(57)【要約】【課題】燃焼セクションおよびタービンセクションを有するガスタービンエンジンシステムを提供する。【解決手段】タービンセクションは、ロータに対して結合される複数のタービン翼と、複数のタービン翼の周囲に円周方向に配設される内部ケーシングとを有する、タービン段を備える。このタービンセクションは、内部ケーシングの周囲に円周方向に配設された外部ケーシングを備える。内部ケーシングおよび外部ケーシングは、内部ケーシングの外方表面および外部ケーシングの内方表面を冷却するために、空洞部内における空気の分配を助長するように構成されたボリュームを備える空洞部を画成する。外部ケーシングは、空気入口を備え、内部ケーシングは、空気出口を備える。フランジが、空洞部内に設けられ、このフランジは、空気入口および流れガイドの側面に位置する。【選択図】図１
2014181702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼セクションと、
前記燃焼セクションに対して結合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は、ロータに対して結合される複数のタービン翼、前記複数のタービン翼の周囲に円周方向に配設される内部ケーシング、および前記内部ケーシングの少なくとも一部分の周囲に円周方向に配設される外部ケーシングを有する、少なくとも１つのタービン段を備え、前記内部ケーシングおよび前記外部ケーシングは、前記内部ケーシングと前記外部ケーシングとの間に空洞部を画成し、前記空洞部は、前記空洞部内における空気の分配を助長して前記内部ケーシングの外方表面および前記外部ケーシングの内方表面を冷却するために、前方部分と後方部分との間に延在するボリュームを備え、前記前方部分は、前記後方部分よりも前記燃焼セクションに対してより近く、前記外部ケーシングは、前記空気が前記空洞部の前記後方部分内に流れるための少なくとも１つの空気入口を備え、前記内部ケーシングは、前記空気が前記空洞部の前記前方部分から外に流れるための少なくとも１つの空気出口を備える、タービンセクションと、
前記空洞部内に配設される少なくとも１つのフランジであって、前記少なくとも１つのフランジは、前記少なくとも１つの空気入口および少なくとも１つの流れガイドの側面に位置し、前記少なくとも１つのフランジおよび前記少なくとも１つの流れガイドはそれぞれ、前記内部ケーシングの前記外方表面の少なくとも一部分に沿って前記タービンセクションの長手方向へと軸方向に延在し、前記少なくとも１つの流れガイドは、前記内部ケーシングの前記外方表面および前記外部ケーシングの前記内方表面の冷却を助長するために、前記空洞部内における空気流の速度および方向を変化させるように構成される、少なくとも１つのフランジと
を備える、ガスタービンエンジン
を備える、システム。
【請求項２】
前記内部ケーシングの前記外方表面の上に配設され、前記内部ケーシングの周囲に円周方向に延在する、少なくとも１つの突出部を備え、前記少なくとも１つの突出部は、前記空洞部内における前記空気流の分配を助長するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
少なくとも１つのスロットが、前記空洞部内における前記空気流の分配を助長するために、前記少なくとも１つの突出部内に配設される、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記外部ケーシングの前記内方表面から前記空洞部内へとラジアル方向に延在する第１の突出部と、前記内部ケーシングの前記外方表面から前記空洞部内にラジアル方向に延在する第２の突出部とを備え、前記第１の突出部および前記第２の突出部は、ラジアル方向に重なり、前記第１の突出部と前記第２の突出部との間において前記空洞部の前記後方部分から前記前方部分の方向に向かう前記空気の流れを可能にするように構成された間隙を形成するように、前記タービンセクションの前記長手方向に沿って軸方向にオフセットされる、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記内部ケーシングと前記外部ケーシングとの間に延在する少なくとも１つの穿孔プレートを備える、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの穿孔プレートの第１の端部が、前記外部ケーシングの前記内方表面上に配設された第１のブラケットに対して結合され、前記少なくとも１つの穿孔プレートの第２の端部が、前記内部ケーシングの前記外方表面上に配設された第２のブラケットに対して結合される、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記空洞部は、前記タービンセクションの前記長手方向に対して、軸方向に、ラジアル方向に、円周方向に、またはそれらの組合せの方向に延在する、１つまたは複数の流れガイドを備える、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記空洞部は、前記少なくとも１つの空気入口および一対の流れガイドの側面に位置する一対のフランジを備える、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記内部ケーシングの前記外方表面と前記外部ケーシングの前記内方表面との間の直交距離が、前記少なくとも１つの空気入口と前記少なくとも１つの空気出口との間の前記空洞部の長さに沿って１０％未満だけ変化する、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
ガスタービンのタービンセクション用の冷却アセンブリを備える、システムであって、前記冷却アセンブリは、
第１の内方表面および第１の外方表面を有する内部ケーシングであって、前記ガスタービンの前記タービンセクションの一部分の周囲に円周方向に配設される、内部ケーシングと、
第２の内方表面および第２の外方表面を有する外部ケーシングであって、前記内部ケーシングの少なくとも一部分の周囲に円周方向に配設される、外部ケーシングと、
前記内部ケーシングの前記第１の外方表面および前記外部ケーシングの前記第２の内方表面により画成される空洞部であって、前記ガスタービンの前記タービンセクションの前記部分の周囲に円周方向に延在し、前記内部ケーシングの前記第１の外方表面および前記外部ケーシングの前記第２の内方表面を冷却するために前記空洞部内における空気流を助長するように構成されたボリュームを有する、空洞部と、
前記空洞部の第１の端部の近傍において空気を受けるように構成され、前記空洞部の周囲に円周方向に分布する、複数の入口と、
前記空洞部の第２の端部の近傍においてノズル内に空気を排出するように構成され、前記空洞部の周囲に円周方向に分布する、複数の出口と、
前記内部ケーシングの前記第１の外方表面の少なくとも一部分に沿って前記タービンセクションの長手方向に軸方向に延在する複数のフランジであって、前記複数のフランジの中の隣接し合うフランジの各対が、少なくとも２つの流れガイドの側面に位置する、複数のフランジと
を備える、システム。
【請求項１１】
前記内部ケーシングの前記第１の外方表面は、前記ガスタービンにおける作動流体の流れに対して上流方向に前記ガスタービンの長手方向軸の方向へと徐々に内方に湾曲する、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記外部ケーシングの前記第２の内方表面は、前記ガスタービンにおける前記作動流体の前記流れに対して前記上流方向に前記ガスタービンの前記長手方向軸の方向へと徐々に内方に湾曲する、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記内部ケーシングの前記第１の外方表面と前記外部ケーシングの前記第２の内方表面との間の直交距離が、前記複数の入口と前記複数の出口との間において前記空洞部の長さに沿って１０％未満だけ変化する、請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記内部ケーシングの前記第１の外方表面上に配設され、前記内部ケーシングの周囲に円周方向に延在する、少なくとも１つの突出部を備え、前記少なくとも１つの突出部は、前記空洞部内における前記空気流の分配を助長するように構成される、請求項１０記載のシステム。
【請求項１５】
前記外部ケーシングの前記第２の内方表面から前記空洞部内にラジアル方向に延在する第１の突出部と、前記内部ケーシングの前記第１の外方表面から前記空洞部内にラジアル方向に延在する第２の突出部とを備え、前記第１の突出部および前記第２の突出部は、ラジアル方向に重なり、前記第１の突出部と前記第２の突出部との間における前記空洞部の第１の端部から前記第２の端部の方向への前記空気流が可能になるように構成された間隙を形成するために、前記タービンセクションの前記長手方向に対して軸方向にオフセットされる、請求項１０記載のシステム。
【請求項１６】
前記内部ケーシングと前記外部ケーシングとの間に延在する少なくとも１つの穿孔プレートを備え、前記少なくとも１つの穿孔プレートは、前記空気流が前記空洞部の前記第１の端部から前記第２の端部の方向に前記少なくとも１つの穿孔プレートを通り流れ得るように構成される、請求項１０記載のシステム。
【請求項１７】
前記冷却アセンブリを有する前記ガスタービンを備える、請求項１０記載のシステム。
【請求項１８】
ガスタービンのタービンセクションの内部ケーシングと外部ケーシングとの間に形成される空洞部の第１の端部の近傍に配設される入口を通して空気を送るステップであって、前記空洞部は、前記内部ケーシングおよび前記外部ケーシングの冷却を助長するように構成されたボリュームを有する、ステップと、
前記空洞部内に配設される複数の表面特徴の周囲に前記空気を送るステップであって、前記表面特徴は、前記タービンセクションの長手方向において前記内部ケーシングの外方表面に沿って軸方向に延在する少なくとも１つの流れガイドを備え、前記少なくとも１つの流れガイドの側面に、少なくとも２つのフランジが位置する、ステップと、
前記空洞部の第２の端部の近傍に配設される少なくとも１つの出口を通してタービンノズル内に前記空気を送るステップと
を含む、方法。
【請求項１９】
前記外部ケーシングの内方表面が、前記ガスタービンの前記タービンセクションにおける作動流体の流れに対して上流方向に前記ガスタービンの長手方向軸の方向へと徐々に内方に曲がり、前記内部ケーシングの前記外方表面は、前記ガスタービンの前記タービンセクションにおける前記作動流体の前記流れに対して前記上流方向に前記ガスタービンの前記長手方向軸の方向へと徐々に内方に曲がる、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記複数の表面特徴の周囲に前記空気を送る前記ステップは、ラジアル方向隙間および軸方向隙間を制御するために前記空気流を制御するステップを含む、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書において開示される対象は、一般的にはガスタービンに、およびより詳細にはガスタービンのタービンセクションにおける熱伝達を最適化するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、燃料を燃焼して高温燃焼ガスを発生させ、これらのガスが、タービンを通り流れることによって、負荷装置および／または圧縮機を駆動する。かかるシステムにおいては、燃焼によってかなりの熱量が発生する。この熱は、ガスタービンエンジン内の様々な構成要素に対して熱膨張および場合によっては応力または摩耗を生じさせ得る。例えば、熱膨張は、定置構成要素とタービン翼などの回転構成要素との間の隙間を変化させる場合がある。したがって、ガスタービンエンジンの隙間を最適化し、性能を向上させ、寿命を延ばすために、様々なタービン構成要素の温度を制御することが望ましい場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６２２７８００号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本来特許請求される本発明との間において範囲が同等であるいくつかの実施形態が、以下において概説される。これらの実施形態は、特許請求される本発明の範囲を限定するようには意図されず、むしろ、これらの実施形態は、本発明の可能な形態の簡単な概要を提示することのみを意図される。実際に、本発明は、以下に示す実施形態と同様であり得るまたは異なり得る様々な形態を包含し得る。
【０００５】
一実施形態においては、ガスタービンエンジンを備えるシステムが提供される。ガスタービンエンジンは、燃焼セクションと燃焼セクションに対して結合されるタービンセクションとを備える。タービンセクションは、ロータに対して結合される複数のタービン翼と、複数のタービン翼の周囲に円周方向に配設される内部ケーシングとを有する、少なくとも１つのタービン段を備える。また、タービンセクションは、内部ケーシングの少なくとも一部分の周囲に円周方向に配設される外部ケーシングを備える。内部ケーシングおよび外部ケーシングは、内部ケーシングと外部ケーシングとの間に空洞部を画成し、この空洞部は、洞部内における空気の分配を助長して内部ケーシングの外方表面および外部ケーシングの内方表面を冷却するために、前方部分と後方部分との間に延在するボリュームを備える。前方部分は、後方部分よりも燃焼セクションに対してより近い。外部ケーシングは、空気が空洞部の後方部分内に流れるための少なくとも１つの空気入口を備え、内部ケーシングは、空気が空洞部の前方部分から外に流れるための少なくとも１つの空気出口を備える。また、ガスタービンエンジンは、空洞部内に配設される少なくとも１つのフランジを備え、この少なくとも１つのフランジは、少なくとも１つの空気入口および少なくとも１つの流れガイドの側面に位置する。少なくとも１つのフランジおよび少なくとも１つの流れガイドはそれぞれ、内部ケーシングの外方表面の少なくとも一部分に沿ってタービンセクションの長手方向へと軸方向に延在する。少なくとも１つの流れガイドは、内部ケーシングの外方表面および外部ケーシングの内方表面の冷却を助長するために、空洞部内における空気流の速度および方向を変化させるように構成される。
【０００６】
別の実施形態においては、ガスタービンのタービンセクション用の冷却アセンブリを備えるシステムが提供される。冷却アセンブリは、第１の内方表面および第１の外方表面を有する内部ケーシングを備え、この内部ケーシングは、ガスタービンのタービンセクションの一部分の周囲に円周方向に配設される。さらに、冷却アセンブリは、第２の内方表面および第２の外方表面を有する外部ケーシングを備え、この外部ケーシングは、内部ケーシングの少なくとも一部分の周囲に円周方向に配設される。空洞部が、内部ケーシングの第１の外方表面および外部ケーシングの第２の内方表面により画成され、この空洞部は、ガスタービンのタービンセクションの前述の部分の周囲に円周方向に延在する。空洞部は、内部ケーシングの第１の外方表面および外部ケーシングの第２の内方表面を冷却するために空洞部内における空気流を助長するように構成されたボリュームを有し、空洞部の第１の端部の近傍において空気を受けるように構成された複数の入口を備える。これらの入口は、空洞部の周囲に円周方向に分布する。また、空洞部は、空洞部の第２の端部の近傍においてノズル内に空気を排出するように構成された複数の出口を備え、これらの出口は、空洞部の周囲に円周方向に分布する。さらに、空洞部は、内部ケーシングの第１の外方表面の少なくとも一部分に沿ってタービンセクションの長手方向において軸方向に延在する複数のフランジを備え、複数のフランジの中の隣接し合うフランジの各対が、少なくとも２つの流れガイドの側面に位置する。
【０００７】
別の実施形態においては、方法が提供される。この方法は、ガスタービンのタービンセクションの内部ケーシングと外部ケーシングとの間に形成される空洞部の第１の端部の近傍に配設される入口を通して空気を送るステップを含み、この空洞部は、内部ケーシングおよび外部ケーシングの冷却を助長するように構成されたボリュームを有する。また、この方法は、空洞部内の複数の表面特徴の周囲に空気を送るステップを含み、これらの表面特徴は、内部ケーシングの外方表面から軸方向に延在する少なくとも１つの流れガイドを備え、この少なくとも１つの流れガイドの側面に、少なくとも２つのフランジが位置する。この方法は、空洞部の第２の端部の近傍に配設される少なくとも１つの出口を通してタービンノズル内に空気を送るステップをさらに含む。
【０００８】
本発明のこれらのおよび他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照として以下の詳細な説明を読むことにより、よりよく理解されよう。同様の記号は、全ての図面にわたり同様のパーツを表す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ガスタービンシステムの一実施形態のブロック図である。
【図２】ガスタービンエンジンの部分側断面図である。
【図３】図１および図２のガスタービンのタービンセクションの内部ケーシングおよび外部ケーシングの一実施形態の側断面図である。
【図４】内部ケーシングの一部分の一実施形態の概略上面図である。
【図５】内部ケーシングの周囲に配設された外部ケーシングの一部分の一実施形態の部分斜視図である。
【図６】１つのフランジおよび複数の疑似フランジを有する内部ケーシングの一実施形態の斜視図である。
【図７】突出部を有する内部ケーシングの一実施形態の斜視図である。
【図８】ラジアル方向重なり突出部を有する内部ケーシングおよび外部ケーシングの一実施形態の側断面図である。
【図９】突出部およびラジアル方向重なり突出部の組合せを有する内部ケーシングおよび外部ケーシングの一実施形態の側断面図である。
【図１０】内部ケーシングと外部ケーシングとの間に延在する複数の穿孔プレートを有する内部ケーシングおよび外部ケーシングの一実施形態の側断面図である。
【図１１】１つの穿孔プレートを有する内部ケーシングの一実施形態の部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の１つまたは複数の実施形態を説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するために、本明細書内においては、実際の実装形態の全ての特徴が説明されない場合がある。工学プロジェクトまたは設計プロジェクトにおけるような任意の実際の実装の開発においては、システム関連のおよびビジネス関連の制約の順守など、開発者の特定の目的を達成するために、実装ごとに固有の多数の決定がなされなければならず、これらは、実装ごとに異なり得る点に理解されたい。さらに、かかる開発努力は、複雑かつ多大な時間を要するものであり得るが、本開示の利益を享受する当業者にとっては設計、組立、および製造という通常の作業である点を理解されたい。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の要素を紹介する場合に、「１つの（ａ、ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」とうい冠詞は、その要素の１つまたは複数が存在することを意味する。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的であるように意図され、列挙された要素以外のさらなる要素が存在し得ることを意味する。
【００１２】
本開示によるガスタービンシステムは、インピンジメントプレートおよび／または流れスリーブなどのあるタイプのハードウェアを伴いまたは伴わずに、ガスタービンエンジンのタービンセクション内の熱伝達を最適化し、冷却を行うことができる。いくつかのガスタービンシステムは、ケーシングを冷却するために、タービンセクションのケーシング（例えばシュラウド）に隣接して位置決めされたインピンジメントプレートおよび流れスリーブを備え得る。しかし、かかる構成要素は、ガスタービンシステムに対してさらなる複雑さおよびさらなるコストを追加する。したがって、本開示は、ケーシングに隣接してまたはケーシングにより形成される空洞部内にインピンジメントプレートおよび／または流れスリーブを必要としない、タービンセクションを冷却するためのシステムおよび方法の実施形態を提供する。より具体的には、本明細書において説明される空洞部は、空洞部内における冷却流体（例えば空気）の流れを助長するような、およびタービンセクションのケーシング間の空洞部内における熱伝達を最適化するような、形状および／またはボリューム（例えば小さなボリュームまたは他のガスタービンシステムに比べて比較的小さなボリュームなど）を有することができる。さらに、ケーシングおよび空洞部は、空洞部内の空気流を助長し、熱伝達を最適化するように構成された、様々な構造的特徴（例えば流れガイド、ディストリビュータ、整流機構、スプレッダ、等々）を備えてもよい。かかる構造的特徴の例には、フランジ、疑似フランジ、突出部（例えば外周リブまたは重なり突出部など）、スロット、および穿孔プレートが含まれるが、これらに限定されない。本明細書において説明される形状および構造的特徴を有する空洞部は、インピンジメントプレートおよび／または流れスリーブを必要とせずにタービンセクションのケーシングに対して十分な冷却を行い得るため、これにより、さらに、様々な利点を得ることができる。例えば、本明細書において説明されるシステムは、製造コストおよび修理コストを削減させることができる。さらに、タービンセクションの最適な熱伝達により、タービン構成要素が損傷を被る可能性が低下し、ある構成要素間において許容し得るラジアル方向隙間および軸方向隙間（例えば、内部ケーシングとタービン翼との間の隙間、バケットチップとシュラウドとの間の隙間、バケットエンジェルウィングとノズルとの間の隙間など）を維持することが助長され得る。より具体的には、本開示において説明されるシステムは、ケーシングの冷却の制御を可能にし得るため、したがって、エンジン性能を改善するためにタービン翼とケーシングとの間のラジアル方向隙間および軸方向隙間の制御を行うことが可能となり得る。
【００１３】
図面を参照すると、図１は、ガスタービンシステム１０の一実施形態のブロック図を示す。このガスタービンシステム１０は、システム１０のいくつかの部分内の熱伝達を改善するための特徴（例えば冷却特徴）を備え得る。理解されるように、本明細書において説明されるシステムおよび方法は、ガスタービンシステムおよび蒸気タービンシステムなどの任意のタービンシステムにおいて使用し得るものであり、任意の特定の機械またはシステムに限定されるようには意図されない。図示するように、システム１０は、圧縮機１２と、タービン燃焼器１４と、タービン１６とを備える。システム１０は、液体燃料および／または天然ガスもしくは合成ガスなどのガス燃料２０を受けるように構成された１つまたは複数の燃料ノズル１８を備える、１つまたは複数の燃焼器１４を備えてもよい。
【００１４】
タービン燃焼器１４は、燃料−空気混合物の点火および燃焼を行い、次いで、高温加圧燃焼ガス２２（例えば排気）をタービン１６に送る。タービン翼が、シャフト２４に対して結合され、またこのシャフト２４は、タービンシステム１０中の複数の他の構成要素に対して結合される。燃焼ガス２２が、タービン１６内のタービン翼を通過することにより、タービン１６は、駆動されて回転し、これによりシャフト２４が回転する。最終的に、燃焼ガス２２は、排気出口２６を経由してタービンシステム１０から出る。さらに、シャフト２４は、負荷装置２８に対して結合されてもよく、この負荷装置２８は、シャフト２４の回転により駆動される。例えば、負荷装置２８は、発電機および航空機のプロペラ等々の、タービンシステム１０の回転出力により出力を発生させ得る任意の適切なデバイスであってもよい。
【００１５】
圧縮機翼が、圧縮機１２の構成要素として含まれてもよい。圧縮機１２内のこれらの翼は、シャフト２４に対して結合され、シャフト２４が上述のようにタービン１６により駆動されて回転することにより、回転する。取入れ部３０が、圧縮機１２内に空気３２を送り、圧縮機１２内の翼の回転により、空気３２が圧縮されて、圧縮空気３４が発生する。次いで、圧縮空気３４は、タービン燃焼器１４の燃料ノズル１８内に送られる。燃料ノズル１８は、圧縮空気３４および燃料２０を混合して、燃料の無駄または過剰排気を無くすような燃焼（例えば燃料をより完全に燃焼させる燃焼）にとって適した混合比を実現する。以下においてより詳細に説明するように、システム１０は、熱伝達を改善するための、ならびに、いくつかのケーシングに隣接するあるいはケーシングにより形成される空洞部内のインピンジメントプレートおよび／または流れスリーブなどの、いくつかのタイプのハードウェアが存在しない状態において、タービン１６の少なくとも一部分を冷却するための、いくつかの特徴を備え得る。
【００１６】
図２は、ガスタービンシステム１０の一実施形態の部分側断面図である。図示するように、ガスタービンシステム１０は、長手方向軸すなわち長手方向３６と、ラジアル方向軸すなわちラジアル方向３８と、円周軸すなわち円周方向４０とを基準として説明することができる。ガスタービンシステム１０は、燃焼器セクション４２の内部に配置された１つまたは複数の燃料ノズル１８を備える。さらに、各燃焼器１４が、各燃焼器１４のヘッド端部に対してまたはヘッド側端部の付近に環状構成にまたは他の構成において装着された、複数の燃料ノズル１８を備えてもよい。
【００１７】
空気が、空気取入れセクション３０を通り進入し、圧縮機１２により圧縮される。圧縮機１２からの圧縮空気は、次いで、燃焼器セクション４２内に送られ、そこで燃料と混合される。圧縮空気および燃料の混合物は、燃焼器セクション４２内においてほぼ燃焼されて、高温高圧の燃焼ガスを発生させる。この燃焼ガスを使用することにより、タービンセクション４４の一部であるタービン１６（例えば１つまたは複数のタービン段）内においてトルクが発生する。タービン１６内の流体は、一般的には、長手方向軸３６の方向へと流れ得る。上述のように、複数の燃焼器１４が、燃焼器セクション４２内において円周軸４０に沿って冠状に配設されてもよい。各燃焼器１４は、燃焼器１４からタービン１６に高温燃焼ガスを送る尾筒４６を備える。特に、各尾筒４６は、一般的には、燃焼器１４からタービン１６の第１の段４８内に備えられるタービンセクション１６のノズルアセンブリに至る高温ガス経路を画成する。
【００１８】
図示するように、タービン１６は、タービン１６内に３つの別個のタービン段４８、５０、および５２を備える。３つの段が図示されるが、任意の適切な個数の段が設けられてもよい。例えば、１段、２段、３段、４段、５段、６段、７段、８段、９段、１０段、またはそれ以上の個数の段が、タービン１６内に備えられてもよい。各段４８、５０、および５２は、シャフト２４（図１を参照）に対して回転自在に装着されたロータホイール５６に対して結合される複数の翼５４を備える。また、各段４８、５０、および５２は、翼５４の各セットのすぐ上流側に配設されたノズルアセンブリ５８を備える。ノズルアセンブリ５８は、高温燃焼ガスを翼５４の方向に送り、そこで、高温燃焼ガスは、翼５４に対して原動力を印加して翼５４を回転させ、それによりシャフト２４を回転させる。高温燃焼ガスは、各段４８、５０、および５２を通り流れて、各段４８、５０、および５２内の翼５４に対して原動力を印加する。高温燃焼ガスは、次いで、排気ディフューザセクション６０を通りガスタービン１６から出ることができる。排気ディフューザセクション６０は、ディフューザセクション６０を通る流体流の速度を低下させると共に、さらに静圧を上昇させることによりガスタービンシステム１０により生じる仕事量を上昇させることによって、機能する。
【００１９】
図示するように、内部ケーシング６２が、タービン１６の少なくとも一部分の周囲に配設される。より具体的には、内部ケーシング６２は、タービン１６の少なくとも一部分の周囲に配設され、外部ケーシング６４が、内部ケーシング６２の少なくとも一部分の周囲に同心構成または同軸構成において配設される。内部ケーシング６２および外部ケーシング６４は、共に空洞部６６を画成する。空洞部６６は、冷却流体（例えば空気）を受けるように、およびタービン１６のノズルプレナム内に空気を送るように、構成される。いくつかの実施形態においては、ノズルプレナムは、タービン１６の第２の段５０のノズルプレナム６８となる。
【００２０】
図３に図示するように、内部ケーシング６２、外部ケーシング６４、および／または空洞部６６は、ガスタービンシステム１０のタービン１６の冷却を助長するための構成および／または特徴を有してもよい。例えば、空洞部６６は、空洞部６６内の冷却流体（例えば空気）の流れを助長するための、およびケーシング６２、６４間の空洞部６６内の熱伝達を改善するための、形状および／またはボリューム（例えば小さなボリュームまたは比較的小さなボリューム）を有してもよい。さらに、ケーシング６２、６４および空洞部６６は、空気流を助長し、空洞部６６内の熱伝達を最適化するように構成された、様々な構造的特徴（例えば流れガイド、ディストリビュータ、整流機構、スプレッダ、等々）を備えてもよい。かかる構造的特徴の例には、フランジ、疑似フランジ（例えば長手方向リブ）、突出部（例えば外周リブまたは重なり突出部）、スロット、および穿孔プレートが含まれるが、それらに限定されない。内部ケーシング６２、外部ケーシング６４、および／または空洞部６６の構成により、インピンジメントプレートおよび／または流れスリーブあるいは他の構造的特徴（例えば流れガイド、ディストリビュータ、整流機構、スプレッダ、等々）の必要性を伴うことなく、タービンセクション４４の少なくとも一部分内における熱伝達が改善され得る。さらに、この構成により、システム１０は、タービンセクション４４のいくつかの構成要素間における適切なラジアル方向隙間および軸方向隙間を維持することが可能となり得る。
【００２１】
より具体的には、内部ケーシング６２、外部ケーシング６４、および／または空洞部６６の構成により、内部ケーシング６２の外方表面７２および外部ケーシング６４の内方表面７４の冷却を制御することが可能となり得るため、これによりさらに、例えばタービン翼５４とケーシング６２、６４との間のラジアル方向隙間を制御することが可能となり得る。ケーシング６２、６４の周囲の円周方向における熱伝達が改善されることにより、ケーシング６２、６４の歪みが減少し、適切なラジアル方向隙間が維持され得る。さらに、内部ケーシング６２、外部ケーシング６４、および／または空洞部６６の構成により、ケーシング６２、６４に沿った軸方向における熱伝達が改善され、ケーシング６２、６４の熱応答が改善され、適切な軸方向隙間が維持され得る。さらに、熱伝達の改善が実現されることにより、ステータチューブのあらゆる曲りもまた減少し、その結果としてエンジン性能が改善され得る。
【００２２】
上述のように、ガスタービンシステム１０のタービンセクション４４は、複数の段４８、５０、および５２を備える。内部ケーシング６２は、各段４８、５０、および５２のタービン翼５４の少なくともいくつかの周囲に配設される（例えば円周方向４０に囲む）。外部ケーシング６４は、内部ケーシング６２の少なくとも一部分の周囲に配設される（例えば円周方向４０に囲む）。内部ケーシング６２は、内方表面７０および外方表面７２を有する。同様に、外部ケーシング６４は、内方表面７４および外方表面７６を有する。上記で論じたように、内部ケーシング６２および外部ケーシング６４は、空洞部６６を画成する。より具体的には、内部ケーシング６２の外方表面７２および外部ケーシング６４の内方表面７４が、空洞部６６を画成する。空洞部６６は、一般的に、空気を受けるように構成され、空気は、空洞部６６内を流れて、ケーシング６２、６４間における熱伝達を助長する（例えば内部ケーシング６２および外部ケーシング６４を冷却する）。さらに、より具体的には、空気は、内部ケーシング６２の外方表面７２および外部ケーシング６４の内方表面７４に隣接する空洞部６６内を流れる。
【００２３】
図示するように、外部ケーシング６４は、外部ケーシング６４の内方表面７４と外方表面７６との間に延在する少なくとも１つの入口８０（例えば空気入口）を備え、この少なくとも１つの入口８０は、空気を受けるようにおよび／または空洞部６６内に空気を送るように構成される。少なくとも１つの入口８０は、空洞部６６の第１の端部８２（例えば後方部分または後方端部）の近傍に（例えば付近に）配設されてもよい。１つの入口８０のみが、外部ケーシング６４の図示される部分においては示されるが、２つ以上の入口８０が、外部ケーシング６４のこの部分に設けられてもよく、複数の入口８０が、タービン１６の周囲に円周方向に位置決めされてもよい点を理解されたい。さらに、内部ケーシング６２は、内部ケーシング６２の内方表面７０と外方表面７２との間に延在する少なくとも１つの出口８４（例えば空気出口）を備える。この少なくとも１つの出口８４は、空洞部６６の第２の端部８６（例えば前方部分または前方端部）の近傍に配設されてもよく、少なくとも１つの出口８４は、空洞部６６からタービン１６のノズルプレナム内に空気を送るように構成されてもよい。上述のように、いくつかの実施形態においては、ノズルプレナムは、第２の段のノズルプレナム６８となる。空気は、少なくとも１つの入口８０から少なくとも１つの出口８４へと空洞部６６を通り流れ、一般的には、タービン１６内における作動流体（例えば高温燃焼ガス）の流れの方向（矢印８９により図示）に対向する方向（矢印８７により図示）へと流れ得る。
【００２４】
図示するように、空洞部６６は、ほぼ細長い断面形状を有してもよい。いくつかの実施形態においては、外部ケーシング６４の内方表面７４は、内部ケーシング６２の外方表面７２の方向におよび長手方向軸３６の方向に湾曲する（例えば曲がる）ほぼ凸状の曲線を有してもよい（または、外部ケーシング６４の内方表面７４の少なくとも一部分７８がほぼ凸状曲線を有してもよい）。いくつかの実施形態においては、内部ケーシング６２の外方表面７２は、外部ケーシング６４の内方表面７４から離れる方向におよび長手方向軸３６の方向に湾曲する（例えば曲がる）ほぼ凹状の曲線を有してもよい（または、内部ケーシング６２の外方表面７２の少なくとも一部分７９がほぼ凹状の曲線を有してもよい）。換言すれば、内部ケーシング６２の外方表面７２は、一般的には、空洞部の第１の端部８２と第２の端部８６との間における、または入口８０と出口８４との間における、タービン１６内の作動流体の流れ８９に対して上流方向９１に、長手方向軸３６の方向へと内方に湾曲する（例えば曲がる）。さらに、外部ケーシング６４の内方表面７４は、一般的には、空洞部の第１の端部８２と第２の端部８６との間における、または入口８０と出口８４との間における、タービン１６内の作動流体の流れ８９に対して上流方向９１に、長手方向軸３６の方向へと内方に湾曲する（例えば曲がる）。図示するように、内部ケーシング６２の外方表面７２は、上流方向９１においては長手方向軸３６のより付近に位置するかもしくはより付近へと湾曲する、または、外部ケーシング６４の内方表面７４は、空洞部６６の第１の端部８２よりも第２の端部８６において長手方向軸３６のより付近に位置する。同様に、外部ケーシング６４の内方表面７４は、上流方向９１においては長手方向軸３６のより付近に位置するかもしくはより付近へと湾曲する、または、外部ケーシング６４の内方表面７４は、空洞部６６の第１の端部８２よりも第２の端部８６において長手方向軸３６のより付近に位置する。
【００２５】
さらに、いくつかの実施形態においては、内部ケーシング６２の外方表面７２および外部ケーシング６４の内方表面７４は、相互から距離Ｄをおいて配設され得る（例えば表面７２、７４間の直交距離）。より具体的には、空洞部６６の第１の端部８２、内部ケーシング６２の外方表面７２、および外部ケーシング６４の内方表面７４は、相互から距離Ｄ1を置いて配設されてもよい。いくつかの実施形態においては、Ｄ1は、約２ｃｍ〜２５ｃｍ、５ｃｍ〜２０ｃｍ、７ｃｍ〜１５ｃｍの間であってもよく、または、Ｄ1は、約１０ｃｍであってもよい。いくつかの実施形態においては、空洞部６６の第２の端部８６、内部ケーシング６２の外方表面７２、および外部ケーシング６４の内方表面７４は、相互から距離Ｄ2を置いて配設されてもよい。いくつかの実施形態においては、Ｄ2は、約２ｃｍ〜２５ｃｍ、５ｃｍ〜２０ｃｍ、７ｃｍ〜１５ｃｍの間であってもよく、または、Ｄ2は、約１０ｃｍであってもよい。いくつかの実施形態においては、ケーシング６２、６４の表面７２、７４の間の距離Ｄ（例えばＤ1およびＤ2）は、空洞部６６の第１の端部８２および第２の端部８６の両方において実質的に同一である。例えば、空洞部６６の第１の端部８２におけるおよび第２の端部８６におけるケーシング６２、６４の表面７２、７４間の距離Ｄ1ならびにＤ2は、約０〜２０％未満、０〜１５％未満、０〜１０％未満、または０〜５％未満だけ異なり得る。いくつかの実施形態においては、空洞部６６の第１の端部８２におけるおよび第２の端部８６におけるケーシング６２、６４の表面７２、７４間の距離Ｄ1ならびにＤ2は、約２０％未満、約１５％未満、約１０％未満、約５％未満、約４％未満、約３％未満、約２％未満、約１％未満だけ異なり得る。いくつかの実施形態においては、距離Ｄ1およびＤ2は、共に約１０ｃｍ〜１１ｃｍの間である。
【００２６】
さらに、いくつかの実施形態においては、表面７２、７４間の距離Ｄは、空洞部６６の長さ８１に沿って実質的に同一である。例えば、空洞部６６の長さ８１に沿った表面７２、７４間の距離Ｄは、約０〜２０％未満、０〜１５％未満、０〜１０％未満、または０〜５％未満だけ異なり得る。いくつかの実施形態においては、空洞部６６の長さ８１に沿った表面７２、７４間の距離Ｄは、約２０％未満、約１５％未満、約１０％未満、約５％未満、約４％未満、約３％未満、約２％未満、約１％未満だけ異なり得る。空洞部６６は、任意の適切な長さ８１を有してもよいが、いくつかの実施形態においては、空洞部６６は、約３０ｃｍ〜１５０ｃｍ、５０〜１００ｃｍ、または８０〜９０ｃｍの間の長さ８１を有してもよい。また、かかる構成により、比較的小さなボリュームを有する空洞部６６が結果的に得られる（例えば他のタービンエンジンと比較して）。空洞部６６が比較的小さなボリュームであることより、空洞部６６内における空気流が助長されて、その結果、空洞部６６内にインピンジメントプレートおよび／または流れスリーブなどの追加のハードウェアを必要とすることなく、空洞部６６を画成する表面７２、７４の熱伝達および冷却が改善され得る。
【００２７】
図４は、外部ケーシング６４により覆われない（例えば外被を除去された）内部ケーシング６２の一部分の一実施形態の概略上面図を示す。図示するように、複数の出口８４が、内部ケーシング６２中に形成されてもよく、これらの出口８４は、内部ケーシング６２を貫通して延在して、ノズルプレナムアセンブリ５８内へと空気を流し得る。少なくとも１つの入口８０（内部ケーシング６２の特徴に対する入口８０の相対配置を示すために破線において図示）が、外部ケーシング６４を通り空洞部６６内に、および矢印９２により示すように内部ケーシング６２の外方表面７２に沿って、空気を流すために設けられてもよい。さらに、図示するように、フランジ８８（例えばボルト固定フランジ）が、内部ケーシング６２の上に配設されてもよく、内部ケーシング６２から延在してもよい。より具体的には、フランジ８８は、内部ケーシング６２の外方表面７２からラジアル方向３８に外方に延在してもよい（例えば、フランジ８８は、外部ケーシング６４が内部ケーシング６２に対して結合される場合に、外部ケーシング６４の方向にラジアル方向に外方におよび／または空洞部６６内に延在してもよい）。
【００２８】
図４に図示するように、少なくとも１つの流れガイド９０（例えば長手方向３６に延在する突出部である疑似フランジ）が、内部ケーシング６２の外方表面７２の上に配設されてもよい。フランジ８８と同様に、疑似フランジ９０は、内部ケーシング６２の外方表面７２からラジアル方向３８に外方に延在してもよい（例えば、フランジ８８は、外部ケーシング６４が内部ケーシング６２に対して結合される場合に、外部ケーシング６４の方向にラジアル方向３８に外方におよび／または空洞部６６内に延在してもよい）。しかし、疑似フランジ９０は、一般的にはフランジ８８よりも小さくてもよい（例えば長手方向３６、ラジアル方向３８、および／または円周方向４０においてより小さな直径を有する）。いくつかの実施形態においては、疑似フランジ８８は、外部ケーシング６４の内方表面７４の上に配設されてもよく、外部ケーシング６４の内方表面７４からラジアル方向に内方に延在してもよい。以下においてさらに詳細に説明するように、疑似フランジ９０は、空洞部６６内に追加的な表面積をもたらし、一般的には入口８０と出口８４との間において空洞部６６内に空気流を案内するおよび分配することができる。したがって、疑似フランジ９０は、空洞部６６内における熱伝達の改善にも寄与し得る。
【００２９】
図示するように、一対のフランジ８８（例えば隣接し合うフランジ８８）が、少なくとも１つの入口８０および少なくとも１つの出口８４の側面に位置してもよい（例えば少なくとも１つの入口８０および少なくとも１つの出口８４の両側に位置決めされてもよい）。さらに、各隣接対のフランジ８８が、少なくとも１つの疑似フランジ９０の側面に位置してもよい（例えば少なくとも１つの疑似フランジ９０の両側に位置決めされてもよい）。図示する実施形態においては、対のフランジ８８は、１個の空気入口８０、８個の出口８４、および３個の疑似フランジ９０の側面に位置する（例えば１つの空気入口８０、８つの出口８４、および３つの疑似フランジ９０の両側に位置決めされる）。しかし、この対のフランジ８８は、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、またはそれ以上の個数のフランジ９０の側面に位置してもよい。同様に、対のフランジ８８は、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、またはそれ以上の個数の入口８０の側面に位置してもよい。さらに、対のフランジ８８は、約２個、４個、６個、８個、１０個、１２個、１４個、１６個、１８個、２０個、またはそれ以上の個数の出口８４の側面に位置してもよい。さらに、２個、４個、６個、８個、１０個、またはそれ以上の個数のフランジ８８が、タービン１６の周囲に設けられてもよく、各対のフランジ８８が、様々な構成要素または特徴の側面に位置してもよい。図４の内部ケーシング６２の部分に図示される入口８０、出口８４、フランジ８８、および疑似フランジ９０のパターンまたは構成は、タービン１６の周囲の内部ケーシング６２の他の部分においても繰り返されてもよい（例えば、この特徴の構成が、タービン１６を円周方向に囲む内部ケーシング６２の他の部分において繰り返されてもよい）。例えば、図４に図示する内部ケーシング６２の部分に図示される構成が、タービン１６の周囲において繰り返される場合には、タービンセクション４４の内部ケーシング６２は、８個のフランジ８８と、８個の入口８４と、６４個の出口８４と、２４個の疑似フランジ９０とを備えてもよい。
【００３０】
図５は、内部ケーシング６２の周囲に配設された外部ケーシング６４の一実施形態の破断斜視図を示す。図示するように、外部ケーシング６４は、内部ケーシング６２に対して結合され（例えば内部ケーシング６２の周囲に円周方向に配設され）、これらのケーシング６２、６４が、空洞部６６を画成する。空気が、入口８０を経由して空洞部６６内に流れ、出口８４を経由して空洞部６６から出ることができる。外部ケーシング６４は、内部ケーシング６２にほぼ対応する形状を有してもよく、これにより、ケーシング６２、６４は、一体的に結合され得る。
【００３１】
上述のように、空洞部６６は、空洞部６６内における空気流に影響を及ぼしおよび／または制御し、さらにこれにより、結果的に空洞部６６内における冷却および熱伝達を改善し得るように構成された、様々な構造的特徴を備えてもよい。これらの特徴の例が、図６〜図１１に図示され、以下において詳細に説明される。本明細書において示される例は、限定的なものとなるようには意図されず、空洞部６６内における熱伝達を改善するための任意の適切な構成および表面特徴が、予期される点を理解されたい。前述を踏まえつつ、図６は、疑似フランジ９０を有する内部ケーシング６２の部分斜視図である。上述のように、疑似フランジ９０は、第１の端部９３から第２の端部９４にかけて長手方向３６に延在し、内部ケーシング６２の外方表面７２からラジアル方向３８に外方に突出する、細長突出部であってもよい。疑似フランジ９０は、第１の端部９３と第２の端部９４との間において、高さが変化してもよい。いくつかの実施形態においては、疑似フランジ９０は、内部ケーシング６２の外方表面７２の部分７９の凹状曲線に対応する曲線９５を有してもよい。疑似フランジ９０は、特に空洞部６６内のおける空気流を案内、分配、および／または制御するために、内部ケーシング６２の外方表面７２の方向へとテーパ状をなす部分９６を有してもよい（例えばラジアル方向３８において低い高さまたは突出部を有する）。
【００３２】
いくつかの実施形態においては、１つまたは複数の疑似フランジ９０が、内部ケーシング６２の外方表面７２の上に配設されてもよく、外部ケーシング６４の方向にラジアル方向３８に外方におよび／または空洞部６６内に延在してもよい。２つの疑似フランジ９０が、図示されるが、任意の適切な個数の疑似フランジ９０が、空洞部６６内に設けられてもよい。例えば、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、１２個、１３個、１４個、１５個、１６個、１７個、１８個、１９個、２０個、またはそれ以上の個数の疑似フランジ９０が、タービン１６の周囲に設けられてもよい。疑似フランジ９０の特定の構成および／または個数にかかわらず、各疑似フランジ９０は、内部ケーシング６２の外方表面７２および外部ケーシング６４の内方表面７４の冷却を助長するために、空洞部６６内における空気流の速度および／または方向を変化させるように（例えば空気流を案内、分配、および／または制御するように）構成される。また、図６は、フランジ８８が、疑似フランジ９０の側面に位置してもよく、フランジ８８が、内部ケーシング６２および外部ケーシング６４の結合を助長するための固定具（例えばボルト）を受けるように構成された少なくとも１つの開口１００（例えば穴、空洞部、等々）を備えることを図示する。図示するように、疑似フランジ９０は、開口を備えなくてもよく、空洞部６６内において長手方向軸３６に延在する中実リブを形成してもよい。
【００３３】
空洞部６６内の空気は、矢印９８により示すように複数の方向に流れ得る（例えば、空気流は、長手方向３６、ラジアル方向３８、および／または円周方向４０への成分を有し得る）。特に、空気は、空洞部６６内の様々な特徴の方向に、特徴に対向して、および特徴の周囲に流れ得る。例えば、図６に示すように、空気は、フランジ８８および疑似フランジ９０の方向に、それらに対向して、およびそれらの周囲に流れ得る。疑似フランジ９０は、第１の端部９３と第２の端部９４との間において長手方向３６に延在し、ラジアル方向３８に外方に突出し、したがって、軸方向流れガイドとしての役割を果たし、入口８０から出口８４にかけて上流方向へのより均一な空気流分配を案内および制御する。フランジ８８および疑似フランジ９０（ならびにいくつかの実施形態においては、空洞部の形状および／またはボリュームと、空洞部内の外方表面特徴と）は、空気流の方向および速度に影響を及ぼすように、ならびに空洞部６６内における熱伝達を最適化するように、構成され得る。
【００３４】
図７は、複数の突出部１１０（例えばリブ、円周方向流れディストリビュータ、またはガイド等々）を有する内部ケーシング６２の一実施形態の斜視図である。突出部１１０は、内部ケーシング６２の外方表面７２からラジアル方向３８に外方に突出してもよく、タービン１６の周囲に円周方向４０に延在してもよい。いくつかの実施形態においては、突出部１１０は、隣接し合うフランジ８８（例えば一対のフランジ８８）の間に円周方向４０に延在してもよい。図示するように、突出部１１０は、相互に対してほぼ平行に位置してもよく、タービン１６の長手方向軸３６に対して均等に分布して（例えば離間されて）もよい（例えば一定の軸方向オフセット）が、任意の適切な構成および間隔の突出部１１０が、予期される。上述のように、突出部１１０は、内部ケーシング６２の外方表面７２の上に配設されてもよく、突出部１１０は、外部ケーシング６４の方向にラジアル方向３８に外方におよび／または空洞部６６内へと突出（例えば延在）してもよい。いくつかの実施形態においては、突出部１１０は、外部ケーシング６４の内方表面７４の上に配設されてもよく、内部ケーシング６２の方向にラジアル方向３８に外方におよび／または空洞部６６内へと突出（例えば延在）してもよい。突出部１１０は、内部ケーシング６２と外部ケーシング６４との間において部分的にまたは完全に延在してもよい（例えば、突出部１１０は、内部ケーシング６２および外部ケーシング６４の一方または両方に接触してもよい）。例えば、突出部１１０は、内部ケーシング６２と外部ケーシング６４との間の距離（例えば距離Ｄ）の５％〜１００％、１０％〜９０％、２０％〜８０％、３０％〜７０％、４０％〜６０％、５％〜５０％、または１０％〜３０％にわたって延在してもよい。突出部１１０が、内部ケーシング６２と外部ケーシング６４との間において部分的にのみ延在する（例えば５％〜３０％）場合には、突出部１１０は、例えば、より小さな流れの乱れを生じさせると共に、依然としてより均一な流れをもたらす。
【００３５】
いくつかの実施形態においては、突出部１１０は、（矢印１１４で示すように）突出部１１０を越えてまたは通り出口８４へとスロット１１２を経由して空気を流し得るようにするために、１つまたは複数のスロット１１２（例えば開口、穴、通路、等々）を備えてもよい。スロット１１２は、１つまたは複数の突出部１１０中においてタービン１６の周囲に円周方向４０に分布してもよく、スロット１１２は、突出部１１０に沿って様々な相対円周方向４０位置およびラジアル方向３８位置に分布してもよい。スロット１１２は、空洞部６６内における空気流に影響を及ぼしこの空気流を助長するのに適した任意の態様で構成されてもよい。より具体的には、スロット１１２は、空洞部６６内における空気流をより均一に案内し、調整し、分配し得る。
【００３６】
２つの突出部１１０が、図示されるが、任意の適切な個数の突出部１１０を使用し得る点を理解されたい。例えば、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、またはそれ以上の個数の突出部１１０が、タービン１６の長手方向軸３６に沿った様々な位置において、空洞部６６内に配設されてもよい。同様に、２個のスロットが、第１の突出部１１０の一部分の上に図示され、３個のスロットが、第２の突出部１１０の一部分の上に図示されるが、任意の適切な個数のスロットが、設けられてもよい。例えば、いくつかの実施形態においては、約１〜５０個、２〜３０個、３〜２０個、４〜１５個、または５〜１０個のスロット１１２が、タービン１６の周囲に延在する各突出部１１０に配設されてもよい。さらに、各対のフランジ８８間に、各突出部１１０が、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、またはそれ以上の個数のスロット１１２を有してもよい。突出部１１０および／またはスロット１１２の特定の構成および／または個数にかかわらず、突出部１１０および／またはスロット１１２は、内部ケーシング６２の外方表面７２および外部ケーシング６４の内方表面７４の冷却を助長するために、空洞部６６内の空気の速度および／または方向に影響を及ぼすおよび／または制御するように構成される。例えば、入口８０を通り空洞部６６に進入する空気が、空洞部６６を通り流れて、突出部１１０に接触し得る。この空気流は、空気が、突出部１１０に沿って円周方向におよび／またはスロット１１２を通り長手方向３６に流れるように配向され得ることにより、突出部１１０の存在によって影響を受け得る。さらに、図７には図示しないが、突出部１１０および疑似フランジ９０は共に、空洞部６６内に設けられてもよい点を理解されたい。
【００３７】
図８は、重なり突出部１１０ａ、１１０ｂを有する内部ケーシング６２および外部ケーシング６４の一実施形態の側断面図である。図示するように、内部ケーシング６２は、内部ケーシング６２の外方表面７２からラジアル方向３８に外方に延在する第１の突出部１１０ａを有してもよい。外部ケーシング６４は、外部ケーシング６４の内方表面７４からラジアル方向３８に内方に延在する第２の突出部１１０ｂを有してもよい。突出部１１０ａ、１１０ｂは、図７に図示する突出部１１０と同様の態様で、それらの各ケーシング６２、６４の周囲に円周方向４０に延在してもよく、隣接し合うフランジ８８同士（例えば一対のフランジ８８）の間に円周方向４０に延在してもよい。他の実施形態においては、突出部１１０ａ、１１０ｂは、隣接し合うフランジ８８同士の間において部分的にのみ延在する。突出部１１０ａ、１１０ｂは、ラジアル方向に重なってもよい（例えばラジアル方向３８に重なる）が、長手方向軸３６に沿って間隙１２４（例えば軸方向間隙）を形成することにより、矢印１２６により示されるように突出部１１０ａ、１１ｂの間をおよび／または突出部１１０ａ、１１０ｂを越えて出口８４へと空気を流し得るようにしてもよい。間隙１２４は、任意の適切な幅（例えば長手方向軸３６に沿った寸法）を有してもよい。例えば、間隙１２４の幅は、約０．５ｃｍ、１ｃｍ、２ｃｍ、３ｃｍ、またはそれ以上であってもよい。上述のように、突出部１１０ａ、１１０ｂは、１つまたは複数のスロット１１２を備えてもよい。２つのみの突出部１１０ａ、１１０ｂ（例えば一対の重なり突出部１１０ａ、１１０ｂ）が図８には図示されるが、任意の適切な個数の重なり突出部１１０ａ、１１０ｂが、内部ケーシング６２と外部ケーシング６４との間において空洞部６６内に設けられてもよい。さらに、３個以上の重なり突出部１１０ａ、１１０ｂ（例えば重なり突出部１１０ａ、１１０ｂの群）が、長手方向軸３６に沿って離間されて隣り合うように、連続的に設けられてもよい。かかる重なり突出部１１０ａ、１１０ｂの群は、一連の隣接し合う間隙１２４を通して空気を送ることができる。例えば、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、１２個、１３個、１４個、１５個、１６個、１７個、１８個、１９個、２０個、またはそれ以上の個数の重なり突出部１１０ａ、１１０ｂが、タービン１６の周囲に設けられてもよい。同様に、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、１２個、１３個、１４個、１５個、１６個、１７個、１８個、１９個、２０個、またはそれ以上の個数の間隙１２４が、長手方向軸３６に対して任意の適切な間隔をおいてタービン１６の周囲に設けられてもよい。内部ケーシング６２と外部ケーシング６４との間における空洞部６６内の重なり突出部１１０ａ、１１０ｂの特定の構成および／または個数にかかわらず、各対または群の重なり突出部１１０ａ、１１０ｂは、内部ケーシング６２の外方表面７２および外部ケーシング６４の内方表面７４に沿った熱伝達を助長するために、空洞部６６内における空気流の速度および／または方向を変化させるように構成される。さらに、図８には図示しないが、突出部１１０および重なり突出部１１０ａ、１１０ｂの両方、および疑似フランジ９０が、空洞部６６内に設けられてもよい点を理解されたい。
【００３８】
図９は、突出部１１０および重なり突出部１１０ａ、１１０ｂの両方を有する内部ケーシング６２および外部ケーシング６４の一実施形態の側断面図である。図示するように、重なり突出部１１０ａ、１１０ｂは、空洞部６６の第１の端部８２の近傍に設けられてもよく、突出部１１０は、空洞部６６の第２の端部８６の近傍に設けられてもよいが、逆の相対配置もまた予期される。特徴のかかる組合せは、空洞部６６内における空気流に影響を及ぼし得る。特に、空気は、矢印１３０により示されるように、入口８０から重なり突出部１１０ａ、１１０ｂ間の間隙１２４を通り空洞部６６内へと流れる。空気は、次いで、重なり突出部１１０ａ、１１０ｂから突出部１１０の方向に流れ、そこで、空気は、矢印１３２により示すように、突出部１１０内に配設されるスロット１１２を通り送られ得る。最終的に、空気は、矢印１３４により示すように、出口８４を通り空洞部６６から出ることができる。さらに、２つの突出部および一対の重なり突出部１１０ａ、１１０ｂが図示されるが、任意の適切な個数のこれらの特徴が、空洞部６６内に設けられてもよい。同様に、任意の適切な個数、組合せ、および／または構成の、本明細書に記載される任意の特徴（例えば疑似フランジ９０）が、空洞部内における空気流に影響を及ぼすおよび／または制御するために、追加されてもまたは組み込まれてもよい。
【００３９】
図１０は、内部ケーシング６２と外部ケーシング６４との間に延在する複数の穿孔１４０（例えば開口パターン）を有する穿孔プレート１３８の一実施形態の側断面図を図示する。穿孔プレート１３８および穿孔１４０は、内部ケーシング６２の外方表面７２および外部ケーシング６４の内方表面７４に対してほぼ直径であってもよい。しかし、いくつかの実施形態においては、穿孔プレート１３８および／または穿孔１４０は、ケーシング６２、６４の表面７２、７４に対して角度をつけられてもよい（例えば９０度以外の角度）。いくつかの実施形態においては、穿孔プレート１３８および／または穿孔１４０は、ケーシング６２、６４の表面７２、７４に対して１０〜９０度、２０〜８０度、３０〜７０度、４０〜６０度、３０度、４５度、７５度、または９０度の角度をなしてもよい。いくつかの実施形態においては、複数の穿孔プレート１３８が、空洞部６６内に設けられてもよい。図示するように、２つの穿孔プレート１３８が、設けられる。各穿孔プレートは、内部ケーシング６２の外方表面７２および外部ケーシング６４の内方表面７４の一方または両方に直接的に接触してもよい。各穿孔プレート１３８は、一般的には、タービン１６の長手方向軸３６の周囲に円周方向４０に延在してもよく、隣接し合うフランジ８８同士（例えば一対のフランジ８８）の間に円周方向４０に延在してもよい。いくつかの実施形態においては、第１のブラケット１４２および第２のブラケット１４４が、空洞部６６内において穿孔プレート１３８を支持するために設けられてもよい。さらに具体的には、いくつかの実施形態においては、第１のブラケット１４２は、外部ケーシング６４の内方表面７４に対して結合されてもよく、この内方表面７４からラジアル方向３８に内方に延在してもよく、および／または、第２のブラケット１４４は、内部ケーシング６２の外方表面７２に対して結合されてもよく、この外方表面７２からラジアル方向３８に外方に延在してもよい。ブラケット１４２、１４４は、ケーシング６２、６４の表面７２、７４に対して取外し可能に結合されてもよく、または、ブラケット１４２、１４４は、ケーシング６２、６４の表面７２、７４に対して恒久的に固着もしくは装着されてもよい。作動時には、空気は、入口８０から矢印１４６により示すように穿孔プレート１３８を通りおよび越えて出口８４の方向に流れ得る。
【００４０】
上述のように、ブラケット１４２、１４４は、一般的には空洞部６６内において穿孔プレート１３８を支持し得る。いくつかの実施形態においては、穿孔プレート１３８は、取外し可能であってもよい。換言すれば、穿孔プレート１３８は、空洞部６６内においてアクセスされ、ブラケット１４２、１４４から係合解除され、（またはブラケット１４２、１４４は、穿孔プレートと共に取り外され得る）、空洞部６６から取り外され得る。穿孔プレート１３８は、空洞部６６内における冷却特性および空気流特徴を適合化および調整するために、挿入されてもまたは取り外されてもよい。例えば、いくつかの用途においては、より少数または多数の穿孔プレート１３８、あるいは、より少数または多数の穿孔１４０を有する穿孔プレート１３８が、望ましい場合がある。また、他の特徴（例えば疑似フランジ９０、突出部１１０、重なり突出部１１０ａ、１１０ｂなど）が、いくつかの実施形態においては取外し可能に構成されてもよい点を理解されたい。さらに、２つの穿孔プレート１３８が、図示されるが、任意の適切な個数の穿孔プレート１３８が、空洞部６６内に設けられてもよい。例えば、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、１２個、１３個、１４個、１５個、１６個、１７個、１８個、１９個、２０個、またはそれ以上の個数の穿孔プレート１３８が、設けられてもよい。
【００４１】
図１１は、穿孔プレート１３８に対して結合された内部ケーシング６２の一実施形態の斜視図を示す。特に、穿孔１４０（例えば開口、穴、通路、等々）が図示される。穿孔１４０は、図１０に関連して上記で論じたように、穿孔プレート１３８を通して空気を流し得るように、穿孔プレート１３８を貫通して延在してもよい。任意の適切な個数の穿孔１４０が、穿孔プレート１３８中に形成されてもよく、穿孔１４０は、任意の特定の構成で構成されてもよい。例えば、約５個、１０個、１５個、２０個、２５個、３０個、またはそれ以上の個数の穿孔１４０が、各対のフランジ８８同士の間の各穿孔プレート１３８に配設されてもよい。穿孔プレート１３８の特定の構成および／または個数および／または穿孔１４０の個数にかかわらず、各穿孔プレート１３８は、内部ケーシング６２の外方表面７２および外部ケーシング６４の内方表面７４の冷却を助長するために、空洞部６６内における空気流の速度および方向を変化させるように構成されてもよい。さらに、図１０および図１１には図示しないが、任意の適切な個数の特徴（例えば突出部１１０、重なり突出部１１０ａ、１１０ｂ、および疑似フランジ９０）が、空洞部６６内の穿孔プレート１３８に加えて（例えばそれと組み合わせて）設けられてもよい点を理解されたい。
【００４２】
図３〜図１１は、ガスタービンシステム１０のタービンセクション４４の内部ケーシング６２および／または外部ケーシング６４の一部分を概して図示する。内部ケーシング６２および外部ケーシング６４は、タービン１６の少なくとも一部分を円周方向に囲むように構成され、内部ケーシング６２および外部ケーシング６４は、空洞部６６を画成する。上述のように、特徴の特定の構成および／または個数にかかわらず、空洞部６６および／または空洞部６６内の様々な特徴の形状（例えばボリューム、形、等々）は、内部ケーシング６２の外方表面７２および外部ケーシング６４の内方表面７４に沿った熱伝達を改善するために、空洞部６６内における空気流の速度および／または方向を変化させるように構成されてもよい。空洞部６６および本明細書において説明される様々な特徴の形状は、空洞部６６内における熱伝達を助長するために、空気流に影響を及ぼしてもおよび／または追加的な表面積を与えてもよく、さらに、これが、空洞部６６内における熱伝達率を上昇させ得る。空洞部６６の壁部（例えば内部ケーシング６２の外方表面７２および外部ケーシング６４の内方表面７４）と様々な特徴（例えばフランジ８８、疑似フランジ９０、突出部１１０、重なり突出部１２０、および／または穿孔プレート１３８）との間において交換される熱量は、上昇し、これにより、内部ケーシング６２の外方表面７２および外部ケーシング６４の内方表面７４の冷却が助長される。いくつかの例においては、空洞部６６および／または本明細書に記載される特徴の形状により、流れスリーブおよび／またはインピンジメントプレートの必要性を伴うことなく空洞部６６の冷却が助長され、したがって、ガスタービンシステム１０の冷却の複雑性および／またはコストが軽減される。
【００４３】
本説明は、例を使用することにより、最良の態様を含めた本発明を開示し、また、任意のデバイスまたはシステムを作製および使用することと任意の組み込まれる方法を実施することとを含めた本発明の、当業者による実施を可能にする。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲により規定され、当業者に想起される他の例を含み得る。かかる他の例は、それらが特許請求の範囲の言葉から逸脱しない構造的要素を有する場合、またはそれらの特許請求の範囲の言葉と実質的に差異のない均等な構造的要素を備える場合には、特許請求の範囲内に含まれるように意図される。
【符号の説明】
【００４４】
１０  ガスタービンシステム
１２  圧縮機
１４  タービン燃焼器
１６  タービン
１８  燃料ノズル
２０  ガス燃料
２２  高温加圧燃焼ガス
２４  シャフト
２６  排気出口
２８  負荷装置
３０  取入れ部
３２  空気
３４  圧縮空気
３６  長手方向軸、長手方向
３８  ラジアル方向軸、ラジアル方向
４０  円周軸、円周方向
４２  燃焼器セクション
４４  タービンセクション
４６  尾筒
４８  タービン段、第１の段
５０  タービン段、第２の段
５２  タービン段
５４  翼
５６  ロータホイール
５８  ノズルアセンブリ
６０  ディフューザセクション
６２  内部ケーシング
６４  外部ケーシング
６６  空洞部
６８  ノズルプレナム
７０  内方表面
７２  外方表面
７４  内方表面
７６  外方表面
７８  部分
７９  部分
８０  入口
８１  長さ
８２  第１の端部
８４  出口
８６  第２の端部
８７  矢印
８８  フランジ
８９  矢印
９０  流れガイド、疑似フランジ
９１  上流方向
９２  矢印
９３  第１の端部
９４  第２の端部
９５  曲線
９６  部分
９８  矢印
１００  開口
１１０  突出部
１１０ａ  重なり突出部
１１０ｂ  重なり突出部
１１２  スロット
１１４  矢印
１２０  重なり突出部
１２４  間隙
１２６  矢印
１３０  矢印
１３２  矢印
１３４  矢印
１３８  穿孔プレート
１４０  穿孔
１４２  第１のブラケット
１４４  第２のブラケット
【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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