(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼器缶とタービン高温ガス流路を通る冷却空気の流れに対するタービン翼形部の円周方向クロッキングに関する方法、装置及びシステムの提供。【解決手段】圧縮機と、燃焼器と、タービンと、円周方向に配置されたステータブレードの列及び円周方向に配置されたロータブレードとを含む複数の連続する軸方向スタック段と、タービンにおいてステータブレードの第１の列の上流側に配置された複数の円周方向に間隔を置いて配置された注入ポート１５６とを備え、注入ポートが冷却空気をタービンの高温ガス経路内に注入するポートを有するタービンエンジンの作動方法は、ステータブレードの１つの前縁２２２の円周方向位置が、注入ポートの少なくとも過半数の注入ポート中間点２２４の円周方向位置のステータブレードの第１の列の±１５％ピッチ内に配置されるように、ステータブレードの第１の列におけるステータブレード）を構成する段階を含む。【選択図】図６
2010121618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン（１００）の作動方法であって、
前記タービンエンジン（１００）が、圧縮機（１０６）と、燃焼器（１１２）と、タービン（１１０）と、円周方向に間隔を置いて配置されたステータブレード（１２８）の列及び円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレード（１２６）とを含む複数の連続する軸方向スタック段と、前記タービン（１１０）においてステータブレード（１２８）の第１の列の上流側に配置された複数の円周方向に間隔を置いて配置された注入ポート（１５６）とを備えていて、前記注入ポート（１５６）が、冷却空気を前記タービン（１１０）の高温ガス経路内に注入するポートを有し、当該方法が、
前記ステータブレード（１２８）の１つの前縁（２２２）の円周方向位置が、前記注入ポート（１５６）の少なくとも過半数の注入ポート中間点（２２４）の円周方向位置の前記ステータブレード（１２８）の第１の列の±１５％ピッチ内に配置されるように、前記ステータブレード（１２８）の第１の列における前記ステータブレード（１２８）を構成する段階
を含む方法。
【請求項２】
前記ステータブレード（１２８）の第１の列における前記ステータブレード（１２８）は、前記ステータブレード（１２８）の１つの前縁（２２２）の円周方向位置が、前記注入ポート（１５６）の実質的に全ての注入ポート中間点（２２４）の円周方向位置の前記ステータブレード（１２８）の第１の列の±１５％ピッチ内に配置されるように構成される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ステータブレード（１２８）の第１の列における前記ステータブレード（１２８）は、前記ステータブレード（１２８）の１つの前縁（２２２）の円周方向位置が、前記注入ポート（１５６）の少なくとも過半数の注入ポート中間点（２２４）のほぼ円周方向位置に配置されるように構成される、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ステータブレード（１２８）の第１の列のステータブレード（１２８）の少なくとも１つの９０％及び前記ステータブレード（１２８）の第２の列のステータブレード（１２８）の少なくとも１つの９０％が、ほぼ−１５％と１５％の間のクロッキング関係を含むように、前記ステータブレード（１２８）の第１の列のステータブレード（１２８）と共に前記ステータブレード（１２８）の第２の列のステータブレード（１２８）を構成する段階を更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記ステータブレード（１２８）の第２の列のステータブレード（１２８）の少なくとも１つの９０％及び前記ステータブレード（１２８）の第３の列のステータブレード（１２８）の少なくとも１つの９０％が、−１５％と１５％の間のクロッキング関係を含むように、前記ステータブレード（１２８）の第２の列のステータブレード（１２８）と共に前記ステータブレード（１２８）の第３の列のステータブレード（１２８）を構成する段階を更に含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記燃焼器（１１２）が缶型燃焼器（１３０）を備え、前記注入ポート（１５６）が、作動中に前記缶型燃焼器（１３０）から前記タービン（１１０）に燃焼生成物を配向する隣接トランジションピース（１４８）後方フレーム間に位置付けられ、前記注入ポート（１５６）が、作動中に前記缶型燃焼器（１３０）を冷却するために少なくとも部分的に使用される冷却空気を放出し、当該方法が更に、前記ステータブレード（１２８）の１つの前縁（２２２）の円周方向位置が前記注入ポート（１５６）の上流側のほぼ円周方向位置に配置されるように、前記ステータブレード（１２８）の第１の列におけるステータブレード（１２８）を構成する段階を含み、前記上流側は、ロータブレード（１２６）の第１の列の回転方向によって定められる、請求項１記載の方法。
【請求項７】
タービンエンジン（１００）におけるアセンブリであって、
前記タービンエンジン（１００）が、
圧縮機（１０６）と、燃焼器（１１２）と、タービン（１１０）と、円周方向に間隔を置いて配置されたステータブレード（１２８）の列及び円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレード（１２６）とを含む複数の連続する軸方向スタック段と、
を含み、
前記アセンブリが、
前記タービン（１１０）においてステータブレード（１２８）の第１の列の上流側に配置された複数の円周方向に間隔を置いて配置され、冷却空気を前記タービン（１１０）の高温ガス経路内に注入するポートを有する注入ポート（１５６）と、
前記ステータブレード（１２８）の１つの前縁（２２２）の円周方向位置が、前記注入ポート（１５６）の少なくとも過半数の注入ポート中間点（２２４）の円周方向位置の前記ステータブレード（１２８）の第１の列の±１５％ピッチ内に配置されるように構成されたステータブレード（１２８）の第１の列と、
を備えるアセンブリ。
【請求項８】
前記ステータブレード（１２８）の第１の列における前記ステータブレード（１２８）は、前記ステータブレード（１２８）の１つの前縁（２２２）の円周方向位置が、前記注入ポート（１５６）の実質的に全ての注入ポート中間点（２２４）の円周方向位置の前記ステータブレード（１２８）の第１の列の±１５％ピッチ内に配置されるように構成される、請求項７記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記ステータブレード（１２８）の第１の列における前記ステータブレード（１２８）は、前記ステータブレード（１２８）の１つの前縁（２２２）の円周方向位置が、前記注入ポート（１５６）の少なくとも過半数の注入ポート中間点（２２４）のほぼ円周方向位置に配置されるように構成される、請求項８記載のアセンブリ。
【請求項１０】
ステータブレード（１２８）の第２の列及びステータブレード（１２８）の第３の列を更に備え、前記ステータブレード（１２８）の第２の列のステータブレード（１２８）が、前記ステータブレード（１２８）の第１の列のステータブレード（１２８）の少なくとも１つの９０％及び前記ステータブレード（１２８）の第２の列のステータブレード（１２８）の少なくとも１つの９０％がほぼ−１５％と１５％の間のクロッキング関係を含むように構成され、前記ステータブレード（１２８）の第２の列のステータブレード（１２８）が、前記ステータブレード（１２８）の第１の列のステータブレード（１２８）の少なくとも１つの９０％及び前記ステータブレード（１２８）の第２の列のステータブレード（１２８）の少なくとも１つの９０％がほぼ０％のクロッキング関係を含むように構成される、請求項７記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はタービンエンジンに関する。より詳細には限定ではないが、本出願は、冷却空気排出ポートの位置決め、並びにエンジンのタービン高温ガス流路を通る冷却空気の流路に対する翼形部の円周方向位置決めに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは通常、圧縮機、燃焼器、及びタービンを含む。圧縮機及びタービンは一般に、段毎に軸方向にスタックされた翼形部又はブレードの列を含む。各段は一般に、固定されて円周方向に間隔を置いて配置されたステータブレードの列と、中心軸又はシャフトの周りを回転する円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレードのセットとを含む。他のタイプの燃焼器もあるが、ガスタービンエンジンは、多くの場合、缶型燃焼器と呼ばれることが多い円筒形燃焼器を有する。以下でより詳細に説明するように、缶型燃焼器アセンブリは一般に、圧縮機の下流側端部の周りに円周方向に間隔を置いて配置された複数の個々の「缶」を含む。
【０００３】
一般に、ガスタービンエンジンは以下のように動作する。圧縮機のロータブレードは、シャフトの周りを回転して空気の流れを加圧する。加圧空気の供給は、個々の燃焼缶に分割されて配向され、この缶内で加圧空気の供給を使用して燃料供給を燃焼させる。燃焼による結果として得られる高温ガス流は、燃焼缶から出てタービンに配向され、ここで加圧流が膨張される。タービンを介した膨張により、タービンロータブレードのシャフト周りの回転が誘起される。このようにして、燃料中に含まれるエネルギーは、回転するタービンロータブレードの機械エネルギーに変換され、これを利用して圧縮機のロータブレードを回転させ、よって加圧空気の流れを生成し、更に、発電機のコイルを回転させて発電することができるようになる。運転中、極端な温度、作動流体の速度、及びロータブレードの回転部品の回転速度に起因して、翼形部は、圧縮機及びタービンの両方全体にわたって高い応力を受ける部品である。その結果として、一般に、タービンの翼形部にかかる熱負荷を低減することが継続的な目標である。
【０００４】
熱負荷を低減するために、冷却空気が圧縮機から取り出されて、ロータ及びステータブレード内に形成された冷却チャンネルに通される。冷却空気は一般に、翼形部の冷却チャンネルを通過した後、タービンを通る主流に戻される。しかしながら、冷却空気は、エンジン効率に対して悪影響を及ぼす。従って、このようにしてタービン翼形部を冷却するのに使用される冷却空気の量は、可能な範囲内で最小限にする必要がある。
【０００５】
ほとんどの産業用ガスタービンエンジンにおいて、冷却空気はまた、燃焼缶及び燃焼器アセンブリのトランジションピースを冷却するのに使用される。通常、空気は圧縮機から取り込まれ、個々の缶の間のギャップを通って流れる。燃焼缶の間を通った後、燃焼プロセスで利用されなかった流れは主流に戻される。これは一般に、エンジンのタービンセクションの先頭で且つ第１段のステータブレード列の直ぐ上流側で起こる。より詳細には、トランジションピース後方フレームの冷却空気は、２つの隣接する燃焼缶の間の区域により定められた離散的な円周方向位置で再び主流に入る。しかしながら、従来のガスタービン設計は、タービンの前段においてステータブレードを冷却するためにこの空気の容量を十分には利用していない。多くの場合、現在の材料はより高い燃焼温度に耐えることができず、このためより効率的なガスタービンを構成することが妨げられていることを考慮すると、このタイプの圧縮機供給冷却空気をより十分に利用する新規の運転方法、装置、及び／又はアセンブリが極めて望ましいものとなる。
【０００６】
更に、翼形部を通過させるために圧縮機から抽気されて且つ作動流体の主流に戻される冷却空気の量を最小限にする新規の運転方法、装置、及び／又はアセンブリは、タービンエンジン効率を向上させ、従って望ましいものでもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６５５４５６２号明細書
【発明の概要】
【０００８】
従って、本出願は、タービンエンジンの作動方法であって、タービンエンジンが、圧縮機と、燃焼器と、タービンと、円周方向に間隔を置いて配置されたステータブレードの列及び円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレードとを含む複数の連続する軸方向スタック段と、タービンにおいてステータブレードの第１の列の上流側に配置された複数の円周方向に間隔を置いて配置された注入ポートと、を備え、注入ポートが、冷却空気をタービンの高温ガス経路内に注入するポートを有し、本方法が、ステータブレードの１つの前縁の円周方向位置が、注入ポートの少なくとも複数の注入ポート中間点の円周方向位置のステータブレードの第１の列の±１５％ピッチ内に配置されるように、ステータブレードの第１の列におけるステータブレードを構成する段階を含むことを特徴とする方法を記載する。
【０００９】
幾つかの実施形態において、ステータブレードの第１の列におけるステータブレードは、ステータブレードの１つの前縁の円周方向位置が、注入ポートの実質的に全ての注入ポート中間点の円周方向位置の前記ステータブレードの第１の列の±１５％ピッチ内に配置されるように構成される。
【００１０】
ステータブレードの第１の列におけるステータブレードは、ステータブレードの１つの前縁の円周方向位置が、注入ポートの少なくとも過半数の注入ポート中間点のほぼ円周方向位置に配置されるように構成することができる。
【００１１】
本方法が更に、ステータブレードの第１の列のステータブレードの少なくとも１つの９０％及びステータブレードの第２の列のステータブレードの少なくとも１つの９０％が、ほぼ−１５％と１５％の間のクロッキング関係を含むように、ステータブレードの第１の列のステータブレードと共にステータブレードの第２の列のステータブレードを構成する段階を含むことができる。
【００１２】
本方法が更に、ステータブレードの第２の列のステータブレードの少なくとも１つの９０％及びステータブレードの第３の列のステータブレードの少なくとも１つの９０％が、−１５％と１５％の間のクロッキング関係を含むように、ステータブレードの第２の列のステータブレードと共にステータブレードの第３の列のステータブレード（１２８）を構成する段階を含むことができる。
【００１３】
燃焼器は缶型燃焼器を備えることができ、注入ポートが、作動中に缶型燃焼器からタービンに燃焼生成物を配向する隣接トランジションピース後方フレーム間に位置付けることができ、注入ポートが、作動中に缶型燃焼器を冷却するために少なくとも部分的に使用される冷却空気を放出することができる。本方法は更に、ステータブレードの１つの前縁の円周方向位置が注入ポートの上流側のほぼ円周方向位置に配置されるように、ステータブレードの第１の列におけるステータブレードを構成する段階を含むことができ、該上流側は、ロータブレードの第１の列の回転方向によって定められる。
【００１４】
本出願は更に、タービンエンジンにおけるアセンブリであって、該タービンエンジンが、圧縮機と、燃焼器と、タービンと、円周方向に間隔を置いて配置されたステータブレードの列及び円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレードとを含む複数の連続する軸方向スタック段と、を含み、本アセンブリが、タービンにおいてステータブレードの第１の列の上流側に配置された複数の円周方向に間隔を置いて配置され、冷却空気をタービンの高温ガス経路内に注入するポートを有する注入ポートと、ステータブレードの１つの前縁の円周方向位置が、注入ポートの少なくとも複数の注入ポート中間点の円周方向位置のステータブレードの第１の列の±１５％ピッチ内に配置されるように構成されたステータブレードの第１の列と、を備えるアセンブリを記載する。
【００１５】
幾つかの実施形態において、ステータブレードの第１の列におけるステータブレードは、ステータブレードの１つの前縁の円周方向位置が、注入ポートの実質的に全ての注入ポート中間点の円周方向位置のステータブレードの第１の列の±１５％ピッチ内に配置されるように構成される。
【００１６】
ステータブレードの第１の列におけるステータブレードは、ステータブレードの１つの前縁の円周方向位置が、注入ポートの少なくとも過半数の注入ポート中間点のほぼ円周方向位置に配置されるように構成することができる。
【００１７】
本アセンブリが更に、ステータブレードの第２の列及びステータブレードの第３の列を更に含むことができる。ステータブレードの第２の列のステータブレードは、ステータブレードの第１の列のステータブレードの少なくとも１つの９０％及びステータブレードの第２の列のステータブレードの少なくとも１つの９０％がほぼ−１５％と１５％の間のクロッキング関係を含むように構成することができる。ステータブレードの第２の列のステータブレードは、ステータブレードの第１の列のステータブレードの少なくとも１つの９０％及びステータブレードの第２の列のステータブレードの少なくとも１つの９０％がほぼ０％のクロッキング関係を含むように構成することができる。
【００１８】
本出願のこれら及び他の特徴は、図面及び添付の請求項を参照しながら好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読むと理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本出願の実施形態を使用することができる例示的なタービンエンジンの概略図。
【図２】図１のガスタービンエンジンで使用できる例示的な圧縮機の断面図。
【図３】図１のガスタービンエンジンで使用できる例示的なタービンの断面図。
【図４】図１のガスタービンエンジンで使用できる例示的な缶型燃焼器の断面図。
【図５】本発明の例示的な実施形態が作動できるガスタービンエンジンに全体的に位置付けられた複数の缶型燃焼器の部分斜視図。
【図６】本発明の例示的な実施形態による、燃焼器アセンブリの下流側端部及び翼形部の３つの第１の列の概略図。
【図７】本発明の例示的な実施形態による、燃焼器アセンブリの下流側端部及び翼形部の３つの第１の列の概略図。
【図８】例示的なクロッキング関係を示す翼形部の隣接する列の概略図。
【図９】例示的なクロッキング関係を示す翼形部の隣接する列の概略図。
【図１０】例示的なクロッキング関係を示す翼形部の隣接する列の概略図。
【図１１】例示的なクロッキング関係を示す翼形部の隣接する列の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明のこれら及び他の目的並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の本発明の例示的な実施形態の詳細な説明を十分に検討することで、より完全に理解し評価されるであろう。
【００２１】
各図を参照すると、図１は、ガスタービンエンジン１００の概略図を示している。一般に、ガスタービンエンジンは、加圧空気流中で燃料を燃焼させることで生成される高温ガスの加圧流からエネルギーを抽出することにより動作する。図１に示すように、ガスタービンエンジン１００は、軸流圧縮機１０６と共に構成することができ、該圧縮機は、共通シャフト又はロータにより下流側タービンセクション又はタービン１１０、及び図示のように圧縮機１０６とタービン１１０との間に位置付けられた缶型燃焼器であるに燃焼システム１１２に機械的に結合される。本発明は、ガスタービンエンジン、蒸気タービンエンジン、航空機エンジン、及びその他を含む、タービンエンジンの全てのタイプで用いることができる点に留意されたい。本発明は、以下ではガスタービンエンジンに関連して説明する。この説明は例証に過ぎず、どのようにも限定するものではない。
【００２２】
図２は、ガスタービンエンジンで使用することができる例示的な多段軸流圧縮機１１８の図を示す。図示のように、圧縮機１１８は複数の段を含むことができる。各段は、圧縮機ロータブレード１２０の列と、その後に続く圧縮機ステータブレード１２２の列とを含むことができる。すなわち、第１の段は、中央シャフトの周りを回転する圧縮機ロータブレード１２０の列と、これに続いて、運転中に固定を維持する圧縮機ステータブレード１２２の列とを含むことができる。圧縮機ステータブレード１２２は、全体的に、互いに円周方向に間隔を置いて配置され、回転軸の周りに固定される。圧縮機ロータブレード１２０は、ロータの軸線の周りに円周方向に間隔を置いて配置され、運転中にシャフトの周りを回転する。当業者には理解されるように、圧縮機ロータブレード１２０は、シャフトの周りを回転するときに空気或いは圧縮機１１８を介して流れる作動流体に運動エネルギーを与えるように構成される。当業者には理解されるように、圧縮機１１８は、図２に示す段を上回る他の多くの段を有することができる。付加的な各段は、複数の円周方向に間隔を置いて配置された圧縮機ロータブレード１２０と、これに続いて複数の円周方向に間隔を置いて配置された圧縮機ステータブレード１２２とを含むことができる。
【００２３】
図３は、ガスタービンエンジンで使用することができる例示的なタービンセクション又はタービン１２４の部分図を示す。タービン１２４は複数の段を含むことができる。３つの例示的な段が示されているが、これよりも多い又は少ない段をタービン１２４に設けてもよい。第１の段は、運転中にシャフトの周りを回転する複数のタービンバケット又はタービンロータブレード１２６と、運転中に固定状態を維持する複数のノズル又はタービンステータブレード１２８とを含む。タービンステータブレード１２８は、全体的に、互いに円周方向に間隔を置いて配置され、回転軸の周りに固定される。タービンロータブレード１２６は、タービンホイール（図示せず）上に取り付けられ、シャフト（図示せず）の周りを回転することができる。タービン１２４の第２の段もまた図示されている。同様に第２の段は、複数の円周方向に間隔を置いて配置されたタービンステータブレード１２８と、これに続いて、回転のため同様にタービンホイール上に取り付けられる複数の円周方向に間隔を置いて配置されたタービンロータブレード１２６とを含む。第３の段もまた図示されており、同様に、複数の円周方向に間隔を置いて配置されたタービンステータブレード１２８とタービンロータブレード１２６とを含む。タービンステータブレード１２８及びタービンロータブレード１２６は、タービン１２４の高温ガス通路内にあることは理解されるであろう。高温ガス通路を通る高温ガスの流れ方向が矢印で示されている。当業者には理解されるように、タービン１２４は、図３に示す段を上回る他の多くの段を有することができる。付加的な各段は、複数の円周方向に間隔を置いて配置されたタービンステータブレード１２８と、これに続いて複数の円周方向に間隔を置いて配置されたタービンロータブレード１２６とを含むことができる。
【００２４】
本明細書で使用される場合、別途特定されない限り、「ロータブレード」への言及は、圧縮機１１８又はタービン１２４何れかの回転ブレードを指し、圧縮機ロータブレード１２０及びタービンロータブレード１２６の両方を含む。別途特定されない限り、「ステータブレード」への言及は、圧縮機１１８又はタービン１２４の何れかの固定ブレードを指し、圧縮機ステータブレード１２２及びタービンステータブレード１２８の両方を含む。本明細書で使用される用語「翼形部」は、何れかのタイプのブレードを指す。従って、別途特定されない限り、用語「翼形部」は、圧縮機ロータブレード１２０、圧縮機ステータブレード１２２、タービンロータブレード１２６、及びタービンステータブレード１２８を含む、タービンエンジンブレードの全てのタイプを含む。
【００２５】
図４は、本発明の実施形態を利用することができるガスタービンで使用可能な例示的な缶型燃焼器１３０を示している。当業者には理解されるように、燃焼器缶１３０は、一般に必要な空気及び燃料を缶型燃焼器に供給する種々のマニホルドを含むヘッド端部１３４と、端部カバー１３６とを含むことができる。複数の燃料ノズル１３８は、端部カバー１３６に固定することができる。当業者には理解されるように、ガスタービンエンジンにおいて、燃料ノズル１３８は、燃焼のため燃料及び空気の混合気を缶型燃焼器１３０に供給する。燃料は、例えば天然ガスとすることができ、空気は、ガスタービンエンジンの一部である軸流圧縮機（図４には示されていない）から供給される空気を加圧することができる。燃料ノズル１３８は、端部カバー１３６に取り付けて燃料ノズル１３８を密封する前方ケース１４０の内部に配置することができる。当業者には理解されるように、一般的には燃料ノズル１３８の下流側になる後方ケース１４２は、フロースリーブ１４４を密封することができる。次いで、フロースリーブ１４４は、ライナ１４６を密封することができる。トランジションピース１４８は、流れが下流のガスタービンエンジンのタービンセクション（図４には図示せず）に移動するにつれて円形断面から環状断面に移行することになる。トランジションピース衝突スリーブ１５０は、トランジションピース１４８を密封し、トランジションピース衝突スリーブ１５０とトランジションピースアセンブリ１４８との間にチャンネルを形成することができる。トランジションピース１４８の下流側端部では、トランジションピース後方フレーム１５２は、タービン１１０の第１段に位置付けられる翼形部に向かって作動流体の流れを配向することができる。
【００２６】
図５は、ガスタービン内に位置付けることができる複数の缶型燃焼器１３０の部分斜視図である。以下でより詳細に説明するように、本出願の幾つかの実施形態は、図５に示す燃焼システムで用いることができる。図示のように、複数の缶型燃焼器１３０は、タービンエンジンの円周周りに一定の間隔で配置することができる。缶型燃焼器１３０の下流側端部、すなわちトランジションピース１４８及びトランジションピース後方フレーム１５２は一般に、作動流体の流れをタービン１０の第１段のステータブレード１２８上に吐出する。
【００２７】
上述のように、タービン１０のロータブレード１２６及びステータブレード１２８への熱負荷を低減するために、多くの場合、圧縮機１０６から冷却空気が抽出され、翼形部内に形成される冷却チャンネル（図示せず）を通過させる。翼形部の冷却チャンネルを通過した後、空気は一般に、表面アパーチャを通って翼形部から流出し、よってタービン１１０を通る主流に再度流入する。しかしながら、当業者には理解されるように、冷却空気は、エンジン効率に対して悪影響を及ぼす。従って、このようにしてタービン翼形部を冷却するのに使用される冷却空気の量は、可能な範囲内で最小限にする必要がある。
【００２８】
冷却空気はまた、缶型燃焼器１３０を冷却するのに使用される。通常、空気は、圧縮機から取り込まれ、缶型燃焼器間のスペースを通って流れる。缶型燃焼器間の冷却空気の流れは、図５に矢印１５４で示される。缶型燃焼器１３０間を通過した後、トランジションピース後方フレーム冷却空気は一般に、隣接するトランジションピース後方フレーム１５２の間にある注入ポートを通って注入されて主流内に戻される。冷却空気が注入されて主流内に戻されたときには、この冷却空気と主流との間には一般にかなりの温度差がある。本明細書で使用される場合、注入ポート１５６は、作動流体の流れにおける冷却空気の放出ポイントを表し、これは、燃焼器１１２とタービン１１０の近接関係近傍で、すなわちタービン１０の第１段の直ぐ上流側で起こる。図５に示すように、注入ポート１５６は、隣接するトランジションピース後方フレーム１５２の間の区域内に存在することができる。
【００２９】
使用中、燃焼器缶１３０は以下のように動作することができる。軸流圧縮機からの加圧空気の供給は、トランジションピース衝突スリーブ１５０内の小孔又は穴を通って缶型燃焼器１３０に流入することができる。次いで、加圧空気は、トランジションピース衝突スリーブ１５０とトランジションピースアセンブリ１４８との間に形成されるチャンネル間をヘッド端部１３４の方向に移動することができる。加圧空気の供給は、ライナ１４６とフロースリーブ１４４との間に形成されたチャンネルを通る方向に継続することができる。加圧空気はここから、前方ケース１４０により境界付けられる容積内に流れ、入口流れ調整器を介して燃料ノズル１３８に流入することができる。燃料ノズル１３８では、一般に、加圧空気の供給は、端部カバー１３６を通って燃料ノズル１３８に接続する燃料マニホルドにより提供される燃料供給と混合することができる。加圧空気及び燃料の供給は、燃料ノズル１３８から出るときに燃焼されて、急速に移動する高温ガスの流れを生成し、トランジションピースアセンブリ１４８を介して下流側に配向され、ここでタービンセクション１１０に流入し、該タービンセクション１１０において、流れのエネルギーが全体的に回転タービンブレード翼形部の機械エネルギーに変換される。缶型燃焼器１３０の上記の説明は、例示的なものであることを意図している。本発明はまた、他のタイプの缶型燃焼器又は類似の燃焼器アセンブリと共に用いることができる。
【００３０】
上記で全体的に説明されたタイプのガスタービンエンジンは、以下のように動作することができる。軸流圧縮機１１８内での圧縮機ロータブレード１２０の回転は、空気流を加圧することができる。燃焼器１１２において、エネルギーは、加圧空気が燃料と混合され点火されたときに放出することができる。次いで、結果として燃焼器１１２から生じる高温ガスの流れは、タービンロータブレード１２６の上に配向することができ、これによりタービンロータブレード１２６のシャフトの周りの回転を誘起し、従って、ガスの高温流のエネルギーを回転シャフトの機械エネルギーに変換することができる。次に、シャフトの機械エネルギーを利用して、圧縮機ロータブレード１２０の回転を駆動することができ、加圧空気の必要な供給量が生成され、更に、例えば発電機が電気を発生するようにする。
【００３１】
図６及び７は、燃焼器の下流側端部と翼形部の３つの第１の列の概略図である。図６及び７はまた、本発明の例示的な実施形態による、設計構成を通じた冷却空気流れパターンを示している。図示のように、注入ポート１５６は、隣接するトランジションピース後方フレーム１５２間に定められる。矢印１６０は、作動流体の流れ方向を示している。タービンステータブレードの第１の列１６１が図示されている。上述のように、ステータブレードは固定されており、作動中に回転しない。従って、ステータブレード１２８と注入ポート１５６（同様に固定される）との間の円周方向の関係は、作動中に変わらない。ステータブレードの第１の列１６１の後にタービンロータブレード１６２の第１の列１６２が続く。作動流体の流れによりロータブレードの第１の列１６２の回転が誘起され、その方向は矢印１６４で示される。ロータブレードの第１の列１６２の後にステータブレードの第２の列１６３が続き、勿論同様に固定され、作動中に回転しない。
【００３２】
図６及び７内の構成部品の説明を更に続ける前に、図８から図１１のクロッキング構成を導入し説明する。これにより、本出願の一部として記載されるクロッキング構成を明瞭且つ明確に説明することができる。図８から図１１のクロッキング構成は、隣接又は近接する翼形部列の中の翼形部間のクロッキング構成に関する。当業者には理解されるように、翼形部の列間のクロッキング構成を説明するのに利用される同じ原理が、例えば、ステータブレード１２８及び注入ポート１５６の列間のクロッキング構成の説明にも利用することができる。
【００３３】
多くの場合、ガスタービン圧縮機１０６及びタービン１１０の両方において、翼形部１３０の近接又は隣接する列は実質的に同じ構成を有し、すなわち、列の円周周りに同じように間隔を置いて配置された類似の大きさにされた同じ数の翼形部を有することができる。これが当てはまる場合、加えて、２以上の列が各々の間で相対運動が無いように動作する場合（例えば、ロータブレードの２以上の列、或いはステータブレードの２以上の列の間の場合のように）、これらの列の翼形部は「クロック」することができる。本明細書で使用される用語「クロックされた」又は「クロッキング」とは、近接した列を成す翼形部の円周方向の位置決めに対して、１つの列を成して翼形部を固定された円周方向に位置決めすることを意味する。上記段落で述べたように、クロッキングはまた、固定翼形部及び他の固定構成部品を円周方向に固定して位置付けることを表すのにも用いることができる。
【００３４】
図８から１１は、例示的なクロッキング構成の簡易的な概略表現を示す。これらの図は、並列に示された翼形部１８０の３つの列を含む。図８から１１の翼形部１８０の２つの外側の列は各々、ロータブレードの列を表すことができ、中央の列は、ステータブレードの列を表すことができ、或いは、当業者には理解されるように、２つの外側の列は、ステータベーンの列を表すことができ、中央の列は、ロータブレードの列を表すことができる。当業者には理解されるように、２つの外側の列は、ステータブレードであるか又はロータブレードであるかに関わらず、これらの間に実質的に相対運動は存在しないが（すなわち、運転中に両方とも固定のまま、又は共に同じ速度で回転する）、外側の列は両方とも、中央の列に対して実質的に同じ相対運動を有する（すなわち、中央の列が固定を維持する間、外側の列は両方とも回転している、或いは、中央の列が回転している間、外側の列は両方とも固定を維持する）。更に、上述のように、２つの外側の列間で最も効果的であるようにクロッキングするためには、各々を同様に構成する必要がある。従って、図８から１１の２つの外側の列は、実質的に同じ数の翼形部を有するように仮定することができ、各列上の翼形部は、各列の円周周りで同様の大きさで間隔を置いて配置するよう仮定することができる。
【００３５】
図８から１１における例証として、翼形部の第１の外側の列は第１の翼形部列１８４と呼ばれ、翼形部の中央の列は第２の翼形部列１３６と呼ばれ、翼形部の他の外側の列は第３の翼形部列１８８と呼ばれる。第１の翼形部列１８４と第３の翼形部列１８８との相対運動は、矢印１９０で示される。圧縮機１１８又はタービン１２４の何れかを通る流れの方向を表すことができる流れ方向は、何れの場合においても矢印１９２で示される。図８から１１で用いられる翼形部の例示的な列は、用語「第１」、「第２」、及び「第３」を用いて説明されている点に留意されたい。この記載は、図の各々において他の列に対して図示の列の相対的な位置決めについてのみ適用可能であり、タービンエンジンの翼形部の他の列に対する位置決め全体を示すものではない。例えば、翼形部の他の列は、「第１の翼形部列１８６」の上流側に位置決めすることができる（すなわち、第１の翼形部列１８６は、必ずしもタービンエンジンにおける翼形部の第１の列ではない）。
【００３６】
翼形部の列のピッチは、本明細書では、特定の列の円周周りにある繰り返しパターンの寸法を指すのに用いられる。すなわち、ピッチは、例えば、特定の列における翼形部の前縁と、同じ列における隣接する翼形部の何れかの前縁との間の円周方向距離として説明することができる。ピッチはまた、例えば、特定の列における翼形部の後縁と、同じ列における隣接する翼形部の何れかの後縁との間の円周方向距離として説明することができる。より効果的なクロッキングにするために、２つの列は全体的に同様のピッチ寸法を有することになる点は理解されるであろう。図示の第１の翼形部列１８４及び第３の翼形部列１８８は、実質的に同じピッチを有し、これは、距離１９４として図８の第３の翼形部列１８８で示されている。また、図８から１１のクロッキングの実施例は、近接又は隣接する翼形部の列間、或いは固定翼形部及び他の固定構成部品間の種々のクロッキング関係を表す一貫した方法を正確に説明し且つ理解することができるように提供される。一般に、以下でより詳細に説明するように、２つの列間のクロッキング関係は、ピッチ寸法の割合として与えられることになる。すなわちこれは、２つの列上の翼形部がクロック又はオフセットされる距離を示すピッチ寸法の割合である。従って、ピッチ寸法の割合は、例えば、特定の列上の翼形部の前縁と第２の列上の対応する翼形部の前縁とが互いからオフセットされた円周方向の距離を表すことができる。
【００３７】
図８から１１は、２つの列間、すなわち第１の翼形部列１８４と第３の翼形部列１８８との間の様々なクロッキング関係の幾つかの実施例を示す。図８では、理解されるように、第３の翼形部列１８８は、第１の翼形部列１８４に対してほぼ０％のピッチでオフセットされている。すなわち図示のように、第３の翼形部列１８８における翼形部１８０の円周方向の位置は、第１の翼形部列１８４における対応する翼形部１８０よりもピッチ寸法のほぼ０％のオフセット量だけ遅延しており、勿論これは、第３の翼形部列１８８における翼形部１８０が、第１の翼形部列１８４における対応する翼形部１８０と実質的に同じ円周方向位置を維持していることを意味する。従って、第１の翼形部列１８４における翼形部１８０の前縁（その１つが、参照符号１９８で識別される）は、第３の翼形部列１８８における対応する翼形部１８０の前縁（参照符号１９９で識別される）よりもピッチ寸法のほぼ０％の円周方向距離だけ先行し、これは、対応する翼形部の前縁が実質的に同じ円周方向位置を占めることを意味する。
【００３８】
図９では、理解されるように、第３の翼形部列１８８は、第１の翼形部列１８４に対してほぼ２５％のピッチでオフセットされている。すなわち図示のように、第３の翼形部列１８８における翼形部１８０の円周方向の位置は、第１の翼形部列１８４における対応する翼形部１８０よりもピッチ寸法のほぼ２５％のオフセット量だけ遅延している（外側の列の相対運動の方向をもたらす）。従って、第１の翼形部列１８４における翼形部１８０の前縁（その１つが、参照符号２０４で識別される）は、第３の翼形部列１８８における対応する翼形部１８０の前縁（参照符号２０６で識別される）よりもピッチ寸法のほぼ２５％の円周方向距離だけ先行している。
【００３９】
図１０では、理解されるように、第３の翼形部列１８８は、第１の翼形部列１８４に対してほぼ５０％のピッチでオフセットされている。すなわち図示のように、第３の翼形部列１８８における翼形部１８０の円周方向の位置は、第１の翼形部列１８４における対応する翼形部１８０よりもピッチ寸法のほぼ５０％のオフセット量だけ遅延している（外側の列の相対運動の方向をもたらす）。従って、第１の翼形部列１８４における翼形部１８０の前縁（その１つが、参照符号２０８で識別される）は、第３の翼形部列１８８における対応する翼形部１８０の前縁（参照符号２１０で識別される）よりもピッチ寸法のほぼ５０％の円周方向距離だけ先行している。
【００４０】
図１１では、理解されるように、第３の翼形部列１８８は、第１の翼形部列１８４に対してほぼ７５％のピッチでオフセットされている。すなわち図示のように、第３の翼形部列１８８における翼形部１８０の円周方向の位置は、第１の翼形部列１８４における対応する翼形部１８０よりもピッチ寸法のほぼ７５％のオフセット量だけ遅延している（外側の列の相対運動の方向をもたらす）。従って、第１の翼形部列１８４における翼形部１８０の前縁（その１つが、参照符号２１２で識別される）は、第３の翼形部列１８８における対応する翼形部１８０の前縁（参照符号２１４で識別される）よりもピッチ寸法のほぼ７５％の円周方向距離だけ先行している。当業者には理解されるように、これらのクロック関係は、例証に過ぎず、翼形部の複数の近接又は隣接する列間或いは固定翼形部及びこれらの周りの固定構成部品間のクロッキング関係を表す方法を明確にすることを意図している。当業者であれば、他の方法を用いてクロッキング関係を表すことができる点は理解されるであろう。本明細書で使用される例示的な方法は、どのようにも限定を意図するものではない。むしろ、請求項及び以下で正確に説明するような近接する構成部品及び翼形部間の相対的位置決め、すなわちクロッキング関係は重要であるが、クロッキング関係が表現される方法は重要ではない。
【００４１】
解析的モデリング及び実験データを通じて、特定のクロッキング構成は、タービン１２８に対して一定の運転上の利点をもたらすことが分かった。より具体的には、作動中のタービンステータブレード１２８の一部によって生じる熱応力は、冷却空気の流れ（例えば、注入ポート１５６を通る冷却空気の流れ）の位置に対するこれらブレードが有するクロッキング関係によって有意に影響される可能性があることが分かった。以下でより詳細に説明するように、特定のクロッキング関係は、タービンの初期の段におけるタービンステータブレードの一部によって生じる熱応力を低減することができる。
【００４２】
既に全体的に説明された図６及び７を参照すると、燃焼器の下流側端部と翼形部の３つの第１の列とが示されている。注入ポート１５６は、隣接するトランジションピース後方フレーム１５２間に定められ、矢印１６０は、トランジションピース後方フレーム１５２から流れる作動流体の全体の流れ方向を示している。タービンステータブレードの第１の列１６１が図示されている。ステータブレードは固定され、従って、注入ポート１５６のステータブレード間の円周方向の関係は固定され、作動中は変化しない。ステータブレードの第１の列１６１の後にタービンロータブレード１６２の第１の列１６２が続く。作動流体の流れによりロータブレードの第１の列１６２の回転が誘起され、その方向は矢印１６４で示される。ロータブレードの第１の列１６２の後にステータブレードの第２の列１６３が続き、勿論同様に固定され、作動中に回転しない。
【００４３】
注入ポート１５６からの冷却空気の流れは、高温の主流と直ぐには混合されないことは分かっている。実際に、解析的モデリング及び実験データにより、冷却空気の流れは、実質的に元の状態のままであり、すなわち冷却空気の流れとタービン１２４の第１の複数の段を通る主流との間には有意な温度差が存在することが分かっている。図６及び７において、冷却空気の流れは、注入ポート１５６から始まる複数の網掛け領域で表される。これらの網掛け領域は、「冷却ジェット２２０」と呼ばれるが、この説明は限定を意味するものではない。図示のように、冷却ジェット２２０の各々は、ステータブレードの第１の翼形部列１６１に衝突するまでほぼ下流方向に流れる。ステータブレード１２８は、冷却ジェット２２０を上方向に偏向し、図６及び７の向きを与える。この「上」方向は、作動中のタービンロータブレードの第１の列１６２の回転と同方向の、タービンの円周周りの方向としてより明確に記載することができる。次いで、冷却ジェット２２０がロータブレードの第１の列１６２の回転ブレードに衝突することができる。冷却ジェット２２０がほぼ軸方向（すなわち、矢印１６０と同じ方向）に流れるようにロータブレードを通って移動するにつれて、上方への偏向は一般に平坦になる。その結果、冷却ジェット２２０は、ステータブレードの第２の列１６３に衝突することができ、ここで冷却ジェット２２０は再び「上」方に偏向される。この概略流れパターンは、流れ全体にわたりあまり有意な温度差が見られないように、冷却ジェット２２０が作動流体の主流内でほぼ混合されるまで、翼形部の複数の第１の列を通じて持続することができる。
【００４４】
注入ポート１５６（又は他の類似の冷却空気注入構成部品）に関連した幾つかの第１段に対するステータブレードの特定のクロッキング構成は、タービンエンジンがより効率的に運転することができるように、冷却ジェット２２０をより良く利用している。例えば、ステータブレードの第１の列１６１が、当該列内のステータブレードの１以上が注入ポート１５６の１つに向かい合って並ぶように円周方向に位置付けられ又はクロッキングされた場合、注入ポート１５６からの冷却ジェット２２０を利用してステータブレードを冷却することができる。このステータブレードの冷却は、以下の運転上の効率の１以上を実現できるようにすることができる。第１に、冷却ジェット２２０が無ければステータブレードが受けているはずの高温になることがないので、冷却ジェット２２０の部品寿命を延ばすことができる。第２に、運転中にステータブレードを冷却するために該ステータブレードを通す循環に必要な冷却空気を少なくすることができる。上述のように、ステータブレードを通して循環する冷却空気は、圧縮機から抽気され、ステータブレードを通過した後に主流に放出される。当業者には理解されるように、主流に放出される圧縮機抽気は、タービンエンジンの効率を低下させる。第３に、動作温度が全体的に低下するので、冷却ジェット２２０により冷却されるステータブレードは、より安価な材料で作ることができる。第４に、冷却ジェット２２０が高温を軽減することになるので、新しい進歩した材料を必要とせずに高い燃焼温度のタービンエンジンを設計することができる。勿論、より高温の燃焼温度は一般により高いエンジン効率につながる。当業者には理解されるように、他の運転上の恩恵は、冷却ジェット２２０の流れをより良く利用するクロッキング構成によって実現することができる。
【００４５】
以下でより詳細に説明する図６及び７は、本発明の例示的な実施形態による、クロッキング構成の概略図である。上述のように、図６及び７は、並べて示された翼形部の３つの列、すなわち、ステータブレードの第１の列１６１、ロータブレードの第１の列１６２、及びステータブレードの第２の列１６３を含む。また、ステータブレードの第１の列１６１及びステータブレードの第２の列１６３は固定され、運転中に互いの間で及び注入ポート１５６（同様に固定される）との間で実質的に相対運動がない。従って、これらの構成部品間でクロッキング関係を定めることができる。これらのクロッキング関係を良好に定めるために、２つの追加の基準点を特定する必要がある。第１は、前縁２２２が翼形部の上流端にある。第２は、注入ポート中間点２２４が注入ポート１５６の中間にある。
【００４６】
図６では、本出願の例示的な実施形態によれば、ステータブレードの第１の列１６１におけるステータブレード１２８の１つの前縁２２２は、注入ポート中間点２２４とほぼ同じ円周方向位置で位置付けられるようにクロッキングすることができる。図６に全体的に示されるようにこの位置に位置決めされると、注入ポート１５６からの冷却空気の流れは、上記でより詳細に説明されるようにステータブレード１２８をわたって流れ、これを冷却する。解析的モデリング及び実験データでは、この位置にあるステータブレード１２８が運転中に受ける熱負荷を有意に低減できることを確認した。加えて、熱負荷の有意な低減を達成するためには、ステータブレード１２８の正確な位置決めはあまり重要ではないことが分かっている。より具体的には、熱負荷の有意な低減は、ステータブレード１２８の前縁２２２が注入ポート中間点２２４の円周方向位置の±１５％ピッチ以内に位置付けられる場合に達成することができる。
【００４７】
注入ポート１５６は、冷却空気が流出するポートの円周方向境界を定める２つの側部を有することは理解されるであろう。図６及び７では、第１の側部２２６と第２の側部２２８も参照される。ロータブレードの第１の列１６２のロータブレード１２６の回転方向を利用して第１の側部２２６及び第２の側部２２８の相対円周方向位置を区別すると、第１の側部２２６は、第２の側部２２８から「上流側」にあると説明することができる。図７に示すように、本出願の例示的な実施形態によれば、ステータブレードの第１の列１６１のステータブレード１２８の１つの前縁２２２は、注入ポート１５６の第１の側部２２６（すなわち上流側部）とほぼ同じ円周方向位置に位置付けるようにクロッキングすることができる。この位置に位置付けられると、図７に全体的に示すように、注入ポート１５６からの冷却ジェット２２０の実質的に全ては、ステータブレード１２８の正圧側面２３０に衝突し、冷却ジェット２２０は実質的に、ステータブレード１２８の前縁２２２によって二分されない。更に、有利な結果を得るためには、ステータブレード１２８の正確な位置決めはあまり重要ではないことが明らかになった。すなわち、ステータブレード１２２の前縁２２２は、注入ポート１５６の第１の側部２２６の円周方向位置の±１５％ピッチ以内に位置付けることができる。
【００４８】
幾つかの実施形態では、注入ポート１５６、ステータブレードの第１の列１６１、及びステータブレードの第２の列１６３の間のクロッキング関係は、ステータブレードの追加の列の冷却を含む、付加的な運転上の利点が得られるように定めることができる。図６に示すように、冷却ジェット２２０は、ステータブレードの第１の列１６１によって偏向され、ステータブレードの第２の列１６３に対して相対的に損なわれない状態のままである。従って、ステータブレード１２８が冷却ジェット２２０の流れと接触するようにステータブレードの第２の列１６３が構成される場合、冷却空気をブレードの内部冷却キャビティを通る循環を必要とせずに、又は内部冷却キャビティを通る冷却空気の低減された流れだけが必要とされるようにして、ステータブレード１２８を十分に冷却することができる。一般に、図６に示すステータブレードの第１の列１６１とステータブレードの第２の列１６３との間のクロッキング構成は一般に、ステータブレード１２８を冷却ジェット２２０に接触する位置に配置することが明らかになった。理解されるように、ステータブレードの第２の列１６３は、ステータブレードの第１の列１６１に対してほぼ０％のピッチでオフセットされている。すなわち図示のように、ステータブレードの第２の列１６３におけるステータブレード１２８の円周方向位置は、ステータブレードの第１の列１６１における対応するステータブレード１２８よりもピッチ寸法のほぼ０％のオフセット量だけ遅延しており、勿論これは、ステータブレードの第２の列１６３におけるステータブレードが、ステータブレードの第１の列１６１における対応するステータブレードと実質的に同じ円周方向位置を維持していることを意味する。従って、ステータブレードの第１の列１６１におけるステータブレード１２８の前縁は、ステータブレードの第２の列１６３における対応するステータブレード１２８の前縁よりもピッチ寸法のほぼ０％の円周方向位置だけ先行し、これは、対応する翼形部の前縁が実質的に同じ円周方向位置を占めることを意味する。加えて、熱負荷の有意な低減を達成するためには、ステータブレードの第２の列１６３におけるステータブレード１２８の正確な位置決めはあまり重要ではないことが明らかになった。より具体的には、熱負荷の有意な低減（最大熱応力低減レベルにかなり近くまで）は、ステータブレード１２２の前縁２２２が０％ピッチ値の±１５％ピッチ以内に位置付けられる場合に達成することができる。すなわち、熱負荷の有意な低減は、ステータブレードの第１の列１６１及びステータブレードの第２の列１６３が１５％ピッチと−１５％ピッチの間のクロッキング関係を維持する場合に達成することができる。当業者には理解されるように、ステータブレードの第２の列１６３の下流側にあるステータブレードの後続の列はまた、ステータブレードの第１の列１６１及びステータブレードの第２の列１６３に対して同様の方法でクロッキングすることができる。
【００４９】
図６及び７に示すように、注入ポート１５６と、ステータブレードの第１の列１６１又はステータブレードの第２の列１６３におけるステータブレード１２８の数とが等しくない場合がある。例えば幾つかの実施形態では、図示のように、ステータブレード１２８は、２対１の差だけ注入ポート１５６よりも数が多く、すなわち、１つの注入ポート１５６毎に２つのステータブレード１２８とすることができる。ステータブレードの第２の列１６３においてもこの同じ差を維持することができる。このような実施形態において、図６又は７によるクロッキング関係が維持される場合、他の全てのステータブレード１２８は、冷却ジェット２２０によって冷却することができる。他の実施形態は、例えば、全てのステータブレード１２８が注入ポート１５６の１つから流出する冷却ジェット２２０によって冷却することができるように、ステータブレード１２８と注入ポート１５６との間の１対１の関係を含む。他の実施形態は、例えば、全ての３つのステータブレード１２８が注入ポート１５６の１つから流出する冷却ジェットによって冷却することができるように、ステータブレード１２８と注入ポート１５６との間の３対１の関係を含むことができる。これを達成するために、ステータブレード１２８の数は、注入ポート１５６の数の整数倍とすることができる。例えば、１２個の注入ポートがある場合、ステータブレードの第１の列１６１及び／又はステータブレードの第２の列１６３或いは後続のステータブレードの列におけるステータブレード１２８の数は、１２、２４、３６、４８、及び６０（以下同様）とすることができる。本明細書で説明される発明は、冷却空気の上流側放出によって１以上のステータブレード１２８を冷却することができるあらゆる状況で利用することができる。上述のように、一般に少なくとも単一のステータブレード１２８の冷却により、冷却用にステータブレード１２８を通って循環される冷却空気の低減を可能にし、すなわち、タービンエンジンをより効率的に機能できるようにする。
【００５０】
代替の実施形態において、当業者には理解されるように、注入ポート１５６、ステータブレードの第１の列１６１、ステータブレードの第２の列１６３、及び／又は後続のステータブレードの間のクロッキング関係は、３次元非定常流計算及び／又は他の類似の方法を利用することで決定することができる。このような計算を利用して、所与の動作条件下での注入ポート１５６から複数の翼形部列を通る冷却ジェット２２０の流れパターンを予測することができる。従って、冷却ジェット２２０の経路は、ステータブレード１２８の効果的な配置、すなわち冷却を向上させることが可能な配置を得ることができるように予測することができる。
【００５１】
当業者には理解されるように、冷却ジェット２２０は、注入ポート１５６から流出するとほぼ軸方向に流れる。注入ポート１５６から流出するときの冷却ジェット２２０の特性、並びに注入ポート１５６とステータブレードの第１の列１６１との間の距離が既知となると、ステータブレードの第１の列１６１内への流入ポイントを計算することができる。上記の検討事項と同様に、ステータブレードの第１の列１６１における熱応力の低減を最適にするために、ステータブレードの１以上は、例えば、冷却ジェット２２０がステータブレード１２８のほぼ前縁でステータブレードの第１の列１６１に流入するようにクロッキングすることができる。ステータブレードの第１の列１６１では、冷却ジェット２２０は、ロータブレードの第１の列１６２にある角度で流入するように「上方」に偏向される。冷却ジェット２２０の速度及び角度が既知になると、注入ポート１５６から、ロータブレードの第１の列１６２で行う流入の位置までの経路を計算することができる。当業者には理解されるように、既知の流れの速度三角形の計算により、ロータブレードの第１の列１６２のロータブレードを通る冷却ジェット２２０が定められ、当該列から離れる冷却ジェット２２０の方向及び速度をもたらす。従って、ロータブレードの第１の列１６２とステータブレードの第２の列１６３との間の距離が既知となると、ステータブレードの第２の列１６３への流入ポイントを計算することができる。上記の検討事項と同様に、ステータブレードの第２の列１６３に対する熱応力の低減を最適にするために、ステータブレードの１以上は、例えば、冷却ジェット２２０がステータブレード１２８のほぼ前縁でステータブレードの第２の列１６３に流入するようにクロッキングすることができる。（冷却ジェット２２０の実質的に全てをステータブレード１２８の正圧側面に衝突させるような他の実施形態も可能である点に留意されたい）。これにより、冷却空気は、ステータブレードをより効率的に冷却することが可能になる。加えて、実験データは、相当な利点を実現するために、この位置の正確さはあまり重要ではないこと、及び最適位置の±１５％ピッチ以内の位置により有意な熱応力低減をもたらすことができることを教示している。従って、１以上のステータブレードは、冷却ジェットが前縁２２２の±１５％ピッチでステータブレードの第１又は第２の列に流入するようにクロッキングすることができる。
【００５２】
当業者には理解されるように、３次元非定常流計算を実施して、注入ポート１５６から離れる冷却ジェット２２０、ステータブレードの第１の列１６１に入り且つこれから離れる冷却ジェット２２０、ロータブレードの第１の列１６２に入り且つこれから離れる冷却ジェット２２０、及びステータブレードの第２の列１６３に入り且つこれから離れる冷却ジェット２２０を定めることができる。加えて、幾つかの実施形態では、後続のステータブレードの列に対してこの同じプロセスを実施し、冷却ジェット２２０を介した強化された冷却が下流側にも作用するようにすることができる。
【００５３】
当業者には理解されるように、この計算において、ステータブレードの第１の列１６１から出る冷却ジェット２２０は、較正された表面の剪断モデルを運動量方程式にソース項として適用することによって作成することができる。次いで、冷却ジェット２２０の流れは、ロータブレードの第１の列１６２を非粘性的に通過することが許容され、その軌跡がエントロピー曲線で見ることができるようになる。冷却ジェット２２０は、ロータブレードの第１の列１６２の相対運動によって、ロータブレードの第１の列１６２に対する固定円周方向位置で通路から出る離散的パルスにチョップされる。ステータブレードの第２の列１６３に流入するこれらの時間平均冷却ジェット流は、ステータブレードの第１の列１６１に対するステータブレードの第２の列１６３のクロッキング（すなわち、円周方向位置付け）を定めるのに用いることができる。
【００５４】
当業者には理解されるように、タービンエンジンは一般に、特定の基準に応じて幾つかの異なる負荷レベル又は動作条件で作動する。後流の経路並びに下流側翼形部列と交差する又はこれに流入する場所を分析する際に、幾つかの実施形態では一般に、動作条件の１つのセットに対する経路決定は、動作条件の別のセットに対するものとは異なることができる。従って、動作条件の異なるセットには、第１及び第３の翼形部列（更に、幾つかの実施形態では、第５の翼形部列）間の異なるクロッキング関係を必要とする可能性がある。このため、翼形部の円周方向位置決めが固定されるか、又は実現に時間を要する場合、所望の動作条件を選択し、これに応じて翼形部列をクロッキングすることができる。選ばれた動作条件は多くの場合、恩恵がより著しいものであるような最長の動作条件とすることができる。
【００５５】
本発明の好ましい実施形態の上記の説明から、当業者であれば、改善形態、変更形態、及び修正形態が明らかであろう。当該技術分野の範囲内にあるこのような改善形態、変更形態、及び修正形態は、添付の請求項によって保護されるものとする。更に、上記のことは、本出願の好ましい実施形態にのみに関連しているが、添付の請求項及びその均等物によって定められる本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者によって多くの変更及び修正を本明細書において行うことができる点を理解されたい。
【符号の説明】
【００５６】
１００  ガスタービンエンジン
１０６  圧縮機
１１０  タービン
１１２  燃焼器
１１８  圧縮機
１２０  圧縮機ロータブレード
１２２  圧縮機ステータブレード
１２４  タービン
１２６  タービンロータブレード
１２８  タービンステータブレード
１３０  缶型燃焼器
１３４  ヘッド端部
１３６  端部カバー
１３８  燃料ノズル
１４０  前方ケース
１４２  後方ケース
１４４  フロースリーブ
１４６  ライナ
１４８  トランジションピース
１５０  トランジションピーススリーブ
１５２  燃焼器出口スリーブ
１５４  矢印
１５６  注入ポート
１６０  矢印
１６１  ステータブレードの第１の列
１６２  ロータブレードの第１の列
１６３  ステータブレードの第２の列
１６４  矢印
１８０  翼形部
１８４  第１の翼形部列
１８６  第２の翼形部列
１８８  第３の翼形部列
１９０  矢印
１９２  矢印
１９４  ピッチ距離
２２０  冷却ジェット
２２２  前縁
２２４  インジェクションポート中間点
２２６  第１の側部
２２８  第２の側部
２３０  正圧側部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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