(57)【要約】【課題】  本発明は、二種冷却媒体式タービンブレードを提供する。【解決手段】  タービンブレード（４６）は、ダブテール（５６）及びプラットホーム（５８）に接合された中空の翼形部（５４）を含む。翼形部（５４）は、該翼形部の対向する正圧及び負圧側壁（６０、６２）間で該翼形部の前縁及び後縁（６４、６６）に沿って配置された前縁及び後縁冷却回路（６８、７０）を含む。前縁冷却回路（６８）は、ダブテール（５６）の基部に始まる半径方向入口（７４）を含み、また後縁冷却回路（７０）は、ダブテール（５６）の後面に始まる軸方向入口（７６）を含み、異なる圧力及び温度を有する冷却媒体を受けるようになっている。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラットホーム（５８）において支持ダブテール（５６）に接合された中空の翼形部（５４）を含み、
前記翼形部が、翼弦方向に対向する前縁及び後縁（６４、６６）において互いに接合されかつ前記プラットホームにおける根元と外側先端との間でスパンにわたって延びる正圧及び負圧側壁（６０、６２）を含み、
前記翼形部が、前記前縁（６４）の後ろに配置されかつ前記ダブテール（５６）の基部に始まる第１の半径方向冷却媒体入口（７４）を有する前縁冷却回路（６８）と、前記後縁（６６）の前に配置されかつ前記ダブテールの後面に始まる第２の軸方向冷却媒体入口（７６）を有する後縁冷却回路（７０）と、前記前縁回路（６８）と後縁回路（７０）との間に配置されかつ前記第１及び第２の入口（７４、７６）間で前記ダブテール基部に始まる第３の半径方向冷却媒体入口（７８）を有する中間冷却回路（７２）とをさらに含む、
タービンブレード（４６）。
【請求項２】
前記第２の入口（７６）の上方で前記プラットホーム（５８）から後方に延びて冷却媒体流を該第２の入口内に向けるようになったシーリングウィング（８２）をさらに含む、請求項１記載のブレード。
【請求項３】
前記ダブテール（５６）が、前記第２の入口（７６）の下方かつ前記基部内の第１の入口（７４）の後方の基部において密閉状態でシールされている、請求項２記載のブレード。
【請求項４】
前記第２の冷却回路（７０）が、前記ダブテール（５６）を貫通して基部まで延びており、該基部に固定接合したプレート（８０）によって基部において密閉状態でシールされている、請求項３記載のブレード。
【請求項５】
タービンを形成するようにその中に前記ブレードダブテール（５６）を取付けるダブテールスロットをその周縁リムに有するロータディスク（２６）と組合され、
前記タービンが、前記ディスクリムの前側面上に取付けられた前方ブレードリテーナ（８６）と、前記ディスクリムの後側面上に取付けられた後方ブレードリテーナ（８８）とをさらに含み、前記ブレードダブテール（５６）を前記前方及び後方ブレードリテーナ間で軸方向に捕捉し、
前記後方リテーナが、前記第２の入口（７６）の下方で終わっている、
請求項３記載のブレード。
【請求項６】
前記ディスク（２６）が、前記リムから中心ボアを有するより厚いハブまで半径方向内向きに延びるより薄いウェブをさらに含み、
前記前方リテーナ（８６）が、前記ウェブから間隔を置いて配置されて、第１の圧力の冷却媒体を前記第１のダブテール入口（７４）内に流入するように前記ダブテールスロットに流し、
前記後方リテーナ（８８）が、前記ディスクリムに沿ってダブテールスロットを密閉状態でシールして、前記第１の圧力の冷却媒体を該ダブテールスロット内に閉じ込める、
請求項５記載のタービン。
【請求項７】
第１のタービンを該第１のタービンから後方に間隔を置いて配置された第２のタービン（３０）と組合せて形成して、前記第１のタービンディスク（２６）の後面に沿って第２の圧力の冷却媒体を前記第２の入口（７６）に流すための空洞（４２）を該第１及び第２のタービン間に形成している、請求項６記載のタービン。
【請求項８】
前記第２のタービンが、第２のロータディスク（３０）のリムから外向きに延びる第２のロータブレード（５０）の列を含み、また
前記第２のロータブレードが、前方に延びて前記第１のタービンロータブレードのシーリングウィング（８２）と共に回転シールを形成するシーリングウィング（８４）を含む、
請求項７記載のタービン組合せ。
【請求項９】
圧縮機吐出空気を前記前方ブレードリテーナ（８６）を貫通して流して前記第１の冷却媒体入口（７４）を通って流れるようにするための第１の手段（４０）と、
圧縮機中間段抽出空気を前記第１及び第２のタービン（２６、３０）間の後方空洞に流して前記第２の冷却媒体入口（７６）を通って流れるようにするための第２の手段（４２）と、
をさらに含む、請求項８記載のタービン組合せ。
【請求項１０】
前記前縁冷却回路（６８）が、第１の逆流マージンで圧縮機吐出空気を吐出するための、前記翼形部前縁（６４）に隣接したフィルム冷却出口孔の列を含み、
前記後縁冷却回路（７０）が、第２の逆流マージンで抽出空気を吐出するための、前記後縁（６６）に隣接した後縁出口孔の列を含み、
前記２つの逆流マージンが、約１．５の範囲内にある、
請求項９記載のタービン組合せ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジン内のタービン冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンでは、空気が圧縮機内で加圧され、燃焼器内で燃料と混合されて高温燃焼ガスを発生する。複数のタービン段が燃焼器に後続して燃焼ガスからエネルギーを取出して、圧縮機を駆動しまた有用な仕事を生み出す。
【０００３】
典型的なターボファン式ガスタービンエンジン構成においては、高圧タービン（ＨＰＴ）が燃焼器の直後に後続して燃焼器から最も高温の燃焼ガスを受け、この燃焼ガスからエネルギーを取出して圧縮機を駆動するようになっている。低圧タービン（ＬＰＴ）が、ＨＰＴに後続して燃焼ガスから追加のエネルギーを取出して、圧縮機の上流に配置されたファンを駆動して飛行中の航空機に動力を与えるための推進力を発生する。
【０００４】
ＨＰＴは、燃焼器の吐出端にタービンノズルを含み、このタービンノズルは、支持ロータディスクの周縁部の周りに列の形態で配置された第１段タービンロータブレード間に燃焼ガスを向ける。次いでディスクは、対応するシャフトによって圧縮機のロータに連結されて圧縮機内の対応する圧縮機ブレードを回転させる。
【０００５】
ノズルベーン及びロータブレードは、高温燃焼ガスからのエネルギーの取出しを最大にするように特別に調製した対応する翼形部構成を有する。ベーン及びブレードは中空であり、それらを冷却するために一般的には圧縮機の吐出圧力（ＣＤＰ）空気の一部分を使用する内部冷却回路を含む。作動中にノズルベーンは固定されており、またロータブレードは回転するので、それらベーン及びブレードは一般的に異なる内部冷却構成を有しているが、それらの外部フィルム冷却を行うために、それらはいずれも正圧及び負圧側面を貫通した類似の様々なフィルム冷却孔の列を有する。
【０００６】
燃焼過程から反らされた何らかのＣＤＰ空気は、エンジンの効率を低下させるので、最小にすべきである。しかしながら、ベーン及びブレードの作動温度を制限してそれらの適当な有効寿命を保証するためには、十分な冷却空気を使用しなくてはならない。
【０００７】
タービンのベーン及びブレードは、一般的に最新のガスタービンエンジン内で受ける高い温度において高強度を有する典型的にはニッケル又はコバルト基の最先端技術の超合金材料で作られる。タービンベーン及びブレードにおける超合金材料及び入り組んだ冷却回路の使用は、それらを冷却するために圧縮機から吐出空気を反らせる必要量を最小にする助けとなる。
【０００８】
さらに、典型的な商用航空機は、離陸、巡航、降下及び着陸を含む規定運転サイクルを有しており、エンジンは、対応した短期間だけ最大出力又は高いタービンロータ入口温度で作動される。
【０００９】
絶え間ない高性能ガスタービンエンジンの開発においては、効率又は性能を最大にするために、非常に高い圧縮機吐出温度及びこれに対応した高いタービンロータ入口温度で長時間にわたってエンジンをほとんど連続的に作動させることが望まれる。小型商用ジェット機又は高性能軍用機用途においてこのタイプのエンジンを使用して利点を得ることができる。
【００１０】
しかしながら、この長時間にわたる高温作動状態は、今日入手可能な超合金ディスク材料を使用した高圧タービンロータの冷却に非常に難しい課題を提起する。燃焼過程において使用する空気の高い吐出圧力を達成するように圧縮機を作動させることによって、その高圧空気の温度もそれに応じて上昇し、このことがそのＣＤＰ空気の高圧タービン冷却能力を低下させることになる。タービンの長い有効寿命を保証しまた定期的メインテナンスの必要性を減らすためには、タービンの十分な冷却が必要とされる。
【００１１】
ＨＰＴによるエネルギーの取出しは、一般的にタービンブレードの反動によって行われる。燃焼ガスの圧力は、ブレードの前縁と後縁との間で大きく低下して、ブレード冷却回路の性能に影響を及ぼす。
【００１２】
例えば、翼形部内への燃焼ガスの逆流又は吸込みを防止するために、翼形部内部の冷却空気の圧力と翼形部外部の燃焼ガスの圧力との間に適当な逆流マージンが維持されなければならない。
【００１３】
圧縮機吐出空気は一般的にＨＰＴブレードを冷却するために用いられるので、圧縮機吐出空気の圧力は、ブレードの周りの燃焼ガスの圧力よりも適度に大きくなっており、それによって十分な逆流マージンを維持する。しかしながら、燃焼ガスの圧力がブレードの後縁に向かって低下するにつれて、対応する逆流マージンが大きくなることになる。
【００１４】
過度の逆流マージンは、タービンブレードに見られる様々なフィルム冷却孔を通して吐出される冷却空気の望ましくないブローオフ又はリフトオフをもたらす。また、過度の逆流マージンはさらに、孔を通して吐出される冷却空気の流量を増加させ、それによりエンジン効率を低下させる。
【特許文献１】特表２００３−５００５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って、圧縮機からの利用可能な限られた加圧空気をより良好に利用するような改善した冷却構成を有するタービンブレードを提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
タービンブレードは、ダブテール及びプラットホームに接合された中空の翼形部を含む。翼形部は、該翼形部の対向する正圧及び負圧側壁間で該翼形部の前縁及び後縁に沿って配置された前縁及び後縁冷却回路を含む。前縁冷却回路は、ダブテールの基部に始まる半径方向入口を含み、また後縁冷却回路は、ダブテールの後面に始まる軸方向入口を含み、異なる圧力及び温度を有する冷却媒体を受けるようになっている。
【００１７】
添付図面に関連してなされる以下の詳細な記載において、好ましくかつ例示的な実施形態により、本発明を本発明の更なる目的及び利点と共により具体的に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１に示すのは、飛行中の航空機に動力を与えるための例示的な構成を有するターボファン式ガスタービンエンジン１０である。エンジンは、長手方向すなわち軸方向中心軸線について軸対称であり、第１のすなわち前方ファン１２と、第２のすなわち後方ファン１４と、互いに直列流れ連通状態に連結されて空気１８を圧縮するようになった多段軸流圧縮機１６とを含む。
【００１９】
これらの構成部品は、任意の従来型の構成を有することができ、第１及び第２のファンは、支持ロータディスクから半径方向外向きに延びる対応するファンブレードの列を含む。軸流圧縮機は、例えば例示的に示した６つの段１〜６のような様々な段を含み、これらの段は、相互接続された対応するロータディスクから半径方向外向きに延びて対応するステータベーンの列と協働する対応するロータブレードの列を含む。
【００２０】
アニュラ型燃焼器２０が、圧縮機１６の吐出端に配置されて、燃料２２を加圧空気と混合して高温燃焼ガス２４を形成する。
【００２１】
第１のすなわち高圧タービン２６が、燃焼器から最も高温の燃焼ガスを受けるように該燃焼器の直後に後続し、作動中に圧縮機のロータを駆動するように第１のシャフト２８によって圧縮機１６に連結される。
【００２２】
第２のすなわち中間出力タービン３０が、第１のタービン２６から燃焼ガスを受けるように該第１のタービンに後続し、第２のシャフト３２によって第２のファン１４に連結される。
【００２３】
第３のすなわち低圧タービン３４が、第２のタービン３０から燃焼ガスを受けるように該第２のタービンに後続し、第３のシャフト３６によって第１のファン１２に連結される。
【００２４】
３つのタービン２６、３０、３４は、それらの対応するロータ又はシャフト２８、３２、３６によって独立して回転可能であり、その中で２段式ファン１２、１４及び圧縮機が作動中に周囲空気を順次加圧する３つのスプール型エンジンを形成する。還状のバイパスダクト３８が、一般的なターボファン構成における２つのファンの後方でコアエンジンを囲み、コアエンジンを迂回するファン空気により大部分の推進力を発生するようになっている。
【００２５】
高圧タービン２６を効果的に冷却するために、３つの独立した冷却供給回路４０、４２、４４が使用される。第１の供給回路４０は、圧縮機１６の吐出端に結合されて、圧縮機の最終段すなわち第６段のＣＤＰ空気Ｓ６である第１の圧力の空気を高圧タービン２６の上流面すなわち前側面に流すための手段を提供する。
【００２６】
第２の供給回路４２は、圧縮機の第５段のような中間段に結合されて、高圧タービン２６の後側面すなわち下流面に第２の圧力の空気Ｓ５を流すための手段を提供する。
【００２７】
また、第３の供給回路４４は、圧縮機１６の第２段のような別の中間段に結合されて、タービン２６の中心部を通して第３の圧力の空気Ｓ２を流してこの領域を局所的に冷却するための手段を提供する。
【００２８】
第３、第２及び第１の供給回路４４、４２、４０は、圧縮機１６の連続した段に流れ連通状態で適当に結合されて、対応して上昇する圧力及び温度の第３の圧力の空気Ｓ２、第２の圧力の空気Ｓ５及び第１の圧力の空気Ｓ６を圧縮機１６から取出しすなわち抽出する。空気１８の圧力及び温度は両方とも、空気が圧縮機の各段で加圧されるにつれて上昇し、第２段の空気は第３の圧力Ｐ３及び温度Ｔ３を有し、第５段の空気は第２の圧力Ｐ２及び温度Ｔ２を有し、また第６段のＣＤＰ空気は第１の圧力Ｐ１及び温度Ｔ１を有しており、これらの圧力及び温度は段から段へ進むにつれて上昇する。
【００２９】
３つの供給回路は、３つの異なるブリード流に関連した３つの異なる温度による異なる冷却能力を使用し、またタービンの異なる圧力領域における該ブリード流に関連した３つの異なる圧力を付加的に使用して、高圧タービン２６の異なる部分を別々に冷却するように構成される。
【００３０】
より具体的には、図２に第１のタービンをより詳細に示しており、この第１のタービンは、前側面及び後側面を有する第１のロータディスク２６を含み、これらの前側面及び後側面は、周縁リムからより大きな中心ハブで終端する薄いウェブまで半径方向内向きに延びる。ハブは、第１の中心ボア４６を含み、第１段タービンロータブレード４８の列が、タービンディスクのリムから半径方向外向きに延びる。
【００３１】
第１の供給回路４０は、圧縮機から第１のディスク２６の前側面に沿って半径方向外向きに延びるように適当に構成される。第２の供給回路４２は、第１のディスク２６の後側面に沿って半径方向外向きに延びるように適当に構成される。また、第３の供給回路４４は、第１のタービンのボアを通って延びるように適当に構成される。
【００３２】
このようにして、最も低温の抽出空気Ｓ２は、第１のタービンロータディスク２６のボア及び大きなハブを冷却するために使用し、次に低温の抽出空気Ｓ５は、第１のタービンディスク２６上の第１のブレードの下方において該第１のタービンディスク２６の後面を冷却するために使用し、最も高温のＣＤＰ空気Ｓ６は、第１段タービンロータディスク２６上に支持したブレード４６の下方において該第１段タービンロータディスク２６の前面を冷却するために使用する。
【００３３】
図３に示すように、ＨＰＴすなわち第１のロータブレード４６の列が、第１のタービンディスク２６の周縁部から半径方向外向きに延びて、ＨＰＴノズルのステータベーン４８と協働して運転中に燃焼ガス２４からエネルギーを取出すようになっている。
【００３４】
それに対応して、中間圧力タービン（ＩＰＴ）すなわち第２のロータブレード５０の列が、第２のタービンディスク３０の周縁部から半径方向外向きに延びて、燃焼ガスから追加のエネルギーを取出して、第１のブレード４６によって駆動される第１のシャフト２８とは逆方向回転で第２のシャフト３２を駆動する。
【００３５】
次に、可変面積ＬＰＴノズル５２が、図２に示す第３のタービンディスク３４から半径方向外向きに延びる対応するロータブレードに燃焼ガスを流して、第２のシャフト３２とは逆方向回転で第３のシャフト３６を駆動する。
【００３６】
上記の３つの供給回路４０、４２、４４は、その回転構成部品を含むＨＰＴの異なる部分を選択的に冷却するように３つの異なる冷却空気又は冷却媒体の供給源を使用することを可能にする。圧縮機吐出空気冷却媒体Ｓ６は、第１の回路４０を通して流されてロータディスクの前面を冷却する。第５段抽出空気冷却媒体Ｓ５は、第２の回路４２を通して流されて第１のタービンディスク２６の後面を冷却し、また第２段抽出空気冷却媒体Ｓ２は、第３の回路４４を通して流されて第１のタービンディスク２６のボア領域を冷却するようになる。
【００３７】
ＨＰＴ用の多種冷却媒体式供給回路は、圧縮機内で利用可能な空気の異なる圧力及び温度供給源をより良好に使用するためにロータブレード４６内の多重内部冷却回路と共に用いることが可能な異なる流路の実例である。
【００３８】
図４は、ＨＰＴロータブレード４６の例示的な実施形態を示し、ＨＰＴロータブレード４６の各々は、それらの間の流れ境界プラットホーム５８において支持ダブテール５６に一体に接合された中空の翼形部５４を含む。
【００３９】
図５に追加して示すように、各翼形部は、軸方向すなわち翼弦方向に対向する前縁及び後縁６４、６６において互いに接合された円周方向に対向する正圧及び負圧側壁６０、６２を含む。正圧側壁はほぼ凹面形であり、また負圧側壁はほぼ凸面形であり、両側壁はプラットホームにおける翼形部の根元と半径方向外側先端すなわち末端との間で半径方向スパンにわたって延びる。
【００４０】
図４に示す例示的な実施形態では、翼形部５４は、その中で半径方向スパンにわたって延びる３つの独立した冷却回路６８、７０、７２を含む。第１のすなわち前縁回路６８は、前縁６４の直ぐ後ろに配置され、かつダブテール５６の基部の内面に始まる第１の半径方向冷却媒体入口７４を含む。第２のすなわち後縁回路７０は、後縁６６の前に配置され、かつダブテールの後面に始まる第２の軸方向冷却媒体入口７６を含む。また、第３のすなわち中間回路７２は、２つの回路６８、７０の軸方向間に配置され、同様にダブテール基部に始まりかつ第１及び第２の入口７４、７６間に位置する第３の半径方向冷却媒体入口７８を含む。
【００４１】
翼形部の内部冷却回路６８、７０、７２は、任意の従来型の構成を有することができ、図４に示す前縁回路は、それらの間の低温ブリッジを貫通するインピンジメント孔を備えた２つの半径方向チャネルの形態で形成されて、前縁の裏側をインピンジメント冷却した後に前縁を貫通する１つ又はそれ以上のフィルム冷却孔を通して吐出するようになっている。
【００４２】
図４に示す後縁冷却回路７０は、３経路の蛇行回路であり、内部の冷却媒体を後縁出口孔の列を通して吐出しまた所望に応じて側壁内のフィルム冷却孔を通して吐出する。
【００４３】
中間冷却回路７２は、翼形部先端の冷却を強化するように該翼形部先端の直ぐ下方に配置された蛇行回路の別の形態になっており、出口孔が先端空洞の床面に設けられる。
【００４４】
上記のように、図５に示すタービンブレード間に流れる燃焼ガス２４は、エネルギーが燃焼ガスから取出されると、大きく圧力が低下する。翼形部４６の空気力学的輪郭は、比較的大きな反動と翼形部の前縁及び後縁間での大きな圧力低下すなわち約３．５程度の圧力比とを生じるのが好ましい。
【００４５】
従って、ブレード前縁の正面の淀み領域付近の燃焼ガスの圧力及び温度は、最大値に近く、これに対してブレード後縁に沿った燃焼ガスの圧力及び温度は、大きく低下する。
【００４６】
図４の左端の部分に示す第１の供給回路４０は、ＣＤＰすなわち第６段空気冷却媒体を第１のタービンブレード４６の第１及び第３の入口７４、７８に供給して、第１のタービンブレードの対応する前縁及び中間内部冷却回路６８、７２に高圧空気を供給するような従来通りの方法で用いることができる。
【００４７】
それに対応して、図４の右端の部分に示す第２の供給回路４２は、第５段のより低圧の抽出空気を第１のブレード４６内の後縁冷却回路７０に供給するために用いることができる。
【００４８】
このようにして、高圧冷却媒体を各ロータブレードの前縁部分に供給して、前縁外部の高圧燃焼ガスに対する適当な逆流マージンを得る。また、より低圧の冷却媒体を各ブレードの後縁領域に供給して、後縁外部の低圧の燃焼ガスに対する対応する逆流マージンを得る。さらに、後縁冷却回路７０に供給する抽出空気は、残りのブレード回路内に供給するＣＤＰ空気よりもかなり低温であり、個々のブレードの冷却を改善すること又は圧縮機から抽出する冷却空気の必要量を対応して減少さることを可能にする。
【００４９】
図４に示すブレードの各々の内部に設けられた幾つかの冷却回路は、例えば鋳造などにより従来通りの方法で製作することができる。この方法では、回路の各々は、支持ダブテール５６を半径方向に貫通する対応する脚通路を含み、これら脚通路は、ダブテール基部の下面に沿って開口する。このように、２つの入口７４、７８は、ダブテールの基部内に形成されて、ダブテールとタービンディスク２６の周縁リムに形成した軸方向ダブテールスロットの底面との間に設けられた小さな空間から冷却空気を受ける。
【００５０】
第２の冷却回路７０は、例示的な鋳造方法によるため、最初はダブテールを貫通してその基部まで延びているが、その後基部において例えばろう付けによって該基部に固定接合した無孔プレート８０によって密閉状態で適当にシールされる。第２の入口７６は、ダブテール５６の対応するローブの上方に適当に設置され、ダブテールスロットから遠く離れた位置に後縁回路７０への側面入口を形成する。別の実施形態では、側面入口７６が元から鋳造したものとして回路の初期製造部分に形成された状態で、ダブテール内で後縁回路７０の下端部を中実に鋳造してプレート５０の必要性を排除することができる。
【００５１】
側面入口７６は、ロータディスク２６の周縁部内のダブテールスロットから遠く離れて後縁回路を翼形部の残りの回路から分離しているので、各ブレードはさらに、図４に示すようにプラットホーム５８から後方に延びる適当なシーリングウィング８２を含む。シーリングウィング８２は、エンジェルウィング又はラビリンスシールを形成する一対のこのようなウィングの従来の形態を有することができ、これらエンジェルウィング又はラビリンスシールは、各ブレードの側面入口７６の直ぐ上方に配置されて運転中に冷却流を第２の入口内に向けるようにする。
【００５２】
それに対応して、図４に部分的に示すＩＰＴロータブレード５０の各々は、該ブレード５０のそれぞれのプラットホームから前方に延びる一対の協働するシーリングウィング８４を含み、第１のタービンロータブレード上の第１のシーリングウィング８２と共に回転又はラビリンスシールを形成する。
【００５３】
図３及び図４に示す二種冷却媒体式タービンブレード４６は、第１のタービンディスク２６の周縁リム内に適当に取付けられて、その対向する面上に形成された別々の第１及び第２の供給回路４０、４２と協働する。高い回転速度の下でまたエンジン効率を最大にするために高い圧縮機吐出温度及び高いタービンロータ入口温度を伴うエンジンの対応する厳しい運転の下でその強度を最大にするために、第１のタービンディスク２６は中実であるのが好ましい。第１のタービンディスク２６は、ダブテールの長さに一致する幅広の周縁リムを有し、またタービンロータシャフト３２、３６がそれを通って延びる中心ボアを有するより厚いハブで終端するより薄いウェブに沿って厚さが減少する。
【００５４】
それに対応して、ＨＰＴはさらに、周縁バヨネット・マウントを利用してブレードリテーナをディスクリムの前面の対応する張出し部に固定するようになったボルトレス設計の前方ブレードリテーナ８６を含む。
【００５５】
環状の後方ブレードリテーナ８８は、ディスクリムの後側面に取付けられて、全タービンロータブレード列のブレードダブテール５６を前方ブレードリテーナ８６との間で軸方向に捕捉する。後方ブレードリテーナ８８もまた、ディスクリムの後面に適当に保持される従来型のボルトレス構成を有する。
【００５６】
図４に示す前方リテーナ８６は、ディスクリム内のダブテールスロットの前端部を密閉状態でシールし、リムは、冷却媒体をダブテールスロット内に流す第１の供給回路４０の終端部になるキャストレイテッド半径方向スロットの列を含む状態になる。図４に示す後方ブレードリテーナ８８は、ディスクリムの周りのダブテールスロットの後端部を密閉状態でシールして、圧縮機吐出空気Ｓ６の流れをダブテールスロット内に閉じこめて２つの入口７４、７８を通って流れるようにする。
【００５７】
これと対照的に、後縁冷却回路７０は、側面入口７６及びシーリングウィング８２、８４の両方の手前で終わる後方ブレードリテーナ８８の外側を流れる第２の供給回路４２の吐出端から該後縁冷却回路用のより低い圧力及びより低温の抽出空気Ｓ５を受ける。
【００５８】
図３に最も良く示されているように、前方ブレードリテーナ８６は、第１のタービンディスク２６のウェブから軸方向前方に間隔を置いて配置されて、高圧ＣＤＰ空気をダブテールスロットの前端部に流して第１及び第３の入口７４、７８内に流れるようにする第１の供給回路４０の出口端を形成する。
【００５９】
それに対応して、第２のタービンディスク３０は、第１のタービンディスク２６から後方に間隔を置いて配置されて、第２の供給回路４２の吐出端を形成する後方空洞を第１及び第２のタービンディスク２６、３０間に形成する。第５段抽出空気は、運転中には第１のタービンディスク２６を冷却するように該第１のタービンディスク２６の後面に沿ってこの後方空洞内を流れ、その後順次ブレードの第２の入口内に供給されて次にブレードの後縁領域を冷却するようになる。
【００６０】
図１及び図２に示すように、第１の供給回路４０は、前方ブレードリテーナ８６を貫通して圧縮機吐出空気Ｓ６を流して第１の冷却媒体入口７４を通して第１段タービンロータブレードの列内に流れるようにするための第１の手段を形成するように適当に構成される。それに対応して、第２の供給回路４２は、第１及び第２のタービン２６、３０間の後方空洞に圧縮機中間段抽出空気Ｓ５を流して第２の冷却媒体入口７６の列を通して第１段ブレード内に流すようにするための第２の手段を形成するように構成される。
【００６１】
第１の供給回路４０は、圧縮機吐出空気を燃焼器２０の周りに流しかつ運転中に固定部材から回転する前方ブレードリテーナ８６への空気を加速する対応するインデューサを通して流すような任意の従来型の構成を有することができる。
【００６２】
第２の供給回路４２は、燃焼器の外側に適当な冷却回路を形成し、この回路により第５段抽出空気をＬＰＴノズルの中空のベーンを通して半径方向内向きに流しかつ回転する第２のタービンディスク３０によって空気を加速する適当なインデューサを通して流す。このようにして、第５段抽出空気の圧力及び温度は、第１段タービンロータブレードの列内に流すために第２の供給回路４２の吐出端に供給されたときに、比較的低いままである。
【００６３】
図４に示す前縁冷却回路６８は、第１の逆流マージンで使用済み冷却媒体を吐出する、翼形部前縁６４に隣接した１つ又はそれ以上のフィルム冷却出口孔９０の列を含む。この逆流マージンは、翼形部外部における前縁に沿った燃焼ガス２４の圧力に対する翼形部内部の圧縮機吐出空気の圧力比を表す。
【００６４】
それに対応して、後縁冷却回路７０は、対応する第２の逆流マージンで第５段抽出空気を吐出すための、翼形部後縁６６に沿った後縁出口孔９２の列を含む。この逆流マージンは、翼形部外部における後縁に沿った燃焼ガスの圧力に対する翼形部内部の抽出空気の圧力比である。
【００６５】
運転中に燃焼ガスが第１段ロータブレード上を流れると燃焼ガスに大きな圧力低下があるにもかかわらず、翼形部の前縁及び後縁付近の２つの逆流マージンを約１．５の比率内に維持して、フィルム冷却空気として翼形部フィルム冷却孔から吐出される空気の望ましくないブローオフ又はリフトオフを引き起こすおそれがある過剰な逆流マージンを防止する。
【００６６】
上記のように、第１段タービンロータブレード内の３つの冷却回路６８、７０、７２の特定の構成は、回路内に内部タービュレータ（図示せず）と様々なフィルム冷却孔の列及び翼形部の側壁を貫通する他の吐出孔の列とを備えた従来型のものとすることができる。
【００６７】
図４に示す前縁冷却回路６８は、様々なフィルム冷却孔の列と同時に先端空洞内の孔の列とを通してその使用済み冷却空気を吐出する。
【００６８】
後縁冷却回路７０は、フィルム冷却孔の列と後縁中心線及び正圧側面の出口孔の列とを通してその使用済み冷却空気を吐出する。
【００６９】
また、中間冷却回路７２は、先端孔と、側壁内のフィルム冷却孔と、翼形部の正圧側面内の共通の半径方向出口スロットを共有するタービュレータピンのアレイ又はバンクとを通してその使用済み冷却空気を吐出する。
【００７０】
従って、異なる圧力の冷却媒体を第１及び第３の入口７４、７８を通して供給しまたタービンブレードを冷却する上で付加的な利点をもたらすように第２の入口７６を用いた状態で、様々な冷却回路の逆流マージンを、様々な回路を通して流される空気の異なる圧力及び圧力低下により調整することができる。
【００７１】
第１段タービンロータブレードを冷却するのに中間段抽出空気及び圧縮機吐出空気の両方を用いることができることにより、第１段タービンロータブレードの冷却性能が著しく改善される。中間段抽出空気は、圧縮機吐出空気よりもかなり低温であり、これらの二種冷却媒体空気流の組合せ冷却は、エンジンの効率を向上させるように使用することができる。
【００７２】
従って、エンジンは、第１段ロータブレードに供給される二種冷却媒体空気流による冷却の改善のために長時間にわたってより高い圧縮機吐出温度及びより高いタービンロータ入口温度で運転することが可能である。
【００７３】
本明細書では本発明の好ましくかつ例示的な実施形態であると思われるものについて説明してきたが、本発明のその他の変更も本明細書の教示から当業者には明らかであろう。また、特許請求の範囲に記載した参照符号は、本発明の技術的範囲を狭めるためではなく、それらを容易に理解するためのものである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】例示的な多ロータ型ターボファン式航空機エンジンの軸方向概略図。
【図２】図１に示すエンジンのタービン領域の拡大軸方向断面図。
【図３】図２に示すエンジンのタービン領域のさらに拡大した軸方向断面図。
【図４】多重冷却回路及びその中の入口を有する、図３に示すＨＰＴタービンブレードの拡大軸方向部分断面図。
【図５】線５−５にほぼ沿って取った後方から前方を見た、図４に示すタービンの一部分の端面斜視図。
【符号の説明】
【００７５】
２４  高温燃焼ガス
２６  ロータディスク
４０  第１の供給回路
４２  第２の供給回路
４４  第３の供給回路
４６  ロータブレード
５４  翼形部
５６  ダブテール
５８  プラットホーム
６０  正圧側壁
６２  負圧側壁
６４  前縁
６６  後縁
６８  前縁冷却回路
７０  後縁冷却回路
７２  中間冷却回路
７４  第１の半径方向冷却媒体入口
７６  第２の軸方向冷却媒体入口
７８  第３の半径方向冷却媒体入口
８２、８４  シーリングウィング
８６  前方ブレードリテーナ
８８  後方ブレードリテーナ
９０  フィルム冷却出口孔
９２  後縁出口孔
Ｓ２  第２段抽出空気冷却媒体
Ｓ５  第５段抽出空気冷却媒体
Ｓ６  圧縮機吐出空気
【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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【外国語明細書】
2005180422000001.pdf