本開示の図面は縮尺通りではないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様のみを示すことを目的としているため、本開示の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面では、図面間で類似する符号は、類似する要素を表す。
最初の問題として、本開示を明確に説明するために、本開示の範囲内の関連する機械構成要素を参照して説明する際に、特定の専門用語を選択することが必要になる。これを行う場合、可能な限り、一般的な工業専門用語が、その受け入れられた意味と同じ意味で使用および利用される。別途記載のない限り、このような専門用語を、本出願の文脈および添付の特許請求の範囲と矛盾しない程度に広義に解釈すべきである。当業者であれば、多くの場合、特定の構成要素がいくつかの異なるまたは重複する用語を使用して参照され得ることを理解するであろう。単一の部品であるとして本明細書に記載され得るものは、複数の構成要素からなるものとして別の文脈を含み、かつ別の文脈で参照されてもよい。あるいは、複数の構成要素を含むものとして本明細書に記載され得るものを、単一の部品として他の場所で参照してもよい。
また、本明細書ではいくつかの記述上の用語を繰り返し使用する場合があり、本項の始めでこれらの用語を定義することが有用であるはずである。これらの用語およびその定義は、別途記載のない限り、以下の通りである。本明細書で使用する場合、「下流」および「上流」とは、タービンエンジンを通る作動流体、または例えば、燃焼器を通る空気の流れ、もしくはタービンの構成要素システムの1つを通る冷却剤などの流体の流れに対する方向を示す用語である。用語「下流」は、流体の流れの方向に相当し、用語「上流」は、流れの反対の方向を指す。用語「前方」および「後方」は、別途指定のない限り、方向を指し、「前方」はエンジンの前方または圧縮機端部を指し、「後方」はエンジンの後方またはタービン端部を指す。さらに、用語「先導する」および「後続する」は、それぞれ、用語「前方」および「後方」と同様の記述で使用され、および/または理解され得る。多くの場合、異なる半径方向、軸方向および/または円周方向の位置にある部分を記述することが要求される。「A」軸は、軸方向を表す。本明細書で使用する場合、用語「軸方向の」および/または「軸方向に」は、タービンシステム(特に、ロータ区画)の回転軸と実質的に平行な軸Aに沿った物体の相対的な位置/方向を指す。さらに本明細書で使用する場合、用語「半径方向の」および/または「半径方向に」は、軸Aと実質的に垂直でありかつただ1つの場所において軸Aと交差する方向「R」(図1を参照)に沿った物体の相対的な位置/方向を指す。最後に、用語「円周方向の」は、軸Aの周りの移動または位置を指す(例えば、方向「C」)。
上述のように、本開示は、タービンシステム用の高温ガス経路構成要素を提供し、さらに具体的には、その中に形成された複数のノズルおよびベンチュリを含む翼形部として形成された高温ガス経路構成要素を提供する。
これらおよび他の実施形態は、図1~図22を参照して以下に説明される。しかし、当業者であれば、これらの図に関して本明細書に与えられた詳細な説明は例示のためのものであり、限定するものとして解釈すべきではないことを容易に理解するであろう。
図1は、例示的なガスタービンシステム10の概略図を示す。ガスタービンシステム10は、圧縮機12を含んでもよい。圧縮機12は、流入する空気18の流れを圧縮する。圧縮機12は、圧縮空気20の流れを燃焼器22に送達する。燃焼器22は、圧縮空気20の流れを加圧された燃料24の流れと混合し、この混合物に点火して燃焼ガス26の流れを生成する。単一の燃焼器22のみが示されているが、ガスタービンシステム10は、任意の数の燃焼器22を含んでもよい。次いで、燃焼ガス26の流れは、典型的には翼形部(図2を参照)およびステータベーン(図2を参照)を含む複数のタービンブレードを含むタービン28に送達される。燃焼ガス26の流れは、タービン28、さらに具体的にはタービン28の複数のタービンブレードを駆動し、機械的仕事を発生させる。タービン28で発生された機械的仕事は、タービン28を通って延在するロータ30を介して圧縮機12を駆動し、発電機などの外部負荷32を駆動するために使用されてもよい。
ガスタービンシステム10はまた、排気フレーム34を含んでもよい。図1に示すように、排気フレーム34は、ガスタービンシステム10のタービン28に隣接して配置されてもよい。さらに具体的には、排気フレーム34は、タービン28に隣接して配置されてもよく、タービン28の実質的に下流および/または燃焼器22からタービン28に流れる燃焼ガス26の流れの実質的に下流に配置されてもよい。本明細書で説明するように、排気フレーム34の一部(例えば、外側ケーシング)は、タービン28のエンクロージャ、シェルまたはケーシング36に直接結合されてもよい。
燃焼ガス26が流れてタービン28を駆動した後、燃焼ガス26は、排気フレーム34を通って流れ方向(D)に排気、流入および/または排出され得る。図1に示す非限定的な例では、燃焼ガス26は、排気フレーム34を通って流れ方向(D)に流れ得、ガスタービンシステム10から(例えば、大気に)排出され得る。ガスタービンシステム10が複合サイクル発電プラント(例えば、ガスタービンシステムおよび蒸気タービンシステムを含む)の一部である別の非限定的な例では、燃焼ガス26は、排気フレーム34から排出され得、流れ方向(D)で複合サイクル発電プラントの排熱回収ボイラに流入してもよい。
図2を参照すると、タービン28の一部が示されている。具体的には、図2は、タービンブレード38の段(1つを示す)と、タービン28のケーシング36内に配置されたステータベーン40の段(1つを示す)とを含むタービン28の一部の側面図を示す。本明細書で説明するように、タービンブレード38の各段(例えば、第1の段、第2の段(図示せず)、第3の段(図示せず))は、ロータ30に結合され、その周囲に円周方向に配置され得、かつ燃焼ガス26によって駆動されてロータ30を回転させ得る複数のタービンブレード38を含んでもよい。さらに、ステータベーン40の各段(例えば、第1の段、第2の段(図示せず)、第3の段(図示せず))は、タービン28のケーシング36に結合され、および/またはタービン28のケーシング36の周りに円周方向に配置され得る複数のステータベーンを含んでもよい。図2に示す非限定的な例では、ステータベーン40は、複数の高温ガス経路(HGP)構成要素200を含んでもよい。例えば、ステータベーン40のHGP構成要素200は、タービン28のケーシング36に対してステータベーン40に隣接して配置されたおよび/またはタービン28のケーシング36にステータベーン40を結合する外側プラットフォーム200A、および外側プラットフォーム200Aの反対側に配置された内側プラットフォーム200Bを含み、および/またはそれらとして形成されてもよい。タービン28のステータベーン40はまた、外側プラットフォーム200Aと内側プラットフォーム200Bとの間に配置された翼形部42を含んでもよい。ステータベーン40の外側プラットフォーム200Aおよび内側プラットフォーム200Bは、ステータベーン40上を流れる燃焼ガス26の流路(FP)を画定してもよい。
ステータベーン40は、支持体202を介してケーシング36に結合されてもよい。支持体202は、タービン28のケーシング36から半径方向内向きに延在してもよく、ステータベーン40の外側プラットフォーム200Aとして形成されたHGP構成要素に結合されて、および/またはそれを受け入れて、ケーシング36におよび/またはケーシング36内にステータベーン40を結合、配置および/または固定するように構成されてもよい。非限定的な例では、支持体202は、タービン28のケーシング36に結合および/または固定されてもよい。さらに具体的には、支持体202は、ケーシング36の周りに円周方向に配置されてもよく、タービンブレード38に隣接して軸方向に配置されてもよい。別の非限定的な例(図示せず)では、支持体202は、ケーシング36におよび/またはケーシング36内にステータベーン40を結合、配置および/または固定するために、ケーシング36と一体に形成されてもよい。本明細書で説明するように、別の非限定的な例(図示せず)では、タービンブレード38に関連付けられたHGP構成要素の支持体に支持体202が直接結合および/または固定されてもよい。
タービン28の各タービンブレード38は、ロータ30から半径方向に延在し、タービン28を通って流れる燃焼ガス26の流路(FP)内に配置された翼形部46を含んでもよい。各翼形部46は、ロータ30の半径方向反対側に配置された先端部分48を含んでもよい。タービンブレード38およびステータベーン40はまた、ケーシング36内で互いに軸方向に隣接して配置されてもよい。図2に示す非限定的な例では、ステータベーン40は、タービンブレード38に軸方向に隣接し、タービンブレード38の下流に配置されてもよい。明確化のために、タービン28のタービンブレード38、ステータベーン40および/またはロータ30の全部が示されているわけではない。さらに、タービンブレード38の単一段およびタービン28のステータベーン40の一部のみが図2に示されているが、タービン28は、タービン28のケーシング36全体にわたって軸方向に配置された複数段のタービンブレードおよびステータベーンを含んでもよい。
ガスタービンシステム10のタービン28(図1を参照)はまた、複数の高温ガス経路(HGP)構成要素100を含んでもよい。図2に示す非限定的な例では、HGP構成要素100は、タービン28内に含まれるタービンシュラウドであってよい。図2~図13に関して本明細書で説明するこの非限定的な例では、HGP構成要素100とタービンシュラウドとは交換可能に使用されてもよい。タービン28は、HGP構成要素100の段を含んでもよい(1つを示す)。HGP構成要素100は、タービンブレード38の段および/またはステータベーン40の段に対応し得る。すなわち、本明細書で説明するように、HGP構成要素100の段は、タービンブレード38の段および/またはステータベーン40の段に隣接するタービン28内に配置されて、タービン28を通って流れる燃焼ガス26の流路(FP)と相互作用し、この流路(FP)にシールを提供してもよい。図2に示す非限定的な例では、HGP構成要素100の段は、タービンブレード38の段に半径方向に隣接して配置されてもよく、および/またはタービンブレード38の段を実質的に取り囲むか包囲してもよい。HGP構成要素100は、タービンブレード38の翼形部46の先端部分48に半径方向に隣接して配置されてもよい。さらに、HGP構成要素100はまた、タービン28のステータベーン40に軸方向に隣接し、および/またはタービン28のステータベーン40の上流に配置されてもよい。
ステータベーン40と同様に、HGP構成要素100の段は、タービン28のケーシング36に結合され、その周りに円周方向に配置され得る複数のHGP構成要素100を含んでもよい。図2に示す非限定的な例では、HGP構成要素100は、タービン28のケーシング36から半径方向内向きに延在する支持体102を介してケーシング36に結合されてもよい。支持体102は、HGP構成要素100のファスナまたはフック(図4を参照)に結合されて、および/またはそれを受け入れて、タービン28のケーシング36にHGP構成要素100を結合、配置および/または固定するように構成されてもよい。非限定的な例では、支持体102は、タービン28のケーシング36に結合および/または固定されてもよい。さらに具体的には、支持体102は、ケーシング36の周りに円周方向に配置されてもよく、タービンブレード38に半径方向に隣接して配置されてもよい。別の非限定的な例(図示せず)では、支持体102は、ケーシング36にHGP構成要素100を結合、配置および/または固定するためにケーシング36と一体に形成されてもよい。タービンブレード38および/またはステータベーン40と同様に、タービン28のHGP構成要素100の段の一部のみが図2に示されているが、タービン28は、タービン28のケーシング36全体にわたって軸方向に配置され、かつ支持体102を使用してケーシング36に結合された複数段のHGP構成要素100を含んでもよい。
図3を参照すると、HGP構成要素100および支持体102を含むタービン28の拡大部分が示されている。本明細書で説明するように、タービン28のHGP構成要素100および支持体102は、タービン28の動作中にHGP構成要素100を冷却するために、高圧流体(HPF)とともに低圧流体(LPF)の使用を可能にする様々な追加の特徴を含んでもよい。HGP構成要素100および/または支持体102にこれらの特徴を含めると、HGP構成要素100を冷却するのに必要な高圧流体の量が減少し得、これにより、タービンシステム10(図1を参照)内の燃料消費量および/または発熱率が減少する。
図2および図3に示すように、支持体102は、高圧流体チャンバ104を含んでもよい。高圧流体チャンバ104は、支持体102内に、HGP構成要素100に半径方向に隣接して、および/またはHGP構成要素100から半径方向外向きに形成されてもよい。さらに、本明細書で説明するように、高圧流体チャンバ104は、HGP構成要素100の特徴(例えば、ノズル)と流体結合および/または流体連通してもよい。高圧流体チャンバ104は、支持体102内に形成されて、タービン28を通っておよび/またはタービン28内に流れる高圧流体(HPF)を受け取ってもよく、高圧流体(HPF)は、続いて、ガスタービンシステム10(図1を参照)の動作中にHGP構成要素100に提供されてもよい。図2および図3に示す非限定的な例では、高圧流体(HPF)は、タービン28および/またはタービンケーシング36内を流れていてもよい。具体的には、HPFは、支持体102に実質的に隣接し、および/または支持体102の上流にあるタービン28の領域50内および/または領域50を通って流れていてもよい。HPFは、タービンシステム10(図1を参照)の動作中にHGP構成要素100を冷却するのに適した、タービン28内を流れる任意の好適な流体(例えば、空気)であってよい。非限定的な例では、HPFは、タービン28の圧縮機排出チャンバ(CDC)から流れる流体であってよい。
支持体102はまた、その中に形成された少なくとも1つの高圧供給導管106を含んでもよい。高圧供給導管106は、高圧流体チャンバ104と流体連通および/または流体結合してもよい。すなわち、高圧供給導管106は、高圧流体チャンバ104と同様に、HPFを収容する領域50と流体連通してもよい。その結果、高圧供給導管106は、領域50を通って流れるHPFを受け取ってもよく、支持体102の高圧流体チャンバ104にHPFを提供してもよい。本明細書で説明するように、高圧流体チャンバ104は、高圧供給導管106から受け取ると、HPFをHGP構成要素100に提供してもよい。非限定的な例では、単一の高圧供給導管106のみを含むものとして示されているが、支持体102は、HGP構成要素100にHPFを提供するための複数の高圧供給導管106(例えば、図7)を含み得ることが理解される。
図2および図3に示すように、支持体102はまた、少なくとも1つの低圧供給導管108を含んでもよい。低圧供給導管108は、低圧流体(LPF)を収容し得る、タービンケーシング36内の領域52と流体連通および/または流体結合してもよい。LPFは、タービン28の支持体102に実質的に隣接しておよび/またはタービン28の支持体102の下流に流れていてもよい。したがって、LPFを収容する領域52は、支持体102とステータベーン40の外側プラットフォーム200Aとの間に形成されてもよい。さらに、図2および図3に示し、本明細書で説明するように、低圧供給導管108は、タービンシステム10(図1を参照)の動作中に領域52からHGP構成要素100にLPFを提供するために、HGP構成要素100と流体結合および/または流体連通してもよい。本明細書で説明するように、LPFは、HGP構成要素100を冷却するためにタービン28内を流れる任意の好適な流体(例えば、空気)であってよい。非限定的な例では、LPFは、タービンブレード38とステータベーン40との間を流れる、タービン28の圧縮機抽出流体であってよい。
図2および図3に示す非限定的な例では、支持体102は、単一の、連続的な、および/または分離されていない構成要素または部品を含み、および/またはそれとして形成され得る。非限定的な例では、支持体102は単一の、連続的な、および/または分離されていない構成要素または部品から形成されるため、支持体102は、支持体102を完全に形成するために、様々な部品の構築、接合、結合および/または組み立てを必要としなくてもよく、および/または、支持体102がタービンシステム10(図1を参照)内に設置および/または実装され得る前に、様々な部品の構築、接合、結合および/または組み立てを必要としなくてもよい。むしろ、単一の、連続的な、および/または分離されていない支持体102が構築されて、その中に様々な特徴(例えば、高圧供給導管106、低圧供給導管108)を含むと、支持体102はタービンシステム10および/またはタービンケーシング36内に直ちに設置され得る。
非限定的な例では、支持体102、およびその中に形成された様々な特徴、(例えば、高圧流体チャンバ104、高圧供給導管106、低圧供給導管108)は、任意の好適な付加製造プロセスおよび/または方法を使用して形成されてもよい。例えば、支持体102は、直接金属レーザ溶融(DMLM)(選択的レーザ溶融(SLM)とも呼ばれる)、直接金属レーザ焼結(DMLS)、電子ビーム溶融(EBM)、ステレオリソグラフィ(SLA)、バインダ噴射または任意の他の好適な付加製造プロセスによって形成されてもよい。さらに、支持体102は、付加製造プロセスによって利用され得る、および/または動作中にガスタービンシステム10内の支持体102が経験する動作特性(例えば、曝露温度、曝露圧力など)に耐えることが可能であり得る任意の材料から形成されてもよい。
別の非限定的な例では、支持体102は、複数のおよび/または別個の部分または構成要素として形成されてもよい。例えば、支持体102は、支持体102の様々な特徴の少なくとも一部を含む2つの別個の構成要素または部品から形成されてもよい。支持体102を形成する2つの構成要素は、支持体102がガスタービンシステム10内のタービン28に設置される前に、互いに接合、結合および/または固定されてもよい。支持体102を形成する各構成要素、および支持体102の様々な特徴は、任意の好適な製造プロセスおよび/または方法を使用して形成されてもよい。例えば、2つの別個の構成要素を含む支持体102は、フライス加工、旋削加工、切削加工、鋳造、成形、穿孔などによって形成されてもよい。さらなる非限定的な例では、支持体102は、限定するものではないが、フライス加工、旋削加工、切削加工、穿孔などを含む好適な材料除去または削減プロセスを実行することにより、単一片の材料から形成されてもよい。
図4~図6は、図1のガスタービンシステム10のタービン28のHGP構成要素100の様々な図を示している。具体的には、図4はHGP構成要素100の等角図を示し、図5は図4の線CS-CSに沿ったHGP構成要素100の断面側面図を示し、図6は図5のHGP構成要素100の一部の拡大断面側面図を示す。
HGP構成要素100は、本体110を含んでもよい。図4および図5に示す非限定的な例では、HGP構成要素100は、HGP構成要素100が単一の、連続的な、および/または分離されていない構成要素または部品であるように、単一本体110を含み、および/またはそれとして形成され得る。図4および図5に示す非限定的な例では、HGP構成要素100は単一本体を含むため、HGP構成要素100は、HGP構成要素100を完全に形成するために様々な部品の構築、接合、結合および/または組み立てを必要としなくてもよく、および/またはHGP構成要素100がタービンシステム10(図1を参照)内に設置および/または実装され得る前に、様々な部品の構築、接合、結合および/または組み立てを必要としなくてもよい。むしろ、本明細書で説明するように、HGP構成要素100の単一の、連続した、および/または分離されていない単一本体110が構築されると、HGP構成要素100はタービンシステム10内に直ちに設置され得る。
非限定的な例では、HGP構成要素100の単一本体110、およびHGP構成要素100の様々な構成要素および/または特徴は、任意の好適な付加製造プロセスおよび/または方法を使用して形成されてもよい。例えば、単一本体110を含むHGP構成要素100は、直接金属レーザ溶融(DMLM)(選択的レーザ溶融(SLM)とも呼ばれる)、直接金属レーザ焼結(DMLS)、電子ビーム溶融(EBM)、ステレオリソグラフィ(SLA)、バインダ噴射または任意の他の好適な付加製造プロセスによって形成されてもよい。さらに、HGP構成要素100の単一本体110は、HGP構成要素100を形成するために付加製造プロセスによって利用され得る、および/または動作中にガスタービンシステム10内のHGP構成要素100が経験する動作特性(例えば、曝露温度、曝露圧力など)に耐えることが可能であり得る任意の材料から形成されてもよい。
別の非限定的な例では、HGP構成要素100の本体110は、複数のおよび/または別個の部分または構成要素として形成されてもよい(図7および図8を参照)。例えば、本明細書で説明するように、HGP構成要素100の本体110は、フック112、118および内面を含み得る第1の部分、ならびにHGP構成要素100の外面(および内部特徴の一部)を含み得る第2の部分から形成されてもよい。HGP構成要素100の本体110を形成する2つの構成要素は、ガスタービンシステム10内のタービン28に設置される前に、互いに接合、結合および/または固定されてHGP構成要素100を形成してもよい。本体110を形成する各構成要素、およびHGP構成要素100の様々な構成要素および/または特徴は、任意の好適な製造プロセスおよび/または方法を使用して形成されてもよい。例えば、2つの別個の構成要素を含む本体110を含むHGP構成要素100は、フライス加工、旋削加工、切削加工、鋳造、成形、穿孔などによって形成されてもよい。
HGP構成要素100はまた、様々な端部、側面および/または表面を含んでもよい。例えば、図4および図5に示すように、HGP構成要素100の本体110は、前端120と、前端120の反対側に配置された後端122とを含んでもよい。前端120は、タービン28内に画定された流路(FP)を通って流れる燃焼ガス26が、HGP構成要素100の本体110の隣接する後端122を流れる前に隣接する前端120を流れ得るように、後端122の上流に配置されてもよい。図3および図4に示すように、前端120は、タービン28がケーシング36内でHGP構成要素100を結合、配置および/または固定するために(図2を参照)、ケーシング36の支持体102に結合および/または係合するように構成された第1のフック112を含んでもよい。さらに、後端122は、第1のフック112の反対側の本体110上に配置および/または形成された第2のフック118を含んでもよい。第1のフック112と同様に、第2のフック118は、タービン28がケーシング36内でHGP構成要素100を結合、配置および/または固定するために(図2を参照)、ケーシング36の支持体102に結合および/または係合するように構成されてもよい。
さらに、HGP構成要素100の本体110はまた、第1の側面124と、第1の側面124の反対側に配置された第2の側面126とを含んでもよい。図4に示すように、第1の側面124および第2の側面126は、前端120と後端122との間に延在し、および/または形成されてもよい。本体110の第1の側面124および第2の側面126は、実質的に閉じていてもよく、および/または中実端壁またはキャップを含んでもよい。したがって、本明細書で説明するように、第1の側面124および第2の側面126の中実端壁は、タービン28内の流体(例えば、燃焼ガス26、冷却流体)がHGP構成要素100に入るのを、および/または冷却流体が第1の側面124および/または第2の側面126を介して、HGP構成要素100内に形成された内部分(例えば、通路、プレナム)から出るのを実質的に防止してもよい。
図4および図5に示すように、HGP構成要素100の本体110はまた、外面128を含んでもよい。非限定的な例では、外面128は、HGP構成要素100の本体110と支持体102との間に形成された高圧流体チャンバ104に面していてもよい(図2を参照)。さらに具体的には、外面128は、支持体102内に形成された高圧流体チャンバ104に配置、形成、対面および/または直接露出されてもよい。本明細書で説明するように、支持体102の高圧流体チャンバ104は、タービン28の動作中にHPFを受け取り、および/またはHGP構成要素100に提供し得る。高圧流体チャンバ104に面することに加えて、HGP構成要素100の本体110の外面128はまた、それぞれ前端120と後端122との間、および第1の側面124と第2の側面126との間に形成、延在および/または配置されてもよい。
HGP構成要素100の本体110はまた、外面128の反対側に形成された内面130を含んでもよい。すなわち、図4および図5の非限定的な例に示すように、HGP構成要素100の本体110の内面130は、外面128の半径方向反対側におよび/または外面128から半径方向内向きに形成されてもよい。図2に簡単に戻り、図4および図5を引き続き参照すると、内面130は、タービン28を通って流れる燃焼ガス26の高温ガス流路(FP)に面してもよい(図2を参照)。さらに具体的には、内面130は、ガスタービンシステム10のタービン28のタービンケーシング36を通って流れる燃焼ガス26の高温ガス流路(FP)に配置、形成、対面および/または直接露出されてもよい。さらに、図2に示すように、HGP構成要素100の本体110の内面130は、翼形部46の先端部分48に半径方向に隣接して配置されてもよい。燃焼ガス26の高温ガス流路(FP)に面することに加えて、外面128と同様に、HGP構成要素100の本体110の内面130はまた、それぞれ前端120と後端122との間、および第1の側面124と第2の側面126との間に形成および/または配置されてもよい。
引き続き図2~図4を参照して図5および図6を見ると、HGP構成要素100の追加の特徴がここで説明される。HGP構成要素100は、内側部分132を含んでもよい。図5に示すように、内側部分132は、HGP構成要素100の単一本体110の一体部分として形成されてもよい。さらに、内側部分132は、内面130を含んでもよく、および/または内面130は、HGP構成要素100の本体110の内側部分132上に形成されてもよい。HGP構成要素100の本体110の内側部分132は、それぞれ前端120と後端122との間、および第1の側面124と第2の側面126との間に形成され、配置され、および/または延在してもよい。さらに、内側部分132は、本体110の第1の側面124および第2の側面126上に形成された中実側壁と一体に形成されてもよい(図4を参照)。図2および図3に簡単に戻ると、HGP構成要素100の内側部分132はまた、タービンシステム10のタービン28の高温ガス流路(FP)に隣接して配置されてもよく、および/または翼形部46の先端部分48に半径方向に隣接してもよく、および/またはそれから半径方向外向きにあってもよい。本明細書で説明するように、HGP構成要素100の内側部分132は、HGP構成要素100内に少なくとも1つの冷却チャネルを少なくとも部分的に形成および/または画定してもよい。
HGP構成要素100は、内側部分132の半径方向反対側に形成された外側部分134を含んでもよい。内側部分132と同様に、図5に示すように、外側部分134は、HGP構成要素100の単一本体110の一体部分として形成されてもよい。外側部分134は、外面128を含んでもよく、および/または外面128は、HGP構成要素100の本体110の外側部分134上に形成されてもよい。HGP構成要素100の本体110の外側部分134は、それぞれ前端120と後端122との間、および第1の側面124と第2の側面126との間に形成され、配置され、および/または延在してもよい。さらに、また内側部分132と同様に、外側部分134は、本体110の第1の側面124および第2の側面126上に形成された中実側壁と一体に形成されてもよい。図3および図5に示すように、外側部分134は、支持体102の高圧流体チャンバ104に隣接して(半径方向に)形成されてもよい。本明細書で説明するように、HGP構成要素100の外側部分134は、HGP構成要素100内に低圧流体チャネルを少なくとも部分的に形成および/または画定してもよい。
図5の非限定的な例に示すように、HGP構成要素100はまた、中間部分136を含んでもよい。中間部分136は、HGP構成要素100の単一本体110の内側部分132と外側部分134との間に(半径方向に)形成されてもよい。内側部分132および外側部分134と同様に、また図5に示すように、HGP構成要素100の中間部分136は、HGP構成要素100の本体110の一体部分として形成されてもよい。HGP構成要素100の本体110の中間部分136は、それぞれ前端120と後端122との間、および第1の側面124と第2の側面126との間に形成され、配置され、および/または延在してもよく、本体110の第1の側面124および第2の側面126上に形成された中実側壁と一体に形成されてもよい(図4を参照)。
内側部分132、外側部分134および/または中間部分136は、HGP構成要素100内のチャネルを少なくとも部分的に形成および/または画定してもよい。例えば、中間部分136および外側部分134は、HGP構成要素100内に低圧流体チャネル138を画定および/または形成してもよい。さらに具体的には、低圧流体チャネル138は、HGP構成要素100の単一本体110の中間部分136と外側部分134との間に形成されてもよい。低圧流体チャネル138は、単一本体110のそれぞれ前端120と後端122との間、および第1の側面124と第2の側面126との間に実質的に延在してもよい。本明細書で説明するように、低圧流体チャネル138は、HGP構成要素100を通して形成され、かつ支持体102の低圧供給導管108(仮想線で示される部分)と流体連通する開口140を介してLPFを受け取ってもよい。
図5に示す非限定的な例では、中間部分136および内側部分132はまた、HGP構成要素100内に冷却チャネル142を画定および/または形成してもよい。すなわち、冷却チャネル142は、HGP構成要素100の単一本体110の中間部分136と内側部分132との間に形成されてもよい。冷却チャネル142は、本体110のそれぞれ前端120と後端122との間、および第1の側面124と第2の側面126との間に実質的に延在してもよい。本明細書で説明するように、冷却チャネル142は、ガスタービンシステム10(図1を参照)の動作中にHPFおよび低圧流体(LPF)を受け取ってHGP構成要素100を冷却し得、続いて、排出孔144を介してHGP構成要素100からHPFおよびLPFを吐出または排出し得る。
HGP構成要素100の様々な部分(例えば、チャネル138、142)内にHPFおよびLPFを提供して構成要素を冷却するために、HGP構成要素100および/または本体110はまた、その中に形成された複数および/または一連の開口を含んでもよい。例えば、HGP構成要素100の外側部分134および中間部分136はそれぞれ、その中に形成され、および/またはそれを通って延在する複数および/または一連の開口、ノズルおよび/またはベンチュリを含んでもよい。図4~図6に示す非限定的な例では、外側部分134は、その中に形成されるか、それを通って延在する複数の高圧開口またはノズル146(以下、「ノズル146」)を含んでもよい。複数のノズル146のそれぞれは、HGP構成要素100の単一本体110の外面128および外側部分134を通して形成されてもよい。外側部分134を通して形成された複数のノズル146は、支持体102の高圧流体チャンバ104と流体連通および/または流体結合してもよい。高圧流体チャンバ104に流体結合された結果として、複数のノズル146のそれぞれはまた、タービン28および/または支持体102の高圧供給導管106を通って流れるHPFと流体連通してもよい(図3を参照)。さらに、図5に示すように、外側部分134を通して形成された複数のノズル146は、支持体102の高圧流体チャンバ104とHGP構成要素100の低圧流体チャネル138とを流体結合してもよい。本明細書で説明するように、外側部分134を通して形成された複数のノズル146のそれぞれは、高圧供給導管106および/または支持体102の高圧流体チャンバ104からHPFを受け取り、続いて、HGP構成要素100の低圧流体チャネル138にHPFを提供するか流してもよい。
また、図4~図6の非限定的な例に示すように、中間部分136は、その中に形成されるか、それを通って延在する複数の低圧開口またはベンチュリ148(以下、「ベンチュリ148」)を含んでもよい。複数のベンチュリ148のそれぞれは、HGP構成要素100の単一本体110の中間部分136を通して形成されるか、それを通って延在してもよい。中間部分136を通して形成された複数のベンチュリ148は、HGP構成要素100の単一本体110内に形成された低圧流体チャネル138および冷却チャネル142と流体連通し得、および/または低圧流体チャネル138と冷却チャネル142とを流体結合し得る。さらに、ベンチュリ148は低圧流体チャネル138と流体連通しているため、HGP構成要素100のベンチュリ148はまた、低圧流体チャネル138を通って流れるLPFと流体連通してもよく、および/または低圧流体チャネル138にLPFを提供する支持体102の低圧供給導管108と流体連通してもよい。本明細書で説明するように、中間部分136を通して形成された複数のベンチュリ148のそれぞれは、低圧流体チャネル138からLPFを受け取り、続いて、冷却チャネル142にLPFを提供するか流してもよい。さらに、本明細書で説明するように、複数のベンチュリ148のそれぞれは、複数のノズル146を介して低圧流体チャネル138を通って流れる高圧流体(HPF)を受け取り、続いて、冷却チャネル142にHPFを提供するか流してもよい。本明細書で説明するように、HGP構成要素100のノズル146は、サイズ、形状および/または構成(例えば、ディフューザの包含)に基づいて、HGP構成要素100のベンチュリ148とは異なっていてもよい。
引き続き図5を参照して図6を見ると、単一のノズル146および単一のベンチュリ148を含むHGP構成要素100の拡大断面図が示されている。図5および図6に示す非限定的な例では、HGP構成要素100の外側部分134に形成された複数のノズル146および中間部分136に形成された複数のベンチュリ148は、半径方向および/または同心に整列されてもよい。すなわち、複数のノズル146のそれぞれは、対応するベンチュリ148と整列され、および/または実質的に同心であってよい。さらに、図6の非限定的な例に示すように、外側部分134に形成された複数のノズル146のそれぞれは、中間部分136に形成された対応するベンチュリ148内に延在し得る区画150を含んでもよい。具体的には、区画150は、HGP構成要素100の半径方向および/または同心に整列された対応するベンチュリ148内に延在し得、および/または部分的に配置され得、および/またはそれに取り囲まれ得る。本明細書で説明するように、各ノズル146の区画150は、対応するベンチュリ148内に延在して、ベンチュリ148を通してHPFを導いてもよい。さらに、または代替として、各ノズル146の区画150は、対応するベンチュリ148内に延在して、低圧流体チャネル138を通って流れる低圧流体(LPF)をベンチュリ148に導き、および/またはLPFがノズル146を通って半径方向外向きに流れるのを防止してもよい。
図6に示すように、複数のノズル146のそれぞれは、異なるサイズであってよく、および/または複数のベンチュリ148とは異なる寸法を含んでもよい。すなわち、複数のノズル146の寸法(例えば、直径)は、複数のベンチュリ148の寸法とは異なっていてもよい。非限定的な例では、外側部分134に形成された複数のノズル146のそれぞれは、ノズル開口または構成のスロートまたはネック(例えば、最も狭い部分)に第1の直径(D1)を含んでもよい。さらに、中間部分136に形成された複数のベンチュリ148のそれぞれは、ベンチュリ開口または構成のスロート(例えば、最も狭い部分)に第2の直径(D2)を含んでもよい。図6の非限定的な例に示すように、各ベンチュリ148の第2の直径(D2)は、ノズル146の第1の直径(D1)よりも大きくてよい。非限定的な例では、ベンチュリ148の第2の直径は、ノズル146の第1の直径(D1)の少なくとも2倍(例えば、2:1以上の比率)であってよい。他の非限定的な例では、ベンチュリ148の第2の直径は、ノズル146の第1の直径(D1)よりもわずかに大きくてよい(例えば、10%大きい)。本明細書で説明するように、第1の直径(D1)および第2の直径(D2)のそれぞれのサイズまたは寸法、ならびに第1の直径(D1)と第2の直径(D2)との差により、HGP構成要素100を通って流れるHPFおよびLPFの速度および/または圧力が改善され得る。
図5および図6に示すように、HGP構成要素100内に形成されたノズル146およびベンチュリ148のサイズおよび/または数は単なる例示であることが理解される。したがって、HGP構成要素100は、さらに大きなまたはさらに小さなノズル146およびベンチュリ148を含み得、および/またはその中に形成されたさらに多くのまたはさらに少ないノズル146およびベンチュリ148を含み得る。さらに、ノズル146およびベンチュリ148はともにサイズおよび/または形状が実質的に均一であるように示されているが、HGP構成要素100に形成された複数のノズル146およびベンチュリ148のそれぞれは、別個のサイズおよび/または形状を含んでもよいことが理解される。HGP構成要素100に形成されたノズル146およびベンチュリ148のサイズ、形状および/または数は、動作中のガスタービンシステム10の様々なパラメータ(例えば、曝露温度、曝露圧力、タービンケーシング36内の位置、HPF動作圧力/温度、LPF動作圧力/温度など)に少なくとも部分的に依存し得る。さらに、または代替として、HGP構成要素100に形成されたノズル146およびベンチュリ148のサイズ、形状および/または数は、HGP構成要素100の特性(例えば、内側部分132の厚さ、外側部分134の厚さ、冷却チャネル142の体積など)に少なくとも部分的に依存し得る。
さらに、図6に示すように、HGP構成要素100の単一本体110の中間部分136はまた、複数のディフューザ152を含んでもよい。複数のディフューザ152のそれぞれは、中間部分136を通して形成された対応するベンチュリ148と一体に形成されてもよい。すなわち、図6に示すように、ディフューザ152は、各ベンチュリ148と一体に形成されてもよく、ベンチュリ148、さらに具体的には各ベンチュリ148のスロート(例えば、最も狭い部分)に半径方向に隣接して配置されてもよい。ディフューザ152はまた、HGP構成要素100の本体110の内側部分132に隣接して形成され、および/またはそれに向かって半径方向に延在してもよい。非限定的な例では、ディフューザ152は、ディフューザ152がHGP構成要素100の内側部分132に(半径方向に)近づくにつれて大きくまたは広くなる分岐形状、幾何学的形状および/または構成を含んでもよい。非限定的な例では、ディフューザ152の最大寸法(例えば、直径)は、内側部分132に半径方向に隣接する端部154に形成されてもよい。ディフューザ152の端部154は、ノズル146の第1の直径(D1)およびベンチュリ148の第2の直径(D2)よりも大きくてよい第3の直径(D3)を含んでもよい。本明細書で説明するように、第1の直径(D1)および第2の直径(D2)のそれぞれのサイズまたは寸法に加えて、HGP構成要素100の各ディフューザ152の第3の直径(D3)のサイズにより、HGP構成要素100を通って流れるHPFおよびLPFの静圧が上昇し得る。
さらに、本明細書では実質的に円形であり、および/または別個の直径(例えば、第1の直径(D1)、第2の直径(D2)など)を含むものとして説明しているが、ノズル146、ベンチュリ148および/またはディフューザ152は、別個の形状または構成から形成されてもよいことが理解される。したがって、ノズル146、ベンチュリ148およびディフューザ152のそれぞれの寸法は、直径を含まなくてもよい。すなわち、例えば、ノズル146、ベンチュリ148および/またはディフューザ152は、実質的に正方形または多角形であってよい。これらの非限定的な例では、ノズル146、ベンチュリ148およびディフューザ152のそれぞれは、固有のおよび/または別個の領域(例えば、寸法)を含んでもよい。さらに具体的には、ノズル146のスロートは第1の領域(A1)を含んでもよく、ベンチュリ148のスロートはノズル146の第1の領域(A1)よりも大きくてよい第2の領域(A2)を含んでもよく、ディフューザ152は、それぞれ第1の領域(A1)および第2の領域(A2)の両方よりも大きい第3の領域(A3)を含んでもよい。
さらに、図4~図6に示すように、HGP構成要素100はまた、複数の支持ピン156を含んでもよい。具体的には、HGP構成要素100の本体110は、内側部分132と中間部分136との間、および中間部分136と外側部分134との間に配置され/延在し、それらと一体に形成された複数の支持ピン156を含んでもよい。図5および図6に示すように、内側部分132と中間部分136との間に延在する複数の支持ピン156はまた、冷却チャネル142内に配置されてもよく、中間部分136と外側部分134との間に延在する複数の支持ピン156は低圧流体チャネル138内に配置されてもよい。複数の支持ピン156は、HGP構成要素100の本体110全体にわたって配置されて、内側部分132、外側部分134および/または中間部分136に支持、構造および/または剛性を提供してもよい。内側部分132、外側部分134および/または中間部分136の間に延在する、および/またはそれらと一体に形成された複数の支持ピン156を含めることにより、HGP構成要素100の様々な部分に追加の支持、構造および/または剛性を提供し、ガスタービンシステム10の動作中のHGP構成要素100の振動を実質的に防止してもよい。本明細書で説明するように、内側部分132、外側部分134および/または中間部分136に支持、構造および/または剛性を提供することに加えて、低圧流体チャネル138および/または冷却チャネル142内に配置された複数の支持ピン156はまた、ガスタービンシステム10(図1を参照)の動作中にHGP構成要素100の熱伝達および/または冷却を支援してもよい。複数の支持ピン156は、任意の好適な付加製造プロセスおよび/または方法を使用してHGP構成要素100の単一本体110を形成する際に、内側部分132、外側部分134および/または中間部分136と一体に形成されてもよい。
図4~図6に示すように、HGP構成要素100内に配置された支持ピン156のサイズ、形状および/または数は単なる例示である。したがって、HGP構成要素100は、さらに大きなまたはさらに小さな支持ピン156、様々なサイズの支持ピン156を含み得、および/またはその中に形成されたさらに多くのまたはさらに少ない支持ピン156を含み得る。HGP構成要素100に形成された支持ピン156のサイズ、形状および/または数は、動作中のガスタービンシステム10の動作特性(例えば、曝露温度、曝露圧力、タービンケーシング36内の位置など)に少なくとも部分的に依存し得る。さらに、または代替として、HGP構成要素100に形成された支持ピン156のサイズ、形状、および/または数は、HGP構成要素100の特性(例えば、内側部分132の厚さ、外側部分134の厚さ、チャネル138、142の高さなど)に少なくとも部分的に依存し得る。
図3~図6を参照して、HGP構成要素100を通るHPFおよびLPFの例示的な流路が説明される。具体的には、図3、図5および図6では、流体の流れ方向が矢印によって表され得、「HPF」および「LPF」として標識され得る。
非限定的な例では、HPFは、領域50から高圧供給導管106(図3を参照)を通って、支持体102の高圧流体チャンバ104に流入してもよい。HPFは、高圧流体チャンバ104から、外側部分134を通して形成された複数のノズル146を通って流れてもよい。ノズル146がベンチュリ148と半径方向に整列され、および/またはそれと同心である非限定的な例では、HPFは、中間部分136を通して形成されたベンチュリ148に直接流入し、および/またはそれを通って流れてもよい。HPFは、同じくベンチュリ148を通って流れるLPFと混合し、LPFに実質的にエネルギーを与えるか、その速度を増加させてもよい。HPFは、ベンチュリ148を通って流れ得、中間部分136のディフューザ152によって拡散され得、HGP構成要素100の冷却チャネル142に流れ得る。冷却チャネル142内に入ると、HPFとLPFとの混合物はHGP構成要素100の内側部分132を実質的に冷却し得、冷却チャネル142を通って前端120または後端122に向かって流れてから、冷却チャネル142の排出孔144を介してHGP構成要素から排出され得る。
HGP構成要素100を通って流れるHPFと同時におよび/またはそれとは独立して、LPFはHGP構成要素100に提供され、それを通って流れてもよい。LPFは、領域52から、支持体102の低圧供給導管108を通って流れてもよい(図3を参照)。非限定的な例では、低圧供給導管108は、HGP構成要素100の後端122を通して形成された低圧流体チャネル138の開口140と直接流体連通してもよい。さらに、仮想線で示すように、別個の低圧供給導管108が、HGP構成要素100の前端120を通して形成された低圧流体チャネル138の別個の開口140と直接流体連通してもよい。したがって、低圧流体チャネル138の対向する両側面または端部にLPFが提供されてもよい。LPFは、低圧流体チャネル138に提供されると、中間部分136を通して形成された複数のベンチュリ148を通って流れてもよい。ノズル146の区画150(図6を参照)がベンチュリ148内に延在する非限定的な例では、ノズル146はベンチュリ148を通してLPFを導いてもよい。さらに、ノズル146がベンチュリ148と半径方向に整列され、および/またはそれと同心である場合、LPFはベンチュリ148に直接流入し得、ベンチュリ148を流れる際にHPFと混合し、実質的に活性化されるか、速度が増加され得る。HPFと同様に、LPFはベンチュリ148を通って流れ得、中間部分136のディフューザ152によって拡散され得、HGP構成要素100の冷却チャネル142に流れ得る。冷却チャネル142内に入ると、LPFは、HPFとともに、HGP構成要素100の内側部分132を実質的に冷却し得、冷却チャネル142を通って前端120または後端122に向かって流れてから、冷却チャネル142の排出孔144および145を介してHGP構成要素から排出され得る(図5を参照)。
図7および図8は、HGP構成要素100および支持体102を含むタービン28の別の非限定的な例の様々な図を示している。具体的には、図7は、支持体102に結合されたHGP構成要素100を含むガスタービンシステム10(図1を参照)のタービン28の一部の非限定的な例の拡大側面図を示し、図8は、図7に示すHGP構成要素100の別の非限定的な例の断面側面図を示す。同様の符号および/または名称を付した構成要素は、実質的に同様の様式で機能し得ることが理解される。これらの構成要素の冗長な説明は、明確化のために省略されている。
図7に示すように、また図3に関して本明細書で説明する非限定的な例と比較すると、支持体102は高圧流体チャンバ104を含まなくてもよい(図3を参照)。むしろ、支持体102は、HGP構成要素100の外面128に当接または接触し得る実質的に中実および/または連続的な構成要素または部品として形成され得、その中に形成された複数の供給導管を含み得る。図7に示す非限定的な例では、支持体102は、複数の高圧供給導管106と、その中に形成された単一の低圧供給導管108とを含んでもよい。複数の高圧供給導管106は、支持体102を通って、例えば、HGP構成要素100の前端120または後端122まで延在してもよい。さらに、複数の高圧供給導管106のそれぞれは、HGP構成要素100と直接流体連通および/または直接流体結合してもよい。すなわち、支持体102の複数の高圧供給導管106のそれぞれは、領域50、およびHGP構成要素100のチャネル(例えば、高圧流体チャネル)(図8を参照)と流体連通および/または流体結合してもよい。本明細書で説明するように、高圧供給導管106は、ガスタービンシステム10(図1を参照)の動作中に領域50からHGP構成要素100に高圧流体(HPF)を提供してもよい。
引き続き図7を参照して図8を見ると、HGP構成要素100は、タービン28で利用される際に追加の特徴および/または構成要素を含んでもよい。例えば、本明細書で説明するように、HGP構成要素100は、単一本体110から形成されなくてもよい。むしろ、HGP構成要素100は、第1の部分157、および別個の第2の部分158から形成されてもよい。さらに具体的には、HGP構成要素100は、第1の部分157、および第1の部分157に接合、結合および/または固定され得る第2の部分158から形成され、および/またはそれらを含んでもよい。図8に示すように、HGP構成要素100の第1の部分157は、HGP構成要素100のフック112、118、内面130および内側部分132を含んでもよい。さらに、非限定的な例では、本明細書で説明するように、HGP構成要素100の第1の部分157は、開口140を含む低圧流体チャネル138の一部と、開口162を含む高圧流体チャネル160の一部とを含んでもよい。
第2の部分158は、第1の部分157とは異なる特徴および/またはHGP構成要素100の部分を含んでもよい。例えば、本明細書で説明するように、第2の部分158は、外側部分134と、中間部分136と、HGP構成要素100の外面128を含む上部プレート159とを含んでもよい。さらに、非限定的な例では、第2の部分158はまた、外側部分134を通して形成されたノズル146と、中間部分136を通して形成されたベンチュリ148と、それぞれ外側部分134、中間部分136および上部プレート159の間におよび/またはそれらから延在する複数の支持ピン156とを含んでもよい。図8に示すように、第2の部分158はまた、外側部分134と中間部分136との間に形成された低圧流体チャネル138の一部と、外側部分134と上部プレート159との間に形成された高圧流体チャネル160の一部とを含んでもよい。冷却チャネル142は、第1の部分157と第2の部分158との間、さらに具体的には、第2の部分158の中間部分136と第1の部分157の内側部分132との間に形成されてもよい。
図8に示す非限定的な例では、第1の部分157および第2の部分158は、別個の材料から形成されてもよい。例えば、フック112、118および内側部分132を含む第1の部分157は、材料物性および/または特性(例えば、融点、熱伝達特性、硬度、延性など)の第1のセットを有する第1の金属または合金から形成されてもよく、第2の部分158は、材料物性および/または特性の第2のセットを有する第2の金属または合金から形成されてもよい。あるいは、第1の部分157および第2の部分158は、同一の材料から形成されてもよい。第1の部分157および第2の部分158のそれぞれは、限定するものではないが、フライス加工、旋削加工、切削加工、鋳造、成形、穿孔などを含む任意の好適な製造プロセスを使用して個々におよび/または別個にそれぞれ形成されてもよい。さらに、第1の部分157および第2の部分158は、限定するものではないが、溶接、締結、溶融、焼結、ろう付けなどを含む任意の好適な接合プロセスまたは技術を使用して、HGP構成要素100を形成するために互いに接合、結合および/または固定されてもよい。
図8に示す非限定的な例では、HGP構成要素100はまた、第2の部分158の外側部分134の半径方向外向き、半径方向に隣接して、および/または半径方向上方に形成された上部プレート159を含んでもよい。さらに、図7および図8に示すように、上部プレート159は、支持体102の一部から半径方向内向きに配置され得、および/または支持体102の一部に実質的に接触または当接し得る。上部プレート159は、それぞれ前端120と後端122との間、および第1の側面124と第2の側面126との間に実質的に形成、延在および/または配置され得る実質的に中実のまたは連続的な(例えば、開口またはベンチュリのない)構成要素から形成されてもよい。本明細書で説明する非限定的な例では、上部プレート159は、HGP構成要素100を形成する第2の部分158の一部であるか、その中に形成され得る。他の非限定的な例(図示せず)では、上部プレート159は、第1の部分157および/または第2の部分158に接合、結合および/または固定されてHGP構成要素100を形成し得るHGP構成要素100の別個の構成要素または部品であってよい。
さらに、図8に示すように、HGP構成要素100はまた、高圧流体チャネル160を含んでもよい。高圧流体チャネル160は、外側部分134と上部プレート159との間に形成されてもよい。すなわち、HGP構成要素100の上部プレート159および外側部分134は、HGP構成要素100内に高圧流体チャネル160を画定および/または形成してもよい。高圧流体チャネル160は、HGP構成要素100のそれぞれ前端120と後端122との間、および第1の側面124と第2の側面126との間に実質的に延在してもよい。高圧流体チャネル160は、HGP構成要素100の第1の部分157を通って延在する、および/またはHGP構成要素100の前端120または後端122に隣接して形成された開口162を含んでもよい。開口162は、それぞれの高圧供給導管106(仮想線で示される部分)に流体結合されて、支持体102の高圧供給導管106からHPFを受け取り、続いて高圧流体チャネル160にHPFを供給してもよい。高圧流体チャネル160は、外側部分134を通して形成された複数のノズル146にHPFを供給または提供してもよい。本明細書で同様に説明するように、HPFは、ノズル146を通って流れて、ベンチュリ148を通って流れるLPFと混合し、LPFに実質的にエネルギーを与えるか、その速度を増加させてもよい。HPFは、HGP構成要素100の冷却チャネル142に提供されてから、一連の開口145を介してHGP構成要素100から排出されてもよい。
図9は、支持体102に結合されたHGP構成要素100を含むガスタービンシステム10(図1を参照)のタービン28の一部の拡大側面図の別の非限定的な例を示す。非限定的な例では、HGP構成要素100は、図3~図5に関して本明細書で同様に説明するように、単一本体110として形成されてもよい。さらに、非限定的な例では、支持体102は、単一の高圧供給導管106のみを含んでもよい。高圧供給導管106は、支持体102を通って領域50からHGP構成要素100の単一本体110の隣接する前端120まで形成され、および/または延在し得る。本明細書で同様に説明するように、支持体102の高圧供給導管106は、領域50およびHGP構成要素100(例えば、高圧流体チャネル160)(図8を参照)と流体連通および/または流体結合して、ガスタービンシステム10(図1を参照)の動作中に領域50からHGP構成要素100に高圧流体(HPF)を提供してもよい。
さらに、図9に示す非限定的な例では、支持体102は低圧流体チャンバ164を含んでもよい。低圧流体チャンバ164は、支持体102内に、HGP構成要素100に半径方向に隣接して、および/またはHGP構成要素100から半径方向外向きに形成されてもよい。低圧流体チャンバ164は、支持体102内に形成されて、タービン28の領域52を通っておよび/またはタービン28の領域52内に流れる低圧流体(LPF)を受け取ってもよく、低圧流体(LPF)は、続いて、ガスタービンシステム10(図1を参照)の動作中にHGP構成要素100に提供されてもよい。例えば、低圧流体チャンバ164は、少なくとも1つの低圧入口166、および支持体102内に形成された少なくとも1つの低圧供給導管108と流体結合および/または流体連通してもよい。非限定的な例では、低圧入口166は、LPFを収容し得る、タービンケーシング36内の領域52と流体連通および/または流体結合してもよく、低圧流体チャンバ164と流体連通および/または流体結合してもよい。低圧入口166は、領域52からLPFを受け取り、低圧流体チャンバ164にLPFを提供してもよい。本明細書で同様に説明するように、LPFは、低圧流体チャンバ164に受け取られると、少なくとも1つの低圧供給導管108に提供され、続いて、低圧供給導管108を介してHGP構成要素100の低圧流体チャネル138(図5を参照)に提供されてもよい。
図10および図11は、HGP構成要素100および支持体102を含むタービン28の別の非限定的な例の様々な図を示している。具体的には、図10は、支持体102に結合されたHGP構成要素100を含むガスタービンシステム10(図1を参照)のタービン28の一部の非限定的な例の拡大側面図を示し、図11は、図10に示すHGP構成要素100の別の非限定的な例の断面側面図を示す。同様の符号および/または名称を付した構成要素は、実質的に同様の様式で機能し得ることが理解される。これらの構成要素の冗長な説明は、明確化のために省略されている。
図9に示す非限定的な例と同様に、支持体102は、低圧流体チャンバ164を含んでもよい。低圧流体チャンバ164は、支持体102内に、HGP構成要素100に半径方向に隣接して、および/またはHGP構成要素100から半径方向外向きに形成されてもよい。本明細書で説明するように、低圧流体チャンバ164は、タービン28の領域52を通っておよび/またはタービン28の領域52内を流れる低圧流体(LPF)を受け取ってもよい。非限定的な例では、低圧流体チャンバ164は、支持体102内に形成された低圧供給導管108と流体結合および/または直接流体連通してもよい。低圧供給導管108は、LPFを収容し得る、タービンケーシング36内の領域52と流体連通および/または流体結合してもよく、低圧流体チャンバ164にLPFを提供してもよい。
ただし、図10および図11に示す非限定的な例は、本明細書で説明するHGP構成要素100および/または支持体102の他の非限定的な例とは異なる構成を有するHGP構成要素100および/または支持体102を含む。例えば、図9に示す非限定的な例とは異なり、低圧流体チャンバ164は、HGP構成要素100の特徴と流体結合および/または直接流体連通してもよい。さらに具体的には、図10および図11に示すように、HGP構成要素100の外側部分134がHGP構成要素100内の低圧流体チャンバ164を少なくとも部分的に形成および/または画定し得るように、低圧流体チャンバ164は、HGP構成要素100の外側部分134に隣接して(半径方向に)形成されてもよい。さらに、低圧流体チャンバ164は、HGP構成要素100の外側部分134を通して形成されたか、それを通って延在する複数のノズル146と流体結合および/または直接流体連通してもよい。本明細書で説明するように、低圧流体チャンバ164は、外側部分134を通って延在する複数のノズル146に半径方向に隣接して直接流体連通するように形成される結果として、HGP構成要素100を冷却する際に複数のノズル146のそれぞれにLFPを提供し得る。
支持体102はまた、その中に形成された少なくとも1つの高圧供給導管106を含んでもよい。高圧供給導管106は、HPFを収容する領域50、およびHGP構成要素100と直接流体連通および/または流体結合してもよい。さらに具体的には、図10および図11に示すように、高圧供給導管106は、タービン28の領域50(図10を参照)およびHGP構成要素100の高圧流体チャネル160(図11を参照)と流体連通および/または流体結合して、領域50からHGP構成要素100の高圧流体チャネル160までHPFを提供してもよい。図11に示す非限定的な例では、高圧供給導管106は、HGP構成要素100の前端120を通して形成された開口162を介して高圧流体チャネル160と流体連通してもよい。低圧流体チャンバ164がノズル146と直接流体連通し、本明細書で説明する非限定的な例(例えば、図9)とは異なる結果として、高圧流体チャネル160は、HGP構成要素100の本体110の外側部分134と中間部分136との間に形成され、および/またはそれらによって画定されてもよい。本明細書で説明するように、中間部分136を通して形成されたか、それを通って延在する複数のベンチュリ148のそれぞれは、高圧流体チャネル160と流体結合および/または直接流体連通してもよく、HGP構成要素100を冷却する際にHPFを受け取ってもよい。
図10および図11を参照して、HGP構成要素100を通るLPFおよびHPFの例示的な流路が説明される。非限定的な例では、LPFは、領域52から、支持体102の低圧供給導管108(図10を参照)を通って低圧流体チャンバ164に流れてもよい。LPFは、低圧流体チャンバ164から、外側部分134を通して形成された複数のノズル146を通って流れてもよい。ノズル146がベンチュリ148と半径方向に整列され、および/またはそれと同心である非限定的な例では、LPFは、中間部分136を通して形成されたベンチュリ148に直接流入し得、および/またはそれを通って流れ得る。追加的または代替的に、LPFは、図11に示すHGP構成要素100の外側部分134と中間部分136との間に形成された高圧流体チャネル160を含む複数のノズル146のそれぞれから流れてもよい。本明細書で説明するように、LPFは、同じくベンチュリ148を通って流れるHPFと混合し、HPFによって実質的にエネルギーを与えられるか、速度を増加されてもよい。LPFは、ベンチュリ148を通って流れ得、中間部分136のディフューザ152によって拡散され得、HGP構成要素100の冷却チャネル142に流れ得る。冷却チャネル142内に入ると、LPFとHPFとの混合物はHGP構成要素100の内側部分132を実質的に冷却し得、冷却チャネル142を通って前端120または後端122に向かって流れてから、冷却チャネル142の排出孔144を介してHGP構成要素から排出され得る。
HGP構成要素100を通って流れるLPFと同時におよび/または独立して、HPFは、領域50から、支持体102に形成された高圧供給導管106を通って流れてもよい(図10を参照)。高圧供給導管106は、HGP構成要素100の前端120を通して形成された高圧流体チャネル160の開口162と直接流体連通してもよい。HPFは、高圧流体チャネル160に提供されると、中間部分136を通して形成された複数のベンチュリ148を通って流れてもよい。ノズル146の区画(例えば、区画150、図6を参照)がベンチュリ148内に延在する非限定的な例では、ノズル146はベンチュリ148を通してHPFを導いてもよい。さらに、ノズル146がベンチュリ148と半径方向に整列され、および/またはそれと同心である場合、HPFはベンチュリ148に直接流入し得、LPFと混合し得る。高圧流体チャネル160および/またはベンチュリ148を通って流れるHPFは、ノズル146からベンチュリ148を通って流れるLPFを実質的に活性化するか、その速度を増加させてもよい。LPFと同様に、HPFは、ベンチュリ148を通って流れ得、中間部分136のディフューザ152によって拡散され得、HGP構成要素100の冷却チャネル142に流れ得る。冷却チャネル142内に入ると、HPFは、LPFとともに、HGP構成要素100の内側部分132を実質的に冷却し得、冷却チャネル142を通って前端120または後端122に向かって流れてから、冷却チャネル142の排出孔144および145を介してHGP構成要素から排出され得る(図11を参照)。
図12および図13は、HGP構成要素100および支持体102を含むタービン28の別の非限定的な例の様々な図を示している。具体的には、図12は、支持体102に結合されたHGP構成要素100を含むガスタービンシステム10(図1を参照)のタービン28の一部の非限定的な例の拡大側面図を示し、図13は、図12に示すHGP構成要素100の別の非限定的な例の断面側面図を示す。同様の符号および/または名称を付した構成要素は、実質的に同様の様式で機能し得ることが理解される。これらの構成要素の冗長な説明は、明確化のために省略されている。
図7に示す非限定的な例と同様に、図12の非限定的な例に示す支持体102は、内部圧力チャンバ(例えば、高圧流体チャンバ104、低圧流体チャンバ164)を含まなくてもよい。したがって、図7および図8と同様に、HGP構成要素100は、HGP構成要素100の外側部分134の半径方向外向き、半径方向に隣接して、および/または半径方向上方に形成された上部プレート159を含んでもよい。上部プレート159は、図12に示すように、支持体102の一部から半径方向内向きに配置され得、および/または支持体102の一部に実質的に接触または当接し得る。
ただし、図12および図13に示す非限定的な例は、本明細書で説明するHGP構成要素100および/または支持体102の他の非限定的な例(例えば、図7および図8)とは異なる構成を有するHGP構成要素100および/または支持体102を含む。例えば、支持体102は、高圧供給導管106および低圧供給導管108を含むが、各供給導管106、108は、支持体102を通して別個の領域に形成され得、および/またはHGP構成要素100の、図7および図8に関して本明細書で説明する非限定的な例とは異なる部分に流体結合され得る。具体的には、支持体102は、その中に形成された単一の高圧供給導管106を含んでもよい。高圧供給導管106は、支持体102を通って、HGP構成要素100の隣接する前端120まで延在してもよい。高圧供給導管106は、それぞれHGP構成要素100および領域50と直接流体連通および/または直接流体結合して、ガスタービンシステム10(図1を参照)の動作中に領域50からHGP構成要素100にHPFを提供してもよい。非限定的な例では、高圧供給導管106は、HGP構成要素100の前端120を通して形成された開口162(図13を参照)を介して高圧流体チャネル160と流体結合および/または直接流体連通してもよい。図12および図13に示すように、また図10および図11に示す非限定的な例と同様に、高圧流体チャネル160は、HGP構成要素100の本体110の外側部分134と中間部分136との間に形成され、および/またはそれらによって画定されてもよい。中間部分136を通して形成されたか、それを通って延在する複数のベンチュリ148のそれぞれは、高圧流体チャネル160と流体結合および/または直接流体連通してもよく、HGP構成要素100を冷却する際にHPFを受け取ってもよい。すなわち、HPFは、高圧供給導管106から高圧流体チャネル160に直接流れ、続いて、中間部分136を通って延在する複数のベンチュリ148を通って流れてもよい。図10および図11に関して本明細書で同様に説明するように、複数のベンチュリ148を通って流れるHPFは、複数のノズル146によって提供されるLPFと混合して冷却チャネル142に入ってから、HGP構成要素100から排出されてもよい。
さらに、図12の非限定的な例に示すように、支持体102は、複数の低圧供給導管108を含んでもよい。複数の低圧供給導管108は、支持体102を通って、HGP構成要素100のそれぞれ前端120および後端122に向かって延在してもよい。さらに、複数の低圧供給導管108のそれぞれは、HGP構成要素100と直接流体連通および/または直接流体結合してもよい。すなわち、支持体102の複数の低圧供給導管108のそれぞれは、領域50、および開口140(図13を参照)を介してHGP構成要素100の低圧流体チャネル138と流体連通および/または流体結合してもよい。図12および図13に示すように、低圧流体チャネル138は、HGP構成要素100の本体110の外側部分134と上部プレート159との間に形成され、および/またはそれらによって画定されてもよい。外側部分134を通して形成されたか、それを通って延在する複数のノズル146のそれぞれは、低圧流体チャネル138と流体結合および/または直接流体連通してもよく、HGP構成要素100を冷却する際にLPFを受け取ってもよい。すなわち、LPFは、複数の低圧供給導管108のそれぞれから低圧流体チャネル138に直接流れ、続いて、外側部分134を通って延在する複数のノズル146を通って流れてもよい。複数のノズル146から、また図10および図11に関して本明細書で同様に説明するように、複数のノズル146を通って流れるLPFは、複数のベンチュリ148に流入してもよく、HPFと混合してから、冷却チャネル142に流入し、HGP構成要素100から排出されてもよい。
図14および図15は、ガスタービンシステム10のタービン28に含まれるHGP構成要素200の別の非限定的な例の追加の図を示す。具体的には、図14は、2段のタービンブレード38と、タービン28のケーシング36内に配置されたHGP構成要素200A、200Bを含むステータベーン40の段とを含むタービン28の一部の側面図を示し、図15は、HGP構成要素200Aおよび支持体202を含むタービン28の拡大部分を示す。同様の符号および/または名称を付した構成要素は、実質的に同様の様式で機能し得ることが理解される。これらの構成要素の冗長な説明は、明確化のために省略されている。
図14および図15に示す非限定的な例では、図2に関して本明細書で説明するように、HGP構成要素200A、200Bは、ステータベーン40のそれぞれ外側プラットフォームおよび内側プラットフォームとして形成されてもよく、ステータベーン40の翼形部42に結合および/または固定されてもよい。さらに、本明細書で説明するように、支持体202は、タービン28のケーシング36から半径方向内向きに延在してもよく、ステータベーン40のHGP構成要素200A(例えば、外側プラットフォーム)に結合されるか、および/またはそれを受け入れて、ケーシング36におよび/またはケーシング36内にステータベーン40を結合、配置および/または固定するように構成されてもよい。図14および図15に示すこの非限定的な例では、また、本明細書で説明するHGP構成要素100およびタービンシュラウド(図2~図13を参照)と同様に、HGP構成要素200Aとステータベーン40の外側プラットフォームとは交換可能に使用されてもよく、HGP構成要素200Bと内側プラットフォームとは交換可能に使用されてもよい。
図14および図15に示すように、HGP構成要素200A、200Bおよび支持体202は、タービン28内を流れる高圧流体(HPF)および低圧流体(LPF)に取り囲まれてもよい。具体的には、HGP構成要素200Aおよび支持体202の上流に配置された領域52はLPFを含んでもよく、HGP構成要素200Aおよび支持体202の下流に配置された領域50はHPFを含んでもよい。さらに、HGP構成要素200Bの上流に配置された領域52はLPFを含んでもよく、HGP構成要素200Bの下流に配置された領域50はHPFを含んでもよい。
本明細書で説明するHGP構成要素100(例えば、タービンシュラウド)および支持体102と同様に、HGP構成要素200Aおよび支持体202は、HPFおよびLPFを使用してHGP構成要素200Aを冷却することが可能になるように構成され、および/またはそれを行い得る特徴を含んでもよい。例えば、図15に示すように、支持体202は、その中に形成された少なくとも1つの高圧供給導管206を含んでもよい。高圧供給導管206は、HPFを収容する領域50、およびHGP構成要素200Aと流体連通および/または流体結合してもよい。本明細書で説明するように、高圧供給導管206は、領域50を通って流れるHPFを受け取ってもよく、HGP構成要素200AにHPFを直接提供してもよい。非限定的な例では、単一の高圧供給導管206のみを含むものとして示されているが、支持体202は、HGP構成要素200AにHPFを提供するための複数の高圧供給導管206を含み得ることが理解される。
支持体202はまた、少なくとも1つの低圧供給導管208を含んでもよい。低圧供給導管208は、LPFを収容する領域52と流体連通および/または流体結合してもよい。図15に示し、本明細書で説明するように、低圧供給導管208は、HGP構成要素200Aと流体結合および/または流体連通して、タービンシステム10(図1を参照)の動作中に領域52からHGP構成要素200AにLPFを提供してもよい。
HGP構成要素200A(例えば、外側プラットフォーム)はまた、タービン28を通って流れるHPFおよびLPFを使用してHGP構成要素200Aを冷却するために使用され得る複数の表面、部分、流体チャネル、ノズルおよびベンチュリを含む本体を含んでもよい。例えば、図15に示すように、HGP構成要素200Aは本体210を含んでもよい。図15に示す非限定的な例では、HGP構成要素200Aは、HGP構成要素200Aが単一の、連続的な、および/または分離されていない構成要素または部品であるように、単一本体210を含み、および/またはそれとして形成され得る。非限定的な例では、HGP構成要素200Aの単一本体210、およびHGP構成要素200Aの様々な構成要素および/または特徴は、本明細書で同様に説明するように、任意の好適な付加製造プロセスおよび/または方法を使用して形成されてもよい。別の非限定的な例では、HGP構成要素200Aの本体210は、本明細書で同様に説明するように、複数のおよび/または別個の部分または構成要素(図示せず)として形成されてもよい(図7および図8を参照)。
HGP構成要素200Aはまた、ガスタービンシステム10のタービン28のタービンケーシング36を通って流れる燃焼ガス26の高温ガス流路(FP)に配置、形成、対向、直接露出され、および/またはそれを部分的に画定する内面230を含んでもよい。HGP構成要素200Aの本体210の内面230は、ステータベーン40の翼形部42に半径方向に隣接して配置されてもよい。燃焼ガス26の高温ガス流路(FP)に面することに加えて、本体210の内面230はまた、HGP構成要素200Aの前端220と後端222との間に形成および/または配置されてもよい。
図15に示すように、HGP構成要素200Aはまた、内側部分232を含んでもよい。内側部分232は、HGP構成要素200Aの(単一)本体210の一体部分として形成されてもよい。さらに、内側部分232は、内面230を含んでもよく、および/または内面230は、HGP構成要素200Aの本体210の内側部分232上に形成されてもよい。HGP構成要素200Aの本体210の内側部分232は、HGP構成要素200Aの前端220と後端222との間、および対向する両側面(図示せず)の間に形成され、配置され、および/または延在してもよい。さらに、内側部分232は、本体210の側面上に形成された中実側壁と一体に形成されてもよい(図示せず)。HGP構成要素200Aの内側部分232はまた、タービンシステム10のタービン28の高温ガス流路(FP)に隣接して配置されてもよい。
HGP構成要素200Aはまた、内側部分232の半径方向反対側に形成された外側部分234を含んでもよい。内側部分232と同様に、外側部分234は、HGP構成要素200Aの単一本体210の一体部分として形成されてもよい。HGP構成要素200Aの本体210の外側部分234は、それぞれ、本体210の前端220と後端222との間、および対向する両側面(図示せず)の間に形成され、配置され、および/または延在してもよい。本明細書で説明するように、HGP構成要素200Aの外側部分234は、HGP構成要素200A内の様々な流体チャネルを少なくとも部分的に形成および/または画定してもよい。
図15の非限定的な例に示すように、HGP構成要素200Aはまた、中間部分236を含んでもよい。中間部分236は、HGP構成要素200Aの単一本体210の内側部分232と外側部分234との間に(半径方向に)形成されてもよい。内側部分232および外側部分234と同様に、また図15に示すように、HGP構成要素200Aの中間部分236は、HGP構成要素200Aの本体210の一体部分として形成されてもよい。HGP構成要素200Aの本体210の中間部分236は、本体210の前端220と後端222との間、および対向する両側面の間に形成され、配置され、および/または延在してもよく、対向する両側面上に形成された中実側壁と一体に形成されてもよい(図示せず)。
HGP構成要素200Aはまた、本体210の外側部分234の半径方向外向き、半径方向に隣接して、および/または半径方向上方に形成された上部プレート259を含んでもよい。上部プレート259は、支持体202の一部から半径方向内向きに配置されてもよく、および/または支持体202の一部に実質的に接触または当接してもよい。上部プレート259は、それぞれ本体210の前端220と後端222との間、および対向する両側面の間に実質的に形成され、延在し、および/または配置され得る実質的に中実のまたは連続的な(例えば、開口またはベンチュリのない)構成要素から形成されてもよい。非限定的な例では、上部プレート259は、HGP構成要素200Aの外面228を形成および/または画定してもよい。
内側部分232、外側部分234、中間部分236および/または上部プレート259は、HGP構成要素200A内のチャネルを少なくとも部分的に形成および/または画定してもよい。例えば、中間部分236および外側部分234は、HGP構成要素200A内に低圧流体チャネル238を画定および/または形成してもよい。さらに具体的には、低圧流体チャネル238は、HGP構成要素200Aの単一本体210の中間部分236と外側部分234との間に形成されてもよい。低圧流体チャネル238は、単一本体210の前端220と後端222との間、および対向する両側面の間に実質的に延在してもよい。本明細書で説明するように、低圧流体チャネル238は、HGP構成要素200Aを通して形成され、支持体202の低圧供給導管208と流体連通する開口を介してLPFを受け取ってもよい。
図15に示す非限定的な例では、中間部分236および内側部分232はまた、HGP構成要素200A内に冷却チャネル242を画定および/または形成してもよい。すなわち、冷却チャネル242は、HGP構成要素200Aの単一本体210の中間部分236と内側部分232との間に形成されてもよい。冷却チャネル242は、本体210の前端220と後端222との間、および対向する両側面(図示せず)の間に実質的に延在してもよい。冷却チャネル242は、HPFおよび低圧流体(LPF)を受け取って、ガスタービンシステム10(図1の参照)の動作中にHGP構成要素200Aを冷却し得、続いて、排出孔244、245を介してHGP構成要素200AからHPFおよびLPFを吐出または排出し得る。
HGP構成要素200Aはまた、高圧流体チャネル260を含んでもよい。高圧流体チャネル260は、外側部分234と上部プレート259との間に形成されてもよい。すなわち、HGP構成要素200Aの上部プレート259および外側部分234は、HGP構成要素200A内に高圧流体チャネル260を画定および/または形成してもよい。高圧流体チャネル260は、本体210の前端220と後端222との間、および対向する両側面の間に実質的に延在してもよい。高圧流体チャネル260は、支持体202の高圧供給導管206からHPFを受け取り、続いて、高圧流体チャネル260にHPFを供給するために、高圧供給導管206に流体結合された開口を含んでもよい。別の非限定的な例(図示せず)では、HGP構成要素200Aは上部プレート259を含まなくてもよい。したがって、本明細書で説明するように、高圧流体チャネル260は、外側部分234と支持体202との間に形成されてもよく、HPFを受け取るための高圧供給導管206と直接流体連通してもよい。
さらに、図2~図9に関して本明細書で説明するHGP構成要素100と同様に、HGP構成要素200Aは、その中に形成された複数のノズル246およびベンチュリ248を含んでもよい。例えば、HGP構成要素200Aの外側部分234は、その中にまたはそれを通して形成された複数の開口またはノズル246(以下、「ノズル246」)を含んでもよい。複数のノズル246のそれぞれは、HGP構成要素200Aの単一本体210の外側部分234を通して形成されてもよい。外側部分234を通して形成された複数のノズル246は、HGP構成要素200Aの高圧流体チャネル260と流体連通および/または流体結合してもよい。さらに、図15に示すように、外側部分234を通して形成された複数のノズル246は、HGP構成要素200Aの高圧流体チャネル260と低圧流体チャネル238とを流体結合してもよい。本明細書で説明するように、外側部分234を通して形成された複数のノズル246のそれぞれは、高圧供給導管206および/または高圧流体チャネル260からHPFを受け取り、続いて、HGP構成要素200Aの低圧流体チャネル238にHPFを提供するか流してもよい。
また、図15の非限定的な例に示すように、中間部分236は、その中にまたはそれを通して形成された複数の開口またはベンチュリ248(以下、「ベンチュリ248」)を含んでもよい。複数のベンチュリ248のそれぞれは、HGP構成要素200Aの本体210の中間部分236を通して形成されてもよい。中間部分236を通して形成された複数のベンチュリ248は、HGP構成要素200Aの本体210内に形成された低圧流体チャネル238および冷却チャネル242と流体連通し得、および/または低圧流体チャネル238と冷却チャネル242とを流体結合し得る。さらに、ベンチュリ248は低圧流体チャネル238と流体連通しているため、HGP構成要素200Aのベンチュリ248はまた、低圧流体チャネル238を通って流れるLPFと流体連通してもよく、および/または低圧流体チャネル238にLPFを提供する支持体202の低圧供給導管208と流体連通してもよい。本明細書で説明するように、中間部分236を通して形成された複数のベンチュリ248のそれぞれは、低圧流体チャネル238からLPFを受け取り、続いて、冷却チャネル242にLPFを提供するか流してもよい。さらに、本明細書で説明するように、複数のベンチュリ248のそれぞれは、複数のノズル246を介して低圧流体チャネル238を通って流れるHPFを受け取り、続いて、冷却チャネル242にHPFを提供するか流してもよい。
HGP構成要素200A内に形成された複数のノズル246およびベンチュリ248は、図5および図6に関して本明細書で説明したHGP構成要素100の複数のノズル146およびベンチュリ148と実質的に同様の特徴を含んでもよい。例えば、図15に示すように、HGP構成要素200Aの外側部分234に形成された複数のノズル246および中間部分236に形成された複数のベンチュリ248は、半径方向および/または同心に整列されてもよい。すなわち、複数のノズル246のそれぞれは、対応するベンチュリ248と整列され、および/または実質的に同心であってよい。さらに、ノズル246は、第1の寸法、例えば、ベンチュリ248のスロート(例えば、図6を参照)における各ベンチュリ248の第2の寸法または直径よりも小さい、スロートにおける第1の直径(例えば、図6を参照)を含んでもよい。さらに、各ベンチュリ248はまた、ノズル246の第1の寸法または直径およびベンチュリ248の第2の寸法または直径よりも大きくてよい第3の寸法または直径(例えば、図6を参照)を有するディフューザ(例えば、図6を参照)を含んでもよい。本明細書で同様に説明するように、HGP構成要素200Aのノズル246およびベンチュリ248の様々な特徴は、HPFおよびLPFの混合を支援し、続いて、ガスタービンシステム10のタービン28の動作中にLPFに実質的にエネルギーを与えるか、その速度を増加させてHGP構成要素200Aを冷却してもよい。
ステータベーン40の内側プラットフォームとして形成されたHGP構成要素200Bは、図14および図15に関して本明細書で説明したHGP構成要素200Aと同様の特徴を含んでもよいことが理解される。さらに具体的には、ステータベーン40のHGP構成要素200Bは、HGP構成要素200Aのものと実質的に同一であり得る複数の表面、部分、流体チャネル、ノズルおよびベンチュリを含む本体を含んでもよい。ただし、HGP構成要素200Aとは異なり、HGP構成要素200Bは、タービン28のロータ30に隣接して配置された領域52と直接流体連通する低圧流体チャネル(例えば、低圧流体チャネル238)と、ロータ30に隣接して配置された領域50と直接流体連通する高圧流体チャネル(例えば、高圧流体チャネル260)とを含んでもよい。本明細書で同様に説明するように、領域52はLPFを含んでもよく、領域50はHPFを含んでもよく、これらはタービン28の動作中にHGP構成要素200Bを冷却するために使用されてもよい。別の非限定的な例(図示せず)では、HPFおよびLPFは、ケーシング36に隣接して配置された領域50、52から供給され、続いて、翼形部46を通して形成された導管を介してHGP構成要素200Bに供給されてもよい。
図10~図13に関して本明細書に示し説明する非限定的な例と同様に、HGP構成要素200A、200Bの特徴および/または構成要素は、別個の部分に配置され、および/または図15に示す非限定的な例とは異なるように構成されてもよい。例えば、低圧供給導管208と流体連通する低圧流体チャネル238は、上部プレート259と複数のノズル246を含む外側プレート234との間に形成、配置および/または画定されてもよい。さらに、高圧供給導管206と流体連通する高圧流体チャネル260は、外側プレート234と複数のベンチュリ248を含む中間プレート236との間に形成、配置および/または画定されてもよい。図12および図13に関して本明細書で同様に説明するように、HGP構成要素200A、200Bの複数のノズル246を通って流れるLPFは、複数のベンチュリ248を通って流れるHPFに流入し、それと混合してから、冷却チャネル242に流入し、HGP構成要素200A、200Bから排出されてもよい。
図16および図17は、ガスタービンシステム10のタービン28に含まれるHGP構成要素の別の非限定的な例の追加の図を示す。具体的には、図16は、HGP構成要素300Aを含むタービンブレード38の段と、HGP構成要素300Bを含むステータベーン40の段とを含むタービン28の一部の側面図を示し、図17は、図16の線CS-CSに沿ったHGP構成要素300Aおよび/または300Bの上面断面図を示す。非限定的な例では、HGP構成要素300Aは、タービンブレード38の翼形部46として形成されてもよく、HGP構成要素300Bは、ステータベーン40の翼形部42として形成されてもよい。図16および図17に関して本明細書で説明するように、タービンブレード38のHGP構成要素300Aおよび翼形部46は交換可能に使用されてもよく、ステータベーン40のHGP構成要素300Bおよび翼形部42は交換可能に使用されてもよい。図16に示すタービン28の部分の非限定的な例は、図2に関して本明細書に示し説明するタービン28の部分と実質的に同様であってよい。同様の符号および/または名称を付した構成要素は、実質的に同様の様式で機能し得ることが理解される。これらの構成要素の冗長な説明は、明確化のために省略されている。
引き続き図16を参照して図17を見ると、HGP構成要素300A、300Bの様々な特徴が本明細書で説明されている。タービンブレード38の翼形部46として形成されたHGP構成要素300Aと、ステータベーン40の翼形部42として形成されたHGP構成要素300Bとは、実質的に同様の特徴を含み得ることが理解される。さらに、ガスタービンシステム10(図1を参照)のタービン28は、動作中に使用されるHGP構成要素300Aおよび/またはHGP構成要素300Bを含み得ることが理解される。
HGP構成要素300A、300Bは、本体302を含んでもよい。図17に示す非限定的な例では、HGP構成要素300A、300Bと、HGP構成要素300A、300Bの様々な構成要素および/または特徴とは、HGP構成要素300A、300Bが単一の、連続的な、および/または分離されていない構成要素または部品であるように、単一本体302を含み、および/またはそれとして形成されてもよい。HGP構成要素300A、300Bが単一本体を含む非限定的な例では、HGP構成要素300A、300Bは、HGP構成要素300A、300Bを完全に形成するために様々な部品の構築、接合、結合および/または組み立てを必要としなくてもよく、および/またはHGP構成要素300A、300Bがタービンシステム10(図1を参照)内に設置および/または実装され得る前に、様々な部品の構築、接合、結合および/または組み立てを必要としなくてもよい。むしろ、本明細書で説明するように、HGP構成要素300A、300Bの単一の、連続的な、および/または分離されていない単一本体302が構築されると、HGP構成要素300A、300Bはタービンシステム10内に直ちに設置され得る。
非限定的な例では、HGP構成要素300A、300Bの単一本体302と、HGP構成要素300A、300Bの様々な構成要素および/または特徴とは、任意の好適な付加製造プロセスおよび/または方法を使用して形成されてもよい。例えば、単一本体302を含むHGP構成要素300A、300Bは、直接金属レーザ溶融(DMLM)(選択的レーザ溶融(SLM)とも呼ばれる)、直接金属レーザ焼結(DMLS)、電子ビーム溶融(EBM)、ステレオリソグラフィ(SLA)、バインダ噴射または任意の他の好適な付加製造プロセスによって形成されてもよい。さらに、HGP構成要素300A、300Bの単一本体302は、HGP構成要素300A、300Bを形成するために付加製造プロセスによって利用され得る、および/または動作中にガスタービンシステム10内のHGP構成要素300A、300Bが経験する動作特性(例えば、曝露温度、曝露圧力など)に耐えることが可能であり得る任意の材料から形成されてもよい。
別の非限定的な例では、HGP構成要素300A、300Bの本体302は、複数のおよび/または別個の部分または部品として形成されてもよい(図17を参照)。例えば、本明細書で説明するように、HGP構成要素300A、300Bの本体302は、外壁を含み得る第1の部分、およびHGP構成要素300A、300Bを形成する追加の部分または壁を含み得る少なくとも1つの別個の部分から形成されてもよい。HGP構成要素300A、300Bの本体302を形成する別個の部品は、ガスタービンシステム10内のタービン28に設置される前に、互いに接合、結合および/または固定されてHGP構成要素300A、300Bを形成してもよい。本体302を形成する各部分、およびHGP構成要素300A、300Bの様々な構成要素および/または特徴は、任意の好適な製造プロセスおよび/または方法を使用して形成されてもよい。例えば、別個の部品を含む本体302は、フライス加工、旋削加工、切削加工、鋳造、成形、穿孔などによって形成されてもよい。
HGP構成要素300A、300Bはまた、様々な縁部および側面を含んでもよい。例えば、図17に示すように、HGP構成要素300A、300Bの本体302は、前縁304と、前縁304の反対側に形成された後縁306とを含んでもよい。さらに、HGP構成要素300A、300Bの本体302は、正圧面308と、正圧面308の反対側に配置された負圧面310とを含んでもよい。HGP構成要素300A、300Bの正圧面308および負圧面310はともに、本体302の前縁304と後縁306との間に延在してもよい。本明細書で説明するように、動作中、燃焼ガス26(図16を参照)は、前縁304から後縁306に流れ、それぞれ正圧面308および負圧面310を越えて、ロータ30を駆動および/または回転させてもよい。
図17に示すように、HGP構成要素300A、300Bの本体302はまた、複数の別個の壁を含んでもよい。例えば、HGP構成要素300A、300Bの本体302は、内壁312と、中間壁318と、前縁304に隣接して形成された外壁320とを含んでもよい。内壁312は、HGP構成要素300A、300Bを通って半径方向に延在してもよい。HGP構成要素300A、300Bが翼形部42、46として形成される非限定的な例では、内壁312は、タービンブレード38のプラットフォーム47と先端部分48との間の翼形部46の部分を通って、および/またはステータベーン40の外側プラットフォーム200Aと内側プラットフォーム200Bとの間の翼形部42の(半径方向)部分を通って半径方向に延在してもよい。内壁312は、実質的に開いた円筒として形成および/または成形されてもよい。すなわち、図17に示すように、本体302の内壁312は、開口を含んでもよく、および/またはHGP構成要素300A、300Bに形成された高圧流体チャンバ322を取り囲み、画定してもよい。内壁312と同様に、高圧流体チャンバ322は、HGP構成要素300A、300Bを通って半径方向に延在してもよい。図17に示す非限定的な例では、内壁312によって画定された高圧流体チャンバ322は、タービンブレード38のプラットフォーム47と先端部分48との間の翼形部46の一部を通って半径方向に延在し、および/またはそれに形成され、および/またはステータベーン40の外側プラットフォーム200Aと内側プラットフォーム200Bとの間の翼形部42の一部を通って半径方向に延在し、および/またはそれに形成されてもよい。本明細書で説明するように、高圧流体チャンバ322は、タービン28の一部(例えば、領域50、図16)を通って流れる高圧流体(HPF)を受け取ってもよく、続いて、本体302の様々な壁312、318、320を通してHPFを流すか導いて、タービン28の動作中にHGP構成要素300A、300Bを冷却してもよい。
HGP構成要素300A、300Bの本体302はまた、中間壁318を含んでもよい。中間壁318は、HGP構成要素300A、300Bを通って半径方向に延在してもよい。HGP構成要素300A、300Bが翼形部42、46として形成される非限定的な例では、中間壁318は、タービンブレード38のプラットフォーム47と先端部分48との間の翼形部46の部分を通って、および/またはステータベーン40の外側プラットフォーム200Aと内側プラットフォーム200Bとの間の翼形部42の(半径方向)部分を通って半径方向に延在してもよい。さらに、図17に示すように、中間壁318は、HGP構成要素300A、300Bの本体302の内壁312に隣接して配置され、それから分離されてもよく、および/またはそれを実質的に取り囲んでもよい。すなわち、中間壁318はまた、実質的に開いた円筒として形成および/または成形されてもよく、内壁312を実質的に取り囲むか包囲してもよい。その結果、図17の非限定的な例に示すように、中間壁318は、HGP構成要素300A、300Bに形成された低圧流体チャンバ324を取り囲んでもよく、内壁312とともに画定してもよい。高圧流体チャンバ322と同様に、低圧流体チャンバ324は、HGP構成要素300A、300Bを通って半径方向に延在してもよい。非限定的な例では、中間壁318と内壁312とによって画定され、および/またはそれらの間に形成された低圧流体チャンバ324は、タービンブレード38のプラットフォーム47と先端部分48との間の翼形部46の一部を通って半径方向に延在し、および/またはそれに形成され、および/またはステータベーン40の外側プラットフォーム200Aと内側プラットフォーム200Bとの間の翼形部42の一部を通って半径方向に延在し、および/またはそれに形成されてもよい。さらに、低圧流体チャンバ324は、HGP構成要素300A、300Bの高圧流体チャンバ322に隣接して配置され、および/またはそれに実質的に平行に延在してもよい。本明細書で説明するように、低圧流体チャンバ324は、タービン28の一部(例えば、領域52、図16)を通って流れる低圧流体(LPF)を受け取ってもよく、続いて、本体302の様々な壁318、320を通してLPFを流すか導いて、タービン28の動作中にHGP構成要素300A、300Bを冷却してもよい。
さらに、図17に示す非限定的な例では、HGP構成要素300A、300Bの本体302は、外壁320を含んでもよい。外壁320は、HGP構成要素300A、300Bの本体302の露出表面または外面326を形成してもよい。HGP構成要素300A、300Bが翼形部42、46として形成される場合、外壁320は、タービンブレード38のプラットフォーム47と先端部分48との間に延在してもよく、および/またはステータベーン40の外側プラットフォーム200Aと内側プラットフォーム200Bとの間に延在してもよい。さらに、非限定的な例では、翼形部42、46(例えば、HGP構成要素300A、300B)の外壁320は、タービン28(図16を参照)の動作中に露出され、および/または燃焼ガス26と接触し得る外面326を含んでもよい。図17に示すように、外壁320は、HGP構成要素300A、300Bの本体302のそれぞれ内壁312および中間壁318に隣接して配置され、それらから分離されてもよく、および/またはそれらを実質的に取り囲んでもよい。すなわち、外壁320はまた、実質的に開いた円筒として形成および/または成形されてもよく、中間壁318、さらには内壁312も実質的に取り囲むか包囲してもよい。その結果、図17の非限定的な例に示すように、外壁320は、HGP構成要素300A、300Bに形成された冷却チャネル328を取り囲んでもよく、中間壁318とともにそれを画定してもよい。本明細書で説明した流体チャンバ322、324と同様に、冷却チャネル328は、HGP構成要素300A、300Bを通って半径方向に延在してもよい。非限定的な例では、中間壁318と外壁320とによって画定され、および/またはそれらの間に形成された冷却チャネル328は、タービンブレード38のプラットフォーム47と先端部分48との間の翼形部46の一部を通って半径方向に延在し、および/またはそれに形成され、および/またはステータベーン40の外側プラットフォーム200Aと内側プラットフォーム200Bとの間の翼形部42の一部を通って半径方向に延在し、および/またはそれに形成されてもよい。さらに、冷却チャネル328は、HGP構成要素300A、300Bのそれぞれ高圧流体チャンバ322および低圧流体チャンバ324に隣接して配置され、および/またはそれらに実質的に平行に延在してもよい。冷却チャネル328はまた、HGP構成要素300A、300Bの外壁320に含まれる外面326に隣接し、その反対側の本体302を通って半径方向に延在してもよい。本明細書で説明するように、冷却チャネル328は、本体302の様々な壁312、318を通って流れるHPFおよびLPFを受け取って、タービン28の動作中にHGP構成要素300A、300B、さらに具体的には外壁320を冷却してもよい。
図17に示す非限定的な例では、本体302の様々な壁312、318、320は、本体302が単一本体であるように互いに一体に形成されてもよい。すなわち、本明細書で説明するように、本体302の内壁312、中間壁318および外壁320は、互いに一体に形成されてもよく、および/または単一の、連続的な、および/または分離されていない構成要素または部品として形成されてもよい。本明細書で同様に説明するように、内壁312、中間壁318および外壁320を含むHGP構成要素300A、300Bの単一本体302は、任意の好適な付加製造プロセスおよび/または方法を使用して形成されてもよい。本明細書で説明する他の非限定的な例(図17を参照)では、本体302の内壁312、中間壁318および/または外壁320は、別個の部品から形成されてもよく、HGP構成要素300A、300Bがタービン28内に含まれる前に組み立ておよび/または接合されてもよい。
HGP構成要素300A、300Bの様々な部分(例えば、チャンバ322、324、冷却チャネル328)内にHPFおよびLPFを提供して構成要素を冷却するために、HGP構成要素300A、300Bはまた、その中に形成された複数および/または一連の開口を含んでもよい。例えば、HGP構成要素300A、300Bの内壁312および中間壁318は、それぞれ、複数および/または一連の開口、ノズルおよび/またはベンチュリを含んでもよい。引き続き図17を参照して図18を見ると、内壁312は、その中にまたはそれを通して形成された複数の高圧開口またはノズル330(以下、「高圧ノズル330」)を含んでもよい。複数の高圧ノズル330のそれぞれは、HGP構成要素300A、300Bの本体302の内壁312を通して形成されてもよい。内壁312を通して形成されたか、それを通って延在する複数の高圧ノズル330は、高圧流体チャンバ322と流体連通および/または流体結合してもよい。さらに、図17および図18に示すように、内壁312を通して形成された複数の高圧ノズル330は、内壁312と中間壁318との間に形成された低圧流体チャンバ324と流体結合および/または流体連通してもよい。したがって、複数の高圧ノズル330は、HGP構成要素300A、300Bの高圧流体チャンバ322と低圧流体チャンバ324とを流体結合してもよい。本明細書で説明するように、内壁312を通して形成された複数の高圧ノズル330のそれぞれは、高圧流体チャンバ322からHPFを受け取り、続いて、HGP構成要素300A、300Bの低圧流体チャンバ324にHPFを提供するか流してもよい。
また、図17および図18の非限定的な例に示すように、中間壁318は、その中にまたはそれを通して形成された複数の低圧開口またはベンチュリ332(以下、「低圧ベンチュリ332」)を含んでもよい。複数の低圧ベンチュリ332のそれぞれは、HGP構成要素300A、300Bの本体302の中間壁318を通して形成されるか、それを通って延在してもよい。中間壁318を通して形成されたか、それを通って延在する複数の低圧ベンチュリ332は、HGP構成要素300A、300Bの本体302内に形成された低圧流体チャンバ324および冷却チャネル328と流体連通し得、および/または低圧流体チャンバ324と冷却チャネル328とを流体結合し得る。本明細書で説明するように、中間壁318を通して形成された複数の低圧ベンチュリ332のそれぞれは、低圧流体チャンバ324からLPFを受け取り、続いて、冷却チャネル328にLPFを提供するか流してもよい。さらに、本明細書で説明するように、複数の低圧ベンチュリ332のそれぞれは、複数の高圧ノズル330を介して低圧流体チャンバ324を通って流れる高圧流体(HPF)を受け取り、続いて、冷却チャネル328にHPFを提供するか流してもよい。
図17および図18に示す非限定的な例では、HGP構成要素300A、300Bの内壁312に形成された複数の高圧ノズル330および中間壁318に形成された複数の低圧ベンチュリ332は(同心に)整列されてもよい。すなわち、複数の高圧ノズル330のそれぞれは、対応する低圧ベンチュリ332と整列され、および/または実質的に同心であってよい。さらに、図18の非限定的な例に示すように、内壁312に形成された複数の高圧ノズル330のそれぞれは、中間壁318に形成された対応する低圧ベンチュリ332内に延在する区画334を含んでもよい。具体的には、高圧ノズル330の区画334は、HGP構成要素300A、300Bの同心に整列された対応する低圧ベンチュリ332内に延在し得、および/または部分的に配置され、および/またはそれに取り囲まれ得る。本明細書で説明するように、各高圧ノズル330の区画334は、対応する低圧ベンチュリ332内に延在して、低圧ベンチュリ332を通してHPFを導いてもよい。さらに、または代替として、各高圧ノズル330の区画334は、対応する低圧ベンチュリ332内に延在して、低圧流体チャンバ324を通って流れる低圧流体(LPF)を低圧ベンチュリ332に導き、および/またはLPFが高圧ノズル330および/または内壁312を通って流れるのを防止してもよい。
図18に示すように、複数の高圧ノズル330のそれぞれは、異なるサイズであってよく、および/または複数の低圧ベンチュリ332とは異なる寸法を含んでもよい。すなわち、複数の高圧ノズル330の寸法(例えば、直径)は、複数の低圧ベンチュリ332の寸法とは異なっていてもよい。非限定的な例では、内壁312に形成された複数の高圧ノズル330のそれぞれは、ノズル開口または構成のスロートまたはネック(例えば、最も狭い部分、区画334)に第1の直径(D1)を含んでもよい。さらに、中間壁318に形成された複数の低圧ベンチュリ332のそれぞれは、ベンチュリ開口または構成のスロート(例えば、最も狭い部分)に第2の直径(D2)を含んでもよい。図18の非限定的な例に示すように、各低圧ベンチュリ332の第2の直径(D2)は、高圧ノズル330の第1の直径(D1)よりも大きくてよい。非限定的な例では、低圧ベンチュリ332の第2の直径は、高圧ノズル330の第1の直径(D1)の少なくとも2倍(例えば、2:1以上の比率)であってよい。他の非限定的な例では、低圧ベンチュリ332の第2の直径は、高圧ノズル330の第1の直径(D1)よりもわずかに大きくてよい(例えば、10%大きい)。本明細書で説明するように、第1の直径(D1)および第2の直径(D2)のそれぞれのサイズまたは寸法、ならびに第1の直径(D1)と第2の直径(D2)とのサイズの差により、HGP構成要素300A、300Bを通って流れるHPFおよびLPFの速度および/または圧力が改善され得る。
図17および図18に示すように、HGP構成要素300A、300B内に形成されたノズル330およびベンチュリ332のサイズおよび/または数は単なる例示であることが理解される。したがって、HGP構成要素300A、300Bは、さらに大きなまたはさらに小さなノズル330およびベンチュリ332を含んでもよく、および/またはその中に形成されたさらに多くのまたはさらに少ないノズル330およびベンチュリ332を含んでもよい。さらに、高圧ノズル330および低圧ベンチュリ332はともにサイズおよび/または形状が実質的に均一であるように示されているが、HGP構成要素300A、300Bに形成された複数のノズル330およびベンチュリ332のそれぞれは、別個のサイズおよび/または形状を含んでもよいことが理解される。HGP構成要素300A、300Bに形成されたノズル330およびベンチュリ332のサイズ、形状および/または数は、動作中のガスタービンシステム10の様々なパラメータ(例えば、曝露温度、曝露圧力、タービンケーシング36内の位置、HPF動作圧力/温度、LPF動作圧力/温度など)に少なくとも部分的に依存し得る。さらに、または代替として、HGP構成要素300A、300Bに形成されたノズル330およびベンチュリ332のサイズ、形状および/または数は、HGP構成要素300A、300Bの特性(例えば、内壁312の厚さ、中間壁318の厚さ、チャンバ322、324の体積、冷却チャネル328の体積など)に少なくとも部分的に依存し得る。
さらに、図18に示すように、HGP構成要素300A、300Bの本体302の中間壁318はまた、複数のディフューザ336を含んでもよい。複数のディフューザ336のそれぞれは、中間壁318を通して形成された対応する低圧ベンチュリ332と一体に形成されてもよい。すなわち、図18に示すように、ディフューザ336は、各低圧ベンチュリ332と一体に形成されてもよく、低圧ベンチュリ332、さらに具体的には各低圧ベンチュリ332のスロート(例えば、最も狭い部分)に半径方向に隣接して配置されてもよい。ディフューザ336はまた、HGP構成要素300A、300Bの本体302の外壁320に隣接して形成され、および/またはそれに向かって半径方向に延在してもよい。非限定的な例では、ディフューザ336は、ディフューザ336がHGP構成要素300A、300Bの外壁320に近づくにつれて大きくまたは広くなる分岐形状、幾何学的形状および/または構成を含んでもよい。非限定的な例では、ディフューザ336の最大寸法(例えば、直径)は、外壁320に隣接する端部338に形成されてもよい。ディフューザ336の端部338は、高圧ノズル330の第1の直径(D1)および低圧ベンチュリ332の第2の直径(D2)よりも大きくてよい第3の直径(D3)を含んでもよい。本明細書で説明するように、第1の直径(D1)および第2の直径(D2)のそれぞれのサイズまたは寸法に加えて、HGP構成要素300A、300Bの各ディフューザ336の第3の寸法(D3)のサイズにより、HGP構成要素300A、300Bを通って流れるHPFおよびLPFの静圧が上昇し得る。
図17に戻ると、HGP構成要素300A、300Bはまた、少なくとも1つの冷却孔340、342を含んでもよい。さらに具体的には、HGP構成要素300A、300Bの本体302は、外壁320を通して形成され、および/またはそれを通って延在する冷却孔340、342を含んでもよい。非限定的な例では、第1の冷却孔340は、HGP構成要素300A、300Bの本体302の正圧面308上の外壁320を通って延在してもよく、第2の冷却孔342は、負圧面310上の外壁320を通って延在してもよい。さらに、冷却孔340、342は、本体302の外壁320の外面326を通して形成されてもよく、および/またはそれを通って延在してもよい。冷却孔340、342は、冷却チャネル328と流体結合および/または流体連通してもよい。本明細書で説明するように、冷却流体(例えば、HPF、LPF)は、冷却チャネル328を通って流れてから、冷却チャネル328と流体連通する冷却孔340、342を介してHGP構成要素300A、300Bから排出されてもよい。
HGP構成要素300A、300Bに形成され、冷却チャネル328と流体連通する2つの冷却孔340、342が示されているが、HGP構成要素300A、300B内に形成された冷却孔の数は単なる例示であることが理解される。したがって、HGP構成要素300A、300Bは、動作中にHGP構成要素300A、300Bから冷却流体(例えば、HPF、LPF)を排出するためにその中に形成された多少の冷却孔を含んでもよい。HGP構成要素300A、300Bに形成される冷却孔の数は、動作中のガスタービンシステム10の様々なパラメータ(例えば、曝露温度、曝露圧力、タービンケーシング36内の位置/段、HPF動作圧力/温度、LPF動作圧力/温度など)に少なくとも部分的に依存し得る。さらに、または代替として、HGP構成要素300A、300Bに形成される冷却孔の数は、HGP構成要素300A、300Bの特性(例えば、外壁320の厚さ、チャンバ322、324の体積、冷却チャネル328の体積など)に少なくとも部分的に依存し得る。
図17および図18を参照すると、HGP構成要素300A、300Bを通るHPFおよびLPFの流路が本明細書で説明され得る。具体的には、図17および図18では、流体の流れ方向が矢印によって表され得、「HPF」および「LPF」として標識され得る。
非限定的な例では、HPFは、領域50から、タービンブレード38および/またはステータベーン40の一部(図16を参照)を通って、HGP構成要素300A、300Bを通って延在し、および/またはHGP構成要素300A、300Bに形成された高圧流体チャンバ322に流入してもよい。HPFは、高圧流体チャンバ322から、内壁312を通して形成された複数の高圧ノズル330を通って流れてもよい。高圧ノズル330が、中間壁318を通って延在する低圧ベンチュリ332と整列され、および/またはそれと同心である非限定的な例では、HPFは、中間壁318を通して形成された低圧ベンチュリ332に直接流入し、および/またはそれを通って流れてもよい。HPFは、同じく低圧ベンチュリ332を通って流れるLPFと混合し、LPFに実質的にエネルギーを与えるか、その速度を増加させてもよい。HPFは、低圧ベンチュリ332を通って流れ得、中間壁318のディフューザ336によって拡散され得、HGP構成要素300A、300Bの冷却チャネル328に流れ得る。冷却チャネル328内に入ると、HPFとLPFとの混合物はHGP構成要素300A、300Bの外壁320を実質的に冷却し得、HGP構成要素300A、300Bの冷却孔340、342に向かって冷却チャネル328を通って流れ、続いて、HGP構成要素300A、300Bの冷却孔340、342から排出され得る。
HGP構成要素300A、300Bを通って流れるHPFと同時におよび/またはそれとは独立して、LPFはHGP構成要素300A、300Bに提供され、それを通って流れてもよい。LPFは、領域52から、タービンブレード38および/またはステータベーン40の一部(図16を参照)を通って、HGP構成要素300A、300Bを通って延在し、および/またはHGP構成要素300A、300Bに形成された低圧流体チャンバ324に流入してもよい。LPFは、低圧流体チャンバ324に提供されると、中間壁318を通して形成された複数の低圧ベンチュリ332を通って流れてもよい。高圧ノズル330の区画334(図18を参照)が低圧ベンチュリ332内に延在する非限定的な例では、高圧ノズル330の区画334は低圧ベンチュリ332を通してLPFを導いてもよい。さらに、高圧ノズル330が低圧ベンチュリ332と整列され、および/またはそれと同心である場合、LPFは低圧ベンチュリ332に直接流入し得、低圧ベンチュリ332を流れる際にHPFと混合し、実質的に活性化されるか、速度が増加され得る。HPFと同様に、LPFは低圧ベンチュリ332を通って流れ得、中間壁318のディフューザ336によって拡散され得、HGP構成要素300A、300Bの冷却チャネル328に流れ得る。冷却チャネル328内に入ると、LPFは、HPFとともに、HGP構成要素300A、300Bの外壁320を実質的に冷却してから、冷却チャネル328と流体連通する冷却孔340、342を介してHGP構成要素から排出されてもよい(図17を参照)。
図17に示すように、HGP構成要素300A、300Bは、本明細書で説明されるものと同様であり得る追加の特徴および/または部分を含んでもよい。すなわち、HGP構成要素300A、300Bの本体302は、後縁306に隣接して配置された追加の特徴および/または部分を含んでもよく、それらは前縁304に隣接して配置された特徴および/または部分と実質的に同様であり得る。例えば、図17に示すHGP構成要素300A、300Bは、HGP構成要素300A、300Bの本体302内の様々なチャンバ348、350および/またはチャネル352を画定し得る後縁306に隣接して形成された別個の壁344、346を含んでもよい。具体的には、HGP構成要素300A、300Bの本体302はまた、第2または別個の高圧流体チャンバ348を画定する第2または別個の内壁344と、低圧流体チャンバ350を画定する内壁344を取り囲む第2または別個の中間壁346と、第2または別個の冷却チャネル352を画定する中間壁346を取り囲む外壁320とを含んでもよい。さらに、図17に示すように、内壁312および中間壁318に関して本明細書で同様に説明するように、別個の内壁344は、それを通って延在するか、それを通して形成された複数の高圧ノズル330を含んでもよく、別個の中間壁346は、それを通って延在するか、それを通して形成された複数の低圧ベンチュリ332を含んでもよい。同様に名称を付した構成要素または特徴(例えば、内壁312および別個の内壁344、中間壁318および別個の中間壁346、高圧流体チャンバ322および別個の高圧流体チャンバ348など)は、実質的に同様の様式で機能し得ることが理解される。これらの構成要素の冗長な説明は、明確化のために省略されている。
また、前縁304に隣接して配置された特徴および/または部分と実質的に同様に、HGP構成要素300A、300Bは、追加および/または別個の冷却孔354、356を含んでもよい。冷却孔340、342と同様に、冷却孔354、356が外壁320を通して形成され、および/またはそれを通って延在してもよい。非限定的な例では、冷却孔354は、HGP構成要素300A、300Bの本体302の正圧面308上の外壁320を通って延在してもよく、冷却孔356は、負圧面310上の外壁320を通って延在してもよい。さらに、冷却孔354、356は、本体302の外壁320の外面326を通して形成されてもよく、および/またはそれを通って延在してもよい。冷却孔354、356は、冷却チャネル352と流体結合および/または流体連通してもよい。冷却孔340、342に関して本明細書で同様に説明するように、冷却流体(例えば、HPF、LPF)は、冷却チャネル352を通って流れてから、冷却チャネル352と流体連通する冷却孔354、356を介してHGP構成要素300A、300Bから排出されてもよい。
非限定的な例では、HGP構成要素300A、300Bはまた、後縁冷却孔358を含んでもよい。後縁冷却孔358は、外壁320を通して形成されるか、および/またはそれを通って延在してもよい。具体的には、後縁冷却孔358は、HGP構成要素300A、300Bの本体302の正圧面308と負圧面310との間の外壁320を通って延在し得、HGP構成要素300A、300Bの後縁306を通って(またはそれに隣接して)延在し、および/またはそれを通して(またはそれに隣接して)形成され得る。さらに、後縁冷却孔358は、本体302の外壁320の外面326を通して形成されてもよく、および/またはそれを通って延在してもよい。後縁冷却孔358はまた、冷却チャネル352と流体結合および/または流体連通してもよい。冷却孔354、356と同様に、冷却流体(例えば、HPF、LPF)は、冷却チャネル352を通って流れてから、冷却チャネル352と流体連通する後縁冷却孔358を介してHGP構成要素300A、300Bから排出されてもよい。
さらに、図17に示す非限定的な例では、HGP構成要素300A、300Bは、仕切壁360を含んでもよい。さらに具体的には、HGP構成要素300A、300Bの本体302は、外壁320と一体に形成され、および/またはそれに取り囲まれた仕切壁360を含んでもよい。図17に示すように、仕切壁360は、HGP構成要素300A、300Bの正圧面308と負圧面310との間に延在してもよく、および/またはそれらの間に形成されてもよいほか、前縁304と後縁306との間の本体302内に配置または形成されてもよい。仕切壁360はまた、HGP構成要素300A、300Bに形成された冷却チャネル328と別個の冷却チャネル352との間に延在し、それらを分離してもよい。
HGP構成要素300A、300Bに形成された冷却構成の2つの別個のセット(例えば、内壁、中間壁、高圧流体チャンバ、低圧流体チャンバ、冷却チャネル、冷却孔など)が示されているが、HGP構成要素300A、300Bにそれらを形成する冷却構成および構成要素の数は単なる例示であることが理解される。したがって、HGP構成要素300A、300Bは、多少の冷却構成および/または壁、チャンバ、および/または冷却チャネルを含んでもよい。HGP構成要素300A、300Bに冷却構成を形成する特徴または構成要素の数は、動作中のガスタービンシステム10の様々なパラメータ(例えば、曝露温度、曝露圧力、タービンケーシング36内の位置/段、HPF動作圧力/温度、LPF動作圧力/温度など)に少なくとも部分的に依存し得る。さらに、または代替として、HGP構成要素300A、300Bに冷却構成を形成する特徴または構成要素の数は、HGP構成要素300A、300Bの特性(例えば、外壁320の厚さ、チャンバ322、324、348、350の体積、冷却チャネル328、352の体積など)に少なくとも部分的に依存し得る。
図19および図20は、HGP構成要素300A、300Bの追加の非限定的な例の上面断面図を示す。本明細書で説明するように、図19および図20に示すHGP構成要素300A、300Bの非限定的な例は、タービン28で利用される場合、追加の特徴および/または構成要素を含んでもよい。同様の符号および/または名称を付した構成要素は、実質的に同様の様式で機能し得ることが理解される。これらの構成要素の冗長な説明は、明確化のために省略されている。
図19に示すように、HGP構成要素300A、300Bは、少なくとも1つの支持体362を含んでもよい。支持体362は、例えば、HGP構成要素300A、300Bの高圧流体チャンバ322内に配置されてもよい。支持体362は、HGP構成要素300A、300Bに、さらに具体的には、HGP構成要素300A、300Bの本体302の少なくとも内壁312に、支持、構造および/または剛性を提供してもよい。さらに、支持体362はまた、動作中の様々な内部チャンバ322、324およびチャネル328を含むHGP構成要素300A、300Bの振動を防止または実質的に低減してもよい。非限定的な例では、支持体362は、高圧流体チャンバ322内に配置され、それを通って(半径方向に)延在し得る第1のセグメント364を含んでもよい。支持体の第1のセグメント364は、内壁312に隣接して配置され、それから分離され、および/またはそれに取り囲まれてもよい。支持体362はまた、高圧流体チャンバ322内に配置された少なくとも1つの別個のまたは第2のセグメント366を含んでもよい。第2のセグメント366は、HGP構成要素300A、300Bの第1のセグメント364と内壁312との間に延在してもよい。具体的には、支持体362の第2セグメント366は、内壁312の間に延在し、それと接触し、および/またはそれと結合、固定または一体に形成されて、HGP構成要素300A、300Bの内壁312に支持体362の第1のセグメント364を結合および/または接合してもよい。
非限定的な例では、支持体362は、HGP構成要素300A、300Bの本体302と一体に形成されてもよい。さらに具体的には、第1のセグメント364および第2のセグメント366を含む支持体362は、内壁312を含む本体302と一体に形成されてもよい。本明細書で説明するように、任意の好適な付加製造プロセスおよび/または方法を使用して、HGP構成要素300A、300Bの単一本体302を形成する際に、本体302/内壁312とともに支持体362が形成されてもよい。あるいは、セグメントのうちの1つのみ(例えば、第1のセグメント364)がHGP構成要素300A、300Bの本体302/内壁312と一体に形成されても、支持体362のいかなる部分もHGP構成要素300A、300Bの本体302/内壁312と一体に形成されなくてもよい。これらの非限定的な例では、本体302と一体に形成されないセグメントは、限定するものではないが、フライス加工、旋削加工、切削加工、鋳造、成形、穿孔などを含む任意の好適な製造プロセスを使用して個々におよび/または別個に形成されてもよい。さらに、別個に形成されたセグメント364、366、または代替的に支持体362の全体は、互いに接合、結合および/または固定され、続いて、限定するものではないが、溶接、締結、溶融、焼結、ろう付けなどを含む任意の好適な接合プロセスまたは技術を使用して、HGP構成要素300A、300Bの本体302/内壁312に接合、結合および/または固定されてもよい。
さらに、図19に示すように、HGP構成要素300A、300Bはまた、少なくとも1つの支持ピン368を含んでもよい。非限定的な例では、複数の支持ピン368は、内壁312と中間壁318との間に配置され、および/または延在し、低圧流体チャンバ324内に配置されてもよい。さらに、複数の支持ピン368のそれぞれはまた、HGP構成要素300A、300Bのそれぞれ内壁312および中間壁318と接触し、および/またはそれと結合、固定または一体に形成されてもよい。支持体362と同様に、HGP構成要素300A、300B内に複数の支持ピン368を含めることにより、HGP構成要素300A、300Bの内壁312および中間壁318に追加のまたは改善された支持、構造および/または剛性を提供してもよく、ガスタービンシステム10の動作中のHGP構成要素300A、300Bの振動を実質的に防止してもよい。本明細書で説明するように、HGP構成要素300A、300Bの部分に支持、構造および/または剛性を提供することに加えて、低圧流体チャンバ324内に配置された複数の支持ピン368はまた、ガスタービンシステム10の動作中にHGP構成要素300A、300B(図16を参照)の熱伝達および/または冷却を支援してもよい。本明細書で説明するように、非限定的な例では、複数の支持ピン368は、任意の好適な付加製造プロセスおよび/または方法を使用してHGP構成要素300A、300Bの単一本体302を形成する際に、内壁312および/または中間壁318と一体に形成されてもよい。あるいは、支持ピン368は、任意の好適な製造プロセスを使用して個々におよび/または別個に形成されてもよく、続いて、任意の好適な接合プロセスまたは技術を使用してHGP構成要素300A、300Bの内壁312および中間壁318に接合、結合および/または固定されてもよい。
図19に示すように、後縁306に隣接して形成された別個の冷却構成は、支持体362および複数の支持ピン368を含まなくてもよい。すなわち、支持体362は、高圧流体チャンバ322内にのみ配置され、および/またはそれを通って延在してもよい。他の非限定的な例では、HGP構成要素300A、300Bは、あらゆる冷却構成(例えば、高圧流体チャンバ322を含む前縁冷却構成および高圧流体チャンバ348を含む後縁冷却構成)で支持体362および/または複数の支持ピン368を含んでもよい。
HGP構成要素300A、300Bは、内壁312と中間壁318との間にのみ形成されるように示されているが、他の部分におよび/または本体302の追加の壁間に形成された追加の支持ピン368を含んでもよい。図20に示す非限定的な例では、HGP構成要素300A、300Bは、図19に関して本明細書で同様に説明するように、内壁312と中間壁318との間に形成または配置された第1の複数の支持ピン368を含んでもよい。さらに、非限定的な例では、HGP構成要素300A、300Bは、中間壁318と外壁320との間に配置され、および/または延在し、冷却チャネル328内に配置された第2の複数の支持ピン370を含んでもよい。さらに、第2の複数の支持ピン370のそれぞれはまた、HGP構成要素300A、300Bのそれぞれ中間壁318および外壁320と接触し、および/またはそれと結合、固定または一体に形成されてもよい。第1の複数の支持ピン368と同様に、HGP構成要素300A、300B内に含まれた第2の複数の支持ピン370は、HGP構成要素300A、300Bの中間壁318および外壁320に追加のまたは改善された支持、構造および/または剛性を提供してもよく、ガスタービンシステム10の動作中のHGP構成要素300A、300Bの振動を実質的に防止してもよい。本明細書で説明するように、HGP構成要素300A、300Bの部分に支持、構造および/または剛性を提供することに加えて、冷却チャネル328内に配置された第2の複数の支持ピン370はまた、ガスタービンシステム10の動作中にHGP構成要素300A、300B(図16を参照)の熱伝達および/または冷却を支援してもよい。
また、第1の複数の支持ピン368と同様に、本明細書で説明するように、第2の複数の支持ピン370は、任意の好適な付加製造プロセスおよび/または方法を使用してHGP構成要素300A、300Bの単一本体302を形成する際に、中間壁318および/または外壁320と一体に形成されてもよい。あるいは、支持ピン370は、任意の好適な製造プロセスを使用して個々におよび/または別個に形成されてもよく、続いて、任意の好適な接合プロセスまたは技術を使用してHGP構成要素300A、300Bの中間壁318および/または外壁320に接合、結合および/または固定されてもよい。
図19および図20に示すように、HGP構成要素300A、300B内に配置または形成された支持ピン368、370のサイズ、形状および/または数は、単なる例示である。したがって、HGP構成要素300A、300Bは、さらに大きなまたはさらに小さな支持ピン368、370、様々なサイズの支持ピン368、370を含み得、および/またはその中に形成されたさらに多くのまたはさらに少ない支持ピン368、370を含み得る。HGP構成要素300A、300Bに形成された支持ピン368、370のサイズ、形状および/または数は、動作中のガスタービンシステム10の動作特性(例えば、曝露温度、曝露圧力、タービンケーシング36内の位置など)に少なくとも部分的に依存し得る。さらに、または代替として、HGP構成要素300A、300Bに形成された支持ピン368、370のサイズ、形状および/または数は、HGP構成要素300A、300Bの特性(例えば、内壁312/中間壁318/外壁320の厚さ、チャンバ322、324の体積、冷却チャネル328の体積など)に少なくとも部分的に依存し得る。
図21は、HGP構成要素300A、300Bの別の非限定的な例の上面断面図を示す。図21に示すHGP構成要素300A、300Bの非限定的な例は、本明細書で説明される他の非限定的な例とは異なる特徴および/または構成要素を含んでもよい。同様の符号および/または名称を付した構成要素は、実質的に同様の様式で機能し得ることが理解される。これらの構成要素の冗長な説明は、明確化のために省略されている。
例えば、本明細書で説明するように、HGP構成要素300A、300Bは、単一本体302から形成されなくてもよい。むしろ、HGP構成要素300A、300Bは、様々な別個の部品から形成されてもよい。さらに具体的には、HGP構成要素300A、300Bの内壁312および中間壁318は、別個の部品から形成されてもよく、および/またはHGP構成要素300A、300Bの外壁320とは別個に形成されてもよい。図21に示す非限定的な例では、内壁312および中間壁318は、外壁320と個々におよび/または別個に形成されてもよく、本体302または外壁320に統合され、続いて接合、結合および/または固定されて、HGP構成要素300A、300Bを形成してもよい。内壁312および中間壁318は、HGP構成要素300A、300Bおよび/またはブレード38の様々な部分、例えばプラットフォーム47または先端部分48に接合、結合および/または固定されてもよい。別の非限定的な例では、図20に関して本明細書で同様に説明するように、内壁312は、第1の複数の支持ピン368(仮想線で示される)を介して中間壁318に結合されてもよく、および/または中間壁318は、(仮想線で示される)第2の複数の支持ピン370を介して外壁320に結合されてもよい。本明細書で説明するように、別個の部分の内壁312および中間壁318を含め、それらを本体302または外壁320と接合することにより、高圧流体チャンバ322、低圧流体チャンバ324および冷却チャネル328を形成および画定してもよい。
図21に示す非限定的な例では、内壁312および中間壁318は、HGP構成要素300A、300Bの外壁320とは異なる材料から形成されてもよい。例えば、内壁312および中間壁318は、材料物性および/または特性(例えば、融点、熱伝達特性、硬度、延性など)の第1のセットを有する第1の金属または合金から形成されてもよく、外壁320は、材料物性および/または特性の第2のセットを有する第2の金属または合金から形成されてもよい。あるいは、内壁312、中間壁318および外壁320のそれぞれは、別個の材料から形成されてもよく、各材料は固有の材料物性および/または特性を有する。別の非限定的な例では、内壁312、中間壁318および外壁320は、同一の材料から形成され得るが、依然として個々におよび/または別個に形成され得る。内壁312、中間壁318および外壁320のそれぞれは、限定するものではないが、付加製造、フライス加工、旋削加工、切削加工、鋳造、成形、穿孔などを含む任意の好適な製造プロセスを使用して個々におよび/または別個にそれぞれ形成されてもよい。さらに、内壁312、中間壁318および外壁320は、限定するものではないが、溶接、締結、溶融、焼結、ろう付けなどを含む任意の好適な接合プロセスまたは技術を使用して、HGP構成要素300A、300Bを形成するために互いに接合、結合および/または固定されてもよい。
図2~図21に関して本明細書で説明するように、支持体102、202および/またはHGP構成要素100、200、300A、300Bを利用することにより、ガスタービンシステム10のタービン28は、タービン28内に見られるHPFおよびLPFの両方を利用してHGP構成要素100、200、300A、300Bを冷却してもよい。さらに、HGP構成要素100、200、300A、300Bを冷却するために使用され得るHPFとLPFとの比率は、HPFよりも多量のLPFを含み得る。
高温ガス経路(HGP)構成要素100、200および支持体102、202(それぞれ図2~図15を参照)、ならびにHGP構成要素300A、300B、またはタービン28の翼形部42、46(図16~図21を参照)は、いくつかの方法で形成されてもよい。一実施形態では、HGP構成要素100、200、300A、300Bおよび/または支持体102、202は、鋳造によって作製され得る。しかし、本明細書で述べたように、付加製造は、単一本体110、支持体102、202を含むHGP構成要素100、200、および単一本体302を含むHGP構成要素300A、300Bの製造に特に適している。本明細書で使用する場合、付加製造(AM)は、従来のプロセスで行う材料の除去ではなく、材料の連続した層形成を通して物体を生成する任意のプロセスを含んでもよい。付加製造では、あらゆる種類の工具、金型または器具を使用することなく、かつ廃棄材料をほとんどまたは全く発生させずに複雑な幾何学的形状を作成することができる。その多くは切り取られ廃棄されることになるプラスチックまたは金属の固体ビレットから構成要素を機械加工する代わりに、付加製造に使用される材料は、部品を成形するために必要とされる材料のみである。付加製造プロセスは、限定するものではないが、3D印刷、ラピッドプロトタイピング(RP)、直接デジタル製造(DDM)、バインダジェッティング、選択的レーザ溶融(SLM)および直接金属レーザ溶融(DMLM)を含んでもよい。現在の設定では、DMLMまたはSLMが有利であることがわかっている。
付加製造プロセスの例を説明するために、図22は、物体902を生成するための例示のコンピュータ化された付加製造システム900の概略/ブロック図を示す。この例では、システム900は、DMLM用に構成される。本開示の一般的な教示は、他の形態の付加製造に同様に適用可能であることが理解される。物体902は、翼形部42、46またはHGP構成要素300A、300B(図12~図17を参照)として示されているが、HGP構成要素100(図2~図13を参照)および/またはHGP構成要素200(図14および図15を参照)も含み得る。AMシステム900は、一般に、コンピュータ化された付加製造(AM)制御システム904と、AMプリンタ906とを含む。AMシステム900は、説明するように、AMプリンタ906を使用して物体902を物理的に生成するために翼形部42、46を定義する一組のコンピュータ実行可能命令を含むコード920を実行する。各AMプロセスは、例えば、細粒粉末、液体(例えば、ポリマー)、シートなどの形態の様々な原材料を使用してもよく、そのストックは、AMプリンタ906のチャンバ910に保持されてもよい。この場合、翼形部42、46は、ガスタービンシステム10(図1を参照)の環境に耐えることができる金属または金属化合物から作製されてもよい。図示されているように、アプリケータ912は、空白キャンバスとして広がる原材料914の薄層を作成してもよく、これから最終物体の各連続スライスが作成される。他の場合では、アプリケータ912は、例えば金属バインダジェッティングプロセスが使用される場合、コード920によって定義されるように先の層上に次の層を直接適用または印刷してもよい。示されている例では、レーザまたは電子ビーム916は、コード920によって定義されるように、各スライスの粒子を融合するが、これは迅速に硬化する液体プラスチック/ポリマーが採用される場合には必要ではない。AMプリンタ906の様々な部品は、各新しい層の追加に対応するように移動してもよく、例えば、各層の後で、構築プラットフォーム918は降下してもよく、および/またはチャンバ910および/またはアプリケータ912が上昇してもよい。
AM制御システム904は、コンピュータプログラムコードとしてコンピュータ930に実装されて示されている。この点に関して、コンピュータ930は、メモリ932と、プロセッサ934と、入力/出力(I/O)インターフェース936と、バス938とを含むものとして示されている。さらに、コンピュータ930は、外部I/Oデバイス/リソース940および記憶システム942と通信するように示されている。一般に、プロセッサ934は、本明細書に記載のHGP構成要素100を表すコード920からの命令の下で、メモリ932および/または記憶システム942に記憶されるAM制御システム904などのコンピュータプログラムコードを実行する。コンピュータプログラムコードの実行時に、プロセッサ934は、メモリ932、記憶システム942、I/Oデバイス940および/またはAMプリンタ906からデータを読み出すことおよび/またはこれらにデータを書き込むことができる。バス938は、コンピュータ930の構成要素のそれぞれの間の通信リンクを供給し、I/Oデバイス940は、ユーザがコンピュータと対話できるようにする任意のデバイス(例えば、キーボード、ポインティングデバイス、ディスプレイなど)を備えることができる。コンピュータ930は、ハードウェアおよびソフトウェアの考えられる様々な組合せの代表に過ぎない。例えば、プロセッサ934は、単一の処理ユニットを備えてもよいか、例えばクライアントおよびサーバ上など、1つ以上の場所の1つ以上の処理ユニットに分散していてもよい。同様に、メモリ932および/または記憶システム942は、1つ以上の物理的な場所に存在していてもよい。メモリ932および/または記憶システム942は、磁気媒体、光学媒体、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)などを含む様々な種類の非一時的コンピュータ可読記憶媒体の任意の組合せを備えることができる。コンピュータ930は、ネットワークサーバ、デスクトップコンピュータ、ラップトップ、携帯デバイス、携帯電話機、ポケットベル、携帯情報端末などの任意の種類のコンピューティングデバイスを備えることができる。
付加製造プロセスは、非一時的コンピュータ可読記憶媒体(例えば、メモリ932、記憶システム942など)にHGP構成要素100を表すコード920を記憶することによって始まる。前述のように、コード920は、外側電極を定義する一組のコンピュータ実行可能命令を含み、これはシステム900によるコードの実行時に、先端を物理的に生成するために使用することができる。例えば、コード920は、HGP構成要素100の正確に定義された3Dモデルを含んでもよく、AutoCAD(登録商標)、TurboCAD(登録商標)、DesignCAD 3D Maxなどの多様な周知のコンピュータ支援設計(CAD)ソフトウェアシステムのいずれかから生成することができる。この点に関し、コード920は、任意の現在知られているまたは後に開発されるファイルフォーマットとすることができる。例えば、コード920は、3DシステムのステレオリソグラフィCADプログラム用に生成された標準テッセレーション言語(STL)、または付加製造ファイル(AMF)によるものであってよく、付加製造ファイル(AMF)は、アメリカ機械学会(ASME)規格であり、これは実行可能なマークアップ言語(XML)ベースのフォーマットであり、任意のCADソフトウェアが、AMプリンタで製造されることになる任意の三次元物体の形状および構成を表現することができるように設計されている。コード920は、必要に応じて、異なるフォーマット間で変換すること、一組のデータ信号に変換すること、一組のデータ信号として送受信し、コードに変換し記憶することなどが可能である。コード920は、システム900への入力であってよく、部品設計者、知的財産(IP)プロバイダ、設計会社、システム900のオペレータもしくは所有者から、または他のソースからもたらされてもよい。いずれにしても、AM制御システム904は、コード920を実行して、HGP構成要素100を連続した薄いスライスに分割し、HGP構成要素100は、液体、粉末、シートまたは他の材料の連続した層でAMプリンタ906を使用して組み立てられる。DMLMの例では、各層は、コード920によって定義された正確な幾何学的形状に溶融されて先行の層に融合される。その後、翼形部42、46は、任意の様々な仕上げプロセス、例えば、再輪郭加工または他の小規模の機械加工、シーリング、研磨などのための本明細書に記載される仕上げプロセスを受けてもよい。
本開示の技術的効果には、例えば、その中に形成された複数のノズルおよびベンチュリを含むタービンブレードおよび/またはステータベーン翼形部を提供することが含まれる。翼形部の本体(付加製造を使用して形成された)により、ノズル/ベンチュリの様々な層を形成し、構成要素の冷却に低圧流体を利用することが可能になる。これにより、翼形部を冷却するために必要な流体の量が減少し、ひいては、タービンシステム内の燃料消費量および/または発熱率が減少する。
本明細書で使用される専門用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「1つの(a)」、「1つの(an)」および「この(the)」は、特に明示しない限り、複数形も含むことが意図される。用語「備える(comprise)」および/または「備えている(comprising)」は、本明細書で使用する場合、記載した特徴、整数、工程、動作、要素および/または構成要素が存在することを明示するが、1つ以上の他の特徴、整数、工程、動作、要素、構成要素および/またはそれらの群が存在することまたは追加されることを除外しないことが、さらに理解されよう。「任意の(optional)」または「任意に(optionally)」は、続いて記載された事象または状況が生じてもよいし、また生じなくてもよいことを意味し、かつ、その説明が、事象が起こる場合と、それが起こらない場合とを含むことを意味する。
本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される近似する文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動し得る任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ(about)」、「約(approximately)」および「実質的に(substantially)」などの用語により修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似する文言は、値を測定するための機器の精度に対応し得る。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の限定を組み合わせたり、および/または置き換えたりすることが可能であり、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は特定され、それらに包含されるすべての部分範囲を含む。範囲の特定の値に適用される「約(approximately)」は、両方の値に適用され、また値を測定する機器の精度に特に依存しない限り、記載された値の+/-10%を示し得る。
添付の特許請求の範囲におけるミーンズプラスファンクションまたはステッププラスファンクションの要素すべての、対応する構造、材料、動作および均等物は、具体的に請求された他の請求要素と組み合わせてその機能を遂行するための、一切の構造、材料または動作を包含することが意図されている。本開示の記述は、例示および説明の目的で提示されたもので、網羅的であることも、または本開示を開示した形態に限定することも意図していない。当業者には、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく多くの変更および変形が明らかであろう。本開示の原理および実際の応用を最良に説明し、想定される特定の用途に適するように様々な変更を伴う様々な実施形態の開示を他の当業者が理解できるようにするために、本実施形態を選択し、かつ説明した。