特開 2023-181093 熱応力を低減するための加熱構造を備えるタービン部品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023181093

(43)【公開日】2023-12-21

(54)【発明の名称】熱応力を低減するための加熱構造を備えるタービン部品

(51)【国際特許分類】

   F01D 9/02 20060101AFI20231214BHJP

【ＦＩ】

F01D9/02 102

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023077855

(22)【出願日】2023-05-10

(31)【優先権主張番号】17/806,317

(32)【優先日】2022-06-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】515322297

【氏名又は名称】ゼネラル エレクトリック テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｂｒｏｗｎ Ｂｏｖｅｒｉ Ｓｔｒａｓｓｅ ８， ５４００ Ｂａｄｅｎ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(72)【発明者】

【氏名】コックス、ブランドン リー

(72)【発明者】

【氏名】ヴァンタッセル、ブラッド ウィルソン

(72)【発明者】

【氏名】レイシー、ベンジャミン ポール

【テーマコード（参考）】

3G202

【Ｆターム（参考）】

3G202GA07

3G202GB01

3G202GB02

3G202JJ08

(57)【要約】

【課題】タービン部品の部分間の温度差に起因する熱応力を軽減する。
【解決手段】タービン部品（２００）は、第１の構造（２１０）及び第２の構造（２１２）を含む。第１の構造（２１０）を冷却するため第１の構造（２２２）の少なくとも一部を通して第１の熱伝達流体（２２２）を送るため、第１の構造（２１０）内に第１の流体通路（２２０）が画成される。第２の構造（２１２）の少なくとも一部に第２の流体通路（２３０）が画成され、第１の流体通路（２２０）と流体連通する。第１の構造（２１０）での熱伝達後、熱伝達流体は第２の構造（２１２）の温度よりも高くなり、第２の構造（２１２）の温度を上昇させる。第２の構造（２１２）への熱伝達は、加熱しなければ構造（２１０，２１２）間に熱応力を惹起してしまう第２の構造（２１２）と第１の構造（２１０）との間の温度差を減少させる。第２の構造（２１２）の加熱は、早期メンテナンスの必要性を低減し、部品（２００）の寿命を延ばす。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

タービン部品（２００）であって、当該タービン部品（２００）が、
第２の構造（２１２）と一体に結合した第１の構造（２１０）と、
第１の構造（２１０）の少なくとも一部を通して第１の熱伝達流体（２２２）を送るため第１の構造（２１０）内に画成される第１の流体通路（２２０）と、
第２の構造（２１２）の少なくとも一部に画成される第２の流体通路（２３０）であって、第１の構造（２１０）の下流で第１の流体通路（２２０）と流体連通する第２の流体通路（２３０）と
を備えており、第１の流体通路（２２０）内で第１の構造（２１０）に入る第１の熱伝達流体（２２２）の温度が、第１の構造（２１０）の温度よりも低くて第１の構造（２１０）の温度を低下させ、かつ第２の流体通路（２３０）内で第２の構造（２１２）に入る第１の熱伝達流体（２４０）の温度が、第２の構造（２１２）の温度よりも高くて第２の構造（２１２）の温度を上昇させる、タービン部品（２００）。

【請求項2】

第１の構造（２１０）が、タービン（１１１）の高温ガス経路に直接露出される１以上の表面（２１４）を含んでおり、第２の構造（２１２）が、タービン（１１１）の高温ガス経路に直接露出されてはいない、請求項１に記載のタービン部品（２００）。

【請求項3】

第１の構造（２１０）が、翼形部（１７６）、翼形部（１７６）に結合したプラットホーム（１９０）及びプラットホーム（１９０）のスラッシュ面（２１６）の少なくともいずれかを含んでおり、第２の構造（２１２）が、プラットホーム（１９０）に結合した半径方向に延在する取付レール（２３２）を含む、請求項１に記載のタービン部品（２００）。

【請求項4】

第２の構造（２１２）と一体に結合した第３の構造（２５０）と、第３の構造（２５０）の少なくとも一部に画成される第３の流体通路（２５２）とをさらに備えており、第３の流体通路（２５２）が、第２の構造（２１２）の下流で第２の流体通路（２３０）と流体連通しており、第１の熱伝達流体（２２２）が、第３の構造（２５０）の冷却及び第３の構造（２５０）を出るパージガスとしての機能の少なくともいずれかに使用される、請求項１に記載のタービン部品（２００）。

【請求項5】

第１の構造（２１０）が、翼形部（１７６）、翼形部（１７６）に結合したプラットホーム（１９０）及びプラットホーム（１９０）のスラッシュ面（２１６）の少なくともいずれかを含んでおり、第２の構造（２１２）が、プラットホーム（１９０）に結合した半径方向に延在する取付レール（２３２）の少なくとも一部を含んでおり、第３の構造（２５０）が、プラットホーム（１２８）のスラッシュ面（２１６）、翼形部（１７６）の外面及び翼形部（１７６）の後縁（１８４）の少なくともいずれかを含む、請求項４に記載のタービン部品（２００）。

【請求項6】

第２の流体通路（２３０）が、第２の構造（２１２）を通る非線形経路を有する、請求項１に記載のタービン部品（２００）。

【請求項7】

第２の流体通路（２３０）が、その上流端（２６２）で上流マニホールド（２６０）によって流体結合し、かつその下流端部（２６６）で下流マニホールド（２６４）によって流体結合した複数の流体通路（２３０Ａ～Ｃ）を含む、請求項１に記載のタービン部品（２００）。

【請求項8】

第２の構造（２１２）と一体に結合した第３の構造（２５０）と、
第３の構造（２５０）の少なくとも一部を通して第２熱伝達流体（２７２）を送るため第３の構造（２５０）内に画成される第３の流体通路（２５２）と、
第２の構造（２１２）の少なくとも一部に画成される第４の流体通路であって、第３の構造（２５０）の下流で第３の流体通路（２５２）と流体連通する第４の流体通路と
をさらに備えており、第３の流体通路（２５２）内で第３の構造（２５０）に入る第２の熱伝達流体（２５４）の温度が、第３の構造（２５０）の温度よりも低くて第３の構造（２５０）の温度を低下させ、かつ第２の流体通路内で第２の構造（２１２）に入る第２の熱伝達流体（２７２）の温度が、第２の構造（２１２）の温度よりも高くて第２の構造（２１２）の温度を上昇させる、請求項１に記載のタービン部品（２００）。

【請求項9】

第２の構造（２１２）内の第２の流体通路（２３０）内の第１の熱伝達流体（２２２）が、第２の構造（２１２）内で、第２の構造（２１２）内の第４の流体通路内の第２の熱伝達流体（２７２）とは逆方向に流れる、請求項８に記載のタービン部品（２００）。

【請求項10】

翼形部（１７６）と、
翼形部（１７６）に結合したプラットホーム（１９０）であって、半径方向に延在する取付レール（２３２）を含むプラットホーム（１９０）と、
翼形部（１７６）及びプラットホーム（１９０）の少なくとも一方を通して第１の熱伝達流体（２２２）を送るため翼形部（１７６）及びプラットホーム（１９０）の少なくとも一方に画成される第１の流体通路（２２０）と、
半径方向に延在する取付レール（２３２）の周方向長さの少なくとも一部に延在する第２の流体通路（２３０）であって、第１の流体通路（２２０）と流体連通する第２の流体通路（２３０）と
を備えるタービンノズル（１２６）。

【請求項11】

翼形部（１７６）及びプラットホーム（１９０）の一方の第１の流体通路（２２０）に入る第１の熱伝達流体（２２２）の温度が、翼形部（１７６）及びプラットホーム（１９０）の一方の温度よりも低く、翼形部（１７６）及びプラットホーム（１９０）の一方の温度を低下させ、半径方向に延在する取付レール（２３２）内の第２の流体通路（２３０）に入る第１の熱伝達流体（２２２）の温度が、半径方向に延在する取付レール（２３２）の温度よりも高く、半径方向に延在する取付レール（２３２）の温度を上昇させる、請求項１０に記載のタービンノズル（１２６）。

【請求項12】

プラットホーム（１２８）の１以上の表面（２１４）及び翼形部（１７６）がタービン（１１１）の高温ガス経路に直接露出され、半径方向に延在する取付レール（２３２）がタービン（１１１）の高温ガス経路に直接露出されてはいない、請求項１０に記載のタービンノズル（１２６）。

【請求項13】

半径方向に延在する取付レール（２３２）と一体に結合した下流側構造（２５０）と、下流側構造（２５０）の少なくとも一部に画成される第３の流体通路（２５２）とをさらに備えており、第３の流体通路（２５２）が、半径方向に延在する取付レール（２３２）の下流で第２の流体通路（２３０）と流体連通し、第１の熱伝達流体（２５４）が、下流側構造（２５０）の冷却及び下流側構造（２５０）を出るパージガスとしての機能の少なくともいずれかに使用される、請求項１０に記載のタービンノズル（１２６）。

【請求項14】

下流側構造（２５０）が、プラットホーム（１２８）のスラッシュ面（２１６）、翼形部（１７６）の外面（２１４）及び翼形部（１７６）の後縁（１８４）の少なくともいずれかを含む、請求項１３に記載のタービンノズル（１２６）。

【請求項15】

下流側構造（２５０）の少なくとも一部を通して第２の熱伝達流体（２５４）を送るため下流側構造（２５０）内に画成される第４の流体通路と、
半径方向に延在する取付レール（２３２）の少なくとも一部に画成される第５の流体通路であって、下流側構造（２５０）の下流で第４の流体通路と流体連通する第５の流体通路と
をさらに備えており、第４の流体通路内で下流側構造（２５０）に入る第２の熱伝達流体（２５４）の温度が、下流側構造（２５０）の温度よりも低く、下流側構造（２５０）の温度を低下させ、かつ第５の流体通路内で半径方向に延在する取付レール（２３２）に入る第２の熱伝達流体（２５４）の温度が、半径方向に延在する取付レール（２３２）の温度よりも高く、半径方向に延在する取付レール（２３２）の温度を上昇させ、
半径方向に延在する取付レール（２３２）内の第２の流体通路（２３０）内の第１の熱伝達流体（２４０）は、半径方向に延在する取付レール（２３２）内で、半径方向に延在する取付レール（２３２）内の第５の流体通路内の第２の熱伝達流体（２５４）とは逆方向に流れる、請求項１３に記載のタービンノズル（１２６）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般にターボ機械に関し、特に、タービン部品の構造内に、構造の温度を上昇させて、熱応力を生じる温度差を減少させるように構成された流体通路を含むタービン部品に関する。

【背景技術】

【0002】

タービン部品の部分間の温度差は、部品に熱応力をもたらすおそれがある。熱応力は、予定よりも早いメンテナンスを招いたり、部品の耐用年数を縮めてしまうおそれがある。タービン部品はタービンの高温ガス経路による損傷を防ぐために冷却されるが、従来の冷却スキームでは、温度差に起因するターボ機械の部品でみられる熱応力を軽減することができない。

【発明の概要】

【0003】

以下に挙げるすべての態様、具体例及び特徴は、技術的に可能な方法で組合せることができる。

【0004】

本開示の一態様は、高温ガス経路に露出される第１の構造と、第１の構造と一体であるが高温ガス経路から隔てられた第２の構造とを有するタービン部品とを含む。第１の構造内の第１の流体通路は、第１の構造を冷却するため第１の構造の少なくとも一部を通して熱伝達流体（例えば空気のような冷却剤など）を送る。第２の流体通路は、第２の構造の少なくとも一部に画成され、第１の流体通路と流体連通している。第１の構造での熱伝達後に、熱伝達流体は第２の構造の温度よりも高くなり、第２の構造の温度を上昇させる。第２の構造への熱伝達は、加熱しなければ構造間に熱応力を生じてしまう第１の構造と第２の構造との間の温度差を減少させる。第２の構造の加熱は、早期メンテナンスの必要性を減らし、部品の寿命を延ばす。

【0005】

本開示の一態様は、第２の構造と一体に結合した第１の構造と、第１の構造の少なくとも一部を通して第１の熱伝達流体を送るため第１の構造内に画成される第１の流体通路と、第２の構造の少なくとも一部に画成される第２の流体通路であって第１の構造の下流で第１の流体通路と流体連通する第２の流体通路とを備えるタービン部品であって、第１の構造が、タービンの高温ガス経路に直接露出される１以上の表面を含んでおり、第２の構造が、タービンの高温ガス経路に直接露出されてはおらず、第１の流体通路内で第１の構造に入る第１の熱伝達流体の温度が、第１の構造の温度よりも低くて第１の構造の温度を低下させ、第２の流体通路内で第２の構造に入る第１の熱伝達流体の温度が、第２の構造の温度よりも高くて第２の構造の温度を上昇させる、タービン部品を提供する。

【0006】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、第１の構造は、翼形部、翼形部に結合したプラットホーム及びプラットホームのスラッシュ面の少なくともいずれかを含んでおり、第２の構造は、プラットホームに結合した半径方向に延在する取付レールを含む。

【0007】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、第２の構造と一体に結合した第３の構造と、第３の構造の少なくとも一部に画成される第３の流体通路とをさらに備えており、第３の流体通路は、第２の構造の下流で第２の流体通路と流体連通しており、第１の熱伝達流体は、第３の構造の冷却及び第３の構造を出るパージガスとしての機能の少なくともいずれかに使用される。

【0008】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、第１の構造は、翼形部、翼形部に結合したプラットホーム及びプラットホームのスラッシュ面の少なくともいずれかを含んでおり、第２の構造は、プラットホームに結合した半径方向に延在する取付レールの少なくとも一部を含んでおり、第３の構造は、プラットホームのスラッシュ面、翼形部の外面及び翼形部の後縁の少なくともいずれかを含む。

【0009】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、第２の流体通路は、第２の構造を通る非線形経路を有する。

【0010】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、第２の流体通路は、その上流端で上流マニホールドによって流体結合し、かつその下流端で下流マニホールドによって流体結合した複数の流体通路を含む。

【0011】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、第２の構造に一体に結合し、かつ第２の構造よりも高温ガス経路に近接する第３の構造と、第３の構造の少なくとも一部を通して第２の熱伝達流体を送るため第３の構造内に画成される第３の流体通路と、第２の構造の少なくとも一部に画成される第４の流体通路であって第３の構造の下流で第３の流体通路と流体連通する第４の流体通路とをさらに備えており、第３の流体通路内で第３の構造に入る第２の熱伝達流体の温度は第３の構造の温度よりも低く、第３の構造の温度を低下させ、第４の流体通路内で第２の構造に入る第２の熱伝達流体の温度は第２の構造の温度よりも高く、第２の構造の温度を上昇させる。

【0012】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、第２の構造内の第２の流体通路内の第１の熱伝達流体は、第２の構造内で、第２の構造内の第２の流体通路内の第２の熱伝達流体の流れの第２の方向とは逆の、第１の方向に流れる。

【0013】

本開示の一態様は、翼形部と、翼形部に結合したプラットホームであって、半径方向に延在する取付レールを含むプラットホームと、翼形部及びプラットホームの少なくとも一方を通して第１の熱伝達流体を送るため翼形部及びプラットホームの少なくとも一方に画成される第１の流体通路と、半径方向に延在する取付レールの周方向長さの少なくとも一部に延在する第２の流体通路であって第１の流体通路と流体連通する第２の流体通路とを備えるタービンノズルを包含する。

【0014】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、プラットホームの１以上の表面及び翼形部は、タービンの高温ガス経路に直接露出され、半径方向に延在する取付レールは、タービンの高温ガス経路に直接露出されてはおらず、翼形部及びプラットホームの一方の第１の流体通路に入る第１の熱伝達流体の温度は翼形部及びプラットホームの一方の温度よりも低く、翼形部及びプラットホームの一方の温度を低下させ、半径方向に延在する取付レール内の第２の流体通路に入る第１の熱伝達流体の温度は、半径方向に延在する取付レールの温度よりも高く、半径方向に延在する取付レールの温度を上昇させる。

【0015】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、半径方向に延在する取付レールに一体に結合し、かつ半径方向に延在する取付レールよりも高温ガス経路に近接する追加の構造と、追加の構造の少なくとも一部に画成される第３の流体通路とをさらに備えており、第３の流体通路は、半径方向に延在する取付レールの下流で第２の流体通路と流体連通しており、第１の熱伝達流体は、追加の構造の冷却及び追加の構造を出るパージガスとしての機能の少なくともいずれかに使用される。

【0016】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、追加の構造は、プラットホームのスラッシュ面、翼形部の外面及び翼形部の後縁の少なくともいずれかを含む。

【0017】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、追加の構造の少なくとも一部を通して第２の熱伝達流体を送るための追加の構造内に画成される第４の流体通路と、半径方向に延在する取付レールの少なくとも一部に画成される第５の流体通路であって追加の構造の下流で第４の流体通路と流体連通する第５の流体通路とをさらに備えており、第４の流体通路内で追加の構造に入る第２熱伝達流体の温度は、追加の構造の温度よりも低くて追加の構造の温度を低下させ、第５の流体通路内で半径方向に延在する取付レールに入る第２の熱伝達流体の温度は、半径方向に延在する取付レールの温度よりも高くて半径方向に延在する取付レールの温度を上昇させ、半径方向に延在する取付レール内の第２の流体通路内の第１の熱伝達流体は、半径方向に延在する取付レール内で、半径方向に延在する取付レール内の第５の流体通路内の第２の熱伝達流体の流れの第２の方向とは逆の、第１の方向に流れる。

【0018】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、第２の流体通路は、半径方向に延在する取付レールを通る非線形経路を有する。

【0019】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、第２の流体通路は、その上流端で上流マニホールドによって流体結合し、かつその下流端で下流マニホールドによって流体結合した複数の流体通路を含む。

【0020】

本開示の一態様は、タービンのタービン部品における熱応力を低減する方法に関し、当該方法は、タービンのタービン部品において、第１の構造よりも低い温度を有する第１の熱伝達流体を第１の構造内に画成される第１の流体通路に通すことによって、タービン部品の第１の構造の温度を低下させるステップと、第１の熱伝達流体を第１の構造内の第１の流体通路に通した後に第２の構造内に画成される第２の流体通路に通すことによって第１の構造と一体に結合したタービン部品の第２の構造の温度を上昇させるステップとを含んでおり、第１の構造の少なくとも一部はタービンの高温ガス経路（ＨＧＰ）に直接露出され、第２の構造はタービンのＨＧＰに露出されない。

【0021】

本開示の別の態様は、上述の態様を包含し、第１の熱伝達流体を第２の構造内の第２の流体通路に通した後で、第１の熱伝達流体を、第２の構造と一体に結合したタービン部品の第３の構造に通すステップをさらに含んでおり、第１の熱伝達流体は、第３の構造の冷却及び第３の構造の外部領域にパージガスとして排出させることの少なくともいずれかのため、第３の構造内に画成された第３の流体通路に通される。

【0022】

この発明の概要の欄に記載した態様も含めて、本開示に記載した２以上の態様を組合せて、本明細書に具体的に記載されていない実施態様としてもよい。

【0023】

１以上の実施態様の詳細を、添付の図面及び以下の説明に記載する。その他の特徴、目的及び利点は、発明の詳細な説明、図面並びに特許請求の範囲から明らかになろう。

【0024】

本開示の上記その他の特徴については、本開示の様々な実施形態について記載する添付図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができよう。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】ガスタービンシステムの形態の例示的なターボ機械の概略図。

【図2】図１のガスタービンシステムで使用し得る例示的なガスタービンアセンブリの断面図。

【図3】本開示の実施形態に係るノズルの形態のタービン部品の斜視図。

【図4】本開示の実施形態に係るシュラウドの形態のタービン部品の斜視図。

【図5】本開示の実施形態に係る、加熱流体通路を含むノズルの形態の例示的なタービン部品の部分透視斜視図。

【図6】本開示の他の実施形態に係る、加熱流体通路を含むノズルの形態のタービン部品の部分透視斜視図。

【図7】本開示の実施形態に係る、加熱流体通路を含むノズルの形態のタービン部品の部分透視斜視図。

【図8】本開示の他の実施形態に係る、加熱流体通路を含むノズルの形態のタービン部品の部分透視斜視図。

【図9】本開示の追加の実施形態に係る、２つの異なる加熱流体通路を含むノズルの形態のタービン部品の部分透視斜視図。

【図10】本開示の追加の実施形態に係る、２つの異なる加熱流体通路を含むノズルの形態のタービン部品の角部の拡大部分透視斜視図。

【図11】本開示の追加の実施形態に係る、２つの異なる加熱流体通路を含むノズルの形態のタービン部品の角部の拡大部分透視斜視図。

【図12】本開示の他の実施形態に係る、熱伝達促進構造を含む加熱流体通路の概略斜視図。

【図13】本開示の実施形態に係る、タービンのタービン部品における熱応力を低減する方法の流れ図。

【0026】

なお、図面は必ずしも縮尺通りではない。図面は、本開示の典型的な態様を例示するものにすぎず、本開示の技術的範囲を限定するものではない。図面において、同様の符号は複数の図面間で同様の構成要素を表す。

【発明を実施するための形態】

【0027】

まず、本開示の技術的内容を明確に説明するため、ターボ機械内の関連する機械部品について言及及び説明する際に、用語を選択する必要がある。できるだけ、当技術分野で一般的な用語を、その通常の意味と一致するように用いる。別途記載されていない限り、かかる用語は、本願の文脈及び添付の特許請求の範囲に則して広義に解釈すべきである。ある部品について幾つかの異なる又は重複する用語を用いて言及されることが多々あることは当業者には明らかであろう。本明細書において、単一の部材として記載したものであっても、別の文脈では複数の部品からなるものとして記載することもある。或いは、本明細書のある箇所で複数の部品を含むものとして記載したものであっても、別の箇所では単一の部材として記載することもある。

【0028】

さらに、本明細書では幾つかの記述的用語を繰返し用いるが、本欄の冒頭でこれらの用語を定義しておくと有用であろう。これらの用語及びその定義は、別途明記しない限り、以下の通りである。本明細書で用いる「下流」及び「上流」という用語は、流体の流れ（例えばタービンエンジンの部品を通る冷却剤の流れなど）に関する方向を示す用語である。「下流」という用語は流体が流れていく方向に対応し、「上流」という用語は流れと反対の方向（すなわち、流れて来る方向）をいう。「前方」及び「後方」という用語は、それ以上は特定されない方向をいい、「前方」はエンジンの前方又は圧縮機端を示し、「後方」はエンジンの後方セクションを示す。

【0029】

中心軸に対して異なる半径方向位置に配置された部品について説明する必要が多々ある。「半径方向」という用語は、軸に垂直な運動又は位置をいう。例えば、第１の部品が第２の部品よりも軸に近い場合、本明細書では第１の部品は第２の部品の「半径方向内側」又は「中心軸近位側」と記載される。一方、第１の部品が第２の部品よりも軸から遠く位置する場合、本明細書では第１の部品は第２の部品の「半径方向外側」又は「中心軸遠位側」と記載される。「軸方向」という用語は、軸に平行な運動又は位置をいう。最後に、「周方向」という用語は、軸を中心とした運動又は位置をいう。自明であろうが、かかる用語は、タービンの中心軸に対して適用される。

【0030】

さらに、本明細書では、以下に記載する通り、幾つかの記述的用語を繰返し用いる。「第１」、「第２」及び「第３」という用語は、ある部品を他の部品と区別するために互換的に用いられ、個々の部品の位置又は重要性を示すものではない。

【0031】

本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、開示内容を限定するものではない。本明細書において、単数形で記載したものであっても、前後関係から明らかでない限り、複数の場合も含めて意味する。本明細書において、「備える」及び／又は「含む」という用語は、記載した特徴、整数、ステップ、操作、構成要素及び／又は部品が存在することを示し、他の１以上の特徴、整数、ステップ、操作、構成要素、部品及び／又はこれらの群の存在又は追加を除外するものではない。「任意」又は「適宜」という用語は、その用語に続いて記載された事象又は状況が起きても起きなくてもよいこと或いはその用語に続いて記載された部品又は構成要素が存在しても存在しなくてもよいことを意味しており、かかる記載はその事象が起こる場合と起こらない場合並びにその部品が存在する場合と存在しない場合とを包含する。

【0032】

ある構成要素又は層が別の構成要素又は層「の上」、「に係合」、「に接続」又は「に結合」しているという場合、その別の構成要素又は層の上に直接位置していても、その別の構成要素又は層に直接係合、接続又は結合していてもよいし、或いは介在する構成要素又は層が存在していてもよい。対照的に、ある構成要素が別の構成要素又は層「の直接上」、「に直接係合」、「に直接接続」又は「に直接結合」しているという場合、介在する構成要素又は層は存在しない。構成要素間の関係について説明するために用いられる他の用語（例えば、「～の間」と「直接～の間」、「隣接」と「直接隣接」など）も同様に解釈される。本明細書で用いる「及び／又は」という用語は、記載されたものの１以上のあらゆるすべての組合せを包含する。

【0033】

上述の通り、本開示は、第１の構造又は第２の構造もしくはその一部と一体に結合した部分を含むタービン部品を提供する。第１の構造の少なくとも一部を通して第１の熱伝達流体（例えば空気のような冷却剤など）を送るために、第１の流体通路が第１の構造内に画成される。第２の流体通路が第２の構造の少なくとも一部に画成される。第２の流体通路は、第１の構造の下流で第１の流体通路と流体連通している。第１の流体通路内で第１の構造に入る第１の熱伝達流体の温度は第１の構造の温度よりも低く、第１の構造の温度を低下させる。第１の構造での熱伝達後に熱伝達流体は昇温して、第２の流体通路内で第２の構造に入る第１の熱伝達流体の温度は第２の構造の温度よりも高くなり、第２の構造の温度を上昇させる。

【0034】

第２の構造への熱伝達は、加熱しなければ構造間に熱応力を生じてしまう第２の構造と第１の構造との間の温度差を減少させる。ある実施形態では、タービン部品はノズルを含んでいて、第１の構造はノズルのプラットホームを含み、第２の構造はノズルの取付レールを含む。熱応力は取付レールの撓みを生じかねないが、本願で提供する取付レールの加熱によって、撓みは解消又は大幅に低減する。取付レールの加熱によって、温度差と熱応力が減少し、メンテナンスの必要性が減り、部品の寿命が延びる。

【0035】

図１は、例示的なターボ機械１００の概略図を示す。ターボ機械１００のタービン部品の幾つかは、本開示の教示内容に則した流体通路を含むことができる。本例では、ターボ機械１００は、燃焼又はガスタービンシステムの形態である。ターボ機械１００は、圧縮機１０２及び燃焼器１０４を含む。燃焼器１０４は、燃焼領域１０６及び燃料ノズルアセンブリ１０８を含む。ターボ機械１００は、タービンアセンブリ１１０及び共通の圧縮機／タービンシャフト１１２（以下、ロータ１１２ともいう）も含む。

【0036】

一実施形態では、ターボ機械１００は、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社（米国サウスカロライナ州グリーンビル）から市販のＨＡ又はＦモデルガスタービン（ＧＴ）システムとし得る。本開示は、いかなる特定のＧＴシステムに限定されるものではなく、例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社の他のＢ、ＬＭ、ＧＴ、ＴＭ及びＥクラスエンジンモデル、並びに他社のエンジンモデルを含始めとする、他のエンジンに関しても実施し得る。本開示は、いかなる特定のタービン又はターボ機械に限定されるものではなく、例えば、蒸気タービン、ジェットエンジン、圧縮機、ターボファンなどにも適用し得る。さらに、本開示は、いかなる特定の部品に限定されるものではなく、部品の構造内の温度差に起因する熱応力の低減を必要とするあらゆる形態のタービン部品に適用し得る。

【0037】

続けて図１を参照すると、空気が圧縮機１０２を流れ、圧縮空気が燃焼器１０４に供給される。具体的には、圧縮空気は、燃焼器１０４に内蔵される燃料ノズルアセンブリ１０８に供給される。燃料ノズルアセンブリ１０８は、燃料源と流体連通しており、燃料及び空気を燃焼領域１０６に導く。燃焼器１０４は、燃料を点火して燃焼させる。燃焼器１０４はタービンアセンブリ１１０と流体連通しており、タービンアセンブリ１１０内でガス流の熱エネルギーが機械の回転エネルギーへと変換される。タービンアセンブリ１１０は、ロータ１１２に回転可能に結合してロータ１１２を駆動するタービン１１１を含む。圧縮機１０２も、ロータ１１２に回転可能に結合している。例示的な実施形態では、燃焼領域１０６に複数の燃焼器（例えば周方向の列として）及び複数の燃料ノズルアセンブリ１０８が存在する。

【0038】

図２は、ターボ機械１００の例示的なタービンアセンブリ１１０（図１）の部分の断面図を示す。タービンアセンブリ１１０のタービン１１１は、ターボ機械１００の静止ケーシング１２２に結合したノズル１２０の列又は段を含んでおり、軸方向に動翼１２４の列又は段に隣接している。静止ノズル１２６（静翼としても知られる）は、半径方向外側プラットホーム１２８及び半径方向内側プラットホーム１３０によってタービンアセンブリ１１０内に保持し得る。プラットホーム１２８，１３０は、エンドウォールとも呼ばれる。後述の通り、半径方向外側プラットホーム１２８は、半径方向に延在する取付レール２３２（図５）を含む。タービンアセンブリ１１０内のブレード１２４の各段は、ロータ１１２に結合してロータと共に回転する動翼１３２を含む。動翼１３２は、ロータ１１２に結合した半径方向内側プラットホーム１３４（ブレードの根元）と、半径方向外側先端１３６（ブレードの先端）とを含むことができる。シュラウド１３８は、ノズル１２６及び動翼１３２の隣接する段を分離し得る。

【0039】

例えばガスタービンにおける燃焼ガスを始めとする作動流体１４０は、高温ガス経路（以下、「ＨＧＰ」）と呼ばれるものに沿ってタービン１１１を通過する。ＨＧＰは、高温の燃焼ガスに暴露されるタービン１１１の任意の領域とすることができる。タービン１１１の様々な部品がＨＧＰに直接又は間接的に露出され、「タービン部品」をなすことができる。例えばタービン１１１において、ノズル１２６及びシュラウド１３８はすべて、本開示の教示内容による恩恵を受け得るタービン部品の具体例である。ＨＧＰに直接又は間接的に露出されるタービン１１１の他の部分も、本開示の教示内容による恩恵を受け得るタービン部品とみなすことができる。

【0040】

図３～図４は、本開示の教示内容を利用し得るタービン部品２００の例の斜視図を示す。

【0041】

図３は、静止ノズル１２６の形態のタービン部品２００の斜視図である。ノズル１２６は半径方向外側プラットホーム１２８を含んでおり、半径方向外側プラットホーム１２８によってノズル１２６はターボ機械の静止ケーシング１２２（図２）に取り付けられる。外側プラットホーム１２８は、ケーシング１２２（図２）の対応マウントに取り付けるための現在公知の又は将来開発される任意の取付け構成を含むことができる。ノズル１２６は、隣接タービン動翼１３２のプラットホーム１３４間に配置される半径方向内側プラットホーム１３０（図２）をさらに含むことができる。ノズルプラットホーム１２８，１３０は、タービンアセンブリ１１０を通るＨＧＰの外側及び内側境界のそれぞれの部分を画成し、ＨＧＰに直列露出される。

【0042】

翼形部１７６は、作動流体の流れを受け止めて、その流れをタービン動翼１３２（図２）に向けて導くノズル１２６の能動部品である。したがって、翼形部１７６もＨＧＰに直接露出される。ノズル１２６の翼形部１７６は、凹面状正圧側（ＰＳ）外壁１７８と、周方向又は横方向に反対側の凸面状負圧側（ＳＳ）外壁１８０とを含んでおり、軸方向に前縁１８２と後縁１８４との間に延在する。壁１７８及び１８０も、半径方向にプラットホーム１２８からプラットホーム１３０まで延在する。本開示の実施形態に係る流体通路は、例えば、プラットホーム１２８，１３０又はノズル１２６の他の部分で使用できる。ノズル１２６に関して、周方向は「Ｃ」と付した矢印で示され、軸方向は「Ｘ」と付した矢印で示され、半径方向は「Ｚ」と付した矢印で示されるが、これらの方向はガスタービンの中心線（すなわち、ロータ１１２を通る）に対するものである。

【0043】

図４は、シュラウド１３８の形態のタービン部品２００の斜視図である。シュラウド１３８は、タービン動翼１３２（図２）の先端１３６（図２）とノズル１２６（図２～図３）の半径方向外側プラットホーム１２８（図２～図３）との間に配置されるプラットホーム１９０を含むことができる。シュラウド１３８は、ケーシング１２２（図２）に任意の態様で固定し得る。本開示の実施形態に係る流体通路は、例えば、取付レール１９２又はシュラウド１３８の他の部分で使用することができる。シュラウド１３８に関して、周方向は「Ｃ」と付した矢印で示され、軸方向は「Ｘ」と付した矢印で示され、半径方向は「Ｚ」と付した矢印で示され、これらの方向はガスタービンの中心線（すなわち、ロータ１１２を通る）に対するものである。

【0044】

図３～図４を併せて参照すると、上述の通り、本明細書に記載される実施形態は、タービン１１１（図２）の任意のタービン部品２００、例えば限定されるものではないが、ノズル１２６（図３）及び／又はシュラウド１３８（図４）などに適用し得る。自明であろうが、タービン部品２００は、タービン１１１のＨＧＰに露出される構造又はその一部に冷却剤を送ってそれらの部分を冷却するための流体通路を（多くの場合、さらに大きな冷却回路の一部として）有する１以上の構造を含むことが多々ある。従来の冷却回路とは対照的に、本開示の実施形態では、タービン部品２００の構造又は一部を加熱して構造間の温度差を減少させ、タービン部品２００内の熱応力を低減する流体通路（例えば通路２３０（図５））として具体化される。

【0045】

図５～図９を参照すると、説明の便宜上、本開示の実施形態による流体通路を、ノズル１２６、特に、ノズル１２６の半径方向外側プラットホーム１２８に関連して図示し、説明する。ある実施形態では、ノズル１２６は第１段ノズル（すなわち、図２の左端の段）とすることができるが、どの段に位置するものであってもよい。強調しておくが、本開示の教示は、熱応力を惹起する温度差が観察される２つの一体構造を有するあらゆるタービン部品２００に適用し得る。

【0046】

図５は、本開示の実施形態に係る、加熱流体通路２３０を含むノズル１２６の形態のタービン部品２００の部分透視斜視図を示す。図５に示すように、ノズル１２６の形態のタービン部品２００は、第２の構造又は部分２１２と一体に結合した第１の構造又は部分２１０を含む。第１の構造２１０は、タービン１１１（図２）のＨＧＰに直接露出される１以上の表面２１４、或いは熱源に露出されて温度が高まる及び／又は構造の冷却が必要とされる１以上の表面を含むことができる。ノズル１２６の例では、第１の構造２１０は、翼形部１７６、翼形部１７６に結合したプラットホーム１２８及びプラットホーム１２８のスラッシュ面２１６の少なくともいずれかを含むことができる。スラッシュ面２１６は、隣接ノズル１２６の同様の表面と向かい合うプラットホーム１２８の表面である。

【0047】

ノズル１２６の例では、第２の構造２１２は、プラットホーム１２８と一体の半径方向に延在する取付レール２３２を含むことができる。半径方向に延在する取付レール２３２（以下「取付レール２３２」）は、ノズル１２６をケーシング１２２（図２）に結合するための現在公知の又は将来開発される任意の構造を含むことができる。取付レール２３２は、そのフック又はＬ字型断面のためにフックとも呼ばれる。第２の構造２１２は、タービン１１１（図２）のＨＧＰに直接露出されてはおらず、或いは運転の際に冷却に依存しない。したがって、第２の構造２１２は、例えば第１の構造２１０よりも温度が低い。タービン部品２００の第１の構造２１０と第２の構造２１２の間の温度差は構造間に熱応力を生じるおそれがある。状況によっては、取付レール２３２が半径方向外側に撓んで、プラットホーム１２８に（例えばプラットホーム１２８が翼形部の前縁１８２及び／又は後縁１８４（図３）で翼形部１７６の半径方向外側端部と交わる箇所で）応力を生じる。他のタービン部品２００での構造２１０，２１２間の温度差も、同様の熱応力を生じるおそれがある。

【0048】

第１の（冷却）流体通路２２０は、第１の構造２１０の少なくとも一部を通して第１の熱伝達流体２２２を送るため第１の構造２１０内に画成される。「熱伝達流体」は、熱伝達が可能なあらゆる形態の流体（例えば圧縮機１０２（図１）その他の供給源からの空気など）を含むことができる。自明であろうが、第１の熱伝達流体２２２は、いかなる数の位置で第１の構造２１０に入ってもよい。さらに、第１の熱伝達流体２２２は、第１の構造２１０の１以上の一部を通って、それらの部分を種々冷却することができる。例えば、第１の熱伝達流体２２２は、冷却通路内で翼形部１７６の複数の部分又はインピンジメントスリーブを通過してもよく、及び／又はプラットホーム１２８又はスラッシュ面２１６内に画成される冷却通路内でプラットホーム１２８又はスラッシュ面２１６の複数の部分を通過してもよい。図５のノズル１２６の例では、第１の流体通路２２０は、翼形部１７６及びプラットホーム１２８の少なくとも一方にあって、それらを通して第１の熱伝達流体２２２を送る。説明の便宜上、第１の流体通路２２０は、主にプラットホーム１２８内に示してあるが、ノズル１２６の温度の高い及び／又は冷却を必要とするいずれかの部分にあってもよい。いずれにせよ、第１の流体通路２２０内で第１の構造２１０に入る第１の熱伝達流体２２２の温度は、第１の構造２１０の温度よりも低い。したがって、第１の熱伝達流体２２２は第１の構造２１０内で第１の構造２１０の温度を低下させる。図には第１の流体通路２２０を１つしか示していないが、いかなる数の第１の流体通路２２０が存在して、第２の流体通路２３０に供給するようにしてもよい。

【0049】

タービン部品２００は、第２の構造２１２の少なくとも一部に画成される第２の（加熱）流体通路２３０も含む。第２の流体通路２３０は、第１の構造２１０の下流で第１の流体通路２２０と流体連通しており、第１の熱伝達流体２２２は第２の流体通路２３０に流入する。ノズル１２６の例では、第２の流体通路２３０は、半径方向に延在する取付レール２３２の周方向長さ（矢印ＣＬ参照）の少なくとも一部に延在する。換言すると、プラットホーム１２８に結合した半径方向に延在する取付レール２３２の少なくとも一部に延在する。第２の構造２１２において、第１の熱伝達流体（ここでの符号２４０）は、第１の構造２１０におけるものと同じ形態の流体（例えば圧縮機１０２（図１）その他の供給源からの空気など）を含むが、第１の構造２１０に流入するときの第１の熱伝達流体２２２よりも高い温度を有する。すなわち、第１の熱伝達流体２４０は、第１の構造２１０から伝導によって熱を受け取っているので、第１の構造２１０に流入するときの第１の熱伝達流体２２２よりも高温になる。こうして、第２の流体通路２３０内で第２の構造２１２に入る第１の熱伝達流体２４０の温度は第２の構造２１２の温度よりも高く、第２の構造２１２の温度を上昇させる。第２の構造２１２の温度の上昇によって、構造２１０，２１２間の温度差が減少し、それらの間の熱応力を減少させる。ある非限定的な例では、第２の構造２１２内の第１の熱伝達流体２４０は、第１の構造２１０内の第１の熱伝達流体２２２よりも９０～１５０℃高い。

【0050】

タービン部品２００は、第２の構造２１２と一体に結合した第３の構造２５０と、第３の構造２５０の少なくとも一部に画成される第３の流体通路２５２とを含んでいてもよい。第３の流体通路２５２は、第２の構造２１２の下流で第２の流体通路２３０と流体連通する。ノズル１２６の例では、第３の構造２５０は、プラットホーム１２８のスラッシュ面２１６（図５で最も近くみえる箇所）を含むことができるが、熱伝達流体による冷却を必要とする及び／又は部分間でのガス取込みを減らすために熱伝達流体を用いたパージを必要とするノズル１２６の多種多様な部分を含むことができる。例えば、第３の構造２５０は、プラットホーム１２８のスラッシュ面２１６、翼形部１７６の外面及び／又は翼形部１７６の後縁１８４（図３）の少なくともいずれかを含むことができる。第３の構造２５０は、第２の構造２１２よりも高温ガス経路に近接して配置される。

【0051】

第３の構造２５０において、第１の熱伝達流体（ここでの符号２５４）は、第１の構造２１０及び第２の構造２１２におけるものと同じ形態の流体（例えば圧縮機１０２（図１）その他の供給源からの空気など）を含むが、第２の構造２１２に流入するときの第１の熱伝達流体２４０よりも低い温度を有する。第３の構造２５０内の第１の熱伝達流体２５４は、例えば、（第２の構造２１２内で温度が低下した後での）第３の構造２５０の冷却に及び／又はタービン部品２００内へのガスの取込みを防ぐため第３の構造２５０からのパージガスとして使用し得る。冷却に用いる場合、第１の熱伝達流体２５４は、追加の冷却その他の用途（例えば追加の冷却又はガスパージ）のため、他の下流側構造に通してもよい。ガスパージに用いる場合、第１の熱伝達流体２５４は、第３の構造２５０から所望の位置で排出し得る。

【0052】

さらに第２の流体通路２３０に関して、通路は、第２の構造２１２を加熱するための所望の位置に配置することができ、第１の熱伝達流体２４０が、例えば第２の構造２１２の形状に応じて任意の数の位置で第２の構造２１２に入れるように配置し得る。図に示すノズル１２６の例では、第２の流体通路２３０は、取付レール２３２の周方向端部の近くに入口２４２を有する。

【0053】

第１の熱伝達流体２４０は、第２の構造２１２の１以上の部分を通り、それら１以上の部分を種々加熱することができる。すなわち、第２の流体通路２３０は、第２の構造２１２（例えば取付レール２３２など）への熱伝達を担保するため多種多様な形態を取り得る。図５では、第２の流体通路２３０は取付レール２３２を通る直線経路を有する。図６は、第２の構造２１２が同じく取付レール２３２の形態であるタービン部品２００の部分透明斜視図を示す。図６では、第２の流体通路２３０は第２の構造２１２を通る非線形経路を有する。サーペンタイン経路として示してあるが、第２の流体通路２３０は、あらゆる形態の非線形経路、例えば（図５のように半径方向ではなく）長さ方向に湾曲した正弦波形を有し得る。図７は、第２の流体通路２３０が取付レール２３２内で長手方向に正弦波形であるタービン部品２００の部分透視斜視図を示す。第２の流体通路２３０の断面形状は、熱伝達を促進するいかなる所望の形状であってもよい。ある実施形態では、図６に示すように、第２の流体通路２３０は断面が円形であってもよい。ある実施形態では、第２の流体通路２３０は、非円形断面（例えば楕円形又は長方形、多角形（図５、図７及び図８）或いはその他の形状）を有し得る。

【0054】

第２の流体通路２３０は、複数の流体通路を含むようにセグメント化してもよい。例えば、図８は３つの通路２３０Ａ～Ｃを示す。いかなる数の通路２３０を使用してもよい。複数の流体通路２３０Ａ～Ｃを用いる場合、それらは、その上流端部２６２で上流マニホールド２６０によって流体結合し、かつその下流端部２６６で下流マニホールド２６４によって流体結合し得る。上流マニホールド２６０は、第１の構造２１０内の第１の流体通路２２０と入口２４２で流体結合してもよく、下流マニホールド２６４は、第３の構造２５０内の第３の流体通路２５２と流体結合してもよい。

【0055】

図９～図１１を参照すると、別の実施形態では、第２の構造２１２（例えば取付レール２３２）を通して２つの異なる加熱流体通路２３０，２８０を設けることができる。図９は、２つの異なる加熱流体通路２３０，２８０を含むノズル１２６の形態のタービン部品２００の部分透視斜視図を示し、図１０は、タービン部品２００の角部（第１の構造２１０付近）の拡大透明斜視図を示し、図１１は、タービン部品２００の角部（第３の構造２５０付近）の拡大透明斜視図を示す。上述の通り、第２の流体通路２３０は、第２の構造２１２を通って延在し、その一端で第１の構造２１０内の第１の流体通路２２０と流体連通し、他端で第３の構造２５０内の第３の流体通路２５２と流体連通している。

【0056】

図９～図１１の実施形態では、第３の構造２５０の少なくとも一部を通して第２の熱伝達流体２７２を送るための別の流体通路２７０が第３の構造２５０内に画成されている。第２の熱伝達流体２７２は、熱伝達が可能なあらゆる形態の流体（例えば圧縮機１０２（図１）その他の供給源からの空気など）を含むことができる。自明であろうが、第２の熱伝達流体２７２は、いかなる数の位置で第３の構造２５０に入ってもよい。さらに、第２の熱伝達流体２７２は、第３の構造２５０の１以上の一部を通って、それらの部分を種々冷却することができる。例えば、第２の熱伝達流体２７２は、冷却通路内で翼形部１７６の複数の部分又はインピンジメントスリーブを通過してもよく、及び／又はプラットホーム１２８又はスラッシュ面２１６内に画成される冷却通路内でプラットホーム１２８又はスラッシュ面２１６の複数の部分を通過してもよい。

【0057】

図９及び図１１のノズル１２６の例では、流体通路２７０は、翼形部１７６及びプラットホーム１２８の少なくとも一方にあって、それらを通して第２の熱伝達流体２７２を送る。説明の便宜上、流体通路２７０は、主にプラットホーム１２８内に示してあるが、ノズル１２６の温度の高い及び／又は冷却を必要とするいずれかの部分にあってもよい。いずれにせよ、流体通路２７０内で第３の構造２５０に入る第２の熱伝達流体２７２の温度は、第３の構造２５０の温度よりも低い。したがって、第２の熱伝達流体２７２は、第３の構造２５０内で第３の構造２５０の温度を低下させる。図には流体通路２７０を１つしか示していないが、いかなる数の流体通路２７０が存在して、第２の構造２１２内の流体通路２８０に供給するようにしてもよい。

【0058】

図９～図１１において、第２の構造２１２の少なくとも一部に別の流体通路２８０が画成される。流体通路２８０は、第３の構造２５０の下流で流体通路２７０と流体連通している。第２の構造２１２内の流体通路２８０は、本明細書で第２の流体通路２３０について、例えば数、プレナム、直線又は非線形経路（例えば湾曲又は正弦波）、形状、熱伝達促進構造（図１２）などに関して、説明したあらゆる形態を取ることができる。上述の通り、流体通路２７０内で第３の構造２５０に入る第２の熱伝達流体２７２の温度は、第３の構造２５０の温度よりも低く、第３の構造２５０の温度を低下させる。流体通路２８０内で第２の構造２１２に入る第２の熱伝達流体（ここでの符号２８２）の温度は、第２の構造２１２の温度よりも高く、第２の構造２１２の温度を上昇させる。図９～図１１に示すように、第２の構造２１２内の第２の流体通路２３０内の第１の熱伝達流体２４０は、第２の構造２１２内で、第２の構造２１２内の流体通路２８０内の第２の熱伝達流体２８２の流れの第２の方向とは逆の、第１の方向に流れる。

【0059】

第２の構造２１２内の流体通路２８０を通過すると、第２の熱伝達流体（ここでの符号２９２）は、第１の構造２１０の冷却に使用してもよく、及び／又は第１の構造２１０内の別の流体通路２９０を通してパージしてもよい。流体通路２９０は、第２の構造２１２の下流で流体通路２８０と流体連通している。第１の構造２１０において、第２の熱伝達流体２９２は、構造２１２，２５０におけるものと同じ形態の流体（例えば圧縮機１０２（図１）その他の供給源からの空気など）を含むが、第２の構造２１２に流入するときの第２の熱伝達流体２８２よりも低い温度を有する。第１の構造２１０内の第２の熱伝達流体２９２は、例えば（第３の構造２５０内の熱伝達流体２５４の説明と同様に）、第１の構造２１０の冷却に及び／又はタービン部品２００内へのガスの取込みを防ぐためのパージガスとして使用し得る。図には流体通路２９０を１つしか示していないが、第１の構造２１０の冷却及び／又は第１の構造２１０からのガスのパージのために、いかなる数の流体通路２９０が存在してもよい。

【0060】

本願で提供する流体通路は、個別に又は集合的に、本明細書に記載の断面形状を有することができる。ある構造２１０，２１２，２５０で複数の流体通路（例えば第２の構造２１２における流体通路２３０Ａ～Ｃ（図７～図８）又は流体通路２８０）が用いられる場合、それらは個別に又は集合的に、本明細書に記載の断面形状を有することができる。図１２の概略斜視図に示すように、本願で提供するいずれの流体通路も、その内部に１以上の熱伝達促進構造３００を含んでいてもよい。熱伝達促進構造３００は、熱伝達を促進するためのいかなる形態（例えば限定されるものではないが、突出部、歯、起伏など）を取り得る。

【0061】

図３及び図５～図８に示すように、本開示の実施形態は、タービンノズル１２６も含む。ノズル１２６は、翼形部１７６と翼形部１７６に結合したプラットホーム１２８とを含むことができる。プラットホーム１２８は、半径方向に延在する取付レール２３２も含むことができる。第１の流体通路２２０は、第１の熱伝達流体２２２（例えば空気）を送るため翼形部１７６及びプラットホーム１２８の少なくとも一方に画成される。第２の流体通路２３０は、半径方向に延在する取付レール２３２の周方向長さ（図５の矢印ＣＬ）の少なくとも一部に画成され、第２の流体通路２３０は第１の流体通路２２０と流体連通する。

【0062】

翼形部１７６並びにプラットホーム１２８の１以上の表面２１４（例えば、半径方向内側に向いた面２１４又はスラッシュ面２１６）は、タービン１１１（図２）のＨＧＰに直接露出される。半径方向に延在する取付レール２３２は、タービン１１１（図２）のＨＧＰに直接露出されてはいない。翼形部１７６又はプラットホーム１２８内の第１の流体通路２２０に入る第１の熱伝達流体２２０の温度は翼形部１７６又はプラットホーム１２８の温度よりも低く、翼形部１７６又はプラットホーム１２８の温度を低下させる。対照的に、半径方向に延在する取付レール２３２内の第２の流体通路２３０に入るときの第１の熱伝達流体２４０の温度は半径方向に延在する取付レール２３２を温度よりも高く、取付レール２３２の温度を上昇させる。取付レール２３２の加熱は、取付レール２３１と一体の１以上の構造（例えば翼形部１７６及びプラットホーム１２８）と取付レール２３１との間の温度差を減少させる。温度差の減少によって、部分間（例えば翼形部１７６の後縁１８４が取付レール２３２の半径方向内側でプラットホーム１２８と交わる箇所）での熱応力が低減する。第２の流体通路２３０は、本明細書に記載の任意の数、経路、断面形状及び／又は配置を有し得る。

【0063】

ノズル１２６は、取付レール２３２に一体に結合し、その少なくとも一部に画成される第３の流体通路２５２を含む下流側構造２５０（「第３の構造」又は「追加の構造」ともいう）を含むことができる。下流側構造２５０は、ノズル１２６のいかなる部分（例えば、限定されるものではないが、プラットホーム１２８のスラッシュ面２１６、翼形部１７６の外面及び翼形部１７６の後縁１８４（図３、図５、図７及び図８、図５の破線で示す通路を参照）の少なくともいずれかなど）を含んでいてもよい。第３の流体通路２５２は、取付レール２３２の下流で第２の流体通路２３０と流体連通している。下流側構造２５０内の第３の流体通路２５２に入る第１の熱伝達流体２５４は、下流側構造２５０の冷却に及び／又は上述の部分でのガス取込みを防ぐためのパージガスとして使用し得る。

【0064】

ノズル１２６は、図９～図１１について記載した構造を含んでいてもよい。これらの実施形態では、流体通路２７０は、下流側構造２５２の少なくとも一部を通して第２の熱伝達流体２７２を送るため下流側構造２５０内に画成される（なお、「下流」は、流体通路２３０を通る熱伝達流体２７２の流れに関するものである）。さらに、流体通路２８０は、半径方向に延在する取付レール２３２の少なくとも一部に画成される。流体通路２８０は、下流側構造２５０の下流で流体通路２７０と流体連通している（すなわち、流体通路２７０は、流体通路２７０，２８０を通る流れに基づく流れ方向に流体通路２８０の上流にある）。上述の通り、流体通路２７０内で下流側構造２５０に入る第２の熱伝達流体２７２の温度は下流側構造２５０の温度よりも低く、下流側構造２５０の温度を低下させる。また、流体通路２８０内で半径方向に延在する取付レール２３２に入る第２の熱伝達流体２８２の温度は、半径方向に延在する取付レール２３２の温度よりも高く、取付レール２３２の温度を上昇させる。図９に示すように、取付レール２３２内の第２の流体通路２３０内の第１の熱伝達流体２４０は、取付レール２３２内で、取付レール２３２内の流体通路２８０内の第２の熱伝達流体２８２の流れの第２の方向とは逆の、第１の方向に流れる。

【0065】

以下、図１３の流れ図を参照して、本開示の実施形態に係るタービンのタービン部品における熱応力を低減する方法について説明する。タービン１１１のタービン部品２００において、方法は、プロセスＰ１において、第１の構造２１０よりも低い温度を有する（低温の）第１の熱伝達流体２２２を、第１の構造２１０内に画成される第１の流体通路２２０に通すことによって、タービン部品２００の第１の構造２１０の温度を低下させることを含むことができる。本方法は、プロセスＰ２において、第１の構造２１０内の第１の流体通路２２０に通した（加熱された）第１の熱伝達流体２４０を、第１の構造２１０と一体に結合したタービン部品２００の第２の構造２１２内に画成される第２の流体通路２３０に通すことによって、第２の構造２１２の温度を上昇させることを含むことができる。第１の構造２１０の少なくとも一部は、タービン１１１（図２）のＨＧＰに直接露出されていてもよく、第２の構造２１２はタービン１１１（図２）のＨＧＰに直接露出されていなくてもよい。

【0066】

プロセスＰ３において、本方法は、第２の構造２１２と一体に結合したタービン部品２００の第３の構造２５０内の第１の熱伝達流体２５４を、冷却剤及び／又はパージガスとして使用することを含むことができる。このプロセスは、第１の熱伝達流体２５４を第３の（下流）構造２５０の冷却に使用すること（第３の構造２５０に流すこと）及び／又は第１の熱伝達流体２５４をタービン部品２００の第３の構造２５０から出すことによってパージガスとして使用することを含むことができる。第３の構造２５０は第２の構造２１２と一体に結合していて、第１の熱伝達流体２４０は第２の構造２１２内の第２の流体通路２３０から第３の構造２５０内に画成される第３の流体通路２５２を第１の熱伝達流体２５４として流れて、第３の構造２５０を冷却及び／又は第３の構造２５０の外部領域に出る。すなわち、第１の熱伝達流体２５４は、第３の構造２５０の冷却に及び／又は第３の構造２５０から排出（パージ）ガスとして使用し得る。自明であろうが、図１３の流れは、図９～図１１の実施形態における流体通路２７０，２８０，２９０にも適用できる。この場合、第２の熱伝達流体２７２，２８２，２９２が通過する構造の順序は逆転し、第３の構造２５０、第２の構造２１２、次いで第１の構造２１０の順になる。

【0067】

本開示の実施形態は、部品全体で起こる熱応力に作用しかつ軽減するためタービンのタービン部品で具体化し得る加熱構造を含む。１以上の構造の加熱は、タービン部品の所定の構造を通して１以上の加熱流体通路を配置して、部品内の熱負荷を均衡させ、ひいては部品の寿命を向上させることを含む。加熱配置は、部品の冷却回路から使用済み冷却剤（使用済み空気など）を取り出して、目標構造に流してそのバルク温度を上昇させる。本明細書に記載の方法は、低温側機構に焦点を当てることによって部品の寿命及びサイクル能力の向上に用いることができる。

【0068】

添付の図面は、本開示の幾つかの実施形態に関する処理の幾つかを示す。これに関して、図面の流れ図における各プロセスは、記載された方法の実施形態に関連するプロセスを表す。幾つかの別の実施態様では、図面又はブロックに記載された行為は、関与する行為によっては、図面に記された順序通りに起こらなくてもよいし、或いは例えば実質的に同時に又は逆の順序で実行してもよい。

【0069】

本明細書及び特許請求の範囲で用いる近似表現は、数量の修飾語であって、その数量が関係する基本機能に変化をもたらさない許容範囲内で変動し得る数量を表すために適用される。したがって、「約」、「略」及び「実質的に」のような用語で修飾された値はその厳密な数値に限定されない。場合によっては、近似表現は、その値を測定する機器の精度に対応する。本明細書及び特許請求の範囲において、数値限定の範囲は互いに結合及び／又は交換可能であり、かかる範囲は、前後関係等から別途明らかでない限り、その範囲に含まれるあらゆる部分範囲を特定しかつ包含する。範囲の特定の値に用いられる「約」は、上下限に適用され、その値を測定する機器の精度に依存する場合を除いて、記載された数値の±１０％を示すことがある。

【0070】

以下の特許請求の範囲において機能的記載によって特定された構成要素の対応する構造、材料、行為及び均等物は、特許請求の範囲に具体的に記載された他の構成要素と組合せて機能を発揮するあらゆる構造、材料又は行為を包含する。本開示の記載は、例示及び説明を目的としたものであり、網羅的なものでもなければ、開示された形態に限定するものでもない。本開示の技術的範囲及び技術的思想から逸脱せずに、数多くの修正及び変形が当業者には明らかであろう。本開示の実施形態は、本開示の原理及び実用的用途の説明として最も適しかつ当業者が様々な実施形態に関する開示内容及び特定の用途に適した様々な修正について理解できるように、選択して記載したものである。

【符号の説明】

【0071】

１００ターボ機械
１０２ 圧縮機
１０４ 燃焼器
１０６ 燃焼領域
１０８ 燃料ノズルアセンブリ
１１０ タービンアセンブリ
１１１ タービン
１２０ ノズル列又は段
１２２ 静止ケーシング
１２６ 静止ノズル
１２８ 外側プラットホーム
１３０ 内側プラットホーム
１３８ シュラウド
１７６ 翼形部
１７８ 凹面状正圧側（ＰＳ）外壁
１８０ 凸面状負圧側（ＳＳ）外壁
１８２ 前縁
１８４ 後縁
１９０ プラットホーム
１９２ 取付レール
２００ タービン部品
２１０ 第１の構造
２１２ 第２の構造
２１４ 表面
２１６ スラッシュ面
２２０ 第１の流体通路
２２２ 第１熱伝達流体
２３０ 第２の流体通路
２３２ 取付レール
２４０ 第１の熱伝達流体
２５０ 第３の構造
２５２ 第３の流体通路
２５４ 第１の熱伝達流体
２６０ 上流マニホールド
２６２ 上流端
２６４ 下流マニホールド
２６６ 下流端
２７０ 流体通路
２７２ 第２の熱伝達流体
２８０ 流体通路
２８２ 第２の熱伝達流体
２９０ 流体通路
２９２ 第２の熱伝達流体
３００ 熱伝達促進構造

【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】

【外国語明細書】