JPH08177406A - ステータベーン・セグメント及びタービンベーン・セグメント - Google Patents

ステータベーン・セグメント及びタービンベーン・セグメント

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JPH08177406A
JPH08177406A JP7214323A JP21432395A JPH08177406A JP H08177406 A JPH08177406 A JP H08177406A JP 7214323 A JP7214323 A JP 7214323A JP 21432395 A JP21432395 A JP 21432395A JP H08177406 A JPH08177406 A JP H08177406A
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vane
wall
cooling medium
chamber
cavity
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JP7214323A
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English (en)
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Francisco J Cunha
フランシスコ・ホセ・カンハ
Angelis David A De
デイヴィッド・エー・デアンジェリス
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い熱流束及び高い圧力下での作動中に良好
な冷却性能を有するステータベーン・セグメントを提供
する。 【解決手段】 ステータベーン・セグメント３８が、外
壁及び内壁と、一対のベーン３２と、タービンの内側シ
ェルにセグメントを位置決めするフックとを含んでお
り、これらは一体に鋳造されている。外壁及び内壁は、
隔室６８に分割されており、隔室６８はインピンジメン
ト（衝突）板７４によって内側室７６と外側室７８とに
分割されている。冷却用スチームが外側壁に導入され、
外側室７８に流入し、衝突板７４の孔を通過して、外側
壁をスチームでインピンジメント（衝突）冷却する。ス
チームはベーン３２のキャビティ９４を流れ、ベーンの
衝突冷却を行い、内側壁の隔室に入る。内側壁の衝突板
によってスチームを内側壁に差し向けて、内側壁の衝突
冷却を行う。スチームは、ベーン内の他のキャビティを
戻り、更にベーンの衝突冷却を行い、スチーム排出口に
流れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、タービンの段の一部と
して用いるステータベーン・セグメントに関し、特に、
高い熱流束及び高い内圧の条件下で用いる一体鋳造した
側壁及びベーンを有しており、閉じた冷却回路を有して
いるステータベーン・セグメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】タービンのブレード及びノズルを冷却す
る伝統的な方法では、例えば、タービン圧縮機の中間段
と最終段とから空気を抽出することにより、高圧冷却空
気をその供給源から抽出している。タービンブレードの
冷却には、一連の内部流路を用いて、タービンブレード
を冷却するために望ましい質量流量を確保することが代
表的である。一方、ノズル冷却には、外部配管を用いて
空気をノズルに供給する、空気フィルム冷却が代表的に
用いられている。しかしながら、分流された冷却空気部
分は、タービンの燃焼器から直接エネルギを受け取ら
ず、タービン出力にとっての寄生損失となり、全体性能
を劣化させる。
【０００３】最新のガスタービン設計では、タービン構
成要素を通流する高熱ガスの温度を金属の溶融温度より
も高くできることが知られている。従って、運転中に高
熱ガス流路の構成要素を保護する冷却方式を確立する必
要がある。複合サイクルのプラントでは、スチーム（水
蒸気）を冷却媒体として用いることが好ましい。例え
ば、本出願人に譲渡された米国特許番号第５２５３９７
６号を参照されたい。スチームの熱容量は燃焼ガスの熱
容量よりも大きいので、冷却用スチームが高熱ガス流と
混ざるのは効率が悪い。従って、冷却用スチームを閉じ
た回路内で高熱ガス流路構成要素の内側に維持すること
が望ましい。しかしながら、冷却材供給圧力レベルは通
常、高熱ガス流の圧力レベルよりも著しく高いので、事
態は複雑である。冷却の目的に望ましい薄い壁は、過剰
な機械的応力を誘起することなく、圧力差に耐えるには
十分でないことがある。即ち、構造的健全性を維持する
のに必要な厚さとすると、必要な冷却流れの大きさが大
幅に増加する。従って、高い熱流束及び高い圧力下での
作動中に冷却することのできるステータベーン・セグメ
ントを提供することが望まれている。
【０００４】
【発明の概要】本発明によれば、高い熱流束及び高い圧
力下で必要な構造的健全性を維持すると同時に、閉じた
回路を流れる冷却媒体、好ましくはスチームによって冷
却することのできる内壁及び外壁を有しているステータ
ベーン・セグメント（分割構成要素）が提供される。特
に、本発明は、複数のステータベーン・セグメントを提
供し、複数のステータベーン・セグメントの各々は、外
壁と内壁との間に延在している１つ以上のステータベー
ンを含んでいる。ベーンは複数のキャビティ（空腔）を
有しており、複数のキャビティは、外壁及び内壁に設け
られた隔室（コンパートメント）と連通しており、冷却
媒体、好ましくはスチームを閉回路の通路を通して流
し、外壁、内壁及びベーンを冷却する。セグメントに構
造的健全性を与えるために、外壁、内壁、ベーン及び外
壁上の１つ以上のフックは、好ましくは鋳造により、一
体に形成されており、複数のステータベーン・セグメン
トをタービンの段の一部として支持するのに必要な構造
的強度を確保する。これらのフックは、タービンの内側
の外殻（シェル）との連結部を形成しており、ステータ
ベーン・セグメントの支持を行うものであるが、ベーン
と一体的に且つ構造的に連結されていると共に外側壁の
外側に離間されており、壁自体の材料厚さを減少させる
ことを可能にしている。
【０００５】更に詳しく説明すると、好適な実施例で
は、外側壁は、その外面に沿って延在している複数のリ
ブを有しており、これらのリブは、外側壁の外面の外側
に複数の隔室（コンパートメント）を画定している。リ
ブは、冷却媒体、例えばスチームをセグメントへの入口
から複数の隔室に連通させるように、切り抜かれていた
り、又は開口が設けられている。インピンジメント板が
各隔室に配設されており、内側室と外側室（チャンバ）
とを画定している。冷却媒体をリブに設けられた切り抜
き又は開口を介して外側室に導入し、インピンジメント
板の複数の開口に通して、外側壁の外面に対してインピ
ンジメント冷却流を与える。更に、隔室はベーンの内部
に延在している１つ以上のキャビティと連通しており、
冷却媒体をベーンに流す。内側壁も同様に、少なくとも
１つのリブによって隔室に分割されていると共に、その
隔室に設けられたインピンジメント板を含んでおり、こ
れらのインピンジメント板は、内側室と外側室とを画定
している。ベーンのキャビティは、内側壁の内側室と連
通している出口を有しており、これにより、冷却媒体は
インピンジメント板の開口を経て内側壁の隔室の外側室
に流入し、内側壁のインピンジメント（衝突）冷却を行
う。ベーンは、内側壁の外側室と連通している出口開口
を含んでおり、これらの出口開口は、冷却媒体をベーン
内の戻りキャビティに流し、更に排出ポートを経て外側
壁の外部に流出させる。
【０００６】ベーンのインピンジメント冷却も行う。こ
の冷却を達成するために、ベーンのキャビティの大部分
に挿入体（インサート）が設けられている。例えば、ベ
ーンの前縁に隣接したキャビティに挿入体が設けられて
おり、この挿入体は、スリーブ（挿入体スリーブ）を含
んでいる。スリーブはその外端に、外側壁の隔室の内側
室と連通している開口を有しており、これらの開口は、
冷却媒体を挿入体スリーブ内に流す。キャビティの内部
壁は、ベーンの長さ方向に沿って離間した位置で内向き
に突出している複数のリブを有している。各キャビティ
内で、これらのリブは、挿入体スリーブと共に挿入体と
内部壁との間に複数の離間したギャップを画定してい
る。挿入体スリーブは、複数の開口を有しており、冷却
媒体を挿入体スリーブの内部から、これらの開口を経て
流し、各ギャップ内のベーンの内面に対してインピンジ
メント冷却を行う。冷却媒体は、挿入体スリーブの一部
とキャビティの内部壁との間に形成されている戻りチャ
ンネルに流れ、内側壁の内側室に流入する。内側壁の外
側室は、冷却媒体をベーン内の第２のキャビティ又は戻
りキャビティに流通させている開口を有している。戻り
キャビティも同様に、開口付きの挿入体スリーブを有し
ており、戻り冷却媒体を開口に通過させ、戻りキャビテ
ィのインピンジメント冷却を行う。戻りキャビティも同
様に、その内壁面から突出しているリブを有しており、
これらのリブは、ギャップを画定しており、これによ
り、冷却媒体はギャップに、そして挿入体とキャビティ
壁との間の戻りチャンネルに流れ込む。戻り冷却媒体を
外側壁の外側のプレナムに戻し、排出する。
【０００７】更に、キャビティの１つ、好ましくはベー
ンの後縁に隣接した最後のキャビティを冷却するための
空気回路が設けられている。この目的のために、空気を
外側壁の適当な入口ポートに導入し、冷却流れを後縁キ
ャビティを経て、内側壁の内側のプレナムに直接流す。
ダイアフラムの前方表面及び後方表面に複数の開口が設
けられており、これにより、冷却空気がタービンのホイ
ール・キャビティに流入して、冷却の目的を果たすと共
に、ホイール空間に高熱の燃焼ガスが漏れ入るのを防止
する。
【０００８】本発明による好適な実施例では、タービン
の１段の一部を形成すると共にタービンの内側シェルと
連結するステータベーン・セグメントが提供される。ス
テータベーン・セグメントは、互いに離間した内壁及び
外壁と、内壁と外壁との間に延在していると共に前縁と
後縁とを有しているステータベーンであって、ベーン
は、冷却媒体を流す複数の個別のキャビティを含んでお
り、複数の個別のキャビティは、前縁と後縁との間に設
けられていると共にベーンの長さ方向に延在している、
ステータベーンと、ベーンに連結されていると共に外壁
から外方へ突出しており、ステータベーンをタービンの
内側シェルから支持するフックとを含んでいる。内壁、
外壁、ベーン及びフックは、一体鋳造品から形成されて
いる。
【０００９】本発明による他の好適な実施例では、ター
ビンの１段の一部を形成すると共にタービンの内側シェ
ルと連結するステータベーン・セグメントが提供され
る。ステータベーン・セグメントは、互いに離間した内
壁及び外壁と、内壁と外壁との間に延在していると共に
前縁と後縁とを有しているステータベーンとを含んでい
る。ステータベーンは、冷却媒体を流す複数の個別のキ
ャビティを含んでおり、複数の個別のキャビティは、前
縁と後縁との間に設けられていると共にベーンの長さ方
向に延在している。外壁は、その外面に沿って複数のリ
ブを有しており、これらのリブは、冷却媒体を受け取る
複数の隔室を外面の外側に画定していると共に、ベーン
との構造的連結部を形成している。隔室の各々にカバー
が設けられいる。カバーと外面との間で隔室内にインピ
ンジメント板が設けられており、インピンジメント板
は、インピンジメント板の両側に且つ隔室内に外側室と
内側室とを画定している。セグメントへの冷却媒体入口
が設けられている。リブは、冷却媒体を入口から隔室の
外側室に通過させる開口を有している。インピンジメン
ト板は、冷却媒体を外側室から内側室に通過させる開口
を有しており、こうして外壁のインピンジメント冷却を
行う。ベーンは、その側壁に外壁の少なくとも１つの隔
室及びキャビティの１つと連通している第１の開口を有
しており、冷却媒体を１つの隔室と１つのキャビティと
の間に通過させ得るようにする。
【００１０】本発明による更に他の好適な実施例では、
タービンの１段の一部を形成すると共にタービンの内側
シェルと連結するステータベーン・セグメントが提供さ
れる。ステータベーン・セグメントは、互いに離間した
内壁及び外壁と、内壁と外壁との間に延在していると共
に前縁と後縁とを有しているステータベーンとを含んで
いる。ステータベーンは、冷却媒体を流す複数の個別の
キャビティを含んでおり、複数の個別のキャビティは、
前縁と後縁との間に設けられていると共にベーンの長さ
方向に延在している。内壁は、その内面に沿って複数の
リブを有しており、これらのリブは、冷却媒体を受け取
る複数の隔室を内面の内側に画定していると共に、ベー
ンとの構造的連結部を形成している。隔室の１つにカバ
ーが設けられている。カバーと内面との間で１つの隔室
内にインピンジメント板が設けられており、インピンジ
メント板は、インピンジメント板の両側に且つ１つの隔
室内に内側室と外側室とを画定している。ベーンは、そ
の側壁に内側室及びキャビティの１つと連通している開
口を有しており、冷却媒体を１つのキャビティと内側室
との間に通過させる。インピンジメント板は、冷却媒体
を内側室から外側室に通過させる開口を有しており、こ
うして内壁のインピンジメント冷却を行う。
【００１１】本発明による更に他の好適な実施例では、
タービンの１段の一部を形成すると共にタービンの内側
シェルと連結するステータベーン・セグメントが提供さ
れる。ステータベーン・セグメントは、互いに離間した
内壁及び外壁と、内壁と外壁との間に延在していると共
に前縁と後縁とを有しているステータベーンとを含んで
いる。ステータベーンは、冷却媒体を流す複数の個別の
キャビティを含んでおり、複数の個別のキャビティは、
前縁と後縁との間に設けられていると共にベーンの長さ
方向に延在している。ベーンの少なくとも１つのキャビ
ティは、ベーンの長さに沿った離間した位置でベーンの
内壁面から内方に突出している複数のリブを有してい
る。挿入体スリーブが、１つのキャビティ内に設けられ
ていると共にリブと係合しており、ベーンに沿った離間
した位置で挿入体スリーブとベーンの内壁との間に個別
のギャップを画定している。冷却媒体を挿入体スリーブ
に流入させる入口が挿入体スリーブに設けられている。
挿入体スリーブは、複数の貫通開口を有しており、冷却
媒体をスリーブ開口を経て前述のギャップに流して、ベ
ーンの内壁面に衝突させる。挿入体と、ベーンの内壁面
とは、相互の間に且つベーンの側壁に沿ってギャップと
連通しているチャンネルを画定しており、このチャンネ
ルは、ギャップに流入する冷却媒体を受け取っている。
【００１２】従って、本発明の目的は、閉じた冷却回路
を有している新規で改良されたステータベーン・セグメ
ントを提供することにある。
【００１３】
【実施例】図１を参照すると、同図には、タービンの数
段を包囲している内側の外殻（シェル）１２を有してい
るガスタービンの一部が参照番号１０で総称して示され
ている。例えば、タービン１０は、第１段ノズル１４
と、第１段のタービンバケット１６と、第２段ノズル１
８と、第２段のタービンバケット２０とを含んでいる。
ここで、バケット１６及び２０は、ペデスタル２２及び
２４にそれぞれ装着されており、一方、ペデスタル２２
及び２４は、タービンホイール（図示していない）にタ
ービン軸線の周りを回転するように装着されている。ス
ペーサ２６がタービンホイールの間に軸線方向に配設さ
れていると共に、一緒に回転するようタービンホイール
に固定されており、固定ダイアフラム３０の界面に対し
てシールを行うシール面２８を含んでいる。固定ダイア
フラム３０は内側壁３６に固定されている。第２段ノズ
ル１８は、半径方向に延在している複数のベーン３２を
含んでおり、複数のベーン３２は、互いに円周方向に離
間していると共に外側壁３４から内側壁３６まで全体的
に半径方向内向きに延在している。タービン燃焼器（図
示していない）からの高熱の燃焼ガスは全体的に軸線方
向に、例えば図１の左側から右側に流れ、第１段ノズル
１４を通過し、第１段のタービンバケット１６を駆動
し、更にその燃焼ガスは固定第２段ノズル１８を通過
し、第２段のタービンバケット２０を駆動する。
【００１４】図２を参照すると、同図には、第２段ステ
ータベーンのセグメントが参照番号３８で総称して示さ
れている。各セグメント３８は、外側壁３４と、内側壁
３６とを含んでおり、外側壁３４と内側壁３６との間
に、１つ以上のステータベーン３２が延在している。複
数のセグメント３８は、タービンの内側シェルの周りに
円周方向に互いに離間していると共に、内側シェルから
支持されている。隣接したセグメント同士は、外側壁３
４及び内側壁３６の各々の側縁に沿って形成された溝４
２に配置されているリーフ型シール４０（図５を参照）
によって互いにシールされている。こうして、外側壁、
内側壁、ベーン及びダイアフラムの全体が、タービンの
内側シェルによって支持されている。このような支持を
行うために、１つ以上の支持用フック４４が各セグメン
トの対応するベーンと一体に鋳造されていると共に外側
壁３４及び内側壁３６と一体に鋳造されており、必要な
構造的支持を与える。後部支持フック４６が外側壁３４
の後ろ側に形成されている。図１に示すように、これら
の支持フック４４及び４６は、内側シェル１２と構造的
に相互連結されている。
【００１５】更に図２について説明すると、第２段ステ
ータベーンのセグメントに冷却回路を設けるために、冷
却媒体、好ましくはスチームをセグメントの内側壁、外
側壁及びベーンに供給するための冷却媒体入口ポート４
８が設けられている。戻り冷却媒体プレナム５０がベー
ン３２の上端付近に配設されており、使用済み冷却媒体
を受け入れ、排出管５２を通して排出する。後述するよ
うに、空気をベーン内にその後縁に沿って流入させ、更
にはダイアフラム３０内に、そしてホイール・キャビテ
ィに送り込むための一対の空気入口５４も図示されてい
る。
【００１６】本明細書では、各セグメントが外側壁３４
と内側壁３６との間に一対のベーンを含んでいることが
好ましいが、所望に応じて各セグメントに設けるベーン
の数は、それよりも少なくても多くてもよい。図３及び
図４を参照すると、各セグメント３８は、外側壁３４の
外側周縁に沿って外向きに突出している外側レール（縁
どり）５２を含んでいる。（用語「外向き」及び「内向
き」、又は「外側」及び「内側」は、概して半径方向に
関する表示である。）従って、レール５２は、後部フッ
ク４６がセグメントの後部側に沿って外側周縁を形成し
ているところ以外の、セグメント３８の周縁エッジを画
定している。各レール５２は内側プラットホーム又はフ
ランジ５３を有している。セグメント中間リブ５６が、
外側壁３４から突出しているベーン３２の間で、前部レ
ール５２から後部フック４６まで延在している。更に、
内部レール５８、６０、６２、６４、６６及び６７が、
ベーン、内側壁、外側壁及びフックと一体に鋳造されて
いる。内部レール５８、６２、６４及び６６は、ベーン
の外端に連結するように、側部レール及び中間リブから
延在しており、一方、レール６０は外側レール５２から
ベーンまで延在していると共に、レール６７は円弧壁８
６からベーンまで延在している。図示のように、これら
のレールは、外側壁３４の裏側を複数の隔室（コンパー
トメント）６８ａ〜６８ｆに分割しており、例えば、隔
室６８ｃは内部レール６０及び６２と外側レール５２と
の間に画定されている。内部レールの各々は、例えば参
照番号７０で示すように切り抜かれているか、又は例え
ば参照番号７２で示すように内部レールを貫通している
開口が設けられており、これにより、内部レールによっ
て画定された種々の隔室が互いに連通状態になる。
【００１７】各隔室６８ａ〜６８ｆには、孔の開いたイ
ンピンジメント板７４ａ〜７４ｆが設けられており、イ
ンピンジメント板７４ａ〜７４ｆは、隔室を外側室７６
と内側室７８とに分割している。例えば、図４に示すよ
うに、隔室はインピンジメント板７４ｄによって、外側
室７６ｄと内側室７８ｄとに分離されている。複数の隔
室６８に複数のカバー板８０が設けられている。各カバ
ー板８０に開口又はスロット８２が設けられており、開
口又はスロット８２は、内部レールの対応する位置の部
分を受け入れて、カバーを隔室及びフランジ５３に対し
て重なる位置に位置決めする。カバー８０は、カバーの
セグメントへのＴＩＧ溶接を可能にするように、端縁８
４に沿って斜めに切られている。従って、以上説明した
ところからわかるように、入口４８から各セグメントに
供給された冷却媒体、好ましくはスチームは、後部フッ
ク４６と円弧壁８６（図３）とによって画定されたプレ
ナムに流入し、そして開口８８を経て複数の隔室６８の
外側室７６に流入する。又、冷却媒体は内部レールの切
り抜き部や開口を通って外側室７６に流入し、次いで図
４に示すように、インピンジメント板７４の孔を通って
隔室６８の内側室７８に通過し、外側壁３４のインピン
ジメント冷却を行う。更に、インピンジメント板７４に
内向きに突出しているディンプル９０を設け、インピン
ジメント板７４を外壁３４から離間させて内側室を画定
してもよい。更に図３からわかるように、各ベーン３２
は複数の内部キャビティ（空腔）、好ましくは５つのキ
ャビティ９４、９６、９８、１００及び１０２を有して
いる。以下に説明するように、スチームは前部キャビテ
ィ９４及び中間キャビティ９８を通して内側壁３６に供
給され、中間キャビティ９６を通して外側壁３４に戻
る。スチームを前部キャビティ９４及び中間キャビティ
９８に供給するために、開口１０４及び１０６（図３を
参照）が隔室の隣接した内側室７８と連通している。
【００１８】次に図５及び図６を参照すると、これらの
図には、内側壁３６及びベーン３２の一部が示されてい
る。尚、一対のベーン３２がセグメント３８の内側壁３
６に連結されている。図示のように、内側壁３６は、複
数の内向き側部レール１１０と、複数の内部レール１１
２、１１４、１１６及び１１８とを有しており、これら
のレールは、内側壁３６に沿って複数の隔室（コンパー
トメント）１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ及び１２０ｄ
を画定している。これらの隔室は又、内側壁３６の側部
レール及び内部レールに、好ましくは溶接により固着さ
れた内側カバー１２３によって部分的に画定されてい
る。インピンジメント板１２１が各隔室に配設されてお
り、これらの隔室を内側室１２２ａ、１２２ｂ、１２２
ｃ及び１２２ｄと、外側室１２４ａ、１２４ｂ、１２４
ｃ及び１２４ｄとに分割している。図６に示すように、
キャビティ（空腔）９４及び９８の各々は、一対の開口
１２６ａ、１２６ｂ及び１２８ｃ、１２８ｄを有してお
り、冷却媒体を、内側壁３６の内側隔室１２０の内側室
１２２ａ、１２２ｂ及び１２２ｃ、１２２ｄにそれぞれ
流入させる。内側室１２２への冷却媒体の流れにより、
その流れはインピンジメント板１２１の孔を全体的に半
径方向外向きに通過して、外側室１２４ａ、１２４ｂ、
１２４ｃ及び１２４ｄに流入することができ、内側壁３
６のインピンジメント冷却を行う。図５及び図６に示す
ように、外側室１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ及び１２
４ｄは、開口１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ及び１３０
ｄを介してベーン３２の戻りキャビティ９６と連通して
いる。戻りキャビティ９６はプレナム５０（図２を参
照）と連通しており、使用済み冷却媒体を排出管５２に
排出する。
【００１９】前述したように、冷却空気は入口５４を通
って直接各ベーン３２の後部キャビティ１００及び１０
２に流入する。キャビティ１００及び１０２は、冷却空
気を内側壁３６及びカバー１２３を経てダイアフラム３
０に排出する。カバー１２３と、ダイアフラム３０の側
壁及び内壁１４０とが、プレナム１４１を画定してい
る。プレナム１４１の前部側及び後部側の各々に、開口
（アパーチャ）１４２及び１４４が隣接しており、抽出
空気をダイアフラム３０の軸線方向反対側のホイール空
間に流す。キャビティ１００及び１０２の排気部の間に
ノズル付きパイプ連結部を用いて、開口１４２及び１４
４に向かう空気流を加速することも可能である。これら
の開口を適切に形成して、ホイール空間キャビティへの
空気流が接線方向となるようにする。シール１４６及び
１４８がダイアフラム３０の前部側及び後部側に沿って
形成されており、タービンホイールの隣接したエンジェ
ルウィングとのシールを行う。タービンロータのポンプ
作用により、空気流をシール１４６及び１４８の周りに
進行させる。ダイアフラム３０の前部側と後部側との間
の圧力差が大きいので、冷却空気の一部はダイアフラム
の下側のダイアフラムとスペーサ２６との間に流れる。
漏れを減少させるために、金属製ハニーカム１４９がダ
イアフラム３０の内側に沿って設けられている。ハニー
カムシールはダイアフラムの底部に直接ろう付けされて
いる。回転するスペーサ２６は複数のラビリンス・ナイ
フエッジを有しており、これらのラビリンス・ナイフエ
ッジは、ハニーカムシールと相互噛合し、空気の漏れを
減少させる。
【００２０】次に、図７を参照すると、同図には、ベー
ン３２の前縁が示されている。前縁のキャビティ９４に
挿入体１６０が設けられている。挿入体１６０は、製造
を容易にするために、３つの異なる部分（１６２、１６
６及び１７０）から構成されている。外側部分１６２を
用いて挿入体１６０をベーン３２内に定置すると共に位
置決めする。外側部分１６２はカラー１６４を含んでお
り、カラー１６４は、中間部分１６６にろう付け等によ
り固着されている。カラー１６４はベーンの上端に形成
されているフランジに載っている。中間部分１６６は複
数の開口１６８を含んでおり、これらの開口は、隔室６
８ｂ〜６８ｆの内側室の開口１０４と連通している。従
って、外側壁３４の内側室７８からのインピンジメント
冷却後の冷却媒体が、開口１０４及び挿入体１６０の開
口１６８を通過し、下方部分１７０を通して内方に流れ
る。尚、中間部分１６６はベーン３２に開口１０４の内
方で固着されており、従って、内側室から開口１０４を
通る冷却媒体の流れは開口１６８を通過しなければなら
ず、中間部分１６６とベーンの内壁との間を通過するこ
とができない。中間部分１６６はベーンの内壁にろう付
けされていることが好ましい。
【００２１】ベーン３２内には、ベーンに沿った半径方
向に離間した複数の位置に、複数の内向き突起又はリブ
１７２が設けられており、挿入体１６０の下方部分１７
０をベーンの壁の内面から離間させている。下方部分１
７０は複数のインピンジメント流れ開口１７４を有して
おり、挿入体１６０の下方部分１７０に沿って内向きに
流れる冷却媒体は、開口１７４を通過して、リブ１７２
の間のベーン３２の内面に対してインピンジメント冷却
を行う。図８に明示するように、リブ１７２はキャビテ
ィ９４の内部空間の周り全域に延在しているものではな
い。そうではなく、リブ１７２は、キャビティの外部壁
の内部表面の周りに延在しており、キャビティの間の内
部分割壁１８１に隣接した位置１８０で終端している。
その上、挿入体下方部分１７０には窪みが設けられてお
り、挿入体下方部分１７０とベーンの内壁との間に形成
されているギャップ１８４の各々と連通しているチャン
ネル１８２を画定している。図７に示すように、挿入体
下方部分１７０内の流れ通路の底部は閉じられており、
これにより、チャンネル１８２に流れる冷却媒体は、開
口１２６ａ及び１２６ｂ（図５及び図６を参照）を通し
て内側壁３６の内側室１２２ａ及び１２２ｂに送られ
る。
【００２２】図８を参照すると、同様の形式の挿入体１
９１がベーン・キャビティ９８に設けられている。図示
のように、挿入体１９１の周囲輪郭は、キャビティ９８
の形状の輪郭を辿っており、半径方向に離間した複数の
内向き補強用リブ１９０を有している。これらのリブ１
９０は、端部１９２で終端していると共に、挿入体１９
１とキャビティ９８の内壁との間にギャップを画定して
いる。チャンネル１９４が挿入体の前方側に且つ挿入体
の前方側に沿って形成されている。挿入体１９１は、イ
ンピンジメント開口を有しており、これにより、開口１
０６（図３）を通して挿入体に送られた冷却媒体は、イ
ンピンジメント開口を通して外向きに流れ、キャビティ
９８の両側でベーンの外壁をインピンジメント冷却す
る。インピンジメント冷却後の冷却媒体は次いで、全体
的に前方にリブ１９０に沿ってチャンネル１９４に流
れ、そこから内側壁３６に向かって流れる。
【００２３】図６及び図９を参照すると、キャビティ９
８からのインピンジメント冷却後の冷却媒体は、開口１
２８ｃ及び１２８ｄを経て内側壁３６の内側室１２２ｃ
及び１２２ｄにそれぞれ流れ、更に隔室１２０ｃ及び１
２０ｄ内のインピンジメント板１２１の孔を通って流
れ、内側壁３６をインピンジメント冷却した後に、開口
１３０ｃ及び１３０ｄを経て中間キャビティ９６に戻
る。図８に示すように、中間キャビティ９６は同様に、
複数の孔又は開口２１２の開いた二重挿入体２１０を有
している。キャビティ９６の壁に沿って半径方向に離間
した複数のリブ２１４が、内方へ挿入体２１０に向かっ
て突出していると共にキャビティの前後端で終端してお
り、キャビティの前後端に一対のチャンネル２１６を画
定している。従って、冷却媒体は挿入体２１０内で半径
方向外向きに流れ、インピンジメント孔２１２を通過し
て、キャビティ９６の壁のインピンジメント冷却を行
い、室２１６に流れる。使用済み冷却媒体は次に、キャ
ビティ９６の室２１６からプレナム５０に出て行き、排
出管５２に流れる。次に、上述した冷却回路の動作につ
いて説明する。冷却媒体、好ましくはスチームを冷却入
口４８に供給する。図３において、冷却用スチームは、
開口８８及び７２並びに切り抜き７０を経て外側壁３４
の外側室７６に流入する。スチームは、インピンジメン
ト板７４の孔を半径方向内向きに通過して内側室７８に
抜け出ると共に、外側壁３４のインピンジメント冷却を
行う。インピンジメント冷却後のスチームは、開口１０
４及び１０６を通過して、前部キャビティ９４及び中間
キャビティ９８の挿入体１６０及び１９１内に流入す
る。冷却用スチームは、挿入体１６０及び１９１のイン
ピンジメント孔を通過して、ベーン・キャビティを画定
している内部表面に沿ってリブ１７２とリブ１９０との
間のギャップに入り、これらの内部表面のインピンジメ
ント冷却を行う。インピンジメント冷却後のスチームは
次に、キャビティ９４及び９８の内部壁に沿ったチャン
ネル１８２及び１９４に流入する。チャンネル１８２及
び１９４からのインピンジメント冷却後のスチームは次
に、開口１２６ａ及び１２６ｂ、並びに開口１２８ｃ及
び１２８ｄを介して内側壁３６の内側室１２２ａ及び１
２２ｂ、並びに内側室１２２ｃ及び１２２ｄに流入す
る。スチームは方向を反転して、隔室１２０ａ、１２０
ｂ、１２０ｃ及び１２０ｄのインピンジメント板１２１
の孔を通って外向きに流れ、内側壁３６の外側室１２４
ａ、１２４ｂ、１２４ｃ及び１２４ｄに入り、内側壁３
６のインピンジメント冷却を行う。インピンジメント冷
却後のスチームは次に、ベーンの開口１３０ａ、１３０
ｂ、１３０ｃ及び１３０ｄを通過して、中間キャビティ
９６の挿入体２１０に流入する。使用済みスチームは次
に、挿入体２１０の孔２１２を通過し、キャビティ９６
の両側の壁のインピンジメント冷却を行う（図８を参
照）。インピンジメント冷却後のスチームは、チャンネ
ル２１６に流入して、プレナム５０に戻り、排出管５２
を経て出て行く。このようにして閉じたスチーム冷却回
路が得られる。
【００２４】更に、空気冷却回路は、ベーンの後縁を冷
却するための入口５４を経てキャビティ１００及び１０
２に流入する空気入力を含んでいる。図８の１１−１１
線断面である図１１に示すように、キャビティ１００及
び１０２は開口２３０を介して互いに連通している。空
気はダイアフラム３０のプレナム１４０に出て行き、ダ
イアフラムの前端及び後端の開口１４２及び１４４を通
過して、ホイール・キャビティに入る。
【００２５】以上、本発明を現在のところ最も実用的且
つ好適と考えられる実施例について説明したが、本発明
は、開示した実施例に限定されることなく、特許請求の
範囲に含まれる種々の変更及び均等構成を包含するもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンの一部の立面図であって、第１及
び第２段タービンバケットと、第１及び第２段ステータ
ベーンとを示す図である。
【図２】入口側から見た第２段ステータベーン・セグメ
ントの斜視図である。
【図３】図２に示すタービンセグメントの外側壁の斜視
図であって、カバーを取り外して、外側壁内の冷却流れ
隔室と、冷却流れとベーンとの連通状態とを示す図であ
る。
【図４】外壁にフックを含んでいるステータベーン・セ
グメントの前方部分を、一部切除して断面にて示す拡大
斜視図である。
【図５】ダイアフラムを有している内側壁を、一部切除
して断面にて示す斜視図である。
【図６】内側壁内部の冷却流通路を示すステータベーン
の線図である。
【図７】ベーン内の冷却媒体の流れを示すベーン及び外
側壁の拡大断面図である。
【図８】ベーンの拡大断面図である。
【図９】ベーンの後縁に隣接した内側壁及びダイアフラ
ムを、一部切除して断面にて示す斜視図である。
【図１０】ベーンの一部の断面図であって、冷却媒体が
内側壁からベーンを経て戻る流れを示す図である。
【図１１】図８の１１−１１線方向断面図である。
【符号の説明】
１０ ガスタービン ３２ ベーン ３４ 外壁 ３６ 内壁 ３８ ステータベーン・セグメント ４４ フック ５２ レール ５６、１７２、１９０ リブ ６８、１２０ 隔室 ７４、１２１ インピンジメント板 ７６、１２４ 外側室 ７８、１２２ 内側室 ８０、１２３ カバー ９４、９６、９８、１００、１０２ キャビティ １６０、１９１ 挿入体 １８２、１９４ チャンネル １８４ ギャップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイヴィッド・エー・デアンジェリス アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ヴール ヒースヴィル、プロスペクト・ストリー ト、50番

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 タービンの１段の一部を形成すると共に
    該タービンの内側シェルと連結するステータベーン・セ
    グメントであって、 互いに離間した内壁及び外壁と、 該内壁と該外壁との間に延在していると共に前縁と後縁
    とを有しているステータベーンであって、該ベーンは、
    冷却媒体を流す複数の個別のキャビティを含んでおり、
    該複数のキャビティは、前記前縁と前記後縁との間に設
    けられていると共に前記ベーンの長さ方向に延在してい
    る、ステータベーンと、 前記ベーンに連結されていると共に前記外壁から外方へ
    突出しており、前記ステータベーンを前記タービンの内
    側シェルから支持するフックであって、前記内壁及び外
    壁と、前記ベーンと、前記フックとは、一体鋳造品から
    形成されている、フックとを備えたステータベーン・セ
    グメント。
  2. 【請求項２】 前記外壁は、その外面に沿った一対のリ
    ブを有しており、該リブは、冷却媒体を受け取る一対の
    隔室を前記外面の外側に画定していると共に、前記ベー
    ンとの構造的連結部を形成しており、 前記内壁は、その内面に沿った少なくとも１つのリブを
    有しており、該リブは、冷却媒体を受け取る一対の隔室
    を前記内面の内側に画定していると共に、前記ベーンと
    の構造的連結部を形成しており、 前記ベーンは、その側壁に第１の開口を有しており、該
    第１の開口は、前記外壁の少なくとも１つの隔室及び前
    記キャビティのうちの１つのキャビティと連通して、冷
    却媒体を前記１つの隔室と前記１つのキャビティとの間
    に通過させており、 前記ベーンは、その側壁に第２の開口を有しており、該
    第２の開口は、前記内壁の少なくとも１つの隔室及び前
    記１つのキャビティと連通して、冷却媒体を前記１つの
    キャビティと前記内壁の前記１つの隔室との間に通過さ
    せている請求項１に記載のステータベーン・セグメン
    ト。
  3. 【請求項３】 前記外壁は、その外面に沿った複数のリ
    ブを有しており、該リブは、冷却媒体を受け取る複数の
    隔室を前記外面の外側に画定していると共に、前記ベー
    ンとの構造的連結部を形成しており、 前記外壁の前記隔室にカバーが設けられており、該カバ
    ーと前記外面との間で前記隔室内にインピンジメント板
    が設けられており、該インピンジメント板は、該インピ
    ンジメント板の両側に且つ前記外壁の隔室内に外側室と
    内側室とを画定しており、前記セグメントに冷却媒体入
    口が設けられており、前記リブは、冷却媒体を前記入口
    から前記隔室の前記外側室に通過させる開口を有してお
    り、前記インピンジメント板は、前記外壁のインピンジ
    メント冷却を行うように、冷却媒体を前記外側室から前
    記内側室に通過させる開口を有しており、 前記ベーンは、その側壁に第１の開口を有しており、該
    第１の開口は、少なくとも１つの前記内側室及び前記キ
    ャビティのうちの１つのキャビティと連通して、冷却媒
    体を前記内側室と前記１つのキャビティとの間に通過さ
    せている請求項１に記載のステータベーン・セグメン
    ト。
  4. 【請求項４】 前記内壁は、その内面に沿った少なくと
    も１つのリブを有しており、該リブは、冷却媒体を受け
    取る一対の隔室を前記内面の内側に画定していると共
    に、前記ベーンとの構造的連結部を形成しており、 前記内壁に沿った前記隔室のうちの１つの隔室にカバー
    が設けられており、該カバーと前記内面との間で前記１
    つの隔室内にインピンジメント板が設けられており、該
    インピンジメント板は、該インピンジメント板の両側に
    外側室と内側室とを画定しており、前記ベーンは、その
    側壁に開口を有しており、該開口は、前記内側室及び前
    記キャビティのうちの１つのキャビティと連通して、冷
    却媒体を前記１つのキャビティと前記内側室との間に通
    過させており、前記１つの隔室内の前記インピンジメン
    ト板は、前記内壁のインピンジメント冷却を行うよう
    に、冷却媒体を前記内壁の前記内側室から前記外側室に
    通過させている請求項１に記載のステータベーン・セグ
    メント。
  5. 【請求項５】 互いに離間した内壁及び外壁と、 前記内壁と前記外壁との間に延在していると共に前縁と
    後縁とを有しているベーンであって、該ベーンは、冷却
    媒体を流す複数の個別のキャビティを含んでおり、該複
    数のキャビティは、前記前縁と前記後縁との間に設けら
    れていると共に前記ベーンの長さ方向に延在している、
    ベーンとを備えており、 前記外壁は、その外面に沿った複数のリブを有してお
    り、該リブは、冷却媒体を受け取る複数の隔室を前記外
    面の外側に画定していると共に、前記ベーンとの構造的
    連結部を形成しており、 前記隔室の各々にカバーが設けられており、該カバーと
    前記外面との間で前記隔室内にインピンジメント板が設
    けられており、該インピンジメント板は、該インピンジ
    メント板の両側に且つ前記隔室内に外側室と内側室とを
    画定しており、前記セグメントに冷却媒体入口が設けら
    れており、前記リブは、冷却媒体を前記入口から前記隔
    室の前記外側室に通過させる開口を有しており、前記イ
    ンピンジメント板は、前記外壁のインピンジメント冷却
    を行うように、冷却媒体を前記外側室から前記内側室に
    通過させる開口を有しており、 前記ベーンは、その側壁に第１の開口を有しており、該
    第１の開口は、前記外壁の少なくとも１つの隔室及び前
    記キャビティのうちの１つのキャビティと連通して、冷
    却媒体を前記１つの隔室と前記１つのキャビティとの間
    に通過させているタービンベーン・セグメント。
  6. 【請求項６】 前記内壁は、その内面に沿った少なくと
    も１つのリブを有しており、該リブは、冷却媒体を受け
    取る一対の隔室を前記内面の内側に画定していると共
    に、前記ベーンとの構造的連結部を形成しており、 前記内壁に沿った前記隔室のうちの１つの隔室にカバー
    が設けられており、該カバーと前記内面との間で前記１
    つの隔室内にインピンジメント板が設けられており、該
    インピンジメント板は、該インピンジメント板の両側に
    内側室と外側室とを画定しており、前記ベーンは、その
    側壁に第２の開口を有しており、該第２の開口は、前記
    内壁の前記内側室及び前記キャビティのうちの１つのキ
    ャビティと連通して、冷却媒体を前記１つのキャビティ
    と、前記内側室との間に通過させており、前記１つの隔
    室内の前記インピンジメント板は、前記内壁のインピン
    ジメント冷却を行うように、冷却媒体を前記内壁の内側
    室から前記外側室に通過さる開口を有している請求項５
    に記載のタービンベーン・セグメント。
  7. 【請求項７】 前記ベーンの少なくとも１つのキャビテ
    ィは、 前記ベーンの長さに沿った離間した位置で前記ベーンの
    内壁面から内方に突出している複数のリブと、 前記１つのキャビティ内に設けられていると共に前記リ
    ブと係合している挿入体スリーブであって、前記ベーン
    に沿った離間した位置で前記挿入体スリーブと前記ベー
    ンの内壁との間に個別のギャップを画定している挿入体
    スリーブとを有しており、 該挿入体スリーブは、冷却媒体を該挿入体スリーブ内に
    流入させる入口を有しており、前記挿入体スリーブは、
    複数の貫通開口を有しており、該開口は、冷却媒体を前
    記ベーンの内壁面に衝突させるように、該スリーブ開口
    を経て前記ギャップに流しており、前記挿入体スリーブ
    及び前記ベーンの内壁面は、該挿入体スリーブと該内壁
    面との間に且つ前記ベーンの側壁に沿って前記ギャップ
    と連通しているチャンネルを画定しており、該チャンネ
    ルは、前記ギャップに流入する冷却媒体を受け取ってい
    る請求項５に記載のタービンベーン・セグメント。
  8. 【請求項８】 タービンの１段の一部を形成するステー
    タベーン・セグメントであって、 互いに離間した内壁及び外壁と、 前記内壁と前記外壁との間に延在していると共に前縁と
    後縁とを有しているステータベーンであって、該ベーン
    は、冷却媒体を流す複数の個別のキャビティを含んでお
    り、該複数のキャビティは、前記前縁と前記後縁との間
    に設けられていると共に前記ベーンの長さ方向に延在し
    ている、ステータベーンとを備えており、 前記内壁は、その内面に沿った複数のリブを有してお
    り、該リブは、冷却媒体を受け取る複数の隔室を前記内
    面の内側に画定していると共に、前記ベーンとの構造的
    連結部を形成しており、 前記隔室のうちの１つの隔室にカバーが設けられてお
    り、該カバーと前記内面との間で前記１つの隔室内にイ
    ンピンジメント板が設けられており、該インピンジメン
    ト板は、該インピンジメント板の両側に且つ前記１つの
    隔室内に内側室と外側室とを画定しており、前記ベーン
    は、その側壁に開口を有しており、該開口は、前記内側
    室及び前記キャビティのうちの１つのキャビティと連通
    して、冷却媒体を前記１つのキャビティと前記内側室と
    の間に通過させており、前記インピンジメント板は、前
    記内壁のインピンジメント冷却を行うように、冷却媒体
    を前記内側室から前記外側室に通過させる開口を有して
    いるステータベーン・セグメント。
  9. 【請求項９】 前記ベーンの前記１つのキャビティは、
    前記ベーンの長さに沿った全体的に半径方向に離間した
    位置で前記ベーンの内壁面から内方に突出している複数
    のリブと、 前記１つのキャビティ内に設けられていると共に前記リ
    ブと係合している挿入体スリーブであって、前記ベーン
    に沿った離間した位置で前記挿入体スリーブと前記ベー
    ンの内壁との間に個別のギャップを画定している挿入体
    スリーブとを有しており、 該挿入体スリーブは、冷却媒体を該挿入体スリーブ内に
    流入させる入口を有しており、前記挿入体スリーブは、
    複数の貫通開口を有しており、該開口は、冷却媒体を前
    記ベーンの前記内壁面に衝突させるように、該スリーブ
    開口を経て前記ギャップに流しており、前記挿入体スリ
    ーブ及び前記ベーンの前記内壁面は、該挿入体スリーブ
    と該内壁面との間に且つ前記ベーンの側壁に沿って前記
    ギャップと連通しているチャンネルを画定しており、該
    チャンネルは、前記ギャップに流入する冷却媒体を受け
    取っている請求項８に記載のステータベーン・セグメン
    ト。
  10. 【請求項１０】 前記セグメントへの前記外壁を貫通し
    ている空気入口を含んでおり、前記ベーンの前記キャビ
    ティのうちの他のキャビティは、該他のキャビティを包
    囲している前記ベーンの壁を空気冷却するように、前記
    空気入口と連通しており、前記内壁の内側の出口は、使
    用済み冷却空気をタービン段の外側に排出するように、
    前記他のキャビティと連通している請求項８に記載のス
    テータベーン・セグメント。
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