(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却チャンネル及び冷却剤分配プレナムを備えたタービンノズルを提供する。【解決手段】タービンノズル３４（ａ）〜３４（ｂ）は、内側バンド２００から外側バンド３００までスパン方向に延びる翼形部４００を含み、ここで内側バンド及び外側バンドは、タービンノズルの内側及び外側流れ境界を定める。内側バンド及び外側バンドの少なくとも一方が、対応する内側バンド又は外側バンドのガス側表面の真下に形成された冷却チャンネルの第１のセット及び冷却チャンネルの第２のセットを定める。内側バンド又は外側バンドは更に、冷却チャンネルの第１及び第２のセットと流体連通した冷却剤分配プレナムを定める。冷却剤分配プレナムは、冷却チャンネルの第１のセット及び冷却チャンネルの第２のセットのうちの少なくとも一方に冷却剤のストリームを提供する。【選択図】図２
2017078409.tif 000002
【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）までスパン方向に延びる翼形部（４００）を備えたタービンノズル（３２（ａ），３２（ｂ），３２（ｃ））であって、前記内側バンド及び外側バンドが、前記タービンノズルの内側及び外側流れ境界を定め、前記内側バンドが、該内側バンドのガス側表面（２１８，３１８）の真下に形成された冷却チャンネルの第１のセット（２１４（ａ），３１４（ａ））と冷却チャンネルの第２のセット（２１４（ｂ），３１４（ｂ））とを定め、前記内側バンドが更に、前記冷却チャンネルの第１及び第２のセットと流体連通した冷却剤分配プレナム（２１６）を定め、前記冷却剤分配プレナムが、前記冷却チャンネルの第１のセット及び前記冷却チャンネルの第２のセットのうちの少なくとも一方に冷却剤のストリームを提供する、タービンノズル（３２（ａ），３２（ｂ），３２（ｃ））。
【請求項２】
前記内側バンドが、冷却剤供給源と前記冷却チャンネルの第１のセットとの間の直接的な流体連通を提供する入口通路（２２６）を定める、請求項１に記載のタービンノズル。
【請求項３】
前記内側バンドが、冷却剤供給源と前記冷却剤分配プレナムとの間の直接的な流体連通を提供する入口通路（２４２）を定める、請求項１に記載のタービンノズル。
【請求項４】
前記冷却チャンネルの第１のセットが、冷却剤供給源から直ぐ下流側にあり、前記冷却剤分配プレナムが、前記冷却チャンネルの第１のセットから直ぐ下流側にあり、前記冷却チャンネルの第２のセットが、前記冷却剤分配プレナムから直ぐ下流側にある、請求項１に記載のタービンノズル。
【請求項５】
前記冷却チャンネルの第２のセットが、前記内側バンドのガス側表面に沿って定められた少なくとも１つの冷却剤排気ポート（２４６）と流体連通している、請求項４に記載のタービンノズル。
【請求項６】
前記冷却チャンネルの第１のセットが、前記内側バンドのガス側表面に沿って定められた少なくとも１つの冷却剤排気ポート（２４６）と流体連通している、請求項４に記載のタービンノズル。
【請求項７】
前記冷却剤分配プレナムが、冷却剤供給源から直ぐ下流側にあり、前記冷却チャンネルの第１のセット及び前記冷却チャンネルの第２のセットが、前記冷却剤分配プレナムから直ぐ下流側にある、請求項１に記載のタービンノズル。
【請求項８】
前記冷却チャンネルの第１のセットが、前記内側バンドのガス側表面に沿って定められた少なくとも１つの冷却剤排気ポート（２４６）と流体連通している、請求項７に記載のタービンノズル。
【請求項９】
前記冷却チャンネルの第２のセットが、前記内側バンドのガス側表面に沿って定められた少なくとも１つの冷却剤排気ポート（２４６）と流体連通している、請求項７に記載のタービンノズル。
【請求項１０】
前記冷却チャンネルの第１のセット及び前記冷却チャンネルの第２のセットのうちの少なくとも１つが、冷却剤排気ポート（２４６）と流体連通しており、前記冷却剤排気ポートが、前記内側バンドの正圧側壁（２１２）又は負圧側壁（２１０）を通じて流体連通を提供する、請求項７に記載のタービンノズル。
【請求項１１】
内側バンド（２００）から外側バンド（３００）までスパン方向に延びる翼形部（４００）を備えたタービンノズル（３２（ａ），３２（ｂ），３２（ｃ））であって、前記内側バンド及び外側バンドが、前記タービンノズルの内側及び外側流れ境界を定め、前記外側バンドが、該外側バンドのガス側表面（２１８，３１８）の真下に形成された冷却チャンネルの第１のセット（２１４（ａ），３１４（ａ））と冷却チャンネルの第２のセット（２１４（ｂ），３１４（ｂ））とを定め、前記外側バンドが更に、前記冷却チャンネルの第１及び第２のセットと流体連通した冷却剤分配プレナム（２１６）を定め、前記冷却剤分配プレナムが、前記冷却チャンネルの第１のセット及び前記冷却チャンネルの第２のセットのうちの少なくとも一方に冷却剤のストリームを提供する、タービンノズル（３２（ａ），３２（ｂ），３２（ｃ））。
【請求項１２】
前記外側バンドが、冷却剤供給源と前記冷却チャンネルの第１のセットとの間の直接的な流体連通を提供する入口通路（２２６）を定める、請求項１１に記載のタービンノズル。
【請求項１３】
前記外側バンドが、冷却剤供給源と前記冷却剤分配プレナムとの間の直接的な流体連通を提供する入口通路（２４２）を定める、請求項１１に記載のタービンノズル。
【請求項１４】
前記冷却チャンネルの第１のセットが、冷却剤供給源から直ぐ下流側にあり、前記冷却剤分配プレナムが、前記冷却チャンネルの第１のセットから直ぐ下流側にあり、前記冷却チャンネルの第２のセットが、前記冷却剤分配プレナムから直ぐ下流側にある、請求項１１に記載のタービンノズル。
【請求項１５】
前記冷却チャンネルの第２のセットが、前記外側バンドのガス側表面に沿って定められた少なくとも１つの冷却剤排気ポート（２４６）と流体連通している、請求項１４に記載のタービンノズル。
【請求項１６】
前記冷却チャンネルの第１のセットが、前記外側バンドのガス側表面に沿って定められた少なくとも１つの冷却剤排気ポート（２４６）と流体連通している、請求項１４に記載のタービンノズル。
【請求項１７】
前記冷却剤分配プレナムが、冷却剤供給源から直ぐ下流側にあり、前記冷却チャンネルの第１のセット及び前記冷却チャンネルの第２のセットが、前記冷却剤分配プレナムから直ぐ下流側にある、請求項１１に記載のタービンノズル。
【請求項１８】
前記冷却チャンネルの第１のセットが、前記外側バンドのガス側表面に沿って定められた少なくとも１つの冷却剤排気ポート（２４６）と流体連通している、請求項１７に記載のタービンノズル。
【請求項１９】
前記冷却チャンネルの第２のセットが、前記外側バンドのガス側表面に沿って定められた少なくとも１つの冷却剤排気ポート（２４６）と流体連通している、請求項１７に記載のタービンノズル。
【請求項２０】
前記冷却チャンネルの第１のセット及び前記冷却チャンネルの第２のセットのうちの少なくとも１つが、冷却剤排気ポート（２４６）と流体連通しており、前記冷却剤排気ポートが、前記外側バンドの正圧側壁（２１２）又は負圧側壁（２１０）を通じて流体連通を提供する、請求項１７に記載のタービンノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、ガスタービン用のタービンノズルに関する。より詳細には、本発明は、冷却チャンネル及び冷却剤分配プレナムが内側又は外側バンド内に定められたタービンノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用、航空機用、及び船舶用ガスタービンなどのガスタービンは、一般に、直列流れ順に、圧縮機、燃焼器、及びタービンを含む。タービンは、複数の段を有し、各段が、タービンノズルの列と、タービンノズルから下流側に配置されたタービンロータブレードの隣接する列とを含む。タービンノズルは、タービン内で静止状態に保持され、タービンロータブレードは、ロータシャフトと共に回転する。種々のタービン段は、タービンを通る高温ガス経路を定める。
【０００３】
作動中、圧縮機は、燃焼器に圧縮空気を提供する。圧縮空気は、燃料と混合され、燃焼器内に定められる燃焼室又は反応ゾーンにて燃焼し、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入口を介してタービンの高温ガス経路に流入する。高温ガス流が連続する各段を通って流れると、高速の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、従って、ロータシャフトが回転し、機械的仕事を生成するようになる。
【０００４】
タービン効率は、少なくとも１つには、タービン高温ガス経路を流れる高温ガスの温度に関連性がある。例えば、高温ガスの温度が高い程、タービンの全体効率が高くなる。高温ガスの最大温度は、少なくとも部分的には、タービンノズル及びタービンロータブレードなどの種々のタービン構成要素の材料特性によって、並びに種々のタービン構成要素に冷却を提供するための種々の冷却回路及び該冷却回路を通って循環する冷却媒体の有効性によって制限される。タービンノズルは、一般に、内側バンド又はシュラウドと外側バンド又はシュラウドとの間でスパン方向に延びる翼形部を含む。内側バンド及び外側バンドは、高温ガス経路の内側及び外側流れ境界を定め、高温ガスに晒される。翼形部は、タービンノズルの翼形部分を通って半径方向に延びる中央又はコア冷却チャンネルに圧縮空気などの冷却媒体を通過させることにより冷却することができる。冷却媒体の一部は、翼形部に沿って定められる種々のフィルム孔を通過し、このようにして翼形部にフィルム冷却を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第９，０１５，９４４号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明の態様及び利点は、以下の説明において記載され、又は本説明から明らかになることができ、或いは、本発明を実施することによって理解することができる。
【０００７】
本発明の１つの実施形態は、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スパン方向に延びる翼形部を含み、ここで内側バンド及び外側バンドは、タービンノズルの内側及び外側流れ境界を定める。内側バンドは、内側バンドのガス側表面の真下に形成された冷却チャンネルの第１のセット及び冷却チャンネルの第２のセットを定める。内側バンドは更に、冷却チャンネルの第１及び第２のセットと流体連通した冷却剤分配プレナムを定める。冷却剤分配プレナムは、冷却チャンネルの第１のセット及び冷却チャンネルの第２のセットのうちの少なくとも一方に冷却剤のストリームを提供する。
【０００８】
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スパン方向に延びる翼形部を含み、ここで内側バンド及び外側バンドは、タービンノズルの内側及び外側流れ境界を定める。外側バンドは、該外側バンドのガス側表面の真下に形成された冷却チャンネルの第１のセット及び冷却チャンネルの第２のセットを定める。外側バンドは更に、冷却チャンネルの第１及び第２のセットと流体連通した冷却剤分配プレナムを定める。冷却剤分配プレナムは、冷却チャンネルの第１のセット及び冷却チャンネルの第２のセットのうちの少なくとも一方に冷却剤のストリームを提供する。
【０００９】
当業者であれば、本明細書を精査するとこのような実施形態の特徴及び態様がより理解されるであろう。
【００１０】
添付図面を参照することを含めて、本明細書の残りの部分において、当業者にとって最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示が記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の種々の実施形態を包含することができる例示的なガスタービンの概略図。
【図２】本発明の種々の実施形態を包含する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側断面図。
【図３】本発明の１又はそれ以上の実施形態を包含することができる例示的なタービンノズルの側方斜視図。
【図４】本発明の少なくとも１つの実施形態による、図３に示す切断線４−４に沿って見た内側バンドを含むタービンノズルの一部の上面断面図。
【図５】本発明の１又はそれ以上の実施形態による、図４に示す内側バンドの一部の拡大簡易側断面図。
【図６】本発明の１又はそれ以上の実施形態による、図４に示す内側バンドの一部の拡大簡易側断面図。
【図７】本発明の１つの実施形態による内側バンドの上面流れ図。
【図８】本発明の１つの実施形態による内側バンドの上面流れ図。
【図９】本発明の少なくとも１つの実施形態による、図３に示す切断線９−９に沿って見た内側バンドを含むタービンノズルの一部の上面断面図。
【図１０】本発明の１又はそれ以上の実施形態による、図９に示す内側バンドの一部の拡大簡易側断面図。
【図１１】本発明の１又はそれ以上の実施形態による、図９に示す内側バンドの一部の拡大簡易側断面図。
【図１２】本発明の１つの実施形態による外側バンドの上面流れ図。
【図１３】本発明の１つの実施形態による外側バンドの上面流れ図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで、その１つ又はそれ以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似の要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似の記号表示を使用している。
【００１３】
本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。用語「上流」及び「下流」は、流体通路における流体流れに対する相対的方向を指す。用語「半径方向」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に垂直な相対方向を指し、用語「軸方向」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行な及び／又は同軸に整列された相対方向を指す。
【００１４】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、用語「備える」及び／又は「備えている」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の他の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。
【００１５】
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、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、修正形態及び変形形態を本発明において実施できることは、当業者であれば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。
【００１６】
本発明の例示的な実施形態は、例示の目的で陸上ベースの発電ガスタービン用のタービンノズルに関して全体に説明しているが、請求項に別途規定のない限り、本発明の実施形態は、陸上ベースの発電ガスタービンに限定されず、あらゆる形式又はタイプのガスタービンに適用できることは、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【００１７】
本明細書で記載され、例示され、請求項に記載される本発明は、全体的に、ピンバンク又はインピンジメントのような他のプロセスからの使用済み冷却剤ではなく未使用の冷却剤をチャンネルに提供するため、表面下冷却に専用の１又はそれ以上の冷却剤分配又は供給プレナムもしくはマイクロチャンネルを有するタービンノズル又は他の高温ガス経路構成要素の内側バンド又は外側バンド部分の少なくとも一方に関する。他の実施形態において、冷却剤分配プレナムは、異なる冷却チャンネルから冷却剤を集めて、この冷却剤を下流側に配置された冷却チャンネルの別のセットに送給し、表面冷却ネットワークを構築することができる。
【００１８】
ここで図面を参照すると、図１は、本発明の種々の実施形態を包含することができる例示的なガスタービン１０の概略図を示す。図示のように、ガスタービン１０は、一般に、軸流圧縮機１６の上流側端部に配置された入口１４を有する圧縮機セクション１２を含む。ガスタービン１０は更に、圧縮機１６から下流側に位置付けられた１又はそれ以上の燃焼器２０を有する燃焼セクション１８と、燃焼セクション１８から下流側に配置された膨張タービンのようなタービン２４を含むタービンセクション２２とを含む。シャフト２６は、ガスタービン１０の軸方向中心線２８に沿って圧縮機１６及びタービン２４を通って軸方向に延びる。
【００１９】
図２は、本発明の種々の実施形態を包含することができる例示的なタービン２４の側断面図を示す。図２に示すように、タービン２４は、複数のタービン段を含むことができる。例えば、タービン２４は、第１段３０（ａ）、第２段３０（ｂ）及び第３段３０（ｃ）を含む、３つのタービン段を含むことができる。タービン段３０の総数は、３つよりも多くても少なくてもよく、本発明の実施形態は、請求項に別途記載のない限り、３つのタービン段に限定されない。
【００２０】
図２に示すように、各段３０（ａ−ｃ）は、直列流れ順でシャフト２６（図１）に沿って軸方向に離間して配置された、タービンノズル３２（ａ），３２（ｂ）及び３２（ｃ）の対応する列と、タービンロータブレード３４（ａ），３４（ｂ）及び３４（ｃ）の対応する列と、を含む。ケーシング又はシェル３６は、タービンノズル３２（ａ−ｃ）及びタービンロータブレード３４（ａ−ｃ）からなる各段３０（ａ−ｃ）を円周方向に囲む。タービンノズル３２（ａ−ｃ）は、ガスタービン１０の作動中にタービンロータブレード３４（ａ−ｃ）に対して静止している。例えば、タービンノズル３２は、ケーシング３６又はノズルリング（図示せず）に接続することができる。
【００２１】
作動時には、図１及び２に全体的に示すように、圧縮機１６からの圧縮空気３８は、燃焼器２０に提供され、ここで圧縮空気が燃料と混合されて燃焼し、高温燃焼ガス４０のストリームを提供し、これが燃焼器２０からタービン２４に流入する。圧縮空気３８の少なくとも一部は、タービンノズル３２（ａ−ｃ）及びタービンロータブレード３４（ａ−ｃ）などのタービンの種々の構成要素を冷却するための冷却媒体として用いることができる。
【００２２】
図３は、図２に示すようにタービン２４に組み込むことができ、また、本発明の種々の実施形態を包含することができる例示的なタービンノズル１００の斜視図を示す。タービンノズル１００は、タービンノズル３２（ａ−ｃ）の何れかの代わりに相当し、又は設置することができる。特定の実施形態において、タービンノズル１００は、第１段３０（ａ）のタービンノズル３２（ａ）に対応し、これはまた、第１段ノズルすなわちＳ１Ｎとして当該産業分野において既知とすることができる。
【００２３】
図３に示すように、タービンノズル１００は、内側バンド２００と、該内側バンド２００から半径方向に離間した外側バンド３００と、内側バンド２００から外側バンド３００までスパン方向で延びる翼形部４００と、を含む。内側バンド２００は、ガス側面２０２と、ガス側面２０２から半径方向内向きに配向された背部側面２０４とを含む。外側バンド３００は、ガス側面３０２と、該ガス側面３０２から半径方向外向きに配向された背部側面３０４とを含む。図２及び３に全体的に示すように、外側バンド３００のガス側面３０２及び内側バンド２００のガス側面２０２は、燃焼器２０からタービン２４を通って高速度で流れる高温燃焼ガス４０のストリームの内側及び外側流れ境界を定める。図３に示すように、翼形部４００は、前縁部分４０２、後縁部分４０４、負圧側壁４０６及び正圧側壁４０８を含む。
【００２４】
図４は、図３に示す切断線４−４に沿って見たタービンノズル１００の一部の上面断面図を示し、本発明の１つの実施形態による翼形部４００及び内側バンド２００の一部を含む。図４に示すように、内側バンド２００は、翼形部４００の前縁部分４０２から前方又は上流側にある前方壁２０６と、後縁部分４０４から後方又は下流側にある後方壁２０８と、負圧側壁２１０と、正圧側壁２１２とを含む。特定の構成において、タービンノズル１００は、一次冷却チャンネル１０２を含む、及び／又は少なくとも部分的に定める。１つの実施形態において、一次冷却チャンネル１０２は、外側バンド３００、翼形部４００及び内側バンド２００を通って半径方向又は実質的に半径方向に延びる。
【００２５】
図５及び６は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、図４に示す内側バンド２００の一部の簡易断面図を示す。１つの実施形態において、図４、５及び６に全体的に示されるように、内側バンド２００は、内側バンド２００のガス側表面２１８の真下に形成された複数の冷却チャンネル２１４及び冷却剤分配プレナム２１６（図５）を定める。複数の冷却チャンネル２１４は、内側バンド２００のガス側表面２１８の真下に機械加工、鋳造、又は他の方法で形成することができる。特定の実施形態において、図５及び６に示すように、ガス側表面２１８は、１又はそれ以上のプレート及び／又は複数の冷却チャンネル２１４を被覆及び／又はシールするコーティング２２０によって少なくとも部分的に形成することができる。
【００２６】
図４、５及び６に示すように、複数の冷却チャンネル２１４は、冷却チャンネル２１４の複数のセットを含むことができる。例えば、１つの実施形態において、図５及び６に示すように、複数の冷却チャンネル２１４は、少なくとも、冷却チャンネルの第１のセット２１４（ａ）及び冷却チャンネルの第２のセット２１４（ｂ）を含む。冷却チャンネルのセット２１４は、１又はそれ以上の冷却チャンネルを含むことができ、請求項に別途記載のない限り、図５及び６に例示される２又は３つの冷却チャンネルに限定されない。
【００２７】
複数の冷却チャンネル２１４は、内側バンド２００の特定の冷却要件に応じて様々な位置でガス側表面２１８の真下に配置することができる。例えば、図４に示すように、複数の冷却チャンネル２１４の少なくとも一部は、翼形部４００の前縁部分４０２、負圧側壁４０６、後縁部分４０４及び正圧側壁４０８のうちの１又はそれ以上のものの湾曲又は輪郭に沿う又は実質的に沿うような配列又は配向にすることができる。冷却チャンネル２１４の少なくとも一部は、内側バンド２００の負圧側壁２１０又は後方壁２０８に近接して、及び／又は負圧側壁２１０と正圧側壁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。
【００２８】
種々の実施形態において、冷却剤分配プレナム２１６が内側バンド２００内に形成されて、図５及び６において矢印２２２で示される冷却剤のストリームを冷却チャンネルの第１のセット２１４（ａ）及び／又は冷却チャンネルの第２のセット２１４（ｂ）の少なくとも一方に提供する。種々の実施形態において、図５及び６に示すように、内側バンド２００は、ガス側表面２１８の真下に配置され且つ冷却剤分配プレナム２１６、冷却チャンネルの第１のセット２１４（ａ）及び冷却チャンネルの第２のセット２１４（ｂ）の間で冷却剤２２２の流体連通を提供する複数の内部通路２２４を含む及び／又は定める。１つの実施形態において、図５に示すように、内側バンド２００は、圧縮機１６（図１）などの冷却剤供給源と冷却チャンネルの第１のセット２１４（ａ）との間の直接的な流体連通を提供する入口通路２２６を定める。この構成において、冷却チャンネルの第１のセット２１４（ａ）は、冷却剤供給源から直ぐ下流側にあり、冷却剤分配プレナム２１６は、冷却チャンネルの第１のセット２１４（ａ）から直ぐ下流側にあり、冷却チャンネルの第２のセット２１４（ｂ）は、冷却剤分配プレナム２１６から直ぐ下流側にある。特定の実施形態において、入口通路２２６は、内側バンド２００の背部側面２０４に沿って定められる入口を含むことができる。
【００２９】
特定の実施形態において、図５に示すように、冷却チャンネルの第２のセット２１４（ｂ）は、内側バンド２００のガス側表面２１８に沿って定められる少なくとも１つの冷却剤排気ポート２２８と流体連通している。１つの実施形態において、冷却チャンネルの第２のセット２１４（ｂ）は、図５に示すような正圧側壁２１２又は内側バンド２００の負圧側壁２１０のうちの一方に沿って定められる少なくとも１つの冷却剤排気ポート２３０と流体連通している。特定の実施形態において、冷却チャンネルの第１のセット２１４（ａ）は、内側バンド２００のガス側表面２１８に沿って定められる少なくとも１つの冷却剤排気ポート２３２と流体連通している。
【００３０】
図７は、図５に示す実施形態による内側バンド２００の上面流れ図を示す。作動時には、図５及び７に全体的に示すように、冷却剤２２２は、入口通路２２６を通り、冷却チャンネルの第１のセット２１４（ａ）の種々の冷却チャンネル２１４内に移動し、このようにして、冷却チャンネル２１４の上方のガス側表面２１８に冷却を提供する。例えば、図７に示すように、冷却剤は、第１の冷却剤トレンチ２３４に流入することができ、該第１の冷却剤トレンチ２３４は、冷却チャンネルの第１のセット２１４（ａ）の個々の冷却チャンネル２１４に冷却剤を送り込む。次いで、冷却剤２２２は、冷却チャンネル２１４から第２の冷却剤トレンチ２３６に流入して冷却剤分配プレナム２１６上に流れ、ここで冷却剤２２２を用いて内側バンド２００の別の部分を冷却することができる。次に、冷却剤２２２は、第３の冷却剤トレンチ２３８に流れることができ、この第３の冷却剤トレンチ２３８は、冷却チャンネルの第２のセット２１４（ｂ）の個々の冷却チャンネル２１４に冷却剤２２２を送り、このようにして冷却チャンネルの第２のセット２１４（ｂ）の冷却チャンネル２１４の上方のガス側表面２１８に冷却を提供する。次いで、冷却剤２２２は、第４の冷却剤トレンチ２４０と流体連通してガス側表面２１８にフィルム冷却を提供する冷却剤排気ポート２２８から排出することができ、及び／又は円周方向に隣接するタービンノズル１００の隣接する内側バンド２００間にシールを形成するのを助けるため冷却剤排気ポート２３０から排出することができる。
【００３１】
特定の実施形態において、冷却剤２２２の一部は、冷却剤排気ポート２３２から排出されて、冷却チャンネルの第１のセット２１４（ａ）に近接した背側表面２１８にフィルム冷却を提供することができる。冷却剤分配プレナム２１６内の圧力は、一般に、冷却チャンネルの第１のセット２１４（ａ）の圧力よりも低く、冷却チャンネルの第２のセット２１４（ｂ）の圧力は、一般に、冷却剤分配プレナムの圧力よりも低く、冷却剤排気ポート２２８，２２０，２３０の直ぐ外の圧力は、一般に、冷却チャンネルの第１のセット２１４（ａ）又は冷却チャンネルの第２のセット２１４（ｂ）の圧力よりも低い。
【００３２】
１つの実施形態において、図６に示すように、入口通路２４２は、冷却剤供給源と冷却剤分配プレナム２１６との間の流体連通又は直接的な流体連通を提供する。入口通路２４２は、内側バンド２００の背部側面２０４に沿って配置される入口を有することができる。冷却チャンネルの第１のセット２１４（ａ）及び冷却チャンネルの第２のセット２１４（ｂ）は、冷却剤分配プレナム２１６から直ぐ下流側にある。１つの実施形態において、冷却チャンネルの第１のセット２１４（ａ）は、内側バンド２００のガス側表面２１８に沿って定められた少なくとも１つの冷却剤排気ポート２４４及び／又は内側バンド２００の負圧側壁２１０に沿って定められた少なくとも１つの冷却剤排気ポート２４６と流体連通している。冷却チャンネルの第２のセット２１４（ｂ）は、内側バンド２００のガス側表面２１８に沿って定められた少なくとも１つの冷却剤排気ポート２４８及び／又は内側バンド２００の正圧側壁２１２に沿って定められた少なくとも１つの冷却剤排気ポート２５０と流体連通している。
【００３３】
図８は、図５に示す実施形態による内側バンド２００の上面流れ図を示す。作動時には、図５及び８に示すように、冷却剤２２２は、入口通路２３４を通って冷却剤分配プレナム２１６内に移動し、ここで冷却剤２２２を用いて内側バンド２００内に冷却を提供することができる。次いで、冷却剤２２２は、冷却剤トレンチ２３４を介して冷却チャンネルの第１のセット２１４（ａ）の種々の冷却チャンネル２１４及び冷却剤トレンチ２３８を介して冷却チャンネルの第２のセット２１４（ｂ）の種々の冷却チャンネル２１４に分配される。冷却剤が冷却チャンネル２１４を通って流れると、冷却チャンネルの第１のセット２１４（ａ）の冷却チャンネル２１４の上方及び冷却チャンネルの第２のセット２１４（ｂ）の冷却チャンネル２１４の上方のガス側表面２１８に冷却が提供される。次いで、冷却剤２２２は、ガス側表面２１８にフィルム冷却を提供するため冷却剤トレンチ２３６及び冷却剤排気ポート２４４の１又はそれ以上を介して冷却チャンネルの第１のセット２１４（ａ）から排出することができ、及び／又は円周方向に隣接するタービンノズル１００の隣接する内側バンド２００間にシールを形成するのを助けるため冷却剤トレンチ２４０を介して冷却剤排気ポート２４６から排出することができる。
【００３４】
加えて、又は代替として、冷却剤２２２は、ガス側表面２１８にフィルム冷却を提供するため冷却剤排気ポート２４８の１又はそれ以上を介して冷却チャンネルの第２のセット２１４（ｂ）から排出することができ、及び／又は円周方向に隣接するタービンノズル１００の隣接する内側バンド２００間にシールを形成するのを助けるため冷却剤排気ポート２５０から排出することができる。冷却剤分配プレナム２１６内の圧力は、一般に、冷却チャンネルの第１のセット２１４（ａ）の圧力又は冷却チャンネルの第２のセット２１４（ｂ）の圧力よりも高い。
【００３５】
図９は、図３に示す切断線９−９に沿って見たタービンノズル１００の一部の上面断面図を示し、本発明の１つの実施形態による翼形部４００及び外側バンド３００の一部を含む。図９に示すように、外側バンド３００は、翼形部４００の前縁部分４０２から前方又は上流側にある前方壁３０６と、後縁部分４０４から後方又は下流側にある後方壁３０８と、負圧側壁３１０と、正圧側壁３１２とを含む。特定の構成において、タービンノズル１００は、一次冷却チャンネル１０２を含む、及び／又は少なくとも部分的に定める。
【００３６】
図１０及び１１は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、図９に示す外側バンド３００の一部の簡易断面図を示す。１つの実施形態において、図９、１０及び１１に全体的に示されるように、外側バンド３００は、外側バンド３００のガス側表面３１８の真下に形成された複数の冷却チャンネル３１４及び冷却剤分配プレナム３１６を定める。複数の冷却チャンネル３１４は、外側バンド３００のガス側表面３１８の真下に機械加工、鋳造、又は他の方法で形成することができる。特定の実施形態において、図１０及び１１に示すように、ガス側表面３１８は、１又はそれ以上のプレート及び／又は複数の冷却チャンネル３１４を被覆及び／又はシールするコーティング３２０によって少なくとも部分的に形成することができる。
【００３７】
図９、１０及び１１に示すように、複数の冷却チャンネル３１４は、冷却チャンネル３１４の複数のセットを含むことができる。例えば、１つの実施形態において、図１０及び１１に示すように、複数の冷却チャンネル３１４は、少なくとも、冷却チャンネルの第１のセット３１４（ａ）及び冷却チャンネルの第２のセット３１４（ｂ）を含む。冷却チャンネルのセット３１４は、１又はそれ以上の冷却チャンネルを含むことができ、請求項に別途記載のない限り、図1０及び１１に例示される２又は３つの冷却チャンネルに限定されない。
【００３８】
複数の冷却チャンネル３１４は、外側バンド３００の特定の冷却要件に応じて様々な位置でガス側表面３１８の真下に配置することができる。例えば、図９に示すように、複数の冷却チャンネル３１４の少なくとも一部は、翼形部４００の前縁部分４０２、負圧側壁４０６、後縁部分４０４及び正圧側壁４０８のうちの１又はそれ以上のものの湾曲又は輪郭に沿う又は実質的に沿うような配列又は配向にすることができる。冷却チャンネル３１４の少なくとも一部は、外側バンド３００の負圧側壁３１０又は後方壁３０８に近接して、及び／又は負圧側壁３１０と正圧側壁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。
【００３９】
種々の実施形態において、冷却剤分配プレナム３１６が外側バンド３００内に形成されて、図１０及び１１において矢印３２２で示される冷却剤のストリームを冷却チャンネルの第１のセット３１４（ａ）及び／又は冷却チャンネルの第２のセット３１４（ｂ）の少なくとも一方に提供する。種々の実施形態において、図１０及び１１に示すように、外側バンド３００は、ガス側表面３１８の真下に配置され且つ冷却剤分配プレナム３１６、冷却チャンネルの第１のセット３１４（ａ）及び冷却チャンネルの第２のセット３１４（ｂ）の間で冷却剤３２２の流体連通を提供する複数の内部通路３２４を含む及び／又は定める。
【００４０】
１つの実施形態において、図１０に示すように、外側バンド３００は、圧縮機１６（図１）などの冷却剤供給源と冷却チャンネルの第１のセット３１４（ａ）との間の直接的な流体連通を提供する入口通路３２６を定める。この構成において、冷却チャンネルの第１のセット３１４（ａ）は、冷却剤供給源から直ぐ下流側にあり、冷却剤分配プレナム３１６は、冷却チャンネルの第１のセット３１４（ａ）から直ぐ下流側にあり、冷却チャンネルの第２のセット３１４（ｂ）は、冷却剤分配プレナム３１６から直ぐ下流側にある。特定の実施形態において、入口通路３２６は、外側バンド３００の背部側面３０４に沿って定められる入口を含むことができる。
【００４１】
特定の実施形態において、図１０に示すように、冷却チャンネルの第２のセット３１４（ｂ）は、外側バンド３００のガス側表面３１８に沿って定められる少なくとも１つの冷却剤排気ポート３２８と流体連通している。１つの実施形態において、冷却チャンネルの第２のセット３１４（ｂ）は、図１０に示すような正圧側壁３１２又は外側バンド３００の負圧側壁３１０のうちの一方に沿って定められる少なくとも１つの冷却剤排気ポート３３０と流体連通している。特定の実施形態において、冷却チャンネルの第１のセット３１４（ａ）は、外側バンド３００のガス側表面３１８に沿って定められる少なくとも１つの冷却剤排気ポート３３２と流体連通している。
【００４２】
図１２は、図１０に示す実施形態による外側バンド３００の上面流れ図を示す。作動時には、図１０及び１２に全体的に示すように、冷却剤３２２は、入口通路３２６を通り、冷却チャンネルの第１のセット３１４（ａ）の種々の冷却チャンネル３１４内に移動し、このようにして、冷却チャンネル３１４の上方のガス側表面３１８に冷却を提供する。例えば、図１２に示すように、冷却剤３２２は、第１の冷却剤トレンチ３３４に流入することができ、該第１の冷却剤トレンチ３３４は、冷却チャンネルの第１のセット３１４（ａ）の個々の冷却チャンネル３１４に冷却剤を送り込む。次いで、冷却剤３２２は、冷却チャンネル３１４から第２の冷却剤トレンチ３３６に流入して冷却剤分配プレナム３１６上に流れ、ここで冷却剤３２２を用いて外側バンド３００の別の部分を冷却することができる。次に、冷却剤３２２は、第３の冷却剤トレンチ３３８に流れることができ、この第３の冷却剤トレンチ３３８は、冷却チャンネルの第２のセット３１４（ｂ）の個々の冷却チャンネル３１４に冷却剤３２２を送り、このようにして冷却チャンネルの第２のセット３１４（ｂ）の冷却チャンネル３１４の上方のガス側表面３１８に冷却を提供する。次いで、冷却剤３２２は、第４の冷却剤トレンチ３４０と流体連通してガス側表面３１８にフィルム冷却を提供する冷却剤排気ポート３２８から排出することができ、及び／又は円周方向に隣接するタービンノズル１００の隣接する外側バンド３００間にシールを形成するのを助けるため冷却剤排気ポート３３０から排出することができる。
【００４３】
特定の実施形態において、冷却剤３２２の一部は、冷却剤排気ポート３３２から排出されて、冷却チャンネルの第１のセット３１４（ａ）に近接した背側表面３１８にフィルム冷却を提供することができる。冷却剤分配プレナム３１６内の圧力は、一般に、冷却チャンネルの第１のセット３１４（ａ）の圧力よりも低く、冷却チャンネルの第２のセット３１４（ｂ）の圧力は、一般に、冷却剤分配プレナムの圧力よりも低く、冷却剤排気ポート３２８，３２０，３３０の直ぐ外の圧力は、一般に、冷却チャンネルの第１のセット３１４（ａ）又は冷却チャンネルの第２のセット３１４（ｂ）の圧力よりも低い。
【００４４】
１つの実施形態において、図１１に示すように、入口通路３４２は、冷却剤供給源と冷却剤分配プレナム３１６との間の流体連通又は直接的な流体連通を提供する。入口通路３４２は、外側バンド３００の背部側面３０４に沿って配置される入口を有することができる。冷却チャンネルの第１のセット３１４（ａ）及び冷却チャンネルの第２のセット３１４（ｂ）は、冷却剤分配プレナム３１６から直ぐ下流側にある。１つの実施形態において、冷却チャンネルの第１のセット３１４（ａ）は、外側バンド３００のガス側表面３１８に沿って定められた少なくとも１つの冷却剤排気ポート３４４及び／又は外側バンド３００の負圧側壁３１０に沿って定められた少なくとも１つの冷却剤排気ポート３４６と流体連通している。冷却チャンネルの第２のセット３１４（ｂ）は、外側バンド３００のガス側表面３１８に沿って定められた少なくとも１つの冷却剤排気ポート３４８及び／又は外側バンド３００の正圧側壁３１２に沿って定められた少なくとも１つの冷却剤排気ポート３５０と流体連通している。
【００４５】
図１３は、図１１に示す実施形態による外側バンド３００の上面流れ図を示す。作動時には、図１１及び１３に示すように、冷却剤３２２は、入口通路３３４を通って冷却剤分配プレナム３１６内に移動し、ここで冷却剤３２２を用いて外側バンド３００内に冷却を提供することができる。次いで、冷却剤３２２は、冷却剤トレンチ３３４を介して冷却チャンネルの第１のセット３１４（ａ）の種々の冷却チャンネル３１４及び冷却剤トレンチ３３８を介して冷却チャンネルの第２のセット３１４（ｂ）の種々の冷却チャンネル３１４に分配される。冷却剤が冷却チャンネル３１４を通って流れると、冷却チャンネルの第１のセット３１４（ａ）の冷却チャンネル３１４の上方及び冷却チャンネルの第２のセット３１４（ｂ）の冷却チャンネル３１４の上方のガス側表面３１８に冷却が提供される。次いで、冷却剤３２２は、ガス側表面３１８にフィルム冷却を提供するため冷却剤トレンチ３３６及び冷却剤排気ポート３４４の１又はそれ以上を介して冷却チャンネルの第１のセット３１４（ａ）から排出することができ、及び／又は円周方向に隣接するタービンノズル１００の隣接する外側バンド３００間にシールを形成するのを助けるため冷却剤トレンチ３４０を介して冷却剤排気ポート３４６から排出することができる。
【００４６】
加えて、又は代替として、冷却剤３２２は、ガス側表面３１８にフィルム冷却を提供するため冷却剤排気ポート３４８の１又はそれ以上を介して冷却チャンネルの第２のセット３１４（ｂ）から排出することができ、及び／又は円周方向に隣接するタービンノズル１００の隣接する外側バンド３００間にシールを形成するのを助けるため冷却剤排気ポート３５０から排出することができる。冷却剤分配プレナム３１６内の圧力は、一般に、冷却チャンネルの第１のセット３１４（ａ）の圧力又は冷却チャンネルの第２のセット３１４（ｂ）の圧力よりも高い。
【００４７】
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、また、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組み込み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含む場合、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】
【００４８】
１０  ガスタービン
１２  圧縮機セクション
１４  入口
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  軸方向中心線
３０  タービン段
３０（ａ）  第１タービン段
３０（ｂ）  第２タービン段
３０（ｃ）  第３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  ガス側面
２０４  背部側面
２０６  前方壁／面
２０８  後方壁／面
２１０  負圧側壁／面
２１２  正圧側壁／面
２１４  冷却チャンネル
２１４（ａ）  冷却チャンネルの第１のセット
２１４（ｂ）  冷却チャンネルの第２のセット
２１６  冷却剤分配プレナム
２１８  ガス側表面
２２０  プレート／コーティング
２２２  冷却剤のストリーム
２２４  内部通路
２２６  入口通路
２２８  冷却剤排気ポート
２３０  冷却剤排気ポート
２３２  冷却剤排気ポート
２３４  第１の冷却剤トレンチ
２３６  第２の冷却剤トレンチ
２３８  第３の冷却剤トレンチ
２４０  第４の冷却剤トレンチ
２４２  入口通路
２４４  冷却剤排気ポート
２４６  冷却剤排気ポート
２４８  冷却剤排気ポート
２５０  冷却剤排気ポート
３００  外側バンド
３０２  ガス側面
３０４  背部側面
３０６  前方壁／面
３０８  後方壁／面
３１０  負圧側壁／面
３１２  正圧側壁／面
３１４  冷却チャンネル
３１４（ａ）  冷却チャンネルの第１のセット
３１４（ｂ）  冷却チャンネルの第２のセット
３１６  冷却剤分配プレナム
３１８  ガス側表面
３２０  冷却剤排気ポート
３２２  冷却剤のストリーム
３２４  内部通路
３２６  冷却剤排気ポート
３２８  冷却剤排気ポート
３３０  冷却剤排気ポート
３３２  冷却剤排気ポート
３３４  第１の冷却剤トレンチ
３３６  第２の冷却剤トレンチ
３３８  第３の冷却剤トレンチ
３４０  第４の冷却剤トレンチ
３４２  入口通路
３４４  冷却剤排気ポート
３４６  冷却剤排気ポート
３４８  冷却剤排気ポート
３５０  冷却剤排気ポート
４００  翼形部
４０２  前縁部分
４０４  後縁部分
４０６  負圧側壁
４０８  正圧側壁
【図１】
2017078409.tif 000003
【図２】
2017078409.tif 000004
【図３】
2017078409.tif 000005
【図４】
2017078409.tif 000006
【図５】
2017078409.tif 000007
【図６】
2017078409.tif 000008
【図７】
2017078409.tif 000009
【図８】
2017078409.tif 000010
【図９】
2017078409.tif 000011
【図１０】
2017078409.tif 000012
【図１１】
2017078409.tif 000013
【図１２】
2017078409.tif 000014
【図１３】
2017078409.tif 000015
【外国語明細書】
2017078409000001.pdf