JP2008138667A - タービンシュラウドアセンブリの優先配分復熱式フィルム冷却を容易にするシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 ガスタービンエンジン用のタービンノズルおよびシュラウドアセンブリ（３００）を提供する。
【解決手段】 タービンノズルおよびシュラウドアセンブリ(３００)が、前方圧力面および半径方向内側表面（１３８）を形成する前縁（１３３）を包含するシュラウドセグメント（１３０）を包含し、更に、シュラウドセグメントが、前方圧力面と半径方向内側表面の間において前縁を貫通して斜めに延在する複数の復熱式冷却開口（１８１）を形成し、タービンノズル（３０２）が、外側バンド（１８３）の後方圧力面を形成する後縁を包含する外側バンドを包含し、タービンノズル（３０２）がシュラウドセグメントから上流にあり且つシュラウドセグメントに結合されて、ギャップ（１８２）が後方圧力面（１５０）と前方圧力面の間に形成され、ギャップが、ガスタービンエンジンを貫通して流れる高温ガス流路に向かって冷却流体を案内すべく構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、概ねガスタービンエンジンに関し、より詳細には、一体的なタービンノズルおよびシュラウドアセンブリを冷却する方法およびシステムに関する。

ガスタービンエンジンの効率を高める１つの既知のアプローチは、タービン作動温度を上昇させることを要求する。しかし、作動温度が高くなれば、所定のエンジンコンポーネントの熱限界が超過され得ることになり、結果として運転寿命の減少および／または重大な故障を引き起こす。更に、各コンポーネントの増大する熱膨張および熱収縮は、コンポーネントのクリアランスおよび／またはコンポーネントの相互嵌合い関係に悪影響を与え得る。従って、そのようなコンポーネントの冷却を容易にして、高い作動温度に曝されるときの潜在的に有害な結果を回避するために、ガスタービンエンジンには冷却システムが組み込まれていた。

主要な空気流から、すなわち圧縮機からの空気を冷却目的のために抽出することは周知である。エンジン作動の効率を維持することを容易にするために、抽出される冷却空気量は、典型的には、全体の主要空気流の僅かなパーセントのみに限定されている。それ故、これは、冷却空気が安全限度の範囲内で各コンポーネントの温度を維持することを容易にするために最大の効率で利用されることを要求する。

例えば、高温に曝される１つのコンポーネントは、燃焼器から延在する高圧タービンノズルの直下流に位置するシュラウドアセンブリである。シュラウドアセンブリは、高圧タービンのロータの回りに周方向に延在し、その結果、高圧タービンを貫通して流れる主要なガス流の外側境界線（流路）の一部を形成する。ガスタービンエンジンの効率は、タービンブレードの半径方向外側表面とシュラウドアセンブリの半径方向内側表面の間において計測されるタービンブレードの先端クリアランスの変動によって否定的な影響を受け得る。過渡的なエンジン作動中、タービンブレードの先端クリアランスは、タービンロータとシュラウドアセンブリの相対的な半径方向変位の関数である。タービンロータは、典型的には静止的なシュラウドシステムより大きい質量を有するものであり、結果として、タービン作動中、タービンロータは、典型的にはシュラウドアセンブリより遅い熱応答性を有する。タービンロータの半径方向変位とシュラウドアセンブリの半径方向変位における差が余りに大きいとき、ブレードの先端クリアランスは、増大して、エンジン効率の低下を生じ得る。

更にまた、エンジン作動中には、ギャップが、高圧タービンノズル外側バンドの後縁と隣接シュラウドセグメントの前縁の間に形成され得る。ノズル漏出および／またはパージ流をも包含するが、これに限定されるものでない冷却空気は、そのギャップに進入し、高圧タービンを貫通して流路指定される主要なガス流れの中に流入する。冷却空気は、概ね、シュラウド前縁前方圧力面に向かって案内される外側バンド後縁の中に位置決めされる１列の軸方向整列冷却開口によって提供され、端面の冷却およびギャップのパージを容易にする。既知のノズル外側バンド後縁およびシュラウド前縁が単純な９０°の角度を有するので、ギャップは、主要なガス流の中に直接に開口する。エンジン作動中、主要なガス流がノズル翼形部を貫通して流れるので、周方向ガス圧の変動が翼形部後縁の下流に形成され得る。この周方向ガス圧の変動は、外側バンドとシュラウドセグメントの間におけるギャップの中に局所的な高温ガスの吸込みを引き起こすかもしれない。結果として、ギャップを介して流れる冷却空気は、下流のシュラウドセグメントを効果的には冷却しないこともあり得る。
米国特許第６，９８４，１００号 米国特許第６，７７９，５９７号 米国特許第６，４８５，２５５号 米国特許第６，４３１，８３２号 米国特許第６，４３１，８２０号 米国特許第６，３９８，４８８号 米国特許第６，３５４，７９５号 米国特許第６，３４０，２８５号 米国特許第５，５１１，９４５号 米国特許第５，２１７，３４８号 米国特許第４，９４９，５４５号

１つの態様では、ガスタービンエンジン用のタービンノズルおよびシュラウドアセンブリを提供する。タービンノズルおよびシュラウドアセンブリは、前方圧力面および半径方向内側表面を形成する前縁を包含するシュラウドセグメントを包含する。シュラウドセグメントは、更に、前方圧力面と半径方向内側表面の間において前縁を貫通して斜めに延在する複数の復熱式冷却開口を形成する。前記外側バンドの後方圧力面を形成する後縁を有する外側バンドを包含するタービンノズルは、シュラウドセグメントから上流にあってシュラウドセグメントに結合され、ギャップが後方圧力面と前方圧力面の間に形成される。ギャップは、ガスタービンエンジンを貫通して流れる高温ガス流路に向かって冷却流体を案内すべく構成される。

もう１つの態様では、ガスタービンエンジン用の冷却システムを提供する。ガスタービンエンジンは、前方圧力面を形成する前縁を有するシュラウドセグメントと、後方圧力面を形成する後縁を有する外側バンドを包含するタービンノズルとを包含する。タービンノズルは、シュラウドセグメントから上流に位置決めされて、タービンシュラウドアセンブリに結合され、ギャップが後方圧力面と前方圧力面の間に形成される。ギャップは、ガスタービンエンジンを貫通して流れる高温ガス流路に向かって冷却流体を案内すべく構成される。ギャップの中心線に対する所定の傾斜入口角度で前縁を貫通して延在し且つ前方圧力面と半径方向内側表面の間に延在する複数の復熱式冷却開口を介して冷却流体の一部を案内して、前縁の優先冷却を容易にするように構成される冷却システムである。

またここでは、ガスタービンエンジンを組み立てる方法を開示する。この方法は、タービンシュラウドアセンブリをガスタービンエンジンの中に結合させることを包含する。タービンシュラウドアセンブリは、前方圧力面および半径方向内側表面を形成する前縁を有するシュラウドセグメントを包含する。タービンノズルは、タービンシュラウドアセンブリに結合され、タービンノズルの外側バンドの後方圧力面と前方圧力面の間にギャップが形成される。複数の復熱式冷却開口は、ギャップの中心線に対する所定の傾斜入口角度で前縁を貫通して且つ前方圧力面と半径方向内側表面の間に形成され、前縁を貫通して冷却流体を案内し、前縁の優先冷却を容易にする。

本発明は、高圧タービンノズルの後縁と隣接シュラウドセグメントの前縁との間に形成されるギャップの中に対する高温ガスの吸込みを最小限にするタービンシュラウド冷却システムを提供する。その結果、タービンシュラウド冷却システムは、シュラウド前縁におけるかまたはその下流における半径方向内側表面上の局所的な高温ガス温度スポットを最小化し或いは冷却する。更に、シュラウドセグメントの前縁の回りにおける周方向に復熱式冷却開口を優先的に配分することによって、タービンシュラウド冷却システムは、シュラウド前縁を対流冷却するだけでなく、シュラウドセグメントの半径方向内側表面をフィルム冷却することをも容易にする。

本発明は航空機ガスタービンのシュラウドアセンブリを冷却することに関連するその用途を参照して以下に説明されるが、本文における教示内容によって案内されるように適切な修正を加えることを条件として、本発明の冷却システムまたはアセンブリは、それに限定されることなく、ノズルおよび／または翼形部のセクションのようなその他のタービンエンジンのコンポーネントを冷却することを容易にするためにも適当であり得ることが当業者にとっては明白であろう。

更に、本件の明細書および請求項の全体にわたる用語「流体」の言及は、適切なガス、空気および／または液体を包含するがそれらに限定されることなく、本文において説明するようなシュラウド冷却アセンブリに組み合せて適切に使用される流体特性を有する任意の適切な冷却材料または冷却媒体を指し示すものと理解されるべきである。結果として、シュラウド冷却アセンブリは、本文では、タービンノズルおよびシュラウドアセンブリを貫通して冷却空気を案内するものとして説明されているが、本文における教示内容によって案内されるように任意の適当な流体がシュラウド冷却アセンブリと共に使用され得ることが当業者にとっては明白であろう。

図１は、シュラウドアセンブリを貫通する高圧冷却空気流を概略的に示す例示的なシュラウドアセンブリの側面図である。図２は、シュラウドアセンブリを貫通する高圧冷却空気流を概略的に示す代替的なシュラウドアセンブリの側面図である。過渡的なエンジン作動中におけるシュラウドアセンブリの熱応答性および／またはシュラウドアセンブリの変位を制御することを容易にするために、例示的な実施例では、タービンエンジン冷却アセンブリ１０８は、ガスタービンエンジンの高圧タービンセクション１１２および低圧タービンセクション１１４のためのものとして、参照番号１１０で概略的に示されるシュラウドアセンブリを包含する。タービンエンジン冷却アセンブリ１０８は、それに限定されることなく、ノズルセクションおよび／または翼形部セクションのようなガスタービンエンジンのその他のセクションを冷却することを容易にするためにも適当であり得ることが当業者にとっては明白であろう。

シュラウドアセンブリ１１０は、シュラウドセグメント１３０の形態をとるタービンエンジン冷却コンポーネントを包含する。各々のシュラウドセグメント１３０は、シュラウドセグメント１３０の周方向前縁１３３における前方装着フック１３２を包含する。シュラウドセグメント１３０は、更に、中央セクション装着フック１３４と、シュラウドセグメント１３０の周方向後縁１３７に隣接する後方装着フック１３６とを包含する。

複数のシュラウドセグメント１３０は、概ね既知の様式で周方向に配置され、環状セグメント式シュラウドを形成する。シュラウドセグメント１３０は、高圧タービンブレード（図示せず）とシュラウドセグメント１３０の高圧タービンセクションの半径方向内側表面１３８との間において、且つ低圧タービンブレード（図示せず）とシュラウドセグメント１３０の低圧タービンセクションの半径方向内側表面１４０との間において環状クリアランスを形成する。複数のセグメント式シュラウドのサポート１４４は、シュラウドセグメント１３０を相互接続する。各々のシュラウドサポート１４４は、周方向にまたがって、隣接シュラウドセグメント１３０を支持する。代替的な実施例では、シュラウドサポート１４４は、２つのシュラウドセグメント１３０より少ないかまたはそれより多いシュラウドセグメント１３０の任意の適当な個数を支持すべく修正される。例示的な実施例では、シュラウドアセンブリ１１０は、二十六（２６）個のシュラウドセグメント１３０と、十三(１３)個のシュラウドサポート１４４とを包含するが、代替的な実施例では、シュラウドセグメント１３０および／またはシュラウドサポート１４４の任意の適当な個数が利用されても良い。

各々のシュラウドサポート１４４は、それぞれの前方突出ハンガー１５２，１５４および１５６を形成する前方セクション１４６、中央セクション１４８および後方セクション１５０を包含する。装着フック１３２，１３４および１３６は、それぞれに、溝内舌状部またはハンガー内フックの相互接続において協働ハンガー１５２，１５４および１５６によって受容され、シュラウドサポート１４４がそれぞれのシュラウドセグメント１３０を支持する。

シュラウドアセンブリ１１０は、シュラウドサポート１４４を続いて所望の位置で支持することになる環状シュラウドリング構造１５８を包含する。１つの実施例では、シュラウドリング構造１５８は、単片式の連続的な環状シュラウドリング構造である。各々のシュラウドサポート１４４の半径方向位置は、各々のシュラウドセグメント１３０のものと同様に、シュラウドリング構造１５８上に形成される２つのみの環状位置制御リング１６２および１６４によって厳密に制御される。従来のシュラウドリング構造とは対照的に、シュラウドアセンブリ１１０の重量を削減し或いは制限することを容易にするために、シュラウドリング構造１５８は、２つのみの位置制御リング１６２および１６４を包含する。中央セクション位置制御リング１６２は、サポート構造中央セクション１４８によって形成される後方突出装着フック１６７を第１の周方向の溝内舌状部またはハンガー内フックの相互接続において受容しおよび／またはそれと協働する軸方向前方突出装着ハンガー１６６を包含する。後方位置制御リング１６４は、サポート構造後方セクション１５０の後方突出装着フック１６９を第２の周方向の溝内舌状部またはハンガー内フックの相互接続において受容しおよび／またはそれと協働する軸方向前方突出装着ハンガー１６８を包含する。

例示的な実施例では、ハンガー１６６および／または１６８は、それぞれのハンガー１５４およびハンガー１５６に対して真直に軸方向に整列していて、すなわち同じ半径方向平面に概ね整列配置されていて、シュラウドサポート１４４に対して提供され、結果として対応するシュラウドセグメント１３０に対しても提供される半径方向サポートおよび／または半径方向位置制御を最大化することを容易にする。この整列方向付けは、シュラウドサポートアセンブリ全体の剛性を高めることを容易にする。代替的な実施例では、図２に示すように、ハンガー１６６および／またはハンガー１６８は、それぞれのハンガー１５４およびハンガー１５６に対してオフセットして軸方向に整列していて、すなわち同じ半径方向平面の中には概ね整列配置されていない。例示的な実施例では、シュラウドリング構造１５８は、シュラウドリング構造１５８の後方端部において燃焼器ケース（図示せず）に対してボルト留めされる。シュラウドリング構造１５８は、燃焼器ケースのインターフェースにおいて前縁１３３から離して片持ちにされる。それ故、中央セクション位置制御リング１６２は、燃焼器後方フランジ（図示せず）から数インチ離して位置決めされ、結果として、燃焼器ケース内の半径方向の撓みにおける如何なる不均一な周方向の変動からも隔離される。

例示的な実施例では、高圧冷却空気１７０は、シュラウドアセンブリ１１０の上流に位置決めされる圧縮機（図示せず）から抽出される。圧縮機から抽出される高圧冷却空気１７０の第１部分１７１は、高圧タービンセクション１１２を冷却することを容易にする。圧縮機から抽出される高圧冷却空気１７０の第２部分１７２は、低圧タービンセクション１１４を冷却することを容易にする。更に図１を参照すれば、第１部分１７１および第２部分１７２に対応する方向矢印は、高圧タービンセクション活性対流冷却ゾーン１７３を貫通する高圧冷却空気１７０の第１部分１７１の流路の少なくとも一部と、低圧タービン活性対流冷却ゾーン１８６（以下に説明する）を貫通する高圧冷却空気１７０の第２部分１７２とをそれぞれに示している。

この実施例では、高圧冷却空気１７０の第１部分１７１は、第１の活性対流冷却ゾーンまたは高圧タービンセクションの活性対流冷却ゾーン１７３の中に流量調節される。より詳細には、高圧冷却空気１７０の第１部分１７１は、シュラウドサポート１４４の中に形成される少なくとも１つの高圧タービンセクション（ＨＰＴＳ）供給孔１７４を介して流量調節される。高圧冷却空気１７０の第１部分１７１は、高圧タービンセクション活性対流冷却ゾーン１７３の中に位置決めされる受け皿形状のＨＰＴＳ衝突バッフル１７５に衝突する。バッフル１７５は、シュラウドサポート１４４に結合し、その結果として、上側ＨＰＴＳ空洞またはプレナム１７６を少なくとも部分的に形成する。高圧冷却空気１７０の第１部分１７１は、その後、シュラウドセグメント１３０の中に形成される下側ＨＰＴＳ空洞またはプレナム１７８の中への冷却空気として、衝突バッフル１７５の中に形成される複数の穿孔１７７を介して流量調節され、その冷却空気は、シュラウドセグメント１３０の裏面１７９に衝突する。消費された衝突冷却空気１８０のような高圧冷却空気の一部は、高圧タービンノズル外側バンド１８３とシュラウドセグメント前縁１３３の間に形成されるギャップ１８２をパージすることを容易にすべく構成されるシュラウドセグメント前縁１３３において或いはその近傍において形成される複数の前方方向付け冷却開口１８１を介してプレナム１７８から出て行く。高圧冷却空気の一部１８４は、シュラウドセグメント１３０の中に形成される複数の後方方向付け冷却開口１８５を介して流量調節され、半径方向内側表面１３８および／または１４０をフィルム冷却することを容易にする。冷却開口１８１から出て行く高圧冷却空気の消費された衝突冷却空気１８０は、前縁１３３におけるシュラウドアセンブリ１１０の中への高温ガスの噴射または再循環を防止し或いは制限することを容易にする。

圧縮機から抽出される高圧冷却空気１７０の第２部分１７２は、低圧タービンセクション１１４を冷却することを容易にする。この実施例では、高圧冷却空気１７０の第２部分１７２は、第２の活性対流冷却ゾーンまたは低圧タービンセクションの活性対流冷却ゾーン１８６の中に流量調節される。より詳細には、高圧冷却空気１７０の第２部分１７２は、シュラウドサポート１４４の中に形成される少なくとも１つの低圧タービン供給孔１８７を介して流量調節される。高圧冷却空気１７０の第２部分１７２は、低圧タービンセクション活性対流冷却ゾーン１８６の中に位置決めされる受け皿形状の低圧タービンセクション（ＬＰＴＳ）衝突バッフル１８８に衝突する。バッフル１８８は、シュラウドサポート１４４に結合し、その結果として、上側ＬＰＴＳ空洞またはプレナム１８９を少なくとも部分的に形成する。高圧冷却空気１７０の第２部分１７２は、その後、衝突バッフル１８８の中に形成される穿孔１９０を介して且つ下側ＬＰＴＳ空洞またはプレナム１９１の中に流量調節され、その高圧冷却空気は、シュラウドセグメント１３０の裏面１９２に衝突する。冷却空気１９３は、シュラウドセグメント１３０を貫通して形成される複数の後方方向付け冷却開口１９４を介してプレナム１９１から出て行き、シュラウドセグメント１３０下流の後縁１３７の半径方向内側表面１４０をフィルム冷却することを容易にする。

図１に示すように、高圧冷却空気１７０は、先ず初めに、高圧タービンノズル外側バンド１８３と中央セクション位置制御リング１６２を形成するシュラウドリング構造１５８の部分との間に少なくとも部分的に形成されるダクト２０４の中に案内される。高圧冷却空気１７０は、高圧冷却空気１７０がダクト２０４を介して案内されるとき、ダクト２０４の中において第１部分１７１および第２部分１７２に分離される。高圧冷却空気１７０の第１部分１７１は、ＨＰＴＳ供給孔１７４を介して活性対流冷却ゾーン１７３およびプレナム１７８の中に流量調節され、高圧タービンセクション１１２における衝突冷却を容易にする。消費された衝突冷却空気１８０は、シュラウドセグメント１３０から、シュラウドセグメント前縁冷却開口１８１を介して出て行き、高圧タービンノズル外側バンド１８３とシュラウドセグメント１３０の間に形成されるギャップ１８２をパージすることを容易にし、および／または、高圧タービンセクション１１２の後端２０５に形成される冷却開口１８５を介して出て行き、シュラウドセグメント１３０の半径方向内側表面１３８および／または１４０をフィルム冷却することを容易にする。

高圧冷却空気１７０の第２部分１７２は、シュラウドサポート１４４とシュラウドセグメント１３０の間において且つ中央セクション位置制御リング１６２と後方位置制御リング１６４の間において少なくとも部分的に形成される第２活性対流冷却ゾーン１８６の中に案内される。高圧冷却空気１７０の第２部分１７２は、低圧タービンセクション１１４を冷却することを容易にする。１つの実施例では、高圧冷却空気１７０の第２部分１７２は、シュラウドサポート１４４の中に形成される複数の低圧タービン供給孔１８７を介して流量調節される。より詳細には、高圧冷却空気１７０の第２部分１７２は、活性対流冷却ゾーン１８６の中へ直接に流量調節され、低圧タービンセクション１１４の中におけるシュラウドセグメント衝突冷却を容易にし、冷却空気は、シュラウドサポート１４４とシュラウドリング構造１５８の間において且つ中央セクション位置制御リング１６２と後方位置制御リング１６４の間において不活性対流冷却ゾーン２１１を形成する第３領域２１０を迂回する。消費された衝突冷却空気は、シュラウドセグメント１３０の後縁１３７において或いはその近傍において形成される冷却開口１９４を介して、シュラウドセグメント１３０から出て行く。

図１に示された流路の中において、高圧タービンセクション活性対流冷却ゾーン１７３および／または低圧タービンセクション活性対流冷却ゾーン１８６は、直接且つ積極的に冷却される。低圧タービンセクション不活性対流冷却ゾーン２１１は、不活性であり、すなわち、高圧冷却空気は、不活性対流冷却ゾーン２１１を貫通しては全く流れない。その結果、過渡的なエンジン作動中に形成される周囲条件に対する不活性対流冷却ゾーン２１１の中における熱応答性は、低下しおよび／または遅延する。結果として、中央セクション位置制御リング１６２および／または後方位置制御リング１６４の過渡的な変位もまた、低下しおよび／または遅延する。

図２に示された代替的な実施例では、高圧冷却空気１７０は、高圧タービンノズル外側バンド１８３と中央セクション位置制御リング１６２を形成するシュラウドリング構造１５８との間において少なくとも部分的に形成されるダクト２０４の中に案内される。高圧冷却空気１７０は、第１部分１７１および第２部分１７２に分割される。高圧冷却空気１７０の第１部分１７１は、ＨＰＴＳ供給孔（各供給孔）１７４を介して、プレナム１７６およびプレナム１７８を少なくとも部分的に形成する高圧タービンセクション活性対流冷却ゾーン１７３の中に流量調節され、高圧タービンセクション１１２の中におけるシュラウドセグメント衝突冷却を容易にする。消費された衝突冷却空気１８０は、シュラウドセグメント１３０から、シュラウドセグメント前縁冷却開口１８１を介して出て行き、高圧タービンノズル外側バンド１８３とシュラウドセグメント１３０の間におけるギャップ１８２をパージすることを容易にし、および／または高圧タービンセクション１１２の後端２０５に形成される冷却開口１８５を介して出て行き、半径方向内側表面１３８および／または１４０をフィルム冷却することを容易にする。

高圧冷却空気１７０の第２部分１７２は、シュラウドサポート１４４とシュラウドセグメント１３０の間において且つ中央セクション位置制御リング１６２と後方位置制御リング１６４の間において少なくとも部分的に形成される低圧タービンセクション第２活性対流冷却ゾーン１８６の中に案内され、低圧タービンセクション１１４を冷却することを容易にする。１つの実施例では、高圧冷却空気１７０の第２部分１７２は、シュラウドサポート１４４を貫通して形成される複数の低圧タービン供給孔１８７を介して流量調節される。高圧冷却空気１７０の第２部分１７２は、プレナム１８９およびプレナム１９１を少なくとも部分的に形成する低圧タービンセクション活性対流冷却ゾーン１８６の中に直接に流量調節され、低圧タービンセクション１１４におけるシュラウドセグメント衝突冷却を容易にする。消費された衝突冷却空気１９３は、シュラウドセグメント１３０の後縁１３７において或いはその近傍において形成される冷却開口１９４を介してシュラウドセグメント１３０から出て行く。

図１および図２に示すように、シュラウド冷却アセンブリは、高圧冷却空気を、高圧タービンセクション活性対流冷却ゾーン１７３の中へ直接に、および／または、それぞれの供給孔（各供給孔）１７４および供給孔（各供給孔）１８７を介して、低圧タービンセクション対流冷却ゾーン１８６の中へ案内する。

図１および図２に示すように、シュラウド冷却アセンブリでは、高圧冷却空気は、低圧タービンセクション不活性対流冷却ゾーン２１１を介しては流量調節されず、案内もされない。その結果、低圧タービンセクション不活性対流冷却ゾーン２１１を形成するコンポーネントは、従来的なシュラウド冷却アセンブリの中における活性対流冷却ゾーンを形成するコンポーネントよりも、過渡的なエンジン作動中における熱の状況および／または環境に対して比較的遅く反応する。この熱の状況および／または環境に対するより遅い反応は、中央セクション位置制御リング１６２および／または後方位置制御リング１６４の比較的遅い過渡的な変位を容易にする。

その結果、低圧タービンセクションシュラウドリング構造をバイパスすることによって、図１および図２に示された高圧冷却空気流路は、過渡的なエンジン作動中における過渡的な熱応答性および／またはシュラウドセグメントの変位を削減しおよび／または遅延させることを容易にする。より遅い反応は、更に、改善されたブレード先端クリアランスおよびタービンエンジン効率をも容易にする。

図３は、図１または図２に示すようなシュラウドアセンブリ１１０とシュラウドアセンブリ１１０に結合されるタービンノズル３０２とを包含する、例示的なタービンノズルおよびシュラウドアセンブリ３００の拡大した概略的断面図である。図４は、図１または図２に示すようなシュラウドアセンブリ１１０とシュラウドアセンブリ１１０に結合されるタービンノズル３０２とを包含する、代替的な例示的タービンノズルおよびシュラウドアセンブリ４００の拡大した概略的断面図である。

更に図３を参照すると、タービンノズルおよびシュラウドアセンブリ３００は、図１または図２に示すようなシュラウドアセンブリ１１０に類似したシュラウドアセンブリと、シュラウドアセンブリ１１０の各コンポーネントと同一であって、図３においても同じ参照番号を使用して指定されるタービンノズルおよびシュラウドアセンブリ３００の各コンポーネントとを包含する。ギャップ１８２は、上流のタービンノズル３０２の外側バンド１８３とシュラウドセグメント１３０を包含する下流の隣接シュラウドアセンブリ１１０との間のインターフェースにおいて形成される。例示的な実施例では、タービンノズル３０２は、シュラウドセグメント１３０から上流に位置決めされて、シュラウドセグメント１３０に結合され、ガスタービンエンジン用のタービンノズルおよびシュラウドアセンブリ３００を形成する。

シュラウドセグメント前縁１３３は、シュラウドセグメント１３０の前方圧力面３０４を形成する。例示的な実施例では、前方圧力面３０４は、ギャップ１８２を部分的に形成するコーナー部３０６を包含する。更にまた、コーナー部３０６は、以下で更に詳細に説明するように、シュラウドセグメント１３０の半径方向内側表面１３８，１４０において、或いはそれに隣接するかまたはその近傍において方向矢印３０８で概略的に表示されるようにフィルム冷却層を形成し或いは展開させることを容易にすべく構成される。

外側バンド１８３は、外側バンド１８３の後方圧力面３１２を形成する後縁３１０を有する。タービンノズル３０２がシュラウドセグメント１３０に結合するとき、ギャップ１８２は、後方圧力面３１２と前方圧力面３０４の間において少なくとも部分的に形成される。例示的な実施例では、外側バンド１８３は、半径方向内側表面３１５および後方フランジ３１６を包含する。後方フランジ３１６は、上流の前方圧力面３１７と後方圧力面３１２を形成する後縁３１０の少なくとも一部とを形成する。

ギャップ１８２は、冷却空気３２０が矢印３２５で表示される略軸方向を辿る燃焼ガスすなわち高温ガスの流路に向かって半径方向内向きに流れることを可能にする。高温ガス流路３２５は、ガスタービンエンジンによって規定される中心軸３２６に対して略平行に流れる。冷却空気３２０は、外側バンド１８３によって少なくとも部分的に形成されるタービンノズル活性対流冷却ゾーン３３１から出て行く消費されたタービンノズル冷却空気３３０、シュラウドセグメント１３０をも包含してタービンノズル３０２とシュラウドアセンブリ１１０の間において少なくとも部分的に形成されるダクト２０４（図１に示される）から案内される漏出空気３３２、および／または、シュラウドセグメント１３０と協働シュラウドサポート１４４（図１に示される）の間に形成される活性対流冷却ゾーン１７３から出て行く消費された衝突冷却空気１８０を包含しても良い。

例示的な実施例では、複数の吐出開口３６０は、後縁３１０の後方圧力面３１２を貫通して形成される。図３に示すように、各々の吐出開口３６０は、後方フランジ前方圧力面３１７と後方圧力面３１２の間において後方フランジ３１６を貫通して延在する。吐出開口３６０は、消費されたタービンノズル冷却空気３３０の流れをギャップ１８２の中に流量調節すべく構成される。１つの実施例では、吐出開口３６０は、中心軸３２６および／またはガスタービンエンジンを貫通して流れる高温ガス流路３２５に対して略平行に方向付けされる。この実施例では、吐出開口３６０は、消費されたタービンノズル冷却空気３３０をコーナー部３０６に向かって案内し、フィルム冷却層３０８を形成することを容易にすべく構成される。

更に図３を参照すると、複数の復熱式冷却開口３７０は、シュラウドセグメント１３０を貫通して形成される。より詳細には、復熱式冷却開口３７０は、前方圧力面３０４とシュラウドセグメント１３０の半径方向内側表面１３８の間において前縁１３３を貫通して形成される。図３に示すように、各々の復熱式冷却開口３７０は、前方圧力面３０４の中に形成される入口３７２と半径方向内側表面１３８の中に形成される吐出し３７４とを包含する。図３に示すように、各々の前方方向付け冷却開口１８１の吐出し３７６は、前方圧力面３０４の中に形成され、前方方向付け冷却開口吐出し３７６は、復熱式冷却開口入口３７２と概ね互い違いになる。

図４は、タービンノズルおよびシュラウドアセンブリの代替的な例示的実施例を示している。図４に示された実施例では、タービンノズルおよびシュラウドアセンブリ４００は、図３に示されたタービンノズルおよびシュラウドアセンブリ３００と実質的に同様である。それ故、図３に示されたコンポーネントと同一である図４に示されるコンポーネントは、図４においても同じコンポーネント参照番号を使用して指定される。

代替的な例示的実施例では、図４に示すように、周方向のギャッププレナム４０２は前方圧力面３０４上に形成され、各々の復熱式冷却開口３７０は、ギャッププレナム４０２の中に形成される入口３７２を包含する。この代替的な実施例では、各々の前方方向付け冷却開口吐出し３７６もまたギャッププレナム４０２の中に形成され、前方方向付け冷却開口吐出し３７６は、概ね、復熱式冷却入口３７２と互い違いになる。

図３および図４を参照すると、前方方向付け冷却開口１８１は、シュラウドセグメント前縁１３３の中に形成され、消費された衝突冷却空気１８０をギャップ１８２の中に流量調節すべく構成される。例示的な実施例では、図３および図４に示すように、冷却開口１８１は、後方圧力面３１２の中に形成される吐出開口３６０から半径方向外向きである。消費された衝突冷却空気１８０が冷却開口１８１から出てギャップ１８２の中に入ると、消費された衝突冷却空気１８０は、ダクト２０４（図１に示される）から案内される漏出空気３３２と混合する。例示的な実施例では、混合した冷却空気３２０がギャップ１８２から出て行くとき、図３に示すように、後方圧力面３１２を貫通して吐出開口３６０から出て行く消費されたタービンノズル冷却空気３３０は、コーナー部３０６に向かって案内され、半径方向内側表面１３８上においてフィルム冷却層３０８を形成することを容易にする。消費されたタービンノズル冷却空気３３０は、混合した冷却空気３２０の一部と混合し、および／またはそれをコーナー部３０６に向かって且つシュラウドセグメント１３０の半径方向内側表面１３８，１４０に沿って案内して、シュラウドセグメント１３０をフィルム冷却することを容易にする。更に、消費されたタービンノズル冷却空気３３０を高温ガス流路３２５に対して略平行に案内することによって、ギャップ１８２の中への不都合な高温ガスの噴射が、防止され或いは制限される。

その上、例示的な実施例では、混合した冷却空気３２０の少なくとも一部３８０は、復熱式冷却開口３７０の中に案内され、シュラウドセグメント１３０の前縁１３３を対流冷却することを容易にする。より詳細には、混合した冷却空気３２０の一部３８０が各々の復熱式冷却開口３７０を介して案内されるので、部分３８０は、対流によって前縁１３３を冷却する。

図５は、例示的な冷却開口パターンを示している、図３に示されたタービンノズルおよびシュラウドアセンブリ３００の平面図である。図６は、代替的な例示的冷却開口パターンを示している、図３に示されたタービンノズルおよびシュラウドアセンブリ３００の平面図である。図５に示すように、タービンノズルおよびシュラウドアセンブリ３００は、タービンノズル後縁３１０とシュラウドセグメント前縁１３３の間におけるギャップ１８２を形成する。タービンノズル３０２は、概ね、内側バンド（図示せず）から半径方向外側バンド１８３まで半径方向外向きに延在する複数の周方向離間エアフォイル翼形部５１０を包含する。吐出開口３６０は、消費されたタービンノズル冷却空気３３０をシュラウドセグメント前縁１３３に向かって流量調節することを容易にし、ギャップ１８２から移動性高温ガスをパージすることをも容易にすべく方向付けされる。

図５に示すように、吐出開口３６０は後方フランジ３１６を貫通して斜めに延在し、前方方向付け冷却開口１８１はシュラウドセグメント前縁１３３を貫通して斜めに延在する。例示的な実施例では、各々のノズルセグメント３０２は、第１側壁５１２および第２側壁５１４を包含する少なくとも１つのエアフォイル翼形部５１０を包含する。第１側壁５１２は、凸状であって、各々のエアフォイル翼形部５１０の吸込み側を形成し、第２側壁５１４は、凹状であって、各々のエアフォイル翼形部５１０の圧力側を形成する。側壁５１２および５１４は、前縁５１６において且つ各々のエアフォイル翼形部５１０の軸方向離間後縁５１８において互いに接合される。各々のエアフォイル後縁５１８は、各々のそれぞれのエアフォイル前縁５１６から翼弦方向且つ下流方向に離間される。第１および第２の側壁５１２および５１４は、それぞれに、半径方向内側バンド（図示せず）から半径方向外側バンド１８３までの範囲において長手方向或いは半径方向外向きに延在する。

各々の翼形部５１０は、前縁５１６から後縁５１８に向かうエアフォイル輪郭を有する。高温燃焼ガスがエアフォイル翼形部５１０の回りを流れると、側壁５１２に沿ったガスは加速してより低い静圧を形成し、側壁５１４に沿ったガスは減速してより高い静圧を形成する。エンジン作動中、高温燃焼ガスは、翼形部５１０とバンド１８３の間に流路指定され、側壁５１４から内側バンド（図示せず）および外側バンド１８３の表面上の側壁５１２に向かう１対の流路渦を形成する。その流路渦は、中間範囲のコア流からのより高温の燃焼ガスを内側バンド（図示せず）および外側バンド１８３に向かって導く。後縁３１０には、周方向に沿った周期的な圧力変動が存在する。前縁１３３における流路渦と周方向圧力変動の組合せは、半径方向内側表面１３８上に展開する周方向の周期的且つ局所的な高温スポット５５０を結果として生じる。時間経過と共に、そのような高温スポット５５０は、エンジンアセンブリの全体的な性能を低下させ、および／またはエンジンの耐久性を低下させ得る。

吐出開口３６０は、後縁３１０に対して外側バンド後方フランジ３１６において斜めに方向付けされ、吐出開口３６０から吐出される消費されたタービンノズル冷却流３３０は、ギャップ１８２の中に形成される中心線５５５に対する吐出角度αにおいて、且つ概ね矢印Ａによって示される回転の方向において吐出される。例示的な実施例では、吐出角度αは、斜めであり、それ故、ガスタービンエンジンを貫通する高温ガス流路３２５に対して平行ではない。より詳細には、この実施例では、全ての吐出開口３６０が、同じ吐出角度αで斜めに方向付けされる。代替的な実施例では、吐出開口３６０は、吐出開口３６０が本文において説明したように機能することを可能にする任意の吐出角度αで一様に斜めに方向付けされても良い。例示的な実施例では、吐出開口３６０は、外側バンド後縁３１０の回りにおいて等距離で周方向に離間される。更にまた、例示的な実施例では、吐出開口３６０は、全てが同じ大きさに形成され且つ同様に斜めに方向付けされる。例示的な実施例に示された吐出開口３６０は、同じ大きさに形成されて、後縁３１０の回りにおいて一様に離間されるが、代替的な実施例では、吐出開口３６０は、吐出開口３６０が本文において説明したように機能することを可能にする任意のサイズ、形状および／または方向付けを有しても良いと理解されるべきである。

例示的な実施例では、前方方向付け冷却開口１８１は、シュラウドアセンブリ前縁１３３を貫通して延在し、ギャップ１８２の中心線５５５に対して計測される吐出角度βで消費された衝突冷却空気１８０を吐出させるべく斜めに方向付けされる。この実施例では、吐出角度βは斜めであり、それ故、開口１８１から吐出されるそのような消費された衝突冷却空気１８０はガスタービンエンジンを貫通する高温ガス流路３２５に対して平行ではない。より詳細には、前方方向付け冷却開口１８１は、矢印Ａの方向において吐出角度βで一様に斜めに方向付けされる。代替的な実施例では、前方方向付け冷却開口１８１は、前方方向付け冷却開口１８１が本文において説明したように機能することを可能にする任意の吐出角度βで一様に斜めに方向付けされても良い。例示的な実施例では、前方方向付け開口１８１は、シュラウドアセンブリ前縁１３３の回りにおいて等距離で周方向に離間される。更にまた、前方方向付け冷却開口１８１は、全てが同じ大きさに形成され且つ同様に方向付けされる。例示的な実施例に示された前方方向付け冷却開口１８１は、同じ大きさに形成されて、前縁１３３の回りにおいて一様に離間されるが、代替的な実施例では、前方方向付け冷却開口１８１は、前方方向付け冷却開口１８１が本文において説明したように機能することを可能にする任意のサイズ、形状および／または方向付けを有しても良いと理解されるべきである。

例示的な実施例では、吐出開口３６０は、それぞれ、ギャップ１８２を横断して位置するそれぞれの前方方向付け冷却開口１８１に対して実質的に整列配置される。吐出開口３６０は、例示的な実施例では、それぞれの前方方向付け冷却開口１８１に対して実質的に整列配置されるが、代替的な実施例では、吐出開口３６０は、それぞれの前方方向付け冷却開口１８１に対して整列するようには要求されず、その代わりに、吐出開口３６０および前方方向付け冷却開口１８１が本文において説明したように機能することを可能にするそれぞれの前方方向付け冷却開口１８１から任意の距離だけオフセットしていても良いと理解されるべきである。それに加えて、例示的な実施例では、角度αおよびβは、例示的な実施例では同じ大きさを有するものとして説明されるが、代替的な実施例では、吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１がそれぞれの異なった角度αおよびβで方向付けされても良いと理解されるべきである。

作動において、吐出開口３６０および前方方向付け冷却開口１８１の傾斜方向付けは、吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１を介して流路指定され或いは流量調節される冷却空気に対して時計回り方向或いは接線方向の速度成分を付与する。その結果、冷却流のエネルギーは、整列していない開口を介して冷却空気を迂回させる際にエネルギーが何も失われないので、増強されることが容易になる。更にまた、冷却空気の時計回り方向の運動量は、ギャップ１８２内の圧力配分をバランスさせることを容易にし、ギャップ１８２の中への高温ガスの吸込みを低下させる。

更にまた、タービンノズルおよびシュラウドアセンブリ３００の回りにおける吐出開口３６０および前方方向付け冷却開口１８１の傾斜方向付けおよび位置は、ギャップ１８２の中への高温ガスの吸込みを削減することを容易にし、前縁１３３から下流の半径方向内側表面１３８のフィルム冷却を改善することをも容易にする。更にまた、吐出開口３６０および前方方向付け冷却開口１８１の傾斜方向付けおよび位置は、吐出開口３６０および前方方向付け冷却開口１８１の長さを増大させることを容易にし、結果として、タービンノズルおよびシュラウドアセンブリ３００の中における吐出開口３６０および前方方向付け冷却開口１８１の対流冷却能力を増大させる。

更に図５を参照すると、復熱式冷却開口３７０は、シュラウドアセンブリ前縁１３３を貫通して延在し、ギャップ１８２の中心線５５５に対して計測される傾斜入口角度γで復熱式冷却開口３７０を介して混合した冷却空気部分３８０を案内すべく斜めに方向付けされる。例示的な実施例では、入口角度γは斜めであり、それ故、復熱式冷却開口３７０の中に案内される流れはガスタービンエンジンを貫通する高温ガス流路３２５に対して平行ではない。より詳細には、例示的な実施例では、復熱式冷却開口３７０は、矢印Ａの方向において入口角度γで一様に斜めに方向付けされる。代替的な実施例では、復熱式冷却開口３７０は、復熱式冷却開口３７０が本文において説明したように機能することを可能にする任意の入口角度γで一様に斜めに方向付けされる。

例示的な実施例では、復熱式冷却開口３７０は、前縁１３３の回りに優先的に周方向に配分され、復熱式冷却開口グループ（各グループ）５７０（図５および図６に示される）および／または復熱式冷却開口グループ（各グループ）５７２（図６に示される）のような複数の復熱式冷却開口グループを形成する。各々の復熱式冷却開口グループ５７０および５７２は、総計横断面積を有する任意の適当な個数の復熱式冷却開口３７０を包含する。本件の明細書および各請求項の全体にわたる用語「総計横断面積」に対する言及は、前方圧力面３０４上に形成され、或いは代替的な実施例ではギャッププレナム４０２の中に形成される復熱式冷却開口３７０の横断面積の総計を指し示すものと理解されるべきである。その結果、総計横断面積は、復熱式冷却開口グループ５７０および５７２の全体にわたって実質的に類似していても良く、或いは特定の復熱式冷却開口グループ５７０および／または５７２の中に形成される復熱式冷却開口３７０の個数、および／または特定の復熱式冷却開口グループ５７０および／または５７２の中に形成される復熱式冷却開口３７０の密度の結果として異なっていても良い。

図５および図６を参照する１つの実施例では、少なくとも１つの復熱式冷却開口グループ５７０は、前縁１３３におけるかまたはその近傍におけるシュラウドセグメント１３０のより高温の部分５５０に対する強化された冷却空気流を容易にすべく構成される。補足的或いは代替的に、少なくとも１つの復熱式冷却開口グループ５７２は、図６に示すように、前縁１３３におけるかまたはその近傍におけるシュラウドセグメント１３０のより低温の部分に対する冷却空気流を削減することを容易にすべく構成される。この実施例では、復熱式冷却開口グループ５７０は第１直径を有する復熱式冷却開口３７０を包含し、復熱式冷却開口グループ５７２は、例えば比較的小さい直径のように第１直径とは異なった第２直径を有する復熱式冷却開口３７０を包含する。補足的或いは代替的に、復熱式冷却開口グループ５７０は復熱式冷却開口３７０の第１密度を有し、復熱式冷却開口グループ５７２は、第１密度とは異なった復熱式冷却開口３７０の第２密度を有する。

更に図６を参照すると、復熱式冷却開口３７０は、２つの復熱式冷却開口グループ５７０および５７２において、シュラウドアセンブリ前縁１３３を貫通して斜めに延在する。作動中、強化される局所的な冷却を必要とし得る高温スポット５５０が、シュラウド内側表面１３８上に展開し得る。従って、この代替的な実施例では、より大きい直径の復熱式冷却開口３７０の少なくとも１つの復熱式冷却開口グループ５７０が、各々の対応する高温スポット５５０から上流に位置決めされる。復熱式冷却開口グループ５７０の中における集中的または優先配分的な復熱式冷却開口３７０は、前縁１３３の優先的対流冷却だけでなく、高温スポット５５０におけるかまたはその近傍における半径方向内側表面１３８の優先的フィルム冷却をも容易にする。復熱式冷却開口３７０を介してギャップ１８２からの混合した冷却空気部分３８０を案内することによって、前縁コーナー３０６におけるかまたはその近傍におけるシュラウドセグメント前縁１３３は、対流冷却によって冷却される。更に、混合した冷却空気部分３８０は、対応する高温スポット５５０に向かって復熱式冷却開口３７０の吐出し３７４を介して吐出され、高温スポット５５０において或いはその近傍において半径方向内側表面１３８をフィルム冷却することを容易にする。

代替的な実施例では、復熱式冷却開口３７０は、シュラウドアセンブリ前縁１３３の回りにおいて等距離で周方向に離間される。更にまた、更なる代替的な実施例では、復熱式冷却開口３７０は、全てが同じ大きさに形成され、同様に方向付けされる。例示的な実施例に示される復熱式冷却開口３７０は、同じ大きさに形成されるが、代替的な実施例では、復熱式冷却開口３７０は、復熱式冷却開口３７０が本文において説明したように機能することを可能にする任意のサイズ、形状および／または方向付けを有しても良いと理解されるべきである。

高温スポット５５０の位置は、エンジンの間において変化し得るものであり、結果として、復熱式冷却開口グループ５７０および／または５７２の対応する位置もまたそれに従って変化すると理解されるべきである。例示的な実施例では、小さい直径の復熱式冷却開口３７０の復熱式冷却開口グループ５７２が、図６に示すように、より大きい直径の復熱式冷却開口３７０の周方向離間的な復熱式冷却開口グループ５７０の間に位置する。より詳細には、より小さい直径の復熱式冷却開口３７０の相対的位置は、前縁１３３から下流にあり、且つ高温スポット５５０に比較して相対的に低い作動温度に曝される半径方向内側表面１３８の領域に対応する。結果として、図６に示す実施例では、復熱式冷却開口グループ５７０および５７２は、半径方向内側表面１３８のより低温の領域に供給される冷却空気の流量を最小化しつつ、半径方向内側表面１３８のより高温の領域に供給される冷却空気の流量を増大させるべく位置決めされ得るものであり、それによって、半径方向内側表面１３８における高温スポットの展開を削減することを容易にする。

更なる代替的な実施例では、復熱式冷却開口３７０の復熱式冷却開口パターンは、前縁１３３に対して優先的に配分され、シュラウドアセンブリ１１０を優先的に冷却することを容易にする。より詳細には、より大きい直径の復熱式冷却開口３７０のグループ５７０は、各々の対応する高温スポット５５０から上流に位置決めされ、対応する高温スポット５５０に向かって冷却空気を案内することによって高温スポット５５０を優先的に冷却することを容易にする。グループ５７０は、半径方向内側表面１３８上における対応する高温スポット５５０の位置に応じて、位置が変化し得る。それに加えて、小さい直径の復熱式冷却開口３７０のグループ５７２は、より大きい直径の復熱式冷却開口３７０の周方向離間グループ５７０の間に位置する。より小さい直径のグループ５７２の相対的位置は、前縁１３３から下流にあり、且つ高温スポット５５０に比較して相対的に低い温度に曝される半径方向内側表面１３８の領域に対応する。結果として、復熱式冷却開口３７０のグループ５７０および５７２は、半径方向内側表面１３８のより低温の領域に供給される冷却空気の流量を最小化しつつ、半径方向内側表面１３８のより高温の領域に供給される冷却空気の流量を増大させるべく位置決めされ得るものであり、それによって、半径方向内側表面１３８における高温スポットの展開を削減する。

大きい直径の復熱式冷却開口３７０および／または小さい直径の復熱式冷却開口３７０は、グループ５７０およびグループ５７２のそれぞれが本文において説明したように機能することを可能にする任意の適当な直径を有しても良い。

前述の例示的な実施例は、復熱式冷却開口３７０のパターンを説明しているが、代替的な実施例が、それぞれのグループ５７０および／または５７２の中において復熱式冷却開口３７０の様々なパターンを使用しても良いと理解されるべきである。より詳細には、代替的な実施例が、復熱式冷却開口３７０の各々のグループ５７０および／または５７２を介して高温スポット５５０に冷却空気を案内するために利用可能である総計横断面積を任意の様式で調節することによって、高温スポット５５０を優先的に冷却することを容易にしても良い。例えば、代替的な実施例は、それぞれのグループ５７０および５７２の中における復熱式冷却開口３７０のために同じ直径を使用し、それと同時に、それぞれのグループ５７０または５７２の中における復熱式冷却開口３７０の密度を増減させても良い。従って、グループ５７０または５７２を介する冷却空気流を増大させるためには、それぞれの復熱式冷却開口３７０の密度が増大される。グループ５７０または５７２を介する冷却流を減少させるためには、それぞれの復熱式冷却開口３７０の密度が減少される。その結果、それぞれのグループ５７０および／または５７２の中における復熱式冷却開口３７０の密度を調節することによって、総計横断面積もまた調節され、高温スポット５５０を優先的に冷却することが容易になる。

冷却空気を案内するために提供される総計横断面積を調節するもう１つの具体例では、グループ５７０は、グループ５７０が本文において説明したように機能することを可能にする任意の冷却開口間隔において、大きい直径の復熱式冷却開口３７０の任意の個数を包含しても良い。同様にして、グループ５７２は、グループ５７２が本文において説明したように機能することを可能にする任意の冷却開口間隔において、小さい直径の復熱式冷却開口３７０の任意の個数を包含しても良い。更にもう１つの具体例では、グループ５７０が大きい直径の復熱式冷却開口３７０の増大した密度を包含し、および／またはグループ５７２が小さい直径の復熱式冷却開口３７０の減少した密度を包含して、グループ５７０および５７２が本文において説明したように機能することを可能にしても良い。

例示的な実施例は、復熱式冷却開口３７０を円形の横断面を有するものとして説明しているが、代替的な実施例では、復熱式冷却開口３７０は、卵形、正方形または長方形の横断面領域のような任意の適当な横断面領域を有しても良い。

更なる代替的な実施例では、吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１のための冷却開口パターンは、前縁１３３に対して優先的に配分され、シュラウドアセンブリ１１０を優先的に冷却することを容易にする。より詳細には、より大きい直径の吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１のグループが、各々の対応する高温スポット５５０から上流に位置決めされ、各々の対応する高温スポット５５０に向かって冷却空気を案内することによってシュラウドアセンブリ１１０を優先的に冷却することを容易にする。これらのグループは、ギャップ１８２の対向する側面の全体にわたって互いに協働すべく位置決めされても良い。更に、これらのグループは、半径方向内側表面１３８における対応する高温スポット５５０の位置に応じて、位置が変化し得る。それに加えて、小さい直径の吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１のグループは、大きい直径の吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１のそれぞれの周方向離間グループの間に位置する。これらのより小さい直径のグループの相対的位置は、前縁１３３から下流にあり、且つ高温スポット５５０に比較して相対的に低い温度に曝される半径方向内側表面１３８の領域に対応する。結果として、大きい直径およびより小さい直径の吐出開口３６０のグループおよび／またはより大きい直径およびより小さい直径の前方方向付け冷却開口１８１のグループは、半径方向内側表面１３８のより低温の領域に供給される冷却空気の流量を最小化しつつ、半径方向内側表面１３８のより高温の領域に供給される冷却空気の流量を増大させるべく位置決めされ得るものであり、それによって、半径方向内側表面１３８における高温スポットの展開を削減する。

大きい直径の吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１および／または小さい直径の吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１は、吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１が本文において説明したように機能することを可能にする任意の適当な直径を有しても良い。

前述の例示的な実施例は、吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１のパターンを説明しているが、代替的な実施例は、それぞれのグループ内において吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１の様々なパターンを使用しても良い。より詳細には、代替的な実施例が、吐出開口３６０の各々のグループおよび／または前方方向付け冷却開口１８１の各々のグループの中において高温スポット５５０に冷却空気を案内するために利用可能である総計横断面積を任意の様式で調節することによって、高温スポット５５０を優先的に冷却することを容易にしても良い。例えば、代替的な実施例は、それぞれのグループの中における吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１のために同じ直径を使用し、それと同時に、それぞれのグループの中における吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１の密度を増減させても良い。従って、任意のグループを介する冷却流を増大させるためには、それぞれの吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１の密度が増大される。任意のグループを介する冷却流を減少させるためには、それぞれの吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１の密度が減少される。その結果、それぞれのグループの中における吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１の密度を調節することによって、総計横断面積もまた調節され、高温スポット５５０を優先的に冷却することが容易になる。

更に、総計横断面積は、任意の冷却開口間隔において、大きい直径の吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１の任意の個数を包含すべく調節されても良い。同様にして、それらのグループは、任意の冷却開口間隔において、小さい直径の吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１の任意の個数を包含しても良い。更に、総計横断面積は、それらの選択的なグループが大きい直径の吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１の増大した密度を包含し、および／またはそれらの選択的なグループが小さい直径の吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１の減少した密度を包含するように調節されても良い。

例示的な実施例は、吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１を円形の横断面領域を有するものと説明しているが、代替的な実施例では、吐出開口３６０および／または前方方向付け冷却開口１８１は、復熱式冷却開口３７０に関連して説明したようなものである。

上述のタービンシュラウド冷却アセンブリは、シュラウドの前縁の回りにおいて周方向に位置決めされる優先配分的な復熱式冷却開口を包含し、シュラウド前縁を対流冷却することだけでなく、シュラウドセグメントの下流の半径方向内側表面をフィルム冷却することをも容易にする。

タービンシュラウドアセンブリを優先的に冷却する方法およびアセンブリの例示的な実施例が、以上に詳細に説明されている。それらの方法およびアセンブリは、本文において説明した特定の実施例に対して限定されるものではなく、むしろ、方法の各ステップおよび／またはアセンブリの各コンポーネントは、本文において説明した方法ステップおよび／またはその他のアセンブリコンポーネントから独立して且つ分離して利用されても良い。

本発明は、様々な特定の実施例に関連して説明されてきたが、当業者は、本発明が各請求項の精神および範囲内の修正を加えて実行され得るものであると認識するであろう。

シュラウドアセンブリを貫通する高圧冷却空気流を概略的に示す例示的なシュラウドアセンブリの側面図である。 シュラウドアセンブリを貫通する高圧冷却空気流を概略的に示す代替的なシュラウドアセンブリの側面図である。 例示的なタービンノズルと図１または図２に示されたシュラウドアセンブリとの間に形成されるギャップの拡大した概略的断面図である。 代替的な例示的タービンノズルとシュラウドアセンブリの間に形成されるギャップの拡大した概略的断面図である。 例示的な冷却開口パターンを示している、図３に示されたタービンノズルおよびシュラウドアセンブリの平面図である。 代替的な例示的冷却開口パターンを示している、図３に示されたタービンノズルおよびシュラウドアセンブリの平面図である。

符号の説明

１０８ タービンエンジン冷却アセンブリ
１１０ シュラウドアセンブリ
１１２ 高圧タービンセクション
１１４ 低圧タービンセクション
１３０ シュラウドセグメント
１３２ 装着フック
１３３ 前縁
１３６ 後方装着フック
１３７ 後縁
１３８ 半径方向内側表面
１４４ シュラウドサポート
１４６ 前方セクション
１４８ 中央セクション
１５０ 後方セクション
１５２ 各前方突出ハンガー
１５２ 各協働ハンガー
１５８ シュラウドリング構造
１６２ 中央セクション位置制御リング
１６４ 後方位置制御リング
１６６ 各ハンガー
１６７ 後方突出装着フック
１６８ 軸方向前方突出ハンガー
１７０ 高圧冷却空気
１７１ 第１部分
１７２ 第２部分
１７３ 対流冷却ゾーン
１７４ 各供給孔
１７５ 衝突バッフル
１７６ プレナム
１７７ 複数の穿孔
１７８ 空洞またはプレナム
１７９ 裏面
１８０ 冷却空気
１８１ 各前方方向付け冷却開口
１８２ ギャップ
１８３ 外側バンド
１８５ 各冷却開口
１８６ 対流冷却ゾーン
１８７ 各タービン供給孔
１８８ バッフル
１９０ 各穿孔
２０４ ダクト
２０５ 後端
２１０ 第３領域
２１１ 不活性対流冷却ゾーン
３００ ノズルおよびシュラウドアセンブリ
３０２ タービンノズル
３０４ 前方圧力面
３０６ コーナー
３０８ フィルム冷却層
３０８ フィルム冷却層
３１０ 外側バンド後縁
３１０ タービンノズル後縁
３１２ 後方圧力面
３１５ 半径方向内側表面
３１６ 後方フランジ
３１７ 後方フランジ前方圧力面
３２０ 冷却空気
３２５ 高温ガス流路
３２６ 中心軸
３３０ タービンノズル冷却空気
３３１ 活性対流冷却ゾーン
３６０ 各吐出開口
３７０ 各冷却開口
３７２ 各冷却開口入口
３７４ 吐出し
３８０ 混合冷却空気部分
４００ ノズルおよびシュラウドアセンブリ
５１０ エアフォイル翼形部
５１２ 側壁
５１６ 前縁
５１８ 後縁
５５０ 高温スポット
５５５ 中心線
５７０ 冷却開口グループ

Claims (10)

1. ガスタービンエンジン用のタービンノズルおよびシュラウドアセンブリ（３００）であって、
   前方圧力面および半径方向内側表面（１３８）を形成する前縁（１３３）を含むシュラウドセグメント（１３０）であって、更に、前記前方圧力面と前記半径方向内側表面の間において前記前縁を貫通して斜めに延在する複数の復熱式冷却開口（１８１）をも形成する、前記シュラウドセグメントと;
   外側バンド（１８３）の後方圧力面を形成する後縁を含む前記外側バンドを含むタービンノズル（３０２）であって、前記タービンノズルが、前記シュラウドセグメントから上流にあり且つ前記シュラウドセグメントに結合されて、ギャップ（１８２）が前記後方圧力面（１５０）と前記前方圧力面の間に形成され、前記ギャップが、ガスタービンエンジンを貫通して流れる高温ガス流路に向かって冷却流体を案内すべく構成される、タービンノズル（３０２）と
   を含む、タービンノズルおよびシュラウドアセンブリ（３００）。
2. 各々の復熱式冷却開口(３７０)の入口が前記前方圧力面の中に形成され、各々の復熱式冷却開口の吐出しが前記半径方向内側表面（１３８）の中に形成される、
   請求項１記載のタービンノズル（３０２）およびシュラウドアセンブリ（１１０）。
3. 前記前方圧力面上に形成される周方向のギャッププレナム(１７６)を更に含み、各々の前記入口が前記ギャッププレナムの中に形成される、
   請求項２記載のタービンノズルおよびシュラウドアセンブリ（３００）。
4. 前記複数の復熱式冷却開口（１８１）が複数の復熱式冷却開口グループを形成し、前記復熱式冷却開口グループの各々が所定の総計横断面積を有する複数の復熱式冷却開口を含む、
   請求項１記載のタービンノズルおよびシュラウドアセンブリ（３００）。
5. シュラウドセグメントの高温部分の強化冷却を容易にすべく構成される少なくとも１つの第１復熱式冷却開口グループ(５７０)を更に含む、
   請求項４記載のタービンノズルおよびシュラウドアセンブリ（３００）。
6. 前記前方圧力面を貫通して斜めに延在する複数の前方方向付け冷却開口（１８１）を更に含み、前記複数の前方方向付け冷却開口が、冷却流体供給源と前記ギャップ（１８２）の間の流体連通を提供して、冷却流体が所定の傾斜吐出角度で前記複数の前方方向付け冷却開口を介して前記ギャップの中に流路指定され、前方方向付け冷却開口の少なくとも１つの第１グループが第１総計横断面積を有し、前方方向付け冷却開口（１８５）の第２グループが第１総計横断面積とは異なった第２総計横断面積を有する、
   請求項５記載のタービンノズルおよびシュラウドアセンブリ（３００）。
7. シュラウドセグメント冷却開口（１８５）の前記第２グループが対応する復熱式冷却開口グループの中に位置決めされる、
   請求項６記載のタービンノズルおよびシュラウドアセンブリ（３００）。
8. 前記後方圧力面（３１２）を貫通して斜めに延在する複数の吐出開口（３６０）を更に含み、前記複数の吐出開口が、冷却流体供給源と前記ギャップの間の流体連通を提供して、消費されたタービンノズル冷却流体が所定の傾斜吐出角度で前記複数の吐出開口を介して前記前方圧力面に向かって流路指定され、吐出開口の第１グループが第１総計横断面積を有し、吐出開口の第２グループが第１総計横断面積とは異なった第２総計横断面積を有する、
   請求項６記載のタービンノズルおよびシュラウドアセンブリ（３００）。
9. ガスタービンエンジン用の冷却システム（１０８）であって、
   ガスタービンエンジンが、前方圧力面を形成する前縁（１３３）を有するシュラウドセグメント（１１０）と、後方圧力面（３１２）を形成する後縁（１３７）を有する外側バンド（１８３）を含むタービンノズル（３０２）とを含み、
   タービンノズルが、シュラウドセグメントから上流に位置決めされ且つタービンシュラウドアセンブリに結合され、
   ギャップ（１８２）が後方圧力面と前方圧力面の間に形成され、該ギャップが、ガスタービンエンジンを貫通して流れる高温ガス流路に向かって冷却流体を案内すべく構成され、
   前記冷却システムが、前記ギャップの中心線に対する所定の傾斜入口角度において且つ前方圧力面と半径方向内側表面の間において前縁を貫通して延在する複数の復熱式冷却開口を介して冷却流体の一部を案内し、前縁の優先冷却を容易にするように構成される、
   ガスタービンエンジン用の冷却システム（１０８）。
10. 外側バンド（１８３）が、第１総計横断面積を有する吐出開口（３６０）の第１グループと、第１総計横断面積とは異なった第２総計横断面積を有する吐出開口の第２グループとを形成し、更に、シュラウドセグメント（１３０）が、第３総計横断面積を有する前方方向付け冷却開口の第１グループと、第３総計横断面積とは異なった第４総計横断面積を有する前方方向付け冷却開口の第２グループとを形成し、更に、冷却システムが、消費されたタービンノズル冷却空気（３２０）をギャップに対する所定の傾斜吐出角度で吐出開口を介して案内し、消費された衝突冷却をギャップに対する所定の傾斜角度で前方方向付け冷却開口を介して案内し、シュラウドセグメントを優先的に冷却することを容易にするように構成される、
    請求項９記載の冷却システム（１０８）。

Images