JPH10252501A - 燃焼タービン部品を冷却するための冷却マニホルドアセンブリ及び燃焼タービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のものより単純化されていて、しかも経
済的な燃焼タービン部品冷却用のマニホルドアセンブリ
を提供する。 【解決手段】 高温タービン部品２０を冷却するために
冷却マニホルドアセンブリ１０は、ハウジングを有する
第１、第２のコネクタ箱８０を備え、該ハウジングに、
冷却流体を高温タービン部品に供給する供給導管８２及
び高温タービン部品冷却後の流体を受ける戻し導管８４
が取り付けられる。各コネクタ箱には供給管６０から冷
却流体が供給される。また、高温タービン部品に近い領
域から熱を抽出した冷却流体を導くための流体戻し管７
０が設けられている。供給導管８２、戻し導管８４、供
給管６０、戻し管７０をハウジングに適切に接続して、
幾つかのコネクタ箱を直列に結合し、高温タービン部品
２０の諸部分を冷却することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にはガスタ
ービンに関し、特に、ガスタービンの閉ループ冷却シス
テムのためのマニホルドアセンブリに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】燃焼タービンは、圧縮機部と、燃焼器部
と、タービン部とを収容するためのケーシングを含んで
いる。圧縮機部は、入口端と出口端とを有し、燃焼器部
は、入口端と燃焼器渡り部とを有する。燃焼器渡り部
は、燃焼器部の排出端近くにあり、そして作動流体をタ
ービン入口端内に導き入れる流路を画成する壁体を備え
ている。

【０００３】供給空気は、圧縮機部で圧縮され、燃焼器
部に導き入れられる。圧縮された空気は、燃焼器入口に
入り、燃料と混合される。空気及び燃料の混合物は、そ
の後、燃焼されて、高温及び高圧のガスを生成する。次
いで、このガスは、燃焼器渡り部を通って排出され、タ
ービン部中に噴射されて該タービンを駆動する。

【０００４】当業者には分かるように、ガスタービンの
最大出力は、燃焼器部を通って流れるガスを実行可能な
高い温度まで加熱することにより達成される。しかし、
高温ガスは、該高温ガスがタービンを通って流れるとき
に通る色々なタービン部品もしくは構成要素を加熱す
る。

【０００５】従って、燃焼点火温度を上げる能力は、上
昇した温度に耐えるタービン構成要素の能力によって制
限される。その結果、タービンの高温部品を冷却するた
めに、多数の冷却方法が開発されてきた。これらの方法
には、開ループの空気冷却技術や、閉ループの冷却シス
テムがある。

【０００６】通常の開ループ空気冷却技術では、圧縮機
からの空気を燃焼器渡り部に向けて流し、この燃焼器渡
り部を冷却する。一連の冷却流体路が燃焼器渡り部の壁
体に設けられていて、該燃焼器渡り部を冷却するために
冷却流体を受け入れる。冷却流体は燃焼器渡り部の壁体
から熱を奪い、その後、燃焼器渡り部の内部流路に移入
して、タービン部に流入する作動流体に合流する。開ル
ープ冷却システムの欠点の一つは、圧縮機から空気を非
常に多く必要とすることであり、例えば、燃焼器の火炎
温度を低く保つために、かなりの空気流量が必要であ
る。燃焼器渡り部の開ループ冷却の別の欠点は、ＮＯｘ
放出物である。従って、圧縮機からの空気の流れを変え
ることがなく、かつＮＯｘ放出物をコントロールできる
冷却システムを提供することが望ましい。

【０００７】従来のタービン閉ループ冷却システムは、
マニホルドと、ピストンリング又はベローのような歪み
解放装置と、タービンの外部に配設される冷却流体源と
を有する。歪み解放装置は、冷却しなければならないタ
ービン構成要素の近くにマニホルドを接続するように用
いられている。

【０００８】閉ループ冷却マニホルドは、タービン外部
の冷却流体源から冷却流体を受けて、該冷却流体をター
ビンケーシングの周りに円周方向に分配する。開ループ
の冷却システムとは違って、閉ループの冷却流体は、燃
焼器渡り部の流路を通って流れる作動流体からは分離さ
れている。代わりに、閉ループ冷却流体は、タービン外
部の位置へ転向される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、通常の閉ルー
プ冷却システムは、比較的に複雑なマニホルドアタッチ
メントアセンブリを用いている。これらのマニホルドア
タッチメントアセンブリは、燃焼タービンを保守するた
めの全費用を増すことになる。また、通常のマニホルド
アタッチメントアセンブリは、タービンケーシングと適
切に組み合うことができるように精度良く設計されてい
なければならない。従って、もっと単純化されていて、
しかも経済的なマニホルドアセンブリを提供することが
望ましい。

【００１０】

【課題を解決するための手段】燃焼タービンの部品もし
くは構成要素を冷却するための冷却マニホルドアセンブ
リが提供されている。このマニホルドアセンブリは、少
なくとも第１のコネクタ箱と第２のコネクタ箱とを備え
る。該第１のコネクタ箱及び該第２のコネクタ箱の各々
は、ハウジングを備え、このハウジングに流体供給導管
及び流体戻し導管がしっかり取り付けられる。流体供給
導管は、タービンの高温部品を冷却するために冷却流体
と流体連通状態に組み合うようになっており、流体戻し
導管は、タービンの高温部品から熱を抽出した冷却流体
と流体連通状態に組み合うようになっている。

【００１１】第１のコネクタ箱及び第２のコネクタ箱に
冷却流体を供給するための冷却流体供給管が設けられて
いる。この冷却流体供給管は、第１端に第１開口を有し
第２端に第２開口を有する冷却材流路を画成する側壁を
備える。該冷却流体供給管の第１端が第１のコネクタ箱
の流体供給導管と流体連通状態に機械的に組み合い、該
冷却流体供給管の第２端が少なくとも第２のコネクタ箱
の流体供給導管と流体連通状態に機械的に組み合ってい
る。

【００１２】また、燃焼器渡り部に近い領域から熱を抽
出した冷却流体を導くための流体戻し管が設けられてい
る。該流体戻し管は、第１端に第１開口を有し第２端に
第２開口を有する戻し流路を画成する側壁を備える。該
流体戻し管の第１端は、第１のコネクタ箱の流体戻し導
管と流体連通状態に機械的に組み合っており、該流体戻
し管の第２端は、少なくとも第２のコネクタ箱の流体戻
し導管と流体連通状態に機械的に組み合っている。この
ようにして、幾つかのコネクタ箱が直列に結合されて、
タービンの高温部品の諸部分を冷却することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、燃焼タービン４内に取り
付けられた冷却マニホルドアセンブリ１０の好適な実施
形態を総括的に示している。この冷却マニホルドアセン
ブリ１０は、燃焼器渡り部（高温タービン部品）２０を
冷却するために、燃焼器部１８とタービン部１６との間
に機械的に接続されている。該冷却マニホルドアセンブ
リは、タービンリング部、静翼、又はその他の円周方向
に繰り返す燃焼タービン静止部材を冷却するために用い
てもよいことに注意されたい。使用法の一例として、以
下の説明は、燃焼器渡り部２０を冷却するために用いら
れた冷却マニホルドアセンブリ１０に向けられている。

【００１４】燃焼器もしくは燃焼器部１８は、入口端２
４と、燃焼器渡り部２０と、燃焼器渡り部の出口端２６
と、フランジ３８とを含んでいる。タービン部１６の第
１段は、燃焼器渡り部２０から作動流体を受けるための
入口端２８を有する。冷却マニホルドアセンブリ１０
は、該冷却マニホルドアセンブリの種々の構成要素を燃
焼タービン４に接続するための少なくとも１つのコネク
タ箱８０を有する。

【００１５】吐出端６を有するノズル８は、燃焼器部の
入口端２４と機械的に組み合っている。燃焼器渡り部の
出口端２６は、タービン部の入口端２８と機械的に組み
合っている。冷却マニホルドアセンブリ１０は、コネク
タ箱８０と燃焼器渡り部のフランジ３８の接続箇所のと
ころで燃焼器渡り部２０に機械的に組み合っている。ま
た、冷却マニホルドアセンブリ１０は、燃焼タービン４
の外側にある冷却流体供給源（図示せず）と流体連通関
係にある。冷却流体供給源は、タービン、好ましくは燃
焼器渡り部２０における高温部を冷却するために冷却マ
ニホルドアセンブリ４に冷却流体を供給するために設け
られている。

【００１６】図２は、冷却マニホルドアセンブリ１０の
好適な実施形態の分解斜視図である。冷却マニホルドア
センブリ１０は、複数の供給管（冷却流体供給管）６０
と、複数の戻し管（流体戻し管）７０と、少なくとも第
１及び第２のコネクタ箱８０とを備えている。実施形態
では、８つの燃焼器渡り部を冷却するために８つのコネ
クタ箱８０が示されている。好適には、各供給管６０及
び戻し管７０は、大体に置いて弓形の断面を有する。

【００１７】各コネクタ箱８０を燃焼器渡り部２０の近
くに確実に位置決めするための羽根リング２２が設けら
れている。この羽根リング２２は、外側表面９４と、内
側表面９６と、それらの間にあるリム９８とを備える。
また、該羽根リング２２は、フランジ１０２を有してお
り、円周方向にほぼ１８０°にわたり延びている。

【００１８】各コネクタ箱８０は、ハウジング８１と、
供給導管（流体供給導管）８２と、戻し導管（流体戻し
導管）８４とを有する。好ましくは、ハウジング８１
は、６つの面８６，８８，９２，１０４，１０６を画成
すると共に、供給導管８２及び戻し導管８４を収容して
いる。第１の面８６は、供給管６０及び戻し管７０との
流体連通状態に機械的に接続されるようになっている。
第２の面８８は、燃焼タービンの運転中に冷却すべきタ
ービン構成要素との流体連通状態に機械的に接続される
ようになっている。

【００１９】燃焼器渡り部２０を冷却すべきときには、
第２の面８８は、該燃焼器渡り部のフランジ３８にボル
ト止めされるようになっており、そしてハウジングの第
３の面９２は、羽根リング２２としっかり組み合うよう
になっている。各供給管６０及び戻し管７０を各面に組
み付ける方法は、下記に記載する。

【００２０】各供給管６０は側壁６２を有する。この側
壁６２はそれらの間に冷却材流路６１を画成する。冷却
材流路６１は、第１開口６４を有する第１端６３と、第
２開口６６を有する第２端６５とを備えている。供給管
６０の第１端６３は、１つのコネクタ箱８０の第１面８
６との流体連通状態に機械的に組み合うようになってい
るが、同じ供給管６０の第２端６５は、隣接するコネク
タ箱８０の第１面８６との流体連通状態に機械的に組み
合うようになっている。供給管６０は、所定位置に溶接
されるか、当該技術で周知の他の認容可能な接続手段に
より所定位置に接続しうる。

【００２１】各戻し管７０は、それらの間に戻し流路７
１を画成する側壁７２を有する。戻し流路７１は、第１
開口７４を有する第１端７３と、第２開口７６を有する
第２端７５とをもっている。戻し管７０のこの第１端７
３は、１つのコネクタ箱８０の第１面８６との流体連通
状態に機械的に組み合うようになっており、一方、同じ
戻し管７０の第２端７５は、隣接するコネクタ箱８０の
第１面８６との流体連通状態に機械的に組み合うように
なっている。戻し管７０は、供給管６０と同様の態様で
各対応する部品と機械的に組み合うことができる。

【００２２】図３は、コネクタ箱８０をもっと詳細に示
している。コネクタ箱のハウジング８１は、供給導管８
２及び戻し導管８４を収容している。該ハウジング８１
の第１面８６、第２面８８及び第３面９２は、ハウジン
グ８１内における供給導管８２と戻し導管８４の好適な
配置を示すために、部分的に切り欠いて図示されてい
る。

【００２３】供給導管８２は、第１開口端４６と、第２
開口端４７と、第３開口端４８とを有する側壁４４から
なっている。該側壁４４は、第１開口端４６から始まっ
て第２開口端４７へと延び、その後、第３開口端４８へ
と相対的に下方の方向に延びている。第１開口端４６
は、１つの供給管６０の第１端６３との流体連通状態に
機械的に組み合うようになっている。

【００２４】第２開口端４７は、別の供給管６０の第２
端６５との流体連通状態に機械的に組み合うようになっ
ている。第３開口端４８は、タービン運転中に冷却しな
ければならないタービン部品と流体連通状態に機械的に
組み合うようになっている。燃焼器渡り部２０を冷却す
る場合、第３開口端４８は、この燃焼器渡り部２０のフ
ランジ３８と組み合うようになっているのが好ましい。

【００２５】戻し導管８４は、第１開口端５６と、第２
開口端５７と、第３開口端５８とを有する側壁５４から
なっている。該側壁５４は、第１開口端５６から始まっ
て第２開口端５７へと延び、その後、第３開口端５８へ
と相対的に下方の方向に延びている。第１開口端５６
は、１つの戻し管７０の第１端７３との流体連通状態に
機械的に組み合うようになっている。第２開口端５７
は、別の戻し管７０の第２端７５との流体連通状態に機
械的に組み合うようになっている。第３開口端５８は、
タービン運転中に冷却しなければならないタービン部品
と流体連通状態に機械的に組み合うようになっている。
燃焼器渡り部２０を冷却する場合、第３開口端５８は、
この燃焼器渡り部２０のフランジ３８と組み合うように
なっているのが好ましい。

【００２６】ハウジング８１の第１面８６は、供給管の
第１開口端４６及び第２開口端４７を受けるようになっ
ていることが好適である。ハウジング８１の第２面８８
は、供給導管８２の第３開口端５６と戻し導管８４の第
３開口端５８とを受けるようになっている。ハウジング
８１の第３開口端４８は、燃焼器渡り部２０のフランジ
３８と組み合うようになっている。

【００２７】図４は、冷却マニホルドアセンブリ１０と
共に用いることができる燃焼器渡り部２０を示してい
る。燃焼器渡り部２０は、作動流体の流路１２を画成す
る外側壁体１４を備える。燃焼器渡り部２０は、更に、
入口端２５と、出口端２６と、冷却路３２と、流体供給
ダクト４２と、流体戻しダクト５２と、フランジ３８と
を有する。流体ダクト４２及び５２は、冷却路３２及び
燃焼器渡り部のフランジ３８の双方と流体連通状態に機
械的に組み合っている。フランジ３８はコネクタ箱８０
と流体連通状態に機械的に組み合っている。

【００２８】本発明の作動を図４に示した燃焼器渡り部
２０と関連して以下に説明すると、最初に、燃焼タービ
ン４が起動される。圧縮空気が燃焼器部１８に噴射さ
れ、燃料と混合されて、作動流体を生成する。この作動
流体がその後タービン部１６に噴射されて、タービンを
運転する。

【００２９】作動流体が生成されるときに、燃焼タービ
ンの外部にある供給源から供給される冷却流体は、冷却
マニホルドアセンブリ１０に供給される。冷却流体は、
少なくとも空気又は蒸気のどちらかとすることができ
る。冷却流体は、弓形の各供給管６０を介して案内さ
れ、対応するコネクタ箱８０に導入される。一旦コネク
タ箱８０に入ると、冷却流体は第１供給導管８２を通っ
て流れ、流体供給ダクト４２に流入し、続いて冷却路３
２に流入する。

【００３０】冷却流体が冷却路３２を通って流れるとき
に、該冷却流体は、燃焼器渡り部２０から熱を抽出し、
それにより燃焼タービンの高温部品と該高温部品の近く
の領域とを冷却する。その後、冷却流体は、流体戻しダ
クト５２へと流れて、同じコネクタ箱８０の流体戻し導
管８４に流入する。冷却流体はこのコネクタ箱に源を発
している。冷却流体が流体戻し導管８４を出るときに、
該冷却流体は、弓形の戻し管７０によって受けられる。
冷却流体は、その後、燃焼タービンから排出される。

【００３１】ほぼ弓形ないしは半円形の断面形状を有す
る供給管６０及び戻し管７０は、冷却マニホルドアセン
ブリを容易に組み立てたり分解したりすることを可能と
し、これが本発明をより経済的に優れたものにしてい
る。更に、弓形の管構造により、供給管６０又は戻し管
７０に認容しえない応力を生じることなしに、冷却マニ
ホルドアセンブリ１０が冷却材供給源４０及び冷却材戻
し５０により発生される熱膨張に耐えることを許容す
る。

【００３２】また、弓形の管６０及び７０は、独立した
部品であって、羽根リング２２及びタービンケーシング
３６から分離しているので、該弓形の管６０及び７０
は、熱膨張により生ずる歪みを吸収し、そしてこの吸収
を歪み解放装置を必要とすることなく行う。

【００３３】本発明の数多の特徴及び利点について、本
発明の構造及び作用と共に前述の説明で明らかにした
が、この開示は、専ら説明のためであり、本発明の原理
の範囲内で、冒頭の特許請求の範囲に記載されている用
語の一般的な上位概念の意味により示される限り、特に
諸部品の形状、大きさ及び配列の詳細を変更可能である
ことを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に従って燃焼タービンの部分内に機械
的に組み込まれた冷却マニホルドアセンブリの断面図で
ある。

【図２】 図１の冷却マニホルドアセンブリの分解図で
ある。

【図３】 図１に示したコネクタ箱の切欠き図である。

【図４】 図１に示した冷却マニホルドアセンブリを用
いる場合に冷却しうる燃焼器渡り部の斜視図である。

【符号の説明】

４…燃焼タービン、８…ノズル、１０…冷却マニホルド
アセンブリ、１６…タービン部、１８燃焼器部（燃焼
器）、２０…燃焼器渡り部（高温タービン部品）、３８
…燃焼器渡り部のフランジ、６０…供給管（冷却流体供
給管）、６１…冷却材流路、６２…側壁、６３…冷却流
体供給管の第１端、６４…冷却流体供給管の第１開口、
６５…冷却流体供給管の第２端、６６…冷却流体供給管
の第２開口、７０…戻し管（流体戻し管）、７１…戻し
流路、７２…側壁、７３…流体戻し管の第１端、７４…
流体戻し管の第１開口、７５…流体戻し管の第２端、７
６…流体戻し管の第２開口、８０…コネクタ箱、８１…
ハウジング、８２…供給導管（流体供給導管）、８４…
戻し導管（流体戻し導管）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レロイ・ディクソン・マックローリン アメリカ合衆国、フロリダ州、ウィンタ ー・スプリングス、セネカ・ブールバード 1727

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼タービン部品を冷却するための冷却
   マニホルドアセンブリであって、 少なくとも第１のコネクタ箱及び第２のコネクタ箱を備
   え、該第１のコネクタ箱及び該第２のコネクタ箱の各々
   が、ハウジングと、該ハウジング内に収容される流体供
   給導管及び流体戻し導管とを備え、前記流体供給導管
   は、高温タービン部品を冷却するため冷却流体と流体連
   通状態にあるようになっており、前記流体戻し導管は、
   高温タービン部品から熱を抽出した冷却流体と流体連通
   状態にあるようになっており、また、 前記第１のコネクタ箱及び前記第２のコネクタ箱に冷却
   流体を供給するための冷却流体供給管を備え、該冷却流
   体供給管は、第１端に第１開口を有し第２端に第２開口
   を有する冷却材流路を画成する側壁を備え、前記冷却流
   体供給管の前記第１端は、前記第１のコネクタ箱の前記
   流体供給導管と流体連通状態に機械的に組み合ってお
   り、前記冷却流体供給管の前記第２端は、少なくとも前
   記第２のコネクタ箱の前記流体供給導管と流体連通状態
   に機械的に組み合っており、更に、 高温タービン部品から熱を抽出した冷却流体を燃焼ター
   ビンの外部に導く流体戻し管を備え、該流体戻し管は、
   第１端に第１開口を有し第２端に第２開口を有する戻し
   流路を画成する側壁を備え、前記流体戻し管の前記第１
   端は、前記第１のコネクタ箱の前記流体戻し導管と流体
   連通状態に機械的に組み合っており、前記流体戻し管の
   前記第２端は、少なくとも前記第２のコネクタ箱の前記
   流体戻し導管と流体連通状態に機械的に組み合ってい
   る、 燃焼タービン部品の冷却マニホルドアセンブリ。
2. 【請求項２】 燃焼タービンであって、該燃焼タービン
   は、 該燃焼タービンを冷却するための冷却流体源と、 空気を圧縮するための圧縮機と、 前記圧縮機と流体連通し、ガス及び空気燃料混合物を燃
   焼器内に噴射するようになっているノズルと、 前記ガス及び空気混合物から作動流体を生成するため、
   前記ノズルと流体連通する燃焼器であって、前記作動流
   体をタービン部に導入するための燃焼器渡り部を有し、
   該燃焼器渡り部が、冷却流体供給管及び冷却流体戻し管
   と流体連通状態に機械的に組み合うようになっているフ
   ランジを有する、前記燃焼器と、 前記燃焼器渡り部流体連通状態に機械的に組み合って、
   前記燃焼タービンを駆動すべく前記作動流体を受けるた
   めのタービン部と、 前記燃焼器渡り部の前記フランジ端と流体連通状態に機
   械的に組み合っている少なくとも第１のコネクタ箱及び
   第２のコネクタ箱であって、該第１のコネクタ箱及び該
   第２のコネクタ箱の各々が、ハウジングと、該ハウジン
   グ内に収容される流体供給導管及び流体戻し導管とを備
   え、該流体供給導管が、前記燃焼器渡り部の近くの領域
   を冷却するため冷却流体と流体連通するようになってお
   り、前記流体戻し導管が、前記燃焼器渡り部の近くの領
   域から熱を抽出した冷却流体と流体連通するようになっ
   ている、前記第１のコネクタ箱及び前記第２のコネクタ
   箱と、 前記冷却流体源と流体連通して、前記第１のコネクタ箱
   及び前記第２のコネクタ箱に冷却流体を供給するための
   冷却流体供給管であって、該冷却流体供給管は、第１開
   口及び第１開口を有する冷却材流路を画成する側壁を備
   え、該冷却流体供給管の前記第１端が前記第１のコネク
   タ箱の前記流体供給導管と流体連通状態に機械的に組み
   合い、該冷却流体供給管の前記第２端が少なくとも前記
   第２のコネクタ箱の前記流体供給導管と流体連通状態に
   機械的に組み合っている、前記冷却流体供給管と、 前記燃焼器渡り部に近い領域から熱を抽出した冷却流体
   を導く流体戻し管であって、第１端に第１開口を有し第
   ２端に第２開口を有する戻し流路を画成する側壁を備
   え、前記流体戻し管の前記第１端が前記第１のコネクタ
   箱の前記流体戻し導管と流体連通状態に機械的に組み合
   っており、前記流体戻し管の前記第２端が少なくとも前
   記第２のコネクタ箱の前記流体戻し導管と流体連通状態
   に機械的に組み合っている、前記流体戻し管と、 を備える燃焼タービン。