JP2010242757A - ガスタービン内側流路カバー部材 - Google Patents

Abstract

【課題】第１のタービン翼車と第２のタービン翼車とを備えるガスタービンのガスタービン内側流路カバー部材を提供する。
【解決手段】ガスタービン内側流路カバー部材３００は、第１のタービン翼車と第２のタービン翼車の間に配置され、第１の表面３０６と第２の表面３０７とを有する本体３０５と、本体３０５の第１の表面３０６上に設けられる側方部材３１０と、本体３０５の第２の表面３０７上に設けられ翼型スロットと同じ位置に配置される嵌合対３０１とを含む。
【選択図】図３

Description

本発明ガスタービンに関し、特にガスタービン内側流路カバー部材に関する。

図１に、従来技術のガスタービン構成１００を示す。この構成１００のような一般的な高温ガス部の設計において、翼形スロット１０１を含むタービン翼車１０５、１１０は、タービン内における燃焼ガスの高温に耐えるようには設計されていない。固定部と回転部との間における間隙は、このガスが翼車材料に到達する原因になるとともに、翼車材料が過剰な保全を必要とする原因になる。このため、翼車１０５、１１０間においてキャビティ１１５内に、該キャビティ１１５を加圧する低温の空気を導入して、高温の空気がキャビティ１１５内に漏出することを防いでいる。一般に、ダイアフラム１２１を含み、キャビティ１１５がふさがれる。低温の空気を導入するプロセスは、キャビティパージと呼ばれる。キャビティパージは、ガスタービンの高温ガス流路内に漏出する加圧空気が用いられ、それによりガスタービンの効率が低下する。

現行の方法では、翼車間のキャビティ内への直接的な空気パージが行なわれる。その他の方法は、高温ガス流路を翼車表面から切り離して密封するプラットフォーム部を有する中間翼車を用いるものである。現行の方法は、圧縮空気を寄生的に利用して、キャビティパージを行なって吸い込みを防ぐようにするため、エンジン性能の面で不利益を招き得る。キャビティは更に、主流路に対して垂直に空気を放出して、ガスが翼又はノズル列に流入する前に混合損失を招く。

米国特許第５，２１７，３４８号

ガスタービン内側流路カバー部材を提供する。

本発明の一態様に従って、第１のタービン翼車と第２のタービン翼車とを有するガスタービン内の装置を提供する。装置は、第１の表面と第２の表面とを有する本体と、本体の第１の表面上に設けられる側方部材と、本体の第２の表面上に設けられる嵌合対とを含む。

本発明のまた他の態様に従って、ガスタービン組立体を提供する。ガスタービン組立体は、第１のタービン翼車と、第２のタービン翼車と、第１のタービン翼車と第２のタービン翼車との間に設けられるガスタービン内側流路カバー部材とを含む。

本発明の更に他の態様に従って、ガスタービンを提供する。ガスタービンは、第１のタービン翼車と、第２のタービン翼車と、第１及び第２のタービン翼車間に設けられる高温部タービンノズルと、第１のタービン翼車と第２のタービン翼車との間に設けられるガスタービン内側流路カバー部材とを含む。

上記及びその他の利点と特徴は、図面と併せて以下の説明を読むことによって、より明確になろう。

従来のガスタービン構成の側面図である。 例示的なガスタービン内側流路カバー部材を含むガスタービン構成の側面図である。 例示的なガスタービン内側流路カバー部材の側面斜視図である。 ガスタービン内側流路カバー部材の底面図である。 ガスタービン内側流路カバー部材の下側表面のアイソグリッドパターンの図である。

本明細書の末尾の特許請求の範囲に、本発明と見なされる主題を特に指摘し、且つ明確に記載する。本発明の上記及びその他の特徴と利点は、以下の詳細な説明を添付図面と併せて読むことによって明らかになる。

この詳細な説明に、本発明の実施形態を利点及び特徴と併せて、例示として図面を参照して説明する。

図２に、例示的なガスタービン内側流路カバー部材３００を含むガスタービン構成２００を示す。例示的実施形態において、構成２００は、自身間にキャビティ２１５を設けて有する隣接するタービン翼車２０５、２１０を含む。構成２００は更に、タービン翼車２０５、２１０間に設けられるガスタービン内側流路カバー部材３００を含む。例示的実施形態において、従来のダイアフラム（図１のダイアフラム１２１参照）は除去されることがわかる。構成２００は更に、本明細書に記載のようにキャビティパージ用の低温空気を供給する高温部タービンノズル２２０を含む。ガスタービン内側流路カバー部材３００を隣接するタービン翼車２０５、２１０間に設けることにより、高温ガス流路の温度に直接さらされる上側キャビティ２２５が小さくなるため、上記のキャビティパージは大幅に軽減され得る。下側キャビティ２１５は、ガスタービン内側流路カバー部材３００により遮蔽されるため、ガスタービンの高温空気流にはさらされない。高温部タービンノズル２２０は、上側キャビティ２２５のパージのみを行なうため、キャビティパージが軽減され、従って低温空気の必要量が減少する。多大なキャビティパージが必要とされないため、パージ流に由来する空気損失が大幅に減少して、その結果として効率が大きく向上する。更に、高温部タービンノズル２２０において一般に用いられるダイアフラムは、もはや用いられないことがわかる。

例示的実施形態において、各タービン翼車２０５、２１０は、雄型及び雌型の鳩尾形嵌合対２０６、２１１（翼形スロット）の少なくとも一方を含む。図示のように、タービン翼車２０５、２１０は、雌型の鳩尾形嵌合対２０６、２１１を含む。図３に、例示的なガスタービン内側流路カバー部材３００の側面斜視図を示す。図３では、ガスタービン内側流路カバー部材３００は、対応する雄型の鳩尾形嵌合対３０１を含んで示されている。例示的実施形態において、鳩尾形嵌合対３０１は、それぞれのタービン翼車２０５、２１０の鳩尾形嵌合対２０６、２１１と結合して、ガスタービン内側流路カバー部材３００をタービン翼車２０５、２１０間において固定する。例示的実施形態において、ガスタービン内側流路カバー部材３００は、隣接するタービン翼車２０５、２１０に軸方向に隣接する正位置に摺動的に嵌合する。例示的実施形態において、鳩尾形嵌合対３０１は、本体３０５の第２の表面３０７上に設けられる。

例示的実施形態において、ガスタービン内側流路カバー部材３００は、上側キャビティ２２５内において所望の流路の形状に合致する所定の形状を持つ第１の（上側）表面３０６を有する本体３０５を含む。例示的実施形態において、ガスタービン内側流路カバー部材３００は、このような流路に面して何らかの密封構造と噛み合ういくつかの密封機構を有して、燃焼ガスが静翼を取り囲むのを防ぐ。例示的実施形態において、多数のガスタービン内側流路カバー部材３００を用いて環体が形成されて、高温部タービンノズル２２０とガスタービン内側流路カバー部材３００の第１の表面３０６との間において環状部（上側キャビティ２２５）が形成される。例示的実施形態において、ガスタービン内側流路カバー部材３００は更に、ガスタービン内側流路カバー部材３００がタービン翼車２０５、２１０間に固定されている時に、タービン翼車２０５、２１０に接触するように構成される側方部材３１０を含む。これらの側方部材３１０は、第１の表面３０６と連続しているとともに、第１の表面３０６に対して垂直をなす。例示的実施形態において、側方部材３１０は、第２の（下側）表面３０７に対して垂直をなすとともに、更に、鳩尾形嵌合対３０１と同一平面上に位置する。例示的実施形態において、側方部材３１０は、タービン翼車２０５、２１０の速度が増加すると変形して、側方部材３１０とタービン翼車２０５、２１０の翼部との間においてシールを形成するように構成される。

例示的実施形態において、ガスタービン内側流路カバー部材３００は更に、本体３０５の第２の表面３０７上に設けられる構造支持部３１５を含む。構造支持部３１５は、ガスタービン内側流路カバー部材３００に半径方向の所望の剛性を与えるように構成される。ガスタービン内側流路カバー部材３００は、半径方向の所望の剛性を確実にするために、複合材料、フレーム技術、平滑材料又はその他の構造的処理の何らかの組合せを用いて製造される。例えば、例示的実施形態において、第２の表面３０７は、該第２の表面３０７に沿って等方的な支持を達成するアイソグリッドパターンを含む。図４に、ガスタービン内側流路カバー部材３００の底面図を示す。図５は、ガスタービン内側流路カバー部材３００の下側表面のアイソグリッドパターン３２０を示す。アイソグリッドパターン３２０は、ガスタービン内側流路カバー部材３００の剛性を維持しつつ、ガスタービン内側流路カバー部材３００の全体の重さを減少させる。このため、タービン翼車２０５、２１０がガスタービン内側流路カバー部材３００から受ける重さが減少する。上述のように、側方部材３１０は、回転時に変形するように構成されるが、アイソグリッドパターン３２０を下側表面上に有する本体３０５は、剛性を維持しつつ軽量化する。このため、それぞれのタービン翼車２０５、２１０の鳩尾形嵌合対２０６、２１１と結合する鳩尾形嵌合対３０１に対する負荷要件が緩和される。

本明細書に記載の例示的実施形態により、高温ガス流路の温度に直接さらされる翼車キャビティがなくなるため、キャビティパージは解消又は大幅に軽減される。更に、多大なキャビティパージが必要とされないため、使用されるパージ流に由来する空気損失が大幅に減少して、その結果効率が大幅に向上する。タービン翼車２０５、２１０の鳩尾形対２０６、２１１が覆われるため、タービン長さが減少するので、費用面での利点が実現される。ガスタービン内側流路カバー部材３００が存在することにより、更に、段間の漏出が防がれる。更に、ガスタービン内側流路カバー部材３００が存在することにより、バケット軸を小さくすることができ、費用面での利点につながる。高温部タービンノズル２２０上のダイアフラムを完全に除去することも費用面での利点につながり、これによって、プラグ負荷の減少による高温部タービンノズル寿命の延長がもたらされ、従来の構成と比べてノズル部の下において差圧にさらされる部分が小さくなるため、費用面での利点につながる。

限られた実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がこのような開示の実施形態に限定されないことは容易に理解されよう。むしろ、本発明を改変して、上述されていないが本発明の精神及び範囲に相応するいかなる変形、改変、代替又は等価構成を組み込むことができる。また、本発明の様々な実施形態を説明してきたが、本発明の態様は、上記の実施形態の一部のみを含むことを理解されたい。従って、本発明は、上述の説明に限定されるのではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ制限される。

１００ ガスタービン構成
１０１ 翼形スロット
１０５ タービン翼車
１１０ タービン翼車
１１５ キャビティ
２００ ガスタービン構成
２０５ タービン翼車
２０６ 雌型の鳩尾形嵌合対
２１０ タービン翼車
２１１ 雌型の鳩尾形嵌合対
２１５ キャビティ
２２０ 高温部タービンノズル
２２５ 縮小した上側キャビティ
３００ ガスタービン内側流路カバー部材
３０１ 雄型の鳩尾形嵌合対
３０５ 本体
３０６ 第１の（上側）表面
３０７ 第２の（下側）表面
３１０ 側方部材
３１５ 構造支持部
３２０ アイソグリッドパターン

Claims (10)

1. 第１のタービン翼車（２０５）と第２のタービン翼車（２１０）とを有するガスタービン（２００）であって、前記第１及び第２のタービン翼車（２０５、２１０）は翼形スロットを有するガスタービン（２００）の前記第１及び第２のタービン翼車（２０５、２１０）間に設けられる装置において、
   第１の表面（３０６）と第２の表面（３０７）とを有する本体（３０５）と、
   前記本体（３０５）の前記第１の表面（３０６）上に設けられる側方部材（３１０）と、
   前記本体（３０５）の前記第２の表面（３０７）上に設けられる嵌合対（３０１）とを含む装置。
2. 前記第２の表面（３０７）上に設けられる構造支持部（３１５）を更に含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の表面（３０６）は、前記ガスタービン（２００）内の高温空気の流路に合致する所定の形状を含む、請求項１に記載の装置。
4. 前記側方部材（３１０）は、前記第１及び第２のタービン翼車（２０５、２１０）に接触するように構成される、請求項１に記載の装置。
5. 前記側方部材（３１０）が、前記第１及び第２のタービン翼車（２０５、２１０）の少なくとも一方の回転引張力下において変形するように構成されることにより、前記第１及び第２のタービン翼車（２０５、２１０）の少なくとも一方の表面に当接するシールが形成される、請求項１に記載の装置。
6. 前記側方部材（３１０）は、前記第１の表面（３０６）に対して垂直をなし、且つ前記表面と連続する、請求項４又は５に記載の装置。
7. 前記側方部材（３１０）と前記嵌合対（３０１）とは同一平面上に位置する、請求項６に記載の装置。
8. 前記第１及び第２の表面（３０６、３０７）の少なくとも一方にアイソグリッドパターン（３２０）を更に含む、請求項１に記載の装置。
9. 各々の前記第１及び第２のタービン翼（２０５、２１０）は、前記本体（３０５）の前記第２の表面（３０７）上に設けられる前記嵌合対（３０１）と結合するように構成される第２の嵌合対（２０６）を含む、請求項１に記載の装置。
10. 前記嵌合対（２０６、３０１）は、翼形スロットと同じ位置に配置される、請求項９に記載の装置。

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