特表 2024-544376 ターボ機械翼形部用ワイヤスクリーン粒子フィルタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-29

(54)【発明の名称】ターボ機械翼形部用ワイヤスクリーン粒子フィルタ

(51)【国際特許分類】

   B01D 46/02 20060101AFI20241122BHJP

   F01D 9/02 20060101ALI20241122BHJP

   B01D 46/10 20060101ALI20241122BHJP

   B01D 39/08 20060101ALI20241122BHJP

【ＦＩ】

B01D46/02 A

F01D9/02 102

B01D46/10 A

B01D46/02 Z

B01D39/08 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2024533339

(86)(22)【出願日】2021-12-20

(85)【翻訳文提出日】2024-08-02

(86)【国際出願番号】 US2021073026

(87)【国際公開番号】W WO2023121680

(87)【国際公開日】2023-06-29

(81)【指定国・地域】

(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

(74)【代理人】

【識別番号】110002848

【氏名又は名称】弁理士法人ＮＩＰ＆ＳＢＰＪ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】コタイ、ケイセン トーマス

(72)【発明者】

【氏名】ロバーツ、フレデリック ウッドロウ

【テーマコード（参考）】

3G202

4D019

4D058

【Ｆターム（参考）】

3G202GA08

3G202GB01

4D019AA01

4D019BA02

4D019BB02

4D019BB07

4D019BD01

4D019CA03

4D019CB04

4D019CB06

4D058JA02

4D058JA12

4D058JB24

4D058KA03

4D058KB11

4D058KC01

4D058SA08

(57)【要約】

【課題】ターボ機械の静翼の翼形部用フィルタを提供する。
【解決手段】フィルタは、静翼の端壁に取り付けるための取付部材を含む。取付部材には、翼形部の冷却回路と流体連通させるための第１の流体出口開口が画成されている。第１の流体出口開口の周囲でワイヤスクリーンを支持するためにスクリーンフレームが取付部材に結合しており、第１のワイヤスクリーンがスクリーンフレームの上に配置される。スクリーンフレームは、ターボ機械の軸周りの翼形部の周方向位置に関係なく水平面を有することができないようにワイヤスクリーンを支持する外形を有する。関連するタービン静翼及びタービンシステムも提供する。
【選択図】図４Ｂ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ターボ機械の静翼の翼形部用フィルタであって、当該フィルタが、
前記静翼の端壁に取り付けるための取付部材であって、前記翼形部の冷却回路と流体連通させるために第１の流体出口開口が画成されている取付部材と、
第１の流体出口開口の周囲でワイヤスクリーンを支持するために前記取付部材に結合したスクリーンフレームと、
前記スクリーンフレーム上に配置された第１のワイヤスクリーンと
を備えており、前記スクリーンフレームが、前記ターボ機械の軸周りの前記翼形部の周方向位置に関係なく水平面を有することができないように前記ワイヤスクリーンを支持する外形を有する、フィルタ。

【請求項2】

前記取付部材が、前記翼形部の冷却回路と流体連通させるために画成された第２の流体出口開口を含んでおり、当該フィルタが、第２の流体出口開口上に位置する第２のワイヤスクリーンをさらに備える、請求項１に記載のフィルタ。

【請求項3】

前記取付部材が、前記静翼の端壁と封止結合する形状の金属板を含む、請求項１に記載のフィルタ。

【請求項4】

前記スクリーンフレームの外形が正三角錐柱の形状である、請求項１に記載のフィルタ。

【請求項5】

前記スクリーンフレームの外形が正四角錐柱の形状である、請求項１に記載のフィルタ。

【請求項6】

前記スクリーンフレームの外形がハーフカプセルの形状である、請求項１に記載のフィルタ。

【請求項7】

前記スクリーンフレームの外形が直円柱の錐台の形状である、請求項１に記載のフィルタ。

【請求項8】

前記スクリーンフレームの外形が直四角柱の錐台の形状である、請求項１に記載のフィルタ。

【請求項9】

前記スクリーンフレームの外形が三角柱の錐台の形状である、請求項１に記載のフィルタ。

【請求項10】

前記スクリーンフレームの外形が多角柱の錐台の形状である、請求項１に記載のフィルタ。

【請求項11】

第１のワイヤスクリーンが０．１９～０．３８ｍｍの範囲内の開口を有する、請求項１に記載のフィルタ。

【請求項12】

ターボ機械用の静翼であって、当該静翼が、
内側端壁と、
外側端壁と、
前記内側端壁と前記外側端壁とを連結する翼形部であって、内部に冷却回路を含む翼形部と、
前記翼形部用のフィルタと
を備えており、前記フィルタが、
当該静翼の内側端壁及び外側端壁の少なくとも一方に取り付けるための取付部材であって、前記翼形部の冷却回路と流体連通させるために第１の流体出口開口が画成されている取付部材と、
第１の流体出口開口の周囲でワイヤスクリーンを支持するために前記取付部材に結合したスクリーンフレームと、
前記スクリーンフレーム上に配置された第１のワイヤスクリーンと
を備えており、前記スクリーンフレームが、前記ターボ機械の軸周りの前記翼形部の周方向位置に関係なく水平面を有することができないように前記ワイヤスクリーンを支持する外形を有する、静翼。

【請求項13】

前記取付部材が、前記翼形部の冷却回路と流体連通させるために画成された第２の流体出口開口を含んでおり、第２の流体出口開口上に位置する第２のワイヤスクリーンをさらに備える、請求項１２に記載の静翼。

【請求項14】

前記取付部材が、前記静翼のそれぞれの内側端壁又は外側端壁と封止結合するために成形された金属板を含む、請求項１２に記載の静翼。

【請求項15】

前記スクリーンフレームの外形が正三角錐柱の形状である、請求項１２に記載の羽根。

【請求項16】

前記スクリーンフレームの外形が正四角錐柱の形状である、請求項１２に記載の羽根。

【請求項17】

前記スクリーンフレームの外形がハーフカプセルの形状である、請求項１２に記載の羽根。

【請求項18】

前記スクリーンフレームの外形が直円柱の錐台の形状である、請求項１２に記載の羽根。

【請求項19】

前記スクリーンフレームの外形が多角柱の錐台の形状である、請求項１２に記載の羽根。

【請求項20】

タービンシステムであって、当該タービンシステムが、
圧縮機と燃焼器とタービンとが互いに動作可能に結合されたエンジンコアであって、前記タービンが、一つのタービン段に複数の静翼を含んでおり、前記タービン段の各静翼が、内側端壁と、外側端壁と、前記内側端壁と前記外側端壁とを連結する翼形部とを含んでいる、エンジンコアと、
前記タービン段の１以上の静翼の各翼形部のためのフィルタと
を備えており、前記フィルタが、
前記１以上の静翼の端壁に取り付けるための取付部材であって、各翼形部の冷却回路と流体連通させるために第１の流体出口開口が画成されている取付部材と、
第１の流体出口開口の周囲でワイヤスクリーンを支持するために前記取付部材に結合したスクリーンフレームと、
前記スクリーンフレーム上に配置された第１のワイヤスクリーンと
を備えており、前記スクリーンフレームが、ターボ機械の軸周りの各翼形部の周方向位置に関係なく水平面を有することができないように前記ワイヤスクリーンを支持する外形を有する、タービンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、広義には、粒子フィルタに関するものであり、さらに具体的には、ターボ機械の軸周りの翼形部の周方向位置に関係なく水平面を有することができないようにワイヤスクリーンを支持する外形を有するスクリーンフレームを備えるタービン静翼の翼形部用ワイヤスクリーンフィルタに関する。関連するタービン静翼及びタービンシステムも提供する。

【背景技術】

【0002】

広範な産業機械で、塵、埃、煤などの粒子を取り除く必要がある空気流が用いられている。浄化された空気流が用いられる産業機械として、ガスタービン（ＧＴ）システムのようなタービンシステムが挙げられる。ＧＴシステムでは、圧縮機からの空気流を燃焼及び冷却のために用いる。例えば、空気流をＧＴシステムのタービン静翼又は動翼の翼形部の冷却回路に送ることがある。冷却回路は、静翼又は動翼を通過する高温燃焼ガスによる翼形部の過熱を防ぐ。冷却回路は、通例、翼形部内で複雑な経路を辿る非常に小さな冷却通路を多数含む。冷却空気中の粒子は、冷却回路に入る前に除去しておかないと、冷却通路を詰まらせてしまうおそれがある。現在のアプローチでは、タービン静翼又は動翼の一体部分である様々な粒子セパレータ又はコレクタが用いられている。そのため、これらのセパレータ又はコレクタは、旧式のタービン静翼又は動翼に後付けすることができず、特定の静翼又は動翼用にカスタマイズすることもできない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】中国実用新案第２０８２８７６５７号

【発明の概要】

【0004】

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。

【0005】

本開示の一態様は、ターボ機械の静翼の翼形部用のフィルタを包含し、当該フィルタは、静翼の端壁に取り付けるための取付部材であって、翼形部の冷却回路と流体連通させるための第１の流体出口開口が画成されている取付部材と、第１の流体出口開口の周囲でワイヤスクリーンを支持するために取付部材に結合したスクリーンフレームと、スクリーンフレーム上に位置する第１のワイヤスクリーンとを備えており、スクリーンフレームは、ターボ機械の軸周りの翼形部の周方向位置に関係なく水平面を有することができないようにワイヤスクリーンを支持する外形を有する。

【0006】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、取付部材は、翼形部の冷却回路と流体連通させるために画成された第２の流体出口開口を含んでおり、第２の流体出口開口上に位置する第２のワイヤスクリーンをさらに備える。

【0007】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、取付部材は、静翼の端壁と封止結合するために成形された金属板を含む。

【0008】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、スクリーンフレームの外形は正三角錐柱の形状である。

【0009】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、スクリーンフレームの外形は正四角錐柱の形状である。

【0010】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、スクリーンフレームの外形はハーフカプセルの形状である。

【0011】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、スクリーンフレームの外形は直円柱の錐台の形状である。

【0012】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、スクリーンフレームの外形は直四角柱の錐台の形状である。

【0013】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、スクリーンフレームの外形は三角柱の錐台の形状である。

【0014】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、スクリーンフレームの外形は多角柱の錐台の形状である。

【0015】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、第１のワイヤスクリーンは、０．１９～０．３８ｍｍの範囲内の開口を有する。

【0016】

別の態様は、ターボ機械用の静翼を包含し、当該静翼は、内側端壁と、外側端壁と、内側端壁と外側端壁とを連結する翼形部であって、内部に冷却回路を含む翼形部と、翼形部のためのフィルタとを備えており、フィルタは、静翼の内側端壁及び外側端壁の少なくとも一方に取り付けるための取付部材であって、翼形部の冷却回路と流体連通させるために第１の流体出口開口が画成されている取付部材と、第１の流体出口開口の周囲でワイヤスクリーンを支持するために取付部材に結合したスクリーンフレームと、スクリーンフレーム上に位置する第１のワイヤスクリーンとを備えており、スクリーンフレームは、ターボ機械の軸周りの翼形部の周方向位置に関係なく水平面を有することができないようにワイヤスクリーンを支持する外形を有する。

【0017】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、取付部材は、翼形部の冷却回路と流体連通させるために画成された第２の流体出口開口を含んでおり、第２の流体出口開口上に位置する第２のワイヤスクリーンをさらに備える。

【0018】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、取付部材は、静翼のそれぞれの内側端壁又は外側端壁と封止結合するために成形された金属板を含む。

【0019】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、スクリーンフレームの外形は正三角錐柱の形状である。

【0020】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、スクリーンフレームの外形は正四角錐柱の形状である。

【0021】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、スクリーンフレームの外形はハーフカプセルの形状である。

【0022】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、スクリーンフレームの外形は直円柱の錐台の形状である。

【0023】

本開示の別の態様は、上述の態様のいずれかを包含し、スクリーンフレームの外形は多角柱の錐台の形状である。

【0024】

本開示の一態様は、タービンシステムを包含し、当該タービンシステムは、圧縮機と燃焼器とタービンとが互いに動作可能に結合されたエンジンコアであって、タービンが、一つのタービン段に複数の静翼を含んでおり、該タービン段の各静翼が、内側端壁と、外側端壁と、内側端壁と外側端壁とを連結する翼形部とを含む、エンジンコアと、該タービン段の１以上の静翼の各翼形部のためのフィルタとを備えており、フィルタは、１以上の静翼の端壁に取り付けるための取付部材であって、各翼形部の冷却回路と流体連通させるために第１の流体出口開口が画成されている取付部材と、第１の流体出口開口の周囲でワイヤスクリーンを支持するために取付部材に結合したスクリーンフレームと、スクリーンフレーム上に位置する第１のワイヤスクリーンとを備えており、スクリーンフレームは、ターボ機械の軸周りの翼形部の周方向位置に関係なく水平面を有することができないようにワイヤスクリーンを支持する外形を有する。

【0025】

この発明の概要の欄に記載した態様も含めて、本願に記載された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。

【0026】

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。

【図面の簡単な説明】

【0027】

本開示技術の上記その他の特徴については、本開示技術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1】本開示の実施形態を使用できる例示的なガスタービンシステムの概略図。

【図2】図１のガスタービンシステムで使用し得る３タービン段を有する例示的なタービンアセンブリの断面図。

【図3】本開示の実施形態に従って、図２のタービンアセンブリで使用し得るフィルタを含むタービン静翼の斜視図。

【図4A】本開示の実施形態に係るフィルタを含むタービン静翼の、ワイヤスクリーンのない状態での拡大斜視図。

【図4B】本開示の実施形態に係るフィルタを含むタービン静翼の、ワイヤスクリーンを取り付けた状態での拡大斜視図。

【図5A】本開示の別の実施形態に係るフィルタを含むタービン静翼の、ワイヤスクリーンのない状態での拡大斜視図。

【図5B】本開示の別の実施形態に係るフィルタを含むタービン静翼の、ワイヤスクリーンを取り付けた状態での拡大斜視図。

【図6】本開示の実施形態に係るフィルタのためのワイヤスクリーンを支持するスクリーンフレームの外形の概略斜視図。

【図7】本開示の実施形態に係るフィルタのためのワイヤスクリーンを支持するスクリーンフレームの外形の概略斜視図。

【図8】本開示の実施形態に係るフィルタのためのワイヤスクリーンを支持するスクリーンフレームの外形の概略斜視図。

【図9】本開示の実施形態に係るフィルタのためのワイヤスクリーンを支持するスクリーンフレームの外形の概略斜視図。

【図10】本開示の実施形態に係るフィルタのためのワイヤスクリーンを支持するスクリーンフレームの外形の概略斜視図。

【図11】本開示の実施形態に係るフィルタのためのワイヤスクリーンを支持するスクリーンフレームの外形の概略斜視図。

【図12】本開示の実施形態に係るフィルタのためのワイヤスクリーンを支持するスクリーンフレームの外形の概略斜視図。

【図13】本開示の別の実施形態に係るフィルタを含むタービン静翼の斜視図。

【図14】本開示の別の実施形態に係る一対のフィルタを含むタービン静翼の斜視図。

【0028】

なお、本開示の図面は必ずしも縮尺通りではない。図面は、本開示技術の典型的な態様を例示するものにすぎず、本開示技術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】

【0029】

まず、本開示の主題を明確に説明するため、ガスタービンシステムのようなフィルタを用いる産業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す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。

【0030】

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を通る作動流体の流れ、或いは例えばフィルタを通る空気流など）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」はターボ機械の後方セクションを示す。

【0031】

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、タービンの中心軸との関係で適用される。

【0032】

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。

【0033】

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、前後関係から別途明らかでない限り、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。

【0034】

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。

【0035】

上述の通り、本開示は、ターボ機械のタービン静翼の翼形部のためのフィルタを提供する。フィルタは、翼形部の端部に取り付けるための取付部材を含む。取付部材には、翼形部の冷却回路と流体連通させるための第１の流体出口開口が画成されている。第１の流体出口開口の周囲でワイヤスクリーンを支持するためにスクリーンフレームが取付部材に結合しており、第１のワイヤスクリーンがスクリーンフレームの上に配置される。スクリーンフレームは、ターボ機械の軸周りの翼形部の周方向位置に関係なく水平面を有することができないようにワイヤスクリーンを支持する外形を有する。また、スクリーンフレームはワイヤスクリーンの表面積を増やし、容量と有効性を向上させる。関連するタービン静翼及びタービンシステムも提供する。本フィルタは、翼形部の冷却回路に入り込んで冷却回路を詰まらせたり或いはその性能を損なうおそれのある粒子をガス流から分離する。本フィルタは、圧縮ガス流の後段での（例えばフィルタの下流のタービン静翼の冷却回路での冷却のための）使用に悪影響を与えるような著しい圧力損失を伴わずに、粒子を分離できる。本フィルタは、タービンセクション、圧縮機セクションなど、ガスタービンにおけるその最終的な位置とは関係なく、あらゆるタービン静翼で使用することができる。

【0036】

図１は、ガスタービン（ＧＴ）システムの形態の例示的なターボ機械９０の概略図である。ターボ機械９０は、圧縮機９４と燃焼器９６とタービン９８とが互いに動作可能に結合したエンジンコア９２を含む。燃焼器９６は、燃焼領域１００及び燃料ノズルアセンブリ１０２を含む。ターボ機械９０は、共通の圧縮機／タービンシャフト１０４（「ロータ１０４」ともいう。）も含んでいる。一実施形態では、ターボ機械９０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７ＨＡ．０３エンジンである。本開示技術の用途は、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ＨＡ、Ｆ、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、他のタービンエンジンに関しても使用し得る。上述の通り、本願に記載のフィルタは、タービンシステム以外の様々な産業機械、例えば圧縮機、ジェットエンジン等にも使用することができる。ガスタービンシステムでは、フィルタで浄化される冷却媒体は空気であるが、他の産業機械では冷却媒体は空気以外のものであってもよい。

【0037】

図２は、図１のターボ機械９０で使用し得る３段の動翼及びノズルを備える例示的なタービン９８の断面図である。タービン９８に含まれる段の数は、図に示すものよりも多くても少なくてもよい。タービン９８は、一つのタービン段に（頁面の内側及び外側に）配置された複数の静翼１０６を含む。各静翼１０６は、（半径方向）外側端壁１０８と、（半径方向）内側端壁１１０と、外側端壁１０８と内側端壁１１０とを連結する翼形部１２０とを含む。静翼１０６は、外側端壁１０８によってタービン９８のケーシング１２２内に保持される。自明であろうが、圧縮ガス（空気）流１２４は、圧縮機９４（図１）からケーシング１２２を通って、静翼１０６内の冷却回路（図２には図示せず）に入り、静翼を冷却する。タービン９８は、（頁面の内側及び外側に）複数の動翼１２６も含んでおり、動翼１２６は、隣接する上流の静翼１０６と共に一つのタービン段を画成する。各動翼１２６は、ロータ１０４に結合される基部１２８と、基部１２８から延在する翼形部１３０とを含む。自明であろうが、圧縮空気流１３２は、圧縮機９４（図１）から基部１２８を通って、動翼１２６内の冷却回路（図２には図示せず）に入り、動翼を冷却する。

【0038】

図１及び図２を参照すると、運転中、空気が圧縮機９４を流れ、圧縮空気が燃焼器９６に供給される。具体的には、圧縮空気は、燃焼器９６に内蔵された燃料ノズルアセンブリ１０２に供給される。燃料ノズルアセンブリ１０２は燃焼領域１００と流体連通している。燃料ノズルアセンブリ１０２は燃料源（図１には図示せず）とも流体連通しており、燃料及び空気を燃焼領域１００に導く。燃焼器９６は、燃料を点火して燃焼させ、燃焼ガスを生成する。燃焼器９６はタービン９８と流体連通しており、ガス流の熱エネルギーはタービン９８の高温ガス経路１３４を通って機械的回転エネルギーへと変換される。タービン９８は、ロータ１０４に回転可能に結合しており、ロータ１０４を駆動する。静翼１０６によって導かれる燃焼ガスは、動翼１２６及びロータ１０４を回転させる。圧縮機９４も、シャフト１０４と回転可能に結合していてもよい。例示した実施形態では、複数の燃焼器９６及び燃料ノズルアセンブリ１０２が存在する。

【0039】

図３は、その外側端壁１０８にフィルタ１３８を含む１個の例示的な静翼１０６の斜視図を示す。ある実施形態では、フィルタ１３８は、ターボ機械９０の１以上の静翼１０６の内側端壁１１０（図１３参照）及び外側端壁１０８（図示せず）の一方に取り付けることができる。図１４に示す別の実施形態では、フィルタ１３８は、ターボ機械９０の１以上の静翼１０６の内側端壁１１０及び外側端壁１０８の両方に取り付けることができる。説明のため、図４Ａ～Ｂは、本開示の一実施形態に係るタービン静翼１０６の外側端壁１０８上のフィルタ１３８の拡大斜視図を示し、図５Ａ～Ｂは、本開示の別の実施形態に係る外側端壁１０８上のフィルタ１３８の拡大斜視面図を示す。図４Ａ及び図５Ａは、ワイヤスクリーンのない状態のフィルタを示し、図４Ｂ及び図５Ｂは、ワイヤスクリーンを設けた状態のフィルタを示す。

【0040】

図４Ａ～Ｂ及び図５Ａ～Ｂに示すように、タービン静翼１０６の翼形部１２０用のフィルタ１３８は、翼形部１２０の端部に取り付けるための取付部材１４０を含む。取付部材１４０は、フィルタ１３８を出る清浄ガス流１４４（図４）（例えば空気）がその後段での使用（タービン静翼１０６の翼形部１２０内の冷却回路１４８内など）と流体連通するように、例えば外側端壁１０８と流体連結することのできる任意の構造を含んでいてもよい。図示した非限定的な例では、取付部材１４０は、タービン静翼１０６の端部（外側端壁１０８など）と封止結合するための任意の数の連結壁１５２を含む金属板１５０（例えば、プレート要素）を含む。取付部材１４０は、こうして外側端壁１０８と共にマニホールド１５４を形成し得る。

【0041】

取付部材１４０は、フィルタ１３８が結合される構造に応じて多種多様な形態を取り得る。取付部材１４０は、取付部材１４０（例えば取付部材１４０の金属板１５０の１以上の壁）を貫通して画成される第１の流体出口開口１６０を含む。第１の流体出口開口１６０は、マニホールド１５４を介して翼形部１２０（及び場合によっては外側端壁１０８）内の１以上の開口１５６を介して、例えば冷却回路１４８と流体連通している。第１の流体出口開口１６０は、スクリーンフレーム１８０及び第１のワイヤスクリーン１８２の内部とも流体連通している。こうして、第１のワイヤスクリーン１８２を通過した清浄ガス流１４４（空気）は、第１の流体出口開口１６０から出て、翼形部１２０内の少なくとも冷却回路１４８に入る。翼形部１２０内の冷却回路１４８及び／又は外側端壁１０８は、現在公知の又は将来開発される任意の形態を取り得るが、典型的には、マニホールド１５４と流体連通した外側端壁１０８内の１以上の開口１５６を含んでいて、清浄ガス流１４４は開口１５６に入ることができる。

【0042】

フィルタ１３８のスクリーンフレーム１８０は、第１の流体出口開口１６０の周囲でワイヤスクリーンを支持するために、取付部材１４０に（例えば締結具又は溶接部で）結合される。図４Ｂ及び図５Ｂに示すように、フィルタ１３８は、スクリーンフレーム１８０上に位置する第１のワイヤスクリーン１８２も含む。当技術分野で明らかな通り、翼形部１２０がその一部をなすタービン静翼１０６は、軸（例えばターボ機械９０（図１～図２）のロータ１０４（図１～２）の軸）の周りで周方向に離間して取り付けられている。ロータ１０４の所与の軸方向位置での複数のタービン静翼１０６は、例えばタービンセクション９８の複数の静翼からなる所与の軸方向段を与える。こうして、タービン静翼１０６は、ロータ１０４の軸に対して任意の半径方向の角度で配置し得る。翼形部１２０用の粒子フィルタが水平面を含んでいると、水平面は目詰まりを起こし易いことが判明した。目詰まりは、冷却流がフィルタを通過しにくくなって翼形部１２０内の冷却回路１４８に届きにくくなる。

【0043】

この課題に対処するため、図４Ｂ及び図５Ｂに示すように、スクリーンフレーム１８０は、ターボ機械９０の軸周りの翼形部１２０の周方向位置に関係なく水平面を有することができないように第１のワイヤスクリーン１８２を支持する外形を有する。本明細書において、「水平面」とは、水平の±５°以内を意味する。スクリーンフレーム１８０は、使用環境に耐え得る任意の金属構造フレームを含むことができる。スクリーンフレーム１８０は、運転環境に耐える十分な剛性を有する所望の外形を形成するための任意の形状又は形態の構造的枠組み、例えば、長尺部材、湾曲ストラップ、梁、カラー（collar）などを含むことができる。スクリーンフレーム１８０はまた、濾過能力及び濾過効率を向上させるため、ワイヤスクリーン１８２の表面積を増加させる。ただし、スクリーンフレーム１８０は、端壁１０８，１１０に隣接して利用可能な半径方向空間内に収まる十分に小さな半径方向高さを有する。図４Ａ～Ｂ及び図５Ａ～Ｂに示す実施形態では、スクリーンフレーム１８０の外形は直円柱の錐台の形状である。すなわち、傾斜した上面を有する円柱の形状を有している。取付部材１４０に結合されるスクリーンフレーム１８０の表面は、ガス流の漏れが起こらない所望の形状を有することができる。

【0044】

スクリーンフレーム１８０は様々な形状を有することができる。図６は、図４Ａ～Ｂ及び図５Ａ～Ｂに示すスクリーンフレーム１８０の外形の概略斜視図を示す。図７～図１２は、本開示の様々な実施形態に係るスクリーンフレーム１８０の外形の概略斜視図を示す。図７では、スクリーンフレーム１８０の外形は直四角柱の錐台の形状である。図８では、スクリーンフレーム１８０の外形は三角柱の錐台の形状である。図９では、スクリーンフレーム１８０の外形は多角柱（例えば八角柱）の錐台の形状である。図１０では、スクリーンフレーム１８０の外形は正三角錐柱（ｅｔｒｉｐｙ）の形状である。図１１では、スクリーンフレーム１８０の外形は正四角錐柱（ｅｓｑｕｉｐｙ）の形状である。図１２では、スクリーンフレーム１８０の外形はハーフカプセル（すなわち半球端部を有する円柱）の形状である。スクリーンフレーム１８０の外形の具体例を示してきたが、他の形状も使用し得る。

【0045】

図４Ａ～Ｂにおいて、取付部材１４０は金属板（１５０，１５２）を含んでおり、金属板は、流体出口開口１６０が存在する部分以外は概して中実である。図５Ａ～Ｂに戻ると、ある実施形態では、取付部材１４０には、翼形部１２０の冷却回路１４８と流体連通させるための第２の流体出口開口１９０が画成されている。ここで、フィルタ１３８は、第２の流体出口開口１９０の上方に位置する第２のワイヤスクリーン１９２を含んでいてもよい。第２のワイヤスクリーン１９２にはスクリーンフレームは不要である。例えば静翼１０６用の取付構造（図示せず）にはスペースが必要とされるので、第２の流体出口開口１９０は、例えば取付部材１４０が存在できない場所に設けてもよい。第２の流体出口開口１９０は、浄化されたガス流１４４を通過させることがｄきる。図から明らかな通り、ターボ機械９０における翼形部１２０の位置に応じて、第２のワイヤスクリーン１９２は、水平位置、例えば半径方向上方に延在する下側翼形部上にあってもよい。

【0046】

ワイヤスクリーン１８２，１９２は、スクリーンフレーム１８０及び／又は取付部材１４０にどのように（例えば締結具又は溶接で）結合してもよい。第１のワイヤスクリーン１８２は、スクリーンフレーム１８０の形状に応じて、１以上のワイヤスクリーン要素を含んでいてもよい。第１のワイヤスクリーン１８２及び第２のワイヤスクリーン１９２は、捕捉すべき粒子（例えば錆粒子）の種類及びサイズに適合したサイズの開口を有し得る。一例では、ターボ機械９０（図１）の場合、第１のワイヤスクリーン１８２及び第２のワイヤスクリーン１９２は、０．１９～０．３８ｍｍ（最大寸法）の範囲内の開口を有し得る。別の例では、ターボ機械９０の場合、第１のワイヤスクリーン１８２及び第２のワイヤスクリーン１９２は、約０．２３ｍｍの大きさの開口を有し得る。

【0047】

図４Ａ～Ｂ及び図５Ａ～Ｂに関して説明した通り、一実施形態では、フィルタ１３８は、取付部材１４０によってタービン静翼１０６の外側端壁１０８に動作可能に取り付けることができる。図１３に示すように、別の実施形態では、フィルタ１３８は、同様の取付部材１４０によってタービン静翼１０６の内側端壁１１０に動作可能に取り付けることができる。流体出口開口１６０は、取付部材１４０の金属板１５０の壁に画成され、タービン静翼１０６の翼形部１２０内部の冷却回路１４８と流体連通している。図１４に示すように、別の実施形態では、フィルタ１３８は、それぞれの取付部材１４０によってタービン静翼１０６の外側端壁１０８及び内側端壁１１０の各々に動作可能に取り付けることができる。各フィルタ１３８の流体出口開口１６０は、その取付部材１４０の金属板１５０の壁に画成され、タービン静翼１０６の翼形部１２０内部の冷却回路１４８と流体連通している。清浄ガス流１４４（図４Ａ～Ｂ、図５Ａ～Ｂ）が、タービン静翼１０６の翼形部１２０の両端に供給される。図１３及び図１４の実施形態では、フィルタ１３８の図４Ａ～Ｂ及び／又は図５Ａ～Ｂのバージョンのいずれか又は両方を用いてもよい。

【0048】

運転中、圧縮機９４（図１）からの空気のような圧縮ガス流１２４（図２、図４Ａ～Ｂ、図５Ａ～Ｂ）が、フィルタ１３８のワイヤスクリーン１８２，１９２を通過する。ガス流１２４は、例えばタービン静翼１０６の冷却回路１４８での効率的使用には大きすぎる粒子及び除去すべき粒子を含んでいる。ガス流１２４は、第１のワイヤスクリーン１８２を通過し、第１の流体出口開口１６０を通して翼形部１２０内の冷却回路１４８へと流れる。第１のワイヤスクリーン１８２は、スクリーン開口サイズよりも大きい粒子を除去する。図５Ｂに示すように、第２の第２のワイヤスクリーン１９２が設けられている場合、ガス流１２４は、第２のワイヤスクリーン１９２も通過し、第２の流体出口開口１９０を通して翼形部１２０内の冷却回路１４８に入る。ガス流１２４中の粒子は、ワイヤスクリーン１８２，１９２によって除去される。清浄ガス流１４４（図４Ａ～Ｂ及び図５Ａ～Ｂ）は、流体出口開口１６０，１９０から出て、例えばタービン静翼１０６の翼形部１２０内の冷却回路１４８に入る。

【0049】

スクリーンフレーム１８０及びワイヤスクリーン１８２，１９２は、使用環境に耐え得る材料で作ることができる。スクリーンフレーム１８０は、現在公知の又は将来開発される任意の技術を用いて製造し得る。好適には、スクリーンフレーム１８０及び／又はワイヤスクリーン１８２，１９２は、例えば直接金属レーザー溶融（ＤＭＬＭ）技術を用いて、積層造形することができる。

【0050】

本開示の実施形態は、夾雑物を最小限に抑制し、例えばタービン静翼１０６のメンテナンスコストを低減し、寿命を延ばし、及び／又は信頼性及び耐久性を高めることができるフィルタ１３８を提供する。フィルタ１３８は、好適には、旧式の静翼にも簡単に後付けしてその寿命を延ばすことができる。フィルタ１３８は、タービンシステムにおけるその最終的な位置に関係なく、任意のタービン静翼１０６上に配置することができる。フィルタ１３８のサイズは、限定されるものではないが、ターボ機械９０のような多くの産業機械におけるタイトな間隔に収まるようなものである。

【0051】

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。

【0052】

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】

【0053】

９０ ターボ機械
９４ 圧縮機
９６ 燃焼器
９８ タービン
１０６ タービン静翼
１０８ 外側端壁
１１０ 内側端壁
１２０ 翼形部
１２４ 圧縮ガス流
１３８ フィルタ
１４０ 取付部材
１４４ 清浄ガス流
１４８ 冷却回路
１５０ 金属板
１６０ 第１の流体出口開口
１８０ 第１のスクリーンフレーム
１８２ 第１のワイヤスクリーン
１９０ 第２の流体出口開口
１９２ 第２のワイヤスクリーン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【国際調査報告】