(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービン構成要素の冷却。【解決手段】タービンの第１段ノズル１４の冷却機構は、第１段ノズルの前面に形成されたスロット２６を含み、スロット２６は、燃焼器遷移部品１２に面した方向に開口して、第１段ノズルと遷移部品の間に延在するシール１８のフランジ部分２４を収容するように構成される。スロット２６は、少なくとも１つの冷却空洞が形成された閉口端を有し、冷却空洞には、空洞と第１段ノズルの外面３４の間に延在する少なくとも１つの冷却通路３２が設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自身のエッジに沿ってシールスロット（２６）を有するタービン構成要素（１４）の冷却機構において、前記スロットは、少なくとも１つの冷却空洞（２９）が設けられた閉口端と、少なくとも１つの冷却通路（３２）とを有し、前記冷却通路（３２）は、前記空洞と前記タービン構成要素（１４）の外面（３４）の間に延在する、冷却機構。
【請求項２】
前記少なくとも１つの冷却通路（３２）は、流れ方向及び前記タービンのロータ軸に対して、２５°から９０°の角度で延在する、請求項１に記載の冷却機構。
【請求項３】
前記角度は、２５°から３０°の範囲内である、請求項２に記載の冷却機構。
【請求項４】
前記少なくとも１つの冷却空洞（２９）は、複数の離散した空洞を含む、請求項１に記載の冷却機構。
【請求項５】
前記タービン構成要素（１４）は第１段ノズルを含み、前記シールスロット（２６）は、燃焼器遷移部品（１２）に面した方向に開口して、前記第１段ノズルと前記遷移部品の間に延在するシール（１８）のフランジ部分（２４）を収容するように構成される、請求項１に記載の冷却機構。
【請求項６】
前記シールスロット（２６）は、前記第１段ノズルの前記エッジにおいて略長方形の開口部の周りに延在し、前記少なくとも１つの冷却空洞（２９）は、前記シールスロットの周りに互いに間隔をあけて配置される複数の空洞を含む、請求項５に記載の冷却機構。
【請求項７】
前記複数の冷却空洞（２９）の一部又は全てに、前記冷却通路（３２）の１つが設けられる、請求項６に記載の冷却機構。
【請求項８】
前記シールスロット（２６）は、前記第１段ノズルの前記エッジにおいて略長方形の開口部の周りに延在し、前記少なくとも１つの冷却空洞は、前記スロットの前記閉口端に形成された単一の連続した環状溝（３６）を含む、請求項１に記載の冷却機構。
【請求項９】
タービンの第１構成要素（１４）の冷却機構であって、前記構成要素の前面に形成されるシールスロット（２６）を有し、前記シールスロット（２６）は、前記前面において略長方形の開口部の周りに延在し、且つ、第２タービン構成要素（１２）に向かう方向に開口して、前記第１構成要素（１４）と前記第２構成要素（１２）の間に延在するシール（１８）のフランジ部分（２４）を収容するように構成され、前記スロットが有する閉口後部端には、前記空洞と前記第１構成要素の外面（３４）の間に延在する少なくとも１つの冷却通路（３２）が設けられた少なくとも１つの冷却空洞（２９）が形成され、前記少なくとも１つの冷却通路（３２）は、前記タービンのロータ軸に対して鋭角に延在する、冷却機構。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの冷却通路（３２）は、前記第２構成要素から離れる方向に傾斜する、請求項９に記載の冷却機構。
【請求項１１】
前記鋭角は、約２５°から約３０°である、請求項９に記載の冷却機構。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの冷却空洞（２９）は複数の空洞を含み、各空洞には前記冷却通路（３２）の１つが設けられる、請求項９に記載の冷却機構。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの冷却空洞は、前記開口部の周りに形成される単一の連続した環状溝（３６）を含む、請求項９に記載の冷却機構。
【請求項１４】
前記スロット内の冷却用空気の流れを確保するために、前記第１構成要素（１４）の前記前面に形成される１つ以上の溝（４２）を更に含む、請求項９に記載の冷却機構。
【請求項１５】
シール要素を収容するように構成される少なくとも１つのシールスロット（２６）が形成されたタービン構成要素（１４）のフィルム冷却方法であって、前記方法は、
（ａ）前記シールスロットの閉口端に１つ以上の空洞（２９）を形成するステップと、
（ｂ）前記１つ以上の空洞のそれぞれに１つ以上の冷却通路（３２）を形成するステップとを含み、前記１つ以上の冷却通路は、前記１つ以上の空洞と冷却対象である前記タービン構成要素の表面（３４）の間に延在する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン構成要素の冷却技術に関し、より具体的には、シールスロットを備えるタービン構成要素内のフィルム冷却孔に冷却用空気を送り込む方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは高温で動作するものであり、厳しい高温環境から構成要素を保護するためにフィルム冷却が幅広く利用されている。ガスタービン構成要素のメタル温度を材料の限界内に維持することが、フィルム冷却、インピンジメント冷却、低伝導性コーティング等の多くの異なる技法、及び攪拌器、リブ、ピンフィンバンク等の熱拡散装置によって行われている。
【０００３】
フィルム冷却は、ガスタービンの第１段の構成要素と組み合わせて使用されることが多く、後段で使用される度合いは少ない。この産業における標準的技法は、構成要素内に構築された既存の空洞からフィルム冷却孔を提供することである。これにより、空洞と整列していない場所に孔をドリル加工することに関して、柔軟性が大きく制限されている。従って、設計者は、高レベルの温度である場所にフィルム冷却部を配置できないことが多く、また、フィルム冷却の効果が低下するような角度で冷却孔の向きを設定しなければならないことも多い。これまで競合相手は、構成要素内に、専用のチャンバ及び曲がりくねった通路を加工することによって前述の問題に対応してきた。これらの特徴物は、前述の孔を設けることのみを目的として作製されるため、構成要素に余分な製造コストが加わることになる。
【０００４】
従来技術における具体的な例としては、米国特許第５，３４４，２８３号に例示されるような、タービンの側壁内に成型された空洞から設けられる冷却孔が挙げられる。フィルム冷却孔を設ける目的で側壁内に専用チャンバを成型する他の手法は、米国特許第６，２５４，３３３号及び第６，２１０，１１１号に開示されている。米国特許第５，４１７，５４５号には、第１段のタービンノズルの低温側にシール板によって形成される空洞が開示されている。低温側の空洞内で同一の開口から給気するように複数の冷却孔を機械加工するという考え方は、米国特許第５，０６２，７６８号に開示されている。本発明の譲受人は、米国特許第６，３４０，２８５号において、シールそのものを冷却するために、冷却空洞からの空気を用いてシールスロットを加圧するという考え方を提示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，０９７，４１７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、改良されたガスタービン構成要素の冷却技術が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の非限定的な例示的実施形態において、本発明は、タービン構成要素の冷却機構に関し、タービン構成要素は、自身のエッジに沿ってスロットを有し、スロットは、少なくとも１つの冷却空洞が形成された閉口端、並びに空洞とタービン構成要素の外面の間に延在する少なくとも１つの冷却通路を有する。
【０００８】
他の実施形態において、本発明は、タービンの第１構成要素の冷却機構に関し、第１構成要素は、当該構成要素の前面に形成されたシールスロットを有し、シールスロットは、前面の略長方形の開口部の周りに延在し、且つ、第２タービン構成要素に向かう方向に開口して、第１構成要素と第２構成要素の間に延在するシールのフランジ部分を収容するように構成され、スロットは、少なくとも１つの冷却空洞が形成された閉口後部端を有し、冷却空洞には、空洞と第１構成要素の外面の間に延在する少なくとも１つの冷却通路が設けられ、少なくとも１つの冷却通路は、タービンのロータ軸に対して鋭角に延在する。
【０００９】
更に他の実施形態において、本発明は、シール要素を収容するように構成される少なくとも１つのシールスロットが形成されたタービン構成要素のフィルム冷却方法に関し、該方法は、（ａ）シールスロットの閉口端に１つ以上の空洞を形成するステップと、（ｂ）１つ以上の空洞それぞれに１つ以上の冷却通路を形成するステップとを含み、１つ以上の冷却通路は、１つ以上の空洞と冷却対象であるタービン構成要素の表面の間に延在する。
【００１０】
以下、本発明について、以下の図面を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の非限定的な例示的実施形態に従った、フィルム冷却機構が組み込まれた、ガスタービン遷移部品と第１段ノズル構成要素の間の接合部の一部を示す側面断面図である。
【図２】図１の第１段ノズル構成要素の一部を示す前面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
まず、図１を参照すると、ガスタービン遷移部品１２と第１段ノズル１４の間の接合部１０が断面で示されている。遷移部品１２には、従来の金属シール１８の前部の略垂直な脚２０を収容するように構成される少なくとも１つの環状スロット１６が形成される。シール１８の第２の脚２２は遷移部品の周りに延在し、後部の略水平な脚又はフランジ２４は、環状のシールスロット２６内に収容されるように構成される。環状シム２８を利用して、シールの脚２４をシールスロット２６内に密着して装着するようにしても良い。遷移部品と第１段ノズルの間に挿入されるシール１８のこの構成は、従来のものであり、更に説明する必要はないであろう。
【００１３】
本発明の非限定的な実施形態によれば、シールスロット２６の後部又は後尾壁は、図２に明確に図示されるような１つ以上の冷却空洞２９を提供するように形成される。一例示的実施形態において、シールスロット２６の背面壁３０の中に、複数の離散した冷却空洞２９を形成し、各冷却空洞は、ノズル１４の外面３４と各空洞２９の間に延在する単一のフィルム冷却孔３２（図１）を提供する。冷却孔又は通路３２は、タービンのロータ軸に対して、ガス経路の流れ方向に約２５〜３０度の範囲の角度で延在する。この範囲は、最適な冷却効率を提供すると考えられる範囲である。ただし、より鋭角の角度（最大で９０度）を採用して、より温度の高い他の場所を冷却できることは理解されるであろう。また、個々の空洞は、シールスロットの高さより低い高さであって良いことにも留意されたい。この特徴は、空洞の間の壁部分又は仕切壁、すなわち背面壁３０の残りの部分と協働して、シム２８を伴っても伴わなくても良いシールの脚２４が、空洞２９内に移動する可能性を排除する。
【００１４】
非限定的な第２の例示的実施形態（図２に記載）において、シールスロット２６の後方壁３０は、機械加工又は他の方式で、シールスロット２６の背面壁３０の高さより低い高さの実質的に連続した環状空洞又は溝３６と共に、単一の環状空洞３６に連通する複数のフィルム冷却孔３８を含むように形成される。この実施形態において、フィルム冷却空洞の高さをシールスロットの高さより低く制限することによって、シールの後部端が空洞内に進入することが再び阻止される。他の空洞構造も本発明の範囲に入ることは理解されるであろう。例えば、空洞３６は、区画化、すなわち２つ以上の弓状の区画に分割されても良い。
【００１５】
図１に示すように、第１段ノズル１４に対する遷移部品１２及びシール１８の相対位置は、定常状態の条件で図示される。この状態において、シールスロット２６内及びフィルム冷却空洞２９（又は３６）内に流入するコンプレッサ排気冷却用空気の明瞭な流路が存在する。ただし、始動及び停止等の移行状態において、シール１８のシール脚２４が、シールスロット２６の後部又は背面壁３０の方に移動して、後部又は背面壁３０と実際に係合できるような、構成要素間の相対移動が存在し得ることは理解されよう。
【００１６】
このような移行状態にある間のフィルム冷却は重要でないと考えれば、シール１８の脚２２が、フィルム冷却空洞２９内への冷却用空気の流れを部分的又は完全に遮断したとしても、その影響は僅かであるか、或いは何の影響もないであろう。一方、移行状態であっても冷却は重要であると考える場合は、シールスロット２６内及び冷却空洞２９（又は３６）内に冷却用空気が確実に流入するように、第１段ノズル１４の前方エッジ又は前面に、１つ以上の放射状（又は他）の溝４２を形成することができる。この点については、シール脚２４自体とシールスロット２６の間に、ある程度の間隙が存在することに留意されたい。
【００１７】
前述の機構は、冷却孔又は冷却通路をドリル加工するための容易なアクセスを提供することに加え、この機構により、設計者は、他の場合には既存の空洞がアクセスを提供しない場所に、前述の冷却孔又は冷却通路を配置できるようになる。また、冷却通路３２を図示のように傾けることによって、通路そのものの長さが増すため、ノズル内の伝導冷却能力を向上させると同時に、ノズルの表面に沿った冷却用空気のフィルム形成能力を向上させる。このように、本機構は、より効率的にフィルム冷却用空気を適用する方法を提供することで、流量要件及び漏れを抑制する一方で、構成要素の寿命を延ばして、エンジン性能を改善する。
【００１８】
また、前述の冷却構成は、タービンの高温ガス流路内のあらゆる固定シールスロットに容易に採用されることも理解されるであろう。
【００１９】
本発明について、現在最も実用的且つ好ましい実施形態であると考えられる形式に関連付けて説明したが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に、付随する特許請求の範囲の精神及び範囲に含まれる各種の変更及び同等の機構を包含することを意図したものである。
【符号の説明】
【００２０】
１０  ガスタービン／遷移部品の接合部
１２  遷移部品
１４  第１段ノズル
１６  環状スロット
１８  金属シール
２０  前部の垂直な脚
２２  第２の脚
２４  水平な脚又はフランジ
２６  シールスロット
２８  環状シム
２９  空洞（予備補正による追加）
３０  背面壁
３２  フィルム冷却孔又は通路
３４  外面
３６  連続した環状空洞又は溝
３８  フィルム冷却孔
４２  溝
【図１】
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【図２】
2010242750.tif 000004