JP2007138938A

JP2007138938A - 燃焼タービン機関の構成要素を冷却するための方法および装置

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Publication number: JP2007138938A
Application number: JP2006311281A
Authority: JP
Inventors: James Anthony West; ジェームズ・アンソニー・ウエスト; William Stephen Kvasnak; ウィリアム・スティーブン・クヴァスナック; Brendan Francis Sexton; ブレンダン・フランシス・セックストン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2007-06-07
Also published as: EP1788194A2; EP1788194A3; CN1971011B; EP1788194B1; US7303372B2; US20070116562A1; CN1971011A

Abstract

【課題】燃焼タービン機関の構成要素を冷却するための方法および装置を提供する。
【解決手段】タービンノズル冷却サブシステムが提供される。タービンノズルセグメントを備え、円弧状の径方向に最も外側の端壁、円弧状の径方向に最も内側の端壁、エーロフォイルの静翼を備える。端壁は開放通路を含む。静翼は、端壁の間に延び、それらに連結され、キャビティ、前縁、後縁、静翼の外面を備える。キャビティは、静翼の内面、および複数のタービュレータを備える。キャビティおよび開放通路は、エーロフォイルの冷却空気流の流れが促進されるように流れ連通する。さらに圧縮機アセンブリおよびそのセグメントと流れ連通している少なくとも１つのディフューザも備え、ディフューザ壁およびキャビティを備える。ディフューザ壁は冷却空気流を促進よう、圧縮機アセンブリからセグメントに延出する。冷却空気流は、圧縮機アセンブリの排気流の流れの一部分を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は一般に、回転機械に関し、より詳細には燃焼タービン機関の構成要素を冷却する方法および装置に関する。

多くの周知の燃焼タービン機関は、燃焼器アセンブリ内の混合気を点火し、高温ガス経路を介してタービンアセンブリに流される燃焼ガス流を発生させる。圧縮空気は、圧縮機（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）アセンブリによって燃焼アセンブリに流通される。タービンアセンブリの出力は、たとえば発電機またはポンプなどの機械に動力を与えるために使用可能である。

エーロフォイル（ａｉｒｆｏｉｌ）は、たとえば固定翼および回転ブレードなどの多くの周知の燃焼タービン機関に使用される。回転ブレードは、しばしば動翼と呼ばれる。静翼は一般に、関連した動翼の上流側の直近に位置決めされ、ノズルとして構成することができる。静翼−動翼の組合せは、しばしば段と呼ばれる。動翼は一般に、タービンロータに連結され、静翼は通常、タービンケーシングを含むタービンアセンブリの固定部分に連結されている。燃焼ガス流は、動翼へのガス流の衝突が促進されるように、静翼を介して所定のベクトルに合わせて流される。タービンアセンブリの段は、燃焼ガス流に含まれる熱エネルギーを機関ロータの回転の形で機械エネルギーに変換するのを促進する。

多くの周知の燃焼タービン機関では、燃焼ガス流温度が上昇すると、通常、機関効率が増加する。燃焼ガス流温度の１つの典型的な範囲は、摂氏約１３１６℃から１４２７℃（華氏２４００°Ｆから２６００°Ｆ）である。こうした機関のいくつかでは、影響される構成要素を形成するのに使用される材料の温度限界（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ）によって、燃焼ガス温度の上方パラメータが存在する可能性がある。周知の限界を超える温度に長い間曝されると、構成要素の変形またはその他の構成要素の耐用年数を縮める影響を引き起こす可能性がある。

上述の有害である可能性のある影響を緩和しながら、所望の燃焼ガス流温度を得るいくつかの周知の方法は、エンジンの動作中に影響を受けた構成要素を冷却する方法を導入することである。これらの周知の方法のうちの１つは、空気流の流れの一部分を圧縮機アセンブリの排出から影響を受ける構成要素に流すことである。

前述の周知の機関のうちのいくつかでは、上述のように冷却される可能性のある構成要素の１つは、第１段タービンノズルであり、それはＳ１Ｎ（ステージワンノズル）と呼ばれることもある。少なくとも１つの静翼を備えるＳ１Ｎは通常、高温ガス経路内の燃焼ガス流の流れを燃焼アセンブリからタービンアセンブリの第１段と関連付けられた動翼の組に流す。

多くの周知の燃焼タービン機関は、Ｓ１Ｎ静翼内の空洞に冷却空気を流し、空気はその後、タービンノズル静翼内の開口を介して燃焼ガス流に流され、それはしばしば膜冷却と呼ばれるプロセスである。冷却空気流は一般に、燃焼ガス流よりも高圧であり、したがってガス流内への空気の流れが促進される。ノズル静翼キャビティを介してガス流に入る、より低温の空気は、ノズルの径方向に最も外側の区画に、すなわち静翼の外側表面に割り付けられ、静翼のより外側の壁に沿ってより低温の空気の層を形成することによって膜冷却効果を生じ、それによって静翼の高温の燃焼ガス流の影響を緩和する。

この形式のタービンノズル静翼の膜冷却を使用するいくつかの周知の燃焼タービン機関は、タービンアセンブリの第１段の動翼に燃焼ガス流を導入する前に、高温ガス経路内の燃焼ガス流の温度の低下を生じさせることができる。温度の低下は、冷却空気がより高い温度のガスと混合することによるものである。いくつかの周知の燃焼タービンは、８０℃から１５０℃（１７６°Ｆから３０２°Ｆ）の範囲のガス流の温度低下を受ける可能性がある。この状態は、所与の燃焼率に関してタービンアセンブリの動力出力を減少させる傾向を有し、それによってエンジン効率の低下を招く。

温度の低下を克服するのにしばしば使用される１つの方法は、燃焼速度を、すなわち燃料の燃焼の速度を増加させ、冷却空気をガス流に導入することに続いて第１段の動翼において燃焼ガス流の温度を回復させるためにタービンノズルの前に燃焼ガス流の増加を促進させることである。この作用の結果は、燃焼ガス流の温度、およびタービンアセンブリの動力出力を回復させる傾向にあるが、燃焼の速度も増加させる。

燃焼の速度を増加させ、それに続いて、一般にほぼ１５３８℃（２８００°Ｆ）になって許容される、燃焼ガス温度を所定の閾値の上に上昇させると、しばしばＮＯ_Ｘと呼ばれる、すなわち法規制上の制限を含む、様々な関連する環境問題を有する燃焼ガス流の成分である、窒素酸化物の形成の増加を引き起こす傾向になる可能性がある。ＮＯ_Ｘの形成に関する可能性の低下を促進するために、燃焼を監視するために機関のオペレータによってしばしば観測される１つのパラメータは、燃料／空気比、すなわちその燃焼に関して使用される空気に対して燃焼される燃料の比率である。比率が減少すると、ＮＯ_Ｘの形成に関する可能性が低下する。一般に、燃焼タービンは、希薄燃焼によって稼動し、すなわちその比率は実用として最低限であり、実際の比率は０．０２５〜０．０３２の範囲である。圧縮機から排出された空気の一部分を燃焼プロセスからノズル冷却回路に分流することで、比率の空気値を減少させる傾向になり、燃料／空気比率が上昇する傾向になる。上記に論じたように、こうした環境は、ＮＯ_Ｘの形成に関する可能性を上昇させる傾向になる。したがって、ノズルの冷却に対して使用され、続いてガス流内に排出される（圧縮機から排出された）空気量を最小限に抑えることが望ましい。冷却空気の所定の量を減少させることは、冷却空気をガス流内に排出することに関連する遂行の効果を低減させ、燃料／空気比を低下させ、それによってＮＯ_Ｘの形成に関する可能性を低下させる。

（材料の限界、およびＮＯ_Ｘの形成による）ガス温度の上方の閾値の組合せ、および（ＮＯ_Ｘの形成による）燃料／空気比の狭い範囲により、燃焼タービン機関の最も効果的な動作モードを確立する際の柔軟性を低下させる可能性がある。
米国特許第４，４９２，５１７号米国特許第５，２８８，２０７号米国特許第５，７３８，４９３号米国特許第５，５９１，００２号米国特許第５，８１３，８３５号米国特許第６，１４２，７３０号米国特許第６，１８３，１９４号米国特許第６，２６１，０５４号米国特許第６，４３５，８１３号米国特許第６，４３５，８１４号米国特許第６，４６８，０３１号米国特許第６，５０６，０１３号米国特許第６，８６８，６７６号

本発明は、上記従来技術の課題を解決することを目的の一つとする。

１つの態様では、タービンノズル冷却サブシステムが提供される。サブシステムは、少なくとも１つのタービンノズルセグメントを含む。セグメントは、円弧状の径方向に最も外側の端壁、円弧状の径方向に最も内側の端壁、および少なくとも１つのエーロフォイルの静翼を備える。最も外側の端壁は、少なくとも１つの開放通路を含む。最も内側の端壁は、少なくとも１つの開放通路を含む。少なくとも１つのエーロフォイルの静翼は、内側の径方向の端壁と外側の径方向の端壁との間に延出し、それらに連結されている。静翼はさらに、キャビティ、前縁、後縁、およびエーロフォイルの静翼の外面を備える。キャビティは、エーロフォイルの静翼の内面、および複数のタービュレータを備える。キャビティおよび開放通路は、エーロフォイルの冷却空気流の流れが促進されるように流れ連通している。サブシステムは、圧縮機アセンブリと流れ連通している少なくとも１つのディフューザ、および少なくとも１つのタービンノズルセグメントも備える。ディフューザは、少なくとも１つのディフューザ壁、および少なくとも１つのキャビティを備える。少なくとも１つのディフューザ壁は、エーロフォイルの冷却空気流を少なくとも１つのタービンノズルセグメントに流すことが促進されるように圧縮機アセンブリからタービンノズルセグメントに延出する。エーロフォイルの冷却空気流は、圧縮機アセンブリの排気流の流れの少なくとも一部分を含む。

別の態様では、燃焼タービン機関を組み立てる方法が提供される。この方法は、少なくとも１つのタービンノズルセグメントを燃焼タービン機関の固定支持構造の少なくとも１つの部分に連結するステップを含む。この方法は、少なくとも１つのタービンノズルセグメントを少なくとも１つの移行片に連結するステップも含む。この方法はさらに、冷却流体を少なくとも１つのタービンノズルのエーロフォイルの静翼に流すことができるように、冷却流体源を少なくとも１つのタービンノズルセグメントに連結するステップを含む。この方法は、圧縮機アセンブリの排気流の流れの少なくとも一部分が少なくとも１つのタービンノズルセグメントに流れるように、ディフューザ壁を圧縮機アセンブリおよび少なくとも１つのタービンノズルセグメントに連結するステップも含む。

別の態様では、燃焼タービン機関が提供される。機関は、圧縮機アセンブリ、および圧縮機アセンブリと流れ連通した燃焼器アセンブリを備える。機関は、タービンノズル冷却サブシステムも備える。サブシステムは、少なくとも１つのタービンノズルセグメントを含む。ノズルは、円弧状の径方向に最も外側の端壁、円弧状の径方向に最も内側の端壁、および少なくとも１つのエーロフォイルの静翼を備える。最も外側の端壁は、少なくとも１つの開放通路を含む。最も内側の端壁は、少なくとも１つの開放通路を含む。少なくとも１つのエーロフォイルの静翼は、内側の径方向の壁と外側の径方向の壁との間に延出し、それらに連結されている。静翼はさらに、キャビティ、前縁、後縁、およびエーロフォイルの静翼の外面を備える。キャビティは、エーロフォイルの静翼の内面、および複数のタービュレータを備える。キャビティおよび開放通路は、エーロフォイルの冷却空気流の流れが促進されるように流れ連通している。少なくとも１つのディフューザが、圧縮機アセンブリおよび少なくとも１つのタービンノズルセグメントと流れ連通している。ディフューザは、少なくとも１つのディフューザ壁、および少なくとも１つのキャビティを備える。少なくとも１つのディフューザ壁は、エーロフォイルの冷却空気流を少なくとも１つのタービンノズルセグメントに流すことが促進されるように、圧縮機アセンブリからタービンノズルセグメントに延出する。エーロフォイルの冷却空気流は、圧縮機アセンブリの排気流の流れの少なくとも一部分を含む。機関は、タービンノズル冷却サブシステムと流れ連通したタービンアセンブリも含む。

図１は、例示の燃焼タービン機関１００の概略図である。機関１００は、圧縮機アセンブリ１０２、燃焼器アセンブリ１０４、第１段のタービンノズル１０６、タービンノズル冷却サブシステム１０８、タービンアセンブリ１１０、および共通の圧縮機／タービンシャフト１１２（ロータ１１２と呼ばれることもある）を備える。１つの実施形態では、機関１００は、サウスカロライナ州Ｇｒｅｅｎｖｉｌｌｅのゼネラルエレクトリック社から市販されている７ＦＢエンジンと呼ばれることもあるＭＳ７００１ＦＢエンジンである。

動作の際には、空気が圧縮機アセンブリ１０２を通って流れ、圧縮空気が燃焼器アセンブリ１０４に供給され、アセンブリ１０４は、アセンブリ１０２と流れ連通している。燃焼器アセンブリ１０４は、アセンブリ１０２からの空気を使用して、たとえば天然ガスおよび／または燃料油の燃料を点火し、燃焼させ、ほぼ摂氏１３１６℃から１４２７℃（華氏２４００°Ｆから２６００°Ｆ）の高温の燃焼ガス流を生成する。燃焼器アセンブリ１０４は、Ｓ１Ｎとしても呼ばれることがある第１段のタービンノズル１０６とも流れ連通し、高温のガス流がノズル１０６に導かれる。ノズル１０６は、ガス流がタービンアセンブリ１１０の第１段の動翼（図１には示されない）に流れるようにガス流の方向を変更するのを促進する、少なくとも１つの静翼（図１には示されない）を備え、そうすることで、タービンアセンブリ１１０によるガス流の熱エネルギーからロータ１１２の回転エネルギーへのエネルギー変換が促進されるようになる。第１段のタービンノズル冷却サブシステム１０８は、下記により詳細に説明するようにノズル１０６の冷却を促進する。タービンアセンブリ１１０は、ロータ１１２に回転可能に連結され、そのロータを駆動し、ロータはそれに続いて、圧縮機アセンブリ１０２に回転動力を提供し、アセンブリ１０２は、シャフト１１２に同じく回転可能に連結されている。例示の実施形態では、複数の燃焼器アセンブリ１０４およびノズル１０６がある。下記の議論では、特別に示さない限り、各構成要素の１つのみが論じられる。

図２は、（図１に示される）燃焼タービン機関１００と共に使用可能なタービンノズル冷却サブシステム２００の例示の実施形態の断片の概略図である。サブシステム２００は、圧縮機アセンブリ２０２と関連付けられ、流れ連通している。サブシステム２００は、燃焼器アセンブリ２１０とも関連付けられ、流れ連通している。アセンブリ２１０は、燃焼器端部カバー２１２、複数の燃料ノズル２１４、燃焼器外筒２１６、燃焼器ライナ２１８、燃焼器チャンバ２２０、トランジションピース２２２、および燃焼器出口２２４を備える。さらに、サブシステム２００は、タービンアセンブリ２３０と関連付けられ、流れ連通している。アセンブリ２３０は、第１段の動翼２３２、外殻２３４、および内殻２３６、外側の支持構造２３８、ならびに内側の支持構造２４０を備える。サブシステム２００は、ディフューザ２５０を備え、ディフューザ２５０は、ディフューザキャビティ２５２、およびディフューザ壁２５４を備える。ディフューザ壁２５４は、バイパス孔と呼ばれることもある複数の開放通路２５５を備える。サブシステム２００は、タービンノズル２５６、および圧縮機排出プレナム２５８も備える。タービンノズル２５６は、複数のタービンノズルセグメントを備え、そのうちの１つが図３に示される。

動作に際しては、圧縮機アセンブリ２０２は、上記に論じたような（図１に示される）共通のシャフト１１２を介してタービンアセンブリ２３０によって駆動される。圧縮機アセンブリ２０２が回転すると、アセンブリは空気を圧縮し、連動した矢印が示すように、圧縮空気をディフューザ２５０内に排出する。空気はディフューザキャビティ２５２に入り、対応する矢印によって示され、エーロフォイルまたはノズルの冷却空気流と呼ぶことができるようなディフューザ壁２５４を介して、一部分がタービンノズル２５６に流される。圧縮機アセンブリ２０２のさらに先の部分では、排出された空気は、対応する矢印が示し下記にさらに論じられるように、複数の開口通路２５５を介して圧縮機排出プレナム２５８に直接流される。ノズル２５６に導かれた空気の一部分は、対応する矢印が示すようにノズル２５６から出てプレナム２５８に流される。

開放通路２５５（バイパス孔）は、ノズル２５６を迂回する所定の百分率の空気流を設定するために、寸法を決め、ディフューザ壁２５４に位置決めすることができる。例示の実施形態では、圧縮機２０２の空気排出流のほぼ５０％は、ノズル冷却空気流に流され、ほぼ４０％が圧縮機排出プレナム２５８に直接流され、それに伴って空気の最小限の量のみがエーロフォイルの後縁およびプラットフォーム冷却に流される。ノズル２５６の対流冷却は、ノズルの冷却空気流の質量流量を増加させることによって促進される。別の実施形態では、タービンノズル冷却サブシステム２００に流される圧縮機２０２の排出の百分率は、実質的に１００％に増加させることができる。

燃焼器アセンブリ２１０は、燃焼器端部カバー２１２を介してプレナム２５８から空気を受け取る。燃料は、燃料ノズル２１４を介して燃焼器アセンブリ２１０によって受け取られる。燃料および空気は、燃焼器ライナ２１８を介して形成される燃焼チャンバ２２０内に注入される。ライナ２１８は、燃焼器外筒２１６を介して支持され、外筒２１６は、たとえばタービン区画などの外環境からの燃焼チャンバ２２０の燃焼プロセスの分離も促進する。燃料はチャンバ２２０内で点火され、燃焼され、それによって生じる燃焼ガスは、トランジションピース２２２に向って流され、そこを通る。トランジションピース２２２は、対応する矢印によって示されるように、燃焼ガス流を燃焼器出口２２４に流し、それに続き、（さらに下記に説明される）タービンノズル２５６のセグメントに流す。燃焼ガス流は、対応する矢印によって示されるように、さらにノズル２５６によって動翼２３２に導かれる。チャンバ２２０からトランジションピース２２２、燃焼器出口２２４、次いでノズル２５６、それに続いて第１段２３２を含む燃焼ガス流の経路は、高温ガス経路と呼ぶことができる。

一般に、圧縮機２０２の排出からタービンアセンブリ２３０の入口まで、すなわち、空気経路を通って燃焼器アセンブリ２１０に至り、燃焼プロセスを経て、それに続いて高温ガス経路に入るねじれた移動行程と関連付けられた第１段の動翼２３２の差圧と呼ばれることもある圧力降下は、タービン効率を評価するためにオペレータによって観測されるパラメータである。空気が燃焼器２１０に入る前にノズル２２２を冷却するための圧縮機２０２の排気を用いることは、圧縮機２０２の排出と第１段の動翼２３２との間の圧力降下を増大させる傾向になる可能性があり、それによって、その後（図１に示される）機関１００の効率を低下させる可能性があることに留意されたい。例示の実施形態では、冷却回路は、全体の圧力降下の増大をほぼ２％より低いところに軽減するように、上記に説明したように寸法を決められ、位置決めすることができる。ノズル冷却空気流において、上述したように、質量流量の増加に関連して差圧の増大を緩和し、同時にほぼ０．１５マッハ数（ＭＮ）だけ空気流速を増加させることは、上述したようなノズル２５６の膜冷却を実質的に大幅にすることができ、またある環境では完全ではなく対流冷却と置き換えられる状態を円滑化する。さらに、前述の差圧の増大による機関１００の効率の低下の可能性は、ほぼ９３℃（２００°Ｆ）の温度上昇によって相殺することができ、それはノズル２５６の膜冷却を介して燃焼ガス流の中に冷却空気を注入しないことによって実現することができる。さらに、第１の温度が第２の温度より高くなっている状態で、第１の温度でノズル２５６から排出された空気を、第２の温度でディフューザ２５０からの空気を受け取る圧縮機排出プレナム２５８内に混合することは、燃焼器アセンブリ２１０への空気流の温度の全体的な上昇を促進し、それによって、その後の燃焼器アセンブリ２１０の操作性の向上を促進することができる。

外殻２３４は、プレナム２５８内での空気の流れを促進し、タービンアセンブリ２３０が外環境、たとえばタービン区画からの分離を促進する。内殻２３６は、第１段、すなわちノズル２５６および動翼２３２、ならびにそれに続く段（図２には示されない）を備えるタービン段を通るガス流を促進する。ノズル２５６は、（図１には示されず、下記にさらに説明される）複数のノズルセグメントを備え、そのセグメントは、同じく下記にさらに論じられる外側の支持構造２３８および内側の支持構造２４０を介して支持される。内側の支持構造２４０および外側の支持構造２３８は、複数のノズルセグメント２５６を支持し、ノズル２５６に入りそこから出るエーロフォイルの冷却空気流を促進することができる環状の開口を形成するために位置決めし、構成することができる。

図３は、（図１に示される）燃焼タービン機関１００と共に使用可能な第１段のタービンノズルセグメント３００の例示の実施形態の図である。図３は、タービンノズルセグメント３００の斜視図を示す。本明細書では、「軸方向寸法」、「軸方向」または「軸方向長さ」に対する参照は、軸３０１に沿って、または軸３０１に平行に延出する、たとえばノズル部分または構成要素の測定値、距離または長さを指すものであると理解すべきである。さらに、「径方向寸法」、「径方向」または「径方向長さ」に対する本明細書での参照は、軸３０１上の一点で軸３０１に交差し、軸３０１に垂直な軸３０２に沿って、または軸３０２に平行に延出する、たとえばノズル部分または構成要素の測定値、距離または長さを指すものであると理解すべきである。さらに、「円周方向寸法」、「円周方向」、「円周方向長さ」、「弦寸法」、「弦方向」および「弦長さ」に対する本明細書での参照は、軸３０１および軸３０２を含む平面で、またはそのような平面と平行な平面で測定された、たとえばノズル部分または構成要素の測定値、距離または長さを指すものであると理解すべきである。たとえば、タービンノズルアセンブリなどの構成要素によってタービンシャフトの周りに形成された弧の長さは、弦の長さとして参照することができる。

図３を参照すると、ノズルセグメント３００は、２つの静翼３０４を備え、静翼３０４は、前縁３０６および後縁３０８を備える。セグメント３００は、外側前面３１２と外側後面３１４の間に延びる軸方向長さを有する円弧状の径方向外側の端壁３１０も備える。外側後面３１４は、ファスナー開口通路３１７を備える外側後面ファスナー部材３１５を備える。外側前面３１２は、外側前面スロット３１３を備える。円弧状の径方向内側の端壁３１６は、全体的に外壁３１０に対向し、内側前面３１８と内側後面３２０の間に延びる軸方向長さを有する。内側前面３１８は、内側前面スロット３１９を備える。小さなガイドブレード３２２および大きなガイドブレード３２４は、内側後面３２０と関連付けられている。ブレード３２４は、ファスナー開口通路３２５を備える。ノズルセグメント３００の前縁３０６は、外側前面３１２と内側前面３１８との間に画成され、ノズルセグメント３００の後縁３０８は、外側後面３１４と内側後面３２０との間に画成される。例示の実施形態では、後縁３０８の径方向長さは、前縁３０６の径方向長さよりも長くなっている。

ノズルセグメント３００は、外側の端壁３１０に形成される少なくとも１つの外側シールスロット３２６および／または内側の端壁３１６に形成される少なくとも１つの内側シールスロット３２８を備えることができる。ノズルセグメント３００が内側の支持構造２４０（図２に示される）および外側の支持構造２３８（図２に示される）によって形成される環状の開口内に位置決めされると、隣接するノズルセグメント３００および／または隣接するタービンノズルの間に耐流体シールを形成するために、適切なシールまたはガスケット（図示されない）がシールスロット３２６および／または３２８に挿入可能である。

内側の端壁３１６は、静翼３０４内へのノズルの冷却空気流の流れを促進するために、複数の開放通路３３０を備える。一般に、各静翼３０４は、ノズル冷却空気の退出を促進するために端壁３１６に１つの開放通路を有する。ノズル冷却空気の進入を促進するために、端壁３１０に同様の開放通路（図３に示されない）が同じく存在する。

例示のノズルセグメント３００は、（図１に示される）機関１００用の（図２に示される）ノズル２５６を形成するために、隣接するノズルセグメント３００と連結可能である。任意の適切な数のノズルセグメント３００は、外側の支持構造２３８および内側の支持構造２４０によって形成される環状の領域に円周方向に位置決めされ、（図１に示される）シャフト１１２の周りに径方向に、全体的に軸３０１に沿って軸方向に延出する、タービンノズル２５６を形成するように連結することができる。セグメント３００は、外側前面３１２のスロット３１３および内側前面３１８のスロット３１９を介して、（図２に示される）トランジションピース２２２に連結することができる。セグメント３００は、ファスナー部材３１５を介して（図２に示される）外側の支持構造２３８に連結し、また開口通路３１７によって（図３に示されない）少なくとも１つのファスナーに連結することができる。セグメント３００は、ブレード３２２および３２４を介して（図２に示される）内側の支持構造２４０に連結し、ファスナー開口通路２３５によって（図３に示されない）ファスナーに連結することもできる。

図４は、（図１に示される）機関１００と共に使用可能な第１段のタービンノズルセグメント３００の例示の実施形態の別の斜視図である。図示された斜視図は、図４が冷却空気流の入口か頂部になって裏返しになったノズルセグメント３００を示す点で、すなわち図２が円周方向に、径方向で最上部の位置でタービンノズルセグメント２５６を示し、図４が円周方向に、径方向で最底部の位置でタービンノズルセグメント３００を示す点で、（図２に示される）ノズルセグメント２５６に関する斜視図と一致しない。セグメント３００は静翼３０４を備え、静翼３０４は、前縁３０６および後縁３０８を備える。セグメント３００は、外側の端壁３１０、外側の前面３１２、外側の後面３１４、外側の後面ファスナー部材３１５、外側の前面スロット３１３、内側の端壁３１６、内側の前面３１８、内側の後面３２０、内側の前面スロット３１９、小ガイドブレード３２２、大ガイドブレード３２４、外側のシールスロット３２６、および内側のシールスロット３２８も備える。例示の実施形態では、後縁３０８の径方向長さは、前縁３０６の径方向長さよりも長い。

図４は、対応する矢印を有する燃焼ガス流の流れ３３１、および冷却空気流の流れ３３２も示す。

セグメント３００の弦長さは、所定のノズルの冷却空気流の流れ速度および所定の燃焼ガス流の流速を得ることを促進するために、セグメント３００を適切に寸法を定めるように予め定められている。

図５は、（図１に示される）燃焼タービン機関１００と共に使用可能なタービンノズル静翼４００の例示の実施形態の図である。静翼４００は、前縁４０２、後縁４０４、外面４０６、および冷却空気開放通路４０８を備える。図６は、燃焼タービン機関１００と共に使用可能なタービンノズル静翼４００の例示の実施形態の別の斜視図である。図５に示された構成要素に加えて、図６は、冷却キャビティ４１０、内面４１２、および第２の開放通路４０８を示す。

図５および６を参照すると、燃焼ガス流は、前縁４０２の上を流れ、静翼４００の両方の開放側面上で外面４０６の上に流される。開放通路４０８を有する静翼４００の両側面は、（図３に示される）内側の端壁３１６、および（図３に示される）外側の端壁３１０に連結され、したがって、ガス流の流れに曝されないことに留意されたい。冷却空気は、開放通路４０８のうちの１つに通され、静翼のキャビティ４１０に入る。タービュレータ（図５および６に示されない）は、内壁４１２に連結可能な小さな突起を備える。タービュレータは、外面４０６から内面４１２、それに続いて冷却空気への熱伝達を促進するために静翼４００内の冷却空気内の乱流を誘起させる。冷却空気は、反対側の開放通路４０８から出る。入口開放通路４０８での冷却空気は通常、出口開放通路の空気よりも圧力が大きく、温度が低くなっている。

図３を参照すると、例示の実施形態では、インピンジメントインサート（ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔｉｎｓｅｒｔ）は、関連付けられた冷却空気流の領域を増加させ、冷却空気流に対する抵抗を低下させることを促進するためのノズルセグメント３００に連結されなくてもよいことに留意されたい。あるいは、図３および６を参照すると、ノズル３００は、関連付けられた各静翼３０４に対して少なくとも１つの（図３に示されない）インピンジメントインサートを備えることができ、そのインサートは、外側の端壁３１０に（図３に図示されない）キャストフランジ（ｃａｓｔｆｌａｎｇｅ）と一体に連結するために、その入口端部にカラーを有する。インサートは、端壁３１０の（図３に示されない）開放通路に挿入することができる延長部を備えることも可能であり、その延長部は、静翼４００のキャビティ４１０内に延びる。延長部は、複数のインピンジメントフロー孔（ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔｆｌｏｗｈｏｌｅ）を備え、その孔は、キャビティ４１０内での冷却空気流の分配も促進する。

図７は、（図１に示される）燃焼タービン機関１００と共に使用可能なタービンノズル冷却サブシステム５００の別の実施形態の断片図である。システム５００は、圧縮機アセンブリ５０２と関連付けられ、流れ連通している。サブシステム５００は、ディフューザ５０４および圧縮機排出プレナム５０６を備える。さらに、サブシステム５００は、トランジションピース５０８と関連付けられ、流れ連通している。サブシステム５００は、分流器５１２、タービンノズル冷却空気圧縮機５１４、およびタービンノズル冷却空気用の圧縮機排出プレナム５１５を有するエーロフォイルプレナム５１０も備える。さらに、サブシステム５００は、内側の支持構造５１６、冷却空気流の開放通路５１８、およびタービンノズル５２０を備える。サブシステム５００は、第１段の動翼５２２と流れ連通している。

圧縮機アセンブリ５０２は、（図１に示される）タービンアセンブリ１１０を介して回転可能に動力を与えられる。圧縮空気の排出は、分流器５１２を介して少なくとも２つの流れに分割される。ディフューザ５０４に流される空気流の流れはさらに、対応する矢印によって示されるように圧縮機排出プレナム５０６に流され、続いて（図１に示される）燃焼器アセンブリ１０４に流される。

エーロフォイルプレナム５１０に流される空気流の流れは、対応する矢印によって示されるようにタービンノズル冷却空気圧縮機５１４に流される。圧縮機５１４は少なくとも１つの圧縮の段を備え、例示の実施形態は圧縮の１つの段を示す。圧縮機５１４は、圧縮機５０２を介して回転可能に動力を与えることができる。あるいは、圧縮機５１４は、タービンアセンブリ１１０または電気モータに回転可能に連結可能な回転サブシステムを介して動力を与えることができる。圧縮機５１４から排出された空気は、タービンノズル冷却空気用の圧縮機排出プレナム５１５に流される。内側の支持アセンブリ５１６は、タービンノズル５２０に対する支持を促進する。支持アセンブリ５１６は、プレナム５１５からノズル５２０への空気の流れを促進する冷却空気流開放通路５１８を備える。ノズル５２０は、実質的に（図３および４に示される）ノズル３００と同様であってもよい。

冷却空気流は、対応する矢印によって示されるようにノズル５２０を通って流れる。この冷却空気は、ノズル５２０の冷却用に使用され、続いて、（図１に示される）燃焼器アセンブリ１０４内で使用するために、完全にまたは部分的にノズル５２０からプレナム５０６に排出される。冷却空気のある部分は、膜冷却としてガス流に入ることができる。対応する矢印によって示されるように、トランジションピース５０８からノズル５２０を通って第１段の動翼５２２に流される燃焼ガス流は、ノズル５２０内で温度上昇を引き起こす傾向がある。ノズル５２０からノズルの冷却空気流への熱伝達は、ノズル５２０の温度限界を超える可能性の低下を促進する。例示の実施形態では、インピンジメントインサートは、関連付けられた冷却空気流の領域を増加させ、冷却空気流に対する抵抗を軽減することを促進するためのノズルセグメント５２０に連結されなくてもよいことに留意されたい。別の実施形態では、ノズル５２０は、（図３に示さない）関連付けられた各静翼３０４に対して少なくとも１つの（図７に示されない）インピンジメントインサートを備えることができ、そのインサートは、（図３に図示される）外側の端壁３１０に（図３に図示されない）キャストフランジと一体に連結するために、その入口端部にカラーを有する。インサートは、端壁３１０の（図３に示されない）開放通路に挿入することができる延長部を備えることも可能であり、その延長部は、（図６に示される）静翼４００の（図６に示される）キャビティ４１０内に延びる。延長部は、複数のインピンジメントフロー孔を備え、その孔は、キャビティ４１０内での冷却空気流の分配も促進する。

図８は、（図１に示される）燃焼タービン機関１００を組み立てるための例示の方法６００の流れ図である。方法６００の方法ステップ６０２は、タービンノズルセグメントを形成するステップを含む。ステップ６０２は、（図３および４に示される）静翼３０４および（図５および６に示される）静翼４００と同様の少なくとも１つのタービンノズルのエーロフォイルの静翼を鋳造するステップも含み、静翼４００の外面４０６が実質的に多孔質でないことが、エーロフォイルの冷却空気流の流れの少なくとも一部分が高温ガス経路に入ることを低減することを促進し、それに続いて（図２に示される）燃焼器出口２２４と（図２に示される）第１段の動翼２３２との間の燃焼ガス流の温度低下を軽減する。

方法ステップ６０２はさらに、（図３に示される）外側の径方向端壁３１０および（図３に示される）内側の径方向端壁を（図３に示される）静翼３０４に溶接するステップを含む。

例示の実施形態では、インピンジメントインサートは、ノズルセグメント３００に挿入されない。あるいは、インピンジメントインサートは、セグメント３００内への冷却空気の流れの分配を促進するようにセグメント３００に挿入可能である。

方法６００の方法ステップ６０４は、（図３に示される）タービンノズルセグメント３００を（図１に示される）燃焼タービン機関１００に連結するステップを含む。図２を参照すると、ステップ６０４は、複数のノズルセグメント２５６を支持し、ノズル２５６に入りそこから出る空気流を促進することができる環状の開口を形成するために、内側の支持構造２４０および外側の支持構造２３８を位置決めし、構成するステップを含む。

図３を参照すると、方法ステップ６０４は、機関１００用の（図２に示される）ノズル２５６を形成するために、例示のノズルセグメント３００を隣接するノズルセグメント３００と連結するステップも含む。任意の適切な数のノズルセグメント３００は、（図２に示される）外側の支持構造２３８および（図２に示される）内側の支持構造２４０によって形成される環状の領域に円周方向に位置決めし、（図１に示される）シャフト１１２の周りに径方向に、タービンノズルを形成するように連結することができる。

ステップ６０４はさらに、エーロフォイルの冷却空気流の流れおよび燃焼ガス流の流れが促進されるように、外側の支持構造２３８および内側の支持構造２４０によって形成される環状のキャビティ内にタービンノズルセグメント３００を位置合わせするステップを含む。

方法６００の方法ステップ６０６は、（図２に示される）タービンノズルセグメント２５６を（図２に示される）トランジションピース２２２に連結し、それによって燃焼ガス流れの連通を促進するステップを含む。セグメント３００は、外側前面３１２のスロット３１３および内側前面３１８のスロット３１９を介して、トランジションピース２２２に連結可能である。セグメント３００は、ファスナー部材３１５を介して外側の支持構造２３８に連結し、また開口通路３１７によって（図３に示されない）少なくとも１つのファスナーに連結することもできる。セグメント３００は、ブレード３２２および３２４を介して内側の支持構造２４０に連結し、ファスナー開口通路３２５によって（図３に示されない）ファスナーに連結することもできる。

図１を参照すると、方法６００の方法ステップ６０８は、関連付けられたタービンノズルの（図３に示される）エーロフォイルの静翼３０４に冷却流体を流し、それによってエーロフォイルの冷却空気流の流れを促進することができるように、冷却流体源を（図３に示される）タービンノズルセグメント３００に連結するステップを含む。例示の実施形態では、ステップ６０８は、タービンノズル冷却サブシステム１０８に圧縮空気を流すことができるように圧縮機アセンブリ１０２に回転可能に動力を与えるために、共通のシャフト１１２を介してタービンアセンブリ１１０を圧縮機アセンブリ１０２に連結するステップを含む。

あるいは、図７を参照すると、方法ステップ６０８は、ノズルの冷却空気流を流すことが促進されるように、分流器５１２およびタービン冷却空気圧縮機５１４を設置するステップも含むこともできる。

図２を参照すると、方法６００の方法ステップ６１０はディフューザ壁２５４を圧縮機アセンブリ２０２およびタービンノズルセグメント２５６に連結し、それによって圧縮機アセンブリ２０２の排気流の流れの少なくとも一部分をタービンノズルセグメント２５６に流すステップを含む。ディフューザ壁２５４は、溶接によってアセンブリ２０２およびセグメント２５６に連結可能である。あるいは、壁２５４は、たとえば少なくとも１つのボルトおよび少なくとも１つのナットを備える機構を用いて、アセンブリ２０２およびセグメント２５６に取り付けることが可能である。同様にして、その代わりに、壁２５４をディフューザ２５０の製造と関連付けられた鋳造プロセスに組み込むことができる。

再び図２を参照すると、方法６００の方法ステップ６１２は、少なくとも１つの開放通路２５５をディフューザ壁２５４内に位置決めし、構成するステップを含む。ステップ６１２はさらに、少なくとも１つの開放通路２５５によってディフューザ壁２５４の少なくとも一部分を貫通し、それによって圧縮機排気流の流れのかなりの部分を少なくとも１つのタービンノズルセグメントに導くステップを含む。壁２５４を貫通する１つの例は、所定の間隔で壁２５４内に所定の直径によって所定の数の開口通路２５５を穴開けすることである。あるいは、開放通路は壁２５５をディフューザ２５０の製造と関連付けられた鋳造プロセスに組み込むことができる。

あるいは、方法ステップ６１２は、実行されず、それによってタービンノズル冷却サブシステム２００に圧縮機アセンブリ２０２の排出の実質的に１００％を流すことを促進することができる。

本明細書に説明されたタービンノズル冷却サブシステムに関する方法および装置は、燃焼タービン機関の動作を促進する。より詳細には、上記に説明されたタービンノズル冷却サブシステムを設計し、設置し、動作させることは、タービンの第１段のノズルで燃焼ガス流に空気を注入することにより燃焼タービン効率の減少を緩和することによって燃焼タービン機関の動作を促進する。さらに、ＮＯ_Ｘ排出の増加がタービンノズル冷却サブシステムによって緩和される。その結果、燃焼タービン効率の低下、それに関連する燃料コスト、拡張保守コストの上昇、およびエンジン停止を減少し、またはなくすことができる。

本明細書に説明され、かつ／または示された方法および装置は、燃焼タービン機関、より具体的にはタービンノズル冷却サブシステムに関する方法および装置に対して説明され、かつ／または示されたが、本明細書に説明され、かつ／または示された方法の実施は一般に、タービンノズル冷却サブシステムにも燃焼タービン機関にも限定されない。そうではなく、本明細書に説明され、かつ／または示された方法は、任意のシステムの設計、設置および動作に適用可能である。

燃焼タービン機関と関連するタービンノズル冷却サブシステムの例示の実施形態は、上記に詳細に説明された。方法、装置、およびシステムは、本明細書に説明された特定の実施形態にも、設計され、設置され、動作される特定のタービンノズル冷却サブシステムにも限定されず、そうではなくタービンノズル冷却サブシステムを設計し、設置し、装着する方法は、本明細書に説明されたその他の方法、装置およびシステムから独立に、個別に、または本明細書に説明されない構成要素を設計し、設置し、動作させることに利用できる。たとえば、その他の構成要素も本明細書に説明された方法を用いて設計され、設置され、動作されることが可能である。

本発明を様々な具体的な実施形態によって説明してきたが、当業者は、本発明が特許請求の趣旨および範囲内での変更によって実施可能であることを理解するであろう。

例示の燃焼タービン機関の概略図である。図１の燃焼タービン機関と共に使用可能なタービンノズル冷却サブシステムの例示の実施形態の断片の概略図である。図１の燃焼タービン機関と共に使用可能な第１段のタービンノズルセグメントの例示の実施形態の図である。図１の燃焼タービン機関と共に使用可能な第１段のタービンノズルセグメントの例示の実施形態の別の斜視図である。図１の燃焼タービン機関と共に使用可能なタービンノズル静翼の例示の実施形態の図である。図１の燃焼タービン機関と共に使用可能なタービンノズル静翼の例示の実施形態の別の斜視図である。図１の燃焼タービン機関と共に使用可能なタービンノズル冷却サブシステムの別の実施形態の断片図である。図１の燃焼タービン機関と共に使用可能な燃焼タービン機関を組み立てる例示の方法の流れ図である。

符号の説明

１００燃焼タービン機関
１０２圧縮機アセンブリ
１０４燃焼器アセンブリ
１０６ノズル
１０８冷却サブシステム
１１０タービンアセンブリ
１１２ロータ
２００サブシステム
２０２圧縮機アセンブリ
２１０燃焼器アセンブリ
２１２燃焼器端部カバー
２１４ノズル
２１６外筒
２１８燃焼器ライナ
２２０チャンバ
２２２トランジションピース
２２４燃焼器出口
２３０タービンアセンブリ
２３２動翼
２３４外殻
２３６内殻
２３８外側の支持構造
２４０内側の支持構造
２５０ディフューザ
２５２ディフューザキャビティ
２５４ディフューザ壁
２５５開放通路
２５６ノズル
２５８圧縮機排出プレナム
３００ノズルセグメント
３０１軸
３０２軸
３０４静翼
３０６前縁
３０８後縁
３１０端壁
３１２外側前面
３１３外側前面スロット
３１４外側後面
３１５ファスナー部材
３１６内側の端壁
３１７開口通路
３１８内側前面
３１９内側前面スロット
３２０内側後面
３２２ブレード
３２４ブレード
３２５ファスナー開口通路
３２６シールスロット
３２８内側シールスロット
３３０開放通路
３３１ガス流の流れ
３３２空気流の流れ
４００静翼
４０２前縁
４０４後縁
４０６外面
４０８第２の開放通路
４１０キャビティ
４１２内面
５００サブシステム
５０２圧縮機アセンブリ
５０４ディフューザ
５０６圧縮機排出プレナム
５０８トランジションピース
５１０エーロフォイルプレナム
５１２分流器
５１４圧縮機
５１５プレナム
５１６支持アセンブリ
５１８空気流開放通路
５２０ノズル
５２２第１段の動翼
６００方法
６０２ステップ
６０４ステップ
６０６ステップ
６０８ステップ
６１０ステップ
６１２ステップ

Claims

少なくとも１つのタービンノズルセグメント（３００）と該少なくとも１つのタービンノズルセグメント及び圧縮機アセンブリ（１０２）に流れ連通する少なくとも１つのディフューザ（２５０）とを備えるタービンノズル冷却サブシステム（２００）であって、
前記少なくとも１つのタービンノズルセグメント（３００）は、円弧状の径方向に最も外側の端壁（３１０）、円弧状の径方向に最も内側の端壁（３１６）、および少なくとも１つのエーロフォイルの静翼を備え、前記最も外側の端壁が少なくとも１つの開放通路（３１７）を備え、前記最も内側の端壁が少なくとも１つの開放通路を備え、前記少なくとも１つのエーロフォイルの静翼が前記内側の径方向端壁と前記外側の径方向端壁との間に延び且つ該内側の径方向端壁と該外側の径方向端壁とに連結され、前記静翼がさらにキャビティ（４１０）、前縁（４０２）、後縁（４０４）、およびエーロフォイルの静翼の外面（４０６）を備え、前記キャビティがエーロフォイルの静翼内面および複数のタービュレータを備え、前記キャビティおよび前記開放通路がエーロフォイルの冷却空気流の流れが促進されるように流れ連通しており、
前記少なくとも１つのディフューザ（２５０）は、該ディフューザが少なくとも１つのディフューザ壁（２５４）および少なくとも１つのキャビティ（２５２）を備え、前記少なくとも１つのディフューザ壁が、前記エーロフォイルの冷却空気流を前記少なくとも１つのタービンノズルセグメントに流すことが促進されるように、圧縮機アセンブリから前記タービンノズルセグメントに延出し、前記エーロフォイルの冷却空気流が、圧縮機アセンブリの排気流の流れの少なくとも一部分を含む、タービンノズル冷却サブシステム（２００）。
前記ノズル（２５６）が燃焼器アセンブリ（１０２）およびタービンアセンブリ（１１０）の第１段の動翼（２３２）と燃焼ガス流により流れ連通しており、前記ディフューザ（２５０）および圧縮機排出プレナム（５０６）と冷却空気流により流れ連通しており、それによって、前記開放通路（３１７）内で流される前記エーロフォイルの冷却空気流が、窒素酸化物（ＮＯ_２）の形成の低下が促進されるように、前記タービンノズルキャビティ内の燃焼ガス流の少なくとも一部分から、前記エーロフォイルの静翼（４００）の外面（４０６）の少なくとも一部分、および前記エーロフォイルの静翼の内面（４１２）の少なくとも一部分を介する前記空気流の少なくとも一部分への熱伝達を促進する、請求項１記載のタービンノズル冷却サブシステム（２００）。
前記ノズル（２５６）がタービンアセンブリに対して、前記外側の端壁（３１０）を介して外側の支持構造（２３８）に、また前記内側の端壁（３１６）を介して内側の支持構造（２４０）に連結され、前記エーロフォイルの冷却空気流の流れが促進されるように前記外側の支持構造および前記内側の支持構造が位置決めされ且つ構成される、請求項１記載のタービンノズル冷却サブシステム（２００）。
前記複数のタービュレータが、前記少なくとも１つのタービンノズルセグメント（３００）の前記内側のエーロフォイルの静翼面（４１２）の少なくとも一部分に連結された複数の突起を備え、前記空気流の少なくとも一部分の中で乱流が引き起こされるように、前記複数のバッフルが前記エーロフォイルの冷却空気流の少なくとも一部分と流れ連通して位置決めされ、前記乱流が前記タービンノズルセグメント内の燃焼ガス流の少なくとも一部分から、前記タービンノズルのエーロフォイルの静翼の外面（４０６）の少なくとも一部分、および前記タービンノズルのエーロフォイルの静翼の内面の少なくとも一部分を介して、前記空気流の少なくとも一部分への熱伝達を促進する、請求項１記載のタービンノズル冷却サブシステム（２００）。
前記キャビティ（４１０）が、前記タービンノズルのエーロフォイルの静翼の内面（４１２）の少なくとも一部分にわたってエーロフォイルの冷却空気流の流れの少なくとも一部分を促進するように位置決めされ且つ構成される、請求項１記載のタービンノズル冷却サブシステム（２００）。
前記少なくとも１つのディフューザ壁（２５４）が、少なくとも１つの開放通路（２５５）を備え、前記ディフューザ内の圧縮機排気流の流れの少なくとも一部分が圧縮機排出プレナムに直接流れるように、前記少なくとも１つの開放通路が圧縮機排出プレナム（５０６）と直接に流れ連通する、請求項１記載のタービンノズル冷却サブシステム（２００）。
前記エーロフォイルプレナム（５１０）が、分流器（５１２）およびタービンノズル冷却空気圧縮機（５１４）を備え、前記分流器およびタービンノズル冷却空気圧縮機が、圧縮機アセンブリ（５０２）と流れ連通し、前記分流器が、圧縮機アセンブリの排気流の流れの少なくとも一部分を前記タービンノズルの冷却空気圧縮機に流すことを促進し、前記圧縮機が、少なくとも１つの圧縮の段を備え、前記タービンノズルセグメント（３００）と流れ連通し、ノズル冷却空気の少なくとも一部分を前記圧縮機排出プレナムに流すことが促進されるように、前記タービンノズルセグメントが、圧縮機排出プレナム（５０６）と流れ連通し、ノズル冷却空気の少なくとも一部分を前記燃焼器アセンブリに流すことが促進されるように、前記圧縮機排出プレナムが燃焼器アセンブリと流れ連通する、請求項１記載のタービンノズル冷却サブシステム（２００）。
前記少なくとも１つのディフューザ壁（２５４）が、前記ディフューザ（２５０）内の実質的に大部分の圧縮機アセンブリの排気流の流れが、前記タービンノズルセグメント（３００）に直接流されるように位置決めされ、構成された実質的に多孔質でない材料を備える、請求項１記載のタービンノズル冷却サブシステム（２００）。
前記エーロフォイルの静翼のキャビティ（４１０）が、前記キャビティ内に挿入される少なくとも１つのインピンジメントスリーブを備え、前記エーロフォイルの冷却空気流の少なくとも１つの部分と流れ連通して位置決めされる、前記少なくとも１つのインピンジメントスリーブが、燃焼ガス流の少なくとも一部分から、前記エーロフォイルの静翼の外面（４０６）の少なくとも１つの部分、および前記エーロフォイルの静翼の内面（４１２）の少なくとも１つの部分を介して、前記エーロフォイルの静翼のキャビティ内の前記エーロフォイルの冷却空気流への熱伝達を促進する、請求項１記載のタービンノズル冷却サブシステム（２００）。
圧縮機アセンブリ（１０２）と、前記圧縮機アセンブリと流れ連通する燃焼器アセンブリ（１０４）と、タービンノズル冷却サブシステム（２００）と、該タービンノズル冷却サブシステムと流れ連通するタービンアセンブリ（１１０）とを備える燃焼タービン機関（１００）であって、
前記タービンノズル冷却サブシステム（２００）は、少なくとも１つのタービンノズルセグメント（３００）を備え、前記ノズル（２５６）が、円弧状の径方向に最も外側の端壁（３１０）、円弧状の径方向に最も内側の端壁（３１６）、および少なくとも１つのエーロフォイルの静翼（４００）を備え、前記最も外側の端壁が、少なくとも１つの開放通路（３１７）を備え、前記最も内側の端壁が少なくとも１つの開放通路を備え、前記少なくとも１つのエーロフォイルの静翼が前記内側の径方向壁と前記外側の径方向壁との間に延び且つ前記内側の径方向壁と前記外側の径方向壁とに連結され、前記静翼はさらに、キャビティ（４１０）、前縁（４０２）、後縁（４０４）、およびエーロフォイルの静翼の外面（４０６）を備え、前記キャビティは、エーロフォイルの静翼の内面、および複数のタービュレータを備え、エーロフォイルの冷却空気流の流れが促進されるように前記キャビティおよび前記開放通路が流れ連通し、少なくとも１つのディフューザ（２５０）が圧縮機アセンブリ（１０２）および前記少なくとも１つのタービンノズルセグメントと流れ連通し、前記ディフューザが、少なくとも１つのディフューザ壁（２５４）および少なくとも１つのキャビティ（２５２）を備え、前記少なくとも１つのディフューザ壁が、前記エーロフォイルの冷却空気流を前記少なくとも１つのタービンノズルセグメントに流すことが促進されるように、圧縮機アセンブリから前記タービンノズルセグメントに延出し、前記エーロフォイルの冷却空気流が、圧縮機アセンブリの排気流の流れの少なくとも一部分を備える、燃焼タービン機関（１００）。