JP2010265893A

JP2010265893A - シールを貫通する構成要素冷却

Info

Publication number: JP2010265893A
Application number: JP2010109812A
Authority: JP
Inventors: Srinivas Pakkala; スリニヴァス・ヴァッカラ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2010-11-25
Also published as: DE102010016820A1; US20100290891A1; CH701037A2; CN101886557A

Abstract

【課題】従って、本出願は、タービン構成要素冷却システム（２１０）を提供する。
【解決手段】本構成要素冷却システム（２１０）は、タービン構成要素（２２０）と、タービン構成要素（２２０）に近接して流れる空気流と、タービン構成要素に隣接して配置されたシール（２４０）とを含むことができる。シール（２４０）は、それを通って空気流（２５５）が流れるのを可能にするようになった幾つかのアパーチャ（２５０）を含むことができる。
【選択図】図３

Description

本出願は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、シール構成要素を貫通する空気流により高温エンジン構成要素を貫通冷却することに関する。

タービンエンジンを通る空気流の一部分は、分流させかつ冷却目的に使用することができる。しかしながら、タービンエンジンの全体効率は、燃焼のために使用するのとは対照的に冷却目的で分流させた空気の量によって低下する。冷却目的のために分流させた空気流或いはその他の種類の寄生空気流が少なければ少ないほど、ガスタービンエンジンの効率及び作動は全体として、より良好になる。

一例として、第１段ノズル外側基部の周りに配置された保持リングは、圧縮機吐出空気流によって冷却することができる。保持リングは、コア空気流からの冷却流で冷却することができる。しかしながら、保持リングの円周方向冷却は、該保持リング内に円周方向温度勾配が生じさせる可能性がある。さらに、保持リング内にグルーブを機械加工することは、機械加工時間及び労働コストを必要とする。

米国特許第６，８１４，５３８号公報

従って、少ない空気量を使用しながら全体システム効率を高めるようになった、構成要素冷却用のシステム及び方法の改善に対する願望が存在する。そのシステム及び方法はまた、より複雑でなくかつより安価な構成要素の使用を可能にするのが好ましい。

従って、本出願は、タービン構成要素冷却システムを提供する。本構成要素冷却システムは、タービン構成要素と、タービン構成要素に近接して流れる空気流と、タービン構成要素に隣接して配置されたシールとを含むことができる。シールは、それを通って空気流が流れるのを可能にするようになった幾つかのアパーチャを含むことができる。

本出願はさらに、タービン構成要素冷却システムを提供する。本構成要素冷却システムは、タービン構成要素と、タービン構成要素に近接して流れる空気流と、タービン構成要素に隣接して配置されたＷ−シールとを含むことができる。Ｗ−シールは、それを通って空気流が流れるのを可能にするようになった幾つかのアパーチャを含むことができる。

本出願はさらに、タービン構成要素冷却システムを提供する。本構成要素冷却システムは、第１段ノズル外側基部と、第１段ノズル外側基部に隣接して配置された保持リングと、保持リングに隣接して配置された第１段シュラウドと、保持リングに近接して空気シーリングプレートに沿って流れる空気流と、空気シーリングプレート及び第１段シュラウド間に配置されたシールとを含むことができる。シールは、それを通って空気流が流れるのを可能にするようになった幾つかのアパーチャを含むことができる。

本出願のこれらの及びその他の特徴は、幾つかの図面及び特許請求の範囲と関連させてなした以下の詳細な説明を精査することにより、当業者には明らかになるであろう。

ガスタービンエンジンの側面断面図。保持リングを示す、第１段ノズル外側基部及び第１段シュラウドの内側セクションの側面断面図。本明細書に記載したような保持リング及びＷ−シールを示す、第１段ノズル外側基部及び第１段シュラウドの内側セクションの側面断面図。本明細書で使用することができるようなＷ−シールの側面平面図。Ｗ−シールの断面図。

次に、幾つかの図全体を通して同じ参照符号が同様な要素を表している図面を参照すると、図１は、ガスタービンエンジン１００の断面図を示している。公知なように、ガスタービンエンジン１００は、流入空気流れを加圧する圧縮機１１０を含むことができる。圧縮機１１０は、加圧空気の流れを燃焼器１２０に送給する。燃焼器１２０は、加圧空気の流れを加圧燃料の流れと混合しかつその混合気を点火燃焼させる。高温燃焼ガスが次に、タービン１３０に送給される。高温燃焼ガスは、幾つかのタービンバケット１４０を駆動して、機械的仕事を産生するようにする。タービン１３０内で産生された機械的仕事は、圧縮機１１０を駆動しかつ発電機などのような外部負荷もまた駆動する。ガスタービンエンジン１００は、天然ガス、様々なタイプの合成ガス及びその他のタイプの燃料を使用することができる。本明細書では、その他のタイプのガスタービンエンジンもまた、使用することができる。ガスタービンエンジン１００は、その他の構成を有することができ、またその他のタイプの構成要素を使用することができる。本明細書では、複数のガスタービンエンジン１００、その他のタイプのタービン及びその他のタイプの発電装置を共に使用することができる。

図２は、タービン１３０の一部分の拡大図である。具体的には、第１段ノズル外側基部１５０の周りに配置された保持リング１４５とタービンシェル１７０内に配置された第１段シュラウド１６０との交差部を示している。空気シーリングプレート１８０は、保持リング１４５及び第１段シュラウド１６０間に配置することができる。空気シーリングプレート１８０は、その一側面において、保持リング１４５内に配置された幾つかの円周方向グルーブ１９０に面し、また他側面において１つ又はそれ以上のＷ−シールに面する。空気シーリングプレート１８０との間で保持リング１４５は、このケースでは円周方向グルーブ１９０を通って流れる圧縮機吐出空気流１９５である空気流１９５によって冷却することができる。しかしながら、そのような円周方向空気の冷却は、保持リング１４５に沿って、最大約２０°Ｆ（約６．７℃）又はそのあたりの温度勾配を生じる可能性がある。

図３は、本明細書に記載したような構成要素冷却システム２１０を示している。構成要素冷却システム２１０は、タービン構成要素２２０を含むことができる。タービン構成要素２２０は、保持リング２２５とすることができる。この実施例では、保持リング２２５は、円周方向グルーブ１９０ではなくて、空気シーリングプレート２３０を含む。構成要素冷却システム２１０はまた、該構成要素冷却システム２１０に当接して配置された１つ又はそれ以上のＷ−シール２４０を含むことができる。図４及び図５に示すように、Ｗ−シール２４０は、該Ｗ−シール２４０内に、それを通る冷却空気流２５５を可能にするようになった幾つかのアパーチャ２５０を含むことができる。アパーチャ２５０は、その直径を約０．０７インチ（約１．７８ミリメートル）とし、またその個数を約３００個とすることができる。アパーチャ２５０の寸法及び個数は、所望の冷却流量に合せて変化させることができる。

Ｗ−シール２４０は、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８又は同様なタイプの材料で製造することができる。（Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８は、アルミニウム及びチタンの添加によって析出硬化性にされかつ約１２９０°Ｆ（約７００℃）までの高温におけるクリープ破壊強度を有するニッケルクロム合金である）。Ｉｎｃｏｎｅｌは、ウェストバージニア州ハンチントン所在のＨｕｎｔｉｎｇｔｏｎＡｌｌｏｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの商標である。本明細書では、その他のタイプの又は組合せの材料を使用することができる。Ｉｎｃｏｎｅｌ材料は、約０．０１インチ（約０．２５４ミリメートル）の厚さを有することができる。

Ｗ−シール２４０を貫通する空気流２５５は、約０．２１５％Ｗ２５とすることができる。Ｗ−シール２４０の使用により、保持リング２２５の一層均一な冷却を行なうことができる。円周方向グルーブ１９０を形成する材料及び労働コストもまた、排除される。同様に、円周方向グルーブ１９０を排除することは、保持リング２２５を構造的に一層強度があるものにする。従って、Ｗ−シール２４０は、それを貫通する冷却空気流２５５を調量すると同時に保持リング１４５及び第１段シュラウド１６０間のシールとして作用する両方を行なう。本明細書に記載したＷ−シール２４０はさらに、冷却流を必要とする可能性があるあらゆる箇所で使用することができる。本明細書に記載した構成要素冷却システム２１０では、その他のタイプのシール及びその他のタイプのタービン構成要素２２０を使用することができる。
本明細書で使用することができる燃焼器１４の実施例の側面断面図である。燃焼器１４は、
上記の説明は本出願の一部の実施形態のみに関するものであること並びに本明細書において当業者は特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本発明の一般的技術思想及び技術的範囲から逸脱せずに多くの変更及び修正を加えることができることを理解されたい。

１００ガスタービンエンジン
１１０圧縮機
１２０燃焼器
１３０タービン
１４０タービンバケット
１４５保持リング
１５０第１段ノズル外側基部
１６０第１段シュラウド
１７０タービンシェル
１８０空気シーリングプレート
１９０円周方向グルーブ
１９５空気流
２００Ｗ−シール
２１０構成要素冷却システム
２２０タービン構成要素
２２５保持リング
２３０空気シーリングプレート
２４０Ｗ−シール
２５０アパーチャ
２５５空気流

Claims

タービン構成要素（２２０）と、
前記タービン構成要素（２２０）に近接して流れる空気流（２５５）と、
前記タービン構成要素に隣接して配置されたシール（２４０）と、を含み、
前記シール（２４０）が、それを通って前記空気流（２５５）が流れるのを可能にするようになった複数のアパーチャ（２５０）を含む、
タービン構成要素冷却システム（２１０）。
前記タービン構成要素（２２０）が、保持リング（２２５）を含む、請求項１記載のタービン構成要素冷却システム（２１０）。
前記保持リング（２２５）に隣接して配置された空気シーリングプレート（２３０）をさらに含む、請求項２記載のタービン構成要素冷却システム（２１０）。
前記シール（２４０）が、前記シーリングプレート（２３０）及び第１段シュラウド（１６０）の周りに配置される、請求項３記載のタービン構成要素冷却システム（２１０）。
前記シール（２４０）が、Ｗ−シール（２４０）を含む、請求項１記載のタービン構成要素冷却システム（２１０）。
前記複数のアパーチャ（２５０）が、約３００個のアパーチャ（２５０）を含む、請求項１記載のタービン構成要素冷却システム（２１０）。
前記シール（２４０）が、ニッケルクロム合金を含む、請求項１記載のタービン構成要素冷却システム（２１０）。
前記空気流が、約０．２１５％Ｗ２５を含む、請求項１記載のタービン構成要素冷却システム（２１０）。