(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それらの間に延在する少なくとも１つのノズルベーンを備えた内側バンド及び外側バンドを有し、前記内外バンドおよび前記ベーンがタービンの高温ガス通路内に位置するようになっているノズル段セグメント、および
前記外側バンドから間隔をおいて前記外側バンドの前記ベーンから離れる側に横たわり、前記外側バンドと共に熱媒体を受入れるプレナムを画定しているカバー、
を含み
前記外側バンドおよび前記カバーは、それらを貫通し互いに整合した開口を有しており、さらに
前記整合した開口内に配設され、貫通孔を有する高温計ボスを含んでおり、前記ボスは、該ボスのまわりの冷却媒体の漏れを生じることなく、前記プレナム内の冷却媒体をシールするために、前記外側バンド及び前記カバーの両方に溶接されていることを特徴とする、
閉回路熱媒体冷却式ガスタービン用の高温計取付具およびノズル段組立体。
【請求項２】
前記ボスが、前記外側バンドに電子ビーム溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の組立体。
【請求項３】
前記ボスが、前記カバーにティグ溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の組立体。
【請求項４】
前記ボスが、前記外側バンドに電子ビーム溶接され、前記カバーにティグ溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の組立体。
【請求項５】
前記ボスを貫通する孔は、その両端間において、またタービンの回転軸線に対し斜いた軸線に沿って直線状に延びていることを特徴とする請求項１に記載の組立体。
【請求項６】
前記孔は、直線的に延びている軸線、および前記孔内で前記ボス内に同軸に配設された直線状チューブの端部を受止めるシート部を有することを特徴とする請求項１に記載の組立体。
【請求項７】
前記プレナム内において、前記外側バンドおよび前記カバーとの間に間隔をあけて設けられた衝突プレート、および前記ボスを受入れるための、前記外側バンド及び前記カバーの開口と整合して前記衝突プレートに設けられた開口を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の組立体。
【請求項８】
前記ノズル段は、多段タービンの第２段であり、前記孔は直線的に延びている軸線を有しており、前記ボスは、前記孔の直線的に延びている軸線が、前記多段タービンの第１段により画定されるガス通路中に延びるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の組立体。
【請求項９】
前記孔が、（i）前方向に延びて、前記タービンの回転軸線と垂直な平面と鋭角をなし、また（ii)円周方向に延びて、前記孔の軸線と交わる軸方向平面と鋭角をなす、直線的な軸線を有することを特徴とする請求項１に記載の組立体。
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
本発明は、ノズル段を冷却するための閉回路熱媒体冷却システムを有するガスタービンに関し、より詳しくは、高温ガス通路にあるガスタービン部品の表面温度を測定するための閉回路蒸気冷却ガスタービン用高温計取付具に関する。
【０００１】
（背景技術）
最新の多段ガスタービンでは、ノズル段は熱媒体、好ましくは冷却蒸気によって冷却されている。蒸気は、外側バンドを衝突冷却するために、ノズル段の外側バンドのプレナムに流入する。その後、蒸気はベーンを衝突冷却するためにノズル段のベーンを通って流れ、内側バンドを冷却するために内側バンドのプレナムに流入する。用を終えた冷却蒸気は、ベーン中の空洞及び外側バンドを通って内側バンドから還流する。ノズル段は、タービンの高温ガス通路内に位置していることを認識しなければならない。作動中、ガスタービン部品の表面温度を監視すること、特に、当然高温ガス通路内で回転している第１段バケットの作動温度を監視することが必要であることが解った。
【０００２】
このことを達成するために、ノズル段、例えば作動温度を測定されようとしているバケット、例えば第1段バケットの下流に位置する第２段の、蒸気冷却される外側バンドを貫通した照準ラインを有する高温計が用いられる。お解りのように、外側バンド及びカバーは冷却蒸気を内包しており、一般的に蒸気は、ノズル段を貫通する如何なる照準ラインも遮る。換言すれば、蒸気がガスタービンの部品内に或いは高温ガス通路内に漏れることなく、高温計は、照準ラインに沿ってカバーやノズルバンドを貫通して見通すことができなければならない。従って、本発明は、蒸気漏れを生ずることなく、蒸気冷却されるノズルを貫通して見通せる高温計の照準ラインに対する要求を満たさんとするものである。
【０００３】
（発明の開示）
本発明の好ましい実施形態によると、高温計取付具はノズルの外カバー及び外側バンドを貫通して見通せる高温計の照準ラインを可能とし、同時に蒸気漏れを生ずることのない取付具とノズル段の接合を提供するように配設されている。ノズル段は、ロータ軸線のまわりに円周状に配置された多数の配列されたノズルセグメントで構成されている。本発明においては、所定のノズルセグメントの外カバー及び外側バンドに、互いに整合され、また前方および円周方向に傾いた一対の開口が設けられている。高温計ボスは、この開口内に配置され、外カバー及び外側バンド間で高温ガス通路の外側バンドの半径方向内面まで延びている。高温計ボスの半径方向内側部は、外側バンドに電子ビーム溶接されている。特に、孔の軸線の円周方向の傾き及び開口内に配置されるボスは、ノズルセグメントの一方向側からボス及び外側バンドの縁部まわりを電子ビーム溶接することを可能としている。電子ビーム溶接を用いることにより、歪の減少と溶接個所のより良い品質が得られる。高温計ボスの半径方向外側端は、外カバーにティグ溶接されるのが望ましい。ボスの半径方向内側端および外側端まわりをそれぞれ溶接することにより、ボスと外側バンド及びカバーとの間に漏れのない接合が得られる。
【０００４】
ノズル段セグメントへのボスの取付け直後、外側バンド及び外カバーの整合された穴の軸線にほぼ一致した軸線を有する貫通孔を設けるために、ボスが機械加工される。また、ボスをタービンフレームに取付けられた高温計に連結するチューブを受止めるように、ボスの孔にシート部が設けられる。上記のように構成したので、蒸気冷却されるノズル段の外側バンド及び外カバーを貫通して、第1段バケットの温度の読取りを容易に行える照準ラインが得られる。
【０００５】
本発明の好ましい実施形態において、それらの間に延在する少なくとも１つのノズルベーンを備えた内側バンド及び外側バンドを有し、内外バンドおよびベーンがタービンの高温ガス通路内に位置するようになっているノズル段セグメント、および外側バンドから間隔をおいて外側バンドのベーンから離れる側に横たわり、外側バンドと共に熱媒体を受入れるプレナムを画定しているカバーを、含み、外側バンドおよびカバーは、それらを貫通し互いに整合した開口を有しており、さらに、整合した開口内に配設され、貫通孔を有する高温計ボスを含んでおり、ボスは、ボスのまわりの冷却媒体の漏れを生じることなく、プレナム内の冷却媒体をシールするために、外側バンド及びカバーの両方に溶接されていることを特徴とする、閉回路熱媒体冷却式ガスタービン用の高温計取付具およびノズル段組立体が提供される。
【０００６】
（発明の詳細な記述）
図面、特に図１には、包括的に１０で示されたノズルベーンセグメントが図示されている。セグメント１０は、包括的に１２で示す高温ガス通路内でタービン軸のまわりに位置するように互いに接合された複数のセグメントの円周配列の１部を構成している。図示したノズルセグメントは、複数の円周状の第１段バケット１５の後方に配置された複数の第２段ノズルセグメントの１つを構成している。図示したノズルセグメント１０において、セグメントは、それぞれ半径方向内方及び外方のバンド１６および１８間に延びている１対のベーンを持つダブレットを備えている。ノズルセグメント１０は、内外バンド間に１つのベーンを備えるようにしてもよいことを認識する必要がある。
【０００７】
より詳しく図１を参照すると、外側バンド１８は、ノズルセグメントをタービンの外フレームに固定する１対の半径方向外方に突出した前方フック２０を備えている。さらに、図１は、外側バンド上に横たわり、これと共にプレナム２４を画定する前部外カバー２２を備えた外側バンドを示している。後部カバー（図示せず）は、外側バンド１８の後部上に横たわり、外側バンド１８と共にプレナム２４を画定する。図１に示すように、ベーン１４は、外側バンドを貫いて延びるベーン延長部２６を有する。延長部２６は、ベーン１４中を概して半径方向に貫いている一連の複数の空洞、例えば空洞２８、３０、３２および３４を形成している。これらの空洞は、熱冷却媒体、例えば蒸気をベーン１４を通って内側バンド１６に流し、用を終えた冷却蒸気を内側バンド１６およびベーン１４から還流させる通路となる。また、前部カバー２２は、熱媒体、例えば蒸気をプレナム２４に供給するための熱冷却媒体流入口３６を備えている。プレナム２４内には、外側バンド１８を衝突冷却するために受入れた冷却蒸気を方向付ける衝突プレート４０（図２）がある。開口（図示せず）は、冷却蒸気を、外側バンドへの衝突の後ベーンを介して内側バンド１６と内カバー（図示せず）との間の内側プレナムに供給するために、ベーン延長部２６に設けられている。冷却蒸気は、内側バンドの衝突冷却にも向けられ、ベーンの空洞の１つを介して還流し冷却システムから排出される。以上の説明から、蒸気は、第２段のノズルベーンセグメント１０の外カバー２２および外側バンド１８により画定されるプレナム２４を介して、ベーンおよび内側プレナムに流入し、高温ガス通路または他のタービン部品に対して漏れ出すことなく還流することが理解されよう。
【０００８】
この段の前方のバケット、例えば第１段バケット１５の表面温度を監視するために、高温計Ｐは、タービンフレームまわりに外側で取付けられ、バケットの表面温度を測定するために、高温ガス通路内を直接に、かつ前方に向かって第１段バケットを注視する照準ライン５６を利用している。もし第１段バケットを観察しようとするのであれば、照準ライン５６は、次の段、即ち第２段の外カバーおよび外側バンドを貫通しなければならない。それ故、高温計は、蒸気がプレナム２４から高温ガス通路または他のタービン部品に対して漏れ出すことなく、外カバーおよび外側バンドを貫通して見通すことができなければならない。このことを達成するために、お互いに整合して位置する開口が、外側バンド１８および前部外カバー２２を貫通して形成される。例えば、図２において、開口４２が外側バンド１８を貫通して配置され、同時に開口４４が前部外カバー２２を貫通して形成される。開口４２および４４は、互いに整合しており、図５に示すように概括的に楕円またはレーストラック形状をしている。また、図２および図６を改めて見ると、整合した開口４２および４４を通る中心軸線が、前方にかつ円周方向に傾いて延びていることが解り、その理由は後に明らかになるであろう。また、開口４５が、開口４２および４４の各々と整合して衝突プレート４０に設けられている。
【０００９】
高温計取付具、例えばボス４６が、整合した開口４２、４４および４５に配置されている。ボス４６は、細長い形状で、開口４２、４４および４５の各々との接合個所で類似の楕円またはレーストラック形状をしている。ボスは、５０で示す段付き胴部を有しており、その半径方向内端は、取付けられた時、外側バンド１８の半径方向内面と同一面になるような面で終端している。第３図は貫通して直線状に延びる孔５２を有するボス４６を示しているが、ボス４６は、ボスを貫通するように後で機械加工される、孔５２が無い状態で外側バンドに取付けられることが、次の説明から理解されるであろう。また、ボス４６は、外側バンド１８および外カバー1２２を貫通した開口４２および４４に小さい誤差で取付けられる。小さい誤差とすることは、ボス４６と衝突プレート４０の開口４５の間では必要ない。
【００１０】
熱冷却媒体がプレナム２４から漏れるのを防止するように、ボスを外側バンドおよび外カバーに取付けるために、ボスは外カバーを貫通して外側バンドに挿入される。ボスと外側バンド１８との接合は４３で電子ビーム溶接で行われる。図６に示すように、開口４２および４４を円周方向に傾け、また開口をセグメントの一方の側に位置させることにより、ボスを外側バンド１８に溶接するために、溶接装置の電子ビームを外側バンドの内側方向にまたセグメントの一方の側に当てることが可能になる。電子ビーム溶接技術を用いることで歪が減少し、高温ガス通路の高温に曝されるボスと外側バンドとの接合部において高品質の溶接４３とすることができる。その後、衝突プレートをボスのまわりに位置させるのであるが、ボスに固定する必要もないし、あるいは溶接する必要もない。
【００１１】
次に、孔５２がボス４６を貫通して機械加工される。孔５２の軸線は、整合した開口４２および４４の軸線と概して同軸である。ボスを貫通して孔５２を設けた後，外カバー２２を半径方向においてセグメント上に載置し、その後位置を後ろにずらしてボスに合わせる。これで前部外カバーの開口４４とボス４６のおおまかな位置合わせが得られる。次に、外カバーから蒸気が漏れるのを防止するために、開口４４とボス４６との間隙を充填すると同時にボスを外カバーに固着するためにティグ溶接５１が施される。ボスを貫通する孔５２はまた、ボスを貫通する孔５２の軸線と同軸になっている高温計チューブ５８の半径方向内端を受止めるシート部５７を備えている。このようにして、タービンフレームまわりに取付られた高温計は、ボスが取り付けられているノズル段の前の段のバケット、本例では第1段バケットに対する鮮明で直線的に延びた照準ラインを持っている。従って、高温計によって第1段バケットの表面温度を容易に測定することができる。
【００１２】
カバーおよび外側バンドの開口は、前方および円周方向に傾いている。ボスを貫通する孔５２は、同じ傾き方向に向いている。特に、照準ラインの軸線５６（図６）は、ロータ軸線と垂直な平面に対して鋭角に、また孔の軸線と交わる軸方向平面に対して鋭角に前方向に延びている。この照準ラインの傾きが、外側バンドに対するボスの電子ビーム溶接を容易にする。
【００１３】
本発明を、現時点で最も実用的かつ最良の実施形態と思われるものに基づいて説明したが、本発明は、開示した実施形態に限定されるべきものではなく、請求項の真意および範囲に含まれる種々の変形実施形態および均等装置を含むように意図されていることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態による高温計取付具を示す、１部を断面としたノズル段セグメントの破断斜視図である。
【図２】高温計取付具とノズル段の間の溶接部分を示す、１部を除去し、また１部を断面とした拡大破断斜視図である。
【図３】高温計取付具の平面図である。
【図４】高温計取付具の側面図である。
【図５】高温計取付具を受入れる開口を示すノズルセグメントの外カバーの平面図である。
【図６】高温計取付具の位置および傾きを示すノズルセグメントの正面図である。
【図１】
0004413382.tif 000002
【図２】
0004413382.tif 000003
【図３】
0004413382.tif 000004
【図４】
0004413382.tif 000005
【図５】
0004413382.tif 000006
【図６】
0004413382.tif 000007