(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン（１２）用のノズル（１２０）であって、
翼形を有するベーン（１２２）と、
前記ベーン（１２２）を装着するための外側シュラウドセグメント（１４４）と
を備えており、前記外側シュラウドセグメント（１４４）がそこを貫通する半径方向に延在する孔（１４６）を含んでいて、前記外側シュラウドセグメント（１４４）がさらに、そこを通して前記ベーン（１２２）を半径方向に取り外すこのとできる半径方向に延在するベーン通路（１５７）を含んでおり、前記半径方向に延在するベーン通路（１５７）がさらに、
前記半径方向に延在する孔（１４６）に隣接し、且つ前記ベーン（１２２）の前縁（１５４）の形状及び寸法に実質的に一致する形状及び寸法を有する前縁通路（１５０）と、
前記半径方向に延在する孔（１４６）に隣接し、且つ前記ベーン（１２２）の後縁（１５６）の形状及び寸法に実質的に一致する形状及び寸法を有する後縁通路（１５２）と
を含み、前記前縁通路（１５０）及び前記後縁通路（１５２）が、前記ベーン（１２２）の前縁（１５４）及び後縁（１５６）と半径方向で整列する、ノズル（１２０）。
【請求項２】
前記ノズル（１２０）がさらに、
前記孔（１４６）に挿入される寸法のベーン延長スリーブ（１４８）と、
前記ベーン延長スリーブ（１４８）の内部に配置されるブッシュ（１６０）と、
前記ベーン（１２２）に動作可能に結合されるベーン延長ジャーナル（１８２）と
を含んでおり、前記ベーン延長ジャーナル（１８２）が、
前記外側シュラウドセグメント（１４４）の半径方向に延在する孔（１４６）内に挿入される寸法のベーン延長フランジ部材（１４２）と、
前記ブッシュ（１６０）内に配置される寸法のベーン延長シャフト部材（１４３）と
を含んでいて、前記ベーン延長ジャーナル（１８２）がさらに、前記ベーン（１２２）の回転を作動させるアクチュエータ（１７０）と動作可能に接続され、前記回転により、流体流路（１５）に曝される前記ベーン（１２２）の表面積が変化する、請求項１記載のノズル（１２０）。
【請求項３】
静止アパーチャ（１５９）にて終端する、前記外側シュラウドセグメント（１４４）の第１の冷却通路（１５８）と、
前記ベーン延長ジャーナル（１８２）の第２の冷却通路（１３６）と
をさらに備え、
前記第２の冷却通路（１３６）が、その第１の端部（１３５）にて前記静止アパーチャ（１５９）における第１の冷却通路（１５８）と流体連通し、前記第２の冷却通路（１３６）が、入口プレナム（１３９）における前記第２の冷却通路（１３６）の第２の端部（１３７）にて終端し、前記アクチュエータ（１７０）による前記ベーン延長ジャーナル（１８２）及び前記ベーン（１２２）の回転によって、前記第２の冷却通路（１３６）の第１の端部（１３５）が前記静止アパーチャ（１５９）を過ぎて回転し、流体流量を変更する、請求項２記載のノズル（１２０）。
【請求項４】
前記ベーン（１２２）内に第３の冷却通路（１３８）をさらに備え、前記第３の冷却通路（１３８）が、前記入口プレナム（１３９）において前記第２の冷却通路（１３６）と流体連通しており、流体が前記第１の冷却通路（１５８）から第２の冷却通路（１３６）を通り前記第３の冷却通路（１３８）に流れる、請求項３記載のノズル（１２０）。
【請求項５】
前記流体流量が、動作条件のセットでの前記ベーン（１２２）の冷却要件に応じて変更される、請求項３記載のノズル（１２０）。
【請求項６】
前記ベーン（１２２）を支持する内側シュラウド（１２６）をさらに備え、前記内側シュラウド（１２６）が、前記タービン（１２）のノズル（１２０）に隣接する静止ノズル（１６８）と一体的に鋳造され、前記静止ノズル（１６８）がさらに、前記第１の冷却通路（１５８）と流体連通した第４の冷却通路（１７４）を含む、請求項３記載のノズル（１２０）。
【請求項７】
前記アクチュエータ（１７０）がさらに、前記ベーン延長ジャーナル（１８２）と動作可能に接続され且つケーシング（１３０）の外部上に位置付けられた回転機構アーム（１７２）をさらに含む、請求項２記載のノズル（１２０）。
【請求項８】
前記ノズル（１２０）がさらに、
前記ベーン延長スリーブ（１４８）と前記ベーン延長フランジ部材（１４２）との間に配置されてシールを形成する少なくとも１つのガスケット（１６２）と、
前記ベーン延長スリーブ（１４８）の半径方向外向きに配置され且つ前記ベーン延長スリーブ（１４８）に付加されてノズル（１２０）を固定するフランジ（１６４）と
を備える、請求項２記載のノズル（１２０）。
【請求項９】
タービン（１２）用のノズル（１２０）であって、
翼形を有するベーン（１２２）と、
貫通して半径方向に延在する孔（１４６）を含む、前記ベーン（１２２）を装着するための外側シュラウドセグメント（１４４）と、
前記孔（１４６）に挿入される寸法のベーン延長スリーブ（１４８）と、
前記ベーン延長スリーブ（１４８）の内部に配置されるブッシュ（１６０）と、
前記ベーン（１２２）に動作可能に結合されるベーン延長ジャーナル（１８２）と
を備えており、前記ベーン延長ジャーナル（１８２）が、
前記外側シュラウドセグメント（１４４）の半径方向に延在する孔（１４６）内に挿入される寸法のベーン延長フランジ部材（１４２）と、
前記ブッシュ（１６０）内に配置される寸法のベーン延長シャフト部材（１４３）と、
を含み、前記ベーン延長ジャーナル（１８２）がさらに、前記ベーン（１２２）の回転を作動させるアクチュエータ（１７０）と動作可能に接続され、前記回転により、流体流路（１５）に曝される前記ベーン（１２２）の表面積が変化し、
外側シュラウドセグメント（１４４）は、さらに、
前記半径方向に延在する孔（１４６）に隣接し、且つ前記ベーン（１２２）の前縁（１５４）の形状及び寸法に実質的に一致する形状及び寸法を有する前縁通路（１５０）と、
前記半径方向に延在する孔（１４６）に隣接し、且つ前記ベーン（１２２）の後縁（１５６）の形状及び寸法に実質的に一致する形状及び寸法を有する後縁通路（１５２）と
を含み、
前記前縁通路（１５０）及び前記後縁通路（１５２）が、前記ベーン（１２２）の前縁（１５４）及び後縁（１５６）と半径方向で整列し、
前記ブッシュ（１６０）は、該ブッシュの形状が前記外側シュラウドセグメント（１４４）において前記前縁通路（１５０）及び前記後縁通路（１５２）をシールするよう機能する
ノズル（１２０）。
【請求項１０】
回転シャフト（１４）と、該回転シャフトから延在する複数のブレード（１６）と、
複数のブレードを囲み且つ流路を定めるケーシング（１３０）と、
請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載のノズル（１２０）であって、複数のブレードに流体流を向けるために複数のブレードに隣接するノズル（１２０）と
を備えるターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全体的にタービン技術に関する。より詳細には、本開示は、多段タービンにおいて使用する可変面積ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの設計において、エンジンを通る流体流は、複数のステータベーン及びロータブレードによって異なっている。通常、固定ノズルセグメントは、作動流体の流れを回転ロータに接続されたタービンブレードの段に配向する。各ノズルは、ノズルのセットがタービンのロータの周りに位置付けられたときに、このノズルがロータブレードに対して最適な方向及び最適な圧力でガス流を配向するように構成された翼形部又はベーン形状を有する。
【０００３】
方向及び圧力要件は、温度、エンジン質量流量、及びその他を含む動作条件の変化に応じて変わる可能性がある。静止ベーンは、同条件の全範囲にわたっては最適な方向及び圧力を提供しない場合があり、その結果、効率の低下、及び／又は構成要素に対して必要よりも過酷な環境を生じさせる。さらに、静止ベーンは、かなりの圧力及び温度（例えば、９８２℃〜１０９３℃（１８００〜２０００°Ｆ））で維持される可能性があるタービン内部の過酷な環境に起因して耐用年数が制限される。静止ベーンの補修及び交換は通常、タービンの分解を必要とし、これは労働力及び機械のダウンタイムの双方の点でコスト増加となる。
【０００４】
幾つかの設計では、流れ方向及び圧力を向上させる目的で、可変ベーンを組み込んでいた。可変ベーンは、入力ストラット及び内側ストラットを収容し、冷却空気流を可変ベーンの近傍の内側ストラット内に提供するよう構成された中空通路を有して使用されている。角度を調節するためのベーンの回転は、スリーブ軸受によって達成される。しかしながら、この設計は、嵌合する構成要素の摩耗問題に起因して長期にわたる現場作動に対処することができず、定期的なオーバーホールが必要となる可能性がある。
【０００５】
タービンエンジンの中間段にて回転される可動ベーンを有する可変面積のタービン入口ノズルを含む他の設計が使用されている。可動ベーンは、外側ケーシング及びロータに対してシールされ、そこを貫通する空気の漏洩を阻止する。しかしながら、この設計もまた長期の現場作動において好適ではない可能性があり、定期的なオーバーホールは、労働力及びタービンのダウンタイムの双方の点でコスト増加となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６９８１８４１号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本開示の第１の態様は、翼形を有するベーンと、ベーンを装着するための外側シュラウドセグメントと、を備え、該外側シュラウドセグメントがそこを貫通する半径方向に延在する孔を含む、タービン用のノズルを提供する。外側シュラウドセグメントはさらに、そこを通してベーンを半径方向に取り外すこのとできる半径方向に延在するベーン通路を含む。
【０００８】
本開示の第２の態様は、翼形を有するベーンと、貫通して半径方向に延在する孔を含む、ベーンを装着するための外側シュラウドセグメントと、孔に挿入される寸法のベーン延長スリーブと、ベーン延長スリーブの内部に配置されるブッシュと、ベーンに動作可能に結合されるベーン延長ジャーナルと、を備え、ベーン延長ジャーナルが、外側シュラウドセグメントの半径方向に延在する孔内に挿入される寸法のベーン延長フランジ部材と、ブッシュ内に配置される寸法のベーン延長シャフト部材と、を含み、ベーン延長ジャーナルがさらに、ベーンの回転を作動させるアクチュエータと動作可能に接続され、回転により、流体流路に曝されるベーンの表面積が変化する、タービン用のノズルを提供する。
【０００９】
本開示の第３の態様は、回転シャフトと、該回転シャフトから延在する複数のブレードと、複数のブレードを囲み且つ流路を定めるケーシングと、複数のブレードに流体流を配向するため複数のブレードに隣接するノズルとを備えたターボ機械を提供する。ノズルはさらに、翼形を有するベーンと、貫通して半径方向に延在する孔を含む、ベーンを装着するための外側シュラウドセグメントと、を含む。外側シュラウドセグメントはさらに、そこを通してベーンを半径方向に取り外すこのとできる半径方向に延在するベーン通路を含み、該半径方向に延在するベーン通路がさらに、半径方向に延在する孔に隣接し、且つベーンの前縁の形状及び寸法に実質的に一致する形状及び寸法を有する前縁通路と、半径方向に延在する孔に隣接し、且つベーンの後縁の形状及び寸法に実質的に一致する形状及び寸法を有する後縁通路と、を含む。前縁通路及び後縁通路は、ベーンの前縁及び後縁と半径方向で整列する。
【００１０】
本発明のこれら及び他の態様、利点、及び特徴は、図面全体を通じて同じ要素が同じ参照符号を示す添付図面を併用したときに、本発明の実施形態を開示する以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】タービン内のノズルセットの一部分の断面図。
【図２】ノズルの一部分の斜視図。
【図３】本開示の一実施形態に係るノズルの断面図。
【図４】本開示の一実施形態に係るノズルの斜視図。
【図５】本開示の一実施形態に係るノズルの斜視図。
【図６】本開示の一実施形態に係るノズルの分解斜視図。
【図７】図３のノズルの一部の拡大断面図。
【図８】本開示の一実施形態に係るベーンの断面図。
【図９】本開示の一実施形態に係る斜視図。
【図１０】本開示の一実施形態に係るベーンの平面図。
【図１１】本開示の一実施形態に係る外側シュラウドセグメントの平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の少なくとも一実施形態は、ターボ機械の作動に関連した用途に関して以下で説明される。本発明の実施形態は、ガスタービンの形態でターボ機械に関して例示されているが、本教示は、限定ではないが、タービン又は圧縮機の他のタイプを含むその他のターボ機械にも同様に適用可能である点を理解されたい。さらに、本発明の少なくとも一実施形態は、公称寸法のセットを含む公称サイズに関して以下で説明される。しかしながら、本発明があらゆる好適なタービン及び／又は圧縮機にも同様に適用可能であることは、当業者には明らかな筈である。さらに、本発明が様々なスケールの公称サイズ及び／又は公称寸法にも同様に適用可能であることは、当業者には明らかである筈である。
【００１３】
上述のように、本発明の態様は、タービンを分解することなく取り外すことができるノズル並びに該ノズルを含むタービンを提供する。さらに別の態様は、ノズルと、可変面積ベーンを含むノズルを含むタービン並びにその変更された冷却を提供する。
【００１４】
図面を参照すると、図１は、タービン１２内のノズルセットの一部の断面図を示している。理解されるように、タービン１２は、異なる段にてそこから延在する複数のブレード１６を有する回転シャフト１４を備えたロータを含む。ブレード１６は、回転シャフト１４（破線で示す）から半径方向に延在しており、流体流１５の力を受けて回転シャフト１４を回転させるよう機能する。ノズルセットは、流体流１５を適切な衝突角度及び圧力で複数のブレードに配向されるよう、複数のブレード１６の各段の前に位置付けられる。外側ケーシング１３０はさらに、ブレード１６を囲んで流体流を収容し、タービン１２の段を通って流体流を配向する。
【００１５】
図２に示すように、各ノズル１６８は、半径方向外側及び半径方向内側端部において半径方向外側シュラウド１２４及び半径方向内側シュラウド１２６にそれぞれ結合されるベーン１２２を含む。ここでベーン１２２は、外側及び内側シュラウド１２４、１２６に固定結合され、衝突角度は、温度、エンジン質量流量、及びその他を含む作動条件の特定の範囲又はセットに対応するよう設定することができる。半径方向内側シュラウド１２６におけるノズル１６８間のスペースは、嵌合する翼形部表面に起因して存在しない場合があり、或いは、半径方向内側シュラウド１２６のプレート部分によって提供することができる。半径方向外側シュラウド１２４におけるノズル１２０間のスペースは、半径方向外側シュラウド１２４のプレート部分によって提供することができる。
【００１６】
図３から１１を参照し、ノズル１２０及びノズル１２０を含むタービンを本発明の実施形態に従って説明する。
【００１７】
図３から５に描いた実施形態に示すように、ノズル１２０は、回転シャフト（図１に示す）の直径を囲む内側シュラウド１２６を含む。内側シュラウド１２６は、貫通する複数の孔１２８を含むことができる。ノズル１２０はさらに、翼形を有する複数のベーン１２２を含み、該ベーン１２２は、図４〜５と同様にして、タービン１２の外側ケーシング１３０と内側シュラウド１２６との間に回転可能に配置されている。ノズル１２０は、内側シュラウド１２６の孔１２８と同じ数のベーン１２２を含むことができる。円筒形フランジ１４０は、軸受として機能することができ、内側シュラウド１２６においてベーン１２２の前縁をシールするためにベーン１２２の第１の内側端部に位置付けることができる。第１の円筒フランジ１４０は、トロイダル形又はリング形とすることができ、内側シュラウド１２６における孔１２８とほぼ等しい外径を有することができる。
【００１８】
図３から５にさらに描かれるように、複数のベーン１２２の各々はさらに、外側シュラウド１２４によって支持される。外側シュラウド１２４は、複数の外側シュラウドセグメント１４４から構成され、各セグメント１４４は、図４〜５に示すような末端間をつないだ関係で隣接外側シュラウドセグメント１４４に隣接して配置される。外側シュラウド１２４は、何らかの現在既知の又は今後開発されるカップリング（例えば、嵌合フック）によって外側ケーシング１３０（図４〜５）の内側面に接続することができる。
【００１９】
各ベーン１２２は、本発明の実施形態に係る外側シュラウドセグメント１４４に装着することができる。各外側シュラウドセグメント１４４は、該外側シュラウドセグメント１４４の全厚みを貫通して半径方向に延在する実質的に円筒形の孔１４６を含む。実質的に管状のベーン延長スリーブ１４８は、半径方向外側から孔１４６に挿入され、孔１４６のプラグとして機能し、タービン１２を通る流体流路１５の形成を助けることができる。孔１４６に挿入されたときに、ベーン延長スリーブ１４８は、外側シュラウドセグメント１４４の孔１４６の全厚みに挿入されていない場合があり、図３及び７に描くように、孔１４６から半径方向外向き方向に突出することができる。ベーン延長スリーブ１４８はさらに、ベーン延長スリーブ１４８の内部ルーメン内に配置されるブッシュ１６０を含む。ブッシュ１６０は、ベーン延長スリーブ１４８の内部に摩耗面を提供する。さらに、ベーン延長ジャーナル１８２がブッシュ１６０内に配置され、そこで回転することができる。
【００２０】
ベーン延長ジャーナル１８２は、図７に示すように、少なくとも１つのフランジ部材１４２と、ｔ字形のフランジ部材の面から延在するシャフト部材１４３とを含むことができる。種々の実施形態では、フランジ部材１４２及びシャフト部材１４３は、単体構造のベーン延長ジャーナル１８２要素として形成することができ、或いは、２つ又はそれ以上の別個の要素から形成することができる。フランジ部材１４２は、実質的にトロイダル形状であり、孔１４６の内径に実質的に等しい外径を有することができる。シャフト部材１４３は、ブッシュ１６０の内径よりも小さい外径を有することができる。シャフト部材はさらに、ベーン延長ジャーナル１８２がブッシュ１６０に配置されたときに、以下でさらに検討するように、シャフト部材１４３がベーン延長スリーブ１４８を超えて且つフランジ１６４を通って半径方向外向きに延在することができる程十分に長くすることができる。図７に示すように、ベーン延長ジャーナル１８２は、外側シュラウドセグメント１４４内に配置することができ、シャフト部材１４３はブッシュ１６０内に配置され、フランジ部材１４２は、ベーン延長スリーブ１４８の半径方向内向きに孔１４６内に配置される。フランジ部材１４２及びベーン延長スリーブ１４８の両方は各々、孔１４６の内径と実質的に同じ外径を有し、これらは互いに実質的に同じ外径を有する。
【００２１】
図３及び７にさらに示すように、フランジ１６４は、ノズル１２０をシールし固定するのに用いることができる。フランジ１６４は、ケーシング１３０の外側上でベーン延長スリーブ１４８の半径方向外向きに配置され、シャフト部材１４３が孔を貫通して通ることを可能にする。フランジ１６４は、ボルト１６６のような幾つかの手段の何れかによって、ベーン延長スリーブ１４８に付加することができる。
【００２２】
図３に示すように、ベーン延長ジャーナル１８２は、フランジ部材１４２によってベーン１２２と、さらにシャフト部材１４３によってアクチュエータ１７０に対して動作可能に結合することができ、該シャフト部材１４３は、上述のように、フランジ１６４を通って半径方向外向きに突出する。アクチュエータ１７０は、図３に示すように、タービン１２の中心線から半径方向に延在するベーン軸線１３４の周りのベーン１２２の回転を作動させることができる。この回転により、流体流路１５に曝されるベーン１２２の表面積が変化し、移動流体と同相及び位相外れでベーンを移動させる。アクチュエータ１７０は、ベーン延長ジャーナル１８２のシャフト部材１４３と動作可能に結合した回転機械アーム１７２を含むことができる。機構アーム１７２は、ケーシング３０の外部に位置付けることができ、従って、とりわけエンジン速度、環境条件、及び負荷要件を含む、所与の作動条件のセットで最大効率で作動するようベーン１２２の角度位置の微細調整を可能にする。
【００２３】
図１１に示すように、各外側シュラウドセグメント１４４はさらに、前縁通路１５０及び後縁通路１５２を含む。前縁及び後縁通路１５０、１５２は各々、両側部上で半径方向に延在する孔１４６に隣接している。前縁通路１５０は、孔１４６を超えて横方向に延在するベーン１２２の前縁１５４の一部の形状及び寸法に実質的に一致する形状及び寸法を有する。前縁通路１５０は、前縁１５４と整列し且つその半径方向外向きに直接位置付けることができる。同様に、後縁通路１５２は、孔１４６を超えて横方向に延在するベーン１２２の後縁１５６の一部の形状及び寸法に実質的に一致する形状及び寸法を有し、後縁１５６と整列し且つその半径方向外向きに直接位置付けることができる。孔１４６並びに前縁及び後縁を延在する通路１５０、１５２は、該通路１５０、１５２及び孔１４６によって形成された外側シュラウドセグメント１４４において隣接する集合ベーン通路１５７をベーン１２２が通過できるように整列され、外側シュラウド１２４を通して半径方向外向き方向でベーン１２２の取り外しを可能にする。これは、外側シュラウド１２４を取り外すことなくオーバーホールを可能にする。ベーン１２２はさらに、孔１４６並びに前縁及び後縁を延在する通路１５０、１５２によって形成される集合通路を介して外側シュラウド１２４及びケーシング１３０を通して同様の方法でタービン１２に挿入することができる。
【００２４】
図７を再度参照すると、外側シュラウドセグメント１４４はさらに、孔１４６の外側面から内側面に向けて外側シュラウドセグメント１４４を通って延在する第１の冷却通路１５８を含む。第１の冷却通路１５８は、孔１４６の内側面付近に位置付けられた静止アパーチャ１５９で終端する。静止アパーチャ１５９は、そこを通る流体流を計量し、ベーン１２２の各角度における流体流１５の熱負荷に適合させることを可能にするような形状及び寸法にすることができる。アパーチャ１５９は、円形又は矩形形状とすることができるが、このような流量調整を可能にする他の何れかの幾何形状であってもよい。第１の端部１３５及び第２の端部１３７を有する第２の冷却通路１３６は、ベーン延長ジャーナル１８２内に位置付けることができる。第２の冷却通路１３６は、静止アパーチャ１５９において第１の冷却通路１５８と第１の端部１３５において流体連通することができる。第２の冷却通路１３６は、ブッシュ１６０及びベーン延長ジャーナル１８２のシャフト部材１４３を貫通してほぼ軸線１３４のところまで横方向に進むことができる。ブッシュ１６０は、その形状が外側シュラウドセグメント１４４における前縁通路１５０及び後縁通路１５２をシールするよう機能し且つ第１の冷却通路１５８に対応するように適合される。シールガスケット１６２（図７）又は複数のガスケットは、ベーン延長スリーブ１４８の周りに形成されるシールに寄与する。ガスケット１６２は、ベーン延長スリーブ１４８とベーン延長フランジ部材１４２との間に配置することができる。これらのシールは、流路１５からの流体の漏洩を実質的に阻止し、タービン１２の効率を維持する。
【００２５】
第２の冷却通路１３６がベーン軸線１３４にほぼ到達すると、第２の冷却通路１３６は、半径方向内向きに転回して、シャフト１４３の長手方向軸線１３４を横断し、軸線１３４に沿って半径方向内向きに流体を伝達することができる。第２の冷却通路１３６は、入口プレナム１３９にある第２の端部１３７で終端する。
【００２６】
ベーン１２２に位置付けられ且つ図８から９に詳細に図示される第３の冷却通路１３８は、タービン作動中にベーン１２２を冷却する働きをする。種々の実施形態では、冷却通路１３８は、単一の通路とすることができ、或いは、ベーン１２２を冷却するよう配置された複数の流体接続通路を含むことができる。第３の冷却通路１３８は、入口プレナム１３９において第２の冷却通路１３６とい流体連通することができる。
【００２７】
一実施形態では、内側シュラウド１２６は、図４から５に示すように、タービン１２内でノズル１２０に隣接して位置付けられた静止ノズル１６８と一体的に鋳造される。ベーン延長スリーブ１４８と類似した内側ベーン延長スリーブ１７８は、内側シュラウド１２６の孔１２８においてベーン１２２を固定するために用いることができる。幾つかの実施形態では、静止ノズル１６８は、流路１５においてノズル１２０を進めるように装着することができ、その結果、ノズル１２０に到達する前に流体が静止ノズル１６８を越えて流れる。ノズル１６８はさらに、図７に示すような第１の冷却通路１５８と流体連通した第４の冷却通路１７４を含むことができる。流体は、第４の冷却通路１７４から第１の冷却通路１５８、第２の冷却通路１３６、及び第３の冷却通路１３８までの方向で前述の流体接続冷却通路を通って流れる。
【００２８】
何らかの熱伝達媒体を用いて、互いに流体連通した前述の冷却通路を通って流れ、ベーン１２２の内側部分を冷却することができる。種々の実施形態では、第１の冷却通路１５８、第２の冷却通路１３６、第３の冷却通路１３８、又は第４の冷却通路１７４のうちの何れか１つ又はそれ以上はさらに、ノズル１２０の特徴部の冷却を高めるために、例えば、ピン、タービュレータ、その他などの熱伝達強化表面を備えることができる。
【００２９】
ベーン１２２はさらに、図１０に示すように、実質的に有芯又は中空とすることができる。ベーン１２２がベーン延長ジャーナル１８２及びアクチュエータ１７０によって回転されると、ベーン１２２は、流体流路１５と同相及び位相外れで移動し、流路１５に曝されるベーン１２２の表面積の量が変化する。従って、流路１５は、ベーン１２２の位置に基づいて実質的に開放及び閉鎖することができる。これによりタービン効率と冷却のバランスをとることができる。ベーン１２２が実質的に閉鎖されたとき、すなわち、ベーン１２２の大きな表面積が流路１５に曝されたときには、より多くの冷却が必要となるが、タービン１２はより効率的に作動する。ベーン１２２が実質的に閉鎖されたとき、すなわち、ベーン１２２の少ない表面積が流路１５に曝されたときには、必要とする冷却は少なく、タービン１２は低効率で作動する。
【００３０】
アクチュエータ１７０により開始される動きによって、ベーン延長ジャーナル１８２及びベーン１２２がベーン軸線１３４の周りを回転することができ、これによりベーン１２２の位置が調整されるのに加えて、ベーン延長ジャーナル１８２内の第２の冷却通路１３６が回転し、又は静止アパーチャ１５９（図７）を過ぎて滑動する。このようにして、第３の冷却通路１３８及び流路１５への流体流を制御又は変更することができる。ベーン１２２の冷却通路１３６に流入する流体は、タービン１２の動作パラメータ又は状態に基づいて決定されるベーン１２２の冷却要件に従って変更することができる。
【００３１】
本発明の種々の実施形態の技術的効果は、タービン１２用の可変面積ノズル１２０を提供すると共に、現在の動作条件に応じて調整できる変更冷却システムを提供することである。本発明の種々の実施形態に関連する他の技術的効果は、ことである。タービン１２の分解又はケーシング１３０の取り外しを必要とせずにベーン１２２を補修又は交換することができるノズル１２０を提供することであり、従って、時間及びコストの両方を節減することができる。
【００３２】
本明細書における用語「第１の」、「第２の」などは、どのような順序、数量、又は重要度を意味するものではなく、むしろ、１つの要素を別の要素と区別するために用いている。本明細書において数詞のない表現は、数量の限定を意味するものではなく、むしろ参照する要素の少なくとも１つが存在することを意味する。数量に関して使用する「約」という修飾語は、記載される数値を包含し、前後関係によって決まる意味を有する（例えば、特定の数量の測定値に付随するある程度の誤差を含む）。本明細書で使用する場合の「数詞のない表現」の用語は、その用語が意味するものの単数及び複数の両方を含むことを意図しており、従って当該用語が意味するものの１つ又はそれ以上を含む。本明細書に開示した範囲は、包括的であり且つ独立して組合せ可能である（例えば、「最大約２５ｍｍまでの又はより具体的には約５ｍｍ〜約２０ｍｍ」の範囲とは、「約５ｍｍ〜約２５ｍｍ」の範囲の端点及び全ての中間値などを含む）。
【００３３】
本明細書では様々な実施形態について説明してきたが、これらの実施形態における要素の様々な組合せ、変形又は改良を当業者が行うことができ、これらもまた本発明の技術的範囲内にあることは、本明細書から理解されるであろう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は物的事項を本発明の教示に適合するように多くの修正を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実施するために企図される最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、また本発明は、添付の特許請求の範囲の技術的範囲内に属する全ての実施形態を包含する。
【符号の説明】
【００３４】
１２  タービン
１４  回転シャフト
１５  流体流路
１６  ブレード
１２０  ノズル
１２２  ベーン
１２４  外側シュラウド
１２６  内側シュラウド
１２８  孔（１２６の）
１３０  外側ケーシング
１３４  ベーン軸線
１３５  第２の冷却通路の第１の端部
１３６  第２の冷却通路
１３７  第２の冷却通路の第２の端部
１３８  （ベーン１２２の）第３の冷却通路
１３９  入口プレナム
１４０  円筒フランジ
１４２  ベーン延長フランジ部材
１４３  ベーン延長シャフト部材
１４４  外側シュラウドセグメント
１４６  （外側シュラウドセグメント１４４において）半径方向に延在する孔
１４８  ベーン延長スリーブ
１５０  前縁通路
１５２  後縁通路
１５４  （ベーン１２２の）前縁
１５６  （ベーン１２２の）後縁
１５７  ベーン通路
１５８  第１の冷却通路
１５９  静止アパーチャ
１６０  ブッシュ
１６２  ガスケット
１６４  フランジ
１６６  ボルト
１６８  静止ノズル
１７０  アクチュエータ
１７２  機械アーム
１７４  第４の冷却通路
１７８  内側ベーン延長スリーブ
１８２  ベーン延長ジャーナル
【図１】
0005967891.tif 000002
【図２】
0005967891.tif 000003
【図３】
0005967891.tif 000004
【図４】
0005967891.tif 000005
【図５】
0005967891.tif 000006
【図６】
0005967891.tif 000007
【図７】
0005967891.tif 000008
【図８】
0005967891.tif 000009
【図９】
0005967891.tif 000010
【図１０】
0005967891.tif 000011
【図１１】
0005967891.tif 000012