JP2000320304A - 内面溝付きタービン壁 - Google Patents

内面溝付きタービン壁

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JP2000320304A
JP2000320304A JP2000102894A JP2000102894A JP2000320304A JP 2000320304 A JP2000320304 A JP 2000320304A JP 2000102894 A JP2000102894 A JP 2000102894A JP 2000102894 A JP2000102894 A JP 2000102894A JP 2000320304 A JP2000320304 A JP 2000320304A
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ridge
wall
ridges
cooling air
grooves
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JP2000102894A
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Ching-Pang Lee
チン−パン・リー
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General Electric Co
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    • F01D5/12—Blades
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    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
    • F01D5/189—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall the insert having a tubular cross-section, e.g. airfoil shape
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C7/00—Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
    • B22C7/06—Core boxes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/221—Improvement of heat transfer
    • F05D2260/2214—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface
    • F05D2260/22141—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface using fins or ribs

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】タービン壁の冷却において、インピンジメント
冷却を改良する。 【解決手段】タービン静翼２２の翼壁２８が、燃焼ガス
２０に面する外面３０と、インピンジメント空気により
冷却される反対側内面４０とを有する。複数の隣合うリ
ッジ４４と溝４６とを内面４０に配設して、表面積を増
加させ、インピンジメント冷却空気による熱伝達を増大
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本発明は一般的にはガスタービンエンジ
ンに関し、特にそのタービン冷却に関する。
【０００２】ガスタービンエンジンにおいて、空気が圧
縮機で圧縮され、燃焼器内で燃料と混ぜられ点火されて
高温燃焼ガスとなり、下流に流れて一つ以上のタービン
段を通り、タービン段は燃焼ガスからエネルギーを抽出
する。高圧タービン（ＨＰＴ）がまずエネルギーを燃焼
ガスから抽出して圧縮機を駆動する。通例低圧タービン
（ＬＰＴ）が別のエネルギーをガスから抽出し、通例、
圧縮機の上流に配置されたファンを駆動する。
【０００３】ＨＰＴには静止タービンノズルが含まれ、
燃焼ガスを燃焼器から直接受入れてガスを転向させ、ロ
ータディスクから半径方向外方に延在する１列のタービ
ン動翼に送り込む。ノズルには複数の周方向に相隔たる
静翼が含まれ、動翼の性能を補完する。
【０００４】静翼と動翼は、翼面上を流れる燃焼ガスか
らのエネルギー抽出の効率を最大にするように協働する
翼として適切に形成される。静翼と動翼は略凹形の正圧
側面と、反対側の略凸形の負圧側面とを有し、両側面
は、軸方向には前縁と後縁との間に延在し、半径方向に
半径方向翼幅にわたって延在する。
【０００５】ノズル静翼は環状の外側および内側バンド
間に延在し、両バンドはそれらの間に燃焼ガスを閉じ込
める。動翼はそれらの半径方向内側根元から半径方向外
側先端まで延在し、先端は周囲の環状タービンシュラウ
ドから半径方向内方にわずかに離れている。シュラウド
は静止しており、回転中の動翼を通過する燃焼ガスの外
側境界を画成する。
【０００６】静翼と動翼とタービンシュラウドは燃焼ガ
スに直接さらされるので、それらの強度を維持し適当な
有効寿命を確保するために適度の冷却を必要とする。こ
れらの構成部は、通例、圧縮機から抽出される空気の対
応部分をそれらに導くことにより冷却され、この抽出空
気は高温燃焼ガスよりかなり低温である。様々な冷却技
術がガスタービンエンジン構成部の冷却に使用される。
フィルム冷却は、空気が傾斜フィルム冷却孔を通って、
構成部の外面または露出表面と、面上を流れる高温燃焼
ガスとの間に冷却空気の膜を形成するような一技術であ
る。
【０００７】インピンジメント冷却は他の技術であり、
この場合、冷却空気は最初これら構成部の内面に略垂直
に向けられて同内面に衝突し、対流熱伝達により熱を構
成部から奪う。内面はインピンジメント冷却のためには
滑らかでよく、あるいは筒形ピン、隆起、または凹みの
形態の３次元タービュレータを有し得る。これらのター
ビュレータは、熱を抽出し得る内面の有効表面積を増大
する。タービュレータは通例寸法が小さい。これは、タ
ービュレータによって生じる不利な圧力降下を減らして
効果的な冷却を確保するためである。
【０００８】タービンの静翼と動翼とシュラウドは高強
度金属で形成されるので、通例鋳造によって製造され、
こうして、使用し得る任意のタービュレータを含む小さ
な加工部の最大の材料強度と精度を達成し得る。
【０００９】静翼と動翼は、冷却空気が幾つかの半径方
向延在通路によって翼内を通るように中空になってい
る。これらの通路は個々に冷却空気を供給されてもよい
し、あるいは、冷却空気が通流する複数の蛇行脚の形態
をなすように配設されてもよい。静翼のインピンジメン
ト冷却は、通例、対応内部通路内に多孔インピンジメン
トバッフルを配置することにより施される。冷却空気は
まずバッフルの内側に導かれ、次いで横方向にその多孔
を通って静翼の内面に衝突する。
【００１０】タービン動翼は運転中回転するので、一体
リブまたはブリッジをその正圧側面と負圧側面との間に
設けることにより多孔を有する一体のバッフルを設けて
もよく、この場合、冷却空気が多孔を通り、通例前縁に
沿って動翼の内面に衝突する。
【００１１】静翼と動翼は、内部の半径方向通路を有す
る翼形状が共通であるから、同様に鋳造することができ
る。内部通路は、最終翼形状を定めるワックスにより囲
まれた対応セラミックコアによって画成される。次いで
ワックスはセラミックシェルによって囲まれ、その後ロ
ストワックス方法で除去される。次いで溶融金属がシェ
ルとコアとの間に注入され所望翼の形に凝固する。次い
でセラミックシェルとセラミックコアを除去して鋳造翼
を取り出す。
【００１２】セラミックコア自体は、コアの外面に形成
すべき鏡像部を精密に形成した金属製コアダイを用いる
別の鋳造工程で製造される。典型的なコアダイは少なく
とも２つの半分として形成することができ、内部通路が
両半分間に画成され翼幅軸線に沿って延在する。セラミ
ックスラリーまたはペーストがかなり大きな圧力でコア
ダイの開端に注入されてそのダイを満たし、その結果生
じたセラミックコアがその後除去され硬化される。
【００１３】同一コアダイを繰返し使用して翼の多数の
コピーを鋳造する。しかし、セラミックスラリーをダイ
内に注入すると、結局摩耗が生じる。摩耗は、インピン
ジメント冷却を良くするためのタービュレータのような
３次元形成部で最も顕著であり、コアダイのタービュレ
ータは使用が長引くにつれて摩耗する。ダイが摩耗する
と、新しいダイをかなりの費用をかけて製造しなければ
ならない。
【００１４】従って、好適実施形態においてコアダイの
摩耗を減らし得る改良されたインピンジメント冷却用形
成部をタービン構成部に設けることが望ましい。
【００１５】
【発明の概要】タービン壁が、燃焼ガスに面する外面
と、インピンジメント空気により冷却される反対側内面
とを有し、複数の隣合うリッジと溝とが内面に配設され
て、インピンジメント冷却空気による熱伝達を増大す
る。
【００１６】
【発明の詳述】図１は、長手方向または軸方向中心線１
２に関して軸対称形のガスタービンエンジン１０の一部
分を示す。このエンジンは、空気１６を圧縮するように
形成された多段軸流圧縮機１４を含み、空気１６は部分
的に抽出された後エンジンの冷却に用いられる。
【００１７】圧縮機からの空気の大部分は、後部を図示
してある環状燃焼器１８に導かれ、そこで燃料と混ぜら
れかつ点火されて高温燃焼ガス２０となり、下流方向に
流れて高圧タービン（ＨＰＴ）に入る。このタービンに
は環状タービンノズルが含まれ、複数の周方向に相隔た
る静翼２２を有し、これらの静翼は環状の外側および内
側バンド間に半径方向に延在する。
【００１８】高圧タービンにはまた１列の動翼２４が含
まれ、支持ロータディスクから外方に延在し、一体の軸
方向ダブテールによってロータディスクに固定されてい
る。動翼２４の周囲に環状タービンシュラウド２６が設
けられ、通例、複数の周方向に隣合う弧状シュラウド部
片で形成されている。
【００１９】運転中、燃焼ガス２０は燃焼器からノズル
静翼２２間に排出され、次いで動翼２４間を流れ、動翼
２４は燃焼ガスからエネルギーを抽出して支持ディスク
を回し、こうして圧縮機１４に動力を与える。次いで燃
焼ガスは下流に流れて低圧タービンを通る。低圧タービ
ンはその第１ノズル段が図示されており、このタービン
も１列以上のタービン動翼（図示せず）を含み、これら
の動翼は別のエネルギーを燃焼ガスから抽出し、通例、
圧縮機上流のファン（図示せず）に動力を与える。
【００２０】上述のようなエンジン１０は形状と作用に
関しては従来のものである。エンジン１０はまた、様々
なタービン構成部、例えば、ノズル静翼２２、ＨＰＴ動
翼２４およびＨＰＴシュラウド２６の冷却用として圧縮
空気１６の対応部分を従来のように抽出するものであ
る。これらの構成部は、通例、従来のように対流とフィ
ルム冷却とインピンジメント冷却によって冷却され、こ
うして空気の冷却効率を最大にするとともにその圧力損
失を最少にする。
【００２１】本発明によれば、静翼２２と動翼２４とシ
ュラウド２６のインピンジメント冷却用加工部を変える
ことにより様々な性能上および鋳造上の利点を得ること
ができる。
【００２２】さらに詳述すると、図２は本発明の一実施
例によるタービンノズル静翼２２の一つを示す。静翼２
２は翼を形成する包囲壁２８の形態を有する。静翼２２
は、略凹形の正圧側面と、反対側の略凸形の負圧側面と
を画成する外面３０を有し、運転中燃焼ガス２０が両側
面上を流れる。静翼外面３０は半径方向または縦方向に
翼幅軸線３２に沿い、軸方向または横方向に翼弦軸線３
４に沿って静翼の上流側前縁３６と下流側後縁３８との
間に延在する。
【００２３】翼壁２８はまた反対側の内面４０を有し、
この内面は、冷却空気１６を通すために翼幅軸線３２に
沿って延在する半径方向延在内側通路または空洞４２を
画成している。
【００２４】本発明によれば、静翼内面４０は複数の隣
合うリッジ４４と溝４６を有し、これらは、利用可能な
空気による熱伝達とインピンジメント冷却を改良すると
ともに、適当な実施形態において静翼鋳造の改良をなす
ためのものである。
【００２５】リッジ４４と溝４６は互いに平行であり、
好ましくは互いに直接隣接して並んでおり、冷却空気１
６の大した圧力損失をもたらすことなく、冷却空気によ
る冷却に利用可能な表面積を増大する。静翼はその面上
を流れる燃焼ガス２０によって外側から加熱され、冷却
空気１６は静翼の内側に送給されてその内部冷却をな
す。リッジと溝がなければ、静翼の滑らかな内面は、限
られた熱伝達表面積で冷却される。比較的小さなリッジ
と溝を設けることにより、静翼内の表面積はかなり増加
し、冷却空気１６がその下にある翼壁２８の大きな表面
積から追加的な熱を抽出して運転中の静翼の冷却を改善
し得る。
【００２６】図３は翼壁２８の一部分の代表的な断面の
拡大図である。一実施例において、各リッジ４４は幅Ａ
を、各溝４６は幅Ｂを有し、リッジと溝は幅が略等し
い。
【００２７】各リッジ４４は高さＣを有し、この高さは
隣接溝４６の対応深さと同じであり、有効表面積を増加
し、運転中静翼内面に沿って形成される冷却空気の境界
層を乱すのに十分な高さである。図３に概略的に示すよ
うに、空気１６の境界層１６ｂが運転中静翼の内面上に
形成される。境界層は通例乱流であり、運転中厚さＤを
有する。リッジ４４は、好ましくは、過大な高さによる
過大圧力損失をもたらすことなく運転中熱伝達冷却を増
すために、高さＣが境界層厚さＤをわずかに超えるよう
に定められる。例えば、リッジ４４の高さＣは約１５〜
２５ミルの範囲内にあり得る。これに対応して、リッジ
幅Ａと溝幅Ｂもそれぞれ約１５〜２５ミルの範囲内にあ
り得る。これらの小さな値は、運転中静翼内に形成され
る冷却空気境界層の高さより十分大きく、さほど圧力損
失をひき起こすことなく冷却に利用し得る表面積のかな
りの増加をもたらすのに十分である。
【００２８】図３の実施例に示したリッジ４４と溝４６
は、静翼内面４０の表面積を約１００％だけ増すような
寸法と形状を有する。リッジと溝は略等しい幅と高さを
有するので、各リッジおよび溝の境界をなす両側は、空
気１６による冷却を受ける利用可能表面積を２倍にする
のに有効である。
【００２９】図３に示した実施例では、リッジ４４はそ
れらの頂部における断面が半円形または凸形であり、や
はり半円形であるが底部が凹形の溝４６と接合してい
る。リッジと溝はこのように互いに補完的であり、屈曲
点を有する高さ中央で凹形から凸形に遷移する複合側面
を有する。この形状は応力集中を減らすとともに、滑ら
かな輪郭を呈し、冷却空気１６がこの輪郭に沿って流
れ、リッジと溝の長さに沿って平行に流れるとともに、
それらを横切ってリッジからリッジへと横方向に直交流
として流れ得る。
【００３０】図４は図３のリッジと溝の代替実施例をそ
れぞれ４４ｂ、４６ｂで示す。この実施例では、リッジ
４４ｂは断面が３角形であり、これに対応して隣接溝４
６ｂも断面が３角形であり、リッジ４４ｂと溝４６ｂは
のこ歯形になっており、リッジの先端と溝の基底で小さ
な半径を有する。
【００３１】図５は図３のリッジと溝の他の実施例をそ
れぞれ４４ｃ、４６ｃで示す。この実施例では、リッジ
４４ｃは隣合う溝４６ｃ間の頂部に沿って平らであり、
リッジ４４ｃと溝４６ｃは断面が長方形で、方形波の形
状になっている。
【００３２】この実施例では、溝４６ｃは隣合うリッジ
４４ｃ間の基底が平らであり、リッジの頂部と溝の底と
の間に垂直に延在する側壁も平らである。図５に示した
リッジと溝は等しい幅と高さを有し、冷却を受ける有効
表面積は、リッジと溝を設けない表面のそれの２倍にな
る。
【００３３】図６は図３のリッジと溝の他の実施例をそ
れぞれ４４ｄ、４６ｄで示す。この実施例では、リッジ
４４ｄは断面が半円形または凸形であり、隣接溝４６ｄ
はリッジ間で平らでありリッジの最大直径に沿って整合
している。
【００３４】図７は図３のリッジと溝の他の実施例をそ
れぞれ４４ｅ、４６ｅで示す。リッジ４４ｅはそれらの
頂部において断面が平らであり、半円形または凹形の溝
４６ｅに隣接している。
【００３５】図３〜図７に示した５つの実施例における
リッジと溝は、互いに平行であり、好ましくはそれらの
長さに沿って連続しており、基本的に、断面に沿っての
み形状が変わり、長さに沿って同等である２次元構成部
を画成している。これらの様々な形状は、図２に示した
静翼２２において容易に形成することができ、重大な圧
力損失をもたらすことなく静翼の内部冷却を改善し得
る。
【００３６】図２において、翼壁の内面４０は、前縁３
６における静翼の上流端または前端で翼幅軸線３２に沿
って半径方向に延在する内部空洞４２を画成している。
また、別の内部空洞４２を後縁３８近辺で静翼の後端に
形成し得る。両内部空洞は、正圧側面と負圧側面との間
に延在する一体リブによって分離される。
【００３７】前側空洞４２内で、リッジ４４と溝４６
は、好ましくは、半径方向にまたは翼幅軸線３２に沿っ
て、追加冷却が望まれる静翼内面の部分に延在する。図
２において、リッジ４４は、前縁３６の背後かつ正圧側
面と負圧側面の前部の後ろで下流方向に内面に連続的に
配設されている。
【００３８】翼幅リッジ４４と翼幅溝４６の特別な利点
は、それらが運転中の静翼内の冷却熱伝達を改善するだ
けでなく、静翼の鋳造に使用する対応コアダイの摩耗を
減らすことができることである。
【００３９】図８はセラミックコア５０の製造に用いる
コアダイ４８の概略図であり、コア５０は図２に示した
静翼の前側空洞の鋳造に用いられる。コアダイ４８は通
例２体からなる金属シェルの形態を有し、このシェル
は、図２に示した前側空洞４２内の静翼内面４０に合う
内部空洞４８ａを有する。図２の静翼２２に見られる同
じリッジ４４と溝４６は、まず、図８に示したコアダイ
４８内に設けられる。これは通例これらの加工部の精密
ミリングによって達成される。
【００４０】図８に示したコアダイ４８は縦軸線５２を
有し、その上端で開いていて入口を画成している。この
入口は、適当なセラミック注入装置５６によって従来の
ように注入されるセラミックスラリーまたはペースト５
４を受入れる。セラミック５４は翼幅軸線５２に沿って
空洞４８ａに注入され空洞を完全に満たす。この好適実
施例におけるリッジ４４と溝４６は、縦軸線５２、すな
わち、それに沿ってセラミックが注入される軸線と平行
に延在する。
【００４１】セラミックはリッジと溝の長さに沿って注
入されるので、セラミックが片側から反対側へリッジを
横切って注入される場合より摩耗が比較的少ない。セラ
ミックをリッジと溝の長さに沿って注入することによ
り、コアダイ４８を繰返し用いても摩耗が少なく、従っ
て寿命が長くなる。
【００４２】その結果設けられたセラミック５４は適当
に硬化されてコア５０を形成し、このコアに、翼幅リッ
ジ４４の鏡像である溝５０ａと、翼幅溝４６の鏡像であ
るリッジ５０ｂが形成される。次いで、セラミックコア
５０は第２のこのようなコアとともに用いられて前後の
静翼空洞を画成し、協働する外側セラミックシェルとと
もに、図２に示した静翼２２を、ロストワックス鋳造法
を用いて従来のように鋳造する。
【００４３】図２に示したリッジと溝の特別な利点は、
静翼２２内のインピンジメント冷却を改善し得ることで
ある。静翼２２には好ましくはインピンジメントバッフ
ル５８も含まれ、内部空洞４２内に配置される。インピ
ンジメントバッフル５８は任意の従来形状を有し得るも
ので、代表的な場合、多数のインピンジメント孔を設け
た薄い金属シェルの形態を有する。バッフル５８はリッ
ジ４４から略垂直に隔てられて冷却空気の一部分をリッ
ジに衝突させる。
【００４４】翼壁２８から離間したインピンジメントバ
ッフル５８の拡大断面を図３に示す。バッフル５８はバ
ッフル間隔Ｅを設けるように静翼内に適当に装着され、
冷却空気１６がこの間隔を横切る噴流としてバッフルの
多孔から噴射されてリッジと溝に衝突する。
【００４５】リッジ４４は比較的小さく、望ましくない
圧力損失をひき起こすことなくインピンジメント冷却を
改善し得る。リッジ４４の高さＣは好ましくはバッフル
間隔Ｅより小さい。好ましくは、リッジの高さＣはバッ
フル間隔Ｅより略１桁小さい。前述のように、リッジの
高さＣは例えば約１５〜２５ミルの範囲内にあり、バッ
フル間隔Ｅは例えば約１００〜１５０ミルの範囲内にあ
る。リッジ４４と溝４６はインピンジメント冷却に有効
な表面積を増すことにより静翼内面４０の熱伝達冷却を
促進する。インピンジメント後の空気１６は溝４６の長
さに沿って長手方向に流れるとともにリッジ４４上を横
切って流れ得る。
【００４６】図２について再び説明すると、２つのイン
ピンジメントバッフル５８を前側と後ろ側の静翼空洞内
で用いることにより、それぞれに応じて両空洞内のイン
ピンジメント冷却を達成し得る。後ろ側静翼空洞にもリ
ッジと溝を設けてインピンジメント冷却を促進し得る。
前述のように、リッジ、例えば、図２の静翼の前側空洞
内のリッジは、好ましくは、コアダイの摩耗を減らすた
めに翼幅軸線３２に沿って延在する。
【００４７】しかし、リッジと溝は所望に応じて他の配
向が可能である。例えば、図２の静翼の後ろ側空洞内に
例示したリッジと溝は、翼幅軸線３２と翼弦軸線３４と
の間に傾斜している。それらはインピンジメント冷却の
改善に有効であるが、単に翼幅軸線に沿って形成された
リッジより対応コアダイ内で摩耗しやすい。しかし、リ
ッジと溝は高さが比較的小さく、それらの長さに沿って
対称形であるから、コアダイの摩耗はこの形状でも比較
的少ない。
【００４８】上述のように、ノズル静翼２２と、その中
のインピンジメントバッフル５８は、様々な実施例にお
いて協働するリッジ４４と溝４６を設けることによって
冷却性能を改善し得る任意の従来形状を有し得る。静翼
２２は、それに加えて、他の従来の冷却形態を有し得
る。例えば、様々な列のフィルム冷却孔６０が、所望に
応じて正圧側面と負圧側面に沿って翼壁を貫通するよう
に設けられる。前後の静翼空洞からの使用済みインピン
ジメント冷却空気はフィルム冷却孔６０を経て便利良く
排出されて静翼の外面に冷却空気膜を形成し、静翼の面
上を流れる燃焼ガス２０の加熱に対する障壁として役立
つ。
【００４９】リッジと溝は、タービンの他の構成部に使
用されてそのインピンジメント冷却を改善し得る。例え
ば、図９はリッジと溝を設けるように改造し得る第１段
タービン動翼２４の一部分を示す。図２に示した静翼２
２と同様に、図９に示した動翼２４はその特定機能に適
する翼の形態を有する。従って、静翼２２と動翼２４の
同様の構成部には同符号を付けてある。
【００５０】例えば、図９に示した動翼２４には壁２８
が含まれ、運転中燃焼ガス２０にさらされる外面３０を
有する対応翼を形成している。外面３０は略凹形の正圧
側面と、反対側の略凸形の負圧側面とを含み、両側面は
縦方向または半径方向には翼幅軸線３２に沿って延在
し、横方向には翼弦軸線３４に沿って延在する。
【００５１】動翼は内部空洞４２を画成する内面４０を
有し、空洞４２は動翼の根元から先端まで縦方向に翼幅
軸線３２に沿って延在し冷却空気１６を前縁の背後側に
導いてそれに衝突させる。
【００５２】動翼は通例、翼の前縁３６と後縁３８との
間に幾つかの内部空洞を有し、これらの空洞は動翼の内
部冷却のために様々な従来の態様で形成することができ
る。例えば、内部空洞の幾つかは、それらの中に対応壁
面タービュレータを備えるかあるいは備えずに、一連の
空洞として接続されて蛇行冷却に役立つ。
【００５３】動翼の前縁３６は最初に燃焼ガス２０を受
けるので、通例、専用冷却回路を有する。リッジ４４と
溝４６を動翼２４の前縁空洞４２内に設けることによ
り、それ以外は従来形の動翼において改良冷却が得ら
れ、動翼はまた複列のフィルム冷却孔６０を有する。
【００５４】静翼２２は運転中静止しているのに対し、
動翼２４は運転中回転するので、図９に示した動翼内に
はインピンジメントバッフルが一体の多孔リブまたはブ
リッジ５８ｂによって設けられ、このリブまたはブリッ
ジは正圧側面と負圧側面との間に延在して前縁空洞４２
を画成している。ブリッジ形バッフル５８ｂを前縁空洞
４２に隣接するように配置することにより、バッフルの
インピンジメント孔は冷却空気１６の一部分を軸方向に
動翼前縁３６の内周面４０に向ける。従って、インピン
ジメント空気は動翼前縁の内側のリッジ４４と溝４６に
接してそれらの箇所のインピンジメント冷却を、図２に
示した静翼内におけると同様に改善する。
【００５５】図９に示したリッジと溝は、前述の静翼２
２に関して開示した諸形状の任意の形状のものとして、
やはりその利点を有し得る。例えば、図９とともに図３
を参照するに、タービン動翼のリッジ４４の高さＣも、
好ましくは、前縁のほとんどにわたって動翼前縁３６の
内側とブリッジバッフル５８ｂとの間の対応バッフル間
隔Ｅより小さい。リッジと溝は前縁空洞４２内の望まし
い箇所に設けることができ、また翼壁を貫通している従
来のフィルム冷却孔６０と協働し得る。冷却孔６０は使
用済みインピンジメント空気を前縁空洞から受入れる。
【００５６】図９に示した実施例では、リッジ４４は翼
幅軸線３２に沿う代わりに、翼弦軸線３４の方向に沿っ
て延在する。動翼は運転中回転するので、それを通る冷
却空気１６は遠心力を受け、これに含まれるコリオリの
力により２次流界が生じ、翼弦リッジ４４と協働して冷
却をさらに良くし得る。しかし、リッジ４４は代替的
に、図２の前側空洞内に示したリッジと同様に単に翼幅
軸線３２に沿って配向することができ、あるいは図２の
静翼の後ろ側空洞内のように傾斜してもよい。
【００５７】図１０はリッジ４４と溝４６の他の適用例
を示し、この場合リッジと溝はタービンシュラウド２６
の部片に設けられている。シュラウドとその部片は、リ
ッジ４４と溝４６を設けることを除けば、任意の従来形
状を有し得る。シュラウド２６の各部片には通例前側レ
ールと後ろ側レールが含まれ、補完的な前側および後ろ
側フックと係合してシュラウドを図１に示したタービン
ケース内に装着する。シュラウドハンガ５８ｃの中央部
により空気が半径方向内方に導かれて対応インピンジメ
ントバッフルを通りシュラウドを従来のようにインピン
ジメント冷却する。
【００５８】図１０に示すように、シュラウド部片は弧
状パネルまたは弧状壁２８の形状のもので外面３０を有
し、この外面は図１に示したように半径方向内方に１列
のタービン動翼２４の上方に面している。シュラウド壁
２８は内面４０を有し、この内面は半径方向外方に面
し、それに衝突するように向けられた冷却空気１６に対
して開いておりかつそれにさらされる。冷却空気１６は
動翼列の半径方向上方でシュラウド２６の背後または内
側に隔離されてシュラウドのインピンジメント冷却をな
す。リッジ４４と溝４６はシュラウド内面４０に配設さ
れ、基本的に、静翼２２と動翼２４に関して上述した態
様と同様に、シュラウドのインピンジメント冷却を増大
する。前述の他の実施例と同様に、リッジ４４と溝４６
は所望に応じて上述の諸形状の任意の形状と適当な向き
を有し得る。
【００５９】例えば、リッジ４４と溝４６は、好ましく
は、動翼の回転方向にシュラウド内面４０に沿って周方
向に延在する。こうすると、使用済みインピンジメント
空気がシュラウドパネル内のあるいはその前後レールの
周囲のフィルム冷却孔（図示せず）を通るので、使用済
みインピンジメント空気の直交流による追加的な利点が
得られる。使用済みインピンジメント空気はまた、リッ
ジと溝の長さに沿って大した圧力損失なしにシュラウド
の周囲に沿って容易に分布する。
【００６０】２次元のリッジ４４と対応溝４６を他の点
では従来と同じタービン構成部に簡単に設けることによ
り、大した圧力損失なしにインピンジメント冷却を改善
することができる。また、鋳造に関する利点を得ること
もできる。静翼と動翼の翼幅方向のリッジと溝の場合、
対応するコアダイは摩耗が比較的少なく、それらの有効
寿命にわたってより多くの静翼と動翼の製造に使用する
ことができる。タービンシュラウド２６も通例ロストワ
ックス方法で鋳造され、それらの異なる形状の故にコア
ダイの必要がなく、従ってダイの摩耗は問題にならな
い。
【００６１】以上、本発明の好適実施例と考えられるも
のを説明したが、様々な改変が本発明の範囲内で可能で
あることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンエンジンの高圧タービン部の軸方
向断面立面図である。
【図２】図２に示したタービンノズルの一部分の線２−
２に略沿う部分断面等角図である。
【図３】図２に示した静翼と内部バッフルの破線円３内
の部分の拡大半径方向断面図である。
【図４】図３に示したリッジと溝の代替実施例の拡大断
面図である。
【図５】図３に示したリッジと溝の代替実施例の拡大断
面図である。
【図６】図３に示したリッジと溝の代替実施例の拡大断
面図である。
【図７】図３に示したリッジと溝の代替実施例の拡大断
面図である。
【図８】図２に示したノズル静翼の一部分を鋳造するた
めのセラミックコアの製造を示す概略図である。
【図９】図１に示したタービン動翼の一つの一部分の線
９−９に略沿う部分断面等角図である。
【図１０】図１に示したタービンシュラウドの弧状部片
の線１０−１０に略沿う等角図である。
【符号の説明】
２２ タービン静翼 ２４ タービン動翼 ２６ タービンシュラウド ２８ タービン壁（翼壁、シュラウド壁） ３０ 外面 ３２ 翼幅軸線 ３４ 翼弦軸線 ３６ 前縁 ３８ 後縁 ４０ 内面 ４２ 空洞 ４４、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ リッジ ４６、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、４６ｅ 溝 ４８ コアダイ ４８ａ 空洞 ５０ セラミックコア ５２ 縦軸線 ５８、５８ｂ バッフル

Claims (46)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼ガス２０に面する外面３０と、イン
    ピンジメント空気により冷却される反対側内面４０と、
    この内面における複数の隣合うリッジ４４と溝４６とか
    らなるタービン壁２８。
  2. 【請求項２】 リッジ４４は互いに平行である請求項１
    記載の壁。
  3. 【請求項３】 リッジ４４は、熱伝達を増すために冷却
    空気１６の境界層厚さを超える高さをもつ、請求項２記
    載の壁。
  4. 【請求項４】 リッジ４４と溝４６は幅が略等しい請求
    項２記載の壁。
  5. 【請求項５】 リッジ４４と溝４６は、それらの箇所で
    内面４０の面積を約１００％だけ増す寸法と形状を有す
    る、請求項２記載の壁。
  6. 【請求項６】 リッジ４４は凸形である請求項２記載の
    壁。
  7. 【請求項７】 溝４６は凹形である請求項６記載の壁。
  8. 【請求項８】 溝４６ｃは隣合うリッジ４４ｃの間で平
    らである請求項６記載の壁。
  9. 【請求項９】 リッジ４４ｂは３角形である請求項２記
    載の壁。
  10. 【請求項１０】 溝４６ｂは３角形である請求項９記載
    の壁。
  11. 【請求項１１】 リッジ４４ｃ、４４ｅは隣合う溝４６
    ｃの間で平らである請求項２記載の壁。
  12. 【請求項１２】 リッジ４４ｃは長方形である請求項１
    １記載の壁。
  13. 【請求項１３】 溝４６ｃは長方形である請求項１２記
    載の壁。
  14. 【請求項１４】 溝４６ｅは凹形である請求項１１記載
    の壁。
  15. 【請求項１５】 翼２２、２４の形をした請求項２記載
    の壁であって、外面３０は翼の正圧側面と負圧側面を画
    成し、両側面は縦方向には翼幅軸線３２に沿ってかつ横
    方向には翼弦軸線３４に沿って延在し、内面４０は翼幅
    軸線に沿って延在する内部空洞４２を画成している、請
    求項２記載の壁。
  16. 【請求項１６】 リッジ４４は翼幅軸線３２に沿って延
    在する請求項１５記載の翼。
  17. 【請求項１７】 リッジ４４は翼弦軸線３４に沿って延
    在する請求項１５記載の翼。
  18. 【請求項１８】 リッジ４４は翼幅軸線３２と翼弦軸線
    ３４との間に傾斜している請求項１５記載の翼。
  19. 【請求項１９】 内部空洞４２に沿って配置されかつリ
    ッジ４４から間隔をおいて配置されて冷却空気１６をリ
    ッジに衝突させるインピンジメントバッフル５８をさら
    に含む請求項１５記載の翼。
  20. 【請求項２０】 リッジ４４はバッフル間隔より小さな
    高さを有する請求項１９記載の翼。
  21. 【請求項２１】 リッジ高さはバッフル間隔より略１桁
    小さい請求項２０記載の翼。
  22. 【請求項２２】 タービンノズル静翼の形をした請求項
    １９記載の翼。
  23. 【請求項２３】 バッフル５８は空洞４２内に配置され
    ている請求項２２記載の静翼。
  24. 【請求項２４】 リッジ４４は翼幅軸線３２に沿って延
    在する請求項２３記載の静翼。
  25. 【請求項２５】 タービン動翼２４の形をした請求項１
    ９記載の翼。
  26. 【請求項２６】 バッフル５８ｂは、翼の前縁３６にお
    いて正圧側面と負圧側面との間に一体的に延在するブリ
    ッジを形成している、請求項２５記載の動翼。
  27. 【請求項２７】 リッジ４４は翼弦軸線３４に沿って延
    在する請求項２６記載の動翼。
  28. 【請求項２８】 タービンシュラウド２６の形をした請
    求項２記載の壁であって、外面３０は半径方向内方に１
    列のタービン動翼２４の上方に面するように弧状であ
    り、内面４０は外方に露出している、請求項２記載の
    壁。
  29. 【請求項２９】 リッジ４４は内面４０に沿って周方向
    に延在する請求項２８記載のシュラウド。
  30. 【請求項３０】 縦方向には翼幅軸線３２に沿ってかつ
    横方向には翼弦軸線３４に沿って延在する正圧側面と負
    圧側面を画成している外面３０と、翼幅軸線３２に沿っ
    て延在して冷却空気１６を導くインピンジメント用内部
    空洞４２を画成している内面４０と、空気によりインピ
    ンジメント冷却される内面における複数の隣合うリッジ
    ４４と溝４６とからなるタービンノズル静翼２２。
  31. 【請求項３１】 空洞４２内に配置されかつリッジ４４
    と溝４６から間隔をおいて配置されて冷却空気をそれら
    に衝突させるインピンジメントバッフル５８をさらに含
    む請求項３０記載の静翼。
  32. 【請求項３２】 リッジはバッフル間隔より小さな高さ
    を有する請求項３１記載の静翼。
  33. 【請求項３３】 リッジ４４は、熱伝達を増すために冷
    却空気の境界層厚さを超える高さをもつ、請求項３２記
    載の静翼。
  34. 【請求項３４】 リッジ４４は翼幅軸線３２に沿って延
    在する請求項３３記載の静翼。
  35. 【請求項３５】 縦方向には翼幅軸線３２に沿ってかつ
    横方向には翼弦軸線３４に沿って延在する正圧側面と負
    圧側面を画成している外面３０と、翼幅軸線３２に沿っ
    て延在して冷却空気１６を導くインピンジメント用内部
    空洞４２を画成している内面４０と、空気によりインピ
    ンジメント冷却される内面における複数の隣合うリッジ
    ４４と溝４６とからなるタービン動翼２４。
  36. 【請求項３６】 空洞４２に隣接して配置されかつリッ
    ジ４４と溝４６から間隔をおいて配置されて冷却空気を
    それらに衝突させるインピンジメントバッフル５８ｂを
    さらに含む請求項３５記載の動翼。
  37. 【請求項３７】 リッジ４４はバッフル間隔より小さな
    高さを有する請求項３６記載の静翼。
  38. 【請求項３８】 リッジ４４は、熱伝達を増すために冷
    却空気１６の境界層厚さを超える高さをもつ、請求項３
    ７記載の動翼。
  39. 【請求項３９】 リッジ４４は翼弦軸線３４に沿って延
    在する請求項３８記載の動翼。
  40. 【請求項４０】 タービンシュラウド２６の形をした請
    求項２記載の壁であって、半径方向内方に１列のタービ
    ン動翼２４の上方に面するように弧状である外面３０
    と、外方に露出してインピンジメント空気により冷却さ
    れる反対側内面４０と、空気によりインピンジメント冷
    却される内面４０における複数の隣合うリッジ４４と溝
    ４６とからなるタービンシュラウド２６。
  41. 【請求項４１】 リッジ４４は互いに平行である請求項
    ４０記載のシュラウド。
  42. 【請求項４２】 リッジ４４は、熱伝達を増すために冷
    却空気の境界層厚さを超える高さをもつ、請求項４１記
    載のシュラウド。
  43. 【請求項４３】 リッジ４４と溝４６は幅が略等しい請
    求項４２記載のシュラウド。
  44. 【請求項４４】 リッジ４４は内面４０に沿って周方向
    に延在する請求項４３記載のシュラウド。
  45. 【請求項４５】 互いに逆向きの外面３０と内面４０を
    有し複数の隣合うリッジ４４と溝４６が内面に沿って延
    在するタービン翼２２、２４を鋳造するためのコア５０
    を製造するためのコアダイ４８であって、コア５０の周
    囲に鏡像部を形成するためにリッジ４４と溝４６とを有
    する翼内面４０と整合する内部空洞４８ａを有するシェ
    ルからなるコアダイ４８。
  46. 【請求項４６】 シェルは縦軸線５２を有し入口端で開
    いており、リッジ４４は縦軸線５２と平行である、請求
    項４５記載のコアダイ。
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