JP2013185592A - トランジションピース後部フレームシール - Google Patents

Abstract

【課題】冷却流体の流れを周囲の再循環区域へと導くトランジションピース後部フレームシールアセンブリを提供すること。
【解決手段】トランジションピース後部フレームシールアセンブリは、第１側面及び第２側面を有する長尺体を含む。シールアセンブリはまた、長尺体の第１側面に配置された１以上の供給孔を含む。シールアセンブリはまた、第１側面から長尺体を通って第２側面へと延在し、１以上の供給孔と連通する１以上の通路を含む。さらに、シールアセンブリは、長尺体の第２側面に配置され、１以上の通路と連通する１以上の冷却孔を含む。冷却流体の流れが、１以上の供給孔、１以上の通路及び１以上の冷却孔に流入することができ、１以上の冷却孔は、冷却流体の流れを、隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリの周囲の再循環区域へと導く。
【選択図】 図１

Description

本出願の実施形態は、概して、ガスタービンエンジンに関しており、より詳細には、トランジションピース後部フレームシールを含む燃焼器アセンブリに関する。

従来のガスタービンでは、多数の燃焼器が、機械の軸線の周囲に円環状に並べられて配列されている。圧縮機は、圧縮された空気を各燃焼器に供給し、そこで圧縮された空気と燃料とが混合されて燃焼される。高温燃焼ガスは、各圧縮機からトランジションピースを通して第１段ノズルへと流れ、タービンを駆動して出力を発生する。後部フレームは、一般に、トランジションピースの下流端又は後部端に取り付けられ、トランジションピースと第１段ノズルとの接合部での高温ガスの漏れを防止するシール要素を一般に含む。

隣接するトランジションピース後部フレーム同士の間の後部端は、一般に、高温で低速のガスが滞留する可能性のある低圧の領域を生成する。この高温ガスの再循環する区域は、部材の割れや酸化によって、後部フレームの寿命を短くしてしまう可能性がある。

米国特許第７４８１０３７号

上記の必要性及び／又は問題の一部又は全部は、本出願の特定の実施形態によって対処され得る。一実施形態では、トランジションピース後部フレームシールアセンブリが開示される。シールアセンブリは、第１側面及び第２側面を有する長尺体と、長尺体の第１側面に配置された１以上の供給孔と、第１側面から長尺体を通って第２側面へと延在し、１以上の供給孔と連通する１以上の通路と、長尺体の第２側面に配置され、１以上の通路と連通する１以上の冷却孔とを含む。冷却流体の流れが、１以上の供給孔、１以上の通路及び１以上の冷却孔に流入することができ、１以上の冷却孔は、冷却流体の流れを、隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリの周囲の再循環区域へと導く。

別の実施形態では、トランジションピース後部フレームシールアセンブリが開示される。シールアセンブリは、プラットフォームと、プラットフォームから延在する略Ｙ字形部材と、プラットフォームに配置された１以上の供給孔と、１以上の供給孔から略Ｙ字形部材を貫通する１以上の通路と、略Ｙ字形部材の遠位端に配置され、１以上の通路と連通する１以上の冷却孔とを含む。冷却流体の流れが、１以上の供給孔、１以上の通路及び１以上の冷却孔に流入することができ、１以上の冷却孔は、冷却流体の流れを、隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリの周囲の再循環区域へと導く。

さらに、別の実施形態では、方法が開示される。方法は、隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリ同士の間にシールを配置する段階を含む。方法はまた、冷却流体の流れを、シールを通して隣接トランジションピース後部フレームアセンブリの周囲の再循環区域へと導く段階を含む。

本発明の他の実施形態、態様及び特徴は、以下の詳細な説明、添付の図面及び特許請求の範囲から当業者には明らかとなるだろう。

ここで、必ずしも一定の縮尺で描かれてはいない、添付の図面が参照される。

圧縮機と燃焼器とタービンとを備えるガスタービンエンジンを例示する概略図である。 燃焼器アセンブリの一部の断面図である。 実施形態に係るシールアセンブリの実施例の実施形態の斜視図である。 実施形態に係るシールアセンブリの実施例の実施形態の断面図である。 実施形態に係るシールアセンブリの実施例の実施形態の断面図である。 実施形態に係るシールアセンブリの実施例の実施形態の断面図である。 実施形態に係る方法の実施例の流れ図である。

ここで、例示の実施形態が、添付の図面を参照しつつ、以降において十分に説明されることになるが、それは一部の実施形態であり、すべての実施形態が示されるのではない。本出願は、多くの異なる態様で実施することができるのであり、本明細書で説明される実施形態に限定されると理解されるべきではない。同様の符号は、本明細書を通して同様の要素を参照する。

例示の実施形態は、特に、閉じ込められた渦のある空所を含む燃焼器アセンブリを対象とするものである。図１は、本明細書で用いられ得るガスタービンエンジン１０の概略図である。公知のように、ガスタービンエンジン１０は、圧縮機１５を含む。圧縮機１５は、流入する空気２０を圧縮する。圧縮機１５は、圧縮した空気２０の流れを燃焼器２５へと送る。燃焼器２５は、圧縮した空気２０の流れを、燃料３０の加圧された流れと混合し、その混合物を点火して燃焼ガス３５の流れを生成する。単一の燃焼器２５のみが示されているが、ガスタービンエンジン１０は、任意の数の燃焼器２５を含んでいてもよい。燃焼ガス３５の流れは、次に、タービン４０へと送られる。燃焼ガス３５の流れは、タービン４０を駆動し、機械的仕事を生成する。タービン４０において生成された機械的仕事は、軸４５を介して、圧縮機１５や、発電機などの外部負荷５０を駆動する。

ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、様々な種類の合成ガス及び／又は他の種類の燃料を使用することができる。ガスタービンエンジン１０は、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社（米国ニューヨーク州スケネクタディ）によって提供される、多くの様々なガスタービンエンジンのうちの任意のものであればよく、その中には、限定されることはないが、７シリーズ又は９シリーズなどの大型ガスタービンエンジンなどが含まれる。ガスタービンエンジン１０は、様々な構成を有することができ、他の種類の構成部品を用いることができる。

他の種類のガスタービンエンジンが本明細書で用いられてもよい。複数のガスタービンエンジン、他の種類のタービン及び他の種類の発電機器もまた、本明細書において共に用いられてもよい。

燃焼システム５５の断面図が、例えば、図２に例示されている。システム５５の構成部品は、ガスタービンの燃焼器６５から第１段ノズル７０への流れにおいて、燃焼生成物を取り囲んで限定するためのトランジションピース６０を含む。高温ガスを生成して環状に配列されたノズル７０に流すための、環状に配列された燃焼器があり、このような燃焼器６５、ノズル７０及びトランジションピース６０のそれぞれのうちの１つが例示されているであろうことは理解されるべきである。また、圧縮機吐出筺体７５の一部が図示されている。圧縮機の吐出空気は、一般には、筺体７５と、燃焼器ライナ８０及びトランジションピース６０との間の空間内に、燃焼システムの構成部品の冷却のため又は希釈空気の供給源として供給される。

図２に示すように、トランジションピース６０は、燃焼生成物の流れを定めて燃焼器６５からノズル７０へと導くための囲い８５を含む。ため、囲い８５は、燃焼生成物を受け入れる前端９０と、燃焼生成物をノズル７０の方向へと流す後端９５とを含む。トランジションピース６０の前端９０は、概して円形であり得る。一実施形態では、トランジションピース６０は、円形の前端９０から、概して軸方向かつタービン軸線に対して径方向内向きへと変化し、若干弓形となって、後端９５で概して直線的となっている。後端９５とノズル７０との間に配置されているのは、一般的な後部フレーム１００である。後部フレーム１００は、トランジションピース６０の後端９５の形に合うように、概して直線的な形状になっていると考えられ、一般には、後部フレーム１００を後端９５に溶接することでトランジションピース６０に取り付けられている。

当分野で一般に理解されるように、２つの隣接するトランジションピース後部フレームの間の部分は、高温で低速のガスが滞留する可能性のある低圧の領域を生成する。この高温ガスの再循環する区域は、部材の割れや酸化によって、後部フレームの寿命を短縮させる可能性がある。ある実施形態において、本出願は、隣接するトランジションピース後部フレームの間にシールを提供する。シールは、冷却空気を再循環領域へと導いて、高温ガスを追い出す及び／又は、バルク温度を低下させる。シールは、トランジションピースの寿命を延ばすことができ、検査間隔毎及び修理間隔毎に必要とされる補修の規模を縮小させることができる。

図３及び図４は、トランジションピース後部フレームシールアセンブリ１０２の実施例による実施形態を描写する。シールアセンブリ１０２は、プラットフォーム１０４を含む。シールアセンブリ１０２はまた、プラットフォーム１０４から延在する略Ｙ字形部材１０６を含む。プラットフォーム１０４には、幾つかの供給孔１０８が配置され得る。複数の供給孔１０８は、供給孔１０８から略Ｙ字形部材１０６を貫通するそれぞれの通路１１０と連通し得る。シールアセンブリ１０２はまた、略Ｙ字形部材１０６の遠位端に配置された幾つかの冷却孔１１２を含む。多くの冷却孔１１２は、それぞれの通路１１０と連通し得る。

図５に描写されるように、シールアセンブリ１０２は、隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリ１００同士の間に配置され得る。具体的には、プラットフォーム１０４は、隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリ１００同士の間に延在してシールを形成する。ある態様では、冷却流体の流れ１１６は、隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリ１００同士の間を通過し、シールアセンブリ１０２の供給孔１０８へと流入する。冷却流体の流れ１１６は、通路１１０を通過し、冷却孔１１２から流出する。冷却孔１１２の角度は、冷却流体の流れ１１６を、隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリ１００の後端１１４の周囲の再循環区域１１８へと導くように設定し得る。例えば、冷却孔１１２の角度は、冷却流体の流れ１１６を再循環区域１１８に導いて、再循環区域１１８に滞留する高温ガスを追い出すように設定し得る。

冷却孔１１２の角度は、シールアセンブリ１０２の構成によって定められてもよい。例えば、図５に描写されるように、略Ｙ字形部材１０６では、冷却孔１１２の角度は、隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリ１００の後端１１４に対して約４０度とされる。しかしながら、冷却孔１１２の角度は、ガスタービン及び再循環区域１１８の構成に依存して、４０度以上又は４０度以下であってもよいことは理解されよう。実際、冷却孔１１２は任意の角度であり得る。冷却孔１１２の角度によって、再循環区域１１８に滞留する高温ガスの排出が促進される。

さらに図５を参照すると、プラットフォーム１０４、略Ｙ字形部材１０６、供給孔１０８、通路１１０及び冷却孔１１２は、単体加工品からなるものでもよい。別の実施形態においては、図６に描写されるように、プラットフォーム１０４、略Ｙ字形部材１０６、供給孔１０８、通路１１０及び冷却孔１１２は、単体の成形品からなるものでもよい。しかしながら、シールアセンブリ１０２は、様々な形及び大きさを有し得ることは理解されよう。例えば、シールアセンブリ１０２は、冷却流体の流れ１１６を再循環区域１１８に導いて、再循環区域１１８に滞留する高温ガスを追い出す任意の構成であり得る。任意の数の供給孔１０８、通路１１０及び冷却孔１１２が、再循環区域１１８に滞留する高温ガスを追い出すために含まれ得る。

図７は、冷却流体の流れを、隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリ１００の後端の周囲の再循環区域に導くための方法７００の実施例の流れ図を示す。この具体的な実施形態では、方法７００は、図７のブロック７０２で示すように、まず、隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリ同士の間にシールを配置する段階を含む。方法は、ブロック７０４で、冷却流体の流れを、シールを通して隣接トランジションピース後部フレームアセンブリの周囲の再循環区域へと導く段階を含む。方法７００は、さらに、ブロック７０６で、冷却流体の流れの向きを変えて、再循環区域の周囲で隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリの後面の周囲に導いて、再循環区域に滞留する高温ガスを追い出す段階を含む。

実施形態は、構造的な特徴及び／又は方法論的な行動に特有の言葉で説明されたが、本開示は、説明された具体的な特徴又は行動に必ずしも限定されないことは理解されよう。むしろ、具体的な特徴又は行動は、実施形態を実施する例示の態様として開示されている。

１０ ガスタービンエンジン
１５ 圧縮機
２０ 空気
２５ 燃焼器
３０ 燃料
３５ 燃焼ガス
４０ タービン
４５ 軸
５０ 外部負荷
５５ 燃焼システム
６０ トランジションピース
６５ 燃焼器
７０ ノズル
７５ 吐出筺体
８０ 燃焼器ライナ
８５ 囲い
９０ 前端
９５ 後端
１００ トランジションピース後部フレームアセンブリ
１０２ シールアセンブリ
１０４ プラットフォーム
１０６ 略Ｙ字形部材
１０８ 供給孔
１１０ 通路
１１２ 冷却孔
１１４ 後端
１１６ 冷却流体の流れ
１１８ 再循環区域
７００ 方法
７０２ ブロック
７０４ ブロック
７０６ ブロック

Claims (20)

1. トランジションピース後部フレームシールアセンブリであって、当該シールアセンブリが、
   第１側面及び第２側面を有する長尺体と、
   長尺体の第１側面に配置された１以上の供給孔と、
   第１側面から長尺体を通って第２側面へと延在し、１以上の供給孔と連通する１以上の通路と、
   長尺体の第２側面に配置され、１以上の通路と連通する１以上の冷却孔と
   を備えており、冷却流体の流れが、１以上の供給孔、１以上の通路及び１以上の冷却孔に流入し、１以上の冷却孔が、冷却流体の流れを、隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリの周囲の再循環区域へと導く、シールアセンブリ。
2. １以上の冷却孔の角度が、冷却流体の流れを再循環区域に導いて、再循環区域に滞留する高温ガスを追い出すように設定される、請求項１記載のシールアセンブリ。
3. １以上の冷却孔の角度が、冷却流体の流れを、再循環区域の周囲で隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリの後面の周囲に導いて、再循環区域に滞留する高温ガスを追い出すように設定される、請求項１記載のシールアセンブリ。
4. 長尺体が、隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリ同士の間に延在してシールを形成する、請求項１記載のシールアセンブリ。
5. １以上の供給孔が複数の供給孔を含む、請求項１記載のシールアセンブリ。
6. １以上の通路が複数の通路を含む、請求項１記載のシールアセンブリ。
7. １以上の冷却孔が複数の冷却孔を含む、請求項１記載のシールアセンブリ。
8. トランジションピース後部フレームシールアセンブリであって、当該シールアセンブリが、
   プラットフォームと、
   プラットフォームから延在する略Ｙ字形部材と、
   プラットフォームに配置された１以上の供給孔と、
   １以上の供給孔から略Ｙ字形部材を貫通する１以上の通路と、
   略Ｙ字形部材の遠位端に配置され、１以上の通路と連通する１以上の冷却孔と
   を備えており、冷却流体の流れが、１以上の供給孔、１以上の通路及び１以上の冷却孔に流入し、１以上の冷却孔が、冷却流体の流れを、隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリの周囲の再循環区域へと導く、シールアセンブリ。
9. １以上の冷却孔の角度が、冷却流体の流れを再循環区域に導いて、再循環区域に滞留する高温ガスを追い出すように設定される、請求項８記載のシールアセンブリ。
10. １以上の冷却孔の角度が、冷却流体の流れを、再循環区域の周囲で隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリの後面の周囲に導いて、再循環区域に滞留する高温ガスを追い出すように設定される、請求項８記載のシールアセンブリ。
11. プラットフォームが、隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリ同士の間に延在してシールを形成する、請求項８記載のシールアセンブリ。
12. １以上の供給孔が複数の供給孔を含む、請求項８記載のシールアセンブリ。
13. １以上の通路が複数の通路を含む、請求項８記載のシールアセンブリ。
14. １以上の冷却孔が冷却孔の複数の対を含む、請求項８記載のシールアセンブリ。
15. １以上の冷却孔が、略Ｙ字形部材の遠位端に配置された冷却孔の１以上の対を含む、請求項８記載のシールアセンブリ。
16. プラットフォーム、略Ｙ字形部材、１以上の供給孔、１以上の通路及び１以上の冷却孔が単体加工品からなる、請求項８記載のシールアセンブリ。
17. プラットフォーム、略Ｙ字形部材、１以上の供給孔、１以上の通路及び１以上の冷却孔が単体成形品からなる、請求項８記載のシールアセンブリ。
18. 隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリ同士の間にシールを配置する段階と、
    冷却流体の流れを、シールを通して、隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリの周囲の再循環区域へと導く段階と
    を含む方法。
19. 再循環区域に滞留する高温ガスを追い出すように、冷却流体の流れを、再循環区域で曲げる段階をさらに含む、請求項１８記載の方法。
20. 冷却流体の流れの向きを変えて、再循環区域の周囲で隣接するトランジションピース後部フレームアセンブリの後面の周囲に導いて、再循環区域に滞留する高温ガスを追い出す段階をさらに含む、請求項１８記載の方法。