JP2001107705A - 冷却回路及び冷却可能な壁 - Google Patents

冷却回路及び冷却可能な壁

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JP2001107705A
JP2001107705A JP2000303468A JP2000303468A JP2001107705A JP 2001107705 A JP2001107705 A JP 2001107705A JP 2000303468 A JP2000303468 A JP 2000303468A JP 2000303468 A JP2000303468 A JP 2000303468A JP 2001107705 A JP2001107705 A JP 2001107705A
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cooling
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pedestal
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JP2000303468A
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William S Kvasnak
エス．ヴァスナック ウィリアム
Ronald S Lafleur
エス．ラフリュー ロナルド
Friedrich O Soechting
オウ．ソーチティング フレッドリッチ
Christopher R Joe
アール．ジョー クリストファー
Joe Moroso
モロソ ジョー
Douglas A Hayes
エイ．ハイエス ドウグラス
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 壁の内部に対流冷却を提供する、壁の冷却装
置及び方法を提供する。 【解決手段】 第１の壁部と第２の壁部の間に、１つま
たはそれ以上の入口開口部（４０）と１つまたはそれ以
上の出口開口部（４４）を含む冷却回路（２２）を設け
る。入口開口部（４０）は、冷却回路（２２）に入る冷
却空気流路を提供し、出口開口部（４４）は、冷却回路
（２２）から出る冷却空気流路を提供する。冷却回路
（２２）は、第１の壁部と第２の壁部の間に延びる複数
の第１のペデスタル（３４）を含む。これらの第１のペ
デスタルは、１つまたはそれ以上の列（４８）に配置さ
れている。１つの形態では、いずれの列（４８）におけ
る隣接する第１のペデスタルも、列内距離（５０）によ
って互いに分離されており、隣接する列（４８）におけ
る隣接するペデスタル（３４）は、列間距離（５２）に
よって分離されている。列内距離（５０）は、列間距離
（５２）よりも大きい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、ガスター
ビンエンジンに関し、特に、ガスタービンエンジンの壁
の内部に設けられた冷却回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的なガスタービンエンジンは、共通
の長手方向軸に沿って設けられたファン、コンプレッ
サ、燃焼器、及びタービンを含む。ファンとコンプレッ
サの各セクションは、エンジンに引き込まれた空気に働
きかけて、空気の圧力及び温度を上昇させる。続いて、
圧縮された空気に燃料が加えられ、この混合物が燃焼器
で燃焼される。以下で総称してコアガスと呼ばれる燃焼
生成物及び未燃空気は、次にタービンを駆動し、最後に
エンジンから排気されるときに推力を生じさせる。ター
ビンは、ロータアセンブリと固定ベーンアセンブリとを
それぞれ含む複数の段を有する。タービンを通過するコ
アガスが、タービンロータを回転させ、ロータによって
エンジンの他の部分が駆動されるのを可能とする。ロー
タアセンブリの前方または後方に位置する固定ベーンア
センブリは、ロータアセンブリに流入またはここから流
出するコアガスの流れを導く。ブレード外側空気シール
を含むライナは、エンジンに亘って延びるコアガス流路
内にコアガスの流れを維持する。
【０００３】非常に高温のコアガスの流れが、燃焼器、
タービン、及びノズルを通過するので、これらのセクシ
ョンを冷却することが必要となる。燃焼器及びタービン
の部材は、局部的なコアガスよりも低い温度でかつ高い
圧力でコンプレッサの段からブリードされた空気によっ
て冷却される。ノズル（及び用途によってはオーグメン
タ）は、コンプレッサの段ではなくファンからブリード
された空気を利用して冷却されることもある。コンプレ
ッサ（またはファン）の加圧空気を冷却目的で利用する
ことには、トレードオフがある。一方では、コンプレッ
サのブリード空気の低い温度によって、エンジンの耐久
性を向上させる有益な冷却が得られる。他方では、コン
プレッサのブリード空気が、コアガス流路内で本来行い
得る仕事をしないので、結果としてエンジン効率が低下
してしまう。このことは、特に、効果的でない冷却によ
って、過剰なブリード空気が冷却目的で使用される場合
に起こる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】効果的でない冷却の１
つの理由としては、壁の冷却に冷却空気のフィルムを利
用する用途において、フィルム特性が悪いことが挙げら
れる。多くの場合には、壁面に沿ってフィルム冷却を行
うことが望ましい。壁面に沿って移動する冷却空気のフ
ィルムは、冷却の均一性を向上させるとともに通過する
熱いコアガスから壁を守る。しかし、当業者であれば分
かるように、乱流を含むガスタービンの環境では、フィ
ルム冷却を行うとともにこれを維持することは困難であ
る。ほとんどの場合には、フィルム冷却用の空気は、壁
を貫通する冷却孔からブリードされる。“ブリード”と
いう用語は、エアフォイルの内部キャビティから冷却空
気を外に導くための圧力差が小さいことを表している。
【０００５】冷却孔を用いて冷却空気のフィルムを形成
することに関連する問題の１つは、フィルムが冷却孔に
亘る圧力差の影響を受けやすいことである。冷却孔に亘
る圧力差が大きすぎる場合には、冷却空気のフィルムの
形成が促進されずに、通過するコアガス内に空気が噴射
されてしまう。逆に、圧力差が小さすぎる場合には、僅
かな冷却空気流しか冷却孔を通らず、また、更に悪い場
合には、熱いコアガスが流入してしまう。いずれの場合
も、フィルムの冷却効率に悪影響が及ぼされる。冷却孔
を用いてフィルム冷却を行うことに関連する他の問題
は、冷却空気が連続的な線に沿ってではなく、不連続な
点から放出されることである。各冷却孔の間の間隙やこ
れらの間隙のすぐ下流の領域は、冷却孔や冷却孔のすぐ
下流の領域よりも受ける冷却空気が少ないので、熱によ
る劣化が生じやすい。
【０００６】効果的でない冷却の他の原因には、現行の
設計に、必要な箇所に冷却を提供することができないも
のがあることが挙げられる。図６を参照すると、従来の
エアフォイルでは、通常、後縁の冷却開口部が、上流の
第１のキャビティと外側面の正圧側との間に延びてい
る。後縁の冷却開口部は、一般に、計量部と計量部の下
流のディフューザを備える。ディフューザは、上流側端
部と下流側端部を含む表面プロファイルを有する。一般
的な運転条件の下では、上流側端部における静圧
（Ｐ1）は、計量部の出口における静圧（Ｐ2）よりも大
きく、計量部の入口における静圧（Ｐ3）は、計量部の
出口における静圧（Ｐ2）以下であり、計量部の入口に
おける静圧（Ｐ3）は、キャビティにおける静圧（Ｐ4）
に等しい。相対的な静圧の値は、Ｐ1＞Ｐ2，Ｐ2≧Ｐ3，
Ｐ3＝Ｐ4のように表すことができる。これらの圧力は、
流れの静圧を表し、特定位置における全圧に等しいとは
限らない。全圧とは、特定位置における流れの動圧と静
圧の和である。動圧は、特定位置における流速を考慮
し、流れの運動エネルギを表す。
【０００７】上述の圧力プロファイルが存在する用途で
は、開口部にわたる圧力差のために、第１のキャビティ
とエアフォイルの外側面との間に冷却開口部を配置する
ことができない。より詳細には、第１のキャビティにお
ける静圧Ｐ4よりも外側面における静圧Ｐ1が大きくなる
（即ちＰ1＞Ｐ4）ことによって、開口部を通って望まし
くない熱ガスの流入が起こってしまう。後縁の上流の冷
却開口部は、第１のキャビティの上流の第２のキャビテ
ィに接続する必要があり、この第２のキャビティは、後
縁における静圧（Ｐ1）よりも大きい静圧（Ｐ5）を有す
る冷却空気を含んでいる（Ｐ5＞Ｐ1）。実施上の理由に
より、第２のキャビティに接続された冷却開口部は、後
縁の冷却開口部から比較的長い距離によって離間されて
いる。これらの開口部から放出される冷却空気は、正圧
側に設けられた後縁の冷却開口部の上流の領域を冷却す
るのに有効でない。
【０００８】従って、従来の冷却機構よりも少ない冷却
空気を使用し、かつより大きな冷却効果を提供するとと
もに、冷却空気の均一なフィルムが形成されるのを促進
し、また、冷却開口部の位置の変更に柔軟に対応できる
冷却装置及び方法が求められている。
【０００９】従って、本発明の目的は、壁の内部に対流
冷却を提供する、壁の冷却装置及び方法を提供すること
である。
【００１０】本発明の他の目的は、壁に沿ったフィルム
冷却を開始する装置及び方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によると、第１の
壁部と第２の壁部の間に、１つまたはそれ以上の入口開
口部と１つまたはそれ以上の出口開口部を含む冷却回路
が設けられる。入口開口部は、冷却回路に入る冷却空気
流路を提供し、出口開口部は、冷却回路から出る冷却空
気流路を提供する。冷却回路は、第１の壁部と第２の壁
部の間に延びる複数の第１のペデスタルを含む。これら
の第１のペデスタルは、１つまたはそれ以上の列に配置
されている。本発明の１つの形態では、いずれの列にお
ける隣接する第１のペデスタルも、列内距離によって互
いに分離されており、隣接する列における隣接するペデ
スタルは、列間距離によって分離されている。列内距離
は、列間距離よりも大きい。
【００１２】本発明の他の形態では、隣接する列におけ
る隣接する第１のペデスタル間に形成された流路は、こ
の流路を通過する冷却空気を拡散させるディフューザ
と、冷却空気流を加速させる一対のスロート部と、を含
む。
【００１３】本発明の冷却回路の利点は、冷却回路の後
方におけるフィルム冷却層の均一性を促進する点であ
る。（フィルム層の均一性につながる）フィルム冷却の
発達を促進する本発明の冷却回路の１つの形態は、ペダ
スタルの間隔である。経験から、以下で説明する列間及
び列内のペダスタルの間隔は、従来のどのような冷却機
構よりも良好に冷却空気の側方への分散を促進する。側
方への分散が増加することにより、冷却回路の後方でよ
り均一なフィルム冷却が得られる。
【００１４】冷却回路の後方においてフィルム冷却層の
均一性を促進する本発明の冷却回路の他の形態は、区画
化された冷却回路である。各冷却回路は、入口開口部と
出口開口部との間で圧力が段階的に降下するように設計
された独立した区画となっている。このような段階的な
圧力降下によって、冷却回路への冷却空気の前方の流れ
が常に存在する可能性が増加する。回路を通る冷却空気
の前方への流れは、続いて、回路の後方で冷却回路がフ
ィルム冷却を生じさせる能力に良好な影響を与える。
【００１５】入口開口部に亘って圧力降下を低くする本
発明の能力は、他の大きな利点をも提供する。当業者で
あれば分かるように、従来の冷却流路を形成するために
使用される従来の鋳造コアは、強度が弱いために取り扱
いが困難であることが周知である。（相当の圧力降下を
生じさせるため）入口開口部の直径は、小さく設けられ
ているので、入口開口部を形成するために使用される部
分において従来の鋳造コアは特に弱くなっている。本発
明の冷却回路では、冷却性能を犠牲にすることなく、入
口開口部の直径を従来よりもかなり大きく設けることが
可能となる。本発明によって可能となるより強度が高い
鋳造コアによって、鋳造の歩どまりが５０％ほど増加す
ることが分かっている。
【００１６】本発明の実施例には、冷却回路の後方のフ
ィルム冷却層における均一性を促進するように特化した
出口開口部を含む。ペデスタルの最も後方の列は、冷却
回路の幅に亘って交互に組み合わさって設けられた第２
のペデスタルと第３のペデスタルを含む。第２及び第３
のペデスタルに衝突する冷却空気流は、隣接する第２及
び第３のペデスタルのヘッド部の間の初期流路を通過
し、続いて直線状流路セクションを通過し、最後にディ
フューザ流路セクションを通過する。初期流路セクショ
ンは、冷却空気が出口開口部に流入するときに冷却空気
を計量する実質的に一定の断面積を有する。初期流路セ
クションは、各ペデスタルのヘッド部の後方における流
れの分離を最小とするために、ある距離に亘ってペデス
タルのヘッド部の形状に沿って設けられる。とがってい
ないペデスタル本体の後方における流れの分離は、望ま
しくない冷却特性を生じさせるおそれがある。直線状流
路セクションは、初期セクションと実質的に同一の断面
積を有する。従って、直線状のセクションを通過する流
体は、加速することなく、ディフューザ流路セクション
に流入する前にどちらかというと減速し、大きな圧力損
失はない。初期流路セクションから流出する流れに存在
し得る入口効果は、ディフューザ流路セクションに到達
する前に直線状流路セクション内で実質的に減少する。
従って、直線状流路セクションは、従来の広がった冷却
開口部の計量部とは異なる機能を担う。従来の広がった
冷却孔の計量部は、計量部を通過する流体の圧力を減少
させるために使用される。この計量部に亘る圧力の低下
は、計量部を通過する流体の加速（即ち速度の正方向へ
の変化）を伴う。流体の速度の変化による影響の１つ
は、速度プロファイルの境界層において入口効果が生じ
ることである。経験からは、入口効果によって特徴づけ
られる流体がディフューザに流入すると、比較的減速し
た流れに比べて均一に拡散しないことが分かっている。
更に、減速した流れがディフューザ部に流入すると、比
較的容易に拡散し、結果として冷却回路の後方のフィル
ム冷却層において均一性をより大きく促進することが分
かっている。
【００１７】隣接する第１のペデスタル間の流路にディ
フューザセクションを含む本発明の冷却回路の実施例
は、対流冷却を促進する点で更に利点を提供する。第１
のペデスタル間の各流路は、一対のスロート部の間に設
けられたディフューザを含む。上流のスロート部を通過
する流れは、ディフューザで減速し、続いて下流のスロ
ート部の通過時に加速する。ディフューザをこのように
スロート部の間に設けることによって、各流路内に過渡
的な流体速度を有する少なくとも２つの領域が形成され
る。過渡的な流体速度を有するこれらの領域は、直線状
の流路において同様の条件下で完全に発達した流体の流
れに対応する対流熱伝達率よりも、高い平均対流熱伝達
率を有する境界層入口効果によって特徴づけられる。熱
伝達率がより高いことによって、流路内の熱伝達率が個
々に良好に影響されるとともに、冷却回路内の熱伝達率
が全体として良好に影響される。
【００１８】本発明の冷却回路の他の利点は、冷却開口
部の配置に関して柔軟性を提供する点である。上述のよ
うに、エアフォイルの最も熱い領域は、エアフォイルの
正圧面に設けられた後縁の冷却開口部のすぐ上流の領域
である。本発明の冷却回路の区画化された特性及びその
内部で生じる段階的な圧力降下によって、冷却回路内に
追加の冷却開口部を設けることが可能となる。エアフォ
イルの後縁に沿って設けられた冷却回路の用途では、後
縁の出口のすぐ上流における追加の開口部によって、エ
アフォイルの最も熱い領域に冷却空気を供給することが
できる。
【００１９】本発明に係る上記及びその他の目的、特
徴、及び利点は、以下の実施の形態及び添付図面によっ
てより明らかとなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１，図２を参照すると、ガスタ
ービンエンジン１０は、ファン１２、コンプレッサ１
４、燃焼器１６、タービン１８、及びノズル２０を含
む。コアガスの温度が非常に高いので、燃焼器１６内及
びその後方においてコアガスにさらされる部材の多くが
冷却される。例えば、タービン１８内の最初のロータ段
２２及びステータベーン段は、タービン１８を通過する
コアガスよりも高圧力でかつ低温でコンプレッサ段１６
からブリードされる冷却空気によって冷却される。冷却
空気は、壁の内部に設けられた複数の冷却回路２２（図
２参照）を通り、壁から冷却空気へと熱エネルギが伝達
される。冷却回路２２は、冷却を要するどのような壁２
４にも設けることができるが、多くの場合、このような
壁２４は、一方の面がコアガスの流れにさらされ、他方
の面が冷却空気にさらされている。詳細な例を提供する
ために、本発明に係る冷却回路２２は、ステータベーン
またはロータブレードのエアフォイル部２５の壁内に設
けた場合に関して説明する。しかし、本発明の冷却回路
２２は、これらの用途に限定されるものではなく、高温
の環境にさらされる（プラットフォーム、ライナ、ブレ
ードシールなどの）他の壁で使用することもできる。
【００２１】図３〜図５を参照すると、冷却回路２２
は、前方端部２６、後方端部２８、第１の面３０、第２
の面３２、及び第１の壁部３６と第２の壁部３８（図４
参照）との間に延びる複数の第１のペデスタル３４を含
む。冷却回路２２は、その前方端部２６と後方端部２８
との間で長さ方向に延びるとともに、その第１の面３０
と第２の面３２との間で幅方向に延びる。少なくとも１
つの入口開口部４０が冷却回路２２の前方端部２６とエ
アフォイル２５のキャビティ４２（図４参照）との間に
延びて、エアフォイル２５のキャビティ４２から前方端
部２６への冷却空気流路を提供する。複数の出口開口部
が、第２の壁部３８を貫通しており、冷却回路２２の後
方端部２８から壁の外側のコアガス流路への冷却空気流
路を提供している。場合により、更に、（以下では、
“アレイ”開口部４６−図４参照と呼ぶ）出口タイプの
開口部を出口開口部４４の上流に設けることもできる。
冷却回路２２は、通常、コアガスの流れの流線に沿って
前方から後方に方向づけられているが、用途によって向
きを変更することもできる。
【００２２】図５を参照すると、第１のペデスタル３４
は、冷却回路２２を通過する冷却空気が側方に分散する
のを促進するパターンで互いに離間されている。より詳
細には、第１のペデスタル３４は、冷却回路２２の実質
的に幅方向に亘って延びる１つまたはそれ以上の列４８
を含む配列に設けられている。各列４８の第１のペデス
タル３４は、隣接する１つまたは複数の列４８の第１の
ペデスタル３４からずれて配置されている。このような
ずれは、冷却回路２２を通る直線状の流路が実質的に存
在しない程度に充分なものである。配列内の第１のペデ
スタル３４の間隔は、列内距離（ｉｎｔｒａ−ｒｏｗ
ｄｉｓｔａｎｃｅ）５０と列間距離（ｉｎｔｅｒ−ｒｏ
ｗ ｄｉｓｔａｎｃｅ）５２で説明することができる。
列内距離５０は、特定の列４８において隣接する一対の
第１のペデスタル３４間の最短距離として定義される。
列間距離５２は、隣接する列４８において隣接する一対
の第１のペデスタル３４間の最短距離として定義され
る。経験により、第１のペデスタル３４の配列におい
て、列間距離５２よりも列内距離５０が大きい方が、そ
の逆の場合よりも冷却空気を良好に側方に分散させるこ
とができる。列間距離５２よりも少なくとも１．５倍の
列内距離５０を有する第１のペデスタル３４の配列が、
列間距離５２よりも僅かに大きい列内距離５０を有する
配列よりも望ましい。最も望ましい第１のペデスタル３
４の配列は、列間距離５２の約２倍の列内距離５０を有
する。第１のペデスタルの列４８の数と各列における第
１のペデスタル３４の数は、以下に説明するように用途
によって変更することができる。図３は、冷却回路２２
のいくつかの可能な変型例を示すために、ステータベー
ンの壁２４に設けられた（列の数、各列におけるペデス
タルの数、及び入口開口部の数などが異なる）複数の異
なる冷却回路２２を示している。
【００２３】上述のペデスタルの間隔によって得られる
冷却空気の側方への有利な分散は、第１のペデスタル３
４の形状とは実質的に無関係である。しかし、各第１の
ペデスタル３４は、この第１のペデスタル３４の中心部
に向かって内向きに湾曲し、かつ先端部５６によって互
いに分離された複数の弓形側面５４によって定まる断面
を含むことが望ましい。（図３，図５に示した）第１の
ペデスタル３４の最も好適な形状は、ペデスタルの中心
部に向かって内向きに湾曲した４つの弓形側面５４を含
む。弓形側面５４で形成されるペデスタルの四方形状に
よって、隣接する第１のペデスタル３４間に特徴的な形
状の複数の流路５７が形成され、それぞれの流路が、一
対のスロート部６２，６４の間に設けられたディフュー
ザ６０を含む。ディフューザ６０は、弓形側面５４の間
に形成され、スロート部６２，６４は、隣接する先端部
５６の間に形成される。スロート部６２の上流を通過す
る流れは、ディフューザ６０の拡大領域において減速
し、続いて下流のスロート部６４を通過するときに加速
する。図３，図５に示しているように、所望の形状の第
１のペデスタル３４は、各列において先端部と先端部が
向かい合うように配置されている。開示したペデスタル
では、特定の列４８におけるペデスタルの先端部５６間
の距離は、列内距離５０に等しく、隣接する列４８にお
ける隣接する第１のペデスタル３４の先端部５６間の距
離は、列間距離５２に等しい。
【００２４】所望の出口開口部４４は、第２のペデスタ
ル６６と第３のペデスタル６８の間に形成され、これら
のペデスタル６６，６８は、壁部３６，３８の間に延び
る冷却回路２２の後方端部２８における冷却回路２２の
幅に亘って交互に組み合わさって設けられる。第２のペ
デスタル６６と第３のペデスタル６８は、本体７４，７
６の上流側に結合したヘッド部７０，７２をそれぞれ有
する。第２のペデスタルのヘッド部７０と第３のペデス
タルのヘッド部７２は、これらのヘッド部７０，７２の
間に、望ましくは断面積が一定の流路７８が形成される
ような形状となっている。以下で計量流路セクション７
８と呼ぶこの流路７８は、冷却空気の流れを計量して、
各第２のペデスタルのヘッド部７０の後方における流れ
の分離を最小とするのを助ける。ヘッド部７０，７２の
下流において、各第２のペデスタルの本体７４と各第３
のペデスタルの本体７６とは、直線状部分とテーパ状部
分とを含んでいる。隣接する直線状部分は、実質的に幅
が一定の直線状流路セクション８４を構成し、隣接する
テーパ状部分は、互いに離れるように先細となってお
り、幅が拡大したディフューザ流路セクション８６を構
成する。直線状流路セクション８４は、通常、その水力
直径の少なくとも半分（１／２）でかつその水力直径の
４倍を超えない長さ８８を有する。更に、直線状流路セ
クション８４の長さ８８は、少なくとも１水力直径でか
つ２水力直径を超えないことが望ましい。経験からは、
直線状流路セクションの長さ８８が水力直径の約１．５
倍に等しいことが最も望ましい。隣接する第２のペデス
タル６６と第３のペデスタル６８の間の（計量７８、直
線状８４、及びディフューザ８６の各）流路セクション
と壁部３６，３８によって各出口開口部４４が形成され
る。
【００２５】図４を参照すると、冷却回路２２は、出口
開口部４４の上流に追加の冷却空気開口部４６を含むこ
ともできる。以下でアレイ開口部４６と呼ぶこれらの冷
却空気開口部は、第２の壁部３８を貫通して第１のペダ
スタルの配列から壁の外側２４への冷却空気流路を提供
する。各アレイ開口部４６の位置は、用途によって異な
る。上述したように、従来の多くのエアフォイルにおい
て、後縁の冷却開口部のすぐ上流におけるエアフォイル
の後縁の冷却が特に問題となっている。エアフォイルの
後縁を冷却するために本発明の冷却回路２２を使用した
場合には、出口開口部４４のすぐ上流で冷却空気を提供
する手段として１つまたはそれ以上のアレイ開口部４６
を１つまたはそれ以上の冷却回路２２に設けることもで
きる。これにより、本発明の冷却回路２２のアレイ開口
部４６は、従来のエアフォイルの冷却機構と共通であ
る、後縁の冷却開口部のすぐ上流における冷却要求を満
たすのを助けることができる。
【００２６】用途によっては、冷却回路２２の幅方向の
端部に沿った流路９０の断面積を、ペデスタルの配列に
おける他の位置の流路５７よりも僅かに大きく（即ち拡
大）することができる。僅かに大きい断面積によって、
冷却回路２２を形成するのに使用される鋳造コアの強度
がより高くなり、結果として鋳物の歩どまりが向上す
る。断面積の僅かな拡大は、冷却回路２２内の流れ特性
を実質的に変化させるほど大きくない。
【００２７】特定の冷却回路２２の特性を決定する主な
条件は、所定の冷却空気流に対してその冷却回路によっ
て形成される冷却空気のフィルムの有効性である。所望
のフィルム効果（及びこの効果を生じるフィルム特性）
によって、冷却回路２２に亘る圧力降下が決定される。
第１のペデスタル３４の特性、特にペデスタル３４の間
に形成される流路５７の寸法が、特定の列４８に亘る圧
力降下を決定する。従って、第１のペデスタル３４の列
４８の数は、各列の段階的な圧力降下の総量と、冷却空
気の所定の流れに対して所望のフィルム効果を生じさせ
る冷却回路２２に亘る圧力降下の総量と、を一致させる
ことによって決定される。列４８内の第１のペデスタル
３４の数は、冷却回路２２内における冷却空気の側方へ
の分散が、冷却回路２２内の出口開口部４４の全てに亘
って均一な冷却空気の流れを提供するのに充分であると
きに最適となる。
【００２８】本発明は、詳細な実施例に基づいて開示及
び説明したが、当業者であれば分かるように、請求項に
係る発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、形態及び
詳細に関して種々の変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンエンジンの説明図である。
【図２】本発明に係る複数の冷却回路を備えるガスター
ビンエンジンのステータベーンの概略図である。
【図３】本発明に係る複数の冷却回路を示したガスター
ビンエンジンのステータベーンの説明図である。
【図４】本発明に係る複数の冷却回路が壁内に設けられ
ているエアフォイルの断面図である。
【図５】本発明に係る冷却回路の拡大説明図である。
【図６】従来技術に係るエアフォイルの部分断面図であ
る。
【符号の説明】
２２…冷却回路 ３４…第１のペデスタル ４０…入口開口部４０ ４４…出口開口部 ４８…列 ５０…列内距離 ５２…列間距離
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロナルド エス．ラフリュー アメリカ合衆国，ニューヨーク，ポツダ ム，チャスナット ストリート 14 (72)発明者 フレッドリッチ オウ．ソーチティング アメリカ合衆国，フロリダ，テクェスタ, リヴァーサイド ドライヴ 19483 (72)発明者 クリストファー アール．ジョー アメリカ合衆国，コネチカット，グラスト ンベリー，コルツフット サークル 29 (72)発明者 ジョー モロソ アメリカ合衆国，サウス カロライナ，グ リーンヴィル，ウエスト ディッストル レーン ４ (72)発明者 ドウグラス エイ．ハイエス アメリカ合衆国，フロリダ，ポート セイ ント ルーシー，エス．ダヴリュー．ロッ グ ドライヴ 377

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガスタービンエンジンで使用する壁の第
    １の壁部と第２の壁部との間に設けられた冷却回路であ
    って、 前記第１の壁部と前記第２の壁部との間に延在するとと
    もに、複数の列に配列された複数の第１のペデスタルを
    有し、同じ列内の隣接する該第１のペデスタルは、列内
    距離によって互いから分離されており、 互いに隣接する列における前記第１のペデスタルは、列
    間距離によって分離されており、前記列内距離は、前記
    列間距離よりも大きく、 更に、前記壁に設けられるとともに、前記冷却回路に入
    る冷却空気流路を提供する１つまたはそれ以上の入口開
    口部と、 前記壁に設けられるとともに、前記冷却回路から出る冷
    却空気流路を提供する１つまたはそれ以上の出口開口部
    と、を有することを特徴とする冷却回路。
  2. 【請求項２】 前記列内距離は、前記列間距離の１．５
    倍以上であることを特徴とする請求項１記載の冷却回
    路。
  3. 【請求項３】 前記列内距離は、前記列間距離の２倍以
    上であることを特徴とする請求項２記載の冷却回路。
  4. 【請求項４】 更に、前記出口開口部の上流に設けた１
    つまたはそれ以上のアレイ開口部を含むことを特徴とす
    る請求項１記載の冷却回路。
  5. 【請求項５】 互いに隣接する列内の前記第１のペデス
    タルは、互いに対してずれており、２つまたはそれ以上
    の列の第１のペデスタルを通って延びる流路は、蛇行し
    ていることを特徴とする請求項１記載の冷却回路。
  6. 【請求項６】 前記冷却回路は、更に、後方端部の上流
    にある前方端部と、第１の面と、第２の面と、を有し、
    これらの面は、前記前方端部と前記後方端部の間に長さ
    方向で延在し、これらの面に隣接する前記流路は、拡大
    された断面積を有していることを特徴とする請求項５記
    載の冷却回路。
  7. 【請求項７】 前記列内距離は、前記列における前記ペ
    デスタル間の最小距離であることを特徴とする請求項１
    記載の冷却回路。
  8. 【請求項８】 前記列間距離は、互いに隣接する列の間
    における前記ペデスタル間の最小距離であることを特徴
    とする請求項７記載の冷却回路。
  9. 【請求項９】 ガスタービンエンジンで使用する壁の第
    １の壁部と第２の壁部との間に設けられた冷却回路であ
    って、 前記第１の壁部と前記第２の壁部との間に延在するとと
    もに、複数の列に配列された複数の第１のペデスタル
    と、 前記壁に設けられるとともに、前記冷却回路に入る冷却
    空気流路を提供する１つまたはそれ以上の入口開口部
    と、 前記冷却回路から出る冷却空気流路を提供する複数の出
    口開口部と、を有し、 前記出口開口部は、前記冷却回路の後方端部に沿って交
    互に設けられた複数の第２のペデスタルと第３のペデス
    タルの間に形成され、該第２のペデスタルと該第３のペ
    デスタルは、組み合わさる形状寸法を有することを特徴
    とする冷却回路。
  10. 【請求項１０】 前記各第２のペデスタルは、 一対の側方突出部と前方突出部とを含むヘッド部と、 前記後方端部に向かってテーパ状となった幅を有するテ
    ール部と、を含むことを特徴とする請求項９記載の冷却
    回路。
  11. 【請求項１１】 前記各第３のペデスタルは、 前記第２のペデスタルの前記側方突出部と実質的に組み
    合わさる形状を有するヘッド部と、 前記後方端部に向かってテーパ状となった幅を有するテ
    ール部と、を含むことを特徴とする請求項１０記載の冷
    却回路。
  12. 【請求項１２】 前記各出口開口部は、 計量流路セクションと、 水力直径と長さとを有する直線状流路セクションと、 テーパ状流路部と、を備えることを特徴とする請求項９
    記載の冷却回路。
  13. 【請求項１３】 前記直線状流路セクションの前記長さ
    は、前記水力直径の１．５倍以上であり、かつ該水力直
    径の４倍以下であることを特徴とする請求項１２記載の
    冷却回路。
  14. 【請求項１４】 ガスタービンエンジンで使用する壁の
    第１の壁部と第２の壁部との間に設けられた冷却回路で
    あって、 それぞれ前記第１の壁部と前記第２の壁部との間に延在
    するとともに、中心とこの中心に向かって内側に湾曲す
    る複数の弓形側面と、をそれぞれ有する第１のペデスタ
    ルの１つまたはそれ以上の列と、 前記壁に設けられるとともに、前記冷却回路に入る冷却
    空気流路を提供する１つまたはそれ以上の入口開口部
    と、 前記冷却回路から出る冷却空気流路を提供する複数の出
    口開口部と、を有することを特徴とする冷却回路。
  15. 【請求項１５】 前記各第１のペデスタルは、前記弓形
    側面をそれぞれ４つ含むことを特徴とする請求項１４記
    載の冷却回路。
  16. 【請求項１６】 前記第１のペデスタルの互いに隣接す
    る列は、互いに対してずれていることを特徴とする請求
    項１５記載の冷却回路。
  17. 【請求項１７】 ガスタービンエンジンで使用する壁の
    第１の壁部と第２の壁部との間に設けられた冷却回路で
    あって、 それぞれ前記第１の壁部と前記第２の壁部との間に延在
    する第１のペデスタルの１つまたはそれ以上の列と、 互いに隣接する列における隣接する前記第１のペデスタ
    ル間に形成されるとともに、第１のスロート部と、ディ
    フューザと、第２のスロート部と、をそれぞれ含む複数
    の流路と、 前記壁に設けられるとともに、前記冷却回路に入る冷却
    空気流路を提供する１つまたはそれ以上の入口開口部
    と、 前記冷却回路から出る冷却空気流路を提供する複数の出
    口開口部と、を有することを特徴とする冷却回路。
  18. 【請求項１８】 前記第１のペデスタルの互いに隣接す
    る列は、互いに対してずれていることを特徴とする請求
    項１７記載の冷却回路。
  19. 【請求項１９】 前記各第１のペデスタルは、４つの弓
    形側面をそれぞれ有していることを特徴とする請求項１
    ８記載の冷却回路。
  20. 【請求項２０】 第１の壁部と第２の壁部とを有する冷
    却可能な壁であって、この壁は、 前記壁部間に設けられた１つまたはそれ以上の冷却回路
    を有し、これらの各冷却回路は、前記壁部間に延在する
    とともに複数の列に配列された複数の第１のペデスタル
    と、前記冷却回路から出る冷却空気流路を提供する１つ
    またはそれ以上の出口開口部と、を含み、 同じ列における隣接する前記第１のペデスタルは、列内
    距離によって互いから分離されており、互いに隣接する
    列における前記第１のペデスタルは、列間距離によって
    分離されており、前記列内距離は、前記列間距離よりも
    大きく、 更に、前記冷却回路に入る冷却空気流路を提供する入口
    開口部を含むことを特徴とする冷却可能な壁。
  21. 【請求項２１】 ガスタービンエンジンで使用する冷却
    可能な壁であって、 第１の壁部と、 第２の壁部と、 前記壁部の間に設けられた１つまたはそれ以上の冷却回
    路を有し、該各冷却回路は、 それぞれ前記第１の壁部と前記第２の壁部との間に延在
    する、第１のペデスタルの１つまたはそれ以上の列と、 互いに隣接する列における隣接する前記第１のペデスタ
    ル間に形成されるとともに、それぞれ第１のスロート部
    と、ディフューザと、第２のスロート部と、を含む複数
    の流路と、 前記壁に設けられるとともに、前記冷却回路に入る冷却
    空気流路を提供する１つまたはそれ以上の入口開口部
    と、 前記冷却回路から出る冷却空気流路を提供する複数の出
    口開口部と、備えることを特徴とする冷却可能な壁。
  22. 【請求項２２】 ガスタービンエンジンで使用する冷却
    可能な壁であって、 第１の壁部と、 第２の壁部と、 前記壁部の間に設けられた１つまたはそれ以上の冷却回
    路を有し、該各冷却回路は、 それぞれ前記第１の壁部と前記第２の壁部との間に延在
    する、第１のペデスタルの１つまたはそれ以上の列と、 前記壁に設けられるとともに、前記冷却回路に入る冷却
    空気流路を提供する１つまたはそれ以上の入口開口部
    と、 前記冷却回路から出る冷却空気流路を提供する複数の出
    口開口部と、を備え、該出口開口部は、該冷却回路の後
    方端部に沿って交互に設けられた第２のペデスタルと第
    ３のペデスタルとの間に形成されるとともに、計量流路
    セクションと、直線状流路セクションと、テーパ状流路
    部分とを含むことを特徴とする冷却可能な壁。
  23. 【請求項２３】 冷却可能なガスタービンエアフォイル
    であって、 前縁と、 後縁と、 前記前縁と前記後縁との間に延びるとともに、第１の壁
    部と第２の壁部とを有する壁と、 前記後縁に隣接して前記壁部の間に設けられた１つまた
    はそれ以上の冷却回路と、を有し、これらの各冷却回路
    は、 それぞれ前記第１の壁部と前記第２の壁部との間に延在
    する第１のペデスタルの１つまたはそれ以上の列と、 前記壁に設けられるとともに、前記冷却回路に入る冷却
    空気流路を提供する１つまたはそれ以上の入口開口部
    と、 前記冷却回路から出る冷却空気流路を提供する複数の出
    口開口部と、を備え、該出口開口部は、前記冷却回路の
    後方端部に沿って交互に設けられた第２のペデスタルと
    第３のペデスタルとの間に形成されるとともに、計量流
    路セクションと、直線状流路セクションと、テーパ状流
    路部分と、を含み、 更に、前記出口開口部に隣接してその上流側に設けられ
    た１つまたはそれ以上のアレイ開口部を備え、これらの
    アレイ開口部から流出する冷却空気が前記出口開口部の
    すぐ上流の壁を冷却することを特徴とする冷却可能なガ
    スタービンエアフォイル。
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