JP5128054B2 - 鋳込みリブセクションを有するノズル冷却インサート組立体 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービン、航空機エンジン又は類似のタービン機械で用いる冷却インサート及びノズル組立体の改良を目的とする。より具体的には、本発明は、特定のノズルリブの端部に「Ｔ」又は「Ｌ」セクションを鋳造して、冷却インサートを「Ｔ」又は「Ｌ」セクションを有するノズルリブに溶接又はろう付けすることよってノズル内部に冷却インサートを設置するのを容易にすることを目的とする。本発明はさらに、冷却インサートに可撓性端部を設け、それによって剛性端部カラーの必要を回避しかつインサート接合面に合わせてリブを大幅に改良して、冷却インサートを簡略化しかつノズルの機械加工を低減するようにする。

タービンノズルでは、従来型のインピンジメント冷却インサートをノズル空洞内部に配置して、熱伝達率を高めかつ翼形部壁の冷却を増大させる。

図１〜図２に示すように、インサート１０は、ノズル１１内部に配置される。図１の破線は、調量プレートの位置を示す。外側のノズル壁に対向させて翼形部空洞内部に取付けた、図３に示す従来型の冷却インサートは、典型的にはインサート１０の端部に剛性カラー３０を使用することを伴う。その結果、ノズルリブ３１は、両側面を機械加工して、インサートのための適当な厳密公差の接合面を形成しなければならない。

これらのリブは、大半のノズル設計の典型的なものであり、主として構造目的のものである。開回路及び閉回路冷却設計においては、冷却インサートを外周全体に沿ってシールすることが望ましい。このシール溶接又はろう付けは、ノズル側壁に対する２つの側面に沿った溶接部を必要とし、また他の２つの側面をノズル内側リブに対する溶接部とすることを必要とする。一般的に、リブの端部は、機械加工して溶接又はろう付けのための適当な接合面を得る必要がある。

インサート１０の周りに剛性カラー３０を設けることは、接合面を機械的に健全にすることになる。しかしながら、剛性カラー３０は、冷却インサート１０を製造してノズル空洞内に組立てるのを困難にする。また、リブ３１の必要な機械加工は、内側リブ３１の鋳造公差のために困難である。従って、内側リブに対するより良好な接合面の必要性がある。

さらに、内部翼形部空洞で「平坦リブ」に対して取付けられる冷却インサートもまた、冷却インサート上に剛性カラーを有し、内側リブの両側面上にノズル接合面を機械加工しなければならない。インサートをノズルにろう付け或いはレーザ又は電子ビーム溶接するのに精密公差の嵌合が要求されるので、このことは組立体を複雑にすることになる。複雑な接合面のために多くのスクラップを生じまた再加工することが必要となることが多い。その上に、冷却損失を生じまた割れを発生させるジョイント及びウィークジョイントにおける漏洩のために、部品寿命が短縮される。
米国特許第５９９７４３３号明細書 米国特許第６８８９５７０号明細書 特開昭和６１−０４５１６３号公報 特開平０８−２３０５０３号公報 特開２００２−３４９６４６号公報 国際公開第９５／２２０１４パンフレット

従来型の冷却インサート及びノズル組立体の上述の問題及び限界を克服するのが本発明の目的である。

本発明の例示的な実施形態は、特定のノズル内側リブの端部に鋳込み「Ｔ」又は「Ｌ」セクションを用いることを含む。ノズルの対向する端部における第１のリブは、「Ｌ」セクションを有する状態で鋳込まれ、一方、内部リブは「Ｔ」セクションを有する状態で鋳込まれる。

本発明の別の目的は、冷却インサートとノズル内側リブとの間の組立体接合面を改良することであり、この組立体接合面によって、インサートの製造が大幅に改善される。本発明は、ノズルの機械加工製造性に著しい改善をもたらし、それによって、ノズルリブの機械加工において必要であるとされていたスクラップ又は再加工の量を低減する。

図４は、特定の内側翼形部リブの底面上における鋳込み「Ｔ」セクション４０の位置と他の特定の内側翼形部リブの底面上における鋳込み「Ｌ」セクション４１の位置とを表した本発明の例示的な実施形態を示す。図４に示すように、「Ｔ」及び「Ｌ」セクション位置は、インサート冷却流が特定の空洞に流入する端部にある。さらに、平坦リブ４２が、空洞の外周の周りに設置される。

インサート及びノズルの組立てに先立って、平坦リブの内部形状、「Ｔ」セクション及び「Ｌ」セクションは、それらの内側面に沿って機械加工される。これは、ＥＤＭ機械又は小型ミルエンドを用いる簡単なプランジ加工によって行われる。鋳造公差能力次第では、この区域は、インサートの組立てに先立って機械加工する必要がない場合もある。

図５及び図６に示す冷却インサート５０は、一端部においてリブの「Ｔ」又は「Ｌ」セクション間でそれ自体の形を形成するように可撓性を有する。従って、図５に示すように、冷却インサート５０は、「Ｌ」セクション４１間でそれ自体の形を弾性的に形成する。同様に、図６に示すように、冷却インサート５０は、「Ｔ」セクション４０間でそれ自体の形を弾性的に形成する。当業者には明らかなように、冷却インサートの可撓性端部は、それぞれ「Ｔ」及び「Ｌ」セクション（図示せず）を有する隣接するリブ間でそれ自体の形を弾性的に形成することができる。インサート及びノズルリブのこの構成は、これらの位置でインサートとノズルとの間のインピンジメントギャップを設定する。その結果、ノズル機械加工は、簡略化され、各側面上に段部を形成するのに充分なリブ材料を有しないという懸念をもはやすることはない。

ノズルリブ間のインサートの位置は、インサートの可撓性端部をノズルリブの「Ｔ」及び「Ｌ」セクションに対して溶接又はろう付けすることによって固定される。

現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、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。

発電機を冷却するためにノズル内で用いるインサートを示す図。 図１のインサートがノズルに対して組立てられるのを示す図。 従来型のインサート及びノズルリブ組立体の二次元概略図。 リブの端部における鋳込み「Ｔ」及び「Ｌ」セクションの位置を示すノズルの斜視図。 図４の断面線５−５に沿った、リブの端部に鋳込み「Ｌ」セクションを含む本発明の例示的な実施形態の二次元線図。 図４の断面線６−６に沿った、リブの端部に鋳込み「Ｔ」セクションを含む本発明の例示的な実施形態の二次元線図。

符号の説明

１１ ノズル
４０ 内部リブ（鋳込み「Ｔ」セクション）
４１ 外部リブ（鋳込み「Ｌ」セクション）
４２ 平坦リブ
５０ 冷却インサート

Claims (6)

1. ガスタービンで使用するための冷却インサート／ノズル（５０）組立体であって、
   外部及び内部位置にリブ（４１、４０）を備え、その前記内部位置におけるリブ（４０）が一端部に鋳込み「Ｔ」セクションを有するノズル（１１）と、
   それを前記ノズル（１１）内に挿入するのを容易にする可撓性端部を有する冷却インサート（５０）と、を含み、
   前記冷却インサート（５０）の可撓性端部が、一端部において前記鋳込み「Ｔ」セクションを有する隣接するリブ（４０）間に挿入されており、前記ノズル（１１）の外部位置におけるリブ（４１）が、一端部に鋳込み「Ｌ」セクションを有し、前記可撓性端部を有する冷却インサート（５０）が、一端部において前記鋳込み「Ｌ」セクションを有する隣接するリブ（４１）間に挿入されている、組立体。
2. 前記冷却インサート（５０）が、溶接によって前記隣接するリブ（４０、４１）に固定されている、請求項１記載の組立体。
3. 前記冷却インサート（５０）が、ろう付けによって前記隣接するリブ（４０、４１）に固定されている、請求項１記載の組立体。
4. 可撓性端部を有する第２の冷却インサート（５０）が、それぞれ前記鋳込み「Ｔ」セクション及び「Ｌ」セクションを有する隣接するリブ（４０、４１）間に挿入されている、請求項１記載の組立体。
5. 前記冷却インサート（５０）及び第２の冷却インサート（５０）が、溶接及びろう付けのいずれか１つによって前記隣接するリブ（４０、４１）に固定されている、請求項４記載の組立体。
6. 前記冷却インサート（５０）及び第２の冷却インサート（５０）が、前記隣接するリブ（４０、４１）に固定されている、請求項４記載の組立体。
   

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