(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バケット（２２、２４、２６、２８）を支持し、軸方向に間隔を置いて配置されたホイール（１４、１６、１８、２０）と、該ホイール間のスペーサ（３０、３２、３４）とを有するタービンロータ（１０）における、バケットを冷却するための冷却システムであって、
前記ロータのリムの近くで該リムに隣接して、円周方向に互いに間隔を置いて配置された複数のマニホルドセグメント（６６、１００）であって、該マニホルドセグメントの各々が、該マニホルドセグメントに向けて又は該マニホルドセグメントから冷却媒体を流すために少なくとも１つの通路（５６、５８）と連通して配設され、また、該マニホルドセグメントの各々が、前記タービンホイールの少なくとも１つのタービンバケットの流れ通路と連通した複数のポート（７８、８０、１１２、１１４）を有するマニホルドセグメント（６６、１００）と、
前記マニホルドセグメントによって担持され、前記ロータに対する実質的な軸方向の動きに抗して前記マニホルドセグメントを前記スペーサに固定するために該スペーサと協働できる第一の保持システムであって、前記スペーサ上のフランジ（９５、１２３）に設けられたほぼ半径方向に突出したリブ（９２、１２０）と凹部（９４、１２２）とのうちの一方と、前記マニホルドセグメントに設けられた前記リブと前記凹部とのうちの他方とを含み、実質的な軸方向の動きに抗して前記マニホルドセグメントを前記スペーサ上に保持するために前記リブ（９２、１２０）が前記凹部（９４、１２２）内に係合可能である第１の保持システムと、
前記マニホルドセグメントによって担持され、前記ロータに対する実質的な円周方向の動きに抗して前記マニホルドセグメントを前記スペーサに固定するために該スペーサと協働できる第２の保持システムであって、前記スペーサの前面及び／又は後面と前記マニホルドセグメントの側部のうちの一方に設けられたスロット（９３、１３６）と、前記スペーサの前面及び／又は後面と前記マニホルドセグメントの側部のうちの他方に設けられたストッパ（８９、１３２）とを含んでいて、前記マニホルドセグメントの前記ロータに対する実質的な円周方向の動きを防止するために、前記ストッパが前記スロットの壁と係合可能である、第２の保持システムと
を含む冷却システム。
【請求項２】
前記フランジ（９５、１２３）が軸方向に突出していて、前記リブ（９２、１２０）と凹部（９４、１２２）とのうちの一方を担持する半径方向内向きの面を有することを特徴とする、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記スペーサの前面及び／又は後面が前記スロット（９３、１３６）を含んでいて、前記マニホルドセグメントの側部が前記ストッパ（８９、１３２）を含んでいることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記フランジ（９５、１２３）の前記半径方向内向きの面に、前記凹部（９４、１２２）が設けられている、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の冷却システム。
【請求項５】
前記スロット（９３、１３６）の各々が、前記スペーサに対する前記マニホルドセグメントのほぼ半径方向の移動を可能にするように構成されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の冷却システム。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の冷却システムであって、
前記ロータのリムの近くで該リムに隣接して、円周方向に互いに間隔を置いて配置された複数の冷却媒体供給通路（５６）と、
前記ロータのリムの近くで該リムに隣接して、円周方向に互いに間隔を置いて配置された複数の使用済み冷却媒体戻り通路（５８）と
をさらに含んでいて、
前記複数のマニホルドセグメントが、前記ロータのリムの近くで該リムに隣接して、円周方向に互いに間隔を置いて配置された複数の供給マニホルドセグメント（６６）を含み、該供給マニホルドセグメントの各々が、前記１つの供給通路から冷却媒体を受けるために前記供給通路のうちの少なくとも１つと連通して配設され、また、該供給マニホルドセグメントの各々が、軸方向に間隔を置いて配置された所定のホイールのタービンバケットのための冷却媒体入口と該供給マニホルドセグメントとを接続する複数の出口ポート（７８、８０）を有しており、
当該冷却システムが、さらに、冷却媒体を前記出口ポートに対して実質的に均等に分配するために、前記複数の供給マニホルドセグメントの各々の内部に設けられた少なくとも１つの案内羽根（９６）を含む、ことを特徴とする冷却システム。
【請求項７】
前記ホイール（１４）の１つに設けられた１組のバケットに冷却媒体を供給するための、前記供給マニホルドセグメントの各々の第１の組の前記複数の出口ポート（８０）と、前記ホイール（１６）の別の１つに設けられた第２の組のバケットに冷却媒体を供給するための、前記供給マニホルドセグメントの各々の第２の組の前記複数の出口ポート（７８）とを含むことを特徴とする、請求項６に記載の冷却システム。
【請求項８】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の冷却システムであって、
前記ロータのリムの近くで該リムに隣接して、円周方向に互いに間隔を置いて配置された複数の冷却媒体供給通路（５６）と、
前記ロータのリムの近くで該リムに隣接して、円周方向に互いに間隔を置いて配置された複数の使用済み冷却媒体戻り通路（５８）と
をさらに含んでいて、
前記複数のマニホルドセグメントが、前記ロータのリムの近くで該リムに隣接して、円周方向に互いに間隔を置いて配置された複数の戻りマニホルドセグメント（１００）を含み、該戻りマニホルドセグメントの各々が、該戻りマニホルドセグメントから前記戻り通路へ使用済み冷却媒体を流すために前記戻り通路のうちの少なくとも１つと連通して配設され、また、該戻りマニホルドセグメントの各々が、軸方向に間隔を置いて配置された前記所定のホイールのタービンバケットのための使用済み冷却媒体出口と該戻りマニホルドセグメントとを接続する複数の入口ポート（１１２、１１４）を有しており、
当該冷却システムが、さらに、前記戻りマニホルド内における圧力損失を排除するために前記複数の入口ポートから受けた冷却媒体を前記戻り通路へ案内するために、前記複数の戻りマニホルドセグメントの各々の内部に設けられた複数の案内羽根（１４０、１４２、１４４）を含む、ことを特徴とする冷却システム。
【請求項９】
前記所定のホイールの１つに設けられた１組のバケットに冷却媒体を供給するための、前記供給マニホルドセグメントの各々の第１の組の前記複数の出口ポート（８０）と、前記ホイール（１６）の別の１つに設けられた第２の組のバケットに冷却媒体を供給するための、前記供給マニホルドセグメントの各々の第２の組の前記複数の出口ポート（７８）とを含むことを特徴とする、請求項８に記載の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、例えば蒸気などの冷却媒体を高温ガス通路部品を冷却するために流し、かつ複合サイクルシステム内で使用される例えば熱回収蒸気発生装置などの戻り装置へ使用済み冷却媒体を戻すための、閉回路冷却通路を使用した発電用ガスタービンに関する。より具体的には、本発明は、第１及び第２段ホイールのバケットに冷却媒体を供給し、かつバケットからの使用済み冷却媒体を熱回収発電機に戻すためのマニホルドシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばガスタービンのバケットのような高温ガス通路部品の冷却が、これまでに提案されてきており、地上設置型発電システムにおいては特に有効であることが判明している。ガスタービンは一般的には空冷式であり、例えばジェットエンジンは、高温ガス部品を冷却するために圧縮機排出空気を使用するが、地上設置型発電用タービンにおける蒸気冷却は、冷却媒体として蒸気を使用する場合の損失が、冷却の目的で圧縮機のブリード空気を取り出す場合に生じる損失ほど大きくないという点でより効率的であることが実証されている。また、複合サイクル運転においては、蒸気がガスタービン部品を冷却する時、蒸気に与えられる熱エネルギーが、複合サイクル運転において蒸気タービンを駆動する有用な仕事として回収されるので、蒸気冷却は特に有利である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１には、例えばバケットのようなロータの高温ガス部品に冷却蒸気を供給し、かつ使用済み冷却蒸気を戻り装置へ戻すための同軸の蒸気通路を有するガスタービンが開示されている。それ以来、このシステムに対して様々な改善及び改良が提案されてきた。例えば、特許文献２及び特許文献３には、先進的な蒸気冷却システムが開示されている。そのシステムにおいては、それぞれロータリム付近へ冷却蒸気を供給し、かつ該ロータリム付近から使用済み冷却蒸気を戻すために、円周方向に間隔を置いて配置された半径方向に延びる複数の管と連通させて、ロータボア内に同軸の供給管及び戻り管が設けられる。軸方向に延びる複数の冷却蒸気供給通路が、円周方向に間隔を置いてロータリムの近くに設けられる。同様に、軸方向に延び円周方向に間隔を置いて配置された複数の戻り通路が、ロータリムの近くに設けられる。各供給通路は、半径方向の供給管からの冷却媒体を、第２段ホイールと第１のスペーサとの間に置かれた円周方向に延びるマニホルドセグメントに連通させる。第１段及び第２段ホイール上に設けられた第１段及び第２段バケットの各々に冷却蒸気を供給するために、供給管が各供給マニホルドセグメントから前方及び後方へ延びる。第１段ホイールと第１スペーサとの間には、戻りマニホルドセグメントが置かれる。各戻りマニホルドセグメントは、使用済み冷却蒸気を受け、該使用済み冷却蒸気を戻りマニホルドセグメントに戻すための、第１段及び第２段ホイールのバケットと連通した管を有し、該戻りマニホルドセグメントは、使用済み冷却蒸気を軸方向通路に沿って熱回収蒸気発生装置へ送るための半径方向の管へ戻す。多数の供給管及び戻り管が設けられていること、及び、均一に分配された流れを許容し得る圧力損失で供給するのに必要なマニホルドセグメント、管、及び通路を設けるのに小さい空間しかないことが理解されるであろう。従って、割り当てられた空間を経済的に利用し、同時に小さい圧力損失で均一な流れを供給することができる、このようなタービンの冷却システムのマニホルドセグメントを提供する必要性が存在する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１３９０２号公報
【特許文献２】
２００１−７３８０２号公報
【特許文献３】
２００１−１４０６５８号公報
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の好ましい実施形態によれば、その各々が、冷却媒体の流れを第１及び第２段バケットに均一に分配し、同時に冷却システムのために使用できる空間を経済的に利用する構成を有する、円周方向に延びる複数の供給マニホルドセグメントが提供される。具体的には、各供給マニホルドセグメントは、ロータのリムに隣接して置かれるように円弧状に配置され、冷却蒸気をマニホルドセグメント内に供給するための軸方向の供給通路と連通した半径方向内寄り中央に配置された入口を有する。各供給マニホルドセグメントの円弧状部分は、通路を介してそれぞれの第１及び第２のタービンホイールの第１段及び第２段バケットの各々に冷却蒸気を供給するための複数の出口ポートを含む。供給出口ポートは、供給マニホルドセグメントの対向する軸方向の面を貫通して開口し、冷却流れを実質的に均等に出口ポートへ分配するために、内部案内羽根が設けられる。供給マニホルドセグメントはまた、後に明らかになる理由により、その半径方向外側の面に沿って円周方向に間隔を置いて配置された一連の凹部を有する。
【０００６】
戻りマニホルドセグメントもまた、ロータのリムの近くで円周方向に互いに間隔を置いて配置される。各戻りマニホルドセグメントは、使用済み冷却蒸気を該戻りマニホルドセグメントから熱回収蒸気発生装置へ戻すために、軸方向の戻り通路と連通した半径方向内寄り中央の出口ポートを含む。各戻りマニホルドセグメントは、第１及び第２段ホイールのバケットからの使用済み冷却蒸気を受けるための、対向する軸方向の面に沿った複数の入口ポートを含む。入口ポートから戻される使用済み冷却蒸気を出口ポートへ案内するために、各戻りマニホルドセグメントの内面に沿って、複数の案内羽根が配置される。これらの案内羽根は、これが無ければ非常に大きい圧力損失を生じるであろう蒸気の渦流作用を減少させる。
【０００７】
供給及び戻りマニホルドセグメントは、ロータリムの近くの実質的に同一の半径方向位置に配置されるのが好ましい。各マニホルドセグメントには、流れが他のセグメントを通過できるように、クロスオーバ管が設けられる。例えば、供給マニホルドセグメントは、第１段バケットに接続するように、戻りマニホルドセグメントのウィング部の下方で前方に延びるクロスオーバ管を含む。それらのクロスオーバ管のうちの或るものは、戻りマニホルドセグメント内の孔を貫通して延びる。同様に、各戻りマニホルドセグメントは、第２段バケットからの使用済み冷却蒸気を受けるために後方へ延びるクロスオーバ管を含む。このクロスオーバ管は、供給マニホルドセグメントの円弧状の縁部に沿った凹部を貫通して延びる。
【０００８】
供給及び戻りマニホルドセグメントの各々を、ロータに対する軸方向、半径方向、及び円周方向の移動に抗して保持するために、保持システムが設けられる。各セグメントの外縁部は、重なっているスペーサのフランジに設けられた凹部内に係合するための１つ又はそれ以上のリブを含み、それによって、セグメントが両軸方向に移動するのを防止するのが好ましい。供給及び戻りマニホルドセグメントの半径方向内側の突出部は、それぞれ第２及び第１段ホイールのフランジ及び面と係合して、それぞれの後方及び前方への実質的な軸方向の動きを防止する。これに加えて、それぞれ供給及び戻りマニホルドセグメントの前面及び後面から突出した隆起が、スペーサの後面及び前面に対して当接し、セグメントの軸方向の移動を防止する。セグメントの実質的な円周方向の動きを防止するために、その対向する側部上に平坦面を有する突起が、それぞれ供給及び戻りマニホルドセグメントの前面及び後面上に設けられる。これらの突起は、スペーサの後面及び前面内に形成された直線状に延びるスロット内に係合する。これらのスロットの半径方向の長さは、突起の半径方向の長さを越えて延びている。従って、マニホルドセグメントは、現場での組立及び分解のために必要な半径方向への移動が可能であり、しかも同時にセグメントは、ロータの周りでの円周方向の移動に抗して保持される。
【０００９】
本発明による好ましい実施形態において、バケットを支持し、軸方向に間隔を置いて配置されたホイールと、該ホイール間のスペーサとを有するタービンロータにおける、バケットを冷却するための冷却システムが提供され、該冷却システムは、ロータのリムの近くで該リムに隣接して、円周方向に互いに間隔を置いて配置された複数のマニホルドセグメントを含み、マニホルドセグメントの各々が、該マニホルドセグメントに向けて又は該マニホルドセグメントから冷却媒体を流すために少なくとも１つの通路と連通して配設され、また、マニホルドセグメントの各々が、タービンホイールの少なくとも１つのタービンバケットの流れ通路と連通した複数のポートを有し、マニホルドセグメントによって担持され、ロータに対する実質的な軸方向の動きに抗してマニホルドセグメントをスペーサに固定するために該スペーサと協働できる保持システムが、ほぼ半径方向に突出したリブと凹部とのうちの一方を有するスペーサ上のフランジを含み、かつリブと凹部とのうちの他方を各々のマニホルドセグメント上に含み、実質的な軸方向の動きに抗してマニホルドセグメントをスペーサ上に保持するために、リブが凹部内に係合可能である。
【００１０】
本発明による別の好ましい実施形態において、バケットを支持し、軸方向に間隔を置いて配置されたホイールと、該ホイール間のスペーサとを有するタービンロータにおける、バケットを冷却するための冷却システムが提供され、該冷却システムは、ロータのリムの近くで該リムに隣接して、円周方向に互いに間隔を置いて配置された複数のマニホルドセグメントを含み、マニホルドセグメントの各々が、該マニホルドセグメントに向けて又は該マニホルドセグメントから冷却媒体を流すために少なくとも１つの通路と連通して配設され、また、マニホルドセグメントの各々が、タービンホイールの少なくとも１つのタービンバケットの流れ通路と連通した複数のポートを有し、マニホルドセグメントによって担持され、ロータに対する実質的な円周方向の動きに抗してマニホルドセグメントをスペーサに固定するために該スペーサと協働できる保持システムが、スペーサとマニホルドセグメントとのうちの一方にスロットを、またスペーサとマニホルドセグメントとのうちの他方にストッパを含み、マニホルドセグメントのロータに対する実質的な円周方向の動きを防止するために、ストッパがスロットの壁と係合可能である。
【００１１】
本発明による別の好ましい実施形態において、バケットを支持し、軸方向に間隔を置いて配置されたホイールと、該ホイール間のスペーサとを有するタービンロータにおける、バケットを冷却するための冷却システムが提供され、該冷却システムは、ロータのリムの近くで該リムに隣接して、円周方向に互いに間隔を置いて配置された複数の冷却媒体供給通路と、ロータのリムの近くで該リムに隣接して、円周方向に互いに間隔を置いて配置された複数の使用済み冷却媒体戻り通路と、ロータのリムの近くで該リムに隣接して、円周方向に互いに間隔を置いて配置された複数の供給マニホルドセグメントとを含み、供給マニホルドセグメントの各々が、１つの供給通路から冷却媒体を受けるために供給通路のうちの少なくとも１つと連通して配設され、また、供給マニホルドセグメントの各々が、軸方向に間隔を置いて配置された所定のホイールのタービンバケットのための冷却媒体入口と該供給マニホルドセグメントとを接続する複数の出口ポートを有し、複数の戻りマニホルドセグメントが、ロータのリムの近くで該リムに隣接して、円周方向に互いに間隔を置いて配置され、戻りマニホルドセグメントの各々が、該戻りマニホルドセグメントから１つの戻り通路へ使用済み冷却媒体を流すために戻り通路のうちの少なくとも１つと連通して配設され、また、戻りマニホルドセグメントの各々が、軸方向に間隔を置いて配置された所定のホイールのタービンバケットのための使用済み冷却媒体出口と該戻りマニホルドセグメントとを接続する複数の入口ポートを有し、少なくとも１つの案内羽根が、冷却媒体を出口ポートに対して実質的に均等に分配するために、複数の供給マニホルドセグメントの各々の内部に設けられている。
【００１２】
本発明による別の好ましい実施形態において、バケットを支持し、軸方向に間隔を置いて配置されたホイールと、該ホイール間のスペーサとを有するタービンロータにおける、バケットを冷却するための冷却システムが提供され、該冷却システムは、ロータのリムの近くで該リムに隣接して、円周方向に互いに間隔を置いて配置された複数の冷却媒体供給通路と、ロータのリムの近くで該リムに隣接して、円周方向に互いに間隔を置いて配置された複数の使用済み冷却媒体戻り通路と、ロータのリムの近くで該リムに隣接して、円周方向に互いに間隔を置いて配置された複数の供給マニホルドセグメントとを含み、供給マニホルドセグメントの各々が、１つの供給通路から冷却媒体を受けるために供給通路のうちの少なくとも１つと連通して配設され、また、供給マニホルドセグメントの各々が、軸方向に間隔を置いて配置された所定のホイールのタービンバケットのための冷却媒体入口と該供給マニホルドセグメントとを接続する複数の出口ポートを有し、複数の戻りマニホルドセグメントが、ロータのリムの近くで該リムに隣接して、円周方向に互いに間隔を置いて配置され、戻りマニホルドセグメントの各々が、該戻りマニホルドセグメントから戻り通路へ使用済み冷却媒体を流すために戻り通路のうちの少なくとも１つと連通して配設され、また、戻りマニホルドセグメントの各々が、軸方向に間隔を置いて配置された所定のホイールのタービンバケットのための使用済み冷却媒体出口と該戻りマニホルドセグメントとを接続する複数の入口ポートを有し、複数の案内羽根が、戻りマニホルド内における圧力損失を排除するために複数の入口ポートから受けた冷却媒体を戻り通路へ案内するために、複数の戻りマニホルドセグメントの各々の内部に設けられている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
さて、図面を参照すると、特に図１には、本発明の好ましい実施形態を組み込んだタービン部が全体を符号１０で表して図示してある。タービン部１０は、タービンロータＲを取り囲むタービンハウジング１２を含む。本実施例においては、ロータＲは、それぞれ円周方向に間隔を置いて配置された複数のバケット又はブレード２２、２４、２６、２８を支持するホイール１４、１６、１８、２０を含む４つの連続した段を備える。これらのホイールは、スペーサ３０、３２、３４の間に交互に配設される。スペーサ３０、３２、３４の外縁部は、複数のステータブレード又はノズル３６、３８、４０と半径方向に整合して配設され、第１の組のノズル４２は、第１のバケット２２の前方に置かれる。その結果、図示した４段タービンにおいては、第１段はノズル４２とバケット２２を含み、第２段はノズル３６とバケット２４を含み、第３段はノズル３８とバケット２６を含み、終わりに第４段はノズル４０とバケット２８を含むことが理解されるであろう。ロータホイールとスペーサとは、ホイールとスペーサとの整合した孔を貫通する円周方向に間隔を置いて配置された複数のボルト４４によって、互いに固定される。そのうちの１つを符号４５で概略的に示しているが、複数の燃焼器がタービン部の近くに配設され、ロータを回転させるためのノズルとバケットとを含むタービン部の高温ガス通路を通して高温の燃焼ガスを供給する。ロータはまた、後部シャフトを形成する全体を符号４８で表した中空管アセンブリと一体に形成された後部ディスク４６を含む。
【００１４】
好ましくは最初の２段の、少なくとも１つの組、好ましくは両方の組のバケット２２と２４には、これらのバケットを冷却するために、冷却媒体、好ましくは蒸気が供給される。冷却蒸気は、中空管アセンブリ４８を介して供給され、かつ戻される。中空管アセンブリ４８は、図示していない蒸気供給源からの冷却蒸気を供給される円環状通路５０を含み、この円環状通路は、後部ディスク４６内に設けられた半径方向に延びる複数の管５４へ冷却蒸気を流す。管５４は、円周方向に間隔を置いて配置され軸方向に延びる熱媒体供給管又は通路５６（図７）と連通しており、この熱媒体供給管又は通路５６は、第１段及び第２段バケット内の冷却通路と連通している。温度上昇した使用済み又は戻される冷却蒸気は、第１段及び第２段バケットから、円周方向に間隔を置いて配置され軸方向に延びる戻り管又は通路５８（図１及び図７）を通して流れる。戻り管５８は、それらの後端部において、後部ディスク４６内の半径方向内向きに延びる戻り管６０（図１）と連通している。使用済み冷却蒸気は、蒸気供給装置へ戻すために、又は複合サイクルシステム内で使用すべく熱回収蒸気発生装置へ流すために、戻り管６０から中空管アセンブリ４８の中心ボア（図示せず）内に流入する。
【００１５】
以上の説明から、それぞれ軸方向に延びる供給通路５６と戻り通路５８とは、ロータのリムに隣接してロータの近くで円周方向に配設され、供給及び戻り管の各々は、軸方向に重なっているホイールとスペーサの軸方向に整合した孔を貫通して延びていることが、理解されるであろう。例えば図７において、供給管又は通路５６は、第２段ホイール内の孔６２を貫通するように図示されている。図７において、戻り管又は通路５８は、第１のスペーサ３０内の孔６４を貫通するように図示されている。供給管５６と戻り管５８とを、それぞれホイールとスペーサ内で支えるために、ホイールとスペーサの孔内には、軸方向に間隔を置いた位置に様々なブッシュが設けられる。
【００１６】
次に図２から図４及び図７を参照すると、各々の冷却媒体供給通路５６は、全体を符号６６で表した供給マニホルドセグメントに冷却媒体を供給することが理解されるであろう。円周方向に間隔を置いて配置された複数の供給マニホルドセグメント６６は、供給マニホルドを形成し、セグメント６６は、好ましくはスペーサ３０の後面と第２段ホイール１６の前面との間に配置される。図２及び図４において、各供給マニホルドセグメントは、対向する２つの半部分を含むものとして図示してある。供給マニホルドセグメント６６は、単体構造体として形成してもよいことが理解されるであろう。供給マニホルドセグメント６６は、各供給通路５６に対して設けられ、図２に示すように、垂れ下がった中央部分すなわち半径方向内向きに延びる突出部７０を有する円弧状縁部６８を含む。突出部７０は、冷却媒体供給管又は通路５６と接続するための軸方向後方へ開口した入口ポート７２を有する。好ましくは、供給管５６と各供給マニホルドセグメント６６の入口７２とを相互接続するために、スプーリ７４が設けられる。
【００１７】
各供給マニホルドセグメント６６はまた、その軸方向に対向するそれぞれの端面に沿って、複数の出口ポート７８、８０を含み、各出口ポートは、供給マニホルドセグメント内のプレナム７９（図７）と連通しており、該プレナム７９には入口７２を介して冷却蒸気が供給される。図２に示したように、供給マニホルドセグメント６６は、隣接するホイールのバケット、すなわち第１段ホイール１４のバケット２２に冷却媒体を供給するために、軸方向前方に開口した６つの出口ポート８０を有する。図７に示したように、６つの出口ポート８０は、第１段ホイールのバケットに冷却蒸気を供給するために、スプーリ８２を介してクロスオーバ管８４に接続される。従って、各出口ポート８０は、クロスオーバ管８４を受け入れたスペーサ３０を貫通する通路８７と、軸方向に整合する。同じく図７に示したように、第２段バケット２４のダブテール内の図示していない供給管と出口ポート７８とを相互接続するために、スプーリ８６が使用される。
【００１８】
図２及び図４に最も良く示されているように、各供給マニホルドセグメント６６の半径方向外縁部は、後述する理由で該外縁部に沿ってほぼ鋸歯状パターンを形成する複数の凹部８８を含む。セグメント６６の各突起又は歯９０は、半径方向外向きに延びるリブ９２を含み、該リブ９２は、スペーサ３０の後面近くのフランジ９５の半径方向内向きに向いた環状の面に沿って形成された溝又は凹部９４（図７）に係合する。リブ９２の溝又は凹部９４内への係合は、実質的な軸方向の動きに抗して供給マニホルドセグメント６６を保持するための保持システムの一部を形成する。保持システムはまた、入口７２と通路５６との間の接続と同時に、出口ポート７８及び８０との管接続を含む。更に、各セグメント６６の半径方向の突出部７０は、半径方向内向きに向いたフランジ８１を含み、該フランジ８１は、隣接する第２段ホイール１６上のフランジ又はストッパ８５と係合するための軸方向に向いた面８３（図７）を備えた段部を有する。この係合もまた、セグメント６６の後方への実質的な軸方向の動きを防止する。更に、隆起又はストッパ８７（図４）が、供給マニホルドセグメント６６の前面から突出してスペーサ３０の後面に対して係合し、セグメント６６の前方向への移動を防止する。
【００１９】
供給マニホルドセグメント６６の前面はまた、その対向する側部上に平坦面９１を有する突起又はストッパ８９を含む。スペーサ３０の後面は、突起８９の半径方向の長さを超える距離だけ半径方向に延びる直線状スロット９３（図３）を含む。突起８９の側部平坦面９１は、突起８９がスロット９３内に受け入れられた時、スロットの側壁と係合する。このことが、マニホルドセグメント６６が半径方向に動くことを可能にし（現場における組立及び分解のために必要）、同時にロータの周りにおける円周方向の動きに抗してセグメント６６を保持する。
【００２０】
従って、軸方向の冷却管又は通路５６を介して供給される冷却蒸気は、入口７２を通ってマニホルドセグメント６６のプレナム内に流れ、出口ポート８０、７８を通って流出し、それぞれ第１段及び第２段バケット２２、２４へ供給されるとことが理解されるであろう。出口ポート７８、８０に対して流れを均一に分配するために、プレナム内の中央に案内羽根９６（図４）が設けられ、セグメントの両側における出口ポート７８と出口ポート８０に対して流れを均等に分割する。
【００２１】
次に図５から図７を参照すると、これらの図には、第１及び第２段ホイールのバケットから軸方向戻り通路５８へ使用済み冷却媒体を戻すための、全体を符号１００で表した戻りマニホルドセグメントが図示されている。図に示すように、戻りマニホルドは、好ましくはスペーサ３０の前面と第１段ホイールの後面との間に配置された、円周方向に間隔を置いて配置された複数の戻りマニホルドセグメント１００を含む。図５において、戻りマニホルドセグメント１００は、対向する２つの半部分を含むものとして図示されている。しかしながら、供給マニホルドセグメントと同様に、戻りマニホルドセグメント１００は単体構造体として形成してもよいことが理解されるであろう。図５を参照すると、各セグメントは、円弧状の半径方向外縁部１０２と、内向きに延びる突出部１０４とを含み、外縁部１０２と突出部１０４とは、プレナム１０６（図７）を形成する。各突出部１０４は、戻り蒸気をマニホルドセグメント１００からスプーリ１１０（図６）を介して戻り管又は通路５８へ流すための、軸方向後方に開口した出口ポート１０８を有する。
【００２２】
各戻りマニホルドセグメント１００の縁部１０２は、後方に開口した複数の入口ポート１１２と、前方に開口した複数の入口ポート１１４とを含む。第１段のバケット２２からの使用済み冷却媒体をマニホルドセグメント１００に連通させるために、入口ポート１１４は、スプーリ１１６を介して、バケット２２のダブテールから延びる管（図示せず）に接続される。使用済み冷却蒸気を入口ポート１１２を介してプレナム１０６内へ送るために、クロスオーバ管１１８が、第２段ホイール１６のバケット２４から前方に延びる管と連通している。図７に示すように、クロスオーバ管１１８は、供給マニホルドセグメント６６の凹部８８内へ延びている。軸方向の動きに抗してマニホルドセグメントを保持するために、戻りマニホルドセグメントの円弧状の半径方向外縁部１０２は、スペーサ３０のフランジ１２３の半径方向内向きに向いた環状の面に沿って形成された凹部１２２内に受け入れられるための、半径方向外向きに延びるリブ１２０を有する。供給マニホルドセグメントがスペーサ上に保持されるのと同様に、リブ１２０の凹部１２２内への係合は、実質的な軸方向の動きに抗して戻りマニホルドセグメント１００を保持するための保持システムの一部を形成する。保持システムはまた、出口ポート１０８とスプーリ１１０との間の接続と同時に、入口ポート１１２及び１１４との管接続を含む。更に、各セグメント１００の半径方向内向きに延びる突出部１０４は、半径方向内向きに向いたフランジ１２４を含み、該フランジ１２４は、第１段ホイール１４の後面部分又はストッパ１２８と係合するための軸方向に向いた面１２６（図７）を備えた段部を有する。この係合もまた、セグメント１００の前方への実質的な軸方向の動きを防止する。更に、隆起又はストッパ１２９（図５）が、戻りマニホルドセグメント１００の後面から突出してスペーサ３０の前面に対して係合し、セグメント１００の後方向への移動を防止する。
【００２３】
戻りマニホルドセグメント１００の後面はまた、供給マニホルドセグメント６６の突起８９と同様に、その対向する側部上に平坦面１３４を有する突起１３２を含む。スペーサ３０の前面は、突起１３２の半径方向の長さを超える距離だけ半径方向に延びる直線状スロット１３６（図６）を含む。突起１３２がスロット１３６内に受け入れられた時、突起１３２の平坦面１３４とスロットの側壁とは、戻りマニホルドセグメント１００が半径方向に動くことをことを可能にし（現場における組立及び分解のために必要）、同時にロータの周りにおける円周方向の動きに抗してセグメント１００を保持する。
【００２４】
供給マニホルドセグメントと戻りマニホルドセグメントとは、互いに相手に対し円周方向に互い違いに配置される。従って、隣接する戻りマニホルドセグメント１００のウィング部又は脚部１０３の接合部は、供給マニホルドセグメント６６の突出部７０と軸方向に対向して配置される。４つの内側出口ポート８０は、隣接する戻りマニホルドセグメントのウィング部又は脚部１０３よりも半径方向内側の位置において、軸方向に整合して位置する。従って、供給マニホルドセグメント６６からのクロスオーバ管８４の対は、円周方向に隣接する戻りマニホルドセグメント１００のウィング部又は脚部１０３の下方で軸方向に延びる。戻りマニホルドセグメント１００はまた、突出部１０４の中央を貫通した１対の孔１０５を有する。これらの孔は、プレナム１０６に対しては閉じており、円周方向に隣接する供給マニホルドセグメントの端部におけるクロスオーバ管８４を受け入れる。
【００２５】
再び図５を参照すると、出口１０８で終わる半径方向内向きの突出部１０４と共に、戻りマニホルドセグメント１００の円弧状の形状は、蒸気が入口ポート１１２及び１１４から出口ポート１０８へ流れる時、通常は大きな圧力損失を生じることになる。本質的には、トルネード又は渦流作用が、出口ポート１０８の付近で発生するであろう。これらの大きな圧力損失を排除するために、複数の案内羽根が設けられる。例えば、セグメントの両側の入口ポートからの流れが混じり合うのを実質的に防止するために、セグメント１００の前方壁に沿って中央案内羽根１４０（図５）が設けられる。互いに角度を持たせた追加の案内羽根１４２が、最小の圧力損失で、案内羽根１４０の両側において出口ポート１０８に向けて戻り蒸気を案内する。これに加えて、出口１０８内にはこれを四分して案内羽根１４４が設けられ、この案内羽根１４４は、出口ポート１０８の中心線より少し手前で終端する。その結果、それが存在しない場合に蒸気が戻りマニホルドセグメントに流入し又該戻りマニホルドセグメントから流出する際に生じたであろう渦流作用が、実質的に減少されるか排除されるので、最小の圧力損失しか発生しない。
【００２６】
供給及び戻りマニホルドセグメントの各々は、一体鋳造することができ、あるいは図２及び図５に示したように、互いに溶接した部分から形成することもできるということが理解されるであろう。
【００２７】
本発明を現在最も実用的で好ましいと思われる実施形態に関連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ものではなく、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】  本発明の好ましい実施形態による冷却システムの部分を組み込んだガスタービンのタービン部を示す、ガスタービンの一部分の断面図。
【図２】  本発明の好ましい実施形態による供給マニホルドセグメントの対向する部分の分解斜視図。
【図３】  第２段バケットに対する供給管と戻り管とを示す、供給マニホルドセグメントの後面の部分斜視図。
【図４】  本発明の好ましい実施形態による供給マニホルドセグメントの前面の分解斜視図。
【図５】  本発明の好ましい実施形態による戻りマニホルドセグメントの部分の分解斜視図。
【図６】  戻り蒸気を受ける入口ポートと、蒸気を第１段バケットに供給するための、戻りマニホルドセグメントの下方の供給管とを示す、戻りマニホルドセグメントの前面の部分斜視図。
【図７】  供給マニホルドセグメントと戻りマニホルドセグメントとを示す、ロータの外側リムの部分の部分断面図。
【符号の説明】
１０  タービン部
Ｒ  タービンロータ
１２  タービンハウジング
１４、１６、１８、２０  ホイール
２２、２４、２６、２８  バケット
３０、３２、３４  スペーサ
３６、３８、４０  ステータノズル
４４  ボルト
４５  燃焼器
４６  後部ディスク
４８  中空管アセンブリ
５０  円環状通路
５４  管
５８、６０  戻り管
６６  供給マニホルドセグメント
１００  戻りマニホルドセグメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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