(57)【要約】      （修正有）【課題】タービンノズルの冷却のためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】冷却流を受容するように構成された衝突スリーブ９２を有するシステムが提供される。衝突スリーブ９２は、衝突スリーブ９２の外側表面から延びる列のポート１００を含み、列のポートの各ポート１００は、加熱した構造体の方に衝突ストリームを方向付けるように構成され、各衝突ストリームは、冷却流の一部分を含む。更に、１つまたは複数のピン１３８、１３９、１４１は、冷却流に対して外側表面９８の外側に配設され、１つまたは複数のピンの各ピン１３８、１３９、１４１は、列のポート１００のうちのポート対間に結合される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却流を受容するように構成された衝突スリーブ（９２）を含むシステムであって、
前記衝突スリーブ（９２）は、
前記衝突スリーブ（９２）の外側表面（９８）から延びる列のポート（１００）であって、前記列のポート（１００）の各ポートが、加熱した構造体の方に衝突ストリームを方向付けるように構成され、各衝突ストリームが、前記冷却流の一部分を含む、列のポート（１００）と、
前記冷却流に対して前記外側表面（９８）の外側に配設された１つまたは複数のピン（１３８）であって、前記１つまたは複数のピン（１３８）の各ピンが、前記列のポート（１００）のうちの少なくとも１つのポートに結合される、１つまたは複数のピン（１３８）と、
を含む、システム。
【請求項２】
前記衝突スリーブ（９２）は、構築軸（１６０）を有する付加製造した衝突スリーブ（９２）を含み、前記１つまたは複数のピン（１３８）の各ピンは、前記構築軸（１６０）の限界支持角度の範囲内にあるそれぞれのピン軸（１４０）に沿って整合される、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記列のポート（１００）のうちの１つまたは複数のポートは、前記構築軸（１６０）に対してほぼ９０度で前記外側表面（９８）から延びる、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記付加製造した衝突スリーブ（９２）は、レーザ焼結金属材料を含む、請求項２記載のシステム。
【請求項５】
前記１つまたは複数のピン（１３８）は、前記列のポート（１００）のうちのポート対間に結合された配列のピンを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記列のポート（１００）のうちのそれぞれのポート対間に結合された前記配列のピンのうちのピンの内側層は、前記それぞれのポート対のうちのポートの直径のほぼ０．５倍の範囲内で離間され、前記ピンの内側層は、前記配列のピンのうちの他のピンよりも前記外側表面（９８）に近い、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記列のポート（１００）のうちの第１のポートは、前記第１のポートの直径よりも大きく前記外側表面（９８）から延びる、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記衝突スリーブ（９２）の前記外側表面（９８）は、前記冷却流を受容するように構成された冷却チャネルを囲む、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記加熱した構造体を含み、前記加熱した構造体は、ガスタービン（１６）のノズルを含み、前記衝突スリーブ（９２）は、前記ノズルのキャビティ内に配設され、各衝突ストリームは、前記ノズルの内側表面の方に方向付けられる、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
各衝突ストリームは、実質上垂直な角度で前記ノズルの前記内側表面の方に方向付けられる、請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
前記１つまたは複数のピン（１３８）の各ピンは、ほぼ０．２５ｍｍよりも小さい特徴的な幅（１７８）を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
構築方向（１６０）に衝突スリーブ（９２）を付加製造することを含む方法であって、
前記衝突スリーブ（９２）は、
外側表面（９８）と、
前記構築方向（１６０）に対して４５度よりも大きい角度で前記外側表面（９８）から延びる複数のポート（１００）であって、前記複数のポート（１００）の各ポートが、加熱した構造体の方に衝突ストリームを方向付けるように構成される、複数のポート（１００）と、
複数のピン（１３８）であって、前記複数のピン（１３８）の各ピンが、前記構築方向（１６０）の限界角度の範囲内でそれぞれのピン軸（１４０）に沿って配設され、前記複数のピン（１３８）の各ピンが、前記複数のポート（１００）のうちの少なくとも１つのポートに結合され、前記複数のピン（１３８）の各ピンが、付加製造中に前記少なくとも１つのポートを支持するように構成される、複数のピン（１３８）と、
を含み、
前記方法は、前記付加製造した衝突スリーブ（９２）をガスタービン（１６）のノズルの中に挿入することを含む、方法。
【請求項１３】
前記付加製造した衝突スリーブ（９２）を前記ガスタービン（１６）の前記ノズルの中に挿入する前に、前記複数のピン（１３８）のうちの１つまたは複数のピン（１３８）を移動させることを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記付加製造した衝突スリーブ（９２）を前記ガスタービン（１６）の前記ノズルの中に挿入する前に、前記複数のピン（１３８）の各ピンを移動させることを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記複数のポート（１００）の各ポートは、前記外側表面（９８）から前記それぞれのポートの直径の少なくとも０．５延びる、請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する本主題は、一般にガスタービンに関し、より詳細には、タービンノズルの冷却のためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、燃料を燃焼して、高温の燃焼ガスを発生させ、それがタービンを通って流れて、負荷および／または圧縮機を駆動する。そういったシステムでは、全体的なガスタービンの性能と効率は、内部の燃焼温度の上昇によって向上することがある。高温ガス経路の中で高温の影響下にある構成要素（例えば、高温ガス経路構成要素）は、高温ガス経路構成要素の内側表面に冷却空気の流れが衝突する衝突スリーブを介して、圧縮機や他の所から冷却空気を送ることによって冷却することができる。この方法の使用によって高温ガス経路構成要素のための冷却を提供できるが、更なる冷却効率の向上が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８，４４４，３７６号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
当初権利請求した本発明の範囲において相応の特定の実施形態については、下に要約してある。それらの実施形態は、権利請求した本発明の範囲を限定することを意図しておらず、むしろ、それらの実施形態は、本発明の可能な形態の簡潔な概要を提供することだけを意図している。実際上、本発明は、下で述べる実施形態と類似のまたはそれと異なり得る様々な形式を網羅することができる。
【０００５】
１つの実施形態では、システムは、冷却流を受容するように構成された衝突スリーブを含む。衝突スリーブは、衝突スリーブの外側表面から延びる列のポートを含み、列のポートの各ポートは、加熱した構造体の方に衝突ストリームを方向付けるように構成され、各衝突ストリームは、冷却流の一部分を含む。衝突スリーブは、冷却流に対して外側表面の外側に配設された１つまたは複数のピンを同じく含み、１つまたは複数のピンの各ピンは、列のポートのうちのポート対間に結合される。
【０００６】
他の実施形態では、システムは、冷却流を受容するように構成された付加製造した（ａｄｄｉｔｉｖｅｌｙ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ）衝突スリーブを含む。衝突スリーブは、付加製造した衝突スリーブを形成する複数の層に実質上垂直な構築軸を含む。衝突スリーブは、衝突スリーブの外側表面から延びる複数のポートを同じく含み、複数のポートは、複数のポート列を含む。複数のポートの各ポートは、加熱した構造体の方に衝突ストリームを方向付けるように構成され、各衝突ストリームは、冷却流の一部分を含む。衝突スリーブは、冷却流に対して外側表面の外側に配設された複数のピンを更に含む。各ポート列は、付加製造中にそれぞれのポート列を支持するためにそれぞれのポート列に沿って複数のポートのうちのポート対間に結合された複数のピンのうちの１つまたは複数のピンを含む。複数のピンの各ピンは、構築方向の限界角度の範囲内でそれぞれのピン軸に沿って配設される。
【０００７】
他の実施形態では、方法は、構築方向に衝突スリーブを付加製造することを含み、衝突スリーブは、外側表面と、構築方向に対して４５度よりも大きな角度で外側表面から延びる複数のポートと、を含む。複数のポートの各ポートは、加熱した構造体の方に衝突ストリームを方向付けるように構成される。衝突スリーブは、複数のピンを同じく含み、複数のピンの各ピンは、構築方向の限界角度の範囲内でそれぞれのピン軸に沿って配設される。複数のピンの各ピンは、複数のポートのうちの少なくとも１つのポートに結合され、複数のピンの各ピンは、付加製造中に少なくとも１つのポートを支持するように構成される。方法は、付加製造した衝突スリーブをガスタービンのノズルの中に挿入することを同じく含む。
【０００８】
本発明のこれらや他の特徴、態様、および利点については、図面全体に渡って同じ符号が同じ部品を指す添付の図面を参照して、以下の詳細な説明を解釈するとき、良好に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ガスタービンシステムの実施形態のブロック図である。
【図２】ガスタービンシステムの部分側面断面図である。
【図３】エーロフォイルの加熱した構造体の実施形態の断面図である。
【図４】複数のポートを備えた衝突スリーブの実施形態の斜視図である。
【図５】複数のポートを備えた図４の衝突スリーブの一部分の実施形態の部分斜視図である。
【図６】図５の複数のポートのうちの１つの実施形態の断面図である。
【図７】図５の複数のポートのうちの１つの他の実施形態の断面図である。
【図８】図５の複数のポートのうちの１つの他の実施形態の断面図である。
【図９】衝突スリーブを構築および実施するための方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１つまたは複数の特定の実施形態について、以下説明する。これらの実施形態を簡潔に説明することを目指して、現実の実施における特徴についてすべては本明細書に説明していないことがある。理解すべきことは、任意のそういった現実の実施の展開において、任意の工学や設計のプロジェクトにおけると同様に、実施によって異なり得るシステム関連やビジネス関連の制約について遵守するなどの開発者の具体的目標を達成するために、実施に特有の決断を数多く行わなければならない、ということである。更に、理解すべきことは、そういった展開の試みが、複雑且つ時間の要することがあるが、それでも本開示の恩恵を受ける当業者にとっては、日常業務的な設計、製作、および製造の仕事になるであろう、ということである。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の要素を紹介するときに、冠詞「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は、その要素が１つまたは複数存在することを意味することを意図している。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包括的であることを意図しており、また、列挙した要素以外の追加の要素が存在してもよいことを意味している。
【００１２】
本開示に従ったガスタービンシステムは、衝突スリーブなどのハードウエア形式を用いてガスタービンシステムのタービンセクション内に冷却を提供することができる。特定のガスタービンシステムは、加熱した部品（例えば、エーロフォイル）の中に位置決めされた衝突スリーブ、または、ガスタービンの加熱した部品のケーシングに隣接して位置決めされた衝突スリーブを含むことがある。衝突冷却（ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ  ｃｏｏｌｉｎｇ）は、加熱した構成要素の内側表面に冷却空気を高速で衝突させる（例えば、当てる）ことによって機能する。衝突冷却により、対流によって熱を（例えば、通常の対流冷却よりも）多く伝達することができ、衝突冷却は、多くの場合、タービンブレードやタービンノズルなどの巨大な熱負荷の領域で使用される。例えば、タービンブレードやタービンの他の加熱した構成要素のエーロフォイルは、１つまたは複数のキャビティを備えて窪んでいることがあり、それらのキャビティ内には、衝突スリーブが挿入されることがある。
【００１３】
衝突冷却のための衝突スリーブの実施形態によっては、冷却空気が出て行って加熱した構造体の内側表面に衝突するための穴ないし空気出口を含むことがある。しかしながら、衝突スリーブと加熱した構造体の内側表面との適合に応じて、衝突距離（例えば、空気出口から内側表面までの距離）を制御することが困難なことがある。その上、加熱した構造体の到達の厳しい地点に冷却空気を方向付けることが困難なことがある。例えば、加熱した構造体は、それぞれの表面輪郭に狭い角部や尖った移行部を有することがあり、したがって、衝突スリーブにとって、内側表面を冷却するために空気を効果的に方向付けるように、そういった形状に適合することは困難である。したがって、ガスタービンシステムの加熱した構造体の効果的な冷却を提供する衝突スリーブを求める願いがある。例えば、本明細書で説明するシステムは、衝突距離の制御と、加熱した構造体の望ましい地点に冷却空気を方向付けることの制御と、を可能にし、したがって、衝突スリーブの冷却効率を向上させることができる。
【００１４】
図面に転じると、図１は、システム１０の特定部分の中での冷却を改善するために特徴部（例えば、衝突スリーブなどの冷却の特徴部）を含むことができるガスタービンシステム１０の実施形態のブロック図を示す。理解されるように、本明細書で説明するシステムおよび方法は、ガスタービンシステムや蒸気タービンシステムなどの任意のタービンシステムにおいて使用することができ、特定の機械やシステムに何ら限定されることを意図していない。示しているように、システム１０は、圧縮機１２、タービン燃焼器１４、およびタービン１６を含み、タービン１６は、１つまたは複数の分離ステージ１８を含むことがある。システム１０は、天然ガスや合成ガスなどの液体燃料および／またはガス燃料２２を受容するように構成された１つまたは複数の燃料ノズル２０を含む１つまたは複数の燃焼器１４を含むことがある。
【００１５】
タービン燃焼器１４は、燃料−空気混合物を点火および燃焼させ、その後、高温の加圧燃焼ガス２４（例えば、排気）をタービン１６の中に渡す。タービンブレードは、シャフト２６に結合され、シャフト２６は、ガスタービンシステム１０の全体に渡って幾つかの他の構成要素に同じく結合される。燃焼ガス２４がタービン１６の中でタービンブレードを通過するので、タービン１６は、回転駆動され、それによりシャフト２６が回転する。最終的に、燃焼ガス２４は、排気出口２８を介してガスタービンシステム１０から出て行く。更に、シャフト２６は、負荷３０に結合されることがあり、負荷３０は、シャフト２６の回転を介して動力を供給される。例えば、負荷３０は、電気発生器、飛行機のプロペラなどのガスタービンシステム１０の回転出力を介して動力を発生させることのできる任意の適切なデバイスにすることがある。
【００１６】
圧縮機ブレードは、圧縮機１２の構成要素として含めることがある。圧縮機１２内のブレードは、シャフト２６に結合され、上で説明したようにシャフト２６がタービン１６によって回転駆動されるときに回転する。インテーク３２は、空気３４を圧縮機１２の中に送り込み、圧縮機１２内のブレードの回転は、空気３４を圧縮して、加圧空気３６を発生させる。加圧空気３６は、その後にタービン圧縮機１４の燃料ノズル２０の中に送り込まれる。燃料ノズル２０は、加圧空気３６と燃料２２を混合して、燃焼（例えば、燃料をより完全に燃焼させる燃焼）のための適切な混合比を作り出す。
【００１７】
図２は、ガスタービンシステム１０の実施形態の部分断面側面図である。示しているように、ガスタービンシステム１０は、長手方向軸または長手方向３８、半径方向軸または半径方向４０、および周方向軸または周方向４２を参照して説明することがある。高温の燃焼ガス２４は、矢印４４で示した長手方向軸３８に概ね沿った方向に燃焼器１４（図１）からタービン１６の中に流れることがある。タービン１６のステージ１８の個々は、シャフト２６に回転可能に取り付けられることのあるロータホイールに結合されたセットのブレード４６を含む。タービン１６は、各ステージ１８内にタービンノズル組立体４８を含み、タービンノズル組立体４８は、それぞれのステージ１８のセットのブレード４６の方に高温の燃焼ガス２４を方向付ける。本明細書で説明するタービンノズル組立体４８は、第１のステージ、第２のステージ、第３のステージ、またはそれらの組み合わせにおいて採用されることがある。各ノズル組立体４８は、内側および外側バンドセグメント５２、５４の間で半径方向４０に延びる周方向に離間したベーン５０を含むことがある。隣接した外側バンドセグメント５４は、互いに結合して、隣接する内側バンドセグメント５２の内側環状リングの周りに延びる外側環状リングを形成することができる。ベーン５０は、内側および外側バンドセグメント５２、５４によって形成された２つの環状リングの間に延びることがある。ガスタービンシステム１０は、シュラウドセグメント５６を同じく含むことがあり、シュラウドセグメント５６は、ベーン５０から流れ去る高温の燃焼ガス２４をブレードに方向付けるために、外側バンドセグメント５４の下流に配設されることがある。理解され得るように、用語「下流（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ）」は、矢印４４で示しているように、長手方向軸３８に沿ってタービン１６を通る燃焼ガス２４の方向を概ね指している。同様に、用語「上流（ｕｐｓｔｒｅａｍ）」は、長手方向軸３８に沿って反対方向（例えば、圧縮機１２の方に）を概ね指している。
【００１８】
高温ガス（例えば、燃焼ガス２４）の流れ経路に沿って配設される構造体または構成要素は、加熱した構造体または構成要素と呼ぶことがある。１つの例では、加熱した構造体は、タービンノズル組立体４８のブレードおよび他の部品（例えば、ベーン５０）であることがある。実施形態によっては、加熱した構造体（例えば、ベーン５０）を冷却するために、破線７８で示しているように、加熱した構造体内には、１つまたは複数の衝突スリーブ９２が配設されることがある。例えば、矢印７９で示したような冷却空気は、圧縮機１２や他の所から、加熱した構造体の内側表面に矢印８１で示しているように冷却空気の流れを衝突させる衝突スリーブ９２を通して送られることがある。
【００１９】
図３は、図２の３−３線に沿った加熱した構造体（例えば、ベーン５０）の一例の断面図を示す。加熱した構造体は、圧力側８０から吸込み側８２に延びる空気力学的形状（例えば、エーロフォイル）を全体的に有することがある。加熱した構造体（例えば、ベーン５０）は、前縁８４から後縁８６に同じく延びることがある。加熱した構造体は、１つまたは複数の内部冷却キャビティ９０を画定するシェル８８を有することがある。加熱した構造体は、加熱した構造体の内部の通路に冷却空気を通過させること（例えば、対流冷却）によって冷却されることがある。例えば、空気３４（図１）の一部分は、圧縮機１２から向きを変えることがあり、矢印７９で示しているように加熱した構造体（例えば、ベーン５０）の１つまたは複数の内部冷却キャビティ９０を通って流れる。更に、１つまたは複数の衝突スリーブ９２は、１つまたは複数の内部冷却キャビティ９０内に配設されることがあり、加熱した構造体を、矢印８１で示しているようにシェル８８上の衝突冷却を介して冷却する。
【００２０】
衝突スリーブ９２は、シェル９４を有することがあり、シェル９４は、内側表面９６と外側表面９８を有することがある。衝突スリーブ９２の外側表面９８は、冷却空気を受容するように構成された冷却チャネルを囲むことがある。更に、衝突スリーブ９２は、内側表面９６から離れるように外側表面９８から延びている複数のポート１００を有することがある。複数のポート１００は、個々が長さ１０２と出口１０４を有し、出口１０４から、内部冷却キャビティ９０を形成するシェル８８の壁１０８までの距離１０６が存在することがある。実施形態によっては、衝突スリーブ９２の外側表面９８は、対応する内部冷却キャビティ９０の壁１０８に概ね平行であることがある。
【００２１】
上で述べたように、衝突スリーブ９２の外側表面９８は、冷却空気（図２の矢印７９および８１）を受容するように構成された冷却チャネルを囲むことがある。冷却空気は、衝突スリーブ９２の内側表面９６を通って流れることがあり、また、それぞれの出口１０４（矢印８１で示しているように）から複数のポート１００を通って出て行くことがあり、内部冷却キャビティ９０の壁１０８に空気が高速で当たる／衝突する（例えば、衝突冷却）。これにより、シェルから冷却空気に対流によってより多くの熱が伝達でき、それによって、加熱した構造体（例えば、ベーン５０）の冷却が促進される。１つの例では、複数のポート１００の個々の出口１０４を出て行く冷却空気（例えば、各衝突ストリーム）は、実質上垂直な角度で壁１０８の方に方向付けられることがある。各ポート１００の長さ１０２は、（例えば、壁１０８に対する衝突の距離の制御を可能にするために）それぞれの出口１０４と内部冷却キャビティ９０の壁１０８の間のそれぞれの距離１０６を制御するように、複数のポート１００の間で様々であることがある。例えば、長さ１０２は、複数のポート１００の個々について同じであることがあり、或いは、長さ１０２は、複数のポート１００のうちの異なったポートについて様々であることがある。実施形態によっては、ポート１００の長さ１０２は、各それぞれのポート１０４と壁１０８の間の距離１０６がほぼ等しくなるのを可能にするために、様々であることがある。ポート１００の長さ１０２を変えることにより、冷却空気は、加熱した構造体の後縁８６の近くなどの到達の厳しい領域に運ぶことが可能になる。理解され得るように、後縁８６の壁１０８の方に冷却空気を方向付けることは、本明細書で説明したポート１００なしでは困難であることがある。
【００２２】
図４は、複数のポートを備えた衝突スリーブ９２の実施形態の斜視図である。複数のポート１００の個々は、ポート１００の長手方向と整合するポート軸または方向１３２を有することがあり、ポート軸１３２は、衝突スリーブ９２の外側表面９８の接線表面（ｓｕｒｆａｃｅ  ｔａｎｇｅｎｔ）１３６に対して角度１３４を有することがある。角度１３４は、複数のポート１００のすべてについて一定値であることがあり、或いは、角度１３４は、複数のポート１００のうちの異なったポート間で様々であることがある。１つの例では、角度１３４は、９０度であることがある（例えば、ポート１００は、衝突スリーブ９２の外側表面９８に対して垂直に整合する）。他の例では、角度１３４は、０度と１８０度の間の任意の値にすることがある。更に、複数のポート１００の各対１０１の間に、１つまたは複数のピン１３８が存在することがある。実施形態によっては、衝突スリーブ９２の外側表面９８と複数のポート１００の間に、１つまたは複数のピン１３９が存在することがある。例えば、ピン１３８の一端は、ポート１００に連結されることがあり、他端は、衝突スリーブ９２の外側表面９８連結されることがある。加えて、複数のポート１００とグランド（ｇｒｏｕｎｄ）の間に、１つまたは複数のピン１４１が同じく存在することがある。理解され得ることは、用語「グランド」は、本明細書で論じるとき、付加製造した構成要素の初期の層がその上に付加されるベース表面を指すことがあるということである。１つまたは複数のピン１３８は、複数のポート１００が衝突スリーブ９２の外側表面９８に対して任意の角度１３４で配向できるようにするために、複数のポート１００の建造／構築の間における複数のポート１００のための構造的支持を提供することがある。１つまたは複数のピン１３８の個々は、ピン１３８の長手方向と整合するピン軸または方向１４０を有することがある。１つまたは複数のピン１３８の個々のピン軸１４０は、複数のピン１３８のそれぞれのピンに直近の場所で衝突スリーブ９２の外側表面９８に実質的に平行にすることがあり、したがって、各ピン１３８は、衝突スリーブ９２の外側表面９８の輪郭に実質的に従っている。実施形態によっては、１つまたは複数のピン１３８の個々のピン軸１４０は、衝突スリーブ９２の外側表面９８に対して角度（例えば、ほぼ４５度または４５度より小さい）を有することがある。
【００２３】
図５は、図４に示す複数のポート１００の各対１０１の間に１つまたは複数のピン１３８を備えた複数のポート１００の部分の詳細斜視図である。実施形態によっては、複数のポート１００および１つまたは複数のピン１３８を含む衝突スリーブ９２は、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）などの付加製造技術を用いて構築され、衝突スリーブ９２は、任意の適切なレーザ焼結金属材料（例えば、ステンレススチール、ニッケル−クロム合金、コバルト−クロム合金、マルエージング鋼、アルミニウム合金、チタニウム合金など）を含むことがある。複数のポート１００および１つまたは複数のピン１３８を含む衝突スリーブ９２は、３Ｄプリンティングなどの任意の他の付加製造技術を用いて同じく製造することができ、衝突スリーブ９２は、前記付加製造技術のための任意の適切な金属材料を含むことがある。ＤＭＬＳプロセスまたは他の付加製造技術を用いて構築される衝突スリーブ９２は、構築軸または方向１６０（例えば、構築材料が敷設されるときの方向と反対側）を有することがある。
【００２４】
複数のポート１００の個々は、構築軸１６０に対して角度１６２でポート軸１３２を有することがあり、角度１６２は、ほぼ９０度か、４５度よりも大きいか、或いは０度と９０度の間の任意の他の角度にすることがある。複数のポート１００は、ポートの１つまたは複数の列１６４を形成するように分配されることがある。複数のポート１００の隣接するポート間に、スペース１６６が存在することがある。１つの例では、スペース１６６は、複数のポート１００のうちの隣接するポートのどれについても一定であることがある（例えば、複数のポート１００が均等に離間されている）。他の例では、スペース１６６は、複数のポート１００のうちの幾つかまたはすべてについて様々であることがある（例えば、複数のポート１００が均等に離間されていない）。例えば、列１６４のポート１００間のスペース１６６は、２つの列１６４間のスペース１６６と異なっていることがある。加えてまたは代替では、加熱した構造体の後縁の方に方向付けられたポート１００間のスペース１６６は、加熱した構造体の広幅面の方に方向付けられたポート１００間のスペース１６６と異なっている（例えば、より小さい）ことがある。
【００２５】
更に、１つまたは複数の列１６４の個々は、列方向（矢印１６８で示しているように）を有することがある。列方向１６８は、構築軸１６０と整合することがある。列方向１６８は、構築方向１６０に対して角度１７０を有することもあり、角度１７０は、０度と９０度の間にあることがある。実施形態によっては、列１６４の個々についての角度１７０は、図５のポート１６５で示しているように、外側表面９８の周りに螺旋状に配置される列１６４をもたらすこともある。１つの例では、角度１７０は、複数のポート１００の１つまたは複数の列１６４の個々について同じであることがある。例えば、図５のポート１６７は、角度１７０が０度であるように構築軸１６０を備えて配置される。他の実施形態では、角度１７０は、複数のポート１００の１つまたは複数の列１６４のうちの異なった列について様々であることがある。１つまたは複数のピン１３８の個々は、構築軸１６０に対して角度１７２でピン軸１４０を有することがあり、角度１７２は、構築軸１６０の限界支持角度の範囲内の任意の角度であることがある。実施形態によっては、１つまたは複数のピン１３８は、衝突スリーブ９２の外側表面９８に対して或る角度でピン軸１４０を有することがあり、この角度は、構築軸１６０の限界支持角度の範囲内にあることがある。例えば、１つまたは複数のピン１３８は、衝突スリーブ９２の外側表面９８に対してほぼ４５度または４５度より小さい角度でピン軸１４０を備えて構築されることがある。すなわち、１つまたは複数のピン１３８は、前のポート１００の上または離してグランドから軸方向に構築されるというよりむしろ衝突スリーブ９２の外側表面９８から離して構築されることがある。理解され得ることは、用語「グランド」は、本明細書で論じるとき、付加製造した構成要素の初期の層がその上に付加されるベース表面を指すことがあるということである。理解され得るように、限界支持角度は、構築軸１６０に対する臨界角であり、したがって、構造体／特徴部または臨界角よりも小さい任意の角度で敷設したＤＭＬＡ層は、任意の追加のサポートなしでそれら自体で（例えば、へたりや弛みなしで）耐えることができる。構築軸の前記限界支持角度は、ほぼ４５度であることがある。１つまたは複数のピンは、任意の断面形状（例えば、円形、楕円形、矩形、六角形）を有することがある。１つまたは複数のピン１３８の個々は、特徴的な幅１７４を同じく有することがある。特徴的な幅１７４は、ほぼ１．０、０．５、０．２５、０．２ミリメートルまたはそれより小さいことがある。理解され得るように、１つまたは複数のピン１３８の個々は、断面積（例えば、ピン軸１４０に垂直）を有することがあり、それは円、四角または矩形の形状、或いは任意の他の形状を有する。
【００２６】
スペース１７６は、複数のポート１００のうちの各対１０１間に結合された１つまたは複数のピン１３８のうちの各隣接するピン間に存在することがある。１つの例では、スペース１７６は、１つまたは複数のピン１３８の各対について一定値であることがある（例えば、１つまたは複数のピン１３８が均等に離間されている）。例えば、隣接するピン１３８間のスペース１７６は、一定値（例えば、ほぼ０．２〜３．０ｍｍ、または０．２〜１．０ｍｍ）であることがあり、外側表面９８に隣接するピン１３８は、スペース１７６によってオフセットされることがある。実施形態によっては、ピン軸１４０は、衝突スリーブ９２の外側表面に実質的に平行（例えば、１０度以内の平行）であり、スペース１７６によってオフセットされる。スペース１７６は、構築材料、角度１７２、または任意のそれらの組み合わせに少なくとも部分的に基づくことがある。スペース１７６は、衝突スリーブ９２の形成中にポート１００のどんなへたりや弛みも低減ないし排除するように構成されることがあり、これにより、ポート１００は、所望の形状および長さ１０２を有することができる。実施形態によっては、スペース１７６は、１つまたは複数のピン１３８のうちの異なった対について様々であることがある（例えば、１つまたは複数のピン１３８が均等に離間されていない）。
【００２７】
複数のポート１００の個々は、特徴的な幅１７８を同じく有することがある。特徴的な幅１７８は、複数のポート１００の個々について同じかまたは異なっていることがある。例えば、複数のポート１００の個々についての特徴的な幅１７８は、設計した熱伝達特性、冷却性能、冷却空気流量、冷却空気流速、冷却空気流れパターン、またはそれらの組み合わせ、を達成するように、それぞれのポート１００の特定の断面積を有するために選択される。したがって、各隣接する１つまたは複数のピン１３８間のスペース１７６は、それぞれのポート１００対の特徴的な幅１７８のほぼ０．５倍であることがある。複数のポート１００のうちの任意のものの長さ１０２は、そのそれぞれの特徴的な幅１７８の０．５倍よりも長いことがある。他の例では、複数のポート１００のうちの任意のものの長さ１０２は、そのそれぞれの特徴的な幅１７８よりも長いことがある。
【００２８】
図６〜８は、ポート軸１３２に垂直な複数のポート１００の異なった実施形態の断面図である。示しているように、複数のポート１００の個々は、円１９０、四角もしくは矩形１９２、または涙滴１９４の形状、或いは任意の他の形状を概して有する中空断面を有することがある。理解され得るように、特徴的な幅１７８は、円形状１９０の直径、矩形形状１９２の対角またはエッジ長さ、或いは、涙滴形状１９４の長軸である。複数のポート１００の個々は、特徴的な幅１７８よりも小さな任意の適切な値の厚さ１９６を有することがある。実施形態によっては、厚さ１９６および特徴的な幅１７４は、同じ値を有することがあり、また、ＤＭＬＳマシンや３Ｄプリンタの最小の分解能になり得る。実施形態によっては、複数のポート１００の個々は、１つまたは複数の先細エッジ１９８を有することがある。理解され得ることは、衝突スリーブ９２およびポート１００の実施形態によっては、図３〜８に示したものとは異なる断面を有することがある、ということである。例えば、衝突スリーブおよび衝突チューブ（例えば、ポート）は、ここに参照により本開示に組み込む２０１５年５月２９日に出願された「Ａｒｔｉｃｌｅ，  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  ａｎ  Ａｒｔｉｃｌｅ」という名称の米国特許出願第１４／７２５，３７４号に図示および記載されているそれらの形状または断面を有することがある。
【００２９】
図９は、衝突スリーブ９２を構築および実施するための方法２００を図示しているフロー図である。方法２００の１つまたは複数のステップは、実行することができる。方法２００は、衝突スリーブ９２のコンピュータモデル（例えば、三次元（３Ｄ）のコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデル）を製造システム（例えば、ＤＭＬＳマシンまたは３Ｄプリンタ）にローディングすること（ブロック２０２）を含む。方法２００は、ロードした３Ｄ  ＣＡＤファイルに基づいて、物理的な部品（例えば、衝突スリーブ９２）を構築すること（ブロック２０４）を同じく含み、ＤＭＬＳマシンは、レイヤーバイレイヤー（ｌａｙｅｒ−ｂｙ−ｌａｙｅｒ）方式で構築方向に衝突スリーブ９２を構築する。例えば、そういったプロセスは、衝突スリーブ９２の主要本体（例えば、シェル９４）の部品を構築すること（ブロック２０６）、次いで、１つまたは複数のピン１３８を構築すること（ブロック２０８）、それに続いて、複数のポート１００を構築すること（ブロック２１０）、を含むことがある。ブロック２０６〜２１０に記載されたステップは、衝突スリーブ９２の全体が構築されるまで各層について繰り返される。理解され得るように、ステップ２０６、２０８、および２１０は、同時または順序の任意の組み合わせで逐次とすることがある（例えば、部品本体、ピンおよびポートは、各構築層内に構築されるべきスリーブ構造に応じて、同時にまたは順序の任意の組み合わせで構築されることがある）。すなわち、幾つかの層は、部品本体だけに付加されることがあり、また、幾つかの層は、部品本体、ピン、およびポートに付加されることがある。最後の層が構築され、衝突スリーブ９２が冷却されて固化されると、衝突スリーブ９２の構築は、完了する（ブロック２１２）。任意であるが、１つまたは複数のピン１３８は、複数のポート１００がピン１３８なしでシェル９４によって支持されるように、移動されることがある（ブロック２１４）。方法２００は、衝突スリーブ９２をタービンステージ１８の加熱した構造体（例えば、ノズル、ブレード）の中に設置すること（ブロック２１６）を同じく含む。
【００３０】
ここに記載した説明は、例を用いて、ベストモードを含めて本発明を開示していると共に、任意のデバイスやシステムを作製および使用することと任意の組み入れた方法を実行することとを含めて任意の当業者が本発明を実施できるようにもしている。特許性を有する本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者の想到する他の例を含むことができる。そういった他の例は、特許請求の範囲の文字通りの用語と異ならない構造要素を有する場合に、或いは、特許請求の範囲の文字通りの用語に対する差異の実体がない等価な構造要素を含む場合に、特許請求の範囲の範囲内にあることを意図している。
【００３１】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
冷却流を受容するように構成された衝突スリーブ（９２）を含むシステムであって、
前記衝突スリーブ（９２）は、
前記衝突スリーブ（９２）の外側表面（９８）から延びる列のポート（１００）であって、前記列のポート（１００）の各ポートが、加熱した構造体の方に衝突ストリームを方向付けるように構成され、各衝突ストリームが、前記冷却流の一部分を含む、列のポート（１００）と、
前記冷却流に対して前記外側表面（９８）の外側に配設された１つまたは複数のピン（１３８）であって、前記１つまたは複数のピン（１３８）の各ピンが、前記列のポート（１００）のうちの少なくとも１つのポートに結合される、１つまたは複数のピン（１３８）と、
を含む、システム。
［実施態様２］
前記衝突スリーブ（９２）は、構築軸（１６０）を有する付加製造した衝突スリーブ（９２）を含み、前記１つまたは複数のピン（１３８）の各ピンは、前記構築軸（１６０）の限界支持角度の範囲内にあるそれぞれのピン軸（１４０）に沿って整合される、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様３］
前記列のポート（１００）のうちの１つまたは複数のポートは、前記構築軸（１６０）に対してほぼ９０度で前記外側表面（９８）から延びる、実施態様２に記載のシステム。
［実施態様４］
前記付加製造した衝突スリーブ（９２）は、レーザ焼結金属材料を含む、実施態様２に記載のシステム。
［実施態様５］
前記１つまたは複数のピン（１３８）は、前記列のポート（１００）のうちのポート対間に結合された配列のピンを含む、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様６］
前記列のポート（１００）のうちのそれぞれのポート対間に結合された前記配列のピンのうちのピンの内側層は、前記それぞれのポート対のうちのポートの直径のほぼ０．５倍の範囲内で離間され、前記ピンの内側層は、前記配列のピンのうちの他のピンよりも前記外側表面（９８）に近い、実施態様５に記載のシステム。
［実施態様７］
前記列のポート（１００）のうちの第１のポートは、前記第１のポートの直径よりも大きく前記外側表面（９８）から延びる、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様８］
前記衝突スリーブ（９２）の前記外側表面（９８）は、前記冷却流を受容するように構成された冷却チャネルを囲む、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様９］
前記加熱した構造体を含み、前記加熱した構造体は、ガスタービン（１６）のノズルを含み、前記衝突スリーブ（９２）は、前記ノズルのキャビティ内に配設され、各衝突ストリームは、前記ノズルの内側表面の方に方向付けられる、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様１０］
各衝突ストリームは、実質上垂直な角度で前記ノズルの前記内側表面の方に方向付けられる、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様１１］
前記１つまたは複数のピン（１３８）の各ピンは、ほぼ０．２５ｍｍよりも小さい特徴的な幅（１７８）を含む、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様１２］
冷却流を受容するように構成された付加製造した衝突スリーブ（９２）を含むシステムであって、
前記衝突スリーブ（９２）は、
前記付加製造した衝突スリーブ（９２）を形成する複数の層に実質上垂直な構築軸（１６０）と、
前記衝突スリーブ（９２）の外側表面（９８）から延びる複数のポート（１００）であって、前記複数のポート（１００）が、複数のポート列を含み、前記複数のポート（１００）の各ポートが、加熱した構造体の方に衝突ストリームを方向付けるように構成され、各衝突ストリームが、前記冷却流の一部分を含む、複数のポート（１００）と、
前記冷却流に対して前記外側表面（９８）の外側に配設された複数のピンであって、各ポート列が、付加製造中に前記それぞれのポート列を支持するために前記それぞれのポート列に沿って前記複数のポートのうちの少なくとも１つのポートに結合された前記複数のピンのうちの１つまたは複数のピン（１３８）を含み、前記複数のピンの各ピンが、前記構築軸（１６０）の限界角度の範囲内でそれぞれのピン軸（１４０）に沿って配設される、複数のピンと、
を含む、システム。
［実施態様１３］
前記複数のポート（１００）のうちのサブセットのポートは、前記サブセットのポートの直径よりも大きく延び、前記複数のポート（１００）のうちの前記サブセットのポートは、前記構築軸（１６０）に対して４５度よりも大きい角度で外側表面（９８）から延びる、実施態様１２に記載のシステム。
［実施態様１４］
前記複数のピンの各ピンの前記ピン軸（１４０）は、前記複数のピンの前記それぞれのピンの直近の前記衝突スリーブ（９２）の前記外側表面に実質的に平行である、実施態様１２に記載のシステム。
［実施態様１５］
前記付加製造した衝突スリーブ（９２）は、レーザ焼結材料を含み、前記レーザ焼結材料は、ステンレス鋼またはニッケル−クロム合金を含む、実施態様１２に記載のシステム。
［実施態様１６］
各衝突ストリームは、実質上垂直な角度で前記加熱した構造体の方に方向付けられる、実施態様１２に記載のシステム。
［実施態様１７］
構築方向（１６０）に衝突スリーブ（９２）を付加製造することを含む方法であって、
前記衝突スリーブ（９２）は、
外側表面（９８）と、
前記構築方向（１６０）に対して４５度よりも大きい角度で前記外側表面（９８）から延びる複数のポート（１００）であって、前記複数のポート（１００）の各ポートが、加熱した構造体の方に衝突ストリームを方向付けるように構成される、複数のポート（１００）と、
複数のピンであって、前記複数のピンの各ピンが、前記構築方向（１６０）の限界角度の範囲内でそれぞれのピン軸（１４０）に沿って配設され、前記複数のピンの各ピンが、前記複数のポート（１００）のうちの少なくとも１つのポートに結合され、前記複数のピンの各ピンが、付加製造中に前記少なくとも１つのポートを支持するように構成される、複数のピンと、
を含み、
前記方法は、前記付加製造した衝突スリーブ（９２）をガスタービン（１６）のノズルの中に挿入することを含む、方法。
［実施態様１８］
前記付加製造した衝突スリーブ（９２）を前記ガスタービン（１６）の前記ノズルの中に挿入する前に、前記複数のピンのうちの１つまたは複数のピン（１３８）を移動させることを含む、実施態様１７に記載の方法。
［実施態様１９］
前記付加製造した衝突スリーブ（９２）を前記ガスタービン（１６）の前記ノズルの中に挿入する前に、前記複数のピンの各ピンを移動させることを含む、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２０］
前記複数のポート（１００）の各ポートは、前記外側表面（９８）から前記それぞれのポートの直径の少なくとも０．５延びる、実施態様１７に記載の方法。
【符号の説明】
【００３２】
１０  システム
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  タービン
１８  ステージ
２０  燃料ノズル
２２  燃料
２４  燃焼ガス
２６  シャフト
２８  排気出口
３０  負荷
３２  インテーク
３４  空気
３６  加圧空気
３８  長手方向軸／長手方向
４０  半径方向軸／半径方向
４２  周方向軸／周方向
４４  矢印
４６  ブレード
４８  ノズル組立体
５０  ベーン
５２  内側バンドセグメント
５４  外側バンドセグメント
５６  シュラウドセグメント
７８  破線
７９  矢印
８０  圧力側
８１  矢印
８２  吸込み側
８４  前縁
８６  後縁
８８  シェル
９０  内部冷却キャビティ
９２  衝突スリーブ
９４  シェル
９６  内側表面
９８  外側表面
１００  ポート
１０１  各対
１０２  長さ
１０４  出口
１０６  距離
１０８  壁
１３２  ポート軸
１３４  角度
１３６  接線表面
１３８  ピン
１３９  ピン
１４０  ピン軸
１４１  ピン
１６０  構築軸／構築方向
１６２  角度
１６４  列
１６５  ポート
１６６  スペース
１６７  ポート
１６８  列方向
１７０  角度
１７２  角度
１７６  スペース
１７８  特徴的な幅
１９０  円／円形状
１９２  矩形／矩形形状
１９４  涙滴／涙滴形状
１９６  厚さ
１９８  先細エッジ
【図１】
2017141826.tif 000003
【図２】
2017141826.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017141826.tif 000006
【図５】
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【図６】
2017141826.tif 000008
【図７】
2017141826.tif 000009
【図８】
2017141826.tif 000010
【図９】
2017141826.tif 000011
【外国語明細書】
2017141826000001.pdf