(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボエンジン構成部品を冷却する方法を提供する。【解決手段】作動流体流５０を構成部品の壁部１００の高温ガス側表面１１０に沿って主作動流体流れ方向に案内し、壁部１００に設けられた冷却材排出ダクト２１０から高温ガス側表面１１０において冷却材排出流３５０を排出し、冷却材供給通路を通じて冷却材排出ダクト２１０に冷却材供給流３１０を供給することを含む、方法において、冷却材供給流３１０を冷却材排出ダクト２１０内へ、冷却材排出ダクト２１０の横断面を横切るように向けられた自由ジェット３４０として排出し、自由ジェット３４０を冷却材排出ダクト２１０の内側表面セクション２１１へ方向付け、これにより、内側表面セクション２１１のインピンジメント冷却を行うことを特徴とする、ターボエンジン構成部品を冷却する方法が開示される。さらに、方法を行うように適応および構成されたターボエンジン構成部品が開示される。【選択図】図４
2017031977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボエンジン構成部品を冷却する方法であって、
作動流体流（５０）を前記構成部品の壁部（１００）の高温ガス側表面（１１０）に沿って主作動流体流れ方向に案内し、
前記壁部（１００）に設けられた冷却材排出ダクト（２１０）から前記高温ガス側表面（１１０）において冷却材排出流（３５０）を排出し、
冷却材供給通路を通じて前記冷却材排出ダクト（２１０）に冷却材供給流（３１０）を供給することを含む、方法において、
該冷却材供給流（３１０）を前記冷却材排出ダクト（２１０）内へ、前記冷却材排出ダクト（２１０）の横断面を横切るように向けられた自由ジェット（３４０）として排出し、
該自由ジェット（３４０）を前記冷却材排出ダクト（２１０）の内側表面セクション（２１１）へ方向付け、これにより、該内側表面セクション（２１１）のインピンジメント冷却を行うことを特徴とする、ターボエンジン構成部品を冷却する方法。
【請求項２】
前記冷却材供給流を、自由ジェット（３４０）を発生する手段（２５０）を通じて案内し、該手段から前記自由ジェット（３４０）を排出する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
排出位置における前記高温ガス側表面（１１０）の垂線（１１１）に対して傾斜させられた方向で前記冷却材排出流を排出し、前記冷却材排出ダクト（２１０）は、前記垂線（１１１）に対して傾斜させられており、これにより、前記壁部（１００）の前記高温ガス側表面（１１０）に向かう側に配置された第１の内側表面セクション（２１１）を有し、前記自由ジェット（３４０）を前記第１の内側表面セクション（２１１）へ方向付ける、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記冷却材供給流を前記冷却材排出ダクト（２１０）内へ排出する前に、該冷却材供給流を、冷却材側表面（１２０）と前記高温ガス側表面（１１０）との間の前記壁部（１００）内で、前記主作動流体流れ方向（５０）に逆らうように方向付けられながら、前記冷却材側表面（１２０）と前記高温ガス側表面（１１０）との間に設けられた壁厚を超える流路長さに沿って、案内し、これにより、前記壁部の向流壁近傍冷却を行い、特に、前記冷却材供給流（３１０）の前記流路は、少なくともほぼ前記高温ガス側表面（１１０）に対して平行である、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
ターボエンジン構成部品であって、高温ガス側表面（１１０）および冷却材側表面（１２０）を有する壁部（１００）を備え、該壁部（１００）に設けられかつ前記高温ガス側表面（１１０）へ開口した少なくとも１つの冷却材排出ダクト（２１０）を備え、さらに、該冷却材排出ダクト（２１０）と流体連通した冷却材供給通路を備える、ターボエンジン構成部品において、前記冷却材排出ダクト（２１０）および前記冷却材供給通路は、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法を実施するように配置されていることを特徴とする、ターボエンジン構成部品。
【請求項６】
ターボエンジン構成部品であって、高温ガス側表面（１１０）および冷却材側表面（１２０）を有する壁部（１００）を備え、該壁部（１００）に設けられかつ前記高温ガス側表面（１１０）へ開口した少なくとも１つの冷却材排出ダクト（２１０）を備え、該冷却材排出ダクト（２１０）は、該冷却材排出ダクト（２１０）の内側表面によって画定されており、さらに、前記壁部（１００）に設けられかつ前記冷却材排出ダクト（２１０）と流体連通した冷却材供給通路を備え、該冷却材供給通路は、前記冷却材排出ダクト（２１０）の横方向画定表面においてゼロではない角度で前記冷却材排出ダクト（２１０）に接続している、ターボエンジン構成部品において、前記冷却材供給通路から前記冷却材排出ダクト（２１０）内へ出る自由ジェット（３４０）を提供する手段（２５０）が設けられていることを特徴とする、ターボエンジン構成部品。
【請求項７】
前記冷却材排出ダクト（２１０）は、ブラインドキャビティであり、前記冷却材側表面（１２０）に向かう側で閉鎖されている、請求項６記載のターボエンジン構成部品。
【請求項８】
前記冷却材供給通路は、主作動流体流れ方向（５０）に関して下流側に配置された前記冷却材排出ダクト（２１０）の横方向画定表面セクション（２１２）に設けられた開口（２５１）を通じて、前記冷却材排出ダクト（２２０）と接続している、ターボエンジン構成部品に関する請求項１から７までのいずれか１項記載のターボエンジン構成部品。
【請求項９】
前記冷却材排出ダクト（２１０）は、前記高温ガス側表面（１１０）の垂線（１１１）に対して第１の角度（α）で傾斜させられており、前記傾斜は、前記壁部（１００）の内部から、前記高温ガス側表面（１１０）に設けられた排出開口（２１４）までの前記冷却材排出ダクト（２１０）の向きを考えたときに、前記構成部品の主作動流体流れ方向（５０）で下流に方向付けられており、これにより、横方向画定表面は、前記壁部（１００）の前記高温ガス側表面（１１０）に向かう側に配置された第１の表面セクション（２１１）と、前記壁部（１００）の前記冷却材側表面（１２０）に向かう側に配置された第２の表面セクション（２１２）とを含み、前記冷却材供給通路は、前記第２の表面セクション（２１２）に設けられた開口（２１４）を通じて前記冷却材排出ダクト（２１０）に接続している、ターボエンジン構成部品に関する請求項１から８までのいずれか１項記載のターボエンジン構成部品。
【請求項１０】
前記冷却材供給通路は、前記冷却材排出ダクト（２１０）との接続部に設けられたノズル（２５０）を有する、ターボエンジン構成部品に関する請求項１から９までのいずれか１項記載のターボエンジン構成部品。
【請求項１１】
前記冷却材供給通路は、前記冷却材側表面（１２０）に隣接して設けられた冷却材供給体積（１５０）と流体連通している、ターボエンジン構成部品に関する請求項１から１０までのいずれか１項記載のターボエンジン構成部品。
【請求項１２】
前記冷却材供給通路は、前記壁部（１００）内に該壁部（１００）の長さ方向範囲に沿って延びる壁近傍冷却ダクト（２２０）を含み、該壁近傍冷却ダクト（２２０）は、該壁近傍冷却ダクト（２２０）の第１の端部から前記壁近傍冷却ダクト（２２０）の第２の端部まで延びており、自由ジェット（３４０）を提供する手段（２５０）が、前記壁近傍冷却ダクト（２２０）の前記第２の端部に隣接して配置されており、前記壁近傍冷却ダクト（２２０）の前記第１の端部は、前記主作動流体流れ方向（５０）に関して前記壁近傍冷却ダクト（２２０）の前記第２の端部の下流に配置されている、ターボエンジン構成部品に関する請求項１から１１までのいずれか１項記載のターボエンジン構成部品。
【請求項１３】
前記壁近傍冷却ダクト（２２０）内に、乱流発生エレメント（２２５）が設けられている、請求項１２記載のターボエンジン構成部品。
【請求項１４】
冷却材流入ダクト（２３０）が、前記壁部（１００）の前記冷却材側表面（１２０）と前記壁近傍冷却ダクト（２２０）との間に延びるように設けられ、前記壁近傍冷却ダクト（２２０）の側壁において該壁近傍冷却ダクト（２２０）に接続しており、接続部は、前記壁近傍冷却ダクト（２２０）の前記第１の端部に隣接して設けられており、特に、前記冷却材側表面（１２０）に向かう側に配置された前記壁近傍冷却ダクト（２２０）の側壁に設けられている、請求項１２または１３記載のターボエンジン構成部品。
【請求項１５】
ターボエンジン構成部品に関する請求項１から１４までのいずれか１項記載のターボエンジン構成部品を含むガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、請求項１に記載のターボエンジン構成部品を冷却する方法、および当該方法を行うように適応および構成されたターボエンジン構成部品に関する。
【０００２】
開示の背景
ターボエンジンにおける熱的に負荷された構成部品をいわゆるフィルム冷却によって冷却することは従来公知である。典型的な例は、ガスタービンエンジンの膨張タービンに見られることがあり、この場合、高温ガス通路、特に第１の膨張タービン段の高温ガス通路におけるブレード、ベーン、プラットフォームおよびその他の構成部品は、これらの構成部品のために使用される材料の許容できる温度を超える温度を有する高温ガス流に曝され、エンジンを作動させるときに構成部品が曝される著しい機械的応力を考慮した場合により一層である。
【０００３】
フィルム冷却を適用する場合、高温作動流体流に曝される構成部品の表面に沿って流れる比較的低温の流体の層が提供される。
【０００４】
構成部品表面にフィルム冷却流体を提供するために、高温ガスに曝される構成部品の壁部の高温ガスに曝される表面に開口したダクトが、構成部品の壁部に設けられる。前記ダクトは、壁部の高温ガスに曝される表面もしくは高温ガス側表面の垂線に対して傾斜させられている。ダクトは、フィルム冷却流体の前記層が提供されるように、作動流体の速度成分に対して平行で、かつ高温流体に曝される表面に対して接線方向の速度成分を有するフィルム冷却流体を排出するように、構成部品に沿って流れる作動流体の主方向へ傾斜させられている。しかしながら、性質上、フィルム冷却材排出ダクトの数は制限されている。フィルム冷却材流の下流では、冷却効果は、高温ガス側表面に沿って、下流に配置された次の冷却材排出ダクトに向かって急速に低下する。したがって、冷却材効果は、作動流体流の主方向に沿ってかなり不均一になり、作動流体流の主方向を横切る方向でもまたかなり不均一になる。なぜならば、作動流体流の主方向に関して、冷却材排出ダクトの横方向に配置された表面セクションもまた、十分に冷却されないからである。その結果、高温ガスに曝される表面の冷却は、かなり不均一になることがあり、ひいては、構成部品の高温ガスに曝される壁部の温度分布がかなり不均一になることがある。その結果、局所的なホットスポットのみならず、熱応力も生じることがあり、両者は潜在的に構成部品の耐用寿命を妥協するか、またはより強い寸法決めされた構成部品を要求するか、またはその両方である。
【０００５】
さらに、構成部品壁部の冷却材側と、構成部品壁部の高温ガス側表面との間に延びた通路として設けられた冷却材排出ダクトは、構成部品の機械的強度を低下させ、前記機械的強度は、より多数の冷却材排出ダクトが壁部に設けられるほど低下させられる。すなわち、冷却を提供するために壁部により冷却が提供されるほど、機械的強度が低下させられる。さらに、多数の冷却材排出ダクトは大きな冷却材流を必要とすることを考慮する必要がある。しかしながら、冷却材の全体的な質量流量は、様々な効果を介して全体的なエンジン効率および性能に大きな影響を与えることがある。壁部の高温ガス側表面において排出された冷却材は、作動流体の流れ場および温度に影響することがある。例えば、冷却材がガスタービンエンジンの圧縮機から抽出される場合、冷却材の消費それ自体が不利な影響を与えることがある。したがって、冷却材消費を減じるために、一方では冷却材をできるだけ効率的に利用することが望ましいことがある。さらに、冷却材を構成部品壁部の高温ガス側表面においてできるだけ均一に排出するように冷却材排出ダクトを提供および配置することが望ましいと分かることがある。
【０００６】
したがって、一方では、主作動流体流れ方向を横切って改良された冷却効果を提供するために、冷却材排出ダクトを、構成部品壁部の高温ガス側にスロットとして開口するように提供し、スロットの長手方向軸線が主作動流体流れ方向を横切るように向けられるようにすることが、当該技術分野において提案されてきた。さらに、冷却材排出ダクトを、壁部を貫通せずに壁部の冷却材側に向かって閉鎖されているブラインドキャビティとして提供することが、米国特許第４７２６７３５号明細書から公知である。米国特許出願公開第２００１／００１６１６２号明細書によれば、冷却材は、主作動流体流れ方向に関して冷却材排出ダクトの下流に配置された壁近傍冷却ダクトをさらに含む冷却材供給通路を介して、冷却材排出ダクトに供給される。これにより、向流壁近傍冷却が、冷却材排出ダクトの下流に、作動流体の主流れ方向に沿って配置された２つの冷却材排出ダクトの間に配置された壁部の領域において、提供される。
【０００７】
しかしながら、冷却は、冷却材排出ダクトのすぐ上流における、冷却材排出ダクトを画定する壁部領域においては依然として比較的弱いことがある一方、冷却材排出ダクトの傾斜により前記領域においては低い材料強度が提供されている。
【０００８】
本開示の内容の説明
本開示の課題は、ターボエンジン構成部品を冷却する方法、および当該方法を行うように適応および構成されたターボエンジン構成部品を提供することである。１つの態様では、構成部品の改良された冷却が達成される。別の態様では、冷却材の有効利用が提供される。さらに別の態様では、高温ガスに曝される構成部品のより均一な冷却、ひいては高温ガスに曝される構成部品におけるより均一な温度分布が達成される。これは、ひいては、ガスタービンエンジンにおける圧縮機から抽出された冷却空気などの高価な冷却材を節約するように機能する。さらに別の態様では、主作動流体流れ方向を考えたときに、冷却材排出ダクトの上流における、冷却材排出ダクトを画定する表面の有効な冷却が、達成される。
【０００９】
開示された内容のその他の効果および利点は、明示的に言及されているかどうかにかかわらず、以下に提供される開示を考慮すれば明らかになるであろう。
【００１０】
これは、請求項１およびその他の独立請求項に記載された内容によって達成される。
【００１１】
したがって、ターボエンジン構成部品を冷却する方法であって、作動流体流を、構成部品の壁部の高温ガス側表面に沿って主作動流体流れ方向に案内し、冷却材排出流を高温ガス側表面において、壁部に設けられた冷却材排出ダクトから排出し、冷却材供給流を冷却材供給通路を通じて冷却材排出ダクトに供給することを含む、方法が開示される。この限りにおいて、構成部品は特定の使用が意図されており、ひいては、主作動流体流れ方向は、構成部品、および／または構成部品の高温ガスに曝される壁部のそれぞれの十分に規定された向きであることが認められるであろう。構成部品は、例えば、意図された主作動流体流れ方向に独特の形式で関する空力形状および／または固定手段を有する、ブレード、ベーン、翼、プラットフォーム、ヒートシールドなどであってもよい。方法は、さらに、冷却材排出ダクトの横断面を横切って向けられた自由ジェットとして冷却材供給流を冷却材排出ダクト内へ排出し、自由ジェットを冷却材排出ダクトの内側表面セクションへ方向付け、これにより、前記内側表面セクションのインピンジメント冷却を行うことを含む。冷却材排出ダクトの内側表面セクションと、構成部品壁部のそれぞれのセクションとのインピンジメント冷却を行うことにより、それぞれの位置における冷却がかなり高められる。
【００１２】
自由ジェットは、本開示の１つの態様によれば、ノズルなどの、適切なジェット発生手段を通じて冷却材供給流を案内し、自由ジェットを前記手段から排出することによって提供されてもよい。冷却材供給通路と冷却材排出ダクトとの接続部に配置された適切な手段を通じて冷却材供給流を案内することは、冷却材供給流を前記手段において加速させ、これにより、インピンジメント冷却を行うために特に適した高速および高衝撃自由ジェットを提供するために機能してもよい。自由ジェットを提供するための、より具体的には、冷却材排出ダクト内へ方向付けられた冷却材供給流を加速させるためのその他の手段が、ノズルの代わりにまたはノズルに加えて適用されてもよい。提供される冷却材供給流が通る冷却材供給通路の流れ加速セクションを提供することにより、特に、連続的な流れ加速を行う加速セクション、例えばノズルを提供することにより、単なる調量孔によって提供されるような単なるオリフィスと比較して、より規定された、一方向の自由ジェット流が達成される。インピンジメント冷却効率および有効性が高められ、より予測可能となる。
【００１３】
特に、方法は、ブラインド端部、もしくは冷却材排出ダクト内の冷却材流れ方向に関して上流端部から所定の距離だけ離間させられた位置において、冷却材供給流を冷却材供給ダクト内へ排出することを含んでもよい。冷却材流れ方向もしくは冷却材排出流れ方向は、この限りにおいて、冷却材排出ダクトの内部から、高温ガス側表面において冷却材を排出する排出開口まで規定されていてもよい。これにより、インピンジメント冷却自由ジェットが、このジェットが衝突する表面上でより均一に拡散することができる。冷却材供給流れを冷却材排出ダクト内へ排出させる冷却材供給開口またはノズルは、冷却材流れ方向におけるサイズ、または、特定の実施の形態では、直径を有する。前記冷却材供給開口の下側または上流の縁部は、冷却材排出ダクトのブラインド端部または上流端部から所定の距離だけ離間させられており、この距離は、幾つかの実施の形態では、前記冷却材供給開口のサイズまたは直径の５０％以上であり、さらに別の実施の形態では、前記冷却材供給開口のサイズまたは直径の７０％以上である。別の態様では、冷却材供給開口の中心は、冷却材流れ方向に沿って見たときに、冷却材排出ダクトのブラインド端部または上流端部から所定の距離だけ離間させられており、この距離は、前記冷却材供給開口のサイズまたは直径と等しいかまたはそれよりも大きく、特に、前記冷却材供給開口のサイズまたは直径の１．２倍以上である。インピンジメント冷却効果が高められる。
【００１４】
方法は、別の態様において、排出位置における高温ガス側表面の垂線に対して傾斜させられた方向で冷却材排出流を排出し、冷却材排出ダクトは、前記垂線に対して傾斜させられており、これにより、壁部の高温ガス側表面に向かって配置された第１の内側表面セクションを有し、自由ジェットを前記第１の内側表面セクションへ方向付けることを含んでよい。これに関して、高温ガス側表面は湾曲させられていてもよく、したがって、基準として選択される垂線は、高温ガス側表面におけるそれぞれの冷却材排出位置における垂線であってもよいと理解される。特に、冷却材排出流が主作動流体流の下流へ向けられるように傾斜が選択されているならば、前記実施の形態は、壁部の高温ガス側表面に、上述のフィルム冷却層を提供することを補助する。これに関して、方法の実施の形態は、フィルム冷却層を高温ガス側表面に、特に冷却材排出開口の下流に提供することを含むと言ってもよい。言い換えれば、壁部の高温ガス側表面のフィルム冷却を行うと言ってもよい。これは、高温ガス側表面の垂線に向かってそれぞれの傾斜を有する冷却材排出ダクトを提供することによって、および／または冷却材排出開口における冷却材排出ダクトの適切な輪格付けによって達成される。冷却材排出ダクトの多数の適切な輪郭が、当該技術分野において公知であるか、または将来当業者に公知になってもよい。しかしながら、冷却材排出ダクト、ひいては冷却材排出流を、したがって主作動流体流れ方向で下流へ傾斜させることにより、冷却材排出ダクトを画定する表面は、壁部の高温ガス側表面に向かって配置されたセクションを有し、このセクションは、幾つかの実施の形態では、主作動流体流れ方向に関して冷却材排出ダクトの上流画定表面を構成する。壁部の内部から、冷却材排出ダクトが高温ガス側表面へ開口した冷却材排出開口までの冷却材排出開口の向きは、垂線に対して傾斜させられていると言ってもよい。冷却材排出ダクトを画定する内側表面の前記表面セクションに隣接して、冷却材排出ダクトの画定表面と、高温ガス側表面との間には、小さな壁厚のみが存在してよい。さらに、上流の位置であることにより、前記壁部セクションは、冷却材排出ダクトから出るフィルム冷却層による利益を完全に得られないことがある。すなわち、この壁部セクションは、作動流体流からの熱吸収を特に受けやすいことがある。この状況に対する解決策は、本開示によれば、冷却材供給通路から自由ジェットを提供し、冷却材供給流体の自由ジェットを、冷却材排出ダクトの前記内側表面セクションへ方向付け、これにより、それぞれの壁部セクションのインピンジメント冷却を行うことにより提供される。
【００１５】
これに関して、方法は、さらに、壁部の冷却材側表面から壁部の高温ガス側表面に向かって向けられたおよび／または主作動流体流れ方向で上流へ向けられた速度成分の少なくとも１つを有するジェット方向で自由ジェットを提供することを含んでもよい。
【００１６】
方法は、さらに、冷却材供給流を、冷却材供給流を冷却材排出ダクト内へ排出する前に、壁部の冷却材側表面と壁部の高温ガス側表面との間の壁部内で、主作動流体流れ方向に逆らうように方向付けられながら、冷却材側表面と高温ガス側表面との間に設けられた壁厚を超える流路長さに沿って、案内することを含んでもよい。前記流路長さは、壁厚を特にファクタ５以上、特にファクタ１０以上超過していてもよい。これにより、壁部の向流対流壁近傍冷却が行われる。特に、壁部内の冷却材供給流の流路は、高温ガス側表面に対して少なくともほぼ平行である。
【００１７】
方法は、さらに、冷却材排出流を、主作動流体流れ方向に沿っておよび／または主作動流体流れ方向を横切って複数の位置において、特に、壁部に設けられた、それぞれの複数の排出位置において壁部の高温ガス側へ開口した、独立した冷却材排出ダクトを通じて排出することを含んでもよい。
【００１８】
ターボエンジン構成部品であって、高温ガス側表面および冷却材側表面を有する壁部を備え、該壁部に設けられかつ高温ガス側表面へ開口した少なくとも１つの冷却材排出ダクトを備え、さらに、冷却材排出ダクトと流体連通した冷却材供給通路を備え、冷却材排出ダクトおよび冷却材供給通路は、本明細書に記載の方法を行うように配置されている、ターボエンジン構成部品が開示される。
【００１９】
ターボエンジン構成部品であって、高温ガス側表面および冷却材側表面を有する壁部を備え、構成部品は、さらに、前記壁部に設けられた、特に高温ガス側表面に設けられた冷却材排出開口を通じて壁部の高温ガス側表面に開口した少なくとも１つの冷却材排出ダクトを有する、ターボエンジン構成部品が開示される。冷却材排出ダクトは、冷却材排出ダクトの内側表面によって画定されている。構成部品は、さらに、壁部に設けられた、冷却材排出ダクトと流体連通した冷却材供給通路を有する。冷却材供給通路は、冷却材排出ダクトの横方向画定表面（第２の表面セクション）においてゼロではない角度で冷却材排出ダクトに接続している。冷却材供給通路から冷却材排出ダクト内へ出る自由ジェットを提供する手段が設けられている。前記手段は、特に、冷却材供給通路と冷却材排出ダクトとの接続部においてまたはそれに隣接して設けられた、冷却材供給通路の流れ加速断面として設けられてもよい。すなわち、冷却材供給通路から冷却材排出ダクトに進入する流れは、冷却材排出ダクトを横切って向けられる。上述のように、冷却材排出ダクトへの進入前または進入時に流体供給流を加速させることにより、高パルスジェットが冷却材排出ダクトを横切って生ぜしめられ、この高パルスジェットは、冷却材排出ダクトの反対側の内側表面に衝突し、インピンジメント冷却を行う。流れ加速断面は、冷却材供給通路と冷却材排出ダクトとの接続部に設けられたノズルとして成形されていてもよい。冷却材供給通路の流れ加速セクション、特に、連続的な流れ加速を行う加速セクション、例えばノズルを提供することにより、単なる調量孔によって提供されるような単なるオリフィスと比較して、より規定された、一方向の自由ジェット流が達成される。インピンジメント冷却効率および有効性が高められ、より予測可能となる。
【００２０】
冷却材排出ダクトは、壁部にブラインドキャビティとして設けられ、冷却材側表面に向かって閉鎖されていてもよい。これは、構成部品の機械的強度および構造的一体性を改良し、ひいては、耐用寿命を延長するように機能し得る。これは、冷却材排出ダクトの側壁において冷却材排出ダクトに接続する冷却材供給通路を提供することによって可能となる。
【００２１】
ターボエンジン構成部品の典型的な実施の形態では、冷却材供給通路は、主作動流体流れ方向に関して下流側に配置された冷却材排出ダクトの横方向画定表面セクションに設けられた開口を通じて、冷却材排出ダクトと接続している。これは、主作動流体流れ方向で上流に配置された冷却材排出ダクトの内側壁部セクションのインピンジメント冷却を補助する。
【００２２】
特に、冷却材供給通路は、ブラインド端部、または冷却材排出ダクト内の冷却材排出流方向に関して上流端部から、所定の距離において冷却材排出ダクトと接続していてもよい。これにより、冷却材供給通路から冷却材排出ダクト内へ出ていくインピンジメント冷却自由ジェットが、このジェットが衝突する表面上でより均一に拡散することができる。冷却材供給通路を冷却材排出ダクトに接続させる冷却材供給開口またはノズルは、冷却材流れ方向におけるサイズ、または、特定の実施の形態では、直径を有する。前記冷却材供給開口の下側または上流の縁部は、冷却材排出ダクトのブラインド端部または上流端部から所定の距離だけ離間させられており、この距離は、幾つかの実施の形態では、前記冷却材供給開口のサイズまたは直径の５０％以上であり、さらに別の実施の形態では、前記冷却材供給開口のサイズまたは直径の７０％以上である。別の態様では、冷却材供給開口の中心は、冷却材流れ方向に沿って見たときに、冷却材排出ダクトのブラインド端部または上流端部から所定の距離だけ離間させられており、この距離は、前記冷却材供給開口のサイズまたは直径と等しいかまたはそれよりも大きく、特に、前記冷却材供給開口のサイズまたは直径の１．２倍以上である。インピンジメント冷却効果が高められる。
【００２３】
冷却材排出ダクトは、高温ガス側表面の垂線に対して第１の角度で傾斜させられていてもよく、前記傾斜は、壁部内から高温ガス表面に設けられた排出開口までの冷却材排出ダクトの向きを考えたときに、構成部品の主作動流体流れ方向で下流に方向付けられている。第１の角度は、主作動流体流れ方向と垂線とによって規定された平面に配置されていると言ってもよい。別の観点では、高温ガス側表面に沿ったまたは高温ガス側表面に対して接線方向の冷却材排出ダクトの向きは、主作動流体流れ方向を規定し、傾斜によって提供されると言ってもよい。冷却材排出ダクトの方向は、冷却材排出ダクトの軸線によって規定されてよい。別の観点において、冷却材排出ダクトの内側画定表面の向きは、前記向き、ひいては前記傾斜を規定していると言ってもよい。さらに別の観点において、冷却材排出ダクトの内側画定表面の平均の向きは、前記向き、ひいては前記傾斜を規定していると言ってもよい。したがって、冷却材排出ダクトの横方向画定表面は、壁部の高温ガス側表面に向かって配置された第１の表面セクションと、壁部の冷却材側表面に向かって配置された第２の表面セクションとを有する。冷却材供給通路は、第２の表面セクションに設けられた開口を通じて冷却材排出ダクトに接続している。したがって、冷却材供給流体の出てくるジェットは、反対側の第１の表面へ方向付けられ、この第１の表面自体は、壁部の高温ガス側表面に向かって配置されている。
【００２４】
別の態様では、冷却材排出ダクトとの冷却材供給通路の接続部において、冷却材供給通路は、構成部品主流方向で上流に、かつ高温ガス側表面に向かって方向付けられた流れ方向を規定していると言ってもよい。別の態様では、前記接続部においてまたは前記接続部に隣接して、冷却材供給通路に配置されたノズルまたはあらゆるその他の流れ加速手段は、構成部品主流方向で上流に、かつ高温ガス側表面に向かって方向付けられた流れ方向を規定していると言ってもよい。
【００２５】
特に、冷却材供給通路は、前記供給体積から冷却材排出ダクトへ冷却材流を提供するために、壁部の冷却材側表面に隣接して設けられた冷却材供給体積と流体連通していてもよい。
【００２６】
本開示によるターボエンジン構成部品のさらに別の実施の形態では、冷却材供給通路は、壁部の長さ方向範囲に沿って壁部内に延びた壁近傍冷却ダクトを有する。壁部の長さ方向範囲は、これに関して、壁部の高温ガス側表面と壁部の冷却材側表面との間にこれらの表面に沿って延びている、またはこれらの表面と実質的に整列させられていると理解される。幾つかの態様では、高温ガス側表面および冷却材側表面のうちの少なくとも一方に対して平行であると理解されてもよい。特定の態様では、主作動流体流れ方向に対して少なくともほぼ平行に延びていると理解されてもよい。壁近傍冷却ダクトは、壁近傍冷却ダクトの第１の端部から壁近傍冷却ダクトの第２の端部まで延びており、自由ジェットを提供する手段、特定の実施の形態ではノズルは、壁近傍冷却ダクトの第２の端部に隣接して配置されており、壁近傍冷却ダクトの第１の端部は、主作動流体流れ方向に関して壁近傍冷却ダクトの第２の端部の下流に配置されている。上述のように、この実施の形態により、冷却材供給流が冷却材供給通路から冷却材排出ダクト内へ排出される前に、対流向流壁近傍冷却が行われる。壁近傍冷却ダクトは、より特定の実施の形態では、高温ガス側表面に対して少なくともほぼ平行に延びている。
【００２７】
壁近傍冷却ダクトの内側表面は、壁近傍冷却ダクトの表面と、壁近傍冷却ダクトを通る冷却材供給流との間の熱伝達を高めるように成形されていてよい、および／または、熱伝達を向上させるエレメントを備えてもよい。壁近傍冷却ダクトを画成する表面と、壁近傍冷却ダクトを通る冷却材流との間の熱伝達を強化する、当業者に公知のあらゆる手段が適用されてもよく、この手段は、例えば、向かい合った表面を接続するポスト、壁近傍冷却ダクトの内側表面が波形になっているなどであるが、これらに限定されるわけではない。特定の実施の形態では、壁近傍冷却ダクト内、および壁近傍冷却ダクトの内側表面に、乱流発生エレメントが設けられている。
【００２８】
本開示によるターボエンジン構成部品のさらに別の実施の形態では、冷却材流入ダクトは、壁部の冷却材側表面と、壁近傍冷却ダクトとの間に延びるように設けられており、壁近傍冷却ダクトの側壁において壁近傍冷却ダクトに接続しており、この接続部は、壁近傍冷却ダクトの第１の端部にまたはこれに隣接して設けられており、特に、冷却材側に向かって配置された壁近傍冷却ダクトの側に設けられている。冷却材供給通路と冷却材排出ダクトとの接続部におけるまたはこれに隣接した上述のものと同様の自由ジェット発生手段が、冷却材流入ダクトと壁近傍冷却ダクトとの接続部に隣接してまたはこれに配置されていることがさらに考えられる。特に、冷却材流入ダクトが、冷却材側に向かって配置された壁近傍冷却ダクトの内側表面セクションにおいて壁近傍冷却ダクトに接続している実施の形態では、自由ジェットは、高温ガス側表面に向かって配置された壁近傍冷却ダクトの、反対側の内側表面セクションに衝突する。認識されるように、この表面セクションにおける構成部品の壁セクションは、再び主作動流体流れ方向に関して、高温ガス側表面における冷却材排出位置の比較的さらに下流に配置されており、これにより、比較的高い熱負荷に曝されることがある。冷却材流入ダクトからの衝突する自由ジェットにより、前記壁部セクションの有効インピンジメント冷却が行われる。
【００２９】
当業者にとっては容易に明らかなように、主作動流体流れ方向を横切るおよび主作動流体流れ方向に沿った壁近傍冷却ダクトの範囲は、冷却材側表面と高温ガス側表面との間の方向での断面範囲よりも大きく選択されていてもよい。
【００３０】
構成部品は、特に構成部品の壁部に設けられかつ主作動流体流れ方向に沿っておよび／または主作動流体流れ方向を横切って分布させられた、複数の個々の冷却材排出ダクトが設けられていてもよい。冷却材排出ダクトのうちの１つまたは複数は、上記開示に従って設けられてもよい。
【００３１】
認識されることになろうが、幾つかの実施の形態は、複雑なダクトジオメトリが構成部品の壁部内に設けられることを必要とすることがある。前記ダクトは、チップ除去方法によって製造され得ないかまたは高価にのみ製造され得る。これにより、構成部品は、高精度注型法によって得られてもよい。別の実施の形態では、構成部品は、選択的レーザ溶融または選択的電子ビーム溶融などの付加製造法によって得られてもよいが、これらに限定されるわけではない。
【００３２】
さらに、上述のターボエンジン構成部品を含むおよび／または本明細書に開示された冷却方法を適用するガスタービンエンジンが開示される。
【００３３】
上に開示された特徴および実施の形態は互いに組み合わされてもよいことが理解されよう。当業者にとって明白かつ明らかな本開示の範囲および請求された内容の範囲においてさらに別の実施の形態が想定可能であることがさらに認識されることになろう。
【００３４】
ここで、本開示の内容は、添付の図面に示された選択された典型的な実施の形態によってさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】冷却材排出ダクトの縦断面を露出させた、上述の、本教示による方法を行うのに適した冷却材配列を含むターボエンジン構成部品の壁部の断面図である。
【図２】冷却材排出ダクトの第１の典型的な実施の形態の断面図である。
【図３】冷却材排出ダクトの別の典型的な実施の形態の断面図である。
【図４】上述の、本教示による方法を行うのに適した冷却材配列を含むターボエンジン構成部品の壁部の別の実施の形態を示している。
【図５】本開示によるターボエンジン構成部品の典型的な実施の形態を示している。
【００３６】
図面は極めて概略的であり、説明目的のために不要な詳細は、理解および記述を容易にするために省略されている場合があることを理解されたい。さらに、図面は、選択された例示的な実施の形態のみを示しており、図示されていない実施の形態もまた、本明細書において開示および／または請求された内容の範囲に包含され得ることを理解されたい。
【００３７】
本開示の教示を実施する典型的なモード
図１は、ターボエンジン構成部品の壁部１００の１つの実施の形態を示している。壁部１００は、高温ガス側表面１１０と、冷却材側表面１２０とを有する。構成部品がターボエンジンに取り付けられ、ターボエンジンが作動させられるとき、高温ガス側表面１１０は作動流体流５０に曝されるようになっている。構成部品は、特に、作動流体流が構成部品壁部１００の高温ガス側表面１１０に沿って矢印５０によって示された主作動流体流れ方向に流れるように、ターボエンジンに取り付けられるようになっている。この限りにおいて、主作動流体流れ方向に関して構成部品または壁部１００の上流方向および下流方向をそれぞれ規定することが可能である。作動流体流５０は、例えばガスタービンエンジンの膨張タービンにおいて高温で存在する。特に、このような膨張タービンの第１段に取り付けられた構成部品はこれにより冷却を必要とする。冷却材排出ダクト２１０が壁部１００に設けられている。冷却材排出ダクト２１０は、壁部１００内に設けられた画定表面によって画定されている。冷却材排出ダクトの軸線２１３は、高温ガス側表面１１０の垂線１１１に対して角度αで傾斜させられており、壁部内から高温ガス側表面に設けられた排出開口までの冷却材排出ダクト２１０の向きを考慮したときに作動流体主流の下流方向に向かって傾斜させられている。別の態様では、画定表面の第１の表面セクション２１１と、画定表面の第２の表面セクション２１２とは、垂線に対して傾斜させられており、主作動流体流れ方向の下流方向に向かって傾斜させられている。壁部１００は湾曲させられていてもよく、結果的に、高温ガス側表面１１０が湾曲させられていてもよいことが認められるであろう。この例において、冷却材排出ダクト２１０が高温ガス側表面１１０へ開口している位置、すなわち排出位置における局所的な垂線１１１が、前記垂線、または前記傾斜の規定のためにそれぞれ適用されるということが当業者によって容易に理解されることになろう。冷却材排出流３５０は、高温ガス側表面に設けられた冷却材排出開口を通じて冷却材排出ダクト２１０から排出され、高温ガス側表面１１０上を流れる冷却材層として提供され、一方では、構成部品または構成部品壁部１００からそれぞれ熱を除去し、さらに、壁部の高温ガス側表面１１０を主作動流体流５０から隔離する。冷却材排出ダクト２１０の傾斜により、第１の表面セクション２１１は高温ガス側表面１１０に向かって配置されており、第２の表面セクション２１２は、壁部１００または構成部品の冷却材側表面１２０に向かってそれぞれ配置されている。別の態様では、それぞれ主作動流体流れ方向に関して、画定表面の第１の表面セクション２１１は上流に配置されているのに対し、画定表面の第２の表面セクション２１２は下流に配置されていると言ってもよい。冷却材排出ダクト２１０は、高温ガス側表面から冷却材側表面まで壁部を完全には貫通していないブラインドキャビティとして壁部１００内に設けられている。冷却材排出ダクト２１０は、壁部の冷却材側表面１２０に向かって閉鎖されている。冷却材を冷却材排出ダクト２１０に提供するために、冷却材流入ダクト２３０と壁近傍冷却ダクト２２０とを含む冷却材供給通路が���けられている。複数の冷却材流入ダクトが、通常、壁近傍冷却ダクトと流体連通して、壁近傍冷却ダクトの幅を横切って延びる１つの列において設けられていてもよい。壁近傍冷却ダクト２２０は、壁部１００内に配置されており、この特定の実施の形態では主作動流体流れ方向によって規定された壁部の長さ方向範囲に沿って延びている。特に、壁近傍冷却ダクト２２０は、壁部１００の高温ガス側表面１１０に対して少なくともほぼ平行に延びるように配置されていてもよい。冷却材流入ダクト２３０は、壁部の冷却材側表面１２０から延びている。冷却材流入ダクト２３０は、壁近傍冷却ダクト２２０の側面において、かつ壁近傍冷却ダクトの第１の端部付近において壁近傍冷却ダクト２２０に接続している。前記第１の端部とは、この実施の形態では、主作動流体流れ方向に関して壁近傍冷却ダクト２２０の下流側の端部である。第１の端部は、壁近傍冷却材流れ方向に関しては壁近傍冷却ダクト２２０の上流側の端部である。壁近傍冷却ダクト２２０は、壁部内に第１の端部から第２の端部まで延びており、第２の端部は主作動流体流れ方向に関して第１の端部の上流に配置されている。ノズル２５０は、壁近傍冷却ダクト２２０の第２の端部に隣接して設けられており、冷却材排出ダクト２１０の横方向画定面としての側面において、すなわち、壁部の冷却材側表面１２０に向かう側に配置された第２のまたは下流側の表面セクション２１２において、冷却材排出ダクト２１０に接続している。冷却材供給通路は、ゼロではない角度で冷却材排出ダクト２１０に接続しており、この特定の実施の形態では、少なくともほぼ直角で接続している。冷却材流入ダクト２３０は、冷却材側表面１２０へ開口している。これにより、冷却材供給通路は、壁部１００の冷却材側表面１２０に隣接して設けられた冷却材供給体積（空間）１５０と流体連通している。符号３１０で示したように、冷却材供給流は、冷却材供給体積１５０から冷却材流入ダクト２３０内へ流入する。壁近傍冷却ダクト２２０との接続部に、ノズル２４０が設けられている。前記ノズルは、本開示の教示のためには必須ではないが、十分に考えられる実施の形態である。ノズル２４０を通じて、冷却材自由ジェット３２０が、壁近傍冷却ダクト２２０に進入し、壁部の高温ガス側表面に向かって配置された、作動流体流５０からの熱吸収に曝される壁近傍冷却ダクトの画定表面の一部に対してインピンジメント冷却を行うが、前記熱吸収は、高温ガス側表面上を流れる冷却材流３５０によって減じられている。冷却材供給流は、さらに、壁近傍冷却ダクト２２０を通って、壁近傍冷却流３３０として、壁近傍冷却ダクトの第１の端部から壁近傍冷却ダクトの第２の端部へ向けられた方向に流れる。壁近傍冷却流３３０の流れ方向は、主作動流体流れ方向５０に逆らうように向けられている。これにより、壁部の向流冷却が行われる。壁近傍冷却流３３０と壁近傍冷却ダクト２２０の画定表面との間の熱交換を強化するために、突出したエレメント２２５が前記画定表面に配置され、タービュレータとして機能する。加えて、タービュレータは、熱伝達に関与する表面積を増大する。壁近傍冷却ダクト２２０を画定する表面と、壁近傍冷却ダクトを通る冷却���流との間の熱伝達を強化する、当業者に公知のその他手段が、突出部の代わりにまたは突出部に加えて存在してもよく、この手段は、例えば、向かい合った表面を接続するポスト、壁近傍冷却ダクトの画定表面が波形になっているなどであるが、これらに限定されるわけではない。壁近傍冷却材流３３０は、次いで、冷却材供給通路からノズル２５０を通って自由ジェット３４０として冷却材排出ダクト２１０内へ排出される。自由ジェット３４０は、冷却材排出ダクトを画定する画定表面の第１の表面セクション２１１に衝突し、前記表面、したがって壁部１００の関連するセクションのインピンジメント冷却を行う。自由ジェット３４０を介して冷却材排出ダクト２１０内へ排出された冷却材は、その後、冷却材排出流３５０として、壁部１００の高温ガス側表面１１０において排出され、上述のようにフィルム冷却流を形成する。ノズル２５０および２４０、ひいては自由ジェットを形成するためにノズル２５０および２４０を通る流れの連続的な加速を提供することにより、単なるオリフィスと比較して、より規定された、一方向の自由ジェット流が達成され、これにより、インピンジメント冷却効率を高める。ノズル２５０は、冷却材排出ダクト２１０のブラインド（閉塞）端部、または冷却材排出流方向に関して上流の端部から所定の距離において、冷却材排出ダクト２１０と接続していることに留意されたい。これは、図２に関連してさらに詳しく説明する。これにより、自由ジェット３４０は、冷却材排出ダクトの画定表面の第１の表面セクション２１１にわたってより均一に分散することができる。同様に、同じ理由から、冷却材流入ダクト２３０またはノズル２４０はそれぞれ、壁近傍冷却ダクト２２０の第１のブラインド端部から所定の距離において壁近傍冷却ダクト２２０と接続していることに留意されたい。
【００３８】
冷却材が冷却材排出ダクト２１０を通って排出される前に、冷却材の流れは壁部１００の延長した領域を冷却するために機能することが認められるであろう。特に、冷却は、高温ガス側表面１１０に向かって配置された冷却材ダクトの表面領域、ひいては、作動流体流５０からの大きな熱吸収に曝される壁部１００のセクションに対して提供される。さらに、冷却は、主作動流体流れ方向に沿った壁部のかなりの長手方向範囲にわたって有効となることが認められるであろう。さらに図１に見られるように、別の冷却材流入ダクトおよび壁近傍冷却ダクトが、冷却材排出ダクト２１０に隣接して、主作動流体流れ方向に関して当該冷却材排出ダクト２１０の上流に設けられてもよく、本明細書には示されていないが、当業者にとって明らかな形式で、別の冷却材排出ダクトと流体連通していてもよい。すなわち、壁部１００のほぼ全範囲に冷却手段が設けられてもよく、壁部１００内のより均一な温度分布が達成され得る。さらに、冷却材排出ダクト画定表面の第１のセクションを有する、小さな材料厚さが提供された壁部１００の部分の有効な冷却が、前記冷却材排出ダクト画定表面セクションのインピンジメント冷却により行われる。
【００３９】
図２は、第１の実施の形態における、図１におけるＡ−Ａに沿った断面図を示している。図１に関して、壁部の縦断面図では、冷却材排出ダクト２１０は、壁部内部から壁部１００の高温ガス側表面１１０に設けられた排出開口２１４へ向かう冷却材排出ダクトの向きを考えたとき、収束していることが認められるが、図２の断面態様では、同じ向きを考えたとき、冷却材排出ダクト２１０は拡開している。冷却材排出開口２１４はスロットの形状をとっており、このスロットの長手方向は作動流体流５０の方向を横切って延びている。これにより、冷却材排出流３５０は、主作動流体流れ方向を横切って延びる冷却材の層として提供される。冷却材供給通路は、冷却材排出ダクトの第２の内側表面セクション２１２に設けられた冷却材供給開口２５１を介して、冷却材排出ダクトに接続している。冷却材供給開口２５１は、冷却材流れ方向で見てサイズＤ、または、この例では、直径Ｄを有している。下側もしくは上流側の縁部は、冷却材排出ダクトのブラインド端部もしくは上流端部から所定の距離ｌだけ離間させられており、この距離ｌは、幾つかの実施の形態では、サイズＤの５０％以上であり、さらに別の実施の形態では、サイズＤの７０％以上である。別の態様では、冷却材供給開口２５１の中心は、冷却材流れ方向に沿って見たときに、冷却材排出ダクトのブラインド端部もしくは上流端部から所定の距離Ｌだけ離間させられており、この距離Ｌは、Ｄ以上であり、特に１．２Ｄ以上である。
【００４０】
図３は、第２の実施の形態における、図１におけるＡ−Ａに沿った断面図を示している。再び、構成部品または壁部１００それぞれの断面図が示されており、冷却材排出ダクトを画定した内側表面の第２の表面セクション２１２の平面図を提示している。個々の冷却材排出ダクトは、主作動流体流れ方向５０を横切る方向で互いに隣接して配置されている。個々の冷却材排出ダクトは、この断面図で見ると成形されており、壁部１００の高温ガス側表面１１０において互いに接続するように配置されている。１つの共通の冷却材排出スロット２１４が、高温ガス側表面１１０に、壁部の１つの断面に配置された複数の冷却材排出ダクトのために設けられている。これにより、排出された冷却材３５０の十分に均一な層が高温ガス側表面１１０に提供される。冷却材は、それぞれの冷却材排出ダクトの内側画定表面の第２のセクションにおける個々の冷却材供給開口２５１を通って冷却材排出ダクトに供給される。図１に関して説明したように、ノズルは、冷却材供給開口２５１の上流において冷却材供給通路に設けられており、上流とは、この例では、冷却材供給流の方向に関し、これにより、冷却材供給流が冷却材排出ダクトに進入する前に冷却材供給流を加速させ、冷却材供給流を自由ジェットとして冷却材排出ダクト内へ排出する。図１に関して説明したように、冷却材供給開口２５１から排出された自由ジェットは、表面セクション２１２とは反対側に配置された、壁部の高温ガス側表面に向かって冷却材排出ダクトを画定した冷却材排出ダクトの内側表面の第１のセクションのインピンジメント冷却のために、提供される。前記第１の内側表面セクションは、この断面図には示されていないが、図１に関して詳細に説明されている。
【００４１】
上記の典型的な実施の形態では、本文献の教示は、冷却材排出ダクトの特定のジオメトリに関連して説明されているが、本開示による教示は、特に壁部を貫通していないあらゆる種類の冷却材排出ダクトに関連して使用されてもよいことが、留意されかつ容易に認められるべきである。例えば、冷却材排出ダクトとして、円筒状、円錐状またはあらゆる種類の扇形または一般的に輪郭づけられたブラインドキャビティが適用されてもよい。
【００４２】
図４は、本明細書に開示された教示を利用する典型的なより洗練されていない実施の形態を示している。貫通していない冷却材排出ダクト２１０、すなわち、壁部１００の冷却材側表面１２０に向かって閉鎖されており、かつ壁部の高温ガス側表面１１０へ開口しているブラインドキャビティが、前記壁部１００に設けられている。図１から図３に関連して例示された実施の形態のように、冷却材排出ダクトは、主作動流体流れ方向５０の方向に傾斜させられており、これにより、冷却材排出流３５０は、主作動流体流の方向に方向付けられた速度成分を有する。すなわち、壁部の高温ガス側表面１１０に設けられた冷却材排出開口において排出された冷却材は、冷却材排出開口の下流において高温ガス側表面上にフィルム冷却層を形成する。冷却材流入ダクト２３０は、壁部の冷却材側表面１２０において開口しており、冷却材側表面１２０に隣接して設けられた冷却材供給体積１５０と流体連通している。冷却材流入ダクト２３０に供給された冷却材供給流３１０は、ノズル２５０において加速させられ、冷却材排出ダクト２１０の画定表面の第２の表面セクション２１２に設けられた開口を通じて、冷却材排出ダクト内へ排出される。これにより、冷却材供給流３１０は、冷却材排出ダクト２１０を画定する画定表面の第１の表面セクション２１１に向かって方向付けられた自由ジェット３４０を形成し、前記第１の表面セクション２１１のインピンジメント冷却を行う。上述の実施の形態と同様に、冷却材排出ダクトの画定表面の第１の表面セクション２１１は、壁部１００の高温ガス側表面１１０に向かって配置されており、冷却材排出ダクト２１０の画定表面の第２の表面セクション２１２は、冷却材側表面１２０に向かって配置されている。すなわち、再び、より高い熱吸収に曝される画定表面の第１の表面セクション２１１は、自由ジェット３４０によってインピンジメント冷却され、ノズル２５０およびノズルから出る自由ジェット３４０によって提供されるインピンジメント冷却による利益を受ける。
【００４３】
タービン翼１の１つの典型的な実施の形態が、本開示によるターボエンジン構成部品の１つの実施の形態として図５に示されている。翼１は、前縁１１と、後縁１２とを有する。前縁と後縁との間には吸込側と圧力側とが配置されている。作動流体流５０は、翼の周囲を前縁から後縁へ圧力側および吸込側に沿って流れる。後縁冷却材スロット１３は、公知の形式で後縁に設けられている。翼の壁部１００は、翼内に設けられた、壁部１００の冷却材側表面１２０によって画定された冷却材供給体積（空間）１５０を包囲している。壁部の高温ガス側表面１１０は、作動流体流５０に曝される。壁部１００は、複数の冷却材排出ダクト（この図においては参照番号が付されていない）を具備しており、これらの冷却材排出ダクトは、冷却材排出開口２１４において高温ガス側表面へ開口している。各冷却材排出ダクトは、向流壁近傍冷却チャネル２２０または並流壁近傍冷却ダクト２２１のいずれかと流体連通している。各壁近傍冷却ダクトは、冷却材流入ダクト２３０を通じて冷却材供給体積１５０と流体連通している。
【００４４】
開示の主体は典型的な実施の形態によって説明されているが、これらの実施の形態は、請求された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。請求項は、本明細書に明示的に示されていないまたは開示されていない実施の形態をもカバーしており、本開示の教示を実施する典型的なモードにおいて開示されたものから逸脱する実施の形態もまた、請求項によってカバーされていることが認識されることになろう。
【符号の説明】
【００４５】
１  ターボエンジン構成部品、翼
１１  前縁
１２  後縁
１３  後縁冷却スロット
５０  作動流体流；主作動流体流れ方向
１００  ターボエンジン構成部品の壁部
１１０  高温ガス側表面
１１１  高温ガス側表面の垂線
１２０  冷却材側表面
１５０  冷却材供給体積（空間）
２１０  冷却材排出ダクト
２１１  冷却材排出ダクトを画定する内側表面の第１の表面セクション
２１２  冷却材排出ダクトを画定する内側表面の第２の表面セクション
２１３  冷却材排出ダクトの軸線
２１４  冷却材排出開口、冷却材排出スロット
２２０  壁近傍冷却ダクト
２２１  並流壁近傍冷却ダクト
２２５  突出エレメント、タービュレータ、乱流発生エレメント
２３０  冷却材流入ダクト
２４０  ノズル
２５０  ノズル
２５１  冷却材供給開口
３１０  冷却材供給流
３２０  冷却材自由ジェット
３３０  壁近傍冷却材流
３４０  冷却材自由ジェット
３５０  冷却材排出流
α  角度
Ｄ  冷却材排出ダクト内の冷却材流れ方向に沿った冷却材供給開口および／または自由ジェット発生手段のサイズ；冷却材供給開口および／または自由ジェット発生手段の直径
ｌ  冷却材排出ダクトのブラインド端部から冷却材供給開口および／または自由ジェット発生手段の下流縁部までの距離
Ｌ  冷却材排出ダクトのブラインド端部から冷却材供給開口および／または自由ジェット発生手段の中心までの距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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