(57)【要約】  翼（１０）が、翼（１０）の正圧側（３６）および負圧側（３８）の内面（２４，３０）との冷却流体の接触を増大させることによって翼（１０）の後縁（３４）における冷却システム（１４）の有効性を高めるように構成された１つまたは複数の収束・拡開出口スロット（２０）を備える内部冷却システム（１４）を有する、ガスタービンエンジン用の翼（１０）が開示されている。少なくとも１つの実施の形態では、後縁冷却チャネル（１８）は、後縁冷却チャネル（１８）をさらに加圧するために１つまたは複数の収束・拡開出口スロット（２０）を有していてもよく、正圧側（３６）および負圧側（３８）を形成する外壁（１３，１２）の間の延びる第１および第２のリブ（８０，８２）によって形成されていてもよい。収束・拡開出口スロット（２０）は、出口（８８）よりも大きな断面積を有する入口（８６）を有する第１の収束セクション（８４）から形成されてもよく、出口（９４）よりも小さな断面積を有する入口（９２）を有する第２の拡開セクション（９０）から形成されている。
2018512536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン用のタービン翼（１０）であって、
外壁（１２，１３）から形成され、前縁（３２）と、後縁（３４）と、正圧側（３６）と、負圧側（３８）と、冷却システム（１４）とを有する全体として細長い中空の翼（２６）であって、前記冷却システム（１４）は前記全体として細長い中空の翼（２６）の内面に配置されている、全体として細長い中空の翼（２６）を有し、
前記冷却システム（１４）は、前記翼（２６）の前記後縁（３４）に配置された少なくとも１つの後縁冷却チャネル（１８）を有し、
前記少なくとも１つの後縁冷却チャネル（１８）は、前記正圧側（３６）を形成する外壁（１３）と、前記負圧側（３８）を形成する外壁（１２）との間に延びる第１のリブ（８０）と、前記正圧側（３６）を形成する外壁（１３）と、前記負圧側（３８）を形成する外壁（１２）との間に延びる第２のリブ（８２）とによって形成された、少なくとも１つの収束・拡開出口スロット（２０）を有し、
前記少なくとも１つの収束・拡開出口スロット（２０）は、出口（８８）よりも大きな断面積を備える入口（８６）を有する収束セクション（８４）から形成されておりかつ出口（９４）よりも小さな断面積を備える入口（９２）を有する拡開セクション（９０）から形成されていることを特徴とする、ガスタービンエンジン用のタービン翼（１０）。
【請求項２】
前記収束セクション（８４）の翼弦方向に延びる長さは、前記拡開セクション（９０）の翼弦方向に延びる長さよりも大きいことを特徴とする、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項３】
前記収束セクション（８４）の翼弦方向に延びる長さは、前記拡開セクション（９０）の翼弦方向に延びる長さよりも１．５倍〜４倍だけ長いことを特徴とする、請求項２記載のタービン翼（１０）。
【請求項４】
前記収束セクション（８４）の前記出口（８８）は、前記収束セクション（８４）の前記入口（８６）の断面積よりも少なくとも２５％小さい断面積を有することを特徴とする、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項５】
前記収束セクション（８４）の前記入口（８６）の断面積が前記拡開セクション（９０）の前記出口（９４）の断面積とほぼ等しいことを特徴とする、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項６】
前記正圧側（３６）から前記収束・拡開出口スロット（２０）内へ延びる少なくとも１つのミニリブ（９６）をさらに有することを特徴とする、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項７】
前記収束・拡開出口スロット（２０）内へ延びる前記少なくとも１つのミニリブ（９６）は、前記収束・拡開出口スロット（２０）を通って延びる冷却流体流路軸線（７４）に対して非平行かつ非直交であることを特徴とする、請求項６記載のタービン翼（１０）。
【請求項８】
前記負圧側（３８）から前記収束・拡開出口スロット（２０）内へ延びる少なくとも１つのミニリブ（９８）をさらに有することを特徴とする、請求項６記載のタービン翼（１０）。
【請求項９】
前記収束・拡開出口スロット（２０）内へ延びる前記少なくとも１つのミニリブ（９８）は、前記収束・拡開出口スロット（２０）を通って延びる冷却流体流路軸線（７４）に対して非平行かつ非直交であることを特徴とする、請求項８記載のタービン翼（１０）。
【請求項１０】
前記収束・拡開出口スロット（２０）内へ延びる前記少なくとも１つのミニリブ（９８）は、後端部（１０４）よりも前記第２のリブ（８２）のより近くに配置された前端部（１０２）を有し、前記収束・拡開出口スロット（２０）内へ延びる前記少なくとも１つのミニリブ（９６）は、後端部（１０８）よりも前記第１のリブ（８０）のより近くに配置された前端部（１０６）を有することを特徴とする、請求項９記載のタービン翼（１０）。
【請求項１１】
前記収束・拡開出口スロット（２０）内へ延びる前記少なくとも１つのミニリブ（９８）は、ミニリブ（９６，９８）が前記正圧側（３６）から前記負圧側（３８）に向かって延びる方向で重なり合わないように、前記少なくとも１つのミニリブ（９６）から翼弦方向（７６）にずれていることを特徴とする、請求項８記載のタービン翼（１０）。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのミニリブ（９６，９８）は、該少なくとも１つのミニリブ（９６，９８）が、前記拡開セクション（９０）から排出された冷却流体の拡散を高めるために、下流へ、冷却流体流路軸線（７４）から様々な方向へ延びるように、前記拡開セクション（９０）に配置されていることを特徴とする、請求項８記載のタービン翼（１０）。
【請求項１３】
前記収束セクション（８４）において前記第１のリブ（８０）から前記第２のリブ（８２）に向かって延びる少なくとも１つのミニリブ（１００）をさらに備えることを特徴とする、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項１４】
前記収束セクション（８４）において前記第２のリブ（８２）から前記第１のリブ（８０）に向かって延びる少なくとも１つのミニリブ（１００）をさらに備えることを特徴とする、請求項１３記載のタービン翼（１０）。
【請求項１５】
前記第１のリブ（８０）から延びる前記少なくとも１つのミニリブ（１００）は、前記第２のリブ（８２）から延びる前記少なくとも１つのミニリブ（１００）と整列していることを特徴とする、請求項１４記載のタービン翼（１０）。
【請求項１６】
前記正圧側（３６）を形成する前記外壁（１３）から、前記全体として細長い中空の翼（２６）の前記負圧側（３８）を形成する前記外壁（１２）まで延びる、複数の冷却流体流れ制御装置（２２）をさらに備え、該冷却流体流れ制御装置（２２）は、前記後縁（３４）に向かって下流へ延びる複数の交互のジグザグのチャネル（５２）を形成しており、前記複数の冷却流体流れ制御装置（２２）は、前記少なくとも１つの収束・拡開出口スロット（２０）より上流に配置されていることを特徴とする、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項１７】
前記冷却流体流れ制御装置（２２）のうちの少なくとも１つは、負圧側（５６）と反対側の正圧側（５４）によって形成されており、前記正圧側（５４）と、前記負圧側（５６）とは、前縁（５８）と、前記少なくとも１つの冷却流体流れ制御装置（２２）の、前記前縁（５８）とは反対側の端部における後縁（６０）とを介して接続されており、前記正圧側（５４）は、略凹面状の湾曲面を有しており、前記負圧側（５６）は、略凸面状の湾曲面を有することを特徴とする、請求項１６記載のタービン翼（１０）。
【請求項１８】
前記複数の冷却流体流れ制御装置（２２）は、冷却流体流れ制御装置（２２）の第１の翼幅方向に延びる列（６４）と、第２の翼幅方向に延びる列（６６）とに集められており、前記冷却流体流れ制御装置（２２）の前記第１の翼幅方向に延びる列（６４）における各冷却流体流れ制御装置（２２）は、１つの冷却流体流れ制御装置（２２）の正圧側（５４）が、前記第１の翼幅方向に延びる列（６４）の端部における冷却流体流れ制御装置（２２）を除いて、隣接する冷却流体流れ制御装置（２２）の負圧側（５６）に隣接するように、同様に配置されており、前記冷却流体流れ制御装置（２２）の前記翼幅方向に延びる列（６６）は、前記冷却流体流れ制御装置（２２）の前記第１の翼幅方向に延びる列（６４）の下流に配置されていることを特徴とする、請求項１７記載のタービン翼（１０）。
【請求項１９】
前記冷却流体流れ制御装置（２２）の第２の翼幅方向に延びる列（６６）は、前記冷却流体流れ制御装置（２２）の第１の翼幅方向に延びる列（６４）とは、冷却流体流れ制御装置（２２）の反対側に正圧側（５４）を備えるように、少なくとも１つの冷却流体流れ制御装置（２２）を有しており、これにより、冷却流体流れ制御装置（２２）の第２の翼幅方向に延びる列（６６）を通流する冷却流体を、冷却流体流れ制御装置（２２）の第１の翼幅方向に延びる列（６４）によって冷却流体に付与された翼幅方向ベクトル（７０）とは反対向きの翼幅方向ベクトル（６８）を有するように下流へ方向付けることを特徴とする、請求項１８記載のタービン翼（１０）。
【請求項２０】
前記正圧側（３６）を形成する外壁（１３）から前記負圧側（３８）を形成する外壁（１２）まで、前記冷却流体流れ制御装置（２２）の下流に延びるピンフィン（１１０）の複数の列をさらに備えることを特徴とする、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
本発明の開発は、米国エネルギー省の最新タービン開発プログラム、契約番号ＤＥ−ＦＣ２６−０５ＮＴ４２６４４によって一部補助されている。したがって、アメリカ合衆国政府は本発明における何らかの権利を有することがある。
【０００２】
発明の分野
本発明は、一般にガスタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジン内の翼用の内部冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
通常、ガスタービンエンジンは、空気を圧縮するための圧縮機と、圧縮空気を燃料と混合し、混合物に点火するための燃焼器と、電力を発生するためのタービンブレードアセンブリとを有する。燃焼器はしばしば、華氏２５００度を超過し得る高温で作動する。典型的なタービン燃焼器構成は、タービンベーンおよびブレードアセンブリを高温に曝す。その結果、タービンベーンおよびブレードは、このような高温に耐えることができる材料から形成されなければならないか、または材料の能力を超える環境において構成部材が生き残ることを可能にするための冷却構造を有していなければならない。タービンエンジンは、一般的に、シェルから半径方向内方へ延びる固定のタービンベーンの複数の列を有しており、かつロータを回転させるためのロータアセンブリに取り付けられた回転可能なタービンブレードの複数の列を有する。
【０００４】
一般的に、タービン翼は、翼を加熱する高温の燃焼器ガスに曝される。翼は、翼の温度を低下させる内部冷却システムを有している。図１０に示すように、多くの従来の冷却システムは、後縁において線形の出口スロットを有している。出口スロットは、線形であり、翼弦方向で均一な横断面を有する。これらのブレードは、通常、後縁領域において高温に曝される。線形の出口スロットは、この線形の出口スロットを通流する冷却流体との最小限の接触を促し、その結果、有効性が制限される。したがって、翼後縁における冷却効率を高める必要性が存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
翼の正圧側および負圧側の内面との冷却流体の接触を増大させることによって翼の後縁における冷却システムの有効性を高めるように構成された１つまたは複数の収束・拡開出口スロットを備える内部冷却システムを有する、ガスタービンエンジン用の翼が開示される。少なくとも１つの実施の形態では、後縁冷却チャネルは、後縁冷却チャネルをさらに加圧するために１つまたは複数の収束・拡開出口スロットを有していてもよく、正圧側および負圧側を形成する外壁の間に延びる第１のリブと、正圧側および負圧側を形成する外壁の間に延びる第２のリブとによって形成されていてもよい。収束・拡開出口スロットは、出口よりも大きな断面積を有する入口を有する第１の収束セクションから形成されてもよく、出口よりも小さな断面積を有する入口を有する第２の拡開セクションから形成されている。冷却流体を翼の正圧側および負圧側に向かって方向付けることにより冷却システムの冷却効果を高めるために、１つまたは複数のミニリブが、収束・拡開出口スロット内へ延びていてもよい。
【０００６】
少なくとも１つの実施の形態では、ガスタービンエンジン用のタービン翼は、外壁から形成され、かつ、前縁と、後縁と、正圧面と、負圧面と、翼の第１の端部と、ほぼ延在した中空の翼の内部形態内に配置された冷却システムとから形成されていてもよい。冷却システムは、翼の後縁に配置された１つまたは複数の後縁冷却チャネルを有していてもよい。後縁冷却チャネルは、正圧側を形成する外壁と負圧側を形成する外壁との間に延びる第１のリブと、正圧側を形成する外壁と負圧側を形成する外壁との間に延びる第２のリブとによって形成された、１つまたは複数の収束・拡開出口スロットを有していてもよい。収束・拡開出口スロットは、出口よりも大きな断面積を有する入口を有する第１の収束セクションから形成されてもよく、出口よりも小さな断面積を有する入口を有する拡開セクションから形成されてもよい。
【０００７】
収束・拡開出口スロットは、正圧側から収束・拡開出口スロット内へ延びる１つまたは複数のミニリブを有していてもよい。収束・拡開出口スロットは、負圧側から収束・拡開出口スロット内へ延びる１つまたは複数のミニリブを有していてもよい。収束・拡開出口スロットは、拡開セクションに配置された１つまたは複数のミニリブを有していてもよく、少なくとも１つのミニリブは、拡開セクションから排出された冷却流体の拡散を高めるために、下流へ、冷却流体流路軸線からそれぞれ異なる方向へ延びている。少なくとも１つの実施の形態では、複数のミニリブは、正圧側から収束・拡開出口スロットの収束セクション内へ延びていてもよく、複数のミニリブは、負圧側から収束・拡開出口スロットの拡開セクション内へ延びていてもよい。
【０００８】
後縁冷却チャネルは、全体として細長い中空の翼の正圧側を形成する外壁から負圧側を形成する外壁まで延びる１つ以上または複数の冷却流体流れ制御装置を有していてもよい。冷却流体流れ制御装置は、後縁に向かって下流へ延びる複数の交互のジグザグのチャネルを形成していてもよい。冷却流体流れ制御装置は、少なくとも１つの収束・拡開出口スロットの上流に配置されていてもよい。
【０００９】
使用中、空気などの、しかしながら空気に限定されない冷却流体が、圧縮機またはその他のこのような冷却空気源から後縁冷却チャネルへ供給されてもよい。冷却流体は、交互のジグザグのチャネルを形成する１つまたは複数の列の冷却流体制御装置に衝突し、それらの間を通過してもよい。冷却流体は、複数のピンフィンに衝突し、これらのピンフィンを越えて流れもよい。冷却流体は、１つまたは複数の収束・拡開出口スロットに進入してもよい。特に、冷却流体は、収束セクションの入口に流入してもよい。冷却流体は、正圧側におけるミニリブに衝突し、負圧側に向かって方向付けられてもよい。冷却流体は、負圧側におけるミニリブにも衝突し、正圧側に向かって方向付けられてもよい。冷却流体は、第１および第２のリブの一方または両方から延びたミニリブのうちの１つまたは複数に衝突してもよい。ミニリブは、冷却流体流路に乱流を生ぜしめ、熱伝達を高める。収束セクションは、入口と出口との間の流路を減じ、これにより、後縁冷却チャネル内の圧力を高め、収束セクション内の冷却流体の速度を高める。
【００１０】
冷却流体は、収束セクションの出口を通って拡開セクションの入口へ流れてもよい。拡開セクションにおいて冷却流体の速度は低下させられる。拡開セクション内に配置されたミニリブは、冷却流体を部分的に下流へ、また部分的に半径方向内方または外方へ方向付け、これにより、拡開セクションを通る冷却流体流路を拡散させる。冷却流体は、翼の後縁から排出される前に拡開セクションの出口から排出されてもよい。冷却流体は、拡開セクションの出口から、後縁冷却チャネルの長さの全長または一部にわたって延びていてもよい後縁スロット内へ排出されてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、後縁スロットは、１つのスロットであってもよい。
【００１１】
分析は、内部冷却システムが、後縁を形成する外壁の温度を、翼後縁における従来の線形の軸方向スロットと比較して、約１００℃だけ低下させることができることを示した。加えて、冷却流体流れ制御装置を備える内部冷却システムの実施の形態は、後縁を形成する外壁の温度を、翼後縁における従来の線形の軸方向スロットと比較して、約１５０℃だけ低下させることが可能である。
【００１２】
これらの実施の形態およびその他の実施の形態を、以下でより詳細に説明する。
【００１３】
本明細書の一部に組み込まれかつ本明細書の一部を形成する添付の図面は、ここに開示される発明の実施の形態を例示し、詳細な説明と共に発明の原理を開示する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】内部冷却システムを有するタービン翼ベーンの透視図である。
【図２】図１の断面線２−２に沿った、図１のタービン翼の部分的な透視図である。
【図３】図２内の詳細部３における、収束・拡開出口スロットを有する内部冷却システムの後縁冷却チャネルの詳細図である。
【図４】図３内の断面線４−４に沿った、収束・拡開出口スロットを備える後縁冷却チャネルの、部分的に切断した側部詳細図である。
【図５】図２内の詳細部５における、収束・拡開出口スロットを有する内部冷却システムの後縁冷却チャネルの詳細図である。
【図６】内部冷却システムの後縁スロットを有する図１のタービン翼ベーンの後縁の透視図である。
【図７】図６内の詳細部７における、収束・拡開出口スロットを有する内部冷却システムの後縁冷却チャネルの詳細図である。
【図８】図３内の詳細部８における、内部冷却システムの後縁冷却チャネル内の、収束・拡開出口スロットを形成するリブと、リブから延びたミニリブとの詳細図である。
【図９】図５内の断面線９−９で見た、負圧側におけるミニリブの断面詳細図である。
【図１０】従来のタービン翼の線形の排出スロットを備える後縁冷却チャネルの部分的な断面図である。
【図１１】図１０に示された線形の排出スロットを備える内部冷却システムを備える翼よりも、図５に示された、後縁冷却チャネルにおいて収束・拡開出口スロットを備える内部冷却システムを備える翼の、よりよい冷却を示す分析の図である。
【図１２】図１０に示された線形の排出スロットを備える内部冷却システムを備える翼と比較した、図５に示された、後縁冷却チャネルにおいて収束・拡開出口スロットを備える内部冷却システムを備える、タービンブレードなどの翼の、翼幅中央における後縁温度のグラフである。
【図１３】図１０に示された線形の排出スロットを備える内部冷却システムを備える翼と比較した、図５に示された後縁冷却チャネル内に収束・拡開出口スロットを備える内部冷却システムを備える、タービンブレードなどの翼の、金属温度を示す図の集合である。
【図１４】翼の圧力側および負圧側において示された、設計された翼幅中央位置に沿った、図１０に示された線形の排出スロットを備える内部冷却システムを備える翼と比較した、図５に示された後縁冷却チャネル内に収束・拡開出口スロットを備える内部冷却システムを備える、タービンベーンなどの翼の翼幅中央における後縁温度のグラフである。
【図１５】線形の軸方向後縁スロットの内部熱伝達係数を示す図である。
【図１６】図５に示された後縁冷却チャネル内に収束・拡開出口スロットを備える内部冷却システムを備える翼の、内部熱伝達係数を示す図である。
【図１７】内部冷却システムを有する、タービンブレードなどのタービン翼の透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１〜図９、図１１〜図１４、図１６および図１７に示すように、ガスタービンエンジン用のタービン翼１０が開示されており、このタービン翼１０では、翼１０は、翼１０の正圧側３６および負圧側３８の内面２４，３０との冷却流体の接触を増大させることによって翼１０の後縁３４における冷却システム１４の有効性を高めるように構成された、１つまたは複数の収束・拡開出口スロット２０を備える内部冷却システム１４を有している。少なくとも１つの実施の形態では、後縁冷却チャネル１８は、後縁冷却チャネル１８をさらに加圧するために１つまたは複数の収束・拡開出口スロット２０を有していてもよく、正圧側３６および負圧側３８を形成する外壁１３，１２の間に延びる第１のリブ８０と、正圧側３６および負圧側３８を形成する外壁１３，１２の間に延びる第２のリブ８２とによって形成されていてもよい。収束・拡開出口スロット２０は、出口８８よりも大きな断面積を有する入口８６を有する第１の収束セクション８４から形成されてもよく、出口９４よりも小さな断面積を有する入口９２を有する第２の拡開セクション９０から形成されている。冷却流体を翼１０の正圧側３６および負圧側３８に向かって方向付けることにより冷却システム１４の冷却効果を高めるために、１つまたは複数のミニリブ９６，９８，１００が、収束・拡開出口スロット２０内へ延びていてもよい。
【００１６】
少なくとも１つの実施の形態では、図１および図１７に示すように、全体として細長い（generally elongated）中空の翼２６は、外壁１２，１３から形成されており、前縁３２と、後縁３４と、正圧側（pressure side）３６と、負圧側（suction side）３８と、全体として細長い中空の翼２６の内面に配置された冷却システム１４とを有している。冷却システム１４は、図３および図５に示すように、翼２６の後縁３４に配置された１つまたは複数の後縁冷却チャネル１８を有していてもよい。後縁冷却チャネル１８は、正圧側３６を形成する外壁１３と負圧側３８を形成する外壁１２との間に延びる第１のリブ８０と、正圧側３６を形成する外壁１３と負圧側３８を形成する外壁１２との間に延びる第２のリブ８２とによって形成された、１つまたは複数の収束・拡開出口スロット２０を有していてもよい。冷却システム１４は、出口８８よりも大きな断面積を有する入口８６を有する収束セクション８４から形成されかつ出口９４よりも小さな断面積を有する入口９２を有する拡開セクション９０から形成された、１つまたは複数の収束・拡開出口スロット２０を有していてもよい。拡開セクション９０の入口９２は、収束セクション８４の出口８８と直接に流体連通していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、拡開セクション９０の入口９２は、収束セクション８４の出口８８に接続されていてもよく、収束セクション８４のすぐ下流に配置されていてもよい。
【００１７】
冷却システム１４および収束・拡開出口スロット２０は、タービンブレードまたはタービンベーン内に配置されていてもよい。例えば、少なくとも１つの実施の形態では、図１７に示すように、全体として細長い中空の翼２６は、第１の端部１２２における先端部１２０と、翼２６の、第１の端部１２２とは反対側の端部における第２の端部１２６における根元部１２４とを有する、ロータリタービンブレードから形成されていてもよい。別の実施の形態では、図１に示したように、全体として細長い中空の翼２６は、第１の端部４２における内側端壁４０と、全体として細長い中空の翼２６の、第１の端部４２とは略反対側の第２の端部４６における外側端壁４４とから形成された、固定タービンベーンから形成されていてもよい。
【００１８】
図３および図５に示すように、収束・拡開出口スロット２０は、収束セクション８４の翼弦方向に延びる長さが拡開セクション９０の翼弦方向に延びる長さよりも大きくなるように構成されていてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、収束セクション８４の翼弦方向に延びる長さは、拡開セクション９０の翼弦方向に延びる長さよりも１．５倍〜４倍だけ長くてもよい。収束セクション８４の翼弦方向に延びる長さは、拡開セクション９０の翼弦方向に延びる長さよりも２倍〜３倍だけ長くてもよい。収束・拡開出口スロット２０は、拡開セクション９０の翼弦方向に延びる長さが収束セクション８４の翼弦方向に延びる長さよりも大きくなるように構成されていてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、第１のリブ８０の下流端部１１６と、第２のリブ８２の下流端部１１８とは、冷却を高め、金属温度を低下させるために、後縁３４よりも上流で終わっていてもよい。
【００１９】
収束セクション８４の出口８８は、図３および図５に示すように、収束セクション８４の入口８６の断面積よりも少なくとも２５％小さい断面積を有していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、収束セクション８４の出口８８は、収束セクション８４の入口８６の断面積よりも約３３％小さい断面積を有していてもよい。収束・拡開出口スロット２０は、収束セクション８４の入口８６の断面積が拡開セクション９０の出口９４の断面積とほぼ等しくなるように構成されていてもよい。
【００２０】
冷却システム１４は、図３〜図５および図７に示すように、正圧側３６から収束・拡開出口スロット２０内へ延びる少なくとも１つのミニリブ９６を有していてもよい。収束・拡開出口スロット２０内へ延びるミニリブ９６は、収束・拡開出口スロット２０を通って延びる冷却流体流路軸線７４に対して非平行かつ非直交であってもよい。少なくとも１つの実施の形態では、収束・拡開出口スロット２０は、正圧側３６から収束・拡開出口スロット２０内へ延びる複数のミニリブ９６を有していてもよい。
【００２１】
冷却システム１４は、負圧側３８から収束・拡開出口スロット２０内へ延びる少なくとも１つのミニリブ９８を有していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、１つ以上または複数のミニリブ９８は、収束セクション８４内に配置されていてもよい。収束・拡開出口スロット２０内へ延びるミニリブ９８は、収束・拡開出口スロット２０を通って延びる冷却流体流路軸線７４に対して非平行かつ非直交であってもよい。収束・拡開出口スロット２０内へ延びるミニリブ９８は、後端部１０４よりも第２のリブ８２のより近くに配置された前端部１０２を有していてもよく、収束・拡開出口スロット２０内へ延びる少なくとも１つのミニリブ９６は、後端部１０８よりも第１のリブ８０のより近くに配置された前端部１０６を有していてもよい。これにより、収束・拡開出口スロット２０を通過する冷却流体は、正圧側３６および負圧側３８に向かって様々な方向へ方向付けられ、これは、収束・拡開出口スロット２０の冷却能力を高める。収束・拡開出口スロット２０内へ延びるミニリブ９８は、ミニリブ９６から翼弦方向７６でずれていてもよく、これにより、ミニリブ９６，９８は、正圧側３６から負圧側３８へ延びる方向で重なり合っていない。少なくとも１つの実施の形態では、収束・拡開出口スロット２０は、負圧側３８から収束・拡開出口スロット２０内へ延びる複数のミニリブ９８を有していてもよい。図３および図５に示したように、ミニリブ９６，９８は、拡開セクション９０に配置されていてもよく、ミニリブ９６，９８は、拡開セクション９０から排出された冷却流体の拡散を高めるために、下流へ、冷却流体流路軸線７４から様々な方向へ延びている。
【００２２】
ミニリブ９６，９８は、あらゆる適切なサイズおよび形状を有していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、ミニリブ９６，９８の高さおよび幅は、略等しくてもよい。別の実施の形態では、ミニリブ９６，９８の高さおよび幅は異なっていてもよい。１つまたは複数のミニリブ９６，９８の外側の角は、ミニリブ９６，９８の全長または一部のみにわたって面取りされていてもよい。ミニリブ９６，９８は、２５％未満だけ冷却流体流路内へ延びていてもよい。
【００２３】
冷却システム１４は、図３、図３〜図５および図８に示すように、収束セクション８４において第１のリブ８０から第２のリブ８２に向かって延びる１つまたは複数のミニリブ１００を有していてもよい。冷却システム１４は、収束セクション８４において第２のリブ８２から第１のリブ８０に向かって延びる１つまたは複数のミニリブ１００を有していてもよい。第１のリブ８０から延びるミニリブ１００は、第２のリブ８２から延びるミニリブ１００と整列していてもよい。ミニリブ１００は、あらゆる適切なサイズおよび形状を有していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、ミニリブ１００の高さおよび幅は、略等しくてもよい。別の実施の形態では、ミニリブ１００の高さおよび重量は異なってもよい。１つまたは複数のミニリブ１００の外側の角は、ミニリブ１００の全長または一部のみにわたって面取りされていてもよい。ミニリブ１００は、２０％未満だけ冷却流体流路内へ延びていてもよい。
【００２４】
冷却システム１４は、正圧側３６を形成する外壁１３から、全体として細長い中空の翼２６の負圧側３８を形成する外壁１２まで延びる、図２および図５に示された、複数などの１つ以上の冷却流体流れ制御装置２２を有していてもよく、冷却流体流れ制御装置２２は、後縁３４に向かって下流へ延びる、複数の交互のジグザグのチャネル５２を形成している。複数の冷却流体流れ制御装置２２は、１つまたは複数の収束・拡開出口スロット２０の上流に配置されていてもよい。冷却流体流れ制御装置２２は、負圧側５６とは反対側の正圧側５４によって形成されていてもよい。正圧側５４および負圧側５６は、前縁５８と、冷却流体流れ制御装置２２の、前縁５８とは反対側の端部における後縁６０とを介して、互いに接続されていてもよい。正圧側５４は、略凹面状の湾曲面を有していてもよく、負圧側５６は、略凸面状の湾曲面を有していてもよい。
【００２５】
複数の冷却流体流れ制御装置２２は、冷却流体流れ制御装置２２の第１の翼幅方向に延びる列６４と、第２の翼幅方向に延びる列６６とに集められていてもよい。冷却流体流れ制御装置２２の第１の翼幅方向に延びる列６４における各冷却流体流れ制御装置２２は、１つの冷却流体流れ制御装置２２の正圧側５４が、第１の翼幅方向に延びる列６４の端部における冷却流体流れ制御装置２２を除いて、隣接する冷却流体流れ制御装置２２の負圧側５６に隣接するように、同様に配置されていてもよい。冷却流体流れ制御装置２２の翼幅方向に延びる列６６は、冷却流体流れ制御装置２２の第１の翼幅方向に延びる列６４の下流に配置されていてもよい。冷却流体流れ制御装置２２の第２の翼幅方向に延びる列６６は、１つまたは複数の冷却流体流れ制御装置２２を有していてもよく、正圧側５４は、冷却流体流れ制御装置２２の第１の翼幅方向に延びる列６４におけるのとは、冷却流体流れ制御装置２２の反対側にあり、これにより、冷却流体流れ制御装置２２の第２の翼幅方向に延びる列６６を通流する冷却流体を、冷却流体流れ制御装置２２の第１の翼幅方向に延びる列６４によって冷却流体に付与された翼幅方向ベクトル７０とは反対向きの翼幅方向ベクトル６８を有するように下流へ方向付ける。
【００２６】
冷却システム１４の後縁チャネル１８は、正圧側３６を形成する外壁１３から負圧側３８を形成する外壁１１２まで、冷却流体流れ制御装置２２の下流に延びた、ピンフィン１１０の１つまたは複数の列を有していてもよい。ピンフィン１１０は、略円形の横断面またはその他の適切な形状を有していてもよい。ピンフィン１１０は、ピンフィン１１０の１つまたは複数の翼幅方向に延びる列１１２に配置されていてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、ピンフィン１１０は、互いの間または外壁１２，１３以外の隣接する構造との間に、約１．５ｍｍの最小距離を有していてもよい。
【００２７】
使用中、空気などの、しかしながら空気に限定されない冷却流体が、圧縮機またはその他のこのような冷却空気源から後縁冷却チャネル１８へ供給されてもよい。冷却流体は、交互のジグザグのチャネル５２を形成する冷却流体制御装置２２の１つまたは複数の列６４，６６に衝突し、それらの間を通過してもよい。冷却流体は、複数のピンフィン１１０にも衝突し、これらのピンフィン１１０を越えて流れてもよい。冷却流体は、１つまたは複数の収束・拡開出口スロット２０に進入してもよい。特に、冷却流体は、収束セクション８４の入口８６に流入してもよい。冷却流体は、正圧側３６におけるミニリブ９６に衝突し、負圧側３８に向かって方向付けられてもよい。冷却流体は、負圧側３８におけるミニリブ９８にも衝突し、正圧側３６に向かって方向付けられてもよい。冷却流体は、第１および第２のリブ８０，８２の一方または両方から延びるミニリブ１００のうちの１つまたは複数に衝突してもよい。ミニリブ１００は、冷却流体流路に乱流を生ぜしめ、熱伝達を高める。収束セクション８４は、入口８６と出口８８との間で流路を減少させ、これにより、後縁冷却チャネル１８内の圧力を高め、収束セクション８４内の冷却流体の速度を高める。
【００２８】
冷却流体は、収束セクション８４の出口８８を通って拡開セクション９０の入口９２へ流れてもよい。拡開セクション９０において冷却流体の速度は低下させられる。拡開セクション９０内に配置されたミニリブ９６，９８は、冷却流体を部分的に下流へ、また部分的に半径方向内方または外方へ方向付け、これにより、拡開セクション９０を通る冷却流体流路を拡散させる。冷却流体は、翼２６の後縁３４から排出される前に拡開セクション９０の出口９４から排出されてもよい。冷却流体は、図６および図７に示すように、拡開セクション９０の出口９４から、後縁冷却チャネル１８の長さの全長または一部にわたって延びていてもよい後縁スロット１２８内へ排出されてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、後縁スロット１２８は、１つのスロット１２８であってもよい。
【００２９】
分析は、内部冷却システム１４が、ブレードなどの翼２６の後縁３４を形成する外壁１２，１３の温度を、図１２に示すような翼後縁における従来の線形の軸方向スロットと比較して、約１００℃だけ低下させることができることを示した。加えて、冷却流体流れ制御装置２２を備える内部冷却システム１４の実施の形態は、図１５に示すような線形の排出オリフィスを備える従来のブレード翼の熱伝達係数に対して、図１６に示すような増大した熱伝達係数を備えることにより、図１３および図１４に示すようなベーン翼後縁における従来の線形の軸方向スロットと比較して、約１５０℃だけ、後縁３４を形成する外壁１２，１３の温度を低下させることができる。
【００３０】
上記説明は、本発明の実施の形態を例示、説明および記述する目的で提供されている。これらの実施の形態に対する変更および適応は、当業者に明らかになり、本発明の範囲または思想から逸脱することなく成し得るものである。
【図１】
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【図２−３】
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【図４】
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【図５】
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【図６−７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年11月15日(2017.11.15)
【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】
ガスタービンエンジン用のタービン翼（１０）であって、
外壁（１２，１３）から形成され、前縁（３２）と、後縁（３４）と、正圧側（３６）と、負圧側（３８）と、冷却システム（１４）とを有する全体として細長い中空の翼（２６）であって、前記冷却システム（１４）は前記全体として細長い中空の翼（２６）の内面に配置されている、全体として細長い中空の翼（２６）を有し、
前記冷却システム（１４）は、前記翼（２６）の前記後縁（３４）に配置された少なくとも１つの後縁冷却チャネル（１８）を有し、
前記少なくとも１つの後縁冷却チャネル（１８）は、前記正圧側（３６）を形成する外壁（１３）と、前記負圧側（３８）を形成する外壁（１２）との間に延びる第１のリブ（８０）と、前記正圧側（３６）を形成する外壁（１３）と、前記負圧側（３８）を形成する外壁（１２）との間に延びる第２のリブ（８２）とによって形成された、少なくとも１つの収束・拡開出口スロット（２０）を有し、
前記少なくとも１つの収束・拡開出口スロット（２０）は、出口（８８）よりも大きな断面積を備える入口（８６）を有する収束セクション（８４）から形成されておりかつ出口（９４）よりも小さな断面積を備える入口（９２）を有する拡開セクション（９０）から形成されていることを特徴とする、ガスタービンエンジン用のタービン翼（１０）。
【請求項２】
前記収束セクション（８４）の翼弦方向に延びる長さは、前記拡開セクション（９０）の翼弦方向に延びる長さよりも大きいことを特徴とする、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項３】
前記収束セクション（８４）の翼弦方向に延びる長さは、前記拡開セクション（９０）の翼弦方向に延びる長さよりも１．５倍〜４倍だけ長いことを特徴とする、請求項２記載のタービン翼（１０）。
【請求項４】
前記収束セクション（８４）の前記出口（８８）は、前記収束セクション（８４）の前記入口（８６）の断面積よりも少なくとも２５％小さい断面積を有することを特徴とする、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項５】
前記収束セクション（８４）の前記入口（８６）の断面積が前記拡開セクション（９０）の前記出口（９４）の断面積とほぼ等しいことを特徴とする、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項６】
前記正圧側（３６）から前記収束・拡開出口スロット（２０）内へ延びる少なくとも１つのミニリブ（９６）をさらに有することを特徴とする、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項７】
前記収束・拡開出口スロット（２０）内へ延びる前記少なくとも１つのミニリブ（９６）は、前記収束・拡開出口スロット（２０）を通って延びる冷却流体流路軸線（７４）に対して非平行かつ非直交であることを特徴とする、請求項６記載のタービン翼（１０）。
【請求項８】
前記負圧側（３８）から前記収束・拡開出口スロット（２０）内へ延びる少なくとも１つのミニリブ（９８）をさらに有することを特徴とする、請求項６記載のタービン翼（１０）。
【請求項９】
前記収束・拡開出口スロット（２０）内へ延びる前記少なくとも１つのミニリブ（９８）は、前記収束・拡開出口スロット（２０）を通って延びる冷却流体流路軸線（７４）に対して非平行かつ非直交であることを特徴とする、請求項８記載のタービン翼（１０）。
【請求項１０】
前記収束・拡開出口スロット（２０）内へ延びる前記少なくとも１つのミニリブ（９８）は、後端部（１０４）よりも前記第２のリブ（８２）のより近くに配置された前端部（１０２）を有し、前記収束・拡開出口スロット（２０）内へ延びる前記少なくとも１つのミニリブ（９６）は、後端部（１０８）よりも前記第１のリブ（８０）のより近くに配置された前端部（１０６）を有することを特徴とする、請求項９記載のタービン翼（１０）。
【国際調査報告】
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