２の出口速度と正圧側壁４２の外面４３に沿う高温燃焼ガスのガス速度とを凡そ等しく維持するのに役立ち、空力的損失およびタービン効率の結果的な悪影響を最小化する。
【００４５】
図１３および図１４には、代替的な一定領域の入口７０が図示されている。代替的な入口７０は、一定幅Ｗおよび一定高さＨの計量部１００を含む。計量部１００は、一定面積の流れ断面７４を有する。計量部１００は、下流方向に延びる第１の長さＬ１を有する。計量部１００の下流は、図３に図示するように、漸拡入口部１０８である。孔内隔壁６８の前端は、図３に図示するように、漸拡入口部１０８の尾部端または下流端１１０を、上部および下部漸拡部１０２、１０３にそれぞれ通じる翼長方向に離間した上部および下部入口流路１１２、１１４に分離または分割させる。
【００４６】
計量部１００の下流方向に延びる第１の長さＬ１は、図３に図示するように、流体直径Ｄｈ＝（４＊Ａ）／Ｐ、ここで、Ａが流れ面積、Ｐが計量部１００の流れ面積の「濡れ」縁である。ここで図示する計量部１００は、流体直径の１．５倍（１．５＊Ｄｈ）までと等しい好ましい第１の長さＬ１を有する。
【００４７】
本発明を図示的な方法で説明した。使用している用語は、限定の用語よりも説明の用語の性質を帯びるものとして意図されることは当然である。ここでは本発明の好ましい例示的な実施形態と考えられるものを説明しているが、本発明の他の修正は、ここにある教示から当業者にとって明らかであり、したがって、本発明の本来の主旨および範囲に含まれるそのような修正の全ては添付の特許請求の範囲に確保されることが望まれる。
【００４８】
したがって、米国特許証による確保が望まれるものは、以下の特許請求の範囲に規定され差別化されるような本発明である。
【符号の説明】
【００４９】
８  中心軸線
１０  高圧タービン段
１２  タービン翼
１４  ブレード基台
１６  軸方向挿入蟻継
１７  支持ロータディスク
１８  加圧空気
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）
２８  タービンノズル
３０  後縁冷却孔
３２  高圧タービンブレード
３４  翼基部
３６  翼先端
３８  後縁冷却孔の列
３９  正圧側壁面
４０  負圧側壁面
４２  正圧側壁
４３  外面
４４  負圧側壁
４６  上部孔面
４８  下部孔面
４９  吹出リップ
５０  平坦部
５１  スロットフロア
５２  加圧冷却空気または冷媒流
５４  内部冷却キャビティまたは回路
５６  薄い後縁部
５８  吹出部
６０  スロット面
６２  丸み部
６４  スロットコーナ
６６  後縁冷却スロット
６８  孔内隔壁
６９  下流端
７０  先細漸拡入口
７２  前端
７３  ベース直径
７４  流れ断面
７５  矩形部
７８  四半分側
８０  孔間隔壁
８２  内側端部
８４  外側端部
８８  揚げフロア
９０  上部ランプ
９２  遷移部
９４  下部ランプ
１００  計量部
１０２  上部漸拡部
１０３  下部漸拡部
１０４  喉部
１０６  先細入口部
１０８  漸拡入口部
１１０  尾部または下流端
１１２  上部入口流路
１１４  下部入口流路
１１６  尾部端
Ａ  流れ面積
Ａ１、Ａ２  漸拡角度
Ａ３  平坦部角度
Ｃ  翼弦方向
Ｄ  下流方向
Ｈ  高さ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３  長さ
ＬＥ  前縁
Ｐ  濡れ縁
Ｒ  コーナ半径
ＲＦ  丸み半径
ＲＢ  上コーナ半径
ＲＴ  底コーナ半径
Ｓ  翼長
ＴＥ  後縁
Ｗ  幅
ＷＶ  可変幅
【図１】
2015516053.tif 000003
【図２】
2015516053.tif 000004
【図３】
2015516053.tif 000005
【図４】
2015516053.tif 000006
【図５】
2015516053.tif 000007
【図６】
2015516053.tif 000008
【図７】
2015516053.tif 000009
【図８】
2015516053.tif 000010
【図９】
2015516053.tif 000011
【図１０】
2015516053.tif 000012
【図１１】
2015516053.tif 000013
【図１２】
2015516053.tif 000014
【図１３】
2015516053.tif 000015
【図１４】
2015516053.tif 000016
【国際調査報告】
2015516053.tif 000017
2015516053.tif 000018