(57)【要約】【課題】タービン部品のフィルム冷却について開示する。【解決手段】本タービン部品（１０）は、流路表面（１４）と該流路表面内に配置されたトレンチ（１８）とを含む。少なくとも１つの冷却貫通孔（２４）は、トレンチ（１８）内に設置されかつタービン部品（１０）の流路表面（１４）上に冷却流（３０）を噴射することができる。冷却流（３０）は、流路表面（１４）上に冷却フィルムを形成する。タービン部品（１０）を冷却する方法は、タービン部品（１０）のトレンチ（１８）内に配置された少なくとも１つの冷却貫通孔（２４）を通して該タービン部品（１０）の流路表面（１４）上に冷却流（３０）を噴射するステップを含む。冷却フィルムが、流路表面（１４）と高温ガス流（２４）との間に冷却流（３０）によって形成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン部品（１０）であって、
流路表面（１４）と、
前記流路表面（１４）内に配置されたトレンチ（１８）と、
前記トレンチ（１８）内に配置された少なくとも１つの冷却貫通孔（２４）と、を含み、
前記少なくとも１つの冷却貫通孔（２４）が、該タービン部品（１０）の流路表面（１４）と流体連結されかつ該流路表面（１４）上に冷却フィルムを生成することができる、
タービン部品（１０）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの冷却貫通孔（２４）の下流に配置されて前記流路表面（１４）にわたって前記冷却フィルムを広げる少なくとも１つのフローダイバータ（３２）を含む、請求項１記載のタービン部品（１０）。
【請求項３】
前記少なくとも１つのフローダイバータ（３２）が、下流壁（３４）から側壁角度（３８）で延びる２つのダイバータ側壁（３６）を含む、請求項２記載のタービン部品（１０）。
【請求項４】
各ダイバータ側壁（３６）が、隣接するフローダイバータ（３２）の隣接するダイバータ側壁（３６）に向かって延びる、請求項３記載のタービン部品（１０）。
【請求項５】
各フローダイバータ（３２）が、対応する冷却貫通孔（２４）とほぼ同じ側方位置に配置される、請求項４記載のタービン部品（１０）。
【請求項６】
前記少なくとも１つのフローダイバータ（３２）の少なくとも一部分が、対応する冷却貫通孔（２４）内に配置される、請求項５記載のタービン部品（１０）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの冷却貫通孔（２４）が、楕円形状の出口を有する、請求項１記載のタービン部品（１０）。
【請求項８】
タービン部品（１０）を冷却する方法であって、
前記タービン部品（１０）のトレンチ（１８）内に配置された少なくとも１つの冷却貫通孔（２４）を通して該タービン部品（１０）の流路表面（１４）上に冷却流（３０）を噴射するステップと、
前記流路表面（１４）と高温ガス流（１２）との間に冷却フィルムを形成するステップと、
を含む方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの冷却貫通孔（２４）の下流に配置された少なくとも１つのフローダイバータ（３２）と接触状態になるように前記冷却フィルムを流すステップと、
前記少なくとも１つのフローダイバータ（３２）によって前記流路表面（１４）にわたって前記冷却フィルムを広げるステップと、
を含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
対応する冷却貫通孔（２４）内に少なくとも部分的に配置された前記少なくとも１つのフローダイバータ（３２）によって前記冷却流（３０）を分割するステップを含む、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題発明は、タービンに関する。より具体的には、本主題発明は、タービン部品のフィルム冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばガスタービンなどのタービンの高温ガス通路内の部品は、低サイクル疲労割れ発生、クリープ破壊及び／又は酸化などが生じる高温を受け、このことが、部品の早期破損を引き起こす。多くの場合、それら部品の有効寿命を延ばすために高温ガス通路部品を冷却する１つ又はそれ以上の方法が採用される。１つのそのような方法は、フィルム冷却である。フィルム冷却は、部品の表面内の孔を通して、燃焼器をバイパスする圧縮機抽気流のような空気源から空気を噴射することによって達成される。比較的低温の空気が、高温ガス通路に流入しかつ高温ガスと部品との間に断熱層を形成して部品内に入る熱流束を減少させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６９８４１００号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、圧縮機から抽気される空気ボリュームの増加は、タービン効率全体に対して悪影響を有する。従って、フィルム冷却の有効性を増大させて、許容可能な冷却量を達成するために圧縮機から抽気しかつ孔を通して噴射するのに必要な空気をより少なくするようにすることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
タービン部品は、流路表面と該流路表面内に配置されたトレンチとを含む。少なくとも１つの冷却貫通孔は、トレンチ内に設置されかつタービン部品の流路表面上に冷却流を噴射することができる。冷却流は、流路表面上に冷却フィルムを形成する。
【０００６】
タービン部品を冷却する方法は、タービン部品のトレンチ内に配置された少なくとも１つの冷却貫通孔を通して該タービン部品の流路表面上に冷却流を噴射するステップを含む。冷却フィルムが、流路表面と高温ガス流との間に冷却流によって形成される。
【０００７】
これらの及びその他の利点及び特徴は、図面に関連させてなした以下の説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】フィルム冷却用のフローダイバータを有するタービン部品の実施形態の部分斜視図。
【図２】図１のタービン部品の断面図。
【図３】図１のタービン部品の軸線方向断面図。
【図４】フィルム冷却用のフローダイバータを有するタービン部品の別の実施形態の部分斜視図。
【図５】図４のタービン部品の別の実施形態の部分斜視図。
【図６】フィルム冷却用のフローダイバータを有するタービン部品のさらに別の実施形態の部分斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の前述の及びその他の目的、特徴及び利点は、添付図面に関連させてなした以下の詳細な説明から明らかである。
【００１０】
詳細な説明は、図面を参照して実施例によって、その利点及び特徴と共に本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
図１には、例えばタービン翼形部１０などのタービン部品の部分図を示している。高温ガス流１２は、タービン翼形部１０の外側表面１４を横切って流れ方向１６に進む。少なくとも１つのトレンチ１８が、タービン翼形部１０内に配置され、かつ幾つかの実施形態ではタービン翼形部１０からほぼ半径方向外向きに延びる上流トレンチ壁２０と、少なくとも１つの下流トレンチ表面２２とによって形成される。少なくとも１つの冷却貫通孔２４が、トレンチ１８内に配置される。図１では、複数の冷却貫通孔２４が、ほぼ一列になってトレンチ１８に沿って半径方向に延びるように配置されるが、本開示の技術的範囲内で、トレンチ１８内の冷却貫通孔２４のその他の構成が考えられる。冷却貫通孔２４は、図１に示すように楕円形開口を有することができ、或いは冷却貫通孔２４からの所望の流れに応じて円形又はその他の形状の開口を有することができる。さらに、図２に示すように、冷却貫通孔２４は、冷却貫通孔２４を通る流れがより滑らかになるのを可能にするために外側表面１４に対して垂直でない軸線２６を有することができる。
【００１２】
再び図１を参照すると、下流トレンチ表面２２は、トレンチフロア２８から半径方向外向きに傾斜している。これにより、冷却貫通孔２４から流出する冷却流３０が外側表面１４から離れかつ高温ガス流１２内に吹飛ぶのが防止される。少なくとも１つのフローダイバータ３２が、下流トレンチ表面２２に配置される。各フローダイバータ３２は、図１の実施形態では流れ方向１６において軸方向下流に配置されかつ該流れ方向１６に対してほぼ垂直であって、冷却貫通孔２４から流出する冷却流３０が図１に示すように迂回又は分割される下流壁３４を含む。幾つかの実施形態では、下流壁３４は、対応する冷却貫通孔２４とほぼ同じ側方位置に配置される。冷却流３０は、下流壁３４の周りで側方方向に分割されかつ下流トレンチ表面２２に沿って流れる。冷却流３０の一部分は、下流壁３４の半径方向外寄りを流れかつ外側表面１４に沿って進むことができる。各フローダイバータ３２は、２つのダイバータ側壁３６を含む。各ダイバータ側壁３６は、幾つかの実施形態では隣接するフローダイバータ３２のダイバータ側壁３６に向かうようにすることができる下流壁３４から側壁角度３８で延びる。図１に示す実施形態では、両側壁角度３８は等しくなっているが、１つ又はそれ以上の側壁３６の側壁角度３８が異なるような実施形態も本発明の技術的範囲内であることを意図していることを理解されたい。フローダイバータ３２を利用することにより、冷却流３０がタービン翼形部１０のより大きな部分にわたって広がり、従ってより効率的なタービン翼形部１０の冷却が得られる。下流壁３２の幅４０及び／又は側壁角度３８は、冷却流３０の所望の広がり量が得られるように変化させることができる。さらに、図３に示すように、隣接するフローダイバータのダイバータ側壁３６は、高温ガス流１２が冷却流３０と下流トレンチ表面２２との間を流れるのを防止し、従って高温ガス流１２と冷却流３０とが混合するのを防止する流れチャネル４２を形成する。
【００１３】
次に図４を参照すると、別の実施形態では、各フローダイバータ３２は、軸方向下流でありかつ対応する冷却貫通孔２４とほぼ同じ側方位置に設置された頂点４４において収束する２つのダイバータ側壁３６を含み、冷却貫通孔２４から流出する冷却流３０が図４に示すように分割又は迂回される。各ダイバータ側壁３６は、側壁角度３８で配置されかつ隣接するフローダイバータ３２のダイバータ側壁３６に向かって延びる。頂点４４を備えたフローダイバータ３２は、冷却貫通孔２４の出口において冷却流３０内に渦流が形成されるのを防止すると同時に、冷却流３０が、タービン翼形部１０の大きな部分にわたって広がるようする。次に図５を参照すると、各頂点４４は、少なくとも部分的に対応する冷却貫通孔２４内に配置することができる。この構成のフローダイバータ３２は、冷却流３０が冷却貫通孔２４から流出した時に、冷却流３０を分割又は迂回させることができる。
【００１４】
図６に示す別の実施形態では、各フローダイバータ３２は、２つの冷却貫通孔２４のほぼ側方方向間に配置される。上述したように、各フローダイバータ３２は、下流壁３４と、側壁角度３８で配置された２つのダイバータ側壁３６とを含む。この実施形態では、側壁角度３８により、各ダイバータ側壁３６が同一のフローダイバータ３２の他方のダイバータ側壁３６と収束する方向に向かって延びる。この実施形態では、冷却流３０は、冷却貫通孔２４から流出する時に分割されずに、隣接するフローダイバータ３２間で流れチャネル４２を横切って広がっている。
【００１５】
上述したように、冷却貫通孔２４は、多くの形状を有することができる。図６に示す冷却貫通孔２４は、該冷却貫通孔２４の下流出口部分に設置された拡散表面４６を含み、拡散表面４６は、トレンチフロア２８の下方に半径方向内向きに傾斜している。拡散表面４６を備えた冷却貫通孔２４は、冷却貫通孔２４から外側表面１４まで冷却流３０のさらに滑らか移行をもたらして、冷却流３０の高温ガス流内への吹飛びを防止する。図６に示す実施形態では、拡散表面の端縁部４８は、ダイバータ側壁３６と同一平面になっているがダイバータ側壁３６に対する端縁部４８のその他の構成及び配列も、本発明の技術的範囲内であることを意図している。
【００１６】
幾つかの実施形態では、タービン翼形部１０は、基体層５０と、基体層５０に付加的熱保護を与える断熱皮膜（ＴＢＣ）を含むことができる皮膜層５２とを含む。図６に示すように、冷却貫通孔２４は基体層５０内に配置されるが、フローダイバータ３２、上流トレンチ壁２０及び下流トレンチ表面２２は、皮膜層５２内に配置され、ＴＢＣで形成することができる。
【００１７】
限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、ここまでに説明していない幾つもの変更形態、変形形態、置換え及び均等な構成を組込むように修正することができるが、それらは、本発明の技術思想及び技術的範囲に相応している。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は記載した実施形態の幾つかのみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、前述の説明によって限定されるものと見なすべきではなく、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００１８】
１０  タービン翼形部
１２  高温ガス流
１４  外側表面
１６  流れ方向
１８  トレンチ
２０  上流トレンチ壁
２２  下流トレンチ表面
２４  冷却貫通孔
２６  軸線
２８  トレンチフロア
３０  冷却流
３２  フローダイバータ
３４  下流壁
３６  ダイバータ側壁
３８  側壁角度
４０  幅
４２  流れチャネル
４４  頂点
４６  拡散表面
４８  端縁部
５０  基体層
５２  皮膜層
【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】
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