JP2016503850A - サーペンタイン冷却回路及びアキシアル方向先端部冷却回路が組み込まれたタービンブレード - Google Patents

Abstract

空冷式のタービンブレード（１０）は、先縁部と、後縁部と、先縁部と後縁部との間において翼弦方向に延在している正圧側壁及び負圧側壁とを含んでいる。先縁部冷却回路（３４）及び後縁部冷却回路（３６）はそれぞれ、先縁部に隣り合った状態で翼長方向に延在している。前方流の中間部サーペンタイン冷却回路（３８）が、翼幅方向に延在しており、先縁部冷却回路（３４）と後縁部冷却回路（３６）との間に配置されている。アキシアル方向先端部冷却回路（４０）は、翼弦方向に延在しており、先端キャップと中間部サーペンタイン冷却回路との間において第１の導管の外側端部に配置されている。アキシアル方向先端部冷却回路は、中間部サーペンタイン冷却回路の第１の導管（６２）からの冷却空気を受容すると共に、後縁部に隣り合った状態において冷却空気を排出する前方端部を有している。本発明は、対応するタービンブレード（１０）を冷却するための方法にも関連する。

Description

本発明は、概略的には、タービンブレードに関し、具体的には、タービンブレードの翼部分を通じて冷却空気を導くための冷却回路を有しているタービンブレードに関する。

従来技術に基づくガスタービンは、圧縮器と燃焼器とタービンとを含んでいる。圧縮器は、圧縮された空気を燃料と共に混合し、その混合体に点火することによって、高温の作動ガスを形成する燃焼生成物を生み出す燃焼器に供給される周囲空気を備えている。作動ガスは、当該作動ガスが静翼及び動翼から成る複数の列を通過するタービンに供給される。動翼は、シャフト及びディスクから成る組立体に結合されている。作動ガスがタービンを通じて膨張するので、作動ガスによって、動翼ひいてはシャフト及びディスクから成る組立体が回転される。

動翼が高温ガスに曝されているので、その結果として、このような高温に対して耐性を有している材料から動翼を作る必要がある。さらに、動翼は、当該動翼の寿命を延ばすと共に過度の高温に起因する故障の可能性を低減させるための冷却システムを含んでいる場合がある。

一般に、動翼は、根元部分と、プラットフォームと、プラットフォームから外方に延在している翼部分とを備えている。翼部は、一般に先端部、先縁部、及び後縁部から成る。大部分の動翼は、典型的に冷却システムを形成している内部冷却導管を含んでいる。動翼内の冷却導管は、ガスタービンエンジンの圧縮器からの冷却空気を受容し、冷却空気に動翼を通過させる。

国際公開第９４／１２７６６号 欧州特許出願公開第２４７９３８２号明細書

本発明の一の実施態様は、先縁部と後縁部と正圧側壁と負圧側壁とを有している翼部分を備えている空冷式のタービンブレードを提供する。正圧側壁及び負圧側壁が、先縁部と後縁部との間において翼弦方向に延在しており、タービンブレード根元部分と翼部分の先端との間において翼長方向に延在している。先縁部冷却回路は、先縁部に隣り合っていると共に翼長方向に延在しており、後縁部冷却回路は、後縁部に隣り合っていると共に翼長方向に延在している。中間部サーペンタイン冷却回路は、後縁部から先縁部に向かう前方方向に空気を導くために、先縁部冷却回路と後縁部との間において翼長方向に延在して配置されている。中間部サーペンタイン冷却回路は、第１の導管根元部分間通路からの冷却空気を受容する第１の導管と最終導管とを含んでいる。アキシアル方向先端部冷却回路は、翼弦方向に延在しており、先端キャップと中間部サーペンタイン冷却回路との間において第１の導管の外側端部に配置されている。アキシアル方向先端部冷却回路は、中間部サーペンタイン冷却回路の第１の導管からの冷却空気を受容すると共に、後縁部の近傍に位置する冷却空気を排出する前方端部を有している。

中間部サーペンタイン冷却回路の最終導管が、外方に流すための導管とされ、当該最終導管が、先端キャップに至るまで延在しており、湾曲部においてアキシアル方向先端部冷却回路の前方端部に接続している。中間部サーペンタイン冷却回路が、第１の導管と最終導管との間に少なくとも１つの中間導管を含んでおり、冷却流が、湾曲部においてアキシアル方向先端部冷却回路に流入する前に、第１の導管、中間導管、及び最終導管それぞれを通過する。隣り合う導管が、翼長方向に延在していると共に正圧側壁から負圧側壁に至るまで延在している脚部によって分離されており、先縁部冷却回路と中間部サーペンタイン冷却回路の最終導管とが、共通する脚部によって分離されている。

タービンブレードが、冷却空気を先縁部冷却回路に供給するための先縁部根元部分間通路と、冷却空気を後縁部冷却回路に供給するための後縁部根元部分間通路とを含んでおり、先縁部冷却回路が、冷却空気を先縁部に方向づけており、後縁部冷却回路が、複数の後縁部出口通路において冷却空気を翼部分から流出させる。

アキシアル方向先端部冷却回路が、先端キャップとキャビティ基面との間において正圧側壁から負圧側壁に至るまで延在している、連続的なキャビティとして形成されており、キャビティ基面が、アキシアル方向先端部冷却回路の前方端部から後縁部の近傍の所定位置に至るまで後方位置に延在している。キャビティ基面が、第１の導管の外側端部において、中間部サーペンタイン冷却回路及び後縁部冷却回路についての外側流れ境界を形成している。

正圧側壁コーナー及び負圧側壁コーナーが、アキシアル方向先端部冷却回路の内部において、先端キャップと正圧側壁及び負圧側壁それぞれとの結合部分に形成されており、先端キャップが、反対側に位置する横部分によって形成されており、横部分が、正圧側壁コーナー及び負圧側壁コーナーから、アキシアル方向先端部冷却回路の翼長方向における寸法が最小となるキャビティ基面に向かって内方に延在している。タービンブレードが、アキシアル方向先端部冷却回路の内部において正圧側壁及び負圧側壁の内面から延在している、リブ状の撹拌器を含んでおり、撹拌器が、翼長方向及び後方方向においてキャビティ基面に対して傾斜しており、アキシアル方向先端部冷却回路の内部において、冷却空気の乱流を先端キャップに向かってラジアル方向外方に発生させる。撹拌器が、キャビティ基面から外方に約３０°〜約４５°の角度で傾斜している。

本発明の他の実施態様は、ガスタービンエンジンで利用されるタービンブレードを冷却するための方法であって、タービンブレードが、内方に配置されているブレード根元部分と、外方に配置されている先端部を有している翼部分とを含んでおり、翼部分が、先縁部と、冷却空気を翼部分から排出させるための複数の後縁部出口通路を具備する後縁部とを含んでいる、方法を提供する。当該方法は、冷却空気をブレード根元部分を介して翼部分に供給するステップと、翼部分の先縁部を冷却するために、冷却空気の一部分に先縁部冷却回路を通過させるステップと、複数の後縁部出口通路を通じて翼部分から流出させるために、冷却空気の一部分に後縁部冷却回路を通過させるステップと、冷却空気の一部分に、先縁部冷却回路と後縁部冷却回路との間に位置する前方に流すためのサーペンタイン冷却回路を通過させるステップと、アキシアル方向先端部冷却回路の内部においてアキシアル方向に流すことによって、翼部分の先端に配置されている先端キャップを冷却するために、冷却空気をサーペンタイン冷却回路の前方端部から通過させるステップと、を備えている。

サーペンタイン冷却回路が、第１の導管と少なくとも１つの中間導管と最終導管とを含んでおり、最終導管が、先端キャップに隣り合っている外側端部を含んでおり、先端キャップにおいて、冷却空気が、サーペンタイン冷却回路からアキシアル方向先端部冷却回路に至るまで通過する。サーペンタイン冷却回路からの冷却空気が、アキシアル方向先端部冷却回路の内部において、先縁部冷却回路の近傍の前方位置から、冷却空気が翼部分の後縁部の近傍の翼部分から流出する後方位置に至るまで、先端キャップの内面に沿って通過する。サーペンタイン冷却回路を通過する冷却空気の一部が、ブレード根元部分を介して、サーペンタイン冷却回路の第１の導管に供給される。冷却空気のさらなる一部が、ブレード根元部分を介して、サーペンタイン冷却回路の第１の導管に直接供給される。

アキシアル方向先端部冷却回路の内部において、アキシアル方向先端部冷却回路の翼弦中心に供給される空気より多くの空気を、翼部分の側壁に隣り合っているアキシアル方向先端部冷却回路の一部分に向かって方向づけるステップを備えている。

本明細書の末尾には、本発明に特に注目すると共に本発明を明確に規定する特許請求の範囲が添付されているが、本発明については、添付図面に関連する以下の説明から理解することができる。図面では、類似する参照符号が類似する構成要素を特定している。

本発明の実施態様を表わす、タービンブレードの翼弦中心に沿った断面図である。 図１に表わす断面２−２における断面図である。 翼弦方向に対して垂直な断面で切った、タービンブレードの外側部分の断面図である。 本発明の実施態様を表わす、冷却回路を通じて流れる冷却空気の図解である。

好ましい実施形態についての以下の説明において、本出願の一部分を形成する添付図面には、参照符号が付されているが、添付図面は、図解することを目的とするものであって、限定する意図はなく、本発明を具体化した特定の好ましい実施例を表わす。他の実施例も利用可能であること、及び、本発明の技術的思想及び技術的範囲から逸脱することなく変更可能であることに留意すべきである。

図１は、本発明の一の実施態様における、ガスタービンエンジンのための空冷式タービンブレード１０を表わす。タービンブレード１０は、翼部分１２と根元部分１４とを含んでいる。根元部分１４は、高温の作動ガスがタービンブレード１０の表面に動力を作用させるガスタービンの高温作動ガス流路の内部においてタービンブレード１０を支持するために、一般にタービンブレード１０をガスタービンエンジンのロータディスクに固定するために利用される。

図２に表わすように、翼部分１２は、略凹状の正圧側壁１８と略凸状の負圧側壁２０とを具備する外壁１６を有している。正圧側壁１８及び負圧側壁２０は、上流側先縁部２２及び下流側後縁部２４に沿って共に結合されている。先縁部２２及び後縁部２４は、アキシアル方向すなわち翼弦方向において互いから離隔して配置されている。翼部分１２は、正圧側壁１８及び負圧側壁２０によって形成されており、ラジアル方向内側ブレードプラットフォーム２６からラジアル方向外側ブレード先端部２８に至るまでタービンブレード１０の翼長方向すなわちラジアル方向に沿ってラジアル方向に延在しており、先縁部２２と後縁部２４との間において翼弦方向に延在している。根元部分１４は、ブレードプラットフォーム２６からラジアル方向内方に向かって延在している。

図１に表わすように、キャビティ３０は、正圧側壁１８と負圧側壁２０との間において翼部分１２の内部に形成されている。本発明の一の実施形態では、複数の冷却回路が、タービンブレード１０の外壁１６及び先端キャップ３２を冷却するために、キャビティ３０の内部に設けられている。特に、先縁部冷却回路３４、後縁部冷却回路３６、中間部サーペンタイン冷却回路３８、及びアキシアル方向先端部冷却回路４０が、キャビティ３０の内部に収容されている。

先縁部冷却回路３４は、キャビティ３０の内部において、上流側先縁部２２に隣り合っている先端キャップ３２に至るまで翼長方向に延在しており、先縁部根元部分間通路４２を通じて供給される冷却空気を受容する。当該冷却空気は、ガスタービンエンジンの圧縮器から抽気された冷却空気として供給され、従来手法によりロータディスクに導かれる。先縁部冷却回路３４は、主導管４４を含んでおり、図示の如く、主導管４４と連通している複数の横断開口部４８を介して給気するための複数の先縁部プレナム４６を含んでいる。図１、図２、及び図４に表わすように、先縁部プレナム４６から流出する空気の大部分は、フィルム冷却孔４９が形成されたシャワーヘッドを通じて抽出される。フィルム冷却孔４９は、冷却空気のフィルム冷却流を翼部分１２の上流側先縁部２２に供給する。

後縁部冷却回路３６は、下流側後縁部２４に隣り合っているアキシアル方向先端部冷却回路４０に至るまで、キャビティ３０の内部において翼長方向に延在しており、後縁部根元部分間通路５０を通じて供給される冷却空気を受容する。後縁部冷却回路３６は、下流側後縁部２４に隣り合っている正圧側壁１８及び負圧側壁２０を冷却するために対流熱を伝達させるように構成されている、複数の千鳥状に配置された通路として本明細書で説明する複数の後縁部出口通路５２を含んでいる。後縁部出口通路５２を通過した冷却空気は、翼部分１２の下流側後縁部２４においてフィルム冷却するために、排出スロット５３を通じて排出される。

中間部サーペンタイン冷却回路３８は、キャビティ３０の内部において翼長方向に延在しており、下流側後縁部２４から上流側先縁部２２に向かう前方方向に冷却空気を導くために、先縁部冷却回路３４と後縁部冷却回路３６との間に配置されている。中間部サーペンタイン冷却回路３８は、第１の導管５４と、キャビティ基面５８に隣り合っている第１の導管５４にアキシアル方向外側通路６０を介して接続されている中間導管５６と、中間導管５６にアキシアル方向内側通路６４を介して接続されている最終導管６２とを含んでいる。冷却空気は、第１の導管根元部分間通路６６を通じて第１の導管５４に流入し、キャビティ基面５８に向かってラジアル方向外方に流れる。

アキシアル方向先端部冷却回路４０は、翼弦方向に延在しており、第１の導管５４、中間導管５６、及び最終導管６２によって形成されている中間部サーペンタイン冷却回路３８の外側端部において、先端キャップ３２と中間部サーペンタイン冷却回路３８との間に配置されている。第１の導管５４及び中間導管５６の外側端部は、正圧側壁１８と負圧側壁２０との間に延在しているキャビティ基面５８によって形成されており、最終導管６２の外側端部は、先端キャップ３２によって形成されており、アキシアル方向先端部冷却回路４０の前方端部４１と一致する領域に配置されている。アキシアル方向先端部冷却回路４０は、冷却空気が中間部サーペンタイン冷却回路３８の最終導管６２から受容される前方端部４１から、冷却空気がアキシアル方向先端部冷却回路４０から排出される下流側後縁部２４に至るまで連続的に延在している。

隣り合う第１の導管５４と中間導管５６とは、正圧側壁１８と負圧側壁２０との間に跨設されている第１の仕切りすなわち第１の脚部３８ａによって分離されており、隣り合う中間導管５６と最終導管６２とは、正圧側壁１８と負圧側壁２０との間に跨設されている第２の仕切りすなわち第２の脚部３８ｂによって分離されている。第１の脚部３８ａと第２の脚部３８ｂとは、例えばラジアル方向内側ブレードプラットフォーム２６及び／又は根元部分１４に隣り合っている内側位置から外方に延在している。第１の脚部３８ａは、第１のアキシアル方向通路６０の位置に至るまで延在しており、第２の脚部３８ｂは、第２のアキシアル方向通路６４の位置からキャビティ基面５８に至るまで延在しており、第２の脚部３８ｂとキャビティ基面５８の前方端部との連結部分は、曲率半径Ｃを有している湾曲部６８によって、言い換えれば漸次移行部すなわち湾曲移行部によって形成されている。好ましくは、曲率半径Ｃは、中間導管５６のアキシアル方向幅の約半分より大きい。従って、中間部サーペンタイン冷却回路３８とアキシアル方向先端部冷却回路４０とは、タービンブレード１０の中間部及び先端部を冷却するために、一体化されている回路、すなわち連続的な回路であると考えることができる。

中間部サーペンタイン冷却回路３８の最終導管６２と先縁部冷却回路３４の主導管４４とは、正圧側壁１８と負圧側壁２０との間に跨設されている仕切りすなわち脚部３４ａによって分離されており、脚部３４ａは、先縁部冷却回路３４及び中間部サーペンタイン冷却回路３８の両方に共通している。中間部サーペンタイン冷却回路３８の第１の導管５４と後縁部冷却回路３６とは、正圧側壁１８と負圧側壁２０との間に跨設されている仕切りすなわち脚部３６ａによって分離されており、脚部３６ａは、後縁部冷却回路３６及び中間部サーペンタイン冷却回路３８の両方に共通している。従って、中間部サーペンタイン冷却回路３８は、先縁部冷却回路３４と後縁部冷却回路３６との間においてアキシアル方向に跨設されている。さらに、第１の導管根元部間通路６６を通じて中間部サーペンタイン冷却回路３８に供給される実質的にすべての冷却空気が、中間部サーペンタイン冷却回路３８を通過した後に、アキシアル方向先端部冷却回路４０に流入する。

最終導管６２を通過する一定限度の量の冷却空気が、正圧側壁１８及び／又は負圧側壁２０をフィルム冷却するために抽出されることに留意すべきである。例えば図２に表わすように、正圧側壁１８に配置された一列のフィルム冷却穴６７、及び／又は、負圧側壁２０に配置された一列のフィルム冷却穴６９は、最終導管６２からの空気の一部によってフィルム冷却するために設けられている場合がある。

最終導管延長部６２ａが根元部分１４の内部に延在している状態の最終導管６２が図示されており、タービンブレード１０の製造の際にセラミック製のコアを支持するように設けられていることに留意すべきである。計量プレート６５は、冷却空気が最終導管延長部６２ａに流入することを防止又は制限するために、最終導管延長部６２ａのラジアル方向内側端部における開口部を覆うように溶接されている。例えば、計量プレート６５は、中間部サーペンタイン冷却回路３８の第１の導管６２を通過する冷却空気のために、より新鮮な空気として一定限度の量の冷却空気をロータディスクから最終導管延長部６２ａの内部に流入させることができる。

図３に表わすように、アキシアル方向先端部冷却回路４０は、連続的なキャビティすなわち仕切られていないキャビティとして形成されており、正圧側壁１８の内側壁面７０と負圧側壁２０の内側壁面７２との間に延在しており、且つ、先端キャップ内面７４とキャビティ基面５８のラジアル方向外面７６との間に延在している。ラジアル方向外面７６は、内側壁面７０，７２の間に延在しており、略平坦に構成されている。

正圧側壁コーナー７８は、先端キャップ内面７４と内側壁面７０との連結部に形成されており、負圧壁コーナー８０は、先端キャップ内面７４と内側壁面７２との連結部に形成されている。先端キャップ３２は、正圧側壁１８及び負圧側壁２０それぞれから翼部分１２の翼弦中心８６に向かって内方に延在している対向する略平坦横部分８２，８４によって形成されている。この場合には、平坦横部分８２，８４それぞれが、キャビティ基面５８に向かってラジアル方向内方に傾斜している場合がある。図示の実施例では、先端キャップ３２は、略Ｖ字状の断面を有して形成されている。しかしながら、平坦横部分８２，８４が、丸みを帯びた連結部すなわち湾曲した連結部において接続されている場合があることに留意すべきである。

翼長方向における、先端キャップ内面７４とキャビティ基面５８のラジアル方向外面７６との間の最小距離Ｄ_１は、平坦横部分８２，８４の連結部に形成されており、先端キャップ内面７４とキャビティ基面５８のラジアル方向外面７６との間の最大距離又はより大きい距離Ｄ_２Ａ，Ｄ_２Ｂは、正圧側壁コーナー７８及び負圧側壁コーナー８０に形成されている。従って、アキシアル方向先端部冷却回路４０の中心８６に沿って流れる冷却空気より多くのアキシアル方向先端部冷却回路４０を通過する冷却空気が、正圧側壁１８及び負圧側壁２０の近傍で流れるように方向づけられる。

さらに、リブ状の撹拌器８８が、内側壁面７０及び外側壁面７２からアキシアル方向先端部冷却回路４０の内部に向かって延在している。図１に表わすように、攪拌器８８は、アキシアル方向先端部冷却回路４０内において先端キャップ３２に向かってラジアル方向外方に冷却空気の乱流を発生させるために、翼長方向及び後方方向においてキャビティ基面５８に対して傾斜している。攪拌器８８は、約３０°〜約４５°の範囲の角度でキャビティ基面５８から外方に傾斜している場合がある。従って、アキシアル方向先端部冷却回路４０は、正圧側壁コーナー７８及び負圧側壁コーナー８０の近傍の領域において、正圧側壁１８、負圧側壁２０、及び先端キャップ３２に対する、冷却空気流ひいては冷却能力を増大させるように構成されている。

アキシアル方向先端部冷却回路４０が、先端キャップ３２の内部及び周囲の様々な領域に冷却空気を供給することができることに留意すべきである。例えば、先端キャップ３２は、スキーラーレール９０を含んでおり、冷却穴９２が、高温ガスがスキーラーレール９０を越えてスキーラー先端キャビティ９４の内部に流入するスキーラーレール９０の正圧側を冷却するために、アキシアル方向先端部冷却回路４０からスキーラーレール９０の正圧側の所定位置に至るまで延在している。例えば、さらなる穴９６が、スキーラー先端キャビティ９４及びスキーラーレール９０を冷却するように冷却空気をスキーラー先端キャビティ９４の内部に射出するために設けられている場合がある。

図１に表わすように、１つ以上のダスト穴が、塵埃を冷却回路３４，３６，３８の内部から出すために、冷却回路３４，３６，３８それぞれの外側端部に形成されている場合がある。例えば、先縁部冷却回路３４が、１つ以上のダスト穴９８ａを含んでおり、後縁部冷却回路３６は、１つ以上のダスト穴９８ｂを含んでおり、中間部サーペンタイン冷却回路３８は、１つ以上のダスト穴９８ｃを含んでいる。例えば図示の先端キャップ３２に形成された穴１００のような、さらなる穴が、冷却空気をスキーラー先端キャビティ９４に供給するために設けられている場合がある。

図４に表わすように、タービンブレード１０を冷却するプロセスは、ロータディスク根元部分から冷却回路３４，３６，３８それぞれに冷却空気流を供給するステップを含んでいる。冷却空気を先縁部冷却回路３４及び後縁部冷却回路３６に供給することによって、上流側先縁部２２及び下流側先縁部２４それぞれが冷却されるが、翼部分１２のキャビティ３０の内部の他の冷却回路に対する流通経路は形成されていない。中間部サーペンタイン冷却回路３８によって、冷却空気は、翼部分１２の中間部分を通じて前方に連続的に流される。中間部サーペンタイン冷却回路３８を通過する実質的にすべての冷却空気が、冷却空気を先端キャップ３２の内面７４に沿って流すために、アキシアル方向先端部冷却回路４０に供給される。すなわち、ダスト穴９８ｃ又は先端キャップ冷却穴１００を通じて抽気される一定限度の量の冷却空気を除いた、中間部サーペンタイン冷却回路３８を通過するすべての冷却空気が、アキシアル方向先端部冷却回路４０の前方端部４１に流入するように方向づけられている。

本発明について、スリーパスサーペンタイン冷却回路に関連させて説明したが、例えばさらなる中間導管を有している冷却回路のような、さらなる経路を有している代替的な冷却回路が設けられている場合があることに留意すべきである。このような代替的なサーペンタイン冷却回路は、本明細書で説明した中間部サーペンタイン冷却回路３８に類似する態様で構成されており、上述のように、後縁部冷却回路に隣り合っている初期導管すなわち第１の導管と、先縁部冷却回路に隣り合って配置されていると共にアキシアル方向先端部冷却回路に給気する最終導管とを有している。

本発明の特定の実施例について説明及び図解をしたが、当業者にとっては、本発明の技術的思想及び技術的範囲から逸脱することなく、様々な他の変更及び改良が可能であることは明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の技術的範囲に属するすべての変更及び改良を包含することを意図する。

１０ タービンブレード
１２ 翼部分
１４ 根元部分
１６ 外壁
１８ 正圧側壁
２０ 負圧側壁
２２ 上流側先縁部
２４ 下流側後縁部
２６ ラジアル方向内側ブレードプラットフォーム
２８ ラジアル方向外側ブレード先端部
３０ キャビティ
３２ 先端キャップ
３４ 先縁部冷却回路
３４ａ 仕切り（脚部）
３６ 後縁部冷却回路
３６ａ 仕切り（脚部）
３８ 中間部サーペンタイン冷却回路
３８ａ 第１の仕切り（第１の脚部）
３８ｂ 第２の仕切り（第２の脚部）
４０ アキシアル方向先端部冷却回路
４１ （アキシアル方向先端部冷却回路の）前方端部
４２ 先縁部根元部分間通路
４４ 主導管
４６ 先縁部プレナム
４８ 横断開口部
４９ フィルム冷却孔
５０ 後縁部根元部分間通路
５２ 後縁部出口通路
５３ 排出スロット
５４ 第１の導管
５６ 中間導管
５８ キャビティ基面
６０ アキシアル方向外側通路（第１のアキシアル方向通路）
６２ 最終導管
６２ａ 最終導管延長部
６４ アキシアル方向内側通路（第２のアキシアル方向通路）
６５ 計量プレート
６６ 第１の導管根元部分間通路
６７ フィルム冷却穴
６８ 湾曲部
６９ フィルム冷却穴
７０ （正圧側壁１８の）内側壁面
７２ （負圧側壁２０の）外側壁面
７４ 先端キャップ内面
７６ （キャビティ基面５８の）ラジアル方向外面
７８ 正圧側壁コーナー
８０ 負圧側壁コーナー
８２ 平坦横部分
８４ 平坦横部分
８６ 翼弦中心
８８ 撹拌器
９０ スキーラーレール
９２ 冷却穴
９４ スキーラー先端キャビティ
９６ さらなる穴
９８ａ ダスト穴
９８ｂ ダスト穴
９８ｃ ダスト穴
１００ 先端キャップ冷却穴

Claims (16)

1. 空冷式のタービンブレードにおいて、
   先縁部と後縁部と正圧側壁と負圧側壁とを有している翼部分であって、前記正圧側壁及び前記負圧側壁が、前記先縁部と前記後縁部との間において翼弦方向に延在しており、タービンブレード根元部分と前記翼部分の先端との間において翼長方向に延在している、前記翼部分と、
   前記先縁部に隣り合っていると共に翼長方向に延在している先縁部冷却回路と、
   前記後縁部に隣り合っていると共に翼長方向に延在している後縁部冷却回路と、
   前記後縁部から前記先縁部に向かう前方方向に空気を導くために、前記先縁部冷却回路と前記後縁部との間において翼長方向に延在して配置されている中間部サーペンタイン冷却回路であって、第１の導管根元部分間通路からの冷却空気を受容する第１の導管と最終導管とを含んでいる、前記中間部サーペンタイン冷却回路と、
   翼弦方向に延在しており、先端キャップと前記中間部サーペンタイン冷却回路との間において前記第１の導管の外側端部に配置されているアキシアル方向先端部冷却回路であって、前記中間部サーペンタイン冷却回路の前記第１の導管からの冷却空気を受容すると共に、前記後縁部の近傍に位置する冷却空気を排出する前方端部を有している、前記アキシアル方向先端部冷却回路と、
   を備えていることを特徴とするタービンブレード。
2. 前記中間部サーペンタイン冷却回路の前記最終導管が、外方に流すための導管とされ、
   前記最終導管が、前記先端キャップに至るまで延在しており、湾曲部において前記アキシアル方向先端部冷却回路の前方端部に接続していることを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード。
3. 前記中間部サーペンタイン冷却回路が、前記第１の導管と前記最終導管との間に少なくとも１つの中間導管を含んでおり、
   冷却流が、前記湾曲部において前記アキシアル方向先端部冷却回路に流入する前に、前記第１の導管、前記中間導管、及び前記最終導管それぞれを通過することを特徴とする請求項２に記載のタービンブレード。
4. 隣り合う導管が、翼長方向に延在していると共に前記正圧側壁から前記負圧側壁に至るまで延在している脚部によって分離されており、
   前記先縁部冷却回路と前記中間部サーペンタイン冷却回路の前記最終導管とが、共通する脚部によって分離されていることを特徴とする請求項３に記載のタービンブレード。
5. 前記タービンブレードが、冷却空気を前記先縁部冷却回路に供給するための先縁部根元部分間通路と、冷却空気を前記後縁部冷却回路に供給するための後縁部根元部分間通路とを含んでおり、
   前記先縁部冷却回路が、冷却空気を前記先縁部に方向づけており、
   前記後縁部冷却回路が、複数の後縁部出口通路において冷却空気を前記翼部分から流出させることを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード。
6. 前記アキシアル方向先端部冷却回路が、前記先端キャップとキャビティ基面との間において前記正圧側壁から前記負圧側壁に至るまで延在している、連続的なキャビティとして形成されており、
   前記キャビティ基面が、前記アキシアル方向先端部冷却回路の前方端部から前記後縁部の近傍の所定位置に至るまで後方位置に延在していることを特徴とする請求項１に記載のタービンブレード。
7. 前記キャビティ基面が、前記第１の導管の外側端部において、前記中間部サーペンタイン冷却回路及び前記後縁部冷却回路についての外側流れ境界を形成していることを特徴とする請求項６に記載のタービンブレード。
8. 正圧側壁コーナー及び負圧側壁コーナーが、前記アキシアル方向先端部冷却回路の内部において、前記先端キャップと前記正圧側壁及び前記負圧側壁それぞれとの結合部分に形成されており、
   前記先端キャップが、反対側に位置する横部分によって形成されており、
   前記横部分が、前記正圧側壁コーナー及び前記負圧側壁コーナーから、前記アキシアル方向先端部冷却回路の翼長方向における寸法が最小となる前記キャビティ基面に向かって内方に延在していることを特徴とする請求項６に記載のタービンブレード。
9. 前記タービンブレードが、前記アキシアル方向先端部冷却回路の内部において前記正圧側壁及び前記負圧側壁の内面から延在している、リブ状の撹拌器を含んでおり、
   前記撹拌器が、翼長方向及び後方方向において前記キャビティ基面に対して傾斜しており、前記アキシアル方向先端部冷却回路の内部において、冷却空気の乱流を前記先端キャップに向かってラジアル方向外方に発生させることを特徴とする請求項８に記載のタービンブレード。
10. 前記撹拌器が、前記キャビティ基面から外方に約３０°〜約４５°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項９に記載のタービンブレード。
11. ガスタービンエンジンで利用されるタービンブレードを冷却するための方法であって、
    前記タービンブレードが、内方に配置されているブレード根元部分と、外方に配置されている先端部を有している翼部分とを含んでおり、前記翼部分が、先縁部と、冷却空気を前記翼部分から排出させるための複数の後縁部出口通路を具備する後縁部とを含んでいる、前記方法において、
    冷却空気を前記ブレード根元部分を介して前記翼部分に供給するステップと、
    前記翼部分の前記先縁部を冷却するために、冷却空気の一部分に先縁部冷却回路を通過させるステップと、
    複数の前記後縁部出口通路を通じて前記翼部分から流出させるために、冷却空気の一部分に後縁部冷却回路を通過させるステップと、
    冷却空気の一部分に、前記先縁部冷却回路と前記後縁部冷却回路との間に位置する前方に流すためのサーペンタイン冷却回路を通過させるステップと、
    アキシアル方向先端部冷却回路の内部においてアキシアル方向に流すことによって、前記翼部分の先端に配置されている先端キャップを冷却するために、冷却空気を前記サーペンタイン冷却回路の前方端部から通過させるステップと、
    を備えていることを特徴とする方法。
12. 前記サーペンタイン冷却回路が、第１の導管と少なくとも１つの中間導管と最終導管とを含んでおり、
    前記最終導管が、前記先端キャップに隣り合っている外側端部を含んでおり、
    前記先端キャップにおいて、冷却空気が、前記サーペンタイン冷却回路から前記アキシアル方向先端部冷却回路に至るまで通過することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記サーペンタイン冷却回路からの冷却空気が、前記アキシアル方向先端部冷却回路の内部において、前記先縁部冷却回路の近傍の前方位置から、冷却空気が前記翼部分の前記後縁部の近傍の前記翼部分から流出する後方位置に至るまで、前記先端キャップの内面に沿って通過することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記サーペンタイン冷却回路を通過する冷却空気の一部が、前記ブレード根元部分を介して、前記サーペンタイン冷却回路の前記第１の導管に供給されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 冷却空気のさらなる一部が、前記ブレード根元部分を介して、前記サーペンタイン冷却回路の前記第１の導管に直接供給されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記アキシアル方向先端部冷却回路の内部において、前記アキシアル方向先端部冷却回路の翼弦中心に供給される空気より多くの空気を、前記翼部分の側壁に隣り合っている前記アキシアル方向先端部冷却回路の一部分に向かって方向づけるステップを備えていることを特徴とする請求項１１に記載の方法。

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