(57)【要約】【課題】狭い環境の中に配設でき、かつ、冷却空気を直接受け取ることができない部分に冷却を施すことができるインピンジメント冷却装置とその冷却方法を提供する。【解決手段】空気供給プレナム１０８の外部を冷却する拡張インピンジメント冷却構造は、内側壁１０２と、インピンジメントシート１０４と、上記インピンジメントシート１０４から離間して上記内側壁１０２を保持する一群のサポート１０６と、内側壁１０２とインピンジメントシート１０４との間に支持されたバッフル１１２と、を含む。また、上記バッフル１１２は、上記空気供給プレナム１０８から流入したインピンジメント冷却空気を収容する収集プレナム領域１５０と、上記収集プレナムと連通し、かつ、上記空気供給プレナム１０８から離れて延び、かつ、開口部１５６と内側壁のインピンジメント冷却空気出口１２０に隣接したランド部１５２とが形成される、上記チャンネル１５４と、を含む。【選択図】図２
2005195000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側壁と、
インピンジメントシートと、
上記内側壁を上記インピンジメントシートから離間して保持する一群のサポートと、
上記内側壁と上記インピンジメントシートとの間に支持され、かつ、インピンジメント冷却空気が収容される収集プレナムの領域が形成される、バッフルと、
を備え、かつ、
上記バッフルは上記収集プレナムと連通するチャンネルを備え、
上記チャンネルは、空気供給プレナムから離れて延び、かつ、インピンジメント冷却空気を通す開口部と、該チャンネルに延びた一群のランド部と、を備え、
上記ランド部は、上記内側壁のインピンジメント冷却空気出口に隣接して設けられることを特徴とする、空気供給プレナムから離れた部分にも冷却が可能な拡張インピンジメント冷却構造。
【請求項２】
上記インピンジメント冷却空気出口は、上記内側壁の一群のランド部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の拡張インピンジメント冷却構造。
【請求項３】
上記バッフルは内側壁に応じた形状を備えることを特徴とする請求項２に記載の拡張インピンジメント冷却構造。
【請求項４】
上記バッフル上に設けられかつ上記内側壁に接触する一群の突起をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の拡張インピンジメント冷却構造。
【請求項５】
上記バッフル上に設けられかつ上記内側壁に接触する一群の突起をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の拡張インピンジメント冷却構造。
【請求項６】
上記インピンジメントシートはインピンジメント冷却空気用の第１の群の開口部を備え、かつ、上記収集プレナム領域は上記第１の群の開口部よりも大きな第２の群の開口部を通してインピンジメント冷却空気を収容することを特徴とする請求項１に記載の拡張インピンジメント冷却構造。
【請求項７】
内側壁の一部にインピンジメント冷却空気を案内するバッフルであって、
空気供給プレナムからインピンジメント冷却空気を収容する収集プレナム領域と、
上記収集プレナムに連通し、かつ、上記空気供給プレナムから離れて延び、かつ、インピンジメント冷却空気を通す開口部を備えた、チャンネルと、
上記チャンネル内に延び、かつ、上記内側壁のインピンジメント冷却空気出口に隣接して設けられた一群のランド部と、
を備えたバッフル。
【請求項８】
上記バッフルを貫通するサポート用のサポートクリアランス開口部を備えることを特徴とする請求項７に記載のバッフル。
【請求項９】
上記バッフルは、上記サポートクリアランス開口部を取り囲むサポートクリアランスランド部を備えることを特徴とする請求項８に記載のバッフル。
【請求項１０】
上記バッフルは、インピンジメント冷却がされる面の形状に応じた形状を備えていることを特徴とする請求項７に記載のバッフル。
【請求項１１】
上記バッフルに吊着された一群の突起をさらに備えた請求項７に記載のバッフル。
【請求項１２】
上記バッフルの周囲に亘ってシール面をさらに備えた請求項７に記載のバッフル。
【請求項１３】
上記収集プレナムが開口部をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のバッフル。
【請求項１４】
空気供給プレナムから離れた内側壁領域へのインピンジメント冷却方法であって、
インピンジメント冷却空気を収集プレナムに収容するステップと、
上記インピンジメント冷却空気を、上記収集プレナムからチャンネルを通して上記空気供給プレナムから離れた開口部に移送させるステップと、
上記インピンジメント冷却空気を、上記開口部を通して上記内側壁上に流すステップと、
上記インピンジメント冷却空気を、内側壁開口部から流出させるステップと、
を備えたインピンジメント冷却方法。
【請求項１５】
上記チャンネルは、上記内側壁の開口部に対応した一群のランド部を備えていることを特徴とする請求項１４に記載のインピンジメント冷却方法。
【請求項１６】
上記収集プレナムは開口部をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のインピンジメント冷却方法。
【請求項１７】
上記インピンジメント冷却空気を上記内側壁の内側表面に沿って流すステップをさらに備え、かつ、上記開口部と上記内側壁開口部とがオフセットしていることを特徴とする請求項１４に記載のインピンジメント冷却方法。
【請求項１８】
上記インピンジメントシートにおいて他の開口部よりも大きい開口部を通して上記収集プレナムに上記冷却空気が収容されることを特徴とする請求項１４に記載のインピンジメント冷却方法。
【請求項１９】
上記収集プレナムと上記チャンネルとを支持するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のインピンジメント冷却方法。
【請求項２０】
上記インピンジメント冷却空気を上記内側壁の内側表面に沿って流すステップをさらに備え、かつ、上記開口部と上記内側壁開口部とがオフセットしていることを特徴とする請求項１５に記載のインピンジメント冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジン部分の冷却に関する。より具体的には、空気供給プレナム外側にあるライナ部分のインピンジメント冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
インピンジメント冷却技術は、従来からガスタービンエンジンに用いられている。冷却が必要な表面に直接冷却空気の噴流を案内するために、比較的冷たい空気が、エンジンのコンプレッサから取り出され、インピンジメントシート上の一群の孔を通過する。例えば、タービンエンジン燃焼器から下流の領域では、ライナの冷却にインピンジメント冷却が用いられ、ライナ表面上を通過するコアガス流からの高熱により損傷しうる部材の保護を行う。ライナは、第１の群の孔からオフセットされかつ第１の群の孔よりも大きな一群の孔を備えており、これにより圧力損失が発生し、高温のライナ表面上に空気流の横断が促進される。例示として特許文献１が挙げられる。
【特許文献１】米国特許第５，７８２，２９４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
インピンジメントシート近傍に設けられた他の装置や構造物によって空気供給プレナムが遮断されるために、インピンジメント冷却空気流によってライナのある領域を適切に冷却することができない場合がある。上記遮断領域を間接的に冷却するために、これまで様々な構造が提案されてきた。そのような構造の１つに、キャスト断熱シールドの側壁に一群の孔を備え、かつ、ライナと同一線形順序に並んだ面上に第２の群の孔を備えたものがある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの形態は、内側壁と、インピンジメントシートと、上記インピンジメントシートから離間した状態で上記内側壁を保持する一群のサポートと、を含んだ空気供給プレナムの外部を冷却する拡張インピンジメント冷却構造を含む。また、上記構造は内側壁とインピンジメントシートとの間に支持され、かつ、該空気供給プレナムから流入したインピンジメント冷却空気を収容する収集プレナムの領域が形成され、かつ、上記収集プレナムと連通するチャンネルを備えた、バッフルを有する。上記チャンネルは、上記空気供給プレナムの外側に延び、かつ、インピンジメント冷却空気を通す開口部と、該チャンネルに延びた一群のランド部と、を備える。上記ランド部は上記内側壁のインピンジメント冷却空気出口に隣接して設けられる。
【０００５】
本発明のもう１つの形態は、内側壁の一部にインピンジメント冷却空気を案内するバッフルであって、空気供給プレナムからインピンジメント冷却空気を収容する収集プレナム領域と、上記収集プレナムに連通しかつ上記空気供給プレナムから離れて延びたチャンネルと、を備えたものである。上記チャンネルは、インピンジメント冷却空気を通す開口部と、上記チャンネル内に延びかつ上記内側壁のインピンジメント冷却空気出口に隣接して設けられた一群のランド部と、を備える。
【０００６】
本発明のもう１つの形態は、空気供給プレナムから離れた内側壁領域へのインピンジメント冷却方法であって、インピンジメント冷却空気を収集プレナムに収容するステップと、上記インピンジメント冷却空気を、上記収集プレナムからチャンネルを通して上記空気供給プレナムから離れた開口部に移送させるステップと、上記インピンジメント冷却空気を、上記開口部を通して上記内側壁上に流すステップと、上記インピンジメント冷却空気を内側壁開口部から流出させるステップと、を備えたインピンジメント冷却方法を含む。
【０００７】
以下の詳細な説明を考慮すれば、本発明のその他の形態や長所が明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１および図２は、内側壁１０２と、インピンジメントシート１０４と、スペーサ１０６，１０６ａと、シール１１０を有した空気供給プレナム１０８と、を備えたタービンエンジン排出領域などの高温用途に採用されるライナ１００を示す。さらに、このライナ１００の一部には、後述するように、空気供給プレナム１０８から上記内側領域にインピンジメント空気を案内するバッフル１１２が含まれる。図３に示すように、（想像線で示された）妨害構造１１４、例えばエアポンプシュラウド、が空気供給プレナム１０８内で生じた空気源が空気供給プレナムシール１１０によって結合された領域に広がる内側壁１０２の一部に到達することを妨げる。また、上記構造は、バッフル１１２を通してさらにインピンジメント空気を案内するシールをなすチップ（図示せず）を含む。
【０００９】
内側壁１０２は一群の孔１２０を含む。上記孔１２０は、一群のランド部１２２内に配置される。上記ランド部１２２は、内側壁１０２の内側表面１２４上の空気流を調節しながら供給する機能を果たし、これにより、インピンジメント空気は、内側表面１２４に衝突し、該内側表面１２４に沿って移動し、孔１２０から排出されていくため、内側壁１０２はより効率的に冷却される。上記の孔１２０とランド部１２２は、内側壁１０２に亘って存在する。また、図３および図４により明瞭に示されるように、内側壁１０２は選択的に耐熱コーティング１２６を備えることが可能である。このコーティング１２６により、上記ライナ１００のさらなる熱的保護が実現される。
【００１０】
インピンジメントシート１０４は、該インピンジメントシート１０４の第１の領域に設けられた一群の孔１３０を備える。これらの孔１３０は、空気供給プレナム１０８から内側壁１０２の内側表面１２４上に冷却インピンジメント空気を一般的な方法で案内する。このインピンジメントシート１０４は、第２の群のバッフル供給孔１３２を備える。上記バッフル供給孔１３２は、空気供給プレナムシール１１０の近くのインピンジメントシート１０４部分に設けられる。上記バッフル供給孔１３２は上記孔１３０よりも大きく、上記バッフル供給孔１３２同士は、上記孔１２０同士に比べより近接したスペースで離間する。寸法やスペースに違いが生ずる理由は、内側壁１０２に冷却インピンジメント空気を直接供給する上記孔１３０に比べ、バッフル供給孔１３２は、より大きな範囲が冷却されるように冷却空気を供給するためである。また、上記インピンジメントシート１０４は、空気供給プレナムシール１１０の外側に領域１３４を備える。この領域１３４には、上記の孔１３０や孔１３２は存在しない。これにより、冷却空気を強制的にバッフル１１２に通過させるチップ構造を備えたシールが形成される。また、上記インピンジメントシート１０４は一群のサポートクリアランス孔１３６を備える。また、上記領域１３４にはサポートクリアランス孔１３６が設けられる。
【００１１】
サポート１０６により、内側壁１０２はインピンジメントシート１０４と離間する。上記サポート１０６は、溶接のような一般的な方法で内側壁１０２に取り付けられる。上記サポート１０６は、上記内側壁１０２から離間させて上記インピンジメントシート１０４を支持するための肩部１４０を備える。上記サポート１０６の肩部１４０にシーリングワッシャ１４２が設けられる。このワッシャ１４２は、空気が上記サポートクリアランス孔１３６を通過することを防止するシールを形成する。上記サポートクリアランス孔１３６に空気を通過させてしまうと、内側壁１０２における冷却効率が低下してしまうだろう。上記ワッシャ１４２は上記肩部１４０に直接接触した形で示されているが、インピンジメントシート１０４とバッフル１１２との間に上記ワッシャ１４２を設けてもよい。良好なシールがなされていれば、上記ワッシャ１４２の位置は特に重要ではない。上記サポート１０６の近接端部１４６は、サポートナット１４４や他のファスナが取り付けられるような形状となっている。このサポートナット１４４は、止めねじ構造で所定の位置にねじ込む形式のものであってもよいし、所定の位置にかしめる（圧着する）形式のものであってもよい。また、位置決めした後でサポートナット１４４を所定の位置に溶接してもよい。また、緊密なクリアランスとなる上記の領域では、より短いサポート１０６ａを使用してもよい。このサポート１０６ａは、その近接端部１４６ａが上記サポート１０６の近接端部１４６よりも短いことを除けば、サポート１０６と類似する。上記サポート１０６ａには、緊密クリアランスファスナ１４８が取り付けられる。上記ワッシャ１４２に接触させつつ内側壁１０２と離間させてインピンジメントシート１０４を堅固に保持できるように、通常、上記ファスナ１４８は所定の位置に溶接される。グリッド構造や一体型サポートメンバ等の他の形式のサポート構造を用いてもよい。
【００１２】
図１〜図６に示すように、バッフル１１２は空気収集プレナム領域１５０を備える。上記バッフルは、内側壁１０２上のランド部１２２の形状と位置とに対応して形づけられかつ位置決められた一群のランド部１５２を備える。上記ランド部１５２は、バッフル１１２の空気収集プレナム領域１５０から該バッフル１１２の全領域に空気を流す一群のチャンネル１５４を形成する。上記チャンネル１５４には一群の孔１５６が形成される。上記孔１５６により、インピンジメント冷却空気がバッフル１１２を通過して内側壁１０２の内側表面１２４上に直接流入することが可能となる。孔１５６は、バッフル供給孔１３２と直接整列することはない。また上記バッフル１１２は、一群のサポートクリアランス孔１５８を備え、これらの孔は、対応する一群のサポートクリアランスランド部１６０に設けられる。上記バッフル１１２は、インピンジメントシート１０４に固定されてサポート１０６によって気密シールを形成するシール面を備えた前縁１６２と、一般的な方法で内側壁１０２に固定されて気密シールを形成し、つまり、内側壁１０２にシールされる後縁（図示せず）と、を備える。バッフル１１２の全周は、内側壁１０２もしくはインピンジメントシート１０４と、又はこれらの双方とともにシールを形成し、空気の逃げや、空気が内側壁１０４の冷却を行なわなくなることを防止する。図示のようなバッフル１１２構造の長所の１つは、狭い環境の中に配設が可能で、かつ、インピンジメント冷却空気を直接受け取ることができない構造にエッジ冷却を施すことが可能な小型構造となることである。内側壁１０２上のランド部１２２の形状に応じたランド部１５２を備えることにより、上記冷却空気は最大限に利用されて、内側壁１０２の内側表面１２４上に空気が流れるときに空気速度を増大させ、インピンジメント冷却とフィルム冷却を促進する。
【００１３】
前述したように、空気コンプレッサ（図示せず）のような一般的な手段により空気が空気供給プレナムに供給される。この冷却空気は、空気供給プレナム１０８からインピンジメントシート１０４の孔１３０を通して内側壁１０２の内側表面１２４上に矢印２００の向きで流れ込む。一般的なインピンジメント冷却と同様に、上記冷却空気が内側表面１２４と衝突した後は、矢印２０２の向きにさらなる冷却効果を付与しながら上記内側壁の内側表面１２４に沿って流れ、孔１２０から矢印２０４の向きで流出する。
【００１４】
空気供給プレナム１０８の空気はバッフル供給孔１３２にも通過する。前述したように、バッフル供給孔１３２は、上記孔１３０よりも大きい。孔１３０の通常の寸法は、約０．０３０〜０．０６０インチ（約０．７６〜１．５２ｍｍ）であり、バッフル供給孔の通常の寸法は約０．０６６〜０．０９０インチ（約１．６８〜２．２９ｍｍ）である。空気はバッフル供給孔１３２を矢印２１０の向きで通過し、その後、矢印２１２の向きでチャンネル１５４を流れるように案内される。空気流がバッフル１１２の孔１５６に到達すると、該空気は内側壁１０２の内側表面１２４上に直接流れ込み、矢印２１４の向きで前述のような冷却効果を付与する。その後、このインピンジメント空気は矢印２１６の向きで内側壁１０２の内側表面１２４に沿って流れ、前述したように孔１２０から流出する。
【００１５】
バッフル１１２は、高温環境下の使用に適切な材料であればどの材料から作られてもよい。通常の材料として、インコネル６２５（商標）もしくは高い成形性と展性を有した同等の合金が挙げられ、これらの材料によりバッフル上の種々のランド部の関連する高さを最大限に活用できる。
【００１６】
図７に示されるように、高圧環境の下で用いられるもう１つの態様のバッフル１１２ａは、内側壁１０２の内側表面１２４に接触しながらバッフル１１２ａに吊着された一群の突起２５０を有する。上記突起２５０は該バッフル１１２ａに支持構造を追加するため、特定の用途において直面する高圧の下でも該バッフル１１２ａは変形することはない。
【００１７】
本明細書を参照した当業者であれば、本発明から数多くの改良を想到することができよう。従って、本明細書は、一例を示しているだけに過ぎないと解釈すべきであって、当業者が本発明の実施し得ることを目的として、かつ、同様に本発明を実施するための最良の形態を教示するために提出されたものである。特許請求の範囲に属することとなる全ての改良にも、独占的な権利が確保される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の冷却構造およびバッフルの一形態を示した分解された等角投影図。
【図２】図１の冷却構造の等角投影図。
【図３】図２の線３−３に沿って破断した図。
【図４】図２の線４−４に沿って破断した図。
【図５】本発明のバッフルの一態様の一部を示す平面図。
【図６】インピンジメントシートが取り付けられた図５のバッフルの反対側の一部を示した平面図。
【図７】もう一つの態様において図３と類似した図。
【符号の説明】
【００１９】
１００…ライナ
１０２…内側壁
１０４…インピンジメントシート
１０６…サポート
１０８…空気供給プレナム
１１２…バッフル
１２０…孔
１５０…空気収集プレナム
１５２…ランド部
１５４…チャンネル
１５６…孔
【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】
2005195000.tif 000007
【図６】
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【図７】
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