JP6474485B2

JP6474485B2 - ガスタービン燃焼エンジン用の装置

Info

Publication number: JP6474485B2
Application number: JP2017518974A
Authority: JP
Inventors: エイ．リトルデイヴィッド
Original assignee: Siemens Westinghouse Power Corp
Current assignee: Siemens Energy Inc
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2019-02-27
Anticipated expiration: 2034-10-07
Also published as: US20180230835A1; US10132175B2; EP3204615A1; CN106795773A; CN106795773B; JP2017531131A; WO2016057020A1; EP3204615B1

Description

連邦政府による資金提供を受けた開発の記載
本発明のための開発は、米国エネルギー省によって与えられた契約番号ＤＥ−ＦＣ２６−０５ＮＴ４２６４４によって部分的にサポートされた。従って、米国政府は本発明において一定の権利を有することができる。

発明の分野
本発明は、ガスタービン燃焼エンジンに関する。特に、本発明は、タービンエンジンのタービンブレードの第１列に膨張したガスを搬送するためのアッセンブリに関する。

ガスタービンエンジンは通常、圧縮機セクションと、複数の燃焼器を含む燃焼セクションと、タービンセクションとを有する。周囲の空気が圧縮機セクションで圧縮され、燃焼セクションにおける燃焼器へと搬送される。燃焼器は、圧縮空気を燃料と混合させ、この混合物に点火して、高温の作動ガスを成す燃焼生成物を形成する。この高温の作動ガスは乱流かつ高速で流れる。作動ガスは、従来、移行ダクトと呼ばれる複数のガス通路を介してタービンセクションへと送られる。タービンセクション内には、固定ベーンアッセンブリおよび回転ブレードアッセンブリの列が設けられている。回転ブレードアッセンブリはタービンロータに連結されている。作動ガスがタービンセクションを通って膨張するとき、作動ガスは、ブレードアッセンブリ、ひいてはタービンロータを回転させる。タービンロータは発電機に接続することができ、発電機においてタービンロータの回転が発電機で電力を生成するために利用される。

ガス通路は、燃焼器に隣接して位置しており、タービンベーンの第１列に関連するタービン入口構造からタービンセクションへと作動ガスを通す。作動ガスは、移行ダクト及び関連部品を高温に曝す。耐用期間を延ばし、過度の温度の結果として構成部品が故障する可能性を低減するためにこれらの構成部品を冷却する必要がある。

本発明の１つの態様によると、カニュラー型ガスタービン燃焼エンジンの複数の燃焼器から、タービンブレードの第１列へとガスを送る装置が設けられている。この装置は、各燃焼器につきガス路円筒体と、円錐部と、ＩＥＰとを有している。各ＩＥＰは円筒体と円錐部とを介して各燃焼器からガス流を受け取るまっすぐな経路部分を有している。ＩＥＰはさらに、各ＩＥＰが、隣接するＩＥＰの接続位置で、隣接するＩＥＰに接続される接続位置を含み、このように接続されたＩＥＰは環状出口構造を画定しており、環状出口構造は、ガス流をブレードの第１列に送るために、周方向で延在しており、かつガスタービンエンジン長手方向軸線に対して同心的に方向付けられており、ガスは、各燃焼器から、それぞれまっすぐな経路部分を通って、環状出口構造へと流れる。各まっすぐな経路部分は、流路を形成する多角形の横断面を画定しており、流路は、半径方向内側壁に対向する半径方向外側壁を有しており、半径方向外側壁及び内側壁は、対向する前壁及び後壁に互いに連結されている。前壁は、まっすぐな経路部分の上流端部から流路の出口端部まで連続的な壁を画定している。互いに隣接するまっすぐな経路部分は、周方向で隣接する上流流路と下流流路とを画定しており、下流流路の後壁は、収束接合後縁で終端する第１の側壁を画定しており、上流流路の前壁は、収束接合後縁の方向で第１の側壁に向かって収束する第２の側壁を画定している。第１及び第２の側壁の間にインピンジメントシート構造が配置されていて、第１及び第２の側壁にインピンジメント冷却空気を提供している。１つ以上の開口が、第１及び第２の側壁の間に冷却空気通路を提供しており、ポストインピンジメント空気流を収束接合後縁におけるガス路内へと供給している。

インピンジメントシート構造は第１及び第２のシート部分を含んでいてよく、第１及び第２のシート部分は、それぞれ第１及び第２の側壁に係合する内面を有している。

第１及び第２の側壁は、平らな面から延在するリブを有していてよく、リブは、第１及び第２の側壁に隣接するインピンジメントチャンバを画定するように、第１及び第２のシート部分と平らな面との間に空間を維持している。

第１及び第２のシート部分は下流端部へと延在していてよく、第１及び第２の側壁は、収束接合後縁に隣接する壁頂部で互いに接していてよく、シート部分の下流端部から壁頂部まで延在する第１及び第２の側壁の間にポストインピンジメントチャンバが画定されていてよく、ポストインピンジメント空気は、ポストインピンジメントチャンバ内を通ってから冷却空気通路を通って流れてよい。

シート部分は、複数の燃焼器における燃焼のための空気供給として提供されるシェル空気に対して開かれた外面を有していてよく、シート部分は、第１及び第２の側壁に対するインピンジメント冷却空気としてのシェル空気を通過させるためのインピンジメント穴を有していてよい。

第１及び第２の側壁の少なくとも一方の厚さは、ポストインピンジメントチャンバの長さに沿って収束接合後縁へと、減じられた厚さとなるように先細にされていてよい。

第１及び第２の側壁のそれぞれが、ポストインピンジメントチャンバに隣接して位置し、上流で下流方向に向かって延在する細長い寸法を有する細長いリブを含んでいてよく、細長いリブの間に延在しポストインピンジメントチャンバの上流端部を画定している可動のシールを含んでいてよい。

冷却空気通路は、各リブを通って延在するように設けることができ、インピンジメントチャンバからポストインピンジメントチャンバへとポストインピンジメント空気流を提供することができる。

第１及び第２の側壁を貫通してフィルム冷却孔が設けられていてよく、フィルム冷却孔は、インピンジメントチャンバから、ガス流に曝される第１及び第２の側壁の側へとフィルム冷却空気を提供してよい。

第２の側壁の下流部分は、第１の側壁を含む下流流路を画定するＩＥＰに一体に形成されていてよく、第２の側壁は、第１の側壁の下流縁部の上流で終端する下流縁部を有していてよい。

第２の側壁は、上流流路を画定するＩＥＰに一体に形成された上流部分を含んでいてよく、第２の側壁の上流部分は、第２の側壁の下流部分に隣接して位置していてよく、第２の側壁の上流部分と下流部分との間に位置する可動シールが設けられていてよい。

本発明の別の態様によれば、カニュラー型ガスタービン燃焼エンジンの複数の燃焼器から、周方向に延在していて、かつガスタービンエンジン長手方向軸線に対して同心的に方向付けられている、ブレードの第１列にガス流を送るための環状出口構造へとガスを送るための装置が設けられている。この装置は、周方向で互いに隣接して位置している少なくとも１つの上流流路と下流流路とを含み、下流流路は後方の第１の側壁を含み、上流流路は前方の第２の側壁を含む。第１の側壁の下流の終端縁部には、収束接合後縁が画定されており、第２の側壁は、収束接合後縁の方向で第１の側壁に向かって収束している。第１及び第２の側壁の間にインピンジメントシート構造が位置していて、第１及び第２の側壁にインピンジメント冷却空気を提供している。１つ以上の開口が、第１及び第２の側壁の間に冷却空気通路を提供しており、ポストインピンジメント空気流を収束接合後縁におけるガス路内へと供給している。

第１及び第２の側壁はそれぞれ、ガス流に曝される高温側と、インピンジメントシート構造からのインピンジメント冷却空気を受け取る反対側の低温側とを含んでいてよく、第１の側壁の低温側は、第２の側壁の低温側に面して位置していてよい。

第１及び第２の側壁の低温側の間に開放領域が設けられていてよく、開放領域は、インピンジメントシート構造に設けられたインピンジメント穴を通るインピンジメント冷却空気としてシェル空気を提供する燃焼器シェルに対して開かれていてよい。

インピンジメントシート構造は第１及び第２のシート部分を含んでいてよく、第１及び第２のシート部分は、それぞれ第１及び第２の側壁の低温側に係合する内面を有している。

第１及び第２の側壁の低温側は、平らな面から延在するリブを有していてよく、リブは、第１及び第２の側壁に隣接するインピンジメントチャンバを画定するように、第１及び第２のシート部分と平らな面との間に空間を維持していてよい。

第１及び第２のシート部分は下流端部まで延在していてよく、第１及び第２の側壁は、収束接合後縁に隣接する壁頂部で互いに接していてよく、シート部分の下流端部から壁頂部まで延在する第１及び第２の側壁の間にポストインピンジメントチャンバが画定されていてよく、ポストインピンジメント空気は、ポストインピンジメントチャンバ内を通ってから冷却空気通路を通って流れてよい。第１及び第２の側壁の少なくとも一方の厚さは、ポストインピンジメントチャンバの長さに沿って収束接合後縁へと減じられた厚さとなるように先細にされていてよい。

本明細書は、本発明を特に指摘しかつ本発明を明瞭に請求する請求項で締めくくるが、本発明は、同じ参照符号が同じ要素を表している添付の図面に関連した以下の説明からよりよく理解されると考えられる。

本発明の態様による、燃焼ガスをブレードの第１列へと送る組み立てられた装置を、ガスタービンエンジンにおいて後方から前方に向かって見た軸方向の図である。図１の装置の部分構成を示す斜視図である。図２Ａに示した構造に対して選択的な構造を示す、図１の装置の部分構成を示す斜視図である。個別出口片（ＩＥＰ）用の外側冷却構造を示す、図２Ａの領域３−３で切り取った部分の斜視図である。図３Ａに示した構造に対応するＩＥＰの外面を、インピンジメントシートを除去した状態で示す拡大斜視図である。２つのＩＥＰの間に形成された後縁を冷却する構造に関する構成を示した、図２Ａの４Ａ−４Ａ線で断面した断面図である。２つのＩＥＰの間に形成された後縁を冷却する構造に関する、図２Ｂに対応する選択的な構成を示した、図４Ａと同様の断面図である。図４Ｂの構成に対して選択的な構造を示す図である。

好適な実施の形態の以下の詳細な説明において、その一部を形成する添付の図面が参照され、図面には、例として、限定としてではなく、本発明を実施可能な特定の好適な実施の形態が示されている。本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、その他の実施の形態が使用されてもよく、変更がなされてもよいことが理解されるべきである。

ガスタービンエンジンの燃焼器からタービンセクションへと高温の作動ガスを供給するためのシステムの１つのアッセンブリは、本発明の態様によれば、ガスタービンエンジンの燃焼器缶を接線方向の配置に方向付けている。特に、カニュラー型燃焼器の燃焼器缶はそれぞれ、高温の作動ガス流を、ガス通路を画定する構成部品のアッセンブリを通して方向付けるように配向されている。このガス通路は、個々のガス流を、半径方向内側へと、かつ、エンジンのタービンセクションにおけるタービンブレードの第１列に隣接するそのすぐ上流の共通の出口環に対して角度付けられた周方向へと方向付ける。例えば、出口環へと流れを供給するガス通路の配置は、一般的に、タービンブレードの第１列に直接ガス流を供給するための構造に対応しており、列１のタービンベーンは必要ない。出口環は、エンジンの長手方向軸線に対して垂直な平面を有しており、ここでガスはタービンブレードの第１列へと流れる。

図１を参照すると、順方向で見たときの、カニュラー型ガスタービン燃焼エンジンの複数の燃焼器から、タービンブレードの第１列へとガスを送る装置１０を軸方向で見た図が示されている。本明細書に記載するように、正面図とは、ガスタービンエンジン長手方向軸線に沿って排気端部から入口端部へと見たものを意味し、後面図とは、その逆方向を意味する。流れについて記載する場合、ガスタービンエンジンの長手方向軸線に関して前方とはエンジン吸気側、後方とはエンジン排気側のことである。内側及び外側とは、ガスタービンエンジン長手方向軸線に関して半径方向の位置に関する。隣接するとは、ガスタービンエンジン長手方向軸線に対して周方向に隣接するものを示す。開示された態様では、ガスタービンエンジンは、後方方向に見た場合、即ち、ガスタービンエンジン長手方向軸線に関して前方端部から後方端部へと見た場合、反時計回りで回転する。しかしながら、この開示全体は、後方方向に見た場合に時計回りで回転するガスタービンエンジンも含むものであると考えることもでき、この場合、本明細書に記載し図示した構成部品を単に再配向すればよい。この態様における上流とは、ガスタービンエンジンの回転方向に関して上流を意味する。下流とは、ガスタービンエンジンの回転方向に関して下流を意味する。従って、回転中、ブレードは、組み立てられた装置の上流の構成部品に向き合った後で、下流の構成部品に向き合う。

装置１０は、複数セットの流れ配向構造１２を有している。各燃焼器（図１には１つの燃焼器１５が図式的に示されている）につき１つの流れ配向構造１２が設けられている。各燃焼器からの燃焼ガスは、各流れ配向構造１２内へと流れる。各流れ配向構造は、ガス流円筒体１３と、円錐区分１４と、一体の出口片１６（以後、「ＩＥＰ」と記載する）とを含んでいてよい。各燃焼器１５につき１つである、複数のＩＥＰ１６が設けられており、これら複数のＩＥＰ１６は、タービンセクションの前で、１つの環構造を画定する装置１０を形成するように接続されている。複数のＩＥＰ１６により形成された環構造は、以後、出口環１８と記載する。各ガス流は、タービンエンジン長手方向軸線２０に関して周方向成分及び軸方向成分を含む配向をもって、周方向で離散的な間隔を置いて出口環１８に入る。各ガス流は、それぞれの燃焼器缶から発生して、別個の流れとして環状チャンバ１８へと方向付けられる。別個の各流れが壁によって分離されているが、出口環１８に入る際には、流れは壁によって分離されていない。これらの流れは出口環１８において依然として半径方向で束縛されているが、互いに分離されてはいない。各ＩＥＰ１６は、ＩＥＰ接合部２４において隣のＩＥＰ１６に隣接している。

出口環１８のすぐ後方には、タービンブレードの第１列（図示せず）が位置している。出口環１８は、タービンセクションに入る直前の流れを分離する壁を除去しており、流れを分離する流れ配向ベーンの第１の列も除去されている。即ち、出口環１８に入ると、上流で各流れの前側及び後側を画定していた壁は、そのように画定することはなくなる。さらに、流れの内側及び外側を画定する壁は、まっすぐな壁から、出口環１８を部分的に画定する弓形の壁へと移行するように構成することができる。

図２Ａを参照すると、装置１０の部分構成２６が図示されており、３つの隣接する流れ配向構造が示されている。これら３つの流れ配向構造は、説明のために、上流側流れ配向構造１２ａ、中央流れ配向構造１２ｂ、下流側流れ配向構造１２ｃと呼ばれる。流れ配向構造１２のＩＥＰ１６は、円錐区分１４を含み、各流れ配向構造１２の流れ軸線２２に沿って延在するまっすぐな流路を有していてよい。各ＩＥＰ１６は、多角形の横断面を有するように形成されてよく、半径方向外側壁２８と、反対側の半径方向内側壁３０と、これら外側壁２８と内側壁３０との間に半径方向で延在する互いに対向する前壁３２及び後壁３４（図４Ａも参照）を含む。前壁３２は、まっすぐな流路の上流端部３６からこの流路の出口端部３８まで連続的な壁を形成することができる。後壁３４は、さらに後述するように、収束接合後縁４０として画定される下流の末端位置へと延在する。

ＩＥＰ１６はさらに、隣接するＩＥＰ１６に接続するための接続位置を画定する接続セグメント４２を有していてよい。即ち、接続セグメントは、所定の位置で鋳造されて、後壁３４の下流部分に隣接してＩＥＰ１６に一体に形成されてよい。接続セグメント４２は、収束接合後縁４０の上流で延在していてよい。これについては、図４Ａに基づきより詳しく後述する。

図３Ａを参照すると、ＩＥＰ１６の一部が図示されている。この部分は、図２Ａに示したように、ＩＥＰ１６の領域３−３にほぼ対応している。以下の領域３−３に関する説明は、ＩＥＰ１６又は流れ配向構造１２のいずれの部分にも同様に当てはめることができることが理解されるだろう。さらに、図１及び図２に示した流れ配向構造１２の構成部分の表面が一般的に示されているが、本明細書に記載の外面構造を含むものと理解されてよいことは勿論である。

図３Ａに示したように、ＩＥＰ１６の外面は符号４４で示されており、ＩＥＰ１６の面４６と、面４６の上方に位置するインピンジメントシート４８とを含んでいてよい。面４６はほぼ平らな面として画定されており、複数のリブ５０ａから成る方形の格子を有している。リブ５０ａは、インピンジメントシート４８が除去された状態で領域３−３の部分を示している図３Ｂにより判るように、面４６から外側に向かって延在するリブ構造５０を形成している。「平らな」という用語は、インピンジメントキャビティ５２内のインピンジメント面４６ａとしての局所的な面を画定するようにリブ５０ａの方形の配置により取り囲まれたような局所的な面４６を説明しているものであることがわかるだろう。さらに、面４６は、ＩＥＰ１６の隣接する壁の間の、曲率半径を有する接合部を形成する、符号４９で示すような局所的に湾曲した区分を含んでいてよい（図３Ａ）。インピンジメントシート４８は、リブ５０ａの外側端部５４でＩＥＰ１６に取り付けることができ、インピンジメントキャビティ５２内へと延在する内側に向かって位置する部分４８ａを含んでいてよい。さらに、この内側に位置する部分４８ａは、インピンジメント穴５６を含んでいてよい。流れ配向構造１２の構成部分が、燃焼器１５のための空気源としてのエンジンの圧縮機セクションから排出されるシェル空気を含む燃焼器シェル５８（図１参照）を通って延在していることが、理解されるだろう。インピンジメントシートに設けられたインピンジメント穴５６により、シェル空気がインピンジメントキャビティ５２内へと通ることができ、インピンジメント面４６ａでＩＥＰ１６に衝突してＩＥＰ１６を冷却する。

本発明の態様によれば、収束接合後縁４０（以後、「後縁４０」と言う）が、ＩＥＰ１６の上流及び下流に隣接する流れにより供給されるような、テーパ構造の両側における高温ガス流に曝されるテーパ構造の下流端部に位置していることが留意される。さらに、後縁４０で隣接するＩＥＰ１６の外面４６は、互いに近位で互いに向き合い、冷却空気が後縁４０からの熱に接触し、熱が伝達されるのを効果的に阻止することができる制限部を形成することができる。

図４Ａには、本発明の態様による後縁４０用の冷却構造が示されている。後縁４０は、上流流路６０と下流流路６２の収束部に形成されている。特に後縁４０は、下流流路６２の後壁３４に対応する第１の側壁６４と、後縁４０の方向で第１の側壁６４に向かって収束する第２の側壁６６とによって画定されている。第１の側壁６４は、後縁４０を画定する第１の側壁６４の最も下流の端部４１で終端している。

第２の側壁６６は、下流部分６６ａと、隣接する上流部分６６ｂとを含んでいてよく、この場合、下流部分６６ａは、下流流路６２を画定しているＩＥＰ１６に一体に形成されている。上流部分６６ｂは、上流流路６０を画定しているＩＥＰ１６の出口端部３８で前壁３２の一部によって画定されている。下流部分６６ａは、接続セグメント４２に対応することができ、下流端部６８を含んでおり、下流端部６８は、壁頂部７０において第２の側壁６６と第１の側壁６４との交点を画定する。圧力負荷されるばねシール７２が、ＩＥＰ１６の出口端部３８（上流部分６６ｂ）と下流部分６６ａの上流端部７４との間に位置している。ばねシール７２は、接合部７３に隣接して位置するリブ５０ａに向かって位置することができ、ばねシール７２の一方の側における上流流路６０内の高温ガス流を、ばねシール７２の反対側におけるシェル空気から分離するために、接合部におけるシールを形成する。ばねシール７２は、振動と熱膨張差の結果として生じ得るような、隣接するＩＥＰ１６間の相対移動に適応することができるように可動シールを形成することが、理解されるだろう。

第１の側壁６４は、下流流路６２に面した高温側６４_Ｈと、上述したように、ＩＥＰ１６のインピンジメント面４６ａに対応する反対側の低温側６４_Ｃとを含む。同様に、第２の側壁６６は、上流流路６０に面した高温側６６_Ｈと、ＩＥＰ１６のインピンジメント面４６ａに対応する反対側の低温側６６_Ｃとを含む。第１及び第２の側壁６４，６６の高温側６４_Ｈ，６６_Ｈには、熱バリアコーティング７６を設けることができる。

インピンジメントシート構造７８は、第１及び第２の側壁６４，６６の低温側６４_Ｃ，６６_Ｃの間に位置していて、各低温側６４_Ｃ，６６_Ｃに対して間隔を置いて位置している。インピンジメントシート構造７８は第１及び第２のシート部分７８ａ，７８ｂを有しており、これらシート部分７８ａ，７８ｂは、低温側６４_Ｃ，６６_Ｃにおける１つ以上のリブ５０ａで支持されていてよく、隣接する低温側６４_Ｃ，６６_Ｃに対して平行に延在しており、シート頂部８０で互いに接続される。シート部分７８ａ，７８ｂは、別個のクリップ構造を有していてよく、又は各ＩＥＰ１６につき連続したインピンジメントシート４８であってよく、インピンジメントチャンバ又はキャビティ５２に沿って低温側６４_Ｃ，６６_Ｃをインピンジメント冷却するためにインピンジメント穴８２を含む。即ち、内部領域８４は、インピンジメントシート部分７８ａ，７８ｂの外面の間に画定されており、開放領域８４は、インピンジメント穴８２を通って流れ、低温側６４_Ｃ，６６_Ｃに衝突するインピンジメント冷却空気源としてのシェル空気を受け取るために燃焼器シェルに向かって開かれている。

シート頂部８０におけるシート部分７８ａ，７８ｂの下流端部から壁頂部７０まで延在する、第１の側壁６４と第２の側壁６６との間には、ポストインピンジメントチャンバ８６が画定されている。低温側６４_Ｃ，６６_Ｃへの衝突後、ポストインピンジメント空気は、ポストインピンジメントチャンバ８６内へと流れ、次いで、冷却空気通路８８を通って後縁４０に沿って流れる。冷却空気通路８８は、１つ以上のスロット又は穴を含む１つ以上の開口によって画定することができる。

第２の側壁６６の下流部分６６ａの下流端部６８は、後縁４０を画定する第１の側壁６４の下流の終端部４１の上流で終端していることに注目することができる。このような構造は、上流流路６０と下流流路６２とからの流れの収束部における空気力学的な損失を低減又は最小限にするように、薄いテーパ構造としての後縁４０を形成する単一の壁厚さ、即ち第１の側壁６４を提供する。加えて、第２の側壁６６の高温側６６_Ｈに並ぶすぐ下流の延在部６６_Ｅは、第１の側壁６４の下流の終端部４１に交差することができ、冷却空気通路８８からの冷却空気流は、すぐ下流の延在部６６_Ｅと第１の側壁６４との間の空間の少なくとも一部に沿って、即ち、第１の側壁６４の下流端部に沿って流れることができ、第１の側壁６４に沿って対流の冷却空気流を提供する。

図２Ｂと図４Ｂには、本発明の別の態様による後縁１４０用の冷却構造が示されている。図２Ａ及び図４Ａの部材に対応する図２Ｂ及び図４Ｂの部材には、同じ参照符号に１００を加えた参照符号が付与されている。図２Ｂを参照すると、図２Ａの部分構成２６に同様の部分構成１２６が図示されており、３つの隣接する流れ配向構造が示されている。これら３つの流れ配向構造は、説明のために、上流側流れ配向構造１１２ａ、中央流れ配向構造１１２ｂ、下流側流れ配向構造１１２ｃと呼ばれる。流れ配向構造１１２のＩＥＰ１１６は、円錐区分１１４を含み、各流れ配向構造１１２の流れ軸線１２２に沿って延在するまっすぐな流路を有していてよい。各ＩＥＰ１１６は、多角形の横断面を有するように形成されてよく、半径方向外側壁１２８と、反対側の半径方向内側壁１３０と、これら外側壁１２８と内側壁１３０との間に半径方向で延在する互いに対向する前壁１３２及び後壁１３４（図４Ｂも参照）を含む。前壁１３２は、まっすぐな流路の上流端部１３６からこの流路の出口端部１３８まで連続的な壁を形成することができる。

図４Ｂでは、収束接合後縁１４０は、上流流路１６０と下流流路１６２の収束部に形成されている。特に後縁１４０は、下流流路１６２の後壁１３４に対応する第１の側壁１６４と、上流流路１６０の前壁１３２に対応する、第１の側壁１６４に向かって収束し、後縁１４０を画定する壁頂部１７０で第１の側壁１６４に接続される第２の側壁１６６と、によって画定されている。第１及び第２の側壁１６４，１６６は、後縁１４０を画定する最も下流の端部で終端している。

第１の側壁１６４は、下流流路１６２に面した高温側１６４_Ｈと、図３Ａ及び図３Ｂに基づき上述したように、ＩＥＰ１６のインピンジメント面４６ａに対応する反対側の低温側１６４_Ｃとを含む。同様に、第２の側壁１６６は、上流流路１６０に面した高温側１６６_Ｈと、ＩＥＰ１６のインピンジメント面４６ａに対応する反対側の低温側１６６_Ｃとを含む。第１及び第２の側壁１６４，１６６の高温側１６４_Ｈ，１６６_Ｈには、熱バリアコーティング１７６を設けることができる。

インピンジメントシート構造１７８は、第１及び第２の側壁１６４，１６６の低温側１６４_Ｃ，１６６_Ｃの間に位置していて、各低温側１６４_Ｃ，１６６_Ｃに対して間隔を置いて位置している。インピンジメントシート構造１７８は、第１及び第２のシート部分１７８ａ，１７８ｂを有しており、これらシート部分１７８ａ，１７８ｂは、低温側１６４_Ｃ，１６６_Ｃにおける１つ以上のリブ１５０ａ，１５１ａで支持されていてよく、隣接する低温側１６４_Ｃ，１６６_Ｃに対して平行に延在しており、シート頂部１８０で互いに接続される。この態様では、シート頂部１８０は、低温側１６４_Ｃ，１６６_Ｃに設けられた対向するリブ１５１ａの間にシールを形成する、圧力負荷された別個のばねシール１８１によって画定することができる。リブ１５１ａは、細長いリブとして形成することができ、即ちばねシール１８１を支持するために、上流で下流方向に向かって細長く延ばされている。ばねシール１８１が、振動とＩＥＰ１１６間の熱膨張差の結果として生じ得るような隣接するＩＥＰ１１６間の相対移動に適応することができるように、隣接するＩＥＰ１１６間の接続位置で可動シールを形成することが、理解されるだろう。さらに、ばねシール１８１の機能は、例えば、ブラシシールやドッグボーン型シール、又はその他の準拠する任意の種類のシールを含む別の形式のシールによって行うことができることに留意されたい。

シート部分１７８ａ，１７８ｂは、図３Ａに基づき説明したように、各ＩＥＰ１６（１１６）のための連続したインピンジメントシート４８であってよく、インピンジメントチャンバ又はキャビティ１５２に沿って低温側１６４_Ｃ，１６６_Ｃをインピンジメント冷却するためにインピンジメント穴１８２を含んでいてよい。インピンジメントシート部分１７８ａ，１７８ｂの間の内部領域１８４は、インピンジメント穴１８２を通って流れ、低温側１６４_Ｃ，１６６_Ｃに衝突するインピンジメント冷却空気源としてのシェル空気を受け取るために燃焼器シェルに向かって開かれている。

ばねシール１８１によって画定されるシート頂部１８０から壁頂部１７０まで延在する、第１の側壁１６４と第２の側壁１６６との間には、ポストインピンジメントチャンバ１８６が画定されている。冷却空気通路１９０は、それぞれの細長いリブ１５１ａを通って延在していて、インピンジメントチャンバ１５２をポストインピンジメントチャンバ１８６へと接続しており、これにより、ポストインピンジメント空気の少なくとも一部は、インピンジメントチャンバ１５２からポストインピンジメントチャンバ１８６へと流れることができる。さらに、フィルム冷却孔１９２が、第１及び第２の側壁１６４，１６６を貫通して画定されてよく、インピンジメントチャンバ１５２からのポストインピンジメント空気の一部を含むフィルム冷却空気を、第１及び第２の側壁１６４，１６６の高温側１６４_Ｈ，１６６_Ｈへと供給する。

低温側１６４_Ｃ，１６６_Ｃへの衝突後、リブ１５１ａを通過して、ポストインピンジメントチャンバ１８６内へ入るポストインピンジメント空気は、次いで、後縁１４０に沿った冷却空気通路１８８を通って流れる。冷却空気通路１８８は、１つ以上のスロット又は穴を含む１つ以上の開口によって画定されてよい。ポストインピンジメントチャンバ１８６内のポストインピンジメント空気は、第１及び第２の側壁１６４，１６６の下流の長さに沿った冷却空気流を、冷却空気通路１８８における後縁１４０の端部に供給することができ、ここで使用済み冷却空気は高温ガス流へと排出されることを記載しておくことができる。

図４Ｂの構造に対して選択的な構造が図４Ｃに示されている。図４Ｃにおける後縁１４０のための冷却構造は、第１及び第２の側壁１６４，１６６の下流端部における変更を除いて本質的には同じである。特に、第１の側壁１６４は第１の側壁厚さＴ_１を有しており、第２の側壁１６６は第２の側壁厚さＴ_２を有しており、第１及び第２の側壁１６４，１６６の厚さＴ_１，Ｔ_２は、シート頂部１８０にほぼ隣接しているところから、後縁１４０の壁頂部１７０まで、ポストインピンジメントチャンバ１８６の長さに沿って減じられた厚さとなるように減少している。例えば、第１及び第２の側壁１６４，１６６のそれぞれの壁厚さは、インピンジメントチャンバ１５２の場所における完全な厚さから、完全な厚さの約半分の後縁厚さ又は幅まで、後縁１４０に向かって減少することができる。後縁１４０における厚さの減少により、第１及び第２の流路１６０，１６２の流れが収束する後縁１４０の端部における空気力学的な損失を減じることができる。さらに、同様に先細にされた後縁は、図４Ａに基づき開示した後縁４０に設けることができ、この場合、冷却空気通路８８から第１の側壁６４の終端部４１まで延在する第１の側壁６４の壁厚さを減じることにより設けられることがわかるだろう。

本発明の特定の実施の形態について例示及び説明してきたが、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく様々なその他の変更および改変をなし得ることは当業者に明らかであろう。従って、本発明の範囲に包含される全てのこのような変更及び改変は、添付の請求項において包含されるように意図されている。

Claims

カニュラー型のガスタービン燃焼エンジンの複数の燃焼器から、タービンブレードの第１列へとガスを送る装置であって、該装置は、各燃焼器につき１つの流れ配向構造を有しており、該流れ配向構造は、ガス路円筒体と、円錐部と、出口片とを有しており、各出口片は前記円筒体と前記円錐部とを介して各燃焼器からガス流を受け取るまっすぐな経路部分を有しており、前記出口片はさらに、各出口片が、隣接する出口片の接続位置で該隣接する出口片に接続される接続位置を有し、接続された複数の出口片が環状出口構造を画定しており、該環状出口構造は、前記ガス流を前記ブレードの第１列に送るために、周方向で延在しており、かつガスタービンエンジン長手方向軸線に対して同心的に方向付けられており、ガスは、各燃焼器から、それぞれまっすぐな経路部分を通って、前記環状出口構造へと流れる、装置において、
各まっすぐな経路部分は、流路を形成する多角形の横断面を画定しており、前記流路は、半径方向内側壁に対向する半径方向外側壁を有しており、前記半径方向外側壁及び内側壁は、対向する前壁及び後壁に互いに連結されており、前記前壁は、前記まっすぐな経路部分の上流端部から前記流路の出口端部まで連続的な壁を画定しており、
互いに隣接するまっすぐな経路部分は、周方向で隣接する上流流路と下流流路とを画定しており、前記下流流路の前記後壁は、収束接合後縁で終端する第１の側壁を画定しており、前記上流流路の前記前壁は、前記収束接合後縁の方向で前記第１の側壁に向かって収束する第２の側壁を画定しており、
前記第１及び第２の側壁の間にインピンジメントシート構造が配置されていて、前記第１及び第２の側壁にインピンジメント冷却空気を提供しており、
１つ以上の開口が、前記第１及び第２の側壁の間に冷却空気通路を提供しており、ポストインピンジメント空気流を前記収束接合後縁におけるガス路内へと供給している、
ガスを送る装置。
前記インピンジメントシート構造は第１及び第２のシート部分を含み、該第１及び第２のシート部分は、それぞれ前記第１及び第２の側壁に係合する内面を有している、請求項１記載の装置。
前記第１及び第２の側壁は、平らな面から延在するリブを有しており、該リブは、前記第１及び第２の側壁に隣接するインピンジメントチャンバを画定するように、前記第１及び第２のシート部分と前記平らな面との間に空間を維持している、請求項２記載の装置。
前記第１及び第２のシート部分は下流端部へと延在しており、前記第１及び第２の側壁は、前記収束接合後縁に隣接する壁頂部で互いに接しており、前記シート部分の下流端部から前記壁頂部まで延在する前記第１及び第２の側壁の間にポストインピンジメントチャンバが画定されており、ポストインピンジメント空気は、前記ポストインピンジメントチャンバ内を通ってから前記冷却空気通路を通って流れる、請求項３記載の装置。
前記シート部分は、前記複数の燃焼器における燃焼のための空気供給として提供されるシェル空気に対して開かれた外面を有しており、前記シート部分は、前記第１及び第２の側壁に対するインピンジメント冷却空気としてのシェル空気を通過させるためのインピンジメント穴を有している、請求項４記載の装置。
前記第１及び第２の側壁の少なくとも一方の厚さは、前記ポストインピンジメントチャンバの長さに沿って前記収束接合後縁へと減じられた厚さとなるように先細にされている、請求項４記載の装置。
前記第１及び第２の側壁のそれぞれが、前記ポストインピンジメントチャンバに隣接して位置し、上流で下流方向に向かって延在する細長い寸法を有する細長いリブを含んでおり、前記細長いリブの間に延在し前記ポストインピンジメントチャンバの上流端部を画定している可動のシールを含んでいる、請求項４記載の装置。
前記各リブを通って延在していて、前記インピンジメントチャンバから前記ポストインピンジメントチャンバへとポストインピンジメント空気流を提供する、冷却空気通路を含む、請求項７記載の装置。
前記第１及び第２の側壁を貫通して画定され、前記インピンジメントチャンバから、前記ガス流に曝される前記第１及び第２の側壁の側へとフィルム冷却空気を供給するフィルム冷却孔を含む、請求項７記載の装置。
前記第１及び第２の側壁の厚さは、前記ポストインピンジメントチャンバの長さに沿って、前記収束接合後縁へと、減じられた厚さとなるように先細にされている、請求項７記載の装置。
前記第２の側壁の下流部分は、前記第１の側壁を含む前記下流流路を画定する出口片に一体に形成されており、前記第２の側壁は、前記第１の側壁の下流縁部の上流で終端する下流縁部を有している、請求項１記載の装置。
前記第２の側壁は、前記上流流路を画定する出口片に一体に形成された上流部分を含み、前記第２の側壁の前記上流部分は、前記第２の側壁の前記下流部分に隣接して位置しており、前記第２の側壁の前記上流部分と前記下流部分との間に位置する可動シールを含む、請求項１１記載の装置。
カニュラー型ガスタービン燃焼エンジンの複数の燃焼器から、周方向に延在していて、かつガスタービンエンジン長手方向軸線に対して同心的に方向付けられている、ブレードの第１列にガス流を送るための環状出口構造へとガスを送る装置であって、該装置は、周方向で互いに隣接して位置している少なくとも１つの上流流路と下流流路とを含み、該下流流路は後方の第１の側壁を含み、前記上流流路は前方の第２の側壁を含み、
前記第１の側壁の下流の終端縁部に画定された収束接合後縁を含んでおり、前記第２の側壁は、前記収束接合後縁の方向で前記第１の側壁に向かって収束しており、
前記第１及び第２の側壁の間に位置し、前記第１及び第２の側壁にインピンジメント冷却空気を提供するインピンジメントシート構造を含んでおり、
前記第１及び第２の側壁の間に冷却空気通路を提供し、ポストインピンジメント空気流を前記収束接合後縁におけるガス路内へと供給する１つ以上の開口を含んでいる、ガスを送る装置。
前記第１及び第２の側壁はそれぞれ、ガス流に曝される高温側と、インピンジメントシート構造からのインピンジメント冷却空気を受け取る反対側の低温側とを含み、前記第１の側壁の前記低温側は、前記第２の側壁の前記低温側に面して位置している、請求項１３記載の装置。
前記第１及び第２の側壁の前記低温側の間に開放領域を含んでおり、該開放領域は、前記インピンジメントシート構造に設けられたインピンジメント穴を通るインピンジメント冷却空気としてシェル空気を提供する燃焼器シェルに対して開かれている、請求項１４記載の装置。
前記インピンジメントシート構造は第１及び第２のシート部分を含み、該第１及び第２のシート部分は、それぞれ前記第１及び第２の側壁の前記低温側に係合する内面を有している、請求項１４記載の装置。
前記第１及び第２の側壁の前記低温側は、平らな面から延在するリブを有しており、該リブは、前記第１及び第２の側壁に隣接するインピンジメントチャンバを画定するように、前記第１及び第２のシート部分と前記平らな面との間に空間を維持している、請求項１６記載の装置。
前記第１及び第２のシート部分は下流端部へと延在しており、前記第１及び第２の側壁は、前記収束接合後縁に隣接する壁頂部で互いに接しており、前記シート部分の下流端部から前記壁頂部まで延在する前記第１及び第２の側壁の間にポストインピンジメントチャンバが画定されており、ポストインピンジメント空気は、前記ポストインピンジメントチャンバ内を通ってから前記冷却空気通路を通って流れる、請求項１６記載の装置。
前記第１及び第２の側壁の少なくとも一方の厚さは、前記ポストインピンジメントチャンバの長さに沿って前記収束接合後縁へと、減じられた厚さとなるように先細にされている、請求項１８記載の装置。