特許 6200170 ガスタービンを流れる高温ガスを循環させるシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6200170

(24)【登録日】2017年9月1日

(45)【発行日】2017年9月20日

(54)【発明の名称】ガスタービンを流れる高温ガスを循環させるシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/28 20060101AFI20170911BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20170911BHJP

   F02C 7/18 20060101ALI20170911BHJP

   F23R 3/42 20060101ALI20170911BHJP

【ＦＩ】

   F02C7/28 C

   F01D25/00 M

   F02C7/18 C

   F23R3/42 D

【請求項の数】20

【外国語出願】

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-50202(P2013-50202)

(22)【出願日】2013年3月13日

(65)【公開番号】特開2013-194734(P2013-194734A)

(43)【公開日】2013年9月30日

【審査請求日】2016年3月3日

(31)【優先権主張番号】13/424,414

(32)【優先日】2012年3月20日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】100137545

【弁理士】

【氏名又は名称】荒川 聡志

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(74)【代理人】

【識別番号】100113974

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 拓人

(72)【発明者】

【氏名】ヴィクター・ジョン・モーガン

(72)【発明者】

【氏名】トーマス・ジェームズ・ブラント

(72)【発明者】

【氏名】リチャード・ウィリアム・ジョンソン

【審査官】 米澤 篤

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１０５０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１２３３８９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−２７５９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１３８１９３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−３８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２００５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５０５９９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５２６０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０２００７５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−１２０５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５４０７３１９（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平６−３１７１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１７９７９８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｃ ７／１８ − ７／２８

Ｆ０１Ｄ ９／０２

Ｆ０１Ｄ １１／００ − １１／１０

Ｆ０１Ｄ ２５／００

Ｆ２３Ｒ ３／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスタービンを流れる高温ガス流を循環させるシステムであって、
ａ．下流面を有するトランジションピースと、
ｂ．前記トランジションピースの下流面に隣接する前縁表面を有する固定ノズルと、
ｃ．前記トランジションピースの下流面と前記固定ノズルの前縁表面との間に形成される間隙と、
ｄ．外面から半径方向に離間するアーチ形内面を有し、前記固定ノズルの前縁表面から前記トランジションピースの下流面に延び、前記間隙を少なくとも部分的に低減する突出部と、
ｅ．前記間隙を横切って延び、前記トランジションピース及び前記固定ノズルの前縁表面と接触するシールと、
ｆ．少なくとも部分的に前記突出部のアーチ形内面、前記固定ノズルの前縁表面、及び前記トランジションピースの下流面の間に形成される循環ゾーンと、
を備える、システム。

【請求項2】

前記トランジションピースの下流面の少なくとも一部は、耐熱材料で被覆される、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記突出部の少なくとも一部は、耐熱材料で被覆される、請求項１または２に記載のシステム。

【請求項4】

前記固定ノズルの前縁表面の少なくとも一部は、耐熱材料で被覆される、請求項１から３のいずれかに記載のシステム。

【請求項5】

パージ媒体を供給するパージ媒体供給装置を更に備え、媒体供給装置は、前記間隙と流体連通状態にある、請求項１から４のいずれかに記載のシステム。

【請求項6】

前記シールは、該シールを貫通して延びる１以上の通路を備え、前記１以上の通路は、前記パージ媒体供給装置と前記間隙との間の流体連通をもたらす、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記パージ媒体供給装置は、前記シールと前記固定ノズルの前縁表面との間で前記間隙に前記パージ媒体を供給する、請求項５または６に記載のシステム。

【請求項8】

前記固定ノズルの前縁表面を貫通して延びる１以上のパージ通路を更に備え、前記１以上の通路は、前記パージ媒体供給装置と前記間隙との間の流体連通をもたらす、請求項５から７のいずれかに記載のシステム。

【請求項9】

前記トランジションピースの下流面を貫通して延びる１以上のパージ通路を更に備え、前記１以上のパージ通路は、前記パージ媒体供給装置と前記間隙との間の流体連通をもたらす、請求項５から８のいずれかに記載のシステム。

【請求項10】

ガスタービンであって、
ａ．下流面を有し、少なくとも部分的に前記ガスタービン内に高温ガス経路を規定するトランジションピースを含む、燃焼器と、
ｂ．前記トランジションピースの下流面に隣接する前縁表面を有し、少なくとも部分的にガスタービンを通る高温ガス経路を規定する、固定ノズルと、
ｃ．前記トランジションピースの下流面と前記固定ノズルの前縁表面との間に形成され、前記高温ガス経路と流体連通する間隙と、
ｄ．外面から半径方向に離間するアーチ形内面を有し、前記固定ノズルの前縁表面から前記トランジションピースの下流面に延び、前記間隙を少なくとも部分的に低減する突出部と、
ｅ．前記間隙を横切って延び、前記トランジションピース及び前記固定ノズルの前縁表面と接触するシールと、
ｆ．少なくとも部分的に前記突出部のアーチ形内面、前記固定ノズルの前縁表面、及び前記トランジションピースの下流面の間に形成され、前記高温ガス経路と流体連通する循環ゾーンと、
を備える、ガスタービン。

【請求項11】

前記トランジションピースの下流面の少なくとも一部は、耐熱材料で被覆される、請求項１０に記載のガスタービン。

【請求項12】

前記突出部の少なくとも一部は、耐熱材料で被覆される、請求項１０または１１に記載のガスタービン。

【請求項13】

前記固定ノズルの前縁表面の少なくとも一部は、耐熱材料で被覆される、請求項１０から１２のいずれかに記載のガスタービン。

【請求項14】

パージ媒体を供給するパージ媒体供給装置を更に備え、媒体供給装置は、前記間隙と流体連通状態にある、請求項１０から１３のいずれかに記載のガスタービン。

【請求項15】

前記シールは、該シールを貫通して延びる１以上の通路を備え、前記パージ媒体供給装置は、前記パージ媒体を前記１以上のパージ通路から前記間隙に供給する、請求子う１４に記載のガスタービン。

【請求項16】

前記パージ媒体供給装置は、前記シールと前記固定ノズルの前縁表面との間で前記間隙に前記パージ媒体を供給する、請求項１４または１５に記載のガスタービン。

【請求項17】

前記固定ノズルの前縁表面を貫通して延びる１以上のパージ通路を更に備え、前記パージ媒体供給装置は、前記パージ媒体を前記１以上の通路から前記間隙へ供給する、請求項１４から１６のいずれかに記載のガスタービン。

【請求項18】

前記トランジションピースの下流面を貫通して延びる１以上のパージ通路を更に備え、前記パージ媒体供給装置は、前記パージ媒体を前記１以上の通路から前記間隙へ供給する、請求項１４から１７のいずれかに記載のガスタービン。

【請求項19】

下流面を有するトランジションピースと前縁表面を有する固定ノズルとの間に形成される間隙に流入する高温ガスを循環させる方法であって、前記固定ノズルの前縁表面は、外面から半径方向に離間するアーチ形内面を有する突出部を含み、前記突出部は、前記固定ノズルの前縁表面から前記トランジションピースの下流端部に向かって延び、前記トランジションピース及び前記固定ノズルは、少なくとも部分的に高温ガス経路を定めるようになっており、
ａ．前記トランジションピースを通って高温ガスを流す段階と、
ｂ．前記高温ガスの一部を前記間隙に流す段階と、
ｃ．前記高温ガスの一部を前記固定ノズルの突出部のアーチ形内面に沿って前記トランジションピースの下流面に向ける段階と、
ｄ．前記高温ガスの一部を前記トランジションピースの下流面の少なくとも一部を横切って流す段階と、
ｅ．前記高温ガスの一部を前記トランジションピースの下流面から離れる方向に向ける段階と、
ｆ．前記高温ガスの一部を前記高温ガス経路に流す段階と、
を含む、方法。

【請求項20】

パージ媒体を前記間隙に流す段階を更に含む、請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、全体的にはガスタービンを流れる高温ガスを循環させるシステム及び方法に関する。詳細には、本システム及び方法は、ガスタービン内のトランジションピースと固定ノズルとの間の間隙に吸い込まれる高温ガスの循環に関する。

【背景技術】

【0002】

工業用ガスタービンは、一般にガスタービンの中心軸線の周りで環状アレイに配置された複数の燃焼器を含む。燃焼高温ガスは、各燃焼器からトランジションピースを通って第１段の固定ノズルを横切って流れる。トランジションピース及び固定ノズルは異なる材料で形成され、運転時に異なる温度にさらされるので、各々は、ガスタービンサイクルが種々の運転モードを経る際に異なる熱的膨張レベルを受ける場合がある。その結果、トランジションピース及び第１段の固定ノズルは、相互に半径方向、円周方向、及び軸方向に移動する場合がある。また、同様の相対移動は、燃焼プロセスの動的脈動の結果として生じる場合がある。

【0003】

一般に、熱的膨張の変動は、トランジションピースと第１段の固定ノズルとの間に間隙を与えることで対処される。更に、１以上のシールを設けて間隙をシールして、結果的に高温ガス経路に漏洩する冷気を低減することができる。しかしながら、間隙を横切って流れる高温ガスの高い圧力及び温度によって、高温ガスの少なくとも一部は、間隙に吸い込まれてシールに衝突して流れ、結果的にシールが経時的に劣化する場合がある。

【0004】

シールを冷却するための及び高温ガスを間隙からパージするための１つの方法は、間隙をパージするのに及び／又はシールを冷却するのに十分な圧力で加圧空気等のパージ媒体を間隙に流す段階を含む。本方法は一般に有効であるが、大きな間隙の場合、間隙を有効にパージするために大容量のパージ媒体が必要になる。その結果、大容量の未燃パージ媒体及び／又は未混合パージ媒体により、限定するものではないが、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び／又は一酸化炭素（ＣＯ）等の望ましくない燃焼排出物のレベルが増える可能性がある。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Power Systems for the 21st Century-“H" Gas Turbine Combined-Cycles, R.K. Matta, G.D. Mercer, R.S. Tuthill, GE Power Systems, Schenectady, NY

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従って、間隙に吸い込まれる高温ガスを循環させるための改善されたシステム及び方法が有用である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の態様及び利点は、以下の説明に記載しており、又はその説明から自明なものとすることができ、或いは本発明を実施することにより知ることができる。

【0008】

本発明はガスタービンを流れる高温ガス流を循環させるシステムである。本システムは、下流面を有するトランジションピースと、トランジションピースの下流面に隣接する前縁表面を有する固定ノズルと、トランジションピースの下流面と固定ノズルの前縁表面との間に形成される間隙と、外面から半径方向に離間するアーチ形内面を有する突出部を備える。突出部は固定ノズルの前縁表面からトランジションピースの下流面に延び、間隙を少なくとも部分的に低減する。シールは、間隙を横切って延び、トランジションピース及び固定ノズルの前縁表面と接触することができる。循環ゾーンは、少なくとも部分的に突出部のアーチ形内面、固定ノズルの前縁表面、及びトランジションピースの下流面の間に形成することができる。

【0009】

本発明の他の実施形態は、下流面を有するトランジションピースを含む燃焼器を備えるガスタービンである。トランジションピースは、少なくとも部分的にガスタービン内に高温ガス経路を規定する。前縁表面を有する固定ノズルは、トランジションピースの下流面にほぼ隣接する。固定ノズルは、少なくとも部分的に高温ガス経路を定める。間隙は、少なくとも部分的にトランジションピースの下流面と固定ノズルの前縁表面との間に形成され、高温ガス経路と流体連通することができる。突出部は、外面から半径方向に離間するアーチ形内面を有し、前記固定ノズルの前縁表面から前記トランジションピースの下流面に延びる。突出部は、間隙を少なくとも部分的に低減することができる。シールは間隙を横切って延び、トランジションピース及び固定ノズルの前縁表面と接触することができる。循環ゾーンは、少なくとも部分的に突出部のアーチ形内面、固定ノズルの前縁表面、及びトランジションピースの下流面の間に形成することができる。循環ゾーンは、高温ガス経路と流体連通することができる。

【0010】

下流端部を有するトランジションピースは、少なくとも部分的にガスタービン内に高温ガス経路を定める。固定ノズルは、トランジションピースの下流端部に隣接する前端を有する。固定ノズルの前端は、少なくとも部分的にガスタービンを通る高温ガス経路を定める。間隙は、トランジションピースの下流端部と固定ノズルの前端との間に形成され、間隙は、高温ガス経路と流体連通する。外面から半径方向に離間するアーチ形内面を有する突出部は、固定ノズルの前端からトランジションピースの下流端部に向かって延びる。突出部は、少なくとも部分的に間隙を低減することができる。フレーム後端と突出部の外面に接触するシールは、間隙を横切って延び、第１のボリュームは少なくとも部分的に突出部の外面、及びトランジションピースの下流端部の間に形成される。第２のボリュームは、少なくとも部分的に突出部のアーチ形内面、固定ノズルの前端、及びトランジションピースの下流端部の間に形成することができ、第２のボリュームは高温ガス経路と流体連通する。

【0011】

本発明は下流面を有するトランジションピースと前縁表面を有する固定ノズルとの間に形成される間隙に流入する高温ガスを循環させる方法を含み、固定ノズルの前縁表面は、外面から半径方向に離間するアーチ形内面を有する突出部を含む。突出部は、固定ノズルの前縁表面からトランジションピースの下流端部に向かって延び、トランジションピース及び固定ノズルは、少なくとも部分的に高温ガス経路を定める。本方法は、トランジションピースを通って高温ガスを流す段階と、高温ガスの一部を間隙に流す段階と、高温ガスの一部を固定ノズルの突出部のアーチ形内面に沿ってトランジションピースの下流面に向ける段階と、高温ガスの一部をトランジションピースの下流面の少なくとも一部を横切って流す段階と、高温ガスの一部をトランジションピースの下流面から離れる方向に向ける段階と、高温ガスの一部を高温ガス経路に流す段階とを含む。

【0012】

当業者であれば、本明細書を精査するとこのような実施形態の特徴及び態様、並びにその他がより理解されるであろう。

【0013】

添付図の参照を含む本明細書の残りの部分において、当業者にとって最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示をより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に関連するガスタービンの概略図。

【図2】本発明の１以上の実施形態によるガスタービンの一部の断面図。

【図3】図２に示すガスタービンの一部の拡大断面図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

ここで、その１以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明の同様の又は類似した要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似した表示を使用している。本明細書で使用される用語「上流側」及び「下流側」は、流体経路における構成要素の相対的位置を示している。例えば、流体が構成要素Ａから構成要素Ｂに流れる場合、構成要素Ａは、構成要素Ｂの上流側にある。逆に、構成要素Ｂが構成要素Ａから流体を受け取る場合、構成要素Ｂは構成要素Ａの下流側にある。更に、本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。

【0016】

各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、種々の修正形態及び変形形態を本発明において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。

【0017】

本発明の種々の実施形態は、ガスタービンを流れる高温ガスを循環させるシステム及び方法を含む。本システムは、全体的には後端を有するトランジションピースと、トランジションピースの後端にほぼ隣接する前端を有する固定ノズルとを含む。トランジションピース及び固定ノズルは、ガスタービン内に取り付けることができ、トランジションピースの後端と固定ノズル前端との間に間隙が形成される。間隙は、少なくとも部分的に固定ノズルの前端からトランジションピースの後端に向かって延びる外面から半径方向に離間するアーチ形内面を有する突出部によって減少させることができる。トランジションピースに接触するシール及び突出部の外面は、間隙を横切って延びることができる。シールは、少なくとも部分的に突出部の外面とトランジションピースの後端との間にボリュームを規定することができる。ボリュームから略半径方向内側の循環ゾーンは、少なくとも部分的に突出部のアーチ形内面、固定ノズルの前端、及びトランジションピースの後端の間に定めることができる。特定の実施形態において、トランジションピース及び固定ノズルは、少なくとも部分的にガスタービンの一部を通って延びる高温ガス経路を規定する。更に、間隙及び／又は循環ゾーンは、高温ガス経路と流体連通することができる。このようにして、高温ガスがトランジションピースを通って間隙を横切って流れる際に、高温ガスの少なくとも一部は間隙に吸い込まれることができる。高温ガスが間隙に入ると高温ガスは循環ゾーンに流入して、突出部のアーチ形表面によってトランジションピースの後端の一部に向かってシールから離れる方向に案内できる。高温ガスがトランジションピースの後端に向かって流れると、流れ方向は反転して、高温ガスは、高温ガス経路に向かって戻される。本発明の例示的な実施形態は、以下に例示的にガスタービンを流れる高温ガスを循環させるためのシステムとの関連において説明するが、当業者であれば、本発明の実施形態は、何らかのターボ機械に適用でき、請求項に記載しない限りガスタービンに限定されるものではないことを容易に理解できるはずである。

【0018】

図１は、ガスタービン１０の概略図であり、図２は、本発明の１以上の実施形態によるガスタービンの一部の断面図であり、図３は、図２に示すガスタービンの一部の拡大断面図である。図１に示すように、ガスタービン１０は、圧縮機１２、圧縮機１２と流体連通する燃焼器１４、及び燃焼器１４の下流でこれに流体連通するタービン１６を含むことができる。単一の燃焼器１４が示されているが、ガスタービン１０は、圧縮機１２及びタービン１６と流体連通する複数の燃焼器１４を含むことができる。運転時、空気等の作動流体１８は圧縮機１２を流れて、圧縮された作動流体が燃焼器１４に供給される。圧縮された作動流体は燃料と混合して燃焼器１４内で着火され、結果的に、急膨張する高温ガス２０が生成される。高温ガス２０は、一般に燃焼器１４及びタービン１６を通って延びる高温ガス経路２２に沿って流れる。高温ガスがタービン１６を通って流れると、高温ガスからのエネルギは、タービン軸に取り付けられた複数のタービンバケットに伝達される、タービン軸が回転して機械仕事を生成する。生成される機械仕事は、圧縮機１２又は電力を発生する発電機（図示せず）等の他の外部負荷を駆動することができる。

【0019】

図２及び３に示すように、ガスタービンは、高温ガス経路２２を流れる高温ガス２０の流れを循環させるシステム３０を含むことができる。システム３０は、少なくとも部分的に燃焼器１４を通って延びるトランジションピース３２を含むことができる。図１に示す燃焼器１４で生成された高温ガス２０は、一般に図２及び３に示すようにトランジションピース３２の上流端部３４を流れ、トランジションピース３２の下流端部３６から流出する。トランジションピース３２は、一般に外面４０から半径方向に離間した内面３８を含む。図３に示すように、下流端部３６は、内面３８と外面４０との間を略半径方向に延びると共に下流端部３６の周りを円周方向に延びる下流面４２を含む。下流面４２は、少なくとも部分的に平坦とすること及び／又は少なくとも部分的にアーチ形状とすることができる。特定の実施形態において、図２及び３に示すように、下流端部３６は、支持フレーム４４を含むことができる。図３に示すように、支持フレーム４４は、少なくとも部分的に下流端部３６を円周方向に取り囲むことができる。支持フレーム４４は、下流端部３６に溶接すること又はトランジションピース３２の一体部品として鋳造することができる。

【0020】

特定の実施形態において、下流面４２は、少なくとも部分的に支持フレーム４４の少なくとも一部によって定めることができる。トランジションピース３２及び／又は支持フレーム４４は、トランジションピース３２を流れる高温ガスに起因する高温に耐えるようにデザインされた任意の材料で作ることができる。特定の実施形態において、下流端部３６は、これを貫通する１以上のパージ通路４６を含むことができる。例えば、１以上のパージ通路４６は、支持フレーム４４の一部を貫通して延びることができる。図２及び３に示すように、トランジションピース３２は、限定されるものではないが、１以上のシール５０をトランジションピース３２の下流端部３６に結合するスロット、クリップ、又はボルト等の１以上の結合機構を含むことができる。特定の実施形態において、限定されるものではないが、支持フレーム４４及び／又は下流面４２等の下流端部３６の少なくとも一部は、限定されるものではないが、熱障壁コーティング等の耐熱材料で被覆することができる。トランジションピース３２は、燃焼器ケーシング（図示せず）又はガスタービン１０の任意の静的構造体に取り付けることができる。

【0021】

図２及び３に示すように、固定ノズル５２は、トランジションピース３２の下流端部３６の略下流に配置することができる。図２に示すように、固定ノズル５２は、外側プラットフォーム５６から半径方向に離間した内側プラットフォーム５４を含むことができる。１以上の翼形部５８は、内側プラットフォーム５４と外側プラットフォーム５６との間を延びることができる。図２及び３に示すように、固定ノズル５２は、内側プラットフォーム５４及び／又は外側プラットフォーム５６の前端６２に配置される１以上の前縁表面６０を含むこともできる。前縁表面６０は、略平坦及び／又はアーチ形とすることができ、少なくとも部分的に内側プラットフォーム５４及び／又は外側プラットフォーム５６の前端６２を横切って半径方向及び円周方向に延びることができる。図３に示すように、固定ノズル５２は、１以上の通路を含むこともでき、固定ノズル５２を通るパージ媒体及び／又は冷却媒体が流れる。特定の実施形態において、前縁表面６０は、該前縁表面６０を貫通して延びる１以上のパージ通路６６を含むことができる。高温ガス経路２２は、少なくとも部分的に固定ノズル５２及びトランジションピース３２によって形成することができる。このようにして、高温ガス２０は、タービン１６に流入する際に、トランジションピース３２を流れて固定ノズル５２を横切ることができる。

【0022】

間隙６８は、少なくとも部分的にトランジションピース３２の下流面４２と固定ノズル５２の前縁表面６０との間に形成することができる。間隙は、高温ガス経路２２を貫通して延びる中心線７０に対して略軸方向とすることができる。間隙６８は、表面４２、６０がガスタービン１０の作動時に接触しないように、トランジションピース３２の下流面４２と固定ノズル５２の前縁表面６０との間に十分な離隔距離を有している。特定の実施形態において、間隙６８は、高温ガス経路２２と間隙６８との間の流体連通が可能なように十分に広くすることができる。ガスタービン１０が種々の運転状態を繰り返すと間隙６８は増大及び低減する場合がある。

【0023】

特定の実施形態において、図２及び３に示すように、突出部７２は、全体的には固定ノズル５２の前縁表面６０からトランジションピース３２の下流面４２に向かって延びる。このようにして、突出部７２は少なくとも部分的に、トランジションピース３２の下流面４２と固定ノズル５２の前縁表面６０との間の間隙６８を減少させる、図３に示すように、突出部７２は、全体的にはアーチ形内面７４を含む。アーチ形内面７４は、固定ノズル５２の前縁表面６０から突出部７２の遠位端７６まで延びることができる。遠位端７６は任意の形状とすることができる。例えば、限定されるものではないが、遠位端７６は、略平坦、アーチ形、スロット付き、溝付きとすることができる。アーチ形内面７４は、全体的に高温ガス経路２２の中心線７０に対して半径方向外側に湾曲することができる。アーチ形内面７４の半径は、アーチ形内面７４に沿ってトランジションピース３２の下流面４２へ流れるのを促進することができる任意の半径とすることができる。

【0024】

１以上のパージ通路７８は、突出部７２の少なくとも一部を貫通して延びることができる。以下に「循環ゾーン８０」と呼ぶ第２のボリュームは、少なくとも部分的に固定ノズル５２の前縁表面６０、突出部７２のアーチ形内面７４、及びトランジションピース３２の下流面４２の間に形成することができる。循環ゾーン８０は、高温ガス経路２２と流体連通することができる。このようにして、限定されるものではないが、循環ゾーンに流入することができる高温ガス等の何らかの流体は、シール５０から離れる方向に向かい、高温ガス経路２２に戻ることができる。また、突出部７２は、アーチ形内面７４から略半径方向に離間した外面８２を含む。外面８２は、全体的には突出部７２の遠位端７６から固定ノズル５２の前縁表面６０まで延びる。外面８２は、少なくとも部分的にアーチ形及び／又は少なくとも部分的に平坦とすることができる。

【0025】

特定の実施形態において、少なくとも一部の固定ノズル５２の前縁表面６０の及び／又は突出部７２は、限定されるものではないが、熱障壁コーティング等の耐熱材料８３を含むことができる。固定ノズル５２は、タービンケーシング（図示せず）又はガスタービン１０の任意の略静的構造体に取り付けることができる。特定のガスタービン設計において、トランジションピース３２及び固定ノズル５２は、同じ静的構造体に取り付けること、又は他の構成において異なる静的構造体に取り付けることができる。各静的構造体は、異なる熱的膨張率とすることができる。結果的に、間隙６８は、ガスタービンが種々の運転状態を繰り返す際に増大又は減少することができる。

【0026】

シール５０は、全体的にはトランジションピース３２と固定ノズル５２との間で間隙６８を横切って延びる。シール５０は、高温ガス経路２２を流れる高温ガス２０による熱応力に耐えるように設計された任意の形式のシールを含むことができる。シール５０は、トランジションピース３２の下流端部３６に結合して、間隙６８を横切って前縁表面６０に延びることができる。別の方法として、シール５０は、前縁表面６０に結合して、間隙６８を横切ってトランジションピース３２の下流端部３６に延びることができる。シール５０は、バネ付勢されてシール５０とトランジションピース３２及び／又は固定ノズル５２の間の接触を強化及び／又は維持する。特定の実施形態において、シールは、トランジションピース３２の下流端部３６から間隙６８を横切って延び、突出部７２の外面８２から略半径方向外側の所定位置で前縁表面６０と接触状態にある。この構成において、シール５０は、突出部７２の外面８２と接触しなくても良い。このようにして、循環ゾーンを流れる高温ガス２０がシール５０に到達する可能性は低いのでシール５０上の熱応力が低減される。更に、シール５０、突出部７２の外面８２、及びトランジションピース３２の下流面４２は、少なくとも部分的に循環ゾーン８０と流体連通するパージボリューム８４を形成することができる。特定の実施形態において、シール５０は、シール５０を貫通して延びる１以上の通路８６を含むことができる。１以上の通路８６により、流体はシールを通ってパージボリューム８４に流入する。

【0027】

本発明の特定の実施形態において、図３に示すように、高温ガス２０は、トランジションピース３２を通り、間隙６８を横切って固定ノズル５２を通過して流れることができる。高温ガス２０が間隙６８を横切って流れる際に、高温ガス２０の一部は、間隙６８に吸い込まれる。高温ガス２０が間隙６８に流入すると、固定ベーン５２の前縁表面６０によって循環ゾーン８０に向けられる。高温ガス２０が循環ゾーン８０に流入すると、突出部７２のアーチ形内面７４は、高温ガス１６をシール５０から離れる方向でトランジションピース３２の下流面４２に向かわせるので、シール５０の熱応力が減少する。トランジションピース３２の下流面４２は、高温ガス２０を高温ガス経路２２に戻す方向に向け直すことができ、高圧ガス経路２２では、循環された高温ガス２０が、高温ガス経路２２を流れる高温ガス２０の残部と混合するので、シール５０上の熱応力が減少する及び／又は少なくとも部分的にガスタービン１０の効率が高くなる。追加的に又は別の方法として、耐熱コーティング８３は、固定ノズル５２の前縁表面６０、突出部７２、及び／又はトランジションピース３２の下流面４２を保護することができる。

【0028】

別の実施形態において、システム３０は、パージ媒体供給装置８８を含むことができる。例えば、限定されるものではないが、パージ媒体供給装置８８は、圧縮機１２及び／又は蒸気ライン等の外部パージ媒体供給装置（図示せず）を含むことができる。パージ媒体供給装置８８は、限定されるものではないが、加圧空気又は蒸気等のパージ媒体９０を間隙６８に供給することができる。特定の実施形態において、パージ媒体９０は、シール５０と突出部７２の外面８２との間のパージボリューム８４に流入することができる。このようにして、パージ媒体９０は、１以上のシール５０、突出部７２、固定ノズル５２の前縁表面６０、又はトランジションピース３２の下流面４２の冷却を可能にする。更に、パージ媒体９０は、突出部７２の遠位端７６とトランジションピース３２の下流面４２との間を流れて循環ゾーン８０へ流入することができる。結果的に、パージ媒体９０は、高温ガス２０が循環ゾーン８０からパージボリューム８４へ漏洩することを低減及び／又は阻止することができる。結果的に、パージ媒体９０は、循環ゾーン８０を通って高温ガス経路２２に戻るように高温ガス２０を駆動するための駆動力を循環ゾーン８０に与えることができる。追加的に又は別の方法として、パージ媒体９０は、１以上のトランジションピース３２の下流端部のパージ通路４６を通ってパージボリューム８４及び／又は循環ゾーン８０に流入することができるので、少なくとも部分的にトランジションピース３２を冷却すること及び／又は高温ガス２０が循環ゾーン８０を通って流れるように駆動力を与えることができる。追加的に又は別の方法として、パージ媒体９０は、１以上の固定ノズル５２の前縁パージ通路６６及び／又は１以上の突出部のパージ通路７８を流れることができるので、少なくとも部分的に前縁表面６０及び／又は突出部７２を冷却すること、及び／又は高温ガス２０が循環ゾーン８０を循環して高温ガス経路２２に流入するように、循環ゾーン８０に駆動力を付与することはできる。

【0029】

システム３０は、固定ノズル５２の外側プラットフォーム５６とトランジションピース３２の下流面４２との間に例示され概略的に説明されているが、当業者には、システム３０を同じ目的で固定ノズル５２の内側プラットフォーム５４の前縁表面６０とトランジションピース３２の下流面４２との間に配置して、同じ結果を得ることができることは自明である。更に、システム３０は、単一のトランジションピース３２及び単一の固定ノズル５２で例示され説明されているが、システム３０は、同じ目的でガスタービン１０内に複数のトランジションピース及び複数の固定ノズルを配置して、同じ結果を得ることができる。

【0030】

図１及び３に関して例示及び説明されるシステム３０は、固定ノズル３２の前縁表面６０とトランジションピース３２の下流面４２との間の間隙６８に流入する高温ガス２０の流れを循環させる方法を提供することができる。本方法は、概して高温ガス２０をトランジションピース３２に流して、高温ガス２０の一部を間隙６８に流す段階を含む。本方法は、高温ガス ２０の一部を固定ノズル３２の突出部７２のアーチ形内面７４に沿ってトランジションピース３２の下流面４２に向ける段階と、高温ガス２０の一部をトランジションピース３２の下流面４２の少なくとも一部を横切って流す段階と、高温ガス２０の一部をトランジションピース３２の下流面４２から離れる方向に向ける段階と、高温ガス２０の一部を高温ガス経路２２に流す段階とを更に含む。別の実施形態において、本方法は、パージ媒体９０を間隙６８に流す段階を含む。

【0031】

図２及び３に関して例示及び説明される種々の実施形態は、ガスタービン１０を流れる高温ガス２０を循環させる、従来のシステムよりも優れた１以上の商業的及び／又は技術的利点をもたらす。例えば、限定されるものではないが、固定ノズル３２の前縁表面６０、突出部７２のアーチ形内面７４、及びトランジションピース３２の下流面４２によって規定される循環ゾーン８０は、トランジションピース３２の下流面４２と固定ノズル３２の前縁表面６０との間の間隙６８に流入することができる高温ガス２０に関する流路をもたらすので、シール５０上の熱応力が低減する、及び／又は損傷を与える可能性のある高温ガス２０を間隙６８からパージするのに必要なパージ媒体９０のボリュームが低減する。追加的に又は別の方法として、高温ガス経路２２に流入するパージ媒体９０が減少すると、オペレータは、ガスタービン効率を損なうことなくエミッションを所望限界に維持できる。

【0032】

本明細書は、開示される主題の実施例を用いて、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。

【符号の説明】

【0033】

１０ ガスタービン
１２ 圧縮機
１４ 燃焼器
１６ タービン
１８ 作動流体
２０ 高温ガス
２２ 高温ガス経路
３０ システム
３２ トランジションピース
３４ 上流端部
３６ 下流端部
３８ 内面
４０ 外面
４２ 下流面
４４ 支持フレーム
４６ 下流端部パージ通路
４８ 結合機構
５０ シール
５２ 固定ノズル
５４ 内側プラットフォーム
５６ 外側プラットフォーム
５８ 翼形部
６０ 前縁表面
６２ 前端
６６ 前縁パージ通路
６８ 間隙
７０ 中心線
７２ 突出部
７４ アーチ形内面
７６ 遠位端
７８ 突出部パージ通路
８０ 循環ゾーン
８２ 突出部外面
８３ 耐熱材料
８４ パージボリューム
８６ シールパージ通路
８８ パージ媒体供給装置
９０ パージ媒体

【図1】

【図2】

【図3】