JP2002266604A - 切断型リブを有するタービンノズル及び方法 - Google Patents
切断型リブを有するタービンノズル及び方法Info
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- F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
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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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- F05D2260/221—Improvement of heat transfer
- F05D2260/2214—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 寿命の長い羽根（１２）を含むタービンノズ
ル（１０）を提供する。 【解決手段】 各々の羽根は、前縁及び後縁（２４、２
６）の間で延びる向かい合う側壁（２０、２２）と、該
側壁間に延び、前方及び後方キャビティ（３０、３２）
を形成する内部ブリッジ（２８）を含む。サイドリブ
（３４）が、側壁に沿って延び、内向きにキャビティ内
に突出する。サイドリブの各々は、該ブリッジからリブ
を切り離すために、ブリッジに隣接する位置で切断さ
れ、ノズルの寿命を延ばす。
ル（１０）を提供する。 【解決手段】 各々の羽根は、前縁及び後縁（２４、２
６）の間で延びる向かい合う側壁（２０、２２）と、該
側壁間に延び、前方及び後方キャビティ（３０、３２）
を形成する内部ブリッジ（２８）を含む。サイドリブ
（３４）が、側壁に沿って延び、内向きにキャビティ内
に突出する。サイドリブの各々は、該ブリッジからリブ
を切り離すために、ブリッジに隣接する位置で切断さ
れ、ノズルの寿命を延ばす。
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、エンジン内の高
圧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、エンジン内の高
圧タービンノズルに関する。
【０００２】
【発明の背景】ガスタービンエンジンにおいては、空気
を圧縮機で加圧し、燃焼器内で燃料と混合して高温の燃
焼ガスを生成し、燃焼器から下流側に配置されたいくつ
かのタービン段において、この燃焼ガスからエネルギー
を取り出す。高圧タービン（ＨＰＴ）が、最初に最高温
の燃焼ガスを燃焼器から受け取って圧縮機を駆動し、さ
らに、燃焼ガスから付加的なエネルギーが低圧タービン
（ＬＰＴ）において取り出され、該低圧タービンは、典
型的には、航空機用ターボファンエンジンへの適用にお
いてファンを駆動する。
を圧縮機で加圧し、燃焼器内で燃料と混合して高温の燃
焼ガスを生成し、燃焼器から下流側に配置されたいくつ
かのタービン段において、この燃焼ガスからエネルギー
を取り出す。高圧タービン（ＨＰＴ）が、最初に最高温
の燃焼ガスを燃焼器から受け取って圧縮機を駆動し、さ
らに、燃焼ガスから付加的なエネルギーが低圧タービン
（ＬＰＴ）において取り出され、該低圧タービンは、典
型的には、航空機用ターボファンエンジンへの適用にお
いてファンを駆動する。
【０００３】ＨＰＴは、固定タービンノズルを含んでお
り、このノズルは、まず燃焼器から燃焼ガスを受け取
り、該燃焼ガスを、対応するロータディスクに支持され
る１段目のタービンロータブレードへ導く。タービンノ
ズルは、圧縮機からの加圧された吐出空気を用いる空気
冷却により、高温の燃焼ガスから保護される。ノズルは
中空のステータ羽根の列を含んでおり、ステータ羽根
は、該羽根の側壁を貫通して延びる多数の様々な孔を通
じて空気を排出する内部冷却回路を備える。
り、このノズルは、まず燃焼器から燃焼ガスを受け取
り、該燃焼ガスを、対応するロータディスクに支持され
る１段目のタービンロータブレードへ導く。タービンノ
ズルは、圧縮機からの加圧された吐出空気を用いる空気
冷却により、高温の燃焼ガスから保護される。ノズルは
中空のステータ羽根の列を含んでおり、ステータ羽根
は、該羽根の側壁を貫通して延びる多数の様々な孔を通
じて空気を排出する内部冷却回路を備える。
【０００４】羽根の翼形部の三次元空力的な外形と、そ
の正圧側及び負圧側の面に種々の熱負荷がかかることか
ら、ノズル冷却は本質的に複雑である。燃焼過程から反
らされた冷却空気の量を最小限にすると同時に、各々の
羽根が受ける温度差と、該温度差により熱に起因して生
じる応力を同様に最小限にするために、遭遇する熱負荷
に対する冷却空気の所要量を適合させることが望まし
い。
の正圧側及び負圧側の面に種々の熱負荷がかかることか
ら、ノズル冷却は本質的に複雑である。燃焼過程から反
らされた冷却空気の量を最小限にすると同時に、各々の
羽根が受ける温度差と、該温度差により熱に起因して生
じる応力を同様に最小限にするために、遭遇する熱負荷
に対する冷却空気の所要量を適合させることが望まし
い。
【０００５】しかしながら、羽根自体は、高温の燃焼ガ
スに直接曝されており、熱膨張及び収縮の差に起因する
熱応力を最小限にするために、比較的低温の外側及び内
側バンド、通常は、周状のセグメントに取り付けられ
る。通常の冷却装置においては、冷却空気を個別の噴流
状で羽根の内面に向け、羽根の冷却を強めるために、各
羽根の内側に孔あき衝突バッフルすなわちインサートを
取り付けている。衝突バッフルは、衝突冷却を制御する
ために、個々のノズルの設計に応じてバッフル又は羽根
の内面のいずれかに隔離構造を形成して、羽根の内面か
ら正確に間隔を置いて配置する必要がある。
スに直接曝されており、熱膨張及び収縮の差に起因する
熱応力を最小限にするために、比較的低温の外側及び内
側バンド、通常は、周状のセグメントに取り付けられ
る。通常の冷却装置においては、冷却空気を個別の噴流
状で羽根の内面に向け、羽根の冷却を強めるために、各
羽根の内側に孔あき衝突バッフルすなわちインサートを
取り付けている。衝突バッフルは、衝突冷却を制御する
ために、個々のノズルの設計に応じてバッフル又は羽根
の内面のいずれかに隔離構造を形成して、羽根の内面か
ら正確に間隔を置いて配置する必要がある。
【０００６】従来設計の１つにおいて、各々の羽根は、
２つの側壁の間に延びて前方及び後方半径方向のキャビ
ティを構成する弦方向中間部隔壁すなわちブリッジを含
み、該キャビティ内に対応する衝突バッフルが配置され
る。２つのキャビティは、圧縮機の吐出空気の配分を別
個に与えられ、各羽根の前方及び後方部を個別に冷却し
て外部熱負荷に良好に適合させる。
２つの側壁の間に延びて前方及び後方半径方向のキャビ
ティを構成する弦方向中間部隔壁すなわちブリッジを含
み、該キャビティ内に対応する衝突バッフルが配置され
る。２つのキャビティは、圧縮機の吐出空気の配分を別
個に与えられ、各羽根の前方及び後方部を個別に冷却し
て外部熱負荷に良好に適合させる。
【０００７】しかしながら、ブリッジは、羽根の内側に
取り付けられ、それ自体は羽根の内側に向けられた空気
で直接冷却されるので、比較的低温で作動される。した
がって、低温のブリッジは、比較的低温及び高温の作動
温度に起因する相当な熱膨張及び収縮の差がある局部領
域において、２つの高温の側壁に接合される。
取り付けられ、それ自体は羽根の内側に向けられた空気
で直接冷却されるので、比較的低温で作動される。した
がって、低温のブリッジは、比較的低温及び高温の作動
温度に起因する相当な熱膨張及び収縮の差がある局部領
域において、２つの高温の側壁に接合される。
【０００８】それにも拘らず、商業的な慣行では、低温
ブリッジのタービンノズル設計が一般的である。例え
ば、低温のブリッジで分離された２つの衝突バッフルを
備えるタービンノズルは、合衆国において何年もの間、
商業的使用において成功してきた。この例示的なノズル
は、各キャビティ内において相対する側壁上に軸方向又
は弦方向に延びるように配置されたサイドリブを含み、
該サイドリブが対応するキャビティの中央に各衝突バッ
フルを位置決めするための隔離構造を構成する。
ブリッジのタービンノズル設計が一般的である。例え
ば、低温のブリッジで分離された２つの衝突バッフルを
備えるタービンノズルは、合衆国において何年もの間、
商業的使用において成功してきた。この例示的なノズル
は、各キャビティ内において相対する側壁上に軸方向又
は弦方向に延びるように配置されたサイドリブを含み、
該サイドリブが対応するキャビティの中央に各衝突バッ
フルを位置決めするための隔離構造を構成する。
【０００９】サイドリブは、羽根の薄い側壁を補強する
か又は強度を与え、側壁との間に比較的小さなすき間を
もった状態で衝突バッフルを支持する。バッフルの孔を
通して排出された空気は、まず側壁の内面に衝突し、次
いで、リブにより半径方向に拘束され、前方及び後方キ
ャビティにおける羽根の側壁を貫通し傾斜して延びるフ
ィルム冷却孔を通じて排出され、同時に、後縁冷却回路
から排出される。
か又は強度を与え、側壁との間に比較的小さなすき間を
もった状態で衝突バッフルを支持する。バッフルの孔を
通して排出された空気は、まず側壁の内面に衝突し、次
いで、リブにより半径方向に拘束され、前方及び後方キ
ャビティにおける羽根の側壁を貫通し傾斜して延びるフ
ィルム冷却孔を通じて排出され、同時に、後縁冷却回路
から排出される。
【００１０】商業的に使用されるノズルの後縁冷却回路
は、軸方向に延びる隔壁、又は後方キャビティの後端か
ら羽根の後縁まで延びる別のブリッジを含む。隔壁は、
羽根のスパン方向に沿って間隔を置いて配置され、後縁
に位置する対応する開口部で終わる対応する後縁排出流
路を構成する。後縁冷却回路を通じて排出される使用後
の衝突空気による冷却効果を高めるために、半径方向に
延びる乱流器が後縁冷却回路内に位置する。
は、軸方向に延びる隔壁、又は後方キャビティの後端か
ら羽根の後縁まで延びる別のブリッジを含む。隔壁は、
羽根のスパン方向に沿って間隔を置いて配置され、後縁
に位置する対応する開口部で終わる対応する後縁排出流
路を構成する。後縁冷却回路を通じて排出される使用後
の衝突空気による冷却効果を高めるために、半径方向に
延びる乱流器が後縁冷却回路内に位置する。
【００１１】上に紹介した商業的なノズル例において、
両方の羽根側壁の内側にあるサイドリブは、低温のブリ
ッジまで延び、該ブリッジと一体に形成される。このよ
うにして、サイドリブは、スムーズな移行により側壁と
低温のブリッジとの隅部接合部の回りを取り巻く。
両方の羽根側壁の内側にあるサイドリブは、低温のブリ
ッジまで延び、該ブリッジと一体に形成される。このよ
うにして、サイドリブは、スムーズな移行により側壁と
低温のブリッジとの隅部接合部の回りを取り巻く。
【００１２】前方キャビティの後端を取り巻くサイドリ
ブは、効果的な隔離構造を構成し、前方衝突バッフルの
後方移動を制限して、低温ブリッジとの最小限の隙間を
維持する。同様に、羽根の負圧側の側壁に沿った後方キ
ャビティのサイドリブはまた、相対する正圧側の側壁の
方向に廻り込むか又は融合し、ここで２つの側壁は、互
いに後縁のすぐ前で緊密に収束する。後縁隔壁のうちの
幾つかは、局部的に前方へ延び、各サイドリブの１つに
対し一体の延長部を形成し、対応する隔離構造を構成し
て、後方衝突バッフルの後方移動を制限する。
ブは、効果的な隔離構造を構成し、前方衝突バッフルの
後方移動を制限して、低温ブリッジとの最小限の隙間を
維持する。同様に、羽根の負圧側の側壁に沿った後方キ
ャビティのサイドリブはまた、相対する正圧側の側壁の
方向に廻り込むか又は融合し、ここで２つの側壁は、互
いに後縁のすぐ前で緊密に収束する。後縁隔壁のうちの
幾つかは、局部的に前方へ延び、各サイドリブの１つに
対し一体の延長部を形成し、対応する隔離構造を構成し
て、後方衝突バッフルの後方移動を制限する。
【００１３】この形状において、軸方向に細長いサイド
リブは、個々の衝突バッフルを該羽根キャビティの各々
の周方向中央に配置するのに効果的であり、各サイドリ
ブ後方の融合部は、有用な後方隔離構造を与える。ま
た、延長した後縁隔壁は、後方キャビティ内で２つの側
壁をつなぐ完全な低温ブリッジを構成し、後方バッフル
の軸方向の移動を制限する。
リブは、個々の衝突バッフルを該羽根キャビティの各々
の周方向中央に配置するのに効果的であり、各サイドリ
ブ後方の融合部は、有用な後方隔離構造を与える。ま
た、延長した後縁隔壁は、後方キャビティ内で２つの側
壁をつなぐ完全な低温ブリッジを構成し、後方バッフル
の軸方向の移動を制限する。
【００１４】この商業的設計は、合衆国において何年も
の間、商業的使用において成功をおさめてきたが、それ
と同時に、多数回の熱サイクルにわたる作動において、
熱に起因する亀裂が経験され、そのためにノズルの耐用
年数が制限され、通常の整備休止において交換が必要と
される。このような亀裂は、羽根側壁内の低温のブリッ
ジ、特に羽根の凸状側壁において経験される。
の間、商業的使用において成功をおさめてきたが、それ
と同時に、多数回の熱サイクルにわたる作動において、
熱に起因する亀裂が経験され、そのためにノズルの耐用
年数が制限され、通常の整備休止において交換が必要と
される。このような亀裂は、羽根側壁内の低温のブリッ
ジ、特に羽根の凸状側壁において経験される。
【００１５】したがって、タービンノズルの設計を改良
し、その耐用年数を延ばすことが望ましい。
し、その耐用年数を延ばすことが望ましい。
【００１６】
【発明の概要】タービンノズルは、外側及び内側バンド
と接合された羽根を含む。各々の羽根は、前縁と後縁と
の間に延びる相対する側壁を含み、前方及び後方キャビ
ティを定める内部ブリッジが該側壁間を延びる。サイド
リブが側壁に沿って延び、キャビティ内に内向きに突出
する。サイドリブの各々は、ブリッジから該リブを切り
離すために、該ブリッジに隣接する位置で切断され、ノ
ズルの寿命を延ばす。
と接合された羽根を含む。各々の羽根は、前縁と後縁と
の間に延びる相対する側壁を含み、前方及び後方キャビ
ティを定める内部ブリッジが該側壁間を延びる。サイド
リブが側壁に沿って延び、キャビティ内に内向きに突出
する。サイドリブの各々は、ブリッジから該リブを切り
離すために、該ブリッジに隣接する位置で切断され、ノ
ズルの寿命を延ばす。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明を、好ましくかつ例示的な
実施形態について、更なる目的及び利点と共に、添付の
図面を参照して以下の詳細な説明において、より具体的
に説明する。
実施形態について、更なる目的及び利点と共に、添付の
図面を参照して以下の詳細な説明において、より具体的
に説明する。
【００１８】図１に示されているのは、例示的な実施形
態において、飛行中の航空機に動力を与えるための、タ
ーボファンガスタービンエンジンの高圧タービンノズル
１０の一部分である。ノズルは、エンジンの軸線すなわ
ち中心軸線周りに軸対称であり、周方向に間隔を置いて
配置された複数の翼形羽根１２を有する環状リングを形
成しており、図１にその一部分のみを示す。個々の羽根
１２は、通常は、普通の鋳造法により製造され、対応す
る半径方向外側及び内側の弧状バンド１４、１６に、そ
れらと一体に鋳造するなどのあらゆる適切な方法で、固
定状態で取り付けられる。
態において、飛行中の航空機に動力を与えるための、タ
ーボファンガスタービンエンジンの高圧タービンノズル
１０の一部分である。ノズルは、エンジンの軸線すなわ
ち中心軸線周りに軸対称であり、周方向に間隔を置いて
配置された複数の翼形羽根１２を有する環状リングを形
成しており、図１にその一部分のみを示す。個々の羽根
１２は、通常は、普通の鋳造法により製造され、対応す
る半径方向外側及び内側の弧状バンド１４、１６に、そ
れらと一体に鋳造するなどのあらゆる適切な方法で、固
定状態で取り付けられる。
【００１９】代表的な形状としては、バンドの対の各々
に２つの羽根１２が取り付けられ、これらバンドの対の
各々が周方向に隣接して、全体としてセグメント化され
た環状ノズルを形成する。ノズルは、環状の燃焼器（図
示せず）の排出口に直接配置され、該排出口は、それら
を通り抜ける高温の燃焼ガス１８を排出し、タービンロ
ータブレードの１段目の列（図示せず）に向け、エンジ
ンの圧縮機（図示せず）を駆動するためのエネルギーが
高温燃焼ガスから取り出される。
に２つの羽根１２が取り付けられ、これらバンドの対の
各々が周方向に隣接して、全体としてセグメント化され
た環状ノズルを形成する。ノズルは、環状の燃焼器（図
示せず）の排出口に直接配置され、該排出口は、それら
を通り抜ける高温の燃焼ガス１８を排出し、タービンロ
ータブレードの１段目の列（図示せず）に向け、エンジ
ンの圧縮機（図示せず）を駆動するためのエネルギーが
高温燃焼ガスから取り出される。
【００２０】羽根１２は、互いに同一のものであり、各
々は、第１の外方に向かって凸状の負圧側壁２０と、そ
れと周方向に向かい合う第２の外方に向かって凹状の正
圧側壁２２とを含む。２つの側壁は、対応する羽根の前
縁２４及び後縁２６の間において軸方向すなわち弦方向
に延び、かつ対応するバンド１４、１６に固定状態で取
り付けられた先端及び根元の間をスパン方向に放射状に
延びる。
々は、第１の外方に向かって凸状の負圧側壁２０と、そ
れと周方向に向かい合う第２の外方に向かって凹状の正
圧側壁２２とを含む。２つの側壁は、対応する羽根の前
縁２４及び後縁２６の間において軸方向すなわち弦方向
に延び、かつ対応するバンド１４、１６に固定状態で取
り付けられた先端及び根元の間をスパン方向に放射状に
延びる。
【００２１】初めに図１に、そして図２により詳細に示
すように、各々の羽根はまた、通常の鋳造法により形成
され、羽根の前縁と後縁の間を弦方向に沿って適切に間
隔を置いて２つの側壁の間で一体に延びる、内部半径方
向リブすなわちブリッジ２８を含み、該ブリッジは、前
縁により境界されたブリッジ前方側の第１のすなわち前
方キャビティ３０と、後縁により境界されたブリッジ後
方側の第２のすなわち後方キャビティ３２とを定め又は
形成する。
すように、各々の羽根はまた、通常の鋳造法により形成
され、羽根の前縁と後縁の間を弦方向に沿って適切に間
隔を置いて２つの側壁の間で一体に延びる、内部半径方
向リブすなわちブリッジ２８を含み、該ブリッジは、前
縁により境界されたブリッジ前方側の第１のすなわち前
方キャビティ３０と、後縁により境界されたブリッジ後
方側の第２のすなわち後方キャビティ３２とを定め又は
形成する。
【００２２】各々の羽根はさらに、２つの側壁の内面に
沿って弦方向に延び、そこから対応するキャビティ３
０、３２内に内向きに突出する軸方向に細長い複数のサ
イドリブ３４を含む。サイドリブ３４は、各キャビティ
内に配置される前方及び後方の孔あき衝突インサートす
なわちバッフル３６、３８を、対応する各キャビティの
中央に位置決めするための隔離構造を形成するために設
けられる。
沿って弦方向に延び、そこから対応するキャビティ３
０、３２内に内向きに突出する軸方向に細長い複数のサ
イドリブ３４を含む。サイドリブ３４は、各キャビティ
内に配置される前方及び後方の孔あき衝突インサートす
なわちバッフル３６、３８を、対応する各キャビティの
中央に位置決めするための隔離構造を形成するために設
けられる。
【００２３】図３は、２つのバッフル３６、３８が、前
縁と後縁の間において羽根の断面がほぼ三日月形すなわ
ち空力的な形状で変化するのに伴い、その変化する２つ
のキャビティ３０、３２の内部の形状に適合させること
ができる適当な形状を有することを、より詳細に示す。
これらサイドリブ３４は、対応するキャビティ内におい
て、それぞれのバッフルを中央にすき間をもって位置決
めする高さ方向位置において、羽根の内面から内向きに
延びる。
縁と後縁の間において羽根の断面がほぼ三日月形すなわ
ち空力的な形状で変化するのに伴い、その変化する２つ
のキャビティ３０、３２の内部の形状に適合させること
ができる適当な形状を有することを、より詳細に示す。
これらサイドリブ３４は、対応するキャビティ内におい
て、それぞれのバッフルを中央にすき間をもって位置決
めする高さ方向位置において、羽根の内面から内向きに
延びる。
【００２４】バッフルを対応するキャビティ内に半径方
向に組み込むことができるようにするために、リブとバ
ッフルとの間に小さなすき間又はギャップを設ける。ま
た、リブは、バッフルの各衝突空気孔を通して羽根の内
面に向けて排出される対応する衝突空気の噴流による衝
突冷却の効率を最大限にするために、羽根の内面から所
望の間隔にバッフルの側壁を維持するのに適当な高さを
有する。
向に組み込むことができるようにするために、リブとバ
ッフルとの間に小さなすき間又はギャップを設ける。ま
た、リブは、バッフルの各衝突空気孔を通して羽根の内
面に向けて排出される対応する衝突空気の噴流による衝
突冷却の効率を最大限にするために、羽根の内面から所
望の間隔にバッフルの側壁を維持するのに適当な高さを
有する。
【００２５】図２及び図３に示すように、サイドリブ３
４の各々は、構造的に及び熱的にリブをブリッジから切
り離すために、低温のブリッジ２８に隣接する位置で軸
方向の長さが切断されており、本発明に従ってノズルの
耐用年数を大幅に延ばす。
４の各々は、構造的に及び熱的にリブをブリッジから切
り離すために、低温のブリッジ２８に隣接する位置で軸
方向の長さが切断されており、本発明に従ってノズルの
耐用年数を大幅に延ばす。
【００２６】図３の円内に、商業的使用で実績が証明さ
れ、発明の背景の項において前述した設計によるノズル
羽根の耐用年数を延ばすための、例示的なノズル製造方
法を概略的に示す。この従来の設計において、サイドリ
ブ３４は、初めは低温のブリッジ２８まで延びるような
形状にされており、対応する４つのサイドリブ融合部３
４ｘを有するように低温のブリッジ２８と一体に形成さ
れる。この従来の形状においては、リブ融合部３４ｘ
は、それらの接合部において各々の側壁と機械的に及び
熱的に連結された形状で低温のブリッジ２８と一体に形
成される。
れ、発明の背景の項において前述した設計によるノズル
羽根の耐用年数を延ばすための、例示的なノズル製造方
法を概略的に示す。この従来の設計において、サイドリ
ブ３４は、初めは低温のブリッジ２８まで延びるような
形状にされており、対応する４つのサイドリブ融合部３
４ｘを有するように低温のブリッジ２８と一体に形成さ
れる。この従来の形状においては、リブ融合部３４ｘ
は、それらの接合部において各々の側壁と機械的に及び
熱的に連結された形状で低温のブリッジ２８と一体に形
成される。
【００２７】第１の側壁２０は外方に向かって凸状であ
り、羽根の負圧側を構成するので、羽根の上を流れる燃
焼ガスについて、羽根の正圧側を構成するほぼ凹状の第
２の側壁２２により与えられる速度とは異なる速度分布
をもたらす。現場での経験においては、数年に及ぶ上述
の作動の後に、低温のブリッジに近い凸状の側壁におい
て亀裂が発生することが見出されている。
り、羽根の負圧側を構成するので、羽根の上を流れる燃
焼ガスについて、羽根の正圧側を構成するほぼ凹状の第
２の側壁２２により与えられる速度とは異なる速度分布
をもたらす。現場での経験においては、数年に及ぶ上述
の作動の後に、低温のブリッジに近い凸状の側壁におい
て亀裂が発生することが見出されている。
【００２８】本発明によれば、経年タービンノズル羽根
におけるこのような亀裂の発生は、特に、羽根の凸状の
側壁２０における、サイドリブ３４と低温ブリッジ２８
との機械的及び熱的結合によるものであることが見出さ
れた。
におけるこのような亀裂の発生は、特に、羽根の凸状の
側壁２０における、サイドリブ３４と低温ブリッジ２８
との機械的及び熱的結合によるものであることが見出さ
れた。
【００２９】作動中に、負圧側壁２０は、該負圧側壁２
０の上を流れる高温の燃焼ガスに曝され、比較的高温の
熱負荷を受け、それに応じて各々の羽根の内側からの冷
却を必要とする。加圧空気４０は、通常は、個々の羽根
の冷却に用いるために、圧縮機（図示せず）の吐出端か
ら導かれる。冷却空気４０は、まず個々のバッフル３
６、３８を通って流れ、その衝突孔から流出し、空気の
噴流を羽根の内面に方向付けて羽根を衝突冷却する。前
方及び後方キャビティを隔てる内部ブリッジ２８は、２
つの側壁により高温の燃焼ガスから保護され、該ブリッ
ジ自体は、キャビティの内部の冷却空気によって直接冷
却される。
０の上を流れる高温の燃焼ガスに曝され、比較的高温の
熱負荷を受け、それに応じて各々の羽根の内側からの冷
却を必要とする。加圧空気４０は、通常は、個々の羽根
の冷却に用いるために、圧縮機（図示せず）の吐出端か
ら導かれる。冷却空気４０は、まず個々のバッフル３
６、３８を通って流れ、その衝突孔から流出し、空気の
噴流を羽根の内面に方向付けて羽根を衝突冷却する。前
方及び後方キャビティを隔てる内部ブリッジ２８は、２
つの側壁により高温の燃焼ガスから保護され、該ブリッ
ジ自体は、キャビティの内部の冷却空気によって直接冷
却される。
【００３０】比較的低温のブリッジ２８は、対応する熱
膨張及び収縮の差がある対応する接合部において、羽根
の比較的高温の負圧側壁及び正圧側壁２０、２２に接合
される。従来のリブ融合部３４ｘもまた、比較的低温で
あり、側壁との２つの接合部において、低温のブリッジ
２８に連結されている。
膨張及び収縮の差がある対応する接合部において、羽根
の比較的高温の負圧側壁及び正圧側壁２０、２２に接合
される。従来のリブ融合部３４ｘもまた、比較的低温で
あり、側壁との２つの接合部において、低温のブリッジ
２８に連結されている。
【００３１】前方及び後方キャビティ３６、３８の両方
における第１の側壁２０に沿った低温のブリッジから図
３に示すサイドリブ３４を切断することにより、リブ
は、構造的及び熱的に低温のブリッジから切り離され、
作動中の羽根の耐用年数を大幅に延ばすことが見出され
た。
における第１の側壁２０に沿った低温のブリッジから図
３に示すサイドリブ３４を切断することにより、リブ
は、構造的及び熱的に低温のブリッジから切り離され、
作動中の羽根の耐用年数を大幅に延ばすことが見出され
た。
【００３２】図３に示す好ましい実施形態において、先
端を切断されたサイドリブ３４は、第１の側壁２０とブ
リッジとの間、及び、第２の側壁２２とブリッジとの間
に配置された、低温のブリッジ２８の近くの対応するフ
ィレット４２において、又はその近くで終わる。このよ
うにして、サイドリブは、低温のブリッジ２８に近接す
る位置まで延び、低温のブリッジと側壁との接合部に形
成される滑らかなフィレット４２において低温のブリッ
ジのすぐ手前で終わり、接合部における応力の集中を低
減させることができる。
端を切断されたサイドリブ３４は、第１の側壁２０とブ
リッジとの間、及び、第２の側壁２２とブリッジとの間
に配置された、低温のブリッジ２８の近くの対応するフ
ィレット４２において、又はその近くで終わる。このよ
うにして、サイドリブは、低温のブリッジ２８に近接す
る位置まで延び、低温のブリッジと側壁との接合部に形
成される滑らかなフィレット４２において低温のブリッ
ジのすぐ手前で終わり、接合部における応力の集中を低
減させることができる。
【００３３】したがって、第１の側壁に沿った第１のキ
ャビティ３０の内側のサイドリブ３４は、低温のブリッ
ジの直前で切断され、第２のキャビティ３２内のサイド
リブは、第１の側壁に沿った低温のブリッジの直後で切
断される。望ましい場合には、サイドリブ３４は、低温
のブリッジからさらにリブを切り離すために、低温のブ
リッジ及びその近くのフィレットからさらに離れた位置
で終わるようにしてもよい。
ャビティ３０の内側のサイドリブ３４は、低温のブリッ
ジの直前で切断され、第２のキャビティ３２内のサイド
リブは、第１の側壁に沿った低温のブリッジの直後で切
断される。望ましい場合には、サイドリブ３４は、低温
のブリッジからさらにリブを切り離すために、低温のブ
リッジ及びその近くのフィレットからさらに離れた位置
で終わるようにしてもよい。
【００３４】同様に、サイドリブ３４は、前方及び後方
キャビティ３０、３２の両方において、第２の側壁２２
に沿った低温ブリッジから切断することができる。した
がって、低温のブリッジと正圧側壁２２との間の対応す
る接合部もまた、サイドリブ３４から切り離して、該接
合部の熱応力を小さくすることができる。
キャビティ３０、３２の両方において、第２の側壁２２
に沿った低温ブリッジから切断することができる。した
がって、低温のブリッジと正圧側壁２２との間の対応す
る接合部もまた、サイドリブ３４から切り離して、該接
合部の熱応力を小さくすることができる。
【００３５】羽根の両方の側壁において、内側のサイド
リブ３４が、低温のブリッジ２８から切り離され、した
がってそれらの間の熱の差が少なくなり、それに応じて
低温のブリッジと側壁との接合部における熱に起因する
応力が小さくなるようにして、ノズル羽根の耐用年数を
大幅に延ばすことが好ましい。低温のブリッジにおける
熱に起因する応力の減少により、ノズル羽根の耐用年数
は４倍になることが解析により示されている。低温のブ
リッジと凸状の側壁２０との接合部における、羽根の寿
命を制限する従来の配置をこのように排除して、寿命を
制限する配置を羽根のあまり重要でない領域に移すこと
により、耐用年数を延ばすことができる。
リブ３４が、低温のブリッジ２８から切り離され、した
がってそれらの間の熱の差が少なくなり、それに応じて
低温のブリッジと側壁との接合部における熱に起因する
応力が小さくなるようにして、ノズル羽根の耐用年数を
大幅に延ばすことが好ましい。低温のブリッジにおける
熱に起因する応力の減少により、ノズル羽根の耐用年数
は４倍になることが解析により示されている。低温のブ
リッジと凸状の側壁２０との接合部における、羽根の寿
命を制限する従来の配置をこのように排除して、寿命を
制限する配置を羽根のあまり重要でない領域に移すこと
により、耐用年数を延ばすことができる。
【００３６】図２及び図３に示すように、各冷却空気キ
ャビティ３０、３２のサイドリブ３４は、好ましくは、
２つの側壁に沿って、その軸方向又は弦方向の大部分の
長さにわたって軸方向に延びる。軸方向のリブは、各キ
ャビティの薄い羽根の側壁の強度を増す一方で、各バッ
フルをキャビティの中央に位置決めするための均一な隔
離構造を与える。また、各キャビティにおけるサイドリ
ブの列は、対応するサイドリブの間で使用後の衝突空気
の排出流を制御し、羽根のスパン方向に沿った冷却を調
節できる。このようにして、燃焼ガスからの熱負荷が小
さい対応する内側及び外側バンドの近くの羽根の根元部
及び先端部とは対照的に、各羽根のスパン方向中間部の
近くで強い冷却を与えることができる。
ャビティ３０、３２のサイドリブ３４は、好ましくは、
２つの側壁に沿って、その軸方向又は弦方向の大部分の
長さにわたって軸方向に延びる。軸方向のリブは、各キ
ャビティの薄い羽根の側壁の強度を増す一方で、各バッ
フルをキャビティの中央に位置決めするための均一な隔
離構造を与える。また、各キャビティにおけるサイドリ
ブの列は、対応するサイドリブの間で使用後の衝突空気
の排出流を制御し、羽根のスパン方向に沿った冷却を調
節できる。このようにして、燃焼ガスからの熱負荷が小
さい対応する内側及び外側バンドの近くの羽根の根元部
及び先端部とは対照的に、各羽根のスパン方向中間部の
近くで強い冷却を与えることができる。
【００３７】また、図２及び図３に示すように、前方キ
ャビティ３０は、前縁２４と低温のブリッジ２８との間
に配置され、このブリッジは、羽根の弦方向中央部より
前方に適切に配置され、燃焼器からの高温の燃焼ガスを
最初に受ける羽根の前縁部分のための専用冷却回路を与
える。後方キャビティ３２は、ブリッジ２８の後ろに直
接配置され、羽根の弦方向長さの中央３分の一の部分に
わたって延び、別の冷却回路により羽根の弦方向中間領
域を冷却する。また、後縁冷却回路４４は、後方キャビ
ティ３２と流体連通するように各羽根に配置され、第３
の冷却回路により各羽根の後方の第３部分を冷却する。
ャビティ３０は、前縁２４と低温のブリッジ２８との間
に配置され、このブリッジは、羽根の弦方向中央部より
前方に適切に配置され、燃焼器からの高温の燃焼ガスを
最初に受ける羽根の前縁部分のための専用冷却回路を与
える。後方キャビティ３２は、ブリッジ２８の後ろに直
接配置され、羽根の弦方向長さの中央３分の一の部分に
わたって延び、別の冷却回路により羽根の弦方向中間領
域を冷却する。また、後縁冷却回路４４は、後方キャビ
ティ３２と流体連通するように各羽根に配置され、第３
の冷却回路により各羽根の後方の第３部分を冷却する。
【００３８】先ず図２に示すように、後縁回路４４は、
羽根のスパン方向に沿って互いに間隔を置いたた複数の
軸方向ブリッジすなわち隔壁４６を含み、軸方向に延び
て対応する後縁スロットすなわち開口部５０で終わる排
出流路４８を形成する。また、半径方向に延びる短い乱
流器５２の列が、後縁流路４８の入口領域に配置され、
羽根の後縁から排出される使用後の衝突空気の乱れを促
進する。
羽根のスパン方向に沿って互いに間隔を置いたた複数の
軸方向ブリッジすなわち隔壁４６を含み、軸方向に延び
て対応する後縁スロットすなわち開口部５０で終わる排
出流路４８を形成する。また、半径方向に延びる短い乱
流器５２の列が、後縁流路４８の入口領域に配置され、
羽根の後縁から排出される使用後の衝突空気の乱れを促
進する。
【００３９】作動において、冷却空気４０は、バンドを
通り抜けて２つの羽根キャビティ３０、３２の各々に流
入し、その中に支持された対応する衝突バッフルを通過
するように、別々に方向付けられる。空気はまず、羽根
側壁の内面を衝突冷却するために使用され、次いで、使
用後の空気の一部が、従来の方法のいずれでもよい方法
により、側壁を貫通して延びる種々のフィルム冷却孔５
４を通して排出される。後方キャビティ３２内の使用後
の衝突空気の幾らかは、フィルム冷却孔を通り抜けるよ
うに方向付けられ、使用後の空気の残りは、後縁冷却回
路４４を通して各羽根の後縁部分を冷却するように向け
られる。
通り抜けて２つの羽根キャビティ３０、３２の各々に流
入し、その中に支持された対応する衝突バッフルを通過
するように、別々に方向付けられる。空気はまず、羽根
側壁の内面を衝突冷却するために使用され、次いで、使
用後の空気の一部が、従来の方法のいずれでもよい方法
により、側壁を貫通して延びる種々のフィルム冷却孔５
４を通して排出される。後方キャビティ３２内の使用後
の衝突空気の幾らかは、フィルム冷却孔を通り抜けるよ
うに方向付けられ、使用後の空気の残りは、後縁冷却回
路４４を通して各羽根の後縁部分を冷却するように向け
られる。
【００４０】図３に示すように、サイドリブ３４は、本
来は、対応する後縁隔壁４６に接合された一体の廻り込
んだ融合部３４ｘで後方に延び、一連の後方隔離構造を
構成し、上記の発明の背景の項において説明したよう
に、商業的に成功をおさめたノズルにおける後方キャビ
ティ内での後方バッフル３８の軸方向後方への移動を制
限する。
来は、対応する後縁隔壁４６に接合された一体の廻り込
んだ融合部３４ｘで後方に延び、一連の後方隔離構造を
構成し、上記の発明の背景の項において説明したよう
に、商業的に成功をおさめたノズルにおける後方キャビ
ティ内での後方バッフル３８の軸方向後方への移動を制
限する。
【００４１】しかしながら、サイドリブの後端と、後方
キャビティと、対応する後縁隔壁４６との間の融合部３
４ｘにより与えられる一体の連結はまた、それらの接合
部において熱に起因する応力を局部的に増大させること
も見出されている。隔壁４６は、後縁領域において２つ
の高温の羽根側壁を互いに接合する低温のブリッジであ
り、従来の融合部３４ｘを含むサイドリブはまた、後方
キャビティ内で比較的低温である。
キャビティと、対応する後縁隔壁４６との間の融合部３
４ｘにより与えられる一体の連結はまた、それらの接合
部において熱に起因する応力を局部的に増大させること
も見出されている。隔壁４６は、後縁領域において２つ
の高温の羽根側壁を互いに接合する低温のブリッジであ
り、従来の融合部３４ｘを含むサイドリブはまた、後方
キャビティ内で比較的低温である。
【００４２】したがって、後方キャビティ３２の後端に
おいて羽根の凸状側壁２０に沿うサイドリブ３４を切断
し、該サイドリブを対応する後縁隔壁から切り離すこと
もまた望ましい。低温のブリッジ２８からサイドリブを
切り離すのと同様の方法で、凸状の側壁２０の内面に沿
って延びるサイドリブの後端から低温の軸方向隔壁４６
を切り離すことにより、熱応答が遮断され、結果的にこ
れらの位置での熱に起因する応力が小さくなる。
おいて羽根の凸状側壁２０に沿うサイドリブ３４を切断
し、該サイドリブを対応する後縁隔壁から切り離すこと
もまた望ましい。低温のブリッジ２８からサイドリブを
切り離すのと同様の方法で、凸状の側壁２０の内面に沿
って延びるサイドリブの後端から低温の軸方向隔壁４６
を切り離すことにより、熱応答が遮断され、結果的にこ
れらの位置での熱に起因する応力が小さくなる。
【００４３】図３に示す前方及び後方キャビティにおけ
る対応するサイドリブの後方融合部３４ｘを取り除くこ
とにより、対応するバッフル３６、３８は、それらの局
部的な冷却性能に影響を及ぼすキャビティ内での望まし
くない後方移動をさせられることになる。したがって、
サイドリブ融合部３４ｘを、２つのキャビティ３０、３
２の各々の後端に適切に配置された対応する第１及び第
２の端リブ５６ａ、５６ｂにより再配置し、キャビティ
内のバッフルに対し軸方向に当接させることができる。
る対応するサイドリブの後方融合部３４ｘを取り除くこ
とにより、対応するバッフル３６、３８は、それらの局
部的な冷却性能に影響を及ぼすキャビティ内での望まし
くない後方移動をさせられることになる。したがって、
サイドリブ融合部３４ｘを、２つのキャビティ３０、３
２の各々の後端に適切に配置された対応する第１及び第
２の端リブ５６ａ、５６ｂにより再配置し、キャビティ
内のバッフルに対し軸方向に当接させることができる。
【００４４】キャビティ３０、３２の特定の形状によれ
ば、各キャビティの向かい合うサイドリブ３４は、ノズ
ルの横方向すなわち周方向、又は、軸方向すなわち弦方
向の両方向において、キャビティ内のバッフルの各々を
中央に支持するのに充分なものとすることができる。し
かしながら、端リブ５６ａ、５６ｂは、個々のバッフル
の後端又は前端と、キャビティの各々の後端又は前端と
の間に所定の間隔を維持するために望ましい場所で使用
することができる。
ば、各キャビティの向かい合うサイドリブ３４は、ノズ
ルの横方向すなわち周方向、又は、軸方向すなわち弦方
向の両方向において、キャビティ内のバッフルの各々を
中央に支持するのに充分なものとすることができる。し
かしながら、端リブ５６ａ、５６ｂは、個々のバッフル
の後端又は前端と、キャビティの各々の後端又は前端と
の間に所定の間隔を維持するために望ましい場所で使用
することができる。
【００４５】発明の背景の項において上述した商業的な
実施形態では、図２の左側に示した種々の隔壁４６は、
廻り込んだ融合部３４ｘを構成し、後方バッフル３８の
ための多数の後方隔離構造を与える、対応するサイドリ
ブ３４と一体の延長部を含んでいた。しかしながら、後
縁の隔壁４６は低温のブリッジであり、その対応するサ
イドリブ３４との接合部は、低温の隔壁と高温の側壁と
の間の熱不均衡な局部領域を形成し、ノズル羽根の耐用
年数に悪影響を及ぼす。
実施形態では、図２の左側に示した種々の隔壁４６は、
廻り込んだ融合部３４ｘを構成し、後方バッフル３８の
ための多数の後方隔離構造を与える、対応するサイドリ
ブ３４と一体の延長部を含んでいた。しかしながら、後
縁の隔壁４６は低温のブリッジであり、その対応するサ
イドリブ３４との接合部は、低温の隔壁と高温の側壁と
の間の熱不均衡な局部領域を形成し、ノズル羽根の耐用
年数に悪影響を及ぼす。
【００４６】したがって、好ましい実施形態において、
従来のように連結された後縁隔壁４６及びサイドリブ３
４は、図２に示すように隔壁延長部の後端を切断するこ
とにより互いに切り離され、該隔壁の延長部が除去され
ており、このことは、特に図３に示すように、負圧側壁
に沿った対応するサイドリブ３４の後端を切断すること
に相当する。
従来のように連結された後縁隔壁４６及びサイドリブ３
４は、図２に示すように隔壁延長部の後端を切断するこ
とにより互いに切り離され、該隔壁の延長部が除去され
ており、このことは、特に図３に示すように、負圧側壁
に沿った対応するサイドリブ３４の後端を切断すること
に相当する。
【００４７】切断された隔壁４６は、後方バッフルのた
めの後方隔離構造を提供するためには利用できないの
で、サイドリブとは異なる平面における隔壁４６の少な
くとも１つは、図２及び図３に示すように、該隔壁から
前向きに後方キャビティ内に延びる第２の端リブ５６ｂ
を含むことが好ましい。
めの後方隔離構造を提供するためには利用できないの
で、サイドリブとは異なる平面における隔壁４６の少な
くとも１つは、図２及び図３に示すように、該隔壁から
前向きに後方キャビティ内に延びる第２の端リブ５６ｂ
を含むことが好ましい。
【００４８】図４に最も良く示すように、後縁隔壁４６
の各々は、第１及び第２の側壁２０、２２をつないでお
り、通常の鋳造法によってそれらと一体に構成されてい
る。図２に付加的に示すように、単一の端リブ５６ｂ
は、例示的な実施形態において内側バンド１６に隣接す
る隔壁の最後の一つのみから延びるようにすることが好
ましい。この端リブ５６ｂは、対応する最後の隔壁４６
の延長部であるので、該端リブ５６ｂもまた２つの側壁
をつなぐが、作動中に高温になる側壁に比べて作動中に
おいても実際上低温である。
の各々は、第１及び第２の側壁２０、２２をつないでお
り、通常の鋳造法によってそれらと一体に構成されてい
る。図２に付加的に示すように、単一の端リブ５６ｂ
は、例示的な実施形態において内側バンド１６に隣接す
る隔壁の最後の一つのみから延びるようにすることが好
ましい。この端リブ５６ｂは、対応する最後の隔壁４６
の延長部であるので、該端リブ５６ｂもまた２つの側壁
をつなぐが、作動中に高温になる側壁に比べて作動中に
おいても実際上低温である。
【００４９】したがって、図２に示す端リブ５６ｂは、
後方キャビティ３２内でサイドリブ３４から羽根のスパ
ン方向に沿って半径方向に間隔を置いて配置し、サイド
リブ３４から端リブ５６ｂを切り離し、この位置におけ
る熱に起因する応力を大幅に低下させながら、後方バッ
フル３８のための対応する隔離構造を与えるようにする
ことが好ましい。
後方キャビティ３２内でサイドリブ３４から羽根のスパ
ン方向に沿って半径方向に間隔を置いて配置し、サイド
リブ３４から端リブ５６ｂを切り離し、この位置におけ
る熱に起因する応力を大幅に低下させながら、後方バッ
フル３８のための対応する隔離構造を与えるようにする
ことが好ましい。
【００５０】図２に示す例示的な実施形態において、外
側バンド１４は、組立て中にキャビティ内に後方バッフ
ル３８を半径方向に受け入れるために、後方キャビティ
３２の位置に外側ポート５８を含み、該ポートを通じて
冷却空気４０を受ける。これに対応して、後方キャビテ
ィにおいて内側バンド１６は閉じられている。
側バンド１４は、組立て中にキャビティ内に後方バッフ
ル３８を半径方向に受け入れるために、後方キャビティ
３２の位置に外側ポート５８を含み、該ポートを通じて
冷却空気４０を受ける。これに対応して、後方キャビテ
ィにおいて内側バンド１６は閉じられている。
【００５１】同様に、内側バンド１６は、前方バッフル
３６を受け入れるために、前方キャビティ３０の位置に
内側ポート６０を含み、該ポートを通じて冷却空気の別
の一部を受ける。これに対応して、前方キャビティにお
いて外側バンド１４は閉じられている。
３６を受け入れるために、前方キャビティ３０の位置に
内側ポート６０を含み、該ポートを通じて冷却空気の別
の一部を受ける。これに対応して、前方キャビティにお
いて外側バンド１４は閉じられている。
【００５２】図２に示すように、内側の最後の一つを除
く全ての後縁隔壁４６は、後方バッフル３８の後端より
手前になるように、また、外側ポート５８の後端より手
前になるように、切断された形状にすることが好まし
い。このようにして、外側ポート５８の後端は、後方バ
ッフル３８の外側端に隔離構造を与えるために効果的に
用いることができ、最内側の隔壁４６は、バッフルの内
側端に隔離構造を与えるための端リブ５６ｂを含む。
く全ての後縁隔壁４６は、後方バッフル３８の後端より
手前になるように、また、外側ポート５８の後端より手
前になるように、切断された形状にすることが好まし
い。このようにして、外側ポート５８の後端は、後方バ
ッフル３８の外側端に隔離構造を与えるために効果的に
用いることができ、最内側の隔壁４６は、バッフルの内
側端に隔離構造を与えるための端リブ５６ｂを含む。
【００５３】端リブ５６ｂは、サイドリブ３４から切り
離されるので、両者の間におけるいかなる熱不均衡も最
小限になる。さらに、端リブ５６ｂは、好ましくは最内
側の隔壁４６に配置されるので、羽根の外側の燃焼ガス
から高い熱負荷を受ける位置に配置されたスパン方向中
間部の隔壁よりも、実質的に低温の環境となる。内側バ
ンドの低温位置、及び該低温位置に配置された端リブ５
６ｂは、端リブ５６ｂと、該リブが取り付けられた側壁
との間のつなぎ部分におけるいかなる熱の不均衡をも最
小限にする。
離されるので、両者の間におけるいかなる熱不均衡も最
小限になる。さらに、端リブ５６ｂは、好ましくは最内
側の隔壁４６に配置されるので、羽根の外側の燃焼ガス
から高い熱負荷を受ける位置に配置されたスパン方向中
間部の隔壁よりも、実質的に低温の環境となる。内側バ
ンドの低温位置、及び該低温位置に配置された端リブ５
６ｂは、端リブ５６ｂと、該リブが取り付けられた側壁
との間のつなぎ部分におけるいかなる熱の不均衡をも最
小限にする。
【００５４】同じく図２に示すように、複数の第１の端
リブ５６ａは、好ましくは前方キャビティ３０内の半径
方向のブリッジ２８から延び、羽根のスパン方向に沿っ
て互いに半径方向に間隔を置いて配置される。
リブ５６ａは、好ましくは前方キャビティ３０内の半径
方向のブリッジ２８から延び、羽根のスパン方向に沿っ
て互いに半径方向に間隔を置いて配置される。
【００５５】図３に示すように、第１の端リブ５６ａ
は、前方キャビティ内の向かい合う羽根側壁２０、２２
の間に位置するブリッジ２８の前側と一体に形成され、
低温のブリッジからサイドリブ３４を切断するのと同様
の方法で、側壁から端リブを切り離すために、２つの側
壁の間の周方向の長さが切断される。このようにして、
端リブ５６ａは、側壁から切り離されたままで、前方バ
ッフル３６の後端に効果的な隔離構造を与え、側壁位置
での熱に起因する応力を最小限にすることができる。
は、前方キャビティ内の向かい合う羽根側壁２０、２２
の間に位置するブリッジ２８の前側と一体に形成され、
低温のブリッジからサイドリブ３４を切断するのと同様
の方法で、側壁から端リブを切り離すために、２つの側
壁の間の周方向の長さが切断される。このようにして、
端リブ５６ａは、側壁から切り離されたままで、前方バ
ッフル３６の後端に効果的な隔離構造を与え、側壁位置
での熱に起因する応力を最小限にすることができる。
【００５６】図５に示すように、６つの例示的なサイド
リブ３４が、前方キャビティ３０の第１の側壁２０に沿
って半径方向に間隔を置いて配置され、それより少数
の、例えば３つのサイドリブ３４が、向かい合う第２の
側壁２２に沿って間隔を置いて配置される。正圧側のリ
ブ３４は、好ましくは、対応する負圧側リブ３４と同じ
半径方向の平面に配置され、バッフル３６を両者の間で
中央に配置することができる。また、前方キャビティ３
０の第１の端リブ５６ａは、両側壁２０、２２に沿うサ
イドリブ３４の対応する一つと同一平面にあるようにす
ることが好ましい。
リブ３４が、前方キャビティ３０の第１の側壁２０に沿
って半径方向に間隔を置いて配置され、それより少数
の、例えば３つのサイドリブ３４が、向かい合う第２の
側壁２２に沿って間隔を置いて配置される。正圧側のリ
ブ３４は、好ましくは、対応する負圧側リブ３４と同じ
半径方向の平面に配置され、バッフル３６を両者の間で
中央に配置することができる。また、前方キャビティ３
０の第１の端リブ５６ａは、両側壁２０、２２に沿うサ
イドリブ３４の対応する一つと同一平面にあるようにす
ることが好ましい。
【００５７】図３に最もよく示すように、同一平面上の
３つのリブ３４、５６ａは、前方バッフル３６をその周
方向の大部分で拘束し、該バッフルを前方キャビティ３
０の中央に配置することができる。しかしながら、サイ
ドリブ３４及び端リブ５６ａは、構造的に互いに切り離
されており、また低温のブリッジと高温の側壁２０、２
２との接合部から切り離されている。
３つのリブ３４、５６ａは、前方バッフル３６をその周
方向の大部分で拘束し、該バッフルを前方キャビティ３
０の中央に配置することができる。しかしながら、サイ
ドリブ３４及び端リブ５６ａは、構造的に互いに切り離
されており、また低温のブリッジと高温の側壁２０、２
２との接合部から切り離されている。
【００５８】したがって、前方バッフルは、効果的に前
方キャビティの中央に配置され、低温のブリッジと羽根
の側壁との接合部、特に、従来では羽根の寿命を制限す
る領域であった凸状側壁２０において、熱応力が大幅に
低減される。上に示すように、隔離構造の改良された形
状により、これら改良を加えていない従来の商業的設計
と比べて、ノズル羽根の有用性を４倍に向上させること
ができる。
方キャビティの中央に配置され、低温のブリッジと羽根
の側壁との接合部、特に、従来では羽根の寿命を制限す
る領域であった凸状側壁２０において、熱応力が大幅に
低減される。上に示すように、隔離構造の改良された形
状により、これら改良を加えていない従来の商業的設計
と比べて、ノズル羽根の有用性を４倍に向上させること
ができる。
【００５９】商業的なタービンノズルにおける従来の寿
命制限の原因についての発見は、当初の設計に小さな変
更を加えることを必要とするだけで、しかも耐用年数を
大幅に延ばすのに大きな効果を有する解決策に導くもの
である。細長いサイドリブ３４は、低温のブリッジ２８
からだけでなく後縁隔壁４６からも局部的に切り離さ
れ、それらの間における熱の不均衡を大幅に低減する。
また、端リブ５６ａ、５６ｂは、端リブと高温の側壁と
の間の望ましくない熱の不均衡を誘発することなく、対
応する衝突バッフルを支持するために好ましい位置に挿
入される。
命制限の原因についての発見は、当初の設計に小さな変
更を加えることを必要とするだけで、しかも耐用年数を
大幅に延ばすのに大きな効果を有する解決策に導くもの
である。細長いサイドリブ３４は、低温のブリッジ２８
からだけでなく後縁隔壁４６からも局部的に切り離さ
れ、それらの間における熱の不均衡を大幅に低減する。
また、端リブ５６ａ、５６ｂは、端リブと高温の側壁と
の間の望ましくない熱の不均衡を誘発することなく、対
応する衝突バッフルを支持するために好ましい位置に挿
入される。
【００６０】この改良された特徴は、ガスタービンエン
ジンの通常の整備休止中における取替え時に既存の設計
に後付けの形で取り入れられるだけでなく、新しいター
ビンノズルの設計に容易に組み入れることができる。タ
ービンノズルにおける耐用年数の大幅な改善は、製造費
用の増大をほとんど或いは全く伴わずに、ノズル設計の
わずかな変更によって得ることができる。
ジンの通常の整備休止中における取替え時に既存の設計
に後付けの形で取り入れられるだけでなく、新しいター
ビンノズルの設計に容易に組み入れることができる。タ
ービンノズルにおける耐用年数の大幅な改善は、製造費
用の増大をほとんど或いは全く伴わずに、ノズル設計の
わずかな変更によって得ることができる。
【００６１】本発明の好ましい例示的な実施形態と思わ
れるものを本明細書に説明してきたが、ここでの教示に
基づき、本発明の他の変更が当業者には明らかとなるで
あろう。したがって、本発明の技術思想及び技術的範囲
に含まれるこれら全ての変更は、添付の特許請求の範囲
により確保されることを意図するものである。
れるものを本明細書に説明してきたが、ここでの教示に
基づき、本発明の他の変更が当業者には明らかとなるで
あろう。したがって、本発明の技術思想及び技術的範囲
に含まれるこれら全ての変更は、添付の特許請求の範囲
により確保されることを意図するものである。
【００６２】したがって、特許として確保されることを
望むものは、特許請求の範囲に記載し特定している本発
明である。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、
理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施
例に限縮するものではない。
望むものは、特許請求の範囲に記載し特定している本発
明である。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、
理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施
例に限縮するものではない。
【図１】 飛行中の航空機に動力を与えるように構成さ
れたガスタービンエンジンの例示的な高圧タービンノズ
ルの一部の斜視図。
れたガスタービンエンジンの例示的な高圧タービンノズ
ルの一部の斜視図。
【図２】 ノズルの寿命を延ばすための方法を表すフロ
ーチャートとともに図１の羽根の１つを示す半径方向断
面図。
ーチャートとともに図１の羽根の１つを示す半径方向断
面図。
【図３】 ノズルの寿命を延ばすための好ましい方法の
要素とともに、図２に示す羽根を線３−３に沿って切り
取って示す半径方向断面図。
要素とともに、図２に示す羽根を線３−３に沿って切り
取って示す半径方向断面図。
【図４】 図２に示す後方キャビティの一部分を線４−
４に沿って切り取って示す半径方向断面図。
４に沿って切り取って示す半径方向断面図。
【図５】 図２に示す前方キャビティを線５−５に沿っ
て切り取って示す半径方向断面図。
て切り取って示す半径方向断面図。
１２ 羽根 １４ 外側バンド １６ 内側バンド ２０ 負圧側壁 ２４ 前縁 ２６ 後縁 ２８ ブリッジ ３０ 前方キャビティ ３２ 後方キャビティ ３４ サイドリブ ３４ｘ サイドリブ融合部 ３６ 前方衝突バッフル ３８ 後方衝突バッフル ４４ 後縁回路 ４６ 隔壁 ４８ 後縁流路 ５０ 後縁開口部 ５２ 乱流器 ５４ フィルム冷却孔 ５６ａ、５６ｂ 端リブ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年４月１２日（２００２．４．１
２）
２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４６】したがって、好ましい実施形態において、
従来のように連結された後縁隔壁４６及びサイドリブ３
４は、図２に示すように隔壁延長部の前端を切断するこ
とにより互いに切り離され、該隔壁の延長部が除去され
ており、このことは、特に図３に示すように、負圧側壁
に沿った対応するサイドリブ３４の後端を切断すること
に相当する。
従来のように連結された後縁隔壁４６及びサイドリブ３
４は、図２に示すように隔壁延長部の前端を切断するこ
とにより互いに切り離され、該隔壁の延長部が除去され
ており、このことは、特に図３に示すように、負圧側壁
に沿った対応するサイドリブ３４の後端を切断すること
に相当する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク・エドワード・シュテーゲミラー アメリカ合衆国、オハイオ州、フランクリ ン、シェイカー・ロード、2516番 (72)発明者 スティーブン・ロバート・ブラスフィール ド アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナテ ィ、キャンドルリッジ・ドライブ、777番 Ｆターム(参考） 3G002 GA08 GB01
Claims (21)
- 【請求項１】 外側及び内側バンド１４、１６に固定接
合された複数の羽根１２を備え、 前記羽根の各々は、向かい合って前縁及び後縁２４、２
６の間を弦方向に、及び前記バンドの間をスパン方向に
延びる第１及び第２の側壁２０、２２と、前記側壁の間
を該側壁と一体に延びて、前側に前記前縁により境界さ
れる前方キャビティ３０を、後側に前記後縁により境界
される後方キャビティ３２を定める内部ブリッジ２８と
を含み、 各々の羽根はさらに、前記側壁に沿って弦方向に延び、
そこから内向きに前記キャビティ内に突出する複数の細
長いサイドリブ３４を含み、 前記リブの各々は、前記ブリッジから前記リブを切り離
すために、前記ブリッジに隣接する位置で切断されてい
る、ことを特徴とするタービンノズル１０。 - 【請求項２】 前記第１の側壁２０が外向きに凸状であ
り、前記リブ３４が、前記ブリッジ２８において、前記
リブ３４と前記ブリッジ２８との間に位置する対応する
フィレット４２の近くで終わることを特徴とする請求項
１に記載のノズル。 - 【請求項３】 前記リブ３４が、前記ブリッジ２８から
前方及び後方に、前記側壁２０、２２に沿って前記キャ
ビティ３０、３２の内側で側壁の弦方向の大部分の長さ
にわたって延びることを特徴とする請求項２に記載のノ
ズル。 - 【請求項４】 前記前方及び後方キャビティの内部にそ
れぞれ配置され、前記リブ３４により前記前方及び後方
キャビティの中央側に間隔をもって位置させられた、前
方及び後方衝突バッフル３６、３８をさらに備えること
を特徴とする請求項３に記載のノズル。 - 【請求項５】 前記バッフル３６、３８を前記キャビテ
ィ内に当接するように、前記キャビティ３０、３２の各
々の後端に配置された端リブ５６ａ、ｂをさらに備える
ことを特徴とする請求項４に記載のノズル。 - 【請求項６】 前記後方キャビティ３２と流体連通する
ように前記羽根１２の各々内に配置された後縁冷却回路
４４をさらに備え、前記後縁冷却回路は、前記スパン方
向に沿って間隔を置いて配置された複数の隔壁４６を含
み、該隔壁は、前記後縁２６において対応する開口部５
０で終わる、対応する排出流路４８を構成しており、前
記端リブ５６ｂは、前記隔壁の１つから前方に前記後方
キャビティ３２内ヘ延びることを特徴とする請求項５に
記載のノズル。 - 【請求項７】 前記端リブ５６ｂが、前記後方キャビテ
ィ３２内において前記スパン方向に沿って前記サイドリ
ブから間隔を置いて配置され、該サイドリブから切り離
されていることを特徴とする請求項６に記載のノズル。 - 【請求項８】 前記端リブ５６ｂが、前記バンド１６の
１つに隣接する前記隔壁の少なくとも１つから延びるこ
とを特徴とする請求項７に記載のノズル。 - 【請求項９】 前記端リブ５６ｂが、前記第１及び第２
の側壁２０、２２をつなぐことを特徴とする請求項８に
記載のノズル。 - 【請求項１０】 前記外側バンド１４が、前記後方キャ
ビティ３２において前記後方バッフル３８を受け入れる
ための外側ポート５８を含み、前記内側バンド１６が、
前記後方キャビティにおいて閉じられており、 前記内側バンド１６が、前記前方キャビティ３０におい
て前記前方バッフル３６を受け入れるための内側ポート
６０を含み、前記外側バンド１４が前記前方キャビティ
において閉じられており、 前記後方キャビティ３２内の前記端リブ５６ｂが内側バ
ンド１６に隣接するように配置された、ことを特徴とす
る請求項８に記載のノズル。 - 【請求項１１】 前記端リブ５６ａが、前記前方キャビ
ティ３０の前記側壁間において前記ブリッジ２８と一体
に形成され、前記側壁から前記端リブを切り離すため
に、前記側壁において切断されたことを特徴とする請求
項５に記載のノズル。 - 【請求項１２】 前記前方キャビティ３０内の前記端リ
ブ５６ａが、前記側壁２０、２２に沿った前記サイドリ
ブ３４と同一面上にあることを特徴とする請求項１１に
記載のノズル。 - 【請求項１３】 複数の前記端リブ５６ａが、前方キャ
ビティ３０内で前記ブリッジ２８から延び、前記スパン
方向に沿って互いに間隔を置いて配置されたことを特徴
とする請求項１２に記載のノズル。 - 【請求項１４】 サイドリブ３４が初めは前記ブリッジ
２８まで延びて前記ブリッジ２８と一体に形成されてい
るノズル１０の寿命を請求項１に記載の構成により延ば
す方法であって、 前記後方キャビティ３２内の前記第１の側壁２０に沿っ
て前記サイドリブ３４を前記ブリッジから切断し、 前記前方キャビティ３０内の前記第１の側壁２０に沿っ
て前記サイドリブ３４を前記ブリッジから切断する、こ
とを特徴とする方法。 - 【請求項１５】 前記ブリッジ２８における前記第１の
側壁２０と前記ブリッジ２８との間に位置する対応する
フィレット５２の近くで、前記切断されたサイドリブ３
４を融合させることを特徴とする請求項１４に記載の方
法。 - 【請求項１６】 さらに、前記後方キャビティ３２内の
前記第２の側壁２２に沿って前記サイドリブ３４を前記
ブリッジ２８から切断し、 前記前方キャビティ３０内の前記第２の側壁２２に沿っ
て前記サイドリブ３４を前記ブリッジから切断する、こ
とを特徴とする請求項１５に記載の方法。 - 【請求項１７】 前記第１の側壁２０が外方に向かって
凸状にされている場合であって、 さらに、前記後方キャビティ３２の後端において、前記
第１の側壁２０に沿って前記サイドリブ３４を切断する
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。 - 【請求項１８】 外側及び内側バンド１４、１６に固定
接合された複数の羽根１２を備え、 前記羽根の各々は、前縁及び後縁２４、２６間を弦方向
に、及び前記バンドの間をスパン方向に互いに向かい合
って延びる第１の凸状側壁２０及び第２の凹状側壁２２
と、前記側壁間を一体に延びる内部ブリッジ２８とを含
み、該内部ブリッジ２８は、前記前縁により境界された
前記ブリッジより前側の前方キャビティ、及び前記後縁
により境界された前記ブリッジより後側の後方キャビテ
ィ３２を定めており、 各々の羽根はさらに、前記側壁に沿って弦方向に延び、
該側壁から内向きに前記キャビティ内に突出する複数の
細長いサイドリブ３４を含み、 前記リブの各々は、前記ブリッジから前記リブを切り離
すために、前記ブリッジに隣接する位置で切断されてお
り、 前記前方及び後方キャビティの内部にそれぞれ配置さ
れ、前記リブ３４により前記キャビティの中央側に間隔
をもって位置させられた前方及び後方衝突バッフル３
６、３８を備える、ことを特徴とするタービンノズル１
０。 - 【請求項１９】 前記リブ３４が前記ブリッジ２８との
間に位置する対応するフィレット４２において終わって
おり、前記キャビティ３０、３２の各々の後端に、キャ
ビティ内の前記バッフル３６、３８に当接する端リブ５
６ａ、ｂがさらに設けられたことを特徴とする請求項１
８に記載のノズル。 - 【請求項２０】 前記後方キャビティ３２と流体連通す
るように前記羽根１２の各々に設けられた後縁冷却回路
４４をさらに含み、該冷却回路は、前記スパン方向に沿
って間隔を置いて配置された複数の隔壁４６を含み、前
記後縁２６において対応する開口部５０で終わる対応す
る排出経路４８を構成しており、 前記後方キャビティ３２内の前記端リブ５６ｂは、前記
隔壁４６の１つから前方に前記後方キャビティ３２内に
延びており、 前記前方キャビティ内の前記端リブは、前記側壁の間に
おいて前記ブリッジ２８と一体に形成され、前記側壁か
ら前記端リブを切り離すために前記側壁において切断さ
れている、ことを特徴とする請求項１９に記載のノズ
ル。 - 【請求項２１】 前記後方キャビティ３２内の前記端リ
ブ５６ｂは、前記キャビティ内で前記スパン方向に沿っ
て前記サイドリブ３４から間隔を置いて配置されて前記
サイドリブ３４から切り離され、 複数の前記端リブ５６ａが、前記前方キャビティ３０内
の前記ブリッジ２８から延び、前記スパン方向に沿って
互いに間隔を置いて配置された、 ことを特徴とする請求項２０に記載のノズル。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/755,352 US6428273B1 (en) | 2001-01-05 | 2001-01-05 | Truncated rib turbine nozzle |
| US09/755352 | 2001-01-05 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002266604A true JP2002266604A (ja) | 2002-09-18 |
| JP2002266604A5 JP2002266604A5 (ja) | 2005-05-26 |
| JP4097429B2 JP4097429B2 (ja) | 2008-06-11 |
Family
ID=25038790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001399813A Expired - Fee Related JP4097429B2 (ja) | 2001-01-05 | 2001-12-28 | 切断型リブを有するタービンノズル及び方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6428273B1 (ja) |
| EP (1) | EP1221538B1 (ja) |
| JP (1) | JP4097429B2 (ja) |
| DE (1) | DE60119273T2 (ja) |
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