JP2003286805A

JP2003286805A - ガスタービンノズル用インサートの流量調整プレート

Info

Publication number: JP2003286805A
Application number: JP2003060743A
Authority: JP
Inventors: Sebastian Burdick Steven; スティーブン・セバスチャン・バーディック; Gary Michael Itzel; ゲーリー・マイケル・イツェル; Sanjay Chopra; サンジェイ・チョプラ; Nesim Abuaf; ネシム・アブアフ; Victor Hugo Silva Correia; ビクター・ヒューゴー・シルヴァ・コレイア
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2003-10-10
Also published as: KR100776073B1; US20030170113A1; EP1342883A3; KR20030074315A; US6733229B2; EP1342883A2; DE60321499D1; EP1342883B1

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、インピンジメント・インサート
（１２）に組み付けられた、ガスタービンのノズル（２
２）内で用いるための流量調整プレート（１０）を提供
する。【解決手段】該流量調整プレート（１０）は、１つ又
はそれ以上の調量孔（１４）を有することができ、ノズ
ル（２２）内部における冷却流量を均衡させるのに用い
られる。複数の孔を有する流量調整プレート（１０）
が、該流量調整プレート（１０）を通って流れる冷却空
気流により生じる静圧変動を減少させる。流量調整プレ
ート（１０）は、インサート（１２）がノズル（２２）
内に挿入されるのに先立って又は挿入された後に、イン
サート（１２）に組み付けることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンノズ
ル内で用いるためにインピンジメント・インサートと共
に流量調整プレートを設けることに関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンノズルは、一般的にノズル
の内側のインピンジメント・インサートを用いて翼形部
壁面を冷却される。ノズルが多重回路冷却システムを有
する場合には、ノズルの異なる回路に対して不均衡な冷
却流量が生じる可能性がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術において述べ
た問題を克服するために、インピンジメント・インサー
トと共に又は該インピンジメント・インサートなしで流
量調整プレートを用いて、ノズルの異なる回路に対する
冷却流量を均衡させる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの実施形態
では、単一の調量孔を有する流量調整プレートが用いら
れる。

【０００５】本発明の第２のかつ好ましい実施形態で
は、複数の孔を有する流量調整プレートを用いて、単一
の調量孔により生じる可能性がある潜在的な流れの混乱
を克服する。より具体的には、流量調整プレート内にた
だ１つの調量孔を用いる場合には、流れの混乱が生じ、
この流れの混乱が流量調整プレートのすぐ下方の区域に
静圧分布変動を発生させる。インピンジメント・インサ
ートの残部に対するこの静圧分布の変動度は、インピン
ジメント孔におけるインピンジメント圧力比変動を生じ
させ、逆流問題を招き及び／又は冷却効果を低下させる
おそれがある。この流域における混乱は、絞りのベナコ
ントラクタ（縮流部）により生じる。ただ１つの調量孔
に代えて幾つかの調量孔を用いることで、流量調整プレ
ートの下流の静圧変動が著しく減少される。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明は、ノズルの異なる回路へ
の冷却流量を均等化するために、関連するインピンジメ
ント・インサートと組み合わされて又は関連するインピ
ンジメント・インサートと組み合わされることなく、ガ
スタービンノズル内に取り付けられた１つ又はそれ以上
の孔を有する流量調整プレートを含む。流量調整プレー
トの出口付近の区域内の静圧変動を減少させるために、
流量調整プレートには複数の孔が用いられるのが好まし
い。

【０００７】図１に示すように、流量調整プレート１０
は、ノズルのインピンジメント・インサート１２の入口
部分に取り付けられる。流量調整プレート１０は、ノズ
ル内に組み付けられた後のインサートの上部に取り付け
られるか、又は取り付け前の先端入口境界面にインサー
トの１部として取り付けられることができる。

【０００８】好ましい実施形態では、流量調整プレート
１０は、単一の調量孔を通しての流れにより生じるベナ
コントラクタ効果によって発生する静圧変動を減少させ
るために、多数の孔１４を有する。従って、多孔の流量
調整プレートが、該流量調整プレートの出口付近のイン
ピンジメント孔を通しての所望のインピンジメント流を
達成する。調量孔の実際のパターンは、ノズルの特性及
び物理的パラメータに応じて特定される。

【０００９】図２は、符号２０で表す、組み立てられた
インサート及び流量調整プレートが、ノズル組立体２２
内に挿入されるのを示す。ノズル組立体２２は、翼形部
２４と該翼形部２４の両端部に設置されたインピンジメ
ント・プレート組立体２６とを含む。別の実施形態で
は、インサート１２をノズル２２内に組み付け、その後
に流量調整プレート１４をインサート１２の上部に取り
付けることができる。

【００１０】図３は、多重回路冷却システムを有するノ
ズル組立体を通る流路を示す。図３には、ノズル組立体
２２を通る空気流が、矢印により示されている。具体的
には、ノズル組立体２２の上部において、ノズル外側壁
を横切る矢印により示すように、入口空気がノズル組立
体に流入する。空気流は、プレインピンジメント・プレ
ート組立体２６を通してノズル組立体内部に流れ、空洞
１及び空洞６に対してはプレインピンジメント・プレー
ト２８を通して、空洞１、空洞６及び空洞７を通って下
方に流れ続ける。該空気流がこれらの空洞を出るとき、
空洞１内の空気流は、空洞の出口端において別のプレイ
ンピンジメント・プレート２８を通して流れるが、空洞
６及び空洞７内の空気流は、プレインピンジメント・プ
レート２８を通しては流出しない。

【００１１】図３に示すその根元部分の周りに楕円形を
備える矢印３０は、流量調整プレートを通過した空気流
を示す。従って、図３に示すように、空洞１、空洞６及
び空洞７内の空気流は、それぞれの流量調整プレートを
既に通過している。しかしながら、空洞７は、図示する
ようにプレインピンジメント・プレート２８を含んでお
らず、従って、入口空気は、流量調整プレートを通って
直接空洞内に流れる。同様に、空洞１、空洞６、及び空
洞７は、ノズル組立体の各空洞部分を冷却する必要性に
応じて、プレインピンジメント・プレート、流量調整プ
レート及び／又はインサートを含むこともできるし、又
は含まないこともできる。

【００１２】空洞１、空洞６、及び空洞７内で流量調整
プレートを用いることは、これらの空洞の間で入口空気
流を拡散させ又は配分するのに役立つ。空洞１、空洞
６、及び空洞７を通って流れた後に、空気流は、図３の
矢印３０により示すように、空洞２から空洞５までの入
口における流量調整プレートを通過した後に該空洞２か
ら空洞５までに流入する。空洞２から空洞５までの空洞
内の流量調整プレートもまた、これらの空洞の間で空気
流を拡散させ又は配分するために設けられる。ノズル組
立体の物理的特性に応じて、特定の空洞が、プレインピ
ンジメント・プレート、流量調整プレート及び／又はイ
ンピンジメント・インサートを必要とする場合もある
し、必要としない場合もある。例えば、空洞５は、プレ
インピンジメント・プレート、流量調整プレート、及び
／又はインピンジメント・インサートを設ける必要が場
合もあるし、設ける必要がない場合もある。より具体的
には、空洞２から空洞４までの空洞に設けられた適当な
流量調整プレートにより、空洞５内（図示せず）の流量
調整プレートが必要でなくなる可能性がある。

【００１３】図３に更に示すように、冷却空気は、空洞
２から空洞５までを通って流れた後にプレインピンジメ
ント・プレート２８及びノズル外側壁を通してノズル組
立体から流出する。上述のように、空洞７内の空気流
は、プレインピンジメント・プレート２８を通過しない
が、流量調整プレートは通過し、また空洞５は、プレイ
ンピンジメント・プレート、インピンジメント・インサ
ート、及び／又は流量調整プレートを必要とする場合も
あるし、必要としない場合もある。実際には、ノズル組
立体内部の所望の空気流、及び／又は流量調整プレート
の出口付近のインピンジメント孔を通るインピンジメン
ト流を得ることは、分析モデル上での反復試索又は実際
のハードウェアの試験のどちらかによって到達すること
ができる。調量孔を有するプレートは、２つの基本的な
目的、即ち、空洞を流下する空気流を流量調整するこ
と、及び、空気流を翼形部に対して側壁上に衝突させる
ことに役立つ。

【００１４】本発明を、現在最も実用的で好ましい実施
形態であると考えられるものに関して説明してきたが、
本発明は、開示した実施形態に限定されるべきではな
く、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】流入口における多孔の流量調整プレートと組
み合わされた一般的なインピンジメント・インサートを
示す図。

【図２】組み立てられた流量調整プレート及びインサ
ートがノズル組立体内に挿入されるのを示す図。

【図３】図２のノズル組立体を断面で概略的に示し、
かつノズル組立体内部の多重回路冷却システムを示す
図。

【符号の説明】

１０流量調整プレート１２インピンジメント・インサート１４調量孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ゲーリー・マイケル・イツェルアメリカ合衆国、サウス・カロライナ州、シンプソンビル、クウェイル・リッジ・ドライブ、218番 (72)発明者サンジェイ・チョプラアメリカ合衆国、サウス・カロライナ州、グリーンビル、アヴァロン・リザーブ、ブラッドベリー・サークル、９番 (72)発明者ネシム・アブアフアメリカ合衆国、オレゴン州、リンカーン・シティー、サウス・ウエスト・デューン・アベニュー、1134番 (72)発明者ビクター・ヒューゴー・シルヴァ・コレイアアメリカ合衆国、ニュー・ハンプシャー州、ミルトン・ミルズ、ピーオー・ボックス・340番Ｆターム(参考） 3G002 GA08 GB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスタービンノズルにおいて冷却空気流
を導くノズル組立体（２２）であって、該ノズルの翼形部壁面を冷却するためのインピンジメン
ト・インサート（１２）と、少なくとも１つの調量孔（１４）を有し、該ノズルの異
なる回路内の冷却空気流を均衡させるための流量調整プ
レート（１０）と、を含むことを特徴とするノズル組立
体（２２）。
【請求項２】前記流量調整プレート（１０）は、１つ
以上の調量孔（１４）を有することを特徴とする、請求
項１に記載のノズル組立体（２２）。
【請求項３】前記流量調整プレート（１０）は、該流
量調整プレート（１０）を通って流れる冷却空気流によ
って生じる静圧変動を減少させるように設計されること
を特徴とする、請求項１に記載のノズル組立体（２
２）。
【請求項４】前記インサート（１２）及び前記流量調
整プレート（１０）は、前記ノズル内に挿入されるのに
先立って互いに取り付けられていることを特徴とする、
請求項１に記載のノズル組立体（２２）。
【請求項５】前記インサート（１２）は、前記流量調
整プレート（１０）が該インサートに取り付けられるの
に先立って、前記ノズル内に挿入されることを特徴とす
る、請求項１に記載のノズル組立体（２２）。
【請求項６】前記インサート（１２）及び前記流量調
整プレート（１０）は、溶接により取り付けられている
ことを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載のノズ
ル組立体（２２）。
【請求項７】多空洞ガスタービンノズル（２２）内部
における冷却空気流を導くための方法であって、少なくとも１つのインピンジメント・インサート（１
２）を前記ノズル空洞の少なくとも１つに挿入する段階
と、少なくとも１つの流量調整プレート（１０）を前記少な
くとも１つのインピンジメント・インサート（１２）に
取り付ける段階と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】前記少なくとも１つの流量調整プレート
（１０）を前記少なくとも１つのインピンジメント・イ
ンサート（１２）に溶接する段階を含むことを特徴とす
る、請求項７に記載の方法。
【請求項９】多空洞ガスタービンノズル（２２）内部
における冷却空気流を導くための方法であって、インピンジメント・インサート（１２）と流量調整プレ
ート（１０）との少なくとも１つの組立体（２２）を形
成する段階と、該少なくとも１つの組立体（２２）を前記ガスタービン
ノズルの前記空洞の１つに挿入する段階と、を含むこと
を特徴とする方法。
【請求項１０】前記インピンジメント・インサート
（１２）及び前記流量調整プレート（１０）を互いに溶
接する段階を含むことを特徴とする、請求項９に記載の
方法。