(57)【要約】【課題】  タービンエンジンコンポーネントにおけるエーロフォイル部の前縁部により優れた冷却効果をもたらす冷却系統の製造方法を提供する。【解決手段】  千鳥状に配列された複数の前縁スロット１４をもつタービンエンジンコンポーネントにおけるエーロフォイル１２の前縁部１０を示す。各々の前縁スロット１４は中央コア要素２１およびこのコア要素と連通した複数のカーブ状流路１６を介してエーロフォイル部１２の外表面に冷却流体のフィルムを供給する。中央コア要素２１の成形にシリカもしくはアルミナコア材料が用いられ、前縁スロットの成形に耐火金属コアシートが用いられる。本発明の前縁スロットにより優れた冷却効果がもたらされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エーロフォイル部の表面を覆うように流れる流体を発生させる複数の千鳥状に配置された孔を備えてなるタービンエンジンコンポーネントにおけるエーロフォイル部の前縁部。
【請求項２】
前記複数の千鳥状に配置された孔が、複数の列状に配置されることを特徴とする請求項１に記載の前縁部。
【請求項３】
前記各々の孔が、冷却流体の流れを受け入れるように前記前縁部を通して延びるカーブ状流路と連通することを特徴とする請求項１に記載の前縁部。
【請求項４】
前記各々のカーブ状流路が、冷却流体が通流するコア要素と連通するとともに、前記カーブ状流路の各々が冷却効果を向上させる少なくとも一つの内部特徴部をもつことを特徴とする請求項３に記載の前縁部。
【請求項５】
前記各々の内部特徴部が丸い支柱を備えることを特徴とする請求項４に記載の前縁部。
【請求項６】
前記エーロフォイル部の負圧面内に形成された複数の形状冷却孔をさらに備えるとともに、前記各々の孔がそれぞれの流路を介して前記コア要素と連通することを特徴とする請求項４に記載の前縁部。
【請求項７】
前記エーロフォイル部の正圧面内に形成される複数の形状冷却孔をさらに備えるとともに、前記各々の孔がそれぞれの流路を介して前記コア要素と連通することを特徴とする請求項４に記載の前縁部。
【請求項８】
タービンエンジンコンポーネントにおけるエーロフォイル部の前縁部に冷却系統を製造する方法であって、
成形されるエーロフォイル部の形状をもつ型を提供するステップと、
少なくとも一つの中央コア要素を形成するために前記型に少なくとも一つのセラミックコアを挿入するステップと、
前記型に複数のカーブ状指状部をもつ耐火金属シートを挿入するステップと、
前記型に溶融金属を鋳湯して前記エーロフォイル部を成形するステップと、
前記少なくとも一つのセラミックコアおよび前記耐火金属シートを除去して前記前縁部に複数の千鳥状に配置された孔と、前記孔に関連した複数のカーブ状流路と、前記複数のカーブ状流路と連通する中央コア要素と、を形成するステップと、
を備えてなる冷却系統製造方法。
【請求項９】
前記カーブ状指状部の先端部を凍結鋳造セラミックスラリによる結合系に配置することをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の冷却系統製造方法。
【請求項１０】
前記少なくとも一つのセラミックコアと前記結合系との間にすべり継手を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の冷却系統製造方法。
【請求項１１】
複数の成形冷却スロットを前記エーロフォイル部の負圧面内に形成し、かつ前記冷却スロットと中央コア要素との間に流体を連通させる複数の流路を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の冷却系統製造方法。
【請求項１２】
複数の成形冷却スロットを前記エーロフォイル部の正圧面内に形成し、かつ前記冷却スロットと中央コア要素との間に流体を連通させる複数の流路を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の冷却系統製造方法。
【請求項１３】
前記耐火金属コアシート挿入ステップが、第１の方向に湾曲した複数の指状部をもつ耐火金属コアシートを挿入することを特徴とする請求項８に記載の冷却系統製造方法。
【請求項１４】
前記耐火金属コアシート挿入ステップが、２つ以上の方向に湾曲した複数の指状部をもつ耐火金属コアシートを挿入することを特徴とする請求項８に記載の冷却系統製造方法。
【請求項１５】
前記耐火金属コアシート挿入ステップが、モリブデンおよびモリブデン合金からなるグループより選択された材料から形成される耐火金属コアシートを挿入することを特徴とする請求項８に記載の冷却系統製造方法。
【請求項１６】
前縁部を備えたエーロフォイル部をもつタービンエンジンコンポーネントであって、
前記前縁部が、前記エーロフォイル部の表面を覆うように流れる流体を発生させる複数の千鳥状に配置された孔を備えることを特徴とするタービンエンジンコンポーネント。
【請求項１７】
前記複数の千鳥状に配置された孔が複数の列状に配置されるとともに、前記各々の孔が冷却流体の流れを受け入れるように前記前縁部を通して延びるカーブ状流路と連通することを特徴とする請求項１６に記載のタービンエンジンコンポーネント。
【請求項１８】
前記各々のカーブ状流路が、冷却流体が通流するコア要素と連通するとともに、前記各々のカーブ状流路が冷却効果を向上させる内部特徴部手段をもつことを特徴とする請求項１７に記載のタービンエンジンコンポーネント。
【請求項１９】
前記内部特徴部手段が、少なくとも一つの丸い支柱を備えることを特徴とする請求項１８に記載のタービンエンジンコンポーネント。
【請求項２０】
前記エーロフォイル部の負圧面内に形成された複数の形状冷却孔をさらに備えるとともに、前記各々の孔がそれぞれの流路を介して前記コア要素と連通することを特徴とする請求項１８に記載のタービンエンジンコンポーネント。
【請求項２１】
前記エーロフォイル部の正圧面内に形成された複数の形状冷却孔をさらに備えるとともに、前記各々の孔がそれぞれの流路を介して前記コア要素と連通することを特徴とする請求項１８に記載のタービンエンジンコンポーネント。
【請求項２２】
前記タービンエンジンコンポーネントが、タービンブレードを備えることを特徴とする請求項１７に記載のタービンエンジンコンポーネント。
【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コンポーネントにおけるエーロフォイル部の前縁部の成形方法およびこれにより成形されるタービンエンジンコンポーネントに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジンコンポーネントにおけるほとんどの作用エーロフォイル部には相当な量の酸化疲労が観察されるためエーロフォイル前縁の冷却は重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前縁の冷却は周知であるが、より優れた前縁冷却の体系、特に、作用エーロフォイル部に見られる疲労量を減少させる体系が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明により、タービンエンジンコンポーネントにおけるエーロフォイル部の前縁部が提供される。前縁部は概ねエーロフォイル部の表面を覆うように流れる冷却流体のフィルムを発生させる複数の千鳥状に配置された孔を備える。
【０００５】
さらに本発明により、タービンエンジンコンポーネントにおけるエーロフォイル部の前縁部における冷却系統を製造する方法を提供する。この方法は、概ね、成形されるエーロフォイル部の形状をもつ型を提供するステップと、少なくとも一つの中央コア要素を成形するために前記型に少なくとも一つのセラミックコアを挿入するステップと、前記型に複数のカーブ状指状部をもつ耐火金属コアシートを挿入するステップと、前記型に溶融金属を鋳湯して前記エーロフォイル部を成形するステップと、前記少なくとも一つのセラミックコアおよび前記耐火金属コアシートを除去して前記前縁部に複数の千鳥状に配置された孔と、前記孔に関連した複数のカーブ状流路と、前記複数のカーブ状流路と連通した中央コア要素と、を形成するステップと、を備えてなる。
【０００６】
さらに本発明では、タービンエンジンコンポーネントが提供される。タービンエンジンコンポーネントは概ね前縁部をもつエーロフォイル部を備える。前縁部はエーロフォイル部の表面を流れる流体を発生させる複数の千鳥状に配置された孔を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１を参照すると、タービンブレード、タービンベーン、およびシールといった、タービンエンジンコンポーネントにおけるエーロフォイル部１２の前縁部１０が示される。図１に見られるように、前縁部１０は望ましくは前縁スロット１４が複数の列状に配置された前縁スロット１４の千鳥状配列をもつ。図１にはスロットが前縁の負圧側にあるように示されているが、同じように配置されたスロットが前縁の正圧側にも存在する。前縁スロット１４の各々は、エーロフォイル部１２の外表面を覆う冷却流体のフィルムを供給するように中央コア要素２１やこの中央コア要素２１と連通した複数のカーブ状流路１６を介してタービンエンジンブリード空気のような冷却流体源と連通している。図１から分かるように、カーブ状流体流路１６は複数の方向に延びる。
【０００８】
必要であれば、エーロフォイル部１２の前縁部１０は複数の負圧面側の形状（ｓｈａｐｅｄ）フィルム孔１８および複数の正圧面側の形状フィルム孔２０を含みうる。例えば、各々の孔１８，２０は台形状の形状をとるように形成される。負圧面側形状孔１８の各々は、中央コア要素２１と流路２４を介して冷却流体源（図示せず）と連通している。同様に、正圧面側形状孔２０の各々は中央コア要素２１と流路２４を経て冷却流体源（図示せず）と連通している。
【０００９】
さらに、一つもしくは複数のクロスオーバ孔３４が前縁部に組み込まれうる。
【００１０】
図２を参照すると、前縁スロット１４をもつタービンエンジンコンポーネントの前縁部１０の成形方法を示す。中央コア要素２１、第２の中央コア要素３０、およびクロスオーバ孔３４の成形にシリカもしくはアルミナのコア材料３５が用いられる。半部３２'，３２''のような複数の型部品からなる型３２の内部にシリカもしくはアルミナのコア材料３５が配置される。
【００１１】
前縁スロット１４およびカーブ状流路１６の成形に望ましくは耐火金属コアシート３６が使用される。耐火金属コアシート３６は周知のあらゆる適切な耐火金属もしくは耐火合金から形成される。例えば、耐火金属コアシート３６はモリブデンもしくはモリブデン合金から形成される。本明細書で用いられるように、語句「モリブデン合金」は５０％（重量％）を上回るモリブデンを含有する合金を示す。
【００１２】
耐火金属コアシート３６は前縁スロット１４およびカーブ状流路１６を成形するカーブ状指状部３８を含む。カーブ状指状部３８は２つの異なる方向へ湾曲する。このように湾曲させることにより、前縁スロット１４の千鳥状の配列を前縁の負圧側と正圧側の両方に形成させることが可能である。指状部３８の基部４０は望ましくは凍結鋳造セラミックスラリを使用する結合系に埋め込まれる。結合系は周知のあらゆる適切な結合系を含む。
【００１３】
エーロフォイル部の前縁部１０は、例えば取付部（図示せず）やプラットフォーム（図示せず）といったタービンエンジンコンポーネントにおける他の部分はもとより、エーロフォイル部の正圧側や負圧側、あるいは後縁などのエーロフォイル部におけるその他の領域（図示せず）とともに成形される。便宜上、他の部分はもとよりその他の領域も図示していない。
【００１４】
前縁部１０を成形するには、一つもしくは複数のシリカもしくはアルミナのコア１５が型３２内に配置されて中央コア要素２１，３０を成形する。また耐火金属コア指状部３８をもつ耐火金属コアシート３６が型３２内に配置される。上記のように、指状部３８の先端部分（基部）が望ましくは凍結鋳造セラミックスラリの結合系５２に配置される。これは耐火金属コアシート３６をコア１５に一体化させるという点で都合がよい。例えば、前縁耐火金属コア指状部３８は、凍結を通じた焼結処理により固化するセラミックスラリに組み付けることができる。コア１５と凍結鋳造スラリ５２との間に一時的なコーティングを用いてすべり継手５０が形成される。すべり継手５０は鋳造中に合わせ面で動けるようになっており取り付けられた材料に亀裂が生じるのを防ぐ。一時的なコーティングはすべり継手の合わせ部品が動くことができるような特性（粘性）をもつコーティングである。その後、溶融金属が型３２内に鋳湯されて前縁部１０が成形される。溶融金属が硬化され前縁部１０が成形された後、コア１５および耐火金属コア指状部３８を含む耐火金属シート３６が除去される。コア１５および耐火金属コアシート３６は周知のあらゆる適切な技術を用いて除去される。同様にして、結合系５２およびすべり継手５０が除去される。また、周知のあらゆる適切な技術が用いられる。
【００１５】
形状孔１８，２０および流路２２，２４が周知のあらゆる適切な技術を用いて成形される。例えば、孔１８，２０および流路２２，２４は、前縁部１０が鋳造、成形され、コア１５および耐火金属コアシート３６が除去された後に電極を用いて加工される。
【００１６】
必要であれば、カーブ状流路１６の伝熱能力を向上させるようにカーブ状流路１６は丸い支柱（ｒｏｕｎｄｅｄ  ｐｅｄｅｓｔａｌ）のような内部特徴部７０を備えうる。内部特徴部７０は周知のあらゆる適切な技術を用いて形成されうる。例えば、内部特徴部７０は耐火金属コア技術を用いて、もしくは鋳造材料の適切な機械加工を用いて形成される。
【００１７】
本明細書に記載の耐火金属コア技術を用いることにより、耐火金属コアシートは室温で高強度を維持するコアとして機能する。これは丸い支柱のような冷却特徴部の導入に機械加工処理や成形処理が使われる際に重要である。薄い耐火金属コアシートの取扱いにより鋳造品内のろう模型の組立て時のきわめて脆いシリカやアルミナコアの取扱いを著しく改善する。
【００１８】
本発明の方法の改良点は次のように集約される。第一に、冷却用前縁スロット１４が前縁により近い位置に移される。この前縁からの平均導通長さの縮小により、対流効率が向上する。第二に、より高い冷媒伝熱係数が回路のヒートシンク効率を向上させる。第三に、千鳥状の配列によりフィルムの有効範囲が最大化されて改善されたフィルム効果をもたらす。さらに、耐火金属コアシートはタービンエンジンコンポーネントの表面に隣接するフィルムを広げる効果がある。
【００１９】
本発明は前縁スロット１４の形成に単一の耐火金属コアシートを使用する状況について述べてきたが、必要であれば２つ以上の耐火金属コアシートが用いられうる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の前縁スロットをもつタービンエンジンコンポーネントのエーロフォイル部の図。
【図２】図１の前縁スロットを成形する方法。
【符号の説明】
【００２１】
１０…前縁部
１２…エーロフォイル
１４…前縁スロット
１６…カーブ状流路
２１…中央コア要素
【図１】
2007146837.tif 000003
【図２】
2007146837.tif 000004