(57)【要約】      （修正有）【課題】移行ダクトを備えたターボ機械を提供する。【解決手段】ターボ機械は、略環状アレイ状に配置された複数の移行ダクト５０を含み、且つ第１の移行ダクト１３０及び第２の移行ダクト１３２を含む。複数の移行ダクトの各々は、入口５２と、出口５４と、入口と出口との間に延びた通路とを備え、且つ長手方向軸線、半径方向軸線、及び接線方向軸線を定め、複数の移行ダクトの各々の出口は、長手方向軸線及び接線方向軸線に沿って入口からオフセットしている。ターボ機械は、高温ガス路に沿って複数の移行ダクトの下流にある支持リング組立体と、複数の移行ダクトのうちの少なくとも１つの移行ダクトを支持リング組立体に接続する複数の機械的締結具２００とを含む。【選択図】図９
2017172585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略環状アレイ状に配置され且つ第１の移行ダクト（１３０）及び第２の移行ダクト（１３２）を備えた複数の移行ダクト（５０）であって、前記複数の移行ダクト（５０）の各々は、入口（５２）と、出口（５４）と、前記入口（５２）と前記出口（５４）との間に延びた通路（５６、１６６）とを備え、且つ長手方向軸線（９０）、半径方向軸線（９４）、及び接線方向軸線（９２）を定め、前記複数の移行ダクト（５０）の各々の前記出口（５４）は、前記長手方向軸線（９０）及び前記接線方向軸線（９２）に沿って前記入口（５２）からオフセットした、複数の移行ダクト（５０）と、
高温ガス路（１０４）に沿って前記複数の移行ダクト（５０）の下流にある支持リング組立体と、
前記複数の移行ダクト（５０）のうちの少なくとも１つの移行ダクト（５０）を前記支持リング組立体に接続する複数の機械的締結具（２００）と、
前記少なくとも１つの移行ダクト（５０）の前記出口（５４）と前記支持リング組立体との間に配置されたシール（２１０）と、
を備えた、ターボ機械（１０）。
【請求項２】
前記シール（２１０）は、金属ロープシールである、請求項１に記載のターボ機械（１０）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの移行ダクト（５０）の前記出口（５４）は、外側フランジ（２０４）及び内側フランジ（２０２）を備え、前記複数の機械的締結具（２００）は、前記外側フランジ（２０４）及び前記内側フランジ（２０２）を前記支持リング組立体に接続し
随意に、前記シール（２１０）は、前記外側フランジ（２０４）と前記支持リング組立体との間又は前記内側フランジ（２０２）と前記支持リング組立体との間の一方に配置され、
随意に、前記シール（２１０）は、複数のシール（２１０）であり、前記複数のシール（２１０）の１つは、前記外側フランジ（２０４）と前記支持リング組立体との間に配置され、前記複数のシール（２１０）のもう１つは、前記内側フランジ（２０２）と前記支持リング組立体との間に配置される、
請求項１に記載のターボ機械（１０）。
【請求項４】
前記シール（２１０）は、前記複数の移行ダクト（５０）と前記支持リング組立体との間に配置される、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のターボ機械（１０）。
【請求項５】
前記支持リング組立体内にチャネル（１８４）が定められ、前記シール（２１０）は、前記チャネル（１８４）内に部分的に配置される、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のターボ機械（１０）。
【請求項６】
前記シール（２１０）は第１のシール（２１０）であり、前記第１の移行ダクト（１３０）の前記出口（５４）と前記第２の移行ダクト（１３２）の前記出口（５４）との間に配置された第２のシール（２１２）をさらに備えた、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のターボ機械（１０）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの移行ダクト（５０）の前記通路（５６）は、上流部分（１７０）及び下流部分（１７２）を備え、前記上流部分（１７０）は、前記入口（５２）と後方端（１７４）との間に延び、前記下流部分（１７２）は、ヘッド端（１７６）と前記出口（５４）との間に延びる、請求項１〜請求項６のいずれかに記載のターボ機械（１０）。
【請求項８】
前記複数の移行ダクトの前記出口（５４）は、前記半径方向軸線（９４）に沿って前記入口（５２）からさらにオフセットする、請求項１〜請求項７のいずれかに記載のターボ機械（１０）。
【請求項９】
前記複数の移行ダクト（５０）と連通したタービンセクション（１６）をさらに備え、前記タービンセクション（１６）は、前記支持リング組立体及び第１段バケット組立体（１２２）を備える、請求項１〜請求項８のいずれかに記載のターボ機械（１０）。
【請求項１０】
前記第１段バケット組立体（１２２）の上流にノズル（１１４）が配置されていない、請求項９に記載のターボ機械（１０）。
【請求項１１】
略環状アレイ状に配置され且つ第１の移行ダクト（１３０）及び第２の移行ダクト（１３２）を備えた複数の移行ダクト（５０）であって、前記複数の移行ダクト（５０）の各々は、入口（５２）と、出口（５４）と、前記入口（５２）と前記出口（５４）との間に延びた通路（５６）とを備え、且つ長手方向軸線（９０）、半径方向軸線（９４）、及び接線方向軸線（９２）を定め、前記複数の移行ダクト（５０）の各々の前記出口（５４）は、前記長手方向軸線（９０）及び前記接線方向軸線（９２）に沿って前記入口（５２）からオフセットした、複数の移行ダクトと、
高温ガス路（１０４）に沿って前記複数の移行ダクト（５０）の下流にある支持リング組立体と、
前記第１の移行ダクト（１３０）及び前記第２の移行ダクト（１３２）を前記支持リング組立体に接続する複数の機械的締結具（２００）と、
前記第１の移行ダクト（１３０）の前記出口（５４）と前記第２の移行ダクト（１３２）の前記出口（５４）との間に配置されたシール（２１２）と、
を備えた、ターボ機械（１０）。
【請求項１２】
前記シール（２１２）は、金属ロープシールである、請求項１１に記載のターボ機械（１０）。
【請求項１３】
前記複数の機械的締結具（２００）の各々は、ボルトを備える、請求項１１〜請求項１２のいずれかに記載のターボ機械（１０）。
【請求項１４】
前記複数の移行ダクト（５０）の前記出口（５４）は、前記半径方向軸線（９４）に沿って前記入口（５２）からさらにオフセットする、請求項１１〜請求項１３のいずれかに記載のターボ機械（１０）。
【請求項１５】
前記複数の移行ダクト（５０）と連通したタービンセクション（１６）をさらに備え、前記タービンセクション（１６）は、前記支持リング及び第１段バケット組立体（１２２）を備え、前記第１段バケット組立体（１２２）の上流にノズル（１１４）が配置されていない、請求項１１〜請求項１４のいずれかに記載のターボ機械（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、一般にターボ機械に関し、より具体的には、ターボ機械における移行ダクトの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械は、発電などの分野で広く利用されている。例えば、従来のガスタービンシステムは、圧縮機セクション、燃焼器セクション、及び少なくとも１つのタービンセクションを含む。圧縮機セクションは、空気が圧縮機セクションを通るときに空気を圧縮するように構成される。空気は次に圧縮機セクションから燃焼器セクションに流れ、ここで燃料と混合されて燃焼し、高温ガス流を発生させる。高温ガス流は、タービンセクションに供給され、これは、高温ガス流を利用してそこからエネルギーを抽出することにより圧縮機、発電機、及び他の種々の負荷に動力を供給する。
【０００３】
ターボ機械の燃焼器セクションは、一般に、燃焼した高温ガスを通して１つ又は複数のタービンセクションに流すための管又はダクトを含む。近年、高温ガスの流れをシフトさせる管又はダクトを含む燃焼器セクションが導入されている。例えば、高温ガスを長手方向に流しながら、さらに流れを半径方向及び／又は接線方向にシフトさせて流れが種々の角度成分を有するようにする、燃焼器セクション用のダクトが導入されている。これらの設計は、タービンセクションから第１段ノズルを排除することを含む、種々の利点を有する。第１段ノズルは、高温ガス流をシフトさせるためにこれまで設けられていたものであり、これらのダクトの設計により必要でない場合もある。第１段ノズルを排除することで、関連した圧力降下を排除すること、並びにターボ機械の効率及び動力出力を高めることができる。
【０００４】
しかしながら、これらのダクトをタービンセクションに接続して互いにシールすることには、懸念が高まっている。例えば、既知のダクトは単に長手方向軸線に沿って延びているのではなく、ダクト入口からダクト出口に向かって軸外にシフトしており、ダクトの熱膨張がダクト内で種々の軸線に沿った又はその周りでの所望されないシフトを引き起こす場合がある。これらのシフトは、ダクト内に応力及びひずみを生じさせる場合があり、ダクトの破損を引き起こしかねない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第９１３３７２２号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本開示の態様及び利点は、一部には以下の説明において述べられ、又は説明から明らかになることができ、又は本開示の実施から学ぶことができるであろう。
【０００７】
１つの実施形態において、ターボ機械が提供される。ターボ機械は、略環状アレイ状に配置され且つ第１の移行ダクト及び第２の移行ダクトを含む複数の移行ダクトを含む。複数の移行ダクトの各々は、入口と、出口と、入口と出口との間に延びた通路とを含み、且つ長手方向軸線、半径方向軸線、及び接線方向軸線を定め、複数の移行ダクトの各々の出口は、長手方向軸線及び接線方向軸線に沿って入口からオフセットしている。ターボ機械は、高温ガス路に沿って複数の移行ダクトの下流にある支持リング組立体と、複数の移行ダクトのうちの少なくとも１つの移行ダクトを支持リング組立体に接続する複数の機械的締結具と、少なくとも１つの移行ダクトの出口と支持リング組立体との間に配置されたシールとをさらに含む。
【０００８】
別の実施形態において、ターボ機械が提供される。ターボ機械は、略環状アレイ状に配置され且つ第１の移行ダクト及び第２の移行ダクトを含む複数の移行ダクトを含む。複数の移行ダクトの各々は、入口と、出口と、入口と出口との間に延びた通路とを含み、且つ長手方向軸線、半径方向軸線、及び接線方向軸線を定め、複数の移行ダクトの各々の出口は、長手方向軸線及び接線方向軸線に沿って入口からオフセットしている。ターボ機械は、高温ガス路に沿って複数の移行ダクトの下流にある支持リング組立体と、第１の移行ダクト及び第２の移行ダクトを支持リング組立体に接続する複数の機械的締結具と、第１の移行ダクトの出口と第２の移行ダクトの出口との間に配置されたシールとをさらに含む。
【０００９】
本開示のこれら並びに他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明及び添付の請求項を参照すると一層よく理解されるであろう。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、本開示の実施形態を例証しており、本明細書と共に本開示の原理を説明する役割を果たす。
【００１０】
当業者に対してなした最良の形態を含む本開示の完全かつ有効な開示は、添付図を参照して本明細書において説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の実施形態によるガスタービンシステムの模式図。
【図２】本開示の実施形態によるガスタービンシステムの幾つかの部分の断面図。
【図３】本開示の実施形態によるガスタービンシステムのタービンセクションの断面図。
【図４】本開示の実施形態による移行ダクトの環状アレイの斜視図。
【図５】本開示の実施形態による複数の移行ダクト及び関連付けられた衝突スリーブの上部斜視図。
【図６】本開示の実施形態による移行ダクトの側面斜視図。
【図７】本開示の実施形態による、近接した移行ダクトを含み、それらの間に翼形部の種々の部分を形成した、移行ダクト組立体の切取斜視図。
【図８】本開示の実施形態による複数の移行ダクト及び関連付けられた衝突スリーブの上部前面斜視図。
【図９】本開示の実施形態による支持リング組立体に接続した複数の移行ダクトの上部後面斜視図。
【図１０】本開示の実施形態による移行ダクトの下流部分の側面斜視図。
【図１１】本開示の実施形態による移行ダクトの下流部分の前面斜視図。
【図１２】本開示の実施形態による支持リング組立体に接続した移行ダクトの断面図。
【図１３】本開示の実施形態による近接した移行ダクトの出口の断面図。
【図１４】本開示の実施形態によるシールを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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開示の実施形態について詳細に説明する。各実施例は、本開示の限定ではなく、例証として提供される。実際に、本開示の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、種々の修正形態及び変形形態を本実施形態において実施できることは、当業者であれば理解できるであろう。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、本開示は、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。
【００１３】
図１は、ターボ機械の模式図であり、これは本実施形態ではガスタービンシステム１０として示される。本開示のターボ機械は、必ずしもガスタービンシステム１０である必要ななく、任意の適切なタービンシステム又は他のターボ機械、例えば蒸気タービンシステム又は他の適切なシステムとすることができることを理解されたい。図示したようなシステム１０は、圧縮機セクション１２と、後述のように複数の燃焼器１５を含むことができる燃焼器セクション１４と、タービンセクション１６と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によって結合することができる。シャフト１８は、単一シャフト、又は互いに結合してシャフト１８を形成する複数のシャフトセグメントとすることができる。シャフト１８は、発電機又は他の適切なエネルギー貯蔵装置にさらに結合することができ、又は例えば送電網に直接接続することができる。入口セクション１９は、圧縮機セクション１２へ空気流を供給し、排気ガスは、タービンセクション１６から排気セクション２０を通して排気することができ、システム１０若しくは他の適切なシステムにおいて排気され及び／又は利用される。システム１０からの排気ガスは、例えば大気中に排気され、蒸気タービン若しくは他の適切なシステムへ流され、又は熱回収蒸気発生器を通して回収することができる。
【００１４】
図２を参照すると、ガスタービンシステム１０の幾つかの部分の概略図が示されている。図２のようなガスタービンシステム１０は、システム１０を通って流れる後述の作動流体を加圧するための圧縮機セクション１２を含む。圧縮機セクション１２から排出された加圧作動流体は、システム１０の軸線の周りに環状アレイ状に配置された複数の燃焼器１５（図２にはそのうちの１つだけが描かれている）を含むことができる燃焼器セクション１４へ流入する。燃焼器セクション１４に入った作動流体は、天然ガス又は他の適切な液体若しくは気体などの燃料と混合され、燃焼する。燃焼高温ガスは、各燃焼器１５からタービンセクション１６へ流れ、システム１０を駆動し、動力を発生させる。
【００１５】
ガスタービン１０内の燃焼器１５は、作動流体及び燃料を混合して燃焼させるための種々の構成要素を含むことができる。例えば、燃焼器１５は、ケーシング２１、例えば圧縮機排出ケーシング２１を含むことができる。種々のスリーブは、軸線方向に延びた環状スリーブとすることができ、これをケーシング２１の周りに少なくとも部分的に配置することができる。図２に示すようなスリーブは、概ね長手方向軸線９８に沿って軸線方向に延び、スリーブの入口は、出口と軸線方向に位置合わせされるようになっている。例えば、燃焼器ライナ２２は、内部に燃焼ゾーン２４を一般に定めることができる。作動流体、燃料、及び随意的な酸化剤の燃焼は、一般に燃焼ゾーン２４内で生じることができる。燃焼の結果得られた高温ガスは、長手方向軸線９８に沿って概ね軸線方向に燃焼ライナ２２を通って下流に流れて、移行ピース２６に入り、次いで長手方向軸線９８に沿って概ね軸線方向に移行ピース２６を通って流れて、タービンセクション１６に入る。
【００１６】
燃焼器１５は、１つの燃料ノズル４０又は複数の燃料ノズル４０をさらに含むことができる。燃料は、１つ又はそれ以上のマニホルド（図示せず）によって燃料ノズル４０に供給することができる。以下に説明するように、１つの燃料ノズル４０又は複数の燃料ノズル４０は、燃料及び随意の作動流体を燃焼のために燃焼ゾーン２４に供給する。
【００１７】
ここで図４乃至図１３を参照すると、本開示による燃焼器１５は、一般に移行ダクト組立体と呼ばれる１つ又はそれ以上の移行ダクト５０を含むことができる。本開示の移行ダクト５０は、他の燃焼器の種々の軸線方向に延びたスリーブの代わりに設けることができる。例えば、移行ダクト５０は、軸線方向に延びた移行ピース２６及び随意に燃焼器１５の燃焼器ライナ２２を置き換えることができる。従って、移行ダクトは、燃料ノズル４０から、又は燃焼器ライナ２２から延びることができる。本明細書で論じるように、移行ダクト５０は、作動流体をタービンセクション１６へ流すことに関して軸線方向に延びた燃焼器ライナ２２及び移行ピース２６に勝る種々の利点を提供することができる。
【００１８】
図示したように、複数の移行ダクト５０を長手方向軸線９０の周りに環状アレイ状に配置することができる。さらに、各移行ダクト５０は、１つの燃料ノズル４０又は複数の燃料ノズル４０とタービンセクション１６との間に延びることができる。例えば、各移行ダクト５０は、燃料ノズル４０からタービンセクション１６まで延びることができる。従って、作動流体は、一般に燃料ノズル４０から移行ダクト５０を通ってタービンセクション１６へ流れることができる。幾つかの実施形態において、移行ダクト５０は、タービンセクションの第１段ノズルの排除を有利に可能にすることができ、このことにより、関連したあらゆる抵抗及び圧力降下を排除し、システム１０の効率及び出力を高めることができる。
【００１９】
各移行ダクト５０は、入口５２と、出口５４と、それらの間の通路５６とを有することができる。移行ダクト５０の入口５２及び出口５４は、一般に、円形又は楕円形断面、矩形断面、三角形断面、又は他のいずれかの適切な多角形断面を有することができる。さらに、移行ダクト５０の入口５２と出口５４とが必ずしも同様の断面形状を有する必要はない。例えば、１つの実施形態において、入口５２は概ね円形断面を有することができ、一方で、出口５４は概ね矩形断面を有することができる。
【００２０】
さらに、通路５６は、入口５２と出口５４との間で概ねテーパ付けすることができる。例えば、例示的な実施形態において、通路５６の少なくとも一部は、概ね円錐形状とすることができる。しかしながら、付加的に又は代替的に、通路５６又はそのいずれかの部分は、概ね矩形断面、三角形断面、又は他のいずれかの適切な多角形断面を有することができる。通路５６の断面は、通路５６が比較的大きい入口５２から比較的小さい出口５４までテーパ付けされる場合、通路５６全体にわたって又はそのいずれかの部分にわたって変化することができることを理解されたい。
【００２１】
複数の移行ダクト５０の各々の出口５４は、それぞれの移行ダクト５０の入口５２からオフセットすることができる。「オフセット」という用語は、本明細書で用いられる場合、識別された座標方向に沿って離間することを意味する。複数の移行ダクト５０の各々の出口５４は、それぞれの移行ダクト５０の入口５２から長手方向にオフセットすることができ、例えば長手方向軸線９０に沿ってオフセットする。
【００２２】
加えて、例示的な実施形態において、複数の移行ダクト５０の各々の出口５４は、それぞれの移行ダクト５０の入口５２から接線方向にオフセットすることができ、例えば接線方向軸線９２に沿ってオフセットする。複数の移行ダクト５０の各々の出口５４がそれぞれの移行ダクト５０の入口５２から接線方向にオフセットしているので、移行ダクト５０は、以下に説明するように、移行ダクト５０を通る作動流体の流れの接線方向成分を有利に利用してタービンセクション１６内の第１段ノズルの必要性を排除することができる。
【００２３】
さらに、例示的な実施形態において、移行ダクト５０の各々の出口５４は、それぞれの移行ダクト５０の入口５２から半径方向にオフセットすることができ、例えば半径方向軸線９４に沿ってオフセットする。複数の移行ダクト５０の各々の出口５４がそれぞれの移行ダクト５０の入口５２から半径方向にオフセットしているので、移行ダクト５０は、以下に説明するように、移行ダクト５０を通る作動流体の流れの半径方向成分を有利に利用してタービンセクション１６内の第１段ノズルの必要性を排除することができる。
【００２４】
接線方向軸線９２及び半径方向軸線９４は、図４に示すように、移行ダクト５０の環状アレイによって定められる円周に対して移行ダクト５０毎に個別に定められること、並びに、軸線９２及び９４は、長手方向軸線９０の周りに環状アレイ状に配置された移行ダクト５０の数に基づいて、円周の周りで移行ダクト５０毎に変化することを理解されたい。
【００２５】
上述のように、燃焼高温ガスは、移行ダクト５０を通って流れた後、移行ダクト５０からタービンセクション１６へ流入することができる。図３に示すように、本開示によるタービンセクション１６は、シュラウド１０２を含むことができ、これが高温ガス路１０４を定めることができる。シュラウド１０２は、複数のシュラウドブロック１０６から形成することができる。シュラウドブロック１０６は、１つ又はそれ以上の環状アレイ状に配置することができ、その各々は、内部に高温ガス路１０４の一部を定めることができる。タービンセクション１６は、支持リング組立体をさらに含むことができ、これは、下部支持リング１８０及び上部支持リング１８２を含むことができ、これらは、例えばシュラウド１０２の（高温ガス路１０４に沿って）上流に位置することができ（例えばそのシュラウドブロック１０６の最初の複数個）、又はシュラウド１０２の第１の部分とすることができる。支持リング組立体は、高温ガス路１０４をさらに定め（すなわち、下部支持リング１８０と上部支持リング１８２との間に）、移行ダクト５０とタービンセクション１６との間の移行部を提供する。従って、支持リング組立体（及びその支持リング１８０、１８２）は、複数の移行ダクト５０の（高温ガス路１０４に沿って）下流に位置することができる。高温ガスは、移行ダクト５０から支持リング組立体（支持リング１８０と１８２との間）に流入し、支持リング組立体を通ってそこからタービンセクション１６の残りの部分を通って流れる。支持リングは、従来、ノズル支持リング又は第１段ノズル支持リングと呼ばれる場合があることに留意されたい。しかしながら、本明細書で論じるように、本開示の例示的な実施形態による移行ダクト５０と共に第１段ノズルを使用しなくてもよいので、従って、例示的な実施形態における支持リングは、第１段又は他のノズルのいずれをも取り囲まない。
【００２６】
タービンセクション１６は、複数のバケット１１２及び複数のノズル１１４をさらに含むことができる。複数のバケット１１２及びノズル１１４の各々は、少なくとも部分的に高温ガス路１０４内に配置することができる。さらに、複数のバケット１１２及び複数のノズル１１４は、１つ又はそれ以上の環状アレイ状に配置することができ、その各々が、高温ガス路１０４の一部を定めることができる。
【００２７】
タービンセクション１６は、複数のタービン段を含むことができる。各段は、環状アレイ状に配置された複数のバケット１１２と環状アレイ状に配置された複数のノズル１１４とを含むことができる。例えば、１つの実施形態において、タービンセクション１６は、図３に示すように、３つの段を有することができる。例えば、タービンセクション１６の第１段は、第１段ノズル組立体（図示せず）及び第１段バケット組立体１２２を含むことができる。ノズル組立体は、シャフト１８の周りに円周方向で配置され且つ固定された複数のノズル１１４を含むことができる。バケット組立体１２２は、シャフト１８の周りに円周方向で配置され且つシャフト１８に結合された複数のバケット１１２を含むことができる。しかしながら、タービンセクションが複数の移行ダクト５０を含む燃焼器セクション１４に結合された例示的な実施形態においては、第１段ノズル組立体を排除することができるので、第１段バケット組立体１２２の上流にノズルは配置されない。上流は、高温ガス路１０４を通る燃焼高温ガスの流れに対して定めることができる。
【００２８】
タービンセクション１６の第２段は、第２段ノズル組立体１２３及び第２段バケット組立体１２４を含むことができる。ノズル組立体１２３内に含まれるノズル１１４は、シャフト１８の周りに円周方向に配置され且つ固定されることができる。バケット組立体１２４内に含まれるバケット１１２は、シャフト１８の周りに円周方向に配置され且つシャフト１８に結合されることができる。従って、第２段ノズル組立体１２３は、高温ガス路１０４に沿って第１段バケット組立体１２２と第２段バケット組立体１２４との間に位置決めされる。タービンセクション１６の第３段は、第３段ノズル組立体１２５及び第３段バケット組立体１２６を含むことができる。ノズル組立体１２５内に含まれるノズル１１４は、シャフト１８の周りに円周方向に配置され且つ固定されることができる。バケット組立体１２６内に含まれるバケット１１２は、シャフト１８の周りに円周方向に配置され且つシャフト１８に結合されることができる。従って、第３段ノズル組立体１２５は、高温ガス路１０４に沿って第２段バケット組立体１２４と第３段バケット組立体１２６との間に位置決めされる。
【００２９】
タービンセクション１６は、３段に限定されず、任意の数の段が本開示の範囲及び思想内にあることを理解されたい。
【００３０】
各移行ダクト５０は、１つ又はそれ以上の隣接する移行ダクト５０と接合することができる。例えば、図５乃至図１３は、複数の移行ダクト５０のうちの第１の移行ダクト１３０及び第２の移行ダクト１３２の実施形態を示す。これらの近接した移行ダクト１３０、１３２は、接触面１３４を含むことができ、これは、移行ダクト５０の出口に含まれる外面とすることができる。接触面１３４は、図示したように、隣接する近接した移行ダクト５０の関連付けられた接触面１３４及び／又は支持リング組立体（及びその支持リング１８０、１８２）に接触して、移行ダクト５０間及び／又は移行ダクト５０と支持リング組立体との間に界面を設けることができる。例えば、第１及び第２の移行ダクト１３０、１３２の接触面１３４は、図示したように互いに接触して、第１及び第２の移行ダクト１３０、１３２間に界面を設けることができる。さらに、第１及び第２の移行ダクト１３０、１３２の接触面１３４は、図示したように支持リング組立体と接触して、移行ダクト１３０、１３２と支持リング組立体との間に界面を設けることができる。本明細書で論じるように、種々の接触面間にシールを設けて、かかる界面におけるシールを促進することができる。とりわけ本明細書で論じる接触は、構成要素それ自体の間の直接接触、又は構成要素間に配置されたシールを介した間接接触を含むことができる。
【００３１】
さらに、第１及び第２の移行ダクト１３０、１３２のような移行ダクト５０は、翼形部の種々の空気力学的表面を有する空気力学的構造体１４０を形成することができる。かかる空気力学的構造体１４０は、例えば、移行ダクト５０の通路５６の内面によって定めることができ、さらに隣接する移行ダクト５０の接触面１３４が互いに接合したときに形成されることができる。これらの種々の表面は、移行ダクト５０内の高温ガス流をシフトさせることができ、これにより本明細書で論じるように第１段ノズルの必要性を排除することができる。例えば、図７及び図８に示すような幾つかの実施形態において、第１の移行ダクト１３０のような移行ダクト５０の通路５６の内面は、正圧側面１４２を定めることができ、第２の移行ダクト１３２のような隣接した移行ダクト５０の通路５６の対向する内面は、負圧側面１４４を定めることができる。隣接した移行ダクト５０、例えばそれらの接触面１３４が互いに接合したときに、正圧側面１４２及び負圧側面１４４が組み合わされて後縁１４６を定めることができる。他の実施形態において、図１１に示すように、第１の移行ダクト１３０のような移行ダクト５０の通路５６の内面は、正圧側面１４２及び負圧側面１４４並びにそれらの間の後縁を定めることができる。第２の移行ダクト１３２のような近接した移行ダクト５０の通路５６の内面は、正圧側面１４２及び／又は負圧側面１４４をさらに定めることができる。
【００３２】
図５及び図８に示すように、例示的な実施形態において、フロースリーブ１５０が、移行ダクト５０の少なくとも一部の周りを円周方向に取り囲むことができる。移行ダクト５０を円周方向に取り囲むフロースリーブ１５０は、それらの間に環状通路１５２を定めることができる。ケーシング２１からの圧縮作動流体は、方向を反転して燃料ノズル４０を通って移行ダクト５０に入る前に、環状通路１５２を通って流れて移行ダクト５０の対流冷却をもたらすことができる。さらに、幾つかの実施形態において、フロースリーブ１５０は、衝突スリーブとすることができる。これらの実施形態において、図示したように、衝突穴１５４をスリーブ１５０内に定めることができる。ケーシング２１からの圧縮作動流体は、環状通路１５２を通って流れる前に、衝突穴１５４を通って流れて移行ダクト５０に衝突することができ、それにより移行ダクトの付加的な衝突冷却をもたらす。
【００３３】
各フロースリーブ１５０は、入口１６２と、出口１６４と、それらの間の通路１６６とを有することができる。各フロースリーブ１５０は、１つの燃料ノズル４０又は複数の燃料ノズル４０とタービンセクション１６との間に延びることができ、従って関連付けられた移行ダクト５０の少なくとも一部を取り囲む。従って、前述の移行ダクト５０と同様に、複数のフロースリーブ１５０の各々の出口１６４は、それぞれのフロースリーブ１５０の入口１６２から長手方向、半径方向、及び／又は接線方向にオフセットすることができる。
【００３４】
幾つかの実施形態において、図５及び図８に示すように、本開示による移行ダクト５０は、入口５２と出口５４との間に延びた単一の一体式構成要素である。他の実施形態において、図９乃至図１２に示すように、本開示による移行ダクト５０は、互いに対して関節接合した複数のセクション又は部分を含むことができる。この移行ダクト５０の関節部は、移行ダクト５０の種々の部分が動作中に互いに対して運動及びシフトすることを可能にすることができ、その熱伸長（ｔｈｅｒｍａｌ  ｇｒｏｗｔｈ）を吸収することを可能にする。例えば、移行ダクト５０は、上流部分１７０及び下流部分１７２を含むことができる。上流部分１７０は、移行ダクト５０の入口５２を含むことができ、一般にそこから出口５４に向かって下流に延びることができる。下流部分１７２は、移行ダクト５０の出口５４を含むことができ、一般にそこから入口５２に向かって上流に延びることができる。従って、上流部分１７０は、入口５２及び後方端１７４を含み、それらの間に延びることができ、下流部分１７２は、ヘッド端１７６及び出口５４を含み、それらの間に延びることができる。
【００３５】
接合部は、上流部分１７０と下流部分１７２とを共に結合することができ、上流部分１７０と下流部分１７２との間に、ターボ機械の動作中に移行ダクト５０が運動することを可能にする関節部を設けることができる。詳細には、接合部は、後方端１７４とヘッド端１７６とを共に結合することができる。接合部は、上流部分１７０及び／又は下流部分１７２が少なくとも１つの軸線の周りで又は軸線に沿って互いに対して運動することを可能にするように構成することができる。さらに、幾つかの実施形態において、接合部は、かかる運動を少なくとも２つの軸線の周りで又はそれらに沿って、例えば３つの軸線の周りで又はそれらに沿って可能にするように構成することができる。１つの軸線又は複数の軸線は、長手方向軸線９０、接線方向軸線９２、及び／又は半径方向軸線９４のうちのいずれか１つ又は複数とすることができる。従って、これらの軸線の１つの周りでの運動は、上流部分１７０と下流部分１７２との間にこの自由度をもたらす接合部に起因して、上流部分１７０及び／又は下流部分１７２のうちの一方（又は両方）が該軸線の周りで他方に対して回転する又はその他の運動をすることが可能であることを意味することができる。従って、これらの軸線の１つに沿った運動は、上流部分１７０と下流部分１７２との間にこの自由度を与える接合部に起因して、上流部分１７０及び／又は下流部分１７２の一方（又は両方）が、該軸線に沿って他方に対して並進する又はその他の運動をすることが可能であることを意味することができる。例示的な実施形態において、接合部は、フラシールとすることができる。代替的に、他の適切なシール又は他の接合部を利用することができる。
【００３６】
幾つかの実施形態において、上流部分１７０及び下流部分１７２の使用は、これらの部分のために特定の材料を利用することを有利に可能にすることができる。例えば、下流部分１７２は、セラミックマトリックス複合体のようなセラミック材料から有利に形成することができる。上流部分１７０及びフロースリーブ１５０は、適切な金属から形成することができる。セラミック材料の使用は、その比較的高い温度許容度ゆえに特に有利である。セラミック材料は、下流部分１７２が支持リング組立体（本明細書で論じられるような）に接続され且つ上流部分１７０が下流部分１７２に対して運動することができる場合に、特に有利に下流部分１７２に利用することができ、下流部分１７２の運動が最小化されるので、比較的脆弱なセラミック材料を使用することに関する懸念が軽減される。
【００３７】
幾つかの実施形態において、移行ダクト５０、例えばその出口５４と、支持リング組立体（及びその支持リング１８０、１８２）との間の界面は、浮動界面（ｆｌｏａｔｉｎｇ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）とすることができる。例えば、出口５４は、支持リング１８０、１８２に接続される必要はなく、支持リング１８０、１８２に対して運動することを許容することができる。これは、動作中の移行ダクト５０の熱伸長を許容することができる。かかる運動を吸収することができる適切な浮動シールを出口５４と支持リング１８０、１８２との間に配置することができる。代替的に、ここで図９乃至図１４を参照すると、幾つかの実施形態において、移行ダクト５０、例えばその出口５４と、支持リング１８０、１８２との間の界面は、接続界面とすることができる。例示的な実施形態において、例えば、接続界面は、上流部分及び下流部分１７０、１７２を含む連接された移行ダクトと共に使用することができる。
【００３８】
例えば、図示したように、複数の機械的締結具２００を設けることができる。機械的締結具２００は、例えば第１及び／又は第２の移行ダクト１３０、１３２を含む移行ダクト５０（例えば、その出口５４）のうちの１つ又はそれ以上を支持リング組立体（及びその支持リング１８０、１８２）に接続することができる。図示したような例示的な実施形態において、本開示による機械的締結具２００は、ボルトを含み、例えばナット／ボルトの組合せとすることができる。代替的な実施形態において、本開示よる機械的締結具は、ピン、ねじ、釘、リベット等とすることができ、又はこれらを含むことができる。
【００３９】
図示したように、機械的締結具２００は、移行ダクト５０の一部（例えば、その出口５４）及び支持リング組立体（及びその支持リング１８０、１８２）を貫通して延びて、これらの構成要素を共に接続することができる。移行ダクト５０の出口５４は、例えば内側フランジ２０２及び／又は外側フランジ２０４（これらは移行ダクト５０の接触面１３４である／を定めることができる）を含むことができる。内側フランジ２０２を外側フランジ２０４の半径方向内方に配置することができ、内側フランジ２０２と外側フランジ２０４との間に出口５４の開口部を定めることができ、高温ガスはそこを通って移行ダクト５０から支持リング組立体（支持リング１８０、１８２の間）に流入して通過する。ボアホール２０３、２０５を内側フランジ２０２及び外側フランジ２０４内にそれぞれ定めることができる。ボアホール２０３、２０５は、支持リング１８０、１８２内に定められたボアホール１８１、１８３と位置合わせすることができ、機械的締結具２００は、各ボアホール２０３、２０５及び対となるボアホール１８１、１８３を貫通して延びて、フランジ２０２、２０４と支持リング１８０、１８２とを共に接続することができる。
【００４０】
特に図９及び図１２〜図１４を参照すると、１つ又はそれ以上のシール２１０（これは第１のシール２１０と呼ぶことができる）を１つ又はそれ以上の移行ダクト５０（例えばその出口５４）と支持リング組立体（及びその支持リング１８０、１８２）との間に配置することができる。例えば、シール２１０は、内側フランジ２０２と内側支持リング１８０との間、及び／又は外側フランジ２０４と外側支持リング１８２との間に配置することができる。例示的な実施形態において、シール２１０は、２以上の移行ダクト５０と支持リング１８０、１８２との間に配置することができる。例えば、シール２１０は、複数の移行ダクト５０全体と支持リング１８０及び／又は支持リング１８２との間に配置することができる。シール２１０は、実質的に複数の支持リング１８０、１８２全体の周りに延びる環状シール２１０とすることができる。代替的に、シール２１０は、支持リング１８０、１８２と１つの移行ダクト５０又は複数の移行ダクト５０の一部との間に延びることができる。
【００４１】
例示的な実施形態において、１つ又はそれ以上のチャネル１８４を支持リング組立体（例えば支持リング１８０及び／又は支持リング１８２）内に、例えばその接触面１８６内に定めることができる。１つ又はそれ以上のシール２１０は、少なくとも部分的にチャネル１８４内に配置することができる。幾つかの実施形態において、チャネル１８４は、環状チャネル１８４とすることができる。代替的に、チャネル１８４は、弧形、線形、又は他のいずれかの適切な形状を有することができる。付加的に又は代替的に、１つ又はそれ以上のチャネルを移行ダクト５０内に、例えば内側フランジ２０２及び／又は外側フランジ２０４内（特にその接触面１３４内）に定めることができる。シール２１０は、付加的に又は代替的に、これらのチャネル内に少なくとも部分的に配置することができる。
【００４２】
付加的に又は代替的に、１つ又はそれ以上のシール２１２（これは第２のシール２１２と呼ぶことができる）を、複数の移行ダクト５０のうちの近接した移行ダクト５０間に、例えば第１の移行ダクト１３０と第２の移行ダクト１３２との間に配置することができる。特に、シール２１２は、近接した移行ダクト５０の出口５４間に、例えば第１の移行ダクト１３０の出口５４と第２の移行ダクト１３２の出口５４との間に設けることができる。例えば、移行ダクト５０の出口５４は、出口５４及びその開口部をさらに定める縁面２０６（これは移行ダクト５０の接触面１３４である／接触面１３４を定めることができる）をさらに含むことができる。１つ又はそれ以上のシール２１２を近接した移行ダクト５０、例えば第１の移行ダクト１３０及び第２の移行ダクト１３２の縁面２０６の間に定めることができる。
【００４３】
幾つかの実施形態において、１つ又はそれ以上のチャネル２０７を近接した移行ダクト５０の縁面２０６内に定めることができる。１つ又はそれ以上のシール２１２は、少なくとも部分的にチャネル２０７内に配置することができる。シール２１２は、シール２１２がその間でシール界面をもたらす近接した移行ダクト５０の両方のチャネル２０７内に少なくとも部分的に配置することができ、又はシール２１２がその間にシール界面をもたらす近接した移行ダクト５０のうちの一方のみが、チャネル２０７を含むことができる。
【００４４】
幾つかの実施形態において、図１４に示すように、本開示による第１のシール２１０及び／又は第２のシール２１２は、金属ロープシールとすることができる。金属ロープシールは、図示したように、コア２１４と、コア２１４を取り囲む外層２１６とを含む。コア２１４は、例えば複数の束ねられた又は撚り合わされた繊維ストランドから形成することができる。例えば金属又はセラミック繊維をコア２１４のために利用することができる。外層２１６は、複数の製織された又は編組みされた繊維ストランドを含むことができる。例えば金属繊維を利用することができる。金属ロープシールは、移行ダクト５０（例えばその下流部分１７２）が支持リング組立体（及びその支持リング１８０、１８２）に接続される実施形態において特に望ましく、それは、移行ダクト５０（例えばその下流部分１７２）と支持リング組立体との間、及び近接した移行ダクト５０（例えばその下流部分１７２）間の相対運動が比較的小さいことによる。
【００４５】
代替的に、他の適切なシールを利用することができる。例えば、幾つかの実施形態において、可撓性金属シールを利用することができる。幾つかの実施形態において、コンボリューションシールを利用することができる。コンボリューションシールは、シールを促進する種々の脚部を定める１つ又はそれ以上の折り目又は湾曲部を有する。シールは、金属若しくは合金から、又は他のいずれかの適切な材料から形成することができる。シール内のコンボリューションは、シールの種々の脚部が互いにたわんでシールを促進することを可能にすることができる。幾つかの実施形態において、リーフシールを利用することができる。
【００４６】
本明細書は最良の形態を含む実施例を使用して、本開示を開示し、また当業者が、あらゆる装置又はシステムを製作し且つ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の実施を行なうことを可能にもする。本開示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。
【００４７】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
略環状アレイ状に配置され且つ第１の移行ダクト及び第２の移行ダクトを備えた複数の移行ダクトであって、上記複数の移行ダクトの各々は、入口と、出口と、上記入口と上記出口との間に延びた通路とを備え、且つ長手方向軸線、半径方向軸線、及び接線方向軸線を定め、上記複数の移行ダクトの各々の上記出口は、上記長手方向軸線及び上記接線方向軸線に沿って上記入口からオフセットした、複数の移行ダクトと、
高温ガス路に沿って上記複数の移行ダクトの下流にある支持リング組立体と、
上記複数の移行ダクトのうちの少なくとも１つの移行ダクトを上記支持リング組立体に接続する複数の機械的締結具と、
上記少なくとも１つの移行ダクトの上記出口と上記支持リング組立体との間に配置されたシールと、
を備える、ターボ機械。
［実施態様２］
上記シールは、金属ロープシールである、実施態様１に記載のターボ機械。
［実施態様３］
上記少なくとも１つの移行ダクトの上記出口は、外側フランジ及び内側フランジを備え、上記複数の機械的締結具は、上記外側フランジ及び上記内側フランジを上記支持リング組立体に接続する、実施態様１に記載のターボ機械。
［実施態様４］
上記シールは、上記外側フランジと上記支持リング組立体との間又は上記内側フランジと上記支持リング組立体との間の一方に配置される、実施態様３に記載のターボ機械。
［実施態様５］
上記シールは、複数のシールであり、上記複数のシールの１つは、上記外側フランジと上記支持リング組立体との間に配置され、上記複数のシールのもう１つは、上記内側フランジと上記支持リング組立体との間に配置される、実施態様４に記載のターボ機械。
［実施態様６］
上記シールは、上記複数の移行ダクトと上記支持リング組立体との間に配置される、実施態様１に記載のターボ機械。
［実施態様７］
上記支持リング組立体内にチャネルが定められ、上記シールは、上記チャネル内に部分的に配置される、実施態様１に記載のターボ機械。
［実施態様８］
上記シールは第１のシールであり、上記第１の移行ダクトの上記出口と上記第２の移行ダクトの上記出口との間に配置された第２のシールをさらに備えた、実施態様１に記載のターボ機械。
［実施態様９］
上記複数の機械的締結具は、上記第１の移行ダクト及び上記第２の移行ダクトを上記支持リング組立体に接続する、実施態様８に記載のターボ機械。
［実施態様１０］
上記第２のシールは、金属ロープシールである、実施態様８に記載のターボ機械。
［実施態様１１］
上記少なくとも１つの移行ダクトの上記通路は、上流部分及び下流部分を備え、上記上流部分は、上記入口と後方端との間に延び、上記下流部分は、ヘッド端と上記出口との間に延びる、実施態様１に記載のターボ機械。
［実施態様１２］
上記複数の機械的締結具の各々は、ボルトを備える、実施態様１に記載のターボ機械。
［実施態様１３］
上記複数の移行ダクトの上記出口は、上記半径方向軸線に沿って上記入口からさらにオフセットする、実施態様１に記載のターボ機械。
［実施態様１４］
上記複数の移行ダクトと連通したタービンセクションをさらに備え、上記タービンセクションは、上記支持リング組立体及び第１段バケット組立体を備える、実施態様１に記載のターボ機械。
［実施態様１５］
上記第１段バケット組立体の上流にノズルが配置されていない、実施態様１４に記載のターボ機械。
［実施態様１６］
略環状アレイ状に配置され且つ第１の移行ダクト及び第２の移行ダクトを備えた複数の移行ダクトであって、上記複数の移行ダクトの各々は、入口と、出口と、上記入口と上記出口との間に延びた通路とを備え、且つ長手方向軸線、半径方向軸線、及び接線方向軸線を定め、上記複数の移行ダクトの各々の上記出口は、上記長手方向軸線及び上記接線方向軸線に沿って上記入口からオフセットした、複数の移行ダクトと、
高温ガス路に沿って上記複数の移行ダクトの下流にある支持リング組立体と、
上記第１の移行ダクト及び上記第２の移行ダクトを上記支持リング組立体に接続する複数の機械的締結具と、
上記第１の移行ダクトの上記出口と上記第２の移行ダクトの上記出口との間に配置されたシールと、
を備えた、ターボ機械。
［実施態様１７］
上記シールは、金属ロープシールである、実施態様１６に記載のターボ機械。
［実施態様１８］
上記複数の機械的締結具の各々は、ボルトを備える、実施態様１６に記載のターボ機械。
［実施態様１９］
上記複数の移行ダクトの上記出口は、上記半径方向軸線に沿って上記入口からさらにオフセットする、実施態様１６に記載のターボ機械。
［実施態様２０］
上記複数の移行ダクトと連通したタービンセクションをさらに備え、上記タービンセクションは、上記支持リング及び第１段バケット組立体を備え、上記第１段バケット組立体の上流にノズルが配置されていない、実施態様１６に記載のターボ機械。
【符号の説明】
【００４８】
１０：タービンシステム
１２：圧縮機セクション
１４：燃焼器セクション
１５：燃焼器
１６：タービンセクション
１８：シャフト
２１：ケーシング
２２：燃焼器ライナ
２４：燃焼ゾーン
２６：移行ピース
３０：フロースリーブ
３２：流路
３４：衝突スリーブ
３６：流路
３８：外部環
４０：燃料ノズル
５０：移行ダクト
５２：入口
５４：出口
５６：通路
９０：長手方向軸線
９２：接線方向軸線
９４：半径方向軸線
９８：長手方向軸線
１０２：シュラウド
１０４：高温ガス路
１０６：シュラウドブロック
１１２：バケット
１１４：ノズル
１２２：第１段バケット組立体
１２３：第２段ノズル組立体
１２４：第２段バケット組立体
１２５：第３段ノズル組立体
１２６：第３段バケット組立体
１３０：第１の移行ダクト
１３２：第２の移行ダクト
１３４：接触面
１４２：正圧側面
１４４：負圧側面
１４６：後縁
１５０：フロースリーブ
１５２：環状通路
１５４：衝突穴
１６２：入口
１６４：出口
１６６：通路
１７０：上流部分
１７２：下流部分
１７４：後方端
１７６：ヘッド端
１８０：下部支持リング
１８１：ボアホール
１８２：上部支持リング
１８３：ボアホール
１８４：チャネル
１８６：接触面
２００：機械的締結具
２０２：内側フランジ
２０３：ボアホール
２０４：外側フランジ
２０５：ボアホール
２０６：縁面
２０７：チャネル
２１０：第１のシール
２１２：第２のシール
２１４：コア
２１６：外層
【図１】
2017172585.tif 000003
【図２】
2017172585.tif 000004
【図３】
2017172585.tif 000005
【図４】
2017172585.tif 000006
【図５】
2017172585.tif 000007
【図６】
2017172585.tif 000008
【図７】
2017172585.tif 000009
【図８】
2017172585.tif 000010
【図９】
2017172585.tif 000011
【図１０】
2017172585.tif 000012
【図１１】
2017172585.tif 000013
【図１２】
2017172585.tif 000014
【図１３】
2017172585.tif 000015
【図１４】
2017172585.tif 000016
【外国語明細書】
2017172585000001.pdf