(57)【要約】  タービン翼（１０）は、翼ボディ（１２）の内部（１１）に配置された中空の細長い本体（２８）を有するインピンジメント構造（２６Ａ，２６Ｂ）を有する。本体（２８）は、半径方向に沿って長さ方向に延びており、本体（２８）内に、冷却流体（６０）を受け入れる冷却材キャビティ（６４）を形成している。本体（２８）は、翼ボディ（１２）の正圧面壁部（１６）および負圧面壁部（１８）から離間しておりかつ翼先端（５２）から離間していてもよく、それらの間にそれぞれの通路（７２，７４，７７）を形成している。冷却材キャビティ（６４）をそれぞれの通路（７２，７４，７７）の１つまたは複数に接続する複数のインピンジメント開口（２５）が、本体（２８）を貫通して形成されている。インピンジメント開口（２５）は、正圧面壁部（１６）および／または負圧面壁部（１８）および／または翼先端（５２）に衝突するように、冷却材キャビティ（６４）内を流れる冷却流体（６０）を方向付ける。
2018529045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン翼（１０）であって、
半径方向に沿って翼幅方向に延びる外壁（１４）によって形成された略中空の翼ボディ（１２）であって、前記外壁（１４）は、前縁（２０）および後縁（２２）において接続された正圧面壁部（１６）および負圧面壁部（１８）を有し、前記正圧面壁部（１６）と前記負圧面壁部（１８）との間の略中央に延びる翼弦軸線（３０）が規定されている、略中空の翼ボディ（１２）と、
前記翼ボディ（１２）の内部（１１）に配置されかつ前記半径方向に沿って長さ方向に延びる中空の細長い本体（２８）を有するインピンジメント構造（２６Ａ，２６Ｂ）であって、前記本体（２８）は、該本体（２８）内に、冷却流体（６０）を受け入れる冷却材キャビティ（６４）を画成している、インピンジメント構造（２６Ａ，２６Ｂ）と、を備え、
前記本体（２８）と前記正圧面壁部（１６）との間に第１の壁近傍通路（７２）が画成されかつ前記本体（２８）と前記負圧面壁部（１８）との間に第２の壁近傍通路（７４）が画成されるように、前記本体（２８）は、前記正圧面壁部（１６）および前記負圧面壁部（１８）から離間しており、
前記正圧面壁部（１６）および／または前記負圧面壁部（１８）に衝突するように、前記冷却材キャビティ（６４）内を流れる前記冷却流体（６０）を方向付けるために、前記冷却材キャビティ（６４）を前記第１の壁近傍通路（７２）および前記第２の壁近傍通路（７４）に接続する複数のインピンジメント開口（２５）が前記本体（２８）を貫通して形成されている、タービン翼（１０）。
【請求項２】
前記冷却材キャビティ（６４）は、第１の端部（３６）と第２の端部（３８）との間で半径方向に延びており、前記第１の端部（３６）は、開放しており、前記翼ボディ（１２）の外部の冷却流体供給部に接続されており、前記第２の端部（３８）に先端カバー（３９）が配置されている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項３】
前記第１の端部（３６）は、前記翼（１０）の根元部（５６）に配置されている、請求項２記載のタービン翼（１０）。
【請求項４】
前記第２の端部（３８）は、前記翼ボディ（１２）の前記内部（１１）に配置されており、前記翼ボディ（１２）の半径方向外側先端（５２）に到達せずに終わっている、請求項２記載のタービン翼（１０）。
【請求項５】
前記インピンジメント開口（２５）は、前記翼弦軸線（３０）に沿って離間している、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項６】
前記インピンジメント開口（２５）は、前記半径方向に沿って離間している、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項７】
前記インピンジメント開口（２５）は、翼弦方向および前記半径方向に沿って延びる配列で配置されている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項８】
前記本体（２８）は、
それぞれ前記正圧面壁部（１６）および前記負圧面壁部（１８）に面する第１の側壁（８２）および第２の側壁（８４）と、
前記第１の側壁（８２）と前記第２の側壁（８４）との間に延びる、前方の端壁（８６）および後方の端壁（８８）と、を有し、
前記インピンジメント開口（２５）は、前記第１の側壁（８２）および／または前記第２の側壁（８４）に配置されている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項９】
前記本体（２８）の前記第１の側壁（８２）は、前記正圧面壁部（１６）に対して略平行であり、前記本体（２８）の前記第２の側壁（８４）は、前記負圧面壁部（１８）に対して略平行である、請求項８記載のタービン翼（１０）。
【請求項１０】
前記インピンジメント開口（２５）は、該インピンジメント開口（２５）のそれぞれの軸線が前記正圧面壁部（１６）または前記負圧面壁部（１８）と交差するように向けられている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項１１】
前記第１の壁近傍通路（７２）および前記第２の壁近傍通路（７４）のそれぞれは、前記翼弦軸線（３０）に対して略平行な延在した寸法を有し、前記第１の壁近傍通路（７２）および前記第２の壁近傍通路（７４）は、前記翼弦軸線（３０）の互いに反対の側に配置されている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項１２】
前記インピンジメント構造（２６Ａ，２６Ｂ）は、半径方向に延びかつさらに前記翼弦軸線（３０）を横切って延びて前記正圧面壁部（１６）と前記負圧面壁部（１８）とを接続している一対の隣接する隔壁（２４）の間に配置されており、前記本体（２８）と、前記隣接する隔壁（２４）のそれぞれとの間にそれぞれの中央チャネル（７６）が画成されており、該中央チャネル（７６）は、半径方向範囲に沿って前記第１の壁近傍通路（７２）および前記第２の壁近傍通路（７４）に接続されている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項１３】
前記中央チャネル（７６）は、前記翼弦軸線（３０）を横切って横方向に延びている、請求項１２記載のタービン翼（１０）。
【請求項１４】
前記インピンジメント構造（２６Ａ，２６Ｂ）は、さらに、それぞれが前記本体（２８）を前記正圧面壁部（１６）および前記負圧面壁部（１８）に接続する第１のコネクタリブ（３２）および第２のコネクタリブ（３４）を有する、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項１５】
前記インピンジメント構造（２６Ａ，２６Ｂ）の翼弦方向で互いに反対の側に、半径方向キャビティ（４３−４４，４５−４６）の対が形成されており、前記半径方向キャビティ（４３−４４，４５−４６）の対は、対称的に反対向きのそれぞれのＣ字形の流過横断面を有し、それぞれのＣ字形の流過横断面は、それぞれの第１の壁近傍通路（７２）および第２の壁近傍通路（７４）と、それぞれの前記第１の壁近傍通路（７２）と前記第２の壁近傍通路（７４）とを接続するそれぞれの中央チャネル（７６）とによって形成されており、
前記対の前記半径方向キャビティ（４３−４４，４５−４６）は、前記インピンジメント構造（２６Ａ，２６Ｂ）と、前記翼ボディ（１２）の半径方向外側先端（５２）との間に画成された翼弦方向のコネクタ通路（５０）によって流体接続されている、請求項１４記載のタービン翼（１０）。
【請求項１６】
前記インピンジメント構造（２６Ａ，２６Ｂ）は、前記翼ボディ（１２）と一体に製造されている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項１７】
タービン翼（１０）であって、
半径方向に沿って翼幅方向に延びる外壁（１４）によって形成された略中空の翼ボディ（１２）であって、前記外壁（１４）は、前縁（２０）および後縁（２２）において接続された正圧面壁部（１６）および負圧面壁部（１８）を有し、前記翼ボディ（１２）は、半径方向外側端部において翼先端（５２）によって画成されており、前記正圧面壁部（１６）と前記負圧面壁部（１８）との間の略中央に延びる翼弦軸線（３０）が規定されている、略中空の翼ボディ（１２）と、
前記翼ボディ（１２）の内部（１１）に配置されかつ前記半径方向に沿って長さ方向に延びる中空の細長い本体（２８）を有するインピンジメント構造（２６Ａ，２６Ｂ）であって、前記本体（２８）は、該本体（２８）内に、冷却流体（６０）を受け入れる冷却材キャビティ（６４）を画成している、インピンジメント構造（２６Ａ，２６Ｂ）と、を備え、
前記本体（２８）と前記正圧面壁部（１６）との間に第１の壁近傍通路（７２）が画成され、前記本体（２８）と前記負圧面壁部（１８）との間に第２の壁近傍通路（７４）が画成されかつ前記本体（２８）と前記翼先端（５２）との間に先端冷却通路（７７）が画成されるように、前記本体（２８）は、前記正圧面壁部（１６）、前記負圧面壁部（１８）および前記翼先端（５２）から離間しており、
前記正圧面壁部（１６）および／または前記負圧面壁部（１８）および／または前記翼先端（５２）に衝突するように、前記冷却材キャビティ（６４）内を流れる前記冷却流体（６０）を方向付けるために、前記冷却材キャビティ（６４）を前記第１の壁近傍通路（７２）、前記第２の壁近傍通路（７４）および前記先端冷却通路（７７）に接続する複数のインピンジメント開口（２５）が前記本体（２８）を貫通して形成されている、タービン翼（１０）。
【請求項１８】
前記本体（２８）は、それぞれが前記正圧面壁部（１６）および前記負圧面壁部（１８）に面した第１の側壁（８２）および第２の側壁（８４）を有し、前記正圧面壁部（１６）および／または前記負圧面壁部（１８）にそれぞれ衝突するように、前記冷却材キャビティ（６４）内の冷却流体を方向付ける前記インピンジメント開口（２５）のうちの１つまたは複数が、前記第１の側壁（８２）および／または前記第２の側壁（８４）に配置されている、請求項１７記載のタービン翼（１０）。
【請求項１９】
前記第１の側壁（８２）および／または前記第２の側壁（８４）に配置されたインピンジメント開口（２５）は、インピンジメント配列を形成するように翼弦方向および半径方向に離間している、請求項１８記載のタービン翼（１０）。
【請求項２０】
前記本体（２８）は、前記翼先端（５２）に面した前記冷却材キャビティ（６４）の半径方向外側端部（３８）に配置された先端カバー（３９）を有し、前記翼先端（５２）に衝突するように、前記冷却材キャビティ（６４）内の冷却流体を方向付ける前記インピンジメント開口（２５）の１つまたは複数が、前記先端カバー（３９）に配置されている、請求項１７記載のタービン翼（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にタービン翼に関し、より詳細には内部冷却されるタービン翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンなどのターボ機械では、空気は、圧縮機セクションにおいて加圧され、次いで、燃料と混合され、燃焼器セクションにおいて燃焼し、高温燃焼ガスを生成する。高温燃焼ガスは、エンジンのタービンセクション内で膨張し、タービンセクションにおいてエネルギが抽出され、これにより、圧縮機セクションに動力を与え、電気を発生するために発電機を回転させるなどの有効仕事を提供する。高温燃焼ガスは、タービンセクション内の一連のタービン段を通過する。タービン段は、固定の翼、すなわちベーンの列を有していてもよく、このベーンの列に、回転する翼、すなわちタービンブレードの列が後続しており、このタービンブレードの列において、タービンブレードは、出力を提供するために高温燃焼ガスからエネルギを抽出する。翼、すなわちベーンおよびタービンブレードは高温燃焼ガスに直接的に曝されているので、翼には、典型的には、翼を通って圧縮機抽気などの冷却流体を案内する内部冷却チャネルが設けられている。
【０００３】
１つのタイプの翼は、根元端部における半径方向内側プラットフォームから翼の半径方向外側部分まで延びており、互いに反対側の正圧面壁部および負圧面壁部を有する。正圧面壁部および負圧面壁部は、半径方向に沿って翼幅方向に延びており、翼の前縁から後縁まで軸方向に延びている。冷却チャネルは、翼内に正圧面壁部と負圧面壁部との間に延びており、翼を通って半径方向に冷却流体を導いてもよい。冷却チャネルは、正圧面壁部および負圧面壁部から熱を除去し、これによって、これらの部分の過熱を回避する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
簡単に言えば、本発明の態様は、内部インピンジメント冷却特徴を有するタービン翼を提供する。
【０００５】
本発明の実施の形態は、半径方向に沿って翼幅方向に延びる外壁によって形成された、略中空の翼ボディを有するタービン翼を提供する。外壁は、前縁および後縁において接続された、正圧面壁部および負圧面壁部を含む。正圧面壁部と負圧面壁部との間の略中央に延びる翼弦軸線が規定されている。
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、タービン翼は、翼ボディの内部に配置されかつ半径方向に沿って長さ方向に延びる中空の細長い本体を有する、インピンジメント構造を備える。本体は、本体内に、冷却流体を受け入れる冷却材キャビティを画成している。本体は、正圧面壁部および負圧面壁部から離間しており、これにより、本体と正圧面壁部との間には第１の壁近傍通路が形成され、本体と負圧面壁部との間には第２の壁近傍通路が形成されている。冷却材キャビティを第１および第２の壁近傍通路と接続する複数のインピンジメント開口が、本体を貫通して形成されている。インピンジメント開口は、正圧面壁部および／または負圧面壁部に衝突するように、冷却材キャビティ内を流れる冷却流体を方向付ける。
【０００７】
本発明の第２の態様によれば、タービン翼には、翼ボディの内部に配置されかつ半径方向に沿って長さ方向に延びる中空の細長い本体を有する、インピンジメント構造が設けられている。本体は、本体内に、冷却流体を受け入れる冷却材キャビティを画成している。本体は、正圧面壁部、負圧面壁部および翼先端から離間しており、これにより、本体と正圧面壁部との間には第１の壁近傍通路が画成され、本体と負圧面壁部との間には第２の壁近傍通路が画成され、本体と翼先端との間には先端冷却通路が画成されている。正圧面壁部および／または負圧面壁部および／または翼先端に衝突するように、冷却材キャビティ内を流れる冷却流体を方向付けるために、冷却材キャビティを第１および第２の壁近傍通路ならびに先端冷却通路と接続する複数のインピンジメント開口が、本体を貫通して形成されている。
【０００８】
本発明は、図面の助けを借りてさらに詳細に示されている。図面は好適な構成を示しており、本発明の範囲を限定しない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】１つの実施の形態によるタービン翼の一例の斜視図である。
【図２】本発明の態様を示す、図１の断面ＩＩ−ＩＩに沿ったタービン翼の断面図である。
【図３】図２の断面ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った概略的な断面側面図である。
【図４】図２の断面ＩＶ−ＩＶに沿った概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
好適な実施の形態の以下の詳細な説明において、その一部を形成する添付の図面が参照され、図面には、例として、限定としてではなく、本発明を実施可能な特定の実施の形態が示されている。図面において、同じ符号は、同一のまたはほぼ類似の要素を示している。
【００１１】
本発明の態様は、内部で冷却されるタービン翼に関する。ガスタービンエンジンでは、タービン翼内の内部冷却通路に供給される冷却材は、しばしば、圧縮機セクションから逸らされた空気を含む。多くのタービン翼において、冷却通路は、正圧面壁部と負圧面壁部との間で翼内に延びており、蛇行した冷却通路を形成するように、翼を通って、半径方向で交互に冷却材空気を案内することができる。熱伝達率に基づいて高い冷却効率を達成することは、冷却のために圧縮機から逸らされる冷却材空気の体積を最小限にするために重要な設計上の考慮事項である。利用できる冷却材空気が減少すると、翼を冷却することが著しく困難になり得る。例えば、翼から除去することができる熱が少なくなることに加えて、より少ない冷却材流は、冷却要求を満たすように十分に高い内部マッハ数を生じさせることも困難にし得る。この問題を解決する１つの方法は、半径方向冷却通路の流過横断面を小さくし、冷却材流を翼の中央から高温の正圧面壁部および負圧面壁部に向かって移動させることである。本願発明者らは、蛇行冷却方式において、冷却材が比較的長時間にわたり翼内にとどまることによって冷却材が熱くなり得ることに注目した。この理由から、特に冷却材流が少ない場合に、翼の外壁上のサーマルバリヤコーティング（ＴＢＣ）に大きく依存し得る。ＴＢＣが剥離したときは、冷却材の加熱がさらに高まることがあり、これは、蛇行の下流通路に不都合な影響を与えることがある。
【００１２】
図１〜図４に示す本発明の実施の形態は、例えば、上述の蛇行冷却方式の全部ではないとしても、少なくとも一部と交換し得る、内部インピンジメント冷却特徴を備えるタービン翼を提供する。インピンジメント冷却特徴を使用することは、より高い局所的熱伝達係数を提供するのみならず、まさにその性質により、冷却材が翼内で移動しなければならない距離を減らし、これにより、上述の条件のうちの１つまたは複数を解消することができる。特に、例示される実施の形態は、最も冷却を必要とする領域、すなわち、正圧面壁部および負圧面壁部に、目標を定めたインピンジメント冷却を提供する本発明によるインピンジメント構造を提供し、これにより、冷却材空気の極めて効率的な利用を提供する。例示される実施の形態は、外壁におけるより薄いＴＢＣを潜在的に許容するために、蛇行設計に対して熱伝達係数を高めることも可能にする。
【００１３】
ここで図１を参照すると、１つの実施の形態によるタービン翼１０が示されている。例示されているように、翼１０は、ガスタービンエンジン用のタービンブレードである。しかしながら、本発明の態様は、加えて、ガスタービンエンジン内の固定ベーンに組み込むことができる点に留意すべきである。タービン翼１０は、例えば、軸流ガスタービンエンジンの高圧段において使用するように適応された、外壁１４から形成された全体として細長い中空の翼ボディ１２を有していてもよい。外壁１４は、タービンエンジンの半径方向に沿って翼幅方向に延びており、略凹面状の正圧面壁部１６と、略凸面状の負圧面壁部１８とを有する。正圧面壁部１６および負圧面壁部１８は、前縁２０および後縁２２において接続されている。図示のように、全体として細長い中空の翼ボディ１２は、プラットフォーム５８において根元部５６に接続されてもよい。根元部５６は、タービン翼１０をタービンエンジンのディスク（図示せず）に接続してもよい。略中空の翼ボディ１２は、半径方向で、半径方向外側の端面または翼先端５２と、プラットフォーム５８に接続された半径方向内側の端面５４とによって画成されている。他の実施の形態では、タービン翼１０は、タービンエンジンのタービンセクションの内径に接続された半径方向内側の端面と、タービンエンジンのタービンセクションの外径に接続された半径方向外側の端面とを備える、固定タービンベーンであってもよい。当業者に知られているように、高温ガスに曝されるタービン翼１０の外面に、サーマルバリヤコーティング（ＴＢＣ）が設けられてもよい。
【００１４】
図２を参照すると、正圧面壁部１６と負圧面壁部１８との間の略中央に延びる翼弦軸線３０が規定されている。図示のように、中空の細長い翼ボディ１２は、内部１１を有し、この内部１１には、翼弦方向、すなわち翼弦軸線３０に沿って離間して複数の隔壁２４が配置されている。隔壁２４は、半径方向に延びており、さらに、翼弦軸線３０を横切って線形に延びており、正圧面壁部１６と負圧面壁部１８とを接続しており、内部冷却通路を形成する半径方向キャビティ４１〜４７を画成している。圧縮機セクション（図示せず）からの空気などの冷却流体は、内部冷却通路４１〜４７を通流し、前縁２０および後縁２２のそれぞれに沿って配置された排出口２７および２９を介して翼ボディ１２から出る。排出口２７は、前縁２０に沿ってフィルム冷却を提供する（図１参照）。図示されていないが、フィルム冷却口は、正圧面壁部１６、負圧面壁部１８、前縁２０および翼先端５２におけるあらゆるところを含む複数の位置に設けられていてもよい。しかしながら、本発明の実施の形態は、少ない冷却材流を使用して高められた熱伝達係数を提供し、これは、図１に示したように前縁２０のみにフィルム冷却を限定することを可能にする。
【００１５】
例示された実施の形態によれば、１つまたは複数のインピンジメント構造２６Ａ，２６Ｂは、翼ボディ１２の内部１１に設けられてもよい。各インピンジメント構造２６Ａ，２６Ｂは、基本的に、冷却流体を受け入れる冷却材キャビティ６４を内部に画成した、中空の細長い本体２８を有する。本体２８は、一対の隣接する隔壁２４の間に配置されている。図２および図４を参照すると、本体２８は、正圧面壁部１６および負圧面壁部１８から離間しており、これにより、本体２８と正圧面壁部１６との間には第１の壁近傍通路７２が形成され、本体２８と負圧面壁部１８との間には第２の壁近傍通路７４が形成されている。この実施の形態では、図３に示すように、本体２８は、さらに、先端冷却通路７７を形成する間隙５０を画成するように、翼先端５２から離間していてもよい。冷却材キャビティ６４を第１および第２の壁近傍通路７２および７４と接続する複数のインピンジメント開口２５が、本体２８を貫通して形成されている。インピンジメント開口２５は、正圧面壁部および／または負圧面壁部１６，１８に衝突するように、冷却材キャビティ６４内を流れる冷却流体を方向付ける。付加的にまたは代替的に、翼先端５２に衝突するようにキャビティ６４内の冷却流体を方向付ける１つまたは複数のインピンジメント開口２５が設けられてもよい。図３に示すように、各冷却材キャビティ６４は、細長く、冷却流体６０を受け入れる開放した第１の端部３６と、閉鎖された第２の端部３８との間に半径方向で縦方向に延びている。この実施の形態では、第１の端部３６はタービン翼１０の根元部５６に配置されているのに対し、第２の端部３８は翼ボディ１２の内部１１に配置されている。各冷却材キャビティ６４の第１の端部３６は、冷却流体供給部、例えば、圧縮機セクションから逸らされた空気に、独立して接続されていてもよい。第２の端部３８は、例えば、先端キャップ３９によって被覆されていてもよい。図示のように、各冷却材キャビティ６４の第２の端部３８は、間隙５０を画成するように、翼先端５２に到達せずに終わっていてもよい。冷却材キャビティ６４と翼先端５２との間の間隙５０の提供は、比較的高温の正圧側壁部および負圧側壁部１６および１８に対する異なる熱膨張によってインピンジメント構造２６Ａ，２６Ｂが受ける機械的応力を低減するために機能してもよく、さらに、翼先端５２の対流シェルフ冷却を提供する。例示された実施の形態では、先端キャップ３９には、翼先端５２のインピンジメント冷却を提供するための１つまたは複数のインピンジメント開口２５が設けられていてもよい。
【００１６】
図２に示したように、各インピンジメント構造２６Ａ，２６Ｂは、さらに、それぞれが本体２８を正圧面壁部および負圧面壁部１６および１８に接続する一対のコネクタリブ３２，３４を有していてもよい。本体２８およびコネクタリブ３２，３４を含む各インピンジメント構造２６Ａ，２６Ｂは、半径方向で縦方向に延びている。好適な実施の形態では、インピンジメント構造２６Ａ，２６Ｂは、インサートの場合のような製造後組立てを必要としないあらゆる製造技術を用いて、翼ボディ１２と一体に製造されてもよい。１つの例では、インピンジメント構造２６Ａ，２６Ｂは、例えばセラミック成形コアから、翼ボディ１２と一体に成形されてもよい。その他の製造技術は、例えば、３Ｄプリンティングなどの付加製造法を含んでもよい。これは、本発明の設計が、３Ｄで輪郭を輪郭付けられたブレードおよびベーンを含む、精密に輪郭付けられた翼のために利用されることを可能にする。本発明の実施の形態は、インピンジメントインサートをタービンブレードに挿入することが不可能であることによってこれまで達成されていなかったインピンジメント冷却の利点を、ブレードなどの回転するタービン翼にもたらす可能性を提供する。
【００１７】
本体２８は、翼弦軸線３０を横切って延びていてもよい。例示された実施の形態では、本体２８は、それぞれ正圧面壁部および負圧面壁部１６，１８に面した、反対側の第１および第２の側壁８２，８４を有する。第１および第２の側壁８２，８４は、翼弦軸線３０に対して略垂直な方向で離間していてもよい。図示された実施の形態では、第１の側壁８２は、正圧面壁部１６に対して略平行であり、第２の側壁８４は、負圧面壁部１８に対して略平行である。本体２８は、さらに、第１および第２の側壁８２，８４の間に延びていてもよく、かつ翼弦軸線３０に沿って離間していてもよい、前方および後方の端壁８６，８８を有する。コネクタリブ３２，３４はそれぞれ、第１および第２の側壁８２，８４に接続されている。代替的な実施の形態では、本体２８は、例えば、三角形、円形、楕円形、長円形、多角形またはあらゆるその他の形状または外輪郭を有していてもよい。
【００１８】
例示された実施の形態では、インピンジメント開口２５は、最も冷却を必要とする領域において冷却流体の目標を定めたインピンジメントを提供するために、それぞれ正圧面壁部および負圧面壁部１６および１８に面した第１および第２の側壁８２および８４に形成されている。このために、図２に示したように、インピンジメント開口２５は、それらのそれぞれの軸線が正圧面壁部１６または負圧面壁部１８と交差するように向けられていてもよい。さらに、図４に示したように、インピンジメント開口２５は、半径方向に対して直角に向けられた軸線を有していてもよい。その他の実施の形態では、インピンジメント開口２５は、半径方向に対して可変の角度で向けられた軸線を有していてもよい。さらに別の実施の形態では、インピンジメント開口は、付加的に、前方および後方の端壁８６および８８に設けられていてもよい。各側壁８２および８４上の複数のインピンジメント開口２５は、翼弦方向で離間していてもよく（図２）、さらに、半径方向で離間していてもよい（図３および図４）。特に、図３に示したように、インピンジメント開口２５は、半径方向および翼弦方向に沿って延びる配列で配置されていてもよい。
【００１９】
図２に示したように、各インピンジメント構造２６Ａ，２６Ｂは、連続する隔壁２４の間の空間を、翼弦軸線３０に沿ってそれぞれのインピンジメント構造２６Ａ，２６Ｂの反対側に配置された、一対の隣接する半径方向キャビティに分割している。例えば、隣接する半径方向キャビティ４３−４４の第１の対は、第１のインピンジメント構造２６Ａの互いに反対の側に画成されているのに対し、隣接する半径方向キャビティ４５−４６の第２の対は、第２のインピンジメント構造２６Ｂの互いに反対の側に画成されている。各半径方向キャビティ４３〜４６は、正圧面壁部１６に隣接したそれぞれの第１の壁近傍通路７２と、負圧面壁部１８に隣接したそれぞれの第２の壁近傍通路７４と、第１および第２の壁近傍通路７２，７４を接続するそれぞれの中央チャネル７６とによって形成された、Ｃ字形の流過横断面を有する。壁近傍通路７２，７４を接続する中央チャネル７６の提供は、特に、タービンブレードなどの回転する翼のために、減じられた応力レベルを提供する。例示された実施の形態では、第１の壁近傍通路７２は、正圧面壁部１６と、本体２８の第１の側壁８２との間に画成されている。第２の壁近傍通路７４は、負圧面壁部１８と、本体２８の第２の側壁８４との間に画成されている。中央チャネル７６は、本体２８のそれぞれの端壁８６，８８と、隣接する隔壁２４のそれぞれ１つとの間に画成されている。第１および第２の壁近傍通路７２，７４ならびに中央チャネル７６は、半径方向に沿って延びており、中央チャネル７６は、半径方向範囲に沿って第１および第２の壁近傍通路７２，７４に接続されている。隣接する半径方向キャビティ４３−４４のＣ字形の流過横断面は、互いに対して対称的に対向している。すなわち、半径方向キャビティ４４の流過横断面は、翼弦軸線３０に対して略垂直な鏡像軸線に関する、半径方向キャビティ４３の流過横断面の鏡像に対応する。同じ説明が、隣接する半径方向キャビティ４５−４６についても当てはまる。この文脈における「対称的に対向」という用語は、特に、精密な輪郭の翼においてはしばしば達成することができない、流過横断面の正確な寸法対称性に限定されることを意味するのではないことに留意すべきである。その代わり、「対称的に対向」という用語は、本明細書で用いられる場合、流過横断面を形成する要素（すなわち、この例では壁近傍通路７２，７４および中央チャネル７６）の対称的に対向した相対的な幾何形状をいう。
【００２０】
図３は、第１のインピンジメント構造２６Ａを断面側面図で概略的に示している。インピンジメント構造２６Ａの冷却材キャビティ６４は、冷却流体６０を受け入れるために根元部５６において開放している。隣接する半径方向キャビティ４４は、根元部５６において閉鎖されていてもよい。冷却流体６０は、冷却材キャビティ６４を通って半径方向に流れ、特に、高温の正圧面壁部および負圧面壁部１６および１８に、また、翼先端５２にも衝突し、これらの面にインピンジメント冷却を提供するように、インピンジメント開口２５を通って排出される。衝突後、冷却流体は、Ｃ字形の半径方向キャビティ４３および４４を通流し、正圧面壁部および負圧面壁部１６および１８のみならず、隔壁２４をも含む隣接する高温壁の対流冷却を提供する。特に、インピンジメント構造２６Ａの本体２８は、冷却流体を、翼の中央から、半径方向キャビティ４３および４４の壁近傍通路７２および７４に向かって移動させる。Ｃ字形の半径方向キャビティ４３および４４は、冷却材キャビティ６４と翼先端５２との間の間隙５０によって画成された翼弦コネクタ通路を介して、流体接続されている。間隙５０を通る冷却材流は、翼先端５２のシェルフ冷却を提供する。１つの実施の形態では、翼先端５２には排出口が設けられていてもよく、これらの排出口を介して、冷却材流体は翼１０から排出されて、高温ガスに曝された翼先端５２の外面にフィルム冷却を提供してもよい。
【００２１】
同様の説明が、第２のインピンジメント構造２６Ｂにも当てはまる。第２のインピンジメント構造２６Ｂの冷却材キャビティ６４も、冷却流体を受け入れるために根元部５６において開放している。隣接する半径方向キャビティ４５は、根元部５６において閉鎖されていてもよい。冷却流体は、第２のインピンジメント構造２６Ｂの冷却材キャビティ６４を通って半径方向に流れ、特に、高温の正圧面壁部および負圧面壁部１６および１８の内面に衝突し、これらの面にインピンジメント冷却を提供するように、インピンジメント開口２５を通って排出される。衝突後、冷却流体は、Ｃ字形の半径方向キャビティ４５および４６を通流し、隣接する高温壁に対流冷却を提供する。第２のインピンジメント構造２６Ｂの本体２８は、冷却流体を、翼の中央から、半径方向キャビティ４５および４６の壁近傍通路７２および７４に向かって移動させる。Ｃ字形の半径方向キャビティ４５および４６は、冷却材キャビティ６４と翼先端５２との間の間隙５０によって画成された翼弦コネクタ通路を介して、流体接続されていてもよい。１つの実施の形態では、翼先端５２には排出口が設けられていてもよく、これらの排出口を介して、冷却材流体は翼１０から排出されて、高温ガスに曝された翼先端５２の外面にフィルム冷却を提供してもよい。
【００２２】
このように、インピンジメント構造２６Ａ，２６Ｂは、目標を定めたインピンジメント冷却を提供するのみならず、隔壁２４の間の大きな空間を占め、これにより、隣接する半径方向キャビティ４３−４４および４５−４６の流過横断面を減らし、冷却流体を、正圧面壁部および負圧面壁部１６および１８に向かって移動させる。図２を参照すると、高温の外壁１４の有効な壁近傍冷却を提供するために、第１および第２の壁近傍通路７２，７４のうちの１つまたは複数は、翼弦軸線３０に対して略平行な、延在した寸法を有していてもよい。すなわち、壁近傍通路７２，７４のうちの１つまたは複数は、翼弦軸線３０に対して略垂直な幅寸法よりも大きな、翼弦軸線３０に対して略平行な長さ寸法を有していてもよい。さらに、中央チャネル７６の１つまたは複数は、翼弦軸線３０に対して略垂直な延在した寸法を有していてもよい。すなわち、中央チャネル７６の１つまたは複数はそれぞれ、翼弦軸線３０に対して略平行な幅寸法よりも大きな、翼弦軸線３０に対して略垂直な長さ寸法を有していてもよい。例示された実施の形態では、中央チャネル７６は、第１および第２の壁近傍通路７２および７４が翼弦軸線３０の互いに反対側に配置されるように、翼弦軸線３０を横切って横方向に延びている。例示された実施の形態は、低い冷却材流量の場合でさえも、より高い内部マッハ数を達成することを可能にする。
【００２３】
図には明確には示されていないが、本発明のインピンジメント冷却特徴は、多くの異なる冷却方式に関連して用いることができる。例えば、図２を参照すると、半径方向キャビティ４３から、冷却流体は、翼弦軸線３０に沿って前方へ、半径方向キャビティ４２内へ、半径方向キャビティ４３の半径方向内側または外側の端部に隣接したコネクタ通路に沿って、または代替的に、半径方向キャビティ４３および４２の間の介在する隔壁２４上のインピンジメント開口を介して、流れてもよい。冷却材流体は、半径方向キャビティ４２から、介在する隔壁２４上のインピンジメント開口を介して半径方向キャビティ４１に進入し、次いで、前縁２０におけるシャワーヘッドオリフィス２７（図１）を介して高温ガス通路内へ排出されてもよい。同様に、例えば、冷却流体は、半径方向キャビティ４６から後方へ、半径方向キャビティ４７内へと、半径方向キャビティ４６の半径方向内側または外側の端部に隣接したコネクタ通路に沿って、または代替的に、半径方向キャビティ４６および４７の間の介在する隔壁２４上のインピンジメント開口を介して、流れてもよい。半径方向キャビティ４７は、後縁２２に沿って配置された排出口（図示せず）を介して高温ガス通路内へ排出される前に、例えば、タービュレータまたはピンフィンまたはそれらの組合せを含む、当業者に知られているような後縁冷却特徴４９（図２）を有していてもよい。上述の冷却方式は単なる例示であり、使用される特定の冷却方式は本発明の態様にとって重要ではないことに留意すべきである。
【００２４】
特定の実施の形態について詳細に説明してきたが、全体的な開示内容を考慮して、これらの詳細に対する様々な変更および代用を開発することができることを当業者は認識するであろう。したがって、開示された特定の構成は例示的でしかなく、本発明の範囲に関して制限するものではないことを意味しており、添付の請求項およびそのあらゆる全ての均等物の全範囲が与えられるべきである。
【図１】
2018529045.tif 000003
【図２】
2018529045.tif 000004
【図３】
2018529045.tif 000005
【図４】
2018529045.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月27日(2018.4.27)
【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】
タービン翼（１０）であって、
半径方向に沿って翼幅方向に延びる外壁（１４）によって形成された略中空の翼ボディ（１２）であって、前記外壁（１４）は、前縁（２０）および後縁（２２）において接続された正圧面壁部（１６）および負圧面壁部（１８）を有し、前記正圧面壁部（１６）と前記負圧面壁部（１８）との間の略中央に延びる翼弦軸線（３０）が規定されている、略中空の翼ボディ（１２）と、
前記翼ボディ（１２）の内部（１１）に配置されかつ前記半径方向に沿って長さ方向に延びる中空の細長い本体（２８）を有するインピンジメント構造（２６Ａ，２６Ｂ）であって、前記本体（２８）は、該本体（２８）内に、冷却流体（６０）を受け入れる冷却材キャビティ（６４）を画成している、インピンジメント構造（２６Ａ，２６Ｂ）と、を備え、
前記本体（２８）と前記正圧面壁部（１６）との間に第１の壁近傍通路（７２）が画成されかつ前記本体（２８）と前記負圧面壁部（１８）との間に第２の壁近傍通路（７４）が画成されるように、前記本体（２８）は、前記正圧面壁部（１６）および前記負圧面壁部（１８）から離間しており、
前記正圧面壁部（１６）および／または前記負圧面壁部（１８）に衝突するように、前記冷却材キャビティ（６４）内を流れる前記冷却流体（６０）を方向付けるために、前記冷却材キャビティ（６４）を前記第１の壁近傍通路（７２）および前記第２の壁近傍通路（７４）に接続する複数のインピンジメント開口（２５）が前記本体（２８）を貫通して形成されている、タービン翼（１０）。
【請求項２】
前記冷却材キャビティ（６４）は、第１の端部（３６）と第２の端部（３８）との間で半径方向に延びており、前記第１の端部（３６）は、開放しており、前記翼ボディ（１２）の外部の冷却流体供給部に接続されており、前記第２の端部（３８）に先端カバー（３９）が配置されている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項３】
前記第１の端部（３６）は、前記翼（１０）の根元部（５６）に配置されている、請求項２記載のタービン翼（１０）。
【請求項４】
前記第２の端部（３８）は、前記翼ボディ（１２）の前記内部（１１）に配置されており、前記翼ボディ（１２）の半径方向外側先端（５２）に到達せずに終わっている、請求項２記載のタービン翼（１０）。
【請求項５】
前記インピンジメント開口（２５）は、前記翼弦軸線（３０）に沿って離間している、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項６】
前記インピンジメント開口（２５）は、前記半径方向に沿って離間している、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項７】
前記インピンジメント開口（２５）は、翼弦方向および前記半径方向に沿って延びる配列で配置されている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項８】
前記本体（２８）は、
それぞれ前記正圧面壁部（１６）および前記負圧面壁部（１８）に面する第１の側壁（８２）および第２の側壁（８４）と、
前記第１の側壁（８２）と前記第２の側壁（８４）との間に延びる、前方の端壁（８６）および後方の端壁（８８）と、を有し、
前記インピンジメント開口（２５）は、前記第１の側壁（８２）および／または前記第２の側壁（８４）に配置されている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項９】
前記本体（２８）の前記第１の側壁（８２）は、前記正圧面壁部（１６）に対して略平行であり、前記本体（２８）の前記第２の側壁（８４）は、前記負圧面壁部（１８）に対して略平行である、請求項８記載のタービン翼（１０）。
【請求項１０】
前記インピンジメント開口（２５）は、該インピンジメント開口（２５）のそれぞれの軸線が前記正圧面壁部（１６）または前記負圧面壁部（１８）と交差するように向けられている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【国際調査報告】
2018529045.tif 000007
2018529045.tif 000008
2018529045.tif 000009