(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンノズルを冷却する。【解決手段】タービンノズルアセンブリ４４は、複数の、円周方向に離間した第１部品（４６Ａ、４８Ａ、５０Ａ）及び第２部品（４６Ｂ、４８Ｂ、５０Ｂ）を有し、第１部品と第２部品は異なる量の冷却を行うように設計されている。トランジションピースの開口に概ね位置合わせされた第２部品（４６Ｂ、４８Ｂ、５０Ｂ）は、トランジションピースどうしの接触面に概ね位置合わせされた第１部品（４６Ａ、４８Ａ、５０Ａ）よりも多くの冷却を提供するように設計されている。【選択図】図５
2011185270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン（１２）であって、
複数の、円周方向に離間した第１部品（４６Ａ、４８Ａ、５０Ａ、５８Ａ、６０Ａ、６８Ａ）及び第２部品（４６Ｂ、４８Ｂ、５０Ｂ、５８Ｂ、６０Ｂ、６８Ｂ）を備えるタービンノズルアセンブリ（４４）と、
各々が燃焼器（３０）から前記タービンノズルアセンブリ（４４）への高温ガス経路を画定する複数のトランジションピース（３３）と、を有し、
前記第１部品（４６Ａ、４８Ａ、５０Ａ、５８Ａ、６０Ａ、６８Ａ）は、前記複数のトランジションピース（３３）のうちの２つのトランジションピース（３３）どうしの接触面（５２）に概ね位置合わせされており、前記第２部品（４６Ｂ、４８Ｂ、５０Ｂ、５８Ｂ、６０Ｂ、６８Ｂ）は、前記複数のトランジションピースのうちの個々のトランジションピースの開口に概ね位置合わせされており、前記第２部品は前記第１部品（４６Ａ、４８Ａ、５０Ａ、５８Ａ、６０Ａ、６８Ａ）よりも多くの冷却を提供するように構成されている、タービンエンジン。
【請求項２】
前記第１部品（４６Ａ）及び前記第２部品（４６Ｂ）がタービンノズルベーン（４６Ａ、４６Ｂ）を含む、請求項１に記載のタービンエンジン。
【請求項３】
前記第１部品（６８Ａ）及び前記第２部品（６８Ｂ）がタービンノズルシュラウド部分（６８Ａ、６８Ｂ）を含む、請求項１に記載のタービンエンジン。
【請求項４】
前記第１部品（５８Ａ、６０Ａ）及び前記第２部品（５８Ｂ、６０Ｂ）が、タービンノズルベーン（４６Ａ、４６Ｂ）用の挿入部（５８Ａ、５８Ｂ、６０Ａ、６０Ｂ）を有する、請求項１に記載のタービンエンジン。
【請求項５】
前記第１部品（４８Ａ、５０Ａ）及び前記第２部品（４８Ｂ、５０Ｂ）が、内側及び外側バンド部分（４８Ａ、４８Ｂ、５０Ａ、５０Ｂ）を有する、請求項１に記載のタービンエンジン。
【請求項６】
前記第１部品（４６Ａ、４８Ａ、５０Ａ、５８Ａ、６０Ａ、６８Ａ）が等軸晶合金で構成され、前記第２部品（４６Ｂ、４８Ｂ、５０Ｂ、５８Ｂ、６０Ｂ、６８Ｂ）が単結晶合金で構成されている、請求項１に記載のタービンエンジン。
【請求項７】
前記第１部品（４６Ａ、４８Ａ、５０Ａ、５８Ａ、６０Ａ、６８Ａ）が、前記第２部品（４６Ｂ、４８Ｂ、５０Ｂ、５８Ｂ、６０Ｂ、６８Ｂ）よりも少数の冷却孔（５４）を有する、請求項１に記載のタービンエンジン。
【請求項８】
前記第１部品（４６Ａ、４８Ａ、５０Ａ、５８Ａ、６０Ａ、６８Ａ）の各々が、一対の前記第２部品（４６Ｂ、４８Ｂ、５０Ｂ、５８Ｂ、６０Ｂ、６８Ｂ）の間に設けられている、請求項１に記載のタービンエンジン。
【請求項９】
圧縮機（１８）を有し、前記第１及び第２部品（４６、４８、５０、５８、６０、６８）が前記圧縮機（１８）からの冷却空気を受け取るように構成されている、請求項１に記載のタービンエンジン。
【請求項１０】
複数の燃焼器（３０）を有し、前記第２部品（４６Ｂ、４８Ｂ、５０Ｂ、５８Ｂ、６０Ｂ、６８Ｂ）が前記燃焼器に概ね位置合わせされている、請求項１に記載のタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の主題は、ガスタービンノズルに関し、特にガスタービンノズルの優先的冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガスタービンは、圧縮空気と燃料の混合物を燃焼させて、高温の燃焼ガスを創出する。燃焼ガスは、１つ以上のタービンを通り、負荷装置及び／又は圧縮機用の動力を生成する。ガスタービン内で、燃焼ガスは、ノズル及びブレードの１つ以上の段を通る。タービンノズルは、燃焼ガスをブレードに誘導するベーンの周縁リングを有する。燃焼ガスがブレードを通過すると、燃焼ガスはブレードに原動力を与え、それによってブレードを回転させて負荷装置及び／又は圧縮機用の動力が生成される。燃焼ガスは高温なので、ノズルの冷却が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７６２５１７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、ガスタービンノズルを冷却する改良された方式が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
特許請求の範囲に本来含まれる一部の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求の範囲を限定する意図はなく、これらの実施形態は、本発明に可能な形態の簡潔な要約を提示しているにすぎない。勿論、下記の実施形態と同様の形態であっても異なる形態であっても、本発明は様々な形態を包含する。
【０００６】
第１の実施形態において、タービンエンジンは、円周方向に離間した複数の第１部品及び第２部品を備えるタービンノズルアセンブリと、各々が燃焼器からタービンノズルアセンブリへの高温ガス経路を画定する複数のトランジションピースとを有する。第１部品は、複数のトランジションピースのうちの２つのトランジションピースどうしの接触面に概ね位置合わせされており、第２部品は、複数のトランジションピースの個々のトランジションピースの開口に概ね位置合わせされており、第２部品は第１部品よりも多くの冷却を提供するように構成されている。
【０００７】
第２の実施形態において、タービンエンジンは、各々が複数のバンド部分の間に延在する、円周方向に離間した複数のベーンを備えるタービンノズルアセンブリと、各々が燃焼器からタービンノズルアセンブリへの高温ガス経路を画定する、複数のトランジションピースと、円周方向に離間した複数のベーンのうちの少なくとも１つのベーン又は複数のバンド部分のうちの少なくとも１つのバンド部分を有する第１部品と、円周方向に離間した複数のベーンのうちの少なくとも１つのベーン又は複数のバンド部分のうちの少なくとも１つのバンド部分を有する第２部品と、を有する。第２部品は、トランジションピースどうしの接触面に、又はこの接触面に隣接して設けられ、第１部品よりも少ない冷却を提供するように構成されている。
【０００８】
第３の実施形態において、タービンエンジンは、タービンノズルアセンブリと、複数の燃焼器と、各々が複数の燃焼器のうちの１つの燃焼器からタービンノズルアセンブリへの高温ガス経路を画定する、複数のトランジションピースと、を有する。タービンノズルアセンブリは、内側バンド部分の第１環状リングと、第１環状リングの周囲に設けられた外側バンド部分の第２環状リングと、第１及び第２環状リングの間に延在する複数の第１ベーンと、第１及び第２環状リングの間に延在する複数の第２ベーンと、を有する。複数の第１ベーンの個々の第１ベーンは、複数のトランジションピースのうちの２つのトランジションピースどうしの接触面に概ね位置合わせされており、複数の第２ベーンの個々の第２ベーンは燃焼器に概ね位置合わせされている。個々の第１ベーンは、個々の第２ベーンよりも少数の冷却孔を有する。
【０００９】
全図面を通じて同様の符号で同様のパーツを示す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことより、本発明のこれら及びその他の特徴、態様、及び利点の理解が深まるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】優先的ノズル冷却を適用可能なガスタービンエンジンの実施形態の概略フロー図である。
【図２】縦軸に沿って分割した、図１のガスタービンエンジンの断面図である。
【図３】タービンノズルアセンブリの実施形態を示す、図２の３−３線内のガスタービンエンジンの部分断面図である。
【図４】４−４線に沿った図３のタービンノズルアセンブリの断面図である。
【図５】図３のタービンノズルアセンブリの部分斜視図である。
【図６】図３のタービンノズルアセンブリに適用可能なベーン挿入部の斜視図である。
【図７】図３のタービンノズルアセンブリに適用可能なバンド衝突カバーの斜視図である。
【図８】図３のシュラウドアセンブリの別の部分の斜視図である。
【図９】図３のタービンノズルアセンブリに適用可能なシュラウド衝突カバーの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の１つ以上の実施形態を説明する。これらの実施形態の説明を簡単にするために、本明細書では、実際の実施形態の特徴の全てを記載しないことがある。いかなる実際の実施形態の開発においても、いかなる工学的又は設計上の計画においても、実施形態ごとに異なるシステム上及びビジネス上の制約に合わせるといった、開発者の特定の目的を達成するための多くの選択が必要であることは、理解できよう。また、このような開発努力は、煩雑で時間がかかるものであるが、本開示による利益を享受する当業者にとっては、日常的な設計、製作、製造上の仕事であることも理解できよう。
【００１２】
本発明の様々な実施形態の要素を説明するにあたり、冠詞「ａ」「ａｎ」「ｔｈｅ」「ｓａｉｄ」は、その要素が１つ以上存在し得ることを意図している。「備える」「含む」「有する」といった表現は、包括的な意味で、列挙した要素以外にも追加の要素が存在し得ることを意図している。
【００１３】
本開示は、優先的冷却を行うように設計されたノズルアセンブリを含むガスタービンに関する。具体的には、ノズルアセンブリは、ノズルアセンブリの高温領域に対して冷却を多めに行い、ノズルアセンブリの低温領域に対して冷却を少なめに行うように設計される。各ノズルアセンブリは、内側及び外側バンド部分の間に延在する、ベーンの周縁リングを含む。各ノズルアセンブリは、ベーンの下流に設けられたシュラウド部分も含む。シュラウド部分は、外側バンド部分にほぼ隣接して延在し、燃焼ガスをガスタービンのブレードへと導く。
【００１４】
運転時、ノズルアセンブリの特定の部分が、他の部分よりも高温になることがある。したがって、同一のベーン、バンド部分、及び／又はシュラウド部分を使用するのではなく、少なくとも幾つかのベーンについては、バンド部分及び／又はシュラウド部分が、異なる冷却量を提供するように設計してもよい。例えば、ノズルの高温部に位置するベーン、バンド部分、及び／又はシュラウド部分をより多くの冷却を提供するように設計し、ノズルアセンブリの低温部に位置するベーン、バンド部分、及び／又はシュラウド部分を、より少ない冷却を提供するように設計する。一部の実施形態によると、少なくとも幾つかのベーン、バンド部分、及び／又はシュラウド部分が、異なる数の冷却孔を有する。更に、一部の実施形態によると、異なるサイズ及び／又は形状の冷却孔を使用する。また、異なる数、形状、及び／又はサイズの冷却孔を有するベーン挿入部、バンドカバー、及び／又はシュラウドカバーを使用してもよい。ノズルアセンブリの優先的冷却によって、冷却に十分な圧縮機排気の量を削減できるので、より多くの圧縮機排気を燃焼に利用し、ひいてはガスタービンエンジンの効率を向上させることができる。
【００１５】
図１は、優先的冷却用に設計されたノズルアセンブリを適用可能なガスタービンエンジン１２を含む、例示的なシステム１０を示す。一部の実施形態において、システム１０に、航空機、船舶、機関車、発電システム、又はそれらを組み合わせたものが含まれる。図示のガスタービンエンジン１２は、吸気部１６、圧縮機１８、燃焼器部２０、タービン２２、及び排気部２４を含む。タービン２２は、シャフト２６を介して圧縮機１８に結合されている。
【００１６】
矢印で示すように、空気は吸気部１６を通ってガスタービンエンジン１２に進入して圧縮機１８に流入し、圧縮機１８で圧縮された後、燃焼器部２０へ進入する。図示の燃焼器部２０は、圧縮機１８とタービン２２の間のシャフト２６の周りに、同心状又は環状に設けられた燃焼器ハウジング２８を含む。圧縮機１８からの圧縮空気は、燃焼器３０に進入し、この燃焼器３０内で燃料と混合されて燃焼し、タービン２２を駆動させる。一部の実施形態によると、複数の燃焼器３０が燃焼器ハウジング２８内に環状構造で設けられる。
【００１７】
燃焼器部２０から、高温燃焼ガスがタービン２２を通って流れ、シャフト２６を介して圧縮機１８を駆動させる。例えば、燃焼ガスは、タービン２２内のタービンロータブレードに原動力を与え、シャフト２６を回転させる。タービン２２を通過した後、高温燃焼ガスは、排気部２４を通ってガスタービンエンジン１２を出る。
【００１８】
図２は、縦軸３２に沿った、図１のガスタービンエンジン１２の実施形態の側面図である。図１に関して上述したように、空気は吸気部１６を通ってガスタービンエンジン１２に進入し、圧縮機１８によって圧縮される。圧縮機１８からの圧縮空気はその後、燃焼器３０へと導かれ、燃料と混合され、高温燃焼ガスが生成される。上述のように、複数の燃焼器３０を燃焼器部２０内に環状に配置してもよい。各燃焼器３０は、高温燃焼ガスを燃焼器３０からガスタービン２２へと導くトランジションピース３３を含む。具体的には、各トランジションピース３３は、燃焼器３０からタービン２２のノズルアセンブリまでの高温ガス経路を概ね画定する。
【００１９】
図示のように、ガスタービン２２は３つの個別の段３４を含む。各段３４は、シャフト２６に回転可能に取り付けられたロータホイール３８に結合された一組のブレード３６を含む（図１）。格段３４は、各組のブレード３６の直ぐ上流に設けられたノズルアセンブリ４４（図３）も含む。ノズルアセンブリ４４は、燃焼ガスをブレード３６へと導き、そこで燃焼ガスがブレード３６に原動力を与え、ブレード３６を回転させることによってシャフト２６を回転させる。高温燃焼ガスはその後、排気部２４を通じてガスタービン２２を出る。
【００２０】
タービン２２は三段タービンとして図示されているが、本明細書に記載のノズルアセンブリは、幾つの段及びシャフトを備えるいずれの適切なタイプのタービンにも適用可能である。例えば、ノズルアセンブリを、単段式のガスタービンにも、低圧タービン及び高圧タービンを含むデュアルタービンシステムにも、或いは蒸気タービンにも含めることができる。
【００２１】
図３は、図２の３−３線内のタービン２２の実施形態の詳細図である。高温燃焼ガスは、矢印で大まかに示すように、方向４２に向かって燃焼器３０（図１）からトランジションピース３３を通ってタービン２２に流入する。タービン２２は、高温燃焼ガスをブレード３６へと導く格段３４内のノズルアセンブリ４４を含む。各ノズルアセンブリ４４は、内側及び外側バンド部分４８及び５０の間に延在する、円周方向に離間したベーン４６を含む。隣接する外側バンド部分５０が互いに連結され、隣接する内側バンド部分４８の内側環状リングの周りに延在する外側環状リングが形成される。ベーン４６は概ね、内側及び外側バンド部分４８及び５０によって形成される２つの環状リングの間に延在する。
【００２２】
シュラウド部分６８が、外側バンド部分５０の下流に設けられており、ベーン４６を通過してブレード３６へと流れるように高温燃焼ガスを導く。具体的には、シュラウド部分６８が互いに連結され、外側バンド部分５０によって形成される外側環状リングに概ね位置合わせされた外側環状リングを形成する。圧縮機１８（図２）からの排気は、ベーン４６、内側及び外側バンド部分４８及び５０、シュラウド部分６８を通って導かれ、ベーン４６、内側及び外側バンド部分４８及び５０、シュラウド部分６８の冷却が行われる。本明細書に記載のノズルアセンブリを、第１段、第２段、第３段、又はそれらの組み合わせにも使用できる。
【００２３】
図４は、図３の４−４線に沿った、タービン２２及び燃焼器３０の断面図である。図４に示すように、ガスタービンエンジン１２は、環状リングを形成するように円周方向に離間した燃焼器３０を含む。図４には１４個の燃焼器３０を示しているが、別の実施形態においては、ガスタービンエンジン１２内に幾つの燃焼器３０を含めてもよい。各燃焼器３０は、トランジションピース３３に概ね位置合わせされており、燃焼器３０内で生成された高温燃焼ガスがこのトランジションピース３３の開口４５を通じてノズルアセンブリ４４へと導かれる。ノズルアセンブリ４４内で、ベーン４６は、内側及び外側バンド部分４８及び５０の間で、円周方向に離間して延在する。具体的には、ベーン４６は、内側及び外側バンド部分４８及び５０によって形成される外側環状リング４９及び５１の間に延在する。ベーン４６Ａはトランジションピース３３どうしの接触面５２に概ね位置合わせされており、ベーン４６Ｂは、燃焼器３０及びトランジションピース開口４５に概ね位置合わせされている。図示のように、各ベーン４６Ａは、一対のベーン４６Ｂによって囲まれている。しかし、別の実施形態において、燃焼器３０及び／又は接触面５２に位置合わせされるベーン４６Ｂの数は様々であってよい。更に、別の実施形態において、ベーン４６Ａがトランジションピース接触面５２からオフセットして、トランジションピース接触面５２の付近に設けられていてもよい。
【００２４】
シュラウド部分６８の外側環状リング７０は、外側バンド部分５０の外側環状リング５１に沿って環状に延在する。シュラウド部分６８Ａはトランジションピース接触面５２に位置合わせされ、シュラウド部分６８Ｂは燃焼器３０及びトランジションピース開口４５に概ね位置合わせされる。図示のように、シュラウド部分６８Ａは外側バンド部分５０Ａに概ね位置合わせされ、シュラウド部分６８Ｂは外側バンド部分５０Ｂに概ね位置合わせされる。しかし、別の実施形態では、シュラウド部分６８Ａ及び６８Ｂとバンド部分５０Ａ及び５０Ｂは、互いにオフセットしていてもよい。
【００２５】
燃焼器３０は、通常、ノズルアセンブリ４４内に冷寒及び高温領域の繰り返しパターンを形成する。具体的には、冷寒領域（ｃｏｏｌｅｒ  ａｒｅａ）がトランジションピース３３どうしの接触面５２の付近に存在し、高温領域が燃焼器３０に概ね位置合わせされたベーン４６Ｂの付近に存在する。一部の実施形態において、トランジションピース３３どうしの接触面５２は、冷却空気がその内部を流れる空間を含み、これによってトランジションピースの接触面５２がより低温になる。また、トランジションピース接触面５２は、燃焼器３０の最高温部分から遠く離れて位置する。こうした温度差によって、トランジションピース接触面５２の近くに設けられたベーン４６Ａが比較的低温にさらされ、燃焼器３０の更に近くに設けられたベーン４６Ｂが比較的高温にさらされる。一部の実施形態によると、ノズルアセンブリ４４の温度プロファイルを、数値流体力学（ＣＦＤ）モデル等の試験データやモデルを使用してマッピングする。また、一部の実施形態において、ベーン４６Ａがさらされる温度は、ベーン４６Ｂがさらされる温度よりも約５００から８００°Ｆ（２６０から４３０°Ｃ）、及びその間の全ての範囲の温度だけ低くなる。別の実施形態において、ベーン４６Ａがさらされる温度は、ベーン４６Ｂがさらされる温度よりも約１０から５０パーセント、及びその間の全ての範囲の温度だけ低くなる。
【００２６】
内側及び外側バンド部分４８及び５０、シュラウド部分６８にも、同様の温度差があってもよい。例えば、トランジションピース接触面５２に概ね位置合わせされる内側及び外側バンド部分４８Ａ及び５０Ａ、シュラウド部分６８Ａは、内側及び外側バンド部分４８Ｂ及び５０Ｂ、内側及び外側バンド部分４８Ａ及び５０Ａの間に設けられたシュラウド部分６８Ｂよりも低温になる。一部の実施形態によると、バンド部分４８Ａ及び５０Ａ、シュラウド部分６８Ａは、バンド部分４８Ｂ及び５０Ｂ、シュラウド部分６８Ｂの温度よりも、約５００から１２００°Ｆ（２６０°Ｃから６５０°Ｃ）、及びその間の全ての範囲のだけ低温になる。別の実施形態において、バンド部分４８Ａ及び５０Ａ、シュラウド部分６８Ａは、バンド部分４８Ｂ及び５０Ｂ、シュラウド部分６８Ｂの温度よりも、約１０から７０パーセント、及びその間の全ての範囲の温度だけ低温になる。
【００２７】
トランジションピース接触面５２及びベーン４６Ｂの付近に設けられたベーン４６Ａ、バンド部分４８Ａ及び５０Ａ、シュラウド部分６８Ａと、トランジションピース接触面５２から比較的遠く離れて設けられたバンド部分４８Ｂ及び５０Ｂ、シュラウド部分６８Ｂとの間で繰り返される温度差によって、ベーン４６Ａ、バンド部分４８Ａ及び５０Ａ、シュラウド部分６８Ａで必要な冷却は、ベーン４６Ｂ、バンド部分４８Ｂ及び５０Ａ、シュラウド部分６８Ｂよりも少なくなる。したがって、ベーン４６、バンド部分４８Ａ及び５０Ａ、シュラウド部分６８Ａを、少なめの冷却を行うように設計し、ベーン４６Ｂ、バンド部分４８Ｂ及び５０Ａ、シュラウド部分６８Ｂを多め冷却を行うように設計してもよい。
【００２８】
図５は、低温領域に設けられたベーン４６Ａ、バンド部分４８Ａ及び５０Ａを示すと共に、高温領域に設けられたベーン４６Ｂ、バンド部分４８Ｂ及び５０Ｂを示す、ノズルアセンブリ４４の部分斜視図である。一部の実施形態によると、ベーン４６Ａ、及び／又はバンド部分４８Ａ及び５０Ａを単一の材料で構成し、ベーン４６Ｂ、バンド部分４８Ｂ及び５０Ｂをより高温に耐えられるように設計された別の材料で構成する。例えば、一部の実施形態において、ベーン４６Ａ、バンド部分４８Ａ及び５０Ａは、ニッケル基超合金Ｒｅｎｅ（商標）８０等の等軸晶合金で構成される。こうした実施形態において、高温領域に設けられたベーン４６Ｂ、バンド部分４８Ｂ及び５０Ｂを、ニッケル基超合金Ｎ５等の単結晶合金で構成する。
【００２９】
ベーン４６、バンド部分４８及び５０を異なる材料で構成することに加えて、或いは異なる材料で構成する代わりに、ベーン４６、バンド部分４８及び５０を、異なる量の冷却流を供給するように設計してもよい。ベーン４６、バンド部分４８及び５０は、衝突冷却及び／又はフィルム冷却を行う冷却孔５４を含む。例えば、冷却空気がベーン４６、バンド部分４８及び５０の内部を流れて、衝突冷却が行われる。冷却空気は、１つ以上の入口穴（図示せず）を通じて、ベーン４６、バンド部分４８及び５０の内部に進入する。冷却空気はその後、冷却孔５４を通じてベーン４６、バンド部分４８及び５０を出て、ベーン４６、バンド部分４８及び５０の外面のフィルム冷却を行う。
【００３０】
冷却孔５４の数は、ベーン４６、内側バンド部分４８、外側バンド部分５０、又はこれらの組み合わせにおいて異なってもいてよい。具体的には、低温領域に設けられたベーン４６Ａ及び／又はバンド部分４８Ａ及び５０Ａは、温暖領域に設けられたベーン４６Ｂ、バンド部分４８Ｂ及び５０Ｂよりも、少ない冷却孔５４を有してもよい。一部の実施形態によると、ベーン４６Ａ、及び／又はバンド部分４８Ａ及び５０Ａは、高温領域に設けられたベーン４６Ｂ、バンド部分４８Ｂ及び５０Ｂの、約１０から９０パーセント、及びその間の全ての範囲で少ない数の冷却孔５４を有する。別の実施形態において、ベーン４６Ａ、及び／又はバンド部分４８Ａ及び５０Ａは、高温領域に設けられたベーン４６Ｂ、バンド部分４８Ｂ及び５０Ｂよりも、少なくとも約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、又は９０パーセントだけ少ない数の冷却孔５４を有する。冷却孔５４のこの数の差によって、多めの冷却流を、高温領域に位置するベーン４６Ｂ、バンド部分４８Ｂ及び５０Ｂへと導く一方で、少なめの冷却流を、低温領域に位置するベーン４６Ａ、バンド部分４８Ａ及び５０Ａへと導くようにできる。ベーン４６Ａ、内側バンド部分４８Ａ、及び外側バンド部分５０Ａのうちの幾つか又は全てが、ベーン４６Ｂ、内側バンド部分４８Ｂ、外側バンド部分５０Ｂよりも少ない数の冷却孔５４を有してもよい。
【００３１】
別の実施形態において、冷却孔５４の相対的なサイズ及び／又は形状は、ベーン４６Ａ、及び／又はバンド部分４８Ａ及び５０Ａにおいて、ベーン４６Ｂ、及び／又はバンド部分４８Ｂ及び５０Ｂよりも少ない冷却を行うように、異なっていてもよい。例えば、ベーン４６Ａ、バンド部分４８Ａ及び５０Ａは、ベーン４６Ｂ、バンド部分４８Ｂ及び５０Ｂよりも小さい冷却孔５４を有してもよい。別の例において、ベーン４６Ａ、バンド部分４８Ａ及び５０Ａは、小さめの円形の冷却孔５４を有し、ベーン４６Ｂ、バンド部分４８Ｂ及び５０Ｂは、大きめの非円形（例えば、とりわけ長方形、正方形、又は三角形）の冷却孔５４を有してもよい。また別の例において、冷却孔５４のパターンは、ベーン４６Ａ、及び／又はバンド部分４８Ａ及び５０Ａと、ベーン４６Ｂ、及び／又はバンド部分４８Ｂ及び５０Ｂとの間で、異なってもよい。一部の実施形態において、対流冷却を強化するために、対流経路及び撹拌機等のような表面的な特徴を、ベーン４６、及び／又はバンド部分４８及び５０の外面に含めてもよい。これらの実施形態では、ベーン４６Ａ、及び／又はバンド部分４８Ａ及び５０Ａにおいて、ベーン４６Ｂ、及び／又はバンド部分４８Ｂ及び５０Ｂにおいてよりも少ない冷却を行うために、表面的な特徴の数、サイズ、形状、及び／又は幾何形状が異なっていてもよい。
【００３２】
一部の実施形態によると、ベーン４６Ａ、及び／又はバンド部分４８Ａ及び５０Ａの冷却孔開口の総面積は、ベーン４６Ｂ、及び／又はバンド部分４８Ｂ及び５０Ｂの冷却孔開口の総面積の約１０から９０パーセント、及びその間の全ての範囲の面積である。また、別の実施形態において、冷却孔５４の幾何形状は、低温領域に設けられたベーン４６Ａ、及び／又はバンド部分４８Ａ及び５０Ａと、高温領域に設けられたベーン４６Ｂ、及び／又はバンド部分４８Ｂ及び５０Ｂとの間で異なっていてもよい。例えば、一部の実施形態において、トランジションピース接触面５２（図４）に最も近い、ベーン４６Ａの接触面側５６に設けられた冷却孔５４は、冷却流がトランジションピース接触面５２から遠ざかって高温領域に設けられたベーン４６Ｂに向かって流れるように角度付けされる。また、一部の実施形態において、ベーン４６Ａの非接触面側５７上に位置する冷却孔５４も、ベーン４６Ｂに向かって角度付けされる。
【００３３】
ベーン４６、バンド部分４８及び５０に位置する冷却孔５４の数、形状、及び／又はサイズを異ならせることに加えて、又は異ならせる代わりに、図６に示すように、ベーン挿入部５８及び６０に含まれる冷却孔５４の数を異ならせてもよい。各ベーン４６は、中空であり、挿入部５８及び６０を受け入れる開口６２及び６４を含む。挿入部５８及び６０も中空であり、圧縮機からの冷却空気を受け取る。具体的には、冷却空気は、挿入部５８及び６０の内部に進入し、挿入部５８及び６０内の冷却孔５４を通じてベーン４６の内壁６５に向かって流出する。冷却空気はその後、ベーン４６内に含まれる冷却孔５４を通じて、ベーン４６を出る。一部の実施形態によると、挿入部５８及び６０は、ベーン４６の内壁に蝋付け、又はその他の方法で固着される。また、別の実施形態では、幾つの挿入部５８及び６０をベーン４６に使用してもよい。
【００３４】
図６に示すように、低温領域に設けられたベーン４６Ａ用の挿入部５８Ａ及び６０Ａは、高温領域のベーン４６Ｂ用の挿入部５８Ｂ及び６０Ｂよりも少数の冷却孔５４を含む。一部の実施形態によると、挿入部５８Ａ及び６０Ａは、挿入部５８Ｂ及び６０Ｂよりも、約１０から９０パーセント、及びその間の全ての範囲の数だけ少ない冷却孔５４を含む。更に、別の実施形態では、挿入部５８Ａ及び６０Ａにおいて、挿入部５８Ｂ及び６０Ｂにおいてよりも少ない冷却流を供給するために、冷却孔５４のサイズ及び／又は形状を、挿入部５８Ａ及び６０Ａと、挿入部５８Ｂ及び６０Ｂとの間で異ならせる。また、別の実施形態において、冷却流をベーン４６の非接触面側５７（図５）に向けて導くために、冷却孔５４の幾何形状を、挿入部５８Ａ及び６０Ａにおいて異ならせる。また、一部の実施形態において、挿入部５８及び６０の冷却孔５４は、挿入部５８Ａ及び６０Ａと挿入部５８Ｂ及び６０Ｂとの間でサイズ及び／又は形状が異なる内部通路に接続される。
【００３５】
図７に示すように、優先的冷却を行うにあたり、バンドカバー６６の冷却孔５４の数も異ならせてもよい。バンドカバー６６は、バンド部分４８及び５０の内面６８（図５）上に設けられ、バンド部分４８及び５０に追加の冷却を行う。冷却孔５４の数は、高温領域に設けられたバンドカバー６６Ｂと、低温領域に設けられたバンドカバー６６Ａとの間で異なってもよい。一部の実施形態によると、バンドカバー６６Ａは、バンドカバー６６Ｂよりも約１０から９０パーセント、及びその間の全ての範囲の数だけ少ない冷却孔５４を含む。また、別の実施形態において、冷却孔５４のサイズ、形状、及び／又は幾何形状は、バンドカバー６６Ａ及び６６Ｂの間で異なってもよい。例えば、低温領域に設けられたバンドカバー６６Ａは、高温領域に設けられたバンドカバー６６Ｂよりも小さい冷却孔５４を含む。また、別の実施形態において、低温領域に設けられたバンドカバー６６Ａは、温暖領域に設けられたバンドカバー６６Ｂに向けて流れを導くように設計された冷却孔５４を含む。
【００３６】
図８は、低温領域に設けられたシュラウド部分６８Ａと、高温領域に設けられたシュラウド部分６８Ｂとを示す、ノズルアセンブリ４４の部分斜視図である。一部の実施形態によると、シュラウド部分６８Ａを単一の材料で構成し、シュラウド部分６８Ｂをより高温に耐えられるように設計された別の材料で構成してもよい。例えば、一部の実施形態において、シュラウド部分６８Ａは、ニッケル基超合金Ｒｅｎｅ（商標）８０等の等軸晶合金で構成される。これらの実施形態において、高温領域に設けられたシュラウド部分６８Ｂは、ニッケル基超合金Ｎ５等の単結晶合金で構成される。
【００３７】
シュラウド部分６８を異なる材料で構成することに加えて、又は異なる材料で構成する代わりに、シュラウド部分６８を異なる量の冷却流を供給するように設計してもよい。ベーン４６、バンド部分４８及び５０と同様に、シュラウド部分６８は、衝突冷却及び／又はフィルム冷却を行う冷却孔５４を含む。優先的冷却を行うにあたり、冷却孔５４の数をシュラウド部分６８において異ならせてもよい。具体的には、低温領域に設けられたシュラウド部分６８Ａは、温暖領域に設けられたシュラウド部分６８Ｂよりも少数の冷却孔５４を有してもよい。一部の実施形態によると、シュラウド部分６８Ａは、高温領域に設けられたシュラウド部分６８Ｂよりも、約１０から９０パーセント、及びその間の全ての範囲だけ少数の冷却孔５４を有する。別の実施形態において、シュラウド部分６８Ａは、高温領域に設けられたシュラウド部分６８Ｂよりも、少なくとも約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、又は９０パーセントだけ少数の冷却孔５４を有する。冷却孔５４のこの数の差によって、多めの冷却流が、高温領域に位置するシュラウド部分６８Ｂを通り、少なめの冷却流が、低温領域に位置するシュラウド部分６８Ａを通るように、冷却流を導くことができる。
【００３８】
別の実施形態において、冷却孔５４の相対的なサイズ、形状、及び／又は幾何形状を異ならせることで、シュラウド部分６８Ａにおいて、シュラウド部分６８Ｂよりも少ない冷却を行うようにしてもよい。例えば、シュラウド部分６８Ａは、シュラウド部分６８Ｂよりも小さい冷却孔５４を有する。別の実施形態において、シュラウド部分６８Ａは小さめの円形の冷却孔５４を有し、シュラウド部分６８Ｂは大きめの非円形（例えば、とりわけ長方形、正方形、又は三角形）の冷却孔５４を有する。また別の実施形態において、冷却孔５４のパターンを、シュラウド部分６８Ａとシュラウド部分６８Ｂとの間で異ならせてもよい。更に、別の実施形態において、低温領域に設けられたシュラウド部分６８Ａは、温暖領域に設けられたシュラウド部分６８Ｂに向かって流れを導くように設計された冷却孔５４を含む。一部の実施形態によると、シュラウド部分６８Ａの冷却孔開口の総面積は、シュラウド部分６８Ｂの冷却孔開口の総面積の約１０から９０パーセント、及びその間の全ての範囲の面積である。
【００３９】
図９に示すように、優先的冷却を行うにあたり、シュラウドカバー７０の冷却孔５４の数も異なっていてよい。シュラウドカバー７０は、シュラウド部分６８の内面７２（図８）に設けられ、シュラウド部分６８に追加の冷却を提供する。冷却孔５４の数は、高温領域に設けられたシュラウドカバー７０Ｂと、低温領域に設けられたシュラウドカバー７０Ａとの間で、異なっていてもよい。一部の実施形態によると、シュラウドカバー７０Ａは、シュラウドカバー７０Ｂよりも、約１０から９０パーセント、及びその間の全ての範囲だけ少数の冷却孔５４を含む。更に、別の実施形態において、冷却孔５４のサイズ、形状、及び／又は幾何形状は、シュラウドカバー７０Ａと７０Ｂとの間で異なっていてもよい。例えば、低温領域に設けられたシュラウドカバー７０Ａは、高温領域に設けられたシュラウドカバー７０Ｂよりも小さい冷却孔５４を含む。更に、別の例では、低温領域に設けられたシュラウドカバー７０Ａは、温暖領域に設けられたシュラウドカバー７０Ｂに向かって流れを導くように設計された冷却孔５４を含む。
【００４０】
本明細書では、最適な態様も含め、例を用いて本発明を開示しており、これによって当業者は、あらゆる装置又はシステムの作製及び使用、並びに付随するあらゆる方法の実行を含め、本発明を実施できる。本発明の特許請求の範囲は、請求項に明示されると共に、当業者に想到可能なその他の例も含む。こうしたその他の例は、請求項の文言と相違ない構成要素を含む場合、又は請求項の文言と殆ど変わらない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００４１】
１０  システム
１２  ガスタービンエンジン
１６  吸気部
１８  圧縮機
２０  燃焼器部
２２  タービン
２４  排気部
２６  シャフト
２８  燃焼器ハウジング
３０  燃焼器
３２  軸
３３  トランジションピース
３４  段
３６  ブレード
３８  ロータホイール
４２  方向
４４  ノズルアセンブリ
４５  トランジションピース開口
４６  ベーン
４８  内側バンド部分
４９  内側リング
５０  外側バンド部分
５１  外側リング
５２  接触面
５４  冷却孔
５６  接触面側
５７  非接触面側
５８  挿入部
６０  挿入部
６２  開口
６４  開口
６６  バンドカバー
６８  シュラウド部分
７０  シュラウドカバー
７２  内面
【図１】
2011185270.tif 000003
【図２】
2011185270.tif 000004
【図３】
2011185270.tif 000005
【図４】
2011185270.tif 000006
【図５】
2011185270.tif 000007
【図６】
2011185270.tif 000008
【図７】
2011185270.tif 000009
【図８】
2011185270.tif 000010
【図９】
2011185270.tif 000011