(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根の下部（３）および羽根の上部（４）の間に径方向に延び、前縁（５）および後縁（６）を有する中空の流線型の壁（２）を含み、該前縁（５）および後縁（６）は互いに分離され且つ凹状の側壁（７）（下面）および凸状の側壁（８）（上面）により結合され、さらにまた、羽根の下部（３）から冷却空気を供給されて該側壁の内面に冷却空気を配向するための、該羽根の内部に設けられた冷却装置を含むタービンの羽根において、
該凹状の側壁（７）および凸状の側壁（８）を結合するとともに、該羽根（１）の内部を前縁（５）の近くに位置する上流の空洞（１１）と、径方向の二つの仕切り（９，１０）の間に位置する中央の空洞（１２）と、後縁（６）の側に位置する下流の空洞（１３）とに分割する径方向の二つの仕切り（９，１０）を羽根が含むこと、
上流の空洞（１１）および中央の空洞（１２）は、羽根の下部（３）に設けられた入り口（２２）から空気を供給され、この空気は次に、羽根の上部（４）に形成されたオリフィス（２０，２１）を通って該空洞（１１，１２）から排出され、一方で下流の空洞（１３）は、羽根の下部（３）に設けられ分離された入り口（２３）から空気を供給され、この空気は次に、後縁（６）に形成された複数のスリット（１９）から排出されること、
冷却装置は、
上流の空洞（１１）において、羽根の下部（３）および羽根の上部（４）の間に延びる螺旋状の勾配（３０）を含み、
中央の空洞（１２）において、径方向の仕切り（９，１０）の内壁に支持され且つ突出要素（４７）によって羽根（１）の側壁（７，８）から距離をおいて保持されるとともに、衝撃によりこれらの側壁（７，８）を冷却するための複数のオリフィス（４１）を羽根の側壁（７，８）に面して有するジャケット（４０）を含み、
下流の空洞（１３）において、該空洞（１３）の下端を塞ぐ横方向の仕切り（１７）と、該空洞（１３）を上流部分（１５）および後縁（６）近くの下流部分（１６）に分ける径方向の三つめの仕切り（１４）とを含み、これらの二つの部分（１５，１６）は、該三つめの仕切り（１４）の下部に備えられた開口部（１８）によって互いに連絡し、上流部分（１５）に面する羽根の側壁（７，８）は、留め金（２４）によって結合される二重表皮（７ａ，７ｂ；８ａ，８ｂ）からなり、この表皮の間を羽根の下部（３）から導入される冷却空気流が循環し、次いで、この冷却空気流は羽根の上部（４）の上流部分（１５）に入ってから該開口部（１８）を通って下流部分（１６）に入り、そこで複数のスリット（１９）から排出されること、
を特徴とするタービンの羽根。
【請求項２】
上流の空洞（１１）の内壁は、擾乱装置（３３，３４，３５）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の羽根。
【請求項３】
擾乱装置は、リブ（３３）からなることを特徴とする、請求項２に記載の羽根。
【請求項４】
擾乱装置は、羽根の内壁を螺旋勾配の心（３２）に結合する留め金（３４）からなることを特徴とする、請求項２に記載のタービンの羽根。
【請求項５】
擾乱装置は、ピン（３５）からなることを特徴とする、請求項２に記載の羽根。
【請求項６】
中央の空洞（１２）のジャケット（４０）は、羽根の下部（３）から送られる同一の空気流を連続して供給される並置された複数の区画（Ｃ１〜Ｃ７）を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の羽根。
【請求項７】
第一の区画を除く区画（Ｃ２〜Ｃ７）は、突出要素（４７）の下のジャケット（４０）の壁（４５，４６）に設けられたスリット（４２）により、羽根の側壁（７，８）に衝撃を与える先行区画（Ｃ１〜Ｃ６）からの空気流を供給され、突出要素は、横方向のリブからなることを特徴とする、請求項６に記載の羽根。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンエンジンの高圧タービンの羽根に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高圧タービンの固定および可動羽根は、燃焼室の燃焼ガスの高温にさらされる。これらの羽根の翼もまた、高圧コンプレッサで採取する冷却空気を供給する冷却装置を備える。この冷却空気は、羽根の内部に備えられる循環回路を通過し、次いで、羽根の間を循環する高温ガスの流れの中に排出される。
【０００３】
可動羽根では、冷却空気は羽根の下部から翼内に入るが、固定羽根では、冷却空気は固定羽根の、羽根の下部または上部にある台座から入ることができ、羽根の下部は、タービンの回転軸に最も近い羽根の端である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、冷却装置が冷却空気の容量を最適に利用することにより、通風量を減らし、従ってエンジンの効率を上げるタービンの羽根を提案することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのため本発明は、羽根の下部および羽根の上部の間に径方向に延び、前縁および後縁を有する中空の流線型の壁を含み、該前縁および後縁は互いに分離され且つ凹状の側壁（下面）および凸状の側壁（上面）により結合され、さらにまた、羽根の下部によって冷却空気を供給されて該側壁の内面に冷却空気を配向するための、該羽根の内部に設けられた冷却装置を含むタービンの羽根に関する。
【０００６】
本発明によれば、該凹状の側壁および凸状の側壁を結合するとともに、該羽根の内部を、前縁の近傍に位置する上流の空洞と、径方向の二つの仕切りの間に位置する中央の空洞と、後縁の側に位置する下流の空洞とに分割する径方向の二つの仕切りをこの羽根が含むこと、
上流の空洞および中央の空洞は、羽根の下部に設けられた入り口から空気を供給され、この空気は次に、羽根の上部に形成されたオリフィスを通って該空洞から排出され、一方で下流の空洞は、羽根の下部に設けられ分離された入り口から空気を供給され、この空気は次に、後縁に形成された複数のスリットから排出されること、
冷却装置は、
上流の空洞において、羽根の下部および羽根の上部の間に延びる螺旋状の勾配を含み、
中央の空洞において、径方向の仕切りの内壁に支持され且つ突出要素によって羽根の側壁から距離をおいて保持されるとともに、衝撃によりこれらの側壁を冷却するための複数のオリフィスを翼の側壁に面して有するジャケットを含み、
下流の空洞において、該空洞の下端を塞ぐ横方向の仕切りと、該空洞を上流部分および後縁近傍の下流部分に分ける径方向の三つめの仕切りとを含み、これらの二つの部分は、該三つめの仕切りの下部に備えられた開口部によって互いに連絡し、上流部分に面する羽根の側壁は、留め金によって結合される二重表皮からなり、この表皮の間を羽根の下部から導入される冷却空気流が循環し、次いで、この冷却空気流は羽根の上部の上流部分に入ってから該開口部を通って下流部分に入り、そこで複数のスリットから排出されること、
を特徴とする。
【０００７】
また上流の空洞の内壁は、擾乱装置を含む。これらの擾乱装置は、リブ、ピンまたは、羽根の内壁を螺旋勾配の心に結合する留め金から構成することができる。
【０００８】
中央の空洞のジャケットは、同一の空気流を連続して供給される並置された複数の区画を含む。第一の区画は羽根の下部から空気を供給され、それ以降の区画は、突出要素の下のジャケットの壁に設けられたスリットにより、羽根の側壁に衝撃を与える先行区画からの空気流を供給され、突出要素は横方向のリブからなる。
【０００９】
螺旋状の勾配は、前縁ゾーンで羽根を冷却するための内部交換係数を非常に高くすることができる。
【００１０】
中央の空洞に配置される縦続衝撃システムは、冷却空気が高温ガス流に再び入る前に冷却空気のあらゆる可能性を用いることができるものである。
【００１１】
下流の空洞に設けられる留め金システムでは、高温ゾーンの近傍で有効かつ極めて調整しやすい冷却空気システムが構成される。
【００１２】
これらの冷却技術を組み合わせることにより、冷却空気の可能性を最大限利用し、また機械寿命を最適にする熱を考慮した寸法決定によって、タービン羽根の通風を最適化することができる。
【００１３】
本発明による羽根の構想は、通風量を低減し、従ってエンジン効率をよくすることができる。
【００１４】
本発明の他の長所ならびに特徴は、添付図に関して限定的ではなく例証として挙げられた下記の説明を読めば明らかになろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図が示す高圧タービンの可動羽根１は、羽根の下部３および羽根の上部４の間に径方向に延びる、翼とも呼ばれる中空の流線型の壁２を含む。流線型の壁２は、四つの個別ゾーン、すなわち燃焼室からの高温ガス流に面して配置するための丸みを帯びた前縁５、前縁から離れた先細の後縁６、後縁を前縁に結合する下面と呼ばれる凹状の側壁７、および上面と呼ばれる凸状の側壁８を有する。
【００１６】
側壁７および８は、羽根１の内部を三個の空洞、すなわち前縁５のすぐ近くに位置する上流の空洞１１、二個の径方向の仕切り９，１０の間に位置する中央の空洞１２，および後縁６の側に位置する下流の空洞１３に分ける、径方向の二個の仕切り９，１０によって結合されている。下流の空洞１３は最も広く、羽根１の面積の約三分の二を占める。
【００１７】
さらに三つめの径方向の仕切り１４は、下流の空洞１３を上流部分１５と、後縁６の近傍の下流部分１６とに分ける。横方向の仕切り１７は、下流の空洞１３の下端を塞ぐ。上流部分１５および下流部分１６は、三つめの仕切り１４の下部に形成された開口部１８によって互いに連絡する。後縁６の先細になった部分に形成される複数のスリット１９は、下流の空洞１３の下流部分を、羽根１の側壁７，８に沿って流れる燃焼ガスの流れと連絡する。
【００１８】
かくして図１，２に示されるように、オリフィス２０が上流の空洞１１に面する羽根の上部４の壁に形成され、横長の形の第二のオリフィス２１は、羽根の上部４の中央の空洞１２の上に形成される。
【００１９】
羽根の下部３に形成される二個の分岐管２２，２３は、冷却空気供給用である。第一の管２２は、図２，１１に示されているように、上流の空洞１１および中央の空洞１２の下端に冷却空気を直接供給し、一方で第二の管２３は、羽根の上部４の近傍にある下流の空洞１３の上流部分１５に冷却空気を供給し、この冷却空気は、図１２〜１４に示されているように、上流部分１５に少なくとも面した留め金２４が結合する二重表皮からなる二個の側壁６，７の内部を通過する。
【００２０】
羽根１は、その中空の流線型の壁２について鑞付けにより後で結合される二個の羽根部品からなり、二個の羽根部品の切断は翼形中心線の位置で行われるか、あるいは羽根は、鋳造により製造可能である。
【００２１】
図２〜７に示されているように、前縁５の近傍に位置する上流の空洞１１は、螺旋状の勾配３０を介して対流により冷却される。
【００２２】
螺旋勾配３０は、鋳造により製造して一方の羽根部品と一体成形してもよいし、あるいは上流の空洞１１に適切にはめ込んで鑞付けしてもよい。
【００２３】
後者の場合、この通風システムの冷却の有効性を高めるために高伝導性の物質を用いることが有効である。
【００２４】
図３に示す螺旋勾配３０は、二個の縁３１ａ，３１ｂを含むが、この勾配３０は、必要に応じて一個の縁だけを有しても、あるいは二個以上の縁を有してもよい。
【００２５】
中央の本体３２、すなわち勾配３０の心は必ずしも円筒形ではなく、高さに対して断面を変化させることにより、冷却空気の通過断面を望み通りに調整し、それによって交換係数レベルを調節することができる。
【００２６】
上流の空洞１１において、冷却空気は、羽根の下部３から出て羽根の上部４で終わる「ウォーム」型の冷却システム内を循環し、冷却空気は羽根の上部でオリフィス２０から排出される。このシステムによって、冷却空気が流れる行程を著しく増加できるとともに、純粋に径方向の空洞内で得られる速度に比べて一定の冷却量で流出速度を速くすることができる。
【００２７】
交換係数レベルは、このようにして大きくされる。しかも、このような回転流は、前縁５の近傍で羽根の壁における交換を強める傾向があり、冷却空気は、遠心作用によって螺旋勾配３０の外部に噴出される。
【００２８】
図４〜７で示すように、螺旋勾配３０と組み合わせた複数の構成が提案されている。
【００２９】
図４において、螺旋勾配は、内壁が滑らかな上流の空洞１１内に設けられる。
【００３０】
図５では、傾斜したリブ型の擾乱装置３３が、上流の空洞１１の内壁あるいは螺旋勾配の上に配置されている。
【００３１】
図６では、擾乱装置は、上流の空洞１１の内壁を螺旋勾配３０の心３２に結合する留め金３４から構成可能であることが分かる。これらの留め金３４は、五点形すなわち五の目形に配置できる。
【００３２】
図７では、擾乱装置は、上流の空洞１１の内壁に、五の目形あるいはそれ以外の形に配置されたピン３５から構成可能であることが分かる。
【００３３】
上記の冷却装置は、前縁５のすぐ近くに位置する上流の空洞１１内に設けられる。このような装置はまた他の空洞に設けることもできるだろう。
【００３４】
この上流の空洞１１において冷却空気は、羽根の下部３から羽根の上部４に向かって遠心力を利用して循環する。しかしながら、このような循環は、たとえば特にタービンの案内羽根の固定羽根の場合に、逆にすることができる。同様に、羽根の下部または上部の冷却循環路を方向転換させるとともに空洞に複数の螺旋勾配を備えることもできる。
【００３５】
中央の空洞１２は、羽根の下部３に形成された管２２から空洞１２の内部に導入される冷却空気によって、縦続衝撃技術を用いて対流により冷却される。
【００３６】
図２および８〜１１は、ジャケット４０が中央の空洞１２に導入されていることを示す。このジャケット４０は、衝撃オリフィス４１およびスリット４２を形成するために予め穿孔した鋼板群を機械的に溶接組立して製造されるか、あるいは鋳造により直接製造することができる。
【００３７】
ジャケット４０は、煙突形で、向かい合った二個の側壁４３，４４が径方向の仕切り９，１０の内壁で支持され、向かい合った他の二個の壁４５，４６は、衝撃オリフィス４１およびスリット４２を含み、突出要素４７によって羽根１の側壁７，８から一定の距離をおいて保持される。この突出要素は、横方向のリブ型で、壁４５，４６に形成され、羽根の下部３および羽根の上部４の間に規則正しく配分されている。
【００３８】
ジャケット４０の内部空洞は、横方向の仕切り４８によって図１１のＣ１〜Ｃ７の一定数の区画に分割され、この仕切り４８は、羽根の下部３から一対の突出要素４７の下に各々配置され、羽根１の壁７，８に面した二個のスリット４２によりこれらの突出要素４７で分離される。上部の仕切り４８ａは、羽根の上部４を形成する壁から離れており、それによって空洞Ｃ７から排出された冷却空気がオリフィス２１から出られるようにしている。
【００３９】
中央の空洞１２における冷却空気の循環は次のように行われる。
【００４０】
冷却空気は、ジャケット４０の区画Ｃ１の管２２から導かれ、次に衝撃オリフィス４１によって区画Ｃ１から排出されることにより、羽根の下部３の近傍で羽根１の下面の内壁７および上面の内壁８に当たる。衝撃の後で、冷却空気は第一のスリット４２から第二の区画Ｃ２に入り、次いで区画Ｃ２の衝撃オリフィス２１から排出され、三つめの区画Ｃ３に入る。冷却空気はこのようにして上部の区画Ｃ７まで循環し、羽根の上部４の近傍で下面７および上面８の内壁に衝撃を与えてから、オリフィス２１を通って羽根１の外に排出される。
【００４１】
区画数は７個以外でもよく、衝撃オリフィス４１の数は、区画どうしで違っていてもよい。
【００４２】
上記のジャケット４０はまた、前縁または後縁近傍の空洞内に設けることもできる。ジャケット４０は、固定式のタービン翼列にも可動式のタービン翼列にも適合可能である。固定式のタービン翼列に対しては、羽根の上部４から供給を行うことができ、区画Ｃ１〜Ｃ７は、上記の例のように径方向に配置するか、または軸方向に前縁５から後縁６あるいはその反対に配置可能である。このような装置はまた、衝撃を分配する場合（数列のオリフィス）にも衝撃を集中する場合（一列だけのオリフィス）４１にも適用することができる。
【００４３】
下面７および上面８は、先に述べたように、下流の空洞１３の上流部分１５に、留め金２４で結合した二重表皮７ａ，７ｂおよび８ａ，８ｂを含む。内表皮７ｂ、８ｂは、横方向の仕切り１７によって羽根の下部３の近傍で結合されている。これらの二個の内表皮７ｂ、８ｂは、羽根の上部４の近くに通路５０ａ，５０ｂを保持しながら、羽根の上部４を形成する仕切りの近傍まで延び、羽根の下部３のオリフィス２３から導かれて下面７の表皮７ａ，７ｂおよび上面８の表皮８ａ，８ｂの間を遠心式に循環した冷却空気は、下流の空洞の上流部分１５内に排出される。冷却空気は、この上流部分１５を求心的に循環し、開口部１８から下流部分１６に入る。冷却空気は下流部分１６内を遠心式に上昇し、後縁６に形成されたスリット１９から高温ガスの流れの中に排出される。オリフィス２３から導かれる冷却空気は、横方向の仕切り１７によって二つの流れＢ１およびＢ２に分割される。これらの二つの流れＢ１およびＢ２は、多数の留め金２４を通って遠心式に循環する。留め金２４は、鋳込みの際に鋳造により得られる。留め金２４は、五の目形に配置してもよいし（図１３参照）あるいは直線状（図１４参照）に配置してもよい。留め金の形状は、円筒形でも正方形でも、細長くても任意でよい。この装置もまた、前縁まで延びるゾーンを冷却するために用いることができる。
【００４４】
内部冷却回路の構成は、はめ込み部品、螺旋勾配３０および機械溶接式のジャケット４０を一方の羽根部品の中に組み立て、この羽根部品に他方の羽根部品をはめ込み、部品全体を鑞付けすることによって行われる。冷却回路はまた、その全体もしくは一部を、鋳造により直接製造することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による羽根の上面図である。
【図２】図１のラインＩＩ−ＩＩに沿った軸方向の曲線面による、図１の羽根の軸方向の断面図である。
【図３】上流の空洞に取り付けられた螺旋状の勾配の斜視図である。
【図４】上流の空洞における螺旋勾配の構成と、様々なタイプの擾乱装置を示す、羽根の前縁の切欠図である。
【図５】上流の空洞における螺旋勾配の構成と、様々なタイプの擾乱装置を示す、羽根の前縁の切欠図である。
【図６】上流の空洞における螺旋勾配の構成と、様々なタイプの擾乱装置を示す、羽根の前縁の切欠図である。
【図７】上流の空洞における螺旋勾配の構成と、様々なタイプの擾乱装置を示す、羽根の前縁の切欠図である。
【図８】図２のラインＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿って羽根の下部から距離をおいた、羽根の横断面図である。
【図９】図２のラインＩＸ−ＩＸに沿って羽根の下部から距離をおいた、羽根の横断面図である。
【図１０】図２のラインＸ−Ｘに沿って羽根の下部から距離をおいた、羽根の横断面図である。
【図１１】図２のラインＸＩ−ＸＩに沿って中央の空洞の中央軸を通過する径方向の面によってなされた図２の羽根の断面図である。
【図１２】図２のラインＸＩＩ−ＸＩＩに沿った下流の空洞を切断する径方向の面による、図２の羽根の断面図である。
【図１３】図１２のラインＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿った、下流の空洞の外壁を形成する二重表皮の中央面による断面図である。
【図１４】二重表皮を結合する留め具の別の構成を示す、図１３と同様の図である。
【符号の説明】
１  羽根
２  流線型の壁
３  羽根の下部
４  羽根の上部
５  前縁
６  後縁
７，８  側壁
７ａ，７ｂ；８ａ，８ｂ  二重壁
９，１０  仕切り
１１  上流の空洞
１２  中央の空洞
１３  下流の空洞
１４  三つめの仕切り
１５  上流部分
１６  下流部分
１７  仕切り
１８  開口部
１９  スリット
２０，２１  オリフィス
２３  入り口
２４，３４  留め金
３０  螺旋勾配
３２  螺旋勾配の心
３３  リブ
３５  ピン
４０  室
４２  スリット
４５，４６  壁
４７  突出要素
Ｃ１〜Ｃ７  区画
【図１】
0003735201.tif 000002
【図２】
0003735201.tif 000003
【図３】
0003735201.tif 000004
【図４】
0003735201.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003735201.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0003735201.tif 000012
【図１２】
0003735201.tif 000013
【図１３】
0003735201.tif 000014
【図１４】
0003735201.tif 000015