(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンエンジンのタービンエーロフォイルの冷却システムを提供する。【解決手段】エーロフォイル７８は、１つまたは複数の内部冷却回路１２０、１２２、１２４を備える。冷却回路には、冷却回路と流体連通した１つまたは複数の冷却空気入口通路８８、９０、９２から冷却流体の流れを供給することができる。冷却回路は、供給通路１８０によって画定された前縁冷却回路１２０と、内部に配置されたピン１８８によって１つまたは複数の副回路２００、２０２、２０４、２０６に分割されたピンバンク通路１８６と、少なくとも第１および第２の冷却通路１９０ａ、１９０ｂとをさらに備えることができる。冷却回路は、エーロフォイル内に冷却流体流れを供給してエーロフォイルを冷却するとともに、冷却流体を複数のフィルム孔に供給してエーロフォイルの外面に冷却フィルムを生成することができる。【選択図】図６
2017082774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前縁（１０２）と後縁（１０４）との間を軸方向に延在し、根元（８２）と先端（８０）との間を半径方向に延在する圧力側（９８）および負圧側（１００）を画定する外面と、
エーロフォイル（７８）内に配置された冷却回路（１２０）であって、
前記根元（８２）から前記先端（８０）に向かって延在し、前記根元（８２）で冷却空気入口通路（８８）に流体連結する供給通路（１８０）と、
前記供給通路（１８０）と流体連通し、前記根元（８２）と前記先端（８０）との間に延在するピンバンク通路（１８６）であって、内部に複数のピン（１８８）が配置され、前記複数のピンにより少なくとも第１および第２の副回路（２００、２０２）に機能的に分割されるピンバンク通路（１８６）と、
前記第１および第２の副回路（２００、２０２）のうちの対応する１つに流体連結し、前記ピンバンク通路（１８６）の両側に配置された少なくとも第１および第２の冷却通路（１９０ａ、１９０ｂ）と
を備える冷却回路（１２０）と
を備えるガスタービンエンジン（１０）用のエーロフォイル（７８）であって、
前記冷却空気入口通路（８８）からの冷却空気が、第１の半径方向に前記供給通路（１８０）を通って移動し、前記第１の半径方向と反対の第２の半径方向に前記副回路（２００、２０２）を通って戻り、次いで、前記第１の半径方向に前記第１および第２の冷却通路（１９０ａ、１９０ｂ）を通って流れる、エーロフォイル（７８）。
【請求項２】
前記ピンバンク通路（１８６）ならびに前記第１および第２の冷却通路（１９０ａ、１９０ｂ）が前記供給通路（１８０）と前記外面との間に配置される、請求項１記載のエーロフォイル（７８）。
【請求項３】
前記ピンバンク通路（１８６）ならびに前記第１および第２の冷却通路（１９０ａ、１９０ｂ）が前記外面に隣接して配置されて表面近傍冷却域を画定する、請求項２記載のエーロフォイル（７８）。
【請求項４】
前記表面近傍冷却域が前記圧力側（９８）および前記負圧側（１００）のうちの少なくとも１つに隣接して配置される、請求項３記載のエーロフォイル（７８）。
【請求項５】
前記表面近傍冷却域が前記負圧側（１００）に隣接して配置される、請求項４記載のエーロフォイル（７８）。
【請求項６】
前記表面近傍冷却域が前記前縁（１０２）に隣接して配置される、請求項４記載のエーロフォイル（７８）。
【請求項７】
前記供給通路（１８０）に流体連結し、前記前縁（１０２）に沿って延在する前縁冷却通路（１９４）を前記冷却回路（１２０）がさらに備える、請求項６記載のエーロフォイル（７８）。
【請求項８】
前記前縁冷却通路（１９４）が、前記第１および第２の冷却通路（１９０ａ、１９０ｂ）のうちの１つに隣接する、請求項７記載のエーロフォイル（７８）。
【請求項９】
前記第１および第２の通路（１９０ａ、１９０ｂ）から前記外面に延在する複数のフィルム孔をさらに備える請求項８記載のエーロフォイル（７８）。
【請求項１０】
前記ピンバンク通路（１８６）が前記外面に延在するフィルム孔を有しない、請求項９記載のエーロフォイル（７８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンブレードに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジン、詳細にはガスタービンエンジンまたは燃焼タービンエンジンは、エンジンを通過して多数の回転タービンブレードに流れる燃焼ガスの流れからエネルギーを取り出す回転エンジンである。ガスタービンエンジンは、陸上および船舶での移動用、ならびに発電用に使用されてきたが、最も一般的には、ヘリコプタを含む航空機などの航空用途で使用されている。航空機では、ガスタービンエンジンは航空機の推進に使用される。陸上用途では、タービンエンジンはしばしば発電に使用される。
【０００３】
航空機用ガスタービンエンジンは、エンジン効率を最大にするために高温で作動するように設計されるので、高圧タービンおよび低圧タービンなどの特定のエンジン構成部品の冷却が有利になる場合がある。典型的には、高圧圧縮機および／または低圧圧縮機からの低温の空気を冷却が必要なエンジン構成部品に通すことによって冷却が行われる。高圧タービン内の温度はおよそ１０００℃から１３６０℃であり、圧縮機からの冷却空気はおよそ５００℃から７００℃である。圧縮機の空気は高温ではあるが、タービンの空気に比べると低温であり、タービンを冷却するために使用することができる。
【０００４】
現代のタービンブレードは一般に、冷却空気をブレードの中を通してブレードの様々な部分を冷却するための１つまたは複数の内部冷却回路を含み、また、ブレードの前縁、後縁、および先端などのブレードの様々な部分を冷却するための専用の冷却回路を含むことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８１７７５０６号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ガスタービンエンジン用のエーロフォイル。前縁と後縁との間を軸方向に延在し、根元と先端との間を半径方向に延在する圧力側および負圧側を画定する外面を有するエーロフォイル。エーロフォイルはエーロフォイル内に配置された冷却回路を備える。根元から先端に向かって延在し、根元でダブテール入口通路に流体連結する供給通路と、供給通路と流体連通し、根元と先端との間に延在するピンバンク通路であって、内部に複数のピンが配置され、その複数のピンにより少なくとも第１および第２の副回路に機能的に分割されたピンバンク通路と、第１および第２の副回路のうちの対応する１つに流体連結し、ピンバンク通路の両側に配置された少なくとも第１および第２の冷却通路とを冷却回路は備える。入口通路からの冷却空気は、第１の半径方向に供給通路を通って移動し、第１の半径方向と反対の第２の半径方向に副回路を通って戻り、次いで、第１の半径方向に第１および第２の冷却通路を通って流れる。
【０００７】
タービンロータディスクを有するガスタービンエンジン用のブレード。少なくとも１つの冷却空気入口通路を有し、タービンロータディスクに取り付けられるように構成されたダブテールと、ダブテールから半径方向に延在するエーロフォイルであって、前縁と後縁との間を軸方向に延在し、ダブテールに隣接する根元と先端との間を半径方向に延在する圧力側および負圧側を画定する外面を有するエーロフォイルとをブレードは備える。ブレードは、前縁に隣接してエーロフォイル内に配置された前縁冷却回路を備える。根元から先端に向かって延在し、根元でダブテール入口通路に流体連結する供給通路と、供給通路と流体連通し、根元と先端との間に延在するピンバンク通路であって、内部に複数のピンが配置されたピンバンク通路と、ピンバンク通路の両側でピンバンク通路に流体連結した少なくとも第１および第２の冷却通路とを前縁冷却回路は備える。供給通路、ピンバンク通路、ならびに第１および第２の冷却通路は、供給通路と外面との間に配置されて、外面に隣接した表面近傍冷却領域を一体となって画定する。入口通路からの冷却空気は、根元から先端に向かう第１の半径方向に供給通路を通って移動し、第１の半径方向と反対の第２の半径方向にピンバンクを通って戻り、次いで、第１の半径方向に第１および第２の冷却通路を通って流れる。
【０００８】
弦長方向に前縁と後縁との間を延在し、スパン方向に根元と先端との間を延在する圧力側および負圧側を画定するエーロフォイルを有するガスタービンエンジン用のブレード。圧力側および負圧側のうちの１つに隣接し、根元および先端との間に延在するピンバンク通路を壁近傍冷却回路は備え、複数のピンがピンバンク通路内に配置され、ピンバンク通路を少なくとも第１および第２の副回路に機能的に分割し、少なくとも第１および第２の冷却通路が、第１および第２の副回路のうちの対応する１つに流体連結し、ピンバンク通路の両側に配置され、ピンバンク通路ならびに第１および第２の冷却通路は、圧力側および負圧側のうちの１つのすぐ近くに隣接する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】航空機用ガスタービンエンジンの概略断面図である。
【図２】根元に取り付けられたエーロフォイルを含む、図１のエンジンのタービンブレードの斜視図である。
【図３】図２のエーロフォイルの断面図である。
【図４】冷却回路を画定する内部の通路を示す、図３のエーロフォイルの断面図である。
【図５】図４の前縁冷却回路の拡大図である。
【図６】図４のブレードの流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
記載される本発明の実施形態は、タービンブレード、具体的にはタービンブレードの冷却を対象とする。本発明は、例示する目的のために、航空機ガスタービンエンジン用のタービンブレードに関して説明される。しかしながら、本発明はそれに限定されるものではなく、他の移動用途、ならびに非移動用途の工業、商業、および住宅用途などの非航空機用途に一般的に適用できることは理解されるであろう。また、静止ベーンなどのブレード以外のタービンエンジンのエーロフォイルにも適用することができる。
【００１１】
図１は、航空機用のガスタービンエンジン１０の概略断面図である。エンジン１０は、概ね長手方向に延在する軸または中心線１２を有し、中心線１２は前方１４から後方１６へと延在する。エンジン１０は、下流方向への直列流れ関係で、ファン２０を含むファンセクション１８、ブースタまたは低圧（ＬＰ：ｌｏｗ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）圧縮機２４および高圧（ＨＰ：ｈｉｇｈ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）圧縮機２６を含む圧縮機セクション２２、燃焼器３０を含む燃焼セクション２８、ＨＰタービン３４およびＬＰタービン３６を含むタービンセクション３２、ならびに排気セクション３８を含む。
【００１２】
ファンセクション１８は、ファン２０を取り囲むファンケーシング４０を含む。ファン２０は、中心線１２の周りに放射状に配置された複数のファンブレード４２を含む。ＨＰ圧縮機２６、燃焼器３０、およびＨＰタービン３４は、エンジン１０のコア４４を形成し、コア４４は燃焼ガスを発生する。コア４４はコアケーシング４６に取り囲まれ、コアケーシング４６はファンケーシング４０と結合することができる。
【００１３】
エンジン１０の中心線１２の周りに同軸に配置されたＨＰシャフトまたはスプール４８は、ＨＰタービン３４をＨＰ圧縮機２６に駆動接続する。ＬＰシャフトまたはスプール５０は、より大きな直径の環状のＨＰスプール４８内で、エンジン１０の中心線１２の周りに同軸に配置され、ＬＰタービン３６をＬＰ圧縮機２４およびファン２０に駆動接続する。
【００１４】
ＬＰ圧縮機２４およびＨＰ圧縮機２６はそれぞれ複数の圧縮機段５２、５４を含み、それらにおいては、圧縮機ブレード５６、５８の形態の一組のエーロフォイルが、圧縮機ベーン６０、６２（ノズルとも呼ばれる）の形態の対応する一組の静止エーロフォイルに対して回転して、段を通過する流体の流れを圧縮または加圧する。単一の圧縮機段５２、５４において、多数の圧縮機ブレード５６、５８が環状に設けられて、ブレードのプラットフォームからブレードの先端まで中心線１２に対して半径方向外向きに延在することができ、一方、対応する静止圧縮機ベーン６０、６２は、回転ブレード５６、５８の下流に、かつそれらに隣接して配置される。図１に示すブレード、ベーン、および圧縮機段の数は、単に例示する目的のためだけに選ばれており、他の数も可能であることに留意されたい。
【００１５】
ＨＰタービン３４およびＬＰタービン３６はそれぞれ複数のタービン段６４、６６を含み、それらにおいては、タービンブレード６８、７０の形態の一組のエーロフォイルが、タービンベーン７２、７４（ノズルとも呼ばれる）の形態の対応する一組の静止エーロフォイルに対して回転して、段を通過する流体の流れからエネルギーを取り出す。単一のタービン段６４、６６において、多数のタービンブレード６８、７０が環状に設けられ、ブレードのプラットフォームからブレードの先端まで中心線１２に対して半径方向外向きに延在することができ、一方、対応する静止タービンベーン７２、７４は、回転ブレード６８、７０の上流に、かつそれらに隣接して配置される。図１に示すブレード、ベーン、およびタービン段の数は、単に例示する目的のためだけに選ばれており、他の数も可能であることに留意されたい。
【００１６】
作動時、回転ファン２０は外気をＬＰ圧縮機２４に供給し、次いでＬＰ圧縮機２４は加圧された外気をＨＰ圧縮機２６に供給し、ＨＰ圧縮機２６はさらに外気を加圧する。ＨＰ圧縮機２６からの加圧空気は燃焼器３０内で燃料と混合されて点火され、それによって燃焼ガスが発生する。これらのガスからＨＰタービン３４によっていくらかの仕事が取り出され、ＨＰタービン３４はＨＰ圧縮機２６を駆動する。燃焼ガスはＬＰタービン３６内に吐出され、そこでＬＰ圧縮機２４を駆動するためにさらに仕事が取り出されて、最終的に、排気ガスは排気セクション３８を経てエンジン１０から排出される。ＬＰタービン３６の駆動によってＬＰスプール５０が駆動されて、ファン２０およびＬＰ圧縮機２４を回転させる。
【００１７】
ファン２０によって供給された外気のうちのいくらかは、エンジンコア４４をバイパスして、エンジン１０の部分、特に高温部分を冷却するために使用することができ、かつ／あるいは、航空機の他の要素を冷却するか、またはそれらに動力を与えるために使用することができる。タービンエンジンの状況では、エンジンの高温部分は通常、燃焼器３０の下流、特にタービンセクション３２であり、ＨＰタービン３４が燃焼セクション２８のすぐ下流にあるので最も高温の部分となる。冷却流体の他の供給源は、限定するものではないが、ＬＰ圧縮機２４またはＨＰ圧縮機２６から吐出される流体とすることができる。
【００１８】
図２は、図１のエンジン１０の１つのタービンブレード６８の形態のエンジン構成部品の斜視図である。タービンブレード６８は、ダブテール７６およびエーロフォイル７８を含む。エーロフォイル７８は先端８０から根元８２まで延在する。ダブテール７６は、根元８２でエーロフォイル７８と一体化したプラットフォーム８４をさらに含み、プラットフォーム８４はタービン空気流を半径方向に包含する助けとなる。ダブテール７６は、エンジン１０のタービンロータディスクに取り付けられるように構成することができる。ダブテール７６は、第１の入口通路８８、第２の入口通路９０、および第３の入口通路９２として例示的に示される少なくとも１つの入口通路を備え、それぞれ、ダブテール７６を通って延在して通路出口９４でエーロフォイル７８と内部で流体連通する。ダブテール７６は断面で示されており、したがって、入口通路８８、９０、９２はダブテール７６の本体内に収まっていることを理解すべきである。
【００１９】
図３を参照すると、断面で示されたエーロフォイル７８は内部９６を有し、圧力側を画定する凹面状の圧力側壁９８と負圧側を画定する凸面状の負圧側壁１００とによって画定され、圧力側壁９８と負圧側壁１００は、前縁１０２および後縁１０４を有するエーロフォイル形状を画定するようにつながっている。エーロフォイル７８は、負圧側壁１００の後に圧力側壁９８が続くような方向に回転する。したがって、図３に示すように、エーロフォイル７８は紙面の上部に向かって上向きに回転する。
【００２０】
エーロフォイル７８は複数の内部通路を備え、それらは、ブレードの外面に沿ったブレード６８の特定の部分を特に冷却する表面近傍冷却通路として働く冷却回路を形成するように配置することができる。これらの通路および対応する冷却回路を、エーロフォイル７８の断面図である図４に示す。図示のエーロフォイル７８内の個々のそれぞれの通路の各幾何学的形状は例示的なものであり、それぞれは冷却回路の１つまたは複数の要素を示し、冷却回路を図示の幾何学的形状、寸法、または位置に限定すべきでないことを理解すべきである。
【００２１】
冷却回路は、エーロフォイル７８内を半径方向に延在する１つまたは複数の通路によって画定することができる。特定の通路とエーロフォイル７８の外面との間を流体連通して、エーロフォイル７８の外面に沿って冷却流体のフィルムを提供することができる１つまたは複数のフィルム孔をこれらの通路が備えることができることを理解すべきである。
【００２２】
図示のように、エーロフォイル７８には、前縁冷却回路１２０、翼弦中央部冷却回路１２２、および後縁冷却回路１２４の３つの冷却回路が設けられ、これらはさらに、第１の表面近傍冷却通路、第２の表面近傍冷却通路、および第３の表面近傍冷却通路に連結することができる。冷却回路１２０、１２２、１２４には、入口通路８８、９０、９２をそれぞれ経てダブテール７６を通過する冷却流体の流れを供給することができる。後縁冷却回路１２４は、図示のように、第３の入口通路９２を共通の入口とする第１の冷却回路１２４ａおよび第２の冷却回路１２４ｂをさらに備える。第１および第２の冷却回路１２４ａ、１２４ｂは、第１の壁近傍冷却通路をさらに備えることができる。
【００２３】
後縁冷却回路１２４から始めると、第１の冷却回路１２４ａおよび第２の冷却回路１２４ｂは、第３の入口通路９２を共通の入口としており、第３の入口通路９２は、ダブテール７６内で１つの入口から２つの入口に分かれることができる。代替の実施形態では、第４の入口通路（図示せず）を第１の冷却回路１２４ａまたは第２の冷却回路１２４ｂのうちの一方の入口として使用し、第３の入口通路９２を他方の入口とすることができる。第２の冷却回路１２４ｂは後縁１０４に隣接して配置され、第１の冷却回路１２４ａは、後方において、第２の冷却回路１２４ｂの翼弦方向前方に配置される。
【００２４】
第１の冷却回路１２４ａは供給通路１３０を備え、供給通路１３０は第３の入口通路９２と流体連通し、根元から先端の方向に延在する。供給通路１３０は、先端から根元の方向に延在する戻り通路１３２に流体連結し、戻り通路１３２は、根元から先端の方向に延在する出口通路１３４に流体連結する。
【００２５】
第２の冷却回路１２４ｂは供給通路１４０を備え、供給通路１４０は第３の入口通路９２と流体連通し、根元から先端の方向に延在する。供給通路１４０は、根元から先端へと延在する後縁通路１４２と流体連通する。一例では、後縁通路１４２は、１つまたは複数の入口１４４によって供給通路１４０に連結することができ、入口１４４は、エーロフォイル７８に沿って半径方向に延在し、供給通路１４０と後縁通路１４２との間に配置される。後縁通路１４２には、後縁通路１４２内に配置された１つまたは複数の列のピン、またはピンバンク１４６を配置することができる。後縁通路１４２は、後縁通路１４２とエーロフォイル７８の外部とを流体連通する１つまたは複数のスロットをさらに備えることができる。
【００２６】
翼弦中央部冷却回路１２２は、前縁冷却回路１２０および後縁冷却回路１２４の位置に対してエーロフォイル７８の翼弦方向の中央部に配置される。翼弦中央部冷却回路１２２は、第２の入口通路９０に流体連結して、そこから冷却流体の流れを受け入れることができる。翼弦中央部冷却回路１２２は供給通路１６０を備え、供給通路１６０は、第２の入口通路９０に流体連結され、根元から先端の方向に延在する。供給通路１６０は、負圧側壁１００または圧力側壁９８に隣接して配置するか、あるいは、圧力側壁９８にも負圧側壁１００にも隣接せずに配置することができる。
【００２７】
中央部供給通路１６０は、先端から根元の方向に延在する中央部プレナム通路１６２に流体連結する。中央部プレナム通路１６２は中央部戻り通路１６４にさらに連結し、中央部戻り通路１６４は、中央部供給通路１６０と中央部プレナム通路１６２とが組み合わさったところと、前縁冷却回路１２０との間に配置される。中央部プレナム通路１６２は、中央部戻り通路１６４に加えて、圧力側壁９８と中央部プレナム通路１６２との間の圧力側に配置された第２の表面近傍冷却通路１６６にさらに流体連結する。表面近傍冷却通路１６６は流路１６８を備え、流路１６８内には複数のピンまたはピンバンク１７０が配置される。表面近傍冷却通路１６６は、中央部プレナム通路１６２が流路１６８に流体連結する場所に対して反対側の流路１６８の端部に位置するメッシュプレナム１７２とさらに流体連通している。
【００２８】
前縁冷却回路１２０は、供給通路１８０、第３の表面近傍冷却通路１８２または表面近傍冷却域、および前縁冷却通路１９４を備えることができる。供給通路１８０は、根元から先端の方向に延在し、出口９４で第１の入口通路８８に流体連結して、冷却空気を表面近傍冷却通路１８２および前縁通路１９４に供給する。表面近傍冷却通路１８２は、圧力側壁９８または負圧側壁１００などのエーロフォイル７８の外面に隣接して冷却流体が流れる領域を含む表面近傍冷却域をさらに画定することができる。
【００２９】
表面近傍冷却通路１８２は、負圧側壁１００に隣接しながら、供給通路１８０と負圧側壁１００との間にあるように例示的に示されている。この構成では、表面近傍冷却通路１８２は、負圧側壁１００に沿うエーロフォイル７８の壁部分を冷却する。これに代えて、表面近傍冷却通路１８２を、圧力側壁９８に隣接して圧力側壁９８と供給通路１８０との間に配置することができる。同様に、供給通路１８０は、圧力側壁９８に隣接して示されているが、その代わりに、負圧側壁１００に隣接して配置することができる。
【００３０】
表面近傍冷却通路１８２は、先端から根元の方向に延在するピンバンク通路１８６を備え、ピンバンク通路１８６内に配置された複数のピンまたはピンバンク１８８を有することができる。表面近傍冷却通路１８２は少なくとも１つの戻り通路１９０をさらに含み、図４には、ピンバンク通路１８６の両端に配置された２つの戻り通路１９０として示されている。戻り通路１９０は、根元８２近くでピンバンク通路１８６に流体連結し、根元から先端の方向に延在する。戻り通路１９０では、その中に複数のタービュレータを配置するなどして、乱流を発生することができることを理解すべきである。
【００３１】
前縁冷却回路１２０は前縁通路１９４を有し、前縁通路１９４は、前縁１０２に隣接して配置され、根元から先端の方向に延在する。前縁通路１９４は、供給通路１８０と前縁通路１９４との間の壁１９８に画定されたインピンジメント開口１９６によって供給通路１８０と流体連通している。前縁通路１９４はさらに、表面近傍冷却通路１８２のうちの１つの戻り通路１９０に隣接することができる。
【００３２】
図３に示した幾何学的形状は、本明細書で開示する冷却回路の例示的な一実施形態であることを理解すべきであり、限定するものと理解すべきではない。複数の通路、壁、流路、ピンバンクなどを備える冷却回路は、エーロフォイル７８内の冷却回路の例示的な一実施形態として理解すべきであり、本明細書で開示する位置、寸法、および幾何学的形状は、冷却回路の本発明の概念を容易に理解できるように具体化されたものである。例えば、壁近傍冷却回路１８２は、エーロフォイル７８の負圧側壁１００に示されているが、その代わりに、圧力側壁９８に配置することができる。同様に、図示の壁近傍冷却回路のいずれも、図示とは反対側に配置することができる。壁近傍冷却回路の数を増やして両側に配置することができる。さらに、エーロフォイル７８の断面形状内の通路によって画定された抽象的な形状は例示的なものであり、任意の形状、幾何学的形状、独自の形状、またはそれ以外の形状とすることができる。
【００３３】
図５を参照すると、図４の前縁冷却回路１２０の拡大図が、前縁冷却回路１２０を画定する冷却通路を最もよく示している。供給通路１８０は、ピンバンク通路１８６と流体連通している。ピンバンク通路１８６内に配置された複数のピン１８８はピンバンクに編成されて、ピンバンクは副回路を画定する。第１の副回路２００、第２の副回路２０２、第３の副回路２０４、および第４の副回路２０６を、ピンバンクによってさらに画定することができる。図示の副回路は例示的なものであり、ピンバンク通路１８６内に配置されたピンは、ピンバンク通路１８６を２つ以上の副回路に分けることができることを理解すべきである。さらに、副回路２００、２０２、２０４、２０６は互いに流体的に分離しておらず、副回路２００、２０２、２０４、２０６の間でそれらの半径方向の長さに沿って冷却流体が流れることができる。
【００３４】
戻り通路１９０は、第１および第２の冷却通路としてさらに画定することができ、それらはそれぞれ、第１の戻り通路１９０ａおよび第２の戻り通路１９０ｂとして示されている。副回路はさらに、第１および第２の戻り通路１９０ａ、１９０ｂと流体連通することができる。図５に示した例示的な配置では、第１および第２の副回路２００、２０２は第１の戻り通路１９０ａと流体連通することができ、第３および第４の副回路２０４、２０６は第２の戻り通路１９０ｂと流体連通することができる。上記の流路は例示的なものであり、冷却流体の流れは、副回路２００、２０２、２０４、２０６の間を通ることができるとともに、第１および第２の戻り通路１９０ａ、１９０ｂのうちのどちらかを通ることもできることを理解すべきである。
【００３５】
ピンバンク通路１８６と第１および第２の冷却通路との組合せは、供給通路１８０とエーロフォイル７８の外面との間に配置することができ、それらは表面近傍冷却域を画定する。したがって、表面近傍冷却域は、圧力側壁９８または負圧側壁１００の少なくとも１つに隣接することができる。あるいは、表面近傍冷却域は、前縁１０２に隣接して配置することができる。
【００３６】
図６は、図４のエーロフォイル７８の冷却回路１２０、１２２、１２４の流れ図である。エーロフォイル７８内の冷却回路１２０、１２２、１２４の全体的な構成を示すために、エーロフォイル７８は破線で概略的に示されている。エーロフォイル７８は、前縁１０２から後縁１０４まで翼弦方向に、かつ根元から先端に向かうスパン方向に延在するエーロフォイル空洞を画定し、エーロフォイル空洞は、内部の壁によって別個の流路または通路に分割されて冷却回路１２０、１２２、１２４を形成し、冷却回路１２０、１２２、１２４はエーロフォイル７８を通る冷却流体の流れを導く。先端冷却通路２０８は、エーロフォイル７８の先端８０の上に配置され、実質的に翼弦方向に前縁１０２近辺から後縁１０４に向かって延在することができる。冷却回路１２０、１２２、１２４内に供給された冷却流体が１つまたは複数のフィルム孔１３６を通って排出されなければ、最終的にはエーロフォイル７８から排出することができるように、先端冷却通路２０８は、冷却回路１２０、１２２、１２４が冷却流体を排出するための共通の通路となる。
【００３７】
後縁冷却回路１２４には、第３の入口通路９２から冷却流体の流れを供給することができる。第３の入口通路９２はさらに、第１の冷却回路１２４ａおよび第２の冷却回路１２４ｂに個別に供給することができ、それは、第３の冷却入口９２からの冷却流体流れを、前縁側入口９２ａと後縁側入口９２ｂとに分けることによって行うことができる。
【００３８】
前縁側入口９２ａを入口とするように示している第１の冷却回路１２４ａは、冷却流体流れを根元から先端の方向に供給通路１３０内に受け入れる。冷却流体は、上部転向部２１８で供給通路１３０から戻り通路１３２に供給されて、先端から根元の方向に流れることができる。次いで、冷却流体は、下部転向部２２０で戻り通路１３２から出口通路１３４に供給されて、根元から先端に流れることができる。出口通路１３４内で、冷却流体はフィルム孔１３６を通って排出されて、エーロフォイル７８の外面に沿って冷却フィルムを提供することができる。したがって、第１の冷却回路１２４ａによって画定される流体通路は、先端８０と根元８２との間を実質的に曲がりくねって蛇行することができる。
【００３９】
後縁側入口９２ｂを入口とするように示している第２の冷却回路１２４ｂは、冷却流体の流れを根元から先端の方向に供給通路１４０内に供給することができる。供給通路１４０に沿って、冷却流体は、供給通路１４０から１つまたは複数の入口１４４を通って、１つまたは複数のピン１４６を備えることができる後縁通路１４２内に流れることができる。後縁通路１４２内に流れない冷却流体は、供給通路の先端部２２２からエーロフォイル７８の後縁１０４の外に排出することができる。
【００４０】
後縁通路１４２内の冷却空気は、フィルム孔１３６を通ってエーロフォイル７８から排出することができ、またはその代わりに、スロット１４８を通って後縁１０４を通って排出することができる。
【００４１】
翼弦中央部冷却回路１２２は、翼弦方向に前縁冷却回路１２０と後縁冷却回路１２４との間に配置され、第２の入口通路９０から冷却流体の流れを供給することができる。翼弦中央部冷却回路１２２は、第２の入口通路９０から冷却流体を供給通路１６０内に受け入れ、冷却流体は根元から先端に流れる。翼弦中央部冷却回路１２２は、供給通路１６０が中央部プレナム通路１６２と流体連通する上部転向部２１４をさらに備えることができる。中央部プレナム通路１６２はさらに、中央部プレナム通路１６２からの流路１６８によって表面近傍冷却通路１６６と流体連通している。冷却空気流は、１つまたは複数のピンまたはピンバンク１７０を含むことができる表面近傍冷却通路１６６を通ってメッシュプレナム１７２に流れることができ、ここで、冷却流体はフィルム孔１３６を通って排出されて、エーロフォイル７８の外面に沿って冷却フィルムを生成することができる。
【００４２】
翼弦中央部冷却回路１２２は、中央部プレナム通路１６２から中央部戻り通路１６４に冷却流体を供給する下部転向部２１６をさらに備えることができる。フィルム孔１３６は、中央部戻り通路１６４から、翼弦中央部冷却回路１２２からの冷却流体を排出して、エーロフォイル７８の外面に沿って冷却フィルムを提供することができる。中央部戻り通路１６４は負圧側壁１００と圧力側壁９８との間を延在することができるので、フィルム孔１３６は、冷却流体流れをエーロフォイル７８の外面に供給することができる。
【００４３】
前縁冷却回路１２０には、ダブテール７６内で第１の入口通路８８から冷却流体を供給することができる。前縁冷却回路１２０は、供給通路１８０内に冷却流体を受け入れ、冷却流体は、第１の半径方向をなす根元から先端の方向に流れる。供給通路１８０は、インピンジメント開口１９６によって前縁通路１９４と流体連通し、前縁通路１９４で、フィルム孔１３６は冷却流体をエーロフォイル７８の前縁１０２に沿って排出して冷却フィルムを生成することができる。
【００４４】
前縁冷却回路１２０は、前端８０近くで少なくとも１つの上部転向部２１０をさらに含んで、冷却流体を供給通路１８０からピンバンク通路１８６に供給することができる。上部転向部２１０で、冷却流体は、供給通路１８０からピンバンク通路１８６内に流れることができる。冷却流体は、多数のピン１８８を備えるピンバンク通路１８６内を、第１の半径方向とは反対の第２の半径方向を含む先端から根元の方向に移動する。ピンバンク通路１８６内のピン１８８はさらに、ピンバンク通路１８６を副回路２００、２０２、２０４、２０６に分離する。冷却流体の流れは、先端から根元の方向に副回路２００、２０２、２０４、２０６内を動く。根元８２近くで、前縁冷却回路１２０は、２つの下部転向部２１２として例示的に示された少なくとも１つの下部転向部２１２をさらに備えて、冷却流体をピンバンク通路１８６から第１および第２の戻り通路１９０ａ、１９０ｂに供給することができる。冷却流体は戻り通路１９０ａ、１９０ｂ内を、第１の半径方向である根元から先端の方向に流れて、フィルム孔１３６を通って排出されて、エーロフォイル７８の外面に沿って冷却フィルムを形成するか、または先端冷却通路２０８に排出することができる。
【００４５】
図４に示される冷却回路１２０、１２２、１２４は、エーロフォイル７８内の冷却回路の一実施形態の例示であることを理解すべきであり、特定の幾何学的形状、通路、ピンバンク、フィルム孔などによって限定されるものと解釈するべきではない。冷却回路１２０、１２２、１２４、１２４ａ、１２４ｂは、前縁１０２から後縁１０４に向かって、または、後縁１０４から前縁１０２に向かって全体として移動するように示されているが、これは、冷却回路自体を単に例示的に描いたものであることをさらに理解すべきである。特定の通路、流路、入口、またはメッシュでは、エーロフォイル７８に対して任意の方向に流れることができる。例えば、前縁１０２の方向または後縁１０４の方向に、先端８０の方向または根元８２の方向に、エーロフォイル７８の圧力側壁９８または負圧側壁１００に向かって、あるいはこれらの任意の組合せの方向に流れることができる。
【００４６】
本明細書で開示されたシステム、方法、および他の装置の様々な実施形態は、タービンブレードの表面近傍冷却域または冷却回路に対する冷却有効度を改善することができる。説明したシステムのいくつかの実施形態を実行して実現できる１つの利点は、ブレードの本冷却回路が、エーロフォイルの外面に冷却フィルムを生成するために空気をフィルム孔に供給する一方、ブレードの圧力側壁または負圧側壁のうちの少なくとも１つ、より好ましくは両方の側壁に使用することができることである。本冷却回路を実施すれば、高温でのエンジンの有効な作動を維持し、エンジン効率を上昇させ、寿命を延ばすために、最適な冷却およびエーロフォイル内での空気流の管理が可能になる。
【００４７】
本明細書では、最良の態様を含む例を用いて本発明を開示し、また、任意の装置またはシステムの作製および使用、ならびに任意の組み入れられた方法の実施を含め、当業者が本発明を実施できるように本発明を開示している。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の例を含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違ない構成要素を含む場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を含む場合に、特許請求の範囲内であることを意図されている。
【００４８】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
前縁（１０２）と後縁（１０４）との間を軸方向に延在し、根元（８２）と先端（８０）との間を半径方向に延在する圧力側（９８）および負圧側（１００）を画定する外面と、
エーロフォイル（７８）内に配置された冷却回路（１２０）であって、
前記根元（８２）から前記先端（８０）に向かって延在し、前記根元（８２）で冷却空気入口通路（８８）に流体連結する供給通路（１８０）と、
前記供給通路（１８０）と流体連通し、前記根元（８２）と前記先端（８０）との間に延在するピンバンク通路（１８６）であって、内部に複数のピン（１８８）が配置され、前記複数のピンにより少なくとも第１および第２の副回路（２００、２０２）に機能的に分割されたピンバンク通路（１８６）と、
前記第１および第２の副回路（２００、２０２）のうちの対応する１つに流体連結し、前記ピンバンク通路（１８６）の両側に配置された少なくとも第１および第２の冷却通路（１９０ａ、１９０ｂ）と
を備える冷却回路（１２０）と
を備えるガスタービンエンジン（１０）用のエーロフォイル（７８）であって、
前記冷却空気入口通路（８８）からの冷却空気が、第１の半径方向に前記供給通路（１８０）を通って移動し、前記第１の半径方向と反対の第２の半径方向に前記副回路（２００、２０２）を通って戻り、次いで、前記第１の半径方向に前記第１および第２の冷却通路（１９０ａ、１９０ｂ）を通って流れる、エーロフォイル（７８）。
［実施態様２］
前記ピンバンク通路（１８６）ならびに前記第１および第２の冷却通路（１９０ａ、１９０ｂ）が前記供給通路（１８０）と前記外面との間に配置される、実施態様１に記載のエーロフォイル（７８）。
［実施態様３］
前記ピンバンク通路（１８６）ならびに前記第１および第２の冷却通路（１９０ａ、１９０ｂ）が前記外面に隣接して配置されて表面近傍冷却域を画定する、実施態様２に記載のエーロフォイル（７８）。
［実施態様４］
前記表面近傍冷却域が前記圧力側（９８）および前記負圧側（１００）のうちの少なくとも１つに隣接して配置される、実施態様３に記載のエーロフォイル（７８）。
［実施態様５］
前記表面近傍冷却域が前記負圧側（１００）に隣接して配置される、実施態様４に記載のエーロフォイル（７８）。
［実施態様６］
前記表面近傍冷却域が前記前縁（１０２）に隣接して配置される、実施態様４に記載のエーロフォイル（７８）。
［実施態様７］
前記供給通路（１８０）に流体連結し、前記前縁（１０２）に沿って延在する前縁冷却通路（１９４）を前記冷却回路（１２０）がさらに備える、実施態様６に記載のエーロフォイル（７８）。
［実施態様８］
前記前縁冷却通路（１９４）が、前記第１および第２の冷却通路（１９０ａ、１９０ｂ）のうちの１つに隣接する、実施態様７に記載のエーロフォイル（７８）。
［実施態様９］
前記第１および第２の通路（１９０ａ、１９０ｂ）から前記外面に延在する複数のフィルム孔をさらに備える実施態様８に記載のエーロフォイル（７８）。
［実施態様１０］
前記ピンバンク通路（１８６）が前記外面に延在するフィルム孔を有しない、実施態様９に記載のエーロフォイル（７８）。
［実施態様１１］
少なくとも１つの冷却空気入口通路（８８、９０、９２）を有し、タービンロータディスクに取り付けられるように構成されたダブテール（７６）と、
前記ダブテール（７６）から半径方向に延在するエーロフォイル（７８）であって、前縁（１０２）と後縁（１０４）との間を軸方向に延在し、前記ダブテール（７６）に隣接する根元（８２）と先端（８０）との間を半径方向に延在する圧力側（９８）および負圧側（１００）を画定する外面を有するエーロフォイル（７８）と、
前記前縁（１０２）に隣接して前記エーロフォイル（７８）内に配置された前縁冷却回路（１２０）であって、
前記根元（８２）から前記先端（８０）に向かって延在し、前記根元（８２）で冷却空気入口通路（８８）に流体連結する供給通路（１８０）と、
前記供給通路（１８０）と流体連通し、前記根元（８２）と前記先端（８０）との間に延在するピンバンク通路（１８６）であって、内部に複数のピン（１８８）が配置されたピンバンク通路（１８６）と、
前記ピンバンク通路（１８６）に流体連結し、前記ピンバンク通路（１８６）の両側に配置された少なくとも第１および第２の冷却通路（１９０ａ、１９０ｂ）と
を備える前縁冷却回路（１２０）と
を備える、前記タービンロータディスクを有するガスタービンエンジン（１０）用のブレード（６８）であって、
前記ピンバンク通路（１８６）ならびに前記第１および第２の冷却通路（１９０ａ、１９０ｂ）が表面近傍冷却域を画定し、前記外面に隣接して前記供給通路と前記外面との間に配置され、前記冷却空気入口通路（８８）からの冷却空気が、根元から先端に向かう第１の半径方向に前記供給通路（１８０）を通って移動し、前記第１の半径方向と反対の第２の半径方向に前記ピンバンク（１８６）を通って戻り、次いで、前記第１の半径方向に前記第１および第２の冷却通路（１９０ａ、１９０ｂ）を通って流れる、ブレード（６８）。
［実施態様１２］
前記供給通路（１８０）に流体連結し、前記前縁（１０２）に沿って延在し、前記供給通路（１８０）と前記前縁（１０２）との間に配置された前縁冷却通路（１９４）をさらに備える実施態様１１に記載のブレード（６８）。
［実施態様１３］
前記表面近傍冷却域が前記圧力側（９８）および前記負圧側（１００）のうちの少なくとも１つに隣接して配置される、実施態様１２に記載のブレード（６８）。
［実施態様１４］
前記表面近傍冷却域が前記負圧側（１００）に隣接して配置される、実施態様１３に記載のブレード（６８）。
［実施態様１５］
前記供給通路（１８０）が前記圧力側（９８）に隣接する、実施態様１４に記載のブレード（６８）。
［実施態様１６］
前記第１および第２の通路（１９０ａ、１９０ｂ）から前記外面に延在する複数のフィルム孔をさらに備える実施態様１１に記載のブレード（６８）。
［実施態様１７］
前記ピンバンク通路（１８６）が前記外面に延在するフィルム孔を有しない、実施態様１６に記載のブレード（６８）。
［実施態様１８］
前記ダブテール（７６）が第２の冷却空気入口通路（９２）を備え、ブレード（６８）が、前記第２の冷却空気入口通路（９２）に流体連結した第２の供給通路（１３０、１４０）、および前記第２の供給通路（１３０、１４０）に流体連結し、前記外面に隣接して配置された少なくとも１つの第２の表面近傍冷却通路を有する後縁冷却回路（１２４）をさらに備える、実施態様１１に記載のブレード（６８）。
［実施態様１９］
前記ダブテール（７６）が第３の冷却空気入口通路（９０）を備え、ブレード（６８）が、弦長方向に前記前縁冷却回路（１２０）と前記後縁冷却回路（１２４）との間に配置され、前記第３の冷却空気入口通路（９０）に流体連結された第３の供給通路（１６０）と、前記第３の供給通路（１６０）に流体連結され、前記外面に隣接して配置された少なくとも１つの第３の表面近傍冷却通路とを有する翼弦中央部冷却回路（１２２）をさらに備える、実施態様１８に記載のブレード（６８）。
［実施態様２０］
前記第３の表面近傍冷却通路が、前記圧力側（９８）および前記負圧側（１００）のうち、前記前縁回路（１２０）の前記表面近傍冷却域とは反対側に隣接して配置される、実施態様１９に記載のブレード（６８）。
［実施態様２１］
弦長方向に前縁（１０２）と後縁（１０４）との間を延在し、スパン方向に根元（８２）と先端（８０）との間を延在する圧力側（９８）および負圧側（１００）を画定するエーロフォイル（７８）を有するガスタービンエンジン（１０）用のブレード（６８）であって、前記圧力側（９８）および前記負圧側（１００）のうちの１つに隣接し、前記根元（８２）と前記先端（８０）との間に延在するピンバンク通路（１８６）を壁近傍冷却回路が備え、複数のピン（１８８）が、前記ピンバンク通路（１８６）内に配置され、前記ピンバンク通路（１８６）を少なくとも第１および第２の副回路（２００、２０２）に機能的に分割し、少なくとも第１および第２の冷却通路（１９０ａ、１９０ｂ）が、前記第１および第２の副回路（２００、２０２）のうちの対応する１つに流体連結し、前記ピンバンク通路（１８６）の両側に配置され、前記ピンバンク通路（１８６）ならびに前記第１および第２の冷却通路（１９０ａ、１９０ｂ）が、前記圧力側（９８）および前記負圧側（１００）のうちの１つに隣接する、ブレード（６８）。
【符号の説明】
【００４９】
１０  エンジン
１２  中心線
１４  前方
１６  後方
１８  ファンセクション
２０  ファン
２２  圧縮機セクション
２４  低圧（ＬＰ）圧縮機
２６  高圧（ＨＰ）圧縮機
２８  燃焼セクション
３０  燃焼器
３２  タービンセクション
３４  ＨＰタービン
３６  ＬＰタービン
３８  排気セクション
４０  ファンケーシング
４２  ファンブレード
４４  コア
４６  コアケーシング
４８  ＨＰシャフト／スプール
５０  ＬＰシャフト／スプール
５２  圧縮機段
５４  圧縮機段
５６  圧縮機ブレード
５８  圧縮機ブレード
６０  圧縮機ベーン（ノズル）
６２  圧縮機ベーン（ノズル）
６４  タービン段
６６  タービン段
６８  タービンブレード
７０  タービンブレード
７２  タービンベーン（ノズル）
７４  タービンベーン（ノズル）
７６  ダブテール
７８  エーロフォイル
８０  先端
８２  根元
８４  プラットフォーム
８８  第１の入口通路
９０  第２の入口通路
９２  第３の入口通路
９２ａ  前縁側入口
９２ｂ  後縁側入口
９４  通路出口
９６  内部
９８  圧力側壁
１００  負圧側壁
１０２  前縁
１０４  後縁
１２０  前縁冷却回路
１２２  翼弦中央部冷却回路
１２４  後縁冷却回路
１２４ａ  第１の冷却回路
１２４ｂ  第２の冷却回路
１３０  供給通路
１３２  戻り通路
１３４  出口通路
１３６  フィルム孔
１４０  供給通路
１４２  後縁通路
１４４  入口
１４６  ピン
１４８  スロット
１６０  中央部供給通路
１６２  中央部プレナム通路
１６４  中央部戻り通路
１６６  壁近傍冷却メッシュ
１６８  流路
１７０  ピンバンク
１７２  メッシュプレナム
１８０  供給通路
１８２  壁近傍冷却回路
１８６  ピンバンク通路
１８８  ピン
１９０  戻り通路
１９０ａ  第１の戻り通路
１９０ｂ  第２の戻り通路
１９４  前縁通路
１９６  インピンジメント開口
１９８  壁
２００  第１の副回路
２０２  第２の副回路
２０４  第３の副回路
２０６  第４の副回路
２０８  先端冷却通路
２１０  上部転向部
２１２  下部転向部
２１４  上部転向部
２１６  下部転向部
２１８  上部転向部
２２０  下部転向部
２２２  先端部
【図１】
2017082774.tif 000003
【図２】
2017082774.tif 000004
【図３】
2017082774.tif 000005
【図４】
2017082774.tif 000006
【図５】
2017082774.tif 000007
【図６】
2017082774.tif 000008
【外国語明細書】
2017082774000001.pdf