(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンシュラウドの冷却空気を確実に、効率的に低コストで、且つ短い保守時間で調節する改善されたシステム及び方法を有するガスタービンエンジンを提供する。【解決手段】ガスタービンエンジン用のタービンシュラウド冷却システム１００を提供する。タービンシュラウド冷却システムは、チューニングピン１４０を有する複数の可変領域冷却シュラウド１１０と、回転防止ピン１９０を有する複数の固定領域冷却シュラウド１６０と、を含むことができる。可変領域冷却シュラウドは、調整冷却シュラウドを含むことができる。固定領域冷却シュラウドは、非調整シュラウドを含むことができる。【選択図】図３
2015169119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン用のタービンシュラウド冷却システムであって、
チューニングピンを含む複数の可変領域冷却シュラウドと、
回転防止ピンを含む複数の固定領域冷却シュラウドと、
を備える、タービンシュラウド冷却システム。
【請求項２】
前記複数の可変領域冷却シュラウドが、調整冷却シュラウドを含む、請求項１に記載のタービンシュラウド冷却システム。
【請求項３】
前記複数の可変領域冷却シュラウドが、１つ又はそれ以上の可変領域冷却孔を含む、請求項１に記載のタービンシュラウド冷却システム。
【請求項４】
前記複数の可変領域冷却シュラウドが、前記可変領域冷却孔と交差するピンシャフトを含む、請求項３に記載のタービンシュラウド冷却システム。
【請求項５】
前記チューニングピンが、特定の端部直径を含む、請求項１に記載のタービンシュラウド冷却システム。
【請求項６】
複数の特定の端部直径を含む複数のチューニングピンを更に備える、請求項５に記載のタービンシュラウド冷却システム。
【請求項７】
前記チューニングピンが、拡大端部直径を含む、請求項１に記載のタービンシュラウド冷却システム。
【請求項８】
前記拡大端部直径が、シール要素を含む、請求項７に記載のタービンシュラウド冷却システム。
【請求項９】
前記拡大端部直径が、１つ又はそれ以上のシール溝を含む、請求項７に記載のタービンシュラウド冷却システム。
【請求項１０】
前記複数の固定領域冷却シュラウドが、非調整シュラウドを含む、請求項１に記載のタービンシュラウド冷却システム。
【請求項１１】
前記複数の固定領域冷却シュラウドが、１つ又はそれ以上の固定領域冷却孔を含む、請求項１に記載のタービンシュラウド冷却システム。
【請求項１２】
前記複数の固定領域冷却シュラウドが、短いピンシャフトを含む、請求項１に記載のタービンシュラウド冷却システム。
【請求項１３】
前記複数の回転防止ピンが、一定の直径を含む、請求項１に記載のタービンシュラウド冷却システム。
【請求項１４】
前記複数の可変領域冷却シュラウドが、第１の数のシュラウドを含み、前記複数の固定領域冷却シュラウドが、第２の数のシュラウドを含み、前記シュラウドの第１の数が前記シュラウドの第２の数よりも小さい、請求項１に記載のタービンシュラウド冷却システム。
【請求項１５】
ガスタービンエンジンにおいて複数のシュラウドを冷却する方法であって、
複数の可変領域冷却シュラウドを設置するステップと、
複数の固定領域冷却シュラウドを設置するステップと、
前記複数の可変領域冷却シュラウドを通って冷却流を流すステップと、
前記複数の可変領域冷却シュラウドを通る前記冷却流を調整するステップと、
前記冷却流を複数の固定領域冷却シュラウドを通って流すステップと、
を含む、方法。
【請求項１６】
ガスタービンエンジンであって、
チューニングピンを含む複数の可変領域調整冷却シュラウドと、
回転防止ピンを含む複数の固定領域非調整冷却シュラウドと、
を備える、ガスタービンエンジン。
【請求項１７】
前記チューニングピンが、特定の端部直径を含む、請求項１６に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１８】
複数の特定の端部直径を含む複数のチューニングピンを更に備える、請求項１６に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１９】
前記チューニングピンが、拡大端部直径を含む、請求項１６に記載のガスタービンエンジン。
【請求項２０】
前記拡大端部直径が、シール要素及び／又は１つ又はそれ以上のシール溝を含む、請求項１９に記載のガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願及び結果として得られる特許は、全体的に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンシュラウドの冷却空気を確実に、効率的に低コストで、且つ短い保守時間で調節する改善されたシステム及び方法を有するガスタービンエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、中心ロータに取り付けられた複数のブレードを有するタービンを含む。幾つかの燃焼器からの高温燃焼ガスは、ブレードを通って流れ、ロータの回転を引き起こすようにする。ブレードをバイパスする燃焼ガスの体積を最小限にすることにより、高温燃焼ガス流からタービンロータへの全体のエネルギー伝達を強化することができる。従って、タービンシュラウドは、タービンブレード先端とケーシングとの間のクリアランスを縮小するように、タービンケーシング内に位置付けることができる。
【０００３】
同様に、高温ガス経路の回転構成要素及び関連のシュラウドは、通常運転の高温下で損耗を生じる可能性がある。これらの高温ガス経路構成要素は、一般に、圧縮機又はその他からの寄生冷却流体流によって冷却することができる。従って、ガスタービンエンジンの全体効率は、ブレードとシュラウドとの間のクリアランスを制限すること、及び高温ガス経路構成要素を冷却するための冷却流体流を制限することによって向上させることができる。
【０００４】
従って、ガスタービンシュラウド及び関連の構成要素を冷却する方法及びシステムの改善に対する要求がある。このようなシステム及び方法は、冷却流の変動が少なく、及び低い設置及び保守コストでシュラウドを冷却できることが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８，１４２，１３８号明細書
【発明の概要】
【０００６】
従って、本出願及び結果として得られる特許は、ガスタービンエンジン用のタービンシュラウド冷却システムを提供する。タービンシュラウド冷却システムは、チューニングピンを有する複数の可変領域冷却シュラウドと、回転防止ピンを有する複数の固定領域冷却シュラウドと、を含むことができる。
【０００７】
本出願及び結果として得られる特許は更に、ガスタービンエンジンにおいて複数のシュラウドを冷却する方法を提供する。本方法は、複数の可変領域冷却シュラウドを設置するステップと、複数の固定領域冷却シュラウドを設置するステップと、複数の可変領域冷却シュラウドを通って冷却流を流すステップと、複数の可変領域冷却シュラウドを通る冷却流を調整するステップと、冷却流を複数の固定領域冷却シュラウドを通って流すステップと、を含むことができる。
【０００８】
本出願及び結果として得られる特許は更に、ガスタービンエンジンを提供する。ガスタービンエンジンは、チューニングピンを含む複数の可変領域調整冷却シュラウドと、回転防止ピンを含む複数の固定領域非調整冷却シュラウドと、を含むことができる。
【０００９】
本出願及び結果として得られる特許のこれら及び他の特徴並びに改善点は、図面及び請求項を参照しながら以下の好ましい実施形態の詳細な説明を精査することによって当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】圧縮機、燃焼器、及びタービンを示すガスタービンエンジンの概略図。
【図２】チューニングピンを介してケーシングの周りに位置付けられたタービンシュラウドの部分側断面図。
【図３】可変領域調整冷却シュラウド及び固定領域非調整冷却シュラウドを有するタービンシュラウド冷却システムの一部の部分軸方向断面図。
【図４】制御された端部直径を有するチューニングピンを備えた図３の可変領域調整冷却シュラウドの部分軸方向断面図。
【図５】制御された端部直径を有するチューニングピンの代替の実施形態の部分軸方向断面図。
【図６】制御された端部直径を有するチューニングピンの代替の実施形態の部分軸方向断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここで、複数の図を通じて同じ参照符号が同じ要素を示す図面を参照すると、図１は、本明細書で使用することができるガスタービンエンジン１０の概略図を示している。ガスタービンエンジン１０は、圧縮機１５を含むことができる。圧縮機１５は、空気２０の流入流れを加圧する。圧縮機１５は、空気２０の加圧流を燃焼器２５に送給する。燃焼器２５は、空気２０の加圧流を燃料３０の加圧流と混合して該混合気を点火させ、燃焼ガス３５の流れを生成する。単一の燃焼器２５だけが図示されているが、ガスタービンエンジン１０は、あらゆる数の燃焼器２５を含むことができる。次いで、燃焼ガス３５の流れは、タービン４０に送給される。燃焼ガス３５の流れは、タービン４０を駆動し、機械的仕事を産出するようになる。タービン４０において産出された機械的仕事は、シャフト４５を介して圧縮機１５と、発電機などの外部負荷５０とを駆動する。
【００１２】
ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、液体燃料、各種のシンガス、及び／又は他のタイプの燃料、並びにこれらの組み合わせを用いることができる。ガスタービンエンジン１０は、限定ではないが、７又は９シリーズ高出力ガスタービンエンジン及び同様のものなどを含む、ニューヨーク州Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙ所在のＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙによって提供される幾つかの様々なガスタービンエンジンのうちの何れかとすることができる。ガスタービンエンジン１０は、異なる構成を有することができ、他のタイプの構成要素を用いることができる。他のタイプのガスタービンエンジンも本明細書で使用することができる。複数のガスタービンエンジン、他のタイプのタービン、及び他のタイプの発電機器も本明細書で共に使用することができる。
【００１３】
一般的には、タービン４０は、複数のタービン段を含む。各段は、回転タービンブレード又はバケットに隣接して位置付けられた複数の固定ノズルを含む。図２は、バケット５５の一部を示している。バケット５５は、シュラウド６０に隣接して位置付けることができる。上述のように、シュラウド６０の使用は、バケット５５をバイパスして有用な仕事を産出しない燃焼ガス３５の流れを制限することができる。シュラウド６０は、ケーシング６５に取り付けることができる。シュラウド６０は、複数のピン７０及び同様のものを介してケーシング６５に取り付けることができる。シュラウド６０及び高温ガス経路内の他の構成要素は、圧縮機１５及びその他からの冷却空気７５の流れによって冷却することができる。冷却空気７５の流れの方向は、全体のタービン冷却システム設計に応じて変えることができる。タービン段構成要素の他のタイプ及び構成を本明細書で使用することができる。
【００１４】
図３は、本明細書で使用することができるタービンシュラウド冷却システム１００の一部の１つの実施例を示す。上述のものと同様に、タービンシュラウド冷却システム１００は、タービン４０のケーシング６５及びバケット５５の周りに位置付けることができ、冷却空気７５の流れによって冷却することができる。タービンシュラウド冷却システム１００は、あらゆるサイズ、形状、又は構成を有することができる。
【００１５】
タービンシュラウド冷却システム１００は、複数の可変領域調整シュラウド１１０を含むことができる。可変領域調整シュラウド１１０は、可変領域冷却孔１２０を内部に含むことができる。可変領域冷却孔１２０は、圧縮機１５又はその他からの冷却空気７５の流れと連通することができる。可変領域調整シュラウド１１０はまた、ピンシャフト１３０を内部に含むことができる。ピンシャフト１３０は、可変領域冷却孔１２０と交差することができる。可変領域調整シュラウド１１０はまた、チューニングピン１４０を含むことができる。チューニングピン１４０は、ピンシャフト１３０内に位置付けることができる。チューニングピン１４０は、特定の端部直径１５０を有することができる。可変領域冷却孔１２０のサイズ、及び従って可変領域冷却孔を流れる冷却空気７５の体積は、チューニングピン１４０の特定の端部直径１５０を変更することにより変えることができる。複数の可変領域冷却孔１２０を用いることもできる。従って、必要に応じて冷却流を調整するために、異なる特定の端部直径１５０を有する複数のチューニングピン１４０を本明細書で利用することができる。他の構成要素及び他の構成を本明細書で使用してもよい。
【００１６】
タービンシュラウド冷却システム１００はまた、複数の固定領域非調整シュラウド１６０を含むことができる。固定領域非調整シュラウド１６０は、固定領域冷却孔１７０を含むことができる。固定領域冷却孔１７０は、圧縮機１５又はその他からの冷却空気７５の流れと連通することができる。複数の固定領域冷却孔１７０を用いることもできる。固定領域非調整シュラウド１６０は、短いピンシャフト１８０を含むことができる。短いピンシャフト１８０は、固定領域冷却孔１７０まで完全に延びる必要はない。固定領域非調整シュラウド１６０は、回転防止ピン１９０を含むことができる。回転防止ピン１９０は、短いピンシャフト１８０内に位置付けることができる。短いピンシャフト１８０を使用する場合には、回転防止ピン１９０は、チューニングピン１４０と同じ長さとすることができる。従って、具体的には、回転防止ピン１９０は、チューニングピン１４０の特定の端部直径部分が無くてもよい。必須ではないが、回転防止ピン１９０は、実質的に均一なサイズ及び形状のものとすることができる。回転防止ピン１９０は、その長さに沿って実質的に一定の直径を有することができる。他の構成要素及び他の構成を本明細書で使用することもできる。
【００１７】
図４は、本明細書で使用することができるチューニングピン２００の代替の実施形態を示している。この実施例において、回転防止ピン２００は、上述と同様の特定の端部直径２１０を含むことができるが、制御された拡大端部直径２２０を更に含むことができる。制御された拡大端部直径２２０は更に、そこを通る冷却空気７５の流れを阻止することができる。制御された拡大端部直径２２０を備えたチューニングピン２００のサイズ、形状、及び構成は、変えることができる。
【００１８】
図５は、チューニングピン２３０の別の実施形態を示している。チューニングピン２３０はまた、上述と同様の特定の端部直径２４０及び制御された拡大端部直径２５０を含むことができる。この実施例において、１つ又はそれ以上のシール要素２６０を拡大端部直径２５０に付加することができる。シール要素２６０は、そこを通る冷却空気７５の流れの制御を向上させるためのピストンシール、Ｃ形シール、Ｕ形シール、及び同様のものとすることができる。他のタイプのシール要素２６０も本明細書で使用することができる。
【００１９】
図６は、チューニングピン２７０の別の実施形態を示している。チューニングピン２７０はまた、上述と同様の特定の端部直径２８０及び制御された拡大端部直径２９０を含むことができる。この実施例において、拡大端部直径２９０は、内部に形成された複数のシール溝３００を含むことができる。シール溝３００はまた、そこを流れる冷却空気７５の流れの制御を向上させる役割を果たす。シール要素２６０も本明細書で使用することができる。
【００２０】
使用時には、タービンシュラウド冷却システム１００は、複数の可変領域調整シュラウド１１０及び複数の固定領域非調整シュラウド１６０を含むことができる。従って、可変域調整シュラウド１１０の数及び固定領域非調整シュラウド１６０の数は変えることができる。固定領域非調整シュラウド１６０に比べて可変域調整シュラウド１１０の数を少なくすることにより、タービンシュラウド冷却システム１００は、部品公差のばらつきに伴う流れの変動、短いピンシャフト１８０の孔深さの縮小に起因するシュラウド機械加工時間及びコスト、様々な端部直径１５０のチューニングピン１４０による可変領域冷却孔１２０を調整するのに通常必要な停止サイクル時間及びコスト、並びに一般に必要とされる異なるチューニングピン１４０の総数を低減することができる。その上、制御された拡大端部直径２２０、２５０、２９０を有するチューニングピン２００、２３０、２７０を用いることにより、そこを通る全体のバイパス流を低減することができる。他の構成要素及び他の構成も本明細書で使用することができる。
【００２１】
従って、タービンシュラウド冷却システム１００は、冷却空気調整位置の数の低減、流れ変動の軽減、ピン回りのバイパス流の低減、孔深さを小さくすることによる製造コスト及び時間の削減、停止時間及びコストの削減、更に必要なピン在庫の低減を実現する。タービンシュラウド冷却システム１００は、新規及び既存のガスタービンの両方に適用することができる。
【００２２】
上記のことは、本出願及びその結果として得られる特許の特定の実施形態にのみに関連している点を理解されたい。添付の請求項及びその均等物によって定義される本発明の全体的な技術的思想及び範囲から逸脱することなく、当業者であれば多くの変更及び修正を本明細書において行うことができる。
【符号の説明】
【００２３】
１０  ガスタービンエンジン
１５  圧縮機
２０  空気
２５  燃焼器
３０  燃料
３５  燃焼ガス
４０  タービン
４５  シャフト
５０  負荷
５５  バケット
６０  シュラウド
６５  ケーシング
７０  ピン
７５  冷却流
１００  タービンシュラウド冷却システム
１１０  可変領域調整シュラウド
１２０  可変領域冷却孔
１３０  ピンシャフト
１４０  チューニングピン
１５０  特定端部直径
１６０  固定領域非調整シュラウド
１７０  固定領域冷却孔
１８０  浅いピンシャフト
１９０  回転防止ピン
２００  チューニングピン
２１０  特定端部直径
２２０  制御された拡大直径
２３０  チューニングピン
２４０  特定端部直径
２５０  制御された拡大直径
２６０  シール要素
２７０  チューニングピン
２８０  特定端部直径
２９０  制御された拡大直径
３００  シール溝
【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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