JP2015059570A

JP2015059570A - タービンバケットのスラッシュ面に１つ以上の冷却孔を提供するシステムおよび方法

Info

Publication number: JP2015059570A
Application number: JP2014185788A
Authority: JP
Inventors: シュウツァン・ジェームズ・ツァン; James Zhang Xiuzhang; ジェームズ・ダブリュー・ヴェアー; W Vehr James
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2015-03-30
Also published as: CH708627A2; US20150075180A1; DE102014112838A1

Abstract

【課題】ホイールスペースに適切な量のパージ流を供給するガスタービンエンジンを提供する。【解決手段】タービンバケットを本明細書に開示する。タービンバケットには、プラットフォームと、プラットフォームから半径方向内側に延びるシャンク部と、を含み得る。シャンク部は、スラッシュ面と、スラッシュ面に形成された半径方向シールピン溝と、スラッシュ面において半径方向シールピン溝近傍に配置された、少なくとも１つの冷却孔と、を含み得る。【選択図】図３

Description

本開示の実施形態は、一般に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、タービンバケットのスラッシュ面に１つ以上の冷却孔を提供するシステムおよび方法に関する。

ガスタービンエンジンは、典型的には、圧縮機と、燃焼器と、タービンと、を含む。タービンの効率は、タービンセクションの高温ガス流路内の部品を冷却するために使用する圧縮機からの冷却空気流量に、ある程度影響される。ホイールスペースに高温ガスが入るのを制限（またはパージ）するため、冷却空気流を、タービンのホイールスペースに導入することができる。この冷却空気流を生産作業に利用することができないため、ホイールスペースへの過剰なパージ流は、タービンの効率を低下させる可能性がある。

米国特許出願公開第２０１１／００８１２４５号明細書

上記の要望および／または問題のいくつか、またはすべては、本開示の、ある実施形態により対処され得る。一実施形態によると、タービンバケットが開示されている。タービンバケットは、プラットフォームと、プラットフォームから半径方向内側に延びるシャンク部と、を含み得る。シャンク部は、スラッシュ面と、スラッシュ面に形成された半径方向シールピン溝と、半径方向シールピン溝近傍のスラッシュ面に配置された、少なくとも１つの冷却孔と、を含み得る。

別の実施形態によると、ガスタービンエンジンシステムが開示されている。このシステムは、圧縮機と、圧縮機と連通する燃焼器と、燃焼器と連通するタービンと、を含み得る。タービンバケットは、プラットフォームと、プラットフォームから半径方向内側に延びるシャンク部と、を含み得る。シャンク部は、スラッシュ面と、スラッシュ面に形成された半径方向シールピン溝と、半径方向シールピン溝近傍のスラッシュ面に配置された、少なくとも１つの冷却孔と、を含み得る。

さらに、別の実施形態によれば、タービンバケットのシャンク部が開示されている。シャンク部は、スラッシュ面と、スラッシュ面に形成された半径方向シールピン溝と、半径方向シールピン溝近傍のスラッシュ面に配置された、少なくとも１つの冷却孔と、を含み得る。

本発明のその他の実施形態、態様および特徴は、下記の詳細な説明、添付図面、および別添の特許請求の範囲から、当業者には明らかである。

ここで添付の図面を参照する。添付の図面は必ずしも正確な縮尺率ではない。

ガスタービンエンジンの例示的な図を模式的に示す。タービンバケットの例示的な断面図を模式的に示す。本開示の実施形態によるタービンバケットの例示的な断面斜視図を模式的に示す。本開示の実施形態によるタービンバケットの例示的な断面斜視図を模式的に示す。

以下、例示的な実施形態について、添付図面を参照しながらより詳細に説明する。添付図面には、すべてではなく、一部の実施形態が示されている。本開示は多くの異なった形態で実施することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されものと解釈すべきではない。明細書全般にわたり、類似の番号は類似の要素を指す。

図１は、本明細書において用いられ得るガスタービンエンジン１０の模式図である。ガスタービンエンジン１０は圧縮機１５を含み得る。圧縮機１５は、流入する空気流２０を圧縮する。圧縮機は、圧縮された空気流２０を燃焼器２５に供給する。燃焼器２５は、圧縮された空気流２０と圧縮燃料流３０とを混合し、その混合物に点火して燃焼ガス流３５を作る。燃焼器２５を１つのみ図示しているが、ガスタービンエンジン１０は、燃焼器２５をいくつでも含み得る。燃焼ガス流３５は下流にあるタービン４０へと次々に供給される。燃焼ガス流３５は、タービン４０を駆動し、機械的作用を生じさせる。タービン４０で生じた機械的作用は、シャフト４５、および、発電機等の外部荷重５０を介して、圧縮機１５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、および／またはその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、ゼネラルエレクトリック社（スケネクタディ、ニューヨーク州）等により提供されるもの等の、いくつかの異なるガスタービンエンジンのうちの任意の１つであり得る。ガスタービンエンジン１０は、異なる構造を有し、他の種類の部品を使用することができる。また、その他の種類のガスタービンエンジンを、本明細書において使用することができる。多種のガスタービンエンジン、他の種類のタービン、および他の種類の発電設備を本明細書において一緒に使用することができる。

図２はタービン４０の一部分の例示的な実施形態を模式的に示す。タービン４０は長手方向軸近傍に配置されたロータ５２を含み得る。いくつかのバケット５４が、ロータ５２に搭載され得る。例えば、バケット５４は、互いに周方向に隣接して配置され、ロータ５２から半径方向外側に延びることができる。バケット５４は、タービン４０中で１つ以上の段落を形成し得る。例えば、バケット５４は最初の段落、最後の段落または両者の間のいかなる段落をも形成し得る。バケット５４は、プラットフォーム５６と、シャンク部５８と、エアフォイル６０と、ダブテール６２と、を含み得る。ダブテール６２は、ロータ５２の対応するダブテール６４と対になるように構成され得る。

シャンク部５８は、スラッシュ面６６を含み得る。スラッシュ面６６はシャンク部５８の外周縁部である。場合によっては、シャンク部５８の前縁は、前方トレンチキャビティ６８を含み得る。前方トレンチキャビティ６８は、エンジェルウィングシール７０とプラットフォーム５６の前縁７２との間に形成され得る。前方トレンチキャビティ６８は、ホイールスペースからのパージ空気が高温の燃焼ガスと接する領域を提供し得る。その他の部品およびその他の構成を本明細書において使用することができる。

図３および図４は、本明細書において使用され得る、タービンバケット１００の例示的な実施形態を示す。タービンバケット１００は、プラットフォーム１０２と、シャンク部１０４と、エアフォイル１０６と、ダブテール１０８と、を含み得る。シャンク部１０４は、プラットフォーム１０２から半径方向内側に延びることができ、かつエアフォイル１０６は、プラットフォーム１０２から半径方向外側に延びることができる。シャンク部１０４は、スラッシュ面１１０を含み得る。スラッシュ面１１０は、シャンク部１０４の周縁部である。エアフォイル１０６の向きによって、スラッシュ面１１０は（図３に示すように）正圧側スラッシュ面になる場合があり、または、（図４に示すように）負圧側スラッシュ面になる場合がある。つまり、エアフォイル１０６の正圧側近傍に配置されるスラッシュ面１１０が正圧側スラッシュ面であり、エアフォイル１０６の負圧側近傍に配置されるスラッシュ面１１０が負圧側スラッシュ面である。

場合によっては、シャンク部１０４の前縁は、前方トレンチキャビティ１１２を含み得る。前方トレンチキャビティ１１２は、エンジェルウィングシール１１４とプラットフォーム１０２の前縁１１６との間に形成され得る。前方トレンチキャビティ１１２は、ホイールスペースからのパージ空気が高温の燃焼ガスと接する領域を提供し得る。

ある実施形態においては、タービンバケット１００は、スラッシュ面１１０に形成された半径方向シールピン溝１１８を含み得る。半径方向シールピン溝１１８は、少なくとも部分的にプラットフォーム１０２からダブテール１０８に延び得る。場合によっては、半径方向シールピン１２０（明瞭にするため点線で示している）は、半径方向シールピン溝１１８内に配置され得る。つまり、いくつかのタービンバケット１００がロータに連結する場合に、隣接するシャンク部１０４同士の間のシーリングを容易にするために、各半径方向シールピン溝１１８のサイズおよび形状を、その中に半径方向シールピン１２０を受けるために定めることができる。米国特許出願公開第２０１１／００８１２４５号明細書および米国特許第７，６００，９７２号明細書の双方は、半径方向シールピン溝および半径方向シールピンの例示的な実施形態を記載し、双方とも参照することによって、本明細書に組み込まれる。場合によっては、正圧側スラッシュ面のみ、および／または負圧側スラッシュ面のみが半径方向シールピン溝１１８および／または半径方向シールピン１２０を含み得る。この方法で、半径方向シールピン溝１１８および／または半径方向シールピン１２０を含まないスラッシュ面であっても、半径方向シールピン溝１１８および／または半径方向シールピン１２０を含む隣接するタービンバケット１００と共にシールを形成し得る。

タービンバケット１００は、半径方向シールピン溝１１８近傍の、スラッシュ面１１０に配置された、少なくとも１つの冷却孔１２２を含み得る。冷却孔１２２は正圧側スラッシュ面内および／または負圧側スラッシュ面内に配置し得る。冷却孔１２２は、半径方向シールピン溝１１８および／または半径方向シールピン１２０近傍の領域に、冷却流体流（例えば、空気）を提供し得る。例えば、冷却孔１２２は、冷却回路１２４によって、圧縮機から分かれた空気流と連通し得る。他の空気源を、使用することができる。ある場合においては、冷却回路１２４には、タービンバケット１００内に配置された、いくつかの流路１２６等を含まれ得る。このように、冷却孔１２２は、いくつかの流路１２６のうちいずれか１つと流体連通し得る。冷却回路１２４および／または流路１２６の向き、構成、および数は、は異なってもよい。

ある実施形態においては、冷却孔１２２は、スラッシュ面１１０において前方トレンチキャビティ１１２近傍に配置され得る。つまり、冷却孔１２２は、スラッシュ面１１０において、エンジェルウィングシール１１４とプラットフォーム１０２の前縁１１６との間に配置され得る。あるいは、または追加的に、冷却孔１２２は半径方向シールピン溝１１８の半径方向外方部分近傍に配置され得る。他の例においては、冷却孔１２２は、半径方向シールピン溝１１８の上流部分近傍、および／または半径方向シールピン溝１１８の下流部分近傍に配置され得る。冷却孔１２２は、半径方向シールピン溝１１８近傍のどの位置にでも配置され得る。さらに、ある場合においては、冷却孔１２２は、冷却孔１２２をいくつか含み得る。つまり、いくつかの冷却孔１２２は、スラッシュ面１１０において、半径方向シールピン溝１１８近傍の様々な位置に配置され得る。

冷却孔１２２を配置することにより、半径方向シールピン溝１１８および／または半径方向シールピン１２０近傍の領域の冷却が促進される。同様に、前方トレンチキャビティ１１２によって、必要とされるパージ空気が少なくなり、その結果、ガスタービンエンジンの効率が上がる。

実施形態が構造上の特徴および／または方法論的行為に特有の文言で記載されているが、本開示は、必ずしも記載した特定の特徴または行為に限定するものではないことを理解すべきである。むしろ、特定の特徴および行為は、実施形態を実行する例示的な形態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空気流
２５燃焼器
３０燃料流
３５燃焼ガス流
４０タービン
４５シャフト
５０外部荷重
５２ロータ
５４バケット
５６プラットフォーム
５８シャンク部
６０エアフォイル
６２ダブテール
６４ダブテール
６６スラッシュ面
６８前方トレンチキャビティ
７０エンジェルウィングシール
７２前縁
１００タービンバケット
１０２プラットフォーム
１０４シャンク部
１０６エアフォイル
１０８ダブテール
１１０スラッシュ面
１１２前方トレンチキャビティ
１１４エンジェルウィングシール
１１６前縁
１１８半径方向シールピン溝
１２０半径方向シールピン
１２２冷却孔
１２４冷却回路
１２６流路

Claims

プラットフォーム（５６、１０２）と、
前記プラットフォーム（５６、１０２）から半径方向内側に延びるシャンク部（５８、１０４）と、を備えるタービンバケット（１００）であって、
前記シャンク部（５８、１０４）が、
スラッシュ面（６６、１１０）と、
前記スラッシュ面（６６、１１０）に形成された半径方向シールピン溝（１１８）と、
前記スラッシュ面（６６、１１０）において、前記半径方向シールピン溝（１１８）近傍に配置された少なくとも１つの冷却孔（１２２）と、を備える、タービンバケット（１００）。
前記半径方向シールピン溝（１１８）内に配置可能な半径方向シールピン（１２０）をさらに備える、請求項１に記載のタービンバケット（１００）。
前記少なくとも１つの冷却孔（１２２）が、前記半径方向シールピン溝（１１８）近傍に冷却流体流を提供する、請求項１に記載のタービンバケット（１００）。
前記シャンク部（５８、１０４）の前縁（７２、１１６）の近傍に形成された前方トレンチキャビティ（６８、１１２）をさらに備え、前記少なくとも１つの冷却孔（１２２）が、前記スラッシュ面（６６、１１０）において前記前方トレンチキャビティ（６８、１１２）近傍に配置された、請求項１に記載のタービンバケット（１００）。
前記少なくとも１つの冷却孔（１２２）が、前記半径方向シールピン溝（１１８）の半径方向外方部分、前記半径方向シールピン溝（１１８）の上流部分、前記半径方向シールピン溝（１１８）の下流部分、またはそれらの組合せのうち、少なくとも１つの近傍に配置されている、請求項１に記載のタービンバケット（１００）。
前記少なくとも１つの冷却孔（１２２）が、複数の冷却孔（１２２）である、請求項１に記載のタービンバケット（１００）。
前記スラッシュ面（６６、１１０）が、正圧側スラッシュ面または負圧側スラッシュ面の少なくとも１つを備える、請求項１に記載のタービンバケット（１００）。
前記少なくとも１つの冷却孔（１２２）が冷却回路（１２４）と連通する、請求項１に記載のタービンバケット（１００）。
圧縮機（１５）と、
前記圧縮機（１５）と連通する燃焼器（２５）と、
前記燃焼器（２５）と連通するタービン（４０）であって、１つ以上のタービンバケット（１００）を備えるタービンと、を備えるガスタービンエンジンシステムであって、
前記タービンバケット（１００）が、
プラットフォーム（５６、１０２）と、
前記プラットフォーム（５６、１０２）から半径方向内側に延びるシャンク部（５８、１０４）と、を備え、
前記シャンク部（５８、１０４）が、
スラッシュ面（６６、１１０）と、
前記スラッシュ面（６６、１１０）に形成された半径方向シールピン溝（１１８）と、
前記スラッシュ面（６６、１１０）において、前記半径方向シールピン溝（１１８）近傍に配置された少なくとも１つの冷却孔（１２２）と、を備える、ガスタービンエンジンシステム。
前記半径方向シールピン溝（１１８）内に配置可能な半径方向シールピン（１２０）をさらに備える、請求項９に記載のガスタービンエンジンシステム。
前記少なくとも１つの冷却孔（１２２）が、前記半径方向シールピン溝（１１８）近傍に冷却流体流を提供する、請求項９に記載のガスタービンエンジンシステム。
前記シャンク部（５８、１０４）の前縁（７２、１１６）近傍に形成された前方トレンチキャビティ（６８、１１２）をさらに備え、前記少なくとも１つの冷却孔（１２２）が、前記スラッシュ面（６６、１１０）において前記前方トレンチキャビティ（６８、１１２）近傍に配置された、請求項９に記載のガスタービンエンジンシステム。
前記少なくとも１つの冷却孔（１２２）が、前記半径方向シールピン溝（１１８）の半径方向外方部分、前記半径方向シールピン溝（１１８）の上流部分、前記半径方向シールピン溝（１１８）の下流部分、またはそれらの組合せのうち、少なくとも１つの近傍に配置されている、請求項９に記載のガスタービンエンジンシステム。
前記少なくとも１つの冷却孔（１２２）が、複数の冷却孔（１２２）である、請求項９に記載のガスタービンエンジンシステム。
前記スラッシュ面（６６、１１０）が、正圧側スラッシュ面または負圧側スラッシュ面の少なくとも１つを備える、請求項９に記載のガスタービンエンジンシステム。
前記少なくとも１つの冷却孔（１２２）が冷却回路（１２４）と連通する、請求項９に記載のガスタービンエンジンシステム。
タービンバケット（１００）のシャンク部（５８、１０４）であって、
スラッシュ面（６６、１１０）と、
前記スラッシュ面（６６、１１０）に形成された半径方向シールピン溝（１１８）と、
前記半径方向シールピン溝（１１８）近傍の前記スラッシュ面（６６、１１０）に配置された少なくとも１つの冷却孔（１２２）と、を備える、シャンク部（５８、１０４）。
前記半径方向シールピン溝（１１８）内に配置可能な半径方向シールピン（１２０）をさらに備える、請求項１７に記載のシャンク部（５８、１０４）。
前記少なくとも１つの冷却孔（１２２）が、前記半径方向シールピン溝（１１８）近傍に冷却流体流を提供する、請求項１７に記載のシャンク部（５８、１０４）。
前記シャンク部（５８、１０４）の前縁（７２、１１６）近傍に形成された前方トレンチキャビティ（６８、１１２）をさらに備え、前記少なくとも１つの冷却孔（１２２）が、前記スラッシュ面（６６、１１０）において前記前方トレンチキャビティ（６８、１１２）近傍に配置された、請求項１７に記載のシャンク部（５８、１０４）。