(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
概ね半径方向に互いに間隔を置いて配置された内側及び外側バンド（１４，１２）と、前記バンド間を延び、前縁及び後縁を有するノズル静翼（１６）とを含むガスタービンのノズル段セグメント（１０）であって、
前記外側バンド（１２）は、タービンを通る高温ガス流路（２４）の一部を構成する壁面（３６）と、前記壁面と共に、前記ノズル段セグメントを通る循環式冷却回路の一部を形成するチャンバを画定する、前記壁面の半径方向外方の外側カバー（３８）とを含み、
前記外側カバー（３８）は、前記チャンバに冷却媒体を流すための流入口（６８）を有していると共に、ノズル段セグメントをタービン上の支持体に構造的に取付けるための概ね軸方向前方に向いたフック（３０）を有する
ことを特徴とするガスタービンのノズル段セグメント（１０）。
【請求項２】
前記静翼は、間隔を置いて配置された対向する側壁と、複数の分離した概ね半径方向に延びる空洞（４８，５０，５４）を画定する複数のリブとを有し、前記空洞のうちの１つ（４８）は、前記静翼の前縁に沿って前記側壁の間で、かつ前記静翼の前記複数のリブのうちの第１のリブ（５８）の前方で延びて前縁空洞を画定し、前記静翼は、前記外側壁面と前記カバーとの間に前記外側カバーを貫通して開口する静翼延長部（５６）を有し、前記前縁空洞は、前記静翼延長部の前方で前記外側壁面を貫通して前記チャンバに開口することを特徴とする請求項１に記載のノズル段セグメント。
【請求項３】
前記静翼の前記後縁に隣接しかつ前記複数のリブのうちの後部リブの後方の前記側壁が、前記複数の空洞のうちの後縁空洞（５４）と、前記カバーを貫通して開口し前記後縁空洞の連続部を構成する、前記外側壁面と前記カバーとの間の第２の静翼延長部（５５）と、前記静翼延長部の間で、前記外側壁面を貫通して前記チャンバに開口する前記空洞のうちの少なくとも別の１つとを画定することを特徴とする請求項２に記載のノズル段セグメント。
【請求項４】
前記内側バンド（１４）は、前記タービンを通るガス流路の別の一部分を構成する内側壁面（４２）と、前記内側壁面と共に内側チャンバを画定する、前記内側壁面の半径方向内方の内側カバー（４４）とを含み、前記静翼は、互いに間隔を置いて配置された対向する側壁を有し、それを通して前記外側チャンバと流体連通する少なくとも１つの空洞を画定し、冷却媒体を前記外側チャンバから前記１つの空洞を通して前記内側チャンバに供給し、また、それを通して前記内側チャンバと流体連通する第２の空洞を画定し、前記冷却媒体を前記静翼を通して前記外側カバーの冷却媒体排出口に還流させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のノズル段セグメント。
【請求項５】
前記外側バンド（１２）がさらに軸方向後方に向いたフック（３２）を含んでいる、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のノズル段セグメント。
【請求項６】
前記外側カバー（３８）と前記外側壁面（３６）とが互いに溶接されていて、前記軸方向前方に向いたフック（３０）が前記外側カバーと一体に鋳造されている、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のノズル段セグメント。
【請求項７】
前記外側カバー（３８）と前記外側壁面（３６）とが互いに溶接されていて、前記軸方向後方に向いたフック（３２）が前記外側側面（３６）と一体に鋳造されている、請求項５又は請求項６に記載のノズル段セグメント。
【請求項８】
前記内側バンド（１４）及びノズル静翼（１６）が、前記外側バンド（１４）から半径方向内側方向に片持ち支持されている、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のノズル段セグメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、循環式冷却、例えば、蒸気冷却を備えるガスタービンノズル段の支持体に関し、具体的には、循環式蒸気冷却されるノズル段セグメントをタービンケーシングの固定部分により支持するためのフックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンの循環式蒸気冷却されるノズル段は、一般的にそれぞれがバンド間に概ね半径方向に延びる１つあるいはそれ以上のノズル静翼を備える内側及び外側バンドを有する環状列のノズル静翼セグメントを有する。循環式冷却装置を構成するには、バンドのそれぞれが、冷却媒体、例えば蒸気を収容するチャンバを有し、ノズル段の壁面を冷却する。チャンバ間の静翼は空洞に分割されて、冷却蒸気が、外側チャンバから空洞を通って流れ静翼を冷却し、内側バンドのチャンバ中へと流れ内側壁面を冷却する。次いで、使用済みの冷却蒸気は、内側バンドのチャンバを通り静翼の１つあるいはそれ以上の空洞を通って概ね半径方向外方に冷却蒸気排出口へと流れる。
【０００３】
より具体的に言えば、本出願と同一の出願人の米国特許第５，６３４，７６６号に示されるように、また各ノズルセグメントの場合には、外側バンドは、外側壁面と半径方向外側カバーとを含み、壁面とカバーの間に外側チャンバを画定する。冷却蒸気が、カバー中の流入口を通して供給され、チャンバ中のインピンジメント板を通って外側壁面をインピンジメント冷却する。次いで、冷却蒸気は、外側チャンバを貫通して延びる静翼鋳造品の延長部中の開口を通って流れる。開口から、蒸気は、静翼の１つあるいはそれ以上の流れ空洞のインサート中ヘ導かれ、蒸気はインサート中の開口を通して送られ、静翼の壁面、とりわけ前縁をインピンジメント冷却する。内側バンドは、内側壁面と半径方向内側カバーとを含み、静翼から使用済みの冷却蒸気を受入れる。使用済みの冷却蒸気は、方向を反転して内側チャンバ中のインピンジメント板の開口を通って流れ、内側壁面をインピンジメント冷却する。使用済みの冷却蒸気は、インピンジメント冷却用とは別の１つの静翼の空洞中のインサートを通って半径方向外方に流れ、外側バンドの静翼延長部を通って蒸気排出口へと至る。
【０００４】
上述のことから、循環式冷却回路は、冷却蒸気を収容するために外側及び内側バンドのそれぞれに対するカバーと壁面とを必要とすることが分かるであろう。また、ノズル段セグメントは、ノズル段セグメントの外側壁面と通常一体に形成される前方及び後方フックによりタービンの外側の固定ケーシングから懸架される。具体的に言えば、前方フックは、静翼延長部の一体延長部として鋳造される。しかしながら、ノズル段セグメントを冷却すること、製造すること、及びノズル段セグメントをタービンケーシングに装着することの難しさが、その構成の場合には起こる。例えば、外側バンド中の静翼延長部は、冷却媒体を静翼の前縁空洞中へ流すための開口を有する。ノズル段セグメントの静翼と内側バンド部分のための荷重支持経路が、高温の前縁とすみ肉部を通るので、これらの冷却開口には応力が生じる。また、各静翼延長部を通る冷却流れ開口が、冷却蒸気が外側バンドから静翼の中へ流れるとき、望ましくない圧力損失をもたらす。さらに、米国特許第５，６３４，７６６号を綿密に見ると、前方支持フックを設置すると、前縁空洞へインピンジメント冷却インサートを嵌め込むことが困難になるということが分かるであろう。その上、静翼に前方フックを一体に装着することで、ノズル段セグメントの製造と組立てが複雑になり、余計な複雑さをもたらしノズル静翼延長部に一体に鋳造されるフックの周りで機能するかなりの数の部品が必要となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解決せんとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の好ましい実施形態によると、ノズル段セグメントをタービンの外側固定ケーシングに機械的に装着することは、外側バンド上の前方及び後方フックにより達成され、前方フックはカバーと一体に形成され、後方フックは外側壁面と一体に形成される。静翼はまた、一体のフックを備えるカバーが、例えば、溶接により固定される外側バンドの壁面とカバーの間の静翼延長部を含む。しかしながら、静翼延長部は、静翼の前縁と静翼を通る前縁空洞から後方に間隔を置いて配置される。このようにして、荷重経路は、フックからカバーを通って静翼延長部に延び、それによって高温の前縁とすみ肉部の応力が避けられる。つまり、荷重経路は、対向する側壁の間および静翼の第１と第２の空洞間に第１のリブを含み、片持ち支持のノズルの荷重を担持する。カバーと外側壁面は、できれば互いに溶接により固定されて、循環式冷却回路の１部分を形成する外側チャンバを画定する。外側カバーに前方フックを設置することで、静翼の第１の空洞中のインピンジメントインサートを直接取付けることが可能である。また、静翼延長部は、静翼空洞中へ冷却蒸気を流すための開口を必要とせず、さもないと静翼の荷重を支持する前縁に応力を与える。また、部品の数と複雑さとが著しく減少する。例えば、静翼延長部の周りの外側バンドのチャンバ中には単一のインピンジメント板を形成して設けることができる。さらに、セグメントの鋳造品が大いに簡単化できる。
【０００７】
本発明による好ましい実施形態においては、概ね半径方向に互いに間隔を置いて配置された内側及び外側バンドと、バンド間を延び、前縁及び後縁を有するノズル静翼とを含み、外側バンドは、タービンを通る高温ガス流路の一部を構成する壁面と、壁面と共に、ノズル段セグメントを通る循環式冷却回路の一部を形成するチャンバを画定する、壁面の半径方向外方の外側カバーとを含み、外側カバーは、ノズル段セグメントをタービン上の支持体に構造的に取付けるための概ね軸方向前方に向いたフックを有する、ガスタービンのノズル段セグメントが提供される。
【０００８】
本発明による別の好ましい実施形態においては、概ね半径方向に互いに間隔を置いて配置された内側及び外側バンドと、バンド間を延び、前縁及び後縁を有するノズル静翼とを含み、外側バンドは、壁面と、壁面から概ね半径方向外方に延びる静翼延長部と、壁面から半径方向外方の外側カバーとを含み、外側カバーは、ノズル段セグメントをタービン上の支持体に取付けるための概ね軸方向前方に向いたフックを有し、静翼延長部と外側のカバーとは互いに固定されてフックと静翼との間に外側カバーを通る構造荷重支持経路を構成する、ガスタービンのノズル段セグメントが提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１には、ノズル段セグメントが示されており、全体として符号１０で表わされ、外側バンド１２、内側バンド１４、及び、外側バンド１２と内側バンド１４との間を概ね半径方向に延びるノズル静翼１６を含む。図１に示されるノズル段セグメントは、ロータ軸の周り及びその一部分が１８で示されているロータの周りに配置された環状列のセグメントの１つであることが分かるであろう。普通そうであるように、ロータは、その１つが２０で部分的に示されているが、タービン軸の周りを回転する複数のバケットを含み、バケット２０と静翼１６は高温ガス流路２２内に位置する。高温ガスの流れの方向が、矢印２４で示されている。
【００１０】
ノズル段セグメント１０は、ノズル段とバケットを取囲むタービンの固定ケーシングに固定される。具体的に言えば、固定ケーシングは、前方及び後方フック３０及び３２を受入れるための前方及び後方の凹み、あるいは溝２６及び２８をそれぞれ含み、それによって各ノズルセグメントが固定ケーシングにより支持される。前方及び後方フックは、外側バンドの一部分を形成し、静翼１６、内側バンド１４、及び仕切板３４は、固定ケーシングの前方及び後方フックにより片持ち支持されていることが分かるであろう。
【００１１】
図２を参照すれば、外側バンド１２は、組立て状態でそれらの間にチャンバを画定する外側壁面３６と外側カバー３８とを含む。内側バンド１４は、それらの間にチャンバを画定する内側壁面４２と内側カバー４４とで形成される。図２をよく見ると、静翼１６と外側及び内側壁面３６及び４２とは、それぞれ一体鋳造品から成ることが分かるであろう。さらに、静翼１６は、前縁空洞４８、中間空洞５０、１つあるいはそれ以上の後方空洞６４、及び後縁空洞５４を含む、複数の空洞に分割されている。これらの空洞は、静翼１６の対向する側壁の間に延びている半径方向に延びるリブにより互いに分離される。また、静翼延長部５６は、図２に示されており、静翼を貫通して静翼の前縁６０から離れて延びる第１のリブ５８により構成される。静翼延長部５６は、静翼１６の形に沿った輪郭を持ちかつ中間のリブ６０と後方のリブ６２とを有する対向する側壁を含む。後方空洞６４は、外側壁面３６とカバー３８との間のチャンバに開口している。後縁空洞５４は、静翼１６の後縁に沿って延び、壁面３６とカバー３８との間のチャンバの区域に別個の静翼延長部５５を形成する。
【００１２】
外側カバー３８は、前方フック３０と、静翼延長部５６の上端を受入れるように静翼延長部５６と対応する形状を有する延長部６６とを含む一体鋳造品から成ることが好ましい。カバー３８は、冷却媒体流入口、例えば蒸気流入口６８と、蒸気排出口７２を有する別個の蒸気流出カバー７０とを含む。蒸気流出カバー７０は、最終組立てにおいて、延長部６６に重なる。インピンジメント板７３は、壁面３６とカバー３８との間のチャンバ中に位置し、延長部５６を取囲むための中央開口を有する単一の一体構造になっている。隆起部、あるいはピン７４を設け、壁面３６から間隔を置いてインピンジメント板７３を支持し、インピンジメント板は、それを貫通する複数の孔、つまり開口を有し、カバー３８とインピンジメント板との間からの蒸気を孔を通して流し、壁面３６をインピンジメント冷却することが分る。
【００１３】
静翼１６を貫通する空洞は、後縁空洞を除いて、内側壁面４２と内側カバー４４との間のチャンバ中にそれぞれ開口する。前縁と後方の空洞４８と６４とは、静翼と静翼中のインサート(図示せず)を通して冷却蒸気を導き、静翼１６の側壁をインピンジメント冷却する。蒸気は、空洞から蒸気ガイド(図示せず)によってインピンジメント板７５の半径方向内方側の内側チャンバに流れ込む。次いで、蒸気は、インピンジメント板７５の開口を通って流れ、内側壁面４２をインピンジメント冷却し、中間の蒸気戻り空洞５０を通って静翼を還流し、流れは蒸気排出口７２を通って静翼から排出される。
【００１４】
本発明によると、前方フック３０は、カバー鋳造品の一体部分を形成するが、後方フック３２は、ノズル段セグメント鋳造品、とりわけ外側壁面３６の一体部分を形成することが分かるであろう。図４に示されるように、静翼延長部５６は、延長部６６の開口の内に受入れられる。カバーは、側方の切口面に沿ってだけでなく前方及び後方の端縁に沿って隣接する縁の周りで壁面３６に溶接されるのが好ましい。その上に、しかも大切なことであるが、静翼延長部５６の側壁は、例えば、電子ビーム溶接により延長部６６の壁面に溶接される。延長部を互いに溶接することで、前方フック３０からの荷重支持経路は、溶接された延長部を通して直接静翼１６の第１のリブ５８に直接延びることが分かるであろう。さらに、先行の米国特許第５，６３４，７６６号におけるように、一体に鋳造された静翼セグメント上よりもむしろカバー３８上に前方フック３０を形成することで、荷重支持経路は、冷却媒体が静翼の中に流れるようにするための流路を設けるのに必要な開口により中断されない。図２に示されるように、冷却蒸気は、インピンジメント板７３の開口を通して外側壁面３６をインピンジメント冷却し、その後、空洞４８と６４とを通って流れ、静翼１６を通って概ね半径方向内方に流れる。そうでなければ荷重支持経路を中断するはずの静翼延長部中の開口の必要性は、全くない。
【００１５】
本発明は、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今まで述べられてきたが、本発明は、開示された実施形態に限定されるべきではなく、逆に、特許請求の範囲の技術思想と技術的範囲に含まれる様々な変形形態と均等の構成を保護しようとするものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に従って構成されたノズル段セグメントの部分側面図。
【図２】  図１に示されたノズル段セグメントを形成する様々な要素の分解斜視図。
【図３】  ノズル段セグメントの外側バンドに対する外側カバーの斜視図。
【図４】  セグメントに取り付けられたカバーを示す斜視図。
【符号の説明】
１０  ノズル段セグメント
１２  外側バンド
１４  内側バンド
１６  ノズル静翼
３０  前方フック
３２  後方フック
３６  外側壁面
３８  外側カバー
４２  内側壁面
４４  内側カバー
４８、５０、５４  空洞
５５  別個の静翼延長部
５６  静翼延長部
６６  カバーの延長部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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