特許第6856341号(P6856341)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許6856341冷却チャンネル及び冷却剤分配プレナムを備えたタービンノズル
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(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】6856341
(24)【登録日】2021年3月22日
(45)【発行日】2021年4月7日
(54)【発明の名称】冷却チャンネル及び冷却剤分配プレナムを備えたタービンノズル
(51)【国際特許分類】
   F01D 9/02 20060101AFI20210329BHJP
【FI】
   F01D9/02 102
【請求項の数】10
【外国語出願】
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2016-195328(P2016-195328)
(22)【出願日】2016年10月3日
(65)【公開番号】特開2017-78409(P2017-78409A)
(43)【公開日】2017年4月27日
【審査請求日】2019年9月24日
(31)【優先権主張番号】14/880,580
(32)【優先日】2015年10月12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】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】サンディップ・ダッタ
(72)【発明者】
【氏名】ベンジャミン・ポール・レイシー
(72)【発明者】
【氏名】ゲアリー・マイケル・イツェル
(72)【発明者】
【氏名】ジェームズ・ウィリアム・ヴェール
【審査官】 山崎 孔徳
(56)【参考文献】
【文献】 特開2014−114810(JP,A)
【文献】 特開平11−247606(JP,A)
【文献】 特開2011−208639(JP,A)
【文献】 特開2000−352301(JP,A)
【文献】 特開2005−140119(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F01D 9/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
内側バンド(200)から外側バンド(300)までスパン方向に延びる翼形部(400)を備えタービンノズル(100)であって、前記内側バンド及び外側バンドが、前記タービンノズルの内側及び外側流れ境界を定め、前記内側バンドが、該内側バンドのガス側表面(21)の真下に形成された第1の冷却剤トレンチ(234,238)、第2の冷却剤トレンチ(236,240)、冷却チャンネルの第1のセット(214(a及び冷却チャンネルの第2のセット(214(b定め、冷却チャンネルの第1のセット(214(a))の各々の冷却チャンネル又は冷却チャンネルの第2のセット(214(b))の各々の冷却チャンネルが第1の冷却剤トレンチから第2の冷却剤トレンチまで延び、前記内側バンドが更に、前記冷却チャンネルの第1及び第2のセットと流体連通した冷却剤分配プレナム(216)を定め、前記冷却剤分配プレナムが、前記冷却チャンネルの第1のセット及び前記冷却チャンネルの第2のセットのうちの少なくとも一方に冷却剤のストリームを提供冷却剤のストリームの少なくとも一部は、第1の冷却剤トレンチ又は第2の冷却剤トレンチから、前記内側バンドのガス側表面(218)又は内側バンドの正圧側壁(212)又は内側バンドの負圧側壁(210)に沿って定められた少なくとも1つの冷却剤排気ポート(228,230,232,244,246,248,250)を介して高温ガス経路に流れ、入口通路(226)が冷却剤供給源から冷却チャンネルの第1のセットまで延びており、前記冷却剤分配プレナムが前記冷却チャンネルの第1のセットの直ぐ下流側にあり、前記冷却チャンネルの第2のセットが前記冷却剤分配プレナムの直ぐ下流側にある、タービンノズル(100)。
【請求項2】
前記内側バンドのガス側表面(218)に沿って少なくとも1つの冷却剤排気ポートが定められており、前記冷却チャンネルの第2のセットが、前記内側バンドのガス側表面に沿って定められた少なくとも1つの冷却剤排気ポート(228,248)と流体連通している、請求項に記載のタービンノズル。
【請求項3】
前記内側バンドのガス側表面(218)に沿って少なくとも1つの冷却剤排気ポートが定められており、前記冷却チャンネルの第1のセットが、前記内側バンドのガス側表面に沿って定められた少なくとも1つの冷却剤排気ポート(232,242)と流体連通している、請求項に記載のタービンノズル。
【請求項4】
内側バンド(200)から外側バンド(300)までスパン方向に延びる翼形部(400)を備えるタービンノズル(100)であって、前記内側バンド及び外側バンドが、前記タービンノズルの内側及び外側流れ境界を定め、前記内側バンドが、該内側バンドのガス側表面(218)の真下に形成された第1の冷却剤トレンチ(234,238)、第2の冷却剤トレンチ(236,240)、冷却チャンネルの第1のセット(214(a))及び冷却チャンネルの第2のセット(214(b))を定め、冷却チャンネルの第1のセット(214(a))の各々の冷却チャンネル又は冷却チャンネルの第2のセット(214(b))の各々の冷却チャンネルが第1の冷却剤トレンチから第2の冷却剤トレンチまで延び、前記内側バンドが更に、前記冷却チャンネルの第1及び第2のセットと流体連通した冷却剤分配プレナム(216)を定め、前記冷却剤分配プレナムが、前記冷却チャンネルの第1のセット及び前記冷却チャンネルの第2のセットのうちの少なくとも一方に冷却剤のストリームを提供し、冷却剤のストリームの少なくとも一部は、第1の冷却剤トレンチ又は第2の冷却剤トレンチから、前記内側バンドのガス側表面(218)又は内側バンドの正圧側壁(212)又は内側バンドの負圧側壁(210)に沿って定められた少なくとも1つの冷却剤排気ポート(228,230,232,244,246,248,250)を介して高温ガス経路に流れ、入口通路(242)が冷却剤供給源から前記冷却剤分配プレナムまで延びており、前記冷却チャンネルの第1のセット及び前記冷却チャンネルの第2のセットが、前記冷却剤分配プレナム直ぐ下流側にある、タービンノズル。
【請求項5】
前記冷却チャンネルの第1のセット及び前記冷却チャンネルの第2のセットのうちの少なくとも1つが、前記内側バンドの正圧側壁(212)又は内側バンドの負圧側壁(210)に沿って定められた少なくとも1つの冷却剤排気ポート(246)と流体連通している、請求項に記載のタービンノズル。
【請求項6】
内側バンド(200)から外側バンド(300)までスパン方向に延びる翼形部(400)を備えタービンノズル(100)であって、前記内側バンド及び外側バンドが、前記タービンノズルの内側及び外側流れ境界を定め、前記外側バンドが、該外側バンドのガス側表面(18)の真下に形成された第1の冷却剤トレンチ(334,338)、第2の冷却剤トレンチ(336,340)、冷却チャンネルの第1のセット(14(a))及び冷却チャンネルの第2のセット(14(b))定め、冷却チャンネルの第1のセット(314(a))の各々の冷却チャンネル又は冷却チャンネルの第2のセット(314(b))の各々の冷却チャンネルが第1の冷却剤トレンチから第2の冷却剤トレンチまで延び、前記外側バンドが更に、前記冷却チャンネルの第1及び第2のセットと流体連通した冷却剤分配プレナム(316)を定め、前記冷却剤分配プレナムが、前記冷却チャンネルの第1のセット及び前記冷却チャンネルの第2のセットのうちの少なくとも一方に冷却剤のストリームを提供冷却剤のストリームの少なくとも一部は、第1の冷却剤トレンチ又は第2の冷却剤トレンチから、前記外側バンドのガス側表面(318)又は外側バンドの正圧側壁(312)又は外側バンドの負圧側壁(310)に沿って定められた少なくとも1つの冷却剤排気ポート(328,330,332,344,346,348,350)を介して高温ガス経路に流れ、入口通路(326)が冷却剤供給源から冷却チャンネルの第1のセットまで延びており、前記冷却剤分配プレナムが前記冷却チャンネルの第1のセットの直ぐ下流側にあり、前記冷却チャンネルの第2のセットが前記冷却剤分配プレナムの直ぐ下流側にある、タービンノズル(100)。
【請求項7】
前記外側バンドのガス側表面(318)に沿って少なくとも1つの冷却剤排気ポートが定められており、前記冷却チャンネルの第2のセットが、前記外側バンドのガス側表面に沿って定められた少なくとも1つの冷却剤排気ポート(328,348)と流体連通している、請求項に記載のタービンノズル。
【請求項8】
前記外側バンドのガス側表面(318)に沿って少なくとも1つの冷却剤排気ポートが定められており、前記冷却チャンネルの第1のセットが、前記外側バンドのガス側表面に沿って定められた少なくとも1つの冷却剤排気ポート(332,342)と流体連通している、請求項に記載のタービンノズル。
【請求項9】
内側バンド(200)から外側バンド(300)までスパン方向に延びる翼形部(400)を備えるタービンノズル(100)であって、前記内側バンド及び外側バンドが、前記タービンノズルの内側及び外側流れ境界を定め、前記外側バンドが、該外側バンドのガス側表面(318)の真下に形成された第1の冷却剤トレンチ(334,338)、第2の冷却剤トレンチ(336,340)、冷却チャンネルの第1のセット(314(a))及び冷却チャンネルの第2のセット(314(b))を定め、冷却チャンネルの第1のセット(314(a))の各々の冷却チャンネル又は冷却チャンネルの第2のセット(314(b))の各々の冷却チャンネルが第1の冷却剤トレンチから第2の冷却剤トレンチまで延び、前記外側バンドが更に、前記冷却チャンネルの第1及び第2のセットと流体連通した冷却剤分配プレナム(316)を定め、前記冷却剤分配プレナムが、前記冷却チャンネルの第1のセット及び前記冷却チャンネルの第2のセットのうちの少なくとも一方に冷却剤のストリームを提供し、冷却剤のストリームの少なくとも一部は、第1の冷却剤トレンチ又は第2の冷却剤トレンチから、前記外側バンドのガス側表面(318)又は外側バンドの正圧側壁(312)又は外側バンドの負圧側壁(310)に沿って定められた少なくとも1つの冷却剤排気ポート(328,330,332,344,346,348,350)を介して高温ガス経路に流れ、入口通路(342)が冷却剤供給源から前記冷却剤分配プレナムまで延びており、前記冷却チャンネルの第1のセット及び前記冷却チャンネルの第2のセットが、前記冷却剤分配プレナム直ぐ下流側にある、タービンノズル。
【請求項10】
前記冷却チャンネルの第1のセット及び前記冷却チャンネルの第2のセットのうちの少なくとも1つが、前記外側バンドの正圧側壁(312)又は素側バンドの負圧側壁(310)に沿って定められた少なくとも1つの冷却剤排気ポート(246)と流体連通している、請求項に記載のタービンノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、全体的に、ガスタービン用のタービンノズルに関する。より詳細には、本発明は、冷却チャンネル及び冷却剤分配プレナムが内側又は外側バンド内に定められたタービンノズルに関する。
【背景技術】
【0002】
産業用、航空機用、及び船舶用ガスタービンなどのガスタービンは、一般に、直列流れ順に、圧縮機、燃焼器、及びタービンを含む。タービンは、複数の段を有し、各段が、タービンノズルの列と、タービンノズルから下流側に配置されたタービンロータブレードの隣接する列とを含む。タービンノズルは、タービン内で静止状態に保持され、タービンロータブレードは、ロータシャフトと共に回転する。種々のタービン段は、タービンを通る高温ガス経路を定める。
【0003】
作動中、圧縮機は、燃焼器に圧縮空気を提供する。圧縮空気は、燃料と混合され、燃焼器内に定められる燃焼室又は反応ゾーンにて燃焼し、高温ガスの高速ストリームを生成する。高温ガスは、燃焼器からタービン入口を介してタービンの高温ガス経路に流入する。高温ガス流が連続する各段を通って流れると、高速の高温ガスからの運動エネルギーがタービンロータブレードの列に伝達され、従って、ロータシャフトが回転し、機械的仕事を生成するようになる。
【0004】
タービン効率は、少なくとも1つには、タービン高温ガス経路を流れる高温ガスの温度に関連性がある。例えば、高温ガスの温度が高い程、タービンの全体効率が高くなる。高温ガスの最大温度は、少なくとも部分的には、タービンノズル及びタービンロータブレードなどの種々のタービン構成要素の材料特性によって、並びに種々のタービン構成要素に冷却を提供するための種々の冷却回路及び該冷却回路を通って循環する冷却媒体の有効性によって制限される。タービンノズルは、一般に、内側バンド又はシュラウドと外側バンド又はシュラウドとの間でスパン方向に延びる翼形部を含む。内側バンド及び外側バンドは、高温ガス経路の内側及び外側流れ境界を定め、高温ガスに晒される。翼形部は、タービンノズルの翼形部分を通って半径方向に延びる中央又はコア冷却チャンネルに圧縮空気などの冷却媒体を通過させることにより冷却することができる。冷却媒体の一部は、翼形部に沿って定められる種々のフィルム孔を通過し、このようにして翼形部にフィルム冷却を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】米国特許第9,015,944号明細書
【発明の概要】
【0006】
本発明の態様及び利点は、以下の説明において記載され、又は本説明から明らかになることができ、或いは、本発明を実施することによって理解することができる。
【0007】
本発明の1つの実施形態は、タービンノズルである。タービンノズルは、内側バンドから外側バンドまでスパン方向に延びる翼形部を含み、ここで内側バンド及び外側バンドは、タービンノズルの内側及び外側流れ境界を定める。内側バンドは、内側バンドのガス側表面の真下に形成された冷却チャンネルの第1のセット及び冷却チャンネルの第2のセットを定める。内側バンドは更に、冷却チャンネルの第1及び第2のセットと流体連通した冷却剤分配プレナムを定める。冷却剤分配プレナムは、冷却チャンネルの第1のセット及び冷却チャンネルの第2のセットのうちの少なくとも一方に冷却剤のストリームを提供する。
【0008】
本発明の別の実施形態は、タービンノズルである。タービンノズルは、内側バンドから外側バンドまでスパン方向に延びる翼形部を含み、ここで内側バンド及び外側バンドは、タービンノズルの内側及び外側流れ境界を定める。外側バンドは、該外側バンドのガス側表面の真下に形成された冷却チャンネルの第1のセット及び冷却チャンネルの第2のセットを定める。外側バンドは更に、冷却チャンネルの第1及び第2のセットと流体連通した冷却剤分配プレナムを定める。冷却剤分配プレナムは、冷却チャンネルの第1のセット及び冷却チャンネルの第2のセットのうちの少なくとも一方に冷却剤のストリームを提供する。
【0009】
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がより理解されるであろう。
【0010】
添付図面を参照することを含めて、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が記載される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本発明の種々の実施形態を包含することができる例示的なガスタービンの概略図。
図2】本発明の種々の実施形態を包含することができるガスタービンの例示的なタービンセクションの側断面図。
図3】本発明の1又はそれ以上の実施形態を包含することができる例示的なタービンノズルの側方斜視図。
図4】本発明の少なくとも1つの実施形態による、図3に示す切断線4−4に沿って見た内側バンドを含むタービンノズルの一部の上面断面図。
図5】本発明の1又はそれ以上の実施形態による、図4に示す内側バンドの一部の拡大簡易側断面図。
図6】本発明の1又はそれ以上の実施形態による、図4に示す内側バンドの一部の拡大簡易側断面図。
図7】本発明の1つの実施形態による内側バンドの上面流れ図。
図8】本発明の1つの実施形態による内側バンドの上面流れ図。
図9】本発明の少なくとも1つの実施形態による、図3に示す切断線9−9に沿って見た内側バンドを含むタービンノズルの一部の上面断面図。
図10】本発明の1又はそれ以上の実施形態による、図9に示す内側バンドの一部の拡大簡易側断面図。
図11】本発明の1又はそれ以上の実施形態による、図9に示す内側バンドの一部の拡大簡易側断面図。
図12】本発明の1つの実施形態による外側バンドの上面流れ図。
図13】本発明の1つの実施形態による外側バンドの上面流れ図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
ここで、その1つ又はそれ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。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似の要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似の記号表示を使用している。
【0013】
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。用語「上流」及び「下流」は、流体通路における流体流れに対する相対的方向を指す。用語「半径方向」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に垂直な相対方向を指し、用語「軸方向」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行な及び/又は同軸に整列された相対方向を指す。
【0014】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、用語「備える」及び/又は「備えている」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び/又は構成部品の存在を明示しているが、1つ又はそれ以上の他の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び/又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。
【0015】
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、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。
【0016】
本発明の例示的な実施形態は、例示の目的で陸上ベースの発電ガスタービン用のタービンノズルに関して全体に説明しているが、請求項に別途規定のない限り、本発明の実施形態は、陸上ベースの発電ガスタービンに限定されず、あらゆる形式又はタイプのガスタービンに適用できることは、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【0017】
本明細書で記載され、例示され、請求項に記載される本発明は、全体的に、ピンバンク又はインピンジメントのような他のプロセスからの使用済み冷却剤ではなく未使用の冷却剤をチャンネルに提供するため、表面下冷却に専用の1又はそれ以上の冷却剤分配又は供給プレナムもしくはマイクロチャンネルを有するタービンノズル又は他の高温ガス経路構成要素の内側バンド又は外側バンド部分の少なくとも一方に関する。他の実施形態において、冷却剤分配プレナムは、異なる冷却チャンネルから冷却剤を集めて、この冷却剤を下流側に配置された冷却チャンネルの別のセットに送給し、表面冷却ネットワークを構築することができる。
【0018】
ここで図面を参照すると、図1は、本発明の種々の実施形態を包含することができる例示的なガスタービン10の概略図を示す。図示のように、ガスタービン10は、一般に、軸流圧縮機16の上流側端部に配置された入口14を有する圧縮機セクション12を含む。ガスタービン10は更に、圧縮機16から下流側に位置付けられた1又はそれ以上の燃焼器20を有する燃焼セクション18と、燃焼セクション18から下流側に配置された膨張タービンのようなタービン24を含むタービンセクション22とを含む。シャフト26は、ガスタービン10の軸方向中心線28に沿って圧縮機16及びタービン24を通って軸方向に延びる。
【0019】
図2は、本発明の種々の実施形態を包含することができる例示的なタービン24の側断面図を示す。図2に示すように、タービン24は、複数のタービン段を含むことができる。例えば、タービン24は、第1段30(a)、第2段30(b)及び第3段30(c)を含む、3つのタービン段を含むことができる。タービン段30の総数は、3つよりも多くても少なくてもよく、本発明の実施形態は、請求項に別途記載のない限り、3つのタービン段に限定されない。
【0020】
図2に示すように、各段30(a−c)は、直列流れ順でシャフト26(図1)に沿って軸方向に離間して配置された、タービンノズル32(a),32(b)及び32(c)の対応する列と、タービンロータブレード34(a),34(b)及び34(c)の対応する列と、を含む。ケーシング又はシェル36は、タービンノズル32(a−c)及びタービンロータブレード34(a−c)からなる各段30(a−c)を円周方向に囲む。タービンノズル32(a−c)は、ガスタービン10の作動中にタービンロータブレード34(a−c)に対して静止している。例えば、タービンノズル32は、ケーシング36又はノズルリング(図示せず)に接続することができる。
【0021】
作動時には、図1及び2に全体的に示すように、圧縮機16からの圧縮空気38は、燃焼器20に提供され、ここで圧縮空気が燃料と混合されて燃焼し、高温燃焼ガス40のストリームを提供し、これが燃焼器20からタービン24に流入する。圧縮空気38の少なくとも一部は、タービンノズル32(a−c)及びタービンロータブレード34(a−c)などのタービンの種々の構成要素を冷却するための冷却媒体として用いることができる。
【0022】
図3は、図2に示すようにタービン24に組み込むことができ、また、本発明の種々の実施形態を包含することができる例示的なタービンノズル100の斜視図を示す。タービンノズル100は、タービンノズル32(a−c)の何れかの代わりに相当し、又は設置することができる。特定の実施形態において、タービンノズル100は、第1段30(a)のタービンノズル32(a)に対応し、これはまた、第1段ノズルすなわちS1Nとして当該産業分野において既知とすることができる。
【0023】
図3に示すように、タービンノズル100は、内側バンド200と、該内側バンド200から半径方向に離間した外側バンド300と、内側バンド200から外側バンド300までスパン方向で延びる翼形部400と、を含む。内側バンド200は、ガス側面202と、ガス側面202から半径方向内向きに配向された背部側面204とを含む。外側バンド300は、ガス側面302と、該ガス側面302から半径方向外向きに配向された背部側面304とを含む。図2及び3に全体的に示すように、外側バンド300のガス側面302及び内側バンド200のガス側面202は、燃焼器20からタービン24を通って高速度で流れる高温燃焼ガス40のストリームの内側及び外側流れ境界を定める。図3に示すように、翼形部400は、前縁部分402、後縁部分404、負圧側壁406及び正圧側壁408を含む。
【0024】
図4は、図3に示す切断線4−4に沿って見たタービンノズル100の一部の上面断面図を示し、本発明の1つの実施形態による翼形部400及び内側バンド200の一部を含む。図4に示すように、内側バンド200は、翼形部400の前縁部分402から前方又は上流側にある前方壁206と、後縁部分404から後方又は下流側にある後方壁208と、負圧側壁210と、正圧側壁212とを含む。特定の構成において、タービンノズル100は、一次冷却チャンネル102を含む、及び/又は少なくとも部分的に定める。1つの実施形態において、一次冷却チャンネル102は、外側バンド300、翼形部400及び内側バンド200を通って半径方向又は実質的に半径方向に延びる。
【0025】
図5及び6は、本発明の少なくとも1つの実施形態による、図4に示す内側バンド200の一部の簡易断面図を示す。1つの実施形態において、図4、5及び6に全体的に示されるように、内側バンド200は、内側バンド200のガス側表面218の真下に形成された複数の冷却チャンネル214及び冷却剤分配プレナム216(図5)を定める。複数の冷却チャンネル214は、内側バンド200のガス側表面218の真下に機械加工、鋳造、又は他の方法で形成することができる。特定の実施形態において、図5及び6に示すように、ガス側表面218は、1又はそれ以上のプレート及び/又は複数の冷却チャンネル214を被覆及び/又はシールするコーティング220によって少なくとも部分的に形成することができる。
【0026】
図4、5及び6に示すように、複数の冷却チャンネル214は、冷却チャンネル214の複数のセットを含むことができる。例えば、1つの実施形態において、図5及び6に示すように、複数の冷却チャンネル214は、少なくとも、冷却チャンネルの第1のセット214(a)及び冷却チャンネルの第2のセット214(b)を含む。冷却チャンネルのセット214は、1又はそれ以上の冷却チャンネルを含むことができ、請求項に別途記載のない限り、図5及び6に例示される2又は3つの冷却チャンネルに限定されない。
【0027】
複数の冷却チャンネル214は、内側バンド200の特定の冷却要件に応じて様々な位置でガス側表面218の真下に配置することができる。例えば、図4に示すように、複数の冷却チャンネル214の少なくとも一部は、翼形部400の前縁部分402、負圧側壁406、後縁部分404及び正圧側壁408のうちの1又はそれ以上のものの湾曲又は輪郭に沿う又は実質的に沿うような配列又は配向にすることができる。冷却チャンネル214の少なくとも一部は、内側バンド200の負圧側壁210又は後方壁208に近接して、及び/又は負圧側壁210と正圧側壁212との間の内側バンド200の前方壁206に近接して配置することができる。
【0028】
種々の実施形態において、冷却剤分配プレナム216が内側バンド200内に形成されて、図5及び6において矢印222で示される冷却剤のストリームを冷却チャンネルの第1のセット214(a)及び/又は冷却チャンネルの第2のセット214(b)の少なくとも一方に提供する。種々の実施形態において、図5及び6に示すように、内側バンド200は、ガス側表面218の真下に配置され且つ冷却剤分配プレナム216、冷却チャンネルの第1のセット214(a)及び冷却チャンネルの第2のセット214(b)の間で冷却剤222の流体連通を提供する複数の内部通路224を含む及び/又は定める。1つの実施形態において、図5に示すように、内側バンド200は、圧縮機16(図1)などの冷却剤供給源と冷却チャンネルの第1のセット214(a)との間の直接的な流体連通を提供する入口通路226を定める。この構成において、冷却チャンネルの第1のセット214(a)は、冷却剤供給源から直ぐ下流側にあり、冷却剤分配プレナム216は、冷却チャンネルの第1のセット214(a)から直ぐ下流側にあり、冷却チャンネルの第2のセット214(b)は、冷却剤分配プレナム216から直ぐ下流側にある。特定の実施形態において、入口通路226は、内側バンド200の背部側面204に沿って定められる入口を含むことができる。
【0029】
特定の実施形態において、図5に示すように、冷却チャンネルの第2のセット214(b)は、内側バンド200のガス側表面218に沿って定められる少なくとも1つの冷却剤排気ポート228と流体連通している。1つの実施形態において、冷却チャンネルの第2のセット214(b)は、図5に示すような正圧側壁212又は内側バンド200の負圧側壁210のうちの一方に沿って定められる少なくとも1つの冷却剤排気ポート230と流体連通している。特定の実施形態において、冷却チャンネルの第1のセット214(a)は、内側バンド200のガス側表面218に沿って定められる少なくとも1つの冷却剤排気ポート232と流体連通している。
【0030】
図7は、図5に示す実施形態による内側バンド200の上面流れ図を示す。作動時には、図5及び7に全体的に示すように、冷却剤222は、入口通路226を通り、冷却チャンネルの第1のセット214(a)の種々の冷却チャンネル214内に移動し、このようにして、冷却チャンネル214の上方のガス側表面218に冷却を提供する。例えば、図7に示すように、冷却剤は、第1の冷却剤トレンチ234に流入することができ、該第1の冷却剤トレンチ234は、冷却チャンネルの第1のセット214(a)の個々の冷却チャンネル214に冷却剤を送り込む。次いで、冷却剤222は、冷却チャンネル214から第2の冷却剤トレンチ236に流入して冷却剤分配プレナム216上に流れ、ここで冷却剤222を用いて内側バンド200の別の部分を冷却することができる。次に、冷却剤222は、第3の冷却剤トレンチ238に流れることができ、この第3の冷却剤トレンチ238は、冷却チャンネルの第2のセット214(b)の個々の冷却チャンネル214に冷却剤222を送り、このようにして冷却チャンネルの第2のセット214(b)の冷却チャンネル214の上方のガス側表面218に冷却を提供する。次いで、冷却剤222は、第4の冷却剤トレンチ240と流体連通してガス側表面218にフィルム冷却を提供する冷却剤排気ポート228から排出することができ、及び/又は円周方向に隣接するタービンノズル100の隣接する内側バンド200間にシールを形成するのを助けるため冷却剤排気ポート230から排出することができる。
【0031】
特定の実施形態において、冷却剤222の一部は、冷却剤排気ポート232から排出されて、冷却チャンネルの第1のセット214(a)に近接した背側表面218にフィルム冷却を提供することができる。冷却剤分配プレナム216内の圧力は、一般に、冷却チャンネルの第1のセット214(a)の圧力よりも低く、冷却チャンネルの第2のセット214(b)の圧力は、一般に、冷却剤分配プレナムの圧力よりも低く、冷却剤排気ポート228,220,230の直ぐ外の圧力は、一般に、冷却チャンネルの第1のセット214(a)又は冷却チャンネルの第2のセット214(b)の圧力よりも低い。
【0032】
1つの実施形態において、図6に示すように、入口通路242は、冷却剤供給源と冷却剤分配プレナム216との間の流体連通又は直接的な流体連通を提供する。入口通路242は、内側バンド200の背部側面204に沿って配置される入口を有することができる。冷却チャンネルの第1のセット214(a)及び冷却チャンネルの第2のセット214(b)は、冷却剤分配プレナム216から直ぐ下流側にある。1つの実施形態において、冷却チャンネルの第1のセット214(a)は、内側バンド200のガス側表面218に沿って定められた少なくとも1つの冷却剤排気ポート244及び/又は内側バンド200の負圧側壁210に沿って定められた少なくとも1つの冷却剤排気ポート246と流体連通している。冷却チャンネルの第2のセット214(b)は、内側バンド200のガス側表面218に沿って定められた少なくとも1つの冷却剤排気ポート248及び/又は内側バンド200の正圧側壁212に沿って定められた少なくとも1つの冷却剤排気ポート250と流体連通している。
【0033】
図8は、図5に示す実施形態による内側バンド200の上面流れ図を示す。作動時には、図5及び8に示すように、冷却剤222は、入口通路234を通って冷却剤分配プレナム216内に移動し、ここで冷却剤222を用いて内側バンド200内に冷却を提供することができる。次いで、冷却剤222は、冷却剤トレンチ234を介して冷却チャンネルの第1のセット214(a)の種々の冷却チャンネル214及び冷却剤トレンチ238を介して冷却チャンネルの第2のセット214(b)の種々の冷却チャンネル214に分配される。冷却剤が冷却チャンネル214を通って流れると、冷却チャンネルの第1のセット214(a)の冷却チャンネル214の上方及び冷却チャンネルの第2のセット214(b)の冷却チャンネル214の上方のガス側表面218に冷却が提供される。次いで、冷却剤222は、ガス側表面218にフィルム冷却を提供するため冷却剤トレンチ236及び冷却剤排気ポート244の1又はそれ以上を介して冷却チャンネルの第1のセット214(a)から排出することができ、及び/又は円周方向に隣接するタービンノズル100の隣接する内側バンド200間にシールを形成するのを助けるため冷却剤トレンチ240を介して冷却剤排気ポート246から排出することができる。
【0034】
加えて、又は代替として、冷却剤222は、ガス側表面218にフィルム冷却を提供するため冷却剤排気ポート248の1又はそれ以上を介して冷却チャンネルの第2のセット214(b)から排出することができ、及び/又は円周方向に隣接するタービンノズル100の隣接する内側バンド200間にシールを形成するのを助けるため冷却剤排気ポート250から排出することができる。冷却剤分配プレナム216内の圧力は、一般に、冷却チャンネルの第1のセット214(a)の圧力又は冷却チャンネルの第2のセット214(b)の圧力よりも高い。
【0035】
図9は、図3に示す切断線9−9に沿って見たタービンノズル100の一部の上面断面図を示し、本発明の1つの実施形態による翼形部400及び外側バンド300の一部を含む。図9に示すように、外側バンド300は、翼形部400の前縁部分402から前方又は上流側にある前方壁306と、後縁部分404から後方又は下流側にある後方壁308と、負圧側壁310と、正圧側壁312とを含む。特定の構成において、タービンノズル100は、一次冷却チャンネル102を含む、及び/又は少なくとも部分的に定める。
【0036】
図10及び11は、本発明の少なくとも1つの実施形態による、図9に示す外側バンド300の一部の簡易断面図を示す。1つの実施形態において、図9、10及び11に全体的に示されるように、外側バンド300は、外側バンド300のガス側表面318の真下に形成された複数の冷却チャンネル314及び冷却剤分配プレナム316を定める。複数の冷却チャンネル314は、外側バンド300のガス側表面318の真下に機械加工、鋳造、又は他の方法で形成することができる。特定の実施形態において、図10及び11に示すように、ガス側表面318は、1又はそれ以上のプレート及び/又は複数の冷却チャンネル314を被覆及び/又はシールするコーティング320によって少なくとも部分的に形成することができる。
【0037】
図9、10及び11に示すように、複数の冷却チャンネル314は、冷却チャンネル314の複数のセットを含むことができる。例えば、1つの実施形態において、図10及び11に示すように、複数の冷却チャンネル314は、少なくとも、冷却チャンネルの第1のセット314(a)及び冷却チャンネルの第2のセット314(b)を含む。冷却チャンネルのセット314は、1又はそれ以上の冷却チャンネルを含むことができ、請求項に別途記載のない限り、図10及び11に例示される2又は3つの冷却チャンネルに限定されない。
【0038】
複数の冷却チャンネル314は、外側バンド300の特定の冷却要件に応じて様々な位置でガス側表面318の真下に配置することができる。例えば、図9に示すように、複数の冷却チャンネル314の少なくとも一部は、翼形部400の前縁部分402、負圧側壁406、後縁部分404及び正圧側壁408のうちの1又はそれ以上のものの湾曲又は輪郭に沿う又は実質的に沿うような配列又は配向にすることができる。冷却チャンネル314の少なくとも一部は、外側バンド300の負圧側壁310又は後方壁308に近接して、及び/又は負圧側壁310と正圧側壁312との間の外側バンド300の前方壁306に近接して配置することができる。
【0039】
種々の実施形態において、冷却剤分配プレナム316が外側バンド300内に形成されて、図10及び11において矢印322で示される冷却剤のストリームを冷却チャンネルの第1のセット314(a)及び/又は冷却チャンネルの第2のセット314(b)の少なくとも一方に提供する。種々の実施形態において、図10及び11に示すように、外側バンド300は、ガス側表面318の真下に配置され且つ冷却剤分配プレナム316、冷却チャンネルの第1のセット314(a)及び冷却チャンネルの第2のセット314(b)の間で冷却剤322の流体連通を提供する複数の内部通路324を含む及び/又は定める。
【0040】
1つの実施形態において、図10に示すように、外側バンド300は、圧縮機16(図1)などの冷却剤供給源と冷却チャンネルの第1のセット314(a)との間の直接的な流体連通を提供する入口通路326を定める。この構成において、冷却チャンネルの第1のセット314(a)は、冷却剤供給源から直ぐ下流側にあり、冷却剤分配プレナム316は、冷却チャンネルの第1のセット314(a)から直ぐ下流側にあり、冷却チャンネルの第2のセット314(b)は、冷却剤分配プレナム316から直ぐ下流側にある。特定の実施形態において、入口通路326は、外側バンド300の背部側面304に沿って定められる入口を含むことができる。
【0041】
特定の実施形態において、図10に示すように、冷却チャンネルの第2のセット314(b)は、外側バンド300のガス側表面318に沿って定められる少なくとも1つの冷却剤排気ポート328と流体連通している。1つの実施形態において、冷却チャンネルの第2のセット314(b)は、図10に示すような正圧側壁312又は外側バンド300の負圧側壁310のうちの一方に沿って定められる少なくとも1つの冷却剤排気ポート330と流体連通している。特定の実施形態において、冷却チャンネルの第1のセット314(a)は、外側バンド300のガス側表面318に沿って定められる少なくとも1つの冷却剤排気ポート332と流体連通している。
【0042】
図12は、図10に示す実施形態による外側バンド300の上面流れ図を示す。作動時には、図10及び12に全体的に示すように、冷却剤322は、入口通路326を通り、冷却チャンネルの第1のセット314(a)の種々の冷却チャンネル314内に移動し、このようにして、冷却チャンネル314の上方のガス側表面318に冷却を提供する。例えば、図12に示すように、冷却剤322は、第1の冷却剤トレンチ334に流入することができ、該第1の冷却剤トレンチ334は、冷却チャンネルの第1のセット314(a)の個々の冷却チャンネル314に冷却剤を送り込む。次いで、冷却剤322は、冷却チャンネル314から第2の冷却剤トレンチ336に流入して冷却剤分配プレナム316上に流れ、ここで冷却剤322を用いて外側バンド300の別の部分を冷却することができる。次に、冷却剤322は、第3の冷却剤トレンチ338に流れることができ、この第3の冷却剤トレンチ338は、冷却チャンネルの第2のセット314(b)の個々の冷却チャンネル314に冷却剤322を送り、このようにして冷却チャンネルの第2のセット314(b)の冷却チャンネル314の上方のガス側表面318に冷却を提供する。次いで、冷却剤322は、第4の冷却剤トレンチ340と流体連通してガス側表面318にフィルム冷却を提供する冷却剤排気ポート328から排出することができ、及び/又は円周方向に隣接するタービンノズル100の隣接する外側バンド300間にシールを形成するのを助けるため冷却剤排気ポート330から排出することができる。
【0043】
特定の実施形態において、冷却剤322の一部は、冷却剤排気ポート332から排出されて、冷却チャンネルの第1のセット314(a)に近接した背側表面318にフィルム冷却を提供することができる。冷却剤分配プレナム316内の圧力は、一般に、冷却チャンネルの第1のセット314(a)の圧力よりも低く、冷却チャンネルの第2のセット314(b)の圧力は、一般に、冷却剤分配プレナムの圧力よりも低く、冷却剤排気ポート328,320,330の直ぐ外の圧力は、一般に、冷却チャンネルの第1のセット314(a)又は冷却チャンネルの第2のセット314(b)の圧力よりも低い。
【0044】
1つの実施形態において、図11に示すように、入口通路342は、冷却剤供給源と冷却剤分配プレナム316との間の流体連通又は直接的な流体連通を提供する。入口通路342は、外側バンド300の背部側面304に沿って配置される入口を有することができる。冷却チャンネルの第1のセット314(a)及び冷却チャンネルの第2のセット314(b)は、冷却剤分配プレナム316から直ぐ下流側にある。1つの実施形態において、冷却チャンネルの第1のセット314(a)は、外側バンド300のガス側表面318に沿って定められた少なくとも1つの冷却剤排気ポート344及び/又は外側バンド300の負圧側壁310に沿って定められた少なくとも1つの冷却剤排気ポート346と流体連通している。冷却チャンネルの第2のセット314(b)は、外側バンド300のガス側表面318に沿って定められた少なくとも1つの冷却剤排気ポート348及び/又は外側バンド300の正圧側壁312に沿って定められた少なくとも1つの冷却剤排気ポート350と流体連通している。
【0045】
図13は、図11に示す実施形態による外側バンド300の上面流れ図を示す。作動時には、図11及び13に示すように、冷却剤322は、入口通路334を通って冷却剤分配プレナム316内に移動し、ここで冷却剤322を用いて外側バンド300内に冷却を提供することができる。次いで、冷却剤322は、冷却剤トレンチ334を介して冷却チャンネルの第1のセット314(a)の種々の冷却チャンネル314及び冷却剤トレンチ338を介して冷却チャンネルの第2のセット314(b)の種々の冷却チャンネル314に分配される。冷却剤が冷却チャンネル314を通って流れると、冷却チャンネルの第1のセット314(a)の冷却チャンネル314の上方及び冷却チャンネルの第2のセット314(b)の冷却チャンネル314の上方のガス側表面318に冷却が提供される。次いで、冷却剤322は、ガス側表面318にフィルム冷却を提供するため冷却剤トレンチ336及び冷却剤排気ポート344の1又はそれ以上を介して冷却チャンネルの第1のセット314(a)から排出することができ、及び/又は円周方向に隣接するタービンノズル100の隣接する外側バンド300間にシールを形成するのを助けるため冷却剤トレンチ340を介して冷却剤排気ポート346から排出することができる。
【0046】
加えて、又は代替として、冷却剤322は、ガス側表面318にフィルム冷却を提供するため冷却剤排気ポート348の1又はそれ以上を介して冷却チャンネルの第2のセット314(b)から排出することができ、及び/又は円周方向に隣接するタービンノズル100の隣接する外側バンド300間にシールを形成するのを助けるため冷却剤排気ポート350から排出することができる。冷却剤分配プレナム316内の圧力は、一般に、冷却チャンネルの第1のセット314(a)の圧力又は冷却チャンネルの第2のセット314(b)の圧力よりも高い。
【0047】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、また、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並びにあらゆる組み込み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含む場合、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】
【0048】
10 ガスタービン
12 圧縮機セクション
14 入口
16 圧縮機
18 燃焼セクション
20 燃焼器
22 タービンセクション
24 タービン
26 ロータシャフト
28 軸方向中心線
30 タービン段
30(a) 第1タービン段
30(b) 第2タービン段
30(c) 第3タービン段
32(a) タービンノズル
32(b) タービンノズル
32(c) タービンノズル
34(a) タービンロータブレード
34(b) タービンロータブレード
34(c) タービンロータブレード
36 シェル/ケーシング
38 圧縮空気
40 燃焼ガスのストリーム
100 タービンノズル
102 一次冷却通路
200 内側バンド
202 ガス側面
204 背部側面
206 前方壁/面
208 後方壁/面
210 負圧側壁/面
212 正圧側壁/面
214 冷却チャンネル
214(a) 冷却チャンネルの第1のセット
214(b) 冷却チャンネルの第2のセット
216 冷却剤分配プレナム
218 ガス側表面
220 プレート/コーティング
222 冷却剤のストリーム
224 内部通路
226 入口通路
228 冷却剤排気ポート
230 冷却剤排気ポート
232 冷却剤排気ポート
234 第1の冷却剤トレンチ
236 第2の冷却剤トレンチ
238 第3の冷却剤トレンチ
240 第4の冷却剤トレンチ
242 入口通路
244 冷却剤排気ポート
246 冷却剤排気ポート
248 冷却剤排気ポート
250 冷却剤排気ポート
300 外側バンド
302 ガス側面
304 背部側面
306 前方壁/面
308 後方壁/面
310 負圧側壁/面
312 正圧側壁/面
314 冷却チャンネル
314(a) 冷却チャンネルの第1のセット
314(b) 冷却チャンネルの第2のセット
316 冷却剤分配プレナム
318 ガス側表面
320 冷却剤排気ポート
322 冷却剤のストリーム
324 内部通路
326 冷却剤排気ポート
328 冷却剤排気ポート
330 冷却剤排気ポート
332 冷却剤排気ポート
334 第1の冷却剤トレンチ
336 第2の冷却剤トレンチ
338 第3の冷却剤トレンチ
340 第4の冷却剤トレンチ
342 入口通路
344 冷却剤排気ポート
346 冷却剤排気ポート
348 冷却剤排気ポート
350 冷却剤排気ポート
400 翼形部
402 前縁部分
404 後縁部分
406 負圧側壁
408 正圧側壁
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13