(57)【要約】【課題】タービンシュラウド組立体の熱応力を低減する、タービンエンジンを冷却するためのシステムを提供すること。【解決手段】一態様において、本主題は、タービンエンジンを冷却するためのシステムを対象とする。本システムは、冷却媒体源と、冷却媒体源と流体連通する内部流れ通路を有する静翼と、静翼の内部流れ通路と流体連通する内部流れ通路を有するタービンシュラウド組立体とを含む。システムは、冷却媒体源によって供給される冷却媒体とタービンシュラウド組立体などの様々なタービン構成部品との間の最大熱勾配を低減することを可能にする。【選択図】図１
2016194295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却媒体源（１０２、２０２）と、
前記冷却媒体源（１０２、２０２）と流体連通する内部流れ通路（１０６、２０６）を有する静翼（１０４、２０４）と、
前記静翼（１０４、２０４）の前記内部流れ通路（１０６、２０６）と流体連通する内部流れ通路（１１０、２１０）を有するタービンシュラウド組立体（１０８、２０８）と
を備える、タービンを冷却するためのシステム（１００、２００）。
【請求項２】
前記冷却媒体源（１０２、２０２）が、低圧圧縮機（２２）及び高圧圧縮機（２４）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載のシステム（１００、２００）。
【請求項３】
前記静翼（１０４、２０４）の前記内部流れ通路（１０６、２０６）が少なくとも１つの孔（１４０、２４０）を含み、前記少なくとも１つの孔（１４０、２４０）が、前記静翼（１０４、２０４）の全長に沿って前記内部流れ通路（１０６、２０６）から外へ流体連通させる、請求項１記載のシステム（１００、２００）。
【請求項４】
前記静翼（１０４、２０４）の前記内部流れ通路（１０６、２０６）が、前記冷却媒体源（１０２、２０２）と流体連通する入口（１１４、２１４）、及び前記タービンシュラウド組立体（１０８、２０８）と流体連通する出口（１１６、２１６）を含む、請求項１記載のシステム（１００、２００）。
【請求項５】
前記静翼（１０４、２０４）の前記入口（１１４、２１４）及び前記出口（１１６、２１６）が、前記静翼（１０４、２０４）の外側バンド部（１４４、２４６）に沿って形成することができる、請求項４記載のシステム（１００、２００）。
【請求項６】
前記入口（１０４、２０４）が、前記静翼（１０４、２０４）の内側バンド部（１３８、２３８）に沿って形成される、請求項４記載のシステム（１００、２００）。
【請求項７】
前記タービンシュラウド組立体（１０８、２０８）の前記内部流れ通路（１１０、２１０）が、前記タービンシュラウド組立体（１０８、２０８）のシュラウドシール部（１２４、２２４）内に画定される冷却空気プレナム（１２８、２２８）を含む、請求項１記載のシステム（１００、２００）。
【請求項８】
前記静翼（１０４）が、前記静翼（１０４）の前記内部流れ通路（１０６）から下流の前記静翼（１０４）の外側バンド部（１４４）によって画定されたバイパス流れ通路（１４２）を含み、前記バイパス流れ通路（１４２）が、前記静翼（１０４）の前記内部流れ通路（１０６）と前記タービンの高温ガス通路（７２）との間を流体連通させる、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項９】
前記静翼（１０４、２０４）及び前記タービンシュラウド組立体（１０８、２０８）が、高圧タービン（２８）の第１段部（７４）、又は前記高圧タービン（２８）の第２段部（７６）のうちの１つのタービン機器構成部品である、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項１０】
前記タービンシュラウド組立体（１０８）のシュラウドシール（１２４）のシール面（１３２）から半径方向に離間したタービン動翼（６４）であって、前記シュラウドシール（１２４）の前記シール面（１３２）の方へ方向付けられた複数の冷却通路（１４５）を含むタービン動翼（６４）をさらに備える、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項１１】
第１の冷却媒体源（１０２）と、
前記冷却媒体源（１０２）と流体連通する内部流れ通路（１０６）を有する第１の静翼（１０４）と、
前記第１の静翼（１０４）の前記内部流れ通路（１０６）と流体連通する内部流れ通路（１１０）を有する第１のタービンシュラウド組立体（１０８）と、
第２の冷却媒体源（２０２）と、
前記第１の静翼（１０４）の下流に配置され、内部流れ通路（２０６）を有する第２の静翼（２０４）であって、前記第１の静翼（１０４）及び前記第２の静翼（２０４）が、タービンを通る高温ガス通路（７２）を少なくとも部分的に画定する、第２の静翼（２０４）と、
隔壁（２４４）と前記静翼（２０４）の外側バンド部（２４６）との間に少なくとも部分的に画定されたバイパス流れ通路（２４２）であって、前記バイパス流れ通路（２４２）と前記第２の静翼（２０４）の前記内部流れ通路（２０６）が前記第２の冷却媒体源（２０２）と流体連通する、バイパス流れ通路（２４２）と、
前記第２の静翼（２０４）の前記内部流れ通路（２０６）及び前記バイパス流れ通路（２４２）のうちの少なくとも１つと流体連通する内部流れ通路（２１０）を有する第２のタービンシュラウド組立体（２０８）と
を備える、タービンを冷却するためのシステム（１００、２００）。
【請求項１２】
前記第１の冷却媒体源（１０２）が、低圧圧縮機（２２）及び高圧圧縮機（２４）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１１記載のシステム（１００、２００）。
【請求項１３】
前記第１の静翼（１０４）の前記内部流れ通路（１０６）が少なくとも１つの孔（１４０）を含み、前記少なくとも１つの孔（１４０）が、前記第１の静翼（１０４）の全長に沿って前記内部流れ通路（１０６）から外へ流体連通させる、請求項１１記載のシステム（１００、２００）。
【請求項１４】
前記第２の静翼（２０４）の前記内部流れ通路（２０６）が少なくとも１つの孔（２４０）を含み、前記少なくとも１つの孔（２４０）が、前記第２の静翼（２０４）の全長に沿って前記内部流れ通路（２０６）から外へ流体連通させる、請求項１１記載のシステム（１００、２００）。
【請求項１５】
前記静翼（１０４、２０４）の前記内部流れ通路（１０６、２０６）が、前記冷却媒体源（１０２、２０２）と流体連通する入口（１１４、２１４）、及び前記タービンシュラウド組立体（１０８、２０８）と流体連通する出口（１１６、２１６）を含む、請求項１１記載のシステム（１００、２００）。
【請求項１６】
前記第１のタービンシュラウド組立体（１０８）の前記内部流れ通路（１１０）が、前記第１のタービンシュラウド組立体（１０８）のシュラウドシール部（１２４）内に画定された冷却空気プレナム（１２８）を含む、請求項１１記載のシステム（１００、２００）。
【請求項１７】
前記第２の冷却媒体源（２０２）が、前記第１のタービンシュラウド組立体（１０８）の前記内部流れ通路（１１０）を含む、請求項１６記載のシステム（１００、２００）。
【請求項１８】
前記第１の静翼（１０４）が、前記第１の静翼（１０４）の外側バンド部（１４４）によって画定されたバイパス流れ通路（１４２）を含み、前記バイパス流れ通路（１４２）が前記第１の静翼（１０４）の前記内部流れ通路（１０６）の下流にあり、前記バイパス流れ通路（１４２）が、前記第１の静翼（１０４）の前記内部流れ通路（１０６）と前記タービンの前記高温ガス通路（７２）との間を流体連通させる、請求項１１記載のシステム（１００、２００）。
【請求項１９】
前記第１の静翼（１０４）及び前記第１のタービンシュラウド組立体（１０８）が、高圧タービン（２８）の第１段部（７４）のタービン機器構成部品であり、且つ、前記第２の静翼（２０４）及び前記第２のタービンシュラウド組立体（２０８）が、高圧タービン（２８）の第２段部（７６）のタービン機器構成部品である、請求項１１記載のシステム（１００、２００）。
【請求項２０】
静翼（１０４）及びタービンシュラウド組立体（１０８）を有するタービンエンジンの第１段（７４）であって、前記静翼（１０４）が、冷却媒体源（１０２）と流体連通する内部流れ通路（１０６）を有し、前記タービンシュラウド組立体（１０８）が、前記静翼（１０４）の前記内部流れ通路（１０６）と流体連通する内部流れ通路（１１０）を有する、第１段（７４）と、
前記第１段（７４）の下流に配置され、静翼（２０４）及びタービンシュラウド組立体（２０８）を有する前記タービンエンジンの第２段（７６）であって、前記第２段（７６）の前記静翼（２０４）が、前記第１段（７４）の前記タービンシュラウド組立体（１０８）の前記内部流れ通路（１１０）と流体連通する内部流れ通路（２０６）を有し、前記第２段（７６）の前記タービンシュラウド組立体（２０８）が、前記第２段（７６）の前記静翼（２０４）の前記内部流れ通路（２０６）と流体連通する内部流れ通路（２１０）を有する、第２段（７６）と
を含む、タービンエンジンを冷却するためのシステム（１００、２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は一般にタービンエンジンに関する。より詳細には、本主題は、タービンシュラウド組立体などのタービンエンジンの様々なタービン構成部品を冷却するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは一般に、直列流れ順に、圧縮機セクション、燃焼セクション、タービンセクション、及び排気セクションを含む。作動時、空気は圧縮機セクションの入口に入り、圧縮機セクションでは、燃焼器セクションに達するまで空気を１つ又は複数の軸流圧縮機が漸進的に圧縮する。燃料は燃焼セクション内で圧縮空気と混合されて燃焼して燃焼ガスを発生する。燃焼ガスは燃焼セクションからタービンセクションに送られる。特定の構成では、タービンセクションは、直列流れ順に、高圧（ＨＰ：ｈｉｇｈ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）タービン及び低圧（ＬＰ：ｌｏｗ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）タービンを含む。ＨＰタービン及びＬＰタービンは、ガスタービンエンジンの高温ガス通路を少なくとも部分的に画定する。次いで、燃焼ガスは、排気セクションを経て高温ガス通路を出る。
【０００３】
燃焼ガスが高温ガス通路を通って流れるとき、熱エネルギーは、燃焼ガスから、静翼、タービン動翼、タービンシュラウドシール、及び他のタービン機器構成部品などの様々なタービン機器構成部品に伝達される。その結果、様々なタービン機器構成部品を冷却することは、熱的及び／又は機械的性能要件に合致させるために必要、且つ／又は有利である。
【０００４】
典型的には、圧縮機セクションからの圧縮空気などの冷却媒体は、様々なタービン機器構成部品の内部、又は周りに画定された様々な冷却通路又は回路を通って送られる。しかしながら、燃焼ガス温度が高く、冷却媒体温度が著しく低いことに伴う熱勾配によって、様々なタービン機器構成部品には望ましくないほど高い熱応力が生じる場合がある。従って、様々なタービン機器構成部品、特にタービンシュラウド組立体の熱応力を低減する、タービンエンジンを冷却するためのシステムは当技術分野で歓迎されるであろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様及び利点は、ある程度、以下の説明で明らかにされ、又はその説明から理解することができ、又は本発明の実施を通じて学ぶことができる。
【０００６】
一態様において、本主題は、タービンエンジンを冷却するためのシステムを対象とする。本システムは、第１の冷却媒体源と、冷却媒体源と流体連通する内部流れ通路を有する第１の静翼と、第１の静翼の内部流れ通路と流体連通する内部流れ通路を有する第１のタービンシュラウド組立体とを含む。本システムは、第２の冷却媒体源と、第１の静翼の下流に配置され、内部流れ通路を含む第２の静翼とをさらに含む。第１の静翼及び第２の静翼は、タービンを通る高温ガス通路を少なくとも部分的に画定する。本システムは、隔壁と静翼の外側バンド部との間に少なくとも部分的に画定されたバイパス流れ通路をさらに含む。バイパス流れ通路と第２の静翼の内部流れ通路は第２の冷却媒体源と連通する。本システムは、第２の静翼の内部流れ通路及びバイパス流れ通路のうちの少なくとも１つと流体連通する内部流れ通路を有する第２のタービンシュラウド組立体をさらに含む。
【０００７】
別の態様において、本主題は、タービンエンジンを冷却するためのシステムを対象とする。本システムは、第１の冷却媒体源と、冷却媒体源と流体連通する内部流れ通路を有する第１の静翼と、第１の静翼の内部流れ通路と流体連通する内部流れ通路を有する第１のタービンシュラウド組立体とを備える。本システムは、第２の冷却媒体源をさらに含む。第２の静翼は、第１の静翼の下流に配置される。第２の静翼は内部流れ通路を含む。第１の静翼及び第２の静翼は、ガスタービンエンジンを通る高温ガス通路を少なくとも部分的に画定する。バイパス流れ通路は、隔壁と静翼の外側バンドとの間に少なくとも部分的に画定される。バイパス流れ通路と第２の静翼の内部流れ通路は第２の冷却媒体源と流体連通する。本システムは、第２の静翼の内部流れ通路及びバイパス流れ通路のうちの少なくとも１つと流体連通する内部流れ通路を有する第２のタービンシュラウド組立体をさらに含む。
【０００８】
本主題の別の態様は、タービンエンジンを冷却するためのシステムを対象とする。本システムは、静翼及びタービンシュラウド組立体を有するタービンエンジンの第１段を含む。静翼は、冷却媒体源と流体連通する内部流れ通路を有する。タービンシュラウド組立体は、静翼の内部流れ通路と流体連通する内部流れ通路を含む。本システムは、第１段の下流に配置されたタービンエンジンの第２段をさらに含む。第２段は、静翼及びタービンシュラウド組立体を有する。第２段の静翼は、第１段のタービンシュラウド組立体の内部流れ通路と流体連通する内部流れ通路を含む。第２段のタービンシュラウド組立体は、第２段の静翼の内部流れ通路と流体連通する内部流れ通路を含む。
【０００９】
本発明のこれらの及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲を参照すればよりよく理解できるであろう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、その一部を構成するものであり、本説明と併せて本発明の実施形態を例示して、本発明の原理を説明する働きをしている。
【００１０】
当業者を対象として、最良の態様を含む本発明の完全且つ有効な開示を、添付図を参照して本明細書で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本主題の様々な実施形態による、例示的なガスタービンエンジンの概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による、ガスタービンエンジンのタービンを冷却するためのシステムの例示的な実施形態を含む、図１に示すようなガスタービンエンジンの第１段部の拡大側面断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による、タービンエンジンを冷却するためのシステムの例示的な実施形態を含む、図１に示すようなガスタービンエンジンの第１段部の拡大側面断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による、タービンエンジンを冷却するためのシステムの例示的な実施形態を含む、図１に示すようなガスタービンエンジンの第２段部の拡大側面断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による、タービンエンジンを冷却するためのシステムの例示的な実施形態を含む、図１に示すようなガスタービンエンジンの第２段部の拡大側面断面図である。
【図６】本発明の一実施形態による、タービンエンジンを冷却するためのシステムの例示的な実施形態を含む、図１に示すようなガスタービンエンジンの第１段部の一部分及び第２段部の拡大側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施形態を詳細に参照する。実施形態の１つ又は複数の例が添付図面に示されている。詳細な説明では、図面内の要素を指すために数字表示及び文字表示を使用する。図面及び説明における類似又は同様の表示は、本発明の類似又は同様の部品を指すために使用されている。本明細書で使用するとき、用語「第１の」、「第２の」、及び「第３の」は、１つの構成部品を別の構成部品と区別するために交換可能に使用される場合があり、個々の構成部品の位置又は重要性を意味することを意図していない。用語「上流」及び「下流」は、流体経路での流体の流れに関する相対的な方向を指す。例えば、「上流」は流体が流れて来る元の方向を指し、「下流」は流体が流れて行く先の方向を指す。
【００１３】
次に図面を参照する。ここでは、図面全体を通して同一の数字は同じ要素を示す。図１は本発明の様々な実施形態を組み込むことができる例示的な高バイパスターボファンジェットエンジン１０の概略断面図であり、本明細書ではこれを「ターボファン１０」と称する。参照のために、図１に示すように、ターボファン１０は長手方向又は軸方向中心線軸１２を有し、それはターボファン１０を貫通して延在する。一般に、ターボファン１０は、ファンセクション１４、及びファンセクション１４の下流に配置されたコアタービンエンジン又はガスタービンエンジン１６を含むことができる。
【００１４】
コアタービンエンジン１６は一般に、環状の入口２０を画定する管状の外側ケーシング１８を実質的に含むことができる。外側ケーシング１８内には、直列流れ関係で、ブースタ又は低圧（ＬＰ）圧縮機２２及び高圧（ＨＰ）圧縮機２４を有する圧縮機セクションと、燃焼セクション２６と、高圧（ＨＰ）タービン２８及び低圧（ＬＰ）タービン３０を含むタービンセクションと、ジェット排気ノズルセクション３２とが収まっている。高圧（ＨＰ）軸又はスプール３４は、ＨＰタービン２８をＨＰ圧縮機２４に駆動可能に接続する。低圧（ＬＰ）軸又はスプール３６は、ＬＰタービン３０をＬＰ圧縮機２２に駆動可能に接続する。（ＬＰ）軸又はスプール３６はまた、ファンセクション１４のファンスプール又は軸３８に接続される場合がある。特定の実施形態では、図１に示すように、（ＬＰ）軸又はスプール３６は、直接駆動構成などでは、ファンスプール３８に直接接続される場合がある。代替の実施形態では、（ＬＰ）軸又はスプール３６は、間接駆動又はギア駆動構成などでは、減速ギア（図示せず）を介してファンスプール３８に接続される場合がある。
【００１５】
図１に示すように、ファンセクション１４は複数のファン翼４０を含み、それらはファンスプール３８に結合され、そこから半径方向外向きに延在する。環状のファンケーシング又はナセル４２は、ファンセクション１４、及び／又はコアタービンエンジン１６の少なくとも一部分を周方向に取り囲んでいる。ナセル４２は、周方向に離間した複数の出口案内翼４４によって、コアタービンエンジン１６に対して支持されるように構成することができることを当業者は認識すべきである。さらに、ナセル４２の下流部分４６は、コアタービンエンジン１６の外側部分を覆って延在して、それらの間にバイパス空気流通路４８を画定することができる。
【００１６】
ターボファン１０の作動中、ある量の空気５０が、ナセル４２及び／又はファンセクション１４に付随する入口５２を通ってターボファン１０に入る。その量の空気５０がファン翼４０を通りすぎると、矢印５４で示された空気５０の第１の部分はバイパス空気流通路４８に向けられ、又は送られ、矢印５６で示された空気５０の第２の部分はＬＰ圧縮機２２に向けられ、又は送られる。空気の第１の部分５４と空気の第２の部分５６との比は通常、バイパス比として知られている。次いで、空気の第２の部分５６が（矢印５８で示すように）高圧（ＨＰ）圧縮機２４の方に送られると、空気の第２の部分５６の圧力が上昇する。空気の第２の部分５８はＨＰ圧縮機２４から燃焼セクション２６に送られ、そこで燃料と混合されて燃焼し、燃焼ガス６０を発生する。
【００１７】
燃焼ガス６０はＨＰタービン２８を通って流れ、そこで、燃焼ガス６０からの熱エネルギー及び／又は運動エネルギーの一部分が、外側ケーシング１８に結合されたＨＰタービン静翼６２とＨＰ軸又はスプール３４に結合されたＨＰタービン動翼６４の連続する段を経て取り出され、従って、ＨＰ軸又はスプール３４を回転させ、それによって、ＨＰ圧縮機２４を作動させる。次いで、燃焼ガス６０はＬＰタービン３０を通って流れ、そこで、燃焼ガス６０から、熱エネルギー及び運動エネルギーの第２の部分が、外側ケーシング１８に結合されたＬＰタービン静翼６６とＬＰ軸又はスプール３６に結合されたＬＰタービン動翼６８の連続する段を経て取り出され、従って、ＬＰ軸又はスプール３６を回転させ、それによって、ＬＰ圧縮機２２を作動させ、且つ／又はファンスプール又は軸３８を回転させる。
【００１８】
次いで、燃焼ガス６０はコアタービンエンジン１６のジェット排気ノズルセクション３２を通って流れて推進力を与える。同時に、空気の第１の部分５４がバイパス空気流通路４８を通って流れると、空気の第１の部分５４の圧力が実質的に上昇し、その後、ターボファン１０のファンノズル排気セクション７０から排出されて推進力を与える。ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、及びジェット排気ノズルセクション３２は、燃焼ガス６０がコアタービンエンジン１６を通って流れるための高温ガス通路７２を少なくとも部分的に画定する。
【００１９】
コアタービンエンジン１６の作動中、ＨＰ及びＬＰタービンセクションを通って流れる燃焼ガス６０、特にＨＰタービン２８を通って流れる燃焼ガス６０の温度は極めて高い場合がある。例えば、ＨＰタービン２８によって画定される／ＨＰタービン２８内に画定される高温ガス通路７２の一部分を通って流れる燃焼ガスは華氏２０００度を超える場合がある。その結果、熱的及び／又は機械的性能要件に合致させるために、限定するものではないが、静翼６２、６６、タービンシュラウドシール（図２〜６に示され、後で詳しく説明する）、及び／又はタービン動翼６４、６８などのＨＰタービン２８及び／又はＬＰタービン３０の様々なタービン機器構成部品を冷却することは必要且つ／或いは有利である。
【００２０】
地上設置ガスタービン、ターボジェットエンジンでは、空気の第２の部分５６に対する空気の第１の部分５４の比はターボファンの比より小さく、また、アンダクテッドファンエンジンでは、ファンセクション１４にはナセル４２がないが、これらのエンジンにおいても、コアタービン１６は、ターボファンエンジン１０と同様の目的を果たし、且つ同様の環境にある。ターボファン、ターボジェット、及びアンダクテッドエンジンのそれぞれには、減速ギアボックスなどの減速装置を、任意の軸及びスプール間に、例えば、（ＬＰ）軸又はスプール３６とファンセクション１４のファンスプール又は軸３８との間に含むことができる。
【００２１】
本発明の様々な実施形態によれば、タービンエンジンを冷却するためのシステムは、直列流れ順に、冷却媒体源と、冷却媒体源と流体連通する内部流れ通路を有する少なくとも１つの静翼と、静翼の内部流れ通路と流体連通する内部流れ通路を有するタービンシュラウド組立体とを含む。
【００２２】
図２は、本発明の一実施形態による、タービンエンジンを冷却するための、本明細書で「システム１００」と称するシステム１００の例示的な実施形態を含む、コアタービンエンジン１６のＨＰタービンの第１段部７４の側面断面図である。システム１００は、本明細書ではＨＰタービン２８に関して提供され、説明されるが、これは、ＬＰタービンの様々なタービン機器構成部品を冷却するためにも使用することができ、システム１００は、特許請求の範囲に別途記載されていない限り、ＨＰタービン２８に限定されるものではないことを認識すべきである。
【００２３】
図２に示すように、システム１００は、直列流れ順に、冷却媒体源１０２と、中に画定又は形成された内部流れ通路１０６を有する静翼１０４と、中に画定又は形成された内部流れ通路１１０を有するタービンシュラウド組立体１０８とを含む。特定の実施形態では、冷却媒体供給部１０２は、ＨＰ圧縮機２４及び／又はＬＰ圧縮機２２のうちの少なくとも１つを含むことができる。作動時、冷却媒体供給部１０２は、圧縮冷却媒体（矢印１１２で示す）を第１の温度Ｔ1で静翼１０４の内部流れ通路１０６の入口１１４に供給する。冷却媒体１１２は、ＨＰ圧縮機２４及び／又はＬＰ圧縮機２２のうちの少なくとも１つからの圧縮空気を含むことができる。
【００２４】
冷却媒体１１２が内部通路１０６内を進むと、静翼１０４からの熱エネルギーは冷却媒体１１２によって吸収され、従って、冷却媒体の温度はＴ1からより高い温度Ｔ11に上昇する。冷却媒体１１２は出口１１６を経て内部流れ通路１０６を出る。次いで、冷却媒体１１２はタービンシュラウド組立体１０８の内部流れ通路１１０の入口１１８の方に向けられ、又は送られる。
【００２５】
入口１１８は、タービンシュラウド組立体１０８のシュラウドブロック又はリング部１２０内に少なくとも部分的に画定することができる。タービンシュラウド組立体１０８の内部流れ通路１１０は、シュラウドブロック又はリング部１２０内に少なくとも部分的に画定することができる。例えば、シュラウドブロック又はリング部１２０は、入口１１８と流体連通する流れ分配プレナム１２２を少なくとも部分的に画定することができる。特定の実施形態では、内部流れ通路１１０は、シュラウドブロック又はリング部１２０の半径方向内側部１２６に結合されたシュラウドシール１２４によって少なくとも部分的に画定することができる。一実施形態では、シュラウドシール１２４は、流れ分配プレナム１２２と流体連通する冷却空気プレナム１２８を少なくとも部分的に画定する。
【００２６】
シュラウドシール１２４は概ね、内側又は冷却側面１３０、及び高温ガス通路７２を通って流れる燃焼ガス６０に少なくとも部分的に曝されるシール面１３２を含む。半径方向隙間１３４は、シュラウドシール１２４のシール面１３２とタービン動翼６４のうちの１つの先端部１３６との間に画定される。シュラウドシール１２４は、コアタービンエンジン１６の作動中に、半径方向隙間１３４を通る燃焼ガス６０の漏れを防ぐ且つ／又は制御する。
【００２７】
シュラウドシール１２４及び／又はシール面１３２は、高温ガス通路７２を通って流れる高温の燃焼ガス６０に適応するように、金属合金、セラミック、又はセラミックマトリックス複合材などの高い耐熱性を有する１つの材料又は複数の材料から形成することができる。特定の実施形態では、シュラウドシール１２４及び／又はシール面１３２は、静翼１０４、外側ケーシング１８、及び／又はタービン動翼６４などの様々な他の機器構成部品を形成又は構成する材料とは異なる（すなわち、熱的／機械的性質が異なる）材料から形成することができる。
【００２８】
冷却媒体１１２がタービンシュラウド組立体１０８の内部流れ通路１１０に入ると、それをシュラウドシール１２４の内側面１３０の全体に向ける、且つ／又は内側面１３０に衝突させることができ、従って、シュラウドシール１２４に対して対流冷却又はインピンジメント冷却の内の少なくとも１つを行うことができる。冷却媒体１１２の温度が、初期温度Ｔ1に比べてＴ11に上昇することによって、シュラウドシール１２４と冷却媒体１１２との間の厚み方向の熱勾配、及び／又は最大熱勾配が下がり、従って、シュラウドシール１２４の熱応力を下げることができる。これは、シュラウドシール１２４及び／又はシール面１３２がセラミック又はセラミックマトリックス複合材から形成される場合、特に有利になり得る。
【００２９】
図３は、本発明の一実施形態による、システム１００の例示的な実施形態を含む、図２に示すようなコアタービンエンジン１６のＨＰタービン２８の一部分の側面断面図である。図３に示す一実施形態では、静翼１０４の内部通路１０６への入口１１４は、静翼１０４の下部又は内側バンド部１３８に沿って形成又は配置することができる。一実施形態では、静翼１０４は、静翼１０４の全長に沿って内部流れ通路１０６から外へ流体連通させる複数の孔又は開口１４０を少なくとも部分的に画定することができる。
【００３０】
特定の実施形態では、バイパス流れ通路１４２は、静翼１０４の上部又は外側バンド部１４４によって少なくとも部分的に画定することができ、このバイパス流れ通路１４２によって、静翼の外側バンド部１４４を通って高温ガス通路７２に入る流体連通がなされる。バイパス流れ通路１４２は、冷却媒体１１２を半径方向隙間１３４の方へ向けるように構成又は方向付けすることができ、従って、シュラウドシール１２４のシール面１３２を冷却することができる。一実施形態では、システム１００は、タービン動翼６４内に画定される様々な冷却通路１４５をさらに含むことができる。冷却通路１４５は、冷却媒体１１２の別の流れをタービン動翼６４からシュラウドシール１２４のシール面１３２に向けて半径方向隙間１３４内に入るように構成又は方向付けすることができる。
【００３１】
図４は、本発明の一実施形態による、ガスタービンエンジンのタービンを冷却するためのシステム２００の例示的な実施形態を含む、図１に示すようなコアタービンエンジン１６のＨＰタービン２８の第２段部７６の側面断面図である。図４に示すように、システム２００は、直列流れ順に、冷却媒体源２０２と、中に画定又は形成された内部流れ通路２０６を有する静翼２０４と、中に画定又は形成された内部流れ通路２１０を有するタービンシュラウド組立体２０８とを含む。特定の実施形態では、冷却媒体供給部２０２は、ＨＰ圧縮機２４及び／又はＬＰ圧縮機２２のうちの少なくとも１つを含むことができる。作動時、冷却媒体供給部２０２は、圧縮冷却媒体（矢印２１２で示す）を第１の温度Ｔ2で静翼２０４の内部流れ通路２０６の入口２１４に供給する。冷却媒体２１２は、ＨＰ圧縮機２４及び／又はＬＰ圧縮機２２のうちの少なくとも１つからの圧縮空気を含むことができる。
【００３２】
冷却媒体２１２が内部通路２０６内を進むと、静翼２０４からの熱エネルギーは冷却媒体２１２によって吸収され、従って、冷却媒体２１２の温度はＴ2からより高い温度Ｔ21に上昇する。冷却媒体２１２は出口２１６を経て内部流れ通路２０６を出る。次いで、冷却媒体２１２はタービンシュラウド組立体２０８の内部流れ通路２１０の入口２１８の方に向けられ、又は送られる。
【００３３】
入口２１８は、タービンシュラウド組立体２０８のシュラウドブロック又はリング部２２０内に少なくとも部分的に画定することができる。タービンシュラウド組立体２０８の内部流れ通路２１０は、シュラウドブロック又はリング部２２０内に少なくとも部分的に画定することができる。例えば、シュラウドブロック又はリング部２２０は、入口２１８と流体連通する流れ分配プレナム２２２を少なくとも部分的に画定することができる。特定の実施形態では、内部流れ通路２１０は、シュラウドブロック又はリング部２２０の半径方向内側部２２６に結合されたシュラウドシール２２４によって少なくとも部分的に画定することができる。一実施形態では、シュラウドシール２２４は、流れ分配プレナム２２２と流体連通する冷却空気プレナム２２８を少なくとも部分的に画定する。
【００３４】
シュラウドシール２２４は概ね、内側又は冷却側面２３０、及び高温ガス通路７２を通って流れる燃焼ガス６０に少なくとも部分的に曝されるシール面２３２を含む。半径方向隙間２３４は、シュラウドシール２２４のシール面２３２と第２段部７６のタービン動翼６４のうちの１つの先端部２３６との間に画定される。シュラウドシール２２４は、コアタービンエンジン１６の作動中に、半径方向隙間２３４を通る燃焼ガス６０の漏れを防ぐ且つ／又は制御する。
【００３５】
シュラウドシール２２４及び／又はシール面２３２は、高温ガス通路７２を通って流れる高温の燃焼ガス６０に適応するように、金属合金、セラミック、又はセラミックマトリックス複合材などの高い耐熱性を有する１つの材料又は複数の材料から形成することができる。特定の実施形態では、シュラウドシール２２４及び／又はシール面２３２は、静翼２０４、外側ケーシング１８、及び／又は第２段部７６のタービン動翼６４などの様々な他の機器構成部品を形成又は構成する材料とは異なる（すなわち、熱的／機械的性質が異なる）材料から形成することができる。
【００３６】
冷却媒体２１２がタービンシュラウド組立体２０８の内部流れ通路２１０に入ると、それをシュラウドシール２２４の内側面２３０の全体に向ける、且つ／又は内側面２３０に衝突させることができ、従って、シュラウドシール２２４に対して対流冷却又はインピンジメント冷却の内の少なくとも１つを行うことができる。冷却媒体２１２の温度が、初期温度Ｔ2に比べてＴ21に上昇することによって、シュラウドシール２２４と冷却媒体２１２との間の厚み方向の熱勾配、及び／又は最大熱勾配が下がり、従って、シュラウドシール２２４の熱応力を下げることができる。これは、シュラウドシール２２４及び／又はシール面２３２がセラミック又はセラミックマトリックス複合材から形成される場合、特に有利になり得る。
【００３７】
図５は、本発明の一実施形態による、システム２００の例示的な実施形態を含む、図４に示すようなＨＰタービン２８の第２段部７６の一部分の側面断面図である。図５に示す一実施形態では、静翼２０４の内部通路２０６の出口２１６は、静翼２０４の下部又は内側バンド部２３８に沿って形成又は配置することができる。一実施形態では、静翼２０４は、静翼２０４の全長に沿って内部流れ通路２０６から外へ流体連通させる複数の孔又は開口２４０を少なくとも部分的に画定することができる。
【００３８】
特定の実施形態では、バイパス流れ通路２４２は、隔壁２４４と静翼２０４の上部又は外側バンド部２４６との間に少なくとも部分的に画定することができる。作動時、冷却媒体２１２は、第１の温度Ｔ2で、入口２４８を経てバイパス流れ通路２４２に入る。冷却媒体２１２は静翼２０４の上部又は外側バンド部２４６を横切ってバイパス流れ通路２４２を通って流れると、熱エネルギーは冷却媒体２１２によって吸収され、従って、温度はＴ2から温度Ｔ21に上昇する。冷却媒体２１２は出口２５０を経てバイパス通路２４２を出る。次いで、冷却媒体２１２はタービンシュラウド組立体２０８の内部流れ通路２１０の入口２１８の方に向けられ、又は送られる。
【００３９】
冷却媒体２１２がタービンシュラウド組立体２０８の内部流れ通路２１０に入ると、それをシュラウドシール２２４の内側面２３０の全体に向ける、且つ／又は内側面２３０に衝突させることができ、従って、シュラウドシール２２４に対して対流冷却又はインピンジメント冷却の内の少なくとも１つを行うことができる。冷却媒体２１２の温度が、初期温度Ｔ2に比べるとＴ21に上昇することによって、シュラウドシール２２４と冷却媒体２１２との間の厚み方向の熱勾配、及び／又は最大熱勾配が下がり、従って、シュラウドシール２２４の熱応力を下げることができる。これは、シュラウドシール２２４及び／又はシール面２３２がセラミック又はセラミックマトリックス複合材から形成される場合、特に有利になり得る。
【００４０】
図６は、本発明の一実施形態による、第１段部７４の一部分及び図５に示すような第２段部７６を含むコアタービンエンジン１６のＨＰタービン２８の側面断面図である。一実施形態では、図６に示すように、システム２００のバイパス流れ通路２４２は、ＨＰタービン２８の第１段部７４のタービンシュラウド組立体１０８の内部流れ通路１１０と流体連通することができる。作動時、システム１００に関して前述したように、冷却媒体１１２は、Ｔ11でタービンシュラウド組立体１０８の内部流れ通路１１０に流入する。冷却媒体１１２がシュラウドシール１２４の内側面１３０の全体に流れる、且つ／又は内側面１３０に衝突すると、シュラウドシール１２４からの熱エネルギーは吸収され、従って、冷却媒体の温度はＴ11からＴ12へさらに上昇する。
【００４１】
次いで、冷却媒体１１２は出口１４６を通ってタービンシュラウド組立体１０８から出て、バイパス流れ通路２４２に流体連通させる入口２４８の方へ流れる。冷却媒体１１２の少なくとも一部分は、第２段部７６の静翼２０４の上部又は外側バンド部２４６を横切って流れる。その結果、熱エネルギーは冷却媒体２１２によってさらに吸収され、従って、温度はＴ12からＴ13に上昇する。一実施形態では、冷却媒体１１２の第２の部分は、第２段部７６の静翼２０４の内部流れ通路２０６を通って流れる。冷却媒体１１２は、出口２５０を経てバイパス通路２４２を出る。次いで、冷却媒体１１２は、タービンシュラウド組立体２０８の内部流れ通路２１０の入口２１８の方に向けられ、又は送られる。
【００４２】
冷却媒体１１２がタービンシュラウド組立体２０８の内部流れ通路２１０に入ると、それをシュラウドシール２２４の内側面２３０の全体に向ける、且つ／又は内側面２３０に衝突させることができ、従って、シュラウドシール２２４に対して対流冷却又はインピンジメント冷却の内の少なくとも１つを行うことができる。冷却媒体１１２の温度が、初期温度Ｔ1に比べるとＴ13に上昇することによって、シュラウドシール２２４と冷却媒体１１２との間の厚み方向の熱勾配、及び／又は最大熱勾配が下がり、従って、シュラウドシール２２４の熱応力を下げることができる。これは、シュラウドシール２２４及び／又はシール面２３２がセラミック又はセラミックマトリックス複合材から形成される場合、特に有利になり得る。
【００４３】
図２〜６で図示し、本明細書で説明し、特許請求される、タービンエンジンを冷却するためのシステムの様々な実施形態によって、タービンエンジンに対する従来の冷却機構を超える様々な技術的利点が得られる。例えば、冷却媒体１１２、２１２をタービン内の複数の高温面を通る、且つ／又は横切るように再使用する、又は導くことによって、単一の冷却通路構成に冷却媒体を使用する場合に比べて、冷却媒体１１２、２１２の全体的な冷却有効度を高めることができる。さらに、シュラウド組立体１０８、２０８などの下流の構成部品を冷却するためのＴ1及びＴ2温度に関して、より温度の高い冷却媒体を使用すると、冷却媒体１１２、２１２と冷却される構成部品との間の熱勾配、及び／又は最大熱勾配が下がることによって、下流の構成部品の熱応力を下げることができる。
【００４４】
本明細書では、最良の態様を含む例を用いて本発明を開示し、また、任意の装置、又はシステムの作製及び使用、並びに任意の組み入れられた方法の実施を含め、当業者が本発明を実施できるように本発明を開示している。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の例も含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違ない構成要素を含む場合、又は特許請求の範囲の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図されている。
【符号の説明】
【００４５】
１０  ターボファンジェットエンジン
１２  長手方向又は軸方向中心線
１４  ファンセクション
１６  コアタービンエンジン
１８  外側ケーシング
２０  入口
２２  低圧圧縮機
２４  高圧圧縮機
２６  燃焼セクション
２８  高圧タービン
３０  低圧タービン
３２  ジェット排気セクション
３４  高圧軸／スプール
３６  低圧軸／スプール
３８  ファンスプール／軸
４０  ファン翼
４２  ファンケーシング又はナセル
４４  出口案内翼
４６  下流部分
４８  バイパス空気流通路
５０  空気
５２  入口
５４  空気の第１の部分
５６  空気の第２の部分
５８  空気の第２の部分
６０  燃焼ガス
６２  静翼
６４  タービン動翼
６６  静翼
６８  タービン動翼
７０  ファンノズル排気セクション
７２  高温ガス通路
７４  第１段部
７６  第２段部
１００  タービン冷却システム
１０２  冷却媒体源
１０４  静翼
１０６  内部流れ通路
１０８  タービンシュラウド組立体
１１０  内部流れ通路
１１２  圧縮冷却媒体
１１４  入口
１１６  出口
１１８  入口
１２０  シュラウドブロック
１２２  流れ分配プレナム
１２４  シュラウドシール
１２６  半径方向内側部
１２８  冷却空気プレナム
１３０  内側／冷却側面
１３２  シール面
１３４  半径方向隙間
１３６  先端部
１３８  内側バンド部
１４０  開口／孔
１４２  バイパス流れ通路
１４４  外側バンド部
１４５  冷却通路
１４６  出口
２００  タービン冷却システム
２０２  冷却媒体源
２０４  静翼
２０６  内部流れ通路
２０８  タービンシュラウド組立体
２１０  内部流れ通路
２１２  圧縮冷却媒体
２１４  入口
２１６  出口
２１８  入口
２２０  シュラウドブロック
２２２  流れ分配プレナム
２２４  シュラウドシール
２２６  半径方向内側部
２２８  冷却空気プレナム
２３０  内側／冷却側面
２３２  シール面
２３４  半径方向隙間
２３６  先端部
２３８  内側バンド部
２４０  開口／孔
２４２  バイパス流れ通路
２４４  隔壁
２４６  外側バンド／シュラウド部
２４８  入口
２５０  出口
【図１】
2016194295.tif 000003
【図２】
2016194295.tif 000004
【図３】
2016194295.tif 000005
【図４】
2016194295.tif 000006
【図５】
2016194295.tif 000007
【図６】
2016194295.tif 000008
【外国語明細書】
2016194295000001.pdf