(57)【要約】【課題】タービンシステムが提供される。【解決手段】一実施形態では、タービンシステムが、入口と、出口と、入口と出口との間を延在しかつ長手方向軸、径方向軸および接線方向軸を画定するダクト通路と、を備える移行ダクトを有する。移行ダクトの出口が長手方向軸および接線方向軸に沿って入口からオフセットされる。ダクト通路が、入口から延在する上流側部分と、出口から延在する下流側部分とを有する。タービンシステムがダクト通路の外側表面から延在するリブをさらに有し、リブが上流側部分および下流側部分を分割する。【選択図】図１
2014185633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンシステムであって、
入口と、出口と、前記入口と前記出口との間を延在しかつ長手方向軸、径方向軸および接線方向軸を画定するダクト通路と、を備える移行ダクトであって、前記移行ダクトの前記出口が前記長手方向軸および前記接線方向軸に沿って前記入口からオフセットされ、前記ダクト通路が、前記入口から延在する上流部分と、前記出口から延在する下流側部分とを備える、移行ダクトと、
前記ダクト通路の外側表面から延在するリブであって、前記リブが前記上流側部分および前記下流側部分を分割する、リブと
を備えるタービンシステム。
【請求項２】
前記移行ダクトを概して囲む流れスリーブをさらに備え、前記流れスリーブが、上流側出口と、下流側出口と、前記上流側出口と前記下流側出口との間を延在するスリーブ通路とを備え、前記スリーブ通路が、前記上流側出口から延在する上流側部分と、前記下流側出口から延在する下流側部分とを備え、前記リブがさらに、前記流れスリーブの前記上流側部分および前記流れスリーブの前記下流側部分を分割する、請求項１記載のタービンシステム。
【請求項３】
前記移行ダクトの前記上流側部分および前記流れスリーブの前記上流側部分がそれらの間に上流側キャビティを画定し、前記移行ダクトの前記下流側部分および前記流れスリーブの前記下流側部分がそれらの間に下流側キャビティを画定し、前記リブが前記上流側キャビティおよび前記下流側キャビティを互いから概して隔離する、請求項２記載のタービンシステム。
【請求項４】
前記流れスリーブが衝突スリーブである、請求項２記載のタービンシステム。
【請求項５】
前記リブが前記通路に一体である、請求項１記載のタービンシステム。
【請求項６】
複数の膜冷却孔が前記ダクト通路の前記下流側部分内に画定される、請求項１記載のタービンシステム。
【請求項７】
前記移行ダクトの前記出口がさらに前記径方向軸に沿って前記入口からオフセットされる、請求項１記載のタービンシステム。
【請求項８】
前記下流側部分が複数の内部ピンをさらに備える、請求項１記載のタービンシステム。
【請求項９】
前記移行ダクトに連通されるタービンセクションをさらに備え、前記タービンセクションが第１のステージのバケット組立体を備える、請求項１記載のタービンシステム。
【請求項１０】
前記第１のステージのバケット組立体の上流側にノズルが配置されない、請求項９記載のタービンシステム。
【請求項１１】
タービンシステムであって、
入口と、出口と、前記入口と前記出口との間を延在しかつ長手方向軸、径方向軸および接線方向軸を画定するダクト通路と、を備える移行ダクトであって、前記移行ダクトの前記出口が前記長手方向軸および前記接線方向軸に沿って前記入口からオフセットされる、移行ダクトと、
前記移行ダクトを概して囲む流れスリーブであって、前記流れスリーブが、上流側出口と、下流側出口と、前記上流側出口と前記下流側出口との間を延在するスリーブ通路とを備える、流れスリーブと、
前記移行ダクトと前記流れスリーブとの間に画定されるキャビティであって、前記キャビティが上流側キャビティおよび下流側キャビティを備える、キャビティと、
前記移行ダクトと前記流れスリーブとの間に配置されるリブであって、前記リブが前記上流側キャビティおよび前記下流側キャビティを分割する、リブと
を備えるタービンシステム。
【請求項１２】
前記リブが前記上流側キャビティおよび前記下流側キャビティを互いから概して隔離する、請求項１１記載のタービンシステム。
【請求項１３】
前記リブが前記ダクト通路の外側表面から延在する、請求項１１記載のタービンシステム。
【請求項１４】
前記流れスリーブが衝突スリーブである、請求項１１記載のタービンシステム。
【請求項１５】
複数の膜冷却孔が前記ダクト通路の前記下流側部分内に画定される、請求項１１記載のタービンシステム。
【請求項１６】
前記移行ダクトの前記出口がさらに前記径方向軸に沿って前記入口からオフセットされる、請求項１１記載のタービンシステム。
【請求項１７】
前記移行ダクトに連通されるタービンセクションをさらに備え、前記タービンセクションが第１のステージのバケット組立体を備える、請求項１１記載のタービンシステム。
【請求項１８】
前記第１のステージのバケット組立体の上流側にノズルが配置されない、請求項１７記載のタービンシステム。
【請求項１９】
ターボ機械であって、
入口セクションと、
排気セクションと、
圧縮機セクションと、
燃焼器セクションであって、前記燃焼器セクションが、
入口と、出口と、前記入口と前記出口との間を延在しかつ長手方向軸、径方向軸および接線方向軸を画定するダクト通路と、を備える移行ダクトであって、前記移行ダクトの前記出口が前記長手方向軸および前記接線方向軸に沿って前記入口からオフセットされる、移行ダクトと、
前記移行ダクトを概して囲む流れスリーブであって、前記流れスリーブが、上流側出口と、下流側出口と、前記上流側出口と前記下流側出口との間を延在するスリーブ通路とを備える、流れスリーブと、
前記移行ダクトと前記流れスリーブとの間に画定されるキャビティであって、前記キャビティが上流側キャビティおよび下流側キャビティを備える、キャビティと、
前記移行ダクトと前記流れスリーブとの間に配置されるリブであって、前記リブが前記上流側キャビティおよび前記下流側キャビティを分割する、リブと
を備える燃焼器セクションと、
前記移行ダクトに連通されるタービンセクションであって、前記タービンセクションが第１のステージのバケット組立体を備え、前記第１のステージのバケット組立体の上流側にノズルが配置されない、タービンセクションと
を備えるターボ機械。
【請求項２０】
前記リブが前記上流側キャビティおよび前記下流側キャビティを互いから概して隔離する、請求項１９記載のターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は米国エネルギー省による契約ＤＥ−ＦＣ２６−０５ＮＴ４２６４３の下で米国政府の援助の下で作られた。米国政府が本発明の一定の権利を有する。
【０００２】
本明細書で開示される主題は、概して、ガスタービンシステムなどのターボ機械に関し、より詳細には、ターボ機械内の改善される冷却フィーチャを有する移行ダクトに関する。
【背景技術】
【０００３】
タービンシステムは発電などの分野で広く利用されるターボ機械の一例である。例えば、従来のガスタービンシステムは、圧縮機セクションと、燃焼器セクションと、少なくとも１つのタービンセクションとを有する。圧縮機セクションは、空気が圧縮機セクションを通って流れるときに空気を圧縮するように構成される。次いで、空気が圧縮機セクションから燃焼器セクションへと流れ、そこで空気が燃料と混合されて燃焼され、高温のガス流れが生成される。高温のガス流れがタービンセクションに提供され、タービンセクションが、高温ガス流れからエネルギーを抽出することにより高温ガス流れを利用して圧縮機、発電機および別の種々の負荷を駆動させる。
【０００４】
タービンシステムの燃焼器セクションは、一般に、そこを通る燃焼高温ガスをタービンセクション（複数可）まで流すためのチューブまたはダクトを有する。最近では、高温ガス流れを加速させて回転させることにより高温ガスの流れを移行させるダクトを有するような燃焼器セクションが導入されている。例えば、燃焼器セクションのためのダクトが導入されており、そのダクトを高温ガスが長手方向に流れるときに流れを径方向または接線方向に付加的に移行させ、この場合、流れが種々の角度成分を有する。これらのデザインは種々の利点を有し、この利点には、タービンセクションから第１のステージのノズルが排除されることが含まれる。第１のステージのノズルは従来では高温ガス流れを移行させるために設けられるものであるが、これらのダクトデザインによりその必要性を排除することが可能である。第１のステージのノズルを排除することにより付随する圧力低下を軽減することができ、タービンシステムの効率および電力出力を向上させることができる。
【０００５】
種々の設計パラメータおよび運転パラメータが燃焼器セクションのデザインおよび運転に影響する。例えば、燃焼ガスの温度が上がると、一般に、燃焼器セクションの熱力学的効率が向上する。しかし、このように温度を上昇させるためには、種々のタービンシステムの構成要素が高い温度に露出されることにより損傷する危険性を排除または軽減することを目的としてそれらの構成要素を冷却することを改善することが必要となる。しかし、タービンシステムのための既知の冷却技術には種々の問題がある。例えば、冷却空気が漏洩することにより効率が低下し、さらには燃焼を行うために移送される空気が減少する。さらに、種々の構成要素を冷却するための既知のデザインは冷却空気を効率的に使用しないことから、それによりさらに効率が低下する。これらの設計パラメータおよび運転パラメータは、上で考察したように高温ガスの流れを移行させるダクトをその中で利用する場合に特に重要となる。というのは、ダクト内では、詳細にはダクト内の下流側部分では、温度が高くなり、また、熱伝達係数が大きくなるからである。
【０００６】
したがって、当技術分野では、タービンシステムなどのターボ機械のための改善される燃焼器が所望される。詳細には、改善される冷却デザイン（ｃｏｏｌｉｎｇ  ｄｅｓｉｇｎ）を備える燃焼器セクションが有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０３０４６６５号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様および利点は一部が以下の記述に記載されるか、または、本発明を実施することにより理解され得る。
【０００９】
一実施形態では、タービンシステムが提供される。タービンシステムが、入口と、出口と、入口と出口との間を延在しかつ長手方向軸、径方向軸および接線方向軸を画定するダクト通路と、を備える移行ダクトを有する。移行ダクトの出口が長手方向軸および接線方向軸に沿って入口からオフセットされる。ダクト通路が、入口から延在する上流側部分と、出口から延在する下流側部分とを有する。タービンシステムがダクト通路の外側表面から延在するリブをさらに有し、リブが上流側部分および下流側部分を分割する。
【００１０】
別の実施形態によると、タービンシステムが提供される。タービンシステムが、入口と、出口と、入口と出口との間を延在しかつ長手方向軸、径方向軸および接線方向軸を画定するダクト通路と、を備える移行ダクトを有する。移行ダクトの出口が長手方向軸および接線方向軸に沿って入口からオフセットされる。タービンシステムが移行ダクトを概して囲む流れスリーブをさらに有し、流れスリーブが、上流側出口と、下流側出口と、上流側出口と下流側出口との間を延在するスリーブ通路とを備える。タービンシステムが、移行ダクトと流れスリーブとの間に画定されるキャビティであって、キャビティが上流側キャビティおよび下流側キャビティを備える、キャビティと、移行ダクトと流れスリーブとの間に配置されるリブであって、リブが上流側キャビティおよび下流側キャビティを分割する、リブとをさらに有する。
【００１１】
本発明のこれらのおよび別の特徴、態様および利点が以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照することにより、より良く理解される。本出願の一部に組み込まれて本出願の一部を構成する添付図面が本発明の実施形態を示し、本記述と併せて、本発明の原理を説明する役割を有する。
【００１２】
当業者を対象とする、最良の形態を含めた本発明の完全で実施可能な開示が、添付図を参照する本明細書に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の一実施形態によるガスタービンシステムを示す概略図である。
【図２】本開示の一実施形態によるガスタービンシステムの複数の部分を示す断面図である。
【図３】本開示の一実施形態による移行ダクトの環状アレイおよび付随する衝突スリーブを示す斜視図である。
【図４】本開示の一実施形態による複数の移行ダクトおよび付随する衝突スリーブを示す上方後面斜視図である。
【図５】本開示の別の実施形態による、付随する衝突スリーブが取り外された状態の複数の移行ダクトを示す上方後面斜視図である。
【図６】本開示の一実施形態による移行ダクトの複数の部分および衝突スリーブを示す断面図である。
【図７】本開示の別の実施形態による移行ダクトの複数の部分および付随する衝突スリーブを示す断面図である。
【図８】本開示の一実施形態によるガスタービンシステムのタービンセクションを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、その１つまたは複数の実施例が添付図面に示される本発明の好適な実施形態を詳細に参照する。各実施例は本発明を説明することにより提供されるが、本発明を限定するものではない。実際に、本発明の範囲または精神から逸脱することなく本発明において種々の修正形態および変形形態が作られ得ることは当業者には明白であろう。例えば、一実施形態の一部として示されるかまたは説明される特徴は、さらに別の実施形態を生み出すために別の実施形態で使用され得る。したがって、本発明は添付の特許請求の範囲の範囲およびその均等物の範囲内にあるそのような修正形態および変形形態を包含することを意図される。
【００１５】
図１はターボ機械の概略図であり、この実施形態ではガスタービンシステム１０が示される。本開示のタービンシステム１０がガスタービンシステム１０である必要がなく、蒸気タービンシステムまたは別の適切なシステムなどの、任意適切なタービンシステム１０であってもよいことを理解されたい。また、本開示によるターボ機械がタービンシステムである必要がなく、任意適切なターボ機械であってもよいことを理解されたい。ガスタービンシステム１０が、圧縮機セクション１２と、後で考察する複数の燃焼器１５を有することができる燃焼器セクション１４と、タービンセクション１６とを有することができる。圧縮機セクション１２およびタービンセクション１６がシャフト１８によって結合され得る。シャフト１８は単一のシャフトであるか、またはシャフト１８を形成するように一体に結合される複数のシャフトセグメントであってよい。シャフト１８はさらにジェネレータまたは別の適切なエネルギー蓄積デバイスに結合されるか、または、例えば配電網などに直接に接続され得る。入口セクション１９が圧縮機セクション１２に空気流れを提供することができ、排気ガスが排気セクション２０を介してタービンセクション１６から排出されてさらにシステム１０または別の適切なシステム内で排出および／または利用され得、大気へと排出されるかまたは熱回収ボイラを介して再利用され得る。
【００１６】
図２を参照すると、ガスタービンシステム１０の複数の部分の単純化された図が示される。図２に示されるガスタービンシステム１０は動作流体を加圧するための圧縮機セクション１２を備え、動作流体は一般には加圧空気であるが、システム１０を流れる任意適切な流体であってよい。圧縮機セクション１２から吐出される加圧動作流体が、システム１０の軸の周りで環状アレイとして配置される複数の燃焼器１５（図２では１つの燃焼器のみが示される）を有することができる燃焼器セクション１４内へと流れる。燃焼器セクション１４に入る動作流体が天然ガスあるいは別の任意の液体またはガスなどの流体と混合されて燃焼される。高温の燃焼ガスが各燃焼器１５からタービンセクション１６へと流れ、それによりシステム１０が駆動されて電力が生成される。
【００１７】
ガスタービン１０内の燃焼器１５が、動作流体と燃料とを混合して燃焼させるための種々の構成要素を有することができる。例えば、燃焼器１５が圧縮機吐出ケーシング（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｃａｓｉｎｇ）２１などのケーシング２１を有することができる。軸方向に延在する環状スリーブであってよい種々のスリーブが少なくとも部分的にケーシング２１内に配置されてよい。図２に示されるスリーブは概略長手方向軸９８に沿って軸方向に延在し、それにより、スリーブの入口が軸方向において出口に位置合わせされる。例えば、燃焼器ライナ２２がその中に燃焼ゾーン２４を概して画定することができる。動作流体、燃料、および任意選択の酸化剤を燃焼させるのは一般に燃焼ゾーン２４内で行われ得る。得られる高温の燃焼ガスが長手方向軸９８に沿って燃焼器ライナ２２を通って移行部片２６内へと概して軸方向下流側へと流れることができ、次いで長手方向軸９８に沿って移行部片２６を通ってタービンセクション１６内へと概して軸方向に流れることができる。
【００１８】
燃焼器１５が燃料ノズル４０または複数の燃料ノズル４０を有することができる。燃料が１つまたは複数のマニホルド（図示せず）によって燃料ノズル４０に供給され得る。後で考察するように、燃料ノズル（複数可）４０が、燃焼を行うために燃料ゾーン２４に燃料および任意選択の動作流体を供給することができる。
【００１９】
図３から６に示されるように、本開示による燃焼器１５が１つまたは複数の移行ダクト５０を有することができる。本開示の移行ダクト５０は、別の燃焼器の軸方向に延在する種々のスリーブの定位置に設けられ得る。例えば、移行ダクト５０が軸方向に延在する移行部片２６に取って代わることができ、さらに任意選択で燃焼器１５の燃焼器ライナ２２に取って代わることができる。その場合、移行ダクトが燃料ノズル４０または燃焼器ライナ２２から延在することができる。後で考察するように、移行ダクト５０は、そこを通ってタービンセクション１６まで流れる動作流体に関して、軸方向に延在する燃焼器ライナ２２および移行部片２６に対して種々の利点を有し得る。
【００２０】
示されるように、複数の移行ダクト５０が長手方向軸９０を中心とした環状アレイとして配置され得る。また、各移行ダクト５０が燃料ノズル４０または複数の燃料ノズル４０とタービンセクション１６との間を延在することができる。例えば、各移行ダクト５０が燃料ノズル４０からタービンセクション１６まで延在することができる。この場合、動作流体が概して燃料ノズル４０から移行ダクト５０を通ってタービンセクション１６まで流れることができる。一部の実施形態では、移行ダクト５０が有利にはタービンセクション内の第１のステージのノズルを排除することを可能にすることができ、それにより、付随する任意の圧力損失を軽減するかまたは排除することができ、またシステム１０の効率および出力を向上させることができる。
【００２１】
各移行ダクト５０が、入口５２と、出口５４と、それらの間にある通路５６とを有することができる。通路５６がその中に燃焼チャンバ５８を画定することができ、そこを通って高温の燃焼ガスが流れる。移行ダクト５０の入口５２および出口５４が、概して、円形または楕円形、長方形、三角形、あるいは別の任意適切な多角形断面を有することができる。また、移行ダクト５０の入口５２および出口５４が同様の形状の断面を有する必要がないことも理解されたい。例えば、一実施形態では、入口５２が概略円形断面を有することができ、対して、出口５４が概略長方形断面を有することができる。
【００２２】
また、通路５６が入口５２と出口５４との間に概してテーパ部分を有することができる。例えば、例示の一実施形態では、通路５６の少なくとも一部分が概略円錐形状であってよい。しかし、加えてまたは別法として、通路５６またはその任意の部分が、概して、長方形、三角形、または、任意の別の多角形断面を有してもよい。通路５６全体を通して、または、通路５６が相対的に大きい入口５２から相対的に小さい出口５４までテーパ形状を有するところの任意の部分を通して、通路５６の断面形状が変化してよいことを理解されたい。
【００２３】
複数の移行ダクト５０の各々の出口５４はそれぞれの移行ダクト５０の入口５２からオフセットされてよい。本明細書で使用される場合の「オフセット」という用語は、指示される座標方向に沿って離間されることを意味する。複数の移行ダクト５０の各々の出口５４が長手方向においてそれぞれの移行ダクト５０の入口５２からオフセットされてよく、長手方向軸９０などに沿ってオフセットされてよい。
【００２４】
加えて、例示の実施形態では、複数の移行ダクト５０の各々の出口５４が接線方向においてそれぞれの移行ダクト５０の入口５２からオフセットされてよく、接線方向軸９２などに沿ってオフセットされてよい。複数の移行ダクト５０の各々の出口５４が接線方向においてそれぞれの移行ダクト５０の入口５２からオフセットされることから、有利には、移行ダクト５０が、後で考察するように、移行ダクト５０を通る動作流体の流れの接線方向成分を利用することができ、それによりタービンセクション１６内での第１のステージのノズルの必要性を排除することができる。
【００２５】
また、例示の実施形態では、複数の移行ダクト５０の各々の出口５４が径方向においてそれぞれの移行ダクト５０の入口５２からオフセットされてよく、径方向軸９４などに沿ってオフセットされてよい。複数の移行ダクト５０の各々の出口５４が径方向において径方向においてそれぞれの移行ダクト５０の入口５２からオフセットされることから、有利には、移行ダクト５０が、後で考察するように、移行ダクト５０を通る動作流体の流れの径方向成分を利用することができ、それによりタービンセクション１６内での第１のステージのノズルの必要性を排除することができる。
【００２６】
図３に示されるように、各移行ダクト５０において個別に、移行ダクト５０の環状アレイによって画定される円周を基準として接線方向軸９２および径方向軸９４が画定されること、ならびに、各移行ダクト５０において、長手方向軸９０を中心とした環状アレイとして配置される複数の移行ダクト５０に基づく円周周りで軸９２および９４が変化することを理解されたい。
【００２７】
考察するように、高温の燃焼ガスは、移行ダクト５０を通って流れた後に移行ダクト５０からタービンセクション１６内へと流れることができる。図８に示されるように、本開示によるタービンセクション１６が、高温ガス経路１０４を画定することができるシュラウド１０２を有することができる。シュラウド１０２が複数のシュラウドブロック１０６から形成され得る。シュラウドブロック１０６が１つまたは複数の環状アレイとして配置され得、それらの各々がその中に高温ガス経路１０４の一部分を画定することができる。
【００２８】
タービンセクション１６が複数のバケット１１２および複数のノズル１１４をさらに有することができる。複数のバケット１１２の各々および複数のノズル１１４の各々が高温ガス経路１０４内に少なくとも部分的に配置され得る。さらに、複数のバケット１１２および複数のノズル１１４は１つまたは複数の環状アレイとして配置され得、それらの各々が高温ガス経路１０４の一部分を画定することができる。
【００２９】
タービンセクション１６が複数のタービンステージを有することができる。各ステージが、環状アレイとして配置される複数のバケット１１２と、環状アレイとして配置される複数のノズル１１４とを有することができる。例えば、一実施形態では、タービンセクション１６が図８に示されるように３つのステージを有することができる。例えば、タービンセクション１６の第１のステージが第１のステージのノズル組立体（図示せず）および第１のステージのバケット組立体１２２を有することができる。ノズル組立体が、シャフト１８の周りで円周状に配置されて固定される複数のノズル１１４を有することができる。バケット組立体１２２が、シャフト１８の周りで円周状に配置されてシャフト１８に結合される複数のバケット１１２を有することができる。しかし、タービンセクションが複数の移行ダクト５０を備える燃焼器セクション１４に結合されるような例示の実施形態では、第１のステージのノズル組立体が排除されてよく、したがって、第１のステージのバケット組立体１２２の上流側にはノズルが配置されない。高温ガス経路１０４を通る高温の燃焼ガスの流れを基準として上流側が画定され得る。
【００３０】
タービンセクション１６の第２のステージが第２のステージノズル組立体１２３および第２のステージのバケット組立体１２４を有することができる。ノズル組立体１２３内に含まれるノズル１１４がシャフト１８の周りに円周状に配置されて固定され得る。バケット組立体１２４内に含まれるバケット１１２がシャフト１８の周りで円周状に配置されてシャフト１８に結合され得る。したがって、第２のステージのノズル組立体１２３が、高温ガス経路１０４に沿って、第１のステージのバケット組立体１２２と第２のステージのバケット組立体１２４との間に配置される。タービンセクション１６の第３のステージが第３のステージのノズル組立体１２５および第３のステージのバケット組立体１２６を有することができる。ノズル組立体１２５内に含まれるノズル１１４がシャフト１８の周りに円周状に配置されて固定され得る。バケット組立体１２６内に含まれるバケット１１２がシャフト１８の周りで円周状に配置されてシャフト１８に結合され得る。したがって、第３のステージのノズル組立体１２５が、高温ガス経路１０４に沿って、第２のステージのバケット組立体１２４と第３のステージのバケット組立体１２６との間に配置される。
【００３１】
タービンセクション１６が３つのステージのみに限定されず、任意の数のステージが本開示の範囲および精神内にあることを理解されたい。
【００３２】
図４、６および７に示されるように、例示の実施形態では、流れスリーブ１４０が移行ダクト５０を概して囲むことができ、概して円周状などで囲むことができる。移行ダクト５０を円周状に囲む流れスリーブ１４０がそれらの間にキャビティ１４２を画定することができる。ケーシング２１からの圧縮動作流体１４６がキャビティ１４２を通って流れることができ、それにより移行ダクト５０を対流冷却することができる。また、一部の実施形態では、流れスリーブ１４０が衝突スリーブであってよい。これらの実施形態では、示されるように、衝突孔１４４がスリーブ１４０内に画定され得る。ケーシング２１からの圧縮動作流体１４６が衝突孔１４４を通って流れて移行ダクト５０に衝突することができ、次いでキャビティ１４２を通って流れて移行ダクトを追加的に衝突冷却することができる。
【００３３】
各流れスリーブ１４０が、上流側出口１５２と、下流側出口１５４と、それらの間にある通路１５６とを有することができる。各流れスリーブ１４０が、燃料ノズル４０または複数の燃料ノズル４０とタービンセクション１６との間を延在することができ、したがって付随する移行ダクト５０の少なくとも一部分を囲むことができる。したがって、上で考察したように移行ダクト５０と同様に、複数の流れスリーブ１４０の各々の下流側出口１５４が、長手方向、径方向および／または接線方向において、それぞれの流れスリーブ１４０の上流側出口１５２からオフセットされてよい。
【００３４】
考察するように、動作流体１４６が、移行ダクト５０と流れスリーブ１４０との間に画定されるキャビティ１４２を通って流れることができる。ターボ機械が運転する間、この動作流体１４６が移行ダクト５０を冷却することができる。上で考察したように、移行ダクト５０を冷却するのに動作流体１４６が効率的に利用されることが所望される。したがって、例示の実施形態では、リブ１６０が１つまたは複数の移行ダクト５０のキャビティ１４２の中および付随する流れスリーブ１４０の中に含まれてよい。リブ１６０は移行ダクト５０と流れスリーブ１４０との間に配置されてよく、キャビティ１４２を上流側キャビティ１６２および下流側キャビティ１６４に分割することができる。この場合、移行ダクト５０は、その通路５６などが、リブ１６０により上流側部分１７２および下流側部分１７４へと分割され得、同様に、流れスリーブ１４０がリブ１６０により上流側部分１７６および下流側部分１７８へと分割され得る。
【００３５】
キャビティ１６２および付随する移行ダクト５０さらには流れスリーブ１４２を分割することにより、リブ１６０により、上流側キャビティ１６２内の動作流体１４６の一部分１８２がそのキャビティに必要となる有利な流れ特性および冷却特性を提供することが可能となり、さらに、下流側キャビティ１６４内の動作流体１４６の一部分１８４がそのキャビティに必要となる別の有利な流れ特性および冷却特性を提供することができるようになる。例えば、図６および７に示されるように、下流側キャビティ１６４内の一部分１８４が概して下流側を流れることができ、有利には、通路５６の下流側部分１７４を冷却することができる。移行ダクト５０およびその通路５６のデザインにより、下流側部分１７４を通る高温の燃焼ガスの流れ１８６が比較的高いマッハ数を有することができ、また、下流側部分１７２内の熱伝達係数が比較的大きくなり得ることに留意されたい。本開示によるリブ１６０を使用することにより、有利には、下流側部分１７４を目標を定めて冷却することが可能となる。また、例示の実施形態では、通路５６の下流側部分１７４が、その中に画定される複数の膜冷却通路１９０を有することができ、これは、通路５６の外側表面１９２と内側表面１９４との間を延在する。各膜冷却通路１９０が動作流体１４６の下流側部分１８４の膜冷却部分１９６を移行ダクト５０の燃焼チャンバ５８に連通させることができる。この膜冷却部分１９６は通路５６の内側表面１９４に沿って概して下流側に流れることができ、それにより下流側部分１７４をさらに冷却することができる。
【００３６】
図６および７にさらに示されるように、上流側キャビティ１６２内の一部分１８２が概して上流側に流れることができ、それにより有利には通路５６の上流側部分１７２を冷却することができる。このような流れが上流側部分１７２を冷却することができ、また同時に、追加的に、この一部分１８２を燃料に混合させて燃料を燃焼させるために燃料ノズル４０に供給することができる。したがって、本開示によるリブ１６０を使用することにより、有利には、上流側部分１７２を目標を定めて冷却することができ、同時に、燃焼を行うために動作流体１４６の一部分１８２を効率的に提供することができる。
【００３７】
例示の実施形態では、リブ１６０が上流側キャビティ１６２および下流側キャビティ１６４（ならびにそれらの種々の部分）を互いから概して隔離することができる。これらの実施形態では、リブ１６０が上流側キャビティ１６２および下流側キャビティ１６４を互いから効果的に密閉し、それにより、動作流体１４６の一部分１８２が上流側キャビティ１６２からリブ１６０を通って下流側キャビティ１６４内へと流れることが最小となるかまたは不可能となり、また、動作流体１４６の一部分１８４が下流側キャビティ１６４からリブ１６０を通って上流側キャビティ１６２内へと流れることが最小となるか不可能となる。キャビティ１６２、１６４を隔離することにより、動作流体１４６を効率的に冷却することおよび使用することが促進される。
【００３８】
本開示によるリブ１６０が概して移行ダクト５０の周囲部周りを概して囲んで延在し、移行ダクト５０を上流側部分１７２および下流側部分１７４へと分割しさらに流れスリーブ１４０を上流側部分１７６および下流側部分１７８へと分割する。リブ１６０は、このような分割を行えるように移行ダクト５０と流れスリーブ１４０との間に配置される単一の構成要素または複数の構成要素であってよい。例示の実施形態では、リブ１６０が通路５６の外側表面１９２から延在する。リブ１６０は図６に示されるように通路５６と一体であってよい。例えば、リブ１６０および通路５６は単一構成要素として鋳造され得る。別法として、リブ１６０は、溶接、ろう付け、ボルト止めなどを介して通路５６に設置されてもよい。加えてまたは別法として、リブ１６０は流れスリーブ１４０の内側表面１９８から延在してもよく、流れスリーブ１４０と一体であるかまたは流れスリーブ１４０に設置されてよい。
【００３９】
このように、本開示によるリブ１６０を使用することにより、移行ダクト５０、および、移行ダクト５０を利用するターボ機械を冷却することを改善することができる。このような冷却は、漏洩を軽減し、かつ、燃焼を行うために十分な量の動作流体１４６を提供しながら、移行ダクト５０を効率的に冷却するために上述したように詳細に標的を定めることができる。
【００４０】
図７にさらに示されるように、本開示による移行ダクト５０が、その冷却をさらに促進する複数の内部ピン２００を有することができる。これらの実施形態では、通路５６またはその一部分が概して中空であってよく、外側表面１９２と内側表面１９４との間に内部２０２を画定する。ピン２００が内部２０２内に配置され得、１つまたは複数の概して円周状の列である一部の実施形態では、外側表面１９２と内側表面１９４との間を概して延在する。アクセス孔２０４が外側表面１９２内に画定されてよく、それにより、動作流体１４６、または、一部分１８４などのその一部分がアクセス孔２０４を通って内部２０２内へと流れるようになる。例示の実施形態では、アクセス孔２０４はピン２００の上流側に位置してよい。したがって、この動作流体１４６またはその一部分がピン２００を通過して流れてピン２００および移行ダクト５０を概して冷却することができる。膜冷却通路２０６または別の適切な排気孔が内部表面１９４内に画定されてよく、それにより、動作流体１４６またはその一部分が内部２０２から移行ダクト５０の燃焼チャンバ５８へと排出され得るようになり、燃焼チャンバ５８内の通路５６の内側表面１９４などに沿って概して下流側に流れることができ、通路５６をさらに冷却することができる。例示の実施形態では、膜冷却通路２０６または別の適切な排気孔がピン２００の下流側に配置されてよい。
【００４１】
示されるような例示の実施形態では、ピン２００が移行ダクト５０の下流側部分１７４内のみに設けられてよい。しかし、加えてまたは別法として、ピン２００は上流側部分１７２に含まれてもよい。さらに、本開示によるピン２００が、移行ダクト５０がリブ１６０を利用するような実施形態のみで使用されるのに限定されず、任意適切な移行ダクト５０内で利用され得ることを理解されたい。
【００４２】
加えて、ピン２００が利用されるような一部の実施形態では、流れスリーブ１４０の種々の部分が必要ない可能性がある。例えば、図７に示されるように、移行ダクト５０の下流部分１７４内でピン２００を使用することにより、流れスリーブ１４０が下流部分１７８を有さず上流側部分１７６のみを有してもよい。しかし、別法として下流側部分１７４が含まれてもよい。また、ピン２００が利用される場合、流れスリーブ１４０の任意適切な部分が含まれても含まれなくてもよい。
【００４３】
本記述は、最良の形態を含めた本発明を開示するために、さらには、任意のデバイスまたはシステムを製造および使用することならびに採用される任意の方法を実施することを含めて、当業者が本発明を実施するのを可能にするために、複数の実施例を使用する。特許を受けることができる本発明の範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者には思い付く別の実施例を含むことができる。このような別の実施例は、特許請求の範囲の文言と違わない構造的要素を含む場合、または、特許請求の範囲の文言とほぼ違わない等価の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図される。
【符号の説明】
【００４４】
１０  タービンシステム
１２  圧縮機セクション
１４  燃焼器セクション
１５  燃焼器
１６  タービンセクション
１８  シャフト
１９  入口セクション
２０  排気セクション
２１  ケーシング
２２  燃焼器ライナ
２４  燃焼ゾーン
２６  移行部片
３０  流れスリーブ
３２  流れ経路
３４  衝突スリーブ
３６  流れ経路
３８  外部アニュラス
４０  燃料ノズル
５０  移行ダクト
５２  入口
５４  出口
５６  通路
５８  燃焼チャンバ
９０  長手方向軸
９２  接線方向軸
９４  径方向軸
９８  長手方向軸
１０２  シュラウド
１０４  高温ガス経路
１０６  シュラウドブロック
１１２  バケット
１１４  ノズル
１２２  第１のステージのバケット組立体
１２３  第２のステージのノズル組立体
１２４  第２のステージのバケット組立体
１２５  第３のステージのノズル組立体
１２６  第３のステージのバケット組立体
１４０  流れ／衝突スリーブ
１４２  キャビティ
１４４  衝突孔
１４６  動作流体
１５２  入口
１５４  出口
１５６  通路
１６０  リブ
１６２  上流側キャビティ
１６４  下流側キャビティ
１７２  上流側部分（移行ダクト）
１７４  下流側部分（移行ダクト）
１７６  上流側部分（流れスリーブ）
１７８  下流側部分（流れスリーブ）
１８２  動作流体の一部分（上流側）
１８４  動作流体の一部分（下流側）
１８６  高温ガス
１９０  膜冷却通路
１９２  外側表面（移行ダクト）
１９４  内側表面（移行ダクト）
１９６  膜冷却部分（動作流体）
１９８  内側表面（流れスリーブ）
２００  ピン
２０２  内部
２０４  アクセス孔
２０６  膜冷却通路
【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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【外国語明細書】
2014185633000001.pdf