JPH11324607A - ガスタ―ビン、特に航空エンジン用の組み立て式ノズルリングとその製作方法 - Google Patents

ガスタ―ビン、特に航空エンジン用の組み立て式ノズルリングとその製作方法

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JPH11324607A
JPH11324607A JP11084408A JP8440899A JPH11324607A JP H11324607 A JPH11324607 A JP H11324607A JP 11084408 A JP11084408 A JP 11084408A JP 8440899 A JP8440899 A JP 8440899A JP H11324607 A JPH11324607 A JP H11324607A
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blade
covering strip
nozzle ring
strip
notch
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JP11084408A
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Karl-Hermann Richter
カール−ヘルマン・リッヒター
Josef Reischl
ヨーゼフ・ライシユル
Hans-Juergen Schmuhl
ユルゲン・シユムール ハンス−
Klaus Breitschwerdt
クラウス・ブライトシユヴエルト
Ulrich Knott
ウルリッヒ・クノート
Siegfried Boettcher
ジーグフリート・ベッチヤー
Karlheinz Manier
カールハインツ・マーニエル
Werner Humhauser
ヴエルナー・フムハウザー
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MTU Aero Engines GmbH
Original Assignee
MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/042—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/4932—Turbomachine making
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで製作可能な組み立て式ノズルリ
ングを提供する。 【解決手段】 本発明は、少なくとも１個の被覆帯状体
と、それに配置された少なくとも１個のブレードとを備
えた、ガスタービン特に航空エンジンのための組み立て
式ノズルリングに関する。ブレード２は端面側に、二次
元的に形造られた少なくとも１個の連結範囲３，１０を
備え、この連結範囲はビーム切断によって被覆帯状体
５，９に形成された切欠き１１に挿入され、被覆帯状体
に連結されている。本発明は更に、ノズルリングの製作
方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン用の
組み立て式ノズルリングと、少なくとも１個の被覆帯状
体と少なくとも１個のブレードが設けられている、ガス
タービン、特に航空エンジンの組み立て式ノズルリング
のための製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】組み立て式ノズルリングは、一般的に、
リング状の外側被覆帯状体と、多数のブレードと、場合
によってリング状の内側被覆帯状体とを備えた一体の部
品である。組み立て式ノズルリングは例えば航空エンジ
ンの高圧圧縮または低圧圧縮に使用される。
【０００３】従来の製作方法の場合には、先ず最初にブ
レードと外側のプラットフォームからなる一体の静翼
が、鍛造、鋳造または電気化学的加工（ＥＣＭ）によっ
て製作される。続いて、一般的に、このような４〜６個
の静翼がろう付けされてセグメントとなる。このような
方法の場合、製作コストが比較的に高いという欠点があ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、でき
るだけ簡単にかつ低コストで実施可能である、冒頭に述
べた種類のガスタービンの組み立て式ノズルリングのた
めの製作方法を提供することである。更に、低コストで
製作可能な組み立て式ノズルリングを提供すべきであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】製作方法に関する課題は
本発明に従い、ビーム切断によって被覆帯状体に少なく
とも１つの形造られた切欠きを形成し、二次元的に形造
られた少なくとも１つの端面側の連結範囲を有するブレ
ードを形成し、形造られた切欠きに連結範囲を差込み、
そしてブレードと被覆帯状体を連結することによって解
決される。
【０００６】ブレードは好ましくはその全長にわたって
二次元的に形造られて形成されるかまたは角柱状に形成
される。この場合、ブレードは好ましくは押出し成形に
よって製作される。
【０００７】その代わりに、ブレードの表面が三次元的
に形造られて形成されていると有利である。
【０００８】形造られた切欠きが（高圧）レーザビーム
切断によって形成されると有利である。なぜなら、この
方法によって、例えば打ち抜きと異なり、再現可能な形
状を有する切欠きが、隣接する縁部領域を変形すること
なく製作可能であるからである。レーザビーム切断後、
ビーム出口側の角を削る必要がある。レーザビーム切断
によって、形造られた切欠きの入口エッジと出口エッジ
に約0.1 〜0.2 ｍｍの比較的に小さな半径を形成するこ
とができる。切欠きの入口エッジおよび出口エッジの半
径に対する、被覆帯状体の約２〜３ｍｍの壁厚の大きな
比に基づいて、切欠きの打ち抜きは適していないかある
いは不可能である。
【０００９】その代わりに、形造られた切欠きがウォー
タジェット切断によって形成されると有利である。なぜ
なら、この方法またはウォータジェット案内式レーザビ
ーム切断により、形造られた切欠きの入口エッジと出口
エッジに約0.1 〜0.2 ｍｍ比較的に小さな半径が形成可
能であるからである。
【００１０】ブレードと被覆帯状体の連結が高温ろう付
けによって行われると有利である。この場合、ろう品質
を改善するために、被覆帯状体が、形造られた切欠きお
よびまたはブレードの連結範囲を形成した後で化学的に
または電気メッキ的にニッケルメッキされると有利であ
る。
【００１１】例えば航空エンジンの高圧圧縮機で使用す
るために、ブレードおよびまたは被覆帯状体がニッケル
をベースとした合金からなっていると有利である。この
方法は鉄合金またはチタン合金あるいはTiAlのような材
料の場合にも有利に適用可能である。
【００１２】例えば試験台における設計のための他の用
途では、ブレードおよびまたは被覆帯状体が合成樹脂か
らなっている。この場合、ブレードと被覆帯状板の連結
は好ましくは接着等によって行われる。
【００１３】有利な実施形では、被覆帯状体がＵ字状に
形成された外側被覆帯状体である。
【００１４】方法は次の他のステップを有する。すなわ
ち、ブレードと反対側の被覆帯状体の側面に支持板を設
け、被覆帯状体の形造られた切欠きと一直線上に並ぶ形
造られた切欠きを支持板に形成し、側面から突出するブ
レードの連結範囲を支持板の形造られた切欠きに嵌込
み、そして連結範囲を支持板に連結し、かつ支持板を被
覆帯状体に連結する。被覆帯状体の範囲でのブレードの
このような支持により、組み立てられた静翼の耐震性が
高まり、慣用の方法で製作された静翼の耐震性が達成可
能である。支持板の形造られた切欠きは例えば、打ち抜
きまたはレーザビーム切断によって形成可能である。支
持体と被覆帯状体との連結は好ましくは、高温ろう付け
によて行われる。このような場合、支持板はろう品質を
改善するために同様にニッケルメッキ可能である。
【００１５】好ましい実施形では、反対側の端部の端面
側に設けられた２つの二次元の連結範囲を有するブレー
ドが形成され、この連結範囲が外側被覆帯状体におよび
内側被覆帯状体に付加的に連結される。その際、ブレー
ドはそれぞれ端面側で、外側被覆帯状体と内側被覆帯状
体との連結のために二次元的に形造られ、ブレード表面
の範囲において二次元的にまたは三次元的に形造ること
が可能である。内側被覆帯状体の側面には好ましくは、
蜂の巣シールまたは蜜房が取り付けられ、ＨＴろう付け
によって接合される。
【００１６】好ましくは多数のブレードが設けられる。
この場合、方法の最後にステップでは、といし切断、ワ
イヤ放電加工等によって、組み立てられたノズルリング
がセグメントに分割される。このような実施形では、被
覆帯状体がリング状に形成され、ブレードの数に一致す
る数の切欠きを有する。この切欠きは最後に例えば４個
または６個のブレードによって分離されてセグメントに
なる。
【００１７】組み立てられたノズルリングに関する本発
明による解決策は、ブレードが端面側に、二次元的に形
造られた少なくとも１個の連結範囲を備え、この連結範
囲がビーム切断によって被覆帯状体に形成された切欠き
に挿入され、被覆帯状体に固定または連結されているこ
とを特徴とする。
【００１８】有利な実施形では、形造られた切欠きがレ
ーザビーム切断によって形成されている。なぜなら、こ
れによって、形造られた切欠きの入口エッジと出口エッ
ジに約0.1 〜0.2 ｍｍの比較的に小さな半径を再現可能
であり、その際隣接する縁部範囲を変形しないからであ
る。
【００１９】ブレードは好ましくは高温ろう付けによっ
て被覆帯状体に連結されている。この場合、被覆帯状板
およびまたはブレードの連結範囲がニッケルメッキされ
ていると有利である。
【００２０】ブレードが両端の端面側に二次元的に形造
られた連結範囲を備え、この連結範囲が外側被覆帯状体
と更に内側被覆帯状体に連結されていると有利である。
【００２１】本発明の他の実施形は従属請求項に記載さ
れている。
【００２２】
【発明の実施の形態】次に、図を参照して実施の形態に
基づいて本発明を詳しく説明する。
【００２３】図１は、見やすくするために、全体を１で
示した組み立て式ノズルリング（静翼ディスクリム）の
重要部品に制限した概略側面図である。このノズルリン
グは例えば航空エンジンの高圧圧縮機に使用される。組
み立て式ノズルリング１はブレード２を有する。このブ
レードはその端面側の両端に設けられた１つの連結範囲
３，１０と、１つのブレード表面４と、リング状の外側
被覆帯状体５と、リング状の内側被覆帯状体９を備えて
いる。これらの部品は例えば旋削によって作られてい
る。組み立て式ノズルリング１はニッケルをベースとし
た合金からなっている。その代わりに、ノズルリング例
えばチタン合金またはTiAlからなっていてもよい。
【００２４】両連結範囲３，１０が二次元で形成されて
いるのに対し、ブレード２の残りの部分は三次元プロフ
ィルを有する。ブレード２は本実施の形態ではフライス
加工によって作られている。その代わりに、ブレード２
はその全長にわたって二次元のプロフィルを有していて
もよく、例えば押出し成形によって低コストで製作して
もよい。
【００２５】外側被覆帯状体５または内側被覆帯状体９
はそれぞれ、内側に向いた側面６または１２を備えてい
る。この側面にはそれぞれ、形造られた切欠き１１がビ
ーム切断によって形成されている。形造られた切欠き１
１はそれぞれの被覆帯状体５または９に沿って等間隔を
おいて形成されている。この場合、用途に応じて、不規
則に分布させて設けてもよい。切欠きはブレード２の連
結範囲３，１０のプロフィルに対応する形を有する。空
気力学的な理由から、形造られた切欠き１１は入口エッ
ジ１４または出口エッジ１５の範囲に比較的に小さな0.
1 〜0.2 ｍｍの半径を有する。この場合、外側被覆帯状
体５と内側被覆帯状体１０の壁厚は一般的に約２〜３ｍ
ｍである。入口エッジ１４と出口エッジ１５において小
さな半径で再現可能に、かつ形造られた切欠き１１に接
する外側被覆帯状体５と内側被覆帯状体９の範囲に変形
を生じないで、形造られた切欠き１１を製作できるよう
にするために、この切欠きはレーザビーム切断によって
形成される。
【００２６】変形例では、例えば窒素のような不活性切
断ガスを使用して、高圧レーザビーム切断によって形成
される。これにより、金属的に輝く（むきだしの）切断
面が生じる。この切断面は、例えば真空−高温−ろう付
けによる後続の接合プロセスにとって有利である。レー
ザビーム切断の後で、ビーム出口側、すなわちそれぞれ
内側に向いた、外側被覆帯状体５と内側被覆帯状体９の
側面６，１２と反対側の側面１６は、場合によって角を
削らなければならない。
【００２７】レーザビーム切断による形造られた切欠き
１１の形成に続いて、ブレード２と外側被覆帯状体５と
内側被覆帯状体９の後続の連結の際にろう付け継ぎ目の
品質を改善するために、両被覆帯状体５，９は完全に
（化学的または電気メッキ的に）ニッケルメッキされ
る。この理由から、ブレード２の両連結範囲３，１０も
ニッケルメッキされる。
【００２８】高温ろう付けの前に、ブレード２の連結範
囲３，１０は外側被覆帯状体５と内側被覆帯状体９に形
成された切欠き１１に嵌め込まれ、例えば点溶接（軌道
溶接）によってあるいは他の適当な方法で固定される。
続いて、ろうがそれぞれ連結領域に塗布され、ブレード
２が高温ろう付けによって被覆帯状体５，９に連結され
る。
【００２９】塗り込みろう付けの後で、内側被覆帯状態
９は内側に向いた側面１２と反対側のその側面１８が研
削または場合によっては旋削される。続いて、側面１８
に蜂の巣シールが塗布され、ＨＯ−ろう付けによって側
面に連結される。この場合、蜂の巣シールのためのろう
の作動温度は、挿入ろう付けのためのろうの溶融温度よ
りも低い。
【００３０】図２に示した、組み立て式ノズルリング１
の場合には、ブレード２と反対側の外側被覆帯状体５の
側面１６に、支持板８が設けられている。この支持板に
はそれぞれ、外側被覆帯状体５の形造られた切欠き１１
と一直線上に並んで、形造られた切欠き１３が形成され
ている。この形造られた切欠き１３は同様に、レーザビ
ーム切断によって作ることができる。この場合、打ち抜
きのような他の方法でも可能である。この実施の形態で
は、ブレード２の二次元連結範囲３′は延長し、それぞ
れ外側被覆帯状体５の形造られた切欠き１１に、そして
支持板８の形造られた切欠き１３に嵌め込まれ、上記の
方法で高温−ろう付けによって支持板に連結される。同
様に、支持板８はＵ字状の外側被覆帯状体５の両脚部１
４に連結される。支持板８は全体にわたって延びる帯状
体としてあるいはそれぞれ外側被覆帯状体５の形造られ
た切欠き１１の範囲に設けられた個々の板として設ける
ことができる。このような支持板８は、内側被覆帯状体
９を備えているかまたは備えていない組み立て式ノズル
リング１の場合に設けることができる。
【００３１】図３は外側被覆帯状体５の一部とその内側
の側面１２と両脚部１７の平面図である。この脚部は図
面の背後に設けられている。形造られた切欠き１１は外
側被覆帯状体５に沿って等間隔で設けられ、その入口エ
ッジ１４と出口エッジ１５のところに、比較的に小さな
0.1 〜0.2 ｍｍの半径を有する。外側被覆帯状体５の壁
厚は約２〜３ｍｍである。形造られた切欠き１１はレー
ザビーム切断によって再現可能に、かつ隣接する外側被
覆帯状体５の縁部範囲を変形しないで形成される。その
際、その後のろう付けの品質に悪影響を与えることな
く、入口エッジ１４と出口エッジ１５の半径を少しだけ
大きくすることができる。
【００３２】リング状の外側被覆帯状体５と場合によっ
ては内側被覆帯状体９によって製作された組み立て式ノ
ズルリング１は、ワイヤ放電加工（ワイヤＥＤＭ）、と
いし切断または他の適当な方法によって、半分に分割さ
れるかまたは例えば４弧または６個のブレード２を有す
るセグメントに分割される。その代わりに、組み立て式
ノズルリング１は個々の案内翼２に分割可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による組み立て式ノズルリングの実施の
形態の概略側面図である。
【図２】本発明による組み立て式ノズルリングの他の実
施の形態の概略側面図である。
【図３】図１と図２の実施の形態による被覆帯状体の概
略平面図である。
【符号の説明】
１ ノズルリング ２ ブレード ３，１０ 連結範囲 ４ ブレード表面 ５，９ 被覆帯状体 ８ 支持板 １１ 切欠き １３ 切欠き １６ 側面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨーゼフ・ライシユル ドイツ連邦共和国、85241 ヘルベルツハ ウゼン、ミユンヒナー・ストラーセ、25 (72)発明者 ハンス− ユルゲン・シユムール ドイツ連邦共和国、82237 ウエルトゼー、 ブリュッケンヴエーク、５アー (72)発明者 クラウス・ブライトシユヴエルト ドイツ連邦共和国、85232 ラウテルバッ ハ、プリーレル・ストラーセ、16 (72)発明者 ウルリッヒ・クノート ドイツ連邦共和国、80997 ミユンヘン、 フインスターヴアルダーストラーセ、31 (72)発明者 ジーグフリート・ベッチヤー ドイツ連邦共和国、85764 オーバーシユ ライスハイム、ホーフ・クラート− デイ ール・ストラーセ、３ (72)発明者 カールハインツ・マーニエル ドイツ連邦共和国、85298 ミッテルシヤ イエルン、フックスベルク、10 (72)発明者 ヴエルナー・フムハウザー ドイツ連邦共和国、85358 モースブルク、 ドクトル・シエルス− ストラーセ、13

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１個の被覆帯状体と少なくと
    も１個のブレードが設けられている、ガスタービン、特
    に航空エンジンの組み立て式ノズルリングのための製作
    方法において、ビーム切断によって被覆帯状体（５，
    ９）に少なくとも１つの形造られた切欠き（１１）を形
    成し、二次元的に形造られた少なくとも１つの端面側の
    連結範囲（３，１０）を有するブレード（２）を形成
    し、形造られた切欠き（１１）に連結範囲（３，１０）
    を差込み、そしてブレード（２）と被覆帯状体（５，
    ９）を連結することを特徴とする製作方法。
  2. 【請求項２】 ブレード（２）がその全長にわたって二
    次元的に形造られて形成されることを特徴とする請求項
    １記載の方法。
  3. 【請求項３】 ブレード（２）の表面（１４）が三次元
    的に形造られて形成されていることを特徴とする請求項
    １記載の方法。
  4. 【請求項４】 ブレード（２）がフライス加工またはプ
    ランジ研削によって形成されることを特徴とする請求項
    １〜３のいずれか一つに記載の方法。
  5. 【請求項５】 ブレード（２）が押出し成形によって製
    作されることを特徴とする請求項１または２記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 形造られた切欠き（１１）がレーザビー
    ム切断によって形成されることを特徴とする請求項１〜
    ５のいずれか一つに記載の方法。
  7. 【請求項７】 形造られた切欠き（１１）がウォータジ
    ェット切断によって形成されることを特徴とする請求項
    １〜５のいずれか一つに記載の方法。
  8. 【請求項８】 被覆帯状体（５，９）が、形造られた切
    欠き（１１）およびまたはブレード（２）の連結範囲
    （３，１０）を形成した後でニッケルメッキされること
    を特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の方
    法。
  9. 【請求項９】 ブレード（２）と被覆帯状体（５，９）
    の連結が高温ろう付けによって行われることを特徴とす
    る請求項１〜８のいずれか一つに記載の方法。
  10. 【請求項１０】 ブレード（２）およびまたは被覆帯状
    体（５，９）がニッケルをベースとした合金またはチタ
    ン合金からなっていることを特徴とする請求項１〜９の
    いずれか一つに記載の方法。
  11. 【請求項１１】 ブレード（２）およびまたは被覆帯状
    体（５，９）が合成樹脂からなっていることを特徴とす
    る請求項１〜９のいずれか一つに記載の方法。
  12. 【請求項１２】 ブレード（２）と被覆帯状板（５，
    ９）の連結が接着によって行われることを特徴とする請
    求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 被覆帯状体（５９）が外側被覆帯状体
    であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つ
    に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 ブレード（２）と反対側の被覆帯状体
    （５，９）の側面に支持板（８）を設け、被覆帯状体
    （５，９）の形造られた切欠き（１１）と一直線上に並
    ぶ形造られた切欠き（１３）を支持板（８）に形成し、
    側面（１６）から突出するブレード（２）の連結範囲
    （３）を支持板（８）の形造られた切欠き（１３）に嵌
    込み、そして連結範囲（３，１０）を支持板（８）に連
    結し、かつ支持板（８）を被覆帯状体（５，９）に連結
    することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに
    記載の方法。
  15. 【請求項１５】 反対側の端部の端面側に設けられた２
    つの二次元の連結範囲（３，１０）を有するブレード
    （２）が形成され、この連結範囲が外側被覆帯状体
    （５）におよび内側被覆帯状体（９）に付加的に連結さ
    れることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに
    記載の方法。
  16. 【請求項１６】 最後のステップで、といし切断、ワイ
    ヤ放電加工等によって、組み立て式ノズルリング（１）
    がセグメントに分割されることを特徴とする、多数のブ
    レード（２）が設けられ、かつそれぞれ被覆帯状体
    （５，９）に連結される、請求項１〜１５のいずれか一
    つに記載の方法。
  17. 【請求項１７】 少なくとも１個の被覆帯状体と、それ
    に配置された少なくとも１個のブレードとを備えた、ガ
    スタービン特に航空エンジンのための組み立て式ノズル
    リングにおいて、ブレード（２）が端面側に、二次元的
    に形造られた少なくとも１個の連結範囲（３，１０）を
    備え、この連結範囲がビーム切断によって被覆帯状体
    （５，９）に形成された切欠き（１１）に挿入され、被
    覆帯状体に連結されていることを特徴とする組み立て式
    ノズルリング。
  18. 【請求項１８】 形造られた切欠き（１１）がレーザビ
    ーム切断によって形成されていることを特徴とする請求
    項１７記載の組み立て式ノズルリング。
  19. 【請求項１９】 ブレード（２）が高温ろう付けによっ
    て被覆帯状体（５，９）に連結されていることを特徴と
    する請求項１７または１８記載の組み立て式ノズルリン
    グ。
  20. 【請求項２０】 被覆帯状板（５，９）およびまたはブ
    レード（２）の連結範囲（３，１０）がニッケルメッキ
    されていることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれ
    か一つに記載の組み立て式ノズルリング。
  21. 【請求項２１】 被覆帯状体（５，９）が外側被覆帯状
    体であることを特徴とする請求項１７〜２０のいずれか
    一つに記載の組み立て式ノズルリング。
  22. 【請求項２２】 ブレード（２）が両端の端面側に二次
    元的に形造られた２個の連結範囲（３，１０）を備え、
    この連結範囲が外側被覆帯状体（５）と内側被覆帯状体
    （９）に付加的に連結されていることを特徴とする請求
    項１７〜２１のいずれか一つに記載の組み立て式ノズル
    リング。
  23. 【請求項２３】 ブレード８２）の表面が三次元的に形
    造られて形成されていることを特徴とする請求項１７〜
    ２２のいずれか一つに記載の組み立て式ノズルリング。
  24. 【請求項２４】 ブレード（２）と反対側の被覆帯状体
    （５，９）の側面に支持板（８）が設けられ、支持板
    （８）が被覆帯状体（５，９）の形造られた切欠き（１
    １）と一直線上に並ぶ形造られた切欠き（１３）を備
    え、ブレード（２）の連結範囲（３）が支持板（８）の
    形造られた切欠き（１３）に挿入され、連結範囲（３，
    １０）が支持板（８）に連結し、支持板（８）が高温ろ
    う付けによって被覆帯状体（５，９）に連結されている
    ことを特徴とする請求項１７〜２３のいずれか一つに記
    載の組み立て式ノズルリング。
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