(57)【要約】      （修正有）【課題】高温ガス流路を有したガスタービン用のステータヒートシールドを提供する。【解決手段】ステータヒートシールド１は、ガスタービンの高温ガス流路に面するように配置されるように適合された第１の面２と；該第１の面に対して反対側の第２の面３と；該第２の面から前記第１の面に向かって冷却流体を方向付ける冷却通路５と；該冷却通路の少なくとも一部から冷却流体を受け取る、前記第１の面に配置されたキャビティ６と、を有しており、前記キャビティの少なくとも一部はそれぞれ、該キャビティに開口する少なくとも２つの対応する冷却通路を有しており、前記少なくとも２つの対応する冷却通路は、互いに向かって傾けられている。使用時に、キャビティ内に渦流７が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温ガス流路を有したガスタービン用のステータヒートシールドであって、該ステータヒートシールドは、
前記ガスタービンの前記高温ガス流路に面するように配置されるように適合された第１の面と、
該第１の面に対して反対側の第２の面と、
該第２の面から前記第１の面に向かって冷却流体を方向付ける冷却通路と、
該冷却通路の少なくとも一部から冷却流体を受け取る、前記第１の面に配置されたキャビティと、
を有しており、
前記キャビティの少なくとも一部はそれぞれ、該キャビティに開口する少なくとも２つの対応する冷却通路を有しており、前記少なくとも２つの対応する冷却通路は、互いに向かって傾けられている、ステータヒートシールド。
【請求項２】
前記少なくとも２つの対応する冷却通路は、前記第２の面で冷却流体を受け取る入口と、それぞれ１つのキャビティ内に冷却流体噴流を放出する出口と、をそれぞれ有しており、前記少なくとも２つの対応する冷却通路は、当該少なくとも２つの対応する冷却通路から放出される前記冷却流体噴流が相互作用して、これにより前記キャビティ内に前記冷却流体のスワールが提供されるように配置されている、請求項１記載のステータヒートシールド。
【請求項３】
前記キャビティは、該キャビティ内の前記冷却流体のスワール形成を補助するように構成されている、請求項２記載のステータヒートシールド。
【請求項４】
前記キャビティは、前記第１の面に向かって拡張している、請求項１から３までのいずれか１項記載のステータヒートシールド。
【請求項５】
前記キャビティはほぼ半球状である、請求項１から３までのいずれか１項記載のステータヒートシールド。
【請求項６】
前記第１の面から見た場合、前記キャビティは楕円形である、請求項１から３までのいずれか１項記載のステータヒートシールド。
【請求項７】
前記少なくとも２つの対応する冷却通路は、前記ステータヒートシールドの前記第１の面に対して２０°〜４０°の角度で傾けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載のステータヒートシールド。
【請求項８】
前記少なくとも２つの対応する冷却通路は、前記ステータヒートシールドの前記第１の面に対して２５°〜３５°の角度で傾けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載のステータヒートシールド。
【請求項９】
前記少なくとも２つの対応する冷却通路は、前記ステータヒートシールドの前記第１の面に対して３０°の角度で傾けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載のステータヒートシールド。
【請求項１０】
前記少なくとも２つの対応する冷却通路はそれぞれ中心軸線を有していて、前記少なくとも２つの対応する冷却通路の前記中心軸線は互いにずらされていて、これにより前記少なくとも２つの対応する冷却通路の前記中心軸線は、各キャビティにおいて交差しない、請求項１から３までのいずれか１項記載のステータヒートシールド。
【請求項１１】
少なくとも１つのキャビティの前記少なくとも２つの冷却通路は、別のキャビティの貫通路に交差し、２つのそれぞれの冷却通路の交差部が形成され、前記冷却通路は前記交差部で流体連通している、請求項１から３までのいずれか１項記載のステータヒートシールド。
【請求項１２】
前記冷却通路はそれぞれ中心軸線を有していて、前記２つのそれぞれ交差する冷却通路の中心軸線は、１つの共通の平面内に配置されないように互いにずらされている、請求項１１記載のステータヒートシールド。
【請求項１３】
それぞれ１つのキャビティに付随する前記少なくとも２つの対応する冷却通路は、互いに向かって傾けられている２つの冷却通路を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載のステータヒートシールド。
【請求項１４】
前記冷却通路はそれぞれ中心軸線を有していて、前記２つの冷却通路の前記中心軸線は互いにずらされていて、これにより前記２つの冷却通路の中心軸線は、各キャビティにおいて交差しない、請求項１３記載のステータヒートシールド。
【請求項１５】
１つのキャビティの前記２つの冷却通路のうちの一方は、隣接するキャビティの２つの冷却通路のうちの一方と交差して第１の交差部が形成されており、前記第１の交差部で交差する前記冷却通路は流体連通している、請求項１３記載のステータヒートシールド。
【請求項１６】
前記第１の交差部は、前記第１の面上への投影図として見た場合、実質的に前記１つのキャビティと前記隣接するキャビティとの間に位置している、請求項１５記載のステータヒートシールド。
【請求項１７】
前記１つのキャビティの前記２つの対応する冷却通路のうちの前記一方は、前記隣接するキャビティの隣の少なくとも１つのキャビティの２つの冷却通路のうちの一方にも交差して少なくとも１つの第２の交差部が形成されており、前記少なくとも第２の交差部で交差する前記冷却通路は流体連通している、請求項１５記載のステータヒートシールド。
【請求項１８】
前記冷却通路はそれぞれ中心軸線を有していて、それぞれの交差部で交差する前記冷却通路の中心軸線は、１つの共通の平面内に配置されないように互いにずらされている、請求項１５から１７までのいずれか１項記載のステータヒートシールド。
【請求項１９】
それぞれの交差部で交差する前記冷却通路の中心軸線は、互いに半径分ずらされている、請求項１８記載のステータヒートシールド。
【請求項２０】
前記冷却通路はそれぞれ中心軸線を有していて、前記２つの冷却通路の前記中心軸線は、前記ステータヒートシールドの前記第１の面に対して垂直な平面で見た場合、各キャビティ内に収束している、請求項１３記載のステータヒートシールド。
【請求項２１】
前記第１の面から見た場合、前記キャビティは、前記ステータヒートシールドの長手方向に延在する複数の列内に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のステータヒートシールド。
【請求項２２】
前記キャビティの前記列は互い違いになっている、請求項２１記載のステータヒートシールド。
【請求項２３】
前記冷却通路は、対流式の円筒状貫通路又はチューブとして設けられている、請求項１記載のステータヒートシールド。
【請求項２４】
前記ステータヒートシールドは、鋳造、機械加工、ろう付け、又は選択的レーザ溶融法（ＳＬＭ）によって製造されている、請求項１記載のステータヒートシールド。
【請求項２５】
請求項１記載の少なくとも１つのステータヒートシールドを有したガスタービン。
【請求項２６】
冷却流体が冷却空気である、請求項２５記載のガスタービン。
【請求項２７】
ステータヒートシールドを冷却する方法であって、
前記ステータヒートシールドは、ガスタービンの高温ガス流路に面するように配置されるように適合された第１の面と、
該第１の面に対して反対側の第２の面と、
該第２の面から前記第１の面に向かって冷却流体を方向付ける冷却通路と、
該冷却通路の少なくとも一部からの冷却流体を受け取る、前記第１の面に配置されたキャビティと、を有していて、
前記キャビティの少なくとも一部はそれぞれ、該キャビティに開口する少なくとも２つの対応する冷却通路を有しており、前記少なくとも２つの対応する冷却通路は、互いに向かって傾けられていて、
前記方法は、冷却空気を前記冷却通路に流通させるステップと、２つの冷却通路の冷却ガス流を１つのキャビティ内へと噴射するステップと、を有しており、
前記２つの冷却通路はずらされており、これにより前記キャビティ内に渦流が形成される、
ステータヒートシールドを冷却する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン用のステータヒートシールド、及びこのようなステータヒートシールドが設けられたガスタービン、及びステータヒートシールドを冷却する方法に関する。
【０００２】
発明の背景
特に第一段のガスタービンステータヒートシールド（ＳＨＳ）の冷却は、極めて困難な課題である。実際、ブレード部品に盛んに用いられる、高温ガスにさらされる面のフィルム冷却は、２つの理由で、回転ブレードがＳＨＳを通過する領域には殆ど適用できない。第１に、ＳＨＳとブレード先端部との間の間隙における複雑な流れ場が、冷却フィルムの形成を可能にせず、結果として生じるフィルム効果が低く予測困難である。第２に、摩擦が生じる場合、冷却開口が閉塞される恐れがあり、これにより、所要の冷却空気の流出が妨害され、これは冷却システム全体に対して不利な効果をもたらし、耐用期間を短縮する。
【０００３】
その結果、従来の形式のＳＨＳの冷却の極めて一般的な慣行は、対流孔を通ってＳＨＳの側面から排出される冷却空気による広範囲なインピンジメント冷却を利用することであるが、これは全体的な冷却効果を制限する。
【０００４】
ヘビーデューティーなガスタービンエンジン（例えば、コンバインドサイクル用）のさらなる開発は、周期的パラメータ：圧力比、高温ガス温度の上昇に焦点を当てている。長期的視点では、高温ガス路構成要素は、２０００〜２２００Ｋのタービン入口高温ガス温度に耐えることが義務づけられるようになるだろう。利用可能な対流冷却方式は、放出領域と空気・高温ガス圧力比の顕著な増加にも関わらず、第１段のＳＨＳの適切な耐用期間を保証することはできないだろう。
【０００５】
タービン入口温度の過度の上昇によって引き起こされる可能性のある第２の問題は、形状的な制限によって生じる最も厳しい熱的条件及び先端のクリアランス領域における高い乱流レベルに通常さらされるブレード先端領域の耐用期間の悪化である。この特殊な領域の耐用期間を、許容可能なレベルにまで引き上げるためには、放出領域の開口により冷却流量を大幅に増大させる必要がある。このような取り組みは、タービン及びエンジン効率全体に対する不利な影響を有している。さらに、ブレード先端領域内における高温ガス流とクーラント流との間の分離が大きいことも強調されなければならず、局所的な筋状の高温ガスはいずれも、耐用期間が限定される個所を形成する恐れがある。
【０００６】
ステータヒートシールドのための公知の冷却方式の多くは、成熟した製造技術（鍛造、機械加工、ろう付け）と従来の冷却機構（インピンジメント、ピン、及び円筒孔）を扱うものである。
【０００７】
広く知られた方式は、例えば米国特許出願公開第２０１２／０２５１２９５号明細書（US 2012/0251295 A1）及びＵＳ６１３９２５７に開示されているような、インピンジメントと側方放出との組み合わせである。これら全ての方式は強力であるが、ＳＨＳの前方、側方、後方における長孔からの放出を伴う対流冷却だけの中に限定されるため、その冷却効率は従来のレベルに限られる。
【０００８】
米国特許出願公開第２００５／００５８５３４号明細書（US2005/0058534 A1）、ＵＳ５５３８３９３（US 5538393）では蛇行状冷却方式が提案されており、欧州特許出願公開第２５４９０６３号明細書（EP2549063 A1）では螺旋状の冷却方式が提案されている。これらの提案された冷却方式は、高い熱利用率により極めて効果的であるが、やはりその冷却効率は、高温ガス圧力ヘッドに対して固定されたクーラントと、何らかの外的な冷却が行われないことにより限定的なものである。特に言及すべきは、不均一な外部境界条件に対する設計の調整可能性が低いことである。
【０００９】
米国特許出願公開第２００９／００３５１２５号明細書（US2009/0035125 A1）、ＵＳ５１６５８４７、ＵＳ５１６９２８７、ＵＳ６１３９２５７、米国特許第６３５４７９５号明細書（US 6354795 B1）、及び欧州特許出願公開第１５３３４７８号明細書（EP 1533478A2）は、高温ガスにさらされる表面における冷却空気排出を伴うインピンジメント冷却されるＳＨＳを提案している。この方式は、圧力ヘッド、インピンジメント熱伝達率、構成要素の対流冷却効率を最大化することができるが、これら全ての開示は、以下のような欠点がある。即ち、ヘビーデューティーなガスタービンエンジンでは常に生じる恐れがある摩擦の発生時には、冷却穴出口が閉鎖され、従って冷却空気流が妨げられ、結果としてＳＨＳの過熱が生じる恐れがある。さらに、ブレードの後縁に向かう放出孔の配置により、ブレード先端の冷却は、上述した技術では考慮されていない。
【００１０】
米国特許出願公開第２０１２／００２７５７６号明細書（US 2012/0027576 A1）及び米国特許出願公開第２０１２／０２５１２９５号明細書（US 2012/0251295 A1）は、ＳＨＳの完全に高温ガスが流過する面に冷却空気をもたらす浸出冷却方式を提案している。この場合もやはり、摩擦発生に対する対策はなく、半径方向のクリアランスが厳しい場合には、この部分に設置するのは危険である。
【００１１】
国際公開第２０１３／１２９５３０号（W02013129530A1）によれば、深い保持溝内における外部の「フィルム」冷却機構の例が提案されているが、溝の間の厚い金属領域を冷却する冷却の提案はなされなかった。
【００１２】
発明の簡略な概要
本発明は、前記問題点の解決策を提供しようとするものである。
【００１３】
長期的なさらなる開発においては、ヘビーデューティーなガスタービンエンジンが２０００〜２２００Ｋのタービン入口高温ガス温度に耐えなければならない場合、利用可能な対流冷却方式は、妥当な冷却空気消費量では、第１段のステータヒートシールドの適切な耐用期間を保証することはできないだろう。第２の考えられ得る問題は、最も過酷な条件に既にさらされている先端領域における耐用期間の悪化である。このことは、全体的及び局所的な冷却効率の画期的な改善を要する。ＳＨＳ冷却機構の提案された方式は、上記両要素の所要耐用期間を保証する。
【００１４】
従って、本発明の課題の１つは、ガスタービンのステータヒートシールド、及びロータブレードのブレード先端の耐用期間を改善することである。本発明のさらなる課題は、ガスタービンの空気動力学を改善し、特に、先端クリアランス損失を減じることである。本発明のさらなる課題は、クーラントを節約することである。
【００１５】
本発明の課題は、高温ガス流路を有したガスタービン用のステータヒートシールドであって、該ステータヒートシールドは、
前記ガスタービンの前記高温ガス流路に面するように配置されるように適合された第１の面と、
該第１の面に対して反対側の第２の面と、
該第２の面から前記第１の面に向かって冷却流体を方向付ける冷却通路と、
該冷却通路の少なくとも一部から冷却流体を受け取る、前記第１の面に配置されたキャビティと、を有しており、
前記キャビティの少なくとも一部はそれぞれ、該キャビティに開口する少なくとも２つの対応する冷却通路を有しており、前記少なくとも２つの対応する冷却通路は、互いに向かって傾けられている、ステータヒートシールドにより解決される。
【００１６】
前記少なくとも２つの対応する冷却通路は、前記第２の面で冷却流体を受け取る入口と、それぞれ１つのキャビティ内に冷却流体噴流を放出する出口と、をそれぞれ有しており、前記少なくとも２つの対応する冷却通路は、当該少なくとも２つの対応する冷却通路から放出される前記冷却流体噴流が相互作用して、これにより前記キャビティ内に前記冷却流体のスワールが提供されるように配置されている。冷却流体噴流の相互作用により、キャビティ内で冷却流体の渦流形成が可能となり、これにより、冷却流体はキャビティ内に保持されてから、保持されているキャビティから吸い出されて高温ガスと混合することができる。従って本発明によるキャビティは、保持放出キャビティである。本発明による保持放出キャビティにより、ＳＨＳの外部冷却が可能となると同時に、摩擦の際の影響を緩和することができ、放出孔の閉塞が阻止される。保持放出キャビティから吸い出された冷却流体は、ＳＨＳ及び通過するブレードの先端領域における下流の高温ガスにさらされる温度を減じる。さらに、本発明によるキャビティの使用により、タービンパフォーマンスの向上を狙いとする半径方向先端クリアランスの最小化が可能になる。
【００１７】
本発明によるキャビティは、キャビティ内の冷却流体噴流の渦流形成を補助するように、即ち冷却流体の循環が形成されるように構成されている。特に、キャビティは第１の面に向かって拡張している。キャビティは、実質的に半球状であってもよい。さらに、キャビティは、第１の面から見た場合、楕円形であってよい。
【００１８】
少なくとも２つの対応する冷却通路は、ステータヒートシールドの第１の面に対して、２０°〜４０°の、好適には２５°〜３５°の、さらに好適には３０°の角度で傾けられていてよい。
【００１９】
前記少なくとも２つの対応する冷却通路はそれぞれ中心軸線を有していて、好適には前記少なくとも２つの対応する冷却通路の前記中心軸線は互いにずらされていて、これにより前記少なくとも２つの対応する冷却通路の中心軸線は、各キャビティにおいて交差しない。傾けられてずらされた通路により、キャビティ内で冷却流体の安定した循環が得られる。
【００２０】
好適には、少なくとも１つのキャビティの前記少なくとも２つの冷却通路は、別のキャビティの貫通路に交差し、２つのそれぞれの冷却通路の交差部が形成され、前記冷却通路は前記交差部で流体連通している。前記２つのそれぞれ交差する冷却通路の中心軸線は、１つの共通の平面内に配置されないように互いにずらされていると好適である。キャビティ内の冷却流体の安定した循環に加えてさらに、この配置により、交差領域において付加的な熱交換が可能であり、高い均一な冷却熱伝達率が得られる。これにより、内部の対流冷却網が提供される。
【００２１】
本発明の上記課題を達成するには、それぞれ１つのキャビティに付随する前記少なくとも２つの対応する冷却通路が、互いに向かって傾けられているちょうど２つの冷却通路を有していれば十分である。
【００２２】
前記２つの冷却通路の中心軸線は互いにずらされていて、好適には半径分ずらされていてよく、これにより前記２つの冷却通路の中心軸線は、各キャビティにおいて交差しない。半径分ずらされた２つの通路により、キャビティ内で冷却流体の最も安定した循環が得られる。
【００２３】
好適な態様では、１つのキャビティの前記２つの冷却通路のうちの一方は、隣接するキャビティの２つの冷却通路のうちの一方に交差して第１の交差部が形成されており、前記第１の交差部で交差する前記冷却通路は流体連通している。好適には、第１の交差部は、第１の面上への投影図として見た場合、実質的に前記一方のキャビティと前記隣接するキャビティとの間に位置している。さらに好適には、前記１つのキャビティの前記２つの対応する冷却通路のうちの前記一方は、前記隣接するキャビティの次の少なくとも１つのキャビティの２つの冷却通路のうちの一方にも交差して少なくとも１つの第２の交差部が形成されており、前記少なくとも第２の交差部で交差する前記冷却通路は流体連通している。それぞれの交差部で交差する冷却通路の中心軸線は、１つの共通の平面内に配置されないように互いにずらされている、好適には半径分だけずらされている。キャビティ内の冷却流体の安定した循環に加えてさらに、この配置により、交差領域において付加的な熱交換が可能であり、高い均一な冷却熱伝達率が得られる。これにより、内部の対流冷却網が提供される。冷却通路サイズ及びずれ値を変更することにより、冷却熱伝達率を極めて局所的に最適化することができる。
【００２４】
前記２つの冷却通路の前記中心軸線は、前記ステータヒートシールドの前記第１の面に対して垂直な平面で見た場合、各キャビティ内に収束しているならば、通常、冷却流体の循環は可能である。
【００２５】
均一な外部冷却網を形成するために、前記第１の面から見た場合、前記キャビティは、ステータヒートシールドの長手方向に延在する複数の列内に配置されていてよく、前記キャビティの列は、互い違いになっていてよい。
【００２６】
冷却通路は、対流円筒状通路又はチューブとして設けられてよい。
【００２７】
ステータヒートシールドは、既に慣用の工程により製造することができ、例えば、鋳造、機械加工、ろう付け、又は選択的レーザ溶融法（ＳＬＭ）のような付加製造的手法によって製造されてよい。
【００２８】
本発明は、少なくとも１つの上記のステータヒートシールドを備えるガスタービンにも関する。ガスタービンで使用される冷却流体は冷却空気であってよい。
【００２９】
本発明は、ステータヒートシールドを冷却する方法であって、
このステータヒートシールドは、ガスタービンの高温ガス流路に面するように配置されるように適合された第１の面と、
該第１の面に対して反対側の第２の面と、
該第２の面から前記第１の面に向かって冷却流体を方向付ける冷却通路と、
該冷却通路の少なくとも一部から冷却流体を受け取る、前記第１の面に配置されたキャビティと、を有していて、
前記キャビティの少なくとも一部はそれぞれ、該キャビティに開口する少なくとも２つの対応する冷却通路を有しており、前記少なくとも２つの対応する冷却通路は、互いに向かって傾けられていて、
前記方法は、冷却空気を前記冷却通路に流通させるステップと、２つの冷却通路の冷却ガス流を１つのキャビティ内へと噴射するステップと、を有しており、
前記２つの冷却通路はずらされており、これによりキャビティ内に渦流が形成される、ステータヒートシールドを冷却する方法にも関する。
【００３０】
上述した全ての特徴は、本発明の課題を達成するために互いに組み合わせることができる。
【００３１】
本発明の課題及び態様は、以下の本発明の説明及び請求項からも明らかになるであろう。
【００３２】
提案された本発明のＳＨＳの冷却網は、特別にプロフィール形成された、スワール形成する保持キャビティ内への冷却空気の抜き取りを伴う、交差する対流通路により形成され、これにより外的なＳＨＳへの安定した低温循環が提供される。この冷却方式は極めて効果が高く、所要の耐用期間を提供し、かつ／又はクーラントを節約する。このようなＳＨＳ冷却空気の利用により、ブレード先端クリアランス領域における混合気温度が減じられ、従って、その耐用期間が改善され（又はブレードクーラントが減じられ）、空気力学的損失が減じられる。提案された冷却方式は、摩擦から保護されており強力であって、従来の手法又は付加製造的な手法による製造を容易に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】交差する冷却通路と保持放出キャビティの組み合わせ及び流れの配置と共に、本発明によるステータヒートシールドの一部を示す断面図である。
【図２】図１のステータヒートシールドの等角図である。
【図３】互い違いに配置された保持放出キャビティを有した本発明によるステータヒートシールドの第１の面（高温ガス露出面）を見た図である。
【図４】ガスタービンのロータブレードに対して配置された、本発明によるステータヒートシールドの一部を、交差する冷却通路と保持放出キャビティの組み合わせと共に示す断面図である。
【００３４】
発明の好適な実施の形態
図１に示したように、特に第１段の、ガスタービン用のステータヒートシールド１は、ガスタービンの運転中にガスタービンを貫流する高温ガスにさらされるように適合された、即ち、ガスタービンの高温ガス流路に面するように適合された第１の面２を有している。さらに、ステータヒートシールド１は、第１の面２の反対側に第２の面３を有している。第２の面は、高温ガス流路に面しておらず、冷却流体供給部に接続されている。ガスタービンの運転中、第２の面３は冷却流体４にさらされている。冷却流体４を第２の面３から第１の面２に向けるために、ステータヒートシールド１は貫通冷却通路５，５’を有している。各冷却通路５，５’は、冷却流体４を受け取る供給入口と、冷却流体噴流を放出する出口と、を有している。第１の面２にはキャビティ６が設けられている。このキャビティ６は、高温ガスによって流過される第１の面２に向かって拡張する特別なプロフィールを有している。キャビティ６は、高温ガス流路に対して開かれている。各キャビティ６は、当該キャビティ６に対して開かれている２つの冷却通路５，５’を有している。２つの冷却通路５，５’は互いに向かって傾けられていて、キャビティ６内の冷却流体の循環７が形成されるように配置されている。冷却通路５，５’は、ＳＨＳ（ステータヒートシールド１）の表面に対して、最良には３０°傾けられていてよい。
【００３５】
キャビティ６は、キャビティ６内で冷却流体の循環７が可能であるようにプロフィール形成されている。循環７により、冷却流体をキャビティ６内に保持してから、冷却流体は保持されているキャビティから吸い出されて、高温ガスと混合されるので、ＳＨＳ及び通過するブレードの先端領域における下流の高温ガスにさらされる部分の温度を減じる。このような配置は、ＳＨＳの外部冷却を可能にすると同時に、摩擦発生時の影響を緩和することができ、これにより放出孔が閉鎖するのを阻止することができる。
【００３６】
さらに、ステータヒートシールド１のボディを貫通して延在する冷却通路５，５’は、ＳＨＳの内部対流冷却システムを形成する。従って冷却通路５，５’は、対流通路又はチューブとして設けられてよい。
【００３７】
内部冷却効果を向上させるために、１つのキャビティ６の傾けられた冷却通路５，５’は、別のキャビティ６の傾けられた冷却通路５，５’と交わり、交差部８，８’が形成される。このような好適な態様では、１つのキャビティ６に付随する２つの冷却通路５，５’のうちの１つの冷却通路５は、隣接するキャビティ６の２つの冷却通路５，５’のうちの１つの冷却通路５’に交差して、第１の交差部８が形成される。第１の交差部８は、第１の面２上への投影図としては、実質的に前記１つのキャビティ６と前記隣接するキャビティ６との間に位置している。１つのキャビティ６に付随する２つの冷却通路５，５’のうちの前記１つの冷却通路５は、前記隣接するキャビティの隣の少なくとも１つのキャビティの２つの貫通冷却通路５，５’のうちの１つの冷却通路５’にも交差することができ、少なくとも１つの第２の交差部８’が形成される。各交差部８，８’は、２つの交差する冷却通路５，５’を含んでいる。
【００３８】
図２を参照すると、同じキャビティ６内に開かれる２つの冷却通路５，５’の中心軸線は、互いにずらされている、好適には半径分だけずらされていることが判る。これにより、冷却流体の放出噴流間にスワール相互作用が生じ、これにより、より安定した循環７が得られる。
【００３９】
さらに図２により判るように、１つのキャビティ６の冷却通路５と別のキャビティ６の冷却通路５’とは、これら冷却通路５，５’の軸線が、１つの共通の平面内に配置されることがないように互いにずらされる、好適には半径分だけずらされるように、互いに交差している。交差する冷却通路５，５’は、交差部８，８’で流体連通している。冷却通路の冷却効果への適用において、貫通通路５，５’の交差及びずれにより、適度な圧力損失で高い熱伝達向上率を達成することができる。
【００４０】
図３にはさらに、キャビティ６が、ステータヒートシールド１の長手方向に延在する複数の列に配置されていることが示されている。 キャビティ６の列は互い違いになっていて、均一な外部の冷却網が配置されている。交差する冷却通路５，５’の中心軸線がずれていることも図３に見ることができる。
【００４１】
図４には、ステータヒートシールドの装着例が示されている。この例では、ステータヒートシールドはロータに面している。高温ガス側に面したステータヒートシールドの側に、複数のキャビティが配置されている。２つの冷却通路が、冷却空気供給部側からステータヒートシールドの高温ガス流路側へと延在しており、キャビティ内へと開かれている。
【００４２】
冷却通路の傾斜角度、冷却通路のずれ値、交差部の数、キャビティのプロフィールを変化させることにより、キャビティ内の冷却流体のより良好な循環、交差部における冷却流体のより良好な相互作用、従ってより良好な冷却効果を達成できることは明らかである。
【００４３】
説明及び特定の実施例は、本発明の好適な実施の形態を示しているが、例示の目的で示されているだけであって、発明の範囲を限定しようとするものではないことが理解されるだろう。本発明の要旨から逸脱しない変更は、本発明の範囲に含まれるものとする。このような変更は、本発明の思想及び範囲からの逸脱であると見なされるものではない。
【００４４】
要するに、他の方式と差別化される本発明の主要な側面は以下の通りである。
【００４５】
−好適には２つの交差部を有する、極めて効果的な交差する対流通路に基づいて形成された内部冷却システムの使用は、高い均一な冷却熱伝達率を達成する。
【００４６】
−半ピッチのシフト（半径分のずれ）を有した角度付けられた放出噴流とプロフィール形成された保持キャビティの使用により、外部の冷却のためにキャビティ内に放出される冷却空気の安定した循環が可能になる。
【００４７】
−高温ガスにより流過される面に向かって拡張する保持キャビティの使用により、摩擦発生が緩和され、タービンパフォーマンスの向上を狙いとする半径方向先端クリアランスの最小化が可能になる。
【００４８】
−流路への空気放出を使用することにより、高温ガスをクーラント混合温度まで低下させることができ、ブレード先端領域における熱的境界条件が改善され（耐用期間が改善されかつ／又はクーラント消費量が減じられ）、空気力学的な先端クリアランス損失が減じられる。
【００４９】
−本発明によるＳＨＳの冷却方式により、全ての場所において結果として生じる金属温度及び応力の最大限の均一性の達成と、全ての臨界区域の除去、最大限の耐用期間及び／又はクーラント節約を目的として、軸方向の圧力分布や高温ガス後流といった外部のファクタに関して（対流通路のサイズやずれ値を変化させることにより）冷却熱伝達率を極めて局所的に最適化することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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