JP5998045B2 - タービンノズル冷却組立品 - Google Patents

Description

本出願および結果として生じる特許は、全体としてガスタービンエンジンに関し、より詳細にはカンチレバー式タービンノズル等の内部プラットフォーム用冷却組立品に関する。

インピンジメント冷却システムは、タービン機械と共に用いられており、ケーシング、バケット、ノズルなど種々のタイプの構成要素を冷却する。インピンジメント冷却システムは、構成要素間の十分なクリアランスを維持し、構成要素の寿命を十分に延ばすために、空気流を介して構成要素を冷却する。しかしながら、いくつかのタイプの既知のインピンジメント冷却システムに伴う問題の１つは、それらが複雑な鋳造および／または構造溶接を必要とする傾向があることである。このような構造は、耐久性が低いことも、製造や修理に費用がかかることもある。

米国特許出願公開第２０１１／００１４０５４号公報

したがって、タービンノズルと共に使用するための製造可能な冷却組立品が望まれている。好適には、このような製造可能な冷却組立品は、費用が手ごろなのに加えて寿命および保守の要件を満たしながら、ガス経路の高い温度に適切に対抗することができる。

したがって本出願および結果として生じる特許は、内部ノズルプラットフォームを提供する。内部プラットフォームは、プラットフォーム空洞と、プラットフォーム空洞内に配置されたインピンジメントプレナムと、インピンジメントプレナムの第１の側に配置された保持板と、インピンジメントプレナムの第２の側に配置された柔軟性シールとを含むことができる。

本出願および結果として生じる特許は、ノズルベーンをさらに提供する。ノズルベーンは、内部プラットフォームと、内部プラットフォーム内に配置されたインピンジメント冷却組立品とを含むことができる。保持板をインピンジメント冷却組立品の第１の側に配置することができ、柔軟性シールをインピンジメント冷却組立品の第２の側に配置することができる。

本出願および結果として生じる特許は、ノズルベーンをさらに提供する。ノズルベーンは、内部プラットフォームと、内部プラットフォーム内に配置されたインピンジメント冷却組立品とを含むことができる。シールキャリアをインピンジメント冷却組立品の第１の側に配置することができ、柔軟性シールガスケットをインピンジメント冷却組立品の第２の側に配置することができる。

本出願および結果として生じる特許のこれらおよび他の特徴および改良は、いくつかの図面および添付の特許請求の範囲と併せて以下の詳細な説明を検討することにより、当業者に明らかになるであろう。

圧縮機、燃焼器およびタービンを示すガスタービンエンジンの概略図である。 内部にインピンジメント冷却組立品を有するノズルベーンの部分的な側面図である。 本明細書で説明することができるインピンジメント冷却組立品を有するノズルベーンの一例の部分的な側面図である。 プラットフォーム空洞内に配置された保持板の一例の部分的な側面図である。 プラットフォーム空洞内に配置された保持板の他の例の部分的な側面図である。

ここで、いくつかの図を通じて同様の符号が同様の要素を指す図面を参照すると、図１は、本明細書で使用することができるガスタービンエンジン１０の概略図を示す。ガスタービンエンジン１０は、圧縮機１５を含むことができる。圧縮機１５は、入ってくる空気２０の流れを圧縮する。圧縮機１５は、圧縮された空気２０の流れを燃焼器２５に供給する。燃焼器２５は、圧縮された空気２０の流れを加圧された燃料３０の流れと混合し、混合物に点火し、燃焼ガス３５の流れを生成する。１つの燃焼器２５のみを示しているが、ガスタービンエンジン１０は任意の数の燃焼器２５を含むことができる。燃焼ガス３５の流れは、次にタービン４０に供給される。燃焼ガス３５の流れは、機械的な仕事を発生するようにタービン４０を駆動する。タービン４０で発生された機械的な仕事は、シャフト４５と、発電機等の外部負荷５０とを介して圧縮機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、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、７シリーズまたは９シリーズの強力型（ｈｅａｖｙ ｄｕｔｙ）ガスタービンエンジンなどガスタービンエンジンを含むが、これらに限定されない、ニューヨーク州スケネクタディのジェネラルエレクトリック社（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ）によって提供される多数の異なるガスタービンエンジンのうちの任意の１つであってもよい。ガスタービンエンジン１０は、異なる構成を有することができ、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、他のタイプのガスタービンエンジンを使用することもできる。本明細書では、複数のガスタービンエンジン、他のタイプのタービン、および、他のタイプの発電装置を同時に使用することもできる。

図２は、上述したタービン４０と共に使用することができるノズル５５の一例である。全体として説明すると、ノズル５５は、内部プラットフォーム６５と外部プラットフォーム７０との間に延在するノズルベーン６０を備えることができる。多数のロータブレードを有する段（図示せず）を形成するように、多数のノズル５５を周方向アレイに結合することができる。

ノズル５５は、インピンジメントプレナム９０を有するインピンジメント冷却組立品８５を含むこともできる。インピンジメントプレナム９０は、その内部に形成される多数のインピンジメント開口部９５を含むことができる。インピンジメントプレナム９０は、スプーリまたは他のタイプの冷却導管を介して、圧縮機１５または他のソースからの空気２０の流れと連通することができる。空気２０の流れは、ノズル５５の一部または他の場所をインピンジメント冷却するように、ノズルベーン６０を通過し、インピンジメント冷却組立品８５内に入り、インピンジメント開口部９５を経て外へ出る。本明細書では、他の構成要素および他の構成を使用してもよい。

図３は、本明細書で説明することができるノズル１００の一例の一部を示す。他の構成要素に加えて、ノズル１００は、プラットフォーム１２０から延在するベーン１１０を含む。プラットフォーム１２０は、プラットフォーム空洞１４０を含むことができる。ベーン１１０は、内部に空気流空洞１５０を含むことができる。空気流空洞１５０は、空気２０の流れを圧縮機１５または他の場所から供給するように、プラットフォーム空洞１４０と連通することができる。ノズル１００は、インピンジメント冷却組立品１６０を含むこともできる。インピンジメント冷却組立品１６０は、インピンジメントプレナム１７０を含むことができる。インピンジメントプレナム１７０は、空気流空洞１５０からの空気２０の流れと連通するスプーリまたは他のタイプの冷却導管１８０を含むことができる。本明細書では、他の構成要素および他の構成を使用してもよい。

インピンジメントプレナム１７０を、プラットフォーム空洞１４０内に配置し、保持することができる。インピンジメントプレナム１７０を、プラットフォーム空洞１４０内の一方の側で保持板１９０を介して保持することができる。保持板１９０は、実質的に平板等であってもよい。代わりに、保持板１９０は、図示するようなシールキャリア２００の形態であってもよい。シールキャリア２００は、その上に多数のシール２１０を有することができる。保持板１９０およびシールキャリア２００は、任意のサイズ、形状、または構成を有することができる。保持板１９０は、多数の溶接されたタブ、溶接されたリング、等の形態をとることもできる。本明細書では、任意のタイプの機械的保持機能を使用することができる。

保持板１９０、シールキャリア２００、等を、１つまたは複数のプラットフォームフック２２０および／またはプレートフック２３０を介して、プラットフォーム空洞１４０内に保持することができる。保持板１９０を、インピンジメントプレナム１７０の第１の側２３５に配置することができる。プラットフォームフック２２０およびプレートフック２３０は、任意の方向で、雄部材および雌部材の任意の構成をとることができる。機械加工等のための工具クリアランスを見込むように、１つまたは複数のフック２２０、２３０に角度を付けることができる。図４に示すように、フック２２０、２３０のいずれも、主に円筒形または楕円形の突起または輪郭部２８０を採用することもできる。さらに図５に示すように、１つまたは複数のピン２９０等を保持機能として使用することもできる。フック２２０、２３０、円筒形輪郭部２８０、ピン２９０、および他の構造を、プラットフォーム空洞１４０内に保持板１９０を保持するために任意の組み合わせで使用することができ、すなわち、フック２２０、２３０、およびピン２９０の組み合わせを、任意の方向で一緒に使用することができる。本明細書では、他のタイプの取り付け手段および機能を使用することもできる。

再び図３を参照すると、インピンジメント冷却組立品１６０は、インピンジメントプレナム１７０の第２の側２４５およびプラットフォーム空洞１４０の周りに柔軟性シールガスケット２４０を使用することもできる。柔軟性シールガスケット２４０は、インピンジメントプレナム１７０の周囲に延在することができる。柔軟性シールガスケット２４０に隣接して保持シェルフ２５０を使用することもできる。したがってインピンジメントプレナム１７０は、主として柔軟性シールガスケット２４０の周囲で浮く。このようにすれば、この場所での溶接等の使用を避けることができる。本明細書では、インピンジメントプレナム１７０の第２の側２４５の周囲に他のタイプのシールを使用することもできる。本明細書では、他のタイプの取り付け手段および機能を使用することもできる。

１つまたは複数のシール２６０を、プラットフォーム１２０のスラッシュ面２７０の周囲に配置することもできる。シール２６０は、多数のスプラインシール等の形態であってもよい。本明細書では、他のタイプのシールを使用することもできる。緊密な半径方向パッキングを可能にするように、多数のシール２６０を、保持板１９０、シールキャリア２００、または他の構造によって保持することができる。シール２６０は、プラットフォーム空洞１４０から送られるインピンジメント後の流れによって加圧されるプレナムを形成することができる。本明細書では、他の構成要素および他の構成を使用してもよい。

したがって、本明細書に記載したノズル１００は、その内部に入れ子にされたインピンジメント冷却組立品１６０を、一方の側の保持板１９０の機械的保持と、他方の側の柔軟性シールガスケット２４０との間に維持することができる。したがって、インピンジメント冷却組立品１６０は、最小限の半径方向の空間内で溶接または複雑な側壁コアを使用することなく、ノズル１００の効果的な冷却を可能にする。したがって、本明細書では、溶接できない材料を使用することができる。インピンジメント冷却組立品１６０は、生産可能な設計で寿命および保守の要件を満たしながら、ノズル１００がガス経路の高い温度に対抗することを可能にする。シールキャリア２００によるインピンジメント冷却組立品１６０の保持は、また、半径方向が最小限の外被を可能にする。

上記は本出願および結果として生じる特許の特定の実施形態のみに関することは明らかであろう。本明細書では、以下の特許請求の範囲およびその同等物によって定義される本発明の全体的な趣旨および範囲から逸脱することなしに、当業者は多くの変更および修正を行うことができる。

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 シャフト
５０ 負荷
５５ ノズル
６０ ベーン
６５ 内部プラットフォーム
７０ 外部プラットフォーム
８５ インピンジメント冷却組立品
９０ インピンジメントプレナム
９５ インピンジメント開口部
１００ ノズル
１１０ ベーン
１２０ 内部プラットフォーム
１４０ プラットフォーム空洞
１５０ 空気流空洞
１６０ インピンジメント冷却組立品
１７０ インピンジメントプレナム
１８０ 冷却導管
１９０ 保持板
２００ シールキャリア
２１０ シール
２２０ プラットフォームフック
２３０ プレートフック
２３５ 第１の側
２４０ シールガスケット
２４５ 第２の側
２５０ 保持シェルフ
２６０ シール
２７０ スラッシュ面
２８０ 円筒形輪郭部
２９０ ピン

Claims (10)

1. プラットフォーム空洞であって、該プラットフォーム空洞の対向する面に複数のフックを備える前記プラットフォーム空洞と、
   前記プラットフォーム空洞内に配置されたインピンジメントプレナムと、
   前記プラットフォーム空洞内で連結され、前記インピンジメントプレナムの第１の側に配置された保持板と、
   前記インピンジメントプレナムの第２の側に配置された柔軟性シールと
   を備え、
   前記保持板は、前記プラットフォーム空洞の対向する面の前記複数のフックに係合することにより前記プラットフォーム空洞内で保持される、
   ノズル内部プラットフォーム。
2. 前記保持板がシールキャリアを備える、請求項１記載のノズル内部プラットフォーム。
3. 前記保持板が前記プラットフォーム空洞内で保持されるように、前記保持板が円筒形輪郭部を備える、請求項１または２に記載のノズル内部プラットフォーム。
4. 前記保持板が前記プラットフォーム空洞内で保持されるように、前記プラットフォーム空洞内へ延在する１つまたは複数のピンをさらに備える、請求項１乃至３のいずれかに記載のノズル内部プラットフォーム。
5. 前記柔軟性シールが柔軟性シールガスケットを備える、請求項１乃至４のいずれかに記載のノズル内部プラットフォーム。
6. 前記プラットフォーム空洞が、前記柔軟性シールの周囲に配置された保持シェルフを備える、請求項１乃至５のいずれかに記載のノズル内部プラットフォーム。
7. スラッシュ面をさらに備え、前記スラッシュ面がその面上にシールまたは複数のシールを備える、請求項１乃至６のいずれかに記載のノズル内部プラットフォーム。
8. 前記インピンジメントプレナムが、空気流と連通する冷却導管を備える、請求項１乃至７のいずれかに記載のノズル内部プラットフォーム。
9. 前記インピンジメントプレナムが、ノズルプラットフォームの周囲に配置された複数の開口部を備える、請求項１乃至８のいずれかに記載のノズル内部プラットフォーム。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載のノズル内部プラットフォームを備えるノズルベーン。