(57)【要約】【課題】  本発明は、エンゼルウイング・シールを有するタービン用ノズル（１０）に対して、カバーを取付けるための技術に関する。【解決手段】  ノズルブレード（１６）は、内側バンド（２０）を有し、該内側バンドは、ノズルカバープレート（２２）を受ける凹部領域（２４）と、凹部の側辺部（３４）に近接した少なくとも１つの隆起したエンゼルウイング・シールランド部分（３８）とを有す。ノズルカバープレートは内側バンド上に載置される。プレートは、内側バンド上の隆起したエンゼルウイング・シールランド部分と整列した隆起したエンゼルウイング・シールランド部分（３０）を有す。ノズルカバーの周辺部（３２）が内側バンドに溶接（３６）され、スロット（４６）が、カバープレートの周辺部に隣接して設けられ、該スロットは、カバープレートがノズル内側バンドに溶接された後に、挿入体（４４）で埋められる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン用のノズル（１０）であって、
内側バンド（２０）を有するノズルブレード（１６）を含み、
前記内側バンドが、ノズルカバープレート（２２）を受ける凹部領域（２４）と、前記凹部の側辺部（３４）に近接した少なくとも１つの隆起したエンゼルウイング・シールランド部分（３８）とを有し、
前記ノズルカバープレートが、前記内側バンドの前記領域上に載置され、前記プレートが更に、前記内側バンド上の前記少なくとも１つの隆起したエンゼルウイング・シールランド部分と整列した隆起したエンゼルウイング・シールランド部分（３０）を含み、
前記ノズルカバーの周辺部（３２）が、前記内側バンドに溶接（３６）され、
少なくとも1つのスロット（４６）が、前記カバープレートの周辺部に隣接して、前記カバープレート又は前記内側バンド上の前記エンゼルウイング・シールランド部分内に設けられ、
挿入体（４４）が、前記エンゼルウイング・シールランド部分のシール面（４０）とほぼ同一面になるように前記スロット内に配置される、
ことを特徴とするノズル。
【請求項２】
前記カバープレートの周辺部（３２）の全体が、前記領域（２４）の側壁（３４）に溶接されることを特徴とする、請求項１に記載のノズル。
【請求項３】
前記少なくとも1つのスロットが、前記ノズルカバープレートの両側辺部に隣接した一対のスロット（４６）であることを特徴とする、請求項１に記載のノズル。
【請求項４】
前記挿入体が、前記スロット（４６）を埋める寸法にされた矩形の金属挿入体（４４）であることを特徴とする、請求項１に記載のノズル。
【請求項５】
前記ノズルカバーの周辺部（３２）と前記内側バンドとの間の溶接継手（３６）が、前記挿入体（４４）の下方に位置することを特徴とする、請求項１に記載のノズル。
【請求項６】
前記スロットが、前記カバープレート上にあることを特徴とする請求項１に記載のノズル。
【請求項７】
前記スロットが、前記内側バンド上にあることを特徴とする、請求項１に記載のノズル。
【請求項８】
タービン用のノズル（１０）であって、
内側バンド（２０）を有するノズルブレード（１６）を含み、
前記内側バンドが、ノズルカバープレート（２２）を受ける凹部（２４）と、前記凹部の両側辺部に近接した一対の隆起したエンゼルウイング・シールランド部分（３８）とを有し、
前記ノズルカバープレートが、前記内側バンドの前記凹部内に嵌合され、前記プレートが更に、前記内側バンド上の前記一対のエンゼルウイング・シールランド部分と整列した隆起したエンゼルウイング・シールランド部分（３０）を含み、
前記ノズルカバーの周辺部（３２）が、前記内側バンド内の凹部の側壁（３４）に溶接（３６）され、
一対のスロット（４６）が、前記カバープレートの周辺部に隣接して、前記カバープレート上の前記エンゼルウイング・シールランド部分内に設けられ、
挿入体（４４）が、前記カバープレート上の前記エンゼルウイング・シールランド部分のシール面（４０）とほぼ同一面になるように各々の前記スロット内に配置される、
ことを特徴とするノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン用のノズルに関し、具体的には、エンゼルウイング・シールを有するノズルに対してカバーを取付けるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン内のタービンノズルは、一般的にタービンケーシングの円筒状内面に取付けられる。ノズルは、タービンシャフトに向かって内向きに延びる放射状配列を形成する。各ノズル配列は、回転タービンバケット列の間に配置された固定列である。高温の燃焼ガス流は、ノズル列及びバケット列を通って流れ、バケットを回転させるように駆動する。ノズル列は、高温燃焼ガスの向きを変えて、ノズル列の直ぐ下流に位置するバッケット列の前縁に整合させる。
【０００３】
高温ガスは、ノズル及びバケットを横切って環状の流路を通って流れる。ガスは、シールによって、流路からホイール空洞内に流出するのを防止される。シールは、バケットからノズルに向かって外向きに延びるアームであるエンゼルウイングを含む。バケット列上のエンゼルウイングは、隣接する前方及び後方ノズル列における各ノズル上のカバープレートの端縁と重なるリングを形成する。ノズルカバープレートは、バケット上のエンゼルウイングが重なるシールランドを有する。エンゼルウイングとシールランドとの間の間隙は比較的小さく、ガス流路からホイール空洞への高温ガス流の漏洩を最小にする。
【０００４】
各ノズルの製作時、カバープレートは、ノズル鋳造品の内側及び外側バンドに溶接されて、閉回路冷却式ノズルを形成する。ノズル鋳造品は、ノズルブレードと内側及び外側バンドとを含む。一般的に、カバープレートが、溶接によりノズル鋳造品に取付けられる。縦向き溶接を使用して、カバープレートはノズル鋳造品に接合される。カバープレートのノズル鋳造品への縦向き溶接は、継手が低い熱勾配領域内に置かれることを可能にすることによって、ノズル鋳造品のカバープレートへの溶接継手の低サイクル疲労（ＬＣＦ）寿命を増大させる。
【０００５】
カバープレートのタービンノズル鋳造品への溶接を難しくする1つの原因は、一般的にカバーの一端を全体にわたって横切る半径方向の隆起部であるエンゼルウイング・シールランドであった。エンゼルウイング・シールランドの表面は、該表面が回転するバケットエンゼルウイングに緊密に近接した状態になるようにされるので、平滑でありかつ半径状である。
【０００６】
連続したエンゼルウイング・シールランドは、高温流路空気のホイールスペース空洞への吸い込みを最小にするのに役立つ。ノズル側壁を全体にわたって横切る連続したシールを得るためには、エンゼルウイング・ランドが、ノズル鋳造品の溶接継手までカバープレート全体を横切って延び、カバーの溶接継手と干渉することになる。
【０００７】
エンゼルウイング・シールランドを避けかつ縦向き溶接継手を形成するために、これまでは、エンゼルウイング・シールランドの形状寸法と、機械加工されたカバーと鋳造ノズルとの間の継手の形状寸法とに対して、妥協がなされていた。更に、溶接ヘッドの継手への適切な接近を可能とするために、エンゼルウイング・シールランドの長さを短縮し、次ぎにシールランド延長部分が、後でカバーに付加されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、エンゼルウイング・シールランドを有するカバーをノズル鋳造品に溶接するための溶接継手形状及び技術に対する長年の必要性が存在する。
【０００９】
本発明は、ノズル鋳造品をカバープレートに縦向き溶接するための間隙を可能にしながら、ノズル上に連続したエンゼルウイング・シールランドを設けることを可能とするために開発された。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
1つの実施形態において、ノズルブレードを有するタービンノズルが開示され、該ノズルブレードの内側バンドは、ノズルカバープレートを受ける凹部領域と、該凹部の側辺部に近接した少なくとも１つの隆起したエンゼルウイング・シールランド部分とを有し、ノズルカバープレートは、内側バンドの該領域上に載置され、またプレートは、内側バンド上の該少なくとも１つの隆起したエンゼルウイング・シールランド部分と整列した隆起したエンゼルウイング・シールランド部分を有し、ノズルカバーの周辺部が、内側バンドに溶接され、エンゼルウイング・シールランド内のスロットが、カバープレートの周辺部に隣接して設けられ、該スロットは、カバープレートがノズル内側バンドに溶接された後に、挿入体で埋められる。
【００１１】
第２の実施形態において、タービン用のノズルは、内側バンドを有するノズルブレードを含み、内側バンドが、ノズルカバープレートを受ける凹部と、該凹部の両側辺部に近接した一対の隆起したエンゼルウイング・シールランド部分とを有し、ノズルカバープレートが、内側バンドの凹部内に嵌合され、該プレートは更に、内側バンド上の該一対のエンゼルウイング・シールランド部分と整列した隆起したエンゼルウイング・シールランド部分を含み、ノズルカバーの周辺部が、内側バンド内の凹部の側壁に溶接され、一対のスロットが、カバープレートの周辺部に隣接して、カバープレート上のエンゼルウイング・シールランド部分内に設けられ、挿入体が、カバープレート上のエンゼルウイング・シールランド部分のシール面とほぼ同一面になるように各々のスロット内に配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、タービンノズル１０の斜視図である。ノズルは、一般的にタービンケーシング上に取付けられた固定ノズルの配列で配置される。ノズルの外側バンド１２は、ケーシングの円筒状内面に取付けられる。ノズルは、環状のタービンバケットブレード段（図示せず）と軸方向に整列している。ノズルは、ノズルブレード１６の前縁１４に沿って高温燃焼ガスを受ける。高温燃焼ガスは、タービン燃焼器から直接流れるか、又は上流の回転タービンバケット段から流れることができる。各ノズルブレード１６列は、高温燃焼ガスの流れの方向を変えて、該ガスがノズル後縁１８から該ノズル後縁１８の直ぐ下流に位置する別のタービンバケット列に流れるようにする。
【００１３】
ノズルブレード１６は、ケーシングから半径方向内向きに延び、ブレードの半径方向内側先端において内側バンド２０に取付けられる。ノズル内側バンドは、ノズルを通る燃焼ガス流路の内側境界面を形成する。外側バンド１２は、流路の外側境界面を形成する。ノズルブレード１６は、流路を横切って延びる。ブレード１６、内側バンド２０及び外側バンド１２は、一般的に単一の金属叉はセラミック部品として鋳造により形成される。
【００１４】
図２に示すように、内側バンド２０の外面内の凹部２４が、カバープレート２２を受ける。カバープレート２２は、単一の機械加工された金属部品又は複数の金属部品とすることができる。カバープレートは、矩形のプレート部分２６、半径方向シール隆起部２８及びエンゼルウイング・シールランドの部分３０を含む。
【００１５】
図３及び図４に示すように、ノズル内側バンド２０は、ノズルのためのカバープレート２２を受ける凹部２４を備えたほぼ平坦な面を有する。凹部２４は、カバープレート２２の外周辺部３２と一致する側壁３４を有する、ノズル内側バンド上の表面である。カバープレート２２が内側バンド内に嵌合されるとすぐに、溶接部３６が、カバープレートの全周辺部のまわりに形成される。溶接部３６は、カバープレートの周辺部３２をノズル内側バンド上の凹部の側壁３４に接合する。溶接継手３６は、カバープレートの全周辺部のまわりで延び、カバーを内側バンド２０に固定取付けする。溶接継手３６は、カバーとノズルの内側バンドとの間のＬＣＦ接合要件を満たす。
【００１６】
カバープレート２２のエンゼルウイング・シールランド３０は、内側バンド２０上のシールランド部分３８と整列している。カバープレート上のシールランド部分３０と内側バンド上のシールランド部分３８とにより形成されたエンゼルウイング・シールランドは、ノズルの幅全体にわたって延びる（４０）。シールランドは、タービンバケット上のエンゼルウイングに対して並置される平坦な上部表面４０を有す。
【００１７】
シールランドの上部表面４０は、スロット４６がカバープレートの両側辺部において該ランドを貫通切断する場所を除いて、平滑かつ平坦である。スロット４６は、カバー２２上のシールランド部分３０の両端部に位置している。別の実施形態では、スロットが、ノズル内側バンド上のシールランド部分３８内に、カバープレートのための凹部２４に隣接して設けられる。エンゼルウイング・シールランドにはスロットが形成されて、カバープレートの端縁を内側バンドに溶接することを可能にする。
【００１８】
スロット４６により、シールランド３０に隣接する周辺部領域においてさえも、溶接ヘッドがカバープレートの周辺部３２に接近することができるようになる。溶接ヘッドを、カバープレートの周辺部の周りで操作して、カバーをノズル内側バンドに溶接する。溶接継手３６は、該継手がシールランド４０の表面まで上方に延びていないので、該シールランド表面を阻害しない。むしろ、溶接継手３６は、スロット４６内に位置し、該継手はシールランド表面４０の下方に位置する。
【００１９】
カバープレート２２とノズル内側バンド２０との間に形成された溶接継手３６は、完全にガス流路の外に位置し、腐食性ガスに曝されない。更に、シールランドの表面４０は、カバーの幅全体にわたって連続しており、バケットのエンゼルウイングとの間で良好なシールを形成する。エンゼルウイング・シールランドがタービンノズルの幅全体にわたって連続していることを保証することにより、ノズルと隣接するタービンバケットとの間のシールが改善されて、ガスの漏洩を防止する。
【００２０】
シールランド内のスロット４６は、カバープレートが内側バンドに溶接された後に、挿入体４４で埋められる。カバープレート２２がノズル内側バンド２０の凹部２４内へ溶接されるとすぐに、矩形の挿入体４４が、シールランドのスロット４６内に挿入される。これらの金属挿入体はスロット４６を埋め、かつシールランドの上部表面４０と同一面になる。挿入体は、所定の位置に溶接される。シールランドの上部表面４０は、挿入体が所定の位置に溶接された後に、平滑かつ平坦に機械加工されることができる。
【００２１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ブレード、カバー及びエンゼルウイング・シールランドを有するタービンノズルの斜視図。
【図２】ノズル内側バンドの上面の斜視図。
【図３】カバーの斜視図。
【図４】カバー、エンゼルウイング・シールランド及び挿入体のクローズアップ分解図。
【図５】組み立てられたノズル鋳造品、カバー及び挿入体のクローズアップ図。
【符号の説明】
【００２３】
１０  ノズル
１２  外側バンド
１４  ノズル前縁
１６  ノズルブレード
１８  ノズル後縁
２０  内側バンド
２２  ノズルカバープレート
２４  内側バンドの凹部
３０  カバープレートのエンゼルウイング・シールランド部分
３２  ノズルカバーの周辺部
３８  内側バンドのエンゼルウイング・シールランド部分
４４  挿入体
４６  スロット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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