JP2001295606A - タービンノズルセグメントの側壁を衝突冷却する装置及び方法 - Google Patents
タービンノズルセグメントの側壁を衝突冷却する装置及び方法Info
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- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 タービンノズルセグメントの側壁を衝突冷却
する装置及び方法。 【解決手段】 ガスタービンノズルセグメント(１０)は
外側バンド部及び内側バンド部(１２、１４)と、それら
の間に位置する羽根部(１６)とを有する。各バンド部は
ノズル壁（１８）、側壁(４０)、カバー(２０)、及びカ
バーとノズル壁との間で両側に２つの空洞部(２４、２
６)を規定する衝突板(２２)を含む。冷却用蒸気は一方
の空洞部に供給されて、衝突板の開口(３０)を通過し、
ノズル壁を冷却する。バンド部の側壁（４０）及び内側
折り返しフランジ（４２）は、ノズル壁と共に、アンダ
ーカット領域(４４)を規定する。衝突板は、内側折り返
しフランジ（４２）に溶接された折り曲げフランジ（５
２）を有する。裏当て板（６０）は折り曲げフランジに
重なり、整列開口（６２）は裏当て板と折り曲げフラン
ジとを通るように形成されて、冷却流れをノズルセグメ
ントの側壁に集中して当てる。
する装置及び方法。 【解決手段】 ガスタービンノズルセグメント(１０)は
外側バンド部及び内側バンド部(１２、１４)と、それら
の間に位置する羽根部(１６)とを有する。各バンド部は
ノズル壁（１８）、側壁(４０)、カバー(２０)、及びカ
バーとノズル壁との間で両側に２つの空洞部(２４、２
６)を規定する衝突板(２２)を含む。冷却用蒸気は一方
の空洞部に供給されて、衝突板の開口(３０)を通過し、
ノズル壁を冷却する。バンド部の側壁（４０）及び内側
折り返しフランジ（４２）は、ノズル壁と共に、アンダ
ーカット領域(４４)を規定する。衝突板は、内側折り返
しフランジ（４２）に溶接された折り曲げフランジ（５
２）を有する。裏当て板（６０）は折り曲げフランジに
重なり、整列開口（６２）は裏当て板と折り曲げフラン
ジとを通るように形成されて、冷却流れをノズルセグメ
ントの側壁に集中して当てる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ノズルセグメント
のガスタービンノズルバンド部側壁の衝突冷却に関し、
特に、ノズルセグメントカバーとノズル側壁との間の溶
接継ぎ目が高温ガス通路に露出されるノズル壁から離間
する構成におけるノズルセグメントのアンダーカット領
域での、ノズルバンド部側壁の衝突冷却に関する。本発
明は、米国エネルギー省により認可された契約第DE−FC
２１−９５MC３１１８７６号の下で政府の支援を受けて
なされた。政府は本発明に対し一定の権利を有する。
のガスタービンノズルバンド部側壁の衝突冷却に関し、
特に、ノズルセグメントカバーとノズル側壁との間の溶
接継ぎ目が高温ガス通路に露出されるノズル壁から離間
する構成におけるノズルセグメントのアンダーカット領
域での、ノズルバンド部側壁の衝突冷却に関する。本発
明は、米国エネルギー省により認可された契約第DE−FC
２１−９５MC３１１８７６号の下で政府の支援を受けて
なされた。政府は本発明に対し一定の権利を有する。
【０００２】
【従来の技術】現在のガスタービン構造においては、通
常、タービンの回転軸の周囲に複数のノズルセグメント
が環状アレイを成して配列されている。セグメントのア
レイは環状の外側バンド部と、内側バンド部とを形成
し、それらのバンド部の間に複数の羽根部が延出してい
る。バンド部と羽根部は、その一部で、ガスタービンを
通過する高温ガス通路を規定する。各ノズルセグメント
は外側バンド部と、内側バンド部とを具備し、それら外
側バンド部と内側バンド部との間に１つ又は複数のノズ
ル羽根が延出している。現在のガスタービン構造では、
例えば蒸気などの冷媒がそれぞれのノズルセグメントに
供給され、高温ガス通路に露出される部分を冷却する。
蒸気冷却に対応するため、各バンド部は、一部でタービ
ンを通過する高温ガス通路を規定するノズル壁と、ノズ
ル壁から半径方向に離間して配置され、ノズル壁との間
にチャンバを規定するカバーと、そのチャンバ内に配設
される衝突板とを含む。衝突板はカバーと共に、その一
方の側に、冷却用蒸気入口から供給される冷却用蒸気を
受け入れるための第１の空洞部を規定する。また、衝突
板は、その反対側に沿って、ノズル壁と共に第２の空洞
部を規定する。衝突板は、冷却用蒸気を第１の空洞部か
ら第２の空洞部の中へ流入させて、ノズル壁を衝突冷却
するための複数の開口を有する。その後、冷却用蒸気は
羽根の空洞部を通って半径方向内側へ流れる。羽根の一
部は、羽根の側壁を衝突冷却するための開口が形成され
た挿入部材を含む。冷却用蒸気は更に内側バンド部のチ
ャンバに入り、その流れの方向を逆転させて、衝突板を
通って半径方向外側へ流れ、内側バンド部のノズル壁を
衝突冷却する。使用済みの冷却用媒体は羽根の空洞部を
通ってノズルセグメントの排出ポートに戻る。
常、タービンの回転軸の周囲に複数のノズルセグメント
が環状アレイを成して配列されている。セグメントのア
レイは環状の外側バンド部と、内側バンド部とを形成
し、それらのバンド部の間に複数の羽根部が延出してい
る。バンド部と羽根部は、その一部で、ガスタービンを
通過する高温ガス通路を規定する。各ノズルセグメント
は外側バンド部と、内側バンド部とを具備し、それら外
側バンド部と内側バンド部との間に１つ又は複数のノズ
ル羽根が延出している。現在のガスタービン構造では、
例えば蒸気などの冷媒がそれぞれのノズルセグメントに
供給され、高温ガス通路に露出される部分を冷却する。
蒸気冷却に対応するため、各バンド部は、一部でタービ
ンを通過する高温ガス通路を規定するノズル壁と、ノズ
ル壁から半径方向に離間して配置され、ノズル壁との間
にチャンバを規定するカバーと、そのチャンバ内に配設
される衝突板とを含む。衝突板はカバーと共に、その一
方の側に、冷却用蒸気入口から供給される冷却用蒸気を
受け入れるための第１の空洞部を規定する。また、衝突
板は、その反対側に沿って、ノズル壁と共に第２の空洞
部を規定する。衝突板は、冷却用蒸気を第１の空洞部か
ら第２の空洞部の中へ流入させて、ノズル壁を衝突冷却
するための複数の開口を有する。その後、冷却用蒸気は
羽根の空洞部を通って半径方向内側へ流れる。羽根の一
部は、羽根の側壁を衝突冷却するための開口が形成され
た挿入部材を含む。冷却用蒸気は更に内側バンド部のチ
ャンバに入り、その流れの方向を逆転させて、衝突板を
通って半径方向外側へ流れ、内側バンド部のノズル壁を
衝突冷却する。使用済みの冷却用媒体は羽根の空洞部を
通ってノズルセグメントの排出ポートに戻る。
【０００３】外側バンド部及び内側バンド部の各々に設
けられたカバーは、対応するノズル側壁に溶接されるの
が好ましい。従来の構成においては、カバーとノズル側
壁との間の溶接継ぎ目はノズル壁と、隣接するノズルセ
グメントの側壁の間のスプラインシールとの間の半径方
向のある場所に位置していた。その場所にあると、溶接
部は高温ガス通路を流れる高温のガスに露出され、冷却
することは非常に困難であった。従って、溶接継ぎ目が
高温ガス通路に近接していたために、継ぎ目の疲れ寿命
は著しく短くなっていた。更に、溶接の場所は製造の再
現性という点でも最適の位置ではなく、製造許容差も非
常に厳しかった。この溶接継ぎ目は、壁の厚さが変動す
るために継ぎ目に対する応力が増加し、低サイクル疲れ
を減少させ、部品の寿命を制限してしまうという特徴を
持っていた。機械加工後の溶接部の壁の厚さも、製造工
程で許容し得ないほどに変動していた。
けられたカバーは、対応するノズル側壁に溶接されるの
が好ましい。従来の構成においては、カバーとノズル側
壁との間の溶接継ぎ目はノズル壁と、隣接するノズルセ
グメントの側壁の間のスプラインシールとの間の半径方
向のある場所に位置していた。その場所にあると、溶接
部は高温ガス通路を流れる高温のガスに露出され、冷却
することは非常に困難であった。従って、溶接継ぎ目が
高温ガス通路に近接していたために、継ぎ目の疲れ寿命
は著しく短くなっていた。更に、溶接の場所は製造の再
現性という点でも最適の位置ではなく、製造許容差も非
常に厳しかった。この溶接継ぎ目は、壁の厚さが変動す
るために継ぎ目に対する応力が増加し、低サイクル疲れ
を減少させ、部品の寿命を制限してしまうという特徴を
持っていた。機械加工後の溶接部の壁の厚さも、製造工
程で許容し得ないほどに変動していた。
【０００４】
【発明の概要】本発明の好ましい一実施例によれば、カ
バーとノズル壁との間の溶接継ぎ目が高温ガス通路に露
出されるノズル壁から離れた、スプラインシールの側に
位置するようなノズルセグメントにおいて、冷却システ
ムが提供される。すなわち、外側バンド部のカバーとノ
ズル側壁との間の溶接継ぎ目は隣接する外側バンド部間
のスプラインシールから半径方向外側に配置されてお
り、一方、内側バンド部のカバーとノズル側壁との間の
溶接継ぎ目は隣接する内側バンド部間のスプラインシー
ルの半径方向内側に配置されている。これにより、ター
ビンの動作中の溶接継ぎ目の温度は低下し、継ぎ目に加
わる熱応力と機械的応力は共に減少し、溶接後に機械加
工する必要は全くなくなるので、一定の厚さを有し、疲
れ寿命の長い接合が得られる。また、このような配置と
することにより、加工が容易になると共に、溶接欠陥に
対する許容差も改善される。
バーとノズル壁との間の溶接継ぎ目が高温ガス通路に露
出されるノズル壁から離れた、スプラインシールの側に
位置するようなノズルセグメントにおいて、冷却システ
ムが提供される。すなわち、外側バンド部のカバーとノ
ズル側壁との間の溶接継ぎ目は隣接する外側バンド部間
のスプラインシールから半径方向外側に配置されてお
り、一方、内側バンド部のカバーとノズル側壁との間の
溶接継ぎ目は隣接する内側バンド部間のスプラインシー
ルの半径方向内側に配置されている。これにより、ター
ビンの動作中の溶接継ぎ目の温度は低下し、継ぎ目に加
わる熱応力と機械的応力は共に減少し、溶接後に機械加
工する必要は全くなくなるので、一定の厚さを有し、疲
れ寿命の長い接合が得られる。また、このような配置と
することにより、加工が容易になると共に、溶接欠陥に
対する許容差も改善される。
【０００５】そのような溶接場所を規定するために、ノ
ズルセグメントバンド部の側壁に隣接してアンダーカッ
ト領域を形成する。すなわち、各アンダーカット領域は
ノズルセグメントの側壁又は縁部と、ノズル壁から内側
へ、ノズル壁とほぼ平行に離間して延出する内側折り返
しフランジとを含む。しかし、アンダーカット領域が側
壁又は縁部を衝突板から離間させていることを考える
と、ノズルバンド部側壁又は縁部を冷却することは極め
て難しい。このように、衝突板の開口を通る衝突冷却流
れからかなり離れていると、ノズル側壁の冷却の効果は
低下してしまう。
ズルセグメントバンド部の側壁に隣接してアンダーカッ
ト領域を形成する。すなわち、各アンダーカット領域は
ノズルセグメントの側壁又は縁部と、ノズル壁から内側
へ、ノズル壁とほぼ平行に離間して延出する内側折り返
しフランジとを含む。しかし、アンダーカット領域が側
壁又は縁部を衝突板から離間させていることを考える
と、ノズルバンド部側壁又は縁部を冷却することは極め
て難しい。このように、衝突板の開口を通る衝突冷却流
れからかなり離れていると、ノズル側壁の冷却の効果は
低下してしまう。
【０００６】本発明によれば、側壁の製造と冷却の改善
が図られる。すなわち、カバーとノズル側壁との間の溶
接継ぎ目がタービンを通る高温ガス通路から離れて位置
している場合、衝突冷却流れを側壁に導く為に、衝突板
を貫通する開口と裏当て板を貫通する開口とを整列して
衝突板に対して裏当て板を設けることにより、側壁の冷
却効果は改善される。すなわち、衝突板は折り曲げ縁部
を設けている。縁部の辺は、例えばノズルセグメント側
壁の内側折り返しフランジの形成面に溶接することによ
り固定され、ノズルセグメント側壁に対してほぼ平行に
延出する衝突板の折り曲げ縁部の一部を残す。より直接
的に折り曲げ縁部の開口を流れる衝突冷媒を集中して当
てる為に、衝突板の折り曲げ縁部を通る開口と整列され
る開口を有する裏当て板は、折り曲げ縁部に沿って固定
される。結果として、整列開口の長さと直径の比は改善
され、それによってノズルセグメントの側壁へ冷却流れ
を集中して当てることが可能となる。裏当て板は更に、
衝突板の周囲に対する付加的な強度を追加する。
が図られる。すなわち、カバーとノズル側壁との間の溶
接継ぎ目がタービンを通る高温ガス通路から離れて位置
している場合、衝突冷却流れを側壁に導く為に、衝突板
を貫通する開口と裏当て板を貫通する開口とを整列して
衝突板に対して裏当て板を設けることにより、側壁の冷
却効果は改善される。すなわち、衝突板は折り曲げ縁部
を設けている。縁部の辺は、例えばノズルセグメント側
壁の内側折り返しフランジの形成面に溶接することによ
り固定され、ノズルセグメント側壁に対してほぼ平行に
延出する衝突板の折り曲げ縁部の一部を残す。より直接
的に折り曲げ縁部の開口を流れる衝突冷媒を集中して当
てる為に、衝突板の折り曲げ縁部を通る開口と整列され
る開口を有する裏当て板は、折り曲げ縁部に沿って固定
される。結果として、整列開口の長さと直径の比は改善
され、それによってノズルセグメントの側壁へ冷却流れ
を集中して当てることが可能となる。裏当て板は更に、
衝突板の周囲に対する付加的な強度を追加する。
【０００７】前述の冷却システムは、容易に製造され
る。例えば裏当て板は、衝突板の折り曲げフランジに追
加され、開口は裏当て板及び折り曲げ縁部を貫通して一
体に設けられる。そして衝突板は、ノズルセグメント内
に配置されて位置決めされ、その後ノズルセグメントに
溶接又はろう付けされる。
る。例えば裏当て板は、衝突板の折り曲げフランジに追
加され、開口は裏当て板及び折り曲げ縁部を貫通して一
体に設けられる。そして衝突板は、ノズルセグメント内
に配置されて位置決めされ、その後ノズルセグメントに
溶接又はろう付けされる。
【０００８】本発明による好ましい一実施例において
は、ガスタービンで使用するためのノズルセグメントで
あり、外側バンド部及び内側バンド部と、外側バンド部
と内側バンド部との間に延出する少なくとも一つの羽根
部とを有し、バンド部の少なくとも一方は、一部でター
ビンを通過する高温ガス通路を規定するノズル壁と、ノ
ズル壁から半径方向に離間しノズル壁との間にチャンバ
を規定するカバーと、セグメント内に固定されてチャン
バ内に配設され、カバーと共にその片側に冷媒を受け入
れるための第１の空洞部を規定する衝突板とを含み、衝
突板は、反対側では、ノズル壁と共に第２の空洞部を規
定し、衝突板は、冷媒を第１の空洞部から第２の空洞部
内へ流入させて、ノズル壁を衝突冷却するための複数の
貫通する開口を有し、ノズルセグメントは、ノズル壁と
カバーとの間にほぼ半径方向に延出する側壁であって、
隣接するアンダーカット領域を規定する内側折り返しフ
ランジを有する側壁と、衝突板に部分的に重なる裏当て
板とを有し、裏当て板と衝突板とは衝突冷却のため側壁
に冷媒の流れを向ける貫通した整列開口を有するノズル
セグメント。
は、ガスタービンで使用するためのノズルセグメントで
あり、外側バンド部及び内側バンド部と、外側バンド部
と内側バンド部との間に延出する少なくとも一つの羽根
部とを有し、バンド部の少なくとも一方は、一部でター
ビンを通過する高温ガス通路を規定するノズル壁と、ノ
ズル壁から半径方向に離間しノズル壁との間にチャンバ
を規定するカバーと、セグメント内に固定されてチャン
バ内に配設され、カバーと共にその片側に冷媒を受け入
れるための第１の空洞部を規定する衝突板とを含み、衝
突板は、反対側では、ノズル壁と共に第２の空洞部を規
定し、衝突板は、冷媒を第１の空洞部から第２の空洞部
内へ流入させて、ノズル壁を衝突冷却するための複数の
貫通する開口を有し、ノズルセグメントは、ノズル壁と
カバーとの間にほぼ半径方向に延出する側壁であって、
隣接するアンダーカット領域を規定する内側折り返しフ
ランジを有する側壁と、衝突板に部分的に重なる裏当て
板とを有し、裏当て板と衝突板とは衝突冷却のため側壁
に冷媒の流れを向ける貫通した整列開口を有するノズル
セグメント。
【０００９】
【発明の実施の形態】そこで、図１を参照すると、通
常、ガスタービン軸の周囲に配設された複数のセグメン
トの環状アレイの一部を形成するノズルセグメント１０
が示されている。各ノズルセグメントは外側バンド部１
２と、内側バンド部１４と、それらのバンド部の間に延
出する１つ又は複数の羽根部１６とを含む。これらのノ
ズルセグメントを環状アレイとして配列すると、外側バ
ンド部１２及び内側バンド部１４と、羽根部１６とは、
従来通り、ガスタービンを貫通する環状の高温ガス通路
を規定する。
常、ガスタービン軸の周囲に配設された複数のセグメン
トの環状アレイの一部を形成するノズルセグメント１０
が示されている。各ノズルセグメントは外側バンド部１
２と、内側バンド部１４と、それらのバンド部の間に延
出する１つ又は複数の羽根部１６とを含む。これらのノ
ズルセグメントを環状アレイとして配列すると、外側バ
ンド部１２及び内側バンド部１４と、羽根部１６とは、
従来通り、ガスタービンを貫通する環状の高温ガス通路
を規定する。
【００１０】外側バンド部及び内側バンド部と、羽根部
とは、外側バンド部１２のチャンバに冷媒、例えば蒸気
を流し、羽根部にある複数の空洞部に半径方向内側に向
かって冷媒を通し、内側バンド部１４のチャンバを通
し、羽根部を通して半径方向外側に向かって冷媒を導
き、外側バンド部に沿って排出ポートへ戻すことにより
冷却される。すなわち、図１参照の例で言えば、外側バ
ンド部１２は外側ノズル壁１８と、外側ノズル壁１８を
覆うように溶接されて、外側ノズル壁１８との間にチャ
ンバ２１(図２)を規定する外側カバー２０と、チャンバ
２１内に配設された衝突板２２とを含む。衝突板２２は
ノズルセグメントカバー２０との間に第１の空洞部２４
を規定すると共に、その反対側ではノズル壁１８との間
に第２の空洞部２６を規定する。カバーには、ノズル羽
根セグメントに冷媒、例えば蒸気を供給するための冷媒
入口部２５と、使用後の冷却用蒸気をセグメントから排
出するための冷媒出口部２７とがそれぞれ形成されてい
る。冷媒である蒸気は第１の空洞部２４に供給された
後、衝突板２２の複数の開口３０を通過して、ノズル壁
１８に衝突し、冷却する。衝突冷却した蒸気は第２の空
洞部２６から、外側バンド部と内側バンド部との間で羽
根部を通過する空洞部内の１つ又は複数の挿入部材(図
示せず)に流入する。羽根部の挿入部材には、羽根部の
側壁を衝突冷却するための複数の開口が形成されてい
る。その後、冷却用蒸気は内側バンド部１４のチャン
バ、特に、半径方向で最も内側の空洞部に入り、内側バ
ンド部の衝突板の複数の開口を通過して、内側バンド部
の側壁を衝突冷却する。使用後の冷却用蒸気は羽根部に
ある空洞部を通過し、外側バンド部の排出ポートから流
出する。以上説明した冷却回路の一実施例を完璧に解説
している引例として、本出願と同一の譲受人に譲渡され
た米国特許第５，６３４，７６６号を参照のこと。尚、
この米国特許の開示内容は参考として本明細書中にも取
り入れられている。
とは、外側バンド部１２のチャンバに冷媒、例えば蒸気
を流し、羽根部にある複数の空洞部に半径方向内側に向
かって冷媒を通し、内側バンド部１４のチャンバを通
し、羽根部を通して半径方向外側に向かって冷媒を導
き、外側バンド部に沿って排出ポートへ戻すことにより
冷却される。すなわち、図１参照の例で言えば、外側バ
ンド部１２は外側ノズル壁１８と、外側ノズル壁１８を
覆うように溶接されて、外側ノズル壁１８との間にチャ
ンバ２１(図２)を規定する外側カバー２０と、チャンバ
２１内に配設された衝突板２２とを含む。衝突板２２は
ノズルセグメントカバー２０との間に第１の空洞部２４
を規定すると共に、その反対側ではノズル壁１８との間
に第２の空洞部２６を規定する。カバーには、ノズル羽
根セグメントに冷媒、例えば蒸気を供給するための冷媒
入口部２５と、使用後の冷却用蒸気をセグメントから排
出するための冷媒出口部２７とがそれぞれ形成されてい
る。冷媒である蒸気は第１の空洞部２４に供給された
後、衝突板２２の複数の開口３０を通過して、ノズル壁
１８に衝突し、冷却する。衝突冷却した蒸気は第２の空
洞部２６から、外側バンド部と内側バンド部との間で羽
根部を通過する空洞部内の１つ又は複数の挿入部材(図
示せず)に流入する。羽根部の挿入部材には、羽根部の
側壁を衝突冷却するための複数の開口が形成されてい
る。その後、冷却用蒸気は内側バンド部１４のチャン
バ、特に、半径方向で最も内側の空洞部に入り、内側バ
ンド部の衝突板の複数の開口を通過して、内側バンド部
の側壁を衝突冷却する。使用後の冷却用蒸気は羽根部に
ある空洞部を通過し、外側バンド部の排出ポートから流
出する。以上説明した冷却回路の一実施例を完璧に解説
している引例として、本出願と同一の譲受人に譲渡され
た米国特許第５，６３４，７６６号を参照のこと。尚、
この米国特許の開示内容は参考として本明細書中にも取
り入れられている。
【００１１】次に、図２を参照すると、互いに隣接する
ノズルセグメントの連結部が示されている。以下、外側
バンド部１２に特定して説明をするが、内側バンド部１
４についても全く同じことが言えるということは理解さ
れるであろう。すなわち、各ノズルバンド部は(内側バ
ンド部及び外側バンド部に共通して)、ノズル壁１８と
カバー２０との間にほぼ半径方向に延出するノズル側壁
又は縁部４０を含む。バンド部は、ノズル壁１８から離
間して配置された内側折り返しフランジ４２を更に含
み、壁１８及び側壁又は縁部４０と共に、アンダーカッ
ト領域４４を規定している。内側折り返しフランジ４２
の周囲には、スプライン４８の一方の縁部を受け入れる
ための溝穴４６が開いており、それにより、隣接するノ
ズルセグメントの間にシールを形成する。
ノズルセグメントの連結部が示されている。以下、外側
バンド部１２に特定して説明をするが、内側バンド部１
４についても全く同じことが言えるということは理解さ
れるであろう。すなわち、各ノズルバンド部は(内側バ
ンド部及び外側バンド部に共通して)、ノズル壁１８と
カバー２０との間にほぼ半径方向に延出するノズル側壁
又は縁部４０を含む。バンド部は、ノズル壁１８から離
間して配置された内側折り返しフランジ４２を更に含
み、壁１８及び側壁又は縁部４０と共に、アンダーカッ
ト領域４４を規定している。内側折り返しフランジ４２
の周囲には、スプライン４８の一方の縁部を受け入れる
ための溝穴４６が開いており、それにより、隣接するノ
ズルセグメントの間にシールを形成する。
【００１２】図２に示すように、各カバー２０はノズル
バンド部の互いに対向する縁部に沿って内側折り返しフ
ランジ４２に溶接される。溶接継ぎ目５０はノズル壁１
８から離れた側のスプラインシール４８の面に位置して
いる。溶接継ぎ目５０をノズル壁１８により一部規定さ
れる高温ガス通路から離して配置することにより、溶接
継ぎ目５０は高温ガス通路により近接して配置された場
合と比べてはるかに低い温度に露出されることになる。
更に、図２に示すように、衝突板２２はそれぞれの辺に
沿ってフランジ又は折り曲げ縁部５２を有する。この折
り曲げ縁部５２は内側折り返しフランジ４２の内面にろ
う付け又は溶接される。衝突板２２のそれぞれの折り曲
げ縁部５２に複数の開口３０が形成されているが、アン
ダーカット領域４４の最も近い開口３０と側壁又は縁部
４０との間には相当の距離があることがわかるであろ
う。このように長い距離が存在することによって、折り
曲げフランジ５２の開口を流れる冷媒の冷却有効性が低
下する。
バンド部の互いに対向する縁部に沿って内側折り返しフ
ランジ４２に溶接される。溶接継ぎ目５０はノズル壁１
８から離れた側のスプラインシール４８の面に位置して
いる。溶接継ぎ目５０をノズル壁１８により一部規定さ
れる高温ガス通路から離して配置することにより、溶接
継ぎ目５０は高温ガス通路により近接して配置された場
合と比べてはるかに低い温度に露出されることになる。
更に、図２に示すように、衝突板２２はそれぞれの辺に
沿ってフランジ又は折り曲げ縁部５２を有する。この折
り曲げ縁部５２は内側折り返しフランジ４２の内面にろ
う付け又は溶接される。衝突板２２のそれぞれの折り曲
げ縁部５２に複数の開口３０が形成されているが、アン
ダーカット領域４４の最も近い開口３０と側壁又は縁部
４０との間には相当の距離があることがわかるであろ
う。このように長い距離が存在することによって、折り
曲げフランジ５２の開口を流れる冷媒の冷却有効性が低
下する。
【００１３】アンダーカット領域に沿った側壁４０の効
果的な衝突冷却を可能にする為に、裏当て板６０は衝突
板２２の折り曲げ縁部５２の片側に沿って設けられてい
る。裏当て板６０は、衝突板２２をノズルセグメント１
０に固定するのに先立って、衝突板の折り曲げフランジ
５２に固定されるのが好ましい。このように裏当て板６
０を配設すると、開口６２は接合された裏当て板６０と
折り曲げ縁部５２とを貫通して形成され、整列開口は側
壁４０の方向に集中して向けられる。裏当て板６０を適
用することで、第１の空洞部２４から第２の空洞部２６
へ冷媒、例えば蒸気を通過させる開口６２の長さと直径
の比が大きくなることにより、より長い開口６２を通る
流れは、ノズルセグメントの側壁４０に誘導されて向け
られる。例えば円錐形噴射パターンにおける拡散する冷
媒パターンの代りに、冷媒は集中し且つ収束したままで
あり、折り曲げ縁部５２と側壁４０との空間を密集した
状態で横断し、冷媒を側壁に直接向けそれによって効果
的に側壁を冷却する。図２に示されるように、整列開口
６２の長さと直径の比は開口３０の長さと直径の比を上
回る。
果的な衝突冷却を可能にする為に、裏当て板６０は衝突
板２２の折り曲げ縁部５２の片側に沿って設けられてい
る。裏当て板６０は、衝突板２２をノズルセグメント１
０に固定するのに先立って、衝突板の折り曲げフランジ
５２に固定されるのが好ましい。このように裏当て板６
０を配設すると、開口６２は接合された裏当て板６０と
折り曲げ縁部５２とを貫通して形成され、整列開口は側
壁４０の方向に集中して向けられる。裏当て板６０を適
用することで、第１の空洞部２４から第２の空洞部２６
へ冷媒、例えば蒸気を通過させる開口６２の長さと直径
の比が大きくなることにより、より長い開口６２を通る
流れは、ノズルセグメントの側壁４０に誘導されて向け
られる。例えば円錐形噴射パターンにおける拡散する冷
媒パターンの代りに、冷媒は集中し且つ収束したままで
あり、折り曲げ縁部５２と側壁４０との空間を密集した
状態で横断し、冷媒を側壁に直接向けそれによって効果
的に側壁を冷却する。図２に示されるように、整列開口
６２の長さと直径の比は開口３０の長さと直径の比を上
回る。
【００１４】裏当て板６０は、例えば衝突板をノズルセ
グメントに取り付けるのに先立って溶接することによ
り、衝突板２２の折り曲げ縁部５２に適用されることが
好ましい。この方法において、裏当て板６０と衝突板２
２の折り曲げ縁部５２とを貫通する複数の整列開口６２
は、同時に形成されることが可能である。その後、衝突
板２２はノズルセグメント内に配置することができ、ノ
ズル側壁４０の内側折り返しフランジ４２に溶接又はろ
う付けされることができる。この構成がノズルセグメン
トの内側バンド部及び外側バンド部の両方に適用可能で
あることは、理解されるであろう。
グメントに取り付けるのに先立って溶接することによ
り、衝突板２２の折り曲げ縁部５２に適用されることが
好ましい。この方法において、裏当て板６０と衝突板２
２の折り曲げ縁部５２とを貫通する複数の整列開口６２
は、同時に形成されることが可能である。その後、衝突
板２２はノズルセグメント内に配置することができ、ノ
ズル側壁４０の内側折り返しフランジ４２に溶接又はろ
う付けされることができる。この構成がノズルセグメン
トの内側バンド部及び外側バンド部の両方に適用可能で
あることは、理解されるであろう。
【００１５】本発明を現時点で最も実用的で、好ましい
実施例であると考えられるものと関連させながら説明し
たが、本発明は開示した実施例に限定されず、特許請求
の範囲の趣旨に包含される様々な変形及び等価の構成を
含むものであることを理解すべきである。
実施例であると考えられるものと関連させながら説明し
たが、本発明は開示した実施例に限定されず、特許請求
の範囲の趣旨に包含される様々な変形及び等価の構成を
含むものであることを理解すべきである。
【図１】 本発明に従って構成されたノズルセグメント
の概略展開斜視図。
の概略展開斜視図。
【図２】 側壁を冷却する為の、ノズルセグメントの側
壁と、裏当て板と、衝突板とを示す拡大部分横断面図。
壁と、裏当て板と、衝突板とを示す拡大部分横断面図。
１０…ノズルセグメント、１２…外側バンド部、１４…
内側バンド部、１６…羽根部、１８…外側ノズル壁、２
０…外側カバー、２１…チャンバ、２２…衝突板、２４
…第１の空洞部、２６…第２の空洞部、２５…冷媒入口
部、２７…冷媒出口部、３０…開口、４０…ノズル側壁
又は縁部、４２…内側折り返しフランジ、４４…アンダ
ーカット領域、４６…溝穴、４８…スプライン、５０…
溶接継ぎ目、５２…折り曲げ縁部、６０…裏当て板、６
２…開口
内側バンド部、１６…羽根部、１８…外側ノズル壁、２
０…外側カバー、２１…チャンバ、２２…衝突板、２４
…第１の空洞部、２６…第２の空洞部、２５…冷媒入口
部、２７…冷媒出口部、３０…開口、４０…ノズル側壁
又は縁部、４２…内側折り返しフランジ、４４…アンダ
ーカット領域、４６…溝穴、４８…スプライン、５０…
溶接継ぎ目、５２…折り曲げ縁部、６０…裏当て板、６
２…開口
Claims (9)
- 【請求項１】 ガスタービンで使用するためのノズルセ
グメント(１０)であり、前記ノズルセグメント(１０)は
外側バンド部及び内側バンド部(１２、１４)と、前記外
側バンド部と前記内側バンド部との間に延出する少なく
とも１つの羽根部(１６)とを有し、前記バンド部の少な
くとも一方は、一部でガスタービンを通過する高温ガス
通路を規定するノズル壁(１８)と、前記ノズル壁から半
径方向に離間し、前記ノズル壁との間にチャンバ(２１)
を規定するカバー(２０)と、前記セグメント内に固定さ
れ且つ前記チャンバ内に配設され、前記カバーと共にそ
の片側に冷媒を受け入れるための第１の空洞部(２４)を
規定する衝突板(２２)とを含み、前記衝突板は、反対側
では、前記ノズル壁と共に第２の空洞部(２６)を規定
し、前記衝突板は、冷媒を前記第１の空洞部から前記第
２の空洞部内へ流入させて、前記ノズル壁を衝突冷却す
るための複数の貫通する開口(３０)を有し、前記ノズル
セグメントは、前記ノズル壁と前記カバーとの間にほぼ
半径方向に延出する側壁（４０）であって、隣接するア
ンダーカット領域（４４）を規定する内側折り返しフラ
ンジ（４２）を有する前記側壁(４０)と、前記衝突板に
部分的に重なる裏当て板（６０）とを有し、前記裏当て
板と前記衝突板とは衝突冷却のため前記側壁に冷媒の流
れを向ける貫通した整列開口（６２）を有するノズルセ
グメント。 - 【請求項２】 前記整列開口（６２）は、衝突板の裏当
て板が重なっていない部分を貫通する開口（３０）の長
さと幅の比を上回る長さと幅の比を有する請求項１記載
のノズルセグメント。 - 【請求項３】 前記衝突板は、前記側壁の前記内側折り
返しフランジに固定された折り曲げ縁部（５２）を有
し、前記裏当て板は、前記衝突板の前記折り曲げ縁部に
沿って延出する請求項１記載のノズルセグメント。 - 【請求項４】 前記裏当て板は前記第１の空洞部に配設
されている請求項３記載のノズルセグメント。 - 【請求項５】 前記衝突板の折り曲げ縁部及び前記裏当
て板は、ほぼ半径方向に延出する請求項３記載のノズル
セグメント。 - 【請求項６】 前記ノズル側壁及び前記カバーは、前記
側壁から離間している前記裏当て板の側で溶接継ぎ目
（５０）において、互いに溶接される請求項１記載のノ
ズルセグメント。 - 【請求項７】 前記側壁はスプラインシール（４８）を
収容する為の前記セグメントの外側に開口する溝穴（４
６）を有し、前記側壁及び前記カバーは、前記溝穴の外
側で溶接継ぎ目において互いに溶接される請求項１記載
のノズルセグメント。 - 【請求項８】 前記１つのバンド部は、前記ノズルセグ
メントの外側バンド部（１２）である請求項１記載のノ
ズルセグメント。 - 【請求項９】 前記1つのバンド部は、前記ノズルセグ
メントの内側バンド部（１４）である請求項１記載のノ
ズルセグメント。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/546770 | 2000-04-11 | ||
| US09/546,770 US6386825B1 (en) | 2000-04-11 | 2000-04-11 | Apparatus and methods for impingement cooling of a side wall of a turbine nozzle segment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001295606A true JP2001295606A (ja) | 2001-10-26 |
| JP4698820B2 JP4698820B2 (ja) | 2011-06-08 |
Family
ID=24181931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000373655A Expired - Fee Related JP4698820B2 (ja) | 2000-04-11 | 2000-12-08 | タービンノズルセグメントの側壁を衝突冷却する装置及び方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6386825B1 (ja) |
| EP (1) | EP1146202B1 (ja) |
| JP (1) | JP4698820B2 (ja) |
| KR (1) | KR20010096526A (ja) |
| AT (1) | ATE302332T1 (ja) |
| CZ (1) | CZ20004035A3 (ja) |
| DE (1) | DE60022008T2 (ja) |
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