(57)【要約】      （修正有）【課題】外側半径方向縁部に先端を有するエーロフォイルを含むガスタービンエンジンで使用されるタービン動翼を提供する。【解決手段】エーロフォイル１２４はエーロフォイルの前縁および後縁でともに接合される正圧側壁および負圧側壁を含み、正圧側壁および負圧側壁は付け根から先端まで延びる。先端１３７は、先端板１４８、および先端板の周囲に沿って配置されたレール１５０を含む。レールは冷媒源に連結されたマイクロチャネル１６６を含む。エーロフォイルは、前記正圧側壁が外側半径方向縁部を備え、前記負圧側壁が外側半径方向縁部を備え、前記エーロフォイルが前記先端板が軸方向かつ周方向に延びて前記負圧側壁の前記外側半径方向縁部を前記正圧側壁の前記外側半径方向縁部に連結するように構成されることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン用タービン動翼であって、
外側半径方向縁部に先端を有するエーロフォイルを備え、
前記エーロフォイルが前記エーロフォイルの前縁および後縁でともに接合される正圧側壁および負圧側壁を含み、前記正圧側壁および前記負圧側壁が付け根から前記先端まで延び、
前記先端が先端板および前記先端板の周囲に沿って配置されたレールを含み、
前記レールが冷媒源に連結されたマイクロチャネルを含む、タービン動翼。
【請求項２】
前記正圧側壁が外側半径方向縁部を備え、前記負圧側壁が外側半径方向縁部を備え、前記エーロフォイルが前記先端板が軸方向かつ周方向に延びて前記負圧側壁の前記外側半径方向縁部を前記正圧側壁の前記外側半径方向縁部に連結するように構成される、請求項１記載のタービン動翼。
【請求項３】
前記レールが正圧側レールおよび負圧側レールを含み、前記正圧側レールが前記エーロフォイルの前記前縁および前記後縁で前記負圧側レールに連結され、
前記正圧側レールが前記先端板から半径方向外側に延び、前記前縁から前記後縁まで横行して、その結果前記正圧側レールが前記正圧側壁の前記外側半径方向縁部と概ね位置合わせされ、
前記負圧側レールが前記先端板から半径方向外側に延び、前記前縁から前記後縁まで横行して、その結果前記負圧側レールが前記負圧側壁の前記外側半径方向縁部と概ね位置合わせされる、請求項２記載のタービン動翼。
【請求項４】
前記正圧側レールおよび前記負圧側レールが前記エーロフォイルの前記前縁から前記後縁まで連続し、前記前縁と前記後縁の間に先端空洞を画定する、請求項３記載のタービン動翼。
【請求項５】
前記マイクロチャネルが前記レールの内側レール表面上に配置される、請求項３記載のタービン動翼。
【請求項６】
前記マイクロチャネルが前記負圧側レール上に配置される、請求項５記載のタービン動翼。
【請求項７】
前記マイクロチャネルが前記正圧側レール上に配置される、請求項５記載のタービン動翼。
【請求項８】
前記マイクロチャネルが前記レールのベース付近に位置付けられた上流側および前記レールの外側半径方向縁部付近に位置付けられた下流側を備える、請求項５記載のタービン動翼。
【請求項９】
前記エーロフォイルがエーロフォイル室を備え、前記エーロフォイル室が動作中に冷媒を循環させるように構成された内部室を備える、請求項８記載のタービン動翼。
【請求項１０】
前記マイクロチャネルの前記上流側が連結部に連結され、前記連結部が前記マイクロチャネルの前記上流側を前記エーロフォイル室に流体連接する中空流路を備え
前記マイクロチャネルの前記下流側が出口を含む、請求項９記載のタービン動翼。
【請求項１１】
前記マイクロチャネルが前記先端板に対して角度を形成し、前記角度が５°から４０°である、請求項８記載のタービン動翼。
【請求項１２】
前記マイクロチャネルが線形である、請求項８記載のタービン動翼。
【請求項１３】
前記マイクロチャネルが機械加工された溝を包囲する非一体型カバーを備える、請求項５記載のタービン動翼。
【請求項１４】
前記カバーがコーティング、シート、フォイル、およびワイヤの１つを備える、請求項５記載のタービン動翼。
【請求項１５】
前記マイクロチャネルが周知の熱点である前記レール上の領域を通って横行するように配置される、請求項５記載のタービン動翼。
【請求項１６】
前記マイクロチャネルが前記動翼の前記先端の外面付近に概ね平行に延びる包囲された中空流路を含む、請求項５記載のタービン動翼。
【請求項１７】
前記マイクロチャネルが前記内側レール表面から約０．０５インチ未満に存在する、請求項１６記載のタービン動翼。
【請求項１８】
前記マイクロチャネルが約０．００３６平方インチ未満の流通断面積を含む、請求項１７記載のタービン動翼。
【請求項１９】
前記マイクロチャネルが平均高さ０．０２から０．０６インチ、および平均幅０．０２から０．０６インチを含む、請求項１７記載のタービン動翼。
【請求項２０】
前記マイクロチャネルが前記内側レール表面から約０．０４から０．０２インチに存在し、
前記マイクロチャネルが約０．００２５から０．０００９平方インチの流通断面積を含み、
前記マイクロチャネルが平均高さ０．０２から０．０６インチ、および平均幅０．０２から０．０６インチを含む、請求項１６記載のタービン動翼。
【請求項２１】
前記先端板上に配置された第２のマイクロチャネルをさらに含み、前記先端板のマイクロチャネルが上流端および下流端を備え、
前記先端板のマイクロチャネルの前記下流端が前記レールの前記ベースで前記レールのマイクロチャネルの上流端に連結される、請求項５記載のタービン動翼。
【請求項２２】
前記先端板のマイクロチャネルの前記上流端が前記先端板を通ってエーロフォイル室に通る冷媒流路に連結される、請求項２１記載のタービン動翼。
【請求項２３】
前記先端板を通る前記冷媒流路が膜冷媒出口を含み、
前記先端板のマイクロチャネルが、前記膜冷媒出口から前記タービン動翼を出た前記冷媒が前記先端板マイクロチャネルを通るように方向付けるように構成され、
前記先端板のマイクロチャネルと前記レールのマイクロチャネルの間の連結部が前記先端板のマイクロチャネルを通って流れる冷媒を前記レールのマイクロチャネルを通るように方向付けるように構成され、
前記レールのマイクロチャネルを通って流れる冷媒が前記上流側から前記下流側に位置付けられた出口に流れ、前記出口が前記レールの外側半径方向縁部付近に配置される、請求項２２記載のタービン動翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般に、ガスタービン動翼の先端を冷却するための装置、方法、および／またはシステムに関する。より詳細には、限定的ではないが、本出願は、タービン翼先端のマイクロチャネルの設計および実装に関連する装置、方法、および／またはシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンでは、周知のように、空気が圧縮機内で加圧され、燃焼器内で燃料を燃焼させるために使用されて、熱い燃焼ガスの流れが生成され、こうしたガスが１つまたは複数のタービンを通って下流に流れて、それからエネルギを抽出することができるようになされる。こうしたタービンでは、全般的に、周方向に間隔を置いて配置された動翼列が支持ロータディスクから半径方向外側に延びる。各翼は、通常、ロータディスク内の対応するダブテールスロット内で翼を組み立て、かつ解体することができるようにするダブテール、並びにダブテールから半径方向外側に延びるエーロフォイルを含む。
【０００３】
エーロフォイルは、対応する前縁と後縁の間で軸方向に、付け根と先端の間で半径方向に延びる全般的に凹面の正圧側および全般的に凸面の負圧側を有する。理解されるように、翼先端は半径方向外側のタービンシュラウドに近接するように配置されて、タービン翼の間を下流に流れる燃焼ガスの翼先端とタービンシュラウドの間の漏れを最小限に抑える。エンジンの最大効率は、先端のクリアランスまたは間隙を最小にして、こうした漏れを防ぐことによって得られるが、この方法は、動翼とタービンシュラウド間の様々な熱的かつ機械的な膨張率および収縮率、並びに、動作中に先端がシュラウドに接触して過剰な摩擦が生じるという望ましくない予想を回避する誘因によって幾分制限される。
【０００４】
さらに、タービン翼は熱い燃焼ガスに浸されるため、有用な部品の寿命を保証するには、有効な冷却が必要である。通常、翼エーロフォイルは中空であり、圧縮機と連通する流れの中に配置され、圧縮機から流れる加圧空気の一部を受けて、エーロフォイルの冷却に使用する。エーロフォイルの冷却は、非常に複雑であり、冷却空気を排出するためのエーロフォイルの外壁を通る、様々な形態の内部冷却チャネル、および形体、並びに冷却孔を使用して行うことができる。それでもなお、エーロフォイルの先端は、タービンシュラウドに直接隣接するように配置され、先端の間隙を通って流れる熱い燃焼ガスによって加熱されるため、冷却が特に難しい。したがって、通常、翼のエーロフォイルの内部を流れる空気の一部が、先端を冷却するために先端を通って排気される。
【０００５】
理解されるように、従来の翼先端の設計は、漏れを防ぎ、冷却効果を高める幾つかの異なる幾何学的形状および構成を含む。例示の特許には、Ｂｕｔｔｓ他の米国特許第５，２６１，７８９号、Ｂｕｎｋｅｒの米国特許第６，１７９，５５６号、Ｍａｙｅｒ他の米国特許第６，１９０，１２９号、およびＬｅｅの米国特許第６，０５９，５３０号が含まれる。しかし、従来の翼先端の設計には全て、漏れを十分に低減することができない、かつ／または効率を低下させる圧縮機を迂回する空気を最小限に抑える有効な先端の冷却を可能にすることができない等の一般的な機能不全を含む、幾つかの欠点がある。さらに、以下でより詳細に論じるように、従来の翼先端設計、特に、「スキーラ先端」設計を有するものは、マイクロチャネル冷却の利点を生かすことができず、または有効に組み込むことができない。その結果、タービン翼先端の領域に向けられた冷媒の全体効率を上げる改良型タービン翼先端設計が非常に求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０１８３４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本出願は、本発明の一態様により、外側半径方向縁部に先端を有するエーロフォイルを含む、ガスタービンエンジンで使用されるタービン動翼を記載する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
エーロフォイルは、エーロフォイルの前縁および後縁で接合される正圧側壁および負圧側壁を含み、正圧側壁および負圧側壁は付け根から先端まで延びる。先端は、先端板、および先端板の周囲に沿って配置されたレールを含む。レールは冷媒源に連結されたマイクロチャネルを含む。
【０００９】
本発明と見なされる主題は、本明細書の終わりに特許請求の範囲に具体的に示され明瞭に主張されている。本発明の上記その他の特徴、および利点は、添付の図面と併せて、以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ターボ機械システムの一実施形態を示す概略図である。
【図２】ロータ、タービン翼、および固定シュラウドを含む一例示の動翼アセンブリを示す斜視図である。
【図３】本出願の実施形態を使用することができる動翼の先端を示す斜視図である。
【図４】本発明の一態様による一例示の冷却チャネルを有する動翼の先端を示す斜視図である。
【図５】図４の例示の実施形態の５−５に沿って切り取られた断面図である。
【図６】図４の例示の実施形態の６−６に沿って切り取られた断面図である。
【図７】図４の例示の実施形態の７−７に沿って切り取られた断面図である。
【図８】本発明の他の態様による一例示の冷却チャネルを有する動翼の先端を示す斜視図である。
【図９】本発明の他の態様による一例示の冷却チャネルを有する動翼の先端を示す上面図である。
【図１０】本発明の他の態様による一例示の冷却チャネルを有する動翼の先端板を示す斜視図である。
【００１１】
詳細な記載は、図面を参照した例により利点および特徴とともに本発明の実施形態を説明するものである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、ガスタービンシステム１００など、ターボ機械システムの一実施形態を示す概略図である。システム１００は、圧縮機１０２、燃焼器１０４、タービン１０６、シャフト１０８、および燃料ノズル１１０を含む。一実施形態では、システム１００は、複数の圧縮機１０２、燃焼器１０４、タービン１０６、シャフト１０８、および燃料ノズル１１０を含むことができる。圧縮機１０２およびタービン１０６はシャフト１０８によって結合される。シャフト１０８は、単一のシャフト、またはともに結合されてシャフト１０８を形成する複数のシャフトセグメントでもよい。
【００１３】
一態様では、燃焼器１０４は、天然ガス、または水素リッチ合成ガスなど、液体および／またはガス燃料を使用して、エンジンを動かす。たとえば、燃料ノズル１１０は給気部および燃料供給部１１２と流体連通状態である。燃料ノズル１１０は、空気―燃料混合物を生成し、空気―燃料混合物を燃焼器１０４内に排出し、それによって燃焼を起こし、熱い加圧排ガスを生成する。燃焼器１０４は、熱い加圧ガスがトランジションピースを通ってタービンノズル（または「１段ノズル」）、並びに、バケットおよびノズルの他段内に流れるように向けて、タービン１０６を回転させる。タービン１０６の回転によって、シャフト１０８が回転され、それによって空気が圧縮機１０２内に流れるときに圧縮される。一実施形態では、限定的ではないが、シュラウド、ダイアフラム、ノズル、バケット、およびトランジションピースを含む熱ガス通路構成要素がタービン１０６内に配置され、構成要素を横切る熱ガス流が、タービン部品のクリープ、酸化、摩耗、および熱疲労を引き起こす。熱ガス通路構成要素の温度を管理することによって、構成要素の疲労モードを低減することができる。ガスタービンの効率は、タービンシステム１００内の燃焼温度が上がるに従って向上する。燃焼温度が上がるにしたがって、熱ガス通路構成要素を適切に冷却して、耐用寿命を満たすようにする必要がある。熱ガス通路に近接した領域を冷却する改良型構成を有する構成要素、およびこうした構成要素を作製する方法を図２から１２を参照して以下に詳細に論じる。以下の考察は主にガスタービンに重点が置かれているが、論じる概念はガスタービンに限定されない。
【００１４】
図２は、一例示の熱ガス通路構成要素、ガスタービンまたは燃焼機関のタービン内に位置付けられたタービン動翼１１５を示す斜視図である。理解されるように、タービンは燃焼器の直接下流に取り付けられて、燃焼器から熱い燃焼ガス１１６を受ける。軸方向の中心軸の周りで軸対称のタービンは、ロータディスク１１７、および半径方向軸に沿ってロータディスク１１７から半径方向外側に延びる含む周方向に間隔をおいて配置された複数のタービン動翼（その１つだけが図に示されている）を含む。環状タービンシュラウド１２０は、固定ステータ外筒（図示せず）に適切に接合され、動翼１１５を包囲して、シュラウド１２０と動翼１１５の間に比較的小さいクリアランスまたは間隙が残るようにして、動作中の燃焼ガスの漏れを制限する。
【００１５】
各動翼１１５は、全般的に、ロータディスク１１７の周囲の対応するダブテールスロット内に取り付けられるように構成された軸方向のダブテールなど、任意の従来の形態を有することができる付け根またはダブテール１２２を含む。中空エーロフォイル１２４は、ダブテール１２２に一体に接合され、そこから半径方向または長手方向に外側に延びる。動翼１１５は、エーロフォイル１２４とダブテール１２２の接合部に配置されて、燃焼ガス１１６用の半径方向内側の流路の一部を画定する一体型プラットホーム１２６も含む。理解されるように、動翼１１５を任意の従来の方法で形成することができ、通常は、一体型の外筒である。理解されるように、エーロフォイル１２４は、好ましくは、それぞれ対向する前縁１３２と後縁１３４の間に軸方向に延びる全般的に凹面の正圧側壁１２８、および周方向または半径方向に反対側の全般的に凸面の負圧側壁１３０を含む。側壁１２８および１３０もプラットホーム１２６から半径方向外側の翼先端または先端１３７まで半径方向に延びる。
【００１６】
図３は、本発明の実施形態を使用することができる一例示の翼先端１３７の拡大図である。全般的に、翼先端１３７は、正圧側壁１２８および負圧側壁１３０の半径方向外側縁部上に配置された先端板１４８を含む。先端板１４８は、通常、エーロフォイル１２４の正圧側壁１２８と負圧側壁１３０の間に画定される内部冷却流路（本明細書では単に「エーロフォイル室」と呼ぶ）を境界付ける。圧縮機から流れる圧縮空気など冷媒を動作中にエーロフォイル室を通して循環させることができる。場合によっては、先端板１４８は、動作中に放冷する膜冷却出口１４９を含み、動翼１１５の表面上の膜冷却を促進することができる。先端板１４８を動翼１１５と一体にすることができ、または図で示したように、翼が鋳造された後に、（陰影を付けた領域で示した）部分を所定の位置に溶接／ろう付けすることができる。
【００１７】
漏れ流れの低減など、幾つかの性能の利点により、翼先端１３７が先端レールまたはレール１５０を含むことが多い。正圧側壁１２８および負圧側壁１３０と一致するように、レール１５０がそれぞれ正圧側レール１５２および負圧側レール１５３を含むと記載することができる。全般的に、正圧側レール１５２は先端板１４８から半径方向外側に（すなわち、先端板１４８に対して約９０°またはそれに近い角度を形成して）延び、エーロフォイル１２４の前縁１３２から後縁１３４まで延びる。図で示したように、正圧側レール１５２の通路は正圧側壁１２８の外側半径方向縁部に隣接し、またはその付近に（すなわち、正圧側レール１５２が正圧側壁１２８の外側半径方向縁部と位置合わせされるように先端板１４８の周囲に、またはその付近に）存在する。同様に、図で示したように、負圧側レール１５３は、先端板１４８から半径方向外側に（すなわち、先端板１４８に対して約９０°の角度を形成するように）延び、エーロフォイルの前縁１３２から後縁１３４まで延びる。負圧側レール１５３の通路は、負圧側壁１３０の外側半径方向縁部に隣接するように、またはその付近に（すなわち、負圧側レール１５３が負圧側壁１３０の外側半径方向縁部と位置合わせされるように先端板１４８の周囲に、またはその付近に）存在する。正圧側レール１５２と負圧側レール１５３の両方が内面１５７および外面１５９を有すると記載することができる。
【００１８】
このように形成すると、理解されるように、先端レール１５０は、動翼１１５の先端１３７に先端ポケットまたは空洞１５５を画定する。当業者には理解されるように、このように構成された先端１３７、すなわちこのタイプの空洞１５５を有する先端は、「スキーラ先端」または「スキーラポケットあるいは空洞」を有する先端と呼ばれることが多い。正圧側レール１５２および／または負圧側レール１５３の高さおよび幅（したがって、空洞１５５の深さ）をタービンアセンブリ全体の最良の性能およびサイズに応じて変えることができる。理解されるように、先端板１４８は空洞１５５のフロア（すなわち空洞の内側半径方向の境界）を形成し、先端レール１５０は空洞１５５の側壁を形成し、空洞１５５は外側半径方向面を通して開放されたままであり、タービンエンジン内に設置された後は、そこから僅かに半径方向にオフセットされた固定シュラウド１２０（図２を参照）によって近接して境界付けられる。
【００１９】
理解されるように、エーロフォイル１２４内で、正圧側壁１２８および負圧側壁１３０はエーロフォイル１２４の半径方向の範囲の大部分または全体にわたり周方向かつ軸方向に間隔をおいて配置されて、エーロフォイル１２４を通る少なくとも１つの内部エーロフォイル室１５６を画定する。エーロフォイル室１５６は、全般的に、動翼の付け根の連結部からエーロフォイル１２４を通る冷媒にチャネルを設けて、エーロフォイル１２４が動作中に熱ガス通路への露出により過熱されないようにする。通常、冷媒は、圧縮機１０２から流れる圧縮空気であり、幾つかの従来の方法で得られる。エーロフォイル室１５６は、たとえば、冷却空気が、先端板１４８上に示された膜冷却出口１４９など、エーロフォイル１２４に沿って位置付けられた様々な孔を通って排気される状態で、冷却空気の効果を高めるための、様々な撹拌器をその中に有する蛇行流チャネルを含む、任意の幾つかの構成を有することができる。以下でより詳細に論じるが、理解されるように、形成された表面冷却チャネルまたはマイクロチャネルにエーロフォイル室１５６を連結する流路または連結部を機械加工あるいは孔あけすることによって、こうしたエーロフォイル室１５６を本発明の表面冷却チャネルまたはマイクロチャネルとともに構成し、または使用することができる。これは、任意の従来の方法で行うことができる。理解されるように、このタイプの連結部を、計量した、または連結部が供給する所望の量の冷媒がマイクロチャネル内に流れるように寸法付けし、または構成することができる。さらに、以下でより詳細に論じるように、本明細書に記載のマイクロチャネルを、マイクロチャネルが（膜冷却出口１４９など）存在する冷媒出口と交わるように形成することができる。こうすると、冷媒の供給部をマイクロチャネルに与えることができる。すなわち、以前にその位置で動翼から出た冷媒が、マイクロチャネルを通って循環され、他の位置で動翼から出るように再方向付けされる。
【００２０】
上記のように、動翼の幾つかの領域、および他の熱ガス通路の部分の冷却に使用される一方法は、構成要素の表面に非常に近接して形成され、それに対して実質的に平行に走る冷却流路の使用によるものである。このように位置付けられると、冷媒は、構成要素の最も熱い部分に直接与えられ、それによって冷却効果が上がり、極端な温度が動翼内部に及ぶのも防止される。しかし、当業者には理解されるように、上記のように本明細書で「マイクロチャネル」と呼ばれる、こうした表面冷却流路は製造が難しい。なぜなら、流通断面積が小さく、また表面付近に近づくように位置付けなければならないからである。こうしたマイクロチャネルを製作することができる一方法は、翼を形成するときにマイクロチャネルを翼内に鋳造することによるものである。しかし、この方法では、通常、非常に高コストの鋳造技法を使用しなければ、構成要素の表面に十分近接するようにマイクロチャネルを形成するのは難しい。したがって、通常、鋳造によるマイクロチャネルの形成では、冷却される構成要素の表面にマイクロチャネルを近づけることが制限され、したがって、その効果も制限される。そのため、こうしたマイクロチャネルを形成することができる他の方法が開発された。これらの他の方法は、通常、構成要素の鋳造完了後に構成要素の表面内に形成された溝を囲い、次いで溝をある種のカバーで覆って、中空流路が表面の非常に近くに形成されるようにすることを含む。
【００２１】
これを行うための周知の一方法は、コーティングを使用して、構成要素の表面上に形成された溝を囲うことである。その場合、通常、形成された溝に先ず充填剤が充填される。次いで、構成要素の表面上にコーティングが塗布され、充填剤がコーティングを支持して、溝がコーティングによって包囲されるが、コーティングが充填されないようにする。コーティングが乾燥した後、充填剤をチャネルから抽出して、構成要素の表面に非常に近接した望ましい位置を有する、中空の包囲された冷却チャネルまたはマイクロチャネルを生成することができる。同様の周知の方法では、構成要素の表面の高さに細い首を有するように溝を形成することができる。首を十分細くして、最初に溝に充填剤を充填する必要なく、塗布時にコーティングが溝内に流れるのを防止することができる。他の周知の方法では、溝を形成した後に、金属板を使用して、構成要素の表面をカバーする。すなわち、板またはフォイルを表面上にろう付けして、表面上に形成された溝がカバーされるようにする。他のタイプのマイクロチャネルまたはマイクロチャネルを製造する方法は、上記のように本明細書に組み込まれる、同時係属特許出願のＧＥ整理番号第２５２８３３号に記載されている。本出願は、改良型マイクロチャネル構成、並びに、こうした表面冷却流路を作製することができる効率のよいコスト効果の高い方法を記載するものである。その場合、構成要素の表面上に形成された浅いチャネルまたは溝を、表面に溶接あるいはろう付けされるカバーワイヤ／ストリップで包囲する。カバーワイヤ／ストリップは、縁部に沿って溶接／ろう付けされた場合に、チャネルがしっかり包囲されるが、冷媒が送られる内部領域にわたり中空のままであるように寸法付けることができる。
【００２２】
以下の米国特許出願および特許、米国特許第７，４８７，６４１号、米国特許第６，５２８，１１８号、米国特許第号６，４６１，１０８、米国特許第７，９００，４５８号、および米国特許出願第２００２０１０６４５７号は、こうしたマイクロチャネルまたは表面冷却流路を構成し、製造することができる方法を詳細に記載しており、本出願の本明細書に全体が組み込まれる。理解されるように、特に指定のない場合、本出願に、具体的には添付の特許請求の範囲に記載されたマイクロチャネルは、上記で参照した方法のいずれか、または任意の他の方法、あるいは関連技術で周知のプロセスで形成することができる。
【００２３】
図４は、本発明の好ましい実施形態による、一例示の表面冷却チャネルまたはマイクロチャネル（以後「マイクロチャネル１６６」）を有する先端レールの内面の斜視図である。理解されるように、図４は、内側レール表面１５７上に形成された包囲されていない、またはカバーされていないマイクロチャネル１６６を示している。より正確には、マイクロチャネル１６６は負圧側レール１５３に沿って、エーロフォイル１２４の前縁１３２に向かって形成されるが、レール１５０に沿った任意の部分を通ることもできる。カバーされていない状態では、マイクロチャネル１６６は、動翼１１５の表面内に切削または機械加工された細く浅い溝に類似する。溝の断面形状は、長方形または円形でもよいが、他の形状も可能である。図で示したように、好ましい実施形態では、マイクロチャネル１６６は、レール１５０のベースに位置付けられた上流側、およびレール１５０の外縁または表面付近に位置付けられた下流側を有する。マイクロチャネル１６６の上流側をこの位置に形成された連結部１６７に都合よく連結することができるように、上流側をレール１５０に位置付けることができる。理解されるように、連結部１６７は、マイクロチャネル１６６の上流側と、この場合はエーロフォイル室１５６である内部冷媒源の間に延びる内部流路でもよい。
【００２４】
理解されるように、マイクロチャネル１６６は、レール１５０のベース付近の位置から延びて、先端板１４８に対する角度を概ね形成することができる。幾つかの好ましい実施形態では、角度は、５°から４０°であるが、他の構成も可能である。理解されるように、このように傾斜させると、マイクロチャネル１６６は、マイクロチャネル１６６が冷却するレール１５０の面積を増加することができる。図で示したように、マイクロチャネル１６６は直線形でもよい。代替実施形態では、マイクロチャネル１６６を湾曲させ、または僅かに湾曲させることができる。
【００２５】
図５から７は、図４で示した切取に沿った断面図である。理解されるように、図４では、チャネルカバーまたはカバー１６８が省略されており、マイクロチャネル１６６がより明瞭に示されるようになされている。図５から７では、例示のチャネルカバー１６８が設けられている。図５は、図４の例示の実施形態の５−５に沿って切り取られた断面図である。図５では、マイクロチャネル１６６が形成されるように、コーティングを使用して溝を包囲している。コーティングは、耐環境コーティングを含む、この目的のための任意の適したコーティングでもよい。図６は、図４の例示の実施形態の６−６に沿って切り取られた断面図である。図６では、溶接／ろう付け加工したワイヤ／ストリップを使用して、機械加工した溝を包囲して、マイクロチャネル１６６が形成される（プロセスは上記で参照した同時係属出願のＧＥ整理番号第２５２８３３号に記載されている）。図７は、図４の例示の実施形態の７−７に沿って切り取られた断面図である。図７では、固体板がカバー１６８である。その場合、マイクロチャネル１６６が形成されるように、固体板はレール１５０および先端板１４８に固定されて、溝を包囲される。他のカバー方法を必要に応じて使用することができる。
【００２６】
理解されるように、図４から７は、現存の動翼に有効に加えることができるマイクロチャネル構成を示している。すなわち、現存の動翼をこのタイプのマイクロチャネル１６６を有するように都合よく改良して、動作中にレール１５０内に、または以下で論じるように、先端板１４８内に存在することが知られた、あるいは決定された熱点に対処することができる。これを行うため、溝をレール１５０の内面１５７内に機械加工することができる。機械加工は任意の周知のプロセスで行うことができる。連結部１６７と呼ばれる、先端板１４８を通るように機械加工された流路によって、溝を冷媒源に連結することができる。次いで、カバー１６８を使用して、溝を包囲し、機能的マイクロチャネル１６６を生成し、具体的には、熱点に対処するように配置することができる。
【００２７】
幾つかの好ましい実施形態では、マイクロチャネル１６６は、動翼の露出された外面に非常に近接して概ね平行に延びる包囲され制限された内部流路であると本明細書で定義される。幾つかの好ましい実施形態では、示したように本明細書で使用される、マイクロチャネル１６６は、動翼の外面から約０．０５０インチ未満に位置付けられる冷媒チャネルであり、マイクロチャネル１６６の形成方法によって、チャネルカバー１６８およびマイクロチャネル１６６を包囲する任意のコーティングの厚さに対応することができる。より好ましくは、こうしたマイクロチャネルは、動翼の外面から０．０４０から０．０２０インチにある。
【００２８】
さらに、流通断面積は、通常、こうしたマイクロチャネルでは制限されており、それによって、構成要素の表面上に多数のマイクロチャネルを形成し、冷媒をより有効に使用することができるようになる。幾つかの好ましい実施形態では、示したように本明細書で使用される、マイクロチャネル１６６は約０．００３６平方インチ未満の流通断面積を有するように画定される。より好ましくは、こうしたマイクロチャネルは、約０．００２５から０．００９平方インチの流通断面積を有する。幾つかの好ましい実施形態では、マイクロチャネル１６６の平均高さは約０．０２０から０．０６０インチであり、マイクロチャネル１６６の平均幅は約０．０２０から０．０６０インチである。
【００２９】
図８は、本発明の他の態様による一例示のマイクロチャネル１６６を有する動翼先端１３７の斜視図である。その場合、マイクロチャネル１６６は、連結部１６７の代わりに、存在する膜冷媒出口１４９を介して設けられる。図９は、図８で示したものと同じ動翼先端１３７の上面図である。理解されるように、図８では（図４と同様に）カバー１６８が示されていない。代わりに、図８は、２つの連結する溝、図４で示した溝と同様のレール１５０内に形成された第１の溝１７１、および第１の溝１７１に連結される先端板１４８内に形成された第２の溝１７３を示している。第２の溝１７３は、上流側で、存在する膜冷却出口１４９と交わることができる。理解されるように、代替実施形態では、連結部１６７を冷媒供給部としてこの位置で先端板１４８を通るように機械加工することもできる。第２の溝１７３は第１の溝１７１の上流端に向かって延び、図で示したように、上流端と連結部を作製することができる。第１の溝１７１は、レール１５０の外縁付近に位置付けられた下流端に向かって延びることができる。第１の溝の下流端は開放されたままで、冷媒用出口が生成されるようにすることができる。
【００３０】
図９は、コーティングを塗布した後の図８の先端１３７の上面図である。述べたように、コーティングは第１の溝１７１および第２の溝１７３を包囲し、それによって上述のチャネルカバー１６８として働くことができる。こうすると、第１の溝１７１および第２の溝１７３が包囲されて、その結果機能的マイクロチャネル１６６が形成される。このタイプの構成を使用して、先端板１４８またはレール１５０上の周知の熱点に対処することができる。さらに、マイクロチャネル冷却の効率を考えると、たとえば、膜冷却方式と比較した場合に、冷媒量を低減し、または最小限に抑えてこうした周知の熱点に対処することができる。示したように、マイクロチャネル１６６を存在する冷媒出口によって設けることもでき、それによってマイクロチャネルを冷媒供給部に連結する新しい流路を機械加工する必要が回避される。
【００３１】
図１０は、本発明の他の態様による一例示の冷却チャネル（すなわち第２の溝１７３）を有する動翼の先端板１４８の斜視図である。場合によっては、先端板１４８（またはその一部）は図で示したものなど、非一体型構成要素を含むことができる。その場合、先端板１４８を動翼１１５とは別に機械加工して、設置後に、第２の溝１７３が先端板１４８の一体部分上に形成された連続する第２の溝、またはレール１５０の内面上のチャネルと位置合わせされるようにすることができる。具体的には、先端板１４８が後に別に取り付けられる場合、最初の行程として先端板１４８を予め機械加工して（かつ予めカバーもして）、次いで新しい動翼に取り付けるか、改良したものすることができる。
【００３２】
本発明を単に限られた数の実施形態に関連して詳細に記載したが、容易に理解されるように、本発明はこうした開示の実施形態に限定されない。むしろ、本発明を変更して、これまで記載していない任意の数の変形形態、変更形態、代替形態、または等価の構成を組み込むことができるが、それらは本発明の精神および範囲と等しいものである。さらに、本発明の様々な実施形態を記載したが、理解されるように、本発明の態様は、単に記載の実施形態の一部を含むことができる。したがって、本発明は上記に限定されず、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００３３】
１００  ガスタービンシステム
１０２  圧縮機
１０４  燃焼器
１０６  タービン
１０８  シャフト
１１０  燃料ノズル
１１２  燃料供給部
１１５  動翼
１１６  燃焼ガス
１１７  ロータディスク
１２０  シュラウド
１２２  付け根またはダブテール
１２４  エーロフォイル
１２６  プラットホーム
１２８  正圧側壁
１３０  負圧側壁
１３２  前縁
１３４  後縁
１３７  翼先端
１４８  先端板
１４９  膜冷却出口
１５０  レール
１５２  正圧側レール
１５３  負圧側レール
１５５  先端空洞
１５６  エーロフォイル室
１５７  内側レール表面
１５９  外側レール表面
１６６  先端マイクロチャネルまたはマイクロチャネル
１６７  連結部
１６８  チャネルカバー（コーティング、板、フォイル、ワイヤなど）
１７１  第１の溝
１７３  第２の溝
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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