(57)【要約】【課題】内側バンドから外側バンドまでのスパン内を延伸するエーロフォイルを含み、内側バンドおよび外側バンドは、タービンノズルの内側流れ境界および外側流れ境界を画定するタービンノズルを提供する。【解決手段】内側バンドおよび外側バンドのうちの少なくとも１つは、形成された複数の冷却流路、および、冷却流路と流体連通しており、対応する内側バンドまたは外側バンドのガス側表面の下にある冷却材排出プレナムを画定する。冷却材排出プレナムは、冷却流路よりも下流側かつ複数の冷却材排出ポートよりも上流側の内側バンドまたは外側バンド内に形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側バンド（２００）から外側バンド（３００）までのスパン内を延伸するエーロフォイル（４００）であって、前記内側バンド（２００）および前記外側バンド（３００）がタービンノズル（１００）の内側流れ境界および外側流れ境界を画定する、エーロフォイル（４００）、
を備え、
前記内側バンド（２００）が、複数の冷却流路（２１４）および前記冷却流路（２１４）と流体連通している冷却材排出プレナム（２１６）を画定し、前記複数の冷却流路（２１４）および前記冷却材排出プレナム（２１６）が前記内側バンド（２００）のガス側表面（２１８）の下に形成され、前記冷却材排出プレナム（２１６）が、前記冷却流路（２１４）よりも下流側かつ少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）よりも上流側に形成される、
タービンノズル（１００）。
【請求項２】
前記複数の冷却流路（２１４）が、冷却流路の第１のセット（２１４ａ）および冷却流路の第２のセット（２１４ｂ）を備え、前記冷却流路の第１のセット（２１４ａ）および前記冷却流路の第２のセット（２１４ｂ）が、冷却材供給部よりも下流側かつ前記冷却材排出プレナム（２１６）よりも上流側にある、請求項１記載のタービンノズル（１００）。
【請求項３】
前記冷却材排出プレナム（２１６）が、前記内側バンド（２００）の前方壁（２０６）と後方壁（２０８）との間に広がり、前記エーロフォイル（４００）の吸引側壁（４０６）と前記内側バンド（２００）の吸引側壁（２１０）との間に配置される、請求項１記載のタービンノズル（１００）。
【請求項４】
前記冷却材排出プレナム（２１６）が、前記内側バンド（２００）の前方壁（２０６）と後方壁（２０８）との間に広がり、前記エーロフォイル（４００）の加圧側壁（４０８）と前記内側バンド（２００）の加圧側壁（２１２）との間に配置される、請求項１記載のタービンノズル（１００）。
【請求項５】
前記冷却材排出プレナム（２１６）が、前記エーロフォイル（４００）の前縁部分（４０２）の前方の前記内側バンド（２００）の吸引側壁（２１０）と加圧側壁（２１２）との間に広がる、請求項１記載のタービンノズル（１００）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）のうちの少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）が、前記内側バンド（２００）の前記ガス側表面（２１８）に沿って形成される、請求項１記載のタービンノズル（１００）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）のうちの少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）が、前記エーロフォイル（４００）の前縁部分（４０２）よりも上流側の前記内側バンド（２００）の前記ガス側表面（２１８）に沿って形成される、請求項１記載のタービンノズル（１００）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）のうちの少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）が、前記内側バンド（２００）の前縁部分（２２８）に沿った前記内側バンド（２００）の前記ガス側表面（２１８）に沿って形成される、請求項１記載のタービンノズル（１００）。
【請求項９】
前記少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）のうちの少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）が、前記内側バンド（２００）の加圧側に沿って形成される、請求項１記載のタービンノズル（１００）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）のうちの少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）が、前記内側バンド（２００）の吸引側（２１０）に沿って形成される、請求項１記載のタービンノズル（１００）。
【請求項１１】
内側バンド（２００）から外側バンド（３００）までのスパン内を延伸するエーロフォイル（４００）であって、前記内側バンド（２００）および前記外側バンド（３００）がタービンノズル（１００）の内側流れ境界および外側流れ境界を画定する、エーロフォイル（４００）、
を備え、
前記外側バンド（３００）が、複数の冷却流路（３１４）および前記冷却流路（３１４）と流体連通している冷却材排出プレナム（３１６）を画定し、前記複数の冷却流路（３１４）および前記冷却材排出プレナム（３１６）が前記外側バンド（３００）のガス側表面（３１８）の下に形成され、前記冷却材排出プレナム（３１６）が、前記冷却流路（３１４）よりも下流側かつ少なくとも１つの冷却材排出ポート（３２６）よりも上流側に形成される、
タービンノズル（１００）。
【請求項１２】
前記複数の冷却流路（３１４）が、冷却流路の第１のセット（３１４ａ）および冷却流路の第２のセット（３１４ｂ）を備え、前記冷却流路の第１のセット（３１４ａ）および前記冷却流路の第２のセット（３１４ｂ）が、冷却材供給部よりも下流側かつ前記冷却材排出プレナム（３１６）よりも上流側にある、請求項１１記載のタービンノズル（１００）。
【請求項１３】
前記冷却材排出プレナム（３１６）が、前記エーロフォイル（４００）の前縁部分（４０２）の前方の前記外側バンド（３００）の吸引側壁（３１０）と加圧側壁（３１２）との間に広がる、請求項１１記載のタービンノズル（１００）。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの冷却材排出ポート（３２６）のうちの少なくとも１つの冷却材排出ポート（３２６）が、前記外側バンド（３００）の前記ガス側表面（３１８）に沿って形成される、請求項１１記載のタービンノズル（１００）。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの冷却材排出ポート（３２６）のうちの少なくとも１つの冷却材排出ポート（３２６）が、前記エーロフォイル（４００）の前縁部分（４０２）よりも上流側の前記外側バンド（３００）の前記ガス側表面（３１８）に沿って形成される、請求項１１記載のタービンノズル（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にはガスタービン用のタービンノズルに関する。特に、本発明は、タービンノズルの内側バンドまたは外側バンド内に画定された冷却流路および冷却材排出プレナムを有するタービンノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ガスタービン、航空機用ガスタービン、または船舶用ガスタービンなどのガスタービンは、直列の流れの順に、圧縮機、燃焼器、およびタービンを一般に含む。タービンには、多数の段があり、各段は、タービンノズルの列と、それに隣接する、タービンノズルよりも下流側に配置されたタービンロータブレードの列とを含む。タービンノズルは、タービン内に静止して保持され、タービンロータブレードはロータシャフトとともに回転する。様々なタービンの段が、タービンを通る高温ガス経路を画定する。
【０００３】
動作中に、圧縮機は、燃焼器に圧縮空気を供給する。圧縮空気を、燃料と混合し、燃焼器内に画定された燃焼室または反応ゾーンで燃焼させて、高温ガスの高速ストリームを生成する。高温ガスは、燃焼器からタービンインレットを介してタービンの高温ガス経路の中へと流れる。高温ガスが各々の連続する段を通って流れる際に、高速高温ガスからの運動エネルギーが、タービンロータブレードの列に伝達され、したがってロータシャフトを回転させ、機械的な仕事を生み出す。
【０００４】
タービン効率は、少なくとも部分的に、タービン高温ガス経路を通って流れる高温ガスの温度に関係することがある。例えば、高温ガスの温度が高いほど、タービンの総合効率が高くなる。高温ガスの最高温度は、少なくとも部分的に、タービンノズルおよびタービンロータブレードなどの様々なタービン部品の材料特性によって、ならびに様々な冷却回路および冷却回路を循環して様々なタービン部品を冷却する冷却媒体の有効性によって制限される。
【０００５】
タービンノズルは、内側バンドまたはシュラウドと外側バンドまたはシュラウドとの間のスパン内を延伸するエーロフォイルを一般に含む。内側バンドおよび外側バンドは、高温ガス経路の内側流れ境界および外側流れ境界を画定し、高温ガスに曝される。タービンノズルのエーロフォイル部分を通り半径方向に延伸する中央冷却流路またはコア冷却流路を通じて圧縮空気などの冷却媒体を流すことによって、内側バンドおよび／または外側バンドを冷却することができる。冷却媒体の一部は、エーロフォイルに沿って画定された様々なフィルム穴を通って流れ、それによりエーロフォイルに対するフィルム冷却を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第９，０１５，９４４号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の態様および利点を、次に続く説明において下記に述べるか、または説明から明らかにすることができるか、または発明の実施を通して知ることができる。
【０００８】
本発明の一実施形態は、タービンノズルである。タービンノズルは、内側バンドから外側バンドまでのスパン内を延伸するエーロフォイルを含み、内側バンドおよび外側バンドは、タービンノズルの内側流れ境界および外側流れ境界を画定する。内側バンドは、複数の冷却流路および内側バンドのガス側表面の下に形成された冷却材排出プレナムを画定し、冷却材排出プレナムは、冷却流路と流体連通している。冷却材排出プレナムは、冷却流路よりも下流側かつ複数の冷却材排出ポートよりも上流側の内側バンド内に形成される。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、タービンノズルである。タービンノズルは、内側バンドから外側バンドまでのスパン内を延伸するエーロフォイルを含み、内側バンドおよび外側バンドは、タービンノズルの内側流れ境界および外側流れ境界を画定する。外側バンドは、複数の冷却流路および外側バンドのガス側表面の下に形成された冷却材排出プレナムを画定し、冷却材排出プレナムは、冷却流路と流体連通している。冷却材排出プレナムは、冷却流路よりも下流側かつ複数の冷却材排出ポートよりも上流側の外側バンド内に形成される。
【００１０】
当業者は、明細書を概観すると、上記の実施形態の特徴および態様等をよりよく認識するであろう。
【００１１】
当業者に対する本発明の最良の形態を含む本発明の全体の開示および有効な開示を、添付の図の参照を含めて明細書の残りの部分においてより詳細に述べる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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ガスタービンの模式図である。
【図２】本発明の様々な実施形態に組み込むことができるガスタービンの例示的なタービンセクションの断面側面図である。
【図３】本発明の１つまたは複数の実施形態を組み込むことができる例示的なタービンノズルの斜視側面図である。
【図４】本発明の少なくとも１つの実施形態による、切断線４−４に沿って切り取った図３に示した内側バンドを含むタービンノズルの一部分の断面上面図である。
【図５】本発明の１つまたは複数の実施形態による、図４に示した内側バンドの一部分の拡大し単純化した断面側面図である。
【図６】本発明の少なくとも１つの実施形態による、図４に示したタービンノズルの上面図である。
【図７】本発明の少なくとも１つの実施形態による、切断線７−７に沿って切り取った図３に示した外側バンドを含むタービンノズルの一部分の断面上面図である。
【図８】本発明の１つまたは複数の実施形態による、図７に示した外側バンドの一部分の拡大し単純化した断面側面図である。
【図９】本発明の少なくとも１つの実施形態による、図７に示したタービンノズルの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次いで、１つまたは複数の例が添付図面に図示されている本発明の実施形態を詳細に参照する。詳細な説明では、図面中の構成を参照するために数字記号および文字記号を使用する。図面および説明中の類似の記号または同じ記号は、本発明の類似の部品または同じ部品を参照するために使用している。
【００１４】
本明細書において使用する場合、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、１つの構成要素を別の構成要素から識別するために互換的に使用することができ、個々の構成要素の位置または重要性を表すものではない。「上流側」および「下流側」という用語は、流体系路中の流体の流れに関する相対的な方向を言う。例えば、「上流側」は、そこから流体が流れる方向を言い、「下流側」は、そこへと流体が流れる方向を言う。「半径方向に」という用語は、特定の構成要素の軸中心線に実質的に垂直である相対的な方向を言い、「軸方向に」という用語は、特定の構成要素の軸中心線に実質的に平行である、かつ／または同軸的に一致している相対的な方向を言う。
【００１５】
本明細書において使用する術語は、特定の実施形態を説明することだけを目的としており、発明を限定するものではない。本明細書において使用する場合、単数形「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明らかに別途指示しない限り、複数形も含むものとする。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、この明細書において使用するときには、述べられる特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはこれらのグループの存在または追加を排除しないことがさらに理解されよう。
【００１６】
発明を限定するためではなく、発明を説明するために各々の例を提供する。事実、修正形態および変形形態を、本発明の範囲および精神から逸脱することなく本発明に行うことができることは、当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図説したまたは説明した特徴を、別の実施形態で使用することができ、さらなる実施形態を生み出すことができる。したがって、本発明は、別記の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内にある修正形態および変形形態を包含するものである。
【００１７】
本発明の例示的な実施形態を、説明の目的で地上の発電ガスタービン用のタービンノズルの文脈で一般的に説明するが、本発明の実施形態は、任意のスタイルまたはタイプのガスタービンに適用することができ、特許請求の範囲において具体的に記述しない限り、地上の発電ガスタービンに限定されないことを、当業者は容易に認識するであろう。
【００１８】
ここで図面を参照すると、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ガスタービン１０の模式図を図示する。示されるように、ガスタービン１０は、一般に、軸流式圧縮機１６の上流側端に配置されたインレット１４を有する圧縮機セクション１２を含む。ガスタービン１０は、圧縮機１６よりも下流側に設置された１つまたは複数の燃焼器２０を有する燃焼セクション１８、および燃焼セクション１８よりも下流側に配置された膨張タービンなどのタービン２４を含むタービンセクション２２をさらに含む。シャフト２６は、ガスタービン１０の軸中心線２８に沿って圧縮機１６およびタービン２４を通って軸方向に延伸する。
【００１９】
図２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タービン２４の断面側面図を与える。図２に示したように、タービン２４は、多数のタービン段３０を含むことができる。例えば、タービン２４は、第１の段３０（ａ）、第２の段３０（ｂ）、および第３の段３０（ｃ）を含む３段のタービン段３０を含むことができる。タービン段３０の全数は、３段よりも多くても少なくてもよく、本発明の実施形態は、特許請求の範囲において異なるように記述しない限り、３段のタービン段に限定すべきではない。
【００２０】
図２に示したように、各段３０（ａ〜ｃ）は、直列での流れの順に、シャフト２６（図１）に沿って軸方向に間隔を空けて設置されたタービンノズル３２（ａ）、３２（ｂ）、および３２（ｃ）の対応する列、ならびにタービンロータブレード３４（ａ）、３４（ｂ）、および３４（ｃ）の対応する列を含む。ケーシングまたはシェル３６は、タービンノズル３２（ａ〜ｃ）、およびタービンロータブレード３４（ａ〜ｃ）の各段３０（ａ〜ｃ）の周囲を囲む。タービンノズル３２（ａ〜ｃ）は、ガスタービン１０の動作中にはタービンロータブレード３４（ａ〜ｃ）に対して静止したままである。例えば、タービンノズル３２を、ケーシング３６またはノズルリング（図示せず）に接続することができる。
【００２１】
動作時には、合わせて図１および図２に示したように、圧縮機１６からの圧縮空気３８を燃焼器２０に供給し、燃焼器では、圧縮空気を、燃料と混合して燃焼させて、燃焼器２０からタービン２４の中へと流れる高温燃焼ガス４０のストリームを形成する。圧縮空気３８の少なくとも一部を、タービンノズル３２（ａ〜ｃ）およびタービンロータブレード３４（ａ〜ｃ）などのタービンの様々な構成要素を冷却するための冷却媒体として使用することができる。
【００２２】
図３は、図２に示したタービン２４に組み込むことができ、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タービンノズル１００の斜視図を与える。タービンノズル１００は、タービンノズル３２（ａ〜ｃ）のいずれかに対応するか、またはタービンノズル３２（ａ〜ｃ）のいずれかの代わりに設置することができる。特定の実施形態では、タービンノズル１００は、第１の段３０（ａ）のタービンノズル３２（ａ）と対応し、このタービンノズルは、当業界では段１ノズルまたはＳ１Ｎとも呼ばれることがある。
【００２３】
図３に示したように、タービンノズル１００は、内側バンド２００、内側バンド２００から半径方向に間隔を空けて設置された外側バンド３００、および内側バンド２００から外側バンド３００までのスパン内を延伸するエーロフォイル４００を含む。内側バンド２００は、ガス側２０２、およびガス側２０２から半径方向内側に向けられた裏側２０４を含む。外側バンド３００は、ガス側３０２、およびガス側３０２から半径方向外側に向けられた裏側３０４を含む。合わせて図２および図３に示したように、外側バンド３００のガス側３０２および内側バンド２００のガス側２０２は、燃焼器２０からタービン２４を通って高速で流れる高温燃焼ガス４０のストリームについての内側半径方向流れ境界および外側半径方向流れ境界を画定する。図３に示したように、エーロフォイル４００は、前縁部分４０２、後縁部分４０４、吸引側壁４０６、および加圧側壁４０８を含む。
【００２４】
図４は、図３に示した切断線４−４に沿って切り取ったタービンノズル１００の一部分の断面上面図を与え、本発明の一実施形態によるエーロフォイル４００の一部および内側バンド２００を含む。図４に示したように、内側バンド２００は、エーロフォイル４００の前縁部分４０２の前方または上流側にある前方壁２０６、後縁部分４０４の後方または下流側にある後方壁２０８、吸引側壁２１０、および加圧側壁２１２を含む。特定の配置では、タービンノズル１００は、一次冷却流路１０２を含むか、かつ／または少なくともその一部を画定する。一実施形態では、一次冷却流路１０２は、外側バンド３００、エーロフォイル４００、および内側バンド２００を通って半径方向または実質的に半径方向に延伸する。
【００２５】
図５は、本発明の少なくとも一実施形態による、図４に示した内側バンド２００の一部分の単純化した断面図を与える。一実施形態では、合わせて図４および図５に示したように、内側バンド２００は、複数の冷却流路２１４（図４では破線で示す）および冷却流路２１４よりも下流側の内側バンド２００のガス側表面２１８の下に形成された冷却材排出プレナム２１６（図５）を画定する。複数の冷却流路２１４は、機械加工する、鋳造する、またはその他の方法で内側バンド２００のガス側表面２１８の下に形成することができる。特定の実施形態では、図５に示したように、ガス側表面２１８を、複数の冷却流路２１４を覆うか、かつ／または封止する１つまたは複数のプレートおよび／またはコーティング２２０によって少なくとも部分的に形成することができる。図４および図５に示したように、複数の冷却流路２１４は、冷却流路２１４の多数のセットを備えることができる。例えば、一実施形態では、図５に示したように、複数の冷却流路２１４は、少なくとも冷却流路の第１のセット２１４（ａ）および冷却流路の第２のセット２１４（ｂ）を備える。
【００２６】
複数の冷却流路２１４は、内側バンド２００の特有の冷却必要条件に応じてガス側表面２１８の下の様々な位置に配置することができる。例えば、図４に示したように、複数の冷却流路２１４のうちの少なくともいくつかを、エーロフォイル４００の前縁部分４０２、吸引側壁４０６、後縁部分４０４、および加圧側壁４０８のうちの１つまたは複数の湾曲またはプロファイルに従うように、または実質的に従うように配置するか、または向きにすることができる。冷却流路２１４のうちの少なくともいくつかを、内側バンド２００の吸引側壁２１０もしくは後方壁２０８に近接して、かつ／または吸引側壁２１０と加圧側壁２１２との間の内側バンド２００の前方壁２０６に近接して配置することができる。
【００２７】
特定の実施形態では、図５に示したように、内側バンド２００は、少なくとも１つのインレット通路２２２を画定し、インレット通路は、圧縮機１６（図２）などの冷却材供給部と冷却流路２１４との間の流体連通を実現する。特定の実施形態では、インレット通路２２２は、内側バンド２００の裏側２０４を通って延伸することができる。ガスタービン１０の動作中には、圧縮機１６からの圧縮空気３８の一部などの冷却材を、インレット通路２２２を通じて複数の冷却流路２１４の中へと送ることができる。一実施形態では、冷却流路の第１のセット２１４（ａ）は、第１のインレット通路２２２（ａ）と流体連通しており、冷却流路の第２のセット２１４（ｂ）は、第２のインレット通路２２２（ｂ）と流体連通している。
【００２８】
様々な実施形態では、図５に示したように、内側バンド２００内におよび／または内側バンド２００によって画定された少なくとも１つの内部通路２２４が、冷却流路２１４または冷却流路のセット２１４（ａ〜ｂ）と冷却材排出プレナム２１６との間の流体連通を実現する。内部通路２２４は、内側バンド２００内に画定された内部通路２２４のネットワークを形成することができ、複数の冷却流路２１４から冷却材排出プレナム２１６の中への冷却材の流れを実現する。
【００２９】
図６は、本発明の１つまたは複数の実施形態による、ガス側表面２１８の下方に隠された冷却流路２１４を有し、図４に示した内側バンド２００およびエーロフォイル４００の一部分を含むタービンノズル１００の一部分の上面図、すなわち半径方向内側に見た図を与える。図６に示したように、冷却材排出プレナム２１６（破線で示す）は、ガス側表面２１８の下で内側バンド２００に沿った様々な位置に設置することができる。例えば、冷却材排出プレナム２１６は、内側バンド２００の前方壁２０６と後方壁２０８との間に広がることができるか、エーロフォイル４００の吸引側壁４０６と内側バンド２００の吸引側壁２１０との間に配置されることがあるか、エーロフォイル４００の加圧側壁４０８と内側バンド２００の加圧側壁２１２との間に配置されることがあるか、またはエーロフォイル４００の前縁部分４０２の前方の内側バンド２００の吸引側壁２１０と加圧側壁２１２との間に広がることができる。特定の実施形態では、内側バンド２００は、内側バンド２００に沿った様々な位置に配置される複数の冷却材排出プレナム２１６を画定することができる。
【００３０】
様々な実施形態では、図５に示したように、冷却材排出プレナム２１６を、１つまたは複数の冷却材排出ポート２２６よりも上流側の内側バンド２００内に配置および／または画定する。特定の実施形態では、図５および図６に示したように、冷却材排出ポート２２６は、ガス側表面２１８を通って延伸して、ガス側表面２１８に対するフィルム冷却を行うことができる。排出ポート２２６を、少なくとも一部は、冷却必要条件および／または冷却材排出プレナム２１６の位置決めに応じて、ガス側表面２１８に沿った任意の位置に配置することができる。例えば、図６に示した一実施形態では、少なくとも１つの冷却材排出ポート２２６を、エーロフォイル４００の前縁部分４０２よりも上流側の内側バンド２００のガス側表面２１８に沿って形成または配置することができる。一実施形態では、少なくとも１つの冷却材排出ポート２２６を、内側バンド２００の前縁部分２２８に沿った内側バンド２００のガス側表面２１８に沿って形成または配置することができる。特定の実施形態では、図５に示したように、少なくとも１つの冷却材排出ポート２２６は、内側バンド２００の吸引側壁２１０を通って延伸することができる。特定の実施形態では、図５に示したように、少なくとも１つの冷却材排出ポート２２６は、内側バンド２００の加圧側壁２１２を通って延伸することができる。
【００３１】
動作時には、圧縮空気３８などの冷却材２３０が、インレット通路２２２の中へと流れ、そして冷却流路２１４を通って流れ、それにより内側バンドのガス側表面２１８に対する対流冷却を行う。次いで、使用済み冷却材２３２が、内部通路２２４を通って冷却材排出プレナム２１６へと送られ、冷却材排出プレナム２１６は冷却流路２１４よりも低い圧力である。使用済み冷却材２３２は、次いで、冷却材排出ポート２２６を通って送られて、例えば、内側バンド２００のガス側表面２１８に対するフィルム冷却を行い、そして隣接するタービンノズル１００の隣接する内側バンド２００間の高温ガスシールを冷却するか、かつ／または形成を助ける。
【００３２】
図７は、図３に示した切断線７−７に沿って切り取ったタービンノズル１００の一部分の断面上面図を与え、本発明の一実施形態によるエーロフォイル４００の一部分および外側バンド３００を含む。図７に示したように、外側バンド３００は、エーロフォイル４００の前縁部分４０２の前方または上流側にある前方壁３０６、後縁部分４０４の後方または下流側にある後方壁３０８、吸引側壁３１０、および加圧側壁３１２を含む。一実施形態では、一次冷却流路１０２は、内側バンド２００、エーロフォイル４００、および外側バンド３００を通って半径方向または実質的に半径方向に延伸する。
【００３３】
図８は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、図７に示した外側バンド３００の一部分の単純化した断面図を与える。一実施形態では、図７および図８に合わせて示したように、外側バンド３００は、複数の冷却流路３１４（図７では破線で示す）、および冷却流路３１４よりも下流側で外側バンド３００のガス側表面３１８の下に形成された冷却材排出プレナム３１６（図８）を画定する。複数の冷却流路３１４を、機械加工する、鋳造する、またはその他の方法で外側バンド３００のガス側表面３１８の下に形成することができる。特定の実施形態では、図８に示したように、ガス側表面３１８を、複数の冷却流路３１４を覆うか、かつ／または封止する１つまたは複数のプレートおよび／またはコーティング３２０によって少なくとも部分的に形成することができる。図７および図８に示したように、複数の冷却流路３１４は、冷却流路３１４の多数のセットを備えることができる。例えば、一実施形態では、図８に示したように、複数の冷却流路３１４は、少なくとも冷却流路の第１のセット３１４（ａ）および冷却流路の第２のセット３１４（ｂ）を備える。
【００３４】
複数の冷却流路３１４は、外側バンド３００の特有の冷却必要条件に応じてガス側表面３１８の下の様々な位置に配置することができる。例えば、図７に示したように、複数の冷却流路３１４のうちの少なくともいくつかを、エーロフォイル４００の前縁部分４０２、吸引側壁４０６、後縁部分４０４、および加圧側壁４０８のうちの１つまたは複数の湾曲またはプロファイルに従うように、または実質的に従うように配置するか、または向きにすることができる。冷却流路３１４のうちの少なくともいくつかを、外側バンド３００の吸引側壁３１０もしくは後方壁３０８に近接して、かつ／または吸引側壁３１０と加圧側壁３１２との間の外側バンド３００の前方壁３０６に近接して配置することができる。
【００３５】
特定の実施形態では、図８に示したように、外側バンド３００は、少なくとも１つのインレット通路３２２を画定し、インレット通路は、圧縮機１６（図２）などの冷却材供給部と冷却流路３１４との間の流体連通を実現する。特定の実施形態では、インレット通路３２２は、外側バンド３００の裏側３０４を通って延伸する。ガスタービン１０の動作中には、圧縮機１６からの圧縮空気３８の一部などの冷却材を、インレット通路３２２を通じて複数の冷却流路３１４の中へと送ることができる。一実施形態では、冷却流路の第１のセット３１４（ａ）は、第１のインレット通路３２２（ａ）と流体連通しており、冷却流路の第２のセット３１４（ｂ）は、第２のインレット通路３２２（ｂ）と流体連通している。
【００３６】
様々な実施形態では、図８に示したように、外側バンド３００内におよび／または外側バンド３００によって画定された少なくとも１つの内部通路３２４が、冷却流路３１４または冷却流路のセット３１４（ａ〜ｂ）と冷却材排出プレナム３１６との間の流体連通を実現する。内部通路３２４は、外側バンド３００内に画定された内部通路３２４のネットワークを形成することができ、複数の冷却流路３１４から冷却材排出プレナム３１６の中への冷却材の流れを実現する。
【００３７】
図９は、本発明の１つまたは複数の実施形態による、ガス側表面３１８の下方に隠された冷却流路３１４を有し、図７に示した外側バンド３００およびエーロフォイル４００の一部分を含むタービンノズル１００の一部分の上面図、すなわち半径方向内側に見た図を与える。様々な実施形態では、図９に示したように、冷却材排出プレナム３１６（破線で示す）は、ガス側表面３１８の下で外側バンド３００に沿った様々な位置に設置することができる。例えば、冷却材排出プレナム３１６は、外側バンド３００の前方壁３０６と後方壁３０８との間に広がることができるか、エーロフォイル４００の吸引側壁４０６と外側バンド３００の吸引側壁３１０との間に配置されることがあるか、エーロフォイル４００の加圧側壁４０８と外側バンド３００の加圧側壁３１２との間に配置されることがあるか、またはエーロフォイル４００の前縁部分４０２の前方の外側バンド３００の吸引側壁３１０と加圧側壁３１２との間に広がることができる。特定の実施形態では、外側バンド３００は、外側バンド３００に沿った様々な位置に配置された複数の冷却材排出プレナム３１６を画定することができる。
【００３８】
様々な実施形態では、図８に示したように、冷却材排出プレナム３１６を、１つまたは複数の冷却材排出ポート３２６よりも上流側の外側バンド３００内に配置および／または画定する。特定の実施形態では、図８および図９に示したように、冷却材排出ポート３２６は、ガス側表面３１８を通って延伸して、ガス側表面３１８に対するフィルム冷却を行うことができる。排出ポート３２６を、少なくとも一部は、冷却必要条件および／または冷却材排出プレナム３１６の位置決めに応じて、ガス側表面３１８に沿った任意の位置に配置することができる。例えば、図９に示した一実施形態では、少なくとも１つの冷却材排出ポート３２６を、エーロフォイル４００の前縁部分４０２よりも上流側の外側バンド３００のガス側表面３１８に沿って形成するまたは配置することができる。一実施形態では、少なくとも１つの冷却材排出ポート３２６を、外側バンド３００の前縁部分３２８に沿った外側バンド３００のガス側表面３１８に沿って形成または配置することができる。特定の実施形態では、図８に示したように、少なくとも１つの冷却材排出ポート３２６は、外側バンド３００の吸引側壁３１０を通って延伸することができる。特定の実施形態では、図８に示したように、少なくとも１つの冷却材排出ポート３２６は、外側バンド３００の加圧側壁３１２を通って延伸することができる。特定の実施形態では、内側バンド２００および外側バンド３００の両者は、それぞれ、インレット通路２２２、３２２、冷却流路２１４、３１４、内部通路２２４、３２４、冷却材排出プレナム２１６、３１６、および冷却材排出ポート２２６、３２６を備える。
【００３９】
動作時には、圧縮空気３８などの冷却材３３０が、インレット通路３２２の中へと流れ、冷却流路３１４を通って流れ、それにより外側バンド３００のガス側表面３１８に対する対流冷却を行う。次いで、使用済み冷却材３３２が、内部通路３２４を通って冷却材排出プレナム３１６へ送られ、冷却材排出プレナム３１６は、冷却流路３１４よりも低い圧力である。使用済み冷却材３３２は、次いで、冷却材排出ポート３２６を通って送られて、例えば、外側バンド３００のガス側表面３１８に対するフィルム冷却を行い、そして隣接するタービンノズル１００の隣接する外側バンド３００間の高温ガスシールを冷却するか、かつ／または形成を助ける。
【００４０】
この明細書は、例を使用して、最良の形態を含む本発明を開示するとともに、いずれかの装置またはシステムを作製および使用することならびにいずれかの組み込まれた方法を実行することを含めて、当業者が本発明を実施することを可能にする。発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する別の例を含むことができる。そのような別の例が特許請求の範囲の文面から逸脱しない構造的要素を含む場合、またはそのような別の例が特許請求の範囲の文面とごく小さな差異しかない等価な構造的要素を含む場合には、このような別の例は、特許請求の範囲の範囲内にあるものとする。
【００４１】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
内側バンド（２００）から外側バンド（３００）までのスパン内を延伸するエーロフォイル（４００）であって、前記内側バンド（２００）および前記外側バンド（３００）がタービンノズル（１００）の内側流れ境界および外側流れ境界を画定する、エーロフォイル（４００）、
を備え、
前記内側バンド（２００）が、複数の冷却流路（２１４）および前記冷却流路（２１４）と流体連通している冷却材排出プレナム（２１６）を画定し、前記複数の冷却流路（２１４）および前記冷却材排出プレナム（２１６）が前記内側バンド（２００）のガス側表面（２１８）の下に形成され、前記冷却材排出プレナム（２１６）が、前記冷却流路（２１４）よりも下流側かつ少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）よりも上流側に形成される、
タービンノズル（１００）。
［実施態様２］
前記複数の冷却流路（２１４）が、冷却流路の第１のセット（２１４ａ）および冷却流路の第２のセット（２１４ｂ）を備え、前記冷却流路の第１のセット（２１４ａ）および前記冷却流路の第２のセット（２１４ｂ）が、冷却材供給部よりも下流側かつ前記冷却材排出プレナム（２１６）よりも上流側にある、実施態様１記載のタービンノズル（１００）。
［実施態様３］
前記冷却材排出プレナム（２１６）が、前記内側バンド（２００）の前方壁（２０６）と後方壁（２０８）との間に広がり、前記エーロフォイル（４００）の吸引側壁（４０６）と前記内側バンド（２００）の吸引側壁（２１０）との間に配置される、実施態様１記載のタービンノズル（１００）。
［実施態様４］
前記冷却材排出プレナム（２１６）が、前記内側バンド（２００）の前方壁（２０６）と後方壁（２０８）との間に広がり、前記エーロフォイル（４００）の加圧側壁（４０８）と前記内側バンド（２００）の加圧側壁（２１２）との間に配置される、実施態様１記載のタービンノズル（１００）。
［実施態様５］
前記冷却材排出プレナム（２１６）が、前記エーロフォイル（４００）の前縁部分（４０２）の前方の前記内側バンド（２００）の吸引側壁（２１０）と加圧側壁（２１２）との間に広がる、実施態様１記載のタービンノズル（１００）。
［実施態様６］
前記少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）のうちの少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）が、前記内側バンド（２００）の前記ガス側表面（２１８）に沿って形成される、実施態様１記載のタービンノズル（１００）。
［実施態様７］
前記少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）のうちの少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）が、前記エーロフォイル（４００）の前縁部分（４０２）よりも上流側の前記内側バンド（２００）の前記ガス側表面（２１８）に沿って形成される、実施態様１記載のタービンノズル（１００）。
［実施態様８］
前記少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）のうちの少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）が、前記内側バンド（２００）の前縁部分（２２８）に沿った前記内側バンド（２００）の前記ガス側表面（２１８）に沿って形成される、実施態様１記載のタービンノズル（１００）。
［実施態様９］
前記少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）のうちの少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）が、前記内側バンド（２００）の加圧側に沿って形成される、実施態様１記載のタービンノズル（１００）。
［実施態様１０］
前記少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）のうちの少なくとも１つの冷却材排出ポート（２２６）が、前記内側バンド（２００）の吸引側に沿って形成される、実施態様１記載のタービンノズル（１００）。
［実施態様１１］
内側バンド（２００）から外側バンド（３００）までのスパン内を延伸するエーロフォイル（４００）であって、前記内側バンド（２００）および前記外側バンド（３００）がタービンノズル（１００）の内側流れ境界および外側流れ境界を画定する、エーロフォイル（４００）、
を備え、
前記外側バンド（３００）が、複数の冷却流路（３１４）および前記冷却流路（３１４）と流体連通している冷却材排出プレナム（３１６）を画定し、前記複数の冷却流路（３１４）および前記冷却材排出プレナム（３１６）が前記外側バンド（３００）のガス側表面（３１８）の下に形成され、前記冷却材排出プレナム（３１６）が、前記冷却流路（３１４）よりも下流側かつ少なくとも１つの冷却材排出ポート（３２６）よりも上流側に形成される、
タービンノズル（１００）。
［実施態様１２］
前記複数の冷却流路（３１４）が、冷却流路の第１のセット（３１４ａ）および冷却流路の第２のセット（３１４ｂ）を備え、前記冷却流路の第１のセット（３１４ａ）および前記冷却流路の第２のセット（３１４ｂ）が、冷却材供給部よりも下流側かつ前記冷却材排出プレナム（３１６）よりも上流側にある、実施態様１１記載のタービンノズル（１００）。
［実施態様１３］
前記冷却材排出プレナム（３１６）が、前記外側バンド（３００）の前方壁（３０６）と後方壁（３０８）との間に広がり、前記エーロフォイル（４００）の吸引側壁（４０６）と前記外側バンド（３００）の吸引側壁（３１０）との間に配置される、実施態様１１記載のタービンノズル（１００）。
［実施態様１４］
前記冷却材排出プレナム（３１６）が、前記外側バンド（３００）の前方壁（３０６）と後方壁（３０８）との間に広がり、前記エーロフォイル（４００）の加圧側壁（４０８）と前記外側バンド（３００）の加圧側壁（３１２）との間に配置される、実施態様１１記載のタービンノズル（１００）。
［実施態様１５］
前記冷却材排出プレナム（３１６）が、前記エーロフォイル（４００）の前縁部分（４０２）の前方の前記外側バンド（３００）の吸引側壁（３１０）と加圧側壁（３１２）との間に広がる、実施態様１１記載のタービンノズル（１００）。
［実施態様１６］
前記少なくとも１つの冷却材排出ポート（３２６）のうちの少なくとも１つの冷却材排出ポート（３２６）が、前記外側バンド（３００）の前記ガス側表面（３１８）に沿って形成される、実施態様１１記載のタービンノズル（１００）。
［実施態様１７］
前記少なくとも１つの冷却材排出ポート（３２６）のうちの少なくとも１つの冷却材排出ポート（３２６）が、前記エーロフォイル（４００）の前縁部分（４０２）よりも上流側の前記外側バンド（３００）の前記ガス側表面（３１８）に沿って形成される、実施態様１１記載のタービンノズル（１００）。
［実施態様１８］
前記少なくとも１つの冷却材排出ポート（３２６）のうちの少なくとも１つの冷却材排出ポート（３２６）が、前記外側バンド（３００）の前縁部分（３２８）に沿った前記外側バンド（３００）の前記ガス側表面（３１８）に沿って形成される、実施態様１１記載のタービンノズル（１００）。
［実施態様１９］
前記少なくとも１つの冷却材排出ポート（３２６）のうちの少なくとも１つの冷却材排出ポート（３２６）が、前記外側バンド（３００）の加圧側に沿って形成される、実施態様１１記載のタービンノズル（１００）。
［実施態様２０］
前記少なくとも１つの冷却材排出ポート（３２６）のうちの少なくとも１つの冷却材排出ポート（３２６）が、前記外側バンド（３００）の吸引側に沿って形成される、実施態様１１記載のタービンノズル（１００）。
【符号の説明】
【００４２】
１０  ガスタービン
１２  圧縮機セクション
１４  インレット
１６  圧縮機
１８  燃焼セクション
２０  燃焼器
２２  タービンセクション
２４  タービン
２６  ロータシャフト
２８  軸中心線
３０  タービン段
３０（ａ）  第１のタービン段
３０（ｂ）  第２のタービン段
３０（ｃ）  第３のタービン段
３２（ａ）  タービンノズル
３２（ｂ）  タービンノズル
３２（ｃ）  タービンノズル
３４（ａ）  タービンロータブレード
３４（ｂ）  タービンロータブレード
３４（ｃ）  タービンロータブレード
３６  シェル／ケーシング
３８  圧縮空気
４０  燃焼ガスのストリーム
１００  タービンノズル
１０２  一次冷却通路
２００  内側バンド
２０２  ガス側
２０４  裏側
２０６  前方壁／面
２０８  後方壁／面
２１０  吸引側壁／面
２１２  加圧側壁／面
２１４  冷却流路
２１４（ａ）  第１のセット−冷却流路
２１４（ｂ）  第２のセット−冷却流路
２１６  冷却材排出プレナム
２１８  ガス側表面
２２０  プレート／コーティング
２２２  インレット通路
２２２（ａ）  第１のインレット通路
２２２（ｂ）  第２のインレット通路
２２４  内部通路
２２６  冷却材排出ポート
２２８  前縁部分−内側バンド
２３０  冷却材
２３２  使用済み冷却材
３００  外側バンド
３０２  ガス側
３０４  裏側
３０６  前方壁／面
３０８  後方壁／面
３１０  吸引側壁／面
３１２  加圧側壁／面
３１４  冷却流路
３１４（ａ）  第１のセット−冷却流路
３１４（ｂ）  第２のセット−冷却流路
３１６  冷却材排出プレナム
３１８  ガス側表面
３２０  プレート／コーティング
３２２  インレット通路
３２２（ａ）  第１のインレット通路
３２２（ｂ）  第２のインレット通路
３２４  内部通路
３２６  冷却材排出ポート
３２８  前縁部分−外側バンド
３３０  冷却材
３３２  使用済み冷却材
４００  エーロフォイル
４０２  前縁部分
４０４  後縁部分
４０６  吸引側壁
４０８  加圧側壁
【図１】
2017075598.tif 000003
【図２】
2017075598.tif 000004
【図３】
2017075598.tif 000005
【図４】
2017075598.tif 000006
【図５】
2017075598.tif 000007
【図６】
2017075598.tif 000008
【図７】
2017075598.tif 000009
【図８】
2017075598.tif 000010
【図９】
2017075598.tif 000011
【外国語明細書】
2017075598000001.pdf