(57)【要約】【課題】  多重壁ブレードのための冷却回路を提供すること。【解決手段】  １つの実施形態による冷却システムは、正圧側面（８）蛇行回路及び負圧側面（１０）蛇行回路を含む前縁（１４、１６）冷却回路と、負圧側面（１０）蛇行回路を含む第１の中間ブレード冷却回路と、正圧側面（８）蛇行回路を含む第２の中間ブレード冷却回路と、後縁（１４、１６）冷却回路と、冷却空気（３２、３４、３６、５０、５２，６０、１３２、２３２、３３２）を前縁（１４、１６）冷却回路、第１の中間ブレード冷却回路、第２の中間ブレード冷却回路及び後縁（１４、１６）冷却回路に供給するための少なくとも１つの空気供給部と、を含む。【選択図】      図４
2017115882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重壁ブレードのための冷却システムであって、
正圧側面（８）蛇行回路及び負圧側面（１０）蛇行回路を含む前縁（１４、１６）冷却回路と、
負圧側面（１０）蛇行回路を含む第１の中間ブレード冷却回路と、
正圧側面（８）蛇行回路を含む第２の中間ブレード冷却回路と、
後縁（１４、１６）冷却回路と、
冷却空気（３２、３４、３６、５０、５２，６０、１３２、２３２、３３２）を前記前縁（１４、１６）冷却回路、前記第１の中間ブレード冷却回路、前記第２の中間ブレード冷却回路及び前記後縁（１４、１６）冷却回路に供給するための少なくとも１つの空気供給部と、
を備える、冷却システム。
【請求項２】
前記前縁（１４、１６）冷却回路の前記正圧側面（８）蛇行回路は、２経路蛇行回路を含み、前記前縁（１４、１６）冷却回路の前記負圧側面（１０）蛇行回路は、２経路蛇行回路を含む、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記前縁（１４、１６）冷却回路の前記正圧側面（８）蛇行回路を出る冷却空気（３２、３４、３６、５０、５２，６０、１３２、２３２、３３２）と、
前記前縁（１４、１６）冷却回路の前記負圧側面（１０）蛇行回路を出る冷却空気（３２、３４、３６、５０、５２，６０、１３２、２３２、３３２）と、
を収集するための中央キャビティ（２６Ａ、２６Ｂ）と、
前記収集した冷却空気（３２、３４、３６、５０、５２，６０、１３２、２３２、３３２）の第１の部分を前記多重壁ブレードの先端（５６）から先端（５６）冷却フィルム（１５０、２５２）として排出するための少なくとも１つの先端（５６）フィルムチャネル（５４）と、
前記収集した冷却空気（３２、３４、３６、５０、５２，６０、１３２、２３２、３３２）の第２の部分を前記中央キャビティ（２６Ａ、２６Ｂ）から前記多重壁ブレードの前縁（１４、１６）キャビティに配向するための少なくとも１つのチャネル（１４８）と、
前記収集した冷却空気（３２、３４、３６、５０、５２，６０、１３２、２３２、３３２）の前記第２の部分を前記前縁（１４、１６）キャビティから前記多重壁ブレードの前縁（１４、１６）に排出し、前記前縁（１４、１６）のフィルム冷却をもたらすための少なくとも１つの前縁（１４、１６）フィルムチャネル（５４）と、
をさらに備える、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記第１の中間ブレード冷却回路の前記負圧側面（１０）蛇行回路を出る冷却空気（３２、３４、３６、５０、５２，６０、１３２、２３２、３３２）を前記多重壁ブレードの負圧側面（１０）プラットフォームに配向するための少なくとも１つのチャネル（１４８）をさらに備える、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項５】
前記冷却空気（３２、３４、３６、５０、５２，６０、１３２、２３２、３３２）を前記多重壁ブレードの前記負圧側面（１０）プラットフォームから冷却フィルム（１５０、２５２）として排出するための、前記多重壁ブレードの前記負圧側面（１０）プラットフォームの表面内の少なくとも１つのフィルムアパーチャ（１５２、２５４）をさらに備える、請求項４に記載の冷却システム。
【請求項６】
前記第２の中間ブレード冷却回路の前記正圧側面（８）蛇行回路を出る冷却空気（３２、３４、３６、５０、５２，６０、１３２、２３２、３３２）を受け取るための中央キャビティ（２６Ａ、２６Ｂ）と、
前記受け取った冷却空気（３２、３４、３６、５０、５２，６０、１３２、２３２、３３２）を前記中央キャビティ（２６Ａ、２６Ｂ）から前記多重壁ブレードのプラットフォームコア（２５０）に配向するための少なくとも１つのチャネル（１４８）と、
冷却空気（３２、３４、３６、５０、５２，６０、１３２、２３２、３３２）を前記プラットフォームコア（２５０）から前記多重壁ブレードの正圧側面（８）プラットフォームに冷却フィルム（１５０、２５２）として排出するための少なくとも１つのフィルムアパーチャ（１５２、２５４）と、
をさらに備える、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項７】
前記後縁（１４、１６）冷却回路は、蛇行回路を含む、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項８】
前記後縁（１４、１６）冷却回路の前記蛇行回路からの冷却空気（３２、３４、３６、５０、５２，６０、１３２、２３２、３３２）を前記多重壁ブレードの後縁（１４、１６）から排出するための少なくとも１つの通路（４４、４８、２４８）をさらに備える、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項９】
前記前縁（１４、１６）冷却回路の前記正圧側面（８）蛇行回路及び前記負圧側面（１０）蛇行回路は、後方に流れる２経路蛇行回路を含み、
前記第１の中間ブレード冷却回路の前記負圧側面（１０）蛇行回路は、後方に流れる４経路蛇行回路を含み、
前記第２の中間ブレード冷却回路の前記正圧側面（８）蛇行回路は、前方に流れる３経路蛇行回路を含み、
前記後縁（１４、１６）冷却回路の前記蛇行回路は、後方に流れる３経路蛇行回路を含む、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項１０】
多重壁タービン（１１６）ブレードであって、
前記多重壁タービン（１１６）ブレード内に配置された冷却システム
を備え、前記冷却システムは、
正圧側面（８）蛇行回路及び負圧側面（１０）蛇行回路を含む前縁（１４、１６）冷却回路と、
負圧側面（１０）蛇行回路を含む第１の中間ブレード冷却回路と、
正圧側面（８）蛇行回路を含む第２の中間ブレード冷却回路と、
後縁（１４、１６）冷却回路と、
冷却空気（３２、３４、３６、５０、５２，６０、１３２、２３２、３３２）を前記前縁（１４、１６）冷却回路、前記第１の中間ブレード冷却回路、前記第２の中間ブレード冷却回路及び前記後縁（１４、１６）冷却回路に供給するための少なくとも１つの空気供給部と、
を含む、多重壁タービンブレード。
【請求項１１】
ターボ機械であって、
圧縮機（１０４）構成要素と、燃焼器（１１０）構成要素と、少なくとも１つが多重壁ブレードを有する複数のターボ機械ブレード（２）を含むタービン（１１６）構成要素とを含むガスタービンシステム（１０２）と、
前記多重壁ブレード内に配置された冷却システムと、
を備え、前記冷却システムは、
正圧側面（８）蛇行回路及び負圧側面（１０）蛇行回路を含む前縁（１４、１６）冷却回路と、
負圧側面（１０）蛇行回路を含む第１の中間ブレード冷却回路と、
正圧側面（８）蛇行回路を含む第２の中間ブレード冷却回路と、
蛇行回路を含む後縁（１４、１６）冷却回路と、
冷却空気（３２、３４、３６、５０、５２，６０、１３２、２３２、３３２）を前記前縁（１４、１６）冷却回路、前記第１の中間ブレード冷却回路、前記第２の中間ブレード冷却回路及び前記後縁（１４、１６）冷却回路に供給するための少なくとも１つの空気供給部と、
を含む、ターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全体的に、タービンシステムに関し、より詳細には、多重壁ブレードのための冷却回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンシステムは、発電などの分野において広く利用されているターボ機械の１つの実施例である。従来のガスタービンシステムは、圧縮機セクション、燃焼セクション、及びタービンセクションを含む。ガスタービンシステムの作動中、システムにおけるタービンブレードのような様々な構成要素は、高温流に晒され、これにより構成要素の機能不全を引き起こす可能性がある。一般に、より高い温度の流れになるほど、ガスタービンシステムの性能、効率、及び出力の向上をもたらすので、ガスタービンシステムが高温で作動できるようにするために、高温流に晒される構成要素を冷却するのが有利である。
【０００３】
タービンブレードは通常、複雑な迷路の内部冷却チャンネルを含む。例えば、ガスタービンシステムの圧縮機によって提供される冷却空気は、内部冷却チャンネルを通過して、タービンブレードを冷却することができる。
【０００４】
多重壁タービンブレード冷却システムは、内部の壁近傍冷却回路を含むことができる。このような壁近傍冷却回路は、例えば、多重壁ブレードの外壁に隣接した壁近傍冷却チャンネルを含むことができる。壁近傍冷却チャンネルは、通常は小型で、必要な冷却流が少ないながらも効果的な冷却を生じさせるのに十分な速度を依然として維持している。また、通常は大型で冷却効果が低い多重壁ブレードの中央チャンネルは、多重壁ブレードの冷却空気の供給源として用いることができ、再分配用に「使用済みの」冷却流を収集して再配向し、多重壁ブレードの熱負荷領域を低下させるための１つ又はそれ以上の再利用回路において用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第8734108号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本開示の第１の態様は、正圧側面蛇行回路及び負圧側面蛇行回路を含む前縁冷却回路と、負圧側面蛇行回路を含む第１の中間ブレード冷却回路と、正圧側面蛇行回路を含む第２の中間ブレード冷却回路と、後縁冷却回路と、冷却空気を前縁冷却回路、第１の中間ブレード冷却回路、第２の中間ブレード冷却回路及び後縁冷却回路に供給するための少なくとも１つの空気供給部とを含む、冷却システムを提供する。
【０００７】
本開示の第２の態様は、多重壁ブレード内に配置された冷却システムを備え、この冷却システムは、正圧側面蛇行回路及び負圧側面蛇行回路を含む前縁冷却回路と、負圧側面蛇行回路を含む第１の中間ブレード冷却回路と、正圧側面蛇行回路を含む第２の中間ブレード冷却回路と、後縁冷却回路と、冷却空気を前縁冷却回路、第１の中間ブレード冷却回路、第２の中間ブレード冷却回路及び後縁冷却回路に供給するための少なくとも１つの空気供給部とを含む、多重壁タービンブレードを提供する。
【０００８】
本開示の第３の態様は、圧縮機構成要素と、燃焼器構成要素と、少なくとも１つが多重壁ブレードを有する複数のターボ機械ブレードを含むタービン構成要素とを含むガスタービンシステムと、多重壁ブレード内に配置された冷却システムとを含み、この冷却システムは、正圧側面蛇行回路及び負圧側面蛇行回路を含む前縁冷却回路と、負圧側面蛇行回路を含む第１の中間ブレード冷却回路と、正圧側面蛇行回路を含む第２の中間ブレード冷却回路と、蛇行回路を含む後縁冷却回路と、冷却空気を前記前縁冷却回路、第１の中間ブレード冷却回路、第２の中間ブレード冷却回路及び後縁冷却回路に供給するための少なくとも１つの空気供給部と、を含む、ターボ機械を提供する。
【０００９】
本開示の例示的な態様は、本明細書で記載される問題及び／又は検討していない他の問題を解決する。
【００１０】
本開示のこれら及び他の特徴要素は、本開示の種々の実施形態を示した添付図面を参照しながら、本開示の種々の態様に関する以下の詳細な説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態による多重壁ブレードの斜視図。
【図２】種々の実施形態による、図１の線Ｘ−Ｘに沿った、図１の多重壁ブレードの断面図。
【図３】種々の実施形態による、前縁冷却回路を示す図２の一部の断面図。
【図４】種々の実施形態による、前縁冷却回路の斜視図。
【図５】種々の実施形態による、中間ブレード負圧側面冷却回路を示す、図２の一部の断面図。
【図６】種々の実施形態による、中間ブレード負圧側面冷却回路の斜視図。
【図７】種々の実施形態による、中間ブレード正圧側面冷却回路を示す、図２の一部の断面図。
【図８】種々の実施形態による、中間ブレード正圧側面冷却回路の斜視図。
【図９】種々の実施形態による、後縁冷却回路を示す、図２の一部の断面図。
【図１０】種々の実施形態による、後縁冷却回路の斜視図。
【図１１】種々の実施形態によるガスタービンシステムの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示の図面は縮尺通りではない点に留意されたい。当該図面は、本開示の典型的な態様のみを描くことを意図しており、従って、本開示の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面では、同じ参照符号は、複数の図面にわたり同じ要素を示している。
【００１３】
上述のように、本開示は、全体的に、タービンシステムに関し、より詳細には、多重壁ブレードを冷却するための冷却回路に関する。
【００１４】
実施形態によると、ガスタービンエンジンの多重壁ブレードを冷却するための複数の冷却回路が提供される。複数の冷却回路は、従来の冷却方法よりも使用する総冷却空気量が少ない。これにより、ガスタービンエンジンの出力及び効率が向上する。
【００１５】
図において（例えば、図１１参照）、「Ａ」軸は軸方向を表している。本明細書で使用される場合、用語「軸方向の」及び／又は「軸方向に」は、ターボ機械（詳細にはロータセクション）の回転軸に実質的に平行な軸線Ａに沿った物体の相対的位置／方向を指す。更に本明細書で使用される場合、用語「半径方向の」及び「半径方向に」は、軸線Ａに実質的に垂直で且つ１箇所でのみ軸線Ａと交わる軸線「ｒ」（例えば、図１参照）に沿った物体の相対的位置／方向を指す。加えて、用語「円周方向の」及び／又は「円周方向に」は、軸線Ａを囲み且つあらゆる位置にて軸線Ａと交わらない円周（ｃ）に沿った物体の相対的位置／方向を指す。
【００１６】
図１を見ると、ターボ機械ブレード２の斜視図が示される。ターボ機械ブレード２は、シャンク４と、該シャンク４に結合され且つシャンク４から半径方向外向きに延びる多重壁ブレード６とを含む。多重壁ブレード６は、正圧側面８と、反対側の負圧側面１０と、先端領域３８とを含む。多重壁ブレード６はさらに、正圧側面８と負圧側面１０との間にある前縁１４、並びに前縁１４の反対側の側部上で正圧側面８と負圧側面１０との間にある後縁１６を含む。多重壁ブレード６は、正圧側面プラットフォーム５及び負圧側面プラットフォーム７から半径方向に離れるように延びる。
【００１７】
シャンク４及び多重壁ブレード６は各々、１つ又はそれ以上の金属（例えば、ニッケル、ニッケル合金、その他）から形成することができ、従来の手法によって形成（例えば、鋳造、鍛造、又は他の機械加工）することができる。シャンク４及び多重壁ブレード６は、一体的に形成（例えば、鋳造、鍛造、３次元プリント、その他）することができ、或いは、別個の構成要素として形成してもよく、後で接合（例えば、溶接、ろう付け、接着、又は他の結合機構により）される。
【００１８】
図２は、図１の線Ｘ−Ｘに沿った多重壁ブレード６の断面図を示す。図示のように、多重壁ブレード６は、複数の内部キャビティを含むことができる。実施形態において、多重壁ブレード６は、前縁キャビティ１８、複数の正圧側面（壁近傍）キャビティ２０Ａ〜２０Ｅ、複数の負圧側面（壁近傍）キャビティ２２Ａ〜２２Ｆ、複数の後縁キャビティ２４Ａ〜２４Ｃ、及び複数の中央キャビティ２６Ａ、２６Ｂを含む。言うまでもなく、多重壁ブレード６のキャビティ１８、２０、２２、２４、２６の数は、例えば、多重壁ブレード６の特定の構成、サイズ、使用目的等に応じて変わり得る。この点に関して、本明細書に開示される実施形態に示す多重壁ブレード６のキャビティ１８、２０、２２、２４、２６の数は、限定することを意図するものではない。実施形態によると、キャビティ１８、２０、２２、２４、２６の異なる組み合わせを用いて、様々な冷却回路を提供することができる。
【００１９】
図３及び図４には、前縁冷却回路３０を含む１つの実施形態が示される。文字通り、前縁冷却回路３０は、多重壁ブレード６の正圧側面８と負圧側面１０との間にある、多重壁ブレード６の前縁１４に隣接して配置される。
【００２０】
図３及び図４を同時に参照すると、例えば、ガスタービンシステム１０２（図１１）の圧縮機１０４によって生成される供給冷却空気３２が、（例えば、少なくとも１つの冷却空気供給部を介して）シャンク４（図１）を通り、前縁冷却回路３０に送り込まれる。冷却空気３２の第１の部分３４は、正圧側面キャビティ２０Ａの基部３８に送り込まれ、正圧側面キャビティ２０Ａは、多重壁ブレード６の正圧側面８に隣接した後方に流れる２経路（ｐａｓｓ）蛇行回路の第１の区間を形成する。冷却空気３２の第２の部分３６は、負圧側面キャビティ２２Ａの基部（図示せず）に送り込まれ、負圧側面キャビティ２２Ａは、多重壁ブレード６の負圧側面１０に隣接した後方に流れる２経路蛇行回路の第１の区間を形成する。
【００２１】
図１と共に図３及び図４に示すように、冷却空気３４は、正圧側面キャビティ２０Ａを通って多重壁ブレード６の先端領域３８に向かって半径方向外向きに流れる。転向部４０は、冷却空気３４を正圧側面キャビティ２０Ａから正圧側面キャビティ２０Ｂに再配向し、正圧側面キャビティ２０Ｂは、多重壁ブレード６の正圧側面８に隣接した２経路蛇行回路の第２の区間を形成する。冷却空気３４は、正圧側面キャビティ２０Ｂを通って正圧側面キャビティ２０Ｂの基部４２に向かって半径方向内向きに流れ、次に通路４４を通って中央キャビティ２６Ａに流入する。これに対応して、冷却空気３６は、負圧側面キャビティ２２Ａを通って多重壁ブレード６の先端領域３８に向かって半径方向外向きに流れる。転向部４６は、冷却空気３６を負圧側面キャビティ２２Ａから負圧側面キャビティ２２Ｂに再配向し、負圧側面キャビティ２２Ｂは、多重壁ブレード６の負圧側面１０に隣接した２経路蛇行回路の第２の区間を形成する。冷却空気３６は、負圧側面キャビティ２２Ｂを通って負圧側面キャビティ２２Ｂの基部４７に向かって半径方向内向きに流れ、次に通路４８を通って中央キャビティ２６Ａに流入する。
【００２２】
中央キャビティ２６Ａに入った後、冷却空気３４、３６は結合して単一の流れの冷却空気５０となり、冷却空気５０は、中央キャビティ２６Ａを通って多重壁ブレード６の先端領域３８に向かって半径方向外向きに流れる。冷却空気５０の第１の部分５２は、少なくとも１つの先端フィルムチャネル５４により、中央キャビティ２６Ａから多重壁ブレード６の先端５６に配向される。冷却空気５２は、多重壁ブレード６の先端５６から先端フィルム５８として排出され、先端フィルム冷却をもたらす。
【００２３】
冷却空気５０の第２の部分６０は、少なくとも１つの衝突孔６２により、中央キャビティ２６Ａから前縁キャビティ１８に配向される。冷却空気６０は、少なくとも１つのフィルム孔６４を介して、前縁キャビティ１８から多重壁ブレード６の前縁１４に流出し、前縁１４のフィルム冷却をもたらす。
【００２４】
前縁冷却回路３０は、２つの後方に流れる２経路蛇行回路として説明されている。しかしながら、２つの前方に流れる２経路蛇行回路、又は後方に流れる２経路蛇行回路と前方に流れる２経路蛇行回路との組み合わせを用いてもよい。こうした回路は、例えば、種々の正圧側面及び負圧側面キャビティ２０Ａ、２０Ｂ、２２Ａ及び２２Ｂを通る冷却空気の流れ方向を適切に調整することによって、提供することができる。
【００２５】
図５及び図６において、中間ブレード負圧側面冷却回路１３０を含む実施形態が示される。負圧側面冷却回路１３０は、前縁１４と後縁１６との間にある、多重壁ブレード６の負圧側面１０に隣接して配置される。負圧側面冷却回路１３０は、負圧側面キャビティ２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ及び２２Ｆによって形成される後方に流れる４経路蛇行回路である。
【００２６】
図１と共に図５及び図６を参照すると、例えば、ガスタービンシステム１０２（図１１）の圧縮機１０４により生成される供給冷却空気１３２が、（例えば、少なくとも１つの冷却空気供給部を介して）シャンク４を通り、負圧側面キャビティ２２Ｃの基部１３４に送り込まれる。冷却空気１３２は、負圧側面キャビティ２２Ｃを通って多重壁ブレード６の先端領域３８に向かって半径方向外向きに流れる。転向部１３６は、冷却空気１３２を負圧側面キャビティ２２Ｃから負圧側面キャビティ２２Ｄに再配向する。冷却空気１３２は、負圧側面キャビティ２２Ｄを通って負圧側面キャビティ２２Ｄの基部１３８に向かって半径方向内向きに流れる。転向部１４０は、冷却空気１３２を負圧側面キャビティ２２Ｄの基部１３８から負圧側面キャビティ２２Ｅの基部１４２に再配向する。冷却空気１３２は、負圧側面キャビティ２２Ｅを通って、多重壁ブレード６の先端領域３８に向かって半径方向外向きに流れる。転向部１４４は、冷却空気１３２を負圧側面キャビティ２２Ｅから負圧側面キャビティ２２Ｆに再配向する。冷却空気１３２は、負圧側面キャビティ２２Ｆを通って、負圧側面キャビティ２２Ｆの基部１４６に向かって半径方向内向きに流れる。
【００２７】
負圧側面キャビティ２２Ｆの基部１４６から流出した後、冷却空気１３２は、少なくとも１つのチャネル１４８によって負圧側面プラットフォーム７に配向される。負圧側面プラットフォーム７において、冷却空気は、少なくとも１つのフィルムアパーチャ１５２を介して冷却フィルム１５０として排出され、負圧側面プラットフォーム７のフィルム冷却をもたらす。
【００２８】
中間ブレード負圧側面冷却回路１３０は、後方に流れる４経路蛇行回路を含むものとして説明されている。しかしながら、例えば、負圧側面キャビティ２２Ｃ〜２２Ｆを通る冷却空気の流れ方向を逆にすることによって与えられる前方に流れる４経路蛇行冷却回路を用いてもよい。
【００２９】
図７及び図８において、中間ブレード正圧側面冷却回路２３０を含む実施形態が示される。正圧側面冷却回路２３０は、前縁１４と後縁１６との間にある、多重壁ブレード６の正圧側面８に隣接して配置される。正圧側面冷却回路２３０は、正圧側面キャビティ２０Ｃ、２０Ｄ、及び２０Ｅによって形成される前方に流れる３経路蛇行回路である。
【００３０】
図１と共に図７及び図８を参照すると、例えば、ガスタービンシステム１０２（図１１）の圧縮機１０４によって生成される供給冷却空気２３２が、（例えば、少なくとも１つの冷却空気供給部を介して）シャンク４を通り、正圧側面キャビティ２０Ｅの基部２３４に送り込まれる。冷却空気２３２は、正圧側面キャビティ２０Ｅを通って多重壁ブレード６の先端領域３８に向かって半径方向外向きに流れる。転向部２３６は、冷却空気２３２を正圧側面キャビティ２０Ｅから正圧側面キャビティ２０Ｄに再配向する。冷却空気２３２は、正圧側面キャビティ２０Ｄを通って正圧側面キャビティ２０Ｄの基部２３８に向かって半径方向内向きに流れる。転向部２４０は、冷却空気２３２を正圧側面キャビティ２０Ｄの基部２３８から正圧側面キャビティ２０Ｃの基部２４２に再配向する。冷却空気２３２は、正圧側面キャビティ２０Ｃを通って多重壁ブレード６の先端領域３８に向かって半径方向外向きに流れる。転向部２４４は、冷却空気２３２を正圧側面キャビティ２０Ｃから中央キャビティ２６Ｂに再配向する。冷却空気２３２は、中央キャビティ２６Ｂを通って中央キャビティ２６Ｂの基部２４６に向かって半径方向内向きに流れる。
【００３１】
少なくとも１つの通路２４８は、中央キャビティ２６Ｂの基部２４６を正圧側面プラットフォーム５のコア２５０に流体結合する。冷却空気２３２は、通路２４８を通って正圧側面プラットフォームコア２５０に流入し、正圧側面プラットフォーム５を冷却する。次に、冷却空気２３２は、少なくとも１つのフィルムアパーチャ２５４（図１）を介して、正圧側面プラットフォーム５から冷却フィルム２５２として出て、正圧側面プラットフォーム５のフィルム冷却をもたらす。
【００３２】
中間ブレード正圧側面冷却回路２３０は、前方に流れる３経路蛇行回路を含むものとして説明されている。しかしながら、例えば、正圧側面キャビティ２０Ｃ〜２０Ｅを通る冷却空気の流れ方向を逆にすることによって与えられる後方に流れる３経路蛇行冷却回路を用いてもよい。
【００３３】
図９及び図１０において、後縁冷却回路３３０を含む実施形態が示される。後縁冷却回路３３０は、多重壁ブレード６の後縁１６に隣接して配置される。後縁冷却回路３３０は、後縁キャビティ２４Ａ、２４Ｂ及び２４Ｃによって形成される後方に流れる３経路蛇行回路である。
【００３４】
図１と共に図９及び図１０を参照すると、例えば、ガスタービンシステム１０２（図１１）の圧縮機１０４によって生成される供給冷却空気３３２が、（例えば、少なくとも１つの冷却空気供給部を介して）シャンク４（図１）を通り、後縁キャビティ２４Ａの基部３３４に送り込まれる。冷却空気３３２は、後縁キャビティ２４Ａを通って多重壁ブレード６の先端領域３８に向かって半径方向外向きに流れる。転向部３３６は、冷却空気３３２を後縁キャビティ２４Ａから後縁キャビティ２４Ｂに再配向する。冷却空気３３２は、後縁キャビティ２４Ｂを通って後縁キャビティ２４Ｂの基部３３８に向かって半径方向内向きに流れる。転向部３４０は、冷却空気３３２を後縁キャビティ２４Ｂの基部３３８から後縁キャビティ２４Ｃの基部３４２に再配向する。冷却空気３３２は、後縁キャビティ２４Ｃを通って半径方向外向きに流れる。冷却空気３３２は、少なくとも１つの後縁通路３４４を通って後縁キャビティ２４Ｃから多重壁ブレードの後縁１６へ排出される。
【００３５】
図１１は、本明細書で用いることができるガスターボ機械１０２の概略図を示す。ガスターボ機械１０２は、圧縮機１０４を含むことができる。圧縮機１０４は、流入する空気１０６の流れを圧縮する。圧縮機１０４は、圧縮空気１０８の流れを燃焼器１１０に送給する。燃焼器１１０は、圧縮空気１０８の流れと燃料１１２の加圧流とを混合して、混合気を点火し、燃焼ガス１１４の流れを生成する。単一の燃焼器１１０のみが図示されるが、ガスタービンシステム１０２は、あらゆる数の燃焼器１１０を含むことができる。次いで、燃焼ガス１１４の流れは、タービン１１６に送給され、該タービンは通常、複数のターボ機械ブレード２（図１）を含む。燃焼ガス１１４の流れは、タービン１１６を駆動して、機械的仕事を生成する。タービン１１６において生成された機械的仕事は、シャフト１１８を介して圧縮機１０４を駆動し、また、発電機及び／又は同様のものなどの外部負荷１２０を駆動するのに用いることができる。
【００３６】
様々な実施形態において、互いに「結合される」ものとして記載される構成要素は、１つ又はそれ以上の境界部に沿って接合することができる。一部の実施形態において、これらの境界部は、別個の構成要素間の接合部を含むことができ、他の場合では、これらの境界部は、堅固に及び／又は一体的に形成される相互接続部を含むことができる。すなわち、一部の場合において、互いに「結合される」構成要素は、単一の連続部材を定めるよう同時に形成することができる。しかしながら、他の実施形態では、これらの結合された構成要素は、別個の部材として形成されて、その後、既知のプロセス（例えば、締結、超音波溶接、接着）を通じて接合してもよい。
【００３７】
要素又は層が別の要素「の上にある」、「に係合される」、「に接続される」、又は「に結合される」と呼ばれる場合、要素又は層は、直接的に別の要素の上にあり、係合され、接続され、又は結合することができ、或いは、介在要素が存在してもよい。対照的に、要素が別の要素の「直接的に上にあり」、「直接係合され」、「直接接続され」、又は「直接結合される」と呼ばれる場合には、介在する要素又は層は存在しない。要素間の関係を記述するのに使用される他の用語は、同様に解釈すべきである（例えば、「間にある」と「直接間にある」、「隣接する」と「直接隣接する」、その他）。本明細書で使用される用語「及び／又は」は、関連して挙げられる要素の１つ又はそれ以上の要素の何れか及び全ての組み合わせを含む。
【００３８】
本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、「含む」及び／又は「備える」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成要素の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。
【００３９】
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、また、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、並びにあらゆる組み込み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。
【００４０】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
多重壁ブレードのための冷却システムであって、
正圧側面蛇行回路及び負圧側面蛇行回路を含む前縁冷却回路と、
負圧側面蛇行回路を含む第１の中間ブレード冷却回路と、
正圧側面蛇行回路を含む第２の中間ブレード冷却回路と、
後縁冷却回路と、
冷却空気を上記前縁冷却回路、上記第１の中間ブレード冷却回路、上記第２の中間ブレード冷却回路及び上記後縁冷却回路に供給するための少なくとも１つの空気供給部と、
を備える、冷却システム。
［実施態様２］
上記前縁冷却回路の上記正圧側面蛇行回路は、２経路蛇行回路を含み、上記前縁冷却回路の上記負圧側面蛇行回路は、２経路蛇行回路を含む、実施態様１に記載の冷却システム。
［実施態様３］
上記前縁冷却回路の上記正圧側面蛇行回路を出る冷却空気と、
上記前縁冷却回路の上記負圧側面蛇行回路を出る冷却空気と、
を収集するための中央キャビティと、
上記収集した冷却空気の第１の部分を上記多重壁ブレードの先端から先端冷却フィルムとして排出するための少なくとも１つの先端フィルムチャネルと、
上記収集した冷却空気の第２の部分を上記中央キャビティから上記多重壁ブレードの前縁キャビティに配向するための少なくとも１つのチャネルと、
上記収集した冷却空気の上記第２の部分を上記前縁キャビティから上記多重壁ブレードの前縁に排出し、上記前縁のフィルム冷却をもたらすための少なくとも１つの前縁フィルムチャネルと、
をさらに備える、実施態様１に記載の冷却システム。
［実施態様４］
上記第１の中間ブレード冷却回路の上記負圧側面蛇行回路は、４経路蛇行回路を含む、実施態様１に記載の冷却システム。
［実施態様５］
上記第１の中間ブレード冷却回路の上記負圧側面蛇行回路を出る冷却空気を上記多重壁ブレードの負圧側面プラットフォームに配向するための少なくとも１つのチャネルをさらに備える、実施態様１に記載の冷却システム。
［実施態様６］
上記冷却空気を上記多重壁ブレードの上記負圧側面プラットフォームから冷却フィルムとして排出するための、上記多重壁ブレードの上記負圧側面プラットフォームの表面内の少なくとも１つのフィルムアパーチャをさらに備える、実施態様５に記載の冷却システム。
［実施態様７］
上記第２の中間ブレード冷却回路の上記正圧側面蛇行回路は、３経路蛇行回路を含む、実施態様１に記載の冷却システム。
［実施態様８］
上記第２の中間ブレード冷却回路の上記正圧側面蛇行回路を出る冷却空気を受け取るための中央キャビティと、
上記受け取った冷却空気を上記中央キャビティから上記多重壁ブレードのプラットフォームコアに配向するための少なくとも１つのチャネルと、
冷却空気を上記プラットフォームコアから上記多重壁ブレードの正圧側面プラットフォームに冷却フィルムとして排出するための少なくとも１つのフィルムアパーチャと、
をさらに備える、実施態様１に記載の冷却システム。
［実施態様９］
上記後縁冷却回路は、蛇行回路を含む、実施態様１に記載の冷却システム。
［実施態様１０］
上記後縁冷却回路の上記蛇行回路からの冷却空気を上記多重壁ブレードの後縁から排出するための少なくとも１つの通路をさらに備える、実施態様１に記載の冷却システム。
［実施態様１１］
上記前縁冷却回路の上記正圧側面蛇行回路及び上記負圧側面蛇行回路は、後方に流れる２経路蛇行回路を含み、
上記第１の中間ブレード冷却回路の上記負圧側面蛇行回路は、後方に流れる４経路蛇行回路を含み、
上記第２の中間ブレード冷却回路の上記正圧側面蛇行回路は、前方に流れる３経路蛇行回路を含み、
上記後縁冷却回路の上記蛇行回路は、後方に流れる３経路蛇行回路を含む、実施態様１に記載の冷却システム。
［実施態様１２］
多重壁タービンブレードであって、
上記多重壁タービンブレード内に配置された冷却システム
を備え、上記冷却システムは、
正圧側面蛇行回路及び負圧側面蛇行回路を含む前縁冷却回路と、
負圧側面蛇行回路を含む第１の中間ブレード冷却回路と、
正圧側面蛇行回路を含む第２の中間ブレード冷却回路と、
後縁冷却回路と、
冷却空気を上記前縁冷却回路、上記第１の中間ブレード冷却回路、上記第２の中間ブレード冷却回路及び上記後縁冷却回路に供給するための少なくとも１つの空気供給部と、
を含む、多重壁タービンブレード。
［実施態様１３］
上記前縁冷却回路の上記正圧側面蛇行回路は、２経路蛇行回路を含み、上記前縁冷却回路の上記負圧側面蛇行回路は、２経路蛇行回路を含む、実施態様１２に記載の多重壁タービンブレード。
［実施態様１４］
上記前縁冷却回路の上記正圧側面蛇行回路を出る冷却空気と、
上記前縁冷却回路の上記負圧側面蛇行回路を出る冷却空気と、
を収集するための中央キャビティと、
上記収集した冷却空気の第１の部分を上記多重壁ブレードの先端から先端冷却フィルムとして排出するための少なくとも１つの先端フィルムチャネルと、
上記収集した冷却空気の第２の部分を上記中央キャビティから上記多重壁ブレードの前縁キャビティに配向するための少なくとも１つのチャネルと、
上記収集した冷却空気の上記第２の部分を上記前縁キャビティから上記多重壁ブレードの前縁に排出し、上記前縁のフィルム冷却をもたらすための少なくとも１つの前縁フィルムチャネルと、
をさらに備える、実施態様１２に記載の多重壁タービンブレード。
［実施態様１５］
上記第１の中間ブレード冷却回路の上記負圧側面蛇行回路は、４経路蛇行回路を含む、実施態様１２に記載の多重壁タービンブレード。
［実施態様１６］
上記第２の中間ブレード冷却回路の上記正圧側面蛇行回路は、３経路蛇行回路を含む、実施態様１２に記載の多重壁タービンブレード。
［実施態様１７］
上記第２の中間ブレード冷却回路の上記正圧側面蛇行回路を出る冷却空気を受け取るための中央キャビティと、
上記受け取った冷却空気を上記中央キャビティから上記多重壁ブレードのプラットフォームコアに配向するための少なくとも１つのチャネルと、
上記冷却空気を上記プラットフォームコアから上記多重壁ブレードの正圧側面プラットフォームに冷却フィルムとして排出するための少なくとも１つのフィルムアパーチャと、
をさらに備える、実施態様１２に記載の多重壁タービンブレード。
［実施態様１８］
上記後縁冷却回路は、蛇行回路を含む、実施態様１２に記載の多重壁タービンブレード。
［実施態様１９］
上記後縁冷却回路の上記蛇行回路からの冷却空気を上記多重壁ブレードの後縁から排出するための少なくとも１つの通路をさらに備える、実施態様１２に記載の多重壁タービンブレード。
［実施態様２０］
ターボ機械であって、
圧縮機構成要素と、燃焼器構成要素と、少なくとも１つが多重壁ブレードを有する複数のターボ機械ブレードを含むタービン構成要素とを含むガスタービンシステムと、
上記多重壁ブレード（６）内に配置された冷却システムと、
を備え、上記冷却システムは、
正圧側面蛇行回路及び負圧側面蛇行回路を含む前縁冷却回路と、
負圧側面蛇行回路を含む第１の中間ブレード冷却回路と、
正圧側面蛇行回路を含む第２の中間ブレード冷却回路と、
蛇行回路を含む後縁冷却回路と、
冷却空気を上記前縁冷却回路、上記第１の中間ブレード冷却回路、上記第２の中間ブレード冷却回路及び上記後縁冷却回路に供給するための少なくとも１つの空気供給部と、
を含む、ターボ機械。
【符号の説明】
【００４１】
２  ターボ機械ブレード
４  シャンク
５  正圧側面プラットフォーム
６  多重壁ブレード
７  負圧側面プラットフォーム
８  正圧側面
１０  負圧側面
１４  前縁
１６  後縁
１８  前縁キャビティ
２０Ａ〜２０Ｅ  正圧側面（壁近傍）キャビティ
２２Ａ〜２２Ｆ  負圧側面（壁近傍）キャビティ
２４Ａ〜２４Ｃ  後縁キャビティ
２６Ａ、２６Ｂ  中央キャビティ
３０  端部冷却回路
３２  冷却空気
３４  第１の部分
３６  第２の部分
３８  先端領域
４０  転向部
４２  基部
４４  通路
４６  転向部
４７  基部
４８  通路
５０  冷却空気
５２  第１の部分
５４  先端フィルムチャネル
５６  先端
５８  先端フィルム
６０  第２の部分
６２  衝突孔
６４  フィルム孔
１０２  ガスタービンシステム
１０２  ガスターボ機械
１０４  圧縮機
１０６  空気の流れ
１０８  圧縮空気
１１０  燃焼器
１１２  燃料
１１４  燃焼ガス
１１６  タービン
１１８  シャフト
１２０  外部負荷
１３０  負圧側面冷却回路
１３２  冷却空気
１３４  基部
１３６  転向部
１３８  基部
１４０  転向部
１４２  基部
１４４  転向部
１４６  基部
１４８  チャネル
１５０  冷却フィルム
１５２  フィルムアパーチャ
２３０  正圧側面冷却回路
２３２  冷却空気
２３４  基部
２３６  転向部
２３８  基部
２４０  転向部
２４２  基部
２４４  転向部
２４６  基部
２４８  通路
２５０  正圧側面プラットフォームコア
２５２  冷却フィルム
２５４  フィルムアパーチャ
３３０  端部冷却回路
３３２  冷却空気
３３４  基部
３３６  転向部
３３８  基部
３４０  転向部
３４２  基部
３４４  後縁通路
【図１】
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【図２】
2017115882.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017115882.tif 000009
【図８】
2017115882.tif 000010
【図９】
2017115882.tif 000011
【図１０】
2017115882.tif 000012
【図１１】
2017115882.tif 000013
【外国語明細書】
2017115882000001.pdf