JP2017166475A - ガスタービン用のステータヒートシールド、及びこのようなステータヒートシールドを備えたガスタービン、及びステータヒートシールドを冷却する方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高温ガス流路を有したガスタービン用のステータヒートシールドを提供する。【解決手段】ステータヒートシールド1は、ガスタービンの高温ガス流路に面するように配置されるように適合された第1の面2と;該第1の面に対して反対側の第2の面3と;該第2の面から前記第1の面に向かって冷却流体を方向付ける冷却通路5と;該冷却通路の少なくとも一部から冷却流体を受け取る、前記第1の面に配置されたキャビティ6と、を有しており、前記キャビティの少なくとも一部はそれぞれ、該キャビティに開口する少なくとも2つの対応する冷却通路を有しており、前記少なくとも2つの対応する冷却通路は、互いに向かって傾けられている。使用時に、キャビティ内に渦流7が形成される。【選択図】図1
Description
本発明は、ガスタービン用のステータヒートシールド、及びこのようなステータヒートシールドが設けられたガスタービン、及びステータヒートシールドを冷却する方法に関する。
発明の背景
特に第一段のガスタービンステータヒートシールド(SHS)の冷却は、極めて困難な課題である。実際、ブレード部品に盛んに用いられる、高温ガスにさらされる面のフィルム冷却は、2つの理由で、回転ブレードがSHSを通過する領域には殆ど適用できない。第1に、SHSとブレード先端部との間の間隙における複雑な流れ場が、冷却フィルムの形成を可能にせず、結果として生じるフィルム効果が低く予測困難である。第2に、摩擦が生じる場合、冷却開口が閉塞される恐れがあり、これにより、所要の冷却空気の流出が妨害され、これは冷却システム全体に対して不利な効果をもたらし、耐用期間を短縮する。
特に第一段のガスタービンステータヒートシールド(SHS)の冷却は、極めて困難な課題である。実際、ブレード部品に盛んに用いられる、高温ガスにさらされる面のフィルム冷却は、2つの理由で、回転ブレードがSHSを通過する領域には殆ど適用できない。第1に、SHSとブレード先端部との間の間隙における複雑な流れ場が、冷却フィルムの形成を可能にせず、結果として生じるフィルム効果が低く予測困難である。第2に、摩擦が生じる場合、冷却開口が閉塞される恐れがあり、これにより、所要の冷却空気の流出が妨害され、これは冷却システム全体に対して不利な効果をもたらし、耐用期間を短縮する。
その結果、従来の形式のSHSの冷却の極めて一般的な慣行は、対流孔を通ってSHSの側面から排出される冷却空気による広範囲なインピンジメント冷却を利用することであるが、これは全体的な冷却効果を制限する。
ヘビーデューティーなガスタービンエンジン(例えば、コンバインドサイクル用)のさらなる開発は、周期的パラメータ:圧力比、高温ガス温度の上昇に焦点を当てている。長期的視点では、高温ガス路構成要素は、2000〜2200Kのタービン入口高温ガス温度に耐えることが義務づけられるようになるだろう。利用可能な対流冷却方式は、放出領域と空気・高温ガス圧力比の顕著な増加にも関わらず、第1段のSHSの適切な耐用期間を保証することはできないだろう。
タービン入口温度の過度の上昇によって引き起こされる可能性のある第2の問題は、形状的な制限によって生じる最も厳しい熱的条件及び先端のクリアランス領域における高い乱流レベルに通常さらされるブレード先端領域の耐用期間の悪化である。この特殊な領域の耐用期間を、許容可能なレベルにまで引き上げるためには、放出領域の開口により冷却流量を大幅に増大させる必要がある。このような取り組みは、タービン及びエンジン効率全体に対する不利な影響を有している。さらに、ブレード先端領域内における高温ガス流とクーラント流との間の分離が大きいことも強調されなければならず、局所的な筋状の高温ガスはいずれも、耐用期間が限定される個所を形成する恐れがある。
ステータヒートシールドのための公知の冷却方式の多くは、成熟した製造技術(鍛造、機械加工、ろう付け)と従来の冷却機構(インピンジメント、ピン、及び円筒孔)を扱うものである。
広く知られた方式は、例えば米国特許出願公開第2012/0251295号明細書(US 2012/0251295 A1)及びUS6139257に開示されているような、インピンジメントと側方放出との組み合わせである。これら全ての方式は強力であるが、SHSの前方、側方、後方における長孔からの放出を伴う対流冷却だけの中に限定されるため、その冷却効率は従来のレベルに限られる。
米国特許出願公開第2005/0058534号明細書(US2005/0058534 A1)、US5538393(US 5538393)では蛇行状冷却方式が提案されており、欧州特許出願公開第2549063号明細書(EP2549063 A1)では螺旋状の冷却方式が提案されている。これらの提案された冷却方式は、高い熱利用率により極めて効果的であるが、やはりその冷却効率は、高温ガス圧力ヘッドに対して固定されたクーラントと、何らかの外的な冷却が行われないことにより限定的なものである。特に言及すべきは、不均一な外部境界条件に対する設計の調整可能性が低いことである。
米国特許出願公開第2009/0035125号明細書(US2009/0035125 A1)、US5165847、US5169287、US6139257、米国特許第6354795号明細書(US 6354795 B1)、及び欧州特許出願公開第1533478号明細書(EP 1533478A2)は、高温ガスにさらされる表面における冷却空気排出を伴うインピンジメント冷却されるSHSを提案している。この方式は、圧力ヘッド、インピンジメント熱伝達率、構成要素の対流冷却効率を最大化することができるが、これら全ての開示は、以下のような欠点がある。即ち、ヘビーデューティーなガスタービンエンジンでは常に生じる恐れがある摩擦の発生時には、冷却穴出口が閉鎖され、従って冷却空気流が妨げられ、結果としてSHSの過熱が生じる恐れがある。さらに、ブレードの後縁に向かう放出孔の配置により、ブレード先端の冷却は、上述した技術では考慮されていない。
米国特許出願公開第2012/0027576号明細書(US 2012/0027576 A1)及び米国特許出願公開第2012/0251295号明細書(US 2012/0251295 A1)は、SHSの完全に高温ガスが流過する面に冷却空気をもたらす浸出冷却方式を提案している。この場合もやはり、摩擦発生に対する対策はなく、半径方向のクリアランスが厳しい場合には、この部分に設置するのは危険である。
国際公開第2013/129530号(W02013129530A1)によれば、深い保持溝内における外部の「フィルム」冷却機構の例が提案されているが、溝の間の厚い金属領域を冷却する冷却の提案はなされなかった。
発明の簡略な概要
本発明は、前記問題点の解決策を提供しようとするものである。
本発明は、前記問題点の解決策を提供しようとするものである。
長期的なさらなる開発においては、ヘビーデューティーなガスタービンエンジンが2000〜2200Kのタービン入口高温ガス温度に耐えなければならない場合、利用可能な対流冷却方式は、妥当な冷却空気消費量では、第1段のステータヒートシールドの適切な耐用期間を保証することはできないだろう。第2の考えられ得る問題は、最も過酷な条件に既にさらされている先端領域における耐用期間の悪化である。このことは、全体的及び局所的な冷却効率の画期的な改善を要する。SHS冷却機構の提案された方式は、上記両要素の所要耐用期間を保証する。
従って、本発明の課題の1つは、ガスタービンのステータヒートシールド、及びロータブレードのブレード先端の耐用期間を改善することである。本発明のさらなる課題は、ガスタービンの空気動力学を改善し、特に、先端クリアランス損失を減じることである。本発明のさらなる課題は、クーラントを節約することである。
本発明の課題は、高温ガス流路を有したガスタービン用のステータヒートシールドであって、該ステータヒートシールドは、
前記ガスタービンの前記高温ガス流路に面するように配置されるように適合された第1の面と、
該第1の面に対して反対側の第2の面と、
該第2の面から前記第1の面に向かって冷却流体を方向付ける冷却通路と、
該冷却通路の少なくとも一部から冷却流体を受け取る、前記第1の面に配置されたキャビティと、を有しており、
前記キャビティの少なくとも一部はそれぞれ、該キャビティに開口する少なくとも2つの対応する冷却通路を有しており、前記少なくとも2つの対応する冷却通路は、互いに向かって傾けられている、ステータヒートシールドにより解決される。
前記ガスタービンの前記高温ガス流路に面するように配置されるように適合された第1の面と、
該第1の面に対して反対側の第2の面と、
該第2の面から前記第1の面に向かって冷却流体を方向付ける冷却通路と、
該冷却通路の少なくとも一部から冷却流体を受け取る、前記第1の面に配置されたキャビティと、を有しており、
前記キャビティの少なくとも一部はそれぞれ、該キャビティに開口する少なくとも2つの対応する冷却通路を有しており、前記少なくとも2つの対応する冷却通路は、互いに向かって傾けられている、ステータヒートシールドにより解決される。
前記少なくとも2つの対応する冷却通路は、前記第2の面で冷却流体を受け取る入口と、それぞれ1つのキャビティ内に冷却流体噴流を放出する出口と、をそれぞれ有しており、前記少なくとも2つの対応する冷却通路は、当該少なくとも2つの対応する冷却通路から放出される前記冷却流体噴流が相互作用して、これにより前記キャビティ内に前記冷却流体のスワールが提供されるように配置されている。冷却流体噴流の相互作用により、キャビティ内で冷却流体の渦流形成が可能となり、これにより、冷却流体はキャビティ内に保持されてから、保持されているキャビティから吸い出されて高温ガスと混合することができる。従って本発明によるキャビティは、保持放出キャビティである。本発明による保持放出キャビティにより、SHSの外部冷却が可能となると同時に、摩擦の際の影響を緩和することができ、放出孔の閉塞が阻止される。保持放出キャビティから吸い出された冷却流体は、SHS及び通過するブレードの先端領域における下流の高温ガスにさらされる温度を減じる。さらに、本発明によるキャビティの使用により、タービンパフォーマンスの向上を狙いとする半径方向先端クリアランスの最小化が可能になる。
本発明によるキャビティは、キャビティ内の冷却流体噴流の渦流形成を補助するように、即ち冷却流体の循環が形成されるように構成されている。特に、キャビティは第1の面に向かって拡張している。キャビティは、実質的に半球状であってもよい。さらに、キャビティは、第1の面から見た場合、楕円形であってよい。
少なくとも2つの対応する冷却通路は、ステータヒートシールドの第1の面に対して、20°〜40°の、好適には25°〜35°の、さらに好適には30°の角度で傾けられていてよい。
前記少なくとも2つの対応する冷却通路はそれぞれ中心軸線を有していて、好適には前記少なくとも2つの対応する冷却通路の前記中心軸線は互いにずらされていて、これにより前記少なくとも2つの対応する冷却通路の中心軸線は、各キャビティにおいて交差しない。傾けられてずらされた通路により、キャビティ内で冷却流体の安定した循環が得られる。
好適には、少なくとも1つのキャビティの前記少なくとも2つの冷却通路は、別のキャビティの貫通路に交差し、2つのそれぞれの冷却通路の交差部が形成され、前記冷却通路は前記交差部で流体連通している。前記2つのそれぞれ交差する冷却通路の中心軸線は、1つの共通の平面内に配置されないように互いにずらされていると好適である。キャビティ内の冷却流体の安定した循環に加えてさらに、この配置により、交差領域において付加的な熱交換が可能であり、高い均一な冷却熱伝達率が得られる。これにより、内部の対流冷却網が提供される。
本発明の上記課題を達成するには、それぞれ1つのキャビティに付随する前記少なくとも2つの対応する冷却通路が、互いに向かって傾けられているちょうど2つの冷却通路を有していれば十分である。
前記2つの冷却通路の中心軸線は互いにずらされていて、好適には半径分ずらされていてよく、これにより前記2つの冷却通路の中心軸線は、各キャビティにおいて交差しない。半径分ずらされた2つの通路により、キャビティ内で冷却流体の最も安定した循環が得られる。
好適な態様では、1つのキャビティの前記2つの冷却通路のうちの一方は、隣接するキャビティの2つの冷却通路のうちの一方に交差して第1の交差部が形成されており、前記第1の交差部で交差する前記冷却通路は流体連通している。好適には、第1の交差部は、第1の面上への投影図として見た場合、実質的に前記一方のキャビティと前記隣接するキャビティとの間に位置している。さらに好適には、前記1つのキャビティの前記2つの対応する冷却通路のうちの前記一方は、前記隣接するキャビティの次の少なくとも1つのキャビティの2つの冷却通路のうちの一方にも交差して少なくとも1つの第2の交差部が形成されており、前記少なくとも第2の交差部で交差する前記冷却通路は流体連通している。それぞれの交差部で交差する冷却通路の中心軸線は、1つの共通の平面内に配置されないように互いにずらされている、好適には半径分だけずらされている。キャビティ内の冷却流体の安定した循環に加えてさらに、この配置により、交差領域において付加的な熱交換が可能であり、高い均一な冷却熱伝達率が得られる。これにより、内部の対流冷却網が提供される。冷却通路サイズ及びずれ値を変更することにより、冷却熱伝達率を極めて局所的に最適化することができる。
前記2つの冷却通路の前記中心軸線は、前記ステータヒートシールドの前記第1の面に対して垂直な平面で見た場合、各キャビティ内に収束しているならば、通常、冷却流体の循環は可能である。
均一な外部冷却網を形成するために、前記第1の面から見た場合、前記キャビティは、ステータヒートシールドの長手方向に延在する複数の列内に配置されていてよく、前記キャビティの列は、互い違いになっていてよい。
冷却通路は、対流円筒状通路又はチューブとして設けられてよい。
ステータヒートシールドは、既に慣用の工程により製造することができ、例えば、鋳造、機械加工、ろう付け、又は選択的レーザ溶融法(SLM)のような付加製造的手法によって製造されてよい。
本発明は、少なくとも1つの上記のステータヒートシールドを備えるガスタービンにも関する。ガスタービンで使用される冷却流体は冷却空気であってよい。
本発明は、ステータヒートシールドを冷却する方法であって、
このステータヒートシールドは、ガスタービンの高温ガス流路に面するように配置されるように適合された第1の面と、
該第1の面に対して反対側の第2の面と、
該第2の面から前記第1の面に向かって冷却流体を方向付ける冷却通路と、
該冷却通路の少なくとも一部から冷却流体を受け取る、前記第1の面に配置されたキャビティと、を有していて、
前記キャビティの少なくとも一部はそれぞれ、該キャビティに開口する少なくとも2つの対応する冷却通路を有しており、前記少なくとも2つの対応する冷却通路は、互いに向かって傾けられていて、
前記方法は、冷却空気を前記冷却通路に流通させるステップと、2つの冷却通路の冷却ガス流を1つのキャビティ内へと噴射するステップと、を有しており、
前記2つの冷却通路はずらされており、これによりキャビティ内に渦流が形成される、ステータヒートシールドを冷却する方法にも関する。
このステータヒートシールドは、ガスタービンの高温ガス流路に面するように配置されるように適合された第1の面と、
該第1の面に対して反対側の第2の面と、
該第2の面から前記第1の面に向かって冷却流体を方向付ける冷却通路と、
該冷却通路の少なくとも一部から冷却流体を受け取る、前記第1の面に配置されたキャビティと、を有していて、
前記キャビティの少なくとも一部はそれぞれ、該キャビティに開口する少なくとも2つの対応する冷却通路を有しており、前記少なくとも2つの対応する冷却通路は、互いに向かって傾けられていて、
前記方法は、冷却空気を前記冷却通路に流通させるステップと、2つの冷却通路の冷却ガス流を1つのキャビティ内へと噴射するステップと、を有しており、
前記2つの冷却通路はずらされており、これによりキャビティ内に渦流が形成される、ステータヒートシールドを冷却する方法にも関する。
上述した全ての特徴は、本発明の課題を達成するために互いに組み合わせることができる。
本発明の課題及び態様は、以下の本発明の説明及び請求項からも明らかになるであろう。
提案された本発明のSHSの冷却網は、特別にプロフィール形成された、スワール形成する保持キャビティ内への冷却空気の抜き取りを伴う、交差する対流通路により形成され、これにより外的なSHSへの安定した低温循環が提供される。この冷却方式は極めて効果が高く、所要の耐用期間を提供し、かつ/又はクーラントを節約する。このようなSHS冷却空気の利用により、ブレード先端クリアランス領域における混合気温度が減じられ、従って、その耐用期間が改善され(又はブレードクーラントが減じられ)、空気力学的損失が減じられる。提案された冷却方式は、摩擦から保護されており強力であって、従来の手法又は付加製造的な手法による製造を容易に利用することができる。
発明の好適な実施の形態
図1に示したように、特に第1段の、ガスタービン用のステータヒートシールド1は、ガスタービンの運転中にガスタービンを貫流する高温ガスにさらされるように適合された、即ち、ガスタービンの高温ガス流路に面するように適合された第1の面2を有している。さらに、ステータヒートシールド1は、第1の面2の反対側に第2の面3を有している。第2の面は、高温ガス流路に面しておらず、冷却流体供給部に接続されている。ガスタービンの運転中、第2の面3は冷却流体4にさらされている。冷却流体4を第2の面3から第1の面2に向けるために、ステータヒートシールド1は貫通冷却通路5,5’を有している。各冷却通路5,5’は、冷却流体4を受け取る供給入口と、冷却流体噴流を放出する出口と、を有している。第1の面2にはキャビティ6が設けられている。このキャビティ6は、高温ガスによって流過される第1の面2に向かって拡張する特別なプロフィールを有している。キャビティ6は、高温ガス流路に対して開かれている。各キャビティ6は、当該キャビティ6に対して開かれている2つの冷却通路5,5’を有している。2つの冷却通路5,5’は互いに向かって傾けられていて、キャビティ6内の冷却流体の循環7が形成されるように配置されている。冷却通路5,5’は、SHS(ステータヒートシールド1)の表面に対して、最良には30°傾けられていてよい。
図1に示したように、特に第1段の、ガスタービン用のステータヒートシールド1は、ガスタービンの運転中にガスタービンを貫流する高温ガスにさらされるように適合された、即ち、ガスタービンの高温ガス流路に面するように適合された第1の面2を有している。さらに、ステータヒートシールド1は、第1の面2の反対側に第2の面3を有している。第2の面は、高温ガス流路に面しておらず、冷却流体供給部に接続されている。ガスタービンの運転中、第2の面3は冷却流体4にさらされている。冷却流体4を第2の面3から第1の面2に向けるために、ステータヒートシールド1は貫通冷却通路5,5’を有している。各冷却通路5,5’は、冷却流体4を受け取る供給入口と、冷却流体噴流を放出する出口と、を有している。第1の面2にはキャビティ6が設けられている。このキャビティ6は、高温ガスによって流過される第1の面2に向かって拡張する特別なプロフィールを有している。キャビティ6は、高温ガス流路に対して開かれている。各キャビティ6は、当該キャビティ6に対して開かれている2つの冷却通路5,5’を有している。2つの冷却通路5,5’は互いに向かって傾けられていて、キャビティ6内の冷却流体の循環7が形成されるように配置されている。冷却通路5,5’は、SHS(ステータヒートシールド1)の表面に対して、最良には30°傾けられていてよい。
キャビティ6は、キャビティ6内で冷却流体の循環7が可能であるようにプロフィール形成されている。循環7により、冷却流体をキャビティ6内に保持してから、冷却流体は保持されているキャビティから吸い出されて、高温ガスと混合されるので、SHS及び通過するブレードの先端領域における下流の高温ガスにさらされる部分の温度を減じる。このような配置は、SHSの外部冷却を可能にすると同時に、摩擦発生時の影響を緩和することができ、これにより放出孔が閉鎖するのを阻止することができる。
さらに、ステータヒートシールド1のボディを貫通して延在する冷却通路5,5’は、SHSの内部対流冷却システムを形成する。従って冷却通路5,5’は、対流通路又はチューブとして設けられてよい。
内部冷却効果を向上させるために、1つのキャビティ6の傾けられた冷却通路5,5’は、別のキャビティ6の傾けられた冷却通路5,5’と交わり、交差部8,8’が形成される。このような好適な態様では、1つのキャビティ6に付随する2つの冷却通路5,5’のうちの1つの冷却通路5は、隣接するキャビティ6の2つの冷却通路5,5’のうちの1つの冷却通路5’に交差して、第1の交差部8が形成される。第1の交差部8は、第1の面2上への投影図としては、実質的に前記1つのキャビティ6と前記隣接するキャビティ6との間に位置している。1つのキャビティ6に付随する2つの冷却通路5,5’のうちの前記1つの冷却通路5は、前記隣接するキャビティの隣の少なくとも1つのキャビティの2つの貫通冷却通路5,5’のうちの1つの冷却通路5’にも交差することができ、少なくとも1つの第2の交差部8’が形成される。各交差部8,8’は、2つの交差する冷却通路5,5’を含んでいる。
図2を参照すると、同じキャビティ6内に開かれる2つの冷却通路5,5’の中心軸線は、互いにずらされている、好適には半径分だけずらされていることが判る。これにより、冷却流体の放出噴流間にスワール相互作用が生じ、これにより、より安定した循環7が得られる。
さらに図2により判るように、1つのキャビティ6の冷却通路5と別のキャビティ6の冷却通路5’とは、これら冷却通路5,5’の軸線が、1つの共通の平面内に配置されることがないように互いにずらされる、好適には半径分だけずらされるように、互いに交差している。交差する冷却通路5,5’は、交差部8,8’で流体連通している。冷却通路の冷却効果への適用において、貫通通路5,5’の交差及びずれにより、適度な圧力損失で高い熱伝達向上率を達成することができる。
図3にはさらに、キャビティ6が、ステータヒートシールド1の長手方向に延在する複数の列に配置されていることが示されている。 キャビティ6の列は互い違いになっていて、均一な外部の冷却網が配置されている。交差する冷却通路5,5’の中心軸線がずれていることも図3に見ることができる。
図4には、ステータヒートシールドの装着例が示されている。この例では、ステータヒートシールドはロータに面している。高温ガス側に面したステータヒートシールドの側に、複数のキャビティが配置されている。2つの冷却通路が、冷却空気供給部側からステータヒートシールドの高温ガス流路側へと延在しており、キャビティ内へと開かれている。
冷却通路の傾斜角度、冷却通路のずれ値、交差部の数、キャビティのプロフィールを変化させることにより、キャビティ内の冷却流体のより良好な循環、交差部における冷却流体のより良好な相互作用、従ってより良好な冷却効果を達成できることは明らかである。
説明及び特定の実施例は、本発明の好適な実施の形態を示しているが、例示の目的で示されているだけであって、発明の範囲を限定しようとするものではないことが理解されるだろう。本発明の要旨から逸脱しない変更は、本発明の範囲に含まれるものとする。このような変更は、本発明の思想及び範囲からの逸脱であると見なされるものではない。
要するに、他の方式と差別化される本発明の主要な側面は以下の通りである。
−好適には2つの交差部を有する、極めて効果的な交差する対流通路に基づいて形成された内部冷却システムの使用は、高い均一な冷却熱伝達率を達成する。
−半ピッチのシフト(半径分のずれ)を有した角度付けられた放出噴流とプロフィール形成された保持キャビティの使用により、外部の冷却のためにキャビティ内に放出される冷却空気の安定した循環が可能になる。
−高温ガスにより流過される面に向かって拡張する保持キャビティの使用により、摩擦発生が緩和され、タービンパフォーマンスの向上を狙いとする半径方向先端クリアランスの最小化が可能になる。
−流路への空気放出を使用することにより、高温ガスをクーラント混合温度まで低下させることができ、ブレード先端領域における熱的境界条件が改善され(耐用期間が改善されかつ/又はクーラント消費量が減じられ)、空気力学的な先端クリアランス損失が減じられる。
−本発明によるSHSの冷却方式により、全ての場所において結果として生じる金属温度及び応力の最大限の均一性の達成と、全ての臨界区域の除去、最大限の耐用期間及び/又はクーラント節約を目的として、軸方向の圧力分布や高温ガス後流といった外部のファクタに関して(対流通路のサイズやずれ値を変化させることにより)冷却熱伝達率を極めて局所的に最適化することができる。
Claims (27)
- 高温ガス流路を有したガスタービン用のステータヒートシールドであって、該ステータヒートシールドは、
前記ガスタービンの前記高温ガス流路に面するように配置されるように適合された第1の面と、
該第1の面に対して反対側の第2の面と、
該第2の面から前記第1の面に向かって冷却流体を方向付ける冷却通路と、
該冷却通路の少なくとも一部から冷却流体を受け取る、前記第1の面に配置されたキャビティと、
を有しており、
前記キャビティの少なくとも一部はそれぞれ、該キャビティに開口する少なくとも2つの対応する冷却通路を有しており、前記少なくとも2つの対応する冷却通路は、互いに向かって傾けられている、ステータヒートシールド。 - 前記少なくとも2つの対応する冷却通路は、前記第2の面で冷却流体を受け取る入口と、それぞれ1つのキャビティ内に冷却流体噴流を放出する出口と、をそれぞれ有しており、前記少なくとも2つの対応する冷却通路は、当該少なくとも2つの対応する冷却通路から放出される前記冷却流体噴流が相互作用して、これにより前記キャビティ内に前記冷却流体のスワールが提供されるように配置されている、請求項1記載のステータヒートシールド。
- 前記キャビティは、該キャビティ内の前記冷却流体のスワール形成を補助するように構成されている、請求項2記載のステータヒートシールド。
- 前記キャビティは、前記第1の面に向かって拡張している、請求項1から3までのいずれか1項記載のステータヒートシールド。
- 前記キャビティはほぼ半球状である、請求項1から3までのいずれか1項記載のステータヒートシールド。
- 前記第1の面から見た場合、前記キャビティは楕円形である、請求項1から3までのいずれか1項記載のステータヒートシールド。
- 前記少なくとも2つの対応する冷却通路は、前記ステータヒートシールドの前記第1の面に対して20°〜40°の角度で傾けられている、請求項1から3までのいずれか1項記載のステータヒートシールド。
- 前記少なくとも2つの対応する冷却通路は、前記ステータヒートシールドの前記第1の面に対して25°〜35°の角度で傾けられている、請求項1から3までのいずれか1項記載のステータヒートシールド。
- 前記少なくとも2つの対応する冷却通路は、前記ステータヒートシールドの前記第1の面に対して30°の角度で傾けられている、請求項1から3までのいずれか1項記載のステータヒートシールド。
- 前記少なくとも2つの対応する冷却通路はそれぞれ中心軸線を有していて、前記少なくとも2つの対応する冷却通路の前記中心軸線は互いにずらされていて、これにより前記少なくとも2つの対応する冷却通路の前記中心軸線は、各キャビティにおいて交差しない、請求項1から3までのいずれか1項記載のステータヒートシールド。
- 少なくとも1つのキャビティの前記少なくとも2つの冷却通路は、別のキャビティの貫通路に交差し、2つのそれぞれの冷却通路の交差部が形成され、前記冷却通路は前記交差部で流体連通している、請求項1から3までのいずれか1項記載のステータヒートシールド。
- 前記冷却通路はそれぞれ中心軸線を有していて、前記2つのそれぞれ交差する冷却通路の中心軸線は、1つの共通の平面内に配置されないように互いにずらされている、請求項11記載のステータヒートシールド。
- それぞれ1つのキャビティに付随する前記少なくとも2つの対応する冷却通路は、互いに向かって傾けられている2つの冷却通路を有している、請求項1から3までのいずれか1項記載のステータヒートシールド。
- 前記冷却通路はそれぞれ中心軸線を有していて、前記2つの冷却通路の前記中心軸線は互いにずらされていて、これにより前記2つの冷却通路の中心軸線は、各キャビティにおいて交差しない、請求項13記載のステータヒートシールド。
- 1つのキャビティの前記2つの冷却通路のうちの一方は、隣接するキャビティの2つの冷却通路のうちの一方と交差して第1の交差部が形成されており、前記第1の交差部で交差する前記冷却通路は流体連通している、請求項13記載のステータヒートシールド。
- 前記第1の交差部は、前記第1の面上への投影図として見た場合、実質的に前記1つのキャビティと前記隣接するキャビティとの間に位置している、請求項15記載のステータヒートシールド。
- 前記1つのキャビティの前記2つの対応する冷却通路のうちの前記一方は、前記隣接するキャビティの隣の少なくとも1つのキャビティの2つの冷却通路のうちの一方にも交差して少なくとも1つの第2の交差部が形成されており、前記少なくとも第2の交差部で交差する前記冷却通路は流体連通している、請求項15記載のステータヒートシールド。
- 前記冷却通路はそれぞれ中心軸線を有していて、それぞれの交差部で交差する前記冷却通路の中心軸線は、1つの共通の平面内に配置されないように互いにずらされている、請求項15から17までのいずれか1項記載のステータヒートシールド。
- それぞれの交差部で交差する前記冷却通路の中心軸線は、互いに半径分ずらされている、請求項18記載のステータヒートシールド。
- 前記冷却通路はそれぞれ中心軸線を有していて、前記2つの冷却通路の前記中心軸線は、前記ステータヒートシールドの前記第1の面に対して垂直な平面で見た場合、各キャビティ内に収束している、請求項13記載のステータヒートシールド。
- 前記第1の面から見た場合、前記キャビティは、前記ステータヒートシールドの長手方向に延在する複数の列内に配置されている、請求項1から3までのいずれか1項記載のステータヒートシールド。
- 前記キャビティの前記列は互い違いになっている、請求項21記載のステータヒートシールド。
- 前記冷却通路は、対流式の円筒状貫通路又はチューブとして設けられている、請求項1記載のステータヒートシールド。
- 前記ステータヒートシールドは、鋳造、機械加工、ろう付け、又は選択的レーザ溶融法(SLM)によって製造されている、請求項1記載のステータヒートシールド。
- 請求項1記載の少なくとも1つのステータヒートシールドを有したガスタービン。
- 冷却流体が冷却空気である、請求項25記載のガスタービン。
- ステータヒートシールドを冷却する方法であって、
前記ステータヒートシールドは、ガスタービンの高温ガス流路に面するように配置されるように適合された第1の面と、
該第1の面に対して反対側の第2の面と、
該第2の面から前記第1の面に向かって冷却流体を方向付ける冷却通路と、
該冷却通路の少なくとも一部からの冷却流体を受け取る、前記第1の面に配置されたキャビティと、を有していて、
前記キャビティの少なくとも一部はそれぞれ、該キャビティに開口する少なくとも2つの対応する冷却通路を有しており、前記少なくとも2つの対応する冷却通路は、互いに向かって傾けられていて、
前記方法は、冷却空気を前記冷却通路に流通させるステップと、2つの冷却通路の冷却ガス流を1つのキャビティ内へと噴射するステップと、を有しており、
前記2つの冷却通路はずらされており、これにより前記キャビティ内に渦流が形成される、
ステータヒートシールドを冷却する方法。
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