JP2009250241A - 燃焼器トランジションピース用の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼器のトランジションピースを冷却するための装置を開示する。
【解決手段】トランジションピース１６の外側寄りに設置された状態でトランジションピース１６の位置に配置された１以上のラッパー３０とトランジションピース１６間に、１以上の支持ボスが設置される。支持ボス、ラッパー３０及びトランジションピース１６は、トランジションピース１６を冷却するための流れを方向付ける１以上の冷却流路３２を形成する。燃焼器のトランジションピース１６を冷却する方法は、トランジションピース１６、ラッパー３０、並びに支持ボスによって形成された冷却流路３２内に冷却流れを流すステップを含む。冷却流れは、支持ボスによって方向付けられかつトランジションピース１６の外表面にわたって流れ、それによってトランジションピース１６を冷却する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ガスタービンに関する。具体的は、本発明は、ガスタービン部品の冷却に関する。

一般的なガスタービンは、環状アレイの形態で回転シャフトの周りに配置された複数の燃焼器を含む。燃焼器は、燃料供給源から可燃性燃料を受け、シャフトによって駆動される圧縮機から加圧空気を受ける。燃焼器内において加圧空気で燃料を燃焼させて、高温燃焼ガスを発生させる。燃焼ガスは、タービンを通して膨張してシャフトを駆動するような仕事を生成する。高温燃焼ガスは、それぞれの複数のトランジションダクトによって燃焼器からタービンに運ばれる。トランジションダクトを通って流れる高温燃焼ガスにより、ダクト構造体が非常に高温を受ける。一般的に、トランジションダクトを囲むスリーブ内の離散位置におけるインピンジメント孔を通しての通過空気流により方向付けられたインピンジメント流れによって該トランジションダクトに対して冷却が行われる。しかしながら、この方法は一般的に、インピンジメント孔位置においてトランジションダクトを冷却するのに有効である。

本発明の１つの態様によると、燃焼器のトランジションピースを冷却するための装置は、トランジションピースの外側寄りに設置された状態で該トランジションピースの位置に配置された１以上のラッパー（wrapper）を含む。１以上の支持ボスが、１以上のラッパー及びトランジションピース間に設置される。１以上の支持ボス、１以上のラッパー及びトランジションピースは、該トランジションピースを冷却するための流れを方向付ける１以上の冷却流路を形成する。

本発明の別の態様によると、燃焼器のトランジションピースを冷却する方法は、トランジションピース、該トランジションピースの位置に設置されかつ該トランジションピースの外側寄りに設置された１以上のラッパー、並びに該１以上のラッパー及びトランジションピース間に設置された１以上の支持ボスによって形成されかつ該トランジションピースの位置に設置された１以上の冷却流路内に冷却流れを流すステップを含む。冷却流れは、１以上の支持ボスによって方向付けられかつトランジションピースの外表面にわたって流れ、それによって該トランジションピースを冷却する。

本発明のさらに別の態様によると、ガスタービンは、１以上の燃焼チャンバと、１以上のタービンとを含む。１以上のトランジションピースが、１以上の燃焼チャンバ及び１以上のタービンと流体連通して設置されて該１以上の燃焼チャンバから該１以上のタービンに燃焼ガスを運ぶ。１以上のラッパーが、１以上のトランジションピースの位置に設置されかつ該１以上のトランジションピースの外側寄りに設置される。１以上の支持ボスが、１以上のラッパー及び１以上のトランジションピース間に配置される。１以上の支持ボス、１以上のラッパー及び１以上のトランジションピースは、該１以上のトランジションピースを冷却するための冷却流れを方向付ける１以上の冷却流路を形成する。

これらの及びその他の利点及び特徴は、図面と関連させてなした以下の詳細な説明から一層明らかになるであろう。

本発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の前述の及びその他の目的、特徴及び利点は、図面と関連させてなした以下の詳細な説明から明らかとなる。

ガスタービンの実施形態の部分断面図。 図１のガスタービンにおけるトランジションピースの構成の実施形態を示す軸方向部分断面図。 図１のガスタービンのトランジションピースの冷却装置の実施形態の平面図。

この詳細な説明では、図面を参照しながら実施例によって、本発明の実施形態をその利点及び特徴と共に説明する。

図１に示すのは、ガスタービン１０である。ガスタービン１０は、加圧流体を１以上の燃焼器１４に供給する圧縮機１２を含む。燃料が、１以上の燃焼器１４内に噴射され、加圧流体と混合されかつ点火及び燃焼される。燃焼の高温ガス生成物は、各燃焼器１４から対応するトランジションピース１６を通ってタービン１８に流れ、タービン１８は、高温ガスから仕事を抽出してロータシャフト２０を駆動し、ロータシャフト２０は次に、圧縮機１２を駆動する。図１の実施形態における燃焼器１４及びトランジションピース１６は、図２に最も良く示すように環状アレイの形態でロータシャフト２０の周りに配置される。

各トランジションピース１６は、高温ガスを運ぶ閉鎖断面を有し、半径方向にロータシャフト２０に最も近接して配置された内側部分２２と半径方向にロータシャフト２０から最も離れて配置された外側部分２４とを含むことができる。図３に示すように、１以上の例えば翼形部２６のような支持ボスが、トランジションピース１６の位置に配置されかつ該トランジションピース１６の外表面から延びる。幾つかの実施形態では、１以上の翼形部２６は、例えば鋳造又は溶接によってトランジションピース１６に固定される。再び図２を参照すると、１以上の翼形部２６は、トランジションピース１６の少なくとも一部を覆って延びるラッパー３０を支持するように構成されかつ配置される。ラッパー３０は、金属又はその他の適当な材料で形成することができ、幾つかの実施形態では例えば溶接又は鋳造などの多くの従来型の手段によって１以上の翼形部２６に固定することができる。

図３に示すように、１以上の翼形部２６、ラッパー３０、及びトランジションピース１６の外表面２８は、１以上の冷却流路３２を形成する。圧縮機１２からの吐出流れ３４が、１以上の冷却流路３２内に流れ、そこで吐出流れ３４は１以上の翼形部２６によってトランジションピース１６の外表面２８にわたって方向付けし直されて該トランジションピース１６を冷却する。図３に示す翼形部２６は、吐出流れをほぼ円周方向に方向付けし直しているが、吐出流れ３４をその他の方向にまたパターンとしてさえ方向付けし直すその他の翼形部２６構成も本開示では考えていることを理解されたい。

図３の実施形態では、ラッパー３１が、トランジションピース１６の外側部分２４の位置に配置される。この実施形態では、トランジションピース１６の内側部分２２は、ほぼ軸方向に流れる吐出流れ３４によって冷却される。例えば隣接するトランジションピース１６間を流れる部分などの吐出流れ３４の一部分は、１以上の冷却流路３２内に流れる。吐出流れ３４の一部分は、１以上の翼形部２６によって方向付けし直されてトランジションピース１６の外側部分２４の外表面２８にわたって流れ、従って該外寄り部分２４に対する冷却を行う。

幾つかの実施形態では、ラッパー３０は、所望の位置において１以上の冷却流路３２内への付加的な吐出流れ３４を可能にして冷却効果を高める１以上のラッパー孔３６を含むことができる。加えて、１以上の翼形部２６は、その寸法、翼形状及び配置を変更して熱伝達率を高めかつ吐出流れ３４の分布の均一性を高めて冷却をさらに向上させることができる。さらに、幾つかの実施形態では、ラッパー３０の前端縁部３８は、例えば１以上の冷却流路３２に流入する吐出流れ３４の圧力低下を減少させ、それによって冷却流路３２の冷却効率を高める半径付き端縁部４０を含む。

限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきでなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。

１０ ガスタービン
１２ 圧縮機
１４ 燃焼器
１６ トランジションピース
１８ タービン
２０ ロータシャフト
２２ 内側部分
２４ 外側部分
２６ 翼形部
２８ 外表面
３０ ラッパー
３２ 冷却流路
３４ 吐出流れ
３６ ラッパー孔
３８ 前端縁部
４０ 半径付き端縁部

Claims (10)

1. 燃焼器（１４）のトランジションピース（１６）を冷却するための装置であって、
   前記トランジションピース（１６）の外側寄りに設置された状態で該トランジションピース（１６）の位置に配置された１以上のラッパー（３０）と、
   前記１以上のラッパー（３０）及びトランジションピース（１６）間に配置された１以上の支持ボスと、を含み、
   前記１以上の支持ボス、１以上のラッパー（３０）及びトランジションピース（１６）が、該トランジションピース（１６）を冷却するための流れを方向付ける１以上の冷却流路（３２）を形成する、
   装置。
2. 前記１以上の支持ボスが、１以上の翼形部（２６）である、請求項１記載の装置。
3. 前記１以上の支持ボスが、前記１以上のラッパー（３０）及びトランジションピース（１６）の少なくとも１つに固定される、請求項１記載の装置。
4. 前記１以上のラッパー（３０）が、前記１以上の冷却流路（３２）内に付加的な流れを供給する１以上のラッパー孔（３６）を含む、請求項１記載の装置。
5. １以上の燃焼チャンバと、
   １以上のタービン（１８）と、
   前記１以上の燃焼チャンバ及び１以上のタービン（１８）と流体連通して配置されて該１以上の燃焼チャンバから該１以上のタービン（１８）に燃焼ガスを運ぶ１以上のトランジションピース（１６）と、
   前記１以上のトランジションピース（１６）の位置に配置されかつ該１以上のトランジションピース（１６）の外側寄りに設置された１以上のラッパー（３０）と、
   前記１以上のラッパー（３０）及び１以上のトランジションピース（１６）間に配置された１以上の支持ボスと、を含み、
   前記１以上の支持ボス、１以上のラッパー（３０）及び１以上のトランジションピース（１６）が、該１以上のトランジションピース（１６）を冷却するための冷却流れを方向付ける１以上の冷却流路（３２）を形成する、
   ガスタービン（１０）。
6. 前記１以上の支持ボスが、１以上の翼形部（２６）である、請求項５記載のガスタービン（１０）。
7. 前記１以上のラッパー（３０）が、前記１以上のトランジションピース（１６）の隣接するトランジションピース間に少なくとも部分的に配置される、請求項５記載のガスタービン（１０）。
8. 前記１以上の支持ボスが、前記１以上のラッパー（３０）及び１以上のトランジションピース（１６）の少なくとも１つに固定される、請求項５記載のガスタービン（１０）。
9. 前記１以上のラッパー（３０）が、前記１以上の冷却流路（３２）内に付加的な流れを供給する１以上のラッパー孔（３６）を含む、請求項５記載のガスタービン（１０）。
10. 燃焼器（１４）のトランジションピース（１６）を冷却する方法であって、
    前記トランジションピース（１６）、前記トランジションピース（１６）の位置に配置されかつ該トランジションピース（１６）の外側寄りに設置された１以上のラッパー（３０）、並びに前記１以上のラッパー（３０）及びトランジションピース（１６）間に配置された１以上の翼形部（２６）によって形成されかつ前記トランジションピース（１６）の位置に配置された１以上の冷却流路（３２）内に冷却流れを流すステップと、
    前記１以上の翼形部（２６）によって前記冷却流れを方向付けるステップと、
    前記トランジションピース（１６）の外表面（２８）にわたって前記冷却流れを流し、それによって該トランジションピース（１６）を冷却するステップと、を含む、
    方法。

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