(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側及び外側壁（１４，１２）、前記内側及び外側壁の間に延在する複数のノズルベーン（１６）、及び前記内側及び外側壁を覆っている内側及び外側カバー（２４，２０）をそれぞれ備えた固定ノズル段セグメントを含む諸段を有するタービンにおける、前記固定ノズル段セグメントを貫通して熱電対をガイドする装置であって、
前記外側カバー（２０）、前記外側壁（１２）、前記固定ノズル段の１つのノズルベーン（１６）、前記内側壁（１４）及び前記内側カバー（１６）を貫通して延びるチューブ（４６）と、
前記チューブ内の熱電対ワイヤ（４４）と
を含み、
前記チューブが前記ノズルベーンを貫通して非直線形状に延び、両端でそれぞれ前記外側カバーと前記内側カバーに固定されており、前記チューブがその両端を前記外側及び内側カバーに固定された状態を保ちながら、前記ノズルベーンの中で温度変化に対応して膨張及び収縮する
ように構成されてなる、装置。
【請求項２】
前記チューブが前記ノズルベーン内部で蛇行形状になっている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記ノズルベーンが、前記内側及び外側壁の間の空洞（３４）と、熱冷却媒体を受け入れ流すために前記空洞中に配置され、前記チューブの一部をそれを通して受け入れるための少なくとも１つの開口窓（７０，７２）を備えるインサート（４２）を含む、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記インサートが、冷却媒体を受け入れるための１対の室（５６，５８）と、冷却媒体を前記室から当該孔を通過させて流し前記ベーンの内部表面をインピンジメント冷却するための前記インサートの壁を貫通する孔とを備え、かつ前記チューブを受け入れるために前記１対の室の間に第３の室（６４）を含み、前記１つの開口窓（７０）は前記第３の室を区画する壁面（６６）を貫通して開口しており、前記開口窓を通して前記チューブの１部分が延びている、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記第３の室が第２の壁（６８）と第２の壁（６８）を貫通して開口する第２の開口窓（７２）を含み、前記第２の開口窓（７２）がそれを貫通して前記チューブの別の部分を受け入れる、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記開口窓が相互に半径方向にずらして配置されている、請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記開口窓が半径方向に細長い形状である、請求項6記載の装置。
【請求項８】
前記内側及び外側カバーのうちの少なくとも１つを貫通する穴内に位置され、それとシール状態になっているスリーブ（５０，５２）を含み、前記チューブが前記スリーブを貫通して延び前記スリーブに対してシール状態になっている、請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記内側及び外側カバーの各々を貫通する穴内に位置するスリーブ（５０，５２）を含み、前記スリーブは前記内側及び外側カバーそれぞれに固定されシールされ、前記チューブはその端部が前記スリーブとシール状態になっている、請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノズル段を有するタービン例えば陸上用ガスタービンに関するものであり、特に熱冷却媒体を含むノズル段のベーンを通して延びる熱電対ワイヤのガイドチューブに関する。
【０００２】
【従来技術】
タービン特に陸上用ガスタービンでは、ホイールとダイヤフラムの間のホイールスペースの温度を監視することが望ましい。熱電対ワイヤは、ホイールスペースの温度を測定するための熱電対センサープローブを設置するために、ノズルベーンの１つを貫通して延びている。一般的にタービンの寿命期間を通してワイヤが完全無欠であることを保証するために、熱電対ワイヤはチューブ内に封入される。
【０００３】
しかしながら、進歩したガスタービンでは、高温ガス通路に曝されるノズル表面を冷却するために、熱冷却媒体がノズルの種々の段でノズルベーン中を流れる。そのような進歩したガスタービンでは、好ましい冷却媒体は水蒸気である。水蒸気は、外側壁表面をインピンジメント冷却するためにインピンジメントプレートを通しての流れを作るべく、ノズル段の外側カバーと外側壁の間のプレナムの中に流れ込む。使われたインピンジメント水蒸気は開口部を通ってベーンの延長部へと流れ込み、ベーンを通って半径方向内方へ流れる。一般的に冷却媒体の流れを受け入れるノズルベーンの空洞の中のインサートが使用されていて、インサートにある孔を通して冷却流を流してノズルベーンの表面のインピンジメント冷却を行う。その使われたインピンジメント冷却用水蒸気は、次に半径方向内方に流れて内側カバーと内側壁の間のプレナム中に流れ込んで、インピンジメントプレートにある孔を通って内側壁の表面をインピンジメント冷却する。その後、使われた冷却媒体は、ノズルベーンの空洞の一つを通り外側壁とカバーを通って戻ってくる。
【０００４】
水蒸気のような熱冷却媒体を用いるときは、水蒸気がホイールスペース領域、高熱ガス通路あるいはタービン内のその他の領域に洩れ出さないことが非常に重要である。しかし、熱電対ワイヤが、熱冷却媒体を保持しているノズルベーンを貫いているガイドチューブ内に伸びている場合には問題が起きる。熱電対ガイドチューブ、例えば熱電対ワイヤを内包しているまっすぐな直線形状に延びているチューブと熱電対ガイドチューブの固定された両端の間の熱応答の不一致によって、該チューブは熱冷却媒体に対応する動きに適応できない。さらに、該チューブはまた冷却媒体の漏洩を防ぐためにシールされなければならない。
【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の1つによると、熱電対ワイヤを内包する非直線形状のチューブが、それぞれ外側カバーと内側カバーに固定されシールされたスリーブを貫いて延びている。チューブも同様にスリーブに固定されシールされている。チューブの熱による膨張及び収縮に適応するために、チューブの形状は直線形状ではなく、したがって、外側及び内側カバーの間で曲がっている。より具体的には、チューブは熱による動きに適応するためにその形状は蛇のようにうねっている。さらに加えて、そこを通ってガイドチューブが延びるノズルベーン内の空洞には、ノズルベーンの表面のインピンジメント冷却を容易にするためのインサートが設けられている。熱電対ガイドチューブを受け入れ空洞の中でのガイドチューブの熱による動きに適応するために、インサートはベーンの負圧側及び正圧側に隣接して１対の室を有する。インサートはその壁を貫通する孔を有し、ノズルの負圧及び正圧表面のインピンジメント冷却を行う。室を区画するインサートの内側壁は互いに間隔を空けられ、好ましくはインサートを貫いている中央の室を区画する一対の横壁によって連結されている。好ましくは細長い形状の開口窓が横壁に形成され、ガイドチューブの蛇行形状の部分を受け入れている。このように、ガイドチューブは外側カバーから外側壁を貫通してインサートの中央の室へ延び、中央の室の一つの壁にある開口窓を通って外側方向に向い、次に中央の室に戻り、反対側の壁の開口窓を通して延び、そして中央の室の中に戻ってくる。次にチューブは内側壁と内側カバーを貫通して延びる。
【０００７】
本発明の好ましい実施形態の１つによると、ガイドチューブは内側及び外側カバーに固定されている。これは、チューブの端部をスリーブに固定し、シールし、例えば溶接し、このスリーブがカバーに固定され、シールされることで達成されるのが好ましい。このようにして、ガイドチューブの蛇行形状がノズルベーン中でかつ取り付けスリーブ間での膨張及び収縮を容易にし、一方冷却媒体の漏洩はノズルの半径方向内側及び外側端部におけるチューブとスリーブ、及びスリーブとカバーの間のシールによって防止される。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態の１つによると、内側及び外側壁、前記内側及び外側壁の間に延在する複数のノズルベーン、及び前記内側及び外側壁を覆っている内側及び外側カバーをそれぞれ備えた固定ノズル段セグメントを含む諸段を有するタービンにおける、前記固定段を貫通して熱電対をガイドする装置であって、前記外側カバー、前記外側壁、前記固定ノズル段の１つのノズルベーン、前記内側壁及び前記内側カバーを貫通して延びるチューブと、前記チューブ内の熱電対ワイヤとを含み、前記チューブが前記ノズルベーンを貫通して非直線形状に延び、両端でそれぞれ前記外側カバーと前記内側カバーに固定されており、前記チューブがその両端を前記外側及び内側カバーに固定された状態を保ちながら、前記ノズルベーンの中で温度変化に対応して膨張及び収縮するように構成されてなる装置が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
ここで図面、特に図２を参照すると、全体を１０で表すノズルセグメントが図示されており、これはタービンの回転軸周りの複数の円周方向に配列されたノズルセグメントの一個を構成している。ノズルセグメント１０は外側壁１２、内側壁１４、外側及び内側壁１２及び１４の間に延在するベーン１６を含む。外側及び内側壁１２及び１４がタービンを通る環状の高温ガス通路を画成し、複数のベーン１６がローター軸の周りに配置されて高温ガス通路に位置している。前方フック１８は外側壁１２から概して半径方向外方に突出し、図示されていないがタービンフレームの構造支持体に係合し、それによってセグメント１０はタービン軸周りに支持される。
【００１０】
ノズルセグメント１０は進歩したガスタービンの一部を構成し、そこではノズル段は熱媒体、好ましくは水蒸気で冷却される。特に図２によると、外側壁１２は図示されてない前方カバーと後方カバー２０を含み、前方及び後方カバーは外側壁１２と両カバーとの間にプレナム２２を形成する。同様に、内側壁１４は内側カバー２４とともに、その間にプレナム２６を形成する。冷却用水蒸気はこのようにして、前方カバーに形成された入口を通してプレナム２２へと流れる。また、プレナム２２は外側壁１２をインピンジメント冷却するための複数の孔を持つインピンジメントプレート２８を含む。使用された冷却用蒸気は次に延長部３０の開口部を通って流れ、ベーンの一個またはそれ以上の空洞へ流れる。例えば５個の空洞が図１に３２，３４，３６，３８，４０で示してある。好ましくは冷却蒸気が第１，２，４番目の空洞、即ち３２，３４，３８の空洞に供給され、一方使用された冷却蒸気は第３の空洞３６を経由して還流する。一般的には第５の空洞４０はベーンの後縁を空気冷却するための空気を流す。それらの空洞は、ベーンの表面をインピンジメント冷却するための以下に説明するインサート４２を持つ。
【００１１】
空洞を通って半径方向内方に流れる冷却用水蒸気は、内側プレナム２６へ至り、インピンジメントプレート４２を通して流れ内側壁１４をインピンジメント冷却する。使用されたインピンジメント冷却用水蒸気はベーンの空洞の延長部の開口部を通って流れ、空洞３６を経由して還流水蒸気出口に向け還流する。したがって、冷却用水蒸気がノズルセグメントを通って閉回路を流れることが理解されるであろう。冷却用水蒸気がホイールスペース領域や、高温ガス通路やその他いかなるタービンのコンポーネントにも漏洩しないことが重要である。しかしながら、それに付随して、ホイールスペースの温度を監視するために熱電対を設けることが望ましい。このようにして、冷却媒体がその中を流れているノズルの１つを通して熱電対の導線を設けることが必要となった。
【００１２】
図２を参照して、熱電対はガイドチューブ４６内に配置したワイヤ４４を含む。前記ガイドチューブは外側カバー２０と内側カバー２４の間を延び、ホイールスペース内で温度計測を実施するためのセンサー４８で終わっている。図２に図示している通り、ガイドチューブ４６はベーン１６の第２の空洞３４を貫通して延びている。ガイドチューブはその両端付近を外側及び内側スリーブ５０及び５２に固定される。スリーブ５０と５２はそれぞれ外側及び内側カバー２０及び２４に固定される。好ましくは、チューブのスリーブへの固定及びスリーブのカバーへの固定は、いずれの場合も溶接によって行われ、それによって、ガイドチューブの両端でシールが形成され、空洞３４内の水蒸気がカバーを通って漏洩することを防止する。しかしながら、ガイドチューブ４６は変化する温度環境の中に延びているので、ガイドチューブは熱膨張及び収縮する。ガイドチューブ４６の熱膨張及び収縮に対応するために、ガイドチューブはベーンの空洞４２を通して非直線形状に延びるように形成されている。こうして、図２及び図８に示すように、ガイドチューブは蛇行形状に作られており、これによって外側及び内側カバーに対して固定された両端部分間で、ガイドチューブは膨張と収縮が可能になり、温度の不一致を吸収する。
【００１３】
熱電対チューブはインサートに収納されるが、室５6及び５８に入ることはできない。空洞３４の中のインサート４２は２つの室５６と５８に形成されている。室５６を区画している壁６０はベーンの凸面壁の内側表面に沿ってインピンジメント冷却用水蒸気を流すための孔を持っている。同様に、室５８を区画している壁６２はベーンの凹面壁の内側表面に沿ってベーンの凹面状の内表面をインピンジメント冷却するための孔を持っている。室５６と５８は、１対の細長い半径方向に延びる壁６６と６８によって区画される中央の室６４によって、互いに間隔を空けられている。
【００１４】
図８にもっともよく示されているが、壁６６は半径方向に細長いスロット７０を持ち、壁６８は半径方向に細長いスロット７２を持っている。スロット７０と７２は、ガイドチューブの蛇行形状の部分を受け入れるように、互いに半径方向にずらしてある。また、インサートは外側及び内側のインサートカバー７４及び７６を含んでおり、それらはそれぞれインサートの両端で室５６と５８へ開口している。その結果、図２と図８に示すようにガイドチューブ４６は上部カバー７４の開口穴７５を通って中央の室６４に延びている。次に蛇状形状のチューブ４６は、壁６６にある開口窓７０を通って中央の室６４から出て、同じ開口窓７０を通って中央の室へと戻る。次にガイドチューブは開口窓７２を通して外方向に延び、同じ開口窓７２を通って内側壁１４に隣接する位置で室６４に戻る。次にガイドチューブは下部カバーを貫通しスリーブ５２と内側カバー２４を貫通して延びる。ガイドチューブが蛇行形状なので、ガイドチューブはスリーブ５０と５２に固定されたその両端部分の間で、曲がって熱膨張及び収縮を吸収する。さらに、インサートの壁面はこの曲がる動きを許容するように特別に構成されており、この曲がる動きがインサートやベーンの壁と干渉することはない。
【００１５】
本発明を現在最も実用的で好ましい実施形態と考えられるものについて説明してきたが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の技術的思想と技術的範囲に含まれる種々の変形及び同等の構成を保護せんとするものと理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】カバーを取り除いたノズルベーン延長部を示すノズルセグメントの平面図。
【図２】本発明の好ましい形態によるノズルセグメントを貫通して延びる熱電対ガイドチューブを１部破断断面で示すノズルセグメントの破断斜視図。
【図３】図２の概して線３−３に沿う断面図。
【図４】図２の概して線４−４に沿う断面図。
【図５】図２の概して線５−５に沿う断面図。
【図６】図１に示すノズルベーンの空洞に挿入されるインサートの１方の側面の図。
【図７】図１に示すノズルベーンの空洞に挿入されるインサートの図６と反対の側面の図。
【図８】インサート内にある蛇行形状のガイドチューブを示すインサートの破断断面図
【図１】
0004569994.tif 000002
【図２】
0004569994.tif 000003
【図３】
0004569994.tif 000004
【図４】
0004569994.tif 000005
【図５】
0004569994.tif 000006
【図６】
0004569994.tif 000007
【図７】
0004569994.tif 000008
【図８】
0004569994.tif 000009