(57)【要約】【課題】流れフェンスを備えたガスタービンノズルを提供すること。【解決手段】本出願は、タービンノズルを提供する。タービンノズルは、前縁及び後縁を備えた翼形部と、翼形部の前縁から後縁まで延在する流れフェンスとを含むことができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンノズルであって、
前縁及び後縁を含む翼形部と、
前記翼形部の前縁から後縁まで延在する流れフェンスと、
を備えたタービンノズル。
【請求項２】
前記流れフェンスが前記翼形部の負圧側面に沿って延在する、請求項１記載のタービンノズル。
【請求項３】
前記翼形部がベースから先端まで延在しており、前記流れフェンスが前記先端に隣接して配置される、請求項１記載のタービンノズル。
【請求項４】
前記流れフェンスが実質的にＶ字型の形状を有する、請求項１記載のタービンノズル。
【請求項５】
前記流れフェンスが実質的に直線方向に延在する、請求項１記載のタービンノズル。
【請求項６】
前記タービンノズルが最終段ノズルを含む、請求項１記載のタービンノズル。
【請求項７】
前記流れフェンスが均一な厚みを含む、請求項１記載のタービンノズル。
【請求項８】
前記流れフェンスが前方リード流れフェンスを含む、請求項１記載のタービンノズル。
【請求項９】
複数の流れフェンスをさらに含む、請求項１記載のタービンノズル。
【請求項１０】
前記流れフェンスが正圧側面流れフェンスを含む、請求項１記載のタービンノズル。
【請求項１１】
前記流れフェンスが中間バッジ流れフェンスを含む、請求項１記載のタービンノズル。
【請求項１２】
前記流れフェンスが後方リード流れフェンスを含む、請求項１記載のタービンノズル。
【請求項１３】
前記流れフェンスが前記翼形部に沿って高温燃焼ガスの流れにおいて流れ移動を低減するような形状にされる、請求項１記載のタービンノズル。
【請求項１４】
複数のノズルと、
複数のバケットと
を備えるタービンであって、前記複数のバケットが翼形部を含み、該翼形部が、前縁と後縁とそれらの間に延在する流れフェンスとを含む、タービン。
【請求項１５】
前記流れフェンスが前記翼形部の負圧側面に沿って延在する、請求項１４記載のタービン。
【請求項１６】
前記流れフェンスが前記翼形部の正圧側面に沿って延在する、請求項１４記載のタービン。
【請求項１７】
複数の流れフェンスをさらに備える、請求項１４記載のタービン。
【請求項１８】
前記翼形部がベースから先端まで延在しており、前記流れフェンスが、前記先端に隣接して配置される、請求項１４記載のタービン。
【請求項１９】
前記流れフェンスが、前記翼形部に沿って高温燃焼ガスの流れにおける流れ移動を低減するような形状にされる、請求項１４記載のタービン。
【請求項２０】
タービンノズル翼形部であって、
前縁と、
後縁と、
正圧側面と、
負圧側面と、
前記負圧側面に沿って前記前縁から前記後縁まで延在する流れフェンスと
を備える、タービンノズル翼形部。
【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用のタービンノズルに関し、より詳細には、負圧側面上又は他の場所に流れフェンスが配置されて半径方向流れ移動及び乱流を制限するようにするタービンノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンにおいては、設計目標に到達するようガスタービンの各段にて多くのシステム要件に適合すべきである。これらの設計目標は、限定ではないが、効率及び翼形部装荷能力の全体的向上を含むことができる。従って、タービンノズル翼形部プロファイルは、特定の段において熱的及び機械的作動要件を達成する必要がある。例えば、最終段ノズルは、外径付近で有意に高い損失領域を有する可能性がある。これらの損失は、内向きの負圧側面に沿った半径方向流れ移動にすることができる。このような半径方向流れ移動は、混合損失と組み合わされ、ブレード列効率を低下させるようにする可能性がある。従って、全圧力損失の低下を伴った半径方向流れ移動の減少は、全体性能及び効率を改善するはずである。
【０００３】
従って、特に最終段ノズルにおける改善されたタービンノズル設計に対する必要性がある。このような改善されたタービンノズル設計は、翼形部の周りでの半径方向流れ移動及び関連する損失に対処し、及び／又はこれらを排除する必要がある。このような半径方向流れ移動及び同様のものの低減は、全体性能及び効率を改善するはずである。全体コスト及び保守整備問題もまた、本明細書で考慮し対処すべきであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５７３８２９８号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本出願及び結果として得られる特許は、タービンノズルの実施例を提供する。本明細書で記載されるタービンノズルは、前縁及び後縁を含む翼形部と、翼形部の前縁から後縁まで延在する流れフェンスとを含むことができる。
【０００６】
本出願及び結果として得られる特許はさらに、タービンの実施例を提供する。本明細書で記載されるタービンは、各段が複数のノズル及び複数のバケットを備えた複数の段を含むことができる。バケットの各々は、前縁と後縁とそれらの間に延在する流れフェンス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さらに、タービンノズル翼形部を提供する。本明細書で記載されるタービンノズル翼形部は、前縁と、後縁と、正圧側面と、負圧側面と、負圧側面に沿って前縁から後縁まで延在する流れフェンスとを含むことができる。他の構成を用いることもできる。
【０００８】
本出願のこれら及び他の特徴は、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明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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】本明細書に記載の複数のノズル及び複数のバケットを備えたタービンの一部の概略図。
【図３】図２のタービンで用いるようなノズルの実施例の側断面図。
【図４】流れフェンスが内部に配置された図３のノズルの側面図。
【図５】図３のノズルの前縁の図。
【図６】図３のノズルの後縁の図。
【図７】本明細書に記載のノズルの代替の実施形態の実施例の側断面図。
【図８】本明細書に記載のノズルの代替の実施形態の実施例の側断面図。
【図９】本明細書に記載のノズルの代替の実施形態の実施例の側断面図。
【図１０】本明細書に記載のノズルの代替の実施形態の実施例の側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、幾つかの図全体を通して様々な参照符号が同様の要素を表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、流入する空気流２０を圧縮する。圧縮機１５は、圧縮空気流２０を燃焼器２５に送給する。燃焼器２５は、圧縮空気流２０を加圧燃料流３０と混合して該混合気を点火し、燃焼ガス３５の流れを生成する。単一燃焼器２５のみ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の流れがタービン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する。タービン４０にて産出される機械的仕事は、シャフト４５を介して圧縮機１５並びに発電機及び同様のものなどの外部負荷５０を駆動する。
【００１１】
ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、種々のタイプのシンガス、及び／又は他のタイプの燃料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、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ州Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙ所在のＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙによって提供される幾つかの異なるガスタービンエンジン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、他のタイプの部品を用いることができる。本明細書では、他のタイプのガスタービンエンジンも用いることができる。また、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設備を本明細書で用いることができる。
【００１２】
図２は、本明細書に記載のタービン１００の一部の実施例を示している。タービン１００は、複数の段を含むことができる。この実施例において、タービン１００は、複数の第１段ノズル１２０及び複数の第１段バケット１３０を備えた第１の段１１０と、複数の第２段ノズル１５０及び複数の第２段バケット１６０を備えた第２の段１４０と、複数の最終段ノズル１８０及び複数の最終段バケット１９０を備えた最終段１７０とを含むことができる。本明細書では、あらゆる数の段をあらゆる数のバケット１３０、１６０、１９０及びあらゆる数のノズル１２０、１５０、１８０と共に用いることができる。
【００１３】
バケット１３０、１６０、１９０は、ロータ２００上に円周方向アレイの状態で配置されて共に回転するようにすることができる。同様に、ノズル１２０、１５０、１８０は、固定とすることができ、ケーシング２１０及び同様のものの上に円周方向アレイの状態で装着することができる。高温ガス経路２１５がタービン１００を貫通して延在して、燃焼器２５から燃焼ガス３５の流れによりバケット１３０、１６０、１９０を駆動することができる。他の部品及び他の構成も本明細書で用いることができる。
【００１４】
図３〜６は、本明細書で説明されるようなノズル２２０の１つの実施例を示す。ノズル２２０は、タービン１００における最終段ノズル１８０及び／又は他の何れかのノズルのうちの１つとすることができる。ノズル２２０は翼形部２３０を含むことができる。一般的に説明すると、翼形部２３０は、Ｘ軸に沿って前縁２４０から後縁２５０まで延在することができる。翼形部２３０は、Ｙ軸に沿って正圧側面２６０から負圧側面２７０まで延在することができる。同様に、翼形部２３０は、Ｚ軸に沿ってプラットフォーム２８０から先端２９０まで延在することができる。ノズル２２０の全体構成は変えることができる。他の部品及び他の構成も本明細書で用いることができる。
【００１５】
ノズル２２０は、翼形部２３０の周りに配置された流れフェンス３００を有することができる。流れフェンス３００は、翼形部２３０の先端２９０付近に位置付けることができ、すなわち、流れフェンス３００は、プラットフォーム２８０よりも先端２９０に近接して位置付けることができる。流れフェンス３００は、負圧側面２７０に沿って前縁２４０から後縁２５０に外向きに延在することができる。図示のように、流れフェンス３００は、前縁２４０から後縁２５０まで負圧側面２７０にわたって均一な厚み３３０を有することができる。流れフェンス３００は、前縁２４０及び後縁２５０に円滑に一体化させることができる。流れフェンス３００は、負圧側面２７０に沿ってほぼ直線方向に延在することができるが、他の方向も本明細書で用いることができる。流れフェンス３００は、ほぼＶ字型又はＵ字型の構成３１０を有することができるが、他の構成も本明細書で用いることができる。具体的には、流れフェンス３００は、あらゆるサイズ、形状、又は構成を有することができる。
【００１６】
１つよりも多い流れフェンス３００も本明細書で用いることができる。流れフェンス３００は、負圧側面２７０に関して考察してきたが、正圧側面２６０上に配置されてもよく、及び／又は複数の流れフェンス３００を負圧側面２７０及び正圧側面２６０の両方に沿って位置付けることもできる。すなわち、本明細書において流れフェンス３００の数、位置、及び構成は変えることができる。他の部品及び他の構成も本明細書で用いることができる。
【００１７】
従って、ノズル２００の周りに流れフェンス３００を使用することにより、燃焼ガス３５の流れを軸方向に配向し、半径方向流れ移動を低減するように機能する。半径方向流れ移動の範囲の低減は、全圧力損失の低減と同時に起こり、ブレード列の全体効率及び性能を改善することができる。従って、流れフェンス３００は、該流れフェンス３００が所望の方向で流れを送る点でこのような流れを阻止するための物理的障壁として機能する。流れフェンス３００の使用はまた、その周りでの乱流を低減するのに有効とすることができる。
【００１８】
本明細書では、流れフェンス３００に対する多くの修正形態を用いることができる。例えば、図７は、翼形部３４０の代替の実施形態を示している。翼形部３４０は、前方リード流れフェンス３５０を有することができる。前方リード流れフェンス３５０は、翼形部３４０から前縁２４０に向かってさらに外方に延在することができる。前方リード流れフェンス３５０はまた、後縁２５０付近で実質的に平坦とすることができる。他の部品及び他の構成も本明細書で用いることができる。
【００１９】
図８は、本明細書で記載されるように翼形部３６０の別の実施形態を示す。この実施例において、翼形部３６０は、負圧側面流れフェンス３７０と正圧側面２６０上に正圧側面流れフェンス３８０の両方を有することができる。流れフェンス３７０、３８０は、前縁２４０よりも後縁２５０付近で翼形部３６０からより突出することができる。他の部品及び他の構成も本明細書で用いることができる。
【００２０】
図９は、本明細書に記載の翼形部３９０の別の実施形態を示す。翼形部３９０は、その上に中間バッジ流れフェンス４００を有することができる。中間バッジ流れフェンス４００は、前縁３４０及び後縁３５０付近で翼形部３９０とほぼ平坦であるが、その中間部に向かって外方に延在することができる。他の部品及び他の構成も本明細書で用いることができる。
【００２１】
図１０は、本明細書に記載の翼形部４１０の別の実施形態を示す。翼形部４１０は、その上に後方リード流れフェンス４２０を有することができる。後方リード流れフェンス４２０は、前縁２４０付近でほぼ平坦とすることができるが、中間及び後縁２５０に沿って外方に延在することができる。他の部品及び他の構成も本明細書で用いることができる。
【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めら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、当業者によって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  空気流
２５  燃焼器
３０  燃料流
３５  燃焼ガスの流れ
４０  タービン
４５  シャフト
５０  負荷
１００  タービン
１１０  第１段
１２０  第１段ノズル
１３０  第１段バケット
１４０  第２段
１５０  第２段ノズル
１６０  第２段バケット
１７０  最終段
１８０  最終段ノズル
１９０  最終段バケット
２００  ロータ
２１０  ケーシング
２１５  高温ガス経路
２２０  ノズル
２３０  翼形部
２４０  前縁
２５０  後縁
２６０  正圧側面
２７０  負圧側面
２８０  プラットフォーム
２９０  先端
３００  流れフェンス
３１０  Ｖ字形
３２０  直線方向
３３０  均一な厚み
３４０  翼形部
３５０  前方リード流れフェンス
３６０  翼形部
３７０  負圧側面流れフェンス
３８０  流れフェンス
３９０  翼形部
４００  中間バッジ流れフェンス
４１０  翼形部
４２０  後方リード流れフェンス
【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】
2013139790.tif 000011
【図１０】
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【外国語明細書】
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