JP2003227411A - ガスタービンノズルを冷却する方法及び装置 - Google Patents
ガスタービンノズルを冷却する方法及び装置Info
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- F01D5/187—Convection cooling
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/10—Stators
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05D2260/221—Improvement of heat transfer
- F05D2260/2214—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface
- F05D2260/22141—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface using fins or ribs
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ノズルの有効寿命を延長することを容易にす
るガスタービンエンジン（１０）のノズルを製造する方
法（５０）を提供する。 【解決手段】 エーロフォイル（５２）を含むノズル
（５１）を製造する方法は、前端部（６４）及び後端部
（６６）で結合された負圧側（６０）と正圧側（６２）
を含むようにエーロフォイルを形成することと、エーロ
フォイルの正圧側に、後端部に向かって延出する複数の
スロット（８２）を形成することと、第１の列のピン
（１５２）の各々がほぼ楕円形の横断面領域を有し、残
る列のピンとエーロフォイルの正圧側のスロットとの間
に第１の列のピンが位置するように、エーロフォイルの
負圧側と正圧側との間に複数の列を成して複数のピン
（１５０）を延出させることとから成る。
るガスタービンエンジン（１０）のノズルを製造する方
法（５０）を提供する。 【解決手段】 エーロフォイル（５２）を含むノズル
（５１）を製造する方法は、前端部（６４）及び後端部
（６６）で結合された負圧側（６０）と正圧側（６２）
を含むようにエーロフォイルを形成することと、エーロ
フォイルの正圧側に、後端部に向かって延出する複数の
スロット（８２）を形成することと、第１の列のピン
（１５２）の各々がほぼ楕円形の横断面領域を有し、残
る列のピンとエーロフォイルの正圧側のスロットとの間
に第１の列のピンが位置するように、エーロフォイルの
負圧側と正圧側との間に複数の列を成して複数のピン
（１５０）を延出させることとから成る。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は一般にガスタービン
エンジンノズルに関し、特にガスタービンエンジンノズ
ルを冷却する方法及び装置に関する。
エンジンノズルに関し、特にガスタービンエンジンノズ
ルを冷却する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンは燃料と空気の混
合物を燃焼させる燃焼器を含む。燃焼後の混合物はター
ビンノズルアセンブリを通ってタービンに向かって搬送
される。少なくとも周知のタービンノズルアセンブリの
一部は、燃焼器の下流側でエンジン内部に円周方向に配
列された複数のノズルを含む。各ノズルは、一体に形成
された内側バンドプラットホームと外側バンドプラット
ホームとの間に延出するエーロフォイルベーンを含む。
ノズルは内部対流冷却とガス側薄膜冷却の組み合わせに
より冷却される。
合物を燃焼させる燃焼器を含む。燃焼後の混合物はター
ビンノズルアセンブリを通ってタービンに向かって搬送
される。少なくとも周知のタービンノズルアセンブリの
一部は、燃焼器の下流側でエンジン内部に円周方向に配
列された複数のノズルを含む。各ノズルは、一体に形成
された内側バンドプラットホームと外側バンドプラット
ホームとの間に延出するエーロフォイルベーンを含む。
ノズルは内部対流冷却とガス側薄膜冷却の組み合わせに
より冷却される。
【０００３】各ノズルは、前端部と後端部で結合された
一対の側壁を含む。典型的なベーンエーロフォイルの金
属温度分布は、後端部がエーロフォイルの大部分の温度
より著しく高温になっている。この温度勾配によってベ
ーンの後端部に大きな圧縮応力が加わり、一般に、大き
な応力と高温の影響が組み合わされた結果、ベーンの後
端部はノズルの中で寿命が限定される場所になる。従っ
て、少なくともいくつかの周知のノズルにおいては、エ
ーロフォイルベーンの後端部を内部に規定されたベーン
空洞から排出される冷却空気の薄膜により冷却してい
る。更に具体的には、エーロフォイルベーンの正圧側に
形成された後端部スロットを通して、エーロフォイル後
端部の上流側で冷却空気の薄膜を排出する。
一対の側壁を含む。典型的なベーンエーロフォイルの金
属温度分布は、後端部がエーロフォイルの大部分の温度
より著しく高温になっている。この温度勾配によってベ
ーンの後端部に大きな圧縮応力が加わり、一般に、大き
な応力と高温の影響が組み合わされた結果、ベーンの後
端部はノズルの中で寿命が限定される場所になる。従っ
て、少なくともいくつかの周知のノズルにおいては、エ
ーロフォイルベーンの後端部を内部に規定されたベーン
空洞から排出される冷却空気の薄膜により冷却してい
る。更に具体的には、エーロフォイルベーンの正圧側に
形成された後端部スロットを通して、エーロフォイル後
端部の上流側で冷却空気の薄膜を排出する。
【０００４】冷却流れの取り出しと関連していると思わ
れるエンジン性能の低下に対する影響を低減するため
に、各ノズルベーンに供給される空気の量を最適化する
ことが試みられている。一般に、スロットは後端部に供
給される冷却流れの量を最適化するのを容易にする長さ
で形成される。スロットの長さの関係上、スロットは通
常、放電加工（ＥＤＭ）工程を使用して製造される。し
かし、そのような製造方法は製造費用と製造時間を増加
させ、作業が複雑であるために、エーロフォイルベーン
の加工のやり直しの原因となることもある。インベスト
メント鋳造方法に匹敵する内部冷却構造配列を含むノズ
ルの製造費用は、一般に、スロットを形成するためにＥ
ＤＭ方法を必要とするノズルと比較して安価である。
れるエンジン性能の低下に対する影響を低減するため
に、各ノズルベーンに供給される空気の量を最適化する
ことが試みられている。一般に、スロットは後端部に供
給される冷却流れの量を最適化するのを容易にする長さ
で形成される。スロットの長さの関係上、スロットは通
常、放電加工（ＥＤＭ）工程を使用して製造される。し
かし、そのような製造方法は製造費用と製造時間を増加
させ、作業が複雑であるために、エーロフォイルベーン
の加工のやり直しの原因となることもある。インベスト
メント鋳造方法に匹敵する内部冷却構造配列を含むノズ
ルの製造費用は、一般に、スロットを形成するためにＥ
ＤＭ方法を必要とするノズルと比較して安価である。
【０００５】
【発明の概要】１つの面においては、ガスタービンエン
ジンのノズルを製造する方法が提供される。ノズルはエ
ーロフォイルを含む。方法は、前端部及び後端部で結合
された負圧側と正圧側を含むようにエーロフォイルを形
成することと、エーロフォイルの正圧側に、後端部に向
かって延出する複数のスロットを形成することと、第１
の列のピンの各々がほぼ楕円形の横断面領域を有し、第
１の列のピンが残る列のピンとエーロフォイルの正圧側
のスロットとの間に位置するように、エーロフォイルの
負圧側と正圧側との間に複数の列を成して複数のピンを
延出させることとから成る。
ジンのノズルを製造する方法が提供される。ノズルはエ
ーロフォイルを含む。方法は、前端部及び後端部で結合
された負圧側と正圧側を含むようにエーロフォイルを形
成することと、エーロフォイルの正圧側に、後端部に向
かって延出する複数のスロットを形成することと、第１
の列のピンの各々がほぼ楕円形の横断面領域を有し、第
１の列のピンが残る列のピンとエーロフォイルの正圧側
のスロットとの間に位置するように、エーロフォイルの
負圧側と正圧側との間に複数の列を成して複数のピンを
延出させることとから成る。
【０００６】本発明の別の面においては、ガスタービン
エンジンのタービンノズルが提供される。ノズルは、第
１の壁と、第２の壁と、それらの壁の間に延出する複数
のピンとを含むエーロフォイルベーンを含む。第１の壁
と第２の壁は前端部及び後端部で結合されている。第１
の壁は、後端部に向かって延出する複数のスロットを含
む。複数のピンは、ほぼ楕円形の横断面領域を有する第
１の列のピンを少なくとも含む。第１の列のピンは残る
複数のピンと第１の壁のスロットとの間に位置してい
る。
エンジンのタービンノズルが提供される。ノズルは、第
１の壁と、第２の壁と、それらの壁の間に延出する複数
のピンとを含むエーロフォイルベーンを含む。第１の壁
と第２の壁は前端部及び後端部で結合されている。第１
の壁は、後端部に向かって延出する複数のスロットを含
む。複数のピンは、ほぼ楕円形の横断面領域を有する第
１の列のピンを少なくとも含む。第１の列のピンは残る
複数のピンと第１の壁のスロットとの間に位置してい
る。
【０００７】更に別の面においては、ガスタービンエン
ジンノズルのエーロフォイルが提供される。エーロフォ
イルは根元部と、先端部と、複数のピンと、後端部で結
合された凸型の側壁及び凹型の側壁とを含む。側壁の各
々は根元部と先端部との間に延出している。凸型の側壁
はエーロフォイルの正圧側を規定し、且つ後端部に向か
って延出する複数のスロットを含む。複数のピンは少な
くとも第１の列のピンと、第２の列のピンとを含む。第
１の列のピンは半径方向に同心に整列されており、第１
の列のピンの各々はほぼ楕円形の横断面プロファイルを
有し且つ第１の列のピンの各々の上流側が第１の列のピ
ンの各々の下流側より大きい幅を有するようにテーパさ
れている。スロットは第１の列のピンに隣接し且つその
下流側に位置している。
ジンノズルのエーロフォイルが提供される。エーロフォ
イルは根元部と、先端部と、複数のピンと、後端部で結
合された凸型の側壁及び凹型の側壁とを含む。側壁の各
々は根元部と先端部との間に延出している。凸型の側壁
はエーロフォイルの正圧側を規定し、且つ後端部に向か
って延出する複数のスロットを含む。複数のピンは少な
くとも第１の列のピンと、第２の列のピンとを含む。第
１の列のピンは半径方向に同心に整列されており、第１
の列のピンの各々はほぼ楕円形の横断面プロファイルを
有し且つ第１の列のピンの各々の上流側が第１の列のピ
ンの各々の下流側より大きい幅を有するようにテーパさ
れている。スロットは第１の列のピンに隣接し且つその
下流側に位置している。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、ファンアセンブリ１２
と、高圧圧縮機１４と、燃焼器１６とを含むガスタービ
ンエンジン１０の概略図である。エンジン１０は高圧タ
ービン１８と、低圧タービン２０とを更に含む。エンジ
ンは負圧側、すなわち、上流側２８と、排気側、すなわ
ち、下流側３０とを有する。一実施例では、エンジン１
０はオハイオ州シンシナティのGeneral Electric Aircr
aft Enginesから市販されているＣＦ６−８０エンジン
である。
と、高圧圧縮機１４と、燃焼器１６とを含むガスタービ
ンエンジン１０の概略図である。エンジン１０は高圧タ
ービン１８と、低圧タービン２０とを更に含む。エンジ
ンは負圧側、すなわち、上流側２８と、排気側、すなわ
ち、下流側３０とを有する。一実施例では、エンジン１
０はオハイオ州シンシナティのGeneral Electric Aircr
aft Enginesから市販されているＣＦ６−８０エンジン
である。
【０００９】動作中、空気はファンアセンブリ１２を通
過し、圧縮された空気は高圧圧縮機１４に供給される。
著しく圧縮された空気は燃焼器１６へ送り出される。燃
焼器１６からの空気の流れは、複数のノズル（図１には
図示せず）を含むタービンノズルアセンブリ（図１には
図示せず）を通って排出され、タービン１８及び２０を
駆動するために使用される。タービン２０はファンアセ
ンブリ１２を駆動し、タービン１８は高圧圧縮機１４を
駆動する。
過し、圧縮された空気は高圧圧縮機１４に供給される。
著しく圧縮された空気は燃焼器１６へ送り出される。燃
焼器１６からの空気の流れは、複数のノズル（図１には
図示せず）を含むタービンノズルアセンブリ（図１には
図示せず）を通って排出され、タービン１８及び２０を
駆動するために使用される。タービン２０はファンアセ
ンブリ１２を駆動し、タービン１８は高圧圧縮機１４を
駆動する。
【００１０】図２は、エンジン１０（図１に示す）のよ
うなガスタービンエンジンと共に使用できるタービンノ
ズルアセンブリ５０の斜視図である。ノズルアセンブリ
５０は、エンジン１０内部で周囲方向に延出する複数の
ノズル５１を含む。図３は、ノズルアセンブリ５０と共
に使用されるタービンノズル５１の一部の拡大概略横断
面図である。各ノズル５１は、半径方向外側のバンド又
はプラットホーム５４と半径方向内側のバンド又はプラ
ットホーム５６との間に延出するエーロフォイルベーン
５２を含む。特に、一実施例では、各バンド５４及び５
６は各々のエーロフォイルベーン５２と一体に形成され
ている。
うなガスタービンエンジンと共に使用できるタービンノ
ズルアセンブリ５０の斜視図である。ノズルアセンブリ
５０は、エンジン１０内部で周囲方向に延出する複数の
ノズル５１を含む。図３は、ノズルアセンブリ５０と共
に使用されるタービンノズル５１の一部の拡大概略横断
面図である。各ノズル５１は、半径方向外側のバンド又
はプラットホーム５４と半径方向内側のバンド又はプラ
ットホーム５６との間に延出するエーロフォイルベーン
５２を含む。特に、一実施例では、各バンド５４及び５
６は各々のエーロフォイルベーン５２と一体に形成され
ている。
【００１１】各エーロフォイルベーン５２は第１の側壁
６０と、第２の側壁６２とを含む。第１の側壁６０は凸
型であり、エーロフォイルベーン５２の負圧側を規定し
ている。第２の側壁６２は凹型であり、エーロフォイル
ベーン５２の正圧側を規定している。側壁６０及び６２
はエーロフォイルベーン５２の前端部６４と軸方向に離
間して位置する後端部６６とで接合されている。
６０と、第２の側壁６２とを含む。第１の側壁６０は凸
型であり、エーロフォイルベーン５２の負圧側を規定し
ている。第２の側壁６２は凹型であり、エーロフォイル
ベーン５２の正圧側を規定している。側壁６０及び６２
はエーロフォイルベーン５２の前端部６４と軸方向に離
間して位置する後端部６６とで接合されている。
【００１２】第１の側壁６０及び第２の側壁６２は、そ
れぞれ、半径方向内側のバンド５６から半径方向外側の
バンド５４までの長さに沿って長手方向に、すなわち、
半径方向外側へ延出している。エーロフォイル根元部７
０は内側バンド５６に隣接するとして規定され、エーロ
フォイル先端部７２は外側バンド５４に隣接するとして
規定される。更に、第１の側壁６０及び第２の側壁６２
は、それぞれ、エーロフォイルベーン５２内部に冷却チ
ャンバ（図示せず）を規定している。特に、冷却チャン
バは各々の側壁６０及び６２の内面（図示せず）により
境界を規定されている。
れぞれ、半径方向内側のバンド５６から半径方向外側の
バンド５４までの長さに沿って長手方向に、すなわち、
半径方向外側へ延出している。エーロフォイル根元部７
０は内側バンド５６に隣接するとして規定され、エーロ
フォイル先端部７２は外側バンド５４に隣接するとして
規定される。更に、第１の側壁６０及び第２の側壁６２
は、それぞれ、エーロフォイルベーン５２内部に冷却チ
ャンバ（図示せず）を規定している。特に、冷却チャン
バは各々の側壁６０及び６２の内面（図示せず）により
境界を規定されている。
【００１３】第２の側壁６２はエーロフォイルベーン５
２の正圧側を規定しており、側壁６２を貫通し且つ冷却
チャンバと流れ連通する複数の冷却開口部８０を含む。
一実施例では、ノズル冷却チャンバは圧縮機１４（図１
に示す）のような圧縮機から排出される冷却空気を受け
入れる。開口部８０は冷却空気をエーロフォイルベーン
５２の外面８１に向かって吐出す。特に、薄膜冷却開口
部８０は後端部拡散スロット８２と、複数の側壁薄膜冷
却開口部８６とを含む。尚、開口部８０の配列と数を様
々に変更できることに注意すべきである。
２の正圧側を規定しており、側壁６２を貫通し且つ冷却
チャンバと流れ連通する複数の冷却開口部８０を含む。
一実施例では、ノズル冷却チャンバは圧縮機１４（図１
に示す）のような圧縮機から排出される冷却空気を受け
入れる。開口部８０は冷却空気をエーロフォイルベーン
５２の外面８１に向かって吐出す。特に、薄膜冷却開口
部８０は後端部拡散スロット８２と、複数の側壁薄膜冷
却開口部８６とを含む。尚、開口部８０の配列と数を様
々に変更できることに注意すべきである。
【００１４】拡散スロット８２は第２の側壁６２を貫通
しており、エーロフォイルの後端部６６に向かって延出
している。拡散スロット８２はプラットホームバンド５
４及び５６にそれぞれ隣接する一対の同一の第１のスロ
ット９０及び９２と、スロット９０及び９２の間に半径
方向に離間して配置された複数の同一の本体スロット９
４とを含む。隣接する拡散スロット８２は、スロットの
半径方向高さが隣接するランド領域９８の間でスロット
８２ごとに規定されるように、ランド領域９８により分
離されている。従って、スロット９４が同一であるた
め、各スロット９４の半径方向高さ１００は同じであ
り、また、スロット９０及び９２が同一であるため、各
スロット９０及び９２の半径方向高さ１０２も同一であ
り、且つスロット９４の半径方向高さ１００より大き
い。特に、各スロット９０及び９２は、各スロット９４
の半径方向高さ１００の約２倍の半径方向高さ１０２を
有する。この実施例においては、各スロット９０及び９
２は約０.０９０インチ（2.28mm）に等しい半径方向高
さ１０２を有し、各スロット９４は約０.０４５インチ
（1.14mm）に等しい半径方向高さ１００を有する。半径
方向高さ１０２及び１００に差があることにより、エー
ロフォイルベーン５２とバンド５４及び５６との熱成長
の不一致に起因するエーロフォイル後端部６６の熱ひず
みの開放が容易になる。更に、スロットの幾何学的配列
は各バンド５４及び５６に隣接するエーロフォイルベー
ン５２の冷却の改善を容易にする。
しており、エーロフォイルの後端部６６に向かって延出
している。拡散スロット８２はプラットホームバンド５
４及び５６にそれぞれ隣接する一対の同一の第１のスロ
ット９０及び９２と、スロット９０及び９２の間に半径
方向に離間して配置された複数の同一の本体スロット９
４とを含む。隣接する拡散スロット８２は、スロットの
半径方向高さが隣接するランド領域９８の間でスロット
８２ごとに規定されるように、ランド領域９８により分
離されている。従って、スロット９４が同一であるた
め、各スロット９４の半径方向高さ１００は同じであ
り、また、スロット９０及び９２が同一であるため、各
スロット９０及び９２の半径方向高さ１０２も同一であ
り、且つスロット９４の半径方向高さ１００より大き
い。特に、各スロット９０及び９２は、各スロット９４
の半径方向高さ１００の約２倍の半径方向高さ１０２を
有する。この実施例においては、各スロット９０及び９
２は約０.０９０インチ（2.28mm）に等しい半径方向高
さ１０２を有し、各スロット９４は約０.０４５インチ
（1.14mm）に等しい半径方向高さ１００を有する。半径
方向高さ１０２及び１００に差があることにより、エー
ロフォイルベーン５２とバンド５４及び５６との熱成長
の不一致に起因するエーロフォイル後端部６６の熱ひず
みの開放が容易になる。更に、スロットの幾何学的配列
は各バンド５４及び５６に隣接するエーロフォイルベー
ン５２の冷却の改善を容易にする。
【００１５】各ランド領域９８は徐々に広がる形状であ
り、上流側部分１２０と、下流側部分１２２とを含む。
上流側部分１２０は湾曲し、前端部１２４と下流側部分
１２２との間に延出している。この実施例では、上流側
部分１２０はほぼ半円形である。下流側部分１２２は上
流側部分１２０から後端部１２８の先端１２６まで延出
している。下流側部分１２２はほぼ三角形であり、拡散
スロット８２ごとに半拡散角１２９を規定している。こ
の実施例では、各スロット８２は約７０°に等しい半拡
散角１２９を有する。
り、上流側部分１２０と、下流側部分１２２とを含む。
上流側部分１２０は湾曲し、前端部１２４と下流側部分
１２２との間に延出している。この実施例では、上流側
部分１２０はほぼ半円形である。下流側部分１２２は上
流側部分１２０から後端部１２８の先端１２６まで延出
している。下流側部分１２２はほぼ三角形であり、拡散
スロット８２ごとに半拡散角１２９を規定している。こ
の実施例では、各スロット８２は約７０°に等しい半拡
散角１２９を有する。
【００１６】各ランド領域９８は、各ランド領域の前端
部１２４と対応するランド領域の後端部１２６との間で
測定される長さ１３０を有する。この実施例では、各ラ
ンド領域は約０.１５５インチ（3.94mm）に等しい長さ
１３０を有する。ランド領域９８は等間隔で配置されて
おり、各スロット８２は中心線１３６を有する。スロッ
ト中心線１３６はほぼ平行である。
部１２４と対応するランド領域の後端部１２６との間で
測定される長さ１３０を有する。この実施例では、各ラ
ンド領域は約０.１５５インチ（3.94mm）に等しい長さ
１３０を有する。ランド領域９８は等間隔で配置されて
おり、各スロット８２は中心線１３６を有する。スロッ
ト中心線１３６はほぼ平行である。
【００１７】エーロフォイルベーン５２は、側壁６０及
び６２の間で冷却チャンバを貫通する複数のピン１５０
を含むピン傾斜面１４４を更に含む。ピン傾斜面１４４
は冷却チャンバを通って流れる冷却空気に混濁を誘導す
ることを容易にする。特に、この実施例においては、各
エーロフォイルベーン５２は少なくとも第１の列のピン
１５２を含み、第１の列のピン１５２はその他のピン１
５０とスロット８２との間（スロット８２が配置される
半径方向の位置）で、且つ拡散スロット８２のすぐ上流
側に位置している。ピン１５２はプラットホームバンド
５４及び５６の間で半径方向に延出し、且つ半径方向に
整列されている。
び６２の間で冷却チャンバを貫通する複数のピン１５０
を含むピン傾斜面１４４を更に含む。ピン傾斜面１４４
は冷却チャンバを通って流れる冷却空気に混濁を誘導す
ることを容易にする。特に、この実施例においては、各
エーロフォイルベーン５２は少なくとも第１の列のピン
１５２を含み、第１の列のピン１５２はその他のピン１
５０とスロット８２との間（スロット８２が配置される
半径方向の位置）で、且つ拡散スロット８２のすぐ上流
側に位置している。ピン１５２はプラットホームバンド
５４及び５６の間で半径方向に延出し、且つ半径方向に
整列されている。
【００１８】各ピン１５０はほぼ楕円形の横断面領域を
有し、エーロフォイルベーンの後端部６６に向かってテ
ーパされている。各ピン１５０をテーパすることによ
り、冷却チャンバを通り、拡散スロット８２に向かって
流れる冷却空気の局部速度を増加させることが容易にな
り、その結果、エーロフォイル５２内部のピン１５０と
エーロフォイルベーン後端部６６との間の冷却効率を向
上させることが容易になる。特に、各ピン１５０の先端
部１５６の半径方向幅１５４はピン後端部１６０の半径
方向幅１５８より大きくなっている。ピン１５０をテー
パすることにより、冷却チャンバを流れる冷却空気の圧
力損失を減少させることが容易になる。更に、ノズルベ
ーン５２内部の幾何学的配列の関係上、各ランド領域９
８を後端部拡散スロットを含む他の周知のノズルに比べ
て短い長さ１３０で製造することが可能である。各ラン
ド領域９８の長さ１３０が短縮されたため、各エーロフ
ォイルベーン５２をインベストメント鋳造方法で容易に
製造できるようになった。
有し、エーロフォイルベーンの後端部６６に向かってテ
ーパされている。各ピン１５０をテーパすることによ
り、冷却チャンバを通り、拡散スロット８２に向かって
流れる冷却空気の局部速度を増加させることが容易にな
り、その結果、エーロフォイル５２内部のピン１５０と
エーロフォイルベーン後端部６６との間の冷却効率を向
上させることが容易になる。特に、各ピン１５０の先端
部１５６の半径方向幅１５４はピン後端部１６０の半径
方向幅１５８より大きくなっている。ピン１５０をテー
パすることにより、冷却チャンバを流れる冷却空気の圧
力損失を減少させることが容易になる。更に、ノズルベ
ーン５２内部の幾何学的配列の関係上、各ランド領域９
８を後端部拡散スロットを含む他の周知のノズルに比べ
て短い長さ１３０で製造することが可能である。各ラン
ド領域９８の長さ１３０が短縮されたため、各エーロフ
ォイルベーン５２をインベストメント鋳造方法で容易に
製造できるようになった。
【００１９】各ピン１５０も、前端部１５６と後端部１
６０との間に延出する中心線１７０を有する。本体拡散
スロット９４のすぐ上流側に延出するピン１５０は、各
ピンの中心線１７０が各スロットの中心線１３６とほぼ
一致し、従って、スロット９０及び９２を通る中心線１
３６と平行であるように位置決めされている。
６０との間に延出する中心線１７０を有する。本体拡散
スロット９４のすぐ上流側に延出するピン１５０は、各
ピンの中心線１７０が各スロットの中心線１３６とほぼ
一致し、従って、スロット９０及び９２を通る中心線１
３６と平行であるように位置決めされている。
【００２０】エーロフォイルベーン５２はコア（図示せ
ず）を鋳造することにより製造される。コアは、液体セ
ラミック及びグラファイトスラリをコアダイ（図示せ
ず）に注入することにより製造され、スラリを加熱して
固体セラミックエーロフォイルコアを形成する。エーロ
フォイルコアをエーロフォイルダイ（図示せず）の中に
懸垂し、高温のワックスをセラミックエーロフォイルコ
アを取り囲むようにエーロフォイルベーンダイの中へ注
入する。高温のワックスは凝固し、エーロフォイルベー
ンの中に懸垂されたセラミックコアと共にワックスエー
ロフォイルベーンを形成する。
ず）を鋳造することにより製造される。コアは、液体セ
ラミック及びグラファイトスラリをコアダイ（図示せ
ず）に注入することにより製造され、スラリを加熱して
固体セラミックエーロフォイルコアを形成する。エーロ
フォイルコアをエーロフォイルダイ（図示せず）の中に
懸垂し、高温のワックスをセラミックエーロフォイルコ
アを取り囲むようにエーロフォイルベーンダイの中へ注
入する。高温のワックスは凝固し、エーロフォイルベー
ンの中に懸垂されたセラミックコアと共にワックスエー
ロフォイルベーンを形成する。
【００２１】その後、ワックスエーロフォイルベーンを
セラミックコアと共にエーロフォイルベーンダイに挿入
し、溶融金属をダイの中へ注入する。溶融金属はワック
スエーロフォイルベーンを溶融して、その空間に流入
し、その場所に残っているセラミックコアと共に金属エ
ーロフォイルベーンを形成する。次に、エーロフォイル
ベーンを冷却し、セラミックコアを除去する。ノズル５
１をインベストメント鋳造方法で製造できるため、ノズ
ル５１に関連する製造費用は他の周知のノズルと比較し
て低減される。
セラミックコアと共にエーロフォイルベーンダイに挿入
し、溶融金属をダイの中へ注入する。溶融金属はワック
スエーロフォイルベーンを溶融して、その空間に流入
し、その場所に残っているセラミックコアと共に金属エ
ーロフォイルベーンを形成する。次に、エーロフォイル
ベーンを冷却し、セラミックコアを除去する。ノズル５
１をインベストメント鋳造方法で製造できるため、ノズ
ル５１に関連する製造費用は他の周知のノズルと比較し
て低減される。
【００２２】動作中、各エーロフォイルベーン冷却チャ
ンバに高圧圧縮機から冷却空気が供給される。冷却空気
は選択的に乱流を発生される空洞（図示せず）を通り、
後端部拡散スロット８２の上流側のピン傾斜面１４４を
通って誘導される。冷却空気はエーロフォイル冷却開口
部８０を通って更に排出されて、エーロフォイル外面８
１に対して冷却空気の緩衝層を形成する。この緩衝層、
すなわち、薄膜層はノズル５１を通過する燃焼器排出空
気より相当に低温である。エーロフォイル後端部６６と
その周囲の後端部領域はピン傾斜面１４４及び拡散スロ
ット８２を流れる冷却空気により冷却される。ピン１５
０とスロット９０、９２及び９４との組み合わせによっ
て、エーロフォイルベーン５２を通過する冷却空気の流
れレベルを最小にしつつ、平衡を保ってエーロフォイル
冷却を行うことが容易になる。特に、ピン１５０とスロ
ット８２はノズル金属温度を低下させることを容易にし
て、ノズル５０の有効寿命を延長するのである。
ンバに高圧圧縮機から冷却空気が供給される。冷却空気
は選択的に乱流を発生される空洞（図示せず）を通り、
後端部拡散スロット８２の上流側のピン傾斜面１４４を
通って誘導される。冷却空気はエーロフォイル冷却開口
部８０を通って更に排出されて、エーロフォイル外面８
１に対して冷却空気の緩衝層を形成する。この緩衝層、
すなわち、薄膜層はノズル５１を通過する燃焼器排出空
気より相当に低温である。エーロフォイル後端部６６と
その周囲の後端部領域はピン傾斜面１４４及び拡散スロ
ット８２を流れる冷却空気により冷却される。ピン１５
０とスロット９０、９２及び９４との組み合わせによっ
て、エーロフォイルベーン５２を通過する冷却空気の流
れレベルを最小にしつつ、平衡を保ってエーロフォイル
冷却を行うことが容易になる。特に、ピン１５０とスロ
ット８２はノズル金属温度を低下させることを容易にし
て、ノズル５０の有効寿命を延長するのである。
【００２３】以上説明したタービンノズルは、タービン
ノズルの有効寿命を延長することを容易にする幾何学的
配列構成を含む。各ノズルエーロフォイルベーンは、各
プラットホームバンドに隣接する過大なスロットを含む
拡散スロットの列を含む。過大なスロットはプラットホ
ームに隣接するエーロフォイルベーンの領域の冷却を容
易にする。更に、各ノズルエーロフォイルベーンは、そ
れぞれ対応するスロットのすぐ上流側にあり且つそのス
ロットに関して軸方向に整列されているテーパ形ピンの
列を更に含む。それらのピンは、製造歩留まりの向上と
共に冷却及び流れ調整の改善を容易にする。その結果、
ノズルの幾何学的配列構成は費用効率高く且つ信頼性を
もってノズルの有効寿命を延長することを容易にする。
ノズルの有効寿命を延長することを容易にする幾何学的
配列構成を含む。各ノズルエーロフォイルベーンは、各
プラットホームバンドに隣接する過大なスロットを含む
拡散スロットの列を含む。過大なスロットはプラットホ
ームに隣接するエーロフォイルベーンの領域の冷却を容
易にする。更に、各ノズルエーロフォイルベーンは、そ
れぞれ対応するスロットのすぐ上流側にあり且つそのス
ロットに関して軸方向に整列されているテーパ形ピンの
列を更に含む。それらのピンは、製造歩留まりの向上と
共に冷却及び流れ調整の改善を容易にする。その結果、
ノズルの幾何学的配列構成は費用効率高く且つ信頼性を
もってノズルの有効寿命を延長することを容易にする。
【００２４】本発明を様々な特定の実施例によって説明
したが、特許請求の範囲の趣旨の範囲内で変形を伴って
本発明を実施できることは当業者には了承されるであろ
う。また、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。
したが、特許請求の範囲の趣旨の範囲内で変形を伴って
本発明を実施できることは当業者には了承されるであろ
う。また、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】 ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】 図１に示すガスタービンエンジンと共に使用
できるタービンノズルアセンブリの斜視図。
できるタービンノズルアセンブリの斜視図。
【図３】 図２に示すタービンノズルの拡大概略横断面
図。
図。
１０…ガスタービンエンジン、５０…タービンノズルア
センブリ、５１…ノズル、５２…エーロフォイルベー
ン、６０…第１の側壁、６２…第２の側壁、６４…エー
ロフォイル前端部、６６…エーロフォイル後端部、７０
…エーロフォイル根元部、７２…エーロフォイル先端
部、８２…後端部拡散スロット、９０、９２…第１のス
ロット、９４…本体スロット、９８…ランド領域、１２
０…ランド領域の上流側部分、１２２…ランド領域の下
流側部分、１４４…ピン列、１５０…ピン、１５２…第
１の列のピン
センブリ、５１…ノズル、５２…エーロフォイルベー
ン、６０…第１の側壁、６２…第２の側壁、６４…エー
ロフォイル前端部、６６…エーロフォイル後端部、７０
…エーロフォイル根元部、７２…エーロフォイル先端
部、８２…後端部拡散スロット、９０、９２…第１のス
ロット、９４…本体スロット、９８…ランド領域、１２
０…ランド領域の上流側部分、１２２…ランド領域の下
流側部分、１４４…ピン列、１５０…ピン、１５２…第
１の列のピン
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ランダル・ビー・リュードベック
アメリカ合衆国、マサチューセッツ州、ハ
ミルトン、ホームステッド・サークル、53
番
(72)発明者 クリストファー・ローチ
アメリカ合衆国、マサチューセッツ州、ウ
ォラストン、フエノー・ストリート、322
番
Claims (20)
- 【請求項１】 エーロフォイル（５２）を含むガスター
ビンエンジン（１０）のノズル（５１）を製造する方法
（５０）において、 前端部（６４）及び後端部（６６）で結合された負圧側
（６０）と正圧側（６２）を含むように前記エーロフォ
イルを形成することと、前記エーロフォイルの前記正圧
側に、前記後端部に向かって延出する複数のスロット
（８２）を形成することと、 第１の列のピン（１５２）の各々がほぼ楕円形の横断面
領域を有し、前記エーロフォイルの正圧側で半径方向に
前記スロットの高さに前記第１の列のピンが配置される
ように、前記エーロフォイルの前記負圧側と前記正圧側
との間に複数の列を成して複数のピン（１５０）を延出
させることとから成る方法。 - 【請求項２】 複数のスロット（８２）を形成すること
は、第１のスロット（９０）がエーロフォイル根元部
（７０）に隣接し、第２のスロット（９２）は前記エー
ロフォイル根元部に隣接し、且つ複数の同一の第３のス
ロット（９４）は前記第１のスロットと前記第２のスロ
ットとの間に延出しているように、複数のスロットを前
記エーロフォイル根元部（７０）とエーロフォイル先端
部（７２）との間に半径方向に延出させて形成すること
を更に含む請求項１記載の方法（５０）。 - 【請求項３】 前記正圧側（６２）に複数のスロット
（８２）を形成することは、前記第３のスロット（９
４）の各々の半径方向高さ（１０２）が前記第１及び第
２のスロット（９０、９２）の半径方向高さ（１００）
より小さくなるように、前記スロットを隣接するランド
領域（９８）によって規定することを更に含む請求項２
記載の方法（５０）。 - 【請求項４】 前記スロット（８２）を規定すること
は、前記第１及び第２のスロット（９０、９２）が同一
であり且つ前記複数の第３のスロット（９４）の各々の
約２倍の半径方向高さ（１００）を有するように前記ス
ロットを規定することを更に含む請求項３記載の方法
（５０）。 - 【請求項５】 前記スロット（８２）を規定すること
は、各ランド領域（９８）がほぼ半円形の上流側部分
（１２０）と、ほぼ三角形の下流側部分（１２２）とを
有するように前記スロットを隣接するランド領域（９
８）によって規定することを更に含む請求項３記載の方
法（５０）。 - 【請求項６】 前記エーロフォイル（５２）を形成する
ことはエーロフォイルを鋳造することを更に含む請求項
１記載の方法（５０）。 - 【請求項７】 ガスタービンエンジン（１０）のタービ
ンノズル（５１）において、 第１の壁（６０）、第２の壁（６２）及び前記第１の壁
と前記第２の壁との間に延出する複数のピン（１５０）
を含むエーロフォイルベーン（５２）を具備し、 前記第１の壁と前記第２の壁は前端部（１５６）及び後
端部（１６０）で結合されており、前記第１の壁は前記
後端部に向かって延出する複数のスロット（９４）を具
備し、 前記複数のピンは、ほぼ楕円形の横断面領域を有する第
１の列のピン（１５２）を含み、半径方向に前記第１の
壁のスロットの位置に前記第１の列のピンが配置されて
いるタービンノズル。 - 【請求項８】 前記エーロフォイル（５２）の第１の列
のピン（１５２）は、前記ピンの各々の下流側が前記ピ
ンの各々の上流側より小さい幅を有するようにテーパさ
れている請求項７記載のタービンノズル（５１）。 - 【請求項９】 前記エーロフォイル（５２）は根元部
（７０）、先端部（７２）及び複数のランド領域（９
８）を更に具備し、前記第１及び第２の壁（６０、６
２）は前記根元部と前記先端部との間に半径方向に延出
しており、前記複数のランド領域は前記スロット（８
２）を分離させ、前記スロットの各々は隣接する前記ラ
ンド領域の間に延出する半径方向高さ（１００、１０
２）を有する請求項７記載のタービンノズル（５１）。 - 【請求項１０】 前記エーロフォイル（５２）の複数の
スロット（８２）は、前記エーロフォイル根元部（７
０）に隣接する第１のスロットと、前記エーロフォイル
先端部（７２）に隣接する第２のスロットと、前記第１
のスロットと前記第２のスロットとの間に延出する複数
の同一の第３のスロットとを更に含み、前記第３のスロ
ットの各々は前記第１及び第２のスロットの半径方向高
さより小さい半径方向高さ（１００、１０２）を有する
請求項９記載のタービンノズル（５１）。 - 【請求項１１】 前記エーロフォイル（５２）の第１及
び第２のスロット（９０、９２）は同一であり且つ前記
第３のスロット（９４）の各々の約２倍の半径方向高さ
（１００）を有する請求項１０記載のタービンノズル
（５１）。 - 【請求項１２】 前記スロット（８２）の各々は中心線
（１３６）を含み、前記第１の列のピン（１５２）の各
々は中心線（１７０）を含み、前記第１の列のピンの各
々の中心線は前記スロットの各々の中心線とほぼ平行で
ある請求項９記載のタービンノズル（５１）。 - 【請求項１３】 前記エーロフォイルの隣接する前記ス
ロット（８２）間のランド領域（９８）のうちの少なく
とも１つはほぼ半円形の上流側（１２０）と、ほぼ三角
形の下流側（１２２）とを含む請求項９記載のタービン
ノズル（５１）。 - 【請求項１４】 前記第１の壁は前記ノズルの正圧側
（６２）を規定し、前記第１の列のピン（１５２）及び
前記第１の壁のスロット（９０、９２）は、前記ノズル
の有効寿命を延長することを容易にするために前記エー
ロフォイル（５２）に冷却空気を供給するように構成さ
れている請求項９記載のタービンノズル（５１）。 - 【請求項１５】 ガスタービンエンジンノズルのエーロ
フォイル（５２）において、 根元部（７０）と、先端部（７２）と、複数のピン（１
５０）と、後端部（６６）で結合された凸型の側壁（６
０）及び凹型の側壁（６２）とを具備し、 前記側壁の各々は前記根元部と前記先端部との間に延出
し、前記凸型の側壁は前記エーロフォイルの正圧側を規
定し且つ前記後端部に向かって延出する複数のスロット
（８２）を具備し、 前記複数のピンは少なくとも第１の列のピンと、第２の
列のピンとを含み、前記第１の列のピンは半径方向に同
心に整列され、前記第１の列のピンの各々はほぼ楕円形
の横断面プロファイルを有し且つ前記第１の列のピンの
各々の上流側が前記第１の列のピンの各々の下流側より
大きい幅を有するようにテーパされており、前記スロッ
トは前記第１の列のピンに隣接し且つその下流側に位置
しているエーロフォイル。 - 【請求項１６】 前記複数のスロット（８２）は、前記
スロットの各々が半径方向高さ（１００、１０２）を有
するように複数のランド領域（９８）により規定されて
おり、前記複数のスロットは前記エーロフォイル根元部
（７０）に隣接する第１のスロット（９０）と、前記エ
ーロフォイル先端部（７２）に隣接する第２のスロット
（９２）と、前記第１のスロットと前記第２のスロット
との間に延出する複数の第３のスロット（９４）とを含
む請求項１５記載のエーロフォイル（５２）。 - 【請求項１７】 第３のスロットを規定する前記ランド
領域（９８）の各々はほぼ半円形の上流側部分（１２
０）と、前記上流側部分から延出するほぼ三角形の下流
側部分（１２２）とを含む請求項１６記載のエーロフォ
イル（５２）。 - 【請求項１８】 前記複数のスロット（８２）の各々は
半径方向高さ（１００）を有し、前記複数の第３のスロ
ット（９４）の各々は前記第１及び第２のスロット（９
０、９２）の各々の半径方向高さより小さい半径方向高
さ（１０２）を有する請求項１６記載のエーロフォイル
（５２）。 - 【請求項１９】 前記複数のスロット（８２）の各々は
半径方向高さ（１０２）を有し、前記第１及び第２のス
ロット（９０、９２）は同一であり且つ前記複数の第３
のスロット（９４）の約２倍の半径方向高さを有する請
求項１６記載のエーロフォイル（５２）。 - 【請求項２０】 前記スロット（８２）の各々は中心線
（１３６）を含み前記第１の列のピン（１５２）の各々
は中心線（１７０）を含み前記第１の列のピンの各々の
中心線は前記スロットの各々の中心線とほぼ平行である
請求項１６記載のエーロフォイル（５２）。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/039719 | 2002-01-04 | ||
| US10/039,719 US6599092B1 (en) | 2002-01-04 | 2002-01-04 | Methods and apparatus for cooling gas turbine nozzles |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003227411A true JP2003227411A (ja) | 2003-08-15 |
| JP2003227411A5 JP2003227411A5 (ja) | 2006-02-16 |
| JP4482273B2 JP4482273B2 (ja) | 2010-06-16 |
Family
ID=21907013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002380104A Expired - Fee Related JP4482273B2 (ja) | 2002-01-04 | 2002-12-27 | ガスタービンノズルを冷却する方法及び装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6599092B1 (ja) |
| EP (1) | EP1326006A3 (ja) |
| JP (1) | JP4482273B2 (ja) |
| CN (1) | CN1329632C (ja) |
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