(57)【要約】【課題】微細回路のスロットから出て行く冷却流体の実質的に均一な噴流を生成する冷却用微細回路を提供する。【解決手段】エアフォイル部を有する、タービンブレードなどのタービンエンジン部品に用いる冷却用微細回路が提供されている。この冷却用微細回路は、冷媒流を冷却用微細回路の中に導入する少なくとも１つの入口スロットと、エアフォイル部上に冷媒のフィルムを分布させる複数の流体出口スロットと、流体出口スロットの１つを通って出て行く冷媒の１つの噴流がその１つの流体出口スロットを通って出て行く冷媒の第２の噴流に過度の力を加えることを実質的に防止する構造物と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアフォイル部を有するタービンエンジン部品に用いる冷却用微細回路であって、
冷媒流を前記冷却用微細回路の中に導入する少なくとも１つの入口スロットと、
前記エアフォイル部上に前記冷媒のフィルムを分布させる複数の流体出口スロットと、
を備え、
前記出口スロットの各々が、前記流体出口スロットを通って出て行く前記冷媒の１つの噴流が前記流体出口スロットを通って出て行く前記冷媒の第２の噴流に過度の力を加えることを実質的に防止する手段を備えることを特徴とする冷却用微細回路。
【請求項２】
前記出口スロットの各々が、１対の第１の側壁部および該第１の側壁部に結合された１対の第２の側壁部によって形成され、１つの噴流が第２の噴流に過度の力を加えることを実質的に防止する前記手段が、冷却流体の流れが落ち着き直線化することができる十分な長さをそれぞれ有する１対の通路を形成するように前記第１の側壁部と整列されたペデスタルを備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却用微細回路。
【請求項３】
前記ペデスタルの各々が、弓状に形成された前縁部と、該前縁部の各端部に結合された弓状に形成された部分と、該弓状に形成された部分に結合された２つの側部および該２つの側部を結合する頂端部によって形成された後縁部と、を有することを特徴とする請求項２に記載の冷却用微細回路。
【請求項４】
前記側部が弓状に形成されることを特徴とする請求項３に記載の冷却用微細回路。
【請求項５】
前記第１の側壁部の各々が、前記ペデスタルの各々の前記前縁部と実質的に整列された点から始まり、前記ペデスタルの各々の前記頂端部と実質的に整列された点に延びることを特徴とする請求項３に記載の冷却用回路。
【請求項６】
前記少なくとも１つの入口スロットと前記出口スロットとの間に配置された少なくとも１列のペデスタルをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却用微細回路。
【請求項７】
前記少なくとも１つの入口スロットと前記出口スロットとの間に配置された複数の列のペデスタルをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却用微細回路。
【請求項８】
前記列のうち第１の列のペデスタルが、前記列のうち第２の列のペデスタルに対してオフセットしていることを特徴とする請求項７に記載の冷却用微細回路。
【請求項９】
前記ペデスタルの各々が円の形状を有することを特徴とする請求項７に記載の冷却用微細回路。
【請求項１０】
前記冷媒を前記冷却用微細回路の中に導入する複数の入口スロットをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却用微細回路。
【請求項１１】
前記出口スロットの各々が、１対の第１の側壁部および該第１の側壁部に結合された１対の第２の側壁部によって形成され、１つの噴流が第２の噴流に過度の力を加えることを実質的に防止する前記手段が、前記出口スロットの各々と整列された第１のペデスタルと、該第１のペデスタルの間の第２のペデスタルと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却用微細回路。
【請求項１２】
前記第２のペデスタルが、前記第１のペデスタルの各々の面積より小さい面積を有することを特徴とする請求項１１に記載の冷却用微細回路。
【請求項１３】
前記第１の側壁部および前記第１のペデスタルが、冷却流体の流れが前記出口スロットを通って出て行く前に融合し直線化することができる十分な長さをそれぞれ有する１対の通路を形成することを特徴とする請求項１１に記載の冷却用微細回路。
【請求項１４】
前記第１のペデスタルの一つが、該第１のペデスタルの他の面積より大きい面積を有することを特徴とする請求項１１に記載の冷却用微細回路。
【請求項１５】
前記第１のペデスタルの前記一つが、頂端部によって結合された２つの実質的に直線状の側部によって形成された後縁部を有することを特徴とする請求項１４に記載の冷却用微細回路。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの入口スロットと前記出口スロットとの間に配置された複数の列のペデスタルをさらに備え、前記第２のペデスタルが前記出口スロットに最も近い１列のペデスタルの中に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の冷却用微細回路。
【請求項１７】
前記第２のペデスタルが、弓状に形成された前縁部と、前記前縁部の各端部に結合された弓状に形成された部分と、前記弓状に形成された部分に結合された２つの側部および該２つの側部を結合する頂端部によって形成された後縁部と、を有することを特徴とする請求項１１に記載の冷却用微細回路。
【請求項１８】
前記第１のペデスタルのうち少なくとも１つのペデスタルが、弓状に形成された前縁部と、該前縁部の各端部に結合された弓状に形成された部分と、該弓状に形成された部分に結合された２つの側部および該２つの側部と結合する頂端部によって形成された後縁部と、を有することを特徴とする請求項１７に記載の冷却用微細回路。
【請求項１９】
正圧面壁および負圧面壁を有するエアフォイル部と、前記正圧面壁および前記負圧面壁の１つの中に組み込まれた少なくとも１つの微細回路と、を有し、該微細回路の各々が請求項１に記載の冷却用微細回路を備えることを特徴とするタービンエンジン部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンエンジン部品のエアフォイル部に用いる改善された冷却用微細回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンでは、タービンエアフォイルがその材料の限界よりかなり上の温度にさらされている。業界の慣行では、エアフォイル材料を冷却するためにエンジンの圧縮機部からの空気を用いている。この冷却空気は、エアフォイルの根部を通って、一続きの、根部から先端へ半径方向に続く内部キャビティまたはチャネルの中に供給される。冷媒は、次いでフィルム冷却孔を通って高温の主流の流れの中に注入される。一般的には、ガスタービンブレードの二次流れは、高回転力のもとで流れの発生源と流れの出口との間の圧力差によって付勢される。タービンブレードは、回転軸１１を中心に回転する。図１に示すように、ブレードの中の冷却システムの対流効率を上げるために、一続きの冷却用微細回路１０が、エアフォイル部１６の壁１２および壁１４の内側に配置されている。冷却用微細回路１０の各々は、冷却流体のフィルムがエアフォイル部１６の外面上を流れることを可能にする複数の出口つまりスロット１５を有する。
【０００３】
各冷却用微細回路１０の内部の冷媒が温まるにつれて、冷媒の温度は上昇し、したがって、微細回路の対流効率が上がる。この型のタービンエアフォイルに要求され得る他の冷却の形態は、冷却空気が微細回路のスロット１５を通って主流の中に流れ出る際の、フィルム冷却である。
【０００４】
図２は、冷却用微細回路の構造１８を示し、この構造１８は、壁１２および壁１４の１つまたは複数の中に、一般的には正圧面壁１２の中に組み込むことができる。構造１８は、冷却流体を微細回路に導入する３つの入口２０と、微細回路ペデスタルの列２１と、２つのスロット出口２２と、を有する。ペデスタル２４の形は、冷媒の流れがスロット２２の各々に入る前に最小計量領域を冷媒の流れに対して設けることができるように考えられた。当初は、最後のペデスタル２４の各々の対称性が、スロット出口２２を満たす流れおよび流れの再分配が均一であることを示すと考えられた。しかしながら、図３に示すように、冷却流体噴流２３の１つの噴流が、他の出口噴流の１つの噴流２５に過度の力を加える傾向がある。この噴流が不均衡であることにより、冷却用微細回路のスロット２２から出て行くフィルムは不均一である。得られたフィルムの保護機能は低下させられ、実質的には、運動量が低い方の噴流の側で高温ガスが閉じ込められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明により、微細回路のスロットから出て行く冷却流体の実質的に均一な噴流を生成する冷却用微細回路が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明により、エアフォイル部を有する、タービンブレードのようなタービンエンジン部品に用いる冷却用微細回路が提供される。この微細回路は、概して、冷媒流を冷却用微細回路の中に導入する少なくとも１つの入口スロットと、エアフォイル部上に冷媒のフィルムを分布させる複数の流体出口スロットと、流体出口スロットの１つを通って出て行く冷媒の１つの噴流がその１つの流体出口スロットを通って出て行く冷媒の第２の噴流に過度の力を加えることを防止する手段と、を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図４〜図６を参照すると、新しい冷却用微細回路配置１００が示されており、この冷却用微細回路配置１００は、流れが微細回路のスロットを出て行くとき、この流れをより均一にまたは実質的に均等に保持することを目的とする。本発明の冷却用微細回路は、タービンブレードのようなタービンエンジン部品のエアフォイル部の正圧面壁および負圧面壁のうち１つまたは複数の中に組み込むことができる。
【０００８】
図４に示すように、本発明による冷却用微細回路１００は、１つまたは複数の冷却流体入口スロット１０２を有する。冷却流体は、冷却用微細回路１００に入った後、複数の列のペデスタル１０４を通り抜ける。ペデスタル１０４は、当技術分野で知られる任意の適した形を有することができる。本発明の好ましい実施例では、ペデスタル１０４の列９４，９６，９８は、互いに千鳥配置またはオフセット配置されている。列９４，９６，９８のうち１つまたは複数の列にあるペデスタル１０４は、列９４，９６，９８のうち別の１つの列にあるペデスタル１０４より大きくてもよい。冷却用微細回路１００はまた、１つまたは複数の流体出口スロット１０６を有する。ペデスタル１０４の最後の列９６と流体出口スロット１０６との間には、複数のペデスタル１０８がある。ペデスタル１０８の各々は、弓状に形成された前縁部１１０と、弓状に形成された側部１１２および側部１１４と、後縁部１１６と、を有し、この後縁部１１６は、好ましくは弓状に形成される２つの側部１１８および側部１２０から形成され、かつ頂端部１２２によって結合されている。好ましい一実施例では、ペデスタル１０８の各々は、対称軸１２１を有し、この対称軸１２１は、スロット１０６の中央軸１２３と整列する。
【０００９】
流体出口スロット１０６は、第１の側壁部１２４および第２の側壁部１２６と共に形成されている。第１の側壁部１２４は、第２の側壁部１２６に対して斜めになっている。側壁部１２４の各々は点１２８で始まり、この点１２８は、各ペデスタル１０８の前縁部１１０と実質的に整列する。側壁部１２４の各々は、次いで頂端部１２２と実質的に整列した点１２９に延びている。側壁部１２４は、直線状の側壁部１２６と一体となって、従来の微細回路配置の全長より長い全長を有する。
【００１０】
図４の冷却用微細回路では、最後のペデスタル１０８の形状は、スロット１０６を通って出て行く冷媒流を制御する流路１２５を形成するために、出口スロット１０６に通じる側壁部１２４および側壁部１２６と共に用いられる。側壁部１２４および側壁部１２６ならびにペデスタル１０８を組み合わせると、流路１２５の中の冷却フィルムの流れがより制御されることが可能になる。その結果、ペデスタル１０８の一方の側の冷却流体の噴流は、ペデスタル１０８の他方の側の冷却流体の噴流によって過度の力が加えられることがない。
【００１１】
次に図５を参照すると、冷却用微細回路１００’の第２の実施例が示されている。この実施例では、微細回路１００’は、２つのペデスタル１０８’と、これら２つのペデスタル１０８’の間に配置された第３のペデスタル１０９’と、を備えている。この図から理解されるように、ペデスタル１０８’は、図４の実施例のペデスタル１０８と同じ形状を有し、同じ位置にある。第３のペデスタル１０９’は、ペデスタル１０８’に対して面積が小さく、オフセットして配置されている。この第３のペデスタル１０９’を実現するために、いくつかの丸いペデスタルが出口スロット１０６’に最も近い列９６’から取り除かれた。この構造でペデスタル９６’に対してペデスタル１０９’のサイズを大きくすると、冷却用微細回路が耐クリープ性の点でより堅牢になる。さらに、最小計量領域は、従来技術の実施例の位置からやはり変更される。最小計量領域の位置は、ここでは隣接したペデスタル１０８’とペデスタル１０９’との間にある。この柔軟性により、微細回路の出口スロット１０６’に近くなるように側壁部１２４’，１２６’を修正することが可能となる。このペデスタルの新しい配置は、２つの噴流の間の運動量フラックスが均衡していない場合、出て行く冷却流体の流れの１つの噴流が、出て行く冷却流体の流れの別の噴流に過度の力を加えることを実質的に防止する。
【００１２】
次に図６を参照すると、この実施例では、冷却用微細回路１００”は、１対のペデスタル１０８”と、これら２つのペデスタル１０８”の間に配置された第３のペデスタル１０９”と、を有する。左側のペデスタル１０８”およびペデスタル１０９”はそれぞれ、図４のペデスタル１０８と同様の形状を有する。前の場合と同様に、ペデスタル１０９”は、ペデスタル９６”の最後の列の一部を占め、ペデスタル１０８”のいずれよりも面積が小さい。しかしながら、この構造では、右側ペデスタル１０８”は、左側ペデスタル１０８”の面積に比べて面積が大きい。これは、頂端部１２２”によって結合された側部１１８”および側部１２０”がより長くより直線状に延びていることによって、後縁部１１６”がより長いということによる。冷却流体の流れが、微細回路の出口スロット１０６”を出て行く前にさらにもっと直線化されることができるように、側壁部１２４”および側壁部１２６”を延ばすことができる。図６の実施例の堅牢な設計は、微細回路の出口スロット１０６”に近い微細回路の外壁がクリープ変形（歪み）に耐えるのに役立ち、出口スロット１０６”でより一定な流れを有することによって微細回路の出口スロット１０６”の中への高温ガスの吸い込みを防止するのに役立ち、タービンエンジン部品のエアフォイル部１６を冷却するフィルムについて広いフィルム有効範囲を獲得するのに役立つ。
【００１３】
図４および図６の実施例は、出口スロットに通じる首領域に、図３で示す従来技術の実施例の流路の長さに比べて約２５〜７５％だけ長い、側壁部および最後の１対のペデスタルから形成された流路を有するので、有利である。この結果、この首領域の冷却流体の流れが融合しより均衡のとれた状態になるためにより多くの時間がかかることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】壁構造の中に組み込まれた冷却用微細回路を有するタービンエアフォイルの断面図である。
【図２】従来技術の冷却用微細回路の概略図である。
【図３】過度の力を加える噴流を示す図２の冷却用微細回路の概略図である。
【図４】本発明による冷却用微細回路の第１の実施例の概略図である。
【図５】本発明による冷却用微細回路の第２の実施例の概略図である。
【図６】本発明による冷却用微細回路の第３の実施例の概略図である。
【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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【外国語明細書】
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