JP2003184502A - ガスタービンのための冷却システム - Google Patents

ガスタービンのための冷却システム

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JP2003184502A JP2002315181A JP2002315181A JP2003184502A JP 2003184502 A JP2003184502 A JP 2003184502A JP 2002315181 A JP2002315181 A JP 2002315181A JP 2002315181 A JP2002315181 A JP 2002315181A JP 2003184502 A JP2003184502 A JP 2003184502A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 供給及び戻りマニホルドセグメントは、
ロータに対する実質的な軸方向、半径方向、及び円周方
向の移動を防止するための保持システム（８９、９２−
９４、１３２、１３６、８７、１２９等）を有する。セ
グメントはまた、冷却蒸気の供給及び戻り時における圧
力損失を最小化するために、案内羽根（９６、１４０、
１４２、１４４）を含む。セグメントは、ロータの中心
線からほぼ等距離に設置され、それぞれ軸方向に隣接す
る第１段と第２段のバケット間に蒸気を連通させるため
のクロスオーバ管（８４、１１８）が、セグメントの各
々を貫通して延びる。

Description

【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、３
４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２
８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８
０を有する。図７に示したように、６つの出口ポート８
０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８
０、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１
０４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１１
４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１
２２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１
２２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１２
６（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１
３２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１
３６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１０
０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６
６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１
０８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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サミル・アーマンド・サラマ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ニスカ ユナ、ランカシャー・プレイス、187番 (72)発明者 ノエル・ジェイコブ・ブイリーナ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ニスカ ユナ、プラム・ストリート、2311番 Ｆターム(参考） 3G002 AA05 AA06 AB01

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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（１
    ４、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（１
    ０）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）を含み、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、１１
    ４）を有し、 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
    サと協働できる保持システムを含み、該保持システム
    が、ほぼ半径方向に突出したリブ（９２、１２０）と凹
    部（９４、１２２）とのうちの一方を有する前記スペー
    サ上のフランジ（９５、１２３）を含み、かつ前記リブ
    と前記凹部とのうちの他方を各々の前記マニホルドセグ
    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）が前記凹部内に係合可能
    である、ことを特徴とする冷却システム。
  2. 【請求項２】 前記フランジ（９５、１２３）が、軸方
    向に突出して前記リブと凹部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。
  3. 【請求項３】 前記スペーサと前記マニホルドセグメン
    トの１つとのうちの一方にスロット（９３、１３６）
    を、また前記スペーサと前記１つのマニホルドセグメン
    トとのうちの他方にストッパ（８９、１３２）を含み、
    前記１つの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ことを特徴と
    する、請求項１に記載の冷却システム。
  4. 【請求項４】 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（１
    ４、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）を含み、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、１１
    ４）を有し、 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
    ーサと協働できる保持システムを含み、該保持システム
    が、前記スペーサと前記マニホルドセグメントとのうち
    の一方にスロット（９３、１３６）を、また前記スペー
    サと前記マニホルドセグメントとのうちの他方にストッ
    パ（８９、１３２）を含み、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、ことを特徴とする冷却システム。
  5. 【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４に記載の冷却システム。
  6. 【請求項６】 ほぼ半径方向に突出したリブ（９２、１
    ２０）と凹部（９４、１２２）とのうちの一方を有する
    前記スペーサ上のフランジ（９５、１２３）を含み、前
    記リブと前記凹部とのうちの他方を各々の前記マニホル
    ドセグメント上に有し、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、前記リブと前記凹部とが互い
    に係合可能であることを特徴とする、請求項４に記載の
    冷却システム。
  7. 【請求項７】 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（１
    ４、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、を含み、 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、 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１
    つの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、 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（９
    ６）を含む、ことを特徴とする冷却システム。
  8. 【請求項８】 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７に記載の冷却システム。
  9. 【請求項９】 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（１
    ４、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、を含み、 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、 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、 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（１４
    ０、１４２、１４４）を含む、ことを特徴とする冷却シ
    ステム。
  10. 【請求項１０】 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９に記載の冷却システム。
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