(57)【要約】【解決手段】翼冷却風が、エンジンのロータ内中央路を通り、第一及び第二段ロータ間のスペースを通り、第一段翼に向かう第一の流れと、第二段翼に向かう第二の流れを持つ二つの流れに分かれ、次に、二つの流れが共通の多岐管に集まり、使用済み翼冷却風が、第一段ロータ介して前方へ流れ、ロータ冷却路に沿い、ステータキャビティ内に流れ、次に、冷却風が燃焼器内に放出される、第一及び第二段タービン動翼の冷却回路を含む産業用ガスタービンエンジン。【選択図】図１
2019504966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータによってタービンに接続される圧縮機と、
内部冷却風回路を有する第一段タービン翼を含む第一段タービンロータディスクと、
内部冷却回路を有する第二段タービン翼を含む第二段タービンロータディスクと、
第一段タービンロータディスクと第二段タービンロータディスクとの間に配置される冷却風配給装置であって、冷却風配給装置は、第一段タービン翼冷却風供給路及び第二段タービン翼冷却風供給路を有し、
冷却風配給装置から延び、第一段タービンロータディスク及び第二段タービンロータディスクの間に配置される熱風収集多岐管と、
第一段タービンロータディスクの前部側に配置される熱風折曲多岐管と、
熱風折曲多岐管に接続される入口及びロータ放出穴となる出口を含むロータ熱風返送路と、
ステータキャビティに通じ、ロータ放出穴に並ぶ入口を含むステータと、
燃焼器の入口を含むステータキャビティに接続するステータ熱風返送路と、
第一段タービンロータディスクを介して冷却風配給装置へ圧縮風を供給するため、ロータ内に設置される中央供給パイプと、
を備える、電力生成のための産業用ガスタービンエンジン。
【請求項２】
冷却風配給装置が、第一段タービンロータディスク及び第二段タービンロータディスクの間に形成されるスペースに通じる入口と、第一及び第二段タービンロータディスクに通じる冷却風入口に接続される出口とを各々有し、交互に並ぶ第一段及び第二段冷却風供給路を含むスペーサディスクを備える、
請求項１の電力生成のための産業用ガスタービンエンジン。
【請求項３】
ロータ及びステータの間に形成される第一のラビリンスシール及び第二のラビリンスシールを更に備え、
第一のラビリンスシールは、ロータ放出穴及びステータ入口穴の第一側にあり、
第二のラビリンスシールは、ロータ放出穴及びステータ入口穴の第二側にある、
請求項１の電力生成のための産業用ガスタービンエンジン。
【請求項４】
第一段タービンロータディスク、及び冷却風配給装置の冷却風供給路に冷却風を供給する中央供給パイプに接続される第二段タービンロータディスクの間に、スペースが形成される、
請求項１の電力生成のための産業用ガスタービンエンジン。
【請求項５】
熱風収集多岐管は、第一段タービンロータディスクを通る交差チューブを介して熱風折曲多岐管に接続される、
請求項１の電力生成のための産業用ガスタービンエンジン。
【請求項６】
熱風収集多岐管は、
前部側に第一段タービン翼熱風入口と、
後部側に第二段タービン翼熱風入口と、
前部側に熱風出口と、
を含む、
請求項１の電力生成のための産業用ガスタービンエンジン。
【請求項７】
熱風折曲多岐管は、
後部側に第一及び第二の熱風軸方向入口と、
中間に９０°曲がった経路を含んだ単一の熱風径方向出口と、
を含む、
請求項１の電力生成のための産業用ガスタービンエンジン。
【請求項８】
ロータの回転によって封を形成するため、熱風折曲多岐管の出口及びロータの熱風返送路の入口の間に接続される移送チューブを更に備える、
請求項１の電力生成のための産業用ガスタービンエンジン。
【請求項９】
産業用ガスタービンエンジンのロータ内に設置される中央路を介して過加圧冷却風を通すステップと、
過加圧冷却風を、第一段冷却風流と第二段冷却風流とに分離するステップと、
タービン動翼の第一段内に形成される冷却回路を介して第一段冷却風流を通すステップと、
タービン動翼の第二段内に形成される冷却回路を介して第二段冷却風流を通すステップと、
第一段タービン動翼及び第二段タービン動翼からの冷却風流を共通の収集多岐管に集めるステップと、
共通の収集多岐管から第一段タービンロータディスクを介して冷却風を通すステップと、
第一段タービンロータディスクから産業用ガスタービンエンジンのロータを介して冷却風を通すステップと、
産業用ガスタービンエンジンのロータから、産業用ガスタービンエンジンのステータに形成される冷却風キャビティに冷却風を放出するステップと、
ステータキャビティから産業用ガスタービンエンジンの燃焼器に冷却風を通すステップと、
を備える、タービン動翼の第一及び第二段のための冷却回路を含む産業用ガスタービンエンジンの操作方法。
【請求項１０】
タービン動翼を冷却し燃焼器に流すための十分な圧力を有するロータ内に設置された中央路に過加圧冷却風を通すステップを更に備える、
請求項９のタービン動翼の段のための冷却回路を含む産業用ガスタービンエンジンの操作方法。
【請求項１１】
タービン動翼内に形成された冷却回路を介して冷却風を通すステップに先立ち、タービンの第一段ロータディスク及びタービンの第二段ロータディスクの間に配置されるスペーサディスクを介して過加圧冷却風を通すステップを更に備える、
請求項９のタービン動翼の段のための冷却回路を含む産業用ガスタービンエンジンの操作方法。
【請求項１２】
共通の収集多岐管から、第一段タービンロータディスクを介して第一段タービンロータディスクの前部側に設置された折曲多岐管に冷却風を通すステップと、
折曲多岐管からロータの冷却風路に冷却風を通すステップと、
を更に備える、
請求項９のタービン動翼の段のための冷却回路を含む産業用ガスタービンエンジンの操作方法。
【請求項１３】
複数の第二段タービン動翼冷却風供給路と交互に並ぶ、複数の第一段タービン動翼冷却風供給路を含むスペーサディスクと、
スペーサディスクの後部側に設置される第一段タービン動翼冷却風供給路の入口と、
スペーサディスクの前部側に設置される第二段タービン動翼冷却風供給路の入口と、
スペーサディスクの前部側に設置される第一段タービン動翼冷却風供給路の出口と、
スペーサディスクの後部側に設置される第二段タービン動翼冷却風供給路の出口と、
スペーサディスクの頂部側に固定される収集多岐管と、
を備え、
冷却風の収集多岐管は、収集多岐管の前部側に第一冷却風入口を有し、
冷却風の収集多岐管は、収集多岐管の後部側に第二冷却風入口を有し、
冷却風の収集多岐管は、収集キャビティの前部側及び第一冷却風入口の両サイドに第一及び第二の冷却風出口を有する、
産業用ガスタービンエンジンの第一及び第二段動翼に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリ。
【請求項１４】
収集多岐管は、完全な環状の収集多岐管を形成する複数の環状セグメントである、
請求項１３の産業用ガスタービンエンジンの第一及び第二段動翼に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリ。
【請求項１５】
収集多岐管は、モミの木形状アタッチメントを含むスペーサディスクに固定される、
請求項１３の産業用ガスタービンエンジンの第一及び第二段動翼に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリ。
【請求項１６】
モミの木形状アタッチメントは、産業用ガスタービンエンジンの軸方向に延びる、
請求項１５の産業用ガスタービンエンジンの第一及び第二段動翼に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリ。
【請求項１７】
第一及び第二冷却風入口は、密閉された中空排出チューブに各々接続され、
第一及び第二冷却風出口は、密閉された中空交差チューブに各々接続される、
請求項１３の産業用ガスタービンエンジンの第一及び第二段動翼に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリ。
【請求項１８】
交差チューブは、排出チューブより大きい径を有する、
請求項１７の産業用ガスタービンエンジンの第一及び第二段動翼に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリ。
【請求項１９】
排出チューブ及び交差チューブは、双方ともドッグボーン形状チューブである、
請求項１７の産業用ガスタービンエンジンの第一及び第二段動翼に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にガスタービンエンジンに関し、より詳しくは、使用済み冷却風（spent cooling air）を燃焼器に供給する、半閉鎖式ロータディスク冷却回路を有する大型ヘビーデューティー産業用ガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、アメリカ合衆国エネルギー省によって与えられた契約番号ＤＥ−ＦＥ００２３９７５号に基づく、アメリカ合衆国政府支援を伴い作り上げられた。アメリカ合衆国政府は、本発明における一定の権利を有する。
【０００３】
産業用ガスタービンエンジンにおいて、電力を生成するため、ガスタービンエンジンのロータによって発電機が駆動される。効率を高めるため、エンジンのロータは、ギアボックスなしに直接発電機に接続される。６０ヘルツ電力系統に関して、エンジンと発電機は、３６００ｒｐｍで稼働する。ヨーロッパ諸国の典型的な５０ヘルツ電力系統に関して、エンジンと発電機は、３０００ｒｐｍで稼働する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エンジンの効率は、より高温な燃焼温度を利用することによって、増加され得る。しかしながら、タービンの入口温度は、高温ガス流に向けて露出される要素（部品）の材料特性や、これら高温部に供給される冷却量に制限される。これら要素は、最も高い温度にさらされるため、タービンの第一段は、冷却風の最大量を受ける。タービンの第二段もまた、冷却を必要とするが、第一段に比べて少量である。前記第一段及び第二段翼にとっての冷却風は、翼の外表面のフィルム冷却（film cooling）を提供するため、典型的に、フィルム冷却穴又は出口スロットを介して高温ガス流の中に放出される。そのため、タービンを介して高温ガス流に放出される冷却風を圧縮するための仕事（work done）が、送り出される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第一及び第二段動翼冷却機構を有する産業用ガスタービンエンジンであって、過加圧冷却風（over-pressurized cooling air）が、冷却風の加熱を制限するため、エンジンのロータ内の中央路を介して双方の段の動翼に供給される。次に、過加圧冷却風は、前記第一及び第二段ロータ間の第一段翼冷却路及び第二段翼冷却路に向けて分配され、第一及び第二段の各々内の内部冷却風回路の中に供給される。
【０００６】
次に、動翼の第一及び第二段からの使用済み冷却風は、第一及び第二段ロータ間に位置する共通の収集多岐管（common collection manifold）の中に放出される。次に、収集多岐管内の使用済み冷却風は、第一段を介して折曲多岐管（turn-down manifold）の中を通り、次に冷却風が、ロータを介してステータキャビティの中を通る。次に、ステータキャビティからの使用済み冷却風は、ステータ路を介して、再利用のために燃焼器の中を通る。
【０００７】
中央路からの過加圧風の供給を第一段ロータ冷却路及び第二段ロータ冷却路に分配するため、スペーサディスク（spacer disk）が、第一及び第二段ロータ間で用いられる。第一及び第二段冷却路の各々は、スペーサディスクとそれぞれのロータ間の密閉を形成する中空エアー供給チューブを用いて、それぞれのロータディスクに接続される。中空エアー排出チューブは、各ロータディスクから収集多岐管の中に密閉路を形成する。
【０００８】
軸方向交差チューブ（axial cross-over tube）は、温まった冷却風のための密閉路を、第一段ロータを介し、第一段ロータの前部側に設置された折曲多岐管の中へ形成する。径方向内側に向いた排送チューブは、前記折曲管と高温気流のためのロータ内の通路との間に密閉路を形成する。前記排送チューブは、稼働中のロータの回転からの遠心力に起因した封を形成する頂端に環状リップ部を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明のより完全な理解、並びにその付随する利点及び特徴は、添付図面と共に考慮される下記の詳細な説明を参照することによってより容易に理解されるであろう。
【図１】図１は、本発明に係る第一及び第二段ロータ冷却機構付き産業用ガスタービンエンジンの断面図を示す。
【図２】図２は、本発明に係る、タービンの第一及び第二段間のスペーサディスクの断面図を示す。
【図３】図３は、本発明に係るスペーサディスクの等角図を示す。
【図４】図４は、冷却風供給路を有する本発明のスペーサディスクの断面模型を示す。
【図５】図５は、二つの冷却風入口と一つの出口穴を有する本発明のスペーサディスクの断面側方図を示す。
【図６】図６は、一つの冷却風入口と二つの出口穴を有する本発明のスペーサディスクの断面側方図を示す。
【図７】図７は、翼と、冷却風供給及び放出穴を有する本発明の第一段ロータの垂直断面図を示す。
【図８】図８は、本発明に係る、第一及び第二段ロータと、スペーサディスクと、熱風返送多岐管と、熱風折曲多岐管の断面図を示す。
【図９】図９は、本発明に係る、スペーサディスクと、熱風返送多岐管と、接続チューブを有する熱風折曲多岐管の等角図を示す。
【図１０】図１０は、本発明に係る、スペーサディスクと、熱風返送多岐管と、接続チューブを有する熱風折曲多岐管の図９とは異なる方向からの等角図を示す。
【図１１】図１１は、本発明に係る、スペーサディスクと、熱風返送多岐管と、接続チューブを有する熱風折曲多岐管の立体分解図を示す。
【図１２】図１２は、本発明に係る熱風折曲多岐管の前方及び側方等角図を示す。
【図１３】図１３は、本発明に係る熱風折曲多岐管の背方及び側方等角図を示す。
【図１４】図１４は、本発明に係る熱風折曲多岐管の側面図を示す。
【図１５】図１５は、本発明に係る熱風折曲多岐管の平面図を示す。
【図１６】図１６は、本発明に係る熱風返送多岐管の前方及び側方等角図を示す。
【図１７】図１７は、本発明に係る熱風返送多岐管の背方及び側方等角図を示す。
【図１８】図１８は、本発明に係る熱風返送多岐管の側面図を示す。
【図１９】図１９は、本発明に係る熱風返送多岐管の平面図を示す。
【図２０】図２０は、本発明に係る垂直熱風移送チューブの等角図を示す。
【図２１】図２１は、本発明に係る水平熱風交差チューブの等角図を示す。
【図２２】図２２は、本発明に係る水平冷却風供給又は排送チューブの等角図を示す。
【図２３】図２３は、本発明に係る、折曲多岐管から燃焼器の入口への熱冷却風返送回路の断面図を示す。
【図２４】図２４は、本発明に係る、タービンロータ冷却回路のロータ内の中央路に向けた冷却風供給の断面図を示す。
【図２５】図２５は、本発明に係る、タービンロータ冷却回路のロータを介する中央路前部の断面図を示す。
【図２６】図２６は、本発明に係る、タービンロータ冷却回路のロータを介する中央路後部の断面図を示す。
【図２７】図２７は、本発明の第二実施形態に係る、スペーサディスクに代わるパドル状ミニディスク（paddled minidisk）の断面図を示す。
【図２８】図２８は、本発明に係る、第二段ロータの軸方向穴を介して供給される冷却風を含む図２７のパドル状ミニディスクの断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、使用済みのロータディスク冷却風を、燃料及びエンジンの圧縮機からの圧縮風と共に燃焼されるための燃焼器へ戻し導く、第一及び第二段ロータ冷却回路を有するガスタービンエンジンである。ロータディスク冷却風は、ロータ内に形成される中央路を通り、次に、スペーサディスクを通って上方に流れる。冷却風は、第一段ロータディスクに向けた第一進路と、第二段ロータディスクに向けた第二進路を持つ二つの進路に分配される。動翼の使用済み冷却風は、二つのロータディスク段の間に設置される熱風収集多岐管内に流れ、次に、第一段ロータの交差チューブを介し流れ、次に、温まった使用済み冷却風がロータを介して軸方向前方に流れるよう、熱風折曲多岐管内を流れ、次に、圧縮機とタービンの間の静的キャビティ内上方の径方向穴を介して流れる。温まった使用済み冷却風は、次に、ターン経路（turn channel）を介して拡散器内に流れ、次に、燃焼器の入口内に流れる。
【００１１】
図１は、中央路供給からロータ段の内及び外へ向け、次に、ロータを介して燃焼器内に戻る第一及び第二ロータ段冷却回路の断面図である。エンジンのこの要素は、ロータ１１、ロータ１２、最終段圧縮機の圧縮翼１３、中央路へ延びる軸又はロータ１１内に固定される過加圧冷却風供給チューブ１４、複数の第一段動翼１９を有する第一段ロータディスク１５、複数の第二段動翼２１を有する第二段ロータディスク１６、第一及び第二ロータディスク１５，１６の各々に冷却風を導入するためにそれらの間に形成されるスペース１７、第一及び第二段ロータディスク１５，１６間に固定されるスペーサディスク１８（冷却風配給装置と称されてもよい）、スペーサディスク１８の頂部から延びる熱風収集多岐管２２、第一段ステータ翼２３、熱風折曲多岐管４５、熱風を径方向内側に流す経路３１、熱風を軸方向前部に流す経路２９、複数のロータ放出穴３２、複数のステータキャビティ入口又は放出穴３３（dump hole）、ステータキャビティ２５、熱風ターン経路２７、燃焼器入口内に放出する拡散器２６、及び入口ガイド翼２８を含む。二つのラビリンスシールが、ロータ放出穴３２及びステータキャビティ入口又は放出穴３３の各々の両サイドを密閉するために用いられる。
【００１２】
タービンロータ段からの使用済み冷却風が、エンジンの燃焼器内に流れる十分な残圧を有するよう、冷却風供給チューブ１４は、過加圧風を供給するエンジンのロータを通じる過加圧冷却風供給チューブである。過加圧冷却風供給チューブ１４はまた、冷却風供給チューブ１４を介して流れる冷却風への伝熱を制限するために、圧縮機の高温部から過加圧冷却風を隔離する。圧縮機出口は、圧縮風Ｐ３とする圧縮風を放出する。本発明の実施形態の分析において、過加圧は、燃焼器に供給される圧縮機出口の放出圧より約５０％を超えて高くなるであろう。１．３５ Ｘ Ｐ３の供給圧は、翼のロータとタービン段を介して（各翼１９，２１の内部冷却風回路を介して）流れ、燃焼器内を流すため、十分な圧力（Ｐ３の約１．０５）を用いて燃焼器入口に戻るのに十分な圧力を有する。
【００１３】
図２は、第一段ロータディスク１５と第二段ロータディスク１６の間に位置するスペーサディスク１８を示す。動翼１９及び２１の第一及び第二段へ冷却風を供給するため、スペーサディスク１８は、二つのロータ段の間のスペース内に通じる第二段冷却風供給路３５と交互に並ぶ第一段冷却風供給路３６の配置を有する。スペーサディスク１８は、二つのロータ段と共に回転する。動翼が、冷却風を各翼冷却回路に向けるために差し込まれるよう、入口チューブ４２は、ロータディスク１５及び１６の縁におけるモミの木形状スロットに向き、第一段冷却風供給路３６又は第二段冷却風供給路３５の各出口端と接続する（そのため、入口チューブ４２はまた、接続チューブと呼ばれる。）。動翼１９及び２０の第一及び第二段の各々は、冷却風供給及び排出路を含むモミの木形状アタッチメント３７及び３８を有する。各翼１９及び２１はまた、タービンを介して流れる高温ガス流に向け、いずれの冷却風の放出なく、翼のための冷却を提供するための内部冷却回路を有する。各内部冷却回路は、入口と出口を有する。翼からの使用済み冷却風は、翼から共通収集多岐管２２への冷却風出口と接続する排出チューブ４３を介して流れる（排出チューブ４３はまた、接続チューブと呼ばれる。）。熱風収集多岐管２２は、隣り合うセグメントから密閉される個々のセグメントを含む熱風収集多岐管の完全な環状配置を形成する複数のセグメントの形を成す。その収集多岐管２２は、動翼１９及び２１の二つの段の間に設置されるステータ翼アセンブリの下面（underside）間を密閉する頂部側の歯を形成するラビリンスシールの列を有する。
【００１４】
図３は、前部環状プレート４７に囲まれる折曲多岐管４５と、後部環状プレート４７に囲まれる後部供給多岐管４９を含むスペーサディスク１８の詳細を示す。スペーサディスクにおける第一及び第二段冷却風供給路３６及び３５は、環状プレート４７によって覆われるスペースに通じる。第一段冷却風供給路３６の各々は、スペース１７への入口開口と、第一段タービンロータディスク１５の冷却風入口開口に接続する出口開口を有し、第二段冷却風供給路３５の各々は、スペース１７への入口開口と第二段タービンロータディスク１６の入口開口に接続する出口開口を有する。冷却風は、環状プレート４７に形成される供給穴４８を介して通る。入口チューブ４２は、冷却風の流れを密閉するために、供給穴４８と、ロータの軸スロット３９及び４１との間に締め付けられる。スペーサディスク１８の頂部側のモミの木形状スロット４４は、スペーサディスク１８に収集多岐管２２を固定する。第一及び第二段冷却風供給路３６及び３５を含むスペーサディスク１８の断面前方図が、図４に示される。図５及び図６は、スペーサディスク１８の断面側方図を示し、それぞれスペーサディスク１８の周りに交互に並ぶ入口端と出口端を含む二つの冷却風供給路３５及び３６を示す（例えば、二つの入口端と一つの出口端が図５に示され、これに対し、一つの入口端と二つの出口端が図６に示される。）。スペーサディスク１８と、環状プレート４７や入口チューブ４２のようないずれのハードウェアは、ロータディスク１５及び１６間に冷却風供給装置を形成する。第一段タービン動翼の冷却風供給路３６の入口は、スペーサディスク１８の後部側に設置され、第一段タービン動翼の冷却風供給路３６の出口は、スペーサディスク１８の前部側に設置される。同様に、第二段タービン動翼の冷却風供給路３５の入口は、スペーサディスク１８の前部側に設置され、第二段タービン動翼の冷却風供給路３５の出口は、スペーサディスク１８の後方側に設置される。
【００１５】
図７は、翼１９に関する、各軸スロット３９の底に入口チューブ４２を有する軸スロット３９を含む第一段ロータディスク１５、縁面に近い翼根の排出チューブ４３、及びロータディスク１５の後部側からロータディスク１５の前部側へ通る交差チューブ５３の正面図を示す。
【００１６】
図８は、スペーサディスク１８の通路間に接続される入口チューブ４２、翼放出穴と収集多岐管２２への入口の間に接続される排出チューブ４３、及び折曲連結路４６における熱風の流れを軸方向前方流から径方向内側流に方向を変える熱風折曲多岐管４５に収集多岐管２２を接続する隣り合う排出チューブ４３間に位置される交差チューブ５３を示す。そのため、熱風折曲多岐管４５は、第一段タービンロータディスク１５の前部側に置かれる。ラビリンスシール５０は、頂面から延びる歯を密閉する一連のラビリンスシールを持つ折曲多岐管４５の回転面を含むステータ面を密閉する。
【００１７】
図９は、スペーサディスク１８、収集多岐管２２、折曲多岐管４５、入口チューブ４２、及び排出チューブ４３の図を示す。折曲多岐管路４６は、径方向内側に熱風を流し、続いてロータ１１内の熱風を軸方向前方に流す経路２９に通じる経路３１に熱・冷却風を導く。ロータ放出穴３２は、熱風を軸方向前方に流す経路２９をエンジンのステータ２４部分に形成される静止放出穴３３に接続する。熱風を径方向内側に流す経路３１と熱風を軸方向前方に流す経路２９は、共に、熱風折曲多岐管４５に接続する入口と、ロータ放出穴３２となる出口を含むロータ熱風返送路と考えられ得る。図１０は、排出チューブ４３と交差チューブ５３を含む図９のアセンブリの正面図を示す。前部ラビリンスシール５１及び後部ラビリンスシール５２は、ロータ放出穴３２の両サイドに形成され、ロータ１１をこれらの穴３２の周囲のステータ２４から密閉する（すなわち、前部ラビリンスシール５１は、ロータ放出穴３２とステータ入口穴３３の第一側に形成され、後部ラビリンスシール５２は、ロータ放出穴３２とステータ入口穴３３の第二側に形成される。）。
【００１８】
図１１は、スペーサディスク１８を有するモミの木形状スロット４４、スペーサディスク１８のモミの木形状スロット４４内に陥るモミの木形状アタッチメント５５を有する熱風収集多岐管２２、熱風を径方向内側及び軸方向前方に流す経路２９を有するロータ１１、排出チューブ４３、及び交差チューブ５３を含む図９及び図１０の要素の立体分解図を示す。モミの木形状アタッチメント５５は、産業用ガスタービンエンジンの軸方向に延びる。ロータ１１は、二つのモミの木形状アタッチメントと、折曲多岐管４５をロータ１１に固定し双方回転するための二つの対応するモミの木形状スロット５７を持つ折曲多岐管４５を有する。径方向熱風移送チューブ６１は、折曲多岐管路４６を、熱風をロータの径方向内側に流す経路３１に、密閉状に接続する。
【００１９】
収集多岐管２２及び折曲多岐管４５の双方は、エンジン周囲を満たす環状多岐管を形成するためのセグメントとして形成され、エンジン回転と同程度に発展する遠心力のため、双方は、モミの木形状アタッチメントを用いてロータに固定される。
【００２０】
図１２は、二つの交差チューブ５３と二つのモミの木形状スロット５７を含む折曲多岐管４５の一図を示す。図１３は、他の図を示す。図１４は、交差チューブ５３から熱風の流れを導く折曲多岐管路４６の側面図を示す。図１５は、二つの交差チューブ５３が、折曲多岐管４５内に出て、径方向熱風移送チューブ６１の一つを介して通じる径方向内側路に併合する平面図を示す。径方向熱風移送チューブ６１は、折曲多岐管路４６を含む密閉を形成する頂端と隣り合うリップ部を有し、ロータの回転による遠心力によって適切に保持される。
【００２１】
図１６は、隣り合う動翼からの二つの熱風排出チューブ４３（又は二つの収集多岐管入口チューブ４３）と、第一段ロータ側の二つの交差チューブ５３を含む収集多岐管２２の図を示す。動翼の二つの段からの熱風は、双方の側から熱風収集多岐管セグメント内に流れ、次に、二つの平行交差チューブ５３（第一及び第二収集多岐管出口チューブ５３とも呼ばれる）を介して前部側から外へ流れ、折曲多岐管４５内に流れる。二つの平行交差チューブ５３の第一は、排出チューブ４３の第一側にあってもよく、二つの平行交差チューブ５３の第二は、排出チューブ４３の第二側にあってもよい。更に、収集多岐管２２は、完全な環状の収集多岐管を形成する複数の環状セグメントを含んでもよい。図１７は、第二段動翼２１の一つからの単一の熱風排出チューブ４３を含む収集多岐管２２の後方側を示す。図１８は、収集多岐管２２内のキャビティ（空洞）、収集多岐管２２の二つの側の各々の排出チューブ４３、及び収集多岐管２２の前部側の二つの交差チューブ５３を含む側面図を示す。
【００２２】
図２０は、折曲多岐管の熱風路でチューブを密閉する第一の環状リップ部６２を含む径方向熱風移送チューブ６１を示す。径方向熱風移送チューブ６１はまた、第一の環状リップ部６２に向かい合う第二の環状リップ部６３を有する。ロータの回転は、径方向熱風移送チューブ６１を径方向内側路の底面に対して上方に押し進め、きつい密閉を形成する。図２１は、チューブが折曲多岐管４５と収集多岐管２２の間に割り込んだ際にきつい密閉を形成するドッグボーン形状端６５を含む交差チューブ５３を示す。図２２に示されるように、入口及び排出チューブ４２，４３は、同じ形状、サイズであり、チューブを介した冷却風の流れに関してきつい密閉を形成するために、二つの側間に割り込むドッグボーン形状端６４でもある。しかしながら、交差チューブ５３は、排出チューブ４３の径より大きい径を有してもよい。
【００２３】
図２３は、折曲多岐管４５から拡散器へのステータ熱風返送路を示す。熱風は、径方向熱風移送チューブ６１を介して、熱風を径方向内側に流す経路３１に向けて流れ、９０°曲がり、ロータ１１の熱風を軸方向前方に流す経路２９の前方に流れ、９０°曲がり、ロータ放出穴３２を介して、静止放出穴３３内へ、及びステータ２４の静止キャビティ２５内に流れる。次に、ステータキャビティ２５からの熱風は、経路を通過し、１８０°向きを変え、通路の放出端において、拡散器２６の入口７２の後方へ向け流れる。ステータ熱風返送路は、燃焼器の入口と共にステータキャビティ２５と接続する。前部ラビリンスシール５１及び後部ラビリンスシール５２は、回転ロータ放出穴３２及び静止放出穴３３の周囲で、ロータ１１及びステータ２４の間の密閉を形成する。他の封６９（例えば、ラビリンスシール）が、使用され、およそ１８０°曲がり、そして、他の封（例えば、ラビリンスシール）が使用され、熱風を径方向内側に流す経路３１近傍で、ロータとステータ間を密閉する。
【００２４】
図２４は、ロータへの冷却風を外側へ配送するための冷却風供給回路を示す。配送パイプ９４は、高圧圧縮機入口ケースへの源と接続し、冷却風を供給するためのロータキャビティ８４を形成する圧縮機ロータシャフト端片８２に形成される複数の径方向入口穴９０内に繋がる。中央配送パイプ８３は、圧縮機ロータシャフト端片８２と圧縮機ロータ８６の間の輪縁締結端（clamping flanged ends）によって、圧縮機ロータシャフト端片８２に固定される。中央配送パイプ８３は、タービンセクションに通じ、比較的冷たい冷却風を圧縮機の高温セクションから離れて動く冷却風のための中央路８５を形成する。発電機駆動シャフト８１は、圧縮機ロータシャフト端片８２に接続し、発電機に接続する。翼片８８，８９，９１は、回転する圧縮機ロータシャフト端片８２と静止ケースの間に形成される封９３の周りから空気が漏れることを取り除く。径方向中心化機構（radial centering features）８７は、配送パイプ８３から延び、中央路８５を圧縮機ロータ８６内の中心に位置させる。軸受部９２は、圧縮機ロータ８６の外側に設置される。ソースからの圧縮された冷却風は、径方向入口穴９０を介してロータキャビティ８４内に流れ、タービンに向けて流れるよう、中央路８５内に向きを変える。
【００２５】
図２５は、径方向中心化機構８７を含む圧縮機ロータ８６内の冷却風中央路８５を示す。ロータディスク９６は、ステータ翼の段及び圧縮機ロータ８６から延びる動翼を介した圧縮風の流路を含む圧縮機ロータを形成するよう、共に並べられる。中央配送パイプ８３は、圧縮機ロータ８６を通過し、冷却風の加熱を最小化するため、圧縮機で生成された熱から冷却風を隔離する。
【００２６】
図２６は、第一のロータディスク１５に隣接して終端する配送パイプ８３の中央路８５を示す。中央化孤立部（centering standoffs）９７及び９８は、エンジンロータ１１内で配送パイプ８３を中央化するために用いられる。中圧キャビティ１１１は、ロータ１１及びロータディスク１５の第一段の間に形成される。図２６はまた、中圧キャビティ９９、圧縮機ケース１０１、及びエンジンの燃焼器１０２を示す。拡散器２６はまた、動翼を冷却するために用いられるタービンロータからの熱風が放出されることを示す。
【００２７】
図２７は、パドル状ミニディスクが、冷却風を上方へ押し進め、翼の冷却のために第一及び第二段ロータ内に押し進めるよう使用される、本発明の他の実施形態を示す。ミニディスク１０３は、ミニディスク１０３から外側へ延びる隣り合うパドル１０５間に形成されるスペースに冷却風の流れを案内するための複数の径方向穴１０４を有する。パドル状ミニディスク１０３は、冷却風を上方に押し進め、二つのロータディスク１５及び１６間のスペースを囲む環状の分割蓋部（annular segmented cap）１０６における供給キャビティに押し進めるために、ロータディスク１５及び１６と共に回転する。環状の分割蓋部１０６は、その頂面に接続される収集多岐管２２を有することとなる。エアー供給穴１０７及び１０８は、ミニディスク１０３から動翼１９及び２１の二つの段に冷却風を供給する。入口及び排出チューブは、第一及び第二段ロータに冷却風路を接続するよう、いまだ使用されることとなる。
【００２８】
図２８は、図２７のパドル状ミニディスクであるが、第二段ロータディスク１６における軸方向穴１１０から供給される冷却風を含む他の型の実施形態を示す。図２８に示されるが、冷却風のためのいずれの冷却風供給チューブ１４が必要とされないであろう。仮に、冷却風供給チューブ１４が含まれる場合、本実施形態において、いずれの冷却風が、冷却風供給チューブ１４を通じて移動されないであろう。パドル状ディスク１０３、並びに環状の分割蓋部及びエアー供給穴１０７及び１０８のようないずれのハードウェアは、ロータディスク１５及び１６間の冷却風供給装置を形成する。
【００２９】
本発明の更なる特徴は、下記で説明される番号付された実施形態において開示される。
【００３０】
［第一実施形態］
電力生成のための産業用ガスタービンエンジンは、
ロータによってタービンに接続される圧縮機；
第一段タービン翼を含む第一段タービンロータ；
内部冷却風回路を有する第一段タービン翼；
第二段タービン翼を含む第二段タービンロータ；
内部冷却風回路を有する第二段タービン翼；
第一段タービンロータと第二段タービンロータとの間に配置される冷却風配給装置（cooling air distribution device）；
第一段タービン翼冷却風供給路及び第二段タービン翼冷却風供給路を有する冷却風配給装置；
冷却風配給装置から延び、第一段タービンロータ及び第二段タービンロータの間に配置される熱風収集多岐管；
第一段タービンロータの前部側に配置される熱風折曲多岐管；
熱風折曲多岐管に接続される入口及びロータ放出穴となる出口を含むロータ熱風返送路；
ステータキャビティに通じ、ロータ放出穴に並ぶ入口穴を含むステータ；
燃焼器の入口を含むステータキャビティに接続するステータ熱風返送路；
及び、第一段タービンロータを介してスペーサディクスへ圧縮風を供給するため、ロータ内に設置される中央供給チューブ；
を備える。
【００３１】
［第二実施形態］
第一実施形態の電力生成のための産業用ガスタービンエンジンは、
冷却風配給装置が、第一段タービンロータ及び第二段タービンロータ間に形成されるキャビティに通じる入口と、第一及び第二段タービンロータディスクに通じる冷却風入口に接続される出口とを各々有して、交互に並ぶ（alternating with）第一段及び第二段冷却風供給路を含むスペーサディスク、
を更に備える。
【００３２】
［第三実施形態］
第一実施形態の電力生成のための産業用ガスタービンエンジンは、
ロータ放出穴及びステータ入口穴の両サイドにあるロータ及びステータ間に形成される第一のラビリンスシール及び第二のラビリンスシール、
を更に備える。
【００３３】
［第四実施形態］
第一実施形態の電力生成のための産業用ガスタービンエンジンは、
第一段タービンロータ、及びスペーサディスク冷却風供給路に冷却風を供給する中央供給チューブに接続される第二段タービンロータの間に形成されるスペース、
を更に備える。
【００３４】
［第五実施形態］
第一実施形態の電力生成のための産業用ガスタービンエンジンにおいて、
熱風収集多岐管は、第一段タービンロータを通る交差チューブを介して熱風折曲多岐管に接続される。
【００３５】
［第六実施形態］
第一実施形態の電力生成のための産業用ガスタービンエンジンにおいて、
熱風収集多岐管は、前部側に第一段タービン翼熱風入口、及び後部側に第二段タービン翼熱風入口を含み、
熱風収集多岐管は、前部側に熱風出口を含む。
【００３６】
［第七実施形態］
第一実施形態の電力生成のための産業用ガスタービンエンジンにおいて、
熱風折曲多岐管は、後部側に第一及び第二の熱風軸方向入口、及び中間に９０°曲がった経路（90 degree turn channel）を含んだ単一の熱風径方向出口を含む。
【００３７】
［第八実施形態］
第一実施形態の電力生成のための産業用ガスタービンエンジンにおいて、
ロータの回転によって封を形成するため、熱風折曲多岐管の出口及びロータの熱風返送路の入口間に接続される移送チューブ、
を更に備える。
【００３８】
［第九実施形態］
タービン動翼の第一及び第二段のための冷却回路を含む産業用ガスタービンエンジンを操作するための方法であって、以下のステップを備える。
エンジンのロータ内に設置される中央路を介して過加圧冷却風を通し、
過加圧冷却風を、第一段冷却風流と第二段冷却風流とに分離し、
タービン動翼の第一段内に形成される冷却回路を介して第一段冷却風流を通し、
タービン動翼の第二段内に形成される冷却回路を介して第二段冷却風流を通し、
第一段タービン動翼及び第二段タービン動翼からの冷却風流を共通の収集多岐管に集め、
共通の収集多岐管から第一段タービンロータディスクを介して冷却風を通し、
第一段タービンロータディスクからエンジンのロータを介して冷却風を通し、
エンジンのロータから、エンジンのステータに形成される冷却風キャビティに冷却風を放出し、
ステータキャビティからエンジンの燃焼器に冷却風を通す。
【００３９】
［第十実施形態］
第九実施形態のタービン動翼の段のための冷却回路を含む産業用ガスタービンエンジンの操作方法は、
タービン動翼を冷却し燃焼器に流すための十分な圧力を有するロータ内に設置された中央路に過加圧冷却風を通すステップを更に備える。
【００４０】
［第十一実施形態］
第九実施形態のタービン動翼の段のための冷却回路を含む産業用ガスタービンエンジンの操作方法は、
タービン動翼内に形成された冷却回路を介して冷却風を通すステップに先立ち、タービンの第一段ロータ及びタービンの第二段ロータ間に配置されるスペーサディスクを介して過加圧冷却風を通すステップを更に備える。
【００４１】
［第十二実施形態］
第九実施形態のタービン動翼の段のための冷却回路を含む産業用ガスタービンエンジンの操作方法は、
第一段タービンロータを介して収集多岐管から、第一段タービンロータの前部側に設置された折曲多岐管に冷却風を通し、
折曲多岐管からロータの冷却風路に冷却風を通すステップを更に備える。
【００４２】
［第十三実施形態］
産業用ガスタービンエンジンの第一及び第二段動翼に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリは、
複数の第二段タービン動翼冷却風供給路と交互に並ぶ、複数の第一段タービン動翼冷却風供給路を含むスペーサディスク；
スペーサディスクの後部側に設置される第一段タービン動翼冷却風供給路の入口；
スペーサディスクの前部側に設置される第二段タービン動翼冷却風供給路の入口；
スペーサディスクの前部側に設置される第一段タービン動翼冷却風供給路の出口；
スペーサディスクの後部側に設置される第二段タービン動翼冷却風供給路の出口；
スペーサディスクの頂部側に固定される冷却風の収集多岐管；
を備え、
冷却風の収集多岐管は、収集多岐管の前部側に第一冷却風入口を有し；
冷却風の収集多岐管は、収集多岐管の後部側に第二冷却風入口を有し；
冷却風の収集多岐管は、収集キャビティの前部側及び第一冷却風入口の両サイドに第一及び第二の冷却風出口を有する。
【００４３】
［第十四実施形態］
第十三実施形態の産業用ガスタービンエンジンの第一及び第二段動翼に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリにおいて、
冷却風の収集多岐管は、完全な環状の収集多岐管を形成する複数の環状セグメントである。
【００４４】
［第十五実施形態］
第十三実施形態の産業用ガスタービンエンジンの第一及び第二段動翼に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリにおいて、
収集多岐管は、モミの木形状アタッチメントを含むスペーサディスクに固定される。
【００４５】
［第十六実施形態］
第十五実施形態の産業用ガスタービンエンジンの第一及び第二段動翼に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリにおいて、
モミの木形状アタッチメントは、産業用ガスタービンエンジンの軸方向に延びる。
【００４６】
［第十七実施形態］
第十三実施形態の産業用ガスタービンエンジンの第一及び第二段動翼に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリにおいて、
第一及び第二冷却風入口は、密閉された中空排出チューブに各々接続され、
第一及び第二冷却風出口は、密閉された中空交差チューブに各々接続される。
【００４７】
［第十八実施形態］
第十七実施形態の産業用ガスタービンエンジンの第一及び第二段動翼に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリにおいて、
交差チューブは、排出チューブより大きい径を有する。
【００４８】
［第十九実施形態］
第十七実施形態の産業用ガスタービンエンジンの第一及び第二段動翼に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリにおいて、
排出チューブ及び交差チューブは、双方ともドッグボーン形状チューブである。
【００４９】
本発明は、特に上記に示され記述されたことに制限されないよう、当業者によって十分理解され得る。加えて、上記に反対する言及がなされない場合、添付の図面の全ては、正確な縮尺ではないことに留意すべきである。種々の改良及び変化が、本発明の範囲と主旨から離れることなく上記教示に照らせば可能であり、続くクレームによってのみ制限される。
【図１】
2019504966.tif 000003
【図２】
2019504966.tif 000004
【図３】
2019504966.tif 000005
【図４】
2019504966.tif 000006
【図５】
2019504966.tif 000007
【図６】
2019504966.tif 000008
【図７】
2019504966.tif 000009
【図８】
2019504966.tif 000010
【図９】
2019504966.tif 000011
【図１０】
2019504966.tif 000012
【図１１】
2019504966.tif 000013
【図１２】
2019504966.tif 000014
【図１３】
2019504966.tif 000015
【図１４】
2019504966.tif 000016
【図１５】
2019504966.tif 000017
【図１６】
2019504966.tif 000018
【図１７】
2019504966.tif 000019
【図１８】
2019504966.tif 000020
【図１９】
2019504966.tif 000021
【図２０】
2019504966.tif 000022
【図２１】
2019504966.tif 000023
【図２２】
2019504966.tif 000024
【図２３】
2019504966.tif 000025
【図２４】
2019504966.tif 000026
【図２５】
2019504966.tif 000027
【図２６】
2019504966.tif 000028
【図２７】
2019504966.tif 000029
【図２８】
2019504966.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月5日(2018.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータによってタービンに接続される圧縮機と、
内部冷却風回路を有するタービン翼の第一列を含む第一のタービンロータディスクと、
内部冷却回路を有するタービン翼の第二列を含む第二のタービンロータディスクと、
第一のタービンロータディスクと第二のタービンロータディスクとの間に配置される冷却風配給装置であって、冷却風配給装置は、タービン翼の第一列のための第一のタービン翼冷却風供給路及びタービン翼の第二列のための第二のタービン翼冷却風供給路を有し、
冷却風配給装置の上方に配置され、第一のタービンロータディスク及び第二のタービンロータディスクの間に配置される、タービン翼の第一列及び第二列から冷却風を収集するための熱風収集多岐管と、
を備える、ガスタービンエンジン。
【請求項２】
第一のタービンロータディスクの前部側に配置される熱風折曲多岐管と、
熱風折曲多岐管に接続される入口及びロータ放出穴となる出口を含むロータ熱風返送路と、
ステータキャビティに通じ、ロータ放出穴に並ぶ入口を含むステータと、
燃焼器の入口を含むステータキャビティに接続するステータ熱風返送路と、
第一のタービンロータディスクを介して冷却風配給装置へ圧縮風を供給するため、ロータ内に設置される中央供給パイプと、
を更に備える、請求項１のガスタービンエンジン。
【請求項３】
冷却風配給装置が、第一のタービンロータディスク及び第二のタービンロータディスクの間に形成されるスペースに通じる入口と、第一及び第二のタービンロータディスクに通じる冷却風入口に接続される出口とを各々有し、交互に並ぶ第一及び第二のタービン翼冷却風供給路を含むスペーサディスクを備える、
請求項１のガスタービンエンジン。
【請求項４】
ロータ及びステータの間に形成される第一のラビリンスシール及び第二のラビリンスシールを更に備え、
第一のラビリンスシールは、ロータ放出穴及びステータ入口穴の第一側にあり、
第二のラビリンスシールは、ロータ放出穴及びステータ入口穴の第二側にある、
請求項１のガスタービンエンジン。
【請求項５】
第一のタービンロータディスク、及び冷却風配給装置のタービン翼冷却風供給路に冷却風を供給する中央供給パイプに接続される第二のタービンロータディスクの間に、スペースが形成される、
請求項１のガスタービンエンジン。
【請求項６】
熱風収集多岐管は、第一のタービンロータディスクを通る交差チューブを介して熱風折曲多岐管に接続される、
請求項２のガスタービンエンジン。
【請求項７】
熱風収集多岐管は、
前部側に第一のタービン翼熱風入口と、
後部側に第二のタービン翼熱風入口と、
前部側に熱風出口と、
を含む、
請求項２のガスタービンエンジン。
【請求項８】
熱風折曲多岐管は、
後部側に第一及び第二の熱風軸方向入口と、
中間に９０°曲がった経路を含んだ単一の熱風径方向出口と、
を含む、
請求項２のガスタービンエンジン。
【請求項９】
ロータの回転によって封を形成するため、熱風折曲多岐管の出口及びロータの熱風返送路の入口の間に接続される移送チューブを更に備える、
請求項２のガスタービンエンジン。
【請求項１０】
ガスタービンエンジンのロータ内に設置される中央路を介して過加圧冷却風を通すステップと、
過加圧冷却風を用いて、タービン動翼の第一及び第二列を冷却するステップと、
タービン動翼の第一及び第二列から燃焼器へ使用済み冷却風を放出するステップと、
を備える、タービン動翼の第一及び第二列のための冷却回路を含むガスタービンエンジンの操作方法。
【請求項１１】
過加圧冷却風を、第一列冷却風流と第二列冷却風流とに分離するステップと、
タービン動翼の第一列内に形成される冷却回路を介して第一列冷却風流を通すステップと、
タービン動翼の第二列内に形成される冷却回路を介して第二列冷却風流を通すステップと、
タービン動翼の第一列及びタービン動翼の第二列からの冷却風流を共通の収集多岐管に集めるステップと、
共通の収集多岐管から第一のタービンロータディスクを介して冷却風を通すステップと、
第一のタービンロータディスクからガスタービンエンジンのロータを介して冷却風を通すステップと、
ガスタービンエンジンのロータから、ガスタービンエンジンのステータに形成される冷却風キャビティに冷却風を放出するステップと、
ステータキャビティからガスタービンエンジンの燃焼器に冷却風を通すステップと、
を備える、タービン動翼の第一及び第二列のための冷却回路を含むガスタービンエンジンの操作方法。
【請求項１２】
タービン動翼の第一及び第二列を冷却し燃焼器に流すための十分な圧力を有するロータ内に設置された中央路に過加圧冷却風を通すステップを更に備える、
請求項１０のタービン動翼の第一及び第二列のための冷却回路を含むガスタービンエンジンの操作方法。
【請求項１３】
タービン動翼内に形成された冷却回路を介して冷却風を通すステップに先立ち、第一のタービンロータディスク及び第二のタービンロータディスクの間に配置されるスペーサディスクを介して過加圧冷却風を通すステップを更に備える、
請求項１０のタービン動翼の第一及び第二列のための冷却回路を含むガスタービンエンジンの操作方法。
【請求項１４】
共通の収集多岐管から、第一のタービンロータディスクを介して第一のタービンロータディスクの前部側に設置された折曲多岐管に冷却風を通すステップと、
折曲多岐管からロータの冷却風路に冷却風を通すステップと、
を更に備える、
請求項１０のタービン動翼の第一及び第二列のための冷却回路を含むガスタービンエンジンの操作方法。
【請求項１５】
タービン動翼の第二列のための複数の第二のタービン動翼冷却風供給路と交互に並ぶ、タービン動翼の第一列のための複数の第一のタービン動翼冷却風供給路を含むスペーサディスクと、
スペーサディスクの後部側に設置される、複数の第一のタービン動翼冷却風供給路の入口と、
スペーサディスクの前部側に設置される、複数の第二のタービン動翼冷却風供給路の入口と、
スペーサディスクの前部側に設置される、複数の第一のタービン動翼冷却風供給路の出口と、
スペーサディスクの後部側に設置される、複数の第二のタービン動翼冷却風供給路の出口と、
スペーサディスクの上方に配置される冷却風の収集多岐管と、
を備え、
冷却風の収集多岐管は、収集多岐管の前部側に第一冷却風入口を有し、
冷却風の収集多岐管は、収集多岐管の後部側に第二冷却風入口を有し、
冷却風の収集多岐管は、収集キャビティの前部側に冷却風出口を有する、
ガスタービンエンジンの動翼の第一及び第二列に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリ。
【請求項１６】
収集多岐管は、完全な環状の収集多岐管を形成する複数の環状セグメントである、
請求項１５のガスタービンエンジンの動翼の第一及び第二列に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリ。
【請求項１７】
収集多岐管は、モミの木形状アタッチメントを含むスペーサディスクに固定される、
請求項１５のガスタービンエンジンの動翼の第一及び第二列に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリ。
【請求項１８】
モミの木形状アタッチメントは、ガスタービンエンジンの軸方向に延びる、
請求項１７のガスタービンエンジンの動翼の第一及び第二列に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリ。
【請求項１９】
第一及び第二冷却風入口は、密閉された中空排出チューブに各々接続され、
第一及び第二冷却風出口は、密閉された中空交差チューブに各々接続される、
請求項１５のガスタービンエンジンの動翼の第一及び第二列に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリ。
【請求項２０】
交差チューブは、排出チューブより大きい径を有する、
請求項１９のガスタービンエンジンの動翼の第一及び第二列に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリ。
【請求項２１】
排出チューブ及び交差チューブは、双方ともドッグボーン形状チューブである、
請求項１９のガスタービンエンジンの動翼の第一及び第二列に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にガスタービンエンジンに関し、より詳しくは、使用済み冷却風（spent cooling air）を燃焼器に供給する、半閉鎖式ロータディスク冷却回路を有する大型ヘビーデューティー産業用ガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、アメリカ合衆国エネルギー省によって与えられた契約番号ＤＥ−ＦＥ００２３９７５号に基づく、アメリカ合衆国政府支援を伴い作り上げられた。アメリカ合衆国政府は、本発明における一定の権利を有する。
【０００３】
産業用ガスタービンエンジンにおいて、電力を生成するため、ガスタービンエンジンのロータによって発電機が駆動される。効率を高めるため、エンジンのロータは、ギアボックスなしに直接発電機に接続される。６０ヘルツ電力系統に関して、エンジンと発電機は、３６００ｒｐｍで稼働する。ヨーロッパ諸国の典型的な５０ヘルツ電力系統に関して、エンジンと発電機は、３０００ｒｐｍで稼働する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エンジンの効率は、より高温な燃焼温度を利用することによって、増加され得る。しかしながら、タービンの入口温度は、高温ガス流に向けて露出される要素（部品）の材料特性や、これら高温部に供給される冷却量に制限される。これら要素は、最も高い温度にさらされるため、タービンの第一段は、冷却風の最大量を受ける。タービンの第二段もまた、冷却を必要とするが、第一段に比べて少量である。前記第一段及び第二段翼にとっての冷却風は、翼の外表面のフィルム冷却（film cooling）を提供するため、典型的に、フィルム冷却穴又は出口スロットを介して高温ガス流の中に放出される。そのため、タービンを介して高温ガス流に放出される冷却風を圧縮するための仕事（work done）が、送り出される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
動翼の第一及び第二列の冷却機構を有するガスタービンエンジンであって、過加圧冷却風（over-pressurized cooling air）が、冷却風の加熱を制限するため、エンジンのロータ内の中央路を介して双方の列の動翼に供給される。次に、過加圧冷却風は、前記第一及び第二段ロータ間の第一の翼冷却路及び第二の翼冷却路に向けて分配され、第一及び第二列の各々内の内部冷却風回路の中に供給される。
【０００６】
次に、動翼の第一及び第二列からの使用済み冷却風は、第一及び第二段ロータ間に位置する共通の収集多岐管（common collection manifold）の中に放出される。次に、収集多岐管内の使用済み冷却風は、第一列を介して折曲多岐管（turn-down manifold）の中を通り、次に冷却風が、ロータを介してステータキャビティの中を通る。次に、ステータキャビティからの使用済み冷却風は、ステータ路を介して、再利用のために燃焼器の中を通る。
【０００７】
中央路からの過加圧風の供給を第一のロータ冷却路及び第二のロータ冷却路に分配するため、スペーサディスク（spacer disk）が、第一及び第二段ロータ間で用いられる。第一及び第二の冷却路の各々は、スペーサディスクとそれぞれのロータ間の密閉を形成する中空エアー供給チューブを用いて、それぞれのロータディスクに接続される。中空エアー排出チューブは、各ロータディスクから収集多岐管の中に密閉路を形成する。
【０００８】
軸方向交差チューブ（axial cross-over tube）は、温まった冷却風のための密閉路を、第一段ロータを介し、第一段ロータの前部側に設置された折曲多岐管の中へ形成する。径方向内側に向いた排送チューブは、前記折曲管と高温気流のためのロータ内の通路との間に密閉路を形成する。前記排送チューブは、稼働中のロータの回転からの遠心力に起因した封を形成する頂端に環状リップ部を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明のより完全な理解、並びにその付随する利点及び特徴は、添付図面と共に考慮される下記の詳細な説明を参照することによってより容易に理解されるであろう。
【図１】図１は、本発明に係る第一及び第二段ロータ冷却機構付き産業用ガスタービンエンジンの断面図を示す。
【図２】図２は、本発明に係る、タービンの第一及び第二列間のスペーサディスクの断面図を示す。
【図３】図３は、本発明に係るスペーサディスクの等角図を示す。
【図４】図４は、冷却風供給路を有する本発明のスペーサディスクの断面模型を示す。
【図５】図５は、二つの冷却風入口と一つの出口穴を有する本発明のスペーサディスクの断面側方図を示す。
【図６】図６は、一つの冷却風入口と二つの出口穴を有する本発明のスペーサディスクの断面側方図を示す。
【図７】図７は、翼と、冷却風供給及び放出穴を有する本発明の第一段ロータの垂直断面図を示す。
【図８】図８は、本発明に係る、第一及び第二段ロータと、スペーサディスクと、熱風返送多岐管と、熱風折曲多岐管の断面図を示す。
【図９】図９は、本発明に係る、スペーサディスクと、熱風返送多岐管と、接続チューブを有する熱風折曲多岐管の等角図を示す。
【図１０】図１０は、本発明に係る、スペーサディスクと、熱風返送多岐管と、接続チューブを有する熱風折曲多岐管の図９とは異なる方向からの等角図を示す。
【図１１】図１１は、本発明に係る、スペーサディスクと、熱風返送多岐管と、接続チューブを有する熱風折曲多岐管の立体分解図を示す。
【図１２】図１２は、本発明に係る熱風折曲多岐管の前方及び側方等角図を示す。
【図１３】図１３は、本発明に係る熱風折曲多岐管の背方及び側方等角図を示す。
【図１４】図１４は、本発明に係る熱風折曲多岐管の側面図を示す。
【図１５】図１５は、本発明に係る熱風折曲多岐管の平面図を示す。
【図１６】図１６は、本発明に係る熱風返送多岐管の前方及び側方等角図を示す。
【図１７】図１７は、本発明に係る熱風返送多岐管の背方及び側方等角図を示す。
【図１８】図１８は、本発明に係る熱風返送多岐管の側面図を示す。
【図１９】図１９は、本発明に係る熱風返送多岐管の平面図を示す。
【図２０】図２０は、本発明に係る垂直熱風移送チューブの等角図を示す。
【図２１】図２１は、本発明に係る水平熱風交差チューブの等角図を示す。
【図２２】図２２は、本発明に係る水平冷却風供給又は排送チューブの等角図を示す。
【図２３】図２３は、本発明に係る、折曲多岐管から燃焼器の入口への熱冷却風返送回路の断面図を示す。
【図２４】図２４は、本発明に係る、タービンロータ冷却回路のロータ内の中央路に向けた冷却風供給の断面図を示す。
【図２５】図２５は、本発明に係る、タービンロータ冷却回路のロータを介する中央路前部の断面図を示す。
【図２６】図２６は、本発明に係る、タービンロータ冷却回路のロータを介する中央路後部の断面図を示す。
【図２７】図２７は、本発明の第二実施形態に係る、スペーサディスクに代わるパドル状ミニディスク（paddled minidisk）の断面図を示す。
【図２８】図２８は、本発明に係る、第二段ロータの軸方向穴を介して供給される冷却風を含む図２７のパドル状ミニディスクの断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、使用済みのロータディスク冷却風を、燃料及びエンジンの圧縮機からの圧縮風と共に燃焼されるための燃焼器へ戻し導く、第一及び第二のロータ冷却回路を有するガスタービンエンジンである。ロータディスク冷却風は、ロータ内に形成される中央路を通り、次に、スペーサディスクを通って上方に流れる。冷却風は、第一のロータディスクに向けた第一進路と、第二のロータディスクに向けた第二進路を持つ二つの進路に分配される。動翼の使用済み冷却風は、二つのロータディスクの間に設置される熱風収集多岐管内に流れ、次に、第一段ロータの交差チューブを介し流れ、次に、温まった使用済み冷却風がロータを介して軸方向前方に流れるよう、熱風折曲多岐管内を流れ、次に、圧縮機とタービンの間の静的キャビティ内上方の径方向穴を介して流れる。温まった使用済み冷却風は、次に、ターン経路（turn channel）を介して拡散器内に流れ、次に、燃焼器の入口内に流れる。
【００１１】
図１は、中央路供給からロータ段の内及び外へ向け、次に、ロータを介して燃焼器内に戻る第一及び第二ロータの冷却回路の断面図である。エンジンのこの要素は、ロータ１１、ロータ１２、最終段圧縮機の圧縮翼１３、中央路へ延びる軸又はロータ１１内に固定される過加圧冷却風供給チューブ１４、複数の動翼１９の第一列を有する第一のロータディスク１５、複数の動翼２１の第二列を有する第二のロータディスク１６、第一及び第二ロータディスク１５，１６の各々に冷却風を導入するためにそれらの間に形成されるスペース１７、第一及び第二のロータディスク１５，１６間に固定されるスペーサディスク１８（冷却風配給装置と称されてもよい）、スペーサディスク１８の頂部から延びる熱風収集多岐管２２、第一段ステータ翼２３、熱風折曲多岐管４５、熱風を径方向内側に流す経路３１、熱風を軸方向前部に流す経路２９、複数のロータ放出穴３２、複数のステータキャビティ入口又は放出穴３３（dump hole）、ステータキャビティ２５、熱風ターン経路２７、燃焼器入口内に放出する拡散器２６、及び入口ガイド翼２８を含む。二つのラビリンスシールが、ロータ放出穴３２及びステータキャビティ入口又は放出穴３３の各々の両サイドを密閉するために用いられる。
【００１２】
タービンロータ段からの使用済み冷却風が、エンジンの燃焼器内に流れる十分な残圧を有するよう、冷却風供給チューブ１４は、過加圧風を供給するエンジンのロータを通じる過加圧冷却風供給チューブである。過加圧冷却風供給チューブ１４はまた、冷却風供給チューブ１４を介して流れる冷却風への伝熱を制限するために、圧縮機の高温部から過加圧冷却風を隔離する。圧縮機出口は、圧縮風Ｐ３とする圧縮風を放出する。本発明の実施形態の分析において、過加圧は、燃焼器に供給される圧縮機出口の放出圧より約５０％を超えて高くなるであろう。１．３５ Ｘ Ｐ３の供給圧は、翼のロータとタービン段を介して（各翼１９，２１の内部冷却風回路を介して）流れ、燃焼器内を流すため、十分な圧力（Ｐ３の約１．０５）を用いて燃焼器入口に戻るのに十分な圧力を有する。
【００１３】
図２は、第一のロータディスク１５と第二のロータディスク１６の間に位置するスペーサディスク１８を示す。動翼１９及び２１の第一及び第二列へ冷却風を供給するため、スペーサディスク１８は、二つのロータ段の間のスペース内に通じる第二の冷却風供給路３５と交互に並ぶ第一の冷却風供給路３６の配置を有する。スペーサディスク１８は、二つのロータ段と共に回転する。動翼が、冷却風を各翼冷却回路に向けるために差し込まれるよう、入口チューブ４２は、ロータディスク１５及び１６の縁におけるモミの木形状スロットに向き、第一の冷却風供給路３６又は第二の冷却風供給路３５の各出口端と接続する（そのため、入口チューブ４２はまた、接続チューブと呼ばれる。）。動翼１９及び２０の第一及び第二列の各々は、冷却風供給及び排出路を含むモミの木形状アタッチメント３７及び３８を有する。各翼１９及び２１はまた、タービンを介して流れる高温ガス流に向け、いずれの冷却風の放出なく、翼のための冷却を提供するための内部冷却回路を有する。各内部冷却回路は、入口と出口を有する。翼からの使用済み冷却風は、翼から共通収集多岐管２２への冷却風出口と接続する排出チューブ４３を介して流れる（排出チューブ４３はまた、接続チューブと呼ばれる。）。熱風収集多岐管２２は、隣り合うセグメントから密閉される個々のセグメントを含む熱風収集多岐管の完全な環状配置を形成する複数のセグメントの形を成す。その収集多岐管２２は、動翼１９及び２１の二つの列の間に設置されるステータ翼アセンブリの下面（underside）間を密閉する頂部側の歯を形成するラビリンスシールの列を有する。
【００１４】
図３は、前部環状プレート４７に囲まれる折曲多岐管４５と、後部環状プレート４７に囲まれる後部供給多岐管４９を含むスペーサディスク１８の詳細を示す。スペーサディスクにおける第一及び第二の冷却風供給路３６及び３５は、環状プレート４７によって覆われるスペースに通じる。第一の冷却風供給路３６の各々は、スペース１７への入口開口と、第一のタービンロータディスク１５の冷却風入口開口に接続する出口開口を有し、第二の冷却風供給路３５の各々は、スペース１７への入口開口と第二のタービンロータディスク１６の入口開口に接続する出口開口を有する。冷却風は、環状プレート４７に形成される供給穴４８を介して通る。入口チューブ４２は、冷却風の流れを密閉するために、供給穴４８と、ロータの軸スロット３９及び４１との間に締め付けられる。スペーサディスク１８の頂部側のモミの木形状スロット４４は、スペーサディスク１８に収集多岐管２２を固定する。第一及び第二の冷却風供給路３６及び３５を含むスペーサディスク１８の断面前方図が、図４に示される。図５及び図６は、スペーサディスク１８の断面側方図を示し、それぞれスペーサディスク１８の周りに交互に並ぶ入口端と出口端を含む二つの冷却風供給路３５及び３６を示す（例えば、二つの入口端と一つの出口端が図５に示され、これに対し、一つの入口端と二つの出口端が図６に示される。）。スペーサディスク１８と、環状プレート４７や入口チューブ４２のようないずれのハードウェアは、ロータディスク１５及び１６間に冷却風供給装置を形成する。タービン動翼の第一列の冷却風供給路３６の入口は、スペーサディスク１８の後部側に設置され、タービン動翼の第一列の冷却風供給路３６の出口は、スペーサディスク１８の前部側に設置される。同様に、タービン動翼の第二列の冷却風供給路３５の入口は、スペーサディスク１８の前部側に設置され、タービン動翼の第二列の冷却風供給路３５の出口は、スペーサディスク１８の後方側に設置される。
【００１５】
図７は、翼１９に関する、各軸スロット３９の底に入口チューブ４２を有する軸スロット３９を含む第一のロータディスク１５、縁面に近い翼根の排出チューブ４３、及びロータディスク１５の後部側からロータディスク１５の前部側へ通る交差チューブ５３の正面図を示す。
【００１６】
図８は、スペーサディスク１８の通路間に接続される入口チューブ４２、翼放出穴と収集多岐管２２への入口の間に接続される排出チューブ４３、及び折曲連結路４６における熱風の流れを軸方向前方流から径方向内側流に方向を変える熱風折曲多岐管４５に収集多岐管２２を接続する隣り合う排出チューブ４３間に位置される交差チューブ５３を示す。そのため、熱風折曲多岐管４５は、第一のタービンロータディスク１５の前部側に置かれる。ラビリンスシール５０は、頂面から延びる歯を密閉する一連のラビリンスシールを持つ折曲多岐管４５の回転面を含むステータ面を密閉する。
【００１７】
図９は、スペーサディスク１８、収集多岐管２２、折曲多岐管４５、入口チューブ４２、及び排出チューブ４３の図を示す。折曲多岐管路４６は、径方向内側に熱風を流し、続いてロータ１１内の熱風を軸方向前方に流す経路２９に通じる経路３１に熱・冷却風を導く。ロータ放出穴３２は、熱風を軸方向前方に流す経路２９をエンジンのステータ２４部分に形成される静止放出穴３３に接続する。熱風を径方向内側に流す経路３１と熱風を軸方向前方に流す経路２９は、共に、熱風折曲多岐管４５に接続する入口と、ロータ放出穴３２となる出口を含むロータ熱風返送路と考えられ得る。図１０は、排出チューブ４３と交差チューブ５３を含む図９のアセンブリの正面図を示す。前部ラビリンスシール５１及び後部ラビリンスシール５２は、ロータ放出穴３２の両サイドに形成され、ロータ１１をこれらの穴３２の周囲のステータ２４から密閉する（すなわち、前部ラビリンスシール５１は、ロータ放出穴３２とステータ入口穴３３の第一側に形成され、後部ラビリンスシール５２は、ロータ放出穴３２とステータ入口穴３３の第二側に形成される。）。
【００１８】
図１１は、スペーサディスク１８を有するモミの木形状スロット４４、スペーサディスク１８のモミの木形状スロット４４内に陥るモミの木形状アタッチメント５５を有する熱風収集多岐管２２、熱風を径方向内側及び軸方向前方に流す経路２９を有するロータ１１、排出チューブ４３、及び交差チューブ５３を含む図９及び図１０の要素の立体分解図を示す。モミの木形状アタッチメント５５は、産業用ガスタービンエンジンの軸方向に延びる。ロータ１１は、二つのモミの木形状アタッチメントと、折曲多岐管４５をロータ１１に固定し双方回転するための二つの対応するモミの木形状スロット５７を持つ折曲多岐管４５を有する。径方向熱風移送チューブ６１は、折曲多岐管路４６を、熱風をロータの径方向内側に流す経路３１に、密閉状に接続する。
【００１９】
収集多岐管２２及び折曲多岐管４５の双方は、エンジン周囲を満たす環状多岐管を形成するためのセグメントとして形成され、エンジン回転と同程度に発展する遠心力のため、双方は、モミの木形状アタッチメントを用いてロータに固定される。
【００２０】
図１２は、二つの交差チューブ５３と二つのモミの木形状スロット５７を含む折曲多岐管４５の一図を示す。図１３は、他の図を示す。図１４は、交差チューブ５３から熱風の流れを導く折曲多岐管路４６の側面図を示す。図１５は、二つの交差チューブ５３が、折曲多岐管４５内に出て、径方向熱風移送チューブ６１の一つを介して通じる径方向内側路に併合する平面図を示す。径方向熱風移送チューブ６１は、折曲多岐管路４６を含む密閉を形成する頂端と隣り合うリップ部を有し、ロータの回転による遠心力によって適切に保持される。
【００２１】
図１６は、隣り合う動翼からの二つの熱風排出チューブ４３（又は二つの収集多岐管入口チューブ４３）と、第一段ロータ側の二つの交差チューブ５３を含む収集多岐管２２の図を示す。動翼の二つの列からの熱風は、双方の側から熱風収集多岐管セグメント内に流れ、次に、二つの平行交差チューブ５３（第一及び第二収集多岐管出口チューブ５３とも呼ばれる）を介して前部側から外へ流れ、折曲多岐管４５内に流れる。二つの平行交差チューブ５３の第一は、排出チューブ４３の第一側にあってもよく、二つの平行交差チューブ５３の第二は、排出チューブ４３の第二側にあってもよい。更に、収集多岐管２２は、完全な環状の収集多岐管を形成する複数の環状セグメントを含んでもよい。図１７は、動翼２１の第二列の一つからの単一の熱風排出チューブ４３を含む収集多岐管２２の後方側を示す。図１８は、収集多岐管２２内のキャビティ（空洞）、収集多岐管２２の二つの側の各々の排出チューブ４３、及び収集多岐管２２の前部側の二つの交差チューブ５３を含む側面図を示す。
【００２２】
図２０は、折曲多岐管の熱風路でチューブを密閉する第一の環状リップ部６２を含む径方向熱風移送チューブ６１を示す。径方向熱風移送チューブ６１はまた、第一の環状リップ部６２に向かい合う第二の環状リップ部６３を有する。ロータの回転は、径方向熱風移送チューブ６１を径方向内側路の底面に対して上方に押し進め、きつい密閉を形成する。図２１は、チューブが折曲多岐管４５と収集多岐管２２の間に割り込んだ際にきつい密閉を形成するドッグボーン形状端６５を含む交差チューブ５３を示す。図２２に示されるように、入口及び排出チューブ４２，４３は、同じ形状、サイズであり、チューブを介した冷却風の流れに関してきつい密閉を形成するために、二つの側間に割り込むドッグボーン形状端６４でもある。しかしながら、交差チューブ５３は、排出チューブ４３の径より大きい径を有してもよい。
【００２３】
図２３は、折曲多岐管４５から拡散器へのステータ熱風返送路を示す。熱風は、径方向熱風移送チューブ６１を介して、熱風を径方向内側に流す経路３１に向けて流れ、９０°曲がり、ロータ１１の熱風を軸方向前方に流す経路２９の前方に流れ、９０°曲がり、ロータ放出穴３２を介して、静止放出穴３３内へ、及びステータ２４の静止キャビティ２５内に流れる。次に、ステータキャビティ２５からの熱風は、経路を通過し、１８０°向きを変え、通路の放出端において、拡散器２６の入口７２の後方へ向け流れる。ステータ熱風返送路は、燃焼器の入口と共にステータキャビティ２５と接続する。前部ラビリンスシール５１及び後部ラビリンスシール５２は、回転ロータ放出穴３２及び静止放出穴３３の周囲で、ロータ１１及びステータ２４の間の密閉を形成する。他の封６９（例えば、ラビリンスシール）が、使用され、およそ１８０°曲がり、そして、他の封（例えば、ラビリンスシール）が使用され、熱風を径方向内側に流す経路３１近傍で、ロータとステータ間を密閉する。
【００２４】
図２４は、ロータへの冷却風を外側へ配送するための冷却風供給回路を示す。配送パイプ９４は、高圧圧縮機入口ケースへの源と接続し、冷却風を供給するためのロータキャビティ８４を形成する圧縮機ロータシャフト端片８２に形成される複数の径方向入口穴９０内に繋がる。中央配送パイプ８３は、圧縮機ロータシャフト端片８２と圧縮機ロータ８６の間の輪縁締結端（clamping flanged ends）によって、圧縮機ロータシャフト端片８２に固定される。中央配送パイプ８３は、タービンセクションに通じ、比較的冷たい冷却風を圧縮機の高温セクションから離れて動く冷却風のための中央路８５を形成する。発電機駆動シャフト８１は、圧縮機ロータシャフト端片８２に接続し、発電機に接続する。翼片８８，８９，９１は、回転する圧縮機ロータシャフト端片８２と静止ケースの間に形成される封９３の周りから空気が漏れることを取り除く。径方向中心化機構（radial centering features）８７は、配送パイプ８３から延び、中央路８５を圧縮機ロータ８６内の中心に位置させる。軸受部９２は、圧縮機ロータ８６の外側に設置される。ソースからの圧縮された冷却風は、径方向入口穴９０を介してロータキャビティ８４内に流れ、タービンに向けて流れるよう、中央路８５内に向きを変える。
【００２５】
図２５は、径方向中心化機構８７を含む圧縮機ロータ８６内の冷却風中央路８５を示す。ロータディスク９６は、ステータ翼の段及び圧縮機ロータ８６から延びる動翼を介した圧縮風の流路を含む圧縮機ロータを形成するよう、共に並べられる。中央配送パイプ８３は、圧縮機ロータ８６を通過し、冷却風の加熱を最小化するため、圧縮機で生成された熱から冷却風を隔離する。
【００２６】
図２６は、第一のロータディスク１５に隣接して終端する配送パイプ８３の中央路８５を示す。中央化孤立部（centering standoffs）９７及び９８は、エンジンロータ１１内で配送パイプ８３を中央化するために用いられる。中圧キャビティ１１１は、ロータ１１及びロータディスク１５の間に形成される。図２６はまた、中圧キャビティ９９、圧縮機ケース１０１、及びエンジンの燃焼器１０２を示す。拡散器２６はまた、動翼を冷却するために用いられるタービンロータからの熱風が放出されることを示す。
【００２７】
図２７は、パドル状ミニディスクが、冷却風を上方へ押し進め、翼の冷却のために第一及び第二段ロータ内に押し進めるよう使用される、本発明の他の実施形態を示す。ミニディスク１０３は、ミニディスク１０３から外側へ延びる隣り合うパドル１０５間に形成されるスペースに冷却風の流れを案内するための複数の径方向穴１０４を有する。パドル状ミニディスク１０３は、冷却風を上方に押し進め、二つのロータディスク１５及び１６間のスペースを囲む環状の分割蓋部（annular segmented cap）１０６における供給キャビティに押し進めるために、ロータディスク１５及び１６と共に回転する。環状の分割蓋部１０６は、その頂面に接続される収集多岐管２２を有することとなる。エアー供給穴１０７及び１０８は、ミニディスク１０３から動翼１９及び２１の二つの列に冷却風を供給する。入口及び排出チューブは、第一及び第二段ロータに冷却風路を接続するよう、いまだ使用されることとなる。
【００２８】
図２８は、図２７のパドル状ミニディスクであるが、第二のロータディスク１６における軸方向穴１１０から供給される冷却風を含む他の型の実施形態を示す。図２８に示されるが、冷却風のためのいずれの冷却風供給チューブ１４が必要とされないであろう。仮に、冷却風供給チューブ１４が含まれる場合、本実施形態において、いずれの冷却風が、冷却風供給チューブ１４を通じて移動されないであろう。パドル状ディスク１０３、並びに環状の分割蓋部及びエアー供給穴１０７及び１０８のようないずれのハードウェアは、ロータディスク１５及び１６間の冷却風供給装置を形成する。
【００２９】
本発明の更なる特徴は、下記で説明される番号付された実施形態において開示される。
【００３０】
［第一実施形態］
ガスタービンエンジンは、
ロータによってタービンに接続される圧縮機；
タービン翼の第一列を含む第一のタービンロータ；
内部冷却風回路を有するタービン翼の第一列；
タービン翼の第二列を含む第二のタービンロータ；
内部冷却風回路を有するタービン翼の第二列；
第一のタービンロータと第二のタービンロータとの間に配置される冷却風配給装置（cooling air distribution device）；
第一のタービン翼冷却風供給路及び第二のタービン翼冷却風供給路を有する冷却風配給装置；
冷却風配給装置から延び、第一のタービンロータ及び第二のタービンロータの間に配置される熱風収集多岐管；
第一のタービンロータの前部側に配置される熱風折曲多岐管；
熱風折曲多岐管に接続される入口及びロータ放出穴となる出口を含むロータ熱風返送路；
ステータキャビティに通じ、ロータ放出穴に並ぶ入口穴を含むステータ；
燃焼器の入口を含むステータキャビティに接続するステータ熱風返送路；
及び、第一のタービンロータを介してスペーサディクスへ圧縮風を供給するため、ロータ内に設置される中央供給チューブ；
を備える。
【００３１】
［第二実施形態］
第一実施形態のガスタービンエンジンは、
冷却風配給装置が、第一のタービンロータ及び第二のタービンロータ間に形成されるキャビティに通じる入口と、第一及び第二のタービンロータディスクに通じる冷却風入口に接続される出口とを各々有して、交互に並ぶ（alternating with）第一及び第二の冷却風供給路を含むスペーサディスク、
を更に備える。
【００３２】
［第三実施形態］
第一実施形態のガスタービンエンジンは、
ロータ放出穴及びステータ入口穴の両サイドにあるロータ及びステータ間に形成される第一のラビリンスシール及び第二のラビリンスシール、
を更に備える。
【００３３】
［第四実施形態］
第一実施形態のガスタービンエンジンは、
第一のタービンロータ、及びスペーサディスク冷却風供給路に冷却風を供給する中央供給チューブに接続される第二のタービンロータの間に形成されるスペース、
を更に備える。
【００３４】
［第五実施形態］
第一実施形態のガスタービンエンジンにおいて、
熱風収集多岐管は、第一のタービンロータを通る交差チューブを介して熱風折曲多岐管に接続される。
【００３５】
［第六実施形態］
第一実施形態のガスタービンエンジンにおいて、
熱風収集多岐管は、前部側に第一のタービン翼熱風入口、及び後部側に第二のタービン翼熱風入口を含み、
熱風収集多岐管は、前部側に熱風出口を含む。
【００３６】
［第七実施形態］
第一実施形態のガスタービンエンジンにおいて、
熱風折曲多岐管は、後部側に第一及び第二の熱風軸方向入口、及び中間に９０°曲がった経路（90 degree turn channel）を含んだ単一の熱風径方向出口を含む。
【００３７】
［第八実施形態］
第一実施形態のガスタービンエンジンにおいて、
ロータの回転によって封を形成するため、熱風折曲多岐管の出口及びロータの熱風返送路の入口間に接続される移送チューブ、
を更に備える。
【００３８】
［第九実施形態］
タービン動翼の第一及び第二列のための冷却回路を含むガスタービンエンジンを操作するための方法であって、以下のステップを備える。
エンジンのロータ内に設置される中央路を介して過加圧冷却風を通し、
過加圧冷却風を、第一列冷却風流と第二列冷却風流とに分離し、
タービン動翼の第一列内に形成される冷却回路を介して第一列冷却風流を通し、
タービン動翼の第二列内に形成される冷却回路を介して第二列冷却風流を通し、
タービン動翼の第一列及びタービン動翼の第二列からの冷却風流を共通の収集多岐管に集め、
共通の収集多岐管から第一のタービンロータディスクを介して冷却風を通し、
第一のタービンロータディスクからエンジンのロータを介して冷却風を通し、
エンジンのロータから、エンジンのステータに形成される冷却風キャビティに冷却風を放出し、
ステータキャビティからエンジンの燃焼器に冷却風を通す。
【００３９】
［第十実施形態］
第九実施形態のタービン動翼の列のための冷却回路を含むガスタービンエンジンの操作方法は、
タービン動翼を冷却し燃焼器に流すための十分な圧力を有するロータ内に設置された中央路に過加圧冷却風を通すステップを更に備える。
【００４０】
［第十一実施形態］
第九実施形態のタービン動翼の列のための冷却回路を含むガスタービンエンジンの操作方法は、
タービン動翼内に形成された冷却回路を介して冷却風を通すステップに先立ち、タービンの第一段ロータ及びタービンの第二段ロータ間に配置されるスペーサディスクを介して過加圧冷却風を通すステップを更に備える。
【００４１】
［第十二実施形態］
第九実施形態のタービン動翼の列のための冷却回路を含むガスタービンエンジンの操作方法は、
第一段タービンロータを介して収集多岐管から、第一段タービンロータの前部側に設置された折曲多岐管に冷却風を通し、
折曲多岐管からロータの冷却風路に冷却風を通すステップを更に備える。
【００４２】
［第十三実施形態］
ガスタービンエンジンの動翼の第一及び第二列に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリは、
複数の第二のタービン動翼冷却風供給路と交互に並ぶ、複数の第一のタービン動翼冷却風供給路を含むスペーサディスク；
スペーサディスクの後部側に設置される第一のタービン動翼冷却風供給路の入口；
スペーサディスクの前部側に設置される第二のタービン動翼冷却風供給路の入口；
スペーサディスクの前部側に設置される第一のタービン動翼冷却風供給路の出口；
スペーサディスクの後部側に設置される第二のタービン動翼冷却風供給路の出口；
スペーサディスクの頂部側に固定される冷却風の収集多岐管；
を備え、
冷却風の収集多岐管は、収集多岐管の前部側に第一冷却風入口を有し；
冷却風の収集多岐管は、収集多岐管の後部側に第二冷却風入口を有し；
冷却風の収集多岐管は、収集キャビティの前部側及び第一冷却風入口の両サイドに第一及び第二の冷却風出口を有する。
【００４３】
［第十四実施形態］
第十三実施形態のガスタービンエンジンの動翼の第一及び第二列に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリにおいて、
冷却風の収集多岐管は、完全な環状の収集多岐管を形成する複数の環状セグメントである。
【００４４】
［第十五実施形態］
第十三実施形態のガスタービンエンジンの動翼の第一及び第二列に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリにおいて、
収集多岐管は、モミの木形状アタッチメントを含むスペーサディスクに固定される。
【００４５】
［第十六実施形態］
第十五実施形態のガスタービンエンジンの動翼の第一及び第二列に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリにおいて、
モミの木形状アタッチメントは、ガスタービンエンジンの軸方向に延びる。
【００４６】
［第十七実施形態］
第十三実施形態のガスタービンエンジンの動翼の第一及び第二列に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリにおいて、
第一及び第二冷却風入口は、密閉された中空排出チューブに各々接続され、
第一及び第二冷却風出口は、密閉された中空交差チューブに各々接続される。
【００４７】
［第十八実施形態］
第十七実施形態のガスタービンエンジンの動翼の第一及び第二列に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリにおいて、
交差チューブは、排出チューブより大きい径を有する。
【００４８】
［第十九実施形態］
第十七実施形態のガスタービンエンジンの動翼の第一及び第二列に冷却風を供給及び放出するための冷却風配給アセンブリにおいて、
排出チューブ及び交差チューブは、双方ともドッグボーン形状チューブである。
【００４９】
本発明は、特に上記に示され記述されたことに制限されないよう、当業者によって十分理解され得る。加えて、上記に反対する言及がなされない場合、添付の図面の全ては、正確な縮尺ではないことに留意すべきである。種々の改良及び変化が、本発明の範囲と主旨から離れることなく上記教示に照らせば可能であり、続くクレームによってのみ制限される。
【国際調査報告】
2019504966.tif 000031
2019504966.tif 000032