(57)【要約】【課題】冷却フローを柔軟に提供することを可能にするシュラウドブロックセグメントを提供する。【解決手段】ガスタービンのためのシュラウドブロックセグメントが、先頭部分と、末尾部分と、先頭部分と末尾部分との間で軸方向に延びる第１の側方部分および対向する第２の側方部分とを有する本体を含む。本体は、さらに、弧状燃焼ガス側と、対向する背面側と、背面側において画定された冷却室とを含む。冷却プレナムと排気通路とが本体の内部に画定されており、排気通路は、冷却プレナムからの流体連通を提供する。インサート開口が、本体の内部において背面側を通り冷却プレナムに向かって延びる。冷却フローインサートが、インサート開口の内部に配置される。冷却フローインサートは、冷却室と冷却プレナムとの間の流体連通を提供する複数の冷却流路を備える。【選択図】図１
2015017607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．先頭部分と、末尾部分と、前記先頭部分と前記末尾部分との間で軸方向に延びる第１の側方部分および対向する第２の側方部分と、弧状燃焼ガス側と、対向する背面側と、前記背面側において画定された冷却室とを有する本体と、
ｂ．前記本体の内部に画定された冷却プレナムと、
ｃ．前記本体の内部に画定されており、前記冷却プレナムからの流体連通を提供する排気通路と、
ｄ．前記本体の内部において前記背面側を通り前記冷却プレナムに向かって延びるインサート開口と、
ｅ．前記インサート開口の内部に配置されており、前記冷却室と前記冷却プレナムとの間の流体連通を提供する複数の冷却流路を備える冷却フローインサートと、
を備える、シュラウドブロックセグメント。
【請求項２】
前記冷却通路が前記排気通路に対してオフセットしている、請求項１記載のシュラウドブロックセグメント。
【請求項３】
前記冷却通路が前記冷却フローインサートの内部において三角形パターンまたは円形パターンのうちの１つで配置されている、請求項１記載のシュラウドブロックセグメント。
【請求項４】
前記冷却プレナムが、前記冷却プレナムの内部を流れる加圧冷却媒体の流れに影響を及ぼすように動作するリッジを含む内部表面を有する、請求項１記載のシュラウドブロックセグメント。
【請求項５】
前記先頭部分が前縁と前方面とを少なくとも部分的に画定し、前記末尾部分が後縁を少なくとも部分的に画定し、前記第１の側方部分が第１の合わせ面を少なくとも部分的に画定し、前記第２の側方部分が第２の合わせ面を少なくとも部分的に画定する、請求項１記載のシュラウドブロックセグメント。
【請求項６】
前記冷却プレナムが、前記本体の内部において前記前縁に近接して横方向に延びる前方冷却プレナムを備えており、前記排気通路が、前記前縁または前記先頭面の少なくとも一方を通って延びる、請求項５記載のシュラウドブロックセグメント。
【請求項７】
前記冷却プレナムが、前記本体の内部において前記末尾部分に近接して横方向に延びる後方冷却プレナムを備えており、前記排気通路が、前記後縁を通って延びる、請求項５記載のシュラウドブロックセグメント。
【請求項８】
前記冷却プレナムが、前記本体の内部において前記第１の側方部分に近接して軸方向に延びる第１の側方冷却プレナムを備えており、前記排気通路が、前記第１の合わせ面を通って延びる、請求項５記載のシュラウドブロックセグメント。
【請求項９】
前記冷却プレナムが、前記本体の内部において前記第２の側方部分に近接して軸方向に延びる第２の側方冷却プレナムを備えており、前記排気通路が、前記第２の合わせ面を通って延びる、請求項５記載のシュラウドブロックセグメント。
【請求項１０】
ａ．先頭部分と、末尾部分と、前記先頭部分と前記末尾部分との間で軸方向に延びる第１の側方部分および対向する第２の側方部分と、弧状燃焼ガス側と、対向する背面側と、前記背面側において画定された冷却室とを有する本体と、
ｂ．前記本体の内部に画定された冷却プレナムと、
ｃ．前記本体の内部に画定されており、前記冷却プレナムからの流体連通を提供する排気通路と、
ｄ．前記本体の内部において前記背面側を通り前記冷却プレナムに向かって延びるインサート開口と、
ｅ．前記インサート開口を横断して延び前記背面側に接続されており、前記冷却室と前記冷却プレナムとの間の流体連通を提供する複数の冷却流路を備える冷却フローインピンジメント板と、
を備える、シュラウドブロックセグメント。
【請求項１１】
前記冷却通路が前記排気通路に対してオフセットしている、請求項１０記載のシュラウドブロックセグメント。
【請求項１２】
前記冷却通路が前記冷却フローインピンジメント板の内部において三角形パターンまたは円形パターンのうちの１つで配置されている、請求項１０記載のシュラウドブロックセグメント。
【請求項１３】
前記冷却プレナムが、前記冷却プレナムの内部を流れる加圧冷却媒体の流れに影響を及ぼすように動作するリッジを含む内部表面を有する、請求項１０記載のシュラウドブロックセグメント。
【請求項１４】
前記先頭部分が前縁と前方面とを少なくとも部分的に画定し、前記末尾部分が後縁を少なくとも部分的に画定し、前記第１の側方部分が第１の合わせ面を少なくとも部分的に画定し、前記第２の側方部分が第２の合わせ面を少なくとも部分的に画定する、請求項１０記載のシュラウドブロックセグメント。
【請求項１５】
前記冷却プレナムが、前記本体の内部において前記前縁に近接して横方向に延びる前方冷却プレナムを備えており、前記排気通路が、前記前縁または前記先頭面の少なくとも一方を通って延びる、請求項１５記載のシュラウドブロックセグメント。
【請求項１６】
前記冷却プレナムが、前記本体の内部において前記末尾部分に近接して横方向に延びる後方冷却プレナムを備えており、前記排気通路が、前記後縁を通って延びる、請求項１５記載のシュラウドブロックセグメント。
【請求項１７】
前記冷却プレナムが、前記本体の内部において前記第１の側方部分に近接して軸方向に延びる第１の側方冷却プレナムを備えており、前記排気通路が、前記第１の合わせ面を通って延びる、請求項１５記載のシュラウドブロックセグメント。
【請求項１８】
前記冷却プレナムが、前記本体の内部において前記第２の側方部分に近接して軸方向に延びる第２の側方冷却プレナムを備えており、前記排気通路が、前記第２の合わせ面を通って延びる、請求項１５記載のシュラウドブロックセグメント。
【請求項１９】
ａ．ガスタービンの上流端部に配置された圧縮機と、
ｂ．前記圧縮機の下流に配置された燃焼器と、
ｃ．前記燃焼器の下流に配置されており、タービンケーシングの内部において半径方向に延びる複数のロータブレードと、前記ケーシングの内部において前記ロータブレードの周囲を円周方向に延びるシュラウドブロックアセンブリとを有するタービンセクションであって、前記シュラウドブロックアセンブリが、前記ロータブレードの周囲において環状のアレイに配置された複数のシュラウドブロックセグメントを有する、タービンセクションと
を備えるガスタービンであって、それぞれのシュラウドブロックセグメントは、
ｉ．先頭部分と、末尾部分と、前記先頭部分と前記末尾部分との間で軸方向に延びる第１の側方部分および対向する第２の側方部分と、弧状燃焼ガス側と、対向する背面側と、前記背面側において画定された冷却室とを有する本体と、
ｉｉ．前記本体の内部に画定された冷却プレナムと、
ｉｉｉ．前記本体の内部に画定されており、前記冷却プレナムからの流体連通を提供する排気通路と、
ｉｖ．前記本体の内部において前記背面側を通り前記冷却プレナムに向かって延びるインサート開口と、
ｖ．前記インサート開口の内部に配置される冷却フローインサートまたは前記インサート開口を横断して延びる冷却フローインピンジメント板の少なくとも一方であって、前記冷却室と前記冷却プレナムとの間の流体連通を提供する複数の冷却流路を少なくとも部分的に画定する、冷却フローインサートまたは冷却フローインピンジメント板の少なくとも一方と、
を備える、ガスタービン。
【請求項２０】
ａ．前記シュラウドブロックセグメントの前記先頭部分が前縁を少なくとも部分的に画定し、前記末尾部分が後縁を少なくとも部分的に画定し、前記第１の側方部分が第１の合わせ面を少なくとも部分的に画定し、前記第２の側方部分が第２の合わせ面を少なくとも部分的に画定し、
ｂ．前記冷却プレナムが、前記本体の内部において、前記前縁、前記後縁、前記第１の合わせ面、または前記第２の合わせ面の少なくとも１つにほぼ近接して延びる、請求項１９記載のガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、ガスタービンに関する。さらに詳しくは、本発明は、ガスタービンのタービンセクションの内部におけるシュラウドブロックセグメントの冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、一般的に、圧縮機と、圧縮機の下流に配置された燃焼器と、燃焼器の下流に配置されたタービンセクションとを含む。空気などの作動流体が圧縮機に入るとそこで累進的に（ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｌｙ）圧縮され、圧縮作動流体が燃焼器に提供される。燃焼器の内部では燃料が圧縮作動流体と混合され、その混合物が燃焼され、高温、高速の燃焼ガスが生成される。次に、この燃焼ガスが燃焼器からタービンセクションに送られ、そこで、熱および／または運動エネルギーが抽出されて、仕事が生み出される。
【０００３】
タービンセクションは、一般に、ロータ軸に結合されたロータディスクから半径方向に延びる複数のロータブレードを含む。ロータブレードは、ケーシングによって円周方向に包囲されている。それぞれのロータブレードは、そのロータブレードの遠位端または半径方向端に画定されるブレード先端部を含む。シュラウドアセンブリが、複数のロータブレードの周囲のケーシングの内部で、円周方向に延びる。シュラウドアセンブリは、典型的には、ケーシングの内部表面に取り付けられている。シュラウドアセンブリは、しばしば、ロータブレードの先端部の周囲に環状アレイとして配置されている多数のシュラウドブロックセグメントを備える。
【０００４】
複数のロータブレードとシュラウドブロックセグメントとは、タービンセクションを通って高温の燃焼ガスを送るための高温ガス経路を、少なくとも部分的に画定する。ブレード先端部とシュラウドブロックセグメントの高温側部分との間には、一般に、小さな半径方向のギャップが画定される。この半径方向のギャップは、ブレード先端部とシュラウドブロックセグメントの高温側部分との間に半径方向のクリアランスを提供するように設計されている、またはそのようなサイズを有しており、一方、ブレード先端部を超える燃焼ガスの漏れを動作中に制御するための部分的な流体シール（ｆｌｕｉｄｉｃ  ｓｅａｌ）も提供する。ブレード先端部を超えて燃焼ガスが漏れると、その結果として、一般的に全体的なタービン効率が低下する。
【０００５】
ロータブレードとシュラウドブロックセグメント、特にその高温側部分は、高温燃焼ガスがタービンセクションを流通するときそれにさらされる。その結果、熱応力を減少させこれらのコンポーネントの耐久性を向上させるために、ロータブレード先端部とシュラウドブロックセグメントとの冷却が必要である。シュラウドブロックセグメントを冷却するための冷却方式には、圧縮作動流体の一部などの冷却媒体を、それぞれのシュラウドブロックセグメントの背面部分に方向付けることが含まれる。冷却媒体は、シュラウドブロックセグメントの背面部分から、シュラウドブロックセグメントの内部に画定される冷却チャネル内へ、複数の冷却通路を経由して送られる。冷却媒体は、次に、シュラウドブロックセグメントに画定される１つまたは複数の廃棄通路を経由して、高温ガス経路内へ排気される。冷却チャネルが高温側部分と熱連通していることにより、高温側部分と冷却チャネルから排気される前の冷却媒体との間の熱伝導が可能になる。
【０００６】
冷却通路は、一般に、シュラウドブロックセグメントの中に機械加工および／または鋳造される。いったん冷却通路がシュラウドブロックセグメントの中に鋳造および／または機械加工されると、冷却通路のサイズ、パターン、および数量を後から修正することによりシュラウドブロックセグメントに提供される冷却を修正または調整する可能性は、限定されることになる。したがって、冷却フローを柔軟に提供するシュラウドブロックセグメントを冷却するシステムが存在するならば、有用であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第８，１２８，３４４号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様および利点は、以下の説明において記載され、または以下の説明から明らかとなる、または、本発明の実施を通して学習することができる。
【０００９】
本発明の一実施形態は、ガスタービンのためのシュラウドブロックセグメントである。このシュラウドブロックセグメントは、先頭部分（ｌｅａｄｉｎｇ  ｐｏｒｔｉｏｎ）と、末尾部分（ｔａｉｌｉｎｇ  ｐｏｒｔｉｏｎ）と、先頭部分と末尾部分との間で軸方向に延びる第１の側方部分および対向する第２の側方部分とを有する本体を含む。本体は、さらに、弧状燃焼ガス側と、対向する背面側と、背面側において画定された冷却室とを有する。本体の内部には、冷却プレナムと排気通路が画定されており、排気通路は冷却プレナムからの流体連通を提供する。インサート開口が、本体の内部において、背面側を通り、冷却プレナムに向かって延びる。冷却フローインサートは、インサート開口の内部に配置される。冷却フローインサートは、冷却室と冷却プレナムとの間の流体連通を提供する、複数の冷却流路を備える。
【００１０】
本発明の別の実施形態は、シュラウドブロックセグメントである。このシュラウドブロックセグメントは、先頭部分と、末尾部分と、先頭部分と末尾部分の間で軸方向に延びる第１の側方部分および対向する第２の側方部分とを有する本体を含む。本体は、さらに、弧状燃焼ガス側と、対向する背面側と、背面側に画定された冷却室とを有する。冷却プレナムは、本体内部に画定される。排気通路が、本体の内部に画定されており、冷却プレナムからの流体連通を提供する。インサート開口は、本体の内部において、背面側を通り冷却プレナムに向かって延びる。冷却フローインピンジメント板が、インサート開口を横断して延び、背面側に接続されている。このインピンジメント板は、冷却室と冷却プレナムの間の流体連通を提供する複数の冷却流路を備える。
【００１１】
本発明はまた、ガスタービンも含む。ガスタービンは、一般に、このガスタービンの上流端部に配置された圧縮機と、圧縮機の下流に配置された燃焼器と、燃焼器の下流に配置されたタービンセクションとを含む。タービンセクションは、タービンケーシング内部において半径方向に延びる複数のロータブレードと、タービンケーシングの内部においてロータブレードの周囲を円周方向に延びるシュラウドブロックアセンブリを含む。シュラウドブロックアセンブリは、ロータブレードの周囲において環状アレイとして配置された複数のシュラウドブロックセグメントを含む。それぞれのシュラウドブロックセグメントは、先頭部分、末尾部分、先頭部分と末尾部分との間で軸方向に延びる第１の側方部分および対向する第２の側方部分とを有する本体を含む。シュラウドブロックセグメントは、また、弧状燃焼ガス側と、対向する背面側と、背面側に画定された冷却室とを有する。冷却プレナムは、本体の内部に画定される。排気通路は、本体の内部に画定されており、冷却プレナムからの流体連通を提供する。インサート開口は、本体の内部において、背面側を通り、冷却プレナムに向かって延びる。少なくとも一方の冷却フローインサートがインサート開口の内部に配置されるか、もしくは、冷却フローインピンジメント板がインサート開口を横断して延びる。冷却フローインサートまたは冷却フローインピンジメント板の少なくとも一方が、冷却室と冷却プレナムの間の流体連通を提供する複数の冷却流路を画定する。
【００１２】
当業者であれば、本明細書を検討することにより、これらの実施形態およびその他の実施形態の特徴と態様とを、よりよく理解できるであろう。
【００１３】
本発明の、完全であり、実施を可能にする開示が、当業者にとっての最良の形態を含み、より詳しくは、添付の図面の参照を含む以下の明細書において説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の様々な実施形態を組み入れることができるガスタービンの実施例の図である。
【図２】図１に示されているガスタービンのタービンセクションの一部の拡大された断面側面図である。
【図３】本発明の様々な実施形態を組み入れることができる例示的なシュラウドブロックセグメントの斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による、図３に示されているシュラウドブロックセグメントの拡大断面側面図である。
【図５】本発明の一実施形態による、図４に示されているシュラウドブロックセグメントの側面図である。
【図６】本発明の様々な実施形態による、図３に示されているシュラウドブロックセグメントの部分的な断面上面図である。
【図７】本発明の様々な実施形態による、図３に示されているシュラウドブロックセグメントの部分的な断面上面図である。
【図８】本発明の様々な実施形態による、図３に示されているシュラウドブロックセグメントの部分的な断面上面図である。
【図９】本発明の一実施形態による、図３に示されているシュラウドブロックセグメントの一部の拡大断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態による、図３に示されているシュラウドブロックセグメントの一部の部分的な斜視図である。
【図１１】本発明の少なくとも１つの実施形態による、図３に示されているシュラウドブロックセグメントの一部の断面側面図である。
【図１２】本発明の一実施形態による冷却フローインサートの斜視図である。
【図１３】本発明の一実施形態による冷却フローインサートの斜視図である。
【図１４】本発明の少なくとも１つの実施形態による冷却フローインピンジメント板の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
ここで、本発明の実施形態を詳細に参照する。なお、これらの実施形態の１つまたは複数の実施例が、添付の図面に示されている。この詳細な説明では、図面における特徴を参照するために、数字および文字による指示を用いている。図面および説明における同様のまたは類似の指示が、本発明における、同様のまたは類似の部分を参照するのに用いられている。本明細書で用いられる用語「第１」、「第２」、および「第３」は、あるコンポーネントを別のコンポーネントと区別するために交換可能に用いられ、個々のコンポーネントの位置または重要性を意味しようとするものではない。用語「上流」および「下流」は、流体の経路における流体流れに対する相対的な方向を指している。例えば、「上流」とは流体が流れる方向とは逆の方向を指し、「下流」とは流体が流れる方向を指す。用語「半径方向」は、特定のコンポーネントの軸方向の中心線に対して実質的に垂直である相対的方向を指し、用語「軸方向」は、特定のコンポーネントの軸方向の中心線と実質的に平行である相対的方向を指す。
【００１６】
それぞれの実施例は、本発明の説明のために提供されており、本発明を限定するためではない。事実、本発明において、その範囲または精神から逸脱することなく、修正および改変を行うことが可能であることは、当業者には明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部として解説されている、または説明されている特徴を、別の実施形態において用いることにより、さらに別の実施形態が生じる場合がある。よって、本発明は、添付の特許請求の範囲に属するもの、および同等のものとして、そのような修正および改変にまで及ぶことが意図されている。以下では、本発明の例示的な実施形態が、解説の目的で、産業用のガスタービンの文脈で一般的に説明されるが、特許請求の範囲において特別な記載がない限り、本発明の実施形態は、任意のターボ機械へ適用することが可能であり、産業用のガスタービンに限定されるものではないことが、当業者には明らかであろう。
【００１７】
ここで図面を参照すると、図面では、同様の参照番号は同様のコンポーネントを指しており、図１は、本発明の様々な実施形態を組み入れることができるガスタービン１０の実施例を示す。示されているように、ガスタービン１０は、一般に、そのガスタービン１０の上流端部に配置された入口１４を有する圧縮機セクション１２と、その圧縮機セクション１２を少なくとも部分的に包囲するケーシング１６とを含む。ガスタービン１０は、さらに、圧縮機セクション１２の下流にある燃焼器２０を有する燃焼セクション１８と、燃焼セクション１８の下流にあるタービンセクション２２とを含む。示されているように、燃焼セクション１８は、複数の燃焼器２０を含み得る。軸２４は、ガスタービン１０を通って軸方向に延びる。
【００１８】
動作の際には、空気２６が、圧縮機セクション１２の入口１４内に引き込まれ、累進的に圧縮されて、圧縮空気２８を燃焼セクション１８に提供する。圧縮空気２８は、燃焼セクション１８内に流れ込み、燃焼器２０において燃料と混合されて、可燃混合気（ｃｏｍｂｕｓｔｉｂｌｅ  ｍｉｘｔｕｒｅ）を形成する。可燃混合気が燃焼器２０において燃焼することにより、燃焼器２０からタービンノズル３４の第１段３２を横断してタービンセクション２２内に流れる高温ガス３０を生成する。タービンセクションは、一般に、タービンノズル３４の隣接する行（ｒｏｗ）によって軸方向に分離されているロータブレード３６の１つまたは複数の行を含む。ロータブレード３６は、ロータディスクを介して、ロータシャフト２４に結合されている。タービンケーシング３８は、ロータブレード３６とタービンノズル３４を、少なくとも部分的に包んでいる。ロータブレード３６の行のそれぞれまたはいくつかは、タービンケーシング３８の内部に配置されるシュラウドブロックアセンブリ４０によって、円周方向に包囲され得る。高温ガス３０は、タービンセクション２２を通って流れるときに、急速に膨張する。熱および／または運動エネルギーが、高温ガス３０からロータブレード３６の各段に移動されることにより、軸２４が回転して力学的仕事を生み出す。軸２４は、発電機（図示せず）などの負荷に結合されている場合があり、電気を生じる。さらに、または、それに代わり、軸２４は、ガスタービンの圧縮機セクション１２を駆動するのに用いられ得る。
【００１９】
図２は、例示的なロータブレード３６と本開示の様々な実施形態によるシュラウドブロックアセンブリ４０の一部とを含むタービンセクション２２の一部の拡大断面側面図を提供する。図２に示されているように、シュラウドブロックアセンブリ４０は、一般に、タービンケーシングとロータブレード３６の先端部分４２との間において、半径方向に延びる。シュラウドブロックアセンブリ４０は、冷却流経路４４と流体的な連通関係にある。冷却流経路４４は、外側のケーシング３８によって、少なくとも部分的に画定され得る。シュラウドブロックアセンブリ４０は、一般に、シュラウドブロックアセンブリ４０をタービンケーシング３８に固定するための、および／または、タービンケーシング３８の内部においてロータブレード３６の周囲に環状アレイとして配置されている複数のシュラウドブロックセグメント１００をサポートするための、取り付けハードウェア４６を含む。
【００２０】
図３は、様々な実施形態により図２に示されているシュラウドブロックセグメント１００の斜視図である。図３に示されているように、シュラウドブロックセグメント１００は、先頭部分１０４と末尾部分１０６と第１の側方部分１０８と対向する第２の側方部分１１０とを有する本体１０２を含む。第１および第２の側方部分１０８、１１０は、先頭部分１０４と末尾部分１０６との間において軸方向に延びる。本体１０２は、対向する背面側１１４から半径方向に分離している燃焼ガス側１１２をさらに含む。燃焼ガス側１１２は、ほぼ弧状の形状、すなわち、シュラウドブロックセグメント１００の軸方向の中心線１１６に対して円周的な形状を有する。燃焼ガス側１１２は、熱バリアコーティングなどのような、熱抵抗性コーティングを用いて、コーティングされている場合がある。冷却ポケットまたは冷却室１１８が、背面側１１４に画定される。冷却室１１８は、先頭部分１０４、末尾部分１０６、第１の側方部分１０８、および対向する第２の側方部分１１０の間に、少なくとも部分的に画定される。
【００２１】
先頭部分１０４は、前縁１２０および／または前方面１２２を少なくとも部分的に画定する。前縁１２０および／または前方面１２２とは、第１の側方部分１０８と第２の側方部分１１０との間において、先頭部分１０４を横断する横方向に延びる。末尾部分１０６は、第１の側方部分１０８と第２の側方部分１１０との間において、末尾部分１０６を横断する横方向に延びる後縁１２４を少なくとも部分的に画定する。第１の側方部分１０８は、第１の合わせ面１２６を少なくとも部分的に画定し、第２の側方部分１１０は、第２の合わせ面１２８を少なくとも部分的に画定する。第１および第２の合わせ面１２６、１２８は、先頭部分１０４と末尾部分１０６との間において軸方向に延びる。
【００２２】
図４は、本発明の様々な実施形態による図３に示されているシュラウドブロックセグメント１００の断面側面図を提供しており、図５は、本発明の様々な実施形態による図３に示されているシュラウドブロックセグメント１００の断面側面図である。特定の実施形態では、図４および図５に示されているように、少なくとも１つの冷却プレナム１３０が、本体１０２の内部に画定される。インサート開口１３２は、本体１０２の内部において、背面側１１４を通り、冷却プレナム１３０の中へ延びる。インサート開口１３２は、一般に、冷却室１１８の内部に配置される。図４および図５に示されているように、少なくとも１つの排気通路１３４が、本体１０２の内部に画定される。排気通路は、冷却プレナム１３０から出る流体連通を提供する。冷却プレナム１３０、インサート開口１３２、および／または排気通路１３４は、本体１０２の中に鋳造することができ、および／または、本体１０２の中に機械加工することができる。特定の実施形態では、シュラウドブロックセグメント１００は、複数の冷却プレナム１３０、複数のインサート開口１３２、および／または複数の排気通路１３４を含み得る。
【００２３】
図６、図７、および図８は、本発明の様々な実施形態により図３に示されているシュラウドブロックセグメント１００の部分的な断面上面図である。ある実施形態では、図６に示されているように、冷却プレナム１３０は、本体１０２を横断する中心線１１６に対して横方向に、前縁１２０および／または前方面１２２に近接する先頭部分１０４に沿って延びる前方冷却プレナム１３６を備える。１つまたは複数の排気通路１３４は、前縁１２０および／または前方面１２２の少なくとも一方を通って延びる。１つまたは複数のインサート開口１３２が、背面側１１４を通り、前面冷却プレナム１３６の中へ、延びる。
【００２４】
特定の実施形態では、図６に示されているように、冷却プレナム１３０は、本体１０２を横断する中心線１１６に対して横方向に、末尾部分１０６および／または後縁１２４に近接して延びる後方冷却プレナム１３８を備える。１つまたは複数の排気通路１３４が、末尾部分１０６および／または後縁１２４を通って延びる。１つまたは複数のインサート開口１３２が、背面側１１４を通り、後方冷却プレナム１３８の中へ、延びる。
【００２５】
特定の実施形態では、図７に示されているように、冷却プレナム１３０は、本体１０２の内部において、中心線１１６に対して軸方向に、第１の側方部分１０８に近接して延びる第１の側方冷却プレナム１４０を備える。１つまたは複数の排気通路１３４が、第１の合わせ面１２６を通って延びる。１つまたは複数のインサート開口１３２が、背面側１１４を通り、第１の側方冷却プレナム１４０の中へ延びる。さらに、または、それに代わり、冷却プレナム１３０は、本体１０２の内部において、中心線１１６に対して軸方向に、第２の側方部分１１０に近接して延びる第２の側方冷却プレナム１４２を備えることがあり得る。１つまたは複数の排気通路１３４は、第２の合わせ面１２８を通って延びる。１つまたは複数のインサート開口１３２は、背面側１１４を通り、第２の側方冷却プレナム１４２の中へ延びる。
【００２６】
ある実施形態では、図８に示されているように、冷却プレナム１３０が、本体１０２の内部において、連続的に延びる場合があり得る。例えば、冷却プレナム１３０は、先頭部分１０４および末尾部分１０６を横断する横方向に延び、それらの間を、第１の側方部分１０８と第２の側方部分１１０の両方に沿って延びることができる。１つまたは複数のインサート開口１３２が、背面側１１４を通り、冷却プレナム１３０の中へ延びる。排気通路１３４は、前縁１２０、前方面１２２、第１の合わせ面１２６、第２の合わせ面１２８、末尾部分１０６、および／または後縁１２４の内のそれぞれまたはいくつかを通って延びる。
【００２７】
図９は、冷却プレナム１３０の一部を含むシュラウドブロックセグメント１００の一部の断面上面図を提供しており、ある実施形態による前方冷却プレナム１３６、後方冷却プレナム１３８、および／またはは第１および第２の側方冷却プレナム１４０、１４２のそれぞれまたはいくつかを表し得る。図９に示されているように、冷却プレナム１３０は、冷却プレナムの内部を流れる加圧冷却媒体の流れに影響を及ぼすように動作するリッジ１４６、もしくはその他の表面の特徴を含む、輪郭を示されている内部表面１４４を含み得る。輪郭を示されている内部表面１４４が、上述した、前方冷却プレナム１３６、後方冷却プレナム１３８、および／または第１および第２の側方冷却プレナム１４０、１４２のいずれかの特徴として、含まれることがある。リッジ１４６は、冷却プレナム１３０の内径を縮小させることができる。リッジ１４６は、冷却プレナム１３０の中に挿入されるＥＤＭプローブなどの機械加工ツールを用いて、形成され得る。あるいは、リッジ１４６を冷却プレナム１３０の中に鋳造することが可能である。
【００２８】
図１０は、本発明のある実施形態による図３に示されている冷却ブロックセグメント１００の部分的な斜視図である。図１０に示されているように、冷却フローインサート１４８が、対応するインサート開口１３２の内部に配置される。特定の実施形態では、図６、図７、および図９に示されているように、複数の冷却フローインサート１４８が、インサート開口１３２のそれぞれまたはいくつかに、配置される。
【００２９】
図１１は、ある実施形態による図１０に示されている冷却ブロックセグメント１００の一部の拡大断面側面図である。図１０および図１１に示されているように、１つまたは複数の冷却流路１５０が、冷却室１１８と冷却プレナム１３０との間における流体連通を提供する。図１１に示されているように、冷却フローインサート１４８が、インサート開口１３２の中へ深さ１５２まで延びており、それにより、冷却流路１５０の出口１５６と冷却プレナム１３０のインピンジメント部分または接触領域１５８との間の距離５４を画定している。図６に示されているように、冷却通路１５０の少なくとも一部が排気通路１３４に対してオフセットしていることで、二次フローを減少させることによって冷却プレナム１３０の内部での対流冷却を増加させる。
【００３０】
図１２、１３は、本発明の様々な実施形態による例示的な冷却フローインサート１４８の斜視図である。冷却流路１５０は、冷却フローインサートの内部において、任意のパターンで、かつ、１個から複数個までの任意の数量を、配置することが可能である。例えば、図１２に示されているように、冷却流路を三角形のアレイとして配置することが可能である。あるいは、図１３に示されているように、冷却流路１５０を冷却フローインサート１４８の内部において実質的に円形のパターンで配置することが可能である。冷却流路１５０は、円形の断面を有するものとして一般的に示されているが、任意の断面の形状と一定または可変の任意の直径とを有してもよく、それにより、冷却プレナム１３０の内部において特定のインピンジメント部分または接触領域１５８（図１１）で有効な冷却を提供することが可能になる。
【００３１】
ある実施形態では、図６に示されているように、インピンジメント板１６０が、対応するインサート開口１３２を横断して延びる。インピンジメント板１６０は、背面側１１４に接続されている場合がある。インピンジメント板１６０は、冷却室１１８と冷却プレナム１３０との間において流体連通を提供する複数の冷却流路１６２を備える。図１４は、本発明の様々な実施形態による例示的なインピンジメント板１６０の斜視図である。示されているように、冷却流路１６２は、任意のパターンで、かつ、１個から複数個までの任意の数量を、配置することが可能である。例えば、図１４に示されているように、冷却流路は、水平方向、三角形、または円形のアレイの内の少なくとも１つとして配置することが可能である。冷却通路１６２は、排気通路１３４に対してオフセットしていることがあり得る。図６、図７、および図８に示されているように、冷却通路１６２の少なくとも一部が排気通路１３４に対してオフセットしていることで、冷却プレナム１３０の内部での対流冷却が増加する。冷却流路１６２は、円形の断面を有するものとして一般的に示されているが、任意の断面の形状と一定または可変の任意の直径とを有することがあり得るのであって、それにより、冷却プレナム１３０の内部において特定のインピンジメント部分または接触領域１５８（図１１）で有効な冷却を提供することが可能になる。
【００３２】
動作時には、様々な図面で示されているように、圧縮作動流体の一部などの冷却媒体２００が、冷却流路４４から、シュラウドブロックセグメント１００の冷却室１１８の中へ送られる。冷却媒体２００は、次に、冷却室から、冷却流路１５０および／または１６２を経由して送られるが、冷却流路１５０および／または１６２において、冷却媒体２００の速度が加速される。冷却媒体２００は、次に、冷却プレナム１３０の内部表面１４４および／またはリッジ１４６に、冷却プレナム１３０の内部の特定のインピンジメント部分または接触領域１５８において、衝突する。冷却媒体２００は、冷却プレナム１３０の内部において排気通路１３４の方へ方向付けられることにより、対流冷却が冷却プレナム１３０の一部に提供される。排気通路１３４がオフセットしていることにより冷却プレナム１３０の内部表面１４４および／またはリッジ１４６への冷却媒体２００の露出時間が長くなり、それによって、冷却媒体２００の冷却効率が向上する。特定の実施形態では、冷却プレナム１３０の内部において画定されるリッジ１４６が冷却媒体２００の流れを攪乱させることにより、冷却媒体２００の対流冷却効率を向上させることができる。また、リッジ１４６の所望の効果には、冷却媒体２００の対流冷却効果を向上させる冷却媒体２００の流れにおける渦を生成させることが含まれ得る。
【００３３】
本明細書で説明され、図２〜図１４に示されている様々な実施形態は、シュラウドブロックセグメント１００の内部における様々な位置に方向付けされた冷却を提供するための従来の冷却方式よりも、様々な優れた技術的長所を提供する。例えば、インサート開口１３２の中に配置される冷却フローインサート１４８の深さ１５２は、シュラウドブロックセグメント１００を製造した後での修正が可能であり、それにより、特定のシュラウドブロックセグメント１００の設計における柔軟性と有用性とを向上させることが可能になる。さらに、冷却通路１５０のパターンおよび／または数量は、冷却フローインサート１５０および／またはインピンジメント板１６０を交換することによって、シュラウドブロックセグメント１００を廃棄する必要がなく、したがってコストを節約しながら、シュラウドブロックセグメント１００の冷却を修正するように容易に変更することが可能である。
【００３４】
以上に記載した説明によって、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、またさらに、当業者が、任意のデバイスまたはシステムを作成して用いること、任意の組み込まれた方法を実行することを含め、本発明を実施することが可能になる。本発明の特許性のある範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者によって想到されるその他の実施例も含まれ得る。そのようなその他の実施例は、特許請求の範囲の文言とは異なる構造的要素を含む場合であっても、または、特許請求の範囲の文言との非実質的な差異を有する均等な構造的要素を含む場合であっても、特許請求の範囲の範囲に属するものとされている。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ガスタービン
１２  圧縮機セクション
１４  入口
１６  ケーシング
１８  燃焼セクション
２０  燃焼器
２２  タービンセクション
２４  軸
２６  空気
２８  圧縮空気
３０  高温ガス
３２  第１段
３４  タービンノズル
３６  ロータブレード
３８  タービンケーシング
４０  シュラウドブロックアセンブリ
４２  先端部分
４４  冷却流経路
４６  取り付けハードウェア
１００  シュラウドブロックセグメント
１０２  本体
１０４  先頭部分
１０６  末尾部分
１０８  第１の側方部分
１１０  第２の側方部分
１１２  燃焼ガス側
１１４  背面側
１１６  中心線
１１８  冷却プレナム
１２０  前縁
１２２  前方面
１２４  後縁
１２６  第１の合わせ面
１２８  第２の合わせ面
１３０  冷却プレナム
１３２  インサート開口
１３４  排気通路
１３６  前方冷却プレナム、
１３８  後方冷却プレナム
１４０  第１の側方プレナム
１４２  第２の側方プレナム
１４４  内部表面
１４６  リッジ
１４８  冷却フローインサート
１５０  冷却流路
１５２  深さ
１５４  距離
１５６  出口
１５８  インピンジメント部分または接触領域
１６０  インピンジメント板
１６２  冷却流路
２００  冷却媒体
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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