(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンエンジンの効率の向上を促進するために、シュラウドの局所冷却システムを提供する。【解決手段】回転機械が、回転可能部材と、回転可能部材上で円周方向に延びるケーシングとを含む。ケーシングは、第１および第２のターゲット衝突面を含む。冷却システムは、第１および第２の衝突板を含む。第１の衝突板１２６は、第１のターゲット衝突面および第２のターゲット衝突面の少なくとも一部の上に配置される。第１の衝突板は、第１の冷却流体の流れを第１のターゲット衝突面に向けて導くように構成された複数の第１の衝突孔を画定する。第２の衝突板１２８は、第２のターゲット衝突面上に配置される。第２の衝突板は、第２の冷却流体の流れを第２のターゲット衝突面に向けて導くように構成された複数の第２の衝突孔を画定する。第１のターゲット衝突面におけるケーシングの厚さは、第２のターゲット衝突面におけるケーシングの厚さとは異なる。【選択図】図１
2020097926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械（１０）用の冷却システム（１００）であって、前記回転機械（１０）は、回転軸を画定する少なくとも１つの回転可能部材（１８）と、前記回転可能部材（１８）の少なくとも一部にわたって円周方向に延びるケーシング（３６）とを含み、前記ケーシング（３６）は、第１のターゲット衝突面（１０２）および第２のターゲット衝突面（１０４）を有する半径方向外面（１０２，１０４）を含み、前記冷却システム（１００）は、
前記ケーシング（３６）の前記第１のターゲット衝突面（１０２）および前記ケーシング（３６）の前記第２のターゲット衝突面（１０４）の少なくとも一部の上に配置された第１の衝突板（１２６）であって、前記第１の衝突板（１２６）は第１の冷却流体の流れ（１３４）を前記第１のターゲット衝突面（１０２）に向けて導くように構成された複数の第１の衝突孔（２００）を画定する、第１の衝突板（１２６）と、
前記ケーシング（３６）の前記第２のターゲット衝突面（１０４）上に配置された第２の衝突板（１２８）であって、前記第２の衝突板（１２８）は、第２の冷却流体の流れ（１３６）を前記第２のターゲット衝突面（１０４）に向けて導くように構成された複数の第２の衝突孔（２００）を画定し、前記第１のターゲット衝突面（１０２）の前記ケーシング（３６）の厚さ（１２０）は、前記第２のターゲット衝突面（１０４）の前記ケーシング（３６）の厚さ（１２２）と異なる、第２の衝突板（１２８）と
を備える、冷却システム（１００）。
【請求項２】
前記第１のターゲット衝突面（１０２）の前記ケーシング（３６）の前記厚さ（１２０）が、前記第２のターゲット衝突面（１０４）の前記ケーシング（３６）の前記厚さ（１２２）よりも厚い、請求項１に記載の冷却システム（１００）。
【請求項３】
前記第１の衝突板（１２６）、前記第２の衝突板（１２８）、および前記第１のターゲット衝突面（１０２）が、第１の衝突ゾーン（１３０）を画定し、前記第１の衝突板（１２６）は前記第１の冷却流体の流れ（１３４）を前記第１の衝突ゾーン（１３０）に導くように構成され、前記第２の衝突板（１２８）および前記第２のターゲット衝突面（１０４）は第２の衝突ゾーン（１３２）を画定し、前記第２の衝突板（１２８）は、前記第２の冷却流体の流れ（１３６）を前記第２の衝突ゾーン（１３２）に導くように構成される、請求項１に記載の冷却システム（１００）。
【請求項４】
前記第１の冷却流体の流れ（１３４）が、前記第１のターゲット衝突面（１０２）から熱を吸収し、前記第２の冷却流体の流れ（１３６）として再循環され、前記第２の衝突板（１２８）は、第３の冷却流体の流れ（４０４）を前記第２のターゲット衝突面（１０４）に向けて導くように構成された第２の衝突板ダクト（４０２）を含み、前記第３の冷却流体の流れ（４０４）は前記第２の冷却流体の流れ（１３６）と混合する、請求項１に記載の冷却システム（１００）。
【請求項５】
前記第２の衝突板（１２８）が、前記第２の冷却流体の流れ（１３６）を冷却するように構成された第２の衝突板熱交換器（６０２）を含み、前記第２の衝突板熱交換器（６０２）は、前記第２の衝突板（１２８）上に配置された板およびフレーム熱交換器を備える、請求項１に記載の冷却システム（１００）。
【請求項６】
回転機械（１０）であって、
回転軸を画定する部分（１８）と、
前記部分（１８）を取り囲むケーシング（３６）であって、前記ケーシング（３６）は、第１のターゲット衝突面（１０２）および第２のターゲット衝突面（１０４）を有する半径方向外面（１０２，１０４）を含み、前記ケーシング（３６）はケーシング厚さ（１２４，１２５）を有する、ケーシング（３６）と、
前記ケーシング（３６）に配置された冷却システム（１００）と、
を備え、前記冷却システム（１００）は、
前記ケーシング（３６）の前記第１のターゲット衝突面（１０２）および前記ケーシング（３６）の前記第２のターゲット衝突面（１０４）の少なくとも一部の上に配置された第１の衝突板（１２６）であって、前記第１の衝突板（１２６）は第１の冷却流体の流れ（１３４）を前記第１のターゲット衝突面（１０２）に向けて導くように構成された複数の第１の衝突孔（２００）を画定する、第１の衝突板（１２６）と、
前記ケーシング（３６）の前記第２のターゲット衝突面（１０４）上に配置された第２の衝突板（１２８）であって、前記第２の衝突板（１２８）は、第２の冷却流体の流れ（１３６）を前記第２のターゲット衝突面（１０４）に向けて導くように構成された複数の第２の衝突孔（２００）を画定し、前記第１のターゲット衝突面（１０２）の前記ケーシング（３６）の厚さは、前記第２のターゲット衝突面（１０４）の前記ケーシング（３６）の厚さと異なる、第２の衝突板（１２８）と、
を備える、
回転機械（１０）。
【請求項７】
前記第１のターゲット衝突面（１０２）の前記ケーシング（３６）の前記厚さが、前記第２のターゲット衝突面（１０４）の前記ケーシング（３６）の前記厚さよりも厚い、請求項６に記載の回転機械（１０）。
【請求項８】
前記第１の衝突板（１２６）、前記第２の衝突板（１２８）、および前記第１のターゲット衝突面（１０２）が第１の衝突ゾーン（１３０）を画定し、前記第１の衝突板（１２６）は、前記第１の冷却流体の流れ（１３４）を前記第１の衝突ゾーン（１３０）に導くように構成される、請求項６に記載の回転機械（１０）。
【請求項９】
前記第２の衝突板（１２８）および前記第２のターゲット衝突面（１０４）が第２の衝突ゾーン（１３２）を画定し、前記第２の衝突板（１２８）は、前記第２の冷却流体の流れ（１３６）を前記第２の衝突ゾーン（１３２）に導くように構成される、請求項６に記載の回転機械（１０）。
【請求項１０】
前記第２の衝突板（１２８）が、第３の冷却流体の流れ（４０４）を前記第２のターゲット衝突面（１０４）に向けて導くように構成された第２の衝突板ダクト（４０２）を含み、前記第３の冷却流体の流れ（４０４）は前記第２の冷却流体の流れ（１３６）と混合する、請求項６に記載の回転機械（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般に、ガスタービンエンジン用の冷却システムに関し、より具体的には、ガスタービンエンジン内のシュラウド上の局所領域を冷却するための冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくともいくつかの既知のガスタービンエンジンは、高圧圧縮機、低圧圧縮機、燃焼室、およびタービンのうちの１つまたは複数を囲むシュラウドを含む。ガスタービンエンジンがより強力になると、ガスタービンエンジン内で生成される温度が上昇する。ガスタービンエンジン内の温度が上昇すると、シュラウドの局所領域が、より強力でないガスタービンエンジンでシュラウドが膨張するよりも大きく膨張および収縮する可能性がある。具体的には、回転するタービンブレードに隣接するシュラウドのこれらの領域は、シュラウドを膨張させてシュラウドとタービンブレードとの間に画定される先端クリアランスを増大させる高温に曝される可能性がある。先端クリアランスを大きくすると、先端漏れが増加し、タービン効率が低下する場合がある。
【０００３】
さらに、ブレード先端のクリアランスとシュラウドクリアランスを密に維持するために必要な追加の冷却フローの量は、シュラウド全体の領域によって異なる。例えば、少なくともいくつかの領域では、その場所のシュラウドの厚さとその場所のシュラウドの温度に応じて、追加の冷却が必要になる場合がある。少なくともいくつかの既知のガスタービンエンジンについては、シュラウド全体に増加した量の冷却流体を供給すると、ガスタービンエンジンの運転効率が低下する。したがって、ガスタービンエンジンの効率の向上を促進するために、シュラウドの局所冷却システムを考案することが望ましい。
【発明の概要】
【０００４】
一態様では、回転機械用の冷却システムが提供される。回転機械は、回転軸を画定する少なくとも１つの回転可能部材と、回転可能部材の少なくとも一部にわたって円周方向に延びるケーシングとを含む。ケーシングは、第１のターゲット衝突面と第２のターゲット衝突面とを有する半径方向外面を含む。冷却システムは、第１の衝突板と第２の衝突板を含む。第１の衝突板は、ケーシングの第１のターゲット衝突面およびケーシングの第２のターゲット衝突面の少なくとも一部の上に配置されている。第１の衝突板は、第１の冷却流体の流れを第１のターゲット衝突面に向けて導くように構成された複数の第１の衝突孔を画定する。第２の衝突板は、ケーシングの第２のターゲット衝突面上に配置される。第２の衝突板は、第２の冷却流体の流れを第２のターゲット衝突面に向けて導くように構成された複数の第２の衝突孔を画定する。第１のターゲット衝突面におけるケーシングの厚さは、第２のターゲット衝突面におけるケーシングの厚さとは異なる。
【０００５】
別の態様では、ケーシングを冷却する方法が提供される。この方法は、第１の冷却流体の流れを、冷却流体源から、第１の衝突板に画定された複数の第１の衝突孔を通じてケーシングの第１の領域に導くステップを含む。ケーシングの第１の領域は第１の厚さを有する。この方法はまた、第２の冷却流体の流れを、冷却流体源から、第２の衝突板に画定された複数の第２の衝突孔を通じてケーシングの第２の領域に導くステップを含む。ケーシングの第２の領域は第２の厚さを有する。第１の厚さは第２の厚さとは異なる。
【０００６】
別の態様では、回転機械が提供される。回転機械には、部分、ケーシング、および冷却システムが含まれる。部分は回転軸を画定する。ケーシングは、部分を取り囲み、第１のターゲット衝突面と第２のターゲット衝突面を有する半径方向外面を含む。冷却システムは、ケーシング上に配置され、第１の衝突板と第２の衝突板を含む。第１の衝突板は、ケーシングの第１のターゲット衝突面およびケーシングの第２のターゲット衝突面の少なくとも一部の上に配置されている。第１の衝突板は、第１の冷却流体の流れを第１のターゲット衝突面に向けて導くように構成された複数の第１の衝突孔を画定する。第２の衝突板は、ケーシングの第２のターゲット衝突面上に配置される。第２の衝突板は、第２の冷却流体の流れを第２のターゲット衝突面に向けて導くように構成された複数の第２の衝突孔を画定する。第１のターゲット衝突面におけるケーシングの厚さは、第２のターゲット衝突面におけるケーシングの厚さとは異なる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】例示的な回転機械の概略図である。
【図２】図１に示す回転機械のケーシングの外面に配置された冷却システムの拡大概略図である。
【図３】図２に示すケーシング冷却システムをまた備えた第１の衝突板および第２の衝突板の概略上面図である。
【図４】図１に示す回転機械のケーシングの外面に配置された別の冷却システムの拡大概略図である。
【図５】図１に示す回転機械のケーシングの外面に配置された別の冷却システムの拡大概略図である。
【図６】図１に示す回転機械のケーシングの外面に配置された別の冷却システムの拡大概略図である。
【図７】図１に示す回転機械のケーシングの外面に配置された別の冷却システムの拡大概略図である。
【図８】図１に示す回転機械のケーシングの外面に配置された別の冷却システムの拡大概略図である。
【図９】図１に示す回転機械のケーシングの外面に配置された別の冷却システムの拡大概略図である。
【図１０】図１に示す回転機械のケーシングを冷却する方法の例示的な実施形態のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書で説明する例示的なケーシング冷却システムおよび方法は、回転機械の効率の向上、回転機械の重量の減少、および回転機械のケーシングの冷却を促進する。本明細書に記載のケーシング冷却システムの実施形態は、第１のターゲット衝突面上に配置された第１の衝突板と、第２のターゲット衝突面上に配置された第２の衝突板とを含む。第１および第２の衝突板はそれぞれ、衝突空気の流れを第１および第２のターゲット衝突面にそれぞれ導くように構成された複数の衝突孔を含む。第１および第２のターゲット衝突面は、回転機械のケーシングの外面に配置されている。第２のターゲット衝突面は、温度が上昇したケーシングの領域にわたって配置され、したがって、第１のターゲット衝突面よりも高い動作温度を有する。第２のターゲット衝突面でのケーシングの厚さは、第１のターゲット衝突面でのケーシングの厚さとは異なる。したがって、衝突空気とターゲット衝突面との間の熱伝達効率は、所与の冷却流について、第１のターゲット衝突面よりも第２のターゲット衝突面の方が高い。
【０００９】
各実施形態において、第１の衝突空気の流れは、第１の衝突板により第１のターゲット衝突面に導かれ、第１のターゲット衝突面から熱を吸収した後、第１の衝突空気の流れよりも暖かい第２の衝突空気の流れになる。次に、第２の衝突空気の流れは、第２の衝突板を介して第２のターゲット衝突面に導かれ、第２のターゲット衝突面から熱を吸収する。したがって、各実施形態では、第１および第２のターゲット衝突面は、単一の衝突空気の流れによって冷却され、回転機械の効率を高める。
【００１０】
別途指定のない限り、本明細書で使用される「一般に」、「実質的に」、および「およそ」などの近似を表す文言は、そのように修飾された用語が、絶対的または完全な程度ではなく、当業者によって認識されるようなおおよその程度にのみ適用することができることを示している。近似する文言は、それが関連する基本的機能の変更をもたらすことなく許容範囲で変化することができる定量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに明細書および特許請求の範囲の全体を通じて、範囲の限界が特定されてもよい。このような範囲は、組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈または文言が特に指示しない限り、本明細書に含まれるすべての部分範囲を含む。
【００１１】
さらに、別途指定のない限り、「第１の」、「第２の」、などの用語は、本明細書において単に標識として使用されているにすぎず、これらの用語が言及する要素について順序、位置、または階層上の要件を加えることを意図するものではない。さらに、例えば、「第２の」要素への言及は、例えば、「第１の」要素またはより小さい数字で言及される要素あるいは「第３の」要素またはより大きな数字で言及される要素の存在を、必要とするものでも、排除するものでもない。
【００１２】
図１は、本開示の実施形態が使用され得る例示的な回転機械１０の概略図である。この例示的な実施形態では、回転機械１０は、吸気部１２、吸気部１２の下流側に結合された圧縮機部１４、圧縮機部１４の下流側に結合された燃焼器部１６、燃焼器部１６の下流側に結合されたタービン部１８、およびタービン部１８の下流側に結合された排気部２０を含むガスタービンである。ほぼ管状のケーシング３６は、吸気部１２、圧縮機部１４、燃焼器部１６、タービン部１８、および排気部２０のうちの１つまたは複数を少なくとも部分的に取り囲む。ケーシング冷却システム１００は、ケーシング３６の外面３８に配置され、ケーシング３６の領域を冷却するように構成される。例示的な実施形態では、ケーシング冷却システム１００は、タービン部１８に近接した外面３８に配置される。別の実施形態では、ケーシング冷却システム１００は、回転機械１０が本明細書で説明されるように動作することを可能にする任意の位置で外面３８に配置される。代替の実施形態では、回転機械１０は、本開示の実施形態が本明細書に記載されるように機能することができるロータブレードを有する任意の機械である。
【００１３】
例示的な実施形態では、タービン部１８は、ロータシャフト２２を介して圧縮機部１４に結合される。本明細書で使用される場合、「結合する」という用語は、構成要素間の直接的な機械的、電気的、および／または通信接続に限定されず、複数の構成要素間の間接的な機械的、電気的、および／または通信接続も含むことができることに留意されたい。
【００１４】
ガスタービン１０の動作中には、吸気部１２は、圧縮機部１４に向けて空気を導く。圧縮機部１４は、空気を圧縮してより高い圧力および温度にする。より具体的には、ロータシャフト２２は、圧縮機部１４内のロータシャフト２２に結合された圧縮機ブレード４０の少なくとも１つの円周方向列に回転エネルギーを与える。例示的な実施形態では、圧縮機ブレード４０の各列に先行して、ケーシング３６から半径方向内側に延在する圧縮機ステータベーン４２の円周方向列が設けられ、圧縮機ブレード４０内に空気流を案内する。圧縮機ブレード４０の回転エネルギーは、空気の圧力および温度を上昇させる。圧縮機部１４は、燃焼器部１６に向けて圧縮空気を排出する。
【００１５】
燃焼器部１６では、圧縮空気が燃料と混合され、点火されて、タービン部１８に向けて導かれる燃焼ガスを発生する。より具体的には、燃焼器部１６は少なくとも１つの燃焼器２４を含み、そこでは、例えば、天然ガスおよび／または燃料オイルなどの燃料が空気流内に噴射され、燃料空気混合気が点火されて、タービン部１８に向けて導かれる高温の燃焼ガスを発生する。
【００１６】
タービン部１８は、燃焼ガス流の熱エネルギーを機械的回転エネルギーに変換する。より具体的には、燃焼ガスは、タービン部１８内のロータシャフト２２に結合されたロータブレード７０の少なくとも１つの円周方向列に回転エネルギーを与える。例示的な実施形態では、ロータブレード７０の各列に先行して、ケーシング３６から半径方向内側に延在するタービンステータベーン７２の円周方向列が設けられ、ロータブレード７０内に燃焼ガスを案内する。ロータシャフト２２は、限定はしないが、発電機および／または機械的駆動用途などの負荷（図示せず）に結合することができる。排出された燃焼ガスは、タービン部１８から下流へ流れ、排気部２０に入る。限定ではないが、ロータブレード７０などの回転機械１０の高温ガス経路内の回転機械１０の構成要素は、高温ガスへの暴露による摩耗および／または損傷を受けやすい。
【００１７】
図２は、回転機械１０（図１に示す）のタービン部１８に隣接するケーシング外面３８上に配置されたケーシング冷却システム１００の拡大概略図である。具体的には、例示的な実施形態では、ケーシング冷却システム１００は、ロータブレード７０の円周方向列に近接して配置される。あるいは、ケーシング冷却システム１００は、回転機械１０が本明細書で説明されるように動作することを可能にする回転機械１０の任意の部分の上に配置されてもよい。例えば、ケーシング冷却システム１００は、限定ではないが、第１段タービンノズルなどの高温および／または高速ガスに曝されるケーシング３６の任意の部分の上に配置されてもよい。ケーシング外面３８は、それぞれ少なくとも部分的にケーシング３６を取り囲む第１のターゲット衝突面１０２および第２のターゲット衝突面１０４を含む。ケーシング３６は、回転機械１０を取り囲む内面１０６も含む。例示的な実施形態では、内面１０６は、タービン部１８のロータブレード７０を取り囲んでいる。代替の実施形態では、内面１０６は、回転機械１０が本明細書で説明されるように動作することを可能にする回転機械１０の任意の部分を取り囲んでもよい。コーティング１０８が内面１０６に塗布されて、高温高速ガスからのケーシング３６の保護を促進する。具体的には、例示的な実施形態では、コーティング１０８は遮熱コーティングである。あるいは、コーティング１０８は、回転機械１０が本明細書で説明されるように動作することを可能にする任意のタイプのコーティングであってもよい。
【００１８】
例示的な実施形態では、ケーシング３６は、第１のターゲット衝突面１０２と第２のターゲット衝突面１０４とを含む。図２には２つのターゲット衝突面１０２および１０４が示されているが、代わりに、ケーシング３６は、３つ、４つ、または５つのターゲット衝突面を含むがこれらに限定されない、回転機械１０が本明細書で説明するように動作することを可能にする多数のターゲット衝突面を含んでもよい。ケーシング３６は通常、複数の周方向ケーシングフックまたはシュラウドフック１１６および１１８によって互いに結合された複数の周方向部分１１０，１１２，および１１４を含む。例示的な実施形態では、第１の周方向部分１１０は第１のケーシングフック１１６によって第２の周方向部分１１２に結合され、第２の周方向部分１１２は第２のケーシングフック１１８によって第３の周方向部分１１４に結合される。
【００１９】
図２に示されるように、第２の周方向部分１１４は、第１のターゲット衝突面１０２と第２のターゲット衝突面１０４とを含む。第１のターゲット衝突面１０２は第１のターゲット衝突面の厚さ１２０を有し、第２のターゲット衝突面１０４は第２のターゲット衝突面の厚さ１２２を有する。同様に、第１の周方向部分１１０は第１の周方向部分の厚さ１２４を有し、第３の周方向部分１１４は第３の周方向部分の厚さ１２５を有する。以下で説明するように、厚さ１２０〜１２５は、回転機械１０に機械的支持を提供すると同時に、周方向部分１１０，１１２，および１１４を通じて熱伝達を可能にするように選択される。
【００２０】
ケーシング冷却システム１００は、第１の衝突板１２６および第２の衝突板１２８を含む。例示的な実施形態では、第１の衝突板１２６が第１のターゲット衝突面１０２および第２のターゲット衝突面１０４上に配置されるように、第１の衝突板１２６は第１のケーシングフック１１６および第２のケーシングフック１１８に結合される。代替の実施形態では、第１の衝突板１２６は、第１のターゲット衝突面１０２上のみに配置されてもよく、または第１の衝突板１２６は、第１のターゲット衝突面１０２上および部分的にだけ第２のターゲット衝突面１０４上に配置されてもよい。例示的な実施形態では、第２の衝突板１２８は、第２のターゲット衝突面１０４上にのみ配置される。代替の実施形態では、第２の衝突板１２８は、第２のターゲット衝突面１０４上および部分的にだけ第１のターゲット衝突面１０２上に配置されてもよい。さらに、例示的な実施形態では、第２の衝突板１２８は、第１の衝突板１２６が第２の衝突板１２８上に配置されるように第２の周方向部分１１２に結合される。代替の実施形態では、第１の衝突板１２６は第２の衝突板１２８上に配置されなくてもよく、または第１の衝突板１２６は第２の衝突板１２８上に部分的にだけ配置されてもよい。
【００２１】
例示的な実施形態では、第１の衝突板１２６、第２の衝突板１２８、第１のケーシングフック１１６、第２のケーシングフック１１８、および第１のターゲット衝突面１０２は、第１の衝突ゾーン１３０を画定する。第２の衝突板１２８および第２のターゲット衝突面１０４は、第２の衝突ゾーン１３２を画定する。第１の衝突ゾーン１３０は、ケーシング３６の周りに円周方向に延び、冷却流体の流れをケーシング３６の周りに導いて、第１のターゲット衝突面１０２を冷却する。同様に、第２の衝突ゾーン１３２は、ケーシング３６の周りに円周方向に延び、冷却流体の流れをケーシング３６の周りに導いて、第２のターゲット衝突面１０４を冷却する。例示的な実施形態では、冷却流体の流れは衝突空気の流れである。ただし、冷却流体の流れは、ケーシング冷却システム１００が本明細書で説明されるように動作することを可能にする任意のタイプの冷却流体であり得る。
【００２２】
図３は、第１の衝突板１２６および第２の衝突板１２８の概略上面図である。第１の衝突板１２６および第２の衝突板１２８はそれぞれ、それらを貫通して延びる複数の衝突孔２００を含む。衝突孔２００は、衝突空気の流れを第１の衝突ゾーン１３０および／または第２の衝突ゾーン１３２に導くように編成およびサイズ決めされ、第１のターゲット衝突面１０２および／または第２のターゲット衝突面１０４の冷却を促進する。各衝突孔２００は、重心２０２と衝突孔直径２０４を含む。図３に示されている衝突孔２００は、隣接する衝突孔２００の重心２０２の間に画定された衝突孔距離２０６で編成されている。第１の衝突板１２６および第２の衝突板１２８に画定された衝突孔２００は、衝突孔密度パターン２０８に編成されている。例示的な実施形態では、衝突孔距離２０６は、衝突孔密度パターン２０８が一定の衝突孔密度パターン２０８であるように、すべての衝突孔２００の間で一定である。代替の実施形態では、衝突孔距離２０６は、衝突孔密度パターン２０８が変動する衝突孔密度パターン２０８であるように、隣接する衝突孔２００間で変動し得る。
【００２３】
第１の衝突板１２６および第２の衝突板１２８の局所領域内に画定される衝突孔密度パターン２０８は、流量、速度、圧力降下、レイノルズ数、および最終的には衝突空気の流れの熱伝達係数を決定する主要なパラメータの１つである。パラメータのその組み合わせは、第１のターゲット衝突面１０２および／または第２のターゲット衝突面１０４に沿った最終的な熱伝達係数および熱伝達率を決定する。
【００２４】
冷却ゾーンを第１の衝突ゾーン１３０および第２の衝突ゾーン１３２に区画化するとともに、第１のターゲット衝突面１０２および／または第２のターゲット衝突面１０４の局所領域内に画定される衝突孔密度パターン２０８を調整することにより、流量、速度、圧力降下、レイノルズ数の調整、および最終的に、第１のターゲット衝突面１０２および／または第２のターゲット衝突面１０４に沿った熱伝達係数の調整が容易になる。熱伝達係数を局所要件に合わせて調整することにより、ケーシング冷却システム１００はケーシング３６を効率的に冷却できる。
【００２５】
図２を参照すると、動作中、矢印１３４で示される第１の衝突空気の流れは、ケーシング冷却システム１００に導かれる。例示的な実施形態では、第１の衝突空気の流れ１３４は、圧縮機部１４（図１に示す）からケーシング冷却システム１００に導かれる。第１の衝突空気の流れ１３４は、ケーシング冷却システム１００が本明細書で説明されるように動作することを可能にする任意の空気源から生じてもよい。第１の衝突空気の流れ１３４は第１の温度にある。第１の衝突板１２６内の衝突孔２００は、第１の衝突空気の流れ１３４を第１のターゲット衝突面１０２に向けて第１の衝突ゾーン１３０に導く。第１の衝突空気の流れ１３４は、第１のターゲット衝突面１０２からの熱を吸収し、これにより、第１の衝突空気の流れ１３４の動作温度が第１の温度から第２の温度まで上昇し、第１のターゲット衝突面１０２の温度が低下し、第１の衝突空気の流れ１３４は、矢印１３６によって示される、より高い動作温度を有する第２の衝突空気の流れになる。第１の衝突空気の流れ１３４の一部または全部は、第２の衝突空気の流れ１３６になる。例えば、第１の衝突空気の流れ１３４の一部は、第２の衝突ゾーン１３２に入る前に、複数の冷却出口孔（図示せず）を通って第１の衝突ゾーン１３０を出ることができる。さらに、第１の衝突空気の流れ１３４の一部は、第２の衝突ゾーン１３２に入る前に、第１の衝突板１２６内の衝突孔２００を通って第１の衝突ゾーン１３０を出ることができる。したがって、第１の衝突空気の流れ１３４の一部は、第１の衝突板１２６内の複数の冷却出口孔または衝突孔２００から出ることができ、一方で、第１の衝突空気の流れ１３４の一部は、第２の衝突板１２８内の衝突孔２００を通って第２の衝突ゾーン１３２に入る。あるいは、第１の衝突空気の流れ１３４のすべては、第２の衝突空気の流れ１３６となり、第２の衝突ゾーン１３２に流れ込むことができる。次に、第２の衝突空気の流れ１３６は、第２の衝突板１２８内の衝突孔２００により、第２のターゲット衝突面１０４に向けて第２の衝突ゾーン１３２に導かれる。第２の衝突空気の流れ１３６は、第２のターゲット衝突面１０４から追加の熱を吸収し、これにより、第２の衝突空気の流れ１３６の温度が第２の温度から第３の温度に上昇し、第２のターゲット衝突面１０４の温度が低下する。したがって、例示的な実施形態では、第１のターゲット衝突面１０２および第２のターゲット衝突面１０４は、第１の衝突空気の流れ１３４から生じる単一の衝突空気の流れによって冷却される。第２の衝突空気の流れ１３６は第１の衝突空気の流れ１３４から生じるため、第２の衝突空気の流れ１３６の流量は第１の衝突空気の流れ１３４の流量以下である。逆に、第１の衝突空気の流れ１３４の流量は、第２の衝突空気の流れ１３６の流量以上である。
【００２６】
図２に示されるように、第２のターゲット衝突面１０４は、ロータブレード７０の円周方向列の真上に配置される。ロータブレード７０の円周方向列（第２のターゲット衝突面１０４）の真上のケーシング３６の領域は、ロータブレード７０の円周方向列（第１のターゲット衝突面１０２）の真上ではないケーシング３６の領域よりも高温に曝される。したがって、第１のターゲット衝突面１０２の温度は一般に、第２のターゲット衝突面１０４の温度よりも低い。ただし、第１のターゲット衝突面１０２の温度は、第２のターゲット衝突面１０４の温度以上であってもよい。衝突空気の流れ１３４および１３６とターゲット衝突面１０２および１０４との間の温度差は、とりわけ、衝突空気の流れ１３４および１３６とターゲット衝突面１０２および１０４との間の全体的な熱伝達率を部分的に決定する。例示的な実施形態では、衝突空気の流れ１３６は第１の衝突面１０２から熱を吸収したため、衝突空気の流れ１３４は衝突空気の流れ１３６よりも冷たい。第２の衝突空気の流れ１３６と第２のターゲット衝突面１０４との間の十分な温度差は、第２のターゲット衝突面１０４から第２の衝突空気の流れ１３６への熱伝達を促進する。さらに、第１の衝突空気の流れ１３４を第２の衝突空気の流れ１３６として再利用することにより、第２のターゲット衝突面１０４を冷却するための専用の追加冷却流が不要になるため、回転機械１０の効率を高めることが容易になる。
【００２７】
加えて、第２の衝突空気の流れ１３６と第２のターゲット衝突面１０４との間の熱伝達効率は、第２の衝突空気の流れ１３６と第２のターゲット衝突面１０４との間の全体的な熱伝達率を部分的に決定する。熱伝達効率は、第２のターゲット衝突面の厚さ１２２によって部分的に決定される。具体的には、第１のターゲット衝突面の厚さ１２０は、第２のターゲット衝突面の厚さ１２２とは異なる。例示的な実施形態では、第２のターゲット衝突面の厚さ１２２は、第２の衝突空気の流れ１３６が熱負荷（すなわち、ロータブレード７０の円周方向列）により近く、第１のターゲット衝突面の厚さ１２０が第２のターゲット衝突面の厚さ１２２よりも厚くなるように減少する。したがって、第２のターゲット衝突面の厚さ１２２を減らすことにより、第２の衝突空気の流れ１３６と第２のターゲット衝突面１０４との間の熱伝達効率を高めることが容易になり、そして第２の衝突空気の流れ１３６と第２のターゲット衝突面１０４との間の全体的な熱伝達率を高めることが容易になる。第２の衝突空気の流れ１３６と第２のターゲット衝突面１０４との間の全体的な熱伝達率を高めることにより、回転機械１０の効率を高めることが容易になる。さらに、第２のターゲット衝突面の厚さ１２２を減らすことで、回転機械１０の重量も減らすことができる。
【００２８】
しかし、第２のターゲット衝突面の厚さ１２２を減らすと、回転機械１０の熱効率の向上が促進されるが、第２のターゲット衝突面の厚さ１２２を減らすと、第２のターゲット衝突面１０４に近接するケーシング３６の機械的応力の増大も促進する可能性がある。したがって、ケーシング３６の厚さは、ケーシング３６に沿って（すなわち、ロータブレード７０の円周方向列上の第２のターゲット衝突面１０４まで）最も高い熱負荷が位置する領域でのみ減少する。加えて、第２の衝突板１２８は、第２のターゲット衝突面１０４の周りでケーシング３６に機械的支持を提供するために、第２のターゲット衝突面１０４の真上に配置される。したがって、第２の衝突板１２８はまた、第２のターゲット衝突面の厚さ１２２を減少させることにより生じる機械的応力を減少させる機械的利点を提供する。さらに、第１の周方向部分の厚さ１２４および第３の周方向部分の厚さ１２５は、第２のターゲット衝突面の厚さ１２２を減少させることにより生じる機械的応力を減少させる機械的利点を提供するために増加され得る。
【００２９】
加えて、上述のように、流量、速度、圧力降下、レイノルズ数、および最終的には、第２の衝突空気の流れ１３６の熱伝達係数は、衝突孔距離２０６、衝突孔直径２０４、および第１の衝突板１２６および第２の衝突板１２８内の衝突孔２００の衝突孔密度パターン２０８を変えることにより調整され得る。さらに、流量、速度、圧力降下、レイノルズ数、および最終的には、第２の衝突空気の流れ１３６の熱伝達係数は、第１の衝突板１２６と第１のターゲット衝突面１０２との間の距離を変えることにより調整され得る。したがって、第２の衝突空気の流れ１３６と第２のターゲット衝突面１０４との間の熱伝達係数は、第２のターゲット衝突面１０４の局所領域で増加または減少して、回転機械１０の効率の向上を促進できる。
【００３０】
図２に示された例示的な実施形態は、第１の衝突ゾーン１３０と第２の衝突ゾーン１３２の２つの衝突ゾーンのみを含んでいた。しかしながら、ケーシング冷却システム１００は、ケーシング冷却システム１００が本明細書に記載されるように動作することを可能にする、３つ、４つ、またはそれ以上の衝突ゾーンを含むがこれらに限定されない任意の数の衝突ゾーンを含んでもよい。さらに、ケーシング冷却システム１００は、第１のターゲット衝突面１０２および第２のターゲット衝突面１０４の２つのターゲット衝突面のみを含むが、ケーシング冷却システム１００は、ケーシング冷却システム１００が本明細書に記載されるように動作することを可能にする、３つ、４つ、またはそれ以上のターゲット面を含むがこれらに限定されない任意の数の任意の数のターゲット面を含んでもよい。すなわち、ケーシング冷却システム１００は、３つ以上のターゲット面を冷却するために衝突空気を２回以上再利用する３つ以上の衝突ゾーンを含んでもよい。
【００３１】
したがって、図２および図３に示される例示的な実施形態では、ロータブレード７０の円周方向列の真上の第２のターゲット衝突面１０４を冷却し、第１の衝突空気の流れ１３４を再利用して第２のターゲット衝突面１０４を冷却することにより、回転機械１０の効率を高めることが容易になる。
【００３２】
図４は、回転機械１０（図１に示す）のタービン部１８に近接したケーシング３６の外面３８に配置されたケーシング冷却システム４００の拡大概略図である。ケーシング冷却システム４００は、ケーシング冷却システム１００と実質的に同様であるが、ケーシング冷却システム４００は、矢印４０４で示される第３の衝突空気の流れを第２の衝突ゾーン１３２に導くように構成された第２の衝突ゾーンダクト４０２を含む点が異なる。動作中、第３の衝突空気の流れ４０４は、圧縮機部１４（図１に示す）からケーシング冷却システム４００に導かれる。第３の衝突空気の流れ４０４は、第２の衝突ゾーン１３２内の第２の衝突空気の流れ１３６と混合し、矢印４０６によって示される、第２のターゲット衝突面１０４に向かう第４の衝突空気の流れに合流する。すなわち、第３の衝突空気の流れ４０４と第２の衝突空気の流れ１３６の両方が第２の衝突ゾーン１３２に入ると、第３の衝突空気の流れ４０４は第２の衝突空気の流れ１３６と混合して第４の衝突空気の流れ４０６になる。したがって、第３の衝突空気の流れ４０４の温度は第２の衝突空気の流れ１３６の温度よりも低く、第３の衝突空気の流れ４０４は第２の衝突空気の流れ１３６の温度を低下させるため、第４の衝突空気の流れ４０６の温度は、第２の衝突空気の流れ１３６の温度よりも低い。したがって、第４の衝突空気の流れ４０６と第２のターゲット衝突面１０４との間の温度差が増大し、第４の衝突空気の流れ４０６と第２のターゲット衝突面１０４との間の全体的な熱伝達も増大する。したがって、第２の衝突空気の流れ１３６を第３の衝突空気の流れ４０４と混合することにより、第２のターゲット衝突面１０４からの全体的な熱伝達を高めることが容易になる。
【００３３】
図５は、回転機械１０（図１に示す）のタービン部１８に近接したケーシング３６の外面３８に配置されたケーシング冷却システム５００の拡大概略図である。ケーシング冷却システム５００は、ケーシング冷却システム１００と実質的に同様であるが、ケーシング冷却システム５００は、矢印５０４で示される第５の衝突空気の流れを第２の衝突ゾーン１３２に導くように構成された第２の衝突ゾーンダクト５０２を含む点が異なる。加えて、第２の衝突板１２８は衝突孔２００（図３に示す）を含まず、そのため、第２の衝突空気の流れ１３６は第２の衝突ゾーン１３２に導かれない。動作中、第５の衝突空気の流れ５０４は、圧縮機部１４（図１に示す）からケーシング冷却システム５００に導かれ、第２のターゲット衝突面１０４に向けられる。したがって、第５の衝突空気の流れ５０４の温度は、第２の衝突空気の流れ１３６の温度よりも低い。したがって、第５の衝突空気の流れ５０４と第２のターゲット衝突面１０４との間の温度差が増大し、第５の衝突空気の流れ５０４と第２のターゲット衝突面１０４との間の全体的な熱伝達も増大する。したがって、より暖かい第２の衝突空気の流れ１３６ではなく、より冷たい第５の衝突空気の流れ５０４を第２のターゲット衝突面１０４に案内することにより、第２のターゲット衝突面１０４からの全体的な熱伝達を高めることが容易になる。
【００３４】
図６は、回転機械１０（図１に示す）のタービン部１８に近接したケーシング３６の外面３８に配置されたケーシング冷却システム６００の拡大概略図である。ケーシング冷却システム６００は、ケーシング冷却システム１００と実質的に同様であるが、ケーシング冷却システム６００は、第２の衝突空気の流れ１３６を冷却するように構成された第２の衝突板熱交換器６０２を含む点が異なる。例示的な実施形態では、第２の衝突板熱交換器６０２は、第２の衝突空気の流れ１３６を冷却するように構成された複数のチャネル６０４を含む板およびフレーム熱交換器である。第２の衝突板熱交換器６０２は、チャネル６０４を含むように付加的に製造されてもよく、または第２の衝突板熱交換器６０２が本明細書で説明されるように動作することを可能にする任意の方法によって製造されてもよい。動作中、第２の衝突空気の流れ１３６は、第２の衝突空気の流れ１３６の温度が低下して、矢印６０６で示される第６の衝突空気の流れになるように、第２の衝突板熱交換器６０２のチャネル６０４を通じて導かれる。したがって、第６の衝突空気の流れ６０６の温度は、第２の衝突空気の流れ１３６の温度よりも低い。第６の衝突空気の流れ６０６と第２のターゲット衝突面１０４との間の温度差は増大し、第６の衝突空気の流れ６０６と第２のターゲット衝突面１０４との間の全体的な熱伝達も増大する。したがって、より暖かい第２の衝突空気の流れ１３６ではなく、より冷たい第６の衝突空気の流れ６０６を第２のターゲット衝突面１０４に案内することにより、第２のターゲット衝突面１０４からの全体的な熱伝達を高めることが容易になる。
【００３５】
図７は、回転機械１０（図１に示す）のタービン部１８に近接したケーシング３６の外面３８に配置されたケーシング冷却システム７００の拡大概略図である。ケーシング冷却システム７００は、ケーシング冷却システム１００と実質的に同様であるが、ケーシング冷却システム７００は、第１の衝突空気の流れ１３４および／または第２の衝突空気の流れ１３６を冷却するように構成された複数のチャネル７０６をそれぞれ含む第１のケーシングフック７０２および第２のケーシングフック７０４を含む点が異なる。すなわち、第１のケーシングフック７０２および第２のケーシングフック７０４は、第１の衝突空気の流れ１３４および／または第２の衝突空気の流れ１３６を冷却するように構成された熱交換器である。例示的な実施形態では、第１のケーシングフック７０２および第２のケーシングフック７０４は、チャネル７０６を含むように付加的に製造されるか、または第１のケーシングフック７０２および第２のケーシングフック７０４が本明細書に記載されるように動作することを可能にする任意の方法によって製造され得る。動作中、第１の衝突空気の流れ１３４および／または第２の衝突空気の流れ１３６は、第１のケーシングフック７０２および第２のケーシングフック７０４のチャネル７０６を通じて導かれ、これにより、第１の衝突空気の流れ１３４および／または第２の衝突空気の流れ１３６の温度が低下する。より冷たい第１の衝突空気の流れ１３４および／または第２の衝突空気の流れ１３６は、第１の衝突空気の流れ１３４および／または第２の衝突空気の流れ１３６の温度を下げるために第１の衝突ゾーン１３０および／または第２の衝突ゾーン１３２に戻される。したがって、第１の衝突空気の流れ１３４と第１のターゲット衝突面１０２との間、および／または第２の衝突空気の流れ１３６と第２のターゲット衝突面１０４との間の温度差が大きくなり、第１の衝突空気の流れ１３４と第１のターゲット衝突面１０２との間、および／または第２の衝突空気の流れ１３６と第２のターゲット衝突面１０４との間の全体的な熱伝達も増加する。したがって、第１の衝突空気の流れ１３４および／または第２の衝突空気の流れ１３６の温度を下げることにより、第２のターゲット衝突面１０４からの全体的な熱伝達を高めることが容易になる。
【００３６】
図８は、回転機械１０（図１に示す）のタービン部１８に近接したケーシング３６の外面３８に配置されたケーシング冷却システム８００の拡大概略図である。ケーシング冷却システム８００は、ケーシング冷却システム１００と実質的に同様であるが、ケーシング冷却システム８００は、第１の衝突板１２６および第２の衝突板１２８とは異なる構造的特徴を有する第１の衝突板８０２および第２の衝突板８０４を含む点が異なる。例えば、第１の衝突板８０２はくぼみ８０６を画定し、したがって、第１のターゲット衝突面１０２により近い。くぼみ８０６は、第１の衝突板８０２と第１のターゲット衝突面１０２との間の距離を短縮し、そのため、第１の衝突板８０２と第１のターゲット衝突面１０２との間の熱伝達効率を改善し得る。第２の衝突板８０４は、第２の衝突板８０４が中間衝突ゾーン８１０を画定するように、追加の中間衝突ゾーン壁８０８を含む。中間衝突ゾーン８１０は、第１の衝突ゾーン１３０から第２の衝突ゾーン１３２への衝突空気の圧力降下を制御する。中間衝突ゾーン壁８０８は、衝突空気を第２のターゲット衝突面１０４に案内するように構成された複数の衝突孔２００（図３に示す）を含む。動作中、第１の衝突空気の流れ１３４は、第１のターゲット衝突面１０２に導かれ、第１のターゲット衝突面１０２から熱を吸収して、第２の衝突空気の流れ１３６になる。次に、第２の衝突空気の流れ１３６は、第２の衝突板８０４内の中間衝突ゾーン８１０に導かれる。次に、第２の衝突空気の流れ１３６は、中間衝突ゾーン壁８０８内の衝突孔２００によって、第２のターゲット衝突面１０４に向けて第２の衝突ゾーン１３２に導かれる。第２の衝突空気の流れ１３６は、第２のターゲット衝突面１０４の温度が低下するように、第２のターゲット衝突面１０４からの追加の熱を吸収する。したがって、例示的な実施形態では、第１のターゲット衝突面１０２および第２のターゲット衝突面１０４は、単一の衝突空気の流れによって冷却される。
【００３７】
図９は、回転機械１０（図１に示す）のタービン部１８に近接したケーシング３６の外面３８に配置されたケーシング冷却システム９００の拡大概略図である。ケーシング冷却システム９００は、ケーシング冷却システム８００と実質的に同様であるが、ケーシング冷却システム９００は、矢印９０８で示される第７の衝突空気の流れを中間衝突ゾーン８１０に導くように構成された第２の衝突ゾーンダクト９０６を有する第２の衝突板９０４を含む点が異なる。動作中、第７の衝突空気の流れ９０８は、圧縮機部１４（図１に示す）からケーシング冷却システム９００に導かれる。第７の衝突空気の流れ９０８は、第２の衝突空気の流れ１３６と混合し、中間衝突ゾーン８１０内で矢印９１０によって示される第８の衝突空気の流れに結合する。次に、第８の衝突空気の流れ９１０は、中間衝突ゾーン壁８０８内の衝突孔２００によって、第２のターゲット衝突面１０４に向けて第２の衝突ゾーン１３２に導かれる。第８の衝突空気の流れ９１０は、第２のターゲット衝突面１０４の温度が低下するように、第２のターゲット衝突面１０４から追加の熱を吸収する。したがって、第７の衝突空気の流れ９０８の温度は第２の衝突空気の流れ１３６の温度よりも低く、第７の衝突空気の流れ９０８は第２の衝突空気の流れ１３６の温度を低下させるため、第８の衝突空気の流れ９１０の温度は、第２の衝突空気の流れ１３６の温度よりも低い。したがって、第８の衝突空気の流れ９１０と第２のターゲット衝突面１０４との間の温度差が増大し、第８の衝突空気の流れ９１０と第２のターゲット衝突面１０４との間の全体的な熱伝達も増大する。したがって、第２の衝突空気の流れ１３６を第７の衝突空気の流れ９０８と混合することにより、第２のターゲット衝突面１０４からの全体的な熱伝達を高めることが容易になる。
【００３８】
図９に示すように、第２の周方向部分１１４は、第３のターゲット衝突面９１２と第４のターゲット衝突面９１４を含む。第３のターゲット衝突面９１２は第３のターゲット衝突面の厚さ９１６を有し、第４のターゲット衝突面９１４は第４のターゲット衝突面の厚さ９１８を有する。図２および図４〜図８に示すように、第１のターゲット衝突面の厚さ１２０は、第２のターゲット衝突面の厚さ１２２とは異なる。具体的には、第１のターゲット衝突面の厚さ１２０は、第２のターゲット衝突面の厚さ１２２よりも大きい。しかしながら、ターゲット衝突面の厚さ１２０，１２２，９１６，および９１８は、ターゲット衝突面１０２，１０４，９１２，および９１４の全体の熱伝達率および熱伝達効率が回転機械１０の要件に調整されるように変更され得る。例えば、図９に示されるように、第３のターゲット衝突面の厚さ９１６は、第４のターゲット衝突面の厚さ９１８よりも小さい。例示的な実施形態では、第３のターゲット衝突面の厚さ９１６は、第１の衝突空気の流れ１３４が第３のターゲット衝突面９１２より下の熱負荷により近くなるように減少する。したがって、第３のターゲット衝突面の厚さ９１６を低減することにより、第１の衝突空気の流れ１３４と第３のターゲット衝突面９１２との間の熱伝達効率を高めることが容易になり、そして第１の衝突空気の流れ１３４と第３のターゲット衝突面９１２との間の全体的な熱伝達率を高めることが容易になる。第１の衝突空気の流れ１３４と第３のターゲット衝突面９１２との間の全体的な熱伝達率を増大させることにより、回転機械１０の効率を高めることが容易になる。さらに、第３のターゲット衝突面の厚さ９１６を低減することにより、回転機械１０の重量も低減することができる。加えて、第１の衝突空気の流れ１３４と第３のターゲット衝突面９１２との間の熱伝達効率は、第１の衝突空気の流れ１３４と第３のターゲット衝突面９１２との間の全体的な熱伝達率を部分的に決定する。熱伝達効率は、第３のターゲット衝突面の厚さ９１６によって部分的に決定される。
【００３９】
図１０は、ケーシング３６を冷却する方法１０００の例示的な実施形態のフロー図である。方法１０００は、第１の冷却流体の流れを冷却流体源（圧縮機部１４）から第１の衝突板１２６に画定された複数の第１の衝突孔２００を通じてケーシング３６の第１の領域１０２に導くステップ１００２を含む。ケーシングの第１の領域１０２は、第１の厚さ１２０を有する。この方法はまた、第２の冷却流体の流れを冷却流体源（圧縮機部１４）から第２の衝突板１２８に画定された複数の第２の衝突孔２００を通じてケーシング３６の第２の領域１０４に導くステップ１００４を含む。ケーシング３６の第２の領域１０４は、第２の厚さ１２２を有する。第１の厚さ１２０は、第２の厚さ１２２よりも大きい。
【００４０】
本明細書に記載のケーシング冷却システムおよび方法の例示的な実施形態は、回転機械の効率の向上、回転機械の重量の減少、および回転機械のケーシングの冷却を促進する。本明細書に記載のケーシング冷却システムの実施形態は、第１のターゲット衝突面上に配置された第１の衝突板と、第２のターゲット衝突面上に配置された第２の衝突板とを含む。第１および第２の衝突板はそれぞれ、衝突空気の流れを第１および第２のターゲット衝突面にそれぞれ導くように構成された複数の衝突孔を含む。第１および第２のターゲット衝突面は、回転機械のケーシングの外面に配置されている。第２のターゲット衝突面は、温度が上昇したケーシングの領域上に配置され、したがって、第１のターゲット衝突面よりも高い温度を有する。第２のターゲット衝突面でのケーシングの厚さは、第１のターゲット衝突面でのケーシングの厚さよりも薄い。したがって、衝突空気とターゲット衝突面との間の熱伝達係数は、第１のターゲット衝突面よりも第２のターゲット衝突面の方が高い。第１の衝突板によって第１のターゲット衝突面に導かれた第１の衝突空気の流れは、第１のターゲット衝突面から熱を吸収し、第１の衝突空気の流れよりも暖かい第２の衝突空気の流れとなる。次に、第２の衝突空気の流れは、第２の衝突板によって第２のターゲット衝突面に導かれ、第２のターゲット衝突面から熱を吸収する。したがって、第１および第２のターゲット衝突面は、単一の衝突空気の流れによって冷却され、これにより、回転機械の効率の向上が促進される。
【００４１】
本明細書に記載の方法、装置、およびシステムは、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されない。例えば、各装置またはシステムの構成要素および／または各方法のステップは、本明細書に記載した他の構成要素および／またはステップから独立してかつ別個に使用および／または実施することができる。さらに、各構成要素および／またはステップはまた、他のアセンブリおよび方法で使用および／または実施することができる。
【００４２】
本開示について様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、当業者であれば、本開示が特許請求の範囲の趣旨および範囲内で変更形態を使用して実施できることを認識するであろう。本開示の様々な実施形態の具体的な特徴をいくつかの図面には示してあって、他の図面には示していないが、これは単に便宜上のためである。さらに、上記の説明における「一実施形態」への言及は、記載した特徴も組み込んだ付加的な実施形態の存在を除外するものと解釈されることを意図しない。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴が、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または請求することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０  回転機械、ガスタービン
１２  吸気部
１４  圧縮機部
１６  燃焼器部
１８  タービン部
２０  排気部
２２  ロータシャフト
２４  燃焼器
３６  ケーシング
３８  ケーシング外面
４０  圧縮機ブレード
４２  圧縮機ステータベーン
７０  ロータブレード
７２  タービンステータベーン
１００  ケーシング冷却システム
１０２  第１のターゲット衝突面、第１の領域
１０４  第２のターゲット衝突面、第２の領域
１０６  内面
１０８  コーティング
１１０  第１の周方向部分
１１２  第２の周方向部分
１１４  第３の周方向部分
１１６  第１のケーシングフック
１１８  第２のケーシングフック
１２０  第１のターゲット衝突面の厚さ
１２２  第２のターゲット衝突面の厚さ
１２４  第１の周方向部分の厚さ
１２５  第３の周方向部分の厚さ
１２６  第１の衝突板
１２８  第２の衝突板
１３０  第１の衝突ゾーン
１３２  第２の衝突ゾーン
１３４  第１の衝突空気の流れ
１３６  第２の衝突空気の流れ
２００  第１の衝突孔、第２の衝突孔
２０２  重心
２０４  衝突孔直径
２０６  衝突孔距離
２０８  衝突孔密度パターン
４００  ケーシング冷却システム
４０２  第２の衝突ゾーンダクト
４０４  第３の衝突空気の流れ
４０６  第４の衝突空気の流れ
５００  ケーシング冷却システム
５０２  第２の衝突ゾーンダクト
５０４  第５の衝突空気の流れ
６００  ケーシング冷却システム
６０２  第２の衝突板熱交換器
６０４  チャネル
６０６  第６の衝突空気の流れ
７００  ケーシング冷却システム
７０２  第１のケーシングフック
７０４  第２のケーシングフック
７０６  チャネル
８００  ケーシング冷却システム
８０２  第１の衝突板
８０４  第２の衝突板
８０６  くぼみ
８０８  中間衝突ゾーン壁
８１０  中間衝突ゾーン
９００  ケーシング冷却システム
９０４  第２の衝突板
９０６  第２の衝突ゾーンダクト
９０８  第７の衝突空気の流れ
９１０  第８の衝突空気の流れ
９１２  第３のターゲット衝突面
９１４  第４のターゲット衝突面
９１６  第３のターゲット衝突面の厚さ
９１８  第４のターゲット衝突面の厚さ
１０００  方法
【図１】
2020097926.tif 000003
【図２】
2020097926.tif 000004
【図３】
2020097926.tif 000005
【図４】
2020097926.tif 000006
【図５】
2020097926.tif 000007
【図６】
2020097926.tif 000008
【図７】
2020097926.tif 000009
【図８】
2020097926.tif 000010
【図９】
2020097926.tif 000011
【図１０】
2020097926.tif 000012
【外国語明細書】
2020097926000001.pdf
2020097926000002.pdf
2020097926000003.pdf
2020097926000004.pdf