(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が、それらの間に間隙を備えて並置された隣接するセグメント上の類似の端面である一対の端面（２８）を有し、組み合わされてタービンの回転構成部品（１４）を取り囲むようになった環状の内側シュラウドを形成する複数の部分環状のセグメント（２２）と、
前記一対の端面のうちの少なくとも１つに沿って開口する、前記セグメント内の少なくとも１つの対流冷却孔（３６）と、
を含み、
該少なくとも１つの冷却孔（３６）は、冷却空気の流れを前記間隙中に拡散するように前記一対の端面のうちの１つに形成されたディフューザ凹部（３８）中に開口している、
ことを特徴とするタービン用の内側シュラウド組立体（１０）。
【請求項２】
前記ディフューザ凹部（３８）は形状がほぼ細長く、前記少なくとも１つの冷却孔の両側の長さ方向の表面（４０、４２）が、前記冷却孔に向かって内向きに傾斜していることを特徴とする、請求項１に記載の内側シュラウド組立体。
【請求項３】
前記長さ方向の表面のうちの大部分の表面（４０）は、前記少なくとも１つの冷却孔（３６）から下流側に延びていることを特徴とする、請求項２に記載の内側シュラウド組立体。
【請求項４】
前記少なくとも１つの対流冷却孔（３６）は、前記ディフューザ凹部の幅寸法にほぼ等しい直径を有することを特徴とする、請求項２に記載の内側シュラウド組立体。
【請求項５】
少なくとも１つの追加の冷却孔（３６）が、前記一対の端面のうちの他方の面に沿って開口していることを特徴とする、請求項１に記載の内側シュラウド組立体。
【請求項６】
シール面（２６）及び対向する端面（２８）を有するセグメント本体と、
該セグメント本体を貫通して延びかつ該セグメント本体のそれぞれの端面（２８）内に形成されたディフューザ凹部（３８）中に開口する少なくとも１つの対流冷却孔（３６）と、
を含むことを特徴とするタービンシュラウド組立体用のセグメント（２２）。
【請求項７】
前記ディフューザ凹部（３８）は形状がほぼ長方形であり、前記対流冷却孔の両側の長さ方向の表面（４０、４２）が、前記対流冷却孔に向かって傾斜していることを特徴とする、請求項６に記載のセグメント。
【請求項８】
前記長さ方向の表面のうちの大部分の表面（４０）が、前記対流冷却孔から下流側に延びていることを特徴とする、請求項７に記載のセグメント。
【請求項９】
前記対流冷却孔（３６）は、前記ディフューザ凹部（３８）の幅寸法にほぼ等しい直径を有することを特徴とする、請求項７に記載のセグメント。
【請求項１０】
タービンシュラウド組立体の隣接する部分環状のセグメント（２２）間の間隙（５６）中に冷却空気をパージする方法であって、
（ａ）各セグメント内に形成され、各々が前記セグメントの端面に沿って開口する１つ又はそれ以上の冷却孔（４４、４６）を通して冷却空気を供給する段階と、
（ｂ）該冷却空気が各前記セグメントの端面（５２又は５４）に到達する前に該冷却空気を拡散させる段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの高温ガス流路内の回転構成部品を取り囲むシュラウド組立体のためのインピンジメント冷却に関し、具体的には、セグメントを冷却しかつ間隙への高温ガスの吸い込みを防止するために内側シュラウドセグメント間の間隙にパージ空気を供給することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービン内で用いられるシュラウドは、タービンを通る高温ガス流路を取り囲み、かつ部分的に該流路を形成する。シュラウドは、その一般的な特徴として、高温ガス流路の周りに配列された複数の周方向に延びるシュラウドセグメントを有し、各セグメントが個々の内側及び外側シュラウド本体を含む。通常は、各外側シュラウド本体に対して２つ又は３つの内側シュラウド本体があり、外側シュラウド本体はダブテール型継手によりタービンの固定内側シェルに固定され、また内側シュラウド本体は類似のダブテール継手により外側シュラウド本体に固定される。内側シュラウドセグメントは、タービンの回転部分、すなわちバケット又はブレードの列を支持するロータホイールを直接取り囲む。内側シュラウドセグメントは高温ガス流路内の高温の燃焼ガスに曝されるので、多くの場合、セグメントの温度を低下させるために内側シュラウドセグメントを冷却するための装置が必要である。このことは、タービン燃焼器に非常に接近しているために燃焼ガスの極めて高い温度に曝されるタービンの第１段及び第２段の内側シュラウドセグメントについて特に当てはまる。熱伝達率もまた、タービンバケット又はブレードの回転のために非常に高くなる。シュラウドを冷却するために、タービン圧縮機からの一般的に比較的低温の空気が、セグメントを貫通してセグメント間の間隙中に延びる対流冷却孔を介して供給されて、セグメントの側面を冷却しかつ高温流路ガスが間隙へ吸い込まれるのを防止する。しかしながら、冷却孔を流出する冷却空気の速度は大きく、冷却空気は噴流のようにのみ拡散して高温ガス流路中に流れるので、単一の冷却孔からの流れによりパージされ冷却される面積は狭い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、従来の設計方法では、互いに近接する多数の冷却孔を必要とし、圧縮機（及び追加の機械装置）からの多量の冷却空気を用いるので、そのことが、結果としてタービンの効率を低下させる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の例示的な実施形態において、冷却空気を内側シュラウドセグメント間の間隙にパージするための冷却回路は、それぞれの出口端にディフューザを組み入れた対流孔を含む。各ディフューザは、細長いほぼ長方形の出口凹部又は空洞を含み、該出口凹部又は空洞は、それぞれの対流孔から遠ざかる方向に傾斜し（すなわち、それから外向きに増大し）、セグメントの面で終わる断面を有する。より具体的には、対流孔は、セグメントの面に対して約４５°の角度で延び、パージ又は冷却流れの方向に対する凹部の後方端すなわち上流端の近くでディフューザ凹部中に開口する。ディフューザ凹部は、流れ方向（すなわち対流孔の前方方向）に延びる長い傾斜部分と、流れ方向と反対の方向に延びる短い傾斜部分とを含む。その狙いは、冷却又はパージ空気が、それがセグメントの面に到達する前に拡散し始めて、セグメント端縁の冷却を強化することにある。冷却又はパージ空気がディフューザ内で速度の一部を失いながら、充分な圧力を維持して、高温ガス流路のガスが内側シュラウドセグメント間の間隙に流入するのを防止する。
【０００５】
従って、そのより広い形態において、本発明は、タービン用の内側シュラウド組立体に関し、該内側シュラウド組立体は、各々がそれらの間に間隙を備えて並置された、隣接するセグメント上の類似の端面である一対の端面を有し、組み合わされてタービンの回転構成部品を取り囲むようになった環状の内側シュラウドを形成する複数の部分環状のセグメントと、一対の端面のうちの少なくとも１つに沿って開口する、セグメント内の少なくとも１つの対流冷却孔とを含み、前記少なくとも１つの冷却孔は、冷却空気の流れを間隙中に拡散するように一対の端面のうちの１つに形成されたディフューザ凹部中に開口している。
【０００６】
別の形態において、本発明は、タービンシュラウド組立体用のセグメントに関し、該セグメントは、シール面及び対向する端面を有するセグメント本体と、セグメント本体を貫通して延びかつセグメント本体のそれぞれの端面内に形成されたディフューザ凹部中に開口する少なくとも１つの対流冷却孔とを含む。
【０００７】
更に別の形態において、本発明は、タービンシュラウド組立体の隣接する部分環状のセグメント間の間隙中に冷却空気をパージする方法であって、該方法は、（ａ）各セグメント内に形成され、各々がセグメントの端面に沿って開口する１つ又はそれ以上の冷却孔を通して冷却空気を供給する段階と、（ｂ）冷却空気が各セグメントの端面に到達する前に冷却空気を拡散させる段階とを含む。
【０００８】
【発明の実施の形態】
さて図１を参照すると、この図には、ガスタービンの高温ガス流路内の回転構成部品を取り囲むシュラウド装置１０の部分を示す。シュラウド装置１０は、タービンハウジング１２の固定内側シェルに固定されて、高温ガス流路内に配置された回転バケット又は羽根１４を取り囲む。図１に示すシュラウド装置１０の部分は、タービンの第１段用のものであり、高温ガスの流れの方向は矢印１６により示される。シュラウド装置１０は、それぞれ外側及び内側シュラウドセグメント２０及び２２を含む。シュラウド装置には、互いに対して周方向に配列される複数のかかるセグメントが含まれ、２つ又は３つの内側シュラウドセグメント２２が外側シュラウドセグメント２０の各セグメントに接続されることが分かるであろう。例えば、周方向に互い隣接する外側シュラウドセグメントが４２個、及び周方向に互いに隣接しする内側シュラウドセグメントが８４個程度とすることができ、一対の内側シュラウドセグメントが外側シュラウドセグメントに、隣接する内側セグメント間に間隙を備えた状態で固定される。本明細書で対象とする個々の内側シュラウドセグメントは、ほぼ同一であるので、従って１つだけを詳細に述べることで足りる。
【０００９】
セグメント２２は、半径方向内面２６を有するセグメント本体２４を含み、該半径方向内面２６は、複数のラビリンスシール歯、又は、ラビリンスシール歯、ブラシ及び／又は布シール（図示せず）の組合せを支持する。各セグメント本体には、ほぼ同一の周方向端面が形成され、そのうちの１つを符号２８で示す。セグメント２２は、符号３２において通常のフック及びＣ−クリップ構成により外側シュラウドセグメント２０に取り付けられる。
【００１０】
タービン圧縮機からの冷却空気が、インピンジメント板３５を通して冷却空気を受けるインピンジメント空洞３４を介して、セグメント２２を貫通して穿孔されてセグメントの周方向端面２８においてディフューザ凹部３８中に開口する少なくとも１つの対流孔３６（１つを示す）に供給される。特に図２を参照すると、ディフューザ凹部は、下流方向又は流路方向の延長傾斜部分４０と、上流方向又は反流路方向のより短くかつより急角度の傾斜部分４２とを含み、孔３６は傾斜部分４０及び４２が交差する凹部の後方部分中に開口する。この構成では、孔３６を通って流れる冷却空気は、凹部３８のより広い下流側部分中に、また次に隣接するセグメント間の周方向間隙中に急速に拡散することになる。従って、拡散した冷却空気は、セグメントのより広い部分を対流冷却し、隣接するセグメントのより広い部分をインピンジメント冷却する。同時に、充分な圧力が維持されて高温ガス流路のガスが隣接するセグメント間の間隙中に吸い込まれるのを防止する。
【００１１】
図３は、隣接する対流孔４４、４６及び隣接するセグメント面５２、５４上のそれぞれの関連するディフューザ凹部４８、５０がどのように並置されて、冷却空気をセグメント間の間隙５６中にどのように供給するかを示す。この構成は、内側シュラウドセグメントの環状の列全体にわたって繰り返される。
【００１２】
ディフューザ凹部は長方形の形状として示されているが、本発明は、冷却空気が充分に拡散される限り特定の形状に限定されない。
【００１３】
冷却空気がセグメント端面に到達する前に冷却空気を拡散させることにより、また、冷却空気が隣接するセグメント間の間隙中に吐出されるので、対流冷却孔の効果が増大される。
【００１４】
本発明は、主としてガスタービンの第１及び第２段の内側シュラウドセグメントに関して説明してきたが、本発明は、冷却及び／又はパージ空気がセグメント間の間隙に供給されるどのようなセグメント化されたシュラウド又はシールに対しても適用可能である。
【００１５】
本発明を、現在最も実用的で好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるべきではなく、また、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による内側シュラウドのディフューザを組み入れた、第１段のバケットと第２段のノズルとの間に設置されたタービン内側シュラウドセグメントの簡略化した部分断面図。
【図２】  図１に示す内側シュラウドセグメントのディフューザ部分を通って切断した水平断面図。
【図３】  図２に類似するが、隣接するシュラウドセグメント内の一対のディフューザの構成を示す水平断面図。
【符号の説明】
１０  シュラウド装置
１２  タービンハウジング
１４  回転構成部品
２０  外側シュラウドセグメント
２２  内側シュラウドセグメント
２４  セグメント本体
２６  セグメント本体のシール面
２８  セグメント本体の端面
３２  フック及びＣ−クリップ構成
３４  インピンジメント空洞
３５  インピンジメント板
３６  対流冷却孔
３８  ディフューザ凹部
【図１】
0004112942.tif 000002
【図２】
0004112942.tif 000003
【図３】
0004112942.tif 000004