(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却流の低減並びにコスト及び燃料消費率の低減を可能にした、エンジン構成要素を提供する。【解決手段】エンジン構成要素を備えたタービンエンジン用の翼形部７９の外壁９５内において、複数のフィルム孔１３８が複数の冷却回路１２８に流体結合され、翼形部７９の外部に冷却空気を提供し、冷却空気が複数の冷却回路１２８から外面１３０に移動する。複数の冷却回路１２８は各々、少なくとも１つの壁側部分回路１４０及び１つの外皮側部分回路１４２を含み、翼形部７９に設けられている。複数の冷却回路１２８は、等化キャビティ１２４に隣接し、翼形部７９の外壁９５の内部内のあらゆる箇所に設けることができる。【選択図】図４
2017203454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温空気流（Ｈ）を発生し且つ冷却流体流れ（Ｃ）を提供する、タービンエンジン（１０）用のエンジン構成要素（６８）であって、
前記冷却流体流れ（Ｃ）から高温空気流（Ｈ）を離隔し、高温流路において高温空気が流れる第１の面（１２９）と前記冷却流体流れ（Ｃ）に面する第２の面（１３１）とを有する壁（９５）と、
前記第２の面（１３１）に施工される少なくとも１つのコーティング（１３６）と、
少なくとも壁側部分回路（１４０，１４１）と外皮側部分回路（１４２）とを各々が含む複数の冷却回路（１２８）と、
を備え、
前記壁側部分回路（１４０，１４１）が、前記壁（９５）の内部（１３４）に設けられた壁冷却通路（１４４）を有し、前記外皮側部分回路（１４２）が、前記第１の面（１２９）に形成された少なくとも１つのチャンネル（１４６）と、前記コーティング（１３６）を貫通して該チャンネル（１４６）に通じる少なくとも１つの孔（１３８）とを有し、前記チャンネル（１４６）が、前記壁冷却通路（１４４）に流体接続されており、
前記エンジン構成要素（６８）が更に、
前記複数の冷却回路（１２８）を流体結合する少なくとも１つの等化キャビティ（１２２，１２４，１２６）を備え、
前記複数の冷却回路（１２８）の少なくとも１つが、前記冷却流体流れ（Ｃ）に流体結合される、エンジン構成要素（６８）。
【請求項２】
前記複数の冷却回路（１２８）が、直列又は並列の何れかで前記冷却流体流れ（Ｃ）に流体結合される、請求項１に記載のエンジン構成要素（６８）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの等化キャビティ（１２２，１２４，１２６）と前記複数の冷却回路（１２８）との間に複数の流体接続部（１４８，１５４，１５６）が存在する、請求項１に記載のエンジン構成要素（６８）。
【請求項４】
前記壁側部分回路（１４０）の少なくとも一部が、前記等化キャビティ（１２２，１２４，１２６）に流体結合された前記壁側部分回路（１４０）の少なくとも１つと直列に流体結合される、請求項１に記載のエンジン構成要素（６８）。
【請求項５】
前記壁側部分回路（１４０）のうちの１つだけが、前記等化キャビティ（１２２，１２４，１２６）に流体結合される、請求項４に記載のエンジン構成要素（６８）。
【請求項６】
前記壁側部分回路（１４０）のうちの１つだけが、前記冷却流体流れ（Ｃ）に流体結合される、請求項４に記載のエンジン構成要素（６８）。
【請求項７】
前記壁側部分回路（１４０）が、前記壁側部分回路（１４０）の第１及び第２のグループ（１５０，１５２）化されて配列される、請求項１に記載のエンジン構成要素（６８）。
【請求項８】
前記第１のグループ（１５０）だけが前記冷却流体流れ（Ｃ）に流体結合され、前記２のグループ（１５２）が、前記等化キャビティ（１２２，１２４，１２６）によって前記第１のグループ（１５０）に流体結合される、請求項７に記載のエンジン構成要素（６８）。
【請求項９】
前記等化キャビティが、前記冷却流体流れに流体結合される、請求項８に記載のエンジン構成要素（６８）。
【請求項１０】
前記第１及び第２のグループが直列に接続され、前記第１及び第２のグループの各々が前記空気供給回路に流体結合され、該第１及び第２のグループが前記等化キャビティに流体結合される、請求項７に記載のエンジン構成要素（６８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の記載される実施形態は、外皮側部分回路、壁側部分回路及び等化キャビティを含む冷却回路を備え、外皮側部分回路又は壁側部分回路の一方に、例えば翼形部の外面を冷却するための冷却空気が供給される、エンジン用のエンジン構成要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジン及び詳細にはガス又は燃焼タービンエンジンは、エンジンを通って複数の回転タービンブレード上を通過する燃焼ガスの流れからエネルギーを抽出する回転エンジンである。タービンエンジンは、陸上及び海上移動並びに発電に使用されているが、最も一般的には、ヘリコプター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。地上用途では、タービンエンジンは、発電に使用されることが多い。
【０００３】
航空機用の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設計されており、そのため、高圧タービン及び低圧タービンなどの特定のエンジン構成要素の冷却が有利とすることができる。通常、冷却は、高圧及び／又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要素にダクト供給することによって達成される。高圧タービンの温度は、およそ１０００°Ｃ〜２０００°Ｃであり、圧縮機からの冷却空気は、およそ５００°Ｃ〜７００°Ｃである。圧縮機空気は高温ではあるが、タービン空気と比べると低温であるので、タービンを冷却するのに用いることができる。現行のタービンブレードは一般に、ブレードの様々な部分を冷却するために、ブレードを通って冷却空気を送るための１又はそれ以上の内部冷却回路を含み、また、ブレードの前縁、後縁及び先端のようなブレードの様々な部分を冷却する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】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第９，００３，６５７号明細書
【発明の概要】
【０００５】
タービンエンジン用の翼形部であって、
内部スペースを境界付ける外面と内面を有し、前縁と後縁との間に軸方向に延び且つ根元と先端との間に半径方向に延びる正圧側面及び負圧側面を定める外壁と、
外面に施工される少なくとも１つのコーティングと、
少なくとも壁側部分回路と外皮側部分回路とを各々が含む複数の冷却回路と、
を備え、
壁側部分回路が、外壁の内部に設けられた壁冷却通路を有し、外皮側部分回路が、外面に形成された少なくとも１つのチャンネルと、コーティングを貫通してチャンネルに通じる少なくとも１つの孔とを有し、
チャンネルが冷却通路に流体接続され、
翼形部が更に、
根元又は先端の少なくとも一方から複数の冷却回路の少なくとも１つに流体結合された空気供給回路と、
内部に配置され且つ複数の冷却回路を流体結合する少なくとも１つの等化キャビティと、
を備える。
【０００６】
高温空気流を発生し且つ冷却流体流れを提供する、タービンエンジン用のエンジン構成要素であって、
冷却流体流れから高温空気流を離隔し、高温流路において高温空気の流れと合わされる第１の面と冷却流体流れに面する第２の面とを有する壁と、
第１の面に施工される少なくとも１つのコーティングと、
少なくとも壁側部分回路と外皮側部分回路とを各々が含む複数の冷却回路と、
を備え、
壁側部分回路が、壁の内部に設けられた壁冷却通路を有し、外皮側部分回路が、第１の面に形成された少なくとも１つのチャンネルと、コーティングを貫通して該チャンネルに通じる少なくとも１つの孔とを有し、チャンネルが、壁冷却通路に流体接続されており、
エンジン構成要素が更に、複数の冷却回路を流体結合する少なくとも１つの等化キャビティを備え、複数の冷却回路の少なくとも１つが、冷却流体流れに流体結合される。
【０００７】
少なくとも１つの壁側部分回路及び外皮側部分回路を有する複数の冷却回路を備えたエンジン構成要素を冷却する方法であって、複数の冷却回路の各々において壁側部分冷却回路から外皮側部分冷却回路に冷却空気を連続的に通過させると共に、複数の冷却回路間の冷却空気の流れを等化させるステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】航空機用タービンエンジンの概略断面図。
【図２】冷却空気入口通路を備えた、図１のエンジンのタービンブレードの形態でのエンジン構成要素の斜視図。
【図３】図２の翼形部の周辺概略図。
【図４】複数の内部通路を例示した、図２の翼形部の断面図。
【図５】壁側部分回路、外皮側部分回路及び空気等化キャビティを示す、図４の翼形部の引き出し線部分の概略図。
【図６Ａ】図５の壁側部分回路及び外皮側部分回路の様々な流れ方向を示す概略図。
【図６Ｂ】図５の壁側部分回路及び外皮側部分回路の様々な流れ方向を示す概略図。
【図７Ａ】壁側部分回路及び外皮側部分回路の異なる構成についての図４の翼形部の概略断面図。
【図７Ｂ】壁側部分回路及び外皮側部分回路の異なる構成についての図４の翼形部の概略断面図。
【図７Ｃ】壁側部分回路及び外皮側部分回路の異なる構成についての図４の翼形部の概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の記載される実施形態は、外皮側部分回路、壁側部分回路及び等化キャビティを含む冷却回路を備え、外皮側部分回路又は壁側部分回路の一方には例えば翼形部の外面を冷却するための冷却空気が供給される、エンジン用のエンジン構成要素に関する。例証の目的で、本発明は、航空機ガスタービンエンジン用タービンに関して説明する。しかしながら、本発明は、これに限定されず、圧縮機を含むエンジン内で、並びに他の移動体用途、及び非移動体産業、商用及び住宅用途などの非航空機用途において一般的に応用できることは理解されるであろう。
【００１０】
本明細書で使用される場合、用語「前方」又は「上流側」は、エンジン入口に向かう方向に移動していること、又はある構成要素が別の構成要素と比較してエンジン入口により近接していることを意味する。「前方」又は「上流側」と併せて使用される用語「後方」又は「下流側」は、エンジン中心線に対してエンジンの後方又は出口に向けた方向を意味する。
【００１１】
加えて、本明細書で使用される用語「半径方向」及び「半径方向に」とは、エンジンの中心長手方向軸線とエンジン外周との間に延びる寸法を意味する。
【００１２】
全ての方向性の言及（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、上部、底部、上方、下方、垂直、水平、時計回り、反時計回り、上流側、下流側、前方、後方、その他）は、読み手の本開示の理解を助けるために識別の目的で使用しているに過ぎず、特に位置、向き、又は本開示の用途に関して限定するものではない。接続に関する言及（例えば、取り付け、結合、接続、及び接合）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及び要素間の相対移動を含むことができる。このため、接続に関する言及は、必ずしも２つの要素が直接的に接続されて互いに対して固定されていることを意味するものではない。例示的な図面は、単に例証の目的のものであり、本明細書に添付される図面中に示されている寸法、位置、順序及び相対サイズは変えることができる。
【００１３】
図１は、航空機用タービンエンジン１０の概略断面図である。エンジン１０は、前方１４から後方１６に延びる略長手方向に延伸する軸線又は中心線１２を有する。エンジン１０は、下流側直列流れ関係で、ファン２０を含むファンセクション１８と、ブースタ又は低圧（ＬＰ）圧縮機２４及び高圧圧縮機（ＨＰ）圧縮機２６を含む圧縮機セクション２２と、燃焼器３０を含む燃焼セクション２８と、ＨＰタービン３４及びＬＰタービン３６を含むタービンセクション３２と、排気セクション３８と、を含む。
【００１４】
ファンセクション１８は、ファン２０を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及びＨＰタービン３４は、エンジン１０のコア４４を形成し、高温の空気流を発生する。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により囲まれる。
【００１５】
エンジン１０の中心線１２の周りに同軸上に配置されたＨＰシャフト又はスプール４８は、ＨＰタービン３４をＨＰ圧縮機２６に駆動可能に接続する。より大きな直径の環状ＨＰスプール４８内でエンジン１０の中心線１２の周りに同軸上に配置されたＬＰシャフト又はスプール５０は、ＬＰタービン３６をＬＰ圧縮機２４及びファン２０に駆動可能に接続する。スプール４８，５０は、エンジン中心線の周りに回転可能であり、複数の回転要素に接続されて、全体としてロータ５１を定めることができる。
【００１６】
ＬＰ圧縮機２４及びＨＰ圧縮機２６はそれぞれ、複数の圧縮機段５２，５４を含み、ここでは圧縮機ブレード５６，５８のセットが、固定圧縮機ベーン６０，６２（ノズルとも呼ばれる）の対応するセットに対して回転して、圧縮機段を通過する流体ストリームを圧縮又は加圧する。単一の圧縮機段５２，５４において、複数の圧縮機ブレード５６，５８をリング状に設けることができ、ブレードプラットフォームからブレード先端まで中心線１２に対して半径方向外向きに延びることができ、他方、対応する固定圧縮機ベーン６０，６２は、回転ブレード５６，５８の下流側に隣接して位置付けられる。図１に示されるブレード、ベーン、及び圧縮機段の数は、単に例証として選択されたものであり、他の数も実施可能である点に留意されたい。
【００１７】
圧縮機の段におけるブレード５６，５８は、ディスク６１に装着することができ、該ディスクは、ＨＰスプール４８及びＬＰスプール５０のうちの対応するスプールに装着され、各段が固有のディスク６１を有する。圧縮機の段におけるベーン６０，６２は、円周方向配列でコアケーシング４６に装着することができる。
【００１８】
ＨＰタービン３４及びＬＰタービン３６はそれぞれ、複数のタービン段６４，６６を含み、ここではタービンブレード６８，７０のセットが、固定タービンベーン７２，７４（ノズルとも呼ばれる）の対応するセットに対して回転して、タービン段を通過する流体ストリームからエネルギーを抽出する。単一のタービン段６４，６６において、複数のタービンベーン６８，７０がリング状に設けることができ、ブレードプラットフォームからブレード先端まで中心線１２に対して半径方向外向きに延びることができ、他方、対応する固定タービンベーン７２，７４は、回転ブレード６８，７０の上流側に隣接して位置付けられる。図１に示されるブレード、ベーン、及びタービン段の数は、単に例証として選択されたものであり、他の数も実施可能である点に留意されたい。
【００１９】
タービンの段におけるブレード６８，７０は、ディスク７１に装着することができ、該ディスクは、ＨＰスプール４８及びＬＰスプール５０のうちの対応するスプールに装着され、各段が固有のディスク７１を有する。タービンの段におけるベーン７２，７４は、円周方向配列でコアケーシング４６に装着することができる。
【００２０】
ロータブレードに対して相補的に、圧縮機セクション２２及びタービンセクション３２のうちの固定ベーン６０，６２，７２，７４などのエンジン１０の固定部分はまた、個々に又は総称してステータ６３と呼ばれる。従って、ステータ６３は、エンジン１０全体を通じて非回転要素の組み合わせを指すことができる。
【００２１】
作動時には、ファンセクション１８から出る空気流は、空気流の一部がＬＰ圧縮機２４に送られ、次いで加圧された空気７６をＨＰ圧縮機２６に供給して、該空気を更に加圧するように分配される。ＨＰ圧縮機２６からの加圧空気７６は、燃焼器３０において燃料と混合されて点火され、これにより燃焼ガスを発生する。これらのガスからＨＰタービン３４によって幾らかの仕事が取り出され、これによりＨＰ圧縮機２６を駆動する。燃焼ガスは、ＬＰタービン３６に排出され、該ＬＰタービン３６が追加の仕事を取り出してＬＰ圧縮機２４を駆動し、最終的に排気ガスが排気セクション３８を介してエンジン１０から排出される。ＬＰタービン３６を駆動することにより、ＬＰスプール５０を駆動してファン２０及びＬＰ圧縮機２４を回転させる。
【００２２】
加圧空気流７６の一部は、圧縮機セクション２２から抽気空気７７として取り出すことができる。抽気空気７７は、加圧空気流７６から取り出されて、冷却を必要とするエンジン構成要素に提供することができる。従って、抽気空気７７により提供される冷却は、高温環境においてこのようなエンジン構成要素の作動に不可欠である。
【００２３】
空気流７８の残りの部分は、ＬＰ圧縮機２４及びエンジンコア４４をバイパスし、固定ベーン列、及びより詳細には複数の翼形部ガイドベーン８２を備えた出口ガイドベーン組立体８０を通じてファン排気側８４にてエンジン組立体１０から流出する。より具体的には、半径方向に延びる翼形部ガイドベーン８２の円周方向列は、ファンセクション１８に隣接して、空気流７８の何らかの方向制御を管理するのに利用される。
【００２４】
ファン２０によって供給される空気の一部は、エンジンコア４４をバイパスして、エンジン１０の一部、特に高温部分の冷却及び／又は航空機の他の態様の冷却又は動力供給に用いることができる。タービンエンジンの関連では、エンジンの高温部分は通常、燃焼器３０の下流側の構成要素、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の直ぐ下流側にあるので、最も高温の部分である。他の冷却流体源は、限定ではないが、ＬＰ圧縮機２４又はＨＰ圧縮機から吐出される流体とすることができる。
【００２５】
図２は、図１によるエンジン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要素の斜視図である。タービンブレード６８は、ダブテール７５及び翼形部７９を含む。翼形部７０、根元８３と先端８３との間を半径方向に延びる。ダブテール７５は更に、根元８３にて翼形部７９と一体化されたプラットフォーム８５を含み、タービン空気流を半径方向に閉じ込めるのに役立つ。ダブテール７５は、エンジン１０上でタービンロータディスクに装着するように構成することができる。ダブテール７５は、例示的に第１の入口通路８８、第２の入口通路９０、及び第３の入口通路９２として示された、少なくとも１つの入口通路を含み、各々が、ダブテール７９を通って延びて、通路出口９４にて翼形部７８と内部流体連通を提供する。通路出口９４は、複数の冷却回路（図４）に流体結合され、例証として根元８３又は先端８１に存在して空気供給回路１０６を定めることができ、或いは他の何れかの所望の位置に存在することができる。ダブテール７５は、断面で示され、入口通路８８、９０、９２がダブテール７５の本体内に収容されるようになっている点を理解されたい。
【００２６】
図３を見ると、断面で示された翼形部７９は、内部スペース９６を境界付け、凹面形状の正圧側面９８及び凸面形状の負圧側面１００を有して共に接合されて翼形部断面を定める外壁９５を備え、該翼形部断面は、前縁１０２と後縁１０４との間に軸方向に延びる。ブレード６８は、正圧側面９８が負圧側面１００に追従するような方向で回転する。すなわち、図３に示すように、翼形部７９は、紙面の上部に向かって上向きに回転することになる。
【００２７】
図４を参照すると、内部スペース９６は、複数の内部等化キャビティ１２２，１２４，１２６に分割することができ、該等化キャビティは、内部スペース９６内で何れかの形態で配列され、根元８３から先端８１まで延びることができる。等化キャビティ１２２，１２４，１２６は、翼形部７９内に設けられた複数の回路１２８間の圧力差の等化のために確保されている。一部の実施形態において、等化キャビティ１２２，１２４，１２６は、入口通路８８，９０，９２のうちの１つに流体結合することができ、ここで通路出口９４を通じて等化キャビティ１２２，１２４，１２６のうちの少なくとも１つに内部流体連通が提供される。
【００２８】
図示された翼形部７９内の各個々の等化キャビティ１２２，１２４，１２６のそれぞれの幾何形状は例証であり、翼形部７９は、図示の等化キャビティの数、幾何形状、寸法又は位置に限定されることを意図していない点を理解されたい。加えて、等化キャビティ１２２，１２４，１２６は、互いに流体結合されて、隣接する等化キャビティ間の追加の内部流体連通を提供することができる。更に、３つの等化キャビティが図示されているが、例えば１〜複数のあらゆる数の等化キャビティが存在してもよい。
【００２９】
外壁９５は、外面１３０と、略中実の内部１３４を定める内面１３２とを備える。少なくとも１つのコーティング１３６が外面１３０に施工され、ここでコーティング１３６は、金属、セラミック、又は他の何れかの好適な材料から構成された１又はそれ以上の層を含むことができる。外皮を含む外壁９５は、翼形部の第１の面１２９上の高温空気流Ｈを第２の面１３１に沿って供給回路１２２，１２４，１２６に供給される冷却流体流れＣから隔離する。コーティング１３６は、スプレー、蒸着及びその他のような様々な既知の方法によって、及び付加製造法によって形成することができる。
【００３０】
複数のフィルム孔１３８，１３９は、複数の回路１２８に流体結合され、翼形部７９の外部に冷却空気を提供することができる。フィルム孔は、限定ではないが、孔、成形孔及びスロットなどあらゆる幾何形状のフィルム冷却出口とすることができる点は理解されたい。
【００３１】
複数の回路１２８は各々、少なくとも１つの壁側部分回路１４０及び１つの外皮側部分回路１４２を含み、翼形部７９に設けられる。複数の回路１２８は、等化キャビティ１２４に隣接して例示されているが、翼形部７９の外壁９５の内部３４内のあらゆる箇所に設けることができる点は理解されたい。
【００３２】
図５を参照すると、壁側部分回路１４０及び外皮側部分回路１４２の詳細について、図４の翼形部の一部のこの概略図を参照しながら説明する。外皮側部分回路１４２は、外面１３０に設けられた少なくとも１つのチャンネル１４６と、コーティング１３６を貫通してチャンネル１４６に通じる少なくとも１つのフィルム孔１３８とを含む。外皮側部分回路１４２は、外面１３０又はコーティング１３６に形成され、又は図示のように両方の組み合わせで形成することができる。一部の実施形態において、図示のコーティング１３６の一部分は、チャンネル１４６を形成する同じ基材の一部とすることができ、その結果、コーティングは、頂部に付加することができ、外皮側冷却回路１４２は、非コーティング材料で、例えば、外面上にろう付け又は外面に取り付けられる金属プレートで密封される。図示の複数のチャンネル及び通路は、例証であり、例えば、形状、向き、又はサイズが限定されることを意図していない点を理解されたい。
【００３３】
少なくとも１つのチャンネル１４６は、複数のチャンネル１４６とすることができ、これらは、互いに流体結合され、或いは、互いに流体的に分離される。複数のチャンネル１４６は、グループ化して配列することができ、外皮側部分回路１４２内で部分回路を形成するのに用いることができる。複数のチャンネル１４６は、幅及び長さを変えることができる。更に、複数のフィルム孔１３８がコーティングを貫通して複数のチャンネル１４６のうちの１つのチャンネルだけに通じるか、又は複数のチャンネル１４６のうちの幾つか又は全てに通じることができることも企図される。図示の複数のチャンネル及び通路は、例証であり、例えば形状、向き又はサイズが限定されることを意図するものではない点は理解されたい。
【００３４】
壁側部分回路１４０は、壁９５の内部１３４内に設けられて内面１３０及び外面１３２によって境界付けられる１又はそれ以上の壁冷却通路１４４と、コーティング及び内部１３４を貫通して壁冷却通路１４４に通じる少なくとも１つの壁冷却孔１３９と、を含む。更に、複数の壁冷却孔１３９がコーティングを貫通して壁冷却通路１４４に通じることができることも企図される。
【００３５】
アパーチャ又はスロットとして形成することができる内部孔１４８は、複数のチャンネル１４６のうちの少なくとも１つのチャンネルから内部１３４を通って壁冷却通路１４４に通じ、壁側部分回路１４０と外皮側部分回路１４２との間の流体接続を提供することができる。チャンネル１４６は、壁冷却通路１４４と同じ寸法又はより小さな寸法とすることができ、また別の実施形態では、壁冷却通路１４４の５０％以下であることも企図することができる。
【００３６】
ここで図６Ａ及び６Ｂを参照すると、冷却空気を含む冷却流体流れＣは、例えば、第１、第２及び第３の入口通路８０，９０，９２のうちの１つに結合された通路出口９４を通って壁側部分回路１４０に供給される。図６Ａにおいて、冷却空気は、壁側冷却通路１４０内の第１の位置Ａにて供給され、ここで空気は、破線の矢印で示されるように壁冷却孔１３９から流出するか、或いは、実線の矢印で示されるように、内部孔１３８を通ってチャンネル１４６の１つに沿って外皮側部分回路１４２に流入することができる。冷却空気は、２つの部分回路の各々においてほぼ同じ方向で互いに平行に流れることができる。
【００３７】
図６Ｂにおいて、冷却空気は、壁冷却通路内の第２の位置Ｂにて供給され、ここで破線の矢印により示されるフィルム孔１３８から流出する空気は、図６Ａと比べたときに比較的短い移動距離を有する。実線の矢印で示されるように、内部孔１４８を通ってチャンネル１４６のうちの１つに沿って外皮側部分回路１４２内に進む経路は、図６Ａに示される経路よりも長く、反対方向の平行な冷却空気流れを生成する。
【００３８】
外皮側部分回路における隣接するチャンネルは、互いに（図示せず）又は例えば複数の内部孔１４８で壁通路に流体接続することができる。或いは、チャンネルの各々は、別個の外皮側部分回路の一部とすることができ、ここで壁通路の向き及びチャンネルの向きは互いに対してある角度をなすか、又は垂直となる。図面は、例証の目的であり、限定を意図していないので、追加の構成も企図することができる。
【００３９】
図７Ａ、７Ｂ及び７Ｃを見ると、冷却空気を複数の冷却回路に供給するための３つの構成について検討する。３つの構成は、互いに類似しており、従って、同じ部品は同じ数字に１００を加えて特定され、各構成の同じ部品の説明は、別途記載のない限り追加の構成にも適用されることが理解される。図示の構成は、例証の目的に過ぎず、限定を意図するものではなく、他の構成も企図できることは理解される。
【００４０】
複数の等化キャビティ１２２，１２４，１２６の１つへの複数の壁側部分回路１４０のうちの少なくとも１つの結合が例示される。チャンネル１４６、壁冷却通路１４４及び等化キャビティ１２２，１２４，１２６は、根元８３から先端８１までの翼形部７９の一部又は全体にわたることができる。
【００４１】
図７Ａは、複数の冷却回路１２８の一群であり、ここでは冷却空気Ｃは、通路出口９４を通じて空気供給回路１０６に、例えば、正圧側面９８上に位置する壁側部分回路１４０の第１のグループ１５０に供給される。第１のグループ１５０における壁側部分回路１４０は、例えば、内部孔１５４により互いに直列に結合された壁冷却通路１４４を含む。例えば、壁側部分回路１４０の負圧側面１００上に位置する第２のグループ１５２は、同様に直列に結合された壁冷却通路１４４を含む。第１のグループ１５０と第２のグループ１５２との間の流体接続は、等化キャビティ１２４を介して形成される。
【００４２】
通路出口９４に近接した少なくとも１つの壁側部分回路１４１は、等化キャビティ１２４から依然として結合解除されているが、第１及び第２のグループ１５０，１５２の両方における残りの壁側部分回路１４０の各々の少なくとも１つは、等化通路１５６により等化キャビティ１２４に更に結合することができ、等化キャビティ１２４と複数の冷却回路１２８との間で平行な複数の流体接続部を形成することができる。
【００４３】
図７Ｂは、複数の冷却回路２２８の一群であり、ここでは冷却空気Ｃは、通路出口１９４を通じて空気供給回路２０６に、壁側部分回路２４０の第１のグループ２５０に供給される。更に、等化キャビティ２２４には、通路出口１９５を通じて冷却空気Ｃが供給される。壁側部分回路２４０の第２のグループ２５２は、等化キャビティ２２４により壁側部分回路２４０の第１のグループ２５０に流体結合される。
【００４４】
この構成においては、通路出口１９４及び１９５から最も離れた壁側部分回路２４３だけが等化キャビティ２２４に結合されて、第２のグループ２５２の複数の冷却回路２２８を第１のグループ２５０に直列に流体結合させる。
【００４５】
図７Ｃは、図７Ｂの構成と同様であるが、この例図に限っては、壁側部分回路３４０の第１のグループ３５０及び第２のグループ３６２の両方が、空気供給回路３０６に流体結合される。
【００４６】
等化通路１５６，２５６，３５６は、あらゆるサイズ及び数のものである点を理解すべきである。これらは、僅かな冷却媒体しか流れていない間の差圧負荷を低減するよう極めて小さなサイズにすることができ、或いは、より多くの冷却媒体が流れている間の差圧負荷を低減するよう大きなサイズにすることができる。
【００４７】
複数の冷却回路１２８を備えた翼形部７９を冷却する方法は、複数の冷却回路１２８の各々において壁側冷却回路１４０から外皮側冷却回路１４２に冷却空気Ｃを連続的に通過させると共に、等化キャビティ１２４により複数の冷却回路１２８間の冷却空気の流れＣを等化させるステップを含む。
【００４８】
本方法は、壁側部分回路１４１，２４１を含む複数の冷却回路１２８のうちの１つだけに冷却空気Ｃを供給し、次いで図７Ａ及び７Ｂに示された流体接続部を通じて残りの複数の冷却回路１２８に冷却空気Ｃを連続的に供給するステップを含む。
【００４９】
本方法はまた、等化キャビティ１２４に沿って設けられた複数の位置１４８にて複数の冷却回路１２８の間の冷却空気Ｃを等化するステップを含む。
【００５０】
本方法は更に、冷却空気がチャンネル１４６を通過することなく、例えば、図６Ａ及び６Ｂに示すように壁冷却孔１３９を通過することなく、冷却空気を壁冷却通路１４４から翼形部７９の外面１３０に供給するステップを含む。
【００５１】
複数の壁通路及び外皮側部分回路を備えたエンジン構成要素は、一体成形品として鋳造することができ、その後、エンジン構成要素の成形及び形状修正を実施してコーティングを施工することができることは、企図することができる。等化キャビティのような主要構成要素が鋳造されて、壁通路、流体接続孔及び外皮側部分回路を含む追加の構成要素が付加される付加製造法もまた、企図することができる。
【００５２】
本明細書の開示は、冷却空気が平行に通過して流れる壁側部分回路及び外皮側部分回路の両方を利用し、該壁側部分回路が翼形部の根元又は先端にて空気供給回路から冷却空気を受け取るようにする冷却構成要素からなる。
【００５３】
外皮側部分回路単独で、最大で３０％の冷却流の低減を可能にする。外皮側部分回路と平行な壁側部分回路を利用する利点は、基材構造の熱均一性を向上させることを含む。外皮側部分回路が機能しなくなるリスクにより晒された場合でも、壁側部分回路が、依然としてエンジン構成要素に対して熱的及び構造的完全性を提供することができる。
【００５４】
新世代のタービンの冷却では、従来のタービン冷却と比べて３０〜５０％少ない流れが利用される。壁側部分回路と外皮側部分回路を組み合わせることで、３０％の冷却流低減が可能となり、コスト及び燃料消費率が低減される。
【００５５】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示しており、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を含む場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【００５６】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
タービンエンジン用の翼形部であって、
内部スペースを境界付ける外面と内面を有し、前縁と後縁との間に軸方向に延び且つ根元と先端との間に半径方向に延びる正圧側面及び負圧側面を定める外壁と、
上記外面に施工される少なくとも１つのコーティングと、
少なくとも壁側部分回路と外皮側部分回路とを各々が含む複数の冷却回路と、
を備え、
上記壁側部分回路が、上記外壁の内部に設けられた壁冷却通路を有し、上記外皮側部分回路が、上記外面に形成された少なくとも１つのチャンネルと、上記コーティングを貫通して上記チャンネルに通じる少なくとも１つの孔とを有し、
上記チャンネルが上記壁冷却通路に流体接続され、
上記翼形部が更に、
上記根元又は上記先端の少なくとも一方から上記複数の冷却回路の少なくとも１つに流体結合された空気供給回路と、
上記内部に配置され且つ上記複数の冷却回路を流体結合する少なくとも１つの等化キャビティと、
を備える、翼形部。
［実施態様２］
上記複数の冷却回路が、直列又は並列の何れかで上記空気供給回路によって流体供給される、実施態様１に記載の翼形部。
［実施態様３］
上記複数の冷却回路が、上記根元と上記先端との間に延びる、実施態様２に記載の翼形部。
［実施態様４］
上記少なくとも１つの等化キャビティが、上記根元と上記先端との間に延びる、実施態様３に記載の翼形部。
［実施態様５］
上記少なくとも１つの等化キャビティと上記複数の冷却回路との間に複数の流体接続部が存在する、実施態様４に記載の翼形部。
［実施態様６］
上記複数の流体接続部が、上記少なくとも１つの等化キャビティを少なくとも１つの上記壁冷却通路に結合する、実施態様５に記載の翼形部。
［実施態様７］
上記少なくとも１つのチャンネルが、上記少なくとも１つの壁冷却通路に接続された複数のチャンネルを含む、実施態様６に記載の翼形部。
［実施態様８］
上記少なくとも１つの孔が、上記コーティングを貫通して上記複数のチャンネルに通じている複数の孔を含む、実施態様７に記載の翼形部。
［実施態様９］
上記少なくとも１つの壁冷却通路が、複数の壁冷却通路を含む、実施態様８に記載の翼形部。
［実施態様１０］
上記壁冷却通路の少なくとも一部が、上記等化キャビティに流体結合された上記壁側部分回路の少なくとも１つと直列に流体結合される、実施態様１に記載の翼形部。
［実施態様１１］
上記壁側部分回路のうちの１つだけが、上記等化キャビティに流体結合される、実施態様１０に記載の翼形部。
［実施態様１２］
上記壁側部分回路のうちの１つだけが、上記空気供給回路に流体結合される、実施態様１０に記載の翼形部。
［実施態様１３］
上記壁側部分回路の第１及び第２のグループが、上記根元と上記先端との間に延び、上記第１のグループだけが上記空気供給回路に流体結合され、上記第２のグループが、上記等化キャビティによって上記第１のグループに流体結合される、実施態様１２に記載の翼形部。
［実施態様１４］
上記等化キャビティが、上記空気供給回路に流体結合される、実施態様１３に記載の翼形部。
［実施態様１５］
直列に接続された上記壁側部分回路の第１及び第２のグループが、上記根元と上記先端との間に延び、上記第１及び第２のグループの各々が、上記空気供給回路に流体結合され、上記第１及び第２のグループが上記等化キャビティに流体結合される、実施態様１に記載の翼形部。
［実施態様１６］
上記コーティングを貫通し且つ上記壁冷却通路に流体結合された壁冷却孔を更に備える、実施態様１に記載の翼形部。
［実施態様１７］
高温空気流を発生し且つ冷却流体流れを提供する、タービンエンジン用のエンジン構成要素であって、
上記冷却流体流れから高温空気流を離隔し、高温流路において高温空気の流れと合わされる第１の面と上記冷却流体流れに面する第２の面とを有する壁と、
上記第１の面に施工される少なくとも１つのコーティングと、
少なくとも壁側部分回路と外皮側部分回路とを各々が含む複数の冷却回路と、
を備え、
上記壁側部分回路が、上記壁の内部に設けられた壁冷却通路を有し、上記外皮側部分回路が、上記第１の面に形成された少なくとも１つのチャンネルと、上記コーティングを貫通して該チャンネルに通じる少なくとも１つの孔とを有し、上記チャンネルが、上記壁冷却通路に流体接続されており、
上記エンジン構成要素が更に、上記複数の冷却回路を流体結合する少なくとも１つの等化キャビティを備え、上記複数の冷却回路の少なくとも１つが、上記冷却流体流れに流体結合される、エンジン構成要素。
［実施態様１８］
上記複数の冷却回路が、直列又は並列の何れかで上記冷却流体流れに流体結合される、実施態様１７に記載のエンジン構成要素。
［実施態様１９］
上記少なくとも１つの等化キャビティと上記複数の冷却回路との間に複数の流体接続部が存在する、実施態様１７に記載のエンジン構成要素。
［実施態様２０］
上記少なくとも１つのチャンネルが、上記冷却流体流れに接続された複数のチャンネルを含む、実施態様１７に記載のエンジン構成要素。
［実施態様２１］
上記少なくとも１つの孔が、上記コーティングを貫通して上記複数のチャンネルに通じている複数の孔を含む、実施態様２０に記載のエンジン構成要素。
［実施態様２２］
上記少なくとも１つの壁冷却通路が、複数の壁冷却通路を含む、実施態様２０に記載のエンジン構成要素。
［実施態様２３］
上記壁側部分回路の少なくとも一部が、上記等化キャビティに流体結合された上記壁側部分回路の少なくとも１つと直列に流体結合される、実施態様１７に記載のエンジン構成要素。
［実施態様２４］
上記壁側部分回路のうちの１つだけが、上記等化キャビティに流体結合される、実施態様２３に記載のエンジン構成要素。
［実施態様２５］
上記壁側部分回路のうちの１つだけが、上記冷却流体流れに流体結合される、実施態様２３に記載のエンジン構成要素。
［実施態様２６］
上記壁側部分回路が、上記壁側部分回路の第１及び第２のグループ化されて配列される、実施態様１７に記載のエンジン構成要素。
［実施態様２７］
上記第１のグループだけが上記冷却流体流れに流体結合され、上記第２のグループが、上記等化キャビティによって上記第１のグループに流体結合される、実施態様２６に記載のエンジン構成要素。
［実施態様２８］
上記等化キャビティが、上記冷却流体流れに流体結合される、実施態様２７に記載のエンジン構成要素。
［実施態様２９］
上記第１及び第２のグループが直列に接続され、上記第１及び第２のグループの各々が上記空気供給回路に流体結合され、上記第１及び第２のグループが、上記等化キャビティに流体結合される、実施態様２６に記載のエンジン構成要素。
［実施態様３０］
上記コーティングを貫通し且つ上記壁冷却通路に流体結合された壁冷却孔を更に備える、実施態様１７に記載のエンジン構成要素。
［実施態様３１］
少なくとも１つの壁側回路及び外皮側回路を有する複数の冷却回路を備えたエンジン構成要素を冷却する方法であって、上記複数の冷却回路の各々において上記壁側冷却回路から上記外皮側冷却回路に冷却空気を連続的に通過させると共に、複数の冷却回路間の上記冷却空気の流れを等化させるステップを含む、方法。
［実施態様３２］
上記冷却空気を上記複数の冷却回路のうちの１つだけに供給しながら、上記複数の冷却回路のうちの１つから上記複数の冷却回路のうちの別の冷却回路に冷却を供給するステップを含む、実施態様３１に記載の方法。
［実施態様３３］
複数の位置にて上記複数の回路の間で上記冷却空気を等化するステップを含む、実施態様３１に記載の方法。
［実施態様３４］
上記冷却空気が上記外皮側回路を通過することなく、上記冷却空気を上記壁側回路から翼形部の外面に供給するステップを含む、実施態様３１に記載の方法。
［実施態様３５］
上記複数の冷却回路が、上記冷却空気に平行に流体結合される、実施態様３１に記載の方法。
［実施態様３６］
上記複数の冷却回路が、上記冷却空気に直列に流体結合される、実施態様３１に記載の方法。
【符号の説明】
【００５７】
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
５２  ＨＰ圧縮機段
５３  ロータ
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
７４  ＬＰタービンベーン
７５  ダブテール
７６  加圧周囲空気
７７  抽気空気
７８  空気流
７９  翼形部
８０  出口ガイドベーン組立体
８１  先端
８２  翼形部ガイドベーン
８３  根元
８４  ファン排気側
８５  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
９４  通路出口
９５  外壁
９６  内部
９８  正圧側面
１００  負圧側面
１０２  前縁
１０４  後縁
１０６  空気供給回路
１２２  等化キャビティ
１２４  等化キャビティ
１２６  等化キャビティ
１２８  複数の冷却回路
１２９  第１の面
１３０  外面
１３１  第２の面
１３２  内面
１３４  内部
１３６  コーティング
１３８  フィルム孔
１３９  壁冷却孔
１４０  壁側部分回路
１４１  １つの壁側部分回路
１４２  外皮側部分回路
１４４  壁冷却通路
１４６  チャンネル
１４８  内部孔
１５０  第１のグループ
１５２  第２のグループ
１５４  内部孔
１５６  内部孔
Ａ  第１の位置
Ｂ  第２の位置
Ｃ  冷却空気
【図１】
2017203454.tif 000003
【図２】
2017203454.tif 000004
【図３】
2017203454.tif 000005
【図４】
2017203454.tif 000006
【図５】
2017203454.tif 000007
【図６Ａ】
2017203454.tif 000008
【図６Ｂ】
2017203454.tif 000009
【図７Ａ】
2017203454.tif 000010
【図７Ｂ】
2017203454.tif 000011
【図７Ｃ】
2017203454.tif 000012
【外国語明細書】
2017203454000001.pdf