JP6162956B2 - タービン・ノズル組み立て方法 - Google Patents

Description

本出願および結果として得られる特許は一般的に、ガス・タービン・エンジンに関し、より詳細には、漏れを減らした状態で片持ちタービン・ノズルなどの内部プラットフォーム内に冷却構成部品を組み立てるための方法に関する。

タービン機械類とともに、衝突冷却システムが、種々のタイプの構成部品たとえばケーシング、動翼、ノズルなどを冷却するために用いられている。衝突冷却システムは、構成部品の冷却を空気流を介して行なって、構成部品間の適切な隙間を維持し、適切な構成部品寿命を促進している。しかし、いくつかのタイプの既知の衝突冷却システムに伴う１つの問題点は、複雑な鋳造および／または構造溶接を必要とする傾向があるということである。このような構造は、耐久性がない場合があるか、または製造および修復が高価な場合がある。また、衝突冷却用に必要な構成部品は、製造ばらつきに対して耐性がなくてはならないとともに、たとえば、ノズル静翼、シュラウド、シート金属、配管設備ハードウェア、および他の構成部品間の熱差分に対して耐性がなくてはならない。これらの耐性要求は、構成部品間に著しいギャップを設けることにつながって、圧力キャビティ間に望ましくない漏れが生じる場合がある。

米国特許第ＲＥ４０，６５８号明細書

したがって、タービン・ノズルとともに用いる密にパッケージされた冷却構成部品およびその組み立て方法が求められている。好ましくは、冷却構成部品によって、ノズルが高いガス経路温度に適切に面することができる一方で、寿命および保守要求を満たすとともにコストが妥当であっても良い。また、これらの構成部品の組み立てが単純化される場合があり、組み立てによって、漏れにつながり得るどんなギャップも少なくなる場合がある。

本出願および結果として得られる特許によって、衝突冷却アセンブリをタービン・ノズルの翼の内部プラットフォーム内に設置する方法が提供される。本方法は、インサートを翼のキャビティ内部に配置するステップと、コア出口カバーをキャビティの開口部の付近に配置するステップと、衝突プレナムをプラットフォーム・キャビティ内部に配置するステップと、非固定スプーリを、衝突プレナムの組立ポートを通して、インサートの空気流キャビティ内に挿入するステップと、組立ポートを閉じるステップと、を含んでいても良い。

本出願および結果として得られる特許によってさらに、タービン・ノズルの内部プラットフォームにおいて用いる衝突冷却アセンブリが提供される。衝突冷却アセンブリは、ノズルの翼キャビティの付近に配置された衝突インサートと、内部プラットフォームおよび衝突インサートの付近に配置された組立ポートを伴う衝突プレナムと、組立ポートの付近の衝突プレナムからノズルの翼キャビティ内に延びるスプーリと、を含んでいても良い。

本出願および結果として得られる特許のこれらおよび他の特徴および改善は、以下の詳細な説明を複数の図面および添付の請求項とともに検討したときに、当業者に明らかになる。

圧縮機、燃焼器、およびタービンを示すガス・タービン・エンジンの概略図である。 内部に衝突冷却アセンブリを伴うノズル静翼の部分側面図である。 本明細書で説明する場合があるような衝突冷却アセンブリを伴うノズル静翼の分解組立図である。 図３の衝突冷却アセンブリを伴うノズル静翼の部分断面図である。

次に、図面（複数の図の全体に渡って同様の数字は同様の要素を指している）を参照して、図１に、本明細書で用いても良いガス・タービン・エンジン１０の概略図を示す。ガス・タービン・エンジン１０には、圧縮機１５が含まれていても良い。圧縮機１５によって空気２０の流入流れが圧縮される。圧縮機１５から、圧縮された空気流れ２０が燃焼器２５に送出される。燃焼器２５は、圧縮された空気流れ２０を加圧された燃料流体３０と混合し、混合物に点火して燃焼ガスの流れ３５を形成する。単一の燃焼器２５のみを示しているが、ガス・タービン・エンジン１０には任意の数の燃焼器２５が含まれていても良い。燃焼ガスの流れ３５は次に、タービン４０に送出される。燃焼ガスの流れ３５によってタービン４０が駆動されて、機械仕事が生成される。タービン４０内で生成した機械仕事によって、圧縮機１５がシャフト４５を介して駆動されるとともに、外部負荷５０たとえば発電機などが駆動される。

ガス・タービン・エンジン１０では、天然ガス、種々のタイプのシンガス、および／または他のタイプの燃料を用いても良い。ガス・タービン・エンジン１０は、ゼネラル・エレクトリック・カンパニ（スケネクタディ（Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙ）、ニュー・ヨーク州）によって提供される複数の異なるガス・タービン・エンジンのうちのいずれか１つであっても良い。たとえば、限定することなく、たとえば７または９シリーズのヘビー・デューティ・ガス・タービン・エンジンなどである。ガス・タービン・エンジン１０は、構成が異なっていても良く、他のタイプの構成部品を用いていても良い。本明細書では、他のタイプのガス・タービン・エンジンを用いても良い。本明細書では、複数のガス・タービン・エンジン、他のタイプのタービン、および他のタイプの発電機器を一緒に用いても良い。

図２は、前述したタービン４０とともに用いても良いノズル５５の例である。概略的に記載したように、ノズル５５には、内部プラットフォーム６５と外部プラットフォーム７０との間を延びるノズル静翼６０が含まれていても良い。複数のノズル５５を組み合わせて円周配列にして、複数のローター・ブレード（図示せず）を伴う段を形成しても良い。

またノズル５５には、衝突プレナム９０を伴う衝突冷却アセンブリ８５が含まれていても良い。衝突プレナム９０には、複数の衝突開口部９５が形成されていても良い。衝突プレナム９０は、圧縮機１５または別の供給源からの空気の流れ２０と、スプーリまたは他のタイプの冷却導管を介して連絡状態にあっても良い。空気の流れ２０は、ノズル静翼６０を通して衝突冷却アセンブリ８５内に達し、衝突開口部９５を通して外に出て、ノズル５５の一部または他の場所を衝突冷却しても良い。本明細書では、他の構成部品および他の構成を用いても良い。

図３および図４に、本明細書で説明する場合があるようなノズル１００の例の部分を示す。この例では、第１の静翼１２０および第２の静翼１３０を伴う多翼セグメント１１０を示している。本明細書では、任意の数の静翼および任意の数のセグメントを用いても良い。静翼１２０、１３０は、内部プラットフォーム１４０から延びていても良い。内部プラットフォーム１４０はプラットフォーム・キャビティ１６０を有していても良い。静翼１２０、１３０はそれぞれ、空気流キャビティ１７０を内部に含んでいても良い。空気流キャビティ１７０は、プラットフォーム・キャビティ１６０と連絡状態にあって、圧縮機１５または他の場所からの空気の流れ２０を衝突冷却用に供給しても良い。本明細書では、他の構成部品および他の構成を用いても良い。

またノズル１００は、衝突冷却アセンブリ１８０を内部に含んでいても良い。衝突冷却アセンブリ１８０には、衝突プレナム１９０が含まれていても良い。衝突プレナム１９０には、空気流キャビティ１７０からの空気の流れ２０と連絡状態にある１または複数のスプーリまたは他のタイプの冷却導管が含まれていても良い。スプーリまたは導管には、インターフェース構成部品とのギャップを最小限にするようにデザインされた冷媒通路およびハウジングの両方が含まれていても良い。この構成では、第１のスプーリ２００および第２のスプーリ２１０を示している。任意の数のスプーリを用いても良い。この構成では、第１のスプーリ２００を第１のハウジング３００内に配置しても良く、第２のスプーリ２１０を第２のハウジング３１０内に配置しても良い。ノズル１００にはまた、複数の翼シート金属インサート（ａｉｒｆｏｉｌ ｓｈｅｅｔ ｍｅｔａｌ ｉｎｓｅｒｔ）が含まれていても良い。この構成では、第１のインサート２３０を第１の静翼１２０内に収容しても良く、第２のインサート２５０を第２の静翼１３０内に収容しても良い。コア出口カバーを、各静翼キャビティの出口に取り付けても良い。本構成では、第１のコア出口カバー２２０を第１の静翼１２０の開口部２２５に取り付けても良く、第２のコア出口カバー２４０を第２の静翼１３０の開口部２４５に取り付けても良い。また衝突プレナム１９０には、組立ポート２６０、組立ポート・カバー２７０、および保持プレート２８０が含まれていても良い。本例では単一の組立ポートおよび組立ポート・カバーを示しているが、それぞれ複数を用いても良い。衝突プレナム１９０およびその構成部品は、任意のサイズまたは形状を有していても良い。本明細書では、他の構成部品および他の構成を用いても良い。

衝突冷却アセンブリ１８０を組み立てるために、翼インサート２３０、２５０を翼キャビティ１７０内に配置しても良い。コア出口カバー２２０、２４０を、所定の場所に溶接しても良いしまたは別の方法で取り付けても良い。衝突プレナム１９０の作製は、第１のスプーリ２００を所定の場所に溶接するかまたは別の方法で取り付けて行なっても良い。衝突プレナム１９０をプラットフォーム・キャビティ１６０内に、第１のスプーリ２００が第１の翼インサート２３０と嵌合するように配置しても良い。第２のスプーリ２１０を、組立ポート２６０内に配置して、第２の翼インサート２５０と嵌合させても良い。組立ポート２６０のサイズを、組立ポート２６０を通るスプーリに対応するように設定して、構成部品間の液圧ギャップ（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｇａｐ）が最小限になるようにスプーリが翼インサートと位置合わせされることに十分に対処するようにしても良い。第２のスプーリ２１０を衝突プレナム１９０に溶接しても良いしまたは別の方法で取り付けても良い。組立ポート・カバー２７０を次に、組立ポート２６０の付近の所定の場所に溶接しても良いしまたは別の方法で取り付けても良い。また付加的なカバー・プレートを用いても良い。複数の組立ポートを用いて、すべてのスプーリを、衝突プレナム１９０に取り付ける前に、組立ポートを通して翼インサートと嵌合するように配置しても良い。

保持プレート２８０を次に、所定の場所に円周方向にスライドさせても良い。保持プレート２８０は、シール・キャリア２９０などの形を取っても良い。保持プレート２８０は、保持ピンまたは他のタイプの機械的嵌合を介して所定の位置に保持しても良い。本明細書では、他の構成部品（たとえば、シールまたはガスケット）を用いても良い。本明細書では他の構成を用いても良い。本明細書における設置および組み立てステップの順序は変わっても良い。したがって、衝突冷却アセンブリ１８０の組み立てを、内径から外部に向かって行なっても良い。

以上、本明細書で説明した衝突冷却アセンブリ１８０および方法によって、異なる圧力のキャビティ間の液圧ギャップが最小限になる場合がある。具体的には、本方法によって、製造ばらつきに対する耐性を保ちながら、キャビティ間漏れが最小限になる場合がある。衝突冷却アセンブリ１８０は、複雑な溶接または鋳造をせずに機械的に保持しても良い。このようにして、漏れが減ることは、全体性能および効率が上がることに相当する。

当然のことながら、前述したことは、本出願および結果として得られる特許のある特定の実施形態のみに関している。本明細書において、多数の変形および変更を、以下の請求項によって規定される本発明の一般的な趣旨および範囲ならびにその均等物から逸脱することなく当業者が行なっても良い。

Claims (20)

1. 衝突冷却アセンブリ（１８０）をタービン・ノズル（１００）の翼の内部プラットフォーム（１４０）内に設置する方法であって、
   インサート（２５０）を前記翼の翼キャビティ（１７０）内部に配置するステップと、
   コア出口カバー（２４０）を前記翼キャビティの開口部（２４５）の周りに配置するステップと、
   衝突プレナム（１９０）をプラットフォーム・キャビティ（１６０）内部に配置するステップと、
   非固定スプーリ（２１０）を、前記衝突プレナムの組立ポート（２６０）を通して、前記インサートの空気流キャビティ内に挿入するステップと、
   前記組立ポートを閉じるステップと
   を含む方法。
2. コア出口カバーを翼キャビティの開口部の周りに配置するステップが、前記翼キャビティを覆うことを含む、請求項１に記載の方法。
3. インサートを翼キャビティ内部に配置するステップが、複数の衝突インサート（２３０，２５０）を複数の翼キャビティ内に挿入することを含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. インサートを翼キャビティ内部に配置するステップが、前記衝突インサートを前記翼キャビティに取り付けることを含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の方法。
5. コア出口カバーを翼キャビティの開口部の周りに配置するステップが、複数のコア出口カバーを複数の開口部の付近に配置することを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記衝突プレナムを内部プラットフォーム・キャビティ内部に配置するステップが、固定スプーリ（２００）をもつ衝突プレナムを前記翼キャビティ内に配置することを含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記固定スプーリ（２００）をもつ衝突プレナムを前記キャビティ内に配置するステップが、前記固定スプーリを前記インサートおよび前記翼キャビティ内に配置することを含む、請求項６に記載の方法。
8. 非固定スプーリ（２１０）を前記衝突プレナムの組立ポートを通して挿入するステップが、前記非固定スプーリを前記衝突プレナムに取り付けることを含む、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の方法。
9. 複数の非固定スプーリを前記衝突プレナムの複数の組立ポートを通して挿入する、請求項８に記載の方法。
10. 前記組立ポートを閉じるステップが、アセンブリ・カバー（２７０）を前記組立ポート上に配置することを含む、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の方法。
11. 複数のアセンブリ・カバーを複数の組立ポート上に配置する、請求項１０に記載の方法。
12. 保持プレート（２８０）を前記衝突プレナムの周りにスライドさせるステップをさらに含む、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記保持プレートがシール・キャリア（２９０）を含む、請求項１２に記載の方法。
14. タービン・ノズル（１００）の内部プラットフォーム（１４０）で用いられる衝突冷却アセンブリ（１８０）であって、
    前記ノズルの翼キャビティ（１７０）内部に配置された衝突インサート（２５０）と、
    前記内部プラットフォーム（１４０）内部で前記衝突インサートの付近に配置された衝突プレナム（１９０）であって、組立ポート（２６０）を含む衝突プレナム（１９０）と、
    前記組立ポートの付近の前記衝突プレナムから前記ノズルの翼キャビティ（１７０）内に延びるスプーリ（２１０）と
    を含む衝突冷却アセンブリ。
15. 前記ノズルが第１の静翼（１２０）および第２の静翼（１３０）を含んでいて、前記スプーリが、前記組立ポートの付近の前記衝突プレナムから前記第２の静翼の翼キャビティ内に延びる非固定スプーリ（２１０）を含む、請求項１４に記載の衝突冷却アセンブリ。
16. 前記衝突プレナムから、前記組立ポートから離れる方向に向かって、前記第１の静翼の翼キャビティ内に延びる固定スプーリ（２００）をさらに含む、請求項１５に記載の衝突冷却アセンブリ。
17. 前記組立ポートを囲むアセンブリ・カバー（２７０）をさらに含む、請求項１４乃至請求項１６のいずれか１項に記載の衝突冷却アセンブリ。
18. 前記プラットフォームを囲む保持プレート（２８０）をさらに含む、請求項１４乃至請求項１７のいずれか１項に記載の衝突冷却アセンブリ。
19. 前記保持プレートがシール・キャリア（２９０）を含む、請求項１８に記載の衝突冷却アセンブリ。
20. 前記組立ポートは、前記スプーリが通過するようなサイズである、請求項１４乃至請求項１９のいずれか１項に記載の衝突冷却アセンブリ。