(57)【要約】【課題】タービンエンジン構成部品用のインピンジメント孔を提供すること。【解決手段】ガスタービンエンジンのエンジン構成部品用のインピンジメント孔のための装置は、インピンジメントバッフルを含む。インピンジメントバッフルは、インピンジメント面から離間し、複数のインピンジメント孔を含んでインピンジメント面にインピンジメント流を供給する。インピンジメント孔は、入口が出口より大きな断面積を有するように、斜めの上流縁を有することができる。インピンジメント孔の壁は、庇を有して、より強いせん断流成分を与えてインピンジメント面へのダストの蓄積を最小限にすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温燃焼ガス流（Ｈ）を生じ、冷却流体流（Ｃ）を供給するガスタービンエンジン（１０）用のエンジン構成部品（１３８）であって、
前記高温燃焼ガス流（Ｈ）を前記冷却流体流（Ｃ）から分離し、前記高温燃焼ガス流（Ｈ）に沿う高温面（１４４）および前記冷却流体流（Ｃ）に面する冷却面（１４２）を有する外側壁（１５４）と、
前記冷却面（１４２）から離間したインピンジメントバッフル（１５０）と、
前記インピンジメントバッフル（１５０）に設けられ、入口（１６２）および出口（１６４）を有して前記冷却面（１４２）に前記冷却流（Ｃ）を供給する少なくとも１つのインピンジメント孔（１６０）と、
前記入口（１６２）を前記出口（１６４）に流体結合させ、かつ前記入口（１６２）と前記出口（１６４）との間に直線状の通路中心線（１８０）を定める第１の壁（１７０）および第２の壁（１７２）を有する通路（１６８）であって、前記第１の壁（１７０）が、前記冷却面（１４２）に直交する軸線（１７６）に対して角度（１７８）をつけて配置され、前記第２の壁（１７２）が、前記冷却面（１４２）に実質的に直交している、通路（１６８）と
を備えるエンジン構成部品（１３８）。
【請求項２】
前記入口（１６２）が、前記出口（１６４）より大きな断面積を有する、請求項１記載のエンジン構成部品（１３８）。
【請求項３】
前記インピンジメントバッフル（１５０）が厚さを有し、前記入口（１６２）が、前記バッフル（１５０）の前記厚さより長い最大入口断面長さを有する、請求項２記載のエンジン構成部品（１３８）。
【請求項４】
前記出口（１６４）が、前記バッフル（１５０）の前記厚さより長い、または等しい有効出口直径を有する、請求項３記載のエンジン構成部品（１３８）。
【請求項５】
前記入口（１６２）が長円形の形状を有し、前記出口（１６４）が円形の形状を有する、請求項４記載のエンジン構成部品（１３８）。
【請求項６】
前記入口（１６２）が角を丸めた正方形の形状を有し、前記出口（１６４）が角を丸めた長方形の形状を有する、請求項４記載のエンジン構成部品（１３８）。
【請求項７】
前記第１の壁（１７０）または前記第２の壁（１７２）のうちの１つを覆って配置された庇（２１６）をさらに備える請求項１記載のエンジン構成部品（１３８）。
【請求項８】
前記庇（２１６）が前記入口（１６２）を少なくとも部分的に画定する、請求項７記載のエンジン構成部品（１３８）。
【請求項９】
前記入口（１６２）が、前記第１の壁（１７０）と前記第２の壁（１７２）との間に、前記出口（１６４）の前記第１の壁（１７０）と前記第２の壁（１７２）との間の長さより長い長さを有する、請求項８記載のエンジン構成部品（１３８）。
【請求項１０】
前記出口（１６４）が、前記第１の壁（１７０）と前記第２の壁（１７２）との間に、前記バッフル（１５０）の厚さより長い、または等しい長さを有する、請求項９記載のエンジン構成部品（１３８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンエンジン構成部品用のインピンジメント孔に関する。
【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、回転ブレードおよび静止ベーンの対を含む一連の圧縮機段から燃焼器を通り、次いで多数のタービンブレードに行くようにエンジンを通過す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。
【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必要な場合がある。典型的には、高圧圧縮機および／または低圧圧縮機からのより低温の空気を、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２０００℃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温度は低く、タービンを冷却するために使用することができる。
【０００４】
エンジン構成部品は、冷却空気を構成部品表面に衝突させて冷却を強化するために、複数のインピンジメント孔を有するインピンジメントバッフルを含む場合がある。典型的なインピンジメント孔は、冷却空気を衝突させる表面に直交させて配置されるが、これは、衝突面にダストまたは特定の物質を蓄積させることにつながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５０３１５９３０号公報
【発明の概要】
【０００６】
一態様では、本発明の実施形態は、高温燃焼ガス流を生じ、冷却流体流を供給するガスタービンエンジン用のエンジン構成部品であって、高温燃焼ガス流を冷却流体流から分離し、燃焼ガス流に面する高温面および冷却流体流に面する冷却面を有する外側壁を含むエンジン構成部品に関する。エンジン構成部品はさらに、冷却面から離間したインピンジメントバッフルと、インピンジメントバッフルに設けられ、入口および出口を有して冷却面に冷却流を供給する少なくとも１つのインピンジメント孔と、入口を出口に流体結合させ、かつ入口と出口との間に直線状の通路中心線を定める第１の壁および第２の壁を有する通路とを含む。第１の壁は、冷却面に直交する軸線に対して角度をつけて配置され、第２の壁は、冷却面に直交している。
【０００７】
別の態様では、本発明の実施形態は、高温燃焼ガス流を生じ、冷却流体流を供給するガスタービンエンジン用のエンジン構成部品であって、高温燃焼ガス流を冷却流体流から分離し、高温燃焼ガス流に面する高温面および冷却流体流に面する冷却面を有する外側壁を含む冷却流体流を供給するエンジン構成部品に関する。エンジン構成部品はさらに、冷却面から離間したインピンジメントバッフルと、インピンジメントバッフルに設けられ、入口および出口を有する少なくとも１つのインピンジメント孔と、入口を出口に流体結合させ、かつ斜めの壁および真直ぐな壁を有する通路と、真直ぐな壁に配置された庇とを含む。
【０００８】
さらに別の態様では、本発明の実施形態は、インピンジメント面から離間したインピンジメントバッフルを有するガスタービンエンジン用のエンジン構成部品であって、インピンジメントバッフルが、入口および出口を有する少なくとも１つのインピンジメント孔を含み、庇が入口内に延在する、エンジン構成部品に関する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】航空機用のガスタービンエンジンの概略断面図である。
【図２】多数のエンジン構成部品が描かれた図１のガスタービンエンジンの燃焼器の側面断面図である。
【図３】冷却空気入口通路を有する図２のエンジンのタービンブレードの形態のエンジン構成部品の斜視図である。
【図４】多数のインピンジメント孔を有するインピンジメントバッフルを有する図３のエンジン構成部品の一部分の斜視図である。
【図５】インピンジメント孔の出口が入口の一部分と位置が合っていること示す上面図である。
【図６】インピンジメント孔の斜めの壁を示している、図４のインピンジメントバッフルの側面図である。
【図７】インピンジメント孔を通過するインピンジメント空気流を示している、図６の側面図である。
【図８】図８Ａ−８Ｃはそれぞれ、インピンジメント孔の代替の実施形態の上面図である。
【図９】図９Ａ−９Ｃはそれぞれ、インピンジメント孔の図８Ａ−８Ｃの上面図それぞれに対する側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
記述した本発明の実施形態は、ガスタービンエンジンの構成部品のインピンジメントバッフルに配置されたインピンジメント孔を対象として説明される。例示の目的のため、本発明は、航空機ガスタービンエンジン用のタービン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も、圧縮機を含むエンジン内に一般的に適用することができることは理解されるであろう。
【００１１】
用語「前方に」または「上流に」は、本明細書で使用するとき、エンジン入口、または別の構成部品に比べてエンジン入口に比較的近い構成部品に向かう方向に動くことを指す。「前方に」または「上流に」と併せて使用される用語「後方に」または「下流に」は、エンジン中心線に関してエンジンの後部または出口に向かう方向を指す。
【００１２】
さらに、用語「半径方向の」または「半径方向に」は、本明細書で使用するとき、エンジンの長手方向中心軸線とエンジン外周との間を延在する寸法を指す。
【００１３】
方向についてのすべての言及（例えば、半径方向、軸方向、近位、遠位、上側、下側、上向き、下向き、左、右、横、前、後、頂部、底部、上方、下方、垂直、水平、時計回り、反時計回り、上流、下流、後方など）は、読み手が本発明を理解するのを助けるために識別の目的で使用しているに過ぎず、具体的に位置、向き、または本発明の使用に関して限定するものではない。接続についての言及（例えば、取り付けられた、結合された、接続された、および接合された）は、広義に解釈すべきであり、別途指示されていない限り、一群の要素間の中間部材および要素間の相対移動を含むことができる。したがって、接続についての言及は、必ずしも２つの要素が互いに固定された関係で直接接続されることを示唆するものではない。例示する図面は、単に例示の目的であり、本明細書に添付された図面中に示された寸法、位置、順序、および相対サイズは変えることができる。
【００１４】
図１は、航空機用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線または前方１４から後方１６に延在する中心線１２を有する。エンジン１０は、下流方向に直列流れ関係で、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。
【００１５】
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の周りに半径方向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、燃焼ガスを発生するエンジン１０のコア４４を形成する。コア４４は、ファンケーシング４０と結合することができるコアケーシング４６に取り囲まれる。
【００１６】
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。
【００１７】
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、一組の圧縮機ブレード５６、５８が、対応する一組の静止圧縮機ベーン６０、６２（ノズルとも呼ばれる）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においては、多数の圧縮機ブレード５６、５８は環状に設けることができ、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。
【００１８】
圧縮機の段のブレード５６、５８は、ディスク５９に取り付けることができ、ディスク５９はＨＰおよびＬＰスプール４８、５０のうちの対応する１つに取り付けられる。ここで、各段はそれら自体のディスク５９、６１を有する。圧縮機の段のベーン６０、６２は、周方向配置でコアケーシング４６に取り付けることができる。
【００１９】
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、一組のタービンブレード６８、７０が、対応する一組の静止タービンベーン７２、７４（ノズルとも呼ばれる）に対して回転させられて、段を通過する流体の流れから動力を取り出す。単一のタービン段６４、６６においては、多数のタービンベーン７２、７４は環状に設けることができ、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、対応する回転ブレード６８、７０は、静止タービンベーン７２、７４の下流に、かつそれらに隣接して配置され、また、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。
【００２０】
タービンの段のブレード６８、７０は、ディスク７１に取り付けることができ、ディスク７１はＨＰおよびＬＰスプール４８、５０のうちの対応する１つに取り付けられる。ここで、各段はそれら自体のディスク７１、７３を有する。タービンの段のベーン７２、７４は、周方向配置でコアケーシング４６に取り付けることができる。
【００２１】
スプール４８、５０の一方または両方に取り付けられ、それらとともに回転するエンジン１０の部分はまた、個々に、またはまとめて、ロータ５３と呼ばれる。コアケーシング４６に取り付けられた部分を含むエンジン１０の静止部分はまた、個々に、またはまとめて、ステータ６３と呼ばれる。
【００２２】
作動時、ファンセクション１８を出た空気流は分けられ、その空気流の一部分は、ＬＰ圧縮機２４内に流れ、次いで、加圧された外気７６をＨＰ圧縮機２６に供給し、さらに、外気を加圧する。ＨＰ圧縮機２６からの加圧空気７６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を発生する。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。
【００２３】
空気流７８の残りの部分は、ＬＰ圧縮機２４およびエンジンコア４４をバイパスして、静止ベーン列、より具体的には、ファン排気側８４にある複数のエーロフォイル案内翼８２を備える出口案内翼組立体８０を通ってエンジン組立体１０を出る。より詳細には、半径方向に延在するエーロフォイル案内翼８２の周方向列は、ファンセクション１８に隣接して使用されて、空気流７８に何らかの方向制御を働かせる。
【００２４】
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、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環境では、エンジンの高温部分は通常、燃焼器３０、および燃焼器３０の下流の構成部品であり、特にＨＰタービン３４が燃焼セクション２８のすぐ下流であるので最も高温の部分となるタービンセクション３２である。冷却流体の他の源は、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。この流体は、ＬＰまたはＨＰ圧縮機２４、２６から抜き取られた空気を含むことができる抽気７７とすることができ、これは、タービンセクション３２のための冷却源として燃焼器３０をバイパスする。これは普通のエンジン構成であり、限定することを意味していない。
【００２５】
図２は、図１のエンジン１０の燃焼器３０およびＨＰタービン３４の側面断面図である。燃焼器３０は、燃焼室９２を画定する燃焼器ライナ９０を含む。燃焼器ノズル９４は、ガスまたは空気／ガス混合気の流れを供給して燃焼室９２内で燃焼させる。デフレクタ９６は、ノズル９４と燃焼ライナ９０とが交差するところに設けられて燃焼した流れを後方に向ける。冷却流１００は、環状のバイパス通路９８を通って燃焼器３０をバイパスして、冷却を必要とする１つまたは複数のエンジン構成部品に供給することができる。
【００２６】
タービン３４のタービンブレード６８に軸方向に隣接して、ノズルを形成する静止タービンベーン７２の組がある。ノズルは、最大エネルギーをタービン３４が取り出すことができるように燃焼ガスの向きを変える。シュラウド組立体１０２は回転ブレード６８に隣接して、タービン３４での流れの損失を最小限にする。同様なシュラウド組立体はまた、ＬＰタービン３６、ＬＰ圧縮機２４、またはＨＰ圧縮機２６に付随することができる。
【００２７】
エンジン１０の１つまたは複数のエンジン構成部品は冷却壁を有し、本明細書でさらに開示する様々な実施形態をその中で使用することができる。フィルム冷却壁を有するエンジン構成部品のいくつかの非限定的な例には、図１〜２で説明したブレード６８、７０、ベーンまたはノズル７２、７４、燃焼器デフレクタ９６、燃焼器ライナ９０、あるいはシュラウド組立体１０２を含むことができる。フィルム冷却が使用される他の非限定的な例は、タービントランジションダクト、ストラット、および排気ノズルを含む。
【００２８】
図３は、図１のエンジン１０のタービンブレード６８のうちの１つの形態のエンジン構成部品の斜視図である。本明細書で説明するブレード６８は例示的なものであることを理解すべきであり、開示する概念はさらなるエンジン構成部品にも広げられ、ブレード６８に限定するものではない。本発明の態様は、読み手が本発明を理解しやすくするように、ブレード６８に関して論じられる。タービンブレード６８は、ダブテール１１２およびエーロフォイル１１０を含む。エーロフォイル１１０は、スパン方向を定める翼端１２０から翼根１２２まで延在して、かつ前縁１２４から後縁１２６に翼弦方向に延在する。ダブテール１１２は、翼根１２２でエーロフォイル１１０と一体化したプラットフォーム１１４をさらに含み、プラットフォーム１１４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１１２は、エンジン１０のタービンロータディスク５１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１１２は少なくとも１つの入口通路１２８を備え、ここでは、３つの入口通路１２８として例示的に示されているが、それぞれ、１つまたは複数の通路出口１３０でエーロフォイル１１０と内部流体連通できるようにダブテール１１２を通って延在する。ダブテール１１２は断面で示されており、入口通路１２８はダブテール１１２の本体内に収まっていることを認識すべきである。
【００２９】
エーロフォイル１１０はさらに、冷却流体の流れＣを、入口通路１２８を通じてエーロフォイル１１０の内部１３２に供給することができるように、内部１３２を画定することができる。したがって、冷却流体流の流れＣは、入口通路１２８を通じて供給されて、出口１３０を出て、エーロフォイルの内部１３２を通ることができる。高温ガスの流れＨはエーロフォイル１１０の外部を通ることができ、一方、冷却流体流Ｃは内部１３２を流れる。
【００３０】
入口１６２および出口１６４はそれぞれ断面積を画定することができる。入口１６２は、出口１６４より大きな断面積を有することができる。さらに、出口は、インピンジメントバッフル１５０の厚さより長いか等しい長さの有効出口直径または長さを有することができる。
【００３１】
図４は、図１のエンジン１０のエンジン構成部品１３８の一部分を示す概略図であり、それは、図３のブレード６８の一部分を含むことができる。エンジン構成部品１３８は、エンジン１０内の高温ガスの流れＨの中に配置することができる。冷却流体流Ｃは、エンジン構成部品１３８を内部的に冷却するように供給することができる。図１〜２に関して上記で論じたように、タービンエンジンの環境では、冷却流体流Ｃは任意の冷却流体とすることができるが、最も一般的であるのは、ファン２０によって供給された外気で、エンジンコア４４をバイパスし、ＬＰ圧縮機２４から排出された流体、またはＨＰ圧縮機２６から排出された流体のうちの少なくとも１つである。
【００３２】
エンジン構成部品１３８は、高温ガス流Ｈに面する高温面１４４と、冷却流体流Ｃに面する冷却面１４２とを含む壁１４０を含む。ガスタービンエンジン１０の場合、高温面１４４は、１０００℃から２０００℃またはそれ以上の範囲の温度のガスに曝される場合がある。壁１４０に適する材料としては、限定するものではないが、鋼、チタンなどの耐熱金属、あるいはニッケル、コバルトまたは鉄をベースにした超合金、およびセラミックマトリックス複合材が含まれる。エンジン構成部品１３８は、図３のエーロフォイル１１０の内部１３２を画定することができ、内部１３２は冷却面１４２を含む。高温面１４４は、エーロフォイル１１０の圧力側または負圧側などのエンジン構成部品１３８の外面とすることができる。
【００３３】
壁１４０は、互いに離間して、間に隙間１５２を画定するインピンジメントバッフル１５０および外側壁１５４を含む２つの部分とすることができる。この２つの部分の壁は、鋳造または付加製造などで一体に形成することもできるし、または一緒にロウ付けするなど２つ部品を組み立てたものとすることもできる。エンジン構成部品１３８はさらに、冷却面１４２に配置された多数のインピンジメント孔１６０を含む。各インピンジメント孔１６０は、外側壁１５４に向かって延在するように冷却面１４２に形成された開口である。したがって、インピンジメント孔１６０によって、エンジン構成部品１３８の内部１３２と隙間１５２との間が流体連通されて、外側壁１５４の内部インピンジメント面１６１に衝突するように冷却流体流Ｃが供給される。各インピンジメント孔１６０はさらに入口１６２および出口１６４を含み、入口１６２は冷却面１４２に形成され、出口１６４はインピンジメントバッフル１５０の下側１６６に形成される。インピンジメント通路１６８は、入口１６２と出口１６４との間に画定されて、内部１３２を隙間１５２に流体結合する。
【００３４】
エンジン構成部品１３８を上から下に見た図５を参照すると、入口１６２の大きさが、出口１６４よりも大きい。したがって、入口１６２の一部分はインピンジメントバッフル１５０によって占められている。次に、図６を見ると、壁１４０の側面図はインピンジメントバッフル１５０の形状を示して、図５の占められた部分を示している。インピンジメント孔１６０はさらに、第１の上流壁１７０および第２の下流壁１７２を含む。上流壁１７０は直線状で、上流壁軸線１７４を定めることができる。上流壁軸線１７４は、インピンジメント面１６１に直交するインピンジメント軸線１７６から斜めになって、上流壁角度１７８を定める。したがって、上流壁角度１７８は、入口１６２が出口１６４より大きな断面を有し、インピンジメント通路１６８が、インピンジメント孔１６０の中を減少していく断面積を含むように、定めることができる。
【００３５】
直線状の上流壁１７０および下流壁１７２は、インピンジメント孔１６０を通る直線状のインピンジメント中心線１８０を定めることができる。中心線角度１８２は、インピンジメント軸線１７６に対するインピンジメント中心線１８０によって定めることができる。流れは、冷却流体Ｃの速度および圧力、ならびに上流壁角度１７８および中心線角度１８２によって決まる角度でインピンジメント孔１６０を通過する。この結果、完全に垂直な流れ成分に比べて、インピンジメント孔１６０を通ってインピンジメント面１６１に衝突する、より強いせん断流成分が生じ、その結果、インピンジメント面１６１に沿ってダストが蓄積する速度が下がる。
【００３６】
さらに、入口１６２および出口１６４において、上流壁１７０と下流壁１７２との間に長さを画定することができる。入口１６２での長さは、出口１６４での長さより長い。出口１６４での長さは、インピンジメントバッフル１５０の厚さより長くする、または等しくすることができる。
【００３７】
上流壁１７０および下流壁１７２は、図６に示す断面形状に対して述べられていることを認識すべきである。円形または長円形などの湾曲したインピンジメント孔１６０に対しては、第１の壁１７０と第２の壁１７２とは一体であり、その結果、第１の壁１７０の角度は第２の壁１７２に変化して移行し、第２の壁１７２で壁はインピンジメント面１６１に直交する。さらに、孔は非対称とすることができ、あるいは不完全さ、または製造のばらつきにより、わずかにずれていることを認識すべきである。
【００３８】
図７を参照すると、インピンジメント流１９０は、インピンジメント面１６１に直接当たるように、インピンジメント孔１６０をある角度で通過するが、この角度は、冷却流体流Ｃの速度および圧力によって決められ、図６の上流壁角度１７８および中心線角度１８２の関数とすることができる。せん断流１９２が、インピンジメント流１９０として通るとき、その角度で流れる結果、インピンジメント面１６１に沿うダストの蓄積速度は下がる。
【００３９】
図８Ａ〜８Ｃを参照すると、インピンジメント孔の様々な実施形態が示されている。図８Ａでは、インピンジメント孔１９８は、角を丸めた正方形または角を丸めた四辺形の形状を有することができる。図示のように、入口２００は角を丸めた正方形の形状を有し、一方、入口２００よりも小さな断面積を有する出口２０２は角を丸めた長方形の形状を有する。本明細書で説明するインピンジメント孔、入口、出口、または通路は、非限定的な例として、丸みを帯びた形状、長円形、円形、弓形、正方形、長方形、四辺形、その他、またはそれらの任意の組合せの形状を有することができることを認識すべきである。
【００４０】
次に、図８Ｂを見ると、インピンジメント孔２１０はさらに、入口２１２、出口２１４、および入口２１２の一部分の中に延在するハッチングした要素として示された庇２１６を含むことができる。上から下を見たこの図では、庇２１６は、入口２１２の一部分を占め、出口２１４の少なくとも一部分に張り出している。庇２１６は、入口および出口と同様に、限定するものではないが、丸みを帯びた形状、長円形、円形、弓形、正方形、長方形、四辺形、その他、またはそれらの任意の組合せを含む任意の形状とすることができる。したがって、インピンジメント孔の入口、出口、または通路の形状を、庇２１６を含めることに基づいて形成することができる。例えば、図８Ｂに示すような庇２１６は、円形である。したがって、庇２１６は、入口２１２の一部分の中に延在するので、入口２１２は、庇２１６によって占められた円形部分を取り除いた長円形の形状を有する。したがって、インピンジメント孔は、通路の一部分の中に延在する庇２１６のそれぞれで形づけられる。
【００４１】
別の例では、図８Ｃを見ると、インピンジメント孔２２０は、入口２２２の一部分の中に延在する角を丸めた長方形、または長円形の形状を有する庇２２６を有することができる。庇２２６は出口２２４の一部分に張り出し、その結果、庇２２６の位置および大きさの結果として、出口２２４のいくらかが入口２２２と位置が合うか、または全く位置が合わない。
【００４２】
図９Ａ〜９Ｃを参照すると、それぞれ図８Ａ〜Ｃの側面図が示されている。図９Ａを見ると、インピンジメント孔１９８の角を丸めた四辺形の形状は、斜めの上流壁１７０および真直ぐな下流壁１７２を有する図６の円形のインピンジメント孔１６０と同じ輪郭を有する。
【００４３】
図９Ｂは、図８Ｂの庇２１６の輪郭を示す。庇２１６は下流壁１７２から入口２１２の中に延在し、出口２１４の少なくとも一部分に重なる。したがって、インピンジメント孔２１０の中心線は非直線状であるが、入口２１２で角度を与えて、インピンジメント面上のダスト堆積が最小限となるようにインピンジメント面１６１に対してインピンジメント流体にある角度を与える。
【００４４】
図９Ｃは、出口２２４に完全に重なる庇２２６を示している。インピンジメント面１６１に直交するインピンジメント軸線１７６に関して、出口２２４の一部分に重なる入口２２２の部分がない。図９Ｃに示す実施形態では、庇２２６が入口２２２のかなりの部分を占めているので、入口２２２の断面積は、出口２２４よりも小さくすることができる。
【００４５】
庇は出口の一部分に重なり、出口を、重なっている部分と重なっていない第２の部分とに分けることができる。したがって、重なっている部分は、第２の部分より大きくすることができる、または等しくすることができる。
【００４６】
庇２１６、２２６は、下流壁１７２の一部分からインピンジメント孔２１０、２２０の通路および入口２１２、２２２の中に延在することができることを認識すべきである。庇２１６、２２６は、冷却面１４２と面一とすることができる、またはそれから離間させることができる。さらに、庇２１６、２２６は、出口２１４、２２４の少なくとも一部分に重なることができる、出口全体に重なることができる、また、上流壁１７０の一部分にさえ重なることができる。庇２１６、２２６は、インピンジメント孔２１０、２２０を通って流れるインピンジメント流の方向性をより良くするような輪郭および形状にすることができる。図示の庇２１６、２２６は、三角形の輪郭を有するが、このような方向性を与えるために、非限定的な例として、弓形、湾曲形、直線状、非直線状、円形、四辺形、独特な形状、その他、またはそれらの任意の組合せなどの様々な形状を含むことができる。
【００４７】
庇は、下流壁１７２での開示された任意の向きと同様に、上流壁１７０に沿っても配置することができることはさらに考えられる。
【００４８】
本明細書で説明した実施形態は、インピンジメント流体を、半径方向成分および接線方向成分を有してインピンジメント面に向けて噴射することを提供する。したがって、斜めのインピンジメント孔の必要なしに、斜めのインピンジメント流をインピンジメント面に供給することができる。斜めのインピンジメント流は、インピンジメント流に、より強いせん断流成分を与えてインピンジメント面にダストが蓄積する速度を減じる。ダストの蓄積を最小限にすると、インピンジメント冷却が必要なエンジン構成部品の耐用寿命を延ばすとともに構成部品の寿命期間中の整備を最小限にすることができる。
【００４９】
開示した設計の用途は、ファンおよびブースタセクションを有するタービンエンジンに限定するものではなく、ターボジェットおよびターボエンジンにも同様に適用可能であることを認識すべきである。
【００５０】
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、特許請求の範囲内であることを意図されている。
【００５１】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
高温燃焼ガス流（Ｈ）を生じ、冷却流体流（Ｃ）を供給するタービンエンジン（１０）用のエンジン構成部品（１３８）であって、
前記高温燃焼ガス流（Ｈ）を前記冷却流体流（Ｃ）から分離し、前記高温燃焼ガス流（Ｈ）に沿う高温面（１４４）および前記冷却流体流（Ｃ）に面する冷却面（１４２）を有する外側壁（１５４）と、
前記冷却面（１４２）から離間したインピンジメントバッフル（１５０）と、
前記インピンジメントバッフル（１５０）に設けられ、入口（１６２）および出口（１６４）を有して前記冷却面（１４２）に前記冷却流（Ｃ）を供給する少なくとも１つのインピンジメント孔（１６０）と、
前記入口（１６２）を前記出口（１６４）に流体結合させ、かつ前記入口（１６２）と前記出口（１６４）との間に直線状の通路中心線（１８０）を定める第１の壁（１７０）および第２の壁（１７２）を有する通路（１６８）であって、前記第１の壁（１７０）が、前記冷却面（１４２）に直交する軸線（１７６）に対して角度（１７８）をつけて配置され、前記第２の壁（１７２）が、前記冷却面（１４２）に実質的に直交している、通路（１６８）と
を備えるエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様２］
前記入口（１６２）が、前記出口（１６４）より大きな断面積を有する、実施態様１に記載のエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様３］
前記インピンジメントバッフル（１５０）が厚さを有し、前記入口（１６２）が、前記バッフル（１５０）の前記厚さより長い最大入口断面長さを有する、実施態様２に記載のエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様４］
前記出口（１６４）が、前記バッフル（１５０）の前記厚さより長い、または等しい有効出口直径を有する、実施態様３に記載のエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様５］
前記入口（１６２）が長円形の形状を有し、前記出口（１６４）が円形の形状を有する、実施態様４に記載のエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様６］
前記入口（１６２）が角を丸めた正方形の形状を有し、前記出口（１６４）が角を丸めた長方形の形状を有する、実施態様４に記載のエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様７］
高温燃焼ガス流（Ｈ）を生じ、冷却流体流（Ｃ）を供給するタービンエンジン（１０）用のエンジン構成部品（１３８）であって、
前記高温燃焼ガス流（Ｈ）を前記冷却流体流（Ｃ）から分離し、前記高温燃焼ガス流（Ｈ）に面する高温面（１４４）および前記冷却流体流（Ｃ）に面する冷却面（１４２）を有する外側壁（１５４）と、
前記冷却面（１４２）から離間したインピンジメントバッフル（１５０）と、
前記インピンジメントバッフル（１５０）に設けられ、入口（２１２、２２２）および出口（２１４、２２４）を有する少なくとも１つのインピンジメント孔（２１０、２２０）と、
前記入口（２１２、２２２）を前記出口（２１４、２２４）に流体結合させ、かつ前記冷却面（１４２）に直交する軸線（１７６）から角度をつけて配置された斜めの壁（１７０）、および前記冷却面（１４２）に直交して配置された真直ぐな壁（１７２）を有する通路（１６８）と、
前記斜めの壁（１７０）または前記真直ぐな壁（１７２）のうちの１つを覆って配置された庇（２１６、２２６）と
を備えるエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様８］
前記庇（２１６、２２６）が前記入口（２１２、２２２）を少なくとも部分的に画定する、実施態様７に記載のエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様９］
前記庇（２１６、２２６）が、前記出口（２１４、２２４）の少なくとも第１の部分に重なる、実施態様８に記載のエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様１０］
前記庇（２１６）が、前記出口（２１４）の第２の部分に重ならない、実施態様９に記載のエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様１１］
前記出口（２１４）の前記第１の部分が、前記出口（２１４）の前記第２の部分より大きい、または等しい、実施態様１０に記載のエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様１２］
前記入口（２１２、２２２）が、前記斜めの壁（１７０）と前記真直ぐな壁（１７２）との間に、前記出口（２１４、２２４）の前記斜めの壁（１７０）と前記真直ぐな壁（１７２）との間の長さより長い長さを有する、実施態様７に記載のエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様１３］
前記出口（２１４、２２４）が、前記斜めの壁（１７０）と前記真直ぐな壁（１７２）との間に、前記バッフル（１５０）の厚さより長い、または等しい長さを有する、実施態様１２に記載のエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様１４］
前記インピンジメント孔（２１０、２２０）を通る中心線（１８０）が非直線状である、実施態様７に記載のエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様１５］
前記入口（２１２、２２２）が、前記庇（２１６、２２６）によって占められた変形部を有する変形した長円であり、前記出口（２１４、２２４）が円形である、実施態様７に記載のエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様１６］
前記入口（２１２、２２２）および前記出口（２１６、２２６）が角を丸めた長方形である、実施態様７に記載のエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様１７］
前記インピンジメントバッフル（１５０）が冷却面（１４２）を有し、前記庇（２１６、２２６）が前記冷却面（１４２）と面一である、実施態様７に記載のエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様１８］
前記インピンジメントバッフル（１５０）が冷却面（１４２）を有し、前記庇（２１６、２２６）が前記冷却面（１４２）から離間した、実施態様７に記載のエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様１９］
インピンジメント面（１６１）から離間したインピンジメントバッフル（１５０）を有するタービンエンジン（１０）用のエンジン構成部品（１３８）であって、前記インピンジメントバッフル（１５０）が、入口（２１２、２２２）および出口（２１４、２２４）を有する少なくとも１つのインピンジメント孔（２１０、２２０）を含み、庇（２１６、２２６）が前記入口（２１２、２２２）を覆って延在する、エンジン構成部品（１３８）。
［実施態様２０］
前記庇（２１６、２２６）が、前記出口（２１４、２２４）の少なくとも第１の部分に重なる、実施態様１９に記載のエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様２１］
前記庇（２１６）が、前記出口（２１４）の第２の部分に重ならない、実施態様２０に記載のエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様２２］
前記出口（２１４）の前記第１の部分が、前記出口（２１４）の前記第２の部分より大きい、または等しい、実施態様２１に記載のエンジン構成部品（１３８）。
［実施態様２３］
前記入口（２１６）が、前記出口（２１４）より小さな断面積を有する、実施態様２２に記載のエンジン構成部品（１３８）。
【符号の説明】
【００５２】
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  ＬＰ圧縮機
２６  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スプール
５０  ＬＰスプール
５１  ロータ
５２  ＨＰ圧縮機段
５３  ディスク
５４  ＨＰ圧縮機段
５６  ＬＰ圧縮機ブレード
５８  ＨＰ圧縮機ブレード
５９  ディスク
６０  ＬＰ圧縮機ベーン
６１  ディスク
６２  ＨＰ圧縮機ベーン
６３  ステータ
６４  ＨＰタービン段
６６  ＬＰタービン段
６８  ＨＰタービンブレード
７０  ＬＰタービンブレード
７１  ディスク
７２  ＨＰタービンベーン
７３  ディスク
７４  ＬＰタービンベーン
７６  加圧外気
７７  抽気
７８  空気流
８０  出口案内翼組立体
８２  エーロフォイル案内翼
８４  ファン排気側
９０  燃焼器ライナ
９２  燃焼室
９４  ノズル
９６  燃焼器デフレクタ
９８  バイパス通路
１００  バイパス流
１０２  シュラウド組立体
１１０  エーロフォイル
１１２  ダブテール
１１４  プラットフォーム
１２０  翼端
１２２  翼根
１２４  前縁
１２６  後縁
１２８  入口通路
１３０  出口
１３２  内部
Ｃ  冷却流体流
Ｈ  高温燃焼ガス流
１３８  エンジン構成部品
１４０  壁
１４２  冷却面
１４４  高温面
１５０  インピンジメントバッフル
１５２  隙間
１５４  外側壁
１６０  インピンジメント孔
１６１  インピンジメント面
１６２  入口
１６４  出口
１６６  下側
１６８  インピンジメント通路
１７０  上流壁
１７２  下流壁
１７４  上流壁軸線
１７６  インピンジメント軸線
１７８  上流壁角度
１８０  インピンジメント中心線
１８２  中心線角度
１９０  インピンジメント流
１９２  せん断流
１９８  インピンジメント孔
２００  入口
２０２  出口
２１０  インピンジメント孔
２１２  入口
２１４  出口
２１６  庇
２２０  インピンジメント孔
２２２  入口
２２４  出口
２２６  庇
【図１】
2017141829.tif 000003
【図２】
2017141829.tif 000004
【図３】
2017141829.tif 000005
【図４】
2017141829.tif 000006
【図５】
2017141829.tif 000007
【図６】
2017141829.tif 000008
【図７】
2017141829.tif 000009
【図８】
2017141829.tif 000010
【図９】
2017141829.tif 000011
【外国語明細書】
2017141829000001.pdf