(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却用空気を最も効率的な方法で使用する。【解決手段】本装置は、外側バンド１１８、内側バンド１１６、及び外側バンドと内側バンドとの間のベーン７２を備えるノズルセグメント１００のガスタービンエンジン高温部を冷却する。本装置は、前方冷却チャンバを含む前方キャビティ１３４に配置された前方インピンジメントバッフル１３８と、後方冷却用空気チャンバを含む後方キャビティに配置された後方インピンジメントバッフル１４０とを備える。前方冷却用空気チャンバに導入された冷却用空気（Ａ）は、前方インピンジメントバッフルのインピンジメント孔を通り前方インピンジメントチャンバに流れ、アパーチャを通って後方冷却用空気チャンバに流れ、後方インピンジメントバッフルのインピンジメント孔を通って後方インピンジメントチャンバに流れる。【選択図】図２
2017137857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側バンド（１１８）と、
内側バンド（１１６）と、
前記外側バンド（１１８）と前記内側バンド（１１６）との間で延びる少なくとも１つのベーン（７２）と、
前記外側バンド（１１８）から延びる前方レール（１２６）、中間レール（１２８）、及び後方レール（１３０）であって、前記前方レール（１２６）と前記中間レール（１２８）との間に前方キャビティ（１３４）を定め、かつ前記中間レール（１２８）と前記後方レール（１３０）との間に後方キャビティ（１３６）を定める前方レール（１２６）、中間レール（１２８）、及び後方レール（１２８）と、
前記前方キャビティ（１３４）の中に配置される前方インピンジメントバッフル（１３８）であって、前記前方インピンジメントバッフル（１３８）は、前記外側バンド（１１８）から離間して前記前方キャビティ（１３４）を、前記前方インピンジメントバッフル（１３８）の半径方向外寄りの前方冷却用空気チャンバ（１４８）と、前記前方インピンジメントバッフル（１３８）の半径方向内寄りの前方インピンジメントチャンバ（１５０）とに分割し、前記前方インピンジメントバッフル（１３８）に形成されたインピンジメント孔（１４６）が前記前方冷却用空気チャンバ（１４８）と前記前方インピンジメントチャンバ（１５０）とを流体結合する、前方インピンジメントバッフル（１３８）と、
前記後方キャビティ（１３６）の中に配置される後方インピンジメントバッフル（１４０）であって、前記後方インピンジメントバッフル（１４０）は、前記外側バンド（１１８）から離間して前記後方キャビティ（１３６）を、前記後方インピンジメントバッフル（１４０）の半径方向外寄りの後方冷却用空気チャンバ（１５２）と、前記後方インピンジメントバッフル（１４０）の半径方向内寄りの後方インピンジメントチャンバ（１４３）とに分割し、前記後方インピンジメントバッフル（１４０）に形成されたインピンジメント孔（１４６）が前記後方冷却用空気チャンバ（１５２）と前記後方インピンジメントチャンバ（１４３）とを流体結合する、後方インピンジメントバッフル（１４０）と、
前記中間レール（１２８）を貫通して、前記前方インピンジメントチャンバ（１５０）を前記後方冷却用空気チャンバ（１５２）に流体結合する中間レールアパーチャ（１４５）と、
を備える、ガスタービンノズルセグメント（１００）であって、
前記前方冷却用空気チャンバ（１４８）に導入された冷却用空気（Ａ）は、前記前方インピンジメントバッフル（１３８）の前記インピンジメント孔（１４６）を通って前記前方インピンジメントチャンバ（１５０）に流入し、次に、前記中間レールアパーチャ（１４５）を通って前記後方冷却用空気チャンバ（１５２）に流入し、次に、前記後方インピンジメントバッフル（１４０）の前記インピンジメント孔（１４６）を通って前記後方インピンジメントチャンバ（１４３）に流入する、ガスタービンノズルセグメント（１００）。
【請求項２】
前記後方インピンジメントチャンバ（１４３）を前記ベーン（７２）の内部（１２０）に流体結合する後方冷却用空気通路（１２３）をさらに備え、前記冷却用空気は、前記後方冷却用空気通路（１２３）を通って後方インピンジメントチャンバ（１４３）から出る、請求項１に記載のガスタービンノズルセグメント（１００）。
【請求項３】
前記前方冷却用空気チャンバ（１４８）を前記ベーン（７２）の前記内部（１２０）に流体結合する前方冷却用空気通路（１３９）をさらに備える、請求項２に記載のガスタービンノズルセグメント（１００）。
【請求項４】
前記前方冷却用空気通路（１３９）に流体結合する前方ベーン通路（１２２）と、前記後方冷却用空気通路（１２３）に流体結合する後方ベーン通路（１５４）とをさらに備える、請求項３に記載のガスタービンノズルセグメント（１００）。
【請求項５】
前記前方ベーン通路（１２２）の中に配置された前方インピンジメントインサート（１２４）をさらに備える、請求項４に記載のガスタービンノズルセグメント（１００）。
【請求項６】
前記前方又は後方ベーン通路（１２２、１５４）のうちの少なくとも一方は、前記内側バンド（１１６）を貫通して延びる、請求項４に記載のガスタービンノズルセグメント（１００）。
【請求項７】
前記外側バンド（１１８）は、円周方向縁部（１３２）で終端し、スプラインシール（１６４）は、前記円周方向縁部（１３２）の上に配置される、請求項１に記載のガスタービンノズルセグメント。
【請求項８】
圧縮シール（１５８、１６０、１６２）は、前記前方レール（１２６）及び前記後方レール（１３０）に沿って設けられ、前記圧縮シール（１５８、１６０、１６２）は、Ｍ−シール（１５８）、Ｗ−シール（１６０）、又はＣ−シール（１６２）のうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載のガスタービンノズルセグメント（１００）。
【請求項９】
前記前方インピンジメントバッフル（１３８）及び前記後方インピンジメントバッフル（１４０）のうちの少なくとも一方は、底部（１４２）と、前記底部（１４２）から上向きに延びる周壁（１４４）とを有するタブ（１３８、１４０）を備え、前記インピンジメント孔（１４６）は、少なくとも前記底部（１４２）に形成される、請求項１に記載のガスタービンノズルセグメント（１００）。
【請求項１０】
開口部（１５６）は、前記中間レールアパーチャ（１４５）と位置合わせして前記周壁（１４４）に形成される、請求項９に記載のガスタービンノズルセグメント（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却式ノズルセグメントを備えたガスタービンエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジン、特にガスタービンエンジン又は燃焼タービンエンジンは、エンジンを通って多数のタービンブレード上に移動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。ガスタービンエンジンは、陸上及び船舶での移動用、並びに発電用に使用されてきたが、最も一般的には、ヘリコプタを含む航空機などの航空用途で使用される。航空機では、ガスタービンエンジンは、航空機の推進用に使用される。
【０００３】
航空機用ガスタービンエンジンは、高温で作動してエンジン効率を最大にするように設計されており、高圧タービン及び低圧タービン等の特定のエンジン構成要素の冷却を必要とする場合がある。一般的に、冷却は、高圧圧縮機及び／又は低圧圧縮機から冷却を必要とするエンジン構成要素へ冷却用空気をダクトで送ることで達成される。タービンの冷却時、冷却用空気は、タービンベーンの内部を通ることができる。
【０００４】
冷却の１つの手法は、圧縮機空気をタービンベーンの内部を通して送ることであり、その後、冷却用空気はロータに流入して該ロータの一部を冷却する。構成要素を冷却するためにシステムから空気を抽出すると、この冷却流は上流タービン段をバイパスして仕事を生じないのでエンジン効率が低下する。タービンを高い効率で作動させるために、許容できる温度レベルの範囲内に構成要素を維持するのに必要な冷却流を低減することが望ましく、従って、冷却用空気を最も効率的な方法で使用することが必須である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７０６３５０３号明細書
【発明の概要】
【０００６】
１つの態様において、実施形態は、外側バンドと、内側バンドと、外側バンドと内側バンドとの間で延びる少なくとも１つのベーンとを備えるガスタービンノズルセグメントに関する。前方レール、中間レール、及び後方レールは、外側バンドから延び、前方レールと中間レールとの間に前方キャビティを定め、かつ中間レールと後方レールとの間に後方キャビティを定める。前方インピンジメントバッフルは、前方キャビティの中に配置され、外側バンドから離間して前方キャビティを、前方インピンジメントバッフルの半径方向外寄りの前方冷却用空気チャンバと、前方インピンジメントバッフルの半径方向内寄りの前方インピンジメントチャンバとに分割し、前方冷却用空気チャンバと前方インピンジメントチャンバとを流体結合する前方インピンジメントバッフルに形成されたインピンジメント孔を含む。後方インピンジメントバッフルは、後方キャビティの中に配置され、外側バンドから離間して後方キャビティを、後方インピンジメントバッフルの半径方向外寄りの後方冷却用空気チャンバと、後方インピンジメントバッフルの半径方向内寄りの後方インピンジメントチャンバとに分割し、後方冷却用空気チャンバと後方インピンジメントチャンバとを流体結合する後方インピンジメントバッフルに形成されたインピンジメント孔を含む。中間レールアパーチャは、中間レールを貫通して、前方インピンジメントチャンバを後方冷却用空気チャンバに流体結合し、前方冷却用空気チャンバに導入された冷却用空気は、前方インピンジメントバッフルのインピンジメント孔を通って前方インピンジメントチャンバに流入し、次に、中間レールアパーチャを通って後方冷却用空気チャンバに流入し、次に、後方インピンジメントバッフルのインピンジメント孔を通って後方インピンジメントチャンバに流入する。
【０００７】
他の態様において、実施形態は、内側バンド、外側バンド、及び内側バンドと外側バンドとの間に延びる少なくとも１つのベーンを有するガスタービンノズルセグメントを冷却する方法に関し、本方法は、外側バンドの前方部分の上に配置された前方インピンジメントバッフルを通して冷却用空気を供給して、外側バンドの前方部分上への前方インピンジメント流を形成するステップと、外側バンドの後方部分の上に配置された後方インピンジメントバッフルを通して前方インピンジメント流を供給して、外側バンドの後方部分上への後方インピンジメント流を形成するステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態による航空機用ガスタービンエンジンの概略断面図。
【図２】ベーンセグメントの斜視図。
【図３】図２のベーンセグメントの別の斜視図。
【図４】図２のベーンセグメントの分解組立図。
【図５】ベーン組立体の外寄り端部の側面図。
【図６】図４の冷却回路の図。
【図７】ガスタービンノズルセグメントを冷却する方法を示す流れ図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態は、具体的には、ガスタービンエンジン、より具体的にはガスタービンエンジンのタービンセクションの構成要素を冷却するための、構成要素の冷却に関するシステム、方法、及び他のデバイスに関する。例証として、本発明は、以下に、タービンセクション用ベーンセグメントの特定の構成要素の例を備えた航空機ガスタービンエンジンに関して記載される。しかしながら、本発明は、これに限定されず、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することができることは理解されるであろう。また、ガスタービンエンジンの他の構成要素に適用することもできる。
【００１０】
図１は、航空機用の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、概ね長手方向に前方１４から後方１６に延びる軸線又はエンジン中心線１２を有する。エンジン１０は、下流方向への直列流れ関係で、ファン２０を含む随意的なファンセクション１８、ブースタ又は低圧（ＬＰ）圧縮機２４及び高圧（ＨＰ）圧縮機２６を含む随意的な圧縮機セクション２２、燃焼器３０を含む燃焼セクション２８、ＨＰタービン３４及びＬＰタービン３６を含むタービンセクション３２、並びに排気セクション３８を含む。
【００１１】
随意的なファンセクション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、エンジン中心線１２の周りを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、燃焼ガスを発生させるエンジン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。
【００１２】
エンジン１０のエンジン中心線１２の周りに同軸に配置された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。ＬＰシャフト又はスプール５０は、より大きな直径の環状のＨＰスプール４８内に、エンジン１０のエンジン中心線１２の周りに同軸に配置され、ＬＰタービン３６を随意的なＬＰ圧縮機２４及び随意的なファン２０に、もしくはターボプロップ又はターボシャフトエンジンの場合は出力抽出接続部に駆動可能に接続する。スプール４８、５０のいずれか又は両方に取り付けられ、それと共に回転するエンジン１０の部分は、個別に又は総称してロータ５１と呼ばれる。
【００１３】
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５８のセットが固定圧縮機ベーン６０、６２の対応するセットに対して回転して、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５４において、複数の圧縮機ブレード５８は、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エンジン中心線１２に対して半径方向外向きに延びることができるが、対応する固定圧縮機ベーン６２は、回転ブレード５８の下流側に隣接して配置される。図１に示されるブレード、ベーン、及び圧縮機段の数は、例証として選択されているに過ぎず、他の数も実施可能であることに留意されたい。圧縮機の段のブレード５８は、ディスク５３に取り付けることができ、ディスク５３は、ＨＰ及びＬＰスプール４８、５０の対応するものに取り付けられ、各段は、それぞれのディスク５３を有する。ベーン６２は、ロータ５１の周りに円周方向の構成でコアケーシング４６に取り付けられる。
【００１４】
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、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において、複数のタービンブレード６８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エンジン中心線１２に対して半径方向外向きに延びることができるが、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配置される。固定タービンベーン７２、７４は、円周方向に配置されたセグメントであり、ノズルセグメント又はベーンセグメントと呼ばれる場合もあり、各セグメントは、１つ又はそれ以上のベーン７２、７４を有し、最も一般的には、ベーン７２、７４の対として構成される。図１に示されるブレード、ベーン、及びタービン段の数は、例証として選択されているに過ぎず、他の数も実施可能であることに留意されたい。
【００１５】
作動時、回転ファン２０は、周囲空気をＬＰ圧縮機２４に供給し、次いで、該ＬＰ圧縮機２４は、加圧した周囲空気をＨＰ圧縮機２６に供給して、該ＨＰ圧縮機２６が周囲空気をさらに加圧する。ＨＰ圧縮機２６からの加圧空気は、燃焼室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によって一部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に吐出され、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、最終的に排気ガスは、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の動力伝達機構は、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。
【００１６】
ファン２０によって供給される周囲空気の一部は、エンジンコア４４をバイパスし、エンジン１０の一部分、特に高温部分の冷却に使用され、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。タービンエンジンとの関連において、エンジンの高温部分は通常、燃焼器３０、特にタービンセクション３２の下流側にあり、ＨＰタービン３４は、燃焼セクション２８の直下流側にあるので最も高温の部分である。冷却流体の他の供給源は、これに限定されるものではないが、ＬＰ圧縮機２４又はＨＰ圧縮機２６から吐出される流体とすることができる。
【００１７】
図２を参照すると、ＨＰタービン３４のためのノズルセグメント１００が詳細に示されている。ノズルセグメントは、集合的にその間にノズル１０２と呼ばれる間隙を定める対のベーン７２、７４を含む。複数のノズルセグメント１００は、円周方向に配置してガスタービンノズル組立体を形成することができる。ベーン７２は、翼形部本体として形作ることができ、ベーン７２は、前縁１０６及び後縁１０８（図５）を有する。ベーン７２は、根元１１２から先端（図示せず）まで半径方向にわたって延び、根元１１２は、内側バンド１１６に取り付けられ、先端（図示せず）は外側バンド１１８に取り付けられる。ベーン７２は、内部１２０を有し、その中に前方ベーン通路１２２が配置され、外側バンド１１８を内側バンド１１６に流体接続する前方インピンジメントインサート１２４を備える。外側バンド１１８は、外側バンドから半径方向に延び、円周方向縁部１３２で終端して前方及び後方側壁を備える、前方レール１２６、中間レール１２８、及び後方レール１３０を備える。前方レール１２６及び中間レール１２８は、前方レール１２６から中間レール１２８に軸方向に延びる四角形状の前方キャビティ１３４を定める。中間レール１２８及び後方レール１３０は、各後方側壁１３２の間で前方キャビティ１３４に対して並行に延在する後方キャビティ１３６を定める。前方インピンジメントバッフル１３８は前方キャビティ１３４の中に配置され、後方インピンジメントバッフル１４０は後方キャビティ１３６の中に配置される。前方インピンジメントバッフル１３８は、前方キャビティ１３４をベーンの内部１２０に流体接続する前方冷却用空気通路１３９をさらに備える。
【００１８】
図３は、後方インピンジメントバッフル１４０を後方キャビティ１３６から取り外して後方冷却用空気通路１２３を露出させた図であり、冷却用空気は、後方ベーン通路（図５）を介してベーン内部１２０に接続する後方冷却用空気通路１２３を通って後方インピンジメントチャンバ１４３から出る。また、この視点では中間レール１２８のアパーチャ１４５を見ることができる。
【００１９】
図４は、ノズルセグメント１００の分解組立図であり、前方及び後方インピンジメントバッフル１３８、１４０が詳細に示されている。前方インピンジメントバッフル１３８及び後方インピンジメントバッフル１４０のうちの少なくとも一方は、底部１４２及び該底部１４２から上向きに延びる周壁１４４を有するタブを備え、インピンジメント孔１４６が少なくとも底部１４２に形成されている。インピンジメント孔１４６は、前方及び後方インピンジメントバッフル１３８、１４０の両方に貫通チャネルを形成する。内側バンド１１６は、前方ベーン通路１２２又は後方ベーン通路（図５）のための出口を成すアパーチャ１４７を含むことができ、前方ベーン通路１２２又は後方ベーン通路（図５）のうちの少なくとも一方は内側バンド１１６を貫通して延びることができる。
【００２０】
図５から分かるように、前方インピンジメントバッフル１３８は外側バンド１１８から離間しており、前方キャビティ１３４を、前方インピンジメントバッフル１３８の半径方向外寄りの前方冷却用空気チャンバ１４８と、前方インピンジメントバッフル１３８の半径方向内寄りの前方インピンジメントチャンバ１５０とに分割するようになっている。同様に、後方インピンジメントバッフル１４０は外側バンド１１８から離間しており、後方キャビティ１３６を、後方インピンジメントバッフル１４０の外寄りの後方冷却用空気チャンバ１５２と、後方インピンジメントバッフル１４０の半径方向内寄りの後方インピンジメントチャンバ１４３とに分割するようになっている。後方ベーン通路１５４は、後方インピンジメントチャンバをベーンの内部１２０に流体接続する。インピンジメント孔１４６は、前方及び後方冷却用空気チャンバ１４８、１５２を前方及び後方インピンジメントチャンバ１５０、１４３に流体接続する。
【００２１】
中間レール１２８を貫通するアパーチャ１４５は、前方キャビティ１３４及び後方キャビティ１３６を流体接続する。開口部１５６は、中間レールアパーチャ１４５と位置合わせして後方インピンジメントバッフル１４０の周壁１４４に形成されており、前方インピンジメントチャンバ１５０を後方冷却用空気チャンバ１５２に流体接続する。
【００２２】
Ｍ−シール、Ｗ−シール、又はＣ−シール１５８、１６０、１６２のうちの少なくとも１つの圧縮シールは、前方レール１２６及び後方レール１３０に沿って設けられている。スプラインシール１６４を備える滑りセグメントは、前方及び後方キャビティ１３４、１３６の両方の周方向縁部１３２の上に設けられている。これらのシールは協働して、隣接するノズルセグメントの間、及びノズルセグメントと前方及び後方支持構造との間の境界面を通る漏れ流れを最小にすることでキャビティ１４８、１５０、１５２の与圧を維持する。
【００２３】
図２、３、及び４に示すように、ノズルセグメント１００は、ベーン７２、内側バンド１１６、外側バンド１１８、インサート２４、前方及び後方インピンジメントタブを備えるように示されるが、ノズルセグメント１００は、より少ない又はより多くの構成要素を含むことができることを理解されたい。
【００２４】
図６は、前方及び後方インピンジメントキャビティ１３４、１３６の中に前方及び後方冷却用空気通路の両方を備える冷却回路２００を示す。ノズルセグメント１００の中の圧力差により、空気は、高圧領域２０２から低圧領域２０４に流れる。ファン２０からの燃焼セクション２８をバイパスした冷却用空気は、最初に、上方から前方及び後方インピンジメントキャビティ１３４、１３６に入り、ここでは、冷却用空気の第１の部分Ａ１は、前方インピンジメントキャビティ１３４を通って前方インピンジメントインサート１２４に直接移動する。冷却用空気の第２の部分、Ａ２及びＡ３は、それぞれ前方及び後方インピンジメントバッフル１３８、１４０を通って移動し、インピンジメント孔１４６は、前方及び後方冷却用空気チャンバ１４８、１５２から前方及び後方インピンジメントチャンバ１５０、１４３への前方及び後方インピンジメント流Ｂ、Ｃをもたらす。次に、前方インピンジメントチャンバ１５０内のポストインピンジメント空気の一部は、中間レールアパーチャ１４５を通って移動し、後方インピンジメントバッフル１４０のインピンジメント孔１４６を通って移動する前に冷却用空気Ａ３と混合する。後方冷却用空気チャンバのインピンジメント孔１４６から出ると、空気流Ｅは、後方ベーン通路１２３を通って内側バンド１１６のアパーチャ１４７に移動して、エンジンのさらなる領域を冷却することができる。また、空気流Ｅの一部は、冷却孔１０９を通って後縁１０８に向けられ、ベーン７２を冷却する。図示しないが、前方インピンジメントバッフル１４４からのポストインピンジメント流Ｆは、ベーン７２の内部１２０に向けることもできる。
【００２５】
図７を参照すると、ガスタービンノズルセグメントを冷却する方法３００は、最初に、前方インピンジメントバッフル１３８の上及び後方インピンジメントバッフル１４０の上に冷却用空気Ａを供給する（ステップ３０２）。ステップ３０４において、冷却用空気Ａ２は、前方インピンジメントバッフルに供給され、次に、前方インピンジメントバッフル１３８のインピンジメント孔１４６を通過し、外側バンド１１８の前方部分上の前方インピンジメント流Ｂを形成する。次に、前方インピンジメント流の一部Ｄは、中間レールアパーチャ１４５を通って後方インピンジメントバッフル１４０に供給され、ここで、後方インピンジメントバッフル１４０を通過する前に後方インピンジメントバッフル１４０の上に供給される冷却用空気Ａ３と混合され（ステップ３０６）、外側バンド１１８の後方部分上で後方インピンジメント流Ｃを形成する（ステップ３０８）。
【００２６】
前方インピンジメント流Ｂ及び後方インピンジメント流Ｃの少なくとも一方は、外側バンド１１８を通ってベーン７２の内部１２０に移動する（ステップ３１０）。最後に、本方法は、ベーン７２の内部１２０からの前方インピンジメント流及び後方インピンジメント流のうちの少なくとも一方を、内側バンド１１６のアパーチャ１４７を通して供給する（ステップ３１２）。また、後方インピンジメントチャンバ１４３の空気の一部は、後方ベーン通路１５４を通過してベーン７２の後縁１０８の近くでベーン７２に穿設された冷却孔１０９を通って流出して後縁１０８を冷却する。
【００２７】
円周方向流は、前方キャビティ１３４の上方部分１６８の中に存在する。この円周方向流は、タブによって遮られておらず、前方キャビティ１３４の円周方向縁部１３２の上方開口部１６６を自由に流れる。
【００２８】
次世代のターボプロップ／ターボジェットエンジンは、高い性能向上を追求し（低表面フイルム冷却、重量低減）、タービンノズルは、ノズルセグメントバンド及び翼形部を冷却するために割り当てられる冷却用空気を低減して、この空気を代わりにタービン仕事を生じるために使用することが見込まれる。その一方で、一部のタービンは、高温エンジンサイクルを対象とする。このことは、依然として厳しい構成要素要求に適合することができるノズルセグメントのデザインへの圧力を高める。この提案された解決法は、セグメント化されたタービンノズルの外側バンド上に割り当てられた冷却用空気の利用度を最大にすると同時に従来のデザインに対して構成要素の重量及び部品点数を最小にするのを目的とするデザインを説明する。
【００２９】
開示されたデザインは、ノズル外側バンドを冷却するために割り当てられたセグメント冷却流の利用度を最大にすると同時に、軽量化された取り付けシステム、単純化された組立体、及び低減されたエンジンコストをもたらす。
【００３０】
開示されたデザインにより、バンド／翼形部を冷却するために使用される異なる区域での冷却流の調節が可能になるので、所要の冷却流を最小にする際の融通性がもたらされ、これは燃料消費率の低下につながる。さらに、空間が制限されたステータシステムに関して、このデザインは、従来のデザインに対してより小型かつ軽量な解決法をもたらす。
【００３１】
開示されたデザインの用途は、ファン及びブースタセクションを備えたタービンエンジンに限定されず、ターボジェット及びターボプロップエンジンにも適用できることを理解されたい。
【００３２】
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、さらに、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有する場合、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。
【００３３】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
外側バンドと、
内側バンドと、
上記外側バンドと上記内側バンドとの間で延びる少なくとも１つのベーンと、
上記外側バンドから延びる前方レール、中間レール、及び後方レールであって、上記前方レールと上記中間レールとの間に前方キャビティを定め、かつ上記中間レールと上記後方レールとの間に後方キャビティを定める前方レール、中間レール、及び後方レールと、
上記前方キャビティの中に配置される前方インピンジメントバッフルであって、上記前方インピンジメントバッフルは、上記外側バンドから離間して上記前方キャビティを、上記前方インピンジメントバッフルの半径方向外寄りの前方冷却用空気チャンバと、上記前方インピンジメントバッフルの半径方向内寄りの前方インピンジメントチャンバとに分割し、上記前方インピンジメントバッフルに形成されたインピンジメント孔が上記前方冷却用空気チャンバと上記前方インピンジメントチャンバとを流体結合する、前方インピンジメントバッフルと、
上記後方キャビティの中に配置される後方インピンジメントバッフルであって、上記後方インピンジメントバッフルは、上記外側バンドから離間して上記後方キャビティを、上記後方インピンジメントバッフルの半径方向外寄りの後方冷却用空気チャンバと、上記後方インピンジメントバッフルの半径方向内寄りの後方インピンジメントチャンバとに分割し、上記後方インピンジメントバッフルに形成されたインピンジメント孔が上記後方冷却用空気チャンバと上記後方インピンジメントチャンバとを流体結合する、後方インピンジメントバッフルと、
上記中間レールを貫通して、上記前方インピンジメントチャンバを上記後方冷却用空気チャンバに流体結合する中間レールアパーチャと、
を備える、ガスタービンノズルセグメントであって、
上記前方冷却用空気チャンバに導入された冷却用空気は、上記前方インピンジメントバッフルの上記インピンジメント孔を通って上記前方インピンジメントチャンバに流入し、次に、上記中間レールアパーチャを通って上記後方冷却用空気チャンバに流入し、次に、上記後方インピンジメントバッフルの上記インピンジメント孔を通って上記後方インピンジメントチャンバに流入する、ガスタービンノズルセグメント。
［実施態様２］
上記後方インピンジメントチャンバを上記ベーンの内部に流体結合する後方冷却用空気通路をさらに備え、上記冷却用空気は、上記後方冷却用空気通路を通って後方インピンジメントチャンバから出る、実施態様１に記載のガスタービンノズルセグメント。
［実施態様３］
上記前方冷却用空気チャンバを上記ベーンの上記内部に流体結合する前方冷却用空気通路をさらに備える、実施態様２に記載のガスタービンノズルセグメント。
［実施態様４］
上記前方冷却用空気通路に流体結合する前方ベーン通路と、上記後方冷却用空気通路に流体結合する後方ベーン通路とをさらに備える、実施態様３に記載のガスタービンノズルセグメント。
［実施態様５］
上記前方ベーン通路の中に配置された前方インピンジメントインサートをさらに備える、実施態様４に記載のガスタービンノズルセグメント。
［実施態様６］
上記前方又は後方ベーン通路のうちの少なくとも一方は、上記内側バンドを貫通して延びる、実施態様４に記載のガスタービンノズルセグメント。
［実施態様７］
上記外側バンドは、円周方向縁部で終端し、スプラインシールは、上記円周方向縁部の上に配置される、実施態様１に記載のガスタービンノズルセグメント。
［実施態様８］
圧縮シールは、上記前方レール及び上記後方レールに沿って設けられる、実施態様１に記載のガスタービンノズルセグメント。
［実施態様９］
上記圧縮シールは、Ｍ−シール、Ｗ−シール、又はＣ−シールのうちの少なくとも１つを備える、実施態様８に記載のガスタービンノズルセグメント。
［実施態様１０］
円周方向に配置されてガスタービンノズル組立体を形成する、複数のガスタービンノズルセグメントをさらに備える、実施態様１に記載のガスタービンノズルセグメント。
［実施態様１１］
上記前方インピンジメントバッフル及び上記後方インピンジメントバッフルのうちの少なくとも一方は、底部と、上記底部から上向きに延びる周壁とを有するタブを備え、上記インピンジメント孔は、少なくとも上記底部に形成される、実施態様１に記載のガスタービンノズルセグメント。
［実施態様１２］
上記前方インピンジメントバッフル及び上記後方インピンジメントバッフルの両方はタブを備える、実施態様１１に記載のガスタービンノズルセグメント。
［実施態様１３］
開口部は、上記中間レールアパーチャと位置合わせして上記周壁に形成される、実施態様１１に記載のガスタービンノズルセグメント。
［実施態様１４］
内側バンド、外側バンド、及び上記内側バンドと上記外側バンドとの間に延びる少なくとも１つのベーンを有するガスタービンノズルセグメントを冷却する方法であって、
上記外側バンドの前方部分の上に配置された前方インピンジメントバッフルを通して冷却用空気を供給して、上記外側バンドの上記前方部分上への前方インピンジメント流を形成するステップと、
上記外側バンドの後方部分の上に配置された後方インピンジメントバッフルを通して上記前方インピンジメント流を供給して、上記外側バンドの上記後方部分上の後方インピンジメント流を形成するステップと、
を含む方法。
［実施態様１５］
上記外側バンドの上記前方部分と上記後方部分を分離する中間レール内のアパーチャを通して前方インピンジメント流を供給するステップをさらに含む、実施態様１４に記載の方法。
［実施態様１６］
上記前方インピンジメント流及び上記後方インピンジメント流のうちの少なくとも一方を、上記外側バンドを通して上記ベーンの内部に供給するステップを含む、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１７］
上記前方インピンジメント流及び上記後方インピンジメント流のうちの少なくとも一方は、後方インピンジメント流である、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様１８］
上記前方インピンジメント流及び上記後方インピンジメント流のうちの少なくとも一方を、上記ベーンの内部から上記内側バンド内のアパーチャを通して又は上記ベーンの冷却孔を通して供給するステップをさらに含む、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１９］
上記前方インピンジメントバッフルを通して冷却用空気を供給するステップは、前方インピンジメントバッフルの上に冷却用空気を供給するステップを含む、実施態様１４に記載の方法。
［実施態様２０］
上記後方インピンジメントバッフルの上に冷却用空気を供給するステップをさらに含み、上記冷却用空気は、上記後方インピンジメントバッフルを通過する前に前方インピンジメント流と混合する、実施態様１９に記載の方法。
【符号の説明】
【００３４】
１０  エンジン
１２  中心軸線
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  排出セクション
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
６０  ＬＰ圧縮機ベーン
６２  ＨＰ圧縮機ベーン
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
７２  ＨＰタービンベーン
７４  ＬＰタービンベーン
７６  加圧外気
１００  ノズルセグメント
１０２  ノズル
１０６  前縁
１０８  後縁
１０９  冷却孔
１１２  根元
１１６  内側バンド
１１８  外側バンド
１２０  内部
１２２  前方ベーン通路
１２３  後方冷却用空気通路
１２４  インピンジメントインサート
１２６  前方レール
１２８  中間レール
１３０  後方レール
１３２  円周方向縁部
１３４  前方キャビティ
１３６  後方キャビティ
１３８  前方インピンジメントバッフル
１３９  前方冷却用空気通路
１４０  後方インピンジメントバッフル
１４２  底部
１４３  後方インピンジメントチャンバ
１４４  周壁
１４５  中間レールアパーチャ
１４６  インピンジメント孔
１４７  アパーチャ
１４８  前方冷却チャンバ
１５０  前方インピンジメントチャンバ
１５２  後方冷却チャンバ
１５４  後方ベーン通路
１５６  開口部
１５８  Ｍ−シール
１６０  Ｗ−シール
１６２  Ｃ−シール
１６４  スプラインシール
１６６  上方開口部
１６８  上方部分
２００  冷却回路
２０２  高圧領域
２０４  低圧領域
Ａ  冷却用空気
Ａ１  冷却用空気の第１の部分
Ａ２  前方の冷却用空気の第２の部分
Ａ３  後方の冷却用空気の第２の部分
Ｂ  前方インピンジメント流
Ｃ  後方インピンジメント流
Ｄ  中間レールアパーチャ流
Ｅ  後方ベーン通路空気流
Ｆ  ポストインピンジメント流
【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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【図６】
2017137857.tif 000008
【図７】
2017137857.tif 000009
【外国語明細書】
2017137857000001.pdf