(57)【要約】  一実施形態では、翼形部３６は、翼形部本体部分３７と、翼形部本体部分３７の半径方向外側に配置された翼形部先端部分４３と、翼形部根元部分４９と、翼形部本体部分３７を通って、根元部分４９から翼形部先端部分４３まで延びる複数の半径方向冷却通路５４、５６、５８、６０とを備える。翼形部本体部分３７と翼形部先端部分４３とは、ろう付け界面４５または溶接界面４５で接合されている。翼形部先端部分４３は、少なくとも１つの半径方向冷却通路５４、５６、５８、６０を少なくとも１つの他の半径方向冷却通路５４、５６、５８、６０に流体接続する少なくとも１つのマニホルド７５３、７５５、７５７、７７６を含む。【選択図】図３
2022501539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼形部（３６）であって、
翼形部本体部分（３７）と、
前記翼形部本体部分（３７）の半径方向外側に配置された翼形部先端部分（４３）と、
翼形部根元部分（４９）と、
前記翼形部本体部分（３７）を通って前記根元部分（４９）から前記翼形部先端部分（４３）まで延びる複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）と
を備え、
前記翼形部本体部分（３７）と前記翼形部先端部分（４３）とは、ろう付け界面（４５）および溶接界面（４５）のうちの１つで接合され、
前記翼形部先端部分（４３）は、少なくとも１つのマニホルド（７５３、７５５、７５７、７７６、８７６）をさらに備え、前記少なくとも１つのマニホルド（７５３、７５５、７５７、７７６、８７６）は、前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）のうちの少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）を少なくとも１つの他の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）に流体接続する、翼形部（３６）。
【請求項２】
前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の各半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）は、各半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の半径方向長さを各半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の最小断面寸法で割ったものからなるアスペクト比を定義し、
前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）のうちの少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）は、約６０対１を超えるアスペクト比を備える、請求項１に記載の翼形部（３６）。
【請求項３】
前記最小断面寸法は、各半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の直径および各半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の幅のうちの１つである、請求項１に記載の翼形部（３６）。
【請求項４】
前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）のうちの少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）を少なくとも１つの他の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）に接続する少なくとも１つの孔（９７８、９８０、９８２、１０７８、１０８０、１０８２）
をさらに備える、請求項１に記載の翼形部（３６）。
【請求項５】
前記翼形部先端部分（４３）は、積層造形またはインベストメント鋳造によって形成される、請求項１に記載の翼形部（３６）。
【請求項６】
前記翼形部本体部分（３７）は、インベストメント鋳造によって形成される、請求項１に記載の翼形部（３６）。
【請求項７】
前記翼形部根元部分（４９）は、前記翼形部本体部分（３７）の半径方向内側に配置され、
前記翼形部本体部分（３７）と前記翼形部根元部分（４９）とは、ろう付け界面（４５）で接合されている、請求項１に記載の翼形部（３６）。
【請求項８】
前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の各半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）は、翼形部周囲から各半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の最小断面寸法の約５０％未満の間隔を置いて配置されている、請求項１に記載の翼形部（３６）。
【請求項９】
前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）のうちの少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）を少なくとも１つの他の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）に接続する少なくとも１つの孔（９７８、９８０、９８２、１０７８、１０８０、１０８２）
をさらに備える、請求項１に記載の翼形部（３６）。
【請求項１０】
前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）のうちの少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）を少なくとも１つの他の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）に接続する少なくとも１つの孔（９７８、９８０、９８２、１０７８、１０８０、１０８２）
をさらに備え、
前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）のうちの前記少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）は、少なくとも１つの流れ調整構造（９５９）をさらに備え、
前記翼形部本体部分（３７）はインベストメント鋳造によって形成され、
前記翼形部先端部分（４３）は、積層造形によって形成され、
前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の各半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）は、翼形部周囲から各半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の最小断面寸法の約５０％未満の間隔を置いて配置され、
前記最小断面寸法は、半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の幅である、請求項２に記載の翼形部（３６）。
【請求項１１】
翼形部（３６）であって、
翼形部本体部分（３７）と、
前記翼形部本体部分（３７）の半径方向外側に配置された翼形部先端部分（４３）と、
翼形部根元部分（４９）と、
前記翼形部本体部分（３７）を通って、前記根元部分（４９）から前記翼形部先端部分（４３）まで延びる複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）と
を備え、
前記翼形部先端部分（４３）は、少なくとも１つのマニホルド（７５３、７５５、７５７、７７６、８７６）をさらに備え、前記少なくとも１つのマニホルド（７５３、７５５、７５７、７７６、８７６）は、前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）のうちの少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）を少なくとも１つの他の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）に流体接続し、
前記少なくとも１つのマニホルド（７５３、７５５、７５７、７７６、８７６）は、少なくとも１つの接合界面（４５）の半径方向外側にある、翼形部（３６）。
【請求項１２】
前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の各半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）は、各半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の半径方向長さを各半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の最小断面寸法で割ったものからなるアスペクト比を定義し、
前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）のうちの少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）は、約６０対１を超えるアスペクト比を備え、
前記少なくとも１つの接合界面（４５）は、ろう付け界面（４５）および溶接界面（４５）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１１に記載の翼形部（３６）。
【請求項１３】
翼形部（３６）を形成する方法（１２００）であって、
インベストメント鋳造によって翼形部本体部分（３７）を形成すること（１２０２）と、
成形管電解加工（ＳＴＥＭ）を用いて、翼形部本体部分（３７）内に少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）を形成すること（１２０４）と、
翼形部先端部分（４３）を形成すること（１２０６）と、
前記翼形部先端部分（４３）を前記翼形部本体部分（３７）に接合すること（１２１２）と
を含む、翼形部（３６）を形成する方法（１２００）。
【請求項１４】
翼形部先端部分（４３）を形成することは、積層造形によって翼形部先端部分（４３）を形成することを含む、請求項１３に記載の方法（１２００）。
【請求項１５】
翼形部先端部分（４３）を形成することは、インベストメント鋳造によって翼形部先端部分（４３）を形成することを含む、請求項１３に記載の方法（１２００）。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）は、前記少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の半径方向長さを前記少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の最小断面寸法で割ったものからなるアスペクト比を定義し、
前記アスペクト比は約６０対１を超える、請求項１３に記載の方法（１２００）。
【請求項１７】
成形管電解加工（ＳＴＥＭ）を用いて、前記翼形部本体部分（３７）内に複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）を形成することと、
少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）を少なくとも１つの他の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）に接続する少なくとも１つのドリル孔（９７８、９８０、９８２、１０７８、１０８０、１０８２）を前記翼形部本体部分（３７）に形成することと
をさらに含む、請求項１３に記載の方法（１２００）。
【請求項１８】
前記翼形部先端部分（４３）を前記翼形部本体部分（３７）に接合する前に、前記翼形部先端部分（４３）および前記翼形部本体部分（３７）を放電加工（ＥＤＭ）すること
をさらに含む、請求項１３に記載の方法（１２００）。
【請求項１９】
成形管電解加工（ＳＴＥＭ）プロセス中に、前記少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）に少なくとも１つの流れ調整特徴部（９５９）を形成すること
をさらに含む、請求項１３に記載の方法（１２００）。
【請求項２０】
前記翼形部先端部分（４３）を前記翼形部本体部分（３７）に接合することは、前記翼形部先端部分（４３）を、ろう付けプロセスおよび溶接プロセスのうちの少なくとも１つによって、前記翼形部本体部分（３７）に接合することを含む、請求項１３に記載の方法（１２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、ガスタービンの被冷却構造、より具体的には、タービン翼形部に関連するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型の強力な産業用ガスタービンエンジンでは、燃焼器内で発生した高温ガス流がタービンを通過して機械的仕事を生じる。タービンは、次第に低下する温度で高温ガス流と反応するステータベーンおよびロータブレードの１つまたは複数の列または段を含む。タービン、ひいてはエンジンの効率は、より高温のガス流をタービンに通すことによって高めることができる。しかしながら、タービン入口温度は、タービンの材料特性、特に第１段のベーンおよびブレード、ならびにこれらの第１段の翼形部に対するある程度の冷却能力に制限されることがある。
【０００３】
第１段のロータおよびステータ構成要素は、最も高いガス流温度に曝され、ガス流がタービン段を通過するにつれて温度が徐々に低下する。冷却空気を内部冷却通路に通し、冷却空気を膜冷却孔を介して排出して冷却空気のブランケット層を提供し、高温ガス流から被冷却表面を保護することによって、第１段および第２段の翼形部（ブレードおよびベーン）を冷却しなければならない。
【０００４】
タービンロータブレードは、多くの場合、インベストメント鋳造と金属超合金材料とを用いて形成され、金属超合金材料は機械的応力および機械的ひずみ、ならびに熱応力および熱勾配に対して高い耐性を有する。しかしながら、インベストメント鋳造プロセスによって形成できるジオメトリおよび特徴部は限られている。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の態様および利点は、以下の説明に一部が記載されるか、または本開示の実施を通じて理解することができる。
【０００６】
一実施形態では、翼形部は、翼形部本体部分と、翼形部本体部分の半径方向外側に配置された翼形部先端部分と、翼形部根元部分と、翼形部本体部分を通って根元部分から翼形部先端部分まで延びる複数の半径方向冷却通路とを備える。翼形部本体部分と翼形部先端部分とは、ろう付け界面または溶接界面で接合されている。翼形部先端部分は、少なくとも１つの半径方向冷却通路を少なくとも１つの他の半径方向冷却通路に流体が流れるように接続する（以下、「流体接続する」と記載）少なくとも１つのマニホルドを含む。
【０００７】
別の実施形態では、翼形部は、翼形部本体部分と、翼形部本体部分の半径方向外側に配置された翼形部先端部分と、翼形部根元部分と、翼形部本体部分を通って根元部分から翼形部先端部分まで延びる複数の半径方向冷却通路とを備える。翼形部先端部分は、少なくとも１つの半径方向冷却通路を少なくとも１つの他の半径方向冷却通路に流体が流れるように接続する（以下、「流体接続する」と記載）少なくとも１つのマニホルドを含む。マニホルドは、少なくとも１つの接合界面の半径方向外側に位置する。
【０００８】
別の実施形態において、翼形部を形成する方法は、インベストメント鋳造によって翼形部本体部分を形成することと、成形管電解加工（ｓｈａｐｅｄ  ｔｕｂｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍａｃｈｉｎｉｎｇ：ＳＴＥＭ）を用いて翼形部本体内に少なくとも１つの半径方向冷却通路を形成することと、翼形部先端部分を形成することと、翼形部先端部分を翼形部本体部分に接合することとを含む。
【０００９】
本開示のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照して、よりよく理解されよう。添付の図面は、本明細書に組み込まれて、本明細書の一部を構成し、本開示の実施形態を例示し、説明とともに本開示の原理を説明するのに役立つ。
【００１０】
本明細書には、その最良の形態を含み、当業者を対象とする、完全かつ実施可能な程度の開示が記載され、本明細書は以下の添付の図を参照する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第４，４１１，５９７号明細書
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本明細書の実施形態を組み込むことができる典型的なガスタービンの概略図である。
【図２】例示的なロータブレードを含むタービンセクションの一部の拡大断面側面図である。
【図３】ロータブレードを含むタービンセクションの一部の拡大断面側面図である。
【図４】ロータブレードを含むタービンセクションの一部の拡大断面側面図である。
【図５】翼形部の断面の上面図（半径方向内向きに見た図）である。
【図６】翼形部の断面の上面図（半径方向内向きに見た図）である。
【図７】翼形部先端の断面の底面図（半径方向外向きに見た図）である。
【図８】翼形部の断面の上面図（半径方向内向きに見た図）である。
【図９】翼形部に見られ得る複数の半径方向冷却通路を示す図である。
【図１０】翼形部に見られ得る複数の半径方向冷却通路を示す図である。
【図１１】複数の翼形部先端通路接続部、翼形部本体、および複数の翼形部根元通路を示す図である。
【図１２】本開示の様々な実施形態による、翼形部を形成する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書および図面における符号の反復使用は、本開示の同じまたは類似の特徴もしくは要素を表すことを意図している。
【００１４】
以下で、本実施形態の態様を詳しく参照するが、その１つまたは複数の例が添付の図面に示されている。詳細な説明は、図面の特徴を参照するために、数字および文字の符号を使用する。図面および説明における同様のまたは類似の表記は、本実施形態の同様のまたは類似の部分を指すために使用されている。本明細書で使用される「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、１つの構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用されてよく、個々の構成要素の位置または重要性を示すものではない。「上流」または「後方」、ならびに「下流」または「前方」という用語は、流体経路における流体の流れに関する相対的な方向を指す。例えば、「上流」または「後方」は、流体が流れてくる方向を指し、「後部」と呼ばれることもある。「下流」または「前方」は、流体が流れていく方向を指し、「前部」と呼ばれることもある。「半径方向」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に垂直な相対方向を指し、「軸方向」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行な相対方向を指す。「円周方向」および「接線方向」という用語は、回転タービンまたは圧縮機ロータの円周方向と整列した方向を指すことがある。
【００１５】
本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、近似を表す文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動し得る任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの（１つまたは複数の）用語によって修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲の全体を通じて、範囲限界を組み合わせてもよいし、および／または置き換えてもよい。文脈または文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、本明細書に含まれるすべての部分範囲を含む。
【００１６】
各例は、本実施形態を説明するために提供されており、本実施形態を限定するためではない。実際、本実施形態の範囲または趣旨を逸脱せずに、修正および変形が本実施形態において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または説明された特徴を別の実施形態で使用し、さらに別の実施形態を得ることができる。したがって、本実施形態は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にあるそのような修正および変形を包含することが意図されている。本実施形態の例示的な態様は、説明の目的でガスタービンに関して一般的に説明されるが、当業者であれば、本実施形態の態様を任意のターボ機械に適用することができ、特許請求の範囲に具体的に列挙しない限り、産業用ガスタービンに限定されないことを容易に理解するであろう。産業用、舶用、または陸上用のガスタービンが本明細書に示され説明されているが、本明細書に示され説明される本開示は、特許請求の範囲に特に明記されない限り、陸上用および／または産業用、および／または舶用のガスタービンに限定されない。例えば、本明細書に記載される本開示は、限定はしないが、航空機転用タービンまたは舶用ガスタービンならびに航空機エンジンタービン、および／または航空用エンジンを含む任意のタイプのタービンに使用され得る。
【００１７】
ここで図面を参照すると、同じ参照符号は同じ構成要素を指し、図１は、本実施形態の様々な態様を組み込むことができるガスタービン１０の例を示している。示すように、ガスタービン１０は、一般に、圧縮機セクション１２を含み、圧縮機セクション１２は、ガスタービン１０の上流端に配置された入口１４と、圧縮機セクション１２を少なくとも部分的に囲むケーシング１６とを有する。ガスタービン１０は、圧縮機セクション１２から下流に少なくとも１つの燃焼器２０を有する燃焼セクション１８と、燃焼セクション１８から下流のタービンセクション２２とをさらに含む。示すように、燃焼セクション１８は、複数の燃焼器２０を含むことができる。シャフト２４は、ガスタービン１０を軸方向に通って延びている。図１は、半径方向９４、軸方向９２および円周方向９０を示している。
【００１８】
動作中、空気２６は、圧縮機セクション１２の入口１４に引き込まれ、次第に圧縮されて圧縮空気２８を燃焼セクション１８に提供する。圧縮空気２８は、燃焼セクション１８に流入し、燃焼器２０の燃料と混合されて可燃性混合物を形成する。可燃性混合物は、燃焼器２０で燃焼され、それにより燃焼器２０からタービンノズル３４の第１段３２を横切ってタービンセクション２２に流れる高温ガス３０を生成する。タービンセクションは、一般に、タービンノズル３４の隣接する列によって軸方向に分離されたロータブレード３６の１つまたは複数の列を含む。ロータブレード３６は、ロータディスクを介してロータシャフト２４に結合されている。ロータシャフト２４は、エンジン中心線ＣＬを中心に回転する。タービンケーシング３８は、ロータブレード３６およびタービンノズル３４を少なくとも部分的に包囲する。ロータブレード３６の列の各々または一部は、タービンケーシング３８内に配置されるシュラウド・ブロック・アセンブリ４０によって同心円状に囲まれてもよい。高温ガス３０は、タービンセクション２２を通って流れる際に急速に膨張する。熱および／または運動エネルギーが高温ガス３０からロータブレード３６の各段に伝達され、それによりシャフト２４が回転して機械的仕事が生じる。シャフト２４は、発電機（図示せず）などの負荷に結合されて電気を発生することができる。さらに、または代わりに、シャフト２４を使用して、ガスタービンの圧縮機セクション１２を駆動することができる。
【００１９】
図２は、軸方向前方の前縁４４から軸方向後方の後縁４６まで、かつ半径方向内側の根元４８から半径方向外側の先端４２まで延びる例示的なタービンロータブレードまたは翼形部３６の拡大断面側面図を提供している。翼形部３６は、高温ガス経路の半径方向内側境界を画定するプラットフォーム５０を含む。
【００２０】
図３は、図２に示す線Ｂ−Ｂに沿って翼形部根元部分４９から切り離された翼形部本体部分３７を示す例示的なタービンロータブレードの拡大断面側面図を提供している。タービンロータブレードは、軸方向前方の前縁４４、軸方向後方の後縁４６、半径方向内側の根元４９、および半径方向外側の先端４２を含む。図３の実施形態では、根元部分４９と翼形部本体部分３７とは、別々に形成され、次いで、接合界面４５で（例えば、ろう付け界面または溶接界面で）ともに接合される。
【００２１】
図４は、図２に示す線Ａ−Ａに沿って翼形部本体部分３７から切り離された翼形部先端部分４３を示す例示的なタービンロータブレードの拡大断面側面図を提供している。タービンロータブレードは、軸方向前方の前縁４４、軸方向後方の後縁４６、半径方向内側の根元４８、および半径方向外側の先端部分４３を含む。図４の実施形態では、翼形部先端部分４３および翼形部本体部分３７は、別々に形成され、次いで、接合界面４５で（例えば、ろう付け界面または溶接界面で）ともに接合される。
【００２２】
ニッケル系超合金および他の金属超合金などの超合金材料から構成される翼形部は、インベストメント鋳造を用いて形成することができ、インベストメント鋳造により、ガスタービンエンジン１０のタービンセクション２２内で動作するための所望の材料特性がもたらされる。しかしながら、インベストメント鋳造は、微細な特徴部の細部や、許容できる再現性および許容誤差で複雑かつ／または高解像度のジオメトリを生成する能力に制限がある場合がある。例えば、インベストメント鋳造の制限のために、翼形部３６の内部冷却チャネルおよび流れ回路が所望よりも単純化されることがある。したがって、翼形部３６は、成形管電解加工（ＳＴＥＭ）穿孔（ｄｒｉｌｌｉｎｇ）プロセスによって翼形部の外装の近くに配置された長くて狭い通路を通じて冷却され得る。ＳＴＥＭ穿孔を用いて、先端部分４３以外、および／または翼形部根元部分４９以外の、インベストメント鋳造によって形成された翼形部本体部分３７にチャネルを配置することができる。
【００２３】
図５は、図４に示す線Ｄ−Ｄに沿って切断された翼形部３６の断面の上面図（半径方向内向きに見た図）を示している。翼形部は、前縁４４から後縁４６まで、および正圧側５０から負圧側５２まで延びており、また翼形部本体部分３７を通って半径方向に延びる少なくとも１つの中央空洞６４を含む。前縁供給空洞６２は、翼形部３６を通って半径方向に延びており、翼形部根元部分４９（図示せず）から冷却空気を受け取る。冷却空気は、少なくとも１つの交差孔６６を通って、前縁供給空洞６２から前縁シャワーヘッド６８に進み、前縁シャワーヘッド６８は、複数の冷却通路（図示せず）を介して前縁４４において翼形部３６の外部に冷却空気を分配する。翼形部３６はまた、少なくとも１つの後縁供給空洞７０も含む。
【００２４】
さらに図５を参照すると、複数の円形冷却通路５４が翼形部３６を通って半径方向に延び、翼形部３６の周囲のまわりに間隔を置いて配置されている。別の言い方をすれば、円形冷却通路５４は、翼形部の外側境界に近接している。少なくとも１つの大きな冷却通路５８は、翼形部３６を通って半径方向に延びることができる。１つまたは複数の大きな冷却通路５８の断面は、大きな冷却通路５８の長さが大きな冷却通路５８の幅の距離の約２倍になるように細長くすることができる。さらに、大きな冷却通路５８の長さは、直線部分または真っすぐな部分を有し得るが、大きな冷却通路５８の幅は、全体的に丸みを帯びていてもよい。少なくとも１つの中位の冷却通路６０は、翼形部３６を通って半径方向に延びることができる。少なくとも１つの中位の冷却通路６０の断面は、幅の距離の約１．５倍の長さを有し得る。さらに、中位の冷却通路６０の長さは、直線部分または真っすぐな部分を有し得るが、中位の冷却通路６０の幅は、全体的に丸みを帯びていてもよい。中位の冷却通路６０の長さおよび幅の双方は、少なくとも１つの大きな冷却通路５８の長さおよび幅のそれぞれよりも小さくてよい。さらに、円形冷却通路５４のそれぞれの直径は、中位の冷却通路および大きな冷却通路６０および５８のそれぞれの幅よりも小さくてよい。
【００２５】
翼形部３６は、翼形部３６を通って半径方向に延びる１つまたは複数の狭い冷却通路５６を含み得る。狭い冷却通路５６の断面は、幅の距離の約３倍の長さを有し得る。さらに、狭い冷却通路５６の長さは、直線部分または真っすぐな部分を有し得るが、狭い冷却通路５６の幅は、全体的に丸みを帯びていてもよい。狭い冷却通路５６の幅は、各円形冷却通路５４の直径とほぼ同じ大きさであるか、それより小さくてよく、中位の冷却通路６０および大きな冷却通路５４のそれぞれの幅より小さくてよい。
【００２６】
円形冷却通路５４、１つまたは複数の大きな冷却通路５８、少なくとも１つの中位の冷却通路６０、および少なくとも１つの狭い冷却通路５６のそれぞれは、翼形部３６の周囲のまわりに間隔を置いて配置されている。別の言い方をすれば、冷却通路５４、５６、５８、および６０のそれぞれは、翼形部３６の外側境界に近接しており、したがって、「周囲」冷却通路である。
【００２７】
間隔７２は、半径方向に延びる冷却通路５４、５６、５８、および６０のそれぞれと翼形部３６の外側境界との間の距離を定義する。間隔７２は、冷却通路５４、５６、５８および６０のそれぞれの最小断面寸法の約５０％とすることができる。例えば、間隔７２は、円形冷却通路５４の直径の約５０％、または大きな冷却通路、中位の冷却通路、および狭い冷却通路５８、６０、および５６のそれぞれの幅の約５０％であってもよい。他の実施形態では、間隔７２は、冷却通路５４、５６、５８および６０のそれぞれの最小断面寸法の約５０％未満であってもよい。他の実施形態では、間隔７２は、冷却通路５４、５６、５８、および６０のそれぞれの最小断面寸法の約４０％以下であってもよい。他の実施形態では、間隔７２は、冷却通路５４、５６、５８および６０のそれぞれの最小断面寸法の約３０％以下であってもよい。他の実施形態では、間隔７２は、冷却通路５４、５６、５８および６０のそれぞれの最小断面寸法の約２０％以下であってもよい。他の実施形態では、間隔７２は、冷却通路５４、５６、５８、および６０のそれぞれの最小断面寸法の約１０％以下であってもよい。さらに、間隔７２は、冷却通路５４、５６、５８、および６０のそれぞれ、または少なくとも１つについて、異なっていてもよい。
【００２８】
各冷却通路５４、５６、５８および６０の半径方向のアスペクト比は、各冷却通路５４、５６、５８および６０の半径方向の長さをそれぞれの冷却通路の最小断面寸法で割ったものとして定義され、最小寸法は、円形冷却通路５４の直径、および大きな冷却通路、中位の冷却通路、および狭い冷却通路５８、６０および５６の幅である。ＳＴＥＭ穿孔を用いて、冷却通路５４、５６、５８および６０のそれぞれは、約１５対１を超える半径方向のアスペクト比を有することができる。他の実施形態では、冷却通路５４、５６、５８および６０のそれぞれは、約２５対１を超える半径方向のアスペクト比を有してもよい。他の実施形態では、冷却通路５４、５６、５８および６０のそれぞれは、約４０対１を超える半径方向のアスペクト比を有してもよい。他の実施形態では、冷却通路５４、５６、５８および６０のそれぞれは、約６０対１を超える半径方向のアスペクト比を有してもよい。他の実施形態では、冷却通路５４、５６、５８および６０のそれぞれは、約８０対１を超える半径方向のアスペクト比を有してもよい。他の実施形態では、冷却通路５４、５６、５８および６０のそれぞれは、約１００対１を超える半径方向のアスペクト比を有してもよい。高アスペクト比の半径方向冷却通路５４、５６、５８および６０を含むことにより、冷却流を冷却流が最も必要とされる翼形部の外周に非常に近づけることができると同時に、半径方向冷却通路５４、５６、５８および６０の断面が比較的狭いために、翼形部３６の構造的完全性を維持することができる。さらに、高アスペクト比の半径方向冷却通路５４、５６、５８および６０により、アクセスが課題をもたらすことの多い翼形部先端４２の一部を含む翼形部の半径方向スパン全体に冷却流が到達することが可能となる。
【００２９】
図６は、例示的な冷却流方向を含む、図４に示す切断線Ｄ−Ｄに沿って切断された翼形部３６の断面の上面図（半径方向内向きに見た図）を示している。冷却通路５４、５６、５８および６０のそれぞれの近くの矢印は、各通路内の流れの方向を示している。上矢印は、翼形部根元４８（図示せず）から翼形部先端４２（図示せず）に向かって半径方向外向きに進む冷却流を示す。下矢印は、翼形部先端４２（図示せず）から翼形部根元４８（図示せず）へ半径方向内向きに流れる冷却流を示す。１つの通路を通って半径方向外向き（すなわち、上向き）に流れる冷却流は、根元部分４８（図示せず）を通って、半径方向内向き（すなわち、隣接する通路を介して下向き）に流れ、翼形部３６を退出することができる。隣接する通路を接続する流れ接続部またはマニホルドは、翼形部先端部分４３（図示せず）に形成され得る。いくつかの実施形態では、翼形部３６を通って半径方向外向きに進む冷却流は、先端４２（図示せず）で、前縁４４で、後縁４６で、負圧側５２で、または正圧側５０で、翼形部を退出することができる。
【００３０】
依然として図６を参照すると、翼形部３６は、半径方向９４以外の方向、例えば、軸方向９２および／または円周方向９０に向けられる冷却流を含むことができる。翼形部３６は、前縁供給空洞６２から生じて、前縁の１つの交差孔６６を通って前縁シャワーヘッド６８に流れ込む交差冷却流６３を含み得る。交差冷却流６３は、前縁４４で翼形部を退出する複数の前縁フィルム冷却流６５を供給する。正圧側冷却流６７は、複数の円形冷却通路５４のうちの２つ以上の間（ならびに、大きな冷却通路５８、中位の冷却通路６０、および狭い冷却通路５６の間）を流れることができ、正圧側冷却流６７が流れる接続は、翼形部先端４２（図示せず）ではなく、翼形部本体部分３７で行われる。同様に、翼形部３６はまた、負圧側５２に近接する翼形部本体部分３７内における冷却流も含み得る。翼形部３６は、少なくとも１つの中央空洞６４から生じて、後縁供給空洞７０に流れ込み、翼形部後縁４６において複数の後縁フィルム冷却流７４を供給する後縁交差流６９を含み得る。
【００３１】
図７は、図４に示す切断線Ｃ−Ｃに沿って切断された、先端前縁７４４、先端後縁７４６、先端負圧側７５２、および先端正圧側７５０を含む翼形部先端７４２の断面の底面図（半径方向外向きに見た図）を示している。翼形部先端７４２は、図５および図６に示す翼形部本体部分３７内の半径方向冷却通路５４、５６、５８および６０と界接するいくつかの接続マニホルド７７６を含む。図７の翼形部先端７４２が図５および図６に示す翼形部本体部分３７と接合されるとき、接続マニホルド７７６は、冷却通路５４、５６、５８および６０と隣接する冷却通路５４、５６、５８および６０との間に流体連通を提供し得る。接続マニホルド７７６のそれぞれは、翼形部本体部分３７を通って半径方向外向きに流れる冷却流が、接続マニホルド７７６の１つに入り、そこで、冷却流は約１８０度方向転換され、それにより冷却流は隣接する冷却通路５４、５６、５８および６０を介して翼形部本体部分３７を通って半径方向内向き方向に流れて戻るように、輪郭付けられ得る。図２〜図７の実施形態は、翼形部本体部分３７に半径方向冷却通路５４、５６、５８および６０を形成し、翼形部本体部分３７を別個に形成された翼形部先端部分４３と接合することによって形成することができる翼形部３６を示しており、翼形部先端部分４３は、翼形部３６内の様々な流れ回路を完成させるための流れ接続を提供する複数の接続マニホルド７７６を含む。
【００３２】
図８は、図４に示す切断線Ｄ−Ｄに沿って切断された翼形部３６の断面の上面図（半径方向内向きに見た図）を示しており、図７の複数の先端接続マニホルド８７６が上部に破線で重ね合わされている。複数の先端接続マニホルド８７６は、異なる大きさの冷却通路を含む２つ以上の半径方向冷却通路５４、５６、５８、および６０を接合することができる。例えば、接続マニホルド８７６は、大きな冷却通路８５８を円形冷却通路８５４に、狭い冷却通路８５６を円形冷却通路８５４に、円形冷却通路８５４を別の円形冷却通路８５４に、または中位の冷却通路８６０を円形冷却通路８５４に、接続することができる。他の冷却通路の接続および構成も可能である。さらに、複数の先端接続マニホルド８７６が、単一の半径方向冷却通路５４、５６、５８、および６０に接続することができる。
【００３３】
図７および図８を参照すると、本実施形態は、使用済みのまたは使用された冷却流を他の任意の場所または半径方向冷却通路５４、５６、５８および６０に向け直すことができるように、先端マニホルド接続部７７６、８７６を介して流れ接続を行うことを可能にするオープン・トポロジー・アーキテクチャ（ｏｐｅｎ  ｔｏｐｏｌｏｇｙ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）を含んでいる。オープン・トポロジー・アーキテクチャは、インベストメント鋳造プロセス中にコアによって課される制約のために、半径方向冷却通路５４、５６、５８、および６０の間で行うことができる様々な接続が制限され得る、例えば、鋳造蛇行冷却回路のジオメトリおよび／またはトポロジーに限定されない。例えば、本実施形態のオープン・トポロジー・アーキテクチャを用いて、冷却流体は、高アスペクト比の周囲冷却チャネルを通って半径方向外向きに流れ、次いで、先端接続マニホルド７７６、８７６を介して中央空洞６４へと半径方向内向きに向け直され得る。
【００３４】
依然として図７および図８を参照すると、第１のマニホルド７５３は、翼形部負圧側８５２に沿って配置された狭い半径方向冷却通路８５６を中央翼形部空洞６４に流体接続する。第２のマニホルド７５５は、後縁空洞を正圧側の小さな半径方向冷却通路８５４に流体接続する。第３のマニホルド７５７は、翼形部正圧側８５０に沿って配置された小さな半径方向冷却通路８５４を中央翼形部空洞６４に流体接続する。本請求の実施形態はまた、図に示され、本明細書に開示されるような他の流体接続、配置、および構成を含んでもよい。
【００３５】
図９は、本実施形態の翼形部３６に見られ得る複数の半径方向冷却通路９５８Ａ〜９５８Ｄを示している。第１の半径方向冷却通路９５８Ａは、第１の半径方向冷却通路および第２の半径方向冷却通路９５８Ａおよび９５８Ｂのそれぞれの半径方向内側の位置で、第１の複数のドリル孔９８２を介して、第２の半径方向冷却通路９５８Ｂに接続している。第２の半径方向冷却通路９５８Ｂは、第２の半径方向冷却通路および第３の半径方向冷却通路９５８Ｂおよび９５８Ｃのそれぞれの半径方向外側の位置で、第２の複数のドリル孔９７８を介して、第３の半径方向冷却通路９５８Ｃに接続している。第３の半径方向冷却通路９５８Ｃは、第３の半径方向冷却通路および第４の半径方向冷却通路９５８Ｃおよび９５８Ｄのそれぞれの半径方向内側の位置で、第３の複数のドリル孔９８０を介して、第４の半径方向冷却通路９５８Ｄに接続している。半径方向冷却通路９５８Ａ〜９５８Ｄのそれぞれの内部は、半径方向冷却通路９５８Ａ〜９５８Ｄ内における熱的状態および／または流れの状態を改善するために、ディンプル、タービュレータ、ノッチ、溝、計測特徴部（ｍｅｔｅｒｉｎｇ  ｆｅａｔｕｒｅｓ）などのような複数の流れ調整特徴部（ｆｌｏｗ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｆｅａｔｕｒｅｓ）（または構造）９５９を含み得る。複数の流れ調整特徴部９５９は、電解加工中の供給速度を増減することによって、または電極の先端をマスキングすることによって、および／または電流密度、電流の向き、もしくはその双方を変更することによって、ＳＴＥＭ穿孔プロセス中に形成され得る。第１の複数のドリル孔、第２の複数のドリル孔および第３の複数のドリル孔９８２、９７８および９８０は、複数の半径方向冷却通路９５８Ａ〜９５８Ｄの半径方向長さの約１０％以内に位置し得る。例えば、第１の複数のドリル孔および第３の複数のドリル孔９８２および９８０は、複数の半径方向冷却通路９５８Ａ〜９５８Ｄの半径方向内側端部からの複数の半径方向冷却通路９５８Ａ〜９５８Ｄの半径方向長さの１０％以内に位置し得る。同様に、第２の複数のドリル孔９７８は、複数の半径方向冷却通路９５８Ａ〜９５８Ｄの半径方向外側端部から、複数の半径方向冷却通路９５８Ａ〜９５８Ｄの半径方向長さの１０％以内に位置し得る。
【００３６】
複数の半径方向冷却通路９５８Ａ〜９５８Ｄのそれぞれは、上記で図５、図６、および図８に示した半径方向冷却通路５４、５６、５８および６０のジオメトリおよび／または特性を含み得る。他の実施形態では、翼形部３６は、他の数の半径方向冷却通路９５８Ａ〜９５８Ｄ、すなわち４つよりも多いか、または少ない通路を含んでもよい。他の実施形態では、翼形部は、半径方向冷却通路９５８Ａ〜９５８Ｄのそれぞれに、または半径方向冷却通路９５８Ａ〜９５８Ｄのサブセットのみに、複数の流れ調整特徴部９５９を含んでもよい。他の実施形態では、翼形部３６は、異なる数および位置のドリル孔９７８、９８０および９８２を含んでもよい。
【００３７】
図１０は、図９のものと同様の第１の組、第２の組および第３の組のドリル孔１０８２、１０８０および１０７８を含む、本実施形態の翼形部３６に見られ得る複数の半径方向冷却通路１０５８Ａ〜１０５８Ｄを示している。図１０は、半径方向冷却通路１０５８Ａ〜１０５８Ｄのそれぞれを単にキャップし、半径方向冷却通路１０５８Ａ〜１０５８Ｄを互いに接続しない標準的な翼形部先端１０４２を示している。図１０に示すドリル孔１０８２、１０８０および１０７８（ならびに図９に示すドリル孔）は、半径方向冷却通路１０５８Ａ〜１０５８Ｄを互いに接続し、図７および図８に示すもののような接続マニホルド７７６、８７６の必要性を低減または排除する。
【００３８】
図１１は、本実施形態による、複数の翼形部先端通路接続部１１４２、翼形部本体部分３７内の複数の冷却通路１１４５、および複数の翼形部根元通路接続部１１４８を示している。図１１に示す構成は、翼形部本体部分において複数の冷却通路１１４５を接続するためのドリル孔を含まず、代わりに、複数の翼形部先端通路接続部１１４２を用いて、翼形部３６の先端４２（図示せず）にある通路を接続し、複数の翼形部根元通路接続部１１４８を用いて、翼形部３６の根元４８（図示せず）にある通路を接続する。複数の翼形部先端通路接続部１１４２および複数の翼形部根元通路接続部１１４８は、ろう付け、溶接、および他の接合方法によって、翼形部本体部分に接合され得る。複数の翼形部先端通路接続部１１４２は、形状、ジオメトリ、および／または機能において、図７および図８に示す接続マニホルド７７６、８７６と類似し得る。
【００３９】
図１２は、本実施形態による翼形部３６を形成する方法１２００を示している。ステップ１２０２では、インベストメント鋳造を用いて翼形部３６の本体が鋳造される。ステップ１２０４では、半径方向冷却通路５４、５６、５８、および６０は、成形管電解加工（ＳＴＥＭ）穿孔プロセスを用いて穿孔される。ステップ１２０５では、この方法は、ドリル孔によって半径方向冷却通路５４、５６、５８および６０を接続することを含み得る。ステップ１２０６では、翼形部先端部分４３は、積層造形、インベストメント鋳造、または別の形成方法によって形成される。また、ステップ１２０６では、翼形部３６および／または翼形部根元部分４９のためのインサートが、積層造形、インベストメント鋳造、または別の形成方法によって形成され得る。いくつかの実施形態では、翼形部先端部分４３のみが、翼形部本体部分３７の鋳造とは別に形成される。他の実施形態では、翼形部先端部分４３、翼形部根元部分４９および／または翼形部３６のインサートは、それぞれ翼形部本体部分３７の鋳造とは別に形成される。他の実施形態では、翼形部先端部分４３、翼形部根元部分４９、および翼形部３６のインサートはすべて、翼形部本体部分３７の鋳造中に鋳造によって形成される。ステップ１２０８では、この方法は、翼形部本体部分３７を含む個々の翼形部の構成要素を、翼形部先端部分４３、翼形部根元部分４９および／または翼形部３６のインサートとともに組み立て、かつ／または位置合わせすることを含む。ステップ１２１０では、この方法は、翼形部本体部分３７を、翼形部先端部分４３、翼形部根元部分４９、翼形部後縁４６、翼形部前縁４４、および翼形部３６のインサートなどの、しかしこれらに限定されない別個に形成され得る他の部分とともに、（放電加工（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｍａｃｈｉｎｉｎｇ：ＥＤＭ）または他のプロセスによって）同時穿孔（ｃｏ−ｄｒｉｌｌｉｎｇ）することを含む。例えば、翼形部本体部分３７および翼形部先端部分４３は、ろう付け中の界接面（ｉｎｔｅｒｆａｃｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ）の合わせを強化するために、それぞれの界接面で同時に放電加工を受けることができ、この放電加工は、１〜２ミル（つまり、１〜２千分の１インチ）以下の欠陥を許容し得る。ステップ１２１２では、この方法は、ろう付け、溶接、または他の接合方法によって、翼形部３６の部分をともに接合することを含む。一実施形態では、翼形部本体部分３７と翼形部先端部分４３とが、ろう付けプロセスから生じるろう付け界面を介して接合される。
【００４０】
引き続き図１２を参照すると、ステップ１２１２の後に、熱処理、表面仕上げ、研磨、バリ除去、コーティングなどを含むがこれらに限定されない他のステップが含まれてもよい。さらに、プロセス全体にわたって、翼形部先端部分４３および／または翼形部３６の他のサブコンポーネントが形成された後、しかし組み立て前の後処理ステップなどの他のステップが含まれてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、図１２に含まれる１つまたは複数のステップが行われなくてもよい。方法１２００はまた、ステップ１２０２およびステップ１２０６において、それぞれ翼形部本体部分３７および／または翼形部先端部分４３に位置決め特徴部および／または位置合わせ特徴部を形成するステップを含むこともでき、これらの特徴部は、翼形部アセンブリが、ＥＤＭまたは他のプロセスによる同時穿孔の前に正しく位置合わせされることを保証するために、ステップ１２０８で用いられる。例えば、溝、ノッチ、ピン、チャネル、マーカー、および他の特徴部を、翼形部本体部分３７および／または翼形部先端部分４３の界接面上の対応する受容特徴部が位置合わせ特徴部と係合して、２つの翼形部部分が、穿孔、機械加工、および／または接合の前に互いに対して正確に位置することを保証するように、翼形部本体部分３７および／または翼形部先端部分４３に追加することができる。
【００４１】
図１２に示す方法は、翼形部３６およびその様々なサブコンポーネントが、ステップ１２１２においてともに接合されるまで、オープントポロジーを維持することを可能にする。オープントポロジーにより、成形管電解加工（ＳＴＥＭ）穿孔プロセスを用いて、翼形部３６の周囲のまわりに半径方向冷却通路５４、５６、５８および６０を穿孔することが可能となる。オープントポロジーによりさらに、半径方向冷却通路５４、５６、５８および６０が、半径方向９４から約９０度にあるドリル孔を介して接続されることが可能となる。またオープントポロジーにより、（積層造形またはインベストメント鋳造のいずれかによる）形成中に翼形部先端部分４３の半径方向内側部分が開放していることが可能となり、これにより翼形部先端部分４３の半径方向内側部分は、いくつかの接続マニホルド７７６に形成された改善された特徴部の細部を含むことができる。鋳造の代わりにＳＴＥＭを用いて半径方向冷却通路５４、５６、５８および６０を形成することにより、半径方向冷却通路５４、５６、５８および６０を翼形部３６の表面のより近くに配置することができる。ＳＴＥＭプロセスの精密さにより、鋳造によって確実に達成できるよりも高い部品歩留まりが可能となり得る。
【００４２】
本実施形態の翼形部３６は、タービンブレードおよびバケットなどの回転翼形部、ならびにガスタービン翼形部ベーンまたはタービンノズル翼形部などであるがこれらに限定されない静止翼形部であってもよい。翼形部３６の周囲に隣接かつ／または近接した（１５、２５、４０、６０、８０および／または１００を超える）高アスペクト比の半径方向冷却通路５４、５６、５８および６０を形成することにより、最も冷たい気流が翼形部の外周の最も近くに流れることができ、翼形部３６の（ホットスポットの排除、温度勾配の低減、および必要な冷却流の量の低減を含む）熱管理を改善する。オープントポロジーを用いて翼形部を形成する方法１２００により、精密で高アスペクト比の半径方向冷却通路５４、５６、５８および６０を翼形部３６内に形成することが可能となり、同時に、ドリル孔９７８、９８０および９８２を介して、かつ／または翼形部先端部分４３の接続マニホルド７７６、８７６を介して、流れ回路接続が行われることも可能となる。
【００４３】
本明細書は、最良の形態を含む本実施形態を開示し、また、いかなる当業者も本実施形態を実施できるようにするために、実施例を用いており、そのような実施は任意の装置またはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含む。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、または特許請求の範囲の文言と実質的な差異を有さない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図している。
【符号の説明】
【００４４】
１０  ガスタービン、ガスタービンエンジン
１２  圧縮機セクション
１４  入口
１６  ケーシング
１８  燃焼セクション
２０  燃焼器
２２  タービンセクション
２４  ロータシャフト
２６  空気
２８  圧縮空気
３０  高温ガス
３２  第１段
３４  タービンノズル
３６  翼形部、ロータブレード
３７  翼形部本体部分
３８  タービンケーシング
４０  シュラウド・ブロック・アセンブリ
４２  翼形部先端
４３  翼形部先端部分
４４  翼形部前縁
４５  接合界面、ろう付け界面、溶接界面
４６  翼形部後縁
４８  翼形部根元
４９  翼形部根元部分
５０  正圧側
５２  負圧側
５４  半径方向冷却通路、円形冷却通路
５６  半径方向冷却通路
５８  半径方向冷却通路
６０  半径方向冷却通路
６２  前縁供給空洞
６３  交差冷却流
６４  中央空洞、中央翼形部空洞
６５  前縁フィルム冷却流
６６  交差孔
６７  正圧側冷却流
６８  前縁シャワーヘッド
６９  後縁交差流
７０  後縁供給空洞
７２  間隔
７４  後縁フィルム冷却流
９０  円周方向
９２  軸方向
９４  半径方向
７４２  翼形部先端
７４４  先端前縁
７４６  先端後縁
７５０  先端正圧側
７５２  先端負圧側
７５３  第１のマニホルド
７５５  第２のマニホルド
７５７  第３のマニホルド
７７６  先端接続マニホルド、先端マニホルド接続部
８５０  翼形部正圧側
８５２  翼形部負圧側
８５４  円形冷却通路、半径方向冷却通路
８５６  半径方向冷却通路
８５８  冷却通路
８６０  冷却通路
８７６  先端接続マニホルド、先端マニホルド接続部
９５８Ａ  第１の半径方向冷却通路
９５８Ｂ  第２の半径方向冷却通路
９５８Ｃ  第３の半径方向冷却通路
９５８Ｄ  第４の半径方向冷却通路
９５９  流れ調整特徴部
９７８  ドリル孔
９８０  ドリル孔
９８２  ドリル孔
１０４２  先端
１０５８Ａ  半径方向冷却通路
１０５８Ｂ  半径方向冷却通路
１０５８Ｃ  半径方向冷却通路
１０５８Ｄ  半径方向冷却通路
１０７８  ドリル孔
１０８０  ドリル孔
１０８２  ドリル孔
１１４２  翼形部先端通路接続部
１１４５  冷却通路
１１４８  翼形部根元通路接続部
１２００  方法
１２０２  ステップ
１２０４  ステップ
１２０５  ステップ
１２０６  ステップ
１２０８  ステップ
１２１０  ステップ
１２１２  ステップ
【図１】
2022501539.tif 000003
【図２】
2022501539.tif 000004
【図３】
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【図４】
2022501539.tif 000006
【図５】
2022501539.tif 000007
【図６】
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【図７】
2022501539.tif 000009
【図８】
2022501539.tif 000010
【図９】
2022501539.tif 000011
【図１０】
2022501539.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2022501539.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】令和3年6月24日(2021.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼形部（３６）であって、
翼形部本体部分（３７）と、
前記翼形部本体部分（３７）の半径方向外側に配置された翼形部先端部分（４３）と、
翼形部根元部分（４９）と、
前記翼形部本体部分（３７）を通って前記根元部分（４９）から前記翼形部先端部分（４３）まで延びる複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）と
を備え、
前記翼形部本体部分（３７）と前記翼形部先端部分（４３）とは、ろう付け界面（４５）および溶接界面（４５）のうちの１つで接合され、
前記翼形部先端部分（４３）は、少なくとも１つのマニホルド（７５３、７５５、７５７、７７６、８７６）をさらに備え、前記少なくとも１つのマニホルド（７５３、７５５、７５７、７７６、８７６）は、前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）のうちの少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）を少なくとも１つの他の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）に流体接続する、翼形部（３６）。
【請求項２】
前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の各半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）は、各半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の半径方向長さを各半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の最小断面寸法で割ったものからなるアスペクト比を定義し、
前記最小断面寸法は、各半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の直径および各半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の幅のうちの１つであり、
前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）のうちの少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）は、約６０対１を超えるアスペクト比を備える、請求項１に記載の翼形部（３６）。
【請求項３】
前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）のうちの少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）を少なくとも１つの他の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）に接続する少なくとも１つの孔（９７８、９８０、９８２、１０７８、１０８０、１０８２）
をさらに備える、請求項１に記載の翼形部（３６）。
【請求項４】
前記翼形部先端部分（４３）は、積層造形またはインベストメント鋳造によって形成され、
前記翼形部本体部分（３７）は、インベストメント鋳造によって形成され、
前記翼形部本体部分（３７）と前記翼形部根元部分（４９）とは、ろう付け界面（４５）で接合されている、請求項１に記載の翼形部（３６）。
【請求項５】
前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の各半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）は、翼形部周囲から各半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）の最小断面寸法の約５０％未満の間隔を置いて配置されている、請求項１に記載の翼形部（３６）。
【請求項６】
前記少なくとも１つのマニホルド（７５３、７５５、７５７、７７６、８７６）は、少なくとも１つの接合界面（４５）の半径方向外側にある、請求項１に記載の翼形部（３６）。
【請求項７】
翼形部（３６）を形成する方法（１２００）であって、
インベストメント鋳造によって翼形部本体部分（３７）を形成すること（１２０２）と、
成形管電解加工を用いて、翼形部本体部分（３７）内に少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）を形成すること（１２０４）と、
翼形部先端部分（４３）を形成すること（１２０６）と、
ろう付けプロセスおよび溶接プロセスの少なくとも１つによって、前記翼形部先端部分（４３）を前記翼形部本体部分（３７）に接合すること（１２１２）と
を含む、翼形部（３６）を形成する方法（１２００）。
【請求項８】
翼形部先端部分（４３）を形成すること（１２０６）は、積層造形またはインベストメント鋳造によって翼形部先端部分（４３）を形成することを含む、請求項７に記載の方法（１２００）。
【請求項９】
前記少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）が複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）を含み、前記方法は、
成形管電解加工を用いて、前記翼形部本体部分（３７）内に前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）を形成すること（１２０４）と、
前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）のうちの少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）を前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）のうちの少なくとも１つの他の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）に接続する少なくとも１つのドリル孔（９７８、９８０、９８２、１０７８、１０８０、１０８２）を前記翼形部本体部分（３７）に形成すること（１２０５）と、
任意で、前記成形管電解加工プロセス中に、前記複数の半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）のうちの少なくとも１つの半径方向冷却通路（５４、５６、５８、６０、８５４、８５６、８５８、８６０、９５８Ａ、９５８Ｂ、９５８Ｃ、９５８Ｄ、１０５８Ａ、１０５８Ｂ、１０５８Ｃ、１０５８Ｄ、１１４５）に少なくとも１つの流れ調整特徴部（９５９）を形成することと
をさらに含む、請求項７に記載の方法（１２００）。
【請求項１０】
前記翼形部先端部分（４３）を前記翼形部本体部分（３７）に接合する前に、前記翼形部先端部分（４３）および前記翼形部本体部分（３７）を放電加工すること
をさらに含む、請求項７に記載の方法（１２００）。
【国際調査報告】
2022501539.tif 000015
2022501539.tif 000016