(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータアッセンブリ（１４４）から半径方向に延在する複数のブレード（１４２）を有する第１段のブレード列（１０４）を備える燃焼タービンサブシステム（１３８）内のガス流を周方向（１４６）で回転させるように案内するための移行ダクトシステム（１００）であって、前記周方向（１４６）は接線方向成分（１４８）を含み、前記ロータアッセンブリ（１４４）の軸線（１５０）は長手方向（１５２）を規定し、少なくとも１つの燃焼器（１０２）が、前記第１段のブレード列（１０４）の長手方向上流に位置し、かつ前記第１段のブレード列（１０４）の半径方向外側に位置している、移行ダクトシステム（１００）において、
入口（１３２）と出口（１３４）との間に延在する内部通路（１３０）を有する第１の移行ダクト体（１２６）を有していて、
該第１の移行ダクト体（１２６）の前記出口（１３４）は前記入口（１３２）から前記長手方向（１５２）及び前記接線方向（１４８）でずらされており、
前記第１の移行ダクト体（１２６）の前記出口（１３４）は、半径方向内側面（１７０）にほぼ対向して位置する半径方向外側面（１６８）によって形成されていて、前記半径方向外側面及び内側面（１６８，１７０）は、互いに対向して位置する第１及び第２の側壁（１７２，１７４）により互いに連結されており、
入口（１８４）と出口（１８６）との間に延在する内部通路（１３０）を有する第２の移行ダクト体（１２８）を有していて、
該第２の移行ダクト体（１２８）の前記出口（１８６）は前記入口（１８４）から前記長手方向（１５２）及び前記接線方向（１４８）でずらされており、
前記第２の移行ダクト体（１２８）の前記出口（１８６）は、半径方向内側面（１９０）にほぼ対向して位置する半径方向外側面（１８８）によって形成されていて、前記半径方向外側面及び内側面（１８８，１９０）は、互いに対向して位置する第１及び第２の側壁（１９２，１９４）により互いに連結されており、
前記第１の移行ダクト体（１２６）の第１の側壁（１７２）は前記第２の移行ダクト体（１２８）の第２の側壁（１９４）に交差して、収束流れ接合部（１９６）を形成しており、
該収束流れ接合部（１９６）内に位置する凹部（３００）を有していて、
前記収束流れ接合部（１９６）の後縁（３０１）を形成するように、前記収束流れ接合部（１９６）の下流端部（３０２）で前記凹部（３００）内に位置した、収束流れ接合部挿入体（１２０）を有していることを特徴とする、移行ダクトシステム（１００）。
【請求項２】
前記収束流れ接合部（１９６）に前記収束流れ接合部挿入体（１２０）を取り付けるように構成された挿入体取付システム（３０３）をさらに有している、請求項１記載の移行ダクトシステム（１００）。
【請求項３】
前記挿入体取付システム（３０３）は、前記収束流れ接合部挿入体（１２０）内及び前記収束流れ接合部（１９６）内へと延在する少なくとも１つのピン（３０４）を有している、請求項２記載の移行ダクトシステム（１００）。
【請求項４】
前記挿入体取付システム（３０３）は、前記収束流れ接合部挿入体（１２０）を貫通し、前記収束流れ接合部（１９６）を貫通して延在する少なくとも１つのピン（３０４）を有している、請求項３記載の移行ダクトシステム（１００）。
【請求項５】
前記挿入体取付システム（３０３）は、前記少なくとも１つのピン（３０４）の第１の端部を固定するための少なくとも１つのカラー（３０６）をさらに有している、請求項３記載の移行ダクトシステム（１００）。
【請求項６】
前記収束流れ接合部挿入体（１２０）内に内部冷却システム（３１２）をさらに有している、請求項１記載の移行ダクトシステム（１００）。
【請求項７】
前記内部冷却システム（３１２）は少なくとも１つの内部冷却チャンバ（３１４）を有していて、該内部冷却チャンバ（３１４）は、該内部冷却チャンバ（３１４）内の入口（３１８）から、前記収束流れ接合部挿入体（１２０）を形成する外壁（３２０）を貫通して延在する少なくとも１つの排出オリフィス（３１６）に流体連通している、請求項６記載の移行ダクトシステム（１００）。
【請求項８】
前記内部冷却システム（３１２）の前記少なくとも１つの排出オリフィス（３１６）は、前記少なくとも１つの内部冷却チャンバ（３１４）から、前記収束流れ接合部挿入体（１２０）が収容されている前記凹部（３００）を形成する面（３２６）に面した外面（３２４）における排出口（３２２）まで延在する少なくとも１つの排出オリフィス（３１６）と、前記少なくとも１つの内部冷却チャンバ（３１４）から、下流に面し、前記収束流れ接合部挿入体（１２０）が収容されている前記凹部（３００）から離れている外面（３３２）における排出口（３３０）まで延在している少なくとも１つのオリフィス（３１８）と、を有している、請求項７記載の移行ダクトシステム（１００）。
【請求項９】
前記内部冷却システム（３１２）の少なくとも一部は、前記収束流れ接合部（１９６）に前記収束流れ接合部挿入体（１２０）を取り付けるように構成された挿入体取付システム（３０３）の少なくとも一部を形成するピン（３０４）内に含まれている、請求項７記載の移行ダクトシステム（１００）。
【請求項１０】
前記ピン（３０４）は、前記収束流れ接合部（１９６）の前記下流端部（２０４）における前記凹部（３００）の外側に位置する少なくとも１つの入口（３３６）を有する内部通路（３３４）を有しており、かつ、前記少なくとも１つの内部冷却チャンバ（３４０）に流体連通した少なくとも１つの排出口（３３８）を有している、請求項９記載の移行ダクトシステム（１００）。
【請求項１１】
前記ピン（３０４）は、前記ピン（３０４）の前記内部通路（３３４）に連通する、前記ピン（３０４）の第１端部（３４４）における第１の入口（３４２）を有していて、かつ、前記第１端部（３４４）とは反対側の前記ピン（３０４）の端部における前記ピン（３０４）の第２端部（３４８）における第２の入口（３４６）を有している、請求項１０記載の移行ダクトシステム（１００）。
【請求項１２】
前記収束流れ接合部挿入体（１２０）のボディ（３５０）は、外側区分（３５２）、内側区分（３５４）、及び前記外側区分（３５２）と前記内側区分（３５４）との間の中間区分（３５６）を有している、請求項１記載の移行ダクトシステム（１００）。
【請求項１３】
前記収束流れ接合部挿入体（１２０）のボディ（３５０）は、外側区分（３５２）、内側区分（３５４）、及び前記外側区分（３５２）と前記内側区分（３５４）との間の中間区分（３５６）を有していて、前記中間区分（３５６）は、前記外側及び内側区分（３５２，３５４）よりも幅の狭い横断面領域を有している、請求項１記載の移行ダクトシステム（１００）。
【請求項１４】
前記内側区分（３５４）は前記中間区分（３５６）よりもさらに下流へと延在していて、前記外側区分（３５２）は前記内側区分（３５４）よりもさらに下流へと延在している、請求項１３記載の移行ダクトシステム（１００）。
【請求項１５】
前記外側区分（３５２）の遠位端部（３５８）における横断面積は、前記内側区分（３５４）の遠位端部（３６０）における横断面積よりも大きい、請求項１３記載の移行ダクトシステム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
本発明の開発は、米国エネルギー省、高度タービン開発プログラム、契約番号ＤＥ−ＦＣ２６−０５ＮＴ４２６４４により部分的に支援されたものである。従って、米国政府は本発明において一定の権利を有することがある。
【０００２】
発明の分野
本発明は、一般にガスタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジンの燃焼器からタービン区分へとガス流を流通させる移行ダクトに関する。
【背景技術】
【０００３】
図１に示すように、従来のガスタービンエンジンでは、燃焼器１０内で形成された燃焼ガスが、複数の移行ダクト１２を経由してタービンアッセンブリへと通過させられる。多くの従来のシステムでは、複数の移行ダクト１２は周方向でずらされることなく長手方向で延在している。第１段のベーン１４の列は、第１列のタービンブレード１６を通過する前に燃焼排ガスを方向転換するために使用される。長手方向の燃焼排ガス流を加速し、周方向に転換するために、タービンアッセンブリにおける第１段のベーン１４を利用することにはいくつかの課題がある。ベーン１４とこれに付随のベーン支持構造とは、極めて高温高圧のガス流の方向を、比較的短い距離において相当の角度にわたって変更する際に発生する力に耐えることのできる高強度特性を有している必要がある。ガス流温度と、このような方向転換プロセスにより生じる熱に対してはベーン冷却システムも必要である。関与する力及び熱は、材料特性を低下させ、亀裂を生じさせ、さらにはベーン及び関連の支持構造を損傷させる。
【０００４】
これらの運転状況を受け入れ、より堅牢な設計を提供するために、図２〜図１０に示すように、燃焼器２２からタービンアッセンブリ２４へと燃焼ガスを方向付ける移行ダクト２０は、周方向に傾斜させられており、これにより、さもなければ第１列のタービンベーンが燃焼排ガスを周方向に傾斜させるのと同じ方向に移行ダクト２０の出口２６が周方向に傾斜させられている。従って、第１列のタービンベーンはもはや不要である。なぜならば、移行ダクト２０から放出された排ガスは既に、正しい周方向のベクトルを有しており、従って第１列のタービンベーンの必要性がなくなっているからである。この明細書にその全内容が援用される、２００８年８月１２日に出願され、２０１２年２月１４日に発行された米国特許第８１１３００３号明細書に示されているように、各移行ダクトの出口は、各移行ダクトの入口に対して周方向で傾斜されている。米国特許第８１１３００３号明細書の移行ダクトシステムにより、タービンアッセンブリ内の第１列のタービンブレードの上流における第１列のタービンベーンの必要性がなくなったものの、図６〜図１０に示すように、高応力領域をなくすことによって、傾斜された移行ダクトシステムの耐用期間を増大させる必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
燃焼タービンエンジン内で燃焼器からタービン区分の第１段へとガス流を流通させる移行ダクトシステムが開示されており、この移行ダクトシステムは、隣接する移行ダクト間の交差部における後縁を形成する１つ以上の収束流れ接合部挿入体を有している。この移行ダクトシステムは、入口と出口との間に延在する内部通路を有する移行ダクトを有していてよく、ガスを接線方向の成分を伴い第１段のタービンへと排出することができる。収束流れ接合部挿入体は、収束流れ接合部挿入体収容部内に含まれていてよく、移行ダクト体から分離されており、収束流れ接合部挿入体はこの移行ダクト体によって位置決めされている。分離されていることにより、収束流れ接合部挿入体内における応力形成が生じず、これにより挿入体の耐用期間が向上する。収束流れ接合部挿入体は、この挿入体が設計限界を超えて摩耗したときに取り替えることができるように取り外し可能であってよい。
【０００６】
本発明をより理解しやすくするために、このシステム内の構成部品の相対的な場所及びこのシステム内における動きの規定の補助となるように、このようなタービンシステムに座標系を適用することができる。ロータアッセンブリの回転軸線は、圧縮機区分、燃焼区分、タービン区分を通って長手方向に延在しており、長手方向を規定している。様々な区分を通る通常の運転流パターンの観点から見ると、タービン構成要素は、互いに対して長手方向上流又は下流に位置するものとして規定することができる。例えば、圧縮機区分は、燃焼区分の長手方向上流にあり、タービン区分は燃焼区分の長手方向下流にある。中心ロータ軸線又は別の長手方向軸線から離れる方向での様々な構成要素の場所は、半径方向において規定することができる。従って、例えばブレードは、ロータディスクから半径方向に、又は放射状に延在している。半径方向内側又は内部にあるより近い場所と比較して、中心ロータ軸線のような長手方向軸線からより離れた場所は、半径方向外側又は外部と規定することができる。
【０００７】
第３の座標方向（周方向）は、ロータアッセンブリの中心軸線のような長手方向軸線を中心とした仮想円に関する特定の構成要素の場所を規定することができる。例えばタービンエンジンにおけるタービンブレードの１つの列を長手方向下流に見る場合、複数の半径方向に半径方向外方へ延在する各ブレードが見える。従って、半径方向は、基準円のサイズを規定することができ、周方向は、基準円に沿った角度位置を規定することができる。
【０００８】
少なくとも１つの実施形態では、移行ダクトシステムは、ロータアッセンブリから半径方向に延在する複数のブレードを有する第１段のブレード列を備える燃焼タービンサブシステム内のガス流を周方向で回転させるように案内し、周方向は接線方向成分を含んでいてよい。燃焼タービンサブシステムは、長手方向を規定するロータアッセンブリの軸線を有していてよく、第１段のブレード列の長手方向上流に位置していて、かつ第１段のブレード列の半径方向外側に位置している少なくとも１つの燃焼器を有していてよい。この移行ダクトシステムは第１の移行ダクト体を有していてよく、この第１の移行ダクト体は、入口と出口との間に延在する内部通路を有している。第１の移行ダクト体の出口は入口から長手方向及び接線方向でずらされていてよい。第１の移行ダクト体の出口は、半径方向内側面にほぼ対向して位置する半径方向外側面によって形成されていて、半径方向外側面及び内側面は、互いに対向して位置する第１及び第２の側壁により互いに連結されていてよい。移行ダクトシステムはさらに、第２の移行ダクト体を有していてよく、第２の移行ダクト体は、入口と出口との間に延在する内部通路を有している。第２の移行ダクト体の出口は入口から長手方向及び接線方向でずらされていてよい。第２の移行ダクト体の出口は、半径方向内側面にほぼ対向して位置する半径方向外側面によって形成されていてよく、半径方向外側面及び内側面は、互いに対向して位置する第１及び第２の側壁により互いに連結されていてよい。第１の移行ダクト体の第１の側壁は第２の移行ダクト体の第２の側壁に交差して、収束流れ接合部を形成してよい。移行ダクトシステムは、収束流れ接合部の後縁を形成するように、収束流れ接合部の下流端部における凹部内に位置する収束流れ接合部挿入体を有していてよい。移行ダクトシステムは、収束流れ接合部挿入体を収容するために、収束流れ接合部内に位置する凹部を有していてよい。
【０００９】
移行ダクトシステムは、収束流れ接合部に収束流れ接合部挿入体を取り付けるように構成された挿入体取付システムを有していてよい。挿入体取付システムは、収束流れ接合部挿入体内及び収束流れ接合部内へと延在する１つ以上のピンを有していてよい。少なくとも１つの実施形態では、挿入体取付システムは、収束流れ接合部挿入体を貫通し、収束流れ接合部を貫通して延在する１つ以上のピンを有していてよい。挿入体取付システムはさらに、少なくとも１つのピンの第１端部を固定する１つ以上のカラーを有していてよい。
【００１０】
移行ダクトシステムはさらに、収束流れ接合部挿入体内に内部冷却システムを備えていてよい。内部冷却システムは１つ以上の内部冷却チャンバを有していてよく、この内部冷却チャンバは、内部冷却チャンバ内の入口から、収束流れ接合部挿入体を形成する外壁を貫通して延在する１つ以上の排出オリフィスに流体連通している。内部冷却システムの排出オリフィスは、内部冷却チャンバから、収束流れ接合部挿入体が収容されている凹部を形成する面に面した外面における排出口まで延在する１つ以上の排出オリフィスと、少なくとも１つの内部冷却チャンバから、下流に面し、収束流れ接合部挿入体が収容されている凹部からは離れている外面における排出口まで延在している１つ以上のオリフィスとを有していてよい。冷却システムの少なくとも一部は、収束流れ接合部に収束流れ接合部挿入体を取り付けるように構成された挿入体取付システムの少なくとも一部を形成するピン内に含まれていてよい。ピンは、収束流れ接合部の下流端部における凹部の外側に位置する１つ以上の入口を有する内部通路を有していてよく、内部冷却チャンバに流体連通した１つ以上の排出口を有していてよい。ピンは、ピンの内部通路に連通するピンの第１端部における第１の入口を有していてよく、かつ、第１端部とは反対側のピンの端部におけるピンの第２端部における第２の入口を有していてよい。
【００１１】
収束流れ接合部挿入体は、外側区分、内側区分、及びこれら外側区分と内側区分との間の中間区分から成るボディを有していてよい。収束流れ接合部挿入体のボディは、外側区分、内側区分、及びこれら外側区分と内側区分との間の中間区分を有していてよく、中間区分は、外側及び内側区分よりも幅の狭い横断面領域を有している。内側区分は中間区分よりもさらに下流へと延在していてよく、外側区分は内側区分よりもさらに下流に延在している。外側区分の遠位端部における横断面積は、内側区分の遠位端部における横断面積よりも大きくてよい。
【００１２】
この移行ダクトシステムの利点は、収束流れ接合部挿入体が、移行ダクトシステム内の機械的応力が高い領域を、収束流れ接合部挿入体収容部内に配置された、最小限の機械的応力にさらされる、場合によっては機械的応力にさらされない収束流れ接合部挿入体に置き換えることにある。
【００１３】
この移行ダクトシステムの別の利点は、収束流れ接合部挿入体が、隣接する移行ダクト間の収束流れ接合部から、鋭利で狭いジオメトリ及びその結果としての応力集中を取り除き、鋭利で狭いジオメトリを収束流れ接合部挿入体に組み込むことにある。
【００１４】
この移行ダクトシステムのさらに別の利点は、収束流れ接合部挿入体が取り外し可能かつ交換可能であって、これにより高速ガスによる腐食のために摩耗した場合には収束流れ接合部挿入体を交換することができることにある。
【００１５】
移行ダクトシステムの別の利点は、収束流れ接合部挿入体が収束流れ接合部挿入体収容部により支持されることにある。収束流れ接合部挿入体収容部は、隣接する移行ダクトの出口の近くの側壁の交差部における材料の蓄積部から形成され、これにより壁の強度は増大するので、これらの壁は圧力負荷により耐性があり、より大きな面積にわたって応力を分散させる。これにより応力レベルは減じられ、移行ダクトシステムの設計寿命は増大する。
【００１６】
これらの実施の形態及びその他の実施の形態を以下により詳細に説明する。
【００１７】
明細書の一部に組み込まれ明細書の一部を形成する添付の図面は、ここに開示される本発明の実施の形態を例示し、詳細な説明と共に本発明の原理を開示する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ガスタービンエンジンの一部を示す断面図である。
【図２】移行ダクトに連結された複数のカニュラ型燃焼器の上半部を下流に面して見た斜視図である。
【図３】移行ダクトの円形列を示す上流側の長手方向で見た図である。
【図４】第１列のタービンブレードに関して移行ダクトを示す側面図である。
【図５】移行ダクトの円形列の平面図である。
【図６】隣接する２つの移行ダクトが配置されている継手部の平面図である。
【図７】図６の７−７線に沿って切断した図６に示した２つの隣接する移行ダクトを示す断面図であり、機械的応力の高い領域が示されている。
【図８】図７の８−８線に沿った細部である隣接する移行ダクト間の交差部における機械的応力が高い領域を詳細に示す斜視図である。
【図９】図７の８−８線に沿った細部である隣接する移行ダクト間の交差部における機械的応力が高い領域を示す別の斜視図である。
【図１０】隣接する移行ダクトが排出口で隣接している様子を示す移行ダクトの内部通路内を上流方向に見た２つの隣接する移行ダクトを示す部分的な斜視図である。
【図１１】移行ダクトに連結された複数のカニュラ型燃焼器の上半部を下流に面して見た斜視図である。
【図１２】移行ダクトの円形列を示す上流側の長手方向で見た図である。
【図１３】第１列のタービンブレードに関して移行ダクトを示す側面図である。
【図１４】第１列のタービンブレードのすぐ上流で互いに連結された複数の移行ダクトを示す斜視図である。
【図１５】図１０に示された移行ダクトを単純化して示す側面図である。
【図１６】２つの隣接する移行ダクト間の交差部における収束流れ接合部挿入体収容部内に位置する収束流れ接合部挿入体を有する、互いに連結された２つの隣接する移行ダクトの外面をその下流端部で示す斜視図である。
【図１７】２つの隣接する移行ダクト間の交差部における収束流れ接合部挿入体収容部内に位置する収束流れ接合部挿入体を示す斜視図である。
【図１８】図１６の１８−１８線に沿って切断した２つの隣接する移行ダクト間の収束流れ接合部を示す断面図である。
【図１９】図１６の１９−１９線に沿って切断した２つの隣接する移行ダクト間の収束流れ接合部を示す断面図である。
【図２０】図１６の２０−２０線に沿って切断した２つの隣接する移行ダクト間の収束流れ接合部を示す断面図である。
【図２１】図１６の２１−２１線に沿って切断した２つの隣接する移行ダクト間の収束流れ接合部を示す断面図である。
【図２２】収束流れ接合部挿入体が収束流れ接合部挿入体収容部内に含まれていない状態で、２つの隣接する移行ダクト間の収束流れ接合部における収束流れ接合部挿入体収容部の内面をその下流端部で示す斜視図である。
【図２３】収束流れ接合部挿入体が収束流れ接合部挿入体収容部内に位置している状態で、２つの隣接する移行ダクト間の収束流れ接合部における収束流れ接合部挿入体収容部の内面をその下流端部で示す斜視図である。
【図２４】図２３とは異なる角度から収束流れ接合部挿入体を見た斜視図である。
【図２５】収束流れ接合部挿入体が収束流れ接合部挿入体収容部内に含まれていない状態で収束流れ接合部挿入体収容部の下流の内面が示されている、２つの隣接する移行ダクト間の収束流れ接合部における収束流れ接合部挿入体収容部の外面をその下流端部で示す斜視図である。
【図２６】収束流れ接合部挿入体が収束流れ接合部挿入体収容部内に含まれていない状態で収束流れ接合部挿入体収容部の上流の内面が示されている、２つの隣接する移行ダクト間の収束流れ接合部における収束流れ接合部挿入体収容部の外面をその下流端部で図２５とは異なる方向から見た別の斜視図である。
【図２７】２つの隣接する移行ダクト間の収束流れ接合部における収束流れ接合部挿入体収容部の挿入体側ではない外面をその下流端部で示す斜視図である。
【図２８】２つの隣接する移行ダクト間の交差部における収束流れ接合部挿入体収容部内に位置する収束流れ接合部挿入体を有し互いに連結された２つの隣接する移行ダクトの外面をその下流端部で示す斜視図に関して示す、図２３の２８−２８線に沿って切断した収束流れ接合部挿入体の断面平面図である。
【図２９】図２８の２９−２９線に沿って切断した収束流れ接合部挿入体の側方断面図である。
【図３０】図２９に示された収束流れ接合部挿入体の底面図である。
【図３１】図２９に示された収束流れ接合部挿入体の正面図である。
【図３２】図２８の３２−３２線に沿って切断した２つの隣接する移行ダクト間の交差部における収束流れ接合部挿入体収容部内に位置する収束流れ接合部挿入体を示す断面図である。
【図３３】別の実施形態における外面の可能な選択的な位置を示す選択的な外面の場所と共に示した内部冷却システムを備えた収束流れ接合部挿入体の断面図である。
【図３４】図３３に示された収束流れ接合部挿入体の上流端部を見た図である。
【図３５】図３３の３５−３５線に沿って切断した収束流れ接合部挿入体の断面図である。
【図３６】図３３の３５−３５線に沿って切断した異なる内部冷却システム構造を備えた収束流れ接合部挿入体の別の実施形態を示す断面図である。
【図３７】図１６の３７−３７線に沿って切断した収束流れ接合部挿入体の構造を示す断面図である。
【図３８】収束流れ接合部挿入体が凹部を画定する外壁から突出していない状態で、凹部内に位置している収束流れ接合部挿入体の選択的な実施形態を有する、２つの隣接する移行ダクト間の収束流れ接合部における収束流れ接合部挿入体収容部の内面の選択的な実施形態をその下流端部で示す斜視図である。
【図３９】図３８に示された収束流れ接合部挿入体の側面図である。
【図４０】図３８に示された収束流れ接合部挿入体の右側面図である。
【図４１】図３８に示された収束流れ接合部挿入体の左側面図である。
【図４２】図３８に示された収束流れ接合部挿入体の斜視図である。
【図４３】図４２の４３−４３線に沿って切断した図３８の収束流れ接合部挿入体の側方断面図である。
【図４４】図３８に示された収束流れ接合部挿入体を貫通して延在するピンの第１の端部の斜視図である。
【図４５】図３８に示された収束流れ接合部挿入体を貫通して延在するピンの第２の端部の斜視図である。
【図４６】２つの隣接する移行ダクト間の交差部における収束流れ接合部挿入体収容部内に位置する図３８の収束流れ接合部挿入体を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１１〜図４６に示すように、燃焼タービンエンジン１０８内で燃焼器１０２からタービン区分１０６の第１段１０４へとガス流を案内する移行ダクトシステム１００が開示されており、この移行ダクトシステム１００は、隣接する移行ダクト１２６，１２８間の交差部１２４における後縁１２２を形成する１つ以上の収束流れ接合部挿入体１２０を有している。この移行ダクトシステム１００は、入口１３２と出口１３４との間に延在する内部通路１３０を有する移行ダクト１２６を有していてよく、ガスを接線方向の成分を伴って第１段のタービン１１４へと排出することができる。収束流れ接合部挿入体１２０は、収束流れ接合部挿入体収容部１３６内に含まれていてよく、移行ダクト体１２６，１２８から分離されていてもよい。収束流れ接合部挿入体１２０はこれらの移行ダクト体１２６，１２８によって位置決めされている。側面で分離されていることにより、収束流れ接合部挿入体１２０内での応力形成が生じず、これにより挿入体１２０の耐用期間が向上する。収束流れ接合部挿入体１２０は、この挿入体１２０が設計限界を超えて摩耗したときに取り替えることができるように取り外し可能であってよい。
【００２０】
少なくとも１つの実施形態では、移行ダクトシステム１００は、ロータアッセンブリ１４４から半径方向に延在する複数のブレード１４２を有する第１段のブレード列１０４を備える燃焼タービンサブシステム１３８内のガス流を周方向１４６で回転させるように案内してよく、周方向１４６は接線方向成分１４８を含んでいてよい。燃焼タービンサブシステム１３８はさらに、長手方向１５２を規定するロータアッセンブリ１４４の軸線１５０を有していてよく、少なくとも１つの燃焼器１０２が、第１段のブレード列１０４の長手方向上流に位置していて、かつ第１段のブレード列１０４の半径方向外側に位置している。
【００２１】
移行ダクトシステム１００は、互いに連結された複数の移行ダクト１２６，１２８を有していてよく、これらの移行ダクト１２６，１２８は、接線方向の成分１４８を伴い下流方向に燃焼ガスを排出するようになっていて、これにより、従来のガスタービンエンジンに見られるような、第１段のタービンブレード列の上流における第１段のタービンベーン列の必要性が排除されている。特に、この移行ダクトシステム１００は、第１の移行ダクト体１２６を有していてよく、この第１の移行ダクト体１２６は、入口１３２と出口１３４との間に延在する内部通路１３０を有している。第１の移行ダクト体１２６の出口１３４は入口１３２から長手方向１５２及び接線方向１４８でずらされている。第１の移行ダクト体１２６の出口１３４は、半径方向内側面１７０にほぼ対向して位置する半径方向外側面１６８によって形成されていてよく、半径方向外側面及び内側面１６８，１７０は、互いに対向して位置する第１及び第２の側壁１７２，１７４により互いに連結されていてよい。
【００２２】
移行ダクトシステム１００は、第２の移行ダクト体１２８を有していてよく、第２の移行ダクト体１２８は、入口１８４と出口１８６との間に延在する内部通路１８２を有している。第２の移行ダクト体１２８の出口１８６は入口１８４から長手方向１５２及び接線方向１４８でずらされていてよい。第２の移行ダクト体１２８の出口１８６は、半径方向内側面１９０にほぼ対向して位置する半径方向外側面１８８によって形成されていてよく、半径方向外側面及び内側面１８８，１９０は、互いに対向して位置する第１及び第２の側壁１９２，１９４により互いに連結されていてよい。第１の移行ダクト１２６が第２の移行ダクト体１２８の隣に配置される場合は、第１の移行ダクト体１２６の第１の側壁１７２は第２の移行ダクト体１２８の第２の側壁１９４に交差して、収束流れ接合部１９６を形成する。少なくとも１つの実施形態では、第１の移行ダクト体１２６の第１の側壁１７２は、第２の移行ダクト体１２８が第１の移行ダクト体１２６の側方に組み立てられたとき、第２の移行ダクト体１２８の第２の側壁１９４と同一平面にあるように構成されてよい。第１及び第２の移行ダクト体１２６，１２８の長手方向軸線２７０，２７２は、周方向１４６で互いにずらされていてよい。
【００２３】
移行ダクトシステム１００はさらに、収束流れ接合部１９６の後縁１２２を形成するように、収束流れ接合部１９６の外壁２０２を貫通して延在しかつ収束流れ接合部１９６の下流端部２０４に位置した、収束流れ接合部挿入体１２０を有していてよい。収束流れ接合部挿入体１２０は、従来のシステムにおける機械的応力が高い場所に配置されている。収束流れ接合部挿入体１２０は、第１の移行ダクト体１２６の第１の側壁１７２と、第２の移行ダクト体１２８の第２の側壁１９４とから分離されていてよい。分離されていて、さらに収束流れ接合部１９６の後縁１２２として機能するように配置されていることにより、収束流れ接合部挿入体１２０は、機械的応力にさらされることなく機能することができる。収束流れ接合部挿入体１２０は、収束流れ接合部挿入体収容部１３６内に含まれていてよい。収束流れ接合部挿入体収容部１３６は、収束流れ接合部１９６に位置していてよく、収束流れ接合部挿入体１２０を収容するように構成されていてよい。図２２〜図２６に示すように、収束流れ接合部挿入体収容部１３６は、収束流れ接合部挿入体１２０に支持を提供する少なくとも１つの挿入体収容オリフィス２１０を画定する１つ以上の内壁２０８を有していてよい。収束流れ接合部挿入体収容部１３６は、１つ以上のフランジ接触面２１２を有していてもよい。このフランジ接触面２１２は、図２９〜図３７に示すように、収束流れ接合部挿入体１２０が移行ダクトシステム１００の下流のタービン内に吸い込まれるのを防止するために挿入体１２０の第１端部２１６に配置されたフランジ２１４を支持するように構成されている。収束流れ接合部挿入体１２０は、移行ダクトシステム１００内に取り外し可能に取り付けられていてよい。収束流れ接合部挿入体１２０は、収束流れ接合部挿入体収容部１３６に、溶接又は、既に発明された又はまだ発明されていない任意の方法によって連結されてよい。
【００２４】
収束流れ接合部挿入体１２０は、フランジ２１４を備えたボディ２１８により形成されてよい。フランジ２１４は、収束流れ接合部挿入体１２０が移行ダクトシステム１００の下流のタービン内に吸い込まれることを防止するために挿入体１２０の第１端部２１６に配置されている。収束流れ接合部挿入体１２０のフランジ２１４は、収束流れ接合部挿入体１２０のボディ２１８よりも大きな横断面積を有していてよい。収束流れ接合部挿入体１２０は、第１の移行ダクト体１２６の第１の側壁１７２の延長部を形成する第１の側面２６０と、第２の移行ダクト体１２８の第２の側壁１９４の延長部を形成する第２の側面２６２とから形成されてよい。フランジ２１４とボディ２１８とは一体構造体であってよい。別の実施形態では、フランジ２１４は、溶接、ろう接、その他の適切な接続機構を介してボディ２１８に連結されてもよい。
【００２５】
収束流れ接合部挿入体１２０のボディ２１８は、第１の側面２２２から、この第１の側面２２２に対向する第２の側面２２４まで一様の厚さを有する第１の区分２２０と、この第１の区分２２０から延在し、収束流れ接合部挿入体１２０の外側下流先端２２８を形成する第２の区分２２６とを有していてよい。第２の区分２２６は一様の厚さを有しておらず、上流縁２３０における厚さよりも小さい外側下流先端２２８における厚さを有している。図２０に示すように、収束流れ接合部挿入体１２０の第１の区分２２０は、第２の区分２２６よりも、収束流れ接合部挿入体収容部１３６の近くに位置していてよい。第２の区分２２６は、第１の側面２３１と、この第１の側面２３１に対向して位置する第２の側面２３３とを有していてよい。第１及び第２の側面２３１，２３３は、第１の移行ダクト体１２６の第１の側壁１７２と、第２の移行ダクト体１２８の第２の側壁１９４との内面をそれぞれ複製する幾分凸状の面を有していてよい。収束流れ接合部挿入体１２０の後縁２２９は、第１及び第２の移行体１２６，１２８の間の交差部１２４の輪郭に沿うように、第１の区分２２０から第２の区分２２６の遠位端部２３２にまで延在する概ね湾曲した形状を有していてよい。
【００２６】
図３３〜図３６に示すように、収束流れ接合部挿入体１２０は、収束流れ接合部挿入体１２０内に内部冷却システム２３４を有していてよい。内部冷却システム２３４は、第１及び第２の移行ダクト１２６，１２８の交差部１２４において高温ガス路内へ延在している場合に収束流れ接合部挿入体１２０を十分に冷却するように構成された任意の適切な形状を有していてよい。内部冷却システム２３４は１つ以上の内部冷却チャンバ２３６を有していてよく、この内部冷却チャンバ２３６は、内部冷却チャンバ２３６内の入口２４０から、収束流れ接合部挿入体１２０の第２の区分２２６を形成する外壁２４２を通って延在する１つ以上の排出オリフィス２３８に流体連通している。第２の区分２２６は、収束流れ接合部挿入体１２０の外側下流先端２２８を有していてよく、少なくとも１つの排出オリフィス２３８の出口２４４は、内部冷却チャンバ２３６の外面２４６に位置していてよい。少なくとも１つの実施形態では、内部冷却システム２３４は、内部冷却チャンバ２３６の入口２４０から、収束流れ接合部挿入体１２０の第２の区分２２６を形成する外壁２４２を通って、内部冷却チャンバ２３６の外面２４６に位置する排出オリフィス２３８の出口２４４へと延在する複数の排出オリフィス２３８を有していてよい。
【００２７】
内部冷却システム２３４は１つ以上のインピンジメントプレート２４８を有していてよい。このインピンジメントプレート２４８は、図３５に示すように、内部冷却チャンバ２３６内に位置し、収束流れ接合部挿入体１２０を形成する第１の側面２５０から、第１の側面２５０に対向する第２の側面２５２へと延在している。インピンジメントプレート２４８は１つ以上のインピンジメントオリフィス２５４を有していてよく、少なくとも１つの実施形態では、複数のインピンジメントオリフィス２５４を有していてよい。図３６に示すように、別の実施形態では、内部冷却システム２３４は、収束流れ接合部挿入体１２０を形成する外壁２４２の体積の半分よりも小さい内部容積を有する１つ以上の内部冷却チャンバ２３６を有していてよい。１つ以上の排出オリフィス２３８は、内部冷却チャンバ２３６内の入口２４０から、収束流れ接合部挿入体１２０の第１の区分２２０を形成する外壁２５６を貫通して延在していてよい。第１の区分２２０は、第１の側面２２２から、第１の側面２２２に対向する第２の側面２２４まで一様の厚さを有していてよい。１つ以上の排出オリフィス２３８は、内部冷却チャンバ２３６内の入口２４０から、収束流れ接合部挿入体１２０の第２の区分２２６を形成する外壁２４２を貫通して延在していてよい。第２の区分２２６は第１の区分２２０から延在していてよく、収束流れ接合部挿入体１２０の外側下流先端２２８を形成してよい。第２の区分２２６は一様の厚さを有していなくてよく、第２の区分２２６の上流縁２３０における厚さよりも小さい外側下流先端２２８における厚さを有している。
【００２８】
図３８〜図４６に示すように別の実施形態では、移行ダクトシステム１００は選択的な構造を有していてよい。移行ダクトシステム１００は、前述したように第１及び第２の移行ダクト体１２６，１２８を有していてよいが、収束流れ接合部挿入体１２０に関して選択的な構造を有していてよい。移行ダクトシステム１００は、収束流れ接合部１９６の後縁３０１を形成するように、収束流れ接合部１９６の下流端部３０２に位置する凹部３００内に位置する収束流れ接合部挿入体１２０を有していてよい。凹部３００は、収束流れ接合部１９６内に位置していてよく、収束流れ接合部挿入体１２０を受容し、収容するように構成されていてよい。この実施形態では、収束流れ接合部挿入体１２０は、収束流れ接合部１９６の下流端部２０４において外壁２０２を貫通して延在してよい。そうではなくて、収束流れ接合部挿入体１２０は、収束流れ接合部１９６の後縁１２２を形成するように一部が露出した状態で凹部３００内に完全に含まれていてもよい。
【００２９】
移行ダクトシステム１００は、収束流れ接合部１９６に収束流れ接合部挿入体１２０を取り付けるように構成された挿入体取付システム３０３を介して凹部３００内の所定の位置に保持されていてよい。少なくとも１つの実施形態では、挿入体取付システム３０３は、収束流れ接合部挿入体１２０内及び収束流れ接合部１９６内へと延在する１つ以上のピン３０４によって形成されてよい。少なくとも１つの実施形態では、挿入体取付システム３０３は、収束流れ接合部挿入体１２０を貫通し、収束流れ接合部１９６を貫通して延在する１つ以上のピン３０４を有していてよい。挿入体取付システム３０３は、ピン３０４の第１端部３０８を固定する１つ以上のカラー３０６を有していてよい。カラー３０６は、ピン３０４と一体に形成されているか、又は、溶接又はその他適切な方法によってピンに取り付けられてよい。ピン３０４の第２端部３１０は、第１端部３０８に対してピン３０４のほぼ反対側の端部に位置しており、カラー３０６を有していてよい、又は有していなくてよい。ピン３０４は第２端部の３１０近傍で、溶接又はその他適切な方法によって収束流れ接合部１９６に固定されてよい。
【００３０】
移行ダクトシステム１００は、収束流れ接合部挿入体１２０内に内部冷却システム３１２を備えていてよい。内部冷却システム３１２は１つ以上の内部冷却チャンバ３１４を有していてよく、この内部冷却チャンバ３１４は、内部冷却チャンバ３１４内の入口３１８から、収束流れ接合部挿入体１２０を形成する外壁３２０を貫通して延在する１つ以上の排出オリフィス３１６に流体連通している。内部冷却システム３１２の排出オリフィス３１６は、内部冷却チャンバ３１４から、収束流れ接合部挿入体１２０が収容される凹部３００を形成する面３２６に面した外面３２４における排出口３２２まで延在する１つ以上の排出オリフィス３１６を有していてよい。内部冷却システム３１２はさらに、内部冷却チャンバ３１４から、収束流れ接合部挿入体１２０が収容される凹部３００から離れる方向に下流に面した外面３３２における排出口３３０まで延在する１つ以上の排出オリフィス３１８を有していてよい。
【００３１】
少なくとも１つの実施形態では、内部冷却システム３１２の一部は、収束流れ接合部１９６に収束流れ接合部挿入体１２０を取り付けるように構成された挿入体取付システム３０３の少なくとも一部を形成するピン３０４内に含まれていてよい。ピン３０４は、収束流れ接合部１９６の下流端部２０４において凹部３００の外側に位置する少なくとも１つの入口３３６を有する内部通路３３４を有していてよく、内部冷却チャンバ３４０に流体連通した１つ以上の排出口３３８を有していてよい。少なくとも１つの実施形態では、ピン３０４は、ピン３０４の内部通路３３４に連通するピン３０４の第１端部３４４における第１の入口３４２を有していてよく、かつ、第１端部３４４とは反対側のピン３０４の端部にあるピン３０４の第２端部３４８における第２の入口３４６を有していてよい。収束流れ接合部挿入体１２０は、外側区分３５２、内側区分３５４、これら外側及び内側区分３５２，３５４の間の中間区分３５６を含むボディ３５０を有していてよい。中間区分３５６は、外側及び内側区分３５２，３５４の横断面積よりも狭い幅の横断面積を有していてよい。内側区分３５４は中間区分３５６よりもさらに下流へと延在していてよく、外側区分３５２は内側区分３５４よりもさらに下流に延在していてよい。図４３に示すように、外側区分３５２の遠位端部３５８における横断面積は、内側区分３５４の遠位端部３６０における横断面積よりも大きくてよい。
【００３２】
少なくとも１つの実施形態では、収束流れ接合部１９６の収束流れ接合部挿入体１２０は、収束流れ接合部挿入体収容部１３６内に位置するとき、実質的に無荷重であってもよい。別の実施形態では、収束流れ接合部１９６の収束流れ接合部挿入体１２０は、収束流れ接合部挿入体収容部１３６を形成する材料より大きな熱膨張係数を有する材料から形成されていてよい。従って、使用中、収束流れ接合部挿入体１２０と収束流れ接合部挿入体収容部１３６とが高温の燃焼ガスにさらされると、収束流れ接合部挿入体１２０は、収束流れ接合部挿入体収容部１３６よりも速い速度で熱膨張する。これにより、収束流れ接合部挿入体１２０は、圧縮荷重により形成される少なくとも部分的な荷重下に置かれ、これにより、収束流れ接合部挿入体収容部１３６及び周辺構造に加えられる圧縮荷重及び応力を部分的に緩和する。収束流れ接合部挿入体１２０において生ぜしめられる荷重と応力は、収束流れ接合部挿入体１２０を有さない従来のシステムの後縁において生じるものよりも小さい。このような構成は、収束流れ接合部挿入体収容部１３６及び関連する構成部品を形成する永続的で、コストのかかる材料から、モジュール式の使い捨て可能な収束流れ接合部挿入体１２０へと応力が移されるので、有利である。
【００３３】
上記説明は、本発明を例示、説明及び記述するという目的で提供されている。これらの実施の形態に対する変更及び適応は、当業者に明らかになるであろうし、本発明の範囲又は思想から逸脱することなく成し得るものである。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３−３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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