(57)【要約】【課題】  本発明は、第１段タービンノズル翼形部の内部コア輪郭に関する。【解決手段】  第１段ノズル翼形部（３２）は、表Ｉに記載したＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値に実質的に従った内部コア輪郭（３８）を有し、該表Ｉにおいて、Ｘ、Ｙ及びＺ値は、インチで表されている。Ｘ及びＹ値は、滑らかな連続円弧によって接続されると、各半径方向距離Ｚにおける内部コア輪郭セクションを形成する距離である。各距離Ｚにおける輪郭セクションは、互いに滑らかに結合されて完全な内部コア輪郭を形成する。Ｘ、Ｙ及びＺ距離は、拡大又は縮小した内部コア輪郭を得るために、同一の定数又は数値の関数として拡大縮小可能であるようにすることができる。Ｘ、Ｙ及びＺ距離で与えられた基準内部コア輪郭（３８）は、任意の内部コア表面位置に対して垂直な方向に±０．０３０インチのエンベロープ内に在る。【選択図】      図２
2005337250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側（３４）及び外側（３６）プラットホームと前記プラットホーム間で延びる翼形部（３２）とを含むタービンノズルセグメント（３０）であって、
前記翼形部が、その少なくとも一部分が２２．２００と２５．０５０とのＺ値限界値間での表Ｉに記載したＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値に実質的に従った内部基準コア輪郭（３８）を有し、前記表Ｉにおいて、前記限界値間でのＺ値はタービン軸線から半径に対して垂直に延びる平面までの半径方向距離であり、またＸ及びＹ値は、滑らかな連続円弧によって接続されると、前記Ｚ値限界値間での前記翼形部に沿った各距離Ｚにおける内部コア輪郭セクションを形成するインチで表した距離であり、
前記限界値間でのＺ距離における輪郭セクションが、互いに滑らかに結合されて前記翼形部内部コア輪郭を形成する、
タービンノズルセグメント。
【請求項２】
タービンの第１段の一部分を形成する、請求項１記載のタービンノズルセグメント。
【請求項３】
前記内部コア輪郭３８が、任意の内部コア表面位置に対して垂直な方向に±０．０３０インチ（０．０７６２ｃｍ）の範囲のエンベロープ内に在る、請求項１記載のタービンノズルセグメント。
【請求項４】
前記Ｘ、Ｙ及びＺ距離が、拡大又は縮小した内部コア輪郭（３８）を得るために同じ定数又は数値の関数として拡大縮小可能である、請求項１記載のタービンノズルセグメント。
【請求項５】
タービンの軸線の周りに円周方向列の形態で配置された複数のノズルセグメント（３０）を含むタービンであって、
各前記ノズルセグメントが、内側（３４）及び外側（３６）プラットホームと前記プラットホーム間で延びる少なくとも１つの翼形部とを含み、
各前記翼形部が、その少なくとも一部分が２２．２００と２５．０５０とのＺ値限界値間での表Ｉに記載したＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値に実質的に従った内部基準コア輪郭（３８）を有し、前記表Ｉにおいて、前記限界値間でのＺ値はタービン軸線から半径に対して垂直に延びる平面までの半径方向距離であり、またＸ及びＹ値は、滑らかな連続円弧によって接続されると、前記Ｚ値限界値間での前記翼形部に沿った各距離Ｚにおける内部コア輪郭セクションを形成するインチで表した距離であり、
前記限界値間でのＺ距離における輪郭セクションが、互いに滑らかに結合されて前記翼形部内部コア輪郭を形成する、
タービン。
【請求項６】
タービンの第１段の一部分を形成する、請求項５記載のタービン。
【請求項７】
前記内部コア輪郭３８が、任意の内部コア表面位置に対して垂直な方向に±０．０３０インチ（０．０７６２ｃｍ）の範囲のエンベロープ内に在る、請求項５記載のタービン。
【請求項８】
内側（３４）及び外側（３６）プラットホームと前記プラットホーム間で延びる翼形部（３２）とを含むタービンノズルセグメント（３０）であって、
前記翼形部が、表Ｉに記載したＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値に実質的に従った内部基準コア輪郭（３８）を有し、前記表Ｉにおいて、Ｚ値はタービン軸線から半径に対して垂直に延びる平面までの半径方向距離であり、またＸ及びＹ値は、滑らかな連続円弧によって接続されると、前記翼形部に沿った各距離Ｚにおける内部コア輪郭セクションを形成するインチで表した距離であり、
前記Ｚ距離における輪郭セクションが、互いに滑らかに結合されて前記翼形部内部コア輪郭を形成する、
タービンノズルセグメント。
【請求項９】
タービンの第１段の一部分を形成する、請求項８記載のタービンノズルセグメント。
【請求項１０】
前記内部コア輪郭３８が、任意の内部コア表面位置に対して垂直な方向に±０．０３０インチ（０．０７６２ｃｍ）の範囲のエンベロープ内に在る、請求項８記載のタービンノズルセグメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの段のノズル翼形部に関し、具体的には、第１段タービンノズル翼形部内部コア輪郭に関する。
【背景技術】
【０００２】
設計目標に適合させるために、ガスタービンの高温ガス流路セクションの各段において多くの要件が満たされなければならない。具体的には、タービンセクションの第１段のノズルセグメントは、その特定の段における作動要件を満たし、またノズル翼形部の冷却流効力、寿命及び壁厚さ分布に対する要件も満たさなければならない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の好ましい実施形態によると、ガスタービンのノズル翼形部、好ましくは第１段ノズルに対する特有の内部コア輪郭を提供し、この内部コア輪郭がガスタービンの性能を高める。ノズル翼形部の外部形状は、タービンの段を形成するバケットとの間でのその相互作用を改善することを理解されたい。同時に、ノズル翼形部の内部コア輪郭形状はまた、構造上の理由から及び適当な壁厚さで内部冷却を最適化するために重要である。ノズル翼形部内部コア輪郭は、必要な構造要件及び冷却要件を達成し、それによってタービン性能の向上が得られるような、固有の点の軌跡によって定められる。この固有の点の軌跡は、内部基準コア輪郭を定め、以下に示す表ＩのＸ、Ｙ及びＺデカルト座標によって特定される。表Ｉに示す座標値に対する１２００個の点は、ノズル翼形部のその長さに沿った様々な断面における低温すなわち室温のノズル翼形部のためのものである。Ｘ、Ｙ及びＺの正の方向は、それぞれ、タービンの排出端部に向かう軸方向、後方に向かって見てエンジンの回転方向における接線方向、及び外側プラットホームに向かう半径方向外向き方向である。Ｘ及びＹ座標は、距離のディメンション、例えばインチの単位で与えられ、各Ｚ位置において滑らかに結合されて滑らかな連続した内部コア輪郭断面（セクション）を形成する。Ｚ座標は、インチで表した半径に沿ったタービン軸からの距離として与えられる。Ｘ、Ｙ平面内の各コア輪郭セクションは、Ｚ方向における隣接する輪郭セクションと滑らかに結合されて、表Ｉの座標値を用いて完全なノズル翼形部内部コア輪郭を形成する。
【０００４】
表Ｉは、内側及び外側プラットホーム並びにその間の翼形部を通る完全な内部コア翼形形状に対する座標値を表す。内側及び外側プラットホーム間の内部コア輪郭の物理的な形状は、２２．２００と２５．０５０とのＺ値限界値間に形成された翼形部セクションとして表Ｉに与えられる。
【０００５】
各ノズル翼形部が使用中に高温になるので、内部コア輪郭は変化することになることが分かるであろう。従って、低温すなわち室温輪郭は、製造目的のためのＸ、Ｙ、Ｚ座標によって与えられる。製造されたノズル翼形部内部コア輪郭は、下表により与えられた基準輪郭とは異なる可能性があるために、基準輪郭に沿った任意の表面位置対して垂直な方向の、該基準輪郭から±０．０３９インチの距離により、このノズル翼形部内部コア輪郭の輪郭エンベロープが定まる。この輪郭は、このような差異に対してロバストであり、翼形部の機械的冷却及び空気力学的機能を損なうことがない。
【０００６】
本発明の好ましい実施形態によると、内側及び外側プラットホームと該プラットホーム間で延びる翼形部とを含むタービンノズルセグメントを提供し、翼形部は、その少なくとも一部分が２２．２００と２５．０５０とのＺ値限界値間での表Ｉに記載したＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値に実質的に従った内部基準コア輪郭を有し、該表Ｉにおいて、限界値間でのＺ値はタービン軸線から半径に対して垂直に延びる平面までの半径方向距離であり、またＸ及びＹ値は、滑らかな連続円弧によって接続されると、Ｚ値限界値間での翼形部に沿った各距離Ｚにおける内部コア輪郭セクションを形成するインチで表した距離であり、限界値間でのＺ距離における輪郭セクションは、互いに滑らかに結合されて翼形部内部コア輪郭を形成する。
【０００７】
本発明の別の実施形態によると、タービンの軸線の周りに円周方向列の形態で配置された複数のノズルセグメントを含むタービンを提供し、各ノズルセグメントは、内側及び外側プラットホームと該プラットホーム間で延びる少なくとも１つの翼形部とを含み、各翼形部は、その少なくとも一部分が２２．２００と２５．０５０とのＺ値限界値間での表Ｉに記載したＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値に実質的に従った内部基準コア輪郭を有し、該表Ｉにおいて、限界値間でのＺ値はタービン軸線から半径に対して垂直に延びる平面までの半径方向距離であり、またＸ及びＹ値は、滑らかな連続円弧によって接続されると、Ｚ値限界値間での翼形部に沿った各距離Ｚにおける内部コア輪郭セクションを形成するインチで表した距離であり、限界値間でのＺ距離における輪郭セクションは、互いに滑らかに結合されて翼形部内部コア輪郭を形成する。
【０００８】
本発明のさらに別の実施形態によると、内側及び外側プラットホームと該プラットホーム間で延びる翼形部とを含むタービンノズルセグメントを提供し、その翼形部は、表Ｉに記載したＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値に実質的に従った内部基準コア輪郭を有し、該表Ｉにおいて、Ｚ値はタービン軸線から半径に対して垂直に延びる平面までの半径方向距離であり、またＸ及びＹ値は、滑らかな連続円弧によって接続されると、翼形部に沿った各距離Ｚにおける内部コア輪郭セクションを形成するインチで表した距離であり、Ｚ距離における輪郭セクションは、互いに滑らかに結合されて翼形部内部コア輪郭を形成する。
【０００９】
本発明のさらに別の実施形態によると、タービンの軸線の周りで円周方向列の形態になった複数のノズルセグメントを含むタービンを提供し、各セグメントは、内側及び外側プラットホームと該プラットホーム間で延びる少なくとも１つの翼形部とを有し、各翼形部は、表Ｉに記載したＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値に実質的に従った内部基準コア輪郭を有し、該表Ｉにおいて、Ｚ値はタービン軸線から半径に対して垂直に延びる平面までの半径方向距離であり、またＸ及びＹ値は、滑らかな連続円弧によって接続されると、翼形部に沿った各距離Ｚにおける内部コア輪郭セクションを形成するインチで表した距離であり、Ｚ距離における輪郭セクションは、互いに滑らかに結合されて翼形部内部コア輪郭を形成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ここで図面、特に図１を参照すると、複数のタービン段を含むガスタービン１２の、全体を符号１０で表した高温ガス流路を示している。ここには、３つの段を示している。例えば、第１段は、複数の円周方向に間隔を置いて配置されたノズル１４及びバケット１６を含む。ノズル１４は、互いに円周方向に間隔を置いて配置され、ロータの軸線の周りに固定される。第１段バケット１６は、タービンロータ１７に取付けられる。タービンの第２段１２も示しており、この第２段１２は、複数の円周方向に間隔を置いて配置されたノズル１８とロータ１７に取付けられた複数の円周方向に間隔を置いて配置されたバケット２０とを含む。さらに、複数の円周方向に間隔を置いて配置されたノズル２２とロータ１７に取付けられた複数の円周方向に間隔を置いて配置されたバケット２４とを含む第３段も示している。ノズル及びバケットは、タービンの高温ガス流路１０内に位置しており、高温ガス流路１０を通る高温ガスの流れの方向が、矢印２６によって示されていることが分かるであろう。
【００１１】
次に図２を参照すると、１つ又はそれ以上の翼形部３２がそれぞれ内側及び外側プラットホーム３４及び３６間に配置された、全体を符号３０で表したノズルセグメントを示している。複数のノズルセグメント３０は、タービン軸の周りに円周方向列の形態で配置されて環状流路を形成し、翼形部３２が、高温ガスを段の後続するバケット、例えば第１段バケット１６に導くことが分かるであろう。ノズルセグメント３０のベーン３２は、それぞれ内側及び外側プラットホーム３４及び３６間で翼形部３２の内部内に空気を流すことによって冷却される。
【００１２】
ノズル翼形部の内部コア形状は、図面の図においては実線３８によって示している。図５において、内部コア形状３８は、翼形部のそれぞれ負圧及び正圧外部表面に隣接する内部壁面４０及び４２を有する全体的な翼形形状になっており、外部表面は、内部コア輪郭３８との間で翼形部壁厚さｔを定める。内部コア輪郭は、内側及び外側プラットホーム３４及び３６を貫通して延びる。
【００１３】
内側及び外側プラットホーム内を含む各ノズル翼形部の内部コア形状を定めるために、段の要件、冷却面積及び壁厚さを満たしかつ製造することができる、空間における固有の点の軌跡の組が準備される。ノズル翼形部内部コア輪郭３８を定めるこの固有の点の軌跡は、タービンの回転軸線に対して１２００個の点の組を含む。下記の表Ｉに示すＸ、Ｙ及びＺ値のデカルト座標系が、その長さに沿った様々な位置におけるノズル翼形部のこの内部コア輪郭３８を定める。Ｘ及びＹ座標における座標値は、表Ｉにはインチで記載されているが、数値が適当に換算される場合、他の寸法単位を用いることもできる。表Ｉに記載したＺ値は、タービン軸線から半径に対して垂直に延びる平面までの半径方向距離である。デカルト座標系は、直交関係のＸ、Ｙ及びＺ軸を有しており、Ｘ軸は、タービンロータ中心線、すなわち回転軸線に平行に位置し、正のＸ座標値は、後部、すなわちタービンの排出端部に向う軸方向である。正のＹ座標値は、後方に向かって見たときのロータの回転方向における接線方向に延びており、また正のＺ座標値は、外側プラットホームに向かう半径方向外向き方向である。
【００１４】
Ｘ、Ｙ平面に対して垂直なＺ方向の選択した位置におけるＸ及びＹ座標値を定めることによって、ノズル翼形部の長さに沿った各Ｚ距離におけるノズル翼形部の内部コア輪郭３８を確定することができ、この内部コア輪郭３８は、図面の図に実線で表示的に示している。Ｘ及びＹ値を滑らかな連続円弧で接続することによって、各Ｚ距離における各内部コア輪郭セクション３８が、決定される。距離Ｚ間の様々な内部位置の内部コア輪郭は、隣接する輪郭セクション３８を互いに滑らかに結合することによって決定されて、コア輪郭を形成する。これらの値は、周囲温度の非作動状態又は非高温状態における内部コア輪郭を表す。
【００１５】
表Ｉの値は、ノズル翼形部の内部コア輪郭を決定するために小数点以下３桁まで作成されかつ示されている。ノズル翼形部の実際の内部輪郭には、考慮しなければならない一般的な製造公差と被膜とが存在する。従って、表Ｉに示す輪郭の値は、ノズル翼形部基準内部コア輪郭のためのものである。それ故、あらゆる被膜厚さを含む一般的な±製造公差、すなわち±値が、下表Ｉに示すＸ及びＹ値に加算されることが分かるであろう。従って、内部コア輪郭に沿った任意の表面位置に対して垂直な方向に±０．０３０インチの距離が、この特定のノズル翼形部設計及びタービンに対する内部コア輪郭エンベロープ、すなわち、基準の低温又は室温での実際の内部コア輪郭上の測定点とそれと同一温度での下表に示したそれらの点の理想的な位置との間の差異の範囲を定める。この内部コア輪郭は、この差異の範囲に対してロバストであり、機械的機能及び冷却機能を損なうことがない。
【００１６】
下の表Ｉの値は、内側及び外側プラットホームを通るのを含む、翼形部の内部コアに対するＸ、Ｙ、Ｚデカルト座標値を示す。内側及び外側プラットホーム間の内部コア輪郭の物理的構成は、２２．２００と２５．０５０とのＺ値限界値間で表Ｉによって与えられる。これらのＺ値限界値は、それぞれ内側プラットホームの半径方向外側と外側プラットホームの半径方向内側で始まり、それらの限界値間で内部コア輪郭の物理的形状を定める。
【００１７】
下の表Ｉに示した座標値は、内側及び外側プラットホームを通るのを含む、ノズル翼形部を通る好ましい基準内部コア輪郭エンベロープを提供する。
【００１８】
【表１】
2005337250.tif 000003
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上記の表に開示したノズル翼形部の内部コア輪郭は、他の類似のタービン設計において使用するために、幾何学的に拡大又は縮小することができることも理解されたい。その結果、表Ｉに記載した座標値は、ノズル翼形部の内部輪郭形状を変化しない状態に維持して、率に応じて拡大又は縮小することができる。表１の座標の拡大又は縮小バージョンは、定数によって乗算又は除算した、表ＩのＸ、Ｙ及びＺ座標値によって表されることになる。
【００１９】
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】
【００２０】
【図１】本発明の好ましい実施形態による第１段ノズル翼形部を示す、ガスタービンの多段を通る高温ガス流路の概略図。
【図２】破線によって示した内側及び外側プラットホーム並びにノズル翼形部の残余部分と共にノズル翼形部を示した状態の、本発明の好ましい実施形態による実線で示したノズル翼形部内部コア輪郭を有するノズルセグメントの斜視図。
【図３】図２のノズル翼形部内部コア輪郭並びに関連する翼形部及びプラットホームの円周方向斜視図。
【図４】関連する翼形部及びプラットホームを含む内部コア輪郭の外側プラットホームの上方からの斜視図。
【図５】図３の線５−５のほぼ周りで切断したノズル翼形部の断面図。
【符号の説明】
【００２１】
３０  タービンノズルセグメント
３２  翼形部
３４  内側プラットホーム
３６  外側プラットホーム
３８  内部コア輪郭
【図１】
2005337250.tif 000011
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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