(57)【要約】【課題】ガスタービンのクリアランス制御システムを提供すること。【解決手段】外側タービンケーシングと、内側タービンケーシングと、内側及び外側タービンケーシング間に定められたプレナムとを含む、ガスタービンのクリアランス制御に適合されたシステムが開示される。クリアランス制御システムは、プレナム内に配置されたイピンジメントボックスを含むことができる。イピンジメントボックスは、複数のインピンジメント孔を定めることができる。加えて、クリアランス制御システムは、イピンジメントボックスの内部と流れ連通した第１の導管と、イピンジメントボックスの外部の位置にてプレナムと流れ連通した第２の導管と、を含むことができる。【選択図】      図２
2013217373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側タービンケーシングと、内側タービンケーシングと、前記内側及び外側タービンケーシング間に定められたプレナムとを含む、ガスタービンのクリアランス制御に適合されたシステムであって、
前記プレナム内に配置され、複数のインピンジメント孔を定めるイピンジメントボックスと、
前記イピンジメントボックスの内部と流れ連通した第１の導管と、
前記イピンジメントボックスの外部の位置にて前記プレナムと流れ連通した第２の導管と、
を備える、クリアランス制御システム。
【請求項２】
前記第１及び第２の導管に加圧流体源から流体が供給される、請求項１に記載のクリアランス制御システム。
【請求項３】
前記加圧流体源と流れ連通し、前記第１の導管及び前記第２の導管の両方への供給流体を制御するよう構成されたバルブを更に備える、請求項２に記載のクリアランス制御システム。
【請求項４】
前記バルブが、前記第１の導管と前記第２の導管との間で前記加圧流体源からの流体の流れを自動的に切り替えるよう構成されている、請求項３に記載のクリアランス制御システム。
【請求項５】
前記加圧流体源が、前記ガスタービンの圧縮機を含む、請求項２に記載のクリアランス制御システム。
【請求項６】
前記第１の導管を通って供給される流体流れを冷却するよう構成された熱交換器を更に備える、請求項１に記載のクリアランス制御システム。
【請求項７】
流体が前記第２の導管を通って前記プレナムに供給されたときに、前記流体が前記イピンジメントボックスの外部の周りに流れて、前記イピンジメントボックスと前記内側タービンケーシングとの間に定められる流れダクトを通る、請求項１に記載のクリアランス制御システム。
【請求項８】
流体が前記第１の導管を通って前記イピンジメントボックスに供給されたときに、前記流体が前記複数のインピンジメント孔を通って流れて前記内側タービンケーシング上に衝突する、請求項１に記載のクリアランス制御システム。
【請求項９】
ガスタービンであって、
外側タービンケーシングと、
プレナムが前記外側タービンケーシングとの間で定められるように、前記外側タービンケーシングから離間して配置される内側タービンケーシングと、
前記内側及び外側タービンケーシング間に配置され且つ複数のインピンジメント孔を定めるイピンジメントボックスと、
前記イピンジメントボックスの内部の位置にて前記プレナム内に流体を供給するよう構成された第１の導管と、
前記イピンジメントボックスの外部の位置にて前記プレナム内に流体を供給するよう構成された第２の導管と、
を備える、ガスタービン。
【請求項１０】
前記流体が、加圧流体源から前記第１及び第２の導管に供給される、請求項９に記載のガスタービン。
【請求項１１】
前記加圧流体源と流れ連通したバルブを更に備え、前記バルブが、前記第１の導管及び前記第２の導管の両方への前記流体の供給を制御するよう構成される、請求項１０に記載のガスタービン。
【請求項１２】
前記バルブが、前記第１の導管と前記第２の導管との間で前記加圧流体源からの流体の流れを自動的に切り替えるよう構成されている、請求項１１に記載のガスタービン。
【請求項１３】
前記加圧流体源が、前記ガスタービンの圧縮機を含む、請求項１０に記載のガスタービン。
【請求項１４】
前記第１の導管に供給された流体流れを冷却するよう構成された熱交換器を更に備える、請求項９に記載のガスタービン。
【請求項１５】
流体が前記第２の導管を通って前記プレナムに供給されたときに、前記流体が前記イピンジメントボックスの外部の周りに流れて、前記イピンジメントボックスと前記内側タービンケーシングとの間に定められる流れダクトを通る、請求項９に記載のガスタービン。
【請求項１６】
流体が前記第１の導管を通って前記イピンジメントボックスに供給されたときに、前記流体が前記複数のインピンジメント孔を通って流れて前記内側タービンケーシング上に衝突する、請求項９に記載のガスタービン。
【請求項１７】
内側タービンケーシング及び外側タービンケーシングを含むガスタービン内のクリアランスを制御する方法であって、
前記流体を加圧流体源から第１の導管に配向して、前記流体が前記内側及び外側タービンケーシング間に配置されたイピンジメントボックスに流れるようにするステップと、
前記内側及び外側タービンケーシング間に定められたプレナムと流れ連通した第２の導管を通して前記流体を再配向し、前記流体が前記イピンジメントボックスの外部の周りに流れるようにするステップと、
を含む、方法。
【請求項１８】
前記第１の導管を通って配向される流体を冷却するステップを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記内側及び外側タービンケーシング間に定められたプレナムと流れ連通した第２の導管を通して前記流体を再配向し、前記流体が前記イピンジメントボックスの外部の周りに流れるようにするステップが、前記第１及び第２の導管に結合されたバルブを通して前記流体の流れを変更するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の主題は、全体的に、ガスタービンに関し、より詳細には、ガスタービンのクリアランス制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは通常、圧縮機セクション、燃焼セクション、及びタービンセクションを含む。圧縮機セクションは、タービンに流れる空気を加圧する。圧縮機セクションから吐出された加圧空気は、燃焼器セクションに流れ、該燃焼器セクションは、一般に、エンジンの軸線を中心として環状アレイで配置された複数の燃焼器によって特徴付けられる。各燃焼器に流入する空気は燃料と混合されて燃焼される。高温の燃焼ガスが、燃焼器ライナから移行部品を通ってタービンセクションに流れて、タービンを駆動して出力を生成する。タービンセクションは通常、複数のロータディスクと、各ロータディスクから半径方向外向きに延びて且つ共に回転するように各ロータディスクに結合される複数のタービンバケットとを有するタービンロータを含む。タービンバケットは、一般に、タービンセクションを通って流れる高温の燃焼ガスを取り込み、この運動エネルギーを使用可能な回転エネルギーに転換するよう設計されている。加えて、タービンセクションはまた、内側タービンケーシングと、該内側タービンケーシングを囲む外側タービンケーシングとを含むことができる。一般に理解されるように、内側タービンケーシングは、高温の燃焼ガスを収容するためにタービンロータを包むよう構成することができる。この際に、円周方向先端クリアランスは、通常、タービンロータの回転バケットと、内側タービンケーシングの内面との間に定められる。
【０００３】
タービンの作動中、タービン内で生成された熱は、タービンロータ及び内側タービンケーシングの熱膨張を生じさせ、先端クリアランスの変動を引き起こすことが多い。例えば、場合によっては、タービンロータは常にその円周方向周りに膨張するが、内側タービンケーシングの熱膨張は、円周方向周りの様々な位置で異なる（すなわち、ケーシングの非真円性を生じる）ことが多い。結果として、意図しない摩擦が回転バケットの先端と内側タービンケーシングとの間で生じる場合があり、バケットの早期故障につながる可能性がある。加えて、内側タービンケーシングの過剰な熱膨張が生じた場合、バケットと内側タービンケーシングとの間の先端クリアランスが大きすぎるほどになり、これによりガスタービンの全体効率が低下することになる。
【０００４】
最適なタービン性能及び効率を可能にし、バケット先端と内側タービンケーシングとの間の意図しない摩擦を最小限にするために、多くのガスタービンは、内側タービンケーシングに冷却流体を供給して、これにより内側タービンケーシングの熱収縮を促進させて先端摩擦を回避するように設計されたアクティブクリアランス制御システムを含む。しかしながら、このようなクリアランス制御システムでは通常、内側タービンケーシングの冷却を可能にするために実質的に圧力を低下させる（アクティブ制御システムが作動しているか、又は非作動であるかに関わらず）ことが必要とされる。従って、従来のクリアランス制御システムは、システムにわたる圧力低下が比較的低くなるまで要求された場合（例えば、ガスタービンが極端な温度及び負荷状態で運転している場合）には有効ではない。その上、従来のクリアランス制御システムは通常、複数の空気源を必要とし、アクティブ制御システムが作動及び非作動の両方であるときに限定された熱伝達境界条件に達することができない。
【０００５】
従って、従来のクリアランス制御システムにおいて上記で認識された問題の１つ又はそれ以上に対処したガスタービン用のクリアランス制御システムが、当該技術分野において望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，２９３，９５３号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の態様及び利点は、その一部を以下の説明に記載しており、又はその説明から自明なものとすることができ、或いは本発明を実施することにより知ることができる。
【０００８】
１つの態様において、本発明の主題は、外側タービンケーシングと、内側タービンケーシングと、内側及び外側タービンケーシング間に定められたプレナムとを含む、ガスタービンのクリアランス制御に適合されたシステムに関する。クリアランス制御システムは、プレナム内に配置されたイピンジメントボックスを含むことができる。イピンジメントボックスは、複数のインピンジメント孔を定めることができる。加えて、クリアランス制御システムは、イピンジメントボックスの内部と流れ連通した第１の導管と、イピンジメントボックスの外部の位置にてプレナムと流れ連通した第２の導管と、を含むことができる。
【０００９】
別の態様において、本発明の主題は、ガスタービンに関する。ガスタービンは、外側タービンケーシングと、プレナムが外側タービンケーシングとの間で定められるように、外側タービンケーシングから離間して配置される内側タービンケーシングと、を含むことができる。加えて、ガスタービンは、内側及び外側タービンケーシング間に配置されたイピンジメントボックスを含むことができる。イピンジメントボックスは、複数のインピンジメント孔を定めることができる。その上、ガスタービンは、イピンジメントボックスの内部の位置にてプレナム内に流体を供給するよう構成された第１の導管と、イピンジメントボックスの外部の位置にてプレナム内に流体を供給するよう構成された第２の導管と、を含むことができる。
【００１０】
別の態様において、本発明の主題は、内側タービンケーシング及び外側タービンケーシングを含むガスタービン内のクリアランスを制御する方法に関する。本方法は、流体を加圧流体源から第１の導管に配向して、流体が内側及び外側タービンケーシング間に配置されたイピンジメントボックスに流れるようにするステップと、内側及び外側タービンケーシング間に定められたプレナムと流れ連通した第２の導管を通して流体を再配向し、流体がイピンジメントボックスの外部の周りに流れるようにするステップと、を含むことができる。
【００１１】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、以下の説明及び添付の請求項を参照するとより理解できるであろう。本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例証しており、本明細書と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。
【００１２】
添付図を参照した本明細書において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ガスタービンの１つの実施形態のブロック図。
【図２】ＯＮ作動状態のクリアランス制御システムの１つの実施形態を詳細に示す、ガスタービンのタービンセクションの１つの実施形態の部分断面図。
【図３】ＯＦＦ作動状態のクリアランス制御システムの１つの実施形態を詳細に示す、ガスタービンのタービンセクションの１つの実施形態の部分断面図。
【図４】ガスタービンの内側タービンケーシングと外側タービンケーシングとの間に配置されたクリアランス制御システムのイピンジメントボックスを詳細に示す、線４−４に沿った、図２及び３に示すタービンセクションの簡易断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、その１つ又はそれ以上の実施例を図面に示している本発明の実施形態について詳細に説明する。各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、当業者であれば、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、種々の修正及び変形を本発明において実施できる点は理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。
【００１５】
一般に、本発明の主題は、ガスタービンのクリアランス制御システムに関する。幾つかの実施形態において、クリアランス制御システムは、ガスタービンの内側及び外側タービンケーシング間に配置されたイピンジメントボックスを含むことができる。ＯＮ作動状態では、クリアランス制御システムは、イピンジメントボックスに流体（例えば、空気、上蒸気及び／又は同様のもの）を供給するよう構成することができる。次いで、イピンジメントボックスに供給される流体は、ボックス内に定められるインピンジメント孔を通って配向された後、内側タービンケーシングの外面に直接衝突することができる。ＯＦＦ作動状態では、クリアランス制御システムは、内側及び外側タービンケーシング間に定められたプレナムに流体を供給するよう構成することができる。次いで、プレナムに供給される流体は、イピンジメントボックスの外部付近に配向され、イピンジメントボックスと内側タービンケーシングとの間に定められる流れダクトを通ることができる。
【００１６】
上述のようにクリアランス制御システムを構成することによって、ガスタービンに多くの利点をもたらすことができる。例えば、クリアランス制御システムは、バケット先端と内側タービンケーシングとの間の先端クリアランスをより緊密にできることにより、ガスタービン効率を向上させることができる。具体的には、冷却流体流れを内側タービンケーシングに供給することにより、内側タービンケーシング及び／又は関連の構成要素の熱膨張を制御し、これにより先端クリアランスを制御することができる。加えて、ＯＮ及びＯＦＦ作動状態の両方において内側タービンケーシングに対する流体の流量を制御することによって、クリアランス制御システムは、アクティブクリアランス制御システム（ＯＮ状態において）とパッシブクリアランス制御システム（ＯＦＦ状態において）の両方として利用することができる。その上、ＯＦＦ状態において、クリアランス制御システムは、限定された熱伝達境界条件を維持しながら、極めて低い圧力低下で内側タービンケーシングに流体を供給可能にすることができる。更に、開示のシステムは、流体を単一流体源から供給することができる。例えば、以下で説明するように、別個の導管がイピンジメントボックスとプレナムに流体を供給するように構成することができ、導管を通る流体流れは、単一の流体源に結合されたバルブによって制御されている。
【００１７】
図面を参照すると、図１は、ガスタービン１０の１つの実施形態の概略図を示している。ガスタービン１０は、圧縮機セクション１２、燃焼セクション１４、及びタービンセクション１６を含む。燃焼セクション１４は、ガスタービン１０の軸線を中心として環状アレイで配置された複数の燃焼器を含むことができる。圧縮機セクション１２及びタービンセクション１６は、シャフト１８により結合することができる。シャフト１８は、単一のシャフトであるか、又は共に結合されてシャフト１８を形成するような複数のシャフトセグメントであってもよい。ガスタービン１０の作動中、圧縮機セクション１２の圧縮機（例えば、軸流圧縮機）は、加圧空気を燃焼セクション１４に供給する。加圧空気は燃料と混合されて各燃焼器２０内で燃焼され、該燃焼ガスは、燃焼セクション１４からタービンセクション１６に流れ、ここでエネルギーが高温ガスから抽出されて仕事を産出する。
【００１８】
次に、図２及び３を参照すると、本発明の主題の１つの態様による、ガスタービン１０のタービンセクション１６の一部の１つの実施形態の断面図が示される。図示のように、タービンセクション１６は一般に、外側タービンケーシング２０と内側タービンケーシング２２とを含む。外側タービンケーシング２０は、一般に、内側タービンケーシング２２を少なくとも部分的に包む又は囲むよう構成することができる。すなわち、図２及び３に示すように、幾つかの実施形態において、外側タービンケーシング２０は、内側タービンケーシング２２から半径方向に離間して配置され、内側及び外側タービンケーシング２０、２２間に円周方向プレナム２４が定められるようにすることができる。
【００１９】
内側タービンケーシング２２は一般に、タービンセクション１６を通って流れる高温燃焼ガスを収容するよう構成することができる。加えて、図２及び３に示すように、内側タービンケーシング２２は、タービンケーシング２２の内周から半径方向内向きに延びる固定ノズル２６の複数の段を支持するよう構成することができる。内側タービンケーシング２２はまた、複数のシュラウドセクション又はブロック２８を支持するよう構成することができ、該シュラウドセクション又はブロック２８は、内側タービンケーシング２２の内周の周りに設置されたときに、互いに当接してガスタービン１０のタービンロータ３０の一部を囲む実質的に円筒形状を定めるようになる。例えば、図２及び３に示すように、内側タービンケーシング２２によって支持されるシュラウドブロック３０の各セットは、タービンロータ３０の回転バケット３２の複数の段のうちの１つを包む又は囲むことができる。従って、円周方向先端クリアランス３４は、一般に、回転バケット３２の先端とシュラウドブロック２８との間に定めることができる。
【００２０】
図２及び３に示す内側及び外側タービンケーシング２０、２２は、例示的な使用分野において本発明の主題を諮るため例証の目的で提供されているに過ぎない点を理解されたい。従って、当業者であれば、本発明の主題が内側及び外側タービンケーシング２０、２２の特定の構成に限定されるものではないことは理解されるはずである。
【００２１】
図２及び３を更に参照すると、ガスタービン１０はまた、内側タービンケーシング２２に流体流れを供給（矢印で示されている）するよう構成されたクリアランス制御システム４０を含むことができ、これにより内側タービンケーシング２２及び／又はその構成要素（例えば、シュラウドブロック２８）の熱収縮を促進及び／又は熱膨張を制御するよう構成することができる。従って、バケット３２の先端とシュラウドブロック２８との間に定められる先端クリアランス３４は、ガスタービン１０の作動効率を向上させ、バケット３２とシュラウドブロック２８との間の意図しない接触及び／又は摩擦を回避するように制御することができる。
【００２２】
図示のように、クリアランス制御システム４０は、内側及び外側タービンケーシング２０、２２の間に定められるプレナム２４内に配置されたイピンジメントボックス４２を含むことができる。一般に、イピンジメントボックス４２は、壁の１つ又はそれ以上に定められる複数のインピンジメント孔４４を有する壁に囲まれた構造体を備えることができる。例えば、例示の実施形態において図示するように、複数のインピンジメント孔４４は、イピンジメントボックス４２の内壁４６を貫通して定めることができる。このような実施形態において、イピンジメントボックス４２の残りの壁（例えば、外壁４８及び側壁５０）は、イピンジメントボックス４２が全体的にインピンジメント孔４４を差し引いた内包体積を定めるように中実の壁として構成することができる。換言すると、イピンジメントボックス４２の内部は、内壁４６を貫通して定められるインピンジメント孔４４を除き、プレナム２４と流体隔離状態にすることができる。しかしながら、代替の実施形態では、外壁４８及び／又は側壁５０の一方又は両方など、イピンジメントボックス４２の他の何れかの壁に複数のインピンジメント孔４４を定めることもできる点は理解されたい。
【００２３】
加えて、幾つかの実施形態において、イピンジメントボックス４２は、内側タービンケーシング２２を少なくとも部分的に囲む又は包むよう構成することができる。例えば、幾つかの実施形態において、イピンジメントボックス４２は、環状断面形状を定めることができる。具体的には、図４の簡易断面図で示すように、イピンジメントボックス４２は、該イピンジメントボックス４２が内側タービンケーシング２２の外周全体の周りを延びるように連続したリングとして構成することができる。このような実施形態において、イピンジメントボックス４２は、内側タービンケーシング２２を囲む単一の構成要素から、或いは、内側タービンケーシング２２の周りに共に組み立てられるよう構成された複数の弓形セグメントから形成することができる点は理解されたい。しかしながら、代替の実施形態では、イピンジメントボックス４２は、内側タービンケーシング２２の外周の周りに部分的にのみ延びるよう構成することができる点は理解されたい。
【００２４】
その上、例示の実施形態に示すように、イピンジメントボックス４２は、内側タービンケーシング２２から半径方向に離間して配置され、イピンジメントボックス４２の内壁４６と内側タービンケーシング２２の内壁４６と内側タービンケーシング２２の外面５４との間に円周方向流れダクト５２が定められるようにすることができる。幾つかの実施形態において、イピンジメントボックス４２は、イピンジメントボックス４２の内壁４６の輪郭を内側タービンケーシング２２の外面５４の輪郭を軸方向長さ５８に沿ってほぼ一致させるように構成することなどにより、流れダクト５２の半径方向高さ５６がイピンジメントボックス４２の軸方向長さ５８に沿って実質的に一定のままであるような形状にされ、及び／又は構成にすることができる。或いは、流れダクト５２の半径方向高さ５６は、イピンジメントボックス４２の軸方向長さ５８に沿って変化することができる。
【００２５】
図２及び３を更に参照すると、クリアランス制御システム４０はまた、イピンジメントボックス４２及びプレナム２４の両方に流体流れを供給するための１つ又はそれ以上の流れ導管を含むことができる。例えば、例示の実施形態に示すように、本システムは、第１の導管６０及び第２の導管６２を含むことができる。一般に、第１の導管６０は、（例えば、外側タービンケーシング２０とイピンジメントボックス４２の外壁４８の両方を通って延びることにより）イピンジメントボックス４２と流れ連通することができる。従って、流体流れは、第１の導管６０を通ってイピンジメントボックス４２の内部に供給することができる。同様に、第２の導管６２は、（例えば、外側タービンケーシング２０を通って延びることにより）イピンジメントボックス４２の外部の位置にて内側及び外側タービンケーシング２２、２４間に定められるプレナム２４と流れ連通することができる。従って、流体流れは、第２の導管６２を通り、イピンジメントボックス４２により占有されないプレナム内の空間に供給することができる。本明細書で使用される用語「導管」は、２箇所の間で流体流れを送給できるあらゆる管体、パイプ、チャンネル、通路、及び／又は同様のものを指すことができる点は理解されたい。
【００２６】
加えて、幾つかの実施形態において、流体は、単一の加圧流体源６４から第１及び第２の導管６０、６２に供給することができる。例えば、図２及び３に示すように、第１及び第２の導管６０、６２は、流体源６４と導管６０、６２との間に結合されたバルブ６６を介して同じ流体源６４と流れ連通することができる。バルブ６６は、例えば、流体源６４と流れ連通した入口及び導管６０、６２と流れ連通した２つの出口を有する三方バルブを備えることができる。このような実施形態において、バルブ６６は、一般に、第１及び第２の導管６０、６２への供給流体を制御するよう構成することができる。例えば、バルブ６６は、加圧流体源６４からの流体の流れを制御して、流体が第１の導管６０か又は第２の導管６２の何れかに配向され、これによりクリアランス制御システム４０がＯＮ又はＯＦＦ状態の何れで作動するかを制御するよう構成することができる。
【００２７】
幾つかの実施形態において、バルブ６６は、第１及び第２の導管６０、６２への供給流体を自動的に制御するよう構成することができる点は理解されたい。例えば、図２及び３に示すように、バルブ６６は、ガスタービン１０のタービンコントローラ６８に通信可能に結合することができる。このような実施形態において、バルブ６６は、コントローラ６８から受け取った制御信号に基づいて第１の導管６０と第２の導管６２との間で流体の流れを切り替えるよう構成することができる。
【００２８】
また、加圧流体源６４は、一般に、あらゆる好適な加圧流体源（例えば、加圧空気、蒸気、水、及び／又は同様のもの）を備えることができる点は理解されたい。例えば、１つの実施形態において、加圧流体源６４は、ガスタービン１０の圧縮機を備えることができる。代替として、加圧流体源６４は、単に、加圧流体を含有する圧力容器を備えることができる。加えて、開示のシステム４０は、一般に、単一の加圧流体源６４を含むものとして本明細書で説明されているが、他の実施形態では、システム４０は、各導管６０、６２に対し別個の加圧流体源を含むことができる点は理解されたい。
【００２９】
加えて、幾つかの実施形態において、クリアランス制御システム４０はまた、加圧流体源６４から流れる流体を冷却するための１つ又はそれ以上の熱交換器７２を含むことができる。例えば、図２に示すように、熱交換器７２（例えば、水−空気クーラー及び／又は他の何れかの好適な熱交換器）は、第１の導管６０を通って配向される流体を冷却するため、バルブ６６の下流側で第１の導管６０とインラインに配置することができる。従って、第１の導管６０を通ってイピンジメントボックス４２に流入する冷却された流体は、ケーシング２２上に衝突したときに内側タービンケーシング２２の冷却を向上させ、これにより内側タービンケーシング２２の熱収縮を増大させ、バケット３２とシュラウドブロック２８との間に定められる先端クリアランス３４を最小限にすることができる。代替の実施形態では、熱交換器７２はまた、第２の導管６２を通って流れる流体を冷却するために第２の導管６２とインラインで位置付けることができ、及び／又は熱交換器７２は、クリアランス制御システム４０がＯＮ又はＯＦＦ状態の何れで作動しているかどうかに関係なく加圧流体源６４から供給される流体が冷却されるように、バルブ６６の上流側に配置することができる点を理解されたい。
【００３０】
クリアランス制御システム４０を上述のように構成することによって、システム４０は、該システム４０がアクティブクリアランス制御システムとして動作するＯＮ作動状態と、システム４０がパッシブクリアランス制御システムとして動作するＯＦＦ作動状態の両方で利用することができる。具体的には、ＯＮ作動状態（図２）では、バルブ６６は、加圧流体源６４からの流体流れが第１の導管６０を通ってイピンジメントボックス４２に配向されるように作動することができる。イピンジメントボックス４２が加圧されると、流体は、インピンジメント孔４４を通って配向されて、内側タービンケーシング２２の外面５４上に衝突し、これによりタービンケーシング２２が熱収縮するにつれて回転バケット３２と内側タービンケーシング２２との間の先端クリアランス３４を緊密にすることができる。次いで、流体は、流れダクト５２を通り、内側タービンケーシング２２内に定められた１つ又はそれ以上の冷却チャンネル７０に配向され、内側タービンケーシング２２及び／又はその種々の構成要素を更に冷却するようにすることができる。例えば、図２及び３に示すように、１つ又はそれ以上の冷却チャンネル７０は、流れダクト５２内に流れる流体をシュラウドブロック２８の半径方向外面に沿って配向できるように内側タービンケーシング２２内に定めることができる。
【００３１】
加えて、ＯＦＦ作動状態（図３）では、バルブ６６は、加圧流体源６４からの流体流れが第２の導管６２を通ってプレナム２４に配向されるように作動することができる。上述のように、幾つかの実施形態において、第２の導管６２は、イピンジメントボックス４２の外部の位置でプレナム２４に流体を供給するよう構成することができる。従って、図３に示すように、プレナム２４に流入する流体は、イピンジメントボックス４２の外部の周りに配向されて流れダクト５２を通り、限定された熱伝達境界条件を維持するのに十分な冷却を内側タービンケーシング２２の外周周りに提供し、これによりケーシング２２の非真円性を阻止するようにすることができる。次いで、流体は、内側タービンケーシング２２に定められた１つ又はそれ以上の冷却チャンネル７０を通って配向され、内側タービンケーシング２２及び／又はその種々の構成要素を更に冷却するようにすることができる。
【００３２】
幾つかの実施形態において、高温再始動時、及び／又は内側タービンケーシング２２の大きな熱収縮が必要とされない及び／又は望ましくない他の何れかの時点で、ガスタービン１０が定常状態の温度まで立ち上がっているときには、クリアランス制御システム４０をＯＦＦ状態で作動させることが望ましいとすることができる点は理解されたい。例えば、ガスタービン１０が定常状態温度まで立ち上がっている間、流体をイピンジメントボックス４２の周りに配向して流れダクト５２を通過させ、限定された熱伝達境界条件を維持し且つケーシング２２の非真円性を阻止するのに十分な冷却を提供することが望ましいとすることができる。しかしながら、ガスタービン１０が定常状態温度に達すると、先端クリアランス３４を最小限にするために内側タービンケーシング２２に提供される冷却量を増大させることが望ましいとすることができる。従って、クリアランス制御システム４０の作動をＯＮ状態に切り替えて、冷却流体がイピンジメントボックス４２に配向されて内側タービンケーシング２２上に衝突し、これにより内側タービンケーシング２２の熱収縮を引き起こすようにすることができる。
【００３３】
また、流れダクト５２の半径方向高さ５６は、一般に、開示されたクリアランス制御システム４０の効率を最適化されるように選択することができる点を理解されたい。例えば、半径方向高さ５６は、流れダクト５２を通って流れる流体に対し所望の熱伝達係数をもたらし、また、インピンジメント冷却の離隔距離を最適にするように選択することができる。
【００３４】
加えて、本発明の主題はまた、外側タービンケーシング２０及び内側タービンケーシング２２を含むガスタービン１０内のクリアランスを制御する方法に関する点も理解されたい。幾つかの実施形態において、本方法は、内側及び外側タービンケーシング２０、２２間に配置されたイピンジメントボックス４２と流れ連通した第１の導管６０を通して加圧流体源６４から流体を配向するステップと、内側及び外側タービンケーシング２０、２２間に定められたプレナム２４と流れ連通した第２の導管６２を通して流体流れを再配向し、該流体流れがイピンジメントボックス４２の外部の周りに移動するようにするステップと、を含むことができる。
【００３５】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ガスタービン
１６  タービンセクション
２０  外側タービンケーシング
２２  内側タービンケーシング
２４  円周方向プレナム
２６  固定ノズル
２８  シュラウドセクション又はブロック
３０  タービンロータ
３２  回転バケット
４０  クリアランス制御システム
４２  イピンジメントボックス
４４  インピンジメント孔
４６  内壁
４８  外壁
５０  側壁
５２  円周方向流れダクト
５４  外面
５８  軸方向長さ
６０  第１の導管
６２  第２の導管
６４  流体源
６６  バルブ
７０  冷却チャンネル
７２  熱交換器
【図１】
2013217373.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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