(57)【要約】【課題】改善された内部冷却を内部に有するタービン回転子ブレードを提供する【解決手段】タービンブレード（１０）は、対向する前縁および後縁（２２，２４）において一緒に接合され、かつ、底（２６）から先端（２８）まで縦に延びる、対向する圧力側壁および吸引側壁（１８，２０）を有するエーロフォイル（１２）を含む。複数の独立の冷却回路（３４〜３８）は、エーロフォイル（１２）の圧力側壁および吸引側壁（１８，２０）に沿って相応してエーロフォイル（１２）の内部に配設される。第１蛇行回路（３４）は、圧力側壁（１８）に沿って配設される。第２蛇行回路（３６）は、第１回路（３４）に平行な状態で、吸引側壁（２０）に沿って配設される。そして、第３インピンジメント回路（３８）は、第１および第２回路（３４，３６）の機首の方の前縁（２２）に配設される。【選択図】図２
2007154892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンブレード（１０）であって、
取付け用ダブテール（１４）に一体に接合されたエーロフォイル（１２）を備え、
前記エーロフォイルは、翼弦方向に対向する前縁および後縁（２２，２４）において一緒に接合され、かつ、底（２６）から先端（２８）まで所定翼幅で縦に延びる、対向する圧力側壁および吸引側壁（１８，２０）を含み、
前記圧力側壁（１８）に沿って前記エーロフォイル（１２）内部に配設された第１蛇行冷却回路（３４）と、
前記第１回路（３４）に平行な状態で、前記吸引側壁（２０）に沿って前記エーロフォイル（１２）内部に配設され、かつ、前記第１回路（３４）と共通パーティションを共有する第２蛇行冷却回路（３６）と、
前記前縁（２２）と、前記第１および第２回路（３４，３６）との間に配設され、かつ、独立回路内の無孔パーティション（４６）によって互いから分離される第３冷却回路（３８）とを備え、
前記第１、第２、および第３回路（３４〜３８）のそれぞれは、前記エーロフォイル（１２）の対応する流出通路に流れがつながった状態で、前記エーロフォイル（１２）を貫通して延びる流出穴（５６，５８）に対応する列で終わるタービンブレード（１０）。
【請求項２】
前記回路（３４〜３８）のそれぞれは、前記エーロフォイル（１２）の最大幅領域内で集まりひとまとまりのグループとされる流入通路（４０〜４４）を含み、
前記回路（３４〜３８）のそれぞれは、前記流入通路（４０〜４４）から直列に流れる状態で接合され、かつ、前記流出穴（５６，５８）と流れがつながった状態で、それぞれ、前記前縁（２２）に対して機首の方に、また、前記後縁（２４）に対して尾部の方に延びる複数通路（４８）をさらに含む請求項１記載のブレード。
【請求項３】
前記第１および第２蛇行回路（３４，３６）はそれぞれ、前記エーロフォイル翼幅に沿って延びる３つの脚部（４８）を含み、前記第１および第２蛇行回路（３４，３６）の対応する脚部（４８）は、共通無孔パーティション（４６）において互いに接合する請求項２記載のブレード。
【請求項４】
前記第１および第２蛇行回路（３４，３６）は、前記第３回路（３８）によって前記前縁（２２）から分離され、
前記共通無孔パーティション（４６）は、前記第１および第２回路から、前記エーロフォイル（１２）を実質的に均等に分割し、前記吸引側壁（２０）に接合された前記第３回路（３８）内で、有孔パーティション（５０）と同一平面にある請求項３記載のブレード。
【請求項５】
前記第３回路（３８）は、それぞれが、前記エーロフォイルに沿って翼弦方向に、前記エーロフォイルの内側表面を縦続インピンジメント冷却するためのインピンジメント穴（５２）の列を含む、対応する有孔パーティション（５０）によって分離された複数の縦続通路（４８）を備える請求項４記載のブレード。
【請求項６】
前記第２回路（３６）は、前記第２回路（３６）の最後の蛇行脚部と直列に流れがつながった状態で接合され、かつ、それぞれが、前記エーロフォイルに沿って翼弦方向に、前記エーロフォイルの内側表面を縦続インピンジメント冷却するためのインピンジメント穴（５２）の列を含む、対応する有孔パーティション（５０）によって互いから分離された複数の縦続通路（４８）をさらに含む請求項５記載のブレード。
【請求項７】
前記第１回路（３４）は、前記第１回路（３４）の最後の脚部と流れがつながった状態で、メッシュに配列されたピン（５４）のアレイをさらに含む請求項６記載のブレード。
【請求項８】
前記第１および第２回路（３４，３６）は、前記メッシュピン（５４）と、前記縦続通路（４８）のうちの１つの通路との間で共通無孔パーティション（４６）を共有する請求項７記載のブレード。
【請求項９】
前記圧力側壁および吸引側壁（１８，２０）は、前記流入通路（４０〜４４）に沿って無孔である請求項８記載のブレード。
【請求項１０】
前記圧力側壁および吸引側壁（１８，２０）は、前記流出穴（５６，５８）の列を有する、前記３つの冷却回路（３４〜３８）の対応する最後の通路を除いて、前記３つの冷却回路（３４〜３８）に沿って無孔である請求項９記載のブレード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、タービンエーロフォイル冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンにおいて、空気は、圧縮機において加圧され、燃焼器において燃料と混合されて、高温燃焼ガスが生成される。圧縮機に動力を供給する高圧タービンにおいて、さらに、典型的なターボファン航空機エンジン用途においてファンを駆動するなどの、出力電力を生成する低圧タービンにおいて、燃焼ガスからエネルギーが取り出される。
【０００３】
高圧タービンは、最初に、最も熱い燃焼ガスを受け取り、通常、耐久性および寿命を高めるために冷却される。高圧タービンノズルは、支持回転子ディスクから半径方向外側に延びる高圧タービン回転子ブレードの第１列内に熱い燃焼ガスを最初に誘導する。
【０００４】
静翼およびブレードは、燃焼ガスからエネルギーを効率的に取り出すために、適したエーロフォイル構成を有する。静翼エーロフォイルは、中空であり、対応する静止した固定子バンクにおいて、半径方向外側端および内側端に適切に取り付けられる。
【０００５】
各タービンブレードは、中空エーロフォイル、および、回転子ディスクの保持のために、回転子ディスクの周囲における対応するダブテールスロット内に取り付けられる一体支持ダブテールを含む。回転子ブレードの列は、燃焼ガスからエネルギーを取り出し、エンジン圧縮機を駆動するために、支持ディスク上での動作中に回転する。
【０００６】
タービンノズル静翼とタービン回転子ブレードは共に、圧縮機から抽気される冷却用空気を供給することによって、動作中に適切な冷却を必要とする。エンジンの効率および性能を最大にするために、圧縮機から抽気される冷却用空気の量を最小にすることが望ましい。
【０００７】
それに応じて、固定子静翼および回転子ブレードについての冷却構成は、何十年にわたる両者の絶え間ない開発中に、著しく複雑に、かつ、難解になった。これらの構成要素の冷却構成における小さな変更は、冷却性能に著しい影響を及ぼし、次に、エンジン全体の効率および性能に著しく影響を及ぼす。
【０００８】
静翼およびブレードのエーロフォイルは、同じ冷却機構を使用するが、静翼は静止し、一方、ブレードは動作中に回転し、かなりの遠心力を受けるため、静翼およびブレードの異なる構成および異なる動作について適切に変更されてもよい。
【０００９】
静翼およびブレードの中空エーロフォイルは、通常、１つまたは複数の独立した冷却回路内において、半径方向すなわち縦に延びる複数の冷却通路を内部に有する。通路は、冷却プロセス中に熱伝達を高めるために、エーロフォイルの内側表面に沿った、冷却用空気をトリップする小さなリブまたはタービュレータを通常含む。
【００１０】
典型的な冷却回路は、蛇行回路を含み、蛇行回路において、冷却用空気は、放出される前に、エーロフォイルの異なる部分を冷却するために、蛇行脚部を通って連続して流される。
【００１１】
静翼およびブレードは、通常、圧力側壁および吸引側壁を貫通する膜冷却穴の種々の列を含み、膜冷却穴の種々の列は、対応する膜内に使用済冷却用空気を放出し、動作中に静翼およびブレードにわたって流れる熱い燃焼ガスからのさらなる断熱または保護を提供する。
【００１２】
さらに別の従来の冷却構成は、ノズル静翼の内側表面をインピンジメント冷却するために、ノズル静翼の内部に配設された別個のインピンジメントバッフルまたは挿入物を含む。バッフルは、静翼のインピンジメント冷却のために、通常、静翼の内側表面に垂直に冷却用空気を誘導する多数の小さなインピンジメント穴を含む。使用済インピンジメント冷却用空気は、次に、種々の膜冷却穴を通して静翼から放出される。
【００１３】
タービン回転子ブレードのインピンジメント冷却は、ブレードが動作中に回転するときの遠心力のさらなる問題を呈する。それに応じて、タービン回転子ブレードは、通常、それが実用的でないために、別個のインピンジメントバッフルを内部で使用せず、現在、最新のガスタービンエンジンの実質的に長い寿命要求を満たすことができない。
【００１４】
代わりに、タービン回転子ブレードをインピンジメント冷却することは、通常、ブレードの前縁あるいは圧力側壁または吸引側壁などのブレードの小領域に限定される。インピンジメント冷却は、インピンジメント穴の１つまたは複数の列を有するエーロフォイル内に専用の一体ブリッジまたはパーティションを組み込むことによって導入される。タービン回転子ブレードは、内部冷却回路および局所インピンジメント冷却通路を同時に形成する鋳造によって、通常製造される。
【００１５】
タービン回転子ブレードにかなりのインピンジメント冷却を導入する能力は、ノズル固定子静翼によって共有されない基本的な問題である。そして、インピンジメント冷却は、冷却用空気の大幅な圧力低下をもたらし、したがって、動作中に、エーロフォイルの内側と外側との間で対応する駆動圧を必要とする。
【００１６】
燃焼ガスが、エーロフォイルの圧力側壁および吸引側壁にわたって流れるときの燃焼ガスの圧力分布が、それに応じて変わるため、タービン回転子ブレード内へのインピンジメント冷却の導入は、典型的な方法でブレードダブテールを通して最初に受け取られる冷却用空気の共通流入圧を基準にしたブレードの外側の異なる放出圧に対処しなければならない。
【特許文献１】米国特許第４４１３９４９号
【特許文献２】米国特許第４７７０６０８号
【特許文献３】米国特許第５１５６５２６号
【特許文献４】米国特許第５１６５８５２号
【特許文献５】米国特許第５１９３９８０号
【特許文献６】米国特許第５３５６２６５号
【特許文献７】米国特許第５３８７０８５号
【特許文献８】米国特許第５４９８１３３号
【特許文献９】米国特許第５５３８３９４号
【特許文献１０】米国特許第５６２６４６２号
【特許文献１１】米国特許第５６６０５２４号
【特許文献１２】米国特許第５６９０４７２号
【特許文献１３】米国特許第５６９０４７３号
【特許文献１４】米国特許第５７２０４３１号
【特許文献１５】米国特許第５８１３８３５号
【特許文献１６】米国特許第５９３１６３８号
【特許文献１７】米国特許第６０３６４４１号
【特許文献１８】米国特許第６５１４０４２号
【特許文献１９】米国特許第６５５４５６３号
【特許文献２０】米国特許第６８３２８８９号
【特許文献２１】米国特許出願公開第２００５／０２２６７２６Ａ１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
したがって、改善された内部冷却を内部に有するタービン回転子ブレードを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
タービンブレードは、対向する前縁および後縁において一緒に接合され、かつ、底から先端まで縦に延びる、対向する圧力側壁および吸引側壁を有するエーロフォイルを含む。複数の独立の冷却回路が、エーロフォイル内部に配設される。第１蛇行回路は、圧力側壁に沿って配設される。第２蛇行回路は、第１回路に平行な状態で吸引側壁に沿って配設される。そして、第３インピンジメント回路は、第１および第２回路の機首の方向の前縁に配設される。
【００１９】
本発明は、好ましくかつ例示的な実施形態によれば、本発明のさらなる目的および利点と共に、添付図面に関連して考えられる以下の詳細な説明において、より詳細に述べられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１には、図示されないターボファン航空機エンジンなどの従来のガスタービンエンジンにおいて使用するためのガスタービン回転子ブレード１０が示される。ブレード自体は、通常、従来の鋳造技法を使用して製造され、プラットフォーム１６において取付け用ダブテール１４に一体に接合されたエーロフォイル１２を含む。
【００２１】
エーロフォイルは、全体が凹状の圧力側壁１８、および、翼弦方向に対向する前縁および後縁２２、２４において一体に接合される、円周方向に対向する、全体が凸状の吸引側壁２０を含む。エーロフォイルはまた、プラットフォーム１６における半径方向内側の底２６から半径方向に対向する先端２８まで所定翼幅で、縦にすなわち半径方向に延びる。
【００２２】
動作中、ブレードは、ダブテール１４を相補的なダブテールスロット内に閉じ込めることによって、支持回転子ディスク（図示せず）に取り付けられる。こうして、回転動作中にブレードに生成される遠心力は、ダブテールのローブまたはタングを通して支持回転子ディスク内に伝達される。
【００２３】
熱い燃焼ガス３０は、燃焼器（図示せず）内で生成され、エーロフォイルの外側表面にわたって流れ、エーロフォイルは、回転子ディスクを回転させるために、熱い燃焼ガス３０からエネルギーを取り出す。先に示したように、タービン回転子ブレードは、その耐久性および長い使用寿命を確保するために冷却を必要とし、冷却用空気３２は、動作中のエンジンの高圧圧縮機（図示せず）から適切に抽気される。
【００２４】
エーロフォイル１２は、図２により詳細に示され、エーロフォイル内部に配設され、エーロフォイル１２の底から先端まで所定翼幅で縦に延びる、複数の独立した冷却回路３４、３６、３８を含む。例示的な３つの冷却回路は、圧力側壁および吸引側壁１８、２０に沿って相応して延び、各回路は、それ自体の独立した流入通路４０、４２、４４を含む。３つの流入通路は、底から先端の直下までエーロフォイル内を縦に外側に延び、また、エンジン圧縮機から適切に流される加圧冷却用空気３２を受け取るために、図１に示すように、内向きにプラットフォームおよびダブテールを通ってダブテールのベースに延びる。
【００２５】
第１蛇行回路３４は、圧力側壁１８の内側表面に沿ったすぐのところのエーロフォイル１２内部に配設され、前縁２２と後縁２４との間で間隔を空けて配置される。第２蛇行冷却回路３６は、第１回路３４に平行に流れる状態で吸引側壁２０の内側表面に沿ったすぐのところのエーロフォイル１２内部に配設され、第１回路３４と共通無孔パーティション４６を共有する。
【００２６】
第３縦続インピンジメント冷却回路３８は、前縁２２のすぐ背後のところに配設され、前縁と第１および第２回路３４、３６との間に延びる。３つの回路３４、３６、３８は、無孔パーティション４６のそれぞれのパーティションによって互いから分離されて、動作中にエーロフォイルの外側を流れる燃焼ガスからの異なる入力熱フラックスに対してエーロフォイルの異なる部分を異なるように冷却するための、独立した回路が形成される。
【００２７】
３つの流入通路４０、４２、４４は、好ましくは、グループ化され、前縁２２のすぐ背後のところで、かつ、前縁２２から翼弦長の約２５％以内の、エーロフォイルの最大幅領域において互いに接合される。３つの流入通路は全て、ダブテールのベース内の流入開口から、同じ圧力および温度の冷却用空気３２を平行に流れる状態で受け取る。
【００２８】
したがって、３つの流入通路それ自体およびエーロフォイルの周辺バルク領域は、３つの冷却回路内に分配される前に、最初に受け取った冷却用空気によって適切に冷却される。そして、エーロフォイルの最も幅の広い領域において、３つの流入通路を互いから分離する無孔パーティション４６は、冷却穴に関連する応力集中を回避し、ブレードを通してダブテールのベースまで完全に延びて、かなりの遠心負荷を支持回転子ディスクに伝達するための剛性構造が提供される。
【００２９】
３つの回路３４〜３８のそれぞれは、さらに、底から先端までエーロフォイルに沿って所定翼幅で延び、それぞれの流入通路４０〜４４から直列に流れる状態で接合された複数の流れ脚部または通路４８を含む。複数の通路４８は、後縁２４に対して尾部の方に、第１蛇行回路３４と第２蛇行回路３６の両方に平行に、また、前縁２２に対して機首の方に第３縦続回路３８に延びる。
【００３０】
この構成では、第１および第２蛇行回路３４、３６は、第３回路３８によって前縁２２から分離され、第３回路３８は、エーロフォイルの前縁領域を熱い燃焼ガスから保護するために、局所インピンジメント冷却を使用する。インピンジメント冷却は、縦続通路間で冷却用空気のかなりの圧力低下を必要とし、一方、蛇行冷却は、実質的にほとんど圧力低下を必要としない。
【００３１】
圧力低下は、冷却用空気が、共通圧力で、かつ、制限された流量で圧縮機から抽気されるため、かなりの設計上の制約となる。その制限された空気は、その後、底から先端まで、また、前縁と後縁との間で、異なる圧力側壁および吸引側壁に沿って異なる熱負荷に対して異なる部分を冷却するために、エーロフォイルの種々の冷却回路内に、適切に分割され、分配されなければならない。
【００３２】
第３冷却回路３８は、図２および図３に示され、エーロフォイルの底から先端まで縦に延び、また、対応する有孔パーティションまたはブリッジ５０によって、軸方向にすなわち翼弦方向に分離された複数の縦続通路４８を含む。各ブリッジは、第３流入通路４４を通して受け取った同じ空気３２を使用して、エーロフォイルの内側表面を、直列に縦続インピンジメント冷却するために、ブリッジを貫通して斜め（ｏｂｌｉｑｕｅｌｙ）に延びるインピンジメント穴５２の縦列を含む。
【００３３】
それに応じて、第３縦続冷却回路３８は、好ましくは、エーロフォイルの翼弦中央の近くで前縁の尾部の方で（ａｆｔ）始まり、吸引側壁２０に沿って機首の方に延び、前縁２２のすぐ背後で、または、前縁２２で終わる。第３回路３８は、第３流入通路４４、および、好ましくは、２つの対応する有孔パーティション５０を有する２つの縦続通路４８を含む。
【００３４】
冷却用空気３２は、エーロフォイルの半径方向翼幅にわたって延びる対応する縦続において、インピンジ冷却の２つの連続した段階を設けるために、縦続回路３８の３つの通路を通して直列に流され、最後に、エーロフォイル前縁２２のすぐ背後においてインピンジメント冷却が提供される。
【００３５】
エーロフォイルを選択的に冷却するときに、縦続回路３８の背後に配設された第１および第２蛇行回路３４、３６が、縦続回路３８と協働する。２つの回路３４、３６は、それぞれ、エーロフォイル翼幅に沿って延びる３つの流れ脚部または通路４８を含み、これら２つの回路の対応する脚部は、図２に示す共通無孔パーティション４６において互いに接合する。
【００３６】
図４は、第１回路３４の３つの蛇行通路４０、４８、４８を立面図で示し、図５は、第２回路３６の３つの蛇行通路４２、４８、４８を示す。蛇行冷却回路は、一般に、よく知られており、これらの図に示される２つの３パス回路３４、３６は、ダブテールのベースから半径方向外側に延びる対応する流入通路４０、４２を有する。しかし、これらの２つの通路は、エーロフォイルのハンプ領域を最初に冷却するために、上述した第３通路４４に接合する。
【００３７】
２つの蛇行回路の流入脚部は、次に、エーロフォイル先端の直下で終わる短いパーティション４６の頂部（ｔｏｐ）で画定される対応する流れ旋回部または湾曲部において、対応する第２脚部と直列に流れる状態で接合する。流れは、次に、方向を変え、遠心力の方向に対して下方に、すなわち、変形方向内側に流れる。
【００３８】
第２蛇行脚部の底部において、エーロフォイルの底２６の真上で終わる、短いパーティション４６の底部で画定される対応する流れ旋回部または湾曲部において、流れは、再び、半径方向外側に方向を変えて、第３の、すなわち、最後の脚部に入る。
【００３９】
図２は、共通無孔パーティション４６が、第１および第２回路３４、３６から、エーロフォイルのキャンバー線に沿って実質的に均等にエーロフォイル１２を分割し、前縁の背後の吸引側壁２０に接合する第３回路３８内で有孔パーティション５０と同一平面にある。こうして、２つの流入通路４０、４２は、圧力側壁と吸引側壁との間で横方向に、かつ、第３回路３８の最初の２つの通路の背後でエーロフォイルを均等に分割する。
【００４０】
２つの蛇行回路３４、３６の対応する２つの通路４８は、エーロフォイルの横方向分割部を流れ続け、共通無孔パーティション４６に沿って互いに戻る。そして、２つの蛇行回路の第３の、すなわち、最後の通路４８は、エーロフォイルの横方向分割部を流れ続け、２つの蛇行回路間の共通無孔パーティション４６に沿って互いに戻る。
【００４１】
こうして、エーロフォイルは、対向する側壁間で、横方向に半分に分割され、これらの２つの側壁をひとまとめに架橋する２つの蛇行通路のそれぞれは、単一の非分割式流路と比較すると、実質的に２倍のアスペクト比を有する。アスペクト比は、キャンバー線に沿って、通路の深さまたは長さによって分割される、２つの側壁間の横方向の通路の幅を表す。
【００４２】
各通路のアスペクト比が小さければ小さいほど、相応して、冷却用空気の中心領域が、それぞれの側壁に接近してより高速に移動して、側壁の内側表面の熱伝達冷却が増加する。
【００４３】
さらに、対向する側壁を横方向に架橋する無孔パーティション４６は、それ自体、同一平面にあり、各蛇行回路の３つの脚部を互いに背中合わせに配置するため、冷却流は、各蛇行回路の対応する第１脚部、第２脚部間、および第３脚部間で、平行に流れる状態で、直接移動する。
【００４４】
したがって、第１の３つの蛇行脚部またはパスは、密接して互いに平行であり、それによって、２つの回路間の圧力および温度差が相応して低減される。これは、次に、圧力側回路３４のパーティションと吸引側回路３６のパーティションとの間の熱勾配を低減するであろう。そして、低減された熱勾配は、熱応力を低減し、耐久性を改善する。
【００４５】
３パス蛇行回路は、インピンジメント冷却より低い圧力低下を受け、したがって、使用済蛇行空気は、エーロフォイルから放出される前に、さらなる冷却のために使用されてもよい。
【００４６】
たとえば、第１回路３４は、さらに、図２および図４に示すように、最後の蛇行脚部４８と流れがつながった状態で、矩形グリッドまたはメッシュで配列されたピン５４のアレイを含んでもよい。メッシュピン冷却はまた、従来型であるが、外部燃焼ガスにわたって十分な逆流余裕を確保するために、冷却用空気の、対応する圧力低下に対処するのに十分な空気圧を必要とする。
【００４７】
３パスの第１蛇行回路３４は、エーロフォイルの圧力側を最初に冷却し、その使用済空気は、次に、対向する側壁が、集束し幅が減少して薄い後縁になる、エーロフォイルのこの尾部の方の部分を優先的に冷却するために、メッシュピン５４において使用される。
【００４８】
相応して、第２蛇行回路３６は、さらに、図２および図５に示すように、蛇行回路３６の最後の蛇行脚部に直列に流れがつながった状態で接合した複数の縦続通路４８を含んでもよい。縦続通路は、対応する有孔パーティション５０によって互いから分離され、有孔パーティション５０はそれぞれ、エーロフォイルに沿って翼弦方向にエーロフォイルの内側表面を縦続インピンジメント冷却するための、インピンジメント穴５２の列を含む。
【００４９】
例示的な実施形態では、第２蛇行回路３６の最初の３つの脚部に直列に続く３つのさらなる縦続通路４８が存在し、３つのさらなる縦続通路４８はそれぞれ、３段階の圧力低下を実施するインピンジメント穴５２の列を備える。３つの蛇行脚部は、圧力低下が比較的低いため、使用済蛇行カン（ｃａｎ）は、以下の３段階の、または、所望であればより少数の段階のインピンジメント冷却を駆動するのに十分な駆動圧を保持することができる。
【００５０】
図２で最もよく示されるように、第３回路３８は、吸引側壁２０に沿って配設され、前縁２２で終わる。第１回路３４は、第３回路の背後で圧力側壁１８に沿って延び、後縁２４の前で適切に終わる。
【００５１】
第２回路３６は、エーロフォイルの翼弦中央の近くで第３回路３８の背後で始まり、吸引側壁２０に沿って延び、後縁２４で終わる。第１および第２回路３４、３６は、第３回路３８の背後に配設され、共に、後縁２４で、または、後縁２４の近くで終わる、エーロフォイルの２つの対向する側壁１８、２０に沿って平行に延びる。
【００５２】
図２に示すこの構成では、第１および第２回路３４、３６は、メッシュピン５４と縦続通路４８の最初の通路との間の共通無孔パーティション４６を共有する。このパーティション４６は、後縁の薄い領域において、キャンバー線に沿ってエーロフォイルの横方向分割部を終了させ、第２回路３６は、後縁の機首の方で２つの側壁を完全に架橋する最後の２つの通路４８で終了する。
【００５３】
第１および第２回路３４、３６は、先に開示したように、蛇行冷却性能において互いを補完する。そして、第２および第３回路３６、３８は、同様に、熱フラックスが高い前縁領域および薄い後縁領域についての、局所縦続インピンジメント冷却を含む。
【００５４】
２つの回路３６、３８の最初の縦続通路内の使用済インピンジメント空気は、その後、インピンジメント穴の次の列を通して第２のまたは連続する縦続通路内に放出される。縦続通路用のインピンジメント穴は、後縁の近くと前縁の近くの両方で、エーロフォイル内側表面の次の部分に対して空気のインピンジメント冷却を最大にするために、パーティションにおいて適切に横方向に傾斜する。
【００５５】
縦続方式で、インピンジメント穴は、通路から通路へ冷却用空気を伝達し、エーロフォイルの内側表面の連続する部分の反復したインピンジメント冷却のために、パーティションにおいて適切に傾斜する。
【００５６】
こうして、２つの回路３６、３８の局所部分に沿ってエーロフォイルの内側表面の対応する部分の縦続インピンジメント冷却を提供するために、同じ冷却用空気が、直列に、または、連続して使用される。無孔パーティション４６と有孔パーティション５０は共に、一般的に鋳造されたエーロフォイルの一体部分であり、動作中に生成される著しい遠心負荷に耐えるかなりの強度を享受する。
【００５７】
そして、通常、静止したタービンノズル静翼において見出される独立したインピンジメントバッフルを必要とすることなく、インピンジメント冷却が、共通エーロフォイル内でそれについて導入されてもよい表面積範囲を増加するために、縦続インピンジメント冷却は、複数のパーティションによって実施される。
【００５８】
それに応じて、３つの冷却回路３４、３６、３８は、動作中に遠心力に耐えるための強度を維持しながら、エーロフォイルの冷却の向上のために、互いを補完すると共に、製造中にブレード内に容易に鋳造することができる比較的大きな通路を提供する。冷却回路は、エーロフォイル用に設けられたいずれの外部冷却とも無関係に、エーロフォイルの内側表面の内部冷却の向上を提供する。
【００５９】
３つの回路は、その動作環境において所与のタービンブレードの特定の必要性に対処するために、構成が変わってもよく、内部熱伝達を高める内部タービュレータおよびピンなどの、付加的な従来の機構を含んでもよい。３つの回路３４、３６、３８から内部冷却用空気を放出するために、回路のそれぞれは、エーロフォイル１２を貫通して延びる適切な流出穴の１つまたは複数の対応する列で終了する。
【００６０】
たとえば、図２および図３に示す吸引側壁２０は、第３回路３８の最後の通路と流れがつながるように配設された膜冷却穴５６の１つの列を含んでもよい。膜冷却穴５６の別の列は、第３回路の最後の通路と流れがつながった状態で圧力側壁１８を貫通して配設されてもよい。こうして、膜冷却またはギルの穴５６の２つの列は、従来の膜冷却を提供するために、エーロフォイルの圧力側壁および吸引側壁に沿って外部膜内に使用済インピンジメント空気を放出するための、前縁冷却回路に流出部を提供する。
【００６１】
同様に、図２に示す圧力側壁１８は、流出部を提供し、圧力側壁から下流に圧力側壁にわたってさらなる外部膜冷却用空気を生成するための、第１回路３４の最後の通路と流れがつながった状態で配設された膜冷却穴５６の別の列を含んでもよい。
【００６２】
図２および図５に示す第２回路３６は、使用済インピンジメント空気を第２回路から放出させるための、任意の従来構成で後縁２４に沿って配設された後縁流出穴５８の列で終了する。
【００６３】
図２に示す圧力側壁および吸引側壁１８、２０は、好ましくは、３つの流入通路４０〜４４に沿って無孔であるため、入って来る冷却用空気は全て、通路を流れた後に、３つの回路自体の残りの部分において別々に放出されてもよい。
【００６４】
同様に、好ましい実施形態では、圧力側壁１８および吸引側壁２０は、先に開示した流出穴５６、５８の対応する列を有する、対応する最後の流路を除いて、３つの冷却回路３４〜３８に沿って無孔である。
【００６５】
代替の実施形態では、エーロフォイルに関する熱負荷に合わせるために、膜冷却穴のさらなる列が、中間流路の種々の流路と流れがつながった状態で、圧力側壁か、吸引側壁か、または、その両方に設けられてもよい。種々の冷却回路は、可能であれば熱伝達を向上させるために、側壁の内側表面に沿って従来の短いリブまたはタービュレータを含んでもよい。
【００６６】
先に示したように、タービン回転子ブレード、特に、初段の高圧タービン回転子ブレードは、燃焼器から放出された最高温度の燃焼ガスにさらされる。回転子ブレードの異なるように構成された圧力側壁および吸引側壁は、動作中に回転子ブレードにわたって流れる燃焼ガスから異なる熱負荷を受ける。エーロフォイルを上述した複数の冷却回路に分割する能力は、エーロフォイルの異なる部分において、対応する異なる熱負荷について、必要に応じて、冷却効率を調節することを可能にする。
【００６７】
縦続インピンジメント通路は、連続のまたは縦続のインピンジメント冷却用の表面積を局所的に最大にするために、エーロフォイルの異なる部分において所望される場合に局所的に使用されてもよい。縦続通路は、好ましくは、エーロフォイルに関する外部熱負荷に合わせるために、所望される場合、先に開示した蛇行冷却回路と組み合わされる。
【００６８】
インピンジメント冷却は、インピンジメントの各段階において、インピンジメント穴の対応する列を通して、インピンジメント空気が放出されるときに、かなりの圧力低下をもたす。インピンジメントの連続する段階は、冷却用空気のさらなる圧力低下をもたらす。そして、連続する、または、縦続のインピンジメント段階の数は、エーロフォイルの外側の燃焼ガスの局所圧力に対する流入冷却用空気の利用可能な圧力によって制限される。
【００６９】
図２に示す例示的な実施形態では、３つの回路が、前縁の背後のエーロフォイルの最大幅の近くで始まり、第１および第２回路３４、３６は、後縁２４の近くか、または、後縁２４で終わり、第３回路３８は、前縁の近くで終わる。
【００７０】
２段階の第３回路３８は、圧力側壁および吸引側壁に沿って膜冷却穴５６から放出される前に、２つのインピンジメント空気圧低下を受ける。
【００７１】
第２回路３６は、最初に３つの蛇行脚部を通した圧力低下を、その後、流出穴５８から放出される前に、３段階のインピンジメント冷却におけるさらに３つの圧力低下を受ける。そして、第１回路３４は、同様に、最初に３つの蛇行脚部の圧力低下を、その後、流出穴５６から放出される前に、メッシュピン５４のアレイにおける圧力低下を受ける。
【００７２】
第１および第２回路３４、３６は、一般に、エーロフォイルの後縁２４の近くで使用済インピンジメント空気を放出することから、流入空気と流出空気との間の圧力低下を最大にするために、この領域における燃焼ガスの外部圧力が減少するという利点を享受する。
【００７３】
先に開示した３つの回路は、複数の圧力低下に対処するのに十分に高圧の冷却用空気を圧縮機が生成する高性能ガスタービンエンジンにおいて、特定の利点のために使用されてもよい。蛇行冷却、メッシュ冷却、および縦続冷却の協働は、圧縮機からの圧力要求を低減するのに使用されてもよく、代替の設計では、他のタイプのガスタービンエンジンにおける利用可能な圧力低下に対処するために変更されてもよい。
【００７４】
上述した３つの回路は、特別に構成され、鋳造プロセス用に一緒に接合された３つのセラミックコアを使用して、従来通りの方法でタービンブレード内に鋳造されてもよい。エーロフォイル内の種々の流出穴は、任意の従来の穿孔プロセスによって、ブレード自体の鋳造後に形成されてもよい。
【００７５】
本明細書において、好ましいと考えられ、本発明の例示的な実施形態であると考えられるものが述べられたが、本発明の他の変更形態は、本明細書の教示から当業者には明らかであるはずであり、したがって、本発明の真の精神および範囲内に入る全てのこうした変更形態が、添付特許請求の範囲において保証されることが望ましい。
【００７６】
したがって、米国特許文章によって保証されることが望まれるものは、添付特許請求の範囲において規定され、区別される発明である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】３つの独立した冷却回路を内部に有する、例示的なガスタービンエンジンのタービン回転子ブレードの部分断面等角図である。
【図２】図１に示し、線２−２に沿って切り取ったエーロフォイルの一部分の部分断面等角図である。
【図３】図２に示し、線３−３に沿って切り取ったエーロフォイルの前縁領域を通る断面立面図である。
【図４】図２に示し、線４−４に沿って切り取ったエーロフォイルの圧力側回路の一部分の断面立面図である。
【図５】図２に示し、線５−５に沿って切り取ったエーロフォイルの吸引側回路の一部分の断面立面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０  回転子ブレード
１２  エーロフォイル
１４  ダブテール
１６  プラットフォーム
１８  圧力側壁
２０  吸引側壁
２２  前縁
２４  後縁
２６  底
２８  先端
３０  燃焼ガス
３２  冷却用空気
３４  第１冷却回路
３６  第２冷却回路
３８  第３冷却回路
４０  第１流入通路
４２  第２流入通路
４４  第３流入通路
４６  無孔パーティション
４８  流路
５０  有孔パーティション
５２  インピンジメント穴
５４  ピン
５６  膜冷却穴
５８  後縁流出穴
【図１】
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【図２】
2007154892.tif 000004
【図３】
2007154892.tif 000005
【図４】
2007154892.tif 000006
【図５】
2007154892.tif 000007
【外国語明細書】
2007154892000001.pdf