JP2002061503A - ノズルのろう付け個所背部冷却 - Google Patents
ノズルのろう付け個所背部冷却Info
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 タービンノズル羽根の後縁領域のろう接継手
の冷却の改善。 【解決手段】 ノズル羽根（１８）は、後縁開口（３
４）及び中央翼弦空洞（３８）と流体連通するように結
合された、協働する内側寄りスロット（３６）の列を含
む。外側寄りスロット（４６）は、内側寄りスロットの
うちのそれぞれの最終スロットから外方に間隔を置い
て、かつ後縁開口のうちのそれぞれの最終後縁開口から
外側寄りに配置される。外側寄りスロットは、羽根及び
支持バンドの間のろう接継手の背後に延び、ろう接継手
を効果的に背部冷却する。
の冷却の改善。 【解決手段】 ノズル羽根（１８）は、後縁開口（３
４）及び中央翼弦空洞（３８）と流体連通するように結
合された、協働する内側寄りスロット（３６）の列を含
む。外側寄りスロット（４６）は、内側寄りスロットの
うちのそれぞれの最終スロットから外方に間隔を置い
て、かつ後縁開口のうちのそれぞれの最終後縁開口から
外側寄りに配置される。外側寄りスロットは、羽根及び
支持バンドの間のろう接継手の背後に延び、ろう接継手
を効果的に背部冷却する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にガスター
ビンエンジンに関し、より具体的には、そのタービンノ
ズルに関する。
ビンエンジンに関し、より具体的には、そのタービンノ
ズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンにおいては、空気
が圧縮機中で加圧され、燃焼器中で燃料と混合されて、
高温の燃焼ガスを発生させ、その燃焼ガスがタービン段
を通して下流に流れ、それからエネルギーが取り出され
る。燃焼器の直近の下流に配置された高圧タービンは、
環状のステータノズルを含み、ロータディスクから外方
に延びるロータ翼の対応する列に向って燃焼ガスを導
く。
が圧縮機中で加圧され、燃焼器中で燃料と混合されて、
高温の燃焼ガスを発生させ、その燃焼ガスがタービン段
を通して下流に流れ、それからエネルギーが取り出され
る。燃焼器の直近の下流に配置された高圧タービンは、
環状のステータノズルを含み、ロータディスクから外方
に延びるロータ翼の対応する列に向って燃焼ガスを導
く。
【０００３】タービンノズルは、運転中にノズルが膨張
及び収縮する時に、その中の熱応力を減少させるために
弧状のセグメントで形成される。各ノズルセグメント
は、一般的に外側及び内側の弧状バンドセグメントに固
定結合れた一対のステータ翼を含む。ノズル羽根は高温
の燃焼ガスに直接曝されるので、ノズル羽根及びそのバ
ンドは高温で強度を維持する超合金で普通形成される。
及び収縮する時に、その中の熱応力を減少させるために
弧状のセグメントで形成される。各ノズルセグメント
は、一般的に外側及び内側の弧状バンドセグメントに固
定結合れた一対のステータ翼を含む。ノズル羽根は高温
の燃焼ガスに直接曝されるので、ノズル羽根及びそのバ
ンドは高温で強度を維持する超合金で普通形成される。
【０００４】羽根及びバンドは、一般的に別個の部品と
して鋳造され、一体に組立てられ、各羽根の２つの根元
でろう付けされて、バンドの対応する羽根座中に取り付
けられる。ろう付けは、超合金ノズル材料の高強度性能
を劣化させることなく、強い接合をもたらす。
して鋳造され、一体に組立てられ、各羽根の２つの根元
でろう付けされて、バンドの対応する羽根座中に取り付
けられる。ろう付けは、超合金ノズル材料の高強度性能
を劣化させることなく、強い接合をもたらす。
【０００５】エンジン運転中には、ノズルは、圧縮機空
気の１部を中空の羽根の内部にその内部冷却のために流
すことにより高温の燃焼ガスから保護され、空気は羽根
の１つまたは両方の側壁を貫通して延びるフィルム冷却
孔の列を通して吐出される。羽根は薄い後縁に向って先
細になる翼形部形状を有するので、後縁を通して冷却空
気のいくらかを吐出し、羽根の薄い後縁領域を冷却する
ために、後縁開口の列が設けられる。
気の１部を中空の羽根の内部にその内部冷却のために流
すことにより高温の燃焼ガスから保護され、空気は羽根
の１つまたは両方の側壁を貫通して延びるフィルム冷却
孔の列を通して吐出される。羽根は薄い後縁に向って先
細になる翼形部形状を有するので、後縁を通して冷却空
気のいくらかを吐出し、羽根の薄い後縁領域を冷却する
ために、後縁開口の列が設けられる。
【０００６】１つの例示的な設計では、各羽根は、前縁
の背後に半径方向に延びる前部空洞と羽根の前部空洞及
び後縁領域の間の羽根の中央翼弦領域に配置された第２
の半径方向に延びる後部空洞とを備える。この２つの空
洞は、２つの冷却回路を互いに隔離するための内部の無
孔橋絡部により分離される。
の背後に半径方向に延びる前部空洞と羽根の前部空洞及
び後縁領域の間の羽根の中央翼弦領域に配置された第２
の半径方向に延びる後部空洞とを備える。この２つの空
洞は、２つの冷却回路を互いに隔離するための内部の無
孔橋絡部により分離される。
【０００７】前部空洞は、内側バンドを貫通する入口を
含み、外側バンドで閉じられ、その中に冷却空気を独立
して流し、羽根の前縁領域の周りのフィルム冷却孔から
吐出する。
含み、外側バンドで閉じられ、その中に冷却空気を独立
して流し、羽根の前縁領域の周りのフィルム冷却孔から
吐出する。
【０００８】後部空洞は、外側バンドを貫通する入口を
有し、内側バンドで閉じられ、その中に冷却空気を独立
して受入れ、その空気は後縁開口を通してだけでなく羽
根側壁のフィルム冷却孔を通して吐出される。
有し、内側バンドで閉じられ、その中に冷却空気を独立
して受入れ、その空気は後縁開口を通してだけでなく羽
根側壁のフィルム冷却孔を通して吐出される。
【０００９】羽根の対向する根元端部の対応する空洞入
口を除いては、羽根根元は、中実または無孔であり、一
体にろう付けされた場合には、羽根及びバンドの間に強
い相互結合をもたらす。各羽根の薄い後縁領域は、後部
空洞を後縁開口のうちの対応する開口に結合する軸方向
に延びる内側寄りスロットの列により冷却される。
口を除いては、羽根根元は、中実または無孔であり、一
体にろう付けされた場合には、羽根及びバンドの間に強
い相互結合をもたらす。各羽根の薄い後縁領域は、後部
空洞を後縁開口のうちの対応する開口に結合する軸方向
に延びる内側寄りスロットの列により冷却される。
【００１０】後縁開口は、ろう付け作業の間に羽根の各
端部における最終後縁開口が、毛管作用によりろう付け
材料で塞がれないようにするために、対応するバンドか
ら内側寄りに間隔を置いて配置されなければならない。
従って、各後縁開口は、冷却空気の相当する部分をそれ
を通して流し羽根の後縁領域を冷却するのに十分な流れ
面積を備え、かつバンドとのろう接継手界接面を備える
ような寸法に作られなければならない。
端部における最終後縁開口が、毛管作用によりろう付け
材料で塞がれないようにするために、対応するバンドか
ら内側寄りに間隔を置いて配置されなければならない。
従って、各後縁開口は、冷却空気の相当する部分をそれ
を通して流し羽根の後縁領域を冷却するのに十分な流れ
面積を備え、かつバンドとのろう接継手界接面を備える
ような寸法に作られなければならない。
【００１１】この例示的な設計のタービンノズルは、米
国の民間業務において長年航空機のガスタービンエンジ
ンの第１段タービンノズルで成功裏に用いられてきた。
しかしながら、羽根の後縁領域におけるろう接継手は、
長期にわたる使用の間に酸化を受けやすく、このことが
タービンノズルの有効寿命を制限するということが経験
により明らかになってきた。ろう接継手の酸化は、この
局部領域においてろう接継手が受ける比較的高い温度に
よるものである。
国の民間業務において長年航空機のガスタービンエンジ
ンの第１段タービンノズルで成功裏に用いられてきた。
しかしながら、羽根の後縁領域におけるろう接継手は、
長期にわたる使用の間に酸化を受けやすく、このことが
タービンノズルの有効寿命を制限するということが経験
により明らかになってきた。ろう接継手の酸化は、この
局部領域においてろう接継手が受ける比較的高い温度に
よるものである。
【００１２】後縁開口の大きさは運転中の最大許容応力
により制限を受け、また外側及び内側バンドの近傍に最
終開口を設置することは、ろう付け材料による最終開口
の好ましくない閉塞を防ぐための製造方法により制限を
受けるので、後縁開口の冷却能力が使用限界となる。
により制限を受け、また外側及び内側バンドの近傍に最
終開口を設置することは、ろう付け材料による最終開口
の好ましくない閉塞を防ぐための製造方法により制限を
受けるので、後縁開口の冷却能力が使用限界となる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】従って、羽根の後縁領
域のろう接継手の冷却が改良され、その酸化を減らし、
タービンノズルの有効寿命を改善したタービンノズルを
提供することが望まれている。
域のろう接継手の冷却が改良され、その酸化を減らし、
タービンノズルの有効寿命を改善したタービンノズルを
提供することが望まれている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】ノズル羽根は、後縁開口
及び中央翼弦空洞と流体連通するように結合された協働
する内側寄りスロットの列を含む。外側寄りスロット
は、内側寄りスロットのうちのそれぞれの最終スロット
から外方に間隔を置いて、かつ後縁開口のうちのそれぞ
れの最終開口から外側寄りに配置される。外側寄りスロ
ットは、羽根及び支持バンドの間のろう接継手の背後に
延び、ろう接継手を効果的に背部冷却する。
及び中央翼弦空洞と流体連通するように結合された協働
する内側寄りスロットの列を含む。外側寄りスロット
は、内側寄りスロットのうちのそれぞれの最終スロット
から外方に間隔を置いて、かつ後縁開口のうちのそれぞ
れの最終開口から外側寄りに配置される。外側寄りスロ
ットは、羽根及び支持バンドの間のろう接継手の背後に
延び、ろう接継手を効果的に背部冷却する。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明を、好ましくかつ例示的な
実施形態に従って、添付の図面に関連させた以下の詳細
な説明において、そのさらなる目的及び利点と共により
具体的に述べる。
実施形態に従って、添付の図面に関連させた以下の詳細
な説明において、そのさらなる目的及び利点と共により
具体的に述べる。
【００１６】図１に示すのは、ターボファン航空機ガス
タービンエンジンの燃焼器（図示せず）から直近の下流
に配置された高圧タービンの軸対称の第１段タービンノ
ズル１０の１部分である。運転中に、高温燃焼ガス１２
が、燃焼器から吐出され、ノズル１０を通して流れ、ノ
ズルがそのガスをそれによって駆動されるロータディス
クの周辺から外方に延びるタービンロータ翼（図示せ
ず）の間に向ける。
タービンエンジンの燃焼器（図示せず）から直近の下流
に配置された高圧タービンの軸対称の第１段タービンノ
ズル１０の１部分である。運転中に、高温燃焼ガス１２
が、燃焼器から吐出され、ノズル１０を通して流れ、ノ
ズルがそのガスをそれによって駆動されるロータディス
クの周辺から外方に延びるタービンロータ翼（図示せ
ず）の間に向ける。
【００１７】ノズルは、各々が図２に示すようにそれを
貫通して半径方向に延びるそれぞれの対の羽根座１４
ａ，１６ａを有する弧状の外側及び内側バンド１４，１
６を含む。
貫通して半径方向に延びるそれぞれの対の羽根座１４
ａ，１６ａを有する弧状の外側及び内側バンド１４，１
６を含む。
【００１８】一対の中空の羽根１８が、円周方向に互い
に間隔を置いて配置され、バンド間で半径方向に延び
る。各羽根は、羽根座１４ａ，１６ａのうちの対応する
座の中に配置された半径方向外側根元２０及び半径方向
内側根元２２を羽根の両端に有する。
に間隔を置いて配置され、バンド間で半径方向に延び
る。各羽根は、羽根座１４ａ，１６ａのうちの対応する
座の中に配置された半径方向外側根元２０及び半径方向
内側根元２２を羽根の両端に有する。
【００１９】羽根は、典型的な翼形部の形状構成を有
し、また羽根座は、その中に対応する羽根根元を密な嵌
め合いで受入れるバンドを貫通する相補形の翼形部開口
の形態をしている。
し、また羽根座は、その中に対応する羽根根元を密な嵌
め合いで受入れるバンドを貫通する相補形の翼形部開口
の形態をしている。
【００２０】２つのバンド１４，１６及び２つの羽根１
８は、羽根の根元端部及び対応するバンドの内方または
内側寄りの表面の間の界接面で対応する全周ろう接継手
２４により一体組立体になるよう一体に固定結合され
る。
８は、羽根の根元端部及び対応するバンドの内方または
内側寄りの表面の間の界接面で対応する全周ろう接継手
２４により一体組立体になるよう一体に固定結合され
る。
【００２１】図２に示すように、羽根１８の各々は、全
体として凹面の第１側壁、つまり、正圧側壁２６、並び
に全体として凸面で、２つのバンドの間で羽根のスパン
に沿って半径方向に延びる翼弦方向に対向する前縁及び
後縁３０，３２で一体に結合された第２側壁、つまり、
負圧側壁２８を備える翼形部輪郭を有する。
体として凹面の第１側壁、つまり、正圧側壁２６、並び
に全体として凸面で、２つのバンドの間で羽根のスパン
に沿って半径方向に延びる翼弦方向に対向する前縁及び
後縁３０，３２で一体に結合された第２側壁、つまり、
負圧側壁２８を備える翼形部輪郭を有する。
【００２２】図２及び図３に示すように、各羽根は、後
縁開口３４及び中央翼弦空洞３８と流体連通して羽根の
後縁領域の内側で延びる協働する内側寄りの軸方向のチ
ャンネル、つまり、スロット３６の列を含む。
縁開口３４及び中央翼弦空洞３８と流体連通して羽根の
後縁領域の内側で延びる協働する内側寄りの軸方向のチ
ャンネル、つまり、スロット３６の列を含む。
【００２３】外側及び内側の羽根根元２０，２２は、エ
ンジンの圧縮機（図示せず）から抽気される加圧された
冷却空気４０を受入れるための外側根元及び外側バンド
を貫通して延びる、中央翼弦空洞３８の外側入口を除い
て、後縁３２及び中央翼弦空洞３８の間は無孔または中
実である。
ンジンの圧縮機（図示せず）から抽気される加圧された
冷却空気４０を受入れるための外側根元及び外側バンド
を貫通して延びる、中央翼弦空洞３８の外側入口を除い
て、後縁３２及び中央翼弦空洞３８の間は無孔または中
実である。
【００２４】図３に示すように、内部の内側寄りスロッ
ト３６は、羽根の対向する側壁を橋絡する対応する半径
方向に間隔を置いて配置された軸方向のリブにより画定
される。内側寄りスロットは、半径方向の列になって延
び、中央翼弦空洞３８においてそこから冷却空気を受入
れるための対応する入口を有し、その後、冷却空気は羽
根の後縁領域を通して軸方向後部に流れ、対応する後縁
開口３４を通して吐出される。
ト３６は、羽根の対向する側壁を橋絡する対応する半径
方向に間隔を置いて配置された軸方向のリブにより画定
される。内側寄りスロットは、半径方向の列になって延
び、中央翼弦空洞３８においてそこから冷却空気を受入
れるための対応する入口を有し、その後、冷却空気は羽
根の後縁領域を通して軸方向後部に流れ、対応する後縁
開口３４を通して吐出される。
【００２５】空洞３８は、軸方向に延びる半径方向に間
隔を置いて配置されたタービュレータ４２を含むことが
でき、個々の内側寄りスロット３６もタービュレータ４
２のうちの半径方向に延び翼弦方向に間隔を置いて配置
されたタービュレータを含み、羽根の内部冷却を増進す
る。タービュレータは、慣用のものであり、羽根の内側
表面から部分的に内方に延びる細長いリブとして構成さ
れ、その上を冷却空気が流れるとき冷却空気に過流を与
える。このようにして、中央翼弦空洞３８及び内側寄り
スロット３６の列は、その中央翼弦領域から下流の後縁
まで羽根の効果的な内部冷却を施し、冷却空気は後縁開
口３４を通して吐出される。
隔を置いて配置されたタービュレータ４２を含むことが
でき、個々の内側寄りスロット３６もタービュレータ４
２のうちの半径方向に延び翼弦方向に間隔を置いて配置
されたタービュレータを含み、羽根の内部冷却を増進す
る。タービュレータは、慣用のものであり、羽根の内側
表面から部分的に内方に延びる細長いリブとして構成さ
れ、その上を冷却空気が流れるとき冷却空気に過流を与
える。このようにして、中央翼弦空洞３８及び内側寄り
スロット３６の列は、その中央翼弦領域から下流の後縁
まで羽根の効果的な内部冷却を施し、冷却空気は後縁開
口３４を通して吐出される。
【００２６】図２に示すように、羽根の両方の側壁は、
中央翼弦空洞または内側寄りスロットと流体連通し、側
壁を貫通して延びる慣用のフィルム冷却孔４４を含み、
例えば、それから冷却空気を吐出し、羽根の外側表面上
に冷却空気の保護膜を作ることができる。
中央翼弦空洞または内側寄りスロットと流体連通し、側
壁を貫通して延びる慣用のフィルム冷却孔４４を含み、
例えば、それから冷却空気を吐出し、羽根の外側表面上
に冷却空気の保護膜を作ることができる。
【００２７】図１に最初に示したように、羽根がバンド
中にろう付けされる場合に、ろう付け材料による隣接開
口の好ましくない閉塞を防止するために、後縁開口３４
は、２つのバンドの内側表面から内側寄りに間隔を置い
て、かつ最終的に得られるろう接継手２４自体から離し
て配置されなければならない。各羽根は、それぞれ外側
及び内側バンド並びにそこにおける対応するろう接継手
２４に近接するその最も外側寄り開口である一対の後縁
終端開口、つまり、最終開口３４ａを含むことを、図３
はより詳細に示す。
中にろう付けされる場合に、ろう付け材料による隣接開
口の好ましくない閉塞を防止するために、後縁開口３４
は、２つのバンドの内側表面から内側寄りに間隔を置い
て、かつ最終的に得られるろう接継手２４自体から離し
て配置されなければならない。各羽根は、それぞれ外側
及び内側バンド並びにそこにおける対応するろう接継手
２４に近接するその最も外側寄り開口である一対の後縁
終端開口、つまり、最終開口３４ａを含むことを、図３
はより詳細に示す。
【００２８】初期製造の間、最終開口３４ａは、羽根の
それぞれの根元端部２０，２２から内側寄りに予め定め
られた間隔を置いて配置されるので、根元がバンドの対
応する羽根座中に着座される時、最終開口はバンドの内
側表面から間隔を置いて配置され、ろう付け材料でその
開口を閉塞することなくそこにおける継手のろう付けを
可能にする。このように、最終開口を内側寄りに設置す
ることで、最終的に得られるろう接継手を回避し、ろう
付けにより閉塞されることを免れる。
それぞれの根元端部２０，２２から内側寄りに予め定め
られた間隔を置いて配置されるので、根元がバンドの対
応する羽根座中に着座される時、最終開口はバンドの内
側表面から間隔を置いて配置され、ろう付け材料でその
開口を閉塞することなくそこにおける継手のろう付けを
可能にする。このように、最終開口を内側寄りに設置す
ることで、最終的に得られるろう接継手を回避し、ろう
付けにより閉塞されることを免れる。
【００２９】図３に示すように、本発明の好ましい実施
形態によると、各羽根は、各羽根のそれぞれの対向する
根元端部において最終後縁開口のうちの対応する開口と
協働する一対の外側寄りチャンネル、つまりスロット４
６をさらに含み、外側及び内側バンドの両方においてろ
う接継手２４を背部冷却する。外側寄りスロット４６
は、内側寄りスロット３６と類似であり、それぞれの最
終開口３４ａと共通の中央翼弦空洞３８との間を流体連
通して軸方向に延びる。
形態によると、各羽根は、各羽根のそれぞれの対向する
根元端部において最終後縁開口のうちの対応する開口と
協働する一対の外側寄りチャンネル、つまりスロット４
６をさらに含み、外側及び内側バンドの両方においてろ
う接継手２４を背部冷却する。外側寄りスロット４６
は、内側寄りスロット３６と類似であり、それぞれの最
終開口３４ａと共通の中央翼弦空洞３８との間を流体連
通して軸方向に延びる。
【００３０】外側寄りスロット４６は、バンドの露出し
た内側表面の下方であって、かつ図３に仮想線で示す対
応するろう接継手の背後において、それがなければ中実
である羽根根元２０，２２を少なくとも部分的に貫いて
延びる。このように、中央翼弦空洞３８からの冷却空気
４０は、羽根の薄い後縁領域中のろう接継手のすぐ背後
を流れて、最終開口３４ａから吐出されることができ
る。従って、この局部区域中のろう接継手は、追加して
冷却され、その酸化が減少または防止され、タービンノ
ズルの有効寿命がさらに改善される。
た内側表面の下方であって、かつ図３に仮想線で示す対
応するろう接継手の背後において、それがなければ中実
である羽根根元２０，２２を少なくとも部分的に貫いて
延びる。このように、中央翼弦空洞３８からの冷却空気
４０は、羽根の薄い後縁領域中のろう接継手のすぐ背後
を流れて、最終開口３４ａから吐出されることができ
る。従って、この局部区域中のろう接継手は、追加して
冷却され、その酸化が減少または防止され、タービンノ
ズルの有効寿命がさらに改善される。
【００３１】図４に示すように、羽根側壁２６，２８
は、間隔を置いて配置されて、それを貫通する内部流路
を画定し、その対向する根元端部における外側寄りスロ
ット４６は、両方の側壁の間に延びて、羽根後縁の近傍
の両方の側壁に沿う対応するろう接継手２４を背部冷却
する。
は、間隔を置いて配置されて、それを貫通する内部流路
を画定し、その対向する根元端部における外側寄りスロ
ット４６は、両方の側壁の間に延びて、羽根後縁の近傍
の両方の側壁に沿う対応するろう接継手２４を背部冷却
する。
【００３２】図３に示すように、両方の外側寄りスロッ
ト４６は、中央翼弦空洞３８から後縁３２に向かってほ
ぼ真っ直ぐに延び、その後方端で局部的に屈曲するかま
たは曲がり、対応するろう接継手２４の背後を越えて、
対応する最終後縁開口３４ａで終わることが好ましい。
このように、ろう接継手は、中央翼弦空洞から後方へ後
縁開口３４ａまで背部冷却され、冷却空気はその後後縁
開口から吐出される。
ト４６は、中央翼弦空洞３８から後縁３２に向かってほ
ぼ真っ直ぐに延び、その後方端で局部的に屈曲するかま
たは曲がり、対応するろう接継手２４の背後を越えて、
対応する最終後縁開口３４ａで終わることが好ましい。
このように、ろう接継手は、中央翼弦空洞から後方へ後
縁開口３４ａまで背部冷却され、冷却空気はその後後縁
開口から吐出される。
【００３３】図３に示す例示的な実施形態において、後
縁開口３４は、後縁自体の僅かに前方に設置され、羽根
の正圧側面を貫通するが、羽根の負圧側面は依然として
無孔のままである。羽根のこの後縁領域は、空気力学的
に薄いが、外側寄りスロット４６は、冷却空気がそれを
通して流されて最終開口から吐出されるので、ろう接継
手に効果的な背部冷却を施す。
縁開口３４は、後縁自体の僅かに前方に設置され、羽根
の正圧側面を貫通するが、羽根の負圧側面は依然として
無孔のままである。羽根のこの後縁領域は、空気力学的
に薄いが、外側寄りスロット４６は、冷却空気がそれを
通して流されて最終開口から吐出されるので、ろう接継
手に効果的な背部冷却を施す。
【００３４】図３に示すように、内側寄りスロット３６
の列または群が、冷却空気を中央翼弦空洞３８から軸方
向後方に流し、後縁開口３４のうちのそれぞれの開口か
ら吐出して、２つのバンドの半径方向の間で各羽根の薄
い後縁領域を冷却する。一対の外側寄りスロット４６
は、中央翼弦空洞３８と最終後縁開口３４ａのうちの対
応する開口との間で軸方向に流体連通するように同様に
配置され、ろう接継手２４のそれぞれの部分の背後の対
応する羽根根元中に追加の冷却を施す。
の列または群が、冷却空気を中央翼弦空洞３８から軸方
向後方に流し、後縁開口３４のうちのそれぞれの開口か
ら吐出して、２つのバンドの半径方向の間で各羽根の薄
い後縁領域を冷却する。一対の外側寄りスロット４６
は、中央翼弦空洞３８と最終後縁開口３４ａのうちの対
応する開口との間で軸方向に流体連通するように同様に
配置され、ろう接継手２４のそれぞれの部分の背後の対
応する羽根根元中に追加の冷却を施す。
【００３５】上述のように、図３に示す最終後縁開口３
４ａは、それらの開口をろう付けで閉塞するのを防止す
るために、対応する外側及び内側バンドの最終的に得ら
れるろう接継手２４から適当に間隔を置いて配置されな
ければならない。従って、外側寄りスロット４６の各々
は、内側寄りスロット３６のうちの隣接するまたは外側
寄りの最終スロットと共通に、最終開口３４ａのうちの
対応する開口で終わるのが好ましい。このように、各外
側寄りスロット４６を通して流れる冷却空気は、隣接す
る内側寄りスロット３６を通して流れる空気と合流し
て、共通の最終開口３４ａを通して吐出される。
４ａは、それらの開口をろう付けで閉塞するのを防止す
るために、対応する外側及び内側バンドの最終的に得ら
れるろう接継手２４から適当に間隔を置いて配置されな
ければならない。従って、外側寄りスロット４６の各々
は、内側寄りスロット３６のうちの隣接するまたは外側
寄りの最終スロットと共通に、最終開口３４ａのうちの
対応する開口で終わるのが好ましい。このように、各外
側寄りスロット４６を通して流れる冷却空気は、隣接す
る内側寄りスロット３６を通して流れる空気と合流し
て、共通の最終開口３４ａを通して吐出される。
【００３６】しかしながら、各後縁開口３４，３４ａ
は、所望の吐出量で冷却空気を吐出するような大きさに
特別に作られる。最終開口３４ａの大きさは、羽根に掛
かる応力限界によりそれに応じて制限される可能性があ
り、それ専用の内側寄りスロット及び追加の外側寄りス
ロット４６の両方から空気を吐出するには不十分となる
可能性がある。
は、所望の吐出量で冷却空気を吐出するような大きさに
特別に作られる。最終開口３４ａの大きさは、羽根に掛
かる応力限界によりそれに応じて制限される可能性があ
り、それ専用の内側寄りスロット及び追加の外側寄りス
ロット４６の両方から空気を吐出するには不十分となる
可能性がある。
【００３７】従って、羽根１８の各々は、図３及び図４
に示すように、外側寄りスロット４６のうちの対応する
スロットと流体連通し、一方または両方の側壁２６，２
８を貫通して延びる１つ又はそれ以上の側面開口、つま
り、出口４８をさらに含み、この出口から追加して冷却
空気を吐出することができる。
に示すように、外側寄りスロット４６のうちの対応する
スロットと流体連通し、一方または両方の側壁２６，２
８を貫通して延びる１つ又はそれ以上の側面開口、つま
り、出口４８をさらに含み、この出口から追加して冷却
空気を吐出することができる。
【００３８】図３に示すように、側面出口４８は、製造
中に側面出口がろう付けで閉塞されるのを防止するため
に、外側寄りスロット４６の各々における端部の屈曲部
中に配置され、図４に示すように対応するろう接継手２
４から離れた側壁に開口するのが好ましい。図４に示す
ように、側面出口４８は、必要に応じて、両方の羽根側
壁２６，２８を貫通して配置することができ、側面出口
は、必要に応じて、どちらか一方の側壁においてのみ用
いることができる。
中に側面出口がろう付けで閉塞されるのを防止するため
に、外側寄りスロット４６の各々における端部の屈曲部
中に配置され、図４に示すように対応するろう接継手２
４から離れた側壁に開口するのが好ましい。図４に示す
ように、側面出口４８は、必要に応じて、両方の羽根側
壁２６，２８を貫通して配置することができ、側面出口
は、必要に応じて、どちらか一方の側壁においてのみ用
いることができる。
【００３９】側面出口４８の数及び特定の位置は、各設
計用途について、そこでのろう接継手の冷却を強化する
ために、外側寄りスロット４６を通しての適当な流量を
保証するように決定することができる。側面出口４８を
外側寄りスロットの末端屈曲部に設置することの特別な
利点は、外側寄りスロットまたは隣接する内側寄りスロ
ットのどちらかからの冷却空気が、側面出口４８または
共通の最終開口３４ａのどちらかから吐出されることが
可能になるということである。
計用途について、そこでのろう接継手の冷却を強化する
ために、外側寄りスロット４６を通しての適当な流量を
保証するように決定することができる。側面出口４８を
外側寄りスロットの末端屈曲部に設置することの特別な
利点は、外側寄りスロットまたは隣接する内側寄りスロ
ットのどちらかからの冷却空気が、側面出口４８または
共通の最終開口３４ａのどちらかから吐出されることが
可能になるということである。
【００４０】図２に最初に示したように、タービンノズ
ル１０は、鋳造によるなどの慣用の方法で、個々の羽根
１８及び外側及び内側バンドセグメント１４，１６を最
初に形成することにより製造することができる。個々の
羽根１８の内部の形状の全てが、羽根１８を適当に鋳造
することにより形成することが可能である。例えば、図
３は、外側バンド入口を備える中央翼弦空洞３８及び後
縁開口３４を通して冷却空気を吐出する協働する軸方向
のスロット３４，３６を含む羽根に鋳造されることがで
きる内部冷却形状の例示的な形態を示す。
ル１０は、鋳造によるなどの慣用の方法で、個々の羽根
１８及び外側及び内側バンドセグメント１４，１６を最
初に形成することにより製造することができる。個々の
羽根１８の内部の形状の全てが、羽根１８を適当に鋳造
することにより形成することが可能である。例えば、図
３は、外側バンド入口を備える中央翼弦空洞３８及び後
縁開口３４を通して冷却空気を吐出する協働する軸方向
のスロット３４，３６を含む羽根に鋳造されることがで
きる内部冷却形状の例示的な形態を示す。
【００４１】図３に示す典型的な第１段高圧タービンノ
ズル構成において、各羽根１８はまた、内側バンドを貫
通して冷却空気４０を受入れる、羽根根元２２を貫通す
る下部入口を有する半径方向に延びる前部空洞５０を含
むことが好ましい。羽根の外側根元２０は、前部空洞５
０では中実または無孔である。また、前部空洞５０及び
前部空洞に対して後方にある中央翼弦空洞３８は、羽根
の２つの側面の間に延びる一体の無孔橋絡部により互い
に分離され、独立した冷却回路を提供する。前部空洞５
０は、各羽根の前縁部分を冷却することが可能ないずれ
かの慣用方法で構成され、冷却空気は、慣用の方法で追
加のフィルム冷却孔４４の様々な列を通して吐出され
る。
ズル構成において、各羽根１８はまた、内側バンドを貫
通して冷却空気４０を受入れる、羽根根元２２を貫通す
る下部入口を有する半径方向に延びる前部空洞５０を含
むことが好ましい。羽根の外側根元２０は、前部空洞５
０では中実または無孔である。また、前部空洞５０及び
前部空洞に対して後方にある中央翼弦空洞３８は、羽根
の２つの側面の間に延びる一体の無孔橋絡部により互い
に分離され、独立した冷却回路を提供する。前部空洞５
０は、各羽根の前縁部分を冷却することが可能ないずれ
かの慣用方法で構成され、冷却空気は、慣用の方法で追
加のフィルム冷却孔４４の様々な列を通して吐出され
る。
【００４２】従って、図２に示す羽根１８は、図３に示
す内側寄り及び外側寄りスロット３６，４６を含むその
全ての所望の内部冷却形状を形成するように、最初に鋳
造することが可能である。一般的に、後縁開口３４，３
４ａも鋳造工程で形成でき、あるいは鋳造後に別の方法
で形成されるかまたはドリル加工されることができる。
フィルム冷却孔４４及び側面出口４８は、使用する場合
には、そのときにはいかなる慣用の方法ででも鋳造され
た羽根を貫通して適当にドリル加工することが可能であ
る。
す内側寄り及び外側寄りスロット３６，４６を含むその
全ての所望の内部冷却形状を形成するように、最初に鋳
造することが可能である。一般的に、後縁開口３４，３
４ａも鋳造工程で形成でき、あるいは鋳造後に別の方法
で形成されるかまたはドリル加工されることができる。
フィルム冷却孔４４及び側面出口４８は、使用する場合
には、そのときにはいかなる慣用の方法ででも鋳造され
た羽根を貫通して適当にドリル加工することが可能であ
る。
【００４３】次いで、羽根及びバンドは、適当に一体に
組立てられ、羽根根元が対応するバンドの羽根座の内側
に配置される。その後、羽根は、従来の方法のように最
終後縁開口３４ａを閉塞することなく、その根元で対応
するバンドに慣用の方法でろう付けされる。側面出口４
８は、使用する場合には、最終的に得られるろう接継手
の上方に設置されるので、それらもまた、ろう接継手か
ら離れた高い位置によってろう付けにより閉塞されるこ
とから保護される。
組立てられ、羽根根元が対応するバンドの羽根座の内側
に配置される。その後、羽根は、従来の方法のように最
終後縁開口３４ａを閉塞することなく、その根元で対応
するバンドに慣用の方法でろう付けされる。側面出口４
８は、使用する場合には、最終的に得られるろう接継手
の上方に設置されるので、それらもまた、ろう接継手か
ら離れた高い位置によってろう付けにより閉塞されるこ
とから保護される。
【００４４】外側寄りスロット４６は各羽根の内部形状
であるので、それらは羽根内部でろう付け処理から保護
されて、羽根の外側で実施されるろう付けを顧慮せず
に、その冷却効率を維持する。
であるので、それらは羽根内部でろう付け処理から保護
されて、羽根の外側で実施されるろう付けを顧慮せず
に、その冷却効率を維持する。
【００４５】図１に示す最終的に得られるタービンノズ
ル１０は、その時、原型のタービンノズルの全ての利点
を享受するが、現在はその中に追加の外側寄りスロット
４６を備えており、中央翼弦空洞３８と後縁開口との間
のろう接継手２４の背部冷却を向上させる。従って、最
終的に得られるタービンノズルは、この領域のろう付け
による酸化を減少または無くすことにより、有効寿命及
び耐久性の向上を享受するであろう。
ル１０は、その時、原型のタービンノズルの全ての利点
を享受するが、現在はその中に追加の外側寄りスロット
４６を備えており、中央翼弦空洞３８と後縁開口との間
のろう接継手２４の背部冷却を向上させる。従って、最
終的に得られるタービンノズルは、この領域のろう付け
による酸化を減少または無くすことにより、有効寿命及
び耐久性の向上を享受するであろう。
【００４６】本発明の好ましくかつ例示的な実施形態で
あると考えられるものを本明細書に説明してきたが、本
発明の他の変形形態が、当業者には本明細書の教示から
明白であるはずであり、従って、本発明の技術思想及び
技術的範囲内にある全てのかかる変形形態は、添付の特
許請求の範囲で保護されることを切望する。
あると考えられるものを本明細書に説明してきたが、本
発明の他の変形形態が、当業者には本明細書の教示から
明白であるはずであり、従って、本発明の技術思想及び
技術的範囲内にある全てのかかる変形形態は、添付の特
許請求の範囲で保護されることを切望する。
【００４７】従って、本出願で保護されることを望むも
のは、特許請求の範囲に記載され特定される発明であ
る。
のは、特許請求の範囲に記載され特定される発明であ
る。
【図１】 本発明の例示的な実施形態による環状のター
ビンノズルの１部分の斜視図。
ビンノズルの１部分の斜視図。
【図２】 対応する外側及び内側バンドにろう付けされ
た一対のノズル羽根を含む、図１に示すノズルの弧状セ
グメントの分解図。
た一対のノズル羽根を含む、図１に示すノズルの弧状セ
グメントの分解図。
【図３】 図２に示す羽根の１つをほぼ線３−３で切断
した軸方向断面図。
した軸方向断面図。
【図４】 図２に示す羽根の１つを線４−４で切断した
半径方向断面図。
半径方向断面図。
１０ タービンノズル １２ 高温燃焼ガス １４ 外側バンド １６ 内側バンド １８ 羽根 ２０ 羽根根元 ２４ ろう接継手 ３０ 前縁 ３２ 後縁 ３４ 後縁開口 ３４ａ 最終後縁開口 ３８ 中央翼弦空洞 ４８ 側面出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・イングラム・アッカーマン アメリカ合衆国、オハイオ州、ウエスト・ チェスター、シンシナティ−デイトン・ロ ード、7571番 (72)発明者 リチャード・ハートレー・ピューグ アメリカ合衆国、オハイオ州、メインビ ル、ロングバウ・プレイス、8835番 (72)発明者 スティーブン・カーティス・ワーフィール ド アメリカ合衆国、オハイオ州、メイソン、 ウイートモア・コート、5431番 (72)発明者 ケネス・モランド・リーランド アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナテ ィ、ウェイス・ロード、6707番 Ｆターム(参考） 3G002 GA08 GA11 GB01
Claims (19)
- 【請求項１】 それを貫通して延びるそれぞれの一対の
羽根座１４ａ，１６ａを有する外側及び内側バンド１
４，１６と、 前記羽根座中に配置され、対応するろう接継手２４によ
り前記羽根座に固定結合されたそれぞれの羽根根元２
０，２２を有する一対の羽根１８と、を含み、 前記羽根の各々は、対応するろう接継手から内側寄りに
間隔を置いて配置され、かつ前記ろう接継手の背後に延
びる外側寄りスロット４６と流体連通するように配置さ
れた最終後縁開口３４ａをさらに含み、前記外側寄りス
ロット４６は前記ろう接継手をそれに沿って背部冷却す
るために、前記羽根の中央翼弦空洞３８から前記最終開
口３４ａまで冷却空気４０を流すことを特徴とするター
ビンノズル１０。 - 【請求項２】 前記羽根１８の各々は、対向する前縁及
び後縁３０，３２で一体に結合された対向する側壁２
６，２８をさらに含み、前記外側寄りスロット４６は、
前記後縁３２の近傍の両方の前記側壁に沿う前記ろう接
継手を背部冷却するために、前記側壁の間に延びること
を特徴とする請求項１に記載のノズル。 - 【請求項３】 前記外側寄りスロット４６は、前記中央
翼弦空洞から前記後縁３２に向かってほぼ真っ直ぐに延
び、その後方端で屈曲し、前記ろう接継手の背後を越え
て、前記最終開口３４ａで終わることを特徴とする請求
項２に記載のノズル。 - 【請求項４】 前記羽根根元２０，２２は、前記中央翼
弦空洞のためのそれを貫く入口を除けば、前記後縁３２
と前記中央翼弦空洞３８との間は無孔であることを特徴
とする請求項３に記載のノズル。 - 【請求項５】 前記羽根１８の各々は、前記外側及び内
側バンド１４，１６の両方において前記ろう接継手を背
部冷却するために、一対の前記最終後縁開口３４ａ及び
協働する一対の外側寄りスロット４６を前記羽根のそれ
ぞれの対向する根元端部に含むことを特徴とする請求項
４に記載のノズル。 - 【請求項６】 前記羽根１８の各々は、 前記外側及び内側バンド１４，１６に隣接する前記一対
の最終開口３４ａを含む後縁開口３４の列と、 前記一対の外側寄りスロット４６の間に配置され、前記
中央翼弦空洞と前記後縁開口３４のうちの対応する開口
との間を流体連通する内側寄りスロットの配列３６と、
をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のノズ
ル。 - 【請求項７】 前記外側寄りスロット４６の各々は、前
記内側寄りスロット３６のうちの隣接するスロットと共
通に、前記最終開口３４ａのうちの対応する開口で終わ
ることを特徴とする請求項６に記載のノズル。 - 【請求項８】 前記羽根１８の各々は、前記外側寄りス
ロット４６のうちの対応するスロットと流体連通し、前
記側壁２６，２８の１つを貫通して延びて前記冷却空気
を吐出する側面出口４８をさらに含むことを特徴とする
請求項７に記載のノズル。 - 【請求項９】 前記側面出口４８は、前記外側寄りスロ
ット４６中の前記屈曲部に配置され、前記ろう接継手２
４から離れた前記側壁に開口ことを特徴とする請求項８
に記載のノズル。 - 【請求項１０】前記側面出口４８のそれぞれの出口は、
前記羽根の両方の側壁２６，２８を貫通して配置される
ことを特徴とする請求項９に記載のノズル。 - 【請求項１１】 請求項１に記載の前記ノズルを作る方
法であって、 前記最終後縁開口３４ａ及び協働する外側寄りスロット
４６を備える前記羽根１８を形成する段階と、 前記羽根１８及びバンド１４，１６を一体に組み立てる
段階と、 前記最終開口を閉塞することなく、前記羽根を前記根元
で前記バンドにろう付けする段階と、を含むことを特徴
とする方法。 - 【請求項１２】 請求項８に記載の前記ノズルを作る方
法であって、 前記最終後縁開口３４ａ及び協働する外側寄りスロット
４６を備える前記羽根１８を形成する段階と、 前記羽根１８及びバンド１４，１６を一体に組み立てる
段階と、 前記最終開口及び前記側面出口４８を閉塞することな
く、前記羽根を前記根元で前記バンドにろう付けする段
階と、を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項１３】 後縁開口３４及び中央翼弦空洞３８と
流体連通するよう結合された協働する内側寄りスロット
３６の列と、前記羽根の両端部で前記内側寄りスロット
のうちのそれぞれの最終スロットから外方に間隔を置い
て、かつ前記後縁開口３４ａのうちのそれぞれの最終開
口から外側寄りに配置された一対の外側寄りスロット４
６とを含むことを特徴とするノズル羽根１８。 - 【請求項１４】 前記外側寄りスロット４６の各々は、
前記内側寄りスロット３６のうちの隣接するスロットと
共通に、前記最終開口３４ａのうちの対応する開口で終
わることを特徴とする請求項１３に記載の羽根。 - 【請求項１５】 対向する前縁及び後縁３０，３２で一
体に結合された対向する側壁２６，２８をさらに含み、
前記外側寄りスロット４６は、前記後縁３２の近傍の両
方の前記側壁を背部冷却するために、前記側壁の間に延
びることを特徴とする請求項１４に記載の羽根。 - 【請求項１６】 前記外側寄りスロット４６は、前記中
央翼弦空洞３８から前記後縁３２に向かってほぼ真っ直
ぐに延び、その後方端で屈曲し、前記後縁における前記
最終内側寄りスロットまで越えて延びることを特徴とす
る請求項１５に記載の羽根。 - 【請求項１７】 前記最終開口３４ａは、前記羽根のそ
れぞれの根元端部２０，２２から内側寄りに間隔を置い
て配置されて、外側及び内側ノズルバンド１４，１６に
ろう付けされる場合に、そこにおけるろう接継手２４を
回避することを特徴とする請求項１６に記載の羽根。 - 【請求項１８】 前記外側寄りスロット４６のうちの対
応するスロットと流体連通し、前記側壁２６，２８の１
つを貫通して延びて冷却空気を吐出する側面出口４８を
さらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の羽根。 - 【請求項１９】 前記側面出口４８は、前記外側寄りス
ロット４６中の前記屈曲部に配置され、前記ろう接継手
を回避するように前記側壁に開口することを特徴とする
請求項１８に記載の羽根。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/604,127 US6439837B1 (en) | 2000-06-27 | 2000-06-27 | Nozzle braze backside cooling |
| US09/604127 | 2000-06-27 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002061503A true JP2002061503A (ja) | 2002-02-28 |
| JP2002061503A5 JP2002061503A5 (ja) | 2008-07-31 |
| JP4748886B2 JP4748886B2 (ja) | 2011-08-17 |
Family
ID=24418281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001192112A Expired - Fee Related JP4748886B2 (ja) | 2000-06-27 | 2001-06-26 | ノズルのろう付け個所背部冷却 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6439837B1 (ja) |
| EP (1) | EP1167694A3 (ja) |
| JP (1) | JP4748886B2 (ja) |
| PL (1) | PL199632B1 (ja) |
| RU (1) | RU2268370C2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| EP2383435A1 (en) * | 2010-04-29 | 2011-11-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbine vane hollow inner rail |
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| CN116857021B (zh) * | 2023-09-04 | 2023-11-14 | 成都中科翼能科技有限公司 | 一种分离式涡轮导向叶片 |
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