JP2001303906A - タービンノズルセグメントのアンダーカット領域に隣接する側壁を衝突冷却する装置 - Google Patents
タービンノズルセグメントのアンダーカット領域に隣接する側壁を衝突冷却する装置Info
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 タービンノズルセグメントのアンダーカット
領域に隣接する側壁を衝突冷却する装置。 【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
側壁(４０)と、カバー(２０)と、カバーとノズル壁との
間にあり、両側に２つの空洞部(２４、２６)を規定する
衝突板(２２)とを含む。冷却用蒸気は一方の空洞部(２
４)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。バンド部の側壁と内側折り返しフラン
ジは、ノズル壁と共に、アンダーカット領域(４４)を規
定する。ノズル側壁に沿って、内側折り返しフランジを
貫通する溝穴(６０)が形成されている。両側縁部の間を
貫通する開口(６４)を有する板(５８)がそれぞれの溝穴
に配設され、溝穴と板は、第２の空洞部において冷媒が
側壁に近接した位置で開口から流出し、側壁に冷媒が集
中して当たるように傾斜して配置される。
領域に隣接する側壁を衝突冷却する装置。 【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
側壁(４０)と、カバー(２０)と、カバーとノズル壁との
間にあり、両側に２つの空洞部(２４、２６)を規定する
衝突板(２２)とを含む。冷却用蒸気は一方の空洞部(２
４)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。バンド部の側壁と内側折り返しフラン
ジは、ノズル壁と共に、アンダーカット領域(４４)を規
定する。ノズル側壁に沿って、内側折り返しフランジを
貫通する溝穴(６０)が形成されている。両側縁部の間を
貫通する開口(６４)を有する板(５８)がそれぞれの溝穴
に配設され、溝穴と板は、第２の空洞部において冷媒が
側壁に近接した位置で開口から流出し、側壁に冷媒が集
中して当たるように傾斜して配置される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンのノ
ズルセグメントのアンダーカット領域に隣接するノズル
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−FC２１−９５MC
３１１８７６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。
ズルセグメントのアンダーカット領域に隣接するノズル
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−FC２１−９５MC
３１１８７６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、溶接継
ぎ目は高温ガス通路を流れる高温のガスに露出され、側
壁を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、溶接継
ぎ目は高温ガス通路を流れる高温のガスに露出され、側
壁を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構造において、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構造において、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、各
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、通常、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、(高温ガ
ス通路内の)ノズル壁から内側へ、ノズル壁とほぼ平行
に延出し、ノズル壁から離間して配置される内側折り返
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の最も近い開口から相当な距離をお
いて離間させていることを考えると、側壁又は縁部を冷
却することは極めて難しい。そのように衝突冷却流れか
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。従って、この衝突距離、すなわち、衝突板
の開口と冷却すべき面との距離をできる限り短くするこ
とが重要である。また、ノズルセグメントの生産性を考
慮しても、この距離を最短にすることが必要である。
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、通常、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、(高温ガ
ス通路内の)ノズル壁から内側へ、ノズル壁とほぼ平行
に延出し、ノズル壁から離間して配置される内側折り返
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の最も近い開口から相当な距離をお
いて離間させていることを考えると、側壁又は縁部を冷
却することは極めて難しい。そのように衝突冷却流れか
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。従って、この衝突距離、すなわち、衝突板
の開口と冷却すべき面との距離をできる限り短くするこ
とが重要である。また、ノズルセグメントの生産性を考
慮しても、この距離を最短にすることが必要である。
【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
している場合に、ノズル側壁の内側折り返しフランジに
穴をあけられた冷却板を収納する複数の開口を設けるこ
とにより、側壁の冷却効果は改善される。板を貫通する
開口は板の両側縁部の間で延出している。その結果、板
を側壁の内側折り返しフランジに沿って開口に挿入する
ことにより、板の一方の縁部は第１の空洞部と連通し、
反対側の縁部は第２の空洞部と連通することになる。し
かし、最も重要であるのは、冷却流れ出口開口の端部が
側壁にごく近接していることである。そのため、第１の
空洞部から開口を通って第２の空洞部に入る冷媒の流れ
は、冷却すべきノズルの側壁にすぐ隣接する場所で開口
から出ることになる。従って、冷媒の自由な流れは、開
口を出た後の流れを拡散させるには至らない限定された
距離を進むにすぎない。また、開口は細長い形をしてい
るので、すなわち、板の両側縁部の間で延出しているの
で、開口から側壁に向かって流れる冷媒は更に集中して
導かれる結果となり、冷却効率は向上する。
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
している場合に、ノズル側壁の内側折り返しフランジに
穴をあけられた冷却板を収納する複数の開口を設けるこ
とにより、側壁の冷却効果は改善される。板を貫通する
開口は板の両側縁部の間で延出している。その結果、板
を側壁の内側折り返しフランジに沿って開口に挿入する
ことにより、板の一方の縁部は第１の空洞部と連通し、
反対側の縁部は第２の空洞部と連通することになる。し
かし、最も重要であるのは、冷却流れ出口開口の端部が
側壁にごく近接していることである。そのため、第１の
空洞部から開口を通って第２の空洞部に入る冷媒の流れ
は、冷却すべきノズルの側壁にすぐ隣接する場所で開口
から出ることになる。従って、冷媒の自由な流れは、開
口を出た後の流れを拡散させるには至らない限定された
距離を進むにすぎない。また、開口は細長い形をしてい
るので、すなわち、板の両側縁部の間で延出しているの
で、開口から側壁に向かって流れる冷媒は更に集中して
導かれる結果となり、冷却効率は向上する。
【０００７】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１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
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、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、通常、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と、ノズルセグメント
により支持され、冷媒を第１の空洞部から流出させて、
ノズルセグメントの側壁を衝突冷却するための複数の貫
通する開口を有する手段とを含むノズルセグメントが提
供される。
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１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
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、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、通常、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と、ノズルセグメント
により支持され、冷媒を第１の空洞部から流出させて、
ノズルセグメントの側壁を衝突冷却するための複数の貫
通する開口を有する手段とを含むノズルセグメントが提
供される。
【０００８】本発明による別の好ましい実施例において
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、ノズルセグメントは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１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、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し、衝突板の一方の
縁部が固着され、第１の空洞部とアンダーカット領域と
の間に少なくとも１つの貫通する溝穴を有する内側折り
返しフランジを有する側壁と、溝穴に配設され且つアン
ダーカット領域の中へ延出する板と、板を貫通して形成
され、冷媒を第１の空洞部からアンダーカット領域の中
へ流入させて、ノズルセグメントの側壁を衝突冷却する
ための複数の開口とを含むノズルセグメント。
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、ノズルセグメントは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１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、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し、衝突板の一方の
縁部が固着され、第１の空洞部とアンダーカット領域と
の間に少なくとも１つの貫通する溝穴を有する内側折り
返しフランジを有する側壁と、溝穴に配設され且つアン
ダーカット領域の中へ延出する板と、板を貫通して形成
され、冷媒を第１の空洞部からアンダーカット領域の中
へ流入させて、ノズルセグメントの側壁を衝突冷却する
ための複数の開口とを含むノズルセグメント。
【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、内部バンド部１４のチャンバに冷
媒を通し、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、使用後の冷媒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２
６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、内部バンド部１４のチャンバに冷
媒を通し、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、使用後の冷媒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２
６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接合部が示されている。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、ノズル壁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間にシールを形成する。
ノズルセグメントの接合部が示されている。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、ノズル壁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間にシールを形成する。
【００１２】図２に示すように、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。また、溶接継ぎ目５０はスプラ
インシール４８の、ノズル壁１８から離れた側の面に位
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、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は対向縁部に
沿って折り曲げフランジ５２を有する。このフランジ５
２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。衝突板のそれぞれの折り曲げフランジ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、衝突冷却の有効性が
低下する。
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。また、溶接継ぎ目５０はスプラ
インシール４８の、ノズル壁１８から離れた側の面に位
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、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は対向縁部に
沿って折り曲げフランジ５２を有する。このフランジ５
２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。衝突板のそれぞれの折り曲げフランジ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、衝突冷却の有効性が
低下する。
【００１３】衝突距離、すなわち、冷却すべき面に最も
近い衝突冷却開口から出る流れの距離を最小にするため
に、第１の空洞部２４から冷媒をセグメントの側壁４０
を衝突冷却するように流通させる手段をノズルセグメン
トにより支持させる。この手段は複数の貫通する開口を
有する。そのような手段は、冷媒を搬送する一連の分離
した管であっても良く、ノズル側壁４０の内側折り返し
フランジ４２に形成された溝穴６０に配設される１つ又
は複数の板５８であるのが好ましい。溝穴６０は側壁４
０に向かってある角度を成して傾斜して形成されてい
る。それぞれの溝穴６０に１枚の冷却版５８が配設され
ている。図２及び図３に示すように、各冷却板５８は両
側から板を貫通する複数の開口６４を有する。すなわ
ち、図３に示すように、板は長さ、幅及び厚さを有する
ほぼ方形であり、その長さと幅により規定される平面
に、両側の長い辺に沿って板を貫通する開口６４が形成
されている。図２から最も良く分かるように、開口６４
は一端部で第１の空洞部２４と冷媒を互いに流通させる
ように連通している。板の両側に沿った開口は第２の空
洞部２６へ開いている。従って、冷媒は第１の空洞部２
４から開口６４を通って第２の空洞部２６に入る。溝穴
６０が側壁４０に向かって傾斜しており且つそれぞれの
冷却板は溝穴に同じ傾斜角度で配置されているので、開
口６４から出て、第２の空洞部に入る冷媒の流れは側壁
４０に接近していることがわかるであろう。更に、冷媒
は開口の長さに沿って流れ、その長さと直径の比は相当
に大きいため、流れは側壁に集中するように導かれ、開
口を通過した流れから大きく広がることはない。
近い衝突冷却開口から出る流れの距離を最小にするため
に、第１の空洞部２４から冷媒をセグメントの側壁４０
を衝突冷却するように流通させる手段をノズルセグメン
トにより支持させる。この手段は複数の貫通する開口を
有する。そのような手段は、冷媒を搬送する一連の分離
した管であっても良く、ノズル側壁４０の内側折り返し
フランジ４２に形成された溝穴６０に配設される１つ又
は複数の板５８であるのが好ましい。溝穴６０は側壁４
０に向かってある角度を成して傾斜して形成されてい
る。それぞれの溝穴６０に１枚の冷却版５８が配設され
ている。図２及び図３に示すように、各冷却板５８は両
側から板を貫通する複数の開口６４を有する。すなわ
ち、図３に示すように、板は長さ、幅及び厚さを有する
ほぼ方形であり、その長さと幅により規定される平面
に、両側の長い辺に沿って板を貫通する開口６４が形成
されている。図２から最も良く分かるように、開口６４
は一端部で第１の空洞部２４と冷媒を互いに流通させる
ように連通している。板の両側に沿った開口は第２の空
洞部２６へ開いている。従って、冷媒は第１の空洞部２
４から開口６４を通って第２の空洞部２６に入る。溝穴
６０が側壁４０に向かって傾斜しており且つそれぞれの
冷却板は溝穴に同じ傾斜角度で配置されているので、開
口６４から出て、第２の空洞部に入る冷媒の流れは側壁
４０に接近していることがわかるであろう。更に、冷媒
は開口の長さに沿って流れ、その長さと直径の比は相当
に大きいため、流れは側壁に集中するように導かれ、開
口を通過した流れから大きく広がることはない。
【００１４】この改良された側壁冷却システムを製造す
るときには、ノズルセグメント１０を最初に鋳造する際
に、内側折り返しフランジ４２に溝穴６０を形成する。
あるいは、内側折り返しフランジ４２に溝穴６０を機械
加工しても良い。溝穴６０を形成した後、折り曲げフラ
ンジ５２を伴う衝突板２２をノズルセグメントに差し込
み、所定の位置に固定する。その後、衝突板２２をノズ
ル内部に溶接する。衝突板をノズルにろう付けすべき場
合には、この時点で穴をあけた板５８を追加し、衝突板
２２と共にセグメントにろう付けすることも可能であろ
う。穴あき板を受け入れるための溝穴は、衝突板をノズ
ルセグメントに結合するためにどの方法を使用するかに
応じて、衝突板を所定の位置に配置する前又はその後
に、例えば、EDMにより機械加工される。穴あき板を貫
通する開口は、板を内側折り返しフランジ４２に固定す
る前に形成されるのが好ましい。以上説明したノズルセ
グメントの側壁の冷却システムは、ノズルセグメントの
外側バンド部と内側バンド部の双方に適用できることが
理解されるであろう。
るときには、ノズルセグメント１０を最初に鋳造する際
に、内側折り返しフランジ４２に溝穴６０を形成する。
あるいは、内側折り返しフランジ４２に溝穴６０を機械
加工しても良い。溝穴６０を形成した後、折り曲げフラ
ンジ５２を伴う衝突板２２をノズルセグメントに差し込
み、所定の位置に固定する。その後、衝突板２２をノズ
ル内部に溶接する。衝突板をノズルにろう付けすべき場
合には、この時点で穴をあけた板５８を追加し、衝突板
２２と共にセグメントにろう付けすることも可能であろ
う。穴あき板を受け入れるための溝穴は、衝突板をノズ
ルセグメントに結合するためにどの方法を使用するかに
応じて、衝突板を所定の位置に配置する前又はその後
に、例えば、EDMにより機械加工される。穴あき板を貫
通する開口は、板を内側折り返しフランジ４２に固定す
る前に形成されるのが好ましい。以上説明したノズルセ
グメントの側壁の冷却システムは、ノズルセグメントの
外側バンド部と内側バンド部の双方に適用できることが
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】 本発明の好ましい一実施例に従って構成され
たノズルセグメントの概略展開斜視図。
たノズルセグメントの概略展開斜視図。
【図２】 好ましい実施例のカバー／ノズル鋳造時の溶
接継ぎ目の場所及び衝突冷却を更に示す、隣接するノズ
ルセグメントの側壁間の接合部を示す拡大部分横断面
図。
接継ぎ目の場所及び衝突冷却を更に示す、隣接するノズ
ルセグメントの側壁間の接合部を示す拡大部分横断面
図。
【図３】 本発明の好ましい一形態に従ったノズル側壁
冷却のための穴あき板の斜視図。
冷却のための穴あき板の斜視図。
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、２５、２７…冷媒入口ポート、２６…
第２の空洞部、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…周囲に開いた溝穴、４８…スプライン、
５０…溶接継ぎ目、５２…折り曲げフランジ、５８…
板、６０…溝穴、６４…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、２５、２７…冷媒入口ポート、２６…
第２の空洞部、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…周囲に開いた溝穴、４８…スプライン、
５０…溶接継ぎ目、５２…折り曲げフランジ、５８…
板、６０…溝穴、６４…開口
Claims (10)
- 【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(４
０)と、前記ノズルセグメントにより支持され、冷媒を
前記第１の空洞部から流出させて、前記ノズルセグメン
トの前記側壁を衝突冷却するための複数の貫通する開口
(６４)を有する手段(５８)とを含むノズルセグメント。 - 【請求項２】 前記冷媒を流出させる手段は、前記開口
が貫通している板を含む請求項１記載のノズルセグメン
ト。 - 【請求項３】 前記板は長さ、幅及び厚さを有し、前記
開口はほぼ前記長さ及び幅により規定される平面におい
て、前記板の両側縁部の間で延出している請求項１記載
のノズルセグメント。 - 【請求項４】 前記側壁はそれに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し、前記内
側折り返しフランジ(４２)に沿って互いに離間して、前
記内側折り返しフランジを貫通する溝穴(６０)が開いて
おり、前記板は前記溝穴に配設されて、前記アンダーカ
ット領域の中へ延出し、前記板には、冷媒を前記第１の
空洞部から前記アンダーカット領域へ流入させて、前記
ノズルセグメントの前記側壁を衝突冷却するための複数
の開口(６４)が通っている請求項１記載のノズルセグメ
ント。 - 【請求項５】 前記カバーは前記ノズル側壁に溶接され
ている請求項１記載のノズルセグメント。 - 【請求項６】 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（４
０）であって、隣接するアンダーカット領域(４４)を規
定し、前記衝突板の一方の縁部が固着され、前記第１の
空洞部(２４)と前記アンダーカット領域との間に少なく
とも１つの貫通する溝穴を有する内側折り返しフランジ
(４２)を有する前記側壁(４０)と、前記溝穴に配設され
且つ前記アンダーカット領域の中へ延出する板(５８)
と、前記板を貫通して形成され、冷媒を前記第１の空洞
部から前記アンダーカット領域の中へ流入させて、前記
ノズルセグメントの前記側壁を衝突冷却するための複数
の開口(６４)とを含むノズルセグメント。 - 【請求項７】 前記板は長さ、幅及び厚さを有し、前記
開口はほぼ前記長さ及び幅により規定される平面におい
て、前記板の両側縁部の間で延出している請求項６記載
のノズルセグメント。 - 【請求項８】 前記内側折り返しフランジ(４２)に沿っ
て互いに離間して配置され、前記内側折り返しフランジ
を貫通する複数の溝穴(６０)であって、前記アンダーカ
ット領域の中へ延出する前記複数の板を内部に収容する
前記複数の溝穴（６０）と、各々の板を貫通して、冷媒
を前記第１の空洞部から前記アンダーカット領域の中へ
流入させて、前記ノズルセグメントの前記側壁を衝突冷
却するための複数の開口(６４)とを含む請求項６記載の
ノズルセグメント。 - 【請求項９】 前記カバーは前記ノズル側壁に溶接され
ている請求項６記載のノズルセグメント。 - 【請求項１０】 板の開口の出口開口部は衝突板を貫通
する開口より側壁に近接して位置している請求項６記載
のノズルセグメント。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/546766 | 2000-04-11 | ||
| US09/546,766 US6419445B1 (en) | 2000-04-11 | 2000-04-11 | Apparatus for impingement cooling a side wall adjacent an undercut region of a turbine nozzle segment |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001303906A true JP2001303906A (ja) | 2001-10-31 |
| JP2001303906A5 JP2001303906A5 (ja) | 2008-01-31 |
| JP4713729B2 JP4713729B2 (ja) | 2011-06-29 |
Family
ID=24181911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000373656A Expired - Lifetime JP4713729B2 (ja) | 2000-04-11 | 2000-12-08 | タービンノズルセグメントのアンダーカット領域に隣接する側壁を衝突冷却する装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6419445B1 (ja) |
| EP (1) | EP1146203B1 (ja) |
| JP (1) | JP4713729B2 (ja) |
| KR (1) | KR100694921B1 (ja) |
| AT (1) | ATE319917T1 (ja) |
| CZ (1) | CZ20004034A3 (ja) |
| DE (1) | DE60026469T2 (ja) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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