JP2003184574A - 断続したリブ付きの熱伝達面を有する部品壁 - Google Patents
断続したリブ付きの熱伝達面を有する部品壁Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、部品の壁を通した熱伝達に関し、
例えばタービンエンジン部品に関する。 【解決手段】 部品（１０）、例えばシュラウド、翼形
部等のようなタービンエンジン構成部品は、例えばエン
ジンの流れからの第１の温度を受ける第１壁面（１２）
を有する壁（１０）を備える。壁（１０）は、ほぼ第１
壁面（１２）に対向する第２壁面（１４）を含み、該第
２壁面（１４）は、冷却流体、例えば冷却空気に曝され
る。第２壁面（１４）は、該第２壁面（１４）から突出
して、該第２壁面（１４）からの熱の伝達を助長する、
複数の隣接するリブ（１６）を含む。リブ（１６）は、
リブ部分（２２）間の切れ目（２０）において互いに間
隔を置いて設けられた、複数の細長いリブ部分（２２）
を備え、切れ目（２０）は、約0.002〜0.05インチ（0.0
508〜1.270mm）の範囲の切れ目長さ（２４）を有する。
例えばタービンエンジン部品に関する。 【解決手段】 部品（１０）、例えばシュラウド、翼形
部等のようなタービンエンジン構成部品は、例えばエン
ジンの流れからの第１の温度を受ける第１壁面（１２）
を有する壁（１０）を備える。壁（１０）は、ほぼ第１
壁面（１２）に対向する第２壁面（１４）を含み、該第
２壁面（１４）は、冷却流体、例えば冷却空気に曝され
る。第２壁面（１４）は、該第２壁面（１４）から突出
して、該第２壁面（１４）からの熱の伝達を助長する、
複数の隣接するリブ（１６）を含む。リブ（１６）は、
リブ部分（２２）間の切れ目（２０）において互いに間
隔を置いて設けられた、複数の細長いリブ部分（２２）
を備え、切れ目（２０）は、約0.002〜0.05インチ（0.0
508〜1.270mm）の範囲の切れ目長さ（２４）を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、部品壁を通しての
熱伝達に関する。より具体的には、本発明は、第１の温
度の流体、例えばエンジンの流れに曝されるか又は該流
れにより影響を受ける第１壁面を有する部品、例えばタ
ービンエンジンの構成部品に関する。第１壁面は、第２
壁面にほぼ対向しており、この第２壁面は、例えば冷却
空気によって、該壁を通しての熱伝達により、第１の温
度より低い第２の温度まで温度を低下させることが望ま
れる。
熱伝達に関する。より具体的には、本発明は、第１の温
度の流体、例えばエンジンの流れに曝されるか又は該流
れにより影響を受ける第１壁面を有する部品、例えばタ
ービンエンジンの構成部品に関する。第１壁面は、第２
壁面にほぼ対向しており、この第２壁面は、例えば冷却
空気によって、該壁を通しての熱伝達により、第１の温
度より低い第２の温度まで温度を低下させることが望ま
れる。
【０００２】
【従来の技術】例えばエンジンのタービン部におけるガ
スタービンエンジンの構成部品は、燃焼によるガス及び
／又は生成物の高温の流れの中で作動するか、もしくは
それに曝され又はそれを受ける。典型的な構成部品に
は、一般的にエンジンの燃焼器部分の下流の、内部流体
流路の壁だけでなく、固定シュラウド又はシュラウドセ
グメント及びその支持構造体、ブレード又は羽根又はス
トラットの静止又は回転翼形部のようなブレード構成部
材が含まれる。
スタービンエンジンの構成部品は、燃焼によるガス及び
／又は生成物の高温の流れの中で作動するか、もしくは
それに曝され又はそれを受ける。典型的な構成部品に
は、一般的にエンジンの燃焼器部分の下流の、内部流体
流路の壁だけでなく、固定シュラウド又はシュラウドセ
グメント及びその支持構造体、ブレード又は羽根又はス
トラットの静止又は回転翼形部のようなブレード構成部
材が含まれる。
【０００３】エンジンの設計者は、生成された流体から
エネルギーを発生させ取り出すのに用いる材料にとって
最も有効な、比較的高い温度でガスタービンエンジンを
運転することを望んでいる。しかしながら、そのような
高温は、部品を構成する材料が、機械的及び／又は物理
的特性を損なうことなく或はそのような材料を破壊する
ことなく、単独で耐えることが可能な温度よりも高い温
度である場合が多い。このため、様々なコーティング用
いて、及び／又は、部品の周り及び／又は内部に対流冷
却空気を衝突させるか又は流すことを用いて、壁の温度
を低下させ、過度の熱による損傷作用を減少させてき
た。
エネルギーを発生させ取り出すのに用いる材料にとって
最も有効な、比較的高い温度でガスタービンエンジンを
運転することを望んでいる。しかしながら、そのような
高温は、部品を構成する材料が、機械的及び／又は物理
的特性を損なうことなく或はそのような材料を破壊する
ことなく、単独で耐えることが可能な温度よりも高い温
度である場合が多い。このため、様々なコーティング用
いて、及び／又は、部品の周り及び／又は内部に対流冷
却空気を衝突させるか又は流すことを用いて、壁の温度
を低下させ、過度の熱による損傷作用を減少させてき
た。
【０００４】表面温度を低下させるための、対流冷却面
からの熱伝達率は、表面積及びその表面熱伝達係数に正
比例する。従って、このような表面積を増やすための種
々の表面構造が報告されている。例えば、特許文献１に
おいては、表面が、窪み或は隆条のような、間隔をおい
て設けられた複数の***を備える構成にして表面積を増
やし、表面からの熱伝達を高め、表面温度を低下させて
いる。熱伝達を高める目的で表面積を増やすための壁の
隆条及び溝の別の実施例が、特許文献２に示されてい
る。一般的に、この種の構造は、タービュレータと呼ば
れることもある。タービュレータの効果については、非
特許文献１において、より広範囲にわたって論じられて
いる。
からの熱伝達率は、表面積及びその表面熱伝達係数に正
比例する。従って、このような表面積を増やすための種
々の表面構造が報告されている。例えば、特許文献１に
おいては、表面が、窪み或は隆条のような、間隔をおい
て設けられた複数の***を備える構成にして表面積を増
やし、表面からの熱伝達を高め、表面温度を低下させて
いる。熱伝達を高める目的で表面積を増やすための壁の
隆条及び溝の別の実施例が、特許文献２に示されてい
る。一般的に、この種の構造は、タービュレータと呼ば
れることもある。タービュレータの効果については、非
特許文献１において、より広範囲にわたって論じられて
いる。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，３５３，８６５号公報
【特許文献２】特開２０００−３２０３０４号公報
【非特許文献１】 著者：Taslim, Spring 論文名： E
ffects of Turbulator Profile and Spacing on Heat T
ransfer and Friction in a Channel 書籍名：Journa
l of Thermophysics and Heat Transfer, Vol.8, No.
3, １９９４年７月から９月
ffects of Turbulator Profile and Spacing on Heat T
ransfer and Friction in a Channel 書籍名：Journa
l of Thermophysics and Heat Transfer, Vol.8, No.
3, １９９４年７月から９月
【０００６】上記の一般的な種類の表面***は、表面か
らの熱伝達の向上を可能にするが、一般的に精密鋳造に
よって、熱伝達に対して最も望ましいサイズの窪みのよ
うな構造を製造することは、比較的低い鋳造歩留まりと
なっていた。例えば、熱伝達を高めるためには、約0.02
5〜0.040インチの範囲の直径及び高さを有する窪みを鋳
造することが望ましい。しかしながら、このように小さ
い窪みサイズは、例えば鋳型キャビティへの充填が十分
でないことに関係する問題のために、低い鋳造歩留まり
となっていた。上記特許文献２に記載されている、全体
的に連続する型の溝又はリブは、長手方向にほぼ連続し
ており、小さいサイズに鋳造することが容易である。し
かしながら、連続する溝又はリブの長さに沿ってほぼ並
行に冷却流体が流れる時に、冷却流体の断熱境界層が、
このような表面に沿って成長し又は延びて、熱伝達係数
が低下する結果となる。
らの熱伝達の向上を可能にするが、一般的に精密鋳造に
よって、熱伝達に対して最も望ましいサイズの窪みのよ
うな構造を製造することは、比較的低い鋳造歩留まりと
なっていた。例えば、熱伝達を高めるためには、約0.02
5〜0.040インチの範囲の直径及び高さを有する窪みを鋳
造することが望ましい。しかしながら、このように小さ
い窪みサイズは、例えば鋳型キャビティへの充填が十分
でないことに関係する問題のために、低い鋳造歩留まり
となっていた。上記特許文献２に記載されている、全体
的に連続する型の溝又はリブは、長手方向にほぼ連続し
ており、小さいサイズに鋳造することが容易である。し
かしながら、連続する溝又はリブの長さに沿ってほぼ並
行に冷却流体が流れる時に、冷却流体の断熱境界層が、
このような表面に沿って成長し又は延びて、熱伝達係数
が低下する結果となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このような断熱境界層
を破壊し、その結果として熱伝達を高めた、好ましくは
比較的小さい寸法サイズの突出した細長いリブ型の表面
構造を得ることが望まれる。さらに、比較的小さいサイ
ズの断面寸法を持つリブが、比較的高い歩留まり率で精
密鋳造が可能であることが望まれる。
を破壊し、その結果として熱伝達を高めた、好ましくは
比較的小さい寸法サイズの突出した細長いリブ型の表面
構造を得ることが望まれる。さらに、比較的小さいサイ
ズの断面寸法を持つリブが、比較的高い歩留まり率で精
密鋳造が可能であることが望まれる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、一形態におい
て、第１の温度を受ける第１壁面と、ほぼ対向する第２
壁面とを有する壁を備え、第２壁面が、該第２壁面を第
１の温度より低い第２の温度まで低下させるために冷却
流体に曝される。第２壁面は、該第２壁面からの熱の伝
達を助長するために、第２壁面から突出する、間隔を置
いて設けられた複数のリブを含む。境界層の断熱の問題
を破壊することによってリブからの熱伝達を高め、また
良好な鋳造歩留まりをも可能にするために、リブは、そ
の長さに沿って中断されている。第２壁面上に含まれる
リブは、複数の細長いリブ部分を備え、各リブ部分は、
該リブ部分間の切れ目において互いに間隔を置いて設け
られ、該リブ部分間の切れ目は、約0.002〜0.05インチ
（0.0508〜1.270mm）の範囲の切れ目長さを有する。部
品の精密鋳造の形態においては、リブ部分は、約0.002
〜0.05インチ（0.0508〜1.270mm）の範囲の断面幅寸
法、及び該リブ部分の断面幅寸法の少なくとも約１０倍
のリブ部分長さを有する。
て、第１の温度を受ける第１壁面と、ほぼ対向する第２
壁面とを有する壁を備え、第２壁面が、該第２壁面を第
１の温度より低い第２の温度まで低下させるために冷却
流体に曝される。第２壁面は、該第２壁面からの熱の伝
達を助長するために、第２壁面から突出する、間隔を置
いて設けられた複数のリブを含む。境界層の断熱の問題
を破壊することによってリブからの熱伝達を高め、また
良好な鋳造歩留まりをも可能にするために、リブは、そ
の長さに沿って中断されている。第２壁面上に含まれる
リブは、複数の細長いリブ部分を備え、各リブ部分は、
該リブ部分間の切れ目において互いに間隔を置いて設け
られ、該リブ部分間の切れ目は、約0.002〜0.05インチ
（0.0508〜1.270mm）の範囲の切れ目長さを有する。部
品の精密鋳造の形態においては、リブ部分は、約0.002
〜0.05インチ（0.0508〜1.270mm）の範囲の断面幅寸
法、及び該リブ部分の断面幅寸法の少なくとも約１０倍
のリブ部分長さを有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】表面から熱を伝達又は除去するた
めの壁面タービュレータの一般的な一形態は、部品の壁
面に形成された溝から延びる、又は該溝の中を延びる細
長いリブのような複数の表面形状として記載されてい
る。その実施例が、上記特許文献２において、例えばタ
ービンのブレード又は羽根又はストラットの翼形部、及
びシュラウド等のタービン部品の壁に関する幾つかの実
施形態のなかで図示され記載されている。一般的に、そ
のような壁の表面形状は、壁面上にほぼ並行な配列で配
置されている。空気のような冷却流体は、そのような表
面形状に衝突するか又は該表面形状に沿って流れるよう
に向けられ、そのような表面形状から温度がより低い流
体に熱を除去することを可能にしている。普通、そのよ
うな構成部品の壁は、一般的に金属又は金属合金になっ
ている。しかしながら、他の材料、一般的にセラミック
又はセラミック母材複合体のような非金属を用いること
もできる。上述のように、熱伝達に有害な少なくとも１
つの問題がそのような構成に伴って存在する可能性があ
る。すなわち、ほぼ停滞した又は比較的動きの遅い冷却
流体の断熱境界層が、そのようなタービュレータと冷却
流体との境界面に形成される可能性がある。
めの壁面タービュレータの一般的な一形態は、部品の壁
面に形成された溝から延びる、又は該溝の中を延びる細
長いリブのような複数の表面形状として記載されてい
る。その実施例が、上記特許文献２において、例えばタ
ービンのブレード又は羽根又はストラットの翼形部、及
びシュラウド等のタービン部品の壁に関する幾つかの実
施形態のなかで図示され記載されている。一般的に、そ
のような壁の表面形状は、壁面上にほぼ並行な配列で配
置されている。空気のような冷却流体は、そのような表
面形状に衝突するか又は該表面形状に沿って流れるよう
に向けられ、そのような表面形状から温度がより低い流
体に熱を除去することを可能にしている。普通、そのよ
うな構成部品の壁は、一般的に金属又は金属合金になっ
ている。しかしながら、他の材料、一般的にセラミック
又はセラミック母材複合体のような非金属を用いること
もできる。上述のように、熱伝達に有害な少なくとも１
つの問題がそのような構成に伴って存在する可能性があ
る。すなわち、ほぼ停滞した又は比較的動きの遅い冷却
流体の断熱境界層が、そのようなタービュレータと冷却
流体との境界面に形成される可能性がある。
【００１０】本発明は、そのような一般的に有害な断熱
境界層の形成を妨げるだけでなく、空気のような冷却流
体との相互作用のためのより広い表面積を備える、細長
いリブ構造を提供する。対流冷却された面からの熱伝達
率が表面積及びその熱伝達係数に正比例するということ
は、当業界はよく知られている。本発明の実施形態は、
熱伝達のためのより広い表面積を提供し、同時にリブ状
のタービュレータの表面における断熱境界層の形成を破
壊することによって表面からの熱伝達能力を高める。
境界層の形成を妨げるだけでなく、空気のような冷却流
体との相互作用のためのより広い表面積を備える、細長
いリブ構造を提供する。対流冷却された面からの熱伝達
率が表面積及びその熱伝達係数に正比例するということ
は、当業界はよく知られている。本発明の実施形態は、
熱伝達のためのより広い表面積を提供し、同時にリブ状
のタービュレータの表面における断熱境界層の形成を破
壊することによって表面からの熱伝達能力を高める。
【００１１】本発明のタービュレータの実施形態は、一
般的に、部品の熱伝達面又は壁上の複数のリブ部分を形
成する、中断されたリブの形態になっている。リブ部分
は、例えば一般的に長方形、半円形、三角形等を含む種
々の断面形状とすることができる。壁面と一体のリブ
は、種々の工業的に利用されている方法によって形成す
ることができ、それら方法には、鋳造と、機械式、電解
式（そのうちの１つの方式は、工業的に電解加工又はＥ
ＣＭと呼ばれている）及び放電式（そのうちの１つの方
式は、工業的に放電加工又はＥＤＭと呼ばれている）の
機械加工を含む様々な方式の金属除去とを含む。一般的
に、ガスタービン技術においては、リブは、公知のロス
トワックス法と呼ばれることがある精密鋳造によって、
タービンブレード又は羽根のような部品の壁に設けられ
ている。
般的に、部品の熱伝達面又は壁上の複数のリブ部分を形
成する、中断されたリブの形態になっている。リブ部分
は、例えば一般的に長方形、半円形、三角形等を含む種
々の断面形状とすることができる。壁面と一体のリブ
は、種々の工業的に利用されている方法によって形成す
ることができ、それら方法には、鋳造と、機械式、電解
式（そのうちの１つの方式は、工業的に電解加工又はＥ
ＣＭと呼ばれている）及び放電式（そのうちの１つの方
式は、工業的に放電加工又はＥＤＭと呼ばれている）の
機械加工を含む様々な方式の金属除去とを含む。一般的
に、ガスタービン技術においては、リブは、公知のロス
トワックス法と呼ばれることがある精密鋳造によって、
タービンブレード又は羽根のような部品の壁に設けられ
ている。
【００１２】本発明は、リブ部分間に複数の切れ目を形
成し、部品の壁面上に断続するリブ配列を提供する。本
発明の評価において、協働する又は全体的に整列したリ
ブ部分の間の切れ目は、約0.002〜0.05インチ（0.0508
〜1.270mm）の範囲、好ましくは約0.005〜0.02インチ
（0.127〜0.508mm）の範囲の切れ目長さを有することが
分かった。約0.002インチより小さい切れ目長さでは上
述の断熱境界層の破壊が不十分となり、また、鋳造方式
で壁に鋳造することが困難であることが分かった。約0.
05インチより大きい切れ目長さでは、リブ部分の長さが
小さ過ぎて適切な対流冷却面が得られない結果となる。
リブ部分間の切れ目は、リブ部分自体に関して及び／又
は隣接するリブ部分に関して様々な方向とすることがで
きる。すなわち、一直線に整列させ、傾斜させ、又はオ
フセットさせることができる。しかしながら、そのよう
な評価において、リブ部分の表面形状を組合せること
で、賢明に選択された比較的少量の材料（例えば航空機
エンジンの重量の観点から）を用いて適切な熱伝達が得
られることが分かった。そのような表面形状は、約0.00
2〜0.05インチ（0.0508〜1.270mm）の範囲、好ましくは
約0.005〜0.02インチ（0.127〜0.508mm）の範囲のリブ
断面幅寸法、及び約0.002〜0.05インチ（0.0508〜1.270
mm）の範囲の部品の壁面からのリブ部分高さを有するリ
ブ部分を含む。
成し、部品の壁面上に断続するリブ配列を提供する。本
発明の評価において、協働する又は全体的に整列したリ
ブ部分の間の切れ目は、約0.002〜0.05インチ（0.0508
〜1.270mm）の範囲、好ましくは約0.005〜0.02インチ
（0.127〜0.508mm）の範囲の切れ目長さを有することが
分かった。約0.002インチより小さい切れ目長さでは上
述の断熱境界層の破壊が不十分となり、また、鋳造方式
で壁に鋳造することが困難であることが分かった。約0.
05インチより大きい切れ目長さでは、リブ部分の長さが
小さ過ぎて適切な対流冷却面が得られない結果となる。
リブ部分間の切れ目は、リブ部分自体に関して及び／又
は隣接するリブ部分に関して様々な方向とすることがで
きる。すなわち、一直線に整列させ、傾斜させ、又はオ
フセットさせることができる。しかしながら、そのよう
な評価において、リブ部分の表面形状を組合せること
で、賢明に選択された比較的少量の材料（例えば航空機
エンジンの重量の観点から）を用いて適切な熱伝達が得
られることが分かった。そのような表面形状は、約0.00
2〜0.05インチ（0.0508〜1.270mm）の範囲、好ましくは
約0.005〜0.02インチ（0.127〜0.508mm）の範囲のリブ
断面幅寸法、及び約0.002〜0.05インチ（0.0508〜1.270
mm）の範囲の部品の壁面からのリブ部分高さを有するリ
ブ部分を含む。
【００１３】鋳造を用いて部品の壁面上にリブ部分を設
ける場合は、本発明の一実施形態は、比較的高い鋳造歩
留まり率となるリブ部分の表面形状範囲を含み、適切な
熱伝達面の形成に十分なリブ部分の材料を提供してい
る。精密鋳造による製造者にとって、リブ部分断面幅寸
法は、その断面幅寸法の少なくとも約１０倍のリブ部分
長さ及び部品の表面から約0.002〜0.02インチ（0.0508
〜0.508mm）の範囲のリブ部分高さとの組合せにおい
て、約0.002〜0.02インチ（0.0508〜0.508mm）の範囲に
あることが好ましい。より具体的には、歩留まりを高め
る鋳造のためには、アスペクト比と呼ばれることがあ
る、リブ部分高さのリブ部分断面幅寸法に対する比率
は、1より大きくないことが好ましい。
ける場合は、本発明の一実施形態は、比較的高い鋳造歩
留まり率となるリブ部分の表面形状範囲を含み、適切な
熱伝達面の形成に十分なリブ部分の材料を提供してい
る。精密鋳造による製造者にとって、リブ部分断面幅寸
法は、その断面幅寸法の少なくとも約１０倍のリブ部分
長さ及び部品の表面から約0.002〜0.02インチ（0.0508
〜0.508mm）の範囲のリブ部分高さとの組合せにおい
て、約0.002〜0.02インチ（0.0508〜0.508mm）の範囲に
あることが好ましい。より具体的には、歩留まりを高め
る鋳造のためには、アスペクト比と呼ばれることがあ
る、リブ部分高さのリブ部分断面幅寸法に対する比率
は、1より大きくないことが好ましい。
【００１４】本発明は、すべての図が概略図で表されて
いる図面を見ることによって、さらに十分に理解するこ
とができる。図1は、全体を符号１０で示した、部品壁
の一部の部分断面斜視図であり、例えば回転タービンブ
レードの周りに配置されたガスタービンエンジンのター
ビンシュラウド又はシュラウドセグメントの壁である。
本発明の一実施形態が関連するそのようなシュラウド及
びシュラウドセグメントの一実施例が、Ｎｉｃｈｏｌｓ
による米国特許第５，０７１，３１３号に記載されてい
る。本発明の実施形態が関連するタービンシュラウド及
びその支持構造体の別の実施例が、Ｐｒｏｃｔｏｒ他に
よる米国特許第５，５６２，４０８号に記載されてい
る。
いる図面を見ることによって、さらに十分に理解するこ
とができる。図1は、全体を符号１０で示した、部品壁
の一部の部分断面斜視図であり、例えば回転タービンブ
レードの周りに配置されたガスタービンエンジンのター
ビンシュラウド又はシュラウドセグメントの壁である。
本発明の一実施形態が関連するそのようなシュラウド及
びシュラウドセグメントの一実施例が、Ｎｉｃｈｏｌｓ
による米国特許第５，０７１，３１３号に記載されてい
る。本発明の実施形態が関連するタービンシュラウド及
びその支持構造体の別の実施例が、Ｐｒｏｃｔｏｒ他に
よる米国特許第５，５６２，４０８号に記載されてい
る。
【００１５】この図1において、シュラウド１０は、エ
ンジンの流れの流路及び高温にさらされる半径方向の内
壁面１２を備える。全体を符号１４で示した半径方向の
リブ付き外壁面が内壁面１２にほぼ対向しており、エン
ジン運転の間、該外壁面に沿って又は該外壁面に対して
冷却空気のような冷却流体が向けられる。半径方向の外
壁面１４には、ほぼ並行で間隔を置いて設けられた断続
する複数のリブ１６が配列され、これらのリブ１６はシ
ュラウドの外面１８からほぼ半径方向外向きに突出し、
壁から冷却流体への熱の放散を助ける。リブ１６は、リ
ブを形成するために用いられる方法の機能に合わせて選
択された、様々な断面形状、例えば長方形、半円形、三
角形等とすることができる。
ンジンの流れの流路及び高温にさらされる半径方向の内
壁面１２を備える。全体を符号１４で示した半径方向の
リブ付き外壁面が内壁面１２にほぼ対向しており、エン
ジン運転の間、該外壁面に沿って又は該外壁面に対して
冷却空気のような冷却流体が向けられる。半径方向の外
壁面１４には、ほぼ並行で間隔を置いて設けられた断続
する複数のリブ１６が配列され、これらのリブ１６はシ
ュラウドの外面１８からほぼ半径方向外向きに突出し、
壁から冷却流体への熱の放散を助ける。リブ１６は、リ
ブを形成するために用いられる方法の機能に合わせて選
択された、様々な断面形状、例えば長方形、半円形、三
角形等とすることができる。
【００１６】本発明の実施形態が、図２の半径方向のリ
ブ付き外壁１４の部分平面図により詳細に示されてい
る。その図において、シュラウド外面１８から突出する
リブ１６は、複数の切れ目２０によって中断されて、複
数のリブ部分２２を形成している。切れ目２０は互いに
一直線に整列させること、隣接するリブ部分間でオフセ
ットさせること、及び、リブ部分の全体的な方向に対し
て様々な角度で配置すること等が可能である。幾つかの
実施例が図２に含まれている。しかしながら、本発明に
関して、図２に示されるリブ部分２２間の切れ目間隔又
は切れ目長さ２４は約0.002〜0.05インチ（0.0508〜1.2
70mm）の範囲でなければならないことが分かった。約0.
002インチより小さい切れ目長さでは、リブ部分２２を
又は該リブ部分２２の周りを流れる冷却流体の境界層を
十分に破壊して、リブ部分からの熱伝達を高めることが
できない。約0.05インチより大きい切れ目長さでは、リ
ブ部分の材料の量が減少して、リブ部分からの熱伝達を
高めるのに十分な表面積が得られない。さらに、適切な
熱伝達に十分な表面積を得るために、リブ部分は、図３
に示すように、約0.002〜0.05インチ（0.0508〜1.270m
m）の範囲のリブ部分高さ２８を有することが好まし
い。リブ部分高さ２８のリブ断面幅寸法２６に対する比
率は本明細書ではアスペクト比と呼ばれ、約1より大き
くないことが好ましい。
ブ付き外壁１４の部分平面図により詳細に示されてい
る。その図において、シュラウド外面１８から突出する
リブ１６は、複数の切れ目２０によって中断されて、複
数のリブ部分２２を形成している。切れ目２０は互いに
一直線に整列させること、隣接するリブ部分間でオフセ
ットさせること、及び、リブ部分の全体的な方向に対し
て様々な角度で配置すること等が可能である。幾つかの
実施例が図２に含まれている。しかしながら、本発明に
関して、図２に示されるリブ部分２２間の切れ目間隔又
は切れ目長さ２４は約0.002〜0.05インチ（0.0508〜1.2
70mm）の範囲でなければならないことが分かった。約0.
002インチより小さい切れ目長さでは、リブ部分２２を
又は該リブ部分２２の周りを流れる冷却流体の境界層を
十分に破壊して、リブ部分からの熱伝達を高めることが
できない。約0.05インチより大きい切れ目長さでは、リ
ブ部分の材料の量が減少して、リブ部分からの熱伝達を
高めるのに十分な表面積が得られない。さらに、適切な
熱伝達に十分な表面積を得るために、リブ部分は、図３
に示すように、約0.002〜0.05インチ（0.0508〜1.270m
m）の範囲のリブ部分高さ２８を有することが好まし
い。リブ部分高さ２８のリブ断面幅寸法２６に対する比
率は本明細書ではアスペクト比と呼ばれ、約1より大き
くないことが好ましい。
【００１７】すでに述べたように、図３は、シュラウド
壁１０のシュラウド面１８から突出する２つ隣接するリ
ブ部分の部分断面図である。精密鋳造によって形成され
る、本発明の部品のこれらの実施形態においては、さら
に、図２及び図３に示すように、リブ部分は、約0.002
〜0.02インチ（0.0508〜0.508mm）の範囲の断面幅寸法
２６、リブ部分の断面幅寸法の少なくとも１０倍のリブ
部分長さ３０、及び約1より大きくない、リブ部分高さ
のリブ部分断面幅寸法に対するアスペクト比を有するこ
とが分かっている。このような範囲は、鋳込み材料を鋳
型いっぱいに充填することを可能にすることによって比
較的高い鋳造歩留まりをもたらすために必要である。
壁１０のシュラウド面１８から突出する２つ隣接するリ
ブ部分の部分断面図である。精密鋳造によって形成され
る、本発明の部品のこれらの実施形態においては、さら
に、図２及び図３に示すように、リブ部分は、約0.002
〜0.02インチ（0.0508〜0.508mm）の範囲の断面幅寸法
２６、リブ部分の断面幅寸法の少なくとも１０倍のリブ
部分長さ３０、及び約1より大きくない、リブ部分高さ
のリブ部分断面幅寸法に対するアスペクト比を有するこ
とが分かっている。このような範囲は、鋳込み材料を鋳
型いっぱいに充填することを可能にすることによって比
較的高い鋳造歩留まりをもたらすために必要である。
【００１８】本発明を、構造の組合せを含む、特定の実
施例、材料、及び実施形態に関連して説明してきた。し
かしながら、それらは、本発明の技術的範囲に何らかの
限定を加えるものではない。本発明に含まれる様々な技
術、例えばタービンエンジン、高温材料、及び流体の流
れとそこからの熱伝達に関連する技術に精通した当業者
には、本発明は、添付した特許請求の範囲の技術的範囲
から逸脱することなく、変更及び改良が可能であること
が明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された
符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範
囲を実施例に限縮するものではない。
施例、材料、及び実施形態に関連して説明してきた。し
かしながら、それらは、本発明の技術的範囲に何らかの
限定を加えるものではない。本発明に含まれる様々な技
術、例えばタービンエンジン、高温材料、及び流体の流
れとそこからの熱伝達に関連する技術に精通した当業者
には、本発明は、添付した特許請求の範囲の技術的範囲
から逸脱することなく、変更及び改良が可能であること
が明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された
符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範
囲を実施例に限縮するものではない。
【図１】 リブ部分間の切れ目において間隔を置いて設
けられたリブ部分を含む複数のリブを示す、タービンシ
ュラウドのような部品の壁の一部の概略部分断面斜視
図。
けられたリブ部分を含む複数のリブを示す、タービンシ
ュラウドのような部品の壁の一部の概略部分断面斜視
図。
【図２】 リブ部分及び該リブ部分間の切れ目を示す、
図１の壁の一部の概略部分平面図。
図１の壁の一部の概略部分平面図。
【図３】 隣接するリブ部分の一形態を切断した概略部
分断面図。
分断面図。
１０ 部品
１２ 第１壁面
１４ 第２壁面
１６ リブ
１８ 壁面
２０ 切れ目
２２ リブ部分
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 グレン・ハーバート・ニコラス
アメリカ合衆国、オハイオ州、メイソン、
ソーンベリー・コート、5767番
Ｆターム(参考） 3G002 CA07 CB05 GA08 GB01
Claims (11)
- 【請求項１】 第１の温度を受ける第１壁面（１２）と
ほぼ対向する第２壁面（１４）とを有する壁を備え、該
第２壁面（１４）が該第２壁面（１４）を前記第１の温
度より低い第２の温度まで温度を低下させるために冷却
流体に曝され、且つ該第２壁面（１４）が、該第２壁面
（１４）からの熱の伝達を助長するために、該第２壁面
（１４）から突出し間隔を置いて設けられた複数のリブ
（１６）を含んでいる、部品（１０）であって、 前記第２壁面（１４）は、各々が複数の細長いリブ部分
（２２）を備える断続したリブを含み、該リブ部分（２
２）の各々が該リブ部分（２２）間の切れ目（２０）に
おいて互いに間隔を置いて設けられ、 前記リブ部分（２２）間の前記切れ目（２０）は、約0.
002〜0.05インチ（0.0508〜1.270mm）の範囲の切れ目長
さ（２４）を有する、ことを特徴とする部品（１０）。 - 【請求項２】 前記リブ部分（２２）は、約0.002〜0.0
5インチ（0.0508〜1.270mm）の範囲の、前記第２壁面
（１４）からのリブ部分高さ(２８）を有することを特
徴とする、請求項１に記載の部品（１０）。 - 【請求項３】 前記リブ（１６）が、ほぼ真っ直ぐで、
全体的に互いに整列していることを特徴とする、請求項
１に記載の部品（１０）。 - 【請求項４】 前記壁（１０）は、鋳物品であって、 前記リブ部分（２２）は、約0.002〜0.05インチ（0.050
8〜1.270mm）の範囲のリブ断面幅寸法（２６）を有し、 前記リブ部分（２２）は、前記断面幅寸法（２６）の少
なくとも約１０倍のリブ部分長さ（３０）を有し、 前記リブ部分高さ(２８)は、約0.002〜0.02インチ（0.0
508〜0.508mm）の範囲にあり、 前記リブ部分高さ(２８）の前記リブ部分断面幅寸法
（２６）に対するアスペクト比は、約１より大きくな
い、 ことを特徴とする、請求項２に記載の部品（１０）。 - 【請求項５】 前記切れ目長さ（２４）は、約0.005〜
0.02インチ（0.127〜0.508mm）の範囲にあり、 前記リブ断面幅寸法（２６）は、約0.005〜0.02インチ
（0.127〜0.508mm）の範囲にある、ことを特徴とする、
請求項４に記載の部品（１０）。 - 【請求項６】 ガスタービンエンジンシュラウドの形態
であって、 前記第１壁面（１２）は、該エンジンのガス流路におい
てエンジンのほぼ半径方向内向きに面する、該エンジン
のアセンブリのためのものであり、 前記第２壁面（１４）は、該エンジンのほぼ半径方向外
向きに面し、そこに冷却空気が向けられる、ことを特徴
とする、請求項１に記載の部品（１０）。 - 【請求項７】 前記リブ部分（２２）は、約0.002〜0.0
5インチ（0.0508〜1.270mm）の範囲の、前記第２壁面
（１４）からのリブ部分高さ(２８）を有することを特
徴とする、請求項６に記載の部品（１０）。 - 【請求項８】 鋳造されたガスタービンエンジンのター
ビンシュラウドセグメントの形態であって、 前記第１壁面（１２）は、該エンジンの燃焼ガスに面し
かつ該燃焼ガスに曝されるためのものであり、 前記第２壁面（１４）上の前記リブ部分（２２）は、 （ａ）約0.005〜0.02インチ（0.127〜0.508mm）の範囲
のリブ断面幅寸法（２６）と、 （ｂ）約0.005〜0.02インチ（0.127〜0.508mm）の範囲
の、間隔を置いて設けられたリブ部分（２２）間の切れ
目長さ（２４）と、 （ｃ）前記断面幅寸法（２６）の少なくとも１０倍のリ
ブ部分長さ（３０）と、 （ｄ）約0.002〜0.02インチ（0.0508〜0.508mm）の範囲
のリブ部分高さ(２８）と、 （ｅ）約１より大きくない、前記リブ部分高さ(２８）
の前記リブ部分断面幅寸法（２６）に対するアスペクト
比と、を有する、ことを特徴とする、請求項７に記載の
部品（１０）。 - 【請求項９】 ガスタービンエンジン構成部品のうちの
翼形部の形態であって、 前記第１壁面（１２）は、該エンジンの流通ガスに曝さ
れるための、前記翼形部の外面であり、 前記第２壁面（１４）は、そこに冷却空気が向けられ
る、前記翼形部の内壁面である、ことを特徴とする、請
求項1に記載の部品（１０）。 - 【請求項１０】 前記リブ部分（２２）は、約0.002〜
0.05インチ（0.0508〜1.270mm）の範囲の、前記第２壁
面（１４）からのリブ部分高さ(２８）含むことを特徴
とする、請求項９に記載の部品（１０）。 - 【請求項１１】 前記翼形部は、鋳物品であり、 前記第２壁面（１４）上の前記リブ部分（２２）は、 （ａ）約0.005〜0.02インチ（0.127〜0.508mm）の範囲
の断面幅寸法（２６）と、 （ｂ）約0.005〜0.02インチ（0.127〜0.508mm）の範囲
の、間隔を置いて設けられたリブ部分（２２）間の切れ
目長さ（２４）と、 （ｃ）前記断面幅寸法（２６）の少なくとも１０倍のリ
ブ部分長さ（３０）と、 （ｄ）約0.002〜0.02インチ（0.0508〜0.508mm）の範囲
のリブ部分高さ(２８）と、 （ｅ）約１より大きくない、前記リブ部分高さ(２８）
の前記リブ部分断面幅寸法（２６）に対するアスペクト
比と、を有する、ことを特徴とする、請求項１０に記載
の部品（１０）。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/997,183 US6612808B2 (en) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | Article wall with interrupted ribbed heat transfer surface |
| US09/997183 | 2001-11-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003184574A true JP2003184574A (ja) | 2003-07-03 |
| JP4181860B2 JP4181860B2 (ja) | 2008-11-19 |
Family
ID=25543731
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002344851A Expired - Fee Related JP4181860B2 (ja) | 2001-11-29 | 2002-11-28 | 断続したリブ付きの熱伝達面を有する部品壁 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6612808B2 (ja) |
| EP (1) | EP1316772A1 (ja) |
| JP (1) | JP4181860B2 (ja) |
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| JP2016098670A (ja) * | 2014-11-19 | 2016-05-30 | アイシン高丘株式会社 | タービンハウジング |
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| US8002168B2 (en) | 2005-09-06 | 2011-08-23 | Volvo Aero Corporation | Method of producing an engine wall structure |
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-
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- 2001-11-29 US US09/997,183 patent/US6612808B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-11-27 EP EP02258138A patent/EP1316772A1/en not_active Withdrawn
- 2002-11-28 JP JP2002344851A patent/JP4181860B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| US20030099541A1 (en) | 2003-05-29 |
| US6612808B2 (en) | 2003-09-02 |
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