(57)【要約】【課題】先端漏洩流れガイドを有する回転ターボ機械部品を提供すること。【解決手段】回転ターボ機械部品は、ベース部と、ベース部から延在する翼形部とを含む。翼形部は、ベース部と接続する第１の端部とベース部から片持ち支持される先端部とを含む。翼形部の先端部に先端漏洩流れガイドが設けられる。先端漏洩流れガイドは、回転ターボ機械部品から下流側に流れるガスの流れ角と実質的に一致する流れ角で先端部からの漏洩流を誘導するよう構成及び配置された１以上の転向羽根部材を含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部と、
ベース部から延在する翼形部であって、ベース部と接続する第１の端部とベース部から片持ち支持される先端部とを含む翼形部と、
翼形部の先端部に設けられた先端漏洩流れガイドと
を備える回転ターボ機械部品であって、先端漏洩流れガイドが、回転ターボ機械部品から下流側に流れるガスの流れ角と実質的に一致する流れ角で先端部からの漏洩流を誘導するよう構成及び配置された１以上の転向羽根部材を含む、回転ターボ機械部品。
【請求項２】
先端部に配置された転向羽根支持部であって上流端と下流端とを有する転向羽根支持部材をさらに備えており、上流端及び下流端の各々が先端部を越えて突出しており、１以上の転向羽根部材が、転向羽根支持部材から外向きに突出している、請求項１記載の回転ターボ機械部品。
【請求項３】
先端漏洩流れガイドが転向羽根支持部材の下流端に配置される、請求項２記載の回転ターボ機械部品。
【請求項４】
１以上の転向羽根部材が、先端部を越えて延在する複数の実質的に直線状の羽根部材を含み、複数の実質的に直線状の羽根部材の各々が、第１の端部と第２の端部とを含み、第２の端部が第１の端部に対してオフセットしている、請求項１記載の回転ターボ機械部品。
【請求項５】
１以上の転向羽根部材が、先端部を越えて延在する複数の曲線羽根部材を含む、請求項１記載の回転ターボ機械部品。
【請求項６】
１以上の転向羽根部材が、先端部を越えて延在する複数の複雑な幾何形状羽根部材を含む、請求項１記載の回転ターボ機械部品。
【請求項７】
複数の複雑な幾何形状羽根部材の各々が、
第２の端部セクションに延在する第１の端部セクションを有する第１の羽根部材と、
第１の羽根部材の第２の端部セクションから第２の端部部分に延在する第１の端部部分を有する第２の羽根部材と
を含んでいて、第２の端部部分が第１の端部部分に対してオフセットしている、請求項６記載の回転ターボ機械部品。
【請求項８】
１以上の転向羽根部材が、翼形部の翼形部輪郭に略一致する角度で配列される、請求項１記載の回転ターボ機械部品。
【請求項９】
ターボ機械を作動する方法であって、
燃焼器アセンブリから複数のバケットに向けて高温ガスを流すステップと、
高温ガスを複数のバケットに誘導するステップと、
高温ガスをガス経路に沿って複数のバケットに対して下流側に第１の流れ角で配向させるステップと、
第１の流れ角とは異なる第２の流れ角で高温ガスの一部を複数のバケットの先端部を越えて通過させるステップと、
第１の流れ角と実質的に一致する第３の流れ角で複数のバケットの先端部から高温ガスの一部を誘導するステップと
を含む、方法。
【請求項１０】
複数のバケットの先端部から高温ガスの一部を通過させるステップが、先端部に配列された１以上の転向羽根部材を越えて高温ガスの一部を誘導するステップを含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
１以上の転向羽根部材を越えて高温ガスの一部を誘導するステップが、高温ガスの一部を複数の角度付き羽根部材を越えて通過させるステップを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
１以上の転向羽根部材を越えて高温ガスの一部を誘導するステップが、複数の曲線羽根部材を越えて高温ガスの一部を通過させるステップを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
１以上の転向羽根部材を越えて高温ガスの一部を誘導するステップが、複数のバケットの各々の翼形部の角度に略一致する角度で高温ガスの一部を通過させるステップを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
圧縮機部分と、
圧縮機部分と流体接続した燃焼器アセンブリと、
圧縮機部分と機械的に連結されかつ燃焼器アセンブリと流体接続したタービン部分と
を備えるターボ機械であって、タービン部分が、
ベース部と、ベース部から延在する翼形部であってベース部と接続する第１の端部とベース部から片持ち支持される先端部とを含む翼形部と、翼形部の先端部に設けられた先端漏洩流れガイドと、先端部に配置された転向羽根支持部であって上流端と下流端とを有する転向羽根支持部材とを備える回転部品
を含んでおり、先端漏洩流れガイドが、回転部品から下流側に流れるガスの流れ角と実質的に一致する流れ角で先端部からの漏洩流を誘導するよう構成及び配置された１以上の転向羽根部材を含んでおり、１以上の転向羽根部材が転向羽根支持部材から外向きに突出している、ターボ機械。
【請求項１５】
１以上の転向羽根部材が翼形部の翼形部輪郭に略一致する角度で配列される、請求項１４記載のターボ機械。
【請求項１６】
１以上の転向羽根部材の角度が翼形部輪郭の後縁角の約３０°以下である、請求項１５記載のターボ機械。
【請求項１７】
１以上の転向羽根部材が、先端部を越えて延在する複数の実質的に直線状の羽根部材を含み、複数の実質的に直線状の羽根部材の各々が、第１の端部と第２の端部とを含み、第２の端部が第１の端部に対してオフセットしている、請求項１４記載のターボ機械。
【請求項１８】
１以上の転向羽根部材が、先端部を越えて延在する複数の曲線羽根部材を含む、請求項１４記載のターボ機械。
【請求項１９】
１以上の転向羽根部材が、先端部を越えて延在する複数の複雑な幾何形状羽根部材を含む、請求項１４記載のターボ機械。
【請求項２０】
複数の複雑な幾何形状羽根部材の各々が、
第２の端部セクションに延在する第１の端部セクションを有する第１の羽根部材と、
第１の羽根部材の第２の端部セクションから第２の端部部分に延在する第１の端部部分を有する第２の羽根部材と
を含み、第２の端部部分が第１の端部部分に対してオフセットしている、請求項１９記載のターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、ターボ機械の分野に関し、より詳細には、先端漏洩流れガイドを有する回転ターボ機械部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのターボ機械は、共通の圧縮機／タービンシャフト又はロータを通じてタービン部分に連結された圧縮機部分及び燃焼器アセンブリを含む。圧縮機部分は、複数の連続する段を通って加圧空気流を燃焼器アセンブリに誘導する。燃焼器アセンブリでは、加圧空気流が燃料と混合して可燃性混合気を形成する。可燃性混合気は、燃焼器アセンブリにおいて燃焼され、高温ガスを形成する。高温ガスは、トランジションピースを通ってタービン部分に誘導される。高温ガスは、タービン回転タービンブレードを通って膨張して仕事を生成し、これが出力されて、例えば、発電機又はポンプを駆動し、又は車両に動力を提供する。燃焼用に加圧空気を提供することに加えて、加圧空気流の一部は、冷却の目的でタービン部分を通過する。
【０００３】
場合によっては、タービン部分を通って膨張する高温ガスは、タービンブレードの先端部を越えて漏洩又は通過する。漏洩を低減するために、製造者らは、ターボ機械の先端部と固定部品との間の緊密なクリアランスを維持している。一般に、固定部品又はタービンシュラウド上にシールが設けられる。既存のシールは、効果的ではあるが、高温ガス又は漏洩ガスの一部が依然として先端部を越えて通過することが可能である。リールによって確立される緊密なクリアランスにより、ターボ機械ロータにより定められる軸線と略平行な角度で漏洩ガスが流出する。対照的に、ガス経路に沿って通過する高温ガスは、ある角度でロータブレードから流出する。漏洩ガスとガス経路に沿って流れる高温ガスとの相互作用は、局所的な圧力低下をもたらし、ターボ機械性能に悪影響を及ぼす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７５６８３４６号明細書
【発明の概要】
【０００５】
例示的な実施形態の一態様では、回転ターボ機械部品は、ベース部と、ベース部から延在する翼形部とを含む。翼形部は、ベース部と接続する第１の端部とベース部から片持ち支持される先端部とを含む。翼形部の先端部に先端漏洩流れガイドが設けられる。先端漏洩流れガイドは、回転ターボ機械部品から下流側に流れるガスの流れ角と実質的に一致する流れ角で先端部からの漏洩流を誘導するよう構成及び配置された１以上の転向羽根部材を含む。
【０００６】
例示的な実施形態の別の態様では、ターボ機械を作動する方法は、燃焼器アセンブリから複数のバケットに向けて高温ガスを流すステップと、高温ガスを複数のバケットに誘導するステップと、高温ガスをガス経路に沿って複数のバケットに対して下流側に第１の流れ角で配向させるステップと、第１の流れ角とは異なる第２の流れ角で高温ガスの一部を複数のバケットの先端部を越えて通過させるステップと、第１の流れ角と実質的に一致する第３の流れ角で複数のバケットの先端部から高温ガスの一部を誘導するステップとを含む。
【０００７】
例示的な実施形態のさらに別の態様では、ターボ機械は、圧縮機部分と、圧縮機部分と流体接続した燃焼器アセンブリと、圧縮機部分と機械的に連結されかつ燃焼器アセンブリと流体接続したタービン部分とを含む。タービン部分は、ベース部と、ベース部から延在する翼形部とを有する回転部品を含む。翼形部は、ベース部と接続する第１の端部とベース部から片持ち支持される先端部とを含む。翼形部の先端部に先端漏洩流れガイドが設けられる。先端漏洩流れガイドは、回転部品から下流側に流れるガスの流れ角と実質的に一致する流れ角で先端部からの漏洩流を誘導するよう構成及び配置された１以上の転向羽根部材を含む。転向羽根支持部材が先端部に位置付けられる。転向羽根支持部材は、上流端と下流端とを含む。１以上の転向羽根部材は、転向羽根支持部材から外向きに突出している。
【０００８】
本発明とみなされる対象については、本明細書に続く特許請求の範囲に具体的かつ明瞭に記載されている。本発明の上記その他の特徴、態様及び利点については、図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な実施形態による、先端漏洩流れガイドを含むターボ機械の概略図。
【図２】図１のターボ機械の部分断面図。
【図３】例示的な実施形態による、先端漏洩流れガイドを含む図１のターボ機械の回転部品の詳細図。
【図４】例示的な実施形態の一態様による、複数の転向羽根部材を有する、図３の先端漏洩流れガイドの斜視図。
【図５】例示的な実施形態の別の態様による、複数の転向羽根部材を有する、図３の先端漏洩流れガイドの斜視図。
【図６】例示的な実施形態のさらに別の態様による、複数の転向羽根部材を有する、図３の先端漏洩流れガイドの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明では、図面を参照しながら、本発明の実施形態について、効果及び特徴と併せて説明する。
【００１１】
図１及び図２を参照すると、例示的な実施形態に従って構成されたターボ機械を全体として符号２で示す。ターボ機械２は、タービン部分６に動作可能に接続された圧縮機部分４を含む。燃焼器アセンブリ８は、圧縮機部分４及びタービン部分６に流体接続される。燃焼器アセンブリ８は、複数の円周方向に間隔を置いて配置された燃焼器から形成される（符号１０で示す。）。燃焼器アセンブリ８が他の燃焼器構成を含んでいてもよいことはいうまでもない。圧縮機部分４はまた、共通の圧縮機／タービンシャフト１２を通ってタービン部分６にリンクされる。この構成では、圧縮機部分４は、加圧空気を燃焼器アセンブリ８に送給する。加圧空気は、可燃性流体と混合して可燃性混合気を形成する。可燃性混合気は、燃焼室１０にて燃焼して燃焼生成物を形成し、これがトランジションピース（図示せず）を通ってタービン部分６に送給される。燃焼生成物は、タービン部分６のガス経路１８に沿って膨張し、例えば、発電機、ポンプ、又は車両もしくは同様のもの（図示せず）に動力を供給する。
【００１２】
図示の例示的な実施形態では、タービン部分６は、第１段２０及び第２段２１を収容し、ガス経路１８を定めるハウジング１９を含む。第１段２０は、複数の第１段ステータ又はノズルを含み（符号３０で示す。）、ノズルプラットフォーム３１を通ってタービンハウジング１９に支持される。第１段２０はまた、複数の第１段バケット又はブレードを含み（符号３２で示す。）、第１段ロータホイール３４に装着されている。ブレード３２は、固定シュラウド部材３５から間隔を置いて配置される。ブレード３２は、ベース部３８及び翼形部４０を含む。翼形部４０は、ベース部３８に結合された第１の端部４２と、固定シュラウド部材３５から間隔を置いて配置された第２の端部又は先端部４４とを含む。第２段２１は、複数の第２段ステータ又はノズルを含み（符号４８で示す。）、ノズルプラットフォーム４９を通ってタービンハウジング１９に支持される。第２段２１はまた、複数の第２段バケット又はブレードを含む（符号５０で示す。）。この点に関して、タービン部分の段数は変わることができる点を理解されたい。
【００１３】
例示的な実施形態によれば、ターボ機械２は、ブレード３２の先端部を越えて通過する先端漏洩流を調整する先端漏洩流れガイド６０を含む。図３で最もよく分かるように、先端漏洩流れガイド６０は、ブレード３２の先端部４４に装着された転向羽根支持部材６４を含む。転向羽根支持部材６４は、実質的に平坦な面７０を通って下流端６８に延在する上流端６６を含む。シール要素７４は、実質的に平坦な面７０から固定シュラウド部材３５のポケット（独立して番号で表記していない）に延在する。シールセグメント７４は、ガス経路１８からブレード３６の先端部４４を越えて通過する流れを制限する。しかしながら低減はされるが、一部の漏洩流は、シール要素７４が存在するにも関わらず先端部４４を越えて流れる。漏洩流に伴う損失を低減するために、転向羽根支持部材６４上に１以上の転向羽根部材８０が位置付けられる。図示の例示的な態様において、転向羽根部材８０は、下流端６８に隣接して配列される。転向羽根部材８０は、漏洩流の流路を変更する。
【００１４】
燃焼ガスは、ガス経路１８に沿って流れ、ノズル３０を通過してブレード３２に向けて誘導される。第１又は主流８５がブレード３２を通過し、第２又は漏洩流８８は、ガス経路１８に沿って先端部４４を通過する。主流８５は、ブレード３６との相互作用の結果として第１の流れ角で流れる。漏洩流８８は、第１の流れ角とは異なる、シャフト１２と略平行に延びる第２の流れ角で流れる。転向羽根部材８０は、先端部４４から流出する漏洩流８８を調整又は転向し、ブレード３２から下流側に流れる主流の第１の流れ角と実質的に一致する第３の流れ角でガス経路１８まで戻る転向流９１を生成するよう構成される。第３の流れ角を第１の流れ角と一致させることにより、転向流９１と主流８５との間の望ましくない相互作用が低減される。このようにして、転向羽根部材８０は、漏洩流８８と主流８５との間の望ましくない相互作用から生じる。ガス経路１８に沿った圧力変動に伴うタービン部分６内の損失を低減する。ノズル３０が、タービン部分６の最終段（独立して番号で表記していない）の一部を形成している場合、転向羽根８０は、タービン部分６に向かって下流側に流れ且つタービン部分６の半径方向拡散セクション（図示せず）に沿って流れるガスの流れ角に略一致する角度で漏洩流ガスを誘導し、圧力回復を向上させるよう構成することができる。
【００１５】
図４に示す例示的な実施形態の一態様では、転向羽根部材８０は、複数の実質的に直線状の羽根部材９７の形態をとる。各羽根部材９７は、第１の端部９９及び第２の端部１００を含む。第２の端部１００は、第１の端部９９に対してオフセットされ、羽根部材９７が例えば、シャフト１２に対して角度が付けられるようにする。より具体的には、羽根部材９７は、翼形部４０の翼形部輪郭１０２に略一致するように角度が付けられる。例示的な実施形態の一態様では、羽根部材９７の角度は、翼形部輪郭１０２の後縁角θに実質的に等しいか又はその±３０°である。図５は、例示的な実施形態の一態様による転向羽根１０６を示す。転向羽根１０６は、第１及び第２の曲面１１２及び１１３を有する複数の曲線羽根部材１１０の形態をとる。上述と同様にして、羽根部材１１０は、翼形部４０の翼形部輪郭１０２に略一致するように角度が付けられる。例示的な実施形態の一態様では、羽根部材１１０の角度は、翼形部輪郭１０２の後縁角θに実質的に等しいか、その±３０°である。５は、例示的な実施形態の別の態様による転向羽根１１７を示す。転向羽根１１７は、複雑な幾何形状の羽根部材１２１の形態をとる。複雑な幾何形状の羽根部材１２１は、第１の羽根部材１２３及び第２の羽根部材１２４を含む。第１の羽根部材１２３は、第２の端部セクション１２７に延在する第１の端部セクション１２６を含む。第２の羽根部材１２４は、第１の羽根部材１２３の第２の端部セクション１２７から第２の端部部分１３０に延在する第１の端部部分１２９を含む。第２の端部部分１３０は、第１の羽根部材１２３の第１の端部セクション１２６に対してオフセットされ、翼形部４０の翼形部輪郭１０２に略一致するような角度が付けられる。例示的な実施形態の一態様では、第２の端部部分１３０の角度は、翼形部輪郭１０２の後縁角θに実質的に等しいか又はその±３０°である。形態に関係なく、転向羽根は、漏洩流を調整し、主流と実質的に一致する角度でガス経路に戻され、望ましくない相互作用を低減する。
【００１６】
この点に関して、例示的な実施形態は、主流との望ましくない相互作用を低減するため先端漏洩流をガス経路に戻すよう再配向するためのシステムを提供する点は理解されたい。主流との望ましくない相互作用を低減することにより、タービン性能が損なわれる可能性がある圧力損失の軽減がもたらされる。また、ガスターボ機械と共に図示しているが、例示的な実施形態は、蒸気ターボ機械においても利用できる点を理解されたい。
【００１７】
限られた数の実施形態に関して本発明を詳しく説明してきたが、本発明がこれらの開示された実施形態に限定されないことは明らかであろう。本発明には、本明細書に記載されていない数多くの変更、修正、置換又は均等な構成を組み込むことができ、これらは本発明の技術的思想及び技術的範囲に属する。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様によっては、その一部しか含んでいないこともある。したがって、本発明は、以上の記載によって限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲にしか限定されない。
【符号の説明】
【００１８】
２  ターボ機械
４  圧縮機部分
６  タービン部分
８  燃焼器アセンブリ
１０  複数の円周方向に間隔を置いて配置された燃焼器
１２  圧縮機／タービンシャフト
１８  ガス経路
１９  ハウジング
２０  第１段
２１  第２段
３０  第１段ステータ又はノズル
３１  ノズルプラットフォーム
３２  第１段バケットブレード
３４  第１段ロータホイール
３８  ベース部
４０  翼形部
４２  第１の端部
４４  第２の端部又は先端部
４８  第２段  ステータ又はノズル
４９  ノズルプラットフォーム
５０  第２段バケット又はブレード
６０  先端漏洩流ガイド
６４  ベーン支持部材
６６  上流端
６８  下流端
７０  実質的に平坦な面
７４  シール要素
８０  羽根部材
８５  第１の又は主流
８８  第２の又は漏洩流
８８  漏洩流
９１  転向流
９７  複数の実質的に直線状の羽根部材
９９  第１の端部
１００  第２の端部
１０２  翼形部輪郭
１０６  転向羽根
１１０  複数の曲線羽根部材
１１２  第１の曲面
１１３  第２の曲面
１１７  転向羽根
１２１  複雑な幾何形状の羽根部材
１２３  第１の羽根部材
１２４  第２の羽根部材
１２６  第１の端部セクション
１２７  第２の端部セクション
１２９  第１の端部部分
１３０  第２の端部部分
【図１】
2013181543.tif 000003
【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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