(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温ガスに曝露可能な第１面（１４）と、前記第１面（１４）の反対側に配置された第２面（１６）と、衝突板（３２）の縁部（３９）を収容するための第１座部と、を有する基体（１２）を備えるガスタービン用の冷却可能な壁部要素（１０）であって、
前記壁部要素（１０）は、前記第１座部へ部分的に挿入される衝突板（３２）をさらに備え、前記衝突板は、前記第２面（１６）に対して所定距離のところで隣接して配置され、基体（１２）に取り外し可能に取り付けられており、
前記基体（１２）は、前記第２面（１６）の対向する二つの縁部（２０）の各々において段差部（１８）を備え、前記段差部（１８）はそれぞれ、前記衝突板（３２）の前記第１座部として溝（２２）を備え、前記溝（２２）は、互いに向かい合う対向する第１開口を有し、前記溝（２２）はそれぞれ第２開口（２４）を有し、前記衝突板（３２）の対向する縁部（３９）は、前記衝突板（３２）の前記縁部（３９）が前記溝（２２）に沿ってスライドすることによって、前記第２開口（２４）を通って、対応する前記溝（２２）へ挿入可能であり、
前記衝突板（３２）は、屈曲可能な保持タブ（４２）を備え、前記保持タブ（４２）は、前記衝突板（３２）の残部から前記保持タブ（４２）の自由端（４４）へ延在し、
前記基体（１２）は、前記保持タブの前記自由端（４４）のための第２座部（２８）を備え、前記第２座部（２８）は、前記屈曲可能な保持タブ（４２）が解放された場合に、前記基体（１２）に対する前記衝突板（３２）の移動をブロックするように構成されている、壁部要素（１０）。
【請求項２】
前記第２面（１６）上に配置された前記第２座部（２８）は、前記保持タブ（４２）の前記自由端（４４）に隣接するように配置されるピン（３０）を備え、前記ピン（３０）は、前記基体（１２）に対する前記保持タブ（４２）の前記移動を妨げる、請求項１に記載の壁部要素（１０）。
【請求項３】
前記第２座部（２８）は、台部を備え、前記保持タブ（４２）は、自由端に孔部を備え、前記保持タブが解放された場合に、前記台部が前記孔部へ延在することにより、前記基体に対する前記衝突板の前記移動をブロックする、請求項１又は２に記載の壁部要素（１０）。
【請求項４】
前記自由端（４４）は、ハンドルを形成するための湾曲デザインを有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の壁部要素（１０）。
【請求項５】
前記保持タブ（４２）は、スロット（３４）によって前記衝突板（３２）の残部から部分的に分離され、前記スロット（３４）は、前記衝突板（３２）の縁部（３８）のうち一方に配置された外端（３６）と、前記外端（３６）と反対側に位置する内端（４０）と、を備え、前記内端（４０）は、鍵穴形状を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の壁部要素（１０）。
【請求項６】
高温ガスに曝露可能な壁部を備える物品であって、タービンブレード、タービン翼、リングセグメント（５０）、又は燃焼器シェル要素から選択され、前記壁部は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の壁部要素（１０）に則って構成されている、物品。
【請求項７】
冷却可能な壁部を有する基体（１２）に衝突板（３２）を組み付ける方法であって、
−  高温ガスに曝露可能な第１面（１４）と、第１面（１４）の反対側に配置された第２面（１６）と、衝突板（３２）の縁部（３９）を収容するための第１座部と、を有する基体（１２）を提供するステップであって、前記基体（１２）は、前記第２面（１６）の対向する二つの縁部（２０）の各々において段差部（１８）を備え、前記段差部（１８）はそれぞれ、前記衝突板（３２）の前記第１座部として溝（２２）を備え、前記溝（２２）は、互いに向かい合う対向する第１開口を有し、前記溝（２２）はそれぞれ第２開口（２４）を有し、前記衝突板（３２）の対向する縁部（３９）は、前記第２開口（２４）を通って、対応する前記溝（２２）へ挿入可能であり、前記基体（１２）は、衝突板（３２）のタブの自由端（４４）を受ける専用の第２座部（２８）を備え、前記第２座部（２８）は、屈曲可能な保持タブ（４２）が解放された場合に、前記基体（１２）に対する前記衝突板（３２）の移動をブロックするように構成される、ステップと、
−  衝突板（３２）を提供するステップであって、前記衝突板（３２）は、前記衝突板（３２）の残部から前記保持タブ（４２）の自由端（４４）へ延在する屈曲可能な保持タブ（４２）を備える、ステップと、
−  前記衝突板（３２）が最終組立て位置に到達するまで、前記第２面（１６）から離れる方向に前記保持タブ（４２）を一時的に持ち上げながら、前記衝突板（３２）を前記溝（２２）へ挿入して前記溝（２２）に沿ってスライドさせるステップと、
−  前記保持タブ（４２）の自由端（４４）が前記第２座部（２８）に収まり、前記自由端（４４）がブロックされて、前記基体に対する前記衝突板（３２）のさらなる移動を妨げるように、前記保持タブ（４２）を解放する又は屈曲させるステップと、
を含む方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷却可能な壁部要素（１０）の前記基体（１２）から衝突板（３２）を取り外す方法であって、
−  第１に、弾性的又は塑性的に前記保持タブ（４２）を持ち上げるステップと、
−  第２に、少なくとも一時的に前記保持タブ（４２）を屈曲させた状態に保ちながら、前記衝突板（３２）を最終組立て位置から移動させるステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温ガスに曝露可能な第１面と、第１面の反対側に配置された第２面と、衝突板の縁部を収容するための第１座部と、を有する基体を備えるガスタービン用の衝突冷却可能な壁部要素であって、第１座部へ部分的に挿入される衝突板をさらに備え、衝突板は、第２面に対して所定距離のところで隣接して配置される、ガスタービン用の衝突冷却可能な壁部要素に関する。本発明はまた、冷却可能な壁部の基体に衝突板を組み付ける方法／冷却可能な壁部の基体から衝突板を取り外す方法であって、高温ガスに曝露可能な第１面と、第１面の反対側に配置された第２面と、衝突板の縁部を収容するための第１座部と、を有する基体が提供される方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述の冷却可能な壁部要素は、従来技術ではリングセグメントとしてよく知られている。これらのリングセグメントは、ブレード外側空気シールとしても知られており、通常、タービンセクションの高温ガス通路の縁を形成するようにガスタービン内に配置されている。これらのリングセグメントは、周方向に沿って配置され、これにより、外周の全セグメントがリングを形成する。当該リング内部において、タービンのローターに据え付けられたタービンブレードは、動作中に当該タービンローターが回転すると、高温ガス通路面に沿って動く。
【０００３】
通常、当該リングセグメントは、タービン翼担持体により担持される。通常のタービン翼担持体は、機械軸に垂直な断面視で環形状であり、静止したガスタービンについては、下半分と上半分とに分けられる。タービン翼担持体は、周方向に延在する溝を有し、当該溝においてリングセグメントを一対一の専用位置にスライドさせることにより、高温ガス通路の外側境界が形成される。
【０００４】
高温ガスがリングセグメントに沿って流れるので、当該リングセグメントは、所定の寿命に達するように冷却されなければならない。冷却目的のために、リングセグメントの低温側での空気衝突が起こってリングセグメントの壁部の熱エネルギーが運び去られることによりリングセグメントが冷却され得るように、リングセグメントの外側に衝突板を取り付けることが知られている。
【０００５】
信頼性の高いリングセグメントを提供するためには、衝突板は、大きく移動しないように固定された位置に保持されなければならない。このために、従来は、衝突板がリングセグメントの本体に直接溶接又はろう付けされていた。
【０００６】
さらに、国際公開第２０１４／１８６１６６号公報（特許文献１）には、スナップイン式の衝突板を有する冷却構成が開示されている。より詳細には、当該衝突板の四つの縁部の各々が、溶接やろう付けを行うことなく、対応する溝に収まる。しかしながら、当該衝突板は、各縁部を対応する溝に締め付け固定するために、折り曲げられた縁部を必要とする。これらの折り曲げ縁部を設けるには、費用が掛かりそうである。
【０００７】
その他、欧州特許出願公開第２７８９８０３号明細書（特許文献２）には、リング状の担持体の周状溝内へ組み付けられるＵ字型の衝突リング要素が開示されており、当該溝を通って冷却空気が衝突リング要素に案内される。当該リング要素は、衝突リング要素とその溝との間の径方向の移動を妨げる停止要素として保持タブを備え、溝は半径方向に開放されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１８６１６６号公報
【特許文献２】欧州特許出願公開第２７８９８０３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、リングセグメントに係る本発明の課題は、衝突板の反対側に高温ガスに曝露可能な基体を備える、寿命の延びた衝突冷却可能な壁部要素を提供することである。本発明のさらなる目的は、冷却可能な壁部の基体に衝突板を組み付ける方法／冷却可能な壁部の基体から衝突板を取り外す方法であって、追加のツールなしに容易に手早く実行することができる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
冷却可能な壁部要素に係る上記課題は、請求項１の特徴を備える冷却可能な壁部要素により解決される。組付け方法に係る上記課題は、請求項７の特徴による方法により解決され、冷却可能な壁部の基体から衝突板を取り外すための上記課題は、請求項８の特徴により解決される。
【００１１】
リングセグメントの製造中の溶接及びろう付けの操作を回避することにより、溶接操作（又はろう付け操作）中に基体内及び衝突板内に生じる熱応力が除かれる。この熱応力に由来する内部張力が回避される。また、上記の応力及び張力を回避することにより、冷却可能な壁部の寸法は、それらが機械加工された際のものに保たれる。これにより、寿命が延びるとともに、壁部要素の精度が向上する。基体に取り外し可能に取り付けられた衝突板を有する、容易なデザインの冷却可能な壁部は、衝突板の残部から保持タブの自由端へ延在する屈曲可能な保持タブを備えるスナップロックを備え、基体は、タブの自由端のための第２座部を備え、第２座部は、屈曲可能な保持タブが解放された場合に、基体に対する衝突板の移動をブロックするように構成される。
【００１２】
本発明のさらなる利点は、冷却可能な壁部要素の修復及び改修中における衝突板の取り外しが容易であることである。プレートは、冷却可能な壁部要素の検査及び洗浄のための場所において、基体から容易に取り外され／基体に容易に再装着することができる。さらに、組立てコストの低減及び製造時間の節約が可能となり、冷却された壁部要素の修復コストも低減され得る。
【００１３】
いずれの方法も、衝突板を最終組立て位置へと基体に挿入するために／衝突板を最終組立て位置から取り外すために、衝突板の一体部品としての保持タブが、基体上に配置されたブロック要素を通るように弾性的に屈曲しなければならない、という同じアイデアを有している。
【００１４】
より詳細には、冷却可能な壁部の基体に衝突板を組み付ける方法は、
−  高温ガスに曝露可能な第１面と、第１面の反対側に配置された第２面と、衝突板の縁部を収容するための第１座部と、を有する基体を提供するステップであって、基体は、第２面の対向する二つの縁部の各々において段差部を備え、段差部はそれぞれ、衝突板の第１座部として溝を備え、溝は、互いに向かい合う対向する第１開口を有し、溝はそれぞれ第２開口を有し、衝突板の対向する縁部は、第２開口を通って、対応する溝へ挿入可能であり、基体は、衝突板のタブの自由端を受ける専用の第２座部を備え、第２座部は、屈曲可能な保持タブが解放されたときに、基体に対する衝突板の移動をブロックするように構成される、ステップと、
−  衝突板を提供するステップであって、衝突板は、衝突板の残部から保持タブの自由端へ延在する屈曲可能な保持タブを備える、ステップと、
−  衝突板が最終組立て位置に到達するまで、第２面から離れる方向に保持タブを一時的に持ち上げながら、衝突板を溝へ挿入して溝に沿ってスライドさせるステップと、
−  保持タブの自由端が第２座部に収まって自由端が基体に対する衝突板のさらなる移動をブロックして妨げるように、保持タブを解放する又は屈曲させるステップと、
を含む。
【００１５】
冷却可能な壁部の基体から衝突板を取り外す方法は、第１に、弾性的又は塑性的に保持タブを持ち上げるステップと、第２に、少なくとも一時的に保持タブを屈曲させた状態に保ちながら、衝突板を最終組立て位置から移動させるステップと、を含む。これは実行が容易である。
【００１６】
さらに好ましい実施形態については従属請求項に記載されている。これらの特徴は任意の組合せが容易に可能である。
【００１７】
第１の好ましい実施形態によると、衝突板は、屈曲可能な保持タブを備え、当該保持タブは、衝突板の残部から保持タブの自由端へ延在し、基体は、タブの自由端のための第２座部を備え、第２座部は、屈曲可能な保持タブが解放される場合に、衝突板の移動をブロックするように構成される。
【００１８】
この実施形態によると、組立て中に使用しなければならないのは、具体的な構成要素の屈曲、ここでは保持タブの屈曲のみである。最終位置において、冷却可能な壁部要素の全構成要素が解放され、内的張力や機械的応力のない非屈曲状態となる。これにより、衝突板を所定位置に保つためのスナップロックを使用しながら、壁部要素の寿命を延ばすことができる。
【００１９】
さらに好ましい実施形態では、保持タブの自由端に隣接するように配置されるピンを備える第２座部が提案され、当該ピンは、保持タブの移動をブロックする。この小さな特徴部により、基体に衝突板を取り外し可能に取り付けるのが容易な構成が実現される。
【００２０】
追加の好ましい実施形態では、基体は、第２面の対向する二つの縁部の各々において段差部を備え、当該段差部は、対向する縁部のための衝突板の第１座部として溝を有し、当該溝はそれぞれ第２開口を有し、衝突板の縁部は、第２開口を通って、対応する溝へ挿入可能である。これにより、衝突板を基体上に保持するための容易で信頼性の高い構成が実現される。
【００２１】
さらに好ましくは、保持タブの自由端は、湾曲している。言い換えれば、保持タブは、ハンドルを備える。保持タブの湾曲した当該端は、衝突板を基体に取り付け／衝突板を基体から取り外すサービス担当者のための製造容易なハンドルとなる。
【００２２】
さらに好ましい実施形態において信頼性が高く長寿命の衝突板を提供するために、保持タブは、スロットによって衝突板の残部から部分的に分離され、当該スロットは、衝突板の縁部のうち一方に配置された外端と、外端と反対側に位置する内端と、を備え、当該内端は、鍵穴形状を有する。
【００２３】
この形状により、スロットの内端を取り囲むノッチ応力が回避される。
【００２４】
好ましい実施形態では、冷却可能な壁部要素は、タービンブレードの一部、タービン翼の一部、燃焼器の壁部又はリングセグメントの一部であってよい。特に、提案される衝突冷却壁部は、タービン翼のプラットフォーム又はタービンブレードの一部とすることができる。
【００２５】
上述した本発明の性質、特徴、及び利点、並びにこれらを簡単に実現する方法について、添付図面により図示された例示的な本発明の実施形態についての以下の説明と組み合わせて、さらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態例に係る冷却可能な壁部要素の基体の斜視図を示す。
【図２】本発明に係る衝突板の斜視図を示す。
【図３】取り付けられた衝突板を有する冷却可能な壁部要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
全図面において、同一の特徴には同じ参照符号が付されている。
【００２８】
本発明については、ガスタービンのリングセグメントを利用して説明する。しかしながら、本発明に係る冷却可能な壁部要素１０は、ガスタービンの他のデバイスにも適用可能である。他のデバイスは、衝突冷却により冷却されるタービン翼のプラットフォーム、ガスタービンのローターに取付け可能なタービンブレード、又は燃焼器シェルの衝突冷却される壁部要素であってもよい。
【００２９】
図３は、基体１２及び取り外し可能に取り付けられた衝突板３２を備える冷却可能な壁部要素１０としてのリングセグメント５０を斜視図で示す。基体１２の低温側に配置されたフック５２は、リングセグメントをタービン翼担持体（図示せず）に取り付けるために使用され。
【００３０】
図１は、基体１２のみを示しており、基体１２は、ガスタービンにおいて冷却可能な壁部要素が組み立てられた場合に高温ガスに曝露可能な第１面１４を備える。第１面１４の反対側に、基体１２は第２面１６を有し、第２面１６は、専ら、衝突板（図示せず）により発生する衝突冷却空気ジェットにより冷却される。基体１２は、第２面１６上に、基体１２の対向する縁部２０に配置された段差部１８をさらに備える。段差部１８はそれぞれ、縁部２０に沿って延在する。好ましくは、基体１２の四つの縁部２０の各々は、通常長方形形状を有し、基体の第２面１６を密接に囲みながら、段差部１８を備える。全段差部１８は、それぞれの端で合体することにより、衝突冷却のための衝突板によりカバーされる空間として桶部２１を形成する。
【００３１】
この例では、これらの段差部１８のうち二つは、第２面１６の高さ水準から測定された高さが他の縁部２０の高さより大きい。より高い溝２２を有する、対向する二つの段差部１８には、衝突板のための第１座部が配置される。これらの溝２２は、互いに向かい合う対向する第１開口を有する。これらの第１開口の他に、各溝２２は、基体１２の面２５上に第２開口２４を有し、第２開口２４を通して衝突板の対向する縁部をスライドさせることができる。
【００３２】
第２面１６の側の基体１２の一つの角２７には、第２座部２８が、後述する衝突板の特定の部分を受けるように配置される。座部２８の縁は、部分的にピン３０によって形成される。第２座部２８は、溝２２に沿った別の位置に配置されてもよい。
【００３３】
図２は、本発明に係る衝突シート３２の斜視図を示す。衝突シート３２は、冷却可能な壁部要素に対応する形状を有し、当該形状は、衝突板３２の形状が主に長方形で主に平坦であるこの例示的な実施形態に係るものである。衝突板３２の残部に一体に取り付けられた保持タブ４２を形成するために、スロット３４が衝突板３２に機械加工される。当該スロット３４は、衝突板３２の縁部３８のうち一方に配置される外端３６と外端３６と反対側に位置する内端４０とを有し、当該内端は、ノッチ応力を低減するための鍵穴形状を有する。スロット３４は、非常に小さなギャップ幅を有し、保持タブ４２を形成しながら、衝突板３２の第２縁部４３に平行に延在する。これにより、保持タブ４２は自由端４４を有することになる。自由端４４は、ハンドルを形成するための湾曲デザインを有する。衝突板３２の残部は、規則的なパターン又は不規則パターンで配置された衝突孔４５の組を備える（保持タブ４２も衝突孔４５の組を備えてもよい）。操作される各ガスタービンにおいて冷却可能な壁部要素又はリングセグメントが組み立てられるときに、冷却空気は、基体を冷却するための衝突ジェットを形成しながら、衝突孔４５を通って流れることができる。衝突板３２は、第２縁部４３の反対側に配置された縁部４７に延在するカム４６をさらに備える。
【００３４】
冷却可能な壁部要素１０及びリングセグメント５０をそれぞれ形成するために、上述の衝突板３２及び衝突板３２の対応する両縁部３９は、基体１２の溝２２の第２開口２４へ挿入されなければならない。保持タブ４２を備える衝突板３２の第２縁部４３は、まず、保持タブ４２が移動をブロックしないように保持タブ４２が弾性的に持ち上げられた状態で、溝２２の第２開口２４へ挿入される。より詳細には、保持タブ４２は、保持タブ４２の自由端４４が溝２２の外側に配置されるように曲げられる。保持タブ４２が持ち上げられた衝突板３２は、衝突板３２が桶部２１を完全にカバーする最終位置へ移動する。カム４６が基体１２に配置されたピン３１に到達したとき、衝突板３２は、最終組立て位置に到達している。最後に、保持タブ４２が解放される。保持タブ４２を解放する際、自由端４４は、第２座部２８へ移動する。言い換えれば、保持タブ４２は、スナップして非屈曲位置に戻る。この位置において、ピン３０は、溝２２の方向における保持タブ４２の運動をブロックする。ピン３０とピン３１との組合せも同様のブロックを行う。この位置において、衝突板３２は、冷却可能な壁部要素１０を形成しながら、基体に対して強固に固定され、かつ基体に取り外し可能に取り付けられる。分解するためには、上記動作を逆順に実行する必要がある。
【００３５】
スナップロックを行うための他のブロック構成も利用可能である。一例では、ピン３０の代わりに、又はピン３０に加えて、第２座部２８は、保持タブの自由端上に配置され得る孔部へ延在することができる台部を備えてもよい。
【００３６】
図３は、基体１２及び上記の取り外し可能に取り付けられた衝突板３２を備えるリングセグメント５０を斜視図で示す。基体１２の低温側に配置されたフック５２が、リングセグメントをタービン翼担持体（図示せず）に取り付けるために使用される。
【符号の説明】
【００３７】
１０  壁部要素
１２  基体
１４  第１面
１６  第２面
１８  段差部
２０  縁部
２１  桶部
２２  溝
２４  第２開口
２５  面
２７  角
２８  第２座部
３０  ピン
３１  ピン
３２  衝突板
３４  スロット
３６  外端
３８  縁部
３９  縁部
４０  内端
４２  保持タブ
４３  第２縁部
４４  自由端
４５  衝突孔
４６  カム
４７  縁部
５０  リングセグメント
５１  孔部
５２  フック
５３  台部
【図１】
0006592176.tif 000002
【図２】
0006592176.tif 000003
【図３】
0006592176.tif 000004