(57)【要約】【課題】改良された移行ダクトを提供する。【解決手段】タービンシステムのための移行ダクトアセンブリは、略環状の配列を成して配置されるとともに、第１の移行ダクトと第２の移行ダクトとを備える複数の移行ダクトを含む。複数の移行ダクトのそれぞれは、入口と、出口と、入口と出口との間で延びる通路とを備えるとともに、長手方向軸、径方向軸、および、接線方向軸を規定する。各移行ダクトの出口は、長手方向軸および接線方向軸に沿って入口からオフセットする。移行ダクトアセンブリは、第１の移行ダクトおよび第２の移行ダクトの通路によって規定される空気力学的構造を更に含む。空気力学的構造が吐出側と吸込側と後縁とを備え、後縁が改変された空気力学的輪郭を有する。【選択図】図１
2015083916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンシステム（１０）のための移行ダクトアセンブリにおいて、該移行ダクトアセンブリは、
略環状の配列を成して配置されるとともに、第１の移行ダクト（１３０）と第２の移行ダクト（１３２）とを備える複数の移行ダクト（５０）であって、前記複数の移行ダクト（５０）のそれぞれは、入口（５２）と、出口（５４）と、前記入口（５２）と前記出口（５４）との間で延びる通路（５６）とを備えるとともに、長手方向軸（９０）、径方向軸（９４）、および、接線方向軸（９２）を規定し、前記複数の移行ダクト（５０）のそれぞれの前記出口（５４）が前記長手方向軸（９０）および前記接線方向軸（９２）に沿って前記入口（５２）からオフセットする、複数の移行ダクト（５０）と、
前記第１の移行ダクト（１３０）および前記第２の移行ダクト（１３２）の通路（５６）によって規定される空気力学的構造（１４０）であって、該空気力学的構造（１４０）が吐出側（１４２）と吸込側（１４４）と後縁（１４６）とを備え、前記後縁（１４６）が改変された空気力学的輪郭を有する、空気力学的構造（１４０）と、
を備える移行ダクトアセンブリ。
【請求項２】
前記空気力学的構造（１４０）は、翼弦方向軸（１５２）と、翼幅方向軸（１５４）と、前記翼弦方向軸（１５２）および前記翼幅方向軸（１５４）に対して垂直なヨー軸（１５６）とを規定し、前記後縁（１４６）が前記翼弦方向軸（１５２）と前記ヨー軸（１５６）とにより規定される平面内で曲線を成す請求項１に記載の移行ダクトアセンブリ。
【請求項３】
前記後縁（１４６）が前記吐出側（１４２）へ向けて湾曲される請求項２に記載の移行ダクトアセンブリ。
【請求項４】
前記後縁（１４６）が前記吸込側（１４４）へ向けて湾曲される請求項２に記載の移行ダクトアセンブリ。
【請求項５】
前記後縁（１４６）が前記吐出側（１４２）と前記吸込側（１４４）とに向けて交互に湾曲される請求項２に記載の移行ダクトアセンブリ。
【請求項６】
前記空気力学的構造（１４０）は、翼弦方向軸（１５２）と、翼幅方向軸（１５４）と、前記翼弦方向軸（１５２）および前記翼幅方向軸（１５４）に対して垂直なヨー軸（１５６）とを規定し、前記後縁（１４６）が前記翼弦方向軸（１５２）と前記翼幅方向軸（１５４）とにより規定される平面内で曲線を成す請求項１に記載の移行ダクトアセンブリ。
【請求項７】
前記後縁（１４６）が凸状である請求項６に記載の移行ダクトアセンブリ。
【請求項８】
前記後縁（１４６）が凹状である請求項６に記載の移行ダクトアセンブリ。
【請求項９】
前記後縁（１４６）が複数の曲線セクション（１６２）を備える請求項６に記載の移行ダクトアセンブリ。
【請求項１０】
前記後縁（１４６）が複数の山形（１６３，１６４）を備える請求項１に記載の移行ダクトアセンブリ。
【請求項１１】
前記空気力学的構造（１４０）は、翼弦方向軸（１５２）と、翼幅方向軸（１５４）と、前記翼弦方向軸（１５２）および前記翼幅方向軸（１５４）に対して垂直なヨー軸（１５６）とを規定し、前記複数の山形（１６３，１６４）が前記翼弦方向軸（１５２）と前記ヨー軸（１５６）とにより規定される平面内で延びる請求項１０に記載の移行ダクトアセンブリ。
【請求項１２】
前記空気力学的構造（１４０）は、翼弦方向軸（１５２）と、翼幅方向軸（１５４）と、前記翼弦方向軸（１５２）および前記翼幅方向軸（１５４）に対して垂直なヨー軸（１５６）とを規定し、前記複数の山形（１６３，１６４）が前記翼弦方向軸（１５２）と前記翼幅方向軸（１５４）とにより規定される平面内で延びる請求項１０に記載の移行ダクトアセンブリ。
【請求項１３】
前記後縁（１４６）内にチャネル（１６６）が画定される請求項１に記載の移行ダクトアセンブリ。
【請求項１４】
前記複数の移行ダクト（５０）のそれぞれの前記出口（５４）は、前記径方向軸（９４）に沿って前記複数の移行ダクト（５０）のそれぞれの前記入口（５２）から更にオフセットされる請求項１に記載の移行ダクトアセンブリ。
【請求項１５】
入口セクション（１９）と、
排気セクション（２０）と、
圧縮機セクション（１２）と、
タービンセクション（１６）と、
前記圧縮機セクション（１２）と前記タービンセクション（１６）との間の燃焼器セクション（１４）と、
を備え、
前記燃焼器セクション（１４）は、
略環状の配列を成して配置されるとともに、第１の移行ダクト（１３０）と第２の移行ダクト（１３２）とを備える複数の移行ダクト（５０）であって、前記複数の移行ダクト（５０）のそれぞれは、入口（５２）と、出口（５４）と、前記入口（５２）と前記出口（５４）との間で延びる通路（５６）とを備えるとともに、長手方向軸（９０）、径方向軸（９４）、および、接線方向軸（９２）を規定し、前記複数の移行ダクト（５０）のそれぞれの前記出口（５４）が前記長手方向軸（９０）および前記接線方向軸（９２）に沿って前記入口（５２）からオフセットする、複数の移行ダクト（５０）と、
前記第１の移行ダクト（１３０）および前記第２の移行ダクト（１３２）の通路（５６）によって規定される空気力学的構造（１４０）であって、該空気力学的構造（１４０）が吐出側（１４２）と吸込側（１４４）と後縁（１４６）とを備え、前記後縁（１４６）が改変された空気力学的輪郭を有する、空気力学的構造（１４０）と、
を備える、
ターボ機械。
【請求項１６】
前記空気力学的構造（１４０）は、翼弦方向軸（１５２）と、翼幅方向軸（１５４）と、前記翼弦方向軸（１５２）および前記翼幅方向軸（１５４）に対して垂直なヨー軸（１５６）とを規定し、前記後縁（１４６）が前記翼弦方向軸（１５２）と前記ヨー軸（１５６）とにより規定される平面内で曲線を成す請求項１５に記載のターボ機械。
【請求項１７】
前記空気力学的構造（１４０）は、翼弦方向軸（１５２）と、翼幅方向軸（１５４）と、前記翼弦方向軸（１５２）および前記翼幅方向軸（１５４）に対して垂直なヨー軸（１５６）とを規定し、前記後縁（１４６）が前記翼弦方向軸（１５２）と前記翼幅方向軸（１５４）とにより規定される平面内で曲線を成す請求項１５に記載のターボ機械。
【請求項１８】
前記後縁（１４６）が複数の山形（１６３，１６４）を備える請求項１５に記載のターボ機械。
【請求項１９】
前記後縁（１４６）内にチャネル（１６６）が画定される請求項１５に記載のターボ機械。
【請求項２０】
前記タービンセクション（１６）が第１段バケットアセンブリを備え、前記第１段バケットアセンブリの上流側にノズルが配置されない請求項１５に記載のターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書中に開示される主題は、一般にタービンシステムに関し、特に、タービンシステムの移行ダクトに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンシステムは、発電などの分野で幅広く利用される。例えば、従来のガスタービンシステムは、圧縮機セクション、燃焼器セクション、および、少なくとも１つのタービンセクションを含む。圧縮機セクションは、空気が圧縮機セクションを通じて流れる際に空気を圧縮するように構成される。空気は、その後、圧縮セクションから燃焼器セクションへと流れ、燃焼器セクションにおいて空気が燃料と混合されて燃焼され、それにより、高温ガス流が生成される。高温ガス流はタービンセクションへ供給され、タービンセクションは、高温ガス流からエネルギーを引き出すことにより高温ガス流を利用して、圧縮機、発電機、および、他の様々な負荷に動力を与える。
【０００３】
タービンシステムの燃焼器セクションは、一般に、燃焼された高温ガスを１または複数のタービンセクションへと流通させるためのチューブまたはダクトを含む。最近では、高温ガスの流れを変えるチューブまたはダクトを含む燃焼器セクションが導入されてきた。例えば、高温ガスをダクトを通じて長手方向に流しつつ、その流れを該流れが様々な角度成分を有するように径方向または接線方向に更に移動させる燃焼器セクション用のダクトが導入されてきた。これらの構造は、タービンセクションから第１段ノズルを排除することを含む様々な利点を有する。第１段ノズルは、高温ガス流を変えるために既に設けられているが、これらのダクトの構造に起因して必要とされない場合がある。第１段ノズルの排除は、関連する圧力降下を排除するとともに、タービンシステムの効率および出力を高める場合がある。
【０００４】
しかしながら、現在知られる移行ダクトの空気力学的効率に対する懸念は高まっている。例えば、最近の研究では、そのような移行ダクトを通じた高温ガス流が比較的高い空気力学的損失、特に比較的高い圧力損失を有することが分かってきた。また、そのような研究は、移行ダクトの下流側部分で比較的高い伴流が生成し、それにより、その下流側で不均一な流れと非常に不安定な混合損失とがもたらされることを示唆した。そのような不均一な流れと不安定な混合とに起因して、タービンセクション内の第１段バケットが高サイクル疲労負荷および熱負荷に晒される場合があり、それにより、バケットの耐久性がかなり低下する場合がある。
【０００５】
したがって、当該技術分野では、タービンシステムで用いる改良された移行ダクトが望まれる。例えば、高い効率値を与える移行ダクトが有益である。また、混合損失を最小限に抑え、したがって、全体の圧力損失を減らして、システムの性能および効率を高める移行ダクトが有益である。更にまた、タービンセクションの第１段バケットで高サイクル疲労負荷および熱負荷を減らす移行ダクトが有益である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第２０１３／００９４９５２号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の態様および利点は、以下の説明において部分的に記載され、あるいは、以下の説明から明らかであり、あるいは、発明の実施によって分かる。
【０００８】
１つの実施形態において、本開示は、タービンシステムのための移行ダクトアセンブリに向けられる。移行ダクトアセンブリは、略環状の配列を成して配置されるとともに、第１の移行ダクトと第２の移行ダクトとを備える複数の移行ダクトを含む。複数の移行ダクトのそれぞれは、入口と、出口と、入口と出口との間で延びる通路とを備えるとともに、長手方向軸、径方向軸、および、接線方向軸を規定する。複数の移行ダクトのそれぞれの出口は、長手方向軸および接線方向軸に沿って入口からオフセットする。移行ダクトアセンブリは、第１の移行ダクトおよび第２の移行ダクトの通路によって規定される空気力学的構造を更に含む。空気力学的構造が吐出側と吸込側と後縁とを備え、後縁が改変された空気力学的輪郭を有する。
【０００９】
本発明のこれらのおよび他の特徴、態様、および、利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲に関連してより良く理解されるようになる。この明細書に組み入れられてこの明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例示するとともに、明細書本文と共に本発明の原理を説明する役目を果たす。
【００１０】
当業者に向けられる、本発明の最良の形態を含む、本発明の完全且つ可能性を与える開示が、添付図面を参照する明細書に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の１つの実施形態に係るガスタービンシステムの概略図である。
【図２】本開示の１つの実施形態に係るガスタービンシステムの幾つかの部分の断面図である。
【図３】本開示の１つの実施形態に係る移行ダクトの環状配列の斜視図である。
【図４】本開示の１つの実施形態に係る複数の移行ダクトの上面斜視図である。
【図５】本開示の１つの実施形態に係る移行ダクトの側面斜視図である。
【図６】本開示の１つの実施形態に係る、隣り合う移行ダクトを備えるとともに移行ダクト間にエーロフォイルの様々な部分を形成する、移行ダクトアセンブリの断面斜視図である。
【図７】本開示の１つの実施形態に係る、隣り合う移行ダクトを備える移行ダクトアセンブリにより形成される、エーロフォイルの一部分の断面図である。
【図８】本開示の他の実施形態に係る、隣り合う移行ダクトを備える移行ダクトアセンブリにより形成される、エーロフォイルの一部分の断面図である。
【図９】本開示の他の実施形態に係る、隣り合う移行ダクトを備える移行ダクトアセンブリにより形成される、エーロフォイルの一部分の断面図である。
【図１０】本開示の他の実施形態に係る、隣り合う移行ダクトを備える移行ダクトアセンブリにより形成される、エーロフォイルの一部分の断面図である。
【図１１】本開示の１つの実施形態に係る、隣り合う移行ダクトを備える移行ダクトアセンブリにより形成される、エーロフォイルの一部分の側面図である。
【図１２】本開示の他の実施形態に係る、隣り合う移行ダクトを備える移行ダクトアセンブリにより形成される、エーロフォイルの一部分の側面図である。
【図１３】本開示の他の実施形態に係る、隣り合う移行ダクトを備える移行ダクトアセンブリにより形成される、エーロフォイルの一部分の側面図である。
【図１４】本開示の他の実施形態に係る、隣り合う移行ダクトを備える移行ダクトアセンブリにより形成される、エーロフォイルの一部分の側面図である。
【図１５】本開示の他の実施形態に係る、隣り合う移行ダクトを備える移行ダクトアセンブリにより形成される、エーロフォイルの一部分の断面図である。
【図１６】本開示の１つの実施形態に係るガスタービンシステムのタービンセクションの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで、本発明の実施形態を詳しく参照するが、これらの実施形態のうちの１つ以上の例が図面に示される。それぞれの例は、本発明の限定ではない本発明の説明として与えられる。実際に、当業者に明らかなように、本発明においては、本発明の範囲または思想から逸脱することなく、様々な改変および変形をなすことができる。例えば、１つの実施形態の一部として図示されあるいは説明される特徴を他の実施形態と共に使用して、更なる他の実施形態をもたらすことができる。したがって、本発明が添付の特許請求項およびそれらの等価物の範囲内に入るような改変および変形を網羅することが意図される。
【００１３】
図１は、図示の実施形態ではガスタービンシステム１０であるターボ機械の概略図である。言うまでもなく、本開示のターボ機械は、ガスタービンシステム１０である必要はなく、むしろ、蒸気タービンシステムまたは他の適したシステムなどの任意の適したタービンシステムまたは他のターボ機械であってもよい。システム１０は、図示のように、圧縮機セクション１２と、後述するように複数の燃焼器１５を含んでもよい燃焼器セクション１４と、タービンセクション１６とを含んでもよい。圧縮機セクション１２とタービンセクション１６とがシャフト１８によって結合されてもよい。シャフト１８は、単一のシャフトであってもよく、あるいは、シャフト１８を形成するために互いに結合される複数のシャフトセグメントであってもよい。シャフト１８は、発電機または他の適したエネルギー蓄積装置に更に結合されてもよく、あるいは、例えば配電網に対して直接に接続されてもよい。入口セクション１９が圧縮機セクション１２に対して空気流を供給してもよく、また、排ガスは、排気セクション２０を通じてタービンセクション１６から排出されて、システム１０または他の適したシステムで排出されおよび／または利用されてもよい。システム１０からの排ガスは、例えば、大気中へ排出されてもよく、蒸気タービンまたは他の適したシステムへと流されてもよく、あるいは、熱回収蒸気発生器を通じてリサイクルされてもよい。
【００１４】
図２を参照すると、ガスタービンシステム１０の幾つかの部分の簡略化された図が示される。図２に示されるガスタービンシステム１０は、システム１０を通じて流れている後述する作動流体を加圧するための圧縮機セクション１２を備える。圧縮機セクション１２から放出される加圧された作動流体は燃焼器セクション１４へと流れ込み、燃焼器セクション１４は、システム１０の軸の周りに環状の配列を成して配置される複数の燃焼器１５（図２にはその１つだけだ示される）を含んでも良い。燃焼器セクション１４に入る作動流体は、天然ガスまたは他の適した液体あるいは気体などの燃料と混合されて、燃焼される。燃焼高温ガスは、システム１０を駆動させて出力を発生させるために各燃焼器１５からタービンセクション１６へと流れる。
【００１５】
ガスタービンシステム１０の燃焼器１５は、作動流体と燃料とを混合させて燃焼させるための様々な構成要素を含んでもよい。例えば、燃焼器１５は、圧縮機排気ケーシング２１などのケーシング２１を含んでもよい。軸方向に延びる環状スリーブであってもよい様々なスリーブが少なくとも部分的にケーシング２１内に配置されてもよい。図２に示されるスリーブは、スリーブの入口が出口と軸方向で位置合わせされるように略長手方向軸９８に沿って軸方向に延びる。例えば、燃焼器ライナ２２がその内側に燃焼域２４をほぼ画定してもよい。作動流体、燃料、および、随意的な酸化剤の燃焼は、一般に、燃焼域２４内で起こる。結果として生じる燃焼高温ガスは、長手方向軸９８に沿ってほぼ軸方向に燃焼器ライナ２２を通じてトランシジョンピース２６内へと下流側に流れ、その後、長手方向軸９８に沿ってほぼ軸方向にトランシジョンピース２６を通じてタービンセクション１６内へと流れてもよい。
【００１６】
燃焼器１５は、燃料ノズル４０または複数の燃料ノズル４０を更に含んでもよい。燃料は、１つ以上のマニホールド（図示せず）によって燃料ノズル４０へ供給されてもよい。後述するように、燃料ノズル４０または複数の燃料ノズル４０は、燃料および随意的に作動流体を燃焼のために燃焼域２４へ供給してもよい。
【００１７】
ここで、図３〜図１５を参照すると、本開示に係る燃焼器１５は、一般に移行ダクトアセンブリと称される１つ以上の移行ダクト５０を含んでもよい。本開示の移行ダクト５０は、他の燃焼器の様々な軸方向に延びるスリーブの代わりに設けられてもよい。例えば、移行ダクト５０は、軸方向に延びるトランシジョンピース２６、および、随意的には、燃焼器１５の燃焼器ライナ２２に取って代わってもよい。したがって、移行ダクトは、燃料ノズル４０から、あるいは、燃焼器ライナ２２から延びてもよい。本明細書中で論じられるように、移行ダクト５０は、それを通じて作動流体をタービンセクション１６へと流すために、軸方向に延びる燃焼器ライナ２２およびトランシジョンピース２６に優る様々な利点を与えることができる。
【００１８】
図示のように、複数の移行ダクト５０は、長手方向軸９０の周りに環状の配列を成して配置されてもよい。また、各移行ダクト５０は、燃料ノズル４０または複数の燃料ノズル４０とタービンセクション１６との間で延びてもよい。例えば、各移行ダクト５０は、燃料ノズル４０からタービンセクション１６へと延びてもよい。したがって、作動流体は、一般に、燃料ノズル４０から移行ダクト５０を通じてタービンセクション１６へと流れてもよい。幾つかの実施形態において、移行ダクト５０は、好適には、タービンセクションにおける第１段ノズルの排除を可能にしてもよく、それにより、任意の関連する抵抗および圧力降下を排除するとともに、システム１０の効率および出力を高めてもよい。
【００１９】
各移行ダクト５０は、入口５２、出口５４、および、入口と出口との間の通路５６を有してもよい。移行ダクト５０の入口５２および出口５４は、略円形または楕円形の断面、長方形断面、三角形断面、または、任意の他の適した多角形断面を有してもよい。また、言うまでもなく、移行ダクト５０の入口５２および出口５４は、同様に形成される断面を有する必要がない。例えば、１つの実施形態では、入口５２が略円形断面を有してもよく、一方、出口５４が略長方形断面を有してもよい。
【００２０】
また、通路５６が入口５２と出口５４との間でほぼテーパ状を成してもよい。例えば、典型的な実施形態では、通路５６の少なくとも一部が略円錐形に形成されてもよい。しかしながら、これに加えてあるいは代えて、通路５６またはその任意の一部分は、略長方形断面、三角形断面、または、任意の他の適した多角形断面を有してもよい。言うまでもなく、通路５６の断面形状は、通路５６が相対的に大きい入口５２から相対的に小さい出口５４へと先細るにつれて、通路５６またはその任意の一部分の全体にわたって変化してもよい。
【００２１】
複数の移行ダクト５０のそれぞれの出口５４は、それぞれの移行ダクト５０の入口５２からオフセットされてもよい。本明細書中で使用される用語“オフセット”は、定められた座標方向に沿った離間を意味する。複数の移行ダクト５０のそれぞれの出口５４は、長手方向軸９０に沿うオフセットなど、それぞれの移行ダクト５０の入口５２から長手方向にオフセットされてもよい。
【００２２】
また、典型的な実施形態において、複数の移行ダクト５０のそれぞれの出口５４は、接線方向軸９２に沿うオフセットなど、それぞれの移行ダクト５０の入口５２から接線方向にオフセットされてもよい。複数の移行ダクト５０のそれぞれの出口５４がそれぞれの移行ダクト５０の入口５２から接線方向にオフセットされるため、移行ダクト５０は、好適には、後述するように、移行ダクト５０を通じた作動流体の流れの接線方向成分を利用して、タービンセクション１６内の第１段ノズルの必要性を排除する。
【００２３】
更に、典型的な実施形態において、複数の移行ダクト５０のそれぞれの出口５４は、径方向軸９４に沿うオフセットなど、それぞれの移行ダクト５０の入口５２から径方向にオフセットされてもよい。複数の移行ダクト５０のそれぞれの出口５４がそれぞれの移行ダクト５０の入口５２から径方向にオフセットされるため、移行ダクト５０は、好適には、後述するように、移行ダクト５０を通じた作動流体の流れの径方向成分を利用して、タービンセクション１６内の第１段ノズルの必要性を更に排除する。
【００２４】
言うまでもなく、接線方向軸９２および径方向軸９４は、図３に示されるように、移行ダクト５０の環状配列により規定される外周に対してそれぞれの移行ダクト５０ごとに個別に規定され、また、軸９２，９４は、長手方向軸９０の周りに環状の配列を成して配置される移行ダクト５０の数に基づき、外周の周りでそれぞれの移行ダクト５０ごとに異なる。
【００２５】
前述したように、燃焼高温ガスが移行ダクト５０を通じて流された後、燃焼高温ガスは、移行ダクト５０からタービンセクション１６へと流されてもよい。図１６に示されるように、本開示に係るタービンセクション１６は、高温ガス経路１０４を画定してもよいシュラウド１０２を含んでもよい。シュラウド１０２は複数のシュラウドブロック１０６から形成されてもよい。シュラウドブロック１０６は１つ以上の環状配列を成して配置されてもよく、各環状配列は、その内側に高温ガス経路１０４の一部を画定してもよい。
【００２６】
タービンセクション１６は、複数のバケット１１２と複数のノズル１１４とを更に含んでもよい。複数のバケット１１２およびノズル１１４のそれぞれは、少なくとも一部が高温ガス経路１０４内に配置されてもよい。また、複数のバケット１１２および複数のノズル１１４は１つ以上の環状配列を成して配置されてもよく、各環状配列は、その内側に高温ガス経路１０４の一部を画定してもよい。
【００２７】
タービンセクション１６は複数のタービン段を含んでもよい。それぞれの段は、環状配列を成して配置される複数のバケット１１２と、環状配列を成して配置される複数のノズル１１４とを含んでもよい。例えば、１つの実施形態では、図１６に示されるように、タービンセクション１６が３つの段を有してもよい。例えば、タービンセクション１６の第１段は、第１段ノズルアセンブリ（図示せず）と第１段バケットアセンブリ１２２とを含んでもよい。ノズルアセンブリは、シャフト１８の周りで周方向に配置されて固定される複数のノズル１１４を含んでもよい。バケットアセンブリ１２２は、シャフト１８の周りで周方向に配置されてシャフト１８に結合される複数のバケット１１２を含んでもよい。しかしながら、タービンセクションが複数の移行ダクト５０を備える燃焼器セクション１４に結合される典型的な実施形態では、ノズルが第１段バケットアセンブリ１２２の上流側に配置されないように第１段ノズルアセンブリが排除されてもよい。上流側は、高温ガス経路１０４を通じた燃焼高温ガスの流れに対して規定されてもよい。
【００２８】
タービンセクション１６の第２段は、第２段ノズルアセンブリ１２３と第２段バケットアセンブリ１２４とを含んでもよい。ノズルアセンブリ１２３内に含まれるノズル１１４は、シャフト１８の周りで周方向に配置されて固定されてもよい。バケットアセンブリ１２４内に含まれるバケット１１２は、シャフト１８の周りで周方向に配置されてシャフト１８に結合されてもよい。したがって、第２段ノズルアセンブリ１２３は、高温ガス経路１０４に沿って第１段バケットアセンブリ１２２と第２段バケットアセンブリ１２４との間に位置付けられる。タービンセクション１６の第３段は、第３段ノズルアセンブリ１２５と第３段バケットアセンブリ１２６とを含んでもよい。ノズルアセンブリ１２５内に含まれるノズル１１４は、シャフト１８の周りで周方向に配置されて固定されてもよい。バケットアセンブリ１２６内に含まれるバケット１１２は、シャフト１８の周りで周方向に配置されてシャフト１８に結合されてもよい。したがって、第３段ノズルアセンブリ１２５は、高温ガス経路１０４に沿って第２段バケットアセンブリ１２４と第３段バケットアセンブリ１２６との間に位置付けられる。
【００２９】
言うまでもなく、タービンセクション１６は３段に限定されず、むしろ、任意の数の段が本開示の範囲および思想の中に入る。
【００３０】
各移行ダクト５０は、１つ以上の隣接する移行ダクト５０と接続してもよい。例えば、図４〜図１２は、複数の移行ダクト５０のうちの第１の移行ダクト１３０および第２の移行ダクト１３２を示す。これらの隣り合う移行ダクト１３０，１３２は、移行ダクト５０の出口に含まれる外面であってもよい接触面１３４を含んでもよい。接触面１３４は、移行ダクト５０間に界面を与えるべく、図示のように、隣接する隣り合う移行ダクト５０の関連する接触面１３４と接触してもよい。例えば、第１および第２の移行ダクト１３０，１３２の接触面１３４は、図示のように、互いに接触して、第１および第２の移行ダクト１３０，１３２間に界面を与えてもよい。
【００３１】
また、第１および第２の移行ダクト１３０，１３２などの隣接する移行ダクト５０は、それらの間にエーロフォイルの様々な空気力学的表面を有する空気力学的構造１４０を形成するように組み合わさってもよい。そのような空気力学的構造１４０は、例えば、移行ダクト５０の通路５６の内面によって規定されてもよく、また、更に、隣接する移行ダクト５０の接触面１３４が互いに接続するときに形成されてもよい。これらの様々な表面は、移行ダクト５０内の高温ガスの流れを変え、それにより、前述したように第１段ノズルの必要性を排除してもよい。例えば、図６〜図８に示されるように、第１の移行ダクト１３０などの移行ダクト５０の通路５６の内面が吐出側１４２を規定してもよく、一方、第２の移行ダクト１３２などの隣接する移行ダクト５０の通路５６の反対側の内面が吸込側１４４を規定してもよい。隣接する移行ダクト５０、例えばその接触面１３４が互いに接続するときに、吐出側１４２と吸込側１４４とが後縁１４６を規定するように結合してもよい。
【００３２】
ここで、図７〜図１５を参照すると、本開示に係る空気力学的構造１４０は、改変された空気力学的な輪郭を有する後縁１４６を含む。改変された空気力学的な輪郭は、典型的な実施形態では、一般的には例えば空気力学的な損失を減らして動作中の伴流を更に減らすことによって、移行ダクト５０およびターボ機械の効率を高めてもよい。更に、そのような改変された空気力学的輪郭は、１段のバケットアセンブリに影響を与える略均一な速度および温度場をもたらしてもよい。このようにすると、１段のバケットアセンブリは、好適には、減少された高サイクル疲労負荷および熱負荷を受ける。したがって、そのような流れ状態は、１段のバケットアセンブリの耐久性を向上させることができる。
【００３３】
後縁１４６は、後縁１４６の形状および／または後縁１４６の方向の変更によって改変された空気力学的輪郭を有してもよい。例えば、図７〜図１０は、本開示の典型的な実施形態に係る改変された空気力学的輪郭を有する後縁１４６の様々な実施形態を示す。図示のように、本開示に係る空気力学的構造１４０は、翼弦方向軸１５２、翼幅方向軸１５４、および、ヨー軸１５６を規定する。各軸１５２，１５４，１５６は、図示のごとく、例えばヨー軸１５６が翼弦方向軸１５２および翼幅方向軸１５４に対して垂直であるように、他の軸に対して略垂直である。図７および図８は、翼幅方向軸１５４とヨー軸１５６とにより規定される平面を伴う空気力学的構造１４０の図を示す。図示のように、後縁１４６またはその少なくとも一部は、この平面内で曲線状または山形状であってもよい。例えば、幾つかの実施形態では、図７に示されるように、後縁１４６が吐出側１４２へ向けて湾曲されてもよく、一方、他の実施形態では、図８に示されるように、後縁１４６が吸込側１４４へ向けて湾曲されてもよい。また、図７および図８は、単一の曲線セクションを有する後縁１４６を示すが、他の実施形態では、図１０に示されるように、後縁１４６が複数の曲線セクションを含んでもよい。各セクションは、吐出側１４２または吸込側１４４へ向けて湾曲されてもよい独立の曲線を有してもよい。２つ、３つ、４つ、または、それ以上の曲線セクションが設けられてもよい。したがって、後縁１４６は、吐出側１４２へ向かう曲線と吸込側１４４へ向かう曲線とを交互に入れ替える曲線パターンを有してもよい。あるいは、図９を参照すると、後縁１４６は、翼幅方向軸１５４とヨー軸１５６とにより規定される平面内でのこぎり歯パターンが一般に後縁１４６またはその一部にわたって設けられるように、複数の山形１６３を備えてもよい。あるいは、山形１６３の作用と同様な乱流を引き起こすために、剛毛または他の適切に形成された特徴形態が後縁１４６に設けられて前記平面内で延びてもよい。
【００３４】
図１１〜図１３は、改変された空気力学的輪郭を有する後縁１４６を伴う空気力学的構造１４０の様々な更なる実施形態を示す。例えば、図１１〜図１３は、翼弦方向軸１５２と翼幅方向軸１５４とによって規定される平面内の空気力学的構造１４０の図を示す。図示のように、後縁１４６またはその一部がこの平面内で曲線を成してもよい。例えば、図１１に示される幾つかの実施形態では、後縁１４６が凸状の曲線形状を有してもよい。他の実施形態では、図１２に示されるように、後縁１４６が凹状の曲線形状を有してもよい。更に、図１１および図１２は単一の曲線セクションを有する後縁１４６を示すが、他の実施形態では、図１３に示されるように、後縁１４６が複数の曲線セクション１６２を含んでもよい。各セクション１６２は、図示のような凸状または凹状であってもよい独立した曲線を有してもよい。２つ、３つ、４つ、または、それ以上の曲線セクション１６２が設けられてもよい。
【００３５】
図１４は、翼弦方向軸１５２と翼幅方向軸１５４とによって規定される平面内に改変された空気力学的輪郭を有する後縁１４６を伴う空気力学的構造１４０の更なる実施形態を示す。これらの実施形態において、後縁１４６は、翼弦方向軸１５２と翼幅方向軸１５４とにより規定される平面内でのこぎり歯パターンが一般に後縁１４６またはその一部にわたって設けられるように、複数の山形１６４を備える。あるいは、山形１６４の作用と同様な乱流を引き起こすために、剛毛または他の適切に形成された特徴形態が後縁１４６に設けられて前記平面内で延びてもよい。
【００３６】
図１５は、改変された空気力学的輪郭を有する後縁１４６を伴う空気力学的構造１４０の更なる実施形態を示す。これらの実施形態では、後縁１４６内に、例えば接触面１３４の一部分間に１つ以上のチャネル１６６が画定されてもよい。燃焼ガス、冷却ガス等の一部などの適切なガス１６８の噴流がチャネル１６６を通じて流されて後縁１４６で排出されてもよい。このようにすると、チャネル１６６と該チャネルからの排ガス１６８とによって流体工学混合を促進させることができる。チャネル１６６は、翼弦方向軸１５２にほぼ沿って、あるいは、適切な角度で、例えば翼弦方向軸１５２とヨー軸１５６とにより規定される平面内および／または翼弦方向軸１５２と翼幅方向軸１５４とにより規定される平面内で翼弦方向軸１５２に対して所定の角度で、ガス１６８が排出されるように位置付けられてもよい。
【００３７】
したがって、それらの間に空気力学的構造１４０を規定する複数の移行ダクト５０を備える本開示に係る移行ダクトアセンブリは、ターボ機械動作中に高い効率を受けることができ有利である。例えば、本明細書中で論じられるような改変された空気力学的輪郭を有する後縁１４６を含む空気力学的構造１４０の使用は、一般に例えば空気力学的な損失を減らして動作中の伴流を更に減らすことによって、移行ダクト５０およびターボ機械の効率を高めることができる。
【００３８】
この書かれた説明は、最良の形態を含む複数の例を使用して、本発明を開示するとともに、任意の装置またはシステムを形成して使用すること、任意の組み入れられた方法を実行することを含めて、任意の当業者が発明を実施できるようにする。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲により規定されており、また、当業者が想起する他の例を含んでもよい。そのような他の例は、それらの例が特許請求項の文字通りの言葉とは異ならない構造要素を含む場合あるいはそれらの例が特許請求項の文字通りの言葉と実体的に差異がない等価な構造要素を含む場合には特許請求の範囲内に入るように意図される。
【符号の説明】
【００３９】
１０  タービンシステム、システム
１２  圧縮機セクション
１４  燃焼器セクション
１５  燃焼器
１６  タービンセクション
１８  シャフト
１９  入口セクション
２０  排気セクション
２１  圧縮機排気ケーシング、ケーシング
２２  燃焼器ライナ
２４  燃焼域
２６  トランシジョンピース
４０  燃料ノズル
５０  移行ダクト
５２  入口
５４  出口
５６  通路
９０  長手方向軸
９２  接線方向軸
９４  径方向軸
９８  長手方向軸
１０２  シュラウド
１０４  高温ガス経路
１０６  シュラウドブロック
１１２  バケット
１１４  ノズル
１２２  第１段バケットアセンブリ
１２３  第２段ノズルアセンブリ
１２４  第２段バケットアセンブリ
１２５  第３段ノズルアセンブリ
１２６  第３段バケットアセンブリ
１３０  第１の移行ダクト
１３２  第２の移行ダクト
１３４  接触面
１４０  空気力学的構造
１４２  吐出側
１４４  吸込側
１４６  後縁
１５２  翼弦方向軸
１５４  翼幅方向軸
１５６  ヨー軸
１６２  曲線セクション
１６３  山形
１６４  山形
１６６  チャネル
１６８  排ガス
【図１】
2015083916.tif 000003
【図２】
2015083916.tif 000004
【図３】
2015083916.tif 000005
【図４】
2015083916.tif 000006
【図５】
2015083916.tif 000007
【図６】
2015083916.tif 000008
【図７】
2015083916.tif 000009
【図８】
2015083916.tif 000010
【図９】
2015083916.tif 000011
【図１０】
2015083916.tif 000012
【図１１】
2015083916.tif 000013
【図１２】
2015083916.tif 000014
【図１３】
2015083916.tif 000015
【図１４】
2015083916.tif 000016
【図１５】
2015083916.tif 000017
【図１６】
2015083916.tif 000018
【外国語明細書】
2015083916000001.pdf